JP5535523B2 - 蒸気タービンの蒸気導入方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温蒸気が導入される蒸気タービンの蒸気導入方法に関する。

従来、蒸気タービンへの蒸気導入方法として、蒸気タービンの車室の横断面図（図６参照）に示すように、蒸気タービン起動時にタービンハウジング１の下部側に設置の複数の蒸気入口管１ａを全て用いて蒸気を流入させることが行われていた。なお、蒸気入口管１ａへ蒸気を流し込むための流量制御は、蒸気弁３によって行われる。
従って、図６に開示の蒸気タービンの場合は、蒸気入口管１ａがタービンハウジング下方に２本設けられており、２本同時に蒸気が導入されていた。

このような従来の蒸気導入方法では、二系統同時に蒸気を導入することが行われることから、蒸気がタービンハウジング１内で回り込み難いという傾向があった。例えば、蒸気入口管１ａがタービンハウジングの下面側に設けられている場合、下半部の方の温度が高く、上半部の方の温度が低いというように、タービンハウジング１内で上下温度差が生じ、その結果、タービンハウジング１に変形が発生していた。そして、このタービンハウジング１の変形によって高速回転中のタービンロータ２と他の静止部材とが接触する可能性があった。高速回転中のタービンロータ２と他の静止部材とが接触すると、振動が発生する可能性がある。特に、タービン出力が過渡的に上昇するタービン起動時には、タービンハウジング１の上下の温度差も過渡的に変化することから、より接触や、接触に伴う振動が発生する可能性が高くなる。

そこで、タービンハウジングの変形防止方法に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている蒸気タービンでは、蒸気タービンの上部ハウジングに冷却流路が形成され、この冷却流路にエアを送給することで、蒸気タービンの稼動停止後におけるタービンハウジングの上下温度差を緩和している。

特開２００４−５２５６７号公報

しかし、特許文献１に開示されている冷却用のエアを流す方法は、ハウジング上半部を対象として冷却するものであり、下半部の温度が高い場合への適用を示すものではない。また、仮にハウジングの下半部を冷却することが可能であるとしても、エアを送風する設備が必要になり、装置が大掛かりになるという問題があった。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、蒸気タービンのハウジング上下の温度差によって発生する変形を容易に解消することができる蒸気タービンの蒸気導入方法を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
本発明は、蒸気タービン横断面において蒸気タービンの上下方向に沿った中心線の左右に蒸気入口部が形成されている蒸気タービンの蒸気導入方法であって、
タービン起動時からタービンの所期出力到達時までのタービン出力過渡時(タービン出力上昇時)に、一方の蒸気入口部から蒸気を蒸気タービン内に流入させ、所期のタービン出力到達後に、両方の蒸気入口部から蒸気を蒸気タービン内に流入させることを特徴とする。
かかる発明では、タービン起動時は左右どちらか一方の蒸気入口部からタービンハウジング内に蒸気を導入するため、すなわち一系統で蒸気を導入するため、蒸気がタービンハウジング内で回り込み易く、蒸気タービンの上半部と下半部との温度差を減少させることができる。そして、蒸気タービンが所期の出力に到達してからは両方の蒸気入口部から蒸気を導入する。このように、タービン起動時から所期のタービン出力到達時までのタービン出力上昇時に問題となる蒸気タービンの変形を抑制することができる。また、蒸気タービンの蒸気入口部をタービン起動時に片方のみ閉じる方法を採用するので、既存の蒸気タービンの構造を改変することなく、弁（バルブ）の制御の変更のみで、本発明の方法を実施することができる。

本発明は、さらに、前記蒸気入口部はそれぞれ、蒸気タービンの下面側に形成されていることを特徴とする。
かかる発明では、蒸気入口部がタービンハウジングの下面側に集約されているため、点検等でタービンハウジングの上半部の開放を容易に行うことができる。

本発明は、さらに、タービン起動時に一方の蒸気入口部に連通する蒸気弁を段階的に開作動させて所期の出力開度状態となった後に、他方の蒸気入口部に連通する蒸気弁を比例的に開作動させて所期の出力開度状態にし、その後、両方の流路からの導入によって定常運転状態を保持することを特徴とする。
かかる発明では、段階的に蒸気弁を開作動させるため、蒸気タービンの変形を最小限に抑えながら、蒸気タービン出力を上昇させて行くことが可能である。すなわち、タービン起動時に特に問題となる、蒸気タービンの温度差によって発生する変形を極力抑えることができる。その後は、他方の蒸気弁を比例的に開作動させて所期の出力状態にし、その後、両方の流路から導入して、定常運転状態を保持させることで、不具合のない蒸気タービンの起動が可能である。

