JP2006002696A - 蒸気タービン設備およびその改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設の蒸気タービン設備の改造範囲を最小限に抑えつつ性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備およびその改造方法を提供する。
【解決手段】 既設の蒸気タービン設備が備えている２つのタービンのうちの一方を最新技術に基づいて設計した新型タービンに交換して２つのタービンを１つに統合する際に、２つのタービンを支持していた基礎や、交換しない他方のタービン、復水器、それらの付帯設備等を撤去することなくそのまま流用する。また、交換しない他方のタービンのロータを残存させて発電機等に回転力を伝達するために用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電プラント等に用いる蒸気タービン設備およびその改造方法に関する。

近年、地球温暖化防止等の観点から、老朽化した既設の蒸気タービン設備を撤去することなく改造することにより性能向上や出力向上を図る事例が増加している。

ところで、老朽化した蒸気タービン設備を改造する時点においては、この蒸気タービン設備を設置したときには実現していなかった長い最終段翼も開発されているため、多数の低圧タービンを一軸に連ねることなく、少ない車室で従来以上の性能や出力を実現できるようになっている。
また、耐高温性能や振動安定技術も進歩しているため、従来は高圧タービンと中圧タービンとに分けて設置していた部分も、高中圧一体としながら従来以上の性能や出力を実現できるようになっている。
これに伴い、老朽化した既設の蒸気タービン設備を改造する際には、この蒸気タービン設備を構成していた部分の一部がなくなって全体的にコンパクトな構造を取ることになる。

このとき、プラント全体を基礎から作り直すことにすれば、既設の蒸気タービン設備を改造する工事を簡単に実施することができるが、基礎工事や各種付帯設備の改造に費やす金額が莫大なものになってしまう。
また、近年、環境保護に対する意識も高まっており、基礎を作り直す際に発生する建築廃材を可能な限り減らす必要もある。
さらに、既設の蒸気タービン設備における基礎の劣化はほとんどないため、可能な限り基礎を流用しつつ最新型のタービンに改造することが求められている。

次に図１５を参照して既設の蒸気タービン設備の構造について説明すると、この一軸型蒸気タービン設備１は高圧タービン、中圧タービン、低圧Ａタービン、低圧Ｂタービンおよび発電機を一列に連ねたものであり、高圧ロータ２を収納した高圧タービン３、中圧ロータ４を収納した中圧タービン５、低圧Ａロータ６を収納した低圧Ａタービン７、低圧Ｂロータ８を収納した低圧Ｂタービン９を備えるとともに、低圧Ｂロータ８には発電機１０の発電機ロータ１１が連結されている。

中圧タービン５から排気された蒸気は、蒸気を導く管１２を通って低圧Ａタービン７および低圧Ｂタービン９に流れ込む。
また、低圧Ａタービン７および低圧Ｂタービン９から排気された蒸気は、復水器１３にて凝縮される。
さらに高圧ロータ２、中圧ロータ４、低圧Ａロータ６、低圧Ｂロータ８、発電機ロータ１１は、基礎１４Ａ〜１４Ｅにそれぞれ設けられている軸受１５によって回転自在に支持されている。

このとき、従来の低圧タービンの最終段における翼長さは２０年前においては５００ｍｍ程度が設計的な限界であったため、図１５に示したように２つの複流型（排気が２個ある）低圧タービン７，９を設けて４流排気とする等、最適な排気性能を実現するため多数の低圧タービンを必要としていた。
ところが、近年では１０００ｍｍを超える高性能の翼が実現しているため、従来の倍以上の排気流を受け持つことができる。
これにより、このような構造を有している既設のタービンを改造する際には、従来技術で低圧Ａ，Ｂの２つの車室が必要であったものが、改造後は１つの車室で済むことになる。

ところで、図１５に示した既設の蒸気タービン設備１を従来の方法によって改造すると、図１６に示した蒸気タービン設備２０となる。
この改造済みの蒸気タービン設備２０においては、既設の低圧Ａタービン７および低圧Ｂタービン９が一つの新しい低圧タービン２１に置き換えられ、その新しい低圧ロータ２２が発電機１０の発電機ロータ１１に連結されている。
また、中圧タービン５から排気された蒸気は、蒸気を導く配管２３を通って新しい低圧タービン２１に流れ込むようになっている。

このような改造に伴い、既設の低圧Ｂタービン９および発電機ロータ１１を支持していた既設の基礎１４Ｄ，１４Ｅを除去し、新しい基礎２５Ａ，２５Ｂに置き換える必要がある。
ところが、既設の基礎１４Ａ〜１４Ｅは鉄筋コンクリートからできているため、改造を行う場合には低圧部分の基礎１４Ｄ，１４Ｅにのみ改造範囲を限定することが困難であり、改造する必要のない高圧タービン３、中圧タービン５側の基礎１４Ａ〜１４Ｃも撤去する必要となる場合がある。

