JP5357741B2 - 蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービン、特に可変速運転が要求される蒸気タービンに適用して好適な蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法に関する。

一般に、ＬＮＧＣ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃａｒｒｉｅｒ）などの船舶においては、主機として蒸気タービンを用いた蒸気タービン船が多用されている（例えば、特許文献１参照。）。

この蒸気タービンにおいては、回転数上昇時や出力上昇時、特に蒸気タービンの起動時においてタービン車室の壁における壁温に基づいて、蒸気タービンの回転数を制限する制御方法が知られている。
これは、タービン車室の壁面における表面温度と、壁面の中位温度との温度差によって、タービン車室に過大な熱応力がかかるのを防止するためである。

その一方で、蒸気タービンの回転数減少時や出力減少時においては、蒸気タービンの運転状態、例えば回転数を制限する制御は特に行われていなかった。
船舶の主機として用いられている蒸気タービンの場合には、船舶の減速時に蒸気タービンの出力を減少させる制御（減速運転）が行われる。具体的には、蒸気タービンの状態を監視することなく、ブリッジからの指令に基づいて蒸気タービンの出力を一意に減少させる制御が行われていた。

上述の舶用主機として用いられる蒸気タービンは、推進プラントとして常に可変速運転が求められる点が、定格速度で運用される陸用の事業用蒸気タービンと異なっている。
港湾航行において、舶用主機として用いられる蒸気タービンは、常に、増減速運転による柔軟な操作が求められ、また運行スケジュールの調整や外洋航行から港湾入港時等、減速運転が行われる頻度は陸用の事業用蒸気タービンと比べても非常に多い。

特開２００７−２２３３５８号公報

しかしながら、上述の減速運転を負荷変化速度一定で行うと、タービンの車室における継ぎ手面から蒸気漏れが発生する恐れがあった。
つまり、舶用主機として用いられる蒸気タービンの車室における動特性シミュレーションおよび非定常ＦＥＭ解析を実施した結果、車室に流入する主蒸気温度および再熱蒸気温度の変化の影響により、車室の内面温度が低下して外面温度などよりも低くなることが分かった。これにより、蒸気漏れにつながる車室の継ぎ手面における面圧低下を引き起こす可能性が極めて高くなるという問題があった。

さらに、上述の面圧低下を防止または抑制する方法として、車室ボルトの配置を変更して、車室の継ぎ手面における面圧低下を防止等する方法や、車室における壁面の肉厚を変更して、車室の継ぎ手面における面圧低下を防止等する方法などが挙げられる。
しかしながら、ボルト配置や車室構造による方法のみでは限界があり、面圧低下を防止する十分な効果が期待できず、車室の継ぎ手面からの蒸気漏れを防止または抑制することは困難であるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蒸気タービンは、内部にタービンを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合には、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記調節部に対して前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行う制御部と、が設けられ、前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の変化を保留することにより、前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気の流量が減少される場合に、車室の分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さいときには、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の変化率が調節される。例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御や、蒸気流量を一時的に増加させた後、再び蒸気流量を減少させる制御が行われる。これにより、上記空間に隣接した領域の面圧の低下が抑制される。

具体的には、タービンが定常運転やプログラム自動昇速やプログラム自動減速されている際に、タービンの出力を減少させる制御を行うと、ボイラからタービンに供給される蒸気の流量が減少されるとともに、ボイラ負荷も低下することから供給される蒸気の温度も低下する。

車室の壁面温度よりも低温の蒸気が、タービンを収納した空間に流入すると、車室の壁面は、空間に隣接した部分から蒸気に保有熱が奪われ温度が低下する。このとき、車室壁面における外側の温度と、空間に隣接した部分の温度との間に温度差が生じる。さらに、分割面により分割された車室を一体につなぎとめるボルトの温度と、空間に隣接した部分の温度との間にも温度差が生じている。つまり、車室壁面における外側の部分およびボルトと比較して、車室壁面の空間に隣接した部分は早い段階から熱収縮して熱収縮量に差が生じる。これにより、分割面における空間に隣接した領域における面圧に関する押しつけ力が低下する。

その一方で、タービンに供給される蒸気の圧力は緩やかに低下することから、上記空間における蒸気圧力も緩やかに低下する。つまり、車室の分割面を押し広げようとする力は、上述の押しつけ力の低下と比較して緩やかに減少する。
これらのことから、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気流量が減少されるときには、上記空間に隣接した領域の面圧が低下する。

このようにして発生した面圧の低下が所定面圧よりも小さくなると、タービンに供給された蒸気が、分割面から上述のボルトが挿通されるボルト孔などを介して外部に漏れるおそれがある。
そこで、調節部によって調節される蒸気流量の変化率を調節する制御を行う。

例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御を行うと、蒸気流量の減少率を抑制する前と比較して、上述の車室壁面における外側部分およびボルトと、車室壁面の空間に隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まる。さらに、タービンに供給される蒸気圧力も低下し、車室における分割面を押し広げようとする力も減少する。蒸気流量を一時的に増加させた後、再び蒸気流量を減少させる制御についても、上述の車室壁面における外側部分およびボルトと、車室壁面の空間に隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まり、その間に、タービンに供給される蒸気圧力が低下し、車室における分割面を押し広げようとする力も減少する。
これらのことから、蒸気流量の減少率を抑制する前と比較して、分割面における空間に隣接した領域の面圧が高くなり、タービンに供給された蒸気が外部に漏れにくくなる。
また、本発明によれば、蒸気流量の減少を保留することにより蒸気流量の減少率を調節する制御が行われる。言い換えると、タービンに供給される蒸気流量および蒸気温度が、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧未満であると判断された時点での蒸気流量および蒸気温度に大よそ固定される。
すると、タービンに供給される蒸気温度が大よそ一定に保たれ、上述の車室壁面における外側部分およびボルトの熱収縮量と、車室壁面の空間に隣接した部分の熱収縮量との間の熱収縮量差が縮まる。これは、例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合であって、タービンに供給される蒸気温度が緩やかに減少するときに、上述の熱収縮量差が縮まる時間と比較して、より短い時間で熱収縮量差が縮まる。

上記発明においては、前記所定面圧は、前記タービンに対する負荷に基づいて変化することが望ましい。

本発明によれば、タービンの出力を減少させる際に必要な時間を短くすることができる。つまり、車室の分割面における蒸気漏れを防止するために必要な面圧である所定面圧は、タービンに対する負荷に基づいて、言い換えると、車室内の空間における蒸気圧力に基づいて変化する。そのため、タービンに対する負荷に応じて、所定面圧を適切に設定することにより、タービン出力の減少に要する時間が、必要以上に長くなることを防止できる。

