(57)【要約】【課題】タービンロータ軸方向における、タービンロータとラビリンス部との熱伸び差を低減し、起動時間を短縮することができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの冷却方法を提供することを目的とする。【解決手段】蒸気タービン２０は、ケーシング１０９と、ケーシング１０９に貫設されるタービンロータ２５と、ケーシング１０９とタービンロータ２５との境界に設けられたラビリンス部５０、５５と、ラビリンス部５０、５５にシール用蒸気を供給するシール用蒸気管６５と、ラビリンス部５０、５５にタービンロータ２５を冷却する冷却ガスまたはタービンロータ２５を加熱する加熱ガスを供給するガス供給管６０とを具備する。【選択図】図２
2010019190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングに貫設されるタービンロータと、
前記ケーシングと前記タービンロータとの境界に前記タービンロータに沿って設けられたラビリンス部と、
起動時に前記ラビリンス部に前記タービンロータを冷却する冷却空気を供給するガス供給手段と
を具備することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量を検知する伸び量検知手段と、
前記ラビリンス部におけるシール部のタービンロータ軸方向への移動量を検知する移動量検知手段と、
前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記ガス供給手段を制御して、冷却空気の供給量を調整する制御手段と
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記ラビリンス部にシール用蒸気を供給するシール用蒸気供給手段をさらに備えるとともに、前記制御手段が、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記シール用蒸気供給手段を制御して、シール用蒸気の供給量を調整することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記ガス供給手段は、前記ラビリンス部に加熱空気を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記ラビリンス部に供給された冷却空気を回収するガス回収手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
【請求項６】
ケーシングと、
前記ケーシングに貫設されるタービンロータと、
前記ケーシングと前記タービンロータとの境界に前記タービンロータに沿って設けられたラビリンス部と、
前記ラビリンス部にシール用蒸気を供給するシール用蒸気供給手段と、
起動時に前記ラビリンス部に前記タービンロータを冷却する冷却空気を供給するガス供給手段と、
前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量を検知する伸び量検知手段と、
前記ラビリンス部におけるシール部のタービンロータ軸方向への移動量を検知する移動量検知手段と、
前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を調整し、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を調整する制御手段と
を備える蒸気タービンの冷却方法であって、
前記制御手段が、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量と前記シール部のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差を算出し、該熱伸び差の増加に対応させて、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を増加させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を所定量とし、
前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記熱伸び差が減少し始めたと判定したときから、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を減少させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を増加させることを特徴とする蒸気タービンの冷却方法。
【請求項７】
ケーシングと、
前記ケーシングに貫設されるタービンロータと、
前記ケーシングと前記タービンロータとの境界に前記タービンロータに沿って設けられたラビリンス部と、
前記ラビリンス部にシール用蒸気を供給するシール用蒸気供給手段と、
起動時に前記ラビリンス部に前記タービンロータを冷却する冷却空気を供給するガス供給手段と、
前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量を検知する伸び量検知手段と、
前記ラビリンス部におけるシール部のタービンロータ軸方向への移動量を検知する移動量検知手段と、
前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を調整し、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を調整する制御手段と
を備える蒸気タービンの冷却方法であって、
前記制御手段が、前記ガス供給手段および前記シール用蒸気供給手段を制御して蒸気タービンの起動時から所定量の冷却空気およびシール用蒸気を供給し、
前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量と前記シール部のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差が減少し始めたと判定したときから、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を減少させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を増加させることを特徴とする蒸気タービンの冷却方法。
【請求項８】
前記制御手段が、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記熱伸び差が定格運転時における熱伸び差に対して増加し始めたと判定したときから、前記ガス供給手段を制御して、冷却空気に代えて、加熱空気を供給し、該加熱空気の供給量を増加させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を減少させ、
前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記熱伸び差が所定値となったことを判定したときから、前記ガス供給手段および前記シール用蒸気供給手段を制御して、加熱空気およびシール用蒸気を減少させることを特徴とする請求項６または７記載の蒸気タービンの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータを空気等により冷却または加熱する手段を備えた蒸気タービンおよび蒸気タービンの冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンの起動時において、高温蒸気に直接晒される部分が多いタービンロータにおける温度上昇は速く、これに対して、熱容量の大きなケーシングにおける温度上昇は遅い。
【０００３】
