JPH09250306A

JPH09250306A - 蒸気タービンの冷却装置

Info

Publication number: JPH09250306A
Application number: JP5480596A
Authority: JP
Inventors: Akira Oda; 田亮織
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高中圧一体型の蒸気タービンにおいて、主蒸
気温度の上昇にともなう中間グランド蒸気エンタルピの
上昇による中圧初段動翼植込部の材力低下を防ぐこと。【解決手段】ボイラ中間段の低温蒸気を中間グランド
リーク蒸気に混合させるクーリング蒸気管３４と、クー
リング蒸気流量調整弁３５と、高圧初段動翼出口の圧力
及び温度を検出する第１の圧力検出器３８及び第１の温
度検出器３９と、クーリング蒸気の圧力及び温度を検出
する第２の圧力検出器３６及び第２の温度検出器３７
と、それらの検出器からの検出信号が入力され、クーリ
ング蒸気量流量調整弁３５に開度制御信号を出力する演
算器４０とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸気タービンの冷却
装置に係り、特に高中圧一体型蒸気タービンにおける中
圧初段動翼植込部の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の火力発電設備は、地球環境保護の
観点から、ＣＯ_２、ＳＯｘ、ＮＯｘの発生量抑制のため
に高効率化へのニーズが高まる一方の状況にある。火力
発電設備のプラント熱効率の高効率のためには、蒸気温
度の向上が最も有効な手段であるが、現在実用可能な技
術における最高蒸気温度は６００℃程度であり、例えば
当面の目標とされている６５０℃級の蒸気温度を実用化
するためには、いくつかの克服しなければならない課題
が残されている。

【０００３】その一つが、高中圧一体型タービンにおけ
る中圧初段動翼植込部の材力低下防止技術である。

【０００４】図１５は高中圧一体型蒸気タービンの中間
タービン部の構成を示す断面図であって、高中圧外部ケ
ーシング１内には、一半部に高圧タービンを構成する高
圧動翼を設けるとともに他半部に中圧タービンを構成す
る中圧動翼を設けた一本のロータ２が配設されており、
上記高圧タービンを構成する部分におけるロータ２の外
周には高圧内部ケーシング３が配設されている。上記高
圧内部ケーシング３の内周には、ノズルボックス４及び
高圧タービンの各段のノズルが順次配設されるととも
に、上記ノズルボックス４と中圧内部ケーシング５に装
着されている中圧初段ノズル６との間には、ノズルボッ
クス４に設けられた高圧初段ノズル７から流出した蒸気
が中圧タービン側に漏出することを規制とする中間グラ
ンドパッキンヘッド８が配設されている。

【０００５】しかして、上記ノズルボックス４に導入さ
れた主蒸気は高圧初段ノズル７を経て高圧初段動翼９側
に流れ、以後各段の高圧ノズル及び高圧動翼を順次流れ
て、ロータ２に回転力を与える。このようにして高圧タ
ービン部で仕事を行った蒸気は図示しない再熱器で再熱
された後、再熱蒸気室１０内に流入し、中圧初段ノズル
６から中圧初段動翼１１側に、前記高圧タービン部とは
逆方向に流れ、ロータ２に回転力が与えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の如き
高中圧一体型の蒸気タービンにおいては、高圧初段ノズ
ル７の出口部からのリーク蒸気１２が中間グランドパッ
キンヘッド８とロータ２との間隙の中間グランド部１３
を通って、中圧初段動翼１１の植込部１４に達し、この
中圧初段動翼植込部１４の温度が上記中間グランド部１
３を通る中間グランドリーク蒸気１５のエンタルピに左
右される。

【０００７】すなわち、中間グランドリーク蒸気１５の
エンタルピが高くなれば、中圧初段動翼植込部１４の温
度が高くなり、中圧初段動翼植込部のロータ材及び動翼
材の材力が低下し、損傷に至る可能性がある。

【０００８】上記中間グランドリーク蒸気１５は、前述
のように高圧初段ノズル７の出口からのリーク蒸気であ
ることから、高圧初段ノズル入口温度すなわち主蒸気温
度が高くなると、中間グランドリーク蒸気のエンタルピ
も高くなる。

【０００９】このように、高中圧一体型タービンにおい
ては、主蒸気温度を上昇させると、高圧タービン初段ノ
ズル出口から中圧タービン初段動翼植込部へリークする
中間グランドリーク蒸気のエンタルピが上昇し、中圧初
段動翼植込部の材力低下を招くことから、主蒸気温度を
上昇させるためには、中間グランド蒸気エンタルピの上
昇を抑制する必要がある。

【００１０】本発明はこのような点に鑑み、高中圧一体
型の蒸気タービンにおいて、主蒸気温度の上昇にともな
う中間グランド蒸気エンタルピの上昇による中圧初段動
翼植込部の材力低下を防ぐことができるようにした装置
を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、高中圧一
体型の蒸気タービンを有する蒸気タービンプラントにお
ける蒸気タービンの冷却装置において、ボイラ中間段か
ら分岐され、ボイラ中間段の低温蒸気を高圧初段ノズル
出口部から中圧初段動翼植込部にリークするリーク蒸気
に混合させるクーリング蒸気管と、そのクーリング蒸気
管の途中に設けられたクーリング蒸気流量調整弁と、高
圧初段動翼出口の圧力及び温度を検出する第１の圧力検
出器及び第１の温度検出器と、クーリング蒸気の圧力及
び温度を検出する第２の圧力検出器と第２の温度検出器
と、上記各圧力検出器及び温度検出器からの検出信号並
びに主蒸気圧力、温度及び再熱蒸気圧力、温度信号等が
入力され、クーリング蒸気流量を最適となるように前記
クーリング蒸気流量調整弁に開度制御信号を出力する演
算器とを設けたことを特徴とする。

