(57)【要約】【課題】蒸気タービン低圧セクションをクラッチ式にする。【解決手段】  システム（１００）は、第１の軸（１７５）を有する第１の低圧蒸気タービン（１２０）と、第２の軸（１８５）を有する第２の低圧蒸気タービン（１３０）と、第１の軸と第２の軸を結合・分離するクラッチ（１４０）と、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに作動流体を送給する導管（１６０）と、導管（１６０）内に配置されかつ開位置及び第２の低圧蒸気タービンへの作動流体の流れを阻止する閉位置を有する弁（１５０）と、クラッチ及び弁を作動させる制御装置（１４５）とを備えており、制御装置（１４５）は第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに応答して第２の軸（１８５）を第１の軸（１７５）から分離すると共に弁（１５０）を閉鎖して所定の低部分負荷を達成する。【選択図】      図１
2010281321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンシステム（１００）であって、当該蒸気タービンシステムが、
第１の軸（１７５）を有する第１の低圧蒸気タービン（１２０）と、
第２の軸（１８５）を有する第２の低圧蒸気タービン（１３０）と、
前記第１の軸（１７５）と第２の軸（１８５）を結合及び分離するクラッチ（１４０）と、
前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に作動流体を送給する導管（１６０）と、
前記導管（１６０）内に配置されかつ開位置及び前記第２の低圧蒸気タービン（１３０）への作動流体の流れを阻止する閉位置を有する弁（１５０）と、
前記クラッチ（１４０）及び弁（１５０）を作動させる制御装置（１４５）と
を備えており、前記制御装置（１４５）が、前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に応答して、前記クラッチ（１４０）により前記第２の軸（１８５）を前記第１の軸（１７５）から分離すると共に前記弁（１５０）を閉鎖して、所定の低部分負荷を達成する、蒸気タービンシステム（１００）。
【請求項２】
前記第１の軸（１７５）によって前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）に結合された蒸気タービンセクション（１１０）をさらに含む、請求項１記載の蒸気タービンシステム（１００）。
【請求項３】
前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に結合された発電機（２１０）をさらに含む、請求項２記載の蒸気タービンシステム（１００）。
【請求項４】
前記制御装置（１４５）が電気機械装置を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸気タービンシステム（１００）。
【請求項５】
複合サイクル発電プラントシステム（２００）であって、当該複合サイクル発電プラントシステムが、
第１の発電機（３１０）に作動可能に連結されたガスタービン（３００）と、
前記ガスタービン（３００）に作動可能に連結された熱交換器（４００）と、
前記熱交換器（４００）に作動可能に連結された蒸気タービンセクション（１１０）と、
前記蒸気タービンセクション（１１０）に作動可能に連結された蒸気タービンシステム（１００）と
を備えており、前記蒸気タービンシステム（１００）が、
第１の軸（１７５）を有する第１の低圧蒸気タービン（１２０）と、
第２の軸（１８５）を有する第２の低圧蒸気タービン（１３０）と、
前記第１の軸（１７５）と第２の軸（１８５）を結合及び分離するクラッチ（１４０）と、
前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に作動流体を送給する導管（１６０）と、
前記導管（１６０）内に配置されかつ開位置及び前記第２の低圧蒸気タービン（１３０）への作動流体の流れを阻止する閉位置を有する弁（１５０）と、
前記クラッチ（１４０）及び弁（１５０）を作動させる制御装置（１４５）と
を備えていて、前記制御装置（１４５）が、前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に応答して、前記クラッチ（１４０）により前記第２の軸（１８５）を前記第１の軸（１７５）から分離すると共に前記弁（１５０）を閉鎖して、所定の低部分負荷を達成する、複合サイクル発電プラントシステム（２００）。
【請求項６】
前記蒸気タービンシステム（１００）に作動可能に連結された第２の発電機（２１０）をさらに含む、請求項５記載の複合サイクル発電プラントシステム（２００）。