また、新しい低圧タービンおよび新しい基礎に合わせた新しい復水器２４も必要となる。
さらには、蒸気タービン設備の高圧部分および中圧部分には蒸気を導入するための配管や弁が付設されており、また発電機には発電機用の補機などの付帯設備があるため、それらを移動させるための大ががりな改造工事が必要となる。

そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、既設の蒸気タービン設備の改造範囲を最小限に抑えつつ性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備およびその改造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための請求項１に記載した蒸気タービン設備は、互いに連結された複数台のタービンのうち一部のタービンを改造した蒸気タービン設備であって、既設の基礎上に既設タービンと交換して設置され、蒸気が供給される第１のタービンと、既設の基礎上に支持され、蒸気が供給されない第２のタービンと、前記第２のタービンへの蒸気供給路を閉鎖し、前記第１のタービンに蒸気を供給するように構成された蒸気配管と、を備えることを特徴としている。

すなわち、請求項１に記載した蒸気タービン設備は、既設の蒸気タービン設備が備えている複数台のタービンのうちの一部を最新技術に基づいて設計した新型タービンに交換する際に、交換するタービンを支持していた基礎や、交換しないタービン、復水器、それらの付帯設備等を撤去することなくそのまま流用するものである。
また、交換しないタービンのロータを残存させて発電機等に回転力を伝達するために用いるから、発電機側の設備を変更する必要もない。
これにより、既設の蒸気タービン設備の改造範囲を最小限に抑えつつ、性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備を効率良く得ることができる。

また、上記の課題を解決するための請求項２に記載した蒸気タービン設備は、互いに連結された複数台のタービンのうち一部のタービンを改造した蒸気タービン設備であって、既設の基礎上に設置され、蒸気が供給される第１のタービンと、既設の基礎上に支持され、蒸気が供給されない第２のタービンと、前記第１のタービンからの排出される蒸気を前記第２タービンへ供給する蒸気供給路を閉鎖し、他の設備に供給するように構成された蒸気配管とを備えたことを特徴としている。

すなわち、請求項２に記載した蒸気タービン設備は、既設の復水蒸気タービン設備を背圧タービンに改造して蒸気を他の設備に供給できるようにする際に、復水器に接続されていた既設のタービン、復水器、それらの付帯設備等を撤去することなくそのまま流用するものである。
また、復水器に接続されていた既設のタービンのロータを残存させて発電機等に回転力を伝達するために用いるから、発電機側の設備を変更する必要もない。
これにより、既設の蒸気タービン設備の改造範囲を最小限に抑えつつ、蒸気を他の設備に供給する新型の蒸気タービン設備を効率良く得ることができる。

なお、残存させた第２のタービン内においてそのロータが空転すると、第２のタービン内における空気とロータとの間の摩擦抵抗により、ロータの温度が上昇するとともに回転動力の損失が生じる。
そこで、第２のタービンを高真空に密封して空気との摩擦そのものをなくす。
また、ロータから羽根そのものを取り外し、羽根の翼部分を除去し、あるいはロータの羽根取付部分を機械加工してその外周面を平滑に形成し、空気との摩擦を減少させる。

さらに、第２のタービンのロータにフィンを設けることにより、ロータの回転に伴うフィンの作用により第２のタービンの内部の空気が移動して外気が出入りするようにする。
また、第２のタービンのケーシングあるいは復水器に換気装置を設けることにより、第２のタービンの内部に強制的に外気を導入してロータを冷却することもできる。
このとき、第２のタービン内における外気の流れを妨げないように、第２のタービンのステータ等を取り除くこともできる。

加えて、第２のタービンに冷却用流体供給装置を設けることにより、第２のタービンのロータに対し、蒸気タービン設備を構成している他のタービン等から抽気した蒸気、軸受潤滑用の潤滑油、冷却水等の冷却用の流体等を供給しその温度上昇を抑制することができる。

さらに、上記の課題を解決するための請求項１１に記載した蒸気タービン設備の造方法は、一体に回転する第１および第２のタービンを備えた既設の蒸気タービンを改造し、前記第１のタービンを新しいタービンに交換する蒸気タービン設備の改造方法であって、
前記第１のタービンを支持していた基礎を用いて支持できるように構成された前記新しいタービンを用意し、
前記第１のタービンを撤去して前記新しいタービンに交換し、
前記第２のタービンを残存させて前記新しいタービンと一体に回転するようにし、
前記第１および第２のタービンに蒸気を供給していた管路を、前記新しいタービンにのみ蒸気を供給するように構成し、
前記第２のタービンのロータが前記第２のタービン内にて空転するようにすることを特徴としている。

