(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ翼段落を有する高圧部と低圧部とで構成された抽気蒸気タービンを備え、この抽気蒸気タービンで発電機を駆動し、前記抽気蒸気タービンの高圧部に流入する蒸気流量を主蒸気加減弁により制御し、前記高圧部の排気蒸気から低圧部へ供給する蒸気流量を抽気加減弁で調整することにより前記高圧部の排気蒸気から一部を抽気してプロセスへ供給する抽気蒸気の圧力を制御する抽気蒸気タービン発電設備において、
前記高圧部の高圧車室内の蒸気圧力および前記低圧部の低圧車室内の蒸気圧力を検出し、予め設定された前記抽気蒸気タービンの高圧車室圧力と低圧車室圧力との特定の関係を表す圧力相関線に基づいて、その都度の前記高圧車室の検出圧力に対応する基準となる低圧車室限界圧力を求め、この低圧車室限界圧力と前記低圧車室の検出圧力とを比較し、前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったことが検知されたとき、前記抽気加減弁による抽気蒸気圧力制御はそのまま動作を継続した状態で、前記主蒸気加減弁の開度を強制的に絞って前記高圧部に流入する主蒸気流量を減らすようにしたことを特徴とする抽気蒸気タービン発電設備の保安運転方法。
【請求項２】
低圧車室圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったときに、前記主蒸気加減弁の開度を絞る動作を、当該動作によって前記高圧部に流入する蒸気流量が減少して前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より低く設定された基準圧力である低圧車室退避圧力以下に低下したときに停止して絞り込まれた主蒸気加減弁の弁開度に相当する負荷において主蒸気加減弁による負荷運転を再開することを特徴とする請求項１に記載の抽気蒸気タービン発電設備の保安運転方法。
【請求項３】
前記抽気蒸気タービン発電設備の起動時には、前記蒸気タービンへ供給される主蒸気流量が予め設定された定常的な抽気運転が可能な流量となるまでは、前記低圧車室限界圧力に代えて、当該低圧車室限界圧力を求める圧力相関線とは異なる圧力相関線であって、抽気圧力制御運転切換え用に設定された初期圧力相関線に基づいて求められた基準圧力である低圧車室初期限界圧力に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の抽気蒸気タービン発電設備の保安運転方法。
【請求項４】
それぞれ翼段落を有する高圧部と低圧部とで構成された抽気蒸気タービンを備え、この抽気蒸気タービンで発電機を駆動し、前記抽気蒸気タービンの高圧部に流入する蒸気流量を主蒸気加減弁により制御し、前記高圧部の排気蒸気から低圧部へ供給する蒸気流量を抽気加減弁により調整することで前記高圧部の排気蒸気から一部を抽気してプロセスへ供給する抽気蒸気の圧力を一定値に制御するようにした抽気蒸気タービン発電設備において、前記高圧部の高圧車室内の蒸気圧力および前記低圧部の低圧車室内の蒸気圧力を検出する圧力検出手段と、予め設定された前記抽気蒸気タービンの高圧車室圧力と低圧車室圧力との特定の関係を表す圧力相関線に基づいて、その都度の前記高圧車室の検出圧力に対応する基準となる低圧車室圧力である低圧車室限界圧力を求める手段と、前記低圧車室の検出圧力と前記低圧車室限界圧力とを比較する手段と、前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったときに、前記抽気加減弁の圧力制御機能はそのまま動作を継続した状態で前記主蒸気加減弁の開度を絞って前記高圧部に流入する蒸気流量を減らす制御手段とを備えたことを特徴とする抽気蒸気タービン発電設備の保安運転装置。
【請求項５】
前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったときに、前記主蒸気加減弁の開度を絞る弁制御指令は、前記低圧車室の圧力が前記低圧車室限界圧力より所定値だけ小さく設定された基準圧力である低圧車室退避圧力以下になったとき停止して絞り込まれた主蒸気加減弁の弁開度に相当する負荷において主蒸気加減弁による負荷運転を再開することを特徴とする請求項４に記載の抽気蒸気タービン発電設備の保安運転装置。
【請求項６】
前記抽気蒸気タービン発電設備の起動時に、前記抽気蒸気タービンへ供給される主蒸気流量が、定常的な抽気圧力制御運転を継続させることができる主蒸気流量として予め設定された蒸気流量となるまでは、前記低圧車室限界圧力に代えて、当該低圧車室限界圧力を求める圧力相関線とは異なる圧力相関線であって、抽気圧力制御運転切換え用に設定された初期圧力相関線に基づいて求められた基準圧力である低圧車室初期限界圧力に設定する手段を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の抽気蒸気タービン発電設備の保安運転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生産プロセスに蒸気を供給する抽気蒸気タービン発電設備の過大なスラスト力によるスラスト軸受の損傷を防止するための保安運転方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機を駆動する蒸気タービンから蒸気の一部を抽気して、蒸気を使用する生産プロセスへ供給する抽気配管を備えた抽気蒸気タービン発電設備は、従来から例えば特許文献１に示されるように一般に知られている。この特許文献１に示された蒸気タービン発電設備の構成を図１２に示す。
図１２において、１はボイラ、２はそれぞれ翼段落を有する高圧部３と低圧部４とを備える抽気蒸気タービン、５は抽気蒸気タービン２からの排気蒸気を復水する復水器、６はタービン２に直結して駆動される発電機、７は復水器５からの復水を加熱して脱気する脱気器である。なお、抽気蒸気タービン２には高圧部３に流入する主蒸気の流量を制御する主蒸気加減弁８と、高圧部３から低圧部４に流入する蒸気流量を制御して抽気蒸気の圧力を制御する抽気加減弁９とが設けられている。
【０００３】
復水器５とボイラ１とに接続する給水供給系１０には、復水ポンプ１１、第１低圧給水加熱器１２、第２低圧給水加熱器１３、脱気器７、給水ポンプ１４および高圧給水加熱器１５を備えている。そして抽気蒸気タービン２の高圧部３の出口には、抽気加減弁９により所定の圧力に制御された抽気蒸気をプロセス１６に供給する抽気配管１９が接続されている。なお、２０はボイラ１と主蒸気加減弁８とに接続する主蒸気配管である。
【０００４】
高圧給水加熱器用抽気配管２１は抽気配管１９から分岐して高圧給水加熱器１５に接続され、逆止弁２２と止め弁２３とを備えている。なお、２４は高圧給水加熱器１５のドレンを脱気器７に導くドレン配管である。脱気器用抽気配管２５は抽気蒸気タービン２の低圧部４と脱気器７とに接続され、逆止弁２６と止め弁２７とを備えている。
【０００５】
第２低圧給水加熱器用抽気配管２９は抽気蒸気タービン２の低圧部４と第２低圧給水加熱器１３とに接続され、逆止弁３０と止め弁３１とを備えている。第１低圧給水加熱器用抽気配管３３は抽気蒸気タービン２の低圧部４と第１給水加熱器１２とに接続され、逆止弁３４と止め弁３５を備えている。なお、３６は第２低圧給水加熱器１３のドレンを第１低圧給水加熱器１２に導くドレン配管である。
