JPS63309702A - タ−ビン軸受潤滑油温度制御装置 - 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〕 本発明は原動機プラントにおけるタービン起動時間短縮
する装置に係り、特に、タービン通気から併入に至るタ
ービン昇速時間の短縮に好適なタービン軸受潤滑油温度
の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５０−６４６０４号公報に記載の
ように、タービンの各軸受に潤滑油を供給する潤滑油循
環系統に設けた油冷却器の冷却媒体を、油冷却器の入口
側で前もって加熱することにより潤滑油温の過冷却を防
止するものであるが、冷却媒体の加熱用として熱交換器
の設置が必要であり、機器配置及び機器設備費増につい
ては考慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

汽力発電プラントの起動時間は、蒸気発生装置の点火か
らタービン通気まで、タービン通気から発電機併入まで
、そして、発電機併入からプラント全負荷までの全所要
時間のことであるが、毎日起動停止を繰り返す最近のＤ
ＳＳＳＳブランは、電力需要が減少する夜間プラント停
止後の再起動時に、この起動時間を出来るだけ短時間に
することが求められている。ここで全起動時間中、蒸気
発生装置の点火からタービン通気までの所要時間は、蒸
気発生装置での発生蒸気温度特性等、主に蒸気発生装置
側での所要時間で決まる。また、発電機俳人後プラント
全負荷までのプラント負荷運転の所要時間は、蒸気発生
装置側での発生蒸気特性の負荷追従性、タービン側での
熱応力制限及び各補機の運転特性等、蒸気発生装置及び
タービンプラント側双方の所要時間で決まる。しかし、
この両者の間のタービン通気開始から発電機併入に至る
時間は、タービン側だけの所要時間で決まる。

従来プラントの通気から併入までの時間は、昇速時間２
ｏ分、ラブチェック５分、同期５分の合３４３０分が一
般的であるが、冬場は、タービン軸受部潤滑油の温度−
上昇に時間がかかり、この制約によって４０〜５０分を
必要とするものもあった。

これは冬場にはタービン軸受潤滑ａＩ＋が冷却水温度が
２０°Ｃ以下と低いために、油冷却器によって過冷却さ
れ、タービン通気に先立つタービンターニング運転中の
タービン軸受部への潤滑油の給油温度が許容温度域２７
〜３２℃の下限近くになること、また、昇速時には、同
様に過冷却により給油温度の上昇率が低く抑えられ、タ
ービン回転数によって規定される所要油温まで上昇する
のに時間がかかるからである。このため、タービン昇速
過程で、昇速を中断し、給油温度が所要油温に上昇する
までタービンを定速運転する必要が生じ、この定速運転
時間分だけタービン昇速時間が長くなる。

例えば、定格回転数３６００ｒｐｍのタービンで潤滑油
冷却器出口での所要給油温度が３８°Ｃ以上である場合
、昇速過程でこの油温に到達しない場合、２７００ｒｐ
ｍで昇速を中止し、油温が３８℃にまで上昇したのを検
知後、タービンを３６００ｒｐｎ＋まで昇速するように
運転制御することが行われている。

タービン潤滑油の給油温度低によるタービン昇速時間の
増加を防止するため、タービン昇速に先たつタービンタ
ーニング運転中の給油温度設定を、タービン定格回転数
での所要油温度３８℃に加熱しておくことが考えられる
。

しかし、低速ターニング中は、タービンロータの回転速
度が遅いため、油温を上昇させると油の粘度が低下し、
潤滑油膜がタービンロータと一緒に回転せず剥離脱落す
るスティックスリップ現象を引き起こす。この現象を引
き起こすと、潤滑油がタービンロータ及び軸受部に行き
渡らないため、タービンロータ、軸受部双方の摩耗、及
び、焼損を引き起すことになる。よって低速ターニング
中に潤滑油を加温することはタービン保安上好ましくな
い。

