JP6448974B2 - 地熱タービンの蒸気室、これを備えた地熱タービン、および地熱タービンの蒸気供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、地熱タービンの蒸気室、これを備えた地熱タービン、および地熱タービンの蒸気供給方法に関するものである。

地熱タービンにおいては、地熱坑井から採取された地熱蒸気に含まれるスケール等の不純物がセパレータ等で除去されきらないまま初段ノズル口に付着、堆積しやすく、これを放置すると初段ノズル口の開口面積が狭まってタービン出力およびタービン効率が著しく低下してしまうという難点がある。
この難点を補うべく、特許文献１，２に開示されているように、初段ノズル口が設けられている環状の蒸気室の内部を複数の隔壁で仕切り、容積の大きな１つのメイン蒸気室と、容積の小さな１つまたは複数のサブ蒸気室とを画成し、サブ蒸気室を個別に開閉可能にしたノズル調速式地熱タービンが知られている。

このノズル調速式地熱タービンは、不純物が初段ノズル口に堆積する前は、メイン蒸気室からタービンに供給される蒸気量だけで定格出力が得られるようになっており、不純物の堆積により出力が低下してきたらサブ蒸気室を順次開いてタービンに供給される蒸気量の減少分を補い、タービンの出力低下を回復させるようになっている。これにより、タービンを開放・分解して行われるメンテナンスの時期を延長可能にし、地熱タービンプラントの稼働率を高めることができる。

特開平６−２２１１０６号公報 特開２０１３−２０４４６９号公報

特許文献１，２に開示されているノズル調速式地熱タービンは、サブ蒸気室に蒸気を供給する副蒸気配管が、メイン蒸気室に蒸気を供給する主蒸気配管から分岐しているため、メイン蒸気室とサブ蒸気室とに同圧の蒸気が供給されるようになっている。
上述のようにタービンの出力低下が起きてサブ蒸気室が稼働した時には、不純物が堆積しているメイン蒸気室の初段ノズル口の開口面積は狭まっており、不純物が堆積していないサブ蒸気室の初段ノズル口の開口面積は大きい。
そして、このように開口面積が異なるメイン蒸気室とサブ蒸気室の初段ノズル口にそれぞれ同圧の蒸気が供給されるため、初段タービンに流入する蒸気の量（圧力）がサブ蒸気室の位置だけ大きくなる。言い換えれば、初段タービンの円周方向に沿って均一な蒸気供給ができなくなり、初段タービンの動翼列に金属疲労を招く繰り返し負荷が付与される懸念があった。

また、サブ蒸気室に蒸気を供給する副蒸気配管が、蒸気室ケーシングから離れた位置から蒸気室ケーシングに接続される構成であるため、蒸気室ケーシングの据付工事とは別に、副蒸気配管の配設工事を行う必要もあり、工事の期間や費用が嵩むものとなっていた。

さらに、副蒸気配管の内部に蒸気が凝縮したドレン水が溜まることがあり、サブ蒸気室を開放する前にドレン水を抜く作業が必要であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、サブ蒸気室の稼働時に、メイン蒸気室とサブ蒸気室の両方の初段ノズル口から初段タービンの円周方向に沿って均一に蒸気を供給可能にして初段タービンの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができる地熱タービンの蒸気室、これを備えた地熱タービン、および地熱タービンの蒸気供給方法を提供することを目的とする。
また、本発明のさらなる目的は、据付工事や配管工事を容易にするとともに、サブ蒸気室の設置による出力低下を回避し、併せてドレン水を抜く作業を簡略化することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。

即ち、本発明に係る地熱タービンの蒸気室は、タービンロータを囲む環状であり、その円周方向に沿って初段ノズル口が形成された蒸気室ケーシングと、前記蒸気室ケーシングの内部を、メイン蒸気室と、該メイン蒸気室よりも容積の小さなサブ蒸気室とに区画する隔壁と、前記メイン蒸気室に地熱蒸気を供給する主蒸気配管と、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室とを接続し、前記メイン蒸気室に供給された前記地熱蒸気の一部を前記サブ蒸気室に分配する副蒸気配管と、前記副蒸気配管に設けられた弁と、を備えていることを特徴とする。

