(57)【要約】【課題】熱エネルギーを系内で有効利用することができ、従来よりも高効率の蒸気タービンプラントを実現する。【解決手段】復水器３で生成した水Ｐ２をボイラ１に供給する復水ラインＳ１に設けられた静翼ドレイン専用の給水加熱器３３と、蒸気タービン２の静翼の中空部と給水加熱器３３を繋ぎ、静翼の外面から中空部に付着水分取込口を通じて取り込まれた水分及び蒸気の静翼ドレインＰ３を給水加熱器３３に給送するための静翼ドレイン抽出ラインＳ３とを備え、給水加熱器３３で静翼ドレインＰ３の熱エネルギーを利用し、復水ラインＳ１の水Ｐ２を加熱するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと、前記ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を水に戻して前記ボイラに供給するための復水器とを備えてなる蒸気タービンプラントであって、
前記蒸気タービンが、軸線周りに回転可能に設けられたロータと、前記ロータを囲繞するように配設されて蒸気流路を形成するケーシングと、前記ロータに一体に接続して設けられる動翼と、前記ケーシングに一体に接続して前記蒸気流路内に設けられる静翼とを備え、且つ中空構造で形成されるとともに、外面から内面に貫通し、前記蒸気流路と中空部を連通させる付着水分取込口が形成された前記静翼を備えており、
前記復水器で生成した水を前記ボイラに供給する復水ラインに設けられた静翼ドレイン専用の給水加熱器と、前記静翼の中空部と前記給水加熱器を繋ぎ、前記静翼の外面から中空部に前記付着水分取込口を通じて取り込まれた水分及び蒸気の静翼ドレインを前記給水加熱器に給送するための静翼ドレイン抽出ラインとを備え、
前記給水加熱器で前記静翼ドレインの熱エネルギーを利用し、前記復水ラインの水を加熱するように構成されている蒸気タービンプラント。
【請求項２】
前記復水ラインに、前記蒸気タービンへの外部空気の流入を防ぐためのグランドシール蒸気ラインの蒸気の熱及び復水の回収を行うためのグランド蒸気回収復水装置が設けられ、
且つ前記静翼ドレイン専用の給水加熱器が前記グランド蒸気回収復水装置よりも前記復水ラインの前記復水器側に設けられている請求項１記載の蒸気タービンプラント。
【請求項３】
前記静翼ドレイン専用の給水加熱器で熱交換に供された後の静翼ドレインを前記復水器に送るように構成されている請求項１または請求項２に記載の蒸気タービンプラント。
【請求項４】
前記静翼が前記中空部を有する静翼本体と、前記静翼本体の前記軸線を中心とした径方向外側に配される外側シュラウドと、前記静翼本体の前記軸線を中心とした径方向内側に配される内側シュラウドとを備えるとともに、前記外側シュラウドで形成される外側キャビティと前記内側シュラウドで形成される内側キャビティと前記中空部とが連通しており、
前記静翼ドレイン抽出ラインが前記軸線よりも下方に位置する前記外側キャビティに接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンプラントは、例えば、ボイラと、ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービン（高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、低圧蒸気タービンなど）と、各タービンの駆動で発電する発電機と、低圧蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻してボイラに供給する復水器と、これら各機器を制御する制御装置とを備えて構成されている。
【０００３】
また、復水器とボイラの間に、例えば、蒸気タービンから抽出した蒸気との熱交換で復水器水を加熱する給水加熱器や、蒸気タービンからの蒸気漏出、蒸気タービンへの外部空気の流入を防ぐためのグランドシール蒸気系統の蒸気の熱及び復水の回収を行うためのグランド蒸気回収復水装置（ＧＳＣ）を備えている。
