(57)【要約】【課題】エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができるようにすること。【解決手段】主通路２５を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量においてラジアルタービンホイール１３の出口２４に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路２６を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路２５を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路２６を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整するようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアルタービンホイールとケーシングによって構成される主通路と従通路の各々に圧力の異なる２つの流体を流す工程を備えた二圧式ラジアルタービンの運用方法であって、
前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整することを特徴とする二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項２】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記主通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項３】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項４】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記主通路に流体を送入し、起動して、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項５】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項６】
前記主通路に流体を送出する高圧ポンプの送出圧力、および前記従通路に流体を送出する低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するか、または、前記高圧ポンプから送出された流体を前記主通路に導く配管の途中に設けられた第１のバルブの開度、および前記低圧ポンプから送出された流体を前記従通路に導く配管の途中に設けられた第２のバルブの開度をそれぞれ調整するか、あるいは、前記ケーシングの内部で、かつ、前記主通路の上流側に配置された可変ノズル、および前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項７】
前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。
【請求項８】
タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、
前記主通路の正面側または背面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、
前記主通路、および前記従通路に流入する流体によって駆動されるラジアルタービンホイールと、
前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、
前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整することを特徴とする二圧式ラジアルタービン。
【請求項９】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記主通路に流体を送入し、起動して、無負荷の状態に達した後、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。
【請求項１０】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記従通路に流体を送入し、起動して、無負荷の状態に達した後、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。
【請求項１１】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記主通路に流体を送入し、起動して、無負荷の状態に達した後、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。
【請求項１２】
前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、
前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。
【請求項１３】
前記主通路に流体を送出する高圧ポンプの送出圧力、および前記従通路に流体を送出する低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するか、または、前記高圧ポンプから送出された流体を前記主通路に導く配管の途中に設けられた第１のバルブの開度、および前記低圧ポンプから送出された流体を前記従通路に導く配管の途中に設けられた第２のバルブの開度をそれぞれ調整するか、あるいは、前記ケーシングの内部で、かつ、前記主通路の上流側に配置された可変ノズル、および前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにして運用されることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の二圧式ラジアルタービン。
【請求項１４】
前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにして運用されることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の二圧式ラジアルタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる温度および／または異なる圧力を有する二つの流体を取り扱う二圧式ラジアルタービンの運用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半径方向の流速成分を主要な成分として持ってタービンホイールに流入し、旋回する中低温・高温、高圧の流体から旋回エネルギーを回収して回転動力に変換するとともに、その旋回エネルギーが回収された流れを軸方向に吐出する単一のタービンホイールを備えたラジアルタービン（例えば、特許文献１に開示された二圧式ラジアルタービン）は、各種産業用プラントから高温、高圧の流体で排出される排出エネルギーの動力回収、船舶や車両用の動力源、等の熱サイクルを経由して動力を得るシステムの排熱回収、地熱・ＯＴＥＣ等の中低温熱源を利用するバイナリーサイクル発電の動力回収、等において広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８８５３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、上記特許文献１に開示された二圧式ラジアルタービンにおいて、主流入路２９→入口流路３１→ノズル３３→主入口２７→主通路２３を通過する流体と、従流入路３７→入口流路３９→ノズル４１→従入口３５→従通路２５を通過する流体との流量比は、いかなる組み合わせであっても差し支えない。
【０００５】
ここで、上記特許文献１に開示された二圧式ラジアルタービンを含むラジアルタービンは、一般に発電用に使用されるため一定回転数で運用される。このような一定回転数にて運用されるタービンにおいては、定格出力以下の部分負荷で運転される場合や、起動時等、定格流量以下の低流量で運転される場合がある。そのような場合、タービン出口における流れが旋回流となり、この旋回流が不安定になって周期的な変動成分を有する騒音や圧力変動が発生し、さらにその圧力変動が大きい場合には軸振動が発生する場合がある。すなわち、部分負荷で運転される場合や、定格流量以下の低流量で運転される場合、「流れの脈動」が発生し、その結果、周期的な圧力変動や、振動、騒音が発生することがある。
