JP2003532825A - 蒸気タービンの蒸気入口軸部位の冷却方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 蒸気タービン（１０）における蒸気入口軸部位（３７）の冷却方法と装置に関する。蒸気タービンへの蒸気入口（２３）の上流において蒸気部分質量流（ｍ₁）を分岐し、冷却し、続いて蒸気入口に導き、該蒸気入口から残留蒸気質量流（ｍ₂）と共に蒸気タービンに導入する。これによって、分岐点に唯一の非常止め弁を配置するだけで足り、注入する冷却材に対する非常止め弁は不要となる。この結果制御および構造の単純化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は蒸気タービンの蒸気入口軸部位の冷却方法と装置に関する。

【０００２】 本件出願人出願の独国特許第１９８２３２５１号明細書に、蒸気タービンの低
圧段の蒸気入口軸部位を冷却する方法と装置が記載されている。該独国特許明細
書は、低圧段の状態に関係して、冷却材特に冷却系統からの凝縮水又は蒸気を低
圧段に注入することが提案している。この公知の処置の欠点は、冷却材の注入と
主蒸気の導入が分離され、互いに無関係に制御されねばならないことにある。従
って、冷却材と主蒸気に対し非常止め弁が必要となる。これら弁は、必要な過速
回転の防止と高い復水器圧力を保障するため、本質的に同時に制御し、同時に閉
鎖しなければならない。このために、構造と制御に高い経費がかかる。

【０００３】 本発明の課題は、蒸気タービンの蒸気入口軸部位を冷却する単純な方法並びに
蒸気入口軸部位を冷却する単純な構造の冷却装置を提供することにある。

【０００４】 本発明の基本構想に従い、蒸気タービンに導入する主蒸気流を分割することを
提案する。蒸気部分質量流を分岐し、冷却し、再び戻し、残留蒸気質量流を直接
蒸気タービンに導入する。

【０００５】 本発明に基づく方法を実施するため、特に蒸気タービンへの蒸気入口の上流に
おいて蒸気部分質量流を分岐し、冷却し、続いて蒸気入口に導き、該蒸気入口か
ら残留蒸気質量流と共に蒸気タービンに導入する。本発明に基づく装置では、主
蒸気管が冷却すべき蒸気部分質量流を排出する分岐管を有し、この分岐管が蒸気
部分質量流に対する冷却装置の下流において蒸気入口に導かれる。

【０００６】 この結果、分岐点の上流に配置した唯一の非常止め弁で足りる。注入する冷却
材に対する非常止め弁は省かれる。そのため、構造と制御が著しく単純になる。

【０００７】 本発明の有利な実施態様を従属請求項に示す。

【０００８】 本発明の有利な実施態様では、分岐する蒸気部分質量流は総導入蒸気質量流の
１０％より少なく、特にその５〜７％である。この結果、許容できない多量の蒸
気部分質量流の分岐と、これに伴う蒸気タービンの出力低下とが防止できる。

【０００９】 蒸気部分質量流の冷却には、主供給管から取り出した流体を用いるとよい。流
体の取り出しは、ボイラや再熱器の上流で行う。追加的な供給管は不要である。

【００１０】 本発明の有利な第１の実施態様では、蒸気部分質量流を熱交換器で冷却する。
主供給管から取り出した流体を熱交換器に導き、そこで加熱する。該流体を続い
てボイラや再熱器の上流で再び主供給管に戻す。結果的に熱損失は生じない。

【００１１】 本発明の有利な第２の実施態様では、蒸気部分質量流を水流の注入により冷却
する。その場合、通常蒸気部分質量流の温度は、注入した水流が完全に蒸発する
程に高く、その水流の蒸気は、分岐蒸気部分質量流と一緒に蒸気入口に導かれ、
蒸気入口から蒸気タービンに導入される。従ってここでも熱損失は生じない。

【００１２】 本発明の有利な実施態様では、冷却済み蒸気部分質量流の温度を、冷却装置の
下流で測定する。これによって、蒸気部分質量流の温度を的確に所定の設定値に
調整し、その際、温度を制御又は調整することもできる。好適には、その設定値
を冷却すべき蒸気タービンの状態に応じて決定する。

【００１３】 本発明の他の実施態様では、冷却済み蒸気部分質量流と残留蒸気質量流を、互
いに別個に蒸気タービンに導入する。蒸気部分質量流は冷却が必要な適宜の個所
に、これに対し残留蒸気質量流は蒸気タービンのタービン翼に直接導入する。

【００１４】 本発明に基づく装置において、主蒸気管からの分岐管は、主供給管から取り出
した流体で冷却される熱交換器に通じている。分岐管は、主供給管から取り出し
た水が注入される冷却室に通じていてもよい。その他の供給管は不要である。更
に、蒸気部分質量流から奪われた熱は系統内に留まる。