これを防ぐ方法として、タービンターニング運転の回転
速度を上げる高速ターニングがある。高速ターニングの
場合、タービンロータの回転速度が速いため、潤滑油温
をタービン定格回転数での所要油温度にまで上げても潤
滑油膜がタービンロータと共に回転するのでスティック
スリップ現象は発生しない。逆に、油膜の粘度が低いこ
と、及びタービンの回転慣性力が大きいことにより、タ
ービングランドシール蒸気によるタービンロータの空転
が発生する恐れがある。この空転により、タービンロー
タはターニングの設定回転数を離脱してしまい、タービ
ン通気の開始条件を満たすことが不可能となる。また、
高速ターニングでは、発電機の回転子での界磁コイルと
導体間での摩耗が大きくなり、銅粉が発生し、界磁コイ
ルの接地事故を引き起こす恐れがある。タービンロータ
の空転に対しては空転を防止するための装置の追設、発
電機の回転子での銅粉発生に対しては接触部の材質変更
等の対策がそれぞれ必要となり、よって高速ターニング
もタービン昇速時間の短縮策として有効な手段とは言え
ない。

こうして、タービン潤滑油給油温度低によるタービン昇
速時間の増加を防止するには、タービン通気開始に先立
つターニング運転時に比較的低く抑えられている潤滑油
温をタービン通気後の昇速時に、油冷却器での過冷却を
防止してすみやかに上昇させる方策をとる必要があるこ
とが理解される。

特開昭５０−６４６０４号公報に示す従来技術は、ター
ビン通気から併入に至るタービン昇速時の潤滑油の油冷
却器での過冷却を防止し、潤滑油温度がタービン昇速時
間の制約とならないよう温度制御するものであるが、潤
滑油の過冷却防止のため、油冷却器の冷却媒体である冷
却水の入口側の管路に、冷却水を前もって加熱するため
の熱交換器の追設が必要であり、機器配置、及び、機器
設備費槽に対する考慮がなされておらず、今後、汽力発
電プラントに対し毎日起動停止を行なえるようＤＳＳ化
改造を実施する場合、既設プラントが対象となることが
多いので、新規熱交換器の設置は配置上の制約が大きく
、また、起動時間の短縮効果に対して機器設備費が大き
く成り過ぎるという問題があった。

本発明の目的は、油冷却器に冷却媒体として通常供給さ
れる冷却水よりも高温の熱水を汽力発電プラント内から
直接管路で供給する系統を設けることにより、熱交換器
を追設することなしに潤滑油の温度をタービン昇速の制
約事項とならないように制御し、タービン昇速時間を早
め、タービン起動時間を短縮する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、タービン軸受潤滑油冷却器の冷却媒体の供
給系統としての通常の冷却水の供給系統に加え、潤滑油
の加熱用として汽力発電プラント内の汽缶給水ポンプの
昇圧ポンプ吐出水、もしくは脱気器再循環ポンプの吐出
水を油冷却器に管路で供給する系統を設け、タービンへ
の通気開始から昇速終了までのタービン起動時に加熱用
水を供給可能とすることにより達成される。

すなわち、タービン通気から昇速終了までのタービン起
動時間中に、潤滑油冷却器を潤滑油の加熱器として運用
することにより、タービン軸受部への潤滑油の給油温度
を急速に上昇させることができ、その結果、タービン通
気以降に油温度低がタービン起動の時間的制約条件とな
らないようにすることが出来る。

〔作用〕

本発明によって設置される潤滑油冷却器への加熱用水の
供給系統には、流量止弁、及び、逆止弁が設置される。

また、潤滑油冷却器への冷却水の供給側の管路には上流
側から流量止弁、及び、温度調節弁が設置されているの
であるが、本発明による加熱用水の供給系統は、この温
度調節弁と潤滑油冷却器の間の管路に接続される。尚、
温度調節弁と接続点の間の管路には逆止弁が追設される
。

