JP6479386B2 - 蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。

低圧タービンなどの蒸気タービンにおいて、主蒸気の体積流量が少ない運転条件（起動時の無負荷運転時、低負荷運転時、低真空下での運転時など）では、動翼に振動応力が発生する場合がある。特に、複数のタービン段落のうち最終段のタービン段落を構成する動翼は、翼長が長いため、大きな振動応力が発生する場合がある。この現象は、主蒸気の体積流量が少ない流れ場において、流体加振力が生ずることに起因して発生する。

図９は、蒸気タービンの一部を示す図である。図９では、たとえば、高圧タービンと中圧タービンとを順次介して蒸気が作動流体として流入する低圧タービンの一部に関して、模式的に示している。これと共に、図９では、蒸気の体積流量が少ない条件で生ずる流れ場に関して、破線で示している。図９では、左側が上流側であって、右側が下流側である。

体積流量が少ない条件で蒸気が流れるときには、図９に示すように、静翼２０１と動翼２０２とによって構成される最終段のタービン段落のうち、動翼２０２の付近に逆流域２０３が発生する。逆流域２０３が発生した流れ場では、動翼２０２の回転によって流れが非定常状態になるので、動翼２０２に流体加振力が生じる。特に、動翼２０２の先端付近において大きな流体加振力が発生し、大きな曲げモーメントが動翼２０２に作用するために、振動応力が非常に大きくなる。振動応力の上限値σ１は、材料の疲労限度、安全率などの特性を考慮して定められている。このため、蒸気タービンの運転範囲は、振動応力が上限値σ１を超えない条件に制限されている。

図１０は、蒸気タービンにおいて、主蒸気の体積流量と、動翼の振動応力との関係（振動応力特性）を示す図である。図１０では、横軸が主蒸気の体積流量Ｖを示し、縦軸が振動応力σを示している。

図１０に示すように、体積流量Ｖが所定量Ｖ１であるときに振動応力σが上限値σ１になる。このため、体積流量Ｖが所定量Ｖ１よりも少ない場合には、振動応力σが上限値σ１を超える部分を含むので、蒸気タービンの運転範囲は、体積流量Ｖが、その所定量Ｖ１よりも少なくならないように、制限される。すなわち、主蒸気の流量が少なくなる低負荷運転、または、主蒸気の比容積が小さくなる低真空時の運転では、運転が可能な負荷条件、または、蒸気条件の範囲が制限される。

最終段の動翼等において振動が発生することを抑制するために、さまざまな技術が提案されている。

たとえば、複数の動翼の間を連結することによって、振動の発生を抑制することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。しかし、この場合には、抑制可能な振動応力の範囲が狭く、振動の発生を十分に抑制することが容易でない場合がある。

また、たとえば、高圧タービンおよび中圧タービンをバイパスしたバイパスラインを介して、高圧タービンから排気された蒸気の一部を低圧タービンの最終段近傍に挿入することによって、振動の発生を抑制することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この他に、たとえば、ダイアフラム外輪に形成した中空部を介して外部から蒸気を低圧タービンに挿入することによって、振動の発生を抑制することが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。しかしながら、この場合には、外部から蒸気を供給するために補助ボイラが必要になること、供給配管系統が大規模になること、および、挿入する蒸気の状態を整える機器が必要になること等のように、制約が多い。このため、コストが上昇すると共に、運用が容易でない場合がある。

上記の他に、タービン最終段を流れる蒸気の体積流量が極めて少ない条件下（起動時など）では、翼長が長い最終段の動翼の回転によって、その動翼の周辺にエネルギを与えるために、温度が著しく上昇する。このため、動翼の材料強度が低下すると共に、動翼の熱伸びが発生する場合がある。この対策のために、タービン排気室に純水を噴霧して冷却することが一般に行われている（たとえば、特許文献４参照）。噴霧されたスプレー水（液滴）は、逆流域の流れによって最終段の動翼の根元側から先端側へ向かって移動し、動翼を冷却する。この一方で、熱交換によって蒸発しなかったスプレー水は、動翼の先端に液滴の状態で高速で衝突するため、浸食によって損傷が発生する場合がある。

特開2008-2439号公報（たとえば、図５参照） 特開平06-66107号公報（たとえば、図１参照） 特開2013-60931号公報（たとえば、図２参照） 特開平05-202702号公報（たとえば、図６参照）

上記の技術においては、蒸気の体積流量が少ない条件下では、動翼の振動応力を十分に抑制することが容易でない場合がある。また、動翼の温度上昇を効果的に抑制すると共に、動翼などの浸食を十分に防止することが困難な場合がある。その結果、蒸気タービンにおいて運転可能な蒸気流量の範囲を拡大することが容易でない。特に、翼長が長い最終段の動翼において上記の問題が顕在化するために、起動条件、負荷範囲、および、真空度条件などの条件が制限される場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、運転可能な蒸気流量の範囲を容易に拡大すること等ができる、蒸気タービンを提供することである。

実施形態の蒸気タービンは、ケーシングとタービンロータと動翼翼列と静翼翼列と噴霧部とを備え、静翼翼列と動翼翼列とのそれぞれがタービンロータの軸方向において交互に複数段配置されている。ここでは、タービンロータは、ケーシングの内部に収容されている。動翼翼列は、複数の動翼がタービンロータの周方向に配列されている。静翼翼列は、複数の静翼がダイアフラム内輪とダイアフラム外輪との間においてタービンロータの周方向に配列されている。噴霧部は、ケーシングの内部において、複数段の動翼翼列のうち最終段の動翼翼列よりも上流に位置する空間であって、ダイアフラム外輪とケーシングとによって区画される空間にスプレー水を噴霧する。

図１は、第１実施形態の蒸気タービン発電システムを模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４を示す図である。 図３は、第１実施形態の低圧タービン１０４において、噴霧部５とマニホールド５１との詳細な構成を示す図である。 図４は、第２実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４Ｂを示す図である。 図５は、第２実施形態の低圧タービン１０４Ｂにおいて、第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂと第１マニホールド５１ａと第２マニホールド５１ｂとの詳細な構成を示す図である。 図６は、第３実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４Ｃを示す図である。 図７は、第４実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４Ｄの要部を示す図である。 図８は、圧力比率ＰＲと振動応力σｖとの関係を示す図である。 図９は、関連技術に係る蒸気タービンの一部を示す図である。 図１０は、関連技術に係る蒸気タービンにおいて、主蒸気の体積流量と、動翼の振動応力との関係（振動応力特性）を示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。なお、下記の実施形態は一例である。

＜第１実施形態＞
［蒸気タービン発電システムの構成］
図１は、第１実施形態の蒸気タービン発電システムを模式的に示す図である。

蒸気タービン発電システム１００は、図１に示すように、ボイラ１０１と、高圧タービン１０２と、中圧タービン１０３と、低圧タービン１０４と、復水器１０５と、給水ポンプ１０６と発電機１０７とを有する。蒸気タービン発電システム１００において、ボイラ１０１は、過熱器１０１Ａと、再熱器１０１Ｂとを含む。

図１に示すように、蒸気タービン発電システム１００においては、ボイラ１０１の過熱器１０１Ａで加熱された蒸気が、主蒸気止め弁Ｖ１ａと主蒸気加減弁Ｖ１ｂとが設置された主蒸気管Ｐ１０１Ａを介して、高圧タービン１０２に作動流体として供給され、高圧タービン１０２において仕事を行う。そして、高圧タービン１０２から排出された蒸気が、低温再熱蒸気管Ｐ１０２を介して、ボイラ１０１の再熱器１０１Ｂに供給され、再熱器１０１Ｂにおいて再度加熱される。再熱器１０１Ｂで加熱された蒸気は、再熱蒸気止め弁Ｖ２ａとインターセプト弁Ｖ２ｂとが設置された高温再熱蒸気管Ｐ１０１Ｂを介して、中圧タービン１０３に作動流体として供給され、中圧タービン１０３において仕事を行う。そして、中圧タービン１０３から排出された蒸気は、クロスオーバ管Ｐ１０３を介して、低圧タービン１０４に作動流体として供給され、低圧タービン１０４において仕事を行う。そして、低圧タービン１０４から排出された蒸気は、復水器１０５で凝縮される。復水器１０５で凝縮された水（復水）は、配管Ｐ１０５を介して給水ポンプ１０６に供給されて昇圧された後に、配管Ｐ１０６を介して、ボイラ１０１の過熱器１０１Ａに戻される。

