涡轮系统以及涡轮系统起动控制方法.pdf

本发明提供一种能够将在涡轮转子中产生的热应力、和由热膨胀引起的机室的伸长和涡轮转子的伸长的差即伸长差抑制在规定值以下来起动涡轮的涡轮系统。本发明的涡轮系统(1)具有：涡轮(4)，具有机室(2)和旋转自如地安装在该机室(2)内的涡轮转子(3)；以及，主蒸汽管(5)，连接在该涡轮(4)的机室(2)的上游侧。在该主蒸汽管(5)上设有对流入机室(2)的蒸汽的流量进行调节的控制阀(6)，发电机(7)连接在涡轮转子(3)上。并且，在控制阀(6)上连接有求出操作控制阀(6)的操作量来控制控制阀(6)从而起动涡轮(4)的起动控制装置(10)。

1、  一种涡轮系统，其特征在于，具有：
涡轮，具有机室和旋转自如地安装在该机室内的涡轮转子；
主蒸汽管，连接在该涡轮的机室的上游侧；
控制阀，设置在该主蒸汽管上，对流入所述机室的蒸汽的流量进行调节；
发电机，连接在所述涡轮转子上；以及，
起动控制装置，控制所述控制阀而使所述涡轮起动；
所述起动控制装置具有：
起动控制单元，根据流入所述机室的蒸汽的蒸汽条件、涡轮转子的转子温度以及机室的机室温度，来预测在预测时间区间内在涡轮转子中产生的热应力、和由热膨胀引起的机室的伸长与涡轮转子的伸长的差即伸长差，以将这些预测的热应力以及伸长差抑制在规定值以下的方式按照每个时间段计算该预测时间区间内的所述控制阀的操作量推移图案，并根据该操作量推移图案求出所述控制阀的操作量；以及，
控制阀控制单元，根据由该起动控制单元求出的控制阀的操作量来驱动所述控制阀。

2、  如权利要求1所述的涡轮系统，其特征在于，
所述涡轮在涡轮转子的外周设有涡轮动叶，并且，在所述机室内设有涡轮喷嘴，设置多个由该涡轮喷嘴和涡轮动叶的一对构成的级而形成蒸汽通路部，
所述起动控制装置的起动控制单元具有：
第一级蒸汽温度·热传导率预测单元，预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级附近的蒸汽的第一级蒸汽温度以及该第一级附近的蒸汽的热传导率；
第一级金属温度预测单元，根据由该第一级蒸汽温度·热传导率预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的第一级蒸汽温度和热传导率、以及第一级的第一级金属温度，来预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级金属温度变化率；
热应力预测单元，根据由该第一级金属温度预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的第一级金属温度变化率，来预测该预测时间区间内的各时间段中在涡轮转子中产生的热应力；
通路部蒸汽温度·流量预测单元，根据流入所述机室的蒸汽的蒸汽条件来预测该预测时间区间内的各时间段中的流过所述蒸汽通路部的蒸汽的通路部蒸汽温度以及通路部蒸汽流量；
转子温度预测单元，根据由该通路部蒸汽温度·流量预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的通路部蒸汽温度和通路部蒸汽流量、以及涡轮转子的转子温度，来预测该预测时间区间内的各时间段中的转子温度变化率；
机室温度预测单元，根据由所述通路部蒸汽温度·流量预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的通路部蒸汽温度和通路部蒸汽流量、以及机室的机室温度，来预测该预测时间区间内的各时间段中的机室温度变化率；
伸长差预测单元，根据由所述转子温度预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的转子温度变化率和由机室温度预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的机室温度变化率，来预测该预测时间区间内的各时间段中的由热膨胀引起的机室的伸长与涡轮转子的伸长的差即伸长差；以及，
