JPS6380108A - ボイラ給水ポンプのｎｐｓｈ制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子力発電所、火力発電所等におけるがイラ給
水？ンプのＮＰＳＨ（Ｎｅｔ　Ｐｏ＠１ｔｉｖｅＳｕｃ
ｃｅｓｓｉｏｎ　Ｈｅａｄ　）制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第８図に従来の火力発電所における給水系の１例が示さ
れ、復水器１の復水は復水ポンプ２で給水ヒータ３に移
送され、更に給水ヒータ４に移送される。その際、復水
制御弁５により復水流量は調整される。給水ヒータ３．
４に供給された復水けここで低圧タービン６から押気さ
れ配管７，８を介して供給される押気蒸気により加熱さ
れて昇温する。昇温した復水は脱気器９に移送され、と
こで脱気されてストレージタンク１０内に貯留される。

その脱気器９で復水は高圧タービン１１から抽気され、
逆止弁１３を備えた配管１２を介して供給される抽気蒸
気によって飽和状態まで加熱される。その後、復水スト
レージタンク１０から給水−ング１４によシ？イラ１５
に移送される。

♂イラ１５で得られた蒸気はがパナ弁１６を備えた蒸気
配管２０を介して高圧タービン１１に供給され、高圧タ
ービン１１から排出された蒸気は更に低圧タービン６に
移送されて高圧ターレン１１及び低圧タービン６を回転
駆動しこれによって発電機１７を回転させる。低圧ター
ビン６から排出された蒸気は復水器１に戻される′。１
８はタービンバイパス配管でパイノ４ス弁１９を備えて
いる。

ストレージタンク１０の水位は、コントローラ２２によ
シ復水制御弁５の開度を調整し、一定値に保つよう制御
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記給水系において、その運転中発電機１７の負荷が無
くなるような事態が発生すると、ガバナ弁１６はタービ
ン１１及び６の回転数を一定に保持する為に、はぼ全閉
状態となシ、その結果高圧タービン１１及び低圧タービ
ン６内はほぼ真空状態になる。そして、？イラ１５で発
生した蒸気はタービンバイパス配管１８を介して復水器
１に戻される。このような状態においては高圧タービン
ＩＩ及び低圧タービン６内の蒸気圧力が低いので、給水
ヒータ３，４への抽気は行なわれなくなり。

給水ヒータ３，４における復水の加熱も停止する。

従って脱気器９には低温の復水が供給されることになシ
、また、高圧タービン１１から脱気器９への蒸気供給も
停止するので脱気器９内の圧力は急激に低下する。この
ように脱気器９内の圧力が急激に低下すると給水ポンプ
１４の有効正水頭（以後ＮＰＳＨと称す）の不足といり
た現象が発生する。

一般にＮＰ　ＳＨは次の（１）式によシ現わされる◎Ｎ
Ｐｓａ＝ａ−（Δｐ／Δｔ）ｘη勺×マ・・・・・・・
・・（１）ただし Ｈ：給水ポンプ１４とストレージタンク１０との間の水
頭差 （Δｐ／Ａｔ）　　：脱気器９内の減圧速度（ｋｌＦ／
ｍ”／Ｓ）■＝配管の容積（ｍ３） ｑ：ポンプ吸込流量（ｔｔｓ”／Ｓ） マ：水の比容積（ｍ３／ｋｇ） この式（１）に示すように脱気器９内の減圧速度が大き
くなるとＮＰＳＨが減少し給水ポンプ１４の必要ＮＰＳ
■が確保できなくなシ、？イラＩ５への送水が不可能と
なりてしまう。

負荷が急減したときのプラントの応答の一例を第７図に
示す。出力運転中は、脱気器９には復水以外に配管１２
からのタービン抽気や、各種ドレンが流入しているため
、第７図（＆）のように覆水流量ａｍは給水流量ａ、よ
シも少ない値でバランスしている。この状態で負荷急減
が発生すると抽気やドレンはなくなるので、第７図（ｂ
）のように脱気器９では流出の方が多くなシ、ストレー
ゾタンク水位は第７図（ｃ）のように−時的に低下し、
後小流量は増加する。長時間かげて給水が減少してゆく
ので、やや遅れて復水が減少してゆく。この間に冷水が
脱気器９に大量に流入することになり、脱気器９の圧力
は急速に低下し、有効ＮＰＳＨｄ　１は図６（ｄ）のよ
うにポンプが必要とする要求ＮＰＳＨｄ、以下になシ、
実質的には送水不能となる。

