(57)【要約】６５０℃以上の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制してタービン設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供する。高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービンと低温低圧側の第２中圧タービンとに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシング全体の少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成する。
2010018774.tif 000002
【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を備えた蒸気タービン設備において、
前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービンと低温低圧側の第２中圧タービンとに分離し、
６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。
【請求項２】
前記高圧タービンと、第１中圧タービンと、第２中圧タービンと、低圧タービンとを同一軸線上において連結し、
第１中圧タービン又は第１中圧タービンと高圧タービンの６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項３】
前記高圧タービンと前記第２中圧タービンと前記低圧タービンとを一体化し、一体化物を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービン設備。
【請求項４】
前記第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、
前記第１中圧タービンとは別軸で、前記高圧タービンと前記第２中圧タービンとを一体化して前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、
前記高圧タービンと第２中圧タービンと低圧タービンとの連結体よりも、前記第１中圧タービンを、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項５】
前記高圧タービンと前記第２中圧タービンと前記低圧タービンとを一体化し、一体化物を構成することを特徴とする請求項４記載の蒸気タービン設備。
【請求項６】
前記高圧タービン及び第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、
前記高圧タービンと第１中圧タービンとを一体化し、
前記高圧タービンと前記第１中圧タービンとの一体化物とは別軸で、前記第２中圧タービンと前記低圧タービンを同一軸線上で連結するとともに、
該第２中圧タービンと低圧タービンとの連結体よりも、前記高圧タービンと第１中圧タービンの一体化物を、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項７】
前記第２中圧タービンと前記低圧タービンとを一体化し、一体化物を構成することを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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備えた蒸気タービン設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、主要な発電方法として原子力、火力、水力の３つの方法が用いられており、資源量及びエネルギー密度の観点から、今後も前記３つの発電方法が主要な発電方法として用いられていくと予想される。中でも火力発電は安全で負荷変動への対応能力の高い発電方法として利用価値が高く、発電分野において今後も引き続き重要な役割を果たしていくものと予想される。
蒸気タービンを含む石炭焚火力発電に用いられる蒸気タービン設備は、一般的に、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンを備えている。このような蒸気タービン設備においては６００℃以下級の蒸気が用いられており、高圧タービンや中圧タービンのロータやケーシング（車室）などの高温に晒される部分には６００℃以下級の蒸気に対する耐熱性を有し、製造性や経済性に優れたフェライト系材料が用いられている。
しかし近年、ＣＯ２排気量削減と、更なる熱効率向上のために、６５０℃級、更には７００℃級の蒸気条件を採用した技術が求められている。そこで、特許文献１には再熱蒸気条件が６５０℃以上の高温で運転することができる蒸気タービン設備が開示されている。
図４は特許文献１で開示されている従来の蒸気タービン設備の概略系統図を示したものである。図４に示された蒸気タービン発電設備１１０は、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン１１２と、低温低圧側の第２中圧タービン１１４とに分離し、高圧タービン１１６と第２中圧タービン１１４とを一体化して一体化物１２２を形成したうえで、該一体化物１２２を高温高圧側の第１中圧タービン１１２、低圧タービン１２４及び発電機１２６とともに同一軸線上で連結している。
ボイラ１３２で６００℃級に過熱された主蒸気は、主蒸気管１３４を通って高圧タービン１１６に導入される。高圧タービン１１６に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管１３８を通ってボイラ１３２に戻される。該ボイラ１３２に戻された蒸気は、ボイラ１３２で再熱されて７００℃級の蒸気となり、高温再熱管１４０を通って第１中圧タービン１１２に送られる。この第１中圧タービン１１２のロータは７００℃級の高温蒸気に耐えうる材料（オーステナイト系耐熱鋼）で構成されている。第１中圧タービン１１２で膨張仕事を行った蒸気は５５０℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管１４２を経て第２中圧タービン１１４に送られる。第２中圧タービン１１４に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管１４４を通って低圧タービン１２４に導入される。低圧タービン１２４に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器１２８に送られる。復水器１２８に送られた蒸気は復水器１２８で復水され、給水ポンプ１３０で昇圧されてボイラ１３２に戻される。発電機１２６はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
このような蒸気タービン設備においては、中圧タービンを分割し、第１の中圧タービン１１２にのみ６５０℃以上の蒸気に耐えうる材料を用いることで、６５０℃以上の蒸気条件の採用を可能とするとともに、６５０℃以上の蒸気に耐えうる材料の使用量を減らし設備全体の製造コストを抑えている。
しかしながら特許文献１に開示された技術では、大容量の蒸気タービン設備を考えると、図４に示した設備の実現は難しい。第１中圧タービン１１２を構成するために６５０℃以上の蒸気に耐えうる例えばＮｉ基合金を使用すると、素材製造限界の観点から１０ｔ以上のタービンロータやケーシング（車室）を製造することは難しく、大型のタービンロータやケーシングが製造できないためである。
そのため、図５に示したように第１中圧タービンを更に第１−２中圧タービン１１３に分割することも考えられるが、その場合車室数の増加、それに伴う建屋や配管の増加により設備の製造コストが大きくなるという問題が発生する。さらに、軸数（分割されたタービンの数）が増加することによる振動が発生する可能性が高くなるという問題も発生する。
また、Ｎｉ基合金を使用せずにフェライト系材料で対応することも考えられるが、その場合には車室内に多量の冷却蒸気を導入する必要があり、タービン内部効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０７４２０８号公報
【発明の概要】
【０００４】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、６５０℃以上の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制して設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明においては、
