JP5517785B2

JP5517785B2 - 蒸気タービンおよび蒸気タービンのスラスト調整方法

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Publication number: JP5517785B2
Application number: JP2010148624A
Authority: JP
Inventors: 隆丸山; 朝春松尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: EP2589747B1; EP2589747A4; CN102906373A; JP2012012970A; KR101466457B1; KR20130004403A; EP2589747A1; US20120017592A1; CN102906373B; WO2012002051A1

Description

本発明は、蒸気タービンおよび蒸気タービンのスラスト調整方法に関するものであり、特に、少なくとも高圧室翼列、中圧室翼列および複数のダミー部が共通の回転軸に取り付けられた蒸気タービンの回転軸に発生するスラスト力を、バランスさせることが可能な蒸気タービンおよび蒸気タービンのスラスト調整方法に関するものである。

蒸気タービンには、回転軸に発生するスラスト力を受けるためにスラスト軸受が設置されている。スラスト軸受の負荷能力には限界があるため、いかなる運転状態であっても回転軸に発生するスラスト力は軸受の負荷能力を超えないように、スラストバランスを考慮した設計を行う必要がある。

そのため、翼列と同じ回転軸にダミー部（ダミーピストン）を取り付け、該ダミー部によって反スラスト方向に作用する力を発生させ、回転軸全体として軸方向に作用する力をバランスさせることで、いかなる運転状態であってもスラスト軸受が軸受の負荷能力範囲内に納まるようにしている。

図１３は、従来のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態を示す概略図である。
図１３に示した蒸気タービン１は、回転軸１０を囲んで車室（不図示）が形成され、該車室には高圧主蒸気２２、再熱蒸気２４および低圧主蒸気２６それぞれの導入部（不図示）を備えている。

また、回転軸１０には、高圧主蒸気２２が供給される高圧翼列２、再熱蒸気２４が供給される中圧翼列４、低圧主蒸気２６が供給される低圧翼列６が順に設けられており、中圧翼列４と低圧翼列６は蒸気の入口側が同方向であり、高圧翼列２の蒸気入口側と対向するように配置されている。また、高圧翼列２の蒸気入口側と中圧翼列４の蒸気入口側との間には、高圧ダミー部１２が設けられており、高圧翼列２の蒸気出口側には、順に中圧ダミー部１４と低圧ダミー部１６が設けられている。また、中圧ダミー部１４の出口側と、中圧翼列４の後半部とを連通するスラストバランス管３０が設けられている。

以上の構成の蒸気タービン１において、図示しないボイラ等からの高圧主蒸気２２は、高圧翼列２に入って、回転軸１に回転力を与えながら、次第に温度・圧力を低下させていく。そして、高圧翼列２で仕事を終えた蒸気は、低温再熱蒸気２８となって蒸気タービン１外に排出される。蒸気タービン１から排出された低温再熱蒸気は、蒸気タービン外部で再熱ボイラ（不図示）により再加熱されて再熱蒸気２４となる。
前記再熱ボイラで加熱された中圧の再熱蒸気２４は、中圧翼列４を通って回転軸１０に回転力を与えながら、次第に温度・圧力を低下させていく。また、低圧主蒸気２６は、低圧翼列６を通って回転軸１０に回転力を与えながら、次第に温度・圧力を低下させていく。

また、高圧主蒸気２２の一部は高圧ダミー部１２を流れ、高圧翼列２で仕事をして温度・圧力の下がった低温再熱蒸気２８の一部は中圧ダミー部１４及び低圧ダミー部１６を流れる。

この際、それぞれの翼列及びダミー部で回転軸１に発生するスラスト力を○付きの数字１〜６で示すとともに、各翼列（ダミー部）の間の圧力値の一例を図１３に示している。○付きの数字１〜６はそれぞれ、低圧ダミー部１６、中圧ダミー部１４、高圧翼列２、高圧ダミー部１２、中圧翼列４、低圧翼列６で発生するスラスト力を示している。翼列に発生するスラスト力は、回転軸に設けられた翼列に作用するガス力に基づいて算出することができる。また、ダミー部に発生するスラスト力はダミー部前後の差圧と断面積より算出することができる。