図２０は、従来の蒸気タービンにおける起動時のタービンロータ軸方向における、タービンロータの伸び量とラビリンス部のシールフィンの移動量との差である熱伸び差等を示した図である。
【０００４】
図２０に示すように、蒸気タービンの起動時において、タービンロータは、主流蒸気の流量が少ない状態であっても低速で回転するため、風損などにより徐々に温度が上昇し、タービンロータ軸方向への伸び量が増加する。一方、ラビリンス部を含むケーシング部分は、熱容量が大きいため、温度上昇は緩やかとなる。そのため、タービンロータとラビリンス部を含むケーシング部分に温度差が生じ、タービンロータ軸方向への、タービンロータの伸び量とラビリンス部の移動量に差（熱伸び差）が発生する。この熱伸び差は、起動時から時間の経過に伴って大きくなり最大値（最大熱伸び差）を示し、定格条件に近づくにつれて減少する。
【０００５】
このように、タービンロータとラビリンス部のシールフィンとでタービンロータ軸方向に熱伸び差を生じると、タービンロータの周面に形成された凸条とラビリンス部のシールフィンとが接触（ラビング）する可能性がある。
【０００６】
従来の蒸気タービンにおいては、このような接触を避けるため、ラビリンス部の間隙を大きくしたり、蒸気タービンの起動時においてタービンロータとラビリンス部を含むケーシング部分との温度差が小さくなるように時間をかけて昇温している。しかしながら、最近では、蒸気タービンの性能を向上させるため、ラビリンス部の間隙を小さくしたり、コンバインドサイクルプラントでは、起動の速いガスタービンの待ち時間を短縮するために蒸気タービンの起動時間を短縮したいという要望が多い。
【０００７】
タービンロータとラビリンス部を含むケーシング部分との熱伸び差を小さくするためには、それぞれの温度差を小さくする必要がある。そのためには、温度上昇の遅いケーシングを加熱すること、または温度上昇の速いタービンロータを冷却することが考えられる。なお、蒸気タービンの停止時には、熱容量の大きいケーシングの温度低下は緩やかになり、熱容量の小さいタービンロータの温度低下は速くなる。
【０００８】
このような熱伸び差によるラビリンス部における接触を防止する蒸気タービンとして、ケーシングにおいて蒸気タービンの起動時に最も温度が上昇し難いフランジ部に蒸気通路を設け、蒸気によりケーシングを加熱する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１７０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した従来の、起動時にケーシングのフランジ部を蒸気により加熱する蒸気タービンでは、ケーシングを加熱するための機構を備えるために、ケーシングの構造が複雑になるといった欠点がある。また、熱容量の大きなケーシングを加熱するため、多くの蒸気が必要され、蒸気タービンの効率向上の妨げとなっていた。さらに、熱容量の大きなケーシングを加熱するための時間が必要となり、蒸気タービンの起動に時間がかかるといった問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、タービンロータ軸方向における、タービンロータとラビリンス部との熱伸び差を低減し、起動時間を短縮することができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ケーシングと、前記ケーシングに貫設されるタービンロータと、前記ケーシングと前記タービンロータとの境界に前記タービンロータに沿って設けられたラビリンス部と、起動時に前記ラビリンス部に前記タービンロータを冷却する冷却空気を供給するガス供給手段とを具備することを特徴とする蒸気タービンが提供される。
【００１２】
また、本発明の一態様によれば、ケーシングと、前記ケーシングに貫設されるタービンロータと、前記ケーシングと前記タービンロータとの境界に前記タービンロータに沿って設けられたラビリンス部と、前記ラビリンス部にシール用蒸気を供給するシール用蒸気供給手段と、起動時に前記ラビリンス部に前記タービンロータを冷却する冷却空気を供給するガス供給手段と、前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量を検知する伸び量検知手段と、前記ラビリンス部におけるシール部のタービンロータ軸方向への移動量を検知する移動量検知手段と、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を調整し、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を調整する制御手段とを備える蒸気タービンの冷却方法であって、前記制御手段が、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量と前記シール部のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差を算出し、該熱伸び差の増加に対応させて、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を増加させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を所定量とし、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記熱伸び差が減少し始めたと判定したときから、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を減少させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を増加させることを特徴とする蒸気タービンの冷却方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明の一態様によれば、ケーシングと、前記ケーシングに貫設されるタービンロータと、前記ケーシングと前記タービンロータとの境界に前記タービンロータに沿って設けられたラビリンス部と、前記ラビリンス部にシール用蒸気を供給するシール用蒸気供給手段と、起動時に前記ラビリンス部に前記タービンロータを冷却する冷却空気を供給するガス供給手段と、前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量を検知する伸び量検知手段と、前記ラビリンス部におけるシール部のタービンロータ軸方向への移動量を検知する移動量検知手段と、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を調整し、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を調整する制御手段とを備える蒸気タービンの冷却方法であって、前記制御手段が、前記ガス供給手段および前記シール用蒸気供給手段を制御して蒸気タービンの起動時から所定量の冷却空気およびシール用蒸気を供給し、前記伸び量検知手段と前記移動量検知手段における検知情報に基づいて、前記タービンロータのタービンロータ軸方向への伸び量と前記シール部のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差が減少し始めたと判定したときから、前記ガス供給手段を制御して冷却空気の供給量を減少させるとともに、前記シール用蒸気供給手段を制御してシール用蒸気の供給量を増加させることを特徴とする蒸気タービンの冷却方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の蒸気タービンおよび蒸気タービンの冷却方法によれば、タービンロータ軸方向における、タービンロータとラビリンス部との熱伸び差を低減し、起動時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態の蒸気タービン２０を備えた発電プラントの一例の概略を示す図である。図２は、本発明の一実施の形態の蒸気タービン２０におけるラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給するガス供給システムの一例の概略を示す図である。図３は、ラビリンス部の断面構造の一例を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、発電プラントは、ボイラなどで構成される蒸気発生器１０に蒸気タービン２０および復水給水系３０を組み合わせて構成されている。
