(57)【要約】【課題】２つの蒸気タービンを接続する連通管内における蒸気流の圧力損失を抑制する。【解決手段】第１蒸気タービン２と、第１蒸気タービン２よりも低圧の蒸気で運転される第２蒸気タービン３と、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５から排出された蒸気Ｓを第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４へ導く連通管４とを備える。第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５と第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４が、互いの軸線Ａｏ，Ａｉが平行となるよう対向配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蒸気タービンと、
前記第１蒸気タービンよりも低圧の蒸気で運転される第２蒸気タービンと、
前記第１蒸気タービンの蒸気排出口から排出された蒸気を前記第２蒸気タービンの蒸気流入口へ導く連通管と、を有し、
前記第１蒸気タービンの蒸気排出口と前記第２蒸気タービンの蒸気流入口が、互いの軸線が平行となるよう対向配置されていることを特徴とするタービン設備。
【請求項２】
前記蒸気排出口の軸線と前記蒸気流入口の軸線が同一直線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載のタービン設備。
【請求項３】
前記連通管は、前記蒸気排出口から前記蒸気流入口に向かって直線状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン設備。
【請求項４】
前記連通管は、前記連通管の軸線方向に生じる熱応力を吸収する熱応力吸収機構を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン設備。
【請求項５】
前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとは同一の回転軸を有し、
前記蒸気排出口の軸線と前記蒸気流入口の軸線とは、前記回転軸と平行であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蒸気タービンを備えたタービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の蒸気タービンを備えたタービン設備では、相対的に高い圧力で運転される蒸気タービンから、相対的に低い圧力で運転される蒸気タービンへ蒸気を流入させることがある。そのようなタービン設備では、クロスオーバ管と呼ばれる蒸気タービン間を接続する蒸気用の連通管が設けられている（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】特開平３−７０８０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、クロスオーバ管は、その配管経路上に、曲管による曲がり部分や継ぎ手等を有している。このため、クロスオーバ管内における蒸気流の圧力損失は増大する。その結果、タービン設備全体としてのエネルギー効率が低下する。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、蒸気タービン間を接続する連通管内における蒸気流の圧力損失の小さいタービン設備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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様として以下の手段が提供される。
即ち、本発明に係る一態様としてのタービン設備は、第１蒸気タービンと、前記第１蒸気タービンよりも低圧の蒸気で運転される第２蒸気タービンと、前記第１蒸気タービンの蒸気排出口から排出された蒸気を前記第２蒸気タービンの蒸気流入口へ導く連通管とを有し、前記第１蒸気タービンの蒸気排出口と前記第２蒸気タービンの蒸気流入口が、互いの軸線が平行となるよう対向配置されていることを特徴とする。
【０００７】
当該タービン設備によれば、第１蒸気タービンの蒸気排出口と第２蒸気タービンの蒸気流入口が、互いの軸線が平行となるよう対向配置されていることにより、連通管に曲がり部分や継ぎ手等を設けないようにすることができる。よって、当該タービン設備では、蒸気が連通管を流れる際の圧力損失を抑えることができる。
【０００８】
また、上記一態様としてのタービン設備において、前記蒸気排出口の軸線と前記蒸気流入口の軸線が同一直線上に位置していてもよい。
【０００９】
当該タービン設備では、蒸気が蒸気排出口から連通管に流入する際、及び蒸気が連通管から蒸気流入口を介して第２蒸気タービン内に流入する際の圧力損失を抑えることができる。
【００１０】