【請求項７】
前記制御装置（１４５）が電気機械式装置を含む、請求項５記載の複合サイクル発電プラントシステム（２００）。
【請求項８】
蒸気タービンシステム（１００）を運転する方法であって、
第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に応答して、クラッチ（１４０）を使用して該第２の低圧蒸気タービン（１３０）を該第１の低圧蒸気タービン（１２０）から分離して所定の低部分負荷を達成するステップを
含む方法。
【請求項９】
前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）が、第１の軸（１７５）を含み、また前記第２の低圧蒸気タービン（１３０）が、第２の軸（１８５）を含み、前記第１の軸（１７５）と第２の軸（１８５）が、クラッチ（１４０）により結合及び分離することができる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の低圧蒸気タービン（１２０）及び第２の低圧蒸気タービン（１３０）に応答して、弁（１５０）を使用して該第２の低圧蒸気タービン（１３０）への作動流体の流れを阻止して所定の低部分負荷を達成するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン低圧セクションをクラッチ式にする解決方法に関する。具体的には、本発明は、クラッチ−弁機構を使用して蒸気タービン発電システムの低圧セクションを係合及び非係合にすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電システムは、特定の負荷条件を考慮して設計されかつ建設される。多くの場合に、これらのシステムは、その顧客のピーク又はピーク近くの負荷に対処すべく建設されており、このようなピーク負荷は、周囲温度が高い（例えば、２７℃以上の）場合の午後の時間帯に発生する可能性がある。しかしながら、より低い需要の時間の間には、これらのシステムは、オフピーク負荷で運転しなければならない。例えば、蒸気タービン発電システムは、顧客がごく僅かしか電力を必要としない夜間の時間帯（例えば、現地時間で午後９時以降）の間にはその定格出力の５０％以下までその出力が低下する可能性がある。そのようなレベルまで蒸気タービン発電システムの出力を低下させることは、とりわけ蒸気タービンの構成要素に対して機械的損傷を引き起こして、より頻繁な部品交換及び費用の増加を発生させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平０９−０４１９０６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
蒸気タービン低圧セクションをクラッチ式にする解決方法を開示する。１つの実施形態では、本システムは、第１の軸を有する第１の低圧蒸気タービンと、第２の軸を有する第２の低圧蒸気タービンと、第１の軸と第２の軸を結合及び分離するクラッチと、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに作動流体を送給する導管と、導管内に配置されかつ開位置及び第２の低圧蒸気タービンへの作動流体の流れを阻止する閉位置を有する弁と、クラッチ及び弁を作動させる制御装置とを含み、制御装置は、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに応答して、第２の軸を第１の軸から分離すると共に弁を閉鎖して所定の低部分負荷を達成する。
【０００５】
本発明の第１の態様は、蒸気タービンシステムを提供し、本蒸気タービンシステムは、第１の軸を有する第１の低圧蒸気タービンと、第２の軸を有する第２の低圧蒸気タービンと、第１の軸と第２の軸を結合及び分離するクラッチと、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに作動流体を送給する導管と、導管内に配置されかつ開位置及び第２の低圧蒸気タービンへの作動流体の流れを阻止する閉位置を有する弁と、クラッチ及び弁を作動させる制御装置とを含み、制御装置は、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに応答して、第２の軸を第１の軸から分離すると共に弁を閉鎖して所定の低部分負荷を達成する。
【０００６】
