JP2016125414A - Steam turbine installation, vessel, and method of controlling steam turbine installation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気タービン設備、船舶、および蒸気タービン設備の制御方法に関する。 The present invention relates to a steam turbine facility, a ship, and a method for controlling a steam turbine facility.
従来、舶用主機として蒸気タービンを使用する船舶が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このような船舶では、即座に離岸できるようにするためには、停泊中であっても蒸気タービンを暖機しておく必要がある。蒸気タービンを暖機しておくことで、離岸する際に段階的に暖機を行う工程が不要となるため、即座に離岸することができる。
特許文献1では、タービン車室の内壁面および外壁面の温度を測定し、蒸気タービンが暖気状態であるかどうかを適切に判断する技術が開示されている。
特許文献1に開示された蒸気タービンシステムでは、主ボイラから供給される主蒸気が高圧タービン(高圧側タービン)に流入し、高圧タービンから排出された排気蒸気が再熱器で加熱されて再熱蒸気となり、再熱蒸気が中圧タービン(低圧側タービン)に流入するようになっている。
Conventionally, a ship using a steam turbine as a marine main engine is known (for example, refer to Patent Document 1). In such a ship, it is necessary to warm up the steam turbine even when it is anchored in order to be able to leave the shore immediately. By warming up the steam turbine, the step of warming up step by step is not required when leaving the shore, so that the shore can be taken off immediately.
In the steam turbine system disclosed in
特許文献1に開示されるような蒸気タービンシステムの場合、高圧タービンを構成するロータ軸と中圧タービンを構成するロータ軸とは同一軸線上で連結される。ロータ軸が連結される位置には、高圧側と中圧側とを仕切る環状仕切部が設けられる。
再熱器から再熱蒸気が供給される流路に低温の媒体が存在しこの媒体が中圧タービンに流入すると、環状仕切部が冷却されることとなる。環状仕切部が冷却されると、環状仕切部が熱収縮して内周面の内径が小さくなる、あるいは軸方向に熱収縮し、ロータ軸とラビリンス部のクリアランスが狭まる。この熱収縮の度合いが大きい場合、環状仕切部の内周面に配されたラビリンス部がロータ軸に接触して振動や騒音が発生し、あるいはロータ軸が損傷する可能性がある。
In the case of a steam turbine system as disclosed in
When a low temperature medium exists in the flow path to which the reheat steam is supplied from the reheater, and this medium flows into the intermediate pressure turbine, the annular partition is cooled. When the annular partition portion is cooled, the annular partition portion is thermally contracted to reduce the inner diameter of the inner peripheral surface, or is thermally contracted in the axial direction, and the clearance between the rotor shaft and the labyrinth portion is narrowed. When the degree of this heat shrinkage is large, the labyrinth portion arranged on the inner peripheral surface of the annular partitioning portion may come into contact with the rotor shaft to generate vibration and noise, or the rotor shaft may be damaged.
特許文献1では、蒸気タービンを収容する車室の内壁面および外壁面の温度が温度センサで測定される。しかしながら、環状仕切部を熱収縮させる低温の媒体が中圧タービンに流入してもタービン車室の内壁面および外壁面の温度が変化しない場合がある。この場合、環状仕切部に熱収縮が発生していることを温度センサによって検出することができない。そのため、環状仕切部が冷却されて熱収縮し、前述した不具合が発生することが懸念される。
In
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、高圧側タービンと低圧側タービンとの間を仕切る環状仕切部が熱収縮することによる不具合を抑制した蒸気タービン設備、それを備えた船舶、および蒸気タービン設備の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and includes a steam turbine facility that suppresses problems caused by thermal contraction of an annular partition that partitions between a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, and includes the same. It aims at providing the control method of a ship and a steam turbine installation.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第1態様に係る蒸気タービン設備は、ロータ軸と、高圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる高圧側タービンと、前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる低圧側タービンと、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間において前記ロータ軸の外周面と対向する内周面を形成し、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間を仕切るとともに、前記低圧側タービンへ前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気を供給する低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部と、前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測部と、前記第1温度計測部が計測する温度が所定温度を下回る場合に前記ロータ軸の回転数を低下させるよう制御する制御部とを備える。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The steam turbine equipment according to the first aspect of the present invention includes a rotor shaft, a high-pressure turbine that rotates the rotor shaft by high-pressure steam, and a low-pressure side that rotates the rotor shaft by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine. Forming an inner peripheral surface that opposes the outer peripheral surface of the rotor shaft between the turbine, the high-pressure turbine, and the low-pressure turbine, partitioning the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and An annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber that supplies low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine to the side turbine, a first temperature measurement unit that measures the temperature of the annular partition, and the first temperature And a control unit that controls to reduce the rotational speed of the rotor shaft when the temperature measured by the measurement unit falls below a predetermined temperature.
本発明の第1態様に係る蒸気タービン設備は、高圧側タービンと低圧側タービンとの間を仕切る環状仕切部が低圧蒸気室の一部を形成している。そのため、低圧蒸気が供給される流路に何らかの要因で低温の媒体が存在し、この媒体が低圧側タービンに流入すると低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部が冷却される。
本発明の第1態様に係る蒸気タービン設備によれば、第1温度計測部が計測する環状仕切部の温度が所定温度(例えば、環状仕切部を収容する車室の内周面の温度)を下回る場合、制御部がロータ軸の回転数を低下させるよう制御する。そのため、低温の媒体の流入が発生して環状仕切部が熱収縮を生じる場合であっても、環状仕切部の内周面がロータ軸に接触して振動や騒音が発生する不具合、あるいはロータ軸が損傷する不具合を抑制することができる。
In the steam turbine equipment according to the first aspect of the present invention, the annular partition that partitions between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine forms a part of the low-pressure steam chamber. Therefore, a low-temperature medium exists for some reason in the flow path to which the low-pressure steam is supplied, and when this medium flows into the low-pressure side turbine, the annular partition that forms a part of the low-pressure steam chamber is cooled.
According to the steam turbine equipment according to the first aspect of the present invention, the temperature of the annular partition measured by the first temperature measurement unit is a predetermined temperature (for example, the temperature of the inner peripheral surface of the passenger compartment housing the annular partition). When it falls below, the control unit controls to reduce the rotational speed of the rotor shaft. For this reason, even when a low-temperature medium inflow occurs and the annular partition portion undergoes thermal contraction, the inner peripheral surface of the annular partition portion contacts the rotor shaft, causing vibration or noise, or the rotor shaft Can be prevented from being damaged.
本発明の第1態様に係る蒸気タービン設備において、前記制御部は、前記第1温度計測部が計測する温度が前記所定温度を下回る状態が所定時間に渡って継続した場合に前記ロータ軸の回転数を低下させるよう制御するようにしてもよい。
このようにすることで、第1温度計測部が計測する温度が前記所定温度を下回る状態が所定時間に渡って継続し、環状仕切部が熱収縮する可能性が極めて高い場合に、ロータ軸の回転数を低下させることができる。
In the steam turbine equipment according to the first aspect of the present invention, the control unit rotates the rotor shaft when the temperature measured by the first temperature measurement unit continues below a predetermined temperature for a predetermined time. You may make it control so that a number may fall.
By doing in this way, the state where the temperature measured by the first temperature measurement unit is lower than the predetermined temperature continues for a predetermined time, and the possibility that the annular partition is thermally contracted is extremely high. The number of rotations can be reduced.
