JPS60187797A - 送風機の保護装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、火力発電プラント等の風道系統に設けられる
送風機（以下、フアンという）の保護装置に関する。

〔発明の背景〕

発電プラントにおける風道系統 第１図に発電プラントにおける火炉への風道系統の概略
を示す。１はファンを示しており、火炉４において必要
とされる袖の燃焼用空気を空気予熱器３を介しで供給す
る。２はファン出口共通ダクトを示している。火炉４に
は通風流量を調節するための風箱人口ダンパ５ならびに
オーバ・エア・ボート（以下、ＯＡボートダンパという
）６が設けられている。風道７において、ファン１の吸
込側には吸込流吐検出器８が設けられ、吐出１１１１に
は吐出圧力検出器９が設けられている。

ザージング現宏 以上の風道系統において間、Ｉαとなるのは、ファン１
の運転点の変動によシ生ずる吸込流針と吐出圧力の脈動
現家、すなわちサージング現象である。

以下、このリーージング現象について説明する。

火炉４に必要な空気量をファン１により送り込むために
Ｕ、ファン１の吐出側において火炉圧力に空気量が増す
ごとに大きくなるシステムロス（第２図の曲線δ）を加
えた吐出圧力以上の吐出圧力が要求される。システムロ
スは第１図８６の系の空気抵抗によｐ生ずる損失である
。

一方、ファン１は圧力特性上サージング領域（第２図の
曲線α）を有しており、運転上はサージング領域αに突
入しない領域（第２図の曲線αとδの間）で使用するこ
とが望ましい。

ここに、ファン１が可動翼軸流ファンである場合の圧力
特性曲線を第３図に示す。第３図において、可動翼を変
化させた場合のサージング限界点を結ぶと破線で示す曲
線αとなり、これをサージング曲線と呼ぶ。この圧力特
性曲線の中からある所定の圧力特性曲線を取り出して示
したのが第４図であり、この第４図はファン吸込流量に
対するファン吐出圧力の動きを示している。ファン吸込
流量が零では、ファン吐出圧力が最大となり、ファン吸
込流量が増加すると共にファン吐出圧力が減少し凹部（
Ｃ点）を形成する。さらに、ファン吸込流量が増加する
と再びファン吐出圧力が上昇して凸部（Ａ点）をなし、
それ以降に吐出圧力が次第に低下するという特性となる
。ここでＡ点はサージング限界を示し、今、Ｅ点の吐出
圧力・吸入流量の条件のもとて運転しているとすると、
吐出圧力が一ヒ祥した場合には、Ｅ点→Ｆ点の軌跡をた
どり吸入流量が減少し、これに伴なってシステムロスが
減るので吐出圧力が低下する。さらに、吐出圧力が大き
く変化すると、運転点がＥ点→Ｆ点→Ｄ点と変わり、サ
ージング限界Ａ点に達すると圧力特注が逆となり、吸込
流量が減少するに伴って吐出圧力も減少する。この結果
、Ａ点からＢ点に一気に４転点が変化し、吸込流針が急
激に減少する。吸込流ｉ１１が減少するとシステムロス
が減り、吐出圧力も低下することに１なり、吸込流量が
回復して、Ｃ点、さらにＤ点へと運転点が激しく移動す
る。

次に、運転点がＤ点に達すると吸込流量が回復し、シス
テムロスが再び増加し−Ｃ１運転点がサージング限界Ａ
点に移動する。以下同様にしてｉ１転点Ａ点→Ｂ点→Ｃ
点→Ｄ点→Ａ点と移動を繰シ返し、吸込流量と吐出圧力
の脈動が発生する。この脈動現象をサージングという。