蒸気タービン発電システム１００では、高圧タービン１０２と中圧タービン１０３と低圧タービン１０４との間においてタービンロータ（図示省略）が連結されており、蒸気の仕事によって、タービンロータが回転する。そして、そのタービンロータの回転によって発電機１０７が駆動し、発電が行われる。

［低圧タービン１０４の構成］
図２は、第１実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４を示す図である。図２では、水平方向（ｘ方向，ｙ方向）のうち回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ方向）と、鉛直方向（ｚ方向）とによって規定される垂直面（ｘｚ面）の断面を示している。低圧タービン１０４は、図１から判るように、たとえば、複流排気型であって、図２では、その低圧タービン１０４の一部に関して模式的に示している。また、図２では、流体および流れ場に関して太い破線を用いて示している。

図２に示すように、低圧タービン１０４は、ケーシング２とタービンロータ３とノズルダイアフラム４と噴霧部５と水供給系統６とを有する。低圧タービン１０４は、多段式であって、複数のタービン段落が回転軸ＡＸに沿って並んでいる。つまり、低圧タービン１０４は、ケーシング２の内部において動翼翼列と静翼翼列とのそれぞれが回転軸ＡＸに沿って交互に複数段配置されている。

低圧タービン１０４においては、蒸気（過熱蒸気）が作動流体Ｆとしてケーシング２の入口（図示省略）から内部に流入する。そして、その流入した作動流体Ｆは、ケーシング２の内部において、回転軸ＡＸに沿って並ぶ複数のタービン段落を順次流れる。具体的には、図２に示すように、作動流体Ｆが初段のタービン段落から最終段のタービン段落を順次流れ、それぞれのタービン段落において膨張し、仕事を行う（図２に示す部分においては、作動流体Ｆが左側から右側へ流れる）。これにより、ケーシング２の内部においてタービンロータ３が回転軸ＡＸを中心にして回転する。そして、作動流体Ｆは、最終段のタービン段落を流出した後に、ケーシング２の出口（図示省略）から外部へ排出される。ケーシング２から排出された作動流体Ｆは、たとえば、低圧タービン１０４の下方に設けられた復水器１０５（図１参照）に流れる。

以下より、低圧タービン１０４を構成する各部の詳細について、順次説明する。

［ケーシング２］
低圧タービン１０４のうち、ケーシング２は、図２に示すように、たとえば、二重構造であって、内部ケーシング２１と外部ケーシング２２とを有する。ケーシング２において、内部ケーシング２１と外部ケーシング２２とのそれぞれは、内部ケーシング２１がタービンロータ３を内部に収容しており、外部ケーシング２２が内部ケーシング２１を内部に収容している。

ケーシング２において、内部ケーシング２１は、円筒形状であって、内部にダイアフラム支持部２１１が設けられている。ダイアフラム支持部２１１は、たとえば、リング形状の板状体であって、回転軸ＡＸの径方向において内部ケーシング２１の内周面から内側へ突き出ている。ダイアフラム支持部２１１は、複数のタービン段落に対応して、複数段が設置されており、その複数落のダイアフラム支持部２１１が、回転軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて並んで配置されている。複数のダイアフラム支持部２１１は、回転軸ＡＸの径方向における長さが、作動流体Ｆの流れ方向に沿って、順次、短くなっている。そして、複数のダイアフラム支持部２１１のそれぞれは、上流側の面においてノズルダイアフラム４を支持している。

上記の他に、ケーシング２においては、スチームガイド２３と出口コーン２４とが設けられている。スチームガイド２３および出口コーン２４は、円錐状の管状部分を含み、スチームガイド２３の内部に出口コーン２４が配置されている。スチームガイド２３と出口コーン２４との両者は、ディフューザを構成しており、最終段のタービン段落から流出した作動流体Ｆが、回転軸ＡＸの径方向において外側へ向かって流れるように構成されている。

なお、図示を省略しているが、ケーシング２は、スチームガイド２３と出口コーン２４との間を流れた作動流体Ｆが、外部ケーシング２２の底部に形成された排出口（図示省略）から外部へ排出されるように構成されている。

［タービンロータ３］
低圧タービン１０４のうち、タービンロータ３は、円柱形状の棒状体（シャフト）であって、回転軸ＡＸに沿った軸方向に流れる作動流体Ｆによって回転するように構成されている。ここでは、タービンロータ３は、回転軸ＡＸが水平方向（ｘ方向）に延在しており、ケーシング２を貫通している。タービンロータ３は、一端部と他端部とのそれぞれが軸受（図示省略）に回転可能に支持されている。上述したように、タービンロータ３は、一端部に発電機（図示省略）が連結されており、タービンロータ３の回転により発電機が駆動して、発電が行われる。

タービンロータ３は、外周面にロータディスク３０が形成されている。ロータディスク３０は、リング形状の板状体であって、回転軸ＡＸの径方向においてタービンロータ３の外周面から外方に突き出ている。ロータディスク３０は、複数が回転軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて設けられている。そして、ロータディスク３０の外周面には、動翼３１が設けられている。動翼３１は、タービンロータ３の周方向に沿って、複数が等しい間隔で配置されている。そして、周方向に配列された複数の動翼３１の先端には、シュラウドリング３２が設置されており、その複数の動翼３１の間をシュラウドリング３２が連結している。

複数の動翼３１が周方向に配列された動翼翼列は、複数のタービン段落に対応して、複数段が設置されており、その複数落の動翼翼列が、回転軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて並んでいる。ここでは、各タービン段落において、動翼３１は、回転軸ＡＸの径方向における長さが、作動流体Ｆの流れ方向に沿って、順次、長くなっている。つまり、最終段の動翼３１ａ（Ｌ−０段動翼）は、他段の動翼よりも長い。

［ノズルダイアフラム４］
低圧タービン１０４のうち、ノズルダイアフラム４は、図２に示すように、ダイアフラム内輪４１と静翼４２とダイアフラム外輪４３とを有し、内部ケーシング２１の内部に収容されている。ノズルダイアフラム４は、回転軸ＡＸの径方向（ラジアル方向）においてタービンロータ３の周囲に配置されている。

ノズルダイアフラム４において、ダイアフラム内輪４１は、リング形状であって、タービンロータ３に設けられたロータディスク３０の間に位置している。静翼４２は、ダイアフラム内輪４１とダイアフラム外輪４３との間に、複数が設置されている。複数の静翼４２は、ダイアフラム内輪４１とダイアフラム外輪４３との間に形成される環状の流路において、周方向に沿って等間隔に配置されている。ダイアフラム外輪４３は、リング形状であって、回転軸ＡＸの径方向においてダイアフラム内輪４１の外側に位置している。ダイアフラム外輪４３は、内部ケーシング２１に設けられたダイアフラム支持部２１１に固定されている。図示を省略しているが、ダイアフラム内輪４１の内周面と、タービンロータ３の外周面との間が、シール装置（図示省略）によって密封されている。同様に、ダイアフラム外輪４３の内周面と、シュラウドリング３２の外周面との間が、シール装置（図示省略）によって密封されている。なお、シュラウドリング３２が無い場合がある。

ノズルダイアフラム４は、複数のタービン段落に対応して、複数段がケーシング２に設置されている。つまり、複数の静翼４２がタービンロータ３の周方向に配列されている静翼翼列は、動翼翼列と同様に、複数段が設置されている。複数段のノズルダイアフラム４は、回転軸ＡＸに沿った軸方向において間を隔てて並ぶように配置されている。ここでは、各タービン段落において、静翼４２は、回転軸ＡＸの径方向における長さが、作動流体Ｆの流れ方向に沿って、順次、長くなっている。つまり、最終段の静翼４２ａ（Ｌ−０段静翼）は、他段の静翼よりも長い。

［噴霧部５］
噴霧部５は、スプレー装置であって、図２に示すように、スプレー水Ｗ１（水滴）を噴霧するように形成されたスプレーヘッドを有する。たとえば、噴霧部５は、スプレー水Ｗ１（水滴）が円錐状に拡散するように噴霧を行う。

