(57)【要約】【課題】大型低圧蒸気タービンにおいて、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、振動応力を低減できる動翼を有する低圧蒸気タービンを提供する。【解決手段】静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する場合において、当該段落の動翼を先端カバー全周連結翼構造等の高減衰構造とする。また、動翼の直前側の抽気孔周辺から給水加熱器に至る蒸気流路における蒸気の圧力が所定値以上になった場合、低圧蒸気タービン入口の蒸気流量を定格の約１０％以上に増加させる、または給水加熱器内の熱水の量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、前記複数段落の中の一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する低圧蒸気タービンにおいて、前記抽気孔が直前直後に設けられた段落の動翼を、テノンかしめ構造よりも高減衰構造の翼連結構造で構成された動翼とすることを特徴とする低圧蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１において、前記高減衰構造の翼連結構造を、先端カバー全周連結翼構造、または、翼先端若しくは翼中間部においてスナッバで全周連結する構造、または、タイワイヤ構造としたことを特徴とする低圧蒸気タービン。
【請求項３】
静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、前記複数段落の中の一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する低圧蒸気タービンにおいて、
前記直前側に設けられた抽気孔の周辺から前記給水加熱器に至る蒸気流路の何れかの箇所おける蒸気の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の圧力以上になった場合、低圧蒸気タービンへの蒸気流量を調整する弁の開度を、低圧蒸気タービン入口の蒸気流量が定格の１０％以上となるように制御する蒸気流量制御手段とを有する低圧蒸気タービン。
【請求項４】
請求項３において、前記給水加熱器内の熱水の量を調整する熱水量調整手段を有し、前記蒸気流量制御手段に代えて、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の圧力以上になった場合、前記熱水の量を減らすように前記熱水量調整手段を制御する熱水量制御手段を有することを特徴とする低圧蒸気タービン。
【請求項５】
静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、前記複数段落の中の一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する低圧蒸気タービンにおいて、
前記低圧蒸気タービンの発電設備への負荷遮断信号に基づき、低圧蒸気タービンへの蒸気流量を調整する弁の開度を、前記蒸気流量が定格の１０％以上となるように制御する手段を有することを特徴とする低圧蒸気タービン。
【請求項６】
静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、前記複数段落の中の一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する低圧蒸気タービンにおいて、
前記低圧蒸気タービンの発電設備への負荷遮断信号に基づき、低圧蒸気タービンを停止するようにしたことを特徴とする低圧蒸気タービン。
【請求項７】
静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、前記複数段落の中の一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する低圧蒸気タービンにおいて、前記抽気孔から前記給水加熱器に至る配管の少なくとも一部に、給水加熱器から抽気孔への流路損失より、抽気孔から給水加熱器への流路損失が少ない配管を用いたことを特徴とする低圧蒸気タービン。
【請求項８】
