JPH033044B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気タービン装置に関し、特に高圧タ
ービンと中圧タービンとを同一軸心状に連結した
蒸気タービン装置に関するものである。

高圧タービンと中圧タービンとを備えた蒸気タ
ービン装置の起動法には高中圧起動法と中圧起動
法との２種類がある。

高中圧起動法は、高圧タービンと中圧、低圧タ
ービンとにほぼ同時に通気する起動法で従来から
広く用いられている。

一方、中圧起動法は、中圧、低圧タービンの通
気を高圧タービンの通気に先行せしめるもので、
最近開発された起動法である。

上記の中圧起動法は、ボイラ最終加熱器配管及
びボイラ再熱器出口配管にバイパス起管路を設け
て蒸気タービンへの蒸気供給量をコントロールし
て行われる。この中圧起動法は起動の際ボイラ再
熱器に通気するためボイラ再熱器の過熱を防止す
ることができ、起動時間を短縮することができる
が、次のような技術的問題がある。

即ち、起動の際、中圧、低圧タービンに通気し
ている間、高圧タービンは中圧タービンによつて
回転せしめられる。このようにして、未だ通気さ
れていない高圧タービンが風損のために過熱して
損傷する虞れがある。

従来、上記の風損防止対策として、高圧タービ
ンの排気を再熱器に導く低温再熱管の蒸気の一部
をコンデンサに流出させるためのベンチレータ弁
が設けられ、上記のベンチレータ弁を開いて高圧
タービンの排気口をコンデンサに連通して高圧タ
ービン内の真空度を高くして風損の防止をはかつ
ている。

しかし、上述のごとくベンチレータ弁を設けた
だけでは次のような不具合がある。

ベンチレータ弁を介してコンデンサに蒸気を逃
がすベンチレータラインを設けた場合、このベン
チレータラインの容量が小さいと、蒸気タービン
の運転中に負荷遮断した場合、高圧タービン内の
蒸気を充分にコンデンサに逃がすことができない
ので風損による排気部の過熱防止が不充分とな
る。また、前記のベンチレータラインの容量が大
きいと、高圧タービン排気部の風損による過熱は
防止できるが、大量の蒸気が一時にコンデンサに
ダンプするので、コンデンサの容量を大きくしな
ければなない。このため設備費用の増加など、経
済的な不利を生じる。

本発明は、上述の事情に鑑み、起動時における
高圧タービン内の圧力を有効に制御し得るよう
に、高圧タービンの蒸気を適切にコンデンサに逃
がす手段を備えた蒸気タービン装置を創作したも
のであるが、次下に詳述するごとく、本発明を適
用する対象の高圧タービンの抽気系統の構成型式
に応じてそれぞれ異なる態様で本発明を実施する
ことができる。

次に、高圧タービンの抽気系統と前記ベンチレ
ータラインとの関連について略述する。

イ 高圧タービン段落途中に抽気系統が無い場合
には、高圧タービン排気部、若しくは上記高圧
タービン排気部に接続された低温再熱蒸気系統
とコンデンサとを結ぶようにベンチレータライ
ンが設けられる。

ロ 高圧タービン段落途中に抽気系統が有る場合
には、上記の抽気系とコンデンサとを結ぶよう
にベンチレータラインが設けられる。

上記のイ抽気系が無い場合には、起動に先立つ
てシヤフトパツキンにシール蒸気を供給すると、
この蒸気は高圧タービンの全段に蒸気停滞部を発
生させる。また上述ロ抽気系が有る場合には、起
動に先立つてシヤフトパツキンにシール蒸気を供
給すると、高圧タービンの抽気段よりも高圧側
（定格運転時における高圧側）に蒸気停滞部を発
生させる。上記のようにして発生した停滞蒸気は
起動時における風損の原因となる。このような停
滞蒸気の発生を防止するため、高圧タービンの蒸
気加減弁に微調整が可能なバイパス弁を設けてこ
のバイパス弁を微開状態にして高圧タービンに微
小流量の蒸気を流通せしめることも考えられる
が、微調整可能なバイパス弁を設置することは設
備費を増加させるなどの不利益を伴う。