すなわち、請求項１１に記載した蒸気タービン設備の改造方法は、既設の蒸気タービン設備が備えている２つのタービンのうちの一方を最新技術に基づいて設計した新型タービンに交換して２つのタービンを１つに統合する際に、２つのタービンを支持していた基礎や、交換しない他方のタービン、復水器、それらの付帯設備等を撤去することなくそのまま流用するものである。
また、交換しない他方のタービンのロータを残存させて発電機等に回転力を伝達するために用いるから、発電機側の設備を変更する必要もない。
これにより、既設の蒸気タービンの改造範囲を最小限に抑えつつ、性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービンを効率良く得ることができる。

加えて、上記の課題を解決するための請求項１２に記載した蒸気タービン設備の改造方法は、一体に回転する第１および第２のタービンを備えるとともに前記第２のタービンが前記第１のタービンから独立した復水器に接続されている蒸気タービン設備を改造し、前記第１のタービンから排出される蒸気を他の設備に供給できるようにした蒸気タービン設備の改造方法であって、
前記第１のタービンから排出される蒸気を前記第２のタービンに供給する代わりに前記他の設備に供給するように構成し、
前記第２のタービンおよび前記復水器を残存させ、
前記第２のタービンのロータが前記第２のタービン内にて空転するようにすることを特徴としている。

すなわち、請求項１２に記載した蒸気タービン設備の改造方法は、既設の復水蒸気タービンを背圧タービンに改造して蒸気を他のプラントに供給できるようにする際に、復水器に接続されていた既設のタービン、復水器、それらの付帯設備等を撤去することなくそのまま流用するものである。
また、復水器に接続されていた既設のタービンのロータを残存させて発電機等に回転力を伝達するために用いるから、発電機側の設備を変更する必要もない。
これにより、既設の蒸気タービンの改造範囲を最小限に抑えつつ、蒸気を他のプラントに供給する新型の蒸気タービンを効率良く得ることができる。

本発明によれば、老朽化した既設の蒸気タービン設備の改造範囲を最小限に抑えつつ、性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備を効率良く得ることができる。

以下、図１乃至図１４を参照し、本発明に係る蒸気タービン設備およびその改造方法の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図１５に示した既設の蒸気タービン設備を含め、同一若しくは対応する部分には同一の符号を用いて重複した説明を省略する。

第１実施形態
まず最初に図１を参照し、第１実施形態の蒸気タービン設備について詳細に説明する。

図１に示した一軸型の蒸気タービン設備１００は、図１５に示した既設の蒸気タービン設備１における低圧Ａロータ６および低圧Ａタービン７（第１のタービン）を、最新技術で新設計した低圧Ａロータ３１および低圧Ａタービン３２（第２のタービン）に置き換える改造を施したものであり、高圧ロータ２を収納した高圧タービン３、中圧ロータ４を収納した中圧タービン５、新設計の低圧Ａロータ３１を収納した新設計の低圧Ａタービン３２、低圧Ｂロータ８を収納した低圧Ｂタービン９を備え、低圧Ｂロータ８には発電機１０の発電機ロータ１１が連結されている。
高圧ロータ２、中圧ロータ４、低圧Ａロータ３１、低圧Ｂロータ８、発電機ロータ１１は、いずれも既設の基礎１４Ａ〜１４Ｆに設けた軸受１５によって回転自在に支持されている。

中圧タービン５から排気される蒸気は、新設計の蒸気配管３３を通ってその全てが新設計の低圧Ａタービン３２に流れ込む。
低圧Ｂタービン９は閉止部材３４によって閉止されており、その低圧Ｂロータ８は高真空中において空転するようになっている。
低圧Ａタービン３２から排気された蒸気は、既設の復水器１３にて凝縮される。

既設の低圧Ｂロータ８は、新設計の低圧Ａロータ３１と発電機ロータ１１とを連結するために流用されているが、閉止部材３４によって高真空に保たれた従来の低圧Ｂタービン９の中で空転して仕事をせず、その回転に伴うロスは極めて小さく抑えられている。
なお、低圧Ｂロータ８が劣化等により連結用として流用できない場合は、新しい連結用ロータを組み込んだり回転軸に交換したりすることができる。

既設の蒸気タービン設備１を本第１実施形態の蒸気タービン設備１００に改造する際には、まず最初に、最新技術を用いて新設計した低圧Ａロータ３１および低圧Ａタービン３２を準備する。
このとき、低圧Ａロータ３１および低圧Ａタービン３２は、既設の低圧Ａロータ６を支持していた既設の基礎１４Ｃおよび１４Ｄをそのまま流用し、あるいは最小限の改修によって使用できるように設計する。