【０００６】
このような構成により、ボイラ１から供給される主蒸気は、主蒸気加減弁８により蒸気流量が制御されて抽気蒸気タービン２に流入し、高圧部３の高圧車室、低圧部４の低圧車室を流れてタービンロータを回転させて仕事をし、低圧部４から排気される排気蒸気は、大気圧以下の圧力に保持された復水器５に流入して復水にされる。なお、高圧部３および低圧部４の車室内を流れる蒸気によりタービンロータにかかるスラスト力はスラスト軸受で支持される。ここで、高圧部３の出口の排気蒸気から抽気された抽気蒸気は抽気加減弁９により所定の圧力に制御されて抽気配管１９を経てプロセス１６に供給される。
図１２に示す構成では、抽気蒸気の一部は抽気管１９から分岐した高圧給水加熱器用抽気配管２１を経て高圧給水加熱器１５に供給される。
高圧部３の抽気配管１９により抽気された残りの排気蒸気は抽気加減弁９を通して低圧部４に供給される。
発電機６は、蒸気が抽気蒸気タービン２の高圧部３、低圧部４を流れてタービンロータを回転させて仕事をする仕事量に対応する電力を発生する。
【０００７】
復水器５内の復水は復水配管１０の復水ポンプ１１により昇圧されて第１、第２低圧給水加熱器１２、１３に給水され、これらの給水加熱器１２、１３にて復水はそれぞれ第１、第２低圧給水加熱器用抽気配管３３、２９を経て流入する低圧部４からの無制御の抽気蒸気により加熱される。加熱された復水は脱気器７に流入し、脱気器用抽気配管２５を経て供給される低圧部４からの無制御の抽気蒸気により加熱脱気される。
【０００８】
脱気器７にて脱気された復水、すなわち給水は給水ポンプ１４により昇圧されて高圧給水加熱器１５に流入し、この高圧給水加熱器１５にて高圧給水加熱器用抽気配管２１を経る低圧部４からの無制御の抽気蒸気により加熱されてボイラ１に供給される。ボイラ１に供給された給水はボイラ１にて加熱されて蒸気となり、主蒸気として抽気蒸気タービン２に供給される。
【０００９】
このように一般の抽気蒸気タービン発電設備においては、ボイラからの蒸気は抽気蒸気タービン２を流れてタービンロータを回転させて仕事をした後、復水器にて復水となり、この復水が給水としてボイラ１に供給され、ボイラ１と抽気蒸気タービン２と復水器５との間を循環する。そしてこの循環中に抽気蒸気タービン２から抽気した抽気蒸気を、抽気加減弁９により圧力を所定圧力に制御してプロセス１６に供給するとともに、無制御で逆止弁、止め弁又は止め弁のみを備えた抽気配管３３、２９、２１、２５を経て給水加熱器１２、１３、１５と脱気器７とに供給して給水を加熱する。
【００１０】
このようにプロセス１６に抽気蒸気を供給するようにした抽気蒸気タービン２においては、定格運転点、すなわち最も頻繁に運転される運転条件で主蒸気流量に対するプロセス１６の抽気流量の比率が大きい場合、抽気蒸気タービンはこれに適合するよう設計されるので、実運転でプロセス１６が要求する抽気量が定格運転点から大きく外れて減少し主蒸気流量に対する抽気流量の比率が小さくなると、抽気加減弁９は開方向に進み、抽気加減弁９より下流、すなわち抽気蒸気タービンの低圧部４内の翼段落を流れる蒸気流量が定格運転点に対し大幅に増加する。この蒸気流量の増加により、低圧部４内の翼段落の翼の受ける力が大きくなってこれに加わる応力が高くなるとともにタービンロータにかかるスラスト力も増大する。これにより、翼段落に加わる応力が許容値以下であっても、タービンロータにかかるスラスト力が過大となってスラスト軸受が損傷する危険がある。
【００１１】
また、抽気加減弁９により抽気蒸気流量を制御する抽気蒸気タービン２では、抽気加減弁９より下流の低圧部４の翼段落に流れる蒸気流量は、抽気加減弁９の全開以上の蒸気流量は流れない。しかしこのとき、低圧部４から無制御の抽気蒸気を複数の給水加熱器等に供給する系統において、例えば図１２における脱気器用抽気配管２５、および第２低圧給水加熱器用抽気配管２９の逆止弁２６および３０が、蒸気流量の低下により発生するチャタリングや過大な蒸気流速により発生する振動により損傷して前記給水加熱器等への抽気蒸気の供給が停止された場合、低圧部４に流れる蒸気流量が規定の量より増加する。これによって、前述のように低圧部の４の翼段落に作用するスラスト力が過大となってスラスト軸受に損傷が生じる危険がある。
【００１２】
特許文献１には、このように翼段落を有する高圧部３の排気蒸気の一部を抽気してプロセス等に供給し、その残りの蒸気が流れる翼段落を有する低圧部４の蒸気流量が増大することに伴って生じる過大なスラスト力によりスラスト軸受が損傷するのを防ぐための保安運転装置が示されている。
【００１３】
この特許文献１に示された保安運転装置を、図１３に示す。
それぞれ翼段落を有する高圧部３と低圧部４とを備えた抽気蒸気タービン２においては、主蒸気加減弁８により高圧部３に流入する蒸気流量を制御し、抽気加減弁９により高圧部３から低圧部４に流入する蒸気流量を制御することにより、高圧部３の排気蒸気から抽気してプロセス１６へ供給する抽気蒸気の圧力を制御するように構成されている。そして、高圧部３の高圧車室の蒸気圧力を検出する高圧車室圧力検出器４０と、低圧部４の低圧車室の蒸気圧力を検出する低圧車室圧力検出器４１からの検出信号を受けて、主蒸気加減弁８を制御する主蒸気加減弁制御器４４および抽気蒸気加減弁９を制御する抽気蒸気制御器４６に開度指令ＯＰ８およびＯＰ９を与える演算制御装置４２を備える。
【００１４】
演算制御装置４２は、抽気蒸気圧力の調節演算機能があり、プロセス１６に連結する抽気配管１９に設置された蒸気圧力検出器４８で検出された抽気配管１９の蒸気圧力（以下、抽気圧力と記す）Ｐｐと抽気圧力設定器４９で設定された設定圧力Ｐｐｓとを比較して、抽気圧力Ｐｐが設定圧力Ｐｐｓと等しくなるような弁開度信号ＯＰ９を形成する。この弁開度信号ＯＰ９に基づく弁操作信号が抽気加減弁制御器４６から出力され、電油変換器４７を通して油圧信号に変換して抽気加減弁９に与えられる。これにより、抽気蒸気タービン２とプロセス１６を連結する抽気配管１９の圧力は、この演算制御装置４２および抽気加減弁制御器４６により、設定された圧力に一定に制御される。この結果プロセス１６の圧力が一定に保たれる。
【００１５】
演算制御装置４２は、抽気蒸気タービン２の負荷（発電）運転時に、低圧車室検出圧力Ｌｐと、図２に示す抽気蒸気タービン２における高圧車室圧力Ｈｐと低圧車室圧力Ｌｐとが特定の関係で一次式によって表される相関線Ｐ上の値として、高圧車室圧力により一義的に求められる低圧車室基準圧力Ｌｐｐとの比較を行う。この特定の関係とは、高圧部３を通過する蒸気流量と低圧部４を通過する蒸気流量の組み合わせによって抽気蒸気タービン２に生ずるスラスト力が或る一定の値となるＨｐとＬｐの関係である。
すなわち、図２に示す相関線Ｐは、抽気蒸気タービン２が抽気圧力制御運転をしているときに、スラスト力が或る一定値となる場合の高圧部３と低圧部４のそれぞれの通過蒸気流量の関係を表している。そして、低圧車室圧力Ｌｐが、この高圧車室圧力に対応する低圧車室基準圧力Ｌｐｐより高くなって図２の相関線Ｐより上の斜線の範囲になったとき、演算制御装置４２は、抽気蒸気制御器４６に自動制御解除指令ＣＳを送って、抽気圧力制御を解除させ、低圧車室検出圧力Ｌｐが前記相関圧力関係による高圧車室圧力に対応する低圧車室基準圧力Ｌｐｐより小さくなり、抽気蒸気タービン２の負荷が現在の負荷より小さい負荷になるように主蒸気加減弁８に弁開度を減じる弁開度指令ＯＰ８を出力する。