また、前記の蒸気停滞部の発生を防止するため
高圧、中圧タービンケーシングを一体に構成して
いる蒸気タービン装置にあつては、高圧タービン
と中圧タービンとの中間をシールしているパツキ
ンの途中からコンデンサに接続されているブロー
ダウンラインを閉じて高圧タービンに微小流量の
蒸気を流入させる方法も有るが、この方法は再熱
蒸気温度が高い場合には高温の再熱蒸気が高圧タ
ービン内に流入することによつて高圧タービンの
過熱を助長する結果となる。

本発明は後に詳述するごとく、中圧起動時にお
ける高圧タービンの風損による過熱を防止しよう
とするものであるが、この目的を達成するための
構成を検討する場合、(i)風損利用、及び、(ii)経年
変化、を考慮する必要がある。

前記の(i)風損利用の考慮とは、タービンをコー
ルド状態から起動する際に、風損による発熱を利
用してウオーミングする必要があるので風損を無
条件に消滅させることは必ずしも好ましくないと
いうことである。

これはヒートソークと呼ばれる操作で、例えば
高圧タービン内圧を5atg近傍まで上げ、中圧ター
ビンによつて定格回転数の1/3〜1/2程度で回転さ
せる。前述のベンチレータラインの容量を大きく
設定してウオームスタート等における高圧タービ
ン内の真空度が高くなるようにしておくと、上述
のヒートソークの際に風損が発生せず、その結
果、コールドスタート所要時間が長くなるという
不具合を生じる。

前述の(ii)経年変化とは、高圧タービンが低圧力
状態にある場合、各高圧部から高圧タービン内へ
リークする蒸気流量が経年的に増加するという問
題である。この経年変化はシヤフトパツキンの振
動による摩耗や蒸気加減弁等の弁座面の損耗のた
め絶無を期し難いので、従来技術においてはこの
経年変化により起動時の高圧タービン内真空度が
低下して風損が増加する傾向があつた。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解
消して、中圧起動の際の高圧タービンの風損によ
る過熱を有効適切に防止し、しかもコールドスタ
ート所要時間を延長させる虞れの無い蒸気タービ
ン装置を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、SPLラ
インを低圧側の個所に接続する蒸気系統を設ける
ことを特徴とする。上記のSPLラインとは、中圧
排気部等の抽気管を高圧タービンのシヤフトパツ
キンに接続する蒸気管路である。

詳しくは、本発明は、高圧タービン及び中圧タ
ービンを備えた蒸気タービン装置において、高圧
タービンシヤフトシール用の蒸気流を低圧部に逃
がして起動時における高圧タービン内の圧力を調
整するための蒸気系統を、SPLラインと低圧部と
の間に介装接続することを特徴とする。ただし上
記の低圧部とは前記中圧排気部等の抽気管よりも
低圧の個所の意である。

また、前述の発明における高圧タービン内の圧
力を調整する蒸気系統の設置と同様の技術的意味
において、高圧タービンの排気口とコンデンサと
の間に介装接続されているベンチレータ弁に自動
制御手段を設けて起動時の高圧タービン内の圧力
を調整することによつても起動時に風損による過
熱防止という同様の効果を達成することができ
る。

前述の蒸気系統の設置と、上述のベンチレータ
弁の自動制御手段の設置とは、起動時において高
圧タービンをコンデンサに連通せしめる流路を設
けるという観点においてその構成要件の要部が共
通であり、高圧タービン内の圧力制御によつて風
損を防止し、風損による過熱を未然に防止すると
いう目的において共通する。

