JPH03904A - 部分送入方式蒸気タービンの調速段翼に加わる衝撃荷重を減少させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、蒸気タービンに関し、より詳細には、部分送
入方式蒸気タービンの熱消費率（効率の逆数）を改善す
る方法及び装置に関する。

［従来技術の説明〕 多くの多段蒸気タービン装置の出力制御は蒸気発生２１
からの主蒸気流を絞ることにより行うが、その目的は、
高圧タービン人口におけるズ気の圧力を減少させること
にある。この絞り調速法を用いる災気タービンは、全て
の洒気人［Ｉノズル室がおらゆる負イ町状態で使用され
るので、全周送入又は全問噴射（フルアーク・アドミン
シ９ン：　ｆｕｌｌａｒｃ　ａｄｍｉｓｓｉｏｎ）方式
タービンと呼ばれることが多い２全周送入方式タービン
は通常、定格負荷における正確な蒸気条件で効率を最大
化するような設計になっている。蒸気を人口ノズルの全
てを通し、て送入すると、全周送入方式タービン内の入
口段、例えば第１：ＪＲ達段の前後の圧力比は、蒸気人
口圧力の如何にかかわらず本質的には一定状態を保つ、
その結果、調速段前後の機械的な動力発生効率が最適に
保たれる。しかしながら、全周送入方式タービンでは出
力が減少すると、蒸気発生器とタービン出力との間の蒸
気の仕事サイクルの効率、即ち理想効率が全体的に低下
する。その理由は、絞りにより仕事遂行に利用できるエ
ネルギが減少するからである。一般に、タービンの総合
効率、皿ち、有効効率は、タービンの理想効率と機械的
効率との積である。

絞り調速法を用いる場合よりも一層効率的なタービンの
出力制御は、タービン入口に流入する蒸気を、独立して
いて、個々に制御できる複数の円弧送入部分に分割送入
する方式である０部分送入又は部分噴射（パーシャルア
ーク・アドミッシゴン：　＋＋ａｒＬｉａ！　ａｒｃ　
ａｄｍｉｓｓｉｏｎ）方式として知られているこの方式
では、使用状態にある第１段（初段）ノズルの数は、負
荷変動に応じて変えられる。部分送入方式蒸気タービン
は、円弧送入部分全体を絞るのではなく、絞り変を最小
にした状態で蒸気を個々のノズル室を通って順次送気す
ることにより比較的高い理想効率が得られるので、全周
送入方式タービンよりも有利である。このように理想効
率が一層高いことによる利点は、全問送入方式タービン
の調速段の前後で得られる機械的な最適効率よりも全体
的には有利である。しかしながら、従来型の部分送入方
式は、調速段の前後の仕事出力の効率を制限するような
種々の欠点を持つことが知られている。これらの欠点の
うち幾つかのものは、避けがたい機械的な制約、例えば
、回転翼が決気を送気していない状態のノズル翼群を回
転通過するときに生じる風損及び乱流の影響に起因する
。

さらに、部分送入方式では、ノズル翼群の前後の圧力降
下（従って、圧力比）は、弯気が非常に多くの弁室を通
って順次送気されるとばらつきが生じ、すなわち、最小
弁開点（換言すると、開放状態にある加減弁の可能な限
り最小の個数）で生じる圧力降下は鏝も大きく、全周送
入時に生しる圧力降下は最も小さい。調速段の前後の圧
力降下と反比例の関係にある熱力学的効率は、最少弁開
点で最も低く、全周送入時で最も高い。かくして、全周
送入方式タービンだけでなく部分送入方式タービンにつ
いても調速段の効率は、出力が定格負荷を下回ると低下
する。しかしながら、変動圧力が部分送入方式タービン
のノズル前後で低下するものと仮定すれば、部分送入方
式において共通して見られる成る設計上の特徴を改良す
ることによりタービンの総合効率を増大できると考えら
れる。

調速段は、圧力降下の大部分が固定ノズルの前後で生し
るような衝動段なので、ノズルの効率を１％高めると、
調速段に対する効果は４倍になるが、回転翼の効率を１
％高くしてもこのような効果は得られない。調速段のノ
ズルの性能を適度に改善するようタービンを設計すれば
、部分噴射方式タービンの有効７効率が著しく向上する
。これらタービンの定格負荷状態では、部分送入方式タ
ービンの有効効率の増大がたとえ０．２５％であっても
結果的に多大なエネルギ節約が得られる場合がある。