高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービンと低温低圧側の第２中圧タービンとに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする。
このようにして、６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンのロータを、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、Ｎｉ基合金の素材製造限界に影響されずにタービンのロータやケーシングを大型化することが可能となる。６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室数や軸数（分割されたタービンの数）を増加させることなく設備の大型化が可能である。
前記高圧タービンと、第１中圧タービンと、第２中圧タービンと、低圧タービンとを同一軸線上において連結し、第１中圧タービン又は第１中圧タービンと高圧タービンの６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成してもよい。
また、前記第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、前記第１中圧タービンとは別軸で、前記高圧タービンと前記第２中圧タービンと一体化して前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、前記高圧タービンと第２中圧タービンとの連結体よりも、前記第１中圧タービンを、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置してもよい。
６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンとを接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラと６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンを接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金を使用することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
また、高圧タービンと第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化し、一体化物を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
また、前記高圧タービン及び第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、前記高圧タービンと第１中圧タービンとを一体化し、前記高圧タービンと前記第１中圧タービンとの一体化物とは別軸で、前記第２中圧タービンと前記低圧タービンを同一軸線上で連結するとともに、該第２中圧タービンと低圧タービンとの連結体よりも、前記高圧タービンと第１中圧タービンの一体化物を、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置してもよい。
６５０℃以上の蒸気が導入される高圧タービンと第１中圧タービンを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと高圧タービンを接続する配管及びボイラと第１中圧タービンを接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラと高圧タービンを接続する配管及びボイラと第１中圧タービンを接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金を使用することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。また、第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化し、一体化物を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
以上記載のごとく本発明によれば、６５０℃級、更には７００℃級の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制して設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】実施例１における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図２】実施例２における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図３】実施例３における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図４】従来例における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図５】別の従来例における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【０００７】
図１は、実施例１における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図１を参照して、実施例１に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
図１に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、後述するように２つに分割された中圧タービン、低圧タービン２４、発電機２６、復水器２８、ボイラ３２から主に構成される。前記中圧タービンは高温高圧側の第１中圧タービン１２と低温低圧側の第２中圧タービン１４とに分離されており、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４とが一体化されて一体化物２２を形成している。
また、前記第１中圧タービン１２、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６は同一軸線上で連結するように構成されている。
前記第１中圧タービン１２のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方は、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３４を通って高圧タービン１６に導入される。高圧タービン１６に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管３８を通ってボイラ３２に戻される。該ボイラ３２に戻された蒸気は、ボイラ３２で再熱されて６５０℃以上の蒸気となり、高温再熱管４０を通って第１中圧タービン１２に送られる。第１中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は５５０℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管４２を経て第２中圧タービン１４に送られる。第２中圧タービン１４に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管４４を通って低圧タービン２４に送られる。低圧タービン２４に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器２８に送られる。復水器２８に送られた蒸気は復水器２８で復水され、給水ポンプ３０で昇圧されてボイラ３２に戻される。発電機２６はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
以上のような実施例１の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、翼段数、車室数や軸数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