上記発明においては、少なくとも、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧に関する情報を取得する面圧情報取得手段が設けられ、前記制御部は、取得された前記面圧に関する情報に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の変化率を制御することが望ましい。

本発明によれば、上述の空間に隣接した領域の面圧に関する情報に基づくことにより、上記空間に隣接した領域の面圧が実際に所定面圧よりも小さいか否かが判断される。これにより、上述の蒸気流量の変化率を抑制する制御が適切に行われ、上記空間に隣接した領域の面圧低下を確実に抑制することができる。

上記発明においては、前記面圧情報取得手段は、前記分割面における前記空間に隣接した領域の温度、および、前記分割面における外側の温度を測定する温度測定部であり、前記制御部は、前記空間に隣接した領域の温度、および、前記外側の温度に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の変化率を制御することが望ましい。

本発明によれば、分割面における空間に隣接した領域の温度（車室壁面における内側部分の温度）と、外側の温度（車室壁面における外側部分の温度）とを比較して、例えば上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低いか否かにより、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧より小さいか否かが判断される。

具体的には、車室を構成する材料の線膨脹係数は既知であることから、上記領域における温度と外側の温度との温度差に基づき、これらの部分の間の収縮量の差を求めることができる。さらに、上記空間に隣接した領域における温度および外側の温度に基づいて上記ボルトの温度が推定され、上記領域における温度とボルトの温度との温度差に基づき、これらの部分の間の収縮量の差を求めることができる。
これらに基づいて上記領域の面圧に関する押しつけ力の変化を考慮した上記領域の面圧を求めることができ、上記領域の面圧が所定面圧よりも小さいか否かを判断できる。

上記空間に隣接した領域における面圧を測定する他の方法と比較して、温度は容易に測定することができるため、蒸気流量の変化率を調節する制御を行うか否かを容易に判断できる。

あるいは、上記領域における温度および外側の温度と、上記領域の面圧の関係を予め取得しておくことにより、上記領域における温度および外側の温度に基づき、蒸気流量の変化率を調節する制御を行うか否かを直接判断することもできる。
実際には、運転状態における内部圧力も考慮する必要があるが、プラントの運転状況を動特性シミュレーションで予測できる場合には、予め車室内外温度と面圧との関係情報を大よそ得る事ができ、上述の判断をすることが可能となる。

上記発明においては、前記制御部は、前記蒸気流量の変化率制御を所定期間だけ行った後、前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度未満である場合には、前記蒸気流量の変化率制御を終了し、前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度以上である場合には、前記蒸気流量の変化率制御を継続することが望ましい。

本発明によれば、最初の所定期間が経過した後に、上記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、上記外側の温度未満か否かに基づいて、蒸気流量の減少率を調節する制御を終了するか、再度、所定期間の間だけ蒸気流量の減少率を調節する制御を行うかの判断が行われる。

再度の蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断に際して、上記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、上記外側の温度未満か否かに基づいて判断を行うのは次の理由による。

つまり、最初に蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断を行った時と比較して、タービン出力の減少が開始されてから経過した時間が長いため、車室を締め付けて一体化させるボルトの温度は伝熱により低下している。すると、当該ボルトは熱収縮して締付力が回復することから、上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低温であっても、その温度差が所定温度未満であれば、上記空間に隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。

さらに、最初に蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断を行った時と比較して、タービンに供給される蒸気の圧力が低くなっているため、車室における分割面を押し広げようとする力が低下している。そのため、上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低温であっても、その温度差が所定温度未満であれば、上記空間に隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。

なお、上述の所定温度は固定値であってもよいし、タービンに供給される蒸気の圧力または空間の内部の圧力に基づいて変化する値であってもよく、特に限定するものではない。

上記発明においては、前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の変化を保留することにより、前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行うことが望ましい。

本発明によれば、蒸気流量の減少を保留することにより蒸気流量の減少率を調節する制御が行われる。言い換えると、タービンに供給される蒸気流量および蒸気温度が、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧未満であると判断された時点での蒸気流量および蒸気温度に大よそ固定される。

すると、タービンに供給される蒸気温度が大よそ一定に保たれ、上述の車室壁面における外側部分およびボルトの熱収縮量と、車室壁面の空間に隣接した部分の熱収縮量との間の熱収縮量差が縮まる。これは、例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合であって、タービンに供給される蒸気温度が緩やかに減少するときに、上述の熱収縮量差が縮まる時間と比較して、より短い時間で熱収縮量差が縮まる。

上記発明においては、前記タービンの出力を外部に伝達する出力軸に発電部が設けられ、前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合に、一時的に前記蒸気流量を増加させ、その後に前記蒸気流量を減少させるとき、前記発電部は、前記蒸気流量の増加による前記タービンの出力増加分を用いて発電することが望ましい。

本発明によれば、蒸気流量における変化率の調節として、蒸気流量を一時的に増加させた後、再び蒸気流量を減少させる制御が行われた場合であっても、出力軸を介して供給される出力が、一時的にであっても増加することがない。つまり、タービンに供給される蒸気流量が一時的に増加すると、タービンの出力も一時的に増加するが、この出力の増加分は、出力軸に設けられた発電部における発電に消費される。そのため、出力を減少させる制御を行っている期間は、蒸気タービンから外部に供給される出力は、一時的にであっても増加することがない。

本発明の蒸気タービンの運転方法は、外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を変化させる流量変化ステップと、前記タービンを内部に収納する車室における分割面の面圧に関する情報を取得し、取得した前記面圧情報に基づいて推定される面圧が、所定面圧よりも小さいか否か比較する比較ステップと、前記推定される面圧が前記所定の面圧よりも小さい場合には、前記蒸気流量の変化率を調節する変化率調節ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気の流量が減少されるときに、車室の分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さい場合には、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率が調節される。例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御が行われる。これにより、上記空間に隣接した領域の面圧の低下が抑制される。

本発明の蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法によれば、タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合に、分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の変化率を調節するため、可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を説明する模式図である。 図１の高圧タービンおよび中圧タービンを収納する車室の構成を説明する模式図である。 図２の車室における高圧内側温度測定部および高圧外側温度測定部の配置位置を説明するＡ−Ａ断面視図である。 図２の車室における中圧内側温度測定部および中圧外側温度測定部の配置位置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。 図１の制御部の構成を説明するブロック図である。 従来の減速制御における蒸気タービンの出力変化を説明するグラフである。 従来の減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変動、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度の変化を説明するグラフである。 本実施形態における減速制御を説明するフローチャートである。 図８の減速制御を行った場合の蒸気タービンにおける出力の変化を説明するグラフである。 図８の減速制御を行った場合の車室内壁面および外壁面の温度の変化を説明するグラフである。 本発明の第２の実施形態の蒸気タービンにおける減速制御を説明するフローチャートである。 規定値α０と負荷との関係を説明するグラフである。 本発明の第３の実施形態の蒸気タービンにおける減速制御を説明するフローチャートである。 図１３の減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変化を説明するグラフである。 図１３の減速制御を行った場合における車室内壁面および外壁面の温度の変化を説明するグラフである。

