JPS6154921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気タービンの保護に係り、特に排気
圧力が設定圧よりも上昇したときのタービンの排
気圧力負荷制限方法およびその装置に関する。

復水タービンでは復水器への冷却水量、水温の
変化のために排気圧力が当初想定した圧力に対し
て上昇する場合があり、この場合排気圧力が上昇
すると、排気温度も上昇し、低圧ケーシングに影
響する恐れがでてくる。それ故、さらに排気圧力
が上昇しタービンをトリツプするような事態に至
らないよう、負荷を下げて運転するためのタービ
ン保護装置として、排気圧力負荷制限装置を具備
する場合が多い。これはタービン排気圧力が上昇
したとき、負荷を下げることによつてタービン排
気熱負荷を減少させ、排気圧力の回復（低下）を
計ろうとするものである。

従来用いられている排気圧力負荷制限装置の機
構を第１図に示す。実際にはこれらの機構に、増
巾機構や復元機構が装備されなければ十分な機能
を果さないものであるが、理解を容易にするため
説明上の必要部分のみ表示してある。

第１図においてボイラからの主蒸気４は主蒸気
止め弁（図示省略）を介して蒸気加減弁２からタ
ービン１に流入し、タービン内で仕事をしたのち
復水器３に排出される。

ここにおいて復水器３内の圧力が、冷却水の温
度や量等の変化により当初設定された圧力より上
昇する場合があり、これを検知してタービン負荷
を制限する排気圧力負荷制限装置５が設けられて
いる。この排気圧力負荷制限装置５内にはベロー
ズ形圧力検出部（以下ベローズと略称）６があ
り、配管９で復水器３と結ばれている。

前記復水器３の圧力が上昇するとベローズ６が
伸び、その上部に接続されたロツド８が押し上げ
られ、さらにロツド８によりレバー１０が押し上
げられる。

レバー１０は一方の端部１１が枢支され、この
端部１１を中心として他方の端部１２が押し上げ
られ、これによりリンク機構１５の端部１６が押
し上げられ、リンク機構１５が支点１８を介して
回転され、蒸気加減弁２が閉方向に操作される構
造となつている。

通常の蒸気加減弁２の操作は制御装置の指令１
９をリンク機構１５の途中に受けて行なわれる。

この第１図に示される装置の一つの特徴は排気
圧力が上昇した後、今度は低下する場合、蒸気加
減弁２を開方向に操作しないようにしてあること
である。

排気圧力にリンクして蒸気加減弁２を作動させ
る機構では排気圧力が上昇したため蒸気加減弁２
を閉方向に操作するが、これによつてタービン排
気熱負荷が減少すれば排気圧力が回復・低下し、
蒸気加減弁２を開方向に操作することになる。今
度はタービン排気熱負荷が増大することになるの
で再度排気圧力が上昇し蒸気加減弁２を閉方向に
操作することになり得る。この操作の繰り返し、
すなわちハンチング現象が起きてしまうからであ
る。このための機構としてレバー１０とリンク機
構１５の間には第１図に示されるような１つの
例、すなわちレバー１０側の雌形部１３とリンク
機構１５側の雄形部１７による連絡を用いること
ができる。排気圧力が下がつてベローズ６がバネ
７により圧縮されるとロツド８およびレバー１０
がバネ１４により下がり、雌、雄形部１３，１７
の結合関係が切れるようになつている。

また、制御装置の指令１９により蒸気加減弁２
が既に閉方向にある場合は、リンク機構１５は二
点鎖線で示される１５′の位置にあり、蒸気加減
弁２の開度が大きい場合に比べ、既にリンク機構
１５の端部１６にある雄形部１７は上方にあるの
で、排気圧力がある程度上昇してレバー１０が押
しあげられてもリンク機構１５には何ら影響を及
ぼさず、さらに排気圧力が上昇した場合のみ負荷
制限することになる。

この関係の一例を第２図に示す。タービンの負
荷が下がるに従い排気圧力の制限は緩かになつて
いる。ただしこの図における数値は単に理解を容
易にするために用いた参考数値である。

一方、近年のタービン大容量化傾向に対処して
タービンの最終段ブレードはどんどん長い翼が開
発され、採用されるようになつてきた。これによ
つて次の問題が生ずる。

第３図は最終段翼の先端部分の蒸気の流れを示
している。すなわち、ノズル翼２０から噴射され
た蒸気流V₁は、ブレード翼２１の回転速度Ｗと
の相対関係でブレード翼２１には角度Ｂで流入す
るV₂の流れとなつている。第３図の左側の速度
三角形は、高負荷または低排気圧力時の運転状態
を示し、記号Ｈを付している。右側の速度三角形
は、低負荷または高排気圧力時の運転状態を示
し、記号Ｌを付している。