そこで、本発明はＮＰＳＨを増大でき、給水ポンプがＮ
ＰＳＨ不足で送水できなくなることを防止できる？イラ
給水４ンプのＮＰＳＨ制御装置を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため次のように構成したも
のである。

すなわち、復水器１からの復水を給水ヒータ３゜４で加
熱した後脱気器９で脱気してそのストレージタンク１０
に貯留し、このストレージタンク１０に貯留した復水を
給水ポンプ１４を介してボイラ１５に送り、この？イラ
で得られた蒸気をタービンに供給するようにし念給水系
において、上記タービン負荷の急減を検知してＮＰＳＨ
（有効正水頭）制御開始信号を発生する制御モード決定
器５０と、上記ストレージタンク１０の水位信号、上記
ボイラ１５への給水流量信号及び復水流量信号が入力さ
れ、復水制御弁開度指令を出力する復水流量制御器５５
と、上記脱気器９の圧力信号と上記制御モード決定器５
０からのＮＰＳＨ制御開始信号とが入力され、加熱蒸気
導入配管の圧力制御弁の開度指令信号を出力する圧力制
御器１０と、上記がイラ１５への給水流量信号が入力さ
れミニマムフローラインの制御弁の開度指令信号を出力
するミニマムフロー制御器８０とを具備したものである
。

〔作用〕

上記のように構成することにより、復水流量を一定値に
保つことができ、冷水が多量に脱気器９に流入すること
を防止でき、減圧速度がゆるめられる。さらに加熱蒸気
を脱気器９に導入し、減圧速度を積極的に制御しく１）
式の（Δｐ／Δｔ）の項が大きくならないようにし同時
に、ポンプ吸込流量が増加させることにより　、　（１
）式のＱを大きくすることができる。これらの相互作用
により（１）式のＮＰＳＨを大きくし、ボイラ１５への
送水を確保できる。

〔実施例〕

以下、本発明について第１図から第５図に示される一実
施例を参照しながら具体的に説明するが、はじめに、第
１図によシー実施例の全体構成図について説明する。な
お、第１図において第８図に示すものと同一の部分には
同一の符号が付しである。

制御モード決定器５０はタービン負荷の急減を検知して
、ＮＰＳＨ制御開始信号５１を発生する。このＮＰＳＨ
制御開始信号５１は復水流量制御器５５、圧力制御器７
０．ミニマムフロー制御器８０へ送られ、ＮＰＳＨ制御
開始信号５１によシ、各制御器５５゜７０．８０の制御
モードは通常モードからＮＰＳＨ制御モードに切替えら
れる。

復水流量制御器５５はストレージタンク１０の水位計５
６から水位信号５７、？シラ１５への給水流量計８１の
給水流量信号８２．復水流量計５８からの復水流量信号
５９をそれぞれ入力し、復水制御弁開度指令信号６０を
出力する。圧力制御器７０は、脱気器圧力計７１からの
圧力信号２２を入力し、加熱蒸気導入配管２５に設けら
れた圧力制御弁７４の開度指令信号７３を出力する。

ミニマムフロー制御器８０はボイラ給水流量計８１の給
水流量信号８２を入力し、ミニマムフローライン８５に
設けられ次ミニマムフロー制御弁８４に対する開度指令
信号８３を出力する。

第２図は制御モード決定器５０の詳細を示したものであ
る。タービン出力を表すタービン負荷信号１５０（通常
、タービン初段後圧力はタービン出力にほぼ比例するの
で、実際にはこの圧力を負荷信号として用いる）は、入
力値が急減したとき論理信号１のパルスを発生する負荷
急減信号発生器１５１の入力となシ、この負荷急減信号
発生器１５１の出力は入力にパルスが入ると一定時間論
理信号１を出力するオフ（ＯＦＦ　）ディレィタイマ１
５２の入力となる。従って、このオフディレィタイマ１
５２の出力は、負荷急減が発生すると一定時間論理信号
１になるＮＰＳＩ（制御開始信号５１になる。

