JPS58220907A - 蒸気タービンの冷却方法及び冷却装置並びに蒸気タービン装置 - 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】 本発明は、定期点検や故障時などの蒸気タービン停止時
に、蒸気タービンの冷却を安全且つ速やかに行なえるよ
うにした、蒸気タービンの冷却方法及び装置に関する。

蒸気タービンは、通常５００Ｃ〜６００Ｃという高温状
態で運転される。

この蒸気タービンが故障したυ或は定期点検を行なう際
には、作業員が補修乃至は点検できる状態まで蒸気ター
ビンを冷却する必要がある。

この蒸気タービンの冷却技術として要求されることは、
５００Ｃ〜６００Ｃという高温の蒸気タービンを例えば
急冷すると、熱応力や熱歪が発生し、ロータやケーシン
グ各部を撰鳩して直用不ロヒになることになるので、蒸
気タービン全体にわたって均一に且つ徐々に冷却するこ
とが要求される。

又一方において、冷却時間が長過ぎると、その間プラン
トを停止することになって、プラントの稼動率が低下し
、大きな損失を招くことになるので、速やかな冷却が要
求される。

このように蒸気タービンの冷却には、蒸気タービンの熱
応力や熱変形に対する保護と稼動率の向上との相反する
技術的な問題が内在する。

従来の蒸気タービンの冷却方法は、蒸気タービンの負荷
を低トさせることによって、蒸気温度を下げ、冷却して
いた。

この冷却方法の最大の欠点は、蒸気タービンを最低限の
負荷で運転を継続させねばならないので、蒸気タービン
の故障に対しての冷却は不可能であり、定期定検など予
め蒸築タービンの停止が予想される場合にしか適用でき
ないことである。

その結果、蒸気タービンが故障して停止したような場合
は、蒸気タービンを冷却するすべはなく自然冷却を待っ
て補修することになり、長期間のプラント停止を余儀な
くされ、プラントの稼動率が大巾に低Ｆし大色な損失を
招くという欠点があった。

さらに第１図を用いて従来技術を説明する。図江おいて
、発電プラントの概略を説明すると、先ず、ボイラＡで
発生した蒸気は、主蒸気管１．主蒸気止め弁２．蒸気加
減弁３を経て高圧タービン４に導かりて仕事をし、低温
再熱−Ｗ５に排出される。低温再熱管５に排出された蒸
気は、逆止弁６を介して再熱器Ｂに導かれて加熱され、
再熱蒸気として、組合せ再熱弁７より中圧タービン８に
導かれて仕事をし、次いでクロスオーバ管９全経て低圧
タービン１０で再び仕事をした後、復水器１１に回収さ
れ、一つの蒸気タービンシステムを構成する。

この蒸気タービンシステムにおいて、タービン負荷を最
低限低くして蒸気温度を降温させ、冷却するのであるが
、中圧タービン８と低圧タービン１０は再熱器で加熱さ
れた再熱蒸気を利用するので、これらタービンの温度降
Ｆはあまυｌく、又高圧タービン４との間の蒸気流量に
より発生するスラスト力のバランス及び、タービン内部
での湿り蒸気発生によるエロージョンの問題を考慮して
、高圧タービン４人口での主蒸気温度は、ある規定頃以
下に下げることができず（一般的には、高圧タービン排
気゛部で湿り域とならない蒸気温度にすることが多い）
、たかだか１００ｒ前後の温度降下しか期待できない。

従って３日〜４日の冷却期間が必要となシ、その分プラ
ントの稼動率が低下し、損失を招くという欠点があった
。

さらに父、タービンを最低限の負荷で継続運転するので
、ボイラ及びタービンは、通常運転状態とは異なった運
転条件が付加されることになり、監視、制御を一つ誤る
と熱応力、熱変形、振動等が発生し、大損傷を銹発させ
る危険性があり、安全性、信頼性を低下させることがあ
るという欠点があった。

