JP6285692B2 - 蒸気タービン設備 - Google Patents
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Description
従来、火力発電プラントの発電出力を調整する方法として、絞り調速、ノズル締切り調速、変圧運転などの方法が用いられてきた。
しかし、この方法では蒸気加減弁が全開となるのは最大発電出力運転時のみであり、それ以外の運転状態においては弁絞り損失による発電効率の低下が生じる。一般に、定格発電出力は最大発電出力よりも小さいため、定格発電出力での運転時は弁絞り損失が発生し、最大発電出力での運転時と比較して発電効率が低下するとの問題がある。
しかし、この方法ではノズル群の一部からだけタービンに送気する機構を有する調速段を蒸気タービン内部に設ける必要があるが、一般的に調速段の設置は発電効率の低下を伴うとの問題がある。
この方法は、蒸気加減弁における弁絞り損失や調速段の設置を伴わないため、発電効率を向上させることができる。しかし、火力発電プラントにおける蒸気発生源は蒸気圧力を急速に変化させることが難しいため、この方法では発電出力を急峻に調整することが困難である、との問題がある。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、蒸気発生源と、この蒸気発生源で発生させた蒸気を蒸気タービンに導く主蒸気管と、この主蒸気管に設けられた蒸気加減弁と、前記蒸気発生源で発生させた蒸気を、前記蒸気加減弁をバイパスして前記主蒸気管よりも前記蒸気タービンの低圧側につなげるために前記主蒸気管から分岐したオーバーロード蒸気管と、このオーバーロード蒸気管に設けられたオーバーロード弁と、前記オーバーロード蒸気管と蒸気タービン段落部との間に形成され、前記蒸気タービンの周方向に延びる流路と、前記周方向に延びる流路と前記蒸気タービン段落部との間に形成され、前記オーバーロード弁を通過して前記周方向に延びる流路に流入した蒸気が蒸気タービン段落部に流入する際に通過するタービン軸方向の間隙で構成されたスリット部とを備え、前記スリット部のタービン軸方向の幅は、前記オーバーロード蒸気管の内径よりも小さいことを特徴とする。
本発明の蒸気タービン設備の第1の実施形態を、図1乃至図3を用いて説明する。
図1は本発明の実施形態に係る蒸気タービン設備(火力発電プラント)の全体構成を表す概略図、図2は本発明の第1の実施形態に係る高圧タービンの構成例を表す断面図、図3は本発明の第1の実施形態に係る高圧タービンの段落部における動翼および静翼をタービン径方向外側から見た図である。
定格発電出力での運転を要求される場合には、蒸気加減弁4を全開、オーバーロード弁6を全閉とすることにより、蒸気加減弁4における弁絞り損失をなくすことができ、発電効率を向上させることができる。
定格値を超える発電出力での運転を要求される場合には、蒸気加減弁4を全開とするとともに、要求される発電出力に応じてオーバーロード弁6を開くことにより、定格値を超える発電出力を容易に達成することができる。
発電出力の調整は蒸気加減弁4及びオーバーロード弁6を用いて行うことにより、発電出力を急峻に調整することが可能である。
本実施形態では、スリット部31のタービンロータ15の軸方向における幅Cが、オーバーロード蒸気管5の内径dよりも小さく(d>C)なるよう構成されているため、オーバーロード弁6を通過して蒸気タービンに流入する蒸気は、スリット部31を通過する前に減速させられる。このため、蒸気タービンに流入した際に蒸気がタービン周方向に拡散しやすくなり、段落部における偏流を抑制することができる。
一般的に、オーバーロード弁6から蒸気タービンに流入する蒸気は、スリット部31を通過した後の段落部の蒸気よりも温度が高いため、段落部における温度上昇が発生し、当該部における材料強度が低下する。この現象は、段落部における偏流が大きく、局所的な温度上昇が大きい場合において特に顕著に現れる。
これに対し、本実施形態によれば、(4)にて前記のごとく段落部における偏流を抑制することができるため、段落部における局所的な温度上昇を防止することができ、材料強度の低下を抑制することができる。
図3に、オーバーロード弁6が全閉している場合に静翼23’から流出する蒸気の絶対速度V、オーバーロード弁6が全閉している場合に静翼23’から流出する蒸気の動翼22’に対する相対速度W、オーバーロード弁6が開いている場合に静翼23’から流出する蒸気の絶対速度V’、オーバーロード弁6が開いている場合に静翼23’から流出する蒸気の動翼22’に対する相対速度W’、動翼22’の回転速度U、オーバーロード弁6が開いている場合に静翼23’から流出する蒸気の動翼22’に対する相対速度W’と動翼入口部とがなす角θとを各々示す。
