JPS6263103A

JPS6263103A - 蒸気タ−ビンの保護装置及び方法

Info

Publication number: JPS6263103A
Application number: JP61216958A
Authority: JP
Inventors: ロジャー　ディー　ストリックラー
Original assignee: Elliott Turbomachinery Ltd
Current assignee: Elliott Turbomachinery Ltd
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1987-03-19
Also published as: JPH042763B2; EP0216723A1; US4679399A

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】産業上の利用分野本発明は蒸気駆動タービンを蒸気と共にタービンに入る
水滴による損（Ｕから保護する方法及び装置に関する。

特に本発明は蒸気の温度及び圧力を監視して必要な過熱
レベルがタービン内で実現されていることを確認し、タ
ービンに入ってくる蒸気が完全に気相状態になっている
ことを保証するための構成に関する。

従来の技術従来多数のタービンが過熱水蒸気を駆動媒体及びエネル
ギー源として用いている。蒸気の状態が悪くなり飽和状
態に近づくとタービン段において水滴ないし液体の蒸気
が凝縮することは周知の通りである。水滴ないし水粒子
があると運動している羽根の侵食が生じこれはまたター
ビン中の静止ダイアフラムやノズルでも程度は小さいが
生じる。

さらに水が相当量侵入すると推力軸受、ジャーナル軸受
及びシールに損（セを与える。これらの部品の交換には
高価で時間のか、かる修理作業を要する。

蒸気が過熱されている程度は蒸気の温度と圧力がわかっ
ていれば決定できる。これら２つのパラメータをもとに
通常の蒸気衣又はモリエ線図を参照することで蒸気が過
熱状態にあるか否か、過熱の程度、及び蒸気が飽和する
までに要する温度及び圧力の降下はを求めることができ
る。

一般にタービンの操作者は蒸気の状態の意義については
良く理解していない。また運転の際例えば蒸気を供給す
るボイラーの不調や故障は急に生じるので操作者が蒸気
衣ヤモリエ線図などを参照して蒸気の状態が許容範囲外
にまで低下していることを判定し、タービンを停止させ
る時間的余裕はない。ざらに、多くのプラントでは操作
者がいず、従って蒸気の状態が変化した場合に対するタ
ービンの水滴に対する保護はなされていないのが現状で
ある。

タービンを冷えた状態から始動する際には標準的手順と
してタービン入口に蒸気を供給する主蒸気管寄せを暖気
する。この手順により管寄せ中にある水は全て気相状態
に変化され、過熱された蒸気が始動の際タービンに確実
に供給されるようにされる。これによりタービン中に導
入され導かれる水滴の量は最少化される。多くの場合操
作者はこの手順の重要性を理解できず、タービンを管寄
せが冷たいままで及び／又は飽和蒸気を用いて始動する
ことが多い。

発明が解決しようとする問題点本発明はこの従来の操作手順の問題点を解決するために
開発された。本発明装置は蒸気の温度と圧力とをタービ
ンの入口で監視している。この監視して得た温度と圧力
のデータは過熱の程度及び飽和温度を決定するのに用い
られ、タービンを運転すべきか否かの判定がなされる。

タービンを運転すべきでない場合タービンへの蒸気の供
給は操作者の対応を待たず自動的に遮断される。また本
発明装置はタービンを始動する前に過熱水蒸気をタービ
ン入口に要求する点で始動許可装置としても作用する。

さらに、タービン入口へ入来する蒸気の圧力を監視する
ので同一の制御信号で低圧力状態あるいは過昇圧状態の
判定が７きる。タービンはこれらの条件のどれかが検出
された場合タービンへの蒸気の流れを制御している入口
弁を閉じることによって停止される。

本発明の目的は蒸気タービンの動作を制御する装置を提
供するにある。

本発明の他の目的は蒸気タービンに供給される蒸気の状
態を監視する装置を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は駆動蒸気が必要な程度の過熱
状態にないことが検出された場合に蒸気タービンの運転
を遮断する自動装置を提供するにある。

