タービン保護装置
【課題】脱気器とタービンの間に配設される逆止弁が、脱気器とタービンの間を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ボイラ１３で発生する蒸気で駆動するタービン２と、復水器１８で蒸気が凝縮された復水を加熱脱気して貯水する脱気器５が、逆止弁３ａが配設される抽気蒸気導入管３で接続され、さらに、抽気蒸気導入管３に、タービン２と脱気器５の間を流れる蒸気を遮断する遮断弁装置１２が備わるタービン保護装置２０とする。遮断弁装置１２を制御する制御装置１１は、脱気器５内の圧力から、タービン２からの抽気蒸気の圧力を減算した差圧が、第１所定値以上のときに遮断弁装置１２を閉弁して、脱気器５からタービン２に向って流れる蒸気を遮断弁装置１２の止め弁１２ａで遮断する。
【解決手段】ボイラ１３で発生する蒸気で駆動するタービン２と、復水器１８で蒸気が凝縮された復水を加熱脱気して貯水する脱気器５が、逆止弁３ａが配設される抽気蒸気導入管３で接続され、さらに、抽気蒸気導入管３に、タービン２と脱気器５の間を流れる蒸気を遮断する遮断弁装置１２が備わるタービン保護装置２０とする。遮断弁装置１２を制御する制御装置１１は、脱気器５内の圧力から、タービン２からの抽気蒸気の圧力を減算した差圧が、第１所定値以上のときに遮断弁装置１２を閉弁して、脱気器５からタービン２に向って流れる蒸気を遮断弁装置１２の止め弁１２ａで遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンシステムに備わるタービンを保護するためのタービン保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電用蒸気タービンプラントの蒸気タービンシステムには、復水器から排出される復水に含まれている酸素等のガスをタービンからの抽気蒸気で加熱脱気した後、その復水を貯水する脱気器が備わっている。
そして、蒸気タービンシステムの通常運転時において、脱気器の内部の圧力（脱気器内圧力）は、タービンからの抽気蒸気が脱気器まで流通する経路での圧力損失によって抽気蒸気の圧力（抽気圧力）より減圧し、脱気器内圧力が抽気圧力より低い状態でバランスしている。
【０００３】
しかしながら、タービントリップの発生時や負荷遮断時など、タービンの負荷の急激な降下にともなって抽気圧力が急減すると、抽気圧力の減圧速度が脱気器内圧力の減圧速度を上回り、脱気器内圧力と抽気圧力のバランスが崩れる場合がある。すなわち、脱気器内圧力が抽気圧力以上になる場合がある。
【０００４】
また、蒸気タービンシステムの通常運転時においても、タービンの負荷が降下すると、抽気圧力は負荷の降下に応じて低下し、このときの抽気圧力の減圧速度は、タービンの負荷降下率が大きいほど大きくなる。
一方、貯水容量の大きな脱気器は、内部に貯水される復水の量が多くなって熱容量が大きくなる。そして、脱気器内の温度が下がりにくくなり、その結果として、脱気器内圧力が減圧しにくくなる。
【０００５】
したがって、脱気器の貯水容量が大きい場合、蒸気タービンシステムの負荷降下率が大きく抽気圧力の減圧速度が大きいときは、脱気器内圧力の減圧速度が抽気圧力の減圧速度より小さくなって脱気器内圧力と抽気圧力のバランスが崩れ、脱気器内圧力が抽気圧力以上になる場合がある。
【０００６】
脱気器内圧力と抽気圧力のバランスが崩れ、脱気器内圧力が抽気圧力より大きい状態になると、脱気器からタービンに向って低温蒸気が流れてタービンにウォータインダクションが発生する。
以下、脱気器からタービンに向う蒸気の流れを逆流とする。
タービンにウォータインダクションが発生すると、高温状態にあるタービンのケーシングやロータを低温蒸気が急速に冷却することになってケーシングやロータが変形する。そして、ロータなどの回転体とケーシングなどの静止体の接触や異常振動が発生し、タービンが損傷する。つまり、ウォータインダクションの発生を抑える必要があり、そのために、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止する必要がある。
【０００７】
そこで、従来、タービンと脱気器の間に逆止弁を備え、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止している。
さらに、タービンと脱気器の間を流れる蒸気を遮断するための遮断弁装置を備えている。
【０００８】
例えば特許文献１には、蒸気タービンシステムに備わる給水加熱器とタービンの間を流れる蒸気を遮断する遮断弁（遮断弁装置）を備え、給水加熱器の水位が異常に上昇したときのウォータインダクションの発生を防止するウォータインダクション保護装置の技術が開示されている。
【０００９】
特許文献１に開示される技術によると、例えば給水加熱器内部のチューブから漏水して給水加熱器の水位が上昇すると、遮断弁が、タービンと給水加熱器の間を流れる蒸気を遮断してウォータインダクションの発生を防止できる。
【００１０】
例えば特許文献１に開示される技術を脱気器に適用すると、脱気器内部の水位の上昇によるウォータインダクションの発生を防止できる。
【００１１】
このように、脱気器とタービンの間に逆止弁と遮断弁装置を備える構成によって、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止できる。また、脱気器内部の水位の上昇によるウォータインダクションの発生を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１４８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、逆止弁は、脱気器内圧力が抽気圧力以上になったときに瞬時に閉弁して脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止するため、例えば、タービントリップの発生時など抽気圧力が急激に低下したときには急激に閉弁する。したがって、逆止弁が頻繁に開閉すると、閉弁時の衝撃で弁体などの構成部品が変形し、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を完全に遮断できなくなる場合がある。
【００１４】
そこで本発明は、脱気器とタービンの間に配設される逆止弁が、脱気器とタービンの間を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明は、脱気器内圧力が抽気圧力以上になったときに動作する遮断弁装置を備えて、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、脱気器とタービンの間に配設される逆止弁が、脱気器とタービンの間を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】蒸気タービンシステムの一構成例を示す図である。
【図２】抽気圧力と脱気器内圧力が減圧する状態を示す図である。
【図３】制御装置が遮断弁装置を制御する手順を示すフローチャートである。
【図４】内部タイマー機能を有する制御装置が遮断弁装置を制御する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１は、ボイラ１３で発生した蒸気が高圧タービン１４を回転した後、ボイラ１３の再熱器１３ａに導入される。再熱器１３ａで再度加熱された蒸気は、中圧タービン１５、低圧タービン１６を回転して、復水器１８に導入されて復水に凝縮される。
なお、低圧タービン１６には、例えば発電機１７が負荷として接続されている。
【００１９】
復水器１８内で蒸気が凝縮して生成される復水は、復水ポンプ１９によって昇圧され、低圧ヒータ４で、例えば低圧タービン１６からの抽気蒸気で加熱された後、脱気器５まで送水され、中圧タービン１５、または、低圧タービン１６からの抽気蒸気で加熱脱気されて貯水される。
そして、脱気器５に貯水された復水は給水ポンプ６によって昇圧され、高圧ヒータ７で、例えば高圧タービン１４や中圧タービン１５からの抽気蒸気で加熱された後、ボイラ１３に導入される。
以下、高圧タービン１４、中圧タービン１５、及び低圧タービン１６をまとめてタービン２と称する。
【００２０】
タービン２と脱気器５は抽気蒸気導入管３（導入管）で接続され、タービン２からの抽気蒸気が抽気蒸気導入管３を流通し、加熱脱気用の抽気蒸気として脱気器５に導入される。
抽気蒸気導入管３には、例えば２つの逆止弁３ａが直列に配設され、抽気蒸気導入管３における蒸気の流れの方向が、タービン２から脱気器５に向かう方向に規制されている。
なお、抽気蒸気導入管３は、高圧タービン１４、中圧タービン１５、低圧タービン１６のうちの一台、又は複数台に接続される。
【００２１】
タービン２からの抽気蒸気は、抽気蒸気導入管３を流通して脱気器５に導入されることから、タービン２からの抽気蒸気の抽気圧力（以下、符号Ｐ１で示す）は、抽気蒸気導入管３を流通する際の圧力損失で減圧する。
したがって、蒸気タービンシステム１の通常運転時に、脱気器内圧力（以下、符号Ｐ２で示す）は抽気圧力Ｐ１より低くなる。
すなわち、蒸気タービンシステム１の通常運転時には、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１より低い状態でバランスして、脱気器５からタービン２へ蒸気が逆流することがない。
２つの逆止弁３ａは、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１未満の状態のときは開弁してタービン２から脱気器５へ蒸気を流通させるが、例えばタービントリップの発生時など、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になったときには瞬時に閉弁して、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を遮断するように構成される。