本実施形態では、噴霧部５は、複数のダイアフラム外輪４３のうち最終段の静翼翼列に設けられたダイアフラム外輪４３ａ（Ｌ−０段ダイアフラム外輪）と、内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ１（Ｌ−０前抽気室）において、スプレー水Ｗ１を噴霧するように設置されている。換言すると、最終段に設けられたダイアフラム支持部２１１ａと最終段よりも１つ前の段に設けられたダイアフラム支持部２１１ｂとの間であって、最終段のダイアフラム外輪４３ａの外周面と内部ケーシング２１の内周面との間に位置する空間ＳＰ１に、噴霧部５が設置されている。

ここでは、噴霧部５は、マニホールド５１を介して水供給系統６から冷却水Ｗ０（液相水）が供給され、その冷却水Ｗ０をスプレー水Ｗ１として噴霧する。

図３は、第１実施形態の低圧タービン１０４において、噴霧部５とマニホールド５１との詳細な構成を示す図である。図３は、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ方向）に直交する垂直面（ｙｚ面）の一部に関して示している。

図３に示すように、マニホールド５１は、内部ケーシング２１の外周面を周方向に囲うリング状の配管である。マニホールド５１は、水供給系統６が連結されている。また、マニホールド５１は、径方向に延在する配管５１１（スプレー配管）が内周側に複数連結されている。その複数の配管５１１は、周方向において、所定の間隔で並ぶように配列されており、内部ケーシング２１を貫通している。複数の配管５１１と内部ケーシング２１との間は、たとえば、溶接によって密封されている。そして、その複数の配管５１１のそれぞれは、内側の先端に噴霧部５が設置されている。つまり、噴霧部５は、タービンロータ３の周方向において複数が所定の間隔で配置されている。

［水供給系統６］
水供給系統６は、図２に示すように、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０（液相水）が流れる配管を有する。水供給系統６は、外部ケーシング２２を貫通しており、ケーシング２の外部から噴霧部５へ冷却水Ｗ０を供給する。

本実施形態では、水供給系統６は、流量調整弁Ｖ６を有し、流量調整弁Ｖ６を用いて、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量が調整される。たとえば、マニュアル操作によって流量の調整が行われる。

また、本実施形態では、温度調節器６２が更に設置されており、水供給系統６は、その温度調節器６２によって温度が調節された冷却水Ｗ０を噴霧部５へ供給する。たとえば、マニュアル操作によって温度の調節が行われる。

［スプレー水Ｗ１の作用および効果について］
以下より、噴霧部５が噴霧するスプレー水Ｗ１の作用および効果に関して説明する。

既に説明しているが（図９参照）、作動流体Ｆとして供給される蒸気（過熱蒸気）の体積流量が定格運転の場合よりも少ない条件下では、図２に示すように、最終段の動翼３１ａの根元側において大規模な逆流領域Ｆｂが発生する場合がある。このため、作動流体Ｆとして供給された蒸気は、最終段の動翼３１ａのうち先端側の部分において集中して流れる。そして、更に体積流量が少ない条件では、その最終段の動翼３１ａの先端側の部分において渦Ｆｖが発生する。その結果、最終段の動翼３１ａの先端側の部分において、振動応力が非常に大きくなる場合がある。この他に、最終段の動翼３１ａの先端側の部分においては、飽和温度で流れる蒸気が著しく減少していると共に、動翼３１ａの回転によって生ずる風損に起因して過熱されるために、動翼３１ａの温度が上昇する。その結果、動翼３１ａの材料強度が低下する共に、動翼３１ａが熱によって膨張して伸びる場合がある。

しかしながら、本実施形態では、噴霧部５が噴霧したスプレー水Ｗ１によって、動翼３１ａにおいて振動応力が発生すること、および、動翼３１ａの温度が上昇することを、効果的に抑制することができる。

具体的には、噴霧部５が噴霧したスプレー水Ｗ１は、最終段のダイアフラム外輪４３ａと、内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ１（Ｌ−０前抽気室）において、顕熱および潜熱を得て加熱される。そして、その加熱されたスプレー水Ｗ１は、内部ケーシング２１の内部において静翼４２と動翼３１とが交互に並ぶ部分であって、作動流体Ｆが流れる蒸気通路に、混入流体Ｓ１として流入する。混入流体Ｓ１は、噴霧部５と蒸気通路との間の距離、スプレー水Ｗ１の温度、スプレー水Ｗ１の噴霧量などの条件に応じて、水滴（液体）と水蒸気（気体）とが混合した気液混合状態、または、全てが水蒸気（気体）になった気体状態で、蒸気通路に流入する。

そして、混入流体Ｓ１は、蒸気通路のうち、最終段の静翼４２ａと、最終段よりも１つ前に位置する段の動翼３１ｂ（Ｌ−１段動翼）との間に流入した後に、作動流体Ｆの流れによって進行方向が変化する。その進行方向が変化した混入流体Ｓ２は、蒸気通路において、外周側に位置する部分を流れる。ここでは、混入流体Ｓ２は、最終段の静翼４２ａのうち外周側に位置する部分を流れた後に、最終段の動翼３１ａのうち外周側に位置する先端部分に流入する。

このため、本実施形態では、最終段の動翼３１ａの先端部分においては、混入流体Ｓ２の流入によって、渦Ｆｖの発生が抑制されるので、振動応力が減少する。さらに、本実施形態では、混入流体Ｓ２は、飽和温度の蒸気を含み、作動流体Ｆよりも温度が低いので、最終段の動翼３１ａにおいて温度が上昇することを抑制可能である。その結果、本実施形態では、動翼３１ａの材料強度が低下すること、および、動翼３１ａが熱によって膨張して伸びることを、防止可能である。

したがって、本実施形態では、低圧タービン１０４において運転可能な蒸気流量の範囲を容易に拡大することができる。

たとえば、低圧タービン１０４が下記の運転条件で運転される場合において、噴霧部５が下記の噴霧条件でスプレー水Ｗ１を噴霧するときに、上記の作用および効果を好適に奏することができる。
（運転条件）
・蒸気の体積流量…定格運転のときの体積流量に対して２５％以下（部分負荷連続運転）
（噴霧条件）
・スプレー水Ｗ１の温度…５℃以上、５０℃以下（低温側は、冬場の発電所内の室温であり、高温側は、夏場の室温（３０℃）にポンプでの温度上昇分（２０℃）を加算した温度である。）
・スプレー水Ｗ１の平均粒径…ザウター（Ｓａｕｔｅｒ）平均径で、１００μｍ以上、２ｍｍ以下（蒸気タービン内で使用される粒径範囲）

なお、本実施形態では、噴霧部５は、上述したように、タービンロータ３の周方向に複数が配置されている（図３参照）。このため、本実施形態では、タービンロータ３の周方向において均一にスプレー水Ｗ１を噴霧することできる。

また、本実施形態では、噴霧部５へ冷却水Ｗ０を供給する水供給系統６は、上述したように、流量調整弁Ｖ６を有する。このため、本実施形態では、流量調整弁Ｖ６を用いて、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量を調整することができる。さらに、本実施形態では、水供給系統６は、上述したように、温度調節器６２を有する。このため、本実施形態では、温度調節器６２を用いて、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の温度を調節することができる。その結果、本実施形態では、噴霧部５から噴霧されたスプレー水Ｗ１が加熱された後に蒸気通路に混入流体Ｓ１として流入するときの状態を、適宜調整することができる。したがって、本実施形態では、動翼３１ａなどが浸食することを、更に効果的に防止可能である。

［第１実施形態の変形例］
上述した第１実施形態では、噴霧部５は、最終段のダイアフラム外輪４３ａと内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ１に設置され、その空間ＳＰ１においてスプレー水Ｗ１を噴霧する。この空間ＳＰ１は、噴霧部５の設置が容易であると共に、最終段のタービン段落に近いので、上述した作用および効果を効果的に奏することができる。しかしながら、噴霧部５の設置場所は、上記の場合に限らない。最終段の動翼３１ａよりも上流に位置する空間に噴霧部５を設置してもよい。たとえば、最終段以外のダイアフラム外輪（４３ｂ，４３ｃなど）と内部ケーシング２１とによって区画される空間（ＳＰ２，ＳＰ３など）（Ｌ−１前抽気室，Ｌ−２前抽気室）に噴霧部５を設置してもよい。換言すると、回転軸ＡＸの方向に並ぶ複数のダイアフラム支持部２１１（２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄなど）のそれぞれの間であって、各段のダイアフラム外輪４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃなど）の外周面と内部ケーシング２１の内周面との間に位置する空間（ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３など）において、噴霧部５がスプレー水Ｗ１を噴霧するように構成されていてもよい。この場合においても、上述した第１実施形態の場合と同様な作用および効果を奏することができる。

