JP5242496B2 - 蒸気加減弁の開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気加減弁の開閉装置に関するものである。

従来より、火力発電や原子力発電では、水を蒸発させて生成した水蒸気を利用して蒸気タービンを回転させている。蒸気タービンの上流には蒸気加減弁が配設され、蒸気タービンを通過する水蒸気の量を調節することによって蒸気タービンの回転数を一定に制御している。

特許文献１には、油圧又は電気を利用して開閉される蒸気加減弁が開示されている。

特開平８−２１９３２２号公報

しかしながら、特許文献１のような蒸気加減弁では、油圧を利用して蒸気加減弁を開閉するためには油圧回路を設ける必要がある。また、電気モータを利用して蒸気加減弁を開閉するためには電気が必要である。このように、蒸気加減弁を開閉するためには蒸気以外に他のエネルギが必要であった。

そこで、本発明では、蒸気以外の他のエネルギを必要とせずに開閉可能な蒸気加減弁の開閉装置を提供することを目的とする。

本発明は、水蒸気によって回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気加減弁と、前記蒸気タービンを通過した水蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、を備える蒸気駆動システムにおける前記蒸気加減弁の開閉を制御する開閉装置であって、前記蒸気タービンの回転によって駆動され、前記復水を吸い込んで吐出可能な水圧ポンプと、前記水圧ポンプから吐出された加圧水によって前記蒸気加減弁を開閉する水圧駆動アクチュエータと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、復水を加圧して吐出する水圧ポンプは、蒸気タービンの回転によって駆動され、水圧ポンプから吐出された加圧水によって蒸気加減弁は開閉される。

したがって、蒸気以外の他のエネルギを必要とせずに開閉可能な蒸気加減弁の開閉装置を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る発電システムの構成図である。 図１における蒸気加減弁の開閉装置の拡大図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係る蒸気加減弁１３，３１の開閉を制御する開閉装置７０，５５を備える発電システム１００について説明する。本実施形態では、発電システム１００は火力発電システムであるが、原子力発電システムにも適用可能である。この発電システム１００が蒸気駆動システムに該当する。

まず、図１を参照しながら発電システム１００全体の構成を説明する。

発電システム１００は、化石燃料を燃焼させたときに発生する熱によって水を蒸発させるボイラ１と、水が蒸発して生成された水蒸気によって回転する蒸気タービン７と、蒸気タービン７の回転を利用して発電を行う発電機６とを備える。

ボイラ１は、燃料貯蔵タンク（図示省略）に貯蔵された石油，ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ：液化天然ガス），石炭などの化石燃料を燃焼させ、燃焼による熱を利用して水を蒸発させる。ボイラ１で生成された水蒸気は、水蒸気を遮断可能な蒸気止弁２が設けられた流路８を通じて、後述する蒸気加減弁１３に送られる。水蒸気は、蒸気加減弁１３で加減調節され、流路９を通じて蒸気タービン７へと供給される。

蒸気タービン７は、ボイラ１で生成された水蒸気を利用して回転する。蒸気タービン７の回転軸には、発電機６の回転軸が連結される。蒸気タービン７の下流には、水蒸気を冷却するための復水器５が設けられる。この蒸気タービン７が発電用蒸気タービンに該当する。

発電機６は、回転軸が回転することによって発電する。発電システム１００の通常運転時には、発電機６の回転軸の回転数は、発電する電気の周波数を一定にするために所定の回転数に保たれる。

復水器５は、高温の水蒸気を冷却して復水にするために設けられる。復水器５に送られた水蒸気は、海水や河川の水などが循環する冷却装置（図示省略）によって冷却されて復水になる。

復水器５で生成された復水は、復水ポンプ４によって加圧された後、給水ポンプ３によって更に加圧され、再びボイラ１へと給水される。

以上のように、液体と気体との間で相変態を繰り返しながら循環する水によって、発電システム１００は発電を行う。

ボイラ１から蒸気タービン７へと供給され発電に供された水蒸気の一部は、流路３０を通じて蒸気加減弁３１へと送られる。蒸気加減弁３１を通過した水蒸気は、補器を駆動するための蒸気タービン３７に供給される。この蒸気タービン３７が補器用蒸気タービンに該当する。

