JPH0244107A - 給水ポンプ自動切替装置 - 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〕 本発明は給水ポンプ自動切替装置に係り、特に火力発電
所等における蒸気発生器に用いるのに最適な給水ポンプ
自動切替装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は特公昭６３−６８５号公報に記較のように
蒸気発生装置（例えばボイラ）の給水ポンプはタービン
駆動及びモータ駆動のごとく異なる駆動方式の複数のポ
ンプで構成されている。蒸気発生装置の出力が少ないと
きには、主にモータ駆動給水ポンプ（Ｍ−ＲＦＰ）が使
用され、出力上昇過程でタービン駆動給水ポンプ（Ｔ−
ＲＦＰ）に切替える。従来、この切替操作は運転員の手
動操作によりなされていた。タービン駆動給水ポンプは
、タービン回転数によって給水ポンプ流量を制御する。

このタービン回転数の上昇率を大きくすると、急激に流
量が増加して、ボイラ給水流量が増加する。ボイラでは
、ボイラ・タービン主機保護上の要求から給水の変動が
厳しく制限されており、偏差が規定値以上になるとボイ
ラ・タービンがトリップするインターロックが働く、ま
た、給水低下に対してもボイラの空焚き保護上の要求か
らボイラトリップのインターロックが働く。したがって
、給水ポンプの切替操作は、経験をつんだ運転員によっ
て注意深く、長時間をかけておこなわれていた。

これに対して、近年、給水ポンプを入手によらず自動的
に切替える装置が提案されており１例えば第２図に示す
方式がある。

ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気配管２を通りタービン
３に導入され、図示しない発電機を駆動したのち、復水
器４に送られ水に戻される。この復水は、低圧復水ポン
プ５．高圧復水ポンプ６により昇圧され、タービン駆動
給水ポンプ（Ｔ−ＢＦＰ）７およびモータ駆動給水ポン
プ（Ｍ−ＢＦＰ）８により更に高圧され、給水管１０を
介してボイラ１に給水される。通常、給水ポンプには、
タービン駆動給水ポンプ２台とモータ駆動給水ポンプ１
台の計３台が用いられる。タービン始動時においては、
モータ駆動給水ポンプ８が運転され、タービンが２０％
出力程度になった時点でタービン駆動給水ポンプ７が運
転される。加算器２では、ボイラの給水流量が設定値か
ら減算される。この出力は、主制御器１３の制御信号と
なる。

始動開始時には、計算機１４が制御器１５をオフとし制
御器１６をオンに制御しているので、主制御器１３によ
る制御は、給水調整弁９のみとなる。

前述のように発電機出力が増大すると、計算機１４は制
御器１５をオンとし給水制御を給水制御弁９からタービ
ン制御器１８に移してから、制御器】６をオフとする。

そこで、主制御器１３の出力は関数発生器１７に送られ
、制御パターンを発生する。関数発生器、１７の出力は
タービン制御１８に送られ、給水ポンプ７用のタービン
蒸気量を制御する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記、第２図に示すような従来の給水ポンプ切替え方式
では、計算機１４が手動操作に代わってモータ駆動給水
ポンプとタービン駆動給水ポンプとを切替えるものであ
るが、これを発電機出力変化中に、タービン駆動用油気
条件等の種々制御特性に関する条件が変わる中で、給水
流量の変動を抑えて切替える必要がある。しかし、第２
図を詳細に展開して第３図のブロック図及び第４図の従
来の給水ポンプ切替装置の実施例の各部動作特性図から
分かるように、種々変化する特性を補正していないため
、給水流量の変動が抑えられない欠点がある。尚、第４
図では、図を見やすくするため負荷（給水）一定とした
。

すなわち、従来の切替制御は、均圧制御後に、所定変化
率でしかも上限を制限した上昇信号をタービン駆動給水
ポンプ制御系に出力しタービン駆動給水ポンプからの給
水量を増加させると同時に、この上昇信号と対応した減
少信号をモータ駆動給水ポンプ系に出力しモータ駆動給
水ポンプからの給水量を減少させる切替制御系であり、
給水流量の変動が減少するように考慮されているが、ま
だ下記理由で変動を充分抑えられない。

