JP3093267B2 - 低圧蒸気タービンの通風運転中における冷却方法 - Google Patents

低圧蒸気タービンの通風運転中における冷却方法

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JP3093267B2 JP04508458A JP50845892A JP3093267B2 JP 3093267 B2 JP3093267 B2 JP 3093267B2 JP 04508458 A JP04508458 A JP 04508458A JP 50845892 A JP50845892 A JP 50845892A JP 3093267 B2 JP3093267 B2 JP 3093267B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低圧蒸気タービンをそのロータに膨張すべ
き蒸気を供給することなしにロータが回転される通風運
転中において冷却する方法に関する。このような通風運
転は例えば、通常は低圧蒸気タービンにおいて膨張すべ
き蒸気を加熱用熱交換器などに転送するための手段が低
圧蒸気タービンの前に設けられているような多重車室形
ターボ設備において生ずる。
多重車室形ターボ設備においては個々のタービンのロ
ータを互いに連結し発電機などの軸に固く結合すること
が一般に行われている。従ってターボ設備のすべてのタ
ービンは同期回転し、そのために例えば蒸気を別の用途
に利用するために出力運転しないようなタービンも同期
回転する。
通風運転する低圧蒸気タービンには、絶対真空が支配
しているのではなく、その静圧が低圧蒸気タービンに接
続されている復水器にかかっている圧力に相応している
蒸気雰囲気が支配している。タービン翼とこの蒸気との
摩擦（通風）によりかなりの熱が発生し、これによって
タービンは著しく、場合によっては許容できないほど大
きく加熱される。従ってそのために安全な通風運転を保
証するために冷却が必要である。
公知の冷却方式においては、タービンの出口に、ある
いは消費すべき冷却出力が特に大きくなければならない
ときにはタービンの入口に、復水が噴霧しながら注入さ
れる。復水は温度低下しながら蒸気し、従って通風運転
するタービンを冷却することができる。タービンの出口
に注入される復水の冷却作用は著しく制限されるか、な
いしはタービンの入口における復水の注入はタービン軸
を望ましくないほど強く冷却してしまうという欠点があ
る。これによって一方では消費すべき冷却出力が大きく
高められ、他方ではタービン軸が冷却によって望ましく
ない応力に曝される。
注入が出口において行われるときには、冷却作用がし
ばしば出口の近くにおけるタービンの部分に限定され
る。これに対し注入が入口において行われるときには、
入口の範囲において凝集する復水（凝縮液）が氾濫して
タービン翼を損傷するおそれがある。
蒸気タービンを備えた火力発電所は例えばドイツ連邦
共和国特許出願公開第1426887号公報およびドイツ連邦
共和国特許出願公開第3406071号公報に記載されてい
る。後者は蒸気タービンにおける特別な冷却方式に関
し、特に蒸気タービンの出力運転に向けられている冷却
方式に関している。多重車室形蒸気ターボ設備の詳細は
例えばヨーロッパ特許第0213297B1号公報に見られ、そ
こにはターボ設備の車室間の特別な連結手段が記載され
ている。蒸気原動設備の一般的な説明は文献「エネルギ
ーハンドブック」、トーマス・ボン著、テヒニッシャー
・フェルラーク・レッシュ出版、グレーフェルフィン
グ、および文献「蒸気原動所の構想と構造」、テーユー
ファウ・ラインラント出版、ケルン（特に1985年出版の
第５巻参照）にある。原子力設備の水・蒸気回路に対す
る復水器はドイツ連邦共和国特許出願公開第3717521号
公報に記載されている。
本発明の課題は、従来技術を基にして、通風運転にお
いて蒸気タービンをできるだけ効果的に且つ損傷をを生
ずることなく冷却する方法を提供することにある。
低圧蒸気タービンが、出力運転のために蒸気を取り入
れることができ通風運転の際に遮断される遮断可能な入
口と、蒸気を復水の形に凝縮するための復水器に連通し
