JP6204967B2

JP6204967B2 - 蒸気タービン

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Publication number: JP6204967B2
Application number: JP2015252490A
Authority: JP
Inventors: 豊治西川; 雄久 ▲濱▼田; 卓美松村
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: JP2017115715A

Description

本発明は、コンバインドサイクルプラントに適用される蒸気タービンに関する。

従来、例えば、特許文献１に記載の蒸気タービンは、複数の早期段を有するロータと、ロータの一部分を囲み、該ロータとの間に漏洩領域が存在するように構成され、かつその１つの部分から漏洩領域に冷却蒸気を流す冷却蒸気チャネルを有するステータ部分と、ロータの周りで軸方向にずらして配置され、漏洩領域から冷却蒸気を受け、かつ該冷却蒸気を早期段の少なくとも一部分に供給する少なくとも１つの冷却蒸気送達チャネルと、を含んでいる。また、特許文献１では、ガスタービンと、ガスタービンのアウトプットに結合されてガスタービンの排気ガスを使用して蒸気／水を高い温度に加熱するボイラ（熱回収蒸気発生器）と、を含み、ボイラで発生する高温蒸気を蒸気タービンに供給する複合サイクル発電プラントについて記載されている。

また、従来、例えば、特許文献２に記載の蒸気タービンは、内側ケーシングを有しており、この内側ケーシング内において、軸線を中心として回転可能なロータが配設されており、ロータと内側ケーシングとの間に、蒸気通路が形成されており、この蒸気通路内において、この内側ケーシングに固定された案内ベーン、およびロータに固定されたロータブレードの多段の配設が設けられており、この配設内において、流入口から高温の蒸気が、作業出力のもとで解放される。そして、特許文献２では、このような蒸気タービンの場合、ロータや内側ケーシングの熱的な負荷は、少なくとも、蒸気通路内において、ロータの表面に対して平行にかつ近傍に、および／または、内側ケーシングの内側の表面に対して平行にかつ近傍に、このロータもしくは内側ケーシングのそれらの下に位置する表面を、蒸気通路を通って流動する高温の蒸気の直接的な作用から保護する板形状の保護シールドが配設されていることが記載されている。

特開２０１１−０８５１３５号公報特許第５００８７３５号公報

このように、蒸気タービンのロータなどを蒸気の熱から保護するにあたり、特許文献１に記載のように冷却蒸気を供給したり、特許文献２に記載のように保護シールドを配設したりすることが知られている。

ここで、特許文献１に記載される蒸気タービンにおいては、ケーシング蒸気チャネルに高圧低温蒸気を供給する蒸気源を含むことが示され、この蒸気源について具体的な記載はない。ロータなどを冷却する場合、蒸気タービンの駆動に供給される蒸気よりも低温の蒸気を供給する必要があり、かつ蒸気タービンの駆動に供給される蒸気よりも高圧の蒸気を供給する必要があるが、蒸気タービンのロータの最高温度部は、蒸気タービンの内部において最も圧力が高く、この圧力よりも高圧であって温度の低い冷却蒸気を供給することは容易ではない。これは、蒸気タービン内の蒸気が温度の低下と圧力の低下を同時に伴うためである。このため、蒸気タービンの外部の流体を用いる場合では、流体を低温化したり高圧化したりする別の動力源を必要としたり、蒸気タービンの内部の流体を用いる場合では、蒸気タービンの稼働効率が低下し、特許文献１に示される複合サイクル発電プラントなどのコンバインドサイクルプラントにおけるサイクル効率を低下させたりする問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、別の動力源を必要とせず、かつコンバインドサイクルプラントにおけるサイクル効率の低下を防ぐことのできる蒸気タービンを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の蒸気タービンは、ガスタービンと、前記ガスタービンから排出される排ガスを加熱源とするボイラと、前記ボイラで発生した高圧蒸気により駆動する高圧蒸気タービンと、前記ボイラで発生した中圧蒸気により駆動する中圧蒸気タービンと、前記ボイラで発生した低圧蒸気および前記中圧蒸気タービンを経た蒸気により駆動する低圧蒸気タービンと、前記低圧蒸気タービンを経た蒸気を復水にする復水器と、前記復水器からの前記復水を前記ボイラに供給する復水ポンプと、を備えるコンバインドサイクルプラントに係り、前記ボイラは、前記復水器からの前記復水から蒸気を発生する中圧蒸発器と、前記中圧蒸発器で発生した蒸気を過熱する中圧過熱器と、前記中圧過熱器で過熱された蒸気を再過熱する一次再熱器と、前記一次再熱器で過熱された蒸気をさらに再過熱する二次再熱器と、を含み、前記二次再熱器で過熱された蒸気が前記中圧蒸気タービンの駆動に供給され、前記中圧蒸発器の出口から前記中圧過熱器および前記一次再熱器を経て前記二次再熱器内までの間と、前記中圧蒸気タービンの内部とを連通する接続ラインを含む冷却蒸気供給部を備えることを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、中圧蒸発器の出口から中圧過熱器および一次再熱器を経て二次再熱器の内部までの間と、中圧蒸気タービンの内部とを連通する接続ラインを含む冷却蒸気供給部を備えることで、コンバインドサイクルプラント内において、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気を、中圧蒸気タービンの内部に供給することができる。この結果、別の動力源を必要とせず、中圧蒸気タービンの内部のロータなどの高温部を冷却することができる。また、コンバインドサイクルプラント内の発生蒸気を用い、中圧蒸気タービンの内部の流体を用いて冷却しないため、中圧蒸気タービンの稼働効率の低下を防ぎ、その結果サイクル効率の低下を防ぐことができる。

また、第２の発明の蒸気タービンでは、第１の発明において、前記接続ラインは、前記中圧過熱器の出口から前記一次再熱器の入口までの間と、前記中圧蒸気タービンの内部とを連通することを特徴とする。

中圧過熱器の出口から一次再熱器の入口までの間から、中圧蒸気タービンの内部に冷却蒸気を供給すると、一次再熱器および二次再熱器へ供給する蒸気が減るため、一次再熱器および二次再熱器での過熱効率が向上し中圧蒸気タービンに供給する過熱蒸気の温度が上昇する。この結果、中圧蒸気タービンの稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、中圧過熱器の出口から一次再熱器の入口までの間から、中圧蒸気タービンの内部に冷却蒸気を供給すると、中圧蒸気タービンに供給する過熱蒸気の温度を一定とする場合に、中圧蒸発器から得る蒸気量を増すことができるため、中圧蒸気タービンへの過熱蒸気の供給量を増加できる。この結果、中圧蒸気タービンの稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、第３の発明の蒸気タービンでは、第１の発明において、前記接続ラインは、前記一次再熱器の出口から前記二次再熱器の入口までの間と、前記中圧蒸気タービンの内部とを連通することを特徴とする。

