JPH04347304A - 蒸気タービンの過速試験システム - 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】

〔発明の目的〕

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンの過速試験
システムに係り、特に過速試験実施の可否を自動的に判
定し、過速試験に要する負荷運転時間を短縮し、過速試
験の信頼性を高めることができる蒸気タービンの過速試
験システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の火力発電プラントでは、運転にあ
たりベース負荷に対応した能力だけでなく、電力需要の
季節変化や日変化に対応するため、負荷調整能力を強く
求められるようになってきている。

【０００３】そのため、週末停止後の起動（ＷＥＥＫＬ
Ｙ　ＳＴＡＲＴ　ＡＮＤ　ＳＴＯＰ）　や一日停止後の
起動（ＤＡＩＬＹ　ＳＴＡＲＴ　ＡＮＤ　ＳＴＯＰ）　
等の運用が適切に実施されなければならず、起動時間の
短縮および負荷変化追従能力の向上が必要になる。 一方、火力発電プラントは、電力の安定供給をはかる上
から、発電プラントを安全に運用することが重要である
。

【０００４】このため、蒸気タービンには種々の保安装
置が備えられている。そして、種々の保安装置が確実に
作動するかどうかを確認するため、蒸気タービンに対し
過速試験を行っている。

【０００５】過速試験を行う際、重要な保安装置として
過速度トリップ装置がある。過速度トリップ装置は、蒸
気タービンが定格速度以上で回転した場合、所定の設定
された回転数で自動的に制御弁を遮断し、タービンを自
動停止させる。高速回転体である蒸気タービンは、回転
中回転数の２乗に比例して増加する遠心力が常に作用し
、遠心力は極めて大きなものとなる。

【０００６】このため、通常過速度トリップ装置は、タ
ービンを自動停止させる回転数のレベルが定格回転数の
１１１％に設定され、機械式或いはバックアップとして
電気式の装置が用いられ、過速試験時に正常に作動する
かどうかを確認している。

【０００７】ところで、過速試験時における保安装置の
作動確認は、蒸気タービンを発電系から切り離し（解列
）、蒸気タービンの回転数を定格回転数以上に上昇させ
て実施する。このためタービンロータには、定格回転数
により生じる遠心力よりも大きな遠心力が応力として作
用することになる。

【０００８】しかしながら、蒸気タービンの高温部を構
成する高圧部および中圧部に用いられるロータ材料は、
高温強度を確保するため破面遷移温度（ＦＡＴＴ；　Ｆ
ｒａｃｔｕｒｅ　Ａｐ−ｐｅａｒａｎｃｅ　Ｔｒａｎｓ
ｉｔｉｏｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が比較的高い材
料で構成されている。破面遷移温度は、合金材料に過大
な応力が加えられ破壊に至る際、破壊形態が延性破壊か
ら脆性破壊に移る温度のことである。ロータは、低温域
で高応力が加えられると延性が小さく脆性が大きいため
、延性不足により一気に脆性破壊を起こす可能性があり
、低温状態で過速試験を行うのは極めて危険である。 このため、過速試験を行う際には、高温部のロータを破
面遷移温度以上に加熱しておくことが必要になる。

【０００９】従来、過速試験は、蒸気タービン内に蒸気
を導入して一定の負荷運転を行い、ロータが破面遷移温
度以上に達すると推定される一定の時間ロータを加熱し
た後、ロータを発電系から切り離し（解列）て実施して
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の蒸気タービンの
過速試験では、蒸気タービンのロータが破面遷移温度以
上まで加熱されているかどうか自動的に確認することが
できないため、必ず一定時間、一定の負荷運転を行った
後に実施しなければならず、負荷上昇に要する時間を長
くとる必要があった。

【００１１】また、蒸気タービンに一定時間、一定の負
荷運転を実施しても破面遷移温度に実際達しているのか
どうか確認できないため、ケーシング温度を計測したり
、ケーシングの熱伸び量やケーシングとロータとの熱伸
び量の差からロータの温度を推定して、ロータが破面遷
移温度以上であるかどうかを確認する必要がある。この
ように過速試験を実施するたびに、ロータの破面遷移温
度を検出する作業に多大の時間と労力を費やすという課
題があった。

【００１２】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、ロータの破面遷移温度を精密に測定して過速
試験実施の可否を自動的に判定し、蒸気タービンプラン
トの負荷上昇時間を短縮させることができるとともに過
速試験実施の際の信頼性と安全性を向上させることがで
きる蒸気タービンの過速試験システムを提供することを
目的としている。〔発明の構成〕

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る蒸気タービ
ンの過速試験システムは、上述した課題を解決するため
に、タービンの態様を検知してタービンロータの温度を
推定するタービンロータ温度推定手段と、タービンロー
タ温度推定手段により推定されたタービンロータの温度
と予め記憶されたタービンロータの破面遷移温度とを比
較し、過速試験実施の可否を判別する過速試験実施判定
手段とを有するものである。