本発明は、従来の問題点乃至は欠点を解決すると共に、
冷却技術として要求される条件を満足させたタービンの
冷却方法とその装置７１ｔを提供せんとするものである
。

即ち本発明においては、蒸気タービンシステムに冷却空
気排気系を付設し、この排気系を利用して、外気をシス
テム内に吸引し、システム内の蒸気の流れとは逆向きに
冷却空気を流すように構成する。本発明の蒸気タービン
システムは、主蒸気止め弁の出口側に高圧タービン排気
系を、又組合せ再熱弁の出口側に中圧タービン排気系を
それぞれ接続し、これら両排気系を真空ポンプの吸込側
に接続して蒸気タービンシステムの排気系を構成し、該
排気系と蒸気タービンシステム、とによって冷却装置と
成し、この冷却装置を利用して、蒸気タービンシステム
における主蒸気止め弁、組合せ再熱弁、各ドレン弁、ブ
ローダウン弁及び真柴ボング入口弁金閉にし、真空破壊
弁より外気をシステム内に吸引し、低圧タービン、中圧
タービン及び高圧タービンのそれぞれ低温側から外気で
もって冷却し、熱応力、熱変形を起すことなく均一に且
つ速やかに冷却するようにしたことを特徴とするもので
ある。

以下本発明の一実施例について詳序出に説明する。

先ず本実施例の詳細を説明するに当って、その概略を、
第２図を用いて説明する。

図において、主蒸気止め却２の出口に設けたドレン弁１
５の分岐管に高圧タービン配気管１８を接続し、又組合
せ再熱弁７の出口側に設けたドレン弁１６の分岐管に中
圧タービン排気管１９を接続し、これら排気管１８．１
９のそれぞれに止弁２２．２３を設けて連結し、排気管
２ｏによってＡ空ポンプ１２の吸引側に接続して、高圧
タービン４と中圧タービン８の排気系をタービンシステ
ムに付設し、蒸気タービンの冷却装置ｔを構成する。

この冷却装置において、主蒸気止め弁２、組合せ再熱弁
７、ドレン弁１５，１６、ブローダウン弁１４、ＪＩｃ
、９ポンプ人口弁２６を全開にし、一方排気系に設けた
弁２２，２３．，２４．２５と真窒破、′ 壊弁１７．ベンチレータ弁１３を全開にして真空ポンプ
１２を駆動し、真空破壊弁１７よジタービンシステム内
に外気を吸引する。（第Ｇ田讐Ｂｐ、　）。

即ち、Ａ空ポンプ１２の、駆動によって、排気系２０．
１８，１９に吸引力が作用し、Ｊｃ空破壊弁１７よシ外
気Ｃを吸引する。このように吸引された外気は、低圧タ
ービン１ｏの排気側から流入しオーバ管９を通って中圧
タービン８の排気側から流入し、中圧タービン８を低温
側から冷却した後、中圧タービン排気管１９に排出され
る。

一方真空破壊弁１７から吸引された外気は、べ−ンチレ
ータ弁１３を通って高圧タービン４の排気側よシ流入し
、高圧タービン４の低温側から冷却した後、高圧タービ
ン排気管１８に排出される。

このようにして排気管１８．１９に排出された外気は、
排出管２０に合流され、クーラ２１によって冷却された
後、真空ポンプ１２によって大気中に排出される。

このように、排気系の吸引作用によって、外気ヲ、低圧
タービン１ｏ→クロスオーバ管９→’ＨＪＥターヒン８
→中圧タービン排気管１９及び、ベンチレータ弁１３→
高圧タービン４→高圧タービン排気−ｆｉ１８へとター
ビンシステム内の蒸気流れ方向とは逆向きに流すことに
よシ、タービンシステム内を低温側から冷却し、この冷
却過程で外気は昇温されて、タービンの急冷による熱応
力を解消すると共に均一に冷却して熱変形を防止し、且
つ外気は連続的に吸引され流通するので短時間に冷却す
ることができる。

以下本実施列の詳細をさらに詳しく説明する。

蒸気タービンシステムが定常運転をしている状態を示す
第２図において、ボイラＡで発生した蒸気は、主蒸気管
１、主蒸気止め弁２　（ＭＳＶ）を通り、蒸気加減弁３
　（ＣＶ）で流量制御された後、高圧タービン４に流入
し仕事をする。仕事を終えた蒸気は低温再熱’ｆ５に排
出され、逆止弁６を通って再熱器Ｂに導かれ加熱される
。このようにして再熱器Ｂで加熱された再熱蒸気は、組
合せ再熱弁７（ＣＲＹ）より中圧タービン８に導かれて
仕事をし、次いで、クロスオーバ管９を経て低圧タービ
ン１０で仕事をした後、復水器１１に回収される。

