JPH0432921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は蒸気タービンに関するものであり、更
に詳しくは蒸気タービン用の制御システムに関す
るものである。更にもつと詳しくは、本発明はボ
イラーから蒸気タービンへの水のキヤリオーバ
（carryover）によつて生じるタービンの損傷の
危険性を少なくする手段に関するものである。

蒸気タービンはボイラーにより発生された蒸気
の供給を受けて動作するように設計されている。
動作のいくつかの段階では、蒸気とともに水が蒸
気タービンに入つてしまう危険性がある。水のキ
ヤリオーバは、それによつて生じる機械的振動と
熱衝撃により蒸気タービンの寿命が短縮したり直
ちに永久的な損傷を受けることがあるので好まし
くない。

水のキヤリオーバは、例えば、現存のボイラー
の蒸気発生能力に対して蒸気の需要が過大である
場合、あるいは蒸気の需要に比べて蒸気の供給が
不充分である場合に生じる。この２つの状態は類
似のものと考えられるかも知れないが、原因によ
つて大まかに区別することができる。蒸気の需要
が過大になるのは、例えば、蒸気タービンに供給
される蒸気の増加率がボイラーの蒸気発生の増加
率より大きくなる始動時である。この不一致の原
因としては、蒸気タービンがそれに供給される余
分な蒸気に素早く応動できるのに対して、ボイラ
ーは応答の遅い熱源に依存しているので対応する
割合で出力を増加させることができないことによ
る。このことが特にあてはまるのは石炭燃料ボイ
ラーである。蒸気の供給が不充分になるのは、例
えば、ボイラー内の火力不足、ボイラー制御器内
の問題、またはボイラー設定値の選定が不適切で
あることに起因する。

たとえば、発電機を駆動する蒸気タービンの始
動の際、蒸気タービンは無負荷、又はせいぜい軽
負荷の状態で手動により又は自動的に運転速度ま
で速度上昇される。このとき発電機が作動され、
そして蒸気タービンに供給され蒸気流を自動的に
又は手動で増加させることにより蒸気タービンの
トルク出力が徐々に増加する。理想的には、発生
される蒸気は蒸気流と同じ割合で増加させなけれ
ばならない。しかし、上記の通りのように、特に
石炭燃料ボイラーの場合には、蒸気タービンとボ
イラーの応答を完全に一致させることはできな
い。したがつて、少なくとも始動の際はボイラー
圧力は限界内で変化できるようにしなければなら
ない。しかし、ボイラー圧力が非常に急速に且つ
非常に低い値まで低下したときは、水のキヤリオ
ーバが起り得る。

水のキヤリオーバを防ぐ１つの方法は、蒸気圧
力が固定または可変の閾値より低い値まで低下し
たときに蒸気流を手動により又は自動的に減少さ
せるか遮断するものである。この閾値による方法
は、ボイラー圧力の変化率が蒸気弁制御システム
の応答能力を超えることのあるような始動の際に
は適切でないことがある。蒸気弁制御システムが
更に蒸気圧力の変化率にも応答するようにすれ
ば、水のキヤリオーバが起りそうな状態を充分に
早く予測して、蒸気弁制御システムにより蒸気流
をタイミングよく制御する方法が得られる。

蒸気圧力変化率の制御は魅力的ではあるが、解
決すべき問題がある。周知のように、蒸気タービ
ンは、特に公益電気事業施設では数ケ月から数年
の間、中断せずに動作される。更に、時々急速な
圧力変動が生じることがあるが、上記のような長
い期間にわたつて非常にゆつくりした圧力変化も
追跡しなければならない。したがつて、公益電気
事業施設のための制御装置は安定であり、かつド
リフトの無いものでなければならない。従来技術
の変化率測定装置はドリフトがあるので、この用
途には望ましくない。

発明の目的と概要 したがつて、本発明の１つの目的は従来技術の
欠点を除去した蒸気タービン用制御システムを提
供することである。

本発明のもう１つの目的はボイラー蒸気圧力の
負の変化率に応答して、蒸気タービンに供給され
る蒸気を制御する蒸気タービン用制御システムを
提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は負の変化率の閾
値を超えた蒸気圧力の負の変化率に応答して、蒸
気制御弁の設定値を減少させるような蒸気圧力変
化率制御装置を提供することである。フロア
（floor）回路は蒸気制御弁が完全に閉じるのを防
止して、タービンの冷却にそなえて所定の最小蒸
気流を供給させる。

