JP6415310B2

JP6415310B2 - グランドシール蒸気給排気ユニット、蒸気タービン及び方法

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Publication number: JP6415310B2
Application number: JP2014263026A
Authority: JP
Inventors: 赤星　正成; 正成赤星
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: JP2016121643A

Description

本発明は、グランドシール蒸気給排気ユニット、蒸気タービン、スケール除去方法及び蒸気流通経路メンテナンス方法に関する。

地熱発電システムの方式として、蒸気発電方式とバイナリー発電方式とが知られている。蒸気発電方式は、生産井から得られた蒸気を直接的にタービンに供給して発電する方式である。蒸気発電方式の地熱発電システムは、冷却水を用いてタービンから排出された蒸気を凝縮して温水（凝縮水）にする復水器と、空気等を用いて復水器から供給された温水を冷却水にする冷却塔とを備えている。地熱発電システムにおいては、復水器として直接接触式復水器が用いられる場合が多い。直接接触式復水器は、冷却塔からの冷却水とタービンからの蒸気とを直接接触させて温水を生成する。

蒸気発電方式の地熱発電システムは、タービンのグランド部にシール蒸気を供給し、タービン内の蒸気が外部に漏えいすることを抑制しつつ、外部の空気がタービン内に流入することを抑制している（特許文献１参照）。特許文献１に記載の蒸気タービンは、生産井から得られた蒸気の一部をシール蒸気に用いている。ここで、生産井から得られた蒸気には、腐食性の析出物が含まれている可能性があるため、特許文献１に記載の装置では、グランド部の蒸気が供給される経路に配置されたつば部の外周部の表面に耐腐食性の表面処理層を形成している。

特開平３−１８９３０５号公報実開昭６１−２２５１７号公報

ここで、特許文献１に記載されているように、蒸気発電方式の地熱発電システムは、グランド部のシール蒸気（グランドシール蒸気）に生産井から得られた蒸気を用いる場合、析出物を含む蒸気を使用するため、蒸気の経路にスケール（堆積物）が付着する場合がある。経路内に付着したスケールが堆積し閉塞が生じるとタービンの故障の原因となる。また、経路内に付着したスケールが堆積し、蒸気の流量が低減するとシール性が低下するため問題である。

メンテナンスの際にスケールを除去することができれば、タービンの故障やシール性の低下を低減することができるが、蒸気を流す経路の構造によっては清掃が困難となる場合がある。

本発明は、蒸気に含まれる析出物による影響を低減することができ、かつ、メンテナンスがしやすいグランドシール蒸気給排気ユニット、蒸気タービン、スケール除去方法及び蒸気流通経路メンテナンス方法を提供することを目的とする。

本発明は、生産井から取得した気水混合体が気水分離器で分離されることで生成される蒸気で駆動する蒸気タービンにグランドシール蒸気を供給するグランドシール蒸気給排気ユニットであって、前記グランドシール蒸気が通過する蒸気通過空間を有するグランド部と、前記蒸気通過空間にグランドシール蒸気を供給するグランドシール蒸気供給管と、前記蒸気通過空間を通過したグランドシール蒸気が排出されるグランドシール蒸気回収管（４４）と、前記グランド部の前記蒸気通過空間の鉛直方向上側に前記グランドシール蒸気回収管と接続された蒸気排出口とを備え、前記蒸気排出口の鉛直方向下側に前記グランドシール蒸気に含まれる析出物が堆積するスケールポットを有することを特徴とする。

グランドシール蒸気給排気ユニットは、スケールポットを設けることで、グランドシール蒸気回収管に流入する前に蒸気から析出物（スケール）を除去することができる。これにより、グランドシール蒸気回収管にスケールが付着、堆積することを抑制することができる。

また、前記グランドシール蒸気の流れ方向の断面積は、前記蒸気通過空間における流れ方向の断面積よりも前記スケールポットにおける流れ方向の断面積が大きいことが好ましい。これにより、スケールポット通過時の蒸気からスケールをより落下させやすくでき、スケールポットにより確実にスケールを堆積、付着させることができる。

また、前記スケールポットは、前記析出物を堆積させるスケール堆積面を有することが好ましい。これにより、スケール堆積面にスケールを堆積させることができ、スケールを好適に堆積させることができ、メンテナンスを簡単にすることができる。

また、前記スケールポットに流入する前記グランドシール蒸気は、前記スケールポットの中で流れ方向が変更され、前記蒸気排出口を介して前記グランド部から排出されることが好ましい。これにより、スケールポット通過時の蒸気からスケールをより落下させやすくでき、スケールポットにより確実にスケールを堆積、付着させることができる。

