(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離するとともに、中圧タービンを高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一高圧タービン部と第一中圧タービン部を一体化し、第二高圧タービン部と第二中圧タービン部とを一体化し、それらを低圧タービン及び発電機に連結したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項２】
高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離するとともに、中圧タービンを高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一高圧タービン部と第一中圧タービン部を一体化し、これに第二高圧タービン部及び第二中圧タービン部の少なくとも一方を連結し、これらのケーシングを互いに共有するように一体化したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項３】
超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラントにおいて、超高圧タービンを高圧側の第一超高圧タービン部と低圧側の第二超高圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離し、第一超高圧タービン部と第一高圧タービン部を一体化し、また、第二超高圧タービン部と第二高圧タービン部を一体化し、中圧タービン、低圧タービン及び発電機と連結したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項４】
中圧タービンをさらに高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一中圧タービン部を第一超高圧タービン部及び第一高圧タービン部と一体化したことを特徴とする、請求項３記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項５】
超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラントにおいて、超高圧タービン、高圧タービン、及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部と第二中圧タービン部に分離し、第一超高圧タービン部、第一高圧タービン部及び第一中圧タービン部を一体化するとともに、第二超高圧タービン部と第二高圧タービン部のいずれか一方に第二中圧タービン部を一体化したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項６】
超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラントにおいて、超高圧タービン、高圧タービン及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部と第二中圧タービン部に分離し、第二超高圧タービン部、第二高圧タービン部、及び第二中圧タービン部を一体化するとともに、第一超高圧タービン部、第一高圧タービン部、及び第一中圧タービン部のいずれか２つを一体化したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項７】
第一超高圧タービン部、第一高圧タービン部、及び第一中圧タービン部はオーステナイトロータ材によって構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蒸気タービン発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを有する蒸気タービン発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の火力発電設備は、地球環境保護の観点から、ＣＯ２、ＳＯｘ、ＮＯｘの発生量抑制のために高効率化へのニーズが高まる一方の状況にある。
【０００３】
このプラント熱効率の高効率化のためには、蒸気温度の向上が最も有効な手段であるが、現在実用可能な技術における最高蒸気温度は５９３℃程度であり、例えば当面の目標とされている６４９℃級の蒸気温度を実用化するためには、いくつかの克服しなければならない課題が残されている。その一つがロータ材の大きさ面からの制約であり、大容量蒸気タービンの現状の構成では、６４９℃級の蒸気温度の蒸気タービンは、高温用ロータ材の大きさ上の制約から実現できないという問題がある。すなわち、蒸気温度５９３℃級までの蒸気タービンにおいては、ロータ材にフェライト系（クロム・モリブデン系）材料を使用しているが、６４９℃級の蒸気温度においてはオーステナイト系（高ニッケル・高クロム系超合金）材料を使用する必要がある。
【０００４】
このオーステナイト系の材料は熔解時に非常に偏析が生じ易い特徴があり、大型の鋼塊を均一な成分で製造するのは非常に困難であり、最近の製造技術を用いても、重量で１０ｔｏｎ程度が限度である。
【０００５】