本発明の別の目的は蒸気圧が正常な範囲から外れた場合
に蒸気タービンの運転を遮断する装置を提供するにある
。

本発明のなお別の目的は所定の圧力及び過熱状態を維持
するように動作制御することにより蒸気タービンを保護
する方法を提供するにある。

本発明の他の目的は以下の説明及び特許請求の範囲の記
載より明らかとなろう。

問題点を解決するための手段本発明は上記目的を好ましい実施例に説明する如く、タ
ービンの動作をそれを駆動する蒸気が過熱されている場
合のみ可能にする蒸気タービンの保護システムを提供す
ることにより達成する。その際蒸気タービンはタービン
への蒸気の供給を遮断するトリップ手段を含む。駆動蒸
気の圧力を感知すべく圧力感知手段が設けられ該圧力に
対応する圧力信号を発生する。同様に、温度感知手段が
取付けられて駆動蒸気の温度を感知し該温度に対応する
温度信号を発生する。圧力信号及び温度信号を受信すべ
く論理手段が結合され、論理手段はこれらの信号を比較
することにより駆動蒸気が所定の閾値を超えて過熱され
ているか否かを判定し、駆動蒸気の過熱の程度が閾値レ
ベルを超えていない場合フォールト信号を発生する。ま
た励起手段がフォールト信号を受信すべく接続され、フ
ォールト信号に応じてトリップ手段を励起し、タービン
への蒸気の流れを遮断する。

本発明はまたタービンへ供給される蒸気中に含まれる液
体の水により生じる可能性のある損傷から蒸気タービン
を自動的に保護する方法を開示する。本方法は供給され
る蒸気の圧力を感知し、供給される蒸気の温度を感知し
、感知した温度と圧力を比較して供給される蒸気の過熱
の程度を求め、上記判定段階での判定の結果過熱の程度
が供給される蒸気に液体の水が含まれないことが確実に
なるように選択された閾値レベルより下であった場合蒸
気の流れを遮断する各段階を含む。

実施例以下、所定の条件下で蒸気の流れを遮断しタービンの動
作を防止する装置及び方法を説明する。

本発明による方法及び装置は他の形のターボ機械類にも
応用可能であることを理解すべきである。

さらに、−の実施例では個々の回路部品を使用した例を
示したが、全ての機能をプログラムされたマイクロコン
ピュータに行なわせることも可能である。さらに、これ
らのプログラムされた薇能は全体を制御するマスターコ
ントロールの多数のザブルーチンの一つであってもよい
。

第１図は温度に対して圧力をプロットしたモリ工線図で
ある。この図で「飽和」と記された領域は飽和線により
「過熱」と記された領域と区別されている。飽和線の左
側の領域では蒸気は一部液体になっているが飽和線の右
側の領域では蒸気は全て気体である。図に示した蒸気状
Ｒ１〜リップ線はタービンの蒸気入口での温度と圧力を
比較することで決定される。さらにタービンが動作する
際の最大圧及び最小圧を示す高圧カドリップ線及び低圧
カドリップ線を図示する。蒸気状態トリップ線の右側及
び２つの圧力線の間の領域はタービンを安全に運転でき
る動作域を示している。この動作域は８２５°Ｆ及び６
００　ｐｓｉｏの設５１動作蒸気条件を有するタービン
についてのものである。低圧カドリップレベルは３００
　ｐｓｉｇに、また高圧カドリップレベルは６６０　ｐ
ｓｉｏに設定しである、。

蒸気状態トリップ線は飽和線の約１００°Ｆ上に設定さ
れている。これは蒸気入口にて１００’　Ｆの過熱があ
ればタービン内での蒸気の凝縮はないとする仮定に基い
ている。蒸気状態トリップ線は直線であるが飽和線は湾
曲している。しかし、圧力及び温度条件が設計域から外
れると飽和線と蒸気状態トリップ線との間の温度差は増
大する傾向にあり、このため全体の安全性が向上し、ま
た状態が蒸気状態トリップ線の右側にあることが検出さ
れた場合タービン内では凝縮が生じないことが保証され
る。温度及び圧力条件が蒸気状態トリップ線より左側に
降下していることが検出されると制御装置によりタービ
ンへの蒸気の供給が遮断される。