ている出口と、これらの入口と出口との間における抽気
口とを有し、この抽気口に出力運転の際に加熱器に蒸気
および／又は復水を転送するための抽気配管が接続され
ている本発明に基づく低圧蒸気タービンの通風運転中に
おける冷却方法は、蒸気移送配管によって抽気配管およ
び従って抽気口に蒸気が供給されることを特徴としてい
る。
抽気口において低圧蒸気タービンに導入される蒸気が
或る程度の量の細かく分散された復水水滴を一緒に運ぶ
ことが有利である。何故ならばこのような復水水滴は低
圧蒸気タービン内において蒸発し、その際にかなりの熱
量を吸収するからである。このような蒸気・復水混合物
は低圧蒸気タービンに供給すべき蒸気を火力発電所にお
ける適当な個所で取り出すことによって直接得られ、抽
気口までの途中で蒸気の膨張によって形成されるか、あ
るいは蒸気に復水を添加することによって用意される。
本発明に基づいて冷却すべき低圧蒸気タービンの入口
は直接遮断装置を備える必要はない。低圧蒸気タービン
の入口の遮断は、低圧蒸気タービンに前置接続されこれ
に連通する中圧タービンあるいは高圧タービンが遮断さ
れる（および従って同様に通風運転される）ことによっ
ても行われる。また本発明に基づいて冷却すべきタービ
ンは多数の抽気口を有することもできる。
本発明の重要な特徴の一つは、タービンの冷却用蒸気
ないし冷却用蒸気・復水混合物が入口あるいは出口にお
いてではなく抽気口において導入されることにある。こ
のようにしてタービンにおける冷却は特に、タービン内
に存在する蒸気との摩擦によってそれでなくても非常に
大きく負荷される翼の半径方向外側端に対して有効であ
る。従って本発明に基づく冷却作用はそれが望まれるタ
ービンの範囲に十分限定され、上述の理由から一般に望
まれないタービンの他の構成要素の冷却は避けられる。
本発明の別の利点は、抽気タービンから垂直に下向き
に導かれている抽気配管を備えた蒸気タービン設備にお
いて生ずる。この種の抽気配管に蒸気と復水との混合物
が供給されると、蒸気およびこの蒸気と一緒に運ばれる
ごくわずかな復水水滴しかタービンに到達しない。比較
的大きな水滴および抽気配管の壁に凝縮する復水は下向
きに排出され、タービンには到達しない。従って下向き
に垂直に導かれている抽気配管を備えた本発明に基づい
て冷却されるタービンには、大きな水滴のため殆ど蒸発
しない復水（凝縮液）をタービンから排出する特別な脱
水装置を設ける必要はない。
特に復水移送配管を通して復水を蒸気移送配管および
／又は抽気配管に注入するようにして、抽気配管に蒸気
の他に追加的に復水を供給することが常に有利である。
特に、復水を蒸気と噴霧ノズル内で混合し、この噴霧ノ
ズルから抽気配管に注入することが有利である。細かい
水滴に分散された復水（水滴直径は約0.1mm以下が望ま
しい）は、冷却すべきタービン内において熱を吸収しな
がら蒸発することにより特に大きな冷却作用を果たす。
抽気配管に供給するための復水は好適には、復水を搬
送する復水ポンプの下流で復水主配管から分岐される。
このようにすれば本発明において使用される復水のため
の特別な搬送装置は省略することができる。
本発明に基づく方法は、通風運転され本発明に基づい
て冷却される低圧タービンにおいて抽気口と出口との間
の測定個所において温度を測定し、その温度に関係して
抽気配管への蒸気の供給ないし蒸気・復水混合物の供給
を調整するように制御されることが特に有利である。
また本発明における抽気配管への蒸気ないし蒸気と復
水との供給は、出力運転の際の低圧蒸気タービン内にお
ける蒸気流量の約１％の蒸気流量が低圧タービン内に生
ずるように制限されると有利である。この大きさの蒸気
流量は本発明に基づいてタービンを十分に冷却すること
を可能にするが、冷却されるタービンを構成部品とする
ターボ設備の回転数制御を阻害してしまうほどの働きは
しない。
低圧蒸気タービンを冷却する目的で使用される蒸気
（或る程度の量の細かく分散された復水水滴を含んでい
ると有利である）を、蒸気原動所に多くの場合もともと
設けられている復水の集合、加熱および脱気に使用され
る復水タンクから取り出すことが有利である。この種の
復水タンクには一般に復水を脱気する目的で加熱用蒸気