本発明の第2態様に係る蒸気タービン設備は、ロータ軸と、高圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる高圧側タービンと、前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる低圧側タービンと、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間において前記ロータ軸の外周面と対向する内周面を形成し、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間を仕切るとともに、前記低圧側タービンへ前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気を供給する低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部と、前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測部と、前記低圧側タービンへ前記低圧蒸気を供給する流路へ所定温度より高温の暖気用蒸気を供給するか否かを切り換える切換弁と、前記第1温度計測部が計測する温度が前記所定温度を下回る場合に前記暖気用蒸気を前記流路へ供給するよう前記切換弁を制御する制御部とを備える。 The steam turbine equipment according to the second aspect of the present invention includes a rotor shaft, a high-pressure turbine that rotates the rotor shaft by high-pressure steam, and a low-pressure side that rotates the rotor shaft by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine. Forming an inner peripheral surface that opposes the outer peripheral surface of the rotor shaft between the turbine, the high-pressure turbine, and the low-pressure turbine, partitioning the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and An annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber that supplies low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine to the side turbine, a first temperature measurement unit that measures the temperature of the annular partition, and the low-pressure turbine A switching valve for switching whether or not to supply the warming steam having a temperature higher than a predetermined temperature to the flow path for supplying the low-pressure steam to the temperature, and the temperature measured by the first temperature measuring unit And a control unit for controlling the switching valve to supply the hot air steam when below the predetermined temperature to the flow path.
本発明の第2態様に係る蒸気タービン設備は、高圧側タービンと低圧側タービンとの間を仕切る環状仕切部が低圧蒸気室の一部を形成している。そのため、低圧蒸気が供給される流路に何らかの要因で低温の媒体が存在し、この媒体が低圧側タービンに流入すると低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部が冷却される。
本発明の第2態様に係る蒸気タービン設備によれば、第1温度計測部が計測する環状仕切部の温度が所定温度(例えば、環状仕切部を収容する車室の内周面の温度)を下回る場合、制御部が低圧蒸気を供給する流路へ暖気用蒸気を供給するよう切換弁を制御する。そのため、低圧蒸気室に流入する低温の媒体に所定温度より高温の暖気用蒸気が混合され、環状仕切部が熱収縮することが抑制される。よって、環状仕切部の内周面に配されたラビリンス部がロータ軸に接触して振動や騒音が発生する不具合、あるいはロータ軸が損傷する不具合を抑制することができる。
In the steam turbine equipment according to the second aspect of the present invention, the annular partition that partitions between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine forms a part of the low-pressure steam chamber. Therefore, a low-temperature medium exists for some reason in the flow path to which the low-pressure steam is supplied, and when this medium flows into the low-pressure side turbine, the annular partition that forms a part of the low-pressure steam chamber is cooled.
According to the steam turbine equipment according to the second aspect of the present invention, the temperature of the annular partition measured by the first temperature measurement unit is a predetermined temperature (for example, the temperature of the inner peripheral surface of the passenger compartment housing the annular partition). When it falls below, the control unit controls the switching valve to supply the warm-up steam to the flow path for supplying the low-pressure steam. For this reason, it is possible to suppress warm contraction of the annular partition portion by mixing warm steam having a temperature higher than a predetermined temperature with a low temperature medium flowing into the low pressure steam chamber. Therefore, the trouble that the labyrinth part arranged on the inner peripheral surface of the annular partitioning part contacts the rotor shaft to generate vibration and noise, or the trouble that the rotor shaft is damaged can be suppressed.
本発明の第2態様に係る蒸気タービン設備において、前記制御部は、前記第1温度計測部が計測する温度が前記所定温度を下回る状態が所定時間に渡って継続した場合に前記暖気用蒸気を前記流路へ供給するよう前記切換弁を制御するようにしてもよい。
このようにすることで、第1温度計測部が計測する温度が前記所定温度を下回る状態が所定時間に渡って継続し、環状仕切部が熱収縮する可能性が極めて高い場合に、低圧蒸気を供給する流路へ暖気用蒸気を供給するよう切換弁を制御することができる。
In the steam turbine equipment according to the second aspect of the present invention, the control unit supplies the warm-up steam when a state in which the temperature measured by the first temperature measurement unit is lower than the predetermined temperature continues for a predetermined time. You may make it control the said switching valve to supply to the said flow path.
By doing so, when the temperature measured by the first temperature measurement unit is lower than the predetermined temperature continues for a predetermined time, and the possibility that the annular partition is thermally contracted is extremely high, the low-pressure steam is generated. The switching valve can be controlled to supply the warm-up steam to the supply flow path.
上記いずれかの蒸気タービン設備は、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンと前記環状仕切部とを収容する車室と、前記車室うち前記環状仕切部を収容する部分の内周面の温度を計測する第2温度計測部とを備え、前記所定温度は、前記第2温度計測部が計測する温度または前記第2温度計測部が計測する温度から閾値温度を減算した温度である構成としてもよい。
このようにすることで、第2温度計測部が計測する車室の内周面の温度またはそれより閾値温度を減算した温度よりも第1温度計測部が計測する環状仕切部の温度が下回り、環状仕切部が熱収縮する可能性が極めて高い状態を適切に検出することができる。したがって、環状仕切部の内周面に配されたラビリンス部がロータ軸に接触して振動や騒音が発生する不具合、あるいはロータ軸が損傷する不具合を抑制することができる。
Any one of the steam turbine facilities described above is configured such that a temperature of an inner peripheral surface of a casing that houses the high-pressure turbine, the low-pressure turbine, and the annular partition, and a portion of the casing that houses the annular partition. A second temperature measuring unit for measuring, and the predetermined temperature may be a temperature measured by the second temperature measuring unit or a temperature obtained by subtracting a threshold temperature from the temperature measured by the second temperature measuring unit. .
By doing in this way, the temperature of the annular partition part which a 1st temperature measurement part measures is lower than the temperature of the inner peripheral surface of a vehicle room which a 2nd temperature measurement part measures, or the temperature which subtracted the threshold temperature from it, It is possible to appropriately detect a state in which the possibility that the annular partition portion is thermally contracted is extremely high. Accordingly, it is possible to suppress the problem that the labyrinth part arranged on the inner peripheral surface of the annular partitioning part contacts the rotor shaft to generate vibration and noise, or the problem that the rotor shaft is damaged.
上記構成の蒸気タービン設備において、前記第1温度計測部は、前記環状仕切部の外周面と前記車室の内周面により挟まれた空間であって前記低圧蒸気室と連通していない空間の温度を計測するようにしてもよい。
このようにすることで、熱収縮により変形する環状仕切部に第1温度計測部を直接接触させることなく、環状仕切部の温度を計測することができる。そのため、環状仕切部の熱収縮により第1温度計測部が破損する不具合を抑制することができる。また、低圧蒸気室に流入する媒体による温度変化を直接的に受けないように、環状仕切部の温度を計測することができる。そのため、低圧蒸気室に流入する低圧蒸気の温度が環状仕切部を熱収縮させない範囲で変化する場合には、蒸気タービン設備の運転状態(例えば、タービンの回転数)を変化させずに維持することができる。
In the steam turbine equipment configured as described above, the first temperature measurement unit is a space that is sandwiched between the outer peripheral surface of the annular partitioning portion and the inner peripheral surface of the casing and is not in communication with the low-pressure steam chamber. You may make it measure temperature.
By doing in this way, the temperature of an annular partition part can be measured, without making a 1st temperature measurement part contact the annular partition part which deform | transforms by heat contraction directly. Therefore, the malfunction that a 1st temperature measurement part is damaged by the thermal contraction of an annular partition part can be suppressed. Moreover, the temperature of the annular partition can be measured so that the temperature change due to the medium flowing into the low-pressure steam chamber is not directly received. Therefore, when the temperature of the low-pressure steam flowing into the low-pressure steam chamber changes within a range that does not cause heat shrinkage of the annular partition, the operation state of the steam turbine equipment (for example, the rotational speed of the turbine) should be maintained without change. Can do.
