JP4253128B2 - 蒸気タービンの低圧段の冷却方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、蒸気入口室と蒸気出口室とを備えた蒸気タービンの少なくとも１つの低圧段を冷却するために、蒸気タービンが少なくとも１つの復水器に接続されているか又は背圧タービンとして形成され、冷却媒体として復水及び／又は蒸気が冷却装置から配量装置を介して低圧段に注入される蒸気タービンの低圧段の冷却方法及び装置に関する。
【０００２】
１９８５年、トイブナー社（シュトゥットガルト市）出版のＫ．メニー氏著書「流体機械」、３．４．６章の“湿り蒸気段”から、いわゆる湿り蒸気段、特に単流式あるいは多流式蒸気タービンの低圧段において作動蒸気の凝縮が行われることが知られている。蒸気タービンにおいて蒸気が膨張する際、例えば復水タービンにおいて湿り蒸気範囲に対する限界曲線を下まわった際、蒸気点の飽和温度より低い温度の過冷蒸気が存在する。所定の過冷の際に自然凝縮が生じ、その際に小さな霧滴が生ずる。この霧滴は水膜ないしは個々の水束の形で蒸気タービンの静翼に付着してしまう。その水膜が静翼の後縁から剥がれて、直径が約４００μｍに及ぶ二次水滴が生ずる。この剥がれた蒸気水滴が静翼に衝突した際に、その水滴が特に直径が５０〜４００μｍの大きさをしていると、材料を削ってしまう（いわゆる水滴衝突腐食）。この水滴衝突腐食を防止するために、しばしば水膜が静翼表面から直接吸い出される。このために静翼が空洞に形成され、その空洞が静翼のスリットを介して蒸気タービンの復水器に接続されている。
【０００３】
いわゆる通風運転で作動する低圧蒸気タービン内には蒸気雰囲気が存在しており、その静圧は低圧蒸気タービンに接続されている復水タンク内の圧力に相当している。（いわゆる通風運転における）タービン翼の蒸気との摩擦はかなりの熱を発生し、これによってタービンはひどく恐らくは許容できないほどに加熱される。これを防止するために、例えばタービンの蒸気出口室に、あるいは利用すべき冷却力が特に高くなければならない場合には蒸気入口室に復水が噴霧して注入されるような冷却処置が講じられている。その復水は温度を低下しながら蒸発し、これによって通風運転タービンが冷却される。注入が蒸気出口室で行われる場合、冷却作用はしばしば蒸気出口室の近くにおけるタービン部品に限られ、注入が蒸気入口室で行われる場合、蒸気入口室において凝集する復水が、タービン翼に押し寄せてこれを損傷することがある。
【０００４】
従って、ヨーロッパ特許第０６０２０４０号明細書に記載されている通風運転中における低圧蒸気タービンの冷却方法において、蒸気タービンの蒸気出口と蒸気入口との間にある抽気口を通して、蒸気が蒸気タービンに供給される。このようにしてタービンにおいてまず、タービン内に存在する蒸気における摩擦によって大きく荷重されるタービン翼の半径方向外側端が冷却される。従って、その冷却作用はそれが望まれるタービン部位に広く限定される。タービンの他の構成要素（例えばタービン軸）の冷却は防止される。抽気口に接続された抽気管には蒸気のほかに補助的に復水が送られ、その場合特に復水案内管を通して復水が蒸気案内管及び／又は抽気管に注入される。その復水は好適には噴霧ノズルにおいて蒸気と混合され、この噴霧ノズルから抽気管に注入される。細かな水滴に分散した復水によって特に高い冷却作用が達成される。
【０００５】
抽気管に導入された蒸気量ないし蒸気・復水混合物量は、ヨーロッパ特許第０６０２０４０号明細書における場合、蒸気タービンの出力運転中における蒸気流の約１％である。冷却に利用される蒸気は、復水を集合し加熱し脱気するために使用される復水タンクから到来する。一般に復水の脱気目的で加熱蒸気が導入される復水タンクからの蒸気は、蒸気と復水とが共存するために飽和状態にあり、場合によっては細かく分散した復水と混ぜられ、従って特に通風運転タービンへの注入に対して適している。更に通風運転中に蒸気を低圧タービンを迂回して案内する蒸気排出管から蒸気が取り出される。そのような蒸気排出管は例えば低圧蒸気タービンに前置接続された高圧蒸気タービンないしは高圧・中圧蒸気タービン装置から蒸気を加熱装置などに案内する。この加熱装置で恐らく蒸気は冷却され凝縮される。蒸気・復水混合物を得るために抽気口に送るべき蒸気がその加熱装置から取り出される。蒸気も同様に低圧蒸気タービンに前置接続された高圧蒸気タービンあるいは中圧蒸気タービンから直接あるいは間接的に、例えばそこから供給される予熱器などから取り出される。そのような蒸気は通常十分大きな固有圧力を有しているので、特別なポンプなどなしに通風運転蒸気タービンへの注入が行われる。
【０００６】
ヨーロッパ特許第０６０２０４０号明細書で公知の冷却方法の制御は抽気口と蒸気出口室との間にある温度測定装置を介して行われ、測定された温度に関係して、抽気口への蒸気の供給ないし蒸気・復水混合物の供給が調整される。
【０００７】