また、部分送入方式タービンにつき絞り変圧運転（以下
、単に「変圧運転」という場合もある）を行うと、ター
ビン効率が向上し、しかも低サイクル疲労が減少するこ
とになる。通常の手順では、部分送入方式タービンに対
し、変圧運転を、加減弁全部のうち半分が全開し、残り
の半分が全閉している点に対応した値、即ち、最大送大
度が事実上１００％であるようなタービンに関しては５
０％初段送入度に対応した値よりも少ない流量で開始す
る。もし変圧運転を一層多い流量（より大きな％値の初
段送大度）で開始すれば、性能が低下する。しかしなが
ら、８つの茶気加減弁をもつタービンでは、７５％送入
度から変圧運転を行うと、定圧運転で生じる場合がある
６番目の弁の弁ループ（弁絞り損失）のうちかなりの部
分が消失する。

同様なことは、６２．５％送入度からの変圧運転を行っ
た場合にも生じ、５番目の弁、の弁ループのかなりの部
分が消失する。かかる弁ループの除去によりタービンの
熱消費率、換言すれば、その効率が改善される。

第１図は、８つの蒸気加減弁を有する部分送入方式蒸気
タービンにおける変圧調速運転の効果を示している。横
座標は蒸気流計の値、縦座標は熱消費率の値を示す、線
１０ば絞り調速法を用いた定圧運転状態、線１２は全周
送入方式タービンの変圧運転状態を表している。線１４
は順次弁制御方式（部分送入法）による定圧運転状態、
点線１６．１８．２０．２２は弁ループを表している。

弁ループは、連続して配置された加減弁又は調速弁のそ
れぞれを徐々に絞ると発生する。７５％送入度からの変
圧運転状態が線２４で示されている。

注意すべきことは、弁ループ２０の大部分は線２４に沿
って変圧させることにより除去されるが、熱消費率（効
率の逆数）が６２．５％送入度よりも劣った状態で過度
に増大することである。６２．５％送入度からゆっくり
と変圧する運転状態を示す線２６は、成る程度の改善が
得られていることを示すが、弁ループ１６．１８．２０
に対する影響が無い。同様に、５０％送入度からの変圧
運転状態を示す線２８は下端では役立つが、弁ループ＋
６．１８，２０．２２．への影響は無い。これら弁ルー
プはそれぞれ、線１４で表された理想曲線から見ると熱
消費率が高く、従って効率が低い。

第２図、第３図及び第４図は、従来型調速法を用いる例
示的な蒸気タービンの運転状態を示している。第２図は
、１７８　ｋｇ／ｅｊ　（２５３５絶対ｐｓｉ）で定圧
運転した場合の弁全開点の軌跡である線３０を示してい
る。弁開点は、５０％、７５％、８７．５％及び１００
％送入度の状態にあり、弁ループは線３２，３４．３６
で示されている。変圧運転状態は線３Ｂ、４０．４２で
表されている。

例示の蒸気タービン装置に関し１００％送入度、約８０
６ＭＷの負荷状態で起動する場合、８つ全部の加減弁を
全開状態に保つと共に蒸気発生ボイラの制御により絞り
圧力を変化させると、負荷は当初減少する。変圧運転に
よる絞り圧力を表す線３８が弁ループ３２との交点に達
すると、８番目の加減弁を閉じながら絞り圧力を１７８
ｋｇ／Ｃｊ（２５３５絶対ｐｓｉ）まで増大させる。絞
り圧力を１１８ｋｇ／ｄ（２５３５絶対ｐｓｉ）に保ち
ながら加減弁は引き続き閉じてゆくが、その間、負荷は
に保ちながらさらに減少し、ついにはこの加減弁は全閉
し、その時点では、タービンは８７．５％送入度の運転
状態にある。負荷をさらに減少させるため、弁開度を再
び一定に保ち、７つの弁を全開し、絞り圧力を再び減少
させて、これが変圧運転による絞り圧力線４０と７番目
の弁の弁ループ３４との交点に一致するようにする。負
荷をこの意思下に減少させるには、圧力を１７８ｋｇ／
ｃｊ（２５３５絶対ｐｓｉ）まで増大させ、７番目の弁
を全閉するまで徐々に閉じる（弁ループをライディング
ダウンする）。その時点では送大度は７５％である。負
荷をさらに一層減少させるには、６つの弁を全開、２つ
の弁を全閉させた状態で圧力を再び減少させ、絞り圧力
線４２が、５番目と６番目の弁が一定の絞り圧力の運転
状態で同時に動作するような弁ループ３６との交点に達
するようにする０次に、絞り圧力を昇圧させたり弁を閉
しる操作を任意所望の弁数につき操り返し実施する。

