JP2019157660A - 蒸気タービンの排気室および蒸気タービンシステム - Google Patents
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Abstract
Description
蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気を復水器に導くための排気流路を内部に画定する蒸気タービンの排気室であって、
前記排気流路の外周側に形成される外周壁部を含むケーシングと、
前記外周壁部よりも径方向の内側に設けられるベアリングコーンと、
前記排気流路を流れる蒸気の一部を、前記排気流路の高圧側から前記排気流路の低圧側又は前記復水器に流す少なくとも一つのバイパス流路であって、前記ベアリングコーンに形成される高圧側開口および前記高圧側開口よりも開口に面する前記蒸気の圧力が低い低圧側開口を含むバイパス流路と、を備える。
前記低圧側開口は、前記高圧側開口よりも前記ベアリングコーンの流れ方向の上流側に形成され、
前記蒸気タービンの排気室を、周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記高圧側開口は前記反復水器側に形成され、前記低圧側開口は前記復水器側に形成される。
前記低圧側開口は、前記高圧側開口よりも前記ベアリングコーンの流れ方向の上流側に位置する軸端シール部であって、前記最終段動翼の根元部と前記ベアリングコーンの前記流れ方向の上流側の端部との間に形成される軸端シール部からなる。
前記蒸気タービンの排気室を、周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記バイパス流路の前記高圧側開口は、前記反復水器側に設けられる。
前記ケーシングは、前記ベアリングコーンよりも径方向の内側に設けられる内周壁部をさらに含み、
前記バイパス流路の少なくとも一部は、前記ベアリングコーンの外側面と前記内周壁部の内側面とにより形成されている。
前記低圧側開口は、前記復水器に形成される。
上記(6)の構成によれば、復水器の内部の蒸気は、軸端シール部の近傍の蒸気やベアリングコーンの流れ方向の上流側の内側面に面する蒸気に比べて低圧である。このため、低圧側開口と高圧側開口との間の圧力差を大きくすることができるので、バイパス流路の高圧側開口から蒸気を効率的に流れ込ませることができる。
前記バイパス流路を開閉する開閉弁をさらに備える。
上記(7)の構成によれば、ベアリングコーンの内側面に面する蒸気に剥離が生じるような場合には、開閉弁を開く(開度を大きくする)ことで、ベアリングコーンの内側面に面する蒸気の一部を、バイパス流路を通じて流すことができ、蒸気のベアリングコーンの内側面からの剥離を抑制できる。また、ベアリングコーンの内側面に面する蒸気に剥離が生じない場合には、開閉弁を閉じる(開度を小さくする)ことで、バイパス流路を蒸気の一部が通ることによる圧力低下や流体損失を抑制することができる。
上記(1)〜(7)に記載の蒸気タービンの排気室を含む蒸気タービンと、
燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラと、
前記蒸気タービンにより発電する発電機と、
前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を検出するための剥離検出装置と、を備える。
前記剥離検出装置は、前記ベアリングコーンの内側面に設けられる圧力センサを含む。
上記(9)の構成によれば、圧力センサによりベアリングコーンの内側面に面する蒸気の圧力を検出することができる。ここで、蒸気がベアリングコーンの内側面から剥離した場合の圧力分布は、剥離していない場合の圧力分布とは異なる。よって、圧力センサにより排気流路を流れる蒸気のベアリングコーンの内側面からの剥離を検出することができる。
前記剥離検出装置は、前記ベアリングコーンの外側面に設けられる振動検出装置を含む。
上記(10)の構成によれば、振動検出装置によりベアリングコーンの振動を検出することができる。ここで、蒸気がベアリングコーンの内側面から剥離した場合には、剥離していない場合に比べて、ベアリングコーンの内側面に面する蒸気の流れが乱れるので、ベアリングコーンが大きく振動する。よって、振動検出装置により排気流路を流れる蒸気のベアリングコーンの内側面からの剥離を検出することができる。また、振動検出装置は、ベアリングコーンの内側面に設けられる圧力センサとは異なり、ベアリングコーンの外側面に設けることができるので、設置が容易である。
前記剥離検出装置は、前記発電機の出力を検出する出力検出装置を含む。
