JP4643470B2

JP4643470B2 - 蒸気タービンの過速防止装置

Info

Publication number: JP4643470B2
Application number: JP2006050247A
Authority: JP
Inventors: 正人村上; 幸彦澤; 裕浅沼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007224883A

Description

本発明は、トリップ指令時あるいは負荷遮断時等の緊急指令時、タービンの回転速度を抑制する蒸気タービンの過速防止装置に関する。

原子力発電プラントや火力発電プラントに使用される蒸気タービン設備は、容量が大きくなるにつれ、トリップ指令や負荷遮断指令等の緊急指令があるとき、タービンの回転速度が定格を超え、オーバスピードを抑制することが難しくなる。

このため、蒸気タービン設備では、蒸気タービンの入口側に設け蒸気弁を急速閉塞させ、蒸気タービンへの蒸気の流入をカットすることが行なわれており、そのプラントの構成として、図７に示すものがある。

図７は、原子力発電プラントを例示とするもので、大別して原子炉１、高圧タービン６、低圧タービン７、復水器８および給水加熱器１３を備えるランキンサイクルになっている。

このような構成を備える原子力発電プラントにおいて、原子炉１から発生した蒸気は、主蒸気管２に介装する主蒸気止め弁３、蒸気加減弁４および主蒸気リード管５を経て高圧タービン６に供給され、ここで膨張仕事を行って動力（回転トルク）を発生させる。

高圧タービン６で膨張仕事を終えた蒸気は、湿分分離加熱器（図示せず）で再び加熱された後、例えばクロスアラウンド管１５に介装する中間止め弁９、インターセプト弁１０からなる組合せ中間弁１１を経て低圧タービン７に供給され、ここでも膨張仕事を行って動力を発生させる。

低圧タービン７で膨張仕事を終えたタービン排気は、復水器８で外部から供給される海水等の冷却水と熱交換して凝縮され、復水として復水給水系統１２を経て給水加熱器１３に供給される。

給水加熱器１３は、高圧タービン６から抽気逆止弁１４を経て供給される抽気蒸気を熱源とし、復水給水系統１２からの復水を加熱して再生し、再生した給水を原子炉１に戻すようにしている。

このような構成を備える原子力発電プラントにおいて、運転中、トリップ指令または負荷遮断指令等の緊急指令が入ると、高圧タービン６の入口側に設けられた主蒸気止め弁３、蒸気加減弁４および低圧タービン７の入口側に設けられた組合せ中間弁１１は、急速閉鎖し、高圧タービン６および低圧タービン７への蒸気流入をカットし、タービン定格回転速度に対し、法律で規定する１１１％以下または１２０％以下に抑えていた。

しかし、タービン回転速度が法律で規定されていたとしても、危険状態にあることに変りはなく、より一層の保安対策が必要とされている。

例えば、蒸気タービンに負荷遮断指令が入り、上述の各種の弁を急速閉鎖させたとしても、各種の弁の長年の使用による弁体に摩耗等があると、蒸気漏れが発生し、この蒸気漏れに基づいて蒸気タービンは、定格を超えることがあった。

このような予期せぬ事象に対し、例えば、特許文献１に見られるように、発電機に備えた遮断機の開放を、上述の各種の弁の閉鎖よりも遅らせて対処させる手法が提案されている。

また、最近の蒸気タービン設備は、競争力強化の対応から容量が大きい割合には、慣性モーメント（ＧＤ^２ともいう）を少なくする傾向にある。

このような場合、例えば蒸気タービンにトリップ指令が入り、上述の各種の弁を急速閉鎖しても、配管内やタービンケーシング内に多くの蒸気が残っていると、この残留蒸気によってオーバースピードの可能性がある。

このような事象に対し、残留蒸気を引き抜いて他の系統に放出させる技術が特許文献２に開示されている。

このような特殊事象によるオーバースピード防止対策にも数多くの発明が開示されている。
特開平１１−３５０９０９号公報実願平２−７３３６８号（実開平４−３２２０２号）のマイクロフィルム

特許文献１に開示された技術は、容量の比較的小さい蒸気タービン設備には系統への影響が少ない関係上、適しているものの、容量の大きな蒸気タービン設備になると、周波数変動が大きく、系統への影響が現われる等不具合がある。