１）タービン駆動給水ポンプ制御系とモータ駆動給水ポ
ンプ制御系とでは制御信号対流量特性が異なり、−走度
化率の上昇信号をタービン駆動給水ポンプ制御系に出力
し、この上昇信号に対応した減少信号をモータ駆動給水
ポンプ制御系に出力するのでは給水流量の変動が生じて
しまう。

２）２台のタービン駆動給水ポンプと１台のモー夕駒動
給水ポンプの８１３台を発電機出力要求値に合わ」（゛
、種々組合性により各負荷帯で負荷変化中に切替えるた
め５夕・−ビン駆動給水ポンプの駆動用油気蒸餐１のエ
ンタルピ・−が定まらず、結果的＋：″、切替毎に８制
御器号対流散特性が異なり、１）の理１１０２：′、よ
り給水流量の変動が生じでしまう。

、′３）給水ポンプには通常、締切運転によるポンプ過
熱防止の目的で給水再循環弁：３／１．．３５が設けら
れ、給水ポンプ吸込流量が一定値以上確保Σｊ１．るよ
うにしでいる。これらの弁３４．３５はポンプ吸込Ｊｆ
、吸借％３６．３７を取り込みオン・オフまたは連続制
御機能を有゛づる再循環流量制御器３８．３９によって
制御される５１．′０の弁の切替制御中（、−おける開
閉にむいτｌｊ、再循環流量が突変り、、給水流量変動
が生ずン）が５、この時でもこのｇ勅を助長するように
切替制御を行い、給水流量の変動が拡大してしま）。

本発明の目的は切替時の給水変動を抑え、各種切替条件
でも良好に切替えできる給水ポンプ切替装量を提供ずろ
二とであ？）、 〔課題を解決する）ｔめの手段〕 本発明は、上記目的を達成４゛るため１、二、均圧制＃
後に、給水流量偏差により切替変化率を制限し′／−上
昇信号をタービン駆動給水ポンプ制御系に出力ター・ビ
ン駆！ＩＪ給水ポンプからの給水量も・増加？５ゼると
同時に、このＬ昇信号とは別の給水流量偏差により切替
変化率を制限しへ減、ル・Ｇｌ　””ｊ　ｋモー・タ１
駆動給水ポンプ制御系１１．″出力しモ〜り即動給水ポ
ンプからの給水量を減少！５ぜるζり量制御とする、二
とにより、達成さ狂る。

〔作用〕

本発明においては５夕・−ピノ駆！１．ｉＪ給♂にポン
プＬ、−よる給水増加量どモータ駆動給水欺とを、給水
流量偏差により切替変化率を制限１．切替制御するよう
に動作する。それによって、給水流量の変動は。

この給水流量偏差により切替変化率を制限するようにな
るので、変動を抑えることができイ）。

〔実施例〕

ｊメ下１本発明の一実施例を第１図により説明す第１図
は本発明による給水ポンプ自動切替装置の−・実施例を
示すブロック図である。これは５蒸領１発生装置にボイ
ラを採用した例であり、その蒸気流路及び給水系の構成
は第２図のシステムど同一である７ ボイラ給水制御系は、実給水流Ｍ漬汁２０とボイラマス
タ系からの給水要求設定信号２１との偏差を加算器２５
により求め、給水制御器２Ｇ（１こより、比例・積分演
算を行い、流量要求値となる。

この流量要求値は、各ポンプ流量を独自に制御するサブ
ループ制御系の設定値どなる。すなわち、タービン駆動
給水ポンプの場合には、この流量要求値とポンプ出口流
Ｊｔ（逆止弁流量）信号２７との偏差を加Ｗ器２８で求
め、流量制御器「２８）で比例・積分演算を行う８この
制御器出力がタービン制御器３０に与えられる。タービ
ン制御器３０の出力は、ｔタービン３から油気Ｉ７た低
圧黒傷、の流量を制御する蒸気加減弁３２を開開する信
号として与えられ６給水ポンプ駆動用ター・ビン３】の
回転数が制御される。他方、モータ駆動給水ポンプの場
合には、流通制御器：３３の出力で、給水調整弁９を直
接制御する。