【０００４】
一方、蒸気タービンは、ロータとステータとを備え、ロータは、軸線方向に軸状に並設された複数のロータディスクと、各ロータディスクの外周から軸線中心の径方向に突出して放射状に配設された複数の動翼とを備えている。
【０００５】
ステータは、ロータを囲繞するように配設され、タービンの内部を外部から区画するケーシング本体及びケーシング本体の内周部に支持されて一体に設けられた翼環からなるケーシングと、複数の静翼とを備えている。
【０００６】
また、一つのロータディスクの複数の動翼とこれに対応する静翼が一つの「段」を構成しており、蒸気タービンには、多数段の動翼、静翼が設けられている。さらに、複数の段は、動翼及び静翼の翼高さ（ロータに略直交する方向の翼の長さ）が蒸気の流通方向上流側から下流側に向かうに従い大きくなるように構成されている。
【０００７】
このように構成した蒸気タービンは、蒸気が軸線方向一端側からケーシング内に供給されて軸線方向他端側に流通するとともに、各段の静翼での圧力降下によって運動エネルギーが生じ、これを動翼によって回転トルクに変換し、ロータを軸線周りに回転させることができる。
【０００８】
ここで、蒸気タービンの内部（ケーシングの内部）では、下流段側ほどエネルギーが減少し、例えば低圧タービンの最終段（最終翼群内部）では湿りが発生する。この蒸気の湿り（水分）は様々な形態で蒸気タービンにエネルギー損失をもたらすだけでなく、水滴となって翼を浸食し、損傷させるおそれがある。特に、静翼表面に付着した粗大な水滴が静翼の後縁部から飛散して動翼に衝突することにより、エネルギーの損失だけでなく動翼の損傷を招くケースがある。
【０００９】
これに対し、特許文献１には、静翼を中空構造で形成するとともに、外面から内面（静翼の表面から中空部の内面）に貫通し蒸気流路と中空部を連通するスリットを設けて静翼を形成し、このスリットを通じて静翼の外面に付着した水滴等の水分を中空部に取り込み、エネルギーの損失や翼の損傷を防止する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭４９−９５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のように静翼の外面に付着した水滴などの水分をスリットを通じて中空部に取り込み、この水を蒸気タービンの系外に排出するように構成すると、水分とともにスリットを通じて蒸気が系外に漏れてしまい、これら水滴などの水分、漏れ出る蒸気の熱エネルギーが利用されずに排出され、蒸気タービンプラントの効率低下を招くという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の蒸気タービンプラントは、ボイラと、前記ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を水に戻して前記ボイラに供給するための復水器とを備えてなる蒸気タービンプラントであって、前記蒸気タービンが、軸線周りに回転可能に設けられたロータと、前記ロータを囲繞するように配設されて蒸気流路を形成するケーシングと、前記ロータに一体に接続して設けられる動翼と、前記ケーシングに一体に接続して前記蒸気流路内に設けられる静翼とを備え、且つ中空構造で形成されるとともに、外面から内面に貫通し、前記蒸気流路と中空部を連通させる付着水分取込口が形成された前記静翼を備えており、前記復水器で生成した水を前記ボイラに供給する復水ラインに設けられた静翼ドレイン専用の給水加熱器と、前記静翼の中空部と前記給水加熱器を繋ぎ、前記静翼の外面から中空部に前記付着水分取込口を通じて取り込まれた水分及び蒸気の静翼ドレインを前記給水加熱器に給送するための静翼ドレイン抽出ラインとを備え、前記給水加熱器で前記静翼ドレインの熱エネルギーを利用し、前記復水ラインの水を加熱するように構成されている。
【００１３】