【００２２】
また、抽気蒸気導入管３には、２つの逆止弁３ａと脱気器５の間に遮断弁装置１２が備わっている。遮断弁装置１２は、抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を遮断する止め弁１２ａと、止め弁１２ａを急速開閉可能な弁駆動部１２ｂを含んで構成される。
【００２３】
弁駆動部１２ｂは、図示しない水位計が計測する脱気器５内部の水位が所定値より高くなったときに、止め弁１２ａを駆動して抽気蒸気導入管３を閉じて、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を遮断してウォータインダクションの発生を防止する。
【００２４】
また、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１には、タービン２からの抽気蒸気の抽気圧力Ｐ１を計測する圧力計測手段としてのタービン抽気圧力計９と、脱気器５の脱気器内圧力Ｐ２を計測する圧力計測手段としての脱気器内圧力計１０と、弁駆動部１２ｂに指令を与えて遮断弁装置１２を制御する制御装置１１が備わっている。
タービン抽気圧力計９は、例えばタービン２と抽気蒸気導入管３の接合部近傍に備わり、抽気蒸気導入管３による圧力損失が発生していない状態の抽気圧力Ｐ１を計測するように構成される。
【００２５】
制御装置１１は、タービン抽気圧力計９から入力される計測信号に基づいて抽気圧力Ｐ１を算出し、脱気器内圧力計１０から入力される計測信号に基づいて脱気器内圧力Ｐ２を算出する。
【００２６】
そして、制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になると、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して抽気蒸気導入管３を閉じる。すなわち、遮断弁装置１２を閉弁する。
したがって、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気が止め弁１２ａによって遮断される。
【００２７】
その後、脱気器内圧力Ｐ２が減圧し、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１未満になると、制御装置１１は、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して抽気蒸気導入管３を開く。すなわち、遮断弁装置１２を開弁する。
タービン２からの抽気蒸気は、抽気蒸気導入管３を流通して脱気器５に導入される。
【００２８】
そして、本実施形態においては、タービン抽気圧力計９、脱気器内圧力計１０、制御装置１１、及び遮断弁装置１２を含んで、タービン保護装置２０を構成する。
【００２９】
図２に示すように、抽気圧力Ｐ１がＰ１Ｈであり、脱気器内圧力Ｐ２が、Ｐ１Ｈより少し低いＰ２Ｈである状態で、蒸気タービンシステム１（図１参照）が通常運転しているときに、例えば発電機１７（図１参照）に要求される発電量が減少してタービン２の負荷が降下する場合、抽気圧力Ｐ１は負荷の降下にともなって時刻ｔ１でＰ１Ｌまで減圧する。
そして、脱気器内圧力Ｐ２は、抽気圧力Ｐ１の減圧にともなって時刻ｔ２でＰ２Ｌまで減圧する。
【００３０】
しかしながら、例えば、脱気器５（図１参照）の貯水容量が大きく、且つ、タービン２（図１参照）の負荷降下率が大きい場合など、抽気圧力Ｐ１の減圧速度が脱気器内圧力Ｐ２の減圧速度より大きいときは、例えば時刻ｔ３で、抽気圧力Ｐ１が脱気器内圧力Ｐ２と同じ圧力まで減圧し、その後、脱気器内圧力Ｐ２がＰ１Ｌまで減圧する時刻ｔ４までは、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１より大きい状態が続く。
【００３１】
前記したように、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上（脱気器内圧力Ｐ２≧抽気圧力Ｐ１）になると、２つの逆止弁３ａ（図１参照）が閉弁して、脱気器５（図１参照）からタービン２（図１参照）へ逆流する蒸気を遮断することができる。
しかしながら、例えば、２つの逆止弁３ａの弁体等が変形していて、抽気蒸気導入管３（図１参照）を流れる蒸気を完全に遮断することができない場合は、蒸気が脱気器５からタービン２に向って逆流してタービン２が損傷する可能性がある。
【００３２】
そこで、本実施形態に係る制御装置１１（図１参照）は、蒸気タービンシステム１（図１参照）の通常運転時に脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが、予め設定される第１の所定値（第１所定値ΔＰｆ１）以上になる時刻ｔ５から、予め設定される第２の所定値（第２所定値ΔＰｆ２）以下になる時刻ｔ６まで、遮断弁装置１２（図１参照）が閉弁するように遮断弁装置１２を制御する。
そして、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になる時刻ｔ６以降は、遮断弁装置１２が開弁するように遮断弁装置１２を制御する。
【００３３】
制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になったときに、止め弁１２ａ（図１参照）が抽気蒸気導入管３を閉じるように弁駆動部１２ｂ（図１参照）に指令を与え、遮断弁装置１２（図１参照）を閉弁する。
また、制御装置１１は、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になったときに、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を開くように弁駆動部１２ｂに指令を与え、遮断弁装置１２を開弁する。
このように制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２と抽気圧力Ｐ１の差圧ΔＰに基づいた指令で遮断弁装置１２を制御する。
【００３４】
第１所定値ΔＰｆ１、及び第２所定値ΔＰｆ２は、例えば、タービン抽気圧力計９や脱気器内圧力計１０の計測誤差、脱気器内圧力Ｐ２や抽気圧力Ｐ１の変動（脈動）等を考慮して、極力小さくなるように設定する。第１所定値ΔＰｆ１と第２所定値ΔＰｆ２は異なった値であってもよいし、同じ値であってもよい。
また、第１所定値ΔＰｆ１や第２所定値ΔＰｆ２を「０」としてもよい。
第１所定値ΔＰｆ１が「０」の場合、制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になったときに遮断弁装置１２（図１参照）を閉弁し、第２所定値ΔＰｆ２が「０」の場合、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１が脱気器内圧力Ｐ２以上になったときに遮断弁装置１２（図１参照）を開弁する。
なお、第１所定値ΔＰｆ１、及び第２所定値ΔＰｆ２は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧として設定する。したがって、抽気圧力Ｐ１が脱気器内圧力Ｐ２より高い場合は負の値になる。
【００３５】
図３を参照して、制御装置１１が遮断弁装置１２を制御する手順を説明する（適宜図１、図２参照）。
この手順は、例えば、制御装置１１が実行するプログラムにサブルーチンとして組み込まれ、１００ｍｓｅｃなどの時間間隔で制御装置１１が実行するように構成すればよい。
【００３６】
遮断弁装置１２を制御する手順がスタートすると、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１を算出し（ステップＳ１）、さらに脱気器内圧力Ｐ２を算出する（ステップＳ２）。
前記したように、制御装置１１は、タービン抽気圧力計９から入力される計測信号に基づいて抽気圧力Ｐ１を算出することができ、脱気器内圧力計１０から入力される計測信号に基づいて脱気器内圧力Ｐ２を算出できる。
このように、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を実行するたびに抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を算出する。したがって、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を常に監視することになる。
【００３７】
制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算して差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３）。
そして、制御装置１１は、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上のとき（ステップＳ４→Ｙｅｓ）、遮断弁装置１２が開弁していれば（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して遮断弁装置１２を閉弁し（ステップＳ６）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。遮断弁装置１２が開弁していなければ（ステップＳ５→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が閉弁していれば、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００３８】
