(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気が供給される高圧段と、前記高圧段を経た前記蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部と、
前記高圧段を経た前記蒸気の一部である抽気の圧力、または前記高圧段を経た前記蒸気に外部から流入させる混気の圧力を調整可能な調圧弁と、
前記高圧段および前記低圧段を収容する車室に設けられ、前記調圧弁の全体を収容するケーシングと、を備え、
前記調圧弁は、
前記高圧段側からの前記蒸気を前記仕切部の外端から径方向の外側に離れた所定の位置にまで導く上り流路と、
前記仕切部よりも外周側において、前記所定の位置に配置され、前記仕切部よりも前記高圧段側から前記蒸気が導かれる複数の流量調整弁と、
前記複数の流量調整弁の各々に対応し、前記仕切部よりも前記低圧段側に噴口を通じて連通する複数の流路区画と、を有し、
前記複数の流路区画は、全体として、前記仕切部よりも外周側を含む領域において前記仕切部の周方向の全体的に配置され、
前記仕切部には、前記調圧弁を経由しないで前記高圧段側と前記低圧段側とを連通させるバイパス路が備えられており、
前記複数の流路区画は、
前記複数の流量調整弁の位置から前記仕切部に向けて並列に延びている第１部分と、
前記仕切部における前記高圧段に対向する仕切高圧部、および前記仕切部における前記低圧段に対向する仕切低圧部との間が前記周方向に区分されてなる第２部分と、
前記流路区画毎に用意されており、前記第２部分から前記低圧段側に通じる前記蒸気の前記噴口と、を含み、
前記上り流路は、
前記高圧段の最終段の近傍で、前記車室の一部と前記ケーシングとに亘り立ち上がる壁と、前記仕切高圧部の上部およびそこから上方へと続く部分との間に区画される、
ことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記仕切部は、
前記高圧段および前記低圧段を収容する前記車室と一体に形成されているか、あるいは、前記車室とは別体の仕切部材であって、
前記高圧段に対向する前記仕切高圧部と、
前記低圧段に対向する前記仕切低圧部と、を有し、
前記バイパス路は、前記調圧弁の流路の一部を含まずに構成されるものであって、
前記仕切高圧部よりも前記高圧段側と、前記仕切高圧部および前記仕切低圧部の間に位置するバイパス間隙とを連通させる開口と、
前記バイパス間隙から前記低圧段側に通じる前記蒸気のバイパス導入路と、を含んで構成されている、
請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記仕切部は、
前記高圧段および前記低圧段を収容する前記車室と一体に形成されているか、あるいは、前記車室とは別体の仕切部材であって、
前記高圧段に対向する前記仕切高圧部と、
前記低圧段に対向する前記仕切低圧部と、を有し、
前記バイパス路は、
前記仕切高圧部よりも前記高圧段側と、前記仕切高圧部および前記仕切低圧部の間に位置する前記第２部分とを連通させる開口と、
前記第２部分から前記低圧段側に通じる前記噴口と、を含んで構成される、
請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記仕切高圧部の全周もしくは一部に亘り、複数の前記開口が分布している、
請求項２または３に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記複数の流量調整弁の各々の開度を増減させる制御部を備え、
前記制御部は、
前記複数の流量調整弁のいずれも全閉されているときの最小流量から、前記複数の流量調整弁のいずれも全開されているときの最大流量までに亘り、前記調圧弁を通じて前記低圧段へと導入される前記蒸気の流量を調整可能である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
蒸気が供給される高圧段と、前記高圧段を経た前記蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部材であって、
抽気または混気の圧力を調整可能な調圧弁が備えられる蒸気タービンに用いられ、
前記仕切部材よりも外周側を含む領域に配置される前記調圧弁を経由しないで前記高圧段側と前記低圧段側とを連通させるバイパス路が備えられ、
前記仕切部材は、
前記高圧段に対向する仕切高圧部と、
前記低圧段に対向する仕切低圧部と、を有し、
前記バイパス路は、前記調圧弁の流路の一部を含まずに構成されるものであって、
前記仕切高圧部よりも前記高圧段側と、前記仕切高圧部および前記仕切低圧部の間に位置するバイパス間隙とを連通させる開口と、
前記バイパス間隙から前記低圧段側に通じる前記蒸気のバイパス導入路と、を含んで構成されている、
ことを特徴とする蒸気タービン用の仕切部材。
【請求項７】
蒸気が供給される高圧段と、前記高圧段を経た前記蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部材であって、
抽気または混気の圧力を調整可能な調圧弁が備えられる蒸気タービンに用いられ、
前記仕切部材よりも外周側を含む領域に配置される前記調圧弁を経由しないで前記高圧段側と前記低圧段側とを連通させるバイパス路が備えられ、
前記仕切部材は、
前記高圧段に対向する仕切高圧部と、
前記低圧段に対向する仕切低圧部と、を有し、
前記バイパス路は、
前記仕切高圧部よりも前記高圧段側と、前記仕切高圧部および前記仕切低圧部の間の間隙とを連通させる開口と、
前記間隙から前記低圧段側に通じる前記蒸気の噴口と、を含んで構成され、
前記バイパス路の前記開口は、前記噴口の位置よりも前記仕切部材の径方向内側に位置している、
