(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、前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、前記第２高圧タービン部と前記第２中圧タービン部とを一体化した第２の一体化部を構成し、６５０℃以上の蒸気が導入される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をＮｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成する。
2010018775.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、
前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、
前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、
少なくとも前記第２高圧タービン部と前記第２中圧タービン部とを一体化した第２の一体化部を構成し、
前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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、前記タービンのロータ全体及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又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】
前記第１の一体化部と、第２の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結した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】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
該超高圧タービンと、前記第１の一体化部と、第２の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結した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４】
前記第１の一体化部を構成する第１高圧タービン部と第１中圧タービン部に６５０℃以上の蒸気を導入するとともに、
前記第２の一体化部を構成する第２高圧タービン部と第２中圧タービン部に６５０℃未満の蒸気を導入するようにし、
前記第２の一体化部と、低圧タービンとを、前記第１の一体化部とは別軸で連結するとともに、
該第２の一体化部と低圧タービンとの連結体よりも、前記第１の一体化部を、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】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結した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】
前記第２の一体化部において、さらに前記低圧タービンを一体化したことを特徴とする請求項１〜５何れか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項７】
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、
前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、
前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、
前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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、前記タービンロータ全体及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又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８】
前記第１の一体化部と、前記第２高圧タービンと、前記第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たことを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン設備。
【請求項９】
前記第２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連結して連結体を構成し、該連結体は前記第１の一体化部とは別軸で連結するとともに、
該連結体よりも、前記第１の一体化部を、前記高圧タービン及び前記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７記載の蒸気タービン設備。
【請求項１０】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
該超高圧タービンと、前記第１の一体化部と、前記第２中圧タービンと、前記低圧タービンとを同一軸線上において連結したことを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン設備。
【請求項１１】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結したことを特徴とする請求項９記載の蒸気タービン設備。
【請求項１２】
前記第２中圧タービン部と前記低圧タービンとを一体化したことを特徴とする請求項７〜１１何れか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項１３】
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、
６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを同一軸線上で連結するとともに、
６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンとは別の同一軸線上で連結し、
前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンよりも、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、
前記６５０℃以上の蒸気が導入される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をＮｉ基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及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又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１４】
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、
少なくとも、前記高圧タービンと中圧タービンとを一体化し、
該一体化物と、低圧タービンとを同一軸線上で連結し、
前記６５０℃以上の蒸気が導入される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をＮｉ基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及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又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１５】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記超高圧タービンを前記高圧タービンと中圧タービンを一体化した一体化物及び前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、
前記超高圧タービン及び前記高圧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をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及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又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１４記載の蒸気タービン設備。
【請求項１６】
前記一体化物において、さらに前記低圧タービンを一体化したことを特徴とする請求項１４又は１５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℃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℃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１４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１４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、高圧タービンには６５０℃以上の蒸気に耐えうる材料を使用していないため、主蒸気に６５０℃以上の蒸気を使用する場合には対応できない。
さらに、大容量の蒸気タービン設備を考えると、図１４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１５に示したように第１中圧タービン１１２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、前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、少なくとも前記第２高圧タービン部と前記第２中圧タービン部とを一体化した第２の一体化部を構成し、前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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、前記タービンのロータ全体及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又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及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、タービンのロータ全体及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又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、高圧タービン、中圧タービンともに６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室、軸数（分割されたタービンの数）や翼段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、このような設備においては前記第１高圧タービン及び第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気が導入される。従って、第１高圧タービンと第１中圧タービンとを一体化し、６５０℃未満の蒸気が導入され、フェライト系材料で構成可能な第２高圧タービンと第２中圧タービンとを一体化することで、高級材料であるＮｉ基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。また、６５０℃以上の蒸気が導入される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にはＮｉ基合金を使用しているため、タービン内に多量の冷却蒸気を導入する必要はなくタービン内部効率向上にも繋がる。
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、該超高圧タービンと、前記第１の一体化部と、第２の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