ところで、図１４は一般的な蒸気タービン発電プラントの概略構成を示す図であって、高圧タービン１、中圧タービン２、低圧タービン３ａ，３ｂ、及び発電機４が同一軸線上に互いに連結されており、ボイラ５で発生した主蒸気が高圧タービン１に送られ、そこで仕事を行なった蒸気が低温再熱管６を経て再熱器７に送られ、そこで再熱された蒸気が高温再熱管８を経て中圧タービン２に送られる。そして、この中圧タービン２で仕事を行なった蒸気はクロスオーバー管９を通って低圧タービン３ａ，３ｂにそれぞれ送給され、そこで仕事を行なった蒸気は復水器１０で復水される。一方、各タービンによって発電機４が駆動される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記蒸気タービン発電プラントにおいては、高圧タービン１及び中圧タービン２はともに、ロータ材の重量は２５ｔｏｎ〜３０ｔｏｎ程度となる。したがって、主蒸気または再熱蒸気の温度が６４９℃級となった場合に、高圧タービン１または中圧タービン２のロータ材料をオーステナイト系材料とすると、重量上制限値を大幅に越えてしまうため、実現は不可能となる。
【０００７】
一方、タービンの動翼１１は、図１５（ａ）に示すように、ロータ１２の外周に設けられた動翼取付溝１３（図１５（ｃ））に動翼１１の翼根部１１ａ（同（ｂ））を挿入係合することにより、ロータ１２に取り付けられているが、ロータ材の選定基準となるロータ翼取付溝形成部の使用温度がオーステナイト系材料の使用を必要とする温度、例えば６００℃以上となるのは、例えば７段落で構成されている高圧タービンで入口蒸気温度が６４９℃の場合では、表１に示すように、第１段落のみであり、第２段落〜第７段落はフェライト系材料のロータ材で対応可能である。
【０００８】
【表１】
0003582848.tif 000002
そこで、図１６に示すように、高圧タービン１を第１段落部のみで構成される第一高圧タービン部１ａとその他の段落部を構成する第二高圧タービン部１ｂとに分離し、第一高圧タービン部１ａのロータ材にオーステナイト系材料を使用し、第二高圧タービン部１ｂのロータ材にフェライト系材料を使用することが考えられる。
【０００９】
また、中圧タービン２についても、例えば５段落で構成されている場合、下記の表２に示すように、入口蒸気温度が６４９℃に対してオーステナイト材のロータ材料が必要となるのは、第８段落と第９段落のみであり、したがって、図１６に示すように、中圧タービン２を第８段落と第９段落で構成される第一中圧タービン部２ａと第１０段落〜第１２段落部で構成される第二中圧タービン部２ｂに分離し、第一中圧タービン部２ａのロータ材にオーステナイト材料を使用し、第二中圧タービン部２ｂにフェライト材料を使用することができる。
【００１０】
【表２】
0003582848.tif 000003
しかしながら、図１６に示したように、高圧部と中圧部を使用ロータ材料に応じて分離しただけでは、軸数が増加し、その副作用として、軸系の振動に対する安定性の確保が困難になるという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑み、大容量蒸気タービン発電プラントにおいて、入口蒸気温度が向上し、オーステナイト系ロータ材料の使用が必要になった場合においてもその使用が実現でき、しかも軸数の増加を最少限とし、軸系の振動に対する安定性を確保し得る、蒸気タービン発電プラントを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離するとともに、中圧タービンを高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一高圧タービン部と第一中圧タービン部を一体化し、第二高圧タービン部と第二中圧タービン部とを一体化し、それらを低圧タービン及び発電機に連結したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離するとともに、中圧タービンを高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一高圧タービン部と第一中圧タービン部を一体化し、これに第二高圧タービン部及び第二中圧タービン部の少なくとも一方を連結し、これらのケーシングを互いに共有するように一体化したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は超高圧タービンを高圧側の第一超高圧タービン部と低圧側の第二超高圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離し、第一超高圧タービン部と第一高圧タービン部を一体化し、また、第二超高圧タービン部と第二高圧タービン部を一体化し、中圧タービン、低圧タービン及び発電機と連結したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は超高圧タービン、高圧タービン、及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部と第二中圧タービン部に分離し、第一超高圧タービン部、第一高圧タービン部及び第一中圧タービン部を一体化するとともに、第二超高圧タービン部と第二高圧タービン部のいずれか一方に第二中圧タービン部を一体化したことを特徴とする。
【００１６】
さらにまた本発明は、超高圧タービン、高圧タービン及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部と第二中圧タービン部に分離し、第二超高圧タービン部、第二高圧タービン部、及び第二中圧タービン部を一体化するとともに、第一超高圧タービン部、第一高圧タービン部、及び第一中圧タービン部のいずれか２つを一体化したことを特徴とする。
【００１７】
【作用】