ブレード翼２１の回転速度Ｗは一定であり角度
Ａについてもノズル２０の出口角で決まるもので
あるからＡ_HとＡ_Lはほぼ同一の値である。

両者の比較から明らかなように、高負荷時また
は低排気圧力の運転状態では絶対蒸気速度Ｖ_1Hは
速く、相対流線Ｖ_2Hはブレード翼２１に回転力を
与える方向角Ｂ_Hをとるが、低負荷時または高排
気圧力の場合には絶対速度Ｖ_1Lが遅くなるため相
対速度Ｖ_2Lはもはやブレード翼２１の入口におい
て流線の剥離を起こすような角度Ｂ_Lをとること
となる。

流線の剥離の現象はブレード翼２１の背面に蒸
気の乱れ２２を発生することになり、ブレード翼
２１の先端にはねじれを主とした振動が発生す
る。これを翼のフラツタリング現象と称し、放置
すると短時間に無限数に近い繰り返し振動を起
し、翼を破壊に導くものである。

このフラツタリング現象は、ブレード翼長が大
きい程回転速度Ｗが速く、相対する蒸気速度V₂
が変化しやすいことから、またブレード翼がねじ
れ易いことから顕著な傾向として表われる。従つ
て、とくに長翼を最終段に用いるタービンにおい
ては従来の排気圧力制限装置によつて動作される
排気圧力の制限値ではブレード翼２１にとつて好
ましくない状態での運転がありうる。

第２図に例として示す場合によれば、100％負
荷では100mmHgabs.で制限されながら、最小負荷
では150mmHgabs.が制限値となつているので、低
負荷時高排気圧力とフラツタリング現象に対し、
最悪の条件で運転を行うことがありうる。

本発明の目的はかかる事態に対処すべく、ター
ビンの排気圧力の制限値を高負荷時には高排気圧
力まで運転を許容し、低負荷時には低排気圧力で
運転を制限し、翼のフラツタリング現象を起こさ
ないようにするタービン保護技術としての新しい
タービン排気圧力負荷制限方法および装置を提供
することにある。

本発明の１番目の発明の特徴は低負荷運転時
に、排気圧力負荷制限装置を高負荷運転時よりも
低い排気圧力で作動する形態に切り換えるところ
に存し、この構成により翼のフラツタリング現象
を生じさせないタービン排気圧力負荷制限方法を
得たものである。

そして本発明の２番目の発明の特徴はタービン
の高負荷運転時には高い排気圧力を感知し作動す
る形態に、低負荷運転時には低い排気圧力を感知
し作動する形態にそれぞれ排気圧力負荷制限装置
を切り換えるための切り換え手段を設けたところ
にあり、この構成により前記方法を確実に実施し
うるタービン排気圧力負荷制限装置を得たもので
ある。

以下本発明を図面に基づいて説明する。

本発明の実施例の一つを第４図に示す。この第
４図に示される実施例も、前述の第１図に示され
る従来技術と同様、理解を容易にするため、連動
部材の機能を機械的なリンク機構で示している。

この第４図に示される実施例のものは、排気圧
力負荷制限装置５、レバー１０、リンク機構１
５、蒸気加減弁２の弁棒２９と排気圧力負荷制限
装置５とを結ぶコネクシヨン３１を有している。

前記排気圧力負荷制限装置５はベローズ６、バ
ネ７、前記ベローズ６に設けられたロツド８とを
有し、ベローズ６内には配管９を通じて復水器３
の圧力の一部が導入されている。また排気圧力負
荷制限装置５は固定のケース３０内にタービン１
の高負荷運転時と低負荷運転時とでロツド８の端
部がレバー１０から遠去かる設定位置と、接近す
る設定位置とに移動しうるように収容されてい
る。

前記レバー１０は一方の端部１１を支点として
回動しうるように配置され、他方の端部１２には
雌形部１３を有しており、ベローズ６の膨張時、
ロツド８により他方の端部１２側が持ち上げら
れ、反対にベローズ６の収縮時、バネ１４により
戻される。

