JPH0472401A - 蒸気タービン発電設備 - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば地熱タービンのように蒸気タービンの
内部にスケールやダスト等の異物が付着、堆積しやすい
蒸気タービン発電設備に係り、特に頻繁に行われる分解
点検のための停止時間における発電設備の稼動率の向上
を図った蒸気タービン発電設備に関する。

（従来の技術） 一般に、地熱タービンにおいては、蒸気中にダスト、ス
ケール及びドレン等の不純物を有する異物が多量に含ま
れているため、純水を用いる火力タービンと違って、定
期点検を頻繁に行う必要があるばかりでなく、蒸気ター
ビン内部に付着、堆積したスケール等の異物を除去する
ための停止時間が一般にかなり長くなってしまう。

このため、特に地熱井開発業者が地熱タービン発電設備
を設置し、その電力を電力会社へ発電するという契約を
結ぶ場合、このような停止時間における発電量が問題と
なるが、これを８０ＭＷを契約発電量とした場合を例に
とって説明する。

例えば、第６図に示すように、８０ＭＷを定格出力とす
る蒸気タービン１と発電機２を夫々１台設置することが
一般に行われている。

この種の蒸気タービン発電設備の場合、発電機２の出力
の増減を回転数の変化として検出する速度検出器３が備
えられ、この速度検出器３の出力信号は、速度設定器４
の出力信号と比較され、その偏差信号は速度制御回路５
を介して負荷制御信号となる。この負荷制御信号は、負
荷設定器６からの信号と加算され、蒸気加減弁流量特性
関数発生器７、蒸気加減弁開度設定器８を介して蒸気加
減弁開度信号となり、この信号を受けて操作される蒸気
加減弁駆動部９によって蒸気加減弁１０を操作して蒸気
タービン１の出力を調整するようなされている。

一方、主蒸気止め弁１１と蒸気井１２の出口との間には
、蒸気圧力調整弁１３が配置され、蒸気タービン１に流
入する蒸気の圧力は、弁駆動部１４を介して圧力設定器
１５の設定信号によって一定に保持されている。

この蒸気タービン発電設備における通常運転中の負荷設
定信号の定格値は８０ＭＷであり、また定期点検のため
には、負荷設定信号をゼロにして蒸気タービン発電設備
を完全に停止しなければならず、従って停止期間中にお
ける発電は完全に停止してしまう。

このため、蒸気タービン発電設備の出力を４０ＭＷとし
て、蒸気タービン発電設備を２台設置することも一般に
行われている。この場合、各蒸気タービン発電設備には
、速度検出器から蒸気加減弁開度設定器及び蒸気加減弁
に至まで、全て夫々独立した回路及び装置として設置さ
れている。

この場合、２台運転では共に４０ＭＷの定格出力で運転
され、１台が定期点検中に他の１台の運転を継続するこ
とができ、夫々の停止時期をずらして必ず一方だけを運
転するようにすることによって、最低でも契約発電量を
１／２に維持できるという利点が生じる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このように蒸気タービン発電設備を２台
設置したとしても、１台を停止している期間の発電量は
契約の半分となり、契約上の不利が生じてしまうばかり
でなく、蒸気タービン及び発電機が共に２台必要になっ
て、設備費が増加してしまう。

ところで、一般に地熱蒸気井における蒸気圧力Ｐと蒸気
流量Ｇとの関係の特性は、第７図に実線Ａで示すように
、流量Ｇが増加すると圧力Ｐが低下する傾向にある。従
って、上記のように２台の蒸気タービン発電設備を設置
した運用する場合、第７図のａ点で２台運転時の使用蒸
気量Ｇと圧力Ｐがバランスしているとすれば、１台運転
では、使用蒸気量Ｇが減り、ｂ点に移るため蒸気圧力Ｐ
が上昇する。

この圧力上昇は、一般に第６図に示す蒸気井１２の出口
に設置された蒸気圧力調整弁１３の圧力設定器１５を調
整し、この蒸気圧力調整弁１３を絞ることによって吸収
される。即ち、第７図に破線Ｂで示す蒸気井特性にして
運用することが一般的であり、このため蒸気量は第７図
にΔＧで示す分だけ活用できないことになる。

