WO2018154735A1 - 蒸気タービンシステム及び蒸気タービンの起動方法 - Google Patents

蒸気タービンシステム及び蒸気タービンの起動方法 Download PDF

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Abstract

蒸気タービンシステム（１）は、外部から蒸気が送り込まれるケーシング（１１）と、ケーシング（１１）内で中心軸（Ａｃ）回りに回転可能に設けられた回転軸（１５）と有する蒸気タービン（１０）と、蒸気タービン（１０）に接続され、ケーシング（１１）と回転軸（１５）との隙間からケーシング（１１）の外部に漏出したリーク蒸気を脱気させる脱気器（５０）と、脱気器（５０）に接続され、脱気器（５０）内の圧力を低下させる真空ポンプ（６０）と、を備える。

Description

蒸気タービンシステム及び蒸気タービンの起動方法
　この発明は、蒸気タービンシステム及び蒸気タービンの起動方法に関する。
　圧縮機や発電機等を駆動するため、蒸気タービンが用いられることがある。蒸気タービンは、ケーシングと、ロータと、を備える。ロータは、ケーシングに回転自在に支持された回転軸と、回転軸と一体に設けられた動翼とを備える。回転軸は、少なくとも出力側の端部がケーシングを貫通して外部に突出している。このような蒸気タービンは、外部からケーシング内に送り込まれた蒸気を動翼に衝突させることによって、ロータを回転させる。ケーシングの外部に突出した回転軸の端部を介して、ロータの回転を駆動対象に伝達することで、駆動対象が駆動される。
　このような蒸気タービンが用いられる蒸気タービンシステムでは、蒸気タービンから排出された蒸気を復水する復水器や、蒸気タービンの機内へ吸い込んだ空気と、機外に漏れ出す蒸気を排出するためのグランドコンデンサが設けられている。蒸気タービンシステムでは、蒸気タービン、復水器、及びグランドコンデンサを起動する際に外部から補助蒸気を利用している。具体的には、蒸気タービンでは、補助蒸気をシール蒸気として利用し、ケーシング内を真空にする際に、ケーシング内への空気の漏れ込みを抑制している。また、復水器やグランドコンデンサでは、補助蒸気を用いてエジェクタを駆動させることで、内部の空気を外部に排出させている。
　また、特許文献１に記載の蒸気タービンシステムでは、蒸気タービンから漏れ出るシール蒸気の量を低減する構造が記載されている、具体的には、この蒸気タービンシステムでは、蒸気タービンにおける回転軸とケーシングとの間のシールが、複数のラビリンスシールと周方向シールとを組み合わせた構造を有している。このような構造とすることで、シールから漏れ出る蒸気及び空気の量を低減している。
　ところが、特許文献１に記載のような蒸気タービシステムであっても、シールからわずかに漏れ出る蒸気及び空気を排出するためにグランドコンデンサを設ける必要がある。そのため、グランドコンデンサ内の蒸気及び空気を外部に排出するために、グランドコンデンサに補助蒸気を供給する必要がある。
米国特許第５３４４１６０号明細書
　しかしながら、補助蒸気は、蒸気タービンの運転時に必要となる場合も多く、蒸気タービン以外の蒸気供給源を別途用意して供給しなくてはならない。そのため、補助蒸気の供給には、蒸気供給源と繋ぐ配管や弁等の設備、供給状態を調整する弁等を操作する人員、及び蒸気供給源で補助蒸気の生成のためのエネルギー等が必要となる。このため、補助蒸気の使用箇所を減らすことが望まれる。
　本発明は、補助蒸気の使用箇所を減らすことが可能な蒸気タービンシステム及び蒸気タービンの起動方法を提供する。
　本発明の第一の態様に係る蒸気タービンシステムは、外部から蒸気が送り込まれるケーシングと、前記ケーシング内で中心軸回りに回転可能に設けられた回転軸と有する蒸気タービンと、前記蒸気タービンに接続され、前記ケーシングと前記回転軸との隙間から前記ケーシングの外部に漏出したリーク蒸気を脱気させる脱気器と、前記脱気器に接続され、前記脱気器内の圧力を低下させる真空ポンプと、を備える。
　このような構成によれば、リーク蒸気を脱気器で脱気させることで、リーク蒸気に含まれる水を脱気器で回収することができる。回収した水は、捨てずに、蒸気を発生させるボイラ等に送給することで、水を再利用することができる。また、真空ポンプで脱気器内の圧力を低下させることで、エジェクタを設けることなく、脱気された空気を外部に排出することができる。したがって、エジェクタの駆動源として補助蒸気を用いる必要が無くなる。このようにして、補助蒸気を利用することなく、リーク蒸気が処理される。
　本発明の第二の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第一の態様において、前記蒸気タービンから排出された蒸気を復水する復水器をさらに備え、前記復水器は、前記脱気器と接続され、前記脱気器で脱気されたリーク蒸気から回収された水が供給されてもよい。
　このような構成によれば、脱気器で回収した水を復水器に戻すことで、回収した水の有効利用を図ることができる。
