(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセクション（１１０）と第２のセクション（１２０）とを備え、第１のセクション（１１０）が高圧タービンセクションであって、第２のセクション（１２０）が中圧タービンセクションであるタービン（１００）用の冷却システム（１６０）であって、
第１のセクション（１１０）から第１の温度を有する第１の流れを分岐する第１のライン（１７０）と、
第１のセクション（１１０）から第１の温度よりも低い第２の温度を有する第２の流れを分岐する第２のライン（１９０）と、
第１の流れと第２の流れの合体流を第２のセクション（１２０）に導く合体ライン（２１０）と
を備える冷却システム（１６０）。
【請求項２】
第１のライン（１７０）が高圧タービンセクションから漏洩流を分岐するラインであり、第２のライン（１９０）が高圧タービンセクションから再熱流を分岐するラインである、請求項１記載の冷却システム（１６０）。
【請求項３】
第１のライン（１７０）が、第１のセクション内への逆流を防止する第１の弁（１８０）を備える、請求項１又は請求項２記載の冷却システム（１６０）。
【請求項４】
第２のライン（１９０）が絞り弁（２００）を備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の冷却システム（１６０）。
【請求項５】
前記絞り弁（２００）が、第２の流れが所定の温度を超えたときに開き始める、請求項４記載の冷却システム（１６０）。
【請求項６】
前記絞り弁（２００）が、そこを通過する可変流量を含む、請求項４又は請求項５記載の冷却システム（１６０）。
【請求項７】
前記合体ライン（２１０）が合体ライン弁（２２０）を備える、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の冷却システム（１６０）。
【請求項８】
前記合体ライン弁（２２０）が、タービン（１００）が所定の負荷を超えたときに開く、請求項７記載の冷却システム（１６０）。
【請求項９】
前記合体ライン弁（２２０）が、第２のセクション（１２０）が所定の温度を超えたときに開く、請求項７記載の冷却システム（１６０）。
【請求項１０】
前記合体ライン弁（２２０）が油圧弁を含む、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の冷却システム（１６０）。
【請求項１１】
タービン（１００）の高圧タービンセクション（１１０）からの漏洩流で中圧タービンセクション（１２０）を冷却する方法であって、
高圧タービンセクション（１１０）から漏洩流を導き、
高圧タービンセクション（１１０）からの再熱流と漏洩流を合流させて合体流を形成し、
中圧タービンセクション（１２０）に合体流を導く
ことを含んでなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は広義には蒸気タービンに関し、具体的には、内部漏洩流を再熱冷却流として用いる蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
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を次々に配置できるように一連の様々な蒸気圧で配置されることが多い。蒸気は概して高圧セクションの蒸気路から抽出し、下流で冷却流として用いることができる。蒸気路から抽出した蒸気のエンタルピーは大幅に変化しかねないので、抽出蒸気の正確なエンタルピーを確実に予測するのは困難である。
【０００３】
具体的には、ある量の過剰冷却を与えることが、例えば中圧セクションのホイル空間温度を構造的要件の範囲内に保持するため必要となることがある。これを担保するには、蒸気経路の不確実さらのため、有る量の過剰冷却が必要とされることがある。しかし、過剰冷却は、シェル変形、振動、パッキン損傷などの他の構造的問題を引き起こしかねない。こうした問題は、冷却蒸気温度とホイル空間金属温度との間の過度の温度不一致に起因することがある。
【０００４】
内側及び外側タービンシェル間のギャップを通って広がる漏洩流が存在する。この流れは、内側端部パッキンリング流及び対応するスナウト漏洩流を含む。この漏洩流は一般に、システム内のエネルギーの無駄と考えられる。漏洩流を用いる限り、そのような漏洩は、単一供給源からの直接冷却流として用いられ、すなわち流れの温度は、調整することができない。
【特許文献１】米国特許第６４４３６９０号明細書
【特許文献２】米国特許第７００３９５６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０２６１４１７号明細書
【特許文献４】特開昭６０−０６０２０７号公報
【特許文献５】特開昭５６−０７５９０２号公報