【００１２】また第２の発明は、高中圧一体型の蒸気タ
ービンを有する蒸気タービンプラントにおける蒸気ター
ビンの冷却装置において、ボイラの複数の温度領域の蒸
気を抽気しクーリング蒸気ヘッダに合流させる抽気管
と、上記クーリング蒸気ヘッダの蒸気を高圧初段ノズル
出口部から中圧初段動翼植込部にリークするリーク蒸気
に混合させるクーリング蒸気管と、上記各抽気管及びク
ーリング蒸気管にそれぞれ設けられた抽気調整弁及びク
ーリング蒸気流量調整弁と、高圧初段動翼出口の圧力及
び温度を検出する第１の圧力検出器及び第１の温度検出
器と、クーリング蒸気ヘッダの温度検出器と、上記圧力
検出器及び各温度検出器からの検出信号、並びに主蒸気
圧力、温度及び再熱蒸気圧力、温度等が入力され、クー
リング蒸気温度及び蒸気量が最適となるように前記各抽
気調整弁及びクーリング蒸気流量調整弁に開度制御信号
を出力する演算器とを設けたことを特徴とする。

【００１３】また第３の発明は、高中圧一体型の蒸気タ
ービンを有する蒸気タービンプラントにおける蒸気ター
ビンの冷却装置において、主蒸気止め弁の上流側の主蒸
気管から分岐され、主蒸気の一部をクーリング蒸気とし
て高圧初段ノズル出口部から中圧初段動翼植込部にリー
クするリーク蒸気に混合させるクーリング蒸気管と、給
水または復水ラインから導出された給水または復水によ
ってクーリング蒸気を冷却するクーリング蒸気冷却器
と、上記クーリング蒸気管の途中に設けられたクーリン
グ蒸気流量調整弁と、高圧初段動翼出口の圧力及び温度
信号、並びに冷却後のクーリング蒸気の温度信号が入力
され、クーリング蒸気流量調整弁及びクーリング蒸気冷
却器に送給される冷却水量を調整する冷却水量調整弁に
開度制御信号を出力する演算器とを設けたことを特徴と
する。

【００１４】第４の発明は、第３の発明においてさら
に、クーリング蒸気冷却器には、複数の温度領域の復水
或は給水を冷却水として選択的に供給するとともに、上
記クーリング蒸気冷却器を経た冷却水をそれぞれ対応す
る温度領域の給水または復水ラインに戻すようにしたこ
とを特徴とする。

【００１５】また、第５の発明は、高中圧一体型の蒸気
タービンを有する蒸気タービンプラントにおける蒸気タ
ービンの冷却装置において、高圧初段ノズル出口部から
中圧初段動翼植込部にリークするリーク蒸気にクーリン
グ蒸気を混合させるためのクーリング蒸気管を、高圧給
水加熱器出口から分岐するとともに、そのクーリング蒸
気管の途中にクーリング蒸気発生用ボイラを設けたこと
を特徴とする。

【００１６】さらに、第６の発明は、第５の発明におい
て、高圧初段動翼出口の圧力及び温度信号、並びにクー
リング蒸気発生用ボイラの下流側のクーリング蒸気の温
度信号が入力され、上記クーリング蒸気発生用ボイラの
入口側に設けられているクーリング蒸気流量調整弁、及
びクーリング蒸気発生用ボイラへの燃料を制御する燃料
流量調整弁に開度制御信号を出力する演算器を設けたこ
とを特徴とする。

【００１７】第７の発明は、上記各発明において、クー
リング蒸気管が、高中圧タービンの高圧外部ケーシング
及び内部ケーシングを貫通し、さらにノズルボックスを
貫通し、高圧初段ノズル出口部のリーク蒸気の通路部で
あるノズルボックスとロータとの隙間に開口しているこ
とを特徴とする。

【００１８】第８の発明は、さらに、クーリング蒸気管
が、高中圧タービンの高中圧外部ケーシングを貫通した
後、主蒸気導入管の間を中圧タービン側へ通り抜け、そ
の後高圧内部ケーシングを貫通し、ノズルボックスと中
間グランドパッキンヘッドとの間の空間部分に開口して
いることを特徴とする。

【００１９】第９の発明は、クーリング蒸気管が、高中
圧タービンの高中圧外部ケーシングの再熱蒸気入口部を
貫通し、再熱蒸気室を通過した後、中間グランドパッキ
ンヘッドを貫通し、中間グランド部に開口していること
を特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。

【００２１】図１において、符号２０はボイラであっ
て、そのボイラ２０で発生した蒸気は主蒸気止め弁２１
及び蒸気加減弁２２を経て高圧タービン２３に導入さ
れ、そこで仕事を行った蒸気は上記ボイラ２０の再熱器
２０ａで再熱され、再熱蒸気弁２３を経て中圧タービン
２５に供給される。上記中圧タービン２５に供給された
蒸気はそこで仕事を行い、さらに低圧タービン２６に供
給され、そこで仕事を行い高圧タービン２３、中圧ター
ビン２５とともに、同軸的に連結された発電機２７を駆
動し、電気エネルギが発生される。

【００２２】一方、低圧タービン２６で仕事を行った蒸
気は復水器２８で復水され、復水ポンプ２９、復水ブー
スタポンプ２９ａを介して低圧給水加熱器３０及び脱気
器３１に順次送給され、さらに給水ポンプ３２により高
圧給水加熱器３３を経てボイラ２０に還流される。