なお、図示していないタービン駆動給水ポンプＩ３の流
量制御系及びポンプの構成は、第Ｊ−図のそれぞれのポ
ンプＡど同じであり、これらの流量制御器は給水制御器
２６の出力の流量要求値を取り込んでいろ。

タービン駆動給水ポンプは定格給水流級の５５％、モー
タ駆動給水ポンプは２７．５％の容軟ヲ有し、発電機出
力５０　”−１００％の範囲では、ター・ビン駆動給水
ポンプが２台使用され、モータ駆動給水ポンプ１台は、
バッグアップどし、て待機している。

一方、ボイラ起動過程においてはター・ビン駆動蒸気が
得られないため、モータ駆動給水ポンプが使用される。

ずなわぢ、 発電機出力　　０＝２０％　８Ｍ−ＢＦＰ　　を台２０
−５０％　：丁−ＢＦＰ　　１−台５０−・−１，００
％　：Ｔ−Ｒト′Ｐ２．台のように運転される。

従って、発電機出力約２０％以上において、モータ駆動
給水ポンプから、タービン駆動給水ポンプへの切替えが
必要であり、また、約５０％出力以上において、２台目
のタービン駆動給水ポンプの起動、併入が必要である。

このための切替えを行う構成が、第１図に示す制御部１
００であり、モータ駆動給水ポンプからタービン駆動給
水ポンプへの切り替えは、（１）昇速制御、（２）均圧
制御、（３）切替制御の３つに分けることができる。

ここでは、各制御段階を次のように定義する。

（１）昇速制御・・・タービン駆動給水ポンプを所定の
昇速率で所定の回転数まで速度上昇させること。

所定の回転数とは、定格回転数以下で、ポンプ出口逆止
弁を通してボイラへの給水がなされることがないだけの
充分なポンプ吐出圧力となる回転数（定格の約１／２） （２）均圧制御・・・昇速制御終了後、ポンプ吐出圧力
をポンプ吐出ヘシダ圧力に近づけること。両者の差圧が
０になったときに終了する。

（３）切替制御・・・ボイラ給水流量に寄与するポンプ
流量の分担を一方のポンプからの他のポンプに切替える
こと。

次に、各制御段階を詳細に説明する。

（１）昇速制御 昇速制御設定器１０１の出力はスイッチ１０２Ｓ１を介
して積分器１０３に与えられ積分される。

この積分出力はリミッタ１０４で所定積分値以内に制限
され、タービン制御器３０に設けられた速度変換機４０
に出力される。リミッタ１０４の出力は昇速信号Ｃ１と
なる。タービン制御器３０は、タービン駆動給水ポンプ
７のタービン３１への蒸気を加減し、タービン駆動給水
ポンプ７を所定の昇速率で所定の回転数まで速度上昇さ
せる。

（２）均圧制御 前記昇速制御終了後、給水ポンプ出口ヘッダ圧力とター
ビン駆動給水ポンプ７の吐出圧力との差圧を差圧検出器
１０５で検出し、スイッチ１０６Ｓ！、リミッタスイッ
チ１０７．信号変換器１０８゜補償器１０９を介して高
値優先回路１１０に入力する。高値優先回路１１０の出
力Ｃｚ’　　は加算器１２２でバイアス１１１と加算さ
れ（Ｔ−ＢＥＰ）／（Ｍ−ＢＦＰ）切替信号Ｃｚとなり
、タービン駆動給水ポンプ流量制御系の加算器２８に印
加される。

差圧検出器１０５の信号は逆止弁４１の通過流量がＯの
場合は正であるが、流量が発生すると負になるため、負
の値をカットし、均圧制御を継続させるために用いられ
る。リミッタ１０７の上下限値はともに正の値に設定し
である。