図１３に示したように、各ダミー部１２、１４、１６及びスラストバランス管３０を設けることで、蒸気圧力によるスラストのバランスが取ることができる。つまり、高圧室翼列２のスラストは高圧ダミー部１２と、中圧室翼列４のスラストは中圧ダミー部１４と、低圧室翼列６のスラストは低圧ダミー部１６とバランスして、蒸気タービン１全体としてスラストのバランスが取れている。

また、蒸気タービンにおいては、スラスト軸受の損傷を防止するためには、通常運転時に加えて、高圧主蒸気が停止した場合、及び再熱蒸気が停止した場合の何れについてもスラストのバランスをとる必要がある。
まず、図１３に示した蒸気タービン１において、トラブルや運転調整等により高圧主蒸気２２を停止した場合について考える。図１４は、従来のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの高圧主蒸気停止状態を示す概略図である。
図１４において、高圧主蒸気２２を停止すると、高圧翼列２に導入される蒸気がなくなり、高圧翼列２における差圧が０となる。そのため、図１４に示したように○付き数字３で示したスラスト力も０となる。また高圧ダミー部１２における差圧も非常に小さくなり○付き数字４で示したスラスト力も０に近い値となる。そのため、図１４に示したように、高圧主蒸気２２の停止状態においても、蒸気タービン１全体としてはスラストバランスがとれている。

次に、図１３に示した蒸気タービン１において、トラブルや運転調整等により再熱蒸気２４及び低圧主蒸気２６を停止した場合について考える。図１５は、従来のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態を示す概略図である。
図１５において、再熱蒸気２４及び低圧蒸気２６を停止すると、中圧翼列４及び低圧翼列６に導入される蒸気がなくなり、中圧翼列４及び低圧翼列６の前後の圧力は何れもほぼ真空となる。そして、中圧翼列４の後半部とスラストバランス管３０によって連通されている中圧ダミー部１４と低圧ダミー部１６との間の圧力もほぼ真空となる。

この場合、ＬＰ系（低圧部分）については低圧翼列６、低圧ダミー部１６ともに前後差圧が略０となるため発生するスラスト力は略０となる。

ＩＰ系（中圧部分）については中圧ダミー部１４で発生するスラスト力（○付き数字２）は出口部の圧力がほぼ真空となる分だけ増加し、中圧翼列４の前後の差圧が略０となるので中圧翼列４で発生するスラスト力（○付き数字５）は略０となるため、中圧ダミー部側方向（図１５における左側方向）へかかるスラスト力が増大する。

また、ＨＰ系（高圧部分）については高圧翼列２で発生するスラスト力（○付き数字３）は通常運転時と略同じであるものの、高圧ダミー部１２で発生するスラスト力（○付き数字２）は高圧ダミー部１２出口部の圧力がほぼ真空となる分だけ増加するため、高圧ダミー部方向（図１５における右側方向）へかかるスラスト力が増大する。
ここで、ＩＰ系によって増大するスラスト力は、ＨＰ系によって増大するスラスト力よりも大きいため、蒸気タービン１全体としては図１５における左側方向のスラスト力が増大し、スラスト力のバランスが取れなくなる。

再熱蒸気を停止した場合においてもスラスト力のバランスをとるためには、高圧ダミー部１２を大きくして図１５における右側方向のスラスト力を増大させてバランスをとることが考えられるが、この場合通常運転時にスラスト力のバランスが取れなくなるため適当ではない。
そこで、図１３〜図１５において、中圧ダミー部１４を小さくするとともに、低圧ダミー部１６を大きくすることで、通常時運転時、高圧主蒸気停止時及び再熱蒸気停止時の何れにおいてもスラスト力のバランスを取ることができる。

