(57)【要約】【課題】第１の蒸気タービンを含む蒸気タービン発電プラントを提供する。【解決手段】本蒸気タービン発電プラントは、シャフト（１０２）を介して第１の蒸気タービンに作動可能に連結されたスラストピストン（１２８）と、スラストピストン（１２８）に対して加圧蒸気の供給を行なって、該スラストピストン（１２８）がシャフト（１０２）に所望のスラスト力を加える手段とを含む。所望のスラスト力は、運転時に第１の蒸気タービンがシャフト（１０２）に加えるスラスト力と部分的に釣合うスラスト力を含む。【選択図】      図３
2011137449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蒸気タービンを含む蒸気タービン発電プラントであって、
シャフト（１０２）を介して前記第１の蒸気タービンに作動可能に連結されたスラストピストン（１２８）と、
前記スラストピストン（１２８）に対して加圧蒸気の供給を行なって、該スラストピストン（１２８）が前記シャフト（１０２）に所望のスラスト力を加える手段と
を備える蒸気タービン発電プラント。
【請求項２】
前記所望のスラスト力が、運転時に前記第１の蒸気タービンが前記シャフト（１０２）に加えるスラスト力と釣合うスラスト力を含む、請求項１記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項３】
前記所望のスラスト力が、運転時に前記第１の蒸気タービンが前記シャフト（１０２）に加えるスラスト力と少なくとも部分的に釣合うスラスト力を含み、
該蒸気タービン発電プラントが、前記第１の蒸気タービンよりも高い圧力で運転する第２の蒸気タービンをさらに含み、
前記加圧蒸気の供給が、前記第２の蒸気タービンから抽出される、
請求項１記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項４】
高圧タービン（１０４）、中圧タービン（１０６）及び３つの低圧タービンを含むロータトレーンを備え、前記３つの低圧タービンが、２つのデュアルフロー低圧タービン（１０８）及び１つのシングルフロー低圧タービン（１１０）を備え、前記高圧タービン（１０４）及び中圧タービン（１０６）が、各々が他方のスラスト力と実質的に釣合うように構成され、前記２つのデュアルフロー低圧タービン（１０８）が、各々が他方のスラスト力と実質的に釣合うように構成され、抽出する手段が、前記高圧タービン（１０４）からの高圧蒸気を前記シングルフロー低圧タービン（１１０）の前方に配置された空洞に供給し、また前記空洞が、前記シングルフロー低圧タービンに向かう方向において、前記ロータトレーンのシャフト（１０２）を囲む固定構造体によって実質的に境界付けられる蒸気タービン発電プラントであって、
前記シャフト（１０２）に連結されたスラストピストン（１２８）を含み、
前記空洞が、前記シングルフロー低圧タービンから離れる方向において、前記スラストピストン（１２８）によって実質的に境界付けられ、
前記スラストピストン（１２８）が、運転時に前記シングルフロー低圧タービン（１１０）によって発生されたスラスト力の所望の量を相殺するように構成される、
蒸気タービン発電プラント。
【請求項５】
該スラストピストン（１２８）が、運転時に前記シングルフロー低圧タービン（１１０）によって発生された前記スラスト力の全てを実質的に相殺するように構成される、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項６】
前記空洞を境界付ける該スラストピストン（１２８）の表面積が、該空洞に供給される前記高圧蒸気の圧力を前提として、前記シングルフロー低圧タービン（１１０）によって発生された前記スラスト力の全てを実質的に相殺するのに必要な寸法を備えるように構成される、請求項５記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項７】
前記抽出する手段が、前記空洞を境界付ける該スラストピストン（１２８）の表面積の寸法を前提として、前記シングルフロー低圧タービンによって発生された前記スラスト力の全てを実質的に相殺するのに十分な圧力の高圧蒸気を前記空洞に供給する前記高圧蒸気タービン内における抽出ポイントを含む、請求項５記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項８】
前記シングルフロー低圧タービン（１１０）が、前記高圧タービン（１０４）の排出口に隣接する位置を含み、前記デュアルフロー低圧タービン（１０８）の１つが、前記中圧タービン（１０６）の排出口に隣接する位置を含む、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項９】
