(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の回転の軸心に沿って延在する回転体としてのロータと、
前記ロータを格納する車室と、
前記ロータの延在方向に沿って前記ロータと前記車室との間に設けられた蒸気通路と、
前記ロータの外周を囲む環状に形成されてその外面と前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して前記車室内に取り付けられ、その内部に環状に沿って形成された蒸気ノズル室、および前記蒸気ノズル室から前記ロータの延在方向に向いて前記蒸気通路に連通する開口を有する蒸気ノズル部と、
前記車室の外部から前記車室を貫通して前記蒸気ノズル部の前記蒸気ノズル室に連通して設けられ過熱された蒸気が供給される過熱蒸気供給管と、
を含む蒸気タービンに対し、
前記過熱蒸気供給管に沿って前記車室を貫通し前記隙間に到り設けられた冷却蒸気通路と、
前記冷却蒸気通路を介して前記過熱蒸気供給管に沿って前記隙間に到り、前記過熱蒸気供給管により供給される蒸気よりも高い圧力で低温の冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給部と、
を備え、前記冷却蒸気通路は、前記過熱蒸気供給管の外周面と前記車室との空間部と、前記空間部に連通して設けられた前記蒸気ノズル部の壁内の空洞部と、前記空洞部から前記隙間に貫通する貫通孔と、を含み、前記車室の外部から前記車室の内部に到り前記隙間に連通して設けられていることを特徴とする蒸気タービン冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の蒸気タービンは、蒸気温度を超高温化させてプラント熱効率をより一層向上させるとともに、蒸気の超高温化に対処させてタービン構成部品に高い強度保証を維持させることを目的としている。この蒸気タービンは、二重ケーシングに収容されたタービンロータにタービン段落を設け、このタービン段落に蒸気供給管からの作動蒸気を前記タービン段落に案内するノズルボックスを備えた蒸気タービンにおいて、タービンロータとノズルボックスとの間に二重ケーシングを介して設けた冷却蒸気入口部と、この冷却蒸気入口部から供給された冷却蒸気を分配し、分配した冷却蒸気の一方をノズルボックスの外側を冷却させた後、タービン段落、タービンロータおよび二重ケーシングのそれぞれに供給する手段と、分配した冷却蒸気の他方を二重ケーシングとタービンロータとの間に設けたグランド部を介して二重ケーシングを冷却させた冷却蒸気と合流させて蒸気供給管に供給する手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の蒸気タービンは、蒸気供給管を外管と内管との二重管構造に構成し内管と外管との間に冷却通路が形成されている。すなわち、蒸気供給管は、内管の内部の通路と、内管と外管との間の冷却通路とが形成されている。内管の内部は、二重ケーシングにおける内部ケーシングに格納されたノズルボックスに接続され、冷却通路は、二重ケーシングの外部ケーシング内に接続されている。そして、超高温化させた蒸気は、内管からノズルボックス内に供給されノズルボックスにより内部ケーシング内のタービン段落に案内される。一方、冷却蒸気は、タービンロータとノズルボックスとの間に冷却蒸気入口部から供給され、その後に一方がノズルボックスの外側を経て、タービン段落、タービンロータおよび内部ケーシング内のそれぞれに供給され、他方が内部ケーシングとタービンロータとの間に設けたグランド部を介して外部ケーシング内で合流されて蒸気供給管の冷却通路に供給される。
【０００５】
この特許文献１に記載の蒸気タービンは、冷却蒸気が一方と他方とに分配されて各所に分散されているため各部へ供給する流量をコントロールすることが難しい。この結果、各所に十分な冷却効果が得られず、冷却効率が低下するおそれがある。
【０００６】
ところで、蒸気タービンの冷却においては、蒸気タービンの駆動に供給される蒸気よりも低温の蒸気を供給する必要があり、かつ蒸気タービンの駆動に供給される蒸気よりも高圧の蒸気を供給する必要があるが、蒸気タービンのロータの最高温度部は、蒸気タービンの内部において最も圧力が高く、この圧力よりも高圧であって温度の低い冷却蒸気を供給することは容易ではない。これは、蒸気タービン内の蒸気が温度の低下と圧力の低下を同時に伴うためである。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、冷却効率を向上することのできる蒸気タービン冷却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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の蒸気タービン冷却装置は、自身の回転の軸心に沿って延在する回転体としてのロータと、前記ロータを格納する車室と、前記ロータの延在方向に沿って前記ロータと前記車室との間に設けられた蒸気通路と、前記ロータの外周を囲む環状に形成されてその外面と前記ロータの外周面との間に前記蒸気通路に連通する隙間を有して前記車室内に取り付けられ、その内部に環状に沿って形成された蒸気ノズル室、および前記蒸気ノズル室から前記ロータの延在方向に向いて前記蒸気通路に連通する開口を有する蒸気ノズル部と、前記車室の外部から前記車室を貫通して前記蒸気ノズル部の前記蒸気ノズル室に連通して設けられ過熱された蒸気が供給される過熱蒸気供給管と、を含む蒸気タービンに対し、前記過熱蒸気供給管に沿って前記車室を貫通し前記隙間に到り設けられた冷却蒸気通路と、前記冷却蒸気通路を介して前記過熱蒸気供給管に沿って前記隙間に到り、前記過熱蒸気供給管により供給される蒸気よりも高い圧力で低温の冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この蒸気タービン冷却装置によれば、過熱蒸気供給管により供給される過熱蒸気は、蒸気ノズル部の蒸気ノズル室から開口を経て蒸気通路に到る。