前記リンク機構１５は一方の端部１６に雄形部
１７が形成され、この雄形部１７と雌形部１３と
の係合を介してレバー１０の他方の端部１２に連
係され、他方の端部は蒸気加減弁２の弁棒２９に
ヒンジ結合されている。このリンク機構１５はレ
バー１０の他方の端部１２側が押し上げられたと
き、雌、雄形部１３，１７を介して一方の端部１
６が押し上げられると、支点１８で回転し、弁棒
２９を通じて蒸気加減弁２を押し下げる方向に働
くようになつている。

前記コネクシヨン３１は一方の端部が蒸気加減
弁２の弁棒２９に結合され、他方の端部は排気圧
力負荷制限装置５に取り付けられたアーム３３に
連結され、かつ支点３２を中心に回転しうるよう
に設けられている。そしてコネクシヨン３１は動
作指令１９により蒸気加減弁２の弁棒２９が下向
きに操作されるタービン１の低負荷運転時には弁
棒２９に連動し、支点３２を中心として第４図に
おいて時計方向に回転し、排気圧力制限装置５を
ロツド８がルバー１０に接近する方向に押し上
げ、低負荷運転時の設定位置にセツトさせ、動作
指令１９により反対に蒸気加減弁２の弁棒２９が
上向きに操作されるタービン１の高負荷運転時に
は第４図において反時計方向に回転し、排気圧力
制限装置５をロツド８がレバー１０から遠去る方
向に押し下げ、高負荷運転時の設定位置にセツト
させうるように構成されている。

前記構成の装置は高負荷運転時には、排気圧力
負荷制限装置５が第４図に示される位置よりも低
い位置にセツトされ、そのセツト位置で復水器３
内の圧力を検知する。

この高負荷運転時において、復水器３内の圧力
が設定圧力以上に上昇すると、排気圧力負荷制限
装置５のベローズ６が膨張し、ロツド８が上昇操
作され、レバー１０が一方の端部１１を支点とし
て回転され、その他方の端部１２によりリンク機
構１５が支点１８を中心に第４図において時計方
向に回転され、蒸気加減弁２の弁棒２９が下向き
に操作され、蒸気加減弁２の開度が小さくされ、
タービン１に流れる主蒸気４の流量が絞られ、タ
ービン負荷が下げられる。

前記リンク機構１５がいつたん前述の時計方向
に回転され、蒸気加減弁２の開度が小さくされた
のちは、排気圧力負荷制限装置５のベローズ６が
収縮し、ロツド８が下降操作され、レバー１０が
バネ１４で戻されても、レバー１０の雌形部１３
とリンク機構１５の雄形部１７との係合が解かれ
るのみで、リンク機構１５が戻らない。

さらに復水器３の圧力が上昇したときは、前述
と同様の動作により蒸気加減弁２の弁棒２９が押
し上げられ、蒸気加減弁２の開度がより一層小さ
くされ、タービン負荷がなお一層下げられる。

タービン１の働きが正常に戻り、復水器３内の
検出圧力が正常になつた段階で、動作指令１９に
より弁棒２９が上昇操作され、リンク機構１５が
定姿勢に戻される。

次にタービン１の低負荷運転時には、動作指令
１９により弁棒２９が押し下げられる。この弁棒
２９の下降操作に追従してコネクシヨン３１が支
点３２を中心に第４図において時計方向に回転さ
れ、アーム３３を介して排気圧力負荷制限装置５
が第４図に示されるように、低負荷運転時の設定
位置にセツトされる。

その結果、排気圧力負荷制限装置５のロツド８
がレバー１０に接近した位置を占め、従つてベロ
ーズ６が僅かに膨張した場合でも、レバー１０と
リンク機構１５とが連動するようになり、前記低
負荷運転時の復水器３内の圧力を敏感に検知し、
異常時には蒸気加減弁２の弁棒２９を確実に押し
下げ、タービン負荷を下げることができる。

進んで本発明方法は従来技術では作動位置を固
定していた排気圧力負荷制限装置５を、タービン
１の低負荷運転時に、高圧負荷運転時よりも低い
排気圧力で作動する形態に切り換えることを特徴
としている。

すなわち、第４図に示される実施例では排気圧
力負荷制限装置５は固定されたケース３０の中に
位置し、上下に駆動できるようになつており、コ
ネクシヨン３１により蒸気加減弁２の位置を検知
し、排気圧力負荷制限装置５の位置を決められる
ようになつている。したがつて、蒸気加減弁２が
下向きに作動して負荷を下げる場合、コネクシヨ
ン３１は支点３２を中心とする回転により、排気
圧力負荷制限装置５の位置を上方に押し上げるこ
とになる。これによつてロツド８位置も上方に位
置することになり、排気圧力がわずかに上昇した
場合においてもレバー１０を押し上げることにな
るのでリンク機構１５を操作して部分負荷におけ
る高排気圧力下での運転を制限することになる。

