JP2013194720A - 蒸気タービン設備 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーロードバルブを用いた構造では、主蒸気流路にバイパスした蒸気を外周から流入させるため、主蒸気流が乱され、いわゆる混合損失が大きくなるという課題がある。
【解決手段】ボイラ２からの蒸気により駆動される高圧タービン４と、高圧タービン４の排気蒸気をボイラ２で再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タービン８と、中圧タービン８の排気蒸気により駆動される低圧タービン１０と、ボイラ２から高圧タービン４へ流れる主蒸気の一部を高圧タービン４の入口をバイパスして中間段落に導くバイパス管１６と、バイパス管１６に設けられたオーバーロードバルブ１７とを備えた蒸気タービン設備１において、翼内部に中空部２４を有するタービン静翼２０を高圧タービン４の中間段落に設け、バイパス管１６を通過した蒸気を中空部２４に導入し、中空部２４に導入した蒸気をタービン静翼２０の翼壁面に設けた供給口２３から主蒸気流路２１に供給する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、蒸気タービン設備に関し、特にオーバーロードバルブを備えた蒸気タービンの蒸気混合構造に関する。

本技術分野の背景技術として、特開平１−２４７７０４号公報（特許文献１）がある。
この公報には、蒸気加減弁とオーバーロードバルブとを備えた蒸気タービンが開示されている。この蒸気タービンでは、静翼と動翼とからなる段落を複数段を備えた蒸気タービンにおいて、主蒸気は蒸気加減弁を経て高圧タービン初段に導かれる一方、一部の主蒸気はオーバーロードバルブを経て初段をバイパスし後段動翼に導かれる。

一般的に蒸気タービンは周波数変動に対応するために、定格出力で主蒸気加減弁を全開にせず運転している。つまり、定格出力時に主蒸気加減弁は全開ではなく、周波数変動時に主蒸気加減弁をさらに開けられるように裕度を持たせている。しかしながら、主蒸気加減弁が全開ではない状態の運転では、主蒸気加減弁での損失が大きく、定格出力時の効率が低下する問題がある。

一方、オーバーロードバルブを用いた構造によれば、高圧タービン流入前の主蒸気の一部をバイパスして高圧タービンの途中段から流入させるようにし、周波数変動時には、このバイパスした蒸気を用いて対応する。つまり、定格出力時に主蒸気加減弁を全開にでき、主蒸気加減弁での損失低減が可能となるため、定格出力時の効率向上につながる。

特開平１−２４７７０４号公報

しかしながら、従来のオーバーロードバルブを用いた蒸気タービンでは、後段入口の主蒸気流路にバイパスした蒸気を流路外周側から流入させるため、主蒸気流が乱され、いわゆる混合損失が大きくなるという課題がある。

そこで本発明は、オーバーロードバルブを備えた蒸気タービンにおいて、バイパスした蒸気の主蒸気流路への流入による主蒸気流の乱れを抑制し、混合損失を低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ボイラからの主蒸気により駆動される高圧タービンと、高圧タービンの排気蒸気をボイラで再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タービンと、中圧タービンの排気蒸気により駆動される低圧タービンと、ボイラから高圧タービンへ流れる主蒸気の一部を高圧タービンの入口をバイパスして中間段落に導くバイパス系統と、バイパス系統に設けられた弁とを備えた蒸気タービン設備において、翼内部に中空部を有するタービン静翼を高圧タービンの中間段落に設け、バイパス系統を通過した蒸気をタービン静翼の中空部に導入し、中空部に導入した蒸気をタービン静翼の翼壁面に設けた供給口から主蒸気流路に供給するようにした。

本発明によれば、バイパスした蒸気を主蒸気流路中から主蒸気流路に対して略平行に供給させられるため、バイパスした蒸気の主蒸気流路への流入による主蒸気流の乱れを抑制し、混合損失を低減できる。