一次再熱器の出口から二次再熱器の入口までの間から、中圧蒸気タービンの内部に冷却蒸気を供給すると、二次再熱器へ供給する蒸気が減るため、二次再熱器での過熱効率が向上し中圧蒸気タービンに供給する過熱蒸気の温度が上昇する。この結果、中圧蒸気タービンの稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、一次再熱器の出口から二次再熱器の入口までの間から、中圧蒸気タービンの内部に冷却蒸気を供給すると、中圧蒸気タービンに供給する過熱蒸気の温度を一定とする場合に、中圧蒸発器から得る蒸気量を増すことができるため、中圧蒸気タービンへの過熱蒸気の供給量を増加できる。この結果、中圧蒸気タービンの稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、第４の発明の蒸気タービンでは、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記中圧蒸気タービンは、自身の回転の軸心に沿って延在するロータと、前記ロータを格納する車室と、前記ロータの延在方向に沿って前記ロータと前記車室との間に設けられた蒸気通路と、前記車室の外部から前記車室を貫通して前記蒸気通路に至り連通して設けられ前記二次再熱器で過熱された蒸気が供給される中圧蒸気供給部と、を含み、前記冷却蒸気供給部は、前記接続ラインに接続されて前記中圧蒸気供給部とは別に前記車室の外部から前記車室を貫通して前記蒸気通路に至り連通する連通流路を含むことを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気を、中圧蒸気タービンの内部に好適に供給することができる。

また、第５の発明の蒸気タービンでは、第４の発明において、前記中圧蒸気供給部は、前記ロータの外周を囲む環状に形成されてその外面と前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して前記車室に取り付けられ、その内部に環状に沿って形成された中圧蒸気ノズル室と、前記中圧蒸気ノズル室から前記ロータの延在方向に向いて前記蒸気通路に連通する開口とを有し、前記中圧蒸気ノズル室に前記二次再熱器で過熱された蒸気が供給される中圧蒸気ノズル部を含み、前記連通流路は、前記中圧蒸気ノズル部における前記中圧蒸気ノズル室の前記開口と反対側で前記隙間に連通して設けられることを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気が連通流路を介して中圧蒸気供給部とロータの外周面との隙間に吐出されるため、ロータを冷却することができる。しかも、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気が連通流路を介して中圧蒸気供給部とロータの外周面との隙間に吐出されることで、過熱蒸気が隙間を介して蒸気通路から漏れ出る事態を防ぐ。この結果、過熱蒸気の損失が防止されるため、中圧蒸気タービンの稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、第６の発明の蒸気タービンでは、第５の発明において、前記連通流路は、前記隙間に連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズルを含むことを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、冷却蒸気ノズルにより連通流路から隙間に吐出される冷却蒸気の流速が上昇する。この結果、冷却蒸気の温度を下げることができ、冷却効率を向上することができる。

また、第７の発明の蒸気タービンでは、第６の発明において、前記冷却蒸気ノズルは、前記ロータの回転方向に先端を向けて設けられることを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、冷却蒸気ノズルにより冷却蒸気がロータの回転方向に沿って連通流路から隙間に吐出される。この結果、ロータの回転速度と冷却蒸気の速度の差によって生じる摩擦損失を低減することができる。

また、第８の発明の蒸気タービンでは、第５〜第７のいずれか１つの発明において、前記中圧蒸気タービンは、前記中圧蒸気ノズル部における前記中圧蒸気ノズル室の前記開口にノズル部静翼が取り付けられ、かつ前記ロータの外周に前記ノズル部静翼に隣接して動翼が取り付けられており、前記冷却蒸気供給部は、前記動翼の前記ノズル部静翼側の基端部、前記ノズル部静翼の前記動翼側の先端部、の少なくとも一方に設けられる突起部を含むことを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、突起部によりノズル部静翼の先端部と動翼の基端部との間において、蒸気通路に向かう冷却蒸気に渦を生じさせる。この結果、蒸気通路の過熱蒸気と、蒸気通路に向かう冷却蒸気とが複雑に混ざって冷却蒸気の温度が上昇することを防止し、冷却効率を高めることができる。

また、第９の発明の蒸気タービンでは、第４の発明において、前記中圧蒸気供給部は、前記ロータの外周を囲む環状に形成されてその外面と前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して前記車室に取り付けられ、その内部に環状に沿って形成された中圧蒸気ノズル室と、前記中圧蒸気ノズル室から前記ロータの延在方向に向いて前記蒸気通路に連通する開口とを有し、前記中圧蒸気ノズル室に前記二次再熱器で過熱された蒸気が供給される中圧蒸気ノズル部を含み、前記中圧蒸気ノズル部は、前記中圧蒸気ノズル室の前記開口にノズル部静翼が取り付けられており、前記連通流路は、前記ノズル部静翼を貫通して前記隙間に連通して設けられることを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気が連通流路を介して中圧蒸気供給部とロータの外周面との隙間に吐出されるため、ロータを冷却することができる。しかも、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気が連通流路を介して中圧蒸気供給部とロータの外周面との隙間に吐出されることで、過熱蒸気が隙間を介して蒸気通路から漏れ出る事態を防ぐ。この結果、過熱蒸気の損失が防止されるため、中圧蒸気タービンの稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。しかも、連通流路がノズル部静翼を貫通して設けられるため、ノズル部静翼を冷却することができ、中圧蒸気タービンの高温化に対してノズル部静翼の耐久性を向上することができる。

また、第１０の発明の蒸気タービンでは、第９の発明において、前記連通流路は、前記ノズル部静翼を貫通して前記蒸気通路に開口する冷却孔を含むことを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、冷却蒸気がノズル部静翼を貫通する冷却孔を通じて蒸気通路に吐出される。この結果、ノズル部静翼を冷却することができ、中圧蒸気タービンのさらなる高温化に対してノズル部静翼の耐久性を向上することができる。

また、第１１の発明の蒸気タービンでは、第９または第１０の発明において、前記連通流路は、前記隙間に連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズルを含むことを特徴とする。

また、第１２の発明の蒸気タービンでは、第１１の発明において、前記冷却蒸気ノズルは、前記ロータの回転方向に先端を向けて設けられることを特徴とする。

また、第１３の発明の蒸気タービンでは、第４の発明において、前記中圧蒸気タービンは、前記蒸気通路をなす前記車室に、前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して蒸気通路静翼が取り付けられており、前記連通流路は、前記蒸気通路静翼を貫通して前記隙間に連通して設けられることを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、中圧蒸気タービンに供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気が連通流路を介して蒸気通路静翼とロータの外周面との隙間に吐出されるため、ロータを冷却することができる。しかも、連通流路が蒸気通路静翼を貫通して設けられるため、蒸気通路静翼を冷却することができ、中圧蒸気タービンの高温化に対して蒸気通路静翼の耐久性を向上することができる。

また、第１４の発明の蒸気タービンでは、第１３の発明において、前記連通流路は、前記蒸気通路静翼を貫通して前記蒸気通路に開口する冷却孔を含むことを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、冷却蒸気が蒸気通路静翼を貫通する冷却孔を通じて蒸気通路に吐出される。この結果、ノズル部静翼を冷却することができ、中圧蒸気タービンのさらなる高温化に対して蒸気通路静翼の耐久性を向上することができる。

また、第１５の発明の蒸気タービンでは、第１３または第１４の発明において、前記連通流路は、前記隙間に連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズルを含むことを特徴とする。