操作量算出单元，将由所述热应力预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的热应力、和由伸长差预测单元预测的该预测时间区间内的各时间段中的伸长差分别抑制在规定值以下，并且，根据这些热应力和伸长差，按照每个时间段来计算该预测时间区间内的控制阀的操作量推移图案，并将该操作量推移图案中的最初的时间段中的操作量作为控制阀的操作量而求出。

3、  根据权利要求2所述的涡轮系统，其特征在于，
所述起动控制单元的第一级蒸汽温度·热传导率预测单元根据主蒸汽管内的蒸汽的管内蒸汽压力和管内蒸汽温度、涡轮转子的涡轮转速、发电机的发电机负载、以及在起动控制单元的操作量算出单元中求出的该预测时间区间内的各时间段中的操作量推移图案，来预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级蒸汽温度以及热传导率。

4、  根据权利要求2所述的涡轮系统，其特征在于，
所述起动控制单元的通路部蒸汽温度·流量预测单元，根据主蒸汽管内的蒸汽的管内蒸汽压力、管内蒸汽温度和管内蒸汽流量，涡轮转子的涡轮转速，发电机的发电机负载，以及在起动控制单元的操作量算出单元中求出的该预测时间区间内的各时间段中的操作量推移图案，来预测通路部蒸汽温度以及通路部蒸汽流量。

5、  根据权利要求2所述的涡轮系统，其特征在于，
所述起动控制单元的热应力预测单元具有根据所预测的该预测时间区间内的各时间段中在涡轮转子中产生的热应力来评价伴随着涡轮转子的寿命消耗而消耗的寿命的功能。

6、  根据权利要求5所述的涡轮系统，其特征在于，
所述起动控制单元的操作量算出单元具有：
根据所求出的该预测时间区间内的各时间段中的操作量推移图案来求出起动涡轮转子时消耗的燃料的燃料消耗成本的功能；以及，
求出起动涡轮后直到成为能够出售由发电机发电的电力的运转状态为止的期间内无法出售的电力的售电丧失成本的功能，
根据由所述热应力预测单元求出的所述涡轮转子消耗的寿命、由所述操作量算出单元求出的燃料消耗成本和售电丧失成本，来按照每个时间段计算该预测时间区间中的控制阀的操作量推移图案。

7、  根据权利要求2所述的涡轮系统，其特征在于，
所述起动控制单元的操作量算出单元具有如下的功能：在实际测量的伸长差超过规定值的情况下，将涡轮转子的涡轮转速和发电机的负载分别维持在当前时间的涡轮转速和发电机的负载。

8、  根据权利要求2所述的涡轮系统，其特征在于，
所述起动控制单元的操作量算出单元具有如下的功能：在实际测量的伸长差超过规定值的情况下，停止涡轮转子的旋转。

9、  一种涡轮系统起动控制方法，起动涡轮系统，其特征在于，
所述涡轮系统具有：
涡轮，具有机室和旋转自如地安装在该机室内的涡轮转子；
主蒸汽管，连接在该涡轮的机室的上游侧；
控制阀，设置在该主蒸汽管上，对流入所述机室的蒸汽的流量进行调节；
发电机，连接在所述涡轮转子上；以及，
起动控制装置，具有控制所述控制阀而使所述涡轮起动的起动控制单元和控制阀控制单元；
所述涡轮系统起动控制方法具有以下过程：
利用所述起动控制装置的起动控制单元，根据流入所述机室的蒸汽的蒸汽条件、涡轮转子的转子温度、以及机室的机室温度，来预测在预测时间区间内在涡轮转子中产生的热应力、和由热膨胀引起的机室的伸长与涡轮转子的伸长的差即伸长差，以将这些预测的热应力以及伸长差抑制在规定值以下的方式按照每个时间段计算该预测时间区间内的所述控制阀的操作量推移图案，并根据该操作量推移图案求出所述控制阀的操作量；以及，
利用所述起动控制装置的控制阀控制单元，根据由所述起动控制单元求出的控制阀的操作量，来驱动所述控制阀。

涡轮系统以及涡轮系统起动控制方法
技术领域
本发明涉及对具有机室和以旋转自如的方式安装在该机室内的涡轮转子的涡轮进行起动控制的涡轮系统以及涡轮系统起动控制方法，尤其涉及能够将在涡轮转子中产生的热应力、以及由热膨胀引起的机室的伸长和涡轮转子的伸长的差即伸长差抑制在规定值以下来起动涡轮的涡轮系统以及涡轮系统起动控制方法。
背景技术
通常，在起动涡轮时，流入涡轮的机室的蒸汽的蒸汽温度上升，同时，该蒸汽的蒸汽流量增大，由此，首先涡轮转子表面的表面金属温度上升。然后，涡轮转子表面的热通过热传导传递至涡轮转子内部。由此，涡轮转子内部的内部金属温度的温度上升比涡轮转子表面的表面金属温度的温度上升迟。因此，涡轮转子的表面和内部之间的温度分布产生偏差，在涡轮转子中产生热应力。在该热应力较大的情况下，存在显著地缩短涡轮转子的寿命的情况。
