JPS585412A - 再熱器を有する蒸気タ−ビンプラントの制御装置 - Google Patents

再熱器を有する蒸気タ−ビンプラントの制御装置

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JPS585412A
JPS585412A JP10259281A JP10259281A JPS585412A JP S585412 A JPS585412 A JP S585412A JP 10259281 A JP10259281 A JP 10259281A JP 10259281 A JP10259281 A JP 10259281A JP S585412 A JPS585412 A JP S585412A
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    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
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    • F01K7/22Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F01K7/24Control or safety means specially adapted therefor

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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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】 本発明は、原子力発電所における再熱器を有する蒸気タ
ービンプラントの制御装置に関するものである。
発電用の原子炉プラントで発生する蒸気は、化石燃料源
による蒸気発生器で発生する蒸気より、一般に温度が低
く、飽和温度近傍にある。原子炉プラントで発生した蒸
気線、高圧力タービンに導かれてそのエネルギーを動力
に変換したのち、さらに、低圧力タービンにて動力を発
生するのに用いられる場合があるが、この場合、高圧力
タービンから排出された蒸気は、温度・圧力ともに低く
、かつ湿り度も高いので、湿分を分離するとともに、原
子炉発生蒸気を加熱源とする再熱器を用いることがある
。この再熱器において、高圧力タービンからの排出蒸気
を加熱し、低圧力タービンに導いて動力を得ることによ
シ、低圧力タービンの駆動動力を増加させ、原子炉プラ
ントと蒸気タービンプラントからなる原子力発電所の熱
効率を改善することができる。この再熱器の制御装置と
して従来技術の例では、空気作動の加熱蒸気の制御弁と
、空気信号を加熱蒸気の制御弁へ伝達するモーター動作
のカムから構成している。そしてこれらの装置を運転者
が操作し、加熱蒸気の制御弁を制御するようにしている
また、特公昭53−47842、特公昭55−2124
3の例では、蒸気再熱作業を連続的・自動的に制御する
方式を示している。前記2つの例では、それぞれ、ター
ビン温度検出器、加熱蒸気の量を制御するための制御シ
ステムを備え、温度基準信号源、比較器、積分回路、関
係発生器を含み、2′4I数の制御モードのうちの1つ
によって、再熱システムを制御するものである。これら
の例の制御上の重要なパラメーターは、タービン入口部
温度であって、温度変化率の制御、低圧タービン部端部
及び入口部の最高温度制御、低圧タービンを過度に冷却
することを防ぐ制御を行なっている。しかしながら、従
来例では実際に監視が必要とされる再熱器内部と低圧タ
ービンのロータの熱応力監視が出来ないという欠点があ
る。即ち、最も熱応力監視が必要なのは、再熱器内部と
、低圧タービンのローターである。再熱器内部には一般
にチューブが配置され、チューブ内面を加熱蒸気が通シ
、チューブ外側を流れる高圧タービン排気から導かれる
蒸気を加熱する。チューブに急激な温度変化を与えると
、変形によシ、チューブの支持具との間に過大な熱応力
を発生したり、あるいは゛、チューブ自身に熱応力が発
生する。タービンの静止体側に比較すれば再熱器内部構
造であるチューブやチューブ支持具の方が、蒸気との熱
