JPH0571308A

JPH0571308A - 蒸気タービンの弁制御装置

Info

Publication number: JPH0571308A
Application number: JP26094191A
Authority: JP
Inventors: Toru Negishi; 徹根岸
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JP3063298B2

Abstract

(57)【要約】【目的】蒸気タービンの通常の運転においては安定性を
有し、系統故障または高速バルブ制御などにおいては即
応性を有する弁制御装置を得る。【構成】主サーボ配圧弁３７は、その主サーボ配圧弁３
７のスプール３７ｂの変位に対応するポートの開口面積
の特性を非線形とし、主サーボ配圧弁３７のスプール３
７ｂの変位の小さい範囲でのゲインを、スプール３７ｂ
の変位の大きい範囲でのゲインよりも小さくしたので、
平衡的な運転状態では制御を安定させ、負荷遮断または
高速バルブ制御のような場合には速やかに変化に対応で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タービンに流入する
蒸気の通流，遮断または流量の制御を行う弁、例えば主
蒸気止め弁，蒸気加減弁，再熱蒸気止め弁，インタセプ
ト弁などの弁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンはタービン内に流入する蒸
気の通流、遮断を行う蒸気止め弁や蒸気の流量を制御す
る蒸気加減弁などを有している。例えば図９に示す再熱
タービンにおいてはボイラ１０からの主蒸気が管路１を
経て高圧タービン１５に流入する箇所には主蒸気止め弁
１３，蒸気加減弁１４が、また、高圧タービン１５から
の排気が逆止め弁１６を有する管路２を経てボイラ１０
の再熱器１１に流入し、再熱器１１からの再熱蒸気が管
路３を経て中圧タービン１９に流入する箇所に再熱蒸気
止め弁１７、インタセプト弁１８が設けられて主蒸気と
再熱蒸気との通流，遮断や流量の制御を行っている。ま
た管路１と２とを接続して高圧タービン１５をバイパス
する高圧バイパス管路４には高圧バイパス弁１２が、ま
た管路３から再熱蒸気を中圧タービン１９と低圧タービ
ン２０とをバイパスして復水器２２に流入させる管路５
に低圧バイパス止め弁２３、低圧バイパス制御弁２４と
が設けられてタービンの起動，停止時や急激な負荷低下
時、これらの弁を開にして蒸気を高圧，中圧，低圧ター
ビンをバイパスして復水器２２に流入するようにしてい
る。なお２１は発電機である。

【０００３】上記のような蒸気止め弁，蒸気加減弁，バ
イパス弁などは蒸気タービンの起動，停止や出力制御に
応じて円滑に弁の開閉や弁開度の制御がおこなわれる必
要がある。このような機能を持つものとして従来図１０
の系統図に示す主蒸気加減弁などの制御系統を有する弁
制御装置が知られている。これらの装置は、本出願人か
ら出願されており、特開昭６３−２２３３０７号公報に
より公知である。図１１は図１０の弁制御装置用の主サ
ーボ配圧弁の断面図である。図１０，図１１において、
主サーボ配圧弁３７はばね３７ａを備えたスプール３７
ｂを有し、スプール３７ｂが主サーボ配圧弁３７から突
出する端部に低値選択機構３６のレバー６９のピン７０
にピン結合されている。また主サーボ配圧弁３７には圧
油が管路４２を経て供給され、この圧油はポート３７ｃ
と油圧サーボシリンダ３８のポート３８ｃに接続する管
路７２を経て油圧サーボシリンダ３８に供給される。ス
プール３７ｂは図１０に示すごとく幅がポート３７ｃと
等しい円筒状をなしている。従って従来の主サーボ配圧
弁のスプールの変位に対する弁開方向および弁閉方向の
ポートの開口面積の特性は、線形となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】制御装置に要求される
機能の中でも特に重要なものは、即応性と安定性である
が、この二者はしばしば背反の関係にある。たとえば、
弁制御装置の時定数を小さくすれば制御装置全体の即応
性は向上するが、安定性は悪化する傾向となる。反対に
時定数を大きくすれば、制御装置全体の傾向は逆とな
る。従来の弁制御装置では単一の時定数を持つため、即
応性と安定性のいずれか一方が不十分なまま忍ぶことに
するか、または不十分な機能を補うような別の装置を負
荷しなければならないという問題がある。系統動揺に対
しても安定な同期運転を可能にするために過渡安定度対
策として従来よりいろいろな対策がなされてきた。火力
プラントとして効果の期待できる技術に高速バルブ制御
がある。系統不安定に至る直接の原因は、いわゆる系統
事故時にタービンの機械出力と電気出力のアンバランス
により、加速を生じ内部相差角が大きくなり脱調に至る
ためであるが、機械出力を制限して加速エネルギーを小
さくする手段が高速バルブ制御である。たとえば電力系
統に故障が発生したときの過渡安定度向上に役立つとさ
れる高速バルブ制御を行わせようとする場合などでは、
閉方向のみならず開方向でも動作速度が速いことが好ま
しいが、動作速度が速いと一方では安定性が低下する恐
れがあり、従来のような単一の時定数の弁制御装置で
は、とのような状態においても十分な満足の得られるよ
うな対応を得ることが難しい。