蒸気タービン３７へと供給される水蒸気は、従来は復水器５に送られて復水されていたものである。よって、従来復水器５で冷却されて利用されていなかった熱エネルギを利用するため、エネルギの有効活用が可能である。蒸気タービン７を通過した水蒸気の一部を蒸気タービン７に供給するのではなく、蒸気タービン７よりも上流の流路８又は流路９から分岐させ、蒸気タービン７に供給される前の水蒸気の一部を蒸気タービン３７に供給してもよい。

次に、主に図２を参照しながら蒸気加減弁３１の開閉装置５５について説明する。

蒸気加減弁３１は、圧力室５１に供給される加圧水の水圧によって開閉制御されるバルブである。蒸気加減弁３１では、開口面積が拡縮することによって通過可能な水蒸気の量が調節される。蒸気加減弁３１は、蒸気タービン３７の回転速度を一定に調節するために設けられる。この蒸気加減弁３１が補器用蒸気加減弁に該当する。

蒸気加減弁３１は、水蒸気の流路を開閉可能なバルブ本体３１ａと、ピストン５０ａが内部を軸方向に摺動する水圧シリンダ５０と、水圧シリンダ５０の駆動をバルブ本体３１ａに伝達するためのリンク機構５３とを備える。

水圧シリンダ５０は、内部を摺動するピストン５０ａと、ピストン５０ａに固定され一体となって進退するロッド５２とを備える。この水圧シリンダ５０が、水圧駆動アクチュエータに該当する。

水圧シリンダ５０の内部は、ピストン５０ａによって圧力室５１と背圧室に区画されている。背圧室には圧力室５１の容積を収縮する方向に付勢する付勢部材としてのばねが収装されている。水圧シリンダ５０のピストン５０ａは、圧力室５１の内部圧力とばね力との釣り合いによって軸方向に摺動する。

リンク機構５３は、梃子の原理を利用してバルブ本体３１ａを開閉するために必要な力を小さくしている。

蒸気加減弁３１は、圧力室５１に加圧水が供給されてピストン５０ａが圧力室５１を拡張する方向へ移動すると、リンク機構５３を介して開状態になる。逆に、圧力室５１の加圧水が排出されてピストン５０ａが圧力室５１を収縮する方向へ移動すると、リンク機構５３を介して閉状態になる。発電システム１００の起動時には、圧力室５１に加圧水が供給されていないので、蒸気加減弁３１は閉状態である。

蒸気加減弁３１を通過した水蒸気は、流路３２を通じて蒸気タービン３７へと送られる。蒸気タービン３７を回転させた水蒸気は、流路３４を通じて復水器５へと送られる。蒸気タービン３７には、水を吸い上げて吐出する水圧ポンプ３８の回転軸が連結される。

蒸気タービン３７の回転数は、回転数検知器３３によって検知され、電気信号としてコントローラ５４に伝達される。ここで、蒸気タービン３７の回転数は、水圧ポンプ３８の回転数と等価である。

コントローラ５４は、電磁式切換弁４１，４５，及び水圧サーボ弁４９の制御を行うものであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。ＣＰＵやＲＡＭなどをＲＯＭに格納されたプログラムに従って動作させることによって電磁式切換弁４１，４５，及び水圧サーボ弁４９の制御が実現される。

水圧ポンプ３８は、流路３５を通じて復水器５に接続され、復水器５に溜められた復水を吸い込んで吐出する。水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は、発電システム１００の起動時に使用される起動ライン４２と、蒸気加減弁３１を駆動するための駆動ライン４４と、他の水圧機器へと加圧水を供給するための供給ライン４６と、水圧の過剰な上昇を防止するためのリターンライン４８とに分岐して送出される。

駆動ライン４４は、蒸気加減弁３１を開閉するために設けられる。駆動ライン４４へと流入した加圧水は、加圧水の逆流を防止するためのチェック弁４３と、加圧水の供給量を調節するための水圧サーボ弁４９とを通過して水圧シリンダ５０の圧力室５１へと送られる。

