JP2800399B2 - タービンの油圧式保安装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、油圧サーボモータにより主止め弁の開閉を
行なって作動流体である蒸気やガスの蒸気タービン，ガ
スタービンへの流入，遮断を行ない、危急時のトリップ
信号により主止め弁を閉にするタービンの油圧式保安装
置に関する。

〔従来の技術〕

タービン、例えば蒸気タービンは、危急時作動流体で
ある蒸気の流入を遮断するためにタービンの入口に設け
られた主止め弁を急速に閉にする油圧式保安装置を有し
ている。この際タービンの構造上主止め弁を通常複数個
備えており、主止め弁の信頼性の点からタービンの運転
中各主止め弁の開閉テストを独立して行なえるようにし
ており、この種のタービンの油圧式保安装置として第４
図に示すものが知られている。

第４図において、蒸気供給系１を経る蒸気の流入，遮
断を行なう主止め弁2,2aは蒸気タービンの入口に設けら
れている。主止め弁2,2aにおいて第５図に示すように弁
座３に着座する弁体４は油圧サーボモータ3,3aのプラン
ジャ５に取付けられたロッド６に取付けられている。

油圧サーボモータ3,3aはプランジャ５、吊鐘状のプラ
ンジャ８及びプランジャ５と８との間に介装される圧縮
コイルばね７をケース10内に内蔵している。なお11はプ
ランジャ５が変位する油室12にトリップ油が出入するト
リップ油出入口、13はプランジャ８の頭部とケース10と
の間の油室14にリセット油が出入するリセット油出入
口、15は排油口である。

分岐トリップ油系21,22はトリップ油系20から分岐
し、主止め弁2,2aの油圧サーボモータ3,3aのトリップ油
出入口11に接続し、主止め弁2,2aを開閉するトリップ油
がトリップ油系20を経て流れる。なお、23はトリップ油
系20に設けられるトリップ油の通流，排油を行なうトリ
ップ電磁弁、24,24aはそれぞれ分岐トリップ油系21,22
に設けられ、トリップ油の通流，排油を行なうテスト電
磁弁であり、このテスト電磁弁の作動により主止め弁2,
2aの開閉テストを独立して行なうことができる。

リセット油系25,26はトリップ油系20から分岐してサ
ーボモータ3,3aのリセット油出入口13にそれぞれ接続さ
れ、トリップ油系を流れるトリップ油がリセット油とな
ってこのリセット油の通流，排油が行なわれる。なお、
27,27aはリセット油の通流，排油を行なうリセット電磁
弁である。また28は油フィルタである。

このような系統構成において、まず主止め弁の開動作
について説明する。トリップ電磁弁23、テスト電磁弁2
4,24aを無励磁にしてトリップ油の通流状態にする。こ
の状態でリセット電磁弁27を励磁すれば、リセット油は
リセット油系25を経たリセット油がリセット油出入口13
から油圧サーボモータ３の油室14に流入し、この油圧に
よりプランジャ８は圧縮コイルばね７を圧縮して第６図
に示すようにプランジャ５に接触し、プランジャ５と８
とは一体化される。この状態でトリップ油を分岐トリッ
プ油系21を経てトリップ油出入口11から油圧サーボモー
タ３の油室12に流入させ、かつリセット弁25を無励磁に
してリセット油を排出し、その油圧を下げると、一体化
されたプランジャ5,8はトリップ油により右方向に動
き、主止め弁２は第７図に示すように全開になる。なお
主止め弁２が全開となった後、リセット油をリセット油
出入口13から安全に排出する。これが通常運転中の状態
である。ここで、プランジャ５にトリップ油圧から作用
する力の方が圧縮コイルばね７の力より大きくしてある
ので、プランジャ５とプランジャ８とは単に接触してい
るだけであるが離れることなく、またトリップ油圧がこ
こから漏洩することもない。

