(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主蒸気止め弁と蒸気加減弁を有するとともに、主蒸気と混圧蒸気との合流後の段落に混圧加減弁を有する蒸気タービンの制御方法において、
その蒸気タービンの混圧蒸気制御範囲外の運転時に、高圧第１段出口温度及び混圧加減弁蒸気室温度を監視し、温度上昇率と混圧加減弁蒸気室温度値により、上記混圧加減弁を自動的に開方向に制御することを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項２】
主蒸気止め弁と蒸気加減弁及び１段もしくは複数段の抽気加減弁を有するとともに、混圧加減弁を有する蒸気タービンの制御方法において、
蒸気タービンの起動過程或いは停止過程等の抽気制御範囲外の運転時においては、各抽気加減弁を自動的に全開とし、混圧蒸気制御範囲外の運転時においては混圧加減弁も自動的に全開とすることを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項３】
高圧第１段出口温度と混圧加減弁蒸気室温度及び抽気温度を監視し、温度上昇率と混圧加減弁蒸気室温度値及び各抽気温度により、各抽気加減弁及び混圧加減弁を自動的に開方向へ制御することを特徴とする、請求項２記載の蒸気タービンの制御方法。
【請求項４】
無負荷運転または初負荷以下の運転時に、第１段出口圧力が１ａｔａ（−０．０３ａｔｇ）以上となる場合、蒸気加減弁より下流にある全ての加減弁が各加減弁の圧力制御範囲となるまで自動的に全開されることを特徴とする、請求項１または２に記載の蒸気タービンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抽気加減弁或いは混圧加減弁を有する蒸気タービンの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は抽気加減弁を複数段有する蒸気タービンの概略構成を示す図であって、図示しないボイラで発生した主蒸気が主蒸気止め弁１、蒸気加減弁２を経て高圧タービン３に導入され、そこで仕事を行った蒸気は第１抽気加減弁４を経て第１中圧タービン５に導入される。また、第１中圧タービン５から排出された蒸気は第２抽気加減弁６を経て第２中圧タービン７に導入され、さらに第３抽気加減弁８を経て低圧タービン９に導入される。そして、低圧タービン９で仕事を行った蒸気は排気管１０を経て図示しない復水器等に排出される。一方、上記高圧タービン３、第１中圧タービン５、第２中圧タービン７、及び低圧タービン９は発電機１１に連結されており、各タービンにより発電機１１が駆動され発電が行われる。
【０００３】
また、第１抽気加減弁４、第２抽気加減弁６、及び第３抽気加減弁８の上流側にはそれぞれ第１抽気管１２、第２抽気管１３、及び第３抽気管１４が接続されており、各抽気管を経て所定圧の抽気が抽出され、所定個所に送られる。
【０００４】
また、図６は混圧蒸気タービンの概略構成を示す図であり、高圧タービン３から排出された主蒸気に混圧止め弁１５を経て供給される蒸気が混合され、その混合された蒸気が混圧蒸気加減弁１６を通って第１中圧タービン５に導入される。
【０００５】
ところで、全周噴射／部分噴射切替装置をもたない蒸気タービンの各加減弁の弁開度と負荷制御信号の関係は、通常図７に示すように設定されている。すなわち、負荷の上昇にしたがい、蒸気加減弁２に先行して低圧段落側の第３抽気加減弁８より第２抽気加減弁６、第１抽気加減弁４と順次開くようにしてあり、抽気制御運転特性を優先しながらも、制御が簡便なようにリニアな特性カーブに沿って開くようにしてある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、各加減弁の弁開度と負荷制御信号の関係は、リニアであって制御が簡便である特徴を有している。しかしながら、全周噴射／部分噴射切替装置を持たない蒸気タービンでは一つの弁の全閉から全開の範囲で全負荷に対応しなければならない。例えば、２０ａｔｇを越える抽気圧力設定の高い抽気加減弁段落では、抽気制御運転特性を維持しつつリニアな特性で低流量を流そうとすると、通常運転時との蒸気条件の違いによる体積流量の違いから、特に無負荷時等低圧力、低流量時には抽気加減弁をかなり小さな開度に保持する必要がある。そのため抽気加減弁開度のリニア特性が成立せず、抽気加減弁自身による絞りが発生し、圧力上昇から温度上昇を引き起こす場合があり、そのために抽気加減弁の負荷制御信号に対する弁開度特性を得るように試運転時に微調整する必要がある等の問題があった。
【０００７】