上述した第１実施形態では、噴霧部５が円錐状にスプレー水Ｗ１を噴霧する場合について説明したが、これに限らない。たとえば、噴霧部５は、扇状にスプレー水Ｗ１を噴霧するように構成されていてもよい。

上述した第１実施形態では、ケーシング２が二重構造である場合について説明したが、これに限らない。ケーシング２は、単一構造であってもよい。

上述した第１実施形態では、低圧タービン１０４に噴霧部５を設ける場合について説明したが、これに限らない。必要に応じて、上述した低圧タービン１０４以外の蒸気タービンに、上述の噴霧部５を設置してもよい。

また、たとえば、ガスタービンの排熱を利用して蒸気タービンの作動流体を加熱する一軸型コンバインドサイクル発電システムにおいて、蒸気タービンに上述の噴霧部５を設置してもよい。この場合には、起動時に外部から供給する冷却蒸気を低減することができる。そして、上述した第１実施形態の場合と同様な作用および効果を奏することができる。

＜第２実施形態＞
［低圧タービンの構成］
図４は、第２実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４Ｂを示す図である。図４は、図２と同様に、垂直面（ｘｚ面）の断面であって、低圧タービン１０４Ｂの一部に関して模式的に示している。また、図４では、流体および流れ場に関して太い破線を用いて示している。

図４に示すように、本実施形態の低圧タービン１０４Ｂにおいては、上記の第１実施形態の場合（図２などを参照）と異なり、噴霧部５が複数設けられている。ここでは、第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂ（補助噴霧部）との両者が噴霧部５として設けられている。また、水供給系統６が複数であって、第１水供給系統６ａと第２水供給系統６ｂとの両者が水供給系統６として設けられている。この他に、本実施形態の低圧タービン１０４Ｂは、排気室噴霧部１０を更に有する。

本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合（図２などを参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。

［噴霧部５］
複数の噴霧部５のうち、第１噴霧部５ａは、下流側から第三段目の静翼翼列に設けられたダイアフラム外輪４３ｃと、内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ３（Ｌ−２前抽気室）において、スプレー水Ｗ１ａを噴霧するように設置されている。換言すると、下流側から第三段目のダイアフラム支持部２１１ｃと、下流側から第四段目のダイアフラム支持部２１１ｄとの間であって、下流側から第三段目のダイアフラム外輪４３ａの外周面と内部ケーシング２１の内周面との間に位置する空間ＳＰ３に、第１噴霧部５ａが設置されている。

複数の噴霧部５のうち、第２噴霧部５ｂは、補助噴霧部（補助スプレー装置）であって、第１噴霧部５ａと同じ空間ＳＰ３（Ｌ−２前抽気室）に設置されている。第２噴霧部５ｂは、径方向において、第１噴霧部５ａよりも外側に位置している。ここでは、第２噴霧部５ｂは、第１噴霧部５ａが噴霧したスプレー水Ｗ１ａに対して平均粒径が異なるスプレー水Ｗ１ｂ（補助スプレー水）を噴霧するように構成されている。たとえば、第２噴霧部５ｂは、第１噴霧部５ａが噴霧したスプレー水Ｗ１ａよりも平均粒径が小さいスプレー水Ｗ１ｂを噴霧する。

たとえば、第１噴霧部５ａは下記の噴霧条件でスプレー水Ｗ１ａを噴霧し、第２噴霧部５ａは下記の噴霧条件でスプレー水Ｗ１ｂを噴霧する。
（噴霧条件）
・第１噴霧部５ａが噴霧するスプレー水Ｗ１ａの平均粒径…５００μｍ以上、１０００μｍ以下
・第２噴霧部５ｂが噴霧するスプレー水Ｗ１ｂの平均粒径…１００μｍ以上、５００μｍ以下（左記の範囲のうち、第１噴霧部５ａが噴霧するスプレー水Ｗ１ａの粒子体積が、概ね、第２噴霧部５ｂが噴霧するスプレー水Ｗ１ｂの１０倍程度になるように選定することが好ましい。これにより、蒸発後の混入流体量の調整が容易となるため）

本実施形態では、第１噴霧部５ａは、第１マニホールド５１ａを介して第１水供給系統６ａから冷却水Ｗ０（液相水）が供給され、その冷却水Ｗ０をスプレー水Ｗ１ａとして噴霧する。これに対して、第２噴霧部５ｂは、第２マニホールド５１ｂを介して第２水供給系統６ｂから冷却水Ｗ０（液相水）が供給され、その冷却水Ｗ０をスプレー水Ｗ１ｂとして噴霧する。

図５は、第２実施形態の低圧タービン１０４Ｂにおいて、第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂと第１マニホールド５１ａと第２マニホールド５１ｂとの詳細な構成を示す図である。図５は、図３と同様に、回転軸ＡＸに沿った軸方向（ｘ方向）に直交する垂直面（ｙｚ面）の一部に関して示している。

第１マニホールド５１ａは、図５に示すように、内部ケーシング２１の外周面を周方向に囲うリング状の配管である。第１マニホールド５１ａは、第１水供給系統６ａが連結されている。また、第１マニホールド５１ａは、径方向に延在する配管５１１ａが内周側に複数連結されている。その複数の配管５１１ａは、周方向において等しい間隔で並ぶように配列されており、内部ケーシング２１を貫通している。そして、その複数の配管５１１ａのそれぞれは、内側の先端に第１噴霧部５ａが設置されている。

第２マニホールド５１ｂは、図５に示すように、第１マニホールド５１ａと同様に、内部ケーシング２１の外周面を周方向に囲うリング状の配管である。第２マニホールド５１ｂは、第２水供給系統６ｂが連結されている。第２マニホールド５１ｂは、第１マニホールド５１ａの場合と同様に、径方向に延在する配管５１１ｂが内周側に連結されている。図示を省略しているが、この配管５１１ｂは、複数であって、周方向において等しい間隔で並ぶように配列されており、内部ケーシング２１を貫通している。そして、その複数の配管５１１ｂのそれぞれは、内側の先端に第２噴霧部５ｂが設置されている。

また、第１マニホールド５１ａに連結された複数の配管５１１ａのそれぞれと、第２マニホールド５１ｂに連結された複数の配管５１１ｂのそれぞれは、周方向において交互に配置されている。

［水供給系統６］
複数の水供給系統６のうち、第１水供給系統６ａは、図４に示すように、第１噴霧部５ａへ供給する冷却水Ｗ０（液相水）が流れる配管を有する。第１水供給系統６ａは、外部ケーシング２２を貫通しており、ケーシング２の外部から第１噴霧部５ａへ冷却水Ｗ０を供給する。また、第１水供給系統６ａは、分岐管６１ｃを有し、その分岐管６１ｃを介して、排気室噴霧部１０へ冷却水Ｗ０を供給する。ここでは、第１水供給系統６ａは、第１流量調整弁Ｖ６ａを有し、第１流量調整弁Ｖ６ａを用いて、第１噴霧部５ａと排気室噴霧部１０とのそれぞれに供給する冷却水Ｗ０の流量が調整される。第１流量調整弁Ｖ６ａは、温度調節器６２によって温度が調節された冷却水Ｗ０の流量を調節する。

複数の水供給系統６のうち、第２水供給系統６ｂは、図４に示すように、第２噴霧部５ｂへ供給する冷却水Ｗ０（液相水）が流れる配管を有する。第２水供給系統６ｂは、外部ケーシング２２を貫通しており、ケーシング２の外部から第２噴霧部５ｂへ冷却水Ｗ０を供給する。ここでは、第２水供給系統６ｂは、第２流量調整弁Ｖ６ｂを有し、第２流量調整弁Ｖ６ｂを用いて、第２噴霧部５ｂに供給する冷却水Ｗ０の流量が調整される。第２流量調整弁Ｖ６ｂは、第１流量調整弁Ｖ６ａと同様に、温度調節器６２によって温度が調節された冷却水Ｗ０の流量を調節する。

