低圧蒸気タービンシステムおよびその制御方法
【課題】負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム制御を抑制して、ランダム振動とフラッシュバックとの重畳による影響を少なくすること。
【解決手段】静翼３と動翼２とから構成される段落を複数有する低圧蒸気タービン１を有する低圧蒸気タービンシステム１００であって、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービン１にフラッシュバック振動が発生する所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、ロータ４が所定値低く設定した目標回転速度を所定時間維持するように、低圧蒸気タービン１に供給する蒸気量を調節する指令を蒸気流量調節弁１０に出力するようにした。
【解決手段】静翼３と動翼２とから構成される段落を複数有する低圧蒸気タービン１を有する低圧蒸気タービンシステム１００であって、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービン１にフラッシュバック振動が発生する所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、ロータ４が所定値低く設定した目標回転速度を所定時間維持するように、低圧蒸気タービン１に供給する蒸気量を調節する指令を蒸気流量調節弁１０に出力するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧蒸気タービンのロータの回転を制御する技術に関する。
【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、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）とランダム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、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム振動を抑制して、ランダム振動とフラッシュバック振動との重畳による影響を少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生する所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、ロータが所定値低い目標回転速度を所定時間維持するように、低圧蒸気タービンに供給する蒸気量を調節する指令を蒸気流量制御手段に出力するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム制御を抑制することが可能となり、これにより、ランダム振動とフラッシュバック振動との重畳による影響を少なくすることが可能となる。
【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およ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、本発明者等の検討によれば、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、軸方向およ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】
本発明者等の検討によれば、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５を用いて説明する。
【００１５】
図５は、フラッシュバック無およ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（蒸気流量も定格の５％以下となっている。）。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、特に２０％負荷遮断時に起こり得る。すなわち、２０％負荷遮断時には、負荷遮断時に回転速度維持のために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。
【００１８】
また、実際の運転時には、起動の際に、２０％負荷の運転時間帯が数時間あるため、そのときに落雷などで負荷遮断が発生することも考えられる。このようなときにＬ−２段までランダム振動が発生してしまうと、このランダム振動とフラッシュバック振動とが重畳し、低圧蒸気タービンの動翼に大きな流体加振力が加わる可能性がある。そこで、このように、２０％負荷の運転時に、負荷遮断が発生して、フラッシュバック振動が発生しても、ランダム振動を抑制してフラッシュバック振動との重畳の影響を少なくすることが求められる。
【００１９】
本発明はこのような知見に基づきなされたものである。以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の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（８ａ、８ｂ）、圧力変動検出器９、蒸気流量調節弁１０、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を主要部として構成されている。また、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。
【００２０】
図１に示すように、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、蒸気流量調節弁（蒸気流量制御手段）１０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、低圧蒸気タービン１に導入される蒸気流量は、蒸気流量調節弁１０によって調節される。そして、蒸気流量調節弁１０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）や高圧給水ポンプ（図示省略）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で要求される蒸気圧力と温度によって決められる。ちなみに、１つ段落の直前直後に２つ抽気孔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なると考えられる。また、実施形態において、抽気孔６は、最終段よりも２つ前の段落の直前直後に配置されるものとする。また、給水加熱器８は、上流側に配置される給水加熱器を８ａ、下流側に配置される給水加熱器を８ｂとする。