【００２３】ところで、高圧タービン２３及び中圧ター
ビン２５は、図２に示すように、高中圧一体型の蒸気タ
ービンであって、その高中圧タービンにおけるノズルボ
ックス４とロータ２との間隙内にクーリング蒸気管３４
が開口されている。

【００２４】すなわち、上記クーリング蒸気管３４は、
図１に示すように、ボイラ２０の中間段ａから分岐され
ており、その端部が高中圧外部ケーシング１及び高圧内
部ケーシング３を貫通した後、ノズルボックス４を貫通
し、ノズルボックス４とロータ２との間隙に開口してい
る。しかして、ボイラ中間段ａから抽気されたクーリン
グ蒸気がノズルボックス４とロータ２との間隙内に噴出
し、高圧初段ノズル出口リーク蒸気１５と混合する。

【００２５】上記クーリング蒸気管３４にはボイラ中間
段から高中圧タービンに至るまでの途中にクーリング蒸
気流量調整弁３５が設けられており、そのクーリング蒸
気流量調整弁３５の上流側にはクーリング蒸気の圧力及
び温度を検出する圧力検出器３６及び温度検出器３７が
設けられている。また、高圧初段動翼出口には、その高
圧初段動翼出口の圧力及び温度をそれぞれ検出する第２
の圧力検出器３８及び第２の温度検出器３９が設けられ
ている。

【００２６】上記圧力検出器３６，３８及び温度検出器
３７，３９の検出信号は演算器４０に入力され、そこ
で、その演算器４０に入力されている主蒸気圧力、温度
及び再熱蒸気圧力・温度信号４１等とともに演算され、
その演算器４０からの出力信号によって前記クーリング
蒸気流量調整弁３５の開度が制御され、クーリング蒸気
の流量が適切な流量に調整される。

【００２７】ここで、クーリング蒸気の適切な流量は、
高圧初段動翼出口圧力・温度とクーリング蒸気の温度と
再熱圧力により求められる。以下にクーリング蒸気の適
切な流量の求め方を示す。

【００２８】まず最初に中間グランドリーク蒸気の適切
なエンタルピは、図３の線Ｂに示すように再熱圧力と相
関関係がある。すなわち、再熱蒸気圧力が低い場合には
動翼植込部温度が一定となるように中間グランドリーク
蒸気のエンタルピも低くすることが望ましい。

【００２９】次に、中間グランドリーク蒸気の最適エン
タルピをＨg とするとクーリング蒸気の最適流量は下記
により求められる。

【００３０】Ｈg ＝（Ｇn ×Ｈn ＋Ｇc ×Ｈc ）／（Ｇn ＋Ｇc ）Ｇg ＝Ｇn ＋Ｇc より、Ｇc ＝（Ｈn −Ｈg ）／（Ｈn −Ｈc ）×Ｇg ここで、Ｇn ：高圧初段ノズル出口リーク蒸気量Ｈn ：高圧初段ノズル出口リーク蒸気エンタルピＧc ：クーリング蒸気量Ｈc ：クーリング蒸気エンタルピＧg ：中間グランドリーク蒸気量Ｈg ：中間グランドリーク蒸気最適エンタルピそこで、中間グランドリーク蒸気量Ｇg は図４に示すよ
うに高圧初段ノズル出口圧力に比例する。しかし、高圧
初段ノズル出口圧力は直接検出することが困難であるの
で、図５に線Ｄで示すように高圧初段ノズル出口圧力が
高圧初段動翼出口圧力に関連することを利用し、その高
圧初段動翼出口圧力により中間グランドリーク蒸気量Ｇ
g を求めることができる。

【００３１】また、高圧初段ノズル出口リーク蒸気エン
タルピＨn は、図６に示すように高圧初段落の膨脹線Ｅ
により求められる。

【００３２】すなわち、主蒸気圧力Ｐ₁及び主蒸気温度
Ｔ₁と、高圧初段動翼出口圧力・温度Ｐ₃，Ｔ₃からｉ
−ｓ線図上で高圧初段落の膨張線を引き、この膨張線上
に図５で求めた高圧初段ノズル出口圧力Ｐ₂を画きその
交点からエンタルピＨn を求める。

【００３３】また、クーリング蒸気エンタルピＨc はク
ーリング蒸気圧力・温度より求められる。

【００３４】また、図３の再熱圧力と中間グランドリー
ク蒸気量の関係及び図４の中間グランドリーク蒸気量と
高圧初段ノズル出口圧力の関係、及び図５の高圧初段ノ
ズル出口圧力と高圧初段動翼出口圧力の関係及び、蒸気
表などは演算器４０に予め入力されている。

【００３５】しかして、これらの計算を演算器４０で行
い、演算器４０からの信号によりクーリング蒸気流量調
整弁３５が開閉制御され、クーリング蒸気量が最適とな
るようにコントロールされる。すなわち、ボイラ中間段
から所定量の低温蒸気が抽気され、中間グランドを通っ
て中圧初段動翼植込部にリークする高圧初段ノズル出口
蒸気に混合される。これにより中間グランドリーク蒸気
の温度が低下され、中圧初段動翼植込部の材力低下が防
止される。

【００３６】図７は本発明の他の実施の形態を示す図あ
り、高圧給水加熱器３３を通った給水はエコノマイザー
４２を経てボイラ２０に供給される。上記ボイラ２０に
は、順次火炉パス４３、汽水分離器４４、後部伝熱部４
５、第一次過熱器４６、第二次過熱器４７及び最終過熱
器４８が設けられており、最終過熱器４８で過熱された
蒸気が主蒸気として高圧タービン２３に供給される。