［排気室噴霧部１０］
排気室噴霧部１０は、噴霧部５と同様に、スプレー装置であって、図４に示すように、たとえば、円錐状にスプレー水Ｗ１０（水滴）を噴霧するように形成されたスプレーヘッドを有する。排気室噴霧部１０は、ケーシング２の内部において、スチームガイド２３と出口コーン２４との間の空間（排気室）において、スプレー水Ｗ１０を噴霧する。これにより、最終段の動翼３１ａが冷却されると共に、その最終段の動翼３１ａを通過した作動流体Ｆが冷却される。

ここでは、排気室噴霧部１０は、第１水供給系統６ａから冷却水Ｗ０（液相水）がマニホールド１１を介して供給され、その冷却水Ｗ０をスプレー水Ｗ１０として噴霧する。具体的には、マニホールド１１は、スチームガイド２３の外周面を周方向に囲うリング状の配管であって、第１水供給系統６ａに設けられた分岐管６１ｃが連結されている。また、マニホールド１１は、配管１１１が内周側に連結されている。図示を省略しているが、この配管１１１は、複数であって、周方向において所定の間隔で並ぶように配列されており、スチームガイド２３を貫通している。そして、その複数の配管１１１のそれぞれは、内側の先端に排気室噴霧部１０が設置されている。つまり、排気室噴霧部１０は、噴霧部５と同様に、タービンロータ３の周方向において複数が等しい間隔で配置されており、噴霧部５と同時に、スプレー水Ｗ１０を噴霧することができる。

［スプレー水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの作用および効果について］
以下より、第１噴霧部５ａが噴霧したスプレー水Ｗ１ａと、第２噴霧部５ｂが噴霧したスプレー水Ｗ１ｂ（補助スプレー水）との作用および効果に関して説明する。

第１噴霧部５ａが噴霧したスプレー水Ｗ１ａと、第２噴霧部５ｂが噴霧したスプレー水Ｗ１ｂとの両者は、下流側から第三段目のダイアフラム外輪４３ｃと、内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ３において、顕熱および潜熱を得て加熱され、作動流体Ｆが流れる蒸気通路に混入流体Ｓ１として流入する。その加熱された混入流体Ｓ１は、第１実施形態の場合と同様に、水滴（液体）と水蒸気（気体）とが混合した気液混合状態、または、全てが水蒸気（気体）になった気体状態で、蒸気通路に流入する。

そして、その混入流体Ｓ１は、作動流体Ｆが流れる蒸気通路のうち、最終段よりも２つ前に位置する段の静翼４２ｃ（Ｌ−２段静翼）と、最終段よりも３つ前に位置する段の動翼３１ｄ（Ｌ−３段動翼）との間に流入した後に、作動流体Ｆの流れによって進行方向が変化する。その進行方向が変化した混入流体Ｓ２は、蒸気通路のうち外周側に位置する部分を流れる。ここでは、混入流体Ｓ２は、最終段よりも２つ前に位置するタービン段落から、最終段のタービン段落へ向かって、径方向において拡散して流れる。そして、混入流体Ｓ２は、最終段のタービン段落では、静翼４２ａにおいて外周側に位置する部分を流れた後に、動翼３１ａにおいて外周側に位置する先端部分に流入する。

このため、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、最終段の動翼３１ａにおいて、振動応力を減少可能であると共に、温度が上昇することを抑制可能である。

したがって、本実施形態では、低圧タービン１０４Ｂにおいて運転可能な蒸気流量の範囲を容易に拡大することができる。

なお、本実施形態では、複数の第１噴霧部５ａと複数の第２噴霧部５ｂとのそれぞれがタービンロータ３の周方向において交互に配置されている（図５参照）。これにより、周方向において、第１噴霧部５ａから噴霧されたスプレー水Ｗ１ａの噴霧量が少ない部分に対して、第２噴霧部５ｂからスプレー水Ｗ１ｂを噴霧して補うことができる。このため、本実施形態では、タービンロータ３の周方向において、スプレー水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが均一に噴霧される。

また、本実施形態では、第１噴霧部５ａへ冷却水Ｗ０を供給する第１水供給系統６ａが第１流量調整弁Ｖ６ａを有すると共に、第２噴霧部５ｂへ冷却水Ｗ０を供給する第２水供給系統６ｂが第２流量調整弁Ｖ６ｂを有する。このため、本実施形態では、第１流量調整弁Ｖ６ａと第２流量調整弁Ｖ６ｂとのそれぞれを用いて、第１噴霧部５ａへ供給する冷却水Ｗ０の流量と、第２噴霧部５ｂへ供給する冷却水Ｗ０の流量とのそれぞれを、独立に調整することができる。さらに、本実施形態では、第１噴霧部５ａが噴霧するスプレー水Ｗ１ａと、第２噴霧部５ｂが噴霧するスプレー水Ｗ１ｂとのそれぞれは、平均粒径が互いに異なっている。したがって、本実施形態では、スプレー水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂをさまざまな条件で供給することができるため、低圧タービン１０４Ｂにおいて運転可能な蒸気流量の範囲を、更に容易に拡大することができる。

［第２実施形態の変形例］
上述した第２実施形態では、排気室噴霧部１０を設ける場合について説明したが、これに限らない。第１実施形態の場合と同様に、排気室噴霧部１０を設けなくてもよい。この場合であっても、第１噴霧部５ａが噴霧するスプレー水Ｗ１ａ、および、第２噴霧部５ｂが噴霧するスプレー水Ｗ１ｂの条件について適宜設定することによって、排気室噴霧部１０が噴霧するスプレー水Ｗ１０による作用および効果を同様に奏することができる。

上述した第２実施形態では、第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂとの両者を、下流側から第三段目のダイアフラム外輪４３ｃと内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ３（Ｌ−２前抽気室）に設置する場合について説明したが、これに限らない。第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂとのそれぞれを、最終段の動翼３１ａよりも上流に位置する空間に設置してもよい。たとえば、下流側から第二段目のダイアフラム外輪４３ｂと内部ケーシング２１とによって区画される空間ＳＰ２（Ｌ−１前抽気室）等に、第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂとの両者を設置してもよい。この他に、第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂとの両者を、互いに異なる空間に設置してもよい。

上述した第２実施形態では、平均粒径が異なるスプレー水を噴霧する噴霧部５が２種類（第１噴霧部５ａ，第２噴霧部５ｂ）である場合について説明したが、これに限らない。平均粒径が異なるスプレー水を噴霧する噴霧部５が３種類以上であってもよい。また、例えば、第１水供給系統６ａに接続する噴霧部５が、周方向に、複数種類、配置されていてもよい。

＜第３実施形態＞
［低圧タービン１０４Ｃの構成］
図６は、第３実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４Ｃを示す図である。図６は、図２と同様に、垂直面（ｘｚ面）の断面であって、低圧タービン１０４Ｃの一部に関して模式的に示している。また、図６では、流体および流れ場に関して太い破線を用いて示している。

図６に示すように、本実施形態の低圧タービン１０４Ｃにおいては、噴霧部５ｃが設置された位置が、第１実施形態の場合（図２などを参照）と異なっている。

本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合（図２などを参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。

［噴霧部５ｃ］
噴霧部５ｃは、ケーシング２の内部において最終段の静翼４２ａ（Ｌ−０段静翼）と最終段よりも一段前の動翼３１ｂ（Ｌ−１段動翼）との間であって、作動流体Ｆが流れる蒸気通路（Ｌ−０入口）へ向かってスプレー水Ｗ１ｃを直接噴霧するように設置されている。換言すると、最終段に設けられたダイアフラム支持部２１１ａと最終段よりも１つ前の段に設けられたダイアフラム支持部２１１ｂとの間であって、最終段のダイアフラム外輪４３ａの内周面よりも径方向において内側に位置するように、噴霧部５が設置されている。

