JPH0666107A - 蒸気タービン - Google Patents
蒸気タービンInfo
- Publication number
- JPH0666107A JPH0666107A JP21442392A JP21442392A JPH0666107A JP H0666107 A JPH0666107 A JP H0666107A JP 21442392 A JP21442392 A JP 21442392A JP 21442392 A JP21442392 A JP 21442392A JP H0666107 A JPH0666107 A JP H0666107A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steam
- turbine
- pressure turbine
- low
- load
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、排気損失の特性によって生
ずるタービンの部分負荷での効率低下を防止すること、
および最低運用負荷を下げるタービンの運用性を向上さ
せることである。 【構成】 本発明の蒸気タービンは、主蒸気または高圧
側の途中段落から蒸気を取出し、最終段落前またはその
数段落手前に蒸気を挿入し途中段落をバイパスするライ
ンを設置することを特徴とする。
ずるタービンの部分負荷での効率低下を防止すること、
および最低運用負荷を下げるタービンの運用性を向上さ
せることである。 【構成】 本発明の蒸気タービンは、主蒸気または高圧
側の途中段落から蒸気を取出し、最終段落前またはその
数段落手前に蒸気を挿入し途中段落をバイパスするライ
ンを設置することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンの部分負荷
の効率を向上させるための蒸気タービンに関するもので
ある。
の効率を向上させるための蒸気タービンに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンの損失の中で排気損失と呼
ばれるものがある。この損失はタービンの最終段落を流
出する蒸気の速度（運動）エネルギ損失、および排気室
の圧力損失などを総称しているものである。この損失は
通常の大型発電用タービンでは全損失の１／６程度をし
める大きなものである。
ばれるものがある。この損失はタービンの最終段落を流
出する蒸気の速度（運動）エネルギ損失、および排気室
の圧力損失などを総称しているものである。この損失は
通常の大型発電用タービンでは全損失の１／６程度をし
める大きなものである。
【０００３】この排気損失についてさらに詳細に説明す
る。図２は排気損失曲線と呼ばれる曲線であり、最終段
の翼長（面積）と排気室の形状によって決定される。横
軸は最終段を通過する蒸気の軸流速度、縦軸は排気損失
である。この曲線は下に凸の曲線となるが、曲線の最低
点より右側で軸流速度が上がるほど損失が大きくなるの
は軸流速度の自乗に比例して速度（運動）エネルギ損失
や排気室の圧力損失が増加するためであり、曲線の最低
点より左側で軸流速度が下がるほど損失が大きくなるの
は、軸流速度が減ると最終段の翼まわりの流れが乱れ、
最終段翼が蒸気を掻き回すことによって損失が生ずるた
めである。したがって通常のタービンは定格負荷付近で
この曲線の最低点付近となるように最終段を選定する。
すなわちタービンの容量が決定され最終段を通過する流
量が決まるとこの流量に見合った最終段の翼長（面積）
を選定する。これによって流量と面積から軸流速度を算
出し、排気損失が十分低いレベルにあるようにするわけ
である。
る。図２は排気損失曲線と呼ばれる曲線であり、最終段
の翼長（面積）と排気室の形状によって決定される。横
軸は最終段を通過する蒸気の軸流速度、縦軸は排気損失
である。この曲線は下に凸の曲線となるが、曲線の最低
点より右側で軸流速度が上がるほど損失が大きくなるの
は軸流速度の自乗に比例して速度（運動）エネルギ損失
や排気室の圧力損失が増加するためであり、曲線の最低
点より左側で軸流速度が下がるほど損失が大きくなるの
は、軸流速度が減ると最終段の翼まわりの流れが乱れ、
最終段翼が蒸気を掻き回すことによって損失が生ずるた
めである。したがって通常のタービンは定格負荷付近で
この曲線の最低点付近となるように最終段を選定する。