【００１４】また、本発明に係る蒸気タービンの過速試
験システムは、上述した別の課題を解決するために、タ
ービンロータ温度推定手段は、タービンケーシングの温
度を検知してタービンロータの温度を推定する第１のタ
ービンロータ温度推定手段と、ケーシングとタービンロ
ータとの熱伸び量の差とを検知してタービンロータの温
度を推定する第２のタービンロータ温度推定手段とのう
ち少なくともいずれか一方を有するものである。

【００１５】さらに、本発明に係る蒸気タービンの過速
試験システムは、上述した別の課題を解決するために、
蒸気タービンの過速試験システムは、予め設定された過
速試験実施の前提条件成立時のみ過速試験実施判定手段
が過速試験の実施を指令する過速試験実施指令手段を有
するものである。

【００１６】

【作用】本発明に係る蒸気タービンの過速試験システム
は、タービンロータ温度推定確認手段によりタービンロ
ータの温度を推定して確認し、推定され確認されたター
ビンロータの温度を過速試験実施判定手段によりタービ
ンロータの破面遷移温度と比較し、タービンロータの温
度が破面遷移温度以上に達すると過速試験の実施が可能
であることを判定し、ロータが破面遷移温度を越えたこ
とを自動的に判定することができるので、迅速に過速試
験を実施することができ、蒸気タービンの負荷上昇時間
が短縮化される。

【００１７】また、本発明に係る蒸気タービンの過速試
験システムは、タービンロータ温度推定確認手段が、タ
ービンケーシングの温度を検知して、あるいはケーシン
グとタービンロータとの熱伸び量の差とを検知してター
ビンロータの温度を推定して確認することにより、ター
ビンロータの破面遷移温度を精密に測定することができ
るので、ロータが破面遷移温度に達したか否かの確認を
迅速に行うことができる。

【００１８】さらに、本発明に係る蒸気タービンの過速
試験システムは、過速試験実施指令手段により予め設定
された過速試験実施の前提条件が成立した時のみ過速試
験実施判定手段が過速試験の実施可能を判定すると、過
速試験の実施を指令するようにしたので、過速試験実施
の前提条件が満足され、かつロータが破面遷移温度に達
しない限り過速試験を実施することがないため、過速試
験を安全に実施することができる。

【００１９】

【実施例】本発明に係る蒸気タービンの過速試験システ
ムの第１の実施例について添付図面を参照して説明する
。

【００２０】図１は過速試験実施に至る条件をロジック
回路により示すブロック図、図２は本発明に係る蒸気タ
ービンの過速試験システムの第１の実施例を示すシステ
ム構成図、図３は図１の蒸気タービンの概念とタービン
ロータ温度推定確認手段が検知する蒸気タービンの熱伸
び量のモードとを対応させて示した説明図、図４は過速
試験実施のプロセスにおける時間とタービンロータの回
転数および負荷との関係を示すグラフである。

【００２１】火力発電プラントの蒸気タービン１は、図
１に示すように、過速試験を実施する際に、発電系から
切り離されていることおよび、定格速度以上の回転数で
あることの２つの前提条件を満たし、さらに蒸気タービ
ン１のタービンロータ６が破面遷移温度以上に達した後
、過速試験を実施するようになっている。まず、図１に
示すロジック回路１１０により、過速試験実施にあたり
前提条件となる蒸気タービン１および発電系の条件につ
いて説明する。

【００２２】過速試験を実施する条件は、過速試験実施
指示部１０１と、並列条件検知部１０２と、定格速度達
成検知部１０３と、破面遷移温度以上達成条件部２６、
４０とを有して構成される。過速試験は過速試験実施指
令手段としてのロジック回路１１０により上記条件がす
べて満足された際、出力信号が過速試験実施部１００に
送出されて実施される。

【００２３】過速試験実施指示部１０１は、過速試験の
実施を指示する押しボタンＰＢ１０１の押し操作により
出力信号を送出する。並列条件検知部１０２は、蒸気タ
ービン１と発電系（図３参照）とが連結され並列されて
いると出力信号を送出し、蒸気タービン１と発電系とが
切り離され解列していると出力信号を送出しない。定格
速度達成部１０３は、蒸気タービン１が定格速度に達す
ると出力信号を送出する。ロジック回路１１０は、ＮＯ
Ｔ回路１１１とＡＮＤ回路３０，１１２とから構成され
る。

【００２４】ＮＯＴ回路１１１は、並列条件検知部１０
２から信号が送出されない時のみ、ＡＮＤ回路１１２に
出力信号を送出する。すなわち、ＮＯＴ回路１１１は、
蒸気タービン１と発電系とが並列中である時は、並列条
件検知部１０２からＡＮＤ回路１１２に出力信号を送出
せず、蒸気タービン１と発電系とが切り離され解列して
いる時のみＡＮＤ回路１１２に出力信号を送出する。Ａ
ＮＤ回路３０は、破面遷移温度以上達成条件部２６、４
０の両方から出力信号が入力されると、ＡＮＤ回路１１
２に出力信号を送出する。

【００２５】ＡＮＤ回路１１２は、過速試験実施指示部
１０１とＮＯＴ回路１１１と定格速度達成部１０３とＡ
ＮＤ回路３０とから出力信号が送出されると、過速試験
実施部１００に出力信号を送出する。過速試験実施部１
００は、信号が入力されると、過速試験を実施する。

