JPS6332106A - 調速方式切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの調速方式切換装置に係り、特に
切換時の負荷変動を最小にし、短時間で調速方式を切換
を行う事を要求される蒸気タービンに使用するに好適な
調速方式切換装置に関する。

〔発明の背戴〕

蒸気タービンの調速としては、代表的には次の２方式が
従来から広く採用されている。即ち、複数個の蒸気加減
弁（流量制御弁）を同時に開いていく絞り調速方式と、
複数個の蒸気加減弁を順次に開くノズル締切調速方式で
ある。周知の如く。

各各の調速方式は各々の弁開特性から与えられる必然的
な長所及び短所を有している。即ち絞り調速方式は、各
界を負荷に応じて一斉に等開度で開いていくので、全体
に蒸気が均等に与えられ、従ってタービンに温度差が生
じず、熱応力が発生しない。しかし徐々に弁を開くので
、絞られている間に流量のロスが生じるのは避けられず
１部分負荷における効率が低くなっている。一方ノズル
締切調速方式は各個の弁を順に全開していくので。

１つの弁についてはすぐ全開され絞リレこよるロスはな
く効率が良い。しかし、まだ開かれていない一弁に係る
箇所との温度差が激しく、熱応力の問題へ発生する。

実際の機器にそのいずれを適用するか、つまり例えば発
′市用大型蒸気タービン等においてこのような調速方式
のいずれを採用するかの選択の１ふとなるものは、主と
してタービンに要求されろ運転特性である。一般的にピ
ークロード（中間火力。

例えば深夜は運転を止め、早期に起動して日中にピーク
とするが如く起動停止の激しいもの）用として運用され
るタービンにおいては頻繁な急速起動に耐えられろよう
に、熱応力的に有利な絞り調速方式が採用されろ。又、
ベースロード（基幹火力。殆ど変化がなく運転し、例え
ば１年に１度位停止・起動するが如きもの。）用として
は、起動に関する問題は少なく、むしろ広い負荷にわた
って高い熱効率を有するノズル締切調速方式の方が適し
ているといえる。

従来技術における調速方式の大部分は、要求に応じたい
ずれか一種類の方式を有するものである。

しかしながら、ノズル締切調速方式を採用してい一′蒸
気を流すことによりそのノズルの二ローションが他に比
較して著しく大きいという問題が発生していた。このノ
ズル二ロージョンは主にボイラ等の蒸気発生器側よりの
スケール等の飛走物によるものであり、これらの飛走物
は停止後の再起動時において著しく多く見られ、その後
はほとんどない。従って、停止後の再起動時のみを絞り
調速とし、スケール等の飛走物がなくなった時点でその
時の運転負荷によらずノズル締切り調速方式に切換え、
熱効率を向上させることが要求されてきた。

この要求を可能ならしめる本発明に最も近い公知例とし
て、特許第１０３４８５６号がある。本特許によれば、
熱応力を軽減すべく調速方式を切換えることが可能であ
る。

この発明は、複数弁に対し調速方式毎にカム特性を用意
しておき、調速方式切換時、複数弁の開度を、切換重接
の開度差に対し、図２に示す如く同一の比率で変化させ
るものである。この発明によれば、たとえ弁の開度と通
過する蒸気流量の間１こ非線形性があったとしても、カ
ム特性にこの非線形性を持たせれば、調速方式の切換え
前後において、複数弁を通過し、タービンに流入する総
合恭気流１ｔを同一とし全弁のカム特性を同時に切換開
始し終了することができる。しかしながら、この発明で
は開度と流量の関係に非線形性があると調速方式切換に
おいては、図３の様に各回の開度は一定比率で変化する
ものの各回を通過する流量は非線形性により直線的に変
化しないため結果としてタービンへ流入するトータル蒸
気流量が切換中に変動するため負荷を一定に保つことが
できないという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、調速方式切換時、常に各回を通過する
蒸気量の変動分の和を零とすることにより、切換開始か
ら切換完了までの全ての領域において、負荷変動を最小
にする様な調速方式切換装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、従来の調速方式切換装置においては切換中に
大きな負荷変動が発生することを防止するため、各回毎
の非線形特性を考慮し、切換時において、常に各回を通
過する蒸気流量の変化分の総和を零とし、括複数弁の切
換を同時に開始、終了する様にし、負荷変動時調速方式
の切換を中断し負荷変動がなくなった時点で調速切換を
実施させる様にしたものである。また、負荷変動を最小
とすべく調速切換時間を可変とし、最適な切換時間設定
できるようにし、かつ、切換バイアスメーターにより、
切換時間の確ｉ２をできる様にしたものである。