静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、最終段の動翼の翼長が５２インチ以上であり、前記最終段より２つ上流の段落の直ぐ上流に、給水加熱器の給水加熱用蒸気を抽気する抽気孔が設けられた低圧蒸気タービンにおいて、前記最終段より２つ上流の前記段落を構成する動翼を、動翼連結部材同士の摩擦力又は動翼連結部材と動翼との摩擦力により、動翼の振動を減衰させる翼構造で構成された動翼としたことをとしたことを特徴とする低圧蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低圧蒸気タービンに係り、特に、最終段の動翼の翼長が５２インチ以上の動翼を有する低圧蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧蒸気タービンでは、低負荷時に復水器側からの蒸気の逆流により、動翼にランダム振動が発生することが知られている。この知見は低圧蒸気タービン動翼の設計に反映されている。ランダム振動については、非特許文献１や２に記載されている。
【０００３】
【非特許文献１】ア・ヴェ・シェグリヤエフほか，池田監訳，永島訳，蒸気タービン理論と構造，三宝社，ｐ３４０，  １９８２
【非特許文献２】M. Gloger 他 ADVANCED LP TURBINE BLADING; A RELIABLE AND    HIGHLY EFFICIENT DESIGN PWR-VOL.18, STEAM TURBINE-GENERATOR DEVELOPMENTS FORTHE POWER GENERATION INDUSTRY, ASME 1992
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、効率向上のために低圧蒸気タービンが大型化しているが、本発明者等の検討によれば、低圧タービンが大型化した際のランダム振動については特別の配慮が必要であることが判明した。特に、蒸気タービンから給水加熱器の給水加熱用の蒸気を抽気している場合、給水加熱器からの蒸気タービン内へのフラッシュバックによる振動（フラッシュバック振動）との重畳について特別に配慮する必要があることが判明した。
【０００５】
本発明の目的は、低圧蒸気タービンにおいて、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、振動応力を低減できる動翼を有する低圧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】
上記目的を達成するために、本発明の低圧蒸気タービンは、静翼と動翼から構成される段落を複数有する低圧蒸気タービンであって、一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する場合において、当該段落の動翼を高減衰構造とすることを特徴とするものである。動翼の高減衰構造としては、先端カバー全周連結翼構造、または、翼先端及び／若しくは翼中間部においてスナッバで全周連結する構造、またはタイワイヤ構造が用いられる。
【０００７】
また、本発明は、動翼の直前側の抽気孔周辺から給水加熱器に至る蒸気流路（配管系）の何れかの箇所において検出した蒸気圧力が所定の圧力（フラッシュバックが生じる圧力に安全率を加味した圧力値）以上となった場合、低圧蒸気タービン入口の蒸気流量を定格の約１０％以上に増加させるか、または、給水加熱器内の熱水の量が減るように調整するようにしたことを特徴とするものである。この特徴は、上記の高減衰構造の動翼と組み合わせることができる。
【０００８】
また、本発明は、負荷遮断信号に基づき、低圧蒸気タービン入口の蒸気流量を定格の約１０％以上とすること、または低圧蒸気タービンを停止することを特徴とするものである。この特徴は、上記の高減衰構造の動翼と組み合わせることができる。
【０００９】
また、本発明は、給水加熱器から抽気孔への流路損失より、抽気孔から給水加熱器への流路損失が少ない配管を少なくとも一部に用いたことを特徴とするものである。この特徴は、上記の高減衰構造の動翼と組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００１０】
一つの段落の直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する場合において、当該段落の動翼を高減衰構造とすることにより、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳が発生する可能性が高い段落での動翼の振動応力を低減できる。
【００１１】
また、動翼の高減衰構造を、先端カバー全周連結翼構造、または翼先端及びまたは翼中間部においてスナッバで全周連結する構造、またはタイワイヤ構造としたことにより、動翼振動の減衰効果を確実に高め、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼の振動応力を低減できる。
【００１２】
また、動翼の直前側の抽気孔周辺から給水加熱器に至る蒸気流路または配管系における蒸気の圧力変動に基づき、低圧蒸気タービン入口の蒸気流量を定格の約１０％以上に増加させる、または給水加熱器内の熱水の量を調整することにより、フラッシュバック発生の予兆を捕らえて、ランダム振動とフラッシュバック振動に重畳を抑制できるので、これらの流体加振力を低減でき、動翼の振動応力を低減できる。