一方、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１未満のとき（ステップＳ４→Ｎｏ）、制御装置１１は、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２より大きければ（ステップＳ７→Ｎｏ）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
また、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下のとき（ステップＳ７→Ｙｅｓ）、制御装置１１は、遮断弁装置１２が閉弁していれば（ステップＳ８→Ｙｅｓ）、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して遮断弁装置１２を開弁し（ステップＳ９）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。遮断弁装置１２が閉弁していなければ（ステップＳ８→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が開弁していれば、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００３９】
制御装置１１が、遮断弁装置１２が開弁しているか閉弁しているかを判定する方法は限定するものではない。
例えば、遮断弁装置１２が開弁しているか閉弁しているかを示すフラグＯＰを制御装置１１が備える構成とし、制御装置１１は、ステップＳ６で遮断弁装置１２を閉弁したときフラグＯＰに「０」を設定し、ステップＳ９で遮断弁装置１２を開弁したときフラグＯＰに「１」を設定する。
制御装置１１は、フラグＯＰが「１」であれば遮断弁装置１２が開弁していると判定し、フラグＯＰが「０」であれば遮断弁装置１２が閉弁していると判定できる。
【００４０】
また、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を閉じているか開いているかを検出する図示しないセンサを遮断弁装置１２に備える構成であってもよい。例えば、図示しないセンサは、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を閉じているか開いているかを示す検出信号を制御装置１１に入力する構成とすれば、制御装置１１は、図示しないセンサから入力される検出信号に基づいて、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を閉じているか開いているかを検出することができる。そして、遮断弁装置１２が開弁しているか閉弁しているかを判定できる。
【００４１】
《変形例》
以上のように、図１に示す、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１に備わる制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を常に監視し、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になったときに遮断弁装置１２を閉弁し、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になったときに遮断弁装置１２を開弁する構成である。
しかしながら、タービン抽気圧力計９が抽気圧力Ｐ１を計測するとき、その計測値が小さく変動する場合がある。同様に、脱気器内圧力計１０の計測値も小さく変動する場合がある。
したがって、制御装置１１が算出する抽気圧力Ｐ１及び脱気器内圧力Ｐ２も小さく変動し、さらに、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰも小さく変動する。
【００４２】
差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１及び第２所定値ΔＰｆ２をまたいで変動すると、制御装置１１は、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になるたびに遮断弁装置１２を閉弁する指令を弁駆動部１２ｂに与え、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になるたびに遮断弁装置１２を開弁する指令を弁駆動部１２ｂに与えることから、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御するための指令を弁駆動部１２ｂに頻繁に与えることになり、遮断弁装置１２は開弁と閉弁を頻繁に繰り返すように動作する。そして、止め弁１２ａと遮断弁装置１２が劣化するという問題が発生する。
【００４３】
そこで、本発明の変形例として、例えば、制御装置１１が内部タイマー機能を備える構成とし、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の状態が所定時間継続したときに、遮断弁装置１２を閉弁する構成としてもよい。
同様に、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の状態が所定時間継続したときに、制御装置１１が遮断弁装置１２を開弁する構成としてもよい。
【００４４】
図４を参照して、内部タイマー機能を備える制御装置１１が遮断弁装置１２を制御する手順を説明する（適宜図１、図２参照）。
この手順は、図３に示す手順と同様に、制御装置１１が実行するプログラムにサブルーチンとして組み込まれ、１００ｍｓｅｃなどの時間間隔で制御装置１１が実行するように構成すればよい。
なお、図３に示す手順と同じ手順には同じ符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。
【００４５】
遮断弁装置１２を制御する手順がスタートすると、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１を算出し（ステップＳ１）、脱気器内圧力Ｐ２を算出し（ステップＳ２）、さらに、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算して差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３）。
そして、制御装置１１は、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上のとき（ステップＳ４→Ｙｅｓ）、開弁待機時間計測を停止し（ステップＳ１０）、遮断弁装置１２が開弁していれば（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、閉弁待機時間計測中か否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００４６】
開弁待機時間は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になってから、制御装置１１が遮断弁装置１２を開弁するまでの待機時間である。
また、閉弁待機時間は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になってから、制御装置１１が遮断弁装置１２を閉弁するまでの待機時間である。
【００４７】
そして、閉弁待機時間計測中でなければ（ステップＳ１１→Ｎｏ）、制御装置１１は、内部タイマ機能による閉弁待機時間計測を開始して（ステップＳ１２）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
また、閉弁待機時間計測中のとき（ステップＳ１１→Ｙｅｓ）、閉弁待機時間計測を開始してから所定時間Ｔｍ１（第１所定時間）が経過していれば（ステップＳ１３→Ｙｅｓ）、制御装置１１は、遮断弁装置１２を閉弁して（ステップＳ６）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）し、所定時間Ｔｍ１が経過していなければ（ステップＳ１３→Ｎｏ）、制御装置１１は遮断弁装置１２を閉弁することなく、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００４８】
ステップＳ５に戻って、遮断弁装置１２が開弁していなければ（ステップＳ５→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が閉弁していれば、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００４９】
ステップＳ１３で、遮断弁装置１２を閉弁するか否かを判定するための所定時間Ｔｍ１は、例えば、制御装置１１が遮断弁装置１２を好適なタイミングで閉弁できる時間として、実験等に基づいて決定すればよい。
【００５０】
ステップＳ４に戻って、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１未満のとき（ステップＳ４→Ｎｏ）、制御装置１１は、差圧ΔＰと第２所定値ΔＰｆ２を比較する（ステップＳ７）。そして、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２より大きいとき(ステップＳ７→Ｎｏ)、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
また、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下のとき(ステップＳ７→Ｙｅｓ)、制御装置１１は、閉弁待機時間計測を停止し（ステップＳ１４）、遮断弁装置１２が閉弁していれば（ステップＳ８→Ｙｅｓ）、開弁待機時間計測中か否かを判定する（ステップＳ１５）。