本実施形態では、噴霧部５ｃは、蒸気通路のうち径方向の外側部分において、スプレー水Ｗ１ｃを噴霧する。

［スプレー水Ｗ１ｃの作用および効果について］
以下より、噴霧部５ｃが噴霧したスプレー水Ｗ１ｃの作用および効果に関して説明する。

噴霧部５ｃが噴霧したスプレー水Ｗ１ｃは、蒸気通路において作動流体Ｆから顕熱および潜熱を得て加熱されると共に、作動流体Ｆの流れに混入することよって進行方向が変化する。その進行方向が変化した混入流体Ｓ２ｃは、第１実施形態の場合と同様に、水滴（液体）と水蒸気（気体）とが混合した気液混合状態、または、全てが水蒸気（気体）になった気体状態で流れる。そして、混入流体Ｓ２ｃは、最終段の静翼４２ａにおいて外周側に位置する部分を流れた後に、動翼３１ａにおいて外周側に位置する先端部分に流入する。

このため、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、最終段の動翼３１ａにおいて、振動応力を減少可能であると共に、温度が上昇することを抑制可能である。

したがって、本実施形態では、低圧タービン１０４Ｃにおいて運転可能な蒸気流量の範囲を容易に拡大することができる。

なお、本実施形態において最終段のタービン段落を流れる混入流体Ｓ２ｃは、第１実施形態において最終段のタービン段落を流れる混入流体Ｓ２（図２参照）よりも、温度が低い。このため、本実施形態では、第１実施形態の場合よりも、最終段の動翼３１ａを更に効果的に冷却することができる。

［第３実施形態の変形例］
上述した第３実施形態では、最終段の静翼４２ａと最終段よりも一段前の動翼３１ｂとの間の蒸気通路に噴霧部５ｃがスプレー水Ｗ１ｃを噴霧する場合について説明したが、これに限らない。最終段の動翼３１ａ（Ｌ−０段動翼）よりも上流に位置する蒸気通路に噴霧部５ｃがスプレー水Ｗ１ｃを噴霧するように構成してもよい。たとえば、蒸気通路において、最終段の静翼４２ａと最終段よりも一段前の動翼３１ｂとの間よりも上流に位置する部分に、スプレー水Ｗ１ｃを噴霧するように構成してもよい。この場合には、上述した第３実施形態の場合と同様な作用および効果を奏することができる。

＜第４実施形態＞
［低圧タービン１０４Ｄの構成］
図７は、第４実施形態の蒸気タービン発電システムにおいて、低圧タービン１０４Ｄの要部を示す図である。図７においては、最終段のタービン段落の一部を模式的に示している。図７では、図２と同様に、左側が上流側であって、右側が下流側である。

図７に示すように、本実施形態の低圧タービン１０４Ｄにおいては、上記の第１実施形態の場合（図１参照）と異なり、第１静圧計測部７１と、第２静圧計測部７２と、温度計測部８１と、制御部９とが、更に設けられている。

本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合（図１参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

［第１静圧計測部７１］
第１静圧計測部７１は、圧力センサを有し、図７に示すように、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａ（静止部）の内周面に設置されている。ここでは、第１静圧計測部７１は、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面のうち、最終段の動翼３１ａの先端が対向する部分よりも上流側の部分であって、最終段の静翼４２ａよりも下流側の部分に設置されている。第１静圧計測部７１は、静圧Ｐ１を計測することによって、第１静圧データ信号Ｄ７１を出力する。

［第２静圧計測部７２］
第２静圧計測部７２は、第１静圧計測部７１と同様に、圧力センサを有し、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面に設置されている。ここでは、第２静圧計測部７２は、第１静圧計測部７１の場合と異なり、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面のうち、最終段の動翼３１ａの先端が対向する部分よりも下流側の部分に設置されている。第２静圧計測部７２は、静圧Ｐ２を計測することによって、第２静圧データ信号Ｄ７２を出力する。

［温度計測部８１］
温度計測部８１は、温度センサを有し、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面に設置されている。ここでは、温度計測部８１は、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面のうち、最終段の動翼３１ａの先端が対向する部分に設置されている。つまり、温度計測部８１は、第１静圧計測部７１と第２静圧計測部７２との間に設置されている。温度計測部８１は、温度Ｔを計測することによって、温度データ信号Ｄ８１を出力する。

［制御部９］
制御部９は、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うように構成されており、演算器が入力信号に基づいて演算処理を実行することによって出力信号を出力する。

本実施形態では、制御部９は、第１静圧計測部７１が出力した第１静圧データ信号Ｄ７１と、第２静圧計測部７２が出力した第２静圧データ信号Ｄ７２と、温度計測部８１が出力した温度データ信号Ｄ８１とが入力信号として入力される。そして、制御部９は、第１静圧データ信号Ｄ７１と第２静圧データ信号Ｄ７２と温度データ信号Ｄ８１とに基づいて、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を流量調整弁Ｖ６に出力する。ここでは、制御部９は、たとえば、第１静圧データ信号Ｄ７１、第２静圧データ信号Ｄ７２、および、温度データ信号Ｄ８１のそれぞれの入力信号値と、制御信号ＣＴＬ９ａの出力信号値との間を関連付けたルックアップテーブルをメモリ装置が記憶しており、そのルックアップテーブルを用いて、入力信号に応じた制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を出力信号として出力する。これにより、水供給系統６を介して噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量が調整される（図２参照）。

さらに、本実施形態では、制御部９は、温度データ信号Ｄ８１に基づいて制御信号ＣＴＬ９ｂ（温度調節指令）を温度調節器６２に出力することによって、温度調節器６２の温度調節動作を制御する。ここでは、制御部９は、たとえば、温度データ信号Ｄ８１の入力信号値と、制御信号ＣＴＬ９ｂ（温度調節指令）の出力信号値との間を関連付けたルックアップテーブルをメモリ装置が記憶しており、そのルックアップテーブルを用いて入力信号に応じた制御信号ＣＴＬ９ｂ（温度調節指令）を、出力信号として出力する。これにより、水供給系統６を介して噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の温度が調整される（図２参照）。

なお、制御部９は、入力信号値と出力信号値との関係を示す関数をメモリ装置が記憶しており、その関数を用いて入力信号に応じた制御信号ＣＴＬ９ａ，ＣＴＬ９ｂを出力するように構成されていてもよい。

［流量調整弁Ｖ６の制御と、その作用および効果とについて］
以下より、制御部９が流量調整弁Ｖ６の動作を制御するときの詳細内容について説明すると共に、その作用および効果に関して説明する。

図８は、圧力比率ＰＲと振動応力σｖとの関係を示す図である。図８において、横軸は圧力比率ＰＲを示し、縦軸は振動応力σｖを示している。圧力比率ＰＲは、第２静圧計測部７２によって計測される下流側の静圧Ｐ２を、第１静圧計測部７１によって計測される上流側の静圧Ｐ１で割った値である（つまり、ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１）。また、上流側の静圧Ｐ１は、第１静圧データ信号Ｄ７１の信号値に相当し、下流側の静圧Ｐ２は、第２静圧データ信号Ｄ７２の信号値に相当する。

図８に示すように、圧力比率ＰＲが１．０を超えたときには（つまり、ＰＲ＞１．０のとき）、振動応力σｖが急激に増加する。

このため、本実施形態では、制御部９は、第１静圧データ信号Ｄ７１と第２静圧データ信号Ｄ７２とに基づいて、下流側の静圧Ｐ２を上流側の静圧Ｐ１で割った圧力比率ＰＲ（ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１）を算出し、その算出した圧力比率ＰＲが１．０よりも大きい値であるか否かを判断する。そして、制御部９は、その算出した圧力比率ＰＲが１．０よりも大きい値であると判断されるときには（つまり、ＰＲ＞１．０のとき）、流量調整弁Ｖ６を開けるように、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を出力する（図７参照）。ここでは、算出した圧力比率ＰＲの値と１．０との間の差分値ΔＰＲ（ΔＰＲ＝ＰＲ−１．０）に応じて、流量調整弁Ｖ６の開度を大きく開けるように、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）が出力される。これに対して、制御部９は、算出した圧力比率ＰＲの値が１．０以下であると判断されるときには（つまり、ＰＲ≦１．０のとき）、流量調整弁Ｖ６が閉まった状態になるように、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を出力する。