なお、この場合には相関線Ｐを、スラスト力がスラスト軸受の許容面圧に相当する値に等しいときの低圧車室圧力と高圧車室圧力との関係を表すものとすることができる。
【００１６】
このような保安運転装置によれば、抽気蒸気タービン２の低圧部４の車室圧力Ｌｐが、図２の相関線Ｐより上の斜線の範囲になったときは、演算制御装置４２が主蒸気加減弁８および抽気蒸気加減弁９を制御して低圧部４の車室圧力Ｌｐを図２の相関線Ｐより下方の圧力に低下させてタービンの運転を行うので、スラスト軸受に加わるスラスト力が過大となることがなく、抽気蒸気タービンのスラスト軸受の損傷を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第３１８６４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前記のように、従来の抽気蒸気タービン発電設備の保安運転装置は、抽気蒸気タービン２の低圧車室圧力Ｌｐが、図２の高圧車室圧力と低圧車室圧力との特定の関係を表す圧力相関線Ｐに基づいて、高圧車室圧力に対応するＰ線上の低圧車室圧力として一義的に決まる基準となる低圧車室圧力より高くなったとき、抽気加減弁による抽気圧力制御を解除するように構成されている。
【００１９】
しかしながら、抽気蒸気タービンの一部から抽気した蒸気をプロセスへ供給する抽気供給系を備える抽気蒸気タービン発電設備においては、抽気圧力制御を解除すると、抽気蒸気タービンからプロセスへ供給される抽気蒸気の圧力低下により、プロセスへの蒸気供給が停止される事態に至ることがある。このように抽気蒸気の供給が停止されると、蒸気を必要としている生産プロセスでは、製品の生産が停止されるので大きな操業損失が発生するという問題がある。
【００２０】
また、負荷運転中、すなわち発電運転中に（以下、この発明においては「負荷」という用語は、特に説明がない限り「発電出力」の意味で使用する）、負荷を現在の負荷より小さい負荷に減じることも行われるが、特許文献１に示す従来の保安装置では負荷変化の限界が示されていない。
一般的に負荷の低下があまりに大きくなると、抽気蒸気タービン発電設備で発電した電力のうち工場で使用する分を差し引いた余剰電力を地域の電力系統に送電している場合、電力を使用する生産プロセスへの影響が大きくなるばかりでなく、送電の供給量が急変して地域の電力系統に重大な影響が出ることがある。
したがって、特許文献１による技術においては、負荷が大きく低下した場合には発電設備の運転に支障をきたすことがある。
【００２１】
このように、電力および蒸気を生産プラントに供給するようにした抽気蒸気タービン発電設備において、生産プラント運用計画から外れて、突然、抽気圧力制御を停止したり、発電出力を際限なく低減したりするようにしたのでは、電力系統、及び、蒸気を使用する生産プロセスの運転に深刻な影響をもたらす可能性がある。
【００２２】
この発明の課題は、このような問題を解決するため、電力系統、及び、蒸気を使用する生産プロセスの運転にほとんど影響を与えることなく、抽気蒸気タービンのスラスト軸受の損傷を防止することのできる抽気蒸気タービン発電設備の保安運転方法および保安運転装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このような課題を解決するために、この発明の保安運転方法は、それぞれ翼段落を有する高圧部と低圧部とで構成された抽気蒸気タービンを備え、この抽気蒸気タービンで発電機を駆動し、前記抽気蒸気タービンの高圧部に流入する蒸気流量を主蒸気加減弁により制御し、前記高圧部の排気蒸気から低圧部へ供給する蒸気流量を抽気加減弁で調整することにより前記高圧部の排気蒸気から一部を抽気してプロセスへ供給する抽気蒸気の圧力を制御する抽気蒸気タービン発電設備において、前記高圧部の高圧車室内の蒸気圧力および前記低圧部の低圧車室内の蒸気圧力を検出し、予め設定された前記抽気蒸気タービンの高圧車室圧力と低圧車室圧力との特定の関係を表す圧力相関線に基づいて、その都度の前記高圧車室の検出圧力に対応する基準となる低圧車室限界圧力を求め、この低圧車室限界圧力と前記低圧車室の検出圧力とを比較し、前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったことが検知されたとき、前記抽気加減弁による抽気蒸気圧力制御はそのまま動作を継続した状態で、前記主蒸気加減弁の開度を強制的に絞って前記高圧部に流入する主蒸気流量を減らすようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
さらに、前記の方法において、低圧車室圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったときに、前記主蒸気加減弁の開度を絞る動作を、当該動作によって前記高圧部に流入する蒸気流量が減少して前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より低く設定された基準圧力である低圧車室退避圧力以下に低下したとき停止して絞り込まれた主蒸気加減弁の弁開度に相当する負荷において主蒸気加減弁による負荷運転を再開することができる。
また、前記の方法において前記抽気蒸気タービン発電設備の起動時には、前記蒸気タービンへ供給される主蒸気流量が予め設定された定常的な抽気運転が可能な流量となるまでは、前記低圧車室限界圧力に代えて、当該低圧車室限界圧力を求める圧力相関線とは異なる圧力相関線であって、抽気圧力制御運転切換え用に設定された初期圧力相関線に基づいて求められた基準圧力である低圧車室初期限界圧力に設定するのがよい。
【００２５】
また、この発明の保安運転装置は、それぞれ翼段落を有する高圧部と低圧部とで構成された抽気蒸気タービンを備え、この抽気蒸気タービンで発電機を駆動し、前記抽気蒸気タービンの高圧部に流入する主蒸気流量を主蒸気加減弁により制御し、前記高圧部の排気蒸気から低圧部へ供給する蒸気流量を抽気加減弁により調整することで前記高圧部の排気蒸気から一部を抽気してプロセスへ供給する抽気蒸気の圧力を一定値に制御するようにした抽気蒸気タービン発電設備において、前記高圧部の高圧車室内の蒸気圧力および前記低圧部の低圧車室内の蒸気圧力を検出する圧力検出手段と、予め設定された前記抽気蒸気タービンの高圧車室圧力と低圧車室圧力との特定の関係を表す圧力相関線に基づいて、その都度の前記高圧車室の検出圧力に対応する低圧車室限界圧力を求める手段と、前記低圧車室の検出圧力と前記低圧車室限界圧力とを比較する手段と、前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったときに、前記抽気加減弁の圧力制御機能はそのまま動作を継続した状態で前記主蒸気加減弁の開度を絞って前記高圧部に流入する蒸気流量を減らす制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
前記の保安運転装置においては、前記低圧車室の検出圧力が前記低圧車室限界圧力より大きくなったときに前記主蒸気加減弁の開度を絞る弁制御指令は、前記低圧車室の圧力が前記低圧車室限界圧力より所定値だけ小さく設定された低圧車室退避圧力以下になったとき停止して絞り込まれた主蒸気加減弁の弁開度に相当する負荷において主蒸気加減弁による負荷運転を再開することができる。