因此，公知有将在涡轮的涡轮转子中产生的热应力抑制在规定值以下、同时以使涡轮的起动时间最短的方式对涡轮的起动进行控制的装置(例如参照专利文献1以及专利文献2)。
其中，在专利文献1所记载的汽轮机起动控制装置中，求出表示涡轮转子的涡轮转速的变化率的涡轮加速度以及表示发电机的负载的上升率的负载上升率来控制涡轮的起动，以使配置在涡轮转子的外周的第一级的第一级金属温度等沿着预先登记的预定的推移图案推移。
并且，在专利文献2所记载的涡轮起动控制装置中，通过假定涡轮转子的涡轮加速度和发电机的负载上升率恒定而进行计算，减少计算的变量从而简化了计算。
[专利文献1]日本特开平9-317404号公报
[专利文献2]日本特开2006-257925号公报
然而，在起动涡轮时，通过设置在涡轮转子和收纳该涡轮转子的机室之间的蒸汽通路部的蒸汽的温度上升同时蒸汽的流量增大。在该情况下，涡轮转子以及机室都在涡轮转子的长轴方向伸长。此处，涡轮转子和机室的材料以及形状分别不同。由此，涡轮转子的伸长量和机室的伸长量不同，同时，涡轮转子的伸长量变化的趋势和机室的伸长量变化的趋势也不同。因此，作为涡轮转子的伸长与机室的伸长的差的伸长差变大，考虑在最坏的情况下涡轮转子侧的旋转部件与机室侧的静止部件接触的情况。
发明内容
本发明就是考虑这种问题而做出的，其目的在于提供一种能够将在涡轮转子中产生的热应力、以及由热膨胀引起的机室的伸长和涡轮转子的伸长的差即伸长差抑制在规定值以下来起动涡轮的涡轮系统以及涡轮系统起动控制方法。
基于本发明的涡轮系统的特征在于，具有：涡轮，具有机室和旋转自如地安装在该机室内的涡轮转子；主蒸汽管，连接在该涡轮的机室的上游侧；控制阀，设置在该主蒸汽管上，对流入所述机室的蒸汽的流量进行调节；发电机，连接在所述涡轮转子上；以及，起动控制装置，控制所述控制阀从而起动所述涡轮，所述起动控制装置具有：起动控制单元，根据流入所述机室的蒸汽的蒸汽条件、涡轮转子的转子温度以及机室的机室温度，来预测在预测时间区间内在涡轮转子中产生的热应力、和由热膨胀引起的机室的伸长与涡轮转子的伸长的差即伸长差，以将这些预测的热应力以及伸长差抑制在规定值以下的方式按照每个时间段计算该预测时间区间内的所述控制阀的操作量推移图案，并根据该操作量推移图案求出所述控制阀的操作量；以及，控制阀控制单元，根据由该起动控制单元求出的所述控制阀的操作量来驱动所述控制阀。
并且，基于本发明的涡轮系统起动控制方法的特征在于，起动所述涡轮系统，所述涡轮系统具有：涡轮，具有机室和旋转自如地安装在该机室内的涡轮转子；主蒸汽管，连接在该涡轮的机室的上游侧；控制阀，设置在该主蒸汽管上，对流入所述机室的蒸汽的流量进行调节；发电机，连接在所述涡轮转子上；以及，起动控制装置，具有控制所述控制阀而使涡轮起动的起动控制单元和控制阀控制单元；其中，所述涡轮系统起动控制方法具有以下过程：利用所述起动控制装置的起动控制单元，根据流入所述机室的蒸汽的蒸汽条件、涡轮转子的转子温度、以及机室的机室温度，来预测在预测时间区间内在涡轮转子中产生的热应力、和由热膨胀引起的机室的伸长与涡轮转子的伸长的差即伸长差，以将这些预测的热应力以及伸长差抑制在规定值以下的方式按照每个时间段计算该预测时间区间内的所述控制阀的操作量推移图案，并根据该操作量推移图案求出所述控制阀的操作量；以及，利用所述起动控制装置的控制阀控制单元，根据由所述起动控制单元求出的所述控制阀的操作量，来驱动所述控制阀。
发明效果
根据本发明，不论运转状况如何，都能够一边将作用在涡轮转子上的热应力、以及涡轮转子的伸长和机室的伸长的差即伸长差抑制在规定值以下一边迅速地起动涡轮，能够提高涡轮的起动控制的精度。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式中的涡轮系统的整体结构的图。
图2是示出本发明的第一实施方式中的涡轮系统的涡轮的结构的图。
图3(a)是示出起动本发明的第一实施方式中的涡轮系统时的管内蒸汽压力、管内蒸汽温度、涡轮转速、以及发电机负载的推移的图，图3(b)是示出预测的热应力的推移的图，图3(c)是示出预测的伸长差的推移的图。
