JPH08246809A - 蒸気タービンプラントのウォータハンマ防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】給水ポンプ駆動タービンが駆動蒸気を失う状況
下においても給水系内の給水を別の給水と置換できるウ
ォータハンマ防止装置を提供する。 【構成】球水管８の一方の経路にブースタポンプ５ａお
よび給水ポンプ６ａが設けられ、双方のポンプ５ａ、６
ａに給水ポンプ駆動タービン４ａが直結されている。給
水管８の他方の経路にブースタポンプ５ｂおよび給水ポ
ンプ６ｂが設けられ、双方のポンプ５ｂ、６ｂに給水ポ
ンプ駆動タービン４ｂが直結されている。また、それぞ
れ給水ポンプ６ａ、６ｂと給水ポンプ駆動タービン４
ａ、４ｂとの間に可変速駆動装置１９ａ、１９ｂを設け
ている。この可変速駆動装置１９ａ、１９ｂは極めて回
転数が広範囲に制御可能で、給水ポンプ６ａ、６ｂの停
止時から直ちに立上がり、給水ポンプ駆動タービン４
ａ、４ｂに代わる動力源として働く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンプラントに
係り、特に起動・停止、負荷遮断時および負荷降下時に
給水系内で発生するウォータハンマを防止するのに好適
なウォータハンマ防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンプラントの給水系は脱気器
からの給水を給水ポンプで昇圧し、給水加熱器で加熱し
て高温高圧の給水としてボイラに供給するために備えら
れ、図６にその典型的な例を示している。すなわち、復
水管１を通して脱気器２に供給された復水は器内でター
ビン抽気または補助蒸気によって脱気されると共に、加
熱され、貯水タンク３に導かれる。この高温の温水は貯
水タンク３から給水ポンプ駆動タービン４により駆動さ
れるブースタポンプ５および給水ポンプ６によって抽出
され、給水として給水加熱器７に送られる。

【０００３】この給水系には給水管８経路にモータによ
り駆動されるブースタポンプ９および給水ポンプ１０が
備えられる。これは何らかの原因によりブースタポンプ
５および給水ポンプ６が停止したとき、自動的に立ち上
がり、給水を給水加熱器７に供給する予備機として働く
ものである。また、図の簡略化のためにブースタポンプ
５および給水ポンプ６等は１系列だけを示しているが、
実際は２系列が備えられる。

【０００４】さらに、この２つの給水系はブースタポン
プ５、９の入口側で連絡管１１によって互いに連通して
いる。また、この連絡管１１の経路から分岐して復水管
１に至る脱気器再循環管１２が設けられ、この経路に設
けた再循環ポンプ１３によって給水を脱気器２に再循環
できるようになっている。

【０００５】さらに、給水ポンプ６、１０の出口側で分
岐し、他端を貯水タンク３に結ばれるミニマムフロー管
１４、１５が設けられ、過熱を防止する最低通過流量を
給水ポンプ６、１０に流すことができるようになってい
る。なお、図中符号１６、１７は脱気器降水管を示して
いる。また、符号１８はターニング装置であって、ター
ビン４の始動においてロータを低速回転させるために用
いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した給水系におい
ては負荷遮断時、給水系内で飽和水である給水の一部が
蒸発し、給水系の一部が飽和水と飽和蒸気との二相流体
で満たされる。すなわち、負荷遮断発生と同時に脱気器
２の器内圧力は急激に下がるが、飽和水の温度の降下は
緩やかであり、過渡的に飽和水の平衡状態を保つことが
難しくなって一部が蒸発し、飽和水と共に飽和蒸気が滞
留する状態が発生する。

【０００７】また、同様な状態は発電所内単独負荷運転
（以下、ＦＣＢ運転と称する）に移行する場合にも発生
する。すなわち、タービン負荷を急激に降下させるこの
ＦＣＢ運転では負荷の急激な減少により脱気器２へ流れ
る蒸気圧力が降下し、器内圧力の低下に見舞われる。こ
のとき、脱気器２と結ばれる貯水タンク３、脱気器降水
管１６、１７、給水管８等も圧力が下がり、これらの機
器の内部にある飽和水が平衡状態を維持できなくなって
一部が蒸発し、そこに滞留することになる。

