JP2000509457A - 蒸気タービンの過負荷蒸気導入制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は蒸気の主流れ経路（２）を備えた蒸気タービン（１１）の蒸気導入制御装置（１）に関する。この主流れ経路（２）は少なくとも一つの調節弁（４）によって開口断面積を調節できる流れ開口（１２）を有している。調節弁（４）を介して主流れ経路（２）は副流れ経路（３）に流れ的に接続できる。本発明は更に、調節弁（４）において主蒸気（１９）の部分流を分岐して、これを調整段（１８ａ）の下流に位置するタービン段（１８）に導入するような蒸気タービン（１１）の過負荷蒸気導入方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気タービンの過負荷蒸気導入制御装置及び方法 本発明は、蒸気の主流れ経路を備えこの主流れ経路の流れ開口断面積を調節す る調節弁が設けられている蒸気タービンの蒸気導入制御装置に関する。また本発 明は、多数のタービン段を有する蒸気タービンへの過負荷蒸気の導入方法に関す る。 部分送入式蒸気タービンの一部は一時的にその計算された設計出力を超える出 力を発生できるように設計されている。この増大した出力は、１９７２年、Ｗ． ギラルデート出版（エッセン）のハンスワルター レーマー著の本「蒸気タービ ンの構造および運転入門（Ｄａｍｐｆｔｕｒｂｉｎｅｎ，Ｅｉｎｆｕｈｒｕｎｇ ｉｎ Ｂａｕ ｕｎｄ Ｂｅｔｒｉｅｂ）」の第１章の７．３、７．４に記載 されているような部分送入式で運転される蒸気タービンにおいて利用されている 。蒸気タービンの部分送入は互いに並列接続され順次開かれる多数の弁によって 達成され、これによって最初のタービン静翼、調整段に主蒸気流を容積的に制御 して供給できる。これらの弁は共通の一本の弁棒に結合されている。この弁棒の 操作行程によって各弁が順次に制御して開かれる。短期間に高出力を得るために 、弁棒に過負荷弁が補助的に結合して設けられている。この過負荷弁を通して主 蒸気の一部が調整段を迂回して下流に位置する全周送入されるタービン段に直接 導入される。増大した蒸気流量は少ないタービン段で仕事をし、これによって（ たとえたいていは僅かであっても）効率が低下するが、しかし（特に後続する段 落の増大した長さに基づいて）出力を増大することができる。 本発明の課題は、特に蒸気タービンに過負荷蒸気を導入するために蒸気部分流 を用意できる制御装置を提供することにある。本発明のもう一つの課題は蒸気タ ービンに過負荷蒸気を導入する方法を提供することにある。 制御装置に関する課題は本発明に基づいて、少なくとも一つの調節弁によって 開口断面積を調整できる流れ開口を有する蒸気の主流れ経路を備えた蒸気タービ ンの蒸気導入制御装置において、調節弁を介して主流れ経路に流れ的に接続でき る蒸気の副流れ経路が設けられていることによって解決される。 これによって主流れ経路から副流れ経路に蒸気を分岐することができる。これ は追加的な過負荷弁なしに制御装置によって蒸気タービンの主蒸気から蒸気を分 岐することができるという利点を有する。従って調節弁は二重の機能、即ち蒸気 タービンの蒸気量を加減調整する機能と、蒸気タービンの出力を増大するために 過負荷蒸気を導入する機能とを果たす。 調節弁が流れ開口断面積を全開したときに副流れ経路も全開されると好ましい 。従って副流れ経路が全開された場合に特に常に副流れ経路に主蒸気が全供給さ れるので、この場合連続的に過負荷運転（出力増大）することができる。これは 特に絞り調速式蒸気タービンにおいて有利である。この場合タービン翼付きター ビン軸を収容する蒸気タービンのドラム（車室）の中に蒸気が過負荷導入される 。 絞り調速式蒸気タービンにおいて過負荷蒸気導入なしに過負荷運転するために は、主蒸気圧を増大しなければならないか、又はこれができないときに定格負荷 において絞り操作を実行しなければならない。