また、前記第１の一体化部を構成する第１高圧タービン部と第１中圧タービン部に６５０℃以上の蒸気を導入するとともに、前記第２の一体化部を構成する第２高圧タービン部と第２中圧タービン部に６５０℃未満の蒸気を導入するようにし、前記第２の一体化部と、低圧タービンとを、前記第１の一体化部とは別軸で連結するとともに、該第２の一体化部と低圧タービンとの連結体よりも、前記第１の一体化部を、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高圧タービン部と第１中圧タービン部とを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと第１高圧タービン部及びボイラと第１中圧タービン部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。前記ボイラと第１高圧タービン部及びボイラと第１中圧タービン部を接続する配管は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、前記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、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
また、上記何れかの構成の蒸気タービン設備における前記第２の一体化部において、さらに前記低圧タービンを一体化ししてもよい。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
さらに、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、前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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及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又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。なお、第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化してもよい。
第２高圧タービンと第２中圧タービンとを一体化しないことで、大容量化への対応が容易になる。
また、さらに第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化すれば、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
さらに、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、６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを同一軸線上で連結するとともに、６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンとは別の同一軸線上で連結し、前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンよりも、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、前記６５０℃以上の蒸気が導入される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をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及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又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。
６５０℃以上の蒸気が導入される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低減することが可能となる。
また、６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンのロータ又はケーシング部材をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体のいずれか一方を複数材料のロータ部材又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、第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室数、軸数や翼段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、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、少なくとも前記高圧タービンと中圧タービンとを一体化し、該一体化物と、低圧タービンとを同一軸線上で連結し、前記６５０℃以上の蒸気が導入される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。なお、前記高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとを一体化してもよい。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
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１における一部形態を変更した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１における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図４】実施例１における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図５】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６】実施例２における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図７】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８】実施例３における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図９】実施例４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１０】実施例４における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
【図１１】実施例５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１２】実施例６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１３】実施例７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１４】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１５】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、後述するように２つに分離された高圧タービン、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。前記高圧タービンは、高温高圧側の第１高圧タービン１６と低温低圧側の第２高圧タービン１８とに分離され、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、第１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を形成しており、第２高圧タービン１８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、前記一体化物２０、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高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２のロータ及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及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又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を通って第１高圧タービン１６に導入される。第１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、６５０℃未満の蒸気となって高圧部連絡管３６を経て第２高圧タービン１８へ導入され、該第２高圧タービンで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タービン（第１高圧タービン１６、第１中圧タービン１２）のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成することで、第１高圧タービン１６、中圧タービン１２ともに車室数、軸数や翼段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、このような設備においては前記第１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高圧タービン１８及び第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、高圧タービン、中圧タービンの何れも２つに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入されＮｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成したロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方が使用される第１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を構成し、６５０℃未満の蒸気が導入され、従来と同様にフェライト系材料で構成可能な第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４とを一体化して一体化物を構成することで、高級材料であるＮｉ基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。なお、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４は、導入される蒸気温度が５６０℃を超える場合には、ロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼、１２Ｃｒ鋼とＣｒＭｏＶ鋼など）の溶接構造を採用することで、高温強度が必要な部分にのみ高級材を使用し、高温強度を必要としない部分は安価な材料を使用できるので、高級材の使用量を最小化することができる。
また、図２に示すように、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物２１を構成することで、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２１のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
一方、大容量化により、図３に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図３に示した例に対し、図４に示すように、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物２３を構成することで、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２３のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例２】
【０００８】
