(57)【要約】【課題】大型低圧蒸気タービンにおいて、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、振動応力を低減できる蒸気タービンシステム、及び制御方法を提供する。【解決手段】静翼３と動翼２から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンシステム１００であって、一つの段落の直前直後に給水加熱器８の給水加熱用蒸気の抽気孔６を有する場合において、制御装置１６に、負荷遮断機構１２から負荷遮断信号が入力されたとき、もしくは制御装置１６に圧力変動検出器９から抽気孔６の圧力変動が通知されたとき、もしくは制御装置１６がタービントリップを検出したとき、給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂを開いて、給水加熱器８内のドレンを急減若しくは空にすることを特徴とする。【選択図】図１
2008101494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼と動翼とから構成される段落を複数有し、外部から供給される蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、
前記低圧蒸気タービンから排出される前記蒸気を凝縮して給水を生成する復水器と、
前記生成される給水を加熱する給水加熱器と、を含んで構成され、
前記低圧蒸気タービンは、前記給水加熱器の熱源となる給水加熱用蒸気を抽気する抽気孔を有し、
前記給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記給水加熱器内のドレン水位を第一の所定の水位に調整する第一のドレン回収系統であって、第一ドレン回収ラインと該第一回収ライン上に設けられた第一調整弁とを有する第一のドレン回収系統と、
前記給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記給水加熱器内のドレン水位を前記第一の所定の水位よりも高い第二の所定の水位に調整する第二のドレン回収系統であって、第二ドレン回収ラインと該第二回収ライン上に設けられた第二調整弁とを有する第二のドレン回収系統とを有する低圧蒸気タービンシステムであって、
負荷遮断時、前記抽気孔の所定値以上の圧力変動発生時、又はタービントリップ発生時の何れかの負荷変動要因発生時に、前記第二調整弁を強制開させるように前記第二調整弁に指令を出す給水加熱器水位制御手段を有することを特徴とする低圧蒸気タービンシステム。
【請求項２】
静翼と動翼とから構成される段落を複数有し、外部から供給される蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、
前記低圧蒸気タービンから排出される前記蒸気を凝縮して給水を生成する復水器と、
前記生成される給水を加熱する少なくとも２つの給水加熱器であって、前記復水器側に近い方から順に配置された第一の給水加熱器と、第二の給水加熱器と、を含んで構成され、
前記低圧蒸気タービンは、前記給水加熱器の熱源となる給水加熱用蒸気を抽気する抽気孔を、前記複数の段落の中の少なくとも１つの段落の直前直後に有し、
前記第一の給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記第一の給水加熱器内のドレン水位を第一の所定の水位に調整する第一のドレン回収系統であって、第一ドレン回収ラインと該第一回収ライン上に設けられた第一調整弁とを有する第一のドレン回収系統と、
前記第一の給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記第一の給水加熱器内のドレン水位を前記第一の所定の水位よりも高い第二の所定の水位に調整する第二のドレン回収系統であって、第二ドレン回収ラインと該第二回収ライン上に設けられた第二調整弁とを有する第二のドレン回収系統と、
前記第二の給水加熱器内のドレンを前記第一の給水加熱器に回収し前記第二の給水加熱器内のドレン水位を第三の所定の水位に調整する第三のドレン回収系統であって、第三ドレン回収ラインと該第三回収ライン上に設けられた第三調整弁とを有する第三のドレン回収系統と、
前記第二の給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記第二の給水加熱器内のドレン水位を前記第三の所定の水位よりも高い第四の所定の水位に調整する第四のドレン回収系統であって、第四ドレン回収ラインと該第四回収ライン上に設けられた第四調整弁とを有する第四のドレン回収系統と、を有する低圧蒸気タービンシステムであって、
負荷遮断時、前記抽気孔の所定値以上の圧力変動発生時、又はタービントリップ発生時の何れかの負荷変動要因発生時に、前記第二及び第四調整弁を強制開させるように前記第二調整弁及び第四調整弁に指令を出す給水加熱器水位制御手段を有することを特徴とする低圧蒸気タービンシステム。
【請求項３】
前記給水加熱器水位制御手段は、前記負荷変動要因発生時に前記第一及び/又は第三調整弁を強制閉させる指令を出すことを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧蒸気タービンシステム。
【請求項４】
