JP3325413B2 - 蒸気タービンの熱応力監視保護装置 - Google Patents

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
の急速且つ頻繁な起動停止時又は負荷変動時に発生する
熱応力の増大を事前に且つ早急に察知して、熱応力が過
大になることを防止して、こ電力系統運用上急速且つ頻
繁に変化する電力需要に対応できる蒸気タービンの熱応
力監視保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、原子炉発電設備の増強、並びに季
節間又は昼夜間の電力需要格差の増大に伴なって、高頻
度停止起動等の負荷調整能力の大きいコンバインドサイ
クルプラント等が利用される傾向にある。また、通常の
大型原子力発電プラント又は火力発電プラントにおいて
も、電力需要の拡大および高効率化が要求され、蒸気タ
ービンは大型化され高温化されている。

【０００３】また、蒸気タービンでは、一般に、例えば
起動時において、蒸気圧力及び蒸気温度が上昇されるに
つれて、蒸気からタービンロータへの熱伝達率が向上さ
れて、タービンロータの表面メタル温度が上昇される。
一方、タービンロータの内部の温度は、ロータ表面から
の熱伝導によって上昇されて、このロータの内部の温度
がロータのメタル表面温度より若干遅れて上昇される。
このような現象の結果、タービンロータの内外表面間で
は、温度差が発生され、この温度差に起因する熱応力が
発生される。

【０００４】上述したコンバインドサイクルに利用され
る蒸気タービンは、急速で且つ高頻度な起動停止を必要
とされるため、上述したロータの温度差に起因して熱応
力が発生されると共に、その熱応力値が増大される傾向
にあり、加えて、この熱応力の発生が頻発化されている
という傾向がある。また、大型の通常原子力蒸気タービ
ン又は火力蒸気タービンでは、タービンロータ直径の増
大及び蒸気温度の高温化に伴って、熱応力値が増大され
る傾向にある。そのため、この熱応力値の増大及び熱応
力の発生の頻発化に対する技術的な対策が求められてい
る。

【０００５】蒸気タービンにおいて、この熱応力が最も
厳しい箇所は、タービン起動から全負荷運転に至る間に
おける蒸気温度変化が大きな箇所であり、特に、蒸気タ
ービンの高圧第１段および再熱部第１段の各タービン羽
根車の根元部ロータ表面に、厳しい熱応力が発生するこ
とが知られている。

【０００６】先ず、タービンロータの内外面温度差に基
づくロータ熱応力の計算は、特開昭６２−１８２４０３
号公報にも記載されているように、一般的にタービンロ
ータの形状が無限円筒に近似可能である。そのため、タ
ービンロータ内部の温度分布が既知であれば、ロータ熱
応力の計算式を導くことができる。そのため、ロータ熱
応力の計算式は、基本的な材料力学の式から導くことが
可能であり、公知の通り、下式で表わされる。

【０００７】

【数１】 ここで、 σ_s ：タービンロータ表面の熱応力 σ_b ：タービンロータボア（中心孔）表面の熱応力 β ：線膨脹係数 ν ：ポアリン比 Ｅ ：縦弾性係数 Ｔ_s ：タービンロータ表面温度 Ｔ_b ：タービンロータボア表面温度 Ｔ_a ：タービンロータ体積平均温度

【０００８】

【数２】 Ｒ_s ：タービンロータ外半径 Ｒ_b ：タービンロータ内半径 である。

【０００９】一方、タービンロータ内部の温度分布は、
ロータ軸方向の熱移動を無視してロータを厚肉円筒にモ
デル化し、半径方向のみの一次元熱伝導問題に近似でき
ることが知られている。図７のような円筒座標系におい
て、ロータの熱伝導微分方程式は、下式のように示され
る。

