(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの軸受に給油されるタービン軸受油の流量を軸受油温度調節弁の開度制御によって流量調整される軸受油冷却水により冷却するタービン軸受油冷却器と、前記タービン軸受油の温度を検出して軸受油温度を出力する軸受油温度検出器と、前記タービンの回転速度を検出して回転速度を出力する回転速度検出器と、前記回転速度を入力され、前記タービンの回転速度が予定の範囲内にあるとき入力された回転速度に応ずる前記タービン軸受油の最適温度設定値を出力する第１の関数変換器と、前記軸受油温度と前記最適温度設定値とを入力され、両入力の温度偏差信号を出力する比較器と、前記温度偏差信号を入力され、この温度偏差信号に比例＋積分＋微分の演算を行い、前記軸受油温度調節弁の操作信号を出力するＰＩＤ演算器と、前記軸受油温度を入力され軸受油温度が予定の範囲内にあるとき前記軸受油温度調節弁の開度を入力された軸受油温度に応じて予定の最小開度から予定の開度まで開制御する最適開度信号を出力する第２の関数変換器と、前記軸受油温度調節弁の予定の最小開度制限値が設定され最小開度制限値を出力する最小開度設定器と、前記第２の関数変換器の出力する最適開度信号と前記最小開度設定器の出力する最小開度制限値とが入力され、前記第１の関数変換器の出力する最適温度設定値が予定値に達し且つ前記軸受油温度が予定値未満のときには前記最小開度制限値を出力し前記第１の関数変換器の出力する最適温度設定値が予定値に達し且つ前記軸受油温度が予定値以上になると切換えられて前記最適開度信号を出力する切換器と、前記ＰＩＤ演算器の出力する操作信号と前記切換器の出力とが入力され、両入力の中の高い方の値を有する入力を通過させて前記軸受油温度調節弁へ出力する高値優先回路と、から成ることを特徴とするタービン軸受油温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所・原子力発電所或いはコンバインドサイクル発電所等に設置されるスティームタービン或いはガスタービン等の軸受に供給され、この軸受を潤滑すると共に冷却するタービン軸受油の温度制御装置の改良に関し、特にタービン軸受油温度制御装置により制御される軸受油の温度がオーバーシュートするのを防止する軸受油温度オーバーシュート防止回路を備えたタービン軸受油温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用に供されるスティームタービン或いはガスタービン等（以下タービンと記す）は、その容量においては最大級の大型機であり、そのため、運転停止時にもロータの熱変形を防止するために、毎分数回転の極めて低速度で回転させるターニングを行い、さらに起動から運転に向けて数時間かけて極めて徐々に昇速させ、運転時においては毎分数千回転の高速度で回転する横軸回転機である。
【０００３】
上記理由から、その軸受に供給して軸受を潤滑すると同時に冷却するタービン軸受油の温度は、温度により変化する軸受油の粘度が最適値となるように、タービンの回転速度に応じて定められた適正な値に厳密に制御する必要がある。
【０００４】
図示はしないが、従来のタービン軸受油温度制御装置においては、タービンの回転速度の上昇時に於ける軸受油の温度制御に際して発生する軸受油温度のオーバーシュートを防止するためのオーバーシュート防止回路は設けられておらず、温度制御のための制御器としては、単にＰＩＤ制御［（Ｐ）比例動作＋（Ｉ）積分動作＋（Ｄ）微分動作の３動作制御］のみにより制御ゲインを遅くし、軸受油温度の異常上昇時に軸受油冷却水の送水流量を制御するようにして、軸受油温度が異常に上昇するオーバーシュートを防止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＩＤ制御だけでは軸受油温度のオーバーシュートを完全に防止することはできず、無理にオーバーシュートを防止しようとして、制御ゲインを調整すると、タービンにより回転駆動される発電機の負荷運転時における定値制御が不安定となったり、軸受油冷却水の流量が過流量になって軸受油を過冷却し軸受油温度が異常に低下してしまうという問題があった。
【０００６】