【００２６】すなわち、過速試験実施部１００は、押し
ボタンＰＢ１０１の押し操作により過速試験の実施が指
示されて、蒸気タービン１と発電系とが解列し、蒸気タ
ービン１が定格速度に達して、破面遷移温度以上達成条
件２６，４０のいずれもが成立すると過速試験を実施す
る。

【００２７】ところで、本発明の第１の実施例に係る蒸
気タービンの過速試験システムは、タービンロータ温度
推定確認手段と過速試験実施判定手段とを備えて構成さ
れる。タービンロータ温度推定確認手段は、タービンロ
ータの温度を推定して確認する。

【００２８】タービンロータ温度推定手段は、図２に示
すように、ロータの周囲の温度を検知する第１のタービ
ンロータ温度検知手段１２０と、第１のタービンロータ
温度検知手段１２０により検知されたロータの周囲の温
度からロータの温度を推定して確認する第１のタービン
ロータ温度推定確認手段１２１と、ロータとケーシング
との熱伸び量を検出する第２のタービンロータ温度検知
手段１３０と、第２のタービンロータ温度検知手段１３
０により検知されたロータとケーシングとの熱伸び量の
差からロータの温度を推定して確認する第２のタービン
ロータ温度推定確認手段１３１とを備える。第１のター
ビンロータ温度検知手段１２０は、ロータの周囲の温度
を検知する検知部２３ａ，２４ａ，２５ａを備えている
。過速試験実施判定手段は、図２に示すように、第１の
過速試験実施判定手段１２２と第２の過速試験実施判定
手段１３２とを備える。

【００２９】過速試験実施判定手段１２２，１３２はそ
れぞれ、予めタービンロータの破面遷移温度が記憶され
、タービンロータ温度推定確認手段１２１，１３１によ
り推定され確認されたタービンロータの温度と予め記憶
されたタービンロータの破面遷移温度とを比較し、過速
試験実施の可否を判別する。

【００３０】ところで、第１の過速試験実施判定手段１
２２は第１のタービンロータ温度推定確認手段１２１の
機能も兼ね、第１のタービンロータ温度検知手段１２０
により検知されたタービンロータの温度を推定して確認
するとともにこの推定され確認されたタービンロータの
温度を予め記憶されたタービンロータの破面遷移温度と
を比較し、過速試験実施の可否を判別する。第１の過速
試験実施判定手段１２２は破面遷移温度以上達成条件部
２６を構成する。

【００３１】第２の過速試験実施判定手段１３２は、破
面遷移温度以上達成条件部４０を構成し、第２のタービ
ンロータ温度推定確認手段１３１により推定され確認さ
れたタービンロータの温度と予め記憶されたタービンロ
ータの破面遷移温度とを比較し、過速試験実施の可否を
判別する。

【００３２】蒸気タービン１は、図３に示すように、導
入される蒸気圧力および蒸気温度に応じて高圧タービン
（高温部）２から中圧タービン（中間部）３、そして低
圧タービン（低温部）４、５までの各タービンが直列に
並んで構成される。

【００３３】各タービン２〜５には、タービン２〜５に
導入される蒸気圧力および蒸気温度に応じて、高圧ロー
タ２ａ、中圧ロータ３ａ、低圧ロータ４ａ，５ａがそれ
ぞれ設けられる。各ロータ２ａ〜５ａは、各タービン２
〜５の中心を貫通して同一軸心上に回転自在に軸支され
，蒸気タービン１の回転部としての回転軸（タービンロ
ータ）６を構成する。回転軸６は、発電機７の回転子（
図示せず）とカップリング７ａを介して駆動の伝達を遮
断可能に連結される。

【００３４】蒸気タービン１の静止部を構成するケーシ
ング２ｂ〜５ｂのうち、高圧ケーシング２ｂの前方側（
図３の左側）には前軸支持部８が設けられる。高圧ケー
シング２ｂと中圧ケーシング３ｂとの間には、第１の中
間軸受支持部９が設けられる。また中圧ケーシング３ｂ
と低圧ケーシング４ｂとの間には、第２の中間軸受支持
部１０が設けられる。

【００３５】蒸気タービン１は、前方側（図３の左側）
から前軸支持部８、高圧ケーシング２ｂ、第１の中間軸
受支持部９、中圧ケーシング３ｂ、第２の中間軸受支持
部１０の順で低圧タービン４に接続される。第２の中間
軸受支持部１０は基礎台１１に固定され、固定された固
定点を起点Ａとしている。前軸支持部８および第１の中
間軸受支持部９はそれぞれ基礎台１２，１３に支持され
、タービン２，３の熱伸びによる変位を許容可能に取り
付けられる。

【００３６】前軸支持部８と第２の中間軸受支持部１０
とには、それぞれケーシングの熱伸び量とケーシングと
ロータとの熱伸び量の差とを検知する検知部４１，４２
が設けられる。

【００３７】第１の中間軸受支持部９の内部には、スラ
スト軸受１４が設けられ、高圧ロータ２ａと中圧ロータ
３ａとを軸支する。高圧ロータ２ａと中圧ロータ３ａと
はカップリング１５を介して接離可能に連結される。

