(57)【要約】【課題】逆止弁、仕切弁、調節弁等の各種弁および制御装置を必要とせずにフラッシュバック現象とウォーターインダクションとを防止する。【解決手段】蒸気タービン１、復水器２、給水加熱器３、抽気管４を備えた蒸気タービンシステムの保護装置であって、復水器２と抽気管４との間を、Ｕ字管を備えた連通配管５で接続し、この連通配管５内に復水器２の圧力と抽気管４の圧力に対応した水頭ａによる自由水面を形成するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮する復水器と、前記蒸気タービンからの抽気蒸気で給水または復水を加熱する給水加熱器と、前記蒸気タービンと前記給水加熱器を接続する抽気管とを備えた蒸気タービンシステムの保護装置において、
中間部にＵ字管を備えた連通配管により前記抽気管および前記復水器間を接続するとともに、当該連通配管の一端部と前記抽気管とが接続される第１接続部を、当該連通配管の他端部と前記復水器とが接続される第２接続部の位置よりも下位に設置することにより、前記第１接続部に作用する圧力と前記第２接続部に作用する復水器内圧力との差圧に基づいた水頭分の自由水面を前記連通配管内に形成することを特徴とする蒸気タービンシステムの保護装置。
【請求項２】
蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮する復水器と、前記蒸気タービンからの抽気蒸気で給水または復水を加熱する給水加熱器と、前記蒸気タービンと前記給水加熱器を接続する抽気管とを備えた蒸気タービンシステムの保護装置において、
中間部にＵ字管を備えた連通配管により前記給水加熱器および前記復水器間を接続するとともに、当該連通配管の一端部と前記給水加熱器とが接続される第３接続部を、当該連通配管の他端部と前記復水器とが接続される第２接続部の位置よりも下位に設置することにより、前記第３接続部に作用する圧力と前記第２接続部に作用する復水器内圧力との差圧に基づいた水頭分の自由水面を前記連通配管内に形成することを特徴とする蒸気タービンシステムの保護装置。
【請求項３】
前記連通配管内の最も高い部位をｂとし、前記第１接続部または前記第３接続部に作用する圧力と前記第２接続部に作用する圧力との差圧に相当する前記連通配管内の水頭をａとし、前記第１接続部または前記第３接続部から前記蒸気タービンと前記抽気管の接続部までの高さをｃとしたとき、ｂ＞ａ＋ｃの条件式が成立することを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービンシステムの保護装置。
【請求項４】
前記連通配管と前記抽気管との第１の接続部または前記連通配管と前記給水加熱器との第２接続部の開口端面に複数の小孔を有する散水装置を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービンシステムの保護装置。
【請求項５】
前記連通配管の一端部を前記抽気管内に突出させて、その先端の開口端面が前記抽気管を流れる抽気蒸気の下流方向を向くように設置し、かつ、前記連通配管の中間部と前記抽気管の任意の部位との間を接続するドレン回収配管を設け、当該ドレン回収配管により前記抽気管内を流れる液相の水を前記連通配管に導くようにしたことを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項記載の蒸気タービンシステムの保護装置。
【請求項６】
前記連通配管の一端部を前記給水加熱器に接続し、かつ、前記連通配管の中間部と前記抽気管の任意の部位との間を接続するドレン回収配管を設け、当該ドレン回収配管により前記抽気管内を流れる液相の水を前記連通配管に導くようにしたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービンシステムの保護装置。
【請求項７】