第３図は復水ｆｆ１ｔｆｃ制御器５５の詳細を示したも
のである。ストレージタンク水位信号５７は、水位制御
器２０７の入力値となり、この水位制御器２０７はスト
レージタンク水位信号５７が水位設定値２０６と等しく
なるよう比例積分制御（ＰＩ量制御を行なうものであシ
、その出力は復水制御弁開度指令信号６０になる。上限
付トラッキング積分器２０３はＴＲＣ端子の流量制御モ
ード信号２３４が論理信号ｌのときＴＲＹ端子に入って
いるストレージタンク水位信号５７と同じ信号を出力し
、流量制御モード信号２３４が論理信号０のとき、水位
復起レート発生器２０１が発信する定数を時間積分する
。積分開始時の初期出力は、そのときの水位信号レベル
であシ、モードが切替ったとき水位設定値２０６にジャ
ンプが生じないよう構成されている。上限付トラッキン
グ積分器２０３には積分に対し、上限が設けられており
、出力が上限値に達したならば、正の入力がありても、
それ以上には出力は増加しないものである。上記上限値
は通常運転時のストレージタンク水位設定値にしである
。

アナログメモリ２２１は復水流量５９と流量制御モード
信号２３４とを入力し、流量制御モード信号２３４が論
理信号Ｏのとき、入力と同じ値を出力し、論理信号１の
とき、直前の入力値を記憶し、流量制御モード信号２３
４が論理信号０になるまで記憶した値を出力するもので
ある。乗算器２２２は流量率設定器２２０とアナログメ
モリ２２１との乗算を行ない、流量制御器２２３へ復水
流量の設定値を送る。流量制御器２２３は乗算器２２２
の出力及び復水流量５９を入力し、復水流量が設定値に
なるよう復水流量を制御する比例積分形（ＰＩ形）制御
器である。流量制御器２２３の出力は水位制御器２０１
のＴＲＹ端子へ送られる。

比較器２３１は復水流量５９と給水流量８２を入力し、
復水流量５９が給水流量よシも多いとき論理信号１を出
力する。論理和素子２３２は比較器２３１の出力とスト
レージタンク水位信号５７が通常水位に達したとき論理
信号ｌを出す水位回復検知器２４０の出力である水位回
復信号２４１との論理和で論理信号１を出力し、論理和
素子２３２の出力はフリップフロップ２３３のＲＥＳＥ
Ｔ端子に送られる。フリップフロップ２３３のＳＥＴ端
子にはＮＰＳＨ制御開始信号５１が入力されておシ。

この論理信号が１になるとフリップフロップ２３３はセ
ットされ、その出力である流量制御モード信号２３４を
論理信号１にする。流量制御モード信号２３４は水位制
御器２０７のＴＲＣ端子及びノッ）　（ＮＯＴ　）素子
２３５を介して流量制御器２３３のＴＲＣ端子に接続さ
れている。さらに水位制御器２０７の出力は流量制御器
２３３のＴＲＶ端子に接続されている。

ここで、水位制御器２０７と流量制御器２３３のＴＲＣ
端子、ＴＲＶ端子の役割を説明する。この制御器はいわ
ゆるトラッキング型制御器とよばれるものであ）、ＴＲ
Ｃ端子信号が論理０のとき、制御器は通常の比例積分制
御動作を行ないＴＲＹに入力される信号は無視される。

これを通常状態とよぶＴＲＣが論理信号１のときは、比
例積分動作は停止し、ＴＲＹ端子に入力される信号と同
一値を出力する。これをトラッキング状態とよぶ。トラ
ッキング制御器はトラッキング状態から通常状態に切替
るとき、コントローラの出力が急変しないように構成さ
れている。

第４図は圧力制御器７０の詳細を示したものである。脱
気器圧カフ２は圧力制御器３０３の入力となシ、この圧
力制御器３０３は圧力が後述する下限はトラッキング積
分器３０２からの設定圧力３１０に等しくなるよう蒸気
流量制御弁開度指令信号７３を出力する。上記下限付ト
ラッキング積分器３０２は、とのＴＲＣ端子に接続され
ているフリップフロップ３０４からの減圧モード信号３
０９が論理信号ＯのときＴＲＶ端子の脱気器圧カフ２と
同じ信号を出力し、フリップフロップ３０４からの減圧
モード信号３０９が論理信号１のとき減圧レート発生器
３″ｏｚが出力する負の値を時間積分する。積分開始時
の初期出力は、そのときの脱気器圧カフ２であり、モー
ドが切替ったとき設定圧力３１０がジャンプしないよう
に構成されている。