また、潤滑油冷却器の冷却水出口側の管路には、加熱用
水のブロー管及びブロー止弁が、冷却水出口止弁の前に
設置される。

潤滑油冷却器への加熱水と冷却水の切替は、タービン通
気開始時に、潤滑油冷却器の出口油温度、すなわち、タ
ービン軸受部への潤滑油の給油温度の高低を判定するか
、もしくは、冷切水の温度と、給油温度の関係から判定
する制御機構を介することにより、それぞれの系統に設
けられた流量止弁を開閉することによって行われる。こ
の時、加熱用水及び冷却水供給系統の接続点の上流側に
は各各逆止弁が設置されているので、流量止弁の開閉動
作時の過渡的な状態でも、両系統の圧力差により流体が
逆流することはない。また、加熱用水に切替わった場合
、同時に潤滑油冷却器出口側の冷却水出口止弁は全閉し
、かわりに加熱用水のブロー止弁が全開動作し、加熱用
水はブロー管から系外に排出されるので、他の冷却器へ
影響を与えることはない。

また、給油温度上昇後の加熱用水から冷却水への切替え
は、タービンの定格回転数時の所要最低給油温度に到達
後、ただちに行うように制御する。

定格回転数時の許容給油温度幅は、通常、１０℃以上あ
るので、本制御により潤滑油冷却器への供給流体が冷却
水に切替わることにより、給油温度の上昇率が鈍化する
ことになるので、給油温度が所要最高給油温度以上にな
ることはない。

尚、本発明では潤滑油冷却器への冷却水量を給油温度に
より制御する温度調液弁の下流側の管路に加熱用水を供
給するので、本調節弁の制御に本発明で付加した系統及
び制御が影響を及ぼすことはない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図により説
明する。

まず、第１図により各機器の系統構成を説明する。図に
おいて、１はタービン潤滑油の循環系統で、２はタービ
ン軸受部、３は潤滑油冷却器である。４は潤滑油冷却器
の冷却水の供給系統で、本系統上には上流側から冷却水
流量人口止弁５、温度調節弁６、及び、本発明により設
置される冷却水逆止弁７がある。８は潤滑油冷却器３か
らの冷却水の出口系統で、９は冷却水流量出口止弁であ
る。１０は本発明により設置される加熱用水のブロー管
で１１はその止弁である。１２は汽力発電プラントの給
水系統で、１３は脱気器、１４は汽缶給水ポンプ、１５
はその昇圧ポンプである。本実施例では本発明によって
設置される加熱用水供給系統１６は、昇圧ポンプ１５の
吐出管１７から分岐し、潤滑油冷却器３への冷却水供給
系統４の逆止弁７と潤滑油冷却器３間の管路に接続され
る。

（ＩＩ） 本加熱用水供給系統１６には上流側から流量止弁１８と
逆止弁１９が設置される。

次に、各回の制御系統を説明する。温度調節弁６の制御
系統２０には、タービン軸受部２へノ潤滑油の給油温度
検出器２１、温度調節器２２、操作空気圧調節器２３が
ある。冷却水入口流量止弁５、出口流量止弁９及び本発
明によって設置される加熱用水供給止弁１８と加熱用水
ブロー止弁１１の制御系統２４は、温度調節器２２から
取り出された信号が電動弁開閉制御装＠２５を介して各
回に伝送される。

次に、各回の制御ロジックを第２図及び第３図により説
明する。第２図は従来技術による制御ロジックを示す。

第３図は従来技術による制御ロジック及び、それに付加
した本発明による制御ロジックを示す。

第３図中、破線で示した制御ロジックは従来技術による
ものであり、実線で示した制御ロジックは本発明により
付加したものである。

まず、第２図を用いて従来技術による制御ロジツクを説
明する。従来技術では、給油温度の所要値に対する高（
ブロック３１）、低（ブロック３２）に対し、温度調節
弁６の開度をそれぞれ、開方向制御（ブロック３６）絞
り方向制御（ブロック３７）を行っている。これは、潤
滑油冷却器３への冷切水量を加減し、給油温度を所要値
に調整することを目的としたものであるが、温度調節弁
６が全開時にも冷却水の弁リークによりタービンターニ
ング時の所要給油温度が保持出来ない時の対策として、
ターニング時の給油温度の規定値以下になった場合をと
らえて、冷却水入口流量止弁５を全開（ブロック３９）
、規定値以上で全開（ブロック３８）するロジックが付
加されている。