ことを特徴とする蒸気タービン用の仕切部材。
【請求項８】
前記仕切高圧部の全周もしくは一部に亘り、複数の前記開口が分布している、
請求項６または７に記載の蒸気タービン用の仕切部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抽気または混気の調圧弁を備えた蒸気タービン、車室内の高圧部と低圧部とを仕切る仕切部材、および蒸気タービンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車室内のロータを回転させながら膨張する蒸気を途中の段階で外部へと抽気可能な蒸気タービンが知られている（例えば、特許文献１）。この蒸気タービンは、高圧段と低圧段とが仕切板や車室の壁により仕切られており、高圧段を経た蒸気の一部が抽気として外部に取り出され、残りは調圧弁を通り、低圧段へとノズルにより導入されるようになっている。
調圧弁の開度を変更して低圧段の流量を調整することで、抽気の圧力を調整することができる。制御装置により、調圧弁と、高圧段に供給される蒸気の流量を調整する蒸気調整弁とをそれぞれ調整することで、蒸気タービンの運転を制御することができる。【０００３】
調圧弁としては、仕切板に重ねられるとともに、窓が形成されていて回転可能なグリッド弁を使用するタイプ（特許文献２）の他、仕切板よりも外周側に離れた位置にある複数の弁と、それらの弁に対応するように区分された流路とを有するタイプが採用されている。【０００４】
調圧弁は、混気の調圧弁として機能させることもできる。つまり、高圧段を経た蒸気に外部から余剰の蒸気を混気として流入させ、それらが混合した蒸気が調圧弁およびノズルを通じて低圧段へと導入されるように構成されていてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１７７３４０号公報
【特許文献２】特開２０００−１８００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高圧段から調圧弁を通じて低圧段へと導入される蒸気の流量を運転範囲において精度良く調整するために、調圧弁の流路を複数に区分し、流路の区画に個別に対応する複数の弁を用いることが好ましい。複数の弁は、仕切板の外端から離れた位置に配置される。高圧段を経て膨張した蒸気を低圧段へと導入する流路の各区画の断面積を確保するため、複数の弁の位置から仕切板の内端まで、仕切板の全周を使って流路の各区画を配置することができるが、調圧弁のケースが巨大となって装置の大型化に繋がってしまう。【０００７】
上記の調整弁には、高圧段から低圧段へと導入される蒸気の全量が流れており、調整弁により、低圧段へ導入される蒸気の流量を調整している。ここで、低圧段を蒸気により冷却し、ブレード等の空気摩擦によるダメージを避けるため、調整弁を全閉の状態とすることはできず、複数の弁のうちの一部の弁に最低のリフト量を設定しているのであるが、そうして低圧段の冷却のため確保されている分の蒸気は、調圧弁を常時通過しており、流量を調整する必要がないので、調圧弁を流れている意味がないと言える。
このことに基づいて、本発明は、仕切部よりも外周側を含む領域に調圧弁が配置される構成にあって、小型化を図ることのできる蒸気タービン、その蒸気タービンが備える仕切部材、およびその蒸気タービンの運転方法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】
本発明の蒸気タービンは、蒸気が供給される高圧段と、高圧段を経た蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部と、高圧段を経た蒸気の一部である抽気の圧力、または高圧段を経た蒸気に外部から流入させる混気の圧力を調整可能な調圧弁（圧力調整弁）と、高圧段および低圧段を収容する車室に設けられ、調圧弁の全体を収容するケーシングと、を備える。
調圧弁は、高圧段側からの蒸気を仕切部の外端から径方向の外側に離れた所定の位置にまで導く上り流路と、仕切部よりも外周側において、所定の位置に配置され、仕切部よりも高圧段側から蒸気が導かれる複数の流量調整弁と、複数の流量調整弁の各々に対応し、仕切部よりも低圧段側に噴口を通じて連通する複数の流路区画と、を有している。
複数の流路区画は、全体として、仕切部よりも外周側を含む領域において仕切部の周方向の全体的に配置されている。
本発明は、仕切部に、調圧弁を経由しないで高圧段側と低圧段側とを連通させるバイパス路が備えられており、複数の流路区画は、複数の流量調整弁の位置から仕切部に向けて並列に延びている第１部分と、仕切部における高圧段に対向する仕切高圧部、および仕切部における低圧段に対向する仕切低圧部との間が周方向に区分されてなる第２部分と、流路区画毎に用意されており、第２部分から低圧段側に通じる蒸気の噴口と、を含み、上り流路は、高圧段の最終段の近傍で、車室の一部とケーシングとに亘り立ち上がる壁と、仕切高圧部の上部およびそこから上方へと続く部分との間に区画されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の蒸気タービンにおいて、調圧弁は、高圧段側からの蒸気を仕切部の外端から径方向の外側に離れた所定の位置にまで導く流路と、所定の位置に配置される複数の流量調整弁と、流量調整弁を通過した蒸気を低圧段に導く複数の流路区画と、を有し、複数の流路区画は、複数の流量調整弁の位置から仕切部に向けて並列に延びている第１部分と、仕切部における高圧段に対向する仕切高圧部、および仕切部における低圧段に対向する仕切低圧部との間が周方向に区分されてなる第２部分と、流路区画毎に用意されており、第２部分から低圧段側に通じる蒸気の噴口（ノズル）と、を含む。
