JPS63243408A - タ−ビン軸受油温度制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子力発電プラント、火力発電プラント、ガス
タービンと蒸気タービンの複合発電プラントにおけるタ
ービン、発電機、及び、ガスタービンの軸受給油温度制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

タービン軸受油温度制御装置はタービンの運転条件に従
って、常に、最適な温度になるように給油温度を制御し
、タービン軸受油を供給しようとするものであり、その
制御方式には種々のものが発表されている。すなわち、
特開昭６０−１０８５０５号公報「タービン給油温度制
御装置」がある。タービンの運転は回転数の立場よりみ
て、停止中、ターニング中、昇速中（又は降速中）、定
格回転中の四つの状態に分けられる。停止中は軸受油は
不要であるが、タービンを運転（回転）する場合には軸
受部に潤滑油を供給し、軸受部・滑油しこ、常に、油膜
を形成する必要がある。ター・ニング運転時は毎分数回
転（大容量機の場合）であり２非常に低速回転であるの
に対し、定格回転運転時は１５００〜３６００回転／分
（大容量機の場合）であり非常に高速回転である。この
ため、ターニング時には低温（例えば３０′Ｃ）の軸受
油を供給し、定格回転時には高温（例えば４６℃）の軸
受油を供給する方式が採用されている。プラント起動時
には、タービンはターニングより昇速、定格回転へと運
転条件が変化するが、これに伴って、タービン軸受油温
度制御装置でも、温度調節計の設定温度（制御［］標値
）を自動的に、例えば、３０℃から４６℃に変化させる
ことが一般に行なわれている。しかし、このように制御
目標値を変化させた場合には、制御動作の遅れにより、
給油温度が３０℃から４６℃に上昇して来た時、給油温
度がオーバーシュート現象により４６℃以上となり、上
限値の５０℃に達し油温高の警報を発する傾向があった
。

前述の特開昭６０−１０８５０５号公報ではこれに対す
る制御方式として種々の方法を提示しているが、その−
例として、第２図に示すように、油温度検出器３１より
の信号（タービン軸受への給油温度）により、バイアス
用関数演算器４１で、第３図に示すように、定格回転時
の設定温度（制御目標値）４６℃より若干低い油温４２
℃より４４℃にかけて弁開度を５０％開くためのバイア
ス信号を作り。

温度調節計３２の偏差演算部３２Ａの出力（偏差）を比
例（Ｐ）十積分（Ｉ）動作により制御演算を行う比例・
積分演算部３２Ｂの出力ラインに加算器３２Ｃを設け、
このバイアス信号を加算して調節弁２３を制御する方法
を記載している。プラント起動時のタービン軸受油温は
第４図に示すように、タービンの昇速に比べ若干の遅れ
をもって油温が上昇してくる特性がある。

これはタービン軸受部の発生熱量がタービン回転数の二
〜三乗に比例して発生することと、軸受油が第５図に示
すように、−丁、油タンク１−１に貯められた後、ポン
プ１３で送油されるシステム構成になっていることによ
って生じる現象である。

この油温上昇の遅れ現象は油温が定格回転時の設定温度
４６℃に達する時には、その温度上昇率が大きくなる現
象となるため、油温のオーバ・−シュー１・量（設定値
より余分に上昇する温度［ＩＪ）が大きくなる傾向があ
った。タービン軸受油温制御の課題の一つはこのプラン
ト起動時の油温オーバーシュート量をいかにして少なく
するかであり、特開昭６０−１０８５０５号公報の一例
である第２図の方法はこのオーバーシュート低減策とし
て、油温によりバイアス信号を作り、これによって先行
的に調節弁を開き、この目的を効果的に果したものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図のバイアス用関数演算器４１（特性は第７３図参
照）の信号を比例・積分演算部：３２Ｂの出力信号に加
算する方法はプラント起動時の油温のオーバーシュート
量低減策としては有効であったが、プラント停止時には
設定油温（制御目標値）を４６°Ｃから３０℃に低下さ
せるため、調節弁２３の弁開度は増加側に変化させるべ
きであるが、バイアス用関数演算器４１の出力は第３図
の特性より油温４４℃より４２℃にかけて弁開度を５０
％低下させる傾向があり、この面ではデメリットとして
作用する。プラント停止時の油温変化は各プラントでの
特性によりバラツキは大きく一概にその特性は論じられ
ないが、第２図の制御方式を適用した場合のプラント停
止時の油温変化特性の一例を第４図に併記している。す
なわち、油温４４℃〜４２℃間でのバイアス用関数演算
器４１による調節弁２３の変化ゲインが大きいため、油
温４４℃〜４２℃では調節弁はハンチング状に変化し、
これに伴い、油温も波うち現象を生じる。