なお、主止め弁2aも上記と同様な方法により開にな
る。

つぎに主止め弁の閉動作について説明する。第７図に
示した主止め弁2,2aの全開状態でタービン停止や危急時
に蒸気のタービンへの流入を遮断するときにはトリップ
電磁弁23を励磁させることによりトリップ油は排油され
る状態になり、これに伴って油圧サーボモータ3,3aの油
室12に充満しているトリップ油はトリップ電磁弁23から
排油される。このようにしてトリップ油の排油によりト
リップ油圧が低下すると、プランジャ５に作用する力よ
りも、圧縮コイルばね７の力の方が大きくなり、プラン
ジャ５とプランジャ８とが引き離され、その隙間からト
リップ油が大量に排油口15に通じるプランジャ８内の無
圧の室へ逃げるので、プランジャ５は急速に左へ動く。
すなわち、主止め弁2,2aが急速に全開し、第５図に示す
状態になり、タービンがトリップすることになる。

以上述べたように上記の系統構成により、トリップ油
はトリップ信号を伝送するとともに主止め弁の開閉動作
を行なう作動油の役目をし、主止め弁の急速な閉動作を
行なうようにている。

このような主止め弁は、通常運転中は全開のままであ
るが、危急の場合には急速かつ確実に全閉する必要があ
るので、定期的にその開閉動作をテストして、信頼性を
確認する必要がある。複数の主止め弁がある場合には、
その中の一つだけをテストのための開閉することによ
り、連続運転中でもタービンの運転を停止することなく
テストができるようにしている。この開閉テストはテス
ト電磁弁24,24a及びリセット電磁弁27,27aをそれぞれ作
動させて主止め弁2,2aを独立して行なうことができる。

すなわち、運転中開閉テストを行なうときにはテスト
する主止め弁、例えば主止め弁２をテストする場合、テ
スト電磁弁24を励磁して油圧サーボモータ３の油室12内
のトリップ油をテスト電磁弁24の排油口から排油する
と、前述のように主止め弁２は閉になる。

つぎに主止め弁２を開にするときにはリセット電磁弁
27を励磁してリセット油系25からリセット油を油圧サー
ボモータ３の油室14に供給して前述のようにプランジャ
５と８とを接触させた後、テスト電磁弁４を無励磁にし
てトリップ油を油圧サーボモータ３の油室12に流入させ
ることにより、前述のように主止め弁２を開にすること
ができる。

なお、主止め弁2aの開閉テストも上記と同様にテスト
電磁弁24a,リセット電磁弁27aを作動させることにより
行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示す従来の系統構成において、複数個ある主
止め弁の中の一つをテストのために開閉すると、一時的
に多量のトリップ油やリセット油が消費されるので、油
圧低下が生じて、この油圧低下が圧力波として油圧配管
内を伝播する。いわゆる水撃作用を生ずる。

このようにして伝播された水撃作用が、ある限界値を
越えると、その時テストしていない方の主止め弁の油圧
サーボモータにおいて、プランジャ５と８が離れて、こ
の主止め弁が全閉してしまうことが起こり得る。こうな
ると、タービンへ流入する全エネルギが遮断されて、連
続運転中のタービンに意図しないトリップを引き起こす
という問題がある。

なお、このような水撃波を軽減するための有効な手段
としては、アキュムレータを設置する方法がある。しか
し、保安装置においては、急速に変化するトリップ信号
を正確かつ敏速に伝えなければならない。したがってア
キュムレータを使用すれば信号伝送の動特性を悪化する
ので、アキュムレータを用いるのは、この場合適当でな
い。

本発明の目的は、タービンの運転中独立して行なわれ
る主止め弁の開閉テストにより、他の主止め弁を閉にす
ることのないタービンの油圧式保安装置を提供すること
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によればタービン
への作動流体の流入，遮断を行なう複数の主止め弁と、
この主止め弁の開閉動作を行なう油圧サーボモータと、
この油圧サーボモータの第１の油出入口にそれぞれ主止
め弁を開閉するためのトリップ油を供給する分岐トリッ
プ油系と、この分岐トリップ油系に設けられ、運転中各
主止め弁の開閉テストを行なうテスト弁と、分岐トリッ
プ油系が合流するトリップ油系と、このトリップ油系か
ら分岐し、油圧サーボモータの第２の油出入口にそれぞ
れ、油圧サーボモータをリセットして主止め弁の開閉を
可能にするためのリセット油を供給するリセット油系と
を備えるタービンの油圧式保安装置において、リセット
油系と、このリセット油系及び分岐トリップ油系のトリ
ップ油系との合流点間のトリップ油系とにそれぞれ油フ
ィルタを設け、さらに各分岐トリップ油系に多孔板から
なる絞りを設けるものとする。

