(57)【要約】【課題】高温・高圧ポンプにおいて、新たな装置や設備を追加することなく、過渡的事象においてもポンプ軸封部から軸受部への蒸気侵入を防止する。【解決手段】ポンプ４の軸封水制御装置１００は、ポンプの軸封部５に供給する軸封水の水量を調節する封水調節弁９を制御する。軸封部からこのポンプ外に排出されるドレン水の温度を温度計６が検出する。温度計が検出した検出温度に応じた信号に変換して温度伝送器７が伝送する。検出温度と予め定めたドレン水温度との偏差に応じてドレン水温度が設定温度となるように、指示調節計８が封水調節弁の開度を調節する信号を出力する。指示調節計からの出力信号を、０％が封水調節弁の全開側、１００％が封水調節弁の全閉側となるような逆動作制御を、軸封水制御装置が実行する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を取り付けた回転軸と、この回転軸の両端部に設けた軸封部と、この軸封部に供給される軸封水の水量を調節する封水調節弁と、この封水調節弁の開度指令を出力する軸封水制御装置とを備えたポンプにおいて、
前記軸封部に供給された軸封水をポンプ機外に流出させるドレン部にドレン水温度を検出する温度検出手段を設け、前記軸封水制御装置は前記封水調節弁を全開側にするときに開度０％指令を出力し、前記封水調節弁を全閉側にするときに開度１００％指令を出力する逆動作制御を実行するものであることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記軸封水制御装置は、前記温度検出手段が検出した温度を伝送する温度伝送器と、検出温度と予め定めたドレン水の設定温度との偏差に応じて封水調節弁の開度を調節する指示調節計とを有することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記封水調節弁が常時開状態になるように開度制限をする電気的ストッパまたは機械的ストッパを備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項４】
ポンプの軸封部に供給する軸封水の水量を調節する封水調節弁を制御するポンプの軸封水制御装置において、前記軸封部からこのポンプ外に排出されるドレン水の温度を検出する温度計と、この温度計が検出した検出温度に応じた信号に変換して伝送する温度伝送器と、検出温度と予め定めたドレン水温度との偏差に応じてドレン水温度が設定温度となるように前記封水調節弁の開度を調節する信号を出力する指示調節計とを有し、この指示調節計からの出力信号を０％が前記封水調節弁の全開側、１００％が前記封水調節弁の全閉側となるような逆動作制御を実行することを特徴とするポンプの軸封水制御装置。
【請求項５】
前記封水調節弁が設定最小開度以下とならないようにする電気的ミニマムストッパあるいは機械的ミニマムストッパを有することを特徴とする請求項４記載のポンプの軸封水制御装置。
【請求項６】
前記軸封部に供給する軸封水の供給元ポンプの運転信号を入力し、この供給元ポンプの運転信号に応じて前記封水調節弁の開度を制御することを特徴とする請求項４記載のポンプの軸封水制御装置。
【請求項７】
前記ポンプの給水温度を入力し、この給水温度に応じて前記封水調節弁の開度を調節することを特徴とする請求項４記載のポンプの軸封水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプの軸封水制御装置に係り、特にプラントの負荷変動や電源断等の過渡現象に対応可能なポンプの軸封水制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給水ポンプのような高温・高圧ポンプでは、温度や圧力による変形を生じない固定ブッシュシールなどの非接触型の軸封方式が採用される。固定ブッシュシールでは、ポンプ主軸側回転スリーブとケーシング側固定ブッシュとが形成する隙間を、軸封水が流れて、軸封している。そして、隙間を減圧して軸封する効果を増すため、固定ブッシュ内径側にはラビリンス等の絞り機構を設けている。このような、ポンプ軸封用の固定ブッシュシールの例が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
ポンプが起動した後やウォーミングアップ時に、軸封水としてポンプの内部流体をそのまま使用すると、高温・高圧ポンプの軸封部から、高温のポンプ内部流体が蒸気となって噴出する恐れがある。この不具合を防止するために、ポンプ起動した後やウォーミングアップ時に、軸封部に低温の軸封水を連続的に供給する軸封水制御装置を設けている。軸封部へ供給する低温の軸封水は、上流側ポンプの吐出配管から抽出され、軸封水供給配管の途中に設けた封水調節弁により所定の圧力および流量に調節されて、ポンプ軸封部へ供給される。