本発明の蒸気タービンプラントは、前記復水ラインに、前記蒸気タービンへの外部空気の流入を防ぐためのグランドシール蒸気ラインの蒸気の熱及び復水の回収を行うためのグランド蒸気回収復水装置が設けられ、且つ前記静翼ドレイン専用の給水加熱器が前記グランド蒸気回収復水装置よりも前記復水ラインの前記復水器側に設けられていることが望ましい。
【００１４】
本発明の蒸気タービンプラントは、前記静翼ドレイン専用の給水加熱器で熱交換に供された後の静翼ドレインを前記復水器に送るように構成されていることがより望ましい。
【００１５】
本発明の蒸気タービンプラントは、前記静翼が前記中空部を有する静翼本体と、前記静翼本体の前記軸線を中心とした径方向外側に配される外側シュラウドと、前記静翼本体の前記軸線を中心とした径方向内側に配される内側シュラウドとを備えるとともに、前記外側シュラウドで形成される外側キャビティと前記内側シュラウドで形成される内側キャビティと前記中空部とが連通しており、前記静翼ドレイン抽出ラインが前記軸線よりも下方に位置する前記外側キャビティに接続されていることがさらに望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の蒸気タービンプラントにおいては、静翼の中空部に回収した水滴などの水分、これとともに漏れ出る蒸気を系外に排出することなく、これらがもつ熱エネルギーを系内で有効利用することができる。これにより、従来と比較し、高効率の蒸気タービンプラントを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンプラントの一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの静翼及び動翼等を拡大した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの静翼の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る蒸気タービンプラントについて説明する。ここで、本実施形態では、本発明に係る蒸気タービンプラントが例えば発電プラントなどであるものとして説明を行う。
【００１９】
本実施形態の蒸気タービンプラントＡは、図１に示すように、ボイラ１と、ボイラ１からの蒸気Ｐ１で駆動する蒸気タービン２（高圧蒸気タービン２ａ、低圧蒸気タービン２ｂ）と、各蒸気タービン２の駆動に従動して発電する発電機（不図示）と、低圧蒸気タービン２ｂから排出された蒸気Ｐ１を水Ｐ２に戻してボイラ１に供給するための復水器３と、これら各機器を制御する制御装置（不図示）とを備えている。
【００２０】
蒸気タービン２は、図２及び図３に示すように、ロータ５とステータ６とを備えて構成されている。
【００２１】
ロータ５は、軸線Ｏ１方向に軸状に並設された複数のロータディスク７と、各ロータディスク７の外周から軸線Ｏ１中心の径方向外側に突出して放射状に配設された複数の動翼８とを備えている。
【００２２】
ステータ６は、ロータ５を囲繞するように配設され、蒸気タービンＡの内部を外部から区画するケーシング本体９及びケーシング本体９の内周部に支持されて一体に設けられた翼環（外環）１０からなるケーシング１１と、翼環１０から径方向内側に突出して放射状に配設されるとともに軸線Ｏ１方向（蒸気Ｐ１の流通方向）に所定の間隔をあけて配設された複数の静翼１２とを備えている。
【００２３】
また、一つのロータディスク７に設けられ、周方向に並ぶ複数の動翼８が環状動翼群を構成し、周方向に並ぶ複数の静翼１２が環状静翼群を構成する。そして、一つのロータディスク７の複数の動翼８の一つの環状動翼群とこの環状動翼群の蒸気流通方向上流側に隣接する一つの環状静翼群で一つの「段」が構成され、蒸気タービンＡには、多数段の動翼８、静翼１２が設けられている。さらに、複数の段は、動翼８及び静翼１２の翼高さ（ロータ５に略直交する方向の翼の長さ）が蒸気Ｐ１の流通方向上流側から下流側に向かうに従い大きくなるように構成されている。
【００２４】
