JP6938139B2

JP6938139B2 - 蒸気タービン装置

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Publication number: JP6938139B2
Application number: JP2016230227A
Authority: JP
Inventors: 憲一村上; 光由土屋; 衛小田川
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2036-11-28
Also published as: JP2018087502A; US20180149037A1; US10494947B2

Description

本発明は、蒸気タービン装置に関するものである。

地熱タービンプラントでは、蒸気供給源である地熱井戸の熱水や蒸気の状態が変化すると、地熱井戸から供給された蒸気又は熱水をフラッシュさせた後の主蒸気圧力が変動する。そのため、主蒸気圧力に応じて、蒸気タービンへ供給する蒸気の圧力が所定の圧力となるように調整する必要がある。

下記の特許文献１及び２に記載されたノズル調速式地熱タービンは、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つ又は複数のサブ蒸気室とに分けて、サブ蒸気室を個別に開閉可能にしている。そして、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おり、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。

特許文献１及び２に記載された技術において、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。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と、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。
下記の特許文献３では、特許文献１及び２に記載された技術において、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るおそれがあることから、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する技術が開示されている。

特開平６−２２１１０６号公報特開２０１３−２０４４６９号公報特開２０１６−７５１８９号公報

蒸気タービンの初段ロータへ蒸気を供給する初段ノズルの上流側には、蒸気加減弁（ＧＶ）が設置されており、ＧＶが蒸気流量を調整する。前述のように地熱井戸の影響などにより主蒸気圧力が低圧となったときの低圧時の蒸気条件を考慮して、低圧時に蒸気タービンへ供給する蒸気が所定の圧力となるようにＧＶの開度を開放するようにする。主蒸気圧力が高圧時の条件下での場合は、蒸気タービンへ供給する蒸気が所定の圧力となるようにするには、図７に示すように、ＧＶの開度を大幅に絞り込む必要があり、主蒸気圧力が高圧になる割には、蒸気流量は多く増加はしない。そのため、タービン出力は図６の一点鎖線で示すように、本来は高圧の主蒸気圧力があっても、ＧＶの開度の絞り込みによる圧力損失が発生することで、タービンの出力が抑制されることが生じている。すなわち、タービンへ供給する蒸気の圧力が上昇すると熱落差が増加するため、タービン出力を増加させることができるところ、主蒸気圧力が高い条件であっても、ＧＶの開度を絞り込むことでＧＶにおいて圧力損失が生じさせることになり、タービン出力の増加が抑制されている。

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、主蒸気圧力が変動して蒸気流量を調整する場合において、蒸気加減弁による圧力損失を低減して、タービン出力への変換効率を上げることが可能な蒸気タービン装置の運転方法及び蒸気タービン装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の蒸気タービン装置の運転方法及び蒸気タービン装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る蒸気タービン装置の運転方法は、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複数の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に設けられたメイン蒸気室と、前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、該メイン蒸気室よりも容積の小さな少なくとも１つのサブ蒸気室と、前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室を区画する隔壁と、前記メイン蒸気室に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開閉弁とを備える蒸気タービン装置の運転方法であって、前記主蒸気配管を流れる前記蒸気の圧力を測定するステップと、測定された前記蒸気の圧力が所定の閾値以上であるとき、前記開閉弁を閉じるステップと、測定された前記蒸気の圧力が所定の閾値未満であるとき、前記開閉弁を開くステップとを有する。