また、第１６の発明の蒸気タービンでは、第１５の発明において、前記冷却蒸気ノズルは、前記ロータの回転方向に先端を向けて設けられることを特徴とする。

また、第１７の発明の蒸気タービンでは、第９〜第１２のいずれか１つの発明において、前記中圧蒸気タービンは、前記ロータの外周に前記ノズル部静翼に隣接して動翼が取り付けられており、前記冷却蒸気供給部は、前記連通流路が貫通する前記ノズル部静翼に隣接する前記動翼の前記ノズル部静翼側の基端部、前記連通流路が貫通する前記ノズル部静翼の前記動翼側の先端部、の少なくとも一方に設けられる突起部を含むことを特徴とする。
また、第１８の発明の蒸気タービンでは、第１３〜第１６のいずれか１つの発明において、前記中圧蒸気タービンは、前記ロータの外周に前記蒸気通路静翼に隣接して動翼が取り付けられており、前記冷却蒸気供給部は、前記連通流路が貫通する前記蒸気通路静翼に隣接する前記動翼の前記蒸気通路静翼側の基端部、前記連通流路が貫通する前記蒸気通路静翼の前記動翼側の先端部、の少なくとも一方に設けられる突起部を含むことを特徴とする。

この蒸気タービンによれば、突起部により静翼の先端部と動翼の基端部との間において、蒸気通路に向かう冷却蒸気に渦を生じさせる。この結果、蒸気通路の過熱蒸気と、蒸気通路に向かう冷却蒸気とが複雑に混ざって冷却蒸気の温度が上昇することを防止し、冷却効率を高めることができる。

本発明によれば、別の動力源を必要とせず、かつコンバインドサイクルプラントにおけるサイクル効率の低下を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るコンバインドサイクルプラントの一例を示す概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係るコンバインドサイクルプラントの他の例を示す概略構成図である。図３は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図４は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図５は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図６は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図７は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図８は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図９は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１０は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１１は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１２は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１３は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１４は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１５は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。図１６は、本発明の実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係るコンバインドサイクルプラントの一例を示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係るコンバインドサイクルプラントの他の例を示す概略構成図である。図１および図２に示すコンバインドサイクルプラント１００は、ガスタービン１１０、高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０で構成され、これらガスタービン１１０、高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０は、発電機１５０と同軸上に配置されている。

ガスタービン１１０は、圧縮機１１１、燃焼器１１２、タービン１１３で構成されている。圧縮機１１１において、圧縮機入口空気１１４が昇圧され燃焼器１１２に供給される。燃焼器１１２において、供給された空気と燃料１１５により高温の燃焼ガスが生成されタービン１１３に供給される。タービン１１３を通過する燃焼ガスはタービン１１３を回転駆動した後に排ガスとなって排出される。

コンバインドサイクルプラント１００は、ガスタービン１１０におけるタービン１１３から排出される排ガスを加熱源として水から過熱蒸気を生成するボイラ（排熱回収ボイラ）１を備える。このボイラ１により生成される過熱蒸気により高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０が駆動される。そして、これらガスタービン１１０、高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０の駆動により発電機１５０で発電される。また、低圧蒸気タービン１４０に利用された蒸気は、当該低圧蒸気タービン１４０に接続された復水器１６０により復水とされ、過熱蒸気を生成するための水としてボイラ１に送られる。

ボイラ１は、ガスタービン１１０におけるタービン１１３の排気側に設けられた煙道１１３ａに接続される。ボイラ１は、排ガスの流れの下流側から、低圧節炭器１０、低圧ドラム１１、低圧蒸発器１２、中圧節炭器１３、高圧一次節炭器１４、中圧ドラム１５、中圧蒸発器１６、低圧過熱器１７、高圧二次節炭器１８、中圧過熱器１９、高圧ドラム２０、高圧蒸発器２１、高圧一次過熱器２２、一次再熱器２３、二次再熱器２４、高圧二次過熱器２５が設けられ、かつ復水ポンプ２６、中圧給水ポンプ２７、高圧給水ポンプ２８が設けられている。

このボイラ１は、低圧蒸気タービン１４０を駆動するための低圧の過熱蒸気を生成する低圧系と、中圧蒸気タービン１３０を駆動するための中圧の過熱蒸気を生成する中圧系と、高圧蒸気タービン１２０を駆動するための高圧の過熱蒸気を生成する高圧系と、を有している。低圧系は、低圧節炭器１０、低圧ドラム１１、低圧蒸発器１２、低圧過熱器１７、復水ポンプ２６で構成される。中圧系は、中圧節炭器１３、中圧ドラム１５、中圧蒸発器１６、中圧過熱器１９、一次再熱器２３、二次再熱器２４、中圧給水ポンプ２７で構成される。高圧系は、高圧一次節炭器１４、高圧二次節炭器１８、高圧ドラム２０、高圧蒸発器２１、高圧一次過熱器２２、高圧二次過熱器２５、高圧給水ポンプ２８で構成される。

低圧系において、低圧節炭器１０は、接続ライン３０で復水器１６０と接続されている。この接続ライン３０に復水ポンプ２６が設けられる。また、低圧節炭器１０は、３つに分岐する接続ライン３１のうちの低圧分岐ライン３１ａで低圧ドラム１１と接続される。低圧ドラム１１は、低圧蒸発器１２に接続される。さらに、低圧ドラム１１は、接続ライン３２で低圧過熱器１７に接続される。低圧過熱器１７は、接続ライン３３で低圧蒸気タービン１４０の入口側に接続される。低圧蒸気タービン１４０の出口側は、接続ライン３４で復水器１６０に接続される。

すなわち、低圧系は、復水器１６０の水（復水）が復水ポンプ２６により接続ライン３０を経て低圧節炭器１０に流入して加熱され、接続ライン３１の低圧分岐ライン３１ａを経て低圧ドラム１１に流れ込む。低圧ドラム１１に供給された水は、低圧蒸発器１２で蒸発して飽和蒸気となって低圧ドラム１１に戻され、接続ライン３２を経て低圧過熱器１７に送出される。低圧過熱器１７にて飽和蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン３３を経て低圧蒸気タービン１４０に供給される。低圧蒸気タービン１４０を駆動して排出された蒸気は、接続ライン３４を経て復水器１６０に導かれて水（復水）となり、復水ポンプ２６により接続ライン３０を経て低圧節炭器１０に送り出される。

中圧系において、中圧節炭器１３は、低圧節炭器１０に対して３つに分岐する接続ライン３１のうちの中圧分岐ライン３１ｂで接続される。この中圧分岐ライン３１ｂに中圧給水ポンプ２７が設けられる。また、中圧節炭器１３は、接続ライン３５で中圧ドラム１５に接続される。この接続ライン３５は、途中に流量調整弁３６が設けられる。中圧ドラム１５は、中圧蒸発器１６に接続される。また、中圧ドラム１５は、接続ライン３７で中圧過熱器１９に接続される。中圧過熱器１９は、接続ライン３８で一次再熱器２３の入口側に接続される。また、中圧系において、一次再熱器２３は、接続ライン４０で高圧蒸気タービン１２０の出口側に接続される。また、一次再熱器２３は、接続ライン４１で二次再熱器２４に接続される。そして、二次再熱器２４は、接続ライン４２で中圧蒸気タービン１３０の入口側に接続される。中圧蒸気タービン１３０の出口側は、接続ライン３９で低圧蒸気タービン１４０の入口側に接続される。