次に、前述の蒸気系統を設けた発明の一実施例
を第１図について説明する。

１はボイラ、２は高圧タービン、９は中圧ター
ビン、１３はコンデンサである。

高圧タービン２に供給される蒸気の管路を高圧
バイパスライン３を介してボイラの再熱器５の入
口側に接続するとともに、上記の再熱器５の出口
側を低圧バイパスライン４を介してコンデンサ１
３に接続してある。これにより中圧起動及び再熱
器５の過熱防止ができる。

高圧タービン２の排気口に連通する低温再熱管
６とコンデンサ１３との間にベンチレータ弁７が
介装接続されている。このベンチレータ弁７を中
圧起動時に開くと高圧タービン２がコンデンサ１
３に連通されて高圧タービン２内の圧力を低下さ
せることができる。

中圧タービン９の排気口に連通された抽気管１
０と、高圧タービン２のシヤフトパツキン８の途
中との間にSPLライン１１が設けられている。１
４は上記のシヤフトパツキンにシール蒸気を供給
するSSRラインである。

上記のSPLラインとコンデンサ１３との間に、
オリフイス１２を有する蒸気系統１５を介装接続
する。

本実施例は以上のようにしてSPLライン１１
と、抽気管１０よりも低圧の個所（コンデンサ１
３）との間に蒸気系統１５を付設し、かつ、上記
の蒸気系統１５内にオリフイス１２を設けて該蒸
気系統１５内の蒸気流の減圧をはかつてある。

この実施例（第１図）によれば、中圧起動の
際、SPRライン１４から供給されたシール蒸気
の一部は高圧タービン２内に流入して低温再熱管
６、及びベンチレータ弁７を経てコンデンサ１３
に逃がされるが、前記SSRライン１４から供給さ
れるシール蒸気の一部はSPLライン１１、及び本
発明によつて付設した蒸気系統１５を経てコンデ
ンサ１３に逃がされる。

SSRライン１４から供給されたシール蒸気のう
ち高圧タービン２内を流通してベンチレータ弁７
を経てコンデンサ１３に回収される蒸気流量は、
前記の蒸気系統１５の付設によつて減少する。即
ち、近似的には蒸気系統１５を通つてコンデンサ
１３に逃がされる流量分だけ減少する。ベンチレ
ータ弁７のサイズが同じであればベンチレータ弁
を流通する蒸気の差圧は流量にほぼ比例する故、
ベンチレータ弁７を通る流量の減少によつて高圧
タービン２内の圧力が低下すること、並びに、そ
の結果として風損が軽減されることは容易に理解
される。

また、一面において、上述のごとく中圧起動時
においてベンチレータ弁７を通過する蒸気流量が
減少するため、該ベンチレータ弁７のサイズを比
較的小さく設定し得る。その結果、ベンチレータ
弁７の過大によるコールドスタート所要時間の延
長を招く虞れが無い。

前述のごとく、SSRライン１４から供給される
シヤフトパツキン８用のシール蒸気を新設の蒸気
系統１５から逃がすことによつて高圧タービン２
内の圧力を低下せしめ得るが、逃がし過ぎると上
記のシヤフトパツキン８のシール効果を減殺する
虞れがある。本実施例においては上記の蒸気系統
１５にオリフイス１２を設けることにより該蒸気
系統１５の蒸気リーク流量を適正に制限すること
ができる。また、本実施例のように上記の蒸気系
統１５を、当該蒸気タービン装置中で最も圧力の
低い個所であるコンデンサ１３に接続すること
と、前記のオリフイス１２を設けることとが相俟
つて、新設の蒸気系統１５の蒸気流量を適正、か
つ、安定したものとすることができ、従つて、高
圧タービン２内の圧力を有効、適切に制御するこ
とができる。

第２図は前記と異なる実施例を示す。第１図と
同一の図面参照番号を付したものは前記の実施例
と同様、乃至は類似の構成部材である。

前記の実施例においては、オリフイス１２を有
する蒸気系統１５をSPLライン１１とコンデンサ
１３との間に介装接続したが、本実施例において
はオリフイス１２を有する蒸気系統１５をSPLラ
イン１１と高圧タービン２の定格時高圧側１６と
の間に介装接続する。