この過熱蒸気は、温度および圧力がその流動の上流側から下流側に向かって徐々に低下する。一方、冷却蒸気は、冷却蒸気通路を介して過熱蒸気供給管に沿って隙間に到り、過熱蒸気の温度に伴い温度が高い部分から低い部分に沿って流動する。このため、高温部を冷却蒸気により確実に冷却することができる。しかも、隙間から蒸気通路に到る冷却蒸気は、過熱蒸気に近い温度となって過熱蒸気に合流するため、蒸気タービンの性能低下を抑えることができる。しかも、冷却蒸気は、複数に分散せず、一連の経路を辿るため、冷却に際して流量のコントロールが容易である。
【００１０】
また、本発明の蒸気タービン冷却装置では、前記冷却蒸気通路は、前記過熱蒸気供給管の外周を囲み前記車室に取り付けられた外管と、前記過熱蒸気供給管の外周面と、の間に形成された空間部であり、前記車室の外部から前記車室の内部に到り前記隙間に連通して設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この蒸気タービン冷却装置によれば、過熱蒸気供給管に沿って車室を貫通し隙間に到る経路を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の蒸気タービン冷却装置では、前記冷却蒸気通路は、前記過熱蒸気供給管の外周面と前記車室との空間部と、前記空間部に連通して設けられた前記蒸気ノズル部の壁内の空洞部と、前記空洞部から前記隙間に貫通する貫通孔と、を含み、前記車室の外部から前記車室の内部に到り前記隙間に連通して設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この蒸気タービン冷却装置によれば、過熱蒸気供給管に沿って車室を貫通し隙間に到る経路を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷却効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、コンバインドサイクルプラントの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る蒸気タービン冷却装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る蒸気タービン冷却装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
本実施形態の蒸気タービン冷却装置は、回転機械として、例えば、ガスタービンや蒸気タービンに適用される。図１は、これらガスタービンおよび蒸気タービンが適用されるコンバインドサイクルプラントの一例を示す概略構成図である。図１に示すコンバインドサイクルプラント１００は、ガスタービン１１０、高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０で構成され、これらガスタービン１１０、高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０は、発電機１５０と同軸上に配置されている。
【００１８】
ガスタービン１１０は、圧縮機１１１、燃焼器１１２、タービン１１３で構成されている。圧縮機１１１において、圧縮機入口空気１１４が昇圧され燃焼器１１２に供給される。燃焼器１１２において、供給された空気と燃料１１５により高温の燃焼ガスが生成されタービン１１３に供給される。タービン１１３を通過する燃焼ガスはタービン１１３を回転駆動した後に排ガスとなって排出される。
【００１９】
コンバインドサイクルプラント１００は、ガスタービン１１０におけるタービン１１３から排出される排ガスを加熱源として水から過熱蒸気を生成するボイラ（排熱回収ボイラ）１を備える。このボイラ１により生成される過熱蒸気により高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０が駆動される。そして、これらガスタービン１１０、高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０の駆動により発電機１５０で発電される。また、低圧蒸気タービン１４０に利用された蒸気は、当該低圧蒸気タービン１４０に接続された復水器１６０により復水とされ、過熱蒸気を生成するための水としてボイラ１に送られる。
【００２０】