【００３７】ところで、最終過熱器入口４８ａ、第二次
過熱器入口４７ａ、及び第一次過熱器入口４６ａからそ
れぞれ抽気管５０ａ，５０ｂ，５０ｃが分岐導出されて
おり、その各抽気管５０ａ，５０ｂ，５０ｃの先端がク
ーリング蒸気ヘッダ５１に接続されるとともに、その途
中にそれぞれ最終過熱器入口クーリング蒸気流量調節弁
５２ａ、第二次過熱器入口クーリング蒸気流量調節弁５
２ｂ、及び第一次過熱器入口クーリング蒸気流量調節弁
５２ｃが設けられている。

【００３８】前記クーリング蒸気ヘッダ５１にはクーリ
ング蒸気管３２が接続されており、そのクーリング蒸気
管３２の先端が高中圧タービンのノズルボックス４とロ
ータ１との間隙部に開口されている。

【００３９】したがって、最終過熱器入口４８ａ、第二
次過熱器入口４７ａ、第一次過熱器入口４６ａから抽気
されたクーリング蒸気は、クーリング蒸気ヘッダ５１で
合流し、その後クーリング蒸気管３４を介して高中圧タ
ービンに供給され、中間グランドリーク蒸気に混合され
る。

【００４０】クーリング蒸気は効率低下防止の面から極
力少ない蒸気量において必要なクーリング効果を得るた
めに、蒸気温度を可能な限り低くし、流量を必要最低限
に抑える必要がある。ただし、クーリング蒸気温度が低
すぎると高圧初段ノズル出口リーク蒸気との合流付近で
過大な熱応力が発生する可能性があり、またクーリング
蒸気温度が高い場合には多量のクーリング蒸気が必要と
なる。また、適正なクーリング蒸気温度は負荷によって
も異なってくる。

【００４１】図８に、変圧運転プラントの場合における
負荷と高圧初段ノズル出口蒸気エンタルピとの関係を示
す。

【００４２】また、中圧初段動翼植込部のクーリング蒸
気の適正な温度は、高圧初段ノズル出口蒸気のエンタル
ピに左右される。すなわち、変圧運転プラントにおいて
は、高負荷では比較的温度が高いクーリング蒸気が、ま
た低負荷では温度の低いクーリング蒸気が必要となる。

【００４３】以下に、クーリング蒸気のコントロール方
法を説明する。図７において、クーリング蒸気ヘッダ５
１の温度は、最終過熱器入口クーリング蒸気流量調整弁
５２ａ、第二次過熱器入口クーリング蒸気流量調整弁５
２ｂ、及び第一次過熱器入口クーリング蒸気流量調整弁
５２ｃにより調整される。

【００４４】すなわち、比較的高い温度のクーリング蒸
気が必要な場合は、温度の高い最終過熱器入口クーリン
グ蒸気の割合が多くなり、低い温度のクーリング蒸気が
必要な場合は、温度の低い第一次過熱器入口クーリング
蒸気の割合が多くなる。

【００４５】ここで、例えば主蒸気温度５６６℃のプラ
ントの場合、最終過熱器入口の蒸気温度は５３６℃程度
であり、第二次過熱器入口の蒸気温度は４８０℃程度で
あり、また第一次過熱器入口の蒸気温度は４２０℃程度
であり、５３６℃〜４２０℃の間では必要に応じた蒸気
温度のコントロールを行うことができる。

【００４６】蒸気温度の調整は、基本的には高温蒸気の
最終過熱器入口蒸気と低温蒸気の第一次過熱器入口蒸気
の２つで行うことができるが、中間の蒸気温度の第二次
過熱器入口蒸気を加えることによって、より精度の高い
温度調整を行うことができる。

【００４７】蒸気温度と流量の具体的な調整方法として
は、まず、最初に温度検出器３９と圧力検出器３８によ
り高圧初段動翼出口の温度と圧力を検出し、演算器４０
によって、クーリング蒸気の適正な温度と流量を算出す
る。クーリング蒸気の適正温度は高圧初段ノズル出口蒸
気温度との合流付近で過大な温度差が生じない範囲の最
小値とし、図９に示すように高圧初段ノズル出口蒸気温
度とほぼ比例関係にある。また、クーリング蒸気量は第
一の実施の形態で説明したものと同様の方法で算出す
る。

【００４８】次に、クーリング蒸気ヘッダの温度を演算
器４０からの信号によって、最終過熱器入口クーリング
蒸気流量調整弁５２ａ、第二次過熱器入口クーリング蒸
気流量調整弁５２ｂ、第一次過熱器入口クーリング蒸気
流量調整弁５３ｃを開閉、適正な温度になるように調整
する。

【００４９】更に、クーリング蒸気ヘッダの温度を温度
検出器３７により検出し、演算器４０にフィードバック
し、適正温度よりも高い場合は、低温側もしくは中間温
度側の調整弁を開き、高温側もしくは中間温度側の調整
弁を閉め、適正温度よりも低い場合はその逆を行う。

【００５０】また、クーリング蒸気の流量は演算器から
の信号によりクーリング蒸気流量調整弁３５によってコ
ントロールされる。

【００５１】このようにして、中間グランドを通って中
圧初段動翼植込部にリークする高圧初段ノズル出口蒸気
に、適正温度に調整されたクーリング蒸気を適正量だけ
混合させることによって、中間グランドリーク蒸気の温
度を低下させ、中圧初段動翼植込部の材力低下を防止す
ることができる。