本発明の第２の態様は、複合サイクル発電プラントシステムを提供し、本複合サイクル発電プラントシステムは、第１の発電機に作動可能に連結されたガスタービンと、ガスタービンに作動可能に連結された蒸気タービンセクションと、蒸気タービンセクションに作動可能に連結された蒸気タービンシステムとを含み、蒸気タービンシステムは、第１の軸を有する第１の低圧蒸気タービンと、第２の軸を有する第２の低圧蒸気タービンと、第１の軸と第２の軸を結合及び分離するクラッチと、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに作動流体を送給する導管と、導管内に配置されかつ開位置及び第２の低圧蒸気タービンへの作動流体の流れを阻止する閉位置を有する弁と、クラッチ及び弁を作動させる制御装置とを含み、制御装置は、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに応答して、第２の軸を第１の軸から分離すると共に弁を閉鎖して所定の低部分負荷を達成する。
【０００７】
本発明の第３の態様は、蒸気タービンシステムを運転する方法を提供し、本方法は、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンに応答して、クラッチを使用して該第２の低圧蒸気タービンを該第１の低圧蒸気タービンから分離して所定の低部分負荷を達成するステップを含む。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるクラッチ式蒸気タービン低圧セクションを備えた蒸気タービンシステムを示す概略ブロック図。
【図２】本発明の実施形態による複合サイクル発電プラントシステムの一部分を示す概略ブロック図。
【図３】本発明の実施形態によるクラッチ式蒸気タービン低圧セクションの性能特性を示す蒸気タービン排気損失曲線を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面は正確な縮尺でないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことを意図しており、従って本発明の技術的範囲を限定するものとして考えるべきではない。図面では、同じ参照符号付けが、図面間で同様の要素を表している。
【００１１】
上述のように、本発明の態様は、クラッチ式蒸気タービン低圧セクションを提供する。本明細書で使用する場合に、特に断らない限り、「組（セット）」という用語は、１以上（すなわち、少なくとも１つ）を意味しており、また「上述の（解決）方法」という表現は、上述の現在公知の又は今後開発の（解決）方法を意味している。
【００１２】
蒸気タービン発電システムの技術分野では公知であるように、「定格出力」及び「定格質量流量」という用語は、それぞれ特定の所定の条件下での１以上の装置の全出力及び全質量流量を意味している。一般的に、蒸気タービンシステムの定格出力／質量流量は、特定の条件のセットについて設計されており、これらの設計条件は、１００％定格出力／質量流量水準として設定される。設計条件以外の条件で運転した場合、蒸気タービンシステムの出力及び質量流量は、１００％定格出力／質量流量水準から逸脱する可能性がある。１００％定格出力／質量流量水準以下の運転条件は、幾つか区分に分けることができる。「低部分負荷」として知られる１つのそのような区分は、蒸気タービンをその定格出力／質量流量の約２５％で又はそれ以下で運転することに特徴がある。低部分負荷は、蒸気タービンをその定格出力／質量流量の１００％以下で運転することに特徴がある「部分負荷」として知られる広い範囲の区分の異なるサブセットである。本明細書で使用する場合に、「低部分負荷」というのは、蒸気タービンシステムの定格出力／質量流量の約５〜２５％とすることができる負荷の範囲を意味している。低部分負荷状態は、複数の蒸気タービン状態に応じて、定格出力／質量流量の異なるパーセンテージで発生させることができる。例えば、これらの状態には、低圧タービンジオメトリ（例えば、最終段バケット長さ）、運転条件（例えば、復水器圧力、温度など）、運転計画／履歴（例えば、低部分負荷の計画期間、これ迄の低部分負荷の周波数／期間）、及び保守整備計画を含むことができる。
【００１３】
蒸気タービンシステムをその低部分負荷で運転することは、第１の低圧蒸気タービン及び第２の低圧蒸気タービンのいずれか又は両方に対する機械的損傷の加速を引き起こす可能性がある。具体的には、低圧蒸気タービンを低部分負荷で運転することにより、ウィンデージ過熱、空気力学的流れ剥離、流れ不安定性などのような厄介な状態が生じるおそれがある。これらの厄介な状態は、低圧セクションバケット、軸、ロータ、シールなどに対する機械的損傷の加速を引き起こす可能性がある。それらが引き起こすこれらの厄介な状態及び機械的損傷は、費用のかかる蒸気タービン保守整備、運転停止、壊滅的損傷、蒸気タービン信頼性及び有用性の低下などをもたらすおそれがある。
【００１４】