また、以上のいずれかの前記タービン設備において、前記連通管は、前記蒸気排出口から前記蒸気流入口に向かって直線状に形成されていてもよい。
【００１１】
また、以上のいずれかの前記タービン設備において、前記連通管は、前記連通管の軸線方向に生じる熱応力を吸収する熱応力吸収機構を有していてもよい。
【００１２】
これによって、タービン設備運転状態の変化に伴い連通管に発生する熱応力を吸収できるようになる。
【００１３】
また、以上のいずれかの前記タービン設備において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとは同一の回転軸を有し、前記蒸気排出口の軸線と前記蒸気流入口の軸線とは、前記回転軸と平行であってもよい。
【００１４】
これによって、タービン内の蒸気流と連通管内の蒸気流の方向を概ね一致させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のタービン設備によれば、連通管内における蒸気流の圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るタービン設備の構成図である。
【図２】第１実施形態に係るタービン設備に使用される伸縮管継手の要部断面である。
【図３】第２実施形態に係るタービン設備の構成図である。
【図４】第３実施形態に係るタービン設備の構成図である。
【図５】第３実施形態の変形例に係るタービン設備の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るタービン設備の各種実施形態、及び変形例について図面を参照して説明する。
【００１８】
「第１実施形態」
まず、本発明に係るタービン設備の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のタービン設備1は、蒸気Ｓで駆動する第１蒸気タービン２と、第１蒸気タービン２から排出された蒸気Ｓで駆動する第２蒸気タービン３と、第１蒸気タービンから排出された蒸気Ｓを第２蒸気タービンに導く連通管４と、を備えている。
【００２０】
第１蒸気タービン２は、タービンケーシング２１と、タービンケーシング２１の内周面に保持されている複数の静翼２２と、タービンケーシング２１内で回転可能に配置されている回転軸２９と、回転軸２９の外周に設けられている複数の動翼２３とを備えている。タービンケーシング２１には、第１蒸気タービン２へ蒸気Ｓを導入する蒸気流入口２４と、タービンケーシング２１内を流れた蒸気Ｓを排出する蒸気排出口２５とが形成されている。蒸気流入口２４は、タービンケーシング２１の、回転軸２９が延びている回転軸方向の一方側である上流側に形成されている。この蒸気流入口２４は、回転軸２９を基準とする径方向外側に向かって開口している。蒸気排出口２５は、タービンケーシング２１で、回転軸方向の他方側である下流側に形成されている。この蒸気排出口２５は、下流側に向かって開口している。
【００２１】
第２蒸気タービン３は、タービンケーシング３１と、タービンケーシング３１の内周面に保持されている複数の静翼３２と、タービンケーシング３１内で回転可能に配置されている回転軸３９と、回転軸３９の外周に設けられている複数の動翼３３とを備えている。タービンケーシング３１には、連通管４からの蒸気Ｓを導入する蒸気流入口３４と、タービンケーシング３１内を流れた蒸気Ｓを排出する蒸気排出口３５とが形成されている。蒸気流入口３４は、タービンケーシング３１の、回転軸３９が延びている回転軸方向の一方側である上流側に形成されている。この蒸気流入口３４は、上流側に向かって開口している。蒸気排出口３５は、タービンケーシング３１の、回転軸方向の他方側である下流側に形成されている。この蒸気排出口３５は、回転軸３９を基準とした径方向外側に向かって開口している。
【００２２】
この第２蒸気タービン３は、第１蒸気タービン２と比較して低圧の蒸気で運転される。また、第１蒸気タービン２の回転軸２９の下流側端と第２蒸気タービン３の回転軸３９の上流側端とは接続され、一つの回転軸５を成している。よって、第１蒸気タービン２と第２蒸気タービン３とは回転軸５を共有している。
【００２３】
第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５の軸線Ａｏと第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４の軸線Ａｉは、同一直線上に位置し、且つ回転軸５の回転軸線Ａｒと平行である。よって、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５と第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４とは、回転軸５が延びている回転軸方向で互いに対向し、しかも、回転軸線Ａｒから蒸気排出口２５の軸線Ａｏまでの距離と回転軸線Ａｒから蒸気流入口３４の軸線Ａｉまでの距離とは同一である。これにより、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５と第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４とは、直線状の配管により最短距離で連通可能になる。なお、蒸気排出口２５の軸線Ａｏとは、蒸気排出口２５の開口面に垂直で且つこの開口面の重心を通る軸である。また、蒸気流入口３４の軸線Ａｉとは、蒸気流入口３４の開口面に垂直で且つこの開口面の重心を通る軸である。