【００２２】
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を動作させ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、蒸気流量調節弁１０と信号線で接続して、蒸気流量調節弁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。なお、制御装置１６と蒸気流量調節弁１０とが蒸気流量制御手段に相当する。
【００２３】
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、検出した圧力を制御装置１６に通知する機能を有する。
【００２４】
さらに、低圧蒸気タービンシステム１００には、高圧蒸気タービン１３から出力された蒸気を、復水器７に直接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。高圧蒸気タービン１３から排気される蒸気は、蒸気開閉弁１７ａが閉じているときは、他の給水加熱器（高圧給水加熱器、図示省略）や給水ポンプ駆動用蒸気タービンにも導入されるが、これらの蒸気や湿分分離（加熱）器での湿分と少量の蒸気の減少を除いて全て低圧蒸気タービン１に導入される。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。
【００２５】
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、制御装置１６が復水ポンプ１１ａ，１１ｂの送水量を調節することで、給水加熱器８内の温度を調節することも可能である。
【００２６】
ロータ軸４には、ロータ軸４によって駆動される発電機Ｇが負荷として接続される。発電機Ｇで発電された電力は、負荷遮断機構１２を介して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。
【００２７】
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て、制御装置１６が、低圧蒸気タービン１が無負荷になったことを検出すると、後述の本発明の制御が適用されない場合、制御装置１６は、蒸気流量調節弁１０の開度を絞るように指令を出し、蒸気バイパス管１７の容量（例えば２０％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、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）の蒸気が供給されるように蒸気流量調節弁１０を制御している。このような低蒸気流量でタービンを定格回転させると、図５の説明で述べたように、ランダム振動が発生する。また、このとき、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、高圧蒸気タービン１３から排気される蒸気を、蒸気バイパス配管１７を経由して復水器７に導入する。また、蒸気バイパス配管の容量（３０％負荷相当の蒸気流量）を超える負荷遮断（例えば、５０％、７５％、１００％負荷遮断）では、タービンの回転を停止させるので、蒸気流量調節弁１０が全閉される。このように、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、バイパス配管の容量が例えば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％負荷遮断の際に後述の本発明の制御が適用される。なお、バイパス配管の容量が大きい場合には、５０％負荷遮断に本発明の制御が適用される場合もある。バイパス配管の容量によって本発明の制御が適用される負荷遮断の際の負荷が決められる。以下、制御装置１６によって実施される本発明の制御内容を説明する。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態の低圧蒸気タービンの制御ロジックシーケンスを説明するブロック図である。この制御ロジックシーケンスは、制御装置１６のＣＰＵ１６ａが記憶部１６ｂに記憶された制御プログラムを実行することによって実現される。以下、図１を適宜参照しつつ、図２のブロック図に従い、制御ロジックシーケンスを説明する。
【００２９】
この制御ロジックシーケンスは、タイミング制御手段と、目標回転速度選択手段と、調節手段とに大きく分けられる。タイミング制御手段は、計測負荷が所定値以下で、かつ、負荷遮断信号を受け付けたときを条件とし、その負荷遮断信号の受付時点から所定時間の間、制御信号を出力する制御機能を有し、ステップＳ１〜Ｓ４を含んで実行する。
【００３０】
目標回転速度選択手段は、タイミング制御手段によって制御信号（Ｘ１）が出力されている間（フラッシュバック振動が発生している間（発生し易い時間帯））、所定値低く設定した目標回転速度を選択し、その制御信号（Ｘ１）が出力されていないときに所定の目標回転速度を選択する制御機能を有し、ステップＳ５，Ｓ６を含んで実行する。ここで目標回転速度を所定値低く設定することによって、後記のように、低圧蒸気タービン１に発生するランダム振動を抑制することができるようになる。
【００３１】
また、調節手段は、ロータ４の計測回転速度が、目標回転速度選択手段によって選択された目標回転速度となるように、蒸気流量調節弁１０の開度を調節する主弁開度指令値（指令）を生成し、蒸気流量調節弁１０にその主弁開度指令値を送る制御機能を有し、ステップＳ７〜Ｓ１１を含んで実行する。
【００３２】