また、最近の発電プラントでは、電力事情の緊急対応から休止中の蒸気タービン設備を復活させる傾向にある。

この場合、復活させる蒸気タービン設備の慣性モーメントが比較的小さいと、負荷遮断等の緊急指令に十分かつ確実に対処できるかの不安が残る。

また、負荷遮断等の緊急指令に対処できたとしても、蒸気タービン設備には過酷な負荷がかかり、設備の健全性の観点から余裕を持ってオーバースピード防止を行うことが望ましい。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、負荷遮断やトリップ指令等の緊急指令があったとき、配管やタービンケーシング内に残留する蒸気を適正に処理し、余裕をもってオーバースピードを防止させる蒸気タービンの過速防止装置を提供することを目的とする。

本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置は、上述の目的を達成するために、高圧タービンに低圧タービンを接続するクロスアラウンド管を設け、前記高圧タービンの入口側に蒸気弁を設け、前記クロスアラウンド管に組合せ中間弁を設け、前記低圧タービンの排気室に接続する復水器を設け、前記蒸気弁および前記組合せ中間弁を閉鎖させ、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンのそれぞれに流入する蒸気を遮断させる蒸気タービンの過速防止装置において、前記組合せ中間弁の下流側から分岐し、前記低圧タービンの排気室に接続する低圧バイパス管を設け、前記低圧バイパス管は、低圧連絡弁を備え、組合せ中間弁の不動作を検知し、前記低圧連絡弁を開弁させる構成にしたものである。

本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置は、低圧タービンに流れている蒸気を他の系統に流し、低圧タービンへの蒸気の流入を遮断させたので、タービンの過速を抑えることができる。

以下、本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１は、本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第１実施形態を示す系統図である。

本実施形態は、蒸気タービン設備を原子力発電プラントに適用する例示であり、原子炉２０、高圧タービン２１、低圧タービン２２、復水器２３、給水加熱器２４を閉ループ内に有し、原子炉２０で発生した蒸気を主蒸気系統２５の主蒸気止め弁２６、蒸気加減弁２７および主蒸気リード管２８を経て高圧タービン２１に供給する。

高圧タービン２１は、膨張仕事を終えた後の蒸気を中間止め弁２９とインターセプト弁３０とからなる組合せ中間弁３１、クロスアラウンド管３２を経て低圧タービン２２に供給する。

低圧タービン２２は、膨張仕事を終えた後の蒸気を復水器２３に供給する。凝縮させて復水にする。

復水器２３は、低圧タービン２２からの蒸気を外部から供給される冷却水と熱交換させて復水に凝縮させた後、その復水を復水給水系統３３を経て給水加熱器２４に供給し、ここで高圧タービン２１から抽気逆止弁３４を経て供給される抽気蒸気を加熱源として復水を加熱して再生し、再生した給水を原子炉２０に戻している。

このような構成を有する原子力発電プラントにおいて、本実施形態は、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の出口側から分岐し、途中に低圧連絡弁３５を介装して低圧タービン２２の排気室に接続する低圧バイパス管３６を設けたものである。

低圧バイパス管３６に設けた低圧連絡弁３５は、通常、閉弁しているが、例えばタービン回転速度が定格回転速度を超えた指令があるとき、すぐさま開弁し、組合せ中間弁３１の下流のクロスアラウンド管３２に残っている蒸気を引き抜き、引き抜いた蒸気を低圧タービン２２の排気室から入口に向って噴流させ、クロスアラウンド管３２から低圧タービン２２に向って流れる蒸気の低圧タービン２２への流入を抑制させる。

なお、低圧連絡弁３５は、トリップや負荷遮断等の緊急指令時、組合せ中間弁３１が不動作のとき、これを検知して開弁する構成になっている。

このように、本実施形態は、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の出口側から分岐し、途中に低圧連絡弁３５を備えて低圧タービン２２の排気室に接続する低圧バイパス管３６を設け、クロスアラウンド管３２に残っている蒸気を引き抜き、排気室から低圧タービン２２の入口に向って噴流させ、クロスアラウンド管３２から低圧タービン２２に向って流れる蒸気の低圧タービン２２への流入を抑制するので、タービンの過速を余裕をもって抑えることができる。

図２は、本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第２実施形態を示す系統図である。

なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態は、高圧タービン２１の入口に設けた主蒸気リード管２８から分岐し、途中で高圧連絡弁３７を介装してクロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の上流側に接続する高圧バイパス管３８を設けたものである。

高圧連絡弁３７は、通常、閉弁しているが、例えばタービン回転速度が定格回転速度を超えた指令があると、すぐさま、開弁し、高圧タービン２１の入口側と出口側との圧力を均等にし、高圧タービン２１内の蒸気流れを抑制する。