高圧タービン及び中圧タービン等を、それぞれ使用温度がオーステナイト系材料の使用を必要とする温度となる部分と、フェライト系材料の使用が可能な部分とに分離し、オーステナイト材ロータ材を使用する部位同志を一体化するとともにフェライトロータ材を使用する部位同志を一体化することができる。したがって、オーステナイトロータ材によって製造する部分の重量をその製造限界内におさえることができ、しかも軸数の増加を抑制でき、軸系の振動に対する安定性も確保することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１９】
図１において、例えば７段落で構成されている高圧タービンが、入口蒸気温度が６４９℃でロータ部にオーステナイト系材料を使用する必要がある第１段落部の第一高圧タービン部１ａと、従来のフェライト系材料のロータ材で対応可能な第２〜７段落部から構成される第二高圧タービン部１ｂとに分離されており、また中圧タービンもオーステナイト系材料を使用する必要がある第一中圧タービン部２ａとフェライト系材料のロータ材が使用可能な第二中圧タービン部２ｂとに分離されている。そして、上記第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとが一体化され、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂとが一体化されており、上記第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとが一体化された部分、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂとが一体化された部分、低圧タービン３ａ，３ｂ、及び発電機４が一軸上に連結されている。
【００２０】
しかして、ボイラ５で発生した高温の主蒸気は第一高圧タービン部１ａに供給され、そこで仕事を行なった後、高圧部連絡管２１を通り第二高圧タービン部１ｂに供給される。第二高圧タービン部１ｂで仕事を行なった蒸気は、低温再熱管６を経てボイラ５の再熱器７で再熱され、高温再熱管８を経て第一中圧タービン部２ａに供給され、そこで仕事を行なった後、中圧部連絡管２２を経て第二中圧タービン部２ｂに供給される。
【００２１】
第二中圧タービン部２ｂで仕事を行なった蒸気は、クロスオーバー管２３を経て低圧タービン３ａ，３ｂに供給され、そこで仕事を行なった後、復水器１０で復水され、ボイラ給水ポンプ２４で昇圧されてボイラ５に還流される。
【００２２】
ここで、第一高圧タービン部１ａ及び第一中圧タービン部２ａを一体化したものは、入口蒸気温度６４９℃級に対応するためオーステナイト系材料によってロータが形成されるけれども、この部分の重量は７ｔｏｎ程度でありそれ程大重量とはならないため、オーステナイトロータ材の製造限界から逸脱するような問題は解消される。
【００２３】
なお、上記蒸気タービン発電プラントにおいて、動翼の遠心力の制約から第二高圧タービン部１ｂ、もしくは第二中圧タービン部２ｂを複流にする必要がある場合には、図２に示すように、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂを分離し、互いにカップリングにより連結するようにしてもよい。また、同様に図３に示すように、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂとを一体化したものを２台とすることもできる。
【００２４】
図４は、本発明の他の実施例を示す図であり、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂとが分離されており、第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとを一体化したものの一側に第二高圧タービン部１ｂが連結され、他側に第二中圧タービン部２ｂが連結されている。そして、上記第一高圧タービン部１ａ、第一中圧タービン部２ａ及び第二高圧タービン部１ｂのケーシング２５が共有化されている。
【００２５】
したがって、この場合には第一実施例と同様な効果を奏するとともに、ケーシング外に露出する高圧部連絡管２１を省略することができる。
【００２６】
また、図５、図６に示すように、第一高圧タービン部１ａ、第一中圧タービン部２ａ及び第二中圧タービン部２ｂのケーシング２５を共有化したり、或は第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとを一体化したものの両側に第二高圧タービン部１ｂ及び第二中圧タービン部２ｂをそれぞれ連結するとともに、それらのケーシング２５を共通化することもできる。この場合には、中圧部連絡管２２、或は高圧部連絡管２１と中圧部連絡管２２の両者とを省略することができる。
【００２７】
図７は、蒸気温度が６４９／６４９／５９３℃級の蒸気条件の蒸気タービン発電プラントを実現させるようにしたプラントの概略構成を示す図であって、超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンから構成されており、超高圧タービン及び高圧タービンが高圧側の第一超高圧タービン部２６ａ及び低圧側の第二超高圧タービン部２６ｂ、第一高圧タービン部１ａ、第二高圧タービン部１ｂに分離され、第一超高圧タービン部２６ａと第一高圧タービン部１ａが一体化されてオーステナイト材によりロータが構成されている。また、第二超高圧タービン部２６ｂと第二高圧タービン部１ｂとが中圧タービン等と同様にフェライト材によって一体に形成され、これらが中圧タービン２及び低圧タービン３ａ，３ｂと同一軸上に連結されている。