【００１０】
本発明の蒸気タービンにおいて、仕切部は、高圧段および低圧段を収容する車室と一体に形成されているか、あるいは、車室とは別体の仕切部材であって、高圧段に対向する仕切高圧部と、低圧段に対向する仕切低圧部と、を有し、バイパス路は、調圧弁の流路の一部を含まずに構成されるものであって、仕切高圧部よりも高圧段側と、仕切高圧部および仕切低圧部の間に位置するバイパス間隙とを連通させる開口と、バイパス間隙から低圧段側に通じる蒸気のバイパス導入路と、を含んで構成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の蒸気タービンにおいて、仕切部は、高圧段および低圧段を収容する車室と一体に形成されているか、あるいは、車室とは別体の仕切部材であって、高圧段に対向する仕切高圧部と、低圧段に対向する仕切低圧部と、を有し、バイパス路は、仕切高圧部よりも高圧段側と、仕切高圧部および仕切低圧部の間に位置する第２部分とを連通させる開口と、第２部分から低圧段側に通じる噴口と、を含んで構成されることが好ましい。
【００１２】
本発明の蒸気タービンでは、仕切高圧部の全周もしくは一部に亘り、複数の開口が分布していることが好ましい。【００１３】
本発明の蒸気タービンは、複数の流量調整弁の各々の開度を増減させる制御部を備え、制御部は、複数の流量調整弁のいずれも全閉されているときの最小流量から、複数の流量調整弁のいずれも全開されているときの最大流量までに亘り、調圧弁を通じて低圧段へと導入される蒸気の流量を調整可能であることが好ましい。【００１４】
また、蒸気タービン用の仕切部材に係る本発明は、蒸気が供給される高圧段と、高圧段を経た蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部材であって、抽気または混気の圧力を調整可能な調圧弁が備えられる蒸気タービンに用いられ、仕切部材よりも外周側を含む領域に配置される調圧弁を経由しないで高圧段側と低圧段側とを連通させるバイパス路が備えられ、仕切部材は、高圧段に対向する仕切高圧部と、低圧段に対向する仕切低圧部と、を有し、バイパス路は、調圧弁の流路の一部を含まずに構成されるものであって、仕切高圧部よりも高圧段側と、仕切高圧部および仕切低圧部の間に位置するバイパス間隙とを連通させる開口と、バイパス間隙から低圧段側に通じる蒸気のバイパス導入路と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の蒸気タービン用の仕切部材は、蒸気が供給される高圧段と、高圧段を経た蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部材であって、抽気または混気の圧力を調整可能な調圧弁が備えられる蒸気タービンに用いられ、仕切部材よりも外周側を含む領域に配置される調圧弁を経由しないで高圧段側と低圧段側とを連通させるバイパス路が備えられ、仕切部材は、高圧段に対向する仕切高圧部と、低圧段に対向する仕切低圧部と、を有し、バイパス路は、仕切高圧部よりも高圧段側と、仕切高圧部および仕切低圧部の間の間隙とを連通させる開口と、間隙から低圧段側に通じる蒸気の噴口と、を含んで構成され、バイパス路の開口は、噴口の位置よりも仕切部材の径方向内側に位置していることが好ましい。
【００１６】
本発明の蒸気タービン用の仕切部材において、仕切高圧部の全周もしくは一部に亘り、複数の開口が分布していることが好ましい。【００１７】
次に、本発明は、蒸気が供給される高圧段と、高圧段を経た蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部と、高圧段を経た蒸気の一部である抽気の圧力を調整可能な調圧弁と、を備えた蒸気タービンの運転方法であって、仕切部よりも外周側を含む領域に配置された調圧弁を通じて低圧段へと導入される蒸気の流量を調整することで抽気の圧力を制御し、高圧段および低圧段が回転している間は常時、仕切部に備えられたバイパス路を通じて、調圧弁を経由しないで高圧段側から低圧段側へと蒸気を導入させることを特徴とする。【００１８】
また、本発明は、蒸気が供給される高圧段と、高圧段を経た蒸気が導入される低圧段とを仕切る仕切部と、高圧段を経た蒸気に外部から流入させる混気の圧力を調整可能な調圧弁と、を備えた蒸気タービンの運転方法であって、仕切部よりも外周側を含む領域に配置された調圧弁により低圧段へと導入される蒸気の流量を調整することで混気の圧力を制御し、高圧段および低圧段が回転している間は常時、仕切部に備えられたバイパス路を通じて、調圧弁を経由しないで高圧段側から低圧段側へと蒸気を導入させることを特徴とする。【００１９】
本発明の蒸気タービン運転方法においては、調圧弁を通じて低圧段へと導入される蒸気の流量が、低圧段の冷却に必要な所定の流量に対して不足していたとしても、バイパス路を通じて低圧段側へと導入される蒸気により、低圧段へと導入される蒸気の所定の流量を確保することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高圧段側から低圧段側へとバイパス路を通過する蒸気の流量の分だけ、調圧弁を通過する蒸気の流量が減少するので、仕切部よりも外周側を含む領域に周方向の全体的に配置される調圧弁の流路断面積を抑えて蒸気タービンの小型化を図ることができる。
しかも、調圧弁を経由しないで低圧段へと蒸気を導入させるバイパス路が存在することで、調圧弁の故障時等にも、低圧段の冷却に必要な蒸気の流量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気タービンを模式的に示す図である。仕切板およびその周辺を破断して示している。
