JPH042763B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は蒸気駆動タービンを蒸気と共にタービ
ンに入る水滴による損傷から保護する方法及び装
置に関する。特に本発明は蒸気の温度及び圧力を
監視して必要な過熱レベルがタービン内で実現さ
れていることを確認し、タービンに入つてくる蒸
気が完全に気相状態になつていることを保証する
ための構成に関する。

従来の技術 従来多数のタービンが過熱水蒸気を駆動媒体及
びエネルギー源として用いている。蒸気の状態が
悪くなり飽和状態に近づくとタービン段において
水滴ないし液体の蒸気が凝縮することは周知の通
りである。水滴ないし水粒子があると運動してい
る羽根の侵食が生じこれはまたタービン中の静止
ダイアフラムやノズルでも程度は小さいが生じ
る。さらに水が相当量侵入すると推力軸受、ジヤ
ーナル軸受及びシールに損傷を与える。これらの
部品の交換には高価で時間のかかる修理作業を要
する。

蒸気が過熱されている程度は蒸気の温度と圧力
がわかつていれば決定できる。これら２つのパラ
メータをもとに通常の蒸気表又はモリエ線図を参
照することで蒸気が過熱状態にあるか否か、過熱
の程度、及び蒸気が飽和するまでに要する温度及
び圧力の降下量を求めることができる。

一般にタービンの操作者は蒸気の状態の意義に
ついては良く理解していない。また運転の際例え
ば蒸気を供給するボイラーの不調や故障は急に生
じるので操作者が蒸気表やモリエ線図などを参照
して蒸気の状態が許容範囲外にまで低下している
ことを判定し、タービンを停止させる時間的余裕
はない。さらに、多くのプラントでは操作者がい
ず、従つて蒸気の状態が変化した場合に対するタ
ービンの水滴に対する保護はなされていないのが
現状である。

タービンを冷えた状態から始動する際には標準
的手順としてタービン入口に蒸気を供給する主蒸
気管寄せを暖気する。この手順により管寄せ中に
ある水は全て気相状態に変化され、過熱された蒸
気が始動の際タービンに確実に供給されるように
される。これによりタービン中に導入され導かれ
る水滴の量は最少化される。多くの場合操作者は
この手順の重要性を理解できず、タービンを管寄
せが冷たいままで及び／又は飽和蒸気を用いて始
動することが多い。

発明が解決しようとする問題点 本発明はこの従来の操作手順の問題点を解決す
るために開発された。本発明装置は蒸気の温度と
圧力とをタービンの入口で監視している。この監
視して得た温度と圧力のデータは過熱の程度及び
飽和温度を決定するのに用いられ、タービンを運
転すべきか否かの判定がなされる。タービンを運
転すべきでない場合タービンへの蒸気の供給は操
作者の対応を待たず自動的に遮断される。また本
発明装置はタービンを始動する前に過熱水蒸気を
タービン入口に要求する点で始動許可装置として
も作用する。

さらに、タービン入口へ入来する蒸気の圧力を
監視するので同一の制御信号で低圧力状態あるい
は過昇圧状態の判定ができる。タービンはこれら
の条件のどれかが検出された場合タービンへの蒸
気の流れを制御している入口弁を閉じることによ
つて停止される。

本発明の目的は蒸気タービンの動作を制御する
装置を提供するにある。

本発明の他の目的は蒸気タービンに供給される
蒸気の状態を監視する装置を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は駆動蒸気が必要な程
度の過熱状態にないことが検出された場合に蒸気
タービンの運転を遮断する自動装置を提供するに
ある。