前記給水加熱器と蒸気発生器との間で分岐し、前記給水加熱器からの給水を前記復水器に戻す分岐配管と、該分岐配管上に設けられた戻し弁と、前記戻し弁に指令を与える戻し弁制御装置とを備え、
前記負荷変動要因発生時に、前記戻し弁制御装置は、前記戻し弁に指令を与えて前記戻し弁を開くような制御を行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の低圧蒸気タービンシステム。
【請求項５】
静翼と動翼とから構成される段落を複数有し、外部から供給される蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、
前記低圧蒸気タービンから排出される前記蒸気を凝縮して給水を生成する復水器と、
前記生成される給水を加熱する給水加熱器と、を含んで構成され、
前記低圧蒸気タービンは、前記給水加熱器の熱源となる給水加熱用蒸気を抽気する抽気孔を有し、
前記給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記給水加熱器内のドレン水位を第一の所定の水位に調整する第一のドレン回収系統と、
前記給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記給水加熱器内のドレン水位を前記第一の所定の水位よりも高い第二の所定の水位に調整する第二のドレン回収系統と、を有し、
前記低圧蒸気タービン内を流れる蒸気の一部が前記抽気孔を介して、前記給水加熱用蒸気として前記給水加熱器に導入される構造を有する低圧蒸気タービンシステムの制御方法であって、
負荷遮断時、前記抽気孔の所定値以上の圧力変動発生時、又はタービントリップ発生時の何れかの負荷変動要因発生時に、
蒸気流量制御手段からの指令によって、前記低圧蒸気タービンに外部から供給される蒸気の流量を低減するステップと、
加熱器水位制御手段からの指令によって、前記第二のドレン回収系統にドレンを流通させるステップと、
加熱器水位制御手段からの指令によって、前記第一のドレン回収系統のドレンの流通を遮断するステップと、
を有することを特徴とする低圧蒸気タービンシステムの制御方法。
【請求項６】
静翼と動翼とから構成される段落を複数有し、外部から供給される蒸気によって駆動される低圧蒸気タービンと、
前記低圧蒸気タービンから排出される前記蒸気を凝縮して給水を生成する復水器と、
前記生成される給水を加熱する少なくとも２つの給水加熱器であって、前記復水器に近い方から順に配置された第一の給水加熱器と、第二の給水加熱器と、を含んで構成され、
前記低圧蒸気タービンは、前記給水加熱器の熱源となる給水加熱用蒸気を抽気する抽気孔を、前記複数の段落の中の少なくとも１つの段落の直前直後に有し、
前記第一の給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記第一の給水加熱器内のドレン水位を第一の所定の水位に調整する第一のドレン回収系統と、
前記第一の給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記第一の給水加熱器内のドレン水位を前記第一の所定の水位よりも高い第二の所定の水位に調整する第二のドレン回収系統と、
前記第二の給水加熱器内のドレンを前記第一の給水加熱器に回収し前記第二の給水加熱器内のドレン水位を第三の所定の水位に調整する第三のドレン回収系統と、
前記第二の給水加熱器内のドレンを前記復水器に回収し前記第二の給水加熱器内のドレン水位を前記第三の所定の水位よりも高い第四の所定の水位に調整する第四のドレン回収系統と、を有し、
前記低圧蒸気タービン内を流れる蒸気の一部が前記抽気孔を介して、前記給水加熱用蒸気として前記給水加熱器に導入される構造を有する低圧蒸気タービンシステムの制御方法であって、
負荷遮断時、前記抽気孔の所定値以上の圧力変動発生時、又はタービントリップ発生時の何れかの負荷変動要因発生時に、
蒸気流量制御手段からの指令によって、前記低圧蒸気タービンに外部から供給される蒸気の流量を低減するステップと、
加熱器水位制御手段からの指令によって、前記第二のドレン回収系統と前記第四のドレン回収系統にドレンを流通させるステップと、
加熱器水位制御手段からの指令によって、前記第三のドレン回収系統のドレンの流通を遮断するステップと、
を有することを特徴とする低圧蒸気タービンシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧蒸気タービンシステム及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧蒸気タービンでは、無負荷時や低負荷時に復水器側からの蒸気の逆流により、動翼にランダム振動が発生することが知られている。この知見は低圧蒸気タービン動翼の設計に反映されている。ランダム振動については、非特許文献１や２に記載されている。
【０００３】
【非特許文献１】ア・ヴェ・シェグリヤエフほか、池田監訳、永島訳、蒸気タービン理論と構造、三宝社、ｐ３４０、  １９８２
【非特許文献２】M. Gloger 他 ADVANCED LP TURBINE BLADING; A RELIABLE AND HIGHLY EFFICIENT DESIGN PWR-VOL.18, STEAM TURBINE-GENERATOR DEVELOPMENTS FORTHE POWER GENERATION INDUSTRY, ASME 1992
