蒸気タービンの制御装置
【課題】蒸気タービンの制御装置において、作業者の負担を軽減すると共に安定したタービン起動時間を確保して安全性の向上を図る。
【解決手段】ボイラ１１から蒸気タービン１２に蒸気を供給する蒸気配管１３に蒸気加減弁１４を設けると共に、起動指令値に基づいて蒸気加減弁の開度を増加して蒸気タービン１２の回転数を上昇させる起動速度制御ピストン３１と、蒸気加減弁１４の開度を調節して蒸気タービン１２の回転数を規定回転数に制御する速度制御ガバナ３２とを設け、制御装置３４が蒸気タービン１２の運転状態に応じて起動速度制御ピストン３１と速度制御ガバナ３２を切換制御する。
【解決手段】ボイラ１１から蒸気タービン１２に蒸気を供給する蒸気配管１３に蒸気加減弁１４を設けると共に、起動指令値に基づいて蒸気加減弁の開度を増加して蒸気タービン１２の回転数を上昇させる起動速度制御ピストン３１と、蒸気加減弁１４の開度を調節して蒸気タービン１２の回転数を規定回転数に制御する速度制御ガバナ３２とを設け、制御装置３４が蒸気タービン１２の運転状態に応じて起動速度制御ピストン３１と速度制御ガバナ３２を切換制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンを所定の起動時間で安定して自動的に起動可能とした蒸気タービンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、供給された蒸気により動翼を介してロータを駆動回転することで、動力を確保するものであり、安定した駆動力を確保するためには、ロータを一定の回転数に維持する必要がある。一般的には、蒸気タービンに蒸気を供給する供給通路に蒸気加減弁を設け、調速装置（ガバナ）を用いてこの蒸気加減弁の開度を制御することで、蒸気タービンに供給される蒸気量を調整し、タービン回転数を制御している。
【０００３】
このような調速装置を用いた蒸気タービンの制御装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３２１６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の蒸気タービンの制御装置では、調速装置により蒸気加減弁の開度を調節することで蒸気タービンへの蒸気量を調整し、タービン回転数を制御している。ところが、この調速装置は、蒸気タービンのロータの回転数をフィードバックして蒸気加減弁の開度を調節しており、タービン起動時に、蒸気加減弁の開度を調節することで蒸気タービンへの蒸気量を徐々に増加し、タービン回転数を上昇させるような制御を行うことは困難である。
【０００６】
そのため、従来は、蒸気タービンに蒸気を供給する供給通路に蒸気加減弁を設けると共に、その上流側に手動操作弁を設け、タービン起動時には、蒸気加減弁の開度を全開にした状態で、作業者が手動操作弁を徐々に開放することで、蒸気タービンに供給される蒸気量を徐々に増加し、タービン回転数を上昇させている。
【０００７】
しかし、タービン起動時に、大量の蒸気が蒸気タービンに供給されると、その衝撃により動翼などが破損するおそれがあり、作業者が手動操作弁を操作してその開度を徐々に大きくしていく作業は困難性を伴い、作業者にかかる負担が大きいという問題がある。また、蒸気タービンを原子力プラントに用いた場合、安全性を考慮してプラントの要求内容を満足するタービン起動時間を確保する必要があり、作業者による手動操作弁の開放操作では、安定したタービン起動時間を確保することは困難である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、作業者の負担を軽減すると共に安定したタービン起動時間を確保して安全性の向上を図った蒸気タービンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１の発明の蒸気タービンの制御装置は、蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気通路に設けられた蒸気量調節弁と、起動指令値に基づいて前記蒸気量調節弁の開度を増加することで前記蒸気タービンの回転数を上昇させる第１調速手段と、前記蒸気量調節弁の開度を調節することで前記蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御する第２調速手段と、前記蒸気タービンの運転状態に応じて前記蒸気量調節弁の開度を調節する前記調速手段を切換える制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記第１調速手段としての油圧ピストンは、供給油圧に応じて前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記油圧ピストンは、内蔵された圧縮スプリングにより前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能である一方、前記油圧ピストンに油圧を供給することで前記開度調節ロッドの他端部への押圧を解除して前記弁体により前記蒸気通路を開放可能であることを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記油圧ピストンに油圧を供給する油圧配管に流量調整弁が設けられ、前記制御手段は、起動指令値に応じて前記流量調整弁の開度を設定することを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記蒸気タービンの低回転領域で前記第１調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であり、前記蒸気タービンの高回転領域で前記第２調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気通路に蒸気量調節弁を設けると共に、起動指令値に基づいて蒸気量調節弁の開度を増加することで蒸気タービンの回転数を上昇させる第１調速手段と、蒸気量調節弁の開度を調節することで蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御する第２調速手段と、蒸気タービンの運転状態に応じて蒸気量調節弁の開度を調節する調速手段を切換える制御手段を設けたので、タービン起動時には、第１調速手段が起動指令値に基づいて蒸気量調節弁の開度を増加して蒸気タービンの回転数を上昇させ、その後、蒸気タービンの回転数が所定回転数を超えると、第２調速手段が蒸気量調節弁の開度を調節して蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御することとなり、タービン起動時における作業者の負担を軽減することができると共に、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【００１５】
請求項２の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部を蒸気量調節弁の弁体に連結すると共に、この開度調節ロッドを弁体が蒸気通路を開放する方向に付勢支持し、第１調速手段としての油圧ピストンへの供給油圧に応じて開度調節ロッドの他端部を押圧して弁体により蒸気通路を閉止可能としたので、油圧ピストンへの供給油圧により開度調節ロッドを介して弁体を移動して蒸気通路を閉止可能であり、簡単な構成で、タービン起動時の蒸気量を調節して適正に蒸気タービンの回転数を上昇させることができる。
【００１６】