本発明の第１の実施例に係る蒸気タービン設備の系統概略図である。 一般的なオーバーロードバルブを備える蒸気タービンの段落部の概略図である。 本発明の第１の実施例に係る蒸気タービンの段落部の概略図である。 本発明の第１の実施例に係る蒸気タービンの段落部の部分拡大図である。 本発明の第１の実施例に係るタービン静翼の概略断面図である。

本発明の実施例を以下に図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施例について以下に説明する。
図１は、本実施例に係る蒸気タービン設備の系統概略図である。蒸気タービン設備１は、主な機器として、ボイラ２、高圧タービン４、中圧タービン８、低圧タービン１０、複水器１１、発電機１２を有する。高圧タービン４、中圧タービン８、低圧タービン１０はロータ１３で連結され、ロータ１３は発電機１２と連結している。

ボイラ２で発生した主蒸気は、主蒸気管３を流下して高圧タービン４の入口に導かれる。高圧タービン４を駆動して排出された排気蒸気は、高圧タービン４から低温再熱管５を流下してボイラ２の再熱器６に導かれ再加熱される。再熱器６で加熱された蒸気は、高温再熱管７を流下して中圧タービン８に導かれ、中圧タービン８を駆動した後、主蒸気管９を流下して低圧タービン１０に導かれる。低圧タービン１０を駆動して排出された排気蒸気は、複水器１１に導入されて冷却され、複水し、その後ボイラ２に給水として再導入される。高圧タービン４、中圧タービン８、低圧タービン１０はロータ１３で連結され、回転動力がロータ１３を介して発電機１２に伝えられ、発電機１２によって回転動力が電力に変換される。

ボイラ２から高圧タービン４へ流れる主蒸気が通る主蒸気管３には、蒸気の流れ方向上流側から下流側に向かって主蒸気止め弁１４、主蒸気加減弁１５が設けられている。また、主蒸気止め弁１４と主蒸気加減弁１５との間でバイパス管１６が主蒸気管３から分岐して設けられている。主蒸気管３から分岐したバイパス管１６は、高圧タービン４の中間段落に接続しており、主蒸気管３を流れる主蒸気の一部が高圧タービンの上流側段落の一部をバイパスして中間段落から高圧タービン４に導入されるようになっている。バイパス管１６には弁１７（オーバーロードバルブ）が設けられており、バイパス管１６を流れるバイパス蒸気量を制御する。

図２は、一般的なオーバーロードバルブを備えた蒸気タービンの高圧タービン段落部の構造を概略的に示した図である。高圧タービン４は、タービンケーシング２２の内周側に軸方向に複数のタービン段落が設けられており、主蒸気が流れる主蒸気流路２１が形成されている。タービン段落は、ロータ１３の周方向に複数固定されたタービン動翼１８と、タービン動翼１８の上流側に対向するように、ダイヤフラム１９に固定されたタービン静翼２０とで構成される。このタービン段落がロータ１３の軸方向に複数設けられている。

タービンケーシング２２には、ケーシングの外側から中間段落を構成するタービン静翼２０とタービン動翼１８との間の主蒸気流路２１に向かって貫通する流路２５が設けられており、この流路２５にバイパス管１６が接続している。バイパス管１６を流下した蒸気は、流路２５を通ってタービン静翼２０とタービン動翼１８との間から主蒸気流路２１に供給される。この場合、バイパス蒸気２６は、外周側から主蒸気流路２１に供給されるため、主蒸気流を乱し、混合損失の増大につながる。