すなわち、差圧検出器１０５の出力信号は、吐出ヘッダ
圧力からポンプ吐出圧力を引いた値であるから、均圧制
御の前半では、正の値からＯに近づくことになる。ポン
プ吐出逆止弁１４を開き、ここを通過する流量が発生す
るようになると、タービンポンプ吐出圧力の方が吐呂ヘ
ッダ圧力よりも高くなり、差圧が負の値に変わる。リミ
ッタ１０７の下限値を正の値を設定するのは、仮に負の
値になれば、タービン駆動給水ポンプ速度が低下して、
均圧の逆操作となり、また、差圧がＯに近づくと、切替
信号Ｃｘ’　　もＯに近づき、タービン駆動給水ポンプ
の均圧制御の進行が停滞し、迅速な操作を達成できなく
なるから、これらの不都合を回避するためである。なお
、信号変換器１０８は圧力信号を制御系信号に変換する
ゲインを定めるものである。

（３）切替制御 第５図に示すように、給水流量偏差信号２２によりプロ
グラム的に切替変化率を制限された。切替変化率設定器
２０１の信号は、スイッチ１３Ｓ３゜積分器１１４．リ
ミッタ１１５を経て切替信号Ｃ３となり、モータ駆動給
水ポンプ流量制御系の入力加算器１１６に負の値で加算
され、一方、個別制限プログラムにより変化率を制限さ
れた。切替変化力設定器２０２の信号はスイッチ１３５
ａ。

積分器２０３．リミッタ２０４を経て切替信号Ｃ４とな
り、両ポンプの切替がなされる。

給水ポンプ自動切替を開始する条件としては、給水流量
２０％以上でモータ駆動給水ポンプ８が１−台運転中で
あり、タービン駆動給水ポンプ７のタービン３１の起動
準備が完了し℃いるものどする。給水制御系は、給水制
御器２６．流麗制御器２９．３３どもすべて自動になっ
ており、スイッチ８１％　３２１　Ｓ　３とも開かれて
いる。夕・−ビン駆動給水ポンプ流量制御器２９０入力
加算器２８には給水制御２Ｇの出力（給水要求値）２０
％があり、流！信号２７は０であるから、バイアス１１
１は一２０％が印加され、加算器２８の出力は０となっ
ており、流量制御器２９の出力も０である７一方、モー
タ駆動給水ポンプ側の加算器１−１６１：は給水制御２
６からの信号２０％があり、流量信号４２は２０％であ
り、給水調整弁９はある開度に制御され整定状態にある
。

第１図実施例の各部動作特性（炉水位、制御イ５号、流
量）を第６図に示す。

この第６図を参照して、第１図実施例の動作を更に具体
的に説明する。

なお、第６図にＣ２゜を示してないのは、Ｃ２が０２′
　　に加算器１２２でバイアス製付加した値であるから
、Ｃ２′　　をシフトさせた信号であり、波形自体は、
Ｃ２’　　ど変わらないので、繁雑を避けるためである
。

（１）昇速制御 まず、スイッチ１０２Ｓ１　を手動ｙは自動で投入する
と、昇速信号Ｃ１が一定の割合で増加してリミッタ】、
０４の上限値まで」ユ昇し、均圧制御が行なわれる。こ
れによって、給水ポンプ駆動用タービン３１の回転数が
上昇し、一定回転数どなる。

二の回転数は定格の６０％程度であり、この回転数では
７ボンブ吐出圧力は出口ヘッダ圧力よりも低く、ポンプ
吐出流量はすべて、再循環弁３４を通って流れている。

クー・ビン制御系；３０では、速度変換器４０の出力が
、図示しない高速度リミッタの上限値に達すると、流量
制御器２９の六方信号により制御可能どなるように構成
されている５、したがって、昇速信号Ｃ１は高速度リミ
ッタの−Ｊ二限値よりも若干高い値にしでおけば良く、
昇速率設定器１０１の値は望ましいタービンム昇沫皐に
設定すればよい。

