JPS6047802A - ロ−タ応力予測タ−ビン監視制御システム - 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〕 本発明は蒸気タニビンの制御システムに係り、特に昇速
および負荷変化に伴なって発生するロータの応力を許容
値以下に抑え、安全かつ急速起動ならびに急速負荷変化
を可能にする制御システムに、関する。

〔発明の背景〕

蒸気タービンの起動および負荷変化時にはタービンの肉
厚部に発生する熱応力による疲労すなわち寿命消費を許
容値以内に抑制する必要がある。

このため特に昇速および負荷変化時にはロータの応力あ
るいは予測応力に基づいた昇速率、負荷変化率により運
転を行なっている。この際発生するロータ応力らるいは
予測応力が許容値全縮える場合には昇速率、負荷変化率
を零にして速度、負荷を保持している。

しかし、速度、負荷を保持した場合保持を継続する時間
がわからず運転計画をたてることが困難でおった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は計画的な運転を遂行するため保持運転に
移行した場合応力あるいは予測応力が許容値以下になる
時間を明示する方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は前記目的を達成するため応力の予測値が許容値
以下になるまで予測値を計算し、応力の現在値が許容値
を越えている場合には現時点から予測応力が許容値以下
になる迄の時間をめ、現在値が許容値以下でも予測応力
値が許容値を越えて保持を行っている場合には予測応力
値が許容値を越えている時間をめて、七の時間を運転員
に知らしめることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の災類例としてディジタル計算機を用い
た場合の熱応力予測タービン監視制御システム１００と
これに関連する制御システムおよびプラントとの入出力
信号の関係を示す。本図は高圧タービン２００の第１没
後ラビリンスパツキン部１および中圧タービン３００の
第１段後うビリンスハッキン部２を示す。ここは両ター
ビンともここを高温高圧の蒸気が高速で洩れるため蒸気
−メタル間の熱授受が最も激しい１所である。この熱授
受によシ、この付近のロータは半径方向に温度分布を生
じ、ロータの表面およびボア（中心孔）３に大きな熱応
力が発生する。本発明の制御システム１００の基本機能
は、起動時あるいは負荷変化時に発生する熱応力が制限
値以下となシ、その条件のもとで許される最適昇速率４
をガバナ１０に、あるいは最適負荷変化率６をＡ　Ｌ　
Ｒ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　：１ｏａｄ　ｌ（ｅｇｕｌａ
ｔｏｒ　）　７に設定値として与えることである。ＡＬ
Ｒには出力を代表する信号として、例えば第１段後圧力
信号ＰＨ１がフィードバックされている。ＡＬＲ７から
は瞬時目標負荷９をガバナ１０に与える。ガバナ１０に
は速度信号Ｎがフィードバックされている。このガバナ
は最終的に加減弁４１の位置制御用としてアクチュエー
タ１２へ弁位置指令１３を与える。

本発明の制御監視システム１００は熱応力（予測値を含
む）が許容値を越え速度あるいは負荷の保持制御に移行
した場合熱応力が許容値以下になる迄に要する時間（予
測値）１５を時間明示機能１４に与える。

第２図は本発明の熱応力予測タービン監視制御システム
１００における処理手順を示すものである。

まず、タービン通気前に初期温度分布決定機能（以下、
簡単のため機能の表示を省略する。他の計算予測、決定
機能についても同じ。）１０１にてロータの初期温度分
布を推定する。ここではロータとメタルの肉厚が同程度
で温度分布が似た傾向を示す部分、例えば高圧タービン
では第１没後ケーシング、中圧タービンでは蒸気室の内
外壁メタル温度の実測値から温度分布を推定する。

次の応力制限値決定１０２では起動モード（ベリーホッ
ト、ホット、ウオーム、コールド等の状態での起動）に
対応した一一夕の許容寿命消費から定まる応力制限値を
決定する。

予測時間決定１０３では、どの程度先まで応力を予測し
て制御すべきかを決定する。この予測時間はボイラ発生
蒸気条件およびタービン起動シーケンスに応じて適切な
値に決定される。

蒸気条件変化率学習１０４は現在のボイラ動特性がター
ビンの運転状態に対してどのような状態にあるかを把握
する機能である。具体的には、タービン入口蒸気条件（
主蒸気温度、圧力および再熱蒸気、温度）が、タービン
速度あるいは直荷の変化に対し、どのような割合で変化
したか全実測値から把握することである。この学習結果
は後で述べる蒸気条件予測１０６で利用する。

