JPS6024362B2

JPS6024362B2 - 給水流量制御装置

Info

Publication number: JPS6024362B2
Application number: JP15828777A
Authority: JP
Inventors: 光久横田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1985-06-12
Also published as: JPS5490404A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はタービン駆動給水ポンプの給水流童を給水ポン
プの回転数を制御することにより制御する給水流量制御
装直に関する。

蒸気タービンプラントのボィラへの給水は、一般に複数
の蒸気タービンにより駆動される給水ポンプおよび電動
機により駆動される給水ポンプの組合せからなる給水ポ
ンプによって行われる。

このポィラ給水流量の制御は、通常タービン駆動給水ポ
ンプの場合は、タービンの回転数を制御することにより
、給水ポンプの回転数を制御してまた電動機駆動給水ポ
ンプの場合は調整弁を設け、調整弁の開度を制御するこ
とにより行う。最近、部分負荷時における蒸気タービン
プラントの運転はその効率を上げるため、蒸気タービン
の蒸気加減弁は全開にしておき、ボィラの蒸気圧力を下
げることによりタービン黍入蒸気量を減少してプラント
の負荷の降下を行う変圧運転方式が採用されている。

この変圧運転時における負荷と蒸気圧力との関係は、例
えば第１図に示すようなグラフとなる。また第２図は蒸
気タービンプラントの給水ポンプ特性およびシステムヘ
ッド曲線を示したものであるが、第２図を参照して、変
圧運転時における給水流量制御と変圧運転を行わない定
圧運転時の給水流量制御とについて比較する。定圧運転
時のシステムヘッド曲線は第２図で符号Ａ、変圧運転時
のシステムヘッド曲線は負荷圧力特性を第１図で示すよ
うなものとすれば符号Ｂで示される。また符号Ｎｏから
Ｎ？はそれぞれ給水ポンプの回転数がＮｏからＮ７の場
合の給水ポンプの流量−圧力曲線を示している。

実際の運転時の圧力および流量は、給水ポンプの流量−
圧力曲線とシステムヘッド曲線の交点で示され、給水流
量の制御はポンプの回転数を変化させることで可能であ
るが、図からも明らかなように変圧運転時においては、
給水流量を少なくした場合には定圧運転時に比べポンプ
回転数をかなり低くして使用することとなる。

このように変圧運転時には給水ポンプ回転数およびこれ
を駆動するタービン回転数をかなり低くして運転するこ
とになるが、これは給水ポンプおよびタービンの回転数
が許容最低限界回転数以下となるという問題を生ずる。
回転体としての給水ポンプおよびタービンは危険速度お
よびその他の理由で、その回転数に最低限界があるのが
通常であり、これ以下の回転数で運転することは好まし
くない。そこで従来の変圧運転時の給水流量制御は、給
水ポンプの回転数が最低限界回転数以下になるような場
合は、ポンプの回転数をこの限界回転数で保持し、それ
以下の給水流量の制御はポンプの吐出口側に設けた調整
種によって行っていた。しかし、この調整弁による給水
流量の制御は、主ラインと調整弁を設けるバイパスライ
ンの設置およびラインの切り換え等による運転制御方法
の複雑化、価格の上昇等の欠点を有していた。本発明は
このような点に鑑みてなされたもので、給水ポンプの再
循環弁の給水流量の制御に使用することにより、変圧運
転時の比較的少ない流量の場合に、タービン駆動給水ポ
ンプの給水流量をタービンおよび給水ポンプの回転数を
最低限界回転数以下に下げることなく、好適に制御する
ことのできる制御装置を提供することを目的とする。

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第３図は本発明による制御装置が用いられる蒸気タービ
ンプラントの給水ポンプ付近の配管系統図である。

この配管系統においては、再循環弁１が給水ポンプ２の
吐出側から脱気器３にまで配管されている再循環ライン
４の途中に配設されており、給水ポンプ２は蒸気タービ
ン５によって駆動されている。通常は給水ポンプは複数
個使用されるが、ここでは簡単のため１個の給水ポンプ
についてのみ説明する。再循環弁１は一般には、ポンプ
起動時あるいは流量が少ない時、ポンプ回転部の温度上
昇を防止するために設けられている。すなわち、高負荷
時のようにポンプ吸込流量が大きい時には再循環弁１は
全閉しているが、給水流量がポンプの吸込最低流量以下
になると再循環弁１を開き、給水流量とポンプ吸込最低
流量との差分を再循環弁１によって流し、一定量のポン
プ吸込最低流量を確保して、ポンプ回転部の焼き付き等
の事故を防止するようにしてある。この再循環弁１の開
閉制御は、通常ポンプ吸込流量をトランスミックで検出
し流量コントローラ（図示せず）により行っている。本
発明はこのような再循環弁１の機能をさらに積極的に利
用して、ポンプの給水流量の制御を行うものである。