【０００６】
つぎに、この原因について説明する。
タービン出口における流れは、設計点では旋回流の速度は略ゼロで軸方向に流れる。部分負荷（流量が減少すると）になるとこの旋回流の速度が増加するが、回転軸周りに一定の速度で旋回しながら軸方向に流れることを期待するものである。ところが、この旋回流の速度が大きくなってくると、流れが蛇行し歳差運動を始めるために「流れの脈動」が発生する。例えば、水車では、ドラフトチューブの圧力変動や振動問題とそのメカニズムとして一般に認識されているものである。この水車の振動問題に類似の「流れの脈動」現象がラジアルタービン（斜流タービン）の起動時や部分負荷運用時に発生することがある。
【０００７】
つづいて、従来のラジアルタービンにおいて「流れの脈動」が発生するメカニズムを、図２２から図２５を用いて説明する。
図２２は従来のラジアルタービンの子午面形状と設計流量近傍のタービンを通り抜ける流れを示す図、図２３は従来のラジアルタービンの翼形状とタービンを通り抜ける流れ、および設計流量時のタービン出口におけるタービン出口速度三角形を示す図、図２４は従来のラジアルタービンの子午面形状と低流量時のタービンを通り抜ける流れ、および低流量時の蛇行する流れを示す図、図２５は低流量時のタービン出口におけるタービン出口における速度三角形を示す図である。
【０００８】
図２２に示すように、設計流量（定格流量）では、子午面における流速分布は半径方向に略一様な速度分布を有するように設計されるが、実際には、図中に二点鎖線で示すように、シュラウド側で速くハブ側で遅い流速分布になっていることが多く、その速度差が大きい場合には、シュラウド側で平均軸流流速に比べて約＋１０％、ハブ側で平均軸流流速に比べて−１０％程度の流速分布が生じていることもある。
ここではこの分布を平均した半径方向に一様な分布を代表流速分布として説明する。
【０００９】
一方、図２３に示すように、設計流量では、タービン出口（動翼出口）の流れの平均速度を示す速度三角形において、絶対流れの流速の方向は略軸方向を向いて流れるように設計されている。ところが、発電装置では回転数が一定なので、例えば、出力を低下させるために、タービン入口の圧力を下げると、タービンを通過する流量が低減し、タービン出口の相対流れの流速が低下する。その時、タービン翼の角度が決まっているので、結果としてタービンから流出する絶対流れの向きが変化し、回転軸に対する流れ角αが設計点の略０度から大きくなり回転軸周りの旋回流になってゆく。
【００１０】
ところが、図２４に示すように、この旋回流の流れ角αがおおよそ３０度を超えた辺りから旋回流が軸対称の流れから蛇行を始め、吐出管内の周方向に圧力分布が発生し、その圧力分布が旋回することにより一定周波数の「流れの脈動」が発生して、周期的な圧力変動や騒音、この圧力変動による軸振動等が発生することがある。また、この一定の周波数は、ラジアルタービンの作動点によって異なり、時間的に作動点が一定の時に、一定の周波数で変動する。したがって、作動点の変化によって周波数が変化し、ラジアルタービンの固有振動数と共振を起こし、ラジアルタービンが破損に至るおそれもある。
【００１１】
なお、水車においては、水や液体が流れるので、流体の密度、および圧力変動の振幅が大きく、構造的なトラブルを発生するおそれがあることから、多くの研究がなされるとともに、多くの対策案が考案されている。
一方、ラジアルタービンにおいては、一般に気体が流れるので、流体の密度、および圧力変動の振幅が小さく、構造的なトラブルとして認識されていない場合も多いが、本発明が対象とするエキスパンジョンタービンでは、低沸点媒体が流されることがあり、この場合、低沸点媒体の密度が大気よりも大きく、圧力変動の振幅が大きくなって、構造的なトラブルに発展するおそれがある。
【００１２】
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、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる二圧式ラジアルタービンの運用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】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法は、ラジアルタービンホイールとケーシングによって構成される主通路と従通路の各々に圧力の異なる２つの流体を流す工程を備えた二圧式ラジアルタービンの運用方法であって、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整するようにした。
【００１４】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００１５】
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。
【００１６】
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００１７】
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。
【００１８】
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００１９】
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。
【００２０】
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００２１】
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。
【００２２】
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００２３】
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路に流体を送出する高圧ポンプの送出圧力、および前記従通路に流体を送出する低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するか、または、前記高圧ポンプから送出された流体を前記主通路に導く配管の途中に設けられた第１のバルブの開度、および前記低圧ポンプから送出された流体を前記従通路に導く配管の途中に設けられた第２のバルブの開度をそれぞれ調整するか、あるいは、前記ケーシングの内部で、かつ、前記主通路の上流側に配置された可変ノズル、および前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにするとさらに好適である。
【００２４】
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、高圧ポンプの送出圧力および低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するだけで、または、第１のバルブの開度および第２のバルブの開度をそれぞれ調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００２５】
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにするとさらに好適である。
【００２６】
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、可変ノズルの翼角度を調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
また、このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、ケーシングの内部で、かつ、主通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するよりも、ノズルとケーシング１１との間に生じた隙間に生じる圧力差が小さいので、当該隙間からの漏れ損失を少なくすることができ、当該二圧式ラジアルタービンの性能低下を抑制することができる。