図５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５に示された蒸気タービン発電設備１０は、図１に示した実施例１の形態の蒸気タービン発電設備と一部を変更した形態であり、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６が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に近い位置に一体化物２０と発電機２７とが同一軸線上で連結するように構成されて配置されている。一体化物２０はボイラ３２に近いほど好ましい。
その他は全て実施例１の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
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、実施例１の形態の効果に加えて、６５０℃以上の蒸気が導入される第１高圧タービン１６と第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、前記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、図２に示した例と同様に、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２１のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
一方、大容量化により、図６に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図６に示した例に対し、図４に示した例と同様に、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２３のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例３】
【０００９】
図７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７を参照して、実施例３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７に示された蒸気タービン発電設備１０は、超高圧タービン１９、後述するように２つに分離された高圧タービン、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。前記高圧タービンは、高温高圧側の第１高圧タービン１６と低温低圧側の第２高圧タービン１８とに分離され、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、第１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を形成しており、第２高圧タービン１８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、超高圧タービン１９、前記一体化物２０、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。
前記超高圧タービン１９、第１高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２のロータは、Ｎｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及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又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３３を通って超高圧タービン１９に導入される。超高圧タービン１９に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管３５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３４を通って第１高圧タービン１６に導入される。第１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、６５０℃未満の蒸気となって高圧部連絡管３６を経て第２高圧タービン１８へ導入され、該第２高圧タービンで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タービン（超高圧タービン１９、第１高圧タービン１６、第１中圧タービン１２）のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成することで、超高圧タービン、第１高圧タービン１６、中圧タービン１２何れも車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。また超高圧タービン１９を設けたことでより高い圧力の蒸気を使用することが可能である。
また、このような設備においては前記超高圧タービン１９、第１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高圧タービン１８及び第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、高圧タービン、中圧タービンの何れも２つに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入されＮｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成したロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方が使用される第１高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２とを一体化して一体化物２０を構成して超高圧タービン１９と連結し、６５０℃未満の蒸気が導入され、従来と同様にフェライト系材料で構成可能な第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１２とを一体化して一体化物２２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、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。なお、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４は、導入される蒸気温度が５６０℃を超える場合には、ロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ、１２ＣｒとＣｒＭｏＶ鋼）の溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化する。
また、図２で示した例と同様に、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
一方、大容量化により、図８に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図８に示した例に対し、図４で示した例と同様に、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例４】
【００１０】
図９は、実施例４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９に示された蒸気タービン発電設備１０は、図７に示した実施例３の形態の蒸気タービン発電設備と一部を変更した形態であり、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６が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に近い位置に超高圧タービン１９、一体化物２０及び発電機２７とが同一軸線上で連結するように構成されて配置されている。超高圧タービン１９及び一体化物２０はボイラ３２に近いほど好ましい。
その他は全て実施例３の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
以上のような実施例４の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、実施例３の形態の効果に加えて、６５０℃以上の蒸気が導入される超高圧タービン１９、第１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と超高圧タービン１９、ボイラ３２と第１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と超高圧タービン１９、ボイラ３２と第１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、前記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、図２で示した例と同様に、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
一方、大容量化により、図１０に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図１０に示した例に対し、図４で示した例と同様に、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例５】
【００１１】
図１１は、実施例５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１１を参照して、実施例５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１１に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
また、高圧タービン１６、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。中圧タービン１２はボイラ３２に近いほど好ましい。
また、中圧タービン１２のロータ及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及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又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℃未満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を通って中圧タービン１２に送られる。中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は排気されて、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５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中圧タービン１２のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成することで、中圧タービン１２を車室数、軸数や翼段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、前記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。
【実施例６】
【００１２】
図１２は、実施例６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１２を参照して、実施例６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１２に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
また、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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、また、高圧タービン１６と中圧タービンは一体化され、一体化物２５を構成している。