翼環１０は、ケーシング本体９の内周部に一体に設けられるとともに円周方向に延びて環状に配設されている。
【００２５】
静翼１２は、径方向外側に設けられ、翼環１０に静翼１２の基端部を溶接などして接続するための外側シュラウド１４と、外側シュラウド１４からロータ５に向かう径方向内側に延びる静翼本体１６と、静翼本体１６の径方向内側（ロータ５側）に一体に設けられた内側シュラウド１７とを備えて形成されている。
【００２６】
環状静翼群の複数の静翼１２の外側シュラウド１４はそれぞれ、周方向に向けて延び、翼環１０との間に外側キャビティ１８を形成している。これら複数の静翼１２の各外側キャビティ１８は円周方向に連通し、全体として環状を呈するように形成されている。
【００２７】
静翼本体１６は、図３及び図４に示すように、腹側を構成する腹側部材２０と、背側を構成する背側部材２１とを備えて形成されている。また、腹側部材２０と背側部材２１はそれぞれ金属製の板状部材を互いに異なる反り方で湾曲させたものであり、腹側部材２０は、その外面／表面が静翼の腹面となるよう反り加工し、背側部材２１は、その外面／表面が静翼１２の背面となるよう反り加工して形成されている。
【００２８】
静翼本体１６は、腹側部材２０と背側部材２１をそれぞれ静翼１２の腹側部２２と背側部２３を構成するように組み付け、静翼１２の前縁部１２ａと後縁部１２ｂで腹側部材２０と背側部材２１の端部同士を溶接するなどして形成されている。これにより、静翼１２は、その内部（腹側部材２０の内面／裏面と背側部材２１の内面／裏面の間）に、翼高さ方向に沿って延びる中空部２５を備えている。
【００２９】
さらに、本実施形態の蒸気タービンプラントＡにおいては、例えば低圧蒸気タービン２ｂの静翼１２、さらに低圧蒸気タービン２ｂの下流側の静翼１２など、蒸気Ｐ１の温度や圧力の低下に伴い蒸気流路Ｒ内で湿りが発生し得る部分の静翼１２（静翼本体１６）が、腹側部２２や背側部２３の所定位置に、外面から内面に貫通する付着水分取込口３０を備えて形成されている。
【００３０】
各静翼１２の内側シュラウド１７は、静翼本体１６の径方向内側（ロータ５側）に一体に取り付けられるとともに、周方向に延びて周方向に並ぶ複数の静翼１２の内側シュラウド１７同士が連結して環状に形成されている。また、内側シュラウド１７の軸線Ｏ１方向の端部にシール部材が取り付けられ、内側シュラウド１７と軸線Ｏ１方向に隣接する動翼８のプラットホームの端部との間がシールされている。
【００３１】
さらに、各内側シュラウド１７は、軸線Ｏ１方向に間隔を空け、径方向内側に突出する二つのフランジ１７ａを備え、一方のフランジ１７ａをシールリング保持環１７ｂに嵌合し、他方のフランジ１７ａをリテーナ部材１７ｃを介してシールリング保持環１７ｂに係止して構成されている。なお、シールリング保持環１７ｂは、周方向に連続して環状に形成されており、内周部にシール機構（ラビリンスシール）を一体に設けて構成されている。
【００３２】
また、各内側シュラウド１７の内側区画壁１７ｄとシールリング保持環１７ｂとリテーナ部材１７ｃとによって、内側キャビティ３１が形成されている。内側キャビティ３１は周方向に延びて周方向に並ぶ複数の静翼１２の内側キャビティ３１同士が連結して環状に形成されている。
【００３３】
また、本実施形態では、隣り合う段の外側キャビティ１８同士、内側キャビティ３１同士を連通している。
【００３４】
さらに、本実施形態の蒸気タービンプラントＡにおいては、静翼１２の中空部２５、外側キャビティ１８、内側キャビティ３１が連通している。これにより、例えば低圧蒸気タービン２ｂの静翼１２、さらに低圧蒸気タービン２ｂの下流側の静翼１２など、蒸気Ｐ１の温度や圧力の低下に伴い蒸気流路Ｒ内で湿りが発生し得る部分の静翼１２は、付着水分取込口３０を通じて蒸気流路Ｒと中空部２５が連通し、付着水分取込口３０及び中空部２５を通じて外側キャビティ１８、内側キャビティ３１が連通している。
【００３５】