すなわちタービンの容量が決定され最終段を通過する流
量が決まるとこの流量に見合った最終段の翼長（面積）
を選定する。これによって流量と面積から軸流速度を算
出し、排気損失が十分低いレベルにあるようにするわけ
である。
【０００４】このような排気損失の特性でとくに軸流速
度の小さい領域の問題点について説明する。先に説明し
たようにこのような領域では、最終段の翼まわりの流れ
が乱れ最終段翼が蒸気を掻き回すような状態となってい
る。このような状態では翼型にそって蒸気がきれいに流
れないため損失が生ずるが、蒸気の乱れの影響で翼の振
動応力が上がるという問題も生ずる。このような低軸流
速度領域での振動応力は流れの乱れの少ない定格負荷付
近の軸流速度領域よりかなり応力が高くなる。このため
翼の応力（強度）的な面からある軸流速度以下の領域で
は長時間の運転（連続運転）を制限する必要が生ずる。
この軸流速度となる負荷を最低運用負荷と呼び、この負
荷は当然最終段の翼の形状によって異なるが、通常のタ
ービンでは定格負荷の10％〜25％程度の負荷となる。し
たがって発電所で夜間などに負荷要求が小さい場合で
も、この最低負荷以下の運転はできないため、別の発電
所のタービンを停止したり、あるいは他の電力調整用施
設、例えば揚水発電所の揚水を行ったり運用面での工夫
が必要となる。
度の小さい領域の問題点について説明する。先に説明し
たようにこのような領域では、最終段の翼まわりの流れ
が乱れ最終段翼が蒸気を掻き回すような状態となってい
る。このような状態では翼型にそって蒸気がきれいに流
れないため損失が生ずるが、蒸気の乱れの影響で翼の振
動応力が上がるという問題も生ずる。このような低軸流
速度領域での振動応力は流れの乱れの少ない定格負荷付
近の軸流速度領域よりかなり応力が高くなる。このため
翼の応力（強度）的な面からある軸流速度以下の領域で
は長時間の運転（連続運転）を制限する必要が生ずる。
この軸流速度となる負荷を最低運用負荷と呼び、この負
荷は当然最終段の翼の形状によって異なるが、通常のタ
ービンでは定格負荷の10％〜25％程度の負荷となる。し
たがって発電所で夜間などに負荷要求が小さい場合で
も、この最低負荷以下の運転はできないため、別の発電
所のタービンを停止したり、あるいは他の電力調整用施
設、例えば揚水発電所の揚水を行ったり運用面での工夫
が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は以下である。まず第１は、定格負荷付近で排
気損失を曲線の最低点付近とした場合、部分負荷では排
気損失曲線の左側（軸流速度の小さい領域）となり排気
損失が大きくなりタービンの効率が低下することであ
る。第２は低軸流速度領域での振動応力から決められる
最低運用負荷によりタービンの運用に制約が設けられる
ことである。
する課題は以下である。まず第１は、定格負荷付近で排
気損失を曲線の最低点付近とした場合、部分負荷では排
気損失曲線の左側（軸流速度の小さい領域）となり排気
損失が大きくなりタービンの効率が低下することであ
る。第２は低軸流速度領域での振動応力から決められる
最低運用負荷によりタービンの運用に制約が設けられる
ことである。
【０００６】本発明は、排気損失の特性によって生ずる
タービンの部分負荷での効率低下を防止すること、およ
び最低運用負荷を下げタービンの運用性を向上させるこ
とを目的とする。
タービンの部分負荷での効率低下を防止すること、およ
び最低運用負荷を下げタービンの運用性を向上させるこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の蒸気タービン
は、主蒸気または高圧側の途中段落から蒸気を取出し、
最終段落前またはその数段落手前に蒸気を挿入し途中段
落をバイパスするラインを設置することを特徴とする。
は、主蒸気または高圧側の途中段落から蒸気を取出し、
最終段落前またはその数段落手前に蒸気を挿入し途中段
落をバイパスするラインを設置することを特徴とする。
【０００８】
【作用】タービンの部分負荷運用時にタービンの高圧
（上流）側の蒸気の一部をバイパスさせ最終段手前また
はその数段落前に挿入することにより、部分負荷運用で
タービン全体の流量は低下しているにかかわらず最終段
を通過する流量の低下を防止する。
（上流）側の蒸気の一部をバイパスさせ最終段手前また