図３は本実施例に係る高圧タービン段落部の構造を概略的に示した図である。本実施例では、中間段落のタービン静翼２０を中空構造にして翼内部に中空部２４を設けている。
中空部２４は、タービンケーシング２２に設けられた管２７およびダイヤフラム１９内部に設けられた中空部２８を介してバイパス管１６と接続している。バイパス管１６を流下した蒸気は、管２７、中空部２８を通過してタービン静翼２０の中空部２４に導入される。タービン静翼２０の表面には、中空部２４と主蒸気流路２１に連通する供給口２３が設けられており、中空部２４に導入されたバイパス蒸気２６が供給口２３から主蒸気流路２１に供給される。図４（ａ）に示すように、供給口２３は、タービン半径方向に沿って断続的に複数箇所設ける。または、図４（ｂ）に示したように径方向にスリット状に設けてもよい。なお、中間段落とは、高圧タービンの初段下流側かつ最終段落上流側に設けられる段落であればよい。

図５はタービン静翼２０の断面を概略的に示した図である。供給口２３はタービン静翼２０の壁面を貫通して主蒸気流路２１と静翼内部の中空部２４に連通している。図５（ａ）に示したように供給口２３を設ける位置はタービン静翼２０の後縁端がよい。中空部２４からタービン静翼２０の後縁端に向かって、蒸気主流の流れ方向に沿うように供給口２３を設けることで、供給口２３から蒸気主流の流れ方向に沿ってバイパス蒸気を供給することができる。また、後縁端が薄く強度的に厳しいと考えられる場合はタービン静翼２０の後縁端付近の背側（図５（ｂ））または腹側（図５（ｃ））でもよい。この場合、供給口２３から供給するバイパス蒸気が、なるべく蒸気主流の流れを妨げないように、供給口２３は、タービン静翼２０の翼壁面に対して蒸気主流の流れ方向に傾斜させて設けるのがよい。さらに、図５（ｄ）に示したようにタービン静翼２０の前縁部に供給口２３を設けて、前縁部からバイパス蒸気を供給するようにしてもよい。または、これらの組合せであってもよい。

本実施例によれば、タービン静翼２０の中空部２４に導かれたバイパス蒸気は供給２３より供給されるが、主蒸気流路中から主蒸気流路に対して平行にバイパス蒸気を供給できる。流路の外周側から供給するのに比較して、蒸気を主流路中に偏り無く導入でき、また供給する流れの向きを蒸気主流の流れの向きに合わせやすい。そのため主蒸気流の乱れを抑制でき、いわゆる混合損失の低減が可能となる。

１ 蒸気タービン設備
２ ボイラ
３、９ 主蒸気管
４ 高圧タービン
５ 低温再熱管
６ 再熱器
７ 高温再熱管
８ 中圧タービン
１０ 低圧タービン
１１ 複水器
１２ 発電機
１３ ロータ
１４ 主蒸気止め弁
１５ 主蒸気加減弁
１６ バイパス管
１７ 弁
１８ タービン動翼
１９ ダイヤフラム
２０ タービン静翼
２１ 主蒸気流路
２２ タービンケーシング
２３ 供給口
２４ 中空部

Claims (3)

1. ボイラからの主蒸気により駆動される高圧タービンと、前記高圧タービンの排気蒸気を前記ボイラで再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タービンと、前記中圧タービンの排気蒸気により駆動される低圧タービンと、前記ボイラから前記高圧タービンへ流れる主蒸気の一部を前記高圧タービンの入口をバイパスして中間段落に導くバイパス系統と、該バイパス系統に設けられた弁とを備えた蒸気タービン設備であって、
   翼内部に中空部を有するタービン静翼を前記高圧タービンの中間段落に設け、
   前記バイパス系統を通過した蒸気を前記タービン静翼の中空部に導入し、前記中空部に導入した蒸気を前記タービン静翼の翼壁面に設けた供給口から主蒸気流路に供給することを特徴とする蒸気タービン設備。
2. 請求項１記載の蒸気タービン発電設備であって、
   前記供給口は、前記タービン静翼の翼壁面にタービン半径方向に断続的に複数個設けられていることを特徴とする蒸気タービン設備。
3. 請求項１記載の蒸気タービン設備であって、
   前記供給口は、前記タービン静翼の翼壁面にタービン半径方向にスリット状に設けられていることを特徴とする蒸気タービン設備。