本発明の別の目的は蒸気圧が正常な範囲から外
れた場合に蒸気タービンの運転を遮断する装置を
提供するにある。

本発明のなお別の目的は所定の圧力及び過熱状
態を維持するように動作制御することにより蒸気
タービンを保護する方法を提供するにある。

本発明の他の目的は以下の説明及び特許請求の
範囲の記載より明らかとなろう。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を好ましい実施例に説明する
如く、タービンの動作をそれを駆動する蒸気が過
熱されている場合のみ可能にする蒸気タービンの
保護システムを提供することにより達成する。そ
の際蒸気タービンはタービンへの蒸気の供給を遮
断するトリツプ手段を含む。駆動蒸気の圧力を感
知すべく圧力感知手段が設けられ該圧力に対応す
る圧力信号を発生する。同様に、温度感知手段が
取付けられて駆動蒸気の温度を感知し該温度に対
応する温度信号を発生する。圧力信号及び温度信
号を受信すべく論理手段が結合され、論理手段は
これらの信号を比較することにより駆動蒸気が所
定の閾値を超えて過熱されているか否かを判定
し、駆動蒸気の過熱の程度が閾値レベルを超えて
いない場合フオールト信号を発生する。また励起
手段がフオールト信号を受信すべく接続され、フ
オールト信号に応じてトリツプ手段を励起し、タ
ービンへの蒸気の流れを遮断する。

本発明はまたタービンへ供給される蒸気中に含
まれる液体の水により生じる可能性のある損傷か
ら蒸気タービンを自動的に保護する方法を開示す
る。本方法は供給される蒸気の圧力を感知し、供
給される蒸気の温度を感知し、感知した温度と圧
力を比較して供給される蒸気の過熱の程度を求
め、上記判定段階での判定の結果過熱の程度が供
給される蒸気に液体の水が含まれないことが確実
になるように選択された閾値レベルより下であつ
た場合蒸気の流れを遮断する各段階を含む。

実施例 以下、所定の条件下で蒸気の流れを遮断しター
ビンの動作を防止する装置及び方法を説明する。
本発明による方法及び装置は他の形のターボ機械
類にも応用可能であることを理解すべきである。
さらに、一の実施例では個々の回路部品を使用し
た例を示したが、全ての機能をプログラムされた
マイクロコンピユータに行なわせることも可能で
ある。さらに、これらのプログラムされた機能は
全体を制御するマスターコントロールの多数のサ
ブルーチンの一つであつてもよい。

第１図は温度に対して圧力をプロツトしたモリ
エ線図である。この図で「飽和」と記された領域
は飽和線により「過熱」と記された領域と区別さ
れている。飽和線の左側の領域では蒸気は一部液
体になつているが飽和線の右側の領域では蒸気は
全て気体である。図に示した蒸気状態トリツプ線
はタービンの蒸気入口での温度と圧力を比較する
ことで決定される。さらにタービンが動作する際
の最大圧及び最小圧を示す高圧力トリツプ線及び
低圧力トリツプ線を図示する。蒸気状態トリツプ
線の右側及び２つの圧力線の間の領域はタービン
を安全に運転できる動作域を示している。この動
作域は441℃及び4238 kPaの設計動作蒸気条件を
有するタービンについてのものである。低圧力ト
リツプレベルは2170kPaに、また高圧力トリツプ
レベルは4652kPaに設定してある。

蒸気状態トリツプ線は飽和線の約38℃上に設定
されている。これは蒸気入口にて38℃の過熱があ
ればタービン内での蒸気の凝縮はないとする仮定
に基いている。蒸気状態トリツプ線は直線である
が飽和線は湾曲している。しかし、圧力及び温度
条件が設計域から外れると飽和線と蒸気状態トリ
ツプ線との間の温度差は増大する傾向にあり、こ
のため全体の安全性が向上し、また状態が蒸気状
態トリツプ線の右側にあることが検出された場合
タービン内では凝縮が生じないことが保証され
る。温度及び圧力条件が蒸気状態トリツプ線より
左側に降下していることが検出されると制御装置
によりタービンへの蒸気の供給が遮断される。

第２図は保護システムの概略的構成図である。
蒸気は蒸気供給ライン１０、トリツプ及びスロツ
トル弁１２を経てタービン１４の入口に供給され
る。蒸気はタービン１４を経て蒸気排出口１８よ
り排出される。蒸気のエネルギーは出力軸に作用
する機械的仕事に変換され、タービンが出力軸１
６を駆動する。