【００１８】
この発電プラントに備えられている蒸気タービン２０は、高圧タービン２１、中圧タービン２２および低圧タービン２３であり、これらの蒸気タービン２０および発電機４０は、タービンロータ２５により互いに軸結合させている。
【００１９】
復水給水系３０は、蒸気タービン２０で膨張仕事を終えたタービン排気を蒸気発生器１０に戻す流路であり、この流路には、復水器３１と給水ポンプ３２が介在している。
【００２０】
この発電プラントにおいて、蒸気発生器１０から流出した蒸気は、主蒸気管１１を介して高圧タービン２１に供給され、膨張仕事をし、高圧タービン２１から排気される。この高圧タービン２１から排気された蒸気は、低温再熱管１２を介して再熱器１３に供給されて再熱され、高温再熱管１４を介して中圧タービン２２に供給される。中圧タービン２２に供給された蒸気は、膨張仕事をし、クロスオーバ管１５を介して低圧タービン２３に供給される。低圧タービン２３に供給された蒸気は、膨張仕事をし、低圧タービン２３から排気される。なお、発電機４０は、蒸気タービンにおける蒸気の膨張仕事によって発生する動力で回転駆動され、発電する。低圧タービン２３から排気された蒸気は、復水給水系３０に介在する復水器３１で凝縮される。復水器３１で凝縮された凝縮水は、給水ポンプ３２で昇圧され、蒸気発生器１０に再び戻される。
【００２１】
次に、蒸気タービン２０におけるラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給するガス供給システムについて説明する。
【００２２】
図２に示すように、蒸気漏出または空気流入を防止するために設けられたグランドラビリンス部５０、および２種類の蒸気タービンが１つのケーシング内に備えられた場合に、高圧側の蒸気タービンから低圧側の蒸気タービンへ蒸気が流入するのを抑制する中間ラビリンス部５５は、ガス供給管６０を介して冷却ガスまたは加熱ガスを供給するガス供給部７０と接続されている。また、ガス供給管６０は、ガス供給部７０から流出した冷却ガスを、加熱用の熱交換器８０が備えられた側へ流す流路と、そのまま流す流路とに分岐し、その下流側で再び１つの流路を形成している。冷却ガスが加熱用の熱交換器８０が備えられた流路を流れることで加熱ガスとなる。また、この分岐部には、切替弁６１が設けられ、この切替弁６１を切り替えることで、ガス供給部７０から流出した冷却ガスを、熱交換器８０が備えられた流路またはそのまま流す流路に分流することができる。
【００２３】
また、ガス供給管６０は、分岐され、その端部は、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５と連通されている。分岐された各ガス供給管６０には、流量を調整するためのバルブなどで構成される流量調節弁６２が設けられている。また、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５には、供給されたガスを回収するための回収管６３が設けられ、この回収管６３を介して回収された冷却ガスまたは加熱ガスは、グランドコンデンサ６４に導かれる。なお、回収管６３に導かれる冷却ガスまたは加熱ガスには、後述する各ラビリンス部に供給されるシール用の蒸気が含まれる。グランドコンデンサ６４は、冷却ガスまたは加熱ガスを構成するガスとシール用の蒸気とを分離する装置である。このグランドコンデンサ６４において、シール用の蒸気を凝縮することで分離し、その凝縮水は復水器３１へ導かれる。なお、分離された冷却ガスまたは加熱ガスは、大気中に放出してもよいし、循環して使用するようにしてもよい。
【００２４】
また、上記したガス供給部７０からグランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５に、冷却ガスまたは加熱ガスを供給するための各構成は、ガス供給手段として機能する。なお、冷却ガスは、蒸気タービンの起動時に、タービンロータ２５を冷却するために用いられ、一方、加熱ガスは、蒸気タービンの運転停止時に、タービンロータ２５を加熱するために用いられる。
【００２５】
ここで、冷却ガスまたは加熱ガスとして、大気中の空気などが用いられる。例えば、タービンロータ２５の回転によって生じる風損を低減するために、空気よりも密度の小さい、例えばヘリウムを空気に混合したものを冷却ガスまたは加熱ガスとして使用してもよい。冷却ガスの温度は、タービンロータ２５の温度上昇を防ぎ、蒸気が凝縮しないようにする理由から、８０〜２５０℃であることが好ましい。また、加熱ガスの温度は、タービンロータ２５とケーシングの温度差を小さくする理由から、３４０〜４００℃程度であることが好ましい。
【００２６】
また、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５には、シール用の蒸気を供給するシール用蒸気管６５が接続され、各シール用蒸気管６５には、流量を調整するためのバルブなどで構成される流量調節弁６６が設けられている。シール用の蒸気として、例えば、蒸気発生器から抽気した蒸気などが使用される。シール用の蒸気の温度は、局所的な熱応力発生を防ぐ理由から、室温から定格蒸気温度以下であることが好ましい。
【００２７】
また、図２に示すように、タービンロータ２５には、タービンロータ２５のタービンロータ軸方向の伸び量を検知する伸び量検知手段９０が設けられている。すなわち、伸び量検知手段９０は、例えば、タービンロータ２５の所定の位置がタービンロータ軸方向へ移動した距離を測定するものである。この伸び量検知手段９０は、変位センサなどで構成される。変位センサとして、光、磁界あるいは音波を媒介とした非接触式のもの、ダイヤルゲージや差動トランスなどの接触式のものを使用することができる。また、これらの中でも、特に、高精度で、応答速度が速いという特徴を有する光を媒介とした非接触式の変位センサを用いることが好ましい。
【００２８】
また、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５には、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５を構成するラビリンスパッキンのシールフィンのタービンロータ軸方向への移動量を検知する移動量検知手段９１が設けられている。図３に示すように、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５を構成するラビリンスパッキン５６には、タービンロータ２５側に突出したシールフィン５７がタービンロータ２５の軸方向に所定の間隔をおいて設けられている。また、タービンロータ２５の周面には、タービンロータ２５の半径方向側に突出する凸条２５ａがタービンロータ２５の周方向に形成されている。また、この凸条２５ａは、タービンロータ２５の軸方向に所定の間隔をおいて設けられ、凸条２５ａ間にシールフィン５７が位置している。上記した移動量検知手段９１は、このシールフィン５７のタービンロータ軸方向への移動量、すなわち移動した距離を検知するものである。この移動量検知手段９１は、変位センサなどで構成される。変位センサとして、光、磁界あるいは音波を媒介とした非接触式のもの、ダイヤルゲージや差動トランスなどの接触式のものを使用することができる。また、これらの中でも、特に、高精度で、応答速度が速いという特徴を有する光を媒介とした非接触式の変位センサを用いることが好ましい。