上記のように、従来のタービン軸受油温度制御装置には軸受油温度のオーバーシュートを防止するための回路は無く、ＰＩＤ制御の制御ゲインを調整すると、発電機の負荷制御時の定値制御が不安定となったり、軸受油冷却水の過流量が発生していた。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受油温度のオーバーシュートを防止する回路を付加し、ＰＩＤ制御のパラメータの設定値に関係なく軸受油温度のオーバーシュートを防止することのできるタービン軸受油温度制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、タービンの軸受に給油されるタービン軸受油の流量を軸受油温度調節弁の開度制御によって流量調整される軸受油冷却水により冷却するタービン軸受油冷却器と、前記タービン軸受油の温度を検出して軸受油温度を出力する軸受油温度検出器と、前記タービンの回転速度を検出して回転速度を出力する回転速度検出器と、前記回転速度を入力され、前記タービンの回転速度が予定の範囲内にあるとき入力された回転速度に応ずる前記タービン軸受油の最適温度設定値を出力する第１の関数変換器と、前記軸受油温度と前記最適温度設定値とを入力され、両入力の温度偏差信号を出力する比較器と、前記温度偏差信号を入力され、この温度偏差信号に比例＋積分＋微分の演算を行い、前記軸受油温度調節弁の操作信号を出力するＰＩＤ演算器と、前記軸受油温度を入力され軸受油温度が予定の範囲内にあるとき前記軸受油温度調節弁の開度を入力された軸受油温度に応じて予定の最小開度から予定の開度まで開制御する最適開度信号を出力する第２の関数変換器と、前記軸受油温度調節弁の予定の最小開度制限値が設定され最小開度制限値を出力する最小開度設定器と、前記第２の関数変換器の出力する最適開度信号と前記最小開度設定器の出力する最小開度制限値とが入力され、前記第１の関数変換器の出力する最適温度設定値が予定値に達し且つ前記軸受油温度が予定値未満のときには前記最小開度制限値を出力し前記第１の関数変換器の出力する最適温度設定値が予定値に達し且つ前記軸受油温度が予定値以上になると切換えられて前記最適開度信号を出力する切換器と、前記ＰＩＤ演算器の出力する操作信号と前記切換器の出力とが入力され、両入力の中の高い方の値を有する入力を通過させて前記軸受油温度調節弁へ出力する高値優先回路とから成ることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、軸受油温度のオーバーシュート防止回路を付加することにより、タービンの回転上昇時にタービンの回転速度が例えば３０００ｒｐｍに達し、軸受油温度設定値が例えば４６度Ｃになり、軸受油温度が例えば４３〜４６度Ｃの間のときに、軸受油温度調節弁の最適開度値を例えば０〜１５％の間で変化させ、ＰＩＤ制御による軸受油温度調節弁への開操作信号が発生する前に軸受油冷却水を通水することによりＰＩＤ制御のパラメータの設定値に関係なく軸受油温度のオーバーシュートを先行的に防止することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のタービン軸受油温度制御装置の実施の形態を示す図である。
【００１１】
図１において、１０はタービン、１０ａはタービン１０の軸受、１１はタービン１０の回転速度を検出して出力する回転速度検出器で、この場合の検出値は例えば０〜３６００ｒｐｍである。
【００１２】
１３は、図示しないタービン軸受油槽から軸受油ポンプ１５により汲上げられ、給油配管１６を介してタービン１０の軸受１０ａへ供給される軸受油を冷却するための軸受油冷却器であり、１７は軸受給油の温度を検出して出力する軸受油温度検出器である。なお、軸受１０ａへ供給された軸受油の軸受函内における温度は通常最高８０度Ｃまで上昇する。
【００１３】
１９は、図示しない軸受油冷却水温度制御装置により制御されて予定の一定温度に調整された軸受油冷却水を、軸受油冷却水配管２０を介して軸受油冷却器１３に送水する軸受油冷却水ポンプであり、２１は、軸受油冷却水配管２０に設けられ、後述のタービン軸受油温度制御装置によりその開度が制御されて、軸受油冷却水の流量を調整する軸受油温度調節弁である。
【００１４】
２５は第１の関数変換器であり、上記の回転速度検出器１１により検出されたタービン１０の回転速度が入力され、この回転速度が予め定められた範囲内にあるとき、入力されたタービン回転速度に応ずる軸受油の最適温度信号（最適温度設定値）を出力する。
【００１５】
２６は比較器であり、上記の第１の関数変換器２５の出力である最適温度設定値と上記の軸受油温度検出器１７より得られた軸受油温度とがそれぞれ入力され両入力温度の温度偏差信号を出力する。
【００１６】
２７は、入力として上記の比較器２６の出力である温度偏差信号が与えられ、この温度偏差信号に対して、比例（Ｐ）＋積分（Ｉ）＋微分（Ｄ）の演算を行って、上記の軸受油温度調節弁２１の操作信号を出力するＰＩＤ演算器である。
【００１７】
その全体を一点鎖線で囲み符号３０を付した部分は、本発明により追加したタービン軸受油の温度が異常上昇するのを防止するための軸受油温度オーバーシュート防止回路である。