すなわち、中圧系は、低圧節炭器１０で加熱された水が中圧給水ポンプ２７により接続ライン３１の中圧分岐ライン３１ｂを経て中圧節炭器１３に流入してさらに加熱され、接続ライン３５を経て中圧ドラム１５に流れ込む。中圧ドラム１５に供給された水は、中圧蒸発器１６で蒸発して飽和蒸気となって中圧ドラム１５に戻され、接続ライン３７を経て中圧過熱器１９に送出される。中圧過熱器１９にて飽和蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン３８を経て一次再熱器２３に供給される。また、中圧系では、高圧蒸気タービン１２０を駆動して排出された蒸気は、接続ライン４０を経て一次再熱器２３に送出される。一次再熱器２３にて蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４１を経て二次再熱器２４に送出される。二次再熱器２４にて蒸気がさらに過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４２を経て中圧蒸気タービン１３０に供給される。なお、中圧蒸気タービン１３０を駆動して排出された蒸気は、接続ライン３９を経て低圧蒸気タービン１４０に供給される。

なお、一次再熱器２３および二次再熱器２４は、蒸気を過熱するものであることから、過熱器と同様の機能を有し、本実施形態において過熱器に含まれる。つまり、一次再熱器２３を第一過熱器ともいい、二次再熱器２４を第二過熱器ともいう。

高圧系において、高圧一次節炭器１４は、低圧節炭器１０に対して３つに分岐する接続ライン３１のうちの高圧分岐ライン３１ｃで接続される。この高圧分岐ライン３１ｃに高圧給水ポンプ２８が設けられる。また、高圧一次節炭器１４は、接続ライン４３で高圧二次節炭器１８に接続される。高圧二次節炭器１８は、接続ライン４４で高圧ドラム２０に接続される。この接続ライン４４は、途中に流量調整弁４５が設けられる。高圧ドラム２０は、高圧蒸発器２１に接続される。また、高圧ドラム２０は、接続ライン４６で高圧一次過熱器２２に接続される。高圧一次過熱器２２は、接続ライン４７で高圧二次過熱器２５に接続される。高圧二次過熱器２５は、接続ライン４８で高圧蒸気タービン１２０の入口側に接続される。高圧蒸気タービン１２０の出口側は、上述したように接続ライン４０で中圧系の一次再熱器２３に接続される。

すなわち、高圧系は、低圧節炭器１０で加熱された水が高圧給水ポンプ２８により接続ライン３１の高圧分岐ライン３１ｃを経て高圧一次節炭器１４に流入してさらに加熱され、さらに接続ライン４３を経て高圧二次節炭器１８に流入してさらに加熱されて接続ライン４４を経て高圧ドラム２０に流れ込む。高圧ドラム２０に供給された水は、高圧蒸発器２１で蒸発して飽和蒸気となって高圧ドラム２０に戻され、接続ライン４６を経て高圧一次過熱器２２に送出される。高圧一次過熱器２２にて飽和蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４７を経て高圧二次過熱器２５に送出される。高圧二次過熱器２５にて過熱蒸気がさらに過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４８を経て高圧蒸気タービン１２０に供給される。

このようなコンバインドサイクルプラント１００において、本実施形態の蒸気タービンは、中圧蒸気タービン１３０の内部を冷却する冷却蒸気供給部５１を備える。冷却蒸気供給部５１は、図１および図２に示すように、中圧蒸発器１６の出口から中圧過熱器１９および一次再熱器２３を経て二次再熱器２４の内部までの間と、中圧蒸気タービン１３０の内部とを連通する接続ライン５１Ａを含む。具体的に、接続ライン５１Ａは、中圧ドラム１５と中圧過熱器１９とを接続する接続ライン３７、中圧過熱器１９の内部、中圧過熱器１９と一次再熱器２３とを接続する接続ライン３８（および接続ライン４０の一部）、一次再熱器２３の内部、一次再熱器２３と二次再熱器２４とを接続する接続ライン４１、二次再熱器２４の内部、の少なくとも一部と、中圧蒸気タービン１３０の内部と、を連通する。

上述したように、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気は、二次再熱器２４から接続ライン４２を経るが、接続ライン４２を経る過程で圧力が低下する。従って、中圧蒸発器１６の出口から中圧過熱器１９および一次再熱器２３を経て二次再熱器２４の内部までの間の蒸気は、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温である。従って、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気を中圧蒸気タービン１３０の内部に供給することが可能である。

このように、本実施形態の蒸気タービンによれば、中圧蒸発器１６の出口から中圧過熱器１９および一次再熱器２３を経て二次再熱器２４の内部までの間と、中圧蒸気タービン１３０の内部とを連通する接続ライン５１Ａを含む冷却蒸気供給部５１を備えることで、コンバインドサイクルプラント１００内において、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気よりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気を、中圧蒸気タービン１３０の内部に供給することができる。この結果、別の動力源を必要とせず、中圧蒸気タービン１３０の内部のロータなどの高温部を冷却することができる。また、コンバインドサイクルプラント１００内の発生蒸気を用い、中圧蒸気タービン１３０の内部の流体を用いて冷却しないため、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率の低下を防ぎ、その結果サイクル効率の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態の蒸気タービンでは、図１に示すように、接続ライン５１Ａは、中圧過熱器１９の出口から一次再熱器２３の入口までの間の接続ライン３８（および接続ライン４０の一部）と、中圧蒸気タービン１３０の内部と、を連通することが好ましい。

中圧過熱器１９の出口から一次再熱器２３の入口までの間の接続ライン３８（および接続ライン４０の一部）から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気を供給すると、一次再熱器２３および二次再熱器２４へ供給する蒸気が減るため、一次再熱器２３および二次再熱器２４での過熱効率が向上し中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気の温度が上昇する。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、中圧過熱器１９の出口から一次再熱器２３の入口までの間の接続ライン３８（および接続ライン４０の一部）から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気を供給すると、中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気の温度を一定とする場合に、中圧蒸発器１６から得る蒸気量を増すことができるため、中圧蒸気タービン１３０への過熱蒸気の供給量を増加できる。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、本実施形態の蒸気タービンでは、図２に示すように、接続ライン５１Ａは、一次再熱器２３の出口から二次再熱器２４の入口までの間の接続ライン４１と、中圧蒸気タービン１３０の内部と、を連通することが好ましい。

一次再熱器２３の出口から二次再熱器２４の入口までの間の接続ライン４１から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気を供給すると、二次再熱器２４へ供給する蒸気が減るため、二次再熱器２４での過熱効率が向上し中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気の温度が上昇する。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

また、一次再熱器２３の出口から二次再熱器２４の入口までの間の接続ライン４１から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気を供給すると、中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気の温度を一定とする場合に、中圧蒸発器１６から得る蒸気量を増すことができるため、中圧蒸気タービン１３０への過熱蒸気の供給量を増加できる。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