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、効率向上のために低圧蒸気タービンが大型化しているが、本発明者等の検討によれば、低圧蒸気タービンが大型化した際のランダム振動については特別な配慮が必要であることが判明した。特に、低圧蒸気タービンから給水加熱器の給水加熱用の蒸気を抽気している場合、負荷遮断等に起因する給水加熱器から低圧蒸気タービン内へのフラッシュバックによる振動（フラッシュバック振動）との重畳については特別に配慮する必要があることが判明した。
【０００５】
本発明の目的は、負荷遮断時等（特に、低圧蒸気タービンが負荷遮断後も無負荷又は低負荷で運転継続される負荷遮断時）、低圧蒸気タービンに供給される蒸気の流量が急減するときに、フラッシュバック振動の発生を抑制することができる低圧蒸気タービンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンシステム（特に、１つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する場合）において、負荷が遮断され、低圧蒸気タービンに供給される蒸気の流量が急減するとき（特に、低圧蒸気タービンが負荷遮断後も無負荷又は低負荷での運転を継続する負荷遮断のとき）に、給水加熱器内の水位を制御するためのドレン回収系統を用いて、給水加熱器内のドレンの水位を急速に低減若しくは給水加熱器内のドレンを急速に空にする構成とした。
また、本発明は、給水加熱器からの給水を復水器に戻す分岐配管上に設けられた戻し弁を開き、給水加熱器を流れる給水を増加させて、給水加熱器の温度上昇を抑制する構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、負荷遮断時等（特に、低圧蒸気タービンが負荷遮断後も無負荷又は低負荷で運転継続される負荷遮断時）、低圧蒸気タービンに供給される蒸気の流量が急減するときに、フラッシュバック振動の発生を抑制することができる低圧蒸気タービンシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を用いて詳細に説明する。
【０００９】
先ず、本発明に至るまでの検討について説明する。
【００１０】
従来、最終段の動翼の翼長が４３インチ（約１０９ｃｍ）の低圧蒸気タービン（タービン回転速度１８００ｒｐｍ）では、ランダム振動（初負荷運転等の無負荷、及び低負荷時に発生する非定常流れによる流体加振力）の影響は、最終段（Ｌ−０段）とその前の段落（Ｌ−１段）と考えられ、これらの動翼はランダム振動の影響を加味して設計されている。しかし、最終段よりも２つ前の段落（Ｌ−２段）の動翼は、作りやすさ等の観点からテノンかしめ構造等の動翼構造が通常用いられている。
【００１１】
しかし、最終段の動翼が５２インチ（約１３２ｃｍ）以上の大型化した低圧蒸気タービン（タービン回転速度１８００ｒｐｍ）の場合、ランダム振動がＬ−２段まで及ぶことが判明した。低圧蒸気タービンがさらに大型化した場合には、３つ前の段落（Ｌ−３段）にもランダム振動が及ぶこともあり得ることが判明した。
【００１２】
また、給水加熱器の給水加熱用として蒸気を低圧蒸気タービンから抽気しているが、負荷遮断時などの負荷急変時には、給水加熱器から低圧蒸気タービン内に熱水がフラッシュ（減圧沸騰）して逆流（フラッシュバック）することがある。すなわち、負荷遮断時などの負荷急変時には、低圧蒸気タービン内の圧力が急減し、低圧蒸気タービン内圧力と給水加熱器内圧力とが逆転（給水加熱器内圧力が低圧蒸気タービン内圧力より高くなる現象）し、蒸気の逆流が発生する。そして、給水加熱器内の圧力が更に低下し、給水加熱器内に残量している高温水がフラッシュ（減圧沸騰）し、タービンに音速に近い流速で流入する。この影響により、軸方向、及び周方向の不均一性が発生し、流体加振力（フラッシュバック振動）が発生する。
【００１３】
このフラッシュバック振動は、抽気孔の場所に近い段落の動翼に対して影響が大きい。従来、Ｌ−１段の上流に抽気孔が設けられることが多かった。低圧蒸気タービンロータの軸長が短くなった場合等においては、Ｌ−２段の上流にも抽気孔が設けられることがある。
【００１４】
これらのランダム振動とフラッシュバック振動が重畳することにより、大きな流体加振力が発生することが判明した。これを、図４を用いて説明する。
【００１５】
図４は、フラッシュバック無、及びフラッシュバック有のときの非定常流体力計算結果を示すものである。また、最終段の動翼が５２インチ（約１３２ｃｍ）の低圧蒸気タービンで、低負荷（約５％負荷）のときの計算結果である。上図が流線、下図が流体力の時間変動を示す。左図はフラッシュバック無の結果であり、ランダム振動によるランダム流体加振力を示している。右図はフラッシュバック有の結果であり、ランダム流体加振力とフラッシュバック振動によるフラッシュバック流体加振力が重畳した場合の結果である。ランダム振動がＬ−２段まで及んでいることがわかる（渦がランダム振動を示す。Ｌ−０段の動翼根元側に大きな逆流域が、また先端部にも逆流域が見られ、Ｌ−２段の動翼根元側からＬ−１段を超えＬ−０段静翼にかけて大きな逆流域が見られる）。そして、ランダム流体加振力とフラッシュバック流体加振力の重畳により流体加振力が１．２ないし２．０倍（Ｌ−２段に対しては２．０倍）に増大していることがわかる。
