(57)【要約】【課題】供給される蒸気温度が低下する場合にも、蒸気の湿り度の上昇を抑えることができる蒸気タービンを提供する。【解決手段】静翼（１１）および動翼（１３）からなる段落（ＳＴ）を複数備える蒸気タービン（１）において、上流側の段落の出口（２３）から下流側の段落の入口（２１）へ蒸気（Ｗ）を迂回させるバイパス通路（３３）と、前記バイパス通路（３３）を開閉するバイパス弁（３５）とを設ける。前記バイパス通路（３３）が接続された上流側の段落の出口（２３）および下流側の段落の入口（２１）に、それぞれ、前記下流段側の段落と当該段落の下流側に隣接する段落との間の隙間よりも広い環状空間（３７）が形成されてもよい。【選択図】図１
2019116861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼および動翼からなる段落を複数備える蒸気タービンであって、
上流段側の段落の出口から下流段側の段落の入口へ蒸気を迂回させるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
を備える蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンにおいて、前記バイパス通路が接続された上流段側の段落の出口および下流段側の段落の入口に、それぞれ、前記下流段側の段落と当該段落の下流側に隣接する段落との間の隙間よりも広い環状空間が形成されている蒸気タービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気タービンにおいて、前記バイパス通路にオリフィスが設けられている蒸気タービン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸気タービンにおいて、前記バイパス通路の入口が、前記複数の段落のうち高圧側半分のいずれかの段落に接続されている蒸気タービン。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の蒸気タービンを運転する方法であって、
蒸気源から前記蒸気タービンに供給される蒸気の温度が所定値以下に低下すると予測された場合に前記バイパス弁を開く、
蒸気タービンの運転方法。
【請求項６】
請求項５に記載の運転方法であって、さらに、
前記蒸気源から前記蒸気タービンに供給される蒸気の温度が所定値を超えた後に前記バイパス弁を閉じる、
蒸気タービンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蒸気タービンは、熱を排出する他の設備と組み合せた複合システムとして利用されている。このような複合システムでは、他の設備の排熱を、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラの熱源として利用することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４４３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、蒸気タービンをこのように複合システムに組み込んだ場合、蒸気タービンに供給される蒸気の温度が、排熱源となる他の設備の運転状況によって大きく変動することがある。特に、供給される蒸気の温度が低下した場合、蒸気タービンの下流側の段落において蒸気の湿り度が過度に上昇するおそれがある。蒸気の湿り度の上昇は、タービン翼の損傷を招くので、供給される蒸気の温度が低下した場合にも、蒸気の湿り度の上昇を抑制する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、供給される蒸気温度が低下する場合にも、蒸気の湿り度の上昇を抑えることができる蒸気タービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した目的を達成するために、本発明に係る蒸気タービンは、
複数の静翼および動翼からなる段落を複数備える蒸気タービンであって、
上流段側の段落の出口から下流段側の段落の入口へ蒸気を迂回させるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
を備える。
【０００７】