その場合、５％の過負荷は同様に 約５％の絞り操作を前提とする。これは絞り操作なしで運転する場合に比べて蒸 気タービンの熱消費率を約５％悪化させることに相当した。 主流れ経路が全開している場合、即ちタービン翼に全供給されている場合にド ラム（車室）に過負荷蒸気を導入することを可能にする本発明に基づく制御装置 によれば、過負荷運転状態において熱消費量は過負荷運転作用をしない形態に比 べて場合によってはほんの僅かに（約０．１％）悪化するが、定格負荷において ５％絞られた蒸気タービンの熱消費率の悪化が少なくとも相殺される。 部分供給される場合、即ち流れ開口断面積が完全にあるいは少なくとも部分的 に閉じられている（絞られている）場合、副流れ経路は全閉される。これによっ て蒸気タービンの過負荷運転中にだけ過負荷蒸気を導入する目的で副流れ経路を 介して蒸気が分岐されることが保証される。 本発明に基づく制御装置の場合、調節弁は弁ピストンとピストンケースとを有 している。このピストンケースは主流れ経路から分岐して弁ピストンに通じてい る入口流路と、弁ピストンから副流れ経路に通じている出口流路とを有している 。弁ピストンは入口流路を流れ的に出口流路に接続できる副路を有している。従 っ て調節弁に既に過負荷運転能力が一体化されているので、補助的な過負荷弁を設 置することを放棄することができる。これによって特別な補助配管および増大し た所要スペースによる補助的な構造的経費が回避される。調節弁が全開している 場合、入口流路、副路および出口流路を介して主流れ経路と副流れ経路とが流れ 的に接続されている。 殊に主軸線に沿って延びている弁ピストンにおいて、副路はほぼその主軸線に 対して回転対称の周溝として形成されている。副路を異なった形で形成すること 、例えば中央孔としてあるいは弁ピストンで閉鎖できるピストンケースにある溝 として形成することも勿論できる。 調節弁は特にディフューザ形弁、特に単座形ディフューザ形弁である。これは 蒸気タービンの主蒸気導入管において非常しゃ断弁と組み合わされる。弁ピスト ンおよびこれに続いている弁スピンドルは単一部品として作られる。弁スピンド ルおよび弁ピストンにおける滑り面は例えばプラズマアーク法によってステライ トを被覆される。弁ピストンは個々の液圧式駆動装置によって調節される。 本発明に基づく制御装置は特に蒸気タービン、特に多数のタービン段を有する 絞り調速式蒸気タービンに配置される。各タービン段はそれぞれ動翼列および静 翼列を含み、その主流れ経路は流れ方向において最初のタービン段いわゆる調整 段に開口し、副流れ経路は最初のタービン段の下流に位置するタービン段に開口 している。これによって調整段に流入する主蒸気とほぼ同じ蒸気状態をしている 主蒸気が副流れ経路を介してもっと下流に位置するタービン段に直接導入される 。従ってこのタービン段において蒸気状態が高められ、特に圧力および温度が高 められ、それにより動翼がより大きなエネルギで付勢され、これに伴ってタービ ン出力が高められる。 殊に制御装置は少なくとも部分的に蒸気タービンのタービン車室に一体に鋳造 成形されている。このために特に、タービン車室に直接鋳造される調節弁並びに 例えばタービン車室にあるいはその中に鋳造された過負荷配菅として形成された 副流れ経路が提供される。制御装置をタービン車室に少なくとも部分的に結び合 わせることによって、過負荷蒸気導入装置は特に単純な構造形態で安価な構造的 経費および大きな機械的安全性をもって形成できる。勿論、調節弁をタービン車 室にボルト結合すること、タービン車室に過負荷配管をドリル加工するかこれに 溶接するかあるいはボルト結合することもできる。 