本発明の課題は、単流式あるいは多流式蒸気タービンの少なくとも１つの低圧段の冷却方法およびその装置を、通風運転中における冷却が確実に保証され、水滴衝突腐食による蒸気タービンのタービン翼の損傷が防止されるように改良することにある。
【０００８】
この場合本発明は、その冷却方法を制御及び／又は調整するために温度値が、この温度値を用いたのでは冷却媒体量を特に予め定められた温度限界値の近くで十分配量できず、また蒸気ないしは蒸気・復水混合物の適時の注入停止もできないという点で物足りず、このために特に十分な冷却に応じて追加導入される復水量によって、特に蒸気タービンの動翼が特に上述の水滴衝突腐食による一層の損傷を受けるという考えから出発している。
【０００９】
この課題は本発明に基づいて、請求項１に記載の方法および請求項１１に記載の装置によって解決される。本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。
【００１０】
蒸気入口室と蒸気出口室とを備えた単流式あるいは多流式蒸気タービンの少なくとも１つの低圧段を冷却するために、蒸気タービンが少なくとも１つの復水器に接続されているか又は背圧タービンとして作動し、冷却媒体として復水及び／又は蒸気が冷却装置から配量装置を介して低圧段に注入される蒸気タービンの低圧段の冷却方法において、冷却媒体が、低圧段において測定された温度値と、低圧段を通る質量流量と直接あるいは間接的に相関関係を有するパラメータとに関係して、低圧段に注入される。そのために本発明に基づく装置は、低圧段の範囲に配置された少なくとも１つの温度センサと、低圧段を通る質量流量と直接あるいは間接的に相関関係を有するパラメータを検出するための少なくとも１つの装置と、低圧段で測定された温度値と、質量流量と相関関係を有するパラメータとに関係して、冷却装置および配量装置を制御及び／又は調整するための制御装置とを備えている。本発明によって得られる利点は特に、通風運転中における蒸気タービンの低圧段の冷却が確実に保証され、水滴衝突腐食による蒸気タービンのタービン翼の損傷の危険が回避され、少なくとも著しく減少することにある。
【００１１】
相関関係を有するパラメータを検出するための装置が、少なくとも２つのセンサを有し、特に低圧段の前後特に蒸気タービンの蒸気入口室および蒸気出口室にそれぞれ配置された圧力センサを有していると有利である。そのような圧力センサの配置は、低圧段を通る質量流量と直接あるいは間接的に相関関係を有するパラメータが、圧力センサで測定できる圧力値から求められ、特に低圧段の前後における圧力の圧力比から求められるという利点を有する。
【００１２】
センサ技術の経費を最少にするために、蒸気タービンの低圧段の後ろに蒸気出口室に配置された少なくとも１つの圧力センサを、蒸気タービンに接続された復水器に配置すること、ないしは、運転に条件づけられて通常復水器に既に配置されたセンサを、これがパラメータの検出に必要な圧力値を求めるように設計することは有利である。
【００１３】
注入活動を改善するために、温度及び／又はパラメータの予め定められた限界値を超過した際に冷却媒体を注入すると有利である。
【００１４】
冷却媒体の注入停止を改善するために、パラメータの予め定められた限界値を下回った際に冷却媒体がもはや注入されないと有利である。
【００１５】
冷却媒体の注入の有利な実施態様において、その注入の活動および停止は好適には自動的に行われる。
【００１６】
パラメータの検出を単純化するために、例えば少なくとも１つの温度センサおよび圧力センサが少なくとも１つの電気配線を介して制御装置に接続され、そのデータおよび測定値の少なくとも一部が電子制御装置に伝達されると有利である。この制御装置は特に、蒸気タービンを制御及び／又は調整するために存在及び／又は到来するデータ及び／又は測定値から、質量流量と相関関係を有するパラメータがその制御装置において求められることによって特徴づけられる。
【００１７】
冷却装置および配量装置の制御及び／又は調整を単純化するために、電子制御装置において好適には、冷却装置および配量装置を自動的に制御及び／又は調整するための信号も発生され、少なくとも１つの制御配線を介して伝達される。
【００１８】
冷却作用、特に冷却力について改善するために好適には、電子制御装置において冷却媒体量を自動的に調整するための信号も発生される。
【００１９】
自動的な制御及び／又は調整の有利な実施態様において、少なくとも冷却媒体量が特性図によって自動的に調整され、その特性図は好適には制御装置に記憶されている。
【００２０】
冷却作用を改善するために好適には、少なくとも冷却媒体の注入範囲において蒸気が復水を同時に搬送し、その場合、特に少なくとも１つの配量弁を有する配量装置が、好適には被冷却低圧段に隣接して配置されている。
【００２１】
以下図に示した有利な実施例を参照して本発明に基づく方法と装置の他の利点および詳細を説明する。
【００２２】
図１には、低圧蒸気タービン１、復水器５、この復水器５に後置された復水タンク１８、冷却装置６、配量装置７および制御装置１０を備えた発電所の一部が概略的に示されている。なお例えば発電機、低圧蒸気タービンに固く連結された高圧蒸気タービンのような発電所の他の構成要素は理解を容易にするために図示されていない。発電所の図示された構成要素は蒸気接続管１４ないしは復水管１５によって相互に接続されている。