本実施例によると、SSRライン１４から供給さ
れたシール蒸気中、高圧タービン２内に流入する
蒸気のうちの一部は直接的に低温再熱管６及びベ
ンチレータ弁７を経てコンデンサ１３に回収され
るが、残部はSPLライン１１、オリフイス１２、
及び蒸気系統１５′を経て高圧タービン２内に流
入し、高圧タービン２の段落１７内を流通して低
温再熱管６及びベンチレータ弁７を経てコンデン
サ１３に回収される。このようにしてシール蒸気
の一部が高圧タービン２内を流通するので該高圧
タービン２内の蒸気の停滞を防止することがで
き、従つて、風損の発生が防止される。

上記第２図の実施例の変形例を第３図に示す。
ベンチレータ弁７が高圧タービン２の抽気系統４
０に接続されている場合、第２図の実施例におけ
ると同様の蒸気系統１５′を設けることにより、
前記の抽気系統４０よりも定格時高圧側の段落に
蒸気停滞部が発生することを防止し得る。

第４図はベンチレータ弁７に自動制御手段を設
けた蒸気タービン装置の一実施例を示す。

１８は高圧タービン２内の排気部に設けた温度
センサ、１９は同じく圧力センサ、２０は上記圧
力センサ１９の検出結果を電気信号に変換する変
換器、２１は温度センサ１８の検出信号と上記の
変換器２０の出力信号とに基づいて高圧タービン
２のロータの熱応力を算出するように構成した演
算器である。

２３は上記の演算器２１が算出した熱応力値を
設定器２２に設定された熱応力値と比較し、予め
与えられた基準に従つて発信器２４に指令信号を
発信させる機能を有する比較器である。上記発信
器２４の指令信号が接続ライン２５を介してベン
チレータ弁７に伝えられ、同ベンチレータ弁７を
開閉作動せしめる構成である。

本実施例は以上のように構成してあり、これを
用いて中圧起動を行うには前記の設定器２２に高
圧タービン２のロータ（図示せず）の許容熱応力
を設定しておき、比較器２３に対しては次のよう
にプログラムを与える。即ち、演算器２１によつ
て算出した熱応力値が設定器２２の設定値よりも
小さければ発信器２４にベンチレータ弁閉弁信号
を発せしめ、上記の熱応力（算出値）が設定値よ
りも大きければベンチレータ弁開弁信号を発せし
める。

このようにして中圧起動を行うと、温度センサ
１８と圧力センサ１９との検出値に基づいて演算
器２１が高圧タービン２のロータの熱応力を算出
し、比較器２３が上記の算出熱応力を設定器２２
の設定熱応力と比較し、算出熱応力が設定熱応力
よりも低ければベンチレータ弁７を開弁作動させ
る。従つて、コールドスタート時には許容熱応力
の範囲内でベンチレータ弁７を閉じて高圧タービ
ン２内の圧力を上昇させ、風損を利用した温度上
昇を行わせて起動所要時間を短縮する。

また、高圧タービン２のロータ温度が高くなつ
て熱応力が許容値の上限に達するとベンチレータ
弁７を開いて高圧タービン２内の圧力を低下さ
せ、風損を軽減せしめて過熱を防止する。

本実施例（第４図）の蒸気タービン装置を実施
に用いる場合は、高圧タービン構成部材の熱容量
及び熱的慣性の影響を考慮しなければならないの
で、比較器２３に与えるプログラムは次のように
設定する。即ち、演算熱応力と設定熱応力とを比
較した偏差値が予め与えた許容偏差値に達した場
合にベンチレータ弁開閉信号を発せしめる。