続いて、ステップＳ１〜Ｓ１１の処理について説明する。ＣＰＵ１６ａは、外部インターフェース部１６ｃを介して負荷遮断機１２から計測負荷の値や負荷遮断信号を入力している。このとき、ＣＰＵ１６ａは、送られてくる計測負荷があらかじめ記憶部１６ｂに設定されている低負荷の値か否かを判定している。この低負荷の値は、例えば、２０％とする。これは、上述したように、負荷が２０％のときの負荷遮断のときに、ランダム振動がＬ−２段まで発生することを確認しているからであり、このとき、フラッシュバック振動に重畳されるランダム振動を抑制するために必要な目標回転速度（例えば、定格回転数の約３０％相当ｒｐｍ。ランダム振動は回転数を下げることによって抑制される。この目標値は予め実験や計算等により求めておく。）が記憶部１６ｂに設定されている。
【００３３】
そして、ＣＰＵ１６ａは、計測負荷がその低負荷の値以下で、かつ、負荷遮断信号の入力をＡＮＤ成立条件として、フラグの値をＬからＨに遷移させる（Ｓ１）。なお、フラグの値は、計測負荷がその低負荷の値以下であること、および、負荷遮断信号の入力があることの両方を満たしていないときに、Ｌとする。
【００３４】
また、ＣＰＵ１６ａは、負荷遮断信号の入力が有って（ＮＯＴ条件）から（Ｓ２）、遅れ時間ｔ１を設定する（Ｓ３）。そして、ＣＰＵ１６ａは、その遅れ時間ｔ１の間は制御信号（負荷制御信号Ｘ１）を目標回転速度選択手段のスイッチに出力し（Ｓ４）、目標回転速度制御手段によってフラッシュバック振動が発生している間（発生し易い時間帯）、フラッシュバック振動に重畳されるランダム振動を抑制するための以下の制御を実行する。
【００３５】
このとき、負荷遮断信号が入力されてから遅れ時間ｔ１の間は、負荷遮断信号の入力がされていない状態として扱い、低圧蒸気タービン１の負荷遮断制御時のシーケンスへの移行を遅れ時間ｔ１だけ遅らせることになる。なお、遅れ時間ｔ１は、あらかじめ記憶部１６ｂに設定された値である。その値は、あらかじめシミュレーションや実験によって求められる。
【００３６】
なお、この負荷遮断制御時のシーケンスは、低圧蒸気タービンシステム１００の原子力発電の通常制御を停止させ、低圧蒸気タービン１を安全な状態に保つために一般に知られた制御である。そのため、ＣＰＵ１６ａは、負荷遮断制御時のシーケンスへの移行前に、本発明の特徴であるランダム振動を抑制するための以下の制御を実行する。
【００３７】
それでは、ランダム振動を抑制するための制御について説明する。ＣＰＵ１６ａは、制御信号Ｘ１がタイミング制御手段から送られている間（遅れ時間ｔ１の間）、通常の目標回転速度（０ｒｐｍの減算制御）から（３０％相当ｒｐｍの減算制御）へ移行させる移行指令値（ロータ４の回転速度を定格回転数の３０％減となるように制御する値）に切り替える（Ｓ５）。なお、移行指令値の情報には負荷制御信号Ｘ１が付与されている。そして、ＣＰＵ１６ａは、スクラム制御時の目標回転速度と移行指令値との差分を算出し、目標回転速度の値を切り替える（Ｓ６）。
つまり、目標回転速度から減算する回転速度が０ｒｐｍから３０相当ｒｐｍに切り替わり（Ｓ５）、ステップＳ６においては、その切り替わった回転速度を目標回転速度から減算する。
【００３８】
そして、ＣＰＵ１６ａは、目標回転速度と、計測回転速度との差分（偏差）を算出する（Ｓ７）。この算出された差分は、ステップＳ８とステップＳ１１に出力される。
一方、ステップＳ９では、目標負荷と計測負荷との差分（偏差）を算出する。この差分に調停率ゲインを適用して、負荷の差分を回転速度の差分に変換する（Ｓ１０）。そして、ステップＳ７からの偏差とステップＳ１０からの偏差とを加味した偏差、つまり回転速度と負荷とを加味した偏差を算出し（Ｓ１１）、この偏差をステップＳ８のスイッチに出力する。
ステップＳ８のスイッチは、負荷遮断信号に基づいて、偏差の値を切り替えて後段の処理に出力する。これにより、偏差に基づいた主弁開度指令値が生成され、主制御弁、つまり図１の蒸気流量調節弁１０の開度が、偏差が０になるように調節される。
【００３９】
この制御では、負荷遮断信号が入力されるまでは、（１）目標回転速度と計測回転速度との偏差（Ｓ７）、および（２）目標負荷と計測負荷との偏差（Ｓ９）を回転速度に換算（調停）した偏差（Ｓ１０）という、２つの偏差を加味した偏差に基づいて蒸気流量調節弁１０の開度が調節される。
一方、負荷遮断信号が入力されると、ステップＳ８のスイッチにおいて、ステップＳ７の偏差が選択され、つまり上記（１）の目標回転速度と計測回転速度との偏差が選択され、この偏差に基づいて蒸気流量調節弁１０の開度が調節される。
そして、負荷遮断信号により、ステップＳ７の偏差が選択される状況にて、ステップＳ４の条件が成立しているときは、つまりフラッシュバック振動が発生しやすい時間帯においては、ステップＳ５のスイッチにより３０％相当ｒｐｍが選択され、ステップＳ６において、目標回転速度がダンピング（減算）される。このため、蒸気流量調節弁１０の開度が絞られてロータ４の回転速度が低減される。よって、後記するように（図４（ａ）参照）、フラッシュバック振動が発生しやすい時間帯において回転数が低減して、ランダム振動が抑制され、たとえフラッシュバック振動が発生したとしても、フラッシュバック振動とランダム振動との重畳が防止される。
なお、フラッシュバック振動が発生しやすい時間帯が経過すると、ステップＳ５において選択される回転速度の減算量が０ｒｐｍとなり、目標回転速度（例えば１８００ｒｐｍ）が保持される。
【００４０】
次に、図３に従って、図２を参照しつつ、ステップＳ１のＡＮＤ条件成立の判定信号（Ａ）、ステップＳ３の遅れ時間設定（ＮＯＴ条件信号（Ｂ）と呼ぶ）、および、ステップＳ４のＡＮＤ条件成立の判定信号（Ｃ）の関係を説明する。図３は、図２に示したタイミング制御手段での信号のタイミングを説明するグラフである。図３中、それぞれ、横軸に時間、縦軸に電圧（信号レベル、フラグ）を採っている。
【００４１】
ここで、ＣＰＵ１６ａが負荷遮断信号を時刻Ｔ０に受け付けたものとする。このとき、判定信号（Ａ）（Ｃ）はＬからＨに遷移する。一方、ＮＯＴ条件信号（Ｂ）は、Ｈの状態を維持している。そして、遅れ時間ｔ１の経過後、時刻Ｔ１では、判定信号（Ａ）はＨの状態を維持するが、ＮＯＴ条件信号（Ｂ）はＨからＬに遷移する。このＮＯＴ条件信号（Ｂ）の遷移を条件として、判定信号（Ｃ）がＨからＬに遷移する。つまり、遅れ時間ｔ１だけ、目標回転速度選択手段のスイッチングを遅らせることができる。