蒸気タービンシステムを低部分負荷で運転する１つの代替方法は、システムを完全に運転停止することであるが、この方法は、様々なその他の問題を引き起こす可能性がある。例えば、蒸気タービン発電システムを運転停止させる毎に、蒸気タービン発電システムは、計画通りには再始動させることができず、付加的な保守整備費用及び／又は発電機会の喪失を生じることになる可能性がある。さらにその上に、蒸気タービン発電システムを運転停止しかつ再始動させるサイクルは、ボイラ、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）、導管／パイプなどのようなプラント構成要素、並びに軸、最終段バケット、ロータなどのようなシステム構成要素上に摩耗を生じさせる。上述の望ましくない結果を回避するために、クラッチ式蒸気タービン低圧セクションを開示する。
【００１５】
これ迄、クラッチ式蒸気タービンセクションが使用されてきたが、それらは、各個々の蒸気タービンの排気損失を減少させることによって蒸気タービン発電システムの効率を向上させることを狙いとするものであった。これら従来のクラッチ式蒸気タービンセクションは、蒸気タービンシステムがその定格出力の約５０％で運転している（部分負荷で運転している）時に１つの低圧蒸気タービンをシステムから非係合にする（離脱させる）ことによって効率を高めようとするものであった。この方法は、排気損失の減少及びアニュラス速度の増加をもたらすが、低部分負荷で蒸気タービンシステムを運転することに関連する問題に対処するものではない。具体的には、従来の方法は、低部分負荷での運転に起因して蒸気タービン構成要素上に生じる機械的損失を減少させようとするものではない。さらに、この従来の方法は、低部分負荷の時間の間に蒸気タービンシステムの運転停止及びその後の再始動の必要性を減少させようとするものでもない。
【００１６】
図面に移ると、図１は、本発明の１つの実施形態による蒸気タービンシステム１００の概略ブロック図を示している。矢印は、蒸気タービンシステム１００の構成要素間での作動流体の流れを表すものとして示している。「作動流体」という用語は、本明細書で説明する機能を実行することができる上述の流体を意味することができる。
【００１７】
蒸気タービンシステム１００は、第１の軸１７５を有する第１の低圧蒸気タービン１２０と共に、第２の軸１８５を有する第２の低圧蒸気タービン１３０を含むことができる。蒸気タービンシステム１００はまた、第１の軸１７５と第２の軸１８５を結合及び分離するクラッチ１４０を含むことができる。クラッチ１４０は、蒸気タービンシステム１００の運転時における第１の軸１７５と第２の軸１８５間の機械的連動装置として機能することができる。この連動装置は、第１の軸１７５と第２の軸１８５がほぼ同一の回転速度で回転するのを可能にすることができる。しかしながら、特定の運転状態下では、クラッチ１４０は、第２の軸１８５を第１の軸１７５から離脱させることによって第２の低圧蒸気タービン１３０を第１の低圧蒸気タービン１２０から分離することができる。蒸気タービンシステム１００はさらに、第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０に作動流体（参照符号を省略している）を送給する導管１６０を含むことができる。導管１６０は、例えばその一部が金属、複合材又はポリマーで製造されたダクト又はパイプとすることができる。また、蒸気タービンシステム１００は、導管１６０内に設置された弁１５０を含むことができる。弁１５０は、開位置及び閉位置を有することができ、閉位置では、第２の低圧蒸気タービン１３０への作動流体の流れを阻止することができる。弁１５０は、例えば二方向弁とすることができる。流体力学の技術分野では公知であるように、二方向弁は、通路を通る作動流体の流れの一部分を阻止するか又はその流れの一部分が通過するのを可能にするかのいずれかとなる。弁１５０は、主として閉位置（完全閉塞）又は開位置（閉塞なし）のいずれかで機能することができるが、弁１５０はまた、部分的開位置（部分的閉塞）で機能することもできる。弁１５０は、例えばゲート弁、バタフライ弁、グローブ弁などとすることができる。
【００１８】
蒸気タービンシステム１００はさらに、クラッチ１４０及び弁１５０を作動させる制御装置１４５を含むことができる。制御装置１４５は、該制御装置１４５がクラッチ１４０及び／又は弁１５０を作動させることができるように、該クラッチ１４０及び弁１５０に対して機械的に及び／又は電気的に連結することができる。制御装置１４５は、第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０に応答して、第２の軸１８５を第１の軸１７５から分離するようにクラッチ１４０に命令しかつ／或いは閉鎖するように弁１５０に命令して所定の低部分負荷を達成することができる。制御装置１４５は、弁１５０を作動させかつクラッチ１４０を係合させる／離脱させることができるコンピュータ制御式、機械式又は電気−機械式装置とすることができる。