【００２４】
連通管４は、３つの配管４１と、３つの配管４１の相互間に配置されている２つの伸縮管継手（熱応力吸収機構）５０と、を備えている。各配管４１の内径及び各伸縮管継手５０の内径は、実質的に同じである。複数の配管４１及び伸縮管継手５０は、回転軸方向に直線的に並べられて相互に接続されている。よって、この連通管４は、直線状である。
【００２５】
３つの配管４１は、いずれも端部にフランジが形成されている。最も上流側の配管４１における上流側のフランジ４２は、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５に接続されている。また、最も下流側の配管４１における下流側のフランジ４３は、第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４に接続されている。最も上流側の配管４１と中間部分の配管４１との間、及び中間部分の配管４１と最も下流側の配管４１との間には、それぞれ伸縮管継手５０が配置されている。連通管４が第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５に接続され、且つ第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４に接続された状態では、この連通管４の軸線Ａｃは、蒸気排出口２５の軸線Ａｏ上、及び蒸気流入口３４の軸線Ａｉ上に位置している。すなわち、本実施形態では、連通管４の軸線Ａｃと蒸気排出口２５の軸線Ａｏと蒸気流入口３４の軸線Ａｉとは、同一直線上に位置している。
【００２６】
伸縮管継手５０は、図２に示すように、２つの管材５１ａ，５１ｂと、円筒状のスリーブ５５と、蛇腹５６と、２つの管材５１ａ，５１ｂを連結する複数の連結ロッド５７と、を有している。管材５１ａ，５１ｂは、連通管４の配管４１と内径が同じ円筒部５２と、円筒部５２の一端に設けられている配管接続フランジ５３と、円筒部５２の中間部から外周側に張り出しているロッド取付フランジ５４と、を有している。２つの管材５１ａ，５１ｂは、各円筒部５２の軸線Ａｐが同一直線上に位置するよう、対向配置されている。２つの管材５１ａ，５１ｂの円筒部５２の他端相互は、蛇腹５６で接続されている。２つの管材５１ａ，５１ｂのうち、蒸気流れの上流側になる管材５１ａの円筒部５２の内周には、スリーブ５５が固定されている。このスリーブ５５は、蛇腹５６の内周側を通り、下流側の管材５１ｂの内周側まで延びている。２つの管材５１ａ，５１ｂにおけるロッド取付フランジ５４の貫通孔には、連結ロッド５７が挿通されている。この連結ロッド５７は、ボルト５８により、一方の管材５１ａのロッド取付フランジ５４に固定されている。
【００２７】
この伸縮管継手５０では、連結ロッド５７が延びている方向、言い換えると、管材５１ａ，５１ｂにおける円筒部５２の軸線Ａｐが延びている方向で、２つの管材５１ａ，５１ｂの相互間隔を変えることができる。よって、この伸縮管継手５０は、連通管４の軸線Ａｃが延びる軸線方向に伸縮自在である。
【００２８】
次に、第１実施形態に係るタービン設備１の動作について説明する。
蒸気Ｓは、第１蒸気タービン２の蒸気流入口２４からタービンケーシング２１内へ流入する。タービンケーシング２１内に流入した蒸気Ｓは、蒸気排出口２５から排出され連通管４へ流入する。この連通管４に流入した蒸気Ｓは、第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４からタービンケーシング３１内に流入する。タービンケーシング３１内に流入した蒸気Ｓは、蒸気排出口３５からタービン設備１外へ流出する。
この一連の動作において、第１蒸気タービン２のタービンケーシング２１内及び第２蒸気タービン３のタービンケーシング３１内では、蒸気Ｓが、静翼２２と動翼２３との間の流路、あるいは静翼３２と動翼３３との間の流路を通過しながら、各動翼２３，３３に作用し、回転軸５を回転させる。これにより、回転軸５に接続された発電機等の機械に動力が伝達される。
【００２９】
本実施形態では、前述したように、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５の軸線Ａｏ上に連通管４の軸線Ａｃが位置している。このため、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５から連通管４に蒸気Ｓが流入する際、この蒸気Ｓは実質的に方向変換しない。また、前述したように、第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４の軸線Ａｉ上に連通管４の軸線Ａｃが位置している。このため、連通管４から第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４を介してタービンケーシング３１内に流入する際、この蒸気Ｓは実質的に方向変換しない。