また、前記グランドシール蒸気回収管は、前記蒸気排出口とフランジで接続され、前記グランドシール蒸気の流れ方向を鉛直方向から水平方向へ変更するとともに、前記蒸気タービンの軸方向に対して傾斜した方向とすることが好ましい。これにより、前記グランドシール蒸気回収管を配置しやすくすることができる。

また、前記蒸気タービンは、発電機と隣接して配置され、回転軸が連結されており、前記グランド部は、前記蒸気タービンのケーシングの発電機側の端部であり、かつ、前記蒸気タービンの回転軸の周方向に配置されていることが好ましい。このように、グランド部を発電機と対面している側の端部に配置されているグランド部とすることで、配置の制約が生じやすい位置であっても好適に配置することができる。

本発明は、蒸気タービンであって、上記のいずれかに記載のグランドシール蒸気給排気ユニットを備える。これにより、蒸気タービンのグランド部にスケールが付着することを抑制することができる。

本発明は、生産井から取得した気水混合体が気水分離器で生成される蒸気で駆動する蒸気タービンのグランド部に供給されるグランドシール蒸気のスケール除去方法であって、グランドシール蒸気を前記グランド部のグランドシール蒸気が通過する蒸気通過空間に供給し、前記蒸気通過空間を通過した後のグランドシール蒸気は、前記グランドシール蒸気の流れ方向の断面積が、上流側の空間よりも大きいスケールポットに流入させ、前記スケールポットで前記グランドシール蒸気に含まれている析出物を堆積させ、析出物が堆積で分離されたグランドシール蒸気を鉛直上側に導入して蒸気排出口から排出することを特徴とする。

スケール除去方法は、スケールポットでグランドシール蒸気回収管に流入する前に蒸気から析出物（スケール）を除去することで、グランドシール蒸気回収管にスケールが付着、堆積することを抑制することができる。

本発明は、上記のいずれかに記載のグランドシール蒸気給排気ユニットの蒸気流通経路メンテナンス方法であって、前記グランド部から前記グランドシール蒸気回収管を取り外すステップと、前記スケールポットに堆積したスケールを除去するステップと、前記グランド部に前記グランドシール蒸気回収管を取り付けるステップと、を有することを特徴とする。

蒸気流通経路メンテナンス方法は、堆積したスケールをスケールポットから簡単に除去することができる。これにより、スケールポットの機能を維持することができ、グランドシール蒸気回収管にスケールが付着、堆積することを抑制することができる。

本発明によれば、スケールポットを設けることで、予め設定した位置にスケールを堆積させることができる。これにより、蒸気に含まれる析出物による影響を低減することができ、かつ、メンテナンスをしやすくすることができる。

図１は、本実施形態に係るグランドシール蒸気給排気ユニットを有する地熱発電システムの一例を示す概略構成図である。図２は、タービンと発電機との関係を示す模式図である。図３は、タービンの概略構成を示す断面図である。図４は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部周辺の構造を示す拡大図である。図５は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部周辺の構造を示す断面図である。図６は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部と配管の関係を示す断面図である。図７は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部と配管の関係を示す上面図である。図８は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部と配管の関係を示す側面図である。図９は、グランドシール蒸気給排気ユニットのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

図１は、本実施形態に係るグランドシール蒸気給排気ユニットを有する地熱発電システムの一例を示す概略構成図である。図２は、タービンと発電機との関係を示す模式図である。図３は、タービンの概略構成を示す断面図である。

本実施形態に係る地熱発電システム１０は、生産井１２から得られた蒸気を直接的にタービン（蒸気タービン）１３に供給して発電する蒸気発電方式の地熱発電システムである。また、本実施形態に係る地熱発電システム１０は、生産井１２から得られた気液二相の地熱流体から蒸気を抽出して、その抽出された蒸気をタービン１３に供給するシングルフラッシュ方式の地熱発電システムである。

図１に示すように、地熱発電システム１０は、生産井１２から得られた気液二相の地熱流体から蒸気を抽出する気水分離器１４と、気水分離器１４より抽出された蒸気の供給を受けて回転駆動するタービン（蒸気タービン）１３と、タービン１３の駆動によって作動して発電する発電機１５と、タービン１３から排出された蒸気からガスを抽出するガス抽出装置４６と、タービン１３から排出された蒸気を凝縮して温水（凝縮水）を生成する復水器１６と、復水器１６から供給された温水を冷却して、その温水から冷却水を生成する冷却塔１７と、タービン１３の回転軸周りから蒸気が漏出することを防止するグランドシール蒸気給排気ユニット２０と、を備えている。