この構成によれば、供給される蒸気温度が低い場合でも、バイパス通路という簡易な構造を追加することによって、下流側段における蒸気温度を上昇させることができるので、蒸気タービン出口での湿り度上昇を効果的に抑制することが可能になる。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る蒸気タービンにおいて、前記バイパス通路が接続された上流段側の段落の出口および下流段側の段落の入口に、それぞれ、前記下流段側の段落と当該段落の下流側に隣接する段落との間の隙間よりも広い環状空間が形成されていてもよい。この構成によれば、バイパス通路が接続される部分に広い空間を確保することにより、所望の量の蒸気を確実に迂回させることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る蒸気タービンにおいて、前記バイパス通路にオリフィスが設けられていてもよい。この構成によれば、バイパス弁を簡易な開閉弁としながら、オリフィスによって蒸気の流量を調整することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る蒸気タービンにおいて、前記バイパス通路の入口が、前記複数の段落のうち高圧側半分のいずれかの段落に接続されていてもよい。この構成によれば、高圧側段落の過熱蒸気または湿り度が低い状態の蒸気をバイパスさせることにより、出口の湿り度上昇を効果的に抑制することができる。
【００１１】
本発明に係る蒸気タービンの運転方法は、上記の蒸気タービンを運転する方法であって、
蒸気源から前記蒸気タービンに供給される蒸気の温度が所定値以下に低下すると予測された場合に前記バイパス弁を開く。さらには、前記蒸気源から前記蒸気タービンに供給される蒸気の温度が所定値を超えた後に前記バイパス弁を閉じることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、蒸気源からの蒸気の温度が実際に低下する前に蒸気を迂回させることにより、出口の湿り度上昇を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明に係る蒸気タービンによれば、供給される蒸気温度が低下する場合にも、蒸気出口での湿り度の上昇を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の蒸気タービンが適用された複合システムの例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１に、本発明の一実施形態に係る蒸気タービン１を示す。蒸気タービン１では、この蒸気タービン１の外部のボイラのような蒸気源から供給された蒸気Ｗによって蒸気タービン１の回転軸３が駆動され、回転軸３によって出力される回転動力によって発電機Ｇのような負荷５を駆動する。
【００１７】
蒸気タービン１は、静翼１１および動翼１３からなる段落ＳＴを複数備えている。各段落ＳＴは、タービンケーシング１７の内周面に、周方向に複数設けられた静翼１１と、回転軸３の外周面に、周方向に複数設けられた動翼１３とからなる。タービンケーシング１７の内側に蒸気通路１５が形成されている。各段落ＳＴにおいて、静翼１１の下流側に動翼１３が配置されている。本明細書では、各段落ＳＴの静翼１１の上流側を段落入口２１と呼び、動翼１３の下流側を段落出口２３と呼ぶ。複数の段落ＳＴは、上流側から下流側へ向かうに従って次第に拡径しており、各段落ＳＴを経るに従って蒸気Ｗが膨張し、圧力が低下していく。
【００１８】
図示の例では、蒸気通路１５に蒸気Ｗを取り入れる蒸気導入通路２５に、蒸気通路１５に流入する蒸気量を調整する蒸気加減弁２７が設けられている。蒸気導入通路２５における蒸気加減弁２７の下流側の蒸気通路入口２９に、第１段落ＳＴの静翼１１が配置されている。最下流段落ＳＴ（図示の例では第９段落ＳＴ）の段落出口２３に、蒸気通路１５から蒸気Ｗを排出する蒸気排出通路３１が接続されている。蒸気排出通路３１から排出された蒸気Ｗは、図示しない復水器へ送られた後、蒸気源へ戻される。
【００１９】
本実施形態では、蒸気タービン１に、上流側の段落ＳＴの段落出口２３から下流側の段落ＳＴの段落入口２１へ蒸気Ｗを迂回させるバイパス通路３３が設けられている。図示の例では、第１段落ＳＴの段落出口２３にバイパス通路３３の入口（以下、単に「バイパス入口」と呼ぶ。）３３ａが接続されており、第４段落ＳＴの段落入口２１にバイパス通路３３の出口（以下、単に「バイパス出口」と呼ぶ。）３３ｂが接続されている。バイパス通路３３には、このバイパス通路３３を開閉するバイパス弁３５が設けられている。この例では、バイパス弁３５として開閉弁が用いられている。
【００２０】
同図に示すように、バイパス通路３３が接続された上流側の段落出口２３および下流側の段落入口２１には、それぞれ、環状空間３７が形成されている。各環状空間３７は、バイパス通路３３が接続されていない段落間の隙間である、前記下流側の段落ＳＴと当該段落の下流側に隣接する段落ＳＴとの間の隙間よりも広い空間として形成されている。この例では、各環状空間３７の軸方向幅が、バイパス通路３３が接続されていない前記隙間の軸方向幅よりも大きく設定されている。
【００２１】
バイパス通路３３の接続部分に、このような広い環状空間３７を確保することによって、所望の量の蒸気Ｗを確実にバイパス通路３３を通過させることができる。さらに、各環状空間３７の軸方向幅は、バイパス通路３３の直径の０．４倍〜０．６倍であることが好ましい。
【００２２】
