(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動プロセス中にターボ機械（１０２）に流入する蒸気流を不均衡にする方法（４００）であって、
少なくとも第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）と、該第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）内に部分的に配置されるロータ（１１５）とを備えるターボ機械（１０２）を提供する段階と、
前記第１のセクション（１１０）への蒸気流を制御するよう構成された第１のバルブ（１１６）と、前記第２のセクション（１１２）への蒸気流を制御するよう構成された第２のバルブ（１１８）とを提供する段階と、
蒸気によって前記ロータ（１１５）が回転し、蒸気が前記第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）を流れるまで続くときに開始する始動段階で前記ターボ機械（１０２）が作動しているか否かを判定する段階（４２０）と、
前記ターボ機械（１０２）の各セクション（１１０、１１２）において運転境界に接近する許容可能タービン運転スペース（ＡＴＯＳ）（３０２）を決定する段階（４３０）と、
を含み、前記ＡＴＯＳ（３０２）が、前記各セクション（１１０、１１２）のスラスト限界に関するデータを組み込み、前記方法が更に、
前記始動段階に関連する物理的パラメータのＡＴＯＳ（３０２）内の許容範囲を決定する段階（４３０）と、
前記物理的パラメータの許容範囲によって部分的に制限される前記第１のバルブ（１１６）の変更を行って、前記第１のセクション（１１０）への蒸気流を制御する段階（４５０）と、
前記物理的パラメータの許容範囲によって部分的に制限される前記第２のバルブ（１１８）の変更を行って、前記第２のセクション（１１２）への蒸気流を可能にする段階（４７０）と、
を含み、
前記ＡＴＯＳ（３０２）が、リアルタイムで、前記第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）の運転境界を拡張し、前記始動段階中の前記ターボ機械（１０２）の前記第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）間の不均衡蒸気流を可能にすることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ターボ機械（１０２）が蒸気タービン（１０２）を含む、請求項１に記載の方法（４００）。
【請求項３】
前記ターボ機械（１０２）が、各々が少なくとも１つのバルブ（１１６、１１８）と一体化された複数のセクション（１１０、１１２）を含む、請求項２に記載の方法（４００）。
【請求項４】
前記物理的パラメータが、スラスト、ロータ応力、蒸気温度、蒸気圧力、排気ウィンデージ限界、前方流移送中の最小ＨＰ流、又は前方流移送中の最大ＨＰ流のうちの少なくとも１つを含む、請求項３記載の方法（４００）。
【請求項５】
前記物理的パラメータの値は、前記第１のセクション（１１０）又は第２のセクション（１１２）の少なくとも１つへの蒸気流を独立して制御するよう構成された伝達関数アルゴリズムにより決定される、請求項４に記載の方法（４００）。
【請求項６】
前記伝達関数アルゴリズムが、ＡＴＯＳ（３０２）に基づいて前記蒸気流を制限する、請求項５に記載の方法（４００）。
【請求項７】
前記第１のセクション（１１０）がＨＰセクション（１１０）を含み、前記第２のセクション（１１２）がＩＰセクション（１１２）を含む、請求項６に記載の方法（４００）。
【請求項８】
前記伝達関数アルゴリズムが、始動プロセス中に蒸気タービン（１０２）の運転スペースを決定し、該運転スペースが、前記ＨＰセクション（１１０）及び前記ＩＰセクション（１１２）の現在の動作範囲を決定する、請求項７に記載の方法（４００）。
【請求項９】
前記ＨＰセクション（１１０）及び前記ＩＰセクション（１１２）の現在の動作範囲に基づいて前記第１のバルブ（１１６）及び前記第２のバルブ（１１８）の所望のストロークを調整する段階を更に含む、請求項８に記載の方法（４００）。
【請求項１０】
前記始動プロセスが複数の段階を含み、各段階が前記現在の動作範囲によって部分的に決定される、請求項９に記載の方法（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ターボ機械に関し、より詳細には、始動段階中の蒸気タービンの運転融通性を高める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、発電プラント、熱発生システム、船舶用推進システム、及び他の熱電応用において一般的に使用されている。蒸気タービンは、通常、予め定められた圧力範囲内で作動する少なくとも１つのセクションを含む。該セクションは、高圧（ＨＰ）セクション、及び再熱又は中圧（ＩＰ）セクションを含むことができる。これらのセクション内に収容される回転要素は、一般的には、軸方向シャフト上に装着される。一般に、制御バルブ及びインタセプトバルブは、ＨＰセクション及びＩＰセクションをそれぞれ通る蒸気流を制御する。