上記構造では、主蒸気配管からメイン蒸気室に供給された地熱蒸気の一部が副蒸気配管を経てサブ蒸気室に分配されるようになっている。このため、副蒸気配管における圧力損失により、サブ蒸気室に供給される地熱蒸気の量（圧力）がメイン蒸気室に供給される地熱蒸気よりも小さくなる。

タービンの出力低下が起きてサブ蒸気室を稼働させる時、即ち副蒸気配管に設けられた開閉弁が開かれる時には、不純物が堆積しているメイン蒸気室の初段ノズル口の開口面積は狭まっており、不純物が堆積していないサブ蒸気室の初段ノズル口の開口面積は大きいままである。

このため、サブ蒸気室の稼働時には、メイン蒸気室の狭い初段ノズル口から噴出する蒸気量と、サブ蒸気室の広い初段ノズル口から噴出する蒸気量との差が少なくなり、メイン蒸気室とサブ蒸気室の両方の初段ノズル口から初段タービンの円周方向に沿って均一に蒸気を供給して、初段タービンの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができる。

しかも、サブ蒸気室に蒸気を供給する副蒸気配管が、蒸気室ケーシングから延出して再び蒸気室ケーシングに接続される構造であるため、蒸気室ケーシングと副蒸気配管とを一体化（モジュール化）することができ、これによって据付現場への輸送および据付工事、ならびに副蒸気配管の配管工事を容易にすることができる。

上記の構成において、前記隔壁は、前記タービンロータの軸方向視で、前記タービンロータの軸心線を通る鉛直中心線を基点に、前記タービンロータの回転方向と、逆方向とに、それぞれ軸心線を中心とする挟み角を形成するように前記蒸気室ケーシングの円周方向の所定位置に固定され、該隔壁は、前記挟み角が変化するように、その固定位置を前記蒸気室ケーシングの円周方向に変更可能であってもよい。

本構成によれば、メイン蒸気室とサブ蒸気室の容積比を、地熱タービンの仕様に応じて適切に設定変更することができる。また、蒸気室ケーシングに形成されている複数の初段ノズル口の位置に合わせて隔壁の位置を調整することができ、これによってサブ蒸気室の設置による出力低下を回避することができる。

上記の構成において、前記隔壁は、前記タービンロータに設けられた初段タービンの動翼列の翼形状に沿うように屈曲または湾曲成形されていてもよい。

本構成によれば、隔壁の形状を初段タービンの動翼形状と、その配置とに沿わせて、初段ノズル口から噴出する蒸気の流れを初段タービンの動翼形状と配置とに沿わせることができる。つまり、初段ノズル口から初段タービン側に噴射される蒸気の流れが隔壁によって妨げられることなく、これによってサブ蒸気室（隔壁）の設置によるタービン出力低下を回避することができる。

上記の構成において、前記サブ蒸気室は前記蒸気室ケーシングの鉛直最上部付近に設けられ、前記副蒸気配管は、前記タービンロータの軸心線よりも鉛直方向で高い位置から前記メイン蒸気室より延出して前記サブ蒸気室に鉛直上方から繋がり、前記弁は、前記副蒸気配管の鉛直最上部付近に設けられていることが好ましい。

本構成によれば、副蒸気配管の内部に蒸気が凝縮したドレン水が溜まらないため、サブ蒸気室を開放する前にドレン水を抜く作業を簡略化することができる。

上記の構成において、前記弁は、流量調整弁であることが好ましい。
これにより、地熱タービンの定格出力の低下に伴ってサブ蒸気室を稼働させる際には、副蒸気配管に設けられた流量調整弁の開度を徐々に開いてゆくことにより、地熱タービンの運転を継続しながらサブ蒸気室への蒸気導入を行ってゆくことができるので、地熱タービンの運転を停止する必要が無くなり、運転性を向上させることができる。また、副蒸気配管からサブ蒸気室に流入する蒸気の量を、地熱タービンの運転状態に応じて適切に調整することができる。