图4是示出在本发明的第二实施方式中的涡轮系统中寿命消耗成本和燃料消耗成本以及售电丧失成本之间的关系的图。
标记说明
1：涡轮系统；2：机室；2a：蒸汽通路部；3：涡轮转子；4：涡轮；5：主蒸汽管；6：控制阀；7：发电机；8：级；8a：涡轮动叶；8b：涡轮喷嘴；9：第一级；9a：涡轮动叶；9b：涡轮喷嘴；10：起动控制装置；11：起动控制单元；12：控制阀控制单元；13：第一级蒸汽温度·热传导率预测单元；14：第一级金属温度预测单元；15：热应力预测单元；16：通路部蒸汽温度·流量预测单元；17：转子温度预测单元；18：机室温度预测单元；19：伸长差预测单元；20：操作量算出单元
具体实施方式
第一实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此处，图1至图3是示出本发明的第一实施方式中的涡轮系统的图。其中，图1是示出本发明的第一实施方式中的涡轮系统的整体结构的图，图2是示出本发明的第一实施方式中的涡轮系统的涡轮的结构的图。并且，图3(a)是示出起动本发明的第一实施方式中的涡轮系统时的管内蒸汽压力、管内蒸汽温度、涡轮转速、以及发电机负载的推移的图，图3(b)是示出预测的热应力的推移的图，图3(c)是示出预测的伸长差的推移的图。
首先，根据图1以及图2对基于本发明的涡轮系统1的整体结构进行说明。此处，涡轮系统1用于对具有机室2和旋转自如地安装在该机室2内的涡轮转子3的涡轮4进行起动控制。
如图1以及图2所示，涡轮系统1具有：涡轮4，其具有机室2和旋转自如地安装在该机室2内的涡轮转子3；以及，主蒸汽管5，其一端连接在该机室2的上游侧，另一端连接在未图示的锅炉等蒸汽产生装置上。在该主蒸汽管5上设有调节从蒸汽产生装置流入机室2中的蒸汽的流量的控制阀6，发电机7连接在涡轮转子3上。并且，在涡轮转子3的外周上设有涡轮动叶8a，同时，在机室2内设有涡轮喷嘴8b。遍及圆周方向设置的涡轮喷嘴8b和涡轮动叶8a的一对构成级8，级8在轴方向设有多个从而形成蒸汽通路部2a。在该各级8中，将配置在最接近连接在机室2上的主蒸汽管5侧即上游侧的、由涡轮动叶9a和涡轮喷嘴9b构成的级称为第一级9。另外，蒸汽通路部2a表示机室2和涡轮转子3之间的尤其是蒸汽所流动的部分。
并且，如图1所示，在控制阀6上连接有起动控制装置10，该起动控制装置10求出用于操作该控制阀6的操作量来对控制阀6进行控制，从而起动涡轮4。
该起动控制装置10具有：起动控制单元11，其预测在预定的预测时间区间内在涡轮转子3中产生的热应力σs(k+j)(j＝1、2、……、m)、和由热膨胀产生的机室2的伸长与涡轮转子3的伸长的差即伸长差Exs(k+j)，求出该预测时间区间内的各时间段中的控制阀6的操作量推移图案(pattern)，并根据该操作量推移图案求出控制阀6的操作量；以及，控制阀控制单元12，其根据由该起动控制单元11求出的操作量来驱动控制阀6。此处，所谓预测时间区间指的是相对于当前时间k、作为将来时间的从k+1到k+m之间的时间区间。
其中，起动控制单元11具有第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13，其根据涡轮系统1的状态量即蒸汽条件、转速、发动机负载等来预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级9附近的蒸汽的第一级蒸汽温度Ts(k+j)以及第一级9附近的蒸汽的热传导率hf(k+j)。
在该第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13中，在预测第一级蒸汽温度Ts(k+j)以及热传导率hf(k+j)时，使用如下参数：当前时间以前实际测量的主蒸汽管5内的蒸汽条件即管内蒸汽压力Pms以及管内蒸汽温度Tms、涡轮转子3的涡轮转速w、发电机7的发电机负载MW、以及由后述的操作量算出单元20求出的控制阀6的操作量推移图案。
