JP2012255345A - Two-shaft steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気タービンに係り、特に、二軸型蒸気タービンにおける風損対策の好適な二軸型蒸気タービンに関する。 The present invention relates to a steam turbine, and more particularly to a two-shaft steam turbine suitable for measures against windage loss in a two-shaft steam turbine.
一軸コンバインドサイクルにおいて、起動時の蒸気タービン風損を低減するために、風損によって低圧タービンが熱せられる回転数を予め予測し、その回転数時に低圧タービンに温度の低い低圧蒸気を流入させ、冷却する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In the single-shaft combined cycle, in order to reduce the steam turbine windage loss at start-up, the number of revolutions that the low-pressure turbine is heated by the windage loss is predicted in advance, and the low-pressure steam having a low temperature flows into the low-pressure turbine at that revolution number to cool There is a known method (see, for example, Patent Document 1).
また、蒸気タービン以外の分野においても、発電機とその格納容器に凹凸を設けることにより、熱伝達効率を増加させ、冷却する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Also, in fields other than steam turbines, a method of cooling by increasing heat transfer efficiency by providing irregularities in a generator and its containment vessel is known (see, for example, Patent Document 2).
上記特許文献1,2に記載のものは、いずれも風損による熱を低減するものではなく、冷却を実施することによって熱を減らすという構造である。
The ones described in
火力プラントでは、プラント起動時間の短縮、またはボイラ配管材質に安価なものを採用するために、中圧起動プラントが採用されている。 In a thermal power plant, an intermediate pressure startup plant is employed in order to shorten the plant startup time or to employ an inexpensive material for boiler piping.
中圧起動プラントでは、起動時には、過熱蒸気系統を通過した蒸気が、高圧タービンバイパス弁を通過後、ボイラの再熱蒸気系統を通過し、中圧タービン、低圧タービンへと流れる。また、この時は低圧タービンバイパス弁も開いており、低圧タービンをバイパスして復水器へ蒸気が流れる。蒸気が復水し、ヒータを経由して再びボイラへと蒸気が戻る。この蒸気の流れにより、ボイラの過熱、再熱系統の両方が暖気できることから、ボイラの空焚きを防ぎ、起動時間を短縮することができる。 In an intermediate pressure startup plant, at the time of startup, the steam that has passed through the superheated steam system passes through the high pressure turbine bypass valve, then passes through the reheat steam system of the boiler, and flows to the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine. At this time, the low-pressure turbine bypass valve is also open, and the steam flows to the condenser bypassing the low-pressure turbine. The steam condenses and returns to the boiler again via the heater. This steam flow allows both the overheating and reheating system of the boiler to warm up, so that the boiler can be prevented from being blown and the startup time can be shortened.
しかし、中圧起動方式は、負荷上昇のトランスファリージョン時、高圧タービンバイパス弁低圧タービンバイパス弁が閉まり、主蒸気止弁及び加減弁が開く。また、高圧タービン内の内圧を上げるため、逆止弁及びベンチレーション弁が閉じた状態となることから、一時的に高圧タービン内部に高温、かつ、高圧蒸気が停滞する。この時、高圧タービン内部に停滞した蒸気により、タービン内部が高温になり、風損が発生する。風損により、高圧タービンが暖められ、タービン部品が高温になる場合があることから、特別な設計・制御方法を考慮する必要がある。 However, in the intermediate pressure starting method, the high-pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine bypass valve are closed and the main steam stop valve and the regulator valve are opened during the load increase transfer region. Further, since the check valve and the ventilation valve are closed in order to increase the internal pressure in the high pressure turbine, the high temperature and high pressure steam temporarily stagnate inside the high pressure turbine. At this time, due to the steam stagnating inside the high-pressure turbine, the inside of the turbine becomes high temperature and windage damage occurs. Special design and control methods must be taken into account because wind damage can heat up the high pressure turbine and cause the turbine components to become hot.
本発明の目的は、風損による高圧タービンの温度上昇を抑えることができる二軸型蒸気タービンを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a two-shaft steam turbine that can suppress an increase in temperature of a high-pressure turbine due to windage.