前記高圧タービン１６及び中圧タービン１２のロータ及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及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、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管４８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を通って中圧タービン１２に導入される。中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は排気されてクロスオーバー管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６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タービン（高圧タービン１６、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基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成すると共に、高圧タービン１６と中圧タービン１２の一体化物２５を構成することで、車室数、軸数や翼段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と中圧タービン１２と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例７】
【００１３】
図１３は、実施例７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１３を参照して、実施例７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１３に示された蒸気タービン発電設備１０は、超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
また、超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
前記超高圧タービン１９、高圧タービン１６及び中圧タービン１２のロータ及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及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又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３３を通って超高圧タービン１９に導入される。超高圧タービン１９に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管３５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、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管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を通って中圧タービン１２に送られる。中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は排気されてクロスオーバー管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７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タービン（超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２）のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成することで、超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２何れも車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。また超高圧タービン１９を設けたことでより高い圧力の蒸気を使用することが可能である。
一方、高圧タービン１６と中圧タービン１２と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成してもよい（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えばＮｉ基合金と１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、Ｎｉ基合金と９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、Ｎｉ基合金と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
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】
2010018775.tif 000003
【図２】
2010018775.tif 000004
【図３】
2010018775.tif 000005
【図４】
2010018775.tif 000006
【図５】
2010018775.tif 000007
【図６】
2010018775.tif 000008
【図７】
2010018775.tif 000009
【図８】
2010018775.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010018775.tif 000012
【図１１】
2010018775.tif 000013
【図１２】
2010018775.tif 000014
【図１３】
2010018775.tif 000015
【図１４】
2010018775.tif 000016
【図１５】
2010018775.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月25日(2010.1.25)
【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℃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℃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１４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１４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、高圧タービンには６５０℃以上の蒸気に耐えうる材料を使用していないため、主蒸気に６５０℃以上の蒸気を使用する場合には対応できない。
【０００８】
さらに、大容量の蒸気タービン設備を考えると、図１４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。
【０００９】
そのため、図１５に示したように第１中圧タービン１１２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。
【００１０】
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。
【００１１】
【特許文献】
【特許文献１】  特許第４０７４２０８号公報
【発明の概要】
【００１２】
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。
【００１３】
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、前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、少なくとも前記第２高圧タービン部と前記第２中圧タービン部とを一体化した第２の一体化部を構成し、前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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、前記タービンのロータ全体及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又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。
【００１４】
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、第１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、タービンのロータ全体及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又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、高圧タービン、中圧タービンともに６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室、軸数（分割されたタービンの数）や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００１５】
また、このような設備においては前記第１高圧タービン及び第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気が導入される。従って、第１高圧タービンと第１中圧タービンとを一体化し、６５０℃未満の蒸気が導入され、フェライト系材料で構成可能な第２高圧タービンと第２中圧タービンとを一体化することで、高級材料であるＮｉ基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。また、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にはＮｉ基合金を使用しているため、タービン内に多量の冷却蒸気を導入する必要はなくタービン内部効率向上にも繋がる。
【００１６】
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、該超高圧タービンと、前記第１の一体化部と、第２の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
また、前記第１の一体化部を構成する第１高圧タービン部と第１中圧タービン部に６５０℃以上の蒸気を導入するとともに、前記第２の一体化部を構成する第２高圧タービン部と第２中圧タービン部に６５０℃未満の蒸気を導入するようにし、前記第２の一体化部と、低圧タービンとを、前記第１の一体化部とは別軸で連結するとともに、該第２の一体化部と低圧タービンとの連結体よりも、前記第１の一体化部を、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。
【００１７】
６５０℃以上の蒸気が導入される第１高圧タービン部と第１中圧タービン部とを前記ボイラの近くに配置することにより、ボイラと第１高圧タービン部及びボイラと第１中圧タービン部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。前記ボイラと第１高圧タービン部及びボイラと第１中圧タービン部を接続する配管は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、前記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。
【００１８】
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結してもよい。
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
【００１９】
また、上記何れかの構成の蒸気タービン設備における前記第２の一体化部において、さらに前記低圧タービンを一体化ししてもよい。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
【００２０】
さらに、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、前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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及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又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。なお、第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化してもよい。
第２高圧タービンと第２中圧タービンとを一体化しないことで、大容量化への対応が容易になる。