蒸気タービンに過負荷蒸気を導入する方法に関する課題は本発明に基づいて、 主蒸気を主流れ経路を介して流れ方向に見て最初のタービン段に絞り調節して導 入する調節弁が全開したら、副流れ経路が開かれ、この副流れ経路を通して調節 弁から部分蒸気流が分岐され、調整段の下流に位置するタービン段に導入される ことによって解決される。従って調節弁は、一方では調整段に流入する主蒸気流 量を加減調節するために使われ、他方ではもっと下流に位置するタービン段に追 加的に供給することを可能にするように二重の機能を有している。この後者の供 給は殊に調節弁が全開している場合、従って蒸気タービンが全供給される場合に 行われる。この供給によって対応したタービン段において過負荷蒸気の導入が実 行され、このタービン段における蒸気状態が高められる。これは全負荷運転にお いて蒸気タービンの出力を増大し、従って、増大した吸収能力によって生ずる熱 消費量不足は十分に補償される。 以下図に示した実施例を参照して本発明に基づく蒸気タービンの蒸気導入制御 装置および過負荷蒸気導入方法を詳細に説明する。 図１は蒸気導入制御装置が部分的に一体鋳造成形されている蒸気タービンの横 断面図、 図２は図１における一部拡大断面図、 図３は蒸気タービンのタービン軸に沿った縦断面図である。 図１、図２および図３は分かり易くするために概略的に正確な縮尺に基づかず に示されている。各図において同一部品には同一符号が付されている。 図１は、最初のタービン段即ち調整段１８ａの下流に位置するタービン段１８ （図３参照）に過負荷蒸気を導入するための制御装置１を備えた蒸気タービン１ １の横断面図を示している。この制御装置１はタービン車室９にその両側にそれ ぞれ結合され特に一体に鋳造成形されるかボルト結合されたディフューザ形調節 弁４を有している。各調節弁４は、主軸線１５に沿って延びる弁ピストン４ａと 、この弁ピストン４ａを少なくとも部分的に包囲するピストンケース４ｂを有し ている。弁ピストン４ａはピストンケース４ｂ内を主軸線５に沿って移動できる 。 タ−ビン車室９内に配置されタービン軸線２０に沿って延びるタービン軸８を駆 動するための蒸気の主流れ経路２が各調節弁４を通って延びている（図３参照） 。各調節弁４内において主流れ経路２は弁ピストン４ａで開口断面積を調節でき る流れ開口１２を有している。弁ピストン４ａは図２に示されているように主軸 線１５に対してほぼ回転対称の周溝７を有している。ピストンケース４ｂは主流 れ経路２から弁ピストン４に通じている入口流路１３を有している。ピストンケ ース４ｂは入口流路１３と反対側に、副流れ経路３に開口している出口流路１４ を有している。副流れ経路３はタービン車室９内を延びている過負荷配管６を含 んでいる。この過負荷配菅６はタービン車室９に一体に鋳造形成されるかドリル 加工され、あるいは配管として作られ、調整段１８ａの下流に位置するタービン 段１８に開口している（図３参照）。各タービン段１８、１８ａは静翼列１７お よびこの下流に隣接して位置する動翼列１６を有している。 弁ピストン４ａは図示されていない調整駆動装置によって蒸気タービン１１の 必要な出力に応じて主軸線１５に沿って移動され、流れ開口１２がそれに応じて 調整されて蒸気タービン１１への主蒸気１９の流量が加減される。流れ開口１２ が全開されている場合、弁ピストン４ａは入口流路１３が周溝によって形成され ている副路７を介して流れ的に出口流路１４に接続されている位置にあるか、あ るいはそのような位置に主軸線１５に沿って移動される。これによって主蒸気１ ９の部分流が主流れ経路２から副流れ経路３に導かれ、過負荷蒸気導入が達成さ れる。これによって調節弁４から主蒸気１９が過負荷配管６（図３参照）を介し てもっと下流に位置するタービン段１８に導かれる。この主蒸気１９はこのター ビン段１８並びにもっと下流に位置するタービン段により強いエネルギを与え、 これによって蒸気タービン１１の出力を高める。