なお、遮断弁装置１２が閉弁していないとき（ステップＳ８→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が開弁しているとき、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００５１】
そして、開弁待機時間計測中でなければ（ステップＳ１５→Ｎｏ）、制御装置１１は、内部タイマ機能による開弁待機時間計測を開始して（ステップＳ１６）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。また、開弁待機時間計測中のとき（ステップＳ１５→Ｙｅｓ）、開弁待機時間計測を開始してから所定時間Ｔｍ２（第２所定時間）が経過していれば（ステップＳ１７→Ｙｅｓ）、制御装置１１は、遮断弁装置１２を開弁して（ステップＳ９）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）し、所定時間Ｔｍ２が経過していなければ（ステップＳ１７→Ｎｏ）、制御装置１１は遮断弁装置１２を開弁することなく、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００５２】
ステップＳ１７で、遮断弁装置１２を開弁するか否かを判定するための所定時間Ｔｍ２は、例えば、制御装置１１が遮断弁装置１２を好適なタイミングで開弁できる時間として、実験等に基づいて決定すればよく、ステップＳ１３における所定時間Ｔｍ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５３】
図４に示すように、変形例は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の時に、制御装置１１（図１参照）がステップＳ１２で内部タイマ機能による閉弁待機時間計測を開始し、ステップＳ１３で、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の状態で所定時間Ｔｍ１が経過したときに制御装置１１が遮断弁装置１２（図１参照）を閉弁する構成とした。この構成によって、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になった後、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の状態で所定時間Ｔｍ１（第１所定時間）が経過したときに、制御装置１１が遮断弁装置１２を閉弁する構成とすることができる。
【００５４】
また、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の時に、制御装置１１（図１参照）がステップＳ１６で内部タイマ機能による開弁待機時間計測を開始し、ステップＳ１７で、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の状態で所定時間Ｔｍ２が経過したときに制御装置１１が遮断弁装置１２（図１参照）を開弁する構成とした。この構成によって、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になった後、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の状態で所定時間Ｔｍ２（第２所定時間）が経過したときに、制御装置１１が遮断弁装置１２を開弁する構成とすることができる。
【００５５】
そして、タービン抽気圧力計９及び脱気器内圧力計１０の計測値の変動にともなって、制御装置１１が算出する差圧ΔＰが所定時間Ｔｍ１より短い間隔で第１所定値ΔＰｆ１をまたいで変動する場合、制御装置１１は、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上であっても遮断弁装置１２を閉弁しない。
同様に、制御装置１１が算出する差圧ΔＰが所定時間Ｔｍ２より短い間隔で第２所定値ΔＰｆ２をまたいで変動する場合、制御装置１１は、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下であっても遮断弁装置１２を開弁しない。
したがって、遮断弁装置１２が頻繁に動作することが防止され、遮断弁装置１２が劣化するという問題の発生を抑えることができる。
【００５６】
以上のように、図１に示す、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１のタービン保護装置２０は、制御装置１１が抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を常に監視し、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上のときは遮断弁装置１２を閉弁して、脱気器５からタービン２への蒸気の逆流を止め弁１２ａで遮断することができる。
【００５７】
脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になると２つの逆止弁３ａが閉弁して、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を遮断する。
しかしながら、仮に、２つの逆止弁３ａの弁体等が変形していて、２つの逆止弁３ａが抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であると、脱気器５からタービン２に蒸気が逆流してタービン２が損傷する場合がある。
【００５８】
本実施形態に係る蒸気タービンシステム１は、２つの逆止弁３ａが抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、遮断弁装置１２の止め弁１２ａで抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を遮断することができ、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を効果的に遮断できる。
【００５９】
また、制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になった後、所定時間Ｔｍ１が経過してから遮断弁装置１２を閉弁し、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になった後、所定時間Ｔｍ２が経過してから遮断弁装置１２を開弁する。
この構成によって、遮断弁装置１２が開弁と閉弁を頻繁に繰り返すことを防止でき、遮断弁装置１２が劣化するという問題の発生を抑えることができる。
【００６０】
なお、制御装置１１は、蒸気タービンシステム１の通常運転時に限らず、タービントリップの発生時や負荷遮断時など、蒸気タービンシステム１の負荷の急激な降下にともなって脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になった場合であっても遮断弁装置１２を閉弁することができる。したがって、２つの逆止弁３ａが抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を完全に遮断でき、タービン２の損傷を防止することができる。
【００６１】
本実施形態は、図１に示すように、タービン保護装置２０を脱気器５とタービン２の間に備える構成としたが、本実施形態に係るタービン保護装置２０を、例えば、図示しない給水加熱器とタービン２の間に備えることも可能である。
この場合、給水加熱器内の圧力が抽気圧力Ｐ１より高くなっても、給水加熱器からタービン２への蒸気の逆流を止め弁１２ａで遮断することができ、タービン２の損傷を防止することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 蒸気タービンシステム
２ タービン
３ 抽気蒸気導入管（導入管）
３ａ 逆止弁
５ 脱気器
９ タービン抽気圧力計（圧力計測手段）
１０ 脱気器内圧力計（圧力計測手段）
１１ 制御装置
１２ 遮断弁装置
１２ａ 止め弁
１２ｂ 弁駆動部
１３ ボイラ
１４ 高圧タービン
１５ 中圧タービン
１６ 低圧タービン
１８ 復水器
２０ タービン保護装置
Ｐ１ 抽気圧力（抽気蒸気の圧力）
Ｐ２ 脱気器内圧力（脱気器内の圧力）
ΔＰ 差圧
ΔＰｆ１ 第１所定値
ΔＰｆ２ 第２所定値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンシステムに備わるタービンを保護するためのタービン保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電用蒸気タービンプラントの蒸気タービンシステムには、復水器から排出される復水に含まれている酸素等のガスをタービンからの抽気蒸気で加熱脱気した後、その復水を貯水する脱気器が備わっている。
そして、蒸気タービンシステムの通常運転時において、脱気器の内部の圧力（脱気器内圧力）は、タービンからの抽気蒸気が脱気器まで流通する経路での圧力損失によって抽気蒸気の圧力（抽気圧力）より減圧し、脱気器内圧力が抽気圧力より低い状態でバランスしている。
【０００３】
しかしながら、タービントリップの発生時や負荷遮断時など、タービンの負荷の急激な降下にともなって抽気圧力が急減すると、抽気圧力の減圧速度が脱気器内圧力の減圧速度を上回り、脱気器内圧力と抽気圧力のバランスが崩れる場合がある。すなわち、脱気器内圧力が抽気圧力以上になる場合がある。
【０００４】
また、蒸気タービンシステムの通常運転時においても、タービンの負荷が降下すると、抽気圧力は負荷の降下に応じて低下し、このときの抽気圧力の減圧速度は、タービンの負荷降下率が大きいほど大きくなる。