【０００５】この発明は、蒸気タービンの通常の運転に
おいては安定性を有し、系統故障または高速バルブ制御
などにおいては即応性を有する弁制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】油圧サーボシリンダのピ
ストン軸に接続され、タービンに流入する蒸気の通流，
遮断または流量制御を行う弁の開度を制御し、または前
記弁を閉じるために、電気油圧サーボ弁と電磁弁、また
は複数の電磁弁からの出力油両がそれぞれ入力される補
助サーボと、この補助サーボのスプールの変位のうち小
変位の方を優先して受けて作動し、前記油圧サーボシリ
ンダに圧油を供給して主サーボ配圧弁のスプールを作動
させる低値選択機構とを設けた蒸気タービンの制御装置
において、前記主サーボ配圧弁は、その主サーボ配圧弁
のスプールの変位に対応するポート開口面積の特性を非
線形とし、前記主サーボ配圧弁のスプールの変位の小さ
い範囲でのゲインを前記前記主サーボ配圧弁スプールの
変位の大きい範囲でのゲインよりも小さくしたことによ
って、上記目的を達成する。

【０００７】なお、主サーボ配圧弁がその主サーボ配圧
弁のスプールの変位に対応するゲインを小さくする範囲
は、弁閉方向においては少なくし、弁開方向においては
大きくすれば、急激な負荷変動に対応させる上に好適で
ある。

【０００８】さらに、主サーボ配圧弁がその主サーボ配
圧弁のスプールの変位に対する弁開方向のゲインは、弁
開方向のスプールの変位に対し３段階に設定すれば、負
荷変動に対応する弁開度をきめ細かく制御する上に好適
である。

【０００９】

【作用】電気油圧サーボ弁からの出力油量を導く第１の
補助サーボと電磁弁からの出力油量を導く第２の補助サ
ーボとを設け、第１の補助サーボのスプールと第２の補
助サーボのスプールとが前記それぞれの油量により移動
する変位のうち小さい変位を優先して受けて機械的低値
選択ゲートである低値選択機構を作動させる。すなわち
第２の補助サーボのスプールの変位を第１の補助サーボ
のスプールの変位より大きくした時、第１の補助サーボ
のスプールの変位を受けて低値選択機構が優先的に主サ
ーボ配圧弁のスプールを移動させてこの配圧弁から油圧
サーボシリンダに前記電気油圧サーボ弁からの出力油量
を供給してピストン軸を移動させ、ピストン軸に接続さ
れる弁の開閉を行う。この主サーボ配圧弁はその主サー
ボ配圧弁の変位に対するポート開口面積特性は非線形と
してあり、平衡的運転状態のように変位の少ない範囲で
はゲインが小さく、状態が急変した場合のように変位の
大きい範囲ではゲインが大きくなる。このような非線形
特性により、速い速度で状態変化に対応することができ
る一方で、安定状態に復帰するまでの収束時間を短く
し、かつ平衡的状態では十分な安定性を得ることができ
る。なお、複数の電磁弁を使用して電磁弁からの出力油
量により補助サーボを介して主サーボ配圧弁を前記低地
低値選択機構を介して作動させるのは、弁を閉にする作
動の信頼性を高めるため冗長化をはかるためであり、電
磁弁の閉作動による圧油油量の遮断による各電磁弁に接
続される補助サーボのスプールの変位が優先して低値選
択機構を作動させることにより主サーボ配圧弁のスプー
ルを移動させてこの配圧弁からの圧油油量を油圧サーボ
シリンダに供給してピストン軸に接続される弁を閉にす
る。