本発明の目的はプラント起動時のオーバーシュート低減
策として有効な弁開動作のみを行ない、従来技術ではこ
の随伴動作として発生したプラント停止時の弁閉動作を
起こさせないようにして、より有用なタービン軸受油温
度制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、タービン等の軸受への給油を冷却する油冷
却器と、この油冷却器への冷却水の流量を調節する調節
弁と、油冷却器の出口の油温度を検出し、この油温度に
応じた信号を発生する油温度検出器と、調節弁の開度を
制御するための温度調節計とで構成され、その温度調節
計の設定温度をタービンの運転状況に合わせて自動的に
変更するようにしたタービン等の軸受温度制御装置にお
いて、第一の方法としては油温度検出器の出力信号が温
度調節計の設定温度より若干低い規定温度に達したこと
を検出する第一の手段とこの第一の手段により得られた
信号が作用した時、調節弁を規定弁開度まで開く第二の
手段と、この第二の手段と同時、または、規定時間後に
調節計の出力信号が第二の手段による規定弁開度、もし
くは、この近傍になるよう調節計の積分項を補正する第
三の手段と付加することによって達成される。特に。

第三の手段により、調節弁は積分項を補正された調節計
の出力によって制御されるため、積分補正以後はそのま
ま比例＋積分演算（第２図は調節計を比例＋積分動作と
したが、比例＋積分十微分動作とする場合も多々ある）
により制御を続行すればよい。すなわち、従来技術では
調節計の比例・積分動作出力にバイアス信号を加算する
方法を採用していたため、バイアス信号を与える条件が
消失した時（または、徐々にその原因が少なくなった時
）にバイアス信号が減じられ、調節弁への外乱となった
が１本発明により、このバイアス信号消去の動作が不要
となり、制御性の大巾改善が可能となった。

本発明は制御方式の改善に関するものであり、種々の手
段をとり得るが、第二の方法としては、前述の各種機器
及び計器にて構成されるタービン等の軸受油温度制御装
置において、油温度検出器の出力信号が温度調節計の設
定温度より若干低い規定温度に達した事を検出する第一
の手段と、この第一の手段により得られた信号が作用し
た時、または、その後、規定時間の間継続して調節弁を
規定弁開度まで開く信号を調節計から出力するように調
節計の積分項を補正する第二の手段とを付加することに
よっても達成される。この第二のｆ・段は特に必要バイ
アス信号分を−ショットで加算する方式の他、調節弁を
順次開く目的でデ、１′ジタル式調節計では、サンプリ
ング周期毎に規定弁開度分ずつを所定弁開度まで徐々に
加算していく方法がある。

〔作用〕

第一の方法で、油温度検出器の出力信号が温度調節計の
設定温度より若干低い規定温度に達したことを検出する
第一の手段はプラント起動時に油温が一ヒ昇したことを
検知するものであり、これによってプラント起動時のみ
に第二、第三の手段を与える事が可能となる。第二の手
段により調節弁を適切な速度で規定弁開度まで開き、調
節計の積分項を補正する第三の手段により以後の調節弁
の制御を本来の制御ループである調節計によって行う事
を可能とする。前述のように第三の手段によって、従来
技術のバイアス信号加算、消去の動作を加算のみとし、
消去動作を不要とする事が可能となり、プラント停止過
程における弁開度急減の動作を発生させず、制御を良好
に行う事ができる。