【０００３】
蒸気タービンの通常運転は、３つの別個の段階、すなわち、始動、負荷運転、及びシャットダウンを含む。始動段階は、回転要素の回転が始まり、蒸気が全てのセクションを通って流れるまでの運転段階の開始とみなすことができる。一般に、始動段階は、特定負荷にて終了しない。負荷運転段階は、限定ではないが定格負荷のような、蒸気タービンの出力がほぼ所望の負荷になるまで、セクションに流入する蒸気の量が増大する運転段階とみなすことができる。シャットダウン段階は、蒸気タービン負荷が低下し、各セクションへの蒸気流が漸次的に停止して、回転要素が装着されたロータがターニングギア速度まで減速される運転段階とみなすことができる。
【０００４】
カスケード接続の蒸気バイパスシステムを備えた蒸気タービンにおいて、始動段階は、インタセプトバルブを用いてＩＰセクションへの蒸気流入から始まる。その後、蒸気は、ＨＰセクションに流入する。始動プロセスを完了するＨＰセクションへの蒸気流入のこのプロセスは、一般に、前方流移送と呼ばれる。通常、ＨＰ及びＩＰセクションを通る蒸気流は、前方流移送中に均衡にされる。蒸気流の量は、通常、作動している再熱器（ＲＨ）圧力に応じて決まる。しかしながら、この均衡流移送技術は幾つかの問題を生じる。
【０００５】
この技術は、始動段階中に蒸気タービンの運転に影響を及ぼす可能性がある物理的パラメータの全てを考慮している訳ではない。例えば、高温始動中は、高いＨＰセクション排気温度を防ぐためにより多くの量のＨＰ蒸気流が通常必要とされる。移送後にＨＰ及びＩＰ蒸気流を均衡させるために、移送前のＩＰ蒸気流は、これに応じてより大きな流量にする必要がある。しかしながら、不十分な蒸気がＨＰセクションを流れてより高いＩＰ蒸気流を均衡させることができるので、移送前に増大されたＩＰ蒸気流は、ＩＰセクションに対する軸方向スラストを増大させることができる。他方、移送前のＩＰ蒸気流が減少して軸方向スラスト荷重が低下した場合、移送時のＨＰ蒸気流量は要求よりも少なくなり、望ましくない高いＨＰセクション排気温度をもたらす結果となる。ロータ応力は、前方流移送中に考慮される別の物理的パラメータである。低温始動では、極めて高いＨＰ蒸気流量により、望ましくないロータ応力が生じる可能性がある。従って、蒸気タービンに影響を与える可能性がある複数の物理的パラメータは、蒸気流がＩＰ及びＨＰセクションへの流入を可能にする前に考慮する必要がある。
【０００６】
一部の始動方式は、これらの物理的パラメータ制約の１つ又は２つを満足することを試みている。例えば、限定ではないが、１つの方式は、始動プロセス中に誘起されるロータ応力を低減するよう試みている。しかしながら、この技法は、前方流移送中にＨＰセクションへの低い蒸気流量によって引き起こされる高いＨＰセクション排気温度には対処していない。他の始動方式は、限定ではないが、高いＨＰセクション排気温度のような、既存の蒸気流均衡高温始動方式の物理的パラメータを全て制限することには対処していない。
【０００７】
これらの問題は、運転上の融通性を低下させ、より大きな機械的構成要素を必要とし、場合によっては、始動段階中の蒸気タービンによって供給される正味出力を低減させる。従って、始動段階中の蒸気タービンの運転融通性を向上させる方法に対する要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，９３９，１００号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、始動プロセス中にターボ機械（１０２）に流入する蒸気流を不均衡にする方法（４００）であって、本方法（４００）は、少なくとも第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）と、該第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）内に部分的に配置されるロータ（１１５）とを備えるターボ機械（１０２）を提供する段階と、第１のセクション（１１０）への蒸気流を制御するよう構成された第１のバルブ（１１６）と、第２のセクション（１１２）への蒸気流を制御するよう構成された第２のバルブ（１１８）と、を提供する段階と、蒸気によってロータ（１１５）が回転し、蒸気が第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）を流れるまで続くときに開始する始動段階でターボ機械（１０２）が作動しているか否かを判定する段階（４２０）と、ターボ機械（１０２）の各セクション（１１０、１１２）において運転境界に接近する許容可能タービン運転スペース（ＡＴＯＳ）（３０２）を決定する段階（４３０）と、を含み、ＡＴＯＳ（３０２）が、各セクション（１１０、１１２）を通る蒸気