動力蒸気圧の高低が圧縮機のGVバルブに与える影響

タービンが運転中に、入口および出口の蒸気圧、蒸気温度、主蒸気流量などのパラメータがすべて設計値と一致している状態を設計運転状態と呼びます。このときの効率が最も高くなるため、経済的な運転状態とも呼ばれます。運転中に各種パラメータがすべて定格値である場合、この運転状態を定格運転状態と呼びます。現在、大型タービン機組の熱力計算条件はほとんどが定格条件で設定されており、そのため機組の設計条件と定格条件は同一の条件となっている。実際の運転においては、パラメータを設計値通りに厳密に維持することは困難であり、このような設計条件に合致しない運転条件を、タービンの変動運転条件と呼ぶ。このとき、タービンに入る蒸気のパラメータや流量、および凝縮器の真空度の変化により、各段の圧力、温度、エンタルピー減少量、効率、反動度、軸方向の推力などが変化する。これはタービンの運用コストに影響を与えるだけでなく、安全性にも影響を及ぼします。したがって、日常運用においては、タービンの初期・終期パラメータの変化を厳重に監視すべきである。  1、主蒸気圧力の上昇　主蒸気温度と凝縮器の真空が変わらない状態で主蒸気圧力が上昇すると、タービン内における蒸気のエンタルピー低下が大きくなり、最終段の排気湿度が増加する。  主蒸気圧力が上昇すると、タービンの調速弁の全開度が変わらなくても主蒸気流量は増加し、機組の負荷も大きくなる。これは運用の経済性に有利である。しかし、主蒸気圧力が規定範囲を超えて上昇すると、機組の安全な運転に直接的な脅威となります。したがって、機組の運転規程には、主蒸気圧力が限界値を超えた状態での運転を許可しないと明確に定められている。  主蒸気圧力が過度高くなると、以下のような弊害が生じます：（1）主蒸気圧力が上昇すると、負荷を一定に保つためには調速蒸気弁の全開度を小さくする必要がありますが、これは全開状態の調速蒸気弁を閉じることによってのみ実現できます。第1調速蒸気弁が全開になり、第2調速蒸気弁が開く直前に制御弁を絞ると、調整段階での蒸気のエンタルピー低下が最大となり、調整段階の動翼に過負荷がかかり、損傷する可能性さえある。  （2）最終段のブレードが過負荷になる可能性があります。主蒸気圧力が上昇すると、蒸気の比容積が減少するため、調速弁の開度が変わらなくても主蒸気流量は増加する。さらに蒸気の全エンタルピー降下が大きくなることで最終段の羽根が過負荷となるため、この時は機組の負荷を適切に制御する必要がある。  （3）主蒸気温度が変わらず主蒸気圧力のみが上昇すると、最終段の蒸気湿度が高くなり、機組の最終段の動翼が水滴による洗浄作用を受けて損傷が進む。  （4）耐圧部品と締結部品の内部応力が増大する。主蒸気圧力が上昇すると、主蒸気配管、自動主蒸気弁および調速蒸気弁室、シリンダー、フランジ、ボルトなどの部品の内部応力が増加し、これによって使用寿命が短くなったり、これらの部品が損傷を受けたりすることもある。       主蒸気圧力が上昇すると多くの危険が生じるため、主蒸気圧力が許容される変動範囲を超えた場合は、その圧力での運転を続けることは許されない。もし主蒸気圧力が規定値を超えた場合は、速やかにボイラー当直員に連絡し、できるだけ早く正常範囲に戻すようにしなければならない；ボイラーの調整が効かない場合は、電動メインバルブを用いて流量を制御し、圧力を下げるべきである。上記の減圧措置を講じても効果がなく、主蒸気圧力が引き続き上昇する場合は、直ちに停止させなければならない。  2、主蒸気圧力の低下　主蒸気温度と凝縮器の真空が変わらない場合、主蒸気圧力が低下すると、タービン内での蒸気のエンタルピー降下は減少し、蒸気の比容積は増大する。このとき、調速蒸気弁の全開度が変わらなくても、主蒸気流量は減少し、機組の負荷も低下する；蒸気圧が過度に低下すると、機組は定格負荷まで稼働できず、運用の経済性が低下する；この時、調整段のエンタルピー降下は依然として設計値に近く、他の各段のエンタルピー降下はすべて設計値を下回っているため、機組の運転安全性に悪影響はない。もし主蒸気圧力が低下しても機組が定格負荷を維持し続ける場合、調速弁を開いて主蒸気流量を増やす必要があります。これにより、タービンの最終段、特に最後の羽根が過負荷となり、機組の安全な運転に支障をきたします。主蒸気圧力が許容値を下回った場合は、速やかにボイラー当直員に連絡し、蒸気圧を回復させるべきである；蒸気圧が最低限まで下がった場合は、負荷を軽減し給気量を減らす方法で蒸気圧を正常に戻すべきだが、抽出蒸気の供給圧力や脱酸器用の蒸気圧力も確保するよう考慮し、機組の負荷を過度に下げてはならない。  3、主蒸気温度の上昇　実際の運用において、主蒸気温度は大きく変動する可能性がある。主蒸気温度の変動は、主蒸気圧力の変動よりも機組の安全性や経済性に与える影響が深刻であるため、主蒸気温度の監視には特に注意を払う必要がある。