上記(11)の構成によれば、出力検出装置により発電機の出力を検出することができる。ここで、蒸気がフローガイドやベアリングコーンから剥離した場合には、剥離していない場合に比べて、蒸気タービンの効率が低下し、蒸気タービンの出力および発電機の出力が低下する。よって、出力検出装置により排気流路を流れる蒸気の剥離を検出することができる。また、出力検出装置は通常発電機などに設けられていて、蒸気の剥離を検出するための装置を新たに設ける必要がないので、システム構成の複雑化を防止することができる。
前記剥離検出装置は、前記蒸気タービンシステムに設けられた測定器の測定結果から前記蒸気タービンの効率を算出する算出装置を含む。
前記蒸気タービンシステムは、
数値流体解析を実行することにより得られた前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離状態および非剥離状態を表す判定基準データを記憶する記憶装置と、
前記剥離検出装置による検出結果および前記判定基準データに基づいて、前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を判定する剥離判定装置と、をさらに備える。
記憶装置に記憶された数値流体解析を実行することにより得られた判定基準データを用いることで、蒸気の剥離をより明確に検出することができる。このため、圧力センサなどの剥離検出装置のうちの幾つかが故障したような場合でも蒸気の剥離を検出することができる。また、蒸気の剥離の検出精度を維持しつつ、圧力センサなどの剥離検出装置の数を少なくすることができる。
前記蒸気タービンシステムは、前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を抑制するための剥離抑制装置をさらに備え、
前記剥離抑制装置は、前記剥離検出装置による検出結果に基づいて、前記蒸気タービンの主蒸気弁の開閉動作を制御、又は前記ボイラに投入される燃料の投入量を調整する制御装置を含む。
前記蒸気タービンシステムは、前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を抑制するための剥離抑制装置をさらに備え、
前記剥離抑制装置は、前記バイパス流路を開閉する開閉弁の開閉動作を制御する制御装置を含む。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」および「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同様の符号を付し説明を省略することがある。
10 蒸気タービン
11 ロータ
12 ベアリング
13 動翼
13A 最終段動翼
14 静翼
15 蒸気入口
16 復水器
161 復水器入口
162 胴
17 ボイラ
171 蒸気導入ライン
172 燃料貯留装置
173 燃料供給ライン
174 燃料供給量調整弁
18 発電機
19 給水ポンプ
191 復水ライン
2 排気室
2A 比較例の排気室
21 排気流路
22 排気室入口
23 排気室出口
24 ディフューザ流路
3 外部ケーシング
31 外周壁部
32 第1壁部
33 第3壁部
4 内部ケーシング
41 内周壁部
42 第2壁部
43 端部
5 フローガイド
6 ベアリングコーン
61 内側面
62 外側面
63 端部
7 バイパス流路
71 高圧側開口
72 低圧側開口
81 シール部材
82 軸端シール部
83 第2内部空間
84A〜84F 配管
85 第3内部空間
86 開閉弁
9 制御装置
90 バス
91 剥離検出装置
91A 圧力センサ
91B 振動検出装置
91C 出力検出装置
91D 測定器
91E 算出装置
92 剥離抑制装置
93 入出力装置
94 記憶装置
941 検出データ
942 判定基準データ
95 表示装置
96 演算装置
961 剥離判定装置
97 主蒸気弁開閉制御装置
98 燃料投入量調整装置
99 開閉弁開閉制御装置
100 排気室内を流れる蒸気の剥離抑制方法
101 主蒸気弁
FD 順流流れ
FS 蒸気流れ
LA 軸心
LC 中心軸
LH 水平線
RC 逆流
Claims (15)
- 蒸気タービンの最終段動翼を通過した蒸気を復水器に導くための排気流路を内部に画定する蒸気タービンの排気室であって、
前記排気流路の外周側に形成される外周壁部を含むケーシングと、
前記外周壁部よりも径方向の内側に設けられるベアリングコーンと、