バイパス通路３３にはオリフィス３９が設けられている。より具体的には、バイパス通路３３におけるバイパス弁３５の下流側にオリフィス３９が設けられている。バイパス弁３５を簡易な開閉弁としながら、オリフィス３９によって、バイパス通路３３を流れる蒸気Ｗの流量を調整することができる。もっとも、オリフィス３９は省略してもよい。
【００２３】
バイパス通路３３が接続される段落ＳＴは、図示の例に限定されない。もっとも、バイパス入口３３ａは、できるだけ高圧側（上流側）の段落ＳＴに接続されていることが好ましく、少なくとも、複数の段落ＳＴのうち高圧側半分のいずれかの段落ＳＴに接続されていることが好ましい。すなわち、図示の例では、バイパス入口３３ａが、全９段落ＳＴのうちの、第１段落ＳＴ〜第４段落ＳＴのいずれかの段落出口２３に接続されていることが好ましい。このように、バイパス入口３３ａを高圧側の段落ＳＴに接続することにより、過熱状態または湿り度が低い状態の蒸気Ｗを迂回させて、蒸気Ｗの湿り度の上昇を効果的に抑制することができる。
【００２４】
本実施形態に係る蒸気タービン１によれば、供給される蒸気温度が低い場合でも、バイパス通路３３という簡易な構造を追加することによって、下流側段における蒸気温度を上昇させることができるので、蒸気Ｗの湿り度の上昇を効果的に抑制することができる。
【００２５】
図２に、本実施形態に係る蒸気タービン１の適用例として、蒸気タービン１を含む複合システムである廃棄物焼却発電システム４１を示す。廃棄物焼却発電システム４１は、廃棄物焼却炉４３と、ガスタービン４５と、蒸気タービン１と、蒸気タービン１によって駆動される発電機（第１発電機）Ｇ１とを備えている。廃棄物焼却発電システム４１では、廃棄物焼却炉４３からの排ガスを、蒸気供給源である蒸気発生器４７の熱源として利用する。もっとも、一般的な廃棄物焼却炉４３から排出される排ガスの温度では、蒸気発生器４７の熱源として不十分な場合があることから、蒸気供給路４９の途中において、ガスタービン４５からの排ガスを熱源として利用する再熱装置５１によって再度加熱した後に蒸気Ｗが蒸気タービン１に供給される。ガスタービン４５は、発電機（第２発電機）Ｇ２を蒸気タービン１とは独立に駆動する。
【００２６】
この廃棄物焼却発電システム４１では、蒸気タービン１が運転されている間であっても、ガスタービン４５自体の発電需要に応じて、ガスタービン４５が停止される場合がある。ガスタービン４５が停止されている期間中は、再熱装置５１を介して蒸気タービン１に供給される蒸気Ｗの温度が低下する。このような場合にも、蒸気タービン１は、図１と共に説明したバイパス通路３３を備えているので、蒸気Ｗの湿り度の上昇を効果的に抑制することができる。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態に係る蒸気タービン１の運転方法について説明する。本実施形態では、蒸気源から蒸気タービン１に供給される蒸気Ｗの温度が所定値以下に低下すると予測された場合に、上記で説明した蒸気タービン１のバイパス通路３３に設けられたバイパス弁３５を開く。すなわち、供給される蒸気Ｗの温度が所定値以下に低下すると予測された場合、蒸気タービン１に供給される蒸気Ｗの温度が実際に所定値以下に低下してからではなく、低下する前に予めバイパス弁３５を開いて蒸気Ｗを迂回させる。
【００２８】
本実施形態では、さらに、蒸気源から蒸気タービン１に供給される蒸気Ｗの温度が所定値を超えた後にバイパス弁３５を閉じることが好ましい。すなわち、上述のようにバイパス弁３５を開いた後、供給される蒸気温度が所定値以下である間はバイパス弁３５を開いた状態を維持し、蒸気タービン１に供給される蒸気Ｗの温度が所定値を超え、上記を迂回させる必要がなくなったことを確認した後にバイパス弁３５を閉じることが好ましい。
【００２９】
このような運転方法の具体例として、蒸気タービン１が、図２に例示した廃棄物焼却システムにおいて運転されている場合には、ガスタービン４５が、定格運転モードから、次第に回転速度を低下させて停止に至る停止運転モードに移行することが予定されている場合に、停止運転モードに移行する所定時間前に蒸気タービン１のバイパス弁３５を開く。さらに、ガスタービン４５の停止後、再始動された後に、蒸気タービン１のバイパス弁３５を閉じる。
【００３０】
蒸気タービン１をこのような方法で運転することによって、湿り度が低い状態の蒸気Ｗをバイパスさせて、出口の湿り度上昇を効果的に抑制することができる。
【００３１】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１  蒸気タービン
１１  静翼
１３  動翼
２１  段落入口
２３  段落出口
３３  バイパス通路
３５  バイパス弁
３７  環状空間
３９  オリフィス
ＳＴ  段落
Ｗ  蒸気
【図１】
2019116861.tif 000003
【図２】
2019116861.tif 000004