流、各セクション（１１０、１１２）のスラスト限界、及び排気ウィンデージ限界のうちの少なくとも１つに関するデータを組み込み、本方法が更に、始動段階に関連する物理的パラメータのＡＴＯＳ（３０２）内の許容範囲を決定する段階（４３０）と、物理的パラメータの許容範囲によって部分的に制限される第１のバルブ（１１６）の変更を行って、第１のセクション（１１０）への蒸気流を制御する段階（４５０）と、物理的パラメータの許容範囲によって部分的に制限される第２のバルブ（１１８）の変更を行って、第２のセクション（１１２）への蒸気流を可能にする段階（４７０）と、を含み、ＡＴＯＳ（３０２）が、リアルタイムで、第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）の運転境界を拡張し、始動段階中のターボ機械（１０２）の第１のセクション（１１０）及び第２のセクション（１１２）間の不均衡蒸気流を可能にする。
【００１０】
ターボ機械（１０２）は、蒸気タービン（１０２）を含むことができる。ここで、蒸気タービン（１０２）は、各々が少なくとも１つのバルブ（１１６、１１８）と一体化された複数のセクション（１１０、１１２）を含むことができる。第１のセクション（１１０）がＨＰセクション（１１０）を含むことができ、第２のセクション（１１２）がＩＰセクション（１１２）を含むことができる。
【００１１】
物理的パラメータが、スラスト、ロータ応力、蒸気温度、蒸気圧力、排気ウィンデージ限界、前方流移送中の最小ＨＰ流、又は前方流移送中の最大ＨＰ流のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００１２】
物理的パラメータの値は、第１のセクション（１１０）又は第２のセクション（１１２）の少なくとも１つへの蒸気流を独立して制御するよう構成された伝達関数アルゴリズムにより決定される。伝達関数アルゴリズムは、ＡＴＯＳ（３０２）に基づいて蒸気流を制限することができる。
【００１３】
伝達関数アルゴリズムが、始動プロセス中に蒸気タービン（１０２）の運転スペースを決定することができ、該運転スペースが、ＨＰセクション（１１０）及びＩＰセクション（１１２）の現在の動作範囲を決定することができる。
【００１４】
本方法（４００）は、ＨＰセクション（１１０）及びＩＰセクション（１１２）の現在の動作範囲に基づいて第１のバルブ（１１６）及び第２のバルブ（１１８）の所望のストロークを調整することができる。
【００１５】
始動プロセスは複数の段階を含み、各段階が現在の動作範囲によって部分的に決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態が作動できる発電プラント施設を示す概略図。
【図２】既知の始動段階による、蒸気タービン用のＨＰセクション流に対するＩＰセクション流を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施形態による、蒸気タービンのＡＴＯＳを示す、ＨＰセクション流に対するＩＰセクション流及びＨＰセクション流に対するＲＨ圧力のグラフ。
【図４】本発明の一実施形態による、ＡＴＯＳ内で蒸気流を制御する方法の１つの実施例を示すフローチャート。
【図５】本発明の一実施形態による、ＡＴＯＳ内で蒸気タービンの作動性を高める方法を例示する、ＨＰセクション流に対するＩＰセクション流及びＨＰセクション流に対するＲＨ圧力のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、始動段階中に蒸気タービンの運転融通性を拡張する技術的作用を有する。蒸気タービンが作動すると、本発明は、各タービンセクションの許容可能タービン運転スペース（ＡＴＯＳ）を決定する。次に、本発明は、ＡＴＯＳに基づいて各タービンセクションに流入する蒸気を調整することができる。ここで各タービンセクションに流入する蒸気流の量は、別のタービンセクションに流入する蒸気流の量には依存しない。
【００１８】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特有の実施形態を示す添付図面を参照して行う。異なる構造及び動作を有する他の実施形態は、本発明の技術的範囲から逸脱するものではない。
【００１９】
本明細書では便宜上特定の専門用語を用いる場合があるが、これは、本発明を限定するものと解釈すべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「頂部」、「底部」、「水平方向」、「垂直方向」、「上流」、「下流」、「前方」、「後方」及び同様のもののような用語は、図に示す構成を単に記述しているに過ぎない。実際に、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、あらゆる方向に配向することができ、従って、特に明記しない限り、この用語は、このような変形形態を含むものとして理解されたい。
【００２０】