請求項３の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、油圧ピストンに内蔵された圧縮スプリングにより開度調節ロッドの他端部を押圧して弁体により蒸気通路を閉止可能である一方、油圧ピストンに油圧を供給することで開度調節ロッドの他端部への押圧を解除して弁体により蒸気通路を開放可能としたので、タービン停止時には、油圧ピストンの圧縮スプリングにより開度調節ロッドを介して弁体により蒸気通路を閉止し、タービン起動時には、油圧ピストンに油圧を供給して開度調節ロッドへの押圧を解除することで、弁体により蒸気通路を開放することとなり、タービン起動時における蒸気の供給を自動的に行うことができる。
【００１７】
請求項４の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、油圧ピストンに油圧を供給する油圧配管に流量調整弁を設け、制御手段が起動指令値に応じて流量調整弁の開度を設定するので、タービン起動時には、制御手段が起動指令値に基づいて流量調整弁の開度を設定して油圧ピストンに所定量の油圧を供給することができ、タービン起動時における蒸気の供給を安定して行うことができる。
【００１８】
請求項５の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部を蒸気量調節弁の弁体に連結すると共に、この開度調節ロッドを弁体が蒸気通路を開放する方向に付勢支持し、蒸気タービンの低回転領域で第１調速手段の制御ロッドが開度調節ロッドの他端部に係合可能とし、蒸気タービンの高回転領域で第２調速手段の制御ロッドが開度調節ロッドの他端部に係合可能としたので、蒸気タービンの低回転領域では、第１調速手段を用いてタービン回転数を制御し、蒸気タービンの高回転領域では、第２調速手段を用いてタービン回転数を制御することとなり、調速手段の切換を適正に行うことで、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る蒸気タービンの制御装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一実施例に係る蒸気タービンの制御装置を表す概略構成図、図２は、本実施例の蒸気タービンの制御装置における起動速度制御ピストンの制御ロッドと開度調節ロッドとの係合関係を表す断面図、図３は、本実施例の蒸気タービンの制御装置における蒸気量調節弁の断面図である。
【００２１】
本実施例の蒸気タービンは、原子力プラントにおいて、蒸気発生器に二次冷却水を供給する給水ポンプの非作動時に、この給水ポンプと並列状態で配設された補助給水ポンプを駆動するために使用されるものであり、安定したタービン起動時間を確保が重要である。
【００２２】
蒸気タービンシステムにおいて、図３に示すように、ボイラ１１で生成された蒸気を蒸気タービン１２に供給する蒸気配管１３には、蒸気量調節弁としての蒸気加減弁１４が設けられている。この蒸気加減弁１４において、支持リング１５には、中空形状をなすケーシング１６が固定されており、このケーシング１６には、蒸気配管１３に連通する蒸気通路１７が形成されている。この蒸気通路１７には、上流側と下流側を区画する断面Ｕ字形状をなす隔壁部１８が形成され、この隔壁部１８に連通路１９が形成されている。弁体２０は、ケーシング１６における蒸気通路１７の連通路１９に移動自在に位置し、この連通路１９を開閉可能であると共に、流通面積（開度）を調節可能となっている。そして、この弁体２０の支持部２０ａには、操作ロッド２１の一端部が固定され、この操作ロッド２１の他端部には、支持リング１５の取付片１５ａに回動自在に支持された第１連結ロッド２２の一端部に連結され、この第１連結ロッド２２の他端部には、第２連結ロッド２３の一端部が連結されている。
【００２３】
一方、上述した蒸気タービンシステムの蒸気加減弁１４を開閉制御することで、蒸気タービン１２の回転数を制御する本実施例の蒸気タービンの制御装置は、図１に示すように、蒸気タービン１２の起動運転時に、起動指令値に基づいて蒸気加減弁１４の開度を調節（増加）することで、蒸気タービン１２の回転数が上昇するように制御する第１調速手段としての起動速度制御ピストン（油圧ピストン）３１と、蒸気タービン１２の定常運転時に、蒸気加減弁１４の開度を調節することで蒸気タービン１２の回転数を所定回転数に制御する第２調速手段としての速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３と、蒸気タービン１２の運転状態に応じて蒸気加減弁１４の開度を調節する２つの調速手段、つまり、起動速度制御ピストン３１と各ガバナ３２，３３とを切換える制御手段３４とを有している。
【００２４】
起動速度制御ピストン３１において、密閉形状をなすシリンダ３５内には、円板形状をなすピストン３６が嵌合して上下方向に沿って移動自在に支持されると共に、シリンダ３５に内蔵された圧縮スプリング３７により下方に付勢支持されている。そして、このピストン３６には、制御ロッド３８が固定されており、この制御ロッド３８は先端部がシリンダ３５の外部に延出されている。また、シリンダ３５内は、ピストン３６により第１室３９と第２室４０に区画されており、各室３９，４０には油圧を給排する第１、第２ポート４１，４２が設けられている。
【００２５】
そして、油圧タンク４３から第１ポート４１に至る第１油圧配管４４が設けられ、この第１油圧配管４４には、油圧ポンプ４５、ニードル弁（流量調整弁）４６、電磁弁４７、三方弁４８が設けられている。また、油圧タンク４３から第２ポート４２に至る第２油圧配管４９が設けられ、この第２油圧配管４９には、三方弁４８に接続される切換配管５０が設けられている。
【００２６】
従って、起動速度制御ピストン３１に油圧を供給しない状態では、圧縮スプリング３７の付勢力によりピストン３６が下降位置に支持されており、この状態から、三方弁４８の切換配管５０側が閉止されたまま、ニードル弁４６、電磁弁４７、三方弁４８を開放して油圧ポンプ４５を駆動すると、油圧タンク４３内の油圧が第１油圧配管４４を通して起動速度制御ピストン３１に供給され、第１ポート４１から第１室３９に供給される。すると、この第１室３９に油圧が供給されることで、ピストン３６が圧縮スプリング３７の付勢力に抗して上昇し、ピストン３６と一体の制御ロッド３８を上昇させることができる。このとき、制御装置３４によりニードル弁４６の開度を調節することで、起動速度制御ピストン３１への供給油圧を調整し、制御ロッド３８が上昇する速度を制御することができる。なお、ピストン３６が上昇するとき、第２室４０内の油圧が第２油圧配管４９を通して油圧タンク４３に戻される。そして、油圧ポンプ４５の駆動を停止すると共に、三方弁４８の切換配管５０側を開放すると、第１室３９内の油圧が第１油圧配管４４、三方弁４８、切換配管５０、第２油圧配管４９を通して油圧タンク４３に戻され、ピストン３６と共に制御ロッド３８を下降することができる。
【００２７】
一方、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３は、ほぼ同様の構造をなし、速度制御ガバナ３２は、蒸気タービン１２の定格回転数までの領域で、蒸気量により蒸気タービン１２の回転数を制御しており、速度リミッティングガバナ３３は、速度制御ガバナ３２に対するフェイルセーフ用のガバナであり、蒸気タービン１２の定格回転数より高い上限回転数までの領域で、蒸気量により蒸気タービン１２の回転数を制御する。
【００２８】
即ち、ハウジング５１の上部には、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３が隣接して装着されており、下方に検出ロッド５２，５３が延出されている。一方、蒸気タービン１２の主軸（ロータ）５４には駆動歯車５５が固定されており、この駆動歯車５５には、その両側に従動歯車５６，５７が噛み合っており、各従動歯車５６，５７の従動軸５８，５９はハウジング５１に回転自在に支持され、上端部が各検出ロッド５２，５３に連結されている。また、各ガバナ３２，３３の側部には、出力軸６０，６１が突出され、各出力軸６０，６１には制御ロッド６２，６３が連結され、下方に延出されている。
【００２９】