この構成によれば、主蒸気配管を流れる蒸気の圧力が所定の閾値以上であるとき、メイン蒸気室とサブ蒸気室を結ぶ副蒸気配管に設けられた開閉弁が閉じられることから、蒸気室の通過面積が狭くなる。そのため、主蒸気圧力が高い場合でもノズル口の入口へ供給する蒸気圧力を通過面積で調整して蒸気圧力を所定範囲の圧力とすることができる。
一方、主蒸気配管を流れる蒸気の圧力が所定の閾値未満であるとき、副蒸気配管に設けられた開閉弁が開かれることから、蒸気室の通過面積が広くなる。そのため、主蒸気圧力が低い場合でも、ノズル口の入口へ供給する蒸気圧力を通過面積で調整してノズル口入口の蒸気圧力を所定範囲の圧力とすることができる。
したがって、主蒸気配管に設けられた蒸気加減弁の開度をできるだけ絞り込まずに、圧力損出が少なくなるようにしつつ、サブ蒸気室への蒸気の供給の有無により、ノズル口へ供給する蒸気圧力を調整できる。そのため、蒸気加減弁で生じる圧力損失を低減でき、タービン出力への変換効率を上げることができる。

上記発明において、前記サブ蒸気室は、前記隔壁によって、複数形成され、各前記サブ蒸気室と前記メイン蒸気室とを接続する複数の前記副蒸気配管と、前記複数の副蒸気配管に設けられた複数の前記開閉弁とを備え、測定された前記蒸気の圧力に応じて、１又は複数の前記開閉弁を開閉してもよい。

この構成によれば、サブ蒸気室が複数形成されており、メイン蒸気室とサブ蒸気室を結ぶ副蒸気配管や、副蒸気配管に設けられた開閉弁も複数設けられることから、３段階以上で蒸気室の通過面積を変更できる。したがって、主蒸気圧力の条件によって、蒸気加減弁の開度をできるだけ絞り込まずに、圧力損出を少なくなるようにしつつ、ノズル口の入口へ供給する蒸気の圧力を３段階以上で段階的に切り替えて、蒸気圧力を調整することができる。このため、ノズル口の入口へ供給する蒸気を所定範囲の圧力とする主蒸気圧力の範囲を広く設定することができ、蒸気加減弁で生じる圧力損失を低減して、タービン出力への変換効率を上げることができる。

上記発明において、前記蒸気を供給する前記主蒸気配管に設けられた蒸気加減弁が、前記複数のノズル口入口の蒸気圧力を、所定範囲内の圧力となるように調整してもよい。

この構成によれば、複数のノズル口入口の蒸気圧力が、主蒸気配管に設けられた蒸気加減弁によって、所定範囲内の圧力となるように調整される。

本発明に係る蒸気タービン装置は、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複数の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に設けられたメイン蒸気室と、前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、該メイン蒸気室よりも容積の小さな少なくとも１つのサブ蒸気室と、前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室を区画する隔壁と、前記メイン蒸気室に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開閉弁と、前記主蒸気配管を流れる前記蒸気の圧力を測定する圧力計と、前記圧力計で測定された前記蒸気の圧力が所定の閾値以上であるとき、前記開閉弁を閉じ、測定された前記蒸気の圧力が所定の閾値未満であるとき、前記開閉弁を開く制御部とを備える。

本発明に係る蒸気タービン装置は、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複数の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に設けられたメイン蒸気室と、前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、該メイン蒸気室よりも容積の小さな少なくとも１つのサブ蒸気室と、前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室を区画する隔壁と、前記メイン蒸気室に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開閉弁と、前記ノズル口に設置され、前記ノズル口を塞ぐ塞ぎ板とを備え、前記隔壁は、前記塞ぎ板の板面に対して、交差する所定の角度で設置されている。

この構成によれば、隔壁を設置する場合において、ノズル口に塞ぎ板が設置されることによって、ノズル口を介して隣のメイン蒸気室から、サブ蒸気室へと蒸気がリークすることなく、タービンブレードへ蒸気が供給される。

本発明によれば、主蒸気圧力が変動して蒸気流量を調整する場合において、蒸気加減弁による圧力損失を低減して、タービン出力への変換効率を上げることができる。

本発明の一実施形態に係る地熱タービンを示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る地熱タービンの蒸気室ケーシングを示す概略縦断面図及び地熱タービンの概略構成図である。本発明の一実施形態に係る地熱タービンの蒸気室ケーシングを示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る地熱タービンのノズル口、隔壁及び塞ぎ板を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るＧＶ開度と主蒸気圧力の関係を示すグラフである。本発明の一実施形態に係るタービン出力と主蒸気圧力の関係を示すグラフである。従来の蒸気タービンへ供給する蒸気を所定の圧力とするＧＶ開度と主蒸気圧力の関係を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る地熱タービン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る。地熱タービン１は、図１に示すように、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が支持され、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、蒸気室ケーシング４に主蒸気配管１８が結合されている。

