JPS6342086B2

JPS6342086B2 -

Info

Publication number: JPS6342086B2
Application number: JP56062676A
Authority: JP
Inventors: Aatsuaa Kaaru Uesutefuaru Baando; Howaado Mooru Junia Jeimusu; Jooji Ribingusuton Richaado
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-04-30
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1988-08-22
Also published as: GB2074757A; FR2481741A1; ES8300375A1; FR2481741B1; DE3116340A1; IT8121398A0; JPS57310A; CA1164072A; DE3116340C2; DE3116340C3; IT1137065B; DE3153303C2; ES501727A0; US4320625A; MX153104A; CH658494A5; GB2074757B

Description

【発明の詳細な説明】この発明はタービンの部品に対する過大な熱応
力を避けると同時に、負荷変化速度を最大にする
為に、蒸気タービン・発電機に急速に負荷を増加
並びに減少する方法並びに装置に関する。

大形蒸気タービンの信頼性を高めて、その運転
寿命を長くする為には、タービンのあらゆる動作
段階で、過大な熱応力を避けることが絶対条件で
ある。これは、タービンを目標負荷まで負荷増加
（loading）並びに負荷減少（unloading）するこ
とを含む。タービンの始動時、進入蒸気の温度と
タービンの金属の温度との間の不釣合により、熱
応力が生ずる。不釣合の程度並びに過大な応力が
発生する可能性は、最近の運転経過並びに始動を
始めた点、即ちタービンを暖機始動したか、冷機
始動したかに関係する。然し、一旦タービンが始
動して負荷出力を発生すると、蒸気の流量は十分
大きいので、表面金属の温度は蒸気の温度に密接
に追随し、この場合過大な応力は、負荷の急速
な、制御されない変化によつて起り得る。

熱応力の制御は、応力レベルと予想される回転
子の寿命との間の解析的並びに統計的な相関性に
主に基づいている。従来、始動時の加速段階の
間、操作員の案内とする為、並びに負荷増加過程
の間、金属の温度変化率を決定し且つ制御する為
に、図表、グラフ及びその他の制御方法が工夫さ
れている。初期の温度の不釣合を少なくする為
に、「ターニング装置」の熱均らし期間を含めて、
負荷増加過程を速める為にも種々の方法が用いら
れている。更に、高圧タービンの入口部分を一様
に温める為に、効率のあまりよくない「全円弧」
蒸気進入様式での初期運転も利用されている。

従来、タービンに損傷を招くことなく、始動時
間を最短にすることが出来る様に、蒸気タービン
を始動並びに制御するものとして、これまで発表
された方法に、多数の提案がある。然し、こうい
う方法は、実際には滅多に存在しない理想的なボ
イラー条件に基づくものが普通である。タービン
の始動には何時間もかゝるから、蒸気の温度並び
に圧力に変動があつても差支えない様にしなが
ら、始動時間並びに負荷増加及び負荷減少時間を
短縮する装置が非常に価値がある。

速度及び温度の測定値から、回転子の表面及び
中孔の応力を連続的に計算し、その後、許容最大
応力まで負荷増加を行う、始動並びに負荷増加を
制御する手のこんだ方法が米国特許第3446224号
及び同第3561216号に記載されている。これらの
米国特許に記載される方法並びに装置は、速やか
な始動並びに負荷増加を達成するものであるが、
一層速くすることが望ましいし、タービンの相異
なる部分の種々の部品の間で、それらの設計上の
能力に関連して、熱応力の分布を更によくするこ
とによつて、そういう結果が期待出来る。従つ
て、この発明の目的は、始動、運転停止並びにそ
の他の負荷変化期間の間、負荷増加速度
（loading rate）及び負荷減少速度（unloading
rate）を最大にしながら、蒸気タービンの部品に
かゝる熱応力を制御する改良された方法並びに装
置を提供することである。

この発明を実施する時、タービンの予め選ばれ
た多数の部品について、生ずる応力、応力の時間
的な変化率並びに供給蒸気温度の時間的な変化率
を監視する。これらの監視される量並びにそれか
ら導き出した量から、予め選ばれた各々の部品に
対して負荷増加速度を計算し、その後最低の負荷
増加速度を選択して、関連した負荷制御手段の負
荷設定値に対応する変更を行う。同時に、負荷速
度の変化の計算並びに実行と協調して、タービン
の蒸気進入様式を、応力を最小限に抑えるため必
要に応じて、部品円弧進入様式又は全円弧進入様
式のいずれかに自動的に切換える。この為、最初
に計算された負荷増加速度並びに操作員によつて
設定された最大負荷増加速度から、応力基準値を
決定する。この基準値を、タービンの予め選ばれ
た部品に対して決定された応力の最高値と加算
し、応力の差の値を求める。この差の値を関連し
た進入様式切換え手段に印加すると、この手段が
蒸気進入様式を全円弧進入様式又は部分円弧進入
様式のいずれかに切換え、差を最小限に抑える。
好ましい実施例では、前述の差の値はバイアス手
段によつて公称値の上下に変えることが出来、乗
数を乗ずることが出来る。乗数の値は、応力の時
間的な変化率並びにタービンに対する現在の運転
負荷に関係する。

