(57)【要約】【課題】多大なコスト及び期間を費やすことなく流入蒸気量増大に容易に対処できるようにする。【解決手段】ノズルのど部面積Ａ1はのど部最短距離Ｓ1とのど部高さＨ1との積で表される。距離Ｓ1の変更によれば面積Ａ1は大きく増減可能である。本発明に係る方法は、ノズル板１１の取付角度を変えることによりノズルのど部面積Ａ1を異ならせた複数種類のノズル組立体を予め製作しておき、この複数種類の組立体の中から流入蒸気流量に応じて、最適のノズルのど部面積を有するものを選択して配設する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータを囲む内輪部材及び外輪部材、並びにこれら両部材間に取り付けられた多数のノズル板によりノズル組立体が形成されると共に、このノズル組立体と羽根とによりタービン段落が構成されており、このタービン段落が蒸気入口部から蒸気出口部に亘って複数段配設されている原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法において、
前記ノズル板の取付角度を変えることによりノズルのど部面積を異ならせた複数種類の前記ノズル組立体を予め製作しておき、この複数種類のノズル組立体の中から前記蒸気入口部に供給される蒸気流量に応じて、最適のノズルのど部面積を有するノズル組立体を選択して配設することによってタービン能力の変更を可能にした、
ことを特徴とする原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法。
【請求項２】
前記蒸気入口部から蒸気出口部に亘って配設済みの複数段のタービン段落のうち、一部の段落又は全部の段落に係るノズル組立体を、これと異なるノズルのど部面積を有する新たなノズル組立体に交換することが可能な、
ことを特徴とする請求項１記載の原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法。
【請求項３】
前記蒸気入口部から蒸気出口部に亘って配設される複数段のタービン段落の各ノズル組立体は、蒸気入口部側の初段タービン段落から蒸気出口部側の最終段タービン段落に向かうに従ってノズルのど部面積が漸減していくものである、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法。
【請求項４】
前記ノズルのど部面積の漸減の割合は、初段タービン段落から２段目タービン段落にかけてのものが最も大きなものである、
ことを特徴とする請求項３記載の原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所で用いられる蒸気タービンは、原子炉から送られてくる流入蒸気の熱エネルギーを利用してタービンロータを回転駆動し、これによりタービンロータに直結された発電機ロータを回転させるものである。
【０００３】
ここで、蒸気タービンの一般的構造は、静止部材であるケーシングに取り付けられたノズル組立体（静翼）と、回転部材であるロータに取り付けられた羽根（動翼）とを有するものであり、一対のノズル組立体及び羽根により形成されるタービン段落が、蒸気入口部から蒸気出口部に亘りロータ軸方向に沿って複数段配設されたものである。そして、蒸気入口部に流入した高圧蒸気は多段階に亘り膨脹を繰り返す間に圧力が低下し、蒸気出口部に到達するまでに行われる圧力エネルギーから速度エネルギーへの変換によってタービンロータが回転駆動される。
【０００４】
ところで、原子力発電プラントシステムにおいては、発電設備容量の増強が要請されることがあり、この要請に応えるために蒸気タービンの容量増大すなわち蒸気タービンへの流入蒸気量増大が検討される。流入蒸気量増大に対応するために通常考えられるのは、静翼及び動翼を大きなものに交換することである。
【０００５】
しかし、静翼及び動翼の大形化は、必然的に蒸気タービンの重量及びスペースの増大をもたらすことになり、蒸気タービン設置個所におけるコンクリート基礎の補強、蒸気タービンのメンテナンス時に用いるクレーン設備の容量増大、更にこれらに伴う建屋の補強などの手当てが必要となるため莫大なコスト及び工事期間を要する結果となる。
【０００６】
また、蒸気出口部付近に配設される最終段落の翼高さはかなり大きなものとなるため固有振動数も低くなっているが、静翼及び動翼を大形化すると最終段落の翼高さが更に大きくなるため共振減少が発生しやすくなる。
【０００７】
そこで次に考えられるのは、静翼及び動翼の大形化の代わりに、静翼及び動翼における蒸気通過個所すなわち「のど部」と呼ばれる個所の面積だけを大きくすることにより、流入蒸気量増大に対応しようとする方策である。
【０００８】
