JP3617212B2

JP3617212B2 - 蒸気タービンの静翼ヒーティング方法

Info

Publication number: JP3617212B2
Application number: JP26041696A
Authority: JP
Inventors: 耕平森田
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JPH10103008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンの動翼に生じるエロージョンの防止対策として行う静翼ヒーティング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、蒸気タービンに導入した高温，高圧の主蒸気は、タービン内部で熱エネルギーが運動エネルギーに変換され、タービンの運転条件によっては低圧段落が湿り蒸気域になる。
一方、前記の湿り蒸気域で作動する低圧段落の動翼には、次記のような現象でエロージョンが発生し易く、このエロージョン防止対策が蒸気タービンの重要な技術課題の一つになっている。すなわち、低圧段落の動翼（例えば最終段の動翼）の前に位置する静翼の表面には、湿り蒸気が衝突して集積，あるいは凝縮して生じた水滴が水膜となって静翼の表面を流れ、その翼の後縁から蒸気の流れにより引きちぎられて流出した水滴が大きな相対速度で動翼の流入端に衝突して翼の表面を浸食し、損傷を与える。
【０００３】
このエロージョン防止対策として、従来よりドレンキャッチャーと称する水滴分離構造をタービンの各段落に設ける、あるいは低圧部の最終段，またはその前段の静翼腹面にドレン溝を加工して水滴を除去する方法のほかに、静翼ヒーティング法と称して、蒸気の湿り度が大きくなる最終段の静翼を加熱し、静翼の表面温度を周囲の蒸気圧に相当する飽和蒸気温度よりも高い温度に維持することにより、静翼表面での蒸気の凝縮を防いで極力乾燥状態に維持する方式などが知られている。
【０００４】
また、その静翼ヒーティングの熱源として、従来では補助ボイラなど蒸気タービン自身以外の系統から抽出した蒸気を使用し、そのヒーティング蒸気を中空翼として作られた静翼の内部に流して翼を加熱し、その排気蒸気を静翼からそのままタービンの低圧段落へ放流するようにした方式が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、静翼ヒーティングの熱源として外部の蒸気源から得た蒸気をヒーティング蒸気としてタービンの低圧段の静翼に導入する場合に、静翼から排出する蒸気をそのままタービン内の低圧段落に放流すると、タービンロータを加速させる危険ががあることから、その蒸気条件として比較的低圧で高温な蒸気が求められる。
【０００６】
しかしながら、従来方式のように外部の蒸気系統から静翼ヒーティングに使用する蒸気を得る場合には、蒸気の温度，圧力の面で前記条件に合った蒸気を作り出さなけれはならず、結果としてヒーティング蒸気の供給系統が複雑化して高価なシステムとなる。
また、低圧段部の蒸気状態は蒸気タービンの運転条件によって変化し、例えば高出力運転時のようにタービンに多量の主蒸気を導入する運転時では、低圧段落を流れる主蒸気の状態が過熱域となって、動翼にエロージョンが生じない場合がある。しかし、従来の静翼ヒーティング方法では、タービンの運転条件に関係なくタービンの稼働中はヒーティング蒸気を常時供給しており、このために外部の蒸気源から供給する蒸気が無駄に消費されていた。
【０００７】