次いで、既設の低圧Ａロータ６と既設の中圧ロータ４および既設の低圧Ｂロータ８との間の連結をそれぞれ解除し、既設の低圧Ａロータ６を収納している低圧Ａタービン７を既設の基礎１４Ｃおよび１４Ｄから除去する。
その後、既設の基礎１４Ｃおよび１４Ｄを用いて新設計した低圧Ａロータ３１および低圧Ａタービン３２を設置し、低圧Ａロータ３１を既設の中圧ロータ４および既設の低圧Ｂロータ８に連結する。

次いで、新設計した蒸気配管３３を中圧タービン５および低圧Ａタービン３２にそれぞれ接続し、中圧タービン５から排気される蒸気の全てが低圧Ａタービン３２に流れ込むようにする。
同時に、閉止部材３４を用いて既設の低圧Ｂタービン９を閉止し、その低圧Ｂロータ８が高真空中において空転するようにする。

すなわち、本第１実施形態の蒸気タービン設備１００は、既設の高圧タービン３，中圧タービン５、低圧Ｂタービン９、発電機１０、復水器１３、基礎１４Ａ〜１４Ｅをそのまま流用しつつ、既設の低圧Ａロータ６および低圧Ａタービン７を新設計の低圧Ａロータ３１および低圧Ａタービン３２に置き換えたものである。
これにより、流用する部分に付帯している機器の改造も不要であるから、既設の蒸気タービン設備１を改造する範囲を最小限に抑えつつ、低圧Ａロータ３１および低圧Ａタービン３２に最新技術を適用し、性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備１００に改造することができる。

第２実施形態
次に図２を参照し、第２実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

上述した第１実施形態の蒸気タービン設備１００は、図１５に示した既設の蒸気タービン設備１の低圧Ａタービン７を新設計の低圧Ａタービン３２に交換したものであった。
これに対して、本第２実施形態の蒸気タービン設備１１０は、図１５に示した既設の蒸気タービン設備１における低圧Ｂロータ８および低圧Ｂタービン９を、最新技術で新設計した低圧Ｂロータ３１および低圧Ｂタービン３２に置き換えたものである。
具体的に説明すると、本第２実施形態の蒸気タービン設備１１０は、高圧ロータ２を収納した高圧タービン３、中圧ロータ４を収納した中圧タービン５、低圧Ａロータ６を収納した低圧Ａタービン７、新設計の低圧Ｂロータ３１を収納した新設計の低圧Ｂタービン３２を備え、新設計の低圧Ｂロータ３１に発電機１０の発電機ロータ１１が連結されている。
そして、高圧ロータ２、中圧ロータ４、低圧Ａロータ６、低圧Ｂロータ３１、発電機ロータ１１は、いずれも既設の基礎１４Ａ〜１４Ｆに設けた軸受１５によって回転自在に支持されている。

これに伴い、蒸気配管３５が新しく設計されて、中圧タービン５から排気される蒸気の全てを新設計の低圧Ａタービン３２に供給するようになっている。
また、低圧Ａタービン７は閉止部材３４によって閉止され、その低圧Ａロータ６は高真空中において空転するようになっている。
また、低圧Ｂタービン３２から排気された蒸気は、既設の復水器１３にて凝縮される。 なお、既設の蒸気タービン設備１を本第２実施形態の蒸気タービン設備１１０に改造する手順は、第１実施形態の蒸気タービン設備１００におけるそれと同様である。

すなわち、本第２実施形態の蒸気タービン設備１１０は、既設の高圧タービン３，中圧タービン５、低圧Ａタービン７、発電機１０、復水器１３、基礎１４Ａ〜１４Ｅをそのまま流用しつつ、既設の蒸気タービン設備１における低圧Ｂロータ８および低圧Ｂタービン９を、新設計の低圧Ｂロータ３１および低ＢＡタービン３２に置き換えたものである。
これにより、流用する部分に付帯している機器の改造も不要であるから、既設の蒸気タービン設備１を改造する範囲を最小限に抑えつつ、低圧Ｂロータ３１および低圧Ｂタービン３２に最新技術を適用し、性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備１１０に改造することができる。

第３実施形態
次に図３を参照し、第３実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

図３に示した第３実施形態の蒸気タービン設備１２０は、３つの低圧タービンが連結されている既設の蒸気タービン設備を改造する際に、上流側の２つの低圧タービンを新設計の低圧タービンに置き換えたものである。
具体的に説明すると、本第３実施形態の蒸気タービン設備１２０は、高圧ロータ２を収納した高圧タービン３（図示せず）、中圧ロータ４を収納した中圧タービン５、新設計の低圧Ａロータ４１を収納した新設計の低圧Ａタービン４２、新設計の低圧Ｂロータ４３を収納した新設計の低圧Ｂタービン４４、低圧Ｃロータ１６を収納した低圧Ｃタービン１７を備え、新設計の低圧Ｂロータ４３が既設の低圧Ｃロータ１６を介して発電機１０の発電機ロータ１１に連結されている。
そして、高圧ロータ２、中圧ロータ４、低圧Ａロータ４１、低圧Ｂロータ４３、低圧Ｃロータ１６、発電機ロータ１１は、いずれも既設の基礎１４Ａ〜１４Ｇに設けた軸受１５によって回転自在に支持されている。