また、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４とを一体化し、一体化物（図示せず）を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【実施例２】
【０００８】
図２は、実施例２における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図２を参照して、実施例２に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
図２に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、後述するように２つに分割された中圧タービン、低圧タービン２４、発電機２６、２７、復水器２８、ボイラ３２から主に構成される。前記中圧タービンは高温高圧側の第１中圧タービン１２と低温低圧側の第２中圧タービン１４とに分離されており、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４とが一体化されて一体化物２２を形成している。
また、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６は同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ３２に近い位置に第１中圧タービン１２と発電機２７とが同一軸線上で連結して配置されている。第１中圧タービン１２はボイラ３２に近いほど好ましい。
また、第１中圧タービン１２のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３４を通って高圧タービン１６に導入される。高圧タービン１６に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管３８を通ってボイラ３２に戻される。該ボイラ３２に戻された蒸気は、ボイラ３２で再熱されて６５０℃以上の蒸気となり、高温再熱管４０を通って第１中圧タービン１２に送られる。第１中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は５５０℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管４２を経て第２中圧タービン１４に送られる。第２中圧タービン１４に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管４４を通って低圧タービン２４に送られる。低圧タービン２４に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器２８に送られる。復水器２８に送られた蒸気は復水器２８で復水され、給水ポンプ３０で昇圧されてボイラ３２に戻される。発電機２６、２７はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
以上のような実施例２の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、翼段数、車室数や軸数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
さらに、６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービン１２を前記ボイラ３２の近くに配置することにより、ボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金を使用することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
また、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４とを一体化し、一体化物（図示せず）を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【実施例３】
【０００９】
図３は、実施例３における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図３に示された蒸気タービン発電設備１０は、図２に示した実施例２の形態の蒸気タービン設備と一部を変更した形態であり、実施例２と違う部分についてのみ説明する。
図３に示された蒸気タービン発電設備１０においては、高圧タービン１６と第１中圧タービン１２とが一体化されて一体化物２０を形成している。また、第２中圧タービン１４及び発電機２６は同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ３２に近い位置で一体化物２０と発電機２７とが同一軸線上で連結して配置されている。一体化物２０はボイラ３２に近いほど好ましい。
また、高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
また、高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２には何れも６５０℃以上の蒸気が導入される。
以上のような実施例３の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、６５０℃以上の蒸気が導入される高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、翼段数、車室数や軸数を増加させることなく設備の大型化が可能となる。
また、このような設備においては高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２に６５０℃以上の蒸気が導入され、第２中圧タービン１４には６５０℃未満の蒸気が導入される。従って６５０℃以上の蒸気が導入され、Ｎｉ基合金で形成されるとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数材料のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されたロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方が使用される高圧タービン１６と第１中圧タービン１２とを一体化して一体化物２０を構成することで、高級材料であるＮｉ基合金の使用量を少なくし、設備コストの上昇を抑制することができる。
さらに、６５０℃以上の蒸気が導入される高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２を前記ボイラ３２の近くに配置することにより、ボイラ３２と高圧タービン１６及びボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金で製作することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを大幅に低減することが可能となる。
また、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４とを一体化し、一体化物（図示せず）を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
６５０℃級、更には７００℃級の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制してタービン設備の大型化が可能である蒸気タービン設備として利用することができる。
【図１】
2010018774.tif 000003
【図２】
2010018774.tif 000004
【図３】
2010018774.tif 000005
【図４】
2010018774.tif 000006
【図５】
2010018774.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月17日(2010.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    蒸気タービン設備
【技術分野】
【０００１】
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備えた蒸気タービン設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、主要な発電方法として原子力、火力、水力の３つの方法が用いられており、資源量及びエネルギー密度の観点から、今後も前記３つの発電方法が主要な発電方法として用いられていくと予想される。中でも火力発電は安全で負荷変動への対応能力の高い発電方法として利用価値が高く、発電分野において今後も引き続き重要な役割を果たしていくものと予想される。