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、静翼ヒーティングに使用する蒸気を外部の蒸気源から求めることなく、蒸気タービン自身から得るようにしてヒーティング蒸気の供給系統をシンプル化し、併せて静翼ヒーティングの蒸気量を低圧段部の蒸気状態に対応して適正制御し、タービン効率の向上が図れるようにした静翼ヒーティング方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明により次記の方法で達成することができる。１）静翼ヒーティングに用いる蒸気として、タービンの高圧段前の軸封パッキンから抽出した高温，低圧のリーク蒸気をコントロール弁を介して中空翼としてなる前記静翼の内部に導入し、かつ低圧段部の蒸気状態を監視するセンサの検出信号を基に静翼に流すリーク蒸気量をコントロール弁により制御して静翼を加熱し、その排気蒸気をタービンの低圧段落に放流するようにする。
【０００９】
２）前項１）において、リーク蒸気供給ラインの途中から分岐してタービンの中圧段落に開口する分岐ラインを設け、静翼ヒーティングの休止時には前記分岐ラインを通じてリーク蒸気をタービン内部に導入する。
【００１０】
上記のように蒸気タービンに導入した主蒸気のうち、高圧段前の軸封パッキン（ラビリンスパッキン）から漏れ出るリーク蒸気を利用して静翼ヒーティングを行うことにより、タービンの保安上でロータを加速させる危険が防げる。この場合に、ラビリンスパッキンから漏れ出た高圧段前のリーク蒸気は比較的低圧な高温蒸気であって静翼のヒーティング蒸気としては適正な条件を備えている。また、リーク蒸気を利用することにより、蒸気タービン以外の外部の蒸気源（例えば補助ボイラ）などからヒーティング蒸気を得る方式と比べてシンプルな蒸気供給系統で対応できる。
【００１１】
また、静翼ヒーティング用として低圧段の静翼に流すリーク蒸気の流量をタービンの運転条件，つまり低圧段落の蒸気状態（温度，圧力）に対応してコントロールすることにより静翼ヒーティングが適正に行え、併せて静翼ヒーティングの停止時にリーク蒸気を分岐ラインを通じてタービンの中圧段落に導入することで、リーク蒸気の熱エネルギーがタービンの動力発生に有効活用されてタービン効率が一段と向上するようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明による静翼ヒーティング方式を実施するリーク蒸気の供給系統図、図２（ａ），（ｂ）はヒーティングを行う静翼部分の詳細構造図である。各図において、１は蒸気タービンのロータ、２，３，４はそれぞれ高圧段部，中圧段部，低圧段部、５は高圧段前の軸封パッキン（ラビリンスパッキン）、６，７は高圧，低圧側のグランドシールパッキン、８は主蒸気閉塞弁、９は蒸気加減弁であり、高圧段前の軸封パッキン５の出口側にはリーク蒸気抽出ポート５ａが形成され、ここから引出したリーク蒸気供給ライン１０がコントロール弁１１を介して低圧段部４の最終段動翼４ａの前に位置する静翼４ｂとの間に配管されている。また、リーク蒸気供給ライン１０の途中（コントロール弁１１の上流側）からは中圧段部３との間に分岐ライン１０ａが分岐配管されている。なお、１２はコントロール弁１１の調節部であり、タービン内部の低圧段部４における蒸気状態を監視する温度・圧力センサ１３の検出信号を基にコントロール弁１１の弁開度を制御し、ここを流れるリーク蒸気の流量を調節するようにしている。なお、コントロール弁１１は絞りを内蔵した減圧流量制御弁である。
【００１３】
また、図２（ａ），（ｂ）で示すように、ヒーティングを行う静翼４ｂは中空翼であり、その中空内部には仕切り壁を境に蒸気の往復流路が形成されている。また、静翼４ｂの根元側の静翼ホルダ４ｂ−１，先端側のシュラウド４ｂ−２も中空リングとして作られ、かつ静翼ホルダ４ｂ−１には周上に並ぶ各静翼４ｂの内部蒸気通路に通じる蒸気導入室，排出室が画成されており、排出室は最終段の動翼４ａに向けて下流側に開放している。そして、静翼ホルダ４ｂ−１の蒸気導入室に前記したリーク蒸気供給ライン１０が接続されている。
【００１４】
かかる構成で、蒸気タービンの運転時には、蒸気加減弁９を通じてタービン内部に導入した高温，高圧（例えば１２０〜１３０ａｔａ）の主蒸気の一部がケーシングの高圧室から軸封パッキン５を通じて漏出し、リーク蒸気抽出ポート５ａを通じてリーク蒸気供給ライン１０に取り出される。この場合にリーク蒸気は軸封パッキン５（ラビリンスパッキン）を通過することで圧力が１５〜３０ａｔａ程度に低下する。