が供給される。これによって復水タンク内における熱力
学的な条件は常に著しく一定に保たれている。従って復
水タンクは、復水タンクの蒸気室から取り出された蒸気
が常に直ちに復水の蒸発によって補充され、その際本発
明に基づいて必要な蒸気量が少量であるため復水タンク
内における熱力学的な状態にほとんど変化が生じないの
で、本発明に使用できる蒸気に対する有利な貯蔵槽とな
る。復水タンクからの蒸気は蒸気と復水の共存に基づい
て飽和させられ、場合によっては細かく分散された復水
が添加され、従って特に本発明において利用するのに適
している。
本発明に基づいて抽気配管に供給すべき蒸気を、低圧
タービンの通風運転の際にタービンを迂回して蒸気を案
内する蒸気転送配管から取り出すことも有利である。こ
のような蒸気転送配管は、例えば低圧蒸気タービンに前
置接続されている高圧蒸気タービンないしは高圧蒸気タ
ービンと中圧蒸気タービンとの複合装置からの蒸気を低
圧蒸気タービンを迂回して加熱装置などに導き、そこで
蒸気は冷却および凝縮される。蒸気・復水混合物を得る
ために抽気配管に供給すべき蒸気をこのような加熱装置
から取り出すことが特に有利である。
更に、抽気配管に供給すべき蒸気を低圧蒸気タービン
に前置接続されている高圧あるいは中圧蒸気タービンか
ら直接あるいは間接的に（例えばこのタービンから供給
される予熱器などから）取り出すことが有利である。低
圧蒸気タービンに前置接続されている蒸気・復水回路の
個所から取り出される蒸気は、一般に十分に大きな固有
圧力を有するので、そのために特別なポンプなどを必要
とすることなしに抽気配管に導入することができる。十
分高い圧力下にある蒸気は膨張によって、低圧蒸気ター
ビンの本発明に基づく冷却にとって特に有効である蒸気
・復水混合物に変換される。
図面に概略的に示した実施例を参照して本発明を更に
詳細に説明する。図面は、作動媒体特に水が密閉回路内
を導かれる熱原動所の一部を示している。この回路は高
圧蒸気タービン17、低圧蒸気タービン１、復水器５、予
熱器７および復水タンク８を有している。この循環回路
の他の構造部品例えばボイラは図示されていない。図を
分かり易くするために高圧タービン17は唯一つしか示さ
れていないが、本発明は勿論、三つ以上のタービン車室
が設けられている回路にも、あるいはタービンが図示し
たように単流式でなく複流式に形成されている回路にも
適用できる。また予熱器７は唯一つしか図示されていな
いが、これも多数の予熱器７が設けられている回路に対
する本発明の適用を除外するものではない。循環回路の
図示した構造部品は互いに蒸気結合配管18ないし復水主
配管９によって接続されている。復水主配管９には復水
ポンプ15が挿入接続されている。この復水ポンプ15も多
数設けることのできる復水ポンプ15を代表するものであ
る。高圧蒸気タービン17と低圧蒸気タービン１との間の
蒸気結合配管18には一般にフラッパ弁で形成されている
切換器19が設けられている。高圧蒸気タービン17から流
出する蒸気はこの切換器19によって蒸気転送配管20を通
って加熱用熱交換器21に転送できるので、切換器19の調
整に応じては低圧蒸気タービン１は蒸気を供給されな
い。加熱用熱交換器21は高圧蒸気タービン17から流出す
る蒸気の多数の利用可能性を象徴的に示している。図示
した実施例において、加熱用熱交換器21に導入された蒸
気はここで凝縮し、復水として復水戻り配管22を介して
予熱器７の前で復水主配管９に戻る。
低圧蒸気タービン１は、高圧蒸気タービン17と低圧蒸
気タービン１の両ロータが同期して回転するように高圧
蒸気タービン17に固く連結される必要がある。従って高
圧蒸気タービン17から流出する蒸気が蒸気転送配管20を
通って転送されると、低圧蒸気タービン１は無負荷回転
する。この低圧蒸気タービン１には復水器５内における
蒸気の圧力に相応した静圧がかかっているので、摩擦が
生ずる。しかし出力運転の際に低圧蒸気タービン１内で
膨張した蒸気のエネルギー損失による放熱作用は生じな
い。従って低圧蒸気タービン１の通風運転を可能にする
ために冷却を行う必要がある。
低圧蒸気タービン１は入口２から蒸気が供給され、膨