【００２３】
高圧蒸気タービン（図示せず）と低圧蒸気タービン１との間において蒸気接続管１４ａに切換スイッチ１６が存在している。この切換スイッチ１６は通常フラッパ弁として形成され、このフラッパ弁によって、高圧蒸気タービンから流出する高温作動蒸気が、別の蒸気接続管１４ｂを通して加熱用熱交換器１７に導かれる。従って切換スイッチ１６の調整に応じて、低圧蒸気タービン１に高温作動蒸気は供給されない。低圧蒸気タービン１を迂回する作動蒸気は、加熱用熱交換器１７において凝縮し、復水として復水タンク１８に流入する。
【００２４】
低圧蒸気タービン１は高圧蒸気タービンに固く連結されているので、両蒸気タービンのロータ（図示せず）は同期して回転する。高圧蒸気タービンから流出する作動蒸気が低圧蒸気タービン１を迂回して導かれるとき、即ち低圧蒸気タービン１が無負荷回転するとき、低圧蒸気タービン１内には復水器５に後置された復水タンク１８内における蒸気圧力に相当する静圧がかかっているために、低圧蒸気タービン１内に摩擦が生ずる。
【００２５】
冷却媒体（特に復水及び／又は蒸気）を蒸気タービン１の少なくとも１つの低圧段４に注入するために、作動蒸気を供給するために使用される蒸気入口室２と低圧蒸気タービン１で膨張した蒸気を復水器５に導く蒸気出口室３との間に、配量弁１３が配置されている。この配量弁１３は配量装置７および冷却装置６に接続されている。復水タンク１８において復水は、高圧蒸気タービン（図示せず）から高温蒸気管１４ｃを通して導かれて来る蒸気によって加熱される。復水タンク１８においてその復水レベルの上側に蒸気が封入された蒸気室１９が存在している。この蒸気室１９から蒸気が取り出され、蒸気案内管２０を通して配量装置７に導かれる。更に配量装置７には復水タンク１８から復水ポンプ２３によって復水が復水溢流管２１を通して導かれる。この蒸気および復水は配量装置７において蒸気・復水混合物にされ、続いて被冷却低圧段４に隣接して配置された配量弁１３を介して注入される。詳しくは好適には、この蒸気および復水は、低圧段４における温度センサ１１で測定された温度値と、蒸気入口室２および蒸気出口室３にそれぞれ配置された圧力センサ８、９で測定された圧力値から求められ低圧段を通る質量流量と相関関係を有するパラメータとに関係して、注入される。この冷却媒体の注入活動は温度及び／又はパラメータの予め定められた限界値を超過した際に行われる。冷却媒体の注入停止はそのパラメータの予め定められた限界値を下回ったときに行われる。配量装置７および配量弁１３は制御配線１２を介して、そして温度センサ１１および圧力センサ８、９は少なくとも１つの電気配線２２を介して電子制御装置１０にそれぞれ接続されている。この制御装置１０は特に、蒸気タービン１の制御及び／又は調整のために存在及び／又は到来するデータおよび測定値から質量流量と相関関係を有するパラメータも求め、及び／又は冷却装置６および配量装置７を自動制御及び／又は自動調整するため並びに冷却媒体量を自動調整するための信号を発生することによって特徴づけられる。これによって有利に注入が自動化されかつ調整され、特にこれは、注入される蒸気・復水混合物の量に関して特に制御装置１０に記憶された特性図によって行われる。従って低圧蒸気タービン１の調整された冷却は、動力を発生することなしに通風運転において実施される。
【００２６】
復水タンク１８が蒸気ないしは復水を取り出すために利用されない場合、蒸気は例えば加熱用熱交換器１７あるいは高圧蒸気タービン（図示せず）に付設された予熱器から取り出される。
【００２７】
本発明に基づく蒸気タービン１の低圧段４の冷却は、特に水滴衝突腐食による蒸気タービン１のタービン翼の損傷を有利に防止し、温度だけに依存する調整よりも容易に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく低圧蒸気タービンを備えた発電所の一部の概略構成図。
【符号の説明】
１ 低圧蒸気タービン
２ 蒸気入口室
３ 蒸気出口室
４ 被冷却低圧段
６ 冷却装置
７ 配量装置
８ 圧力センサ
９ 圧力センサ
１０ 制御装置
１１ 温度センサ
１３ 配量弁
２２ 電気配線

Claims (18)

1. 蒸気入口室（２）と蒸気出口室（３）とを備えた蒸気タービン（１）の少なくとも１つの低圧段（４）を冷却するために、蒸気タービン（１）が少なくとも１つの復水器（５）に接続されているか又は背圧タービンとして形成され、冷却媒体として復水及び／又は蒸気が冷却装置（６）から配量装置（７）を介して低圧段（４）に注入される蒸気タービンの低圧段の冷却方法において、冷却媒体が、低圧段（４）において測定された温度値と、低圧段（４）を通る質量流量と直接あるいは間接的に相関関係を有するパラメータとに関係して、低圧段（４）に注入される蒸気タービンの低圧段の冷却方法。
