JPH0263081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気弁の異常監視装置に関し、特に地
熱蒸気を蒸気源として利用する地熱蒸気タービン
の主要蒸気弁における異常監視装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

地熱蒸気タービンプラントでは地中より噴出し
た蒸気を蒸気源として利用しているため、火力発
電所のように良質な蒸気を得ることは困難であ
る。その上発電所の建設される火山帯が異なれば
当地特有な種々の化学的不純物が含有されて地中
より噴出するため、一般に地熱発電所といつても
それぞれの蒸気性状はまつたく同一とは言えな
い。これらの化学的不純物としてはCO₂，H₂S等
の有害なガスも含まれるが、蒸気弁の弁棒グラン
ド部に徐々に堆積して、弁棒のステイツクなどの
蒸気弁の作動不良をまねく可能性の高いシリカ成
分も多分に含まれている。

ここで第１図を参照して典型的な地熱発電プラ
ントのプラント系統を概略的に説明する。第１図
中符号１は地熱蒸気噴出口、２は主蒸気止め弁、
３はバタフライ弁を使用した蒸気加減弁、４は蒸
気タービン、５は発電機をそれぞれ示している。
第２図は第１図の蒸気加減弁３の−線に沿つ
た断面図である。主蒸気止め弁２（以下MSVと
略す）および蒸気加減弁３（以下CVと略す）に
おいては、弁板と一体化された弁棒が蒸気室内部
から大気に向けて貫通して組立てられており、
MSV２ではMSV弁棒グランド部Ａ、CV３では
CV弁棒グランド部Ｂをそれぞれ有している。こ
れらの弁棒グランド部Ａ，Ｂは常時弁棒を保持す
る機構であるため、弁棒の外径とグランド部内径
との間には微少な隙間が設けられ、弁棒が滑らか
に移動できるように構成されている。しかしなが
ら弁棒グランド部Ａ，Ｂにおいてはこの微少な隙
間を通つて蒸気室内部から大気（外側）に向かい
蒸気が漏出し、特に地熱発電プラントでは蒸気中
には前述の不純物が含まれているから、例えばシ
リカ等が徐々に堆積してやがて微少な隙間を埋め
つくしてしまう結果となる。この堆積物は弁棒の
動きを妨げ、過度にシリカが堆積した場合には弁
棒のステイツク現象が発生し蒸気弁の本来の機能
を果たさないことになり、蒸気タービン４にとつ
ては非常に危険な状態においやられてしまうこと
は必至である。

〔発明の目的〕

本発明は、シリカ等の地熱蒸気含有不純物に起
因した主要蒸気弁の弁棒ステイツク化現象を早期
に検出して蒸気弁のみならず地熱発電プラントの
信頼性を向上させることができる蒸気弁の異常監
視装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために本発明に依る蒸
気弁の異常監視装置は、弁棒グランド部の微少隙
間におけるシリカ等の堆積量が時間経過とともに
増加する傾向にあることに注目し、その堆積量を
蒸気弁の駆動装置である油筒の油圧を検出して推
察し、警報もしくはタービントリツプ信号を発す
るように構成されたものであり、特にMSVおよ
びCVという２種類の異なつた機能を有する蒸気
弁それぞれに最適な制御方式で早期に弁棒グラン
ド部の異常を検出することができる。

また、蒸気弁の弁棒グランド部に堆積されるシ
リカ等の堆積量の時間変化を、作動油の油圧変化
状態から目視可能な目視化監視回路を設けて蒸気
弁のステイツク化現象を早期に検出することがで
きるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