【０００８】こうした飽和水と共に系内の一部に飽和蒸
気が滞留する状態になると、次のプランと起動では給水
系内に残された飽和蒸気が系内圧力の上昇に伴って凝縮
するため、体積の急減により給水の流動が不安定にな
る。特に、給水系の停止からあまり時間を経ないで再起
動する場合、多量の飽和蒸気が給水系に滞留しているこ
とで、系内でウォータハンマが発生する。このウォータ
ハンマが発生すると、給水系を構成する機器に損傷が発
生する可能性があり、これを回避する運転方法が用いら
れている。

【０００９】すなわち、この運転方法は脱気器降水管１
６、１７内にある給水を脱気器再循環ポンプ１３によっ
て復水管１に戻し、別の給水と置換するやり方である。
しかし、このような方法では連絡管１１から上流側の給
水系の給水は置換することができるが、下流側の給水
系、つまり給水ポンプ６から給水加熱器７にかけての給
水管８内に残される給水を置換することができない。

【００１０】一方、脱気器再循環ポンプ１３を設置しな
いプラントにおいてはブースタポンプ９を運転し、ミニ
マムフロー管１５を通して給水を貯水タンクに戻し、別
の給水と置換させることが可能である。

【００１１】また、ブースタポンプ５および給水ポンプ
６が互いに独立したプラントにおいてはブースタポンプ
５を単独運転し、ミニマムフロー管１４を通して給水を
貯水タンク３に戻し、別の給水と置換することが可能で
ある。

【００１２】しかし、図に示されるようなブースタポン
プ５および給水ポンプ６が直結される蒸気タービンプラ
ントにおいては負荷遮断により主タービンからの抽気が
給水ポンプ駆動タービン４に供給できなくなり、給水ポ
ンプ駆動タービン４が駆動蒸気を失う結果、ブースタポ
ンプ５および給水ポンプ６は共に運転不能に陥り、置換
のためのブースタポンプ５の運転ができない。

【００１３】本発明の目的は給水ポンプ駆動タービンが
駆動蒸気を失う状況下においても給水系内の給水を別の
給水とすべて置換できるようにした蒸気タービンプラン
トのウォータハンマ防止装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は常
用されるタービン駆動のブースタポンプおよび給水ポン
プを有する２系統の給水系と、非常用のモータ駆動のブ
ースタポンプおよび給水ポンプを有する給水系とを備
え、脱気器の貯水タンクから各ブースタポンプおよび給
水ポンプで抽出される給水をそれぞれの給水系の給水管
を通してボイラに供給すると共に、各給水ポンプに導く
最低通過流量を給水管からミニマムフロー管を通して貯
水タンクにそれぞれ回収するように構成したものにおい
て、タービン駆動給水ポンプに負荷遮断等の発生時に立
上がり、給水ポンプを所望の回転数に保持する可変速駆
動装置を設けたことを特徴とするものである。

【００１５】請求項２に係る発明は中央計算機から与え
られる負荷遮断、負荷降下、起動・停止のいずれかの信
号により可変速駆動装置を起動する急速起動装置を設け
たことを特徴とするものである。

【００１６】請求項３に係る発明は各タービン駆動ブー
スタポンプの入口とモータ駆動ブースタポンプの入口と
をそれぞれ結ぶ連絡弁を備えた連絡管を設けたことを特
徴とするものである。

【００１７】請求項４に係る発明は中央計算機から与え
られる負荷遮断、負荷降下、起動・停止のいずれかの信
号により可変速駆動装置を起動する急速起動装置を設け
たことを特徴とするものである。

【００１８】請求項５に係る発明は貯水タンクとブース
タポンプとを結ぶ各脱気降水管の経路内圧力から飽和温
度を演算し、この飽和温度と経路内の給水温度との比較
により蒸発が起こり易い脱気器降水管がいずれの脱気器
降水管であるかを判定する判定器と、この判定器からの
信号を受けて当該脱気器降水管に接続した連絡管の連絡
弁を開く制御信号を出力する弁制御装置とを設けたこと
を特徴とするものである。