【００２９】
また、ガス供給システムには、制御手段１００が設けられ、上記した切替弁６１、流量調節弁６２、６６、伸び量検知手段９０および移動量検知手段９１は、図２に点線で示すように、この制御手段１００と電気的に接続されている。制御手段１００は、伸び量検知手段９０および移動量検知手段９１からの検知情報に基づいて、切替弁６１、流量調節弁６２、６６を制御し、冷却ガス、加熱ガスおよびシール用の蒸気の供給量を調整する。
【００３０】
なお、図２では、伸び量検知手段９０を高圧タービン２１の近傍のタービンロータ２５に設け、移動量検知手段９１を高圧タービン２１のラビリンス部に設けた一例を示しているが、この構成に限られるものではない。例えば、伸び量検知手段９０および移動量検知手段９１を各蒸気タービンに対応させて備えてもよい。
【００３１】
次に、グランドラビリンス部５０および中間ラビリンス部５５に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する部分の構成を説明する。
【００３２】
まず、グランドラビリンス部５０に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する部分の構成を説明する。
【００３３】
図４は、グランドラビリンス部５０に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図である。図５〜図６は、グランドラビリンス部５０に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する他の構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図である。図７は、グランドラビリンス部５０に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成を備えた２重構造のケーシングを有する蒸気タービンの入口側の断面を示した図である。図８および図９は、グランドラビリンス部５０に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成およびこれらのガスを排気する構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図である。
【００３４】
図４に示すように、グランドラビリンス部５０を構成するラビリンスパッキン５６は、ケーシング１０９に固定されたダイヤフラム１１０に固定され、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かってタービンロータ２５に沿って設けられている。ここでは、タービン動翼１１１側から外側に向かって４つのラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄを備えた一例を示している。ダイヤフラム１１０には、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かって２番目のラビリンスパッキン５６ｂと３番目のラビリンスパッキン５６ｃとの間に貫通する貫通孔１１２が形成され、この貫通孔１１２にガス供給管６０が連通するように接続されている。すなわち、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かって２番目のラビリンスパッキン５６ｂと３番目のラビリンスパッキン５６ｃとの間に貫通孔１１２の開口端部１１２ａが形成され、この開口端部１１２ａから冷却ガスまたは加熱ガスを噴出する構成となっている。また、シール用の蒸気は、図示しないシール用蒸気管６５によって、グランドラビリンス部５０に供給される。
【００３５】
蒸気タービンの起動時または停止時におけるタービン動翼１１１付近の圧力は低く、その圧力よりも高い圧力で、ガス供給管６０および貫通孔１１２を介して、ラビリンスパッキン５６ｂとラビリンスパッキン５６ｃとの間に供給された冷却ガスまたは加熱ガスは、タービンロータ２５とグランドラビリンス部５０との間を、タービン動翼１１１方向および蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる。蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる冷却ガスまたは加熱ガスは、例えば、ラビリンスパッキン５６ｃとラビリンスパッキン５６ｄとの間から回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。なお、グランドラビリンス部５０には、前述したように、シール用蒸気管６５によってシール用の蒸気も供給されるため、このシール用の蒸気も、冷却ガスまたは加熱ガスとともに回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。この構成によって、タービンロータ２５を冷却または加熱することができる。
【００３６】
また、図５に示すように、ダイヤフラム１１０に、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かって１番目のラビリンスパッキン５６ａと２番目のラビリンスパッキン５６ｂとの間に貫通する貫通孔１１２を形成し、この貫通孔１１２にガス供給管６０を連通するように接続してもよい。すなわち、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かって１番目のラビリンスパッキン５６ａと２番目のラビリンスパッキン５６ｂとの間に貫通孔１１２の開口端部１１２ａを形成し、この開口端部１１２ａから冷却ガスまたは加熱ガスを噴出する構成としてもよい。この構成とすることで、冷却ガスの供給圧力を増加することなく、温度が上昇しやすいタービンロータ２５のタービン動翼１１１側を効率よく冷却することができる。
【００３７】
さらに、図６に示すように、ダイヤフラム１１０に形成される貫通孔１１２の開口端部１１２ａを、最終段落のタービン動翼１１１を固定するディスク１１３に対向する位置に設けてよい。冷却ガスまたは加熱ガスは、開口端部１１２ａからディスク１１３に向けて噴出される。噴出された冷却ガスまたは加熱ガスは、ディスク１１３に衝突し、その一部は、タービンロータ２５とグランドラビリンス部５０との間を蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる。
【００３８】
この構成では、冷却ガスまたは加熱ガスをディスク１１３に向かって噴出できるので、ディスク１１３を直接冷却または加熱することができる。また、例えば、冷却ガスを流す場合、ダイヤフラム１１０に、ラビリンスパッキン５６ｃ側からラビリンスパッキン５６ａ側に亘って貫通孔１１２が形成されているので、ダイヤフラム１１０を冷却ガスによって冷却することができる。これによって、ダイヤフラム１１０に固定されたラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃの温度上昇が抑制され、ラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃからの放射熱によるタービンロータ２５の加熱を抑制することができる。
【００３９】