最初に第３図を参照してMSV２に関する本発
明の一実施例を詳細に説明する。

MSV２は第１図でも明らかなように蒸気ター
ビン４の蒸気入口側に設置され蒸気タービン４の
非常時にのみ急閉するON−OFF弁である。この
ため通常の運転中は全開状態を維持しつづけるの
で全開のままでは油筒３０の油圧を計測しても意
味はない。しかし、MSV２がON−OFF弁であ
り非常時にのみ作動する蒸気弁であることから非
常時の作動が確実に行なわれることを確認するた
め、必ず一定の周期で弁テスト装置（図示せず）
により弁の開閉テストが実施される。このテスト
は弁テスト装置（図示せず）によつて油筒３０に
供給された作動油を徐々に排出させることにより
行なわれ、弁の全閉リミツトスイツチ３１により
弁位置を検出し、ランプ３２が点燈したことを確
認したのち弁テスト装置を逆作動させ、弁全開に
復帰させる。リミツトスイツチ３３は弁テスト前
の状態即ち弁全開の位置を検出するもので、ラン
プ３４が点燈すれば弁の開閉テストは終了とな
る。MSV２に関する本発明は、これらリミツト
スイツチ３１，３３とピストン３５下部の油筒油
圧を検出する圧力検出器３６からの検出信号およ
び弁の成閉を検出するリミツトスイツチ３１の作
動信号（弁が全閉した状態を示す信号）により投
入される第１の接点３７を異常監視制御回路の共
通回路として持ち、これらから得られた信号を３
種類の監視回路によつて異常を監視するものであ
る。

ここでピストン３５下部の油筒油圧と弁棒グラ
ンド部１２との関係について説明する。油筒３０
内に矢印Ｃのように供給される油圧は常時一定で
あるが、弁と一体化されているピストン３５が弁
全閉状態より動き出す時（弁の開き始め点）のピ
ストン３５下部油圧は、蒸気圧による弁のアンバ
ランス力と油筒３０内部のバネ３７荷重および弁
棒グランド部１２の摩擦力との総和により決定さ
れる。つまり弁棒グランド部１２に何ら異常がな
い場合にはピストン３５の動き始める時のピスト
ン３５下部油圧は常に一定であるが、弁棒グラン
ド部１２にシリカが堆積しはじめると、弁棒グラ
ンド部１２の摩擦力が堆積量に比例して増加する
ことになる。MSV２における本発明はこの現象
に注目したものであり、いいかえればこの弁棒グ
ランド部１２における摩擦力が増大して油筒３０
の発生する力以上となつた時には弁を駆動させる
能力がなく弁棒がステイツクしたことを意味す
る。

ここで異常監視制御回路の１番目の監視回路に
ついて説明する。弁テスト時において圧力検出器
３６の信号は、リミツトスイツチ３１が作動した
ことにより投入される第１の接点３７が入ると第
１の加算器３８と第２の加算器４０に入る。第１
の加算器３８には、弁棒グランド部にシリカが堆
積してきたことの警報を発するための油圧値に設
定された第１の設定器３９からの信号も入つてお
り、第１の設定圧力以上となつた時には第１の加
算器３８からの信号は警報信号となつて警報回路
４２へと伝達されるとともに、後述する２番目の
監視回路におけるインターロツク機能となる第２
の接点４４の作動信号となる。一方第２の加算器
４０には、ステイツク現象の発生する以前で油筒
３０に発生する力が限度に接近した点でタービン
をトリツプさせるための油圧値に設定された第２
の設定器４１からの信号が入つており、第２の設
定圧力以上となつた時には第２の加算器４０から
の信号はタービントリツプ信号となつてタービン
トリツプ回路４３へと伝達される。

次に異常監視制御回路の２番目の監視回路につ
いて説明する。１番目の監視回路と同様に第１の
接点３７が入ると、圧力検出器３６の検出信号は
第３の接点４５および第４の接点４６を通つて第
１のメモリー４７と第２のメモリー４９に伝達さ
れメモリーされる。ここで第３，第４の接点４
５，４６は連動式でどちらか一方が入つている時
には他方は切り離されており、これらの切換は弁
全開位置を検出するリミツトスイツチ３３の作動
によりなされる。即ち第３図の状態では今弁テス
ト中の弁全閉点を示すのであれば、第３の接点４
５を通つて第１のメモリー４７に圧力検出器３６
の検出圧力がメモリーされていることになり、一
方の第２メモリー４９には前回の弁テスト時にお
けるピストン３５の動き出し始める直前の油圧が
メモリーされていることになる。