これに対し、本実施形態によれば、(4)において前記したごとく、段落部における偏流を抑制することができるため、蒸気の持つエネルギーの損失を抑制し、発電効率を向上させることができる。
本発明の蒸気タービン設備の第2の実施形態を図4を用いて説明する。
図4は本発明の第2の実施形態に係る高圧タービンの構成例を表す断面図である。
これに対し、図4に示すように、本実施形態のスリット部41は、第1の内部ケーシング42と第2の内部ケーシング42’とのタービン軸方向の間隙、およびダイヤフラム外輪43とダイヤフラム外輪43’とのタービン軸方向の間隙により構成されている。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施形態に係る構成の一部を、他の実施形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
2…主蒸気管、
3…主蒸気止め弁、
4…蒸気加減弁、
5,5A…オーバーロード蒸気管、
6…オーバーロード弁、
7…高圧タービン、
8…高圧タービン排気管、
9…高温再熱蒸気管、
10…中圧タービン、
11…中圧タービン排気管、
12…低圧タービン、
13…低圧タービン排気管、
14…復水器、
15…タービンロータ、
16…発電機、
22,22’…動翼、
23,23’…静翼、
24,24’…ダイヤフラム外輪、
25…ダイヤフラム内輪、
26…フィン、
27…パッキン、
28…ケーシング、
30…シールリング、
31…スリット部、
41…スリット部、
42,42’…内部ケーシング、
43,43’…ダイヤフラム外輪、
45…外部ケーシング、
d…オーバーロード蒸気管の内径、
C…スリット部の幅、
V…オーバーロード弁6が全閉している場合に静翼23’から流出する蒸気の絶対速度、
W…オーバーロード弁6が全閉している場合に静翼23’から流出する蒸気の動翼22’に対する相対速度、
V’…オーバーロード弁6が開いている場合に静翼23’から流出する蒸気の絶対速度、
W’…オーバーロード弁6が開いている場合に静翼23’から流出する蒸気の動翼22’に対する相対速度、
U…動翼22’の回転速度、
θ…オーバーロード弁6が開いている場合に静翼23’から流出する蒸気の動翼22’に対する相対速度W’と動翼入口部とがなす角。
Claims (6)
- 蒸気発生源と、
この蒸気発生源で発生させた蒸気を蒸気タービンに導く主蒸気管と、
この主蒸気管に設けられた蒸気加減弁と、
前記蒸気発生源で発生させた蒸気を、前記蒸気加減弁をバイパスして前記主蒸気管よりも前記蒸気タービンの低圧側につなげるために前記主蒸気管から分岐したオーバーロード蒸気管と、
このオーバーロード蒸気管に設けられたオーバーロード弁と、
前記オーバーロード蒸気管と蒸気タービン段落部との間に形成され、前記蒸気タービンの周方向に延びる流路と、
前記周方向に延びる流路と前記蒸気タービン段落部との間に形成され、前記オーバーロード弁を通過して前記周方向に延びる流路に流入した蒸気が蒸気タービン段落部に流入する際に通過するタービン軸方向の間隙で構成されたスリット部とを備え、
前記スリット部のタービン軸方向の幅は、前記オーバーロード蒸気管の内径よりも小さい
ことを特徴とする蒸気タービン設備。 - 請求項1記載の蒸気タービン設備において、
前記スリット部は、ダイヤフラム外輪とケーシングとの間に形成されたタービン軸方向の間隙によって構成されている
ことを特徴とする蒸気タービン設備。 - 請求項1記載の蒸気タービン設備において、
前記スリット部は、2つのケーシングの間に形成されたタービン軸方向の間隙によって構成されている
ことを特徴とする蒸気タービン設備。 - 請求項1記載の蒸気タービン設備において、
前記スリット部は、タービン軸方向に連続する2つの段落のダイヤフラム外輪の間に形成されたタービン軸方向の間隙によって構成されている
ことを特徴とする蒸気タービン設備。 - 請求項1に記載の蒸気タービン設備において、
前記オーバーロード蒸気管は、ケーシングに嵌合されている
ことを特徴とする蒸気タービン設備。 - 請求項1に記載の蒸気タービン設備において、
前記オーバーロード蒸気管は、ケーシングに溶接されている
ことを特徴とする蒸気タービン設備。
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