該スラストピストン（１２８）が、前記シャフト（１０２）よりも大きい直径を備えた該シャフト（１０２）の無孔セクションを含み、該スラストピストン（１２８）が、その軸線が前記シャフト（１０２）の軸線と整列した円筒形形状を含み、該スラストピストン（１２８）が、比較的薄い軸方向厚さ及び所定の円形断面積を含み、前記所定の円形断面積が、前記所望の相殺するスラスト力及び前記空洞に送給される前記高圧蒸気の圧力レベルを前提として、必要な断面積を含む、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項１０】
前記抽出する手段が、前記高圧タービン（１０４）の所定の段から前記高圧蒸気を抽出するように構成された第１の導管を含む、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項１１】
第２の導管が、前記高圧蒸気を前記空洞から前記高圧タービン（１０４）の後方段に導くように構成され、
前記後方段が、前記高圧蒸気が抽出される前記所定の段に対して下流に位置する段を含む、請求項１０記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項１２】
前記空洞が、前記シングルフロー低圧タービンに向かう方向において、前記固定構造体及びシャフト（１０２）間のシールを行なうように構成された第１の複数のシールによってさらに境界付けられ、
前記空洞が、前記シングルフロー低圧タービンから離れる方向において、前記固定構造体及びスラストピストン（１２８）間のシールを行なうように構成された第２の複数のシールによってさらに境界付けられる、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項１３】
前記シャフト（１０２）が、所望に応じて前記ロータトレーンに対して前記シングルフロー低圧タービン（１１０）を係合及び離脱させるように作動するクラッチ（１１８）を含む、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【請求項１４】
前記クラッチ（１１８）によって前記シングルフロー低圧タービン（１１０）を係合させた時には、前記抽出する手段が、前記高圧タービン（１０４）からの前記高圧蒸気を前記空洞に供給するように作動し、前記クラッチ（１１８）によって前記シングルフロー低圧タービン（１１０）を離脱させた時には、前記抽出する手段が、前記高圧タービン（１０４）からの前記高圧蒸気を前記空洞に供給するのを中止する、請求項４記載のスラストピストン（１２８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的には蒸気タービンの運転を改善するための方法、システム及び／又は装置に関する。より具体的には、それに限定されないが、本出願は、トリプルフロー低圧タービンを備えた蒸気タービンの運転に関連する方法、システム及び／又は装置の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には分かるように、蒸気タービンプラントは、様々な圧力レベルで作動する複数のタービンを共通のシャフトを介して連結したロータトレーンを用いて構成することができる。一般的に、これらのタービンの各々は、別のタービンと対にされて、その各々によってシャフト上に作用する軸方向スラスト力（又は「スラスト」）が該別のタービンと釣合う。例えば、蒸気タービンプラントは、中圧タービンと対にされた高圧タービンを含むことができる。運転時に、これらのタービンは、各々がシャフトに加えるスラスト力が他方が加えるスラストによって相殺される（又は実質的に相殺される）ように構成される。加えて、蒸気タービンプラントは、互いに同じように、つまり各々がシャフトに加えるスラストが他方のスラストと釣合うように対にされた２つの低圧タービンを有することが多い。
【０００３】
しかしながら、幾つかのケースでは、共通のシャフトを有するロータトレーンにわたり加えられるスラスト力は、タービンを対にすることによっては釣合わせることができない。そのような状況では、打消す（相殺する）力を与えてスラスト釣合わせを達成するようにするためには、一般的に大型かつ高価なスラスト軸受が必要となることが解るであろう。幾つかの用途では、奇数個のタービンを有することが、特に負荷要求に応じてそれらタービンの１つを作動及び非作動にすることができる場合に有利なものとなる。このケースでは、奇数個のタービンを設けること及び／又はピーク負荷期間においてのみ１つを作動させるという事実は、タービンを単に対にして同じスラスト力を相殺させることによってはスラスト釣合わせが実施不能となることを意味している。代わりに、このシステムでは、それが作動すると、必要時作動の（パートタイム）タービンによって発生される力を相殺するかなり大きいスラスト軸受を含む必要がある。