従って、制御装置３４は、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３に指令値を出力すると、この各ガバナ３２，３３は、指令値に応じて各出力軸６０，６１を介して制御ロッド６２，６３を昇降することができる。この場合、各ガバナ３２，３３は、蒸気タービン１２の主軸５４の回転数を、駆動歯車５５、従動歯車５６，５７、従動軸５８，５９、検出ロッド５２，５３を介して検出することで、フィードバック制御を行っている。
【００３０】
また、起動速度制御ピストン３１と速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３の下方に位置して開度調節ロッド６４が回動自在に支持され、この開度調節ロッド６４の一端部には、蒸気加減弁１４に至る第２連結ロッド２３の他端部が連結される一方、他端部には引張スプリング６５が係止されている。この場合、開度調節ロッド６４は、この引張スプリング６５により図１にて時計回り方向に付勢されることで、図３に示すように、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を開放する方向に付勢支持されている。
【００３１】
そして、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８は、図２に示すように、先端部に所定間隔で一対の支持片６６ａ，６６ｂが連結ピン６７により固定され、この支持片６６ａ，６６ｂが開度調節ロッド６４を挟持している。この場合、開度調節ロッド６４は、引張スプリング６５の付勢力により図２にて上方に付勢されており、制御ロッド３８の連結ピン６７が開度調節ロッド６４の上面部を押圧することができる。
【００３２】
従って、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が圧縮スプリング３７の付勢力により下降したときには、連結ピン６７が開度調節ロッド６４を押圧して図２にて下降し、弁体２０により蒸気加減弁１４の連通路１９を閉止している。一方、制御ロッド３８を上昇すると、連結ピン６７が開度調節ロッド６４の押圧をやめ、開度調節ロッド６４が引張スプリング６５により図２にて上昇、つまり、図１にて時計回り方向に回動し、弁体２０により蒸気加減弁１４の連通路１９を開放することができる。
【００３３】
この場合、制御ロッド３８は、支持片６６ａ，６６ｂが開度調節ロッド６４を挟持し、下降時に連結ピン６７がこの開度調節ロッド６４を押圧可能であるが、上昇時には、支持片６６ａ，６６ｂによる開度調節ロッド６４の挟持状態が解除されないように、制御ロッド３８のストローク及び開度調節ロッド６４の回動範囲が設定されている。
【００３４】
なお、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３の制御ロッド６２，６３も、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８と同様に、先端部に設けられた支持片が開度調節ロッド６４を挟持し、連結ピンがこの開度調節ロッド６４を下方に押圧可能であると共に、上昇時には支持片による開度調節ロッドの挟持状態が解除されないように、各制御ロッド６２，６３のストローク及び開度調節ロッド６４の回動範囲が設定されている。
【００３５】
このように構成された本実施例の蒸気タービンの制御装置において、図１乃至図３に示すように、蒸気タービン１２の駆動力を必要とせずにこの蒸気タービン１２が停止しているとき、制御装置３４は、起動速度制御ピストン３１に対する油圧供給を停止していると共に、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３の作動を停止している。即ち、起動速度制御ピストン３１では、引張スプリング６５の付勢力より大きい圧縮スプリング３７の付勢力により、ピストン３６が下降位置に位置しており、このピストン３６と一体の制御ロッド３８は、連結ピン６７が開度調節ロッド６４を押圧して図１にて反時計回り方向に回動し、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を閉止している。一方、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３では、各制御ロッド６２，６３が開度調節ロッド６４より上方に位置し、この開度調節ロッド６４を押圧していない。
【００３６】
このような蒸気タービン１２の状態から、この蒸気タービン１２を起動するとき、制御装置３４は、ニードル弁４６、電磁弁４７、三方弁４８を開放して油圧ポンプ４５を駆動し、油圧タンク４３内の油圧を第１油圧配管４４から起動速度制御ピストン３１の第１ポート４１に供給し、第１室３９を加圧する。すると、この第１室３９が加圧されることで、ピストン３６が圧縮スプリング３７の付勢力に抗して上昇し、このピストン３６と一体の制御ロッド３８を上昇させる。そして、この制御ロッド３８を上昇すると、連結ピン６７により開度調節ロッド６４の押圧を解除され、開度調節ロッド６４が引張スプリング６５の付勢力により図１にて時計回り方向に回動し、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を開放する。
【００３７】
このとき、蒸気タービンに１２の駆動力により作動する機器（本実施例では、補助給水ポンプ）に応じて適正なタービン起動時間が設定されており、制御装置３４は、このタービン起動時間（タービン起動指令値）に応じてりニードル弁４６の開度を調節している。そのため、設定されたニードル弁４６の開度により、起動速度制御ピストン３１に供給する単位時間当たりの油圧供給量が規定され、これにより制御ロッド３８の上昇速度が設定されることとなり、蒸気加減弁１４での弁体２０により連通路１９の開放速度が規定される。従って、蒸気加減弁１４の弁体２０が連通路１９を所定の開放速度で開放することで、ボイラ１１の蒸気が所定の速度で蒸気タービンに供給されることとなり、タービン回転数が所定の速度で上昇する。
【００３８】
そして、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が最上昇位置まで上昇すると、開度調節ロッド６４などを介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を５０％まで開放し、蒸気タービン１２の回転数が定格回転数の５０％まで（低回転領域）上昇する。すると、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が開度調節ロッド６４と離間し、この起動速度制御ピストン３１による蒸気加減弁１４の開度制御が終了する一方、速度制御ガバナ３２（速度リミッティングガバナ３３）による蒸気加減弁１４の開度制御が開始される。
【００３９】
即ち、蒸気タービン１２の回転数が定格回転数の５０％以上（高回転領域）になると、制御装置３４は、速度制御ガバナ３２（速度リミッティングガバナ３３）に対して、規定回転数の指令値を出力し、速度制御ガバナ３２はこの指令値に応じて出力軸６０を介して制御ロッド６２を昇降させる。すると、速度制御ガバナ３２は、指令値に応じて制御ロッド６２を昇降させることで、この制御ロッド６２により開度調節ロッド６４の回動位置を調整し、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０による蒸気加減弁１４の開度を調節する。従って、蒸気加減弁１４の弁体２０が連通路１９を所定の開放速度に調整することで、ボイラ１１から蒸気タービンに供給する蒸気量を調整し、タービン回転数を所定の規定回転数に維持してタービン１２を安定して運転することができる。なお、このとき、速度制御ガバナ３２は、蒸気タービン１２の主軸５４の回転数を駆動歯車５５、従動歯車５６、従動軸５８、検出ロッド５２を介して検出しており、実際のタービン回転数が規定回転数となるようにフィードバック制御を行っている。