伝達がよいから、再熱器内部の方が、熱応力監視の必要
性が高くなるものでアル。また、同様にタービンロータ
ーの方が、タービン静止体側より熱伝達が高いので、タ
ービンローターの方が流入する蒸気により温度変化しや
すく、熱応力も高くなる。
本発明の目的は、再熱器内部及び低圧タービンローター
の熱応力を許容範囲内に入るよう、再熱器へ供給される
加熱蒸気量を制御すると共に、低圧タービンローターと
再熱器内部の過冷却・過加温を避けて両者を保護するこ
とを可能にした再熱器を有する蒸気タービンプラントの
制御装置を提供するにある。
次に本発明の一実施例である再熱器を有する蒸気タービ
ンプラントの制御装置を説明する。
第1図は、本発明の対象となる原子力発電用の蒸気ター
ビンプラントを示すものである。図において、蒸気発生
器1で発生した≠気は、主蒸気止め弁2、蒸気加減弁3
を通って、高圧タービン6に導かれる。主蒸気止め弁2
と蒸気加減弁3は、蒸気タービンローターの速度検出器
4からの速度信号により、目標速度となるよう制御及び
駆動装置5によシ開閉する。高圧タービン6で仕事をし
、高圧タービンを駆動した蒸気は、圧力・温度ともに低
下して、蒸気中の湿シ分も増加しているので、湿分分離
器7で湿分を分離した後、再熱器8に導かれる。再熱器
8の加熱源は、蒸気発生器1で発生した蒸気を用い、主
蒸気止め弁の上流側から分岐する。再熱器8で加熱蒸気
と熱交換し、温度上昇した蒸気は、再熱蒸気と呼ばれ、
低圧タービン9に導かれる。高圧タービン6と低圧ター
ビン9は発電機10に結合され、発電機を駆動する。低
圧タービン内で仕事をし、駆動動力を発生した蒸気は、
復水器11へ導かれ、凝結して水となって給水加熱器1
2へ導かれる。この給水加熱器には、再熱器で熱交換し
た加熱蒸気も導かれ、復水器からの水を加熱する。加熱
された水は、蒸気発生器1へ供給される。
加熱蒸気の配管には、加熱蒸気止め弁13と加熱蒸気加
減弁14が設置され、制御及び、駆動装置15により開
開する。
第2図は本発明の一実施例である蒸気タービンプラント
の制御装置を示す。加熱蒸気止め弁13は・、止め弁駆
動及び弁位置決定器16により開閉されイ開閉は全開又
は全閉のいずれかである。開閉は、止め弁制御装置17
によシ指示される。再熱蒸気制御弁14は、制御弁駆動
及び弁位置決定器18により開閉され、開閉は、全開・
全閉のみならず中間開度の場合もあシ、開度は、制御弁
制御装置19によシ指示される。制御弁制御装置19は
各種検出器からの検出値に基づき、低圧タービンロータ
ー及び再熱器内部の熱応力を演算し最適となるよう加熱
蒸気制御弁1一本の開度を設定し、開度を指示する。各
種検出器の検出値は、検出値中継器20を経由して制御
弁制御装#19へ送られる。
検出器中継器20では、信号の伝達を行・なう。
さらに同一検出点に複数の検出器をおいて、高値を選択
しあるいは低値を選択し、あるいは測定中に過度の検出
値の変化を示した検出値を除外することを検出器中継器
20で行ない、検出値の信頼性を高めている。
また、保護用検出器を設け、これらは保護用検出器中継
器37を経由して、止め弁制御器17に検出値を送る。
保護用検出器中継器37は、信号の伝達を行なう。信号
は止め弁制御器17に送られ、機器保護のためにあらか
じめ定められた設定値を越え、あるいは下廻ったときに
、止め弁駆動及び弁位置決定器16に止め弁を全閉する
ための信号を送る。このとき、同一検出点に複数の検出
器を置き、複数の検出値に対し、過半数の検出値が設定
値を越えあるいは下廻ったときに止め弁全閉信号を出す
ようにしても良い。また、複数の検出値のうち、2ケの
検出値が設定値を越えあるいは下廻ったときに止め弁全
閉信号を出すようにしても良い。
上記の如く、検出器から制御弁に至る制御系と、検出器
から止め弁に至る保護系とを相互に独立させることによ
り、制御系不調時でも、機器保護を安全に行なうことが
できる。
また、検出器での検出値が、あらかじめ設定したリセッ
ト値をこえ、あるいは下まわったとき、全閉信号をとり
消し、中央制御装置38からリセット信号が、止め弁制
御器17に入れば、止め弁を全開して、起動に備えるよ
うになっている。
手動制御器34は運転者の判断で手動操作により止め弁
制御器17、制御弁制御器19に弁開閉信号を送る。こ
れにより、非常時、運転者の判断で弁開閉できるととも