【図２】図１のII矢印で示す向きから調圧弁および仕切板を示す模式図である。
【図３】仕切板の半割体の概略の形状を示す斜視図である。（低圧段側から見る）
【図４】本発明のバイパス路の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の変形例に係る蒸気タービンを模式的に示す図である。車室の仕切壁およびその周辺を破断して示している。
【図６】本発明のバイパス路の別の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明のバイパス路の別の変形例を示す平面図である。
【図８】比較例に係る蒸気タービンを模式的に示す図である。
【図９】図８のIX矢印で示す向きから調圧弁および仕切板を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１に示す蒸気タービン１は、ロータ２と、ロータ２を収容する車室３と、車室３の内側に蒸気を供給する蒸気供給弁４と、車室３の内部を仕切る仕切板１０（仕切部）と、調圧弁３０と、制御装置５（制御部）とを備えている。
蒸気タービン１は、図示しないボイラ等から蒸気供給弁４を通じて車室３内に供給される蒸気をブレードに噴射することでロータ２を回転させ、ロータ２の回転動力を図示しない発電機や圧縮機等に出力する。
【００２３】
ロータ２に固定されてロータ２と共に回転する動翼（図示しない）と、車室３の内壁に備えられている静翼（図示しない）とを含んで高圧段１０１が構成されており、同様に、動翼と静翼とを含んで低圧段１０２が構成されている。
仕切板１０は、高圧段１０１と低圧段１０２とを仕切っており、ロータ２の軸線２Ａと直交するように起立している。
高圧段１０１および低圧段１０２はそれぞれ、複数の動翼と複数の静翼とを含んで多段に構成されている。
蒸気は、高圧段１０１から低圧段１０２へと各段に噴射されながら膨張するので、低圧段１０２は高圧段１０１と比べて大径に構成されている。
【００２４】
ロータ２の軸線２Ａに沿って水平方向に延びている回転軸２２は、回転軸２２の両端側にそれぞれ位置するジャーナル軸受２３，２４により回転可能に支持されるとともに、一端側に位置するスラスト軸受２５によりスラスト方向に支持されている。回転軸２２の他端側には発電機等が連結される。
【００２５】
車室３は、高圧段１０１の最初の段に高温高圧の蒸気を流入させる蒸気入口３Ａと、低圧段１０２の最終段から外部へと蒸気を流出させる蒸気出口３Ｂと、高圧段１０１および低圧段１０２の間から蒸気を出入りさせる抽気または混気のためのポート３Ｃとを備えている。
車室３の一端側（上流側）の上部に設けられた蒸気供給弁４により、蒸気入口３Ａを通じて高圧段１０１に供給される蒸気の流量が調整可能となっている。
蒸気出口３Ｂが位置する車室３の他端側には、車室３よりも外周側に突出するように出口流路部３Ｄが設けられている。
【００２６】
蒸気供給弁４は、ボイラ等に接続される入力ポート４Ａから流入した高温高圧の蒸気を蒸気入口３Ａを通じて車室３内の高圧段１０１に供給する。蒸気供給弁４は、高圧段１０１に供給される蒸気の流量を調整可能に構成されている。
蒸気供給弁４の前段には、蒸気タービン１の運転停止時や非常時に入力ポート４Ａからの蒸気の供給を遮断する遮断弁７が配置されている。
【００２７】
抽気および混気のポート３Ｃは、仕切板１０の直下で、外周方向に向けて開口している。調圧弁３０は、仕切板１０よりも外周側を含む領域において仕切板１０の周方向の全体に亘り配置されている。
ポート３Ｃを通じて車室３の外部へと取り出される抽気の圧力、そして、ポート３Ｃを通じて外部から車室３の内側へと流入させる混気の圧力は、調圧弁３０により調整可能となっている。
【００２８】
制御装置５による運転制御下において、蒸気供給弁４を通過する蒸気の流量、および調圧弁３０を通過する蒸気の流量がそれぞれ調整されることにより、ロータ２の回転速度に応じた蒸気タービン１の出力と、抽気または混気の圧力とが調整される。
以下では、ポート３Ｃを通じて抽気する例について説明するが、ポート３Ｃを通じて混気する場合も同様である。蒸気タービン１を抽気のみに用いても、混気のみに用いても、抽気および混気のいずれかに切り替えて用いても、いずれでもよい。
【００２９】
仕切板１０は、図１および図３に示すように、高圧段１０１に対向する仕切高圧部１１と、低圧段１０２に対向する仕切低圧部１２とを有しており、車室３の内部に設置されている。仕切板１０の上部は、車室３に備えられている収容部３Ｅに収容されている。
【００３０】
仕切板１０は、車室３とは別体である。仕切高圧部１１と仕切低圧部１２とは、内周側で連結部１３を介して連結されており、一体に構成されている。仕切板１０は、断面略Ｕ字状に形成された円環状の部材である。
仕切高圧部１１と仕切低圧部１２との間には、軸線２Ａの方向に間隙１４が形成されている。
仕切板１０の下端部１０Ａ（図１）は、車室３の内周部に支持されている。
【００３１】
図３に、仕切板１０の半分の部位に相当する半割体を示すように、仕切板１０は一対の半割体から構成されている。一対の半割体を図１の紙面の手前側と背面側とから組み付けると、仕切板１０の内端１０Ｂにより形成される円形の開口に回転軸２２が通される。仕切板１０の内端１０Ｂと回転軸２２の外周部とは、ラビリンスシール１０Ｃ（図１）を構成している。図３や図２ではラビリンスシール１０Ｃの図示を省略している。
【００３２】
仕切板１０よりも高圧段１０１側の蒸気は、後述するように、調圧弁３０の複数の弁のうち開いている弁を通って仕切高圧部１１と仕切低圧部１２との間の間隙１４に流入する。
【００３３】
間隙１４は、図３および図２に示すように、仕切高圧部１１と仕切低圧部１２との間に設けられた隔壁１４Ａ〜１４Ｅにより、周方向に複数の部分１４１〜１４５に区分されている。