【００２８】
しかして、ボイラ５で発生した蒸気は、第一超高圧タービン部２６ａ、第二超高圧タービン部２６ｂ、再熱器７、第一高圧タービン部１ａを流れ、高圧部連絡管２１を経て第二高圧タービン部１ｂ、第２再熱器２８、中圧タービン２、低圧タービン３ａ，３ｂへと流れる。
【００２９】
したがって、この場合も入口蒸気温度が高い部分のみをその他の部分から分離し、オーステナイト材によって製造し、高温に耐えるようにするとともに当該部を製造限界内に抑えることができる。
【００３０】
図８は、６４９／６９４／６９４℃級の蒸気条件のプラントに関するものであり、第一超高圧タービン部２６ａ、第一高圧タービン部１ａ及び第一中圧タービン部２ａが一体化され、そのロータ材がオーステナイト材によって形成されている。また第二超高圧タービン部２６ｂと第二高圧タービン部１ｂも一体化され、第二中圧タービン部２ｂ等とともにロータ材がフェライト材によって形成されている。
【００３１】
また、図９も６４９／６４９／６４９℃級の蒸気条件のプラントに関するものであって、第二超高圧タービン部２６ｂには第二高圧タービン部１ｂの代りに第二中圧タービン部２ｂを一体化してもよい。
【００３２】
また図１０に示すように、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂを一体化するとともに第二超高圧タービン部２６ｂを独立させてもよい。
【００３３】
さらに、図１１は、蒸気温度が６４９／６４９／６７４℃級の蒸気条件のプラントに関するものであり、第二中圧タービン部２ａが動翼の遠心力低減のため複流化されており、第一超高圧タービン部２６ａと第一高圧タービン部１ａが一体化され、第二超高圧タービン部２６ｂと第二高圧タービン部１ｂ及び第二中圧タービン部２ｂが一体化されており、第一超高圧タービン部２６ａおよび第一高圧タービン部１ａと、第一中圧タービン部２ａがそれぞれオーステナイト材により構成されている。
【００３４】
また図１２は、第一超高圧タービン部２６ａと第一中圧タービン部２ａが一体化されるとともに、第二超高圧タービン部２６ｂ、第二高圧タービン部１ｂ及び第二中圧タービン部２ｂが一体化されている。そして第一超高圧タービン部２６ａと第一中圧タービン部２ａ、並びに第一高圧タービン部１ａがオーステナイト材により構成され、第一高圧タービン部１ａが動翼の遠心力低減のため複流化されている。
【００３５】
さらに、図１３は超高圧タービン部２６ａが動翼の遠心力低減のために複流化されたものであって、第二超高圧タービン部２６ｂ、第二高圧タービン部１ｂ及び第二中圧タービン部２ｂが一体化され、第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとが一体化されている。そして、上記第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとで一体化されたもの、及び第一超高圧タービン部２６ａのロータ材がオーステナイト材によって構成されている。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は高圧タービン、及び中圧タービン、或は超高圧タービンを高圧側と低圧側とに分離し、その分離されたタービン部を適宜組合わせて一体化するようにしたので、入口蒸気温度に応じてオーステナイト材をロータ材とする必要がある部分のみにオーステナイト材を使用し、他の部分にはフェライト材を使用することができ、オーステナイトロータ材の製造限界による制限を受けることなく、蒸気温度の高温化に対処することができる。しかも、オーステナイトロータ材を使用する部位同志と、フェライト材ロータ材を使用する部位同志を一体化することによって、軸数の増加を抑制でき、軸系の振動に対する安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸気タービン発電プラントの一実施例を示す系統図。
【図２】本発明の他の実施例を示す系統図。
【図３】本発明のさらに他の実施例を示す系統図。
【図４】本発明の他の実施例を示す系統図。
【図５】図４の変形例を示す図。
【図６】図４のさらに他の変形例を示す図。
【図７】本発明の他の実施例を示す図。
【図８】本発明のさらに他の実施例を示す図。
【図９】図８の変形例を示す図。
【図１０】図８のさらに他の変形例を示す図。
【図１１】本発明の他の実施例を示す図。
【図１２】図１１の変形例を示す図。
【図１３】本発明の他の実施例を示す図。
【図１４】一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図。
【図１５】（ａ）は蒸気タービンの翼組立部の斜視図、（ｂ）は翼の斜視部分図、（ｃ）はロータの斜視部分図。
【図１６】入口蒸気温度の高温化に対応するための蒸気タービンプラントの一つの概略系統図。
【符号の説明】
１  高圧タービン
１ａ  第一高圧タービン部
１ｂ  第二高圧タービン部
２  中圧タービン
２ａ  第一中圧タービン部
２ｂ  第二中圧タービン部
３ａ，３ｂ  低圧タービン
４  発電機
５  ボイラ
７  再熱器
１０  復水器
２５  ケーシング
２６ａ  第一超高圧タービン部
２６ｂ  第二超高圧タービン部
２８  第２再熱器
【図１】
0003582848.tif 000004
【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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