下限付トラッキング積分器３０２には下限が設けてあり
、出力が下限に達したならば負の入力があありても、そ
れ以下には出力が減少しないようになっている。この下
限値は脱気器９を健全に運転する最低圧力である。ＮＰ
ＳＨ制御開始信号５１はフリッグフロッｆｓ　０４のＳ
ＥＴ端子に接続されておシ、ＮＰＳＨ制御開始信号５１
が論理信号１に力ると、ＲＥｓＥＴ端子に接続されてい
る減圧制御解除信号３０５が論理信号１になるまで、そ
の出力を論理信号１に保つ。

第５図はミニマムフロー制御器８ｏの詳細を示したもの
である。４０１は比較器で、給水流量８２が設定流量Ｇ
、以下になるとミニマムフロー制御弁８４の全開信号を
出す。設定流量Ｇ、は、給水ポンプ１４の最大流量から
ミニマムフロー量をさしひいた値である。比較器４０２
も比較器４０１と同様であるが設定値Ｇ、はいわゆるミ
ニマムフロー量であシ、一般に設定流量Ｇ、よりもかな
シ小さい値である。フリップフＣｌツブ４０４はＮＰＳ
Ｈ制御開始信号５１が論理信号１になると、ＮＰＳＨ制
御解除信号４０５が論理信号１になるまで、その出力を
１に保つ。切替スイッチ４θ３はフリラグフロップ４０
４の出力が論理信号１のときｂ側に、論理信号Ｏのとき
ａ側に接するものである。

切替スイッチ４０３の出力はミニマム７０−弁開度指令
信号８３となる。

以上に述べた構成において、負荷急減が発生したときの
動作を説明する。負荷急減が発生するとＮＰＳＨ制御開
始信号５１が一定時間論理信号１となシ、各制御器７０
．８０はＮＰＳＨ制御モードに切替る。

水位制御器では、フリップフロップ２３３の出力が論理
信号１となシ、水位制御器２０７がトラッキング状態と
なシ、流量制御器２２３による制御が開始される。流量
設定値はアナログメモリ２２１により記憶された復水流
量に乗算器２２２で一定の流量率が乗ぜられた流量とな
る。この流量率は通常０．６〜０．８であシ初期流量よ
りも下げて、冷水が脱気器９へ大量に流入することを防
止する。その様子を第６図（、）に示す。給水流量ａ２
が減少し、復水流量ａ１以下になると、比較器２３１の
出力が論理信号１となシ、７リツグフロ、プ２３３をリ
セットする。それにともない、今度は水位制御器２０７
が通常制御状態となシ、流量制御器２２３がトラッキン
グ状態となる。切替までは復水流量が給水流量より少な
いため水位は低下している。水位制御器２０７への設定
水位は上限付トラ、キング積分器２０３で支えられ、こ
の上限付トラッキング積分器２０３は先の流量制御モー
ドではストレージタンク水位信号５７と同じ値を出力し
ているが、流量制御モード信号２３４が論理信号Ｏにな
ったことにより積分を開始する。

そのため、第６図（ｄ）の破線に示すようにモード切替
までは水位設定は水位に等しいが、切替後は一定レート
で上昇してゆき、水位制御器２０７は水位信号が設定に
等しくなるよう復水量を調整する。

上限付トラッキング積分器２０３の上限は通常水位とな
っているので、水位設定が通常水位に達した後はそれ以
上増加せず水位は通常水位に制御される。

次に圧力制御器７Ｑの作用について説明する。

通常状態ではフリップフロラｆ３０４はリセット状態で
あシ、減圧モード信号３０９は論理信号Ｏとなっておシ
下限付トラッキング積分器３０２はトラッキング状態で
、脱気器圧カフ２と同一値を出力する。したがって、圧
力制御器３０３の出力は０となっている。負荷急減が発
生すると、フリップフロップ３０４がセットされ、下限
付トラ。