図７に示す、蒸気タービンは、ケーシングが、内部ケーシング１２０と外部ケーシング１２１の２重のケーシングで構成されている。そして、それぞれのケーシングの蒸気タービンの外側方向となる端部には、タービンロータ２５に沿ってグランドラビリンス部５０が設けられている。ここでは、内部ケーシング１２０の端部には、初段のノズル１２２を構成するノズルダイヤフラム内輪１２３側からタービンロータ２５に沿って外側に向かって４つのラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄが備えられている。また、この内部ケーシング１２０よりも外側に位置する外部ケーシング１２１の端部に設けられたダイヤフラム１２４には、タービンロータ２５に沿って外側に向かって５つのラビリンスパッキン５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈ、５６ｉが備えられている。さらに、外部ケーシング１２１のタービンロータ軸方向の外側に設けられたダイヤフラム１２５には、タービンロータ２５に沿って２つのラビリンスパッキン５６ｊ、５６ｋが備えられている。なお、内部ケーシング１２０、外部ケーシング１２１およびダイヤフラム１２４に備えられたラビリンスパッキンの個数は特に限定されるものではない。
【００４０】
内部ケーシング１２０の端部には、初段のノズル１２２を構成するノズルダイヤフラム内輪１２３側から外側に向かって１番目のラビリンスパッキン５６ａと２番目のラビリンスパッキン５６ｂとの間に貫通する貫通孔１３０が形成され、この貫通孔１３０にガス供給管６０が連通するように接続されている。すなわち、初段のノズル１２２を構成するノズルダイヤフラム内輪１２３側から外側に向かって１番目のラビリンスパッキン５６ａと２番目のラビリンスパッキン５６ｂとの間に貫通孔１３０の開口端部１３０ａが形成され、この開口端部１３０ａから冷却ガスまたは加熱ガスを噴出する構成となっている。
【００４１】
また、外部ケーシング１２１の端部に設けられたダイヤフラム１２４には、タービンロータ２５に沿って外側に向かって２番目のラビリンスパッキン５６ｆと３番目のラビリンスパッキン５６ｇとの間、および４番目のラビリンスパッキン５６ｈと５番目のラビリンスパッキン５６ｉとの間にそれぞれ貫通する貫通孔１３１、１３２が形成され、これらの貫通孔１３１、１３２のそれぞれにガス供給管６０が連通するように接続されている。すなわち、タービンロータ２５に沿って外側に向かって２番目のラビリンスパッキン５６ｆと３番目のラビリンスパッキン５６ｇとの間、および４番目のラビリンスパッキン５６ｈと５番目のラビリンスパッキン５６ｉとの間に、貫通孔１３１、１３２の開口端部１３１ａ、１３２ａが形成され、これらの開口端部１３１ａ、１３２ａから冷却ガスまたは加熱ガスを噴出する構成となっている。
【００４２】
なお、シール用の蒸気は、図示しないシール用蒸気管６５によって、グランドラビリンス部５０に供給される。
【００４３】
ガス供給管６０および貫通孔１３０を介して、ラビリンスパッキン５６ａとラビリンスパッキン５６ｂとの間に供給された冷却ガスまたは加熱ガスは、タービンロータ２５とグランドラビリンス部５０との間を、ノズルダイヤフラム内輪１２３方向および蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる。なお、ラビリンスパッキン５６ｄから蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる冷却ガスまたは加熱ガスの一部は、内部ケーシング１２０と外部ケーシング１２１の間に流出する。
【００４４】
また、ガス供給管６０および貫通孔１３１を介して、ラビリンスパッキン５６ｆとラビリンスパッキン５６ｇとの間、およびラビリンスパッキン５６ｈとラビリンスパッキン５６ｉとの間に供給された冷却ガスまたは加熱ガスは、タービンロータ２５とグランドラビリンス部５０との間を、内部ケーシング１２０方向および蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる。ラビリンスパッキン５６ｉから蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる冷却ガスまたは加熱ガスは、例えば、ラビリンスパッキン５６ｉとラビリンスパッキン５６ｊとの間から回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。
【００４５】
この構成とすることで、温度が上昇しやすいタービンロータ２５のノズルダイヤフラム内輪１２３側を効率よく冷却することができる。また、外部ケーシング１２１の端部に設けられたダイヤフラム１２４に構成したように、複数の貫通孔１３１、１３２を形成して冷却ガスまたは加熱ガスを供給することで、冷却ガスまたは加熱ガスが供給されるそれぞれの部位に対応した冷却ガスまたは加熱ガスの供給量の調整を行うことができる。これによって、最適なタービンロータ２５の冷却または加熱を行うことができる。
【００４６】
また、図８に示すように、前述した図４に示した構成に、さらに、ダイヤフラム１１０に、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かって１番目のラビリンスパッキン５６ａと２番目のラビリンスパッキン５６ｂとの間に貫通する貫通孔１１４を形成し、この貫通孔１１４に回収管６３を連通するように接続してもよい。すなわち、最終段落のタービン動翼１１１から蒸気タービンの外側に向かって１番目のラビリンスパッキン５６ａと２番目のラビリンスパッキン５６ｂとの間に貫通孔１１４の開口端部１１４ａが形成され、この開口端部１１４ａから冷却ガスまたは加熱ガスを回収する構成となっている。
【００４７】
蒸気タービンの起動時または停止時におけるタービン動翼１１１付近の圧力は低く、その圧力よりも高い圧力で、ガス供給管６０および貫通孔１１２を介して、ラビリンスパッキン５６ｂとラビリンスパッキン５６ｃとの間に供給された冷却ガスまたは加熱ガスは、タービンロータ２５とグランドラビリンス部５０との間を、タービン動翼１１１方向および蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる。そして、タービン動翼１１１方向に流れた冷却ガスまたは加熱ガスの一部は、開口端部１１４ａから回収され、回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。また、蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる冷却ガスまたは加熱ガスは、回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。なお、グランドラビリンス部５０には、前述したように、シール用蒸気管６５によってシール用の蒸気も供給されるため、このシール用の蒸気も、冷却ガスまたは加熱ガスとともに回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。
【００４８】
この構成によって、タービンロータ２５を冷却または加熱することができるとともに、タービン動翼１１１側に流出する冷却ガスまたは加熱ガスの流量を抑制することができる。
【００４９】
また、図９に示すように、前述した図５に示した構成に、さらに、ダイヤフラム１１０に、最終段落のタービン動翼１１１を固定するディスク１１３に対向する位置に開口端部１１４ａを有する貫通孔１１４を形成し、この貫通孔１１４に回収管６３を連通するように接続してもよい。
【００５０】