まず、再循環弁の開閉により給水流量の制御を行うこと
の基本的考え方について第４図を用いて説明する。第４
図は蒸気タービンプラントの給水ポンプ特性および再婚
環弁を用いた場合のシステムヘッド曲線を示したもので
ある。再循環弁は給水ポンプによる吐出流量を脱気器３
へ戻すため、この抵抗曲線は２次曲線となる。この曲線
は再循環弁の関度により異なり、開欧５０％のときは符
号Ｌで示す曲線となり、開度１００％のときは符号Ｍで
示すように開度５０％のときより右′側に寄った曲線と
なる。給水運転中に再循環弁１が開いた時のシステムヘ
ッド曲線は、第２図に示したようなラインのシステムヘ
ッド曲線と再循環弁抵抗曲線を合成したものとなり、再
循環弁の開度が５０％のときおよび関度が１００％のと
きの合成システムヘッド曲線は、それぞれ符号×および
Ｙで示すようなものになる。したがって、例えばポンプ
回転数Ｎ５の時に再循環弁の閥度が５０％であれば、運
転点は給水ポンプの流量−圧力曲線とシステムヘッド曲
線の交点である１点でり、ポンプの吐出流量は図より（
１一ｌｏ）となる。そして、このうち再循環弁に流れる
流量は、再循環弁抵抗曲線（関度５０％であるから符号
Ｌ）より、この圧力での流量１，から（１，一Ｌ）とな
る。したがって、ボィラへ給水される給水流量は、ポン
プ吐出流量（１−ら）から再循環流量（１，一ｌｏ）を
引いた値、すなわち（１一１．）となる。同様にして同
じ回転数Ｎ５の時で、再循環弁の関度が１００％の時の
それぞれの流量を求めると、運転点が図においてＫ点で
あるから、ポンプ吐出流量は（Ｋ−Ｋｏ）、再循環流量
は（Ｋ，一Ｋｏ）であり、給水流量は（Ｋ−Ｋ，）とな
る。また、同じ回転数Ｎ５の時で、再循環弁が全閉の時
は給水流量は（Ｆ−Ｆｏ）となる。第４図に明らかなよ
うに、再循環弁抵抗曲線、合成システムヘツド曲線の再
循環弁の関度が異なった時の性質から、それぞれの再循
環弁の開度による給水流量の大きさには（Ｆ−Ｆ。）＞
（１−１，）＞（Ｋ−Ｋ，）の関係があり、再循環弁の
関度を大きくするに従い給水流量は減少してゆく。この
ように再循環弁１の閥度を制御するこによりポンプ給水
流量の制御を行うことができる。第５図はこのような考
え方を用いてポンプ給水流量を制御することとした本発
明の給水制御装置のプ。