本発明の一態様に係る船舶は、上記のいずれかに記載の蒸気タービン設備と、前記蒸気タービン設備が発生する回転動力によって推進力を発生させる推進器とを備える。
このようにすることで、高圧側タービンと低圧側タービンとの間を仕切る環状仕切部が熱収縮することによる不具合を抑制した蒸気タービン設備を備えた船舶を提供することができる。
The ship concerning one mode of the present invention is provided with the steam turbine equipment in any one of the above, and the propulsion device which generates propulsion power with the rotation power which the steam turbine equipment generates.
By doing in this way, the ship provided with the steam turbine equipment which suppressed the malfunction by the cyclic | annular partition part which partitions off between a high pressure side turbine and a low pressure side turbine thermally contracting can be provided.
本発明の第1態様に係る蒸気タービン設備の制御方法は、ロータ軸と、高圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる高圧側タービンと、前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる低圧側タービンと、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間において前記ロータ軸の外周面と対向する内周面を形成し、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間を仕切るとともに、前記低圧側タービンへ前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気を供給する低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部とを備える蒸気タービン設備の制御方法であって、前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測工程と、前記第1温度計測工程が計測する温度が所定温度を下回る場合に前記ロータ軸の回転数を低下させるよう制御する制御工程とを備える。 The steam turbine equipment control method according to the first aspect of the present invention includes a rotor shaft, a high-pressure turbine that rotates the rotor shaft by high-pressure steam, and the rotor shaft that rotates by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine. And forming an inner peripheral surface that opposes the outer peripheral surface of the rotor shaft between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and partitioning the high-pressure turbine from the low-pressure turbine. A method for controlling steam turbine equipment, comprising: an annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber that supplies the low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine to the low-pressure turbine, the temperature of the annular partition A first temperature measuring step for measuring the rotation of the rotor shaft when the temperature measured by the first temperature measuring step is lower than a predetermined temperature. And a control step of controlling.
本発明の第1態様に係る蒸気タービン設備の制御方法によれば、第1温度計測工程が計測する環状仕切部の温度が所定温度(例えば、環状仕切部を収容する車室の内周面の温度)を下回る場合、制御工程がロータ軸の回転数を低下させるよう制御する。そのため、低温の媒体の流入によって環状仕切部が熱収縮する場合であっても、環状仕切部の内周面に配されたラビリンス部がロータ軸に接触して振動や騒音が発生する不具合、あるいはロータ軸が損傷する不具合を抑制することができる。 According to the control method of the steam turbine equipment according to the first aspect of the present invention, the temperature of the annular partition measured by the first temperature measurement step is a predetermined temperature (for example, the inner peripheral surface of the passenger compartment that houses the annular partition). When the temperature is lower than the (temperature), the control process controls to reduce the rotational speed of the rotor shaft. Therefore, even when the annular partition is thermally contracted due to the inflow of a low-temperature medium, the labyrinth disposed on the inner peripheral surface of the annular partition contacts the rotor shaft, causing a problem of vibration and noise, or A problem that the rotor shaft is damaged can be suppressed.
本発明の第2態様に係る蒸気タービン設備の制御方法は、ロータ軸と、高圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる高圧側タービンと、前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる低圧側タービンと、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間において前記ロータ軸の外周面と対向する内周面を形成し、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間を仕切るとともに、前記低圧側タービンへ前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気を供給する低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部と、前記低圧側タービンへ前記低圧蒸気を供給する流路へ所定温度より高温の暖気用蒸気を供給するか否かを切り換える切換弁とを備える蒸気タービン設備の制御方法であって、前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測工程と、前記第1温度計測工程が計測する温度が前記所定温度を下回る場合に前記暖気用蒸気を前記流路へ供給するよう前記切換弁を制御する制御工程とを備える。 The steam turbine equipment control method according to the second aspect of the present invention includes a rotor shaft, a high-pressure turbine that rotates the rotor shaft by high-pressure steam, and the rotor shaft that rotates by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine. And forming an inner peripheral surface that opposes the outer peripheral surface of the rotor shaft between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and partitioning the high-pressure turbine from the low-pressure turbine. An annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber that supplies low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine to the low-pressure turbine, and a flow path that supplies the low-pressure steam to the low-pressure turbine from a predetermined temperature. A steam turbine equipment control method comprising a switching valve for switching whether or not to supply high-temperature warm-up steam, wherein the temperature of the annular partition is measured Comprising a first temperature measuring step, and a control step of temperature to which the first temperature measuring step of measuring to control the switching valve to supply the hot air steam when below the predetermined temperature to the flow path.
本発明の第2態様に係る蒸気タービン設備の制御方法によれば、第1温度計測工程が計測する環状仕切部の温度が所定温度(例えば、環状仕切部を収容する車室の内周面の温度)を下回る場合、制御工程が低圧蒸気を供給する流路へ暖気用蒸気を供給するよう切換弁を制御する。そのため、低圧蒸気室に流入する低温の媒体に所定温度より高温の暖気用蒸気が混合され、環状仕切部が熱収縮することが抑制される。よって、環状仕切部の内周面に配されたラビリンス部がロータ軸に接触して振動や騒音が発生する不具合、あるいはロータ軸が損傷する不具合を抑制することができる。 According to the control method for steam turbine equipment according to the second aspect of the present invention, the temperature of the annular partition measured by the first temperature measurement step is a predetermined temperature (for example, the inner peripheral surface of the passenger compartment that houses the annular partition). When the temperature is lower, the control step controls the switching valve so as to supply the warm-up steam to the flow path for supplying the low-pressure steam. For this reason, it is possible to suppress warm contraction of the annular partition portion by mixing warm steam having a temperature higher than a predetermined temperature with a low temperature medium flowing into the low pressure steam chamber. Therefore, the trouble that the labyrinth part arranged on the inner peripheral surface of the annular partitioning part contacts the rotor shaft to generate vibration and noise, or the trouble that the rotor shaft is damaged can be suppressed.