第２図は保護システムの概略的構成図である。

蒸気は蒸気供給ライン１０．トリップ及びスロットル弁
１２を経てタービン１４の入口に供給される。蒸気はタ
ービン１４を経て蒸気排出口１８より排出される。蒸気
のエネルギーは出力軸に作用する機械的仕事に変換され
、タービンが出力軸１６を駆動する。

また圧力変換′ａ２２が接続されて供給ライン１０中の
蒸気圧を監視し感知した圧力を表わす信号を発生する。

この信号はワイヤ２４を経て制御装置２０へ送られる。

同様に、温度変換器３２が接続されて蒸気供給線１０中
の温度を監視し感知温度を表わす信号を発生する。この
信号はワイヤ３４を経て制御装置２０へ送られる。制御
装置２０　ｔ、を適当な個々の電子回路を含む装置又は
制御機能を行なうべく様々なインターフェース装置を備
えたマイクロプロセッサである。

典型的な制御装置の外観は圧力変換器及び温度変換器で
感知した圧力及び温度をそれぞれ表示する圧力計４４及
び温度計４６を有する構成となっている。さらに、制御
装置２０の前面パネルには一連の発光ダイオード、電球
、あるいは他の表示器が含まれる。励起した場合、クリ
アリファレンス表示器５０がフォールト条件が検出され
ていないことを表示し、また表示器５４が蒸気状態が不
適当である（水滴が多すぎるあるいは過熱が不足）こと
を警告し、また表示器５６が蒸気圧が高すぎることを警
告し、さらに表示器５２が蒸気圧が低すぎることを警告
する。

電力は電源ライン２６＠介して供給される。制御装置２
０はフォールト条件が検出されると制御信号を発生し、
これはワイヤ３８を伝送される。

トリップ及びスロットル弁１２はオイル１Ｉｒｔ４０よ
り供給される加圧オイルにより動作される。オイルは加
圧されて弁へ流れこれを開位置に保つ。

弁を閉じるのが望ましい場合はソレノイド弁２８が開か
れオイル源をオイルドレイン４２ヘバイパスさせる。こ
の状態においてはトリップ及びスロットル弁１２におけ
るオイル圧が低下するので弁は閑じ、タービンへの蒸気
の流れが遮断される。

ソレノイド弁２８はワイヤ３８上の信号により励起され
る。また図に示すように、ソレノイド弁への電力供給回
路は制御装置２０により遮断されソレノイド弁２８は消
勢される。

第３図は個々の部品を使用した場合の制御論理回路の電
気的概略図であり、所望の機能を達成するための部品及
び適当な接続を示している。第３図の左側には制御装置
入力に接続されたワイヤ３４及び２４がある。これらの
ワイヤは圧力変換器及び温度変換器２２及び３２からの
適当な信号をそれぞれ搬送するワイヤである。ワイヤ２
４及び３４は第２図に示した圧力計４４及び温度計４６
に接続されているのがわかる。

電力はワイヤ９２を介して第３図の回路に供給される。

また電力はトランジスタ７４．７６゜７８．８０．８２
．８４．及び８６．さらに可変抵抗器６４及び６６へ供
給される。

ワイヤ３４及び２４に生じる信号は検出された湿度及び
圧力を表わしており、可変抵抗器６０及び６２で適当に
コンディショニングされる。可変抵抗器はこれら２つの
別個の信号の絶対値の比較で蒸気中の過熱のレベルが所
望の閾値レベルを超えているか否かが判定できるような
値に設定される。

比較器６８は温度信号の絶対値を圧力信号の絶対値と比
較する。圧力信号の絶対値が温度信号のそれを超えてい
る場合、過熱が不足しておりタービンへの蒸気の流れを
遮断するのが望ましいと判定される。

