JPS60164106A - 給水ポンプ再循環流量制御装置 - 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】 本発明は、火力、原子力タービン用給水ポンプの再循環
制御に適用して好適な給水ポンプ再循環連続流量制御装
置に関する。

従来よシ給水ポンプ再循環制御方式として以下の２つの
方式がある。

（１）　ＯＮ　−ＯＦＦ制御方式 第１図にｊしたように、復水器よシの給水を加熱脱気す
る脱気器１、この脱気器１で脱気された給水を一時貯水
する脱気器タンク２、この脱気器タンク２よシの給水を
次の給水ポンプが必要とする圧力まで昇圧させる給水ブ
ースタポンプ（ＢＦＰＢＰ）３、給水ポンプ吸込流量計
測用オリフィス４、給水ポンプ吸込流量計測用差圧伝送
器（ΔＰＸ　）　５、ボイラへ給水するに必要な圧力ま
で給水を昇圧する給水ポンプ（ＲＦＰ）６．ポンプ停止
時ボイラよシの逆流を防ぐ給水ポンプ出口逆止弁８、給
水ポンプ停止時に系統から切離すための給水ポンプ出口
弁９、および給水ポンプ駆動用蒸気タービン（ＲＦＰＴ
）１２から成る構成に、１または多系統の給水ポンプ再
循環弁０１および多段オリフィス０２が設けられている
。この再循環系は、給水ポンプ６が定格流量の２０〜４
０％以下の流量になるとポンプ効率が低下し、給水温度
が上昇してキャビテーションおよび振動を発生し、ポン
プが機能しなくなるのを防止するために設けたもので、
ポンプ吐出流量の一部を脱気器タンク２へ再循環させて
最小流量を確保している。再循環弁０１は連続流量制御
できないＯＮ　−ＯＦＦ制御弁を採用している。なお、
電気制御系は開平演算器０３、比較器０４、ロジツク回
路０５よシな勺、再循環弁０１の駆動系は空気源Ａｓ　
Ｋ配管されロジック回路０５にょ量制御される電磁弁ｏ
６によって構成される。

再循環弁０工の全開時の差圧は大部分再循環弁出口に設
置される多段オリフィス０２に受けもたせ、再循環弁０
１で発生する振動および騒音を防止している。

再循環弁０１の開閉に関し、第２図においてその（ａｌ
に再循環弁０１が１個の場合、（ｂｌに再循環弁０１が
２個の場合を示したように、給水ポンプ吸込流量がポン
プ必要最小流量以下では順次再循環弁０１は開けられ、
またポンプ吸込流量がポンプ必要最小流量と１個の再循
環弁ｏ１を流れる給水流量との和以上になると順次再循
環弁ｏ１は閉じられる。

このＯＮ　−ＯＦＦ制御方式は、最近の高差圧連続制御
弁が開発されるまでは主流であシ、構造が簡単であって
コストが低い反面、開閉時にボイラへの給水流量が再循
環弁を流れる分変動するという−欠点がある。最終的に
は給水流量制御系によシ安定した流量になるが、ボイラ
の給水流量制御にとっては大きな外乱となることには変
シはない。また、第φ図（ａｌおよび（ｂ）に示したハ
ツチング部は、本来不要なむだ流量の部分であシ、損失
となっている。

（２）連続制御方式 第３図にこの連続制御方式の系統的構造を例示する。第
３図においで、第１図と同一または同等の要素は同一参
照符号で示しである。第３図によれば、給水ポンプ吸込
流量に比例した開度に制御できる再循環弁０９が設けら
れている。この制御は差圧伝送器５からの差圧信号を受
ける開平演算器０３、加減演算器ｏ７および電空変換器
（Ｉ／Ｐ）０８によって行なわれる。

この連続制御方式の中にも、比例制御方式、比例積分制
御方式、およびプログラム制御方式がある。

比例制御方式は、給水ポンプ吸込流量に比例した再循環
弁開度信号を出すもので、第４図の如きの給水ポンプ吸
込流量およびボイラ給水流量の関係となる。しかし、こ
の方式では、ゲインを高くして第４図のハツチング部（
損失部）を減少させようとすると、給水制御系統がハン
チングしたシ、また、理論的にこのハツチング部は零と
することができない、といった欠点がある。