また、前記抽気蒸気タービン発電設備の起動時に、前記抽気蒸気タービンへ供給される主蒸気流量が、定常的な抽気圧力制御運転を継続させることができる主蒸気流量として予め設定された蒸気流量となるまでは、前記低圧車室限界圧力に代えて、当該低圧車室限界圧力を求める圧力相関線とは異なる圧力相関線であって、抽気圧力制御運転切換え用に設定された初期圧力相関線に基づいて求められた基準圧力である低圧車室初期限界圧力に設定する手段を備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、予め設定された高圧車室圧力と低圧車室圧力との相関を示す圧力相関線に基づいてその都度の高圧車室の検出圧力に対応した低圧車室限界圧力を求め、何らかの原因で、抽気蒸気タービンにおける低圧部の低圧車室圧力がこの低圧車室限界圧力を越えて、タービンロータのスラスト力が過大となったとき、抽出蒸気の圧力制御はそのままにして、強制的に主蒸気加減弁の開度を絞ってゆき、前記高圧部に流入する蒸気流量を減少させることにより、プロセスへの抽気蒸気の供給は維持したまま、低圧車室の圧力を低下させることができるので、タービンロータに作用するスラスト力を低減することができる。
【００２８】
そして、前記高圧部に流入する蒸気流量が減少することにより、前記低圧部の低圧車室圧力が低下して低圧車室退避圧力以下の値になったときには、絞られた主蒸気加減弁の弁開度に相当する負荷において主蒸気加減弁による負荷運転を再開するので、負荷の変化は小さい。また、この間、抽気加減弁は抽気蒸気の圧力を一定に保つように自動制御されているのでプロセスへの影響も僅かである。
【００２９】
これにより、抽気蒸気タービン発電設備が送電している電力系統、並びに、上記抽気蒸気タービン発電設備が蒸気を送気している生産プロセスの操業に与える影響を小さく抑えることができるので、抽気蒸気タービンを安全にかつ安定的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施例による保安運転装置を備えた抽気蒸気タービン設備の系統図。
【図２】抽気蒸気タービンの高圧部の高圧車室の圧力と、低圧部の低圧車室の圧力との相関関係を示す図。
【図３】抽気蒸気タービンの保安運転に使用する高圧車室の圧力と低圧車室の圧力との特定の関係を表す図。
【図４】抽気蒸気タービンの翼段落の断面を示す模式図。
【図５】抽気蒸気タービンの通常の運転状態を説明する図。
【図６】弁開度指令と主蒸気加減弁および抽気蒸気加減弁通過蒸気流量の関係を示す図。
【図７】この発明の実施例１の保安運転方法を示す保安動作フロー図。
【図８】図３の圧力相関線に抽気蒸気タービンの抽気制御切換え時の初期の保安運転に使用する高圧車室圧力と低圧車室限界圧力との特定の関係を表す初期圧力相関線を加えて示す図。
【図９】抽気蒸気タービンの起動状態を含めた運転状態を説明する図。
【図１０】この発明の実施例２の保安運転方法を示す部分保安動作フロー図。
【図１１】この発明の実施例２の図１０に続く部分保安動作フロー図。
【図１２】一般的な抽気蒸気タービン設備を示す系統図。
【図１３】従来の保安運転装置を備えた抽気蒸気タービン設備の系統図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
この発明の実施の形態を、図に示す実施例について説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１にこの発明の第１の実施例の保安運転装置の構成を示す。
図１において、２は、高圧部３と低圧部４で構成された抽気蒸気タービン（以下、「抽気タービン」と略す。）である。高圧部３に図示しないボイラから供給される主蒸気の流量は、主蒸気加減弁８によって制御される。高圧部３から排出された排気蒸気の一部は抽気配管１９を介してプロセス１６に供給されるとともに残りの排気蒸気が抽気加減弁９を介して低圧部４へ供給される。低圧部４から排出された排気蒸気は、復水器５で復水にしてボイラへ戻される。抽気タービン２は、抽気配管１９からプロセス１６へ抽気蒸気を供給するとともに、これに結合されたここには図示しない発電機を駆動して発電を行う。
【００３３】
また、抽気タービン２の高圧部３および低圧部４のそれぞれの車室内の蒸気圧力を検出する高圧車室圧力検出器４０および低圧車室圧力検出器４１が設けられる。プロセス１６に供給される抽気蒸気の圧力も抽気配管１９に設置された抽気圧力検出器４８により検出される。これらの圧力検出器４０、４１および４８からの圧力検出信号は、例えば、プログラマブル・ロジック・コントローラー（以下ＰＬＣと呼ぶ。）で構成された演算制御装置４２に入力される。ＰＬＣはその制御機能をハードの入れ替なしに、ソフトの入れ替え・修正のみにより構成又は変更することができる演算制御装置である。
【００３４】
ＰＬＣ４２は、抽気圧力設定器４９に予め入力設定された、プロセス１６へ供給する抽気蒸気の設定圧力Ｐｐｓと検出器４８で検出された抽気蒸気の検出圧力Ｐｐとを比較して、検出圧力Ｐｐが設定圧力Ｐｐｓに等しくなるように抽気加減弁９の開度を変化させる開度信号ＯＰ９を形成して、抽気加減弁制御器４６に与える。抽気加減弁制御器４６は、この弁開度信号ＯＰ９を弁操作信号Ｖｅ９に変換して電油変換器４７に与え、ここで油圧の操作信号Ｖｈ９に変換され抽気加減弁９に与えられる。これによって、抽気蒸気圧が設定された圧力に一定に保たれる。
【００３５】
さらに、ＰＬＣ４２は、負荷指令に基づいて、主蒸気加減弁８に弁開度を指令する開度信号ＯＰ８を形成して主蒸気加減弁制御器４４に与える。主蒸気加減弁制御器４４はこれを弁操作信号Ｖｅ８に変換し、これが電油変換器４５で油圧の操作信号Ｖｈ８に変換されて主蒸気加減弁８に与えられる。これにより主蒸気加減弁８の開度がＰＬＣ４２から指令された開度に制御され、高圧部３に供給される主蒸気流量が調節される。
なお、主蒸気流量が変化しても抽気蒸気量が予め設定された蒸気流量を維持するよう、主蒸気加減弁８の開度信号ＯＰ８と抽気加減弁９への開度信号ＯＰ９は一定の関係を持って同時に制御される。主蒸気加減弁の開度信号ＯＰ８と抽気加減弁９の開度信号ＯＰ９との関係は、後で説明する。
【００３６】
ここで、まず、抽気タービン２の各翼段落に発生するスラスト力について図４に基づいて説明する。
図４は、抽気タービン２の翼段落部断面を模式化して示すものである。
【００３７】
主蒸気加減弁８を通って高圧部３の入口から高圧車室３ａへ流入した蒸気の圧力(高圧車室圧力Ｈｐ)は、高圧翼段落３ｂを通過する蒸気流量と高圧排出蒸気の圧力によって定まり、段落を通過する蒸気流量が多い程圧力が高くなる。
【００３８】
タービンロータ２１には高圧翼段落３ｂを通過する蒸気によって図上右方向にスラスト力＋Ｆ２（＋は右方向を示す）が発生する。一方、高圧車室圧力Ｈｐはラビリンスパッキンを構成するロータボス２１ａの軸方向端面に左方向にスラスト力−Ｆ１（−は、左方向を示す）を発生させる。
【００３９】
高圧部３の出口３ｃから排出される高圧排出蒸気の一部の蒸気がプロセス１６へ供給するために抽気され、残りの蒸気が抽気加減弁９を通して低圧部４の低圧車室４ａに流入する。低圧車室４ａの圧力Ｌｐも上記と同様に、低圧翼段落４ｂを通過する蒸気流量が多い程高くなる。そして、低圧翼段落４ｂには段落を通過する蒸気によってスラスト力＋Ｆ４が働く。また、中間ラビリンスパッキンを構成するロータボス２１ｂの軸方向端面には、低圧車室圧力Ｌｐと高圧排出蒸気の圧力との差圧によりスラスト力＋Ｆ３が働く。結局、タービンロータ全体に働くスラスト力Ｆは、次の（１）式で表される。