【０００４】
ところで、封水調節弁の開度を制御する指示調節計の電源が喪失されたりして、封水調節弁の開度が全閉となると、ポンプ軸封部への封水が途切れ、高温のポンプ内部流体が蒸気となってポンプ軸封部から軸受部へ侵入する。軸受部へ蒸気が侵入すると、軸受部および潤滑油配管の分解や清掃が必要となり、多大な時間とコストを費やすこととなる。そのため、軸封水の停止時に軸封部から軸受部へ蒸気が侵入するのを防止することが必要となる。この蒸気の侵入防止の例が、特許文献２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−６９７９８号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のポンプ軸封用の固定ブッシュシールでは、キャビテーションの発生を抑制するという優れた効果を示すが、この固定ブッシュシールを高温・高圧ポンプに用いたときに、異常が発生しポンプ軸封部への封水が途切れるという事態までは想定していない。したがって、そのような異常事態において、高温のポンプ内部流体が蒸気となってポンプ軸封部から軸受部へ侵入するという不具合を発生することについては、考慮していない。
【０００７】
上記特許文献２に記載のドレンポンプ軸受部の蒸気侵入防止装置においては、簡単な構成で上述した不具合を回避できるが、高温水を排出するための排出管をポンプに設置する必要があること、および非常用電源で駆動するポンプの吐出側から軸封水を供給する配管系等を設ける必要がある等、大型のポンプではコストの増加を引き起こす。
【０００８】
また、発電プラントに設けたドレンポンプでは、配管が復水器に連通しており、プラント起動時に復水器の真空が上昇するにつれてポンプ内部も真空状態になる。このとき、軸封水を供給するポンプの圧力が、封水供給圧力よりも低くなると、軸封部の封水圧力が低下してポンプの軸封部から空気が流入し復水器が所定の真空に達しない不具合を発生する。この不具合を解消するためには、従来、封水圧力が低下したら、運転員が手動で封水調節弁を全開操作し、ポンプの軸封部から空気が吸込むことを防止していた。その結果、現場でのポンプ運転操作が非常に煩雑になっていた。
【０００９】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、高温・高圧ポンプにおいて、新たな装置や設備を追加することなく、過渡的事象においてもポンプ軸封部から軸受部への蒸気の侵入を防止することにある。本発明の他の目的は、高温・高圧ポンプを使用するプラントにおける封水調節弁の手動操作を廃止して、信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の特徴は、羽根車を取り付けた回転軸と、この回転軸の両端部に設けた軸封部と、この軸封部に供給される軸封水の水量を調節する封水調節弁と、この封水調節弁の開度指令を出力する軸封水制御装置とを備えたポンプにおいて、軸封部に供給された軸封水をポンプ機外に流出させるドレン部にドレン水温度を検出する温度検出手段を設け、軸封水制御装置は封水調節弁を全開側にするときに開度０％指令を出力し、封水調節弁を全閉側にするときに開度１００％指令を出力する逆動作制御を実行することにある。
【００１１】
そして上記特徴において、軸封水制御装置が、温度検出手段が検出した温度を伝送する温度伝送器と、検出温度と予め定めたドレン水の設定温度との偏差に応じて封水調節弁の開度を調節する指示調節計とを有するのが好ましい。また、封水調節弁が常時開状態になるように開度制限をする電気的ストッパまたは機械的ストッパを備えるのがさらに好ましい。
【００１２】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、ポンプの軸封部に供給する軸封水の水量を調節する封水調節弁を制御するポンプの軸封水制御装置において、軸封部からこのポンプ外に排出されるドレン水の温度を検出する温度計と、この温度計が検出した検出温度に応じた信号に変換して伝送する温度伝送器と、検出温度と予め定めたドレン水温度との偏差に応じてドレン水温度が設定温度となるように封水調節弁の開度を調節する信号を出力する指示調節計とを有し、この指示調節計からの出力信号を０％が封水調節弁の全開側、１００％が封水調節弁の全閉側となるような逆動作制御を実行することにある。
【００１３】