このように、本実施形態は、高圧タービン２１の入口側と出口側とを結ぶ高圧バイパス管３８を設け、この高圧バイパス管３８によって高圧タービン２１の入口側に残っている蒸気を引き抜いてその出口側に供給し、高圧タービン２１の入口側と出口側との蒸気の圧力を均等にし、高圧タービン２１内の蒸気の流れを抑制するので、タービンの過速を余裕をもって抑えることができる。

図３は、本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第３実施形態を示す系統図である。

本実施形態は、第２実施形態と同様に、高圧タービン２１の入口に設けた主蒸気リード管２８から分岐し、途中で高圧連絡弁３７を介装してクロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の上流側に接続する高圧バイパス管３８と、主蒸気リード管２８から分岐し、途中で第２高圧連絡弁３９を介装して復水器２３に接続する第２高圧バイパス管４０と、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の上流側から分岐し、途中で第２低圧連絡弁４１を介装して復水器２３に接続する第２低圧バイパス管４２とを設けたものである。

高圧連絡弁３７、第２高圧連絡弁３９、第２低圧連絡弁４１は、通常、ともに閉弁しているが、例えばタービン回転速度が定格回転速度を超えた指令があると、ともに連動してすぐさま開弁し、高圧タービン２１の入口側と出口側との圧力を均等にさせ、高圧タービン２１内の蒸気流れを抑制するとともに、主蒸気リード管２８に残っている蒸気を引き抜き、第２高圧バイパス管４０から復水器２３に供給する一方、クロスアラウンド管３２に残っている蒸気を引き抜き、第２低圧バイパス管４２から復水器２３に供給し、各配管内に残っている蒸気量を少なくさせる。

なお、第２連絡弁４１は、緊急指令時、組合せ中間弁３１が不動作のとき、これを検知して開弁する構成になっている。

このように、本実施形態は、高圧タービン２１の入口側と出口側とを結ぶ高圧バイパス管３８を設け、高圧タービン２１の入口側と出口側との圧力を均等にして蒸気流れを抑制するとともに、高圧タービン２１の主蒸気リード管２８から分岐し、復水器２３に接続する第２高圧バイパス管４０と、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の上流側から分岐し、復水器２３に接続する第２低圧バイパス管４２とを設け、各配管に残っている蒸気を引き抜いて復水器２３に供給し、残っている蒸気量を少なくさせるので、タービンの過速を余裕をもって抑えることができる。

図４は、本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第４実施形態を示す系統図である。

なお、第３実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態は、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の上流側から分岐し、途中で第３低圧連絡弁４３を介装して低圧タービン２２の排気室に接続する第３低圧バイパス管４４とを設けたものである。

第３低圧連絡弁４３は、通常、閉弁しているが、例えばタービン回転速度が定格回転速度を超えた指令があると、高速連絡弁３７、第２高圧連絡弁３９と連動してすぐさま開弁し、クロスアラウンド管３２に残って蒸気を引き抜き、引き抜いた蒸気を第３低圧バイパス管４２から低圧タービン２２の排気室に供給し、ここから低圧タービン２２の入口に向って噴流させ、クロスアラウンド管３２から低圧タービン２２に向って流れる蒸気の低圧タービン２２への流入を抑制する。

なお、第３連絡弁４３は、緊急指令時、組合せ中間弁３１が不動作のとき、これを検知して開弁する構成になっている。

このように、本実施形態は、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の上流側から分岐し、低圧タービン２２の排気室に接続する第３低圧バイパス管４４とを設け、主蒸気リード管２８に残っている蒸気を引き抜いて復水器２３に供給し、残っている蒸気量を少なくさせる一方、低圧タービン２２の排気室から入口に向って噴流させ、クロスアラウンド管３２から低圧タービン２２に向って流れる蒸気の低圧タービン２２への流入を抑制し、残っている蒸気の２重、３重の処理を行っているので、タービンの過速を余裕をもって抑えることができる。

図５は、本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第５実施形態を示す系統図である。

本実施形態は、クロスアラウンド管３２の組合せ中間弁３１の下流側から分岐し、途中で第４低圧連絡弁４５を介装して復水器２３に接続する第４低圧バイパス管４６とを設けたものである。

第４低圧連絡弁４５は、通常、ともに閉弁しているが、例えばタービン回転速度が定格回転速度を超えた指令があると、高圧連絡弁３７、第２高圧連絡弁３９、第２低圧連絡弁４１、連動してすぐさま開弁し、組合せ中間弁３１の上流側および下流側のそれぞれのクロスアラウンド管３２らに残っている蒸気を引き抜き、第２低圧バイパス弁４１および第４低圧バイパス弁４５のそれぞれから復水器２３に供給し、クロスアラウンド管３２に残っている蒸気量を少なくさせる。

