JPS6344922B2 - - Google Patents

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JPS6344922B2
JPS6344922B2 JP56138659A JP13865981A JPS6344922B2 JP S6344922 B2 JPS6344922 B2 JP S6344922B2 JP 56138659 A JP56138659 A JP 56138659A JP 13865981 A JP13865981 A JP 13865981A JP S6344922 B2 JPS6344922 B2 JP S6344922B2
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JP
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signal
valve
steam
bypass
turbine
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JP56138659A
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JPS5776212A (en
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Jon Deikenson Roisuton
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS5776212A publication Critical patent/JPS5776212A/ja
Publication of JPS6344922B2 publication Critical patent/JPS6344922B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/24—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical electrical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F01K7/24—Control or safety means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2200/00—Mathematical features
    • F05D2200/10—Basic functions
    • F05D2200/11—Sum

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は蒸気タービンに対する自動制御装
置、更に具体的に云えば蒸気側路様式を持つ蒸気
タービンに対する自動制御装置に関する。
電力を発生する為に電力会社によつて使われて
いる様な種類の大形蒸気タービンは、或る運転状
態では、タービンからの過剰の蒸気を直接的に復
水器へ方向転換する蒸気側路装置を用いて運転す
るのが有利であることがある。側路動作様式によ
り過剰の蒸気をタービンの負荷低下期間の間に側
路する時、蒸気発生器は、タービンの負荷需要に
関係なく、高い蒸気発生率及び圧力に保つことが
出来る。タービンの負荷が増加するにつれて、一
層多くの蒸気の流量をタービンに振向け且つ側路
分を少なくするが、遂には、全ての蒸気がタービ
ンに全部送られ、側路分がなくなる点に達する。
一旦側路が完全に締切られると、統制形ボイラー
制御装置が所望の圧力−流量特性を保ち、タービ
ンの増大した蒸気需要は、例えば、ボイラー圧力
を増加させることにより、又は上向きに変化させ
ることによつて、負荷の増加を支援するように充
たすことが出来る。タービンの負荷が減つた時
は、過剰の蒸気を再びタービンから側路する時
に、ボイラー圧力を許容し得る或る最低レベルま
で下げる。
この動作様式の主な利点は次の様なことである
と考えられる。
１ タービンの始動時間が短くなる。
２ 負荷の変化に対する応答が速くなる様に、循
環的な負荷に対して一層大形のタービンが使え
る。
３ 突然の負荷の消滅に伴うボイラーの引外しが
避けられる。
４ 固体粒子の侵食が減る。
５ タービンと無関係にボイラーを運転すること
が出来る。
６ タービンの金属の温度に対して蒸気を一層よ
く釣合せて、ボイラーを一層安定性よく運転す
ることが出来る。
圧力変化形又は側路動作様式について一般的な
ことは、プロシーデイングス・オブ・ジ・アメリ
カン・パワー・コンフアレンス第35巻所載のピー
タ・マーチン及びルートウイヒ・ホリーの論文
「蒸気タービンと蒸気発生器の運転を一層よく統
制する為の側路部」を参照されたい。
普通のタービン運転様式（この場合、ボイラー
は直ぐ使う為の蒸気だけを発生し、側路は設けら
れていない）と対照的に、タービンの側路動作様
式は、一層複雑な弁装置の統一のとれた制御を必
要とする。制御装置は蒸気流路内にある種々の弁
の精密な統制及び制御をしなければならないし、
然も、タービンの適正な負荷及び速度制御を保ち
ながら、あらゆる運転状態でそうしなければなら
ない。
側路様式で運転される再熱蒸気タービンに対す
る種々の制御装置が開発されている。公知の１方
式では、タービンの第１段に於ける圧力を蒸気流