第１図に本発明の１実施例を示す。本実施例は。

２つの蒸気加減弁α、βを持つタービンに対してのもの
であるが、更に弁の数が増加しても同様に実施すること
が可能である。

本装置は、速度検出機能２０にて検出する実速度Ｎ＾と
定格速度ＮＳとの偏差と調定率δＮが定まる速度負荷指
令ＬＮ　と負荷設定器２１により負荷指令値Ｌｒｔをも
とめる基本制御機能１、基本料Ｗ機能よりの負荷指令Ｌ
Ｒを絞り調速時の各々の蒸気加減弁開度要求信号に交換
する絞り調速カム特性（２α、２β）、ノズル締切調速
時に於いて要求蒸気流量を開度要求信号に変換するノズ
ル締切調速カム特性（３α、３β）、カム特性（２α。

２β、３α、３β）より出力された弁に固有な開度と通
過する蒸気量の特性曲線を用いて、各々の弁に対する要
求蒸気流量に変換する蒸気流量変換機能（４α、４β）
、調速方式切換制御信号により要求蒸気流量を操作する
ための掛算器５、及び加算器６、更に加算器６から出力
された各回に対する要求蒸気流量を得るための開度に換
算する開度逆換算機能（７α、７β）、各開度逆換算機
能より出力された開度指令に各実弁開度を制御するため
の弁位置制御回路（８α、８β）、調速方式切換時２つ
の調速方式より求まる各回毎の要求蒸気流量を内分する
ための信号を発生する切換比率信号発生器９−．１０、
切換比率信号を駆動するための切換駆動回路１１、切換
駆動回路を動作させる為の調速方式切換指令回路１２、
負荷を検出すを検出する比較器３３、切換時間設定回路
４０、切換バイアス指示計４１により構成される。

次に本発明の機能、動作を第４図、第５図を用いて説明
する。

第１図の機能図の負荷指令値ＬＲから各回の開度を求め
る部分の実際の動作を第４図の流れ図を用いて表わす。

基本制御機能１により求まった負荷指令値ＬＲより、絞
り調速時、ノズル調速時の各弁開度指令値αＰｓ　、α
Ｐ２は各々次式で求まる。

ａＰｌ　＝ｆｚ　（ＬＲ）　　　　　　　　　　−−（
１）αＰ２　　＝ｆ＋ｓ　（ＬＲ）　　　　　　　　　
　・・・・・・　（２）ここで、Ｆ２は絞り調整カム特
性 Ｆ３はノズル調整カム特性 また、この時、負荷指令値ＬＲによる弁への絞り調速、
ノズル調速時の流量指令値αＦｌ　、αＦ２は、（１）
　、　（２）式のαＰ】、αＰ２を用いて、次式で表わ
される。

αＦ１＝ｆ４（αＰｔ）　　　　　　　・・・　（３）
αＦｚ＝ｆ４（αＰｔ）　　　　　　　・・・　（４）
ここで、Ｆ４は弁開度に対する通過蒸気流量特性 次に、絞り調速、ノズル調速を切替えるための信号Ｋｓ
　、Ｋｘの間には５次の関係を持たせる。

Ｋ２＝ｌ　　Ｋｌ　　　　　　　　　・・・　（５）こ
こで、Ｋｌは絞り調速時 に１＝１　　　　　　　　　　・・・・・・　（６）ノ
ズル調速時 に１＝０　　　　　　　　　　・・・・・・　（７）と
して、ノズル調速から絞り調速へ切替時Ｋｚ＝Ｋｔ　　
＋ΔＫ　　　　　　　　　　・・・　（８）絞り調速か
らノズル調速への切替時 Ｋｓ＝Ｋｔ−ΔＫ　　　　　　　・・・　（９）として
、（８）式或いは（９）式を繰り返し演算することによ
り時間と共にに１を変化させるようにする。