第二の方法では、第一の方法と同様第一の手段によりプ
ラント起動時に調節弁を先行的に開くタイミングを検出
し、この時、直接的に調節計の積分項を補正する第二の
手段を行うようにしたものであり、第一の方法と同等の
効果を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第５図及び第１図により説明
する。第５図は原子力７発電プラント、火力発電プラン
ト、ガスタービンと蒸気タービンの複合発電プラント等
におけるタービン、及び、発な機の軸受油温度制御装置
の概要を示す配管系統図である。

蒸気発生装置ｉ’？１（原子炉、ボイラ、排熱回収ボイ
ラ等）よりの蒸気を主塞止弁２を介してタービン３に送
り、蒸気のもつ熱エネルギを回転エネルギに変換し、こ
れによって発′ｌｉ１機４を回してさらに電気エネルギ
に変換する。

このタービン・発電機の軸受油温度制御装置は次の通り
である。すなわち、油タンク１１からポンプ１３により
油が汲出され、油冷却器１，４に送られる。油冷却器１
４で冷却された油は、給油管１２を通ってタービン３の
軸受１５に送られる。

軸受１５を潤滑した油は、軸受部の摩擦熱により温度が
上昇し、戻り油管１６を通って、油タンク１１−に戻る
。このようにして油は循環するが、軸受部の摩擦熱によ
り油温か上昇するため、油冷却器］４によって所定温度
まで冷却する。

油冷却器１４には冷却水源２１より冷却水管２２により
調節弁２３を介して冷却水が送られる。

油冷却器１４で油を冷却した冷却水は戻り水管２４を通
って排水管２５に排出される。この冷却水側はプラント
によって種々の形態がとられ、冷却水管２２と戻り水管
２４を接続して閉ループどり１、ここに、海水等で冷却
水を冷却する冷却水冷却器及び冷却水ポンプを設置する
場合もあるが。

調節弁２３と油冷却器１４の関係は一般に第５図と同様
になる７ 油冷却器１−４の出口部の給油管Ｊ２に取付けた油温度
検出器３１により油温度を検出し、測定；９度に見合っ
た信号を出力し温度調節計３２に伝える。温度調節計３
２では設定温度（制御目標値）と比較し、給油温度が設
定置と等しくなるように調節弁２３の開度を加減し、冷
却水流景を調節する。

タービン３の軸受１５の給油最適温度は、軸受潤滑面に
おける油膜の形成上、低速回転中のターニング運転時と
、高速回転時の定格回転時では異なり、ターニング運転
時は、定格回転時より低くせねばらならい。このため、
一般に、ターニングギヤの結合／離脱を検出するための
ターニングギヤ結合検出器３３、及び、タービンの停止
操作信号、又は、タービンが停止過程に入った事を示す
信号等によりタービンのトリップ状態を検出するための
タービン１−リップ検出器３４等を設置して、この信号
を温度調節計３２に導入し、調節計の設定温度（制御目
標値）を自動的に切替える６特開昭６０−１０８５０５
号公報ではタービンの昇速中、及び、降速中における設
定温度をタービン回転数の関数として与えろ方法も記載
されている。

第１図は第５図の温度調節計３２の機能を示す制御ブロ
ック図である。油温度検出器３１の信号を温度調節計３
２にとりこむ、この測定温度をｐｖとする。

一方、ターニング中を示す信号とタービントリップ信号
をとり込みＯＲ回路（いずれかの信号ＯＮの時にＯＮ信
号を出力する回路）３２Ｉを介して、切替器３２Ｊに信
号を与える。切替器３２、〕では、この信号がＯＮの時
には固定信号５ＧＩ（３０℃）３２Ｋをとりこみ偏差演
算部３２　Ａ　ｋＱ、設定信号としてこれを与える。ま
た、ＯＲ回路３２Ｉの出力信号がＯＦＦの時には固定信
号５Ｇ２（４６℃）３２Ｉ、をとり込みこれを設定信号
とする。これによって設定値は第４図の中段の図に破線
で示すようにプラント起動時にはターニン）ｊ離脱（−
よって３０℃から４６℃に自動的に切替り、停止（一時
にはタービントリップと同時【こ４６℃から３０℃に自
動的に切替えられる。偏差演算部３２Ａでは測定温度ｐ
ｖに設定値の偏差ル求め、これを出力し、比例・積分演
算部３２　Ｂに送る。比例・積分演算部３２Ｂでは偏差
を比例（Ｐ）動作と積分（Ｉ）動作により制御演算を行
ないこれ炙出力する。通常時は切替器Ｔ２．．ゴａは素
通りしてこの出力が調節弁２３に与えられる。