【００２７】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンは、タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、前記主通路の正面側または背面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、前記主通路、および前記従通路に流入する流体によって駆動されるラジアルタービンホイールと、前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量が調整される。
【００２８】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００２９】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。
【００３０】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００３１】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。
【００３２】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００３３】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。
【００３４】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００３５】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。
【００３６】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００３７】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路に流体を送出する高圧ポンプの送出圧力、および前記従通路に流体を送出する低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するか、または、前記高圧ポンプから送出された流体を前記主通路に導く配管の途中に設けられた第１のバルブの開度、および前記低圧ポンプから送出された流体を前記従通路に導く配管の途中に設けられた第２のバルブの開度をそれぞれ調整するか、あるいは、前記ケーシングの内部で、かつ、前記主通路の上流側に配置された可変ノズル、および前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するように運用されるとさらに好適である。
【００３８】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、高圧ポンプの送出圧力および低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するだけで、または、第１のバルブの開度および第２のバルブの開度をそれぞれ調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００３９】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するように運用されるとさらに好適である。
【００４０】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、可変ノズルの翼角度を調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
また、このような二圧式ラジアルタービンによれば、ケーシングの内部で、かつ、主通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するよりも、ノズルとケーシング１１との間に生じた隙間に生じる圧力差が小さいので、当該隙間からの漏れ損失を少なくすることができ、当該二圧式ラジアルタービンの性能低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図７】設計流量時のタービン出口における速度三角形を示す図である。
【図８】低流量時のタービン出口における速度三角形を示す図である。
【図９】高圧タービンおよび低圧タービンの流れ角の関係と、起動から定格作動点までの基本的な運用経路を示す図表である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１２】高圧タービンおよび低圧タービンの流れ角の関係と、起動から定格作動点までの運用経路例を示す図表である。
【図１３】高圧タービンおよび低圧タービンの流れ角の関係と、起動から定格作動点までの運用経路例を示す図表である。
【図１４】高圧タービンおよび低圧タービンの流れ角の関係と、起動から定格作動点までの運用経路例を示す図表である。
【図１５】高圧タービンおよび低圧タービンの流れ角の関係と、起動から定格作動点までの運用経路例を示す図表である。
【図１６】起動から定格作動点までの運用例を示す図表である。
【図１７】本発明の別の実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の別の実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１９】本発明のさらに別の実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図２１】本発明のさらに別の実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図２２】従来のラジアルタービンにおける子午面形状と、設計流量近傍においてタービンを通り抜ける流れを示す図である。
【図２３】従来のラジアルタービンの翼形状と、設計流量時のタービン出口における速度三角形を示す図である。
【図２４】従来のラジアルタービンにおける子午面形状と、低流量時においてタービンの下流側に発生する流れを示す図である。
【図２５】従来のラジアルタービンの、低流量時のタービン出口における速度三角形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法について、図１から図６を用いて説明する。
図１は本実施形態に係る二圧式ラジアルタービンは、例えば、図１から図３に示す二圧式バイナリーサイクル発電システム（以下、「二圧式バイナリー発電」という。）１，２，３に適用され得るものであり、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの形態としては、例えば、図４に示すエキスパンジョンタービン４や図５に示すエキスパンジョンタービン５がある。
なお、図１から図３中の符号６は、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン、符号７は、二圧式ラジアルタービン６により回転駆動される発電機を示している。
また、図１から図３には、二圧式ラジアルタービン６として、図４に示すエキスパンジョンタービン４が適用されたものを示している。
【００４４】
図１から図３に示すように、二圧式バイナリー発電１，２，３は、例えば、各種の産業用プラント、船舶や車両用の動力源、等から排出される排ガス、温排水等あるいは地熱・ＯＴＥＣ等から回収した熱エネルギーを用いて発電するバイナリーサイクル発電システムであり、低沸点媒体が異なる二種類の圧力（および温度）で循環し、液体および気体の状態変化を繰り返すように構成されたランキンサイクルのサイクル回路Ｃを備えている。
なお、図１から図３中の符号Ｐ１，Ｐ２は、低沸点媒体の圧力（Ｐ１＞Ｐ２）を、符号Ｔ１，Ｔ２は、低沸点媒体の温度（多くの場合、Ｔ１＞Ｔ２）を示している。
【００４５】
図４、図５中の符号１１はケーシング、符号１２は回転軸、符号１３はラジアルタービンホイール、符号１４はハブ、符号１５はラジアル翼、符号１６は主入口、符号１７は主流入路、符号１８は入口流路、符号１９はノズル、符号２０は従入口、符号２１は従流入路、符号２２は入口流路、符号２３はノズル、符号２４はタービン出口、符号２５は主通路、符号２６は従通路を示している。