隔壁１４Ａ〜１４Ｅにより区分されている部分１４１〜１４５の各々の比率は、適宜に定めることができる。
間隙の部分１４１〜１４５にはそれぞれ、低圧段１０２に通じるノズル１５（噴口）が連通している。これらの部分１４１〜１４５にはそれぞれ、少なくとも１つのノズル１５が連通していればよい。
【００３４】
ノズル１５は、仕切低圧部１２に、仕切低圧部１２を厚み方向に貫通するように設けられ、ノズル１５から低圧段１０２の最初の段に向けて蒸気が噴射される。
【００３５】
仕切高圧部１１には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔１８１が形成されている。図２では貫通孔１８１を黒い点で示している。これらの貫通孔１８１は、後述するように、高圧段１０１側と低圧段１０２側とを直接的に連通させるバイパス路１８を構成している。
【００３６】
次に、図１および図２を参照し、調圧弁３０について説明する。
調圧弁３０は、高圧段１０１側からの蒸気を上方の位置Ｘにまで導く上り流路３０１（図１）と、位置Ｘに配置される複数の流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５（図２）と、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５の各々に対応する複数の流路区画３１〜３５（図２）と、調圧弁３０の構成要素全体を収容するケーシング３００（図１）とを有している。
ケーシング３００は、車室３の外周部に締結されている。
【００３７】
図１に示すように、上り流路３０１は、高圧段１０１の最終段の近傍で、収容部３Ｅとケーシング３００とに亘り立ち上がる壁３０１Ａと、仕切高圧部１１の上部およびそこから上方へと続く板３０１Ｂとの間に区画されている。上り流路３０１は、高圧段１０１を経た蒸気を、車室３内の上部より、仕切高圧部１１の外端１１Ａを越え、外端１１Ａから仕切板１０の径方向の外側に離れた位置Ｘに配置されている流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５（図２）まで導く。
上り流路３０１は、図２の紙面よりも手前に位置しており、上り流路３０１の上端またはその近傍が位置Ｘに相当する。
【００３８】
流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５は、図２に示すように、位置Ｘで仕切板１０の幅方向Ｄ１に並んでいる。流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５が並ぶ方向は、図１の紙面と直交する方向に相当する。
流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５はいずれも、弁体３０Ａと、弁体３０Ａを支持する弁棒３０Ｂとを有している。図示しない駆動機構により弁棒３０Ｂが進退されることで、弁体３０Ａと図示しない弁座との間の間隙の寸法が変わり、各流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５の開度が変わることとなる。
【００３９】
流路区画３１〜３５は、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５をそれぞれ通過した蒸気を低圧段１０２へと導く。図２に、流路区画３１〜３５にそれぞれ対応する「１」〜「５」までの番号を示している。
複数の流路区画３１〜３５は、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５の位置から仕切板１０に向けて下方へと並列に延びている第１部分３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａと、上述したように仕切高圧部１１と仕切低圧部１２との間の間隙１４が区分されてなる部分１４１〜１４５（以下、第２部分）と、流路区画３１〜３５毎に用意されている上述のノズル１５とを含んで構成されている。
【００４０】
流路区画３１〜３５は、全体として、仕切板１０よりも外周側を含む領域において仕切板１０の全周に亘り配置されている。
仕切板１０の周囲の一部に何らかの部材等が配置されていることなどを理由として、流路区画３１〜３５を全周に亘り配置することができない場合であっても、周方向の一部を除いて、仕切板１０よりも外周側を含む領域において仕切板１０の周方向の全体的に流路区画３１〜３５を配置するものとする。
【００４１】
第１部分３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａは、上述した板３０１Ｂ（図１）とケーシング３００の外壁との間が隔壁３９Ａ〜３９Ｄ（図２）により幅方向Ｄ１に複数に区分されてなる。
幅方向Ｄ１の中央に位置する流量調整弁Ｖ１に対応する第１部分３１Ａは、隔壁３９Ｂと隔壁３９Ｃとの間を間隙１４に向けて下方へと延び、第２部分１４１に続いている。第１部分３１Ａと第２部分１４１とは、連続した流路を形成する。
図２において流量調整弁Ｖ１の隣の流量調整弁Ｖ２，Ｖ３にそれぞれ対応する第１部分３２Ａ，３３Ａも同様である。第１部分３２Ａは、第２部分１４２に連続し、第１部分３３Ａは、第２部分１４３に連続している。
【００４２】
図２において左端に位置する流量調整弁Ｖ４に対応する第１部分３４Ａは、隔壁３９Ａとケーシング３００の外壁との間と、仕切板１０の間隙１４よりも左側とに亘り形成され、第２部分１４４に連続している。
つまり、第１部分３４Ａおよび第２部分１４４からなる流路区画３４は、隔壁３９Ａと、ケーシング３００と、間隙１４内の隔壁１４Ａと、ケーシング３００の内部の下端に位置する隔壁３９Ｅとによって区画されている。