【００１０】

【数３】 ここで、 Ｔ ：温度 ｔ ：時間 α ：温度伝播率

【００１１】

【数４】 λ ：熱伝導率 Ｃ ：比熱 ρ ：密度 γ，ψ，Ｚ：円筒座標系を示すパラメータ 式（４）を解くことによって求まった温度分布から、式
（３）を用いてタービンロータ体積平均温度を求められ
るのであるが、このようなロータ半径方向の熱伝導に対
する温度を求めるため（即ち、式（４）を解くため）に
は、色々な手法が提案されている。中でもベッセル関数
を用いる方法、および差分法を用いる方法が良く使用さ
れている。特に、公知の通り、差分法による計算方法
は、計算機処理に適した手法で精度が良く、且つタービ
ンロータ表面の熱応力およびタービンロータボア表面の
熱応力が両方求められる。これに対し、ベッセル関数も
比較的精度は良いものの、タービンロータボア表面の熱
応力を得るのが困難である。このようなことから、差分
法を用いる方法が一般的に良く使用されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、熱応力値の増大及び熱応力の発生の頻発化に対する
技術的な対策のため、蒸気タービンプラントには、上記
熱応力演算機能システムを有する熱応力監視保護装置が
組込まれ、起動停止及び負荷起動過程をも含んだ常時、
タービンロータに発生する熱応力が監視され、機器が保
護されるように構成されている。

【００１３】即ち、熱応力演算機能システムにおいて計
算された熱応力が、起動停止又は負荷起動過程中におい
て、予め設定された熱応力設定値を越えて、大きな値と
なった場合には、熱応力が一層増大しないように、起
動、停止、又は負荷変動を直ちに一時中断するいわゆる
「負荷定値」が行なわれている。これにより、熱応力の
増大傾向が一時的に緩和される。その後、ロータの熱応
力が別に設定された熱応力設定値以下に低減された場合
には、一時中断した起動、停止、又は負荷変動等の操作
が再開されるように、熱応力抑制が行われている。これ
により、機器の寿命が著しく縮減されないように構成さ
れている。

【００１４】ところが、近年、電力需要の日変化がさら
に急速となる傾向があるので、この需要変化に迅速に対
応するために、コンバインドサイクルプラント等では短
時間内に頻繁に起動停止を繰り返す運転操作が要求され
るようになってきている。その結果、熱応力値のみに基
づいて「負荷定値」を行う従来に係る熱応力監視保護装
置では、起動停止操作を繰り返すたびに発生する熱応力
が急激に増大して過大となる。そのため、熱応力抑制が
時間的に間に合わず、結局、ロータの熱疲労が蓄積され
て、機器の寿命が縮減されるという問題点があった。

【００１５】また、このような問題点を解決するため
に、起動操作モード、停止操作モード、又は負荷操作モ
ードを予め想定した運用パターンが準備され、このパタ
ーンに沿って急速な起動停止又は負荷変動を行なって熱
応力が増大しないような方法も提案されている。しか
し、これではかえって、運用パターンが固定され、電力
需要の急激な変動に対応できなくなるという欠点があっ
た。

【００１６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、蒸気タービンプラントの急速且つ頻繁
な起動停止時又は負荷変動時に発生する熱応力の増大を
事前に且つ早急に察知して、熱応力が過大になることを
防止でき、これにより、電力系統運用上急速且つ頻繁に
変化する電力需要に対応できる蒸気タービンの熱応力監
視保護装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る蒸気タービンの熱応力監視
保護装置は、蒸気タービンの熱応力を監視して、熱応力
が設定値を越える場合に蒸気タービンの起動、停止、又
は負荷変動を一時的に中断して蒸気タービンの機器類を
保護する蒸気タービンの熱応力監視保護装置において、
蒸気タービンの所定部位の温度を測定する温度測定手段
と、この測定された温度に基づいて所定部位の熱応力値
及び熱応力変化率を演算する演算手段と、この演算され
た熱応力及び熱応力変化率が予め設定された熱応力設定
値及び熱応力変化率設定値を越えた場合に、蒸気タービ
ンの起動、停止、又は負荷変動を一時的に中断する制御
手段と、を具備することを特徴としている。

【００１８】また、請求項２に係る蒸気タービンの熱応
力監視保護装置は、上記制御手段は、演算された熱応力
及び熱応力変化率が予め設定された熱応力設定値及び熱
応力変化率設定値を越えた場合に、蒸気加減弁の開度、
給水ポンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかを調整す
ることを特徴としている。