【０００３】
蒸気タービンを含む石炭焚火力発電に用いられる蒸気タービン設備は、一般的に、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンを備えている。このような蒸気タービン設備においては６００℃以下級の蒸気が用いられており、高圧タービンや中圧タービンのロータやケーシング（車室）などの高温に晒される部分には６００℃以下級の蒸気に対する耐熱性を有し、製造性や経済性に優れたフェライト系材料が用いられている。
【０００４】
しかし近年、ＣＯ２排気量削減と、更なる熱効率向上のために、６５０℃級、更には７００℃級の蒸気条件を採用した技術が求められている。そこで、特許文献１には再熱蒸気条件が６５０℃以上の高温で運転することができる蒸気タービン設備が開示されている。
図４は特許文献１で開示されている従来の蒸気タービン設備の概略系統図を示したものである。図４に示された蒸気タービン発電設備１１０は、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン１１２と、低温低圧側の第２中圧タービン１１４とに分離し、高圧タービン１１６と第２中圧タービン１１４とを一体化して一体化物１２２を形成したうえで、該一体化物１２２を高温高圧側の第１中圧タービン１１２、低圧タービン１２４及び発電機１２６とともに同一軸線上で連結している。
【０００５】
ボイラ１３２で６００℃級に過熱された主蒸気は、主蒸気管１３４を通って高圧タービン１１６に導入される。高圧タービン１１６に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管１３８を通ってボイラ１３２に戻される。該ボイラ１３２に戻された蒸気は、ボイラ１３２で再熱されて７００℃級の蒸気となり、高温再熱管１４０を通って第１中圧タービン１１２に送られる。この第１中圧タービン１１２のロータは７００℃級の高温蒸気に耐えうる材料（オーステナイト系耐熱鋼）で構成されている。第１中圧タービン１１２で膨張仕事を行った蒸気は５５０℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管１４２を経て第２中圧タービン１１４に送られる。第２中圧タービン１１４に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管１４４を通って低圧タービン１２４に導入される。低圧タービン１２４に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器１２８に送られる。復水器１２８に送られた蒸気は復水器１２８で復水され、給水ポンプ１３０で昇圧されてボイラ１３２に戻される。発電機１２６はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【０００６】
このような蒸気タービン設備においては、中圧タービンを分割し、第１の中圧タービン１１２にのみ６５０℃以上の蒸気に耐えうる材料を用いることで、６５０℃以上の蒸気条件の採用を可能とするとともに、６５０℃以上の蒸気に耐えうる材料の使用量を減らし設備全体の製造コストを抑えている。
【０００７】
しかしながら特許文献１に開示された技術では、大容量の蒸気タービン設備を考えると、図４に示した設備の実現は難しい。第１中圧タービン１１２を構成するために６５０℃以上の蒸気に耐えうる例えばＮｉ基合金を使用すると、素材製造限界の観点から１０ｔ以上のタービンロータやケーシング（車室）を製造することは難しく、大型のタービンロータやケーシングが製造できないためである。
【０００８】
そのため、図５に示したように第１中圧タービンを更に第１−２中圧タービン１１３に分割することも考えられるが、その場合車室数の増加、それに伴う建屋や配管の増加により設備の製造コストが大きくなるという問題が発生する。さらに、軸数（分割されたタービンの数）が増加することによる振動が発生する可能性が高くなるという問題も発生する。
【０００９】
また、Ｎｉ基合金を使用せずにフェライト系材料で対応することも考えられるが、その場合には車室内に多量の冷却蒸気を導入する必要があり、タービン内部効率が低下する。
【００１０】
【特許文献】
【特許文献１】  特許第４０７４２０８号公報
【発明の概要】
【００１１】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、６５０℃以上の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制して設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
【００１２】
上記課題を解決するため本発明においては、
高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン設備において、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービンと低温低圧側の第２中圧タービンとに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする。
【００１３】
このようにして、６５０℃以上の蒸気が導入される側（蒸気導入側）のタービンのロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方（すなわち、高圧タービン及び第１中圧タービンの蒸気導入側のロータ及びケーシングの少なくとも一方）を、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、Ｎｉ基合金の素材製造限界に影響されずにタービンのロータやケーシングを大型化することが可能となる。６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室数や軸数（分割されたタービンの数）を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００１４】
前記高圧タービンと、第１中圧タービンと、第２中圧タービンと、低圧タービンとを同一軸線上において連結し、第１中圧タービン又は第１中圧タービンと高圧タービンの６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成してもよい。
【００１５】
また、前記第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、前記第１中圧タービンとは別軸で、前記高圧タービンと前記第２中圧タービンと一体化して前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、前記高圧タービンと第２中圧タービンとの連結体よりも、前記第１中圧タービンを、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置してもよい。
【００１６】
６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンとを接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラと６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービンを接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金を使用することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
また、高圧タービンと第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化し、一体化物を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【００１７】
また、前記高圧タービン及び第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、前記高圧タービンと第１中圧タービンとを一体化し、前記高圧タービンと前記第１中圧タービンとの一体化物とは別軸で、前記第２中圧タービンと前記低圧タービンを同一軸線上で連結するとともに、該第２中圧タービンと低圧タービンとの連結体よりも、前記高圧タービンと第１中圧タービンの一体化物を、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置してもよい。
