(57)【要約】【課題】蒸気弁をより早く開閉させることのできるようにするとともに、より正確に、より確実に指令信号が伝達できるようにする蒸気タービン制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る蒸気タービン制御装置は、蒸気弁１を開閉制御する際、機械的信号を圧力油信号に切り替える機械−油圧式制御機構部を備えた蒸気タービン制御装置において、前記蒸気弁１に圧力油を供給する起動運転用制御系統２と負荷運転用制御系統３とを設けるとともに、これら２つの制御系統を自在に切り替える切替装置４を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気弁を開閉制御する際、機械的信号を圧力油信号に切り替える機械−油圧式制御機構部を備えた蒸気タービン制御装置において、前記蒸気弁に圧力油を供給する起動運転用制御系統と負荷運転用制御系統とを設けるとともに、これら２つの制御系統を自在に切り替える切替装置を設けたことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
【請求項２】
起動運転用制御系統は、電気制御指令信号を圧力油制御信号に切り替える電油変換装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン制御装置。
【請求項３】
負荷運転用制御系統は、切替装置の切替弁からパイロット弁を介して蒸気弁を駆動する油筒ピストンを収容する油筒に、直接、圧力油を供給する構成にしたことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン制御装置。
【請求項４】
切替装置は、指令信号によって応動する切替用電磁弁と、この切替用電磁弁の駆動力に応動し、起動運転用制御系統および負荷運転用制御系統のうち、いずれかの系統からの圧力油を他方の系統の圧力油に切り替えて蒸気弁の油筒に供給する切替弁とを備えたことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン制御装置。
【請求項５】
蒸気弁は、主蒸気止め弁であることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン制御装置に係り、特に蒸気タービンの入口に設けた主蒸気止め弁の起動指令に対する応答性をより一層早めた蒸気タービン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントや原子力発電プラント等の発電プラントに適用する蒸気タービンプラントでは、最近、起動指令に基づくより一層早い応答性の強化が蒸気タービン制御装置に求められており、その一つに主蒸気止め弁がある。
【０００３】
この主蒸気止め弁は、主弁とバイパス弁（副弁）を備え、起動時、先ずバイパス弁を開弁させ、ボイラ等の蒸気発生器から蒸気タービンに供給する蒸気の流量を制御し、予め定められた負荷になると、主弁を開弁させるとともに、系統等に事故が発生したとき、トリップ指令に基づいて主弁およびバイパス弁を急速に閉弁させるＯＮ−ＯＦＦ型式の弁である。
【０００４】
このような機能を備える主蒸気止め弁を組み込んだ、例えば火力発電プラントは、図３に示すように、ボイラ１０１、主弁１０２ａにバイパス弁（副弁）１０２ｂを内蔵する主蒸気止め弁１０２、蒸気加減弁１０３、互いを軸結合させた高圧タービン１０４、中圧タービン１０５、低圧タービン１０６、発電機１０７を備え、ボイラ１０１から生成された主蒸気を高圧タービン１０４に供給する際、ガバナ（調速装置）１０９からの制御信号によって蒸気加減弁１０３の弁開度が調節される。
【０００５】
蒸気加減弁１０３の弁開度の調節によって流量制御された蒸気は、高圧タービン１０４で膨張仕事をし、動力（回転トルク）を発生する。高圧タービン１０４で膨張仕事を終えたタービン排気は、再熱器１０８で再び高温、高圧化され、再熱蒸気として中圧タービン１０５に供給されて膨張仕事をし、さらに低圧タービン１０６でも膨張仕事をし、その際に発生する動力で発電機１０７が駆動される。
【０００６】
一方、主蒸気止め弁１０２は、バイパス弁１０２ｂを開閉駆動するバイパス弁駆動部１１０と、このバイパス弁駆動部１１０を駆動するモータ１１１と、このモータ１１１に指令信号を与えるタービン起動制御演算部１１２とを備え、タービン起動制御演算部１１２から与えられるパルス状の信号でモータ１１１を回転駆動し、この回転駆動力によってバイパス弁駆動部１１０を駆動し、バイパス弁１０２ｂを開閉制御している。なお、主蒸気止め弁１０２は、複数個（通常２個または４個）設けられ、各弁毎に主弁およびバイパス弁を備えている場合、バイパス弁が半数の場合があり、ここでは複数個のうち、１個を代表として抜き出している。