【特許文献６】特開昭５４−１５３９０４号公報
【特許文献７】特開平０９−０３２５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、改良型の冷却システム及び方法に対する要望が存在する。そのような改良型のシステム及び方法は、生産的で効率的な方法で漏洩流を使用すると同時に、システム全体の効率を向上させることができるのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本出願は、第１のセクションと第２のセクションとを備えるタービン用の冷却システムについて開示する。第１のセクションは、第１のセクションから第１の温度を有する第１の流れを分岐する第１のラインと、第１のセクションから第１の温度よりも低い第２の温度を有する第２の流れを分岐する第２のラインと、第１の流れと第２の流れの合体流を第２のセクションに導く合体ラインとを含むことができる。
【０００７】
本出願はさらに、タービンの高圧タービンセクションからの漏洩流で中圧タービンセクションを冷却する方法について開示する。本方法は、高圧タービンセクションから漏洩流を導くステップと、高圧タービンセクションからの再熱流と漏洩流を合流させて合体流を形成するステップと、中圧タービンセクションに合体流を導くステップとを含む。
【０００８】
本出願はさらに、高圧タービンセクションと中圧セクションを備えたタービン用の冷却システムについて開示する。本冷却システムは、高圧セクションから漏洩流を分岐する第１のラインと、高圧セクションから再熱流を分岐する第２のラインと、漏洩流及び再熱流の合体流を中圧セクションに導く合体ラインとを含むことができる。絞り弁を第２のラインに設けて、低温再熱流の流量を変化させることができる。
【０００９】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、図面及び特許請求の範囲と関連させることにより、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、幾つかの図を通して同じ参照符合が同様の要素を示す図面を参照すると、図１は、本明細書に説明するようなタービンシステム１００を示す。タービンシステム１００は、高圧（「ＨＰ」）セクション１１０及び中圧（「ＩＰ」）セクション１２０を含むことができる。低圧（「ＬＰ」）セクションも一般に用いることができる。ＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１２０は、シャフト１３０に配設できる。タービンシステム１００はまた、様々な段用の幾つかのダイヤフラムパッキン１４０を含む。パッキン１４０は、可変半径方向クリアランス及び可変パッキン歯数を有することができる。低温再熱ライン１５０は一般に、ＨＰセクション１１０の低圧段を下流方向に通過した高圧段から用いることができる。本明細書では、その他のタービン構成も用いることができる。
【００１１】
タービンシステム１００はさらに、ＩＰ冷却システム１６０を含むことができる。ＩＰ冷却システム１６０は、第１のライン１７０を含むことができる。第１のライン１７０は、ＨＰセクション１１０の下流に配置し、内側端部パッキンリング流及び対応するスナウト漏洩流を含む内側及び外側シェル間の漏洩による漏洩ストリームをＨＰセクション１１０から導くことができる。
【００１２】
第１のライン１７０は、該ライン上に設けられた第１の弁１８０を有する。第１の弁１８０は、手動操作することができる。弁開放は、低温再熱圧力についての所望の圧力範囲によって決定することができる。範囲は、約２％〜約５％とすることができる。本明細書では、その他の範囲も用いることができる。第１の弁１８０は、ＨＰセクション１１０からのあらゆる排出蒸気が内側及び外側シェル間を逆流し、シェル変形を引き起こす可能性を防止することができる。第１の弁１８０は、目標冷却温度流を与えるようなユニット設定値で調整することができる。次に弁１８０は、固定するか又は後ほど調整することができる。
【００１３】
冷却システム１６０はまた、第２のライン１９０を含む。第２のライン１９０は、低温再熱ライン１５０と関連させることができる。第２のライン１９０は、冷却蒸気を供給する。第２のライン１９０は、該ライン上に設けられた第２の弁２００を含むことができる。第２の弁２００は、絞り弁とすることができる。第２の弁２００は、冷却蒸気温度が例えば約９２５°Ｆ（約４９６℃）を超えたときに開く。本明細書では、その他の温度も用いることができる。第２の弁２００の開放は、目標冷却蒸気温度によって決定できる。第２の弁２００は、それを通して可変流量を供給することができる。第２の弁２００は、ＩＰセクション１２０内の過度の温度を防止する。
【００１４】
