JPS59122706A - 蒸気タ−ビン - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービンに係り、特に、蒸気タービンの
前部側と後部側とを別個の蒸気通路にて駆動させ、発電
プラントの効率を高め、かつプラントを安定的に運転し
うるようにした蒸気タービンに関する。

〔発明の技術的背景〕

周知のように、発電プラントでは負荷である発電容量の
変化に対応して原動機すなわち火力、原子カプラントに
おいては蒸気タービンの出力をこれに追従する形で変え
る運転方法を採用するのが一般的である。この場合、蒸
気タービンの出力は定格出力の半分以下に落すことも珍
しくなく、このような部分負荷による運転では蒸気ター
ビンを駆動するのに多量の蒸気を必要としないのも当然
のことである。

従来の蒸気タービンは、たとえば第１図および第２図に
示すように、複数の主蒸気管ｌかものタービン駆動用主
蒸気をノズルダイヤフラム２により蒸気タービンのほぼ
中央に形成される環状の主蒸気入口蒸気室３に導き入れ
、ロータ軸方向の２つの逆方向の蒸気流に分流させ、各
蒸気流により蒸気タービンの前部側と後部側とをそれぞ
れ回転駆動させるようにしている。そして、蒸気タービ
ンの出力は、主蒸気管１にそれぞれ設けられた蒸気加減
弁４を絞って調節されている。

〔背景技術の問題点〕

しかし、蒸気タービンに送られる蒸気量が減少するとな
ると、これからの抽出蒸気を加熱蒸気として用いる火力
、原子力発電プラントの給水系統では加熱蒸気が減少し
た分給水の温度も下がることになる。すなわち、通常運
転状態で定格負荷から部分負荷に移行する場合の給水温
度の変化について説明すると、第３図は、給水加熱を行
う高圧ヒータにおける加熱蒸気の温度と給水の温度の関
係を示すものである。そして、図中、′ｒｏは加熱蒸気
の圧力ＰＣに相当する飽和温度であって、加熱蒸気が熱
交換してヒータ内で凝縮した状態の温度である。なお、
このヒータ器内温度′ｒｃは、加熱蒸気圧力Ｐ　によっ
て決まるが、この圧力Ｐ。

はその蒸気を抽出した蒸気タービンの段落を通過する蒸
気流量に比例する。また、給水は、ヒータ入口での温度
Ｔ１からヒータ出口での温度Ｔ。まで上昇し、こつ給水
出口温度Ｔ　は、ヒータの性能によって決まり、前記ヒ
ータ器内温度Ｔ　より終点温度差Ｔ−Ｄ、たけ低（なっ
ている。そして、通常運転状態では定格負荷から部分負
荷に移行すると、蒸気タービンへ送られる主蒸気流量は
蒸気加減弁の開度を狭められて減少しており、高圧ヒー
タへの加熱蒸気を抽出する段落を通過する蒸気流量も減
少している。従って上述のように給水温度すなわち給水
出口温度Ｔ。も低下することになる。なお、第４図は、
発電機負荷に対する給水温度の変化を示し、本図におい
て曲ｉａ！□は従来の蒸気タービンの通常運転状態にお
ける給水温度の低下を示している。

この給水温度の低下が予想以上に大きくなると、プラン
トの運転効率が太ぎく低下すると共に、特に原子力発電
プラントにおいては、次のような不都合を生じる心配が
ある。すなわち、沸騰水形原子炉の炉心は、第５図に示
されるようにチャンネルボックス１１内に多数の燃料棒
１２を収容した燃料集合体１３を集めて構成されている
。ここで冷却材すなわち給水は炉心の下部より燃料集合
体１３のチャンネルへと流れ、そこで核反応により発生
した熱を受けて蒸気泡１４を生成しつつ、上部へ脱出す
るか、入口部での給水の温度が低下すると、燃料集合体
の中を流れている間はなかなか沸騰に至らず、このため
蒸気泡１４が減少して炉心全体の蒸気泡の割合が小さく
なる。このことは換言すれば水の割合が多（なることで
あり、冷却材である給水は同時に減速材としての役目を
負っているため、減速材の密度が定格運転降に比べ高く
なり、結果として原子炉出力が上昇する方向に変化する
。

しかるにこの状況において求められるのは蒸気タービン
側では既に部分負荷運転中であるため一原子炉出力は抑
制する方向であり、さらに炉心の安定化のためには給水
の沸騰は燃料集合体１３０入口部において生じるように
することである。そこで従来、このような場合には第６
図に示されるように負荷が約３５％を超える場合であれ
ば、原子炉に付設されている再循環ポンプの給水流量の
制御により、またそれ以下であれば制御棒の駆動操作に
よりそれぞれ出力制御を行ン【っていた。