図１に示すように、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７（本実施形態では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の蒸気流れ上流側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の翼部の蒸気流れ上流側に重なっている。

図１から図３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）を囲む環状である。タービンロータ３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）の軸心線Ｏを中心にした回転方向は、図２に向かって時計回りである。

蒸気室３１は、蒸気室ケーシング４と、隔壁１０，１１，１２と、メイン蒸気室１４と、第１サブ蒸気室１５と、第２サブ蒸気室１６と、から構成され、主蒸気配管１８と、第１副蒸気配管１９と、第２副蒸気配管２０と、第１開閉弁２１と、第２開閉弁２２と、止め弁２３と、ＧＶ（蒸気加減弁）２４を備える。

蒸気室ケーシング４の内部は、例えば３枚の平板状の隔壁１０，１１，１２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第１サブ蒸気室１５及び第２サブ蒸気室１６とに分けられている。メイン蒸気室１４は、隔壁１１と隔壁１２の間に形成され、第１サブ蒸気室１５は、隔壁１０と隔壁１１の間に形成され、第２サブ蒸気室１６は、隔壁１０と隔壁１２の間に形成される。

本実施形態では、隔壁１０は、蒸気室ケーシング４内の鉛直方向で最上部付近に設けられている。隔壁１１，１２は、蒸気室ケーシング４の円周方向の所定位置に固定されている。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_１，θ_２を形成する。メイン蒸気室１４、第１サブ蒸気室１５及び第２サブ蒸気室１６の容積比は、地熱タービン１の仕様や、後述する蒸気流量制御の方法に応じて決定される。決定された容積比に応じて、隔壁１０，１１，１２を規定する挟み角θ_１，θ_２も決定される。

ノズル口８ａは、図４に示すように、２枚の隣接する翼９の間に形成される。したがって、２枚の翼９に挟まれたノズル口８ａは、図３で概略的に図示した扇形状ではなく、正確には図４に示すように、湾曲した形状を有する。したがって、蒸気室３１の内部に、平板状の隔壁１０，１１，１２の板面が、蒸気室３１の径方向に対して平行となるように設置する場合、塞ぎ板２５をノズル口８ａの入口部に設置し、かつ少なくとも一つのノズル口８ａを塞ぐようにノズル口８ａを形成している。塞ぎ板２５は、図４に示すように、ノズル口８ａの入口部の形状に応じた湾曲形状を有し、溶接などで接合する。そして、隔壁１０，１１，１２は、板面が塞ぎ板２５の板面に対して所定の角度、例えば垂直となるように設置され溶接などで固定される。所定の角度とは、板面が塞ぎ板２５の板面に対して交差する方向であり、蒸気室３１の内部構造との干渉が無い角度が選定され、垂直であればさらに好ましい。隔壁１０，１１，１２の板面は、タービンロータ３の回転軸に対して平行であり、かつ、蒸気室３１の径方向に対し平行である。