本発明の蒸気タービンの蒸気導入方法では、蒸気タービンの温度差によって発生する変形を容易に抑止することができる。

本発明の蒸気タービンの蒸気導入方法が実施される蒸気タービンの一実施形態を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、本発明の蒸気タービンの蒸気導入方法を説明するための主要図である。 弁の開度とタービンハウジングの上下温度差との関係を示すグラフである。 本発明の蒸気タービンの蒸気導入方法の処理の流れを示すフローチャートである。 蒸気タービンの左右に設けられた蒸気弁の作動タイミングを示すタイミングチャートである。 従来の蒸気タービンの蒸気導入方法を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１は、本発明の蒸気タービンの蒸気導入方法が実施される蒸気タービンを示している。この蒸気タービンのタービンハウジング１内にはタービンロータ２が設けられている。
このタービンロータ２を横断する図中、Ａ−Ａ線で示す断面部分は、図２に示すようになっている。なお、図１では、タービンロータ２より内周側の構造については省略している。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、蒸気タービンへの蒸気導入方法を示している。図に示すように、タービン横断面においてタービンの上下方向に沿った中心線Ｋの左右に、蒸気入口部である蒸気入口管１１ａが形成されている。この蒸気入口管１１ａは、タービンハウジング１の下半部１１の下面側に形成されている。蒸気入口部である蒸気入口管１１ａがタービンハウジングの下面側に集約されているため、点検等でタービンハウジングの上半部の開放を容易に行うことができる。
タービンハウジング１は、下半部１１と上半部１２とが左右のボルト１３で締結されることで構成され、タービンハウジング１の内部には円柱状の空間が形成されている。この円柱状の空間には、タービンロータ２が配置され、タービンハウジング１の内周面とタービンロータ２の外周面との間に、蒸気Ｊが流れ込む流路Ｔが形成されている。

蒸気タービン内には、蒸気弁３Ｒ、３Ｌを介して蒸気入口管１１ａより蒸気Ｊが導入される。この蒸気弁３Ｒ、３Ｌは、図示しない制御装置によって弁開度が制御される。
以下、蒸気弁３Ｒを先行して開とする場合について記述するが、３Ｌを先行して開とする場合も同様であり、特に限定されるものではない。
本実施形態の蒸気タービンの蒸気導入方法では、タービン起動時からタービンの所期出力到達時までのタービン出力過渡時、図２に示すように、片方の蒸気弁３Ｒのみを開作動制御させる点が特徴である。このような蒸気弁３Ｒ、３Ｌの用い方をすると、蒸気Ｊは蒸気入口管１１ａを通過した後、タービンロータ２の外周面上を右回りに進むルートと、左回りに進むルートとに分かれる。そして、蒸気Ｊはスムーズにタービンロータ２の外周面上を周回する。これにより、図３に示すように、従来の両側使用の場合、上半部１２に蒸気が回り込みにくいことから、下半部１１の温度が上半部１２の温度よりも高くなり、タービンハウジング１の上下間の温度差も大きくなっていたものが、本実施形態の場合では、下半部１１の温度よりも上半部１２の温度が若干高くなるか、あるいは、ほぼ同じとなり、温度差が大幅に小さくなる。
なお、図３において、上下温度差＝車室上半温度−車室下半温度を示す。

尚、後述するように、所期出力に達した後、もう片方の蒸気弁３Ｌを開作動し、両側の上記入口管１１ａから蒸気Ｊを導入する。この時、下半部１１の温度が上半部１２の温度よりも高くなるが、従来の両側使用の場合と比べ、タービンハウジング１の上下間の温度差は十分小さい。

図４は、本実施形態における蒸気タービンの蒸気導入方法の処理に関する流れを示している。
先ず、ステップＳ１において、図示しない蒸気発生器により蒸気を発生させ、蒸気タービンの起動に必要な蒸気条件を確立させてから、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、蒸気弁３Ｒの開度を徐々に大きくする開作動の制御を開始する。蒸気弁３Ｒが完全な閉状態でなくなると、蒸気弁３Ｒを蒸気が流通可能になり、蒸気発生器を経て来た蒸気Ｊが蒸気入口管１１ａを経て流路Ｔに流入する。

次いで、ステップＳ３において、蒸気弁３Ｒを段階的に開作動させる。より具体的には、図５に示すように、徐々に弁開度を上げて行き、初期出力開度Ｖ（例えば２５％程度）において初期出力を取った後、更に開度を上げて行く。そして、ステップＳ４において、蒸気弁３Ｒの弁開度が所期出力（目標とする一定の定常出力）に応じた開度状態に達する。
次いで、蒸気弁３Ｒの弁開度が所期出力に応じた開度になってから、少しの間を置いて、ステップＳ５において反対側の蒸気弁３Ｌを比例的に開作動させる。左側の蒸気弁３Ｌは、右側の蒸気弁３Ｒと異なり、比較的短時間で弁開度が所期出力開度状態にされる。蒸気弁３Ｒを所期出力開度状態にする時間が長いのは、蒸気導入当初は蒸気Ｊが蒸気タービン内の流路Ｔに隈なく行き渡っておらず、タービン内で温度差が生じ易いからである。