此处，操作量推移图案由表示涡轮转子3的涡轮转速w的变化率的涡轮加速度(昇速率)dw(k+j)、以及表示发电机7的负载MW的上升率的负载上升率dMW(k+j)表示。在该第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13中使用的涡轮加速度dw(k+j)以及负载上升率dMW(k+j)是利用后述的操作量算出单元20在该预测时间区间内的各时间段中通过刚才的重复计算求出的值。
在该第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13上连接有第一级金属温度预测单元14，所述第一级金属温度预测单元14用于预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级金属温度变化率dTmet(k+j)。
在该第一级金属温度预测单元14中，在预测第一级金属温度变化率dTmet(k+j)时，使用如下参数：由第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13预测的该预测时间区间内的各时间段中的第一级蒸汽温度Ts(k+j)和热传导率hf(k+j)、以及表示在当前时间以前实际测量的第一级9附近的涡轮转子3的表面温度的第一级金属温度Tmet。
在该第一级金属温度预测单元14上连接有热应力预测单元15，所述热应力预测单元15用于预测该预测时间区间内的各时间段中在涡轮转子3中产生的热应力σs(k+j)。
在该热应力预测单元15中，在预测热应力σs(k+j)时使用由第一级金属温度预测单元14预测的该预测时间区间内的各时间段中的第一级金属温度变化率dTmet(k+j)。
并且，起动控制单元11具有通路部蒸汽温度·流量预测单元16，所述通路部蒸汽温度·流量预测单元16用于预测在该预测时间区间内的各时间段中流过蒸汽通路部2a的蒸汽的通路部蒸汽温度Tsp(k+j)以及该蒸汽的通路部蒸汽流量Qsp(k+j)。
在该通路部蒸汽温度·流量预测单元16中，在预测通路部蒸汽温度Tsp(k+j)以及通路部蒸汽流量Qsp(k+j)时使用以下参数：当前时间以前实际测量的主蒸汽管5内的蒸汽条件即管内蒸汽压力Pms、管内蒸汽温度Tms、以及管内蒸汽流量Fl，涡轮转子3的涡轮转速w，发电机7的发电机负载MW，以及由后述的操作量算出单元20求出的控制阀6的操作量推移图案。
如上所述，该该通路部蒸汽温度·流量预测单元16中使用的涡轮加速度dw(k+j)以及发电机7的负载上升率dMW(k+j)是在操作量算出单元20中在该预测时间区间内的各时间段中利用刚才的重复计算求出的值。
在该通路部蒸汽温度·流量预测单元16上连接有转子温度预测单元17，所述转子温度预测单元17用于预测该预测时间区间内的各时间段中的转子温度变化率dTr(k+j)。
在该转子温度预测单元17中，在预测转子温度变化率dTr(k+j)时使用如下参数：由通路部蒸汽温度·流量预测单元16预测的该预测时间区间内的各时间段中的通路部蒸汽温度Tsp(k+j)和通路部蒸汽流量Qsp(k+j)，以及当前时间以前实际测量的涡轮转子3的转子温度Tr。
另外，作为转子温度Tr并不限于涡轮转子3的例如在中心部分实际测量的温度，也可以使用第一级金属温度Tmet的值。或者，也可以将转子温度Tr形成为以转子的形状·材质等为基础从第一级金属温度Tmet或第一级金属温度变化率dTmet(k+j)推定的值。在该情况下，对于涡轮转子3的多个部位可以将推定的温度分别作为转子温度Tr。
并且，在通路部蒸汽温度·流量预测单元16上连接有机室温度预测单元18，所述机室温度预测单元18用于预测该预测时间区间内的各时间段中的机室温度变化率dTc(k+j)。
在该机室温度预测单元18中，在预测机室温度变化率dTc(k+j)时使用以下参数：由通路部蒸汽温度·流量预测单元16预测的该预测时间区间内的各时间段中的通路部蒸汽温度Tsp(k+j)和通路部蒸汽流量Qsp(k+j)，以及当前时间以前实际测量的机室2的机室温度Tc。
并且，在转子温度预测单元17以及机室温度预测单元18上连接有伸长差预测单元19，所述伸长差预测单元19用于预测该预测时间区间内的各时间段中的由热膨胀引起的机室2的伸长与涡轮转子3的伸长的差即伸长差Exs(k+j)。另外，在伸长差预测单元19中除此之外还输入有利用未图示的伸长差实际测量单元在当前时间以前实际测量的伸长差Ex。