この発明は以下図面について好ましい実施例、
並びに実施方法を説明する所から更によく理解さ
れよう。

第１図について説明すると、再熱蒸気タービ
ン、その通常の速度及び負荷制御装置並びにこの
発明の自動応力制御形負荷速度制御装置が機能的
な略図で示されている。当業者であれば、大形蒸
気タービン・発電機制御システムが非常に複雑で
あり、従つてこゝにはこの発明に関係する部分し
か示してないことが理解されよう。

図面に示したタービンの部分は、高圧部１０、
再熱部１２、両向き流れ低圧部１４を含み、これ
らがいずれもタンデム形に接続されて発電機１６
を駆動し、発電機が負荷に電力を供給する。低圧
タービンの数並びに配置はこの発明を理解するの
に重要ではない。ボイラー１８からの蒸気が主止
め弁２０及び制御弁２２，２４，２６，２８を通
る。各々の制御弁は高圧部１０の第１段の相異な
る円弧部分のノズルに接続されている。高圧部１
０から出た蒸気が再熱器３０で再熱され、中間阻
止弁３２を介して再熱部１２へ流れ、その後交差
導管３４を介して低圧部１４に流れる。

蒸気の進入が包括的に３６と記した制御弁サー
ボ機構によつて制御され、これが破線で示す様
に、夫々の弁に作動的に接続されている。このサ
ーボ機構は、周知の様に、電気信号に応答して、
高圧流体圧ラムを駆動する電気流体圧形にするこ
とが出来る。

サーボ機構３６は負荷制御装置３８によつて制
御される。負荷制御装置３８が、所望の蒸気流量
に対応する適当な弁位置ぎめ信号を発生する。主
制御ループの残りの部分は、軸速度変換器４２か
ら速度信号を受取る速度制御装置４０を含む。こ
の発明に使うのに適した速度及び負荷制御用の制
御システムが、米国特許第3097488号に記載され
ている。

周知の様に、制御弁２２乃至２８は、「全円弧」
進入様式に於て、全ての円弧部分のノズルを介し
て蒸気を一様に送込むか、或いは熱力学的にはも
つと効率のよい「部分円弧」進入様式で制御弁２
２乃至２８を順次操作して蒸気を送込む様に、操
作することが出来る。全円弧進入様式及び部分円
弧進入様式の間の切換えを行うと共に、これまで
行われた切換えの程度を表示する手段が、切換え
装置４４として概略的に示されている。この点で
役立つ方法並びに装置が米国特許第4177387号に
記載されている。別の種類の切換え機構が米国特
許第3403892号に記載されている。

第１図の破線の囲みの中には、負荷制御装置３
８及び様式切換え手段４４と相互作用する自動様
式選択手段及び負荷速度制御手段が示されてい
る。第１図の自動様式選択及び負荷速度制御装置
は、周知の普通の部品を用いて実現することが出
来る。この装置によつて処理された信号はアナロ
グ又はデイジタルのいずれであつてもよく、或い
はアナログ及びデイジタルの組合せであつてもよ
い。更に、後で更に詳しく説明するが、この発明
による自動様式選択及び負荷速度制御は、プログ
ラム貯蔵形計算機によつて実施することが出来
る。

第１図のシステムの破線の囲みの中に示した自
動様式選択及び負荷速度制御装置に対する入力
が、熱電対４６によつて感知される第１段金属温
度T_HP、熱電対４８によつて感知される再熱部金
属温度T_IP、熱電対５０によつて感知される主蒸
気温度T_MS及び熱電対５２によつて感知される再
熱蒸気温度T_RHを含むことが好ましい。

応力計算器５４が温度入力を利用して、高圧部
の回転子の表面及び中孔、並びに再熱部の回転子
の表面及び中孔に加わる応力を計算する。タービ
ンを定格速度で運転していると仮定すると、熱応
力だけを考えればよく、回転子の速度は計算器５
４に必要な入力とはならない。この様な回転子の
応力を計算する為、この発明で使うことの出来る
装置、回路並びに方法が前掲米国特許第3446224
号に詳しく記載されている。