また、地熱発電システム１０は、生産井１２、タービン１３、気水分離器１４、発電機１５、復水器１６、冷却塔１７、還元井１９、ガス抽出装置４６の各部が、蒸気や熱水や冷却水やガスを流通させる配管（ライン）で接続されている。また、各配管には、ポンプや制御弁が設けられている。本実施形態の地熱発電システム１０は、生産井１２から排出される地熱流体を気水分離器１４に案内する地熱流体ライン２２と、気水分離器１４で分離された蒸気をタービン１３、復水器１６、冷却塔１７の順で通過させ、冷却塔１７を通過した水をドレンライン２６に供給する主蒸気ライン２４と、気水分離器１４で分離された熱水を還元井１９に排出するドレンライン２６と、タービン１３と復水器１６とを繋ぐ主蒸気ライン２４から分岐し、ガス抽出装置４６と冷却塔１７とを介して、タービン１３から排出された蒸気に含まれるガス(例えば、腐食性ガスや火山性ガス等)を地熱発電システム１０の外部へ排出するガスライン２７と、主蒸気ライン２４の冷却塔１７を通過した水が流れる部分に連結され、主蒸気ライン２４の冷却塔１７を通過した水を復水器１６に供給する復水ライン２８と、を有する。なお、主蒸気ライン２４は、復水器１６までは蒸気で流れ、復水器１６以降は水となって流れる。また、地熱発電システム１０は、地熱流体ライン２２を流れる地熱流体の量を制御する制御弁３０と、主蒸気ライン２４を流れる蒸気をタービン１３に供給する量を制御する制御弁３２と、主蒸気ライン２４の復水器１６と冷却塔１７との間に配置され、復水器１６の水を冷却塔１７に送るポンプ３４と、ドレンライン２６に設けられ、還元井１９に熱水を送るポンプ３６と、ドレンライン２６に設けられ、還元井１９に排出する熱水の流量を制御する制御弁３８と、を有する。

生産井１２は、地中深くの地熱貯留層にある地熱流体を地表に導いて噴出させるための井戸である。地熱貯留層には高温高圧の熱水が存在する。地表から掘削して地熱貯留層に穴を開けると、地熱貯留層の熱水が地表に向かって急激に上昇する。その上昇により熱水の圧力が低下し、熱水の一部が沸騰して蒸気になる。これにより、地表において、熱水（液体）と蒸気（気体）とが混合された気液二相の地熱流体が採取される。

気水分離器１４は、生産井１２から得られた地熱流体を熱水と蒸気とに分離する。すなわち、気水分離器１４は、気液二相の地熱流体から熱水及び蒸気のそれぞれを抽出する。生産井１２と気水分離器１４との間の配管に消音器を設けてもよい。気水分離器１４において分離された蒸気は、タービン１３に供給される。気水分離器１４において分離された熱水は、還元井１９に供給される。

還元井１９は、気水分離器１４で抽出された熱水、及び冷却塔１７の冷却水の一部を地中深くに還元する井戸である。これにより、地熱貯留層の枯渇が抑制される。また、熱水中に含まれる有毒成分が地上へ排出されることが抑制される。

ガス抽出装置４６は、タービン１３と復水器１６とを繋ぐ主蒸気ライン２４を流れる蒸気に含まれるガス成分、例えば、腐食性ガスや火山性ガス等を抽出する。つまり、ガス抽出装置４６は、主蒸気からガス成分を抽出する。ガス抽出装置４６で抽出されたガスは、ガスライン２７を通り、冷却塔１７から排出される。

タービン１３は、図２に示すように、発電機１５に隣接している。タービン１３は、図３に示すように、静止部５０と、回転部５１と、を有する。タービン１３は、蒸気が供給されることで、静止部５０に対して回転軸５６を中心に回転部５１が回転する。タービン１３は、架台６９に支持されている。また、架台６９は、基礎７１に支持されている。

静止部５０は、ケーシング５２と、蒸気供給室５３と、蒸気排出室５４と、静翼５５と、を有する。ケーシング５２は、タービン１３の各部を収納する筐体である。蒸気供給室５３は、主蒸気ライン２４を介して気水分離器１４の図示しない蒸気排出部と接続し、気水分離器１４から蒸気が供給される。蒸気排出室５４は、蒸気供給室５３からケーシング５２内へ供給された蒸気が排出される。蒸気排出室５４は、主蒸気ライン２４を介して復水器１６の図示しない蒸気供給部と接続し、蒸気を復水器１６に供給する。静翼５５は、蒸気供給室５３と蒸気排出室５４との間に配置されている。静翼５５は、蒸気供給室５３から供給される蒸気が流れる経路内に配置されている。静翼５５が配置された領域を通過した蒸気は、蒸気排出室５４に流入する。回転部５１は、回転軸５６と、動翼５７と、を有する。回転軸５６は、一方向に延在する軸であり、静止部５０により回転自在な状態で支持されている。動翼５７は、回転軸５６に固定されている。タービン１３は、静翼５５と動翼５７とが回転軸５６の軸方向に多段で配置されている。また、タービン１３は、静翼５５と動翼５７とが回転軸５６の軸方向において、交互に配置されている。タービン１３は、回転軸５６の一方はケーシング５２から突出して、発電機１５の回転軸と接続している。また、タービン１３と発電機１５との間には、回転軸を支持する軸受が設けられた軸受台カバー６０が配置されている。軸受台カバー６０は、回転軸を回転自在に支持する軸受を支持する。また、回転軸５６の他方はケーシング５２から突出して、回転軸５６の回転速度を調節する図示しない調速機と接続している。