また、本発明に係る地熱タービンは、上記の各態様のいずれかの蒸気室を備えたことを特徴とする。
これにより、サブ蒸気室の稼働時に、メイン蒸気室とサブ蒸気室の両方の初段ノズル口から初段タービンの円周方向に沿って均一に蒸気を供給可能にして初段タービンの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができ、しかも据付工事や配管工事を容易にするとともに、サブ蒸気室の設置による出力低下を回避し、併せてドレン水を抜く作業を簡略化することができる。

さらに、本発明に係る地熱タービンの蒸気供給方法は、タービンロータを囲む環状であり、その円周方向に沿って初段ノズル口が設けられた蒸気室ケーシングの内部を、メイン蒸気室と、該メイン蒸気室よりも容積の小さなサブ蒸気室とに区画し、前記サブ蒸気室には、前記メイン蒸気室に供給された地熱蒸気の一部を、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室とを接続する蒸気配管を経て分配することを特徴とする。

この蒸気供給方法によれば、メイン蒸気室に供給された蒸気の一部がサブ蒸気室に分配されるため、副蒸気配管における圧力損失により、サブ蒸気室に供給される蒸気の量（圧力）がメイン蒸気室に供給される蒸気よりも小さくなる。
このため、タービンの出力低下が起きてサブ蒸気室を稼働させる時には、不純物が堆積して開口面積が狭まっているメイン蒸気室の初段ノズル口から噴出する蒸気量と、不純物が堆積しておらず開口面積が大きいままのサブ蒸気室の初段ノズル口から噴出する蒸気量との差が少なくなり、初段タービンの円周方向に沿って均一に蒸気を供給して、初段タービンの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができる。

上記の地熱タービンの蒸気供給方法において、前記地熱タービンの運転開始時には、前記地熱蒸気を前記メイン蒸気室のみから前記タービンロータ側に供給し、運転開始から所定の運転時間が経過した時点、または前記地熱タービンの出力が所定量低下した時点で、前記メイン蒸気室に供給された前記地熱蒸気の一部を前記サブ蒸気室に分配するのが好ましい。

この蒸気供給方法によれば、メイン蒸気室の初段ノズル口にスケール等の不純物が堆積し、その開口面積が狭まってタービン出力が低下した時点で、サブ蒸気室を稼働させることにより、メイン蒸気室とサブ蒸気室とのトータルの初段ノズル口の開口面積を、出力低下前のメイン蒸気室における初段ノズル口の開口面積に近似させ、出力低下を回復させることができる。これにより、地熱タービンの運転開始時から、開放・分解してメンテナンスを行わなければならなくなるまでの期間を延長し、地熱タービンプラントの稼働率を高めることができる。

以上のように、本発明に係る地熱タービンの蒸気室、これを備えた地熱タービン、および地熱タービンの蒸気供給方法によれば、サブ蒸気室の稼働時に、メイン蒸気室とサブ蒸気室の両方の初段ノズル口から初段タービンの円周方向に沿って均一に蒸気を供給可能にして初段タービンの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができる。また、据付工事や配管工事を容易にするとともに、サブ蒸気室の設置による出力低下を回避し、併せてドレン水を抜く作業を簡略化することができる。

本発明に係る地熱タービンの蒸気室を適用可能な地熱タービンの一例を示す縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面により本発明の第１実施形態を示す蒸気室ケーシングの縦断面図である。 サブ蒸気室を稼働させた時の地熱タービンの運転時間と出力の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態を示す蒸気室ケーシングの縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示す蒸気室ケーシングの縦断面図である。

以下に、本発明の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る蒸気室を適用可能な地熱タービンの一例を示す縦断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図である。
この地熱タービン１は、例えば発電プラントにおいて図示しない発電機を回転駆動するためのものであり、円錐台形状のタービンケーシング２の内部にタービンロータ３が軸支され、タービンケーシング２の一端に蒸気室ケーシング４が設置されている。