在该伸长差预测单元19中，在预测伸长差Exs(k+j)时使用以下参数：由转子温度预测单元17预测的该预测时间区间内的各时间段中的转子温度变化率dTr(k+j)，以及由机室温度预测单元18预测的该预测时间区间内的各时间段中的机室温度变化率dTc(k+j)。
进一步，在热应力预测单元15以及伸长差预测单元19上连接有操作量算出单元20，所述操作量算出单元20按照每个时间段计算该预测时间区间内的控制阀6的操作量推移图案，并根据该操作量推移图案求出控制阀6的操作量。
在该操作量算出单元20中，在求出控制阀6的操作量时，将由热应力预测单元15预测的该预测时间区间内的各时间段中的热应力σs(k+j)以及由伸长差预测单元19预测的该预测时间区间内的各时间段中的伸长差Exs(k+j)分别抑制在规定值以下，同时以使起动涡轮4的时间为最短的方式按照每个时间段计算该预测时间区间内的控制阀6的操作量推移图案。
此处，针对热应力的规定值是使涡轮转子3的寿命不会显著地降低的预定的值，针对伸长差的规定值是涡轮转子3侧的涡轮动叶8a不会与机室2侧的涡轮喷嘴8b接触、能够使涡轮4运转的预定的值。
并且，在操作量算出单元20中，作为控制阀6的操作量求出以上述方式计算的操作量推移图案即涡轮加速度dw(k+j)以及负载上升率dMW(k+j)中的最初的时间段中的加速度dwopt以及负载上升率dMWopt。
并且，该操作量算出单元20具有如下功能：在当前时间实际测量的伸长差Exs(k+j)超过规定值的情况下，将涡轮转子3的涡轮转速w以及发电机7的负载MW分别维持在当前时间的涡轮转速w以及发电机7的负载MW。
接着，对由这种结构构成的本实施方式的作用、即基于本发明的涡轮系统起动控制方法进行说明。
在起动停止着的涡轮4时，如图1所示，首先，作为设备状态量分别实际测量以下参数：当前时间(k)以前的主蒸汽管5内的蒸汽的蒸汽条件即管内蒸汽压力Pms、管内蒸汽温度Tms、以及管内蒸汽流量Fl；涡轮转子3的涡轮转速w；发电机7的发电机负载MW；第一级9(参照图2)附近的涡轮转子3的表面温度即第一级金属温度Tmet；涡轮转子3的转子温度Tr；以及机室的机室温度Tc。
接着，在第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13中，根据实际测量的管内蒸汽压力Pms、管内蒸汽温度Tms、涡轮转速w、发电机负载MW、以及利用后述的操作量算出单元20在预定的预测时间区间内的各时间段中通过刚才的重复计算求出的涡轮加速度dw(k+j)(j＝1、2、……、m)和负载上升率dMW(k+j)，来预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级9附近的蒸汽的第一级蒸汽温度Ts(k+j)以及第一级9附近的蒸汽和第一级9附近的涡轮转子3表面之间的热传导率hf(k+j)。
接着，在第一级金属温度预测单元14中，根据利用第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13预测的第一级蒸汽温度Ts(k+j)和热传导率hf(k+j)、以及实际测量的第一级金属温度Tmet来预测该预测时间区间内的各时间段中的第一级金属温度变化率dTmet(k+j)。
接着，在热应力预测单元15中，根据利用第一级金属温度预测单元14预测的第一级金属温度变化率dTmet(k+j)来预测在该预测时间区间内的各时间段中在涡轮转子3中产生的热应力σs(k+j)。
与上述的利用第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13预测第一级蒸汽温度Ts(k+j)和热传导率hf(k+j)并行，在通路部蒸汽温度·流量预测单元16中，根据实际测量的管内蒸汽压力Pms、管内蒸汽温度Tms、涡轮转速w、发电机负载MW、管内蒸汽流量Fl、以及利用后述的操作量算出单元20在该预测时间区间内的各时间段中通过刚才的重复计算求出的涡轮加速度dw(k+j)和负载上升率dMW(k+j)来预测该预测时间区间内的各时间段中的流过蒸汽通路部2a的蒸汽的通路部蒸汽温度Tsp(k+j)以及该蒸汽的通路部蒸汽流量Qsp(k+j)。