また圧力変換器２２が接続されて供給ライン１
０中の蒸気圧を監視し感知した圧力を表わす信号
を発生する。この信号はワイヤ２４を経て制御装
置２０へ送られる。同様に、温度変換器３２が接
続されて蒸気供給線１０中の温度を監視し感知温
度を表わす信号を発生する。この信号はワイヤ３
４を経て制御装置２０へ送られる。制御装置２０
は適当な個々の電子回路を含む装置又は制御機能
を行なうべく様々なインターフエース装置を備え
たマイクロプロセツサである。

典型的な制御装置の外観は圧力変換器及び温度
変換器で感知した圧力及び温度をそれぞれ表示す
る圧力計４４及び温度計４６を有する構成となつ
ている。さらに、制御装置２０の前面パネルには
一連の発光ダイオード、電球、あるいは他の表示
器が含まれる。励起した場合、クリアリフアレン
ス表示器５０がフオールト条件が検出されていな
いことを表示し、また表示器５４が蒸気状態が不
適当である（水滴が多すぎるあるいは過熱が不
足）ことを警告し、また表示器５６が蒸気圧が高
すぎることを警告し、さらに表示器５２が蒸気圧
が低すぎることを警告する。

電力は電源ライン２６を介して供給される。制
御装置２０はフオールト条件が検出されると制御
信号を発生し、これはワイヤ３８を伝送される。

トリツプ及びスロツトル弁１２はオイル源４０
より供給される加圧オイルにより動作される。オ
イルは加圧されて弁へ流れこれを開位置に保つ。
弁を閉じるのが望ましい場合はソレノイド弁２８
が開かれオイル源をオイルドレイン４２へバイパ
スさせる。この状態においてはトリツプ及びスロ
ツトル弁１２におけるオイル圧が低下するので弁
は閉じ、タービンへの蒸気の流れが遮断される。
ソレノイド弁２８はワイヤ３８上の信号により励
起される。また図に示すように、ソレノイド弁へ
の電力供給回路は制御装置２０により遮断されソ
レノイド弁２８は消勢される。

トリツプ及びスロツトル弁１２はアメリカ合衆
国ペンシルバニア州ラングホーン所在のギンペル
社製造のモデルNo.NP−1680として公知の弁であ
る。この弁は、弁座と弁デイスクを有して弁本体
の蒸気の流れを制御する本体と、可動ピストンを
有して弁本体に取付けられた中空円筒筐体とを有
する。ピストンは弁本体と円筒筐体内に延在する
細長い管を介して弁デイスクに接続される。ピス
トンは弁デイスクを弁座に対して正常に閉じた位
置に保持するようにバイアスされたばねにより構
成される。オイル源４０から供給される圧縮オイ
ルはピストンの外面に接触し、圧力がバイアスさ
れたばね力、蒸気圧力、移動部の重量及び摩擦に
打ち勝つのに十分になると、弁デイスクは弁座か
ら離間して弁本体に蒸気を流す。それ以外、例え
ば、オイルがソレノイド弁２８を介してオイルド
レインに転じた場合等は閉じたままである。

第３図は個々の部品を使用した場合の制御論理
回路の電気的概略図であり、所望の機能を達成す
るための部品及び適当な接続を示している。第３
図の左側には制御装置入力に接続されたワイヤ３
４及び２４がある。これらのワイヤは圧力変換器
２２及び温度変換器３２からの適当な信号を搬送
するワイヤである。ワイヤ２４及び３４は第２図
に示した圧力計４４及び温度計４６に接続されて
いるのがわかる。

電力はワイヤ９２を介して第３図の回路に供給
される。また電力はトランジスタ７４，７６，７
８，８０，８２，８４、及び８６、さらに可変抵
抗器６４及び６６へ供給される。

ワイヤ３４及び２４に生じる信号は検出された
温度及び圧力を表わしており、可変抵抗器６０及
び６２で適当に調節される。可変抵抗器はこれら
２つの別個の信号の絶対値の比較で蒸気中の過熱
のレベルが所望の閾値レベルを超えているか否か
が判定できるような値に設定される。