中圧タービン５から排気される蒸気は、新設計の蒸気配管４５を通ってその全てが低圧Ａタービン４２および低圧Ｂタービン４４に流れ込む。
低圧Ｃタービン１７は閉止部材３４によって閉止されており、その低圧Ｃロータ１６は高真空中において空転するようになっている。
低圧Ａタービン４２および低圧Ｂタービン４４から排気された蒸気は、既設の復水器１８にて凝縮される。
なお、既設の蒸気タービン設備を本第３実施形態の蒸気タービン設備１２０に改造する手順は、第１実施形態の蒸気タービン設備１００におけるそれと同様である。

すなわち、本第３実施形態の蒸気タービン設備１２０は、既設の高圧タービン３（図示せず），中圧タービン５、低圧Ｃタービン１７、発電機１０、復水器１８、基礎１４Ａ〜１４ＧＥをそのまま流用しつつ、既設の蒸気タービン設備における低圧Ａロータおよび低圧Ａタービンと低圧Ｂロータおよび低圧Ｂタービンを、新設計の低圧Ａロータ４１および低圧Ａタービン４２と新設計の低圧Ｂロータ４３および低圧Ｂタービン４４に置き換えたものである。
これにより、流用する部分に付帯している機器の改造も不要であるから、既設の蒸気タービン設備を改造する範囲を最小限に抑えつつ、新設計の低圧Ａロータ４１および低圧Ａタービン４２と新設計の低圧Ｂロータ４３および低圧Ｂタービン４４とに最新技術を適用し、性能および出力を向上させた信頼性の高い新しい蒸気タービン設備１２０に改造することができる。

なお、本第３実施形態においては、３つの低圧タービンが連結されている既設の蒸気タービン設備を新設計の２つの低圧タービンを連結した蒸気タービン設備に改造する際に、上流側の２つの低圧タービンを新設計の２つの低圧タービンに交換しているが、下流側の２つの低圧タービンを新設計の２つの低圧タービンに交換することもできる。

第４実施形態
次に図４を参照し、第４実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

復水型蒸気タービン設備は廃熱を復水器に捨てるサイクルであるが、中圧タービンから排気される蒸気を近接した地域や工場への熱併給に使うことにより熱効率を飛躍的に高めることができる。
そこで、高圧、中圧、低圧タービンを備えた既設の蒸気タービン設備を改造し、中圧タービンから排気される蒸気を熱併給に使うようにすると、中圧タービンと発電機との間に設置されている低圧タービンが不要となる。

このとき、図４に示した本第４実施形態の蒸気タービン設備２００においては、中圧タービンロータ４と発電機ロータ１１とを連結するために、不要となった低圧Ａタービン７の低圧Ａロータ６を残存させてそのまま使用している。
また、中圧タービンから排気される蒸気は低圧Ａタービン７へは供給されず、その全てが熱併給のためのプロセス蒸気として利用される。これに伴い、低圧Ａタービン７のための復水器１９は不要となが、撤去することなく残存させればよい。
同時に、閉止部材３４を用いて既設の低圧Ａタービン７を閉止し、その低圧Ａロータ６が高真空中において空転するようにする。
なお、低圧Ａロータ６が劣化等により連結用として流用できない場合は、新しい連結用ロータを組み込んだり回転軸に交換したりする。

すなわち、本第４実施形態の蒸気タービン設備２００は、既設の高圧タービン３，中圧タービン５、発電機１０、基礎１４Ａ〜１４Ｆをそのまま流用するとともに、低圧Ａタービン７および復水器１９を残しつつ、既設の復水タービンを改造したものである。
これにより、流用する部分に付帯している機器の改造も不要であるから、既設の復水タービンの改造範囲を最小限に抑えつつ、熱効率の高い熱併給用の背圧タービンに改造することができる。

第５実施形態
次に図５を参照し、第５実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

図５に示した第５実施形態の蒸気タービン設備１３０は、第１実施形態の蒸気タービン設備１００における低圧Ｂタービン９の低圧Ｂロータ８から羽根を取り除くことにより、低圧Ｂタービン９の回転摩擦損失を極力低減できるように改良したものである。
具体的に説明すると、本第５実施形態の蒸気タービン設備１３０においては、新設計した低圧Ａロータ３１を発電機ロータ１１に連結する低圧Ｂタービン９のロータが、羽根を持たない連結専用ロータ３５となっている。