このことは、地熱エネルギの有効活用という見地から大
きく外れて無駄を生じることを意味する。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、１台
の蒸気タービンが定期点検のために停止する場合に、他
の１台の蒸気タービンの出力を可能な限り大きくとって
、運転停止期間におけるプラント全体としての発電量を
増大させて発電設備の稼動率を上げるとともに、発電機
を１台として、初期設備投資を最少限に抑えるようにし
たものを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明に係る蒸気タービン発
電設備は、中央に発電機を配置し、この発電機の両側に
クラッチを介して２台の蒸気タービンを夫々接続したも
のである。

また、この蒸気タービン発電設備は発電機の出力の増減
を回転数の変化として検出する速度検出器と、この速度
検出器からの出力信号と速度設定器からの出力信号との
偏差信号を負荷信号に変換する速度制御回路と、この速
度制御回路の出力信号を蒸気加減弁の流量特性で補正す
る蒸気加減弁流量特性関数発生器と、この関数発生器の
出力信号を蒸気加減弁の開度信号に変換する蒸気加減弁
開度設定器とを備え、この開度設定器の出力信号によっ
て蒸気加減弁駆動部を操作して蒸気加減弁の開度を制御
する制御回路を２台の蒸気タービンに夫々設置し、更に
２台の蒸気タービン共用の負荷設定器を設置し、この負
荷設定器は、出力信号を各蒸気タービンの前記各速度制
御回路の出力信号に加算して２台の蒸気タービンの負荷
を同時に調整設定したものである。

（作用） 上記のように構成した本発明によれば、２台のうち一台
の蒸気タービンを定期点検のために停止させる場合、こ
の停止させる蒸気タービンをクラッチを介して発電機か
ら離脱させ、他の１台の蒸気タービンで発電機を回転さ
せて発電を継続させるとともに、各蒸気タービンを高い
圧力に対して十分な強度を有するようにすることにより
、地熱エネルギを有効活用してプラント全体としての発
電量を増大させて設備の稼動率を上げることができる。

また、２台の蒸気タービンの負荷を同時に調整する負荷
設定器を設けることにより、停止させたい蒸気タービン
の負荷をゼロにしてこの蒸気タービンを停止させると同
時に、運転中の蒸気タービンの負荷を最大とすることが
できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は蒸気タービン発電設備の全体構成図であり、こ
の蒸気タービン発電設備を説明するに当り第６図に示す
従来例と同一部材は同一符号を付して説明を省略する。

この蒸気タービン発電設備において、２台の蒸気タービ
ンｌａ、ｌｂは同−設計構造で同一出力とされ、それぞ
れクラッチ１６ａ、１６ｂを介して１台の発電機２にそ
の両側から接続される。

ここにクラッチ１６ａ、１６ｂは、互いに回転中心を同
一にして相対する回転方向が同じである２本の回転軸を
結合させたり離脱させることができるようにしたクラッ
チ装置の総称であり、機械式や油圧式、電磁式等の種々
の機構があるが、ここではいずれを使用しても良いこと
は勿論である。

発電機２の定格出力が、例えば８０ＭＷである場合、２
台の蒸気タービンｌａ、ｌｂは、通常の蒸気条件、例え
ば第７図のａ点で示す条件で夫々発電機定格の１／２の
容量、即ち４０ＭＷの出力を出すよう設計されていると
ともに、１台の運転となった時の入口蒸気圧力の上昇、
例えば第７図のｂ点における高い圧力に対しても、十分
な強度を有して運転可能に各部の構造が設計されている
。

２台の蒸気タービンｌａ、ｌｂには、それぞれ発電機２
の出力の増減を回転数の変化として検出する速度検出器
３ａ、３ｂが設置されている。この２つの速度検出器３
ａ、３ｂの出力信号は、夫々速度設定器４ａ、４ｂの出
力信号と比較され、その偏差信号は、速度制御回路５ａ
、５ｂに入力されて負荷制御信号となる。