【００１３】
また、負荷遮断信号に基づき、低圧蒸気タービン入口の蒸気流量を定格の約１０％以上とすること、または低圧蒸気タービンを停止することにより、フラッシュバック発生時のランダム振動加振力を低減でき、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼の振動応力を低減できる。
【００１４】
また、給水加熱器から抽気孔への流路損失より、抽気孔から給水加熱器への流路損失が少ないことにより、フラッシュバック加振力を低減でき、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼の振動応力を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１６】
先ず、本発明に至るまでの検討について説明する。
【００１７】
従来、最終段の動翼の翼長が４３インチの低圧蒸気タービン（タービン回転数１８００rpm ）では、ランダム振動（初負荷運転等の無負荷および低負荷時に発生する非定常流れによる流体加振力）の影響は、最終段（Ｌ−０段）とその前の段落（Ｌ−１段）と考えられ、これらの動翼はランダム振動の影響を加味して設計されている。しかし、最終段よりも２つ前の段落（Ｌ−２段）までランダム振動が及ぶとは考えられていなかった。このため、Ｌ−２段の動翼は、作りやすさ等の観点からテノンかしめ構造等の動翼構造が通常用いられている。
【００１８】
しかし、本発明者等の検討によれば、最終段の動翼の翼長が５２インチ（以上）の大型化した低圧蒸気タービン（タービン回転数１８００rpm ）の場合、ランダム振動がＬ−２段まで及ぶことが判明した。蒸気タービンが更に大型化した場合には、３つ前の段落（Ｌ−３段）にもランダム振動が及ぶことがあり得る。
【００１９】
また、給水加熱器の給水加熱用として蒸気を蒸気タービンから抽気しているが、負荷遮断時などの負荷急変時には、給水加熱器から蒸気タービン内に熱水がフラッシュ（減圧沸騰）して逆流（フラッシュバック）することがある。即ち、負荷遮断時などの負荷急変時には、低圧蒸気タービン内の圧力が急減し、タービン内圧力と給水加熱器圧力が逆転し、蒸気の逆流が発生する。そして、給水加熱器の圧力が更に低下し、給水加熱器内に残留している高温水がフラッシュ（減圧沸騰）し、タービンに音速に近い流速で流入する。この影響により、軸方向および周方向の不均一性が発生し、流体加振力（フラッシュバック振動）が発生する。
【００２０】
このフラッシュバック振動は、抽気孔の場所に近い段落の動翼に対して影響が大きい。従来、Ｌ−１段の上流に抽気孔が設けられることが多かった。低圧蒸気タービンロータの軸長が短くなった等場合には、Ｌ−２段の上流にも抽気孔が設けられることがある。
【００２１】
本発明者等の検討によれば、これらのランダム振動とフラッシュバック振動が重畳することにより、大きな流体加振力が発生することが判明した。これを、図３を用いて説明する。
【００２２】
図３は、フラッシュバック無および有時の非定常流体力計算結果を示すものである。また、最終段の動翼が５２インチの蒸気タービンで、低負荷（約５％負荷）の時の計算結果である。上図が流線、下図が流体力の時間変動を表す。左図はフラッシュバック無の結果であり、ランダム流体加振力を示している。右図はフラッシュバック有の結果であり、ランダム流体加振力とフラッシュバック流体加振力が重畳した場合の結果である。ランダム振動がＬ−２段まで及んでいることが分かる（渦がランダム振動を示す。Ｌ−０段の動翼根元側に大きな逆流域が，また先端部にも逆流域が見られ、Ｌ−２段の動翼根元側からＬ−１段を超えＬ−０段静翼にかけて大きな逆流域が見られる。）。そして、ランダム流体加振力とフラッシュバック流体加振力の重畳により流体加振力が１.２ないし２.０倍（Ｌ−２段に対しては２.０倍）に増大していることがわかる。
【００２３】
このフラッシュバック振動とランダム振動との重畳は、特に、２０％負荷遮断時に起こりえる。即ち、２０％負荷遮断時には、負荷遮断時に回転数維持のために低負荷若しくは無負荷で運転される時間があり、この時に、ランダム振動が発生し、このランダム振動に負荷遮断によるフラッシュバック振動が重畳されることになる。
【００２４】
従来、Ｌ−２段の動翼には大きな流体加振力が加わるとは考えられていなかったが、このように大きな流体加振力が加わり、また、動翼の構造上、流体加振力が加わった場合の影響は他の段落よりも大きい。従って、低圧蒸気タービンが大型化し、抽気孔がＬ２−段の直ぐ上流に設けられている場合には、（Ｌ−２段の直ぐ上流に抽気孔が設けられている場には、Ｌ−２段の直ぐ下流にも抽気孔が設けられている場合が多い。）Ｌ−２段の動翼の振動応力を低減させる手段が必要である。振動応力を低減させるには、動翼の構造を高減衰構造にするか、または、大きな流体加振力が加わらないように、即ち、フラッシュバック振動とランダム振動の重畳をできるだけ避けるようにすることが考えられる。本発明はこのような知見に基づきなされたものである。以下、実施例を説明する。