本発明の一面によれば、ボイラー、蒸気制御
弁、およびタービンを備えた型式の蒸気タービ
ン・システムにおける最大圧力低下率を制限する
ための装置が提供され、この装置は、低下率が所
定の閾値を超えるようなボイラー蒸気圧力の低下
を検出する手段、この検出手段に応答して蒸気制
御弁の設定値を減少させる手段、およびこの設定
値減少手段が蒸気制御弁の設定値を完全遮断状態
にまで減少させるのを防止して、上記タービンに
対して少なくとも最小の蒸気流を維持させる手段
を有する。

本発明の１つの特徴に従えば、ボイラー、蒸気
制御弁、およびタービンを備えた型式の蒸気ター
ビン・システムにおける最大圧力低下率を制限す
るための方法が提供され、この方法は、低下率が
所定の閾値を超えるようなボイラー蒸気圧力の低
下を検出するステツプ、閾値を超える低下率に応
答して蒸気制御弁の設定値を減少させるステツ
プ、および上記設定値減少ステツプによつて蒸気
制御弁の設定値が完全遮断状態にまで減少するの
を防止して、タービンに対して少なくとも最小の
蒸気流を維持させるステツプを有する。

簡略して言うと、本発明は、蒸気圧力の低下率
が閾値を超えたことを検出したとき蒸気制御弁の
設定値を減少させる蒸気タービン制御システム用
蒸気圧力変化率制限装置を提供する。タービンの
冷却にそなえてタービンに対して所定の蒸気流量
を維持するように蒸気制御弁のフロア制御が設け
られる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利
点は図面を参照しての以下の説明により明らかと
なろう。図面に於いて、同じ部品は同じ参照番号
で表わしてある。

好ましい実施例の説明 第１図には本発明を適用し得る蒸気タービン・
システムが示されており、全体を参照番号１０で
表わしてある。蒸気タービン・システム１０は通
常のボイラー１２を含み、ボイラー１２で水が加
熱、好ましくは過熱されてから、蒸気制御弁１４
を通つてタービン１６に供給される。タービン１
６はシヤフト１７上に出力を発生する。通常のよ
うに、ボイラー１２は蒸気発生のために例えば燃
料油、石炭等の通常の燃料を供給して燃焼する燃
料供給および燃焼システム（図示せず）を含む。

蒸気はタービン１６の中で膨張することにより
その熱エネルギーのかなりの部分を放出した後、
腹水器１８により水となる。この水は再びボイラ
ー１２に戻されて、システムの中を更に循還す
る。蒸気制御弁１４はサーボ制御弁であり、その
開閉状態は点線２０で示されるように弁制御器２
２からの機械的入力によつて制御される。

動作について説明すると、制御盤２６で手動に
より又は自動的に発生された信号が制御線２４を
介して弁制御器２２に与えられる。この信号はシ
ヤフト１７の所望速度、並びにシヤフト１７か
ら、例えば発電機（図示せず）に与えられるトル
ク出力を選択する。

制御盤２６および弁制御器２２の関連部品を第
２図に示してある。以下、第２図について説明す
る。制御盤２６には制御信号を発生する手段が設
けられている。これらの制御信号は蒸気タービ
ン・システム１０の弁制御器等で使用されるこれ
らの制御信号を発生する手段は電気機械的にプロ
グラミングされた装置、遠隔制御装置、コンピユ
ータ装置等の任意の通常の形式のものであつても
よい。これらの制御信号はアナログ直流または交
流信号のいずれであつてもよいし、あるいはデイ
ジタル信号であつてもよい。図では、制御盤２６
は可変抵抗を含みものとして示されており、これ
らの可変抵抗は例えば手動で調節され、直流分圧
器として動作して直流制御信号を発生する。

速度指令発生器としての可変抵抗３４が速度指
令信号を発生し、この信号は線２４ａを介して弁
制御器２２内の加算器３６のプラス（＋）入力に
与えられる。加算器３６のマイナス（−）入力に
は、線３２の速度帰還信号又はタコメータからの
信号が印加される。指令された速度と測定された
速度との差が速度誤差信号であり、この誤差信号
は線３８を介して加算器４０のプラス（＋）入力
に与えられる。弁位置指令発生器としての可変抵
抗４２が弁位置指令信号を発生して、線２４ｂを
介して加算器４０のプラス（＋）入力と加算器４
４のプラス（＋）入力に供給する。フロア設定器
としての可変抵抗４６がフロア信号を発生して、
線２４ｃを介して加算器４４のプラス（＋）入力
に供給する。蒸気圧力の過大な低下率に関連した
信号が線４８を介して加算器４０のマイナス
（−）入力に与えられる。