ボイラ１は、ガスタービン１１０におけるタービン１１３の排気側に設けられた煙道１１３ａに接続される。ボイラ１は、排ガスの流れの下流側から、低圧節炭器１０、低圧ドラム１１、低圧蒸発器１２、中圧節炭器１３、高圧一次節炭器１４、中圧ドラム１５、中圧蒸発器１６、低圧過熱器１７、高圧二次節炭器１８、中圧過熱器１９、高圧ドラム２０、高圧蒸発器２１、高圧一次過熱器２２、一次再熱器２３、二次再熱器２４、高圧二次過熱器２５が設けられ、かつ復水ポンプ２６、中圧給水ポンプ２７、高圧給水ポンプ２８が設けられている。
【００２１】
このボイラ１は、低圧蒸気タービン１４０を駆動するための低圧の過熱蒸気を生成する低圧系と、中圧蒸気タービン１３０を駆動するための中圧の過熱蒸気を生成する中圧系と、高圧蒸気タービン１２０を駆動するための高圧の過熱蒸気を生成する高圧系と、を有している。低圧系は、低圧節炭器１０、低圧ドラム１１、低圧蒸発器１２、低圧過熱器１７、復水ポンプ２６で構成される。中圧系は、中圧節炭器１３、中圧ドラム１５、中圧蒸発器１６、中圧過熱器１９、一次再熱器２３、二次再熱器２４、中圧給水ポンプ２７で構成される。高圧系は、高圧一次節炭器１４、高圧二次節炭器１８、高圧ドラム２０、高圧蒸発器２１、高圧一次過熱器２２、高圧二次過熱器２５、高圧給水ポンプ２８で構成される。
【００２２】
低圧系において、低圧節炭器１０は、接続ライン３０で復水器１６０と接続されている。この接続ライン３０に復水ポンプ２６が設けられる。また、低圧節炭器１０は、３つに分岐する接続ライン３１のうちの低圧分岐ライン３１ａで低圧ドラム１１と接続される。低圧ドラム１１は、低圧蒸発器１２に接続される。さらに、低圧ドラム１１は、接続ライン３２で低圧過熱器１７に接続される。低圧過熱器１７は、接続ライン３３で低圧蒸気タービン１４０の入口側に接続される。低圧蒸気タービン１４０の出口側は、接続ライン３４で復水器１６０に接続される。
【００２３】
すなわち、低圧系は、復水器１６０の水（復水）が復水ポンプ２６により接続ライン３０を経て低圧節炭器１０に流入して加熱され、接続ライン３１の低圧分岐ライン３１ａを経て低圧ドラム１１に流れ込む。低圧ドラム１１に供給された水は、低圧蒸発器１２で蒸発して飽和蒸気となって低圧ドラム１１に戻され、接続ライン３２を経て低圧過熱器１７に送出される。低圧過熱器１７にて飽和蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン３３を経て低圧蒸気タービン１４０に供給される。低圧蒸気タービン１４０を駆動して排出された蒸気は、接続ライン３４を経て復水器１６０に導かれて水（復水）となり、復水ポンプ２６により接続ライン３０を経て低圧節炭器１０に送り出される。
【００２４】
中圧系において、中圧節炭器１３は、低圧節炭器１０に対して３つに分岐する接続ライン３１のうちの中圧分岐ライン３１ｂで接続される。この中圧分岐ライン３１ｂに中圧給水ポンプ２７が設けられる。また、中圧節炭器１３は、接続ライン３５で中圧ドラム１５に接続される。この接続ライン３５は、途中に流量調整弁３６が設けられる。中圧ドラム１５は、中圧蒸発器１６に接続される。また、中圧ドラム１５は、接続ライン３７で中圧過熱器１９に接続される。中圧過熱器１９は、接続ライン３８で一次再熱器２３の入口側に接続される。また、中圧系において、一次再熱器２３は、接続ライン４０で高圧蒸気タービン１２０の出口側に接続される。また、一次再熱器２３は、接続ライン４１で二次再熱器２４に接続される。そして、二次再熱器２４は、接続ライン４２で中圧蒸気タービン１３０の入口側に接続される。中圧蒸気タービン１３０の出口側は、接続ライン３９で低圧蒸気タービン１４０の入口側に接続される。
【００２５】
すなわち、中圧系は、低圧節炭器１０で加熱された水が中圧給水ポンプ２７により接続ライン３１の中圧分岐ライン３１ｂを経て中圧節炭器１３に流入してさらに加熱され、接続ライン３５を経て中圧ドラム１５に流れ込む。中圧ドラム１５に供給された水は、中圧蒸発器１６で蒸発して飽和蒸気となって中圧ドラム１５に戻され、接続ライン３７を経て中圧過熱器１９に送出される。中圧過熱器１９にて飽和蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン３８を経て一次再熱器２３に供給される。また、中圧系では、高圧蒸気タービン１２０を駆動して排出された蒸気は、接続ライン４０を経て一次再熱器２３に送出される。一次再熱器２３にて蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４１を経て二次再熱器２４に送出される。二次再熱器２４にて蒸気がさらに過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４２を経て中圧蒸気タービン１３０に供給される。なお、中圧蒸気タービン１３０を駆動して排出された蒸気は、接続ライン３９を経て低圧蒸気タービン１４０に供給される。
【００２６】
なお、一次再熱器２３および二次再熱器２４は、蒸気を過熱するものであることから、過熱器と同様の機能を有し、本実施形態において過熱器に含まれる。つまり、一次再熱器２３を第一過熱器ともいい、二次再熱器２４を第二過熱器ともいう。
【００２７】