量を表示する信号として使い、それから高圧及び
低圧側路弁を制御する為の基準設定点を発生す
る。然し、この方式では、主制御弁は速度及び負
荷の条件に応答しなければならないが、この主制
御弁の動作と側路弁の動作とを直接的に統制する
手段がなく、装置の他の弁とその動作を統制する
手段もない。更に、第１段圧力はあらゆる状況で
蒸気流量を有効に表示するものではない。
側路蒸気タービンに対する別の公知の制御装置
では、主蒸気配管に設けられた流量測定オリフイ
スが全蒸気流量を表わす信号を発生し、これが高
圧及び低圧側路弁を制御する為の圧力基準信号の
基礎となる。この装置の重要な欠点は、流量の測
定に蒸気流路に介入することが必要であり、それ
によつて圧力降下が起ると共に熱消費率に損失が
起ることである。
米国特許第4253308号には、蒸気タービン並び
に側路装置に対する包括的な制御装置として、従
来よりも格段に改良され、ボイラー及び再熱圧力
を制御する為の独立の圧力基準関数を発生する為
に、実際の負荷需要（ALD）信号を発生する様
にした制御装置が記載されている。ALD信号は
タービンに対する実際の蒸気流量の目安であり、
ボイラー圧力と、速度及び負荷制御ループによつ
て発生される進入制御弁位置ぎめ信号との積をと
ることによつて求められる。ALD信号は蒸気配
管に流量感知装置を取付け、それに伴つて圧力降
下や熱消費率の損失を招かずに、蒸気流量の正確
な目安が得られる様にする。更に、タービンの第
１段の圧力を感知するという様な蒸気流量の間接
的な測定方法と対照的に、ALD信号はあらゆる
運転状態でタービンの蒸気流量を有効に表示する
ものである。
厳密に云うと、ボイラー蒸気流量状態の幅の狭
い範囲にわたつて動作する、蒸気タービン及び側
路装置に対する制御装置として、前掲米国特許の
制御装置は、タービン側路制御装置の技術を大幅
に前進させた。然し、この側路動作様式を一層広
い範囲の流量状態にわたつて運転される尚更大形
のタービンに拡張すると、然も側路装置が供給蒸
気全体を処理し得ることを必要とすると、ボイラ
ー圧力に大きな変動を招く様な大幅に変動する蒸
気流量がボイラーに起らない様に、タービン及び
側路装置を制御することが絶対条件になる。ボイ
ラーがタービンの突然の引外しの様なタービンの
過渡状態の影響を受けない様にすることが特に重
要である。従来の制御装置は、熱消費率を或る程
度犠牲にしなければ、こういう問題を適切に処理
することが出来なかつた。
更に、特に大形タービンでは、蒸気復水器及び
タービンの高圧部分の最終段は、側路動作様式に
伴う或る動作状態で、高い温度の影響を受ける。
高圧部分の最終段に於ける高温の問題の１面（普
通風損過熱と呼ばれている）が、特願昭55−
178119号に記載された蒸気逆流装置によつて取上
げられている。然し、復水器並びに高圧部分の最
終段を十分に保護する為には、タービンの低圧部
分を迂回して側路装置を通過する蒸気流量には依
然として合理的な制約を加えなければならない。
この様な制約は必要ではあるが、それはタービン
の制御に干渉すべきではなく、タービンの低圧部
分を側路する過度に大きな流量の蒸気の場合に起
り得る様な、復水器並びにタービンの高圧部分の
最終段に於ける過熱の惧れに対して防禦すべきで
ある。
従つて、この発明の全般的な目的は、上に述べ
た問題を解決する、再熱蒸気タービン並びにそれ
に関連した側路装置に対する制御装置を提供する
ことである。更に具体的に云うと、この発明は、
ボイラー圧力並びに蒸気流量がタービンの過渡的
な運転状態の影響を実質的に受けないまゝでいる
ことが出来る様に、側路蒸気タービンを精密に且
つ包括的に制御する装置を提供しようとする。
この発明の別の特定の目的は、風損過熱を避け
る為にタービンの高圧部分に蒸気の逆流を通す手
段を含む様な、側路蒸気タービンに対する制御装
置を提供することである。
この発明の別の目的は、過度の蒸気の流量によ
る復水器並びにタービンの高圧部分の後段の過熱
が防止される様に、タービンの低圧部分を側路す
る蒸気流量を制御する手段を持つタービン制御装
置を提供することである。
上記並びその他の目的が蒸気タービンに対する
自動制御装置によつて達成される。この為、組合
せ流量基準（CFR）信号を発生し、それから第
１及び第２の独立の圧力基準関数を制御点又は設
定点として作用する様に発生する。これらの設定
点は、高圧（HP）側路装置にある流量制御弁
（１つ又は複数）及び低圧（LP）側路装置にある
流量制御弁（１つ又は複数）を夫々調整すること
によつて、ボイラー圧力及び再熱器圧力を制御す
る為のものである。CFR信号は、(1)ボイラー圧
力と蒸気進入制御弁の開度を表わす信号との積、
及び(2)ボイラー圧力と高圧側路装置にある流量制
御弁の開度を表わす信号との積の和から形成され
る。従つて、CFR信号はボイラーからの瞬時全
蒸気流量を表わす。
タービンの蒸気需要を表わす実際の負荷需要
（ALD）信号がタービン需要信号とボイラー圧力
との積から発生される。タービン需要信号は負荷
及び速度制御ループから取出される。タービンの
低圧部分に対する蒸気の流れを制御する遮断弁
が、ALD信号の大きさに従つて、且つ再熱圧力
の大きさに反比例して位置ぎめされる。
この為、制御装置全体は、タービンの速度及び
負荷に対する制御ループと、高圧側路装置に対す
る制御ループと、低圧側路装置に対する制御ルー