加算器４０の出力は所望の弁位置を表わし、線
５０を介して加算器５２のプラス（＋）入力に与
えられる。線２０を介して弁位置帰還信号が加算
器５２マイナス（−）入力に与えられる。加算器
５２の出力は弁位置誤差信号であり、これは線５
４を介して蒸気制御弁１４（第１図）用のサーボ
制御器に与えられる。

通常、蒸気タービンは、特に公益事業施設で
は、正確にその指令された速度またはその近くで
運転される。したがつて、加算器３６から加算器
４０へ与えられる通常の速度誤差信号はゼロであ
る。更に、通常の運転時に於いては蒸気圧力は線
４８に信号を発生するような低下率で低下しな
い。したがつて、線４８の信号は通常ゼロであ
る。このため通常の運転時には、加算器４０の出
力は、線２４を介して加算器４０に供給される弁
位置指令信号に直接応答する。したがつて通常の
運転時には、蒸気制御弁１４の開閉は弁位置指令
信号と弁位置帰還信号との差に直接応答する。弁
位置は第一近似で蒸気タービンの出力を定める。
したがつて、上記の差は出力を制御する。

全体を５６で表わした圧力変化率監視回路は蒸
気圧力が過大な低下率で低下していないか監視す
る。このような過大な低下率を検出した場合、圧
力変化率監視回路は少なくとも部分的に蒸気制御
弁１４を閉じるように働く信号を線４８に発生す
る。圧力変化率監視回路５６は以下に更に詳しく
説明する変化率検出器５８を含む。圧力変化率検
出器５８は線２８の圧力信号を監視し、圧力変化
率が閾値を超えた場合、変化率が閾値を超えた分
に比例する出力信号を線６０に発生する。蒸気圧
力の負の変化だけに関心があるので、ダイオード
６２を設けて、過大な蒸気圧力の低下に応じて発
生される極性の信号を通過させ、逆極性の信号を
阻止する。線６０の圧力変化率信号は加算器６４
のマイナス（−）入力に与えられる。

制御盤２６の最小変化率発生器としての可変抵
抗６６が最小変化率信号を発生して、線６８を介
して加算器６４のマイナス（−）入力に供給す
る。全体を７０で表わした成形回路が演算増幅器
７２を含む。演算増幅器７２の出力と負（−）入
力との間の帰還路には値の大きな積分コンデンサ
７４と可変抵抗７６が直列に設けられている。可
変抵抗７８は演算増幅器７２の出力の一部を加算
器６４のプラス（＋）入力に帰還する。演算増幅
器７２の出力は線４８の過大蒸気圧力変化率信号
であり、これは上限比較器８０および下限比較器
８２のプラス（＋）入力に与えられる。上限比較
器８０のマイナス（−）入力は加算器４４の出力
を受ける。下限比較器８２のマイナス（−）入力
は接地されている。上限比較器８０の出力はダイ
オードの陽極−陰極経路および抵抗８６を介して
演算増幅器７２の入力に与えられる。同様に、下
限比較器８２の出力はダイオード８８の陰極−陽
極経路を介して演算増幅器７２の入力に与えられ
る。加算器６４の出力はダイオード９２の陽極−
陰極経路を介して可変抵抗９４に与えられる。可
変抵抗９４に与えられた電圧の一部が演算増幅器
７２の入力に与えられる。

線６８の最小変化率信号は加算器６４に対する
残りの入力信号から減算されるが、この信号は、
小さ過ぎて補正できないような圧力変化率信号を
生じさせる圧力変化を無視できるようにする。こ
のように最小変化率信号を発生する可変抵抗６６
は変化率の閾値として外部から調節可能なバイア
スを与えるものである。