はその数段落前に挿入することにより、部分負荷運用で
タービン全体の流量は低下しているにかかわらず最終段
を通過する流量の低下を防止する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。図１は
一般的な発電所に供される再熱蒸気タービンの構成とそ
の蒸気の流れを示す線図である。ボイラや原子炉などか
らの主蒸気１は高圧タービン２に流入しここで仕事をし
温度が下がり、高圧タービンから排気される。この蒸気
は一般に低温再熱蒸気と呼び、再びボイラなどに送られ
温度を上げられたり、湿分を除去されたりする。この蒸
気を一般に高温再熱蒸気４とよび中圧タービン５に流入
する。中圧タービンで仕事をした蒸気はさらに連絡管６
で低圧タービン７に導かれそこで仕事をし、低圧タービ
ンの最後の段落、すなわち最終段を通って排気される。
一般的な発電所に供される再熱蒸気タービンの構成とそ
の蒸気の流れを示す線図である。ボイラや原子炉などか
らの主蒸気１は高圧タービン２に流入しここで仕事をし
温度が下がり、高圧タービンから排気される。この蒸気
は一般に低温再熱蒸気と呼び、再びボイラなどに送られ
温度を上げられたり、湿分を除去されたりする。この蒸
気を一般に高温再熱蒸気４とよび中圧タービン５に流入
する。中圧タービンで仕事をした蒸気はさらに連絡管６
で低圧タービン７に導かれそこで仕事をし、低圧タービ
ンの最後の段落、すなわち最終段を通って排気される。
【００１０】ここで本発明の特徴であるバイパスライン
８があり、この図では低温再熱蒸気ライン３の途中から
分岐して、調整弁９を介して低圧タービン７の途中の段
落に連絡している。
８があり、この図では低温再熱蒸気ライン３の途中から
分岐して、調整弁９を介して低圧タービン７の途中の段
落に連絡している。
【００１１】タービンの高負荷領域ではこのバイパスラ
インを閉じておくが低負荷域で排気損失が増加したり、
あるいは最低運用負荷に近く、最終段を通過する蒸気量
が減り振動応力が増加してくる状況でこのバイパスライ
ンを開く。これにより低温再熱蒸気の一部はバイパスラ
インを通り低圧タービンの途中に流入する。この蒸気
は、低圧最終段付近を流れる流量を増加させるのに役立
つ。
インを閉じておくが低負荷域で排気損失が増加したり、
あるいは最低運用負荷に近く、最終段を通過する蒸気量
が減り振動応力が増加してくる状況でこのバイパスライ
ンを開く。これにより低温再熱蒸気の一部はバイパスラ
インを通り低圧タービンの途中に流入する。この蒸気
は、低圧最終段付近を流れる流量を増加させるのに役立
つ。
【００１２】この作用を考えるために、主蒸気量が一定
の場合を考える。全く抽気などがない場合を仮定する
と、まずバイパスラインが閉じている場合主蒸気量100
に対してタービンの各部はすべて100 の流量が流れてい
る。ここでバイパスラインを開け流量50をバイパスさせ
ると高圧タービンと低圧最終段付近の流量は100 となる
がその他の中圧タービンや低圧タービンの上流側の流量
は50となるのでバイパスを閉じている場合よりも負荷は
下がる。つまりバイパスラインを活かすと同じ最終段通
過流量でも負荷を下げることができる。また言い換えれ
ば同じ負荷でもバイパスラインを活かせば、最終段流量
を増加させることができる。
の場合を考える。全く抽気などがない場合を仮定する
と、まずバイパスラインが閉じている場合主蒸気量100
に対してタービンの各部はすべて100 の流量が流れてい
る。ここでバイパスラインを開け流量50をバイパスさせ
ると高圧タービンと低圧最終段付近の流量は100 となる
がその他の中圧タービンや低圧タービンの上流側の流量
は50となるのでバイパスを閉じている場合よりも負荷は
下がる。つまりバイパスラインを活かすと同じ最終段通
過流量でも負荷を下げることができる。また言い換えれ
ば同じ負荷でもバイパスラインを活かせば、最終段流量
を増加させることができる。
【００１３】なおこのバイパスラインの流量の調整方法
はバイパスラインの主目的によって各種の考え方があ
る。調整弁をオン・オフ弁としてある程度の負荷以下で
は弁を全開にしある程度の負荷以上では弁を全閉とする
のがもっとも単純な方法であるが、弁を負荷に応じて開
度調整を行い効率を最良とする調整方法も考えられる。
信号は負荷にかぎることはなくタービンの圧力でもよ
い。また、最終段の軸流速度は排気室の圧力によっても