【００２５】
図１に本発明の低圧蒸気タービン１の一実施例のシステム図を示す。高圧タービンを出た蒸気は低圧蒸気タービン１に導入され、ロータ４に固定された動翼２とケーシング５に固定された静翼３の間を交互に通りながら膨張し、ロータ４を回転させる。ロータ４が高圧タービンのロータ（図示省略）等と一軸で構成されている。低圧蒸気タービン１を出た蒸気は復水器７で凝縮された後、復水ポンプ１１で給水加熱器８に送られ、給水加熱器８で過熱されて蒸気発生器に導入される。給水加熱器８で給水を加熱するために、抽気孔６から蒸気が抽気されている。低圧タービンに導入される蒸気流量は、蒸気流量調整弁１０により制御される。
【００２６】
図２に本実施例における、直前直後に給水加熱器８の給水加熱用蒸気の抽気孔６を有する段落の動翼２の構造図を示す。本実施例では、直前直後に給水加熱器８の給水加熱用蒸気の抽気孔６を有する段落の動翼２を、高減衰構造の一つである先端カバー１２全周連結翼構造としている。各動翼２の先端カバー１２接触部における摩擦力により、動翼２の振動の減衰効果を高めることができるため、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼２の振動応力を低減できる。
【００２７】
図１の抽気孔６には圧力変動検出器９が設置されている。予めフラッシュバックが生じるときの圧力を予め調べておき、この圧力に安全率を加味して予め定めた圧力値以上の圧力が圧力変動検出器９で検知されると、蒸気流量調整弁１０に制御信号が送信され、蒸気流量調整弁１０は、蒸気流量が定格の約１０％以上の所定値に保持されるように、蒸気流量を調整する。この蒸気流量を保持する時間は、給水加熱器内の熱水の量が減少し、フラッシュバックの影響が出ない状態になるまでである。また、蒸気流量は、負荷遮断によりタービンを停止させるときであることを考慮すると、余り大きい蒸気流量とすることは現実的ではないので、約２０％を上限とするのが好ましい。
【００２８】
図４に蒸気流量とランダム流体加振力の関係の概念図を示す。この図４は、動翼に加わるランダム加振力と蒸気流量との関係を示している。ランダム加振力が及ぶ動翼（即ち、最終段の動翼の翼長が５２インチ以上の場合、Ｌ−０，Ｌ−１，Ｌ−２の各段の動翼）に共通して成立する関係である。蒸気流量が定格の約１０％以下になると、ランダム流体加振力が急激に増大する。安全率を加味して、蒸気流量を約１０％以上にすることにより、ランダム流体加振力を低減できる。本実施例では、圧力変動を検出することによりフラッシュバック発生の予兆を検知し、蒸気流量を定格の約１０％以上に調整することにより、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳による動翼２の振動応力を低減できる。
【００２９】
なお、圧力変動を計測する位置は、フラッシュバックを検知できる位置であれば良いので、図１のように抽気孔であっても良いし、抽気配管内であっても良く、抽気孔直後の静翼の位置であっても良い。
【００３０】
図５に本発明の他の実施例を示す。図５は、直前直後に給水加熱器８の給水加熱用蒸気の抽気孔６を有する段落の動翼２の構造図を示す。本実施例と図２の実施例との最大の差異は、動翼２の高減衰構造を動翼２の先端及び動翼２の中間部においてスナッバ１３で全周連結する構造としたことである。各動翼２のスナッバ１３間の接触部における摩擦力により、動翼２の振動の減衰効果を高めることができる。動翼２の高さ方向の複数の位置に減衰構造を設置できるため、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳が発生する可能性が高い段落での動翼２の振動の減衰効果を確実に高め、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼２の振動応力を低減できる。なお、構造の簡略化のためにスナッバ１３を動翼２の高さ方向の一箇所に配置してもよい。またより大きな減衰効果を得るために、動翼２の高さ方向のスナッバ１３位置を増やしてもよい。
【００３１】