2. 質量流量と相関関係を有するパラメータが、低圧段（４）の前後におけるそれぞれ少なくとも１つのセンサ（８、９）、特に圧力センサによって検出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 相関関係を有するパラメータが圧力センサ（８、９）で測定された圧力値から求められ、特に低圧段（４）の前後における圧力の圧力比から求められることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 冷却媒体の注入活動が、温度及び／又はパラメータの予め定められた限界値を超過した際に行われることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 冷却媒体の注入停止が、パラメータの予め定められた限界値を下回った際に行われることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 冷却媒体の注入活動および注入停止が自動的に行われることを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
7. 蒸気タービン（１）が電子制御装置（１０）を有し、この電子制御装置（１０）に、少なくとも１つの温度センサ（１１）で測定された温度値および圧力センサ（８、９）から到来するデータおよび測定値の少なくとも一部が伝達されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
8. 制御装置（１０）において、蒸気タービン（１）を制御及び／又は調整するために存在及び／又は到来するデータ及び／又は測定値から、質量流量と相関関係を有するパラメータが求められ、及び／又は、冷却装置（６）および配量装置（７）を自動的に制御及び／又は調整するため並びに冷却媒体量を自動的に調整するための信号が発生されることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. 少なくとも冷却媒体量の自動調整が制御装置（１０）に記憶された特性図によって行われることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 冷却媒体の少なくとも注入範囲において蒸気が同時に復水を搬送することを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
11. 蒸気入口室（２）と蒸気出口室（３）とを備えた蒸気タービン（１）の少なくとも１つの低圧段（４）を冷却するために、蒸気タービン（１）が少なくとも１つの復水器（５）に接続されているか又は背圧タービンとして形成され、冷却媒体として復水及び／又は蒸気が冷却装置（６）から配量装置（７）を介して低圧段（４）に注入される蒸気タービンの低圧段の冷却装置において、低圧段（４）の範囲に配置された少なくとも１つの温度センサ（１１）と、低圧段（４）を通る質量流量と直接あるいは間接的に相関関係を有するパラメータを検出するための少なくとも１つのセンサ（８、９）と、温度センサ（１１）で測定された温度値と、質量流量と相関関係を有するパラメータとに関係して、冷却装置（６）および配量装置（７）を制御及び／又は調整するための制御装置（１０）とを備えている蒸気タービンの低圧段の冷却装置。
12. 相関関係を有するパラメータを検出するためのセンサが、低圧段（４）の前後にそれぞれ配置された少なくとも２つのセンサ（８、９）を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 低圧段（４）の前に配置された少なくとも１つのセンサ（８）が蒸気タービン（１）の蒸気入口室（２）に配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。
14. 低圧段（４）の後ろに配置された少なくとも１つのセンサ（８）が蒸気タービン（１）の蒸気出口室（３）に、特に蒸気タービン（１）に接続された復水器（５）に配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の装置。
15. センサ（８、９）が圧力センサであることを特徴とする請求項１１乃至１４の１つに記載の装置。
16. 少なくとも１つの温度センサ（１１）および圧力センサ（８、９）が制御装置（１０）に少なくとも１つの電気配線（２２）を介して接続されていることを特徴とする請求項１１乃至１５の１つに記載の装置。
17. 制御装置（１０）に、特性図、特に冷却媒体量を自動調整するための特性図が記憶されていることを特徴とする請求項１１乃至１６の１つに記載の装置。
18. 特に少なくとも１つの配量弁（１３）を有する配量装置（７）が、被冷却低圧段（４）に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１７の１つに記載の装置。

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