しかしながら、前者の場合には出力抑制のために給水流
量を減らしたときに過度的に炉心が不女定化することが
あり、特に原子炉内蔵形の再循環ポンプを用いるプラン
トにおいてはこの傾向が強まる難点がある。一方、後者
の場合は制御の応答性が緩慢であり、スムーズに対処し
得ない欠点がある。また、前述のように、タービン給供
蒸気の減少により原子力発電プラントに限らず通常のボ
イラ火力発電プラントにおいても給水温度が低下し、プ
ラント効率が低下してしまうという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、部分負荷運転における給水流量を変え
ることなく抑制し、これにより炉心の安定化に多大に寄
与せしめるようにした発電プラントの蒸気タービンを提
供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明は、主蒸気室入口蒸気室
内を蒸気室隔板により前部側主蒸気入口蒸気室と後部側
主蒸気入口蒸気室とに仕切り、前記前部側主蒸気入口蒸
気室を蒸気タービンの前部側の蒸気通路に連通させ、か
つ前記後部側主蒸気入口蒸気室を蒸気タービンの後部側
の蒸気通路に連通させたことを特徴とし、主蒸気管から
の蒸気タービン駆動用蒸気を蒸気タービンの前部側と後
部側とにそれぞれ別個に流動させるようにしている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基いて詳細に説明する
。

第７図、第８図および第９図に示すように、本発明にお
ける蒸気タービン２１は、前部側四と後部側器とからな
り、この前部側２２と後部側器とは共通のロータ軸２４
ヶ有し、左右対称にＴｘ８れている。

前記ロータ軸冴は、クーシング部内に回転自在に保持さ
れ、その軸方向に沿って複数の動翼局が一体的に設けら
れている。さらに、この各動翼２６の直前には前記ケー
シングδ側に固定されたノズルダイヤフラムｎがそれぞ
れ設けられ、各ノズルダイヤフラム２７にはノズル板側
が取付けられている。

そして、前記蒸気タービン２１の前部側２２と後部側％
との境界部分には、両側共通のノズルダイヤフラム２９
カ設けられ、このノズルダイヤフラム２９とケーシング
５とにより環状の主蒸気入口蒸気室Ｉが形成されている
。そして、この主蒸気入口蒸気室（資）内には、中空円
板状の隔板３１が前記ロータ軸Ｕと同心的に設けられ、
この隔板３１により前記主蒸気入口蒸気室側が前部側主
蒸気入口蒸気室３０ａと後部側主蒸気入口蒸気室３０ｂ
とに仕切られている。この前部側主蒸気入口蒸気室間ａ
および後部側主蒸気入口室３０ｂは、それぞれ蒸気ター
ビン前部側２２および後部側器の各蒸気通路に連通され
ている。さらに、この前部側主蒸気入口蒸気室３０ａお
よび後部側主蒸気入口蒸気室３０ｂｖＣは、それぞれ２
本ずつ計４本の主蒸気管３２　、３２および３３゜３３
が連結され、この主蒸気管３２および３３から送給され
るタービン駆動用主蒸気がそれぞれ前部側主蒸気入口蒸
気室３０ａおよび後部側主蒸気入口蒸気室３０ｂを通っ
て蒸気タービン前部１ｌｌ１２２の蒸気通路および後部
側おの蒸気通路を通過していくようにな−りている。ま
た、各主蒸気管３２および３３には前記タービン駆動用
主蒸気の流量を調節する蒸気加減弁３４および３５がそ
れぞれ設けられると共に、その直前には蒸気止め弁が設
けられている。

このような構成を有する蒸気タービンを原子力発電プラ
ントに用いた場合を第１Ｏ図に基すいて説明する。

第１０図において、符号３６は、原子炉を示しており、
この原子炉３６は、主蒸気管３２　、３３により分流形
の蒸気タービン２１の主蒸気入口蒸気室（２）の主蒸気
入口蒸気室３０ａ、３０ｂに連結され、原子炉３６から
の蒸気により蒸気タービン２１が駆動され、さらに、こ
の蒸気タービン２１の駆動により発電機３７が運転され
るようになっている。また、前記蒸気タービン２１かも
の排気は、排気管３８を通って復水器３９に至り、復水
となる。この復水は、復水ポンプ４１により低圧ヒータ
４２で前記蒸気タービン２１からの抽気蒸気により１次
加熱された後、給水ポンプ４３により高圧ヒータ４４に
送給されて同じ（タービン抽気蒸気により２次加熱され
て再び原子炉あに送給されるようになっている。