本明細書では、詳細な例示的実施形態を開示している。しかしながら、本明細書に開示した特定の構造的かつ機能的詳細は、単に例示的実施形態を説明する目的で示したに過ぎない。しかしながら、例示的実施形態は、多くの別の形態として具現化することができ、本明細書に記載した実施形態のみに限定されると解釈してはならない。
【００２１】
従って、例示的な実施形態は様々な変形及び代替形態が可能であるが、その実施形態を例証として図面に示し且つ本明細書で詳細に説明する。しかしながら、開示した特定の形態に例示的な実施形態を限定する意図はなく、逆に例示的な実施形態は、該例示的な実施形態の技術的範囲内にある全ての変形形態、均等形態、及び代替形態を保護すべきである点は理解されたい。
【００２２】
第１、第２、その他の用語は、本明細書で様々な要素を説明するのに用いることができるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでないことは理解されるであろう。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素と区別するのに使用される。例えば、第１の要素は、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される用語「及び／又は」とは、関連する記載品目の１以上の何れか及び全ての組み合わせを含む。
【００２３】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。本明細書で用いる場合に、数詞を付していない表現は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数の形態もまた含むことを意図している。更に、本明細書で用いる場合の「含む」、「含んでいる」、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、記述した特徴、回数、ステップ、操作、要素及び／又は構成部品の存在を特定するが、１以上のその他の特徴、回数、ステップ、操作、要素、構成部品及び／或いはそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことを理解されたい。
【００２４】
本発明は、様々な蒸気タービン又は同様のものに適用することができる。本発明の一実施形態は、単一蒸気タービン又は複数の蒸気タービンに適用することができる。以下の検討は、対向流構成及びカスケード接続の蒸気バイパスシステムを有する蒸気タービンに関するものであるが、本発明の実施形態は、当該構成に限定されるのもではない。本発明の実施形態は、対向流でない及び／又はカスケード接続の蒸気バイパスシステムを備えていない他の実施形態に適用してもよい。
【００２５】
ここで、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、限定ではないが、発電プラント施設のような、施設１００の蒸気タービン１０２を示す概略図である。図１は、蒸気タービン１０２、再熱ユニット１０４、制御システム１０６、及び発電器１０８を有する施設１００を示している。
【００２６】
図１に示すように、蒸気タービン１０２は、第１のセクション１１０、第２のセクション１１２、及びカスケード接続蒸気バイパスシステム１２０を含むことができる。本発明の種々の実施形態において、蒸気タービン１０２の第１のセクション１１０及び第２のセクション１１２は、高圧（ＨＰ）セクション１１０及び中圧（ＩＰ）セクション１１２とすることができる。本発明の他の種々の実施形態において、ＨＰセクション１１０はまた、ハウジング１１０と呼ぶことができ、ＩＰセクション１１２はまた、追加ハウジング１１２と呼ぶことができる。更に、蒸気タービン１０２はまた、第３のセクション１１４を含むことができる。本発明の一実施形態において、第３のセクション１１４は、低圧（ＬＰ）セクション１１４とすることができる。蒸気タービン１０２はまた、蒸気タービン１０２のセクション１１０、１１２、及び１１４内に配置することができるロータ１１５を含むことができる。本発明の一実施形態において、ロータ１１５の周りの流路は、セクション１１０、１１２、及び１１４間で蒸気が流体連通することを可能にすることができる。
【００２７】
蒸気タービン１０２は、第１のセクション１１０及び第２のセクション１１２にそれぞれ流入する蒸気流を制御するための第１のバルブ１１６及び第２のバルブ１１８を含むことができる。本発明の種々の実施形態において、第１のバルブ１１６及び第２のバルブ１１８は、ＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１１２にそれぞれ流入する蒸気流を制御するための制御バルブ１１６及びインタセプトバルブ１１８とすることができる。
【００２８】
図２は、既知の蒸気流方式による、蒸気タービン１０２におけるＨＰセクション流に対するＩＰセクション流を示すグラフ２００である。Ｘ軸はＨＰセクション１１２を通る蒸気流を示し、Ｙ軸はＩＰセクション１１４を通る蒸気流を示している。