微分器５６，５８により、主蒸気温度T_MS及び
再熱蒸気温度T_RHに対する蒸気温度の時間的な変
化率が夫々決定される。更に微分器６０によつ
て、タービンの応力の時間的な変化率が決定され
る。応力計算器５４、蒸気温度微分器５６，５８
及び応力微分器６０からの出力信号が負荷速度計
算器６２に印加される。即ち、負荷速度計算器６
２がタービンの予め選ばれた４つの部品に加わる
応力を表わす信号、これらの部品の応力の時間的
な変化率を表わす信号、及びタービンに供給され
る蒸気の温度の時間的な変化率を表わす信号を受
取る。好ましい実施例では、予め選ばれる部品
が、高圧部回転子の表面及び中孔、及び再熱部回
転子の表面及び中孔を含む。これらの入力信号か
ら、負荷速度計算器６２が、タービンの各々の予
め選ばれた部品に対して許容し得る負荷増加速度
を決定する。この計算で、応力の値、応力の変化
率、蒸気温度の変化率を対応的に釣合せる。例え
ば、高圧部回転子の表面に対して計算される負荷
増加速度は、高圧部回転子の表面の応力、応力の
変化率、及び主蒸気温度の変化率に基づく。変化
率がこの計算に予測の要素を持ち込む。この様な
変化率を発生する微分手段は電子回路及び信号処
理の分野で周知であり、例えば演算増幅器及び抵
抗−静電容量回路を用いて電子式に構成すること
が出来る。

各々の負荷増加速度の計算は、負荷速度計算器
６２によつて次の式に従つて行われる。

Ｒ＝（R₁＋R₃）R₂ こゝで R₁＝K₁（K₂−Ｓ） R₂＝１−K₃dT／dtS² R₃＝−K₄dS／dtS² 但しK₁、K₂、K₃、K₄は定数で、その値は制御
される特定のタービン及びその動作パラメータに
関係し、Ｓはタービンの対応する部品に対して決
定された応力、Ｔは対応する蒸気温度である。

この式に従つて４つの速度を発生する様に作用
する負荷速度計算器６２は、周知の加算器、減算
器及び掛算装置で構成することが出来る。こうし
て計算された４つの負荷増加速度が低値ゲート６
４に印加され、これが負荷増加速度の内の最低の
ものを選択し、それを負荷制御装置３８に印加し
て、それに応じてタービンの負荷増加速度又は負
荷減少速度を定める。

前掲米国特許第3561216号に例示される様な従
来の負荷速度制御器では、負荷増加速度がこの出
願の第２Ａ図に例示される様な回転子の応力の関
数として決定されていた。この図示の関係は、応
力の或るレベルS_Lより高い所では、S_LとS_Hの間の
応力範囲で比例制御を行う。ループ利得が小さい
時（即ち、Ｓに伴うＲの変化速度が比較的小さい
時）、負荷増加中の定常状態応力はS_Hより十分低
い。然し、ボイラーの蒸気温度が上昇しつゝある
状態で、負荷が半分又はそれ以下の時、応力がS_H
の前後でサイクル状に変わり、負荷増加速度が操
作員によつて設定された最大値R_MAXとゼロとの
間をサイクル状に変化する限界サイクルが発生す
ることがある。こういう効果が夫々第２Ｂ図及び
第２Ｃ図に示されており、これらの図で、この発
明の制御装置によつて達成される応力並びに負荷
増加速度を従来の負荷速度制御装置によつて達成
される結果と比較してある。この発明では、負荷
増加速度は、過大なレベルまでの振動による変化
を伴わずに、許容し得る応力レベルで目標負荷ま
で滑らかに進む。第２Ｂ図及び第２Ｃ図で、従来
の制御装置を用いた場合の結果が破線で示されて
いる。この発明の制御装置による結果が切れ目の
ない実線で示されている。

上に述べた関係並びに既に定義した３つの因子
R₁、R₂及びR₃を検討すれば、R₁が応力の線形関
数であり、応力が増加すると低下することが判
る。定数K₁及びK₂は、応力レベルが低い時にR₁
が比較的高い値を持ち、利得が比較的小さくなる
様に選ばれている。即ち、応力が増加する時、
R₁は比較的ゆつくりと低下する。因子R₂及びR₃
は、応力が小さい値の時は、計算された速度Ｒに
殆んど影響を持たないが、応力が増加すると急速
に効いて来る様に作用する。従つて、各々の因子
に応力の自乗が含まれている。因子R₂及びR₃は、
負荷増加速度の計算に予測の要素を持ち込む為、
変化率dT／dt及びdS／dtを含んでいる。定数K₁、K₂、 K₃、K₄の値は特定のタービンの形状並びに設計
の関数であるが、例としてK₁＝8.3、K₂＝0.9、
K₃＝0.1及びK₄＝60の場合、この発明の目的に合
う負荷増加速度が実現された。勿論、K₁、K₂、
K₃、K₄は負荷速度計算器６２の中で予め調節す
ることが出来る。