【００１９】

【作用】給水ポンプ駆動タービンが駆動蒸気を失う負荷
遮断等の発生時にはブースタポンプおよび給水ポンプは
共に運転不可能であり、各給水系内にそのとき移送中の
給水が残る。ブースタポンプおよび給水ポンプの運転に
より残された給水を移送しつつ、別の給水との置換を図
るために給水ポンプに直結した可変速駆動装置を作動さ
せる。可変速駆動装置は極めて回転数が広範囲に制御可
能で、給水ポンプの停止時から直ちに立上がり、給水ポ
ンプ駆動タービンに代わる動力源として働く。こうして
動力が保持されることでブースタポンプおよび給水ポン
プの継続した運転が可能となり、給水系にある給水を、
たとえばミニマムフロー管を通して貯水タンクに移しつ
つ、貯水タンクからの給水を給水系に導いて完全に置換
することができる。

【００２０】この可変速駆動装置は給水ポンプ駆動ター
ビンのターニング装置と兼用させるために給水ポンプ駆
動タービンとも直結している。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２２】図１において、給水系を構成する給水管８
の一方の経路にはブースタポンプ５ａおよび給水ポンプ
６ａが設けられ、これらのポンプ５ａ、６ａに給水ポン
プ駆動タービン４ａが直結されている。給水管８の他方
の経路にブースタポンプ５ｂおよび給水ポンプ６ｂが設
けられ、これらのポンプ５ａ、６ｂに給水ポンプ駆動タ
ービン４ｂが直結されている。

【００２３】本実施例ではそれぞれ給水ポンプ６ａ、６
ｂと給水ポンプ駆動タービン４ａ、４ｂとの間に可変速
駆動装置１９ａ、１９ｂを設けている。この可変速駆動
装置１９ａ、１９ｂは、たとえば電圧周波数制御装置を
用いてモータを制御する方法、モータと減速装置との間
に流体継手あるいは変速機を設ける方法などにより回転
数を変化させるもので、ブースタポンプ５ａ、５ｂおよ
び給水ポンプ６ａ、６ｂと共に給水ポンプ駆動タービン
４ａ、４ｂを駆動することができる。

【００２４】次に、上記構成による作用を説明する。

【００２５】蒸気タービンプラントで負荷遮断が発生す
ると、主タービンへの供給蒸気が止められ、これに伴い
運転中の給水ポンプ駆動タービン４ａ、４ｂも停止され
る。このとき、ブースタポンプ５ａおよび給水ポンプ６
ａの回転数が急降下する前に直結された可変速駆動装置
１９ａを立ち上げ、回転数の低下を防ぐ。同様に、ブー
スタポンプ５ｂおよび給水ポンプ６ｂに直結した可変速
駆動装置１９ｂを立ち上げる。これによりブースタポン
プ５ａ、５ｂおよび給水ポンプ６ａ、６ｂは回転数の急
降下を免れ、貯水タンク３から脱気器降水管１６ａ、１
６ｂを通って流れる給水がブースタポンプ５ａ、５ｂお
よび給水ポンプ６ａ、６ｂから給水管８およびミニマム
フロー管１４ａ、１４ｂを通って貯水タンク３に流れ
る。

【００２６】給水系では負荷遮断の発生と同時に系内圧
力が下がり、系内の飽和水の一部が蒸発してそこに飽和
蒸気が滞留しているが、給水がミニマムフロー管１４
ａ、１４ｂを通って貯水タンク３に還ることで給水系内
にある飽和蒸気を含む給水のすべてを貯水タンク３に戻
すことができる。こうして飽和水が給水と置換される結
果、プラントが直後に起動される場合も、飽和蒸気が除
かれており、給水系でウォータハンマが発生することは
ない。