　本発明の第三の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第二の態様において、前記真空ポンプは、前記復水器に接続されていてもよい。
　このような構成によれば、復水器内の圧力を低下させるために、エジェクタを設けることなく、復水器内の空気を外部に排出することができる。したがって、エジェクタの駆動源として補助蒸気を用いる必要が無くなる。これにより、補助蒸気の使用箇所をより低減することができる。
　本発明の第四の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記脱気器は、内部を加熱するヒータを有していてもよい。
　このような構成によれば、脱気器に供給されて復水されたリーク蒸気が加熱される。そのため、リーク蒸気の脱気を促進することができ、脱気を効率良く行うことができる。
　本発明の第五の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記蒸気タービンは、前記脱気器に接続され、前記ケーシングと前記回転軸との間の隙間をシールする軸シール装置と、を備え、前記軸シール装置は、前記回転軸の外周面との間をシールするシール体と、前記シール体と接続されて前記シール体を前記回転軸の径方向に移動させる受圧部とを有するシール部材と、内部に形成された収容凹部に前記受圧部を前記径方向に移動可能に保持するハウジングと、前記受圧部を前記径方向の内側に向かって付勢する付勢部材と、前記収容凹部内を前記ハウジングの外部よりも低圧とする負圧導入部とを有していてもよい。
　このような構成によれば、負圧導入部によって収容凹部内の圧力を低下させない状態では、シール部材は、付勢部材によって径方向の内側に付勢され、回転軸に近づく。そのため、シール部材によって、回転軸とケーシングとの間のシール性が確保される。これによって、蒸気タービンの起動時に、回転軸とケーシングとの間から、外部の空気がケーシングの内部に流入することが抑制される。したがって、蒸気タービンの起動時に、回転軸とケーシングとの間のシール性を高めるために外部から軸シール装置に補助蒸気を供給する必要がなくなる。また、蒸気タービンが運転している状態では、負圧導入部によって収容凹部内の圧力が低下されることで、シール体を径方向の外側に移動させて回転軸から離間させることができる。これによって、回転する回転軸とシール体とが接触することで生じるシール体の損傷を抑えることができる。また、蒸気タービンが運転している状態では、ケーシング内の圧力が高いために、回転軸とケーシングとの隙間から外部にケーシング内の蒸気が漏出する。その結果、ケーシング内への空気の吸い込みを回避することが可能となり、シール部材と回転軸とを離した状態であっても、この隙間におけるシール性を確保することができる。
　本発明の第六の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第五の態様において、前記シール体は、前記回転軸と接触可能とされ、前記回転軸よりも被削性の高い材料から形成された快削材を含んでいてもよい。
　このような構成によれば、快削材を含むシール体を回転軸に接触させることで、回転軸とケーシングとの隙間を０（ゼロ）に近づけて、高いシール性を発揮させることができる。これにより、外部からケーシング内への空気の流入量を最小限に抑えることができる。
　本発明の第七の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第五または第六の態様において、前記蒸気タービンの動作に応じて前記収容凹部内の圧力を低下させるように前記負圧導入部を制御する制御装置をさらに備えていてもよい。
　このような構成によれば、蒸気タービンの動作に応じて制御弁を制御することで、負圧導入部による収容凹部内の圧力調整を作業者によらずに実施できる。
　本発明の第八の態様に係る蒸気タービンシステムでは、第七の態様において、前記制御装置は、前記ケーシング内の前記蒸気が定められた圧力以上となった場合に、前記負圧導入部に前記収容凹部内の圧力を低下させてもよい。
　このような構成によれば、ケーシング内の蒸気の圧力が高まって確実にシール蒸気として機能するタイミングで、軸シール装置においてケーシングと回転軸との隙間を開くことができる。
　本発明の第九の態様に係る蒸気タービンシステムの起動方法は、外部から蒸気が送り込まれるケーシングと、前記ケーシング内で中心軸回りに回転可能に設けられた回転軸と、前記ケーシングと前記回転軸との間の隙間をシールする軸シール装置と、を有する蒸気タービンを備え、前記軸シール装置は、前記回転軸の外周面との間をシールするシール体と、前記シール体と接続されて前記シール体を前記回転軸の径方向に移動させる受圧部とを有するシール部材と、内部に形成された収容凹部に前記受圧部を前記径方向に移動可能に保持するハウジングと、前記受圧部を前記径方向の内側に向かって付勢する付勢部材と、前記収容凹部内を前記ハウジングの外部よりも低圧とする負圧導入部とを有する蒸気タービンシステムの起動方法であって、前記ケーシング内の前記蒸気が定められた圧力以上となった場合に、前記負圧導入部によって前記収容凹部内を負圧とする負圧工程を有する。