また、その他の技術として、特許文献１には蒸気タービンに発生するスラスト力を軸受メタル温度等に基づき計測し、その結果に基づいてダミー部に作用するスラスト力を電気制御を用いて調整し、蒸気タービン全体のスラスト力のバランスを取る技術が開示されている。

特開平８−１８９３０２号公報

しかしながら、図１３〜図１５を用いて説明した従来の技術においては、通常運転時、高圧主蒸気停止時に加えて、再熱蒸気停止時においてもスラストのバランスを取るためには、前述の通り、中圧ダミー部１４を小さくし、低圧ダミー部１６を大きくする必要がある。低圧ダミー部１６を大きくした場合、その外周部に位置するケーシングが大きくなるため、必然的に蒸気タービン１全体が大型化してコストアップの原因となることに加え、低圧ダミー部１６の径が大きくなるとそこからグランドに漏れ出る蒸気量が増えて、蒸気タービン１の性能が低下する可能性がある。特に近年、低圧室翼列の長大化が進み、それに伴って低圧ダミー部が大きくなる傾向にあり、スラスト力のバランスを取るために低圧ダミー部を大きくすることは適当ではない。

また、特許文献１に開示された技術のように、電気制御を用いてスラスト力のバランスをとる技術では、電気系統の信頼性が問題になる場合も想定される。

従って、本発明は従来技術の問題点に鑑み、低圧ダミー部を大型化することなく、しかも複雑な電気制御を用いることなく、蒸気タービンの運転範囲全域において、タービンの回転軸に作用するスラスト力のバランスを取ることができる蒸気タービン及び蒸気タービンのスラスト調整方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための蒸気タービンの発明として、少なくとも高圧翼列、中圧翼列および複数のダミー部が共通の回転軸に取り付けられた蒸気タービンであって、中圧室への蒸気の流入の有無を検知する検知手段と、前記中圧室への蒸気の流入が停止したとき、前記複数のダミー部のうち、片側が前記中圧室の一部に連通した調圧対象ダミー部の両側の圧力差を減少させる減圧手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記減圧手段を作動させる制御手段とを備えることを特徴とする。
これにより、中圧室への上記の流入が停止した場合に中圧ダミー部が発生するスラスト力をなくすことができるから、従来では中圧ダミー部が発生するスラスト力をバランスさせるために必要であった低圧ダミー部の径の拡大が不要となるため、低圧ダミー部の径を小さくすることができ、しかも複雑な電気制御を用いることなく、蒸気タービンの運転範囲全域において、タービンの回転軸に作用するスラスト力のバランスを取ることができる。

また、前記減圧手段は、前記調圧対象ダミー部の両側を連結する第１管路と、該第１管路に配設され前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差を調節する第１弁とを含むとよい。
これにより、簡単な機構でタービンの回転軸に作用するスラスト力のバランスを取ることができる。

また、前記減圧手段の前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路と、前記第３管路に配設された第３弁とをさらに備え、前記制御手段は、前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第１弁が開いた場合、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように前記第３弁を開くとよい。
これにより、前記第１弁の故障時においても、スラスト力のバランスを取ることができ、蒸気タービンの信頼性が向上する。

また、前記減圧手段は、前記中圧室の前記一部および前記調圧対象ダミー部の前記片側を連結する第２管路と、該第２管路に配設され前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差を調節する第２弁とを含み、前記中圧室への蒸気の流入が停止したとき、前記第２弁が閉じられるとよい。
前記第２管路は、従来の蒸気タービンにも設けられている場合が多い。そのため、既設の従来の蒸気タービンを改造する際に配管を新設することなく、既設の前記第２管路に前記第２弁と取り付けるだけで減圧手段を設けることができ、改造が簡単である。

また、前記第２弁をバイパスするバイパス管路を配設するとともに、該バイパス管路にオリフィスを設けるとよい。
これにより、スラストバランスの簡単に適切に保つことができる。

また、前記減圧手段の前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路と、前記第３管路に配設された第３弁とをさらに備え、前記制御手段は、前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第２弁が閉じた場合、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように前記第３弁を開くとよい。