〔第１の実施形態〕
この発明の第１の実施形態に係る蒸気タービンについて、図１から図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を説明する模式図である。図２は、図１の高圧タービンおよび中圧タービンを収納する車室の構成を説明する模式図である。
本実施形態に係る蒸気タービン１は船舶の主機として用いられるものであって、高圧タービン２Ｈから排出された蒸気を加熱する再熱器４Ｒを備えた再熱タービンである。

蒸気タービン１には、図１および図２に示すように、高圧タービン（タービン）２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを収納する車室３と、高圧タービン２Ｈに主蒸気を供給する主ボイラ（ボイラ）４Ｈと、中圧タービン２Ｍに再熱蒸気を供給する再熱器（ボイラ）４Ｒと、主蒸気の流量を調節する主ガバナ（調節部）５Ｈと、蒸気タービン１をリモートコントロールする制御部６と、主ボイラ４Ｈと再熱器４Ｒを制御する制御部７と、が設けられ、さらに、蒸気タービン１には、低圧タービン２Ｌと、後進タービン２Ｂと、後進ガバナ５Ｂと、軸発電機８と、復水器９と、が設けられている。

図３は、図２の車室における高圧内側温度測定部および高圧外側温度測定部の配置位置を説明するＡ−Ａ断面視図である。図４は、図２の車室における中圧内側温度測定部および中圧外側温度測定部の配置位置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。
車室３は、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを内部に収納するとともに、蒸気が導入されるものである。
車室３には、図２から図４に示すように、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを内部に収納する空間Ｓと、車室３を上下に２分割する分割面ＳＰと、高圧側入口内壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）３１Ｈと、高圧側入口外壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）３２Ｈと、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍと、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍと、が主に設けられている。

高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍは、回転軸２ＨＭの周方向に等間隔に配置されるとともに、回転軸の軸方向に間隔をあけて配置されたタービン動翼、および車室３に設けられたタービン静翼から主に構成されたものである。さらに、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍは、同一の回転軸２ＨＭに回転可能に支持されたものである。

高圧タービン２Ｈは、図１に示すように、主ボイラ４Ｈの過熱器４３から過熱蒸気である主蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。
中圧タービン２Ｍは、再熱器４Ｒから再熱蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。

回転軸２ＨＭは、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍの出力である回転駆動力を、減速歯車２１および出力軸２２を介して、プロペラ２３に伝達するものである。

空間Ｓは、図２から図４に示すように、車室３の内部に形成された空間であって、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍが配置されるとともに、主蒸気および再熱蒸気が流れる流路を形成するものである。

分割面ＳＰは、図３および図４に示すように、車室３を上車室３Ｕおよび下車室３Ｌの２つに分割する面である。言い換えると、上車室３Ｕおよび下車室３Ｌが接触する面である。
上車室３Ｕおよび下車室３Ｌは、上車室３Ｕに設けられたボルト孔４１に挿通されたボルト４２によって一体に締め付けられている。さらに、下車室３Ｌには、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍが設けられている。

高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈおよび高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、図２および図３に示すように、下車室３Ｌにおける主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域近傍の温度を測定するものである。

高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の内壁面の温度（空間に隣接した領域の温度）を測定するものである。言い換えると、分割面ＳＰにおける面圧が最初に低下する領域の内壁面の温度を測定するものである。
さらに、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、上述の外壁面の温度（外側の温度）に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、図２および図４に示すように、下車室３Ｌにおける再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域近傍の温度を測定するものである。

中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。言い換えると、分割面ＳＰにおける面圧が最初に低下する領域の内壁面の温度を測定するものである。
さらに、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

なお、本実施形態では、測温抵抗体を高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ，高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ，中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍとして用いる例に適用して説明するが、測温抵抗体に限定するものではなく、公知の温度測定手段を用いることができる。

さらに、車室３に高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈと、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈと、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍと、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍと、を設けて車室３の温度を測定して、制御部６における制御に用いてもよい。

なお、制御部６における制御は、主に高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍの測定信号に基づいて行われる。高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号は、参考情報として用いられる。

高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈおよび高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、図２に示すように、下車室３Ｌにおける主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域近傍の温度を測定するものである。

高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域の断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域の断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、図２に示すように、下車室３Ｌにおける再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域近傍の温度を測定するものである。

中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域の断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域の断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

その他にも、高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈと、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍと、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈと、中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍと、を設けてボルト４２の温度を測定して、制御部６における制御の参照温度として用いてもよい。

高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍの測定信号は、対応するボルト４２の温度が、隣接する車室３の内壁温度や外壁温度と連動して変化しているか否かを確認するため等に用いられる。

高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈは、図２に示すように、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域近傍に配置されたボルト４２の温度を測定するものである。さらに、高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域近傍の温度を測定するものである。さらに、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域近傍に配置されたボルト４２の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域近傍の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。

なお、本実施形態では、測温抵抗体を高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ，中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ，高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍとして用いる例に適用して説明するが、測温抵抗体に限定するものではなく、公知の温度測定手段を用いることができる。

主ボイラ４Ｈは、図１に示すように、外部から供給された燃料を燃焼させて得た熱を用いて蒸気を発生させるものであって、高圧タービン２Ｈに主蒸気を供給するものである。
主ボイラ４Ｈには、主バーナ４１と、主バーナ用燃料調節部４２と、過熱器４３と、温度制御部４４と、が設けられている。

主バーナ４１は、外部から燃料の供給を受けて、主ボイラ４Ｈの内部に火炎を形成するものであって、主ボイラ４Ｈの内部を加熱するとともに、過熱器４３を加熱するものである。
主バーナ４１としては公知の構成のバーナを用いることができ、特に限定するものではない。

主バーナ用燃料調節部４２は、主バーナ４１に供給される燃料の流量を調節するもの、例えば、流量調節弁である。主バーナ用燃料調節部４２は、主バーナ４１に燃料を供給する流路に配置され、制御部７から燃料の流量を調節する制御信号が入力されるものである。

過熱器４３は、主ボイラ４Ｈにおいて発生された蒸気を更に過熱するものであって、過熱蒸気を発生させるものである。過熱器４３は主ボイラ４Ｈの内部に配置された熱交換器であって、高圧タービン２Ｈや後進タービン２Ｂに過熱蒸気を供給するものである。
過熱器４３には、高圧タービン２Ｈや後進タービン２Ｂに供給される過熱蒸気の温度を調節する温度制御部４４が設けられている。
温度制御部４４は、制御部６の制御信号に基づいて、高圧タービン２Ｈや後進タービン２Ｂに供給される過熱蒸気の温度を調節するものである。