キング積分器３０２は積分を開始し、減圧レート発生器
３０１に設定された減圧レートで設定値が下降してゆく
。この様子を第６図（Ｃ）の破線で示す。

圧力がこの設定値よシも低下すれば圧力制御器３０３の
作用によシ、加熱蒸気を脱気器９に入れ脱気器９の圧力
降下を防止する。加熱蒸気流量の変化の様子を第６図６
）に示す。

次にミニマムフロー制御器８００作用を説明する。給水
流量が減少し、流量が第５図の０１以下になると制御弁
８４が全開となシ、ポンプ吸込流量が増加する。増加の
様子を第６図（＆）の−点鎖線で示す。

以上示したように、減圧速度立は復水流量を絞ｄす ることと脱気器９へ加熱蒸気を送ることによシ減少し、
−ンプ吸込流量Ｑは制御弁８４を開けることによシ増加
するので（１）式に示されるＮＰＳＨは第６図（、）の
ように増大する。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、減圧速度−９は復水ｔ 流量を絞ることと、脱気器へ加熱蒸気を送ることにより
、低く押えこみ、一方ポンプ吸込流量Ｑはミニマムフロ
ー弁を開けることにょシ、増加するので（１）式に示さ
れるＮＦＳ）（は増大し、給水ポンプがＮＰＳＨ不足で
送水できなくなることを防止することができるボイラ給
水ポンプのＮＰＳＨ制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
第１図の制御モード決定器の詳細図、第３図は第１図の
復水流量制御器の詳細図、第４図は第１図の圧力制御器
の詳細図、第５図は第１図のミニマムフロー制御器の詳
細図、 第６図は本発明の負荷急減時におけるプラント応答を説
明するための図、 第７図は従来の負荷急減時におけるプラント応答を説明
するための図、 第８図は従来のプラントの一例を示す構成図である。 １・・・復水器、２・・・復水ポンプ、３，４・・・給
水ヒータ、５・・・復水制御弁、６・・・低圧タービン
、２゜８・・・抽気管、９・・・脱気器、１０・・・脱
気器ストレージタンク、１１・・・高圧タービン、１２
・・・抽気管、１３・・・逆止弁、１４・・・給水ポン
プ、１５・・・ボイラ、１６・・・ガバナ弁、１７・・
・発電機、１８・・・タービンパイノ々ス配管、１９・
・・ターヒーハイハス弁、５０・・・制御モード決定器
、５５・・・復水流量制御器、７０・・・圧力制御器、
８０・・・ミニマムフロー制御器２４・・・圧力制御弁
、７５・・・加熱蒸気導入配管、８４・・・ミニマムフ
ロー制御弁、８５・・・ミニマムフローライン、３０５
．４０５・・・図示し々い他の制御系よ＃）発生される
ＮＰＳＨ制御解除信号。 出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 礪＠　　　　　　ｌ貿荘 負伺’に裁 ↓ 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 復水器（１）からの復水を給水ヒータ（３、４）で加熱
   した後脱気器（９）で脱気してそのストレージタンク（
   １０）に貯留し、このストレージタンク（１０）に貯留
   した復水を給水ポンプ（１４）を介してボイラ（１５）
   に送り、このボイラ（１５）で得られた蒸気をタービン
   に供給するようにした給水系において、 上記タービン負荷の急減を検知してＮＰＳＨ（有効正水
   頭）制御開始信号を発生する制御モード決定器（５０）
   と、 上記ストレージタンク（１０）の水位信号、上記ボイラ
   （１５）への給水流量信号及び復水流量信号が入力され
   復水制御弁開度指令を出力する復水流量制御器（５５）
   と、 上記脱気器（９１）の圧力信号と上記制御モード決定器
   （５０）からのＮＰＳＨ制御開始信号とが入力され、加
   熱蒸気導入配管の圧力制御弁の開度指令信号を出力する
   圧力制御器（７０）と、 上記ボイラ（１５）への給水流量信号が入力されミニマ
   ムフローライン（８５）の制御弁（８４）の開度指令信
   号を出力するミニマムフロー制御器（８０）とを具備し
   てなることを特徴とするボイラ給水ポンプのＮＰＳＨ制
   御装置。