JPH0368202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、フラツシユタイプの地熱蒸気タービ
ンプラントにおける地熱蒸気タービンの制御装置
に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

一般に、地熱蒸気タービンプラントは地熱蒸気
の有する熱エネルギを機械エネルギに変換せし
め、発電機等を回転駆動せしめ所定の動力を取り
出すものである。

ところが、井戸より放出される地熱蒸気は多量
の蒸気を含む良質のものもあるが、熱水を多量に
含む劣性のものも多く、地熱蒸気の有するエネル
ギを有効に利用するには、後者の熱水のエネルギ
を如何に効率よく取り出すことができるかにかか
つている。

そこで、上記地熱蒸気の有するエネルギを有効
に取り出す手段としては、地熱蒸気の性状によつ
て種々のシステムが考えられるが、従来採用され
てきた方法としては、地熱井戸より噴出される地
熱蒸気をセパレータに通し、ここで熱水と分離す
るとともにセパレータの器内圧にまで減圧するこ
とにつて熱水から蒸気をフラツシユせしめ、それ
らの蒸気を一次蒸気としてタービンの高圧段部に
導入し、また蒸気が分離された熱水はフラツシヤ
と称する減圧タンクに導き、ここで減圧してさら
にフラツシユ蒸気を発生させ、この蒸気をタービ
ンの中間段落に導くという二段フラツシユ方式
が、熱効率を上げるという点から一般的である。

しかしながら、このような装置においては、フ
ラツシヤの特性として当然のことながら器内圧が
極度に下がると、フラツシユする蒸気量はフラツ
シヤの能力以上になり、フラツシヤ内を通過する
蒸気流速は過大なものとなつて、発生蒸気と熱水
の分離効率が悪くなり、熱水のキヤリオーバを起
こして、タービンへ損傷を与える可能性が高くな
る。特に２次側に於ては、タービン流入部は１次
側蒸気が上流から流れてきている混合部であるた
め、流れそのものが複雑であり、さらに２次蒸気
に熱水が含まれることにより、羽根がエロージヨ
ンや過大な励振力を受け、損害を受け易い等の問
題がある。

第１図は従来の地熱蒸気タービンプラントの概
略系統図であつて、地熱井戸１から発生した地熱
蒸気は、セパレータ２に導かれて蒸気中に含まれ
ている熱水が分離される。また上記蒸気から分離
された熱水は上記セパレータ２内でフラツシユ
し、フラツシユ蒸気が発生せしめられ、熱水を分
離した蒸気とともに１次蒸気として、主蒸気止め
弁３、蒸気加減弁４を経て蒸気タービン５の高圧
段部に流入する。

一方、セパレータ２で分離された熱水は、セパ
レータ内の水位が一定以上にならないようにレベ
ルコントローラ６によつて弁開度が制御される調
節弁７を経て、低のフラツシヤ８に排出される。
このフラツシヤ８に導入された熱水はそこで減圧
されることによつてさらにフラツシユして蒸気を
発生し、ここで発生した蒸気は、２次蒸気として
低圧系の主蒸気止め弁９、蒸気加減弁１０を経て
蒸気タービン５の低圧段部に供給される。しかし
て上記蒸気タービン５は前記圧段部に導入された
蒸気および低圧段部に導入された蒸気とによつて
作動せしめられ、発電機１１を駆動する。また、
上記蒸気タービン５で仕事を行なつた蒸気は復水
器１２で凝縮復水せしめられる。

前記低圧のフラツシヤ８内の水位は、レベルコ
ントローラ１３によつて弁開度が制御される調節
弁１５によつて制御され、余分の熱水はその調節
弁１４を経て外部に排出される。

また、１次蒸気系のセパレータ２および２次蒸
気系のフラツシヤ８とも、所定の圧力まで減圧れ
なければならず、さらに前記両器内圧はタービン
への流入蒸気量と発生蒸気量との関係によつて決
まるが、各蒸気系統の耐圧設計の観点から許容圧
力以上に圧力が上昇しないように、各系統には圧
力検出器１５，１６によつて制御される圧力逃し
弁１７，１８がそれぞれ設けられている。

他方、蒸気タービン５の回転軸端に設けられた
歯車１９およびそれに対向して設けられている電
磁ピツクアツプ２０によつて蒸気タービン５の回
転数が検出され、その回転数信号が蒸気加減弁制
御装置２１に入力せしめられ、その蒸気加減弁制
御装置２１からの出力信号によつて各蒸気加減弁
４，１０の開度が調節され、蒸気タービンの回転
数が制御される。