運転モード判定１０５では、遮断器１６の０Ｎ１０ＦＦ
状態より速度制御モードであるが負荷制御モードである
かを判断し、前者であれば速度制御系１６０に、後者で
あｎば負イｄ工制釧系１４０に処理の流ｎを切替える。

速度制御系１６０において、現在応力推定１６１はロー
タ応力の現在値を推定する。この機能は第１没後蒸気条
件計算１ｏ７、ロータ表面熱伝達率計算１０８、ロータ
温度分布計算１ｏ９、ロータ熱応力計算１１０、および
遠心応力を考慮したロータ応力計算１１１の各イ残能を
有する。

現在応力レベルチェック１６２では推定した現在応力が
制限値以下であるか否か全判断する。このとき応力が１
＠所でも制限値を越していれは原則として速度を保持す
る。

次の計算モード判断１６３では今回の計算が予測計算に
基づく最大昇速率の探索を実施する時期か否かを判断し
、その時期であれば最大昇速率探索１７０に処理を渡し
、否でちればこの処理機能をバイパスして次つ危険速度
判断１６４に処理を渡す。この場合、現在応力推定１６
１の処理周期はτ１でおり、最大昇速率探索１７０の処
理周期はτ！でちり、τ２＝＝ｎ７τ１　（ｎＴ　’：
整数）の関係にある。

最大昇速率探索１７０は昇速率仮定１７１、応力予測１
７２、予Ｔｈ１ｌ応カッベルチェツク１７３、予測時間
到達判断１７４の各処理機能で構成されている。さらに
応力予測１７２は蒸気条件予測１０６、第１没後蒸気条
件計算１０７、ロータ表面熱伝達率計算１０８、ロータ
温度分布計算１０９、ロータ熱応力計算１１０、ロータ
応力計算１１１の各処理機能で構成されている。この最
大昇速率探索１７０は予め準備した昇速率［Ｎｌ、Ｎｔ
　。

・・・・・・Ｎｘ・・・・・・Ｎｐ　（ｒｐｍ／分）〕
のうち、太きい順に昇速率仮定１７１で仮定し、この場
合に発生する応力の将来値を予測する。まず、第１没後
蒸気条件も含めてＴｌ後の応力を予ｆｆ１１１する。こ
の予測応力が制限値以下であれば更にτ１後全予測する
。

こｎを繰返すことにより、既に決定さ九ている予測時間
まで全ての応力が制限値を越すことがなければ仮定した
昇速率全応力上とりつる最大昇速率とする。しかし、τ
１刻みで応力金子側してゆく過程で予測時間に到達する
前に予測値が制限１直を越した場合は１ランク低い昇速
率全仮定し、再び現時点からＴｌ刻みで予測計算を進め
る。Ｑの結果、予測応力が制限値をこさなければ、この
昇速率を採用する。

危、吹速度判＠１６４は現在速度が危険速度領域にある
か否かを判断する機能である。

最適昇速率決定１６５は、最大昇速率探索１７０により
探索された最大昇速率をガバナー１０に設定する機能を
もつが、タービンの現在速度が危険速度領域にある場合
は昇速率を変更せず、前回の昇速率で昇速を続行させる
機能を有する。さらに本機能は現在応力推定値が制限値
以上となった場合は、最大昇速率の探索結果に関係なく
速度を保持するが、現在速度が危険速度領域にある場合
は前回と同一昇速率で昇速を続行さ亡る。

速度保持時間計算１８０は速度を保持した場合再び昇速
を開始する迄の時間を計算し時間明示機能１４に計算時
間を設定する機能をもっている。

昇速か完了し、遮断器１６が閉じ、負荷併入されると運
転モードは速度制御系１６０から負荷制御系１４０に移
行される。

負荷制御系１４０において現在応力推定１４１はロータ
応力の現在値を推定する機能である。この機能は第１没
後蒸気条件計算１０７、ロータ表面熱伝達率計算１０８
、ロータ温度分布計算１０９、ロータ熱応力計算１１ｏ
１０−タ応力計算１１１の各機能で構成されていて、こ
れらは全て速度制御系１６０と共用する機能である。