【００１０】

【実施例】実施例１図５はこの発明の第１の実施例に用いる蒸気タービンの
弁制御装置の系統図である。図５において、弁制御装置
の系統構成は配圧弁スプール３７ｂのほかは図１０と同
様なので説明を省略する。図１はこの発明の第１の実施
例による弁制御装置に用いる主サーボ配圧弁の断面図で
ある。図１において、図１１と同じ部位は同じ符号を付
してある。主配圧弁のスプール３７ｂは軸方向両側にス
カート３７ｄを設け、このスカート３７ｄに切り欠き３
７ｅを備えたことにより、主サーボ配圧弁３７は、主サ
ーボ配圧弁のスプール３７ｂの変位に対するポートの開
口面積はスプール３７ｂの変位が小さい範囲ではポート
の開口面積の増加は少なく、スプール３７ｂの変位が大
きい範囲ではポートの開口面積の増加が大きくなるよう
な非線形特性が得られる。

【００１１】図２は図１の主サーボ配圧弁のスプール変
位−ポートの開口面積の特性を示す線図である。図３は
図１の主サーボ配圧弁のスプールの変位δが小さい状態
を示す断面図、図４は図１の主サーボ配圧弁のスプール
の変位δが大きい状態を示す断面図である。図２におい
てIII の部分は、主配圧弁のスプール３７ｂが図３の位
置にあり、スプールの変位がδでポートの開口面積Ａが
小さいことを示し、IVの部分は主配圧弁のスプール３７
ｂが図４の位置にあり、スプールの変位がδでポートの
開口面積Ａが大きいことを示している。なお、ＸＩは従
来の主配圧弁のスプール３７ｂにおける、スプールの変
位δに対応するポートの開口面積Ａの特性を示す。非線
形特性は主配圧弁のスプールではなく、シリンダ側にお
いて持たせることも理論的には可能であるが、機械加工
が困難なので実用的でない。スカート３７ｄおよび切り
欠き３７ｅは、弁閉方向においては小さくし、弁開方向
においては大きくした。従って、主配圧弁３７のゲイン
を小さくする範囲は、弁閉方向においては少なくし、弁
開方向においては大きくした。

【００１２】発電用に使用される装置では、このスカー
トの軸方向長さ（スプール３７ｂの変位方向に対応）
は、加減弁を閉方向に作用させる方向においては比較的
短く、開方向に使用させる方向では比較的長くするのが
良い。その理由は、発電用では発電機の負荷遮断の場合
などに、加減弁は素早く全閉する動作を行わなければな
らないのに対して、加減弁の開方向では一般的にはそれ
ほどの高速動作は要求されないからである。通常選ばれ
る値としては、スカートの軸方向長さ／スプール直径の
比が、加減弁を閉方向に作用させる方向において、0.01
〜0.025 程度、開方向に作用させる方向において、0.05
以上で上限は特に設けない。ただし高速バルブ制御を行
う可能性があるときには、加減弁の開方向でもある程度
の高速動作を必要とするので、開方向におけるスカート
の軸方向長さ／スプール直径の比の上限を0.05〜0.1程
度とするのがよい。