第１メモリー４７および第２メモリー４９にメ
モリーされた信号はそれぞれ演算器４８の入力信
号となつており、演算器４８によつて前回作動時
に対する圧力の変化量の信号を得るようになつて
いる。演算器４８からの信号は、弁全閉位置を検
出するリミツトスイツチ３１が切れた時（ピスト
ン３５が弁全閉位置より動いた時）に入る第５の
接点５０を通つて第３の加算器５１に到達する。
第３の加算器５１には次回の弁テストにおける圧
力上昇を予知するための許容圧力変化量を設定す
る第３の設定器５２からの信号も入つており、演
算器４８にて得られた圧力の変化量信号が第３の
設定値以上となつた時には警報信号となつて警報
回路４２へと伝達されるとともに、もし１番目の
監視回路における第１の加算器３８からの信号で
第２の接点４４が入つていれば、第３の加算器５
１からの信号は第２の接点４４を通りタービント
リツプ信号となつてタービントリツプ回路４３へ
と伝達される。

続いて異常監視制御回路の３番目の監視回路に
ついて説明する。３番目の監視回路は１番目、２
番目とは異なり目視にてステイツク化現象を発見
するようにした目視化監視回路であり、Ｘ−Ｙレ
コーダー等の機器を用いて第１の接点３７を通つ
た圧力検出器３６にて検出した油筒３０の圧力を
記録紙５６に記録するものである。すなわち記録
紙５６には第１の接点３７が入つた時だけ記録さ
れるので、その圧力変化は図示の圧力曲線５５の
ように変化することが判読できるため、１番目，
２番目の監視回路にて検出される以前のピストン
３５下部圧力の傾向がわかることになる。記録紙
５６には第１の設定圧力の線５３と第２の設定圧
力の線５４を記入しておくことにより、より一層
早期に弁棒ステイツク現象が把握できる。

今度は第４図を参照してCV３に関する本発明
の一実施例を詳細に説明する。CV３は第１図に
示されているとおり蒸気タービン４の直前の蒸気
管に設置され、蒸気タービン４に流入する蒸気流
量を制御するために使用される蒸気弁であり、通
常の運転中は常時開閉動作を繰り返している。こ
のためCV３においては常時監視を行なわなけれ
ばならない。CV３における本発明はピストン７
３下部の油圧を検出する圧力検出器７０およびピ
ストン７３の位置即ちCV３の弁開度を検出する
ための位置検出器としての差動トランス７４のそ
れぞれで得られた信号を異常監視制御回路を構成
する２種類の監視回路にて異常を監視するもので
ある。

ここでピストン７３下部の油筒７１油圧と弁棒
グランド部との関係について説明する。油筒７１
に矢印Ｄより供給される油圧は常時一定である
が、弁とラツク，ピニオンで結合されたピストン
７３の下部油圧は、任意の弁開度の時CV３前後
の蒸気差圧力による弁のトルクと油筒バネ７２荷
重および弁棒グランド部１３の摩擦力との総和に
より決定される。つまり弁棒グランド部に何ら異
常がない場合にはピストン７３の下部油圧は弁開
度に比例して変化するものであるが、弁棒グラン
ド部１３にシリカが堆積しはじめると弁棒グラン
ド部１３の摩擦力が堆積量に比例して増加するた
め、ピストン７３の下部油圧は弁開度に比例して
変化するのではなく絶対値として油圧が上昇しは
じめる。CV３に関する本発明はこの現象に注目
したものであり、いいかえれば全閉から全開まで
の各弁開度における弁のトルクの変化特性および
油筒バネ７２の荷重変化特性があらかじめ計算に
て求められることから、弁棒グランド部Ｂにおけ
る摩擦力が増大して油筒７１の発生する力以上と
なつた時には弁棒がステイツクしたことを意味す
る。