【００１５】 冷却済み蒸気部分質量流の温度を測定する温度センサを、冷却装置の下流に配
置するとよい。このようにして蒸気部分質量流は、蒸気タービンにおける状態に
関係して予め与えられた所定の温度に的確に冷却される。温度センサは温度調整
回路又は温度制御装置の一部をなす。

【００１６】 本発明の有利な実施態様では、熱交換器又は冷却室が排水装置を備える。該排
水装置により凝縮水を排出することで、支障なしに連続運転が可能である。

【００１７】 本発明の有利な実施態様では、蒸気入口は残留蒸気質量流に対するノズルと冷
却済み部分質量流に対するノズルとを備える。これにより両蒸気質量流の混合が
回避できる。冷却済み蒸気部分質量流を、冷却すべき蒸気入口軸部位に的確に導
入し、残留蒸気質量流を蒸気タービンのタービン翼に直接導入する。

【００１８】 以下、図に概略的に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。各図に
おいて同一部分には同一符号を付してある。

【００１９】 図１は、蒸気タービン１０をロータ１１と動翼１２で概略的に示す。ロータ１
１は軸線１３を中心として回転する。

【００２０】 蒸気タービン１０の運転に必要な蒸気は、非常止め弁１５を備えた主蒸気管１
４を介して導入する。主蒸気管１４には、主供給管１８およびボイラ又は再熱器
３４を介して蒸気を供給する。ボイラ又は再熱器３４と蒸気タービン１０への蒸
気入口２３との間に非常止め弁１５を接続している。蒸気タービン１０を止めよ
うとするとき、非常止め弁１５の閉鎖により蒸気の導入を完全に遮断する。

【００２１】 蒸気タービン１０の破線で示す蒸気入口軸部位３７を冷却するため、総導入蒸
気質量流・上ドット付きのｍ（以下単にｍと表記）が、蒸気入口２３の上流にお
いて蒸気部分質量流・上ドット付きのｍ₁（以下単にｍ₁と表記）と残留蒸気質量
流・上ドット付きのｍ₂（以下単にｍ₂と表記）とに分けられる。分岐管１６を経
て蒸気部分質量流ｍ₁が分岐され、熱交換器１７に導かれる。この蒸気部分質量
流ｍ₁を冷却するため、主供給管１８から水が供給管１９を経て取り出される。
供給管１９は弁２０で閉鎖できる。その取り出された水は熱交換器１７から出た
後、ボイラ又は再熱器３４の上流で再び主供給管１８に戻される。従って、蒸気
部分質量流ｍ₁から奪われた熱は保存される。冷却済み蒸気部分質量流ｍ₁は再び
蒸気入口２３に導かれ、そこから蒸気タービン１０に導入される。

【００２２】 熱交換器１７に弁２２付きの排水管２１を設けてある。場合により熱交換器１
７で生ずる凝縮水は、排水管２１を経て排出する。

【００２３】 蒸気入口２３は、残留蒸気質量流ｍ₂に対する第１ノズル２４と、分岐され冷
却された蒸気部分質量流ｍ₁に対する第２ノズル２５とを備える。第１ノズル２
４は残留蒸気質量流ｍ₂をロータ１１の動翼１２に導き、ロータ１１を回転させ
る。第２ノズル２５は冷却された蒸気部分質量流ｍ₁を、蒸気入口２３の範囲で
ロータ１１の外周面にある周溝２６に導入する。この結果、ロータ１１、従って
蒸気タービン１０の軸を蒸気入口軸部位３７で確実に冷却できる。特に軸方向に
おいてスラストをバランスするために必要なピストン３６を冷却できる。

【００２４】 分岐する蒸気部分質量流ｍ₁の量は、総導入蒸気質量流ｍの５〜７％、特に６
％である。

【００２５】 図２の実施例の場合も、蒸気部分質量流ｍ₁を分岐し、冷却室２７に導く。冷
却室２７内に、主供給管１８から取り出した水２９を注入する二相式冷却装置２
８を設けている。その水は非常止め調整弁３０とポンプ３１とを備えた供給管２
９を介して導く。これに伴い、導入する水流ｍ₃の量を高精度で制御できる。

【００２６】 注入した水流ｍ₃は冷却室２７で蒸発し、蒸気部分質量流ｍ₁と混合する。これ
ら両質量流ｍ₁＋ｍ₃を、配管３２を経て蒸気入口２３のノズル２５に導く。

【００２７】 図２の実施例で、分岐した蒸気部分質量流ｍ₁は、図１の実施例におけるより
幾分少ない。それは、水流ｍ₃の注入に伴い、図１の実施例の場合より多くの質
量流ｍ₁＋ｍ₃が蒸気タービン１０に流入することにある。分岐した蒸気部分質量
流ｍ₁は、図２の実施例の場合、総導入蒸気質量流ｍの例えば５．８％であり、
水流ｍ₃は０．２％である。