比例積分制御方式は第３図の加減演算器０７を比例積分
器と交換したものである。

プログラム制御方式も同様に、第３図の加減演算器０７
に代えて予め定めたパターンに従って制御させるロジッ
ク回路が用いられる。

以上のいずれの制御方式も、再循環流量制御を給水ポン
プ吸込流量のみを入力信号として制御しておシ、給水流
量のゆつくシした変動に対しては安定に流量制御できる
が、給水流量の急激な変動に対しては給水流量制御に対
して外乱となってしまう。これは、再循環弁が開閉する
と、先ず制御対象である給水ポンプ吸込流量が変らずに
ボイラへの給水流量が変動し、ボイラ側の給水制御系が
これを検出し、給水流量指令信号を調節し、蒸気タービ
ン−の回転数を調節して初めて給水ポンプ吸込流量が目
的に値に制御されるためである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、上記欠点
の解消された給水ポンプ再循環流量制御装置を提供する
ことを目的とする。

以下第５図および第６図に例示した本発明の好適な実施
例について詳述する。

第５図において、第１図および第３図に示した要素と同
一または同等の要素は同一参照符号で示しである。第５
図によれば、給水ポンプ（ＲＦＰ）６の後流側に、給水
ポンプ吐出圧計測用圧力伝送器（ＰＸ）７が設けられ、
再循環系には開度を連続制御できる給水ポンプ再循環弁
１０およびその再循環弁１０の全開、全閉検出用リミッ
トスイッチ１１がある。給水ポンプ駆動用蒸気タービン
（ＢＦＰＴ）１２には蒸気加減弁１３、給水ポンプ駆動
用蒸気タービン速度検出器１４が関係される。

差圧伝送器（ΔＰＸ）５および圧力伝送器（ＰＸ）７か
らの信号を処理する回路は、比率設定器１５．１６．１
７、比較器１８．１９．２０．２１．２２、ロジック回
路２３．２４、カウンタ２５．２６．２７、デジタル／
アナログ変換器２８．２９．３０．加減演算器３１．３
２、手動設定器３３、カウンタ３４、デジタル／アナロ
グ変換器３５、手動／自動切替用切替スイッチ３６、電
空変換器（Ｉ／Ｐ）３７．電磁弁３８．　蒸気タービン
回転数フィードバック用の加減演算器３９、およびこの
加減演算器３９の出力をガバナ弁サーボ機構を駆動する
に必要な出力まで増幅する増幅器４ｏによって構成され
る。

この第５図においては、給水ポンプ６はその駆される場
合給水ポンプ６の吐出流量制御は流体継手等によシ給水
ポンプ６の回転数制御にょシ実行される。

給水系統において、脱気器１および脱気器タンク２にて
脱気された給水は給水ブースタボ／プ３で昇圧され、オ
リフィス４を経由してさらに給水ポンプ６によシ昇圧さ
れ、ポンプ出口逆止弁８およびポンプ出目弁９を過多高
圧給水加熱器へ送られる。給水ポンプ６を出た給水は一
部再循環弁１゜を通シ脱気器タンク２へ再循環される。

給水ブースタポンプ３および給水ポンプ６は蒸気タービ
ン１２によシ駆動される。蒸気タービン１２はポ”イラ
よりの給水流量指令信号ＦＷＣにょシ蒸気加減弁１３の
開度を制御して駆動蒸気流量を加減することにょシ回転
数制御される。

第６図に給水ブースタポンプ３および給水ポンプ６の流
量／揚程曲線を給水ポンプ回転数をパラメータとして示
す。第６図中の破線は給水ブースタポンプ３および給水
ポンプ６の必要最小流量を示している。必要最小流量は
ポンプの特性よυポンプ揚程の平方根にほぼ比例する。

次に再循環流量制御を各制御モードごとに説明する。

ｆａｔ非常再循環制御 この制御は以下に述べるｆｂｌ、　ｆｃｌおよび（ｄ）
の制御のバックアップ制御である。

オリフィス４に生じた差圧は差圧伝送器５にょシミ気信
号に変換される。この信号は給水ポンプ吸込流量の平方
に比例する。また給水ポンプ吐出圧は脱気器タンク２の
圧力より非常に高く、圧力伝送器７によって電気信号に
変換される。この信号は給水ブースタポンプ３および給
水ポンプ６の揚程にほぼ比例する。このことから、差圧
伝送器５の出力と圧力伝送器７の出力を比率設定器（Ａ
）１５によシ適切に比率設定したものを比較器（Ａ）１
８によシ比較すれば、給水ポンプの状態が第６図の破線
の右側であるか左側であるか、すなわち給水ポンプ６が
必要最小流量以上の流量であるか否かを検出することが
できる。

もし、比例設定器（Ａ）１５の出力が差圧伝送器５の出
力よシ大きければ、給水ブースタポンプ３および給水ポ
ンプ６の吸込流量が必要最小流量以下であることになる
ので、電磁弁３８を作動させて再循環弁１０を他の条件
に優先して全開とし、必要最小流量を確保し、ポンプを
保護する。