【００１６】
このフラッシュバック振動とランダム振動の重畳は、負荷遮断時、蒸気バイパス配管を用いて低圧蒸気タービンに供給する蒸気の殆どをバイパスし、無負荷若しくは低負荷で運転継続する場合に起こり得る。即ち、バイパスさせる蒸気流量が蒸気バイパス配管の容量を超えないような負荷遮断（例えば蒸気バイパス管の容量が３０％負荷相当の蒸気流量の場合、２０％負荷運転時の負荷遮断）の場合には、低圧蒸気タービンの回転を停止させず定格回転数を維持するために少量（例えば定格の約５％以下）の蒸気が供給され、低負荷もしくは無負荷で運転される時間があり、このときに、ランダム振動が発生し、このランダム振動に負荷遮断によるフラッシュバック振動が重畳されることになる。
【００１７】
従来、Ｌ−２段の動翼には大きな流体加振力が加わるとは考えられていなかったが、このように大きな流体加振力が加わり、また、動翼の構造上、流体加振力が加わった場合の影響は他の段落よりも大きい。したがって、低圧蒸気タービンが大型化し、抽気孔がＬ−２段のすぐ上流に設けられている場合には（Ｌ−２段のすぐ上流に抽気孔が設けられている場合には、Ｌ−２段のすぐ下流にも抽気孔が設けられている場合が多い）、Ｌ−２段の動翼の振動応力を低減させる手段が必要である。振動応力を低減させるには、動翼の構造を高減衰構造にするか、または、大きな流体加振力が加わらないように、すなわち、フラッシュバック振動とランダム振動との重畳を避けるようにすることが考えられる。本発明はこのような新たな知見に基づきなされたものであり、負荷遮断時等にフラッシュバックの発生を抑制することにより、フラッシュバック振動とランダム振動の重畳を避け、動翼に大きな流体加振力が加わらないようにしたものである。以下に本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる低圧蒸気タービンシステムを示す図である。図１に示すように、低圧蒸気タービンシステム１００は、低圧蒸気タービン１、復水器７、給水加熱器８（少なくとも２つの給水加熱器で構成され、本実施形態では、２つの給水加熱器で構成されている。そして、上流側にある第一の給水加熱器を８ａ、下流側にある第二の給水加熱器を８ｂとする）、圧力変動検出器９、蒸気流量調整弁１０（高圧蒸気流量調整弁１０ａ、低圧蒸気流量調整弁１０ｂ）、復水ポンプ１１（１１ａ、１１ｂ）、抽気配管１５、制御装置１６、蒸気バイパス配管１７、蒸気開閉弁１７ａ、給水加熱器８で加熱された給水を、復水器７に戻す（給水加熱器の入口側に戻す）分岐配管１８０、給水加熱器８から流出する、加熱された給水を送出する給水ポンプ１９（１９ａ、１９ｂ）を主要部として構成されている。そして、低圧蒸気タービン１は、動翼２、静翼３、ロータ４、ケーシング５を主要部として構成され、抽気孔６がケーシング５に設けられている。
また、低圧蒸気タービンシステム１００には給水加熱器８内のドレン（低圧蒸気タービン１の抽気孔６から抽気された、給水加熱器８の加熱用蒸気が凝縮されて生成される水分）の水位を調整するための手段が設けられている。給水加熱器８内のドレンの水位を調整する手段としては、通常水位に制御する手段と、何等かの異常等で水位が通常水位よりも所定値以上となった場合に、その所定値である高水位に制御する手段が設けられている。即ち、給水加熱器８ａには、通常水位（第一の所定の水位）に制御する手段として、ドレンを給水加熱器８ａから復水器７に回収（排出）する第一ドレン回収ライン２０ａが設けられ、第一ドレン回収ライン２０ａには給水加熱器通常水位調節弁２２ａが備わる。また、給水加熱器８ａ内のドレンの水位が何等かの異常等により上昇して所定値（例えば通常水位＋５０ｍｍ）以上の高水位（第二の所定の水位）の時に、この高水位に制御する手段として、給水加熱器８ａ内のドレン復水器７に回収（排出）する第二ドレン回収ライン２１ａが設けられ、第二ドレン回収ライン２１ａには給水加熱器高水位調節弁２３ａが備わる。また、給水加熱器８ｂには、通常水位（第三の所定の水位）に制御する手段として、給水加熱器８ｂ内のドレンを上流側の給水加熱器８ａに導く第三ドレン回収ライン２０ｂが設けられ、第三ドレン回収ライン２０ｂには給水加熱器通常水位調節弁２２ｂが備わる。また、給水加熱器８ｂ内のドレンの水位が何等かの異常等により上昇して所定値（例えば通常水位＋２３０ｍｍ）以上の高水位（第四の所定の水位）の時に、この高水位に制御する手段として、給水加熱器８ｂ内のドレンを復水器７に回収（排出）する第四ドレン回収ライン２１ｂが設けられ、第四ドレン回収ライン２１ｂには給水加熱器高水位調節弁２３ｂが備わる。そして、給水加熱器通常水位調節弁２２ａ、２２ｂ及び給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂは、制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃとそれぞれ信号線で接続され、制御装置１６からの制御信号で、それぞれ開閉が制御される。そして、水位は、給水加熱器から水位検出管（図示省略）を出して給水加熱器の外で検出され、検出信号が制御装置１６に入力され、制御装置１６にて、設定値と比較してその偏差にて各水位調節弁が制御される。