本発明によれば、高圧側タービンと低圧側タービンとの間を仕切る環状仕切部が熱収縮することによる不具合を抑制した蒸気タービン設備、それを備えた船舶、および蒸気タービン設備の制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steam turbine equipment which suppressed the malfunction by the annular partition part which partitions off between a high pressure side turbine and a low pressure side turbine thermally contracted, the ship provided with the same, and the control method of a steam turbine equipment are provided. can do.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係る蒸気タービン設備について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蒸気タービン設備100は、LNG船等の船舶の推進用に用いられる。船舶は、蒸気タービン設備100と、蒸気タービン設備100が発生する回転動力を減速して伝達する減速機(図示略)と、減速機を介して伝達される回転動力によって推進力を発生させる推進器であるプロペラ(図示略)とを備える。
[First Embodiment]
Hereinafter, steam turbine equipment according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The
図1および図2に示すように、本実施形態の蒸気タービン設備100は、主ボイラ10と、高中圧蒸気タービン20と、再熱器30と、低圧蒸気タービン40と、後進用タービン50と、復水器60と、復水ポンプ70と、制御部80と、ロータ軸90とを備える。
主ボイラ10は、バーナ(図示略)から供給される燃料および酸化剤を火炉内で燃焼させ、その燃焼により発生する熱により高温(例えば、約560℃)の主蒸気(高圧蒸気)を生成する装置である。主ボイラ10が生成した主蒸気は、主蒸気管1を介して高中圧蒸気タービン20の主蒸気入口20a(図2参照)へ供給される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
図1に示すように、主蒸気管1の流路上には、前進切換弁1aと前進操縦弁1bとが設けられている。
前進切換弁1aは、船舶を前進させる推力を得るために主ボイラ10から高中圧蒸気タービン20へ主蒸気を供給する際に開状態となる弁である。前進切換弁1aは、船舶を停止させるには閉状態に切り換えられる。
前進操縦弁1bは、前進切換弁1aが開状態である場合に主ボイラ10から高中圧蒸気タービン20へ供給される主蒸気の流量を制御するために開度が切り換えられる弁である。前進操縦弁1bは、船舶を後進させる場合には閉状態に切り替えられる。前進操縦弁1bの開度は、制御部80によって制御される。
As shown in FIG. 1, a
The
The
図2に示すように、高中圧蒸気タービン20は、高圧蒸気タービン21(高圧側蒸気タービン)と、中圧蒸気タービン22(低圧側蒸気タービン)と、環状仕切部23と、サーマルシールド環24と、車室25とを有する。
高圧蒸気タービン21は、主ボイラ10から主蒸気管1を介して供給される主蒸気によって回転させられる回転部材である。図2に示すように、高圧蒸気タービン21は、軸線X方向に延びるロータ軸90に、軸線X方向に沿って配置される複数段の動翼を取り付けたものである。
As shown in FIG. 2, the high intermediate
The high-
中圧蒸気タービン22は、再熱器30から再熱蒸気管3を介して供給される再熱蒸気(低圧蒸気)によって回転させられる回転部材である。図2に示すように、中圧蒸気タービン22は、軸線X方向に延びるロータ軸90に、軸線X方向に沿って配置される複数段の動翼が取り付けたものである。
The intermediate
再熱器30は、高圧蒸気タービン21から蒸気管2を介して排出される排気蒸気を加熱して再熱蒸気を生成し、再熱蒸気管3を介して中圧蒸気タービン22へ供給する熱交換器ある。再熱器30は、主ボイラ10で発生する熱により排気蒸気を加熱して高温(例えば、560℃)の再熱蒸気を生成する。再熱蒸気管3の流路上には再熱蒸気止弁3aが設けられている。
The
低圧蒸気タービン40は、中圧蒸気タービン22から蒸気管4を介して供給される排気蒸気によって回転させられる回転部材である。低圧蒸気タービン40から排出される排気蒸気は、復水管5を介して復水器60へ供給される。
The low-
後進用タービン50は、主蒸気管1の途中から枝分かれした後進用主蒸気管6を介して供給される主蒸気によって回転させられる回転部材である。後進用タービン50は、船舶が後進する際に用いられる。後進用タービンが有するロータ軸(図示略)と低圧蒸気タービン40が有するロータ軸(図示略)とは、同一の軸線(図示略)上に配置される一体の回転軸となっている。この回転軸は、ロータ軸90とは独立した別個の回転軸となっている。これら一対の回転軸は、それぞれ減速機に接続されている。一対の回転軸のそれぞれから出力される回転動力は、減速機を介してプロペラ(図示略)に伝達される。
The
後進用主蒸気管6の流路上には、後進中間弁6aと後進操縦弁6bとが設けられている。
後進中間弁6aは、船舶を後進させる推力を得るために主ボイラ10から後進用タービン50へ主蒸気を供給する際に開状態となる弁である。船舶が港湾を航行する場合または船舶を停止させる場合、後進中間弁6aは開状態に切り換えられる。一方、船舶が外洋を航行する場合、後進中間弁6aは閉状態に切り替えられる。
後進操縦弁6bは、後進中間弁6aが開状態である場合に主ボイラ10から後進用タービン50へ供給される主蒸気の流量を制御するために開度が切り換えられる弁である。後進操縦弁6bの開度は、制御部80によって制御される。
On the flow path of the reverse
The reverse
The
復水器60は、低圧蒸気タービン40から復水管5を介して供給される排気蒸気を凝縮して復水を生成する装置である。
復水ポンプ70は、復水器60で凝縮した復水を給水管8を介して主ボイラ10へ供給する装置である。
The
The
制御部80は、本実施形態の蒸気タービン設備100の各部を制御する装置である。制御部80は、主ボイラ10のバーナ(図示略)へ供給する燃料および酸化剤の量を制御することにより、主ボイラ10の出力を制御する。また、制御部80は、前進操縦弁1bの開度,後進操縦弁6bの開度等、各種の弁の開度を調整する。このようにして、制御部80は、高中圧蒸気タービン20のロータ軸の回転数および低圧蒸気タービン40のロータ軸の回転数を制御する。
The
次に、図2から図4を参照して、高中圧蒸気タービン20の構造をより詳細に説明する。
図2に示すように、高中圧蒸気タービン20は、環状仕切部23とサーマルシールド環24と車室25とを有する。
高圧蒸気タービン21と中圧蒸気タービン22と環状仕切部23とサーマルシールド環24を軸線X回りに車室25内に収容されている。環状仕切部23およびサーマルシールド環24の外周面は、車室25の内周面に接触した状態で支持されている。
図3に示すように車室25は、上車室25aと下車室25bとを締結ボルトで締結した構造となっている。
Next, the structure of the high and medium
As shown in FIG. 2, the high intermediate
The high-
As shown in FIG. 3, the
環状仕切部23は、車室25に収容される高圧蒸気タービン21と中圧蒸気タービン22との間を仕切る部材である。環状仕切部23は、ロータ軸90の外周面と対向する内周面を有する。図2に示すように、この内周面には、ロータ軸90の外周面との間に蒸気に対するシール領域を形成するための複数のシールリング23bが設けられている。
The
環状仕切部23の内部に形成されるノズル室20bには、主蒸気入口20aから主蒸気が導かれる。ノズル室20bに導かれた主蒸気は、高圧蒸気タービン21の第1段静翼に導かれる。高圧蒸気タービン21で主蒸気の高温高圧のエネルギーを回転動力に変化する仕事をした主蒸気は、排気蒸気となって主蒸気出口20cから再熱器30へ導かれる。
The main steam is guided from the
高中圧蒸気タービン20に形成される再熱蒸気室20dは、再熱器30から再熱蒸気入口部20eへ導かれた再熱蒸気を中圧蒸気タービン22の第1段静翼へ供給する空間である。再熱蒸気室20dは、軸線X回りに延びる円環状の空間となっている。再熱蒸気室20dは、一部が環状仕切部23の外周面によって形成され、他の一部がサーマルシールド環24の内周面によって形成されている。
The
高中圧蒸気タービン20は、環状仕切部23の外周面と車室25の内周面により挟まれた空間S1(高圧蒸気タービン21の第一段落動翼後と連通している空間)を有する。なお、空間S1はノズル室20bおよび再熱蒸気室20dとは連通していない。高圧蒸気タービン21の第一段落動翼後と連通している空間S1と再熱蒸気室20dとの間には複数のシールリング23bによって形成されるシール領域が存在している。また、空間S1とノズル室20b後の高圧蒸気タービン21における第一段落初段ノズル出口の間にも、シール領域が設けられている。
The high intermediate
このように、空間S1は再熱蒸気室20dに流入する再熱蒸気の温度変化を直接的には受けない空間となっている。同様に、空間S1はノズル室20bに流入する主蒸気の温度変化を直接的には受けない空間となっている。また、環状仕切部23の外周面の一部が再熱蒸気室20dを形成しているため、環状仕切部23の温度は再熱蒸気室20dに流入する媒体の温度によって変化する。したがって、環状仕切部23の温度が変化した場合には、空間S1の温度もその影響を受けて変化する。