現在応力レベルチェック１４２では推定した現在応力が
制限値以下であるか否が全判断する。このとき応力が１
箇でも制限値を越していれば負荷を保持する。

計算モード判断１４３では今回の計算が予測計算に基づ
く最大負荷変化率の探索を実施する時期か否かを判断し
、その時期であれば最大負イＲｊ変化率探索１５０に処
理を渡し、否であればこの処理機能をバイパスして次の
最適負荷変化率決定１４４に処理を渡す。この場合、現
在応力推定１４１の処理周期はτ１であり、最大負荷変
化率探索１５０の処理周期はτ２であシ、τ２−＝＝ｎ
Ｔτ１（ｎＴ：整数）の関係にある。

最大負荷変化率探索１５０は負荷変化率仮定１５１、応
力予測１５２、予測応力レベルチェック１５３、予測時
間到達判断１５４の各処理機能で構成されている。さら
に応力予測１５２は蒸気条件予測１０６、第１没後蒸気
条件計算１０７、ロータ表面熱伝達率計算１０８、ロー
タ温度分布計算１０９、ロータ熱応力計算１１０、ロー
タ応力計算１１１の各処理機能で構成されていて、これ
らは全て速度制御系と共用する機能である。この最大負
荷変化率探索１５０は予め準備した負荷変化率〔±Ｌｌ
　、±Ｌ２＋・・・±Ｌｘ・・・±ＬＰ　（％／分）〕
のうち、大きい順に負荷変化率仮定１５１で仮定し、こ
の場合に発生する応力の将来値を予測する。この最大負
荷変化率の探索手順は前述の最大昇速率手順と同様であ
る。

最適負荷変化率決定１４４は最大負荷変化率探索１５０
によシ探索された最大負荷変化率をＡＬＲ７に設定する
機能をもつが、主蒸気温度あるいは再熱蒸気温度が規定
値以下の場合には負荷保持のための信号すなわち負荷変
化率零ｋＡＬＲ７に設定する。また本機能は現在応力推
定値が制限値以上となった場合は最大負荷変化率探索結
果に関係なく負荷を保持させる機能をもつ。

負荷保持時間計算１９０は負荷を保持した場合再び負荷
変化を開始する迄の時間を計算し時間明示機能１４に計
算時間を設定する機能をもっている。

探索信号発生１４５はタービン起動時の負荷上昇制御に
おいて、前記蒸気条件変化率学習１０４での学習機能に
柔軟性をもたせて負荷上昇を速やかに行なうための機能
である。

以上説明したように応力制限値決定１０２、予測時間決
定１０３、速度制御系１６０あるいは負荷制御系１４０
の各機能を周期τｌで動作させれば、タービン起動およ
び通常負荷運転の制御が実行される。この繰返し動作は
システム停止判断１１２にシステム停止の要求がある址
で続行される。

次に上記各機能の詳細を順を追って説明する。

ますロータの初期温度分布決定１０１について第３図、
第４図によシ説明する。第３区はジビリンスパッキン部
１のロータ４０およびケーシング４１を軸方向からみた
断面図である。ただし、中圧タービンについてはケーシ
ング４１の代りに蒸気室壁に着目するが、考え方は同じ
でちるから、ここでは高圧タービンに関してのみ説明す
る。

いま第３図に示すＴＨＣＯ、Ｔ）ＩＣＩ　、　Ｔ　、　
Ｔｂ　。

Ｔｊ　（ｊ＝１〜ｍ）はそれぞれケーシング外壁メタル
温度、ケーシング内壁メタル温度、ロータ表面温度、ロ
ータボア温度、ロータｆｍ個の仮想同軸円筒状に分割し
た場合の各円筒の１度とする。

ロータの温度分布を実測することは困難であるが、その
初期値を精度良くめることは急速起動及び急速負荷変化
を目的とする本システムにとって特に重要である。

第４図はこの初期温度分布決定１０１の具体的処理内容
を示す。

本システムが動作開始すると、実測したケーシング内外
壁温度ＴＨｃｘ　、　Ｔｙ＋ｃｏ　から、ロータ内部の
半径方向の温度分布を推定する。この場合、ＴＳ、Ｔｂ
は、 Ｔ、＝Ｔ■ｃＩ・・・・・・・・・（１）Ｔｂ＝ＴＨｃ
＋＋ｋＴ（Ｔｉｃｏ　Ｔｉｃｘ）　−−・・・（２）と
みなす。上式（２）のｋＴはタービンの形状で定まる定
数である。内部の温度分布は、このＴｓ　とＴｂｋ−次
補間してまる値とみなし、次式で表わされる。