また、さらに第２中圧タービンと低圧タービンとを一体化すれば、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
【００２１】
さらに、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、６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを同一軸線上で連結するとともに、６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンとは別の同一軸線上で連結し、前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンよりも、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、前記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をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及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又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。
【００２２】
６５０℃以上の蒸気が導入される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低減することが可能となる。
また、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又はケーシング部材をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及びケーシング全体のいずれか一方を複数のロータ部材又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、第１中圧タービンに６５０℃以上の蒸気が導入される蒸気条件であっても、車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００２３】
さらに、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、少なくとも前記高圧タービンと中圧タービンとを一体化し、該一体化物と、低圧タービンとを同一軸線上で連結し、前記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。なお、前記高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとを一体化してもよい。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。
【００２４】
また、前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結してもよい。
【００２５】
これにより、さらなる蒸気の高圧化が可能となる。
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】
【００２６】
[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１における一部形態を変更した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１における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図４]  実施例１における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図５]  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６]  実施例２における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図７]  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８]  実施例３における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図９]  実施例４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１０]  実施例４における一部形態を変更した蒸気タービン発電設備の構成を示す図である。
[図１１]  実施例５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１２]  実施例６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１３]  実施例７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１４]  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１５]              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】
【００２７】
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】
【００２８】
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。
【００２９】
図１に示された蒸気タービン発電設備１０は、後述するように２つに分離された高圧タービン、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。前記高圧タービンは、高温高圧側の第１高圧タービン１６と低温低圧側の第２高圧タービン１８とに分離され、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、第１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を形成しており、第２高圧タービン１８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、前記一体化物２０、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。
【００３０】
前記第１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及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及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又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。
【００３１】
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３４を通って第１高圧タービン１６に導入される。第１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、６５０℃未満の蒸気となって高圧部連絡管３６を経て第２高圧タービン１８へ導入され、該第２高圧タービンで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。
【００３２】
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）のタービン（第１高圧タービン１６、第１中圧タービン１２）のロータ及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、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成することで、第１高圧タービン１６、中圧タービン１２ともに車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００３３】
また、このような設備においては前記第１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高圧タービン１８及び第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、高圧タービン、中圧タービンの何れも２つに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入される側（蒸気導入側）のロータ及びケーシングの少なくとも一方がＮｉ基合金で形成され、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成した第１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を構成し、６５０℃未満の蒸気が導入され、従来と同様にフェライト系材料で構成可能な第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４とを一体化して一体化物を構成することで、高級材料であるＮｉ基合金の使用量を少なくし、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。なお、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４は、導入される蒸気温度が５６０℃を超える場合には、ロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼、１２Ｃｒ鋼とＣｒＭｏＶ鋼など）の溶接構造を採用することで、高温強度が必要な部分にのみ高級材を使用し、高温強度を必要としない部分は安価な材料を使用できるので、高級材の使用量を最小化することができる。
【００３４】
また、図２に示すように、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物２１を構成することで、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２１のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【００３５】
一方、大容量化により、図３に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図３に示した例に対し、図４に示すように、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物２３を構成することで、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２３のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例２】
【００３６】
図５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５に示された蒸気タービン発電設備１０は、図１に示した実施例１の形態の蒸気タービン発電設備と一部を変更した形態であり、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６が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に近い位置に一体化物２０と発電機２７とが同一軸線上で連結するように構成されて配置されている。一体化物２０はボイラ３２に近いほど好ましい。
その他は全て実施例１の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
【００３７】
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、実施例１の形態の効果に加えて、６５０℃以上の蒸気が導入される第１高圧タービン１６と第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、前記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。
【００３８】
また、図２に示した例と同様に、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２１のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【００３９】