タービンロータ３は、タービン軸６に多段のタービンブレード７ａ〜７ｆが回転一体に設けられた構成であり、その最も蒸気室ケーシング４側に位置するタービンブレード７ａが初段タービンとなる。タービンブレード７ａ〜７ｆの外径は、７ａ→７ｆの順に大きくなっている。

一方、タービンケーシング２の内周面には、タービンブレード７ａ〜７ｆの前にそれぞれ重なる多段のノズル口８ａ〜８ｆが設けられており、その最も蒸気室ケーシング４側に位置するノズル口８ａが初段ノズル口となる。ノズル口８ａ〜８ｆの開口面積は、８ａ→８ｆの順に大きくなっており、それぞれタービンブレード７ａ〜７ｆの翼部の上流側に重なっている。

図２に示すように、蒸気室ケーシング４はタービンロータ３（タービン軸６）を囲む環状であり、その円周方向に沿って初段ノズル口８ａが形成されている。なお、タービンロータ３（タービン軸６）の回転方向は、図２に向かって時計回りである。

蒸気室ケーシング４の内部は、例えば２枚の平板状の隔壁１１，１２によって仕切られており、これによって容積の大きなメイン蒸気室１４と、このメイン蒸気室１４よりも容積の小さなサブ蒸気室１５とが画成されている。容積の小さなサブ蒸気室１５は、蒸気室ケーシング４の鉛直方向で最上部付近に設けられている。

隔壁１１，１２は、タービンロータの軸方向視（図２参照）で、それぞれタービン軸６の軸心線Ｏを通る鉛直中心線Ｃを基点に、タービンロータ３の回転方向（図２に向かって時計回り）と、逆方向（図２に向かって反時計回り）とに、それぞれ軸心線Ｏを中心とする挟み角θを形成するように蒸気室ケーシングの円周方向の所定位置に固定されている。そして、この隔壁１１，１２は、挟み角θが変化するように、その固定位置を蒸気室ケーシング４の円周方向に地熱タービン１の設計段階にて変更することができる。これにより、メイン蒸気室１４とサブ蒸気室１５の容積比を、地熱タービン１の仕様に応じて適切に設定変更することができる。

メイン蒸気室１４の容積（挟み角θ×２倍の角度を除く角度）は、サブ蒸気室１５を設けたことによる地熱タービン１の出力が大きく低下しないこと、およびこのメイン蒸気室１４からタービンケーシング２に供給される地熱蒸気量だけで１００％の定格出力が得られるように設定される。

さらに、初段ノズル口８ａから噴出する地熱蒸気量には、円周方向で差があるために、初段タービン７ａの動翼列への繰り返し負荷の発生要因になるが、その繰り返し負荷は十分に許容できる値として、
サブ蒸気室１５の容積（挟み角θ×２倍の角度）が設定されている。本実施形態では、挟み角θは１５°〜２５°が好ましく、１５°〜２０°が更に好ましい。

他方、メイン蒸気室１４には、地熱蒸気を供給する例えば２本の主蒸気配管１８が下方から接続されている。この主蒸気配管１８は、図示しない１本の配管が上流部で均等に２分岐されたものであり、タービン軸６の軸方向視（図２参照）で、タービン軸６を挟んでメイン蒸気室１４の両側に接続されている。また、この主蒸気配管１８は、メイン蒸気室１４の円周方向に沿って設けられた各初段ノズル口８ａに極力均一に地熱蒸気が供給されるように、軸心線Ｏを通る鉛直中心線Ｃを中心に軸対象になるよう設置されている。なお、本実施形態では、２本の主蒸気配管１８を接続しているが、地熱タービン１の仕様に応じて例えば主蒸気配管１８を１本としてもよい。