プと、遮断弁に対する制御ループとで構成され
る。通常は再熱器の蒸気圧力を調整する低圧側路
制御ループを無効にして、低圧（LP）側路装置
に過剰の蒸気の流れを防止する手段を設ける。
この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且
つ明確に記載してあるが、この発明は以下図面に
ついて説明する所から更によく理解されよう。
第１図に示す発電所で、ボイラー１０が高圧蒸
気源として作用し、再熱形蒸気タービン１２を駆
動する動力流体を供給する。このタービンは、高
圧（HP）部分１４、中圧（IP）部分１６及び低
圧（LP）部分１８を含む。この様に呼ぶのが普
通の呼び方であるが、この明細書では、時には
IP部分１６及びLP部分１８を一緒にしてタービ
ンの低圧（LP）部分と呼ぶことがある。同様に、
これらの部分を迂回して蒸気を通過させる側路装
置（後で説明する）は低圧又はLP側路装置と呼
ぶことがある。タービンの各部分１４，１６，１
８が軸２２によつて発電機２０に縦続的に結合さ
れるものとして示してあるが、この他の結合装置
を利用することが出来る。
ポイラー１０からの蒸気流路は蒸気導管２４を
通り、そこから主止め弁２６及び進入制御弁２８
を介してHPタービン１４に蒸気を取出すことが
出来る。HP側路弁３０及び過熱戻し部３２を含
む高圧側路装置が、HP部分１４を迂回する交代
的な又は補助的な蒸気通路になる。１つのHP側
路装置を示してあるが、いずれも流量制御弁を含
む他の並列の側路通路をも利用することが出来る
ことは云うまでもない。いずれにせよ、HPター
ビン１４を出た蒸気の流れは逆止弁３４を通過し
て、側路された蒸気があればそれと一緒になり、
全体の流れが再熱器３６を通過する。蒸気は再熱
器３６から遮断弁３８及び再熱器止め弁４０を介
してIPタービン１６及びLPタービン１８に取出
すことが出来る。これらのタービンは蒸気通路内
で導管４２によつて直列に接続されている。LP
タービン１８から排出された蒸気が復水器４４に
流れる。低圧（LP）側路装置はLP側路弁４６、
LP側路止め弁４８及び過熱戻し部５０を含んで
いて、IPタービン１６及びLPタービン１８を迂
回して復水器４４に至る交代的な又は補助的な蒸
気通路になる。
逆流弁５２及び逃し弁５４がHP部分１４に付
設されていて、主に無負荷及び低負荷運転状態で
使われる。これらの弁５２，５４は、特願昭55−
178119号に記載される様に、HPタービンに蒸気
の逆流を生ずる為に使われる。こゝでは、蒸気の
逆流により、側路動作様式に伴う様な種類の或る
低負荷状態で起る回転損失（風損）過熱が避けら
れる。この為、逆流パターンは、大抵、蒸気進入
制御弁２８を閉じたまゝにしておいて、タービン
を駆動する為にIP部分１６及びLP部分１８に順
方向に蒸気を流すタービンの始動時に使われる。
進入制御弁２８を発明を説明する便宜上１個の弁
として説明しているが、実際には、周知の様に、
タービン１２の全円弧又は部分円弧形蒸気進入方
式を達成する様に、複数個の制御弁がノズルの円
弧に沿つて円周方向に配置して使われている。
タービンの速度及び負荷の予め設定された値を
保つ様にタービンの各部分１４，１６，１８に対
する蒸気の流れを制御する様に作用する速度及び
負荷制御ループが、タービンの実際の速度を表わ
す信号を発生する速度変換器５６と、所望の速度
を選択する為の速度基準装置５８と、タービンの
実際の速度を所望の速度で比較して、その差を表
わす誤差信号を供給する速度加算点60と、速度調
整の所望の程度に反比例する利得を持つ増幅手段
６２と、増幅された速度誤差信号を負荷基準装置
６６から供給される所望の負荷設定値と加算する
負荷加算点６４と、流量制御装置６８とを含む。
速度及び負荷制御ループが流れ様式選択器７０と
相互作用する。この選択器は、HP及びLP側路装
置を随意選択によつて動作状態から外し、HP側
路弁３０及びLP側路弁４６を閉じた状態に保つ
て、タービン１２を普通の様に運転することが出
来る様にする。この装置の速度及び負荷制御ルー
プは米国特許第3097488号に記載されているもの
と略同じである。
流量制御装置６８は、HPタービン１４に送込
む蒸気を更に多くするか或いは更に少なくする様
に、制御弁２８を位置ぎめする信号を発生する。
これは制御弁２８の流量特性を直線化する手段を
含んでいてもよい。タービン１２の動作段階に応
じて、即ち、タービンを始動しているか、低負荷
であるか或いは全負荷であるか等に応じて、流量
制御装置６８が逆流弁５２及び逃し弁５４を開閉
する信号をも発生する。弁５２，５４を作動する
時の判断基準は、この発明にとつて重要ではない
が、蒸気逆流弁装置を持つタービン或いは持たな
いタービンに関連して、この発明の有用性を例示
する為に、これらの弁を例示しその作用を説明し
ている。
速度及び負荷制御ループが、他の制御ループ、
即ちHP及びLP側路制御ループ及び遮断弁制御ル
ープで使われる信号EL及びE^Lの源である。信号
EL及びE^Lをこゝではタービン需要信号及び進入
制御弁位置ぎめ信号と夫々呼ぶ。タービン需要信
号ELは、HP部分１４に順方向に蒸気が流れてタ
ービン１２が負荷を受けているか、或いは制御弁
２８を閉じてHP部分１４に逆方向に蒸気を流
し、IP部分１６及びLP部分１８を通過させる蒸
気のみによつてタービン１２が駆動されているか
に関係なく、負荷条件及び速度誤差によるタービ