また、同図中のＢはロータ内部半径方向の温度勾配の大
小を示す変数である。勾配が大きい場合には温度分布推
定の誤差も大きくなる。ケーシング内外壁温度差が規定
値ΔＴよシも太きいときはＢ−１、小さいときはＢ＝Ｏ
とする。また現在速度Ｎαが規定値Ｎ９　よｐも大きい
場合は、温度差が小さくとも推定誤差が大きくなる可能
性があるためＢ＝１とする。このＢの値は次の処理機能
である応力制限値決定１０２にて参照するためのもので
ある。

次に遮断器１６がＯＦＦの状態にある場合、すなわち速
度制御系１６０の各処理・隈能について具体的に説明す
る。

まず現在応力推定１６１について説明する。この処理機
能は前述のように、負荷制御系でも共用する第１没後蒸
気条件計算１０７、ロータ表面熱伝達率計算１０８、ロ
ータ温度分布計算１０９、ロータ熱応力計算１１０、ロ
ータ応力計算１１１の各処理機能から構成されている。

以下順を追って説明する。

第１没後蒸気条件計算１０７は任意の主蒸気条件および
タービン速度、昇速率、負荷および再熱蒸気温度から高
圧および中圧タービンの第１没後蒸気温度、圧力を計算
する機能である。昇速時および低負荷時など蒸気流量の
小さい運転状態では高圧および中圧タービンの第１没後
蒸気温度、圧力を高精度で測定することは困難である。

また実測値に頼っていては精度の高い予測は望め方い。

第５図はこ九を解決するためにボイラ発生蒸気条件とタ
ービンの運転状態から一義的に推定するための計算手順
を示す。この推定方法は、主蒸気温度ＴＭＳ　、圧力Ｐ
Ｍｓ、再熱蒸気温度Ｔｕａ、速度Ｎ１昇速率Ｋ、負荷り
を入力変数とすることによｐ、起動から通常負荷運転ま
で一貫して使用できる。

ただし、中圧タービン第１没後蒸気温度は安全のために
第１段による温度降下はないものとして再熱蒸気温度の
実測値とする。なお第１０図で使用している記号の意味
は次の通りである。

Ｎ　：速度　（「戸） Ｎｏ：定格速度　（聯） 肉　−昇速率　（隼／分） Ｌ　：負荷　（％） Ｌ′　：定格蒸気条件下での等価負荷　（％）Ｌｌ　：
全周噴射と混合噴射の境界負荷　（％）Ｌ２　：部分噴
射と混合噴射の境界負荷　（％）ＴＭ１１：主蒸気温度
　（ｃ） ＴＲＨ：再熱蒸気温度　（Ｕ） ＴＭＳＲ：定格主蒸気温度　（ｃ） Ｔｔ’：Ｌ’に対する高圧タービン第１没後蒸気温度　
（ｃ） ΔＴｏ：主蒸気温度と高圧タービンボウル内蒸気温度と
の温度落差　（ｒ） ΔＴＲＯ：定格蒸気条件でのΔＴｏ　（ｔＺ’）Ｔｕｌ
　：高圧タービン第１没後蒸気温度　（ｃ）Ｔ！、：中
圧タービン第１没後蒸気温度　（ｔｊＰＭｓ、：主蒸気
圧力　（ａｔａ） ＰＸｏ：無負荷運転相当の高圧タービン第１没後蒸気圧
力　（ａｔａ） Ｐ旧Ｒ：定格負荷時高圧タービン第１没後蒸気圧力　（
ａｔａ） ＰｔｌＢ：定格負荷時中圧タービン第１没後蒸気圧力　
（ａｔ’ａ） Ｐａｌ：高圧タービン第１没後蒸気圧力（ａｔａ） ＰＨ：中圧タービン第１段後蒸気圧力 （ａｔａ） Ｋｌ　：加減弁絞シ率（部分噴射時は常にに１＝０とす
る　（ａｔａ） Ｋ２　：高圧タービン第１段落による減温係数ＫＮＬ：
定格速度時無負荷損失相当の高圧タービン第１没後蒸気
圧力　（ａｔａ） ＫＡｃ：加速相当の高圧タービン第１没後蒸気圧力　（
ａｔａ／（聯）２／分） ｋ　：無負荷損失指数 ロータ狡面熱伝達計算１０８の処理内容は第６図に示す
ように、第１没後ラビリンスパツキン部１を洩れる蒸気
からの乱流熱伝達に着目する。ただし、第６図では高圧
タービンについて示したが、中圧タービンについても四
球の手順で熱伝達率をめる。本図で使用している記号の
意味は次の通シである。