【００３８】各タービン２，３，４，５はそれぞれ、内
部ケーシングと外部ケーシングとを有している。ここで
は、図２に示すように、破面遷移温度が比較的高い材料
で構成される高圧ロータ２ａと中圧ロータ３ａのうち、
高圧ロータ２ａを有する高圧タービン２について説明す
る。

【００３９】高圧タービン２の内部ケーシング２０には
、図２に示すように、第１段シェル部２３および抽気部
２４が形成され、外部ケーシング２１には排気部２５が
形成される。第１段シェル部２３、抽気部２４および排
気部２５には、検知部２３ａ，２４ａ，２５ａがそれぞ
れ設けられ、高圧ケーシング２ｂ内部の温度を検知する
。

【００４０】検知部２３ａ，２４ａ，２５ａは、高圧ケ
ーシング２ｂ内部の温度を検知すると、検知信号Ｔ２３
，Ｔ２４，Ｔ２５を破面遷移温度以上達成条件部２６を
構成する第１のタービンロータ遷移温度比較部２６にそ
れぞれ送出し、ロータ２ａの温度を推定して確認する。

【００４１】ところで、第１のタービンロータ遷移温度
比較部２６は、第１のタービンロータ温度推定確認手段
１２１としての機能を果たすとともに、第１の過速試験
実施判定手段１２２としての機能も果たす。

【００４２】第１のタービンロータ遷移温度比較部２６
は、予め高圧ロータ２ａの破面遷移温度ＦＡＴＴが記憶
され、検知部２３ａ〜２５ａから入力された検知信号Ｔ
２３〜Ｔ２５に基づき高圧ロータ２ａの温度Ｔｉ　を求
め、高圧ロータ２ａの温度Ｔｉ　と破面遷移温度ＦＡＴ
Ｔとを比較する。

【００４３】内部ケーシング２０および外部ケーシング
２１の内部の温度は、高圧ロータ２ａの外面温度に一致
する。従って、検知部２３ａ〜２５ａにより検知された
内部ケーシング２０および外部ケーシング２１の温度を
高圧ロータ２ａの温度Ｔｉ　として推定して確認する。 第１のタービンロータ遷移温度比較部２６は、高圧ロー
タ２ａの温度Ｔｉ　と破面遷移温度ＦＡＴＴとを比較し
、高圧ロータ２ａの温度Ｔｉ　が破面遷移温度ＦＡＴＴ
以上（Ｔｉ　＞ＦＡＴＴ）になると、出力信号をＡＮＤ
回路３０に送出する。

【００４４】次に、第２のタービンロータ温度検知手段
１３０、第２のタービンロータの温度推定確認手段１３
１および第２の過速試験実施判定手段１３２について説
明する。

【００４５】第２のタービンロータ温度検知手段１３０
は、検出部４１，４２とロータ熱伸び計算部４３とを備
える。第２のタービンロータ温度検知手段１３０は、検
出部４１，４２でケーシングの熱伸び量とケーシングと
タービンロータとの熱伸び量の差とを検出しロータ熱伸
び計算部４３によりロータの熱伸びを演算処理して計算
する。そして、演算処理された信号を第２のタービンロ
ータ温度推定確認手段１３１に送出する。

【００４６】第２のタービンロータ温度推定確認手段１
３１は、ロータ平均温度計算部４４を備えて構成される
。第２のタービンロータ温度推定確認手段１３１は、第
２のタービンロータ温度検知手段１３０からの信号に基
づいてロータ平均温度計算部４４によりロータの平均温
度を演算処理して推定して確認する。

【００４７】第２の過速試験実施判定手段１３２は、破
面遷移温度以上達成条件部としての第２のタービンロー
タ遷移温度比較部４０を備えて構成される。第２のター
ビンロータ遷移温度比較部４０は、予め高圧ロータ２ａ
の破面遷移温度ＦＡＴＴが記憶され、第２のタービンロ
ータ温度推定確認手段１３１から入力された信号に基づ
き高圧ロータ２ａの温度Ｔａｖを求め、高圧ロータ２ａ
の推定確認温度Ｔａｖと破面遷移温度ＦＡＴＴとを比較
する。

【００４８】第２の過速試験実施判定手段１３２は、第
２のタービンロータ温度推定手段１３１により推定され
確認された高圧ロータ２ａの温度Ｔａｖと破面遷移温度
ＦＡＴＴとを比較し、高圧ロータ２ａの温度Ｔａｖが破
面遷移温度ＦＡＴＴ以上（Ｔａｖ＞ＦＡＴＴ）になると
、出力信号をＡＮＤ回路３０に送出する。次に検出部４
１，４２について説明する。

【００４９】蒸気タービン１には、図３に示すように、
高圧ロータ２ａの前方側（図３の左側）に、起点Ａを基
準にしてケーシング２ｂ，３ｂの熱伸び量Ｌｃを検出す
る検出部４１が設けられる。

【００５０】また、蒸気タービン１には、図３に示すよ
うに、中圧ロータ３ａの後方側（図３ほぼ中央部）に、
ケーシング２ｂ，３ｂとロータ２ａ，３ａとの熱伸び量
の差Ｌｄ　を検出する検出部４２が設けられる。