Thus, the space S1 is a space that is not directly subjected to the temperature change of the reheat steam flowing into the
本実施形態では、再熱蒸気室20dに流入する媒体の温度によって変化する環状仕切部23の温度を推定するために、高中圧蒸気タービン20に空間S1の温度を計測する温度センサ23c(第1温度計測部)を設けた。温度センサ23cは、環状仕切部23の温度を直接的に計測するものではなく、空間S1の温度を計測することによって環状仕切部23の温度変化を間接的に計測するものである。温度センサ23cが計測した温度は、信号線(図示略)を介して制御部80に伝達される。
In the present embodiment, in order to estimate the temperature of the
図3に示すように、温度センサ23cの先端は環状仕切部23に接触しない位置に配置されている。温度センサ23cの先端と環状仕切部23との間には、環状仕切部23に熱変形が生じたとしても、これらが接触しない程度の間隔が設けられている。また、温度センサ23cの先端には、温度を計測するための熱電対(図示略)が設けられている。温度センサ23cの先端と環状仕切部23との間に適切な間隔が設けられているため、環状仕切部23の熱変形によって温度センサ23cが固定された位置が変化することや、熱電対による温度計測が不能となることはない。
As shown in FIG. 3, the tip of the
図3に示すように、空間S1の一部を形成する車室25には、空間S1に滞留したドレン水を復水器60へ導くドレン管(図示略)が設けられている。
図2に示すように、サーマルシールド環24は再熱蒸気室20dの一部を構成する筒状の部材である。サーマルシールド環24は、車室25が高温(例えば、560℃)の再熱蒸気と直接的に接触することを防止する。車室25が高温の再熱蒸気により加熱されないため、車室25の寿命を延ばしたり、高温域でのクリープ強度を確保することができる。
As shown in FIG. 3, a drain pipe (not shown) that guides drain water staying in the space S <b> 1 to the
As shown in FIG. 2, the
サーマルシールド環24の外周面とそれに対向する車室25の内周面との間には、空間S2が形成される。空間S2には、高圧蒸気タービン21から排出される排気蒸気が一部抽気されて導かれるようになっている。高圧蒸気タービン21から排出される排気蒸気は、再熱蒸気よりも低温(例えば、370℃)である。そのため、車室25は、高圧蒸気タービン21から排出される排気蒸気によって、再熱蒸気の熱から保護される。
A space S <b> 2 is formed between the outer peripheral surface of the
次に図3および図4を参照して高中圧蒸気タービン20が備える温度センサについて説明する。
本実施形態の高中圧蒸気タービン20は、温度センサ23cと、温度センサ26aと、温度センサ26bと、温度センサ27aと、温度センサ27bと、温度センサ28aと、温度センサ28bと、温度センサ29aと、温度センサ29bとを備える。
Next, a temperature sensor provided in the high and medium
The high intermediate
温度センサ26a,27a,28a,29aは、それぞれ車室25の内周面近傍の温度を計測するセンサである。温度センサ26a,27a,28a,29aが計測した温度は、それぞれ信号線(図示略)を介して制御部80に伝達される。
図4に示すように、温度センサ26a,27a,28a,29aは、その先端が車室25の内周面の近傍に位置するように車室25の壁面に埋め込まれている。温度センサ26a,27a,28a,29aの温度計測素子は先端部に配置される。そのため、温度センサ26a,27a,28a,29aが検出する温度は、車室25の内周面に近い温度となる。
The
As shown in FIG. 4, the
温度センサ26b,27b,28b,29bは、それぞれ車室25の外周面近傍の温度を計測するセンサである。温度センサ26b,27b,28b,29bが計測した温度は、それぞれ信号線(図示略)を介して制御部80に伝達される。
図4に示すように、温度センサ26b,27b,28b,29bは、その先端が車室25の外周面の近傍に位置するように配置されている。温度センサ26b,27b,28b,29bの温度計測素子は先端部に配置される。そのため、温度センサ26b,27b,28b,29bが検出する温度は、車室25の外周面に近い温度となる。
The
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、温度センサ26a,27a,28a,29aが配置される軸線X上の位置は、それぞれ異なった位置となっている。また、温度センサ26b,27b,28b,29bが配置される軸線X上の位置は、それぞれ異なった位置となっている。
温度センサ26aが配置される軸線X上の位置と温度センサ23cが配置される軸線X上の位置は、位置Pで一致している。
なお、温度センサ26aが配置される軸線X上の位置と温度センサ23cが配置される軸線X上の位置は、位置Pで一致しているのが望ましいが、車室25の内周面温度に誤差がでない程度にほぼ一致していればよい。
As shown in FIG. 4, the positions on the axis X where the
A position on the axis X where the
The position on the axis X where the
次に、本実施形態の蒸気タービン設備100が実行する動作について図5に示すフローチャートを用いて説明する。図5に示すフローチャートにおける各処理は、制御部80が記憶部(図示略)から制御プログラムを読み出すことにより実行される。
Next, the operation | movement which the
ステップS501で制御部80は、蒸気タービン設備100の起動が完了しているかどうかを判断し、起動が完了していればステップS502に処理を進める。制御部80は、蒸気タービン設備100の起動が完了していない場合、本フローチャートの処理を一端終了し、再び本フローチャートの処理を開始する。
In step S501, the
ステップS502で制御部80は、温度センサ23cを用いて空間S1の温度Tnを計測する。温度センサ23cは温度計測素子を図2,3に示す空間S1に配置したものであるが、空間S1が環状仕切部23の外周面に接している。また、空間S1は再熱蒸気室20dおよびノズル室20bと直接的には連通しない空間となっている。そのため、温度センサ23cが計測する温度Tnは、環状仕切部23の温度と厳密には一致しないものの実質的に同一の温度として取り扱うことができる。
In step S502, the
ステップS503で制御部80は、温度センサ26aを用いて車室25のうち環状仕切部23を収容する部分の内周面の温度Tciを計測する。図3に示すように、温度センサ26aが温度Tciを検出する車室25の内周面は、空間S1と接する位置となっている。また、温度センサ23cと温度センサ26aが配置される位置は、軸線X上の位置Pで一致している。そのため、同じ軸線位置Pでの環状仕切部23の温度変化と車室25の温度とが検出できるようになっている。
通常、高温蒸気に直接触れる環状仕切部23の温度が最も高く、次に高い温度が環状仕切部23と車室25に挟まれた空間S1の温度Tnであり、外周部が外気に触れている車室25の温度Tciが最も低くなる。
In step S503, the
Usually, the temperature of the
ステップS504で制御部80は、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnが車室25の内周面の温度Tciから閾値温度αを減算した温度より低いかどうかを判断する。制御部80は、Tn<Tci−αを満たすと判断した場合はステップS505へ処理を進め、そうでなければステップS506へ処理を進める。
In step S504, the
ステップS504で制御部80がYESと判断する場合、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnが車室25の内周面の温度Tciよりも低く、かつその温度差が閾値温度αより大きくなっている。車室25の内部は、通常の状態であれば内部から外部に向かって徐々に温度が低下する温度勾配を示す。そのため、通常の状態であれば、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnが車室25の内周面の温度Tciよりも高くなる。
したがって、ステップS504で制御部80がYESと判断する場合、再熱蒸気室20dに何らかの要因で低温の媒体が流入し、低温の媒体によって環状仕切部23が冷却される状態となっているものと判断できる。
When the
Therefore, when the
ステップS504において、閾値温度αの値を0以上の任意の値を設定することができるが、例えば、10℃以上かつ20℃以下の任意の値を設定するのが望ましい。
また、ステップS504で制御部80はTn<Tci−αを満たすと判断した場合にステップS505へ処理を進めるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、制御部80は、継続時間β(例えば、5分以上の任意の時間)を設定し、Tn<Tci−αを満たす状態が継続時間βに渡って継続した場合に、ステップS505へ処理を進めるようにしてもよい。
In step S504, the threshold temperature α can be set to any value greater than or equal to 0. For example, it is desirable to set any value between 10 ° C. and 20 ° C.