【００１９】さらに、請求項３に係る蒸気タービンの熱
応力監視保護装置は、上記制御手段は、蒸気タービンの
起動、停止、又は負荷変動の一時的な中断後、熱応力が
他の設定値以下に変化した場合に、中断を停止して、起
動、停止、又は負荷変動を再開させることを特徴として
いる。

【００２０】さらに、請求項４に係る熱応力監視保護装
置は、上記制御手段は、蒸気加減弁の開度、給水ポンプ
吐出量、又は燃料投入量のいずれかを調整して、中断を
停止して、起動、停止、又は負荷変動を再開させること
を特徴としている。

【００２１】

【作用】請求項１によれば、時々刻々あるいはある一定
の時間間隔をもって熱応力値が計算され、この熱応力値
とこれの計算時点より一つ前の時点の計算値とから熱応
力変化率が演算される。この熱応力値と熱応力変化率と
が予め設定された熱応力設定値及び熱応力変化率設定値
を越えた場合に、タービンの起動、停止、又は負荷変動
が一時的に中断される。これにより、熱応力の増大が緩
和されて徐々に熱応力が低減される。

【００２２】このように、請求項１では、熱応力のみが
考慮されているのではなく、熱応力変化率も演算され監
視されている。そのため、この熱応力変化率が増加して
その設定値を越えた場合にも、それが早急に察知され
て、熱応力がそれ以上に増大しないように事前にタービ
ン保護施策が実施される。即ち、蒸気タービン運転中に
熱応力が増加傾向になった場合において、熱応力変化率
によって事前にタービンの起動あるいは停止あるいは負
荷変動を一時的に中断するという、いわゆる「負荷定
値」が行なわれて熱応力の増大傾向が緩和されるため、
熱応力のみが考慮されている従来に比べて、熱応力レベ
ルそのものがタービン機器の寿命を短縮させるような値
にはならない。このように、蒸気タービンプラントの急
速且つ頻繁な起動停止時又は負荷変動時に発生する熱応
力の増大を事前に且つ早急に察知して、熱応力が過大に
なることを防止できる。これにより、安全に蒸気タービ
ンの運転操作ができ、電力系統運用上急速且つ頻繁に変
化する電力需要に対応できる。

【００２３】請求項２によれば、演算された熱応力及び
熱応力変化率が予め設定された熱応力設定値及び熱応力
変化率設定値を越えた場合に、蒸気加減弁の開度、給水
ポンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかが調整されて
いる。そのため、熱応力変化率に基づいても応答性良く
負荷変動等が中断される。

【００２４】請求項３によれば、蒸気タービンの起動、
停止、又は負荷変動の一時的な中断後、熱応力が他の設
定値以下に変化した場合に、中断が停止されて、起動、
停止、又は負荷変動が再開される。これにより、熱応力
が緩和された状態にて、負荷変動等が再開される。具体
的には、請求項４に示すように、蒸気加減弁の開度、給
水ポンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかが調整さ
れ、中断が停止されて、起動、停止、又は負荷変動が再
開される。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る蒸気タービン
の熱応力監視保護装置を図面を参照しつつ説明する。

【００２６】図１は、本発明の一実施例に係る蒸気ター
ビンプラントのシステム系統図である。この蒸気タービ
ンプラントサイクルは、一般標準的なサイクルの一つで
あり、プラント出力・容量が大きくなると、再熱サイク
ルあるいは再生サイクルあるいは再熱再生サイクル等が
適用される。ボイラ１に、主蒸気止め弁３及び蒸気加減
弁４を介して蒸気タービン５が接続されている。蒸気タ
ービン５には、発電機６が軸連結されており、蒸気ター
ビン５の背圧側には、復水器７及び給水ポンプ８が接続
されている。このように構成された蒸気タービンプラン
トサイクルでは、ボイラ１に燃料２が供給されて、高温
高圧の蒸気が発生させられる。この蒸気は、主蒸気止め
弁３及び蒸気加減弁４を介して蒸気タービン５に供給さ
れて、蒸気タービン５によって、蒸気の熱エネルギーが
機械エネルギーに変換される。蒸気タービン５に連結さ
れた発電機６が回転駆動されて、電気エネルギーが発生
される。蒸気タービン５で仕事を終えた蒸気は、復水器
７に流入され、ここで冷却されて復水に変化される。復
水となった凝縮水は、給水ポンプ８によってボイラ給水
として再びボイラ１に供給される。