次に、第３図には変化率検出器５８の一実施例
の簡略化したブロツク図を示してある。線２８の
圧力信号は加算器９６のプラス（＋）入力および
比較器９８のプラス（＋）入力に与えられる。積
分器１００は比較器９８の出力を受け、その入力
を線形積分し、その出力を加算器９６のマイナス
（−）入力と比較器９８のマイナス（−）入力に
与える。比較器９８は通常の型式のもので、その
プラス（＋）入力の電圧がそのマイナス（−）入
力の電圧を超えたとき一定の正電圧出力を発生
し、そのプラス（＋）入力の電圧がそのマイナス
（−）入力の圧力より低いとき一定の負電圧出力
を発生する。このようにして積分器１００はその
出力が線２８の圧力信号に正確に等しくなるまで
一定速度で増大する向きまたは減少する向きに積
分することになる。積分器１００が積分できる一
定速度が蒸気圧力信号の増加または減少の速度よ
り早い場合には、積分器１００の出力は圧力信号
を正確に追跡することができる。そして加算器９
６での減算プロセスの結果として、線６０にゼロ
出力か得られる。蒸気圧力の変化率（そして特に
関心のある蒸気圧力の低下率）が積分器１００が
積分できる速度を超えた場合には、積分器１００
の出力はもはやその入力を追跡しない。したがつ
て、加算器９６から出力される差信号はもはやゼ
ロではなくて、蒸気圧力変化率の時間積分が積分
器１００の一定積分速度によつて定まる変化率の
閾値を超えた量に比例する有限の値を持つ。

積分器１００はアナログ、デイジタル等任意の
都合の良い形式をとることができる。しかも好ま
しい実施例では積分器１００はデイジタル装置で
あり、第４図はその実施例を示す。以下、第４図
について説明する。一定値の正または負の入力信
号がアンド・ゲート１０２の一方に入力に直接与
えられると共に、インバータ１０４を介してアン
ド・ゲート１０６の入力に与えられる。クロツク
１０８は一定周波数で出力パルスを発生し、これ
らの出力パルスはアンド・ゲート１０２の第２の
入力およびアンド・ゲート１０６の第２の入力に
与えられる。アンド・ゲート１０２の出力はアツ
プダウン・カウンタ１１０の増数入力に与えられ
る。アンド・ゲート１０６の出力はアツプダウ
ン・カウンタ１１０の減数入力に与えられる。ア
ツプダウン・カウンタ１１０の中の数値のすべて
のビツトは常に複数の線１１２を介して並列にデ
イジタル／アナログ変換器の入力に与えられる。
このデイジタル／アナログ変換器１１４はその入
力のデイジタル値に比例して変化する直流出力電
圧を発生する。

クロツク１０８の出力パルス周波数を高くまた
は低くなるように調節することにより、出力信号
を送出する蒸気圧力変化率の閾値を変えることが
できる。

第２図に戻つて、圧力変化率監視回路５６の動
作を説明する。変化率検出器５８で負方向にその
内部の変化率閾値を超えると、変化率検出器５８
からの負信号が加算器６４の出力を正に駆動しよ
うとする。線６８の正の最小変化率信号は変化率
信号がこの閾値（最小変化率）信号を超えるまで
加算器６４の出力が正になるのを妨げる。

成形回路７０、上限比較器８０および下限比較
器８２がなければ、加算器６４の出力は線４８を
介して加算器４０のマイナス（−）入力に直接接
続されることになり、加算器４０は蒸気制御弁１
４を比例的に閉じるように働く信号を発生する。
成形回路７０が存在するため、加算器４０に与え
られる信号の直流利得を可変抵抗７８を使つて制
御することができる。更に、蒸気圧力に非常に急
速な、又はステツプ状の過渡状態が生じた場合、
このような過渡信号を蒸気制御弁１４に与えるこ
とは望ましくない。したがつて、演算増幅器７２
の帰還路の積分要素、即ちコンデンサ７４および
可変抵抗７６、ならびに可変抵抗９４によつて、
蒸気制御弁１４の制御を行う前の制御信号の積分
または平滑の制御を行うことができる。

タービンの冷却にそなえて、タービン１６を通
る蒸気を少なくとも最小流量に維持することが望
ましい。このための手段がない場合には、線２４
ｂの弁位置指令信号が比較的低い値のとき、蒸気
圧力が急速に低下すると蒸気制御弁１４が完全に
閉じられて所要の最小蒸気流が維持されないこと
がある。加算器４４と上限比較器８０はこのよう
な現象が起きないようにする。弁位置指令信号は
ほぼゼロから正の値＋Ｖまで変えることができ
る。しかし、加算器４４に与えられる線２４ｃの
正のフロア信号は、弁位置指令信号がほぼゼロま
で下げられたときでも加算器４４の出力がフロア
信号の値よりも低くならないようにする。演算増
幅器７２の出力が加算器４４の出力より低くなろ
うとしたとき、上限比較器８０の出力は高レベル
から低レベルに変わる。これにより、蒸気制御弁
１４を閉じようとする線４８の信号の増大が防止
される。