高圧系において、高圧一次節炭器１４は、低圧節炭器１０に対して３つに分岐する接続ライン３１のうちの高圧分岐ライン３１ｃで接続される。この高圧分岐ライン３１ｃに高圧給水ポンプ２８が設けられる。また、高圧一次節炭器１４は、接続ライン４３で高圧二次節炭器１８に接続される。高圧二次節炭器１８は、接続ライン４４で高圧ドラム２０に接続される。この接続ライン４４は、途中に流量調整弁４５が設けられる。高圧ドラム２０は、高圧蒸発器２１に接続される。また、高圧ドラム２０は、接続ライン４６で高圧一次過熱器２２に接続される。高圧一次過熱器２２は、接続ライン４７で高圧二次過熱器２５に接続される。高圧二次過熱器２５は、接続ライン４８で高圧蒸気タービン１２０の入口側に接続される。高圧蒸気タービン１２０の出口側は、上述したように接続ライン４０で中圧系の一次再熱器２３に接続される。
【００２８】
すなわち、高圧系は、低圧節炭器１０で加熱された水が高圧給水ポンプ２８により接続ライン３１の高圧分岐ライン３１ｃを経て高圧一次節炭器１４に流入してさらに加熱され、さらに接続ライン４３を経て高圧二次節炭器１８に流入してさらに加熱されて接続ライン４４を経て高圧ドラム２０に流れ込む。高圧ドラム２０に供給された水は、高圧蒸発器２１で蒸発して飽和蒸気となって高圧ドラム２０に戻され、接続ライン４６を経て高圧一次過熱器２２に送出される。高圧一次過熱器２２にて飽和蒸気が過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４７を経て高圧二次過熱器２５に送出される。高圧二次過熱器２５にて過熱蒸気がさらに過熱され、この過熱蒸気は、接続ライン４８を経て高圧蒸気タービン１２０に供給される。
【００２９】
図２および図３は、本実施形態に係る蒸気タービン冷却装置の一例を示す概略構成図である。
【００３０】
蒸気タービン１２０，１３０，１４０は、図２および図３に示すように、ロータ６１と、車室６２と、蒸気通路６３と、蒸気ノズル部６４Ａと、静翼６６Ａ、６６Ｂと、動翼６７と、過熱蒸気供給管６９Ａと、含む。
【００３１】
ロータ６１は、自身の回転の軸心Ｓに沿って延在して設けられている。
【００３２】
車室６２は、ロータ６１を格納し、かつロータ６１を軸心Ｓ廻りに回転可能に支持する。車室６２は、外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂを含む。外側車室６２Ａは、内側車室６２Ｂの周囲を覆い、内側車室６２Ｂを格納する。内側車室６２Ｂは、ロータ６１を格納し、かつロータ６１を軸心Ｓ廻りに回転可能に支持する。外側車室６２Ａと内側車室６２Ｂとの間は、車室空間部６２Ｃが形成されている。また、内側車室６２Ｂとロータ６１の外周面とは隙間６５Ａが形成されている。この隙間６５Ａには、内側車室６２Ｂからロータ６１に向かって延在し、ロータ６１の延在方向に複数配置されたフィン６８が設けられている。フィン６８は、ラビリンスシールやブラシシールやリーフ状シールに適用され、隙間６５Ａにおいて流体が漏れ出ることを抑止する。
【００３３】
蒸気通路６３は、ロータ６１の延在方向に沿ってロータ６１と内側車室６２Ｂとの間に設けられた環状の空間である。
【００３４】
蒸気ノズル部６４Ａは、ロータ６１の外周を囲んで環状に形成されてその外周に、蒸気ノズル部６４Ａの外周面とロータ６１の外周面と内側車室６２Ｂの内周面とで区画され、蒸気通路６３および隙間６５Ａに連通する隙間６５Ｂを有して内側車室６２Ｂに取り付けられている。そして、蒸気ノズル部６４Ａは、その内部に環状に沿って形成された蒸気ノズル室６４Ａａと、蒸気ノズル室６４Ａａからロータ６１の延在方向に向いて蒸気通路６３に通じる開口６４Ａｂとを有する。
【００３５】
また、蒸気ノズル部６４Ａは、蒸気ノズル室６４Ａａの開口６４Ａｂにノズル部静翼６６Ａが環状に沿って複数取り付けられている。また、蒸気通路６３内において、内側車室６２Ｂに蒸気通路静翼６６Ｂが環状に沿って複数取り付けられている。また、蒸気通路６３内において、ロータ６１の外周に静翼６６Ａ，６６Ｂに隣接して動翼６７が環状に沿って複数取り付けられている。
【００３６】
過熱蒸気供給管６９Ａは、外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂの外部から各車室６２Ａ，６２Ｂを貫通して蒸気ノズル部６４Ａの蒸気ノズル室６４Ａａに到り連通して設けられ、過熱された過熱蒸気Ｇが供給されることで、当該過熱蒸気Ｇを蒸気ノズル部６４Ａを介して蒸気通路６３に供給する。過熱蒸気供給管６９Ａは、高圧蒸気タービン１２０の場合、図１に示す接続ライン４８に接続され、高圧二次過熱器２５で過熱された過熱蒸気Ｇが供給される。また、過熱蒸気供給管６９Ａは、中圧蒸気タービン１３０の場合、図１に示す接続ライン４２に接続され、二次再熱器２４で過熱された過熱蒸気Ｇが供給される。また、過熱蒸気供給管６９Ａは、低圧蒸気タービン１４０の場合、図１に示す接続ライン３３に接続され、低圧過熱器１７で過熱された過熱蒸気Ｇが供給される。
【００３７】
従って、蒸気タービン１２０，１３０，１４０は、蒸気ノズル室６４Ａａに過熱された過熱蒸気Ｇが供給され、開口６４Ａｂから蒸気通路６３に吐出され、静翼６６Ａ，６６Ｂおよび動翼６７によりロータ６１が回転する。
【００３８】
このような蒸気タービン１２０，１３０，１４０に対し、本実施形態の蒸気タービン冷却装置は、図２および図３に示す形態にて構成されている。
【００３９】
図２に示す蒸気タービン冷却装置は、冷却蒸気通路６９Ｂａと、冷却蒸気供給部７０と、を備える。
【００４０】
冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａに沿って車室６２（外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂ）を貫通し蒸気ノズル部６４Ａの外周の隙間６５Ｂに到り設けられている。また、冷却蒸気供給部７０は、冷却蒸気通路６９Ｂａに対して過熱蒸気供給管６９Ａ側から蒸気ノズル部６４Ａの外周の隙間６５Ｂに、過熱蒸気供給管６９Ａで供給される過熱蒸気Ｇよりも高い圧力で低温の冷却蒸気Ｃを供給する。
【００４１】
具体的に、冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａの外周を囲み車室６２に取り付けられた筒状の外管６９Ｂと、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面と、の間に形成された空間部である。外管６９Ｂは、外側車室６２Ａの外部に位置する基端部が過熱蒸気供給管６９Ａの外周面に接続されて閉塞され、この位置に冷却蒸気供給部７０が連通する接続口６９Ｃが形成されている。また、外管６９Ｂは、内側車室６２Ｂの内部に先端部が配置され、冷却蒸気通路６９Ｂａが蒸気ノズル部６４Ａの外側であって内側車室６２Ｂの内部に開口して設けられている。すなわち、図２に示す蒸気タービン冷却装置では、冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａと、過熱蒸気供給管６９Ａの外周を囲む外管６９Ｂと、で二重管６９として構成され、外側車室６２Ａの外部から内側車室６２Ｂの内部に通じて蒸気ノズル部６４Ａの外周の隙間６５Ｂに連通して設けられている。
【００４２】
冷却蒸気供給部７０は、高圧蒸気タービン１２０の場合、コンバインドサイクルプラント１００における高圧蒸発器２１（高圧ドラム２０）の出口から高圧一次過熱器２２を経て高圧二次過熱器２５の内部までの間が供給源となり、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続される。高圧蒸気タービン１２０に供給される過熱蒸気Ｇは、高圧二次過熱器２５から接続ライン４８を経るが、接続ライン４８を経る過程で圧力が低下する。従って、高圧蒸発器２１の出口から高圧一次過熱器２２を経て高圧二次過熱器２５の内部までの間の蒸気は、高圧蒸気タービン１２０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温である。従って、高圧蒸気タービン１２０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃとして高圧蒸気タービン１２０の内部に供給することが可能である。
【００４３】
また、冷却蒸気供給部７０は、中圧蒸気タービン１３０の場合、コンバインドサイクルプラント１００における中圧蒸発器１６（中圧ドラム１５）の出口から中圧過熱器１９および一次再熱器２３を経て二次再熱器２４の内部までの間が供給源となり、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続される。中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇは、二次再熱器２４から接続ライン４２を経るが、接続ライン４２を経る過程で圧力が低下する。従って、中圧蒸発器１６の出口から中圧過熱器１９および一次再熱器２３を経て二次再熱器２４の内部までの間の蒸気は、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温である。従って、中圧蒸気タービン１３０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃを中圧蒸気タービン１３０の内部に供給することが可能である。
【００４４】
また、冷却蒸気供給部７０は、低圧蒸気タービン１４０の場合、コンバインドサイクルプラント１００における低圧蒸発器１２（低圧ドラム１１）の出口から低圧過熱器１７の内部までの間が供給源となり、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続される。低圧蒸気タービン１４０に供給される過熱蒸気Ｇは、低圧過熱器１７から接続ライン３３を経るが、接続ライン３３を経る過程で圧力が低下する。従って、低圧蒸発器１２の出口から低圧過熱器１７の内部までの間の蒸気は、低圧蒸気タービン１４０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温である。従って、低圧蒸気タービン１４０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃを低圧蒸気タービン１４０の内部に供給することが可能である。
【００４５】
このように、図２に示す蒸気タービン冷却装置は、過熱蒸気供給管６９Ａに沿って車室６２を貫通し隙間６５Ｂに到り設けられた冷却蒸気通路６９Ｂａと、冷却蒸気通路６９Ｂａを介して過熱蒸気供給管６９Ａに沿って隙間６５Ｂに到り、過熱蒸気供給管６９Ａにより供給される過熱蒸気Ｇよりも高い圧力で低温の冷却蒸気Ｃを供給する冷却蒸気供給部７０と、を備える。
【００４６】