張した蒸気は低圧蒸気タービン１からその出口３を通っ
て復水器５に流入する。出力運転の際に低圧蒸気タービ
ン１内において仕事を行う蒸気の膨張によって既に生じ
た復水を排出するために、あるいは予熱器７を加熱する
ための蒸気を抽出するために、入口２と出口３との間に
抽気口４が設けられており、そこに抽気配管６が接続さ
れている。抽気配管６は抽気口４から予熱器７に導か
れ、抽出された作動媒体はそこで復水器５からの復水を
加熱するために利用される。抽気口４において抽出され
た作動媒体を予熱器７から排出するために多くの方式が
考えられる。例えばこの作動媒体は予熱器７の貫流後に
図示されていない別の予熱器を貫流し、最後に復水主配
管９内における復水と合流される。復水は復水主配管９
を通って復水タンク８（これはしばしば「脱気器」とも
呼ばれる）に流入する。復水は復水タンク８内におい
て、加熱用蒸気配管10を介して水位26の下側の復水の中
に導入される蒸気によって加熱される。この加熱は特に
復水から例えば酸素のようなガスを除去するために役立
つ。復水タンク８内において水位26の上には蒸気が充満
した蒸気室11がある。この蒸気室11から蒸気が取り出さ
れ、これは蒸気移送配管12を介して抽気配管６に導入さ
れる。更に復水移送配管13を介して抽気配管６に復水が
流入する。蒸気および復水は概略的に図示した噴霧ノズ
ル14によって一緒に抽気配管６の中に注入される。抽気
配管６内において蒸気と細かい復水水滴との混合物が生
じ、この混合物は冷却目的で抽気口４において低圧蒸気
タービン１の中に流入する。復水移送配管13は復水ポン
プ15の下流で復水主配管９に開口している。復水および
蒸気は抽気配管６に唯一の噴霧ノズル14を通して導入す
る必要はなく、蒸気および復水は互いに無関係に抽気配
管６に供給することもできる。低圧蒸気タービン内にお
ける蒸気流量を制限するために蒸気移送配管12に場合に
よっては限界絞りが設けられる。動力出力なしの通風運
転において低圧蒸気タービン１の冷却作用を調整するた
めに、低圧蒸気タービン１には抽気口４と出口３との間
に測定個所16が設けられており、この測定個所において
温度測定が行われる。この温度測定結果は（それ自体公
知の図示していない手段によって）評価され、制御配線
25を介して蒸気移送配管12における蒸気調整弁23ないし
復水移送配管13における復水調整弁24に導かれる。
なお、低圧蒸気タービン１の出力運転中において蒸気
移送配管12および復水移送配管13を必ずしも完全に遮断
する必要はないことに注意すべきである。蒸気調整弁23
ないし復水調整弁24を迂回している小さなバイパス配管
を介して、抽気配管６への少量の蒸気ないし復水の流れ
を維持することができる。これは蒸気移送配管12および
復水移送配管13を保温するために特に有利である。
復水タンク８が低圧蒸気タービン１の抽気口４に供給
するための蒸気を取り出すために用いられない場合に
は、この蒸気は高圧蒸気タービン17と低圧蒸気タービン
１との間の接続配管18から、あるいは蒸気転送配管20ま
たは加熱用熱交換器21から取り出され、また高圧蒸気タ
ービン17に付設されている図示していない加熱器から取
り出すことも考えられる。高圧蒸気タービン17は低圧蒸
気タービン１の通風運転中も出力運転できるので、いず
れにしても、高圧蒸気タービン17並びにこれに直接連通
している補助装置における熱力学的な状態が非常に安定
しており、この状態を通風運転する低圧蒸気タービン１
を冷却するための本発明に基づく方法に容易に利用でき
ることが前提条件となる。
低圧蒸気タービンを通風運転中において冷却する本発
明に基づく方法は、もともと存在する手段を主として利
用しているのでエネルギーの節約がなされ、また冷却作
用が主に低圧蒸気タービンの所望の範囲でしか実施され
ないことによって、材料の応力発生が避けられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭49−24241（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 25/12 F01K 7/38 102 F01K 13/00 F02D 25/26