可変抵抗器６０及び６２は手動設定されて関与する個々
のシステムに応じた最小限の過熱レベルを決定する。適
当な動作条件下では十分な過熱状態が存在し、比較器は
温度信号が圧力信号より高いことを示し、従って比較器
は出力信号を生じない。このような条件下ではトランジ
スタ７４のベースは励起されず、従ってトランジスタ７
４は導通しない。同様にトランジスタ７６も導通しない
。

トランジスタ７６が導通しないと電流はワイヤ９２から
ワイヤ１１０へ流れ、ワイヤ１１０の電流によりトラン
ジスタ８６のベースが励起され、電流がソレノイドコイ
ル８８へ流れ、接点９０が動かされ、その際ソレノイド
２８が励起される。

さらに、電流はワイヤ１１８から抵抗器Ｒ−３を経て発
光ダイオード５０へ流れ、制ｎｕｓ前面パネルにクリア
状態が表示される。

しかし、必要な程度の過熱が存在しない場合、圧力信号
は絶対値において温度信号より大きくなり、比較器は出
力信号を生じる。この出力°信号はトランジスタ７４の
ベースを励起し、これによりトランジスタ７４は導通す
る。その結果ワイヤ１１２に電流が流れ発光ダイオード
５４が励起されて制御装置前面に蒸気の状態が悪いこと
が示される。これによりトランジスタ７６は導通し、ワ
イヤ１１０を接地することによりトランジスタ８６のベ
ースに電圧が加わるのを阻止する。その結果トランジス
タ８６は非導通となり、リレーコイル８８は消勢され、
接点９０も消勢されてソレノイド弁２８が開き、オイル
がドレインへ流れ、トリップ及びスロットル弁がｎじる
。これにより蒸気タービンへの蒸気の流れが遮断される
。上記の如く、本発明では適当な信号の絶対値の比較に
よりトリップ及びスロットル弁が閉じられる。

同様に低圧及び高圧条件が感知され、トランジスタ８６
を消勢するのに使用される。可変抵抗器６４及び６６は
所定電位を比較１１ｓ７０及び７２に印加するためのも
ので、低圧力及び高圧力条件におけるトリップレベルを
設定するのに使われる。

電力はワイヤ９２を経て可変抵抗器６４に供給される。

ワイヤ１０４の圧力信号と比較されるワイヤ１０６上の
信号レベルを適当に設定すべく比抵抗の値が選択される
。ワイヤ１０４上の圧力信号がワイヤ１０６上の高圧力
信号を超えると比較器は出力信号を生じ、トランジスタ
７８のベースを励起する。するとトランジスタ７８は導
通し、発光ダイオード５６を励起して高圧力条件である
ことを表示し、またトランジスタ８０のベースを励起す
る。すると１−ランジスタ８０は導通し、ワイヤ１１０
を接地し、トランジスタ８６のベース電位を接地する。

そこで前記の場合と同様にタービンへ到る蒸気の流れが
１−リップ及びスロットル弁の閉止により遮断される。

低圧力保護装置も同様に動作する。低圧力レベルが抵抗
器６６により設定され、適当な低圧力信号がワイヤ１０
８を経て比較器７２へ送られ、そこでワイヤ１０４上の
実際の圧力信号と比較される。圧力が低すぎると比較器
は出力信号を生じ、トランジスタ８２のベースを励起し
て導通させ、発光ダイオード５２を励起すると同時にト
ランジスタ８４のベースをも励起してワイヤ１１０を接
地させる。これにより１−ランジスタ８６は非導通とな
り、ソレノイド弁２２を消勢し、その結果トリップ及び
スロットル弁には閉止される。

本発明回路は電力が失われるとソレノイド弁が開いたま
まになり、これによりトリップ及びスロットル弁が閉じ
タービンへの蒸気の流れが遮断されるように設計されて
いるのが理解されよう。