そしてこの特徴において、封水調節弁が設定最小開度以下とならないようにする電気的ミニマムストッパあるいは機械的ミニマムストッパを有することが好ましく、軸封部に供給する軸封水の供給元ポンプの運転信号を入力し、この供給元ポンプの運転信号に応じて封水調節弁の開度を制御するようにしてもよい。また、ポンプの給水温度を入力し、この給水温度に応じて封水調節弁の開度を調節するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高温・高圧ポンプにおいて、封水調節弁の開度を制御する指示調節計の出力信号を逆動作制御としたので、フェールセーフが図られ、新たな装置や設備を追加することなく、過渡的事象においてもポンプ軸封部から軸受部への蒸気の侵入を防止できる。また、高温・高圧ポンプを使用するプラントにおいては、封水調節弁の手動操作を廃止でき、プラントの信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るポンプの一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、発電プラントの一部を示す系統図で、作動流体が高温・高圧となるドレンポンプ４回りの図である。ポンプ４には、上流側配管中に配置した軸封水供給元上流側ポンプ１から、作動水が加熱器１２を介在させた吐出配管２を経由して、吸込口４ａに供給される。この作動水は、ポンプ４内で昇圧され、高温になって吐出口４ｂから吐出される。
【００１６】
ポンプ４内部を流通する高温の作動水（例えば、約１８０℃）が外部に漏れるのを防止するために、ポンプ４の両軸端部には、軸封部５が設けられている。軸封部５は、固定ブッシュシールを有している。そして、軸封部５には、軸封水（例えば、３０〜４０℃）が供給されている。軸封水は、軸封水供給元上流側ポンプ１の吐出配管２の途中から分岐した軸封水供給配管３を経由して、軸封部５に導かれる。軸封水供給配管３の途中には、軸封水制御装置１００の一部を構成する封水調節弁９が設けられており、この封水調節弁９を調節することにより、所定の圧力および流量の軸封水がポンプ軸封部５へ供給される。
【００１７】
軸封部５に導かれた低温の軸封水は、ポンプ４の内部を流通する作動水と混合して軸封ドレン水（例えば、５０〜６０℃）となる。軸封部５には、封水ドレン配管１０が接続されている。軸封部５のドレン水は、この封水ドレン配管１０を経て、ポンプ４の外部へに設けた回収タンク１１で回収される。
【００１８】
ここで、封水ドレン配管１０の途中には、温度計６が取付けられており、ドレン水の温度を検出する。検出されたドレン水温度の信号は、温度伝送器７を介して指示調節計８に送信される。指示調節計８は、検出温度とドレン水設定温度との偏差に応じた信号を封水調節弁９へ送信し、ドレン水温度が設定温度になるよう封水調節弁９の開度を自動的に調節する。
【００１９】
プラント起動時など、プラント負荷が小さくポンプ４の内部の流体の温度が低いときには、ドレン水温度が設定値より低くなる。このような場合には、封水調節弁９の開度指令値が制御範囲内に収まらず、全閉あるいは最小開度状態になる。プラント負荷が上昇して加熱器１２が作動すると、ポンプ４の内部を流通する作動水が高温となり、ドレン水温度も上昇する。ドレン水温度が設定値より高くなると、封水調節弁９は自動制御モードに移行し、ドレン水温度が設定値に一致するよう開度を自動制御する。
【００２０】
図２に、図１に示した軸封水制御装置１００のブロック線図を示す。温度計６が検出したドレン水温度は、温度伝送器７において温度に比例した信号に変換される。温度伝送器７の出力信号は指示調節計８へ伝送され、指示調節計８はドレン水温度設定値との偏差を演算処理する。指示調節計８は、求めた偏差に応じた操作信号を封水調節弁９の弁操作部へ出力し、封水調節弁９の開度を調節する。
【００２１】
ここで本実施例では、封水調節弁９の開度を制御する指示調節計８の出力信号を、以下のように変換している。すなわち、封水調節弁９の弁開度を全開（１００％）にするときは、指示調節計８の出力信号を０%にし、封水調節弁９の弁開度を前閉（０％）にするときは、指示調節計８の出力信号を１００％としている。このように、逆動作制御としたので、計器電源の喪失等の場合に、封水調節弁９が全開方向に動作し、ポンプ４への軸封水の供給停止を防止できる。
【００２２】
図２に示した実施例では、封水調節弁９の弁開度と指示調節計８の出力信号とを逆比例としているが、図３に示すように、封水調節弁９の締め切り運転を回避するようにしてもよい。図３は、軸封水制御装置に用いる指示調節計の動作を説明する図である。制御系の計器類故障などにより、封水調節弁９を全閉するように指令信号が出力されても、封水調節弁９を全閉にしないようにするものである。具体的には、指示調節計８に出力制限を設定し、出力信号の指令値が所定値、例えば７５％を超えたら、それ以上は封水調節弁９の開度を絞らないで最小開度で留めるように制御する。