【００１８】
このオーバーシュート防止回路３０は、第２の関数変換器３１と、固定端子ａとｂおよびこれらの固定端子ａ、ｂ間を切換えて固定端子ｃとの間を接続する切換接触子Ｔとを有する切換器３２と、軸受油温度調節弁２１の最小開度制限値が設定される最小開度設定器３３と、異なる値を有する２つの入力が与えられると、２つの入力の中の高い方の値を有する入力を通過させて出力するＨＶＧ（高値優先回路）３４とから構成される。
【００１９】
第２の関数変換器３１は、軸受油温度検出器１７により検出された軸受油温度が入力され、軸受油温度が予め定められた範囲内にあるとき入力された軸受油温度に応ずる軸受油温度調節弁２１の最適開度信号を出力する。
【００２０】
切換器３２は、その固定端子ａには軸受油温度調節弁２１の例えば０％の最小開度制限値が設定される最小開度設定器３３の設定値出力と、固定端子ｂには第２の関数変換器３１の出力とがそれぞれ入力される。そして軸受油の最適温度設定値が例えば４６度Ｃで、且つ軸受油の温度が例えば４３度Ｃ以上の時には、切換接触子Ｔは図示のように固定端子ｂ−ｃ間を接続し、上記以外のタービンのターニング時および昇速時、降速時等（軸受油の温度が例えば４３度Ｃ未満）には、切換接触子Ｔは自動的に固定端子ａ側に切換えられて、固定端子ａ−ｃ間を接続する。
【００２１】
高値優先回路３４には、その一方の入力として切換器３２の出力と、他方の入力としてＰＩＤ演算器２７が出力する操作信号とがそれぞれ入力されて、高い方の値を有する入力を通過させて出力し、この出力は軸受油温度調節弁２１に加えられる。
【００２２】
次に、上記構成の本発明の作用を図１〜図３を参照して詳細に説明するが、本発明においては、下記の２項が前提条件となっている。
【００２３】
すなわち、（１）  図示しないタービン軸受油槽から軸受油ポンプ１５により汲上げられ、軸受油冷却器１３により冷却されて給油配管１６を介してタービン１０の軸受１０ａへ供給されるタービン軸受油の流量は、予定の一定値に保持されている。
【００２４】
（２）  軸受油冷却水ポンプ１９から吐出され、軸受油温度調節弁２１の開度に応じその流量が調整されて上記の軸受油冷却器１３に送水され、軸受油を冷却する軸受油冷却水の温度は、本発明には関係のない軸受油冷却水温度制御装置により調整されて、予定の一定値に保持されている。
【００２５】
図２および図３は、本発明の作用を説明するための曲線図である。
【００２６】
図２は、横軸に時間を、縦軸に軸受油温度（度Ｃ）をとり、実線で示す曲線ａは、軸受油温度曲線であり、一点鎖線で示す曲線ｂは、軸受油の最適温度設定値曲線である。
【００２７】
また図３は、横軸に時間を、縦軸に軸受油温度調節弁２１の開度（％）をとり、曲線ｃは軸受油温度オーバーシュート防止回路３０による軸受油温度調節弁２１に対する開度制限曲線である。
【００２８】
さて、タービン１０の起動前のターニング中においては、タービン１０は毎分数回転の低速で回転している。この時、軸受油温度調節弁２１の最小開度制限値を設定する最小開度設定器３３には、図示のように、例えば最小開度制限値０％が設定されている。
【００２９】
第１の関数変換器２５から出力されるタービン軸受油の最適温度設定値は、図示のように、例えば、入力されるタービン１０の回転数が８００ｒｐｍ未満においては３０度Ｃ一定とし、８００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲においては回転数にほぼ比例して直線的に変化させ、３０００ｒｐｍ以上においては４６度Ｃ一定とする。また、第２の関数変換器３１から出力される軸受油温度調節弁２１の最適開度信号は、図示のように、例えば、入力されるタービン軸受油の温度が４３度Ｃ未満においては０％とし、４３〜４６度Ｃ未満の範囲においては温度にほぼ比例した開度とし、４６度Ｃにおいては１５％一定とする。
【００３０】
したがって、ターニング中におけるタービン１０の回転数は毎分数回転であるから、第１の関数変換器２５は３０度Ｃの最適温度設定値を出力し、この最適温度設定値は比較器２６にその一方の入力（減算値）として加えられる。また、軸受油温度検出器１７により検出された軸受油の温度は、比較器２６にその他方の入力（加算値）として加えられるが、このとき軸受油温度は未だ３０度Ｃに達していないから比較器２６の出力である両入力温度の温度偏差信号は負となり、この負出力は制御に関与しない。
【００３１】