図６に本発明の他の実施例を示す。図６は、直前直後に給水加熱器８の給水加熱用蒸気の抽気孔６を有する段落の動翼２の構造図を示す。本実施例の実施例１との最大の差異は、動翼２の高減衰構造をタイワイヤ１４構造としたことである。タイワイヤ１４と動翼２との摩擦力により、動翼２の振動の減衰効果を高めることができる。より簡単な構造で減衰効果を得ることができ、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼２の振動応力を低減できる。なお、構造の簡略化のためにタイワイヤ１４を動翼２の高さ方向の一箇所に配置してもよい。またより大きな減衰効果を得るために、動翼２の高さ方向のタイワイヤ１４設置位置を増やしてもよい。
【００３２】
図７に本発明の他の実施例を示す。図７は、低圧蒸気タービン１の他のシステム構成を示す。本実施例では、給水加熱器内の熱水を復水器に戻すラインが設けられ、圧力変動検出器９が圧力変動を検知すると、ライン上に設けられた、給水加熱器の水位調整ポンプ
１６に制御信号が送信され、水位調整ポンプ１６を始動する。給水加熱器８内の熱水は水位調整ポンプにより吸引され、給水加熱器８内の水位が下がる。圧力変動を検出することによりフラッシュバック発生の予兆を検知し、給水加熱器８内の熱水の量を調整することにより、フラッシュバック加振力を低減でき、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳による動翼２の振動応力を低減できる。
【００３３】
図８に本発明の他の実施例を示す。図８は、低圧蒸気タービン１の他のシステム構成を示す。本実施例の実施例１との最大の差異は、負荷遮断信号に基づき、低圧蒸気タービン１入口の蒸気流量を定格の約１０％以上とするか、蒸気の供給を停止することである。蒸気の供給を停止することにより、タービンの回転を停止する（若しくは、図示しないターニング装置によりターニング回転数での回転される。）。高圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンとは一軸であることから、この場合、高圧蒸気タービンへの蒸気供給も停止される。負荷遮断によりフラッシュバックが発生する可能性があるが、このときに蒸気流量を調整して、図５に示すランダム流体加振力を低減することにより、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳による動翼２の振動応力を低減できる。
【００３４】
図９に本発明の他の実施例を示す。図９は、図１の低圧蒸気タービン１において、抽気孔６と給水加熱器８との接続に用いられる配管の断面図を示す。給水加熱器８から抽気孔６への流路損失より、抽気孔６から給水加熱器８への流路損失が少なくなっているため、フラッシュバック加振力を低減でき、ランダム振動とフラッシュバック振動の重畳に対して、動翼２の振動応力を低減できる。
【００３５】
この抽気孔から抽気された蒸気が導入される給水加熱器は復水器の中に配置されることが多い。復水器の中に給水加熱器が配置された場合、抽気配管も復水器の中に配置されることになることから、これら抽気配管には逆止弁を設けることはできない。この実施例の構造は、可動部を持たない構造であることから、復水器の中に給水加熱器を配置するシステムに好適な構造である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の低圧蒸気タービンの一実施例のシステム図である。
【図２】本発明の低圧蒸気タービンの一実施例における、直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する段落の動翼の構造図である。
【図３】フラッシュバック無および有時の非定常流体力計算結果である。
【図４】蒸気流量とランダム流体加振力の関係の概念図である。
【図５】本発明の低圧蒸気タービンの他の実施例における、直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する段落の動翼の構造図である。
【図６】本発明の低圧蒸気タービンの他の実施例における、直前直後に給水加熱器の給水加熱用蒸気の抽気孔を有する段落の動翼の構造図である。
【図７】本発明の低圧蒸気タービンの他の実施例のシステム図である。
【図８】本発明の低圧蒸気タービンの他の実施例のシステム図である。
【図９】本発明の低圧蒸気タービンの他の実施例において、抽気孔と給水加熱器を接続する配管の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…低圧蒸気タービン、２…動翼、３…静翼、４…ロータ、５…ケーシング、６…抽気孔、７…復水器、８…給水加熱器、９…圧力変動検出器、１０…蒸気流量調整弁、１１…復水ポンプ、１２…先端カバー、１３…スナッバ、１４…タイワイヤ、１５…抽気孔と給水加熱器を接続する配管。
【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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