JPWO2018167907A1 - 蒸気タービン - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の蒸気タービン1は、高圧タービン2と低圧タービン3とを有し、中間段から蒸気を抽気することができる蒸気タービンである。蒸気タービン1は、高圧タービン2に供給する高圧蒸気の流量を加減する蒸気加減弁4と高圧タービン2から低圧タービン3に供給する蒸気の流量を加減する抽気調整弁5と、を有している。また、蒸気タービン1は、ロータ9の回転速度等に応じて蒸気加減弁4及び抽気調整弁5を制御する調速機(電子ガバナ、図示せず)を有している。
なお、以下では、ロータ9の軸線Aが延びている方向を軸線方向Da、軸線Aに対する周方向を単に周方向、軸線Aに対する径方向を単に径方向とする。また、図1の左側を軸線方向一方側Da1、図1の右側を軸線方向他方側Da2とする。
高圧蒸気は、軸線方向一方側Da1(上流側)から導入されて軸線方向他方側Da2(下流側)に流れて排気される。
高圧ケーシング7aには、静翼列8及び動翼列13の上流側から高圧ケーシング7aの内部に高圧蒸気を導入する蒸気入口14が形成されている。高圧ケーシング7aの下流側部分には、高圧ケーシング7a内を通った蒸気を抽気する抽気出口15が形成されている。
低圧ケーシング7bの下流側部分には、低圧ケーシング7b内を通った蒸気を排気する排気出口16が形成されている。
ディスク21は、軸線方向Daに沿って間隔をあけて複数設けられている。各々のディスク21は、ロータ本体18から径方向外側に張り出すように形成されている。翼本体22は、ディスク21の外周面に周方向に間隔をあけて複数設けられている。
各々の動翼列13は、ディスク21及び複数の翼本体22によって構成されている。即ち、複数の動翼列13とバランスピストン20とは、同じロータ本体18に設けられている。
また、スラスト軸受10は、第一スラスト軸受10aのメタル温度を測定する温度測定装置23、及び第一スラスト軸受10aにかかる荷重を測定する荷重測定装置を備えるセンサーを有している。
蒸気タービン1には、軸線方向他方側Da2から軸線方向一方側Da1に向かって順に、HPグランド26a、MPグランド26b、LPグランド26cが設けられている。
バランスピストン20は、軸線方向他方側Da2(第一の部屋27)を向く第一面20aと軸線方向一方側Da1(第二の部屋28)を向く第二面20bとを有している。第一の部屋27の内部圧力は、第一面20aに作用する。第二の部屋28の内部圧力は、第二面20bに作用する。
バランスピストン20の外周面は、HPグランド26によって封止されている。
第二の部屋28と第二動翼列13bに対応する第二翼室25bとは、第二配管30で接続されている。第二配管30には、第二調整弁32が設けられている。
即ち、第二の部屋28と複数の翼室25のうちの一の翼室である第五翼室25eとは、第一配管29によって接続され、第二の部屋28と、第五翼室25eとは内部圧力が異なる他の翼室である第二翼室25bとは、第二配管30によって接続されている。
第二配管30は、第一配管29から分岐させてもよい。
図2に示すように、運転点マップは、横軸をタービン出力(蒸気タービン1の出力)、縦軸を入口蒸気流量(蒸気入口14から流入する蒸気の流量)とし、これらの相対関係に対応して、抽気流量について0%(図2の線分A1−A2)から100%(図2の線分A3−A4)まで、縦軸方向にスケールを刻み、排気流量について、最小排気運転点(図2の線分A4−A3)と最大排気運転点(図2の線分A2−A5)とを示したものである。
ここで、タービン出力は、ロータ9の回転速度制御出力信号に対応し、入口蒸気流量は蒸気加減弁4の操作信号に対応し、抽気流量は、抽気調整弁5の操作信号に対応している。よって、例えば、タービン出力の代わりにロータ9の回転速度制御出力信号を参照してもよい。また、入口蒸気流量を抽気出口15を流れる蒸気の流量、及び排気出口16を流れる蒸気の流量から求めてもよい。
このように、運転点マップを参照して蒸気タービン1の排気流量を導出する方法は、タービン出力及び抽気流量に限ることはなく、様々なパラメータを用いることができる。
図3に示すように、蒸気タービン1の制御方法は、第一調整弁31と第二調整弁32とを、通常運転モードに設定する通常運転モード設定工程S1と、第一スラスト軸受10aのメタル温度Tに基づいてスラスト力を推定する軸受温度判定工程S2と、メタル温度Tが閾値T1以上となった場合に、運転点マップに基づいて排気流量を導出し、排気流量に基づいてスラスト力を推定する排気流量判定工程S3と、運転点マップを参照することによって導出された排気流量が閾値F1以上となった場合に調整弁31,32を緊急モードに設定する緊急モード設定工程S4と、を有している。