ンの蒸気需要を表わす。他方、進入制御弁位置ぎ
め信号E^Lは制御弁２８を開き又は閉じる程度を
表わす。従つて、EL及びE^Lが、タービン１２が
順方向に蒸気が流れる状態にある時には、即ち、
制御弁２８が或る程度開かれ、逆流弁５２及び通
気弁５４が閉じている時には、同一の情報を伝え
ることが判る。然し、制御弁２８が閉じ且つ弁５
２，５４が開く逆流状態では、EL及びE^Lは同一
ではなく、実際、E^Lは０に等しく、弁２８を閉
じる。信号EL及びE^LがHP及びLP側路制御ルー
プ及び遮断弁制御ループで利用されるが、これら
のループについては以下更に詳しく説明する。
HP側路弁３０及びLP側路弁４６の制御は、ボ
イラー１０からの全蒸気流量を表わす組合せ流量
基準（CFR）信号によつて決定される。CFR信
号は(1)ボイラー圧力（PBで表わす）とE^Lとの積、
及び(2)ボイラー圧力PBとHP側路弁の開度を表わ
す信号との積を加算することによつて形成され
る。掛算器７２が第１の積を作り、掛算器７４が
第２の積を作り、CFR加算点７６の出力がこれ
らの積の和を発生する。
CFR信号が、HP関数発生器７８、HP速度制
限器８０、HP加算点８２、HP調整増幅器８４、
比例−積分−微分（PID）制御器８６、HP非直
線性補正器８８、HP閉鎖バイアス加算点９０及
びHP弁位置ぎめ装置９２を含むHP側路制御ル
ープに印加される。関数発生器７８が基準信号又
は設定点PREF HPを発生する。この値はCFR信号
の関数であり、HP加算点８２でボイラー圧力を
これと比較して、（後で説明する速度制御器８０
の影響がないと仮定する）、HP誤差信号出力を
発生する。ボイラー圧力信号PBがボイラー圧力
変換器９４によつて発生される。圧力の基準値と
実際のボイラー圧力との間の差を表わす加算点８
２からの誤差信号はPID制御器８６の作用によ
り、HP側路弁３０に対するその絞り作用を通じ
て最小にされる。PID制御器８６の出力はHP側
路弁３０の開度を表わし、従つて、前に説明した
様に、CFR信号を形成する為に掛算器７４に対
する一方の入力として取出される。PID制御器８
６の出力はHP側路弁位置信号とも呼ぶ。
PREF HP関数発生器７８によつて発生される関
数の１例が第２図に示されている。この図で、
PREF HPはCFR信号の関数である。図示例では、
PREF HPは、CFRの値が小さい時、選択された最
低ボイラー圧力PB MINに等しい定数であり、
CFRの値が大きくなると、定格ボイラー圧力よ
り僅かに大きく選ばれた第２の一定の値PB MAX
まで上向きに傾斜する。関数発生器７８が、
PB MIN及びPB MAXを選択する為に設けられた調
節部２００，２０１（第２図に示す）を含む。関
数PREF HPの傾斜部分の勾配は、ボイラーの特性
に応じて予め選ばれる。上に述べた様に作用する
関数発生器並びに後でLP側路制御ループに関連
して説明する関数発生器は周知であり、米国特許
第3097488号に記載される形式であつてよい。
速度制限器８０は、CFRの突然の変化によつ
て、PREF HPが過大な速度で増減することを防止
する。例えば、CFRの突然の低下は、突然に負
荷が消失した時に一時的に起ることがある。この
場合、速度制限器８０は大きな誤差信号が発生す
るのを防止する。大きな誤差信号が発生すると、
側路弁３０を閉状態から開状態へ急速に大幅の変
化を招き、蒸気圧力が急速に解放される為にボイ
ラー１０に衝撃を招くことがある。PID制御器８
６及びHP調整増幅器８４がHP加算点８２から
の誤差信号を受取り、誤差、その時間積分及び変
化率に比例する信号を発生して、それに応じて
HP側路弁３０を位置ぎめする。非直線性補正器
８８は、側路弁３０に対する動作制御信号とそれ
を通る蒸気流量との間に直線関係を作る様な周知
の形式のものであつてよい。加算点９０が蒸気流
れ様式選択器７０からの弁閉鎖バイアス信号を受
取り、この為、操作員の指示により、又は側路弁
を引外した状態の場合、弁３０及び高圧側路装置
を蒸気の流れに対して閉じることが出来る。側路
動作様式では、弁を閉じるバイアスが加算点９０
に印加されず、非直線性補正器８８からの信号が
HP側路弁３０の位置を決定する。弁位置ぎめ装
置９２は、米国特許第3403892号に記載されてい
る様な形式の電気流体力学式弁位置ぎめ装置であ
つてよい。
ボイラー１０からの全蒸気流量を表わすCFR
信号が、PREF LP関数発生器９６、LP速度制限器
９８、LP加算点１００、LP調整増幅器１０２、
PID制御器１０４、低値ゲート１０６、LP非直
線性補正器１０８、閉鎖バイアス加算点１１０及
びLP弁位置ぎめ装置１１２を含むLP側路制御ル
ープにも印加される。LP側路制御ループでは、
LP関数発生器９６が、例えば第３図に示す様な
CFR信号の値に基づいて、基準圧力信号又は設
定点PREF LPを発生する。関数PREF LPは、CFR
の値が小さい時は、許容最低再熱圧力PREH MIN
を表わす定数であり、その後、CFRの値が増加
するのにつれて、上向きの傾斜を持つ。PREF LP
関数発生器９６はPREH MINの所望の値を選択す
る調節部２０３（第３図に示す）を持つており、
この値は再熱器ボイラー３６及びHP部分１４の
動作パラメータによつて決定される。PREF LPの
時間的な変化率が速度制限器９８によつて制限さ
れ、CFRの急激な変化があつた時、PREF LPの値