一方、貯水容量の大きな脱気器は、内部に貯水される復水の量が多くなって熱容量が大きくなる。そして、脱気器内の温度が下がりにくくなり、その結果として、脱気器内圧力が減圧しにくくなる。
【０００５】
したがって、脱気器の貯水容量が大きい場合、蒸気タービンシステムの負荷降下率が大きく抽気圧力の減圧速度が大きいときは、脱気器内圧力の減圧速度が抽気圧力の減圧速度より小さくなって脱気器内圧力と抽気圧力のバランスが崩れ、脱気器内圧力が抽気圧力以上になる場合がある。
【０００６】
脱気器内圧力と抽気圧力のバランスが崩れ、脱気器内圧力が抽気圧力より大きい状態になると、脱気器からタービンに向って低温蒸気が流れてタービンにウォータインダクションが発生する。
以下、脱気器からタービンに向う蒸気の流れを逆流とする。
タービンにウォータインダクションが発生すると、高温状態にあるタービンのケーシングやロータを低温蒸気が急速に冷却することになってケーシングやロータが変形する。そして、ロータなどの回転体とケーシングなどの静止体の接触や異常振動が発生し、タービンが損傷する。つまり、ウォータインダクションの発生を抑える必要があり、そのために、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止する必要がある。
【０００７】
そこで、従来、タービンと脱気器の間に逆止弁を備え、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止している。
さらに、タービンと脱気器の間を流れる蒸気を遮断するための遮断弁装置を備えている。
【０００８】
例えば特許文献１には、蒸気タービンシステムに備わる給水加熱器とタービンの間を流れる蒸気を遮断する遮断弁（遮断弁装置）を備え、給水加熱器の水位が異常に上昇したときのウォータインダクションの発生を防止するウォータインダクション保護装置の技術が開示されている。
【０００９】
特許文献１に開示される技術によると、例えば給水加熱器内部のチューブから漏水して給水加熱器の水位が上昇すると、遮断弁が、タービンと給水加熱器の間を流れる蒸気を遮断してウォータインダクションの発生を防止できる。
【００１０】
例えば特許文献１に開示される技術を脱気器に適用すると、脱気器内部の水位の上昇によるウォータインダクションの発生を防止できる。
【００１１】
このように、脱気器とタービンの間に逆止弁と遮断弁装置を備える構成によって、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止できる。また、脱気器内部の水位の上昇によるウォータインダクションの発生を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１４８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、逆止弁は、脱気器内圧力が抽気圧力以上になったときに瞬時に閉弁して脱気器からタービンへの蒸気の逆流を防止するため、例えば、タービントリップの発生時など抽気圧力が急激に低下したときには急激に閉弁する。したがって、逆止弁が頻繁に開閉すると、閉弁時の衝撃で弁体などの構成部品が変形し、脱気器からタービンへの蒸気の逆流を完全に遮断できなくなる場合がある。
【００１４】
そこで本発明は、脱気器とタービンの間に配設される逆止弁が、脱気器とタービンの間を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明は、脱気器内圧力が抽気圧力以上になったときに動作する遮断弁装置を備えて、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、脱気器とタービンの間に配設される逆止弁が、脱気器とタービンの間を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器からタービンへ逆流する蒸気を遮断できるタービン保護装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】蒸気タービンシステムの一構成例を示す図である。
【図２】抽気圧力と脱気器内圧力が減圧する状態を示す図である。
【図３】制御装置が遮断弁装置を制御する手順を示すフローチャートである。
【図４】内部タイマー機能を有する制御装置が遮断弁装置を制御する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１は、ボイラ１３で発生した蒸気が高圧タービン１４を回転した後、ボイラ１３の再熱器１３ａに導入される。再熱器１３ａで再度加熱された蒸気は、中圧タービン１５、低圧タービン１６を回転して、復水器１８に導入されて復水に凝縮される。
なお、低圧タービン１６には、例えば発電機１７が負荷として接続されている。
【００１９】
復水器１８内で蒸気が凝縮して生成される復水は、復水ポンプ１９によって昇圧され、低圧ヒータ４で、例えば低圧タービン１６からの抽気蒸気で加熱された後、脱気器５まで送水され、中圧タービン１５、または、低圧タービン１６からの抽気蒸気で加熱脱気されて貯水される。
そして、脱気器５に貯水された復水は給水ポンプ６によって昇圧され、高圧ヒータ７で、例えば高圧タービン１４や中圧タービン１５からの抽気蒸気で加熱された後、ボイラ１３に導入される。
以下、高圧タービン１４、中圧タービン１５、及び低圧タービン１６をまとめてタービン２と称する。
【００２０】
タービン２と脱気器５は抽気蒸気導入管３（導入管）で接続され、タービン２からの抽気蒸気が抽気蒸気導入管３を流通し、加熱脱気用の抽気蒸気として脱気器５に導入される。
抽気蒸気導入管３には、例えば２つの逆止弁３ａが直列に配設され、抽気蒸気導入管３における蒸気の流れの方向が、タービン２から脱気器５に向かう方向に規制されている。
なお、抽気蒸気導入管３は、高圧タービン１４、中圧タービン１５、低圧タービン１６のうちの一台、又は複数台に接続される。
【００２１】
タービン２からの抽気蒸気は、抽気蒸気導入管３を流通して脱気器５に導入されることから、タービン２からの抽気蒸気の抽気圧力（以下、符号Ｐ１で示す）は、抽気蒸気導入管３を流通する際の圧力損失で減圧する。
したがって、蒸気タービンシステム１の通常運転時に、脱気器内圧力（以下、符号Ｐ２で示す）は抽気圧力Ｐ１より低くなる。
すなわち、蒸気タービンシステム１の通常運転時には、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１より低い状態でバランスして、脱気器５からタービン２へ蒸気が逆流することがない。
２つの逆止弁３ａは、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１未満の状態のときは開弁してタービン２から脱気器５へ蒸気を流通させるが、例えばタービントリップの発生時など、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になったときには瞬時に閉弁して、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を遮断するように構成される。
【００２２】
また、抽気蒸気導入管３には、２つの逆止弁３ａと脱気器５の間に遮断弁装置１２が備わっている。遮断弁装置１２は、抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を遮断する止め弁１２ａと、止め弁１２ａを急速開閉可能な弁駆動部１２ｂを含んで構成される。
【００２３】
弁駆動部１２ｂは、図示しない水位計が計測する脱気器５内部の水位が所定値より高くなったときに、止め弁１２ａを駆動して抽気蒸気導入管３を閉じて、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を遮断してウォータインダクションの発生を防止する。
【００２４】
また、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１には、タービン２からの抽気蒸気の抽気圧力Ｐ１を計測する圧力計測手段としてのタービン抽気圧力計９と、脱気器５の脱気器内圧力Ｐ２を計測する圧力計測手段としての脱気器内圧力計１０と、弁駆動部１２ｂに指令を与えて遮断弁装置１２を制御する制御装置１１が備わっている。
タービン抽気圧力計９は、例えばタービン２と抽気蒸気導入管３の接合部近傍に備わり、抽気蒸気導入管３による圧力損失が発生していない状態の抽気圧力Ｐ１を計測するように構成される。
【００２５】
制御装置１１は、タービン抽気圧力計９から入力される計測信号に基づいて抽気圧力Ｐ１を算出し、脱気器内圧力計１０から入力される計測信号に基づいて脱気器内圧力Ｐ２を算出する。
【００２６】
そして、制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になると、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して抽気蒸気導入管３を閉じる。すなわち、遮断弁装置１２を閉弁する。
したがって、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気が止め弁１２ａによって遮断される。
【００２７】
その後、脱気器内圧力Ｐ２が減圧し、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１未満になると、制御装置１１は、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して抽気蒸気導入管３を開く。すなわち、遮断弁装置１２を開弁する。
タービン２からの抽気蒸気は、抽気蒸気導入管３を流通して脱気器５に導入される。
【００２８】