しかしながら、この解決方法は、スラスト軸受を構成しかつ保守する費用が大幅に高くなること、またスラスト軸受はパートタイム基準でのみ、つまりパートタイムタービンが作動している時にのみ必要となることを考慮すると一層受入れ難いものであることにより、望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７６０７３０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その結果、運転条件が変化する中でかつ様々なタービン寸法及び数の故に釣合わせるのが困難であるロータトレーンにおいてロータスラストを釣合わせるシステム及び／又は装置の改善に対する必要性が存在し、その場合に、それらの改善は、その構成及び作動の両方において費用効果がありかつ単純である必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本出願は、第１の蒸気タービンを含む蒸気タービン発電プラントについて記述しており、本蒸気タービン発電プラントは、シャフトを介して第１の蒸気タービンに作動可能に連結されたスラストピストンと、スラストピストンに対して加圧蒸気の供給を行なって、該スラストピストンがシャフトに所望のスラスト力を加える手段とを備える。幾つかの実施形態では、所望のスラスト力は、運転時に第１の蒸気タービンがシャフトに加えるスラスト力と部分的に釣合うスラスト力を含む。幾つかの実施形態では、所望のスラスト力は、運転時に第１の蒸気タービンがシャフトに加えるスラスト力と釣合うスラスト力を含む。
【０００７】
幾つかの実施形態では、所望のスラスト力は、運転時に第１の蒸気タービンがシャフトに加えるスラスト力と少なくとも部分的に釣合うスラスト力を含む。本システムはさらに、第１の蒸気タービンよりも高い圧力で運転する第２の蒸気タービンを含み、加圧蒸気の供給は、第２の蒸気タービンから抽出される。
【０００８】
本出願はさらに、蒸気タービン発電プラントにおけるスラストピストンについて記述しており、本蒸気タービン発電プラントは、高圧タービン、中圧タービン及び３つの低圧タービンを含むロータトレーンを備え、３つの低圧タービンは、２つのデュアルフロー低圧タービン及び１つのシングルフロー低圧タービンを備え、高圧タービン及び中圧タービンは、各々が他方のスラスト力と実質的に釣合うように構成され、デュアルフロー低圧タービンの２つの低圧タービンは、各々が他方のスラスト力と実質的に釣合うように構成され、抽出する手段が、高圧タービンからの高圧蒸気をシングルフロー低圧タービンの前方に配置された空洞に供給し、また空洞は、シングルフロー低圧タービンに向かう方向において、ロータトレーンのシャフトを囲む固定構造体によって実質的に境界付けられる。スラストピストンは、シャフトに連結することができ、空洞は、シングルフロー低圧タービンから離れる方向において、スラストピストンによって実質的に境界付けられ、またスラストピストンは、運転時にシングルフロー低圧タービンによって発生されたスラスト力の所望の量を相殺するように構成される。
【０００９】
幾つかの実施形態では、スラストピストンは、運転時にシングルフロー低圧タービンによって発生されたスラスト力の全てを実質的に相殺するように構成される。幾つかの実施形態では、空洞を境界付けるスラストピストンの表面積が、該空洞に供給される高圧蒸気の圧力を前提として、シングルフロー低圧タービンによって発生されたスラスト力の全てを実質的に相殺するのに必要な寸法を備えるように構成される。
【００１０】
幾つかの実施形態では、抽出する手段は、空洞を境界付けるスラストピストンの表面積の寸法を前提として、シングルフロー低圧タービンによって発生されたスラスト力の全てを実質的に相殺するのに十分な圧力の高圧蒸気を該空洞に供給する高圧蒸気タービン内における抽出ポイントを含む。幾つかの実施形態では、シングルフロー低圧タービンは、高圧タービンの排出口に隣接する位置を含み、またデュアルフロー低圧タービンは、中圧タービンの排出口に隣接する位置を含む。
【００１１】
幾つかの実施形態では、スラストピストンは、シャフトよりも大きい直径を備えた該シャフトの無孔セクションを含み、スラストピストンは、その軸線がシャフトの軸線と整列した円筒形形状を含み、スラストピストンは、比較的薄い軸方向厚さ及び所定の円形断面積を含み、また所定の円形断面積は、所望の相殺するスラスト力及び空洞に送給される高圧蒸気の圧力レベルを前提として、必要な断面積を含む。
【００１２】
幾つかの実施形態では、抽出する手段は、高圧タービンの所定の段から高圧蒸気を抽出するように構成された第１の導管を含む。幾つかの実施形態では、第２の導管が、高圧蒸気を空洞から高圧タービンの後方段に導くように構成され、後方段は、高圧蒸気が抽出される所定の段に対して下流に位置する段を含む。
【００１３】
幾つかの実施形態では、空洞はさらに、シングルフロー低圧タービンに向かう方向において、固定構造体及びシャフト間のシールを行なうように構成された第１の複数のシールによって境界付けられ、また空洞はさらに、シングルフロー低圧タービンから離れる方向において、固定構造体及びスラストピストン間のシールを行なうように構成された第２の複数のシールによって境界付けられる。幾つかの実施形態では、シャフトは、所望に応じてロータトレーンに対してシングルフロー低圧タービンを係合及び離脱させるように作動するクラッチを含む。