接着，在转子温度预测单元17中，根据利用通路部蒸汽温度·流量预测单元16预测的通路部蒸汽温度Tsp(k+j)和通路部蒸汽流量Qsp(k+j)、以及实际测量的转子温度Tr来预测该预测时间区间内的各时间段中的转子温度变化率dTr(k+j)。
接着，在该机室温度预测单元18中，根据利用通路部蒸汽温度·流量预测单元16预测的通路部蒸汽温度Tsp(k+j)和通路部蒸汽流量Qsp(k+j)、以及实际测量的机室温度Tc来预测该预测时间区间内的各时间段中的机室温度变化率dTc(k+j)。
接着，在伸长差预测单元17中，根据利用转子温度预测单元17预测的该预测时间区间内的各时间段中的转子温度变化率dTr(k+j)和利用机室温度预测单元18预测的该预测时间区间内的各时间段中的机室温度变化率dTc(k+j)来预测在该预测时间区间内的各时间段中由热膨胀引起的机室2的伸长与涡轮转子3的伸长的差即伸长差Exs(k+j)。在该情况下，首先，在预测机室2的伸长的同时预测涡轮转子3的伸长，然后，求出该机室2的伸长与涡轮转子3的伸长的差即伸长差Exs(k+j)。
接着，在操作量算出单元20中，求出控制阀6的操作量。在该情况下，首先，将利用热应力预测单元15预测的该预测时间区间内的各时间段中的热应力σs(k+j)以及利用伸长差预测单元19预测的该预测时间区间内的各时间段中的伸长差Exs(k+j)分别抑制在规定值以下，同时，根据这些热应力σs(k+j)和伸长差Exs(k+j)，以使起动涡轮4的时间为最短的方式按照每个时间段计算该预测时间区间内的控制阀6的操作量推移图案、即涡轮转子3的涡轮加速度dw(k+j)以及发电机7的负载上升率dMW(k+j)。
接着，利用该操作量算出单元20计算出的涡轮加速度dw(k+j)以及负载上升率dMW(k+j)被反馈至第一级蒸汽温度·热传导率预测单元13以及通路部蒸汽温度·流量预测单元16，并用于接下来的重复计算。这样，该预测时间区间内的各时间段中的上述的计算过程重复进行直到满足预定的条件。
重复计算结束后，在操作量算出单元20中，根据该预测时间区间内的各时间段中的涡轮加速度dw(k+j)以及负载上升率dMW(k+j)中的最初的时间段(k+1)中的值求出操作用涡轮加速度dwopt以及操作用负载上升率dMWopt作为控制阀6的操作量。
接着，在控制阀控制单元12中，根据利用起动控制单元11的操作量算出单元20作为控制阀6的操作量求出的操作用涡轮加速度dwopt以及操作用负载上升率dMWopt来驱动控制阀6。即，根据该操作量调节控制阀6的阀开度，进而调节从未图示的锅炉等蒸汽产生装置通过主蒸汽管5以及控制阀6流入机室2的蒸汽的流量。
此处，在利用伸长差实际测量单元(未图示)在当前时间以前实际测量的伸长差Ex超过规定值的情况下，在操作量算出单元20中，涡轮转子3的涡轮转速2以及发电机7的负载MW分别被维持在当前时间的涡轮转速w以及发电机的负载MW。在该情况下，不仅能够进行预测的伸长差和规定值Exs的比较，还能够进行实际测量的伸长差Ex和规定值的比较，能够可靠地防止涡轮转子3侧的涡轮动叶8a与机室2侧的涡轮喷嘴8b接触。
接着，设置在涡轮转子3的外周上的多个级8的涡轮动叶8a受到流入机室2的蒸汽的压力从而涡轮转子3旋转，连接在涡轮转子3上的发电机7发电。
随后，将作为控制阀6的操作量求出的操作用涡轮加速度dwopt以及操作用负载上升率dMWopt的时间段(k+1)提前为当前时间，并设定新的预测时间区间进行上述的计算过程。这样，在操作量算出单元20中控制阀6的操作量推移图案被依次更新，根据该更新后的操作量推移图案对控制阀6的操作量进行控制从而涡轮4起动并运转。
在图3(a)中示出以上述方式起动涡轮的情况下的主蒸汽管5内的蒸汽的管内蒸汽压力Pms、管内蒸汽温度Tms、涡轮转子3的涡轮转速w、以及发电机7的发电机负载MW的推移。并且，图3(b)中示出预测的热应力σs(k+j)的推移，图3(c)中示出预测的伸长差Exs(k+j)的推移。如图3(b)、图3(c)所示，可以清楚在起动涡轮4时热应力σs(k+j)以及伸长差(k+j)分别被抑制在规定值以下。
