(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気タービン、蒸気タービンシステム及びその運転方法に関し、より具体的には、圧力低下制限シールを有しかつ中間パッキン及び／又は端部パッキン漏洩の減少を示す高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン構成に関する。【解決手段】複合高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン２００を提供し、本複合ＨＰＩＰ蒸気タービンは、高圧セクション２１０と、高圧セクションと共通ロータ２３４を共有する中圧セクション２５０と、ロータの長さに沿ってかつ高圧セクション及び中圧セクション間に配置された少なくとも１つのパッキンリング２４０Ａ−Ｃと、パッキンリング２４０Ｃに隣接して配置された第１の端部２６４Ａ及び高圧セクションの蒸気通路段２１２Ｅに隣接して配置された第２の端部２６４Ｂを有する少なくとも１つの導管２６４とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン（２００）であって、
高圧セクション（２１０）と、
前記高圧セクション（２１０）と共通ロータ（２３４）を共有する中圧セクション（２５０）と、
前記ロータ（２３４）の長さに沿ってかつ前記高圧セクション（２１０）及び中圧セクション（２５０）間に配置された少なくとも１つのパッキンリング（２４０Ｃ）と、
前記パッキンリング（２４０Ｃ）に隣接して配置された第１の端部（２６４Ａ）及び前記高圧セクション（２１０）の蒸気通路段（２１２Ｅ）に隣接して配置された第２の端部（２６４Ｂ）を有する少なくとも１つの導管（２６４）と
を備える複合ＨＰＩＰ蒸気タービン（２００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのパッキンリング（２４０Ｃ）が、圧力低下制限シール（３４２）を含む、請求項１記載の複合ＨＰＩＰ蒸気タービン（２００）。
【請求項３】
前記圧力低下制限シール（３４２）が、該圧力低下制限シール（３４２）の両側における圧力差に応じて動く要素（３４２Ａ）を含む、請求項２記載の複合ＨＰＩＰ蒸気タービン（２００）。
【請求項４】
前記圧力低下制限シール（３４２）が、ブラシシール及びリーフシールから成る群から選ばれる、請求項２記載の複合ＨＰＩＰ蒸気タービン（２００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの導管（２６４）が、前記蒸気通路セクション（２１２Ｅ）と前記パッキンリング（２４０Ｃ）に隣接する区域との間で蒸気量を移動させることができる、請求項２記載の複合ＨＰＩＰ蒸気タービン（２００）。
【請求項６】
前記蒸気量が、前記圧力低下制限シール（３４２）の両側における圧力差を該シールについての最大設計圧力差以下に低下させることができる、請求項５記載の複合ＨＰＩＰ蒸気タービン（２００）。
【請求項７】
個別高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン（４００）であって、
高圧セクション（４１０）と、
中圧セクション（４５０）と、
低圧セクション（４５２）と、
前記高圧セクション（４１０）、中圧セクション（４５０）又は低圧セクション（４５２）の少なくとも１つと連動した少なくとも１つのロータ（４３４、４３６、４７４、４９４）と、
前記少なくとも１つのロータ（４３４、４３６、４７４、４９４）の長さに沿って配置された少なくとも１つのパッキンリング（４２０Ａ−Ｂ、４４０Ａ−Ｄ、４８０Ａ−Ｂ）を有する端部パッキン領域（４３０Ａ−Ｂ、４７０、４９０）と、
前記端部パッキン領域（４３０Ａ−Ｂ、４７０、４９０）に隣接して配置された第１の端部及び前記高圧セクション（４１０）の蒸気通路段（４１２Ａ−Ｂ、４１２Ｄ−Ｅ）に隣接して配置された第２の端部を有する少なくとも１つの導管（４６０−４６６）と
を備える個別ＨＰＩＰ蒸気タービン（４００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのパッキンリング（４２０Ａ−Ｂ、４４０Ａ−Ｄ、４８０Ａ−Ｂ）が、圧力低下制限シール（３４２）を含む、請求項７記載の個別ＨＰＩＰ蒸気タービン（４００）。