復水器１１には、一般的に真空ポンプ（又はエゼクタ）
１２が設置され、常に復水器１１の真空度を維持してい
る。１３はべ≦チレータ弁であシ定常運転時は閉の状態
になっているが、蒸気加減弁３が全閉し、高圧タービン
４が停止した場合は、開の状態になって、高圧タービン
４内の蒸気を、復水器１１に回収する。同様に１４はブ
ローダウン弁であシ、定常運転時は閉の状態になってい
るが組合せ再熱弁７のインタセプト弁（図示省略）が全
閉した場合は開の状態になり、高圧タービン４内の蒸気
や復水器１１内に回収する。

１５．１６はドレン弁であり、主蒸気止め弁２と、組合
せ再熱弁７の出口側に分岐管を設けて取付けられ、定常
運転時には、全開の状態になっている。このドレン弁１
５，１６は、タービンの起動停止時に全開にされ、系内
のドレンを復水器１１に回収するようになっている。１
７け復水器１１内の真空を破壊するための真空破壊弁で
あシ、定常運転時は全開にして復水器ｌｌ内の真空を保
持しておシ、タービン停止後、真空ポンプ１２も停止し
、その後全開にして復水器１１内の真空を破壊する。

このように構成されたタービンシステムにおいて、ドレ
ン９１５，１６の分岐管に、高圧タービン排気管１８と
、中圧タービン排気管１９を接続し、これら二つの排気
管１８．１９を、排気管２０によって真空ボンダ１２の
吸込み側に接続し、冷却空気の排出系をタービンシステ
ムに付設する。

このように冷却空気の排出系をタービンシステムに付設
することによって、タービンの冷却装置を構成する。

即ち、吸引ポンプ１２によって、排出管１８゜１９．２
０に吸引効果を与え、この吸引効果によって、真空破壊
弁１７から外気を一一ビンシス、テム内に吸引し、低圧
タービン１０→オーバフロー管９→中圧タービン８→中
圧タービン排気管１９及ヒベンチレータ弁１３→高圧タ
ービン４→高圧、１′ タービン排気管１８から排出管２０を通して真空ボンダ
１２より大気に放出する冷却回路をもったタービンの冷
却装置を構成する。なお２２，２３゜２４．２５は、そ
れぞれ止弁であシ、定常運転時は全開の状態になってい
る。

この止弁の内２２と２３を設けた理由は、高圧タービン
４か或は−１中圧タービン８．低圧タービン１０のどち
らかを選択的に冷却可能にするか又は、流量調節弁にし
て、全体の冷却を均一に行なうようにするためである。

２１は冷却器であり、冷却を終て昇温された空気を冷却
し、真空ポンプ１２の保護を計るものでらる。

以上のように構成した本実施例の作用について以下説明
する。

先ず定常運転時は、第２図に示すような、経路で蒸気が
流れ、タービンが運転される。（図中黒く塗られた弁は
閉の状態を示す） この定常状態において、タービンが何らかの原因で停止
した場合、タービン内への蒸気の流入を遮断するため、
主蒸気止め弁２、蒸気加減弁３１．１１：・ 組合せ再熱弁７が全開になると同時に、定常運転時に閉
になっていたベンチレータ弁１３とブ０−ダウン弁１４
が全開となって、高圧タービン４内の蒸気が、復水器１
１内に流入する。次にドレン弁１５．１６が全開にされ
、系内のドレンを復水器１１内に排出するにの状態を第
３図に示す）。

仁の状態でタービンは完全に停止するが、次にタービン
を冷却するための準備操作が必要である。

この準備操作は、第４図に示すインタロックにて行なう
。

第４図において、タービン冷却用船をＯＮにし、主蒸気
止め弁２　（ＭＳＶ）全閉１組合せ再熱弁７（ＣＲＶ）
全閉にしタービンへの蒸気流入の遮断を確認し、高温の
状態でタービンの熱変形を防止するだめのターニングを
確認し、真空破壊弁１７全開を確認後、これらの条件が
すべて満たされた状態で、油ポンプを起動し、タービン
の軸受油及び制御油を確保し、蒸気加減弁３　（ＣＶ）
を全開、真空人口弁２６全閉、ベンチレータ弁１ａ（Ｖ
Ｖ）全開、ドレン弁１５．１’６を全開にして冷却準備
が完了し、インタロックが解除され、真空ボンダ１２を
起動と同時に、制御装置５５が働き（第５図参照）、排
気系の止弁２２，２３．２４が開方向に作動し、外気が
、真空破壊弁１７より吸引される（この状態を第６図に
示す）。

