JPS6280711A - 流体流量制御方式 - 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、流体の圧力調整弁と流量調整弁とをもつ流体
流量制御方式に係り、特に、圧力調整弁に対して好適な
制御特性を与える流体流量制御方式に関する。

〔発明の背景〕

火力発電所用ボイラの燃料流量制御においてはその燃料
の種類により異なるが、主に油燃料及びガス燃料につい
て以下従来の燃料系統と制御方法を述べる。

油燃料については、燃料油の潤滑性の違いからくる油供
給ポンプの違いにて大きく第２図、第３図の系統に大別
される。

すなわち、油噴燃いわゆる油供給ポンプはバーナにおけ
る噴霧に適した圧力まで燃料油を加圧するものであり、
ポンプ形式として通常スクリューウ又はギヤを用いた定
容積形ポンプや、遠心ポンプが使用されている。この２
種のポンプ選択においては燃料油の潤滑性について分け
られる。スクリューウポンプ、ギヤポンプは使用油で潤
滑されているため、低粘度でしかも潤滑性の低い油の場
合油膜が切れて金属接触を起こし焼付き摩耗の原因とな
るため高粘度の油に適している。

遠心ポンプは上記スクリューウポンプ、ギヤポンプの様
に、ポンプ構造上燃料油の性状による問題はほとんどな
いが、粘度による制限がある。すなわち高粘度液に対し
ては粘度逓減により著しくポンプの効率が低下する。

この様な燃料油の違いからくる油供給ポンプの違いによ
る燃料系統の違いを第２図、第３図にて説明する。

第２図は、スクリューウポンプ、ギヤポンプを油供給ポ
ンプに使用したもので、２０は燃料タンク、２１は燃料
供給ポンプ、２２は圧力調整弁、２３は重油加熱器、２
４は流量調整弁、２５はバーナ止め弁、２６はバーナを
示す。本系統における特徴は、油供給ポンプが定容積形
のため最低燃料要求値よりも燃料供給ポンプ２１を流れ
る流量が多いために、燃料供給ポンプ２１を流れる重油
の一部を再循環管２７を通して戻すようにしている。圧
力調整弁２２は、本再循環管２７のラインに設置されて
いる。

第３図は遠心ポンプを油供給ポンプに使用したもので、
油供給ポンプ３１が定容積形でないために燃料系統に第
２図の様な再循環管２７がない。

又、圧力調整弁３２は油供給ポンプ３１と直列に設置さ
れている。

第４図はガス燃料における燃料系統を示すもので４０は
ガスタンク、３２は圧力調整弁、２４は流量調整弁、２
５はバーナ止弁、２６はバーナを示す。

又、３３は輸送配管で他のボイラへは圧力調整弁３２の
前で分岐している。

次にこの様な第３図、第４図の燃料系統における各弁の
動作について以下説明する。

第５図（ａ）は燃料流量対バーナヘッダ圧力のグラフで
ある。バーナは規定値バーナヘッダ圧カニ５１以上で点
火され、規定値バーナヘッダ圧カニ５２以下で消火を行
うことで第５図（ａ）に示す如く制御される。この時、
燃料流量調整弁２４は第５図（ｂ）の如くまた燃料圧力
調整弁３２は。

燃料流量？Ｉｓｌ！弁２４人弁圧４人口圧力一定（ある
いは各負荷に対応した）値に制御すべく第５図（ｃ）の
如く動作する。

すなわち、負荷上昇に伴って燃料を増加させていく場合
は第５図（ａ）の５３の特性曲線にそってバーナヘッダ
圧力が変化する。バーナを１本追加するに従って第３図
のバーナヘッダ圧力３０３は一旦降下していき、次の一
本が追加されるまでまた燃料流量の増加に併ってバーナ
ヘッダ圧力は上昇していく。このバーナ本数を追加する
に当っては、バーナヘッダ圧力が低下するために、燃料
流量調整弁：２４人口圧力を一定とすると、燃料流量調
整弁：２４の弁差圧が増加するために、燃料流量が増加
してしまう、そのために燃料流量調整弁２４はバーナ追
加時に絞り方向に一端動作する。また燃料圧力調整弁＝
３２は、本系統において、燃料流′＠量調整弁２４と直
列に設置されているために燃料流量調整弁＝２４が絞り
方向に動作すると、燃料流量調整弁：２４の入口圧力が
上昇するのを防ぐために燃料流量調整弁２４と同様に絞
り方向に動作する。上記第３図における燃料流量制御を
第６図に示す。