In addition, when the
この場合、継続時間βに渡ってステップS502,S503,S504の処理が継続的に実行され、継続時間βに渡ってステップS504の判断がYESのままであった場合にステップS505へ処理が進む。このように継続時間βを設けることにより、何らかの突発的な要因でTn<Tci−αの条件が満たされたとしても、即座に高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の回転数を低下させることのないようにすることができる。
In this case, the processes in steps S502, S503, and S504 are continuously executed over the duration β, and the process proceeds to step S505 when the determination in step S504 remains YES over the duration β. By providing the duration β in this way, even if the condition of Tn <Tci−α is satisfied due to some unexpected factor, the rotational speeds of the high-
ステップS505で制御部80は、前進操縦弁1bの開度を絞ることにより、高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を低下させるよう制御する。高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を低下させているのは、主蒸気の流量を低下させることにより環状仕切部23とロータ軸90との温度差の発生を抑制するためである。これらの温度差の発生を抑制することにより、低温の媒体の再熱蒸気室20dへの流入によって熱収縮する環状仕切部23のシールリング23bがロータ軸90の外周面に接触する不具合を抑制することができる。制御部80は、ステップS505の処理を実行した後にステップS507に処理を進める。
In step S505, the
ステップS506で制御部80は、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnが車室25の内周面の温度Tciよりも高い通常状態であることから、通常動作を実行する。通常動作とは、蒸気タービン設備100が予め定めた目標負荷で運転されるように、前進操縦弁1bの開度を適宜に制御する動作である。制御部80は、通常動作を実行した後に再びステップS502に処理を進める。
In step S506, the
ステップS507で制御部80は、温度センサ23cを用いて環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnを計測する。また、ステップS508で制御部80は、温度センサ26aを用いて車室25のうち環状仕切部23を収容する部分の内周面の温度Tciを計測する。
In step S507, the
ステップS509で制御部80は、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnが車室25の内周面の温度Tciから閾値温度αを減算した温度より高いかどうかを判断する。制御部80は、Tn>Tci−αを満たすと判断した場合はステップS510へ処理を進め、そうでなければ再びステップS505の処理を実行する。
In step S509, the
以上のステップS509で制御部80はTn>Tci−αを満たすと判断した場合にステップS510へ処理を進めるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、制御部80は、継続時間γ(例えば、5分以上の任意の時間)を設定し、Tn<Tci−αを満たす状態が継続時間γに渡って継続した場合に、ステップS510へ処理を進めるようにしてもよい。
When the
この場合、継続時間γに渡ってステップS507,S508,S509の処理が継続的に実行され、継続時間γに渡ってステップS509の判断がYESのままであった場合にステップS510へ処理が進む。このように継続時間γを設けることにより、何らかの突発的な要因でTn>Tci−αの条件が満たされたとしても、即座に高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を増加させることのないようにすることができる。なお、前述した継続時間βと継続時間γとは、同じ値に設定するようにしてもよい。
In this case, the processes in steps S507, S508, and S509 are continuously executed over the duration γ, and the process proceeds to step S510 if the determination in step S509 remains YES over the duration γ. By providing the duration time γ in this way, even if the condition of Tn> Tci-α is satisfied due to some unexpected factor, the output and the rotational speed of the high-
ステップS510で制御部80は、前進操縦弁1bの開度を大きくすることにより、高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を増加させるよう制御する。高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を増加させているのは、低温の媒体の再熱蒸気室20dへの流入による環状仕切部23の熱収縮が解消されためである。制御部80は、ステップS510の処理を実行した後にステップS502に処理を進める。
In step S <b> 510, the
次に、本実施形態の蒸気タービン設備100について、各部の温度の経過時間による変化およびロータ軸の回転数の経過時間による変化を図6を参照して説明する。
図6に示すように、再熱蒸気室20dに供給される再熱蒸気の温度Trは経過時間が0分の時点では約550℃となっている。一方、温度Trは、経過時間が20分を経過してから低下し、経過時間が150分から200分となる期間では約340℃となる。これは、何らかの要因で再熱蒸気室20dに低温の媒体が流入していることを示す。
Next, with respect to the
As shown in FIG. 6, the temperature Tr of the reheat steam supplied to the
図6に示すように、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnは、経過時間が0分の時点では約480℃となっている。また、車室25の内周面の温度Tciは、経過時間が0分の時点では約450℃となっている。このように、経過時間が0分の時点では、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnが車室25の内周面の温度Tciより高い通常運転時の温度状態となっている。
As shown in FIG. 6, the temperature Tn of the space S1 affected by the temperature change of the
一方、温度Tnと温度Tciは、経過時間が20分を経過してから低下し、経過時間が約80分の時点で温度Tnが温度Tciを下回る。温度Tnの温度低下の勾配が大きいのは、再熱蒸気室20dの一部を形成する環状仕切部23の方が、再熱蒸気室20dに流入する低温の媒体の温度による影響を強く受けるからである。
温度Tnと温度Tciの差分は経過時間が約80分を超えてから徐々に拡大し、経過時間が約130分となったときに温度Tnと温度Tciの差分が20℃を上回る。
On the other hand, the temperature Tn and the temperature Tci decrease after the elapsed time of 20 minutes, and the temperature Tn falls below the temperature Tci when the elapsed time is about 80 minutes. The gradient of the temperature drop of the temperature Tn is large because the
The difference between the temperature Tn and the temperature Tci gradually increases after the elapsed time exceeds about 80 minutes, and the difference between the temperature Tn and the temperature Tci exceeds 20 ° C. when the elapsed time reaches about 130 minutes.
前述した図5のステップS504の処理において、閾値温度αを20℃に設定しているものとする。この場合、制御部80は、経過時間が約130分となって温度Tnと温度Tciの差分が20℃を上回ると、ステップS504でYESと判断し、ステップS505の処理を実行する。これにより、図6に示すロータ軸の回転数Rが低下する。ここで、ロータ軸の回転数Rとは、ロータ軸90の回転数である。
Assume that the threshold temperature α is set to 20 ° C. in the process of step S504 in FIG. 5 described above. In this case, when the elapsed time is about 130 minutes and the difference between the temperature Tn and the temperature Tci exceeds 20 ° C., the
図6に示す例で、温度Trは、経過時間が200分を経過してから増加し、経過時間が340分となると再び約550℃となる。これは、何らかの要因で再熱蒸気室20dに流入していた低温の媒体の影響が解消されたことを示す。
温度Trの増加に伴って、温度Tnと温度Tciは、経過時間が200分を経過してから増加し、経過時間が約270分の時点で温度Tnが温度Tciを上回る。
In the example shown in FIG. 6, the temperature Tr increases after the elapsed time of 200 minutes has elapsed, and becomes about 550 ° C. again when the elapsed time reaches 340 minutes. This indicates that the influence of the low-temperature medium flowing into the
As the temperature Tr increases, the temperature Tn and the temperature Tci increase after an elapsed time of 200 minutes, and the temperature Tn exceeds the temperature Tci when the elapsed time is about 270 minutes.