また、前記低圧ヒータ４２および茜圧ヒータ４４は、そ
れぞれ低圧ヒータ器４２ａ、４２ｂおよび高圧ヒータ器
４４ａ、４４ｂを並列に配置してなり、低圧ヒータ器４
２ａ、４２ｂの入口側および出口側には、復水入口弁４
５　、４６および復水出口弁４７　、４８が設けられ、
高圧ヒータ器４４ａ、４４ｂの入口側および出口側には
給水人口弁５１　、５２および給水出目弁５３　、５４
が設けられている。

さらに、前記低圧ヒータ器４２ａおよび４２ｂは、蒸気
タービン前部側ｎおよび後部側るに設げられた低圧抽気
室５５および胚に低圧抽気管５７および５８を介して連
結され、蒸気タービンからの抽気蒸気により復水の１次
加熱が行われるようになっている。また、前記高圧ヒー
タ器４４ａおよび４４ｂは、蒸気タービン前部側ｎおよ
び後部側おに設げられた高圧抽気室６０および６１に高
圧抽気ｇ６２および６３を介して連結され、蒸気タービ
ンからの抽気蒸気により給水の２次加熱が行われるよう
になっている。なお、前記低圧抽気管５７　、５８およ
び高圧抽気管６２　、６３には、抽気逆止弁６４　、６
５および６６　、６７が設けられている。

このような原子炉発電プラントの運転を以下説明する。

通常運転状態では、定格負荷から部分負荷に移行する場
合には、定格負荷から約５０％負荷までは蒸気加減弁３
４および３５０両方を徐々に閉じながら主蒸気流量を減
らす通　運転状態とする。約５０％負荷においては通常
運転状態では蒸気加減弁３ＸＬおよび３５０両方ともに
約５０％の開度となっており、蒸気タービン前部側２２
および後部側路の出力はδ％貿荷に見合うようになって
いる。

約５０％負荷以下では、蒸気加減弁３＝１および部のう
ちいずれか一方なほぼ全開にし、他方の弁で主蒸気流量
を減じて負荷を減らす。はぼ全閉とする方はいずれでも
よ℃・が、ここでは、蒸気加減弁３４をほぼ全閉するこ
ととする。約５０％負荷を維持したまま蒸気加減弁あを
ほぼ全閉にすると、蒸気タービン前部側四の出力が無負
荷相当となるため、この出力域を補なうべ（蒸気加減弁
３５が全開となり、蒸気タービン後部側路の出力が約５
０％負荷に見合うものとなる。この蒸気加減弁３４がほ
ぼ全開、蒸気加減弁３５が全開の状態では、原子炉３６
から送られる主蒸気の大部分は、主蒸気管３３、主蒸気
市め弁および蒸気加減弁３５を経て蒸気タービン後部側
の主蒸気入口蒸気室３０ｂに入る。蒸気加減弁３４はほ
ぼ全閉するが、蒸気タービン前部側四の過熱防止用冷却
蒸気量だけが主蒸気入口蒸気室３０　ａ　Ｋ入る。蒸気
タービン四の仕事は、後部側路な流れる蒸気のみで行わ
れ、発電機３７の約５０％負荷を維持する。蒸気タービ
ン排気は復水器３９で復水となり、復水ポンプ４１で低
圧ヒータ器４２ｂにのみ送られる。低圧ヒータ器４２ａ
は、その復水入口弁４７および復水出口弁招が全開にさ
れると共に、抽気逆止め弁６４も全閉にされて完全に隔
離されている。

低圧ヒータ器４２ｂで１次加熱された復水は給水ポンプ
４３で高圧ヒータ器４４ｂのみに送られる。高圧ヒータ
器４４ａは、その給水人口弁５１および給水出目弁５３
が全開にされると共に、抽気逆止め弁開も全閉にされて
完全に隔離されている。高圧ヒータ器４４ｂで２次加熱
された給水は原子炉３６へ戻っていく。

そして、蒸気加減弁３５は全開の状態にあるので、蒸気
タービン後部側乙な流れる蒸気流量はほぼ定格負荷時と
同じ量になっており、従って高圧ヒータ４４への加熱蒸
気を抽出する段落を通過する蒸気流量も定格負荷時とほ
ぼ同じ量が流れて（・る。すなわち、高圧ヒータ４４の
器内温度Ｔ。を決定する加熱蒸気圧力Ｐ。も定格負荷時
とほぼ同じ圧力であり、給水出口温度Ｔ。つまり給水温
度もほぼ定格負荷と同じになる。