前記排気流路を流れる蒸気の一部を、前記排気流路の高圧側から前記排気流路の低圧側又は前記復水器に流す少なくとも一つのバイパス流路であって、前記ベアリングコーンに形成される高圧側開口および前記高圧側開口よりも開口に面する前記蒸気の圧力が低い低圧側開口を含むバイパス流路と、を備える蒸気タービンの排気室。 - 前記低圧側開口は、前記高圧側開口よりも前記ベアリングコーンの流れ方向の上流側に形成され、
前記蒸気タービンの排気室を、周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記高圧側開口は前記反復水器側に形成され、前記低圧側開口は前記復水器側に形成される
請求項1に記載の蒸気タービンの排気室。 - 前記低圧側開口は、前記高圧側開口よりも前記ベアリングコーンの流れ方向の上流側に位置する軸端シール部であって、前記最終段動翼の根元部と前記ベアリングコーンの前記流れ方向の上流側の端部との間に形成される軸端シール部からなる
請求項1に記載の蒸気タービンの排気室。 - 前記蒸気タービンの排気室を、周方向において、前記復水器が設けられる復水器側と、前記復水器が設けられる側とは反対側の反復水器側と、に区分した際に、前記バイパス流路の前記高圧側開口は、前記反復水器側に設けられる
請求項3に記載の蒸気タービンの排気室。 - 前記ケーシングは、前記ベアリングコーンよりも径方向の内側に設けられる内周壁部をさらに含み、
前記バイパス流路の少なくとも一部は、前記ベアリングコーンの外側面と前記内周壁部の内側面とにより形成されている
請求項1乃至4の何れか1項に記載の蒸気タービンの排気室。 - 前記低圧側開口は、前記復水器に形成される
請求項1に記載の蒸気タービンの排気室。 - 前記バイパス流路を開閉する開閉弁をさらに備える請求項1乃至6の何れか1項に記載の蒸気タービンの排気室。
- 請求項1乃至7の何れか1項に記載の蒸気タービンの排気室を含む蒸気タービンと、
燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラと、
前記蒸気タービンにより発電する発電機と、
前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を検出するための剥離検出装置と、を備える蒸気タービンシステム。 - 前記剥離検出装置は、前記ベアリングコーンの内側面に設けられる圧力センサを含む
請求項8に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記剥離検出装置は、前記ベアリングコーンの外側面に設けられる振動検出装置を含む
請求項8に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記剥離検出装置は、前記発電機の出力を検出する出力検出装置を含む
請求項8に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記剥離検出装置は、前記蒸気タービンシステムに設けられた測定器の測定結果から前記蒸気タービンの効率を算出する算出装置を含む
請求項8に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記蒸気タービンシステムは、
数値流体解析を実行することにより得られた前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離状態および非剥離状態を表す判定基準データを記憶する記憶装置と、
前記剥離検出装置による検出結果および前記判定基準データに基づいて、前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を判定する剥離判定装置と、をさらに備える
請求項8乃至12の何れか1項に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記蒸気タービンシステムは、前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を抑制するための剥離抑制装置をさらに備え、
前記剥離抑制装置は、前記剥離検出装置による検出結果に基づいて、前記蒸気タービンの主蒸気弁の開閉動作を制御、又は前記ボイラに投入される燃料の投入量を調整する制御装置を含む
請求項8乃至13の何れか1項に記載の蒸気タービンシステム。 - 前記蒸気タービンシステムは、前記排気流路を流れる前記蒸気の剥離を抑制するための剥離抑制装置をさらに備え、
前記剥離抑制装置は、前記バイパス流路を開閉する開閉弁の開閉動作を制御する制御装置を含む
請求項8乃至13の何れか1項に記載の蒸気タービンシステム。
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