絞り圧力のばらつきが第３図に示されている。線４６の
傾斜部分４４は弁開度を一定に保った場合の絞り圧力の
変化状態を示している。垂直部分４８は、弁絞りを行わ
ない変匡運転の終了状態をを表し、最上点は、弁の絞り
を伴う最大圧力での運転状態を表している。水平部分５
０は、弁ループのライディングダウンを行うと共に定圧
運転でｆＬ荷を減少させる状態を示している。第４図は
、負荷の関数としての熱消費率の改善結果を示している
。線５２は、弁ループに関し、定圧運転時の性能と、弁
開点間で変圧運転実施時の性能の差を示している。

第２図及び第４図に示す性能改善原理は、絞り圧力の減
少につれ、ボイラ供給ポンプの吐出量が減少するという
仮定に基づいている。もし吐出量が比例関係で減少しな
ければ、吐出圧力の維持に要するエネルギが高い状態を
保つので、改善の度合いは小さい。従来方式では、圧力
を減少させる信号が供給ポンブー供給ポンプ駆動装置に
送られる。しかしながら、実際には、ポンプ速度の一定
調節を不要にすると共に制御の不安定性及びハンチング
現象が生じないようにするため供給ポンプの次に圧力調
整弁が配置されている。このようにする理由は、流星需
要の摂動に起因してボイラへの入口水圧に僅かなばらつ
きがあるためである。

こうした場合、圧力調整弁が多少の絞りを行い、この絞
りにより、ポンプ吐出圧力が変化し、従ってポンプの吐
出流量が変化する。ポンプ速度は、調整弁の所望の開度
範囲に亙り一定に保たれる。

弁の開度がこれらの限度から外れると、ポンプ速度を調
節して弁を成る所望の平均開度にする。このため、ポン
プ吐出圧力は最小許容値（絞り圧力と装置のｔｌ失水頭
の合計）に等しくならず、従って、ｈ能の改善の度合い
は第２図及び第４図に示すほど大きくない。加えて、負
荷応答を一層迅速にするため、調整弁は通常は成る程度
の圧力降下をもって動作しており、従って、もし負荷需
要が２、増すると調整弁は急速に開いて流量を増大させ
ることができる。ポンプ及びその駆動装置の応答は調整
弁の応答よりも遅い。

絞り変圧運転法を利用すると、蒸気発電所の部分負荷時
の性能が向上するが、研究結果によれば、絞り圧力を一
定に保った状態で調速弁又は加減弁を次々に閉鎮すれば
（＃Ｒ次弁操作方式）、当初、負荷を最大値から減少さ
せる部分送入方式タービンを用いると、最高レベルの性
能が得られることが分かっている。加減弁のうち半分が
全開状態、残りの半分が全開状態にある場合（初段にお
ける送入量は５０％）、弁開度を一定に保ち、絞り圧力
を変化させれば負荷が一段と減少する。この複合運転法
は、Ｆハイブリッド運転法Ｊと呼ばれている。移行点を
５０％送大度にしたハイブリッド運転法は最も効率の良
い運転法であると考えられる。しかしながら、部分送入
方式タービンは、回転翼が、使用状態にある蒸気円弧送
入部分内へ進入するとき及びこれから退出するときに部
分負荷状態では衝撃荷重を受ける。このため、翼を強固
にする必要があるが、これはアスペクト比に悪影響を及
ぼし、その結果、効率が低下する。部分送入方式タービ
ンに関連のある振動応力の減少のためには、翼材料又は
翼根元部を防振することが望ましい。加えて、個々の回
転翼に加わるキロワット表示の荷重（曲げ力）は、円弧
送入量の減少につれ増大する。変圧運転（特に、ハイブ
リッド運転）法を用いると、タービン初段に加わる衝撃
荷重が減少する。その理由は、最少送入量のＲ適値が、
絞り圧力を一定にする運転法の場合よりも高いからであ
る。

部分送入方式タービンに関し、所要の防振作用及び強度
を備えるような初段の翼材料又は設計を得ることは、今
日用いられているタービンの高い茶気圧力及び温度、例
えば、ｆ気圧力が３１６ｋｇ／ｃｄ（４５００ゲージｐ
ｓｔ）、温度が６００℃（１１００°Ｆ）の状態では一
層困難である。この問題点により、かかる高圧高温ター
ビンは初段を全周送入方式、即ち、全周噴射方式で運転
せざるを得ない、というのは、部分送入方式タービンに
適した材料、を入手できないからである。もし送入量が
５０％の状態で部分送入を可能にする材料を見つけ出す
ことができなければ、最少部分送入量が、送入量が例え
ば６２．５％又は７５％の状態では増大して性能が幾分
低下してしまう、性能レベルは、絞り変圧運転法を用い
る全周送入方式り−ビンよりも依然として高い。しかし
ながら、最少部分送入量が７５％送入度の状態よりもか
なり多いと、ハイブリッド運転の利点は殆ど無くなる。