前記連通配管に満たされている液相の貯水を冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービンシステムの保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュバック現象やウォーターインダクション等を防止する装置を備えた蒸気タービンシステムの保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力または火力発電プラントでは、蒸気タービンで膨張仕事の終わった排気蒸気を冷却によって凝縮させるために復水器が設置されており、この復水器内には排気蒸気を冷却するために水冷型の伝熱管が設置されている。また、図１０のように蒸気タービン１を流れる蒸気の一部を抽気し、この抽気蒸気Ｓを発電プラントの配置上の観点より復水器２内に設置された給水加熱器３に加熱源として抽気管４を介して供給するようにしたものがある。この給水加熱器３では、抽気蒸気Ｓが給水加熱器３内の伝熱管３１を通じて復水または給水と熱交換を行い、復水または給水によって熱量を奪われた抽気蒸気は凝縮し、ドレン（保有水）３２となって給水加熱器３内に溜められる。通常運転時には給水加熱器３内の水位をある所定の位置で保つように、図示しないドレン弁によってドレンの排出が制御されている。
【０００３】
原子力または火力発電プラントにおいて、通常運転中に負荷遮断や、原子炉あるいはボイラー等の蒸気発生器が停止したときには蒸気タービン１へ導入される蒸気量が急激に減少するため、復水器２と連結されている蒸気タービン１の内部圧力が低下する。このため、抽気管４内部の圧力および抽気管４に接続されている給水加熱器３内部の圧力が低下する場合がある。
【０００４】
給水加熱器３内のドレン３２は、通常運転時の給水加熱器３内部圧力に相当する飽和水のため、圧力低下が起こるとドレンは減圧沸騰（フラッシュ）し、発生したフラッシュ蒸気が抽気管４内を逆流して蒸気タービン１内に流入し、蒸気タービン１の回転数を上昇させるフラッシュバック現象が起こることがある。
フラッシュバック現象が発生すると、蒸気タービン１の動翼および静翼へ過度な力が加わり、これらタービン翼の損傷や破損の原因となる。
【０００５】
従来、フラッシュバック現象を防止するため、抽気管４に逆流蒸気を防止する目的で逆止弁を設置するとか、蒸気タービン１と給水加熱器３とを接続する抽気管４の中間部を開閉弁を備えた連通配管を介して復水器２に接続し、蒸気タービン１の内部圧力が給水加熱器３内部のドレンの蒸気圧よりも低下したことを検知すると、閉状態にあった開閉弁を開状態に切替えてドレン蒸気を復水器２に逃がして蒸気タービン１内部へ侵入するのを防止するようにした発明等がある。
【０００６】
また、発電プラント運転中に給水加熱器３内の伝熱管３１が損傷した場合などの異常が生じたとき、給水加熱器３内のドレン３２が所定の水位よりも上昇する場合がある。給水加熱器３内のドレン３２が増加すると、給水加熱器３のドレン３２が抽気管４を逆流し、最悪の場合蒸気タービン１内へ流入するウォーターインダクションが起こることがある。ウォーターインダクションによって、回転している蒸気タービン１内に水が流入すると、タービン内構造物の破壊や損傷の原因となる。
【０００７】
ウォーターインダクションの発生を防止するため、上昇したドレン３２水位を低下させる方法として通常運転時に使用するドレン排出ラインに加えて、非常用ドレン排出ラインを設けた発明や、蒸気タービン１と給水加熱器３とを接続する抽気管４の途中に遮断弁を設けるとともに、この遮断弁の下流にドレンポットを設け、このドレンポットの水位が一定値を超えた場合、遮断弁を閉止してドレン３２が蒸気タービン１内に流入するのを防止するとともにドレンポット下流のドレン排出弁を閉状態から開状態に切り換えるようにした発明、更には、ドレン３２が給水加熱器３内の所定水位を超えるとＵ字管を通じてオーバーフローして復水器２へ排出されるようにした発明等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１９３４１６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４５１１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２３１０５号公報
【特許文献４】特開平７−１７４３０４号公報
【特許文献５】特開２００３−１９３８０７号公報
【特許文献６】特公昭６３−２４２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発電プラントの配置上の観点から、図１０のように蒸気タービン１の低圧段落に接続した抽気管４の途中には抽気逆止弁を設けずに抽気管４を直接復水器２内で給水加熱器３に接続するようにした構成の場合、給水加熱器３内のドレン３２のエネルギーが低く、フラッシュバックによって逆流する蒸気エネルギーが小さい発電プラントには適しているが、発電プラントの大容量化に伴い、給水加熱器３内のドレン３２が増加すると、フラッシュバック時に逆流する蒸気量が増加して蒸気タービン１に悪影響を与える可能性がある。このため、図１０の構成は大容量の発電プラントには不向きといえる。