また、メイン蒸気室１４とサブ蒸気室１５との間を接続する副蒸気配管１９が配設されている。副蒸気配管１９は、主蒸気配管１８からメイン蒸気室１４に供給された地熱蒸気の一部をサブ蒸気室１５に分配する配管であり、その中間部に開閉弁２０が設けられている。この開閉弁２０は、地熱蒸気中にあるスケールの影響を受けて開閉動作に支障を生じないよう、極力単純で簡易な構造により確実に開閉動作が出来ることが好ましい。

副蒸気配管１９は、タービン軸６の軸心線Ｏよりも高い位置でメイン蒸気室１４から延出し、タービンロータ３の回転方向（図２に向かって時計回り）に沿うように湾曲するとともに、上方に延びて蒸気室ケーシング４の最上部付近に設けられたサブ蒸気室１５に上方から繋がっている。開閉弁２０は副蒸気配管１９の鉛直最上部付近に設けられている。

上記のように、副蒸気配管１９がメイン蒸気室１４から延出する位置を、タービン軸６の軸心線Ｏよりも高い位置とし、この副蒸気配管１９をタービンロータ３の回転方向に沿わせて配設することで、メイン蒸気室１４の円周方向に沿う複数の初段ノズル口８ａのうち、より圧力が高いメイン蒸気室１４の上流側の蒸気がサブ蒸気室１５に供給されやすくなる。このため、副蒸気配管１９の蒸気流れによる圧力損出の影響を少なくすることができる。

そして、蒸気室ケーシング４と、隔壁１１，１２と、メイン蒸気室１４と、サブ蒸気室１５と、主蒸気配管１８と、副蒸気配管１９と、弁２０とを備えて蒸気室２１が構成されている。

以上のように構成された蒸気室２１を備えた地熱タービン１は次のように運転される。
図３において、この地熱タービン１は、メイン蒸気室１４からタービンケーシング２に供給される地熱蒸気量だけで図３の縦軸に示す１００％の定格出力が得られるようになっている。このため、運転開始（Ａ点）から所定の運転時間、例えば１２ヵ月が経過するまでは開閉弁２０が閉じられた状態に保たれ、メイン蒸気室１４からサブ蒸気室１５に地熱蒸気が流れないようにして運転が行われる。

運転開始後、地熱蒸気中に含まれるスケール等の不純物がメイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａに堆積し始めるため、メイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａの開口面積が狭まってきて、図３中に線Ｂおよび線Ｂ´で示すように、地熱タービン１の出力が低下してくる。例えば、運転期間が１２ヵ月になると、地熱タービン１の出力が１５％程度減少して定格出力の８５％程度に低下する（Ｃ点）。

一般に、地熱タービン発電プラントにおいて、地熱タービン１の出力が定格出力の８０％程度まで低下すると、負荷変化運転を考慮した総発電量を維持することに支障を来すようになるため、その前の時点（例えば定格出力の８５％程度に低下した時点）で開閉弁２０が開かれる。これにより、メイン蒸気室１４に供給された地熱蒸気の一部がサブ蒸気室１５に分配されてサブ蒸気室１５が稼働され、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａからも地熱蒸気がタービンケーシング２に供給される。なお、開閉弁２０を開く時には地熱タービン１の運転を停止するのが好ましい。

サブ蒸気室１５が稼働することにより、地熱タービン１の出力が上昇して定格出力に回復する（図３中のＤ点）。そして、以後は線Ｅのように再び出力が低下するが、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａが不純物の堆積により狭まって出力が定格出力の８５％まで低下するのは開閉弁２０が開かれてから、例えばさらに約１２ヵ月後となる。つまり、運転開始から２４ヵ月（Ｆ点）までは、地熱タービン１を開放・分解してメンテナンスを行わなくてもよくなり、これによって地熱タービンプラント（地熱発電所等）の稼働率を高めることができる。

この地熱タービン１の蒸気室２１は、主蒸気配管１８からメイン蒸気室１４に供給された地熱蒸気の一部が副蒸気配管１９を経てサブ蒸気室１５に分配されるようになっている。このため、副蒸気配管１９において圧力損失が発生し、この圧力損失により、サブ蒸気室１５に供給される地熱蒸気の量（圧力）がメイン蒸気室１４に供給される地熱蒸気よりも小さくなる。