【請求項９】
前記圧力低下制限シール（３４２）が、該圧力低下制限シール（３４２）の両側における圧力差に応じて動く要素（３４２Ａ）を含む、請求項８記載の個別ＨＰＩＰ蒸気タービン（４００）。
【請求項１０】
前記圧力低下制限シール（３４２）が、ブラシシール及びリーフシールから成る群から選ばれる、請求項８記載の個別ＨＰＩＰ蒸気タービン（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、総括的には蒸気タービン、蒸気タービンシステム及びその運転方法に関し、より具体的には、圧力低下制限シールを有しかつ中間パッキン及び／又は端部パッキン漏洩の減少を示す高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
全ての複合ＨＰＩＰ蒸気タービン構成は、高圧（ＨＰ）セクション及び中圧（ＩＰ）セクション間で中間パッキン漏洩を生じる。この中間パッキン漏洩は、ＨＰ及びＩＰセクション間の大きな圧力比（図面において矢印Ａで表す）並びにこれら領域における高い作動温度によって加速される。一般的に、そのような漏洩は、蒸気タービンにおける全漏洩損失の７０％〜９０％に相当する。個別ＨＰＩＰセクションでは、最大の漏洩は、ＨＰ及びＩＰ入口区域である高圧力低下かつ高温の区域に対応している。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂには、公知の複合ＨＰＩＰ蒸気タービンの典型的なものの概略断面図を示している。図１Ａを参照すると、蒸気タービン１００は、ＨＰセクション１１０と、ＩＰセクション１５０と、それらの間の中間パッキンセクション１３０とを含む。ＨＰセクション１１０は、複数の蒸気通路段１１２Ａ−Ｅを含む。中間パッキンセクション１３０は、ロータ１３４の長さに沿って配置された複数のパッキンリング１４０Ａ−Ｅを含む。漏洩は、パッキンリング１４０Ａ−Ｅの対応する歯に対するロータ１３４の歯の近接によって減少する。そのような近接については、図１Ｂの詳細図に一層明瞭に示している。蒸気流は、ＨＰセクション１１０からＩＰセクション１５０にほぼ通路Ａに沿っている。
【０００４】
中間パッキン漏洩を減少させかつ全タービン効率を向上させる１つの解決方法は、ロータ１３４に沿ったパッキン歯１３６の数を増加させることであった。このように数を増加させることは流れを制限することになり、これは、その他の点ではある程度まで漏洩を減少させることが期待されることになる。しかしながら、パッキン歯の追加は、より大きな軸受スパンを必要とし、そのことにより次に、ロータが一層可撓性になりかつ大きい半径方向間隙を必要とすることになる。それらの大きい半径方向間隙は、漏洩流（量）を増加させる。その結果、中間パッキン漏洩の減少及びタービン効率に関して、殆ど改善が見られない。
【０００５】
ブラシシール及びリーフシールを組込んだシール装置のような他のシール装置では、小さい半径方向間隙が得られ、それらシール装置は、これまで他の箇所で用いられてきた。しかしながら、ブラシシール、リーフシール及び同様な装置（本明細書では、圧力低下制限シールと呼ぶ）は、該シールの両側で大きい圧力差が見られるような箇所では使用することができない。一般的に、そのような圧力差は、約２１．１ｋｇ／ｃｍ2（約３００ｐｓｉ）よりも大きくなる可能性はない。典型的なＨＰＩＰ蒸気タービンのＨＰセクションにおける圧力は、約３１６ｋｇ／ｃｍ2（約４５００ｐｓｉ）ほどもの高さであるが、ＩＰセクションにおける圧力は、ほぼ２８．１ｋｇ／ｃｍ2（約４００ｐｓｉ）〜３５．２ｋｇ／ｃｍ2（約５００ｐｓｉ）である。その結果、各パッキンリングの両側における圧力差は、ブラシシール及びリーフシールのような圧力低下制限シールを使用するのには大き過ぎる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態は、複合高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン（２００）を提供し、本複合ＨＰＩＰ蒸気タービンは、高圧セクションと、高圧セクションと共通ロータを共有する中圧セクションと、ロータの長さに沿ってかつ高圧セクション及び中圧セクション間に配置された少なくとも１つのパッキンリングと、パッキンリングに隣接して配置された第１の端部及び高圧セクションの蒸気通路段に隣接して配置された第２の端部を有する少なくとも１つの導管とを含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、個別高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービンを提供し、本個別ＨＰＩＰ蒸気タービンは、高圧セクションと、中圧セクションと、低圧セクションと、高圧セクション、中圧セクション又は低圧セクションの少なくとも１つと連動した少なくとも１つのロータと、少なくとも１つのロータの長さに沿って配置された少なくとも１つのパッキンリングを有する端部パッキン領域と、端部パッキン領域に隣接して配置された第１の端部及び高圧セクションの蒸気通路段に隣接して配置された第２の端部を有する少なくとも１つの導管とを含む。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、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、高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービンと、該蒸気タービンに蒸気量を供給する蒸気発生装置とを含み、該ＨＰＩＰ蒸気タービンは、高圧セクションと、中圧セクションと、高圧セクション及び中圧セクションの少なくとも１つと連動した少なくとも１つのロータと、少なくとも１つのロータの長さに沿って配置された少なくとも１つのパッキンリングと、パッキンリングに隣接して配置された第１の端部及び高圧セクションの蒸気通路段に隣接して配置された第２の端部を有する少なくとも１つの導管とを含む。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービンにおける中間パッキン漏洩を減少させる方法を提供し、本方法は、ＨＰＩＰ蒸気タービンの高圧セクションの蒸気通路段と少なくとも１つのパッキンリングを含む該ＨＰＩＰ蒸気タービンの中間パッキンセクションとの間で蒸気量を導くステップを含む。
【００１０】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付図面と関連させて行なった本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】公知の複合高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービンの概略断面図。
【図１Ｂ】図１ＡのＨＰＩＰ蒸気タービンの一部分の詳細図。
【図２】本発明の１つの実施形態による、複合ＨＰＩＰ蒸気タービンの概略断面図。
【図３】本発明の様々な実施形態で使用するのに適した圧力低下制限シールを含むパッキンリングの概略断面図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、個別ＨＰＩＰ蒸気タービンの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の図面は、正確な縮尺になってい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図示しようとしているものであり、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、同じ参照符号は、各図面間にわたって同様の要素を表している。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態による、複合高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービンの概略断面図である。図１に示す装置のような公知の装置と同様に、図２のＨＰＩＰ蒸気タービン２００は、高圧（ＨＰ）セクション２１０と、中圧（ＩＰ）セクション２５０と、それらの間の中間パッキンセクション２３０とを含む。中間パッキンセクション２３０は、ＨＰセクション２１０及びＩＰセクション２５０間に配置されたロータ２３４と、ロータ２３４の長さに沿った複数のパッキンリング２４０Ａ−Ｃとを含む。
【００１４】