図３〜図１６は、本実施形態に係る冷却蒸気供給部の一例を示す概略構成図である。

中圧蒸気タービン１３０は、ロータ１３１と、車室１３２と、蒸気通路１３３と、中圧蒸気供給部１３４と、を含む。ロータ１３１は、自身の回転の軸心Ｓに沿って延在して設けられている。車室１３２は、ロータ１３１を格納し、かつロータ１３１を軸心Ｓ廻りに回転可能に支持する。蒸気通路１３３は、ロータ１３１の延在方向に沿ってロータ１３１と車室１３２との間に設けられた環状の空間である。中圧蒸気供給部１３４は、車室１３２の外部から車室１３２を貫通して蒸気通路１３３に至り連通して設けられ、接続ライン４２が接続されて二次再熱器２４で過熱された蒸気が供給されることで、当該蒸気を蒸気通路１３３に供給する。

中圧蒸気供給部１３４は、中圧蒸気ノズル部１３４Ａを含む。中圧蒸気ノズル部１３４Ａは、ロータ１３１の外周を囲んで環状に形成されてその外面とロータ１３１の外周面との間に蒸気通路１３３に連通する隙間１３５Ａを有して車室１３２に取り付けられている。そして、中圧蒸気ノズル部１３４Ａは、その内部に環状に沿って形成された中圧蒸気ノズル室１３４Ａａと、中圧蒸気ノズル室１３４Ａａからロータ１３１の延在方向に向いて蒸気通路１３３に通じる開口１３４Ａｂとを有する。中圧蒸気ノズル部１３４Ａは、接続ライン４２が接続され、中圧蒸気ノズル室１３４Ａａに二次再熱器２４で過熱された蒸気が供給され、開口１３４Ａｂから蒸気通路１３３に吐出される。

また、中圧蒸気供給部１３４は、中圧蒸気ノズル部１３４Ａにおける中圧蒸気ノズル室１３４Ａａの開口１３４Ａｂにノズル部静翼１３６Ａが環状に沿って複数取り付けられている。ノズル部静翼１３６Ａは、ロータ１３１側が先端部であり車室１３２側が基端部となる。また、蒸気通路１３３内において、車室１３２に蒸気通路静翼１３６Ｂが環状に沿って複数取り付けられている。蒸気通路静翼１３６Ｂは、ロータ１３１の延在方向に沿って複数段設けられている。蒸気通路静翼１３６Ｂは、ロータ１３１側が先端部であって環状部材１３６Ｂａが取り付けられており、環状部材１３６Ｂａとロータ１３１の外周面との間に隙間１３５Ｂを有し、車室１３２に取り付けられた側が基端部となる。また、蒸気通路１３３内において、ロータ１３１の外周に静翼１３６Ａ，１３６Ｂに隣接して動翼１３７が環状に沿って複数取り付けられている。動翼１３７は、ロータ１３１の延在方向に沿って複数段設けられている。動翼１３７は、ロータ１３１に取り付けられた側が基端部であってロータ１３１との間に環状部材１３７ａが取り付けられており、車室１３２に向く側が先端部となる。

従って、中圧蒸気タービン１３０は、中圧蒸気ノズル室１３４Ａａに二次再熱器２４で過熱された蒸気が供給され、開口１３４Ａｂから蒸気通路１３３に吐出され、静翼１３６Ａ，１３６Ｂおよび動翼１３７によりロータ１３１が回転する。

このような構成の中圧蒸気タービン１３０に対し、本実施形態の蒸気タービンでは、図３〜図１６に示すように、冷却蒸気供給部５１は、接続ライン５１Ａに接続されて、中圧蒸気供給部１３４とは別に車室１３２の外部から車室１３２を貫通して蒸気通路１３３に至り連通する連通流路５１Ｂを含む。

図３に示す冷却蒸気供給部５１では、連通流路５１Ｂは、中圧蒸気ノズル部１３４Ａにおける中圧蒸気ノズル室１３４Ａａの開口１３４Ａｂと反対側で、車室１３２を貫通し、隙間１３５Ａに連通してロータ１３１の外周面に向けて開口して設けられる。連通流路５１Ｂは、中圧蒸気ノズル部１３４Ａの周方向（ロータ１３１の回転方向）に沿って複数設けられていてもよく、単一で設けられていてもよい。連通流路５１Ｂが複数の場合は、接続ライン５１Ａが複数に分岐して各連通流路５１Ｂに接続される。

従って、図３に示すように、接続ライン５１Ａを介して供給される冷却蒸気Ｃは、連通流路５１Ｂを介して中圧蒸気供給部１３４とロータ１３１の外周面との隙間１３５Ａであってロータ１３１の外周面に向けて吐出され、隙間１３５Ａを介してロータ１３１の延在方向に沿って流動して蒸気通路１３３に至り、ノズル部静翼１３６Ａと動翼１３７との間にて中圧蒸気供給部１３４を介して蒸気通路１３３に供給される過熱蒸気Ｇと合流する。

この図３に示す冷却蒸気供給部５１によれば、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃが連通流路５１Ｂを介して中圧蒸気供給部１３４とロータ１３１の外周面との隙間１３５Ａに吐出されるため、ロータ１３１を冷却することができる。しかも、図３に示す冷却蒸気供給部５１によれば、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃが連通流路５１Ｂを介して中圧蒸気供給部１３４とロータ１３１の外周面との隙間１３５Ａに吐出されることで、過熱蒸気Ｇが隙間１３５Ａを介して蒸気通路１３３から漏れ出る事態を防ぐ。この結果、過熱蒸気Ｇの損失が防止されるため、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。

図４に示す冷却蒸気供給部５１では、図３に示す連通流路５１Ｂは、隙間１３５Ａに連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズル５１Ｃを含むことが好ましい。冷却蒸気ノズル５１Ｃは、図５に示すように、連通流路５１Ｂにおける隙間１３５Ａに連通する開口を狭めるもので、これにより連通流路５１Ｂから隙間１３５Ａに吐出される冷却蒸気Ｃの流速が上昇する。この結果、冷却蒸気Ｃの温度を下げることができ、冷却効率を向上することができる。

また、図５に示すように、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、ロータ１３１の回転方向Ｒに先端５１Ｃａを向けて設けられていることが好ましい。これにより冷却蒸気Ｃがロータ１３１の回転方向Ｒに沿って連通流路５１Ｂから隙間１３５Ａに吐出される。この結果、ロータ１３１の回転速度と冷却蒸気Ｃの速度の差によって生じる摩擦損失を低減することができる。

なお、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、図４および図５に示すように連通流路５１Ｂと別部材の板材である構成に限らず、連通流路５１Ｂの開口自体が窄まって形成されていてもよい。

図６に示す冷却蒸気供給部５１では、図３に示す連通流路５１Ｂが貫通する隙間１３５Ａが蒸気通路１３３に至る部分であって、ノズル部静翼１３６Ａに隣接する動翼１３７のノズル部静翼１３６Ａ側の基端部の環状部材１３７ａに設けられる突起部５１Ｅａを含むことが好ましい。また、図６に示す冷却蒸気供給部５１では、図３に示す連通流路５１Ｂが貫通する隙間１３５Ａが蒸気通路１３３に至る部分であって、ノズル部静翼１３６Ａの先端部であり動翼１３７の基端部の環状部材１３７ａに対向する中圧蒸気ノズル部１３４Ａの一部に設けられる突起部５１Ｅｂを含むことが好ましい。