１つの実施形態では、制御装置１４５は、弁１５０及び／又はクラッチ１４０に作動命令を与えることができるコンピュータ制御式の装置とすることができる。その場合には、制御装置１４５は、蒸気タービンシステム１００の負荷を監視し（流量、温度、圧力及び作動流体パラメータを監視することにより）、かつ弁１５０及び／又はクラッチ１４０に作動命令を与えることができる。例えば、制御装置１４５は、特定の運転状態（例えば、低部分負荷）下で作動命令を送信して弁１５０を閉鎖させかつクラッチ１４０を離脱させることができる。この実施形態では、弁１５０及びクラッチ１４０は各々、制御装置１４５から作動命令（電気信号）を受けかつ機械的動き（例えば、弁の閉鎖、軸の分離）を行なうことができる電気−機械式構成要素を含むことができる。別の実施形態では、制御装置１４５は、オペレータが使用することができる機械式装置とすることができる。その場合には、オペレータは、制御装置１４５を物理的に操作することができ（例えば、レバーを引くことによって）、この制御装置１４５により、弁１５０及び／又はクラッチ１４０を作動させることができる。例えば、制御装置１４５のレバーは、弁１５０及びクラッチ１４０と機械的にリンク結合させて、該レバーを引くことにより、該弁１５０及び／又はクラッチ１４０を完全に作動させる（例えば、第１及び第２の低圧蒸気タービン１２０、１３０間の導管１６０を封鎖すること及び／又は第２の軸１８５を離脱させることによって）ようにすることができる。別の実施形態では、制御装置１４５は、蒸気ター.ビンシステム１００が低部分負荷で運転しているということを示すパラメータを電気的に監視し（例えば、センサで）かつ弁１５０及び／又はクラッチ１４０を機械的に作動させることができる電気−機械式装置とすることができる。本明細書における幾つかの実施形態で説明しているが、制御装置１４５は、上述の従来型の手段により弁１５０及び／又はクラッチ１４０を作動させることができる。
【００１９】
いずれにしても、制御装置１４５が第２の軸１８５を第１の軸１７５から分離しかつ弁１５０を閉鎖する（作動流体の流れを阻止する）と、第２の低圧蒸気タービン１３０は、効果的に「オフライン」の形を取る。これにより、作動流体のほぼ全てが第１の低圧蒸気タービン１２０を通って流れて、該第１の低圧蒸気タービン１２０の効率を高める（図３に関して図示しかつ説明する）ことが可能になる。このことはさらに、第２の低圧蒸気タービン１３０及び第１の低圧蒸気タービン１２０の両方に対する機械的損傷の低減を可能にする。さらに、第１の低圧蒸気タービン１２０は、低負荷状態時であっても運転し続けることができる。このことにより、運転停止及び再始動がない状態で連続して蒸気タービンシステム１００を運転することが可能になる付加的利点を得ることができる。
【００２０】
さらに図１に示すのは、蒸気タービンセクション１１０であり、この蒸気タービンセクション１１０は、第１の軸１７５によって第１の低圧蒸気タービン１２０に結合され、また導管１６０により第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０に作動可能に連結される。蒸気タービンセクション１１０は、例えば中圧蒸気タービン又は高圧蒸気タービンとすることができ、或いは高圧及び中圧セクションの両方を含むことができる。いずれにしても、蒸気タービンセクション１１０は、第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０の１つ又は両方に作動流体（蒸気排気）を供給することができる。図１にさらに示しているのは、第１の低圧蒸気タービン１２０及び蒸気タービンセクション１１０に結合された発電機２１０である。１つの実施形態では、発電機２１０は、第１の軸１７５によって第１の低圧蒸気タービン１２０に結合することができる。発電機２１０は、機械的エネルギー（第１の軸１７５の回転）を電気的エネルギーに変換することができる上述の標準的な発電機とすることができる。発電機２１０及び蒸気タービンセクション１１０は、第１の軸１７５によって第１の低圧蒸気タービン１２０に結合されたものとして図示しているが、発電機２１０及び蒸気タービンセクション１１０は、クラッチ１４０が係合している時には第２の軸１８５に結合することができることを理解されたい。しかしながら、低部分負荷状態では、第２の低圧蒸気タービン１３０は、発電機２１０に対して機械的エネルギーを供給しない。
【００２１】