ック図である。符号６はボィラに対する給水流量の指令
値であり、この指令値６はボィラに対して現実に給水さ
れている全給水流量のフィードバック値７と符号８にお
いて比較され、この比較された結果の信号はＰＩコント
ローラ９に入る。このＰＩコントローラ９は前述の入力
信号を演算し、複数台配設されているタービン駆動給水
ポンプおよび電動ポンプへの制御信号を分配する作用を
行う。したがって、ＰＩコントローラ９からの出力信号
１川まそれぞれの給水ポンプ駆動用タービンおよび電動
機の制御装置へ送られるが、第５図ではでは簡単のため
１台の給水ポンプ駆動用タービンの制御装置のブロック
図のみ示し、他の制御装置については省略してある。Ｐ
Ｉコントローラ９は符号１１へ接続され、符号１１では
ＰＩコントローフ９の出力信号１０とポンプ吸込流量信
号１２が比較される。符号１１はさらにＰＩコントロー
フ１４に接続している。このＰＩコントローラ１４は所
要の給水流量を得るために必要な給水ポンプの回転数を
演算して決定する機能を行うもので、通常給水ポンプの
回転数はこれを駆動するタービンの回転数として演算さ
れ、タービン回転数設定信号１３として出力される。そ
して（このＰＩコントローラ１４の出力側は高値優先
回路１５および比較器１６に接続されており、ＰＩコン
トローラ１４で演算され決定されたタービン回転数設定
信号１３は、それぞれ高値優先回路１５と比較器１６に
入る。この高値優先回路１５にはタービンあるいは給水
ポンプの危険速度等から定められる最低限界回転数の設
定器１７が接続され、さらにタービン回転数制御装置１
８および前述した比較器１６へ接続されている。この高
値優先回路１５はＰＩコントローラ１４からのタービン
回転数設定信号１３と、給水ポンプあるいは駆動用ター
ビンの最低限界回転数設定器１７からの最低限界回転数
信号１９とを比較し、このうち回転数の高い方の信号を
優先的にタービン回転数信号２０として選択する作用を
行う。また比較器１６はＰＩコントローフ１４からのタ
ービン回転数設定信号１３と高値優先回路１５からのタ
ービン回転数信号２０とを比較し、タービン回転数信号
２０の示すタービン回転数の方が、タービン回転数設定
信号１３の示すタービン回転数より大きい場合のみ、そ
の回転数の差に相当する給水流量の制御信号２１を引き
出す作用を行う。比較器１６の出力側は再循環制御系の
高値優先指示回路２２に後続されている。この高値優先
指示回路２２の入力側は、再循環流量制御信号２３を発
するＰＩコントローラ２４の出力側と接続され、高値優
先指示回路２２の出力側は弁開閉機構を内蔵した再循環
弁１の入力側に接続されている。ＰＩコントローラ２４
には、第４図を用いて予め経験的に定められている再循
環流量設定器２５からの設定流量信号２６とポンプ吸込
側に設けられた流量計からのポンプ吸込流量信号２７（
この信号は、便宜上、前述のポンプ吸込み流量信号１２
と符号を別にして表示してあるが、信号の出所源は実質
上同一である）とを符号２８において比較した結果の信
号が入るようにされている。また前述したタービン回転
数制御層１８は、給水ポンプ駆動用タービン５へ接続さ
れ、さらにこのタービン５は給水ポンプ２に接続されて
いる。それぞれの給水ポンプからの給水流量は符号２９
において合計され、給水流量のフィードバック値７とし
て符号８へ入るようにされている。次にこのようにして
構成された給水流量制御装置の作用について説明する。
まず蒸気タービンプラントの運転条件に応じてボィラへ
給水する流量の指令値６が出され、これが符号８におい
て給水ポンプによる全給水流量のフィードバック値７と
比較され、さらにその比較値がＰＩコントローラ９で演
算されてその出力信号１０が各給水ポンプの制御系に分
配される。分配された出力信号１川ま符号１１において
給水ポンプ吸込流量信号１２と比較されＰＩコントロー
ラ１４に入る。このＰＩコントローラ１４において所要
の給水流量を得るために必要な給水ポンプの回転数すな
わち給水ポンプ駆動用夕」ビンの回転数が演算され、タ
ービン回転数設定信号１３を出力する。このタービン回
転数設既定信号１３は高値優先回路１５へ入り、タービ
ンあるいは給水ポンプの危険速度等から決定されるター
ビンの最低限界回転数信号１９と比較される。この場合
、タービン回転数の大きい方の信号が優先的に選択され
るので、もし、ＰＩコントローラ１４からのタービン回
転数設定信号１３の方が最低限界回転数信号１９より小
さい場合には、最低限界回転数信号１９の方が高値優先
回路１５の出力として採用され、その最低限界回転数が
保持されるようなタービン回転数制御装置１８へタービ
ン回転数信号２０が送られ、タービン５あるいは給水ポ
ンプ２が最低限界回転数で回転駆動される。このため給
水ポンプ２の吐母流量ボイラへ給水すべき流量より大き
くなる。そこでその差に相当する流量が、再循環弁１を
開いて再循環系に流すことにより制御されるが、それは
具体的には次のようにしてなされる。すなわち、ＰＩコ
ントローラ１４からのタービン回転数設定信号１３と、
高値優先回路１５からのタービン回転数信号２０は比較
器１６へ入り、回転数の大きさが比較される。そしてそ
の結果、タービン回転数信号２０の方が大きい場合は、
その差に相当する出力信号２１が再循環制御系の高値優
先指示回路２２に送られる。タービン回転数設定信号１
３の方が最低限界回転数設定器１７からの信号１９より
大きい場合には、信号１３と２０とは同一であるので高
値優先指示回路２２へ送られる信号は０となる。この場
合には、再循環弁１は、給水ポンプの温度上昇防止等か
らの定められる再循環流量設鑑定器２５からの信号２６
と流量計からのポンプ吸込流量信号２７とも比較し、Ｐ
Ｉコントローラ２４で演算されて出力された再循環流量
制御信号２３のみにより制御される。したがってこの場
合には再循環弁１はポンプ給水流量の制御には直接関与
していない。これに対し、前述したようにタービン回転
数設定信号１３の方がタービン回転数信号２０より小さ
くなった場合には、高値優先指示回路２２にその差に相
当する給水流量制御信号２１が送られ、この信号２１と
ＰＩコントローラ２４からの再循環流量制御信号２３と
よ比較される。そしてこれらの信号のうち大きい方の信
号が優先的に出力信号して採用され、再循環弁１の開閉
動作を行う。すなわち、給水ポンプの温度上昇防止等の
目的としては再循環弁を開いて再循環をさせる必要のな
い給水ポンプの吸込流量であっても、比較器１６からの
給水流量制御信号２１により再循環弁１を必要な関度ま
で開く。これにより給水すべき流量と給水ポンプ吐出装
置との差に相当する流量を再循環系に流すこととなり、
給水流量の制御がなされる。この場合、再循環弁１の弁
開度は第４図に示すように各弁開度に対する合成システ
ムヘッド曲線が求めてあれば容易に決定することができ
る。例えは給水ポンプの最低限界回転数をＮ５とすれば
、高値優先回路１５により給水ポンプの最低限の回転数
はこの値以下にならないように保持され、比較器１６か
らの給水流量制御信号２１が再循環系へ伝えられて、再
循環弁１が開く。すなわち、弁開度が増大するにつれ、
給水ポンプの回転数はＮ５のままで、給水流量は（Ｆ−
Ｆｏ）から（１一１，）そして（Ｋ−Ｋ，）へと減少し
、給水流量の制御が行われる。このように本発明による
制御装置によれば、既存の再循環弁を用い、既存の再循
環弁制御系に簡単な回路を追加するだけで、給水ポンプ
および駆動用タービンの最低限界回転数を保持したまま
変圧運転時の比較的少流量の給水流量の制御を行うこと
ができる。