約束として、温度の上昇によつて生ずる応力を
正の量として計算し、温度の低下による応力を負
と計算する。応力の時間的な変化率並びに蒸気温
度の時間的な変化率を決定する際、この定めに従
う。こういう極性は、タービンにとつて適切な負
荷増加又は負荷減少を行わせる為に、負荷速度計
算器６２で正又は負の負荷増加速度を決定する場
合に正しく考慮される。

以上は、蒸気タービンの負荷変化速度を制御す
る方法として、それだけで、タービンの部品に損
傷を招く様な応力を加えずに、タービンが目標負
荷に到達し得る様な負荷増加速度及び負荷減少速
度をもたらす方法を説明したものである。然し、
この発明の目的に合せて、実際にタービンに加え
られる負荷増加速度又は負荷減少速度が最適の速
度になる様にする手段も設ける。即ち、過大な応
力を発生せずに許容し得る最大の又は最も速い速
度になるものである。これは、負荷変化速度の制
御と同時に、蒸気進入様式を制御することによつ
て達成される。全体としての統制された制御は下
記の作用並びに応答に基づく。

１この発明のこれまで説明した特徴に従つて、
負荷増加速度は、操作員によつて設定された最
高の速度を限度として、高圧部回転子及び再熱
部回転子の応力の内、最も正のものによつて決
定される。逆に、負荷減少速度は、高圧部回転
子及び再熱部回転子の応力の内、最も負のもの
によつて決定される。

２全負荷より少ない負荷の時、高圧部の第１段
の温度は、部分円弧に向つて進入様式を調節す
ることによつて下げ、全円弧に向つて進入様式
を調節することによつて上げる。

３高圧部回転子の応力が負荷増加速度を制限す
る時、進入様式を部分円弧に向つて調節し、再
熱部回転子の応力又は操作員によつて設定され
た限界によつて許容される値まで、負荷増加速
度を増加することが出来る様にする。負荷減少
の際、高圧部回転子の応力が制限作用を持つ場
合、進入様式を全円弧に向つて調節し、再熱部
回転子の応力によつて許容される値まで負荷減
少速度を増加する。

４再熱部回転子の応力が負荷増加速度を制限す
る時、進入様式を全円弧に向つて調節し、必要
に応じて高圧部回転子の加熱を続けると共に、
負荷増加に影響しない許容最高レベルに応力を
保つ。この代りに、再熱部回転子の応力が負荷
減少を制限する場合、進入様式を部分円弧に向
つて調節し、高圧部回転子を冷却すると共に応
力を負荷減少速度に影響しない許容最高レベル
に保つ。

第１図に戻つて、装置の進入様式制御部分を説
明する。高圧部回転子の表面又は中孔の応力の高
い方を最初に高値ゲート６７で選択し、選択され
た応力の絶対値を絶対値装置６９で発生する。応
力の絶対値S₁が加算点７１で応力の基準値S_Cと加
算される。応力の基準値S_Cは基準計算器７３で計
算されるが、応力S₁の大きさに応じて、初期負荷
増加速度R_IN又は操作員によつて選択された最大
負荷増加速度R_MAXの関数である。S_Cの計算は普
通のアナログ又はデイジタル部品を用いて、第３
図に示し且つ後で説明する式及び条件に従つて行
うことが出来る。初期負荷増加速度R_INは応力に
無関係であり、応力の実際の値が負荷速度の計算
に意味を持つ様なレベルに上昇するまでのタービ
ンの始動のごく初期の間、タービンを制御する為
に、負荷速度計算器６２によつて決定される。初
期負荷増加速度R_INは、タービンが余裕のある安
全裕度をもつて負荷増加範囲全体にわたつて耐え
得る負荷増加速度を表わす。初期負荷増加速度を
計算する適当な方法は、従来長い間使われていた
方法を含むが、この計算はタービンの高圧部分の
予想温度変化に基づくことが好ましい。初期負荷
増加速度の大きさが幾らになるか又はその計算方
法がこの発明の一部を構成するものではないこと
が理解されよう。