【００５２】図１０は本発明の他の実施の形態を示す図
であり、ボイラ２０で発生した蒸気を高圧タービン２３
に導く主蒸気管５３の主蒸気止め弁２１より上流側から
クーリング蒸気管３４が分岐されており、そのクーリン
グ蒸気管３４の途中にクーリング蒸気冷却器５４が設け
られている。

【００５３】上記クーリング蒸気冷却器５４は、例えば
冷却管方式の蒸気−水熱交換器で冷却管５５の内側を冷
却水が通り、冷却管外側を蒸気が通る間接熱交換器であ
る。上記冷却管５５は、例えば復水ブースタポンプ２９
ａと低圧給水加熱器３０の間から分岐導出され、クーリ
ング蒸気冷却器５４を経た後、上記低圧給水加熱器３０
の下流側に接続されており、その冷却管５５の途中には
冷却水供給元弁５６、冷却水量調整弁５７、及び冷却水
供給戻り止め弁５８が設けられている。

【００５４】しかして、主蒸気管５３から抽出された蒸
気はクーリング蒸気冷却器５４で冷却され、所定温度の
クーリング蒸気として高中圧タービンにおける中間グラ
ンドリーク蒸気に混合される。上記クーリング蒸気冷却
器５４に供給される冷却水は低圧給水加熱器３０の上流
側から抽出され、冷却水供給元弁５６、冷却水量調整弁
５７を経てクーリング蒸気冷却器５４に導入され、クー
リング蒸気との熱交換後に冷却水供給戻り止め弁５８を
介して低圧給水加熱器３０の下流側に還流される。

【００５５】そして、上記クーリング蒸気温度の調整
は、この冷却水量調整弁５７の開閉により冷却水量を増
減させることにより行なわれる。このクーリング蒸気の
適正な温度と流量は前述と同様に演算器４０により算出
され、演算器からの信号によりクーリング蒸気温度が適
正な温度になるように冷却水量調整弁５７が開閉され、
さらにクーリング蒸気温度は温度検出器３７により検出
し、演算器４０にフィードバックされ、冷却水水量の設
定に反映される。また、クーリング蒸気の流量は演算器
からの信号によりクーリング蒸気流量調整弁３５によっ
てコントロールされる。

【００５６】図１１は図１０に示したものの変形例を示
すものであって、クーリング蒸気冷却器の冷却水源を複
数とし、クーリング蒸気の温度コントロール範囲の拡大
と精度の向上を図ったものである。

【００５７】すなわち、クーリング蒸気冷却器５４に供
給する冷却水の取出点が、低圧給水加熱器３０の入口
部、高圧給水加熱器３３の入口部、及び高圧給水加熱器
３３の出口部の３点としてあり、上記３点から冷却水抽
出管６０ａ，６０ｂ，６０ｃが分岐導出されている。各
冷却水抽出管６０ａ，６０ｂ，６０ｃにはそれぞれ冷却
水供給元弁５６ａ，５６ｂ，５６ｃが設けられており、
冷却水量調整弁５７の上流側で互いに接続されている。
また、クーリング蒸気冷却器５４の出口側においては冷
却水管が３つに分岐され、各分岐管がそれぞれ冷却水供
給戻り止め弁５８ａ，５８ｂ，５８ｃを介して低圧給水
加熱器３０の出口、高圧給水加熱器３３の出口、及びエ
コノマイザー４２の出口側に接続されている。

【００５８】しかして、低圧給水加熱器３０の入口から
抽出された冷却水は、クーリング蒸気冷却器５４で熱交
換した後、低圧給水加熱器３０の出口に還流され、高圧
給水加熱器３３の入口から抽出された冷却水はクーリン
グ蒸気冷却器５４で熱交換した後高圧給水加熱器３３の
出口に還流される。また、高圧給水加熱器３３の出口か
ら抽出された冷却水は同様にしてエコノマイザー４２の
出口に還流される。

【００５９】各冷却水抽出管６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及
び冷却水を復水または給水ラインに戻す冷却水管に設け
られている冷却水供給元弁５６ａ，５６ｂ，５６ｃや、
冷却水供給戻り止め弁５８ａ，５８ｂ，５８ｃはそれぞ
れ演算器４０からの信号によってそれぞれ開閉され、運
転状態に応じた適切な冷却水ラインが選択されるように
してある。

【００６０】ここで、例えば温度が高いクーリング蒸気
が必要な場合は、高圧給水加熱器出口の冷却水供給元弁
５６ｃ及び冷却水供給戻り止め弁５８ｃが開き、その他
の冷却水供給元弁及び冷却水供給戻り止め弁が閉じるこ
とで、高圧給水加熱器出口の温度の高い冷却水によりク
ーリング蒸気の冷却を行うことができる。

【００６１】次に、温度の低いクーリング蒸気が必要な
場合は、低圧給水加熱器入口の冷却水供給元弁５６ａ及
び低圧給水加熱器出口の冷却水供給戻り止め弁５８ａが
開き、その他の冷却水供給元弁及び戻り止め弁が閉じる
ことで、低圧給水加熱器入口の温度の低い復水により、
クーリング蒸気の冷却が行われる。

【００６２】更に、上記の２つの中間的な温度のクーリ
ング蒸気が必要な場合は、高圧給水加熱器入口の冷却水
供給元弁５６ｂ及び高圧給水加熱器出口の冷却水供給戻
り止め弁５８ｂが開き、その他の冷却水供給元弁及び戻
り止め弁が閉じることで、高圧給水加熱器入口の中間的
温度の給水により、クーリング蒸気の冷却が行われる。