【００４６】
なお、二圧式ラジアルタービン６内で膨張して仕事をした高圧気相媒体および低圧気相媒体は、いずれも温度および圧力が低下した気相媒体となり、タービン出口２４よりも下流側において合流した後、凝縮器（図示せず）へ導かれる。
凝縮器に導入された気相媒体は、低温熱源との熱交換により吸熱されるので、凝縮して液相媒体となる。この液相媒体は、高圧ポンプ（図示せず）および低圧ポンプ（図示せず）に導入されて各々異なる圧力まで昇圧され、以下同様の状態変化を繰り返しながらサイクル回路Ｃを循環する。
【００４７】
このような二圧式バイナリー発電１，２，３では、サイクル回路Ｃを循環する熱媒体として、例えば、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、冷媒として用いられるＲ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の熱媒体を使用することができる。
一方、熱源流体を加熱する側の高温熱源（第１の熱源）には、例えば、プラント等の排熱、余剰熱および地熱等から供給され、温度レベルＴ１で略一定の比熱を有する熱源流体が使用される。
また、凝縮器で熱を吸収する側の温度レベルＴ２の低温熱源（第２の熱源）には、例えば、大気、河川水、海水等のように、大気温度の空気や常温の水等が使用される。
なお、海洋温度差発電においては、高温熱源として海洋表層の温水を使用し、低温熱源として深海の冷水を使用する。
【００４８】
さて、本実施形態では、起動時や部分負荷運用時に、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体のタービン出口２４（以下、「高圧タービン出口２４Ａ」という。）において形成される速度三角形の絶対流れの流れ角α１（図８参照）、および従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体のタービン出口２４（以下、「低圧タービン出口２４Ｂ」という。）において形成される速度三角形の絶対流れの流れ角α２（図８参照）が、いずれも（おおよそ）３０度を越えないようにして二圧式ラジアルタービン６が運用される。
【００４９】
より具体的には、設計点における設計流量で、タービン出口（動翼出口）に図１８に実線矢印で示すような一様な流速分布を有すると仮定したときに、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａ（図６参照）に導かれる流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂ（図６参照）に導かれる流体との境目（境界）となる面、すなわち、設計点における設計流量で、前記ラジアルタービンホイールの出口に一様な流速分布が形成されると仮定し、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに流れる流量と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流量との比率で、タービン出口における面積を、主通路２５の側と従通路２６の側に区分した面を仮想面２７（図６参照）と定義する。
【００５０】
そして、本実施形態では、起動時や部分負荷運用時に、図１０に示すように、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにして、または、図１１に示すように、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにして二圧式ラジアルタービン６が運用される。
【００５１】
ここで、図７は設計点で高圧タービン出口２４Ａにおいて形成される速度三角形、および設計点で低圧タービン出口２４Ｂにおいて形成される速度三角形を示している。図７に示すように、絶対流れの流速は、設計点において平均軸流速度と（おおよそ）一致するようにして設計される。ただし、実際に設計するときには、図２２に示したように、シュラウド側の絶対流れの流速が大きくなり、ハブ側の絶対流れの流速が小さくなるので、これがおおよそ等しくなるように、設計点において主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる流体の流量と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流体の流量とを調整することもある。
【００５２】
なお、高圧タービン出口２４Ａは、ラジアル翼１５の回転周速が大きいので、ラジアル翼１５の角度に対応する、ラジアル翼１５（以下、単に「翼」という。）に沿う相対流れの流速に対する角度βＨが小さくなる。
一方、低圧タービン出口２４Ｂは、ラジアル翼１５の回転周速が小さいので、ラジアル翼１５の角度に対応する、翼に沿う相対流れの流速に対する角度βＬが、角度βＨよりも大きくなる。
【００５３】
図８は部分負荷運用時、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる（以下、「高圧タービンを流れる」という。）流体の流量、および従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる（以下、「低圧タービンを流れる」という。）流体の流量とが、ともに設計点における流量の（おおよそ）２／３で、絶対流れの流速の軸方向の速度成分が、設計点における絶対流れの流速の軸方向の速度成分の（おおよそ）２／３に設定された場合を示している。翼に沿う相対流れの流速は、高圧タービンを流れる流体の流量および低圧タービンを流れる流体の流量に（おおよそ）比例して変化するので、翼に沿う相対流れの流速も設計点における流速の（おおよそ）２／３になり、設計点における翼に沿う相対流れの流速の変化は、低圧タービンを流れる流体よりも高圧タービンを流れる流体の方が大きくなる。その結果、絶対流れの流れ角は高圧タービン出口２４Ａにおいてα１、低圧タービン出口２４Ｂにおいてα２となり、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角α１の方が、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角α２よりも大きくなる。
【００５４】
図９は高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角α１と、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角α２との関係を示す図表である。図９には、六つの作動領域、すなわち、高圧タービンを流れる流体の流れ、および低圧タービンを流れる流体の流れがともに安定している作動領域、高圧タービンを流れる流体の流れが安定し、低圧タービンを流れる流体の流れが不安定になっている作動領域、高圧タービンを流れる流体の流れが不安定になり、低圧タービンを流れる流体の流れが安定している作動領域、高圧タービンを流れる流体の流れ、および低圧タービンを流れる流体の流れがともに不安定になっている作動領域、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角が９０度に近い領域でも、低圧タービンを流れる流体が存在することで全体として安定する作動領域、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角が９０度に近い領域でも、高圧タービンを流れる流体が存在することで全体として安定する作動領域を示している。
【００５５】