上記目的を達成するために、本発明では、風損は回転数の3乗に比例することから、回転数事体を風損発生部位で低くすることにより、風損による発生熱を抑える構造とする。そのために、具体的には、以下の構成としている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the windage loss is proportional to the cube of the rotational speed. To do. Therefore, specifically, the following configuration is adopted.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、高圧タービンと、中圧タービンと、低圧タービンとを有する中圧起動方式の蒸気タービンであって、前記高圧タービンの軸と前記中圧タービンの軸とを締結・解放可能なクラッチと、前記中圧タービンの軸と前記低圧タービンの軸とを連結するカップリングとを備えるようにしたものである。
かかる構成により、風損による高圧タービンの温度上昇を抑えることができるものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention is an intermediate pressure start-up steam turbine having a high pressure turbine, an intermediate pressure turbine, and a low pressure turbine, the shaft of the high pressure turbine and the intermediate pressure turbine A clutch that can be engaged and disengaged with the other shaft, and a coupling that connects the shaft of the intermediate-pressure turbine and the shaft of the low-pressure turbine.
With this configuration, the temperature increase of the high-pressure turbine due to windage can be suppressed.
(2)上記(1)において、好ましくは、中圧起動中の負荷上昇時に、前記クラッチを解放して、前記中圧タービンに蒸気を供給して前記中圧タービンを起動し、前記中圧タービンの回転数が定格回転数到達後、前記クラッチを締結するようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, when the load increases during the start of the intermediate pressure, the clutch is released, steam is supplied to the intermediate pressure turbine to start the intermediate pressure turbine, and the intermediate pressure turbine The clutch is engaged after the rotational speed reaches the rated rotational speed.
(3)上記(1)において、好ましくは、中圧起動中の負荷上昇時に、前記クラッチを解放して、前記中圧タービンに蒸気を供給して前記中圧タービンを起動し、起動後、負荷を取る状態となったトランスファリージョン時、前記中圧タービンと低圧タービン軸の回転数と、前記高圧タービンの回転数が一致した後、前記クラッチを締結するようにしたものである。 (3) In the above (1), preferably, when the load increases during the start of intermediate pressure, the clutch is released, steam is supplied to the intermediate pressure turbine to start the intermediate pressure turbine, When the transfer region is in a state of taking the state, the clutch is engaged after the rotational speeds of the intermediate-pressure turbine and the low-pressure turbine shaft coincide with the rotational speed of the high-pressure turbine.
(4)上記(3)において、好ましくは、前記トランスファリージョン時は、前記中圧タービンと前記低圧タービンが定格回転数まで達した状態から、前記中圧と低圧タービンで定格以下の負荷を取るようにしたものである。 (4) In the above (3), preferably, at the time of the transfer region, from the state where the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine have reached the rated rotational speed, the intermediate pressure and the low pressure turbine take a load below the rating. It is a thing.
(5)上記(3)において、好ましくは、前記トランスファリージョン時の前記高圧タービンは、前記中圧タービン及び前記低圧タービンより低い回転数で回転するようにしたものである。 (5) In the above (3), preferably, the high-pressure turbine in the transfer region is rotated at a lower rotational speed than the intermediate-pressure turbine and the low-pressure turbine.
(6)上記(3)において、好ましくは、前記トランスファリージョンの終了時、前記高圧タービンの回転数を定格回転数まで上げ、前記高圧タービンと、前記中圧及び低圧タービンをクラッチで繋ぐようにしたものである。 (6) In the above (3), preferably, at the end of the transfer region, the rotational speed of the high-pressure turbine is increased to a rated rotational speed, and the high-pressure turbine and the intermediate-pressure and low-pressure turbines are connected by a clutch. Is.
本発明によれば、風損による高圧タービンの温度上昇を抑えることができるものとなる。
According to the present invention, an increase in the temperature of the high-pressure turbine due to windage can be suppressed.
最初に、図1を用いて、本発明の一実施形態による二軸型蒸気タービンの構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による二軸型蒸気タービンの構成を示す概略図である。
Initially, the structure of the two-shaft steam turbine by one Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a two-shaft steam turbine according to an embodiment of the present invention.