この構成において、ガス供給管６０および貫通孔１１２を介して、ラビリンスパッキン５６ａとラビリンスパッキン５６ｂとの間に供給された冷却ガスまたは加熱ガスは、タービンロータ２５とグランドラビリンス部５０との間を、タービン動翼１１１方向および蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる。そして、タービン動翼１１１方向に流れた冷却ガスまたは加熱ガスは、タービン動翼１１１側に流出し、その一部は、開口端部１１４ａから回収され、回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。また、蒸気タービンの外側へ向かう方向に流れる冷却ガスまたは加熱ガスは、回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。
【００５１】
この構成とすることで、冷却ガスを用いる場合、冷却ガスの供給圧力を増加せることなく、温度が上昇するタービンロータ２５のタービン動翼１１１側を効率よく冷却することができる。また、タービン動翼１１１側に流出した冷却ガスまたは加熱ガスの一部を回収することができる。
【００５２】
次に、中間ラビリンス部５５に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する部分の構成を説明する。
【００５３】
図１０は、中間ラビリンス部５５に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成を備えた蒸気タービンの入口側の断面を示した図である。図１１は、中間ラビリンス部５５に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成およびこれらのガスを排気する構成を備えた蒸気タービンの入口側の断面を示した図である。
【００５４】
図１０に示す中間ラビリンス部５５は、高圧タービン２１と中圧タービン２２とが１つのケーシングに収容された構成において、高圧タービン２１の初段のノズル１４０側からからそれよりも低圧の中圧タービン２２の初段のノズル１４０側へ蒸気が流入するのを抑制する。このケーシングは、内部ケーシング１２０と外部ケーシング１２１の２重のケーシングで構成されている。
【００５５】
高圧タービン２１の初段のノズル１４０を構成するノズルダイヤフラム内輪１４１と、中圧タービン２２の初段のノズル１５０を構成するノズルダイヤフラム内輪１５１との間において、内部ケーシング１２０に、タービンロータ２５に沿って４つのラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄが備えられている。また、中圧タービン２２の初段のノズル１５０を構成するノズルダイヤフラム内輪１５１には、タービンロータ２５に沿って１つのラビリンスパッキン５６ｅが備えられている。なお、内部ケーシング１２０、ノズルダイヤフラム内輪１５１に備えられたラビリンスパッキンの個数は特に限定されるものではない。
【００５６】
また、内部ケーシング１２０には、中圧タービン２２側から高圧タービン２１側に向かってノズルダイヤフラム内輪１４１と高圧タービン２１側のラビリンスパッキン５６ａとの間に貫通する貫通孔１６０が形成され、この貫通孔１６０にガス供給管６０が連通するように接続されている。すなわち、ノズルダイヤフラム内輪１４１と高圧タービン２１側のラビリンスパッキン５６ａとの間に貫通孔１６０の開口端部１６０ａが形成され、この開口端部１６０ａから冷却ガスまたは加熱ガスを噴出する構成となっている。
【００５７】
ノズルダイヤフラム内輪１４１とこのノズルダイヤフラム内輪１４１に隣接するラビリンスパッキン５６ａとの間に開口端部１６０ａから噴出された冷却ガスまたは加熱ガスは、高圧タービン２１側の圧力が高いため、タービンロータ２５と中間ラビリンス部５５との間を中圧タービン２２方向に流れる。
【００５８】
また、シール用の蒸気は、図１０に示すように、例えば、シール用蒸気管６５によって、内部ケーシング１２０に設けられたラビリンスパッキン５６ｄと、ノズルダイヤフラム内輪１５１に設けられたラビリンスパッキン５６ｅとの間に供給される。
【００５９】
この構成によって、タービンロータ２５を冷却または加熱することができる。特に、冷却ガスを用いる場合、内部ケーシング１２０に、ラビリンスパッキン５６ｄ側からラビリンスパッキン５６ａ側に亘って貫通孔１６０が形成されているので、内部ケーシング１２０を冷却ガスによって冷却することができる。これによって、内部ケーシング１２０に固定されたラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄの温度上昇が抑制され、ラビリンスパッキン５６ａ、５６ｂ、５６ｃからの放射熱によるタービンロータ２５の加熱を抑制することができる。
【００６０】
また、図１１に示すように、内部ケーシング１２０に、ノズルダイヤフラム内輪１４１から中圧タービン２２側に向かって２番目のラビリンスパッキン５６ｂと３番目のラビリンスパッキン５６ｃとの間に貫通する貫通孔１７０が形成され、この貫通孔１７０にガス供給管６０が連通するように接続されている。すなわち、ノズルダイヤフラム内輪１４１から中圧タービン２２側に向かって２番目のラビリンスパッキン５６ｂと３番目のラビリンスパッキン５６ｃとの間に貫通孔１７０の開口端部１７０ａが形成され、この開口端部１７０ａから冷却ガスまたは加熱ガスを噴出する構成となっている。
【００６１】
さらに、内部ケーシング１２０に、ノズルダイヤフラム内輪１４１から中圧タービン２２側に向かって３番目のラビリンスパッキン５６ｃと４番目のラビリンスパッキン５６ｄとの間に貫通する貫通孔１７１を形成し、この貫通孔１７１に回収管６３を連通するように接続してもよい。すなわち、ノズルダイヤフラム内輪１４１から中圧タービン２２側に向かって３番目のラビリンスパッキン５６ｃと４番目のラビリンスパッキン５６ｄとの間に貫通孔１７１の開口端部１７１ａが形成され、この開口端部１７１ａから冷却ガスまたは加熱ガスを回収する構成となっている。なお、中間ラビリンス部５５には、シール用蒸気管６５によってシール用の蒸気も供給されるので、冷却ガスまたは加熱ガスとともにシール用の蒸気の一部も回収管６３を介してグランドコンデンサ６４に導かれる。
【００６２】
この構成によって、タービンロータ２５を冷却または加熱することができるとともに、中圧タービン２２側に流出する冷却ガスまたは加熱ガスの流量を抑制することができる。
【００６３】
次に、上記した本発明に係るガス供給システムを備えた蒸気タービンにおける冷却ガス、加熱ガスまたはシール用蒸気の各供給量の制御方法について説明する。
【００６４】
まず、蒸気タービンの起動時おける制御方法について説明する。なお、蒸気タービンの起動時には、タービンロータ２５は冷却されるため、ラビリンス部にはガス供給管６０から冷却ガスが供給される。また、ガス供給管６０から供給される冷却ガスの温度が、供給すべき最適な温度よりも低い場合には、例えば、切替弁６１を制御して、熱交換器８０が備えられている流路にガス供給部７０から流出した冷却ガスを流して、所定温度まで加熱してもよい。
【００６５】
図１２は、蒸気タービンの起動時から定格状件となるまでの運転手順を示す図である。図１３は、図１２に示した運転手順に基づいて蒸気タービンを起動したときの、本発明に係るガス供給システムを備えた場合と備えない場合における熱伸び差等を示した図である。
【００６６】
図１２に示すように、蒸気タービンを起動後、負荷をかけない状態で、かつタービンロータ２５の回転数を所定の低回転数に保持する。この状態に維持する時間を低速ヒートソーク時間という。低速ヒートソーク時間経過後、タービンロータ２５の回転数を定格回転数まで上昇させる。なお、この際、蒸気タービンは、負荷がかけられていない状態のままである。タービンロータ２５の回転数が定格回転数まで上昇した後、負荷を徐々にかけ、所定の負荷の状態に一定時間保持する。この状態に維持する時間を初負荷保持時間という。初負荷保持時間経過後、負荷を増加し、定格負荷状態とする。