本発明によりタービン負荷に対する排気圧力の
制限値を第５図の例のように低負荷になるに従い
低排気圧力の制限値をとることができる。この第
５図における数値は単に理解を容易にするための
参考値であるが、最小負荷の場合には75mm
Hgabs.の排気圧力までの運転に制限されるの
で、低負荷時でも低排気圧力が維持されて、第３
図の左図に相当し、相対流線Ｖ_2Hとすることがで
き、ブレード翼２１をフラツタリング現象を生ず
る運転から保護することができる。

前記の説明では負荷を下げたとき、排気圧力負
荷制限装置５を上方に押し上げることでさらに負
荷を下げ、順次負荷が下げられ、蒸気加減弁２を
全閉位置まで作動させてしまうことが心配される
が、前に述べたように、実際の機構上必要な復元
機構や増巾機構を図示省略しているためで、排気
圧力負荷制限装置５の負荷に対する移動量を適当
な値に設定すれば、排気圧力が上昇しなくても順
次蒸気加減弁２を閉止していつてしまう動作とは
ならない。

また高負荷運転時、排気圧力が制限値に達し、
負荷を下げる動作指令１９となつた場合、負荷が
下がつたところで排気圧力の制限値が厳しくなつ
ているので順次低負荷に制限せねばならず、遂に
は蒸気加減弁２を全閉の位置に追い込むことが危
惧されるが、排気圧力負荷制限装置の目的として
負荷を下げている間にタービン排気熱負荷が減少
し、これによつて排気圧力の回復を待つものであ
るから、排気圧力が低下すれば、もはやベローズ
６はバネ７により押し下げられるので、ロツド８
およびレバー１０も下がり、リンク機構１５との
関係が解かれ、それ以上の負荷を下げる指令は発
せられない。

しかしながら負荷を下げている間にも排気圧力
が十分回復、低下しない場合は、負荷は順次下げ
られ、遂には蒸気加減弁２を全閉することになる
が、これは本発明に叶つたもので、タービンの保
護技術としてブレード翼２１をフラツタリング現
象を起しうる運転から守ることができる。

また制限圧力を第５図の破線に示すような階段
状に設定すれば、負荷が雪崩的に減少してしまう
ような状態を防ぐことができる。

第６図は本発明の別の実施例を示す。

この実施例に示される装置は配管９を介して復
水器３に接続された第１の圧力トランスミツタ４
０、タービン１の第１段後４１に接続された第２
の圧力トランスミツタ４２、第２の圧力トランス
ミツタ４２に連結された第１の演算子４３、第１
の圧力トランスミツタ４０と第１の演算子４３に
接続された加算器４４、該加算器４４に接続され
た第２の演算子４５、これに接続された低位置優
先回路４７、蒸気加減弁２の動作部４８とを有し
ている。

タービン負荷としてタービン１の第１段後４１
の圧力を検出し、これを圧力トランスミツタ４２
で電気的な値とし、第１の演算子４３に送り、第
１の演算子４３によりそのタービン負荷のときの
排気圧力の制限値を求める。

一方復水器３の圧力も圧力トランスミツタ４０
により電気的値に置換し、加算器４４に送り、加
算器４４において制限圧力値との差を第２の演算
子４５へ連絡する。

第２の演算子４５では制限圧力に対し復水器圧
力が高い場合のみ、すなわち電気信号ｅが正とな
つたときのみ蒸気加減弁閉信号４６を発するもの
とする。

低値優先回路４７は蒸気加減弁閉信号４６と主
制御機構の動作指令４９に従の要求があり、その
最も厳しい条件を選択して蒸気加減弁２の動作部
４８を操作するために設けられている。

前述の説明ではタービンの負荷検出には一般に
採用されているタービン第１段後の圧力を検出し
てこれにあてるものとしたが、前記した本発明の
主旨にのつとれば最終段前圧力を計測するのが最
も望ましい。この他機械的なリンク機構で説明し
たような蒸気加減弁弁棒位置の検出とか、直接発
電端出力を検出してタービンの負荷として用いる
ことが可能であることはいうまでもない。