高圧タービン1は、中圧タービン2や低圧タービン3とは、別軸の構成となっている。高圧タービン1と、中圧タービン2とは、クラッチ11により締結され、また、解放される。中圧タービン2と低圧タービン3とは、カップリング4により連結される。
The high-pressure turbine 1 has a configuration different from that of the intermediate-
また、高圧タービン1の軸は、軸受5,6により回転可能に支持される。中圧タービン2の軸は、軸受7,8により回転可能に支持される。低圧タービン3の軸は、軸受9,10により回転可能に支持される。
The shaft of the high-pressure turbine 1 is rotatably supported by bearings 5 and 6. The shaft of the
クラッチ11を締結することで、高圧タービン1と、中圧タービン2及び低圧タービン3の軸を最終的に一つの軸とすることができる。低圧タービン3の軸は発電機に連結されている。
By engaging the clutch 11, the shafts of the high-pressure turbine 1, the intermediate-
次に、図2を用いて、本発明の一実施形態による二軸型蒸気タービンを用いたプラントの蒸気系統について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による二軸型蒸気タービンを用いたプラントの蒸気系統の概略図である。
Next, a steam system of a plant using a two-shaft steam turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram of a steam system of a plant using a two-shaft steam turbine according to an embodiment of the present invention.
中圧起動方式を採用したプラントの蒸気の流れについて説明する。起動時には、蒸気は、再熱蒸気加減弁22を経由して中圧タービン2に流し、中圧タービン2の排気から出る蒸気が低圧タービン3に流れる。また、低圧バイパス弁23も蒸気が通過し復水器15に流れ、復水器15、ヒータ系統16を経由して水に戻り、ボイラ12へ再び給水される。ボイラ過熱系統18を通過した蒸気は、高圧タービンバイパス弁19を通過し、ボイラ再熱蒸気系統17を通過し、再熱蒸気加減弁22を経由して再び中圧タービン2に蒸気が流れる。
The flow of steam in the plant adopting the intermediate pressure starting method will be described. At start-up, the steam flows to the
中圧起動方式により、ボイラ12の両蒸気系統17,18を通過し、ボイラが温められることから、起動時間が短縮される。
Since the boiler is warmed by passing through both
また、負荷上昇時のトランスファリージョンにおいては、高圧タービンバイパス弁19、低圧タービンバイパス弁23が閉まり、主蒸気止弁20、主蒸気加減弁21が開く。この時、ベンチレーション弁24、及び逆止弁25が、高圧タービン1の内圧を上げるために、一時的に閉止する。これにより、高圧タービン1の内部に蒸気が停滞し、風損が発生する。
Further, in the transfer region when the load increases, the high pressure turbine bypass valve 19 and the low pressure
風損を抑制するために、図1に示したように、高圧タービン1と、中圧タービン2及び低圧タービン3とは別軸で構成されていることから、高圧タービン1と中圧タービン2及び低圧タービン3は別回転数で回すことが可能となる。高圧タービン1へは暖気のみに必要な蒸気が流れ、低回転数で温めることが可能となる。中圧タービン2と低圧タービン3の軸回転数が定格3000RPM,もしくは3600RPMまで到達した時に、負荷を取り始める。負荷を取り始めた後、高圧タービン1の回転数を上げていき、定格回転数まで達したとき、クラッチ11により、高圧タービン1と、中圧タービン2及び低圧タービン3の軸を繋ぐ構造とする。軸を繋ぎ、最終的に定格負荷まで上げる構造とする。
In order to suppress the windage loss, as shown in FIG. 1, the high-pressure turbine 1, the intermediate-
制御装置100は、中圧タービン2の回転数情報Rmと、高圧タービン1の回転数情報Rhに基づいて、高圧タービンバイパス弁19,主蒸気止弁20,主蒸気加減弁21,再熱蒸気加減弁22,低圧バイパス弁23,ベンチレーション弁24,逆止弁25の開閉を制御する。また、制御装置100は、クラッチ11の締結・解放を制御する。
Based on the rotational speed information Rm of the
クラッチ11は、一般的にガスタービン、蒸気タービンの一軸コンバインドサイクルなどで用いられるクラッチ構造を採用する。かかるクラッチの一例は、例えば、特開2005−54583号公報に示されている。 The clutch 11 employs a clutch structure that is generally used in a single-shaft combined cycle of a gas turbine or a steam turbine. An example of such a clutch is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-54583.
以上説明したように、本実施形態では、中圧及び低圧タービンと、高圧タービンを別軸にすることにより、起動中の負荷上昇時において、高圧タービンと中圧、低圧タービン軸が別回転数で回転することにより、風損による高圧タービンの温度上昇を抑えることができる。
As described above, in the present embodiment, the intermediate pressure and low pressure turbines and the high pressure turbine are separated from each other, so that the high pressure turbine and the intermediate pressure and low pressure turbine shafts have different rotational speeds when the load increases during startup. By rotating, an increase in the temperature of the high-pressure turbine due to windage can be suppressed.