【００４２】
次に、図４に従って、この実施形態の制御例（制御例（図４の（ａ））と、従来の制御例（比較例（図４の（ｂ）））との違いについて説明する。なお、図４の（ａ）および図４の（ｂ）のそれぞれは、横軸に時間、縦軸に回転数の値を採ったグラフを示している。
【００４３】
図４の（ａ）に示すように、実施形態の制御例では、時刻Ｔ０で負荷遮断が発生した時に、前記のように制御してロータ４の回転速度を下げ、遅れ時間ｔ１の経過後の時刻Ｔ１に、元の値まで復帰させた後に、実線のように回転数を減少させるように、低圧蒸気タービン１の運転を制御するか、破線のように定格回転数を維持させ連続運転に対応できるようにする。このとき、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間の遅れ時間ｔ１では、ランダム振動が抑制される。
【００４４】
一方、図４の（ｂ）に示すように、従来の比較例では、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間の遅れ時間ｔ１では、本発明の実施形態のように、ロータ４の回転速度に関しての何ら制御がされていないため、ランダム振動が発生する。このとき、給水加熱器８からフラッシュバックが生じているため、低圧蒸気タービン１にはフラッシュバック振動も生じている。そのため、ランダム振動とフラッシュバック振動とが重畳し、動翼２に大きな流体加振力が加わる。
【００４５】
以上、説明したように、実施形態では、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム制御を抑制して、ランダム振動とフラッシュバック振動との重畳による影響を少なくすることができるようになる。
【００４６】
なお、前記実施形態では、蒸気流量調節弁１０の開度を調節する場合を説明したが、高圧蒸気タービン１３側の図示しない調節弁等を制御して、低圧蒸気タービン１に流入する蒸気量を調節するようにしてもよい。
【００４７】
また、前記実施形態では、ＣＰＵが処理プログラムを実行するものとして説明したが、ＩＣ（Integrated Circuit）を含む電子部品によって個別の機能を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の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】本発明の実施形態の低圧蒸気タービンの制御ロジックシーケンスを説明するブロック図である。
【図３】図２に示したタイミング制御手段での信号のタイミングを説明するグラフである。
【図４】本発明の制御と従来の制御とを比較するグラフである。
【図５】フラッシュバック無およ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。
【符号の説明】
【００４９】
１ 低圧蒸気タービン
２ 動翼
３ 静翼
４ ロータ
６ 抽気孔
７ 復水器
８ 給水加熱器
９ 圧力変動検出器
１０ 蒸気流量調節弁
１１ａ、１１ｂ 復水ポンプ
１２ 負荷遮断機構
１５ 抽気配管
１６ 制御装置
１００ 低圧蒸気タービンシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧蒸気タービンのロータの回転を制御する技術に関する。
【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、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）とランダム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、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム振動を抑制して、ランダム振動とフラッシュバック振動との重畳による影響を少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生する所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、ロータが所定値低い目標回転速度を所定時間維持するように、低圧蒸気タービンに供給する蒸気量を調節する指令を蒸気流量制御手段に出力するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム制御を抑制することが可能となり、これにより、ランダム振動とフラッシュバック振動との重畳による影響を少なくすることが可能となる。
【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およ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、本発明者等の検討によれば、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、軸方向およ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】
本発明者等の検討によれば、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５を用いて説明する。
【００１５】
図５は、フラッシュバック無およ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（蒸気流量も定格の５％以下となっている。）。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、特に２０％負荷遮断時に起こり得る。すなわち、２０％負荷遮断時には、負荷遮断時に回転速度維持のために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。