に、止め弁・制御弁の開閉テストを行なうことができる
次に、再熱蒸気制御弁14による最適制御について述べ
る。低圧タービン熱応力と、再熱器内部熱応力を演算し
、それが許容値内に入るよう制御するものである。
低圧タービン熱応力はロータ一応力をとればよく、それ
は次のように求められる。
Eα σs=    (T−wg  T11)1−ν ・・=J巴(T−g、 ’1’・) 1−ν 但し、σS:ローター表面応力 σB二コロ−ター中心孔応 力:ローター材弾性係数 α:ローター材線膨張係数 シ:ボアソン比 T1:ローター表面温度 TB:ローター中心孔温度 T、□二ローターの体積平均温度 但し、T:ローターの半径rでの温度 r1:ローター表面半径 r、:ローターポア半径 ローターの温度Tは下式で求められる。
t:時間 a:ローター材の温度伝導度 境界条件は Ts:ローター表面の蒸気温度 λ:ローター材の熱伝導率 に:ローター表面と蒸気との間の熱伝達率 再熱器を出た蒸気が低圧タービンに導かれるので、再熱
器出口温度は、低圧タービン入口部ローター表面の蒸気
温度に等しい。そこで、低圧タービンに蒸気が流入する
前のタービンローターの初期温度を低圧タービン内部メ
タル温度検出器32で検知した温度として、その後は加
熱器から出る再熱器出口温度より、上記の演算式により
、刻々のローター表面応力・中心孔応力を演算する。ま
た同時に、演算された応力値と許容応力値とから今後の
適当な時間Δtvktでに許しうる再熱器出口蒸気温度
変化量ΔT’aoを求める。再熱器出口蒸気温度は、再
熱器に入る加熱蒸気温度と加熱蒸気量を調整することで
制御できる。また、再熱器入口蒸気温度や再熱器入口蒸
気量が変化しているときは、その変化率を考殖して、加
熱蒸気量を補正する。再熱器入口蒸気量は、高圧タービ
ン初段後圧力に比例するから、高圧タービン初段後圧力
の測定値から演算する。このようにして、Δtvkまで
の、加熱蒸気量の増減可能範囲を求める。
同様に、再熱器内部の熱応力についても、刻々の熱応力
を演算して、それが許容値内に入るためのΔt、1まで
に許しうる加熱蒸気量の増減可能範囲を求める。
低圧タービンローター熱応力から求めた加熱蒸気量の増
減可能範囲と、再熱器内部熱応力から求めた加熱蒸気量
の増減可能範囲をつき合わせ、重り合う部分内で、加熱
蒸気増減量を決定する。
加熱蒸気増減量決定後、加熱蒸気条件から加熱蒸気制御
弁の開度増減を決定し、加熱蒸気制御弁を開閉する。
第3図に、前述の制御のための演算ブロックを示す。こ
の演算機能は、制御弁制御器が有しているものである。
再熱器入口蒸気圧力(検出器27)及び、再熱器入口蒸
気温度(検出器28)は主蒸気条件が一定である限りタ
ービン負荷に比例する。タービン負荷はタービン初段後
圧力(検出器33)に比例するから、タービン初段後圧
力から他の2つを演算するようにしても本発明の実施に
は十分である。
加熱蒸気は主蒸気ラインからとるので、その蒸気条件は
主蒸気条件と同一である。主蒸気条件が変化する場合も
、主蒸気温度はほぼ飽和温度であって主蒸気圧力がかわ
るために変化することが多い。即ち、主蒸気温度はほぼ
飽和条件であって主蒸気圧力を徐々に上昇させるよう原
子炉熱出力を上昇させていく場合である。このような場
合は、加熱蒸気の圧力(検出器21)を使用し、加熱蒸
気の温度(検出器22)は測定せず演算で求めた値を用
いて制御しても本発明の実施には十分である。
主蒸気条件とタービン負荷タービン回転速度に一定の関
係を持たせてタービンを制御する場合がある。即ち、主
蒸気圧力を上昇させながら、タービン回転速度を上昇さ
せ、定格圧力に達したのちタービン負荷をとり始める場
合である。この場合は、タービン回転速度(検出器4)
とタービン負荷から、主蒸気条件を逆に求めても同様の
効果をうる。しだがって、検出器21と22は省略して
も良い。
前述の如く、タービン負荷は高圧タービン初段後圧力(
検出器33)に比例するから、タービン負荷は高圧ター
ビン初段後圧力より求めているが、これを発電機出力を
検出してタービン負荷を求めても、本発明の実施には十
分である。
加熱蒸気制御弁後の蒸気は、加熱蒸気が、制御弁で絞ら
れて、等エンタルピー膨張すると考えても、本発明の実
施には十分である。そこで、加熱蒸気条件と、加熱蒸気
制御弁後の圧力(検出器23)から加熱蒸気制御弁後の