過熱蒸気供給管６９Ａにより供給される過熱蒸気Ｇは、蒸気ノズル部６４Ａの蒸気ノズル室６４Ａａから開口６４Ａｂを経て蒸気通路６３に到る。この過熱蒸気Ｇは、温度および圧力がその流動の上流側から下流側に向かって徐々に低下する。一方、冷却蒸気Ｃは、冷却蒸気通路６９Ｂａを介して過熱蒸気供給管６９Ａに沿って隙間６５Ｂに到り、過熱蒸気Ｇの温度に伴い温度が高い部分から低い部分に沿って流動する。このため、高温部を冷却蒸気Ｃにより確実に冷却することができる。しかも、隙間６５Ｂから蒸気通路６３に到る冷却蒸気Ｃは、過熱蒸気Ｇに近い温度となって過熱蒸気Ｇに合流するため、蒸気タービン１２０，１３０，１４０の性能低下を抑えることができる。しかも、冷却蒸気Ｃは、複数に分散せず、一連の経路を辿るため、冷却に際して流量のコントロールが容易である。
【００４７】
また、図２に示す蒸気タービン冷却装置では、冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａの外周を囲み車室６２に取り付けられた外管６９Ｂと、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面と、の間に形成された空間部であり、車室６２（外側車室６２Ａ）の外部から車室６２（内側車室６２Ｂ）の内部に到り隙間６５Ｂに連通して設けられていることで、過熱蒸気供給管６９Ａに沿って車室６２を貫通し隙間６５Ｂに到る経路を実現することができる。
【００４８】
図３に示す蒸気タービン冷却装置は、冷却蒸気通路６９Ｂａと、冷却蒸気供給部７０と、を備える。
【００４９】
冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａに沿って車室６２（外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂ）を貫通し蒸気ノズル部６４Ａの外周の隙間６５Ｂに到り設けられている。また、冷却蒸気供給部７０は、冷却蒸気通路６９Ｂａに対して過熱蒸気供給管６９Ａ側から蒸気ノズル部６４Ａの外周の隙間６５Ｂに、過熱蒸気供給管６９Ａで供給される過熱蒸気Ｇよりも高い圧力で低温の冷却蒸気Ｃを供給する。
【００５０】
具体的に、冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面と車室６２（外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂ）との間に形成された空間部と、空間部に連通して設けられた蒸気ノズル部６４Ａの壁内の空洞部と、空洞部から隙間６５Ｂに貫通する貫通孔６９Ｂｂと、を含む。この場合、空間部である冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａが車室６２に貫通する部分において、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面と車室６２との間に形成されており、かつこの部分において外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂは隙間無く連結されている。また、空間部である冷却蒸気通路６９Ｂａは、外側車室６２Ａの外部に位置する基端部が閉塞され、この位置に冷却蒸気供給部７０が連通する接続口６９Ｃが形成されている。また、空洞部である冷却蒸気通路６９Ｂａは、空間部に連通している。そして、空洞部である冷却蒸気通路６９Ｂａは、蒸気ノズル部６４Ａにおいて隙間６５Ｂ内に存在する外周面を貫通する複数の貫通孔６９Ｂｂが設けられ、当該貫通孔６９Ｂｂを介して蒸気ノズル部６４Ａの外側であって内側車室６２Ｂの内部に開口して設けられている。すなわち、図３に示す蒸気タービン冷却装置では、冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面に沿い、かつ蒸気ノズル部６４Ａの壁内を連通して構成され、外側車室６２Ａの外部から内側車室６２Ｂの内部に通じ、貫通孔６９Ｂｂを介して蒸気ノズル部６４Ａの外周の隙間６５Ｂに連通して設けられている。
【００５１】
冷却蒸気供給部７０は、上述したように、それぞれ高圧蒸気タービン１２０、中圧蒸気タービン１３０、低圧蒸気タービン１４０において、コンバインドサイクルプラント１００内の各供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続される。
【００５２】
このように、図３に示す蒸気タービン冷却装置は、過熱蒸気供給管６９Ａに沿って車室６２を貫通し隙間６５Ｂに到り設けられた冷却蒸気通路６９Ｂａと、冷却蒸気通路６９Ｂａを介して過熱蒸気供給管６９Ａに沿って隙間６５Ｂに到り、過熱蒸気供給管６９Ａにより供給される過熱蒸気Ｇよりも高い圧力で低温の冷却蒸気Ｃを供給する冷却蒸気供給部７０と、を備える。
【００５３】
過熱蒸気供給管６９Ａにより供給される過熱蒸気Ｇは、蒸気ノズル部６４Ａの蒸気ノズル室６４Ａａから開口６４Ａｂを経て蒸気通路６３に到る。この過熱蒸気Ｇは、温度および圧力がその流動の上流側から下流側に向かって徐々に低下する。一方、冷却蒸気Ｃは、冷却蒸気通路６９Ｂａを介して過熱蒸気供給管６９Ａに沿って隙間６５Ｂに到り、過熱蒸気Ｇの温度に伴い温度が高い部分から低い部分に沿って流動する。このため、高温部を冷却蒸気Ｃにより確実に冷却することができる。しかも、隙間６５Ｂから蒸気通路６３に到る冷却蒸気Ｃは、過熱蒸気Ｇに近い温度となって過熱蒸気Ｇに合流するため、蒸気タービン１２０，１３０，１４０の性能低下を抑えることができる。しかも、冷却蒸気Ｃは、複数に分散せず、一連の経路を辿るため、冷却に際して流量のコントロールが容易である。