再熱器４Ｒは、図１に示すように、燃料を燃焼させて得た熱を用いて高圧タービン２Ｈから排出された蒸気を再び加熱し、中圧タービン２Ｍに再熱蒸気を供給するものである。
再熱器４Ｒには、再熱バーナ４５と、再熱バーナ用燃料調節部４６と、が設けられている。

再熱バーナ４５は、外部から燃料の供給を受けて、再熱器４Ｒの内部に火炎を形成するものであって、再熱器４Ｒの内部を加熱するものである。
再熱バーナ４５としては公知の構成のバーナを用いることができ、特に限定するものではない。

再熱バーナ用燃料調節部４６は、再熱バーナ４５に供給される燃料の流量を調節するもの、例えば、流量調節弁である。再熱バーナ用燃料調節部４６は、再熱バーナ４５に燃料を供給する流路に配置され、制御部７から燃料の流量を調節する制御信号が入力されるものである。

主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒによる主蒸気および再熱蒸気の供給は、制御部６により制御される主ガバナ５Ｈによる蒸気状態とガバナ開度指示値とに基づいて、制御部７により制御されている。
なお、主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒとしては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

主ガバナ５Ｈは、図１に示すように、蒸気タービン１の負荷に応じて主ボイラ４Ｈの過熱器４３から高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量を制御するものである。言い換えると、蒸気タービン１の出力が、制御部６から指示された出力になるように主蒸気の流量を制御するものである。
なお、主ガバナ５Ｈとしては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

図５は、図１の制御部の構成を説明するブロック図である。
制御部６は、船舶の船橋からの指令や、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈなどの測定信号に基づき、主ガバナ５Ｈなどを制御し、かつ、主ボイラ４Ｈ及び再熱器４Ｒを制御する制御部７にガバナ開度指示値を出力するものである。
制御部６には、図５に示すように、船橋からの指令や、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍの測定信号が主に入力されている。

さらに制御部６には、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号が入力されていてもよい。
その他にも、制御部６に高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍの測定信号が入力されていてもよい。

制御部６からは、主ガバナ５Ｈに主蒸気の流量を制御する制御信号が、制御部７からは主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量を制御する制御信号などが出力されている。
なお、制御部６による制御方法の詳細については後述する。

制御部７は、制御部６から入力されたガバナリフト指示値や運転モードの情報と、主蒸気温度センサ７１や、再熱蒸気温度センサ７２や、高圧タービン排気温度センサ７３や、中圧タービン排気温度センサ７４等の出力とに基づいて、主ボイラ４Ｈの主バーナ用燃料調節部４２、および、再熱器４Ｒの再熱バーナ用燃料調節部４６を制御するものである。

主蒸気温度センサ７１は、主ボイラ４Ｈの過熱器４３から高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の温度を測定するセンサである。再熱蒸気温度センサ７２は、再熱器４Ｒから中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の温度を測定するセンサである。
高圧タービン排気温度センサ７３は、高圧タービン２Ｈから排出され、再熱器４Ｒに供給される蒸気の温度を測定するセンサである。中圧タービン排気温度センサ７４は、中圧タービン２Ｍから排出され、低圧タービン２Ｌに供給される蒸気の温度を測定するセンサである。

低圧タービン２Ｌおよび後進タービン２Ｂは、回転軸２ＬＢの周方向に等間隔に配置されるとともに、回転軸の周方向に間隔をあけて配置されたタービン動翼、および、車室に設けられたタービン静翼から主に構成されたものである。さらに、低圧タービン２Ｌおよび後進タービン２Ｂは、同一の回転軸２ＬＢに回転可能に支持されたものである。

低圧タービン２Ｌは、図１に示すように、中圧タービン２Ｍから排出された蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。
後進タービン２Ｂは、船舶を後進させる際に、主ボイラ４Ｈの過熱器４３から過熱蒸気である主蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。

後進ガバナ５Ｂは、図１に示すように、船舶を後進させる際に、主ボイラ４Ｈの過熱器４３から後進タービン２Ｂに主蒸気を供給するものである。
なお、後進ガバナ５Ｂとしては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

回転軸２ＬＢは、低圧タービン２Ｌや、後進タービン２Ｂの出力である回転駆動力を、減速歯車２１および出力軸２２を介して、プロペラ２３に伝達するものである。
減速歯車２１は、図１に示すように、回転軸２ＨＭや回転軸２ＬＢの回転駆動力を出力軸２２に伝達する歯車であり、回転軸２ＨＭや回転軸２ＬＢの回転数をプロペラ２３の駆動に適した回転数にまで減速するものである。
出力軸２２は、減速歯車２１からプロペラ２３に回転駆動力を伝達するものである。
プロペラ２３は出力軸２２により回転駆動されるものであり、回転駆動されることにより推進力を発生させるものである。

軸発電機８は、図１に示すように、出力軸２２に設けられた発電機であって、出力軸２２からプロペラ２３に供給される回転駆動力の少なくとも一部を利用して電力を発生させるものである。軸発電機８により発電を行うか否か、さらに、軸発電機８における発電量は、制御部６により制御される。軸発電機８により発電された電力は、例えば、船舶に搭載された他の機器に供給される。

なお、軸発電機８は発電を行うだけでなく、外部から供給された電力を用いて回転駆動力を発生させ、プロペラ２３の回転駆動を加勢するものであってもよく、特に限定するものではない。

復水器９は、図１に示すように、低圧タービン２Ｌから排出された蒸気を水に戻すものである。
復水器９としては、公知の構成のものを用いることができ、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなる蒸気タービン１における制御方法、特に外洋航行モードから港湾航行モードに切り替える場合などのように、蒸気タービン１の負荷が高い状態からの減速制御について説明する。

ここで港湾航行モードとは、船舶が港湾内を航行する際に主に用いられるモードであり、主機である蒸気タービン１の最大負荷に対して０％程度から約２５％程度の範囲の負荷で用いられるモードである。これに対して、外洋航行モードは船舶が外洋を航行する際に用いられるモードであり、港湾航行モードと比較して蒸気タービン１の負荷が高い状態で用いられるモードである。

まず、蒸気タービン１における蒸気の流れについて、図１を参照しながら説明する。
主ボイラ４Ｈでは、主バーナ４１から噴出された燃料が燃焼され、燃焼熱を用いて蒸気が生成される。蒸気は過熱器４３においてさらに加熱されて過熱蒸気となる。過熱蒸気は、主蒸気主蒸気として車室３内の高圧タービン２Ｈに供給される。このとき、主ボイラ４Ｈに供給される燃料の流量は制御部７および主バーナ用燃料調節部４２によって制御されている。
さらに、主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量は制御部６から制御信号（指令）が入力された主ガバナ５Ｈにより制御されている。