【００１０】
また、図１０のように抽気管４を復水器２内で給水加熱器３に接続する構成の場合、抽気管４に抽気逆止弁や仕切弁を設置しようとすると、それらの弁の保守や点検のために、抽気管４の弁との接続部分を復水器２の外に引き出すように配管する必要がある。このため、抽気管４の配管経路が図１０のように直線状にはならず、配管工事が複雑になる可能性がある。
【００１１】
また、給水加熱器３には、通常ドレン水位が異常に高くなった場合に備えてドレンを直接復水器２に逃がすための非常用ドレン管（図示せず）を設けている。この非常用ドレン管は、給水加熱器３の伝熱管３１が破断した場合に漏出される復水流量を想定して設計されているものの、想定量以上の復水が給水加熱器３内部に漏出したときには抽気管４にドレンが逆流する可能性がある。勿論、漏出される復水量を多く見積もって設計することも可能ではあるが、その場合ドレン管の口径を太くする必要があり、ドレン管に設置される調節弁もその配管口径、流量に合わせたものを選定する必要があり、発電プラント機器のレイアウト上および設備費が嵩む等の理由で好ましくない。
【００１２】
また、ドレンが給水加熱器内の所定水位を超えるとＵ字管を通じてオーバーフローして復水器へ排出されるようにした発明の場合、ウォーターインダクションを防止することはできるが、負荷遮断時のフラッシュバックには対応できないという欠点がある。
【００１３】
そこで本発明は、逆止弁、仕切弁、調節弁等の各種弁および制御装置を必要とせずにフラッシュバック現象およびウォーターインダクションを防止することができ、しかも、整備保守が不要、あるいは整備や保守を極めて簡潔に行うことができる信頼性の高い蒸気タービンシステムの保護装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明の実施形態は、蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮する復水器と、前記蒸気タービンからの抽気蒸気で給水または復水を加熱する給水加熱器と、前記蒸気タービンと前記給水加熱器を接続する抽気管とを備えた蒸気タービンシステムの保護装置において、中間部にＵ字管を備えた連通配管により前記抽気管および前記復水器間を接続するとともに、当該連通配管の一端部と前記抽気管とが接続される第１接続部を、当該連通配管の他端部と前記復水器とが接続される第２接続部の位置よりも下位に設置することにより、前記第１接続部に作用する圧力と前記第２接続部に作用する復水器内圧力との差圧に基づいた水頭分の自由水面を前記連通配管内に形成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態は、蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮する復水器と、前記蒸気タービンからの抽気蒸気で給水または復水を加熱する給水加熱器と、前記蒸気タービンと前記給水加熱器を接続する抽気管とを備えた蒸気タービンシステムの保護装置において、中間部にＵ字管を備えた連通配管により前記給水加熱器および前記復水器間を接続するとともに、当該連通配管の一端部と前記給水加熱器とが接続される第３接続部を、当該連通配管の他端部と前記復水器とが接続される第２接続部の位置よりも下位に設置することにより、前記第３接続部に作用する圧力と前記第２接続部に作用する復水器内圧力との差圧に基づいた水頭分の自由水面を前記連通配管内に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、逆止弁、仕切弁、調節弁等の各種弁および制御装置を必要とせずにフラッシュバック現象およびウォーターインダクションを防止することができ、しかも、整備保守が不要、あるいは整備や保守を極めて簡潔に行うことができる信頼性の高い蒸気タービンシステムの保護装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置の通常運転時の状態を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置の抽気管内の圧力低下時の状態を示す概略図。