【００１４】
幾つかの実施形態では、クラッチによってシングルフロー低圧タービンを係合させた時には、抽出する手段は、高圧タービンからの高圧蒸気を空洞に供給するように作動し、またクラッチによってシングルフロー低圧タービンを離脱させた時には、抽出する手段は、高圧タービンからの高圧蒸気を空洞に供給するのを中止する。
【００１５】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、図面及び特許請求の範囲と関連させてなした好ましい実施形態の以下の詳細な説明を精査することにより明らかになるであろう。
【００１６】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、添付図面と関連させてなした本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を注意深く検討することによって、一層完全に理解されかつ評価されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の設計による例示的な蒸気タービン発電プラントの概略図。
【図２】従来の設計による別の例示的な蒸気タービン発電プラントの概略図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による蒸気タービン発電プラントの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
初期重要事項として、本出願の発明を明確に伝えるために、タービンエンジンの特定の部分又は機械構成要素に言及しかつそれらを記述する用語を選択することが必要となる。可能な場合には常に、その通義と一致するように一般的産業用語を使用しかつ採用することにする。しかしながら、あらゆるそのような用語は、広義の意味が与えられるべきでありかつ本明細書で意図した意味及び特許請求の範囲の技術的範囲が不当に限定されるように狭義に解釈されるべきではないことを意図している。特定の構成要素は多くの場合に幾つかの異なる用語を使用して表現することができることは、当業者には分かるであろう。加えて、本明細書で単一（シングル）部品として記述することができるものは、別の情況では幾つかの構成要素部品を含みかつそれら構成要素部品からなるものとして説明することができ、或いは本明細書で複数構成要素部品として記述することができるものは、単一部品に形成しかつ幾つかのケースでは単一部品と呼ぶことができる。従って、本明細書に説明する本発明の技術的範囲を理解する際には、提示した用語及び説明だけでなく、本明細書に示した構成要素の構造、構成、機能及び／又は用途にも注意を払われたい。
【００１９】
加えて、本明細書では、幾つかの記述用語は、規則正しく使用しており、そのことは、それらの用語をその点で定義するのに役立てることができる。本明細書でのそれらの使用を前提として、それらの用語及び定義は、以下の通りである。「下流」及び「上流」というには、タービンを通る作動流体の流れに対する方向を示す用語である。従って、「下流」という用語は、作動流体の流れの方向にほぼ対応する方向を意味し、また「上流」という用語は、ほぼ作動流体の流れの方向と反対である方向を意味する。「トレーリング」及び「リーディング」という用語は、回転部品における回転の方向に対する相対位置を意味する。従って、回転部品の「リーディングエッジ（前縁）」は、部品が回転している方向を前提として前縁又は前方端縁であり、また回転部品の「トレーリングエッジ（後縁）」は、部品が回転している方向を前提として後縁又は後方端縁である。「半径方向」という用語は、軸線に対して垂直な運動又は位置を意味する。この「半径方向」という用語は、多くの場合、軸線に関して異なる軸方向位置にある部品を記述するのに必要である。このケースでは、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して存在する場合に、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側に」又は「内側寄りに」あると記述することができる。他方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに存在する場合には、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側に」又は「外側寄りに」あると記述することができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な運動又は位置を意味する。最後に、「円周方向」という用語は、軸線の周りでの運動又は位置を意味する。
【００２０】