サージング現象の従来の防止策とその間ｄ点このサージ
ング現象を防止するために、従来では第５図に示すよう
な警報回路を設け、サージング領域に近づいた場合、警
報を発生して、運転員に告知していた。この警報回路は
、ファン吸込流量検出器８からの信号からサージング領
域αに突入する直前の警報曲線（第２図の曲線β］を演
算ンる関数発生器５４と、その演眸値とファン吐出圧力
検出器９からの吐出圧力検出値との偏差を演算する偏差
モニタ５５とから構成され、双方の信号の偏差がある値
以下、すなわち、曲線β−曲線ｒ＝ｏのとき警報５６を
発生するようになっている。そして、この訃報表示によ
り運転員が手動で操作することにより対応していたが、
場合によっては運転員の対処が遅れることがあり、その
場合にはファンの運転点がサージング領域に入ってしま
うことがあった。また、例えば、可動翼にダストが付着
し、ファンの圧力特−件が変化することやシステムロス
が増加する等のファン経時変化によシ、サージング領域
に入る可能性があり、さらには、何らかの原因に火炉圧
力が突変（特に増加）した場合、運転点がシ′−ジング
領域に入る可能性がある。

一方、ファンが２台並列運転時（第６図のＰ点）に、片
側（Ａ機器のファン吸込流量が何らかの原因で絞り込ま
れた場合、制御系はプラントとして必要な吸込ｔＮ、　
Ｊｔｔを保持しようとして、他方（Ｂ機）のファン吸込
流量を増加させる。この結果、ファン吸込流量を絞られ
たファンは吸込流量が減少しているにもかかわらず、吐
出圧力にはファン出口共通ダクト２（第１図）を介して
、他方の吐出圧力が印加されるため、運転点Ｐ点がサー
ジング領域αに入る可能性がある。すなわち、第６図に
示す通り、Ｐ点で並列運転時に、Ａ機の吸込流量が減少
した場合、制御系は、Ｂ機でこの吸込流量不足分を補う
ような運転点に移動し、それぞれＱ。

Ｒ点となる。

以上のような原因により、ファン１にサージングが発生
すると、ファン１の吐出圧力と吸込流量が脈動して、大
きな騒音と振動を伴ない、この状態が約２０分以上継続
すると、ファン１や関連機器を損傷や破損に至らしめ、
プラント運転が著しく制限されたり、運転ができなくな
るなどの問題がある。運転の停止を余儀なくされた場合
には、特に公益性の高い電力供給に支障をきたすことに
なる。

〔発明の目的〕

本発明は、ファンがサージング領域に近づいたとき、自
動的に通常の安全運転領域に運転点を移行してファンを
保護しうるファン保護装置を提供することを目的とする
。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために５本願の−の発明による保護
装置は、ファンの吸込流量の検出値に基づいて当該ファ
ンのサージング限界に対応するファンの吐出圧力を算出
し、その算出値と前記吐出圧力検出値との偏差に基づい
て少なくともサージング限界よりも安全側に位置する警
報域に対してファンの運転点が接近したとき風道系統の
風量調節手段に当該風道系統の空気抵抗を低くする操作
信号を調節計から出力させるようにした点に特徴を有す
る。

かかる構成によれば４現在のファンの吸込流量を吐出圧
力に応じて適正な運転点に自ｍ調節することができるの
で、安全な運転が可能となり、従来のような対応の遅れ
による障害の発生を防止できる。

また、本願の他の発明による保護装置は、ファンの吸込
流−一の検出値に基づいて当該ファンのサージング限界
に対応するファンの吐出圧力を算出し、その算出値と、
前記吐出圧力検出値との偏差に基づいて少なくともサー
ジング限界よりも安全側に位置する餞報域に対してファ
ンの運転点が接近したとき風道系統の風量調節手段に当
該風１４系統の空気抵抗を低くする操作１言号を調節言
１から出力させるようにした点に加え、前記送風機の運
転状態が前記サージング限界に対応する警報域を越えた
ことを検出し、その検出信号によシ前記送風機に対する
負荷をランバック指令回路により低減させるようにした
点に特徴を有するものである。

かかる構成によれば、現在のファンの吸込流量と吐出圧
力に応じて常に適正な運転点に自動調節することができ
るのに加えて、万が一サージングの警報域を越えたとし
ても速やかに負荷をランノ（ツクさせるので、最終的な
サージング状態への突入を確実に阻止することができ信
頼性を向上しうる。