Ｎ　：速度　（嘔） ＴＦＩ！：高圧タービン第１没後蒸気温度　（ｃ）Ｐａ
ｌ　：高圧タービン第１没後蒸気圧力（ａｔａ） λＩＩＩＴ　：高圧タービン第１没後蒸気熱伝導率（１
０１／ｙｉ　−Ｃ−（８）） ν１［ＩＴ　：高圧タービン第１股後蒸気動粘性係数（
ｒｒ？　／　Ｓｅｍ１　） γＩＩＩＴ　：高圧タービン第１没後蒸気比重量（縁／
ｍ゛） ＦＳＬ’：ラビリンスパツキン部洩れ流量（Ｋｙ／ｇｅ
ｏ） ＦｓＬｖ：ラビリンスパッキン部体積洩れ流量（デ／（
８）） ＵＡＸ：ラビリンスパッキン部軸方向洩れ流速（ｍ／（
８）） ＵＲＤ：ラビリンスパツキン部ロータ表面速度Ｃｍ１通
） Ｕ　：ラビリンスパッキン部合成洩れ流速Ｃｍ／Ｓｅｃ
） Ｒ：フイノルズ数 Ｎ１：ヌツセルト数 Ｋ　ニロータ表面熱伝達率　（ｋｃａｌ／ｍ７・Ｃ−（
８））Ｋｏ：タービンの形状で決まる定数 δ　：ラビリンスパッキンの間隙（ｍ）ｄ　−ロータ表
面直径　（ｒｎ） Ｚ　：ラビリンスパッキンのフィン数 Ａ　：ラビリンスパッキンの間隙面ｔｔ　（ｍ’）ｒｓ
：ロータ表面半径　（ｍ） ＰＨ２：高圧タービン第２段後圧力　（ａｔａ）ただし
、第１１図において第１段後と第２段後の圧力比（Ｐ２
／Ｐｉ）はタービンの運転状態すなわち速度、昇速率、
負荷が式化しても、はぼ一定とみなし得るから、実際に
は定数としで計算する。

次に、ロータ温度分布計算１０９について第７図を用い
て説明する。ロータ内部の熱移動は半径方向のみからな
る一次元流とみなしつるから、第７図に示すようにロー
タ’６ｍ個の仮想円筒に分割し、各円筒間の熱収支に着
目して温度分布をめる。熱収支計算の時間刻み幅をτｌ
とするとＱｔ、ｓはＴ１間に蒸気からロータ表面へ伝達
される熱量、ＱＧＩ＋はロータ表面から最外層の円筒中
心部へ伝導さｎる熱量、Ｑｊ＋　１＋１はｊ番目の円筒
からｊ＋１４目の円筒に伝導される熱量である。ただし
、ボアにおいては断熱状態であるから常にＱ。、。。１
＝０となる。いま、現在時刻をｔとすると時刻を一τｌ
からｔ　マでの７１間に各円筒間で生ずる熱移動量は、
そ牡ぞれ次のように表わされる。

Ｑｔ　、ｒ　（ｔ）−２πｒｔ　Ｋ（ｔ）　（Ｔ）Ｉｔ
（ｔ）−Ｔ３　（ｔ−Ｔ１））τｌ・・・・・・・・・
（４） ・・・・・・・・・（舌） ・・・・・・・・・（す ・・・・・・・・・　（＋？〕 Ｑ□＋−＝＋ｔ（ｊ）＝Ｏ・・・・・・・・・（９）こ
こでλＭはロータ材の熱伝導率である。

Ｑｆ、５（ｔ）−Ｑｙ、ｔ（ｔ）　の関係からＴｓ（ｔ
−Ｔ）は次式で表わされる。

、、、、、、、、、（’０ ここでｒ’　＝４　ｒ２＋３Δｒ Ｗ（ｔ）＝ΔｒＫ（ｔ）／λＭ 」番目の円筒に蓄積される熱量ΔＱ　ｓ　（ｔ）はΔＱ
ｊ（ｔ）＝Ｑｊ−ｔ　、　＋（ｔ）　、　Ｑ＋　、　＋
＋ｔ　（ｔ）　・・・・・・・・・（１りと表わされる
からｊ番目の円筒の温度ＴＩは次式で表わさ才しる Ｔ＋（ｔ）−Ｔ＋（ｔ−Ｉｔ）＋ΔＱ」（ｔ）／ｖ＋ρ
ＵＣＭ・・・・・・・・・（１１〕 ここでｖｊ　：ｊ番目の円筒の単位長当りの体積ρ■−
ロータ材の密度 ＣＭ−ロータ材の比熱 また、ロータボア温度Ｔｂ（ｔ）は温度分布を２次式で
近似することにより次式で表わされる。