しかしながら、図２に示す本発明の実施形態は、圧力低下制限シール（図３に示しかつ下記により詳細に説明する）を有するパッキンリング２４０Ａ−Ｃを含む。圧力制限シールの使用は、それを通して高圧蒸気量を移動させる（例えば通路Ｂに沿って導管２６４を通して）ことができる導管又は「漏出管路」２６０、２６２、２６４を中間パッキンセクション２３０とＨＰセクション２１０の蒸気通路段２１２Ａ、２１２Ｃ、２１２Ｅとの間に設けることによって、実施可能になる。導管を通る蒸気流により、パッキンリング２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの両側における圧力差が決まる。
【００１５】
導管又は漏出管路は、ＨＰセクション内に見られる温度及び圧力を有する蒸気を収容しかつ該蒸気の移動を可能にすることができるあらゆる材料のものとすることができる。各導管又は漏出管路２６４は、パッキンリング２４０Ｃに隣接した第１の端部２６４Ａ及びＨＰセクション２１０の蒸気通路段２１２Ａに隣接した第２の端部を含む。（簡略化するために、導管又は漏出管路の第１及び第２の端部は、導管又は漏出管路２６４に関してのみ示している。しかしながら、その他の導管又は漏出管路２６０、２６２もまた第１及び第２の端部を含むことになることを理解されたい。）
１以上の圧力低下制限シールの両側における得られた圧力差は、例えば使用している導管又は漏出管路の数に応じて変化させることができる。しかしながら、シールの両側における圧力差は、該シールの最大設計圧力差よりも大きくすべきではない。例えば、典型的なブラシシールの最大設計圧力差は、約１４．１ｋｇ／ｃｍ2（約２００ｐｓｉ）〜約２１．１ｋｇ／ｃｍ2（約３００ｐｓｉ）である。従って、ブラシシールを使用するケースでは、ブラシシールの両側における圧力差は、約２１．１ｋｇ／ｃｍ2（約３００ｐｓｉ）よりも大きくなく、好ましくは約２１．１ｋｇ／ｃｍ2（約３００ｐｓｉ）よりも小さく、より好ましくは約１７．６ｋｇ／ｃｍ2（約２５０ｐｓｉ）、さらにより好ましくは約１４．１ｋｇ／ｃｍ2（約２００ｐｓｉ）よりも小さくすることができる。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態では、僅か１つの導管又は漏出管路を含むことができるが図２に示す実施形態のような本発明の他の実施形態では、複数のそのような導管又は漏出管路を含むことができる。さらに、本発明の幾つかの実施形態では圧力低下制限シールを有する１つのパッキンリングを含むことができるが、本発明の他の実施形態では、複数のそのようなパッキンリングを含むことができる。例えば、幾つかの実施形態では、ブラシシールのような圧力低下制限シールを有する単一のパッキンリングと単一の導管又は漏出管路とを設けることによって大幅に中間パッキン漏洩を減少させかつ／又はタービン効率を向上させることを実施可能にすることができる。図１Ａ及び図１Ｂに示すパッキンリング（１４０Ａ−Ｅ）のようなその他の従来型のパッキンリングもまた、そのような実施形態において用いることができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態では、圧力低下制限シールを含んだ状態でさらに中間パッキン漏洩を減少させかつ／又はタービン効率を向上させる複数のパッキンリングを設けることにより、少ない数のかつより効率的なパッキンリング（つまり、圧力低下制限シールを含むパッキンリング）の使用によりロータ２３４の全長を縮小することが可能になる付加的利点を得ることができる。上述したように、パッキンリングの数を増加させることにより、軸受スパンの増大（より長いロータ）、ロータ可撓性の増大及び半径方向間隙の増大が生じる。これに反して、本発明の実施形態により可能になるような少ない数のパッキンリングの使用は、軸受スパンの縮小（より短いロータ）、ロータ可撓性の低下及び半径方向間隙の縮小を可能にする。従って、本発明の実施形態は、圧力低下制限シールを有するパッキンリングを使用することにより中間パッキン漏洩を減少させかつ／又はタービン効率を向上させるが、そのようなパッキンリングの使用により可能になる軸受スパンの縮小もまた、中間パッキン漏洩の減少及び／又はタービン効率の向上にさらに寄与することができる。
【００１８】