【００５１】検出部４１，４２は、通常蒸気タービン１
が運転される際、静止部を構成するケーシング２ｂ〜５
ｂと回転部を構成する回転軸６との熱伸び量が異なるた
め、それぞれの熱伸び量を検出して監視し、静止部と回
転部が軸方向に接触することを防止するために設けられ
る。

【００５２】ところで、本実施例においては、検出部４
１，４２は静止部と回転部との軸方向接触防止の監視に
加え、熱伸び量を検出することによりロータの平均温度
を導く。図３に示すように、静止部の熱伸び量を線Ｃで
、回転部の熱伸び量を線Ｄでそれぞれ示す。

【００５３】検出部４１は、静止部の一部を構成するケ
ーシング２ｂ，３ｂが起点Ａを基準にして前方側に熱伸
びする量Ｌｃ　を検出し、検出信号をロータ熱伸び計算
部４３に送出する。

【００５４】また、検出部４１は、スラスト軸１４の位
置（図３の点Ｂ参照）を中心に高圧ロータ２ａが前方側
に、中圧ロータ３ａが後方側にそれぞれ熱伸びするうち
、高圧ロータ３ａが前方側に熱伸びする量とケーシング
２ｂ，３ｂの熱伸びする量との差（高圧部伸び差）ＬＨ
Ｐを検出し、検出信号をロータ熱伸び計算部４３に送出
する。

【００５５】検出部４２は、スラスト軸１４の位置（図
３の点Ｂ参照）を中心に高圧ロータ２ａが前方側に、中
圧ロータ３ａが後方側にそれぞれ熱伸びするうち、中圧
ロータ３ａが後方側に熱伸びする量とケーシング２ｂ，
３ｂの熱伸びする量との差（中圧部伸び差）ＬＩＰを検
出し、検出信号をロータ熱伸び計算部４３に送出する。 ロータ熱伸び計算部４３は、検出部４１で検出されたケ
ーシング２ｂ，３ｂの熱伸び量Ｌｃ　と、検出部４１，
４２で検出されたケーシング２ｂ，３ｂとロータ２ａ，
３ａとの熱伸び量の差Ｌｄ　（Ｌｄ　＝ＬＨＰ＋ＬＩＰ
）とによりロータの熱伸びを計算する。ロータ熱伸び計
算部４３によるロータの熱伸びの計算は次のようにして
行われる。

【００５６】ロータ単体の運転中の伸びは、ケーシング
２ｂ，３ｂの熱伸び量Ｌｃ　とケーシング２ｂ，３ｂと
ロータ２ａ，３ａとの熱伸び量の差Ｌｄ　とを加えたも
のになる（Ｌｃ　＋Ｌｄ　）。

【００５７】なお、ここで、ケーシング２ｂ，３ｂとロ
ータ２ａ，３ａとの熱伸び量の差Ｌｄ　は、ロータ２ａ
，３ａがケーシング２ｂ，３ｂより伸びている状態（以
下、ロータロングと称する、図３点Ｂより左方参照）で
は、正の値となり、逆にケーシング２ｂ，３ｂがロータ
２ａ，３ａより伸びている状態（以下、ロータショート
と称する、図３点Ｂより右方参照）では、負の値となる
。

【００５８】さらに、ロータ２ａは運転中に遠心力が付
加されているため、ロータの単体の熱伸びを計算するに
は、遠心力によるロータの縮みＬＣＦを加える必要があ
る。従って、ロータ２ａの熱伸び量ΔＬは次式で表され
る。 　　　　Ｌｄ　＝ＬＨＰ＋ＬＩＰ 　　　　ΔＬ＝Ｌｃ　＋Ｌｄ　＋ＬＣＦ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　……（１）　　　　ΔＬ＝Ｌｃ　＋ＬＨＰ＋ＬＩＰ
＋ＬＣＦ 　　ロータ平均温度計算部４４は、ロータ熱伸び計算部
４３からの出力信号に基づいてロータ２ａの平均温度を
計算する。

【００５９】ロータ平均温度計算部４４によるロータ２
ａの平均温度Ｔａｖの計算は、ロータ熱伸び計算部４３
により導かれたロータ２ａの熱伸び量ΔＬを、線膨脹係
数αと対象となるロータ２ａの全長ＬＬとで除算し、基
準温度（通常は２０°Ｃ　程度の室温）Ｔ０　を加える
ことにより計算できる。 　　　　Ｔａｖ＝ΔＬ／（αＬＬ）＋Ｔ０　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……
（２）

【００６０】ロータ平均温度計算部４４は、計算
されたロータ２ａの平均温度Ｔａｖの出力信号を第２の
過速試験実施判定手段１３２としての第２のタービンロ
ータ遷移温度比較部４０に送出する。

【００６１】第２のタービンロータ遷移温度比較部４０
は、予め高圧ロータ２ａの破面遷移温度ＦＡＴＴが記憶
され、ロータ平均温度計算部４４からの信号に基づいて
ロータ２ａの平均温度Ｔ０　と破面遷移温度ＦＡＴＴと
を比較し、ロータ２ａの平均温度Ｔ０　が破面遷移温度
ＦＡＴＴ以上の温度を達成すると、ＡＮＤ回路３０に出
力信号を送出する。