また、課題を解決するための蒸気タービンのスラスト調整方法の発明として、少なくとも高圧翼列、中圧翼列および複数のダミー部が共通の回転軸に取り付けられた蒸気タービンのスラスト調整方法であって、中圧室への蒸気の流入が停止したとき、前記複数のダミー部のうち片側が前記中圧室の一部に連通した調圧対象ダミー部の両側の圧力差を減少させることを特徴とする。

また、前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差は、前記調圧対象ダミー部の両側を連結する第１管路に配設された第１弁により減圧可能であるとよい。

また、前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第１弁が開いた場合、前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路に配設された第３弁を、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように開くとよい。

また、前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差は、前記中圧室の前記一部および前記調圧対象ダミー部の前記片側を連結する第２管路に配設された第２弁により減圧可能であるとよい。

また、前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第２弁が閉じた場合、前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路に配設された第３弁を、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように開くとよい。

本発明によれば、低圧ダミー部を大型化することなく、しかも複雑な電気制御を用いることなく、蒸気タービンの運転範囲全域において、タービンの回転軸に作用するスラスト力のバランスを取ることができる蒸気タービン及び蒸気タービンのスラスト調整方法を提供することができる。

本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた単車室再熱蒸気タービンの構成を示す構成図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの高圧主蒸気停止状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、弁が異常動作した場合の状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、弁が異常動作し対処を実施した後の状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、別の弁が異常動作した場合の状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、別の弁が異常動作し対処を実施した後の状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態において、弁が正常に動作しなかった場合の状態を示す概略図である。本発明の実施形態１におけるスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態において、弁が異常動作し対処を実施した後の状態を示す概略図である。実施形態２における調整用ダミー部を設けた高中圧蒸気タービンを示す概略図である。実施形態３における調整用ダミー部を設けた高中圧蒸気タービンを示す概略図である。従来のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態を示す概略図である。従来のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの高圧主蒸気停止状態を示す概略図である。従来のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（実施形態１）
図１は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた単車室再熱蒸気タービンの構成を示す構成図である。図１に示した蒸気タービン１は、回転軸１０を囲んで低圧車室３２及び高中圧車室３４が形成されている。高中圧車室３４には高圧蒸気２２を導入する高圧蒸気導入部２３と、再熱蒸気２４を導入する再熱蒸気導入部２５とを備えている。また、低圧車室３２には低圧蒸気２６を導入する低圧蒸気導入部２７を備えている。

また、回転軸１０には、高圧蒸気導入部２３より高圧蒸気２２が供給される高圧翼列２、再熱蒸気導入部２５より再熱蒸気２４が供給される中圧翼列４、低圧蒸気導入部２７より低圧蒸気２６が供給される低圧翼列６が順に設けられており、中圧翼列４と低圧翼列６は蒸気の入口側が同方向であり、高圧翼列２の蒸気入口側と対向するように配置されている。また、高圧翼列２の蒸気入口側と中圧翼列４の蒸気入口側との間には、高圧ダミー部１２が設けられており、高圧翼列２の蒸気出口側には、順に中圧ダミー部１４と低圧ダミー部１６が設けられている。また、中圧ダミー部１４の出口側と、中圧翼列４の一部とを連通するスラストバランス管３０が設けられている。

図２は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態を示す概略図である。図２において、図１及び従来技術の図１３〜図１５と同一符号は同一物を表しその説明は省略する。ここで、通常状態とは、高圧蒸気２２、再熱蒸気２４、低圧蒸気２６の何れも蒸気タービンに導入されている運転状態をいう。

従来の図１３と、本発明の実施形態１の図２との違いは、本発明においては中圧ダミー部１４の径を従来よりも大きくするとともに、低圧ダミー部１６の径を従来よりも小さくしている。これにより、低圧ダミー部１６が大きくなり、蒸気タービン１全体がアンバランスになることを防止している。
また、中圧ダミー部１４の入口側と出口側を連通する管路４２と、管路４２上に弁４３が設けられている。また、弁４３よりも中圧ダミー部１４の出口側で管路４２に接続され、中圧室翼列４の出口側とを連通する管路４４と、管路４４上に弁４５が設けられている。また、スラストバランス管３０上には弁４１が設けられている。