タービンの出力低下が起きてサブ蒸気室１５を稼働させる時、即ち副蒸気配管１９に設けられた開閉弁２０が開かれる時には、不純物が堆積しているメイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａの開口面積は狭まっており、不純物が堆積していないサブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａの開口面積は大きいままである。

ここで、サブ蒸気室１５の稼働時におけるメイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａから噴出する蒸気量（もしくは動翼列あたりの蒸気量）と、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａから噴出する蒸気量（もしくは動翼列あたりの蒸気量）とを比較した場合に、両者が極力同程度であることが望ましい。

地熱タービン１の運転開始の初期段階では、メイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａの開口面積が広い状態にあり、サブ蒸気室１５は非稼働、即ちサブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａから地熱蒸気が噴出していない。このため、メイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａから噴出する蒸気量と、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａから噴出する蒸気量（＝０）との間に差があり、これが初段タービン７ａの動翼列に繰り返し負荷を付与する原因になる。しかし、この繰り返し負荷を十分に許容できるように、サブ蒸気室１５の容積（挟み角θ×２倍の角度）、即ちメイン蒸気室１４に対する容積比が設定されている。

地熱タービン１が運転を開始してから時間が経過するにしたがい、メイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａに徐々にスケール等の不純物が堆積して開口面積が狭くなり、ここから噴出する蒸気量（もしくは動翼列当たりの蒸気量）が低下し、地熱タービン１の出力が低下する。このため、前述のように開閉弁２０が開かれてサブ蒸気室１５が稼働され、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａからも地熱蒸気がタービンケーシング２側に供給されて地熱タービン１の出力回復が図られる。

この時の、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａの開口面積は、メイン蒸気室１４のスケール等が堆積した初段ノズル口８ａの開口面積に比べて大きいが、サブ蒸気室１５に流入する地熱蒸気の圧力は、副蒸気配管１９と開閉弁２０との通路抵抗による圧力損失によってメイン蒸気室１４の圧力よりも低下している。

このため、メイン蒸気室１４の初段ノズル口８ａから噴出する蒸気量（もしくは動翼列当たりの蒸気量）と、サブ蒸気室１５の初段ノズル口８ａから噴出する蒸気量（もしくは動翼列当たりの蒸気量）とがほぼ同程度となり、地熱タービン１としてはバランスが良い状態となる。このため、メイン蒸気室１４とサブ蒸気室１５の両方の初段ノズル口８ａから初段タービン７ａの円周方向に沿って均一に蒸気を供給して、初段タービン７ａの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができる。即ち、地熱タービン１の運転開始の初期段階よりも初段タービン７ａの動翼列への繰り返し負荷の発生が増加することがなく、むしろ少なくなるので好適である。

しかも、サブ蒸気室１５に蒸気を供給する副蒸気配管１９が、蒸気室ケーシング４から延出して再び蒸気室ケーシング４に接続される構造であるため、副蒸気配管１９の配管長さを短くして圧力損失が過大になることを防止できるとともに、蒸気室ケーシング４と副蒸気配管１９とを一体化（モジュール化）することができ、これによって据付現場への輸送および据付工事や、副蒸気配管１９の配管工事を容易にすることができる。

また、この地熱タービン１の蒸気室２１は、サブ蒸気室１５を画成する隔壁１１，１２の固定位置を円周方向に変更してサブ蒸気室１５の挟み角θ、即ちメイン蒸気室１４に対するサブ蒸気室１５の容量を変化させて設定することができる。このため、蒸気室ケーシング４に形成されている複数の初段ノズル口８ａの位置に合わせて隔壁１１，１２の位置を設定でき、これによってサブ蒸気室１５（隔壁１１，１２）の設置による出力低下を回避することができる。