【００１８】
６５０℃以上の蒸気が導入される高圧タービンと第１中圧タービンを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと高圧タービンを接続する配管及びボイラと第１中圧タービンを接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラと高圧タービンを接続する配管及びボイラと第１中圧タービンを接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金を使用することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
また、第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化し、一体化物を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【００１９】
以上記載のごとく本発明によれば、６５０℃級、更には７００℃級の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制して設備の大型化が可能である蒸気タービン設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
[図１]  実施例１における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図２]  実施例２における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図３]  実施例３における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図４]  従来例における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図５]  別の従来例における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図１を参照して、実施例１に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【００２３】
図１に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、後述するように２つに分割された中圧タービン、低圧タービン２４、発電機２６、復水器２８、ボイラ３２から主に構成される。前記中圧タービンは高温高圧側の第１中圧タービン１２と低温低圧側の第２中圧タービン１４とに分離されており、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４とが一体化されて一体化物２２を形成している。
また、前記第１中圧タービン１２、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６は同一軸線上で連結するように構成されている。
【００２４】
前記第１中圧タービン１２の蒸気導入側のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方は、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【００２５】
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３４を通って高圧タービン１６に導入される。高圧タービン１６に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管３８を通ってボイラ３２に戻される。該ボイラ３２に戻された蒸気は、ボイラ３２で再熱されて６５０℃以上の蒸気となり、高温再熱管４０を通って第１中圧タービン１２に送られる。第１中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は５５０℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管４２を経て第２中圧タービン１４に送られる。第２中圧タービン１４に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管４４を通って低圧タービン２４に送られる。低圧タービン２４に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器２８に送られる。復水器２８に送られた蒸気は復水器２８で復水され、給水ポンプ３０で昇圧されてボイラ３２に戻される。発電機２６はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【００２６】
以上のような実施例１の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、６５０℃以上の蒸気が導入される側（蒸気導入側）の第１中圧タービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、翼段数、車室数や軸数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
また、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４とを一体化し、一体化物（図示せず）を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【実施例２】
【００２７】
図２は、実施例２における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図２を参照して、実施例２に係る蒸気タービン設備により構成される発電設備について説明する。
【００２８】
図２に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、後述するように２つに分割された中圧タービン、低圧タービン２４、発電機２６、２７、復水器２８、ボイラ３２から主に構成される。前記中圧タービンは高温高圧側の第１中圧タービン１２と低温低圧側の第２中圧タービン１４とに分離されており、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４とが一体化されて一体化物２２を形成している。
また、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６は同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ３２に近い位置に第１中圧タービン１２と発電機２７とが同一軸線上で連結して配置されている。第１中圧タービン１２はボイラ３２に近いほど好ましい。
また、第１中圧タービン１２の蒸気導入側のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
【００２９】
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３４を通って高圧タービン１６に導入される。高圧タービン１６に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、低温再熱管３８を通ってボイラ３２に戻される。該ボイラ３２に戻された蒸気は、ボイラ３２で再熱されて６５０℃以上の蒸気となり、高温再熱管４０を通って第１中圧タービン１２に送られる。第１中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は５５０℃級まで低下して排気され、中圧部連絡管４２を経て第２中圧タービン１４に送られる。第２中圧タービン１４に送られた蒸気は膨張仕事を行った後に排気され、クロスオーバー管４４を通って低圧タービン２４に送られる。低圧タービン２４に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、復水器２８に送られる。復水器２８に送られた蒸気は復水器２８で復水され、給水ポンプ３０で昇圧されてボイラ３２に戻される。発電機２６、２７はそれぞれのタービンの膨張仕事によって回転駆動され、発電する。
【００３０】