以上述べた不処理機能の詳細中ｌ１ｌｌＮを示すのが第
８図である。

次にロータ熱応力計算１１０について説明する。

ロータの熱応力すなわちロータ光面熱応力σ８丁および
ロータボア熱応力σＢＴは、１１■述のロータ温度分布
計算１０９により得られた温度分布をもとに、次式で表
わさする。

ココで　Ｅ　：ロータ材のヤング率 α　：ロータ材の線膨張率 ν　：ロータ材のボアノン比 Ｔ６：ロータ表面温度 Ｔｂ：ロータボア温度 ＴＭ：ロータ体積平均温度 なお、ロータ体積平均温度ＴＭは次式で表わさｎる。

ＴＭ＝ΣＴ＋（ｒｌ”−ｒｌ”＋１）／（”ｊｓ”−ｒ
））　＋・−・・・（ｌ！；）１−を 次に、遠心応力も考慮したロータ応力計算１１１につい
て説明する。遠心応力はタービン速度Ｎの自乗に比例す
るから、定格速度’ｋＮｏ、定格速度定格速度速心応力
をσＢＣＲとすると、速度Ｎのときにボアに働く遠心応
力σＢｃは次式で表わされる。

したがりてボア応力σＢは σＢ−σＢＴ＋σＢＣ・・・・・・・・・（１７）とな
る。７ｔお、ロータ表面においては表面形状による応力
集中がらυ、熱応力の作用方向が軸方向となる。遠心応
力が円周方向であることを考えると両者は互に直角方向
に作用する。したがって、ロータ表面応力については寿
命消費が問題となる熱応力のみを考慮す九ばよく、ロー
タ表面応力σＢは σ　Ｂ　＝　σ８Ｔ　・・・・・・・・・Ｃｌｓノとな
る。

以上で現在応力推定１６１に関する説明は完了したこと
になる。

次の現在応力レベルチェック１６２は、上記のσＳ、σ
Ｂが前述の応力制限値決定１０２で設定された応力制限
値を上寸わっでいるか否かを判定する機能である。

次の計算モード判ＩＩｆｒ１６３は、今回の計算は予測
計算に基づく最大昇速率の探索を実施する時期か否かを
判定する機能である。即ち０回に一度の割で予測計算を
行なうように指定した場合は、ｎ図のうちｎ　−１回は
最大昇速率探索１７０をバイパスさせる動きを本処理機
能１９はもつ。・次に最大昇速率探索１７０について説
明する。

この処理機能は現在時刻を基準として、予測時間測針１
０３で決定された予測時間ｔＰ後までのロータ表面およ
びロータボアに発生する応力を時間刻み幅（τ１）で予
測してゆき、その都度、応力制限値と比較し、この間の
応力が制限値を越えない最大の昇速率を探索する機能で
ある。ここでいう昇速率とは昇速率仮定１７１により、
予め準備された複数個の昇速率の中から選択されるもの
である。この複数個の昇速率は昇速率仮定１７１にょシ
、大きい方から順番に応力予測１７２に渡される。この
応力予測１７２の処理機能により、丑ず現在時刻よυτ
１後のロータ表面およびボアの応力を予測し、予測応力
レベルチェック１７３で応力制限値と比較される。ここ
での比較結果、両者の応力が制限値以下であれば応力予
測１．７２にもどシ、更にｒｌ後の応力全予測する。こ
のようにして、ある昇速率仮定値Ｎｘに対して７１間隔
で１Ｐ後まで応力を予測し、ｊｊｉｊｌ限値と比較して
ゆくが、もしロータ表面応力あるいはボア応力のどちら
かが制限値を越した場合には、処理を昇速率仮定１７１
にもどし、昇速率仮定値を変更し、同様に応力を予測す
る。この場合、昇速率の仮定は大きい順になされ、予測
時間到達判断１７４では昇速率仮定値に対する応力予測
値期間１Ｐに渡って制限値を越さない場合には、このと
きの仮定した昇速率を最大昇速率として決定し、探索を
完了する。全ての昇速率仮定値に対して、応力が制限値
を越す場合は昇速率零を最大昇速率探索結果とする。な
お、応力予測１７２の処理内容は前述の現在応力推定１
６１のそれに準じたものである。異なる点はタービン入
口蒸気条件として、現在籠でなく予測ｆＩを用いる点、
速度は現在値でなく昇速率仮定値に対応して予測値を用
いている点である。