そして、本実施形態においては、タービン抽気圧力計９、脱気器内圧力計１０、制御装置１１、及び遮断弁装置１２を含んで、タービン保護装置２０を構成する。
【００２９】
図２に示すように、抽気圧力Ｐ１がＰ１Ｈであり、脱気器内圧力Ｐ２が、Ｐ１Ｈより少し低いＰ２Ｈである状態で、蒸気タービンシステム１（図１参照）が通常運転しているときに、例えば発電機１７（図１参照）に要求される発電量が減少してタービン２の負荷が降下する場合、抽気圧力Ｐ１は負荷の降下にともなって時刻ｔ１でＰ１Ｌまで減圧する。
そして、脱気器内圧力Ｐ２は、抽気圧力Ｐ１の減圧にともなって時刻ｔ２でＰ２Ｌまで減圧する。
【００３０】
しかしながら、例えば、脱気器５（図１参照）の貯水容量が大きく、且つ、タービン２（図１参照）の負荷降下率が大きい場合など、抽気圧力Ｐ１の減圧速度が脱気器内圧力Ｐ２の減圧速度より大きいときは、例えば時刻ｔ３で、抽気圧力Ｐ１が脱気器内圧力Ｐ２と同じ圧力まで減圧し、その後、脱気器内圧力Ｐ２がＰ１Ｌまで減圧する時刻ｔ４までは、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１より大きい状態が続く。
【００３１】
前記したように、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上（脱気器内圧力Ｐ２≧抽気圧力Ｐ１）になると、２つの逆止弁３ａ（図１参照）が閉弁して、脱気器５（図１参照）からタービン２（図１参照）へ逆流する蒸気を遮断することができる。
しかしながら、例えば、２つの逆止弁３ａの弁体等が変形していて、抽気蒸気導入管３（図１参照）を流れる蒸気を完全に遮断することができない場合は、蒸気が脱気器５からタービン２に向って逆流してタービン２が損傷する可能性がある。
【００３２】
そこで、本実施形態に係る制御装置１１（図１参照）は、蒸気タービンシステム１（図１参照）の通常運転時に脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが、予め設定される第１の所定値（第１所定値ΔＰｆ１）以上になる時刻ｔ５から、予め設定される第２の所定値（第２所定値ΔＰｆ２）以下になる時刻ｔ６まで、遮断弁装置１２（図１参照）が閉弁するように遮断弁装置１２を制御する。
そして、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になる時刻ｔ６以降は、遮断弁装置１２が開弁するように遮断弁装置１２を制御する。
【００３３】
制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になったときに、止め弁１２ａ（図１参照）が抽気蒸気導入管３を閉じるように弁駆動部１２ｂ（図１参照）に指令を与え、遮断弁装置１２（図１参照）を閉弁する。
また、制御装置１１は、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になったときに、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を開くように弁駆動部１２ｂに指令を与え、遮断弁装置１２を開弁する。
このように制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２と抽気圧力Ｐ１の差圧ΔＰに基づいた指令で遮断弁装置１２を制御する。
【００３４】
第１所定値ΔＰｆ１、及び第２所定値ΔＰｆ２は、例えば、タービン抽気圧力計９や脱気器内圧力計１０の計測誤差、脱気器内圧力Ｐ２や抽気圧力Ｐ１の変動（脈動）等を考慮して、極力小さくなるように設定する。第１所定値ΔＰｆ１と第２所定値ΔＰｆ２は異なった値であってもよいし、同じ値であってもよい。
また、第１所定値ΔＰｆ１や第２所定値ΔＰｆ２を「０」としてもよい。
第１所定値ΔＰｆ１が「０」の場合、制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になったときに遮断弁装置１２（図１参照）を閉弁し、第２所定値ΔＰｆ２が「０」の場合、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１が脱気器内圧力Ｐ２以上になったときに遮断弁装置１２（図１参照）を開弁する。
なお、第１所定値ΔＰｆ１、及び第２所定値ΔＰｆ２は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧として設定する。したがって、抽気圧力Ｐ１が脱気器内圧力Ｐ２より高い場合は負の値になる。
【００３５】
図３を参照して、制御装置１１が遮断弁装置１２を制御する手順を説明する（適宜図１、図２参照）。
この手順は、例えば、制御装置１１が実行するプログラムにサブルーチンとして組み込まれ、１００ｍｓｅｃなどの時間間隔で制御装置１１が実行するように構成すればよい。
【００３６】
遮断弁装置１２を制御する手順がスタートすると、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１を算出し（ステップＳ１）、さらに脱気器内圧力Ｐ２を算出する（ステップＳ２）。
前記したように、制御装置１１は、タービン抽気圧力計９から入力される計測信号に基づいて抽気圧力Ｐ１を算出することができ、脱気器内圧力計１０から入力される計測信号に基づいて脱気器内圧力Ｐ２を算出できる。
このように、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を実行するたびに抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を算出する。したがって、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を常に監視することになる。
【００３７】
制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算して差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３）。
そして、制御装置１１は、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上のとき（ステップＳ４→Ｙｅｓ）、遮断弁装置１２が開弁していれば（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して遮断弁装置１２を閉弁し（ステップＳ６）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。遮断弁装置１２が開弁していなければ（ステップＳ５→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が閉弁していれば、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００３８】
一方、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１未満のとき（ステップＳ４→Ｎｏ）、制御装置１１は、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２より大きければ（ステップＳ７→Ｎｏ）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
また、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下のとき（ステップＳ７→Ｙｅｓ）、制御装置１１は、遮断弁装置１２が閉弁していれば（ステップＳ８→Ｙｅｓ）、弁駆動部１２ｂに指令を与えて止め弁１２ａを駆動して遮断弁装置１２を開弁し（ステップＳ９）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。遮断弁装置１２が閉弁していなければ（ステップＳ８→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が開弁していれば、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００３９】
制御装置１１が、遮断弁装置１２が開弁しているか閉弁しているかを判定する方法は限定するものではない。
例えば、遮断弁装置１２が開弁しているか閉弁しているかを示すフラグＯＰを制御装置１１が備える構成とし、制御装置１１は、ステップＳ６で遮断弁装置１２を閉弁したときフラグＯＰに「０」を設定し、ステップＳ９で遮断弁装置１２を開弁したときフラグＯＰに「１」を設定する。
制御装置１１は、フラグＯＰが「１」であれば遮断弁装置１２が開弁していると判定し、フラグＯＰが「０」であれば遮断弁装置１２が閉弁していると判定できる。
【００４０】
また、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を閉じているか開いているかを検出する図示しないセンサを遮断弁装置１２に備える構成であってもよい。例えば、図示しないセンサは、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を閉じているか開いているかを示す検出信号を制御装置１１に入力する構成とすれば、制御装置１１は、図示しないセンサから入力される検出信号に基づいて、止め弁１２ａが抽気蒸気導入管３を閉じているか開いているかを検出することができる。そして、遮断弁装置１２が開弁しているか閉弁しているかを判定できる。
【００４１】
《変形例》