【００４３】
右端に位置する流量調整弁Ｖ５に対応する第１部分３５Ａは、隔壁３９Ｄとケーシング３００の外壁との間と、仕切板１０の間隙１４よりも右側とに亘り形成され、第２部分１４５に連続している。
【００４４】
上述のように第２部分１４１〜１４５にそれぞれ設けられているノズル１５（図３）を通じて、各流路区画３１〜３５は低圧段１０２に個別に通じており、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５のうち開いているものを通過した蒸気が、対応する流路区画３１〜３５により低圧段１０２へと導入される。
例えば、流量調整弁Ｖ１を通過した蒸気が、第１部分３１Ａおよび第２部分１４１へと流入し、第２部分１４１からノズル１５を通じて低圧段１０２へと導入される。流量調整弁Ｖ２〜Ｖ５についても同様である。
【００４５】
複数の流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５の各々の開度は、制御装置５（図１）により弁棒３０Ｂの駆動機構へと送られる指令に基づいて増減される。
制御装置５による制御により、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５の各々の開度を個別に増減することで、調圧弁３０全体として、低圧段１０２へと導入させる蒸気の流量を調整可能である。
例えば、流量調整弁Ｖ５を全開とし、流量調整弁Ｖ４を所定の開度で開き、残りの弁Ｖ１〜Ｖ３を全閉としたり、流量調整弁Ｖ５，Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２までを全開とし、流量調整弁Ｖ１を所定の開度で開いたりする。このように、流量調整弁Ｖ５，Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１をこの順序で使用し、各々の開度を調整することで、制御装置５は、必要な流量に応じて、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５のいずれも全閉されているときの最小流量から、いずれも全開されているときの最大流量までに亘り、調圧弁３０を通じて低圧段１０２へと導入される蒸気の流量を調整可能である。
【００４６】
上述した蒸気供給弁４（図１）も、調圧弁３０と同様に、複数の流量調整弁と、周方向に区分された複数の流路区画とを含み、各流量調整弁の開度に応じて流量を調整可能に構成することができる。
【００４７】
ところで、蒸気タービン１の運転中、例えば、ポート３Ｃを通じて外部に取り出される抽気の流量を増大させる制御を行うため、調圧弁３０の流量調整弁Ｖ１〜Ｖ４を全閉して流量調整弁Ｖ５を全閉に近い開度に設定したり、あるいは、故障により調圧弁３０の流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５が全閉の状態となって調圧弁３０を通じた低圧段１０２への蒸気の導入が遮断される場合がある。このような場合、もし仮に、低圧段１０２を冷却する蒸気が導入されないか、あるいは、導入される蒸気が冷却に足りる所定量に対して不足する状態でロータ２が回転していると、低圧段１０２のブレード等が空気摩擦によりダメージを受けるおそれがある。
これを避けるため、調圧弁３０の流路区画３５に対応する流量調整弁Ｖ５にメカニカルストッパを設けることによって最低リフト量を設定し、常時、低圧段１０２を冷却するために必要な蒸気の流量を確保することが考えられる。しかし、冷却のため確保される分の蒸気は、流量調整弁Ｖ５を常時通過するのであるから、そもそも、調圧弁３０を流れている必要がない。
【００４８】
そこで、本実施形態は、仕切板１０に、調圧弁３０を経由しないで高圧段１０１側と低圧段１０２側とを連通させるバイパス路１８（図１〜図３）を備えることを主要な特徴としている。このバイパス路１８は、常時開放されているので、ロータ２が回転しており蒸気供給弁４を通じて高圧段１０１に蒸気が供給されている間は常時、高圧段１０１側から調圧弁３０を経由させないで低圧段１０２側へと蒸気を導入させる。
このバイパス路１８があるため、調圧弁３０には最低リフト量を設定するためのストッパを設ける必要がない。
【００４９】
バイパス路１８は、仕切高圧部１１を厚み方向に貫通する貫通孔１８１（開口）と、貫通孔１８１が連通する間隙１４およびノズル１５（図２）とを含んで構成されている。貫通孔１８１は、仕切高圧部１１の全周に亘り分布している。
これらの貫通孔１８１の各々の開口面積は、これらの貫通孔１８１を通じて低圧段１０２を冷却するために必要な蒸気の流量を考慮して、適宜に定めることができる。なお、図示された貫通孔１８１の分布は一例に過ぎず、複数の貫通孔１８１の各々の位置を適宜に定めることができる。
径が一定の貫通孔１８１を仕切高圧部１１に形成することに代えて、ディヒューザ付き弁座を仕切高圧部１１に設けることで、バイパス路１８の開口を仕切高圧部１１に備えることもできる。このディヒューザ付き弁座は、広い入口から受け入れた蒸気を一旦絞ったのち、出口に向け広げて低圧段側へと噴出する。
【００５０】
本実施形態のように、貫通孔１８１の各々の位置をノズル１５の位置よりも径方向内側に設定し、貫通孔１８１から噴出した蒸気がノズル１５に直接掛からないようにすると、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５を通じて第２部分１４１〜１４５に入った蒸気を、そこからノズル１５を通じてスムーズに流出させることができ、ノズル１５への液滴の付着も防止できる。