次に、負荷指令値ＬＲの時の弁に対する通過蒸気流量指
令ＦＬαを、次式で求める。

ＦＬａ＝ａＦｘＸＫｓ＋ａＦ２ＸＫｘ　　・”（１０）
ここで、（５）式及び、調速方式切替時（８）　、（９
）式によりＫｌ、に２が時間と共に一定速度で１と０の
間を移動するため調速方式切替時のＦしαの変化量は、
一定値となる。Ｋ１が１からＯｌ又はＯから１に移動す
る時間をＴτとすると変化量は（１１）式で表わされる
。

ｄｔ　　　　　　Ｔ 本説明は、１弁についてのみ取り上げたが他の弁につい
ても同様の演算を行っているため、これを添字βで表わ
すと、 で表わされる。また、切替前後の総合流量が一定である
ことから。

αＦ１＋βＦｓ＝ａＦｚ＋βＦ２　−　　（１３）の関
係が成立し、（１１）、　（１２）、　（１３）式より
、調速方式切替途中において、 ンとなり、流量指令の変動は生じない。

実際の制御においては、弁の開度を調節する事により、
蒸気流量を制御するため、（１０）式で求めた蒸気流量
を実際に得るための開度Ｐαを下式にて求める。

Ｐα　＝ｆ４−’（Ｆｂα）　　　　　　　・・・　　
（１５）次に第５図を用いて図式的に動作を説明する。

第５図において、運転点Ｐ、絞り調速にて運転中に、ノ
ズル調速方式に切換えるものとする６切換前の各蒸気加
減弁の開度は各々αＰＩＴ　βＦ２であり、その時の答
弁を通過する蒸気流量は各々αＦ１＋　βＦ１である。

この時の本装置の動作は、次の通りである。第１図に於
いて、基本制御機能１は、運転点Ｐの信号を出力してい
る。この信号を受けて、絞り調速カム特性（２α、２β
）は各々αＰ１＋　βＰ工相当の信号を出力している。

また、ノズル調速カム特性（３α１３β）は各々αｐｚ
。

βｐｚ相当の信号を出力している。

これらの開度変換機能の出力信号は、蒸気流量変換機能
４α、４βにより蒸気加減弁α、βに対し、絞り調速時
用の要求蒸気流量信号として各々αＦｌ、　βＦ１相当
の信号を出力している。また、ノズル調速時用の要求蒸
気流量信号としてαＦｌβＦ２相当の信号を出力してい
る。

今、絞り調速にて運転中である為、切換制御信号１３は
Ｏであり、切替制御信号１４は１である。

このため掛算器５により、絞り調速時用の答弁に対する
要求蒸気流量信号のみ出力され、加算器６の出力は、答
弁に対し、各々αＦｌ、βＦｌ相当の信号となる。この
信号が開度逆換算機能（７α。

７β）により各々弁開度指令信号αＰＩ、βＰ１となり
、弁位置制御回路（８α、８β）に入力され、実加減弁
開度を各々αｐｔ、βＰ１に制御する。

次に、調速方式を絞り調速からノズル調速に切換え時の
動作を説明する。

第１図において切換比率信号発生器９，１０は切換駆動
回路１１により徐々にノズル調速側に移動する。この結
果、切換制御信号１３は徐々にＯから１に、切換制御信
号１４は同じ比率で１からニア点で一定であれば、蒸気
流量変換機能４α、４βの出力は、各々絞り調速用、ノ
ズル調速用として。

αＦｌ、βＦｌ、αＦ２．βＦ２を出力しているから、
切換制御信号１３．１４により、比例配分され、加算器
６の出力には、答弁に対し、調速方式による要求蒸気流
量指令を内分した値が出力される。

つまり、開度逆換算機能７α、７βに対して第５図に示
す如く、切換えを開始してからの時間の経過と共に、各
々αＦ１からαＦ２、βＦ１からβＦ２に向い直線的に
変化した信号が入力される。

開度逆換算機能７α、７βは、これにより第６図に示す
如く、蒸気加減弁の開度指令を出力する。

弁位置制御回路８α、８βにより実弁位置がこの開度指
令値に制御されると、結果として１、答弁を通過する蒸
気量は、第６図の如く各々αＦ１からαＦ２へ、βＦ１
からβＦｚに変化する。

切換の終了は、切換比率信号発生器９，１０がノズル調
速側に完全に移動した時であり、答弁とも同時に切換を
完了する。

ここで、切換中の答弁を通過する蒸気流量の総和は、第
６図に示す通り、α１４βＦ２”α１４十βＦ２一定と
なるため調速方式の切換に伴う負荷変動を常に最小に保
つことができる。