なお、流入蒸気量増大に対応するためのものではないが、のど部面積を変更する技術として特許文献１に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２３３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし従来からの伝統的設計手法では、ある段落を形成する一対の静翼及び動翼は互いにほぼ同一形状でなければならないと漠然と考えられており、のど部面積についても静翼側及び動翼側で同一面積でなければならないと考えられていた。したがって、既設の蒸気タービンにおいて静翼側及び動翼側の双方ののど部面積を変更する改造は、費やされるコスト及び期間を考えると事実上不可能であり、蒸気タービンを新規に製作することで流入蒸気量増大に対応せざるを得ないと考えられていた。
【００１１】
また、特許文献１に開示されている技術は、たしかにのど部面積の変更が可能なものであるが、これはターボ機械の燃料消費率の低減や、ヒンジ部品の固着・損傷の防止等を目的とするものである。したがって、のど部面積の変更の仕方も、異なる部材間の熱膨張率の相違を利用するものであり、流入蒸気量増大に対応可能なほどにのど部面積を大きく変更できるものではない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、多大なコスト及び期間を費やすことなく流入蒸気量増大に容易に対処することができる原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、タービンロータを囲む内輪部材及び外輪部材、並びにこれら両部材間に取り付けられた多数のノズル板によりノズル組立体が形成されると共に、このノズル組立体と羽根とによりタービン段落が構成されており、このタービン段落が蒸気入口部から蒸気出口部に亘って複数段配設されている原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法において、前記ノズル板の取付角度を変えることによりノズルのど部面積を異ならせた複数種類の前記ノズル組立体を予め製作しておき、この複数種類のノズル組立体の中から前記蒸気入口部に供給される蒸気流量に応じて、最適のノズルのど部面積を有するノズル組立体を選択して配設することによってタービン能力の変更を可能にした、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記蒸気入口部から蒸気出口部に亘って配設済みの複数段のタービン段落のうち、一部の段落又は全部の段落に係るノズル組立体を、これと異なるノズルのど部面積を有する新たなノズル組立体に交換することが可能な、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記蒸気入口部から蒸気出口部に亘って配設される複数段のタービン段落の各ノズル組立体は、蒸気入口部側の初段タービン段落から蒸気出口部側の最終段タービン段落に向かうに従ってノズルのど部面積が漸減していくものである、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記ノズルのど部面積の漸減の割合は、初段タービン段落から２段目タービン段落にかけてのものが最も大きなものである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、多大なコスト及び期間を費やすことなく流入蒸気量増大に容易に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る方法が適用される蒸気タービンの概略構成図。
【図２】図１における１段目ノズル組立体７−１の半割れ部の構成を示す分解斜視図。
【図３】図２における隣接したノズル板１１同士の間に形成されるノズルのど部を示す斜視図。
【図４】図３に示した隣接するノズル板１１同士の間ののど部最短距離Ｓ1の変更例についての説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る方法が適用される蒸気タービンの概略構成図である。なお、本図においては、技術内容を容易に理解できるようにするため、本発明の技術とは直接関係しない部材及び個所については図示を省略したり、タービンロータの上方部分のみを図示すること等により極力図面を簡略化している。
【００２０】
図１において、蒸気タービン１は、ケーシング部材２、及びこのケーシング部材２内部を挿通するタービンロータ３を有している。ケーシング部材２の中央部には、原子炉から送られてくる蒸気が流入する蒸気入口部４が形成されており、また、ケーシング部材２の両端部付近には蒸気出口部５が形成されている。
【００２１】