比較器６８は温度信号の絶対値を圧力信号の絶
対値と比較する。圧力信号の絶対値が温度信号の
それを超えている場合、過熱が不足しておりター
ビンへの蒸気の流れを遮断するのが望ましいと判
定される。

可変抵抗器６０及び６２は手動設定されて関与
する個々のシステムに応じた最小限の過熱レベル
を決定する。適当な動作条件下では十分な過熱状
態が存在し、比較器は温度信号が圧力信号より高
いことを示し、従つて比較器は出力信号を生じな
い。このような条件下ではトランジスタ７４のベ
ースは励起されず、従つてトランジスタ７４は導
通しない。同時にトランジスタ７６も導通しな
い。トランジスタ７６が導通しないと電流はワイ
ヤ９２からワイヤ１１０へ流れ、ワイヤ１１０の
電流によりトランジスタ８６のベースが励起さ
れ、電流がリレーコイル８８へ流れ、接点９０が
動かされ、その際ソレノイド弁２８が励起され
る。さらに、電流はワイヤ１１８から抵抗器Ｒ３
を経て発光ダイオード５０へ流れ、制御器前面パ
ネルにクリア状態が表示される。

しかし、必要な程度の過熱が存在しない場合、
圧力信号は絶対値において温度信号より大きくな
り、比較器は出力信号を生じる。この出力信号は
トランジスタ７４のベースを励起し、これにより
トランジスタ７４は導通する。その結果ワイヤ１
１２に電流が流れ発光ダイオード５４が励起され
て制御装置前面に蒸気の状態が悪いことが示され
る。これによりトランジスタ７６は導通し、ワイ
ヤ１１０を接地することによりトランジスタ８６
のベースに電圧が加わるのを阻止する。その結果
トランジスタ８６は非導通となり、リレーコイル
８８は消勢され、接点９０も消勢されてソレノイ
ド弁２８が開き、オイルがドレインへ流れ、トリ
ツプ及びスロツトル弁１２が閉じる。これにより
蒸気タービンへの蒸気の流れが遮断される。上記
の如く、本発明では適当な信号の絶対値の比較に
よりトリツプ及びスロツトル弁が閉じられる。

同様に低圧及び高圧条件が感知され、トランジ
スタ８６を消勢するのに使用される。可変抵抗器
６４及び６６は所定電位を比較器７０及び７２に
印加するためのもので、低圧力及び高圧力条件に
おけるトリツプレベルを設定するのに使われる。
電力はワイヤ９２を経て可変抵抗器６４に供給さ
れる。ワイヤ１０４の圧力信号と比較されるワイ
ヤ１０６上の信号レベルを適当に設定すべく比抵
抗の値が選択される。ワイヤ１０４上の圧力信号
がワイヤ１０６上の高圧力信号を超えると比較器
は出力信号を生じ、トランジスタ７８のベースを
励起する。するとトランジスタ７８は導通し、発
光ダイオード５６を励起して高圧力条件であるこ
とを表示し、またトランジスタ８０のベースを励
起する。するとトランジスタ８０は導通し、ワイ
ヤ１１０を接地し、トランジスタ８６のベース電
位を接地する。そこで前記の場合と同様にタービ
ンへ到る蒸気の流れがトリツプ及びスロツトル弁
の閉止により遮断される。

低圧力保護装置も同様に動作する。低圧力レベ
ルが抵抗器６６により設定され、適当な低圧力信
号がワイヤ１０８を経て比較器７２へ送られ、そ
こでワイヤ１０４上の実際の圧力信号と比較され
る。圧力が低すぎると比較器は出力信号を生じ、
トランジスタ８２のベースを励起して導通させ、
発光ダイオード５２を励起すると同時にトランジ
スタ８４のベースをも励起してワイヤ１１０を接
地させる。これによりトランジスタ８６は非導通
となり、ソレノイド弁２８を消勢し、その結果ト
リツプ及びスロツトル弁１２には閉止される。