ここで、制御装置１６が給水加熱器水位制御手段に相当する。制御装置１６は、各種演算をするためのＣＰＵ（Central Processing Unit ）１６ａ、制御装置１６を動作するプログラムや各種データ等が記憶されている記憶部１６ｂ、蒸気流量調整弁１０と信号線で接続して、蒸気流量調整弁１０に制御信号を送信したりする外部インターフェース部１６ｃ等で構成されている。ここで、第一ドレン回収ライン２０ａと給水加熱器通常水位調節弁２２ａとで、第一のドレン回収系統を構成し、第二ドレン回収ライン２１ａと給水加熱器高水位調節弁２３ａとで、第二のドレン回収系統を構成する。さらに、第三ドレン回収ライン２０ｂと給水加熱器通常水位調節弁２２ｂとで、第三のドレン回収系統を構成し、第四ドレン回収ライン２１ｂと給水加熱器高水位調節弁２３ｂとで、第四のドレン回収系統を構成する。
従来、下流側の給水加熱器８ｂは、低負荷時には給水加熱器高水位調節弁２３ｂにて高水位に制御され、負荷遮断後も同様に高水位に制御されていたが、本発明の実施形態では、後記のように、負荷遮断時、給水加熱器高水位調節弁２３ｂを強制開させて給水加熱器８ｂ内のドレンを急減させ空にさせるようにしたものである。また、上流側の給水加熱器８ａは低負荷時には通常水位に制御され、負荷遮断後も同様に通常水位に制御されていたが、本発明の実施形態では、後記のように、負荷遮断時、給水加熱器高水位調節弁２３ａを強制開させて給水加熱器８ａ内のドレンを急減させ空にさせるようにしたものである。
【００１９】
さらに、分岐配管１８０には、給水ポンプ１９の出口側に戻し弁（給水ポンプ再循環弁又は給復水再循環弁）１８が備わっている。戻し弁１８は、定常時は閉じられている弁である。なお、戻し弁１８は、制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃと信号線で接続され、制御装置１６からの制御信号で開閉が制御される。ここで、本実施形態においては、制御装置１６が戻し弁制御装置に相当し、分岐配管１８０が戻し手段に相当する。
【００２０】
図１に示すように、蒸気発生器１４からの蒸気は蒸気流量調整弁（蒸気流量制御手段）１０（高圧蒸気流量調整弁１０ａ）介して高圧蒸気タービン１３に導入される。高圧蒸気タービン１３から排気された蒸気は、湿分分離（加熱）器（図示省略）を通り、低圧蒸気流量調整弁１０ｂを介して低圧蒸気タービン１に導入され、ロータ４に固定された動翼２とケーシング５に固定された静翼３の間を交互に通りながら膨張し、ロータ４を回転させる。ロータ４は高圧蒸気タービン１３のロータと同一軸で構成されている。なお、高圧蒸気タービン１３に導入される蒸気流量は、高圧蒸気流量調整弁１０ａによって調整され、低圧蒸気タービン１に導入される蒸気流量は、低圧蒸気流量調整弁１０ｂによって調整される。そして、高圧蒸気流量調整弁１０ａ、及び低圧蒸気流量調整弁１０ｂを制御するために制御装置（弁制御装置）１６が備わっている。低圧蒸気タービン１から排気された蒸気は、復水器７で凝縮されて水（給水）となった後、並設される２つの復水ポンプ（送水ポンプ）１１ａ、１１ｂで給水加熱器８に送り込まれ、給水加熱器８で加熱される。給水加熱器８で加熱された給水は、更に他の給水加熱器(図示省略)や並設される２つの給水ポンプ１９ａ、１９ｂなどを経由して蒸気発生器１４に導入される。そして、給水加熱器８での給水加熱用に、抽気孔６から蒸気が抽気され、抽気配管１５を介して給水加熱器８に導入されている。
【００２１】
なお、給水加熱器８（８ａ、８ｂ）の加熱用蒸気を低圧蒸気タービン１から抽気する抽気孔６は、低圧蒸気タービン１において静翼３と動翼２とから構成される１つ段落の直前直後に２つ配置されるものとする。この抽気孔６の配置は、給水加熱器８（８ａ、８ｂ）で要求される蒸気圧力と温度によって決められる。１つの段落の直前直後に２つ抽気孔６が配置される構成となっている場合が動翼２へのフラッシュバック振動の影響が大きく、このような配置構成において本発明の構成を適用することによる効果が大きい。本実施形態において、抽気孔６は、最終段よりも２つ前の段落（Ｌ−２段）の直前直後に配置されるものとする。
【００２２】
また、図１に示すように、抽気孔６には圧力変動検出器９が設置されている。圧力変動検出器９は、信号線で制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃと接続されていて、検出した抽気孔６の圧力変動を制御装置１６に通知する機能を有する。
【００２３】
さらに、高圧蒸気タービン１３に導入される蒸気を、直接復水器７に導入する蒸気バイパス配管１７が設けられていて、蒸気バイパス配管１７には蒸気開閉弁１７ａが備わる。蒸気開閉弁１７ａは、定常時は閉じられている弁である。なお、蒸気開閉弁１７ａは信号線で制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃと接続され、制御装置１６からの制御で開閉動作する。
【００２４】