このタービン入口蒸気条件を予測するためには、負荷変
化量に対する蒸気条件の変化量の比を学習した。結果を
利用する。すなわち昇速率の仮定値Ｎｘに対する主蒸気
温度の時間変化率をめると次式で表わさ九る。

・・・・・・・・・　ぐＩＱ） 次に速度保持時間計算１８０について第９図によシ説明
する。まず速度保持判定１８１では速度保持の要否を判
定し速度保持をしない場合には速度保持計算１８０の処
理は終了である。速度を保持する場合には予測応力計算
１８２で応力の予測値の計算を行なう。本計算は第２図
の応力予測１７２と同様蒸気条件予測１０６、第１没後
蒸気条件計算１０７、ロータ表面伝達率計算１０８、ロ
ータ温度分布計算１０９、ロータ熱応力計算１１０、ロ
ータ応力計算１１１の各処理機能で構成されている。予
測応力判定１８３では予測応力が許容値以下かどうか判
定し、予測応力が許容値以下になる迄予測応力針４１８
２を（りか乱す。

速度保持時間算出１８４は第１０図に示すように予測応
力計算のサンプリング周期をτとすると０丁の時点で応
力が許容値を越え予測応力値が（ｎ＋３）τの時点で許
容値以下になった場合３丁が保持時間の推定値となる。

また予測応力値が許容値を越えて保持となった場合には
第１１図のように最小昇速率にて予測した予測応力値が
許容値を越えている時間を保持時間として考えることが
出来る。保持時間出力機能１８５は時間明示機能１４に
保持時間を出力する。

時間明示機能は発光ダイオード、プラズマディスプレー
を使用したディジタル表示器、タイプライタによる印字
、ＣＲＴディスプレーによる表示等各種使用して時間を
明示するものである。

ボイラからの蒸気条件は通常計画値からずれるため保持
時間の計算は運転状況に対応出来るよう保持運転中はく
り返し計算する必要がある。

以上説明したように応力が許容１直を越え保持運転に移
行した時には保持を行なう時間の推定値を時々刻々明ら
かにし運転員に知らしめることが出来る。特に、ボイラ
側の蒸気温度、圧力により応力が許容値以下となる時間
は変化するため、常時現時刻からの必要保持時間を予測
計算して得ることが出来、運転を計画的に遂行可能とな
る。

次に遮断器１６がＯＮの状態にある場合、すなわち負荷
制御系１４０の各処理機能について具体的に説明する。

負荷制御系１４０において現在応力推定１４１、現在１
５カレベルチエツク１４２、計算モード判断１４３、最
大負荷変化率探索１５０の各処理方法は基本的には速度
制御系１６０めそれぞれの処理機能１６１，１６２，１
６３，１７０と同様である。ただ、速度制御系１４０で
は昇速率が最大値探索の対象となるのに対し、負荷制御
系１６０では負荷変化率が最大値探索の対象となるだけ
のちがいである。

最大負荷変化率探索１５０における負荷変化率仮定１５
１は、負荷要求ＬＲが現在負荷に対して負荷上昇要求で
あれば、予め準備した複数の負荷変化率のうち大きなも
のから順に仮定し、逆に負荷降下要求であれば、小さな
（負の変化率が大きな）ものから順に仮定してゆく。