タービン１３は、静止部５０の蒸気下流側の端部で、かつ、回転部５１の回転軸５６の周方向にグランド部４０が設けられている。グランド部４０は、静止部５０のケーシング５２に固定され、回転部５１の回転軸５６とケーシング５２との間をシールしている。具体的には、グランド部４０は、供給される蒸気で回転部５１の回転軸５６との間を軸方向に隣接している外気や蒸気の流通経路の下段側よりも高圧とし、外気や流通経路の蒸気がシールしている領域に流入することを抑制している。

タービン１３は、気水分離器１４からの蒸気により作動する。タービン１３は、蒸気供給室５３から供給された高圧の蒸気で動翼５７を回転させることで回転軸５６を回転させる。このように供給された蒸気によりタービン１３が駆動することによって、回転軸５６と発電機の回転軸を介して連結した発電機１５を作動させ、発電する。なお、地熱発電システム１０は、気水分離器１４とタービン１３との間にミストセパレータを設け、ミストセパレータで蒸気中のミスト（液体）を除去した蒸気を、タービン１３に供給するようにしてもよい。すなわち、気水分離器１４で熱水と蒸気とが十分に分離されず、蒸気に液体成分が含まれている場合、その液体成分をミストセパレータで除去してもよい。

復水器１６は、高圧の蒸気がタービン１３の動翼５７を回転させながら順次膨張して排出された蒸気を、冷却水を用いて凝縮して温水にする。復水器１６に、冷却塔１７からの冷却水とタービン１３からの蒸気とのそれぞれが供給される。復水器１６は、冷却塔１７からの冷却水とタービン１３からの蒸気との熱交換を行って、蒸気を温水にする。本実施形態において、復水器１６は、冷却塔１７からの冷却水とタービン１３からの蒸気とを直接接触させて温水を生成する直接接触式復水器である。

復水器１６の内部空間に散水塔が設けられる。冷却塔１７から復水器１６に供給された冷却水は、散水塔から散布される。タービン１３は、復水器１６に隣接する。タービン１３から排出された蒸気は、復水器１６の内部空間に供給され、散水塔から散布された冷却水と接触する。これにより、蒸気が凝縮され、温水が生成される。本実施形態において、復水器１６の内部空間の温水は、蒸気の凝縮水、及び散水塔から散布された冷却水を含む。

冷却塔１７は、復水器１６で生成された温水を冷却して冷却水にする。冷却塔１７は、例えば、空気を用いて、温水を冷却して冷却水を生成する。冷却塔１７は、内部空間を有する。復水器１６から供給された温水は、冷却塔１７の内部空間の上部から散布される。散布された温水は、空気と接触することにより冷却される。冷却塔１７の屋上にはファンが設置される。冷却の過程で発生した水蒸気等のガスは、ファンにより大気中に上方拡散される。

グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、図１に示すように、グランド部４０と、グランドシール蒸気供給管４１と、制御弁４２と、グランドシール蒸気回収管４４と、を有する。

グランド部４０は、上述したように、タービン１３の一部であり、タービン１３の蒸気が流れる領域と外気とを分離するシール機構である。また、グランド部４０は、図２及び図３に示すように、タービン１３のケーシング５２の発電機１５側端部に配置されている。グランド部４０は、タービン１３と発電機１５との間に配置されている軸受台カバー６０と対面する位置に配置されている。また、グランド部４０は、回転軸５６の周方向に配置されている。グランド部４０の構造については後述する。

本実施形態におけるグランドシール蒸気供給管４１は、一方の端部が主蒸気ライン２４の気水分離器１４と制御弁３２との間の部分と接続され、他方の端部がケーシング５２に接続され、ケーシング５２内に設けられたケーシング内空間５９へグランドシール蒸気を供給する。なお、他方の端部の接続先がケーシング５２に限定されるわけではなく、例えば、他方の端部がグランド部４０に接続されていても良い。制御弁４２は、グランドシール蒸気供給管４１に設けられ、グランドシール蒸気供給管４１を流れる蒸気の流量を制御する。グランドシール蒸気回収管４４は、一方の端部がグランド部４０に接続され、他方の端部が復水器１６に接続されている。なお、他方の端部の接続先が復水器１６に限定されるわけではなく、例えば、他方の端部がタービン１３と復水器１６とを繋ぐ主蒸気ラインに接続されていても良い。