【００４０】
このように本実施例の蒸気タービンの制御装置にあっては、ボイラ１１から蒸気タービン１２に蒸気を供給する蒸気配管１３に蒸気加減弁１４を設けると共に、起動指令値に基づいて蒸気加減弁の開度を増加して蒸気タービン１２の回転数を上昇させる起動速度制御ピストン３１と、蒸気加減弁１４の開度を調節して蒸気タービン１２の回転数を規定回転数に制御する速度制御ガバナ３２とを設け、制御装置３４が蒸気タービン１２の運転状態に応じて起動速度制御ピストン３１と速度制御ガバナ３２を切換制御するようにしている。
【００４１】
従って、蒸気タービン１２の起動時には、起動速度制御ピストン３１が起動指令値に基づいて蒸気加減弁１４の開度を増加して蒸気タービン１２への蒸気量を制御してタービン回転数を上昇させ、その後、蒸気タービン１２の回転数が所定の回転数を超えると、速度制御ガバナ３２が蒸気加減弁１４の開度を調節して蒸気タービン１２の回転数を規定回転数に制御することとなり、蒸気タービン１２を自動的に所定の時間で起動することができ、タービン起動時における作業者の負担を軽減することができると共に、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【００４２】
また、本実施例の蒸気タービンの制御装置では、回動自在に支持された開度調節ロッド６４の一端部を蒸気加減弁１４の弁体２０に連結すると共に、この開度調節ロッド６４を引張スプリング６５により弁体２０が蒸気通路１７を開放する方向に付勢支持し、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８は内蔵された圧縮スプリング３７により開度調節ロッド６４の他端部を押圧して弁体２０により蒸気通路を閉止しており、起動速度制御ピストン３１へ油圧を供給することで、制御ロッド３８による開度調節ロッド６４の他端部の押圧を解除して弁体２０により蒸気通路１７を開放可能としている。
【００４３】
従って、蒸気タービン１２の停止時には、起動速度制御ピストン３１の圧縮スプリング３７により制御ロッド３８が開度調節ロッド６４を回動して弁体２０によって蒸気通路１７を閉止し、蒸気タービン１２の起動時には、起動速度制御ピストン３１に油圧を供給して制御ロッド３８による開度調節ロッドの押圧を解除することで、弁体２０により蒸気通路１７を開放することとなり、簡単な構成で、タービン起動時の蒸気量を自動的に調節し、適正に蒸気タービンの回転数を上昇させることができる。
【００４４】
また、本実施例の蒸気タービンの制御装置では、起動速度制御ピストン３１に油圧を供給する第１油圧配管にニードル弁４６を設け、制御装置３４が起動指令値に応じてニードル弁４６の開度を設定している。従って、タービン起動時には、ニードル弁４６の開度により起動速度制御ピストン３１に所定量の油圧を供給することができ、タービン起動時における蒸気の供給を安定して行うことができる。
【００４５】
更に、本実施例の蒸気タービンの制御装置では、蒸気タービン１２の低回転領域（定格回転数の０〜５０％）では、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が開度調節ロッド６４に係合可能とし、蒸気タービン１２の高回転領域（定格回転数の５０〜１００％）では、速度制御ガバナ３２の制御ロッド６２が開度調節ロッド６４の他端部に係合可能としている。従って、蒸気タービン１２の低回転領域では、起動速度制御ピストン３１を用いてタービン回転数を制御し、蒸気タービン１２の高回転領域では、速度制御ガバナ３２を用いてタービン回転数を制御することとなり、２つの調速手段を適正に切換えて使用することで、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【００４６】
この場合、起動速度制御ピストン３１の使用時には、速度制御ガバナ３２の制御ロッド６２と開度調節ロッド６４との係合が解除される一方、速度制御ガバナ３２の使用時には、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８と開度調節ロッド６４との係合が解除されている。従って、互いの制御が干渉することはなく、開度調節ロッド６４を介して蒸気加減弁１４を適正に開閉制御することができる。
【００４７】
なお、上述した実施例では、本発明の蒸気タービンの制御装置を、原子力プラントにおける補助給水ポンプを駆動する蒸気タービンに適用して説明したが、他のプラントに使用される蒸気タービンに適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る蒸気タービンの制御装置は、タービン起動時における作業者の負担を軽減すると共に安定したタービン起動時間を確保するようにしたものであり、いずれの種類の蒸気タービンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例に係る蒸気タービンの制御装置を表す概略構成図である。
【図２】本実施例の蒸気タービンの制御装置における起動速度制御ピストンの制御ロッドと開度調節ロッドとの係合関係を表す断面図である。
【図３】本実施例の蒸気タービンの制御装置における蒸気量調節弁の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１ ボイラ
１２ 蒸気タービン
１３ 蒸気配管
１４ 蒸気加減弁（蒸気量調節弁）
１７ 蒸気通路
１９ 連通路
２０ 弁体
３１ 起動速度制御ピストン（第１調速手段）
３２ 速度制御ガバナ（第２調速手段）
３３ 速度リミッティングガバナ（第２調速手段）
３７ 圧縮スプリング
３８ 制御ロッド
４４ 第１油圧配管
４５ 油圧ポンプ
４６ ニードル弁（流量調整弁）
６２，６３ 制御ロッド
６４ 開度調節ロッド
６５ 引張スプリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンを所定の起動時間で安定して自動的に起動可能とした蒸気タービンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、供給された蒸気により動翼を介してロータを駆動回転することで、動力を確保するものであり、安定した駆動力を確保するためには、ロータを一定の回転数に維持する必要がある。一般的には、蒸気タービンに蒸気を供給する供給通路に蒸気加減弁を設け、調速装置（ガバナ）を用いてこの蒸気加減弁の開度を制御することで、蒸気タービンに供給される蒸気量を調整し、タービン回転数を制御している。
【０００３】
このような調速装置を用いた蒸気タービンの制御装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３２１６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の蒸気タービンの制御装置では、調速装置により蒸気加減弁の開度を調節することで蒸気タービンへの蒸気量を調整し、タービン回転数を制御している。ところが、この調速装置は、蒸気タービンのロータの回転数をフィードバックして蒸気加減弁の開度を調節しており、タービン起動時に、蒸気加減弁の開度を調節することで蒸気タービンへの蒸気量を徐々に増加し、タービン回転数を上昇させるような制御を行うことは困難である。
【０００６】
そのため、従来は、蒸気タービンに蒸気を供給する供給通路に蒸気加減弁を設けると共に、その上流側に手動操作弁を設け、タービン起動時には、蒸気加減弁の開度を全開にした状態で、作業者が手動操作弁を徐々に開放することで、蒸気タービンに供給される蒸気量を徐々に増加し、タービン回転数を上昇させている。
【０００７】