制御部80は、経過時間が約260分となって温度Tnと温度Tciの差分が20℃を下回ると、ステップS509でYESと判断し、ステップS510の処理を実行する。これにより、図6に示すロータ軸の回転数Rが増加する。
このように、本実施形態の蒸気タービン設備100は、再熱蒸気室20dに低温の媒体が流入して環状仕切部23が熱収縮しシールリング23bにより形成されるラビリンス部とロータ軸90との接触異常が発生する前にロータ軸90の回転数Rを低下させる。これにより、熱収縮した環状仕切部23の内周面に取り付けられるシールリング23bがロータ軸90に接触する不具合を抑制し、あるいは接触に起因する振動や騒音の大きさを抑制することができる。
When the elapsed time is about 260 minutes and the difference between the temperature Tn and the temperature Tci falls below 20 ° C., the
As described above, the
以上説明した本実施形態の蒸気タービン設備100が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の蒸気タービン設備100は、高圧蒸気タービン21と中圧蒸気タービン22との間を仕切る環状仕切部23が再熱蒸気室20dの一部を形成している。そのため、再熱器30から再熱蒸気が供給される再熱蒸気管3に何らかの要因で低温の媒体が存在し、この媒体が中圧蒸気タービン22に流入すると再熱蒸気室20dの一部を形成する環状仕切部23が冷却される。
The operation and effect of the
In the
本実施形態の蒸気タービン設備100によれば、温度センサ23cが計測する環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度TnがTci−αを下回る場合、制御部80が高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を低下させるよう制御する。そのため、低温の媒体の流入によって環状仕切部23が不意に熱収縮する場合であっても、環状仕切部23の内周面がロータ軸90に接触して振動や騒音が発生し、あるいはロータ軸が損傷する不具合を未然に抑制することができる。
According to the
本実施形態の蒸気タービン設備100において、制御部80は、温度センサ23cが計測する温度変化の影響を受ける空間S1の温度TnがTci−αを下回る状態が継続時間βに渡って継続した場合に高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を低下させるよう制御するようにしてもよい。
このようにすることで、温度センサ23cが計測する温度TnがTci−αを下回る状態が継続時間βに渡って継続し、環状仕切部23が熱収縮している可能性が極めて高い場合に、高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を低下させることができる。
In the
By doing in this way, when the temperature Tn measured by the
本実施形態の蒸気タービン設備100において、温度センサ23cは、環状仕切部23の外周面と車室25の内周面により挟まれた空間S1であって再熱蒸気室20dと連通していない空間S1の温度を計測する。
このようにすることで、熱収縮により変形する環状仕切部23に温度センサ23cを直接接触させることなく、環状仕切部23の温度変化を計測することができる。そのため、環状仕切部23の熱収縮により温度センサ23cが破損する不具合を抑制することができる。また、再熱蒸気室20dに流入する媒体による温度変化を直接的に受けないように、環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度Tnを計測することができる。そのため、再熱蒸気室20dに流入する再熱蒸気の温度が環状仕切部23を熱収縮させない範囲で変化する場合には、蒸気タービン設備100の運転状態(例えば、タービンの回転数)を変化させずに維持することができる。
In the
By doing in this way, the temperature change of the
〔第2実施形態〕
次に本発明の第2実施形態について図7および図8を用いて説明する。
第2実施形態は第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとする。
第1実施形態の蒸気タービン設備100は、温度センサ23cが計測する温度TnがTn<Tci−αとなる場合に高圧蒸気タービン21および中圧蒸気タービン22の出力・回転数を低下させるものであった。
それに対して第2実施形態の蒸気タービン設備100’は、温度センサ23cが計測する温度TnがTn<Tci−αとなる場合に再熱蒸気管3に加熱用の蒸気を供給するものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The second embodiment is a modification of the first embodiment, and is the same as the first embodiment unless otherwise described below.
The
On the other hand, the
図7に示すように、本実施形態の蒸気タービン設備100’は、再熱蒸気暖管弁1cを備える。再熱蒸気暖管弁1cは、図示しない低圧高温蒸気源から再熱蒸気管3へ暖管用として蒸気を供給するか否かを切り換える弁である。再熱蒸気暖管弁1cを介して再熱蒸気管3へ供給される蒸気の温度は、例えば350℃以上かつ500℃以下の温度となっている。
As shown in FIG. 7, the
次に、本実施形態の蒸気タービン設備100’が実行する動作について図8に示すフローチャートを用いて説明する。図8に示すフローチャートにおける各処理は、制御部80が記憶部(図示略)から制御プログラムを読み出すことにより実行される。
なお、図8に示すステップS801〜S804,S806〜S809の処理は、第1実施形態の図5に示すステップS501〜S504,S506〜S509の処理と同様であるので、以下での説明を省略する。以下では、図8に示すステップS805およびステップS810の処理について説明する。
Next, the operation | movement which steam turbine equipment 100 'of this embodiment performs is demonstrated using the flowchart shown in FIG. Each process in the flowchart shown in FIG. 8 is executed by the
Note that the processing of steps S801 to S804 and S806 to S809 shown in FIG. 8 is the same as the processing of steps S501 to S504 and S506 to S509 shown in FIG. . Below, the process of step S805 and step S810 shown in FIG. 8 is demonstrated.
ステップS805で制御部80は、再熱蒸気暖管弁1cに制御信号を伝達し、再熱蒸気暖管弁1cに開信号を発信する。再熱蒸気暖管弁1cを開状態としているのは、低温の媒体の再熱蒸気室20dへの流入によって熱収縮する環状仕切部23のシールリング23bがロータ軸90の外周面に接触する不具合を抑制するためである。再熱蒸気暖管弁1cを開状態とすることにより、図示しない低圧高温蒸気源から再熱蒸気管3へ蒸気が流入する。これにより、再熱蒸気管3を介して高温の蒸気が再熱蒸気室20dへの流入し、環状仕切部23が熱収縮することが抑制される。制御部80は、ステップS805の処理を実行した後にステップS807に処理を進める。
In step S805, the
ステップS810で制御部80は、再熱蒸気暖管弁1cに制御信号を伝達し、再熱蒸気暖管弁1cを閉状態とする。再熱蒸気暖管弁1cを閉状態としているのは、低温の媒体の再熱蒸気室20dへの流入による環状仕切部23の熱収縮が解消されためである。制御部80は、ステップS810の処理を実行した後にステップS802に処理を進める。
In step S810, the
以上説明した本実施形態の蒸気タービン設備100’によれば、温度センサ23cが計測する環状仕切部23の温度変化の影響を受ける空間S1の温度TnがTci−αを下回る場合、制御部80が再熱蒸気暖管弁1cに制御信号を伝達し、再熱蒸気暖管弁1cを開状態とする。
そのため、低温の媒体の流入によって環状仕切部23が熱収縮しシールリング23bにより形成されるラビリンス部とロータ軸90との接触異常が発生する前に、環状仕切部23の内周面がロータ軸90に接触して振動や騒音が発生し、あるいはロータ軸90が損傷する不具合を抑制することができる。
According to the
Therefore, before the
本実施形態の蒸気タービン設備100において、制御部80は、温度センサ23cが計測する温度TnがTci−αを下回る状態が継続時間βに渡って継続した場合に制御部80が再熱蒸気暖管弁1cに制御信号を伝達し、再熱蒸気暖管弁1cに開信号を発信するようにしてもよい。
このようにすることで、温度センサ23cが計測する温度TnがTci−αを下回る状態が継続時間βに渡って継続し、環状仕切部23が熱収縮すること可能性が極めて高い場合に、再熱蒸気暖管弁1cを開状態とすることができる。
In the
By doing so, the state where the temperature Tn measured by the
〔他の実施形態〕
上記の説明において、温度センサ23cは、環状仕切部23の温度として、環状仕切部23の外周面と車室25により挟まれた空間S1の温度を計測するものであったが、他の態様であってもよい。
例えば、温度センサ23cの温度計測素子を環状仕切部23の外周面に接触させ、環状仕切部23の外周面の温度を直接的に計測するようにしてもよい。この場合、環状仕切部23の熱収縮を考慮し、環状仕切部23の外周面に対する温度計測素子の相対位置を一定に保つ機構を設けるのが望ましい。
[Other Embodiments]
In the above description, the
For example, the temperature measuring element of the
1 主蒸気管
1a 前進切換弁
1b 前進操縦弁
1c 再熱蒸気暖管弁
2 蒸気管
3 再熱蒸気管
4 蒸気管
5 復水管
6 後進用主蒸気管
6a 後進中間弁
6b 後進操縦弁
8 給水管
10 主ボイラ
20 中高圧蒸気タービン
20a 主蒸気入口
20b ノズル室
20c 主蒸気出口
20d 再熱蒸気室(低圧蒸気室)
20e 再熱蒸気入口部
21 高圧蒸気タービン(高圧側タービン)
22 中圧蒸気タービン(低圧側タービン)
23 環状仕切部
23b シールリング
23c 温度センサ(第1温度計測部)
24 サーマルシールド環
25 車室
26a 温度センサ(第2温度計測部)
26b 温度センサ
30 再熱器
40 低圧蒸気タービン
50 後進用タービン
60 復水器
70 復水ポンプ
80 制御部
90 ロータ軸
100,100’ 蒸気タービン設備
S1,S2 空間
X 軸線
1
20e
22 Medium-pressure steam turbine (low-pressure turbine)
23
24
Claims (9)
高圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる高圧側タービンと、
前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる低圧側タービンと、
前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間において前記ロータ軸の外周面と対向する内周面を形成し、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間を仕切るとともに、前記低圧側タービンへ前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気を供給する低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部と、
前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測部と、
前記第1温度計測部が計測する温度が所定温度を下回る場合に前記ロータ軸の回転数を低下させるよう制御する制御部とを備える蒸気タービン設備。 A rotor shaft;
A high-pressure turbine that rotates the rotor shaft with high-pressure steam;