次に、図１から図３に加え、図４から図８を用いてグランドシール蒸気給排気ユニット２０、グランド部４０、グランドシール蒸気供給管４１及びグランドシール蒸気回収管４４について説明する。図４は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部周辺の構造を示す拡大図である。図５は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部周辺の構造を示す断面図である。図６は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部と配管の関係を示す正面図である。図７は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部と配管の関係を示す上面図である。図８は、グランドシール蒸気給排気ユニットのグランド部と配管の関係を示す側面図である。

グランド部４０は、回転軸５６の全周を覆い、内部に回転軸５６が挿入された円環状の部材であり、ボルト等でケーシング５２に固定されている。グランド部４０は、円環を上下に２分割した上半部６２と下半部６４とを有する。グランド部４０は、上半部６２と下半部６４の内周面、つまり回転軸５６と向かい合う面にシール部６１が設けられている。シール部６１は、回転軸５６の軸方向に複数設けられている。一例として、図５は、シール部６１がシール部６１Ａとシール部６１Ｂとシール部６１Ｃとの３つから構成されている。本実施形態のシール部６１は、発電機側からシール部６１Ｃ、シール部６２Ｂ、シール部６１Ａの順で配置されている。シール部６１は、上半部６２と下半部６４のグランド部４０の内周面に形成された溝が形成され、この溝に摺動可能な状態で回転軸５６と接する部材（例えばシールフィン）が固定されている。シール部６１は、上半部６２及び下半部６４と回転軸５６との間を塞ぐ機能を有する。

また、グランド部４０は、上半部６２と下半部６４の内周面のシール部６１Ｂとシール部６１Ｃとの間に蒸気通過空間６６が形成され、ケーシング５２側に面する部分に蒸気流入口６７が形成され、鉛直方向上側の面に蒸気流出口６８を有するフランジ７０が形成されている。

蒸気通過空間６６は、グランド部４０の内部に形成された蒸気が通過する経路である。蒸気通過空間６６は、上半部６２と下半部６４の内周面に形成された凹部を有し、回転軸５６の周囲を覆うように回転軸５６の回転方向の全周に形成されている。蒸気通過空間６６は、上半部６２と下半部６４の内周面と、回転軸５６と、シール部６１Ｂとシール部６１Ｃとで形成された空間となる。また、蒸気通過空間６６は、蒸気流入口６７及び蒸気流出口６８と繋がっている。

蒸気流入口６７は、ケーシング５２内に設けられたケーシング内空間５９を介してグランドシール蒸気供給管４１と接続している。蒸気流出口６８は、上半部６２の鉛直方向上側より突出した配管の開口部であり、周囲にフランジ７０が形成されている。蒸気流出口６８は、フランジ７０が接続部となり、グランドシール蒸気回収管４４と接続している。

ここで、主蒸気ライン２４から分岐し、グランド部４０に供給されるグランドシール蒸気は、地熱流体を気水分離し、土砂、水等を分離した蒸気である。このため、蒸気中には硫化水素、塩分等の腐食性成分や、シリカ、カルシウム等のスケール成分が含まれている。

本実施形態のグランド部４０は、蒸気通過空間６６にスケールポット７２を有する。スケールポット７２は、上半部６２と下半部６４の内周面に形成され蒸気通過空間６６となる凹部と蒸気流出口６８との間の経路に形成されている。スケールポット７２は、上半部６２と下半部６４の内周面に形成された凹部、つまり回転軸５６に直交する領域の鉛直方向上側の一部と繋がっており、本実施形態では回転軸５６の軸方向において、上半部６２と下半部６４の内周面に形成された凹部よりも発電機１５側に突出している。スケールポット７２は、凹部よりも水平方向に突出する構造とすることで、水平方向に延在するスケール堆積面（底面）７４が形成される。また、スケールポット７２は、蒸気の流れ方向に直交する断面の面積（断面積）が、スケールポット７２と凹部との接続部の面積よりも大きい部分がある。このように、グランドシール蒸気の流れ方向の断面積は、蒸気通過空間６６における流れ方向の断面積よりもスケールポット７２における流れ方向の断面積が大きくなる部分がある。スケールポット７２は、凹部から流入した蒸気が、流入位置よりも流路断面積が大きくなる領域を流れることで、流速が急速に低減する領域があり、蒸気中に含まれるスケールが析出して沈殿する。また、スケールポット７２は、スケール堆積面７４の鉛直方向上側に蒸気流出口６８が設けられている。したがって、グランド部４０は、蒸気流出口６８から覗いた場合、スケールポット７２のスケール堆積面７４のスケール析出状況を確認することが出来る。