高温高圧のユニットでは、通常、主蒸気温度は定格温度よりも約5℃高くなるのみが許容されている。主蒸気温度が上昇すると、タービン内での主蒸気の全エンタルピー減少量、タービンの相対的な内部効率、および熱力システムの循環熱効率がすべて向上し、熱消費量が減少して運用上の経済性が高まる。しかし、主蒸気温度が許容値を超えて上昇すると、機器の安全性に非常に悪影響を及ぼす。  主蒸気温度が上昇することによる危険性は以下の通りです：（1）調整段の羽根が過負荷になる可能性があります。主蒸気温度が上昇すると、まず調節段のエンタルピー降下が増加する；負荷が変わらない状況下、特に高速蒸気弁の場合、第1調速蒸気弁のみが全開で他の調速蒸気弁が閉じている状態では、調整段の羽根が過負荷を起こすことになる。  （2）金属材料の機械的強度が低下し、クリープ速度が速くなる。主蒸気温度が過度に高くなると、主蒸気配管、自動主蒸気弁、調速蒸気弁、シリンダー、調整段の給気室などの高温金属部品の機械的強度が低下し、クリープ速度が加速する。シリンダー、バルブ、高圧シール部品などは緩みやすく、それによって機器の損傷や使用寿命の短縮を引き起こします。温度の変動幅が大きく、頻繁に起こる場合、これらの高温部品は交番熱応力によって疲労損傷を受け、ひび割れが生じて破損します。これらの現象は、高温下での作業時間が長くなるにつれて、損傷の進行速度が速くなる。  （3）機械に振動が発生する可能性があります。蒸気温度が高すぎると、各加熱される金属部品の熱変形や熱膨張が増大し、膨張が妨げられると、発電機組に振動が生じる可能性があります。  機組の運用規程においては、主蒸気温度の限界や、ある一定の過温状態下で許容される運転時間について、厳格な規定を設けるべきである。一般的な対処原則は、主蒸気温度が規定範囲を超えた場合は、ボイラー当直員に連絡して速やかに調整・冷却を行わせ、タービン当直員は全面的な監視・点検を強化する。もし蒸気温度がまだシリンダー材料が許容する最高使用温度以下であれば、短時間の運転は許可されるが、規定の運転時間を超えた場合は停止させなければならない；もし蒸気の温度がシリンダー材料が許容する最高使用温度を超えた場合は、直ちにブレーキをかけて停止させなければならない。例えば、中規模の蒸気タービンの定格主蒸気温度は435℃であり、主蒸気温度が440℃を超えた場合は、ボイラー担当者に連絡して温度を下げる必要がある；主蒸気が445～450℃に達した場合、連続運転時間は30分を超えてはならず、年間の累計運転時間は20時間を超えてはならない；主蒸気温度が450℃を超えた場合は、直ちに故障停止しなければならない。  4、主蒸気温度の低下　主蒸気圧力と凝縮真空が変わらない状態で主蒸気温度が低下すると、タービン内における主蒸気の全エンタルピー減少量が小さくなる。定格負荷を維持するためには、調速弁の開度を大きくして主蒸気の供給量を増やさなければならない。一般的に、発電機の主蒸気温度が10℃下がるごとに、蒸気消費量は1.3％～1.5％増加する。  主蒸気温度が低下すると、発電機組の経済性に影響を与えるだけでなく、運用の安全性も脅かされます。 その主な害は、（1）最終段のブレードが過負荷になる可能性があることです。主蒸気温度が低下すると、定格負荷を維持するために主蒸気流量を増やさなければならず、最終段のエンタルピー降下が大きくなり、最終段のブレードが過負荷状態になる可能性がある。  （2）最も下の数段の羽根の蒸気湿度が上昇する。主蒸気圧力が変わらず温度が下がると、最終段の羽根における蒸気の湿度が上昇する。これにより、最終段の動翼における湿り蒸気損失が増大するだけでなく、数段前の動翼への水滴による侵食も激しくなり、羽根の使用寿命が短くなる。  （3）各段階で反動度が増加する。主蒸気温度が低下すると、各段階での反動度が増加し、ローターの軸方向の推力が著しく大きくなる。その結果、推力ブラケットの温度が上昇し、発電機の運転の安全性や信頼性が低下する。  （4）高温部品は大きな熱応力と熱変形を生じる。主蒸気温度が急激に大幅に低下すると、自動主蒸気弁のケーシング、調整段、シリンダーなどの高温部品の内壁温度も急降下し、大きな熱応力や熱変形が生じる。深刻な場合には、金属部品にひび割れが発生したり、タービンの可動部・静止部に摩耗事故が起こったりする可能性がある；主蒸気温度が限界値に達した場合は、遮断して停止させるべきである。  （5）水撃の可能性がある。主蒸気温度が50℃以上急激に低下した場合、それはしばしば水撃事故の前兆であり、タービンの当直員は厳重に注意を払わなければならない。主蒸気温度がさらに低下し続ける場合、機組の安全を確保するため、直ちに停止させなければならない。

勉強になりました。ご返答ありがとうございます。初心者として感謝しております。これからもぜひ交流しながら学びたいです*ハ。

海川とは交流の場であり、皆が互いに学び合い、共に成長していくのです。