他の場合、例えば、従来型旧式タービン、例えば、５４
０℃（１０００°Ｆ）又は５６５°Ｃ（１０５０゜Ｆ）
の温度状態で運転されるタービンは、部分送入方式の利
用が制限されるような応力を受ける。

したがって、本発明の主目的は、かかるタービンの最小
許容応力状態を越えないで性能を向上させる方法を提供
することにある。

この目的に鑑みて、蒸気の供給量が低出力需要値にマツ
チするよう制御される部分送入方式蒸気タービンの調速
段の翼に加わる衝Ｗ荷重を減少させる方法であって、前
記蒸気タービンは、各々が調速膜質の所定の円弧送入部
分に蒸気を送入するよう配置された複数の加減弁を有し
ており、加減弁のうち選択したものを順次閉鎖して、円
弧送入度を最大蒸気圧力の運転状態で許容可能な最小値
の近傍まで減少させ、それにより蒸気圧力を、更に減少
した状態の選択された円弧送入度における第１調速段の
前後の圧力降下が、設計絞り圧力の状態の円弧送入度の
最小値における圧力降下を越えない値までほぼ減少させ
、次に、加減弁のうち新たに選択したものを閉鎖して円
弧送入度を、更に減少した状態の選択された前記円弧送
入度まで減少させ、次に、蒸気圧力を更に減少させてタ
ービン出力を低出力需要値に維持することを特徴とする
方法にある１本発明の方法を用いると、タービン装置の
負荷応答が早くなると共に熱消費率が改善され、しかも
、調速段の翼に悪影響を及ぼさないで高圧高温タービン
のハイブリッド・モードの運転が可能になる。また、本
発明の方法は、繰返し疲労応力により部分送入方式の運
転がｌ１ｌＩＨされるような旧式タービンの運転性能を
改善する方法となる。

本発明の方法を、より高い効率を得るため加減弁の閉鎖
、絞り圧力及び弁の絞りの度合いを組み合わせて利用す
るシステムに適用するものとして説明する。一実施例で
は、本発明の方法は、調速段が、翼材料及び翼根元部の
固定上の制約に起因して、部分送入時の衝撃荷重と７５
％円弧送入度又は部分送入度に対応する圧力降下の組合
せ応力にしか耐えることができないタービン装置に用い
られるものとして説明されている。タービン出力を最初
に減少させるには、加減弁を次々に閉鎖して円弧送入度
又は部分送入度を運転時の最大蒸気圧力の状態で７５％
まで減少させる。更に減少させるには、７５％の送入度
を維持した状態で蒸気圧力を減少させる（変圧運転を行
う）、所定の蒸気圧力、例えば、７５％送入度において
約５０％の流量に対応する蒸気圧力の状態では、圧力を
一定に維持すると共に別の加減弁を閉鎖して送大度を別
の値、例えば５０％にする。更に一層の減少を得るには
再度、変圧運転を行う。

別の実施例では、より高い効率を得るには、高負荷状態
において、低負荷状態における場合とは異なる絞り圧力
比を用いる。この実施例では、先ず最初に弁を閉鎖して
出力を減少させるが、このために、上述のタービンに関
しては、第１の部分送大度、例えば７５％になるまで加
減弁を順次閉鎖する。Ｎ気絞り圧力の減少と同時に弁の
閉、頂を行うと、７５％の送入度から５０％送入度への
移行がｊテわれる。弁のｗＩ護度及び圧力減少度は、調
速段の前後の圧力降下が、設計絞り圧力及び最大絞り圧
力に対応する最小許容送入度の状態における圧力降下よ
りも大きくならないよう設定される。

５０％の送入度で開始する場合、絞り変圧運転だけで出
力制御を行う。

さらにもう一つの実施例では、タービンが第１の所定の
部分送大度で運転されている場合（これは調速段の前後
の最大許容圧力降下により得られる）、蒸気圧力を変化
させて出力を減少させる。

しかしながら、蒸気圧力がひとたびその下限値まで減少
すると、別の弁を閉鎖して部分送入度を最適値まで減少
させる。弁をさらに閉鎖すると、部分送大度が、もはや
熱消費率の改善が得られない値まで減少する。かかる値
以下では、絞り調速法を用いてタービン出力を制御する
。