水圧サーボ弁４９は、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が圧力室５１へと供給される量を調節するための電磁式切換弁である。水圧サーボ弁４９は、ストレートポジション４９ａ、クローズドポジション４９ｂ、及びクロスポジション４９ｃとを備え、コントローラ５４からの指令によって切り換えられる。

コントローラ５４からの指令によって水圧サーボ弁４９が切り換えられると、圧力室５１の内部の加圧水の量が増減する。

水圧サーボ弁４９がストレートポジション４９ａに切り換えられると、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が圧力室５１へと供給される。これにより、ピストン５０ａが圧力室５１を拡張する方向に移動し、蒸気加減弁３１の開口面積は徐々に拡大され、やがて全開状態になる。

蒸気加減弁３１の開口面積が拡大されると、蒸気加減弁３１を通過可能な水蒸気の量が増大する。よって、蒸気タービン３７へと供給される水蒸気の量が増大し、蒸気タービン３７の回転数は上昇する。

水圧サーボ弁４９がクローズドポジション４９ｂに切り換えられると、圧力室５１内部の加圧水は出入りしない。つまり、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は圧力室５１へは供給されず、圧力室５１内部の加圧水は排出されない。これにより、ピストン５０ａは移動しないため、蒸気加減弁３１は水圧サーボ弁４９がクローズドポジション４９ｂに切り換えられる直前の位置に保たれる。

蒸気加減弁３１の開口面積は変化しないため、蒸気加減弁３１を通過可能な水蒸気の量は変化しない。よって、蒸気タービン３７へと供給される水蒸気の量は変化せず、蒸気タービン３７の回転数は変化しない。

水圧サーボ弁４９がクロスポジション４９ｃに切り換えられると、圧力室５１内部の加圧水は、流路３６を通じて復水器５へと還流される。このとき、水圧ポンプ３８からの駆動ライン４４と圧力室５１とは水圧サーボ弁４９によって遮断されているため、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は圧力室５１へは供給されない。これにより、ばねで押されるピストン５０ａが圧力室５１を収縮する方向に移動し、蒸気加減弁３１の開口面積は徐々に縮小され、やがて全閉状態になる。

蒸気加減弁３１の開口面積が縮小されると、蒸気加減弁３１を通過可能な水蒸気の量が縮小する。よって、蒸気タービン３７へと供給される水蒸気の量が減少し、蒸気タービン３７の回転数は下降する。

起動ライン４２は、発電システム１００を起動するために設けられる。起動ライン４２へと流入した加圧水は、加圧水の逆流を防止するためのチェック弁３９を通過してアキュムレータ４０へと送られる。

アキュムレータ４０には、水圧ポンプ３８の通常運転時に加圧水が貯留される。アキュムレータ４０に貯留された加圧水は、発電システム１００の起動時に利用される。発電システム１００の起動時には、未だ蒸気タービン３７が回転しておらず、水圧ポンプ３８は作動していないためである。アキュムレータ４０の下流には、電磁式切換弁４１が配設される。

電磁式切換弁４１は、２ポート２ポジションの開閉弁である。電磁式切換弁４１が閉状態のときには、アキュムレータ４０に貯留された水は流出しない。電磁式切換弁４１が開状態になると、アキュムレータ４０に貯留された加圧水が駆動ライン４４へと流出する。そのため、アキュムレータ４０に貯留された加圧水を、水圧シリンダ５０の圧力室５１へと供給することが可能である。

供給ライン４６は、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水を他のアクチュエータなどの機器へと供給するために設けられる。供給ライン４６には、電磁式切換弁４５が配設される。

電磁式切換弁４５は、他の水圧機器へと加圧水を供給するときに開状態にされる。本実施形態では、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量を加減するための蒸気加減弁１３へと加圧水を供給している。

リターンライン４８は、水圧回路内の水圧を一定に保つために設けられる。リターンライン４８には、リターンライン４８の内部圧力が所定の値まで上昇すると開状態になるリリーフ弁４７が配設される。つまり、リリーフ弁４７が設けられることによって、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水の圧力が過剰に上昇することが防止され、水圧回路内の水圧を一定に保つことが可能である。