【００６７】
ここで、蒸気タービンの起動時において、タービンロータ２５は、主流蒸気の流量が少ない状態であっても低速で回転するため、風損などにより徐々に温度が上昇し、タービンロータ軸方向への伸び量が増加する。一方、ラビリンス部を含むケーシング部分は、熱容量が大きいため温度上昇は緩やかとなる。そのため、タービンロータ軸方向への、タービンロータ２５の伸び量とラビリンス部の移動量の差が増加する。
【００６８】
図１３に示すように、上記した運転手順に基づいて蒸気タービンを起動した場合、ガス供給システムにおいてグランドラビリンス部５０や中間ラビリンス部５５に冷却ガスを供給してタービンロータ２５を冷却した場合には、冷却しない場合に比べて、タービンロータ２５のタービンロータ軸方向への伸び量の増加率が緩やかとなる。そのため、タービンロータ２５のタービンロータ軸方向への伸び量と、ラビリンス部のシールフィン５７のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差は、タービンロータ２５を冷却したときの方が冷却しないときに比べて小さくなる。また、図１３に示すように、起動開始から定格状件となるまでの熱伸び差の変動も、タービンロータ２５を冷却したときの方が冷却しないときに比べて小さくなる。
【００６９】
ここで、タービンロータ２５を冷却しない場合には、熱伸び差が大きくなり、タービンロータ２５の半径方向側に突出する凸条２５ａ間に位置するシールフィン５７と凸条２５ａが接触することもある（図３参照）。しかしながら、本発明に係るガス供給システムを備え、タービンロータ２５を冷却する場合には、熱伸び差が小さいため、シールフィン５７と凸条２５ａとの接触を防止することができる。
【００７０】
次に、本発明に係るガス供給システムを備え、起動時にタービンロータ２５を冷却する蒸気タービンにおいて、図１２に示した通常の起動時間よりも起動時間を短くした場合について説明する。
【００７１】
図１４は、蒸気タービンの起動時から定格状件となるまでの運転手順を示す図である。図１５は、図１４に示した運転手順に基づいて蒸気タービンを起動したときの熱伸び差等を示した図である。なお、図１５には、通常の起動時間における運転手順を点線で示している。
【００７２】
図１４に示すように、低速ヒートソーク時間および初負荷保持時間を短縮することで起動時間を短縮している。
【００７３】
図１５に示すように、通常の起動時間で蒸気タービンを起動する場合よりも熱伸び差の最大値は上昇するが、この最大値は、熱伸び差の制限値より低い値に抑えることができる。ここで、熱伸び差の制限値は、熱伸び差が大きくなり、タービンロータ２５の半径方向側に突出する凸条２５ａ間に位置するシールフィン５７と凸条２５ａが接触しない範囲において許容することができる最大の熱伸び差をいう。
【００７４】
このように、本発明に係るガス供給システムを備え、起動時にタービンロータ２５を冷却することで、蒸気タービンの起動時間を短縮することができる。
【００７５】
次に、ガス供給量の制御について説明する。
【００７６】
図１６および図１７は、蒸気タービンの起動時における熱伸び差と冷却ガスおよびシール蒸気供給量との関係を示す図である。
【００７７】
制御手段１００は、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、切替弁６１および流量調節弁６２、６６を調整し、冷却ガスおよびシール用蒸気の供給量を調整する。ここでは、蒸気タービンの起動時における制御を示すため、ラビリンス部には、ガス供給管６０から冷却ガスが供給される。そのため、制御手段１００は、切替弁６１を制御し、ガス供給部７０から流出した冷却ガスを熱交換器８０が備えられていない流路に流している。
【００７８】
図１６に示すように、制御手段１００は、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、熱伸び差を算出し、熱伸び差の時間的変化に対応して、流量調節弁６２を制御して冷却ガスの供給量を調整している。具体的には、熱伸び差が増加する場合には、その増加量に対応して冷却ガスの供給量を増加させている。すなわち、タービンロータ２５の冷却を促進させて、熱伸び差を抑制するようにしている。この際、シール用蒸気管６５からラビリンス部に供給されるシール用蒸気の供給量は、例えば、定格運転時におけるシール用蒸気の供給量の５〜２０％のほぼ一定の低流量に抑えられている。
【００７９】
制御手段１００は、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、熱伸び差が最大値を示し、減少し始めたと判定したときから、流量調節弁６２を制御して冷却ガスの供給量を減少させるとともに、流量調節弁６６を制御してシール用蒸気の供給量を増加させる。そして、冷却ガスの供給量は、例えば、最大供給量の１０％以下のほぼ一定の低流量に抑えられ、シール用蒸気の供給量は、定格運転時に供給される所定の流量まで増加された後、その流量に一定に維持される。
【００８０】
ここで、図１７に示すように、冷却ガスの供給量を起動時からタービンロータ２５の冷却時に供給すべき最大供給量を供給し、起動開始から熱伸び差が減少し始めたと判定するときまで、その供給量を維持するようにしてもよい。
【００８１】
次に、蒸気タービンの停止時おける制御方法について説明する。
【００８２】
図１８は、蒸気タービンの定格状件での運転から蒸気タービンの運転を停止し、完全に蒸気タービンが停止時までの熱伸び差等を示した図である。図１９は、蒸気タービンの停止時における熱伸び差と加熱ガスおよびシール蒸気供給量との関係を示す図である。
【００８３】
蒸気タービンの運転停止時には、熱容量が小さいタービンロータ２５の温度低下は速く、熱容量が大きい、ラビリンス部を含むケーシング部分の温度低下は遅い。そのため、図１８に示すように、蒸気タービンの運転停止時から、タービンロータ軸方向への、タービンロータ２５の伸び量は単調に減少する。一方、ラビリンス部の移動量は、蒸気タービンの運転停止時から所定時間の間はほとんど減少せず、所定時間経過後急激に減少する。そのため、蒸気タービンの運転停止時からラビリンス部の移動量が急激に減少を始めるまでは、熱伸び差は増加し、ラビリンス部の移動量が急激に減少を始める時点で熱伸び差は最大値を示す。
【００８４】
そこで、タービンロータ２５を加熱することで熱伸び差を抑制する。そのため、蒸気タービンの運転停止時以降は、ラビリンス部にはガス供給管６０から加熱ガスが供給される。
【００８５】
図１９に示すように、制御手段１００は、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、定格運転時における熱伸び差に対して熱伸び差が増加し始めたと判定したときから、制御手段１００は、切替弁６１を制御して、熱交換器８０が備えられている流路にガス供給部７０から流出した冷却ガスが流れるようにする。この流路を流れた冷却ガスは所定温度に加熱され、加熱ガスとなる。この切替弁６１の制御と同時に、制御手段１００は、流量調節弁６２を制御して加熱ガスの供給量を増加させるとともに、流量調節弁６６を制御してシール用蒸気の供給量を減少させる。そして、加熱ガスの供給量は、タービンロータ２５の加熱時に供給すべき最大供給量まで増加された後、その流量に一定に維持され、シール用蒸気の供給量は、例えば、定格運転時におけるシール用蒸気の供給量の５〜２０％のほぼ一定の低流量に抑えられる。このように、タービンロータ２５の加熱を促進させて、熱伸び差を抑制するようにしている。
【００８６】
なお、蒸気タービンの運転停止の判定は、例えば、蒸気タービンの主制御部や他の測定機器等から入力した情報に基づいて判定してもよい。
【００８７】