高圧タービンを流れる流体の流量、および低圧タービンを流れる流体の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて、設計作動点に至る経路を想定するとき、高圧タービンを流れる流体の流量と、低圧タービンを流れる流体の流量との変化比率が（おおよそ）同じ割合で変化し、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分、および高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分が同じ割合で増加した場合、図９中に上に凸の実線で示した運用経路を通って流量が増加し、同時に出力が増加して、高圧タービンおよび低圧タービンがともに安定な定常運転作動点に至る。そして、その経路の中で、例えば、図９に○（白抜き丸印）で示すように、流量が２／３になった場合には、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角が（おおよそ）３０度になり、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角は（おおよそ）４５度になる。
【００５６】
また、この間の出力変化に応じて出力で規定した部分負荷運転における作動点が定まる。
しかしながら、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分と、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分とを一致させて運用すると、従来のラジアルタービンに低沸点媒体を流したときと同様、高圧タービンを流れる流体の流れ、および低圧タービンを流れる流体の流れがともに不安定となり、「流れの脈動」が発生するおそれがある。
【００５７】
ここで、従来のラジアルタービンにおける図２４に示す低流量時の蛇行する流れの領域は、渦が竜巻状に発生したもので、時間平均で見た場合に局所的な逆流を伴う剥離域であり、竜巻状の渦が、ハブ１４の端面に付着する流れ場を形成している。これは、低流量では、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分、および高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分が一様であるものの、絶対流れの流速の旋回方向の速度成分が大きくなると、高圧タービン出口２４Ａおよび低圧タービン出口２４Ｂの下流にて遠心力による流れが半径外側に移動する力として働き、流れがケーシング側に押し付けられて、ハブ１４の端面から下流側に向かって、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域ができるからである。そして、流れの脈動は、この回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が高速で旋回し、流れが不安定になることにより発生する。
【００５８】
そこで、本実施形態では、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにして、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにして二圧式ラジアルタービン６を運用することにより、高圧タービンを流れる流体と、低圧タービンを流れる流体との間に、速度差を作り出し、ハブ１４の端面から下流側に向かって、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が自然発生するのを防止している。
【００５９】
このように、高圧タービンを流れる流体と、低圧タービンを流れる流体との間の速度差を２０％以上（±１０％以上）に設定すると、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度と、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度との比は（おおよそ）８０％以下となり、軸方向における運動量の比は、その２乗の（おおよそ）６４％以下、おおよそ半分になり、その運動量の差は、回転軸１２の回転軸線近傍において発生する剥離域をカバーする領域まで維持されることになるので、ハブ１４の端面から下流側に向かって、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が自然発生するのを防止することができ、安定な流れを保つことができる。
【００６０】
なお、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が自然発生するのをより防止して、安定な流れを保つことができるようにするには、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにするよりも、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにして二圧式ラジアルタービン６を運用することが好ましい。
【００６１】
また、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６では、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにして、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
【００６２】
つぎに、図１２および図１６を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例I（運用例I）を説明する。
まず、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、図中に（１）で示すアイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
【００６３】
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、回転数を一定に保ちながら、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に（２）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、タービン出力を発生させて、図中に（３）で示す状態にする。
【００６４】
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
【００６５】
つぎに、図１３を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例II（運用例II）を説明する。
まず、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、アイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
【００６６】
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、回転数を一定に保ちながら、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、タービン出力を発生させる。
つぎに、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させるとともに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させる。
【００６７】
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に白抜き丸印で示す状態、すなわち、図１２中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
【００６８】
つぎに、図１４を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例III（運用例III）を説明する。
まず、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、図中に（１）で示すアイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
【００６９】
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を一定に保ちながら、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、タービン出力を発生させる。