この連結専用ロータ３５は、新しく製造することも可能であるが、既設のロータを流用することによって改造費用を抑えることができる。
そのため、この連結専用ロータ３５は、図６（ｂ）に示したように既設の低圧Ｂロータ８（図６（ａ））のホイール８ａから羽根８ｂを取り除いたものとなっている。
また、低圧Ｂタービン９の回転摩擦損失を低減するためには、図７（ｂ）に示したように低圧Ｂロータ８（図７（ａ））の羽根８ｂからその有効部分８ｃを機械加工により除去したり、あるいは図８（ｂ）に示したようにホイール８ａの植込み部８ｄ（図８（ａ））を機械加工によって除去してその外周面８ｅを平滑にしたりすることも効果的である。
なお、図６、図７、図８はいずれもアウトサイド型の植込み形状を有したロータを示しているが、フォーク型等、他の植え込み形状のロータにおいても同様である。
さらに、ホイールが焼きばめ等により固定されている場合は、これを取り外すことによって簡単に回転摩擦損失を減らすことができる。

また、上述した第４実施形態の背圧蒸気タービン設備２００（図４参照）のように、低圧タービン７に蒸気を流さない場合には、復水器１９やその付帯機器を使用しないために低圧ロータ６は大気圧下で回転することになる。
このとき、低圧ロータ６の羽根あるいはホイールをなくした形状に変更することは、回転摩擦損失の低減を図る上で極めて効果的である。

第６実施形態
次に図９を参照し、第６実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

一般にタービンは３０００回転／分あるいは３６００回転／分以上の高速で回転するため、上述した第４実施形態の背圧蒸気タービン設備２００（図４参照）のように低圧ロータ６が大気圧下で回転すると、空気との摩擦によりその温度が上昇する。
また、ロータを露出させた状態で回転させることは安全性および騒音の観点から好ましくないためカバーを設置するが、カバーにより密閉された空間内においてロータが高速回転すると、第５実施形態の連結専用ロータ３５のように羽根やホイールを無くしてもその温度は次第に上昇する。
そして、発電機ロータ１１との連結に用いているロータの温度が上がると、その軸線方向の伸びによって発電機１０側のシャフト位置が過大に変化し、磁力中心の変化によって発電効率が低下したり機械的な接触損傷が発生したりするおそれがある。

そこで、本第６実施形態の蒸気タービン設備３００においては、改造に伴って使用しなくなった既設のタービン５０のロータを連結用ロータ５１として最小限に改造し、そのホイール５２の外周面にフィン５３を取り付けている。
また、既設のタービンケーシング５４を最小限に改造してその内部に通風路５５を構成するとともに、この通風路５５の出入り口にサイレンサ５６を設置している。
これにより、連結用ロータ５１が回転するとフィン５３の作用によって通風路５５内の空気が移動するとともに通風路５５に外気が導入されて排出されるから、連結用ロータ５１の温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、通風路５５の出入り口にサイレンサ５６を設けたから、フィン５３の回転および通風路５５内の外気の通過に伴って発生する騒音を効果的に抑制することができる。

第７実施形態
次に図１０を参照し、第７実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

本第７実施形態の蒸気タービン設備３１０は、連結用ロータ５１を蒸気により冷却する構造としたものである。
そのため、この蒸気タービン設備３１０は、冷却用流体供給装置を構成する、図１０に示したように連結用ロータ５１の周囲を覆うカバー５７と、このカバー５７の内部空間に冷却用の蒸気を給排気するための配管５８，５９とを備えている。

冷却に用いる蒸気はボイラやタービンの途中から抽気した温度の低い蒸気を用いる。
例えばタービンの高圧排気蒸気は３５０℃以下なので、これを用いることができる。
蒸気は熱伝達率が高いため、連結用ロータ５１の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
連結用ロータ５１の冷却に使用した蒸気は、その状態によって再利用することもできるし、グランド蒸気系統あるいは復水器に送ることもできる。

第８実施形態
次に図１１を参照し、第８実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

本第８実施形態の蒸気タービン設備３２０は、連結用ロータ５１を潤滑油により冷却する構造としたものである。
そのため、図１１に示したように連結用ロータ５１に向かって冷却用の潤滑油を滴下するための供給配管６１と、冷却に使用した潤滑油を受けるための潤滑油受け６２と、この潤滑油受け６２で受けた潤滑油を潤滑油タンクに戻すためのドレン管６３とが設けられている。
なお、連結用ロータ５１の冷却に用いる潤滑油は、軸受１５を潤滑するために設けられている潤滑油冷却系統から得ることができる。