本発明の内容は、添付の図面を参照して例示に過ぎない
本発明の好ましい実施例の以下の説明を読むと一層容易
に明らかになろう。

本発明の詳細な説明する前に、先ず最初に、本発明の原
理の具体化に好適な典型的な蒸気タービン動力プラント
（発電所）のｉ能ブロック線図を示す第５図を参照する
。第５図のプラントでは、核燃料又は化石燃料類を用い
る形式のものであるのが良い従来型ボイラ５４が蒸気を
発生し、この蒸気は、管寄せ５６、−次過熱器５８、最
終過熱器６２及び絞り弁６１を通って、参照番号６３で
示されている一組の部分蒸気送入加減弁に導かれる０種
々のボイラパラメータ、例えば管寄せ５６における蒸気
圧力の制御に用いられる従来型ボイラ・コントローラ６
４がボイラ５４と連携して設けられている。より詳細に
は、管寄せ５６における蒸気圧力は通常は、ボイラ・コ
ントローラ６４内に配設されたセットポイント・コント
ローラ（図示せず）により制御される。かかるセットポ
イント・コントローラの構成は当業者には周知なので、
本実施例に関しては詳細に説明する必要がないものと思
われる。蒸気タービンの高圧部６６に送入される１気は
、蒸気送入加減弁６３の開度に応じてｆｉ（ｔ：Ａ節さ
れる。通常、高圧部を出た蒸気は、参照番号７０で示す
少なくとも一つのタービン低圧部への送入前に従来型再
熱器６８で再熱される。タービン低圧部７０を出た蒸気
は従来型復水器ユニット７２内へ導かれる。

大抵の場合、蒸気タービン部分６６．７０は共通シャフ
ト７４により発電機ユニット７６に機械的に連結されて
いる。蒸気が蒸気タービン部分６６．７０を通って膨張
すると、そのエネルギの大部分がシャフト７４を回転さ
せるトルクに変わる。プラント起動中、タービン部分６
６．７０を通って導かれた蒸気を調節してタービン・シ
ャフトの回転速度を線電圧又はその低調波の同期速度に
合わせる。これを行うには、一般的には、従来型速度ピ
ックアップ・トランスジューサ７７によりタービン・シ
ャフト７４の速度を検出する。トランスジューサ７７が
発生する信号は回転シャフトの速度を表し、これは従来
型タービン・コントローラ８０に送られる。するとコン
トローラ８０ば、信号ライン８２を介して蒸気送入加減
弁の開度調節を行い、所望の速度及びタービン・コント
ローラ８０に送られた測定速度信号７８に応じて、ター
ビン部分６６．７０内へ送入される蒸気を流１４１節す
る。タービン起動時に絞り弁６１を制御し、タービンが
約５％負荷の初期運転状態になるまで加減弁６３を全開
するのが良い０次に、タービン装置を部分送入運転に移
ｊテさせて絞り弁６１を全開させる。しかしながら、絞
り弁６１は一般的には、タービンの緊急運転停止の場合
に用いられる緊急弁である。コントローラ８０からのラ
イン６５により制御信号が弁６１に送られる。

典型的な主ブレーカ・ユニット８４が、発電機７６と、
電気負荷８６（これは、説明上、バルク送配電系統と考
えてもよい）との間に配置されている。タービン・コン
トローラ８０により、同期状態の存在が確認されると、
主ブレーカ８４を閉路すれば電気エネルギを電気負荷８
６に与えることができる。プラントの実電力出力を、電
気エネルギを負荷８６に供給する電気出力ラインに結合
されたワンド・トランスジューサのような従来型Ｎ　カ
ｍ定トランスジューサ８８により測定するのが良い、動
力プラントの実電力出力を表す信号が信号ライン９０に
よりタービン・コントローラ８０に送られる。いったん
同期状態になると、コントローラ８０は従来通り蒸気送
入加減弁６３を開度調節し、動力プラントの所望の発電
量に見合った蒸気流量をタービン部分６６．７０に供給
することができる。