上述したように、隔壁１０，１１，１２を設置する場合、ノズル口８ａの入口部に塞ぎ板２５を設置する。これにより、ノズル口８ａを介して隣のメイン蒸気室１４から、第１サブ蒸気室１５又は第２サブ蒸気室１６へ蒸気がリークすることなく、初段タービンのタービンブレード７ａへ蒸気が供給される。これに対し、塞ぎ板２５がない場合は、ノズル口８ａが湾曲形状を有するのに対して、隔壁１０，１１，１２が平板状であるから、ノズル口８ａを介して隣接するメイン蒸気室１４から、第１サブ蒸気室１５又は第２サブ蒸気室１６へ蒸気がリークする。その結果、タービンブレード７ａ（ノズル口８ａの出口）へ供給する蒸気を所定範囲の圧力となるように、正しい流量を調整することができなくなり、タービン出力の低下を誘発するおそれがある。特に第１，第２開閉弁２１，２２が閉鎖しているときにリークが生じやすい。一方、本実施形態では、第１，第２開閉弁２１，２２が閉鎖している場合であっても、塞ぎ板２５が設置されていることによって、隣のメイン蒸気室１４から、第１サブ蒸気室１５又は第２サブ蒸気室１６へ蒸気がリークすることがなく、タービン出力の低下を抑制する。また、隔壁１０，１１，１２の板面が塞ぎ板２５で固定されるので構造が簡素になり好ましい。

図２に示すように、メイン蒸気室１４には、地熱蒸気や地熱熱水をフラッシュさせた主蒸気を供給する。本実施形態では例えば２本の主蒸気配管１８が接続されている。この主蒸気配管１８は、図示しない１本の母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に極力均一に主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に設置されている。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。

メイン蒸気室１４と第１サブ蒸気室１５との間には、第１副蒸気配管１９が配設され、第１副蒸気配管１９がメイン蒸気室１４と第１サブ蒸気室１５を接続している。第１副蒸気配管１９は、主蒸気配管１８からメイン蒸気室１４に供給された主蒸気の一部を第１サブ蒸気室１５に分配する配管であり、第１副蒸気配管１９には第１開閉弁２１が設けられている。第１開閉弁２１は、第１副蒸気配管１９を介した蒸気の供給及び停止を切り替える。

メイン蒸気室１４と第２サブ蒸気室１６との間には、第２副蒸気配管２０が配設され、第２副蒸気配管２０がメイン蒸気室１４と第２サブ蒸気室１６を接続している。第２副蒸気配管２０は、主蒸気配管１８からメイン蒸気室１４に供給された主蒸気の一部を第２サブ蒸気室１６に分配する配管であり、第２副蒸気配管２０には第２開閉弁２２が設けられている。第２開閉弁２２は、第２副蒸気配管２０を介した蒸気の供給及び停止を切り替える。

第１，第２開閉弁２１，２２は、地熱蒸気や地熱熱水を用いた主蒸気中に含まれ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できることが好ましい。

主蒸気配管１８には、上流側から止め弁２３とＧＶ（蒸気加減弁）２４が設けられている。止め弁２３は、蒸気の供給と停止を切り替える。ＧＶ２４は、主蒸気配管１８を流れる主蒸気の流量を調整する。また、主蒸気は定格の所定圧力で供給されるが、地熱井戸の影響などにより主蒸気圧力が低下することがある。このため、主蒸気配管１８には、圧力計２６が設置され、主蒸気配管１８を流れる主蒸気の圧力を測定する。測定された主蒸気圧力の値に関するデータは制御部２７へ送信される。

主蒸気圧力の低下に対して、地熱タービン１の出力低下を抑制してタービン出力への変換効率を向上するために、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気を所定範囲の圧力となるように、主蒸気の流路で流量を調整する。なお、所定範囲の圧力とは、地熱井戸の影響等により主蒸気圧力が低下した場合に、タービン出力を向上するために設定される圧力である。所定範囲の圧力は、ＧＶ２４をできるだけ絞り込まず、圧力損失を生じさせない程度に開度を調整することで得られるように設定される。所定範囲の圧力は、地熱蒸気条件や需要電力によって適宜変更されうる。

主蒸気の圧力変動が少なく、かつ急でないものは、圧力計２６と制御部２７での監視を行い、測定された主蒸気圧力が所定の閾値と比較して、事前に決定された手順に従い、第１，第２開閉弁２１，２２の各々の開閉動作を、オペレータが実施してもよい。
一方、オペレータに因らず制御部２７の指令で、第１，第２開閉弁２１，２２の動作を自動化してもよい。この場合、制御部２７は、測定された主蒸気圧力に応じて、第１，第２開閉弁２１，２２の開閉を制御する。制御部２７の動作は、予め記録されたプログラムを実行して、ＣＰＵ等のハードウェアによって実現され、主蒸気の圧力変動が多い場合、又は、急に発生する場合にはより好適である。