以下、主に図１を参照しながら蒸気加減弁１３の開閉装置７０について説明する。

蒸気加減弁１３は、圧力室６７に供給される水の水圧によって開閉制御されるバルブである。蒸気加減弁１３では、開口面積が拡縮することによって通過可能な水蒸気の量が調節される。蒸気加減弁１３は、蒸気タービン７の回転速度を一定に調節するために設けられる。この蒸気加減弁１３が発電用蒸気加減弁に該当する。

本実施形態では、補器用の蒸気タービン３７によって駆動される水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が、蒸気加減弁１３を開閉するために供給される。しかし、発電用の蒸気タービン７によって駆動される水圧ポンプを設け、その水圧ポンプから吐出された加圧水によって蒸気加減弁１３を開閉させてもよい。

蒸気加減弁１３は、水蒸気の流路を開閉可能なバルブ本体１３ａと、ピストン６６ａが内部を軸方向に摺動する水圧シリンダ６６と、水圧シリンダ６６の駆動をバルブ本体１３ａに伝達するためのリンク機構１２とを備える。

水圧シリンダ６６は、内部を摺動するピストン６６ａと、ピストン６６ａに固定され一体となって進退するロッド６８とを備える。この水圧シリンダ６６が、水圧駆動アクチュエータに該当する。

水圧シリンダ６６の内部は、ピストン６６ａによって圧力室６７と背圧室に区画されている。背圧室には圧力室６７の容積を収縮する方向に付勢する付勢部材としてのばねが収装されている。水圧シリンダ６６のピストン６６ａは、圧力室６７の内部圧力とばね力との釣り合いによって軸方向に摺動する。

リンク機構１２は、梃子の原理を利用してバルブ本体１３ａを開閉するために必要な力を小さくしている。

蒸気加減弁１３は、圧力室６７に加圧水が供給されてピストン６６ａが圧力室６７を拡張する方向へ移動すると、リンク機構１２を介して開状態になる。逆に、圧力室６７の加圧水が排出されてピストン６６ａが圧力室６７を収縮する方向へ移動すると、リンク機構１２を介して閉状態になる。発電システム１００の起動時には、圧力室６７に加圧水が供給されていないので、蒸気加減弁１３は閉状態である。

蒸気加減弁１３の上流には、ボイラ１によって生成された水蒸気の圧力を検出するための蒸気圧力検出器１０が設けられる。蒸気圧力検出器１０によって検出された水蒸気の圧力は、電気信号としてコントローラ５４へと伝達される。

蒸気圧力検出器１０によって検出された水蒸気の圧力が低下した時には、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量を減少させないために、蒸気加減弁１３の開口面積を増大させる必要がある。逆に、蒸気圧力検出器１０によって検出された水蒸気の圧力が上昇した時には、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量を増大させないために、蒸気加減弁１３の開口面積を減少させる必要がある。

コントローラ５４は、蒸気加減弁３１の開閉装置５５の制御だけではなく、蒸気加減弁１３の開閉装置７０の制御も行う。図１では、開閉装置５５と開閉装置７０とのコントローラが別々に示されているが、実際は一体として設けられる。しかし、コントローラ５４を一体に設けないで、蒸気加減弁１３，３１の開閉装置７０，５５を制御するそれぞれのコントローラを個別に設ける構成であってもよい。

水圧サーボ弁６５は、水圧ポンプ３８から吐出され電磁式切換弁４５を通過して供給された加圧水が圧力室６７へと供給される量を調節するための電磁式切換弁である。水圧サーボ弁６５は、ストレートポジション６５ａ、クローズドポジション６５ｂ、及びクロスポジション６５ｃとを備える。

コントローラ５４からの指令によって水圧サーボ弁６５が切り換えられると、圧力室６７の内部の加圧水の量が増減する。

水圧サーボ弁６５がストレートポジション６５ａに切り換えられると、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が圧力室６７へと供給される。これにより、ピストン６６ａが圧力室６７を拡張する方向に移動して蒸気加減弁１３の開口面積は徐々に拡大され、やがて全開状態になる。

蒸気加減弁１３の開口面積が拡大されると、蒸気加減弁１３を通過可能な水蒸気の量が増大する。よって、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量が増大し、ボイラ１で生成された水蒸気の圧力が低下しても蒸気タービン７の回転数は一定に保たれる。