主蒸気は高圧タービン２Ｈを回転駆動することにより圧力および温度が低下し、車室３の外へ排出される。排出された主蒸気は再熱器４Ｒにより加熱され、高温の再熱蒸気として車室３内の中圧タービン２Ｍに供給される。
再熱器４Ｒでは、再熱バーナ４５から噴出された燃料が燃焼され、燃焼熱を用いて排出された主蒸気の加熱が行われる。再熱バーナ４５から噴出される燃料の流量は、制御部７により制御されている。

再熱蒸気は中圧タービン２Ｍを回転駆動することにより圧力および温度が低下し、車室３の外部に排出され、低圧タービン２Ｌに供給される。
このとき、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを収納する車室３は、内部に供給される主蒸気および再熱蒸気により温められている。

低圧タービン２Ｌに供給された蒸気は、低圧タービン２Ｌを回転駆動することにより、さらに、圧力および温度が低下し、復水器９に供給される。復水器９に供給された蒸気は水に戻され、例えば、再び主ボイラ４Ｈに供給される。

その一方で、船舶を後進させる場合には、主ガバナ５Ｈが閉じられ、後進ガバナ５Ｂが開かれる。すると、主蒸気は、主ボイラ４Ｈの過熱器４３から後進タービン２Ｂに供給される。後進タービン２Ｂに供給された主蒸気は、後進タービン２Ｂを回転駆動する。

なお上述の説明は、再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼が行われる外洋航行モード（Ｎｏｒｍａｌ Ｍｏｄｅ）の場合に適用して説明している。港湾航行モード（Ｈａｒｂｏｒ Ｍｏｄｅ）の場合には、再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼は行われない点が外洋航行モードと異なっている。

次に、本実施形態の特徴である蒸気タービン１の負荷が高い状態からの減速制御について説明する。ここでは、外洋航行モードから短時間（例えば１０分や３０分や４５分など）で港湾航行モード（例えば港湾航行船速ＦＵＬＬ相当）に切り替える場合に適用して説明する。
最初に従来の減速制御、および、その問題点について説明し、その後に本実施形態の減速制御、および、その効果について説明する。

従来の減速制御の場合には、タービンリモコンは、蒸気タービンの出力の目標値および制御に要する時間に基づいて、ガバナリフト（ガバナの開度）の時間変化を制御するタイムスケジュールを作成し、このタイムスケジュールに従ってガバナリフトを制御することにより行われている。さらに、蒸気タービンの出力に応じて主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量も制御されている。
言い換えると、蒸気タービン１の車室温度などを考慮したガバナリフトの制御は行われていない。

図６は、従来の減速制御における蒸気タービンの出力変化を説明するグラフである。
図７は、図６減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変動、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度の変化を説明するグラフである。
図７における横軸は、減速制御を開始してからの経過時間を分単位で示すものであり、高圧タービン２Ｈの入口温度つまり主蒸気の温度、および、中圧タービン２Ｍの入口温度つまり再熱蒸気の温度を示すものである。さらに、蒸気タービン１の出力は符号Ｐが付されたグラフで、主蒸気の温度は符号ＴＨが付されたグラフで、再熱蒸気の温度は符号ＴＲが付されたグラフで示している。

図７に示すように、減速制御の開始後、しばらくの間は主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲは一定で推移している。このとき、主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲは大体同じである。
主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲの低下は、減速制御の開始から５分程度が経過してから始まる。再熱蒸気の温度ＴＲと比較して主蒸気の温度ＴＨは先行して低下し、主蒸気の温度ＴＨと再熱蒸気の温度ＴＲとの逆転が発生する。この逆転は減速制御の開始から３０分程度が経過するまで維持される。

つまり、主蒸気が高圧タービンを回転駆動した後に、再熱器４Ｒにより加熱されたものが再熱蒸気であることから、再熱蒸気の温度ＴＲは、主蒸気の温度ＴＨと比較して追従性が悪いため、このような事象が発生する。具体的には、主蒸気の温度ＴＨは、再熱蒸気の温度ＴＲと比較して、早期に温度低下が始まり、制御開始から２５分程度で温度が一定になり始めている。それに対して、再熱蒸気の温度ＴＲは、主蒸気の温度ＴＨに遅れて温度低下が始まり、制御の開始から３０分程度で主蒸気の温度ＴＨまで温度が低下している。

次に、本実施形態における減速制御について説明する。
図８は、本実施形態における減速制御を説明するフローチャートである。
まず、船橋から制御部６に対して、船舶の航行速度を減速させる指示が入力される。例えば、船舶を入港させるために外洋航行モードから港湾航行モードに切り替える（減速させる）指示が入力される（制御オーダーステップＳ１）。このとき同時に、船舶を指示された航行速度までに減速させる所要時間も入力される。

制御部６は入力された指示に基づいて、指示された航行速度に対応する主ガバナ５Ｈにおける主蒸気の流量、つまり主ガバナ５Ｈのリフト量（以後、「オーダーリフト量」と表記する。）を算出する。さらに、入力された所要時間内に、現在の主ガバナ５Ｈのリフト量をオーダーリフト量まで変化させるタイムスケジュールを算出する。その後、制御部６は、算出したタイムスケジュールに従って、主ガバナ５Ｈのリフト量制御を行う（ガバナ制御ステップ（流量変化ステップ）Ｓ２）。

主ガバナ５Ｈのリフト量制御が開始されると、主ガバナ５Ｈのリフト量が徐々に減少するため、主ガバナ５Ｈを通過する主蒸気の流量が減少する。その結果、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量、および、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の流量が減少する。
同時に制御部６の指示値、主蒸気及び再熱蒸気状態により、制御部７は、主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量を減少させる制御を行う。そのため、主ボイラ４Ｈから供給される主蒸気温度および再熱器４Ｒから供給される再熱蒸気温度が低下する。

主ガバナ５Ｈのリフト量制御が開始されると制御部６は、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、および、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍ、さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍ、および、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁面温度と、外壁面温度との比較を行う（第１温度比較ステップ（比較ステップ）Ｓ３）。

内壁面温度と外壁面温度との温度差（内壁面温度−外壁面温度）が規定値α０以上の場合には、制御部６はその時点における主ガバナ５Ｈのリフト量と、オーダーリフト量との比較を行う（第１リフト比較ステップＳ４）。
その時点における主ガバナ５Ｈのリフト量がオーダーリフト量と等しくない場合には、上述のガバナ制御ステップＳ２に戻り、タイムスケジュールに従った主ガバナ５Ｈのリフト量制御が継続される。
その一方で、その時点における主ガバナ５Ｈのリフト量がオーダーリフト量と等しい場合には、制御部６による減速制御が終了する。