【図３】本発明の実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置の伝熱管破断時の状態を示す概略図。
【図４】本発明の実施形態２に係る蒸気タービンシステムの保護装置の一部分の概略構成図。
【図５】本発明の実施形態３に係る蒸気タービンシステムの保護装置の通常運転時の状態を示す概略図。
【図６】本発明の実施形態４に係る蒸気タービンシステムの保護装置の通常運転時の状態を示す概略図。
【図７】本発明の実施形態５に係る蒸気タービンシステムの保護装置の一部分の概略構成図。
【図８】本発明の実施形態６に係る蒸気タービンシステムの保護装置の通常運転時の状態を示す概略図。
【図９】本発明の実施形態７に係る蒸気タービンシステムの保護装置の一部分の概略構成図。
【図１０】従来の蒸気タービンと給水加熱器の接続状態を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る蒸気タービンシステムの保護装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１乃至図３を参照して本発明の実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置の通常運転時の状態を示す概略図であり、図２は実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置の抽気管内の圧力低下時の状態を示す概略図であり、さらに、図３は実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置の伝熱管破断時の状態を示す概略図である。
【００２０】
図１乃至図３において、本実施形態１に係る蒸気タービンシステムの保護装置は、主な構成要素として、蒸気タービン１と、復水器２と、給水加熱器３と、抽気管４と、連通配管５とを備えている。
【００２１】
蒸気タービン１は途中のタービン段落で蒸気を抽気できるように構成され、抽出された抽気蒸気Ｓは、抽気管４を介して復水器２内に設置されている給水加熱器３に供給されるように構成されている。給水加熱器３内部に供給された抽気蒸気Ｓは、伝熱管３１内を流れる給水または復水と熱交換することにより冷却され、凝縮してドレン３２として給水加熱器３内に保有される。以下、給水加熱器３内に保有されるドレン３２を保有水３２と呼称する。
【００２２】
一方、復水器２の内部は、蒸気タービン１で膨張仕事の終わった排気蒸気を凝縮して復水させるために、器内に設置した伝熱管（図示せず）内を流れる海水等の冷却水によって冷却されており、器内で凝縮したタービン排気蒸気は飽和圧力および飽和温度になっている。以上の構成は、抽気蒸気を給水加熱器に導入する蒸気タービンシステムに通常採用されている構成である。
【００２３】
実施形態１は、以上の蒸気タービンシステムに対して、抽気管４と復水器２との間を、中間部にＵ字管（Ｕシール部とも呼称される）を有する連通配管５によって連通させるように構成したことを特徴とするものである。
【００２４】
この連通配管５は、Ｕ字管５１の両端部のうちの一端部は水平状に形成された下部接続管５２を経て抽気管４の下方の部位に接続されて、抽気管４内部と連通している。また、Ｕ字管５１の他端部は垂直状に上方に伸びて配管口径拡大部５３およびＬ字状に形成された上部接続管５４を経て復水器２の上方の部位に接続されて、復水器２内部と連通している。ここで、下部接続管５２と抽気管４との接続部を第１接続部６と呼称し、上部接続管５４と復水器２との接続部を第２接続部７と呼称する。なお、第１接続部６の位置は、第２接続部７の位置よりも下位に設置するようにしてある。
【００２５】
そして、Ｕ字管５１の上部に位置する配管口径拡大部５３は、抽気管４内の圧力低下事象が発生したときに、配管口径拡大部５３内で水頭の変化が現れるようにして連通配管５から復水器２内に多量の貯水８が放出されるように設けたものである。
【００２６】
そして、このように構成された連通配管５の内部に図示しない注水口から初期水張りを行なう。すると、第１接続部６に作用する抽気管４内部の圧力Ｐ１と、第２接続部７に作用する復水器２内部の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）分の水頭“ａ”に対応した貯水８の自由水面が、配管口径拡大部５３内に現れる。この自由水面の位置は、Ｕ字管５１によって安定して保持される。