測定温度Ｐｖはスイッチ３２Ｍに送られ、測定温度が４
５℃以上になった時これを検出してＯＮの信号を出す。

この信号はホールド回路３２Ｐに送られ信号保持される
。ホールド回路３２ＰはＯＲ回路３２Ｑ、ワイプアウト
回路３２Ｒ１帰環信号３２Ｓにて構成されている。プラ
ント停止過程に於いて、測定温度Ｐｖが低下し、４０℃
以下になった時スイッチ３２Ｎでこれを検出してＯＮ信
号を出し、これをワイプアウト回路３２Ｒに与え、ホー
ルド回路３２Ｐの出力をＯＦＦにする。

この方式を採用することにより、ホールド回路３２Ｐの
出力はプラント起動時測定温度Ｐｖが設定温度４６℃の
直前の４５℃まで上昇した時ＯＮとなり、それ以降、プ
ラント停止時測定温度が４０℃まで低下してＯＦＦする
まで連続した１つの信号を出力する事が可能となる。こ
のホールド回路３２Ｐの出力信号がＯＮの時切替器Ｔ２
３２Ｄでは０％から５０％への弁栓開信号発生器３２Ｅ
よりの信号をとり込み、これを切替器Ｔ３を介して調節
弁２３に与え弁を徐々に開く。尚、弁の開速度は弁の徐
開信号発生器３２Ｅで予め定数を設定することにより調
整可能である。調節弁２３が規定弁開度に達した時、す
なわち、弁栓開信号発生器３２Ｅの出力が目標弁開度５
０％に到達した時、切替器Ｔｚ３２Ｄを比例・積分演算
部３２Ｂの出力に切替える。この切替器Ｔ２の切替時に
比例・積分演算部３２Ｂの出力信号が、弁栓開信号発生
器３２Ｅの信号とマッチィングしていないと調節弁２３
に与える信号が急変し、制御部れる。

これを防止するため、切替器Ｔ３３２Ｆの出力側すなわ
ち調節弁２３への指令信号をタイバツクライン３２Ｈに
よって比例・積分演算部３２Ｂに帰環し、積分項を補正
し、比例・積分演算部３２Ｂの出力が弁栓開信号発生器
３２Ｅの信号と一致するようにさせる。このタイバンク
ライン３２Ｈは切替器ＴＺ、Ｔ３による信号切替時のバ
ンプレス切替用であり、Ｔｉ　Ｔａが弁栓開信号発生器
３２Ｅもしくは手動設定器３２Ｇよりの信号をとり込ん
でいる時のみ働く。切替器Ｔ２３２Ｄの出力信号は切替
器Ｔａ３２Ｆに送られる。切替器Ｔｓ３２Ｆは手動操作
時手動設定器３２Ｇよりの信号をとり込み調節弁２３の
指令信号を出し、自動時には切替器Ｔｚ３２Ｄよりの信
号を出力する。

本制御装置により、プラント起動時の油温オーバーシュ
ート防止のための弁開動作のみを行ない、プラント停止
時にはこのリアクションとしての弁閉動作が発生しない
制御が可能となり、制御性の改善が達成できる。

第６図は本発明による他の実施例を示す制御ブロック図
である。第１図との主な相違点は弁栓開信号発生器３２
Ｅとこれに関連する切替器Ｔ２３２Ｄを削除し１代りに
、固定信号５Ｇｓ３２Ｕ。