図１はさらに、第１の低圧蒸気タービン１２０に作動可能に連結された第１の復水器１７０と、第２の低圧蒸気タービン１３０に作動可能に連結された第２の復水器１８０とを示している。第１の復水器１７０及び第２の復水器１８０は、それぞれ第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０から流出した作動流体を冷却する従来型の復水器とすることができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態による複合サイクル発電プラントシステム２００の一部分を示している。図２には、図１の蒸気タービンシステム１００に関して図示しかつ説明した多くの構成要素が含まれている。しかしながら、複合サイクル発電プラントシステム２００は付加的に、ガスタービン３００、第１の発電機３１０及び熱交換器４００（破線ボックス「Ａ」内に示す付加的アイテム）を含むことができる。ガスタービン３００は、第１の発電機３１０に作動可能に連結することができる。ガスタービン３００は、タービン（構成要素は図示せず）を通る燃焼ガスの流れにより機械的エネルギーを発生させる従来型のガスタービンとすることができる。第１の発電機３１０は、ガスタービン３００の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換することができる従来型の発電機とすることができる。第１の発電機３１０は、第３の軸２７５によりガスタービン３００に結合することができる。図２にさらに示すのは、ガスタービン３００及び蒸気タービンセクション１１０に作動可能に連結された熱交換器４００である。熱交換器４００はガスタービン３００及び蒸気タービンセクション１１０に作動可能に連結されたものとして示しているが、熱交換器４００はさらに、導管１６０、第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０の１以上に作動可能に連結することができることを理解されたい。
【００２３】
熱交換器４００は、本明細書で説明するもののような従来型の導管（参照符号を省略している）を介して蒸気タービンセクション１１０、第１の低圧蒸気タービン及び／又は第２の低圧蒸気タービン１３０に蒸気を供給することができる。熱交換器４００は、従来型の複合サイクル発電所内で使用されるもののような従来型の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）とすることができる。発電の技術分野では公知であるように、熱回収蒸気発生器は、給水と組合せてガスタービン３００からの高温排気を使用して蒸気を発生させることができる。この蒸気は次に、導管（例えば、導管１６０）により蒸気タービンセクション１１０、第１の低圧蒸気タービン１２０及び／又は第２の低圧蒸気タービン１３０に流れることができる。
【００２４】
本明細書では、蒸気タービンシステム１００及び複合サイクル発電プラントシステム２００は、２つの低圧蒸気タービン（第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０）を含むものとして図示しかつ説明しているが、付加的な低圧蒸気タービンも同様に含むことができることを理解されたい。例えば、原子力プラント又は火力発電プラントでは、軸１８５又は付加的な軸（図示せず）により第３の低圧蒸気タービンを第２の低圧蒸気タービン１３０に結合することができる。第３の低圧蒸気タービンが、第２の低圧蒸気タービン１３０と軸１８５を共用する場合には、第２の低圧蒸気タービン１３０及び第３の低圧蒸気タービンの両方は、第１の低圧蒸気タービン１２０とは「オフライン」の形を取ることができる。付加的な軸を使用する場合には、第３の低圧蒸気タービンは、第２の低圧蒸気タービン１３０とは「オフライン」の形を取ることができる。その場合には、第２のクラッチ及び第２の弁は、それぞれ第３の低圧蒸気タービンを第２の低圧蒸気タービン１３０に結合しかつそれらを作動的に連結することができる。制御装置１４５は、クラッチ１４０及び弁１５０と同様に第２のクラッチ及び第２の弁を制御することができる。しかしながら、第２の制御装置は、第２のクラッチ及び第２の弁を制御するように使用することができる。この第２の制御装置は、第１の制御装置とほぼ同様に機能することができ、かつ本明細書で説明した制御装置の上述の形態を取ることができる。
【００２５】
複合サイクル発電プラントシステム２００では、蒸気タービンセクション１１０及び第１の低圧蒸気タービン１２０ではないガスタービン３００を異なる軸（第２の軸２７５）上に図示しているが、これらの構成要素は全て、同一の軸（第１の軸１７５）上に設置することができることをさらに理解されたい。このような構成は、「単軸」システムとして当技術分野では公知である。これと対照的に、図２は、複合サイクル発電プラントシステム２００を「多軸」システムとして図示している。本明細書で説明したクラッチ式蒸気タービンセクションは、単軸システム又は多軸システムのいずれかで使用することができる。単軸構成では、ガスタービン４００、蒸気タービンセクション１１０及び第１の低圧蒸気タービン１２０は全て、第１の軸１７５に作動可能に連結することができる。その場合には、発電機２１０は、第１の軸１７５に作動可能に結合されたただ１つの発電機とすることができる。いずれにしても、第１の軸１７５上における発電機２１０、蒸気タービンセクション１１０及び第１の低圧蒸気タービン１２０の位置は、相互置換えすることができる。例えば、１つの実施形態では、発電機２１０は、第１の軸上でガスタービン３００と蒸気タービンセクション１１０との間に設置することができる。