図を参照すると、図１は、実施可能な従来のレイアウトによる蒸気タービン発電プラント１００の概略図を示している。蒸気タービン発電プラント１００は、ロータトレーンを備えることができ、ロータトレーンは、上述したようにその各々を通して導かれる蒸気の相対圧力レベルを前提として呼ぶことができる幾つかのタービン又はタービンセクションを含む。図示するように、共通のロータ又はシャフト１０２を介して連結された状態で、蒸気タービン発電プラント１００は、高圧蒸気フィード１０５を備えた高圧タービン（「ＨＰタービン」）１０４と、中圧蒸気フィード１０７を備えた中圧タービン（「ＩＰタービン」）１０６と、その２つが低圧蒸気フィード１０９を備えたデュアルフロー低圧タービン（「デュアルフローＬＰタービン」）１０８の一部でありまたその１つがこれもまた低圧蒸気フィード１０９を備えたシングルフロー低圧タービン（「シングルフローＬＰタービン」）１１０である３つの異なる低圧タービンとを含むことができる。
【００２１】
図示していないが、蒸気タービン発電プラント１００は、蒸気フィード１０５、１０７、１０９を介してタービンセクション１０４、１０６、１０８、１１０に送給される加圧蒸気の供給を行なう蒸気源又はボイラ（図示せず）を含むことが解るであろう。当業者には分かるように、蒸気フィードを供給する様々な供給構成及びシステムが実施可能である。例えば、蒸気供給システムは、ボイラと様々なタービンセクションとの間に形成した１つ又はそれ以上の直接的又は間接的連結を備えるように構成することができ、或いは例えば１つ又はそれ以上の連結は、より高圧タービンセクションの１つの出力又は排出口からより低圧タービンセクションの１つの蒸気フィードへの間に形成することができ、或いはそれらのシステムのいずれかの幾つかの組合せを使用することができる。このシステムはさらに、１つ又はそれ以上の再加熱装置、予加熱装置並びに／或いはその他の従来の構成要素及びシステムを含むことができる。加えて、シャフト１０２は、該回転シャフトの機械的エネルギーを電気に変換する発電機１１２に結合される。
【００２２】
図示するように、蒸気タービン発電プラント１００は、ＨＰタービン１０４がＩＰタービン１０６と対になるように構成される。ＨＰタービン１０４及びＩＰタービン１０６は、運転時に、シャフト１０２によって発生されかつ該シャフト１０２に存在するスラスト力を他方がシャフト１０２に加えるスラストによって相殺させる（又は、少なくとも部分的に相殺させる）ように構成することができる。加えて、図１に示すように、デュアルフローＬＰタービン１０８は、互いと同じように対にする、つまり各々がシャフトに加えるスラストが他方のスラストと釣合うようにすることができる。
【００２３】
しかしながら、同様に図１に示しているシングルフローＬＰタービン１１０については対にすることが実施不能であることが分かるであろう。それにも拘わらず、シングルフローＬＰタービン１１０が運転している時に、何らかの方法で対応するか又は「釣合わせる」必要がある大きなスラスト力がシャフト１０２に対して加わる。この問題に直面した場合に、従来の方法は一般的に、大型のスラスト軸受１１６を設けることに指向している。つまり、スラスト軸受１１６は、シングルフローＬＰタービン１１０の反対側に（及び前方に）設置して、シングルフローＬＰタービン１１０が運転している時に発生するスラストを打消す（相殺する）のに必要である軸方向支持を与えることができる。スラスト軸受１１６は一般的に、大型であり、構成しかつ保守するのに費用が掛かり、またそれらはシャフトの回転に対して抗力を生じるのでエンジン効率に対する悪影響を有する。加えて、このタイプの用途において釣合わせるスラスト力は大きいので、特に大型のスラスト軸受が必要となり、そのことは、悪影響を増大させる。これらの理由により、この代替実施形態は、比較的魅力がないものであり、発電プラント用途では、「追加の」シングルフローＬＰタービン１１０が使用されない理由の１つである。
【００２４】
さらに、図１に示すように対になっていないシングルフローＬＰタービン１１０は、特に負荷要求の変化に対処するために該シングルフローＬＰタービン１１０を係合及び離脱させることができる場合に、利点を有することが分かるであろう。そのようなシステムは異なる負荷需要に対処する上で発電プラントオペレータにより大きな自由度が得られる。図１には、必要な時にそれによってシングルフローＬＰタービン１１０を係合させることができまた負荷需要が該シングルフローＬＰタービン１１０を必要としない時には離脱させることができるようなこの種の操作を可能にする従来の捕捉機構又はクラッチ１１８を示している。言うまでもなく、そのようなシステムでは、シングルフローＬＰタービン１１０によって生じたスラスト不釣合いは、該シングルフローＬＰタービン１１０がクラッチ１１８によって係合した時にスラスト軸受によって釣合わせることが必要とされ、そのためピーク需要時にのみ高価かつ特大のスラスト軸受が必要となりまたその他の全ての時間においては無用なものとなることを意味する。
【００２５】