〔発明の実施例〕

次に、第１の発明による保護装置の実施例について、図
面に基づいて説明する。

第１実施例 まず、第７図に火炉４とその周辺装置の詳細を示してお
く。第７図において、火炉４には風道７が連続されてい
る。この風道７にファン１が設けられ、その吸込側に吸
込流量検出器８が設けられ、かつ吐出側に吐出圧力検出
器９が設けられている。

風道７における火炉４の入口側には複数の風箱入口ダン
パ５およびＯＡボートダンノ（６が設けられ、い６．’
Ｊ７’（、工い訴−７７，５゜１つ９．−４料ノズル１
０がそれぞれ配置され、燃料供給ポンプ（図示せず）か
らの燃料Ｆが供給される。その供給液は燃焼段燃料流１
１検出器１１により検出される。１２は燃利段空気流哨
検出器、１３は排ガス中に残存する酸素（０２）濃度を
検出する０２検出器である。

次に、本発明に係る保護装置の第１実施例を第８図に示
す。なお、この第８図の保１；φ装置が適用される通風
系は第２図のように二つの系（Ａ系とＢ系）からなって
いるものとし、したがって、吸込流Ｌｄ検出器は８Ａと
８Ｂの二つ設けられ、吐出圧力検出器も９Ａと９Ｂの二
つ設けられているものとする。

第８図において、吐出圧力検出器９Ａと９Ｂから吐出圧
力検出信号は高値選択器１４によりいずれか高い値が選
択され、後述する偏差演算器１５に与えられる。一方、
各吸込流量検出値８Ａと８Ｂからの吸込流量検出信号は
、それぞれ切替リレー１６．１７を介して低値選択器１
８に与えられる。ここに、切替リレー１６．１７は、Ａ
系ファンかＢ系ファンのいずれか一方のファン１が停止
したときに停止ファンの吸込流量検出信号を除外する信
号設定器１９により制御されて当該吸込流量検出信号を
除外するものである。低値選択器１８は、ファンの通常
運転中においてＡ系かＢ系かのいずれかサージング領域
に近づきやすいファン１の吸込流量検出値を選択し、常
に安全サイドでファンの運転を行なうためのものである
。このようにして低値選択された吸込流量検出信号は関
数発生器２０に与えられる。この関数発生器は、入力さ
れた低値吸込流計検出信号に基づいてそのときのファン
１のサージング限界（第２図α）に対応する警報域の吐
出圧力（第２図β）を算出するものである。埠出された
吐出圧力信号は偏差演算器１５に与えられる。

偏差演算器１５は高値選択器１４からの高値吐出圧力値
と算出された吐出圧力値との差分をめ、その偏差値を比
例調節計２１に出力する。この偏差値が小さいほどファ
ンｌの運転点が上記警報域の吐出圧力（第２図β）に接
近していることとなシ、シたがって、サージング限界（
第２図α）に近づいていることを意味する。

比例調節計２１は上記１−差１直に対応して風量調節手
段としてのｏ　Ａボートダンパ６に開度指令信号を与え
、ファン１がサージング領域（第２図α）に近づいたと
きに、オーバーライド動作（緊急操作）を行なわせる。

ファン１がサージング領域に近づいてない通常運転時に
おいて、ＯＡボートダンパ６はプラントの負荷である発
電機出力２２に従って、関数発生器２３によって演算さ
れるプログラム信号により制御されている。このＯＡボ
ートダンパ６は、本来、燃焼用２Ｐ気に含まれる全素が
火炉４で燃焼時に生成される窒素酸化物を抑制するため
に用いられるが、本発明には、ファン１の損傷を防止す
るために、一般的に窒素酸化物抑制制御を除外し、ファ
ンの保穫（表能を優先させるために用いる。したがって
、開度指令信号は高値選択器６０を介してＯＡポートダ
ンパ６に与えられる。６１はオーバーライド検出用リレ
ーである。