一方、本実施形態の蒸気タービンプラントＡは、図１に示すように、復水器３とボイラ１を繋ぐ復水ラインＳ１の間に、例えば、蒸気タービン２の排気との熱交換によって復水器３で回収した水Ｐ２を加熱してボイラ１に給水するための給水加熱器や、蒸気タービン２からの蒸気漏出、蒸気タービン２への外部空気の流入を防ぐためのグランドシール蒸気ラインＳ２の蒸気の熱及び復水の回収を行うためのグランド蒸気回収復水装置（ＧＳＣ）３２が設けられている。
【００３６】
さらに、本実施形態の給水加熱器（少なくとも一つの給水加熱器）が、静翼ドレイン専用の給水加熱器３３とされ、例えば低圧蒸気タービン２ｂの静翼１２、さらに低圧蒸気タービン２ｂの下流側の静翼１２など、蒸気Ｐ１の温度や圧力の低下に伴い蒸気流路Ｒ内で湿りが発生し得る部分の静翼１２の外側キャビティ１８（ひいては内側キャビティ３１、中空部２５）と、静翼ドレイン抽出ラインＳ３で接続されている。
【００３７】
また、本実施形態では、静翼ドレイン抽出ラインＳ３の一端が蒸気タービン２の軸線Ｏ１よりも下方に位置する部分の外側キャビティ１８に接続されている（図３参照）。さらに、本実施形態では、この静翼ドレイン専用の給水加熱器３３が復水ラインＳ１のグランド蒸気回収復水装置３２よりも復水器３側、すなわち、上流側に設けられている。
【００３８】
なお、ボイラ１には復水器３で回収した水Ｐ２だけでなく、外部から水を供給するための給水ライン（不図示）も接続して具備されている。
【００３９】
このように構成した本実施形態の蒸気タービンプラントＡにおいては、ボイラ１で水Ｐ２を加熱して生成した蒸気Ｐ１を蒸気タービン２に供給し、この蒸気Ｐ１が蒸気流路Ｒを流通するとともに動翼８ひいてはロータ５を回転させ、発電機で発電を行うことができる。
【００４０】
また、蒸気タービン２の蒸気流路Ｒを流通してロータ５の回転に供された後の蒸気Ｐ１が蒸気流通方向下流側に設けられた蒸気排出口から外部に排出されるとともに復水器３に送られ、熱交換によって冷却されて水Ｐ２に戻される。この水Ｐ２が復水器３からボイラ１に送られ、蒸気Ｐ１として蒸気タービン２に循環給送される。
【００４１】
ここで、蒸気タービン２の内部（ケーシング１１の内部）では、下流段側ほどエネルギーが減少し、例えば低圧蒸気タービン２ｂの最終段（最終翼群内部）では湿りが発生する。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、蒸気タービン２の静翼１２に付着水分取込口３０が形成されているため、静翼１２の外面／表面に付着した水滴などの水分が付着水分取込口３０から静翼１２の中空部２５に取り込まれ、中空部２５から内側キャビティ３１、外側キャビティ１８、さらに静翼ドレイン抽出ラインＳ３を通じて静翼ドレイン専用の給水加熱器３３に送られる。
【００４３】
また、付着水分取込口３０から水滴などの水分を中空部２５に取り込む際に、蒸気流路Ｒを流通する蒸気（随伴漏れ蒸気）Ｐ１も一緒に中空部２５に取り込まれ、水滴などとともに静翼ドレイン抽出ラインＳ３を通じて静翼ドレイン専用の給水加熱器３３に送られる。なお、このように中空部２５、内側キャビティ３１、外側キャビティ１８、さらに静翼ドレイン抽出ラインＳ３に随伴漏れ蒸気が流通することによって、好適に水滴などの水分も流通しながら静翼ドレイン専用の給水加熱器３３に給送される。
【００４４】
そして、このように水滴などの水分及び随伴漏れ蒸気の静翼ドレインＰ３が給水加熱器３３に送られ、この静翼ドレインＰ３の熱を利用して復水器３で回収した水Ｐ２を加熱することにより、ボイラ１で蒸気Ｐ１を生成する際のエネルギーを低減することができる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、給水加熱器３３やグランド蒸気回収復水装置３２で熱交換に供された蒸気や水（熱交換に供された後の静翼ドレイン）Ｐ４は復水器３に送られる。
【００４６】