突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、中圧蒸気タービン１３０の周方向（ロータ１３１の回転方向）に沿って連続して設けられていることが好ましい。

これにより突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、ノズル部静翼１３６Ａが設けられた中圧蒸気ノズル部１３４Ａにおける中圧蒸気ノズル室１３４Ａａの開口１３４Ａｂと、動翼１３７の基端部の環状部材１３７ａとの間において、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃに渦を生じさせる。この結果、蒸気通路１３３の過熱蒸気Ｇと、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃとが複雑に混ざって冷却蒸気Ｃの温度が上昇することを防止し、冷却効率を高めることができる。

なお、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、いずれか一方を設ける構成であってもよいが、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂの双方を設けることが好ましい。突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂの双方を設ける場合、突起部５１Ｅａをロータ１３１に近い位置に設け、突起部５１Ｅｂをロータ１３１から遠い位置に設けることが好ましい。これによりノズル部静翼１３６Ａに貫通する連通流路５１Ｂからロータ１３１の外周面に向けて吐出された冷却蒸気Ｃに対し最初に突起部５１Ｅａにより渦を生じさせ、次に突起部５１Ｅｂにより渦を生じさせる。この結果、蒸気通路１３３の過熱蒸気Ｇと、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃとが複雑に混ざることを防止する効果を顕著に得ることができる。また、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、冷却蒸気ノズル５１Ｃと共に設けられてもよい。

図７に示す冷却蒸気供給部５１では、連通流路５１Ｂは、車室１３２、中圧蒸気ノズル部１３４Ａにおける中圧蒸気ノズル室１３４Ａａの開口１３４Ａｂ、およびノズル部静翼１３６Ａを貫通し、隙間１３５Ａに連通してロータ１３１の外周面に向けて開口して設けられる。連通流路５１Ｂは、中圧蒸気ノズル部１３４Ａの周方向（ロータ１３１の回転方向）に沿って複数設けられていてもよく、単一で設けられていてもよい。連通流路５１Ｂが複数の場合は、接続ライン５１Ａが複数に分岐して各連通流路５１Ｂに接続される。

従って、図７に示すように、接続ライン５１Ａを介して供給される冷却蒸気Ｃは、連通流路５１Ｂを介して中圧蒸気供給部１３４とロータ１３１の外周面との隙間１３５Ａであってロータ１３１の外周面に向けて吐出され、隙間１３５Ａを介してロータ１３１の延在方向に沿って流動して蒸気通路１３３に至り、ノズル部静翼１３６Ａと動翼１３７との間にて蒸気通路１３３に供給される過熱蒸気Ｇと合流する。

この図７に示す冷却蒸気供給部５１によれば、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃが連通流路５１Ｂを介して中圧蒸気供給部１３４とロータ１３１の外周面との隙間１３５Ａに吐出されるため、ロータ１３１を冷却することができる。しかも、図７に示す冷却蒸気供給部５１によれば、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃが連通流路５１Ｂを介して中圧蒸気供給部１３４とロータ１３１の外周面との隙間１３５Ａに吐出されることで、過熱蒸気Ｇが隙間１３５Ａを介して蒸気通路１３３から漏れ出る事態を防ぐ。この結果、過熱蒸気Ｇの損失が防止されるため、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。しかも、図７に示す冷却蒸気供給部５１によれば、連通流路５１Ｂがノズル部静翼１３６Ａを貫通して設けられるため、ノズル部静翼１３６Ａを冷却することができ、中圧蒸気タービン１３０の高温化に対してノズル部静翼１３６Ａの耐久性を向上することができる。

図８に示す冷却蒸気供給部５１では、図７に示す連通流路５１Ｂは、ノズル部静翼１３６Ａを貫通して蒸気通路１３３に開口する冷却孔５１Ｄを含む。これにより冷却蒸気Ｃがノズル部静翼１３６Ａを貫通する冷却孔５１Ｄを通じて蒸気通路１３３に吐出される。この結果、ノズル部静翼１３６Ａを冷却することができ、中圧蒸気タービン１３０のさらなる高温化に対してノズル部静翼１３６Ａの耐久性を向上することができる。

図９に示す冷却蒸気供給部５１では、図７に示す連通流路５１Ｂは、隙間１３５Ａに連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズル５１Ｃを含むことが好ましい。冷却蒸気ノズル５１Ｃは、図１０に示すように、連通流路５１Ｂにおける隙間１３５Ａに連通する開口を狭めるもので、これにより連通流路５１Ｂから隙間１３５Ａに吐出される冷却蒸気Ｃの流速が上昇する。この結果、冷却蒸気Ｃの温度を下げることができ、冷却効率を向上することができる。

また、図１０に示すように、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、ロータ１３１の回転方向Ｒに先端５１Ｃａを向けて設けられていることが好ましい。これにより冷却蒸気Ｃがロータ１３１の回転方向Ｒに沿って連通流路５１Ｂから隙間１３５Ａに吐出される。この結果、ロータ１３１の回転速度と冷却蒸気Ｃの速度の差によって生じる摩擦損失を低減することができる。

なお、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、図９および図１０に示すように連通流路５１Ｂと別部材の板材である構成に限らず、連通流路５１Ｂの開口自体が窄まって形成されていてもよい。また、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、冷却孔５１Ｄと共に設けられてもよい。

図１１に示す冷却蒸気供給部５１では、図７に示す連通流路５１Ｂが貫通するノズル部静翼１３６Ａに隣接する動翼１３７のノズル部静翼１３６Ａ側の基端部の環状部材１３７ａに設けられる突起部５１Ｅａを含むことが好ましい。また、図１１に示す冷却蒸気供給部５１では、図７に示す連通流路５１Ｂが貫通するノズル部静翼１３６Ａの先端部であり動翼１３７の基端部の環状部材１３７ａに対向する中圧蒸気ノズル部１３４Ａの一部に設けられる突起部５１Ｅｂを含むことが好ましい。

なお、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、いずれか一方を設ける構成であってもよいが、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂの双方を設けることが好ましい。突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂの双方を設ける場合、突起部５１Ｅａをロータ１３１に近い位置に設け、突起部５１Ｅｂをロータ１３１から遠い位置に設けることが好ましい。これによりノズル部静翼１３６Ａに貫通する連通流路５１Ｂからロータ１３１の外周面に向けて吐出された冷却蒸気Ｃに対し最初に突起部５１Ｅａにより渦を生じさせ、次に突起部５１Ｅｂにより渦を生じさせる。この結果、蒸気通路１３３の過熱蒸気Ｇと、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃとが複雑に混ざることを防止する効果を顕著に得ることができる。また、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、冷却蒸気ノズル５１Ｃや冷却孔５１Ｄと共に設けられてもよい。

図１２に示す冷却蒸気供給部５１では、連通流路５１Ｂは、車室１３２、蒸気通路静翼１３６Ｂおよび蒸気通路静翼１３６Ｂの先端部の環状部材１３６Ｂａを貫通し、隙間１３５Ｂに連通してロータ１３１の外周面に向けて開口して設けられる。連通流路５１Ｂは、中圧蒸気ノズル部１３４Ａの周方向（ロータ１３１の回転方向）に沿って複数設けられていてもよく、単一で設けられていてもよい。連通流路５１Ｂが複数の場合は、接続ライン５１Ａが複数に分岐して各連通流路５１Ｂに接続される。