Ｆ ＝ Ｆ２ ＋ Ｆ３ ＋ Ｆ４ − Ｆ１                   （１）
【００４０】
次に、図４および図５を参照してスラスト力が運転状態によってどのように変化するかについて説明する。
図５は、横軸に主蒸気流量Ｑをとり、縦軸にスラスト力Ｆをとって、主蒸気流量Ｑとタービンロータに作用するスラスト力Ｆの関係を示すものである。
【００４１】
タービンの起動時、負荷の増加、すなわち、主蒸気流量Ｑの増加に伴いＦ２及びＦ４がＱに比例して増加するのでタービンロータ全体に働くスラスト力Ｆは図５の０‐１線を辿って上昇する。この間、抽気加減弁９はマニュアル（運転員による手動）モードでその弁開度が操作され、全開状態となっており抽気タービン２の高圧部３から排出される高圧排出蒸気の全量が抽気加減弁９を通して低圧部４へ供給されるため、抽気流量はゼロである。
【００４２】
主蒸気流量Ｑが増加して、プロセス１６への抽気を開始する主蒸気流量として設定された主蒸気流量（以下、これを「抽気開始蒸気流量」と呼ぶ）Ｑ１に到達すると、抽気加減弁９の制御をマニュアルモードからＰＬＣ４２による自動制御モードに切換えて、自動で抽気蒸気の圧力制御を行う。これにより抽気加減弁９の開度が低下して高圧排出蒸気３ｃの圧力がプロセス１６の圧力Ｐｐまで上昇される。
なお、高圧排出蒸気３ｃの圧力がプロセス１６の圧力Ｐｐに到達するまでの間は、高圧排出蒸気３ｃは依然として全量が抽気加減弁９を通して低圧翼段落４ｂに供給される。
この間、プロセス１６の圧力Ｐｐは高圧排出蒸気３ｃの圧力Ｈｐより高いが抽気配管１９に設けられた抽気逆止弁１７がプロセス１６から抽気タービン２への蒸気の逆流を防止する。
【００４３】
抽気加減弁９の制御が自動制御モードになって一定量の抽気が行われるまでの間は、スラスト力Ｆは、高圧排出蒸気３ｃの圧力上昇による中間のラビリンスボス２１ｂに加わるスラスト力Ｆ３の増加と低圧部４の通過蒸気流量の増大による低圧翼段落４ｂに加わるスラスト力Ｆ４の増加が重畳して、図５の１−２の線を辿って急上昇する。
【００４４】
抽気加減弁９の開度が低下することにより、高圧排出蒸気３ｃの圧力Ｈｐが上昇してプロセス１６の圧力Ｐｐに達し、プロセス１６への抽気の供給が開始されると、抽気加減弁９を通過する蒸気流量が減少し低圧翼段落４ｂの蒸気流量が減少するのでタービンロータに作用するスラスト力＋Ｆ４が減少する。このため、タービンロータ全体のスラスト力Ｆは図５上では、例えば、２−３の線を辿って減少する。そして、プロセス１６への抽気蒸気流量を一定の状態に保った状態で、抽気タービン２の負荷（発電出力）を増加すると、高圧段落３ｂの蒸気流量、および、低圧翼段落４ｂの蒸気流量が増大することにより高圧段落３ｂに加わるスラスト力＋Ｆ２、および低圧翼段落４ｂに加わるスラスト力＋Ｆ４が急上昇する一方、同時に、高圧車室圧力Ｈｐの上昇によりラビリンスボス２１ａに加わるスラスト力−Ｆ１も急上昇するため、スラスト力Ｆは３-４線を辿って緩やかに増加する。
【００４５】
抽気流量が増えれば増える程、低圧翼段落４ｂに加わるスラスト力＋Ｆ４は小さくなるので、タービンロータ２１全体のスラスト力Ｆはマイナス（図５の下向き）方向に移動する。そして、抽気流量を一定に維持した状態で、負荷が増加すると、高圧翼段落３ｂ、低圧翼段落４ｂともに蒸気流量が増加するためスラスト力＋Ｆ２と＋Ｆ４が増加するので、負荷の増加に伴い、例えば、５-６線、７-８線のようにプラス（図５の上向き）方向に変化する。
しかし、抽気流量が多くなると低圧翼段落４ｂの蒸気流量が減少するため＋Ｆ４が小さくなり高圧車室圧力Ｈｐの増加によるラビリンスボス２１ａのスラスト力−Ｆ１の増大が支配的となる。そして、抽気流量が最大になると、タービンロータ全体のスラスト力Ｆは、主蒸気流量の増加に伴い、図５の１０−１１線を辿ってマイナス方向に大きく変化する。
【００４６】
このように抽気タービン２のスラスト力Ｆは抽気流量の増減によって、プラス（右）方向とマイナス（左）方向に変化するのである。
スラスト力Ｆによるロータの軸方向の移動はスラスト軸受が制限しているが、スラスト軸受が受けるスラスト力Ｆが過大となり許容値を超えるとスラスト軸受が損傷する危険がある。そして、スラスト軸受が損傷した場合には、保安装置が作動して抽気タービンが非常停止されるので、発電設備の運用に大きな損失を与える。
【００４７】
プロセス１６へは、プロセスの需要に応じた必要な蒸気流量が抽気タービンから抽気して供給されるが、抽気タービンにおける上記のようなスラスト力の変化は抽気タービン内部の事象であるので、発電設備の運転員、ましてや、抽気した蒸気を使用するプロセスの運転員には知る由もなく、発電設備の運転では考慮されない。しかし、プロセスの蒸気需要の変化幅が大きい場合には、プロセス抽気蒸気流量が最小の場合とプロセス抽気蒸気流量が最大の場合におけるスラスト力Ｆが、マイナスとプラスの両方向へ変化し、それぞれいずれもスラスト軸受の使用限度一杯で抽気タービンが設計される場合がある。
この場合にはプロセス抽気蒸気流量ゼロから最小（以下、これを「最小抽気流量」と呼ぶ）の間での運転では、スラスト力Ｆが使用限度を超えてしまうので、抽気圧力制御運転をする場合にはプロセス１６への抽気蒸気流量が最小抽気流量以下とならないよう、抽気タービン発電設備の運転員は運転状態を常時監視することが必要となる。
しかし、抽気タービンが抽気圧力制御運転をしている場合、何らかの原因、例えば、プロセスの蒸気需要が急に低下することによって、プロセス抽気蒸気流量が減少して最小抽気流量以下となったとき、運転員が常に適切な措置をとるとは限らないので、スラスト軸受の損傷を完全に防止することはできない。
【００４８】
この発明は、このような異常事態が発生した場合に、運転員の注意力に頼ることなく、かつ、抽気蒸気を使用するプロセスの運転への影響を最小限としつつ抽気タービンのスラスト軸受の損傷を防止するようにするものである。
【００４９】
次に、このようなスラスト軸受の損傷を防止するための保安運転におけるＰＬＣ４２による保安動作を説明する。
図７は、この発明の実施例１の抽気タービンにおける保安運転の保安動作フローを示すものである。
【００５０】
図７のステップＳ１は、抽気タービンを起動してから自動で抽気圧力制御を行うための抽気開始蒸気流量Ｑ１に達するまで主蒸気流量Ｑを上昇させるマニュアル操作での負荷上昇運転工程である。
この工程中に、マニュアル、すなわち運転員により主蒸気流量Ｑの監視が実行される（ステップＳ２）。この主蒸気流量監視工程においては主蒸気流量Ｑが予め設定された抽気開始蒸気流量Ｑ１に到達するまで、ステップＳ１の負荷上昇操作を行う（Ｎ分岐）。
主蒸気流量ＱがＱ１に到達したと運転員が判断したところで、Ｙ分岐からステップＳ３へ進んで抽気圧力制御運転への切換えが行われる。これは、通常、操作盤上の押しボタンの指押しで行われる。ここから図１におけるＰＬＣ４２による保安運転が開始され、抽気蒸気圧力を予め設定した圧力に一致するよう制御する、抽気圧力制御運転が実行される。
【００５１】