このような構成によれば、ファン１がサージング領域（
第２図α）に近づいた場合、それよシ安全側の警報域（
第２図β）においてＯＡポートダンパ６をオーバーライ
ド操作してシステムロスを低減させることにより、ファ
ン１の吐出圧力を下げ、通常運転点での運転の継続を可
能ならしめることとなる。ＯＡボートダンパ６をオーバ
ーライド操作することにより、このオーバーライド操作
中は排ガス中の残存０ｓｌ１１度が高くなり、プラント
の効率が低下するが、主要補機であるファンを損傷して
、補修する期間と費用が膨大となることを考えると、一
時的にプラントの効率を低下させてもほとんど影響なく
なる。

なお、コンパートメント化された風箱を使用しているプ
ラントの場合、ＯＡポートダンパ６の他に休止中の風箱
入ロダンバ５を併用して、ＯＡボートダンパ６と同様の
操作をすることにょシ、同じ効果を得ることが可能であ
る。また、ファン吸込流量の代わ匂にファン可動翼開度
を用い、他は前記と同様とすることでも同等の効果を得
ることが可能である。

第２実施例 以上の第１実施例（第８図］は、オーバーライド動作と
してＯＡボートダンパ６の開Ｕ？Ａ節を行なうようにし
たものであるが、このオーバーライド動作に伴って燃焼
段での空気不足を銹発する可能性があり、これを考慮し
た例を第９図に示す。

なお、保護装置としての基本的構成部分は第８図のもの
を用い、これに第９図の例を併用するので第８図につい
ては先の説明をもって代用し、ここでは省略する。

すなわち、第９図において、会計燃料−１ｉ４：　Ｆ　
Ｓから関数発生器２４で合計空気駄指令値を作成し、実
際の合計空気流量Ａｓとの偏差を偏差演算器２５、比例
積分器２６で各燃焼段の必要空気１汁指令値の補正信号
を作成する。各燃焼段では、各燃焼段で使用している燃
料量に見合った空気捌指令信号と前記補正信号を乗算器
２７で乗算することにより補正した後の空気流量指令値
を作成する。

前記指令信号と各燃焼段の空気流量検出器１２（第７図
）からの信号との偏差を演算器２８で演算し、比例積分
器２９を介して風箱入口ダンパ５−の開度指令信号を作
成する。しかし、ＯＡボートダンパ６からオーバーライ
ド動作により空気量を火炉に送ｐ７Δむ表、プラント全
体で必要上する空気量は確保されるが、各燃焼段での燃
料量に対して空気量が不足し、燃焼が不安定になる可能
性がある。これは、合計空気流量には燃焼に寄与する空
気流量と、ＯＡボートから送シ込塘れる空気量が含まれ
てお、０．ＯＡボートに送シ込む分だけ各燃焼段におけ
る空気流量が不足するためである。

そこで、本実施例ではこの不具合対策として各燃焼段で
の燃料量に見合った空気量を確保するため関数発生器３
０にて最低安定空気流匍、をめ、高選択器３１、偏差演
算器２８、比例積分器２９を介して、風箱入口ダンパ５
の開度を大きくすることにより対処して、各燃焼段の安
定燃焼空気流量を確保できるようにしたものである。こ
のようにすることで、安定した燃焼を可能ならしめるこ
とができる。

第２の発明の実施例 以上の実施例は、いずれもファン１の運転点が警報域（
第２図β］に接近した場合に保護動作を行なうようにし
たものである。しかしながら、電力の安定供給という公
益性１重要性に鑑みれば、さらに保護機能の信頼性を補
償する必要性がある。

そこで、第１．第２の実施例に示す保護装置によりオー
バーライド操作を行なったにもかかわらず、依然として
通常運転域に回復でき々い場合を補償するため、発電プ
ラントの負荷をランバックさせるようにした例について
以下に説明する。