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】低圧蒸気タービン（１）が、出力運転のた
    めに蒸気を取り入れることができ通風運転の際に遮断さ
    れる遮断可能な入口（２）と、蒸気を復水の形に凝縮す
    るための復水器（５）に連通している出口（３）と、こ
    れらの入口（２）と出口（３）との間にあける抽気口
    （４）とを有し、この抽気口（４）に出力運転の際に予
    熱器（７）に蒸気および／又は復水を転送するための抽
    気配管（６）が接続されている低圧蒸気タービン（１）
    の通風運転中における冷却方法において、抽気配管
    （６）に蒸気が蒸気移送配管（12）を介して供給される
    ことを特徴とする低圧蒸気タービンの通風運転中におけ
    る冷却方法。
  2. 【請求項２】抽気配管（６）に補助的に復水移送配管
    （13）を介して復水が供給されることを特徴とする請求
    の範囲１記載の方法。
  3. 【請求項３】復水が蒸気移送配管（12）および／又は抽
    気配管（６）に注入されることを特徴とする請求の範囲
    ２記載の方法。
  4. 【請求項４】復水が噴霧ノズル（14）によって抽気配管
    （６）に注入され、噴射ノズル（14）において蒸気と混
    合および噴霧されることを特徴とする請求の範囲３記載
    の方法。
  5. 【請求項５】復水が抽気配管（６）に供給されるために
    復水ポンプ（15）の下流で復水主配管（９）から転送さ
    れることを特徴とする請求の範囲２ないし４の１つに記
    載の方法。
  6. 【請求項６】ａ）低圧蒸気タービン（１）において抽気
    口（４）と出口（３）との間の測定個所（16）において
    温度が測定され、 ｂ）その温度に関係して抽気配管（６）への蒸気の供給
    ないし蒸気および／又は復水の供給が調整される、 ことを特徴とする請求の範囲１ないし５の１つに記載の
    方法。
  7. 【請求項７】抽気配管（６）への蒸気ないし蒸気および
    復水の供給が、出力運転の際の低圧蒸気タービン（１）
    内の蒸気流量の最大で約１％の蒸気流量が低圧蒸気ター
    ビン（１）内に生ずるように制限されることを特徴とす
    る請求の範囲１ないし６の１つに記載の方法。
  8. 【請求項８】復水タンク（８）に復水器（５）から予熱
    器（７）を通って復水主配管（９）を介して復水が供給
    され、復水タンク（８）内において復水が加熱用蒸気配
    管（10）を通って蒸気を導入することによって加熱さ
    れ、その蒸気室（11）から蒸気が取り出され抽気配管
    （６）に導かれることを特徴とする請求の範囲１ないし
    ７の１つに記載の方法。
  9. 【請求項９】抽気配管（６）に供給される蒸気が、低圧
    蒸気タービン（１）の通風運転の際に蒸気が導入される
    蒸気転送配管（20）から取り出されることを特徴とする
    請求の範囲１ないし８の１つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】抽気配管（６）に供給される蒸気が、低
    圧蒸気タービン（１）に前置接続されている高圧蒸気タ
    ービン（17）から取り出されることを特徴とする請求の
    範囲１ないし９の１つに記載の方法。
JP04508458A 1991-09-06 1992-05-07 低圧蒸気タービンの通風運転中における冷却方法 Expired - Lifetime JP3093267B2 (ja)

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PCT/DE1992/000373 WO1993005276A1 (de) 1991-09-06 1992-05-07 Kühlung einer niederdruck-dampfturbine im ventilationsbetrieb

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