は予め選ばれた速度より速く変化することが出来
ない。この為、LP速度制限器９８は、LP側路弁
４６の過度に急速な動作を防止し、再熱器３６に
於ける圧力過渡状態を減衰させる。
LP側路制御ループで、PREF LPの値が、圧力変
換器１１４で測定された再熱器の実際の圧力PRH
と比較される。加算点１００がその比較結果を発
生し、LP誤差信号を発生する。その大きさ並び
に極性は再熱器の圧力PREF LPの所望の値と再熱
器の現実の圧力PRHとの間の差に関係する。誤差
信号がLP調整増幅器１０２及びPID制御器１０
４に印加される。これらはHP側路制御ループの
調整増幅器８４及びPID制御器８６と同じく、帰
還制御ループで是正措置をとる制御装置の周知の
要素である。第１図のLP側路ループで、PID制
御器１０４の出力が低値ゲート１０６（後で更に
詳しく説明する）、非直線性補正器１０８、加算
点１１０及び弁位置ぎめ装置１１２を通じて、
LP側路弁４６に是正措置を及ぼす。非直線性補
正器１０８は、LP側路弁４６に対する作動信号
とこの弁の蒸気の流れとの間に固有の非直線的な
関係があれば、それを補償する。弁位置ぎめ装置
１１２はHP側路制御ループに使われる場合に上
に述べた様な電気流体力学式位置ぎめ装置である
ことが好ましい。加算点１１０を通じて、或る動
作状態でLP側路弁を強制的に閉じる弁閉鎖バイ
アスが加えられる。
タービンの実際の負荷需要（ALD）を表わす
信号が、タービン需要EL及びボイラー圧力PBと
の積として、ALD掛算器１１６で形成される。
ALD信号は、増幅器１１８及び遮断弁位置ぎめ
装置１２０を含む遮断弁制御ループに対する制御
信号である。この遮断弁制御ループが、負荷が低
下した時、遮断弁を絞つて、許容し得る最低再熱
器圧力PREH MINを保つと共に、HP部分１４に蒸
気が逆流する動作状態では、タービン１２を駆動
する為にIP部分１６及びLP部分１８に送込まれ
る蒸気を増やしたり減らしたりすることにより、
負荷及び速度制御を行う。ALD信号が増幅器１
１８（この利得は自動的に且つ連続的にPRHに反
比例する様に設定される）を介して遮断弁位置ぎ
め装置１２０に印加され、この位置ぎめ装置が、
遮断弁３８を作動する為の比例動力信号を供給す
る。増幅器１１８の利得を再熱器の圧力に反比例
する様に保つことにより、ALD信号の大きさの
適当な範囲にわたつて遮断弁３８が絞り作用をす
る様に、即ちALD信号の大きさの大きい時は全
開になる様に保証され、タービンが負荷を落すに
つれて一層応答がよくなる様に保証される。
制御弁２８及び遮断弁３８の統制された動作が
第４図及び第５図のグラフに示されている。これ
らの図は、異なるボイラー圧力を用いて得られた
結果を示す。蒸気逆流方式が始動又は低負荷状態
で使われている時、制御弁がE^Lによつて閉じた
状態に保たれる事実を反映する様に、制御弁２８
を通る流量が第４図及び第５図に示されている。
即ち、ELの値が小さい時、制御弁の流量及び位
置はゼロであることが示されている。然し、HP
タービン１４を通る順方向の流れが許される様に
なると、制御されたレベルまで急速に上昇する。
例えば、第４図で、ELが正規化単位で約0.2に等
しい時に順方向の流れが起り、第５図では、EL
が正規化単位で約0.4に等しい時に順方向の流れ
が起る。第４図及び第５図のグラフは正規化単位
で表わしてあり、特定の変数のとり得る幅の０乃
至100％を全体的に表わす０乃至1.0の範囲をカバ
ーしている。例えば、ボイラー圧力PBが0.5単位
であることは、定格圧力の50％のボイラー圧力と
考えてよい。この為、第４図及び第５図に示す遮
断弁の開度のグラフを参照する時、1.0という正
規化された値は、弁が全開であることを示し、
0.5の値は弁が半分開いていることを表わす。こ
うすることにより、制御装置の説明は、装置の任
意の所定の構成部品の制約パラメータ、例えばボ
イラーの容量又は圧力に無関係にすることが出来
る。これらのグラフは、ALD信号及び再熱圧力
に従つて最低再熱器圧力を保つのに必要なELの
範囲にわたつて、遮断弁が絞り作用を持つことを
示している。
第１図で、特にLP側路制御ループについて説
明すると、低値ゲート１０６が設けられており、
その２つの入力信号の内、大きさの一番小さいも
のが自動的に出力として選択される。この為、
LP側路弁４６を制御する信号は、低値ゲート１
０６に対する値が一番小さい入力信号に制限され
る。低値ゲート１０６の作用は、LP側路弁４６
に対する流量需要を制限することである。これに
よつて、復水器４４に対する蒸気流量が制限され
る。これは、遮断弁３８及びLP側路弁４６を通
る合計流量が制限されるからである。
LP側路弁４６に対する流量需要は次の内の最
低のものに制限される。
(イ) 通常の圧力制御、即ち、PID制御器１０４か
らの信号又は (ロ) 予め選ばれた基準値Ｌから、タービンの実際
の負荷需要ALDと、LP側路装置を通る同量の
蒸気流量に較べた、タービンを通る蒸気流量の
復水器及び過熱戻し器に対する相対的な熱負荷
衝撃を表わす様な値を持つ定数Ｋとの比に比例
する量を差し引いた値。
前記(イ)項の通常の圧力制御信号は前に説明し
た。(ロ)項はLP側路装置とタービンの低圧部分と
に許容し得る最大蒸気流量を表わし、蒸気流量を
制限して、復水器及びHP部分１４の後段に対す
る大きな温度衝撃を最小限にするのに役立つ。こ