本発明回路は電力が失われるとソレノイド弁２
８が開いたままになり、これによりトリツプ及び
スロツトル弁１２が閉じタービンへの蒸気の流れ
が遮断されるように設計されているのが理解され
よう。

第４図は第３図の回路の動作論理を有するマイ
クロプロセツサの概略図である。圧力及び温度信
号はワイヤ３４及び２４を介してマイクロプロセ
ツサに入力される。また高圧力信号及び低圧力信
号がワイヤ１６０及び１６２を経てマイクロプロ
セツサ１５０に供給される。マイクロプロセツサ
は一連の出力線を有するが、その一がワイヤ１５
２である。フオールト条件が入力３４，２４，１
６０、及び１６２へ入力する信号及びマイクロコ
ンピユータ内のプログラムされた論理ないし他の
同様なコンピユータ装置の論理に基いて検出され
るとワイヤ１５２に適当な出力が生じる。

ワイヤ１５２はリレーコイル１５４を励起し、
これにより接点１５６が閉じる。その結果トラン
ジスタ８６のベースに電圧が加わりこれを導通さ
せる。その結果リレー８８により接点９０が励起
される。このように通常の動作モードでは出力１
５２は励起されている。

しかし、フオールトが検出されると出力１５２
は消勢され、その際リレーコイル１５４も消勢さ
れて接点１５６が開く。このように、電流はワイ
ヤ１５８からトランジスタ８６のベースへ供給さ
れることがなく、そこでトランジスタ８６は非導
通となり、リレーコイル８８が消勢され接点９０
が開く。このモードではトリツプ及びスロツトル
弁は閉じ、タービンへ到る蒸気の流れを遮断す
る。

また可変抵抗器６０及び６２の他に弁の温度及
び圧力入力を調整する別の手段が設けられ、温度
及び圧力変換器を較正する。

以上説明したトリツプ及びスロツトル弁を制御
するソレノイド弁は励起されて開く。同等なフエ
イルセーフシステムでソレノイドが消勢されて開
き、電源電圧が消失するとタービンへの蒸気の流
れが遮断されるようにしてもよい。