さらに、制御装置５２が設けられており、制御装置５２は再熱蒸気導入口２５に設けられた圧力計５４の検知値を読み込むとともに、該検知値に基づいて弁４１、４２、４３の開閉を制御するものである。通常運転時、つまり再熱蒸気２４が蒸気タービン１に導入され、圧力計５４が再熱蒸気２４が通常示す範囲の圧力を検知している場合には、制御装置５２により図２に示すように弁４１を開とし、弁４３及び４５を閉とする。なお、以降において弁４１、４３、４５は、開状態を黒塗り、閉状態を白抜きで表すものとする。
なお、図２において単位ｋで示す数値は、当該部における例示的な圧力であって、単位はｋｇｆ／ｃｍ２であり、図３〜図１０及び図１３〜図１５についても同様である。

図２に示したように、各ダミー部１２、１４、１６及びスラストバランス管３０を設けることで、通常状態においては、蒸気圧力によるスラストのバランスが取れている。

次に、図２に示した蒸気タービン１において、高圧主蒸気２２を停止した場合について考える。図３は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの高圧主蒸気停止状態を示す概略図である。なお、図３以降においては、制御装置５２の図示を省略する。
図３において、高圧主蒸気２２を停止すると、高圧翼列２に導入される蒸気がなくなり、高圧翼列２における差圧が０となる。そのため、図１４に示したように○付き数字３で示したスラスト力も０となる。また高圧ダミー部１２における差圧も非常に小さくなり○付き数字４で示したスラスト力も０に近い値となる。そのため、図３に示したように、高圧主蒸気２２の停止状態においても、蒸気タービン１全体としてはスラストバランスがとれている。

次に、図２に示した蒸気タービン１において、再熱蒸気２４及び低圧主蒸気２６を停止した場合について考える。図４は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態を示す概略図である。
図４において、再熱蒸気２４及び低圧蒸気２６を停止すると、中圧室翼列４及び低圧室翼列６に導入される蒸気がなくなり、中圧室翼列４及び低圧室翼列６の前後の圧力は何れもほぼ真空となる。ＨＰ系（高圧部分）については高圧翼列２で発生するスラスト力（○付き数字３）は通常運転時と略同じであるものの、高圧ダミー部１２で発生するスラスト力（○付き数字２）は高圧ダミー部１２出口部の圧力がほぼ真空となる分だけ増加するため、高圧ダミー部方向（図４における右側方向）へかかるスラスト力が増大する。

そして、制御装置５２（図４には不図示）は、圧力計５４（図４には不図示）の検知値から再熱蒸気２４が導入されてないと判断すると、弁４３を開ける。これにより、中圧ダミー部１４の前後は連通されて差圧が略０となる。すなわち従来技術と比較した場合、従来技術において再熱蒸気２４が導入されない場合に図の左向きの過大なスラスト力が発生する原因であった中圧ダミー部１４のスラスト力発生を止めることができる。
そして、前記ＨＰ系で増大するスラスト力分に略相当する分だけ低圧ダミー部１６で低圧ダミー部側方向（図４における左側方向）のスラスト力が生じるように設計した径の低圧ダミー部１６で生じるスラスト力によって蒸気タービン１全体としてスラスト力はバランスする。
なお、予め再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態において、弁４１、４３を開とした場合にスラスト力がバランスするような径に低圧ダミー部１６の径を設計しておき、通常運転時及び高圧主蒸気停止状態時のスラスト力のバランスが合うように中圧ダミー部１４の径を設計しておく。この場合、上記のとおり再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態において中圧ダミー部１４のスラスト力発生を止めることができるから、蒸気タービン全体がアンバランスになることを防止するために従来のように低圧ダミー部１６の径を大きくする必要がない。よって、低圧ダミー部１６の径を小さくすることでグランドへの蒸気の漏出を減少させることができ、蒸気タービンの性能を向上させることができる。