【００１３】図６は第１の実施例による弁制御装置のブ
ロック図である。図５おいて、タービン出力に応じた弁
開度目標値と開度発信器３３からの検出開度との偏差が
検出増幅され、この偏差による電気信号が開度調節器３
０から電気油圧サーボ３１に入力される。この電気信号
は電気油圧サーボ弁３１にて圧油の出力油量に変換さ
れ、案内弁３１ａから管路６０または６１を経て補助サ
ーホ３２に供給される。このとき、例えば案内弁３１ａ
のスプールが右方に移動すれば、圧油が管路６０を経て
補助サーボ３２に供給され、一方管路６１を経て圧油が
排油され、補助サーボ３２のスプール３２ａは右方向に
移動し、スプール３２ａはＵ形レバー受け３２ｂとレバ
ー６４とを介して低値選択機構３６のＴ形レバー６３を
ピン６５の回りに回動して右方向に傾かせる。なお、こ
のとき開度発信器３３によりスプール３２ａの変位が開
度調節器３０にフイードバックされて開度目標値と比較
され、その偏差がなくなれば案内弁３１ａのスプールは
中立の位置に戻る。従って補助サーボ３２のスプール３
２ａの位置は開度目標値に応じた位置に停止する。この
ようにして変位したスプール３２ａの変位により低値選
択機構３６を移動させ、Ｔ形レバー６３，レバー６７，
６９を介して主サーボ配圧弁３７のスプール３７ｂを変
位させる。主サーボ配圧弁３７のスプール３７ｂは図２
に示すごとく非線形に作動する。上記のスプール３７ｂ
の右方向の変位は低値選択機構３６を介してスプール３
７ｂを左方向に移動させ、主サーボシリンダ３８内の圧
油は管路７２を経て排油管４８から排油され、油圧サー
ボシリンダ３８のピストン軸３８ａはばね３８ｂの力に
より左方に移動し、弁例えば蒸気加減弁を開く方向に移
動させる。なお、ピストン軸３８ａの変位はカム機構３
９により低値選択機構３６のレバー６９を介して主サー
ボ配圧弁３７のスプール３７ｂにフイードバックされて
スプール３７ｂが中立の位置にあり、ピストン軸３８ａ
は弁開度目標値に応じた開度に保持される。

【００１４】なお、上記では弁開度の開方向について述
べたが、弁開度の開方向は各スプールの変位や圧油の流
れを逆向きにすれば得られ、このようにして通常の弁の
開度制御が行われる。電磁弁３４、６４には通常の蒸気
タービン運転時ともに全開信号を入力しておき、補助サ
ーボ３５には圧油を供給してスプール３５ｂを再左端に
ばね３５ａに抗して押しつけておく。そして、蒸気ター
ビンの非常の場合等で蒸気の流量を遮断したいときは、
電磁弁３４と６４、またはいずれか一方の閉作動により
圧油の補助サーボ３５への供給を遮断する。そのため前
述のように補助サーボ３５内の圧油は排油され、補助サ
ーボ３５のスプール３５ｂはばね３５ａの力により右方
向に移動する。この変位は補助サーボ３２のスプール３
２ａの変位より大きくしてあるので、レバー受け３５ｃ
と低値選択機構３６のレバー６５とにあらかじめ設けら
れた隙間３５ｄをオーバしてスプール３５ｂはＴ形レバ
ー６３を右方に、急速に押しつける。このため前述のよ
うな主サーボ配圧弁３７，油圧サーボシリンダ３８等の
油圧サーボモータの作用により弁は急速に閉にすること
ができる。

【００１５】実施例２図７はこの発明の第２の実施例の弁制御装置に用いる主
サーボ配圧弁の断面図である。図７において図１と同じ
部位は同じ符号を付してある。図７の例では、主サーボ
配圧弁３７は、主サーボ配圧弁のスプール３７ｂが加減
弁開方向に変位してときに作用するスカート３７ｄに設
けた切り欠き３７ｅの形状を、スプールの変位の小さい
範囲ではポート開口面積が極く小さくなるように、また
変位がこれより大きい範囲ではポート開口面積が比較的
大きくなるようにした。