ところで、第２図は上記蒸気加減弁制御装置の
概略系統図であつて、電磁ピツクアツプ２０によ
つて検出された蒸気タービン５の回転数信号は、
周波数／電圧変換器３０によつて電圧信号に変換
され、この回転数に比例した信号が、速度設定器
３１からの速度設定信号と比較器３２で比較さ
れ、その偏差信号が速度調定器３３で速度調定率
の定数を乗ぜられた後低値優先回路３４に印加さ
れる。上記低値優先回路３４には負荷制限器３５
からの負荷制限信号も加えられており、その負荷
制限信号と前記速度調定器３３を経た速度制御信
号との低値信号が優先されて、１次側の蒸気加減
弁４の開度設定ユニツト３６および２次側の蒸気
加減弁１０の開度設定ユニツト３７に並行して信
号が伝えられ、各々所定の弁開き始め点補正、実
開度フイードバツク、加減弁流量特性線型化補正
等を行なつて信号増幅された後、電油変換器３
８，３９で油圧信号に変換され、油筒４０，４１
によつて１次側の蒸気加減弁４および２次側の蒸
気加減弁１０がそれぞれ開閉制御され、タービン
に流入する蒸気量が制御され、一定の回転数或は
負荷に保持される。

しかしながら、このような蒸気系統では、圧力
逃し弁や蒸気ライン中の他の逃し弁、ドレン弁等
が、故障或は誤操作等の何等かの異常で開いて蒸
気ライン圧力が低下するようなことが生じた場
合、セパレータやフラツシヤでは第３図に示すよ
うにフラツシユする蒸気量が増加し、ひいてはセ
パレータやフラツシヤの正常な能力を発揮し得る
限界流速を越えて、熱水のキヤリオーバや、器内
熱水レベルの変動を引き起こして見かけ上のレベ
ル高となることが考えられる。第３図において、
横軸は器内圧力Ｐであり縦軸は器内の蒸気の平均
流速である。

しかして、仮りに流入する熱水の条件を一定と
すると、器内圧力と平均流速の関係は図中に示す
曲線のように圧力Ｐに反比例した特性となる。一
方、セパレータやフラツシヤにおいてはその形状
により種々特性が異なるが、一般に第４図に示す
ように、器内平均流速Ｖと流出する蒸気の湿り度
Ｗとの関係は、或流速を限界に湿り度が急激に増
加することが判つている。すなわち、この限界と
なる流速Vaに至る器内圧力Paまで圧力が低下す
ると、湿に度が急激に増加することになり、蒸気
タービンにおいてはエロージヨンや損傷などを引
き起し、信頼性が著しく低下する等の不都合があ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、蒸気配管系にお
いて何らかの異常で圧力が低下し、セパレータや
フラツシヤでの発生蒸気量がそれらの能力以上に
増加して、熱水のキヤリオーバを引き起こそうと
しても、タービン入口の蒸気加減弁を制御するこ
とにより、セパレータ或はフラツシヤの器内圧を
回復せしめると同時に、熱水のタービンへのキヤ
リオーバをも防止し得るようにすることを目的と
する。

〔発明の概要〕

地熱井戸より噴出する蒸気あるいは熱水を減圧
タンクへ導き、発生分離した蒸気によつて蒸気タ
ービンを駆動するようにした地熱タービンプラン
トにおける地熱タービン制御装置において、減圧
タンクの蒸気圧、およびその減圧タンクから蒸気
タービン側に流れる蒸気の流量とによつて蒸気の
流速を算出する流速換算器と、蒸気圧の関数とし
て通過制限流速を算出する制限流速検出器と、上
流速換算器と制限流速検出器からの出力信号を比
較し、蒸気の実流速が制限流速以上になつたとき
に蒸気加減弁に閉信号を出力する関数発生器とを
有し、上記関数発生器からの出力信号をタービン
回転数或は負荷設定信号に優先させるようにした
ことを特徴とするものであつて、蒸気の湿り度の
急激な増加を防止し、タービンエロージヨンや損
傷などの発生を防止するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、第５図および第６図を参照して本発明の
一実施例について説明する。なお、図中第１図と
同一部分については同一符号を付しその詳細な説
明は省略する。

地熱井戸１より発生した地熱蒸気は、セパレー
タ２で気水分離された後、１次蒸気として主蒸気
止め弁３および蒸気加減弁４を経て蒸気タービン
５の高圧段部に供給される。一方、セパレータ２
で分離された熱水は調整弁７を経てフラツシヤ８
に導かれ、ここで減圧されフラツシユして発生し
た蒸気は、２次蒸気として主蒸気止め弁９および
蒸気加減弁１０を経て蒸気タービン５の低圧段部
に導かれ、蒸気タービン５は高圧段部および低圧
段部にそれぞれ供給された蒸気によつて作動せし
められる。

ところで、セパレータ２から蒸気タービン５に
蒸気が供給される１次側蒸気導管４５およびフラ
ツシヤ８から蒸気タービン５に蒸気が供給される
２次側蒸気導管４６には、それぞれ圧力検出器４
７，４８および流量検出器４９，５０が設けられ
ている。上記圧力検出器４７，４８と流量検出器
４９，５０からの検出信号は、それぞれ流速換算
器５１，５２に加えられ、圧力と流量とによつて
対応する流速が算出され、その流速信号がそれぞ
れ比較器５３，５４に加えられる。一方上記圧力
検出器４７，４８からの圧力信号は、それぞれ制
限流速検出器５５，５６に加えられ、蒸気圧力の
関数としてセパレータ２およびフラツシヤ８での
通過制限流速が算出され、その通過制限流速信号
も上記比較器５３，５４に加えられる。