つぎに、高圧タービンを流れる流体の流量を増加させるとともに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させる。
【００７０】
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に白抜き丸印で示す状態、すなわち、図１２中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
【００７１】
つぎに、図１５を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例IV（運用例IV）を説明する。
まず、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、アイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
【００７２】
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を一定に保ちながら、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、タービン出力を発生させる。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させる。
【００７３】
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に白抜き丸印で示す状態、すなわち、図１２中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
なお、アイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）は、高圧タービンと低圧タービンとを流れる流体の流量が、それぞれ所定の流量まで増加させた状態で達するように設定されてもよい。
【００７４】
そして、スケジュール例I〜IVのように、起動時における高圧タービンを流れる流体の流量、および低圧タービンを流れる流体の流量を増加させていくことにより、図９中に破線で示す「流れの脈動」が発生する可能性のある領域を通らずに起動から定格運転に、または定格運転から停止にもっていくことができる。
【００７５】
本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００７６】
また、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の運用方法によれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、高圧ポンプの送出圧力および低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するだけで、または、第１のバルブの開度および第２のバルブの開度をそれぞれ調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
【００７７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した実施形態では、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１７に示すような構成、すなわち、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管と、低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管とをバイパス管３１で接続するとともに、バイパス管３１の途中にバイパス（制御バルブ）３２を設けた構成とすることもできる。
図１７に示す構成では、主流入路１７に導かれる低沸点媒体の一部がバイパス管３１を介してバイパスバルブ３２に導かれ、このバイパスバルブ３２を通過する際に圧力がＰ１からＰ２に減圧された後、バイパス管３１、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管を介して従流入路２１に導かれることになる。
これにより、高圧タービンを流れる流体の流量を減少させ、その分、低圧タービンを流れる流体の流量を増加させることができる。
【００７８】
また、上述した実施形態では、図４に示すエキスパンジョンタービン４のノズル２３、および図５に示すエキスパンジョンタービン５のノズル２３が固定式とされ、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしている、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図１８および図１９に示すように、ノズル１９，２３をともに可変式のものとし、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整したり、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整したりすることなく、ノズル１９，２３の翼角度を調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしてもよい、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしてもよい。
【００７９】
一方、図２０および図２１に示すように、ノズル２３を可変式のものとし、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整したり、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整したりすることなく、ノズル２３の翼角度を調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしてもよい、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしてもよい。
【００８０】
さらに、上述した実施形態では、図４に示すエキスパンジョンタービン４のノズル１９、および図５に示すエキスパンジョンタービン５のノズル１９が固定式とされ、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしている、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル１９を可変式のものとし、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整したり、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整したりすることなく、ノズル１９の翼角度を調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしてもよい、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしてもよい。
【００８１】
なお、ノズルは、圧力Ｐ２の低沸点媒体が通過するノズル２３の方が、圧力Ｐ１の低沸点媒体が通過するノズル１９よりも圧力が低くなる。そのため、ノズルの翼高さと、可変式にしたノズルとケーシング１１との間に生じた隙間との比率が等しいとしても、ノズル２３を可変式にした方がノズル２３で発生する損失が小さくなるので、ノズル１９を可変式のものとするよりも、ノズル２３を可変式のものとした方が好ましい。
【符号の説明】
【００８２】
４    エキスパンジョンタービン
５    エキスパンジョンタービン
６    二圧式ラジアルタービン
１１    ケーシング
１３    ラジアルタービンホイール
２４    タービン出口
２４Ａ  高圧タービン出口
２４Ｂ  低圧タービン出口
２５    主通路
２６    従通路
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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