【００１８】
また、実際の運転時には、起動の際に、２０％負荷の運転時間帯が数時間あるため、そのときに落雷などで負荷遮断が発生することも考えられる。このようなときにＬ−２段までランダム振動が発生してしまうと、このランダム振動とフラッシュバック振動とが重畳し、低圧蒸気タービンの動翼に大きな流体加振力が加わる可能性がある。そこで、このように、２０％負荷の運転時に、負荷遮断が発生して、フラッシュバック振動が発生しても、ランダム振動を抑制してフラッシュバック振動との重畳の影響を少なくすることが求められる。
【００１９】
本発明はこのような知見に基づきなされたものである。以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の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（８ａ、８ｂ）、圧力変動検出器９、蒸気流量調節弁１０、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を主要部として構成されている。また、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。
【００２０】
図１に示すように、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、蒸気流量調節弁（蒸気流量制御手段）１０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、低圧蒸気タービン１に導入される蒸気流量は、蒸気流量調節弁１０によって調節される。そして、蒸気流量調節弁１０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）や高圧給水ポンプ（図示省略）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で要求される蒸気圧力と温度によって決められる。ちなみに、１つ段落の直前直後に２つ抽気孔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なると考えられる。また、実施形態において、抽気孔６は、最終段よりも２つ前の段落の直前直後に配置されるものとする。また、給水加熱器８は、上流側に配置される給水加熱器を８ａ、下流側に配置される給水加熱器を８ｂとする。
【００２２】
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を動作させ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、蒸気流量調節弁１０と信号線で接続して、蒸気流量調節弁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。なお、制御装置１６と蒸気流量調節弁１０とが蒸気流量制御手段に相当する。
【００２３】
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、検出した圧力を制御装置１６に通知する機能を有する。
【００２４】
さらに、低圧蒸気タービンシステム１００には、高圧蒸気タービン１３から出力された蒸気を、復水器７に直接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。高圧蒸気タービン１３から排気される蒸気は、蒸気開閉弁１７ａが閉じているときは、他の給水加熱器（高圧給水加熱器、図示省略）や給水ポンプ駆動用蒸気タービンにも導入されるが、これらの蒸気や湿分分離（加熱）器での湿分と少量の蒸気の減少を除いて全て低圧蒸気タービン１に導入される。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。
【００２５】
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、制御装置１６が復水ポンプ１１ａ，１１ｂの送水量を調節することで、給水加熱器８内の温度を調節することも可能である。
【００２６】
ロータ軸４には、ロータ軸４によって駆動される発電機Ｇが負荷として接続される。発電機Ｇで発電された電力は、負荷遮断機構１２を介して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。
【００２７】
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て、制御装置１６が、低圧蒸気タービン１が無負荷になったことを検出すると、後述の本発明の制御が適用されない場合、制御装置１６は、蒸気流量調節弁１０の開度を絞るように指令を出し、蒸気バイパス管１７の容量（例えば２０％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、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）の蒸気が供給されるように蒸気流量調節弁１０を制御している。このような低蒸気流量でタービンを定格回転させると、図５の説明で述べたように、ランダム振動が発生する。また、このとき、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、高圧蒸気タービン１３から排気される蒸気を、蒸気バイパス配管１７を経由して復水器７に導入する。また、蒸気バイパス配管の容量（３０％負荷相当の蒸気流量）を超える負荷遮断（例えば、５０％、７５％、１００％負荷遮断）では、タービンの回転を停止させるので、蒸気流量調節弁１０が全閉される。このように、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、バイパス配管の容量が例えば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％負荷遮断の際に後述の本発明の制御が適用される。なお、バイパス配管の容量が大きい場合には、５０％負荷遮断に本発明の制御が適用される場合もある。バイパス配管の容量によって本発明の制御が適用される負荷遮断の際の負荷が決められる。以下、制御装置１６によって実施される本発明の制御内容を説明する。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態の低圧蒸気タービンの制御ロジックシーケンスを説明するブロック図である。この制御ロジックシーケンスは、制御装置１６のＣＰＵ１６ａが記憶部１６ｂに記憶された制御プログラムを実行することによって実現される。以下、図１を適宜参照しつつ、図２のブロック図に従い、制御ロジックシーケンスを説明する。