また、併設される２つの復水ポンプ１１ａ、１１ｂは、ポンプ制御装置として機能する制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃと信号線で接続される。そして、制御装置１６から、復水ポンプ１１ａ、１１ｂに指令を与えて、動作を制御する構成とする。また、併設される２つの給水ポンプ１９ａ、１９ｂは、ポンプ制御装置として機能する制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃと信号線で接続される。そして、制御装置１６から、給水ポンプ１９ａ、１９ｂに指令を与えて、動作を制御する構成とする。
【００２５】
ロータ４には、ロータ４によって駆動される発電機Ｇが接続され、発電機Ｇで発電された電力は、負荷遮断機構１２を介して負荷としての電力系統へ送電される。例えば何らかの異常が発生したときには、電力系統と発電機Ｇとを切り離すこと（以下、負荷遮断と称する）が可能である。さらに、負荷遮断機構１２は、負荷遮断したときに負荷遮断信号を出力する機能を有する。そして、負荷遮断機構１２は制御装置１６の外部インターフェース部１６ｃと信号線で接続され、負荷遮断信号を制御装置１６に入力する。なお、制御装置１６が負荷遮断を検出する手段は特に限定されるものではない。
【００２６】
以上のように構成される低圧蒸気タービンシステム１００は、制御装置１６に、負荷遮断機構１２から負荷遮断信号が入力されたとき、もしくは、制御装置１６に圧力変動検出器９から抽気孔６の所定値以上の圧力変動（前記のフラッシュバックが生じるような圧力変動）が通知されたとき、もしくは、制御装置１６がタービントリップを検出したとき、制御装置１６によって後記のように制御される。なお、負荷遮断、抽気孔６の圧力変動、タービントリップなどを、以下、負荷変動要因と称する。
【００２７】
また、タービントリップは、低圧蒸気タービン１自体に故障が発生したとき、または低圧蒸気タービン１を運転できないプラントの故障のときなど、低圧蒸気タービン１に蒸気を流入させないように蒸気流量調整弁１０を全閉させる操作を示す。このようなタービントリップの際にも蒸気流量調整弁１０を全閉した際には、負荷遮断と同様にフラッシュバックが生じ得る。制御装置１６がタービントリップを検出するには、例えば、低圧蒸気タービン１の回転数が何等かの原因により定格回転数より高回転の所定値以上に過速した場合に、これを検知して制御装置１６に通知する。このように、過速を検知し、タービントリップさせることにより、高圧蒸気タービン１３及び低圧蒸気タービン１をオーバースピードから保護する。
【００２８】
以上のように構成される低圧蒸気タービンシステム１００は、制御装置１６が、負荷変動要因の発生を検出したとき、制御装置１６によって以下のように制御される。
【００２９】
図２は、負荷変動要因発生時の、制御装置による低圧蒸気タービンシステムの制御を示すフローチャートである。制御装置１６が負荷変動要因の発生を検出すると（Ｓ１１）、制御装置１６は、蒸気流量調整弁１０の開度を調整する（Ｓ１２）。すなわち負荷変動要因発生時に、制御装置１６が、高圧蒸気タービン１３、低圧蒸気タービン１に外部から供給される蒸気の流量を低減するように、蒸気流量調整弁１０（高圧蒸気流量調整弁１０ａ、低圧蒸気流量調整弁１０ｂ）に指令を与える。蒸気バイパス管１７の容量（例えば３０％負荷相当の蒸気流量）以下での負荷遮断（例えば、２０％負荷運転時の負荷遮断）の場合には、低圧蒸気タービン１の回転を停止させず定格回転数を維持するために少量（例えば定格の約５％以下）の蒸気が供給されるように蒸気流量調整弁１０が制御される。
さらに、制御装置１６は、蒸気開閉弁１７ａに制御信号を送信して蒸気開閉弁１７ａを開いて（Ｓ１３）、高圧蒸気タービン１３に導入される蒸気を、蒸気バイパス管１７を経由して復水器７に導入する。また、蒸気バイパス管１７の容量を超える負荷遮断（例えば、５０％負荷遮断）では、低圧蒸気タービン１の回転を停止させるので、蒸気流量調整弁１０が全閉される。前記のように、Ｌ―２段へのランダム振動とフラッシュバック振動の重畳は、蒸気バイパス管１７の容量が３０％負荷相当の蒸気流量の場合、２０％負荷遮断のときに発生するので、２０％負荷遮断の際に後記の本発明の制御が適用される。フラッシュバック自体を抑制するためであれば、５０％、７５％、１００％の各負荷遮断の際にも同様の制御を適用してもよい。
【００３０】
また、制御手段１６は、負荷変動要因発生を検出したら、給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂに制御信号を送信して、給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂを強制的に開く（Ｓ１７）。このように、給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂを強制的に全開させることで、前記第二のドレン回収系統と前記第四のドレン回収系統にドレンを流通させることができる。このとき、抽気孔６の圧力より復水器７の圧力が低いので、給水加熱器８（８ａ、８ｂ）のドレンの水位が急速に低下する。これにより給水加熱器８内のドレンの量が急減され、フラッシュバックの発生を抑制することができる。また、制御装置１６は、給水加熱器通常水位調節弁２０ａに制御信号を送信して、給水加熱器通常水位調節弁２２ａ、２２ｂを閉める（Ｓ１８）。このように、給水加熱器通常水位調節弁２２ａ、２２ｂを閉めることで、第一のドレン回収系統と第三のドレン回収系統のドレンの流通を遮断することができる。尚、給水加熱器通常水位調節弁２２ａについては、第一ドレン回収ライン２０ａのドレン回収先が復水器７であるので開のままでも良いが、給水加熱器通常水位調節弁２２ｂについては、第二ドレン回収ライン２０ｂのドレン回収先が上流側の給水加熱器８ａであるので、給水加熱器８ａ内のドレン水位を下げるためには、この給水加熱器通常水位調節弁２２ｂを閉めた方が望ましい。