本発明によれば、タービン効率を最適にするコントロー
ラ又は制御Ｊ装置９２が蒸気タービン動カプラント（発
電所）の一部として設けられている。

コントローラ９２は、以下において一層具体的に説明す
るように種々のタービン・パラメータの測定により所望
の動力プラント出力状態でプラントの熱力学的条件をモ
ニターするが、これにより得た情報を用いると、コント
ローラ９２とボイラ・コントローラ６４とを結合させる
信号ライン９４を用いてボイラ蒸気圧力の調整が可能に
なる０本実施例では、ボイラ蒸気圧力の調整を、一般に
はボイラ・コントローラ６４の一部として知られるセン
トポイント・コントローラ（図示せず）のセットポイン
トを変えて行うのが良い０例えば、蒸気圧力のようなフ
ィードバック測定パラメータはセットポイントに実質的
に近いものとされ（これは大抵のセットポイントについ
て言える）、通常の場合、ばらつきは圧力セットポイン
ト・コントローラの出力／入力の利得特性の関数である
。また、コントローラ９２は、最終蒸気温度の制御のた
め、ライン４６を介して過熱器６２に信号を送る。

蒸気の絞り圧力及び温度のようなタービン・パラメータ
はそれぞれ、従来型の圧カドランスジューサ９６及び温
度トランスジューサ９８により測定される。トランスジ
ューサ９６．９８がそれぞれ発生した信号１００．１０
２を最適タービン効率コントローラ９２に送るのが良い
、別のパラメータである再熱器６８におけるタービン再
熱蒸気温度を従来型温度トランスジューサ１０４で測定
し、該トランスジューサの発生した信号１０６もコント
ローラ９２に送って用いるのが良い、電力測定トランス
ジューサ８日が発生したライン９０上の信号をコントロ
ーラ９２に追加するのが良い。

も′う一つ重要なタービン・パラメータは、タービン部
分６６．７０を通る蒸気の流量を表すパラメータである
０本実施例では、タービン高圧部６６の衝動室における
蒸気圧力をこの目的のために適切に選択する。従来型圧
カドランスジューサ１０８が衝動室区分に設けられてい
て、衝動室における蒸気圧力を表す信号１１０を発生し
、これをコントローラ９２に送る。

タービン効率コントローラ９２の一例が本出願人に譲渡
された米国特許第４，２９７，８４８号明細書（この米
国特許には、かかるコントローラの作用が特に詳細に説
明されている）に示されており、かかる米国特許の内容
を本明細書の一部を形成するものとして引用する。

上述の米国特許第４，２９７，８４８号に記載されてい
るように、コントローラ９２．８０は、負荷需要に応じ
て蒸気タービン・システムの最適運転のための適正なセ
ットポイント、例えば、絞り圧力及び蒸気流量を計算す
るマイクロコンピュータ利用装置を有するのが良い０本
発明では、タービン・システムの効率を最適化すると共
に負荷需要の増大に迅速に応答できるようにするため、
蒸気加減弁６３への絞り蒸気圧力を制御するのが望まし
い、第５図のシステムでは、上記の効果を得るため、蒸
気の絞り圧力及び温度が調節されるような態様でボイラ
５４、−次＠熱器５８及び最終過熱器６２を制御する。

第５図のシステムの使用法を最も良く理解するには第６
図を参照するのが良く、第６図では、高温高圧の蒸気タ
ービンの種々の部分送入度に関し、蒸気流量と蒸気圧力
の関係を表す複数の線図が示されている。説明上、この
タービンは、調速段の翼への送入度を、運転時最大蒸気
圧力、即ち、約３００ｋｇ／Ｃ４（４３００絶対ｐｓｉ
）の状態で７５％に制限するような設計になっている。

線１１０は調速段（衝動室へのノズル入口）前後の圧力
降下を表している。線Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅは運転時最大
蒸気圧力を示している。たとえば、全周送入時の調速段
の圧力降下は、約６０ｋｇ／ｄ　（８５０絶対ｐｓｉ）
であり、これは即ち、点１１０Ａと３００ｋｇ／ｃｄ（
４３００絶対ｐｓ＋　）の差である。

最大許容圧力降下は、７５％送入度で生じ、約９０ｋｇ
／ｄ（１３００絶対ｐｓｉ）である、−点鎖線１２２，
１２４の間の領域は、電、力会社で用いられている大抵
のタービンについての代表的な最小圧力域、即ち、３５
〜７０ｋｇ／ｄ　（５００〜１０００絶対ｐｓｉ）の圧
力を示している０本発明の方法の一実施例を説明すると
、コントローラ８０．９２により定まる負荷需要に応答
して加減弁６３を順次閉鎖して部分送入度を７５％まで
減少させる。７５％送入度を表す点Ｂでは、コントロー
ラは、送大度を一定状態に保った状態で絞り蒸気圧力を
ｌ１ｌ１２に沿って点Ｇまで減少させる。