第９実施形態
次に図１２を参照し、第９実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

本第９実施形態の蒸気タービン設備３３０は、連結用ロータ５１を冷却水の噴霧により冷却する構造としたものである。
そのため、図１２に示したように連結用ロータ５１に向かって噴霧する冷却水を供給するための供給配管６４と、冷却に使用した冷却水を受ける冷却水受け６５と、この冷却水受け６５で受けた冷却水を潤滑油タンクに戻すドレン管６６とが設けられている。
冷却水は、その蒸発によって連結用ロータ５１から多大な熱を奪うため、連結用ロータ５１の温度上昇を効果的に抑制することができるばかりでなく、各種の処理もまた容易に行うことができる。

第１０実施形態
次に図１３を参照し、第１０実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

本第１０実施形態の蒸気タービン設備３４０は、連結用ロータ５１を空気によって冷却する構造としたものである。
そのため、図１３に示したように、改造に伴って使用しなくなった既設のタービンケーシング５４には、その内部を強制的に換気するための換気ファン７１が設けられている。
なお、低圧タービンのケーシングには、通常、大気放出板が設けられているため、その取付孔を利用することによって換気ファン７１を容易に取りつけることができる。
あるいは、低圧タービンに並設されている復水器７２の内部構造物を除去した後に、この復水器７２の外壁に換気ファン７１を設けることもできる。

第１１実施形態
次に図１４を参照し、第１１実施形態の蒸気タービン設備について説明する。

本第１１実施形態の蒸気タービン設備４００は、図９〜図１３に示したように連結用ロータ５１の回転軸５１ａを直接支持している軸受１５を撤去したものである。
連結用ロータ５１の羽根およびホイールを外して運用するとその重量が改造前とは異なるため、軸受１５にかかる荷重が変化してオイルホイップや振動などの問題が発生する可能性がある。
この場合、軸受１５を改造しあるいは交換することも考えられるが、改造後の連結用ロータ５１の重量が十分に軽くなる場合には軸受１５を撤去し、回転軸５１ａに連結された他のロータの回転軸８１，８２を支持している軸受８３，８４により連結用ロータ５１の重量を支持するとができる。
なお、他のロータの回転軸８１，８２を支持している軸受８３，８４は、連結用ロータ５１の重量を支持することになるため、必要に応じて改造あるいは交換を実施することもできる。

すなわち、本第１１実施形態の蒸気タービン設備４００は、連結用ロータ５１を支持していた軸受１５を撤去するものであるから、オイルホイップや振動等の問題が発生することを回避できるばかりでなく、軸受１５を潤滑するための潤滑油量や補修部品の点数を減少させることによりその運用コストを下げることが可能となる。

以上、本発明に係る蒸気タービン設備の各実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、既設の低圧Ａタービンおよび低圧Ｂタービンを新設計の１つの低圧タービンに交換する場合を例にとって説明したが、既設の高圧タービンおよび中圧タービンを新設計の高中圧タービンに統合する場合にも本発明を適用することができる。

第１実施形態の蒸気タービン設備の構造を模式的に示す図。 第２実施形態の蒸気タービン設備の構造を模式的に示す図。 第３実施形態の蒸気タービン設備の構造を模式的に示す図。 第４実施形態の蒸気タービン設備の構造を模式的に示す図。 第５実施形態の蒸気タービン設備の構造を模式的に示す図。 連結用ロータの要部を拡大して示す斜視図。 連結用ロータの要部を拡大して示す斜視図。 連結用ロータの要部を拡大して示す斜視図。 第６実施形態の蒸気タービン設備の要部を模式的に示す図。 第７実施形態の蒸気タービン設備の要部を模式的に示す図。 第８実施形態の蒸気タービン設備の要部を模式的に示す図。 第９実施形態の蒸気タービン設備の要部を模式的に示す図。 第１０実施形態の蒸気タービン設備の要部を模式的に示す図。 第１１実施形態の蒸気タービン設備の要部を模式的に示す図。 一軸型蒸気タービン設備の構造を模式的に示す図。 図１５に示した蒸気タービン設備を従来の改造方法によって改造した後の構造を模式的に示す図。