内壁面温度と外壁面温度との温度差（内壁面温度−外壁面温度）が規定値α０未満の場合には、制御部６は主ガバナ５Ｈのリフト量をその時点のリフト量で保持する制御を行う（リフト量保持ステップ（変化率調節ステップ）Ｓ５）。
リフト量の保持は所定の期間、例えば１０分程度継続される。

ここで、規定値α０は、車室３における蒸気漏れが発生しやすい領域、つまり、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈや、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍが配置された領域における蒸気漏れを抑制できる分割面ＳＰにおける面圧（所定面圧）を確保できる値のことである。

リフト量の保持を行うことで、蒸気流量の減少が保留されるとともに、蒸気温度の低下も保留される。例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合には、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気温度が緩やかに減少するのに対して、蒸気流量の減少を抑制する場合には、蒸気温度が一定に保たれる。
そのため、上述の車室３の壁面における外側部分およびボルト４２における熱収縮量と、車室３の壁面における空間Ｓに隣接した部分（内側部分）の熱収縮量との間の熱収縮量差をより短い時間で小さくすることができる。

リフト量を保持する期間が経過すると制御部６は、再び、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、および、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍ、さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍ、および、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁温度に第１所定温度（所定温度）α１を加えた温度と、外壁面温度との比較を行う（第２温度比較ステップＳ６）。

第１所定温度α１としては、５０℃程度を例示することができる。
第２温度比較ステップＳ６を行うに際して、車室３の内壁温度に第１所定温度α１を加えた温度が、外壁面温度未満か否かに基づいて判断を行うのは次の理由による。

つまり、第１温度比較ステップＳ３を行った時と比較して、蒸気タービン１の出力減少が開始されてから経過した時間が長いため、車室３を締め付けて一体化させるボルト４２の温度は伝熱により低下している。すると、ボルト４２は熱収縮して締付力が回復することから、内壁温度が外壁面温度よりも低温であっても、その温度差が第１所定温度α１未満であれば、空間Ｓに隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。

さらに、第１温度比較ステップＳ３を行った時と比較して、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気流量が減少し、タービン内部の圧力が低くなっているため、車室３における分割面ＳＰを押し広げようとする力が低下している。そのため、内壁温度が外壁面温度の温度よりも低温であっても、その温度差が第１所定温度α１未満であれば、空間Ｓに隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。

なお、第１所定温度α１は固定された温度であってもよいし、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気の圧力または空間Ｓの内部の圧力に基づいて変化する温度であってもよく、特に限定するものではない。

内壁温度に第１所定温度（α１）を加えた温度が外壁温度未満の場合には、制御部６は、再び、リフト量保持ステップＳ５に戻り、リフト量の保持が所定の期間だけ繰り返される。

その一方で、内壁温度に第１所定温度（α１）を加えた温度が外壁温度以上の場合には、制御部６は、タイムスケジュールに従って主ガバナ５Ｈのリフト量制御を再開する（ガバナ制御再開ステップＳ７）。

主ガバナ５Ｈのリフト量制御が再開されると制御部６は、更に、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、および、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍ、さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍ、および、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁温度に第２所定温度（所定温度）α２を加えた温度と、外壁面温度との比較を行う（第３温度比較ステップＳ８）。

第２所定温度α２としては、第１所定温度α１と同じ５０℃程度であってもよいし、第１所定温度α１よりも高い温度であってもよく、特に限定するものではない。

つまり、第２所定温度α２が用いられる第３温度比較ステップＳ８が行われる際には、第１所定温度α１が用いられる第２温度比較ステップＳ６が行われる際と比較して、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気流量の減少に伴い、タービン内部の圧力や、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の圧力が低下している。そのため、第２温度比較ステップＳ６が行われる際と比較して第３温度比較ステップＳ８が行われる際には、車室３の分割面ＳＰを押し広げる力が弱くなることから、第２所定温度α２が第１所定温度α１よりも高い温度であっても、分割面ＳＰにおける面圧を確保することができる。

内壁温度に第２所定温度（α２）を加えた温度が外壁温度未満の場合には、制御部６は、再び、リフト量保持ステップＳ５に戻り、リフト量の保持が所定の期間だけ繰り返される。

その一方で、内壁温度に第２所定温度（α２）を加えた温度が外壁温度以上の場合には、制御部６はその時点における主ガバナ５Ｈのリフト量と、オーダーリフト量との比較を行う（第２リフト比較ステップＳ９）。
その時点における主ガバナ５Ｈのリフト量がオーダーリフト量と等しくない場合には、上述のガバナ制御再開ステップＳ７に戻り、タイムスケジュールに従った主ガバナ５Ｈのリフト量制御が継続される。
その一方で、その時点における主ガバナ５Ｈのリフト量がオーダーリフト量と等しい場合には、制御部６による減速制御が終了する。

次に、図８に示す減速制御を行った場合における蒸気タービン１における出力の変化および車室の温度変化について説明する。
図９は、図８の減速制御を行った場合の蒸気タービンにおける出力の変化を説明するグラフである。図１０は、図８の減速制御を行った場合の車室内壁面および外壁面の温度の変化を説明するグラフである。
ここでは、説明を容易にするために、高圧タービン２Ｈの入口近傍における内壁面の温度ＨＩおよび外壁面の温度ＨＯの変化について説明する。

図８に示す制御オーダーステップＳ１を経てガバナ制御ステップＳ２が開始されると、図９に示すように、蒸気タービン１における出力Ｐの低下が始まり、内壁面温度ＨＩおよび外壁面温度ＨＯの低下も始まる。

その後、第１温度比較ステップＳ３、第１リフト比較ステップＳ４などを経て、リフト量保持ステップＳ５が開始されると、図１０に示すように、内壁面温度ＨＩおよび外壁面温度ＨＯの低下が緩やかになり、特に、内壁面温度ＨＩの低下は、外壁面温度ＨＯよりも緩やかになる。
蒸気タービン１における出力Ｐは、図９に示すように、ほぼ一定に保たれている。

リフト量保持ステップＳ５の制御期間が経過すると、第２温度比較ステップＳ６における比較が行われ、当該ステップにおける条件が満たされると、ガバナ制御再開ステップＳ７が開始される。
すると、図１０に示すように、内壁面温度ＨＩおよび外壁面温度ＨＯの低下が再び急になる。このとき、外壁面温度ＨＯよりも内壁面温度ＨＩの温度が高い状態を保ちつつ温度が低下する。
蒸気タービン１における出力Ｐの低下は、図９に示すように、再開される。