【００２９】
カスケード接続蒸気バイパスシステム１２０は、蒸気タービン１０２の始動段階中に機能することができる。図２に示すように、既知の始動段階は、Ｓ1−Ｓ2、Ｓ2−Ｓ3、及びＳ3−Ｓ4のステップを含むことができる。制御システム１０６は、以下のように蒸気タービン１０２を始動することができる。ステップＳ1−Ｓ2では、第２のバルブ１１８を介して蒸気がＩＰセクション１１２に流入する。次に、ステップＳ2−Ｓ3において、制御バルブ１１６を介して蒸気がＨＰセクション１１０に流入する。次いで、Ｓ3−Ｓ4では、ＩＰセクション１１２に流入する蒸気流が、ＨＰセクション１１０に流入する蒸気流と一致している。これにより、セクション１１０、１１２間の均衡流がもたらされる。最初にＩＰセクション１１２に、次いでＨＰセクション１１０に蒸気を流入させるこのプロセスは、前方流移送とみなされる。
【００３０】
始動段階が実質的に完了した後、ＨＰセクション１１０から流出する蒸気は、再熱ユニット１０４を通って流れることができ、ここで蒸気の温度は、ＩＰセクション１１２に流れる前に上昇する。続いて、再熱ユニット１０４からの蒸気は、図１に示すように、インタセプトバルブ１１８を介してＩＰセクション１１２及びＬＰセクション１１４に流入することができる。次に、蒸気は、ＬＰセクション１１４から流出し、凝縮器（図示せず）に流れることができる。
【００３１】
直線２０２で示すように、既知の流れ方式は、セクション１１０、１１２間の蒸気流の均衡を得ようとする。これは通常、始動段階が完了した後、ＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１１２を通る蒸気流を均等に維持することを伴う。点Ａ、Ｂ、及びＣを結ぶ直線２０２は、蒸気タービン１０２の負荷運転プロセス中のＩＰセクション１１２を通る蒸気流に対するＨＰセクション１１０を通る蒸気流の変動を表す。直線２０２は、ＨＰ及びＩＰセクション１１０、１１２とを通る均等又は均衡流を示す、自然圧力線とみなすことができる。
【００３２】
図３から図５は、本発明の一実施形態による、ＡＴＯＳを用いて各セクション１１０、１１２の運転可能スペースを拡張する方法を示す概略図である。検討するように、均衡流は、各セクション１１０、１１２に同じ量の蒸気流を提供するようにする方法及び／又は制御原理とみなすことができる。本発明の実施形態は、均衡流れ手法を置き換えて、蒸気タービン１０２の運転境界を拡張するよう努める。蒸気タービン１０２が作動すると、制御システム１０６は、ＡＴＯＳを決定することができる。ＡＴＯＳは、蒸気タービン１０２の現在の運転境界とみなすことができる。ＡＴＯＳが変化すると、本発明の実施形態は、バルブ１１６、１１８の位置を調整し、セクション１１０、１１２への蒸気流の量を変えることができる。
【００３３】
図面を検討し且つこれに対応してＡＴＯＳに関して議論する際に以下のことを考慮すべきである。全ての図は、特定の蒸気タービン１０２構成に関連することができる非限定的な実施例とみなすべきである。更に、各図の数値域は、例示を目的としたものに過ぎない。ＡＴＯＳは、蒸気タービン１０２が作動できる領域と考えることができる。以下で検討し例示する各ＡＴＯＳ境界は、固定又は限定の境界とみなすべきではない。ＡＴＯＳ及び関連の境界は、変化し且つ動的な作動環境とみなすべきである。この環境は、一部には、蒸気タービン１０２の構成、運転段階、境界条件、及び機械的構成要素並びに設計によって決定される。ＡＴＯＳ及びその境界の他の方向、形状、大きさ、及びサイズは、図示していないが、本発明の実施形態の性質及び範囲の外にあるものではない。従って、図に示すようなＡＴＯＳ及びその境界の方向、大きさ、形状、及びサイズは、非限定的な実施例の例示に過ぎない。
【００３４】
図３は、本発明の一実施形態による、蒸気タービン１０２のＡＴＯＳ３０２を例示する、ＨＰセクション流に対するＩＰセクション流、及びＨＰセクション流に対するＲＨ圧力のグラフ３００である。図３は、本発明の一実施形態による、蒸気タービン１０２のＡＴＯＳ３０２の非限定的な実施例を示す。ここで、ＡＴＯＳ境界は、線２−６（直線１−２と５−６の交差の組み合わせ）及び直線３−４である。直線１−２は、ＩＰ／ＬＰスラスト線とみなすことができ、軸方向スラストを限度内に維持するための最大許容可能ＩＰセクション流をＨＰセクション流の関数として示している。直線３−４は、ＨＰスラスト線とみなすことができ、軸方向スラストを限度内に維持するための最大許容可能ＨＰセクション流をＩＰセクション流の関数として示している。直線５−６は、ＨＰセクション排気ウィンデージ線とみなすことができ、ＨＰセクションの排気において望ましくない高温を防ぐため、最大許容可能ＲＨ圧力をＨＰセクション流の関数として示している。
【００３５】
Ｘ軸はＨＰセクション１１０を通る蒸気流を示す。左側Ｙ軸はＩＰセクション１１２を通る蒸気流を示し、右側Ｙ軸は再熱圧力を示す。点Ａ、Ｂ、及びＣを通過する自然圧力線２０２は、上記で検討したように均衡流れ方式を示している。