第１のライン１７０と第２のライン１９０は、Ｔ字継手又はその他のタイプのコネクタを介して合体ライン２１０に合流させることができる。合体ライン２１０は、ＩＰセクション１２０内に延びる。合体ライン２１０は、該ライン上に設けられた合体ライン弁２２０を有することができる。合体ライン弁２２０は、完全に開放又は閉鎖することができる油圧操作弁とすることができる。合体ライン弁２２０は、ＨＰセクション１１０からの蒸気がＩＰセクション１２０内に漏洩するのを防止し、また過速度状態の一因となるのを防止するように閉じることができる。合体ライン弁２２０は、蒸気タービン負荷が約５％程度を超えたときに、また高温後部温度が約１０２５°Ｆ（約５５２℃）を超えたときに開くことができる。本明細書では、その他の温度も用いることができる。流れオリフィス２３０もまた、合体ライン２１０上に配置することができる。流れオリフィス２３０は、冷却蒸気流量を測定することができる。±約５％の精度を用いることができる。本明細書では、その他の範囲も用いることができる。
【００１５】
使用中に、内部漏洩蒸気は、第１のライン１７０を通って流れ、一方、より低温の蒸気は、低温再熱ライン１５０から第２のライン１９０を通して供給される。第２の弁２００は一般に、冷却蒸気が十分な温度になっている時に開く。流れは、合体ライン２１０に合流し、合体ライン２１０内において、合体ライン弁２２０は、所定の圧力及び温度に基づいて開く。合体流は次に、第１の再熱段ホイル空間及びその他の温度を低下させるようにＩＰセクション１２０内で用いられる。従って高温蒸気及びより低温蒸気の使用は、過剰冷却の危険性を減少させながらタービン全体の信頼性を高めるような広範な冷却温度を可能にする。
【００１６】
冷却システム１６０は、幾つかの運転条件下で試験された。これら条件には、ゼロ（０）〜約２０％までの根元反作用、約３０％〜ほぼ全負荷（１００％）（変圧運転における全負荷温度とする）の蒸気タービン負荷、約５％〜約８％の再熱器圧力低下、約０．０１〜約０．０８インチ（約０．２５〜約２ｍｍ）のノズルから端部パッキンまでのクリアランス、及び約２％〜約５％の局所抽出部からＨＰ排出部までの圧力低下が含まれる。熱伝導及び直交流衝突が考慮された。全体的に、ホイル空間温度は、全負荷（１００％）における標準クリアランスでの約２００００ｌｂｍ／時（約９０７２ｋｇ／時）及び二重クリアランスでの約３００００ｌｂｍ／時（約１３６０８ｋｇ／時）から約３０％負荷における標準クリアランスでの約５０００〜１００００ｌｂｍ／時（約２２６８〜４５３６ｋｇ／時）及び二重クリアランスでの約１００００〜１５０００ｌｂｍ／時（約４５３６〜６８０４ｋｇ／時）の冷却蒸気流量で、約９２５°Ｆ（約４９６℃）以下に維持された。本明細書では、その他の温度及び流量も用いることもできる。
【００１７】
従って、冷却蒸気流の温度は、必要に応じて、高温内部漏洩蒸気と低温再熱蒸気との間で調整することができる。温度を制御することができるので、過剰冷却の現在の要件を低減することができる。同様に、このようにして蒸気路流の使用も排除することができる。さらに、漏洩流の使用は、約０．３５％程度までシステム効率全体を改善することができる。別の改善もまた可能とすることができる。
【００１８】
図２は、別の冷却システム２５０を示している。低温再熱ライン１５０に代えて又は低温再熱ライン１５０に加えて、この実施形態は、高圧端部パッキン漏洩ライン２６０を含むことができる。高圧端部パッキン漏洩ライン２６０は、端部パッキン漏洩蒸気を第２のライン１９０及び／又は合体ライン２１０内に導くことができる。高圧端部パッキン漏洩蒸気はまた、全体としてシステム１００における蒸気の「低温」供給源として作用することができる。本明細書では、その他の供給源もまた用いることができる。
【００１９】
以上の説明は、本出願の好ましい実施形態のみに関するものであること、また特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく、当業者が本明細書において多数の変更及び修正を行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本明細書に説明するような冷却システムを備えた蒸気タービンの概略図。
【図２】本明細書に説明するような冷却システムの別の実施形態を備えた蒸気タービンの概略図。
【符号の説明】
【００２１】
１００  タービンシステム
１１０  高圧（「ＨＰ」）セクション
１２０  中圧（「ＩＰ」）セクション
１３０  シャフト
１４０  ダイヤフラムパッキン
１５０  低温再熱ライン
１６０  ＩＰ冷却システム
１７０  第１のライン
１８０  第１の弁
１９０  第２のライン
２００  第２の弁
２１０  合体ライン
２２０  合体ライン弁
２３０  流れオリフィス
【図１】
0005461798.tif 000002
【図２】
0005461798.tif 000003