【００２３】
この封水調節弁９を最小開度に制限する方法としては、本実施例に示した指示調節計８の電気的な出力制限の他に、封水調節弁９に機械的な制限装置を設ける方法でもよい。また、これら電気的な方法と機械的な方法を併用しても良い。いずれの場合でも、封水部５の封水切れを確実に防止でき、プラントの信頼性が向上する。
【００２４】
上記実施例では、プラントを起動するときなどの過渡時に、封水調節弁９を制御するが、手動操作で開度設定するのではなく、軸封水供給元上流側ポンプ１の運転状態や運転台数等に応じて、封水調節弁９の開度を自動的に制御する。この自動制御の例を、発電プラントのドレンポンプの場合について、説明する。図４は、ドレンポンプの軸封水制御装置１００の制御ブロック図である。
【００２５】
低圧復水ポンプＬＰＣＰおよび高圧復水ポンプＨＰＣＰの吐出配管から抽出された水が、ドレンポンプ４に軸封水として供給される。プラントを起動するときは、復水器の真空度が高まる。この過程では、ドレンポンプ４の吸込み配管が復水器に連通しているので、ドレンポンプ４の内部も真空状態となる。ここで、低圧復水ポンプＬＰＣＰを運転して、軸封水をドレンポンプ４に供給しようとすると、低圧復水ポンプＬＰＣＰの供給圧力が所定の圧力まで上昇しておらず、封水調節弁９の開度が最小開度であれば封水圧力も所定の圧力まで上昇しておらず、ドレンポンプ４の軸封部から空気を吸込むおそれが生じる。
【００２６】
そこで、低圧復水ポンプＬＰＣＰだけを運転して、軸封水を供給する場合は、軸封水制御装置１００を、以下のよう動作させる。「低圧腹水ポンプＬＰＣＰ運転停止」信号および「高圧復水ポンプＨＰＣＰ運転停止」信号を軸封水制御装置１００が受信したら、軸封水制御装置１００は封水調節弁９を強制的に「全開」にする。封水調節弁９を全開にしたので、低圧復水ポンプＬＰＣＰだけを起動しても、封水圧力が十分に確保される。その結果、復水器の真空度が高まったときでも、ドレンポンプ４の軸封部から空気が吸い込まれるおそれがない。
【００２７】
低圧復水ポンプＬＰＣＰを運転した後に、さらに、高圧復水ポンプＨＰＣＰを起動すると、「低圧復水ポンプＬＰＣＰ運転」信号と「高圧復水ポンプＨＰＣＰ運転」信号とが、軸封水制御装置１００に入力される。軸封水制御装置１００は、これら両信号を受信したら、封水調節弁９の制御モードを、「全開」から「自動」に変える。封水調節弁９の制御モードが「自動」になると、軸封ドレン水温度が設定温度より低いときは、封水調節弁９の開度が最小開度に設定される。ドレン水温度が設定温度より高いときには、設定温度一定となるように封水調節弁９の開度が制御される。
【００２８】
本実施例によれば、封水供給元上流側ポンプ１の運転信号に基づいて、運転状況に適した封水調節弁９の開度になるよう軸封水制御装置１００が制御する。したがって、従来は封水供給元上流側のポンプの運転状態に応じて運転員が手動で弁操作をしていたが、この弁操作が不要になり、現場でのポンプ運転操作の煩雑さを解消できるとともに、人為的ミスを排除でき、ポンプ運転の信頼性が向上する。
【００２９】
なお、ポンプ４をすぐに起動できるように、予めポンプ４の内部へ高温水を供給してウォーミングするポンプでは、封水圧力が高いと、軸封部からポンプの内部へ流入する低温水の流入量が多くなり、ウォーミングに多大な時間を要する。そのため、ウォーミングするポンプでは、ウォーミング時には封水調節弁９の開度をできるだけ小さく設定することが望ましい。一方、復水器の真空度が高まるとポンプ内部の真空度も高まるので、軸封部ドレン側から空気が吸い込まれるのを防止するためには、封水調節弁９の開度をできるだけ大きくすることが望ましい。
【００３０】
つまり、プラントを起動するときに、ウォーミングと復水器の真空度を高めることを同時に行なうものでは、封水調節弁の開度に対する要求が、相反する関係にある。具体的な例としては、プラント負荷が小さく、ポンプ内部の流体温度が低くて封水ドレン温度が設定温度に達しないような場合である。この場合、封水調節弁の開度は、制御範囲よりも低くなり、最小開度状態に設定される。この場合、封水調節弁の設定開度が最小であるから、ウォーミングに対しては有利であるが、復水器の真空度を高める上では、軸封部からの空気吸込み量が多くなり不利となる。
【００３１】
このトレードオフの関係を解消するため、本実施例では、軸封水制御装置にポンプの給水温度信号を入力し、給水温度の値に応じて軸封水量を制御している。すなわち、ポンプの給水温度が所定温度より高くなったときには、ウォーミングに適した封水調節弁開度とし、この所定温度以下であれば、復水器の真空度上昇に適した封水調節弁開度に制御する。