そして、主ガバナ５Ｈのリフト量がオーダーリフト量と等しくなると、減速制御が終了し、図９に示すように、蒸気タービン１における出力Ｐは、ほぼ一定に保たれる。その一方で、内壁面温度ＨＩおよび外壁面温度ＨＯは、図１０に示すように、温度低下が緩やかになり、その後温度がほぼ一定になる。

なお、船舶の操船時に急減速が要求される危急運転を行う場合には、上述の制御をバイパスし、主ガバナ５Ｈのリフト量をオーダーリフト量とする制御のみを行うようにしてもよい。このようにすることで、船舶の安全確保を優先させることができる。

上記の構成によれば、蒸気タービン１の出力を減少させる場合などのように、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少される場合に、車室３の分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さいときには、空間Ｓに隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少が保留される（減少率が抑制される）。これにより、空間Ｓに隣接した領域の面圧の低下が抑制され、可変速運転が要求される蒸気タービン１であっても車室３からの蒸気漏れを防止でき、蒸気タービン１の性能向上を図ることができる。

具体的には、蒸気タービン１が定常運転やプログラム自動昇速やプログラム自動減速されている際に、蒸気タービン１の出力を減少させる制御を行うと、主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される蒸気の流量が減少されるとともに、主ボイラ４Ｈの負荷も低下することから主蒸気の温度も低下する。

車室３の内壁面温度よりも温度が低い主蒸気が、高圧タービン２Ｈを収納した空間Ｓに流入すると、車室３の内壁面は、主蒸気と接触する部分から主蒸気に保有熱が奪われ温度が低下する。このとき、車室３の壁面における外側の温度（外壁面温度）と、空間Ｓに隣接した部分の温度（内壁面温度）との間に温度差が生じる。さらに、分割面ＳＰにより分割された上車室３Ｕおよび下車室３Ｌを一体につなぎとめるボルト４２の温度と、内壁面温度との間にも温度差が生じている。つまり、車室３の壁面における外側の部分およびボルト４２と比較して、車室３の壁面の空間Ｓに隣接した部分は早い段階から熱収縮して熱収縮量に差が生じる。これにより、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域における面圧に関する押しつけ力が低下する。

その一方で、主蒸気流量の減少に伴い、空間Ｓの内部における圧力も緩やかに低下する。つまり、車室３の分割面ＳＰを押し広げようとする力は、上述の押しつけ力の低下と比較して緩やかに減少する。
これらのことから、蒸気タービン１の出力を減少させる場合などのように、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気流量が減少されるときには、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が低下する。
このようにして発生した面圧の低下が所定面圧よりも小さくなると、高圧タービン２Ｈに供給された主蒸気が、分割面ＳＰからボルト孔４１などを介して外部に漏れるおそれがある。

そこで蒸気流量の減少を保留する制御を行うと、蒸気流量の減少を保留する前と比較して、車室３の壁面における外側部分およびボルト４２と、車室３の壁面の空間Ｓに隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まる。さらに、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の圧力も低下し、分割面ＳＰを押し広げようとする力も減少する。
これらのことから、蒸気流量の減少を保留する前と比較して、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が高くなり、高圧タービン２Ｈに供給された蒸気が外部に漏れにくくなる。

分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の温度（内壁面温度）と、外側の温度（外壁面温度）との比較に基づいて、蒸気流量の減少を保留する制御を行うことにより、これらの温度に基づかない場合と比較して蒸気流量の減少を保留する制御が適切に行われる。

具体的には、車室３を構成する材料の線膨脹係数は既知であることから、内壁面温度と外壁面温度との温度差に基づき、分割面ＳＰにおける内壁面部分と外壁面部分との間の収縮量の差を求めることができる。さらに、内壁面温度および外壁面温度に基づいてボルト４２の温度が推定され、内壁面温度とボルト４２の温度との温度差に基づき、分割面ＳＰの内壁面部分とボルト４２との間の収縮量の差を求めることができる。
これらに基づいて押しつけ力の変化を考慮した分割面ＳＰの内壁面部分の面圧を求めることができ、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧が所定面圧よりも小さいか否かを判断できる。

分割面ＳＰの内壁面部分の面圧を測定する他の方法と比較して、温度は容易に測定することができるため、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを容易に判断できる。

なお、蒸気タービン１の運転状態と、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧の関係とを予め取得しておくことにより、内壁面温度および外壁面温度を測定することなく、蒸気流量の減少を保留する制御を直接行うことができる。
あるいは、内壁面温度および外壁面温度と、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧の関係を予め取得しておくことにより、内壁面温度および外壁面温度に基づき、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを、面圧を求める演算を行うことなく判断することもできる。

リフト量保持ステップＳ５が行われた後に、つまりリフト量の保持を行う最初の所定期間が経過した後に、内壁面温度に所定温度を加えた温度が、外壁面温度未満か否かに基づいて、蒸気流量の減少を保留する制御を終了して、蒸気流量を減少させる制御を再開するか、再度、所定期間の間だけ蒸気流量の減少を保留する制御を行うかの判断が行われる。
このようにすることで、内壁面温度が外壁面温度未満か否かに基づいて判断する場合と比較して、より早い時期に蒸気流量を減少させる制御を再開することができる。

なお、上述の実施形態では、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、および、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍ、さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍ、および、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号に基づいて、主ガバナ５Ｈのリフト量を保持するか否か等を判断したが、これらセンサの測定信号の代わりに、蒸気温度センサ７１や、再熱蒸気温度センサ７２や、高圧タービン排気温度センサ７３や、中圧タービン排気温度センサ７４の測定信号に基づいて、主ガバナ５Ｈのリフト量を保持するか否か等を判断してもよく、特に限定するものではない。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１１および図１２を参照して説明する。
本実施形態の蒸気タービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、規定値α０の設定方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１１および図１２を用いて規定値α０の設定方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１１は、本実施形態の蒸気タービンにおける減速制御を説明するフローチャートである。図１２は、規定値α０と負荷との関係を説明するグラフである。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態に係る蒸気タービン１における減速制御は、図１１に示すフローチャートに従って行われる。
船橋から制御部６に対して、船舶の航行速度を減速させる指示が入力される制御オーダーステップＳ１から主ガバナ５Ｈのリフト量制御を行うガバナ制御ステップＳ２までは第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

その後、車室３の内壁面温度と、外壁面温度との比較を行う第１温度比較ステップにおいて、内壁面温度と外壁面温度との温度差（内壁面温度−外壁面温度）が規定値α０以上か、未満かが判定される（第１温度比較ステップ（比較ステップ）Ｓ１３）。
このとき規定値α０の値は、図１２に示すように、船橋入力された航行速度などの指令値である負荷に基づいて決定される。