このステップＳ３での抽気圧力制御運転に切換え後は、ＰＬＣ４２で、常時、高圧車室圧力検出器４０、低圧車室圧力検出器４１および抽気蒸気圧力検出器４８により検出された高圧車室（蒸気）圧力Ｈｐ、低圧車室（蒸気）圧力Ｌｐおよび抽気（蒸気）圧力Ｐｐを読み取って、低圧車室限界圧力Ｌｐｐを求める処理や、抽気圧力制御が実行され、プロセスに一定圧力の抽気蒸気が供給される。
低圧車室限界圧力Ｌｐｐは、予めＰＬＣ４２に記憶させた、図３に示す高圧車室圧力Ｈｐに対応する低圧車室の限界圧力Ｌｐｐを決める圧力相関線Ｐから、読み取ったその都度の高圧車室検出圧力Ｈｐに対応する低圧車室の限界圧力Ｌｐｐとして演算により求められるものである。
【００５２】
次のステップＳ４は、低圧車室圧力Ｌｐを監視する工程である。この低圧車室圧力Ｌｐの監視は、抽気タービンのスラスト軸受に加わるスラスト力Ｆを監視することにほかならない。この工程においては、その都度、高圧車室圧力Ｈｐに対応して求められた低圧車室限界圧力Ｌｐｐと、その都度検出された低圧車室圧力Ｌｐとを比較して、その大小関係が判定される。
すなわち、低圧車室圧力Ｌｐが低く、Ｌｐ＜Ｌｐｐである場合は、低圧車室圧力Ｌｐが、図３に示す圧力相関線Ｐ（図２に示した低圧車室の基準圧力を示す相関線Ｐと同じ）より下方にあり、抽気タービンのスラスト軸受に加わるスラスト力Ｆが運転の支障にならない範囲にあることになる。また、低圧車室圧力Ｌｐが高くなり、Ｌｐ≧Ｌｐｐとなった場合は、低圧車室圧力Ｌｐが図３の相関線Ｐより上方にあり、抽気タービンのスラスト軸受に加わるスラスト力Ｆが運転に支障となる範囲にあることになる。
このように、低圧車室圧力Ｌｐを監視することにより、抽気タービンのスラスト軸受に発生したスラスト力Ｆが運転の支障となる範囲にあるか否かを監視することができる。
【００５３】
ステップＳ４において低圧車室圧力Ｌｐが低圧車室限界圧力Ｌｐｐより低い状態（Ｌｐ＜Ｌｐｐ）にあると判定された場合は、低圧車室圧力Ｌｐが、図３に示す圧力相関線Ｐより下方にあり、抽気タービンのスラスト軸受に加わるスラスト力Ｆが運転の支障にならない範囲にあることになるので、Ｙ分岐で通常負荷運転を監視するループに留まり、通常負荷運転を継続する。
【００５４】
また、低圧車室圧力Ｌｐが低圧車室限界圧力Ｌｐｐ以上（Ｌｐ≧Ｌｐｐ）となったと判定された場合は、低圧車室圧力Ｌｐが、図３の相関線Ｐの線上（例えば同図のＡ点、）またはこれより上方まで上昇し、抽気タービンのスラスト軸受に加わるスラスト力Ｆが運転に支障を生じる範囲まで大きくなっていることになる。したがって、この場合は、直ちに、抽気タービンの通常負荷運転（主蒸気加減弁による負荷制御運転）をインターロック（中止）するため、ステップＳ４のＮ分岐からインターロック動作ループのステップＳ６へ移る。このステップＳ６では、プロセス抽気蒸気流量が最小抽気流量以下にまで減少したため抽気タービンのスラスト軸受のスラスト力Ｆが過大となったことを示す抽気異常警報が発せられる。
なお、図３のＡ点は図５のインターロック作動線（スラスト力の限界を示す線）Ｌ１線上のa点のスラスト力に相当する。
【００５５】
ステップ６で警報の発信後、直ちにステップＳ７に進み、抽気圧力制御はそのまま動作を継続させた状態で、主蒸気加減弁８の開度を強制的に絞り込む、強制絞込み動作が行われる。これは、抽気タービンの過大なスラスト力でスラスト軸受が破損されるのを防止するために行うもので、主蒸気加減弁８の開度を急激に絞り込むことにより、抽気タービン２内に生じたスラスト力Ｆを低減するものである。
【００５６】
主蒸気加減弁８の開度が絞り込まれると、抽気タービン２に供給される主蒸気流量が減少し、高圧翼段落３ｂ、低圧翼段落４ｂを通過する蒸気流量が減少するため、これに伴って高圧車室の圧力Ｈｐおよび低圧車室の圧力Ｌｐが低下するので、抽気タービン２内に生じたスラスト力Ｆが小さくなる。
この動作によって、抽気タービン内のスラスト力が運転に支障を生じない安全な範囲まで低下したどうかをステップＳ８で判定する。すなわち、ステップＳ８では、低圧車室圧力検出器４１で検出された低圧車室圧力Ｌｐを、図３における相関線Ｐより僅かに低い圧力、例えば０．０２５ＭＰａだけ低くした高圧車室圧力Ｈｐと低圧車室退避圧力Ｌｐｑとの特定の関係を表す第２の圧力相関線Ｑに基づいて求められた低圧車室退避圧力Ｌｐｑと比較して、Ｌｐ≦Ｌｐｑになったかどうかの判定処理が行われる。この判定処理で、低圧車室圧力Ｌｐが、低圧車室退避圧力Ｌｐｑ以下（Ｌｐ≦Ｌｐｑ）に低下し、相関線Ｑより下方の値となったと判定されたときは、Ｙ分岐からスッテプＳ９に進んで主蒸気加減弁８の強制絞込み動作を停止し、抽気異常警報の解除処理を行って通常負荷運転の監視ループに入る。
【００５７】
図３の例ではＢ点に到達したときに主蒸気加減弁の強制絞込みを停止することになる。これは、図５におけるＬ２線上のｂ点のスラスト力に相当する。
【００５８】
ステップＳ８で、低圧車室圧力Ｌｐ＞低圧車室退避圧力Ｌｐｑであると判定された場合は、低圧車室圧力Ｌｐが図３のＱ線より上方にあることになるので、Ｎ分岐からステップＳ１０へ進む。
このステップＳ１０では、主蒸気加減弁８の強制絞込みによって減少した主蒸気流量Ｑと抽気開始蒸気流量Ｑ１とを比較して主蒸気流量Ｑが抽気開始蒸気流量Ｑ１以上の流量あるか否かの判定を行う。ここで、Ｑ≧Ｑ１となり、主蒸気流量Ｑが抽気開始蒸気流量Ｑ１以下に減少していないと判定された場合は、Ｙ分岐から、ステップＳ７へ戻り、低圧車室圧力Ｌｐ≦低圧車室退避圧力Ｌｐｑとなるまで、主蒸気加減弁８の強制絞込み動作を繰り返す。
【００５９】
このような主蒸気加減弁８の強制絞込み操作により、低圧車室の圧力Ｌｐ≦低圧車室退避圧力Ｌｐｑとなり、低圧車室圧力Ｌｐが図３の圧力相関線Ｑ線上、または、Ｑ線より下方へ移動すると、抽気タービンのスラスト力Ｆが運転に支障を生じない範囲に減少したことになる。このため、ステップＳ８では、低圧車室圧力Ｌｐが図３の相関線Ｑ上またはＱ線より下方にあると判定されたところで、Ｙ分岐から、主蒸気加減弁８の強制絞込み操作を行う、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０で構成されるループを離脱してステップＳ９へ進む。そして、ステップ９の警報解除処理を経て通常負荷運転を継続する通常負荷運転監視ループへ復帰し、ステップ７で主蒸気加減弁８が強制絞込みされた状態の負荷において、主蒸気加減弁による負荷運転が行われる。
なお、元の負荷に復帰させたい場合は、通常負荷運転に移行後に、運転員が、プロセス抽気蒸気流量が最小抽気流量以上となることを確認の上負荷上昇操作を行う。
【００６０】
一方、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ１０で構成されるループにおいて、主蒸気加減弁８を絞り込んでいる過程で主蒸気流量Ｑが大きく減少し、主蒸気流量Ｑ≦抽気開始蒸気流量Ｑ１となった場合は、抽気圧力制御運転が継続できないので、ステップＳ１０でＮ分岐からスッテプＳ１１、Ｓ１２へ進んで、抽気異常警報の解除処理後、抽気圧力制御運転の解除処理が行われる。この後、ステップＳ１（運転員による負荷上昇操作）へ戻って、抽気圧力制御運転への切換えを再度実行することになる。
なお、ステップＳ４の判定で、低圧車室圧力Ｌｐ＞低圧車室限界圧力Ｌｐｐとなるのは、その時の負荷における抽気流量が十分でないこと、すなわち、最小抽気流量に相当する抽気流量以上の蒸気が高圧部排気３ｃ（図４）からプロセス１６に供給されていないことが原因である。