蒸気入口部４から蒸気出口部５に亘っては、複数段（本実施形態では１５段）のタービン段落６−１，……，６−１５が蒸気入口部４の両側に対称に配設されている。蒸気入口部４付近の１段目（初段）タービン段落６−１は、ケーシング部材２側に取り付けられた静翼としての１段目ノズル組立体７−１と、タービンロータ３側に取り付けられた動翼としての１段目羽根８−１とで構成されている。
【００２２】
２段目以降のタービン段落も同様に構成されており、蒸気出口部５付近の１５段目（最終段）タービン段落６−１５は、１５段目ノズル組立体７−１５と、１５段目羽根８−１５とで構成されている。
【００２３】
蒸気入口部４から流入する蒸気は、破線矢印で示すように、各タービン段落ののど部を通過して両側の蒸気出口部５に到達するようになっている。なお、蒸気出口部５に到達した蒸気は、蒸気タービン１が高圧蒸気タービンである場合には低圧蒸気タービン側に送られるようになっており、一方、蒸気タービン１が低圧蒸気タービンである場合には復水器側に送られるようになっている。
【００２４】
そして、本実施形態の蒸気タービン１では、各段落毎にノズル組立体７−１，……，７−１５の着脱を行えるようになっている。
【００２５】
図２は、図１における１段目ノズル組立体７−１の半割れ部の構成を示す分解斜視図である。このように、ノズル組立体を半割れ形状で製作することにより、各段落毎にノズル組立体７−１，……，７−１５の着脱を行うことができる。
【００２６】
図２に示すように、１段目ノズル組立体７−１は、タービンロータ３を囲む内輪部材９、及びこの内輪部材９の外側に配設された外輪部材１０、並びにこれら内輪部材９と外輪部材１０との間に取り付けられた（取付は溶着による）多数のノズル板１１により形成されている（２段目以降のノズル組立体も同様の構成である。）。
【００２７】
本発明に係る方法は、１段目ノズル組立体７−１について言えば、ノズル板１１の取付角度を変えることによりノズルのど部面積を異ならせた複数種類の１段目ノズル組立体７−１を予め製作しておき、この複数種類の１段目ノズル組立体７−１の中から蒸気入口部４に供給される蒸気流量に応じて、最適のノズルのど部面積を有する１段目ノズル組立体７−１を選択して配設することによってタービン能力の変更を可能にしようとするものである（２段目以降の段落におけるノズル組立体７−１，……，７−１５についても同様である。）。
【００２８】
図３は、図２における隣接したノズル板１１同士の間に形成されるノズルのど部を示す斜視図である。ノズル板１１の断面形状は、流入方向を矢印で示す蒸気が円滑に流入できるように、前端側が滑らかな曲線の先太状に形成されると共に、後端側が先細状に形成された略雲形形状となっている。
【００２９】
のど部高さＨ1はノズル板１１の幅寸法と等しい値である。また、一方のノズル板１１の後端部から他方の対向する背面部までの最短距離をのど部最短距離Ｓ1とする。通常、「のど部」と呼ばれた場合は、この距離Ｓ1の個所を指している。そして、のど部最短距離Ｓ1とのど部高さＨ1との積（Ｓ1＊Ｈ1）がノズルのど部面積Ａ1である。
【００３０】
本発明では、上記ののど部最短距離Ｓ1を変更するようにしているのでノズルのど部面積Ａ1の値を大きく増減することが可能になっている。一方、特許文献１の技術は、のど部高さＨ1を変更することによりノズルのど部面積Ａ1を増減しようとするものであるが、異なる部材間の熱膨張率の相違を利用するものであるため、のど部高さＨ1の変更も微小なものであり、したがってノズルのど部面積Ａ1の増減の程度も小さなものであることは既述した通りである。
【００３１】
なお、図３に示したノズルのど部面積Ａ1は１段目（初段）段落のノズル組立体７−１のものであるが、こののど部面積の値は２段目以降に移る毎に漸減していき、１５段目（最終段）のものが最小になる。そして、このときののど部面積の漸減の割合も初段から２段目にかけてのものが最も大きなものとなる。
【００３２】
図４は、図３に示した隣接するノズル板１１同士の間ののど部最短距離Ｓ1の変更例についての説明図である。
【００３３】
図４（ａ）は距離Ｓ1を「標準」にした場合である。この場合、所定の基準線とノズル板１１の傾斜方向との間でなす角つまり取付角度はθ1となっており、距離Ｓ1は「標準」の値であるＳ1-stとなっている。したがって、このときのノズルのど部面積Ａ1も「標準」の値であるＡ1-stとなっている。
【００３４】
図４（ｂ）は距離Ｓ1を「最大」にした場合である。この場合、所定の基準線とノズル板１１の傾斜方向との間でなす角つまり取付角度はθ1-maxとなっており、距離Ｓ1は「最大」の値であるＳ1-maxとなっている。したがって、このときのノズルのど部面積Ａ1も「最大」の値であるＡ1-maxとなっている。
【００３５】
図４（ｃ）は距離Ｓ1を「最小」にした場合である。この場合、所定の基準線とノズル板１１の傾斜方向との間でなす角つまり取付角度はθ1-minとなっており、距離Ｓ1は「最小」の値であるＳ1-minとなっている。したがって、このときのノズルのど部面積Ａ1も「最小」の値であるＡ1-minとなっている。