次に弁４１、４３、４５を設けることにより起こる可能性のある異常状態に対する対応について説明する。
まず、弁４３の異常時について説明する。
図５は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、弁４３が異常動作した場合の状態を示す概略図である。
図５において、弁４３が故障等の原因により異常動作をして開となると、中圧ダミー部１４の前後は連通されて中圧ダミー部１４出口側の圧力が上昇し、中圧ダミー部１４の前後差圧は略０となり、中圧ダミー部１４によって生じるスラスト力が略０となってスラスト力のバランスが取れなくなる。
この場合、スラストバランス管３０に設けた圧力計５６の検知値が上昇する。該検知値が規定以上に上昇すると制御装置５２（図５には不図示）により弁４３又は弁４１が異常動作をしていると判断する。

制御装置５２により弁４３又は弁４１が異常動作をしたと判断すると、制御装置５２は弁４５を開とする。
図６は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、弁４３が異常動作し対処を実施した後の状態を示す概略図である。
制御装置５２により弁４５を開とすると、管路４４によって中圧ダミー部１４の出口側と中圧室翼列４の出口側が連通され、中圧ダミー部１４の出口側の蒸気の一部が中圧室翼列４の出口側に流れて中圧ダミー部１４の出口側が減圧され、再び中圧ダミー部１４の前後差圧ができてスラスト力も発生し、蒸気タービン１全体のスラスト力のバランスがとれるようになる。なお、管路４４及び弁４５は、弁４３の異常開時に、弁４５を開けることで弁４３を通過する蒸気量と略同量の蒸気が管路４４を流れるように予め設計しておく必要がある。
以上のとおり、弁４３に異常が発生してもスラスト力のバランスを保ち続けることができ、簡易な設備で蒸気タービンの信頼性を高めることができる。

次に弁４１の異常時について説明する。
図７は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、弁４１が異常動作した場合の状態を示す概略図である。
図７において、弁４１が故障等の原因により異常動作をして閉となると、中圧ダミー部１４出口側の蒸気がスラストバランス管３０を介して中圧翼列４に移動することができなくなる。一方で、中圧ダミー部１４の前後の差圧によって、中圧ダミー部１４外周部に設けられているラビリンスシールから蒸気が中圧ダミー部１４出口側へと漏出してくるため、中圧ダミー部１４の前後差圧は略０となり、中圧ダミー部１４によって生じるスラスト力が略０となってスラスト力のバランスが取れなくなる。
この場合、スラストバランス管３０に設けた圧力計５６の検知値が上昇する。該検知値が規定以上に上昇すると制御装置５２（図５には不図示）により弁４３又は弁４１が異常動作をしたと判断する。

制御装置５２により弁４３又は弁４１が異常になったと判断すると、制御装置５２は弁４５を開とする。
図８は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの通常運転状態において、弁４１が異常動作し対処を実施した後の状態を示す概略図である。
制御装置５２により弁４５を開とすると、管路４４によって中圧ダミー部１４の出口側と中圧室翼列４の出口側が連通され、中圧ダミー部１４の出口側の蒸気の一部が中圧翼列４の出口側に流れて中圧ダミー部１４の出口側が減圧され、再び中圧ダミー部１４の前後差圧ができてスラスト力も発生し、蒸気タービン１全体のスラスト力のバランスがとれるようになる。
以上のとおり、弁４１に異常が発生してもスラスト力のバランスを保ち続けることができ、簡易な設備で蒸気タービンの信頼性を高めることができる。