【００６３】クーリング蒸気温度の最終的な調整は、冷
却水量調節弁５７の開閉により、冷却水量を増減させる
ことにより行う。

【００６４】このように、本システムにおいては、クー
リング蒸気冷却器の冷却水源の切り替えと冷却水量の調
整によりクーリング蒸気の温度調整を行うことができ、
クーリング蒸気の適正な温度と流量は、前述と同様な方
法で温度検出器３９と圧力検出器３８により、高圧初段
動翼出口の温度と圧力を検出し、演算器４０により算出
する。

【００６５】演算器の中で、高圧初段動翼出口の温度及
び圧力に応じてクーリング蒸気冷却器の冷却水源が選択
され、演算器からの信号により、各冷却水供給元弁及び
供給戻り止め弁の開閉が行われる。また、クーリング蒸
気温度が適正な温度になるように冷却水量調節弁５７が
同じく演算器からの信号によって開閉される。

【００６６】クーリング蒸気温度は温度検出器３７によ
り検出され、演算器４０にフィードバックされ、冷却水
源の選択並びに冷却水水量の設定に反映される。また、
クーリング蒸気の流量は、演算器からの信号によりクー
リング蒸気流量調整弁３５によってコントロールされ
る。

【００６７】図１２は本発明のさらに他の実施の形態を
示す図であり、クーリング蒸気発生ボイラを設け、低温
のクーリング蒸気を得るようにしたものである。

【００６８】すなわち、高圧給水加熱器３３の出口側に
おける給水ラインから抽水管６１が分岐導出されてお
り、その抽水管６１にクーリング蒸気発生ボイラ６２が
接続され、そのクーリング蒸気発生ボイラ６２に、そこ
で発生した蒸気を高中圧タービンの中間グランドリーク
蒸気に混合するためのクーリング蒸気管３４が接続され
ている。

【００６９】上記クーリング蒸気発生ボイラ６２に燃料
を供給する燃料供給管６３には燃料流量調整弁６４が設
けられている。

【００７０】しかして、クーリング蒸気は、高圧給水加
熱器３３の出口側から抽出された給水がクーリング蒸気
発生ボイラ６２に供給加熱されることにより発生し、ク
ーリング蒸気管３４を介して高中圧タービンの所定個所
に送給される。

【００７１】そこで、クーリング蒸気の温度はクーリン
グ蒸気発生ボイラ６２に供給される燃料投入量により調
整される。すなわち、温度の高いクーリング蒸気が必要
な場合には、燃料流量調整弁６４を開いて燃料投入量を
増やし、温度の低いクーリング蒸気が必要な場合は、燃
料流量調整弁６４を絞って燃料投入量を減らす。

【００７２】このように、本実施の形態においては、ク
ーリング蒸気発生ボイラからの低温蒸気が、中間グラン
ドを通って中圧初段動翼植込部にリークする高圧初段ノ
ズル出口蒸気に混合されることにより、中間グランドリ
ーク蒸気の温度が低下し、中圧初段動翼植込部の材力低
下を防ぐことができる。しかも、高圧初段動翼出口の圧
力と温度から演算器によって、運転状態に応じた最適な
クーリング蒸気温度並びに流量を算出し、演算器からの
信号により、クーリング蒸気発生用ボイラの燃料流量調
整弁並びにクーリング蒸気流量調整弁の開度を調整する
ことで、クーリング蒸気の温度並びに流量を最適な値に
コントロールすることができる。しかも、この例におい
てはクーリング蒸気発生ボイラによって発生した蒸気を
クーリング蒸気としてリーク蒸気に混合させることによ
り、経済的で効果的かつ信頼性の高いクーリングが可能
となる。

【００７３】図１３は、図２に対してクーリング蒸気が
高中圧タービンにおける高圧初段ノズル出口リーク蒸気
と混合する場所を変更した例を示す図であり、上記クー
リング蒸気がノズルボックス４と中間グランドパッキン
ヘッド８との間の空間部分で高圧初段ノズル出口リーク
蒸気と混合するようにしてある。

【００７４】すなわち、この実施の形態においては、ク
ーリング蒸気管３４が高中圧タービンの高中圧外部ケー
シング１を貫通し、主蒸気導入管６５の間を中圧タービ
ン側へ通り抜け、その後高圧内部ケーシング３を貫通
し、高圧初段ノズル出口部からのリーク蒸気が中間グラ
ンド部へ至る通路部の途中にあるノズルボックス４と中
間グランドパッキンヘッド８との空間部分に開口されて
いる。

【００７５】そして、この場合クーリング蒸気管の導入
スペースを設けることによりノズルボックス４の固定が
不安定となることを防止するため、高圧内部ケーシング
３の内周部にノズルボックス固定輪６６が削り出されて
いる。

【００７６】しかして、クーリング蒸気管３４によって
送給されたクーリング蒸気は上記空間部分で噴出され、
高圧初段ノズル出口部からのリーク蒸気１２と混合され
る。

【００７７】ところで、図２に示すようにクーリング蒸
気管３４をノズルボックス４とロータ２との間隙に開口
させるようにしたものにおいては、構造上容易であると
いうことと、高圧初段動翼植込部のクーリングも兼ねる
ことができるという特徴があるが、クーリング蒸気管３
４がノズルボックス４を貫通しなければならないため、
ノズルボックス４の構造上の制約からクーリング蒸気管
３４のサイズに制約が生じるという面がある。