【００１６】図８は図７の配圧弁のスプールの変位−ポ
ートの開口面積の特性を示す線図である。図８におい
て、VII は第２の実施例の配圧弁の特性を示し、Ｉは第
１の実施例の配圧弁の特性を示し、ＸＩは従来の配圧弁
の特性を示す。VII はＩとＸＩとの中間の特性を持つ。
切り欠き３７ｅの形状を変えることによって、さらにき
め細かい特性が得られる。このように使用目的に応じ
て、きめ細かな特性を与えることができることがこの方
式の利点である。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、主サーボ配圧弁は、
その主サーボ配圧弁のスプールの変位に対応するポート
の開口面積の特性を非線形として、主サーボ配圧弁用の
スプールの変位の小さい範囲ではゲインを小さくしたこ
とにより、平衡的な運転状態では制御の安定性を向上さ
せることができ、また、負荷遮断された場合や高速バル
ブ制御のように状態変化に急速に対応しなければならな
いときは、加減弁の全閉方向に、また必要に応じて開方
向においても、速やかに変化に対応できる。このように
してこの制御装置は、安定性と即応性との２つの相反す
る要求を満足させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による弁制御装置に用
いる主サーボ配圧弁の断面図である。

【図２】図１の主サーボ配圧弁のスプールの変位−ポー
トの開口面積の特性を示す線図である。

【図３】図１の主サーボ配圧弁のスプールの変位が小さ
い状態を示す断面図である。

【図４】図１の主サーボ配圧弁のスプールの変位が大き
い状態を示す断面図である。

【図５】この発明の第１の実施例による制御装置の系統
図である。

【図６】図５の弁制御装置のブロック図である。

【図７】この発明の第２の実施例による弁制御装置に用
いる主サーボ配圧弁の断面図である。

【図８】図７の主サーボ配圧弁のスプールの変位−ポー
トの開口面積の特性を示す線図である。

【図９】再熱タービンの系統図である。

【図１０】従来の蒸気タービンの弁制御装置の系統図で
ある。

【図１１】従来の主サーボ配圧弁の断面図である。

【符号の説明】

１４弁３１電気油圧サーボ弁３２補助サーボ３４電磁弁３５補助サーボ３６低値選択機構３７主サーボ配圧弁３７ｂ主サーボ配圧弁のスプール３７ｄスカート３７ｅ切り欠き３８油圧サーボシリンダ３８ａピストン軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧サーボシリンダのピストン軸に接続さ
れ、タービンに流入する蒸気の通流，遮断または流量制
御を行う弁の開度を制御し、または前記弁を閉じるため
に、電気油圧サーボ弁と電磁弁、または複数の電磁弁か
らの出力油量がそれぞれ入力される補助サーボと、この
補助サーボのスプールの変位のうち小変位の方を優先し
て受けて作動し、前記油圧サーボシリンダに圧油を供給
して主サーボ配圧弁のスプールを作動させる低値選択機
構とを設けた蒸気タービンの制御装置において、前記主
サーボ配圧弁は、その主サーボ配圧弁のスプールの変位
に対応するポートの開口面積の特性を非線形とし、前記
主サーボ配圧弁のスプールの変位の小さい範囲でのゲイ
ンを前記前記主サーボ配圧弁のスプールの変位の大きい
範囲でのゲインよりも小さくしたことを特徴とする蒸気
タービンの弁制御装置。
【請求項２】請求項１記載の蒸気タービンの弁制御装置
において、主サーボ配圧弁がその主サーボ配圧弁のスプ
ールの変位に対応するゲインを小さくする範囲は、弁閉
方向においては少なくし、弁開方向においては大きくし
たことを特徴とする蒸気タービンの弁制御装置。
【請求項３】請求項１記載の蒸気タービンの弁制御装置
において、主サーボ配圧弁がその主サーボ配圧弁のスプ
ールの変位に対する弁開方向のゲインは、前記主サーボ
配圧弁のスプールの変位に対し３段階に設定することを
特徴とする蒸気タービンの弁制御装置。