【００３２】
図４に示した発電プラントのドレンポンプ４について、上記制御を組み合わせた例を、図５を用いて具体的に説明する。図５は、軸封水制御装置１００の制御ブロック図である。初めに、低圧復水ポンプＬＰＣＰだけを起動して運転する。この場合「低圧復水ポンプＬＰＣＰ運転」信号と「高圧復水ポンプＨＰＣＰ停止」信号が、軸封水制御装置１００に入力される。軸封水制御装置１００は、これら信号に基づいて、封水調節弁９を「全開」モードに制御する。封水調節弁９が「全開」モードに制御されると、封水圧力が十分に確保されるので、復水器の真空度を高めるときに、ポンプ４の軸封部から空気が吸い込まれるのを防止できる。
【００３３】
その後、高圧復水ポンプＨＰＣＰを起動させると、軸封水制御装置１００には、「低圧復水ポンプＬＰＣＰ運転」信号の他に、「高圧復水ポンプＨＰＣＰ運転」信号も入力される。さらに、「ポンプ４の給水温度」信号も入力される。このとき、軸封水制御装置１００は、「ポンプ４の給水温度」信号の大きさに応じて封水調節弁９の開度を制御する。
【００３４】
プラント負荷が小さく、ポンプ４の給水温度Ｔが予め設定した温度Ｔ０、例えばＴ０＝１００℃より小さい場合、「低圧復水ポンプＬＰＣＰ運転」信号、「高圧復水ポンプＨＰＣＰ運転」信号、「ポンプ４の給水温度Ｔが設定温度Ｔ０より低い（Ｔ＜Ｔ０）」信号の３種の信号が軸封水制御装置１００に入力される。軸封水制御装置１００は、これら３種の信号に基づいて封水調節弁９を中間開度に設定し、ポンプ４の軸封部から空気が吸込まれるのを優先して防止する。
【００３５】
その後、徐々にプラント負荷が上昇し、軸封水制御装置１００に入力されるポンプ４の給水温度が上記設定温度Ｔ０以上になって、軸封水制御装置１００が「低圧復水ポンプＬＰＣＰ運転」信号、「高圧復水ポンプＨＰＣＰ運転」信号および「給水温度Ｔ≧Ｔ０」信号のいずれの信号をも受信したら、封水調節弁９の開度を「自動」モードに制御する。そして、ドレンポンプ４を起動する準備のためにウォーミングが開始される。ただし、軸封ドレン水温度が設定温度より低いときには、封水調節弁９は最小開度に制御されて、ウォーミング時間が長くなる。このような不具合を解消するためには、封水調節弁９の開度を最小開度ではなく、ウォーミングに適したできるだけ小さい開度に予め設定するのがよい。これにより、ウォーミングに要する時間を短縮できる。
【００３６】
以上述べたように、本発明の各実施例によれば、封水調節弁を逆動作制御としたので、電源喪失時や計器故障時等に封水調節弁を全開または締め切りではない状態に制御するので、ポンプ軸封部への封水の途切れを回避できる。また、万が一計器故障等により全閉信号となった場合においても、封水調節弁が開いている最小開度で止まるように機械的あるいは電気的にミニマムストッパを設けているので、封水の途絶を回避できる。
【００３７】
したがって、ポンプの高温の内部流体が蒸気となって軸封部から軸受部へ侵入するのを防止できる。さらに、軸受部へ蒸気が侵入する恐れが無いので、軸受部や潤滑油配管の分解や清掃に掛かる多大な時間とコストが削減される。また、ポンプ運転の信頼性が向上する。
【００３８】
また上記各実施例によれば、プラント起動時などの過渡時において、軸封水供給元上流ポンプの運転状態に応じて、最適な封水条件となるように封水調節弁の開度を制御しているので、従来現場において運転員が手動操作していた開度操作が不要になり、人為的なミスを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るプラント設備の一実施例の部分図であり、軸封水制御装置の系統図。
【図２】図１に示した軸封水制御装置のブロック線図。
【図３】図２に示した軸封水制御装置に用いる指示調節計の動作を説明する図。
【図４】図１に示したプラントに用いる軸封水制御装置の制御ブロック図。
【図５】図１に示したプラントに用いる軸封水制御装置の他の実施例の制御ブロック図。
【符号の説明】
【００４０】
１…軸封水供給元上流側ポンプ、２…軸封水供給元上流側ポンプ吐出配管、３…軸封水供給配管、４…ポンプ、４ａ…ポンプ吸込口、４ｂ…ポンプ吐出口、５…ポンプ軸封部、６…温度計、７…温度伝送器、８…指示調節計、９…封水調節弁、１０…封水ドレン配管、１１…回収タンク、１２…加熱器、１００…軸封水制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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