ここで異常監視制御回路の１番目の監視回路に
ついて説明する。通常の運転中において圧力検出
器７０の信号は第２の演算器７９に入力される。
第２の演算器７９にはこの他に関数発生器７５か
らの出力信号を受けるようになつている。関数発
生器７５は差動トランス７４で検出した弁開度を
入力としてその弁開度における油筒換算油圧信号
を出すようになつており、この出力信号を受ける
演算器７９にて両者の圧力偏差信号を得るように
なつている。ここで関数発生器７５について説明
すると、弁棒グランド部１３に何ら異常がない状
態における弁のトルク変化特性曲線７８、油筒バ
ネ７２の荷重変化特性曲線７７がそれぞれ弁開度
に対する特性として既に計算されており、これら
弁のトルクとバネ荷重とを合計した総荷重特性曲
線７６が得られる。任意の弁開度におけるピスト
ン７３下部油圧はこの弁開度に対する総荷重特性
曲線７６より得られた荷重をピストン７３の面積
で除すれば求めることができるため、関数発生器
７５のグラフにおける縦軸はこの計算数値を目盛
つて油筒換算油圧と名付けている。以上の説明か
ら明らかなように、演算器７９からの出力信号は
実際のピストン７３下部油圧と計算上の油圧との
偏差信号であるため、弁棒グランド部１３に何ら
異常がないときはゼロもしくは各信号検出機器の
検出許容誤差範囲内の信号値となるが、弁棒グラ
ンド部１３にシリカが堆積すると圧力検出器７０
の信号値が大きくなり、演算器７９から偏差信号
が発生し、第４の加算器８３と第５の加算器８０
に到達する。第４の加算器８３には弁棒グランド
部１３にシリカが堆積してきたことの警報を発す
るための偏差油圧に設定された第４の設定器８４
からの信号も入つており、第４の設定圧力以上と
なつたときには第４の加算器８３からの信号は警
報信号となつて警報回路８５へと伝達される。一
方第５の加算器８０には、ステイツク現象の発生
する以前で油筒７１の発生する力の限度に接近し
た点で、タービンをトリツプさせるための偏差油
圧に設定された第５の設定器８１からの信号が入
つており、第５の設定圧力以上となつたときには
第５の加算器８０からの信号はタービントリツプ
信号となつてタービントリツプ回路８２へと伝達
される。

次に２番目の監視回路について説明する。２番
目の監視回路はMSVの項にても述べているよう
に目視によつてステイツク化現象を発見するよう
にした目視化監視回路であり、Ｘ−Ｙレコーダー
等の機器を用いて第２の演算器７９から出力され
る偏差信号を差動トランス７４で検出して弁開度
とともに記録紙８６に記録するものである。即ち
記録紙８６には油圧偏差値曲線９０と弁開度曲線
８９が同時に記録されるため、これらの傾向を監
視することにより１番目の監視回路で検出される
以前の変化状態が判読できることになる。なお記
録紙８６には第４の設定圧力の線８７と第５の設
定圧力の線８８を記入しておくことにより、より
一層早期に弁棒ステイツク化現象を把握できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の異常監視装置に依
れば、ON−OFF動作の蒸気弁のみならず常時開
閉を繰り返す制御弁においても、弁棒グランド部
のシリカ等の異物による弁棒ステイツク化現象
を、ピストン下部油圧を検出するだけで容易かつ
早期に発見でき、しかも油筒内作動油の油圧変化
状態から蒸気弁のステイツク化現象を目視可能と
したことから、蒸気タービンに異常が発生したと
きに確実に蒸気弁が作動することを保証して蒸気
タービンプラントの信頼性が向上するという大き
な利点を有する。