水圧サーボ弁６５がクローズドポジション６５ｂに切り換えられると、圧力室６７内部の加圧水は出入りしない。つまり、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は圧力室６７へは供給されず、圧力室６７内部の加圧水は排出されない。これにより、ピストン６６ａは移動しないため、蒸気加減弁１３は水圧サーボ弁６５がクローズドポジション６５ｂに切り換えられる直前の位置に保たれる。

蒸気加減弁１３の開口面積は変化しないため、蒸気加減弁１３を通過可能な水蒸気の量は変化しない。よって、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量は変化せず、蒸気タービン７の回転数は変化しない。

水圧サーボ弁６５がクロスポジション６５ｃに切り換えられると、圧力室６７内部の加圧水は、流路６９を通じて復水器５へと流出する。流路６９は、図示しないが復水器５へと接続されている。このとき、水圧ポンプ３８からの供給ライン４６と圧力室６７とは水圧サーボ弁６５によって遮断されているため、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は圧力室６７へは供給されない。これにより、ばねで押されるピストン６６ａが圧力室６７を収縮する方向に移動し、蒸気加減弁１３の開口面積は徐々に縮小され、やがて全閉状態になる。

蒸気加減弁１３の開口面積が縮小されると、蒸気加減弁１３を通過可能な水蒸気の量が減少する。よって、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量が減少し、ボイラ１で生成された水蒸気の圧力が上昇しても蒸気タービン７の回転数は一定に保たれる。

水圧ポンプ３８から吐出され供給ライン４６へと流入した加圧水の一部は、加圧水の逆流を防止するためのチェック弁６０を通過してアキュムレータ６１へと送られる。

アキュムレータ６１は、電磁式切換弁４５から水圧サーボ弁６５への流路と並列に設けられる起動ライン６３に配設される。アキュムレータ６１には、水圧ポンプ３８の通常運転時に加圧水が貯留される。アキュムレータ６１に貯留された加圧水は、発電システム１００の起動時に利用される。発電システム１００の起動時には、未だ蒸気タービン３７が回転しておらず、水圧ポンプ３８は作動していないためである。アキュムレータ６１の下流には、電磁式切換弁６２が配設される。

電磁式切換弁６２は、２ポート２ポジションの開閉弁である。電磁式切換弁６２が閉状態のときには、アキュムレータ６１に貯留された水は流出しない。電磁式切換弁６２が開状態になると、アキュムレータ６１に貯留された加圧水は、圧力室６７に接続された流路へと流出する。そのため、アキュムレータ６１に貯留された加圧水を、水圧シリンダ６６の圧力室６７へと供給することが可能である。

電磁式切換弁６２の下流の供給ライン４６から分岐して形成された流路には、電磁式切換弁７１が設けられる。

電磁式切換弁７１は、更に他の水圧機器へと加圧水を供給するときに用いられる。電磁式切換弁７１の下流に、発電システム１００を備える発電所における他の水圧機器を接続すれば、水圧ポンプ３８から吐出される加圧水によって駆動することができる。水圧ポンプ３８は、従来復水器５で冷却されて利用されていなかった熱エネルギを利用するものであるため、エネルギの有効活用が可能である。

以下、発電システム１００の作用について説明する。

まず、発電システム１００の起動時について説明する。

発電システム１００を起動するために、ボイラ１を起動して水蒸気を発生させる。このとき、蒸気タービン３７は回転していないため、水圧ポンプ３８は未だ作動していない。そこで、以下の手順でアキュムレータ４０，６１に貯留された加圧水を使用して蒸気加減弁１３，３１を開状態にする。

まず、アキュムレータ６１に貯留された加圧水を使用するために電磁式切換弁６２を開状態にする。このとき、他の電磁式切換弁４１，４５，及び７１は閉状態である。

アキュムレータ６１に貯留された加圧水は、水圧サーボ弁６５によって量を調節されながら水圧シリンダ６６の圧力室６７へと供給される。このとき、チェック弁６０，６４によって加圧水の逆流が防止されるため、アキュムレータ６１に貯留された加圧水は圧力室６７へのみ供給される。