温度を演算して求めても良い。
原子力発電所の蒸気タービンプラントでの蒸気には、湿
り分が含まれており、タービン内部の除湿装置あるいは
外部の除湿装置によって湿分をとり除くことによって、
蒸気条件を飽和状態近傍に保ち、タービン効率を高める
ようにしている。タービン内部に除湿装置を設けない場
合、あるいは設けても湿り度が高いと予想される場合、
または、主蒸気の湿り度が高い場合制御の精度を高める
ために、各々の蒸気温度測定点にて湿り度を測定するよ
うにしている。湿り度を測定してエンタルピーを求める
ことにより、前述の加熱蒸気制御弁後の温度を精度よく
演算出来、また、蒸気とタービンローターとの熱伝達率
を精度よく演算することが出来る。
制御用に用いた再熱器内部メタル温度検出器31と低圧
タービン内部メタル温度検出器32の両者もしくは片方
を除外し、それぞれの検出初期値を停止直前の蒸気流れ
のある状態で演算して求めたメタル温度からタービン停
止時間での冷却を考えて演算して求めても、本発明の実
施は可能である。
本発明によれば再熱器内部及び低圧タービンローターの
熱応力が許容範囲内に入るよう再熱器に供給される加熱
蒸気量を制御出来るようにした再熱器を有する蒸気ター
ビンプラントの制御装置が実現出来るという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の対象となる原子力発電所の蒸気タービ
ンプラントを示す系統図、第2図は本発明の一実施例で
ある再熱器を有する蒸気タービンプラントの制御装置を
示す全体系統図、第3図は本発明の制御装置の詳細内容
を示す制御フロー図である。 l・・・蒸気発生器、2・・・主蒸気止め弁、3・・・
蒸気加減弁、4・・・速度検出器、5・・・制御及び駆
動装置、6・・・高圧タービン、7・・・湿分分離器、
8・・・再熱器、9・・・低圧タービン、10・・・発
電機、11・・・復水器、12・・・給水加熱器、13
・・・加熱蒸気止め弁、14・・・加熱蒸気制御弁、1
5・・・制御及び駆動装置、16・・・止め弁駆動及び
弁位置決定器、17・・・止め弁制御器、18・・・制
御弁駆動及び弁位置決定器、19・・・制御弁制御器、
20・・・検出器中継器、21・・・加熱蒸気圧力検出
器、22・・・加熱蒸気温度検出器、23・・・加熱蒸
気制御弁後圧力検出器、24・・・加熱蒸気制御弁径蒸
気温度検出器、25・・・加熱蒸気再熱器出口圧力検出
器、26・・・加熱蒸気再熱器出口温度検出器、27・
・・再熱器入口蒸気圧力検出器、28・・・再熱器入口
蒸気温度検出器、29・・・再熱器出口蒸気圧力検出器
、30・・・再熱器出口蒸気温度検出器、31・・・再
熱器内部メタル温度検出器、32・・・低圧タービン内
部メタル温度検出器、33・・・高圧タービン初段後圧
力検出器、34・・・手動制御器、35・・・再熱器内
部メタル温度検出器(保護用)、3G・・・低圧タービ
ン内部メタル温度検出器、(保護用)、37・・・保護
用検出器中継器、38・・・中央制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、原子力発電所に備えられた再熱器を有する蒸気ター
    ビンプラントにおいて、再熱器に加熱蒸気を供給する加
    熱蒸気配管に制御弁を設置し、該蒸気タービンプラント
    の低圧タービン部及び再熱器に温度検出器を設置し、こ
    れら温度検出器から低圧タービンロータの熱応力及び再
    熱器内部の応力を演算する演算装置を設置し、この演算
    装置による熱応力値に基づき、該熱応力値が許容値内に
    入るよう前記制御弁を操作する弁制御装置を設置したも
    のから構成されることを特徴とする再熱器を有する蒸気
    タービンプラントの制御装置。
JP10259281A 1981-06-30 1981-06-30 再熱器を有する蒸気タ−ビンプラントの制御装置 Granted JPS585412A (ja)

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JPS6215508A (ja) * 1985-07-15 1987-01-23 Fujitsu Ltd 光分波器
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