第５図は上記と異なる実施例を示す。本実施例
は前述の経年変化の影響を考慮に入れて自動的に
ベンチレータ弁７を適切に開閉作動せしめるよう
に構成した実施例である。

２６は蒸気加減弁４１と高圧タービン２との中
間部に設置した温度センサ、２７は高圧タービン
２と中圧タービン９との中間に設けたシヤフトパ
ツキン４２の高圧タービン側に設けた温度セン
サ、３０は低温再熱配管の逆止弁２９の高圧ター
ビン側に設けた温度センサである。

第５図の実施例が第４図の実施例と異なるとこ
ろは次の如くである。

両実施例とも、演算器２１が高圧タービン２の
温度と圧力とに基づいてロータの熱応力を算出
し、その算出結果を比較器２３によつて設定熱応
力と比較し、比較結果に応じて発信器２４にベン
チレータ弁７の開閉信号を発信させることについ
ては同様の構成である。

しかし、第４図の実施例においては演算器２１
が圧力センサ１９の検出値と温度センサ１８の検
出値とに基づいて高圧タービンロータの熱応力算
出を行う構成であるのに対し、第５図の実施例に
おいては圧力センサ１９の検出値と温度センサ１
８の検出値の他に前記の温度センサ２６、同２
７、及び同３０の検出値も用い、次のようにして
経年変化に対応する補正を行う。

蒸気加減弁４１の直近の下流部である温度セン
サ２６の設置個所は、上記の蒸気加減弁４１のシ
ール性能が完全であれば中圧起動時に高温蒸気流
に触れない場所であり、上記のシール性能が経年
変化によつて低下すると高温の漏洩蒸気に触れる
場所である。従つて温度センサ２６の検出温度に
よつて蒸気加減弁４１の経年的シール性能低下が
推定できる。

同様に、温度センサ２７の検出温度によつてシ
ヤフトパツキン４２の経年的性能低下が、温度セ
ンサ３０の検出温度によつて逆止弁２９の経年的
性能低下がそれぞれ推定できる。

上記３個の温度センサ２６，２７，３０の検出
結果を補正演算器４３に入力させ、これらの検出
温度を設定器２２′に設定した正常温度と比較し
て経年変化の進行程度を演算せしめ、その演算結
果に基づいて温度センサ１８の検出値に所要の補
正を加算せしめ、この補正済温度を演算器２１に
入力せしめる。

以上に説明した第５図の実施例が第４図の実施
例と異なる所を要約すると、第５図の実施例は温
度センサ１８の検出値をそのまま使わないで前述
のごとくにして算出した各部の経年変化の程度に
応じて補正を加えた値を用いて高圧タービン５の
ロータ熱応力を算出することである。