一方、大容量化により、図６に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図６に示した例に対し、図４に示した例と同様に、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物２３のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例３】
【００４０】
図７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７を参照して、実施例３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。
【００４１】
図７に示された蒸気タービン発電設備１０は、超高圧タービン１９、後述するように２つに分離された高圧タービン、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。前記高圧タービンは、高温高圧側の第１高圧タービン１６と低温低圧側の第２高圧タービン１８とに分離され、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、第１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を形成しており、第２高圧タービン１８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、超高圧タービン１９、前記一体化物２０、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。
【００４２】
前記超高圧タービン１９、第１高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２のロータは、蒸気導入側をＮｉ基合金で形成するとともに、タービンロータ全体及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又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。
【００４３】
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３３を通って超高圧タービン１９に導入される。超高圧タービン１９に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管３５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３４を通って第１高圧タービン１６に導入される。第１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、６５０℃未満の蒸気となって高圧部連絡管３６を経て第２高圧タービン１８へ導入され、該第２高圧タービンで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。
【００４４】
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側のタービン（超高圧タービン１９、第１高圧タービン１６、第１中圧タービン１２）のロータ及びケーシングの少なくともいずれか一方を、Ｎｉ基合金で形成された複数の部材を溶接によって接合して構成することで、超高圧タービン、第１高圧タービン１６、中圧タービン１２何れも車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。また超高圧タービン１９を設けたことでより高い圧力の蒸気を使用することが可能である。
【００４５】
また、このような設備においては前記超高圧タービン１９、第１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高圧タービン１８及び第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、高圧タービン、中圧タービンの何れも２つに分離し、６５０℃以上の蒸気が導入される側（蒸気導入側）のロータ及びケーシングの少なくとも一方がＮｉ基合金で形成され、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成した第１高圧タービン１６及び第１中圧タービン１２とを一体化して一体化物２０を構成して超高圧タービン１９と連結し、６５０℃未満の蒸気が導入され、従来と同様にフェライト系材料で構成可能な第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１２とを一体化して一体化物２２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、設備コストの大幅な上昇を抑制することができる。なお、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４は、導入される蒸気温度が５６０℃を超える場合には、ロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ、１２ＣｒとＣｒＭｏＶ鋼）の溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化する。
また、図２で示した例と同様に、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【００４６】
一方、大容量化により、図８に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図８に示した例に対し、図４で示した例と同様に、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例４】
【００４７】
図９は、実施例４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９に示された蒸気タービン発電設備１０は、図７に示した実施例３の形態の蒸気タービン発電設備と一部を変更した形態であり、一体化物２２、低圧タービン２４及び発電機２６が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に近い位置に超高圧タービン１９、一体化物２０及び発電機２７とが同一軸線上で連結するように構成されて配置されている。超高圧タービン１９及び一体化物２０はボイラ３２に近いほど好ましい。
その他は全て実施例３の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
【００４８】
以上のような実施例４の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、実施例３の形態の効果に加えて、６５０℃以上の蒸気が導入される超高圧タービン１９、第１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と超高圧タービン１９、ボイラ３２と第１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と超高圧タービン１９、ボイラ３２と第１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、前記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。
【００４９】
また、図２で示した例と同様に、第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【００５０】
一方、大容量化により、図１０に示したように第２高圧タービン１８と第２中圧タービン１４を一体化させない構造とすることもできる。
また、図１０に示した例に対し、図４で示した例と同様に、第２中圧タービン１４と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例５】
【００５１】
図１１は、実施例５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１１を参照して、実施例５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。
【００５２】
図１１に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
また、高圧タービン１６、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。中圧タービン１２はボイラ３２に近いほど好ましい。
また、中圧タービン１２の蒸気導入側のロータ及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及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又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。
【００５３】
ボイラ３２で６５０℃未満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を通って中圧タービン１２に送られる。中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は排気されて、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。
【００５４】
以上のような実施例５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の中圧タービン１２のロータ及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、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成することで、中圧タービン１２を車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００５５】
さらに、６５０℃以上の蒸気が導入される中圧タービン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、前記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。
【実施例６】
【００５６】
図１２は、実施例６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１２を参照して、実施例６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。
【００５７】
図１２に示された蒸気タービン発電設備１０は、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
また、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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、また、高圧タービン１６と中圧タービンは一体化され、一体化物２５を構成している。
前記高圧タービン１６及び中圧タービン１２の蒸気導入側のロータ及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及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。
【００５８】
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、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管４８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を通って中圧タービン１２に導入される。中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は排気されてクロスオーバー管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。
【００５９】
以上のような実施例６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のタービン（高圧タービン１６、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基合金で形成し、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成すると共に、高圧タービン１６と中圧タービン１２の一体化物２５を構成することで、車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。