さらに、蒸気室２１は、そのサブ蒸気室１５が蒸気室ケーシング４の最上部付近に設けられており、副蒸気配管１９がタービン軸６の軸心線Ｏよりも高い位置でメイン蒸気室１４から延出してＵターンする形でサブ蒸気室１５に上方から繋がり、開閉弁２０が副蒸気配管１９の最上部付近に接続されている。このレイアウトのため、副蒸気配管１９の内部で蒸気が凝縮した場合でもドレン水が溜まらず、これによってサブ蒸気室１５を開放する前に副蒸気配管１９内のドレン水を抜く作業を簡略化（または省略）することができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態を示す蒸気室ケーシング４の縦断面図である。
この図中の構成において、図２に示す第１実施形態の構成と異なるのは、蒸気室２１の蒸気室ケーシング４内にサブ蒸気室１５を画成している隔壁１１１，１１２のうち、タービンロータ３（タービン軸６）の回転方向の進角側に位置する隔壁１１１が屈曲または湾曲成形されている点のみであり、その他の構成については図２の構成と同一であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

隔壁１１１は、サブ蒸気室１５の、タービンロータ３の軸心線Ｏを中心とする挟み角が、隔壁１１１の外周側と内周側とで異なるように屈曲成形されている。具体的には、隔壁１１１の径方向外側の部分１１１ａよりも径方向内側の部分１１１ｂの方がタービンロータ３の回転方向進角側に位置するように隔壁１１１がステップ状（階段状）に屈曲成形され、これによって径方向外側の部分１１１ａの挟み角θ１に対し、径方向内側の部分１１１ｂの挟み角θ２が大きくなっている。なお、隔壁１１１のみならず、隔壁１１２にも同種の成形を施すことが考えられる。

上記のように隔壁１１１の径方向内側部分１１１ｂの挟み角θ２を、径方向外側部分１１１ａの挟み角θ１よりも大きくすることにより、隔壁１１１の形状を初段タービン７ａの動翼形状や、その配置位置等に沿わせ、これによって初段ノズル口８ａから噴出する蒸気の流れを初段タービン７ａの動翼形状と配置とに沿わせることができる。つまり、初段ノズル口８ａから初段タービン７ａ側に噴射される蒸気の流れが隔壁１１１（１１２）によって妨げられることなく、これによってサブ蒸気室１５（隔壁１１１（１１２））の設置によるタービン出力低下を回避することができる。

特に、隔壁１１１をステップ状に屈曲成形したり、挟み角をθ１＜θ２としたりすることにより、隔壁１１１の形状を初段タービン７ａの動翼形状に容易に添わせることが可能となり、上記の効果を助長することができる。
なお、初段タービン７ａの動翼形状や配置は、地熱タービン１の仕様に応じて異なり、必ずしも同じ設計にはならないが、隔壁１１１（１１２）に屈曲形状や挟み角θ１，θ２を設けることで適切に対応することができる。

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態を示す蒸気室ケーシング４の縦断面図である。
この図中の構成において、図２に示す第１実施形態の構成と異なるのは、メイン蒸気室１４とサブ蒸気室１５との間を接続する副蒸気配管１９の中間部に、開閉弁２０の代わりに流量調整弁２２が設けられている点のみであり、その他の構成については図２の構成と同一であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

地熱タービン１の定格出力の低下に伴い、メイン蒸気室１４に供給された地熱蒸気の一部を副蒸気配管１９からサブ蒸気室１５に分配してサブ蒸気室１５を稼働させる際には、開閉弁２０の代わりに設けられた流量調整弁２２の開度を徐々に開いてゆく。これにより、地熱タービン１の運転を継続しながらサブ蒸気室１５への蒸気導入を行ってゆくことができるので、地熱タービン１の運転を停止する必要が無くなり、運転性が向上して好ましい。

また、流量調整弁２２は流量調整可能であるため、副蒸気配管１９からサブ蒸気室１５に流入する蒸気の量を、地熱タービン１の定格からの性能低下状況や要求される出力負荷状態に応じて適切に調整することができる。