の第２の流量限界を発生する為、側路流量制限器
１２２が適当な倍率の予め選ばれた基準値Ｌを発
生し、それからALDとＫとの比を側路流量加算
点１２４で差し引く。ALDとＫとの比はＫに反
比例する利得を持つ増幅器１３０によつて発生さ
れる。Ｋの値は、一定量の蒸気がタービンのLP
部分１６及び１８を通過した場合に較べて、同量
の蒸気が側路装置を通過した時の復水器４４及び
過熱戻し器５０に対する相対的な熱負荷衝撃を表
わす様に選ぶのが好ましい。例えばＫは1.0乃至
3.0程度にすることが出来る。Ｌの値は、許容し
得る最大復水器流量によつて正規化した単位で、
0.4乃至1.5の範囲内であることが好ましい。
例えば始動又はタービンの引外しの様な動作段
階の変化がタービンにあつた時のタービンの動作
を説明すれば、この発明が更によく理解されよ
う。然し、以下では、タービン−発電機装置並び
にそれに関連した設備と制御装置が非常に複雑な
且つ込み入つたシステムを形成していて、或る動
作を説明する時、普通はそれに関連した項目を説
明したり或いは図示してないことを承知された
い。この簡略化は、この発明の原理並びに動作を
理解するのを助けるものと考えられる。
タービンを始動する直前に、ボイラー１０は或
るレベルの蒸気流量及び圧力で運転され、全ての
蒸気がタービン１２を迂回して側路装置を介して
復水器４４に側路されている。この点で、操作員
が許容し得る最低主蒸気圧力及び許容し得る最低
再熱器蒸気圧力を選択する。タービンが適当に予
熱されていて、運転が出来る状態にあると仮定す
ると、この時、速度基準装置５８及び負荷基準装
置６６を設定して、適当なタービン需要信号を発
生することにより、タービン１２を始動させる。
タービンは始動段階にあるから、タービン部分１
４に於ける風損過熱を防止する為、流量制御装置
６８が、遮断弁３８を介してIP部分１６及びLP
部分１８に通過する蒸気によつてタービンが駆動
される時、進入制御弁２８を閉じた状態に保つ。
流量制御装置６８は、予め選ばれた或る状態（こ
の発明にとつて重要ではない）では、逃し弁５４
及び逆流弁５２をも開き、HP部分１４に蒸気を
逆方向に流れさせ、特願昭55−178119号に記載さ
れている様に、風損を避ける。
一旦タービン１２が発電機２０に接続された電
力回路と同期したら、HP部分１４の蒸気の逆流
を終了し、この部分を順方向に蒸気が流れる様に
することが出来る。蒸気の流れ方式の変更は、流
量制御装置６８によつて行われる。この装置が、
数秒以内に、逆流弁５２及び逃し弁５４を閉じ、
進人制御弁２８を開く。HP部分１４に順方向の
蒸気の流れが設定される前に、タービン需要信号
ELが遮断弁制御ループに供給され、遮断弁がタ
ービンの速度及び負荷条件に応答する様にする。
やはりこの時、E^Lをゼロに保ち、進入制御弁２
８が閉じた状態に保たれる様に保証する。然し、
HP部分１４に順方向に蒸気が流れると、EL及び
E^Lは同一である。
タービン１２が逆流方式である時には、信号
E^Lは０であるが、LP及びHP側路制御ループは動
作状態にとゞまり、夫々LP側路弁４６及びHP側
路弁３０を位置ぎめする。逆流方式の間、勿論、
掛算器７２の出力は０である。これはその一方の
入力の値が０だからである。然し、HP加算点８
２及びLP加算点１００で発生した誤差信号が、
側路弁３０，４６を蒸気の流れの方向に関係な
く、平衡状態に達する様にする。この為、タービ
ン１２が、特にタービンの始動並びに低負荷状態
で作用する様に使われる蒸気逆流方式にあつて
も、HP側路制御ループが側路弁３０を作動し
て、PREF HP関数発生器７８によつて発生された
圧力設定点に従つてボイラー圧力を保ち、LP側
路制御ループがLP側路弁４６を位置ぎめして、
PREF LP関数発生器９６によつて発生された圧力
設定点に従つて再熱器圧力を制御する。
タービン１２が順方向の流れ方式に切換わる
と、負荷基準装置６６を適当に設定することによ
つて、負荷を増加することが出来る。負荷設定値
を増加すると、EL及びE^Lが増加し、進入制御弁
２８が更に開いて、付加的な蒸気をタービン１２
に送込み、増大した負荷に対処する。この時ター
ビン１２に振向けられる蒸気が一層多くなるか
ら、ボイラー１０からの蒸気の流量が一定である
と、側路弁３０，４６は比例的に閉めなければな
らない。タービン１２の負荷が更に高くなると、
側路弁３０，４６は完全に閉鎖されることがあ
る。これは、ボイラー１０からの全ての蒸気がそ
の負荷を支援する為にタービン１２に送られ、側
路される蒸気がなくなるからである。
発電機２０が電力線路から引外された場合に考
えられる様な電気負荷の突然の消失があつた場
合、進入制御弁２８及び遮断弁３８は非常に急速
に閉鎖され、タービンの超過速度による損傷を防
止する。ボイラー１０をタービンの運転のこの様
な突然の変化並びにその他の過渡的な影響を受け
ない様にすることが望ましい。進入制御弁２８が
急速に閉じられると、E^Lが０になり、それ以上
の制御作用がなければ、ボイラー圧力PBは増加
する傾向を持つ。然し、高圧側路制御ループは、
加算点８２を通じてPBの実質的な増加を認識し、
HP側路弁３０を開いてHP側路装置を通る蒸気
流量を増加することにより、PREF HPに従つて圧
力を制御する。CFR信号は、E^Lが急速に０に下
がつた結果として急激に変化することがあるが、
速度制限器８０が加算点８２に印加される