【００２７】
以下、本実施形態１による蒸気タービンシステムの保護装置の応動を幾つかのケースに分けて説明する。
（ｉ）通常運転時
図１は、蒸気タービンシステムの保護装置の通常運転時の状態を示している。
図中、“ａ”、“ｂ”、“ｃ”は何れも第１接続部６を基準水位（Ｌ１）としたときの水頭を表わしており、このうち、“ａ”は前述したように蒸気タービン１の通常運転時の水頭であり、第１接続部６に作用する抽気管４内部の圧力Ｐ１と第２接続部７に作用する復水器２内部の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）に対応して、第１接続部６の基準水位（Ｌ１）から配管口径拡大部５３内に形成された自由水面の位置（Ｌ２）までの高さ（Ｌ２−Ｌ１）を維持している。また、“ｂ”は第１接続部６の基準水位（Ｌ１）から連通配管５の最も高い位置（この場合、配管口径拡大部５３内の頂部位置；Ｌ３）までの高さ（Ｌ３−Ｌ１）に対応し、さらに“ｃ”は第１接続部６の基準水位（Ｌ１）から蒸気タービン１および抽気管４の接続部の位置（Ｌ４）までの高さ（Ｌ４−Ｌ１）に対応している。
【００２８】
ここで、連通配管５内の貯水８は復水器２内の圧力Ｐ２に晒されていることにより、復水器２内圧力の飽和温度以下に低下するため、常に給水加熱器３の保有水３２よりもエネルギーが低い状態に保たれている。
【００２９】
（ii）抽気管４内の圧力低下時
図２は、抽気管４内の圧力低下時の状態を示している。
抽気管４内の圧力低下の原因としては、蒸気タービンシステムの運転中に負荷遮断が発生したときとか、蒸気発生部に停止事象が発生して蒸気タービン１に流れる蒸気が減少したときに復水器２と連結されている蒸気タービン１内の圧力も低下することで起こる。
【００３０】
蒸気タービン１と抽気管４によって接続される給水加熱器３内の圧力が低下すると、給水加熱器３の保有水３２は通常運転時の給水加熱器３内圧力の飽和水となっているため、当該保有水３２がフラッシュし、フラッシュバック現象が発生する。そして、抽気管４内の圧力低下によって、第１接続部６に作用する圧力Ｐ１と、第２接続部７に作用する圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が蒸気タービン１の通常運転時よりも減少する。この通常運転時よりも差圧が減少したことによって自由水面の水位はＬ５まで下がり、このときの水頭は“ａ´”となる。この結果、配管口径拡大部５３内から水頭差（ａ−ａ´）言い換えれば水位差（Ｌ２−Ｌ５）分の貯水８が矢印のように連通配管５のＵ字管５１および下部接続管５２を通って第１接続部６から抽気管４内に放出され、給水加熱器３内に至る。
【００３１】
このとき放出された貯水８は、給水加熱器３内のフラッシュ蒸気と熱交換してフラッシュ蒸気を凝縮させて飽和水にし、給水加熱器３に落下させる。給水加熱器３内では保有水３２と放出された貯水とが混合することによって、保有水３２の温度を低下させ、保有水３２のフラッシュを抑える。このようにして、蒸気タービン１へのフラッシュ蒸気の流入を防ぎ、フラッシュバック現象を防止することが可能となる。
【００３２】
抽気管４の圧力低下時に、蒸気タービン１に影響のない程度までフラッシュ蒸気を凝縮させるためには、十分な量の貯水を放出する必要があり、このため本実施形態１では水頭差（ａ−ａ´）の変化が起こる高さの位置に、連通配管５の口径を大きくした配管口径拡大部５３を設置して連通配管５の口径の断面積が増加する分、放出可能な貯水８の量を増加させるようにしている。
【００３３】
なお、本実施形態１では抽気管４内の圧力低下に基づいて、貯水８の水頭差（ａ−ａ´）が連通配管５の配管口径拡大部５３内で発生させるようにして大量の貯水８を放出させるようにしたが、配管口径拡大部５３を設けなくても、連通配管５全体を大口径とする等により、フラッシュ蒸気と熱交換する十分な貯水を放出できるようにすれば、必ずしも配管口径拡大部５３を設置する必要はない。
【００３４】
（iii）伝熱管の破断時
図３は、給水加熱器３内の伝熱管３１の破断等によって、給水加熱器３内の保有水３２が増加し、抽気管４まで逆流した状態を示している。
給水加熱器３内の保有水３２の水位が上昇し、抽気管４内を逆流して第１接続部６の水位を超えて抽気管４内を高さｄの水位まで上昇したとする。このとき、連通配管５内はこの水位の高さｄ分だけ貯水８の水位も上昇するため、貯水８は水位が配管口径拡大部５３内の頂部高さＬ３よりも上昇すると、復水器２へオーバーフローし始め、連通配管５のＬ字状の上部接続管５４から第２接続部７を通って復水器２内に放出される。