まず、概要を第！θ図にシーケンス回路を用いて説明す
る。サージング限界（第２図α）へ突入時、前述のオー
バーライド操作を行なったにもかかわらず、警報域から
・軍転点が喘脱しない場合は、第１０図に示すシーケン
ス回路により限時継電器（ｉ’ｒ１３２を介し補助リレ
ー（Ｘｔ）３３を動作させ、そのＸｌの接点によシフア
ン保護のため、該当する負荷までランバックさせる。

さらに、上記時限による検出に加えて、サージング警報
域突入時の火炉ドラフトを検出し、ボイラの規定ドラフ
ト以上を検出器３４で検出、あるいは、ファンの振動値
が規定値以上であることを検出器３５で検出し、第１実
施例の保護動作に伴ってＯＮとなる接点５７とのＡＮＤ
条件にて、時限継電器（Ｔｘ）３６により誤動作防止用
タイマを介して補助リレー（Ｘｓ）３７を動作させて、
補助リレー（Ｘり３７の接点によシランバックさせる。

このように異常時規定負荷までランバックさせることに
より、ファンおよび本件の損傷を未然に防止し、安定の
発電プラントの運転を行なうことができ、信頼性を向上
させることかできる。

次に、第１１図により補助リレー３３．３７により出力
されるランバック指令信号Ｘ１．Ｘｌが生じた場合の制
御について詳細に説明する。

通常時の制御においては、ユニット負荷指令３８に周波
数補正信号ｆを加え、低値選択器３９を通し、タービン
マスク制御装置４０によシ主タービン加減弁４１を操作
して負荷を制御する。一方、このユニットマスタ信梅は
主蒸気圧力補正ＭＳＰを加え、ボイラマスタ信号となシ
、給水量制御４２により電動駆動給水ポンプ、あるいは
り−ビン駆動給水ポンプ５８を操作して給水制御を行な
う。このボイラマスタ信号に主蒸気温度補正ＭＳＴを加
え燃料綾制御指令４３で、軽油１重油調整弁５９等を操
作することにより燃料と給水の比がある比率になるよう
制御する。

このような状態で；軍報中、第１１図に示すようなラン
バック発生要因４４、たとえば、押込通風機（以下、Ｆ
ＪＪＦと略記する）５２を２台運転中そのうちの１台が
トリップすると、ランノ（ツク発生となるので負荷制限
器により主タービン加減弁を急速に絞り込むと同時にラ
ンバック指令回路４５に指令を出す。ランバック指令回
路４５において、４６はＰ　Ｌ）Ｆ　１台トリップを、
４７は銹引通風機（以下、ＩＤＦと略記する）５３を、
４８は発電無水容せμ下の時のランバック目標負荷設定
を行なう信号発生器を示している。通常、ＩＤＦ。

ＦＤＰ、ｉＪツブ等の目標負荷は５０％であり、発電機
無水容量以下の目標負荷は３０％負荷担当であり、ラン
バックモードに対し目標負荷は大きく二つに分けられて
いる。

これらランバック目標負荷に対し、負荷変化率を信号発
生器４９で設定し、各々切替器５０゜５１で切替え、変
化率制限器５２、切替器５３を通し、低信号選択器３９
で比較し、ランバック時切替器５３の信号を選択して給
水、燃料、空気量を急速に絞り込むことにより、安定し
た制御を行なうことができる。Ｆ”１）Ｐ５２を例にと
れば、Ｆ　Ｊ）　Ｆ’　５２　１台トリップと並列に、
補助リレー（Ｘ＋　）　３３．　（Ｘｇ　ｌ　３７の接
点を並列に接続することにより、ランバック操作を可能
とする。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、第１の発明によれば、保護装置はファ
ンの吸込流量の検出値に基づいて当該ファンのサージン
グ限界に対応するファンの吐出圧力ｆ算出し、その算出
値と前記吐出圧力検出値との偏差に基づいて少なくとも
サージング限界よりも安全側に位置する警報域に対して
ファンの運転点が接近したとき風道系統の風量調節手段
を当該風道系統の空気抵抗を低くする操作信号を調節計
から出力させるようにしたことにより、現在のファンの
吸込流量と吐出圧力に応じて適正な運転点に自動調節す
ることができるので、ファンを確実に保礒することがで
き、その結果、安全な、１１１転が可能となるので、従
来のような対応の遅れによる障害の発生を防止できる。