グランドシール蒸気供給管４１は、第１供給管８０と、第２供給管８２と、を有する。第１供給管８０は、第２供給管８２と接続部８４で接続されている。第１供給管８０と第２供給管８２との接続部８４は、第１供給管８０と第２供給管８２の両方に設けたフランジ部がボルト等の締結部材によって締結されている。なお、接続部８４は、着脱容易とするため、締結部材で締結することが好ましいが、溶接によって接続してもよい。第２供給管８２は、接続部８４と反対側の端部が接続部８６でケーシング５２と接続されている。接続部８６は、第２供給管８２の端部のフランジとケーシング５２がボルト等の締結部材によって締結されている。ケーシング５２の第２供給管８２と接続されている部分には、接続部８６と蒸気流入口６７とを繋ぐケーシング内空間５９がケーシング５２内に設けられている。接続部８４、８６を設けることで、各供給管を取り外して配管のメンテナンスを行うことが可能となる。

グランドシール蒸気供給管４１は、第２供給管８２がグランド部４０と接続し、第２供給管８２と第１供給管８０とが接続している。これにより、主蒸気ライン２４から供給された蒸気は、第１供給管８０、第２供給管８２、ケーシング内空間５９を通ってグランド部４０の蒸気流入口６７に供給される。なお、第２供給管８２は、グランド部４０と接続し、グランド部４０の蒸気通過空間６６に蒸気を供給してもよい。

グランドシール蒸気回収管４４は、第１回収管９０と、第２回収管９２と、第３回収管９６と、を有する。第１回収管９０は、第２回収管９２と接続部９７で接続されている。第２回収管９２は、接続部９７と反対側の端部が接続部９８で第３回収管９６と接続されている。接続部９７は、第１回収管９０と第２回収管９２の両方に設けたフランジがボルト等の締結部材によって締結されている。接続部９８は、第２回収管９２と第３回収管９６の両方に設けたフランジがボルト等の締結部材によって締結されている。なお、接続部９７、９８は、着脱容易とするため、締結部材で締結することが好ましいが、溶接によって接続してもよい。接続部９７、９８を設けることで、各回収管を取り外して配管のメンテナンスを行うことが可能となる。第３回収管９６は、接続部９８と反対側の端部が接続部９９でグランド部４０のフランジ７０と接続されている。接続部９９は、第３回収管９６の端部のフランジとグランド部４０のフランジ７０とがボルト等の締結部材によって締結されている。フランジ７０と接続部９９を設けることで、第３回収管９６を容易に取り外して、スケールポット７２のメンテナンスを行うことが可能となる。

ここで、第３回収管９６は、接続部９９側の部分が鉛直方向に伸び、接続部９８側の部分が水平方向に伸びたＬ字形状となる。第３回収管９６は、接続部９８側の水平方向に伸びた部分が回転軸５６に直交する方向及び回転軸５６に対して傾斜した向きに配置されている。第３回収管９６は、グランドシール蒸気の流れ方向を鉛直方向から水平方向へ変更するとともに、蒸気タービン１３の軸方向に対して傾斜した方向とする。また、第２回収管９２も、第３回収管９６と接続する接続部９８側の水平方向に伸びた部分が回転軸５６に直交する方向に対して傾斜した向きに配置されている。

グランドシール蒸気回収管４４は、第３回収管９６がグランド部４０と接続し、第３回収管９６が第２回収管９２と接続し、第２回収管９２が第１回収管９０と接続している。グランド部４０から排出された蒸気は、第３回収管９６、第２回収管９２、第１回収管９０を通って復水器１６に排出される。

グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、グランドシール蒸気供給管４１に主蒸気ライン２４の蒸気の一部が流入する。グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、グランドシール蒸気供給管４１に流入した蒸気をケーシング５２の経路を介してグランド部４０に流入させる。グランド部４０に流入する蒸気は、グランドシール蒸気流れ方向１００に示すように、蒸気流入口６７から蒸気通過空間６６に流入し、蒸気通過空間６６の凹部、つまり回転軸５６、上半部６２、下半部６４、シール部６１Ｂ、シール部６１Ｃで囲まれた空間を通過する。蒸気通過空間６６を通過する蒸気は、上半部６２と下半部６４の内周面と、回転軸５６と、シール部６１Ｂとシール部６１Ｃとで形成された空間に充填されることで、蒸気シールとなる。凹部を通過した蒸気は、グランドシール蒸気流れ方向１０２に示すように、流れ方向が回転軸５６の軸方向に沿った向きに傾けられ、スケールポット７２に流入する。スケールポット７２を通過する蒸気は、流速を落とした後に、再び、グランドシール蒸気流れ方向１０４に示すように、回転軸５６の軸方向に沿った向きから回転軸５６に直交する向きに流れを傾けられ、鉛直方向上側にある蒸気流出口６８に向けて流れ、蒸気流出口６８からグランドシール蒸気回収管４４に排出される。つまり、スケールポット７２に流入するグランドシール蒸気は、スケールポット７２の中で流れ方向が変更され、蒸気排出口６８を介して前記グランド部４０から排出される。

グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、スケールポット７２を設けることで、蒸気内に含まれるスケールをスケールポット７２で捕集することができ、グランドシール蒸気回収管４４にスケールが付着することを低減でき、堆積することを低減できる。つまり、グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、回転軸５６の周囲を通過することで温度が低下し、スケールが析出しやすい蒸気がスケールポット７２を通過することで、蒸気からスケールを好適に除去することができ、グランドシール蒸気回収管４４にスケールが付着することを低減でき、堆積することを低減できる。また、グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、グランドシール蒸気回収管４４に流入する直前にスケールポット７２を通過させることができるため、この点でも蒸気からスケールを好適に除去することができ、グランドシール蒸気回収管４４にスケールが付着することを低減でき、堆積することを低減できる。また、グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、スケールポット７２で蒸気流れの向きが変化し、再び鉛直方向上に向かう流れになり、かつ、スケールポット７２内では流速が低下する。これにより、蒸気に含まれるスケールを析出させて、スケールポット７２のスケール堆積面７４に沈殿させて付着、堆積させることができる。

また、グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、グランド部４０のフランジ７０を鉛直方向上側に突出した配管に設けることで、グランド部４０に対してグランドシール蒸気回収管４４を着脱しやすくすることができる。つまり、接続部９９を作業者がアクセスしやすい場所にすることができ、着脱が容易になる。また、グランドシール蒸気回収管４４の第３回収管９６を、Ｌ字管とし、グランド部４０と接続していない側の部分を、回転軸５６の軸方向に直交する面及び回転軸５６に対して傾斜させることで、タービン１３と発電機１５との間に好適に配管を配置することができる。つまり、図２に示すようにタービン１３と発電機１５または軸受台カバー６０との間の空間に制約がある場合でも、配置する向きを調整しやすいＬ字管をフランジ７０と連結する第３回収管９６に用いることで、配置できる領域に制約があるタービン１３と発電機１５との間に好適に配置することができる。

また、スケールポット７２は、鉛直方向上側に蒸気排出口６８と第３回収管９６を設けることで、スケールポット７２通過時の蒸気からスケールをより落下させやすくでき、スケールポット７２により確実にスケールを堆積、付着させることができる。なお、スケール堆積面７４は、水平方向に延在していることが好ましいが、回転軸５６の軸方向に延在していれば、蒸気からスケールを堆積、付着させやすくすることができる。

ここで、図６から図８では、グランドシール蒸気供給管４１のうちグランド部４０側の配管である第１供給管８０と、第２供給管８２の２つの配管を示している。グランドシール蒸気供給管４１は、第１供給管８０よりも主蒸気ライン２４側が別の配管となっていてもよいし、第１供給管８０が主蒸気ライン２４と接続していてもよい。また、図６から図８では、グランドシール蒸気回収管４４のうちグランド部４０側の配管である第１回収管９０と、第２回収管９２、第３回収管９６の３つの配管を示している。

次に、図９を用いて、グランドシール蒸気給排気ユニット２０のメンテナンス方法について説明する。図９は、グランドシール蒸気給排気ユニット２０のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。図９に示す処理は、グランドシール蒸気給排気ユニット２０のグランド部４０のメンテナンス方法（蒸気流通経路メンテナンス方法）の一例である。図９に示す処理は、作業者が実行することで実現することができる。

作業者は、グランドシール蒸気回収管４４をグランド部４０から取り外す（ステップＳ１２）。具体的には、グランドシール蒸気回収管４４の第３回収管９６の接続部９８、９９を離脱可能な状態とし、第３回収管９６をフランジ７０から取り外す。

次に、作業者は、グランド部４０の蒸気排出口６８を介してスケールポット７２からスケールを除去する（ステップＳ１４）。作業者は、第３回収管９６を取り外して蒸気排出口６８から見えるようになったスケールポット７２から堆積しているスケールを除去する。スケールの除去は、工具や真空掃除機を使っても薬剤を使ってもよい。

作業者は、スケールの除去を行ったら、グランド部４０にグランドシール蒸気回収管４４を取り付ける（ステップＳ１６）。具体的には、グランドシール蒸気回収管４４の第３回収管９６を所定位置に設置し、接続部９８、９９で第２回収管９２及びフランジ７０に固定する。