下限比較器８２は、弁位置指令により指令され
た弁位置よりも更に蒸気制御弁１４を開くように
働く演算増幅器７２の出力の負への変化を防止す
る。演算増幅器７２の出力が負になろうとしたと
き、下限比較器８２の出力が高レベルから低レベ
ルに変わつて、演算増幅器７２の出力電圧をゼロ
以上に増加させる方向にその入力を駆動する。

以上、図面により本発明の好ましい実施例を説
明してきたが、本発明はこのような実施例に限定
されるものではなく、当業者は特許請求の範囲に
記載された本発明の範囲から離れずに種々の変更
と変形を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するために参照する蒸気
タービンとその制御システムの簡略化したブロツ
ク図である。第２図は第１図の制御盤と弁制御器
の詳細なブロツク図である。第３図は第２図の変
化率検出器の簡略化したブロツク図である。第４
図は第３図の積分器の詳細な論理図である。 主な符号の説明、１４……蒸気制御弁、１６…
…蒸気タービン、５６……圧力変化率監視回路、
７０……成形回路、８０……上限比較器、８２…
…下限比較器、１００……積分器、１０２，１０
６……アンド・ゲート、１０４……インバータ、
１０８……クロツク、１１２……アツプダウン・
カウンタ、１１４……デイジタル／アナログ変換
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラー、蒸気制御弁およびタービンを備え
   た型式の蒸気タービン・システムにおける最大圧
   力低下率を制限する装置に於いて、 (a) 所定周波数のクロツク信号を発生するクロツ
   クと、アツプダウン・カウンタと、ゲート手段
   を含むデイジタル積分器であつて、（）上記
   ゲート手段は、上記積分器の出力が蒸気圧力に
   関連した信号を超えたとき増数または減数の内
   の一方の計数を行わせる第１の向きに上記アツ
   プダウン・カウンタに上記所定周波数を供給
   し、（）上記積分器の出力が上記蒸気圧力に
   関連した上記信号より小さいときは増数または
   減数の内の他方の計数を行わせる第２の向きに
   上記アツプダウン・カウンタに上記所定周波数
   を供給し、（）上記アツプダウン・カウンタ
   には計数値が蓄積されるデイジタル積分器と、 (b) 上記アツプダウン・カウンタの上記計数値と
   上記蒸気圧力に関連した上記信号との差に比例
   して上記蒸気制御弁の設定値を減少させる手段
   とを含む最大圧力低下率を制限する装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置に於いて、
   上記所定クロツク周波数が最大積分速度を設定す
   るように働き、上記最大積分速度が上記最大圧力
   低下率を設定するように働く装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置に於いて、
   上記ゲート手段が上記積分器の出力と上記蒸気圧
   力に関連した信号との差を求める手段を含み、上
   記差を求める手段の出力は上記低下率が所定変化
   率より小さいときほぼゼロとなり、上記低下率が
   上記所定変化率を超えたときはその超えた量に比
   例した値となる装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置に於いて、
   上記蒸気制御弁設定値を減少させる手段が上記蒸
   気制御弁の完全遮断状態への設定を防止する手段
   を含み、これにより上記蒸気タービンに対して少
   なくとも最小蒸気流量を維持する装置。 ５ 特許請求の範囲第３項記載の装置に於いて、
   上記防止する手段が上記蒸気制御弁の少なくとも
   所望の最小位置に関連したフロア信号を発生する
   手段、および上記フロア信号に応答して上記蒸気
   制御弁設定値を減少させる手段の出力を制限する
   手段を含んでいる装置。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の装置に於いて、
   上記フロア信号を発生する手段が更に弁位置指令
   信号にも応答して上記フロア信号を発生する装
   置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の装置に於いて、
   上記蒸気制御弁設定値を減少させる手段が弁位置
   指令信号と上記デイジタル積分器からの信号との
   差を求めて所望の弁位置を定める手段を含んでい
   る装置。 ８ ボイラー、蒸気制御弁、およびタービンを備
   えた型式の蒸気タービン・システムにおける最大
   圧力低下率を制限する方法に於いて、 上記圧力がアツプダウン・カウンタ内の計数値
   を超えたときは上記アツプダウン・カウンタ内で
   所定周波数のクロツクパルスを第１の方向に計数
   し、上記圧力が上記計数値より小さいときは第２
   の方向に計数するステツプ、 上記計数値と上記圧力との差を求めて圧力変化
   率信号を発生するステツプ、および 上記圧力変化率信号に応じて上記蒸気制御弁の
   設定値を減少させるステツプを有し、上記所定周
   波数が上記圧力変化率信号を発生するために必要
   な蒸気圧力変化率の閾値を定める方法。