負荷保持時間計算１９０は速度保持時間計算と同様の機
能をもっている。

次に最適負荷変化率決定１４４について説明する。最大
負荷変化率探索１５０でτ！の周期で探索された負荷変
化率ｋＡＬＲ７に設定しこれを修正してゆき、もし１７
１間の途中で現在応力が応力制限値を越した場合は直に
負荷保持する機能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タービン入口条件に始−まシ、ロータ
応力の予測に基づいて、タービンの昇速率および負荷変
化率を逐次最商化すると同時に保持運転に移行した際応
力予測値に基づいた現時刻からの保持継続時間を実時間
で得ることが出来、運転員に効果的に今後の運転予定を
明示するため、計画的な運転を遂行出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱応力予測タービン・惚視制御システ
ムとこれに関連する制御システムおよびプラントとの入
出力信号の関係を示す。第２図は本発明の監視制御シス
テムにおける処理手順を示す。 第３図はタービン第１段後のロータ、−、？よびケーシ
ングの断面とその温度状態を示す。第４図はロータの初
期′！、Ｓ度分布の決定方法を示す。第５図は第１没後
蒸気条件の推定方法を示す。第６図はラビリンスパツキ
ン部の熱伝達率の計算方法を示す。 第７図はロータの仮想分割円節間の熱収支の考え方を示
す。第８図はロータ温度分布の具体的計算手順を示す。 第９図は保持時間計算にかける処理手順を示す。第１０
図は現在の応力が許容値を越えた場合の保持時間、第１
１図は予測値を越えた場合の保持時間を示す。 １００・・・熱応力予測タービン制御システム、２ｏ。 ・・・高圧タービン、３００・・・中圧タービン、４ｏ
。 ・・・低圧タービン、５００・・・発電機、１・・・高
圧第１没後ラビリンスパツキン部、２・・・中圧第１没
後ラビリンスパツキン部、３・・・ボア（中心孔）、４
・・・最適昇速率、６・・・最適負荷変化率、７・・・
ＡＬＲ。 ８・・・瞬時目標速度、９・・・瞬時目標負荷、ｉｏ・
・・ガバナ、１１・・・加減弁、１２・・・アクチュエ
ータ、１３・・・弁位置指令、１４・・・時間明示機能
、１５・・・保持時間、１６・・・遮断器′、１７・・
・遮断器０Ｎ１０　Ｆ　Ｆ状態、１８・・・負荷要求値
、１９・・・速度、２０・・・主蒸気、２１・・・再熱
蒸気、２２・・・加減弁位置、２３・・・主蒸気圧力、
２４・・・主蒸気温度、２５・・・再熱蒸気温度、２６
・・・高圧箱１段後ケーシング外壁温度、２・７・・・
高圧第１段後ケーシング内壁温度、２８・・・高圧第１
段後蒸気圧力、２９・・・中圧蒸気室外壁温度、３０・
・・中圧蒸気室内壁温度、４０・・・ケーシング、４１
・・・ロータ、１４０・・・負荷制御系、１６０・・・
速度制御系、１５０・・・最大負荷変化率探索、１７０
・・・最大昇速率探索、１８０・・・速度保持時間、１
９０・・・負荷保持時間計算、１０１・・・初期温度分
布決定、１０２・・・応力制限値決定、１０３・・・予
測時間決定、１０４・・・蒸気条件変化率学習、１０５
・・・運転モード判断、１０６・・・蒸気条件予測、１
０７・・・第１没後蒸気条件計算、１０８・・・ロータ
表面熱伝達率計算、１０９・・・ロータ温度分布計算、
１１０・・・ロータ熱応力計算、１１１・・・ロータ応
力計算、１１２・・・システム停＋ｈ判断、１４１・・
・現在応力推定、１４２・・・現在応力レベルチェック
、１４３・・・計算モード判断、１４４・・・最適負荷
変化率決定、１５１・・・負荷変化率仮定、１５２・・
・応力予測、１５３・・・予測応力レベルチェック、１
５４・・・予測時間到達判断、１６１・・・現在応力推
定、１６２・・・現在応力レベルチェック、１６３・・
・計算モード判断、１６４・・・危険速度判断、１６５
・・・最適昇速率決定、１７１・・・昇速率仮定、１７
２・・・応力予測、１７３川予測応力レベルチエツク、
１７４・・・予測時間到達判断、１８１・・・速度保持
判定、１８２・・・予測応力計算、１８３・・・予測応
力判定、１８４・・・速度保持時間算出、１８５・・・
猶３図 め４図 人 第７　図 茅１０国 庇力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、タービン駆動用作動流体発生源と、こｎから発生す
   る作動流体の流量を制御する弁と、該流体によって動作
   するタービンと、これと機械的に接続された発電機から
   なる発電設備に適用され、作動流体の状態変化により該
   タービンに発生する応力を計算し、該計算応力に応じて
   運転する発電設備のｆｌ制御システムにおいて、タービ
   ンロータに発生する応力を予測する手段を有し、タービ
   ンの運転状態が保持された場合該応力予測値から保持継
   続時間をめる手段を有することを特徴とするロータ応力
   予測タービン監視制御システム。