一方で、第一の部屋27と第二の部屋28との差圧によって、バランスピストン20に軸線方向一方側Da1に向かうスラスト力(バランススラスト力)が発生する。本実施形態の蒸気タービン1は、第二翼室25bと第二の部屋28とを連通させて、第二翼室25bの内部圧力を第二の部屋28の内部圧力とを略同じにすることによってスラスト力とバランススラスト力とがバランスするように構成されている。
ここで、第一の部屋27の内部圧力をP1、第二の部屋28の内部圧力をP2、第二翼室25bの圧力をP3、第五翼室25eの圧力をP4とする。
これにより、スラスト力とバランススラスト力とがバランスし、ロータ9全体として軸線方向Daに作用する力がバランスする。即ち、第一スラスト軸受10aにかかるスラスト力が、第一スラスト軸受10aの負荷能力範囲内に収まる。
制御装置12の軸受温度判定部12aは、第一スラスト軸受10aのメタル温度Tが閾値T1より低い場合(NO)通常運転モードを続行する。
これにより、第二の部屋28の内部圧力P2と第五翼室25eとの内部圧力P4は、略同じになる。第五翼室25eの内部圧力P4は、第二翼室25bの内部圧力P3よりも低いため、第二の部屋28の内部圧力P2が減少し、軸線方向一方側Da1に向かうバランススラスト力は増大する。これにより、第一スラスト軸受10aの負荷が軽減される。
例えば、上記実施形態では、第二の部屋28と翼室25を連通させる配管を二本としたが、これに限ることはなく、例えば、三本以上の配管を第二の部屋28と連通させて、第二の部屋28の内部圧力P2の設定範囲を広げてもよい。
2 高圧タービン
3 低圧タービン
4 蒸気加減弁
5 抽気調整弁
7 ケーシング
7a 高圧ケーシング
7b 低圧ケーシング
8 静翼列
9 ロータ
10 スラスト軸受
11 ジャーナル軸受
12 制御装置
12a 軸受温度判定部
12b 排気流量判定部
13(13a,13b,13c,13d,13e,13f) 動翼列
14 蒸気入口
15 抽気出口
16 排気出口
18 ロータ本体
19 スラストカラー
20 バランスピストン
20a 第一面
20b 第二面
21 ディスク
22 翼本体
23 温度測定装置
25(25a,25b,25c,25d,25e,25f) 翼室
26 グランド
27 第一の部屋
28 第二の部屋
29 第一配管
30 第二配管
31 第一調整弁
32 第二調整弁
A 軸線
Da 軸線方向
Da1 軸線方向一方側
Da2 軸線方向他方側
Claims (4)
- 軸線に沿って延びるロータ本体と、複数段の動翼列と、前記複数段の動翼列の軸線方向一方側に設けられたバランスピストンと、を有するロータと、
前記ロータを前記軸線の径方向外側から覆い、前記ロータとの間に、前記動翼列に対応して形成される複数の翼室と、前記バランスピストンの軸線方向他方側に形成される第一の部屋と、前記バランスピストンの軸線方向一方側に形成される第二の部屋と、を形成するケーシングと、
前記ロータにかかるスラスト力を受けるスラスト軸受と、
前記第一の部屋に蒸気を導入する蒸気入口と、
前記第二の部屋と、前記複数の翼室のうち一の翼室と、を接続する第一配管と、
前記第一配管に設けられた第一調整弁と、
前記第二の部屋と、前記複数の翼室のうち前記一の翼室とは内部圧力の異なる他の翼室と、を接続する第二配管と、
前記第二配管に設けられた第二調整弁と、
前記スラスト軸受にかかるスラスト力に基づいて前記第一調整弁と前記第二調整弁とを制御する制御装置と、を備える蒸気タービン。 - 前記制御装置は、蒸気タービンの運転点から蒸気タービンの排気流量を導く運転点マップに基づいて蒸気タービンの前記排気流量を推定し、前記排気流量に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定する請求項1に記載の蒸気タービン。
- 前記スラスト軸受のメタル温度を測定する温度測定装置を有し、
前記制御装置は、前記スラスト軸受のメタル温度に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定する請求項1又は請求項2に記載の蒸気タービン。 - 前記スラスト軸受にかかる荷重を測定する荷重測定装置を有し、
前記制御装置は、前記スラスト軸受にかかる荷重に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定する請求項1又は請求項2に記載の蒸気タービン。
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