1…高圧タービン
2…中圧タービン
3…低圧タービン
4…カップリング
5,6,7,8,9,10…軸受
11…クラッチ
12…ボイラ
15…復水器
16…ヒータ系統
17…ボイラ再熱蒸気系統
18…ボイラ過熱系統
19…高圧タービンバイパス弁
20…主蒸気止弁
21…主蒸気加減弁
22…再熱蒸気加減弁
23…低圧バイパス弁
24…ベンチレーション弁
25…逆止弁
100…制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
前記高圧タービンの軸と前記中圧タービンの軸とを締結・解放可能なクラッチと、
前記中圧タービンの軸と前記低圧タービンの軸とを連結するカップリングとを備えることを特徴とする二軸型蒸気タービン。 An intermediate-pressure startup steam turbine having a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine,
A clutch capable of fastening and releasing the shaft of the high-pressure turbine and the shaft of the intermediate-pressure turbine;
A two-shaft steam turbine comprising: a coupling that connects a shaft of the intermediate pressure turbine and a shaft of the low pressure turbine.
中圧起動中の負荷上昇時に、前記クラッチを解放して、前記中圧タービンに蒸気を供給して前記中圧タービンを起動し、
前記中圧タービンの回転数が定格回転数到達後、前記クラッチを締結することを特徴とする二軸型蒸気タービン。 The two-shaft steam turbine according to claim 1, wherein
When the load rises during the start of intermediate pressure, release the clutch, supply steam to the intermediate pressure turbine to start the intermediate pressure turbine,
The two-shaft steam turbine characterized in that the clutch is engaged after the rotational speed of the intermediate pressure turbine reaches a rated rotational speed.
中圧起動中の負荷上昇時に、前記クラッチを解放して、前記中圧タービンに蒸気を供給して前記中圧タービンを起動し、
起動後、負荷を取る状態となったトランスファリージョン時、前記中圧タービンと低圧タービン軸の回転数と、前記高圧タービンの回転数が一致した後、前記クラッチを締結することを特徴とする二軸型蒸気タービン。 The two-shaft steam turbine according to claim 1, wherein
When the load rises during the start of intermediate pressure, release the clutch, supply steam to the intermediate pressure turbine to start the intermediate pressure turbine,
The two-shaft characterized in that the clutch is engaged after the rotational speed of the intermediate-pressure turbine and the low-pressure turbine shaft coincides with the rotational speed of the high-pressure turbine at the time of the transfer region in which a load is taken after startup. Type steam turbine.
前記トランスファリージョン時は、前記中圧タービンと前記低圧タービンが定格回転数まで達した状態から、前記中圧と低圧タービンで定格以下の負荷を取ることを特徴とする二軸型蒸気タービン。 The two-shaft steam turbine according to claim 3,
At the time of the transfer region, the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine take a load less than a rating from the state in which the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine have reached a rated rotational speed.
前記トランスファリージョン時の前記高圧タービンは、前記中圧タービン及び前記低圧タービンより低い回転数で回転することを特徴とする二軸型蒸気タービン。 The two-shaft steam turbine according to claim 3,
The two-shaft steam turbine, wherein the high-pressure turbine in the transfer region rotates at a lower rotational speed than the intermediate-pressure turbine and the low-pressure turbine.
前記トランスファリージョンの終了時、前記高圧タービンの回転数を定格回転数まで上げ、前記高圧タービンと、前記中圧及び低圧タービンをクラッチで繋ぐことを特徴とする二軸型蒸気タービン。 The two-shaft steam turbine according to claim 3,
At the end of the transfer region, the rotational speed of the high-pressure turbine is increased to a rated rotational speed, and the high-pressure turbine and the intermediate-pressure and low-pressure turbines are connected by a clutch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011127430A JP2012255345A (en) | 2011-06-07 | 2011-06-07 | Two-shaft steam turbine |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN113202570A (en) * | 2021-04-20 | 2021-08-03 | 华能苏州热电有限责任公司 | Cold-state starting method and equipment for gas-steam combined cycle unit |
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2011
- 2011-06-07 JP JP2011127430A patent/JP2012255345A/en not_active Withdrawn
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CN113202570A (en) * | 2021-04-20 | 2021-08-03 | 华能苏州热电有限责任公司 | Cold-state starting method and equipment for gas-steam combined cycle unit |
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