圧力室６７へと加圧水が供給されると、ピストン６６ａが圧力室６７を拡張する方向へ移動することによって蒸気加減弁１３が開状態になる。これにより、ボイラ１で発生した水蒸気の流路が開けて、水蒸気は蒸気タービン７へと供給される。

蒸気タービン７へと水蒸気が供給されると、蒸気タービン７は回転を開始する。これにより、発電機６の回転軸が回転させられて発電を開始する。

充分な量の水蒸気が蒸気タービン７に供給されたら、次に、電磁式切換弁４１を開状態にする。このとき、電磁式切換弁４５，７１は閉状態のままである。

電磁式切換弁４１が開状態にされると、アキュムレータ４０に貯留されていた加圧水が起動ライン４２から駆動ライン４４に供給され、水圧サーボ弁４９によって量を調節されながら水圧シリンダ５０の圧力室５１へと供給される。このとき、チェック弁３９，４３によって加圧水の逆流が防止されるため、アキュムレータ４０に貯留された加圧水は圧力室５１へのみ供給される。

圧力室５１へと加圧水が供給されると、ピストン５０ａが圧力室５１を拡張する方向へ移動することによって蒸気加減弁３１は開状態になる。これにより、蒸気タービン７から流路３０を通じて流れる水蒸気の流路が開けて、水蒸気は蒸気タービン３７へと供給される。

蒸気タービン３７へと水蒸気が供給されると、蒸気タービン３７は回転を開始する。これにより、水圧ポンプ３８が起動して加圧水を吐出し始める。

水圧ポンプ３８が通常運転状態になったら、次に、電磁式切換弁４１及び６２を閉状態にする。これにより、アキュムレータ４０，６１からの起動ライン４２，６３は閉じられ、アキュムレータ４０，６１には水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が再び貯留される。

以上で発電システム１００の起動は完了し、蒸気加減弁１３を制御して発電出力をコントロールしながら通常運転を行うことが可能である。

以上より、発電システム１００の起動時には水圧ポンプ３８が未だ作動していないが、アキュムレータ４０，６１に貯留された加圧水を使用することによって、発電システム１００の起動が可能である。

次に、発電システム１００の通常運転時について説明する。

ボイラ１で生成された水蒸気が蒸気タービン７へと供給され、蒸気タービン７は回転する。蒸気タービン７の回転によって発電機６の回転軸が回転させられ、発電機は発電を行う。蒸気圧力検出器１０で検出した蒸気タービン７への水蒸気の供給圧力が一定に保たれているときは、コントローラ５４の指令によって水圧サーボ弁６５はクローズドポジション６５ｂに保たれる。

ここで、蒸気タービン７に供給される水蒸気の圧力が低下すると、蒸気タービン７の回転数の低下を防止するために、コントローラ５４からの指令によって水圧サーボ弁６５がストレートポジション６５ａに切り換えられる。

水圧サーボ弁６５がストレートポジション６５ａに切り換えられると、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が、水圧シリンダ６６の圧力室６７へと供給される。ピストン６６ａは圧力室６７を拡張する方向へ移動し、ロッド６８の進出がリンク機構１２を介してバルブ本体１３ａを開方向へと移動させる。よって、蒸気加減弁１３の開口面積は増大する。

蒸気加減弁１３の開口面積が増大すると、蒸気加減弁１３を通過可能な水蒸気の量は増大し、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量は増大する。したがって、ボイラ１で生成された水蒸気の圧力が低下しても蒸気タービン７の回転数は一定に保たれる。

逆に、蒸気タービン７に供給される水蒸気の圧力が上昇すると、蒸気タービン７の回転数の上昇を防止するために、コントローラ５４からの指令によって水圧サーボ弁６５がクロスポジション６５ｃに切り換えられる。

水圧サーボ弁６５がクロスポジション６５ｃに切り換えられると、圧力室６７の内部の加圧水は復水器５へと排出され、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は、水圧シリンダ６６の圧力室６７へと供給されない。ピストン６６ａは圧力室６７を収縮する方向へ移動し、ロッド６８の後退がリンク機構１２を介してバルブ本体１３ａを閉方向へと移動させる。よって、蒸気加減弁１３の開口面積は減少する。