この速度制御回路５ａ、５ｂの出口側に乗算器１７ａ、
１７ｂからの出力が入力されるよう構成されているとと
もに、２台の蒸気タービンｌａ。

１ｂで共用する負荷設定器６の信号を受けてこの乗算器
１７ａ、１７ｂに負荷配分信号を発する負荷配分器（関
数発生器）１８が備えられている。

この負荷配分器１８は第２図に示される特性を有する。

この負荷配分器１８は、定数を発生しこれを入力信号に
乗算して出力信号とする関数発生器であり、１台の蒸気
タービン１ａの制御信号に掛ける定数を発生する関数ａ
（右下がりの直線）と、もう１台の蒸気タービンｌｂの
制御信号に掛ける定数を発生する関数ｂ（右上がりの直
線）とが内蔵され、外部から設定される横軸に矢印で示
すポインタ１９の位置によって、２つの乗数が同時に決
定されるようなされている。

例えば、第２図において、ポインタ１９がイ点にあると
すれば、関数ａからの定数は口、関数すからの定数はハ
となる。ポインタ１９が中立点Ｎにある時には、双方の
関数ａ、　　ｂからの定数は５０％対５０％の同じ値を
とる。ポインタ１９が第２図において左側にシフトする
程、関数ａからの定数が増加し、逆に右側にシフトする
程、関数すからの定数が増加する。そして、双方の関数
ａ。

ｂからの定数の和は常に１００％となる。

この負荷配分器１８にて配分定数が乗算された出力信号
は、夫々蒸気タービンｌａ、ｌｂに設けられた蒸気加減
弁流量特性関数発生器７ａ、７ｂを介して蒸気加減弁開
度設定器８ａ、８ｂの入力信号となり、更に蒸気加減弁
駆動部９ａ、９ｂの制御信号となって各々の蒸気タービ
ンｌａ、ｌｂの蒸気加減弁１０ａ、１０ｂをの弁開度を
制御する。

これによって、負荷設定器６からは、２台の蒸気タービ
ンｌａ、ｌｂのトータル負荷設定信号が発生されるが、
途中に負荷配分器１８が存在するため、例えば第２図に
おけるポインタ１９が中立点Ｎにあれば、２台の蒸気タ
ービンｌａ、ｌｂの負荷設定信号は等分されて同じレベ
ルになる。また、第２図においてポインタ１９が左側に
シフトすると、蒸気タービン１ａ側の負荷設定信号が増
加し、一方蒸気タービン１ｂ側の負荷設定信号が減少し
て、これらの合計は負荷設定器６からの信号と同一にな
るようなされている。

そして、一方の蒸気タービン（例えば蒸気タービンｌａ
）を定期点検したい場合には、負荷分配器１８のポイン
タ１９を該当する蒸気タービン１ａへの負荷設定信号が
ゼロとなり、もう一方の蒸気タービン１ｂの負荷設定信
号が１００％となるよう操作すれば、負荷配分（出力分
担）は、除々に一方の蒸気タービン１ｂにかかり、他方
の蒸気タービン１ａは最後に無負荷運転となる。

更に、各蒸気タービンｌａ、ｌｂの第１段蒸気室若しく
は第１段シェルの圧力を検出する圧力検出器２０ａ、２
０ｂと、この圧力検出器２０ａ。

２０ｂの出力を受けてクラッチ１６ａ、１６ｂのクラッ
チ駆動機構２１ａ、２１ｂに結合若しくは離脱信号を与
える演算器２２ａ、２２ｂが設置されている。

一般に絞り調速運転を行なう蒸気タービンでは、第１段
蒸気室、即ち第１段ノズル入口圧力とタービン出力とは
比例関係にあり、またノズル締切り調速運転の蒸気ター
ビンでは、第１段シェル圧力とタービン出力とは比例関
係にあるので、これを利用して第１段シェル圧力をもっ
て各々の蒸気タービンｌａ、ｌｂの出力と見做すことが
できる。