制御手段１００は、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、熱伸び差が所定値となったことを判定したときから、流量調節弁６２、６６を制御して、加熱ガスおよびシール用蒸気を減少させて供給を停止し、蒸気タービンを完全停止状態とする。
【００８８】
なお、制御手段１００が、熱伸び差が増加し始めたと判定し、流量調節弁６２を制御して加熱ガスの供給量を増加させる際、制御手段１００は、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、熱伸び差を算出し、熱伸び差の時間的変化に対応して、流量調節弁６２を制御して加熱ガスの供給量を調整してもよい。具体的には、熱伸び差が増加する場合には、その増加量に対応して加熱ガスの供給量を増加させてもよい。
【００８９】
上記したように本発明に係る蒸気タービンでは、蒸気タービンの起動時にタービンロータ２５を冷却することで、タービンロータ２５の、タービンロータ軸方向の伸びが抑制され、タービンロータ２５のタービンロータ軸方向への伸び量と、ラビリンス部のシールフィン５７のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差を小さく抑えることができる。また、蒸気タービンの運転停止時にタービンロータ２５を加熱することで、タービンロータ２５の、タービンロータ軸方向の急激な縮みが抑制され、タービンロータ２５のタービンロータ軸方向への伸び量と、ラビリンス部のシールフィン５７のタービンロータ軸方向への移動量との差である熱伸び差を小さく抑えることができる。そのため、ラビリンス部のシールフィン５７とタービンロータ２５の周面に形成された凸条２５ａの接触を防止することができ、蒸気タービンの運転時における信頼性を向上させることができる。さらに、上記した熱伸び差を小さく抑えることができるので、ラビリンス部における、タービンロータ軸方向のシールフィン５７の間隔を小さくすることができる。これによって、蒸気タービンの性能の向上を図ることができる。
【００９０】
また、低速ヒートソーク時間や初負荷保持時間などを短縮した場合でも、熱伸び差を熱伸び差制限値よりも小さく抑えることができる。これによって、低速ヒートソーク時間や初負荷保持時間などを短縮することが可能となり、蒸気タービンの起動時間を短縮することができる。
【００９１】
また、本発明に係る蒸気タービンでは、タービンロータ２５の冷却媒体または加熱媒体として、蒸気タービンから抽気した蒸気を使用せずに、大気中の空気を使用することができる。これによって、蒸気タービンから蒸気を抽気することによる蒸気タービンの効率の低下を回避できる。さらに、大気中の空気を使用することにより、蒸気を使用する場合のように、温度の低下による凝縮などを考慮することなく容易に使用することができる。
【００９２】
また、本発明に係る蒸気タービンでは、制御手段１００によって、伸び量検知手段９０と移動量検知手段９１における検知情報に基づいて、熱伸び差を算出し、その熱伸び差に基づいて切替弁６１および流量調節弁６２、６６を調整し、冷却ガス、加熱ガスおよびシール用蒸気の供給量を調整することができる。これによって、冷却ガス、加熱ガスおよびシール用蒸気の供給量を瞬時に的確に調整することができる。
【００９３】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の一実施の形態の蒸気タービンを備えた発電プラントの一例の概略を示す図。
【図２】本発明の一実施の形態の蒸気タービンにおけるラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給するガス供給システムの一例の概略を示す図。
【図３】ラビリンス部の断面構造の一例を示す図。
【図４】グランドラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図。
【図５】グランドラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する他の構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図。
【図６】グランドラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する他の構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図。
【図７】グランドラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成を備えた２重構造のケーシングを備える蒸気タービンの入口側の断面を示した図。
【図８】グランドラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成およびこれらのガスを排気する構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図。
【図９】グランドラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成およびこれらのガスを排気する構成を備えた蒸気タービンの出口側の断面を示した図。
【図１０】中間ラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成を備えた蒸気タービンの入口側の断面を示した図。
【図１１】中間ラビリンス部に冷却ガスまたは加熱ガスを供給する構成およびこれらのガスを排気する構成を備えた蒸気タービンの入口側の断面を示した図。
【図１２】蒸気タービンの起動時から定格状件となるまでの運転手順を示す図。
【図１３】図１２に示した運転手順に基づいて起動したときの、本発明に係るガス供給システムを備えた場合と備えない場合における熱伸び差を示した図。
【図１４】蒸気タービンの起動時から定格状件となるまでの運転手順を示す図。
【図１５】図１４に示した運転手順に基づいて起動したときの熱伸び差等を示した図。
【図１６】蒸気タービン起動時における熱伸び差とガスおよびシール蒸気供給量との関係を示す図。
【図１７】蒸気タービン起動時における熱伸び差とガスおよびシール蒸気供給量との関係を示す図。
【図１８】蒸気タービンの定格状件での運転から蒸気タービンの運転を停止し、完全に蒸気タービンが停止時までの熱伸び差等を示した図。
【図１９】蒸気タービンの停止時における熱伸び差と加熱ガスおよびシール蒸気供給量との関係を示す図。
【図２０】従来の蒸気タービンにおける起動時のタービンロータ軸方向における、タービンロータの伸び量とラビリンス部のシールフィンの移動量との差である熱伸び差等を示した図。
【符号の説明】
【００９５】
１０…蒸気発生器、１１…主蒸気管、１２…低温再熱管、１３…再熱器、１４…高温再熱管、１５…クロスオーバ管、２０…蒸気タービン、２１…高圧タービン、２２…中圧タービン、２３…低圧タービン、２５…タービンロータ、２５ａ…凸条、３０…復水給水系、３１…復水器、３２…給水ポンプ、４０…発電機、５０…グランドラビリンス部、５５…中間ラビリンス部、５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ，５６ｈ，５６ｉ，５６ｊ…ラビリンスパッキン、５７…シールフィン、６０…ガス供給管、６１…切替弁、６２，６６…流量調節弁、６３…回収管、６４…グランドコンデンサ、６５…シール用蒸気管、７０…ガス供給部、８０…熱交換器、９０…伸び量検知手段、９１…移動量検知手段、１００…制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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