この発明の作用により、タービンの蒸気進入様
式が、全円弧から部分円弧への切換え手段４４に
より、応力の基準値S_Cと応力の実際の値S₁との間
の差（加算点７１で発生される）を最小にする様
な動作様式に自動的に切換えられる。勿論、この
差を最小にする時、進入様式は部分円弧又は全円
弧動作の局限位置の中間点で制御することが出来
る。いずれにせよ、差信号（S_C−S₁）をタービン
の現在の運転状態並びに応力の変化率に応じた量
だけ増幅すること、並びに差信号を最小にする、
全円弧と部分円弧の間の平衡点を調節する為の手
動手段を設けることが望ましい。この為、差信号
（S_C−S₁）に第１の掛算器７５で係数Ｋ及びFAC
を乗ずる。この掛算の積を加算点７７でバイアス
信号と加算する。係数Ｋの大きさは選択された高
い値の応力の変化率dS₁／dtに関係し、この為に
必要な変化率関数は微分器７９から得られる。比
較器８１が、応力の変化率dS₁／dtが、dS₁／dtの
予め選ばれた限界値より大きいか小さいかに応じ
て、K₆又はK₅dS₁／dtのいずれかを乗数として選
択する様にゲート８３を作動する。

比較器８５で、タービンに対する現在の実際の
負荷R_L（負荷変換器８７によつて決定される）を
予め設定した限界値R_LIMと比較し、ゲート８９を
作動して、現在の運転負荷が予め選択された値
R_LIMより高いか低いかに応じて、２番目の乗数
FACとしてK₇R_L又はADのいずれかを選択する。
FACの選択された値が第１の掛算器７５及び第
２の掛算器９１に印加され、そこで予め選ばれた
バイアスの値を乗ぜられてから、加算点７７で最
終的に乗数を乗じた差信号と加算される。前に述
べた様式の切換えを行う信号が、加算点７７から
得られ、様式切換え装置４４に印加される。

第１図の制御システムは容易に入手し得る普通
の部品を用いて実現することが出来る。例えば、
ゲート８３，８９は電気機械的な又は固体電子式
のスイツチング装置にすることが出来る。比較器
８１，８５、掛算器７５，９１、基準計算器７
３、絶対値手段６９及び高値ゲート６７は周知の
回路形式の演算増幅器を用いて実現することが出
来る。然し、第１図の制御システムは電子手段以
外の手段を用いても実現することが出来る。こう
いう他の手段としては、流体圧、空気圧又は流体
論理装置がある。

こうして第１図の実施例は、応力を制御した状
態で、タービンの運転を最適にする様に、蒸気進
入様式及び負荷速度を連続的に自動的に制御す
る。この発明と共に付加的な制御素子を利用し
て、一方又は他方の蒸気進入様式だけでタービン
を運転することが出来ることは云うまでもない。
例えば、定格負荷の10％未満の時、タービンの運
転を全円弧様式で続けるのが最も賢明であると認
められよう。他方、絶えず高い負荷を保つ場合、
更に効率のよい部分円弧蒸気進入様式の方に常に
制御作用を切換えることが出来る。

この発明によつて熱応力制御形で蒸気タービン
の負荷増加又は負荷減少を行うことは、第１図に
示す様な装置で実施することが出来るし、前に述
べた様に、或いはその代りに、プログラム貯蔵形
デイジタル計算機を利用して、（例えば第１図の
負荷制御装置３８及び切換え装置４４の様な）負
荷制御手段及び様式切換え手段と相互作用をさ
せ、この発明を実施することが出来る。この発明
の負荷速度制御及び様式制御に特に適した専用計
算機形制御装置が係属中の1980年６月９日出願の
米国特許出願第157348号に記載されている。

第３図及び第４図には、この発明に従つて応力
制御形の負荷増加を行う為に計算機をプログラム
する際の手順の工程を示すフローチヤートが示さ
れている。こういうフローチヤートを用い、関係
する定数が判る様に（設備、形状並びに特定の使
い方の細部を含めて）制御しようとする特定のタ
ービンが判つていれば、この発明に従つてプログ
ラムされた一組の命令を作成することは、当業者
に容易に出来ることである。フローチヤートに使
われる記号を次に説明する。これらは第１図及び
第２図に用いた記号と合せてある。