【０００７】
タービン起動制御演算部１１２は、制御指令部１１３、加減算器１１４、サイリスタ増幅器１１５を備え、バイパス弁位置検出器１１７からのバイパス弁リフト信号（位置信号）、発電機１０７の軸端に設けた回転数検出器１１６からの速度信号（回転数信号）、制御指令部１１３からの指令信号を加減算器１１４で演算し、その演算信号をサイリスタ増幅器１１５で増幅させ、パルス状の信号としてバイパス弁駆動部１１０のモータ１１１に与えている。
【０００８】
また、制御指令部１１３は、図５に示すように、速度設定器用押釦１１８に接続され、例えば、ラブチェック回転数、低速ヒートソーク回転数、高速ヒートソーク回転数、定格運転数等の予め設定しておいた速度信号を出力する速度設定器１２０と、昇速率設定器用押釦１１９に接続され、速度設定器からの速度信号を予め定められた昇速率で昇速させる昇速率設定器１２１と、この昇速率設定器１２１からの昇速指令値を演算し、バイパス弁開度に対するタービン回転数を算出する起動特性回路１２２を備え、この起動特性回路１２２からの出力に上述実速度信号、バイパス弁リフト（位置）信号を加減算器１１４で突き合わせ演算し、その演算信号をサイリスタ増幅器、バイパス弁駆動部１１０のモータ１１１を介して主蒸気止め弁１０２のバイパス弁１０２ｂに与えて弁開閉制御を行っている。
【０００９】
また、バイパス弁駆動部１１０は、図４に示すように、起動時、モータ１１１または操作ハンドル１２３の駆動力により進退移動させるピストン１２４ａを備えた全周噴射操作機構部１２４を備えている。この全周噴射操作機構部１２４は、レバー１２５、フローティングレバー１２６、リレー弁１２７、パイロット弁１２８、復元ストッパ１２９を介して主蒸気止め弁１０２に接続している。
【００１０】
主蒸気止め弁１０２は、弁ケーシング１３０内にバイパス弁（副弁）１０２ｂを内蔵する主弁１０２ａを収容するとともに、バイパス弁１０２ｂおよび主弁１０２ａを開閉させる弁棒１３１および継手１３２を介して接続する油筒ピストン１３３と、トリップ等の非常時、油筒１３４内の圧力油を器外に排出させるディスクダンプ弁１３５とを備える構成になっている。
【００１１】
このような構成を備える主蒸気止め弁１０２において、起動時、タービン起動制御演算部１１２からの起動指令によりモータ１１１が駆動されるか、あるいは操作員により操作ハンドル１２３が駆動されると、全周噴射操作機構部１２４は、ピストン１２４ａを進退移動させ、レバー１２５を実線の位置から反時計方向の一点鎖線の位置に引き寄せ、これに伴ってフローティングレバー１２６を矢印Ｅの方向に移動させてパイロット弁１２８のスプールを下方側に移動させる間に復元ストッパ１２９に当接させる。
【００１２】
フローティングレバー１２６が復元ストッパ１２９に当接すると、リレー弁１２７からの制御油は、パイロット弁１２８、ディスクダンプ弁１３５を介して油筒１３４に供給され、油筒ピストン１３３を押圧し、この押圧力を弁棒１３１を介してバイパス弁１０２ｂに与え、バイパス弁１０２ｂを開弁させる。そして、主蒸気止め弁１０２は、出口側の蒸気圧力（スチームチェスト圧力）が予め定めた蒸気圧力になるまでバイパス弁１０２ｂを開閉させ、主蒸気止め弁１０２を通る蒸気の流量を制御する。
【００１３】
また、主蒸気止め弁１０２は、運転中に、系統に事故が発生し、トリップ指令があると、非常油が供給されてトリップ弁１３６のピストンを移動させ、この移動に伴ってラッチ１３７が外れ、レバー１２５が実線の位置に戻され、さらにパイロット弁１２８のスプールを移動させてポートを塞ぐとともに、リレー弁１２７に非常油が供給され、ポートを塞ぎ、リレー弁１２７からパイロット弁１２８を介して油筒１３４への制御油の供給を断っている。
【００１４】
さらに、主蒸気止め弁１０２は、非常油を油筒１３４に供給し、ディスクダンプ弁１３５を下方に移動させ、油筒１３４内に溜まっている圧力油を器内からドレンとして排出させ、これに伴って油筒ピストン１３３を下方に降下させ、バイパス弁１０２ｂおよび主弁１０２ａを閉弁させる。
【００１５】