【００５４】
また、図３に示す蒸気タービン冷却装置では、冷却蒸気通路６９Ｂａは、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面と車室６２（外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂ）との空間部と、空間部に連通して設けられた蒸気ノズル部６４Ａの壁内の空洞部と、空洞部から隙間６５Ｂに貫通する貫通孔６９Ｂｂと、を含み、車室６２（外側車室６２Ａ）の外部から車室６２（内側車室６２Ｂ）の内部に到り隙間６５Ｂに連通して設けられている。これにより、過熱蒸気供給管６９Ａに沿って車室６２を貫通し隙間６５Ｂに到る経路を実現することができる。しかも、図３に示す蒸気タービン冷却装置によれば、過熱蒸気供給管６９Ａの外周面と車室６２（外側車室６２Ａおよび内側車室６２Ｂ）との空間部により冷却蒸気通路６９Ｂａを構成することから、図２に示す蒸気タービン冷却装置のように、過熱蒸気供給管６９Ａの外側に外管６９Ｂを設ける二重管６９が不要となる。また、蒸気ノズル部６４Ａを空洞部により内部から冷却することで表面から冷却することと比較して冷却効率を向上することができる。また、貫通孔６９Ｂｂは、ノズル形状とすることにより、ロータ６１へ冷却蒸気Ｃを吹き付けることによって、ロータ６１の冷却効果も期待できる。
【００５５】
ところで、本実施形態の蒸気タービン冷却装置は、コンバインドサイクルプラント１００内において、蒸気タービン１２０，１３０，１４０に供給される過熱蒸気Ｇよりも高圧で、かつ低温の冷却蒸気Ｃを蒸気タービン１２０，１３０，１４０の内部に供給することができる。この結果、別の動力源を必要とせず、蒸気タービン１２０，１３０，１４０の内部の高温部を冷却することができる。また、コンバインドサイクルプラント１００内の発生蒸気を用い、蒸気タービン１２０，１３０，１４０の内部の流体を用いないため、蒸気タービン１２０，１３０，１４０の稼働効率の低下を防ぎ、その結果サイクル効率の低下を防ぐことができる。
【００５６】
なお、本実施形態の蒸気タービン冷却装置において、冷却蒸気Ｃを供給する冷却蒸気供給部７０は、高圧蒸気タービン１２０の場合、高圧一次過熱器２２の出口から高圧二次過熱器２５の入口までの間を供給源とし、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続されることが好ましい。高圧一次過熱器２２の出口から高圧二次過熱器２５の入口までの間の接続ライン４７から、高圧蒸気タービン１２０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、高圧二次過熱器２５へ供給する蒸気が減るため、高圧二次過熱器２５での過熱効率が向上し高圧蒸気タービン１２０に供給する過熱蒸気Ｇの温度が上昇する。この結果、高圧蒸気タービン１２０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。一方、高圧一次過熱器２２の出口から高圧二次過熱器２５の入口までの間の接続ライン４７から、高圧蒸気タービン１２０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、高圧蒸気タービン１２０に供給する過熱蒸気Ｇの温度を一定とする場合に、高圧蒸発器２１から得る蒸気量を増すことができるため、高圧蒸気タービン１２０への過熱蒸気Ｇの供給量を増加できる。この結果、高圧蒸気タービン１２０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。
【００５７】
また、本実施形態の蒸気タービン冷却装置において、冷却蒸気Ｃを供給する冷却蒸気供給部７０は、中圧蒸気タービン１３０の場合、中圧過熱器１９の出口から一次再熱器２３の入口までの間を供給源とし、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続されることが好ましい。中圧過熱器１９の出口から一次再熱器２３の入口までの間の接続ライン３８（および接続ライン４０の一部）から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、一次再熱器２３および二次再熱器２４へ供給する蒸気が減るため、一次再熱器２３および二次再熱器２４での過熱効率が向上し中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気Ｇの温度が上昇する。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。一方、中圧過熱器１９の出口から一次再熱器２３の入口までの間の接続ライン３８（および接続ライン４０の一部）から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気Ｇの温度を一定とする場合に、中圧蒸発器１６から得る蒸気量を増すことができるため、中圧蒸気タービン１３０への過熱蒸気Ｇの供給量を増加できる。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。