以上のような実施例２の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、６５０℃以上の蒸気が導入される側（蒸気導入側）の第１中圧タービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、翼段数、車室数や軸数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００３１】
さらに、６５０℃以上の蒸気が導入される第１中圧タービン１２を前記ボイラ３２の近くに配置することにより、ボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金を使用することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを低減することが可能となる。
また、高圧タービン１６と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４とを一体化し、一体化物（図示せず）を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【実施例３】
【００３２】
図３は、実施例３における蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
図３に示された蒸気タービン発電設備１０は、図２に示した実施例２の形態の蒸気タービン設備と一部を変更した形態であり、実施例２と違う部分についてのみ説明する。
【００３３】
図３に示された蒸気タービン発電設備１０においては、高圧タービン１６と第１中圧タービン１２とが一体化されて一体化物２０を形成している。また、第２中圧タービン１４、低圧タービン２４及び発電機２６は同一軸線上で連結するように構成されており、それよりもボイラ３２に近い位置で一体化物２０と発電機２７とが同一軸線上で連結して配置されている。一体化物２０はボイラ３２に近いほど好ましい。
また、高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２の蒸気導入側のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されている。
また、高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２には何れも６５０℃以上の蒸気が導入される。
【００３４】
以上のような実施例３の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、６５０℃以上の蒸気が導入される高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２の蒸気導入側のロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することで、翼段数、車室数や軸数を増加させることなく設備の大型化が可能となる。
また、このような設備においては高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２に６５０℃以上の蒸気が導入され、第２中圧タービン１４には６５０℃未満の蒸気が導入される。従って６５０℃以上の蒸気が導入され、Ｎｉ基合金で形成されるとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成されたロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方が使用される高圧タービン１６と第１中圧タービン１２とを一体化して一体化物２０を構成することで、高級材料であるＮｉ基合金の使用量を少なくし、設備コストの上昇を抑制することができる。
【００３５】
さらに、６５０℃以上の蒸気が導入される高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２を前記ボイラ３２の近くに配置することにより、ボイラ３２と高圧タービン１６及びボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管長を短くすることができ、該配管に使用する材料を低減することができる。前記ボイラ３２と第１中圧タービン１２を接続する配管は６５０℃以上の蒸気が流通するため、高級材料であるＮｉ基合金で製作することが必要であるが、該配管を短くし材料使用量を削減することで設備全体の製作コストを大幅に低減することが可能となる。
また、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４とを一体化し、一体化物（図示せず）を形成してもよい。これにより、更に車室数や軸数を低減することができ、設備の低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
６５０℃級、更には７００℃級の蒸気条件を採用した場合であっても振動発生の可能性や設備コストの大幅な上昇を抑制してタービン設備の大型化が可能である蒸気タービン設備として利用することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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を備えた蒸気タービン設備において、
前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービンと低温低圧側の第２中圧タービンとに分離し、
６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする蒸気タービン設備。
【請求項２】
前記高圧タービンと、第１中圧タービンと、第２中圧タービンと、低圧タービンとを同一軸線上において連結し、
第１中圧タービン又は第１中圧タービンと高圧タービンの６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気導入側のタービンのロータおよびケーシングの少なくともいずれか一方をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体およびケーシング全体の少なくともいずれか一方を複数のロータ部材またはケーシング部材を溶接によって接合して構成することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項３】
前記高圧タービンと前記第２中圧タービンと前記低圧タービンとを一体化し、一体化物を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービン設備。
【請求項４】
前記第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、
前記第１中圧タービンとは別軸で、前記高圧タービンと前記第２中圧タービンとを一体化して前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、
前記高圧タービンと第２中圧タービンと低圧タービンとの連結体よりも、前記第１中圧タービンを、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項５】
前記高圧タービンと前記第２中圧タービンと前記低圧タービンとを一体化し、一体化物を構成することを特徴とする請求項４記載の蒸気タービン設備。
【請求項６】
前記高圧タービン及び第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気を導入し、
前記高圧タービンと第１中圧タービンとを一体化し、
前記高圧タービンと前記第１中圧タービンとの一体化物とは別軸で、前記第２中圧タービンと前記低圧タービンを同一軸線上で連結するとともに、
該第２中圧タービンと低圧タービンとの連結体よりも、前記高圧タービンと第１中圧タービンの一体化物を、前記高圧タービン及び中圧タービンに導入される蒸気を過熱するボイラに近い位置に配置することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項７】
前記第２中圧タービンと前記低圧タービンとを一体化し、一体化物を構成することを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン設備。
【国際調査報告】
2010018774.tif 000008
2010018774.tif 000009
2010018774.tif 000010