しかし、タービン起動時に、大量の蒸気が蒸気タービンに供給されると、その衝撃により動翼などが破損するおそれがあり、作業者が手動操作弁を操作してその開度を徐々に大きくしていく作業は困難性を伴い、作業者にかかる負担が大きいという問題がある。また、蒸気タービンを原子力プラントに用いた場合、安全性を考慮してプラントの要求内容を満足するタービン起動時間を確保する必要があり、作業者による手動操作弁の開放操作では、安定したタービン起動時間を確保することは困難である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、作業者の負担を軽減すると共に安定したタービン起動時間を確保して安全性の向上を図った蒸気タービンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１の発明の蒸気タービンの制御装置は、蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気通路に設けられた蒸気量調節弁と、起動指令値に基づいて前記蒸気量調節弁の開度を増加することで前記蒸気タービンの回転数を上昇させる第１調速手段と、前記蒸気量調節弁の開度を調節することで前記蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御する第２調速手段と、前記蒸気タービンの運転状態に応じて前記蒸気量調節弁の開度を調節する前記調速手段を切換える制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記第１調速手段としての油圧ピストンは、供給油圧に応じて前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記油圧ピストンは、内蔵された圧縮スプリングにより前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能である一方、前記油圧ピストンに油圧を供給することで前記開度調節ロッドの他端部への押圧を解除して前記弁体により前記蒸気通路を開放可能であることを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記油圧ピストンに油圧を供給する油圧配管に流量調整弁が設けられ、前記制御手段は、起動指令値に応じて前記流量調整弁の開度を設定することを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明の蒸気タービンの制御装置では、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記蒸気タービンの低回転領域で前記第１調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であり、前記蒸気タービンの高回転領域で前記第２調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気通路に蒸気量調節弁を設けると共に、起動指令値に基づいて蒸気量調節弁の開度を増加することで蒸気タービンの回転数を上昇させる第１調速手段と、蒸気量調節弁の開度を調節することで蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御する第２調速手段と、蒸気タービンの運転状態に応じて蒸気量調節弁の開度を調節する調速手段を切換える制御手段を設けたので、タービン起動時には、第１調速手段が起動指令値に基づいて蒸気量調節弁の開度を増加して蒸気タービンの回転数を上昇させ、その後、蒸気タービンの回転数が所定回転数を超えると、第２調速手段が蒸気量調節弁の開度を調節して蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御することとなり、タービン起動時における作業者の負担を軽減することができると共に、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【００１５】
請求項２の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部を蒸気量調節弁の弁体に連結すると共に、この開度調節ロッドを弁体が蒸気通路を開放する方向に付勢支持し、第１調速手段としての油圧ピストンへの供給油圧に応じて開度調節ロッドの他端部を押圧して弁体により蒸気通路を閉止可能としたので、油圧ピストンへの供給油圧により開度調節ロッドを介して弁体を移動して蒸気通路を閉止可能であり、簡単な構成で、タービン起動時の蒸気量を調節して適正に蒸気タービンの回転数を上昇させることができる。
【００１６】
請求項３の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、油圧ピストンに内蔵された圧縮スプリングにより開度調節ロッドの他端部を押圧して弁体により蒸気通路を閉止可能である一方、油圧ピストンに油圧を供給することで開度調節ロッドの他端部への押圧を解除して弁体により蒸気通路を開放可能としたので、タービン停止時には、油圧ピストンの圧縮スプリングにより開度調節ロッドを介して弁体により蒸気通路を閉止し、タービン起動時には、油圧ピストンに油圧を供給して開度調節ロッドへの押圧を解除することで、弁体により蒸気通路を開放することとなり、タービン起動時における蒸気の供給を自動的に行うことができる。
【００１７】
請求項４の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、油圧ピストンに油圧を供給する油圧配管に流量調整弁を設け、制御手段が起動指令値に応じて流量調整弁の開度を設定するので、タービン起動時には、制御手段が起動指令値に基づいて流量調整弁の開度を設定して油圧ピストンに所定量の油圧を供給することができ、タービン起動時における蒸気の供給を安定して行うことができる。
【００１８】
請求項５の発明の蒸気タービンの制御装置によれば、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部を蒸気量調節弁の弁体に連結すると共に、この開度調節ロッドを弁体が蒸気通路を開放する方向に付勢支持し、蒸気タービンの低回転領域で第１調速手段の制御ロッドが開度調節ロッドの他端部に係合可能とし、蒸気タービンの高回転領域で第２調速手段の制御ロッドが開度調節ロッドの他端部に係合可能としたので、蒸気タービンの低回転領域では、第１調速手段を用いてタービン回転数を制御し、蒸気タービンの高回転領域では、第２調速手段を用いてタービン回転数を制御することとなり、調速手段の切換を適正に行うことで、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る蒸気タービンの制御装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一実施例に係る蒸気タービンの制御装置を表す概略構成図、図２は、本実施例の蒸気タービンの制御装置における起動速度制御ピストンの制御ロッドと開度調節ロッドとの係合関係を表す断面図、図３は、本実施例の蒸気タービンの制御装置における蒸気量調節弁の断面図である。
【００２１】
本実施例の蒸気タービンは、原子力プラントにおいて、蒸気発生器に二次冷却水を供給する給水ポンプの非作動時に、この給水ポンプと並列状態で配設された補助給水ポンプを駆動するために使用されるものであり、安定したタービン起動時間を確保が重要である。
【００２２】