また、多孔板の絞りの孔径Ｄと多孔板の板厚Ｌとの比
率D/Lは0.2以下にするものとする。

なお、多孔板の孔数は20以上にするものとする。

〔作用〕

一つの主止め弁の開閉テストを行なうとき、リセット
油の排油によるリセット油系における油量消費により発
生する油圧低下による圧力波は、この系統にトリップ油
系と独立して設けられた油フィルタにより減殺されるの
で、トリップ油系，分岐トリップ油系に圧力波の影響を
及ぼすことが少ない。また、一つの主止め弁のトリップ
油の排油によるトリップ油系，分岐トリップ油系におけ
る油量消費により発生する油圧低下による圧力波は、減
衰効果の大きい多孔板の絞りにより減殺されるので、他
の主止め弁に影響を及ぼすことが少ない。

したがって上記のように一つの主止め弁の開閉テスト
より生じる圧力波の影響を少なくすることにより他の主
止め弁が誤って閉になることはない。

また多孔板の絞りの孔径Ｄと板厚Ｌとの比率D/Lを0.2
以下、すなわちＬを5D以上にするのはトリップ油やリセ
ット油の一時的な油量消費により生じる圧力波を減衰す
るのに有効であるからである。以下この理由について説
明する。

配管内の流れにおいて、管壁近くに境界層が発達して
いるような部分に圧力波が侵入して来ると、境界層の圧
力波との間で干渉が起こり、圧力波が乱されて、あちこ
ちの方向に反射される。圧力波を減衰させたいという見
地からは、圧力波の反射は、規則的ではなく、なるべく
不規則的で、いろいろな方向に散乱される方が望まし
い。そのためには、境界層を充分に発達させることが望
ましい。

管路内の流れは、大別して層流と乱流とになるが、そ
の目安となるパラメーターはレイノズル数であり、流速
v,配管径D,動粘性係数νとからvD/νとして定義され
る。このレイノズル数が小さい程、流れは層流となり易
い。

単孔絞りと多孔絞りとを比較した場合、通常の流れに
対する絞り効果を同等とするために、絞りの断面積の合
計は、両者の間で等しくしてある。そこで流速ｖと動粘
性計数νが等しいとすれば、絞り孔の内径Ｄが小さい
程、それに比例してレイノズル数は小さくなるから、多
孔絞りの方が、その絞り孔の中のレイノズル数が小さ
く、流れは層流となりやすい。

レイノズル数が比較的大きくて、流れが完全な層流と
はならず、乱流である場合でも、入口から奥へ入るに従
って、境界層がある程度の大きさになるまで発達してい
く。境界層を充分発達させるには、この助走区間をなる
べく長く取ることが望ましく、配管径の10〜20倍とるこ
とが理想的である。しかし、一般に配置スペースの関係
より制限されるために、工学的判断から５倍以上とす
る。

また多孔板の絞りの孔数はなるべく多く、20以上とす
るのがよい。これは絞り孔の口径を小さくしても、孔の
合計断面積を充分に大きくできるとともに、絞り板の厚
さを比較的薄くすることが可能となるからである。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明の実施例によるタービンの油圧式保
安装置の系統図である。なお第１図において第４図の従
来例と同一部品には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。第１図において従来例と異なるのはサーボモータ3,
3aに接続するリセット油系25,26を合流したリセット油
系30に油フィルタ31を設け、またリセット油系30及び分
岐トリップ油系21,22のトリップ油系20との合流点間の
トリップ油系20に油フィルタ28を設け、さらに分岐トリ
ップ油系21,22にそれぞれ第２図に示す多孔板の絞り33
を介挿設置したことである。