以上、本発明を図示の機能を達成する特定の実
施例について説明した。しかし、本発明の思想及
び範囲内で様々な変形・変更が可能である。

本発明は蒸気タービンを水滴による損傷から保
護する装置及び方法を開示する。入来する蒸気の
温度及び圧力を監視することにより十分な過熱エ
ネルギーがあるか否かを判定し、タービンを通る
蒸気の流れが気相状態にあることを確実にするこ
とができる。この同じ入力信号により蒸気の圧力
不足状態及び過昇圧状態を判定することができ
る。フオールト状態が検出されるとタービンの運
転は自動的に遮断される。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気の相を様々な温度・圧力条件につ
いて示すモリエ線図、第２図は本発明が開示する
保護装置の概略図、第３図は保護装置の論理機能
を行なうための概略的電気回路図、第４図は第３
図回路素子のかわりにその機能を行なうマイクロ
プロセツサを示す第３図と類似の図である。 １０……蒸気供給ライン、１２……トリツプ及
びスロツトル弁、１４……タービン、１６……出
力軸、１８……蒸気排出口、２０……制御装置、
２２……圧力変換器、２４，３４，３８，９２，
１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１
２，１１４，１１６，１１８，１５２，１５８，
１６０，１６２……ワイヤ、２６……電源ライ
ン、２８……ソレノイド弁、３２……温度変換
器、４０……オイル源、４２……オイルドレイ
ン、４４……圧力計、４６……温度計、５０，５
２，５４，５６……表示器、６０，６２，６４，
６６……可変抵抗器、６８，７０，７２……比較
器、７４，７６，７８，８０，８２，８４，８６
……トランジスタ、８８……リレー、９０，１５
６……接点、１５０……マイクロプロセツサ、１
５４……リレーコイル、R₁，R₂，R₃……抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービン１４への蒸気の供給を遮断するトリ
   ツプ手段１２を有し、前記タービン１４を駆動す
   る蒸気が加熱状態にある場合にのみ該タービン１
   ４の動作を安定にする蒸気タービン１４の保護装
   置であつて、 前記蒸気の圧力を感知して該圧力を表す圧力信
   号を発生する圧力感知手段２２と、 前記蒸気の温度を感知して該温度を表す温度信
   号を発生する温度感知手段３２と、 前記圧力及び温度信号が供給されて該温度及び
   圧力信号の値を調節する信号調節手段６０，６２
   を有する論理手段２０と、 調節された前記温度及び圧力信号が供給され、
   該調節された圧力信号の絶対値が前記調節された
   温度信号の絶対値を超えた場合にフオールト信号
   を生成する比較器６８と、 前記フオールト信号が供給され、該フオールト
   信号に応じて前記トリツプ手段１２を動作させ
   て、前記タービンへの蒸気の流れを遮断する励起
   手段２８とを有する装置。 ２ 前記励起手段２８は通常は導通しているスイ
   ツチ手段８６によつて励起されるソレノイド８
   ８，９０であり、フオールトの検出に応じて該フ
   オールト信号がスイツチ手段８６に供給されると
   これが非導通とされ、ソレノイド８８，９０が消
   勢され、その結果該トリツプ手段１２が励起され
   てタービン１４への蒸気の流れが遮断される特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記装置は、前記比較器６８の出力信号が供
   給される第１のトランジスタ７４及び第２のトラ
   ンジスタ７６を有するトランジスタ回路を更に有
   し、前記出力信号は前記第１のトランジスタ７４
   を「オン」にバイアスし、該第１のトランジスタ
   ７４は前記第２のトランジスタ７６を「オン」に
   バイアスし、該２のトランジスタ７６は接地さ
   れ、また通常は導通しているスイツチ手段８６を
   「オン」にバイアスするのに使われる電源に接続
   され、該第２のトランジスタ７６が「オン」にバ
   イアスされるとスイツチ手段８６が「オフ」にな
   る特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 前記論理手段は、 前記圧力信号を基準低圧信号と比較する低圧手
   段６４と、 前記圧力信号を基準高圧信号と比較する高圧手
   段６６とを更に有し、 前記論理手段２０は前記圧力信号が前記基準低
   圧信号より低いか前記基準高圧信号より高い場合
   にフオールト信号を発生する特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ５ 前記論理手段はプログラムされたコンピユー
   タ１５０である特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ６ タービン１４に供給される蒸気中に含まれる
   液体の水により生じる損傷の危険性から蒸気ター
   ビン１４を自動的に保護する方法であつて、 供給される蒸気の圧力を感知し、 供給される蒸気の温度を感知し、 供給される蒸気の加熱状態を確認するために感
   知した前記温度及び圧力を夫々表す調節信号を用
   いて該感知した温度及び圧力を比較すると共に加
   熱の閾値レベルが存在するかどうかを決定するた
   めに前記調節信号の絶対値を比較し、 加熱状態が、供給される蒸気が液体状態の水を
   含まない選択された閾値レベル以下であると前記
   比較段階が決定した場合にタービンへ供給される
   蒸気の流れを遮断する段階よりなる方法。 ７ 前記方法は、 感知された圧力が低圧閾値より低いか高圧閾値
   より高いかを決定し、 前記決定段階が感知された圧力が低圧閾値より
   低い又は高圧閾値より高いと示した場合に前記タ
   ービンへ供給される蒸気の流れを遮断する段階と
   を更に有する特許請求の範囲第７項記載の方法。 ８ 前記遮断段階の動作中に、該遮断段階が前記
   閾値レベル以下の加熱状態、前記低圧閾値より低
   い圧力又は前記高圧閾値より高い圧力に基づいて
   動作していることを表示する表示器５２，５４，
   ５６を励起する段階を更に有する特許請求の範囲
   第７項記載の方法。