【００６１】
このため、抽気異常警報が発せられたときには、運転員がプロセス需要（蒸気流量）を増やすなどして高圧部排気３ｃからプロセス１６への供給する抽気流量を増やす操作を実行ことにより、低圧車室圧力Ｌｐを低下させて、ステップＳ８で、低圧車室圧力Ｌｐ≦低圧車室退避圧力Ｌｐｑとなるようにすれば、ステップＳ９に進めることができる。
このように、この発明では、主蒸気加減弁の強制絞り動作が行われている最中でも、運転員が抽気流量を増やす操作を行うことにより、当該動作を停止させて通常負荷運転に復帰させることができる。これは従来技術にはなかった点のひとつである。
【００６２】
さらに、この発明においては、主蒸気加減弁８の弁開度の強制絞込み過程でＰＬＣ４２から主蒸気加減弁８への弁開度指令が変動している間も、蒸気加減弁８と抽気加減弁９の弁開度は一定の関係を維持しながら主蒸気加減弁８、抽気加減弁９の通過流量を変化させるように構成している。これにより、主蒸気加減弁８の弁開度の強制絞込みにより主蒸気流量が変化しても、プロセスへの抽気蒸気流量は、これに影響されることなく一定に維持されるようになる。
【００６３】
図６は、弁開度指令ＯＰと主蒸気加減弁８および抽気加減弁９の蒸気通過流量Ｑとの関係を示すもので、特性線Ｖ８が主蒸気加減弁８の弁開度指令―弁通過流量特性を、そして特性線Ｖ９は抽気加減弁９の弁開度指令―弁通過流量特性を示す。
或るプロセスの蒸気需要に対して、主蒸気加減弁８と抽気加減弁９の弁開度は、図６の互いに並行な特性線Ｖ８とＶ９の線上にあり、負荷が変化してもこの関係はプロセスの蒸気需要が変化しない限り変わらない。そして、負荷が変動して主蒸気加減弁８に対する弁開度指令ＯＰが変化するとき、抽気加減弁９に対しても共通の弁開度指令ＯＰが発せられる。したがって、主蒸気加減弁８を通過する蒸気流量と抽気加減弁９を通過する蒸気流量との差、すなわち抽気流量は一定に保たれる。
同様に、主蒸気加減弁９が図７のステップＳ７における強制絞込みのループにあって弁開度指令ＯＰが変化しても、抽気流量は変化せずに一定に保たれる。
【００６４】
例えば、主蒸気開閉弁８および抽気蒸気開閉弁９が弁開度指令ＯＰ２で運転中に、何らかの原因でプロセス１６への抽気蒸気流量が減少すると、低圧翼段落４ｂへの流量が増えるので低圧車室圧力Ｌｐが上昇する。そして、Ｌｐが図３の圧力相関線Ｐ上のＡ点に到達すると、図７のステップＳ４で、Ｌｐ≧Ｌｐｐと判定され、主蒸気加減弁８の弁開度の強制絞込みが行われる。これにより主蒸気流量が減少し、低圧車室圧Ｌｐが低下して図３の圧力相関線Ｑ上の点Ｂに達すると、図7のステップＳ８でＬｐ≦Ｌｐｑと判定され、Ｙ分岐からステップＳ９へ進み、抽気異常警報処理が解除される。このとき主蒸気加減弁８への弁開度指令は図６のＯＰ２からＯＰ１となっているが、抽気加減弁９への弁開度指令も、同時にＯＰ２からＯＰ１になる。すなわち、主蒸気加減弁８の弁開度指令―弁通過流量特性線Ｖ８と抽気加減弁９の弁開度指令―弁通過流量特性線Ｖ９との関係は、弁開度指令がＯＰ２からＯＰ１に変化する間も両弁の通過流量の差は一定となる関係が維持される。
これによりこの間のプロセス１６への抽気蒸気流量は、次に説明するように一定に保たれる。
【００６５】
図６に示すように、弁開度指令がＯＰ２のとき主蒸気加減弁８の通過蒸気流量はＱ４、抽気加減弁９の通過蒸気流量はＱ２となる。プロセス１６への抽気蒸気流量は、主蒸気加減弁８の通過蒸気流量Ｑ４と抽気加減弁９の通過蒸気流量Ｑ２との差のＱｅ２（Ｑｅ２＝Ｑ４−Ｑ２）となる。
一方、上述の低圧車室圧力Ｌｐ判定により弁開度指令ＯＰがＯＰ２からＯＰ１に減じられることにより、主蒸気加減弁８の通過蒸気流量がＱ３に減少するが、抽気加減弁８への弁開度指令も同時に同じ割合で減じられてＯＰ１となり、抽気加減弁８の通過蒸気流量もＱ１に減少する。したがって、プロセスへの抽気蒸気流量Ｑｅ１は、主蒸気加減弁８の通過蒸気流量Ｑ３と抽気加減弁８の通過蒸気流量Ｑ１との差（Ｑｅ１＝Ｑ３−Ｑ１）となるが、これは、弁開度指令ＯＰ２のときのプロセスへの抽気蒸気流量Ｑｅ２と等しい。
【００６６】
このようにこの発明の実施例１においては、抽気タービンが所定の負荷をとっている抽気圧力制御自動運転状態において、抽気タービンの低圧部の低圧車室圧力を検出し、この低圧車室圧力が、予め定められたその都度の高圧車室圧力に対応して決められた低圧車室限界圧力より大きくなったとき、抽気圧力制御は維持したままの状態で、主蒸気加減弁の開度を強制的に絞って抽気タービンの高圧部に流入する蒸気流量を減らすようにしているので、抽気蒸気の供給は維持したまま、タービンロータに作用するスラスト力を抑制することができる。
そして、上記動作によってスラスト力が運転に支障を生じない安全な範囲まで低下したかどうかを自動で判断し、安全な範囲である場合には主蒸気加減弁の強制絞込みを中止し、その負荷において、主蒸気加減弁８により主蒸気流量を制御する通常の負荷運転を再開することができる。
これにより、プラントへの抽気蒸気の供給および系統への電力の供給への影響を少なくすることができるとともに、抽気タービンのスラスト軸受が過大なスラスト力によって損傷されるのを未然に防止することができるので、抽気タービンを安全に運転することができる。
【実施例２】
【００６７】
次にこの発明の実施例２について説明する。
抽気圧力制御運転への切換え直前は、高圧排気部３ｃから排気される高圧排気蒸気の圧力はプロセスの蒸気圧力Ｐｐより低いが、抽気圧力制御運転に切換えると抽気加減弁９が絞られるので高圧排気蒸気の圧力が高くなってゆき、高圧排気蒸気の圧力がプロセスの蒸気圧力以上に上昇すると抽気が行われる。しかし、切換え直後、一定量の抽気が行われるまでの間は、高圧排気部３ｃから排気される高圧排気蒸気の全量又はそのほとんどが低圧翼部４ｂに流れるため、低圧車室圧力Ｌｐが高くなっている。そして、低圧車室圧力Ｌｐが図３の圧力相関線Ｐに基づいて決められた低圧車室限界圧力Ｌｐｐ以上の値になっていると、主蒸気加減弁８の強制絞込み操作が実行される可能性がある。このときのスラスト力は図５の点２の大きさになる。これは一時的なものであるため、許容できるのであるが、運転モードを抽気圧力制御運転に切換える度に主蒸気加減弁８の強制絞込み動作が実行されると、これを解除する操作を行わなければならないので運転操作が煩わしくなる。
【００６８】
このような煩わしさを解消するように改善したものがこの実施例２である。
この実施例２は、実施例１における図７に示す保安動作フローの一部を変更するだけでよいので、実施例２により変更した保安動作フローを図１０および図１１に示す。
この実施例２の保安動作フローにおいて、実施例１の保安動作フローにおけるステップ記号と同じ記号で示すステップはこれと同じ処理または操作を示す。
図１０におけるマニュアル操作によりステップＳ１の負荷上昇操作からステップＳ３の抽気圧力制御運転切換えまでの起動操作は、実施例１（図７）と同じである。
【００６９】
実施例２においては、図３に示した圧力相関線Ｐ線及びＱ線上の値である、Ｌｐｐ及びＬｐｑの外に、これらに代えて、切換え直後の抽気圧力制御運転に使用する、相関線Ｐ、Ｑとは勾配が異なる初期圧力相関線（図８の円内に示す。）Ｐｉ、Ｑｉ上の値である、初期低圧車室限界圧力Ｌｐｉ及び初期低圧車室退避圧力Ｌｑｉが用いられる。
そして、初期圧力相関線Ｐｉ、Ｑiは次のようにして定める。