蒸気タービンシステムにおいて、図３に示すように、ボイラ１１で生成された蒸気を蒸気タービン１２に供給する蒸気配管１３には、蒸気量調節弁としての蒸気加減弁１４が設けられている。この蒸気加減弁１４において、支持リング１５には、中空形状をなすケーシング１６が固定されており、このケーシング１６には、蒸気配管１３に連通する蒸気通路１７が形成されている。この蒸気通路１７には、上流側と下流側を区画する断面Ｕ字形状をなす隔壁部１８が形成され、この隔壁部１８に連通路１９が形成されている。弁体２０は、ケーシング１６における蒸気通路１７の連通路１９に移動自在に位置し、この連通路１９を開閉可能であると共に、流通面積（開度）を調節可能となっている。そして、この弁体２０の支持部２０ａには、操作ロッド２１の一端部が固定され、この操作ロッド２１の他端部には、支持リング１５の取付片１５ａに回動自在に支持された第１連結ロッド２２の一端部に連結され、この第１連結ロッド２２の他端部には、第２連結ロッド２３の一端部が連結されている。
【００２３】
一方、上述した蒸気タービンシステムの蒸気加減弁１４を開閉制御することで、蒸気タービン１２の回転数を制御する本実施例の蒸気タービンの制御装置は、図１に示すように、蒸気タービン１２の起動運転時に、起動指令値に基づいて蒸気加減弁１４の開度を調節（増加）することで、蒸気タービン１２の回転数が上昇するように制御する第１調速手段としての起動速度制御ピストン（油圧ピストン）３１と、蒸気タービン１２の定常運転時に、蒸気加減弁１４の開度を調節することで蒸気タービン１２の回転数を所定回転数に制御する第２調速手段としての速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３と、蒸気タービン１２の運転状態に応じて蒸気加減弁１４の開度を調節する２つの調速手段、つまり、起動速度制御ピストン３１と各ガバナ３２，３３とを切換える制御手段３４とを有している。
【００２４】
起動速度制御ピストン３１において、密閉形状をなすシリンダ３５内には、円板形状をなすピストン３６が嵌合して上下方向に沿って移動自在に支持されると共に、シリンダ３５に内蔵された圧縮スプリング３７により下方に付勢支持されている。そして、このピストン３６には、制御ロッド３８が固定されており、この制御ロッド３８は先端部がシリンダ３５の外部に延出されている。また、シリンダ３５内は、ピストン３６により第１室３９と第２室４０に区画されており、各室３９，４０には油圧を給排する第１、第２ポート４１，４２が設けられている。
【００２５】
そして、油圧タンク４３から第１ポート４１に至る第１油圧配管４４が設けられ、この第１油圧配管４４には、油圧ポンプ４５、ニードル弁（流量調整弁）４６、電磁弁４７、三方弁４８が設けられている。また、油圧タンク４３から第２ポート４２に至る第２油圧配管４９が設けられ、この第２油圧配管４９には、三方弁４８に接続される切換配管５０が設けられている。
【００２６】
従って、起動速度制御ピストン３１に油圧を供給しない状態では、圧縮スプリング３７の付勢力によりピストン３６が下降位置に支持されており、この状態から、三方弁４８の切換配管５０側が閉止されたまま、ニードル弁４６、電磁弁４７、三方弁４８を開放して油圧ポンプ４５を駆動すると、油圧タンク４３内の油圧が第１油圧配管４４を通して起動速度制御ピストン３１に供給され、第１ポート４１から第１室３９に供給される。すると、この第１室３９に油圧が供給されることで、ピストン３６が圧縮スプリング３７の付勢力に抗して上昇し、ピストン３６と一体の制御ロッド３８を上昇させることができる。このとき、制御装置３４によりニードル弁４６の開度を調節することで、起動速度制御ピストン３１への供給油圧を調整し、制御ロッド３８が上昇する速度を制御することができる。なお、ピストン３６が上昇するとき、第２室４０内の油圧が第２油圧配管４９を通して油圧タンク４３に戻される。そして、油圧ポンプ４５の駆動を停止すると共に、三方弁４８の切換配管５０側を開放すると、第１室３９内の油圧が第１油圧配管４４、三方弁４８、切換配管５０、第２油圧配管４９を通して油圧タンク４３に戻され、ピストン３６と共に制御ロッド３８を下降することができる。
【００２７】
一方、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３は、ほぼ同様の構造をなし、速度制御ガバナ３２は、蒸気タービン１２の定格回転数までの領域で、蒸気量により蒸気タービン１２の回転数を制御しており、速度リミッティングガバナ３３は、速度制御ガバナ３２に対するフェイルセーフ用のガバナであり、蒸気タービン１２の定格回転数より高い上限回転数までの領域で、蒸気量により蒸気タービン１２の回転数を制御する。
【００２８】
即ち、ハウジング５１の上部には、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３が隣接して装着されており、下方に検出ロッド５２，５３が延出されている。一方、蒸気タービン１２の主軸（ロータ）５４には駆動歯車５５が固定されており、この駆動歯車５５には、その両側に従動歯車５６，５７が噛み合っており、各従動歯車５６，５７の従動軸５８，５９はハウジング５１に回転自在に支持され、上端部が各検出ロッド５２，５３に連結されている。また、各ガバナ３２，３３の側部には、出力軸６０，６１が突出され、各出力軸６０，６１には制御ロッド６２，６３が連結され、下方に延出されている。
【００２９】
従って、制御装置３４は、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３に指令値を出力すると、この各ガバナ３２，３３は、指令値に応じて各出力軸６０，６１を介して制御ロッド６２，６３を昇降することができる。この場合、各ガバナ３２，３３は、蒸気タービン１２の主軸５４の回転数を、駆動歯車５５、従動歯車５６，５７、従動軸５８，５９、検出ロッド５２，５３を介して検出することで、フィードバック制御を行っている。
【００３０】
また、起動速度制御ピストン３１と速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３の下方に位置して開度調節ロッド６４が回動自在に支持され、この開度調節ロッド６４の一端部には、蒸気加減弁１４に至る第２連結ロッド２３の他端部が連結される一方、他端部には引張スプリング６５が係止されている。この場合、開度調節ロッド６４は、この引張スプリング６５により図１にて時計回り方向に付勢されることで、図３に示すように、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を開放する方向に付勢支持されている。
【００３１】
そして、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８は、図２に示すように、先端部に所定間隔で一対の支持片６６ａ，６６ｂが連結ピン６７により固定され、この支持片６６ａ，６６ｂが開度調節ロッド６４を挟持している。この場合、開度調節ロッド６４は、引張スプリング６５の付勢力により図２にて上方に付勢されており、制御ロッド３８の連結ピン６７が開度調節ロッド６４の上面部を押圧することができる。
【００３２】
従って、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が圧縮スプリング３７の付勢力により下降したときには、連結ピン６７が開度調節ロッド６４を押圧して図２にて下降し、弁体２０により蒸気加減弁１４の連通路１９を閉止している。一方、制御ロッド３８を上昇すると、連結ピン６７が開度調節ロッド６４の押圧をやめ、開度調節ロッド６４が引張スプリング６５により図２にて上昇、つまり、図１にて時計回り方向に回動し、弁体２０により蒸気加減弁１４の連通路１９を開放することができる。
【００３３】
この場合、制御ロッド３８は、支持片６６ａ，６６ｂが開度調節ロッド６４を挟持し、下降時に連結ピン６７がこの開度調節ロッド６４を押圧可能であるが、上昇時には、支持片６６ａ，６６ｂによる開度調節ロッド６４の挟持状態が解除されないように、制御ロッド３８のストローク及び開度調節ロッド６４の回動範囲が設定されている。
【００３４】