また、図５及び図６に示す最近の抽気タービンや混圧タービンも高圧高温化が進み、抽気管１２の圧力、或いは混圧部１７の圧力も２０ａｔｇを越え、例えば６０ａｔｇ或いはそれ以上の蒸気タービンの需要も高まっている。したがって、前述のように低流量時に当該抽気加減弁４及び混圧蒸気加減弁１６自身の絞りによる圧力上昇に起因する蒸気タービン内部の急速な温度上昇が蒸気タービンの抽気部及び混圧部１７の最高使用温度を越える可能性がある。また、図８に示す蒸気タービンロータ１８と、蒸気タービン車室１９及びノズル２０等の静止部との伸び差が大きくなることによる軸方向接触や蒸気タービンロータ１８の熱応力過大により当該ロータの寿命が急速に消費される可能性がある。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑み、抽気加減弁等の弁自身の絞りによる圧力上昇に起因する蒸気タービン内部の急速な温度上昇を防止し、蒸気タービンの信頼性を向上し得る蒸気タービン制御方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、主蒸気止め弁と蒸気加減弁を有するとともに、主蒸気と混圧蒸気との合流後の段落に混圧加減弁を有する蒸気タービンの制御方法において、その蒸気タービンの混圧蒸気制御範囲外の運転時に、高圧第１段出口温度及び混圧加減弁蒸気室温度を監視し、温度上昇率と混圧加減弁蒸気室温度値により、混圧加減弁を自動的に開方向に制御することを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、主蒸気止め弁と蒸気加減弁及び第１段もしくは複数段の抽気加減弁を有するとともに、混圧加減弁を有する蒸気タービンの制御方法において、蒸気タービンの起動過程或いは停止過程等の抽気制御範囲外の運転時においては、各抽気加減弁を自動的に全開とし、混圧蒸気制御範囲外の運転時においては混圧加減弁も自動的に全開とすることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、高圧第１段出口温度と混圧加減弁蒸気室温度及び抽気温度を監視し、温度上昇率と混圧加減弁蒸気室温度値及び各抽気温度により、各抽気加減弁及び混圧加減弁を自動的に開方向へ制御することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１，第２の発明のいずれかにおいて、無負荷運転または初負荷以下の運転時に、第１段出口圧力が１ａｔａ（−０．０３ａｔｇ）以上となる場合、蒸気加減弁より下流にある全ての加減弁が初負荷保持まで自動的に全開されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の参考例および実施形態について説明する。
【００１５】
第１参考例
図１は、図５に示す３段抽気タービンにおいて、抽気制御運転範囲外での抽気加減弁４，６，８の弁開度と負荷制御信号との関係を示す図であり、高圧タービン３の上流側の暖気完了且つその他起動条件が整った段階で主蒸気止め弁１は全開されるが、蒸気加減弁２が開き始める前に第１，第２，第３抽気加減弁４，６，８がミニマム開度から自動で全開される。そして、蒸気加減弁２が開き始め、蒸気タービンの回転数がターニング回転数からラブチェック、ヒートソークを経て定格回転数に達した後、併入され、初負荷で保持される。
【００１６】
その後、蒸気加減弁２はさらに目標負荷までリニアに開いていくが、各抽気加減弁は低圧側の第３抽気弁８より第２抽気加減弁６、第１抽気加減弁４と順次抽気制御運転に入るため、図１にａ，ｂ，ｃで示すように、第３抽気加減弁８から順次各抽気加減弁が閉方向に自動的に動き、従来のリニアな負荷特性カーブ上に乗り抽気制御に移行する。またタービンの停止過程ではこれと逆に制御される。このように、無負荷及び低負荷、低流量時において、各抽気加減弁４，６，８はほぼ全開状態で制御され、図７に示す従来のようなミニマム開度で弁が絞られた状態から開方向に制御されるものと異なり、各抽気加減弁４，６，８が一旦全開し、その後負荷上昇に伴なって圧力が上昇していくと、逆に弁が閉方向に制御され、低負荷、低流量域における圧力制御が行われる。
【００１７】
したがって、低負荷、低流量域や起動過程或いは停止過程の抽気制御範囲外の運転時においては、各抽気加減弁は大きく開いているため、従来のように弁の絞りによる圧力上昇を招き、それに起因した蒸気タービン内部の急速な温度上昇が防止される。
【００１８】
第１実施形態
上記第１参考例においては、抽気タービンについて説明したが図６に示すような混圧タービンについても適用できる。すなわち、蒸気タービンの起動過程等の混圧蒸気制御範囲外の運転時には混圧加減弁１６が前記抽気加減弁と同様に自動的に全開される。したがって、混圧加減弁１６の絞りによって圧力上昇が生ずることが防止される。また、上記抽気加減弁及び混圧加減弁の両者を有するものにも適用することができる。