次に、再熱蒸気及び低圧主蒸気停止時における弁４１の異常時について説明する。
図９は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態において、弁４３が異常動作した場合の状態を示す概略図である。
図３を用いて説明したように、蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態では弁４３を開ける必要があるが、弁４３が作動せず閉まった状態の場合を図９では示している。
図９において、弁４３が閉まっていると中圧ダミー部１４の前後が連通されなくなるため、中圧ダミー部１４の前後に差圧が生じ、スラスト力が発生する。該スラスト力により蒸気タービン１全体のスラスト力にアンバランスが生じる。しかも、該アンバランスは、本発明においては中圧ダミー部径が大きい分だけ従来よりも大きなものとなる。
この場合、スラストバランス管３０に設けた圧力計５６の検知値が降下する。該検知値が規定以下に加工すると制御装置５２（図９には不図示）により弁４３が正常に作動していないと判断する。

制御装置５２により弁４３が正常に作動していないと判断すると、制御装置５２は弁４１を閉じる。
図１０は、本発明のスラスト調整用ダミー部を設けた蒸気タービンの再熱蒸気及び低圧主蒸気停止状態において、弁４３が正常に作動せず対処を実施した後の状態を示す概略図である。
弁４１を閉じることで、中圧ダミー部１４リークによって、中圧ダミー部１４前後の差圧が略０となり、中圧ダミー部１４でのスラスト力が略０となる。
これにより、図４に示したように弁４３に異常が発生していない場合と同様の圧力バランスとなり、スラスト力のバランスも取れるようになる。
つまり、弁４３に異常が発生してもスラスト力のバランスを保ち続けることができる。

（実施形態２）
本発明の技術は、高中圧タービンにも同様に適用することができる。
図１１は、実施形態２における調整用ダミー部を設けた高中圧蒸気タービンを示す概略図である。
図１１に示した高中圧蒸気タービン１０１は、回転軸（不図示）を囲んで車室（不図示）が形成され、該車室には高圧蒸気、中圧蒸気それぞれの導入部（不図示）を備えている。
また、前記回転軸には、高圧蒸気が供給される高圧室翼列１０２、中圧蒸気が供給される中圧室翼列１０４がそれぞれ蒸気の入口が対向するように設けられている。また、高圧室翼列２の蒸気入口側と中圧室翼列１０４の蒸気入口側との間には、第１のダミー部１１１及び第２のダミー部１１２が設けられており、高圧室翼列２の蒸気出口側には、第３のダミー部１１３が設けられている。また、第１のダミー部１１１と第２のダミー部１１２の間、第３のダミー部１１３の前後のそれぞれを連通するバランス管１２１と、第３のダミー部１１３の出口と中圧室翼列の出口を連通するバランス管１２２が設けられている。バランス管１２１は第３のダミー部の前後間に弁１４１、バランス管１２２には弁１４２が設けられている。

以上の高中圧蒸気タービンにおいて、通常運転時、高圧蒸気停止時（ＨＰ閉）及び中圧蒸気停止時（ＩＰ閉）の状態におけるスラスト力のバランスを図１１内の表にまとめた。なお、図７内の表におけるスラスト力の値は設計値を相対的に表したものであり、絶対的な数値ではない。
図７に示したように、通常運転時、ＨＰ閉時においてはスラスト力の概ねバランスをとることができる。一方でＩＰ閉には主に第３のダミー部１１３に発生するスラスト力によって全体として右向きのアンバランスが発生するが、ここで弁４１（ＣＶ１）を開けることで第３のダミー部１１３の前後差圧を減少させることで蒸気タービン全体のスラスト力のバランスを取ることができる。なお、ＩＰ閉時において弁１４１を開けることに替えて、弁１４２を適度に閉じることによっても、第３のダミー部１１３のリークによって第３のダミー部１１３の差圧を減少させることができ、同様にスラスト力のバランスをとることができる。

（実施形態３）
図１２は、実施形態３における調整用ダミー部を設けた高中圧蒸気タービンを示す概略図である。
図１２において図１１と同一符号は同一物を表し、その説明は省略する。
図１２においては図１１に示した第２のダミー部１１２を第１のダミー部１１１と同径とし一体化した第１のダミー部１１１’を設けている。またバランス管１２１を設けていない。さらに、バランス管１２２には、弁４２をバイパスするバイパス配管１２３を設け、該バイパス配管１２３にオリフィス１２４を設けている。