負荷に見合った燃料要求指令＝６１に対して。

実燃料流量＝３０２との偏差を減算器＝６２により求め
る。この偏差信号より比例積分器＝６３の出力、燃料流
微調整弁開度６４を求める。一方燃料圧力調整弁開度６
５においては、燃料流−量調整弁＝２４の入口圧力３０
１を一定に保つべく、燃斜流量調整弁入口圧力の設定値
６６と上記実圧力信号３０１との偏差を減算器＝６７に
より求めこの偏差信号より比例積分器：６８にて、燃料
圧力調整弁開度補正量６０１を求める。そして、前述の
様に燃料圧力調整弁３２の動作は、燃料流量調整弁２４
と同様な動作をするために、燃料流量調整弁開度指令６
４を入力として関数発生器６０２にて、燃料圧力調整弁
先行指令６００を求めこれに前記燃料圧力調整弁開度補
正ｆ６０１を加算器６９にて加算して燃料圧力調整弁開
度６５を求めるものである。

第４図のガス燃料系統においても、燃料流量調整弁２４
及び燃料圧力調整弁は同様に制御されているこの様な制
御方式において、燃料圧力調整弁：３２の制御は、バー
ナ点消火時にバーナヘッダ圧力３０３の変動によって燃
料流量３０２が動作しその結果燃料流量調整弁２４が動
作したという現象及びその後に燃料流量圧力調整弁入口
圧力３０１が変動したことにより、燃料圧力調整弁の開
度が決まるという方式をとっているために、バーナ点消
火時の燃料圧力調整弁の動作遅れが生じ燃料流量に対し
外乱を与えるという問題があった。

また、燃料圧力調整弁３２の前段、すなわち、油燃料系
統にて燃料供給ポンプに何らかのトラブルが生じ、待期
系ポンプに切り変わった時に起こる燃料圧力調整弁前段
の外乱やガス燃料系統にて他のボイラ系統のガス消費量
が大巾に変わったことによる輸送配管３３上でのガス圧
力変動に対して。

現状の制御系統にては、燃料流量調整弁入口圧力３０１
が変動して初めてフィードバック制御がかかる等の制御
応答の遅れがあり、とくにＡＦ（″、運転時にこの様な
外乱があると燃料流量制御において偏差が大きく燃焼状
態に不安定をきたすなどの問題があった。尚、係る流量
制御に関しては特開昭５５−１３４１１号がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、流体の流量制御に係り、流量調整弁と
流体圧力調整弁とを備えた系統において。

いかなる外乱に対しても流体圧力調整の制御応答性を向
上させ、流量制御を安定させるとともに流量変動におい
ての応答性を向上せしめることにある。

〔発明の概要〕

流量調整弁と圧力調整弁をもっている流体流量制御方式
において、その両弁を流れる流量が、両弁の前後圧力に
より求められるという事に着目し、系における連立方程
式を解くことによって、圧力調整弁開度を求めることが
出来るため、系の両弁の前後圧力をもとにして流量調整
弁開度に対して補正を加えることで圧力調整弁の開度の
先行信号を求めろものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図に従い説明する。

第３図において、燃料流量調整弁：２４と燃料圧力調整
弁：３２は直列に接続されており、３０１は燃料流量調
整弁入口圧力、３０２は燃料流量、３ｏ３はバーナヘッ
ダ圧力、３０４は燃料圧力諷整弁入ロ圧力である。

この様な系統において、燃料流量調整弁：２４は負荷に
よって決まる燃料流量要求指令に見合った燃料流量を流
すべく制御される。又燃料圧力調整弁３２は、燃料流量
調整弁２４が、燃料量要求指令に応じ動作しても燃料流
量調整弁の弁差圧が最適に保たれる様、燃料流量調整弁
の入口油圧を一定に保つ量制御されている。

上記制御においてプロゼスが静的状態にある場合はもち
ろん過渡的状態においても、燃料流量調整弁２４を流れ
る燃料量Ｆａ　と燃料圧力調整弁３２を流れる燃料量Ｆ
ｐは等しく下記式にて表わされる。

Ｆｐ＝Ｆｘ　　　　　　　　　　　　　　　　（＋）ま
た、燃料流量調整弁＝２４及び燃料圧力調整弁：３２を
通過する燃料流量のそれぞれＦｚ、　ＦＰは、下記式に
て求めることができる。

Ｆ　ｉ　＝　Ｃ□・Ａ、・５７石−（２）Ｆ　ｐ　＝　
Ｃｖｐ−Ａ　ｐ−９（３）但し、Ｃ□：燃料流量圧力調
整弁＝２４の容量（定数） Ｃｖｐ：燃料圧力調整弁：３２の容量、（定数）Ａｆ　
：燃料流量調整弁開度 Ａ、：燃料圧力調整弁開度 Ｐｏ　：正調弁入口油圧　　　　　（３０４）Ｐｚ　二
流調弁入ロ油圧　　　　　（３０１）Ｐｚ：バーナヘッ
ダ油圧　　　　（３０３）上記（２）、（３）式を式（
１）に代入して燃料圧力調整弁開度ＡＰ　を求める式に
展開すると下記の如く表わされろ。

Ｃｖｌ・Ａｌ−Ｆ７カ＝ＣｗＰ−ＡＰＪｉ７腎上記（３
）式により見てもわかる様に燃料圧力調整弁開度は圧調
弁入ロ油圧：Ｐｏ、流調弁入ロ油圧二Ｐ１．バーナヘッ
ダ油圧Ｐ２及び燃料流量調整弁開度ＡＩより求めること
が出来る。