PREF HPの値の急速な変化を防止する。この為、
過渡状態に続く短い期間内に、HP側路弁３０が
急速に開かれて、圧力PBを過渡状態が起る前の
値に実質的に保つ。側路弁３０が開くと、弁の開
度を表わす弁需要信号（PID制御器８６の出力か
ら取出す）が掛算器７４を通じて作用し、CFR
信号を再び安定化し、これがPREF HPの安定した
値を発生する。その全体的な結果として、ボイラ
ーからPB及び蒸気流量は、タービンの運転に急
激な変化があるにもかゝわらず、略一定に保たれ
る。
LP側路制御ループは、CFR信号から取出した
基準信号PREF LPに従つて再熱器圧力PRHを制御
するものであるが、CFR信号が安定なまゝであ
るから、同様に安定である。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の好ましい実施例のタービン
制御装置のブロツク図、第２図は組合せ流量基準
信号の関数として発生される高圧基準信号
PREF HPの１例を示すグラフ、第３図は組合せ流
量基準信号の関数として発生される低圧基準信号
PREF LPの１例を示すグラフ、第４図はボイラー
圧力が一定の時、タービン需要信号の関数とし
て、負荷変化に対する進入制御弁蒸気流量、進入
制御弁位置信号、遮断弁蒸気流量及び遮断弁位置
信号の関係を示すグラフ、第５図は第４図と同様
なグラフであつて、低負荷の時、最低再熱器圧力
を保つ為の、遮断弁と進入制御弁の間の統制され
た制御作用を示す。 主な符号の説明、１０：ボイラー、１２：ター
ビン、１４：高圧部分、１６，１８：低圧部分、
２８：進入制御弁、３０：高圧側路弁、３６：再
熱器、３８：遮断弁、４６：低圧側路弁、５８：
速度基準装置、６６：負荷基準装置、６８：流量
制御装置、７２，７４：掛算器、７６：加算点、
７８，９６：高圧及び低圧関数発生器、９２，１
１２：弁位置ぎめ装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ タービン１２の高圧（HP）部分１４と、 少なくとも１つの低圧（LP）部分１６，１８
    と、 前記高圧部分と前記低圧部分の間に接続された
    再熱器３６と、 前記高圧部分に対する蒸気の供給を制御する進
    入制御弁２８と、 前記低圧部分に対する蒸気の供給を制御する遮
    断弁３８と、 前記高圧部分への蒸気を側路する、HP側路弁
    ３０を含むHP側路装置３０，３２と、 前記低圧部分への蒸気を側路する、少なくとも
    １つのLP側路弁４６を持つているLP側路装置４
    ６，４８，５０とを含む、ボイラーから蒸気の供
    給を受ける蒸気タービンの制御装置において、 該制御装置は、予め設定されたタービン速度及
    び負荷を保つ様に前記進入制御弁を操作する速度
    及び負荷制御ループ５６，５８，６０，６２，６
    ４，６６，６８と、 前記HP側路弁を操作するHP側路制御ループ
    ７８，８０，８２，８４，８６，８８，９０，９
    ２と、 前記LP側路弁を操作するLP側路制御ループ９
    ６，９８，１００，１０２，１０４，１０６，１
    ０８，１１０，１１２とを有し、 前記ボイラーからの単位時間当りの全蒸気流量
    を表わす組合せ流量基準（CFR）信号を発生す
    る手段７２，７４，７６を設け、 該CFR信号からの第１の基準信号PREF HPを前
    記HP側路制御ループに印加して前記HP側路弁
    を調整し、 該CFR信号からの第２の基準信号PREF LPを前
    記LP側路制御ループに印加して前記LP側路弁を
    調整している装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載した装置に於て、該
    装置が、 前記予め設定された速度及び負荷を維持する
    為、前記タービン１２に対する蒸気需要を表わす
    実際の負荷需要（ALD）信号を発生する手段１
    １６と、 該ALD信号に応答して前記遮断弁を操作する
    遮断弁制御ループ１１８，１２０と、 前記HP側路弁の開度を表わす信号を発生する
    手段８６と、 前記進入制御弁の開度を表わす進入制御弁位置
    ぎめ信号E^Lを発生する手段６８とを有し、 前記CFR信号は、ボイラー圧力PB及び前記進
    入制御弁位置ぎめ信号E^Lの積、並びにボイラー
    圧力PB及び前記HP側路弁の開度を表わす信号の
    積の和によつて形成される装置。 ３ 特許請求の範囲２に記載した装置に於て、 前記速度及び負荷制御ループが負荷条件及び速
    度誤差によるタービンの蒸気需要を表わすタービ
    ン需要信号ELを発生する手段を含み、 前記ALD信号はボイラー圧力PB及びタービン
    需要信号ELの積によつて形成される装置。 ４ 特許請求の範囲３に記載した装置に於て、 前記進入制御弁位置ぎめ信号E^Lを発生する手
    段６８が、始動時並びに負荷低下時にタービン逆
    流弁５２とタービン逃し弁５４を開き、前記進入
    制御弁２８を閉じて前記HP部分に蒸気の逆流を
    行わせ、前記タービンは前記LP部分に対する蒸
    気の流れのみによつて駆動される装置。 ５ 特許請求の範囲３又は４に記載した装置に於
    て、前記LP側路制御ループに関連して、前記LP
    側路装置に対する流量需要を制限する様に前記