【００３６】
軸方向スラスト線１−２及び３−４は、対向するＨＰ及びＩＰセクション１１０、１１２を通る蒸気流の関数である。線１−２及び３−４は、望ましくない高い軸方向スラスト荷重を生じるまでの特定の蒸気タービン１０２が耐え得る許容可能な流れ不均衡を表すことができる。これらの線の実際の形状及び関連の値は、とりわけ、各セクション１１０、１１２の熱力学的設計及び関連のスラスト軸受のサイズによって決まる。最先端の蒸気タービン設計は、軸方向スラスト力を増大させ、許容可能な流れの不均衡を制限し、ＡＴＯＳ３０２を低減することができる。同様に、スラスト軸受サイズが増大すると、より大きな流れ不均衡が許容され、ＡＴＯＳ３０２が増大する可能性がある。
【００３７】
ＨＰセクション排気ウィンデージ線である線５−６は、ＲＨ圧力及びＨＰ入口蒸気温度の関数として、ＨＰセクション１１０の後段における望ましくない高温を防ぐのに必要な最小ＨＰ流量の関数とすることができる。ＲＨ圧力がより高くなるほど、ＨＰセクション排気における圧力をより高くすることができる。これは、所与の流量及び所与の入口蒸気温度において、ＨＰセクション１１０を通る圧力比を低下させる可能性がある。これはまた、ＨＰセクション排気温度を上昇させる可能性がある。同様に、より高いＨＰ入口蒸気温度はまた、所与のＲＨ圧力での所与の蒸気流量において、ＨＰセクション排気蒸気温度を上昇させる可能性がある。
【００３８】
一部の蒸気タービン１０２の運転中、ＲＨ圧力が高い入口蒸気温度を有する所望の条件よりも高い圧力に達すると、ＨＰセクション排気温度が材料固有の限界値に接近する可能性がある。しかしながら、蒸気タービン１０２が低い入口蒸気温度で作動すると、ＲＨ圧力が高い場合でも高温のＨＰセクション排気温度となる可能性が低くなる。ここで、ＨＰ入口蒸気のエンタルピーは、温度の低下と共に有意に小さくなる。従って、ＨＰセクションウィンデージの考慮は、これに限定するものではないが、ＨＰ入口蒸気温度が高い場合など、特定の条件に限定することができる。
【００３９】
上記で検討したように、線１−２、３−４、及び５−６は、所与の動作条件にてＡＴＯＳ３０２を定めることができる境界である。これらの線は本質的に動的である。本発明の実施形態は、ＡＴＯＳ３０２をリアルタイムで決定し、より大きな運転融通性を可能にすることができる。実際的には、各ＡＴＯＳ境界は、特定の蒸気タービン１０２のＡＴＯＳ３０２を定める物理的パラメータとみなすことができる。物理的パラメータは、限定ではないが、軸方向スラスト、ロータ応力、蒸気温度、蒸気圧力、ＨＰセクション排気ウィンデージ限界、前方流移送に対する最小ＨＰ流（ＭＩＮＦ）、又は前方流移送に対する最大ＨＰ流（ＭＡＸＦ）を含むことができる。
【００４０】
図３に示すように、区域３０４、３０６、及び３０８は、蒸気タービン１０２の運転がＨＰセクション排気温度及び／又はＩＰ／ＬＰ軸方向スラストの好ましい限度を超える可能性がある領域を示している。始動段階中、ＭＩＮＦは、限定ではないが、軸方向スラスト、ＨＰセクション排気温度、及び同様のものなどのＨＰセクションのほとんどの限界パラメータに基づいた前方流移送中に必要となる最小ＨＰセクション流を表す。ＭＡＸＦは、限定ではないが、軸方向スラスト、ＨＰロータ応力、及び同様のものなどのＨＰセクションのほとんどの限界パラメータに基づいた前方流移送中の最大ＨＰ流を表す。ＭＩＮＦ及びＭＡＸＦの範囲は、蒸気タービン１０２の構成、蒸気の物理的特性、及び同様のものによって決定することができる。従って、図３に示す範囲は、単に例示の目的のものとすることができる。
【００４１】
本発明の一実施形態において、ＡＴＯＳは、始動段階中のＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１１２を通る蒸気流の結合解除を可能にする。これは、始動段階中に蒸気流及び運転融通性の向上を可能にすることができる。図３に示すような本発明の一実施形態において、ＡＴＯＳ手法下での始動により、蒸気流の増大の可能性を表すことができる。ここで、ＩＰセクション１１２への蒸気流を増大させることができ、上述のように、ＨＰセクション１１０に流入する蒸気流に対する制約条件によってもはや制限されることはない。例えば、限定ではないが、ＩＰセクション１１２を通る蒸気流の許容可能な増大は、点Ｓ2とＳ3Aとの間の差違として決定することができる。ここで、バルブストロークの範囲は、ＡＴＯＳ３０２に基づいて第１のバルブ１１６及び第２のバルブ１１８に対して生成することができる。図２と比較して、本発明の実施形態は、均衡流手法よりもＡＴＯＳ３０２の利用度をより大きくすることができる。
【００４２】