【００３５】
このように、水位上昇分に相当する量の保有水３２を抽気管４から連通配管５を通して復水器２に放出させることにより、蒸気タービン１へのウォーターインダクションを防止することが可能となる。
【００３６】
なお、給水加熱器３の保有水３２の水位上昇時に、ウォーターインダクションを防止するためには、貯水８がオーバーフローするときの水頭“ｂ”が、定常時の水頭“ａ”と、第１接続部６の高さから蒸気タービン１と抽気管４との接続部までの水頭“ｃ”の和よりも小さくなるような構成にする、すなわち（ｂ＜ａ＋ｃ）という条件式が成立しなければならない。
【００３７】
仮に、オーバーフローするときの水頭“ｂ”が、定常時の水頭“ａ”と、第１接続部６の高さから蒸気タービン１と抽気管４との接続部までの水頭“ｃ”の和以上となるような構成にする（ｂ≧ａ＋ｃ）と、給水加熱器３から上昇した保有水３２の水位が蒸気タービン１と抽気管４との接続部までの高さｃ（Ｌ４）に達しても、頂部高さｂ（Ｌ３）を超えて復水器２へ保有水を放出できないため、蒸気タービン１へのウォーターインダクションを防止することはできない。
【００３８】
なお、図３では、給水加熱器３内の伝熱管３１が破断した状態を模擬して示しているが、給水加熱器３内の保有水３２が増加する原因は、給水加熱器３内の伝熱管３１の破断だけに限定されるものではない。
【００３９】
以上述べたように、本実施形態１によれば従来の技術に用いられていた逆止弁、仕切弁、調節弁等の各種弁や制御装置を一切設けずに、フラッシュバック現象とウォーターインダクションとを防止する信頼性の高い蒸気タービンシステムの保護装置を提供することができる。しかも、逆止弁、仕切弁、調節弁等の各種弁や制御装置を必要としない分、整備や保守が不要、あるいは整備や保守を極めて簡潔に行うことができる。
【００４０】
（実施形態２）
図４を参照して、本発明の実施形態２に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。なお、実施形態１と同一構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００４１】
図４において、本実施形態２が実施形態１と異なる点は、連通配管５の下部接続管５２の開口端面に「蓮口」のように、多数の小孔を開けた散水装置９を設置した点である。この散水装置９は、抽気管４の圧力低下時に貯水８を抽気管４内でシャワー状に均一に放出することを目的としたものである。
【００４２】
本実施形態２によれば、実施形態１の効果に加え、連通配管５の下部接続管５２の開口端面に散水装置９を設置することによって、放出される貯水８とフラッシュ蒸気が熱交換する表面積が増加するため、効率良くフラッシュ蒸気と熱交換することができるという特長がある。
【００４３】
（実施形態３）
図５を参照して、本発明の実施形態３に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。なお、実施形態１と同一の構成には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００４４】
図５は、発電プラントの通常運転時における実施形態３の状態を示している。図５において、実施形態１と異なる点は、連通配管５の下部接続管５２が図１のように水平形状ではなく、Ｕ字管５１の端部から上部に緩く傾斜し、先端部の第１接続部６が抽気管４の内部に突出するように形成されている点と、第１接続部６の開口端面が抽気管４を流れる抽気蒸気Ｓの下流方向に向くように設置されている点と、抽気管４内を流れる抽気蒸気ドレンを回収して連通配管５内に補給するドレン回収配管１０を設置した点と、さらに、連通配管５の下部接続管５２の開口端面に実施形態２（図４）と同様の散水装置９を設置した点である。ここで、抽気蒸気ドレンとは、蒸気タービン１内での蒸気の膨張過程で発生する液相の水が抽気管４に流入するものと、抽気蒸気Ｓが抽気管４を流れるときに凝縮するものを指す。
【００４５】
ドレン回収配管１０は、抽気管４に流れる抽気蒸気ドレンを取り入れる部位を第１接続部６よりも上位の適宜な部位に定め、この取り入れる部位と下部接続管５２の中間部との間に接続されている。ここで、下部接続管５２の中間部とは、Ｕ字管５１に接続される端部と第１接続部６との間という意味である。