蒸気加減弁１３の開口面積が減少すると、蒸気加減弁１３を通過可能な水蒸気の量は減少し、蒸気タービン７へと供給される水蒸気の量は減少する。したがって、ボイラ１で生成された水蒸気の圧力が上昇しても蒸気タービン７の回転数は一定に保たれる。

以上のように、蒸気圧力検出器１０で検出したボイラ１から供給される水蒸気の圧力に応じて、コントローラ５４は水圧サーボ弁６５を制御する。これにより、蒸気加減弁１３の開口面積を調節して蒸気タービン７を所定の回転数に保ちながら発電システム１００は運転を続ける。

また、発電システム１００の運転時には、蒸気タービン７へと供給された水蒸気の一部は流路３０を通じて蒸気タービン３７へと供給され、蒸気タービン３７を回転させる。蒸気タービン３７の回転によって水圧ポンプ３８が駆動され、水圧ポンプ３８は復水器５に溜められた復水を吸い込んで、加圧水を吐出する。回転数検知器３３で検知した蒸気タービン３７の回転数が一定であり、水圧ポンプ３８からの吐出流量が一定であるときには、コントローラ５４の指令によって水圧サーボ弁４９はクローズドポジション４９ｂに保たれる。

ここで、蒸気タービン３７に供給される水蒸気の量が減少し、蒸気タービン３７の回転数が低下すると、コントローラ５４からの指令によって水圧サーボ弁４９がストレートポジション４９ａに切り換えられる。

水圧サーボ弁４９がストレートポジション４９ａに切り換えられると、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水が、水圧シリンダ５０の圧力室５１へと供給される。ピストン５０ａは圧力室５１を拡張する方向へと移動し、ロッド５２の進出がリンク機構５３を介してバルブ本体３１ａを開方向へと移動させる。よって、蒸気加減弁３１の開口面積は増大する。

蒸気加減弁３１の開口面積が増大すると、蒸気加減弁３１を通過可能な水蒸気の量は増大し、蒸気タービン３７へと供給される水蒸気の量は増大する。したがって、蒸気タービン３７の回転数は上昇する。

逆に、蒸気タービン３７に供給される水蒸気の量が増大し、蒸気タービン３７の回転数が上昇すると、コントローラ５４からの指令によって水圧サーボ弁４９がクロスポジション４９ｃに切り換えられる。

水圧サーボ弁４９がクロスポジション４９ｃに切り換えられると、圧力室５１の内部の加圧水は復水器５へと排出され、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水は、水圧シリンダ５０の圧力室５１へと供給されない。ピストン５０ａは圧力室６７を収縮する方向へと移動し、ロッド５２の後退がリンク機構５３を介してバルブ本体３１ａを閉方向へと移動させる。よって、蒸気加減弁３１の開口面積は減少する。

蒸気加減弁３１の開口面積が減少すると、蒸気加減弁３１を通過可能な水蒸気の量は減少し、蒸気タービン３７へと供給される水蒸気の量は減少する。したがって、蒸気タービン３７の回転数は下降する。

以上のように、回転数検知器３３で検出した蒸気タービン３７の回転数に応じて、コントローラ５４は水圧サーボ弁４９を制御する。これにより、蒸気加減弁３１の開口面積を調節して蒸気タービン３７の回転数を所定の値に保ち、水圧ポンプ３８からの吐出流量を一定に保っている。

従来の発電システムでは、蒸気加減弁を油圧制御によって開閉していた。油圧回路を設けることで油漏れによる環境汚染のおそれがあり、また、作動油を使用することによる防火対策，防爆対策が必要であった。

これに対して発電システム１００では、水を吐出するための水圧ポンプ３８は、蒸気タービン３７の回転によって駆動され、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水によって蒸気加減弁１３，３１は開閉される。したがって、蒸気加減弁１３，３１は、蒸気以外に油圧や電気など他のエネルギを必要とせずに開閉可能である。

油圧回路が設けられない発電システム１００では、油漏れによる環境汚染のおそれは無く、油圧回路を設けることに伴う防火対策，防爆対策の必要も無い。

また、油圧によって蒸気加減弁の開閉を行う従来の発電システムにおいては、油圧ポンプを駆動するために使用される電動モータの駆動に電力が必要であり、作動油を冷却するための冷却装置が必要であった。