【００２７】さらに、本実施例では、蒸気タービン５に
おいては熱応力が最も厳しい箇所である高圧第１段部位
又は再熱部第１段部位に温度センサ９（温度測定手段）
が設けられている。この温度センサ９に、ここからの信
号１０を受ける熱応力監視保護装置１１（演算手段、制
御手段）が接続されている。さらにこの熱応力監視保護
装置１１の出力側は、ここからの信号１２Ａ，１２ｂ，
１２ｃが、各々、蒸気加減弁４、給水ポンプ８、及び燃
料投入量調整弁に供給されるように構成されている。

【００２８】次に、図２を参照して、熱応力監視保護装
置１１の構成について説明する。図２は、本発明の一実
施例に係る蒸気タービンの熱応力監視保護装置のシステ
ムロジック図である。

【００２９】図２に示すように、温度センサ９は、ステ
ップ１において、高圧第１段後又は再熱部第１段後の内
面メタル温度が、時々刻々、又はある一定の時間間隔
（スキャンタイム）をもって計測される。次に、熱応力
監視保護装置１１にあっては、ステップ２において、時
々刻々、又はある一定の時間間隔（スキャンタイム）を
もって高圧タービンロータの温度分布が演算されると共
に、ステップ３において、時々刻々、又はある一定の時
間間隔（スキャンタイム）をもって高圧タービンロータ
熱応力が演算される。これらの演算は、前出の式
（１）、（２）、（３）および（４）等を、やはり、前
出の差分法、ベッセル関数、又はその他の手法にて計算
して行なわれ、これらについては従来と同様である。さ
らに、本実施例においては、熱応力監視・保護装置１１
にあっては、ステップ４において、時々刻々、又はある
一定の時間間隔（スキャンタイム）をもって計算される
熱応力と、その計算時点より一つ前の計算時点での熱応
力値とから、熱応力変化率（単位は例えばｋｇ／ｃｍ²
／ｍｉｎ、あるいはｋｇ／ｍｍ² ／ｓｅｃ等）が演算さ
れる。さらに、この熱応力および熱応力変化率が計算さ
れた後に、ステップ５において、予め設定された熱応力
設定値および熱応力変化率設定値とその大小が判定され
る。演算された熱応力及び熱応力変化率が各設定値を越
えている場合には、ステップ６において、蒸気加減弁４
が閉じられ、ステップ７において、給水ポンプ８の給水
吐出量が絞られ、又は、燃料投入量が絞られるかのいず
れかがなされ、タービンの起動、停止、又は負荷変動が
一時的に中断される。ステップ９において、タービンプ
ラントの負荷定値が行われる。これにより、ステップ１
０において、ロータの熱応力が緩和される。なお、演算
された熱応力及び熱応力変化率が各設定値を越えていな
い場合には、ステップ１１において、タービンプラント
の通常運転が継続され、又は、負荷定値が解除される。

【００３０】次に、図３を参照して、本実施例に係る熱
応力監視保護装置を高圧タービンロータに適用した場合
を説明する。

【００３１】図３は、図１又は図２に示した熱応力監視
保護装置１１における演算内容を、その前段の温度計測
と、後段のタービンプラント負荷定値操作との関連を持
たせて示した演算フローチャートである。説明を理解し
やすくするために、図３は、高圧第１段後の温度計測、
高圧ロータの表面熱応力σ_s 、及び熱応力変化率Ｒ_sに
係わる演算内容のみについて示した。但し、プラント出
力・容量がより大きい機種においては、表面熱応力σ_s
だけでなく、ボア（中心孔）熱応力σ_b 、さらには、再
熱部ロータの熱応力および熱応力変化率も、同様な演算
フローチャートにより演算することができる。