上記比較器５３，５４では、流速換算器５１と
制限流速検出器５５からの出力信号との差、およ
び流速換算器５２と制限流速検出器５６からの出
力信号との差がそれぞれ求められ、その偏差信号
がそれぞれ関数発生器５７，５８に加えられる。
この関数発生器５７，５８は、ともに蒸気の実流
速が制限流速以上になつたときのみ、すなわち流
速換算器５１，５２からの出力信号が制限流速検
出器５５，５６からの出力信号より大きくなつた
ときのみ、蒸気加減弁４，１０を所定の傾斜で無
負荷位置まで絞り込むような制御信号（第６図）
を出すようにしてある。

そこで、上記両関数発生器５７，５８からの出
力信号は、低値優先回路５９，６０にそれぞれ印
加され、そこで負荷制限器３５からの負荷制限信
号、および速度調定器３３を経た速度制御信号と
の比較が行なわれ、各低値優先回路５９，６０の
低値信号が蒸気加減弁の開度設定ユニツト３６，
３７に加えられ蒸気加減弁の開度信号が発せら
れ、電気油圧変換器３８，３９を介して油筒４
０，４１がそれぞれ作動され、蒸気加減弁４，１
０の開度がそれぞれ制御される。

しかして、仮りに一定負荷運転中に、蒸気配管
系の逃し弁あるいはドレン弁等の故障や誤操作等
によつて弁が開き、フラツシヤ８の器内圧が減少
すると、フラツシユ量増加によつて流速が増し、
実流速が制限値を越すと、関数発生器５８から加
減弁開度の絞り込み信号が発生し、これが低値優
先回路６０で速度制御信号および負荷設定信号に
優先して蒸気加減弁の開度設定ユニツト３７に加
わり、蒸気加減弁１０が閉方向に作動される。ま
た、フラツシヤ８内の圧力がさらに低下すれば、
さらに蒸気加減弁１０は無負荷位置まで絞り込み
が続けられ、器内の圧力低下が防止されるととも
に、熱水の蒸気タービンへのキヤリオーバが防止
される。なお、セパレータ２内の圧力低下に際し
ても同様に関数発器５７からの信号が優先し、蒸
気加減弁４の閉制御が行なわれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本明においてはセパレー
タやフラツシヤ等の減圧タンク器内圧力低下時に
発生蒸気量が過渡に増加して器内平均流速が許容
値以上になつたとき、タービン回転数或は負荷設
定信号に優先させて蒸気加減弁を閉方向に制御す
る蒸気加減弁制御装置を設けたので、定常運転中
にセパレータ等の器内圧が異常に低下した場合に
おいても、蒸気加減弁が閉じられ蒸気タービンへ
の熱水のキヤリオーバやウオータインダクシヨン
が防止され、タービン羽根や蒸気通路部のエロー
ジヨンや水滴による励振等を起すことがなく、タ
ービンの信頼性の維持向上を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な地熱蒸気タービンプラントの
概略系統図、第２図は上記タービンプラントにお
けるタービン制御装置の系統図、第３図は減圧タ
ンクの入口蒸気条件一定の場合の器内圧と器内平
均流速の一特性を示す関係特性線図、第４図は減
圧タンクの器内流速と蒸気湿り度との関係線図、
第５図は、本発明の地熱タービン制御装置の系統
図、第６図は本発明における関数発生器の特性線
図である。 ２……セパレータ、４，１０……蒸気加減弁、
５……蒸気タービン、８……フラツシヤ、４７，
４８……圧力検出器、４９，５０……流量検出
器、５１，５２……流速換算器、５５，５６……
制限流速検出器、５７，５８……関数発生器、５
９，６０……低値優先回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地熱井戸より噴出する蒸気あるいは熱水を減
   圧タンクへ導き、発生分離した蒸気によつて蒸気
   タービンを駆動するようにした地熱タービンプラ
   ントにおける地熱タービン制御装置において、減
   圧タンクの蒸気圧、およびその減圧タンクから蒸
   気タービン側に流れる蒸気の流量とによつて蒸気
   の流速を算出する流速換算器と、蒸気圧の関数と
   して通過制限流速を算出する制限流速検出器と、
   上記流速換算器と制限流速検出器からの出力信号
   を比較し、蒸気の実流速が制限流速以上になつた
   ときに蒸気加減弁に閉信号を出力する関数発生器
   と、上記関数発生器からの出力信号をタービン回
   転数或は負荷設定信号に優先させる低値優先回路
   とを有することを特徴とする地熱タービン制御装
   置。