制御部２７は、測定された主蒸気圧力が所定の閾値以上であるとき、第１，第２開閉弁２１，２２を閉じ、測定された主蒸気圧力が所定の閾値未満であるとき、第１，第２開閉弁２１，２２を開くよう指示する。これにより、蒸気室３１の通過面積が変化する。すなわち、主蒸気配管１８を流れる蒸気の圧力が所定の閾値以上であるとき、メイン蒸気室１４と第１，第２サブ蒸気室１５，１６を結ぶ第１，第２副蒸気配管１９，２０に設けられた第１，第２開閉弁２１，２２が閉じられることから、蒸気室３１の通過面積が狭くなる。そのため、主蒸気圧力が高い場合でも、ＧＶ２４の開度をできるだけ絞り込まずにノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力を蒸気室３１の通過面積を狭くすることで調整して、蒸気圧力を所定範囲の圧力とすることができる。

一方、主蒸気配管１８を流れる蒸気の圧力が所定の閾値未満であるとき、第１，第２副蒸気配管１９，２０に設けられた第１，第２開閉弁２１，２２の少なくともいずれか一方が開かれることから、蒸気室３１の通過面積が広くなる。そのため、主蒸気圧力が低い場合でも、ＧＶ２４の開度をできるだけ絞り込まない状態でノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力を蒸気室３１の通過面積を広くすることで調整して、蒸気圧力を所定範囲の圧力とすることができる。

したがって、図５で示すように、主蒸気配管１８に設けられたＧＶ２４の開閉だけでなく、第１，第２サブ蒸気室１５，１６への蒸気の供給の有無によっても、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気の圧力を調整できる。そのため、ＧＶ２４の開度をできるだけ絞り込まないのでＧＶ２４で生じる圧力損失を低減でき、図６の実線で示すように、主蒸気圧力に対してタービン出力を増加することが可能となり、タービン出力への変換効率を向上することができる。

次に、本実施形態に係る地熱タービン１の流量制御方法について説明する。
以下では、予め二つの異なる主蒸気圧力の閾値、第１の閾値と第２の閾値が設置されており、３段階で、蒸気室３１の通過面積を変化させる場合について説明する。ここで、第２の閾値が第１の閾値よりも大きい値であるとする。

主蒸気は定格の所定圧力で供給されるが、地熱井戸の影響などにより主蒸気圧力が変動することがある。圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第２の閾値以上であるとき、第１開閉弁２１と第２開閉弁２２の両方を閉じる。第１副蒸気配管１９に設けられた第１開閉弁２１と、第２副蒸気配管２０に設けられた第２開閉弁２２が閉じられることから、メイン蒸気室１４から第１サブ蒸気室１５と第２サブ蒸気室１６の両方への蒸気の供給が停止される。その結果、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４のみとなる。

圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第２の閾値以上の範囲にあり、主蒸気圧力が変化したときは、図５で示すように、ＧＶ２４の開度（絞り量）を変化させることによって、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力を所定範囲の圧力となるように蒸気圧力を調整する。この場合、主蒸気圧力が第２の閾値となった場合にＧＶ２４が全開となるように調整されるが、主蒸気圧力の下限変化幅が第２の閾値までと限定されるので、ＧＶ２４開度の絞り量の変化幅は、小さくてよい。そのため、タービン出力の変換効率に影響を及ぼすほどのＧＶ２４による大きな圧力損失は生じない。