【００３２】図３に示すように、ステップ１において、
時刻ｍにおける高圧第１段後又は再熱部第１段後の内面
メタル温度が温度センサ９によって計測される。次に、
熱応力監視保護装置１１にあっては、ステップ２ａにお
いて、演算データである、Ｒ_s （タービンロータ外半
径）、Ｒ_b （タービンロータ内半径）、材料特性とし
て、β（線膨脹係数）、ν（ポアリン比）、及びＥ（縦
弾性係数）等がメタル温度データに入力される。ステッ
プ２ｂにおいて、時刻ｍにおける上記式（３）のロータ
の熱伝導微分方程式が演算され、ステップ２ｃにおい
て、時刻ｍにおける上記式（２）のロータ表面温度Ｔｓ
^(m) 、及び体積表面温度Ｔ_ａ ^(m) が演算され、ステップ
３において、時刻ｍにおけるロータ熱応力σ_s ^(m) が演
算される。これらは、差分法、ベッセル関数、又はその
他の手法にて演算される。

【００３３】さらに、ステップ４において、時刻ｍより
一つ前の計算時刻ｍ−ｎ（計測及び計算のスキャンタイ
ムをｎとする）における計算済のロータ熱応力σ_s
^(m-n) とから、熱応力変化率Ｒ_s ^(m) が演算される。

【００３４】さらに、ステップ１２において、熱応力設
定値及び熱応力変化率が入力され、ステップ５におい
て、熱応力σ_s ^(m) 及び熱応力変化率Ｒ_s ^(m) が各々の
設定値より大きいか否かが判定される。熱応力σ_s ^(m)
及び熱応力変化率Ｒ_s ^(m) が各々の設定値を越えている
場合には、ステップ９において、タービンプラントの負
荷定値が行われ、これにより、ロータの熱応力が緩和さ
れる。なお、熱応力σ_s ^(m) 及び熱応力変化率Ｒ_s ^(m)
が各々の設定値を越えていない場合には、ステップ１１
において、タービンプラントの通常運転が継続され、又
は、負荷定値が解除される。

【００３５】次に、図４を参照して、起動特性と、熱応
力の変化及び熱応力変化率の変化との関係を説明する。
図４（ａ）は、蒸気タービンの起動過程における起動特
性の一例を示したグラフであり、図４（ｂ）及び図
（Ｃ）は、このグラフに図３のフローチャートに基づ
く、熱応力の演算結果と熱応力変化率の演算結果を示し
たものである。

【００３６】演算過程において、計算間隔（スキャンタ
イムｎ）を適度に小さく設定すれば、熱応力変化率は熱
応力値そのものの時間的推移の勾配（傾斜）を示すこと
となる。そのため、運転中に発生する熱応力変化率を監
視することによって、熱応力レベルがその時点において
はまだ低くても、熱応力変化率が増加傾向にある場合
は、その後に増大してくる熱応力レベルを事前に察知す
ることができる。

【００３７】次に、図５を参照して、熱応力σ_s ^(m) 及
び熱応力変化率Ｒ_s ^(m) が各々の設定値を越えている場
合の負荷変動等の中断について説明する。

【００３８】図５は、熱応力設定値および熱応力変化率
設定値の一例を示す。演算された熱応力と熱応力変化率
を組合わせて、その両者の値が、設定域の大小によって
安全域（ｓ）、警報域（Ａ）、負荷定値域（Ｈ）と区分
けされた領域にそれぞれ入った場合は、その判定結果に
応じて、タービンプラント負荷定値操作、又は通常運転
継続操作をするよう指令が行なえるように構成されてい
る。

【００３９】演算された熱応力および熱応力変化率が負
荷定値域（Ｈ）に入り、タービンプラント負荷定値操作
が指令された場合は、信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃが蒸
気加減弁４、給水ポンプ８、又は燃料２等へ送信され、
弁開度または給水吐出量または燃料投入量がコントロー
ルされ、一時的にタービンの起動、停止、又は負荷変動
を中断させる、いわゆる「負荷定値」を行なって熱応力
の増大傾向を緩和させるよう、信号により自動的に指示
されるように構成されている。

【００４０】このような自動操作によってタービンロー
タ熱応力が低い状態に戻ると、温度センサ９及び熱応力
監視保護装置１１がそれを検知して、熱応力および熱応
力変化率が小さくなったことを判定し、その判定結果に
応じて、信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより、蒸気加減
弁４の開度、給水ポンプ８の吐出量、又は燃料２の投入
量等が再びコントロールされ、一時中断していた起動、
又は負荷変動が解除・再開される、いわゆる「負荷定値
解除」の操作指令がなされ、タービンプラントは自動的
に運転操作が通常操作に戻される。