【００６０】
また、高圧タービン１６と中圧タービン１２と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成することができる（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えば１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【実施例７】
【００６１】
図１３は、実施例７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１３を参照して、実施例７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。
【００６２】
図１３に示された蒸気タービン発電設備１０は、超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
また、超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２、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。
前記超高圧タービン１９、高圧タービン１６及び中圧タービン１２の蒸気導入側のロータ及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及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又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。
【００６３】
ボイラ３２で６５０℃以上に過熱された主蒸気は、主蒸気管３３を通って超高圧タービン１９に導入される。超高圧タービン１９に導入された蒸気は、膨張仕事を行った後に排気され、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管３５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、６５０℃未満の蒸気となって低温再熱管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を通って中圧タービン１２に送られる。中圧タービン１２で膨張仕事を行った蒸気は排気されてクロスオーバー管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。
【００６４】
以上のような実施例７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のタービン（超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２）のロータ及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、全体としては複数の部材を溶接によって接合して構成することで、超高圧タービン１９、高圧タービン１６、中圧タービン１２何れも車室数、軸数や翼段数を増加させることなく設備の大型化が可能である。また超高圧タービン１９を設けたことでより高い圧力の蒸気を使用することが可能である。
【００６５】
一方、高圧タービン１６と中圧タービン１２と低圧タービン２４を一体化して一体化物を構成してもよい（図示せず）。これにより、車室数や軸数を低減することが可能となり、設備コストの低減を図ることができる。なお、一体化物のロータやケーシングに異材（例えばＮｉ基合金と１２Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、Ｎｉ基合金と９Ｃｒ鋼と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼、Ｎｉ基合金と２．２５Ｃｒ鋼と３．５Ｎｉ鋼など）溶接構造を採用することで同様に、高級材の使用量を最小化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
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、
前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、
前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、
少なくとも前記第２高圧タービン部と前記第２中圧タービン部とを一体化した第２の一体化部を構成し、
前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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、前記タービンのロータ全体及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又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】
前記第１の一体化部と、第２の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結した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】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
該超高圧タービンと、前記第１の一体化部と、第２の一体化部と、低圧タービンとを同一軸線上において連結した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４】
前記第１の一体化部を構成する第１高圧タービン部と第１中圧タービン部に６５０℃以上の蒸気を導入するとともに、
前記第２の一体化部を構成する第２高圧タービン部と第２中圧タービン部に６５０℃未満の蒸気を導入するようにし、
前記第２の一体化部と、低圧タービンとを、前記第１の一体化部とは別軸で連結するとともに、
該第２の一体化部と低圧タービンとの連結体よりも、前記第１の一体化部を、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】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結した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】
前記第２の一体化部において、さらに前記低圧タービンを一体化したことを特徴とする請求項１〜５何れか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項７】
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、
前記高圧タービンを高温高圧側の第１高圧タービン部と低温低圧側の第２高圧タービン部とに分離し、
前記中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離し、
前記第１高圧タービン部と前記第１中圧タービン部とを一体化した第１の一体化部を構成するとともに、
前記第１高圧タービン部及び前記第１中圧タービン部の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及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、前記タービンロータ全体及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又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８】
前記第１の一体化部と、前記第２高圧タービンと、前記第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たことを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン設備。
【請求項９】
前記第２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連結して連結体を構成し、該連結体は前記第１の一体化部とは別軸で連結するとともに、
該連結体よりも、前記第１の一体化部を、前記高圧タービン及び前記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７記載の蒸気タービン設備。
【請求項１０】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
該超高圧タービンと、前記第１の一体化部と、前記第２中圧タービンと、前記低圧タービンとを同一軸線上において連結したことを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン設備。
【請求項１１】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、
前記第１の一体化部と、前記超高圧タービンとを同一軸線上で連結したことを特徴とする請求項９記載の蒸気タービン設備。
【請求項１２】
前記第２中圧タービン部と前記低圧タービンとを一体化したことを特徴とする請求項７〜１１何れか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項１３】
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、
６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを同一軸線上で連結するとともに、
６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンとは別の同一軸線上で連結し、
前記６５０℃以上の蒸気が導入されるタービンを、前記６５０℃未満の蒸気が導入されるタービンよりも、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、
前記６５０℃以上の蒸気が導入される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をＮｉ基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及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又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１４】
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、
少なくとも、前記高圧タービンと中圧タービンとを一体化し、
該一体化物と、低圧タービンとを同一軸線上で連結し、
６５０℃以上の蒸気が導入される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をＮｉ基合金で形成するとともに、前記タービンのロータ全体及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又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１５】
前記高圧タービンに導入される蒸気よりも高圧の蒸気が導入される超高圧タービンを設け、前記超高圧タービンを前記高圧タービンと中圧タービンを一体化した一体化物及び前記低圧タービンと同一軸線上で連結するとともに、
前記超高圧タービン及び前記高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及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又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１４記載の蒸気タービン設備。
【請求項１６】
前記一体化物において、さらに前記低圧タービンを一体化したことを特徴とする請求項１４又は１５記載の蒸気タービン設備。
【国際調査報告】
2010018775.tif 000018
2010018775.tif 000019
2010018775.tif 000020
2010018775.tif 000021