【００２６】
図２は、単一のガスタービン３００及び単一の熱交換器４００を備えた複合サイクル発電プラントシステム２００を示しているが、付加的なガスタービン、熱交換器及び発電機を用いることができることを理解されたい。例えば、仮想線ボックスＡ内に示す付加的構成要素の組は、例えば蒸気タービンセクション１１０に作動可能に連結することができる。その場合には、蒸気タービンセクション１１０は、複数の熱交換器から蒸気投入を受けて、蒸気タービンセクション１１０を通るより多くの質量流量を生じさせることができる。従って、蒸気タービンセクション１１０は、増加した質量流量を処理するのに充分なほど大きなものでなくてはならない。このことはまた、第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０が、増加した質量流量のそのそれぞれの割り当てを処理するのに充分なほど大きなものでなくてはならないことを意味している。しかしながら、第１の低圧蒸気タービン１２０及び第２の低圧蒸気タービン１３０が、増加した質量流量を処理するのに充分なほど大きなものである場合には、低部分負荷の時間の間にさらにより大きな機械的損傷が発生する可能性がある。例えば、複数のガスタービンを使用する複合サイクル発電プラントシステム２００の運転時において、電力の需要の低下により、オペレータはガスタービンの１以上を運転停止させる可能性がある。この運転停止により、複合サイクル発電プラントシステム２００を低部分負荷で作動させた場合には、第１の低圧蒸気タービン１２０及び／又は第２の低圧蒸気タービン１３０の構成要素に対して機械的損傷を生じさせるおそれがある。そのような場合には、クラッチ式蒸気タービンセクションは、蒸気タービンシステム１００におけるよりも複合サイクル発電プラントシステム２００の構成要素内部での機械的損傷を低減する上でさらにより大きな助けをもたらすことができる。
【００２７】
図３に移ると、蒸気タービンシステム１００に対する機械的損傷の低減を示す蒸気タービン排気損失曲線を示している。この排気曲線は、蒸気タービン発電システムの技術分野ではよく知られており、蒸気タービンシステムが最も効率的である熱力学的最適ポイント（最小乾燥排気損失を特徴とする）を示している。ポイント「Ａ」は、第２の軸１８５（第２の低圧蒸気タービン１３０）を第１の軸１７５（第１の低圧蒸気タービン１２０）から分離する前での低部分負荷における蒸気タービンシステム１００の性能を示している。図示するように、蒸気タービンシステム１００は、ポイントＡにおいて、その熱力学的最適値での運転からかけ離れている。しかしながら、本明細書で説明するように、クラッチ式蒸気タービンセクションは、第１の低圧蒸気タービン１２０を通る作動流体の質量流量を増加させることによって蒸気タービンシステム１００の構成要素に対する機械的損傷を低減することができる。ポイント「Ｂ」は、第２の軸１８５を第１の軸１７５から分離した後での蒸気タービンシステム１００を示している。蒸気タービンシステム１００は、ポイントＡ及びポイントＢの両方においては依然として低部分負荷で運転しているが、その構成要素に対する機械的損傷は、第２の低圧蒸気タービン１３０が「オフライン」の形を取るようにする（第２の軸１８５及び第１の軸１７５を分離する）ことによって低減することができる。
【００２８】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００２９】
１００  蒸気タービンシステム
１１０  蒸気タービンセクション
１２０  第１の低圧蒸気タービン
１３０  第２の低圧蒸気タービン
１４０  クラッチ
１４５  制御装置
１５０  弁
１６０  導管
１７０  第１の復水器
１７５  第１の軸
１８０  第２の復水器
１８５  第２の軸
２００  複合サイクル発電プラントシステム
２１０  発電機
３００  ガスタービン
３１０  第１の発電機
４００  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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