なお、第４連絡弁４５は、緊急指令時、組合せ中間弁３１が不動作のとき、これを検知して開弁する構成になっている。

このように、本実施形態は、組合せ中間弁３１の下流側のクロスアラウンド管３２から分岐し、復水器２３に接続する第４低圧バイパス管４６を設けて配管に残っている蒸気を引き抜いて復水器２３に供給し、残っている蒸気の２重、３重の処理を行っているので、タービンの過速を余裕をもって抑えることができる。

なお、組合せ中間弁３１は、例えば、図６に示すように、一つの中間阻止弁４７であってもよい。

一つの中間阻止弁４７にすると、構造が簡素化され、指令に対する応答性も高まる点で有効である。

本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第１実施形態を示す系統図。本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第２実施形態を示す系統図。本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第３実施形態を示す系統図。本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第４実施形態を示す系統図。本発明に係る蒸気タービンの過速防止装置の第５実施形態を示す系統図。本発明に係る蒸気タービンの過速防止の第６実施形態を示す系統図。従来の蒸気タービンの過速防止装置を示す系統図。

符号の説明

１，２０原子炉
２主蒸気管
３，２６主蒸気止め弁
４，２７蒸気加減弁
５，２８主蒸気リード管
６，２１高圧タービン
７，２２低圧タービン
８，２３復水器
９，２９中間止め弁
１０，３０インターセプト弁
１１，３１組合せ中間弁
１２，３３復水給水系統
１３，２４給水加熱器
１４，３４抽気逆止弁
１５，３２クロスアラウンド管
３５低圧連絡弁
３６低圧バイパス管
３７高圧連絡弁
３８高圧バイパス弁
３９第２高圧連絡弁
４０第２高圧バイパス管
４１第２低圧連絡弁
４２第２低圧バイパス管
４３第３低圧連絡弁
４４第３低圧バイパス管
４５第４低圧連絡弁
４６第４低圧バイパス管
４７中間阻止弁

Claims

高圧タービンに低圧タービンを接続するクロスアラウンド管を設け、前記高圧タービンの入口側に蒸気弁を設け、前記クロスアラウンド管に組合せ中間弁を設け、前記低圧タービンの排気室に接続する復水器を設け、前記蒸気弁および前記組合せ中間弁を閉鎖させ、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンのそれぞれに流入する蒸気を遮断させる蒸気タービンの過速防止装置において、前記組合せ中間弁の下流側から分岐し、前記低圧タービンの排気室に接続する低圧バイパス管を設け、
前記低圧バイパス管は、低圧連絡弁を備え、組合せ中間弁の不動作を検知し、前記低圧連絡弁を開弁させる構成にしたことを特徴とする蒸気タービンの過速防止装置。
高圧タービンに低圧タービンを接続するクロスアラウンド管を設け、前記高圧タービンの入口側に蒸気弁を設け、前記クロスアラウンド管に組合せ中間弁を設け、前記低圧タービンの排気室に接続する復水器を設け、前記蒸気弁および前記組合せ中間弁を閉鎖させ、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンのそれぞれに流入する蒸気を遮断させる蒸気タービンの過速防止装置において、前記組合せ中間弁の入口側の前記クロスアラウンド管から分岐し、前記低圧タービンの排気室に接続する第３低圧バイパス管とを備え、
前記第３低圧バイパス管は、第３低圧連絡弁を備え、組合せ中間弁の不動作を検知し、前記第３低圧連絡弁を開弁させる構成にしたことを特徴とする蒸気タービンの過速防止装置。
高圧タービンに低圧タービンを接続するクロスアラウンド管を設け、前記高圧タービンの入口側に蒸気弁を設け、前記クロスアラウンド管に組合せ中間弁を設け、前記低圧タービンの排気室に接続する復水器を設け、前記蒸気弁および前記組合せ中間弁を閉鎖させ、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンのそれぞれに流入する蒸気を遮断させる蒸気タービンの過速防止装置において、前記組合せ中間弁の出口側の前記クロスアラウンド管から分岐し、前記復水器に接続する第４低圧バイパス管を備え、
前記第４低圧バイパス管は、第４低圧連絡弁を備え、組合せ中間弁の不動作を検知し、前記第４低圧連絡弁を開弁させる構成にしたことを特徴とする蒸気タービンの過速防止装置。