また、本発明の他の実施例を第１１図ないし第１４図に
基いて説明する。図中、符号７０は、蒸気室隔板で主蒸
気入口蒸気室７１を上半側と下半側とに水平に区分する
板である。そして、蒸気タービンの前部側主蒸気人口Ｉ
気室７２は、ケーシング７３とノズルダイヤフラム７４
の下半とノズルダイヤフラム７５の上半と蒸気室隔板７
０によって囲まれた半筒状の蒸気室であって、同様に後
部側主蒸気入口蒸気室７６は、ケーシング７３とノズル
ダイヤフラム７４の下半とノズルダイヤフラム７５の下
半と蒸気室隔板７０によって囲まれた半筒状の蒸気室で
ある。さらに、前部側ノズルダイヤフラム７４の上半に
は、ノズル板７７が配置され、下半はノズルダイヤフラ
ムのみの構造であってノズル板は設けられていない。

また、後部側ノズルダイヤフラム７５の上半は、逆にノ
ズルダイヤプラムだけの構造であってノズル板はなく、
下半にノズル板７８が設けられている。

したがって、前部側主蒸気入口蒸気室７２には主蒸気管
（資）からの主蒸気が蒸気加減弁８１を経て流入し、こ
の流入主蒸気は、ノズル板７７より蒸気タービン前部側
ｎへ流動してい（。同様に後部側蒸気入口蒸気室７６に
は主蒸気管８２からの主蒸気が蒸気加減弁８３を経て流
入し、ノズル板７８より蒸気タービン後部側路へ流動し
てい（。すなわち、主蒸気入口蒸気室７１は、蒸気室隔
板７０によって上半の前部側主蒸気入口室７２と下半の
後部側主蒸気入口室７６とに仕切られ、蒸気タービン前
部側四と後部側ｎとをそれぞれ独立して回転駆動させる
ことができ、前述した実施例と同様の作用、効果が得ら
れる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、主蒸気室入口蒸気室内を
蒸気室隔板により前部側と後部側とに仕切って蒸気ター
ビン前部側と後部側とをそれぞれ独立に駆動し５るよう
にしたから、プラントの部分負荷運転時においても第４
図に２線で示されるように、定格負荷と同様な給水温度
が得られ、給水温度の低下によって従来引き起こされて
いたプラントの運転効率の低下を防ぎ、特に原子力宛先
プラントにおける原子炉炉心の不安定現象を完全に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気タービンの部分縦断面図、第２図は
第１図中のＡ−Ａ線断面図、第３図は給水加熱器内の熱
交換状態を示す線図、第４図は負荷量と給水温度との関
係を示す線図、第５図は原子炉炉心の燃料集合体を示す
斜視図、第６図は給水流量と原子炉出力との関係を示す
線図、第７図は本発明の一実施例における蒸気タービン
の部分縦断面図、第８図および第９図は第７図中のＢ−
Ｅ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図、第１０図は本発明に
よる蒸気タービンを用いた原子力発電プラントの系統説
明図、第１１図は本発明の他の実施例における蒸気ター
ビンの部分縦断面図、第１２図、第１３図および第１４
図は第１１図中のＤ−Ｅ線断面図、Ｅ−Ｅ線断面図およ
びＦ　　Ｆｍ断面図である。 ２１・・・蒸気タービン、２２・・・蒸気タービン前部
側、お・・・蒸気タービン後部側、２９　、７４　、７
５・・・ノズルダイヤフラム、側、７１・・・主蒸気入
口蒸気室、３０　ａ　、　７２・・・前部側主蒸気入口
蒸気室、３０ｂ、７６・・・後部側主蒸気入口蒸気室、
３１　、７０・・・主蒸気室隔板。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清殆１聞　、 一へ 第２図 第５図 と−ダイ立１ 第４図 碧！９４幾０荷 第５図 第６昭 ４合氷；丸量 躬７図 口８ Ｂ 第１１閏 第１２図 第Ｊ４閏 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５７年特許願第２２８０３１号 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （３０７）　　東京芝浦電気株式会社 明細書を別紙の通り浄書する（内容に変更なし）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノズルダイヤスラムにて形成される環状の主蒸気入口蒸
   気室内に主蒸気管からのタービン駆動用主蒸気を導入し
   てロータ軸方向の２つの蒸気流圧分流させ、各分流蒸気
   により蒸気タービンの前部側と後部側とをそれぞれ回転
   駆動するようにした蒸気タービンにおいて；前記主蒸気
   室入口蒸気室内を蒸気室隔板により前部側主蒸気入口蒸
   気室と後部側主蒸気入口蒸気室とに仕切り、前記前部側
   主蒸気入口蒸気室を蒸気タービンの前部側の蒸気通路に
   連通させ、かつ前記後部側主蒸気入口蒸気室を蒸気ター
   ビンの後部側の蒸気通路に連通させたことを特徴とする
   蒸気タービン。