第４図は第３図の回路の動作論理を有するマイクロプロ
セッサの概略図である。圧力及び温度信号はワイヤ３４
及び２４を介してマイクロプロセッサに入力される。ま
た高圧力信号及び低圧力信号がワイヤ１６０及び１６２
を経てマイクロプロセッサ１５０に供給される。マイク
ロプロセッサは一連の出力線を有するか、その−がワイ
ヤ１５２である。フォールト条件が入力３４．２４，１
６０゜及び１６２へ入力する信号及びマイクロコンピュ
ータ内のプログラムされた論理ないし他の同様なコンピ
ュータ装置の論理に基いて検出されるとワイヤ１５２に
適当な出力が生じる。

ワイヤ１５２はリレーコイル１５４を励起し、これによ
り接点１５６が閏じる。その結果トランジスタ８６のベ
ースに電圧が加わりこれを導通させる。その結果リレー
８８により接点９ｏが励起される。このように通常の動
作モードでは出力１５２は励起されている。

しかし、フォールトが検出されると出力１５２は消勢さ
れ、その際リレー１５４も消勢されて接点１５６が開く
。このように、電流はワイヤ１５８からトランジスタ８
６のベースへ供給されることがなく、そこでトランジス
タ８６は非導通となり、リレーコイル８８が消勢され接
点９０が開く。このモードではトリップ及びスロットル
弁は閉じ、タービンへ到る蒸気の流れを’１％する。

また可変抵抗器６０及び６２の他に弁の温度及び圧力入
力を調整する別の手段が設けられ、温度及び圧力変換器
を較正する。

以上説明したトリップ及びスロワ１−ル弁を制御するソ
レノイド弁は励起されて聞く。同等なフェイルセーフシ
ステムでソレノイドが消勢されて開き、電源電圧が消失
するとタービンへの蒸気の流れが遮断されるようにして
もよい。

以上、本発明を図示の機能を達成する特定の実施例につ
いて説明した。しかし、本発明の思想及び範囲内で様々
な変形・変更が可能である。

本発明は蒸気タービンを水滴による損傷から保護する装
置及び方法を開示する。入来する蒸気の温度及び圧力を
監視することにより十分な過熱エネルギーがあるか否か
を判定し、タービンを通る蒸気の流れが気相状態にある
ことを確実にすることができる。この同じ入力信号によ
り蒸気の圧力不足状態及び過昇圧状態を判定することが
できる。

フォールト状態が検出されるとタービンの運転は自動的
に遮断される。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気の相を様々な温度・圧力条件について示す
モリエ線図、第２図は本発明が開示する保護装置の概略
図、第３図は保護装置の論理機能を行なうための概略的
電気回路図、第４図は第３図回路素子のかわりにその機
能を行なうマイクロプロセッサを示す第３図と類似の図
である。１０・・・蒸気供給ライン、１２・・・トリップ及びス
ロットル弁、１４・・・タービン、１６・・・出力軸、
１８・・・蒸気排出口、２ｏ・・・制御装置、２２・・
・圧力変換器、２４，３４．３８．９２，１０２．　１
０４゜１０６．１０８，１１０，１１２，１１４．　１
１６゜１１８．１５２，１５８，１６０，１６２・・・
ワイヤ、２６・・・電源ライン、２８・・・ソレノイド
弁、３２・・・温度変換器、４０・・・オイル源、４２
・・・オイルドレイン、４４・・・圧力計、４６・・・
温度翳１．５０゜５２．５４．５６・・・表示器、６０
．６２．６４゜６６・・・可変抵抗器、６８．７０．７
２・・・比較器、７４．７６．７８．８０．８２．８４
．８６・・・トランジスタ、８８・・・リレー、９０．
１５６・・・接点、１５０・・・マイクロプロセッサ、
１５４・・・リレーコイル、Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒ３・・・
抵抗器。特許出願人　エリオツド　ターボマシナリー＼（じ″