【００４１】さらに、図５においては、警報域（Ａ）を
設定した実施例を示したが、演算された熱応力及び熱応
力変化率がこの領域に入った場合は、その時点で行なわ
れている運転操作はそのまま継続されるものの、運転員
に注意を喚起させるように構成されている。さらに、警
報域（Ａ）をさらに細分化して、例えば第１警報域（Ａ
１）および第２警報域（Ａ２）と言うように、運転員に
対しよりきめ細かい情報が与えられるようなシステムを
構成することもできる。

【００４２】さらに、図５に示す熱応力設定値α₁ ，α
₂ ……および熱応力変化率設定値β₁ ，β₂ ……は、タ
ービンロータの材質、又は蒸気タービンプラントの運用
計画に従い、適宜選択することができる。例えば、ロー
タ材料として一般的に良く使用されるＣｒＭｏＶ鋼材を
高圧タービンに適用して、ＤＳＳ運用（Daily startand
stop operation）する２００ＭＷ級ユニットの場合、
図５における熱応力設定値は下記のように設定すると、
蒸気タービンの機器寿命を著しく短縮させることなく、
長期間、機器の信頼性を維持して安定した電力供給のた
めにプラントを稼働させることができる。

【００４３】 α₁ ＝１０ｋｇ／ｍｍ² β₁ ＝２ｋｇ／ｍｍ² ／ｍｉｎ α₂ ＝１５ｋｇ／ｍｍ² β₂ ＝４ｋｇ／ｍｍ² ／ｍｉｎ α₃ ＝２０ｋｇ／ｍｍ² β₃ ＝６ｋｇ／ｍｍ² ／ｍｉｎ α₄ ＝２５ｋｇ／ｍｍ² β₄ ＝８ｋｇ／ｍｍ² ／ｍｉｎ α₅ ＝３０ｋｇ／ｍｍ² 次に、図６を参照して、本発明の熱応力監視・保護装置
を用いて蒸気タービンプラントを運用した場合を説明す
る。図６は、このプラントの運転過程において、熱応力
又は熱応力変化率が設定値を越えた時にプラント負荷定
値操作を行って、熱応力が緩和された時にプラント負荷
定値解除操作を行う運転状態を示すグラフである。

【００４４】図６に示されるように、負荷上昇時には、
熱応力変化率が先ずピーク値を示し、続いて、熱応力が
ピーク値を示す。これらの熱応力変化率及び熱応力が監
視されて、これらのピーク値又はこれの近傍時には、熱
応力が増大されているとして、「負荷定値」操作が行わ
れる。その後、熱応力変化率及び熱応力が減少されたと
きには、「負荷定値」操作が解除されて、再び負荷上昇
される。

【００４５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れないのは勿論であり、種々変形可能である。また、図
１に示す信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃは蒸気タービンプ
ラントの出力・負荷を制御コントロールする機器へ送信
される信号であるが、プラントによっては、また別の出
力・負荷制御機器が構成されていれば、その機器へも信
号が送信されるようシステム構成することもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１では、熱応
力のみが考慮されているのではなく、熱応力変化率も演
算され監視されている。そのため、この熱応力変化率が
増加してその設定値を越えた場合にも、それが早急に察
知されて、熱応力がそれ以上に増大しないように事前に
タービン保護施策が実施される。即ち、蒸気タービン運
転中に熱応力が増加傾向になった場合において、熱応力
変化率によって事前にタービンの起動あるいは停止ある
いは負荷変動を一時的に中断するという、いわゆる「負
荷定値」が行なわれて熱応力の増大傾向が緩和されるた
め、熱応力のみが考慮されている従来に比べて、熱応力
レベルそのものがタービン機器の寿命を短縮させるよう
な値にはならない。このように、蒸気タービンプラント
の急速且つ頻繁な起動停止時又は負荷変動時に発生する
熱応力の増大を事前に且つ早急に察知して、熱応力が過
大になることを防止できる。これにより、安全に蒸気タ
ービンの運転操作ができ、電力系統運用上急速且つ頻繁
に変化する電力需要に対応できる。