（２）均圧制御 タービン回転数が約６０％に整定した時点で。

スィッチ１０ｅＳｚ＆手動又は投入する。スイッチ１−
０６が投入されると、タービン＋Ｅｉ、動給水ポンプの
吐出圧力はヘッダ圧力に対して相当に低１いレベルにあ
るので差圧検出器１−０５は差圧信号を出し、リミッタ
１０７のＬ限値以上に瞬時に上昇する、信号変換器１．
０８の出力はＣ１ｏδのようにステップ状に上昇するが
、補償９】０９の伝達関数が一次遅れであるから、実際
の信号の立ち一＋Ｚりが鈍く、Ｃ２′　　のような特性
となる。この信号（騰・は高値優先回：洛１１０の出力
Ｃ２，′　　である、すなわち、リミッタＩＪ−５の出
力信号Ｃ２’　　が高値信号として選択される。給水ポ
ンプ駆動用タービン３１が信号ＣＸ１．’　　により徐
々に昇速六ｊ１５、タービ゛、）駆動給水ポンプ吐出圧
力が十昇づ−るので、差圧検出器１０５の出力である差
圧信号が；瑣少し、ｃ　２１　　信号も低下しでくる。

、′：、の差圧が小さくなっても、−・定の昇速をｔ−
１わぜ／二）必要かあ）す、既ｂ、−述べたリミッタ］
、　Ｏ７（７）−１’限値が効果的に働く。また、この
ような夕・−ビン駆動給水ポンプ吐出部の差圧が大きい
どきにＦ速率を大きくとり、差圧が小さいとき昇速率を
小さくすることは、均圧完了にともなって発生釘る逆止
弁通過流進呈の増大を抑λ、均圧制御を短時間で達成す
るために非常に有効である。

（３）切替制御 タービン駆動給水ポツプの吐出部差圧が０となる点で、
逆止弁４１が開き、流量が発生１２でくる。

この時点で均圧制御完了とみな［２１，′：の差圧Ｏま
たは逆止弁流量が発生した時又は）φ止弁が開いた二と
によりスィッチＳ３を手動または自動により投入する。

切替信号Ｃ４は切替変化率設定器２０２の１１１号を積
分し、リミッタ２０４の上限値まで至る給水偏差による
割合で増加する（’Ｂ号である。

一方、モータ即動給水ポンプ流量制御系に対しては、切
替信号Ｃ８は切替変化率設定器１，１２の信号を積分し
、リミッタ１　ｉ−５の上限値まで至る、給水偏差によ
る割合で増加する信号となり、加算器１．３．６の入力
が負となり、−ＣＳＳ信子が印加されるので、モータ駆
動給水ポンプ流量は直ちに減少を開始する。一方、ター
ビン駆動給水ポンプ流量制御系に対しては、Ｃ４信号が
補償器１０９の出力信号Ｃ２′　　より大きくなる時点
１．からＣ８が選択されて、　Ｃｚ’　　はランプ状の
上昇信号となる。スイッチＳ３が閉じてからｔ、１　ま
での時間は、均圧制御の加速を受けてタービン駆動給水
ポンプの逆止弁流量が流れ出すので、給水流量は、僅か
に増加する。この加速によるタービン駆動給水ポンプ流
量増加を考慮して、均圧制御を連続的かつ流量変動が少
なく切替えるのに、高値優先回路１１０が役立ち、いわ
ゆるバンプレス切替となる。

ｔ１以降は第３図中段のような切替信号により、給水流
量にはほとんど変動を与えることなく、モータ駆動給水
ポンプ流量が減少し、タービン駆動給水ポンプ流量が増
加して切替が実行される。モータ駆動給水ポンプ流量が
Ｏになったとき、モータ駆給水ポンプの図示しないモー
タしゃ断器をしゃ断させ、切替えを完了する。

この切替中に第５図に示すように給水流量偏差信号２２
によりプログラム的に切替変化率を制限する手段により
、給水変動を実測した結果、±２％（２０ｔ／ｈ）以内
に収められることを確認した。切替変化率の設定は、タ
ービン駆動給水ポンプ制御系に対しては上昇変化率信号
Ｃ４の如く給水偏差が■正の場合はＰｉ以上で所定変化
率Ｒ４から制限し、Ｐｚ以上で零とし、さらにモータ駆
動給水ポンプ制御系の減少変化率信号Ｃ３を所定変化率
ＲａからＲａｔに増加することにより、■正の給水偏差
を、切替信号により補正する。