Ｒ＝負荷増加速度、％定格負荷／分で表わす。

R_IN＝現在の応力に無関係な初期負荷増加速度、
タービンの初期始動段階の為に決定するもの
で、％定格負荷／分で表わす。

R_L＝現在の実際の負荷、定格負荷の百分率で表
わす。

RLR＝負荷基準、定格負荷の百分率で表わす。

R_MAX＝操作員が選択する最大負荷増加速度（タ
ービンが負荷を増大することの出来る最大増加
速度）で、％定格負荷／分で表わす。

R_LI＝負荷変化の初めに於ける負荷、定格負荷の
百分率で表わす。

T_L＝目標負荷、定格負荷の百分率で表わす。

Ｓ＝応力、正規化単位で表わす。

S_1S＝応力、高圧部回転子の表面。

S_1B＝応力、高圧部回転子の中孔。

S_2S＝応力、再熱部回転子の表面。

S_2B＝応力、再熱部回転子の中孔。

S₁＝S_1B又はS_1Sの内の選択される大きい方の値。

S_1MAX＝S₁の予め選ばれた許容最大値。

S_C＝応力の基準値、低い方の応力限界（すなわち
応力S₁がその値まで増大してよいことを表わす
許容可能な応力値）であり、正規化単位で表わ
す。

Ｔ＝温度ｔ＝時間 DIV＝応力基準S_Cの計算に使われる因子。

RAMS＝応力基準S_Cの計算に使われる因子。

DS₁＝応力S₁の時間的な変化率。

Ｋ＝第１の乗数。

FAC＝第２の乗数。

T_MS＝主供給蒸気の温度。

T_RH＝タービンの再熱部に対する供給蒸気の温
度。

S_OLD＝前の計算サイクルで得られたＳ。

Ｎ＝ＳがS_OLDより小さい時間（分）、Ｎ＝４が最
大。

R_LIM、AD、K₁乃至K₇＝定数（その数値は制御さ
れる特定のタービンの特性に関係する）。

第３図のフローチヤートは、この発明による負
荷速度及び進入様式の制御を行う為の計算機のプ
ログラムに必要な工程を幾分簡略にした形で示し
ている。このフローチヤートは、この発明を理解
するのに重要ではない或る日常的な安全検査又は
操作員或いは装置に課せられる保留が省略されて
いる点で、簡略化されているだけである。第３図
のフローチヤートについて説明すると、一旦目標
負荷及び現在の負荷に関するデータが判れば、最
初の工程は、現在の負荷が、予め設定された条件
を充たす位に、目標負荷に接近しているかどうか
を判定することである。そうでなければ、第３図
に基づくプログラムにより、第４図の工程による
負荷速度計算サブルーチンが呼出され、負荷増加
速度Ｒを決め、それが印加されて、第１図に示す
様な負荷制御装置で負荷基準RLRの変更を行う。
第３図のプログラムは、応力並びにその変化率の
正又は負のいずれかの極性を負荷増加又は負荷減
少に適切なものとして選択する工程を含む。高圧
部回転子の表面又は中孔の応力のいずれの方が大
きいかに応じて、その一方を選択する工程が含ま
れている。応力の選択された大きい方の値並びに
最大値に対するその関係に基づいて、応力基準値
S_Cを計算するのに使う為、第１の因子DIVが選ば
れる。DIVは応力S₁がその許容最大値の所定の割
合（例えば98％）を越えた場合はより大きな値に
される。タービンを負荷増加しているのか負荷減
少しているのかを確認する為に、目標負荷が負荷
変化の初めに於ける負荷設定他（R_LI）と比較さ
れる。負荷減少の場合、応力基準値を図示の様に
選択する。他方、タービンを負荷増加している場
合、第２の因子RAMS（その値は、最初に負荷を
かける時、第４図のサブルーチンに従つて計算さ
れる初期負荷増加速度R_INに関係する）と操作員
によつて選択された負荷増加速度が、S_Cを計算す
るのに使う為に選ばれる。タービンを負荷増加し
ているか負荷減少しているかに応じて、バイアス
の値を選択する。

応力基準値S_Cと応力の実際の大きい方の値S₁と
の間の差に因子Ｋ及びFACを乗ずる。第１の因
子Ｋの大きさは応力の時間的な変化率によつて決
定され、第２の因子FACはタービンに加わる現
在の実際の負荷と、使用中のタービンの種類に関
係する定数K₇とによつて決定される。

最後に、進入様式切換え装置にフローチヤート
の最後の工程に示す関係に比例する信号を供給し
て、タービンの高圧部に於ける応力を最適制御す
るのに必要な様に、様式の調整を行う。