【００６２】ＡＮＤ回路３０は、図２に示すように第１
のタービンロータ遷移温度比較部２６と第２のタービン
ロータ遷移温度比較部４０とからの出力信号が入力され
ると、過速試験可能表示部３１およびＡＮＤ回路１１２
に出力信号を送出する。

【００６３】ロジック回路１１０は、過速試験の実施が
可能な条件１０１，１０２，１０３，２６，４０により
過速試験の実施を指令する過速試験実施指令手段を構成
する。ロジック回路１１０は、条件１０１，１０２，１
０３，２６，４０を満足させると、過速試験実施部１０
０に過速試験の実施を指令する指令信号を送出し、過速
試験が実施される。次に上記第１の実施例に係る蒸気タ
ービンの過速試験システムの作用について説明する。

【００６４】過速試験を実施するには、まず、蒸気ター
ビン１と発電系との解列を行う。この時、並列条件検知
部１０２からＮＯＴ回路１１１には出力信号が送出され
ないので、ＮＯＴ回路１１１からＡＮＤ回路１１２に出
力信号が送出される。

【００６５】次に蒸気タービン１を起動して蒸気タービ
ン１が定格速度に達するまで回転上昇を行う（図４の点
Ｓ参照）。蒸気タービン１が定格速度に達すると、定格
速度達成検知部１０３は、ＡＮＤ回路１１２に出力信号
を送出する。

【００６６】さらに、蒸気タービン１の回転上昇にとも
ない、ケーシング２ｂ〜５ｂの内部温度が上昇すると、
ケーシング２ｂ〜５ｂとロータ２ａ〜５ａとが熱膨脹し
、ケーシング２ｂ，３ｂは起点Ａを中心に前方側に、ま
たロータ２ａ，３ａはスラスト軸受１４を中心にして回
転軸６の軸方向の両側に伸びる。

【００６７】検知部２３ａ，２４ａ，２５ａにより、高
圧ケーシング２ｂ内部の温度を検知すると、検知部２３
ａ，２４ａ，２５ａは検知信号Ｔ２３，Ｔ２４，Ｔ２５
を第１のタービンロータ遷移温度比較部２６にそれぞれ
送出し、ロータ２ａの温度を推定して確認する。

【００６８】第１のタービンロータ遷移温度比較部２６
は、検知部２３ａ〜２５ａから入力された検知信号Ｔ２
３〜Ｔ２５に基づき、予め記憶された高圧ロータ２ａの
破面遷移温度ＦＡＴＴと高圧ロータ２ａの温度Ｔｉ　と
を比較し、高圧ロータ２ａの温度Ｔｉ　が破面遷移温度
ＦＡＴＴ以上（Ｔｉ　＞ＦＡＴＴ）になると、出力信号
をＡＮＤ回路３０に送出する。一方、検出部４１により
ケーシング２ｂ，３ｂが起点Ａを基準にして前方側に熱
伸びする量Ｌｃ　を検出し、検出信号をロータ熱伸び計
算部４３に送出する。

【００６９】また、検出部４１，４２により、スラスト
軸１４の位置（図３の点Ｂ参照）を中心に高圧ロータ３
ａが前方側に熱伸びする量とケーシング２ｂ，３ｂの熱
伸びする量との差（高圧部伸び差）ＬＨＰと、中圧ロー
タ３ａが後方側に熱伸びする量とケーシング２ｂ，３ｂ
の熱伸びする量との差（中圧部伸び差）ＬＩＰとを検出
し、検出信号をロータ熱伸び計算部４３に送出する。

【００７０】ロータ熱伸び計算部４３は、検出部４１で
検出されたケーシング２ｂ，３ｂの熱伸び量Ｌｃ　ある
いは、検出部４１，４２で検出されたケーシング２ｂ，
３ｂとロータ２ａ，３ａとの熱伸び量の差Ｌｄ　（Ｌｄ
　＝ＬＨＰ＋ＬＩＰ）とによりロータの熱伸びを計算し
、信号をロータ平均温度計算部４４に送出する。ロータ
平均温度計算部４４は、ロータ熱伸び計算部４３からの
出力信号に基づいてロータ２ａの平均温度を計算して推
定し、確認する。ロータ平均温度計算部４４は、計算さ
れたロータ２ａの平均温度Ｔａｖの出力信号を第２のタ
ービンロータ遷移温度比較部４０に送出する。

【００７１】第２のタービンロータ遷移温度比較部４０
は、ロータ平均温度計算部４４からの信号に基づいて、
予め記憶された高圧ロータ２ａの破面遷移温度ＦＡＴＴ
とロータ２ａの平均温度Ｔａｖとを比較し、ロータ２ａ
の平均温度Ｔａｖが破面遷移温度ＦＡＴＴ以上の温度を
達成すると、ＡＮＤ回路３０に出力信号を送出する。

【００７２】ＡＮＤ回路３０は、第１のタービンロータ
遷移温度比較部２６と第２のタービンロータ遷移温度比
較部４０とからの出力信号が入力されると、過速試験可
能表示部３１およびＡＮＤ回路１１２に出力信号を送出
する。