図９の点２で示される、抽気圧力制御運転切換え直後の突出したスラスト力（以下、これを「突出スラスト」と呼ぶ）を生じさせる低圧車室圧力Ｌｐを計算によって求める。突出スラストは主蒸気流量が抽気開始蒸気流量Ｑ１のときに主蒸気流量の全量が低圧翼段落４ｂに流入することにより生じる（段落００４２参照）ので、Ｑ１からＬｐが計算される（この値をＬｐｔとする）。
そして、Ｑ１と抽気圧力との関係から高圧車室圧力Ｈｐも計算で求めることができるので（この値をＨｐｔとする）、図８上に抽気圧力制御運転開始直後の高圧車室圧力に対する低圧車室圧力の座標点が決まる。そこで、図８上でこの座標点（Ｈｐｔ，Ｌｐｔ）からＰ線上に適当に線分を延ばしたものがＰi線となる。Ｑｉ線はＰｉ線を僅か下方に並行移動した線に相当する直線である。
Ｐ線とＰi線との交点座標である高圧車室圧力を「通常運転設定圧力」Ｈｐｏと呼ぶ。Ｈｐｏは、突出スラストの大きさを考慮して決められる。
【００７０】
ステップＳ３の抽気圧力制御運転切換え直後のステップＳ２１では、高圧車室圧力Ｈｐが、通常運転設定圧力Ｈｐｏに達しているか否かを判定し、Ｈｐ＜Ｈｐｏであれば、高圧車室圧力Ｈｐが通常運転設定圧力Ｈｐｏに達していないので、Ｎ分岐からステップＳ２２へ進む。
ステップＳ２２では、低圧車室圧力Ｌｐが低圧車室初期限界圧力Ｌｐｉ以上か否かの判定を行い、Ｌｐ＜Ｌｐｉであれば、Ｎ分岐から負荷増加操作（主蒸気流量増加操作）を行うステップＳ２４を実行してステップＳ２１に戻り、高圧車室圧力Ｈｐが通常運転設定圧力Ｈｐｏに達するまでこの操作を繰り返す。
【００７１】
ステップＳ２２で、Ｌｐ≧Ｌｐｉであると判定された場合には、低圧車室圧力Ｌｐの上昇により、抽気タービンに発生するスラスト力が、過大となって運転に支障を生じる範囲となっていることを示しているので、Ｙ分岐からステップＳ２５へ進んで、抽気異常警報を発した後、直ちにステップＳ２６の主蒸気加減弁の強制絞込み操作を実行し、抽気タービン２に供給される主蒸気流量Ｑを低減する。これにより、低圧車室圧力Ｌｐは、主蒸気流量Ｑの減少に対応して低下する。
【００７２】
この操作によって、低圧車室圧力Ｌｐが低圧車室初期退避圧力Ｌｑｉ以下に低下した場合は、低圧車室圧力Ｌｐの判定を行うステップＳ２７でＬｐ≦Ｌｑｉと判定されるので、Ｙ分岐からステップ３１に進んで主蒸気加減弁の強制絞り込み動作を停止して、抽気異常警報を解除する操作をした後、スッテプＳ２１へ戻って、再び高圧車室圧力Ｈｐの判定を行う。
【００７３】
また、低圧車室圧力Ｌｐの低下が未だ十分でなく、ステップ２７においてＬｐ＞Ｌｑｉと判定された場合は、ステップ２７のＮ分岐からステップ２８へ進み高圧車室圧力Ｈｐが、予め設定された抽気開始設定圧力Ｈｐｓ以下に低下していないか否かの判定を行う。
このステップ２８において、Ｈｐ≧Ｈｐｓと判定された場合は、Ｙ分岐からステップＳ２６へ戻り主蒸気加減弁強制絞込み操作を、ステップＳ２７でＬｐ≦Ｌｑｉと判定されるまで繰り返し行う。
【００７４】
また、ステップＳ２８においてＨｐ＜Ｈｐｓと判定された場合は、Ｎ分岐からステップＳ２９へ進んで、抽気異常警報解除の操作を行った後、ステップ３０の抽気圧力制御運転解除、すなわちマニュアル運転への切り替え操作をして、ステップＳ１に戻る。
元の負荷に戻す場合、運転員は最小抽気量以上のプロセスの蒸気需要があることを確認して、抽気圧力制御運転切り替え操作を最初からやり直すことになる。
【００７５】
一方、ステップＳ２１の高圧車室圧力Ｈｐの判定処理において、Ｈｐが通常運転設定圧力Ｈｐｏに達し、Ｈｐ≧Ｈｐｏであると判定された場合は、通常運転が可能な状態にあるので、ステップＳ２１のＹ分岐から、図１１の通常運転制御ループを示す制御フローのＡ点へ進んで、通常運転制御ループへ入る。
【００７６】
この図１１の通常負荷運転を監視する保安動作フローは、ほぼ図７に示す実施例１の保安動作フローと同じであるが、低圧車室圧力Ｌｐと低圧車室退避圧力Ｌｐｑとを比較判定する処理を行うステップＳ８の後に、ステップ３２を加えた点が異なる。
ステップ３２は、スッテプ２１（図１０）と同じ判定処理を行い、Ｎ分岐は図１０の保安動作フローのＢ点とつながる。
【００７７】
したがって、図１１の通常運転での保安動作を示すフローにおいては、ステップＳ３２で高圧車室圧力ＨｐがＨｐ≧Ｈｐｏと判定された場合、ステップＳ７へ戻って主蒸気加減弁の強制絞込み動作のループを構成する。これは図７に示す保安動作と同じである。
主蒸気加減弁の強制絞込みによって高圧車室圧Ｈｐが低下し、Ｈｐ＜Ｈｐｏになった場合はステップＳ３２のＮ分岐から図１０のＢ点に戻って、負荷を増加させる操作を行う。
ステップＳ１１の後は保安動作フローのＡ点に戻って通常負荷運転の監視ループとなるが、負荷は、Ｓ７，Ｓ８，Ｓ３２のループで低下した状態であるので、負荷を元に戻す場合には、運転員はプロセス抽気蒸気流量が最小抽気流量以上となったことを確認して、主蒸気加減弁の開度を大きくする操作をする。
図１１の保安動作フローのその外の動作は、図７の実施例１の保安動作フローの動作と同じであるので、詳細な動作の説明は省略する。
【００７８】
このように、この発明の実施例２は抽気蒸気タービン発電設備の運転開始時直後の抽気圧力制御運転切換え時に、一定量の抽気が行われるまで、低圧車室圧力が低圧車室限界圧力を超えて上昇した場合に対処できるように、通常負荷運転で使用する低圧車室限界圧力とは別に、運転初期に使用する低圧車室初期限界圧力を設定し、抽気タービンの運転状態に応じてこの２つの設定値を使い分けるようにしたところに特徴を有する。このため、実施例２によれば、抽気蒸気タービン発電設備の運転開始時直後の抽気圧力制御運転切換え後の低圧車室圧力が低圧車室限界圧力を超えていても、この時は、主蒸気加減弁強制絞込み動作（保安動作）に移行する低圧車室限界圧力の設定値が通常より高い低圧車室初期限界圧力に設定されているので、主蒸気加減弁強制絞込み動作への移行が抑制されるとともに、仮に強制絞込み動作に移行した場合も自動で通常運転に戻すことができるため、煩わしい、主蒸気加減弁強制絞込み動作を解除する操作を行わなくて済むようになり運転員の操作負担を著しく軽減できる。
【符号の説明】
【００７９】
２：抽気蒸気タービン、３：高圧部、４：低圧部、８：主蒸気加減弁、９：抽気加減弁、１６：生産プロセス、１９：抽気供給系、４０：高圧車室圧力検出器、４１：低圧車室圧力検出器、４２：演算制御装置、４４：主蒸気加減弁制御器、４６：抽気加減弁制御器、４８：プロセス圧力検出器
【要約】
【課題】抽気蒸気タービンにより蒸気および電力を供するようにした抽気蒸気タービン発電設備において、蒸気および電力を使用する生産プロセスの運転にほとんど影響を与えることなく、抽気蒸気タービンの過大なスラスト力によるスラスト軸受の損傷を防止することのできる保安運転装置を提供する。
【解決手段】抽気蒸気タービンの低圧部の低圧車室の圧力を監視し、この圧力が予め定められたその都度の高圧部の高圧車室の検出圧力に対応する低圧車室の基準圧力より大きくなったとき、抽気蒸気圧制御は維持したままの状態で、一時的に、主蒸気加減弁の開度を一定量絞って前記高圧部に流入する蒸気流量を、低圧車室の圧力が前記基準圧力以下に低下するまで減らすようにする。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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