【００２９】
この制御ロジックシーケンスは、タイミング制御手段と、目標回転速度選択手段と、調節手段とに大きく分けられる。タイミング制御手段は、計測負荷が所定値以下で、かつ、負荷遮断信号を受け付けたときを条件とし、その負荷遮断信号の受付時点から所定時間の間、制御信号を出力する制御機能を有し、ステップＳ１〜Ｓ４を含んで実行する。
【００３０】
目標回転速度選択手段は、タイミング制御手段によって制御信号（Ｘ１）が出力されている間（フラッシュバック振動が発生している間（発生し易い時間帯））、所定値低く設定した目標回転速度を選択し、その制御信号（Ｘ１）が出力されていないときに所定の目標回転速度を選択する制御機能を有し、ステップＳ５，Ｓ６を含んで実行する。ここで目標回転速度を所定値低く設定することによって、後記のように、低圧蒸気タービン１に発生するランダム振動を抑制することができるようになる。
【００３１】
また、調節手段は、ロータ４の計測回転速度が、目標回転速度選択手段によって選択された目標回転速度となるように、蒸気流量調節弁１０の開度を調節する主弁開度指令値（指令）を生成し、蒸気流量調節弁１０にその主弁開度指令値を送る制御機能を有し、ステップＳ７〜Ｓ１１を含んで実行する。
【００３２】
続いて、ステップＳ１〜Ｓ１１の処理について説明する。ＣＰＵ１６ａは、外部インターフェース部１６ｃを介して負荷遮断機１２から計測負荷の値や負荷遮断信号を入力している。このとき、ＣＰＵ１６ａは、送られてくる計測負荷があらかじめ記憶部１６ｂに設定されている低負荷の値か否かを判定している。この低負荷の値は、例えば、２０％とする。これは、上述したように、負荷が２０％のときの負荷遮断のときに、ランダム振動がＬ−２段まで発生することを確認しているからであり、このとき、フラッシュバック振動に重畳されるランダム振動を抑制するために必要な目標回転速度（例えば、定格回転数の約３０％相当ｒｐｍ。ランダム振動は回転数を下げることによって抑制される。この目標値は予め実験や計算等により求めておく。）が記憶部１６ｂに設定されている。
【００３３】
そして、ＣＰＵ１６ａは、計測負荷がその低負荷の値以下で、かつ、負荷遮断信号の入力をＡＮＤ成立条件として、フラグの値をＬからＨに遷移させる（Ｓ１）。なお、フラグの値は、計測負荷がその低負荷の値以下であること、および、負荷遮断信号の入力があることの両方を満たしていないときに、Ｌとする。
【００３４】
また、ＣＰＵ１６ａは、負荷遮断信号の入力が有って（ＮＯＴ条件）から（Ｓ２）、遅れ時間ｔ１を設定する（Ｓ３）。そして、ＣＰＵ１６ａは、その遅れ時間ｔ１の間は制御信号（負荷制御信号Ｘ１）を目標回転速度選択手段のスイッチに出力し（Ｓ４）、目標回転速度制御手段によってフラッシュバック振動が発生している間（発生し易い時間帯）、フラッシュバック振動に重畳されるランダム振動を抑制するための以下の制御を実行する。
【００３５】
このとき、負荷遮断信号が入力されてから遅れ時間ｔ１の間は、負荷遮断信号の入力がされていない状態として扱い、低圧蒸気タービン１の負荷遮断制御時のシーケンスへの移行を遅れ時間ｔ１だけ遅らせることになる。なお、遅れ時間ｔ１は、あらかじめ記憶部１６ｂに設定された値である。その値は、あらかじめシミュレーションや実験によって求められる。
【００３６】
なお、この負荷遮断制御時のシーケンスは、低圧蒸気タービンシステム１００の原子力発電の通常制御を停止させ、低圧蒸気タービン１を安全な状態に保つために一般に知られた制御である。そのため、ＣＰＵ１６ａは、負荷遮断制御時のシーケンスへの移行前に、本発明の特徴であるランダム振動を抑制するための以下の制御を実行する。
【００３７】
それでは、ランダム振動を抑制するための制御について説明する。ＣＰＵ１６ａは、制御信号Ｘ１がタイミング制御手段から送られている間（遅れ時間ｔ１の間）、通常の目標回転速度（０ｒｐｍの減算制御）から（３０％相当ｒｐｍの減算制御）へ移行させる移行指令値（ロータ４の回転速度を定格回転数の３０％減となるように制御する値）に切り替える（Ｓ５）。なお、移行指令値の情報には負荷制御信号Ｘ１が付与されている。そして、ＣＰＵ１６ａは、スクラム制御時の目標回転速度と移行指令値との差分を算出し、目標回転速度の値を切り替える（Ｓ６）。
つまり、目標回転速度から減算する回転速度が０ｒｐｍから３０相当ｒｐｍに切り替わり（Ｓ５）、ステップＳ６においては、その切り替わった回転速度を目標回転速度から減算する。
【００３８】
そして、ＣＰＵ１６ａは、目標回転速度と、計測回転速度との差分（偏差）を算出する（Ｓ７）。この算出された差分は、ステップＳ８とステップＳ１１に出力される。
一方、ステップＳ９では、目標負荷と計測負荷との差分（偏差）を算出する。この差分に調停率ゲインを適用して、負荷の差分を回転速度の差分に変換する（Ｓ１０）。そして、ステップＳ７からの偏差とステップＳ１０からの偏差とを加味した偏差、つまり回転速度と負荷とを加味した偏差を算出し（Ｓ１１）、この偏差をステップＳ８のスイッチに出力する。
ステップＳ８のスイッチは、負荷遮断信号に基づいて、偏差の値を切り替えて後段の処理に出力する。これにより、偏差に基づいた主弁開度指令値が生成され、主制御弁、つまり図１の蒸気流量調節弁１０の開度が、偏差が０になるように調節される。
【００３９】
この制御では、負荷遮断信号が入力されるまでは、（１）目標回転速度と計測回転速度との偏差（Ｓ７）、および（２）目標負荷と計測負荷との偏差（Ｓ９）を回転速度に換算（調停）した偏差（Ｓ１０）という、２つの偏差を加味した偏差に基づいて蒸気流量調節弁１０の開度が調節される。