従って、図１２に示すように、接続ライン５１Ａを介して供給される冷却蒸気Ｃは、連通流路５１Ｂを介して蒸気通路静翼１３６Ｂの環状部材１３６Ｂａとロータ１３１の外周面との隙間１３５Ｂであってロータ１３１の外周面に向けて吐出され、隙間１３５Ｂを介してロータ１３１の延在方向に沿って流動して蒸気通路１３３に至り、蒸気通路静翼１３６Ｂと動翼１３７との間にて蒸気通路１３３に供給される過熱蒸気Ｇと合流する。

この図１２に示す冷却蒸気供給部５１によれば、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃが連通流路５１Ｂを介して蒸気通路静翼１３６Ｂの環状部材１３６Ｂａとロータ１３１の外周面との隙間１３５Ｂに吐出されるため、ロータ１３１を冷却することができる。しかも、図１２に示す冷却蒸気供給部５１によれば、連通流路５１Ｂが蒸気通路静翼１３６Ｂを貫通して設けられるため、蒸気通路静翼１３６Ｂを冷却することができ、中圧蒸気タービン１３０の高温化に対して蒸気通路静翼１３６Ｂの耐久性を向上することができる。

図１３に示す冷却蒸気供給部５１では、図１２に示す連通流路５１Ｂは、蒸気通路静翼１３６Ｂを貫通して蒸気通路１３３に開口する冷却孔５１Ｄを含む。これにより冷却蒸気Ｃが蒸気通路静翼１３６Ｂを貫通する冷却孔５１Ｄを通じて蒸気通路１３３に吐出される。この結果、ノズル部静翼１３６Ａを冷却することができ、中圧蒸気タービン１３０のさらなる高温化に対して蒸気通路静翼１３６Ｂの耐久性を向上することができる。

図１４に示す冷却蒸気供給部５１では、図１２に示す連通流路５１Ｂは、隙間１３５Ｂに連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズル５１Ｃを含むことが好ましい。冷却蒸気ノズル５１Ｃは、図１５に示すように、連通流路５１Ｂにおける隙間１３５Ｂに連通する開口を狭めるもので、これにより連通流路５１Ｂから隙間１３５Ｂに吐出される冷却蒸気Ｃの流速が上昇する。この結果、冷却蒸気Ｃの温度を下げることができ、冷却効率を向上することができる。

また、図１５に示すように、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、ロータ１３１の回転方向Ｒに先端５１Ｃａを向けて設けられていることが好ましい。これにより冷却蒸気Ｃがロータ１３１の回転方向Ｒに沿って連通流路５１Ｂから隙間１３５Ｂに吐出される。この結果、ロータ１３１の回転速度と冷却蒸気Ｃの速度の差によって生じる摩擦損失を低減することができる。

なお、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、図１４および図１５に示すように連通流路５１Ｂと別部材の板材である構成に限らず、連通流路５１Ｂの開口自体が窄まって形成されていてもよい。また、冷却蒸気ノズル５１Ｃは、冷却孔５１Ｄと共に設けられてもよい。

図１６に示す冷却蒸気供給部５１では、図１２に示す連通流路５１Ｂが貫通する蒸気通路静翼１３６Ｂに隣接する動翼１３７の蒸気通路静翼１３６Ｂ側の基端部の環状部材１３７ａに設けられる突起部５１Ｅａを含むことが好ましい。また、図１６に示す冷却蒸気供給部５１では、図１２に示す連通流路５１Ｂが貫通する蒸気通路静翼１３６Ｂの先端部であり動翼１３７の基端部の環状部材１３７ａに対向する環状部材１３６Ｂａに設けられる突起部５１Ｅｂを含むことが好ましい。

これにより突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、蒸気通路静翼１３６Ｂの先端部の環状部材１３６Ｂａと、動翼１３７の基端部の環状部材１３７ａとの間において、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃに渦を生じさせる。この結果、蒸気通路１３３の過熱蒸気Ｇと、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃとが複雑に混ざって冷却蒸気Ｃの温度が上昇することを防止し、冷却効率を高めることができる。

なお、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、いずれか一方を設ける構成であってもよいが、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂの双方を設けることが好ましい。突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂの双方を設ける場合、突起部５１Ｅａをロータ１３１に近い位置に設け、突起部５１Ｅｂをロータ１３１から遠い位置に設けることが好ましい。これにより蒸気通路静翼１３６Ｂに貫通する連通流路５１Ｂからロータ１３１の外周面に向けて吐出された冷却蒸気Ｃに対し最初に突起部５１Ｅａにより渦を生じさせ、次に突起部５１Ｅｂにより渦を生じさせる。この結果、蒸気通路１３３の過熱蒸気Ｇと、蒸気通路１３３に向かう冷却蒸気Ｃとが複雑に混ざることを防止する効果を顕著に得ることができる。また、突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、冷却蒸気ノズル５１Ｃや冷却孔５１Ｄと共に設けられてもよい。なお、図１６に示す突起部５１Ｅａ，５１Ｅｂは、蒸気通路静翼１３６Ｂの先端部の環状部材１３６Ｂａと、動翼１３７の基端部の環状部材１３７ａとの間において、過熱蒸気Ｇの流れの下流側に設けられているが、過熱蒸気Ｇの流れの上流側に設けてもよい。

なお、図１２〜図１６に示す中圧蒸気タービン１３０は、高圧蒸気タービン１２０と一体とされる構成を含む。この場合、隙間１３５Ａに、高圧蒸気タービン１２０の駆動に用いられて過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の蒸気が供給される。このため、隙間１３５Ａにおいてロータ１３１が冷却され、しかも当該隙間１３５Ａから過熱蒸気Ｇが漏れ出ることが防止される。そして、この構成においては、蒸気通路静翼１３６Ｂに貫通する連通流路５１Ｂからロータ１３１の外周面に向けて隙間１３５Ｂに冷却蒸気Ｃを吐出させ、隙間１３５Ｂ周辺でロータ１３１を冷却する。