　本発明によれば、補助蒸気の使用箇所を減らすことが可能となる。
この発明の実施形態における蒸気タービンシステムの概略構成を示す図である。 この発明の実施形態における蒸気タービンシステムの蒸気タービンに備えた軸シール装置を示す断面図である。 この発明の蒸気タービンシステムの起動方法の流れを示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明の蒸気タービン、蒸気タービンシステム、及び蒸気タービンの起動方法を説明する。図１は、この発明の実施形態における蒸気タービンシステムの概略構成を示す図である。図２は、蒸気タービンシステムの蒸気タービンに備えた軸シール装置を示す断面図である。
　図１に示すように、蒸気タービンシステム１は、蒸気タービン１０と、圧縮機２０と、復水器３０と、復水ポンプ４０と、脱気器５０と、真空ポンプ６０と、制御装置１００と、を備えている。
　蒸気タービン１０は、ケーシング１１と、ロータ１２と、を備えている。
　ケーシング１１は、外部から蒸気が送り込まれる。ケーシング１１は、ロータ１２の中心軸Ａｃが延びる軸方向Ｄａに延びる筒状をなしている。ケーシング１１は、軸方向Ｄａの第一側に設けられた蒸気入口１３と、軸方向Ｄａの第二側に設けられた蒸気出口１４と、を有している。蒸気入口１３には、蒸気供給ラインＬ１が接続されている。蒸気入口１３は、この蒸気供給ラインＬ１を通して、外部のボイラ（図示無し）で生成された蒸気が供給される。この蒸気供給ラインＬ１には、開閉弁１８が設けられている。この開閉弁１８を開閉することで、ボイラ（図示無し）から蒸気タービン１０への蒸気の導入量が調整されている。また、蒸気出口１４には、蒸気排出ラインＬ２が接続されている。
　ロータ１２は、ケーシング１１に対して回転可能に設けられている。ロータ１２は、回転軸１５と、動翼１６と、を備えている。
　回転軸１５は、ケーシング１１内で中心軸Ａｃ回りに回転可能に設けられている。回転軸１５は、その両端部１５ａ及び１５ｂが軸受（図示無し）によって中心軸Ａｃ回りに回転自在に支持されている。この回転軸１５は、両端部１５ａ及び１５ｂが外部に突出した状態で、ケーシング１１の内部に収容されている。回転軸１５の両端部１５ａ及び１５ｂは、ケーシング１１の軸方向Ｄａの両端部にそれぞれ形成された開口部１７からケーシング１１の外部に突出している。
　動翼１６は、回転軸１５の外周面１５ｆに、径方向外側に向かって延びるように設けられている。動翼１６は、回転軸１５とともに中心軸Ａｃ周りに回転可能とされている。
　このような蒸気タービン１０は、ボイラ（図示無し）で生成された蒸気が、蒸気供給ラインＬ１を経て蒸気入口１３からケーシング１１の内部に導入される。ケーシング１１の内部に導入された蒸気は、蒸気入口１３側から蒸気出口１４側に向かって流れる。この蒸気がロータ１２の動翼１６に衝突すると、ロータ１２が中心軸Ａｃ回りに回転駆動される。ケーシング１１の蒸気出口１４に到達した蒸気は、蒸気排出ラインＬ２を通してケーシング１１の外部に排出される。
　蒸気タービン１０は、例えば圧縮機２０を駆動する。圧縮機２０は、回転軸１５の端部１５ｂに連結軸２１を介して連結されている。圧縮機２０は、蒸気タービン１０のロータ１２が回転駆動されると、回転軸１５の回転が連結軸２１を介して伝達されることで駆動される。
　復水器３０は、蒸気排出ラインＬ２によって蒸気タービン１０と接続されている。復水器３０は、蒸気排出ラインＬ２を通してケーシング１１の蒸気出口１４から排出される蒸気を冷却して復水する。復水器３０は、排水ラインＬ３と接続されている。復水器３０は、溜まった水を排水ラインＬ３から排出している。復水器３０は、第一吸引ラインＬ７と接続されている。復水器３０は、機器接合部などの間隙より流入する空気を第一吸引ラインＬ７から排出している。復水器３０は、循環ラインＬ５と接続されている。循環ラインＬ５は、排水ラインＬ３と接続されている。
　復水ポンプ４０は、排水ラインＬ３に設けられている。復水ポンプ４０は、復水器３０で復水された水を、排水ラインＬ３を通してボイラ（図示無し）に循環させる。この排水ラインＬ３の復水ポンプ４０よりも下流側には開閉弁４１が設けられている。開閉弁４１は、排水ラインＬ３において、循環ラインＬ５との接続位置よりも下流側に配置されている。循環ラインＬ５には、開閉弁４２が設けられている。開閉弁４１及び４２によって、ボイラへの導入量や復水器３０への戻し量が調整される。
　脱気器５０は、蒸気タービン１０と接続されている。脱気器５０は、ケーシング１１と回転軸１５との隙間からケーシング１１の外部に漏出したリーク蒸気を脱気させる。本実施形態の脱気器５０は、蒸気タービン１０の回転軸１５の両端部１５ａ及び１５ｂと、ケーシング１１の開口部１７との隙間から漏出したリーク蒸気（グランド蒸気）を脱気する。このため、脱気器５０は、リーク蒸気ラインＬ４を介して、蒸気タービン１０の回転軸１５の両端部１５ａ及び１５ｂと、ケーシング１１の開口部１７との隙間に連通している。脱気器５０は、その内部にヒータ５１を備えている。このヒータ５１は、脱気器５０の内部を加熱し、リーク蒸気の脱気を促進させている。本実施形態の脱気器５０は、シェルアンドチューブ形式で構成されている。