地熱井戸の影響などにより主蒸気圧力が低下することがある。圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満であるとき、第１開閉弁２１を開き、第２開閉弁２２を閉じる。第１副蒸気配管１９に設けられた第１開閉弁２１が開かれ、第２副蒸気配管２０に設けられた第２開閉弁２２が閉じられることから、メイン蒸気室１４から第１サブ蒸気室１５へ蒸気が供給され、かつ、メイン蒸気室１４から第２サブ蒸気室１６への蒸気の供給が停止される。その結果、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４と第１サブ蒸気室１５となる。この場合も、圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満の範囲で、主蒸気圧力が変化したときは、図５で示すように、ＧＶ２４の開度（絞り量）を変化させることによって、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力が所定範囲の圧力となるように蒸気圧力を調整する。この場合、主蒸気圧力の変化幅が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満までと限定されるので、ＧＶ２４の開度（絞り量）の変化幅は、小さくてよい。そのため、タービン出力の変換効率に影響を及ぼすほどのＧＶ２４による大きな圧力損失は生じない。

圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第１の閾値未満であるとき、第１開閉弁２１と第２開閉弁２２の両方を開く。第１副蒸気配管１９に設けられた第１開閉弁２１と、第２副蒸気配管２０に設けられた第２開閉弁２２が開かれることから、メイン蒸気室１４から第１サブ蒸気室１５と第２サブ蒸気室１６の両方へ蒸気が供給される。その結果、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４、第１サブ蒸気室１５及び第２サブ蒸気室１６の全てとなる。圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第１の閾値未満の範囲にあり、主蒸気圧力が変化したときは、図５で示すように、ＧＶ２４開度の絞り量を変化させることによって、ノズル口８ａの入口へ供給蒸気圧力を所定範囲の圧力となるように蒸気圧力を調整する。この場合、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力を所定範囲の圧力を維持できる主蒸気圧力範囲として上限が第１の閾値未満まで、下限が蒸気圧力を所定範囲の圧力を維持できなくなるまでと限定されるので、ＧＶ２４の開度（絞り量）の変化幅は、小さくてよい。そのため、タービン出力の変換効率に影響を及ぼすほどのＧＶ２４による大きな圧力損失は生じない。
このように、広い主蒸気圧力範囲において、ＧＶ２４の開度をできるだけ絞り込まない状態で、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力を、蒸気室３１の通過面積を調整することで、所定範囲の圧力とすることができる。

上述したとおり、本実施形態によれば、蒸気室３１の通過面積が段階的に狭くなったり広くなったりする。
従来、主蒸気圧力が変化した場合にもノズル口８ａの入口へ供給する蒸気圧力を所定範囲の圧力とするためには、主蒸気圧力が高いときは、ＧＶ２４の開度（絞り量）を大きくすることによって、蒸気流量を低減することで圧力損失を発生させていた。そのため、図６の一点鎖線で示すように、主蒸気圧力が高い場合でも，主蒸気配管１８におけるＧＶ２４の圧力損失が高く、熱落差が低く抑制されてしまい、タービン出力への変換効率が低かった。一方、本実施形態によれば、主蒸気圧力が第２の閾値以上であるとき、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４のみとなっており、通過面積が狭くなっている。そのため、図５で示すように、主蒸気圧力が高い場合に、ＧＶ２４開度の絞り量を大きくしなくても、蒸気圧力を所定範囲の圧力に調整することができる。また、主蒸気配管１８におけるＧＶ２４の圧力損失を低減できることから、図６の実線で示すように、タービン出力の変換効率の低減を抑制できる。

また、主蒸気配管１８を流れる蒸気の圧力が第２の閾値未満であるとき、第１開閉弁２１が開かれ、さらに、第１の閾値未満であるとき、第２開閉弁２２が開かれることから、蒸気室３１の通過面積が段階的に広くなる。そのため、主蒸気圧力が低い場合でも、ノズル口８ａの入口へ供給する蒸気を所定範囲の圧力とすることができる。
また、段階的に蒸気室３１の通過面積を変化させていることから、それぞれの範囲内でＧＶ２４開度の絞り量を大きくしなくても、蒸気圧力を所定範囲の圧力に調整することができる。また、図６の実線で示すように、主蒸気圧力が第１の閾値以上第２閾値未満の範囲でも、タービン出力の変換効率の低減を抑制できる。