蒸気タービン発電プラント１００内には、異なる熱源（化石燃料燃焼プラント、地熱、原子力など）、ボイラ型、その他の蒸気タービン、その他のクラッチ機構、付加的シャフト、歯車組立体、再熱システム、予熱システム、バルブ、ジャーナル軸受、クロスオーバ管、ガスタービンなどのような多くのその他の構成要素及びシステムを含むことができることが分かるであろう。簡潔にするために、またそれらの構成要素はここに特許請求したシステムの機能に付随するので、それらの構成要素は、図示していない。このことは、図２及び図３に示した蒸気タービン発電プラントについても同様である。
【００２６】
図２は、別の実施可能な従来のレイアウトによる蒸気タービン発電プラント２００の概略図を示している。蒸気タービン発電プラント１００と同様に、蒸気タービン発電プラント２００は、その各々を通して導かれる蒸気の圧力レベルを前提として呼ぶことができる幾つかのタービン、つまり高圧蒸気フィード１０５を備えたＨＰタービン１０４と、中圧蒸気フィード１０７を備えたＩＰタービン１０６と、その各々が低圧蒸気フィード１０９を備えた４つのＬＰタービン（その各々が２つのデュアルフロータービン１０８構成に対にされた）とを含むことができる。図１の発電プラントの場合と同様に、蒸気タービン発電プラント２００は、ＨＰタービン１０４がＩＰタービン１０６と対にされて、各々のスラストが実質的に他方と釣合うように構成される。デュアルフローＬＰタービン１０８の２つの組は、同じように対にされる、つまり各々がシャフト１０２に加えるスラストが他方のスラストと釣合う。従って、このケースでは、シングルフローＬＰタービン１１０（図１におけるような）の代わりに、必要に応じてクラッチ１１８を介してデュアルフローＬＰタービン１０８を係合及び離脱させることによって負荷需要の変化に対処するように使用することができる２つの付加的ＬＰタービン１０８が設けられると言うことができる。
【００２７】
しかしながら、当業者には分かるように、図２における発電プラント２００は、２つのＬＰタービン１１０を係合させることは大半の用途において設定目標を越えかつ非効率的であるので、図１の発電プラントと同じ運転自由度を可能にしない。つまり、ピーク需要を満たすためには、図２のプラントオペレータは、２つの付加的ＬＰタービン（つまり、その２つはデュアルフローＬＰタービン１０８を構成する）を作動させなければならないが、一方、図１のプラントオペレータは、シングルフローＬＰタービン１０９を作動させる選択肢を有する。従って、単一の付加的ＬＰタービンのみを必要とするケースでは、図１の発電プラント１００は、はるかに効率的でありかつ費用効果がある。上述したように、それにも拘らず、不釣合いシングルフローＬＰタービン１１０は、スラスト力を釣合わせるために高価なスラスト軸受１１６を必要とする点において、それ自体の欠点を有する。
【００２８】
図３は、本発明の例示的な実施形態による蒸気タービン発電プラント３００の概略図を示している。蒸気タービン発電プラント３００は、図１の蒸気タービン発電プラント１００において示したのと同じ蒸気タービン、つまり高圧蒸気フィード１０５を備えたＨＰタービン１０４と、中圧蒸気フィード１０７を備えたＩＰタービン１０６と、２つのデュアルフローＬＰタービン１０８及び１つのシングルフローＬＰタービン１１０を含む３つのＬＰタービン１０８、１１０含むことが分かるであろう。ＬＰタービン１０８、１１０の各々は、図示するように低圧蒸気フィード１０９を含むことができる。加えて、図１の発電プラントと同様に、ＨＰタービン１０４は、ＩＰタービン１０６と対にされ（かつ、実質的に釣合わされ）、また２つのデュアルフローＬＰタービン１０８は、互いに対にされて（かつ、実質的に釣合わされて）、各々がシャフトに加えるスラストが他方のエンジンのスラストと釣合う。
【００２９】
しかしながら、シングルフローＬＰタービン１１０は、別のタービンによって釣合わせることができない。シングルフローＬＰタービン１１０が運転している時に、該シングルフローＬＰタービン１１０は、何らかの方法で対応するか又は釣合わせる必要がある大きなスラスト力がシャフト１０２に沿って加わることが分かるであろう。
【００３０】
鎖線参照線１２２及び鎖線参照線１２４間において、図３は、その位置でロータトレーンを囲む固定タービンケーシング又は外側構造体の概略図を含んでいることに注目されたい。発電プラント３００のこのセクションが本発明の説明に特に役立つので、以下の説明は、このセクションにおいて行なう。外側構造体１２５は、当技術分野では公知の従来の構成要素及び構造体を表している。
【００３１】
図３に示すような本出願の実施形態によると、シングルフローＬＰタービン１１０のスラストは、それに対して高圧蒸気が加えられるスラストピストン１２８によって釣合わされる又は少なくとも部分的に釣合わされる。具体的には、シングルフローＬＰタービン１１０に近接してかつ該シングルフローＬＰタービン１１０の前方に配置されたスラストピストン１２８に作用する高圧蒸気は、該シングルフローＬＰタービン１１０が運転しておりかつ係合されている時に、該シングルフローＬＰタービン１１０によって生じるスラスト不釣合いを補償する又は少なくとも部分的に補償する。一般的に、スラストピストン１２８は、拡大した、つまりシャフト１０２よりも大きい直径を有する該シャフトの無孔セクションを含むことができる。一般的に、スラストピストン１２８は、その軸線がシャフト１０２の軸線と整列した円筒形形状を含む。加えて、その円筒体は一般的に、以下により詳細に説明するように、特定の用途に基づいた寸法とすることができる比較的薄い軸方向厚さ及び円形断面積を含む。スラストピストン１２８は一般的に、従来どおりの材料で構成される。