流れ開口１２が弁ピストン４ｂ によって全閉されているか部分的に閉鎖されているとき、主流れ経路２と副流れ 経路３との流れ接続はしゃ断される。 本発明は、蒸気タービンに流入する主蒸気量を調節する調節弁において追加的 に主蒸気流から蒸気部分流が分岐され、これが過負荷蒸気導入のために下流に位 置するタービン段に導かれるような制御装置によって特徴づけられる。安価な構 造経費で特にコンパクトな形態で蒸気タービンに全供給して過負荷運転できる。 調節弁および過負荷配管のような制御装置の一部はタービン車室に一体鋳造成形 できる。絞り調速の際に生ずる熱消費量不足は過負荷蒸気導入によって補償され る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．調節弁（４）とこの調節弁（４）によって開口断面積を調節できる流れ開口 （１２）を有する蒸気の主流れ経路（２）とを備えた蒸気タービン（１１）の蒸 気導入制御装置（１）において、調節弁（４）を介して主流れ経路（２）に流れ 的に接続できる蒸気の副流れ経路（３）が設けられていることを特徴とする蒸気 タービン（１１）の蒸気導入制御装置（１）。 ２．調節弁（４）が流れ開口（１２）を全開するや否や、副流れ経路（３）が全 開されることを特徴とする請求項１記載の制御装置（１）。 ３．調節弁（４）が流れ開口（１２）を全閉するかあるいは少なくとも部分的に 閉鎖するとき、副流れ経路（３）が全閉されることを特徴とする請求項１又は２ 記載の制御装置（１）。 ４．調節弁（４）が弁ピストン（４ａ）とピストンケース（４ｂ）とを有し、こ のピストンケース（４ｂ）が主流れ経路（２）から分岐して弁ピストン（４ａ） に通じている入口流路（１３）と弁ピストン（４ａ）から副流れ経路（３）に通 じている出口流路（１４）とを有し、弁ピストン（４ａ）が入口流路（１３）を 流れ的に出口流路（１４）に接続できる副路（７）を有していることを特徴とす る請求項１ないし３のいずれか１つに記載の制御装置（１）。 ５．弁ピストン（４ａ）が主軸線（１５）に沿って延び、副路（７）がほぼその 主軸線（１５）に対して回転対称の周溝であることを特徴とする請求項４記載の 制御装置（１）。 ６．調節弁（４）がディフューザ形弁であることを特徴とする請求項１ないし５ のいずれか１つに記載の制御装置（１）。 ７．それぞれ動翼列（１６）および静翼列（１７）を含む多数のタービン段（１ ８、１８ａ）を有する特に絞り調速式蒸気タービンに配置され、その主流れ経路 （２）が流れ方向において最初のタービン段（１８ａ）に開口し、副流れ経路（ ３）が最初のタービン段（１８ａ）の下流に位置するタービン段（１８）に開口 していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の制御装置（ １）。 ８．蒸気タービン（１１）のタービン車室（９）に少なくとも部分的に一体に鋳 造成形されているか溶接あるいはボルト結合されていることを特徴とする請求項 １ないし７のいずれか１つに記載の制御装置（１）。 ９．副流れ経路（３）がタービン車室（９）に一体に鋳造成形されているかドリ ル加工されあるいは溶接又はボルト結合されている過負荷配管（６）を有してい ることを特徴とする請求項７又は８記載の制御装置（１）。 １０．それぞれ動翼列（１６）および静翼列（１７）を含む多数のタービン段（ １８、１８ａ）を有する蒸気タービン（１１）の過負荷蒸気の導入方法において 、主蒸気を主流れ経路（２）を介して流れ方向に見て最初のタービン段（１８ａ ）に絞り調節して導入できる調節弁（４）が全開したら、副流れ経路（３）が開 かれ、この副流れ経路（３）を通して調節弁（４）から部分蒸気流が分岐され、 最初のタービン段（１８ａ）の下流に位置するタービン段（１８）に導入される ことを特徴とする蒸気タービン（１１）の過負荷蒸気導入方法。