【００７３】ロジック回路１１０は、過速試験の実施可
能条件１０１，１０２，１０３，２６，４０が成立する
と、ＡＮＤ回路１１２から過速試験実施部１００に過速
試験の実施を指令する出力信号を送出する。そして過速
試験実施部１００に指令信号が入力されると、過速試験
が実施される。

【００７４】上述のように、本実施例によれば、タービ
ンロータの態様を検知してタービンロータの温度を推定
して確認し、推定され確認されたタービンロータの温度
と予め記憶されたタービンロータの破面遷移温度とを比
較して、過速試験実施の可否を自動的に判別し、蒸気タ
ービンプラントの負荷上昇時間を短縮化することができ
るとともに、過速試験の実施可能条件の中に過速試験実
施判定手段をインタロックとして組み込むことにより、
過速試験を安全に実施できる。次に、本発明の第２の実
施例について、図５を参照して説明する。なお、図１な
いし図４と同一部分には、同一符号を付してその説明を
省略する。

【００７５】高圧ロータ２ａの遠心力により生じる応力
は、通常最も翼長の長い排気部２５において最大となる
。また、高圧ロータ２ａの接線方向の応力は高圧ロータ
２ａの軸方向中心部が最大となる。

【００７６】従って、本発明の第２の実施例に係る蒸気
タービンの過速試験システムは、図５に示すように、高
圧ロータ２ａを軸方向の各セクションＬＬ１　〜ＬＬ７
　に分割して、温度と熱伸びを検出し、応力が強く作用
する排気部２５で高圧ロータ２ａの中心部の温度を正確
に求めて破面遷移温度ＦＡＴＴと比較し、過速試験を実
施するようになっている。第１のタービンロータ温度検
知手段２２０は、検知部５０，５１，５２，５３，５４
，５５を備えて構成される。

【００７７】検知部５０は、前軸支持部８に設けられ、
軸受け温度および軸受け戻り湯温度を検知して、前軸支
持部８における高圧ロータ２ａのロータ温度Ｔ５０を検
出する。

【００７８】検知部５１は、前方グランド部２８に設け
られ、前方グランド部２８の蒸気温度を検知して、前方
グランド部２８における高圧ロータ２ａのロータ温度Ｔ
５１を検出する。検知部５２は、抽気部２４に設けられ
、抽気部２４のケーシング温度Ｔ５２を検出する。検知
部５３は、第１段シェル部２３に設けられ、第１段シェ
ル部２３のケーシング温度Ｔ５３を検出する。

【００７９】検知部５４は、後方グランド部２９に設け
られ、後方グランド部２９の蒸気温度を検知して、後方
グランド部２９における高圧ロータ２ａのロータ温度Ｔ
５４を検出する。

【００８０】検知部５５は、第１の中間軸受支持部９に
設けられ、軸受け温度および軸受け戻り湯温度を検知し
て、第１の中間軸受支持部９における高圧ロータ２ａの
ロータ温度Ｔ５５を検出する。

【００８１】各検知部５０〜５５は、高圧ロータ２ａを
温度の上から軸方向の各セクションＬＬ１　，ＬＬ２　
，ＬＬ４　〜ＬＬ７　に分割し、各セクションＬＬ１　
，ＬＬ２　，ＬＬ４〜ＬＬ７　ごとの温度検出信号を送
出する。

【００８２】第２のタービンロータ温度検知手段３３０
は検出部４１，４２とロータ熱伸び計算部４３と検知部
５０〜５５とロータ熱伸び計算部２４３とを備えて構成
される。

【００８３】ロータ熱伸び計算部２４３は、各検知部５
０〜５５により検出された各セクションごとの温度検出
信号に基づき各セクションに対応する高圧ロータ２ａの
伸びを計算する。高圧ロータ２ａの熱伸び量ΔＬＬｉ　
は次式で表される。

【００８４】 　　　　　　ΔＬＬｉ　＝αｉ　・ＬＬｉ　・（Ｔｉ　
−Ｔ０　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　……
（３）ここで、ΔＬＬｉ　は各セクションの伸び、αｉ
　は各セクションの線膨脹係数、ＬＬｉ　は各セクショ
ンの長さ、Ｔｉ　は各セクションの温度、Ｔ０　は基準
温度（室温）である。

【００８５】第２のタービンロータ温度推定確認手段３
３１は、ロータ平均温度計算部２４４を備えて構成され
る。第２のタービンロータ温度推定確認手段３３１は、
第２のタービンロータ温度検知手段３３０からの信号に
基づいてロータ平均温度計算部２４４によりロータの平
均温度を演算処理して推定し、確認する。

【００８６】ロータ平均温度計算部２４４は、式（３）
により求めた排気部２５を除く各セクションの伸びΔＬ
Ｌ１　，ΔＬＬ２　，ΔＬＬ４　，ΔＬＬ５　，ΔＬＬ
６　，ΔＬＬ７と、検出部４１で検出されたケーシング
２ｂ，３ｂの熱伸び量Ｌｃ　あるいは、検出部４１，４
２で検出されたケーシング２ｂ，３ｂとロータ２ａ，３
ａとの熱伸び量の差Ｌｄ　と、遠心力による高圧ロータ
の縮みＬＣＦとから高圧ロータ２ａの熱伸びを比較し、
排気部２５の高圧ロータ２ａの熱伸びΔＬＬ３　を計算
する。すなわち、