これに対し本発明で付加した制御ロジックを第３図によ
り説明する。本発明はタービン通気から昇速終了に至る
タービン起動時において、タービン潤滑油の給油温度が
所要値に対して低い場合に、潤滑油冷却Ｍ３に対する冷
却水の供給を止め、加熱用水を供給する。従って１本発
明により付加される弁の制御ロジックは全て、給油温度
規定値以下（ブロック３５）とタービンが通気・昇速過
程にあること（ブロック４０）のＡＮＤ条件の成立の可
否によるものである。このＡＮＤ条件が満たされる場合
、すなわち、タービンが通気・昇速過程にあり、かつ、
給油温度が規定温度よりも低い場合、以下の弁の全開全
閉信号が発信される。潤滑油冷却器３への加熱蒸気供給
を目的としての加熱用水止弁１８の全開信号（ブロック
４１）。潤滑油冷却器３への冷却水の供給停止のための
冷却水人口止弁５全閉信号（ブロック３９）。加熱用水
の冷却水系統への循環防止のための冷却水出口止弁９全
閉信号（ブロック４３）。及び加熱用水の冷却水系外へ
の排出用としての加熱用水ブロー止弁１１の全開信号（
ブロック４５）である。また逆に、ブロック３５とブロ
ック４０のＡＮＤ条件が満たされない場合、これらの弁
は全てＡＮＤ条件成立時の弁全開全開動作と逆動作をす
るように制御信号が発信される。すなわち、その場合、
ブロック３８、ブロック４２、ブロック４４、及びブロ
ック４６の弁制御が行われる。

第４図は、汽力発電プラン１〜の起動時におけるタービ
ン回転数、及び、タービン軸受部潤滑油給油温度の時間
変化を示したものである。

第４図で、ｒｌは潤滑油給油温度チェックを行うタービ
ン回転数、ｒ２はタービン定格回転数を示す。また、Ｔ
２はタービンターニング運転時許容最低給油温度、Ｔ３
はタービンターニング運転時許容最高給油温度、Ｔ５は
タービン定格回転数時、許容最低給油温度、そして、Ｔ
４はタービン通気以降での許容最高給油温度を示す。タ
ービン起動カーブ５１は潤滑油の給油温度低がタービン
昇速の時間的制約にならない場合のタービン回転数の時
間変化を示す。カーブ５１では時刻ｔ１で通気開始され
たタービンは、時刻ｔ２でラブチェック終了し、途中昇
速を中断することなく時刻ｔ４で定格回転数ｒ２に到達
し、時刻ｔ５で発電機の併入が完了する。この場合の給
油温度の時間変化をカーブ５２に示す。カーブ５２は昇
速過程で潤滑油給油温度チェックを行なうタービン回転
数ｒｌに到達した時刻ｔ３に、既に、給油温度がタービ
ン回転数ｒ１での設定給油温度Ｔ３に到達していること
を示している。このような給油温度のすみやかな上昇は
、ターニング時の給油温度が許容最大給油温度Ｔ２に近
ければ近い程、タービン回転数ｒ１での設定給油温度Ｔ
３との温度差が小さくなること、また、ターニング時の
給油温度が上限値Ｔ２に近いということは冷却水の温度
も比較的高温であるのでタービン通気ｔ１以降での給油
温度の上昇も大きくなるので容易であると考えられる。

すなわち、この場合、給油温度低がタービン昇速時間の
超過原因となることはない。

しかし、冬季の起動時に、ターニング時の給油温度が許
容最低給油温度Ｔ１の近傍にある場合、すなわち、冷却
水温度も２０℃以下と低い場合には、通気開始時ｔ１で
の給油温度が低いうえにタービンの通気・昇速時の給油
温度の立ち上がりが遅くなる。故に、カーブ５３に示す
ように時刻ｔ３に給油温度がタービン回転数ｒ１での設
定給油温度Ｔ３に到達しないため、起動カーブ５４に示
すように、タービンは昇速を中断し、時刻ｔ６で給油温
度がＴ３に到達してから定格回転数への昇速を再開する
ことになる。この場合、この昇速の中断時間、ｔ３〜ｔ
６がそのまま起動時間の遅れとなる。