符号の説明

１ 既設の蒸気タービン設備
２ 高圧ロータ
３ 高圧タービン
４ 中圧ロータ
５ 中圧タービン
６ 低圧Ａロータ
７ 低圧Ａタービン
８ 低圧Ｂロータ
９ 低圧Ｂタービン
１０ 発電機
１１ 発電機ロータ
１３ 復水器
１４Ａ〜１４Ｇ 基礎
１５ 軸受
１６ 低圧Ｃロータ
１７ 低圧Ｃタービン
１８，１９ 復水器
２０ 従来の方法で改造した蒸気タービン設備
２１ 低圧タービン
２２ 低圧ロータ
２３ 蒸気配管
２４ 復水器
２５Ａ，２５Ｂ 基礎
３１ 低圧ロータ
３２ 低圧タービン
３３ 蒸気配管
３４ 閉止部材
３５ 連結専用ロータ
４１ 低圧Ａロータ
４２ 低圧Ａタービン
４３ 低圧Ｂロータ
４４ 低圧Ｂタービン
４５ 蒸気配管
５１ 連結用ロータ
５２ ホイール
５３ フィン
５４ タービンケーシング
５５ 通風路
５６ サイレンサ
５７ カバー
５８，５９ 配管
６１ 潤滑油供給配管
６２ 潤滑油受け
６３ ドレン管
６４ 冷却水供給配管
６５ 冷却水受け
６６ ドレン管
７１ 換気ファン
７２ 復水器
８１，８３ 回転軸
８３ 軸受
１００ 第１実施形態の蒸気タービン設備
１１０ 第２実施形態の蒸気タービン設備
１２０ 第３実施形態の蒸気タービン設備
１３０ 第５実施形態の蒸気タービン設備
２００ 第４実施形態の蒸気タービン設備
３００ 第６実施形態の蒸気タービン設備
３１０ 第７実施形態の蒸気タービン設備
３２０ 第８実施形態の蒸気タービン設備
３３０ 第９実施形態の蒸気タービン設備
３４０ 第１０実施形態の蒸気タービン設備
４００ 第１１実施形態の蒸気タービン設備

Claims (12)

1. 互いに連結された複数台のタービンのうち一部のタービンを改造した蒸気タービン設備であって、
   既設の基礎上に既設タービンと交換して設置され、蒸気が供給される第１のタービンと、
   既設の基礎上に支持され、蒸気が供給されない第２のタービンと、
   前記第２のタービンへの蒸気供給路を閉鎖し、前記第１のタービンに蒸気を供給するように構成された蒸気配管と、
   を備えることを特徴とする蒸気タービン設備。
2. 互いに連結された複数台のタービンのうち一部のタービンを改造した蒸気タービン設備であって、
   既設の基礎上に設置され、蒸気が供給される第１のタービンと、
   既設の基礎上に支持され、蒸気が供給されない第２のタービンと、
   前記第１のタービンから排出される蒸気を前記第２タービンへ供給する蒸気供給路を閉鎖し、他の設備に供給するように構成された蒸気配管と、
   を備えることを特徴とする蒸気タービン設備。
3. 前記第２のタービンのロータを、前記第１のタービンのロータと一体に回転する回転軸に交換することを特徴とする請求項１または２に記載した蒸気タービン設備。
4. 前記第２のタービンのロータの空転に伴って生じる回転摩擦損失を減少させるために、前記ロータに配設されている羽根を除去したことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気タービン設備。
5. 前記第２のタービンのロータの空転に伴って生じる回転摩擦損失を減少させるために、前記ロータに配設されている羽根から翼部分を除去したことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気タービン設備。
6. 前記第２のタービンのロータの空転に伴って生じる回転摩擦損失を減少させるために、前記ロータに配設されている羽根取付部分を除去してその外周面を平滑に形成したことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン設備。
7. 前記第２のタービンのロータを回転自在に支持している軸受を撤去したことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載した蒸気タービン設備。
8. 前記第２のタービンのロータは、前記第２のタービンの内部の空気を移動させるためのフィンを有していることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載した蒸気タービン設備。
9. 前記第２のタービン内の空気を換気するための換気装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の蒸気タービン設備。
10. 前記第２のタービンのロータに冷却用の流体を供給してその温度上昇を抑制するための冷却用流体供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載した蒸気タービン設備。
11. 一体に回転する第１および第２のタービンを備えた既設の蒸気タービン設備を改造し、前記第１のタービンを新しいタービンに交換する蒸気タービン設備の改造方法であって、 前記第１のタービンを支持していた基礎を用いて支持できるように構成された前記新しいタービンを用意し、
    前記第１のタービンを撤去して前記新しいタービンに交換し、
    前記第２のタービンを残存させて前記新しいタービンと一体に回転するようにし、
    前記第１および第２のタービンに蒸気を供給していた管路を、前記新しいタービンにのみ蒸気を供給するように構成し、
    前記第２のタービンのロータが前記第２のタービン内にて空転するようにすることを特徴とする蒸気タービン設備の改造方法。
12. 一体に回転する第１および第２のタービンを備えるとともに前記第２のタービンが前記第１のタービンから独立した復水器に接続されている蒸気タービン設備を改造し、前記第１のタービンから排出される蒸気を他の設備に供給できるようにした蒸気タービン設備の改造方法であって、
    前記第１のタービンから排出される蒸気を前記第２のタービンに供給する代わりに前記他の設備に供給するように構成し、
    前記第２のタービンおよび前記復水器を残存させ、
    前記第２のタービンのロータが前記第２のタービン内にて空転するようにすることを特徴とする蒸気タービン設備の改造方法。

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