尚、Ｏ負の給水偏差の場合はこれとは逆となり。

また、モータ駆動給水ポンプ制御系とタービン駆動給水
ポンプＩＩＪ御系の制御信号対流量特性は異なり、個別
の変化率設定が必要となる。

第１図の実施例によれば、次の効果が得られる。

１）タービン駆動給水ポンプ制御系とモータ駆動給水ポ
ンプ制御系との切替、１台から２台のタービン駆動給水
ポンプ制御系への切替において、給水流量の変動を抑え
ることができる。

２）１）の切替中の負荷変化、タービン駆動給水ポンプ
の駆動用油気蒸気のエンタルピー変化。

再循環弁の開閉等による給水変動においても、その変動
を抑えるように切替変化率を簡単に自動設定（補正）で
きるので、予想できない悪い切替条件の場合でも短い時
間で滑らかに切替え可能である。

３）均圧完了にともなって発生する逆止弁通過流量の増
大を、この給水流量偏差によって抑えることができるた
め、均圧完了前に切替制御にすることもでき、短時間で
切替が可能である。

他の実施例１として、流量供給要求値と給水ポンプ吐出
流量との偏差が小さいときは通常の給水ポンプ切替変化
率より多きくし、切替を加速することにより切替を早く
完了することができる。

また他の実施例２として、流量供給要求値と給水ポンプ
吐出流量との偏差により、プログラム設定した補正信号
を所定の変化率で変化する給水ポンプ切替信号に加算補
正することにより給水流量の変動を最少に抑えることが
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タービン駆動給水ポンプによる給水増
加とモータ駆動給水ポンプによる給水減少量とを給水流
量偏差に対応して切替変化率を補正することにより、給
水流量の変動を最少に抑えながら短時間に給水ポンプの
自動切替ができる給水ポンプ自動切替装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による給水ポンプ自動切替装置の実施例
を示すブロック図、第２図は従来の給水ポンプ切替方式
を示すブロック図、第３図は第２図の詳細ブロック図、
第４図は第３図実施例の各部動作特性図、第５図は本発
明による給水流量偏差に対する切替変化率設定を示す図
、第６図は本発明による第１図の各部動作特性図を示す
。 ９・・・モータ駆動給水ポンプ給水調整域、２２・・・
給水流量偏差、２６・・・給水マスク制御器、２９゜３
０・・・各給水ポンプ流量制御器、３３・・・タービン
駆動給水ポンプ蒸気加減弁、２０１・・・タービン駆動
給水ポンプ流量制御系切替変化率設定器、２０２・・・
モータ駆動給水ポンプ流量制御系切替変化率設定器。 佑 １と１ イ）、３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生器に復水を供給するためのモータ駆動給水
   ポンプ及びタービン駆動給水ポンプと、前記蒸気発生器
   側の流量供給要求値と前記給水ポンプ吐出流量とにより
   給水量を調節する制御系とからなる蒸気発生装置の熱出
   力に応じて前記両ポンプを切替る給水ポンプ自動切替装
   置において、 切替開始時にタービン駆動給水ポンプを所定回転数まで
   昇速し、給水ポンプ出口ヘッダ圧力とタービン駆動給水
   ポンプ吐出圧力を近づける均圧制御を行つた後に、上記
   流量供給要求値と給水ポンプ吐出流量との偏差により変
   化率を制限した上昇（下降）信号を前記タービン駆動給
   水ポンプ系に出力しタービン駆動給水ポンプからの給水
   量を増加（減少）させると同時に、前記上昇（下降）信
   号とは別の給水流量偏差により変化率を制限した減少（
   増加）信号を前記モータ駆動給水ポンプ制御系に出力し
   モータ駆動給水ポンプからの給水量を減少（増加）させ
   る切替制御器を備えたことを特徴とする給水ポンプ自動
   切替装置。２、第１項において、流量供給要求値と給水
   ポンプ吐出流量との偏差により給水ポンプ切替変化率を
   加速したことを特徴とする給水ポンプ自動切替装置。 ３、第１項において、流量供給要求値と給水ポンプ吐出
   流量との偏差により給水ポンプ切替信号を補正すること
   を特徴とする給水ポンプ自動切替装置。