【００３２】
この目的のためにスラストピストン１２８に加えられる高圧蒸気は、従来の手段によりＨＰタービン１０４から抽出することができる。この抽出ポイントから高圧蒸気の供給は、第１の導管１３２を介して高圧タービン１０４から空洞１３５に導かれる。空洞１３５は、スラストピストン１２８とシングルフローＬＰタービン１１０との間に配置されたほぼ密閉空間である。シングルフローＬＰタービン１１０の方向において空洞１３５は、固定構造体１２５と該固定構造体１２５及びシャフト１０２間に形成した複数のシール１３７とによって境界付けられる。シール１３７は、このケースでは固定構造体１２５である固定構成要素とこのケースではシャフト１０２である回転構成要素との間をシールするように作動する従来のシールを含むことができる。例えば、シール１３７はブラシシール、ハイロー（ｈｉ−ｌｏ）シール又はその他のタイプのシールとすることができる。反対方向（つまり、シングルフローＬＰタービン１１０から離れる方向）において、空洞１３５は、スラストピストン１２８と該スラストピストン１２８及び固定構造体１２５間にシールを形成したシール１３７とに隣接しかつそれらによって境界付けられる。前述したようにシール１３７は、このケースでは固定構造体１２５である固定構成要素とこのケースでは円筒形スラストピストン１２８の外側軸方向端縁部である回転構成要素との間をシールするように作動する従来のシールを含むことができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、図３に示すように第２の導管１４１が空洞１３５からの高圧蒸気をＨＰタービン１０４の下流段に戻す。そのように戻すことによって、蒸気は、ＨＰタービン１０４の後方段内に排出することができる。この構成により、システムへの蒸気の損失を制限することができる。空洞１３５からの蒸気は、その他の目的にも使用することができる。例えば、その蒸気はＩＰタービン又はＬＰタービンの１つに供給することができ、或いは加熱システムで使用することができる。
【００３４】
クラッチ１１８を設けて、必要な時にはシングルフローＬＰタービン１１０を係合させまた負荷需要が発電プラント３００の他の利用可能なタービンによって十分に満たされる時にはシングルフローＬＰタービン１１０を離脱させることができるようにする。シングルフローＬＰタービン１１０を離脱させた時には、釣合わせる実スラストが存在しないことが分かるであろう。従って、ＨＰタービン１０４からの高圧蒸気供給を遮断し、それによって、抽出されることになっていた蒸気をＨＰタービン１０４に利用可能にすることができる。高圧蒸気の遮断は、バルブ１４３又はその他の従来通りの方法により行なうことができる。
【００３５】
シングルフローＬＰタービン１１０を係合させた時には、スラストピストン１２８に対して高圧蒸気を加えてシステムを釣合わせるようにすることによって大型かつ高価なスラスト軸受の必要性が克服される。本明細書で提案するように高圧蒸気を使用することによって、シングルフローＬＰタービン１１０を釣合わせるのに必要なスラストピストン１２８はその寸法を比較的小型に維持することができることが分かるであろう。より具体的には、シングルフローＬＰタービン１１０を釣合わせるのに必要なスラストピストン１２８の寸法は、空洞１３５に供給される蒸気の圧力に応じて決まることが解かるであろう。低圧の蒸気供給は、蒸気がその力を作用させることができる大きな表面積を有するスラストピストン１２８を必要とする。他方、高圧の蒸気供給は、蒸気が押圧力を与えるより小さい表面積を必要としながら、依然としてシングルフローＬＰタービン１１０のスラスト力を釣合わせる。本明細書で提案するＨＰタービン１０４からの蒸気の抽出は、高圧の蒸気供給を行ない、それによって、シングルフローＬＰタービン１１０を釣合わせる比較的小型かつ費用効果のあるスラストピストン１２８を可能にする。幾つかの実施形態では、ＨＰタービン１０４内における公知の好都合な抽出ポイントを利用しかつその特定の抽出ポイントに対応するようにスラストピストン１２８を設計することができる。つまり、その抽出ポイントから空洞１３５に供給することができる蒸気の圧力とそれに対して補償を必要とするシングルフローＬＰタービン１１０のスラスト力とを前提として、スラストピストン１２８は、必要な表面積を利用できるように設計することができる。一般的に、このことは、所望の表面積を有するようにスラストピストン１２８の直径を調整することを必要とする。他の実施形態では、スラストピストン１２８は、その他の基準又は制限に基づいて設計することができ、また蒸気抽出ポイントは、それらに基づいて決定することができる。