【００３０】
また、本実施形態では、連通管４が直線状に形成されているため、蒸気Ｓが連通管４内を流れている際にも、この蒸気Ｓは実質的に方向変換しない。
【００３１】
さらに、蒸気Ｓは、第１蒸気タービン２のタービンケーシング２１内、連通管４内、及び第２蒸気タービン３のタービンケーシング３１内で、回転軸５に沿った回転軸方向に流れる。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、タービン設備１内を蒸気Ｓが流れる過程で、この蒸気Ｓの方向変換が抑制されるため、蒸気Ｓの圧力損失を抑えることができる。よって、本実施形態では、タービン設備１の出力を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、連通管４が直線状に形成されているものの、この連通管４は、連通管４の軸線方向に伸縮自在な伸縮管継手５０を備えているので、連通管４の軸線方向に生じる熱応力を吸収することができる。
【００３４】
「第２実施形態」
次に、本発明に係るタービン設備の第２実施形態について図３を参照して説明する。尚、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３５】
本実施形態のタービン設備１ａも、第１実施形態のタービン設備１と同様、第１蒸気タービン２と、第２蒸気タービン３と、連通管４ａとを備えている。但し、本実施形態のタービン設備１ａは、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５と第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ａの互いの軸線Ａｏ，Ａｉの位置関係が第１実施形態と異なっており、その他の構成は、第１実施形態のタービン設備１とほぼ同様である。
【００３６】
具体的に、本実施形態のタービン設備１ａでは、第１実施形態と同様に、蒸気排出口２５と蒸気流入口３４ａとが互いの軸線Ａｏ，Ａｉが平行となるように対向配置されているものの、蒸気排出口２５の軸線Ａｏと蒸気流入口３４ａの軸線Ａｉとは、同一直線上に位置していない。つまり、回転軸線Ａｒから蒸気排出口２５の軸線Ａｏまでの距離と回転軸線Ａｒから蒸気流入口３４ａの軸線Ａｉまでの距離とが異なっている。このため、本実施形態では、連通管４ａが直線状であるが、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５の軸線Ａｏ及び第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ａの軸線Ａｉに対して連通管４ａの軸線Ａｃが傾いている。
【００３７】
以上、本実施形態でも、第１実施形態と同様、蒸気排出口２５と蒸気流入口３４ａとは、互いの軸線Ａｏ，Ａｉが平行となるように対向配置されているので、連通管４ａを直線状に形成することができる。よって、本実施形態でも、蒸気Ｓが連通管４ａ内を流れている際に、この蒸気Ｓは実質的に方向変換しないため、蒸気Ｓの圧力損失を抑えることができる。
【００３８】
但し、本実施形態では、前述したように、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５の軸線Ａｏ及び第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ａの軸線Ａｉに対して連通管４ａの軸線Ａｃが傾いているため、連通管４ａに対して蒸気Ｓが流入及び流出する際、この蒸気Ｓが方向変換する。よって、本実施形態では、第１実施形態よりも蒸気Ｓの圧力損失が大きい。
【００３９】
このように、本実施形態では、第１実施形態よりも蒸気の圧力損失が大きいものの、回転軸線Ａｒから蒸気排出口２５の軸線Ａｏまでの距離と回転軸線Ａｒから蒸気流入口３４ａの軸線Ａｉまでの距離とが異なっていてもよいため、蒸気排出口２５と蒸気流入口３４ａの配置自由度を第１実施形態よりも高めることができる。
【００４０】
「第３実施形態」
次に、本発明に係るタービン設備の第３実施形態について図４を参照して説明する。尚、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００４１】
本実施形態のタービン設備１ｂも、第１実施形態のタービン設備１と同様、第１蒸気タービン２と、第２蒸気タービン３と、連通管４ｂとを備えている。但し、本実施形態のタービン設備１ｂは、第１蒸気タービン２の回転軸２９と、第２蒸気タービン３の回転軸３９とは互いに平行であるものの、互いに接続されていない。
【００４２】