【００２８】 両実施例（図１および２）では、冷却装置の下流、即ち熱交換器１７又は二相
式冷却装置２８の下流に、蒸気部分質量流ｍ₁又はｍ₁＋ｍ₃の温度を検出する温
度センサ３３を設けている。このセンサ３３で測定した温度を所定の設定値と比
較する。その比較結果に応じ、熱交換器１７又は二相式冷却装置２８の冷却材供
給量を調整する。蒸気タービン１０に導入する冷却済み蒸気部分質量流ｍ₁又は
ｍ₁＋ｍ₃の温度を、この処置に伴い、その都度所望の温度に的確に保ち、従って
蒸気タービン１０における条件に合わせられる。

【００２９】 蒸気タービン１０を止めようとする際は、非常止め弁１５を閉じれば足りる。
これに伴い、蒸気タービン１０への主蒸気の供給が完全に止る。弁２０、３０の
閉鎖は困難なしに僅かな遅れで行え、損傷が生ずる恐れはない。特に図２の実施
例で、余分に注入した水は排水管２１を介して排出される。総導入蒸気質量流ｍ
とは別に蒸気タービン１０に導入する冷却材を遮断するための特別な非常止め弁
は不要である。従って、構造および制御が著しく単純になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づく冷却装置の第１実施例の概略構成図。

【図２】 本発明に基づく冷却装置の第２実施例の概略構成図。

【符号の説明】 １０ 蒸気タービン １４ 主蒸気管 １６ 分岐管 １７ 熱交換器 １８ 主供給管 ２０、２２、３０ 弁 ２１ 排水管 ２３ 蒸気入口 ２４、２５ ノズル ２６ 周溝 ２７ 冷却室 ２８ 冷却装置 ２９ 水 ３１ ポンプ ３２ 配管 ３３ 温度センサ ３４ 再熱器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タウビッツ、フォルカー ドイツ連邦共和国 45479 ミュールハイ ム ヘルマンシュトラーセ 12 (72)発明者 ヴェクスング、ミヒァエル ドイツ連邦共和国 45476 ミュールハイ ム ホーフシュトラーセ 59

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気タービン（１０）への蒸気入口（２３）の上流において
   蒸気部分質量流を分岐し、冷却し、続いて蒸気入口（２３）に導き、該の蒸気入
   口（２３）から残留蒸気質量流と共に蒸気タービン（１０）に導入することを特
   徴とする蒸気タービンにおける蒸気入口軸部位の冷却方法。
2. 【請求項２】 分岐された蒸気部分質量流が総導入蒸気質量流の１０％より
   少なく、特に５〜７％であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 蒸気部分質量流を冷却するために、主供給管（１８）から取
   り出した流体を利用することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 蒸気部分質量流を熱交換器（１７）において冷却することを
   特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
5. 【請求項５】 蒸気部分質量流を水流の注入によって冷却することを特徴と
   する請求項１から３の１つに記載の方法。
6. 【請求項６】 冷却済み蒸気部分質量流の温度を、冷却装置（１７、２８）
   の下流で測定することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 冷却済み蒸気部分質量流および残留蒸気質量流を、互いに別
   個に蒸気タービン（１０）に導入することを特徴とする請求項１から６の１つに
   記載の方法。
8. 【請求項８】 請求項１から７の１つに記載の方法で主蒸気管（１４）と蒸
   気タービン（１０）への蒸気入口（２３）とを備えた蒸気タービン（１０）の蒸
   気入口軸部位（３７）を冷却する冷却装置において、主蒸気管（１４）が冷却す
   べき蒸気部分質量流を排出する分岐管（１６）を有し、この分岐管（１６）が蒸
   気部分質量流に対する冷却装置（１７、２７）の下流において蒸気入口（２３）
   に導かれることを特徴とする冷却装置。
9. 【請求項９】 分岐管（１６）が熱交換器（１７）に通じ、この熱交換器（
   １７）が、主供給管（１８）から取り出された流体で冷却されることを特徴とす
   る請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 分岐管（１６）が冷却室（２７）に通じ、この冷却室（２
    ７）に主供給管（１８）から取り出された流体が注入されることを特徴とする請
    求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】 冷却済み蒸気部分質量流の温度を測定するための温度セン
    サ（３３）が、冷却装置（１７、２８）の下流に配置されたことを特徴とする請
    求項９又は１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 熱交換器（１７）から冷却室（２７）が排水装置（２１、
    ２２）を備えていることを特徴とする請求項９から１１の１つに記載の装置。
13. 【請求項１３】 蒸気入口（２３）が、残留蒸気質量流に対するノズル（２
    ４）と、冷却済み蒸気部分質量流に対するノズル（２５）とを有することを特徴
    とする請求項９から１２の１つに記載の装置。