以上説明した方式により切換中の負荷変動を最小に保つ
ことができるが、何らかの理由、例えば弁流量特性変化
等で切換時負荷変動が発生する場合があり得る。

以下切換中に負荷変動発生した場合の負荷変動を小さく
する方法を説明する。

負荷を検出する方法として、実負荷又は第１段後圧力に
て負荷を検出することができる。以下の説明では、負荷
を検出する機能３０を第１段後圧力検出器とする。

切換直前の第１段後圧力検出器３０の出力をＰｌ、切換
中の出力Ｐ２とする。負荷保持回路３１の出力はＰＩで
あり切換中変化しない。

今減算器３２の出力ε＝Ｐｎ　　Ｐ２の絶対値が規定値
以上になると比較器３３が動作しその出力により調速切
換回路１２の信号をロックする。また規定値以内になる
とロックを自動除外（手動除外も可）することができる
。第５図では時刻上で今、例えば［＞Ｏとすると、切換
前と切換中では負荷が減少している事を意味する。

この負荷を補正するためには加減弁に流入する蒸気量を
増加させる必要がある。すなわち第５図に示す様に負荷
指令をＰからＰ′へと増加させる必要がある。この負荷
指令を増加させる方法として １）比較器３３が動作した事を検出（警報）し運転員に
より負荷設定器を増方向に操作する。

２）減算器３２の出力を負荷指令値ＬＲに加える・があ
る。

本発明では、第１図に示す様に減算器３２の出力を負荷
指令値ＬＲに加え、負荷指令をＰからＰ′へ増加させ、
流量αＦｉ−βＦ、をそれぞれα’Ｆｔ、β’　Ｆｔに
増加させ負荷の減少を防止するものである。

ε〈０の場合は負荷指令Ｐを減少させることにより、負
荷の増加を防止できる。

正する事も可能である。

また、切換時間設定回路４０により切換時の負荷変動を
最小となる様に時間調整を可能としている。

この切換時間設定回路４０は、例えば、外部に、低速、
中速、高速等の操作ボタンを設け、この設定により運転
状況で任意に切替可能である。

なお、切換バイアス４１は運転員の操作性を改善するた
め、切換時の経過を確認できる様にしている。

以上の様に本発明により切換中の負荷変動を防止できる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、調速方式切換時のタービン出力の変動
を常に最小にすることが可能であり、タービン運転中に
おける調速方式切換時の系統の安定度を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は従来技術
による切換時の弁挙動を示す図、第３図は従来技術によ
る切換時の弁挙動と総合流量変化を示す図、第４図は本
発明の動作フローチャート図、第５図は本発明の機能を
示す図、第６図は本発明による切換時の弁挙動と蒸気流
量の変化を示す図である。 １・・・基本制御機能、２α、２β、３α、３β・・・
開度変換機能、４α、４β・・・蒸気流量変換機能、７
α、７β・・・開度変換機能、８α、８β・・弁位置制
御回路、９，１０・・・切換比率信号発生器。 １１・・・切換駆動回路、１２・・・調速方式切換指令
回篤３　刀 聞庵 萬４０ 茎　　　　　　　冨６閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気タービンの出力を調整する複数の蒸気加減弁、
   蒸気加減弁の開度を制御する開度調整機能、蒸気加減弁
   による調速方式を切換える調速方式切換機能を有する蒸
   気タービン制御装置において、調速方式切換時、各複数
   弁にて切換前と切換後に各弁を通過する各々の蒸気流量
   差に対して、各々の弁が常にその蒸気流量差に対し、同
   一の比率で通過蒸気流量を変化させる様各弁の開度を調
   整することを可能とする流量換算切換機能を持たせたこ
   とを特徴とする調速方式切換装置。 ２、特許請求の範囲第１項に於いて、調速方式切換時、
   各弁を通過する蒸気流量の切換前後及び切換中の蒸気流
   量差による負荷変化をとらえる手段を有し、負荷変化を
   最小とし負荷を一定にする機能を持たせた事を特徴とす
   る調速方式切換装置。 ３、特許請求の範囲第１項に於いて、調速方式切換時間
   を可変とする手段、及び切替バイアス指示計を設け、運
   転操作を容易とした事を特徴とする調速方式切換装置。