５Ｇ４３２Ｖとその切替器Ｔ４３２Ｔ及び信号変化検出
器３２ＸとＯＲ回路３２Ｙを追加した点にある。尚、本
図においては温度調節計３２は規定周期毎に測定温度を
サンプリングして制御演算を行うディジタル式調節計と
する。

プラント起動時測定油温上昇中においては、比例・積分
演算部３２Ｂの出力は０％（弁全開）側に積分飽和して
いるが、その下限値が一２％に制限されているものとす
る。測定温度Ｐ■が４５°Ｃに達するとスイッチ３２Ｍ
でこれを検出してＯＮの信号を出す。この信号はホール
ド回路３２Ｐに送られ信号保持される。このホールド回
路３２Ｐの出力を信号変化検出器３２Ｘに送り、信号が
変化した時そのサンプリングタイムのみ−パルスＯＮ信
号を出力させて、これをＡＮＤ回路３２Ｙに送る。この
ＡＮＤ回路３２Ｙにはホールド回路３２Ｐの出力も直接
入力される。ＡＮＤ回路３２Ｙは両信号がＯＮの時にＯ
Ｎ信号を出力するが、この構成により、このＡＮＤ回路
３２Ｙの出力はホールド回路３２ＰがＯＦＦからＯＮに
変化したそのサンプリングタイムのみ−パルスＯＮの出
力が出され、切替器Ｔａ３２７に与えられる。切替器Ｔ
４３２Ｔは通常時ＡＮＤ回１７４３２Ｙの出力がＯＦＦ
の時は固定信号ＳＧａ　３２Ｕの０％信号をとり込んで
いるが、ＡＮＤ回路３２Ｙよりのイぼ号がＯＮの時には
固定信号５Ｇ４３２Ｖの信号（５２％）をとり込んでこ
れを出力し、比例・積分演算部３２Ｂに送り、その積分
項に加算させる。比例・積分演算器３２Ｂの出力は切替
器Ｔａ３２Ｆを介して調節弁２３に与えられる。本図の
タイバツクライン３２Ｈは切替器Ｔａ３２Ｆによる手動
操作時のバンプレス切替用であり、固定信号５Ｇ４３２
Ｖとり込み時には特に作用しない。本方式によっても、
第１図とほぼ同様に、プラント停止時に弁閉動作を起す
ことなく、起動的の油温オーバーシュート防止のための
弁開動作を行うことができる。

第７図は本発明の他の実施例を示す。第６図と異なるの
は、信号変化検出器３２Ｘの代りに、スイッチ３２Ｗを
設けた事と固定信号Ｓ０４のセット値を１％に下げた点
である。本図においても温度調節計はディジタル式とす
る。

スイッチ３２Ｗは切替器Ｔａ３２Ｆの出力信号。

すなわち温度調節計３２の出力信号ＭＶ値をとり込み、
このＭ、　Ｖ値が５０％以下の時ＯＮ信号を出力させる
。この信号とホールド回路３２Ｐの出力信号をＡＮＤ回
路３２Ｙに送る。このＡ　Ｎ　Ｄ回路３２Ｙの出力は測
定油温が４５℃以上になった時よりＯＮ信号を出力し始
め、温度調節計の信号が５０％に到達するまで続＜、Ａ
ＮＤ回路３２Ｙの出力は第６図と同様切替器Ｔａ３２Ｔ
に与えられ、通常時信号ＯＦＦの場合には固定信号５Ｇ
ａ３２Ｕの０％をとり込む。Ａ　Ｎ　Ｄ回路３２Ｙの出
力信号がＯＮの時は、固定信号５Ｇ４３２Ｖの信号１％
をとり込み比例・積分演算部３２Ｂに送りその積分項に
加算するが、この加算演算はこの温度調節計のサンプリ
ングタイム毎に行なわれるため、比例・積分演算部３２
Ｂの出力は時間の経過と共に増大し、調節弁２３を徐開
させるように働く。この調節弁徐開動作は温度調節計３
２の出力信号ＭＶ値が５０％に到達した時点でとまり、
その後は比例・積分演算部３２Ｂの制御動作に基づく出
力信号によって制御される。この調節弁徐開の動作は第
１図による制御動作と同等であり、また。