このようにして復水器１１内に吸引された外気の一部は
、低圧タービン１０の排気側より流入し、低圧タービン
１０のメタルを冷却した後、クロスオーバ管９ｆ経て中
圧タービン８の排気側に流入し、中圧タービン８を冷却
した後、中圧タービン排気管１９へと排出される。一方
において、ベンチレータ弁１３側に流れた外気は、高圧
タービン４の排気側に流入して高圧タービン４を冷却し
た後、高圧タービン排気管１Ｂに排出される。このよう
にして排気管１８．１９に排出された外気は、排出管２
０によって冷却器２１に導かれて冷却され、真空ポンプ
１２より大気中に放出される。このように、外気は、真
空破壊弁１７よ多連続的に吸引されタービンを強制冷却
する。

この冷却過稈において、冷却空気の流れは、タービンシ
ステムの低温部から高温部に向って流れ、この間に冷却
空気は昇温される。

このように冷却過程で昇温されてい〈冷却空気の温度と
、冷却され降温していくメタル温度との間の温度差は、
冷ηＪ過程の各部においてほぼ一定になシ、全域にわた
って、ｌまは均一の冷却速度で冷却される。

この全域にわたっての冷却速度を均一にして、過度な冷
却及び高圧タービン４と中圧タービン８、低圧タービン
１０との冷却のアンバランスを第５図に示すように冷却
空気量の調節によって行う。

即ち、真空ポンプ１２は、一定速度で運転されるので、
高圧タービン４．中低圧タービン８１１Ｏ全体の冷却降
下率を弁２４による空気流量制御によって行なう（弁２
５は、通常運転中の隔離用としての止弁である）。一方
高圧タービン４と中低圧タービン８．１０のそれぞれの
冷却降下率は、弁２２，２３の調節によって行なう。

即ち、第７図において、高温タービンメタル温度検出器
５工と、中圧ターと１ンメタル温度検出器５２からの信
号を、制御装置５５の温度降下率算出部に入力し、ここ
で、実際の高圧タービン４のメタル温度降下率と、中圧
タービン８のメタル温度降下率を算出する。このように
して算出された高圧タービン４の実際のメタル温度降下
率と、中圧タービン８の実際のメタル温度降下率は、そ
れぞれ、設定された温度降下率と比較される。このよう
に比較された信号は、弁２２，２３．２４の操作器１．
Ｉ［、Ｉｌｌに弁開閉操作信号として入力される。

この入力信号によって、例えば高圧タービン４のメタル
温度降下率大及び中圧タービン８のメタル温度降下吊大
となった場合、操作５■に閉の信号が入力され、全体の
空気量を少なくすると同時に、操作器Ｉ、■にも閉の信
号が入力され、弁２２．２３も閉の方向に作動し、空気
量が小の方向にａＦＡ整される。これとは逆に、高中圧
タービンのメタル温度降下率が小となった場合、各操作
器１．ＩＦ、ＩＩＩには開の信号が入力され空気ｔｔ−
増加する。

この場合、操作器■の作動条件は、高中圧タービン４，
８共に、メタル温度降下率の弁開閉操作信号が同じ時の
み作動する。

従って、高中圧タービン４．８のメタル温度降下率の弁
開閉操作信号が異なった場合、操作器■は作動しないの
で、冷却空気の絶対量は変らず、高中圧タービン４．８
の両方の弁開閉操作信号をそれぞれの操作器１．１１に
入力し、操作器１．１９操作量を調整して、高中圧ター
ビン４，８のメタル温度降下率が調整されるように、冷
却空気量の配分が行なわれる。

このようにして行なわれる、高中圧タービン４゜８の冷
却状況は、比較器■によって目標冷却メタル温と比較さ
れ、表示灯Ｖによって、冷却中又は完了の表示が出る。

上記温度検出器５１．５２は、一般的に設けられている
監視用のものを利用することも可能である。

このようにして、冷却した実験例を第８図に示すと、目
標冷却温度６３に達するまでに要する日数は、従来（曲
線６１）は４〜５日を要していたものが、１〜２日に短
縮されたことが確認できた。