なお、貫通孔１８１の各々の位置とノズル１５の各々の位置とを仕切板１０の径方向の同じ位置に設定しつつ、周方向にシフトさせることで、貫通孔１８１から噴出した蒸気がノズル１５に直接掛からないようにすることもできる。
【００５１】
仕切高圧部１１に貫通孔１８１があいていると、高圧段１０１側から低圧段１０２側へと導入される蒸気の一部は、調圧弁３０を経由することなく、貫通孔１８１に流入する。複数の貫通孔１８１にそれぞれ流入した蒸気は、第２部分１４１〜１４５にそれぞれ連通するノズル１５を通じて低圧段１０２へと導入される。
貫通孔１８１が全周に亘り分布していると、各貫通孔１８１から仕切板１０の内部へと蒸気が周方向に均一に流入されるので、仕切板１０に局所的な衝撃負荷が加えられるのを抑えることができる。
さらに、蒸気タービン１の運転起動時には、各貫通孔１８１を通じて均一な暖気が可能となる。
【００５２】
調圧弁３０を経由することなくバイパス路１８を通じて低圧段１０２に導入される蒸気は、高圧段１０１側から軸線２Ａに沿って低圧段１０２側へと直接的に導入されるので、圧力損失が小さい。
【００５３】
図８および図９は、バイパス路１８を備えずに、流量調整弁Ｖ５に最低リフト量を設定することで低圧段１０２への冷却蒸気を確保した例（比較例）を示している。この比較例では、仕切高圧部１１に貫通孔１８１は無く、高圧段１０１から低圧段１０２へと導入される蒸気の全量が調圧弁３０を通過する。
【００５４】
本実施形態（図１〜図３）では、バイパス路１８を通じて低圧段１０２に蒸気が導入される分だけ、比較例（図８および図９）と比べて調圧弁３０を通る蒸気の流量が少ないので、蒸気が流通する調圧弁３０の上り流路３０１の断面積や流路区画３１〜３５の各々の流路断面積を比較例と比べて小さくすることができる。例えば、流路区画３１〜３５の断面積を径方向（幅方向Ｄ１を含む）や軸線２Ａの方向に小さくすることができる。また、流路の断面積が小さいことで、流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５も小さくすることができる。
本実施形態の調圧弁３０の流路や弁体を内蔵するケーシング３００の寸法は、比較例のケーシング３００´の寸法と比べて、軸線２Ａ方向にも径方向にも小さい。
【００５５】
本実施形態によれば、ケーシング３００が軸線２Ａ方向に短いことで、回転軸２２の長さを短くしたり、もしくは、車室３内に段数増加のためのスペースを確保することができる。回転軸２２の長さが短いと、剛性を確保しつつ回転軸２２の径を小さくすることができるので、径方向へのサイズダウンを図り、ベアリング等のコストを抑えることもできる。
【００５６】
本実施形態によれば、仕切板１０にバイパス路１８が備えられていることにより、調圧弁３０を通過する蒸気の流量が減少する分、調圧弁３０の流路断面積を小さくでき、かつ、仕切板１０よりも外周側の全周を使って調圧弁３０の流路を設定することができるので、調圧弁３０の流路を内蔵するケーシング３００のサイズを抑えて、蒸気タービン１装置の小型化を図ることができる。
しかも、調圧弁３０を通過する蒸気の流量が、低圧段１０２の冷却に必要な流量に対して不足していたり、故障により調圧弁３０が全閉されたとしても、それとは関係なく、バイパス路１８を通じて低圧段１０２側へと導入される蒸気により、低圧段１０２の冷却に必要な蒸気の所定流量を確保することができるので、蒸気タービン１の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
仕切板１０のバイパス路１８を通じた蒸気のバイパス流量は、蒸気タービン１の容量に応じて決められる。蒸気タービン１の容量の増加によりロータ２の回転数が増えると、低圧段１０２の冷却に必要な蒸気の流量も増える。もし仮に、比較例（図８および図９）のように仕切板１０にバイパス路１８を設けずに、流量調整弁Ｖ５に最低リフト量を設定しているとすれば、容量を増加すると、低圧段１０２へと導入される蒸気の全体流量において冷却蒸気の流量比率が増えるので、流量調整弁Ｖ５を全開したときの流量、あるいはそれ以上の流量が必要となる。このように、必要とされるバイパス流量が大きいほど、その流量分を仕切板１０のバイパス路１８が担うことによるサイズダウンの効果が大きい。
【００５８】
また、本実施形態の仕切板１０を既存の蒸気タービンの仕切板に代えて車室３に設置することにより、蒸気タービンの容量を増大させることができる。このとき、特段、調圧弁３０の制御を変更する必要はない。
既存の仕切板に代えて既存機に設置される仕切板１０は、新規に製造された仕切板１０であっても、既存機から取り外された仕切板にバイパス路１８を設けてなる仕切板１０であってもよい。バイパス路１８の構成の一部として、調圧弁３０の流路区画３１〜３５を構成する第２部分１４１〜１４５と、複数のノズル１５とが利用されているので、第２部分１４１〜１４５および複数のノズル１５を有する既存の仕切板に、貫通孔１８１をあけるだけで、本実施形態の仕切板１０を容易に得ることができる。
【００５９】
バイパス路１８を構成する貫通孔は、必ずしも仕切板１０の全周に分布している必要はない。図４に示すように仕切板１０の周方向の少なくとも一部に貫通孔１８１が備えられていればよい。
【００６０】
本発明における仕切部は、上述したように車室３に設置される仕切板１０の他、図５に示すように車室３と一体に成形される仕切部４０として構成することもできる。
図５に示す仕切部４０は、仕切板１０と同様に、高圧段１０１の最終の段と低圧段１０２の最初の段との間を仕切っており、高圧段１０１側と低圧段１０２側とを連通させるバイパス路４８を備えている。
仕切部４０は、仕切板１０と比べて厚肉に形成されており、上述の蒸気タービン１（図１）よりも高い圧力の蒸気で運転される蒸気タービン８に適合する。この蒸気タービン８にも、ポート３Ｃを通じた抽気または混気の圧力を調整する調圧弁３０が備えられている。