以上のように、図１に示す、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１に備わる制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を常に監視し、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になったときに遮断弁装置１２を閉弁し、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になったときに遮断弁装置１２を開弁する構成である。
しかしながら、タービン抽気圧力計９が抽気圧力Ｐ１を計測するとき、その計測値が小さく変動する場合がある。同様に、脱気器内圧力計１０の計測値も小さく変動する場合がある。
したがって、制御装置１１が算出する抽気圧力Ｐ１及び脱気器内圧力Ｐ２も小さく変動し、さらに、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰも小さく変動する。
【００４２】
差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１及び第２所定値ΔＰｆ２をまたいで変動すると、制御装置１１は、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になるたびに遮断弁装置１２を閉弁する指令を弁駆動部１２ｂに与え、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になるたびに遮断弁装置１２を開弁する指令を弁駆動部１２ｂに与えることから、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御するための指令を弁駆動部１２ｂに頻繁に与えることになり、遮断弁装置１２は開弁と閉弁を頻繁に繰り返すように動作する。そして、止め弁１２ａと遮断弁装置１２が劣化するという問題が発生する。
【００４３】
そこで、本発明の変形例として、例えば、制御装置１１が内部タイマー機能を備える構成とし、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の状態が所定時間継続したときに、遮断弁装置１２を閉弁する構成としてもよい。
同様に、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の状態が所定時間継続したときに、制御装置１１が遮断弁装置１２を開弁する構成としてもよい。
【００４４】
図４を参照して、内部タイマー機能を備える制御装置１１が遮断弁装置１２を制御する手順を説明する（適宜図１、図２参照）。
この手順は、図３に示す手順と同様に、制御装置１１が実行するプログラムにサブルーチンとして組み込まれ、１００ｍｓｅｃなどの時間間隔で制御装置１１が実行するように構成すればよい。
なお、図３に示す手順と同じ手順には同じ符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。
【００４５】
遮断弁装置１２を制御する手順がスタートすると、制御装置１１は、抽気圧力Ｐ１を算出し（ステップＳ１）、脱気器内圧力Ｐ２を算出し（ステップＳ２）、さらに、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算して差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３）。
そして、制御装置１１は、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上のとき（ステップＳ４→Ｙｅｓ）、開弁待機時間計測を停止し（ステップＳ１０）、遮断弁装置１２が開弁していれば（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、閉弁待機時間計測中か否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００４６】
開弁待機時間は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になってから、制御装置１１が遮断弁装置１２を開弁するまでの待機時間である。
また、閉弁待機時間は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になってから、制御装置１１が遮断弁装置１２を閉弁するまでの待機時間である。
【００４７】
そして、閉弁待機時間計測中でなければ（ステップＳ１１→Ｎｏ）、制御装置１１は、内部タイマ機能による閉弁待機時間計測を開始して（ステップＳ１２）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
また、閉弁待機時間計測中のとき（ステップＳ１１→Ｙｅｓ）、閉弁待機時間計測を開始してから所定時間Ｔｍ１（第１所定時間）が経過していれば（ステップＳ１３→Ｙｅｓ）、制御装置１１は、遮断弁装置１２を閉弁して（ステップＳ６）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）し、所定時間Ｔｍ１が経過していなければ（ステップＳ１３→Ｎｏ）、制御装置１１は遮断弁装置１２を閉弁することなく、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００４８】
ステップＳ５に戻って、遮断弁装置１２が開弁していなければ（ステップＳ５→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が閉弁していれば、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００４９】
ステップＳ１３で、遮断弁装置１２を閉弁するか否かを判定するための所定時間Ｔｍ１は、例えば、制御装置１１が遮断弁装置１２を好適なタイミングで閉弁できる時間として、実験等に基づいて決定すればよい。
【００５０】
ステップＳ４に戻って、算出した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１未満のとき（ステップＳ４→Ｎｏ）、制御装置１１は、差圧ΔＰと第２所定値ΔＰｆ２を比較する（ステップＳ７）。そして、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２より大きいとき(ステップＳ７→Ｎｏ)、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
また、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下のとき(ステップＳ７→Ｙｅｓ)、制御装置１１は、閉弁待機時間計測を停止し（ステップＳ１４）、遮断弁装置１２が閉弁していれば（ステップＳ８→Ｙｅｓ）、開弁待機時間計測中か否かを判定する（ステップＳ１５）。
なお、遮断弁装置１２が閉弁していないとき（ステップＳ８→Ｎｏ）、すなわち、遮断弁装置１２が開弁しているとき、制御装置１１は、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００５１】
そして、開弁待機時間計測中でなければ（ステップＳ１５→Ｎｏ）、制御装置１１は、内部タイマ機能による開弁待機時間計測を開始して（ステップＳ１６）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。また、開弁待機時間計測中のとき（ステップＳ１５→Ｙｅｓ）、開弁待機時間計測を開始してから所定時間Ｔｍ２（第２所定時間）が経過していれば（ステップＳ１７→Ｙｅｓ）、制御装置１１は、遮断弁装置１２を開弁して（ステップＳ９）、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）し、所定時間Ｔｍ２が経過していなければ（ステップＳ１７→Ｎｏ）、制御装置１１は遮断弁装置１２を開弁することなく、遮断弁装置１２を制御する手順を終了（リターン）する。
【００５２】
ステップＳ１７で、遮断弁装置１２を開弁するか否かを判定するための所定時間Ｔｍ２は、例えば、制御装置１１が遮断弁装置１２を好適なタイミングで開弁できる時間として、実験等に基づいて決定すればよく、ステップＳ１３における所定時間Ｔｍ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５３】
図４に示すように、変形例は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の時に、制御装置１１（図１参照）がステップＳ１２で内部タイマ機能による閉弁待機時間計測を開始し、ステップＳ１３で、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の状態で所定時間Ｔｍ１が経過したときに制御装置１１が遮断弁装置１２（図１参照）を閉弁する構成とした。この構成によって、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になった後、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上の状態で所定時間Ｔｍ１（第１所定時間）が経過したときに、制御装置１１が遮断弁装置１２を閉弁する構成とすることができる。
【００５４】
また、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の時に、制御装置１１（図１参照）がステップＳ１６で内部タイマ機能による開弁待機時間計測を開始し、ステップＳ１７で、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の状態で所定時間Ｔｍ２が経過したときに制御装置１１が遮断弁装置１２（図１参照）を開弁する構成とした。この構成によって、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になった後、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下の状態で所定時間Ｔｍ２（第２所定時間）が経過したときに、制御装置１１が遮断弁装置１２を開弁する構成とすることができる。