上記の他に、本実施形態では、制御部９は、温度データ信号Ｄ８１に基づいて、温度計測部８１によって計測された温度Ｔが予め定めた上限温度Ｔｈ（制限温度）よりも高いか否かを判断する。そして、制御部９は、温度計測部８１によって計測された温度Ｔが予め定めた上限温度Ｔｈよりも高いと判断されるときには（つまり、Ｔ＞Ｔｈのとき）、流量調整弁Ｖ６を開けるように、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を出力する。ここでは、温度計測部８１によって計測された温度Ｔと、予め定めた上限温度Ｔｈとの間の差分値ΔＴ（つまり、ΔＴ＝Ｔ−Ｔｈ）に応じて、流量調整弁Ｖ６の開度を大きくするように、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）が出力される。これに対して、制御部９は、温度計測部８１によって計測された温度Ｔが予め定めた上限温度Ｔｈ以下であると判断されるときには（つまり、Ｔ≦Ｔｈのとき）、流量調整弁Ｖ６の開度を小さくするように、制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を出力する。

以上のように、本実施形態では、第１静圧データ信号Ｄ７１と第２静圧データ信号Ｄ７２と温度データ信号Ｄ８１とに応じて、流量調整弁Ｖ６の開度を制御することによって、水供給系統６を介して噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量が調整される（図２参照）。ここでは、最終段の動翼３１ａの先端近傍において、振動応力σｖが大きくなる状態（ＰＲ＞１．０のとき）であるとき、および、温度Ｔが高い状態（Ｔ＞Ｔｈのとき）であるときに、スプレー水Ｗ１（図２参照）の噴射が行われる。このため、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に（図２参照）、最終段の動翼３１ａにおいて振動応力が発生することを抑制可能である。これと共に、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に（図２参照）、最終段の動翼３１ａにおいて温度が上昇することを抑制可能であるので、動翼３１ａの材料強度が低下すること、および、動翼の熱伸びを抑制することができる。

この一方で、最終段の動翼３１ａの先端近傍において、振動応力σｖが小さい状態、および、温度が低い状態のときには、スプレー水Ｗ１（図２参照）の噴射が停止される。このため、本実施形態では、スプレー水Ｗ１（図２参照）の噴射に起因して、動翼３１ａなどが浸食されることを効果的に防止することができる。

［温度計測部８１の制御と、その作用および効果とについて］
以下より、制御部９が温度調節器６２の動作を制御するときの詳細内容について説明すると共に、その作用および効果に関して説明する。

本実施形態では、制御部９は、温度データ信号Ｄ８１に基づいて、温度計測部８１によって計測された温度Ｔが、予め定めた上限温度Ｔｈ（制限温度）よりも高いか否かを判断する。そして、制御部９は、温度計測部８１によって計測された温度Ｔが、予め定めた上限温度Ｔｈ（制限温度）よりも高いと判断されるときには（つまり、Ｔ＞Ｔｈのとき）、温度調節器６２が冷却水Ｗ０の温度を予め定めた温度に下げるように、制御信号ＣＴＬ９ｂ（温度調節指令）を出力する。

このように、本実施形態では、温度データ信号Ｄ８１に応じて温度調節器６２の動作を制御することによって、水供給系統６を介して噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の温度が、予め定めた温度に調整される（図２参照）。ここでは、最終段の動翼３１ａの先端近傍において温度が高い状態のときに（つまり、Ｔ＞Ｔｈのとき）、スプレー水Ｗ１（図２参照）の温度が予め定めた温度になるように下げられる。このため、本実施形態では、最終段の動翼３１ａにおいて温度が上昇することを効果的に抑制可能であるので、動翼３１ａの材料強度が低下すること、および、動翼の熱伸びを更に抑制することができる。

したがって、本実施形態では、第１実施形態の場合（図１参照）と同様に、低圧タービン１０４Ｄにおいて運転可能な蒸気流量の範囲を容易に拡大することができる。

［第４実施形態の変形例］
上述の第４実施形態では、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面のうち、最終段の動翼３１ａの先端が対向する部分に、温度計測部８１が設置されている場合（図７参照）に関して説明したが、これに限らない。温度計測部８１は、第１静圧計測部７１と同様に、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面のうち、最終段の動翼３１ａの先端が対向する部分よりも上流側の部分であって、ノズル後縁端よりも下流側に設置されていてもよい。この他に、温度計測部８１は、第２静圧計測部７２と同様に、最終段に設置されたダイアフラム外輪４３ａの内周面のうち、最終段の動翼３１ａの先端が対向する部分よりも下流側の部分に設置されていてもよい。これらの場合には、動翼３１ａの先端から放出される水滴によって温度計測部８１が浸食されることを抑制することができる。

上述の第４実施形態では、下流側の静圧Ｐ２を上流側の静圧Ｐ１で割った圧力比率ＰＲ（ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１）が１．０よりも大きい値であるときに（つまり、ＰＲ＞１．０のとき）、流量調整弁Ｖ６を開け、圧力比率ＰＲが１．０以下の値であるときに（つまり、ＰＲ≦１．０のとき）、流量調整弁Ｖ６を閉める場合について説明したが、これに限らない。たとえば、圧力比率ＰＲが１．０から任意のマージン値αを引いた値よりも大きい値であるときに（つまり、ＰＲ＞１．０−αのとき）、流量調整弁Ｖ６を開け、圧力比率ＰＲが、その値以下の値であるときに（つまり、ＰＲ≦１．０−αのとき）、流量調整弁Ｖ６を閉めるように、制御を行ってもよい。マージン値αは、たとえば、圧力センサの計測精度（誤差）等の特性を考慮して適宜設定される。

上流側の静圧Ｐ１と下流側の静圧Ｐ２は、両者の差圧ＤＰを計測し、一方について計測した絶対圧（Ｐ１またはＰ２）に加算することによって両者が求められる。このため、上記の圧力比率ＰＲ（ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１）は、たとえば、上流側の静圧Ｐ１の絶対圧を計測した場合、下記の式（Ａ）に従って求められる。したがって、静圧Ｐ１の絶対圧の誤差、および、差圧ＤＰの誤差を考慮してマージン値αが適宜設定される。
ＰＲ＝（Ｐ１＋ＤＰ）／Ｐ１ ・・・式（Ａ）
具体的には、想定される差圧ＤＰは、圧力センサのフルレンジの２０％においてセンサ精度がフルレンジの１％であると仮定した場合、誤差が０．０５（＝１％／２０％）になる。同様に、上流側の静圧Ｐ１の絶対圧の誤差が０．０５であると仮定すると、圧力比率ＰＲは、上記の式（Ａ）において、分母および分子において０．０５の誤差を有することになる。この場合には、圧力比率ＰＲの誤差は最大で０．１程度になるので、マージン値αを０．１に設定し、圧力比率ＰＲが０．９を超えたときに流量調整弁Ｖ６を開けるように制御を行う。このように、マージン値αは、たとえば、圧力センサの計測精度（誤差）等の特性を考慮して適宜設定される。

上述の第４実施形態では、第１実施形態（図２参照）と同様に構成された噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０に関して、流量の調整、および、温度の調整を行う場合について説明したが、これに限らない。第２実施形態（図４参照）において、噴霧部５として設置された第１噴霧部５ａと第２噴霧部５ｂとへ供給する冷却水Ｗ０に関して、本実施形態と同様に、流量の調整、および、温度の調整を行ってもよい。同様に、第３実施形態（図６参照）において、噴霧部５ｃへ供給する冷却水Ｗ０に関して、本実施形態と同様に、流量の調整、および、温度の調整を行ってもよい。