しかし、本発明では、この様な場合、第３図に示すよう
に、ロジック３５とロジック４０のＡＮＤ条件が成立す
るので、潤滑油冷却器３への冷却水の供給が止まり、汽
缶給水ポンプ１４の昇圧ポンプ吐出管１７から、７０〜
８０℃の温水供給が開始される。すなわち潤滑油冷却器
３はタービン潤滑油の加熱器としての運用に切替わるの
で給油温度は、カーブ５５に示すように、すみやかに上
昇し、タービン回転数ｒ１に達した時に給油温度は１３
以上となるので、給油温度低が起動時間の超過原因とな
ることを防止出来る。

また、カーブ５５で第３図に示すロジック３５とロジッ
ク４０のＡＮＤ条件は、給油温度がＴ３を越えた時点で
不成立となり、潤滑油冷却器３への温水の供給は止り、
冷却水の供給が開始される。

この冷却水量は、ロジック３１とロジック３２により、
潤滑油の給油温度に対して、温度調節弁６により制御さ
れる。これにより、潤滑油の給油温度は、タービン定格
回転数時に許容される温度範囲Ｔ４〜Ｔ５での運転が可
能となる。

本実施例によれば、冬季の起動時にも、タービン軸受冷
却水温度低がタービン通気・昇速の時間的制約事項とな
ることがなく、タービン起動時間の短縮に効果がある。

第５図に他の実施例を示す。本実施例では第１図に示す
実施例に対し、温水の取出点を、汽缶給水ポンプ１４の
昇圧ポンプ吐出管１７から、脱気器再循環系統２６の脱
気器再循環ポンプ２７出口に変更したものである。本実
施例における制御ロジックは第２図・第３図と同一であ
り、またタービン起動時におけるタービン回転数とター
ビン軸受部潤滑油給油温度の時間変化は、第４図に示す
ものと同一である。

また、第６図に他の実施例を示す。本実施例では第１図
に示す実施例に対し、温水の取出点を、汽缶給水ポンプ
１４の昇圧ポンプ吐出管１７から、昇圧ポンプ１５の入
口管に変更したものである。

本実施例における制御ロジックは第２図・第３図と同一
であり、また、タービン起動時におけるタービン回転数
とタービン軸受部潤滑油給油温度の時間変化は、第４図
に示すものと同一である。

また、本発明に変わる他の方法、例えば、高速ターニン
グを採用し、ターニング運転中のタービン給油温度を、
あらかじめ、上昇させておく方法と比較すると、タービ
ン空転防止装置や発電機の回転子接触部の材質変更等が
必要ないので、既設プラントの改造に要する経費が大幅
に節減出来る。

さらに、特開昭５０−６４６０４号公報での提案と比較
し、機器配置及び機器設備費面で優れている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冬場の汽力発電プラントにおいて、プ
ラント起動時間を大幅に、短縮することができ、電力需
要変動に即応した汽力発電プラントの給電運用に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は従来技術
の制御ロジック図、第３図は第２図に第１図及び第５図
に示す実施例の制御ロジックを付加した図、第４図は起
動時におけるタービン回転である。 １・・・タービン潤滑油循環系統、２・・・タービン軸
受部、３・・・潤滑油冷却器。 第　３　図 第４図 （０Ｌ） 閂 時間 Ｚ　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン軸受の潤滑油を低温流体により冷却する熱
   交換器を設けた原動機プラントにおいて、前記熱交換器
   に、汽缶給水ポンプの昇圧ポンプ吐出水を加熱媒体とし
   て管路で供給する系統を設け、前記潤滑油の温度を制御
   することを特徴とするタービン軸受潤滑油温度制御装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、 脱気器の再循環ポンプの吐出水を加熱媒体として管路で
   供給する系統を設け、前記潤滑油の温度を制御すること
   を特徴とするタービン軸受潤滑油温度制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記汽缶給水ポンプの前記昇圧ポンプの入口水を加熱媒
   体として管路で供給する系統を設け、前記潤滑油の温度
   を制御することを特徴とするタービン軸受潤滑油温度制
   御装置。