つまり、それに対して補償を必要とするスラスト力とスラストピストン１２８の表面積とを前提として、所望の圧力で空洞１３５に蒸気を供給するＨＰタービン１０４内における抽出位置を決定することができる。本出願の一部の実施形態では、スラストピストン１２８は、該スラストピストン１２８がシングルフローＬＰタービン１１０によって発生したスラスト力の一部分のみを釣合わせるように構成することができることを理解されたい。そのような実施形態では、シングルフローＬＰタービン１１０のスラストを部分的に釣合わせるようにスラストピストン１２８を構成すると同時に、スラスト軸受１１６を設けて、このシステムを釣合わせることができる。これらのケースでは、スラスト軸受１１６の寸法が非常に縮小したものとなる傾向になり、このことは、一部の用途においてこれらケースを魅力的な実施形態にすることができる。
【００３６】
１つの好ましい実施形態では、図３に示すようにシングルフローＬＰタービン１１０は、ＨＰタービン１０４の排出口に隣接して又は近接してシャフト１０２に連結することができ、一方、デュアルフローＬＰセクションは、ＩＰタービン１０６の排出口に隣接してロータトレーンに連結することができる。しかしながら、この用途は、例示のためのみのものである。同じ原理は、その他のタイプの発電プラント構成においてタービンのスラストを釣合わせるために使用することができる。例えば、本明細書に記載した原理を使用して、より高圧で運転する或いは別のより高圧蒸気源を有する蒸気タービンを備えたシステム内におけるあらゆる蒸気タービン（低圧又はその他の）に対する釣合いを効果的に行なうことができる。
【００３７】
運転中に蒸気は、ＨＰタービン１０４から抽出しかつ導管１３２を介して空洞１３５に供給することができることが解かるであろう。空洞１３５内において加圧蒸気は、両方向において軸方向に整列した力を発生する。シングルフローＬＰタービン１１０に向かう方向において、蒸気は主として、固定構造体１２５に対して圧力を加える。（蒸気の小量の部分がシール１３７に対して圧力を加え、また蒸気のより小量の部分がシール１３７を通して逸出する。このシステムは、シール１３７を通して逸出した蒸気がシングルフローＬＰタービン１１０に流入し、該シングルフローＬＰタービン１１０においてその蒸気を使用することができるように構成される。）シングルフローＬＰタービン１１０から離れる方向において、空洞１３５内の蒸気は主として、スラストピストン１２８に圧力を加える。空洞１３５内の圧力の有効作用は、シングルフローＬＰタービン１１０から離れる方向にシャフト１０２に加えられるスラスト力である。この有効な力の大きさの設定は、スラストピストン１２８の表面積を変化させて、シングルフローＬＰタービン１１０によって発生されたスラスト力の所望の部分が相殺されるように構成することができる。
【００３８】
当業者には分かるように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述した多くの様々な特徴及び構成は、本発明の他の実施可能な実施形態を形成するようにさらに選択的に適用することができる。簡潔にするためにまた当業者の能力を考慮して、実施可能な反復形態の全てを示し又は詳細に論じていないが、幾つかの特許請求項又はその他に包含される全ての組合せ及び実施可能な実施形態は、本出願の一部であることを意図している。加えて、本発明の幾つかの例示的な実施形態の上記の説明から、当業者は、その改良、変更及び修正に気付くであろう。当技術の範囲内のそのような改善、変更及び修正もまた、特許請求の範囲によって保護されることを意図している。さらに、前述の説明は本出願の記載した実施形態のみに関するものであること、並びに提出した特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本出願の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、本明細書において多くの変更及び修正を行なうことができることは明らかであろう。
【符号の説明】
【００３９】
１００  蒸気タービン発電プラント
１０２  共通のロータ又はシャフト
１０４  高圧タービン
１０５  高圧蒸気フィード
１０６  中圧タービン
１０７  中圧蒸気フィード
１０８  デュアルフロー低圧タービン
１０９  低圧蒸気フィード
１１０  シングルフロー低圧タービン
１１２  発電機
１１６  スラスト軸受
１１８  クラッチ
１２５  タービンケーシング又は外側構造体
１２８  スラストピストン
１３２  第１の導管
１３５  空洞
１３７  シール
１４１  第２の導管
１４３  バルブ
２００  蒸気タービン発電プラント
３００  蒸気タービン発電プラント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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