【００４６】
本実施形態３は、ドレン回収配管１０を設置することにより、前述した実施形態１における連通配管５への初期水張りを不要にすることができるほか、連通配管５の貯水８が何らかの理由で減少した場合でも、ドレン回収配管１０から常に抽気管４から抽気蒸気ドレンとして液相の水を供給することができるため、連通配管５に液相の水を供給する必要が無いといった特長を有している。
【００４７】
なお、連通配管５内に貯水８が水頭“ａ”まで満たされているときは、ドレン回収配管１０から液相の水が供給されても、供給された水と等量の水が下部接続管５２からオーバーフローして抽気管４に戻されて給水加熱器３に落下するので、配管口径拡大部５３の水位は上昇することなくＬ２が維持される。
【００４８】
本実施形態３によれば、実施形態１の効果に加えて、連通配管５への初期水張りを含め、連通配管５に液相の水を供給する必要が無いため、整備保守がより一層簡潔になるという効果を得ることができる。
【００４９】
（実施形態４）
図６を参照して、本発明の実施形態４に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。なお、実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５０】
図６は、発電プラントの通常運転時における実施形態４の状態を示している。本実施形態４が実施形態１と異なる点は、下部接続管５２の水平形状部分を抽気管４まで伸ばす代わりに、途中で下側に曲げて給水加熱器３内部に接続するように構成した点である。ここで、給水加熱器３と連通配管５の下部接続管５２の接続部を第３接続部１１と呼称する。
本実施形態４は、基本的には実施形態１と同等の効果を奏するが、連通配管５が給水加熱器３に接続されることによって、実施形態１では得られない特徴を備えている。
【００５１】
すなわち、蒸気タービンシステムの通常運転時において、連通配管５内に貯水８の自由水面を形成させるために、第３接続部１１に作用する圧力（Ｐ３）と、復水器２の圧力（Ｐ２）との圧力差（Ｐ３−Ｐ２）に基づく水頭“ａ”分、貯水８が連通配管５内に満たされている。このとき、第３接続部１１に作用する圧力（Ｐ３）は給水加熱器３内の圧力と同等である。
【００５２】
本実施形態４の場合も、蒸気タービンシステムの運転中に負荷遮断等により、給水加熱器３の圧力（Ｐ３）が低下すると、実施形態１の場合と同様、給水加熱器３内の保有水３２がフラッシュし、フラッシュバック現象が発生するが、給水加熱器３内の圧力低下によって、貯水の水頭が“ａ´”まで下がり、定常時との間の水頭差“ａ−ａ´”分の貯水８が連通配管５の下部接続管５２を通って第３接続部１１より給水加熱器３内に放出される。第３接続部１１から圧力低下に相当する水頭“ａ−ａ´”分の貯水８が給水加熱器３に放出されるため、給水加熱器３内の保有水３２と貯水８が混合して保有水温度が低下する。この結果、保有水３２のフラッシュが抑えられ、フラッシュバック現象を防止することが可能となる。
【００５３】
本実施形態４では、給水加熱器３内に直接貯水８を放出するため、給水加熱器３内の圧力低下によるフラッシュ蒸気との熱交換よりも、保有水の飽和温度を減じることが主目的となる。蒸気タービン１に影響のない程度までフラッシュ蒸気を抑制するためには、保有水３２の冷却に十分な量の貯水を放出する必要がある。
【００５４】
一方、蒸気タービンシステムの運転中に伝熱管３１の破断等により給水加熱器３内の保有水３２の水位が上昇すると、連通配管５内の水位も上昇する。連通配管５内の貯水８の水位が頂部の高さ“ｂ”を超えれば、貯水８は連通配管５からオーバーフローし、第２接続部７を通って、復水器２内に放出される。この結果、実施形態１と同様にウォーターインダクションを防止することができる。
【００５５】
以上述べたように、本実施形態４によれば、基本的には実施形態１と同等の効果を奏するが、連通配管５の一端部を抽気管４に替えて給水加熱器３に接続することによって、実施形態１よりも一層フラッシュバック現象を防止することが可能となる。
【００５６】
図７を参照して、本発明の実施形態５に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。なお、実施形態４と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