プラント停止時に弁閉動作を起こすことなく、起動時の
油温オーバーシュート防止のための弁開動作を行うこと
ができる。

第８図はさらに本発明の他の実施例を示す。

第５図と異なるのは、油冷却器１４の入口側冷却水管２
２に冷却水温度検出器３５を追加設置し。

この冷却水温度を検出し、これを温度調節計３２に入力
として与えるようにした点である。

この時の制御ブロック図を第９図に示す。第９図は第１
図に対し、冷却水温度検出器３５よりの信号をとり込み
、関数演算器３２Ｚでこの冷却水温度の関数として、油
温オーバーシュート防止のための必要弁開度を求め、こ
れを弁栓開信号発生器３２Ｅに与え、弁徐開の目標値を
冷却水温度によって変化させる。この制御装置によれば
、油冷却器１４の冷却水温度が変化した場合にも、常に
。

適切な油温オーバーシュート防止弁開度を与える事がで
き、より良い制御が可能となる。第９図で第１図の制御
方式に対し、冷却水温度検出器３５の信号で制御系の改
善を図る例を示したが、第６図、第７図の制御系に対し
ても、関数演算器３２Ｚを追加し、この出力を目標弁開
度信号とする事により制御系の改善が図れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、油温のオーバーシュート防止が図れ、
制御系への外乱発生を防止でき、より良いタービン軸受
油温度の制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図、第７図及び第９図は本発明の一実施例
の制御ブロック図、第２図は従来技術を示す制御ブロッ
ク図、第３図は第２図のバイアス用関数演算器の出力信
号の例を示す説明図、第４図は第２図の制御方式の制御
特性を示す説明図、第５図、第８図は本発明の実施例を
示すタービン軸受油温制御装置の概要を示す配管系統図
である。 １・・・蒸気発生装置、３・・・タービン、４・・・発
電機、１１・・・油タンク、１３・・・ポンプ、１４・
・・油冷却器、代理人　弁理士　小川勝男−゛−″′ 隼　２　図 第　３　図 １ｋ＜−０＞ 糖４　図 時町− 第　ｓ　図 第　８　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン等の軸受への給油を冷却する油冷却器と、
   前記油冷却器への冷却水の流量を調節する調節弁と、前
   記油冷却器の出口の油温度を検出し、前記油温度に応じ
   た信号を発生する油温度検出器と、前記調節弁の開度を
   制御するための温度調節計とで構成され、前記温度調節
   計の設定温度を前記タービンの運転状況に合わせて自動
   的に変更するようにしたタービン等の軸受油温度制御装
   置において、 前記油温度検出器の出力信号が前記温度調節計の設定温
   度より若干低い規定温度に達したことを検出する第一の
   手段と、前記第一の手段により得られた信号が作用した
   時、前記調節弁を規定弁開度まで開く第二の手段と、前
   記第二の手段と同時、または、規定時間後に前記温度調
   節計の出力信号が前記第二の手段による規定弁開度、も
   しくは、この近傍になるように前記温度調節計の積分項
   を補正する第三の手段とを付加したことを特徴とするタ
   ービン軸受油温度制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記油温度検出器の出力信号が前記温度調節計の設定温
   度より若干低い規定温度に達したことを検出する第一の
   手段と、前記第一の手段により得られた信号が作用した
   時、または、その後、規定時間の間継続して前記調節弁
   を規定弁開度まで開く信号を前記温度調節計から出力す
   るように前記温度調節計の積分項を補正する第二の手段
   を付加したことを特徴とするタービン軸受油温度制御装
   置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   油冷却器の冷却水温度を冷却水温度検出器によつて検出
   し、その冷却水温度より予め定た方式により前記調節弁
   の所要弁開度を求め、これを規定弁開度にしたことを特
   徴とするタービン軸受油温度制御装置。