上記演算器２２ａ、２２ｂは第３図に示す特性を有する
。

第３図のグラフにおいて横軸を入力信号である圧力をと
り、無負荷に相当する設定点以下に圧力が下がった時に
、縦軸に示すクラッチへのＯＦＦ信号（クラッチ切離し
信号）を、設定点以上に圧力が上がった時にＯＮ信号（
クラッチ接続信号）を発するようにしたものである これによって、負荷配分器１８の操作によって負荷降下
した蒸気タービン１ａまたは１ｂが無負荷状態となった
時点で、これをクラッチ１６ａまたは１６ｂを介して発
電機２の軸から切り離すことができる。

そして、クラッチ１６ａまたは１６ｂが切り離されて無
負荷運転になった蒸気タービン１ａまたは１ｂにおいて
は、速度設定器４ａまたは４ｂを操作することによって
回転数を降下させることが可能であり、もって蒸気ター
ビン１ａまたは１ｂを停止させることができる： 更に、各蒸気タービン１ａ、１ｂの速度検出器３ａ、３
ｂからの速度信号を分岐させて共通の演算器２３に入力
させ、この演算器２３で両速度信号を比較演算している
。そして、演算器２３は論理回路２４に接続され、この
論理回路２４は２台の蒸気タービンｌａ、ｌｂの回転数
の差が予め定められた範囲内になった時にクラッチ駆動
機構２１ａ、２１ｂに結合信号を与え、その条件が満た
されない場合は離脱信号を与えるように設定されている
。

この論理回路２４のブロック図を第４図に示す。

蒸気タービンｌａ、ｌｂが無負荷運転状態にあり、かつ
２台の蒸気タービンｌａ、ｌｂの回転数の差ΔＮが設定
値αを超えた（ΔＮ〉α）場合のみ、ＡＮＤ回路２５ａ
、２５ｂを介して蒸気タービン１ａまたは１ｂのクラッ
チ駆動機構２１ａまたは２１ｂに離脱信号が与えられる
ようなされている。その場合は結合信号が与えられる（
図示省略）。

以上のことから、停止していた蒸気タービン１ａまたは
１ｂを戦列に復帰させたい場合には、速度設定器４ａま
たは４ｂを用いて蒸気タービン１ａまたは１ｂを単独に
起動し、その蒸気タービン１ａまたは１ｂの回転数が運
転中の蒸気タービン１ａまたは１ｂの回転数に予め定め
られた回転数の差の範囲内に達した時にクラッチ１６ａ
または１６ｂを結合し、次いで負荷配分器１８のポイン
タ１９を操作して除々に負荷分担が同じになるように操
作できることになる。

ここに、クラッチ１６ａ、１６ｂへの離脱及び結合指令
信号が錯綜してクラッチ１６ａ、１６ｂが０Ｎ−ＯＦＦ
を繰り返すことがないよう、クラッチ駆動機構２１ａ、
２１ｂへの信号系統に適宜、タイマ２６ａ、２６ｂ、２
６ｃを設置することが望ましい。

また、負荷配分器１８からの２台の蒸気タービンｌａ、
ｌｂの速度制御回路５ａ、５ｂ出力側に出力される２つ
の信号を入力する関数発生器２７が設置されており、こ
の関数発生器２７は２つの入力信号を受けて圧力設定器
１５に圧力設定を上げるように出力信号を出しており、
この圧力設定器１５は蒸気井１２の出口に設けられた蒸
気圧力調整弁１３の弁駆動部１４に駆動信号を与えてお
り、この弁駆動１４により蒸気圧力調整弁１３の弁駆動
制御が行なわれる。

この関数発生器２７の論理回路の１例を第５図に示す。

関数発生器２７は、いずれか一方の蒸気タービン１ａま
たは１ｂの負荷設定信号（負荷分担信号）がゼロになっ
た場合に、ＯＲ回路２８を介して圧力設定器１５の圧力
設定を上げる信号を発するようになされている。

通常、蒸気井１２の出口の蒸気圧力調整弁１３の圧力設
定は、２台の蒸気タービンｌａ、ｌｂを共に運転するモ
ードにおいて、１台で発電機２の定格の１／２の容量を
満たす蒸気圧力が得られるように設定されるが、これに
よって１台運転に移行する場合には、蒸気井１２の出口
の蒸気圧力調整弁１３の圧力設定器１５の設定圧力を上
げることができる。