【００７８】これに対し、本実施の形態においては上述
のようなクーリング蒸気管３４のサイズ上の制約がな
く、クーリング蒸気量の増加を図ることができる。

【００７９】また図１４は、図２及び図１３に示すもの
の他の変形例を示すものであって、クーリング蒸気と高
圧初段ノズル出口リーク蒸気と混合する場所が中間グラ
ンド部としてある。

【００８０】すなわち、クーリング蒸気管３４は高中圧
タービンの高中圧外部ケーシング１の再熱蒸気入口部を
貫通し、再熱蒸気室１０を通過した後、中間グランドパ
ッキンヘッド８を貫通し、中間グランド部１３の出口へ
開口されている。したがって、クーリング蒸気管３４に
よって送給されたクーリング蒸気は上記中間グランド部
１３の出口部に噴出され、高圧初段ノズル出口部からの
リーク蒸気と混合される。

【００８１】なお、中間グランド部へのクーリング蒸気
の導入管は、中間グランド部のバランスウエイトの取付
孔を利用してもよい。

【００８２】ところで、図２及び図１３に示したものに
おいては、クーリング蒸気管３４が高中圧外部ケーシン
グと高圧内部ケーシングの両方を貫通しなければならな
いため、起動・停止過程等において、高中圧外部ケーシ
ングと内部ケーシングの膨張の差により、クーリング蒸
気管３４を変形させる力が加わる可能性がある。

【００８３】これに対し、本実施の形態においては、ク
ーリング蒸気管は高中圧外部ケーシング１のみを貫通
し、高圧内部ケーシングは通らないため、高中圧外部ケ
ーンシング１と高圧内部ケーシング３の熱膨張の差によ
るクーリング蒸気管の変形を防止することができるとと
もに、構造的にも簡単なものとすることができる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ボイラ
中間段または複数のボイラ中間段により抽気した蒸気、
または給水もしくは復水或いは複数の給・復水を冷却源
とした蒸気冷却器により冷却された主蒸気、またはクー
リング蒸気発生用ボイラにより加温された高圧給水をク
ーリング蒸気として、高圧初段ノズル出口リーク蒸気が
中間グランド部へ至る通路部の途中にあるノズルボック
スとロータとの間の隙間部分、またはノズルボックスと
中間グランドパッキンヘッドとの間の空間部分、または
中間グランド部へ供給し、高圧初段ノズル出口リーク蒸
気と混合させるようにしたので、中圧初段動翼植込部の
強度の決定要因である中間グランドリーク蒸気のエンタ
ルピを低下させることができ、中圧初段動翼植込部の材
力を確保することができる。

【００８５】また、蒸気タービン高圧初段動翼出口の圧
力と温度を検出し、演算器によってそのときの運転状態
に応じた最適なクーリング蒸気温度と流量を自動的に算
出し、これにもとずいてクーリング蒸気の温度と流量を
最適値に調整し、これを高圧初段ノズル出口リーク蒸気
に混合することができる。これにより、中圧初段動翼植
込部の材力の低下を、如何なる運転状態に対しても、温
度及び流量の面において過不足のないクーリング蒸気の
供給により抑制することができる。

【００８６】したがって、信頼性が高く、また広範囲な
負荷変動並びに蒸気温度変動に対応可能で、尚かつ効率
低下を最少限にとどめることができる蒸気タービンの冷
却装置を得ることができ、６５０℃級の蒸気温度を使用
可能な蒸気タービンの実用化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の蒸気タービンの冷却装置の概略系
統図。