なお、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３の制御ロッド６２，６３も、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８と同様に、先端部に設けられた支持片が開度調節ロッド６４を挟持し、連結ピンがこの開度調節ロッド６４を下方に押圧可能であると共に、上昇時には支持片による開度調節ロッドの挟持状態が解除されないように、各制御ロッド６２，６３のストローク及び開度調節ロッド６４の回動範囲が設定されている。
【００３５】
このように構成された本実施例の蒸気タービンの制御装置において、図１乃至図３に示すように、蒸気タービン１２の駆動力を必要とせずにこの蒸気タービン１２が停止しているとき、制御装置３４は、起動速度制御ピストン３１に対する油圧供給を停止していると共に、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３の作動を停止している。即ち、起動速度制御ピストン３１では、引張スプリング６５の付勢力より大きい圧縮スプリング３７の付勢力により、ピストン３６が下降位置に位置しており、このピストン３６と一体の制御ロッド３８は、連結ピン６７が開度調節ロッド６４を押圧して図１にて反時計回り方向に回動し、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を閉止している。一方、速度制御ガバナ３２及び速度リミッティングガバナ３３では、各制御ロッド６２，６３が開度調節ロッド６４より上方に位置し、この開度調節ロッド６４を押圧していない。
【００３６】
このような蒸気タービン１２の状態から、この蒸気タービン１２を起動するとき、制御装置３４は、ニードル弁４６、電磁弁４７、三方弁４８を開放して油圧ポンプ４５を駆動し、油圧タンク４３内の油圧を第１油圧配管４４から起動速度制御ピストン３１の第１ポート４１に供給し、第１室３９を加圧する。すると、この第１室３９が加圧されることで、ピストン３６が圧縮スプリング３７の付勢力に抗して上昇し、このピストン３６と一体の制御ロッド３８を上昇させる。そして、この制御ロッド３８を上昇すると、連結ピン６７により開度調節ロッド６４の押圧を解除され、開度調節ロッド６４が引張スプリング６５の付勢力により図１にて時計回り方向に回動し、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を開放する。
【００３７】
このとき、蒸気タービンに１２の駆動力により作動する機器（本実施例では、補助給水ポンプ）に応じて適正なタービン起動時間が設定されており、制御装置３４は、このタービン起動時間（タービン起動指令値）に応じてりニードル弁４６の開度を調節している。そのため、設定されたニードル弁４６の開度により、起動速度制御ピストン３１に供給する単位時間当たりの油圧供給量が規定され、これにより制御ロッド３８の上昇速度が設定されることとなり、蒸気加減弁１４での弁体２０により連通路１９の開放速度が規定される。従って、蒸気加減弁１４の弁体２０が連通路１９を所定の開放速度で開放することで、ボイラ１１の蒸気が所定の速度で蒸気タービンに供給されることとなり、タービン回転数が所定の速度で上昇する。
【００３８】
そして、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が最上昇位置まで上昇すると、開度調節ロッド６４などを介して弁体２０が蒸気加減弁１４における蒸気通路１７の連通路１９を５０％まで開放し、蒸気タービン１２の回転数が定格回転数の５０％まで（低回転領域）上昇する。すると、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が開度調節ロッド６４と離間し、この起動速度制御ピストン３１による蒸気加減弁１４の開度制御が終了する一方、速度制御ガバナ３２（速度リミッティングガバナ３３）による蒸気加減弁１４の開度制御が開始される。
【００３９】
即ち、蒸気タービン１２の回転数が定格回転数の５０％以上（高回転領域）になると、制御装置３４は、速度制御ガバナ３２（速度リミッティングガバナ３３）に対して、規定回転数の指令値を出力し、速度制御ガバナ３２はこの指令値に応じて出力軸６０を介して制御ロッド６２を昇降させる。すると、速度制御ガバナ３２は、指令値に応じて制御ロッド６２を昇降させることで、この制御ロッド６２により開度調節ロッド６４の回動位置を調整し、第２連結ロッド２３、第１連結ロッド２２、操作ロッド２１を介して弁体２０による蒸気加減弁１４の開度を調節する。従って、蒸気加減弁１４の弁体２０が連通路１９を所定の開放速度に調整することで、ボイラ１１から蒸気タービンに供給する蒸気量を調整し、タービン回転数を所定の規定回転数に維持してタービン１２を安定して運転することができる。なお、このとき、速度制御ガバナ３２は、蒸気タービン１２の主軸５４の回転数を駆動歯車５５、従動歯車５６、従動軸５８、検出ロッド５２を介して検出しており、実際のタービン回転数が規定回転数となるようにフィードバック制御を行っている。
【００４０】
このように本実施例の蒸気タービンの制御装置にあっては、ボイラ１１から蒸気タービン１２に蒸気を供給する蒸気配管１３に蒸気加減弁１４を設けると共に、起動指令値に基づいて蒸気加減弁の開度を増加して蒸気タービン１２の回転数を上昇させる起動速度制御ピストン３１と、蒸気加減弁１４の開度を調節して蒸気タービン１２の回転数を規定回転数に制御する速度制御ガバナ３２とを設け、制御装置３４が蒸気タービン１２の運転状態に応じて起動速度制御ピストン３１と速度制御ガバナ３２を切換制御するようにしている。
【００４１】
従って、蒸気タービン１２の起動時には、起動速度制御ピストン３１が起動指令値に基づいて蒸気加減弁１４の開度を増加して蒸気タービン１２への蒸気量を制御してタービン回転数を上昇させ、その後、蒸気タービン１２の回転数が所定の回転数を超えると、速度制御ガバナ３２が蒸気加減弁１４の開度を調節して蒸気タービン１２の回転数を規定回転数に制御することとなり、蒸気タービン１２を自動的に所定の時間で起動することができ、タービン起動時における作業者の負担を軽減することができると共に、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【００４２】
また、本実施例の蒸気タービンの制御装置では、回動自在に支持された開度調節ロッド６４の一端部を蒸気加減弁１４の弁体２０に連結すると共に、この開度調節ロッド６４を引張スプリング６５により弁体２０が蒸気通路１７を開放する方向に付勢支持し、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８は内蔵された圧縮スプリング３７により開度調節ロッド６４の他端部を押圧して弁体２０により蒸気通路を閉止しており、起動速度制御ピストン３１へ油圧を供給することで、制御ロッド３８による開度調節ロッド６４の他端部の押圧を解除して弁体２０により蒸気通路１７を開放可能としている。
【００４３】
従って、蒸気タービン１２の停止時には、起動速度制御ピストン３１の圧縮スプリング３７により制御ロッド３８が開度調節ロッド６４を回動して弁体２０によって蒸気通路１７を閉止し、蒸気タービン１２の起動時には、起動速度制御ピストン３１に油圧を供給して制御ロッド３８による開度調節ロッドの押圧を解除することで、弁体２０により蒸気通路１７を開放することとなり、簡単な構成で、タービン起動時の蒸気量を自動的に調節し、適正に蒸気タービンの回転数を上昇させることができる。
【００４４】
また、本実施例の蒸気タービンの制御装置では、起動速度制御ピストン３１に油圧を供給する第１油圧配管にニードル弁４６を設け、制御装置３４が起動指令値に応じてニードル弁４６の開度を設定している。従って、タービン起動時には、ニードル弁４６の開度により起動速度制御ピストン３１に所定量の油圧を供給することができ、タービン起動時における蒸気の供給を安定して行うことができる。