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タービンの蒸気の供給を遮断するトリップ手段を
含むタービンにおいてタービンを駆動する蒸気が過熱状
態にある場合にのみタービンの動作を可能にする蒸気タ
ービンの保護装置であって：タービンを駆動する蒸気の
圧力を感知して該圧力をあらわす圧力信号を発生する圧
力感知手段が取付けられ；タービンを駆動する蒸気の温度を感知して該温度をあら
わす湿度信号を発生する温度感知手段が取付けられ；該圧力及び温度信号を供給され該２つの信号を比較して
タービンを駆動する蒸気が閾値レベルを超えているか否
かを判定し、該蒸気が該閾値レベルを超えていない場合
フォールト信号を発生する論理手段が接続され；該フォールト信号が供給され、フォールト信号に応じて
トリップ手段を励起し、タービンへの蒸気の流れを遮断
する励起手段が接続されていることを特徴とする装置。
（２）該温度及び圧力信号の値を調整する信号コンディ
ショニング手段と；コンディショニングされた該温度及び圧力信号を供給さ
れて該コンディショニングされた圧力信号の絶対値が該
コンディショニングされた温度信号の絶対値を超えると
出力信号を発生する比較器手段とを含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の装置。
（３）該励起手段は通常は導通しているスイッチ手段に
よって励起されるソレノイドであり、フォールトの検出
に応じて該フォールト信号がスイッチ手段に供給される
とこれが非導通とされ、ソレノイドが消勢され、その結
果該トリップ手段が励起されてタービンへの蒸気の流れ
が遮断されることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の装置。
（４）該比較器手段の出力信号を供給されるように接続
された第１及び第２のトランジスタを含むトランジスタ
回路を有し、該回路は該出力信号により該第１のトラン
ジスタがオンにバイアスされ、該第２のトランジスタは
該第１のトランジスタによりオンにバイアスされ、該第
２のトランジスタは接地され、また通常は導通している
スイッチ手段を「オン」にバイアスするのに使われる電
力源に接続されており、該第２のトランジスタがオンに
バイアスされるとスイッチ手段がオフにされるように構
成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
装置。
（５）該論理手段はさらに、該圧力信号を基準低圧力信
号と比較する低圧力手段と；該圧力信号を基準高圧力信号と比較する高圧力手段とを
有し；該論理手段は該圧力信号が該基準低圧力信号より低い、
あるいは該基準高圧力信号より高い場合にフォールト信
号を発生することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の装置。
（６）該論理手段はプログラムされたコンピュータであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
（７）タービンに供給される蒸気中に含まれる液体の水
により生じる損傷の危険性から上記タービンを自動的に
保護する方法であって：タービンに供給される蒸気の圧力を感知し；タービンに
供給される蒸気の温度を感知し；該感知した温度及び圧
力を比較して供給される蒸気の過熱の程度を判定し；該比較段階で、過熱の程度が供給される蒸気中に液体の
水がないことが確実な閾値レベル以下であると判定され
た場合タービンへ供給される蒸気の流れを遮断する段階
よりなることを特徴とする方法。
（８）該比較段階はさらに感知した圧力をあらわす信号
をコンディショニングし、感知した温度をあらわす信号
をコンディショニングし、これらのコンディショニング
された信号の絶対値を比較することにより過熱に対応す
る閾値が存在するか否かを判定する段階を含むことを特
徴とする特許請求の範囲第７項記載の方法。
（９）さらに、感知された圧力が低圧力閾値より低いか
否か、あるいは高圧力閾値より高いか否かを判定し；上記判定の結果感知された圧力が該低圧力閾値より低い
あるいは該高圧力閾値より高いことが示された場合ター
ビンへ供給される蒸気の流れを遮断する段階を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の方法。
（１０）さらに、該遮断する段階が生じる際表示器を励
起して遮断の原因が過熱の程度が閾値レベルより小であ
る場合、圧力が該低圧力閾値より低い場合、または圧力
が該高圧力閾値より高い場合のいずれであるかを表示す
る段階を含むことを特徴とする特許請求の範囲第９項記
載の方法。