甘た、第２の発明によれば、送風機の運転状態が前記サ
ージング限界に対応する警報域を越えたことを検出し、
その検出信号により前記送風機に対する負荷をランバッ
ク指令回路により低減させるようにしたことにより、フ
ァンの吸込流量と吐出圧力に応じて常に適正な・軍転点
に自１ｌｔＩｌ調節することができるのに）ＪＩｌｌえ
て、万が一サージングの？１報域を越えたとしても速や
かに負荷をランパツクさせるので最終的なサージング状
態への突入を確実に阻止することができ、信頼性を向上
しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発電プラントにおける火炉への風道系統の概略
を示すブロック図、第２図はフアンの吸込流量と吐出圧
力の関係を示す特性図、第３図は可動翼軸流ファンの同
圧力特性図、第４図は第３図の特性の中からある特定の
特性を取り出して示した同圧力特性図、第５図は従来の
特報回路を示す回路図、第６図は２台のファンを並列運
転した場合の圧力特性図、第７図は本発明が適用される
風道系と火炉の周辺装置を示す系統図、第８図は第１の
発明によるファンの保護装置の第１実栴例を示すブロッ
ク図、第９図は第１の発明の第２実施例を示すブロック
図、第１０図は第２の発明の実殉例のシーケンス回路図
、第１１図は第２の発明の実施例におけるランバック指
令回路のブロック図である。 １・・・送風機（ファン）、７・・・風道系統、８Ａ。 ８Ｂ・・・吸込流量検出器、９Ａ、９Ｂ・・・吐出圧力
検出器％　１５・・・偏差演算器、２０・・・関数発生
器。 ２１・・・比例調節計。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 罰１図 卒２図 児３図 １１１．、、．１特１１１］６０−．４８７７９７率９
図 Ｌ　−Ｊ 不１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．風道系統に設けられた送風機の空気吸込流量を検出
   する吸込流量検出器と、前記送風機の吐出圧力を検出す
   る吐出圧力検出器と、前記吸込流量検ａ：Ｉｆ直か、ら
   前記送風イ幾のサージング限界に対応するＩｉ’服１ｔ
   での吐出圧力を演轢し、この吐出圧力演りγ１直と前記
   吐１」Ｊ圧力検出値との喘差に繰づいて前記送＋！１．
   １．機の岨転状１重が前記サージング限界に対応する除
   報域に凄近したこ、とを指示する信号を出力する警報信
   号発生器と、前記送風機の、’ｌ！転点が前記傍報域に
   妾近したとき前記１虱ｉｓ系統の風帰、１間節手段に当
   該風道系統の空気抵抗の低減化を指示する操作１６号を
   出力する調節計と、を備えたことを特徴とする送風機の
   保瑣装置。 ２　風道系統に設けられた送風機の空気吸込流量を検出
   する吸込流量検出器と、前記送風機の吐出圧力を検出す
   る吐出圧力検出器と、前記吸込流量検出値から前記送風
   機のサージング限界に対応する警報域での吐出圧力を演
   算し、この吐出圧力演算値と前記吐出圧力検出値との偏
   差に基づいて前記送風機の運転状態が前記サージング限
   界に対応する鮮報域に接近したことを指示する信号を出
   力する警報信号発生器と、前後送風機の運転点が前記警
   報域に接近したとき前記風道系統の風量調節手段に当該
   風道系統の空気抵抗の低減化を指示する操作信号を出力
   する調節計と、を備えた送風機の保護装置において、前
   記送風機のＩ軍転状明が前記サージング限界に対応する
   警報域を越えたことを検出する検出器と、この検出信号
   により前記送風機に対する負荷を低減させるランパツク
   指令回路とを備えたことを特徴とする送風機の保護装置
   。