蒸気の比容積が変化し、それに応じて変わるためこの影
響も考慮して最適な調整を行うことも考えられる。
はバイパスラインの主目的によって各種の考え方があ
る。調整弁をオン・オフ弁としてある程度の負荷以下で
は弁を全開にしある程度の負荷以上では弁を全閉とする
のがもっとも単純な方法であるが、弁を負荷に応じて開
度調整を行い効率を最良とする調整方法も考えられる。
信号は負荷にかぎることはなくタービンの圧力でもよ
い。また、最終段の軸流速度は排気室の圧力によっても
蒸気の比容積が変化し、それに応じて変わるためこの影
響も考慮して最適な調整を行うことも考えられる。
【００１４】このように部分負荷でも最終段通過流量は
あまり減少しないため排気損失が減りタービンの効率が
上がる。さらに部分負荷でも最終段通過流量はあまり減
少しないため最低運用負荷を従来より下げることができ
る。
あまり減少しないため排気損失が減りタービンの効率が
上がる。さらに部分負荷でも最終段通過流量はあまり減
少しないため最低運用負荷を従来より下げることができ
る。
【００１５】バイパスの取出点について図１の実施例で
は低温再熱蒸気ラインとしたが、この取出点はいろいろ
な部位が考えられる。これは主蒸気ラインでもよいし抽
気がある場合は抽気管からでもよい。あるいは高温再熱
ラインでもよい。取出し点の条件としては以下の条件が
要求される。まず、取出し点段落から挿入段落までの段
落数が多くバイパスラインを活かした場合の負荷減少効
果が大きいことが要求される。この考えかたからすれば
取出点は主蒸気からが有効である。ところが蒸気を挿入
される低圧タービン側からみると取出点の温度が制限さ
れることが多く、低圧タービンのロータ材料やケーシン
グ材料などから一般に500 ℃以上にも達する主蒸気を低
圧部に導くことは困難な事が多い。すなわち温度的に問
題ない部位から取出す必要がある。再熱タービンの場合
はある程度仕事をして蒸気の温度が下がっている部位と
して温度が300 ℃程度の低温再熱蒸気ラインなどが最も
良好な取出点である。
は低温再熱蒸気ラインとしたが、この取出点はいろいろ
な部位が考えられる。これは主蒸気ラインでもよいし抽
気がある場合は抽気管からでもよい。あるいは高温再熱
ラインでもよい。取出し点の条件としては以下の条件が
要求される。まず、取出し点段落から挿入段落までの段
落数が多くバイパスラインを活かした場合の負荷減少効
果が大きいことが要求される。この考えかたからすれば
取出点は主蒸気からが有効である。ところが蒸気を挿入
される低圧タービン側からみると取出点の温度が制限さ
れることが多く、低圧タービンのロータ材料やケーシン
グ材料などから一般に500 ℃以上にも達する主蒸気を低
圧部に導くことは困難な事が多い。すなわち温度的に問
題ない部位から取出す必要がある。再熱タービンの場合
はある程度仕事をして蒸気の温度が下がっている部位と
して温度が300 ℃程度の低温再熱蒸気ラインなどが最も
良好な取出点である。
【００１６】また蒸気の挿入点は負荷減少効果面から見
れば最終段落手前から挿入するのが最も有効であるが、
最終段前に300 ℃の蒸気を挿入することが強度面などで
制約がある場合は最終段の数段落手前に挿入するのが現
実的である。さらには低圧タービン入口に挿入する方法
もある。実際的な手法としては低圧タービンに抽気があ
る場合この抽気管にバイパスラインを接続しここから蒸
気を挿入する手法を取る。もちろんこの手法を用いず単
独にバイパスライン挿入部を低圧タービン段落に接続し
てもよい。
れば最終段落手前から挿入するのが最も有効であるが、
最終段前に300 ℃の蒸気を挿入することが強度面などで
制約がある場合は最終段の数段落手前に挿入するのが現
実的である。さらには低圧タービン入口に挿入する方法
もある。実際的な手法としては低圧タービンに抽気があ
る場合この抽気管にバイパスラインを接続しここから蒸
気を挿入する手法を取る。もちろんこの手法を用いず単
独にバイパスライン挿入部を低圧タービン段落に接続し
てもよい。
【００１７】また容量の小さい単流タービンなどでは、
主蒸気入口から排気まで再熱も抽気もない場合がある
が、このようなタービンでは途中にバイパスラインの取
出、挿入口を設ける必要があるが、簡略にこの方法を行
う場合は高圧側のグランド部から蒸気を取出す方法もあ
る。
主蒸気入口から排気まで再熱も抽気もない場合がある