（ｂｌプログラム再循環制御 この制御は上記非常用再循環制御同様、差圧伝送器５の
出力と圧力伝送器７の出力との比較を比＃ＭｒＢ）１９
によシ行なうが、比率設定器（Ｂ）１６の比率設定値を
第６図の破線を２０％右へずらせた特性と々るようにす
る。すなわち、比較器（Ｂ）１９は給水ポンプ吸込流量
が必要最ｌ」・流量の１２０係以上であるか否かを検出
することとなる。

比較器（Ｂ）１９の出口はロジック回路（Ａ）２３を経
由してカウンタ（Ｂ）２５のカウントを予め定められた
速度（ｘｏｑｂ／分〜３０係／分）で増減する。

カウンタ（Ｂ）２５の出力はデジタル／アナログ変換器
２８によりアナログ電気信号に変換され、加減演算器３
２および切替スイッチ３６を介して電空変換器３７に入
力され、この電空変換器３７にて空気信号に変換され、
再循環弁１０の開度を制御する。

給水ポンプ吸込流量が必要最小流量の１２０％以下にな
ると、比率設定器（Ｂ）　１６の出力は差圧伝送器５の
出力よシ大きくなシ、比較器（Ｂ）　１９は再循環弁１
０を１０％／分〜３０％／分の速さで開き、その逆のと
きは同様の速さで再循環弁を閉じる。

本制御のカウンタのカウント速さはボイラよシの給水流
量制御信−１ｉ！ＦＷＣＶｃよる給水流量制御（蒸気タ
ービン回転数制御）に対して外乱とならない値とする。

すなわち本制御による再循環流量の変動を給水流量指令
信号ＦＷＣによる給水流量制御が吸収可能な値とする。

（Ｃ１再循環流量制御による給水流量制御給水流量制御
は蒸気タービン１２によシ給水ブースタポンプおよび給
水ポンプ６０回転数を制御することによシ行なわれ（第
６図参照）、これは蒸気タービン１２の駆動蒸気量を蒸
気加減弁１３で調節することによシ実行される。ボイラ
よシの給水流量指令信号ＦＷＣは比較器（Ｅ）　２２お
よびロジック回路（Ｂ）２４によシカウンタ（Ｅ）　２
７にて記憶され、デジタル／アナログ変換器３０にてア
ナログ信号に変換される。デジタルアナログ変換器３０
の出力は比較器（Ｅ）　２２ベフイードバツクされてお
シ、通常、給水流量指令信号ＦＷＣとデジタル／アナロ
グ変換器３０の値とは一致している。デジタル／アナロ
グ変換器３０の出力は加減演算器３９により蒸気タービ
ン１２の速度検出器１４よシの速度信号がフィードバッ
クされて蒸気加減弁開度指令信号となシ、増幅器４０に
て増幅され、蒸気加減弁１３の開度を制御する。

以上は通常の給水流量制御であるが、給水ポンプ吸込流
量が給水流量指令信号ＦＷＣにより減少し、第６図に破
線で示した必要最小流量以下となったことを、（ａｌの
非常再循環制御および（ｂ）のプログラム再循環制御と
同様、比率設定器（Ｃ）　１７および比較器（Ｃ）　２
０によシ検出し、ロジック回路（Ａ）２３およびロジッ
ク回路（Ｂ）２４によりカウンタ（Ｅ）　２７の下げカ
ウントをしゃ断し、代シにカウンタ（Ｃ）２６をカウン
トさせるようにする。カウンタ（Ｃ）２６の出力はデジ
タル／アナログ変換器２９によシアナログ信号に変換さ
れ、加減算器３２に入力されて、再循環弁１０の開度を
開方向に作動させる。

すなわち、給水ポンプ吸込流量が必要最小流量の１１０
％以下となった場合、蒸気タービン１２は蒸気加減弁１
３の開度が一定に保持され、吸込流量は一定となるが、
給水流量指令信号Ｆ、ＷＣの下げ指令に対しては再循環
弁１０を開き、再循環流量を増加させることによシ、ボ
イラへの給水流量が減少することとなる。

加減演算器３１はカウンタ（Ｃ）２６とカウンタ（Ｅ）
　２７との和を比較器（Ｄ）　２１および比較器（Ｅ）
２２へフィードバックしている。カラン、ｚ（Ｃ）２７
のカウントはロジック回路（Ａ）２３によりカウンタ（
Ｂ）２５が１００％となるか０％となったら（再循環弁
全開または全閉指令）１０％／分〜３０％／分の速さで
もとに戻される。カウンタ（Ｅ）　２７およびカウンタ
ｔｃ１２６の再循環弁１０の開方向のカウント速さは給
水流量指令信号ＦＷＣの変化速度以上の速さでカウント
するものとする。