また、主蒸気止め弁１０２は、バイパス弁１０２ｂおよび主弁１０２ａを駆動する弁棒１３１が酸化スケール等の不純固形物によってステックしているかの有無を運転中に確認するために、テスト装置１３８を備えている。このテスト装置１３８は、電磁弁を備えたスプールで、スプールからの空気信号でリレー弁１２７のスプールを移動させ、ポートを塞ぎ、リレー弁１２７からパイロット弁１２８を介して油筒１３４への制御油の供給を断ち、弁棒１３１の下方への移動を確認している。
【００１６】
なお、主蒸気止め弁の非常事態時における開閉は、例えば、特開平１０−１３１７１０号公報（特許文献１）にも開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１３１７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図３〜図５に示した従来の蒸気タービン制御装置では、主蒸気止め弁のバイパス弁および主弁を開閉させる際、レバーやフローティングレバー等の応動に対応させてスプールへの圧力油を給排させる、いわゆる機械−油圧式制御装置であるから、幾つかの課題を抱えている。
【００１８】
すなわち、蒸気タービンは、起動運転時、上述したように、安定運転を確保するため、ラブチェック、低速ヒートソーク、高速ヒートソーク等細かく監視する制御を行っているが、信号伝達経路がレバー、フローティングレバー等の機械式のものでは長年の使用の結果、接続部分に緩みや隙間等の不動作部分ができ、信号伝達に遅れが生じ、上述安定運転の確保が難しくなる等の不安があった。
【００１９】
さらに、蒸気タービンは、上述の機械−油圧式制御装置であるが故に、信号遅れの応答性があり、予め定められた目標回転数と実回転数との整定に時間を要し、起動運転時間が長引くことに伴う系統並列負荷運転が遅れ、この間、燃料等のエネルギをより多く消費する等の課題があった。
【００２０】
このため、蒸気タービンには、指令信号をより早く、かつ確実に伝達させ、主蒸気止め弁等の蒸気弁をより早く開閉させる制御装置の実現が望まれていた。
【００２１】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、主蒸気止め弁等の蒸気弁をより早く開閉させることのできるようにするとともに、より正確に、より確実に指令信号が伝達できるようにする蒸気タービン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る蒸気タービン制御装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、蒸気弁を開閉制御する際、機械的信号を圧力油信号に切り替える機械−油圧式制御機構部を備えた蒸気タービン制御装置において、前記蒸気弁に圧力油を供給する起動運転用制御系統と負荷運転用制御系統とを設けるとともに、これら２つの制御系統を自在に切り替える切替装置を設けたものである。
【００２３】
また、本発明に係る蒸気タービン制御装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、起動運転用制御系統は、電気制御指令信号を圧力油制御信号に切り替える電油変換装置を備えたものである。
【００２４】
また、本発明に係る蒸気タービン制御装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、負荷運転用制御系統は、切替装置の切替弁からパイロット弁を介して蒸気弁を駆動する油筒ピストンを収容する油筒に、直接、圧力油を供給する構成にしたものである。
【００２５】
また、本発明に係る蒸気タービン制御装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、切替装置は、指令信号によって応動する切替用電磁弁と、この切替用電磁弁の駆動力に応動し、起動運転用制御系統および負荷運転用制御系統のうち、いずれかの系統からの圧力油を他方の系統の圧力油に切り替えて蒸気弁の油筒に供給する切替弁とを備えたものである。
【００２６】
また、本発明に係る蒸気タービン制御装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、蒸気弁は、主蒸気止め弁であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る蒸気タービン制御装置は、主蒸気止め弁等の蒸気弁を開閉させる際、起動運転用制御系統と負荷運転用制御系統との２つの制御系統を設けるとともに、２つの制御系統を自在に切替ができる切替装置を設ける一方、起動運転用制御系統に電気信号を圧力油に切り替える電油変換装置を設けたので、蒸気弁をより早く開閉させ、より正確に、より確実に蒸気弁に指令信号を伝達することができ、蒸気タービンにより長く安定運転を行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る蒸気タービン制御装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る蒸気タービン制御装置の実施形態を示す概略制御系統図である。