これによって、蒸気タービン１ａまたは１ｂに流入する
蒸気圧力が上昇し蒸気タービン１ａまたは１ｂで利用で
きる熱落差が増加するとともに、蒸気の比容積が小さく
なって蒸気タービンｌａ。

１ｂが飲み込める重量流量が増すため、更に蒸気タービ
ン１ａまたは１ｂの出力上昇を可能にし、もって１台を
停止したことによって余剰となる噴出蒸気を有効に活用
することができる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明によれば、発電機定格の１／２の
容量、例えば定格を８０ＭＷとすれば、４０ＭＷの出力
に運用し得る２台の蒸気タービンをクラッチを介して発
電機に接続して、両者の負荷配分を任意に変換するとと
もに、負荷運転中にそのうちの１台を自由に停止するこ
とができ、更に必要な停止期間を終了した後は、停止し
ていた蒸気タービンを再び戦列に復帰させることができ
る。

また、１台運転となった状態での蒸気井圧力の上昇と余
剰蒸気の利用によって、１台での出力は４０ＭＷ以上の
可能な限りの大きな出力とすることができる。

これによって、定期点検のため１台を停止して残りの１
台で運転する場合のプラント全体としての発電量を最大
にして設備の稼動率を上げることができるとともに、電
動機が１台で済むため、例えば４０ＷＭの蒸気タービン
発電機を２台設置する場合よりも初期投資額を少なくす
ることができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
負荷配分器の特性を示すグラフ、第３図は演算器の特性
を示すグラフ、第４図は演算器の論理回路を示すブロッ
ク図、第５図は関数発生器の論理回路の一例を示すブロ
ック図、第６図は従来例を示す全体構成図、第７図は蒸
気井の特性を示すグラフである。 ｌａ、ｌｂ・・・蒸気タービン、２・・・発電機、３ａ
、３ｂ・・・速度検出器、４ａ、４ｂ・・・速度設定器
、５ａ、５ｂ・・・速度制御回路、６・・・負荷設定器
、７ａ、７ｂ・・・蒸気加減弁流量特性関数発生器、８
ａ。 ８ｂ・・・蒸気加減弁開度設定器、９ａ、９ｂ・・・蒸
気加減弁駆動部、１０ａ、１０ｂ・・・蒸気加減弁、１
２・・・蒸気井、１３・・・蒸気圧力調整弁、１５・・
・圧力設定器、１６ａ、１６ｂ・・・クラッチ、１８・
・・負荷配分器（関数発生器）、２０ａ、２０ｂ・・・
圧力検出器、２１ａ、２１ｂ・・・クラッチ駆動機構、
２２ａ、２２ｂ、２３・・・演算器、２４・・・論理回
路、２７・・・関数発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中央に発電機を配置し、この発電機の両側にクラッ
   チを介して２台の蒸気タービンを夫々接続したことを特
   徴とする蒸気タービン発電設備。 ２、発電機の出力の増減を回転数の変化として検出する
   速度検出器と、この速度検出器からの出力信号と速度設
   定器からの出力信号との偏差信号を負荷信号に変換する
   速度制御回路と、この速度制御回路の出力信号を蒸気加
   減弁の流量特性で補正する蒸気加減弁流量特性関数発生
   器と、この関数発生器の出力信号を蒸気加減弁の開度信
   号に変換する蒸気加減弁開度設定器とを備え、この開度
   設定器の出力信号によって蒸気加減弁駆動部を操作して
   蒸気加減弁の開度を制御する制御回路を２台の蒸気ター
   ビンに夫々設置し、さらに２台の蒸気タービン共用の負
   荷設定器を設定し、この負荷設定器は出力信号を各蒸気
   タービンの前記各速度制御回路の出力信号に加算して２
   台の蒸気タービンの負荷を同時に調整設定したことを特
   徴とする請求項１記載の蒸気タービン発電設備。