が、このようなタービンでは途中にバイパスラインの取
出、挿入口を設ける必要があるが、簡略にこの方法を行
う場合は高圧側のグランド部から蒸気を取出す方法もあ
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明によって部分負荷の効率を向上さ
せることができるのはいうまでもなく、部分負荷におけ
る最終段の振動応力も低減でき、タービンの信頼性の向
上にも寄与する。また最終段の振動応力の制限を同じに
すれば最低運用負荷を従来より低くすることができ、発
電所で夜間などに負荷要求が小さい場合にも、これに対
応できるようになり、別の発電所のタービンを停止した
り、あるいは他の電力調整用施設、例えば揚水発電所の
揚水を行ったりする必要がなくなり、電力系統全体とし
ての運用性を向上することができる。
せることができるのはいうまでもなく、部分負荷におけ
る最終段の振動応力も低減でき、タービンの信頼性の向
上にも寄与する。また最終段の振動応力の制限を同じに
すれば最低運用負荷を従来より低くすることができ、発
電所で夜間などに負荷要求が小さい場合にも、これに対
応できるようになり、別の発電所のタービンを停止した
り、あるいは他の電力調整用施設、例えば揚水発電所の
揚水を行ったりする必要がなくなり、電力系統全体とし
ての運用性を向上することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す系統図
【図２】タービンの排気損失曲線を示す特性図
１…主蒸気 ２…高圧タービン ３…低温再熱蒸気 ４…高温再熱蒸気 ５…中圧タービン ６…連絡管 ７…低圧タービン ８…バイアスライン ９…調整弁
Claims (1)
- 【請求項１】 蒸気タービンにおいてタービンの主蒸気
または高圧側の途中段落から蒸気を取出し、最終段落前
またはその数段落手前に蒸気を挿入し途中段落をバイパ
スするラインを設置することを特徴とする蒸気タービ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21442392A JPH0666107A (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 蒸気タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21442392A JPH0666107A (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 蒸気タービン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0666107A true JPH0666107A (ja) | 1994-03-08 |
Family
ID=16655549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21442392A Pending JPH0666107A (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 蒸気タービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666107A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10301965B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-05-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Steam turbine |
-
1992
- 1992-08-12 JP JP21442392A patent/JPH0666107A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10301965B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-05-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Steam turbine |
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