上述の第４実施形態では、第１静圧データ信号Ｄ７１と第２静圧データ信号Ｄ７２と温度データ信号Ｄ８１とに基づいて、制御部９が制御信号ＣＴＬ９ａ（弁開度指令）を流量調整弁Ｖ６に出力し、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量を調整する場合について説明したが、これに限らない。第１静圧データ信号Ｄ７１および第２静圧データ信号Ｄ７２を用いずに、温度データ信号Ｄ８１に基づいて、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量を制御部９が調整するように構成されていてもよい。この他に、温度データ信号Ｄ８１を用いずに、第１静圧データ信号Ｄ７１と第２静圧データ信号Ｄ７２と基づいて、噴霧部５へ供給する冷却水Ｗ０の流量を制御部９が調整するように構成されていてもよい。つまり、振動応力と温度との一方が制限値に到達したときに、噴霧部５を駆動して噴霧を行ってもよい。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…ケーシング、３…タービンロータ、４…ノズルダイアフラム、５…噴霧部、５ａ…第１噴霧部、５ｂ…第２噴霧部、５ｃ…噴霧部、６…水供給系統、６ａ…第１水供給系統、６ｂ…第２水供給系統、９…制御部、１０…排気室噴霧部、１１…マニホールド、２１…内部ケーシング、２２…外部ケーシング、２３…スチームガイド、２４…出口コーン、３０…ロータディスク、３１…動翼、３１ａ…動翼（Ｌ−０段動翼）、３１ｂ…動翼（Ｌ−１段動翼）、３１ｃ…動翼（Ｌ−２段動翼）、３１ｄ…動翼（Ｌ−３段動翼）、３２…シュラウドリング、４１…ダイアフラム内輪、４２…静翼、４２ａ…静翼（Ｌ−０段静翼）、４２ｂ…静翼（Ｌ−１段静翼）、４２ｃ…静翼（Ｌ−２段静翼）、４２ｄ…静翼（Ｌ−３段静翼）、４３…ダイアフラム外輪、４３ａ…ダイアフラム外輪（Ｌ−０段ダイアフラム外輪）、４３ｂ…ダイアフラム外輪（Ｌ−１段ダイアフラム外輪）、４３ｃ…ダイアフラム外輪（Ｌ−２段ダイアフラム外輪）、５１…マニホールド、５１ａ…第１マニホールド、５１ｂ…第２マニホールド、６１ｃ…分岐管、６２…温度調節器、７１…第１静圧計測部、７２…第２静圧計測部、８１…温度計測部、１００…蒸気タービン発電システム、１０１…ボイラ、１０１Ａ…過熱器、１０１Ｂ…再熱器、１０２…高圧タービン、１０３…中圧タービン、１０４…低圧タービン、１０４Ｂ…低圧タービン、１０４Ｃ…低圧タービン、１０４Ｄ…低圧タービン、１０５…復水器、１０６…給水ポンプ、１０７…発電機、１１１…配管、２０１…静翼、２０２…動翼、２０３…逆流域、２１１…ダイアフラム支持部、２１１ａ…ダイアフラム支持部、２１１ｂ…ダイアフラム支持部、２１１ｃ…ダイアフラム支持部、２１１ｄ…ダイアフラム支持部、５１１…配管、５１１ａ…配管、５１１ｂ…配管、ＡＸ…回転軸、ＣＴＬ９ａ…制御信号、ＣＴＬ９ｂ…制御信号、Ｄ７１…第１静圧データ信号、Ｄ７２…第２静圧データ信号、Ｄ８１…温度データ信号、Ｆ…作動流体、Ｆｂ…逆流領域、Ｆｖ…渦、Ｐ１０１Ａ…主蒸気管、Ｐ１０１Ｂ…高温再熱蒸気管、Ｐ１０２…低温再熱蒸気管、Ｐ１０３…クロスオーバ管、Ｐ１０５…配管、Ｐ１０６…配管、Ｓ１…混入流体、Ｓ２…混入流体、Ｓ２ｃ…混入流体、ＳＰ１…空間（Ｌ−０前抽気室）、ＳＰ２…空間（Ｌ−１前抽気室）、ＳＰ３…空間（Ｌ−２前抽気室）、Ｖ１ａ…主蒸気止め弁、Ｖ１ｂ…主蒸気加減弁、Ｖ２ａ…再熱蒸気止め弁弁、Ｖ２ｂ…インターセプト弁、Ｖ６…流量調整弁、Ｖ６ａ…第１流量調整弁、Ｖ６ｂ…第２流量調整弁、Ｗ０…冷却水、Ｗ１…スプレー水、Ｗ１０…スプレー水、Ｗ１ａ…スプレー水、Ｗ１ｂ…スプレー水、Ｗ１ｃ…スプレー水

Claims (11)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部に収容されているタービンロータと、
   複数の動翼が前記タービンロータの周方向に配列されている動翼翼列と、
   複数の静翼がダイアフラム内輪とダイアフラム外輪との間において前記タービンロータの周方向に配列されている静翼翼列と
   を備え、前記静翼翼列と前記動翼翼列とのそれぞれが前記タービンロータの軸方向において交互に複数段配置されている蒸気タービンであって、
   前記ケーシングの内部において前記複数段の動翼翼列のうち最終段の動翼翼列よりも上流に位置する空間であって、前記ダイアフラム外輪と前記ケーシングとによって区画される空間にスプレー水を噴霧する噴霧部
   を有することを特徴とする、
   蒸気タービン。
2. 前記噴霧部は、前記複数段の静翼翼列のうち最終段の静翼翼列に設けられたダイアフラム外輪と、前記ケーシングとによって区画される空間に、スプレー水を噴霧する、
   請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記噴霧部へ供給する冷却水の流量を調整する流量調整弁
   を含み、
   前記噴霧部は、前記流量調整弁によって流量が調整された冷却水を前記スプレー水として噴霧する、
   請求項１または２のいずれかに記載の蒸気タービン。
4. 前記噴霧部へ供給する冷却水の温度を調節する温度調節器
   を含み、
   前記噴霧部は、前記温度調節器によって温度が調節された冷却水を前記スプレー水として噴霧する、
   請求項１から３のいずれかに記載の蒸気タービン。
5. 前記噴霧部へ供給する冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
   前記複数段の動翼翼列のうち最終段の動翼翼列の先端が対向する静止部であって当該最終段の動翼翼列よりも上流に位置する部分に設置されており、静圧を計測することによって第１静圧データ信号を出力する第１静圧計測部と、
   前記複数段の動翼翼列のうち最終段の動翼翼列の先端が対向する静止部であって当該最終段の動翼翼列よりも下流に位置する部分に設置されており、静圧を計測することによって第２静圧データ信号を出力する第２静圧計測部と、
   前記第１静圧データ信号と前記第２静圧データ信号とに基づいて、前記流量調整弁の開度を制御する制御部と
   を有し、
   前記噴霧部は、前記流量調整弁によって流量が調節された冷却水を前記スプレー水として噴霧する、
   請求項１または２に記載の蒸気タービン。
6. 前記複数段の動翼翼列のうち最終段の動翼翼列の先端が対向する静止部に設置されており、温度を計測することによって温度データ信号を出力する温度計測部
   を有し、
   前記制御部は、前記第１静圧データ信号と前記第２静圧データ信号と前記温度データ信号とに基づいて、前記流量調整弁の開度を制御する、
   請求項５に記載の蒸気タービン。
7. 前記噴霧部へ供給する冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
   前記複数段の動翼翼列のうち最終段の動翼翼列の先端が対向する静止部に設置されており、温度を計測することによって温度データ信号を出力する、温度計測部と、
   前記温度データ信号に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する制御部と
   を有し、
   前記噴霧部は、前記流量調整弁によって流量が調節された冷却水を前記スプレー水として噴霧する、
   請求項１または２に記載の蒸気タービン。
8. 前記噴霧部へ供給する冷却水の温度を調節する温度調節器
   を含み、
   前記制御部は、前記温度データ信号に基づいて、前記温度調節器の動作を制御する、
   請求項６または７に記載の蒸気タービン。
9. 前記噴霧部は、前記タービンロータの周方向において複数が配置されている、
   請求項１から８のいずれかに記載の蒸気タービン。
10. 前記複数の噴霧部は、
    第１噴霧部と、
    前記第１噴霧部が噴霧するスプレー水に対して平均粒径が異なるスプレー水を噴霧する第２噴霧部と
    を含み、
    前記第１噴霧部と前記第２噴霧部とが、前記タービンロータの周方向において交互に複数配置されている
    請求項９に記載の蒸気タービン。
11. 前記ケーシングの排気室にスプレー水を噴霧する排気室噴霧部と、
    前記第１噴霧部および前記排気室噴霧部に供給する冷却水が流れる第１水供給系統と、
    前記第２噴霧部に供給する冷却水が流れる第２水供給系統と
    を有し、
    前記排気室噴霧部は、前記第１水供給系統から供給される冷却水をスプレー水として噴霧し、
    前記第１噴霧部は、前記第１水供給系統において前記排気室噴霧部へ供給される冷却水が分岐して供給され、当該冷却水を前記スプレー水として噴霧し、
    前記第２噴霧部は、前記第２水供給系統から供給される冷却水をスプレー水として噴霧する、
    請求項１０に記載の蒸気タービン。

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