【００４５】
更に、本実施例の蒸気タービンの制御装置では、蒸気タービン１２の低回転領域（定格回転数の０〜５０％）では、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８が開度調節ロッド６４に係合可能とし、蒸気タービン１２の高回転領域（定格回転数の５０〜１００％）では、速度制御ガバナ３２の制御ロッド６２が開度調節ロッド６４の他端部に係合可能としている。従って、蒸気タービン１２の低回転領域では、起動速度制御ピストン３１を用いてタービン回転数を制御し、蒸気タービン１２の高回転領域では、速度制御ガバナ３２を用いてタービン回転数を制御することとなり、２つの調速手段を適正に切換えて使用することで、安定したタービン起動時間を確保して安全性を向上することができる。
【００４６】
この場合、起動速度制御ピストン３１の使用時には、速度制御ガバナ３２の制御ロッド６２と開度調節ロッド６４との係合が解除される一方、速度制御ガバナ３２の使用時には、起動速度制御ピストン３１の制御ロッド３８と開度調節ロッド６４との係合が解除されている。従って、互いの制御が干渉することはなく、開度調節ロッド６４を介して蒸気加減弁１４を適正に開閉制御することができる。
【００４７】
なお、上述した実施例では、本発明の蒸気タービンの制御装置を、原子力プラントにおける補助給水ポンプを駆動する蒸気タービンに適用して説明したが、他のプラントに使用される蒸気タービンに適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る蒸気タービンの制御装置は、タービン起動時における作業者の負担を軽減すると共に安定したタービン起動時間を確保するようにしたものであり、いずれの種類の蒸気タービンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例に係る蒸気タービンの制御装置を表す概略構成図である。
【図２】本実施例の蒸気タービンの制御装置における起動速度制御ピストンの制御ロッドと開度調節ロッドとの係合関係を表す断面図である。
【図３】本実施例の蒸気タービンの制御装置における蒸気量調節弁の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１ ボイラ
１２ 蒸気タービン
１３ 蒸気配管
１４ 蒸気加減弁（蒸気量調節弁）
１７ 蒸気通路
１９ 連通路
２０ 弁体
３１ 起動速度制御ピストン（第１調速手段）
３２ 速度制御ガバナ（第２調速手段）
３３ 速度リミッティングガバナ（第２調速手段）
３７ 圧縮スプリング
３８ 制御ロッド
４４ 第１油圧配管
４５ 油圧ポンプ
４６ ニードル弁（流量調整弁）
６２，６３ 制御ロッド
６４ 開度調節ロッド
６５ 引張スプリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気通路に設けられた蒸気量調節弁と、起動指令値に基づいて前記蒸気量調節弁の開度を増加することで前記蒸気タービンの回転数を上昇させる第１調速手段と、前記蒸気量調節弁の開度を調節することで前記蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御する第２調速手段と、前記蒸気タービンの運転状態に応じて前記蒸気量調節弁の開度を調節する前記調速手段を切換える制御手段とを具えたことを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記第１調速手段としての油圧ピストンは、供給油圧に応じて前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能であることを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記油圧ピストンは、内蔵された圧縮スプリングにより前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能である一方、前記油圧ピストンに油圧を供給することで前記開度調節ロッドの他端部への押圧を解除して前記弁体により前記蒸気通路を開放可能であることを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記油圧ピストンに油圧を供給する油圧配管に流量調整弁が設けられ、前記制御手段は、起動指令値に応じて前記流量調整弁の開度を設定することを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記蒸気タービンの低回転領域で前記第１調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であり、前記蒸気タービンの高回転領域で前記第２調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であることを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項１】
蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気通路に設けられた蒸気量調節弁と、起動指令値に基づいて前記蒸気量調節弁の開度を増加することで前記蒸気タービンの回転数を上昇させる第１調速手段と、前記蒸気量調節弁の開度を調節することで前記蒸気タービンの回転数を所定回転数に制御する第２調速手段と、前記蒸気タービンの運転状態に応じて前記蒸気量調節弁の開度を調節する前記調速手段を切換える制御手段とを具えたことを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記第１調速手段としての油圧ピストンは、供給油圧に応じて前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能であることを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記油圧ピストンは、内蔵された圧縮スプリングにより前記開度調節ロッドの他端部を押圧して前記弁体により前記蒸気通路を閉止可能である一方、前記油圧ピストンに油圧を供給することで前記開度調節ロッドの他端部への押圧を解除して前記弁体により前記蒸気通路を開放可能であることを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記油圧ピストンに油圧を供給する油圧配管に流量調整弁が設けられ、前記制御手段は、起動指令値に応じて前記流量調整弁の開度を設定することを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の蒸気タービンの制御装置において、前記蒸気量調節弁は、前記蒸気通路を開閉可能な弁体を有し、回動自在に支持された開度調節ロッドの一端部が前記弁体に連結されると共に、該開度調節ロッドは前記弁体が前記蒸気通路を開放する方向に付勢支持され、前記蒸気タービンの低回転領域で前記第１調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であり、前記蒸気タービンの高回転領域で前記第２調速手段の制御ロッドが前記開度調節ロッドの他端部に係合可能であることを特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２１１６８３（Ｐ２００７−２１１６８３Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２４４２（Ｐ２００６−３２４４２）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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