以後の蒸気タービン１における減速制御は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成によれば、蒸気タービン１の出力を減少させる際に必要な時間を短くすることができる。つまり、車室３の分割面ＳＰにおける蒸気漏れを防止するために必要な面圧である所定面圧は、蒸気タービン１に対する負荷に基づいて、言い換えると、車室３内の空間における蒸気圧力に基づいて変化する。そのため、蒸気タービン１に対する負荷に応じて、所定面圧を適切に設定することにより、蒸気タービン１の出力の減少に要する時間が、必要以上に長くなることを防止できる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１３から図１５を参照して説明する。
本実施形態の蒸気タービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、主ガバナの制御方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３から図１５を用いて主ガバナの制御方法を説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

図１３は、本実施形態の蒸気タービンにおける減速制御を説明するフローチャートである。図１４は、図１３の減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変化を説明するグラフである。図１５は、図１３の減速制御を行った場合における車室内壁面および外壁面の温度の変化を説明するグラフである。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態に係る蒸気タービン１における減速制御は、図１３に示すフローチャートに従って行われる。
船橋から制御部６に対して、船舶の航行速度を減速させる指示が入力される制御オーダーステップＳ１から、内壁面温度と外壁面温度との温度差（内壁面温度−外壁面温度）が規定値α０以上か、未満かを判定する第１温度比較ステップＳ３までは、第１の実施形態と同一であるため、その説明を省略する。

第１温度比較ステップＳ３において、内壁面温度と外壁面温度との温度差（内壁面温度−外壁面温度）が規定値α０以上と判定された場合には、制御部６は主ガバナ５Ｈのリフト量を大きくする制御を行う（リフト量増加ステップ（変化率調節ステップ）Ｓ２５）。

このようにリフト量を増加させることで、主蒸気の蒸気流量が増加するため、例えば図１５に示すように、高圧タービン２Ｈの入口近傍における内壁面の温度ＨＩの低下が緩やかになる。その一方で、外壁面温度ＨＯは継続して低下し続けるため、内壁面温度と外壁面温度との温度差が大きくなる。
このとき、蒸気タービン１の出力Ｐは、図１４に示すように、主蒸気の蒸気流量の増加に伴い、一時的に増加する。

なお、このように一時的に増加した出力Ｐの増加分を用いて、軸発電機８により発電を行ってもよく、特に限定するものではない。
このように主蒸気の蒸気流量を一時的に増加させた後、再び蒸気流量を減少させる制御が行われた場合であっても、蒸気タービン１の出力Ｐが、一時的にであっても増加することを防止できる。つまり、主蒸気の蒸気流量が一時的に増加すると、蒸気タービン１の出力Ｐも一時的に増加するが、この出力Ｐの増加分は軸発電機８における発電に消費される。そのため、出力Ｐを減少させる制御を行っている期間は、蒸気タービン１から外部に供給される出力Ｐは、一時的にであっても増加することがない。

その後の第２温度比較ステップＳ６等の制御は第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成によれば、主蒸気の蒸気流量を一時的に増加させることにより、高圧タービン２Ｈの入口近傍における内壁面の温度ＨＩの低下を、第１の実施形態や第２の実施径他の場合よりも緩やかにすることができる。その一方で、外壁面温度ＨＯは、第１の実施形態等と同様に低下するため、より短時間で内壁面温度と外壁面温度との温度差を大きくすることができる。

１ 蒸気タービン
２Ｈ 高圧タービン（タービン）
３ 車室
４Ｈ 主ボイラ（ボイラ）
５Ｈ 主ガバナ（調節部）
６ 制御部
７ 制御部
Ｓ 空間
ＳＰ 分割面
３１Ｈ 高圧側入口内壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）
３２Ｈ 高圧側入口外壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）
Ｓ２ ガバナ制御ステップ（流量変化ステップ）
Ｓ３，Ｓ１３ 第１温度比較ステップ（比較ステップ）
Ｓ５，Ｓ２５ リフト量保持ステップ（変化率調節ステップ）

Claims (9)

1. 内部にタービンを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、
   前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、
   前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合には、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記調節部に対して前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行う制御部と、
   が設けられ、
   前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の変化を保留することにより、前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行うことを特徴とする蒸気タービン。
2. 前記所定面圧は、前記タービンに対する負荷に基づいて変化することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
3. 少なくとも、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧に関する情報を取得する面圧情報取得手段が設けられ、
   前記制御部は、取得された前記面圧に関する情報に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の変化率を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気タービン。
4. 前記面圧情報取得手段は、前記分割面における前記空間に隣接した領域の温度、および、前記分割面における外側の温度を測定する温度測定部であり、
   前記制御部は、前記空間に隣接した領域の温度、および、前記外側の温度に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の変化率を制御することを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン。
5. 前記制御部は、前記蒸気流量の変化率制御を所定期間だけ行った後、
   前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度未満である
   場合には、前記蒸気流量の変化率制御を終了し、
   前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度以上である場合には、前記蒸気流量の変化率制御を継続することを特徴とする請求項４記載の蒸気タービン。
6. 前記タービンの出力を外部に伝達する出力軸に発電部が設けられ、
   前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合に、一時的に前記蒸気流量を増加させ、その後に前記蒸気流量を減少させるとき、
   前記発電部は、前記蒸気流量の増加による前記タービンの出力増加分を用いて発電することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蒸気タービン。
7. 内部にタービンを収納する空間を有する車室と、
   前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、
   前記車室の内側と外側の温度差が規定値以上となるように前記調節部に対して前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行う制御部と、
   が設けられ、
   前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の変化を保留することにより、前記蒸気流量の変化率を調節する制御を行うことを特徴とする蒸気タービン。
8. 外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を変化させる流量変化ステップと、
   前記タービンを内部に収納する車室における分割面の面圧に関する情報を取得し、取得した前記面圧情報に基づいて推定される面圧が、所定面圧よりも小さいか否か比較する比較ステップと、
   前記推定される面圧が前記所定の面圧よりも小さい場合には、前記蒸気流量の変化率を調節する変化率調節ステップと、
   を有し、
   前記変化率調節ステップは、前記蒸気流量の変化を保留することにより、前記蒸気流量の変化率を調節する変化率保留ステップを有することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
9. 外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を変化させる流量変化ステップと、
   前記タービンを内部に収納する車室の内側と外側の温度を検知し、検知した内側の前記温度と外側の前記温度の差である温度差が、規定値よりも小さいか否か比較する比較ステップと、
   前記温度差が前記規定値よりも小さい場合には、前記蒸気流量の変化率を調節する変化率調節ステップと、
   を有し、
   前記変化率調節ステップは、前記蒸気流量の変化を保留することにより、前記蒸気流量の変化率を調節する変化率保留ステップを有することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。

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