【００２７】上記発明は負荷遮断を例として説明したも
のであるが、ＦＣＢ運転においても同様に給水系の飽和
水を別の給水と置換することができる。

【００２８】また、他の実施例を図２を参照して説明す
る。

【００２９】図１の給水系の構成に加えて本実施例は可
変速駆動装置１９ａ、１９ｂを中央計算機２０からの指
令信号により動作させる急速起動装置２１を設けてい
る。

【００３０】本実施例は上記構成からなるもので、中央
計算機２０が負荷遮断の発生と同時に急速起動装置２１
に指令信号を伝達する。この指令信号で急速起動装置２
１に組込んだ可変速駆動装置１９ａ、１９ｂへの回転数
信号を出力する、たとえばランプゼネレータを働かせて
回転数を定格回転数にランプ状に上昇させる。

【００３１】このように本実施例においては負荷遮断と
同時に働く急速起動装置２１によって可変速駆動装置１
９ａ、１９ｂの急速な立ち上げが可能になる。

【００３２】さらに、他の実施例を図３を参照して説明
する。

【００３３】モータ駆動ブースタポンプ９および給水ポ
ンプ１０を備えた非常用の給水系はブースタポンプ５
ａ、５ｂの入口側で連絡弁２４を備えた連絡管２２、２
３によって常用の２つの給水系と連通している。

【００３４】このように構成したものにおいては常用の
給水系と共に、非常用の給水系にも給水を導くことが可
能になる。すなわち、負荷遮断の発生と同時にブースタ
ポンプ５ａ、５ｂおよび給水ポンプ６ａ、６ｂに直結し
た可変速駆動装置１９ａ、１９ｂを立ち上げる。このた
め、ブースタポンプ５ａ、５ｂおよび給水ポンプ６ａ、
６ｂの回転数が上昇し、貯水タンク３から脱気器降水管
１６ａ、１６ｂを通って流れる給水が常用の給水系と共
にそれぞれ連絡管２２、２３を通って非常用の給水系に
流れ、さらにミニマムフロー管１５を通って貯水タンク
３に還る。

【００３５】このように本実施例によれば常用の給水系
の飽和蒸気を含む給水と共に、非常用の給水系の給水を
貯蔵タンク３からの給水によってすべて置換することが
できる。この給水の置換中、給水ポンプ６ａ、６ｂが運
転されるので、モータ駆動ブースタポンプ９は運転する
必要がない。

【００３６】さらに、上記実施例（図３）と異なる実施
例を説明する。

【００３７】図４において、給水系の構成は図３に示し
たものと同様であるが、中央計算機２０からの指令信号
により動作する急速起動装置２１を設けている点が上記
実施例のものと異なる。

【００３８】この急速起動装置２１の働きは図２に示し
た実施例のものと同様であり、説明を省略する。本実施
例においても負荷遮断時、時間を経ずに貯蔵タンク３か
らの給水を非常用の給水系に導くことができ、給水を一
刻も滞留させず、別の給水と置換することができる。

【００３９】さらに、異なる実施例を図５を参照して説
明する。

【００４０】脱気器降水管１６ａ、１６ｂ、１７に経路
内圧力を検出する圧力検出器２５および給水温度を検出
する温度検出器２６をそれぞれ設けており、圧力検出器
２５で検出される圧力信号が温度検出器２６により検出
される温度信号と共に、判定器２７に入力されている。
判定器２７では検出された圧力信号に基づいてその圧力
での飽和温度を求める。さらに得られた飽和温度がその
とき検出された給水温度と比較され、その結果に従い弁
制御装置２８を介して連絡弁２９への制御信号として出
力される。なお、本実施例の連絡弁２９の駆動装置はモ
ータである。

【００４１】本実施例の可変速駆動装置１９ａ、１９ｂ
が動作するまでは上記実施例（図２）のものと同様であ
る。判定器２７では初めに圧力検出器２５からの圧力信
号に基づいて各脱気器降水管１６ａ、１６ｂ、１７の経
路内圧力での飽和温度が演算される。次に、この演算に
より求めた飽和温度と温度検出器２６により検出された
給水温度とが比較され、温度差の最も大きい脱気器降水
管がどれであるか判定される。たとえば、仮に、脱気器
降水管１６ａの給水温度が高く蒸発が起こり易いと判定
されると、弁制御装置２８を介して連絡弁２９を全開す
る制御信号が出力され、脱気器降水管１６ａの連絡弁２
９だけが優先して開かれる。