そして、制御装置１６は内部タイマーを所定の時間に設定する（Ｓ１９）。すなわち、負荷変動要因発生時に、制御装置１６が、所定の時間を設定する。そして、所定の時間が経過するまで待機する（Ｓ２０→Ｎｏ）。所定の時間が経過したら（Ｓ２０→Ｙｅｓ）、制御装置１６は給水加熱器通常水位調節弁２２ａ、２２ｂ及び給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂに制御信号を送信して給水加熱器通常水位調節弁２２ａ、２２ｂ及び給水加熱器高水位調節弁２３ａ、２３ｂを元の状態に戻し待機させる（Ｓ２１）。
【００３１】
なお、Ｓ１９で設定する所定の時間は、給水加熱器８内のドレンが空になれば十分なので、長く設定する必要はない。そして、例えば制御装置１６に備わる記憶部１６ｂに、設定時間データとして記憶しておけばよい。制御装置１６は、Ｓ１９において内部タイマーに所定の時間を設定するときに、記憶部１６ｂに記憶された前記の設定時間データを参照して、所定の時間を設定することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、上記の給水加熱器８のドレン水位制御に加えて、負荷遮断後、給水加熱器８への給水を維持して給水加熱器８が高温になるのを抑制し、フラッシュバックの発生をさらに抑制している。即ち、制御装置１６は、負荷変動要因発生が検出されたら、内部タイマーに所定の時間を設定して（Ｓ１４）、所定の時間が経過するまで待機する（Ｓ１５→Ｎｏ）。所定の時間が経過したら（Ｓ１５→Ｙｅｓ）、制御装置１６は給水ポンプ１９ａに制御信号を送信して給水ポンプ１９ａを停止する（Ｓ１６）。給水ポンプ１９ａが停止すると、給水ポンプ１９ｂの吐出量のみに低減されるため、復水器７から給水加熱器８に送られる給水の量が低減する。なお、Ｓ１６において、制御装置１６は制御信号を給水ポンプ１９ａに送信して停止したが、これは給水ポンプ１９ｂでもよい。即ち、従来、負荷遮断後、給水流量を低下させるために負荷遮断信号を受けて直ぐに給水ポンプ１台運転としているが、本実施形態では、この給水ポンプ１台運転にするのを、フラッシュバックが発生しやすい所定の時間経過後にしている。これにより、給水加熱器８を通過する復水器７からの給水流量が、フラッシュバックが発生しやすい負荷遮断後も維持され、給水加熱器８内のドレンが高温になるのが抑制される。この結果、給水加熱器８内の圧力上昇も抑制され、前記の給水加熱器８のドレン水位制御に加えて、フラッシュバックの発生をさらに抑制することができるになる。
ここで、Ｓ１４で設定する所定の時間は、負荷遮断後のフラッシュバックが発生しやすい時間であり、あらかじめ計測（若しくは計算）して求めておく。そして、例えば制御装置１６に備わる記憶部１６ｂに、この予め求めた時間を、遅れ時間データとして記憶しておけばよい。制御装置１６は、Ｓ１４において内部タイマーに所定の時間を設定するときに、記憶部１６ｂに記憶された前記の遅れ時間データを参照して、負荷遮断された後に給水ポンプ１９ａを停止するまでに必要な遅れ時間を、所定の時間として設定することができる。本実施形態では、この給水ポンプ停止制御を、前記の給水加熱器８のドレン水位制御と併せて行っているが、前記の給水ポンプ停止制御単独でもフラッシュバック抑制の効果がある。
【００３３】
また、本実施形態では、前記の給水加熱器８のドレン水位制御に加えて、分岐配管１８０の戻し弁１８を開き、給水加熱器８を通過する復水器７からの給水流量を増加させ（これまでの蒸気発生器１４への給水流量に復水器７に戻す給水流量を加えて）、給水加熱器８内のドレンの温度を低下させて、給水加熱器８内の圧力を低下させることにより、フラッシュバックの発生をさらに抑制している。この分岐配管の戻し弁制御は、前記の給水加熱器８のドレン水位制御と併せて行っているが、分岐配管１８０の戻し弁１８制御単独でもフラッシュバック抑制の効果がある。
【００３４】
この制御は次のように行なわれる。即ち、制御装置１６は、負荷変動要因発生が検出されたら、戻し弁１８に制御信号を送信して戻し弁１８を開く（Ｓ２２）。つまり、負荷変動要因発生時に、制御装置１６（戻し弁制御装置）が、分岐配管１８０（戻し手段）を介して給水加熱器８から流出する給水を給水加熱器８の入口側である復水器７に戻すように、戻し弁１８に指令を与える。これにより、給水加熱器８を通過する復水器７からの給水流量が、これまでの蒸気発生器１４への給水流量に加えて、復水器７に戻す給水流量が加わる。これにより、給水加熱器８内のドレンの温度が低下するので、給水加熱器８内の圧力も低下することになり、そして、抽気孔６との圧力差が低減するので、フラッシュバックの発生が抑制できる。この給水加熱器温度制御と前記の給水加熱器８のドレン水位制御を併用することにより、フラッシュバックの抑制効果が高まる。制御装置１６は、負荷変動要因発生が検出されたら、内部タイマーに所定の時間を設定して（Ｓ２３）、所定の時間が経過するまで待機する（Ｓ２４→Ｎｏ）。そして、所定の時間が経過した後（Ｓ２４→Ｙｅｓ）、制御装置１６から戻し弁１８に制御信号を送信して戻し弁１８を閉める（Ｓ２５）。