【００４７】請求項２によれば、演算された熱応力及び
熱応力変化率が予め設定された熱応力設定値及び熱応力
変化率設定値を越えた場合に、蒸気加減弁の開度、給水
ポンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかが調整されて
いる。そのため、熱応力変化率に基づいても応答性良く
負荷変動等が中断される。

【００４８】請求項３によれば、蒸気タービンの起動、
停止、又は負荷変動の一時的な中断後、熱応力が他の設
定値以下に変化した場合に、中断が停止されて、起動、
停止、又は負荷変動が再開される。これにより、熱応力
が緩和された状態にて、負荷変動等が再開される。具体
的には、請求項４に示すように、蒸気加減弁の開度、給
水ポンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかが調整さ
れ、中断が停止されて、起動、停止、又は負荷変動が再
開される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる蒸気タービンプラン
トのシステム系統図。

【図２】本発明の一実施例に係わる蒸気タービンの熱応
力保護監視装置のシステムロジック図。

【図３】本発明の一実施例の熱応力監視保護装置を高圧
タービンロータに適用した場合のフローチャート。

【図４】図４（ａ）は、蒸気タービンの運用過程におけ
る起動特性の一例を示したグラフであり、図４（ｂ）
（ｃ）は、各々、運転中の熱応力及び熱応力変化率の推
移を示したグラフ。

【図５】本発明の一実施例の熱応力監視・保護装置の中
に組込まれる熱応力設定値及び熱応力変化率設定値の設
定の一例を示すグラフ。

【図６】本発明の熱応力監視・保護装置を用いて蒸気タ
ービンプラントを運用した場合の運転過程において、熱
応力又は熱応力変化率が設定値を越えた時にプラント負
荷定値操作を行い、熱応力が緩和された時にプラント負
荷定値解除操作を行う運転状態を示すグラフ。

【図７】タービンロータの内部温度分布を求めるための
ロータの円筒座標系の図。

【符号の説明】

１ ボイラ ２ 燃料 ３ 主蒸気止め弁 ４ 蒸気加減弁 ５ 蒸気タービン ６ 発電機 ７ 復水器 ８ 給水ポンプ ９ 温度センサ（温度測定手段） １０ 信号 １１ 熱応力監視保護装置（演算手段、制御手段） １２ａ，１２ｂ，１２ｃ 信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅 津 静 一 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭60−47802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−226211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−28907（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−241003（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01D 21/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気タービンの熱応力を監視して、熱応力
   が設定値を越える場合に蒸気タービンの起動、停止、又
   は負荷変動を一時的に中断して蒸気タービンの機器類を
   保護する蒸気タービンの熱応力監視保護装置において、 蒸気タービンの所定部位の温度を測定する温度測定手段
   と、 この測定された温度に基づいて所定部位の熱応力値及び
   熱応力変化率を演算する演算手段と、 この演算された熱応力及び熱応力変化率が予め設定され
   た熱応力設定値及び熱応力変化率設定値を越えた場合
   に、蒸気タービンの起動、停止、又は負荷変動を一時的
   に中断する制御手段と、を具備することを特徴とする蒸
   気タービンの熱応力監視保護装置。
2. 【請求項２】上記制御手段は、演算された熱応力及び熱
   応力変化率が予め設定された熱応力設定値及び熱応力変
   化率設定値を越えた場合に、蒸気加減弁の開度、給水ポ
   ンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかを調整すること
   を特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの熱応力監
   視保護装置。
3. 【請求項３】上記制御手段は、蒸気タービンの起動、停
   止、又は負荷変動の一時的な中断後、熱応力が他の設定
   値以下に変化した場合に、中断を停止して、起動、停
   止、又は負荷変動を再開させることを特徴とする請求項
   １又は２に記載の上記タービンの熱応力監視保護装置。
4. 【請求項４】上記制御手段は、蒸気加減弁の開度、給水
   ポンプ吐出量、又は燃料投入量のいずれかを調整して、
   中断を停止して、起動、停止、又は負荷変動を再開させ
   ることを特徴とする請求項３に記載の上記タービンの熱
   応力監視保護装置。