（（１１手手動作 手動設定器３３、カウンタ（Ｍ）３４．デジタル／アナ
ログ変換器３５および切替スイッチ３６によ多構成され
、本制御を切替スイッチ３６で切替え、カウンタ（Ｍ）
３４のカウント値を手動設定器３３によシ手動調整して
、再循環弁１０の開度を手動制御できる構成としている
。

自動時、カウンタ（Ｍ）３４のカウント値は加減演笹興
３２に−すた手動時、カカｙ　Ｊ　ｒＢ）　２５　オヨ
ヒカウンタ（Ｃ）　２６のカウント値はカウンタ（Ｍ）
に、それぞれ自動追従し、バランスレス、バンプレスに
手動−自動切替可能としている。

上述のように本発明によれば、以下の効果を奏すること
ができる。

前記のプログラム再循環制御は一部プラントにて採用さ
れておシ、ボイラよシの給水流量指令信号ＦＷＣがゆつ
ぐシ変動する場合は最も安定汝制御と思われるが、給水
流量指令信号ＦＷＣが急激に低下する場合、再循環弁が
開く前に給水ポンプ吸込流量が必要最小流量以下となっ
てしまい、必要再循環制御に移行する。これは給水ポン
プの保護上問題ないが、ボイラへの給水流量制御に対し
ては太きガ外乱とがり、゛好ましくない。

本発明によれば、給水流量下げ指令を再循環弁を開き、
再循環流量を増加することによシ給水流量を減少させ、
また給水ポンプ回転数制御を保持させて実行できるので
、安定な給水流量制御および再循環流量制御が可能とな
るのである。

また、本発明の好適な実施例によれば、給水ポンプが安
定して作動する限界の給水ポンプ必要最小流量は、給水
ポンプ揚程の平方根に比例する特性があることを利用し
て、給水ポンプ吸込流量計測用流量エレメント（オリフ
ィス、フローノズル等）に生ずる差圧を給水ポンプ揚程
（または給水ポンプ吐出圧）と比較されることによシ、
開平演算器または関数発生器等を使うことなく、′容易
に知ることができ、給水ポンプ流量が必要最小流量以上
か以下かを検出することが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の０Ｎ−ＯＦＦ制御方式の給水ポンプ再循
環制御系統を例示した図、第２図ｆａ）およびｆｂｌは
は給水ポンプ吸込流量に対するボイラ給水流量の関係を
示した図、第３図は従来の連続制御方式の給水ポンプ再
循環制御系統を例示した図、第４図は給水ポンプ吸込流
量に対するボイラ給水流量の関係を示した図、第５図は
本発明による給水および再循環流量制御系統を例示した
図、第６図は給水ブースタポンプおよび給水ポンプの流
量／排稈曲線を給水ポンプの回転数をパラメータとして
示した図である。 １・・脱気器、２・・脱気器タンク、３・・給水ブース
タポンプ（ＢＦＰＢＰ）、５・・差圧伝送器（Δｐｘ）
：６・・給水ポンプ（ＲＦＰ）、７・・圧力伝送器（Ｐ
Ｘ　）、８・・逆止弁、９・・出口弁、１０・・再循環
弁、１１・・リミットスイッチ、１２・・蒸気タービン
（ＰＦＰＴ）、１３・・蒸気加減弁、１４・・速度検出
器、１５，１６．１７・・比率設定器、１８，１９゜２
０．２１．２２・・比較器、２３．２４・・ロジック回
路、２５，２６．２７・・カウンタ、２８，２９．３０
・・デジタル／アナログ変換器、３１．３２・・加減演
算器、３３・・手動設定器、３４・・カウンタ、３５・
・デジタル／アナログ変換器、３６・・切替スイッチ、
３７・・電空変換器、３８・・電磁弁、３９・・加減演
算器、４０・・増幅器。 第１図 第２図 第３図 第４図　゛ ボイラへ９＃Ａ（流１【 第６図 ＃７Ｊ（ホ０ン７１以１Ｎシ耐Ｉ計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 給水ポンプ必要最小流量を確保する給水ポンプ再循環流
   量制御に連続流量制御式の再循環弁を備えたプラントの
   流量制御装置において、ボイラへの給水流量制御を前記
   再循環弁の開閉制御で行なうようにしたことを特徴とす
   る給水ポンプ再循環流量制御装置。