这样，根据本实施方式，能够将涡轮转子3的热应力、以及涡轮转子3的伸长与机室2的伸长的差即伸长差抑制在规定值以下，同时使涡轮4的起动时间最短。由此，能够起动涡轮4并使其运转而不会显著地降低涡轮转子3的寿命、并且涡轮转子3侧的涡轮动叶8a不会与机室2侧的涡轮喷嘴8b接触。并且，能够缩短从起动涡轮4到成为能够出售利用发电机7发电的电力的运转状态为止的时间。因此，能够抑制在起动涡轮4之后丧失出售得到的电力的机会的情况。
另外，在本实施方式中，当在通路部蒸汽温度·流量预测单元16中求出通路部蒸汽温度Tsp(k+j)以及通路部蒸汽流量Qsp(k+j)时，使用实际测量的管内蒸汽流量Fl，但是并不限于此，也可以实际测量作为设备状态量的控制阀6的入口的蒸汽的压力和该控制阀6的阀开度，使用该压力和阀开度求出管内蒸汽流量Fl，进而求出通路部蒸汽温度Tsp(k+j)以及通路部蒸汽流量Qsp(k+j)。
本发明的变形例
接下来，对基于本发明的涡轮系统的变形例进行说明。对于本变形例，当实际测量的伸长差Ex超过规定值时停止涡轮转子的旋转，其他的结构与图1至图3所示的第一实施方式大致相同。
根据本变形例，在利用伸长差实际测量单元(未图示)在当前时间以前实际测量的伸长差Ex超过规定值的情况下，通过操作量算出单元20停止涡轮转子3的旋转。由此，能够可靠地防止涡轮转子3侧的涡轮动叶8a与机室2侧的涡轮喷嘴8b接触。
第二实施方式
接下来，根据图4对本发明的第二实施方式中的涡轮系统进行说明。此处，图4是示出在本发明的第二实施方式中的涡轮系统中寿命消耗成本和燃料消耗成本以及售电丧失成本(売電喪失コスト)之间的关系的图。
在图4所示的第二实施方式中，涡轮系统仅在求出操作量推移图案时考虑寿命消耗成本、燃料消耗成本以及售电丧失成本这点上不同，其他的结构都与图1至图3所示的第一实施方式大致相同。另外，在图4中，对与图1至图3所示的第一实施方式相同的部分赋予相同的标号并省略详细的说明。
本实施方式中的热应力预测单元15(参照图1)具有根据预测的该预测时间区间内的各时间段中的涡轮转子3中产生的热应力σs(k+j)来评价伴随着涡轮转子3的寿命的消耗而消耗的寿命的功能。即，在第一实施方式中，以使预测在涡轮转子3中产生的热应力σs(k+j)在预定值以下的方式进行起动控制，而本实施方式最初着眼于根据涡轮的寿命消耗来确定该热应力的规定值。
即，在涡轮系统1中，由于起动时产生的最大的热应力会使涡轮转子3的寿命缩短一定时间，因此，本实施方式的特征在于，并不是将热应力的规定值确定为固定值，而是使起动控制单元11的热应力预测单元15内具有规定热应力的最大值和寿命消耗的关系的函数。进而，根据预先求出的涡轮转子3的寿命和更换涡轮转子3时的成本之间的关系在各时间段中求出相当于预测的涡轮转子3的寿命消耗的成本作为寿命消耗成本。
并且，操作量算出单元20(参照图1)具有根据控制阀6的操作量推移图案、即该预测时间区间内的各时间段中的涡轮加速度dW(k+j)以及发电机7的负载上升率dMW(k+j)求出起动涡轮转子3时消耗的燃料的燃料消耗成本的功能。进一步，操作量算出单元20具有求出从起动涡轮4直到成为能够出售利用发电机7发电的电力的运转状态为止的期间内的无法出售的电力的售电丧失成本的功能。
在本实施方式中，在起动涡轮4时，进行涡轮4的起动操作的操作者根据寿命消耗成本、燃料消耗成本、售电丧失成本之间的关系选择起动涡轮4时的条件。即，在图4中，在操作者例如选择图4所示的被选择运转点处的条件的情况下，根据该被选择的条件利用操作量算出单元20求出操作量推移图案。
这样，根据本实施方式，操作者在考虑想要抑制起动涡轮4时的涡轮转子3的寿命消耗的情况下，能够选择寿命消耗成本被抑制的条件。并且，在考虑想要抑制起动涡轮4时的燃料的消耗的情况下，能够选择燃料消耗成本被抑制的条件。进一步，在考虑想要以不会丧失售电机会的方式出售利用发电机7发电的电力的情况下，能够选择售电丧失成本被抑制的条件。
因此，在起动涡轮4时，能够一边将涡轮转子3的热应力以及涡轮转子3和机室2的伸长差抑制在规定值以下一边使涡轮4的起动时间最短，同时，能够任意地选择由寿命消耗成本、燃料消耗成本、以及售电丧失成本之间的关系决定的起动条件来起动涡轮4并使其运转。