したがって、本実施形態の蒸気タービンプラントＡにおいては、従来排気室内に捨てられ、有効利用されていなかった水滴などの水分と随伴漏れ蒸気の静翼ドレインＰ３を給水加熱器３３に導き、復水器３から押し出された水Ｐ２と熱交換させることにより、静翼ドレインＰ３の熱エネルギーを回収し系内で有効利用することが可能になる。
【００４７】
よって、本実施形態の蒸気タービンプラントＡによれば、従来よりもサイクル全体の効率を向上させ、高効率の蒸気タービンプラントＡを実現することが可能になる。
【００４８】
また、静翼ドレイン専用の給水加熱器３３がグランド蒸気回収復水装置３２よりも復水ラインＳ１の復水器３側に設けられていることにより、グランドシール蒸気ラインＳ２の蒸気の熱よりも低温でかつ復水よりも高温の静翼ドレインＰ３によって復水Ｐ２を先行して加熱することができる。これにより、効率的に復水Ｐ２を加熱し、ボイラ１のエネルギーを効果的に低減することが可能になる。
【００４９】
さらに、静翼ドレイン専用の給水加熱器３３で熱交換に供された後の静翼ドレインＰ４を復水器３に送るように構成されていることにより、静翼ドレインＰ３をさらに水としてボイラ１に送ることができ、より効率的にすることができる。
【００５０】
さらに、静翼１２が中空部２５を有する静翼本体１６と、静翼本体１６の軸線Ｏ１を中心とした径方向外側に配される外側シュラウド１４と、静翼本体１６の軸線Ｏ１を中心とした径方向内側に配される内側シュラウド１７とを備えるとともに、外側シュラウド１４で形成される外側キャビティ１８と内側シュラウド１７で形成される内側キャビティ３１と中空部２５とが連通し、静翼ドレイン抽出ラインＳ３が軸線Ｏ１よりも下方に位置する外側キャビティ１８に接続されていることにより、重力を利用して効率的に静翼ドレインＰ３を集めつつ静翼ドレイン専用の給水加熱器３３に送ることができる。
【００５１】
以上、本発明に係る蒸気タービンプラントの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５２】
例えば、静翼ドレイン専用の給水加熱器３３と、付着水分取込口３０から静翼１２の中空部２５に取り込んだ静翼ドレインＰ３を給水加熱器３３に送る静翼ドレイン抽出ラインＳ３とを備えていれば、その他の構成は特に限定を必要としない。
【００５３】
また、グランド蒸気回収復水装置３２が静翼ドレイン専用の給水加熱器３３がよりも復水ラインＳ１の復水器３側に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１      ボイラ
２      蒸気タービン
２ａ    高圧蒸気タービン
２ｂ    低圧蒸気タービン
３      復水器
５      ロータ
６      ステータ
７      ロータディスク
８      動翼
９      ケーシング本体
１０    翼環（外環）
１１    ケーシング
１２    静翼
１２ａ  前縁部
１２ｂ  後縁部
１４    外側シュラウド
１６    静翼本体
１７    内側シュラウド
１７ａ  フランジ
１７ｂ  シールリング保持環
１７ｃ  リテーナ部材
１７ｄ  内側区画壁
１８    外側キャビティ
２０    腹側部材
２１    背側部材
２２    腹側部
２３    背側部
２５    中空部
３０    付着水分取込口
３１    内側キャビティ
３２    グランド蒸気回収復水装置（ＧＳＣ）
３３    静翼ドレイン専用の給水加熱器
Ａ      蒸気タービンプラント
Ｏ１    軸線
Ｐ１    蒸気
Ｐ２    復水
Ｐ３    静翼ドレイン
Ｐ４    蒸気や水
Ｒ      蒸気流路
Ｓ１    復水ライン
Ｓ２    グランドシール蒸気ライン
Ｓ３    静翼ドレイン抽出ライン
【図１】
2018135837.tif 000003
【図２】
2018135837.tif 000004
【図３】
2018135837.tif 000005
【図４】
2018135837.tif 000006