【図２】第１の発明におけるクーリング蒸気供給部の構
造を示す図。

【図３】再熱蒸気圧力と中間グランドリーク蒸気の最適
エンタルピの関係を示す図。

【図４】高圧初段ノズル出口圧力と中間グランドリーク
蒸気量との関係を示す図。

【図５】高圧初段動翼出口圧力と高圧初段ノズル出口圧
力の関係を示す図。

【図６】高圧初段落の膨張線を示す図。

【図７】第２の発明の蒸気タービンの冷却装置の概略系
統図。

【図８】蒸気タービン負荷と高圧初段ノズル出口蒸気エ
ンタルピの関係を示す図。

【図９】高圧初段ノズル出口温度とクーリング蒸気適正
温度の関係を示す図。

【図１０】第３の発明の蒸気タービンの冷却装置の概略
系統図。

【図１１】第４の発明の蒸気タービンの冷却装置の概略
系統図。

【図１２】第５の発明の蒸気タービンの冷却装置の概略
系統図。

【図１３】クーリング蒸気供給部の他の例を示す図。

【図１４】クーリング蒸気供給部のさらに他の例を示す
図。

【図１５】高中圧一体型タービンの中間グランド部の構
造を示す図。

【符号の説明】

１高中圧外部ケーシング２ロータ３高圧内部ケーシング４ノズルボックス５中圧内部ケーシング６中圧初段ノズル７高圧初段ノズル８中間グランドパッキンヘッド９高圧初段動翼１０再熱蒸気室１１中圧初段動翼１３中間グランド部１４中圧初段動翼の植込部２０ボイラ３０低圧給水加熱器３３高圧給水加熱器３４クーリング蒸気管３５クーリング蒸気流量調整弁３６圧力検出器３７温度検出器３８第２の圧力検出器３９第２の温度検出器４０演算器４６第一次過熱器４７第二次過熱器４８最終過熱器５０ａ，５０ｂ，５０ｃ抽気管５１クーリング蒸気ヘッダ５２ａ最終過熱器入口クーリング蒸気流量調整弁５２ｂ第二次過熱器入口クーリング蒸気流量調整弁５２ｃ第一次過熱器入口クーリング蒸気流量調整弁５３主蒸気管５４クーリング蒸気冷却器６２クーリング蒸気発生ボイラ６４燃料流量調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高中圧一体型の蒸気タービンを有する蒸気
タービンプラントにおける蒸気タービンの冷却装置にお
いて、ボイラ中間段から分岐され、ボイラ中間段の低温
蒸気を高圧初段ノズル出口部から中圧初段動翼植込部に
リークするリーク蒸気に混合させるクーリング蒸気管
と、そのクーリング蒸気管の途中に設けられたクーリン
グ蒸気流量調整弁と、高圧初段動翼出口の圧力及び温度
を検出する第１の圧力検出器及び第１の温度検出器と、
クーリング蒸気の圧力及び温度を検出する第２の圧力検
出器と第２の温度検出器と、上記各圧力検出器及び温度
検出器からの検出信号並びに主蒸気圧力、温度及び再熱
蒸気圧力、温度信号等が入力され、クーリング蒸気流量
を最適となるように前記クーリング蒸気流量調整弁に開
度制御信号を出力する演算器とを設けたことを特徴とす
る、蒸気タービンの冷却装置。
【請求項２】高中圧一体型の蒸気タービンを有する蒸気
タービンプラントにおける蒸気タービンの冷却装置にお
いて、ボイラの複数の温度領域の蒸気を抽気しクーリン
グ蒸気ヘッダに合流させる抽気管と、上記クーリング蒸
気ヘッダの蒸気を高圧初段ノズル出口部から中圧初段動
翼植込部にリークするリーク蒸気に混合させるクーリン
グ蒸気管と、上記各抽気管及びクーリング蒸気管にそれ
ぞれ設けられた抽気調整弁及びクーリング蒸気流量調整
弁と、高圧初段動翼出口の圧力及び温度を検出する第１
の圧力検出器及び第１の温度検出器と、クーリング蒸気
ヘッダの温度検出器と、上記圧力検出器及び各温度検出
器からの検出信号、並びに主蒸気圧力、温度及び再熱蒸
気圧力、温度等が入力され、クーリング蒸気温度及び蒸
気量が最適となるように前記各抽気調整弁及びクーリン
グ蒸気流量調整弁に開度制御信号を出力する演算器とを
設けたことを特徴とする、蒸気タービンの冷却装置。
【請求項３】高中圧一体型の蒸気タービンを有する蒸気
タービンプラントにおける蒸気タービンの冷却装置にお
いて、主蒸気止め弁の上流側の主蒸気管から分岐され、
主蒸気の一部をクーリング蒸気として高圧初段ノズル出
口部から中圧初段動翼植込部にリークするリーク蒸気に
混合させるクーリング蒸気管と、給水または復水ライン
から導出された給水または復水によってクーリング蒸気
を冷却するクーリング蒸気冷却器と、上記クーリング蒸
気管の途中に設けられたクーリング蒸気流量調整弁と、
高圧初段動翼出口の圧力及び温度信号、並びに冷却後の
クーリング蒸気の温度信号が入力され、クーリング蒸気
流量調整弁及びクーリング蒸気冷却器に送給される冷却
水量を調整する冷却水量調整弁に開度制御信号を出力す
る演算器とを設けたことを特徴とする、蒸気タービンの
冷却装置。
【請求項４】クーリング蒸気冷却器には、複数の温度領
域の復水或は給水を冷却水として選択的に供給するとと
もに、上記クーリング蒸気冷却器を経た冷却水をそれぞ
れ対応する温度領域の給水または復水ラインに戻すよう
にしたことを特徴とする、請求項３記載の蒸気タービン
の冷却装置。
【請求項５】高中圧一体型の蒸気タービンを有する蒸気
タービンプラントにおける蒸気タービンの冷却装置にお
いて、高圧初段ノズル出口部から中圧初段動翼植込部に
リークするリーク蒸気にクーリング蒸気を混合させるた
めのクーリング蒸気管を、高圧給水加熱器出口から分岐
するとともに、そのクーリング蒸気管の途中にクーリン
グ蒸気発生用ボイラを設けたことを特徴とする、蒸気タ
ービンの冷却装置。
【請求項６】高圧初段動翼出口の圧力及び温度信号、並
びにクーリング蒸気発生用ボイラの下流側のクーリング
蒸気の温度信号が入力され、上記クーリング蒸気発生用
ボイラの入口側に設けられているクーリング蒸気流量調
整弁、及びクーリング蒸気発生用ボイラへの燃料を制御
する燃料流量調整弁に開度制御信号を出力する演算器を
設けたことを特徴とする、請求項５記載の蒸気タービン
の冷却装置。
【請求項７】クーリング蒸気管が、高中圧タービンの高
圧外部ケーシング及び内部ケーシングを貫通し、さらに
ノズルボックスを貫通し、高圧初段ノズル出口部のリー
ク蒸気の通路部であるノズルボックスとロータとの隙間
に開口していることを特徴とする、請求項１乃至６のい
ずれかに記載の蒸気タービンの冷却装置。
【請求項８】クーリング蒸気管が、高中圧タービンの高
中圧外部ケーシングを貫通した後、主蒸気導入管の間を
中圧タービン側へ通り抜け、その後高圧内部ケーシング
を貫通し、ノズルボックスと中間グランドパッキンヘッ
ドとの間の空間部分に開口していることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の蒸気タービンの冷却
装置。
【請求項９】クーリング蒸気管が、高中圧タービンの高
中圧外部ケーシングの再熱蒸気入口部を貫通し、再熱蒸
気室を通過した後、中間グランドパッキンヘッドを貫通
し、中間グランド部に開口していることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の蒸気タービンの冷却
装置。