　脱気器５０は、復水回収ラインＬ６を介して復水器３０に接続されている。脱気器５０は、蒸気タービン１０の起動時に、復水器３０に起動用の水を供給する。脱気器５０は、蒸気タービン１０の運転時にリーク蒸気、及び復水された水を脱気することで得られる水(液分)を、復水回収ラインＬ６を通して復水器３０に供給する。これにより、脱気器５０は、蒸気タービン１０の運転時の復水器３０の液面を制御している。
　真空ポンプ６０は、第一吸引ラインＬ７を介して、復水器３０に接続されている。真空ポンプ６０は、第二吸引ラインＬ８を介して、脱気器５０に接続されている。第二吸引ラインＬ８は、第一吸引ラインＬ７の途中に接続されている。第二吸引ラインＬ８は、その途中に開閉弁８１が設けられている。真空ポンプ６０は、復水器３０と脱気器５０との内部の空気を吸引する。これにより、真空ポンプ６０は、復水器３０及び脱気器５０の内部の圧力をそれぞれ低下させて負圧とする。真空ポンプ６０の下流側には、ドレンセパレータ６１が設けられている。ドレンセパレータ６１は、真空ポンプ６０で吸い込んだ空気をさらに気液分離する。ドレンセパレータ６１で気液分離された液相成分及び気相成分は、それぞれ外部に排出される。
　上記したような蒸気タービン１０は、ケーシング１１と回転軸１５との間の隙間をシールする軸シール装置７０を備えている。軸シール装置７０は、ケーシング１１の両端部に形成された開口部１７と、回転軸１５の両端部１５ａ及び１５ｂとの隙間にそれぞれ設けられている。これにより、軸シール装置７０は、開口部１７と回転軸１５の外周面１５ｆとの間をシールし、ケーシング１１の外部への蒸気の漏れを抑制している。軸シール装置７０は、リーク蒸気ラインＬ４を介して、脱気器５０に接続されている。軸シール装置７０は、回転軸１５の外周面１５ｆとのクリアランスの大きさを調整可能とされている。本実施形態の軸シール装置７０は、ケーシング１１の外部に面する大気圧下の環境に配置されている。軸シール装置７０は、図２に示すように、ハウジング７１と、シール部材７２と、付勢部材７３と、負圧導入部７４と、を備える。
　ハウジング７１は、開口部１７においてケーシング１１の径方向Ｄｒの内側に固定されている。ハウジング７１には、ロータ１２の中心軸Ａｃ回りの周方向に連続して延びる溝７５が形成されている。溝７５は、断面矩形状の収容凹部７５１と、収容凹部７５１を径方向内側の回転軸１５側に連通させる連通部７５２と、を有している。連通部７５２は、中心軸Ａｃが延びる軸方向Ｄａの開口部寸法が、収容凹部７５１の軸方向Ｄａの幅寸法よりも小さい。ハウジング７１は、内部に形成された収容凹部７５１に後述するシール部材７２の受圧部７２１を径方向に移動可能に保持している。
　シール部材７２は、回転軸１５の外周面１５ｆに対する径方向Ｄｒの位置が移動可能とされている。シール部材７２は、ハウジング７１に対して径方向Ｄｒに相対移動可能とされている。シール部材７２は、環状をなしている。シール部材７２は、受圧部７２１と、ベース部７２２と、連結部７２３と、シール体７２５とを一体に備えている。
　受圧部７２１は、収容凹部７５１内で、径方向Ｄｒに移動可能に収容されている。受圧部７２１は、ベース部７２２及び連結部７２３を介して、シール体７２５と接続されている。受圧部７２１は、後述するシール体７２５を径方向Ｄｒに移動させる。受圧部７２１は、軸方向Ｄａの幅寸法が収容凹部７５１の軸方向Ｄａの幅寸法よりも短く、連通部７５２の軸方向Ｄａの幅寸法よりも長くなるように形成されている。
　ベース部７２２は、ハウジング７１に対して径方向Ｄｒの内側に設けられている。ベース部７２２は、軸方向Ｄａの幅寸法が、連通部７５２の軸方向Ｄａの幅寸法よりも大きい。本実施形態のベース部７２２の軸方向Ｄａの幅寸法は、ハウジング７１の軸方向Ｄａの幅寸法と同程度とされている。
　連結部７２３は、受圧部７２１とベース部７２２とを連結している。連結部７２３は、連通部７５２の内部で径方向Ｄｒに移動可能とされている。
　ここで、軸シール装置７０は、ハウジング７１の連通部７５２と、シール部材７２の連結部７２３との間に、連通部７５２と連結部７２３との隙間をシールする封止部材７６を備えてもよい。封止部材７６は、連結部７２３に固定されている。封止部材７６は、連通部７５２に対して連結部７２３を径方向Ｄｒに移動可能なように、連結部７２３に対して摺接可能とされている。
　シール体７２５は、回転軸１５の外周面１５ｆとの間をシールしている。シール体７２５は、ベース部７２２の径方向Ｄｒの内側に固定されている。シール体７２５は、その内周面が回転軸１５と接触可能とされている。シール体７２５は、回転軸１５よりも被削性の高い材料から形成された快削材を含んでいる。本実施形態のシール体７２５は、例えば、アブレイダブル材のみから構成されている。