第４図のフローチヤートに示した負荷速度計算
サブルーチンでは、最初に、初期負荷増加速度
R_INを計算しなければならないかどうかを確認す
ることが必要である。計算しなければならない場
合、タービンの初期負荷をかける為に、応力に関
係のない安全な負荷増加速度を計算する別の１群
の方法の工程（図に示してない）が必要である。
これが必要なのは、負荷増加段階の早期には、負
荷速度の計算に役立つ意味のある値を発生するほ
どに応力レベルが上昇していないからである。然
し、プログラムの工程がこの初期条件を通過する
と、タービンの４箇所に於ける応力の値及びその
時間微分が、主供給蒸気及び再熱蒸気の両方に対
する蒸気温度の変化率と共に計算される。応力の
計算並びに初期応力のゲート・ルーチンは、米国
特許第3446224号に実質的に記載されているので、
詳しく示してない。応力の値、その変化率の値、
及び蒸気温度の変化率がタービンの各位置に応じ
て対応的に合され、その後、各々の位置に対し、
負荷変化速度Ｒを計算する。所要数の変化速度が
計算されるまで、これが逐次的に行われる。負荷
増加速度の計算はプログラム工程のサイクルを経
由する毎回のパスで計算された負荷増加速度を変
更して、最も急速な負荷増加速度を達成する為
に、過大ではないが高いレベルに応力を保つ様
に、応力の傾向を追跡する工程を含む。タービン
が負荷増加又は負荷減少段階のいずれにあるかを
決定して、符号つきの値をそれに応じて正又は負
に定める工程も含まれている。負荷増加速度を計
算するのに使われる因子の大きさに制限を加える
他の工程も含まれている。計算された４つの変化
速度の内から、最低の負荷増加速度が、制限作用
を持つ負荷増加速度として選択される。選択され
た負荷増加速度が一定の限界並びに操作員によつ
て設定された限界に関して判断基準を充たす場
合、計算された負荷増加速度が第３図の工程に示
す負荷増加プログラムに印加され、最終的に第１
図に示す様な負荷制御手段に印加される。

こゝに説明した方法は、電気装置、流体圧装
置、流体論理装置又は空気圧装置を用いて、アナ
ログ又はデイジタル形のいずれであつても、同等
の多数の制御装置によつて実施することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による制御システムの回路
図、第２Ａ図は従来のタービン負荷増加制御装置
の場合の負荷増加速度と応力との関係を示す図、
第２Ｂ図乃至第２Ｃ図は第２Ａ図の関係図に従つ
て及びこの発明に従つて制御された蒸気タービン
の応力及び負荷についての効果を夫々示すグラ
フ、第３図は計算機を用いてこの発明を実施する
負荷増加並びに進入様式を制御する方法の工程を
示すフローチヤート、第４図は計算機を用いてこ
の発明を実施する負荷速度計算工程を示すフロー
チヤートである。主な符号の説明、１０：タービンの高圧部、１
２：タービンの再熱部、２２，２４，２６，２
８：制御弁、３８：負荷制御装置、４４：様式切
換え装置、４６，４８，５０：熱電対、５４：応
力計算器、５６，５８，６０：微分手段、６２：
負荷速度計算器、６４：低値ゲート、７１：加算
点、７３：基準計算器。