一方、負荷遮断信号が入力されると、ステップＳ８のスイッチにおいて、ステップＳ７の偏差が選択され、つまり上記（１）の目標回転速度と計測回転速度との偏差が選択され、この偏差に基づいて蒸気流量調節弁１０の開度が調節される。
そして、負荷遮断信号により、ステップＳ７の偏差が選択される状況にて、ステップＳ４の条件が成立しているときは、つまりフラッシュバック振動が発生しやすい時間帯においては、ステップＳ５のスイッチにより３０％相当ｒｐｍが選択され、ステップＳ６において、目標回転速度がダンピング（減算）される。このため、蒸気流量調節弁１０の開度が絞られてロータ４の回転速度が低減される。よって、後記するように（図４（ａ）参照）、フラッシュバック振動が発生しやすい時間帯において回転数が低減して、ランダム振動が抑制され、たとえフラッシュバック振動が発生したとしても、フラッシュバック振動とランダム振動との重畳が防止される。
なお、フラッシュバック振動が発生しやすい時間帯が経過すると、ステップＳ５において選択される回転速度の減算量が０ｒｐｍとなり、目標回転速度（例えば１８００ｒｐｍ）が保持される。
【００４０】
次に、図３に従って、図２を参照しつつ、ステップＳ１のＡＮＤ条件成立の判定信号（Ａ）、ステップＳ３の遅れ時間設定（ＮＯＴ条件信号（Ｂ）と呼ぶ）、および、ステップＳ４のＡＮＤ条件成立の判定信号（Ｃ）の関係を説明する。図３は、図２に示したタイミング制御手段での信号のタイミングを説明するグラフである。図３中、それぞれ、横軸に時間、縦軸に電圧（信号レベル、フラグ）を採っている。
【００４１】
ここで、ＣＰＵ１６ａが負荷遮断信号を時刻Ｔ０に受け付けたものとする。このとき、判定信号（Ａ）（Ｃ）はＬからＨに遷移する。一方、ＮＯＴ条件信号（Ｂ）は、Ｈの状態を維持している。そして、遅れ時間ｔ１の経過後、時刻Ｔ１では、判定信号（Ａ）はＨの状態を維持するが、ＮＯＴ条件信号（Ｂ）はＨからＬに遷移する。このＮＯＴ条件信号（Ｂ）の遷移を条件として、判定信号（Ｃ）がＨからＬに遷移する。つまり、遅れ時間ｔ１だけ、目標回転速度選択手段のスイッチングを遅らせることができる。
【００４２】
次に、図４に従って、この実施形態の制御例（制御例（図４の（ａ））と、従来の制御例（比較例（図４の（ｂ）））との違いについて説明する。なお、図４の（ａ）および図４の（ｂ）のそれぞれは、横軸に時間、縦軸に回転数の値を採ったグラフを示している。
【００４３】
図４の（ａ）に示すように、実施形態の制御例では、時刻Ｔ０で負荷遮断が発生した時に、前記のように制御してロータ４の回転速度を下げ、遅れ時間ｔ１の経過後の時刻Ｔ１に、元の値まで復帰させた後に、実線のように回転数を減少させるように、低圧蒸気タービン１の運転を制御するか、破線のように定格回転数を維持させ連続運転に対応できるようにする。このとき、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間の遅れ時間ｔ１では、ランダム振動が抑制される。
【００４４】
一方、図４の（ｂ）に示すように、従来の比較例では、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間の遅れ時間ｔ１では、本発明の実施形態のように、ロータ４の回転速度に関しての何ら制御がされていないため、ランダム振動が発生する。このとき、給水加熱器８からフラッシュバックが生じているため、低圧蒸気タービン１にはフラッシュバック振動も生じている。そのため、ランダム振動とフラッシュバック振動とが重畳し、動翼２に大きな流体加振力が加わる。
【００４５】
以上、説明したように、実施形態では、負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、低圧蒸気タービンに発生するランダム制御を抑制して、ランダム振動とフラッシュバック振動との重畳による影響を少なくすることができるようになる。
【００４６】
なお、前記実施形態では、蒸気流量調節弁１０の開度を調節する場合を説明したが、高圧蒸気タービン１３側の図示しない調節弁等を制御して、低圧蒸気タービン１に流入する蒸気量を調節するようにしてもよい。
【００４７】
また、前記実施形態では、ＣＰＵが処理プログラムを実行するものとして説明したが、ＩＣ（Integrated Circuit）を含む電子部品によって個別の機能を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の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】本発明の実施形態の低圧蒸気タービンの制御ロジックシーケンスを説明するブロック図である。
【図３】図２に示したタイミング制御手段での信号のタイミングを説明するグラフである。
【図４】本発明の制御と従来の制御とを比較するグラフである。
【図５】フラッシュバック無およ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。
【符号の説明】
【００４９】
１ 低圧蒸気タービン
２ 動翼
３ 静翼
４ ロータ
６ 抽気孔
７ 復水器
８ 給水加熱器
９ 圧力変動検出器
１０ 蒸気流量調節弁
１１ａ、１１ｂ 復水ポンプ
１２ 負荷遮断機構
１５ 抽気配管
１６ 制御装置
１００ 低圧蒸気タービンシステム
【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、前記動翼を固定したロータを回転させ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に流入させる蒸気の量を調節して前記ロータの回転速度を制御する蒸気流量制御手段と、
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、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であって、