　なお、シール体７２５は、アブレイダブル材に限定されるものではなく、快削材を含んでいればよい。シール体７２５は、例えば、カーボン材を含んでいても良い。
　また、本実施形態では、軸シール装置７０が設けられる領域に対応する回転軸１５の外周面１５ｆの領域に、複数のシール突起１５１が設けられている。シール突起１５１は、シール体７２５に対向する外周面１５ｆ上に軸方向Ｄａに離間して複数形成されている。シール突起１５１は、回転軸１５と一体に形成されている。シール突起１５１は、外周面１５ｆから径方向Ｄｒの外側に向かって突出している。シール体７２５は、削られながら回転するシール突起１５１に摺接することでシール性を発揮する。
　付勢部材７３は、受圧部７２１を径方向Ｄｒの内側に向かって付勢している。付勢部材７３は、収容凹部７５１内に設けられている。付勢部材７３は、皿バネ、板バネ等の弾性部材である。本実施形態の付勢部材７３は、複数（二つ）設けられている。付勢部材７３は、受圧部７２１を径方向Ｄｒの内側に向かって押圧し、受圧部７２１から径方向Ｄｒの外側に向かって力を受けることで収縮する。
　負圧導入部７４は、収容凹部７５１内をハウジング７１の外部よりも低圧とする。本実施形態の負圧導入部７４は、収容凹部７５１と負圧源とを接続する配管である。負圧導入部７４は、例えば、図１に示した復水器３０を負圧源とするように、復水器３０に直接接続されている。なお、負圧導入部７４は、例えば、図１に示した真空ポンプ６０を負圧源とするように、真空ポンプ６０に直接接続されていてもよい。負圧導入部７４は、収容凹部７５１内の圧力を下げることで、受圧部７２１を径方向Ｄｒの外側に向かって吸引する。負圧導入部７４は、制御弁７８を有している。この制御弁７８は、開放されることで負圧導入部７４である配管内の流通を開放し、閉塞されることで配管内の流通を遮断している。
　このような軸シール装置７０は、制御弁７８が閉じられている場合には、付勢部材７３による付勢力によって径方向Ｄｒの内側に受圧部７２１が押圧される。その結果、シール体７２５が回転軸１５の外周面１５ｆに近づき、シール体７２５がシール突起１５１に摺接する。これにより、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との隙間が軸シール装置７０によってシールされ、外部からケーシング１１内への空気の侵入を阻止する。
　一方、軸シール装置７０は、制御弁７８を開いている場合には、収容凹部７５１内の圧力を低下させて受圧部７２１を付勢部材７３の付勢力に抗して径方向Ｄｒの外側に移動させる。その結果、シール体７２５が回転軸１５の外周面１５ｆから遠ざかり、シール体７２５がシール突起１５１から離れる。これにより、シール体７２５とシール突起１５１との間に隙間が形成され、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との間に隙間が形成される。
　制御装置１００は、蒸気タービン１０の動作に応じて収容凹部７５１内の圧力を低下させるように負圧導入部７４を制御する。本実施形態の制御装置１００は、ケーシング１１内の蒸気が定められた圧力以上となった場合に、負圧導入部７４に収容凹部内７５１の圧力を低下させる。具体的には、制御装置１００は、ケーシング１１内の蒸気の圧力が規定値を超えた際に、制御弁７８を開放させる。制御装置１００は、ケーシング１１内の蒸気の圧力が規定値を下回った際に、制御弁７８を閉塞させる。ここで、規定値とは、例えば、蒸気タービン１０が定格運転となった場合のケーシング１１内の圧力値である。
　次に、蒸気タービンシステム１の運転方法について説明する。
　図３は、蒸気タービンシステムの起動方法の流れを示すフローチャートである。以下、この図３を参照しつつ、蒸気タービンシステム１の起動方法を説明する。
　蒸気タービンシステム１を起動させるに先立ち、開閉弁１８や制御弁７８等の各部が、予め設定された所定の開閉状態にあることを確認する。ここで、開閉弁１８及び制御弁７８は閉状態とされる（準備工程Ｓ１）。軸シール装置７０は、制御弁７８が閉状態とされていることで、収容凹部７５１内が負圧となっていない。これにより、軸シール装置７０は、シール部材７２が付勢部材７３の付勢力によって径方向Ｄｒの内側に移動し、シール体７２５がシール突起１５１に接触している。その結果、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との隙間が軸シール装置７０によってシールされている。
　次に、復水器３０、脱気器５０、及び蒸気タービン１０の運転準備を行う。
　先ず、復水器３０を起動させる（復水器起動工程Ｓ２）。具体的には、復水器３０に水が供給される。続いて、復水ポンプ４０が起動され、排水ラインＬ３を通して水の循環（ボイラ（図示無し）への給水）が開始される。また、復水器３０に、復水処理のために必要な冷却水の供給が開始される。