以上説明したように、本発明に係る地熱タービンの蒸気室２１、これを備えた地熱タービン１、および地熱タービンの蒸気供給方法によれば、サブ蒸気室１５の稼働時に、メイン蒸気室１４とサブ蒸気室１５の両方の初段ノズル口８ａから初段タービン７ａの円周方向に沿って均一に蒸気を供給可能にして初段タービン７ａの動翼列への繰り返し負荷の発生を低減することができる。また、地熱タービン１の据付工事や配管工事を容易にするとともに、サブ蒸気室１５の設置による出力低下を回避し、併せてドレン水を抜く作業を簡略化することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

１ 地熱タービン
３ タービンロータ
４ 蒸気室ケーシング
７ａ 初段タービン
８ａ 初段ノズル口
１１，１２，１１１，１１２ 隔壁
１４ メイン蒸気室
１５ サブ蒸気室
１８ 主蒸気配管
１９ 副蒸気配管
２０ 開閉弁（弁）
２１ 蒸気室
２２ 流量調整弁（弁）
Ｃ タービンロータの軸心線を通る鉛直中心線
Ｏ タービンロータの軸心線
θ サブ蒸気室の挟み角

Claims (8)

1. タービンロータを囲む環状であり、その円周方向に沿って初段ノズル口が形成された蒸気室ケーシングと、
   前記蒸気室ケーシングの内部を、メイン蒸気室と、該メイン蒸気室よりも容積の小さなサブ蒸気室とに区画する隔壁と、
   前記メイン蒸気室に地熱蒸気を供給する主蒸気配管と、
   前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室とを接続し、前記メイン蒸気室に供給された前記地熱蒸気の一部を前記サブ蒸気室に分配する副蒸気配管と、
   前記副蒸気配管に設けられた弁と、
   を備えていることを特徴とする地熱タービンの蒸気室。
2. 前記隔壁は、前記タービンロータの軸方向視で、前記タービンロータの軸心線を通る鉛直中心線を基点に、前記タービンロータの回転方向と、逆方向とに、それぞれ軸心線を中心とする挟み角を形成するように前記蒸気室ケーシングの円周方向の所定位置に固定され、該隔壁は、前記挟み角が変化するように、その固定位置を前記蒸気室ケーシングの円周方向に変更可能である請求項１に記載の地熱タービンの蒸気室。
3. 前記隔壁は、前記タービンロータに設けられた初段タービンの動翼列の翼形状に沿うように屈曲または湾曲成形されている請求項２に記載の地熱タービンの蒸気室。
4. 前記サブ蒸気室は前記蒸気室ケーシングの鉛直最上部付近に設けられ、
   前記副蒸気配管は、前記タービンロータの軸心線よりも鉛直方向で高い位置から前記メイン蒸気室より延出して前記サブ蒸気室に鉛直上方から繋がり、
   前記弁は、前記副蒸気配管の鉛直最上部付近に設けられている請求項１から３のいずれかに記載の地熱タービンの蒸気室。
5. 前記弁は、流量調整弁である請求項１から４のいずれかに記載の地熱タービンの蒸気室。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の地熱タービンの蒸気室を備えたことを特徴とする地熱タービン。
7. タービンロータを囲む環状であり、その円周方向に沿って初段ノズル口が設けられた蒸気室ケーシングの内部を、メイン蒸気室と、該メイン蒸気室よりも容積の小さなサブ蒸気室とに区画し、前記サブ蒸気室には、前記メイン蒸気室に供給された地熱蒸気の一部を、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室とを接続する蒸気配管を経て分配することを特徴とする地熱タービンの蒸気供給方法。
8. 前記地熱タービンの運転開始時には、前記地熱蒸気を前記メイン蒸気室のみから前記タービンロータ側に供給し、運転開始から所定の運転時間が経過した時点、または前記地熱タービンの出力が所定量低下した時点で、前記メイン蒸気室に供給された前記地熱蒸気の一部を前記サブ蒸気室に分配することを特徴とする請求項７に記載の地熱タービンの蒸気供給方法。

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