本実施形態５は、実施形態４で説明した下部接続管５２と給水加熱器３との第３接続部１１の先端開口端面に、図４と同様の多数の小孔を開けた散水装置９を設置したことを特長とするものである。第３接続部１１の先端開口端面に散水装置９を取り付けることにより、給水加熱器３内の圧力低下時に、給水加熱器３内の広範囲に貯水を放出することができ、保有水３２を冷却することに加えて、発生したフラッシュ蒸気とも熱交換する効果が得られる。
本実施形態５によれば、実施形態２の場合と同様に放出される貯水とフラッシュ蒸気が熱交換する表面積が増加するため、効率良く熱交換することが可能となる。
【００５８】
（実施形態６）
図８を参照して、本発明の実施形態６に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。なお、前述した実施形態４と同一構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００５９】
図８は、本実施形態６における発電プラントの通常運転時の状態を示している。図８において、本実施形態６が実施形態４（図６）と異なる点は、Ｕ字管５１の一端部に連通する下部接続管５２を水平形状とする代わりに、上部に緩く傾斜させてその中間部から下側に曲げて給水加熱器３内部に接続するように構成した点と、抽気管４内を流れる抽気ドレンを回収して連通配管５内の貯水８を補給するためのドレン回収配管１０を設置していることである。
【００６０】
ドレン回収配管１０は、抽気管４に流れる抽気蒸気ドレンを取り入れる部位を、下部接続管５２の最高位置よりも上位の適宜な部位に定め、この取り入れる部位と下部接続管５２の中間部との間に接続されている。ここで、中間部とは、下側に曲がる頂部よりも若干低い傾斜部分を指す。
【００６１】
本実施形態６では蒸気タービンシステムの通常運転時、ドレン回収配管１０から連通配管５に抽気管４内を流れる液相の水が供給されるが、連通配管５内に貯水８が水位Ｌ２（水頭“ａ”に対応）まで満たされているときは、供給された水と等量の水が下部接続管５２からオーバーフローして抽気管４に戻され、給水加熱器３に供給される。この結果、配管口径拡大部５３の水位は上昇することなくＬ２が維持される。
以上述べたように本実施形態６によれば、実施形態４の有する効果に加え、実施形態３の発明の効果を得ることができる。
【００６２】
（実施形態７）
図９を参照して、本発明の実施形態７に係る蒸気タービンシステムの保護装置について説明する。なお、実施形態１と同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００６３】
本実施形態７は、連通配管５上の配管口径拡大部５３に貯水８を冷却する冷却装置１２を設置したことを特徴とするものである。冷却装置１２によって配管口径拡大部５３に満たされている貯水８はフラッシュ蒸気を凝縮させるために必要十分な温度まで冷却される。
【００６４】
実施形態１および実施形態４で述べたように、抽気管４や給水加熱器３内の圧力が低下したとき、貯水８が抽気管４または給水加熱器３に放出されるが、放出される貯水８の温度が低いほどフラッシュ蒸気を凝縮させる効果が高いため、放出させる貯水８の量を減らすことができる。
【００６５】
なお、図９に示した例では、配管口径拡大部５３内に冷却装置１２を設置しているが、本実施形態７はこれに限定されるものではなく、連通配管５の配管口径拡大部５３以外の部分に冷却装置１２を設置して貯水８を冷却するように構成しても良い。さらに、連通配管５に対して並列に新たな配管を接続して貯水８を連通配管５と新たな配管との間を循環するように構成したうえで、新たな配管に冷却装置１２を設置することにより貯水８を冷却させるようにしてもよい。
【００６６】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１…蒸気タービン、２…復水器、３…給水加熱器、３１…伝熱管、３２…保有水（ドレン）、４…抽気管、５…連通配管、５１…Ｕ字管、５２…下部接続管、５３…配管口径拡大部、５４…上部接続管、６…第１接続部、７…第２接続部、８…貯水、９…散水装置、１０…ドレン回収配管、１１…第３接続部、１２…冷却装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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