これにより、ＩＰ閉時以外は実施形態２と同様にスラスト力のバランスを取ることができ、ＩＰ閉時においては弁１４２の開度を調整することでスラスト力のバランスを取ることができる。
この場合において、弁１４２の開度を微開にする必要があるなど、弁開度の調整が難しい場合には弁４２を閉じてオリフィスを使用するとよい。この場合、オリフィス１２３のサイズを弁４２が全閉となったときに第３のダミー部１１３裏側圧が適切となるように決定しておく。
即ち、ＩＰ閉の場合には弁１４２が閉じ、オリフィス１２４を通って蒸気が流れることで第３ダミー部の裏側圧が適切に保たれ、全体のスラストのバランスが取れることとなる。

低圧ダミー部を大型化することなく、しかも複雑な電気制御を用いることなく、蒸気タービンの運転範囲全域において、タービンの回転軸に作用するスラスト力のバランスを取ることができる蒸気タービン及び蒸気タービンのスラスト調整方法として利用することができる。

１蒸気タービン
２高圧翼列
４中圧翼列
６低圧翼列
１２高圧ダミー部
１４中圧ダミー部
１６低圧ダミー部
３０スラストバランス管
４１、４３、４５弁
４２、４４管路
５２制御装置
５４、５６圧力計

Claims

少なくとも高圧翼列、中圧翼列および複数のダミー部が共通の回転軸に取り付けられた蒸気タービンであって、
中圧室への蒸気の流入の有無を検知する検知手段と、
前記中圧室への蒸気の流入が停止したとき、前記複数のダミー部のうち、片側が前記中圧室の一部に連通した調圧対象ダミー部の両側の圧力差を減少させる減圧手段と、
前記検知手段の検知結果に基づいて前記減圧手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
前記減圧手段は、前記調圧対象ダミー部の両側を連結する第１管路と、該第１管路に配設され前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差を調節する第１弁とを含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
前記減圧手段の前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路と、
前記第３管路に配設された第３弁とをさらに備え、
前記制御手段は、前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第１弁が開いた場合、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように前記第３弁を開くことを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービン。
前記減圧手段は、前記中圧室の前記一部および前記調圧対象ダミー部の前記片側を連結する第２管路と、該第２管路に配設され前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差を調節する第２弁とを含み、前記中圧室への蒸気の流入が停止したとき、前記第２弁が閉じられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
前記第２弁をバイパスするバイパス管路を配設するとともに、該バイパス管路にオリフィスを設けたことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
前記減圧手段の前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路と、
前記第３管路に配設された第３弁とをさらに備え、
前記制御手段は、前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第２弁が閉じた場合、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように前記第３弁を開くことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
少なくとも高圧翼列、中圧翼列および複数のダミー部が共通の回転軸に取り付けられた蒸気タービンのスラスト調整方法であって、
中圧室への蒸気の流入が停止したとき、前記複数のダミー部のうち片側が前記中圧室の一部に連通した調圧対象ダミー部の両側の圧力差を減少させることを特徴とする蒸気タービンのスラスト調整方法。
前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差は、前記調圧対象ダミー部の両側を連結する第１管路に配設された第１弁により減圧可能であることを特徴とする請求項７に記載の蒸気タービンのスラスト調整方法。
前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第１弁が開いた場合、前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路に配設された第３弁を、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように開くことを特徴とする請求項８に記載の蒸気タービンのスラスト調整方法。
前記調圧対象ダミー部の両側の圧力差は、前記中圧室の前記一部および前記調圧対象ダミー部の前記片側を連結する第２管路に配設された第２弁により減圧可能であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の蒸気タービンのスラスト調整方法。
前記中圧室への蒸気の流入が停止していないにもかかわらず前記第２弁が閉じた場合、前記片側および前記中圧室の出口とを連結する第３管路に配設された第３弁を、前記調圧対象ダミー部の両側に圧力差が生じるように開くことを特徴とする請求項１０に記載の蒸気タービンのスラスト調整方法。