なお本発明は特に地熱プラントにのみ有効な技
術ではなく、広く火力プラント等においても同様
なトラブルに対して適用可能であることはいうま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は地熱発電プラントの概略的系統図、第
２図は第１図の蒸気加減弁のＡ−Ａ線に沿つた断
面図、第３図は本発明に係る蒸気弁の異常監視装
置を主蒸気止め弁に具現化した場合の回路図、第
４図は本発明を蒸気加減弁に具現化した場合の回
路図である。 ２……主蒸気止め弁（MSV）、３……蒸気加減
弁（CV）、Ａ，Ｂ……弁棒グランド部、３０……
油筒、３１，３３……リミツトスイツチ、３６…
…圧力検出器、３７……第１の接点、３８……第
１の加算器、３９……第１の設定器、４０……第
２の加算器、４１……第２の設定器、４２……警
報回路、４３……タービントリツプ回路、４４…
…第２の接点、４５……第３の接点、４６……第
４の接点、４７……第１メモリー、４８……演算
器、４９……第２メモリー、５０……第５の接
点、５１……第３の加算器、５２……第３の設定
器、５６……記録紙、７０……圧力検出器、７１
……油筒、７４……差動トランス、７５……関数
発生器、７９……演算器、８０……第５の加算
器、８１……第５の設定器、８３……第４の加算
器、８４……第４の設定器、８５……警報回路、
８６……記録紙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸気弁の開閉を行なう油圧式駆動装置に、弁
   棒作動用ピストンを収容した油筒を備えたものに
   おいて、上記油筒内作動油の油圧を検出する油圧
   力検出器を設け、この油圧力検出器に異常監視制
   御回路を電気的に接続してなり、上記制御回路
   は、油圧力検出器にて検出された油圧を監視して
   前記蒸気弁のステイツク化現象を早期に検出する
   一方、このステイツク化現象の度合に応じて警報
   やタービントリツプを行なう監視回路と、前記蒸
   気弁のステイツク化現象を作動油の油圧変化状態
   から目視可能な目視化監視回路とを備えたことを
   特徴とする蒸気弁の異常監視装置。 ２ 蒸気弁は地熱発電プラント等に用いられる主
   蒸気止め弁である特許請求の範囲第１項に記載の
   蒸気弁の異常監視装置。 ３ 異常監視制御回路の監視回路は、弁の開閉テ
   スト時に蒸気弁が全閉したことを検出するリミツ
   トスイツチにて作動する第１の接点と、この接点
   を通じて圧力検出器からの油筒内油圧検出信号と
   第１の設定器からの設定信号とを加算する第１の
   加算器からの出力信号により警報を発する回路
   と、上記油筒内油圧検出信号と第２の設定器から
   の設定信号とを加算する第２の加算器からの出力
   信号によりタービントリツプを行なう回路とを有
   する、特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の蒸気弁の異常監視装置。 ４ 異常監視制御回路の監視回路は、弁の開閉テ
   スト時に蒸気弁が全閉したことを検出するリミツ
   トスイツチにて作動する第１の接点と、この接点
   を通じて油圧力検出器からの油筒内油圧検出信号
   を、弁テスト時に蒸気弁が全開して弁テストが終
   了したことを検出するリミツトスイツチにより選
   択的に作動する第３および第４の接点と、上記第
   ３および第４の接点にそれぞれ接続された第１お
   よび第２のメモリーと、上記各メモリーからの信
   号で前回の弁テスト時との圧力変化量を検出する
   演算器と、この演算器からの演算信号と第３の設
   定器からの設定信号とを加算する加算器と、この
   加算器からの出力信号により警報を発する回路と
   を有する特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載の蒸気弁の異常監視装置。 ５ 第３の加算器は第１の加算器の出力信号で動
   作する第２の接点を通つて、タービントリツプを
   行なう回路に接続された特許請求の範囲第４項に
   記載の蒸気弁の異常監視装置。 ６ 異常監視制御回路の目視化監視回路は、弁テ
   スト時に蒸気弁が全閉したことを検出するリミツ
   トスイツチにより作動される第１の接点と、この
   接点を通して圧力検出器からの油筒内油圧信号が
   入力される記録装置を有する特許請求の範囲第１
   項に記載の蒸気弁の異常監視装置。 ７ 蒸気弁は、地熱発電プラント等に用いられ、
   バタフライ弁を使用した蒸気加減弁である特許請
   求の範囲第１項に記載の蒸気弁の異常監視装置。 ８ 異常監視制御回路の監視回路は、蒸気弁の弁
   開度を検出する差動トランス等の位置検出器と、
   この位置検出器からの弁開度信号を入力する関数
   発生器と、関数発生器からの計算油圧と油圧力検
   出器からの油筒内油圧とから偏差油圧値を演算す
   る第２の演算器と、第２の演算器からの出力信号
   と第４の設定器からの設定信号とを加算する第４
   の加算器と、この加算器からの出力信号で警報を
   発する回路と、前記演算器からの出力信号と第５
   の設定器からの設定信号とを加算する第５の加算
   器と、この加算器からの出力信号によりタービン
   トリツプに至らせる回路とを有する特許請求の範
   囲第１項または第７項に記載の蒸気弁の異常監視
   装置。 ９ 異常監視制御回路の目視化監視回路は第２の
   演算器からの出力信号と、位置検出器からの弁開
   度信号とを記録する記録装置を有する特許請求の
   範囲第８項に記載の蒸気弁の異常監視装置。