第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５ｂは、回転軸２９を基準とした径方向外側に向かって開口している。また、第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ｂも、回転軸３９を基準とした径方向外側に向かって開口している。本実施形態でも、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５ｂと第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ｂとが互いに対向している。さらに、本実施形態は、蒸気排出口２５ｂの軸線Ａｏと蒸気流入口３４ｂの軸線Ａｉとが同一直線上に位置している。このため、本実施形態でも、連通管４ｂを直線状に形成することできる。
【００４３】
従って、本実施形態でも、以上の各実施形態と同様、蒸気Ｓが連通管４ｂ内を流れている際、この蒸気Ｓは実質的に方向変換しないため、蒸気Ｓの圧力損失を抑えることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第１蒸気タービン２の回転軸２９と第２蒸気タービン３の回転軸３９とが互いに平行であるが、図５に示す変形例のタービン設備１ｃのように、第１蒸気タービン２の回転軸２９に対して第２蒸気タービン３の回転軸３９が垂直であってもよい。
【００４５】
本変形例の第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５ｃは、回転軸方向に開口している。また、第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ｃは、回転軸３９を基準とした径方向外側に向かって開口している。本実施形態でも、上記第３実施形態と同様、第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５ｃと第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４ｃとが互いに対向し、且つ蒸気排出口２５ｃの軸線Ａｏと蒸気流入口３４ｃの軸線Ａｉとが同一直線上に位置している。このため、本変形例でも、連通管４ｃを直線状に形成することでき、蒸気の圧力損失を抑えることができる。
【００４６】
以上のように、互いに異なる回転軸２９，３９を持つ複数の蒸気タービン２，３を有するタービン設備であっても、連通管における蒸気の圧力損失を抑えることがでる。
【００４７】
なお、本変形例では、第１蒸気タービン２の回転軸２９に対して第２蒸気タービン３の回転軸３９が垂直であるが、他の任意の角度であってもよい。また、第３実施形態及び本変形例では、いずれも、蒸気排出口２５ｂ，２５ｃの軸線Ａｏと蒸気流入口３４ｂ，３４ｃの軸線Ａｉとが同一直線上に位置しているが、第２実施形態のように、蒸気排出口の軸線Ａｏと蒸気流入口の軸線Ａｉとが平行であるものの、両軸線Ａｏ，Ａｉが同一直線上に位置しなくてもよい。
【００４８】
以上、本発明の各実施形態及び変形例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４９】
例えば、以上の各実施形態及び変形例では、伸縮管継手５０を熱応力吸収機構の一例としたが、これに限定されることはなく、連通管の軸線方向に生じる熱応力を吸収できる他の機構でもよい。例えば、弾性材料で作られた伸縮継手でもよい。
【００５０】
また、以上の各実施形態及び変形例では、連通管の軸線方向中央部付近に伸縮管継手５０を設けているが、これに限定されることはない。連通管の軸線方向に生じる熱応力を吸収できるのであれば、伸縮管継手５０が設けられる位置は任意である。例えば、伸縮管継手５０を第１蒸気タービン２の蒸気排出口２５に直接接続してもよいし、第２蒸気タービン３の蒸気流入口３４に直接接続してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  タービン設備
２  第１蒸気タービン
５  回転軸
２１  タービンケーシング
２２  静翼
２３  動翼
２４  蒸気流入口
２５，２５ｂ，２５ｃ  蒸気排出口
２９  回転軸
３  第２蒸気タービン
３１  タービンケーシング
３２  静翼
３３  動翼
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ  蒸気流入口
３５  蒸気排出口
３９  回転軸
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  連通管
４１  配管
５０  伸縮管継手（熱応力吸収機構）
Ａｏ  蒸気排出口の軸線
Ａｉ  蒸気流入口の軸線
Ａｃ  連通管の軸線
Ａｒ  回転軸線
Ｓ  蒸気
【図１】
2015052313.tif 000003
【図２】
2015052313.tif 000004
【図３】
2015052313.tif 000005
【図４】
2015052313.tif 000006
【図５】
2015052313.tif 000007