また、従来の調整弁をバイパス回路に配設して給水流量
を制御するものと比べ、切り換え操作等の複雑な操作が
不要で、低コスで連続した良好な制御を行うことができ
る。なお、電動機により駆動される給水ポンプについて
は、通常調整弁を設けることにより給水流量の制御が行
われている。

また本発明の変圧運転時の蒸気夕−ビンプラントのボィ
ラへの給水流量制御として用いることにより特に大きな
効果を有するが、その他にも蒸気夕−ビンのような回転
数の最低限界値が定められている原動機により駆動され
る給水ポンプの給水流量制御を給水ポンプの回転数を制
御することにより行うような場合、同様に陳た効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンプラントの変圧運転時の負荷と蒸
気圧力との関係を示す図、第２図は給水ポンプ特性およ
びシステムヘッド曲線を示す図、第３図は再循環系が設
けられた給水ポンプ付近の配管系統図、第４図は給水ポ
ンプ特性および再循環弁を用いた場合にシステムヘッド
曲線を示す図、第５図は本発明の給水制御装置のブロッ
ク図である。１・・・・・・再循環弁、２・…・・給水ポンプ、４・
・・・・・再循環ライン、５・・・・・・タービン、１
４・・・・・・ＰＩコントローラ、１５・・・・・・高
値優先回路、１６…・・・比較器、１７・・・…最低限
界回転数設定器、１８・・・・・・タービン回転数制御
装置、２２・・・・・・高値優先指示回路。弟Ｊ図豹２図第３図弟４図弟○図

Claims

【特許請求の範囲】

１再循環弁を有する再循環系が設けられたタービン駆
動給水ポンプの給水流量の制御をポンプ回転数の制御に
より行う制御装置において、所要給水流量を得るために
必要な給水ポンプの回転数と同給水ポンプの許容最低限
界回転数とを比較し、そのうちの高い方の回転数を前記
給水ポンプの回転数として選択し、同給水ポンプ駆動用
タービン回転数信号を同タービンへ送る高値優先回路と
、所要給水流量を得るために必要な前記給水ポンプの回
転数と前記高値優先回路で選択された給水ポンプの回転
数とを比較し、前記高値優先回路で選択された回転数の
方が大きい場合にその回転数の差に相当する給水流量の
制御信号を再循環系に送る比較器と、再循環系に配設さ
れ、前記給水流量制御信号と給水ポンプの最低限界流量
を維持するために必要な再循環流量の信号とを比較し、
そのうち流量の高い方に相当する信号を再循環弁の開度
を決定する信号として選択し、再循環弁に弁開閉動作制
御信号を送る高値優先指示回路とを有することを特徴と
する給水流量制御装置。