A low-pressure turbine that rotates the rotor shaft by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine;
An inner peripheral surface opposite to the outer peripheral surface of the rotor shaft is formed between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are partitioned, and the low-pressure turbine is supplied to the turbine. An annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber for supplying low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine;
A first temperature measurement unit for measuring the temperature of the annular partition;
A steam turbine facility comprising: a control unit that controls to reduce the rotational speed of the rotor shaft when a temperature measured by the first temperature measurement unit is lower than a predetermined temperature.
高圧蒸気によって前記ロータ軸を回転させる高圧側タービンと、
前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気によって、前記ロータ軸を回転させる低圧側タービンと、
前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間において前記ロータ軸の外周面と対向する内周面を形成し、前記高圧側タービンと前記低圧側タービンとの間を仕切るとともに、前記低圧側タービンへ前記高圧側タービンから排出された低圧蒸気を供給する低圧蒸気室の一部を形成する環状仕切部と、
前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測部と、
前記低圧側タービンへ前記低圧蒸気を供給する流路へ所定温度より高温の暖気用蒸気を供給するか否かを切り換える切換弁と、
前記第1温度計測部が計測する温度が前記所定温度を下回る場合に前記暖気用蒸気を前記流路へ供給するよう前記切換弁を制御する制御部とを備える蒸気タービン設備。 A rotor shaft;
A high-pressure turbine that rotates the rotor shaft with high-pressure steam;
A low-pressure turbine that rotates the rotor shaft by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine;
An inner peripheral surface opposite to the outer peripheral surface of the rotor shaft is formed between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, and the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are partitioned, and the low-pressure turbine is supplied to the turbine. An annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber for supplying low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine;
A first temperature measurement unit for measuring the temperature of the annular partition;
A switching valve for switching whether or not to supply warm steam higher than a predetermined temperature to a flow path for supplying the low pressure steam to the low pressure side turbine;
Steam turbine equipment comprising: a control unit that controls the switching valve to supply the warm-up steam to the flow path when the temperature measured by the first temperature measurement unit is lower than the predetermined temperature.
前記車室うち前記環状仕切部を収容する部分の内周面の温度を計測する第2温度計測部とを備え、
前記所定温度は、前記第2温度計測部が計測する温度または前記第2温度計測部が計測する温度から閾値温度を減算した温度である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の蒸気タービン設備。 A casing that houses the high-pressure turbine, the low-pressure turbine, and the annular partition,
A second temperature measuring unit that measures the temperature of the inner peripheral surface of the portion of the vehicle compartment that houses the annular partition,
The predetermined temperature is a temperature obtained by subtracting a threshold temperature from a temperature measured by the second temperature measuring unit or a temperature measured by the second temperature measuring unit. Steam turbine equipment.
前記蒸気タービン設備が発生する回転動力によって推進力を発生させる推進器とを備える船舶。 A steam turbine facility according to claim 6;
A marine vessel comprising a propulsion device that generates a propulsive force by rotational power generated by the steam turbine facility.
前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測工程と、
前記第1温度計測工程が計測する温度が所定温度を下回る場合に前記ロータ軸の回転数を低下させるよう制御する制御工程とを備える蒸気タービン設備の制御方法。 A rotor shaft, a high-pressure turbine that rotates the rotor shaft by high-pressure steam, a low-pressure turbine that rotates the rotor shaft by low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine, the high-pressure turbine, and the low-pressure turbine Is formed between the high pressure side turbine and the low pressure side turbine, and the low pressure exhausted from the high pressure side turbine to the low pressure side turbine. A steam turbine equipment control method comprising an annular partition that forms part of a low-pressure steam chamber for supplying steam,
A first temperature measurement step for measuring the temperature of the annular partition;
A control method for steam turbine equipment, comprising: a control step of controlling to reduce the rotational speed of the rotor shaft when the temperature measured by the first temperature measurement step is lower than a predetermined temperature.
前記環状仕切部の温度を計測する第1温度計測工程と、
前記第1温度計測工程が計測する温度が前記所定温度を下回る場合に前記暖気用蒸気を前記流路へ供給するよう前記切換弁を制御する制御工程とを備える蒸気タービン設備の制御方法。 A rotor shaft, a high-pressure turbine that rotates the rotor shaft with high-pressure steam, a low-pressure turbine that rotates the rotor shaft with low-pressure steam discharged from the high-pressure turbine, the high-pressure turbine, and the low-pressure turbine Forming an inner peripheral surface opposed to the outer peripheral surface of the rotor shaft between the high pressure side turbine and the low pressure side turbine, and low pressure steam discharged from the high pressure side turbine to the low pressure side turbine An annular partition that forms part of the low-pressure steam chamber for supplying the low-pressure steam, and a switching valve that switches whether or not to supply warm-up steam having a temperature higher than a predetermined temperature to the flow path for supplying the low-pressure steam to the low-pressure turbine. A steam turbine equipment control method comprising:
A first temperature measurement step for measuring the temperature of the annular partition;
A control method for steam turbine equipment, comprising: a control step of controlling the switching valve to supply the warm-up steam to the flow path when the temperature measured in the first temperature measurement step is lower than the predetermined temperature.
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