なお上記において、タービンのメタル温度を検出して、
冷却空気量を調節するようにしたが、タービンメタルの
熱応力とか熱膨張差を用りて冷却♀気量を調節してもよ
い。

以上詳述した通り本発明によれば、タービンシステムに
おいて、主蒸気止め弁の出口と粗汁せ再熱弁の出口にそ
れぞれ高圧タービン排気管と中圧タービン排気管を接続
し、これら排気管を真空ポンプの吸込み側に接続して、
タービンシステムに冷却空気の排気系を付設したので、
タービンシステム内を流れる蒸気の流れ方向とは逆向き
に冷却空気を流通させることができ、その結果、タービ
ンを低温側から高温側に向って冷却して、冷却過程にお
ける冷却空気の昇温とタービンメタルの降温との間の温
度差を全体にわたって一様にし、冷却による熱応力、熱
変形の問題を解消することができた。

さらに冷却空気量を調節して、高圧、中低圧タービン全
体の冷却降下率を調節すると共に、高圧及び中低圧ター
ビン個々についての冷却降下率のｖＩ４！ｆＪを可能に
し、熱応力、熱変形の点でさらに安全作と信頼性を向上
させることができる。。

又外気全連続的にタービンシステム内に吸引し強制冷却
するので、冷却に要する時間が大巾に低減され、プラン
トの稼動率を大巾に向上させることがで色だ。

又タービンシステムに単に排気系を付設するだけで特別
必要とする機器もなく簡嚇にできる。その上、タービン
がいかなる状態にあっても、冷却が可能であり、安全性
、信頼性、稼動率を大巾に向上させるなど多大な効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のタービンプラントを示す系統図、第２
図乃至第８図は本発四の実施例であシ、第２図は定常状
態における系統図、第３図は、タービンが停止した時の
状態を示す系統図、第４図は冷却準備操作をするための
インタロック線図、第５図は、冷却を行うための制御線
図、第６図は、冷却を行っている状態を示す系統図、第
７図は制御ブロック線１図、第８図は、メタルクーリン
グカーブである。 ２・・・主蒸気止め弁、３・・・蒸気加減弁、４・・・
高圧タービン、７・・・組合せ再熱弁、８・・・中圧タ
ービス、９・・・クロスオーバ管、１０・・・低圧ター
ビン、１１・・・復水器、１２・・・真空ポンプ、１３
・・・ベンチレータ弁、１４・・・ブローダウン弁、１
５．１６・・・ドレン弁、１７・・・臭突破壊弁、１８
・・・高圧タービン排気管、１９・・・中圧タービン排
気管、２０・・・排出管。 代理人　弁理士　秋本正実

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気タービン停止時において、主蒸気止弁、組合せ
   再熱弁、各ドレン弁、ブローダウン弁及び真空ポンプ人
   口弁を全開にし、次いで排気系の６弁と真空破壊弁を全
   開にした状態で真空ポンプを駆動し、排気系を通して外
   気を真空破壊弁より蒸気タービンのシステム内に吸引シ
   、ターヒンジステムの低温側から順次高温側に向けて冷
   却した後、外気を排気系内に吸引排出するようにしたこ
   とを特徴とする蒸気タービンの冷却方法。 ２、ボイラからの蒸気を主磁気止弁、蒸気加減弁を通し
   て高圧タービンに導き、高圧タービンを出た蒸気を再生
   器で加熱した後、組合せ再熱弁を通して中圧タービンに
   導龜、次いでクロスオー４を通して低圧タービンに導き
   、低圧タービンを出た蒸気を復水器に導くようにした蒸
   気タービンシステムにおいて、前記主蒸気止め弁の出口
   側に高圧タービン排気管を接続し、組合せ再熱弁の出口
   側に中圧タービン排気管を接続し、該二つの排気管を真
   空ポンプの吸収側に接続して排気系となし、該排気系を
   介して外気をタービンのシステム内に吸引することによ
   り、蒸気の流れ方向とは逆向きに外気を流通させるよう
   Ｋしたことを特徴とする蒸気タービンの冷却装置。