【００８７】 　　　　　　ΔＬＬ３　＝ΔＬ−ΣΔＬＬｉ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　……（４）一方、排気部２５には、検知部５６が設け
られ、排気部２５のケーシング温度Ｔ５６を検出し、検
出信号をロータ熱伸び計算部２４３に送出する。

【００８８】排気部２５のケーシング温度Ｔ５６は、排
気部２５の高圧ロータ２ａの外面温度に一致する。従っ
て、検知部５６からの検出信号に基づき高圧ロータ２ａ
外部の温度分布（検知部５０〜５５参照）から、体積平
均温度を計算すれば、排気部２５の高圧ロータ２ａの熱
伸びΔＬＬ３　を計算することができる。すなわち、

【
００８９】ここで、Ｔｓ　はロータ外面温度Ｔ５６、ロ
ータ内面温度Ｔｓｉ、ロータ外半径ｒｏおよびロータ内
半径ｒｉ　などの関数であるが、例えば、中心孔を有す
るロータであればロータを中空円筒とみなすと、次式が
成立する。 　　　　　　Ｔｓ　＝Ｌｎ　（ｒｉ　／ｒ）／Ｌｎ　（
ｒｏ　／ｒｉ　）×（Ｔｓｉ−Ｔ５６）＋Ｔｓｉ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　……（６）従って、式（５）および
式（６）からロータ内面温度Ｔｓｉを計算することがで
きる。

【００９０】ロータ平均温度計算部２４４は、ロータ内
面温度Ｔｓｉを演算処理して推定して確認し、第２の過
速試験実施判定手段１３２としての第２のタービンロー
タ遷移温度比較部４０に送出する。第２のタービンロー
タ遷移温度比較部４０は、予め高圧ロータ２ａの破面遷
移温度ＦＡＴＴが記憶され、第２のタービンロータ温度
推定確認手段３３１から入力された信号に基づき高圧ロ
ータ２ａの内面温度Ｔｓｉを求め、高圧ロータ２ａの推
定確認温度Ｔｓｉと破面遷移温度ＦＡＴＴとを比較する
。

【００９１】上述のように、本実施例によれば、ロータ
の温度を応力に応じてきめ細かく検知し、タービンロー
タの中心温度を正確に推定することができるので、過速
試験実施の可否を正確に判別することができる。

【００９２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る蒸気
タービンの過速試験システムによれば、ロータの破面遷
移温度を迅速に測定し、過速試験の実施が可能か否かの
判定を自動的に行うことができるため、過速試験に必要
な負荷運転の時間を短縮化して発電プラントの発電効率
を向上させることができる。

【００９３】さらに、ロータ周囲の温度とケーシングと
ロータとの熱伸び量とによりロータの温度を推定して確
認たことにより、ロータの破面遷移温度を精密に測定す
ることができるので、ロータの脆性破壊を防ぎ、装置の
信頼性を向上させることができる。また、予め設定され
た過速試験実施の前提条件成立時のみ過速試験実施指令
手段が過速試験の実施を指令するので、過速試験を安全
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加速試験実施に至る条件をロジック回路により
示すブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る蒸気タービンの過
速試験システムを示すシステム構成図。

【図３】図１の蒸気タービンの概念とタービンロータ温
度推定確認手段が検知する蒸気タービンの熱伸び量のモ
ードとを対応させて示す説明図。

【図４】過速試験実施のプロセスにおける時間とタービ
ンロータの回転数および負荷との関係を示すグラフ。

【図５】本発明の第２の実施例に係る蒸気タービンの過
速試験システムを示すシステム構成図。

【符号の説明】

１　　蒸気タービン１０１，１０２，１０３，２６，４
０　　実施可能条件

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　タービンの態様を検知してタービンロ
   ータの温度を推定するタービンロータ温度推定手段と、
   タービンロータ温度推定手段により推定されたタービン
   ロータの温度と予め記憶されたタービンロータの破面遷
   移温度とを比較し、過速試験実施の可否を判別する過速
   試験実施判定手段とを有することを特徴とする蒸気ター
   ビンの過速試験システム。
2. 【請求項２】　　タービンロータ温度推定手段は、ター
   ビンケーシングの温度を検知してタービンロータの温度
   を推定する第１のタービンロータ温度推定手段と、ケー
   シングとタービンロータとの熱伸び量の差とを検知して
   タービンロータの温度を推定する第２のタービンロータ
   温度推定手段とのうち少なくともいずれか一方を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの過速
   試験システム。
3. 【請求項３】　　蒸気タービンの過速試験システムは、
   予め設定された過速試験実施の前提条件成立時のみ過速
   試験実施判定手段が過速試験の実施を指令する過速試験
   実施指令手段を有することを特徴とする請求項１に記載
   の蒸気タービンの過速試験システム。