　その後、脱気器５０を起動させる（脱気器起動工程Ｓ３）。この際、ヒータ５１が起動される。また、第二吸引ラインＬ８の開閉弁８１が開放される。脱気器５０を起動させた後に、蒸気タービン１０では、ロータ１２のターニングが開始される。この際、シール体７２５とシール突起１５１とが接触したまま、回転軸１５が回転する。これにより、シール体７２５とシール突起１５１とによって、ケーシング１１の内部から外部への空気の侵入が阻止される。また、蒸気タービン１０においては、シールエアーや潤滑油の供給を軸受等の所定の各部に対して開始する。
　次に、真空ポンプ６０が起動される（真空ポンプ起動工程Ｓ４）。真空ポンプ６０の起動により、復水器３０及び脱気器５０の内部の圧力が低下し、負圧になる。
　次に、蒸気タービン１０が起動される（蒸気タービン起動工程Ｓ５）。これには、開閉弁１８を開き、ボイラ（図示無し）で生成された蒸気を蒸気供給ラインＬ１から蒸気入口１３を通してケーシング１１内に導入する。ケーシング１１内に蒸気を導入することで、暖気運転を複数回実施した後に、ロータ１２の回転数を定格速度まで昇速させる。
　蒸気タービン１０が定格運転することで、ケーシング１１内の蒸気が定められた圧力以上となった場合に、負圧導入部７４によって収容凹部７５１内を負圧とする（負圧工程Ｓ６）。具体的には、ケーシング１１内の蒸気の圧力が規定値以上となることで、制御装置１００によって制御弁７８が開かれる。ここで、ケーシング１１内の蒸気が定められた圧力値以上になったことは、例えば、ケーシング１１内の圧力を検出して把握してもよく、蒸気タービン１０への流入蒸気量を検出して把握してもよい。
　制御弁７８を開くと、軸シール装置７０では、負圧導入部７４によって真空ポンプ６０によって内部が負圧とされた復水器３０の内部と収容凹部７５１の内部とが連通する。その結果、収容凹部７５１内が負圧となる。これにより、受圧部７２１が径方向Ｄｒの外側に移動し、シール体７２５とシール突起１５１との間に隙間が形成される。このようにして形成されたケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との隙間を通して、ケーシング１１内の蒸気の一部（これをリーク蒸気と称する）がケーシング１１の外部に漏出する。このケーシング１１から漏出するリーク蒸気によって、ケーシング１１と開口部１７と回転軸１５との隙間のシールがなされ、ケーシング１１の外部から内部への空気の侵入が阻止される。
　蒸気タービン１０の定格運転中は、上記の状態を維持する。これにより、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との間のシールは、リーク蒸気によってなされる。
　蒸気タービン１０の定格運転中、蒸気タービン１０から排出される蒸気は蒸気排出ラインＬ２を通して復水器３０に送り込まれる。復水器３０は、蒸気排出ラインＬ２から送り込まれた蒸気を冷却することで復水させる。復水された水は、復水器３０から排水ラインＬ３を通して復水ポンプ４０を経てボイラ（図示無し）へと循環される。
　また、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との隙間から漏出したリーク蒸気は、リーク蒸気ラインＬ４を介して脱気器５０に送り込まれる。リーク蒸気は、脱気器５０において、ヒータ５１による加熱と真空ポンプ６０による負圧とが付与された環境下において脱気され、水と空気とに分離される。分離された空気は、真空ポンプ６０によって脱気器５０から吸い出され、第一吸引ラインＬ７を通して、ドレンセパレータ６１を経て外部に放出される。一方、脱気器５０で分離された水は、復水回収ラインＬ６を通して復水器３０に供給される。
　蒸気タービンシステム１を停止させるときには、開閉弁１８を閉じ、蒸気供給ラインＬ１を通しての蒸気タービン１０への蒸気の供給を絞り、ロータ１２の回転を停止させる。
　この後、真空ポンプ６０を停止させ、復水器３０及び脱気器５０内の圧力を上昇させる。さらに、蒸気タービン１０に設けられたドレン弁（図示無し）を開いて、蒸気タービン１０及び復水器３０の系内の真空状態を解除する。この際、制御装置１００によって制御弁７８が閉じられる。制御弁７８を閉じると、軸シール装置７０では、復水器３０と収容凹部７５１との連通状態が解除される。その結果、収容凹部７５１内の圧力が上昇する。これにより、付勢部材７３によって受圧部７２１が径方向Ｄｒの内側に移動し、シール体７２５とシール突起１５１とが接触する。この状態で、蒸気タービン１０では、ロータ１２のターニングが開始される。この際、シール体７２５とシール突起１５１とが接触したまま、回転軸１５が回転する。これにより、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５の外周面１５ｆとのとの隙間のシールがなされ、ケーシング１１の内部から外部への空気の侵入が阻止される。
　次に、復水ポンプ４０を停止させ、復水器３０への冷却水の供給、ボイラ（図示無し）への水の供給を停止する。その後、蒸気タービン１０では、ロータ１２のターニングが停止される。この後、蒸気タービン１０における各部への潤滑油やシールエアーの供給を停止した後、ドレン弁（図示無し）を閉じる。これによって、蒸気タービンシステム１の運転が停止される。