従って燃料圧力調整弁の開度を決めるにあたっては、従
来の第６図の関数発生器６０２の出力すなわち燃料流量
調整弁開度：６４より求めた燃料圧力調整弁先行指令６
００に対して正調弁入口油圧Ｐａ　、流調弁入口圧力Ｐ
Ｉ　、バーナヘッダ油圧Ｐ２の圧力補正を加えることに
より燃料圧力調整弁：３２の制御対象プロセスの流調弁
入口圧力に対して変動を与える要因となるプロセスすな
わちバーナ点消火によるバーナヘッダ油圧の変動やポン
プ吐出圧の変動によっても燃料圧力調整弁先行指令に補
正を加えることが出来る。

第１図に上記式（３）の要素を燃料流量制御系統に取り
入れた回路を示す。

燃料流量調整弁開度６４は負荷に見合った燃料要求指令
６１に対して実燃料流量３０２との偏差を減算器６２に
て求めこの偏差信号より比例積分器６３により求める。

一方燃料圧力調整弁開度６５は、前記（３）式に示した
様に次の手順にて求める正調弁の弁差圧を減算器１０１
により求めこの信号を開平器１０２にて開平し圧力補正
分の分母を計算する゛。

また流調弁は弁差圧を減算器１０３により求めこの信号
を開平器１０４にて開平し圧力補正分の分子を計算する
。この両弁の弁差圧を除算器１０５にて除算し、その出
力を乗算器１０６にて燃料流量制御弁開度より求めた先
行信号に補正を加えることにより燃料圧力調整弁の先行
信号１０８を求める。ここにおいて、関数発生器６０２
は燃料流量調整弁と燃料圧力調整弁との弁特性の違いを
補正するものである。

次に、燃料圧力調整弁の制御対象プロセス流調弁入口圧
力の設定値６６との偏差を減算器６７により求め、この
偏差を比例積分器６８より比例積分演算し燃料圧力調整
弁開度補正量６０１を求めて上記先行信号１０８に加算
器６９にて加えることにより燃料圧力調整弁開度６５を
求める。

本実施例によれば、燃料圧力調整弁３２の制御対象であ
る流調弁入口圧力に対して変動を与える要因つまり燃料
要求指令に対応して動作する燃料流量調整弁開度の変化
やバーナ点消火時に起こるバーナヘッダ油圧の変動及び
ポンプ吐出圧の変動による燃料圧力調整弁入口圧力の変
動等のプロセス量の変化に対しても燃料圧力調整弁先行
指令が変化するために、燃料圧力調整弁の動作遅れによ
る燃料流量制御への外乱がなくなる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料圧力調整弁先行信号に、燃料系統
の流体圧力変動の要因を考慮した補正が加わるため、従
来の燃料流量調整弁の先行信号に比べてプロセス量変化
時の応答性が大巾に改善でき燃料流量制御特性が数倍改
善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料流量制御系統図、第２図は油燃料系統図、
第３図は油燃料系統図、第４図はガス燃料系統図、第５
（ａ）図は燃料流量に対する燃料油圧特性、第５（ｂ）
図は燃料流量に対する燃料流量調整弁特性、第５（ｃ）
図は燃料流量に対する燃料圧力調整弁特性、第６図は燃
料流量制御系統図である。 ２１・・・スクリュ、ギヤポンプ、２４・・・燃料流量
調整弁、２５・・・バーナ止め弁、２６・・・バーナ、
３１・・・遠心ポンプ、３２・・・燃料圧力調整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管路内を流れる流体の流量を制御する機構と前記機
   構の前段に流量を制御する機構の前段の流体圧力を制御
   する機構を有し、流量を制御する機構から、圧力を制御
   する機構に対して制御情報を先行信号として与える制御
   方式において、先行信号に管内の圧力を用いて演算した
   信号で補正を加える回路を設けたことを特徴とする流体
   の圧力及び流量制御方式。 ２、特許請求の範囲第１項の方式において、補正に用い
   る管路内の圧力は圧力を制御する機構の前段の圧力と流
   量を制御する機構の前段の圧力であることを特徴とする
   流体の圧力及び流量の制御方式。 ３、特許請求の範囲第１項の方式において、補正に用い
   る管路内の圧力は流量を制御する機構の前段の圧力と流
   量を制御する機構の後段の圧力であることを特徴とする
   流体の圧力及び流量の制御方式。 ４、特許請求の範囲第１項の方式において、補正に用い
   る管路内の圧力は圧力を制御する機構の前段の圧力と流
   量を制御する機構の前段の圧力と流量を制御する機構の
   後段の圧力であることを特徴とする流体の圧力及び流量
   制御方式。 ５、特許請求の範囲第１項の方式において、先行信号に
   用いる制御情報は流量を制御する機構のうち操作端の開
   度信号であることを特徴とする流体の圧力及び流量制御
   方式。