多孔板の絞り33は第２図に示すように板34にこの板厚
方向に設けられた多数の孔35が設けられて構成される。
ここで孔35の数は20以上とし、孔径Ｄと板厚Ｌとの関係
はその比率D/Lを0.2以下としている。なお、孔の合計面
積はトリップ油の油圧サーボモータへの出入により油圧
サーボモータが通常の作動を行なうに足る絞り効果を有
する第３図に示す単孔板36の孔37の面積と同じになるよ
うにしている。

このような構成により、タービンの運転中一つの主止
め弁の開閉テストを行なってもリセット油系やトリップ
油系のリセット油，トリップ油の一時的な油量消費によ
る圧力波の影響はリセット油系，トリップ油系に独立し
て設けた油フィルタ31,28及び分岐トリップ油系に設け
た多孔板の絞り33により減殺されるので、他の主止め弁
の誤作動による閉を防止することができる。

なお、本実施例では蒸気タービンについて説明した
が、ガスを作動流体とするガスタービンの油圧式保安装
置についても同じ効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によればリセ
ット油系とトリップ油系とに独立してそれぞれ油フィル
タを設け、また主止め弁の油圧サーボモータに接続され
る各分岐トリップ油系に多孔板の絞り、この絞りとして
孔数が20以上で孔系Ｄと多孔板の板厚Ｌとの比率D/Lが
0.2以下とするたとにより、複数の主止め弁のうち一つ
の主止め弁を運転中開閉テストを行なう際、トリップ
油，リセット油の一時的な油量消費により生じる圧力波
が減殺されるので、他の開になっている主止め弁の誤作
動による閉を防止でき、したがってタービンを誤作動に
より停止させることがなくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による蒸気タービンの油圧式保
安装置の系統構成図、第２図は第１図の多孔板の絞りの
断面図、第３図は第２図の多孔板の絞りに対応する単孔
板の絞りの断面図、第４図は従来の蒸気タービンの油圧
式保安装置の系統構成図、第５図は第４図の主止め弁の
閉状態を示す断面図、第６図は第４図の主止め弁のリセ
ット状態を示す断面図、第７図は第４図の主止め弁の開
状態を示す断面図である。 2,2a:主止め弁、3,3a:油圧サーボモータ、 11:トリップ油出入口、13:リセット油出入口、 20:トリップ油系、21,22:分岐トリップ油系、 25,26,30:リセット油系、28,31:油フィルタ、 33:絞り。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービンへの作動流体の流入，遮断を行な
   う複数の主止め弁と、この主止め弁の開閉動作を行なう
   油圧サーボモータと、この油圧サーボモータの第１の油
   出入口にそれぞれ主止め弁を開閉するためのトリップ油
   を供給する分岐トリップ油系と、この分岐トリップ油系
   に設けられ、運転中各主止め弁の開閉テストを行なうテ
   スト弁と、分岐トリップ油系が合流するトリップ油系
   と、このトリップ油系から分岐し、油圧サーボモータの
   第２の油出入口にそれぞれ、油圧サーボモータをリセッ
   トして主止め弁の開閉を可能にするためのリセット油を
   供給するリセット油系とを備えるタービンの油圧式保安
   装置において、リセット油系と、このリセット油系及び
   分岐トリップ油系のトリップ油系との合流点間のトリッ
   プ油系とにそれぞれ油フィルタを設け、さらに各分岐ト
   リップ油系に多孔板からなる絞りを設けたことを特徴と
   するタービンの油圧式保安装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のタービンの油圧式保安装置
   において、多孔板の絞りの孔径Ｄと多孔板の板厚Ｌとの
   比率D/Lは0.2以下であることを特徴とするタービンの油
   圧式保安装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のタービンの油圧式保安装置
   において、多孔板の絞りの孔数は20以上であることを特
   徴とするタービンの油圧式保安装置。