図４は、本発明の一実施形態による、ＡＴＯＳ内の蒸気流を制御する方法４００の１つの実施例を示すフローチャートである。検討したように、本発明の実施形態は、始動段階中に蒸気流を増大させるために不均衡流法を導入する。ここで、各セクション１１０、１１２に流入する蒸気流は、蒸気タービン１０２の運転境界及び融通性を拡張するよう意図的に不均衡にされる。これは、各セクション１１０、１１２に流入する蒸気量をリアルタイムで独立に制御することによって達成することができる。方法４００は、蒸気タービンを作動させる制御システム１０６と一体化することができる。
【００４３】
方法４００は、第１のバルブ１１６及び第２のバルブ１１８を制御して、第１のセクション１１０及び第２のセクション１１２それぞれを通る蒸気流を制御することができる。本発明の種々の実施形態において、第１のバルブ１１６及び第２のバルブ１１８は、上記で検討したように、ＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１１２をそれぞれ通る蒸気流を制御する制御バルブ１１６及びインタセプトバルブ１１８とすることができる。
【００４４】
ステップ４１０において、方法４００は、蒸気タービン１０２のどの運転段階であるかを判定することができる。上記で検討したように、蒸気タービン１０２は、通常、始動、負荷状態、及びシャットダウンの３つの別個で且つ重なり合う段階で運転している。上記で検討したように、ロータが転回し始めて蒸気が全てのセクション１１０、１１２を流れるまで続くときに、始動段階が開始することができる。一般に、始動段階は、本発明の実施形態が始動段階中に機能することができる特定負荷にて終了しない。
【００４５】
ステップ４２０において、方法４００は、蒸気タービン１０２が始動段階において運転しているか否かを判定することができる。ここでは、方法４００は、蒸気タービン１０２を作動させる制御システム１０６からの作動データ又は運転データを受け取ることができる。このデータは、限定ではないが、バルブ１１６、１１８の位置を含むことができる。蒸気タービン１０２が始動段階で運転している場合、方法４００は、ステップ４３０に進むことができ、そうでない場合には、方法４００はステップ４１０に戻ることができる。
【００４６】
ステップ４３０において、方法４００は、現在のＡＴＯＳ３０２を決定することができる。ここで、方法４００は、上述のように、ＡＴＯＳ境界に関連した現在データを受け取ることができる。方法４００は、ＡＴＯＳ境界に関連した物理的パラメータに関するデータを受け取ることができる。このデータは、許容可能な又は好ましい限度及び境界と比較することができる。例えば、限定ではないが、ＡＴＯＳ境界は、軸方向スラストを含むことができる。ここで、方法４００は、現在の運転条件における現在の軸方向スラストと許容可能軸方向スラストとを決定することができる。
【００４７】
本発明の代替の実施形態において、方法４００は、ＡＴＯＳ３０２を計算又は決定するための伝達関数、アルゴリズム、又は同様のものを組み込むことができる。
【００４８】
ステップ４４０において、方法４００は、蒸気タービン１０２の第１のセクション１１０の少なくとも１つに関連する物理的パラメータの許容範囲を決定することができる。物理的パラメータは、限定ではないが、運転上の制約条件及び／又は物理的制約条件を含むことができる。これらの制約条件は、限定ではないが、軸方向スラスト、ロータ応力、蒸気温度、蒸気圧力、ＨＰセクション排気ウィンデージ限界、ＭＩＮＦ、又はＭＡＸＦを含むことができる。次いで、方法４００は、物理的パラメータの許容範囲に基づき第１のバルブ１１６のバルブストロークの範囲を生成することができる。
【００４９】
ステップ４５０において、方法４００は、第１のバルブ１１６を変更し、蒸気タービン１０２の第１のセクション１１０への蒸気流を可能にすることができる。方法４００は、物理的パラメータの許容範囲に基づき第１のバルブ１１６を変更することができる。
【００５０】
ステップ４６０において、方法４００は、蒸気タービン１０２の第２のセクション１１２の少なくとも１つに関連する物理的パラメータの許容範囲を決定することができる。物理的パラメータは、限定ではないが、運転上の制約条件及び／又は物理的制約条件を含むことができる。これらの制約条件は、限定ではないが、軸方向スラスト、ロータ応力、蒸気温度、蒸気圧力、ＨＰセクション排気ウィンデージ限界、ＭＩＮＦ、又はＭＡＸＦを含むことができる。次いで、方法４００は、物理的パラメータの許容範囲に基づき第２のバルブ１１８のバルブストロークの範囲を生成することができる。
【００５１】
ステップ４７０において、方法４００は、第２のバルブ１１８を変更し、蒸気タービン１０２の第２のセクション１１２への蒸気流を可能にすることができる。方法４００は、物理的パラメータの許容範囲に基づき第２のバルブ１１８を変更することができる。
【００５２】
本発明の実施形態は、ＡＴＯＳ３０２を境界付ける物理的パラメータの変化をリアルタイムで決定することができる。従って、ステップ４５０及び４７０が完了した後、方法４００は、ステップ４１０に戻ることができる。
【００５３】