負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、前記低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生または発生しやすい所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、
前記ロータが所定値低く設定した目標回転速度を所定時間維持するように、前記低圧蒸気タービンに供給する蒸気量を調節する指令を前記蒸気流量制御手段に出力する制御装置を備える
ことを特徴とする低圧蒸気タービンシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、
計測負荷が所定値以下で、かつ、負荷遮断信号を受け付けたときを条件とし、当該負荷遮断信号の受付時点から所定時間の間、制御信号を出力するタイミング制御手段と、
前記タイミング制御手段によって当該制御信号が出力されている間、前記低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生または発生しやすい所定時間の間、所定値低く設定した目標回転速度を選択し、当該制御信号が出力されていないときに所定の目標回転速度を選択する目標回転速度選択手段と、
前記ロータの計測回転速度が、前記目標回転速度選択手段によって選択された目標回転速度となるように、前記蒸気流量制御手段を調節する指令を生成し、前記蒸気流量制御手段に当該指令を送る調節手段とを備える
ことを特徴とする低圧蒸気タービンシステム。
【請求項３】
静翼と動翼とから構成される段落を複数有し、制御装置によって外部から供給される蒸気によって、前記動翼を固定したロータを回転させて駆動される低圧蒸気タービンを備えた低圧蒸気タービンシステムの制御方法であって、
前記制御装置は、
負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、前記低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生または発生しやすい所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、
前記ロータが所定値低く設定した目標回転速度を所定時間維持するように、前記低圧蒸気タービンに供給する蒸気量を調節する指令を前記蒸気流量制御手段に出力する
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、前記動翼を固定したロータを回転させ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に流入させる蒸気の量を調節して前記ロータの回転速度を制御する蒸気流量制御手段と、
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、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であって、
負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、前記低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生または発生しやすい所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、
前記ロータが所定値低く設定した目標回転速度を所定時間維持するように、前記低圧蒸気タービンに供給する蒸気量を調節する指令を前記蒸気流量制御手段に出力する制御装置を備える
ことを特徴とする低圧蒸気タービンシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、
計測負荷が所定値以下で、かつ、負荷遮断信号を受け付けたときを条件とし、当該負荷遮断信号の受付時点から所定時間の間、制御信号を出力するタイミング制御手段と、
前記タイミング制御手段によって当該制御信号が出力されている間、前記低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生または発生しやすい所定時間の間、所定値低く設定した目標回転速度を選択し、当該制御信号が出力されていないときに所定の目標回転速度を選択する目標回転速度選択手段と、
前記ロータの計測回転速度が、前記目標回転速度選択手段によって選択された目標回転速度となるように、前記蒸気流量制御手段を調節する指令を生成し、前記蒸気流量制御手段に当該指令を送る調節手段とを備える
ことを特徴とする低圧蒸気タービンシステム。
【請求項３】
静翼と動翼とから構成される段落を複数有し、制御装置によって外部から供給される蒸気によって、前記動翼を固定したロータを回転させて駆動される低圧蒸気タービンを備えた低圧蒸気タービンシステムの制御方法であって、
前記制御装置は、
負荷遮断時に、計測負荷が所定値以下のときに、前記低圧蒸気タービンにフラッシュバック振動が発生または発生しやすい所定時間の間、目標回転速度を所定値低く設定し、
前記ロータが所定値低く設定した目標回転速度を所定時間維持するように、前記低圧蒸気タービンに供給する蒸気量を調節する指令を前記蒸気流量制御手段に出力する
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−７５５８０（Ｐ２００８−７５５８０Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５６５２５（Ｐ２００６−２５６５２５）
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【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２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【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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