【００１９】
第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態を示す制御ロジック図であって、抽気制御運転範囲外で抽気口温度を計測し、この温度信号を用いて蒸気タービン各部の最高使用温度を越えているか否か判定する。
そして、最高使用温度を越えていない場合は、温度変化率を計算し、その変化率が所定値より大きいか否か判定し、温度変化率が大きくない場合には運転を継続する。
一方、温度変化率が大きい場合には、当該抽気加減弁が抽気制御運転範囲外の運転モードであるか否か判定してその抽気制御運転範囲外であれば、当該抽気加減弁に全開指令信号が出力される。
【００２０】
また、前記抽気口温度が最高使用温度以上であり、抽気制御運転範囲外である場合には、直ちに当該抽気加減弁に全開指令信号が出力される。
【００２１】
したがって、この場合も、弁自身の絞りによる圧力上昇に起因する蒸気タービン内部の急速な温度上昇が防止される。
【００２２】
第２参考例
図３は本発明の第２参考例を示す制御ロジック図であって、第１段内面メタル温度を計測し、この温度信号を用いてロータ熱応力及び熱応力変化率を計算する。そして、この熱応力及び熱応力変化率が大きくない場合には、抽気加減弁全開指令解除信号が出される。一方、熱応力及び熱応力変化率が大きい場合には、抽気制御運転範囲外の運転モードか否かが判定され、抽気制御運転範囲外の運転モードの場合には抽気加減弁全開指令信号が出力される。また上記運転モードでない場合には負荷維持運転及び回転数一定運転指令が出力される。
【００２３】
したがって、この場合も弁自身の絞りによる圧力上昇に起因する蒸気タービン内部の急速な温度上昇が防止される。
【００２４】
第３実施形態
また、図４は本発明の第３実施形態を示す制御ロジック図であり、第１段出口圧力を計測し、その第１段出口圧力が−０．０３ａｔｇ以上か否か判定し、その圧力が−０．０３ａｔｇ以上の場合には、Ｒ＞ＲＴすなわちロータ回転数Ｒがターニング回転数ＲＴより大きく、初負荷以下か否かを判定し、Ｒ＞ＲＴで初負荷以下の場合には抽気加減弁に全開指令が出される。
【００２５】
一方、第１段出口圧力が−０．０３ａｔｇ以上でない場合には、抽気加減弁全開指令が解除され、またＲ＞ＲＴで初負荷以下でない場合にはその時点の運転が継続される。しかして、この実施の態様においては、無負荷運転または初負荷以下の運転時に当該第１段出口圧力が−０．０３ａｔｇ以上の場合には抽気加減弁を全開にすることによって温度上昇を抑制することができる。
【００２６】
なお、図２、図４に示した第２〜第３実施形態については抽気タービンについて説明したが、混圧タービンについても適用することができ、混圧制御運転範囲外で混圧加減弁を自動的に全開させることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、抽気制御運転範囲外または混圧制御運転範囲外では、抽気加減弁または混圧加減弁を全開に制御されるようにしたので、弁自身の絞りによる圧力上昇に起因する蒸気タービン内部の急速な温度上昇を防止することができる。
したがって、蒸気タービン各部の最高使用温度を越えた運用が防止され、蒸気タービンロータと蒸気タービン車室及びノズル等の静止部との伸び差大による軸方向接触が防止され、さらに蒸気タービン車軸の過大な熱応力発生を防止することができ、蒸気タービンとしての信頼性の大幅な向上と長寿命化が可能となる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例および第１実施形態における弁開度と負荷制御信号との関係を示す図。
【図２】  本発明の第２実施形態を示す制御ロジック図。
【図３】  本発明の第２参考例を示す制御ロジック図。
【図４】  本発明の第３実施形態を示す制御ロジック図。
【図５】  抽気加減弁を複数段有する蒸気タービンの概略構成図。
【図６】  混圧蒸気タービンの概略構成を示す図。
【図７】  従来の蒸気タービンにおける弁開度と負荷制御信号との関係を示す図。
【図８】  蒸気タービンのロータ、車室及びノズルの関係を示す構造図。
【符号の説明】
２  蒸気加減弁
３  高圧タービン
４  第１抽気加減弁
５  第１中圧タービン
６  第２抽気加減弁
７  第２中圧タービン
８  第３抽気加減弁
９  低圧タービン
１０  排気管
１８  蒸気タービンロータ
１９  蒸気タービン車室
２０  ノズル
【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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