【００１５】
一方、蒸気タービンの運転時にはタービンの低圧段部４に並ぶ前記静翼４ｂの周囲の蒸気状態（温度，圧力）が温度・圧力センサ１３を介して調節部１２で監視されており、その検出信号を基に静翼ヒーティングを必要とする湿り度の高い運転状態では、調節部１２から指令でコントロール弁１１を開き、コントロール弁で供給ライン１０を流れるリーク蒸気を５ａｔａ程度に減圧した上で静翼４ｂの内部に流して翼自身を加熱し、その排気蒸気を静翼ホルダ４ｂ−１から最終段の動翼４ａに向けて放流する。これにより、静翼４ｂの表面温度が上昇して主蒸気の凝縮による水滴の発生が無くなり、湿り蒸気域でも最終段の動翼４ａに対するエロージョンの発生を防止できる。
【００１６】
また、蒸気タービンの高出力運転時など、低圧段部４を流れる主蒸気の状態が過熱蒸気域である運転状態では、動翼４ａにエロージョンの発生するおそれがないので、静翼ヒーティングが不要である。そこでこの場合には、調節部１３の指令でコントロール弁１１を閉じて静翼４ｂへのリーク蒸気導入を停止するとともに、リーク蒸気を供給ライン１０の途中から分岐ライン１０ａを通じてタービンの中圧段部３（主蒸気の圧力がリーク蒸気の圧力よりも若干低い段落）に導入し、主蒸気と合流して動力発生に使われる。これにより、タービン効率が一段と向上する。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の静翼ヒーティング方法によれば、静翼ヒーティングに用いるヒーティング蒸気を蒸気タービンの高圧前から軸封パッキンを通じて漏れ出す比較的低圧で高温なリーク蒸気を利用すことで、従来のように外部の蒸気源からヒーティング蒸気を得るようにした方式と比べて、ヒーティング蒸気の供給系統がシンプル化するほか、タービン内に導入したヒーティング蒸気によりロータが加速する保安上の危険も防げる。
【００１８】
また、リーク蒸気供給ラインにコントロール弁を接続し、静翼ヒーティング時に導入するリーク蒸気量を低圧段部における静翼周囲の蒸気状態に対応して調整することにより、静翼ヒーティングが適正な条件で行える。さらに、タービンの運転条件でエロージョン発生のおそれがない過熱域の蒸気状態では静翼ヒーティングを停止するとともに、リーク蒸気を分岐ラインを通じてタービンの中圧段部に導入することで、タービン効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による静翼ヒーティング方式のリーク蒸気の供給系統図
【図２】図１における要部の詳細構造図であり、（ａ）はタービンの低圧段部の断面図、（ｂ）はヒーティングを行う静翼の部分断面斜視図
【符号の説明】
１ロータ
２高圧段部
３中圧段部
４低圧段部
４ａ動翼
４ｂ静翼
５高圧段前の軸封パッキン
５ａリーク蒸気抽出ポート
１０リーク蒸気供給ライン
１０ａ分岐ライン
１１コントロール弁
１３温度・圧力センサ

Claims

動翼のエロージョン防止対策として、湿り蒸気域で作動する低圧段動翼の前に位置する静翼を高温蒸気で加熱し、該静翼の表面に液滴が発生するのを防ぐようにした蒸気タービンの静翼ヒーティング方法において、タービンの高圧段前の軸封パッキンから抽出した高温，低圧のリーク蒸気をコントロール弁を介して中空翼としてなる前記静翼の内部に導入し、かつ低圧段部の蒸気状態を監視するセンサの検出信号を基に静翼に流すリーク蒸気量をコントロール弁により制御して静翼を加熱し、その排気蒸気をタービンの低圧段落に放流するようにしたことを特徴とする蒸気タービンの静翼ヒーティング方法。
請求項１記載の静翼ヒーティング方法において、リーク蒸気供給ラインの途中から分岐してタービンの中圧段落に開口する分岐ラインを設け、静翼ヒーティングの休止時には前記分岐ラインを通じてリーク蒸気をタービン内部に導入することを特徴とする蒸気タービンの静翼ヒーティング方法。