図５は、本発明の一実施形態による、ＡＴＯＳ３０２内において、蒸気タービン１０２の作動性を高める方法を例示する、ＨＰセクション流に対するＩＰセクション流及びＨＰセクション流に対するＲＨ圧力のグラフ５００である。本質的に、図５は、図４の方法を適用した起こり得る結果を示している。上記で検討したように、本発明の実施形態は、始動段階における不均衡流手法を提供する。この手法は、現在のＡＴＯＳ３０２に基づき各セクション１１０、１１２に対する許容可能な蒸気流を決定するようにしている。
【００５４】
図３と同様に、Ｘ軸はＨＰセクション１１０を通る蒸気流を示す。左側Ｙ軸はＩＰセクション１１２を通る蒸気流を示し、右側Ｙ軸は再熱圧力を示す。直線２０２は、図２で検討したように自然圧力線を示す。本発明の一実施形態において、伝達関数、アルゴリズム、又は同様のものは、決定されたＡＴＯＳ３０２に基づきＨＰセクション１１０及びＩＰセクション１１２に関連する物理的パラメータの現在の動作範囲を決定することができる。上記で検討したように、線１−２、３−４、及び５−６は、所与の動作条件におけるＡＴＯＳ３０２を定めることができる境界である。これらの線は本質的に動的である。本発明の実施形態は、ＡＴＯＳ３０２をリアルタイムで決定し、より大きな運転融通性を可能にすることができる。実際的には、各ＡＴＯＳ境界は、特定の蒸気タービン１０２のＡＴＯＳ３０２を定める物理的パラメータとみなすことができる。
【００５５】
使用時には、本発明の実施形態は、複数段を含むことができる蒸気タービン１０２に対し新規の始動段階方法を提供する。本発明の一実施形態において、各段は、少なくとも部分的には、現在のＡＴＯＳ境界に基づくことができる。
【００５６】
上記で検討したように、図５に関して検討し図示した数値域は、非限定的な実施例の例示を目的としたものに過ぎない。各ＡＴＯＳ境界は、固定又は限定の境界とみなすべきではない。ＡＴＯＳ３０２及び関連の境界は、変化し且つ動的な作動環境とみなすべきであり、この環境は、一部には、各蒸気タービン１０２の構成、運転段階、境界条件、及び機械的構成要素並びに設計によって決定される。従って、ＡＴＯＳ３０２及びその境界の方向、大きさ、形状、及びサイズは、以下で検討するように、非限定的な実施例の例示に過ぎない。図５には図示していない、ＡＴＯＳ３０２及びその境界の他の方向、形状、大きさ、及びサイズは、本発明の実施形態の性質及び範囲の外にあるものではない。
【００５７】
以下では、始動段階中に使用する際の本発明の一実施形態の非限定的な実施例を説明する。本発明の一実施形態において、蒸気タービン１０２の始動プロセスは、２つの段階を含むことができる。最初にＳ1−Ｓ3Aでは、第２のバルブ１１８を介してＩＰセクション１１２への蒸気流を開始する段階を含む。本発明の一実施形態において、ＩＰセクション１１２を通る初期蒸気流は、約２０％とすることができる。
【００５８】
次に、Ｓ3A−Ｓ3では、第１のバルブ１１６がＨＰセクション１１０への蒸気流を開始する段階を含むことができる。ここで、ＩＰセクション１１２を通る蒸気流は、ＩＰセクション１１２の現在の動作範囲にまで増大することができる。本発明の一実施形態において、ＩＰセクション１１２を通る蒸気流は、約４２％まで増大することができ、ＨＰセクション１１０を通る蒸気流は、約４０％まで増大することができる。図３及び図５を比較することにより例示されるように、本発明の実施形態は、この始動段階中に蒸気タービン１０２の出力の有意な増大をもたらすことができる。
【００５９】
本明細書では特定の実施形態を図示しかつ説明してきたが、図示した特定の実施形態は、同一の目的を達成するために考えられるあらゆる構成と置き換えることができること、また本発明は他の環境におけるその他の用途も有することを理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造及び変更を保護することを意図している。提出した特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを一切意図するものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１００  施設
１０２  ターボ機械、蒸気タービン
１０４  再熱ユニット
１０６  制御システム
１０８  発電器
１１０  ＨＰタービンセクション、第１のセクション
１１２  ＩＰタービンセクション、第２のセクション
１１５  ロータ
１１４  ＬＰタービンセクション、第３のセクション
１１６  制御バルブ、第１のバルブ
１１８  インタセプトバルブ、第２のバルブ
１２０  カスケード接続バイパスシステム
２００  グラフ
２０２  自然圧力ライン
３００  グラフ
３０２  ＡＴＯＳ
３０４，  ３０６，  ３０８  領域
４００  方法
５００  グラフ
５０４，  ５０６，  ５０８  領域
【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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