次に、圧力を一定にしたまま、別の加減弁を閉鎖してタ
ービンの運転状態を、５０％送入度ライン１１４上の点
Ｈヘシフトさせる０点Ｈにおける圧力と点Ｋにおける衝
動室内圧力の差は本質的には点Ｂと１１ＯＡの差と同じ
なので、５０％送入度における衝撃応力は７５％送入度
における設計限度よりも大きくなることはなく、蒸気の
密度が小さいため、それよりも小さいはずである。

もしタービンが最大圧力状態において６２．５％送大度
での衝撃荷重に耐えるよう設計されていたならば、初期
の出力減少を達成するには、加減弁を線Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
を辿って点Ｃまで閉鎖すれば良い、すると、蒸気圧力を
線１１６に沿って点Ｊまで減少させることができる。そ
の点において、圧力を一定に保ったまま、別の加減弁６
３を閉鎖して点Ｆに達するようにする。さらに出力を減
少させるには、圧力を線Ｆ−Ｌに沿って減少させる。

もう一つの実施例では、コントローラ８０゜９２のプロ
グラムを、蒸気圧力を調節し、これと並行して加減弁６
閉鎖して、タービンの運転状態が線１１８に沿い点Ｂか
ら点Ｈへ直接シフトするよう作成する。かかる運転状態
を得るには、線１１８が直線状の経路ではなく階段状の
経路として強く現れるよう圧力の調節と弁の閉鎖を交互
に行う必要がある。これと同一の手法を用いれば線１２
０に沿って点Ｃから点Ｆへの移行が可能になる。この実
施例では、差圧は実質的に一定に保たれ、換言すると、
線１１０．ＩＩ８．１２０は実質的に平行になる。この
運転法は最初に開示した方法よりも一層効率的である。

その理由は、かかる運転法によれば、調速段がその設計
圧力降下状態に保たれるからである。

一般に、上述の運転法は両方とも同一のパターンを辿っ
て一つの５０％送入慶に達し、即ち、最小圧力、典型的
には、設計絞り圧力が１７０ｋｇ／Ｃ１１（２４０１＠
対ｐｓ３）で運転状態にあるタービンについては約４２
〜７０ｋｇ／ｄ　（６００〜１０００絶対ｐｓｉ）に達
するまで圧力のスライドが可能である。最小設計送大度
でのこの最小圧力よりも小さな最小圧力を必要とする負
荷状態に関しては、加減弁の絞りによりタービン出力を
減少させる。しかしながら、第１図に示したように、絞
りにより熱消費率が増大して効率が低下する。

しかしながら、本発明者の知見によれば、かかるタービ
ンがたとえ成る設定された送大度、例えば、６２．５％
送大度で最適状態で運転するよう設計されていても、低
い又は最小の蒸気圧力状態における部分送大度を更に減
少させれば熱消費率の改善を別途得ることができる０表
■は、低負荷及び６００絶対ｐｓｉの最小絞り圧力で運
転状態にある例示のタービンに関する熱消費率の典型的
な組を示している。注目すべきは、２５％送入度に向か
う際には改善が別途得られていないが、５０％送入度〜
３７．５％送大度の間では僅かな改善が得られているこ
とである。しかしながら、表■は、最小絞り圧力が７０
ｋｇ／ｃｊ（１０００絶対ρｓｉ）で運転状態にある、
設計絞り圧力が１７０ｋｇ／ｄ（２４００絶対ｐｓｉ）
のタービンに関しては２５％送入度においても改善が得
られることを表している。かくして、この運転法により
、最小絞り圧力を用いると、熱消費率が減少し、調達段
の翼に悪影響を及ぼさないで、より低い送大度の値での
運転状態から利益が得られる。

以上要するに、本発明は、環気供給量を出力需要にマツ
チするよう制御する、部分送入方式タービンの謂速段胃
への衝ｖＷＴ重を減少させる方法として開示されている
。タービンは、各々が調速段葺の所定の円弧送入部分に
蒸気を送入するよう配置された複数の加減弁を存してい
る。本発明の方法は、加減弁のうち選択したものを順次
閉鎖して、円弧送入部分を最大蒸気圧力の運転状態にお
いても許容可能な最小値の近傍まで減少さセる段階と、
蒸気圧力を、更に減少した状態の選択された円弧送入度
における第１調速段の前後の圧力降下が、設計絞り圧力
の状態の円弧送入度の最小値における圧力降下を越えな
い値までほぼ減少させる段階と、加減弁のうち新たに選
択されたものを閉鎖して円弧送入度を、更に減少した状
態の選択された前記円弧送入・度まで減少させる段階と
、蒸気圧力を更に減少させてタービン出力を低出力需要
値に維持する段階とを有する。本発明の方法は、蒸気圧
力を徐々に減少させる段階と、加減弁のうち新たに選択
したものを閉鎖する段階を交互に繰り返し実施して、円
弧送入度を段階的に減少させて最適値にする段階を更に
有する。本発明の方法では、蒸気圧力が所定の最小値に
達するまで、蒸気圧力を更に減少させる段階を続けて実
施し、蒸気圧力が所定の最小値になると加減弁を絞って
タービン出力を減少させる。また、熱消費率の改善がも
はや得られなくなるまで、加減弁のうち新たに選択した
ものを、最小絞り圧力の状態で閉鎖する段階を続けて実
施する。