前記実施例において、第１、第２の圧力トラン
スミツタ４０，４２、第１の演算子４３、加算器
４４、第２の演算子４５とは排気圧力負荷制限装
置を構成しており、そのの排気圧力負荷制限装置
は低値優先回路４７を介して低負荷運転時には高
負荷運転時よりも低い排気圧力を感知し、作動す
る機能をもつている。

従つてこの実施例の装置によつても、以下に説
明の通り、本発明方法を実施することができるも
のである。

第７図は前記第６図に示される実施例による場
合のタービンの運転状態の一例を示す。横軸には
時間ｔを、また縦軸にはそれぞれ制限圧力設定
値、タービン排気圧力、電気信号の大きさおよび
タービン負荷を示す。

いま、T₁まで安定した運転を継続していた
が、ここで何らかの原因により復水器圧力が上昇
しだし、T₂において遂に制限圧力を超える排気
圧力となつたものとする。ここで電気信号ｅが正
となり、蒸気加減弁２の閉操作を行ない、タービ
ン負荷を下げる操作をする。これによつて復水器
圧力が減少し、T₃まで制限圧力よりも下がるこ
とによつて電気信号ｅが負となり、もはやタービ
ン負荷をより下げる必要なく、T₃の時点の負荷
で安定した運転を継続できる。T₄の時点までに
タービン負荷に対する排気圧力が正常な値に復帰
したので、T₅からは動作指令４９により高負荷
運転に戻す。T₆からT₇まで安定した運転を継続
した後、今度は動作指令４９によりタービン負荷
を下げる指令が入り、負荷を下げ出したが、復水
器圧力が十分下がらず、T₈の点で制限値を超え
てしまつた。ここで電気信号ｅが正の値となり、
さらに負荷を下げる指令を発する。負荷をさらに
下げたことによつてT₉までに復水器圧力が十分
下がつたので電気信号ｅは負となり、T₉以後は
安定した低負荷運転を継続していることを示して
いる。

この第７図から明らかな如く、排気圧力が制限
値を超えることによつて蒸気加減弁閉動作が開始
されることになるので、排気圧力の制限設定値は
真の要求制限値に対しある余裕をもつて設定され
るものである。

本発明は以上説明した構成、作用のもので、本
発明方法によれば長翼に厳しい翼のフラツタリン
グ現象を生ずるような状態での運転を避けること
ができ、タービンの信頼性を増し、保安装置の機
能を十分に果すことができる効果がある。

さらに本発明装置は前記方法を確実に実施でき
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の説明図、第２図は同従来技
術によつて得られるタービン負荷と制限圧力の一
例を示す図、第３図はタービン最終段翼頂部付近
の速度三角形を示す図、第４図は本発明の一実施
例を示す系統図、第５図は同実施例によつて得ら
れるタービン負荷と制限圧力の一例を示す図、第
６図は本発明の別の実施例を示す系統図、第７図
は同実施例によるタービンの運転の一例を示す図
である。 １……タービン、２……蒸気加減弁、３……復
水器、５……排気圧力負荷制限装置、６……ベロ
ーズ、８……ロツド、９……配管、１０……レバ
ー、１５……リンク機構、１９……動作指令、３
０……排気圧力負荷制限装置用の固定ケース、３
１……コネクシヨン、４０，４１……第１、第２
の圧力トランスミツタ、４３……第１の演算子、
４４……加算器、４５……第２の演算子、４６…
…蒸気加減弁閉信号、４７……低値優先回路、４
８……蒸気加減弁の動作部、４９……同動作指
令。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンの排気圧が設定圧力よりも上昇した
   とき、蒸気加減弁を閉方向に操作してタービン負
   荷を下げて運転する排気圧力負荷制限方法におい
   て、低負荷運転時に、排気圧力負荷制限装置を、
   高負荷運転時よりも低い排気圧力で作動する形態
   に切り換えることを特徴とするタービン排気圧力
   負荷制限方法。 ２ タービンの排気圧力が設定圧力よりも上昇し
   たとき、蒸気加減弁を閉方向に操作してタービン
   負荷を下げて運転する排気圧力負荷制限装置にお
   いて、タービンの高負荷運転時には高い排気圧力
   を感知し作動する形態に、低負荷運転時には低い
   排気圧力を感知し作動する形態にそれぞれ排気圧
   力負荷制限装置を切り換えるための切り換え手段
   を設けたことを特徴とするタービンの排気圧力負
   荷制限装置。