これに対して発電システム１００では、水圧ポンプ３８が自ら吐出した加圧水によって蒸気加減弁１３，３１を開閉制御し、蒸気タービン３７の回転数即ち水圧ポンプ３８の回転数を制御する。よって、消費電力を極めて低く抑えることができる。作動水は、復水器５によって生成された復水を利用するため、冷却装置を別途設ける必要は無く、発電システム１００の小型化が図れる。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

水を吐出するための水圧ポンプ３８は、蒸気タービン３７の回転によって駆動され、水圧ポンプ３８から吐出された加圧水によって蒸気加減弁１３，３１は開閉される。したがって、蒸気加減弁１３，３１は、蒸気以外に油圧や電気など他のエネルギを必要とせずに開閉可能である。

また、蒸気加減弁１３，３１を開状態にするための加圧水を貯留するアキュムレータ４０，６１を設け、水圧ポンプ３８の通常運転時には、アキュムレータ４０，６１に加圧水を貯留している。よって、水圧ポンプ３８が未だ作動していない発電システム１００の起動時においても、アキュムレータ４０，６１に貯留された加圧水を使用することによって、発電システム１００の起動が可能である。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、開閉装置５５，７０は、水を駆動媒体としているが、これに限らず空気を駆動媒体としても同様の駆動操作が可能である。空気を駆動媒体とする場合には、水圧ポンプ３８に代えて空気圧縮機を使用し、水圧サーボ弁４９，６５、アキュムレータ４０，６１、及び水圧シリンダ５０，６６、などに代えて空圧機器を使用する。

本発明に係る蒸気加減弁の開閉装置は、火力発電システムや原子力発電システムをはじめとして、ごみ焼却プラント、鉄鋼、化学プラントなどから発生する蒸気を利用するシステムにも利用できる。

１００ 発電システム
１ ボイラ
５ 復水器
６ 発電機
７ 蒸気タービン
１３ 蒸気加減弁
３１ 蒸気加減弁
３７ 蒸気タービン
３８ 水圧ポンプ
４０ アキュムレータ
４９ 水圧サーボ弁
５０ 水圧シリンダ
５４ コントローラ
５５ 開閉装置
６１ アキュムレータ
６５ 水圧サーボ弁
６６ 水圧シリンダ
７０ 開閉装置

Claims (4)

1. 水蒸気によって回転する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための蒸気加減弁と、
   前記蒸気タービンを通過した水蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、を備える蒸気駆動システムにおける前記蒸気加減弁の開閉を制御する開閉装置であって、
   前記蒸気タービンの回転によって駆動され、前記復水を吸い込んで吐出可能な水圧ポンプと、
   前記水圧ポンプから吐出された加圧水によって作動し、前記蒸気加減弁を開閉する水圧駆動アクチュエータと、を備えることを特徴とする蒸気加減弁の開閉装置。
2. 前記蒸気タービンは、補器を駆動するための補器用蒸気タービンであり、
   前記蒸気駆動システムは、発電するための発電用蒸気タービンを備え、
   前記補器用蒸気タービンは、前記発電用蒸気タービンを通過した水蒸気の一部が供給されて回転することを特徴とする請求項１に記載の蒸気加減弁の開閉装置。
3. 前記蒸気加減弁は、前記補器用蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための補器用蒸気加減弁であり、
   前記蒸気駆動システムは、前記発電用蒸気タービンに導かれる蒸気量を調節するための発電用蒸気加減弁を備え、
   前記発電用蒸気加減弁は、前記水圧ポンプから吐出された加圧水によって作動する水圧駆動アクチュエータによって開閉され、
   前記水圧ポンプから吐出された加圧水は、前記発電用蒸気加減弁を開閉する前記水圧駆動アクチュエータと、前記補器用蒸気加減弁を開閉する前記水圧駆動アクチュエータとに供給されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気加減弁の開閉装置。
4. 前記水圧駆動アクチュエータを始動するための加圧水を貯留可能なアキュムレータを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の蒸気加減弁の開閉装置。