【００４２】これにより、常用の給水系のうち、ブース
タポンプ５ａおよび給水ポンプ６ａを備えた給水系内の
給水がいち早くミニマムフロー管１４ａを通って貯水タ
ンク３に流れ、多量の飽和水が蒸発するのを防ぐことが
できる。さらに、順次残りの常用の給水系および非常用
の給水系内の給水もミニマムフロー管１４ｂ、１５を通
って貯水タンク３に流れ、すべての給水が置換される。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明はタービン駆
動の給水ポンプに負荷遮断等の発生時に立上がり給水ポ
ンプを所望の回転数に保持する可変速駆動装置を設けて
いるので、負荷遮断等の発生時、可変速駆動装置を起動
することで各給水系内の給水を貯水タンクからの別の給
水とすべて置換することができる。

【００４４】したがって、本発明によればプラント再起
動に臨んで給水系内でウォータハンマが生じるのを確実
に防止できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウォータハンマ防止装置の一実施
例を示す系統図。

【図２】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図３】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図４】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図５】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図６】従来の蒸気タービンプラントの給水系を示す系
統図。

【符号の説明】

３ 貯水タンク ４ 給水ポンプ駆動タービン ５ａ、５ｂ、９ ブースタポンプ ６ａ、６ｂ、１０ 給水ポンプ １９ａ、１９ｂ 可変速駆動装置 ２１ 急速起動装置 ２２、２３ 連絡管 ２５ 圧力検出器 ２６ 温度検出器 ２７ 演算装置 ２８ 弁制御装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常用されるタービン駆動のブースタポン
   プおよび給水ポンプを有する２系統の給水系と、非常用
   のモータ駆動のブースタポンプおよび給水ポンプを有す
   る給水系とを備え、脱気器の貯水タンクから前記各ブー
   スタポンプおよび給水ポンプで抽出される給水をそれぞ
   れの該給水系の給水管を通してボイラに供給すると共
   に、前記各給水ポンプに導く最低通過流量を前記給水管
   からミニマムフロー管を通して前記貯水タンクにそれぞ
   れ回収するように構成したものにおいて、前記タービン
   駆動給水ポンプに負荷遮断等の発生時に立上がり、該給
   水ポンプを所望の回転数に保持する可変速駆動装置を設
   けたことを特徴とする蒸気タービンプラントのウォータ
   ハンマ防止装置。
2. 【請求項２】 中央計算機から与えられる負荷遮断、負
   荷降下、起動・停止のいずれかの信号により前記可変速
   駆動装置を起動する急速起動装置を設けたことを特徴と
   する請求項１記載のウォータハンマ防止装置。
3. 【請求項３】 前記各タービン駆動ブースタポンプの入
   口と前記モータ駆動ブースタポンプの入口とをそれぞれ
   結ぶ連絡弁を備えた連絡管を設けたことを特徴とする請
   求項１記載のウォータハンマ防止装置。
4. 【請求項４】 中央計算機から与えられる負荷遮断、負
   荷降下、起動・停止のいずれかの信号により前記可変速
   駆動装置を起動する急速起動装置を設けたことを特徴と
   する請求項３記載のウォータハンマ防止装置。
5. 【請求項５】 前記貯水タンクと前記ブースタポンプと
   を結ぶ各脱気降水管の経路内圧力から飽和温度を演算
   し、この飽和温度と該経路内の給水温度との比較により
   蒸発が起こり易い脱気器降水管がいずれの該脱気器降水
   管であるかを判定する判定器と、この判定器からの信号
   を受けて当該脱気器降水管に接続した前記連絡管の連絡
   弁を開く制御信号を出力する弁制御装置とを設けたこと
   を特徴とする請求項３記載のウォータハンマ防止装置。