本発明により、蒸気供給量の制御によりタービン出力を
出力需要にマツチさせる、部分送入方式タービンの調速
段の翼に関する圧力降下を制限する方法が開示されてい
る。タービンは、各々が調速段葺の所定の送入円弧部分
に蒸気を送入するよう配置された複数の加減弁を存して
いる。本発明の方法は、加減弁のうち所定のものを順次
閉鎖し、部分送大度を所定の第１の値まで減少させるこ
とによりタービン出力を減少させる段階と、蒸気圧力を
第１の減少した状態の値までスライドさせて、円弧送入
度を一定に保った状態でタービン出力を更に減少させる
段階と、別の加減弁を順次閉鎖して円弧送入度を第２の
所定の値まで更に減少させると共に蒸気圧力を第１の減
少した状態の値に維持した状態でタービン出力を需要出
力に向かって減少させる段階と、蒸気圧力を更にスライ
ドさせ、円弧送入度を第２の所定値に！ｌ持した状態で
タービン出力を需要出力にマツチさせる段階とを有する
。

（余　　白　　）

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の一遍気タービン調速法の一連のｆ気流
量対熱消費率曲線の特性を示す図である。 第２図は、別の従来型蒸気タービン調速法の曲線特性を
示す図である。 第３図は、第２図の方法についての負荷の関数としての
絞り圧力を示す図である。 第４図は、第２図の方法の効率改善の計算値を示す図で
ある。 第５図は、本発明の方法を実施する装置の一形態を示す
図である。 第６図は、本発明の一形態に従って構成された蒸気ター
ビン運転方法を示すチャート図である。 〔主要な参照番号の説明〕 ５４・・・ボイラ ５Ｂ・・・−次週熱器 ６１・・・絞り弁 ６２・・・最終過熱器 ６３・・・加減弁 ６・・−タービン高圧部 ０・・・タービン低圧部 ６・・・発電機 Ｏ・・・タービン・コントローラ ２・・・最適タービン効率・コントローラ特許出願人：
ウェスチングハウス・エレクトリ代 理 り・コーポレーション 人：加藤　紘一部（外１名） ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸気の供給量が低出力需要値にマッチするよう制
   御される部分送入方式蒸気タービンの調速段の翼に加わ
   る衝撃荷重を減少させる方法であって、前記蒸気タービ
   ンは、各々が調速段翼の所定の円弧送入部分に蒸気を送
   入するよう配置された複数の加減弁を有しており、加減
   弁のうち選択したものを順次閉鎖して、円弧送入度を最
   大蒸気圧力の運転状態で許容可能な最小値の近傍まで減
   少させ、それにより蒸気圧力を、更に減少した状態の選
   択された円弧送入度における第１調速段の前後の圧力降
   下が、設計絞り圧力の状態の円弧送入度の最小値におけ
   る圧力降下を越えない値までほぼ減少させ、次に、加減
   弁のうち新たに選択したものを閉鎖して円弧送入度を、
   更に減少した状態の選択された前記円弧送入度まで減少
   させ、次に、蒸気圧力を更に減少させてタービン出力を
   低出力需要値に維持することを特徴とする方法。
2. （２）蒸気圧力を徐々に減少させる段階と、加減弁のう
   ち新たに選択したものを閉鎖する段階を交互に繰り返し
   実施して、円弧送入度を段階的に減少させて最適値にす
   ることを特徴とする請求項第（１）項記載の方法。
3. （３）蒸気圧力が所定の最小値に達するまで、蒸気圧力
   を更に減少させる段階を続けて実施し、蒸気圧力が所定
   の最小値になると加減弁を絞ってタービン出力を減少さ
   せることを特徴とする請求項第（１）項記載の方法。
4. （４）熱消費率の改善がもはや得られなくなるまで、加
   減弁のうち新たに選択したものを、最小絞り圧力の状態
   で閉鎖する段階を続けて実施することを特徴とする請求
   項第（３）項記載の方法。