軸受油温度検出器１７により検出された軸受油の温度は、さらに上記の第２の関数変換器３１に加えられるが、この時の軸受油の温度は４３度Ｃに達していないから、切換器３２の切換接触子Ｔは図示とは反対の固定接点ａ側に切換えられａ−ｃ間が接続されている。そのため、第２の関数変換器３１の出力は制御上無関係となり無視されて、最小開度設定器３３に設定された軸受油温度調節弁２１の最小開度制限値０％が高値優先回路３４にその他方の入力として加えられる。
【００３２】
したがって、高値優先回路３４は、出力を生じないから軸受油温度調節弁２１の開度制御は行われず、軸受油冷却器１３には軸受油冷却水は給水されない。
【００３３】
次に、タービン１０がターニングを離脱して起動し、順次昇速してその回転速度が８００ｒｐｍに達し、さらに昇速すると、第１の関数変換器２５が出力する軸受油の最適温度設定値も、３０度Ｃから回転速度に応じて次第に上昇する。タービン１０の回転速度の上昇につれて、軸受油の温度も次第に上昇して行く。さらにタービン１０の回転速度が上昇して、その回転速度が３０００ｒｐｍに達すると、第１の関数変換器２５は、軸受油の最適温度設定値として４６度Ｃを出力する。
【００３４】
斯くして、軸受油の最適温度設定値が４６度Ｃに達するが、この時、軸受油の温度は未だ４３度Ｃに達していないから、切換器３２の切換条件（軸受油の最適設定温度が４６度Ｃで且つ軸受油の温度が４３度Ｃ以上）は成立せず、ａ−ｃ間が接続されたままである。
【００３５】
さらにタービン１０が３０００ｒｐｍを超えて昇速して行くと、軸受油の温度も更に上昇して４３度Ｃに達する。すると切換器３２の切換条件（軸受油の最適設定温度が４６度Ｃで且つ軸受油の温度が４３度Ｃ以上）が成立し、その切換接触子Ｔは固定接点ａから固定接点ｂに切換えられ、図示のようにｂ−ｃ間が接続される。
【００３６】
したがって、高値優先回路３４には、第２の関数変換器３１から軸受油の温度が例えば４３度Ｃを超える温度上昇に応じて例えば０％から次第に上昇し最大１５％までの軸受油温度調節弁２１への最適開度信号が加えられることになる。これにより、軸受油の温度か例えば４３〜４６度Ｃの間のときに、軸受油温度調節弁２１の最適開度値を０〜１５％の間で変化させ、ＰＩＤ演算器２７の演算による軸受油温度調節弁２１への開操作信号が発生する前に、第２の関数変換器３１からの出力により軸受油温度調節弁２１を開操作して軸受油冷却水を通水し、軸受油温度のオーバーシュートを先行的に防止する。このようにして、ＰＩＤ演算器２７による制御のパラメータの設定値に関係なく軸受油温度のオーバーシュートを防止することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明によれば、タービン軸受油温度制御装置に、軸受油温度調節弁の予め定められた最適開度信号を出力する第２の関数変換器と、軸受油温度調節弁の全閉開度値が設定される最小開度設定器と、これらの最適開度信号と全閉開度値とが入力され、タービン軸受油の最適温度設定値が４６度Ｃ以上で且つ軸受油温度値が４３度Ｃ以上のときには最適開度信号を出力し、それ以外のときには全閉開度値を出力する切換器と、この切換器の出力とＰＩＤ演算器の操作信号出力とが入力される高値優先回路とから構成される軸受油温度オーバーシュート防止回路を付加し、高値優先回路の出力により軸受油温度調節弁の開度制御を行うようにしたから、ＰＩＤ制御による軸受油温度調節弁への開操作信号が発生する前に軸受油冷却水の通水が可能となり、ＰＩＤ制御のパラメータの設定値に関係なく軸受油温度のオーバーシュートを防止することができる。これにより軸受油温度の異常上昇を伴うことなく容易に軸受油温度の調整が可能となるタービン軸受油温度制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタービン軸受油温度制御装置の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の作用を説明するための軸受油温度曲線図である。
【図３】本発明の作用を説明するための軸受油温度調節弁の開度制限曲線図である。
【符号の説明】
１０  タービン
１０ａ  タービン１０の軸受
１１  回転速度検出器
１３  軸受油冷却器
１５  軸受油ポンプ
１６  給油配管
１７  軸受油温度検出器
１９  軸受油冷却水ポンプ
２０  軸受油冷却水配管
２１  軸受油温度調節弁
２５  第１の関数変換器
２６  比較器
２７  ＰＩＤ演算器
３０  軸受油温度オーバーシュート防止回路
３１  第２の関数変換器
３２  切換器
３３  最小開度設定器
３４  高値優先回路
【図１】
0003571205.tif 000002
【図２】
0003571205.tif 000003
【図３】
0003571205.tif 000004