【００６１】
仕切部４０は、仕切高圧部４１と、仕切低圧部４２と、これら仕切高圧部４１および仕切低圧部４２の間の間隙を区分する複数の隔壁４４Ａとを有している。仕切高圧部４１、仕切低圧部４２、および複数の隔壁４４Ａは、鋳造により車室３に一体に形成されている。
【００６２】
バイパス路４８は、仕切高圧部４１を貫通する複数の貫通孔と、周方向に区分されてなり、調圧弁３０の流路区画の一部である第２部分１４１〜１４５（図２参照）と、各流路区画毎に用意されたノズル１５とを有している。このバイパス路４８も、既設の仕切壁の仕切高圧部４１に貫通孔をあけるだけで、容易に得ることができる。
上記実施形態と同様に、高圧段１０１側の蒸気が、バイパス路４８を通じて低圧段１０２へと導入されることで、蒸気タービンの小型化を図ることができるとともに、たとえ故障等により調圧弁３０を通じた冷却蒸気の導入が途絶えたとしても、冷却に最低限必要な流量の蒸気を低圧段１０２に確保することができる。
【００６３】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
上述したバイパス路１８（図２）やバイパス路４８（図５）は、調圧弁３０の流路の一部を含んで構成されているが、図６に示すバイパス路２８や、図７に示すバイパス路３８は、調圧弁３０の流路の一部を含まずに構成されている。
【００６４】
図６に示すバイパス路２８は、仕切高圧部１１と仕切低圧部１２との間の間隙１４の一部であるバイパス間隙１７と、仕切高圧部１１よりも高圧段１０１側とバイパス間隙１７とを連通させる貫通孔２８１と、バイパス間隙１７から低圧段１０２側へと通じるバイパス導入路２８２とを有している。仕切高圧部１１の全周に亘り貫通孔２８１が分布している。
【００６５】
バイパス間隙１７は、隔壁１７Ａにより仕切板１０の内端１０Ｂの周囲に区画されている環状の空間である。隔壁１７Ａよりも外周側に、調圧弁３０の流路の一部である第２部分１４１〜１４５が配置されている。
複数の貫通孔２８１、複数のバイパス導入路２８２、およびバイパス間隙１７の全体がバイパス路２８に相当する。
【００６６】
図７に示すバイパス路３８は、仕切高圧部１１と仕切低圧部１２との間の間隙１４の一部であるバイパス間隙１９（格子の線で示す領域）と、仕切高圧部１１よりも高圧段１０１側とバイパス間隙１９とを連通させる貫通孔３８１と、バイパス間隙１９から低圧段１０２側へと通じるバイパス導入路３８２とを有している。
バイパス間隙１９は、隔壁１９Ａ，１９Ｂにより間隙１４の周方向の一部に区画されている空間である。
【００６７】
図６に示すようなバイパス路２８または図７に示すバイパス路３８が仕切板１０に備えられている場合も、上記実施形態と同様に、バイパス路２８，３８を通じて低圧段１０２へと導入される蒸気の流量だけ、調圧弁３０を経由する蒸気の流量が減少するので、仕切板１０よりも外周側を含む領域の全周に亘り流路が配置される調圧弁３０を備えた蒸気タービンの小型化を図りながら、低圧段１０２の冷却に必要な蒸気の流量を確保することができる。
なお、バイパス路２８またはバイパス路３８を図５に示す仕切部４０に適用することもできる。
【００６８】
仕切高圧部よりも高圧段１０１側と間隙１４とを連通させる開口は、仕切高圧部１１を貫通する孔の形態に限らず、スリットや切欠であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，８    蒸気タービン
２        ロータ
２Ａ      軸線
３        車室
３Ａ      蒸気入口
３Ｂ      蒸気出口
３Ｃ      ポート
３Ｄ      出口流路部
３Ｅ      収容部
４        蒸気供給弁
４Ａ      入力ポート
５        制御装置（制御部）
７        遮断弁
１０      仕切板（仕切部、仕切部材）
１０Ａ    下端部
１０Ｂ    内端
１０Ｃ    ラビリンスシール
１１      仕切高圧部
１１Ａ    外端
１２      仕切低圧部
１３      連結部
１４      間隙
１４Ａ〜１４Ｅ      隔壁
１５      ノズル
１８      バイパス路
１７，１９      バイパス間隙
１７Ａ    隔壁
１９Ａ    隔壁
２２      回転軸
２３，２４      ジャーナル軸受
２５      スラスト軸受
２８      バイパス路
３０      調圧弁
３０Ａ    弁体
３０Ｂ    弁棒
３１〜３５      流路区画
３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ      第１部分
３８      バイパス路
３９Ａ〜３９Ｅ      隔壁
４０      仕切部
４１      仕切高圧部
４２      仕切低圧部
４４Ａ    隔壁
４８      バイパス路
１０１    高圧段
１０２    低圧段
１４１〜１４５      第２部分
１８１    貫通孔（開口）
２８１    貫通孔（開口）
２８２    バイパス導入路
３００    ケーシング
３０１    上り流路（流路）
３０１Ａ  壁
３０１Ｂ  板
３８１    貫通孔（開口）
Ｄ１      幅方向
Ｖ１〜Ｖ５      流量調整弁
Ｘ        位置
【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】
0006785885.tif 000008
【図８】
0006785885.tif 000009
【図９】
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