このように、グランドシール蒸気給排気ユニット２０は、グランドシール蒸気回収管４４の第３回収管９６を着脱することで、スケールポット７２のメンテナンスと組み立てを行うことができる。これにより、グランドシール蒸気給排気ユニット２０に堆積したスケールを簡単に除去することができる。

１０地熱発電システム
１２生産井
１３タービン
１４気水分離器
１５発電機
１６復水器
１７冷却塔
１９還元井
２０グランドシール蒸気給排気ユニット
２２地熱流体ライン
２４主蒸気ライン
２６ドレンライン
２７ガスライン
２８復水ライン
３０、３２、３８、４２制御弁
３４３６ポンプ
４０グランド部
４１グランドシール蒸気供給管
４４グランドシール蒸気回収管
４６ガス抽出装置
５０静止部
５１回転部
５２ケーシング
５３蒸気供給室
５４蒸気排出室
５５静翼
５６回転軸
５７動翼
５９ケーシング内空間
６０軸受台カバー
６１、６１Ａ、６２Ｂ、６１Ｃシール部
６２上半部
６４下半部
６６蒸気通過空間
６７蒸気流入口
６８蒸気流出口
６９架台
７０フランジ
７１基礎
７２スケールポット
７４スケール堆積面
８０第１供給管
８２第２供給管
８４、８６、９７、９８、９９接続部
９０第１回収管
９２第２回収管
９６第３回収管
１００、１０２、１０４グランドシール蒸気流れ方向

Claims

生産井から取得した気水混合体が気水分離器で分離されることで生成される蒸気で駆動する蒸気タービンにグランドシール蒸気を供給するグランドシール蒸気給排気ユニットであって、
前記グランドシール蒸気が通過する蒸気通過空間を有するグランド部と、
前記蒸気通過空間にグランドシール蒸気を供給するグランドシール蒸気供給管と、
前記蒸気通過空間を通過したグランドシール蒸気が排出されるグランドシール蒸気回収管と、
前記グランド部の前記蒸気通過空間の鉛直方向上側に前記グランドシール蒸気回収管と接続された蒸気排出口とを備え、
前記蒸気排出口の鉛直方向下側に前記グランドシール蒸気に含まれる析出物が堆積するスケールポットを有することを特徴とするグランドシール蒸気給排気ユニット。
前記グランドシール蒸気の流れ方向の断面積は、前記蒸気通過空間における流れ方向の断面積よりも前記スケールポットにおける流れ方向の断面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載のグランドシール蒸気給排気ユニット。
前記スケールポットは、前記析出物を堆積させるスケール堆積面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のグランドシール蒸気給排気ユニット。
前記スケールポットに流入する前記グランドシール蒸気は、前記スケールポットの中で流れ方向が変更され、前記蒸気排出口を介して前記グランド部から排出されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のグランドシール蒸気給排気ユニット。
前記グランドシール蒸気回収管は、前記蒸気排出口とフランジで接続され、前記グランドシール蒸気の流れ方向を鉛直方向から水平方向へ変更するとともに、前記蒸気タービンの軸方向に対して傾斜した方向とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のグランドシール蒸気給排気ユニット。
前記蒸気タービンは、発電機と隣接して配置され、回転軸が連結されており、
前記グランド部は、前記蒸気タービンのケーシングの発電機側の端部であり、かつ、前記蒸気タービンの回転軸の周方向に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のグランドシール蒸気給排気ユニット。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のグランドシール蒸気給排気ユニットを備える蒸気タービン。
生産井から取得した気水混合体が気水分離器で生成される蒸気で駆動する蒸気タービンのグランド部に供給されるグランドシール蒸気のスケール除去方法であって、
グランドシール蒸気を前記グランド部のグランドシール蒸気が通過する蒸気通過空間に供給し、
前記蒸気通過空間を通過した後のグランドシール蒸気は、前記グランドシール蒸気の流れ方向の断面積が、上流側の空間よりも大きいスケールポットに流入させ、
前記スケールポットで前記グランドシール蒸気に含まれている析出物を堆積させ、
析出物が堆積で分離されたグランドシール蒸気を鉛直上側に導入して蒸気排出口から排出することを特徴とするスケール除去方法。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のグランドシール蒸気給排気ユニットの蒸気流通経路メンテナンス方法であって、
前記グランド部から前記グランドシール蒸気回収管を取り外すステップと、
前記スケールポットに堆積したスケールを除去するステップと、
前記グランド部に前記グランドシール蒸気回収管を取り付けるステップと、を有することを特徴とする蒸気流通経路メンテナンス方法。