【００５５】
そして、タービン抽気圧力計９及び脱気器内圧力計１０の計測値の変動にともなって、制御装置１１が算出する差圧ΔＰが所定時間Ｔｍ１より短い間隔で第１所定値ΔＰｆ１をまたいで変動する場合、制御装置１１は、差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上であっても遮断弁装置１２を閉弁しない。
同様に、制御装置１１が算出する差圧ΔＰが所定時間Ｔｍ２より短い間隔で第２所定値ΔＰｆ２をまたいで変動する場合、制御装置１１は、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下であっても遮断弁装置１２を開弁しない。
したがって、遮断弁装置１２が頻繁に動作することが防止され、遮断弁装置１２が劣化するという問題の発生を抑えることができる。
【００５６】
以上のように、図１に示す、本実施形態に係る蒸気タービンシステム１のタービン保護装置２０は、制御装置１１が抽気圧力Ｐ１と脱気器内圧力Ｐ２を常に監視し、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上のときは遮断弁装置１２を閉弁して、脱気器５からタービン２への蒸気の逆流を止め弁１２ａで遮断することができる。
【００５７】
脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になると２つの逆止弁３ａが閉弁して、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を遮断する。
しかしながら、仮に、２つの逆止弁３ａの弁体等が変形していて、２つの逆止弁３ａが抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であると、脱気器５からタービン２に蒸気が逆流してタービン２が損傷する場合がある。
【００５８】
本実施形態に係る蒸気タービンシステム１は、２つの逆止弁３ａが抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、遮断弁装置１２の止め弁１２ａで抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を遮断することができ、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を効果的に遮断できる。
【００５９】
また、制御装置１１は、脱気器内圧力Ｐ２から抽気圧力Ｐ１を減算した差圧ΔＰが第１所定値ΔＰｆ１以上になった後、所定時間Ｔｍ１が経過してから遮断弁装置１２を閉弁し、差圧ΔＰが第２所定値ΔＰｆ２以下になった後、所定時間Ｔｍ２が経過してから遮断弁装置１２を開弁する。
この構成によって、遮断弁装置１２が開弁と閉弁を頻繁に繰り返すことを防止でき、遮断弁装置１２が劣化するという問題の発生を抑えることができる。
【００６０】
なお、制御装置１１は、蒸気タービンシステム１の通常運転時に限らず、タービントリップの発生時や負荷遮断時など、蒸気タービンシステム１の負荷の急激な降下にともなって脱気器内圧力Ｐ２が抽気圧力Ｐ１以上になった場合であっても遮断弁装置１２を閉弁することができる。したがって、２つの逆止弁３ａが抽気蒸気導入管３を流れる蒸気を完全に遮断できない状態であっても、脱気器５からタービン２へ逆流する蒸気を完全に遮断でき、タービン２の損傷を防止することができる。
【００６１】
本実施形態は、図１に示すように、タービン保護装置２０を脱気器５とタービン２の間に備える構成としたが、本実施形態に係るタービン保護装置２０を、例えば、図示しない給水加熱器とタービン２の間に備えることも可能である。
この場合、給水加熱器内の圧力が抽気圧力Ｐ１より高くなっても、給水加熱器からタービン２への蒸気の逆流を止め弁１２ａで遮断することができ、タービン２の損傷を防止することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 蒸気タービンシステム
２ タービン
３ 抽気蒸気導入管（導入管）
３ａ 逆止弁
５ 脱気器
９ タービン抽気圧力計（圧力計測手段）
１０ 脱気器内圧力計（圧力計測手段）
１１ 制御装置
１２ 遮断弁装置
１２ａ 止め弁
１２ｂ 弁駆動部
１３ ボイラ
１４ 高圧タービン
１５ 中圧タービン
１６ 低圧タービン
１８ 復水器
２０ タービン保護装置
Ｐ１ 抽気圧力（抽気蒸気の圧力）
Ｐ２ 脱気器内圧力（脱気器内の圧力）
ΔＰ 差圧
ΔＰｆ１ 第１所定値
ΔＰｆ２ 第２所定値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで発生する蒸気で駆動するタービンと、
前記タービンから排出される蒸気を凝縮して復水にする復水器と、
前記復水を加熱脱気して貯水する脱気器と、
加熱脱気用の抽気蒸気を前記脱気器に導入する導入管と、
前記導入管に配設される逆止弁と、を有する蒸気タービンシステムに備わり、
前記抽気蒸気の圧力及び前記脱気器内の圧力を計測する圧力計測手段と、
前記導入管に備わる遮断弁装置と、
前記抽気蒸気の圧力及び前記脱気器内の圧力の差圧に基づいた指令で前記遮断弁装置を制御する制御装置と、を含んで構成されるタービン保護装置であって、
前記遮断弁装置は、前記制御装置からの指令によって開弁または閉弁し、閉弁したときには、前記脱気器から前記タービンに向って流れる蒸気を遮断することを特徴とするタービン保護装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記脱気器内の圧力から前記抽気蒸気の圧力を減算した差圧が、予め設定される第１所定値以上になったときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を閉弁し、
前記差圧が、予め設定される第２所定値以下になったときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を開弁することを特徴とする請求項１に記載のタービン保護装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記脱気器内の圧力から前記抽気蒸気の圧力を減算した差圧が、予め設定される第１所定値以上になった後、前記差圧が前記第１所定値以上の状態で第１所定時間が経過したときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を閉弁し、
前記差圧が、予め設定される第２所定値以下になった後、前記差圧が前記第２所定値以下の状態で第２所定時間が経過したときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を開弁することを特徴とする請求項１に記載のタービン保護装置。
【請求項１】
ボイラで発生する蒸気で駆動するタービンと、
前記タービンから排出される蒸気を凝縮して復水にする復水器と、
前記復水を加熱脱気して貯水する脱気器と、
加熱脱気用の抽気蒸気を前記脱気器に導入する導入管と、
前記導入管に配設される逆止弁と、を有する蒸気タービンシステムに備わり、
前記抽気蒸気の圧力及び前記脱気器内の圧力を計測する圧力計測手段と、
前記導入管に備わる遮断弁装置と、
前記抽気蒸気の圧力及び前記脱気器内の圧力の差圧に基づいた指令で前記遮断弁装置を制御する制御装置と、を含んで構成されるタービン保護装置であって、
前記遮断弁装置は、前記制御装置からの指令によって開弁または閉弁し、閉弁したときには、前記脱気器から前記タービンに向って流れる蒸気を遮断することを特徴とするタービン保護装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記脱気器内の圧力から前記抽気蒸気の圧力を減算した差圧が、予め設定される第１所定値以上になったときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を閉弁し、
前記差圧が、予め設定される第２所定値以下になったときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を開弁することを特徴とする請求項１に記載のタービン保護装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記脱気器内の圧力から前記抽気蒸気の圧力を減算した差圧が、予め設定される第１所定値以上になった後、前記差圧が前記第１所定値以上の状態で第１所定時間が経過したときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を閉弁し、
前記差圧が、予め設定される第２所定値以下になった後、前記差圧が前記第２所定値以下の状態で第２所定時間が経過したときに前記遮断弁装置に指令を与えて当該遮断弁装置を開弁することを特徴とする請求項１に記載のタービン保護装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−３８５００（Ｐ２０１１−３８５００Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８９４２３（Ｐ２００９−１８９４２３）
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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