図３は、本発明の実施形態で使用するのに適しておりかつ図２に示すような（２４０Ａ−Ｃ）ブラシシール３４２を備えたパッキンリング３４０の概略断面図である。ブラシシール３４２は、ロータの長手方向軸線に対してほぼ垂直に半径方向に配向されて、ＨＰブロック３４２Ｂ及びＩＰブロック３４２Ｃに対してシールされ（図示せず）かつそれらの間に配置された複数のブラシ３４２Ａを含む。
【００１９】
上述したように、本発明はブラシシールの使用に限定されるものではない。あらゆる圧力低下制限シールを用いることができ、リーフシールは、１つの実施例である。本発明の様々な実施形態を実施するのに有用である圧力低下制限シールは、シールの両側における圧力差に応じた動きを可能にする要素（例えば、ブラシ、リーフなど）を含む。例えば、ブラシシールのブラシは、より低い圧力を受けるシールの側に向かってかつより高い圧力を受ける該シールの側から離れる方向に屈曲し又は別の状態で動く。リーフシールのリーフは、該シールの両側における圧力差に応じて同様に動く。
【００２０】
本発明の幾つかの実施形態では、パッキンリング３４０はさらに、多くの場合公知のパッキンリングにおいて見られるように歯３４４、３４６を含む。本発明の他の実施形態では、ブラシシール又はリーフシールによって生じた中間パッキン漏洩の減少により、そのような歯に対する必要性又は願望を取除くことができる。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態による個別ＨＰＩＰ蒸気タービン４００の概略断面図である。ここで、ＨＰセクション４１０及びＩＰセクション４５０間における単一の中間パッキンセクションではなくて、蒸気タービン４００は、その１つがＨＰセクション４１０の両側面に位置し、その１つがＩＰセクション４５０に隣接し、またその１つが低圧（ＬＰ）セクション４２に隣接して位置した４つの端部パッキンセクション４７０、４３０Ａ、４３０Ｂ、４９０を含む。
【００２２】
図４に示す実施形態では、導管４６０〜４６６は、図２に示す導管と同様に機能して、ＨＰセクション４１０及び端部パッキンセクション４７０、４３０Ａ、４３０Ｂ、４９０間の蒸気の流れを可能にする。従って、圧力低下制限シールを有するパッキンリング４２０Ａ−Ｂ、４４０Ａ−Ｂ、４４０Ｃ−Ｄ、４８０Ａ−Ｂは、各端部パッキンセクション４７０、４３０Ａ、４３０Ｂ、４９０内で用いることができる。他の実施形態では、そのようなパッキンリングは、各端部パッキンセクションよりも少ない数として用いることができる。
【００２３】
本発明による蒸気タービンシステムは、上記の蒸気タービンのような複合ＨＰＩＰ蒸気タービン又は個別ＨＰＩＰ蒸気タービンと、そのようなＨＰＩＰ蒸気タービンに蒸気量を供給するためのボイラのような蒸気発生装置とを含むことができる。そのような蒸気タービンシステムの他の構成要素は、当業者には知られているであろう。
【００２４】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる関連又は組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行うことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【符号の説明】
【００２５】
１００、２００、４００  高圧−中圧（ＨＰＩＰ）蒸気タービン
１１０、２１０、４１０  高圧セクション
１３０、２３０、４３０  中間パッキンセクション
１３６  パッキン歯
１５０、２５０、４５０  中圧セクション
１４０Ａ−Ｅ、２４０Ａ−Ｃ、３４０、４２０Ａ−Ｂ、４４０Ａ−Ｄ、４８０Ａ−Ｂ  パッキンリング
１３４、２３４、４３４、４３６、４７４、４９４  ロータ
２６０〜２６４、４６０〜４６６  導管
２６４Ａ  第１の端部
２６４Ｂ  第２の端部
１１２Ａ−Ｅ、２１２Ａ−Ｅ、４１２Ａ−Ｅ  蒸気通路段
３４２  ブラシシール
３４２Ａ  ブラシ
３４２Ｂ  高圧ブロック
３４２Ｃ  中圧ブロック
３４４、３４６  歯
４５２  低圧セクション
４３０、４７０、４９０  端部パッキン領域
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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