以上詳述したようにして、本発明に係る蒸気タ
ービン装置は中圧起動時における高圧タービン２
内の圧力を制御し、第１図の実施例においては高
圧タービン２内へのシール蒸気流入量を減少せし
めることによつて同高圧タービン２内の真空度を
良くして風損による高圧タービンの過熱損傷を防
止し、第２図の実施例及び第３図の応用例におい
ては高圧タービン内の蒸気停滞部を消失せしめて
風損による高圧タービンの過熱損傷を防止し、第
４図の実施例では高圧タービン２内の圧力を自動
制御して高圧タービンの熱応力による損傷を防止
し、第５図の実施例は経年変化を勘案して第３図
の実施例と同様の効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明を適用して
高圧タービン内の圧力を調整するための蒸気系統
を設けた実施例の蒸気タービン装置の蒸気系統
図、第４図及び第５図はそれぞれ本発明を適用し
て高圧タービン内の圧力を調整するためのベンチ
レータ開閉制御手段を設けた実施例の蒸気系統図
に制御ブロツク図を付記した図である。 １……ボイラ、２……高圧タービン、３……高
圧バイパスライン、４……低圧バイパスライン、
５……再熱器、６……低温再熱管、７……ベンチ
レータ弁、８……高圧タービンシヤフトパツキ
ン、９……中圧タービン、１０……抽気管、１１
……SPLライン、１２……オリフイス、１３……
コンデンサ、１４……SSRライン、１５，１５′
……蒸気系統、１７……段落、１８……温度セン
サ、１９……圧力センサ、２０……圧力変換器、
２５……接続ライン、２６，２７，２８……温度
センサ、２９……逆止弁、３０……温度センサ、
４０……抽気系統、４１……蒸気加減弁、４２…
…シヤフトパツキン、４３……補正演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧タービン及び中圧タービンを備えた蒸気
   タービン装置において、高圧タービンシヤフトシ
   ール用の蒸気流を低圧部に流通せしめて起動時に
   おける高圧タービン内の圧力を調整するための蒸
   気系統を、中圧排気部等の抽気管を高圧タービン
   のシヤフトパツキンに接続するSPLラインと、前
   記の抽気管よりも低圧の個所との間に介装接続し
   たことを特徴とする蒸気タービン装置。 ２ 前記のSPLラインを抽気管よりも低圧側に接
   続する系統は、オリフイス等の減圧手段を備えた
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の蒸気タービン装置。 ３ 前記の系統によりSPLラインを接続する低圧
   側の個所はコンデンサであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、又は同第２項に記載の蒸気
   タービン装置。 ４ 前記の系統によりSPLラインを接続する低圧
   側の個所は高圧タービンであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービン装
   置。 ５ 前記の系統は、オリフイス等の減圧手段を備
   えたものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載の蒸気タービン装置。 ６ 前記の高圧タービンに接続する系統は、高圧
   タービンの最高圧抽気段に接続したものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項又は同第５
   項に記載の蒸気タービン装置。 ７ 高圧タービン及び中圧タービンを備えた蒸気
   タービン装置において、高圧タービンシヤフトシ
   ール用の蒸気流を低圧側に流通せしめて起動時に
   おける高圧タービン内の圧力を調整するためのベ
   ンチレータ弁自動制御手段を設けたことを特徴と
   する蒸気タービン装置。 ８ 前記のベンチレータ弁自動制御手段は、高圧
   タービンに設置した圧力センサ及び温度センサを
   備えた熱応力演算器、上記の熱応力演算器の演算
   結果を設定値と比較する機能を有する比較器、及
   び上記の比較器の出力に従つてベンチレータ弁の
   開度を調整する信号を発信する発信器とを備えた
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項に記載の蒸気タービン装置。 ９ 前記の発信器は、前記の熱応力演算器の演算
   結果を設定値に比較した偏差値が予め定めた偏差
   値よりも小さいときはベンチレータ弁の開度を小
   ならしめる信号を発し、予め定めた偏差値よりも
   大きいときはベンチレータ弁の開度を大ならしめ
   る信号を発信するものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載の蒸気タービン装置。 １０ 前記のベンチレータ弁自動制御手段は、高
   圧タービンに供給される作動蒸気の通路に設けた
   温度センサと、高圧タービン内の温度を検出する
   温度センサと、低温再熱蒸気管路に設けた温度セ
   ンサと、上記の各温度センサの検出値を入力され
   て高圧タービンの経年変化を算出して検出値を補
   正する機能を有する補正演算器と、上記と別体に
   高圧タービンに設けた圧力センサと、前記の補正
   値及び圧力センサの検出結果を入力されて高圧タ
   ービンの熱応力を算出する演算器と、上記の演算
   器によつて算出された熱応力を予め設定された熱
   応力値と比較する比較器と、上記の比較結果に基
   づいてベンチレータ弁の開閉信号を発する発信器
   とからなることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項に記載の蒸気タービン装置。 １１ 前記のベンチレータ弁自動制御手段は、高
   圧タービンの蒸気加減弁の高圧タービン側、低温
   再熱管の逆止弁の高圧タービン側、高圧タービン
   軸端シヤフトパツキンの高圧タービン側、及び
   高、中圧タービン間のシヤフトパツキンの高圧タ
   ービン側にそれぞれ温度センサを設けたものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記
   載の蒸気タービン装置。