【００３５】
ここで、図３に示すように、給水加熱器８ｂ内に導入する給水の流量をＧｉｎ、給水加熱器８ｂから流出して、蒸気発生器１４（図１参照）に導入する給水の流量をＧ１ｏｕｔ、給水加熱器８ｂから流出して、分岐配管１８０を介して復水器７（図１参照）に導入される加熱された給水の流量をＧ２ｏｕｔとする。さらに、給水加熱器８ｂ内で加熱された給水が流れる配管の容積をＶとすると、戻し弁１８を開いたときの、給水加熱器８ｂ内で給水が流れる配管内の圧力変動ΔＰ（給水加熱器８ｂへの給水の入口と出口との圧力差）は、式１で表される。
【数１】
2008101494.tif 000003
【００３６】
そして、式１におけるΔＰが０になるまで（給水加熱器８ｂへの給水の入口と出口との圧力差が無くなるまで）は、給水加熱器８ｂ内で加熱された給水の流量が増加する。したがって、式１におけるＧｉｎ、Ｇ１ｏｕｔ、Ｇ２ｏｕｔ、及びＶと、戻し弁１８を開いてからΔＰが０になるまでの時間と、の関係を予め計測（もしくは計算）しておいて、例えば制御装置１６に備わる記憶部１６ｂに、弁開放時間データとして記憶しておけばよい。そして、この弁開放時間データがＳ２３で所定の時間として設定される。
【００３７】
または、給水加熱器８ｂへの給水の入口と出口との圧力を、図示しない圧力計で測定して、測定結果を制御装置１６に入力するように構成し、制御装置１６は、給水加熱器８ｂへの給水の入口と出口との圧力差が０になった時点で戻し弁１８を閉める構成にしてもよい。
また、上述の説明では、説明を容易にするために、分岐配管１８０を一つとして説明したが、実際には、図５に示すような構成が採用される。即ち、給水ポンプ１９ａ、給水ポンプ１９ｂの出口には、それぞれ分岐配管１８０ａ、１８０ｂが設けられ、それぞれの分岐配管には、戻し弁（給水ポンプ再循環弁）１８ａ、１８ｂが備えられている。また、給水ポンプ１９ａ、１９ｂから吐出された給水は給水加熱器８ｃ、８ｄを経由して蒸気発生器１４（図１参照）に供給されるが、給水加熱器８ｄの出口側には、分岐配管１８０ｃが設けられ、この分岐配管１８０ｃには戻し弁（給復水再循環弁）１８ｃが設けられている。そして、戻し弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、制御装置１６（図１参照）から指令が与えられる。前記の戻し弁制御は、少なくともこれらの戻し弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃのうち何れか一つを開とすることにより同様な効果が得られる。
【００３８】
以上のように、制御装置１６が、負荷変動要因の発生を検出することによって、制御手段１６はフラッシュバック発生の予兆を検出することができ、前記のように給水加熱器８内のドレンを前もって急減若しくは空にすることにより、更には、給水加熱器８内の圧力を前もって急速に低減することにより、フラッシュバックの発生を抑制し、フラッシュバック加振力を低減することができる。そして、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳による動翼２の振動応力を低減できるという、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態にかかる低圧蒸気タービンシステムを示す図である。
【図２】本実施形態における制御装置による低圧蒸気タービンシステムの制御を示すフローチャートである。
【図３】給水加熱器へ給水が流入する態様を示す図である。
【図４】フラッシュバック無、及びフラッシュバック有のときの非定常流体力計算結果を示す図である。
【図５】給水加熱器を出た給水を復水器に戻す分岐配管の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      低圧蒸気タービン
２      動翼
３      静翼
６      抽気孔
７      復水器
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  給水加熱器
９      圧力変動検出器
１０、１０ａ、１０ｂ  蒸気流量調整弁
１１、１１ａ、１１ｂ  復水ポンプ
１２    負荷遮断機構
１５    抽気配管
１６    制御装置
１７    蒸気バイパス配管
１７ａ  蒸気開閉弁
１８    戻し弁
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  戻し弁
１９、１９ａ、１９ｂ  給水ポンプ
２０ａ  第一ドレン回収ライン
２０ｂ  第三ドレン回収ライン
２１ａ  第二ドレン回収ライン
２１ｂ  第四ドレン回収ライン
２２ａ、２２ｂ  給水加熱器通常水位調節弁
２３ａ、２３ｂ  給水加熱器高水位調節弁
１００  低圧蒸気タービンシステム
１８０、１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ  分岐配管
【図１】
2008101494.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008101494.tif 000008