    LP側路弁を自動的に制御する流量制限手段１０
    ６，１２２を有する装置。 ６ 特許請求の範囲５に記載した装置に於て、前
    記流量制限手段が、前記LP側路弁を制御する複
    数個の入力信号の内の最低の入力信号を選択する
    様に作用する低値ゲート１０６で構成され、前記
    複数個の入力信号は、前記第２の基準信号
    PREF LPに応じた信号、及び予め選ばれた基準値
    Ｌから前記ALD信号と予め選ばれた定数Ｋとの
    比に比例する量を減じた値を持つ信号を含んでい
    る装置。 ７ 特許請求の範囲６に記載した装置に於て、前
    記予め選ばれた定数Ｋが、前記LP側路装置を通
    る同量の蒸気流量に較べた、前記LP部分を通る
    蒸気流量の相対的な熱負荷衝撃を表わす装置。 ８ 特許請求の範囲５乃至７のいずれか一項に記
    載した装置に於て、前記遮断弁制御ループが、前
    記ALD信号と前記再熱器の実際の圧力の値PRHの
    逆数との積に比例する比例動力信号を発生して前
    記遮断弁の位置を制御する手段を含む装置。 ９ タービン１２の高圧（HP）部分１４と、 少なくとも１つの低圧（LP）部分１６，１８
    と、 前記高圧部分と前記低圧部分の間に接続された
    再熱器３６と、 前記高圧部分に対する蒸気の供給を制御する進
    入制御弁２８と、 前記低圧部分に対する蒸気の供給を制御する遮
    断弁３８と、 前記高圧部分への蒸気を側路する、HP側路弁
    ３０を含むHP側路装置３０，３２と、 前記低圧部分への蒸気を側路する、少なくとも
    １つのLP側路弁４６を持つているLP側路装置４
    ６，４８，５０とを含む、ボイラーから蒸気の供
    給を受ける蒸気タービンの制御装置において、 該制御装置は、予め設定されたタービン速度及
    び負荷を保つ様に前記進入制御弁を操作する速度
    及び負荷制御ループ５６，５８，６０，６２，６
    ４，６６，６８と、 前記HP側路弁を操作するHP側路制御ループ
    ７８，８０，８２，８４，８６，８８，９０，９
    ２と、 前記LP側路弁を操作するLP側路制御ループ９
    ６，９８，１００，１０２，１０４，１０６，１
    ０８，１１０，１１２とを有し、 前記ボイラーからの単位時間当りの全蒸気流量
    を表わす組合せ流量基準（CFR）信号を発生す
    る手段７２，７４，７６を設け、 前記HP側路制御ループが、 前記CFR信号の関数として前記第１の基準信
    号PREF HPを発生するHP関数発生器７８と、 ボイラー圧力信号PBを発生するボイラー圧力
    変換器９４と、 前記第１の基準信号PREF HPを前記ボイラー圧
    力信号PBと比較して、前記第１の基準信号及び
    ボイラー圧力信号の間に平衡状態を保つ様に前記
    HP側路弁の位置決めを制御するHP誤差信号を
    発生する手段８２とを含み、 前記LP側路制御ループが、 前記CFR信号の関数として前記第２の基準信
    号PREF LPを発生するLP関数発生器９６と、 前記再熱器の実際の圧力値信号PRHを発生する
    変換器１１４と、 前記第２の基準信号PREF LPを前記再熱器の実
    際の圧力信号PRHと比較して、前記第２の基準信
    号及び再熱器圧力信号の間に平衡状態を保つ様に
    前記LP側路弁の位置決めを制御するLP誤差信号
    を発生する手段１００とを含んでいる装置。 １０ 特許請求の範囲９に記載した装置に於て、 前記HP関数発生器が、前記CFR信号の低い値
    に対しては第１の一定の値（PBMIN）で前記第１
    の基準信号を発生し、前記CFR信号の一層大き
    な値では、第２の一定の値（PBMAX）までは予め
    選ばれた勾配で前記第１の基準信号を直線的に増
    加する様になつており、前記HP関数発生器は前
    記第１の一定の値を選択する手段２００及び前記
    第２の一定の値を選択する手段２０１を持ち、 前記LP関数発生器はCFR信号の低い値に対し
    ては第３の一定の値（PREH MIN）で前記第２の
    基準信号を発生すると共に、CFR信号の一層大
    きな値では予め選ばれた勾配で前記基準信号を直
    線的に増加する様になつており、前記LP関数発
    生器が前記第３の一定の値を選択する手段２０３
    を持つている装置。 １１ 特許請求の範囲１０に記載した装置に於
    て、前記HP側路制御ループが、前記HP側路弁
    の動作速度が制限される様に、前記第１の基準信
    号の時間的な変化率を制限する手段８０を含んで
    いる装置。 １２ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於
    て、 前記HP側路制御ループが、前記HP誤差信号、
    該HP誤差信号の時間積分の値及び前記HP誤差
    信号の時間微分の値に従つてHP側路弁位置信号
    を発生する手段８６を含み、 前記LP側路制御ループが、前記LP誤差信号、
    該LP誤差信号の時間積分の値及び前記LP誤差信
    号の時間微分の値に応じてLP側路弁位置信号を
    発生する手段１０４を含んでいる装置。
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