【００５８】
また、本実施形態の蒸気タービン冷却装置において、冷却蒸気Ｃを供給する冷却蒸気供給部７０は、中圧蒸気タービン１３０の場合、一次再熱器２３の出口から二次再熱器２４の入口までの間を供給源とし、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続されることが好ましい。一次再熱器２３の出口から二次再熱器２４の入口までの間の接続ライン４１から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、二次再熱器２４へ供給する蒸気が減るため、二次再熱器２４での過熱効率が向上し中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気Ｇの温度が上昇する。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。一方、一次再熱器２３の出口から二次再熱器２４の入口までの間の接続ライン４１から、中圧蒸気タービン１３０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、中圧蒸気タービン１３０に供給する過熱蒸気Ｇの温度を一定とする場合に、中圧蒸発器１６から得る蒸気量を増すことができるため、中圧蒸気タービン１３０への過熱蒸気Ｇの供給量を増加できる。この結果、中圧蒸気タービン１３０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。
【００５９】
また、本実施形態の蒸気タービン冷却装置において、冷却蒸気Ｃを供給する冷却蒸気供給部７０は、低圧蒸気タービン１４０の場合、低圧蒸発器１２の出口から低圧過熱器１７の入口までの間を供給源とし、当該供給源が冷却蒸気通路６９Ｂａに接続ライン（図示せず）により接続されることが好ましい。低圧蒸発器１２の出口から低圧過熱器１７の入口までの間の接続ライン３２から、低圧蒸気タービン１４０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、低圧過熱器１７へ供給する蒸気が減るため、低圧過熱器１７での過熱効率が向上し低圧蒸気タービン１４０に供給する過熱蒸気Ｇの温度が上昇する。この結果、低圧蒸気タービン１４０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。一方、低圧蒸発器１２の出口から低圧過熱器１７の入口までの間の接続ライン３２から、低圧蒸気タービン１４０の内部に冷却蒸気Ｃを供給すると、低圧蒸気タービン１４０に供給する過熱蒸気Ｇの温度を一定とする場合に、低圧蒸発器１２から得る蒸気量を増すことができるため、低圧蒸気タービン１４０への過熱蒸気Ｇの供給量を増加できる。この結果、低圧蒸気タービン１４０の稼働効率を向上することができ、サイクル効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  ボイラ
１０  低圧節炭器
１１  低圧ドラム
１２  低圧蒸発器
１３  中圧節炭器
１４  高圧一次節炭器
１５  中圧ドラム
１６  中圧蒸発器
１７  低圧過熱器
１８  高圧二次節炭器
１９  中圧過熱器
２０  高圧ドラム
２１  高圧蒸発器
２２  高圧一次過熱器
２３  一次再熱器
２４  二次再熱器
２５  高圧二次過熱器
２６  復水ポンプ
２７  中圧給水ポンプ
２８  高圧給水ポンプ
３０  接続ライン
３１  接続ライン
３１ａ  低圧分岐ライン
３１ｂ  中圧分岐ライン
３１ｃ  高圧分岐ライン
３２  接続ライン
３３  接続ライン
３４  接続ライン
３５  接続ライン
３６  流量調整弁
３７  接続ライン
３８  接続ライン
３９  接続ライン
４０  接続ライン
４１  接続ライン
４２  接続ライン
４３  接続ライン
４４  接続ライン
４５  流量調整弁
４６  接続ライン
４７  接続ライン
４８  接続ライン
６１  ロータ
６２  車室
６２Ａ  外側車室
６２Ｂ  内側車室
６２Ｃ  車室空間部
６３  蒸気通路
６４Ａ  蒸気ノズル部
６４Ａａ  蒸気ノズル室
６４Ａｂ  開口
６５Ａ  隙間
６５Ｂ  隙間
６６Ａ  ノズル部静翼
６６Ｂ  蒸気通路静翼
６７  動翼
６８  フィン
６９  二重管
６９Ａ  過熱蒸気供給管
６９Ｂ  外管
６９Ｂａ  冷却蒸気通路
６９Ｂｂ  貫通孔
６９Ｃ  接続口
７０  冷却蒸気供給部
１００  コンバインドサイクルプラント
１１０  ガスタービン
１１１  圧縮機
１１２  燃焼器
１１３  タービン
１１３ａ  煙道
１１４  圧縮機入口空気
１１５  燃料
１２０  高圧蒸気タービン
１３０  中圧蒸気タービン
１４０  低圧蒸気タービン
１５０  発電機
１６０  復水器
Ｃ  冷却蒸気
Ｇ  過熱蒸気
Ｓ  軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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