【００３６】
なお、図４の図示からも類推できるように、ノズルのど部面積Ａ1の各値Ａ1-st，Ａ1-max，Ａ1-minの大小関係は、Ａ1-max＞Ａ1-st＞Ａ1-min  である。
【００３７】
本実施形態では、上記のように距離Ｓ1（つまりノズルのど部面積Ａ1）を「標準」、「最大」、「最小」の３種類にした場合を想定しているが、原子炉側からの流入蒸気量に応じて４種類以上とすることも可能であり、また、２種類とすることも可能である。
【００３８】
次に、本実施形態に係る原子力発電所用蒸気タービンの能力変更方法の手順につき説明する。本実施形態では、ノズルのど部面積が異なる３種類のノズル組立体７−１，……，７−１５を予め製作しておくようにする。すなわち、第１番目の種類として各ノズルのど部面積の値が「標準」のＡ1-st，……，Ａ15-stであるノズル組立体７−１，……，７−１５を製作し、第２番目の種類として各ノズルのど部面積の値が「最大」のＡ1-max，……，Ａ15-maxであるノズル組立体７−１，……，７−１５を製作し、第３番目の種類として各ノズルのど部面積の値が「最小」のＡ1-min，……，Ａ15-minであるノズル組立体７−１，……，７−１５を予め製作しておくようにする。
【００３９】
当初、第１番目の種類のノズル組立体７−１，……，７−１５を組み付けて蒸気タービン１の運転を行っていたが、電力事情等により原子炉側からの流入蒸気量を増大させる必要が生じたものとする。このような場合、運転係員が蒸気タービン１の運転を停止させた後に、保守作業員は第１番目の種類のノズル組立体７−１，……，７−１５のうち、例えば１段目ノズル組立体７−１（のど部面積はＡ1-st）のみを取り外し、代わりに第２番目の種類に属するノズル組立体７−１（のど部面積はＡ1-max）を組み付ける。
【００４０】
これは、流入蒸気量増大の影響を最も強く受けるのは１段目ノズル組立体７−１であるから、少なくともこの１段目ノズル組立体７−１についてはのど部面積を拡大しておく必要があり、また、１段目ノズル組立体７−１のみを交換するだけで流入蒸気量増大に対処できる場合が多いからである。なお、本発明では、羽根８−１，……，８−１５については交換することはせず、当初の組付状態のままである。
【００４１】
そして、保守作業員が第２番目の種類に属する１段目ノズル組立体７−１の組付が終了した後、運転係員は蒸気タービン１の運転を再開させる。
【００４２】
また、第２番目の種類に属するノズル組立体７−１を組み付けた後に電力事情等が再び変化し、今度は原子炉側からの流入蒸気量を減少させる必要が生じた場合は、同様の手順により、元の第１番目の種類に属するノズル組立体７−１（のど部面積はＡ1-st）、又は第３番目の種類に属するノズル組立体７−１（のど部面積はＡ1-min）に交換することにより容易に対処することが可能である。
【００４３】
このように、本実施形態に係る蒸気タービンの能力変更方法によれば、１段目ノズル組立体７−１についてのみのど部面積を拡大したものに交換すればよいので、原子炉側からの流入蒸気量の増大に対して、コスト及び期間を多大に費やすことなく容易に対処することが可能になる。
【００４４】
なお、上記の説明では、１段目ノズル組立体７−１のみを交換する場合につき説明したが、勿論、流入蒸気量の増大（又は減少）の程度やその他の条件を考慮して、２段目ノズル組立体７−２についてものど部面積を拡大（又は縮小）したものに交換したり、あるいは更に１乃至１５段目のノズル組立体７−１，……，７−１５の全てについてのど部面積を拡大（又は縮小）したものに交換するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１：蒸気タービン
２：ケーシング部材
３：タービンロータ
４：蒸気入口部
５：蒸気出口部
６−１，……，６−１５：１乃至１５段目のタービン段落
７−１，……，７−１５：ノズル組立体
８−１，……，８−１５：羽根
９：内輪部材
１０：外輪部材
１１：ノズル板
Ｓ1：のど部最短距離
Ｈ1：のど部高さ
Ａ1：ノズルのど部面積
θ1，θ1-max，θ1-min：ノズル板１１の取付角度
Ｓ1-st：「標準」の距離Ｓ1の値
Ｓ1-max：「最大」の距離Ｓ1の値
Ｓ1-min：「最小」の距離Ｓ1の値
Ａ1-st：ノズルのど部面積Ａ1の「標準」の値
Ａ1-max：ノズルのど部面積Ａ1の「最大」の値
Ａ1-min：ノズルのど部面積Ａ1の「最小」の値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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