そして、ステップＳ６において左側の蒸気弁３Ｌの開度が所期出力に応じた所期出力開度状態になる。この状態で、蒸気タービンの定常運転を行う。
本発明のタービン出力過渡時及びタービン定常出力時とは、図５に示すように区分される。

上述した実施形態の蒸気タービンへの蒸気導入方法では、タービン起動時からタービンの所期出力到達時までのタービン出力過渡時は右側の蒸気入口管１１ａからタービンハウジング１内に蒸気Ｊを導入するため、すなわち、一系統で蒸気Ｊを導入するため、蒸気Ｊがタービンハウジング１内で回り込み易く、蒸気タービンの上部と下部との温度差を減少させることができる。そして、片側の弁開度が所期出力に応じた開度に到達したら両方の蒸気入口管１１ａから蒸気を導入して、定常運転に移行する。このように、タービン起動時からタービンの所期出力到達時までのタービン出力過渡時に問題となる蒸気タービンのタービンハウジングの変形を抑制することができる。また、蒸気タービンの蒸気入口管１１ａをタービン起動時に片方のみ閉じる方法を採用するので、既存の蒸気タービンの構造を改変することなく、蒸気弁３Ｒ、３Ｌの制御の変更のみで、本発明の方法を実施することができる。

また、上述した実施形態の蒸気タービンへの蒸気導入方法では、段階的に片側の蒸気弁３Ｒのみを先行して開作動させるため、ハウジングの上下温度差を抑えながら、すなわち蒸気タービンのタービンハウジングの変形を最小限に抑えながら、蒸気タービンの出力を上昇させて行くことが可能である。すなわち、タービン起動時に特に問題となる、蒸気タービンのハウジングの上下温度差によって発生する変形を極力抑えることができる。その後は、他方の蒸気弁３Ｌを比例的に開作動させて定常運転に移行させるため、不具合のない蒸気タービンの作動が可能である。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、図５に示すように蒸気タービン内の流路Ｔに蒸気Ｊを流入させたが、本発明は蒸気Ｊの回り込み易さを向上させることができれば発明の効果を得ることができるので、蒸気弁３Ｌを完全に閉状態にする必要はない。例えば、蒸気弁３Ｒと同時に蒸気弁３Ｒより遅いスピードで蒸気弁３Ｌの開度を上げて行ってもよい。この方法でも、蒸気Ｊの回り込み易さが向上するからである。要するに、タービン出力過渡上昇時に、主に、一方の蒸気入口管１１ａから蒸気Ｊが流入すればよい。
また、上述した実施形態では、タービン定常出力時に、両方の蒸気弁３Ｒ、３Ｌを所期出力に応じた開度にしているが、完全に開状態にしても、弁の開度が９０％程度であってもよい。

本発明の蒸気タービンの蒸気導入方法では、蒸気タービンハウジングの上下温度差によって発生する変形を容易に抑止することができる。本発明は、蒸気タービン全般に適用することが可能である。

１ タービンハウジング
１ａ 蒸気入口管
１１ 下半部
１１ａ 蒸気入口管
１２ 上半部
１３ ボルト
２ タービンロータ
３、３Ｒ、３Ｌ 蒸気弁
Ｊ 蒸気
Ｋ タービンの上下方向に沿った中心線
Ｔ 流路

Claims (3)

1. 蒸気タービン横断面において蒸気タービンの上下方向に沿った中心線の左右に蒸気入口部が形成されている蒸気タービンの蒸気導入方法であって、
   タービン起動時からタービンの所期出力到達時までのタービン出力過渡時に、一方の蒸気入口部から蒸気を蒸気タービン内に流入させ、前記タービンの所期出力到達後に、両方の蒸気入口部から蒸気を蒸気タービン内に流入させることを特徴とする蒸気タービンの蒸気導入方法。
2. 前記蒸気入口部はそれぞれ、蒸気タービンの下面側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの蒸気導入方法。
3. タービン起動時に一方の蒸気入口部に連通する蒸気弁を段階的に開作動させて所期の出力開度状態となった後に、他方の蒸気入口部に連通する蒸気弁を比例的に開作動させて所期の出力開度状態にし、その後、両方の流路からの導入によって定常運転状態を保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービンの蒸気導入方法。
   

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