Claims

【特許請求の範囲】１円弧形ノズル及び高圧タービン回転子を含む
高圧部１０、中圧タービン回転子を含む再熱中圧
部１２、前記高圧部の円弧形ノズルへの蒸気の進
入を制御するための複数の弁２２，２４，２６，
２８、並びにこれらの弁を位置ぎめして前記円弧
形ノズルへの蒸気の流量及び前記円弧形ノズルに
おける蒸気の分布を制御する手段３６，３８，４
４を有する蒸気タービンで、該タービンの構成部
品に負荷変化の際に加わる熱応力を制限するため
の方法であつて、 (a) 前記タービン中の複数の点における熱応力を
決定し、 (b) 前記タービンに供給される蒸気の温度の時間
的な変化率を決定し、 (c) 前記複数の点の各々に対して、対応する熱応
力と熱応力の時間的な変化率と蒸気温度の時間
的な変化率の関数として最大許容負荷変化速度
を決定し、 (d) 前記複数の点に対して夫々決定された最大許
容負荷変化速度の内の最も低い値のものの関数
として前記タービンの負荷の変化速度を制御
し、 (e) 予め定めた初期負荷変化速度の関数である応
力基準値を決定し、 (f) 前記応力基準値と前記タービン中の前記複数
の点の内の選ばれた点について決定された応力
との間の差の関数として、該差を最小にするよ
うに、前記円弧形ノズルへの蒸気の分布を制御
する、各工程を有することを特徴とする方法。２特許請求の範囲第１項記載の方法において、
前記工程(a)乃至(f)を連続的に繰返して、前記円弧
形ノズルへの蒸気の分布を連続的に変えると共
に、予め定めた目標負荷まで前記タービンの負荷
の変化速度を連続的に制御する方法。３特許請求の範囲第１又は２項記載の方法にお
いて、前記最大許容負荷変化速度が次の式Ｒ＝（R₁＋R₃）R₂ に従つて決定され、この式で、 R₁＝K₁（K₂−Ｓ） R₂＝１−K₃（dT／dt）S² R₃＝−K₄（dS／dt）S² であり、K₁、K₂、K₃、K₄はタービンのパラメー
タに関係する定数、Ｓはタービン中の前記複数の
点の内の所定の点について決定された応力、Ｔは
蒸気温度である方法。４特許請求の範囲第１乃至３項のいずれか１項
に記載の方法において、前記熱応力の値が前記高
圧タービン回転子の表面及び中孔に対して決定さ
れ、前記円弧形ノズルへの蒸気の進入が前記応力
基準値と前記高圧タービン回転子の表面及び中孔
における夫々の熱応力値の内の高い方の応力値と
の間の差を最小にするように制御される方法。５特許請求の範囲第４項記載の方法において、
前記応力基準値と前記高い方の応力値との間の差
に、該高い方の応力値の時間的な変化率の関数で
ある第１の係数と、前記タービンの実際の負荷の
関数である第２の係数とが乗じられる方法。６特許請求の範囲第１乃至５項のいずれか１項
に記載の方法において、前記応力基準値が、前記
タービンの負荷増加の予め定めた初期変化速度と
負荷増加の予め定めた最大変化速度との関数であ
る方法。７円弧形ノズル及び高圧タービン回転子を含む
高圧部、中圧タービン回転子を含む再熱中圧部、
並びに前記高圧部の前記円弧形ノズルへの蒸気の
進入を制御する複数の弁を有する蒸気タービン
で、該タービン負荷の変化速度を最大にするため
の調整装置において、所望の合計蒸気流量に対応する弁位置ぎめ信号
を発生する負荷制御手段３８と、前記複数の弁の互に対する設定位置を調節する
信号を発生する蒸気分布制御手段４４と、前記負荷制御手段及び前記蒸気分布制御手段か
らの信号に応じて前記複数の弁の各々を位置ぎめ
するサーボ機構３６と、前記高圧部及び前記中圧部の構成部品の予め定
めた点における温度を決定する温度感知装置４
６，４８と、前記点の予め選ばれた各々の点について、該各
点の温度の関数として、該各点にかゝる熱応力及
び該熱応力の最大の許容し得る時間的な変化率を
決定し、前記点における前記熱応力の最大の許容
し得る時間的な変化率の内の最低値のものに従つ
て、前記負荷制御手段に対する負荷変化制御信号
を発生する第１の計算手段５４，６０，６２，６
４と、前記高圧部における熱応力の関数として、前記
蒸気分布制御手段に対する蒸気分布制御信号を発
生する第２の計算手段７１，７３，７５，７７と
を有し、更に、前記タービンに供給される蒸気の温度の
時間的な変化率を決定する手段５６，５８を設
け、前記負荷変化制御信号を発生する前記第１の計
算手段がまた前記蒸気温度の時間的な変化率にも
応じて制御されること、を特徴とする調整装置。８特許請求の範囲第７項記載の調整装置におい
て、前記蒸気温度の時間的な変化率を決定する前
記手段が、主蒸気温度感知装置５０及び再熱蒸気
温度感知装置５２に結合されている調整装置。９特許請求の範囲第７又は８項記載の調整装置
において、前記高圧タービン回転子の表面及び中
孔について決定された熱応力の内の高い方の値を
選択する手段、並びに応力基準値と前記選択され
た高い方の応力値との間の差を決定する手段を含
んでいる調整装置。１０特許請求の範囲第９項記載の調整装置にお
いて、前記応力基準値と前記選択された高い方の
応力値との間の前記差に、前記高い方の応力値の
時間的な変化率の関数である第１の係数Ｋと、前
記タービンの実際の負荷に応じた第２の係数
FACとを乗じる掛算手段を含んでいる調整装置。１１特許請求の範囲第７乃至１０項のいずれか
１項に記載の調整装置において、前記差にバイア
スを加えて前記差をその公称値の上下に変化させ
る回路を含んでいる調整装置。１２特許請求の範囲第７乃至１１項のいずれか
１項に記載の調整装置において、前記応力基準値
を計算する手段を含み、該計算手段が負荷増加の
最大変化速度を表わす入力信号を受取つて、該最
大変化速度と初期負荷増加速度との関数として前
記応力基準値を計算する調整装置。