１ボイラ
１０低圧節炭器
１１低圧ドラム
１２低圧蒸発器
１３中圧節炭器
１４高圧一次節炭器
１５中圧ドラム
１６中圧蒸発器
１７低圧過熱器
１８高圧二次節炭器
１９中圧過熱器
２０高圧ドラム
２１高圧蒸発器
２２高圧一次過熱器
２３一次再熱器
２４二次再熱器
２５高圧二次過熱器
２６復水ポンプ
２７中圧給水ポンプ
２８高圧給水ポンプ
３０接続ライン
３１接続ライン
３１ａ低圧分岐ライン
３１ｂ中圧分岐ライン
３１ｃ高圧分岐ライン
３２接続ライン
３３接続ライン
３４接続ライン
３５接続ライン
３６流量調整弁
３７接続ライン
３８接続ライン
３９接続ライン
４０接続ライン
４１接続ライン
４２接続ライン
４３接続ライン
４４接続ライン
４５流量調整弁
４６接続ライン
４７接続ライン
４８接続ライン
４９接続ライン
５１冷却蒸気供給部
５１Ａ接続ライン
５１Ｂ連通流路
５１Ｃ冷却蒸気ノズル
５１Ｃａ先端
５１Ｄ冷却孔
５１Ｅａ突起部
５１Ｅｂ突起部
１００コンバインドサイクルプラント
１１０ガスタービン
１１１圧縮機
１１２燃焼器
１１３タービン
１１３ａ煙道
１１４圧縮機入口空気
１１５燃料
１２０高圧蒸気タービン
１３０中圧蒸気タービン
１３１ロータ
１３２車室
１３３蒸気通路
１３４中圧蒸気供給部
１３４Ａ中圧蒸気ノズル部
１３４Ａａ中圧蒸気ノズル室
１３４Ａｂ開口
１３５Ａ隙間
１３５Ｂ隙間
１３６Ａノズル部静翼
１３６Ｂ蒸気通路静翼
１３６Ｂａ環状部材
１３７動翼
１３７ａ環状部材
１４０低圧蒸気タービン
１５０発電機
１６０復水器
Ｃ冷却蒸気
Ｇ過熱蒸気
Ｒ回転方向
Ｓ軸心

Claims

ガスタービンと、
前記ガスタービンから排出される排ガスを加熱源とするボイラと、
前記ボイラで発生した高圧蒸気により駆動する高圧蒸気タービンと、
前記ボイラで発生した中圧蒸気により駆動する中圧蒸気タービンと、
前記ボイラで発生した低圧蒸気および前記中圧蒸気タービンを経た蒸気により駆動する低圧蒸気タービンと、
前記低圧蒸気タービンを経た蒸気を復水にする復水器と、
前記復水器からの前記復水を前記ボイラに供給する復水ポンプと、
を備えるコンバインドサイクルプラントに係り、
前記ボイラは、前記復水器からの前記復水から蒸気を発生する中圧蒸発器と、前記中圧蒸発器で発生した蒸気を過熱する中圧過熱器と、前記中圧過熱器で過熱された蒸気を再過熱する一次再熱器と、前記一次再熱器で過熱された蒸気をさらに再過熱する二次再熱器と、を含み、前記二次再熱器で過熱された蒸気が前記中圧蒸気タービンの駆動に供給され、
前記中圧蒸発器の出口から前記中圧過熱器および前記一次再熱器を経て前記二次再熱器内までの間と、前記中圧蒸気タービンの内部とを連通する接続ラインを含む冷却蒸気供給部を備えることを特徴とする蒸気タービン。
前記接続ラインは、前記中圧過熱器の出口から前記一次再熱器の入口までの間と、前記中圧蒸気タービンの内部とを連通することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
前記接続ラインは、前記一次再熱器の出口から前記二次再熱器の入口までの間と、前記中圧蒸気タービンの内部とを連通することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気タービンは、
自身の回転の軸心に沿って延在するロータと、
前記ロータを格納する車室と、
前記ロータの延在方向に沿って前記ロータと前記車室との間に設けられた蒸気通路と、
前記車室の外部から前記車室を貫通して前記蒸気通路に至り連通して設けられ前記二次再熱器で過熱された蒸気が供給される中圧蒸気供給部と、
を含み、
前記冷却蒸気供給部は、
前記接続ラインに接続されて前記中圧蒸気供給部とは別に前記車室の外部から前記車室を貫通して前記蒸気通路に至り連通する連通流路を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気供給部は、
前記ロータの外周を囲む環状に形成されてその外面と前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して前記車室に取り付けられ、その内部に環状に沿って形成された中圧蒸気ノズル室と、前記中圧蒸気ノズル室から前記ロータの延在方向に向いて前記蒸気通路に連通する開口とを有し、前記中圧蒸気ノズル室に前記二次再熱器で過熱された蒸気が供給される中圧蒸気ノズル部を含み、
前記連通流路は、
前記中圧蒸気ノズル部における前記中圧蒸気ノズル室の前記開口と反対側で前記隙間に連通して設けられることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
前記連通流路は、前記隙間に連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズルを含むことを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービン。
前記冷却蒸気ノズルは、前記ロータの回転方向に先端を向けて設けられることを特徴とする請求項６に記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気タービンは、
前記中圧蒸気ノズル部における前記中圧蒸気ノズル室の前記開口にノズル部静翼が取り付けられ、かつ前記ロータの外周に前記ノズル部静翼に隣接して動翼が取り付けられており、
前記冷却蒸気供給部は、
前記動翼の前記ノズル部静翼側の基端部、前記ノズル部静翼の前記動翼側の先端部、の少なくとも一方に設けられる突起部を含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気供給部は、
前記ロータの外周を囲む環状に形成されてその外面と前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して前記車室に取り付けられ、その内部に環状に沿って形成された中圧蒸気ノズル室と、前記中圧蒸気ノズル室から前記ロータの延在方向に向いて前記蒸気通路に連通する開口とを有し、前記中圧蒸気ノズル室に前記二次再熱器で過熱された蒸気が供給される中圧蒸気ノズル部を含み、
前記中圧蒸気ノズル部は、前記中圧蒸気ノズル室の前記開口にノズル部静翼が取り付けられており、
前記連通流路は、
前記ノズル部静翼を貫通して前記隙間に連通して設けられることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
前記連通流路は、前記ノズル部静翼を貫通して前記蒸気通路に開口する冷却孔を含むことを特徴とする請求項９に記載の蒸気タービン。
前記連通流路は、前記隙間に連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズルを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の蒸気タービン。
前記冷却蒸気ノズルは、前記ロータの回転方向に先端を向けて設けられることを特徴とする請求項１１に記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気タービンは、
前記蒸気通路をなす前記車室に、前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して蒸気通路静翼が取り付けられており、
前記連通流路は、
前記蒸気通路静翼を貫通して前記隙間に連通して設けられることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
前記連通流路は、前記蒸気通路静翼を貫通して前記蒸気通路に開口する冷却孔を含むことを特徴とする請求項１３に記載の蒸気タービン。
前記連通流路は、前記隙間に連通する開口に設けられる冷却蒸気ノズルを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の蒸気タービン。
前記冷却蒸気ノズルは、前記ロータの回転方向に先端を向けて設けられることを特徴とする請求項１５に記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気タービンは、
前記ロータの外周に前記ノズル部静翼に隣接して動翼が取り付けられており、
前記冷却蒸気供給部は、
前記連通流路が貫通する前記ノズル部静翼に隣接する前記動翼の前記ノズル部静翼側の基端部、前記連通流路が貫通する前記ノズル部静翼の前記動翼側の先端部、の少なくとも一方に設けられる突起部を含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
前記中圧蒸気タービンは、
前記ロータの外周に前記蒸気通路静翼に隣接して動翼が取り付けられており、
前記冷却蒸気供給部は、
前記連通流路が貫通する前記蒸気通路静翼に隣接する前記動翼の前記蒸気通路静翼側の基端部、前記連通流路が貫通する前記蒸気通路静翼の前記動翼側の先端部、の少なくとも一方に設けられる突起部を含むことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の蒸気タービン。