　上述したよう蒸気タービンシステム１によれば、ケーシング１１と回転軸１５との隙間からケーシング１１の外部に漏出したリーク蒸気が、真空ポンプ６０によって負圧とされた脱気器５０に供給されて脱気される。これにより、リーク蒸気から回収した水を捨てず、復水器３０や蒸気を発生させるボイラ等に送給することで、水を再利用することができる。このようにして、リーク蒸気を回収して有効利用することができる。また、真空ポンプ６０で脱気器５０内の圧力を低下させることで、エジェクタを設けることなく、脱気された空気を外部に排出することができる。したがって、エジェクタの駆動源として補助蒸気を用いる必要が無くなる。このようにして、補助蒸気を利用することなく、リーク蒸気が処理される。そのため、リーク蒸気を処理するためにグランドコンデンサを設ける必要が無くなり、補助蒸気の使用箇所を減らすことができる。
　また、脱気器５０で回収した水が復水器３０に戻されている。そのため、脱気器５０で回収した水を有効に利用することができる。
　また、脱気器５０内を負圧とする真空ポンプ６０によって、復水器３０内も負圧とされている。そのため、復水器３０内の圧力を低下させるために、エジェクタを設けることなく、復水器３０内の空気を外部に排出することができる。したがって、エジェクタの駆動源として補助蒸気を用いる必要が無くなる。これにより、補助蒸気の使用箇所をより低減することができる。
　また、ヒータ５１によって脱気器５０に供給されて復水されたリーク蒸気が加熱される。そのため、リーク蒸気の脱気を促進することができ、脱気を効率良く行うことができる。
　また、開口部１７と回転軸１５との間の隙間をシールする軸シール装置７０は、付勢部材７３と、負圧導入部７４とを備えている。このような構成において、蒸気タービン１０の停止時及び起動時、シール部材７２が付勢部材７３によって径方向Ｄｒの内側に付勢されることで、回転軸１５とケーシング１１の開口部１７との間のシール性が確保される。これによって、蒸気タービン１０の起動時に、回転軸１５とケーシング１１の開口部１７との間から外部の空気がケーシング１１の内部に流入することが抑制される。したがって、蒸気タービン１０の起動時に、回転軸１５とケーシング１１の開口部１７との間をシールするためのシール蒸気として外部から軸シール装置７０に補助蒸気を供給する必要がなくなる。これにより、補助蒸気の使用箇所をより低減することができる。
　また、上記のような構成によれば、蒸気タービンシステム１として、補助蒸気自体を使用する必要が無くなる。そのため、補助蒸気を供給するための配管や弁等の設備、弁の開閉を行うための人員、補助蒸気を生成するためのエネルギーが不要となる。その結果、蒸気タービンシステム１を運用するための手間やコストを削減することができる。
　また、蒸気タービン１０が定格運転している状態では、負圧導入部７４によって収容凹部７５１内が負圧とされることで、シール体７２５を径方向Ｄｒの外側に移動させ、回転軸１５の外周面１５ｆのシール突起１５１から離間させることができる。この状態であっても、定格運転時にはケーシング１１内の圧力が高くなっていることで、ケーシング１１内に供給された蒸気が回転軸１５とケーシング１１の開口部１７との隙間から外部に漏出する。その結果、ケーシング１１内への空気の吸い込みを回避することが可能となり、シール部材７２と回転軸１５とを離した状態であっても、回転軸１５とケーシング１１との隙間におけるシール性を確保することができる。また、定格運転時に、回転軸１５とシール部材７２とが離されることで、回転するシール突起１５１と接触することで生じるシール体７２５の損傷を抑えることができる。
　また、シール部材７２は、アブレイダブル材からなるシール体７２５が設けられている。これにより、蒸気タービン１０の起動時、回転軸１５とケーシング１１の開口部１７との隙間を０（ゼロ）に近づけて、高いシール性を発揮させることができる。これにより、外部からケーシング１１内への空気の吸込量を最小限に抑えることができる。
　また、制御装置１００によって蒸気タービン１０の動作に応じて制御弁７８の開閉制御することで、負圧導入部７４による収容凹部７５１内の圧力調整を作業者によらずに実施できる。そのため、例えば、シール部材７２の進退タイミングを自動的に制御することができる。これによって、蒸気タービンシステム１の起動時における各部の操作の手間を軽減することができる。
　また、蒸気タービン１０が起動を開始し、ケーシング１１内の蒸気が定められた圧力以上となったときに制御弁７８を開かれ、負圧導入部７４は収容凹部７５１内の圧力を低下させている。これにより、ケーシング１１内の蒸気の圧力が高まって確実にシール蒸気として機能するタイミングで、軸シール装置７０において、ケーシング１１の開口部１７と回転軸１５との隙間を開くことができる。
　また、ケーシング１１内の圧力（機内圧力）を用いて制御弁７８の開閉制御を行うことができる。したがって、別途、シール蒸気の圧力を検出する圧力制御弁やそのための配管を備える必要が無く、システムを構成する機器類の簡素化を図ることができる。