【００３０】
なお、本発明に係る蒸気タービン制御装置は、例示として主蒸気止め弁を適用対象としているが、この例に限らず、再熱蒸気止め弁等の蒸気タービンに使用される多くの種類の蒸気弁にも適用される。
【００３１】
本実施形態に係る蒸気タービン制御装置の適用対象となる蒸気弁のうち、例示とする主蒸気止め弁１には、起動運転時に使用する起動運転用制御系統２と、負荷運転時に使用する負荷運転用制御系統３と、両制御系統２，３を自在に切替可能な切替装置４とを備えて構成されている。
【００３２】
また、起動運転用制御系統２は、電気信号を圧力油に変換する電気−油圧式制御装置が組み込まれている。
【００３３】
一方、主蒸気止め弁１は、弁ケーシング５内にバイパス弁（副弁）６を内蔵する主弁７を収容するとともに、バイパス弁６および主弁７を開閉させる弁棒８および継手９を介して接続する油筒ピストン１０と、トリップ等の非常時、油筒１１内の圧力油を器外にドレンとして排出させるディスクダンプ弁１２とを備えている。
【００３４】
また、主蒸気止め弁１に接続する起動運転用制御系統２は、制御油の流れに沿って順に、目詰まり等により自在に切替可能なオイルフィルタ１３、タービン起動制御演算部１４からの指令電気信号を圧力油に切り替える電油変換装置１５を備えている。
【００３５】
この電油変換装置１５は、電気信号を油圧信号に変換する変換回路１５ａと、スプール１５ｂとを組み合わせたもので、電気信号によるより早い伝達性と確実な伝達性とを巧みに利用したものである。
【００３６】
また、起動運転用制御系統２は、電油変換装置１５のスプール１５ｂからの制御油を切替装置４、パイロット弁１８を介して主蒸気止め弁１の油筒１１に供給するリレー弁１６を備えている。
【００３７】
切替装置４は、タービン起動制御演算部１４からの電気指令信号によって作動する切替用電磁弁１７ａと、この切替用電磁弁１７ａの駆動力により起動運転用制御系統２から負荷運転用制御系統３に切り替える切替弁１７ｂとで構成されている。
【００３８】
なお、パイロット弁１８には、テスト用電磁弁２５が設けられ、運転中でも主蒸気止め弁１の弁棒８がステックしているかの有無を確認できるようになっている。
【００３９】
また、負荷運転用制御系統３は、主蒸気止め弁１がＯＮ−ＯＦＦ型式であることも手伝って、制御油を切替弁１７ｂに直接供給し、ここからパイロット弁１８を介して油筒１１に供給する構成にしている。
【００４０】
他方、電油変換装置１５および切替用電磁弁１７ａに電気指令信号を与えるタービン起動制御演算部１４は、図２に示すように、速度設定用押釦１９に接続され、例えば、ラブチェック回転数、低速ヒートソーク回転数、高速ヒートソーク回転数、定格回転数等の予め設定しておいた速度（回転数）信号を出力する速度設定器２０と、昇速率設定用押釦２１に接続され、速度設定器２０からの速度信号を予め定められた昇速率で昇速させる昇速率設定器２２と、この昇速率設定器２２からの昇速指令信号にタービン実速度（タービン実回転数）を突き合わせて加減算する加減算器２３と、この加減算器２３の演算信号に基づいて起動用調定率を演算する起動用調定率器２４とを備え、起動用調定率器２４からの演算信号を電油変換装置１５に与える構成になっている。
【００４１】
このような構成を備える蒸気タービン制御装置において、タービン起動制御演算部１４から電油変換装置１５に起動指令が与えられると、オイルフィルタ１３からの制御油は、スプール１５ｂ、リレー弁１６を介して切替装置４の切替弁１７ｂに供給される。この時点では、まだ、切替弁１７ｂはスプールを切り替えていない。
【００４２】
リレー弁１６から切替弁１７ｂに供給された制御油は、ここからパイロット弁１８、ディスクダンプ弁１２を介して油筒１１に供給され、油筒ピストン１０を押圧し、弁棒８を駆動し、バイパス弁６を開弁させ、主蒸気入口から蒸気加減弁（図示せず）に供給する主蒸気の流量を制御する。
【００４３】
なお、図示しないが、他の主蒸気止め弁の全ても、バイパス弁を開弁させて、主蒸気を流す、いわゆる全周噴射運転を行う。
【００４４】