メイン蒸気室１４の容積は、第１，第２サブ蒸気室１５，１６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、及び、このメイン蒸気室１４からタービンケーシング２に供給される主蒸気量だけで１００％の定格出力が得られるように設定される。また、メイン蒸気室１４、第１，第２サブ蒸気室１５，１６のそれぞれの容積は、想定される主蒸気圧力の範囲や、主蒸気圧力の値がどの点になったとき、通過面積を変化させるかによって決定される。

なお、隔壁１０，１１，１２を規定する挟み角θ_１，θ_２が同一であり、第１サブ蒸気室１５及び第２サブ蒸気室１６の容積が同じである場合は、圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満であるとき、上述したとおり、第１開閉弁２１を開いた場合と、第１開閉弁２１ではなく第２開閉弁２２を開いた場合とが同じ作用効果となる。

隔壁１０，１１，１２を規定する挟み角θ_１，θ_２を異ならせ、メイン蒸気室１４、第１サブ蒸気室１５及び第２サブ蒸気室１６の容積を異ならせた場合は、閾値の設定を増やして、４段階で、蒸気室３１の通過面積を変化させることができる。

例えば、第１サブ蒸気室１５が第２サブ蒸気室１６よりも小さい容積であるとし、予め三つの異なる主蒸気圧力の閾値、第１の閾値、第１の閾値よりも大きい第２の閾値と、第２の閾値よりも大きい第３の閾値が設置されている場合は、以下のとおりとなる。

圧力計２６で測定された主蒸気圧力が第３の閾値以上であるとき、第１開閉弁２１と第２開閉弁２２の両方を閉じる。このとき、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４のみとなる。主蒸気圧力が第２の閾値以上かつ第３の閾値未満であるとき、第１開閉弁２１を開き、第２開閉弁２２を閉じる。このとき、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４と第１サブ蒸気室１５となる。

主蒸気圧力が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満であるとき、第２開閉弁２２を開き、第１開閉弁２１を閉じる。このとき、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４と第２サブ蒸気室１６となる。主蒸気圧力が第１の閾値未満であるとき、第１開閉弁２１と第２開閉弁２２の両方を開く。このとき、蒸気が通過可能な蒸気室３１は、メイン蒸気室１４、第１サブ蒸気室１５及び第２サブ蒸気室１６の全てとなる。

また、上述した実施形態では、隔壁を３枚設置して、タービン蒸気室が三つに分割される場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。例えば、隔壁を４枚以上設置して、タービン蒸気室を四つ以上に分割してもよいし、隔壁を２枚設置して、タービン蒸気室を二つに分割してもよい。

１：地熱タービン（蒸気タービン）
２：タービンケーシング
３：タービンロータ
４：蒸気室ケーシング
６：タービン軸
７ａ〜７ｆ：タービンブレード
８ａ〜８ｆ：ノズル口
９：翼
１０：隔壁
１１：隔壁
１２：隔壁
１４：メイン蒸気室
１５：第１サブ蒸気室
１６：第２サブ蒸気室
１８：主蒸気配管
１９：第１副蒸気配管
２０：第２副蒸気配管
２１：第１開閉弁
２２：第２開閉弁
２３：止め弁
２４：ＧＶ（蒸気加減弁）
２５：塞ぎ板
２６：圧力計
２７：制御部
３１：蒸気室

Claims

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複数の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に設けられたメイン蒸気室と、
前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、該メイン蒸気室よりも容積の小さな少なくとも１つのサブ蒸気室と、
前記蒸気室ケーシングの内部に設けられた、前記メイン蒸気室と前記サブ蒸気室とを区画する隔壁と、
前記メイン蒸気室に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開閉弁と、
前記ノズル口に設置され、前記ノズル口を塞ぐ塞ぎ板と、
を備え、
前記隔壁は、前記塞ぎ板の板面に対して、交差する所定の角度で設置されている蒸気タービン装置。