　また、負圧導入部７４は、復水器３０又は真空ポンプ６０を負圧源としている。これにより、シール部材７２を進退させるために、別途の負圧源を用意する必要が無く、システムに装備する機器の増加を抑制できる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　上記した蒸気タービンシステム及び蒸気タービンの起動方法によれば、補助蒸気の使用箇所を減らすことができる。
１　蒸気タービンシステム
１０　蒸気タービン
１１　ケーシング
１２　ロータ
１３　蒸気入口
１４　蒸気出口
１５　回転軸
１５ａ、１５ｂ　端部
１５ｆ　外周面
１６　動翼
１７　開口部
１８　開閉弁
２０　圧縮機
２１　連結軸
３０　復水器
４０　復水ポンプ
４１　開閉弁
４２　開閉弁
５０　脱気器
５１　ヒータ
６０　真空ポンプ
６１　ドレンセパレータ
７０　軸シール装置
７１　ハウジング
７２　シール部材
７３　付勢部材
７４　負圧導入部
７５　溝
７６　封止部材
７８　制御弁
１００　制御装置
１５１　シール突起
７２１　受圧部
７２２　ベース部
７２３　連結部
７２５　シール体
７５１　収容凹部
７５２　連通部
Ａｃ　中心軸
Ｄａ　軸方向
Ｄｒ　径方向
Ｌ１　蒸気供給ライン
Ｌ２　蒸気排出ライン
Ｌ３　排水ライン
Ｌ４　リーク蒸気ライン
Ｌ５　循環ライン
Ｌ６　復水回収ライン
Ｌ７　第一吸引ライン
Ｌ８　第二吸引ライン
Ｓ１　準備工程
Ｓ２　復水器起動工程
Ｓ３　脱気器起動工程
Ｓ４　真空ポンプ起動工程
Ｓ５　蒸気タービン起動工程
Ｓ６　負圧工程

Claims (9)

  1. 　外部から蒸気が送り込まれるケーシングと、前記ケーシング内で中心軸回りに回転可能に設けられた回転軸と有する蒸気タービンと、
    　前記蒸気タービンに接続され、前記ケーシングと前記回転軸との隙間から前記ケーシングの外部に漏出したリーク蒸気を脱気させる脱気器と、
    　前記脱気器に接続され、前記脱気器内の圧力を低下させる真空ポンプと、を備える蒸気タービンシステム。
  2. 　前記蒸気タービンから排出された蒸気を復水する復水器をさらに備え、
    　前記復水器は、前記脱気器と接続され、前記脱気器で脱気されたリーク蒸気から回収された水が供給される請求項１に記載の蒸気タービンシステム。
  3. 　前記真空ポンプは、前記復水器に接続されている請求項２に記載の蒸気タービンシステム。
  4. 　前記脱気器は、内部を加熱するヒータを有している請求項１から請求項３の何れか一項に記載の蒸気タービンシステム。
  5. 　前記蒸気タービンは、前記脱気器に接続され、前記ケーシングと前記回転軸との間の隙間をシールする軸シール装置と、を備え、
    　前記軸シール装置は、
    　前記回転軸の外周面との間をシールするシール体と、前記シール体と接続されて前記シール体を前記回転軸の径方向に移動させる受圧部とを有するシール部材と、
    　内部に形成された収容凹部に前記受圧部を前記径方向に移動可能に保持するハウジングと、
    　前記受圧部を前記径方向の内側に向かって付勢する付勢部材と、
    　前記収容凹部内を前記ハウジングの外部よりも低圧とする負圧導入部とを有する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の蒸気タービンシステム。
  6. 　前記シール体は、前記回転軸と接触可能とされ、前記回転軸よりも被削性の高い材料から形成された快削材を含む請求項５に記載の蒸気タービンシステム。
  7. 　前記蒸気タービンの動作に応じて前記収容凹部内の圧力を低下させるように前記負圧導入部を制御する制御装置をさらに備える請求項５または請求項６に記載の蒸気タービンシステム。
  8. 　前記制御装置は、
    　前記ケーシング内の前記蒸気が定められた圧力以上となった場合に、前記負圧導入部に前記収容凹部内の圧力を低下させる請求項７に記載の蒸気タービンシステム。
  9. 　外部から蒸気が送り込まれるケーシングと、前記ケーシング内で中心軸回りに回転可能に設けられた回転軸と、前記ケーシングと前記回転軸との間の隙間をシールする軸シール装置と、を有する蒸気タービンを備え、
    　前記軸シール装置は、
    　前記回転軸の外周面との間をシールするシール体と、前記シール体と接続されて前記シール体を前記回転軸の径方向に移動させる受圧部とを有するシール部材と、
    　内部に形成された収容凹部に前記受圧部を前記径方向に移動可能に保持するハウジングと、
    　前記受圧部を前記径方向の内側に向かって付勢する付勢部材と、
    　前記収容凹部内を前記ハウジングの外部よりも低圧とする負圧導入部とを有する蒸気タービンシステムの起動方法であって、
    　前記ケーシング内の前記蒸気が定められた圧力以上となった場合に、前記負圧導入部によって前記収容凹部内を負圧とする負圧工程を有する蒸気タービンシステムの起動方法。
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