全周噴射運転によるバイパス弁６の開弁後、主蒸気止め弁１の出口側におけるスチームチェストの圧力が予め定められた圧力になると、主蒸気止め弁１は、主弁７を全開させる。
【００４５】
起動運転が終了し、蒸気タービンに負荷運転が開始されると、蒸気タービン制御装置は、今迄、主蒸気止め弁１の油筒１１に制御油を供給していた起動運転制御系統２から、負荷運転用制御系統３に切り替える。
【００４６】
すなわち、切替装置４の切替用電磁弁１７ａは、タービン起動制御演算部１４から切替指令が与えられ、スプールを移動させ、パイロット弁１８から油筒１１に供給される制御油の一部をスプールのポートを介して切替弁１７ｂに供給する。
【００４７】
切替弁１７ｂは、スプールを移動させ、リレー弁１６からの制御油の供給を断ち、負荷運転用制御系統３の配管からの制御油をスプールに供給させる。
【００４８】
負荷運転用制御系統３の配管から切替弁１７ｂのスプールに供給された制御油は、パイロット弁１８を介して油筒１１に供給され、油筒ピストン１０への押圧力を維持させて主弁７の全開状態を維持させる。
【００４９】
このように、本実施形態は、主蒸気止め弁１のバイパス弁６および主弁７を開弁させる際、主蒸気止め弁１の油筒１１に制御油を供給する起動用制御系統２と負荷運転用制御系統３との２つの制御系統を設けるとともに、２つの制御系統を自在に切り替えることができる切替装置４を設ける一方、起動用制御系統２にタービン起動制御演算部１４からの電気制御指令で圧力油に変換する電油変換装置１５を設けたので、主蒸気止め弁１のバイパス弁６および主弁７の開閉応答性がより一層早くなり、開閉信号の伝達がより一層確実、かつ正確になり、蒸気タービン起動時において精度良く安定に運転することができるとともに、通常運転中は負荷運転用制御系に切り替えることにより、万一電油変換装置や起動制御系統が故障しても、ユニットを停止することなく連続的にタービンを運転することができる信頼性のある運用を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る蒸気タービン制御装置の実施形態を示す概略制御系統図。
【図２】本発明に係る蒸気タービン制御装置に適用するタービン起動制御演算部を示すブロック図。
【図３】一般的な火力発電プラントを示す概念図。
【図４】主蒸気止め弁のバイパス弁および主弁を開閉させる際に適用する従来の機械−油圧式制御装置を示す概念図。
【図５】従来の機械−油圧式制御装置に適用するタービン起動制御演算部を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
１  主蒸気止め弁
２  起動運転用制御系統
３  負荷運転用制御系統
４  切替装置
５  弁ケーシング
６  バイパス弁
７  主弁
８  弁棒
９  継手
１０  油筒ピストン
１１  油筒
１２  ディスクダンプ弁
１３  オイルフィルタ
１４  タービン起動制御演算部
１５  電油変換装置
１５ａ  変換回路
１５ｂ  スプール
１６  リレー弁
１７ａ  切替用電磁弁
１７ｂ  切替弁
１８  パイロット弁
１９  速度設定用押釦
２０  速度設定器
２１  昇速率設定用押釦
２２  昇速率設定器
２３  加減算器
２４  起動用調定率器
２５  テスト用電磁弁
１０１  ボイラ
１０２  主蒸気止め弁
１０２ａ  主弁
１０２ｂ  バイパス弁（副弁）
１０３  蒸気加減弁
１０４  高圧タービン
１０５  中圧タービン
１０６  低圧タービン
１０７  発電機
１０８  再熱器
１０９  ガバナ
１１０  バイパス弁駆動部
１１１  モータ
１１２  タービン起動制御演算部
１１３  制御指令部
１１４  加減算器
１１５  サイリスタ増幅器
１１６  回転数検出器
１１７  バイパス弁位置検出器
１１８  速度設定器用押釦
１１９  昇速率設定器用押釦
１２０  速度設定器
１２１  昇速率設定器
１２２  起動特性回路
１２３  操作ハンドル
１２４  全周噴射機構部
１２４ａ  ピストン
１２５  レバー
１２６  フローティングレバー
１２７  リレー弁
１２８  パイロット弁
１２９  復元ストッパ
１３０  弁ケーシング
１３１  弁棒
１３２  継手
１３３  油筒ピストン
１３４  油筒
１３５  ディスクダンプ弁
１３６  トリップ弁
１３７  ラッチ
１３８  テスト装置
【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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