(57)【要約】  タービンシステム１１０が、（Ａ）第１タービン１５１と、（Ｂ）第２タービン１５２と、（Ｃ）第３タービン１５３と、（Ｄ）入口側で前記３つのタービンに機械的に連結されていて、出口側では、機械エネルギを受け取る作業機械１２０を接続することができる機械的な接続部３３７を有している中央変速機１３０と、（Ｅ）第１タービンから第２タービンへと作動流体を送る第１流体管路１６１と、（Ｆ）第２タービンから第３タービンへと作動流体を送る第２流体管路１６２と、（Ｇ）第１流体管路に配設されていて、作動流体の第１の部分質量流１７１ａを第１流体管路から取り出す、又は第１流体管路へと供給するように形成されている第１接続装置１７１と、（Ｈ）第２流体管路に配設されていて、作動流体の第２の部分質量流１７２ａを第２流体管路から取り出す、又は第２流体管路へと供給するように形成されている第２接続装置１７２と、を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステム（１１０，３１０，４１０）であって、
第１のタービン（１５１，２５１，３５１）と、
第２のタービン（１５２，２５２，３５２）と、
第３のタービン（１５３，２５３，３５３）と、
入口側で前記３つのタービン（１５１，２５１，３５１；１５２，２５２，３５２；１５３，２５３，３５３）に機械的に連結されていて、出口側では、機械エネルギを受け取る作業機械（１２０，２２０）を接続することができる機械的な接続部（３３７）を有している中央変速機（１３０，２３０，３３０）と、
前記第１のタービン（１５１，２５１，３５１）から前記第２のタービン（１５２，２５２，３５２）へと作動流体を送る第１の流体管路（１６１，２６１）と、
前記第２のタービン（１５２，２５２，３５２）から前記第３のタービン（１５３，２５３，３５３）へと作動流体を送る第２の流体管路（１６２，２６２）と、
前記第１の流体管路（１６１，２６１）に配設されていて、前記作動流体の第１の部分質量流（１７１ａ）を前記第１の流体管路（１６１，２６１）から取り出すことができるように、又は前記第１の流体管路（１６１，２６１）へと供給可能であるように形成されている第１の接続装置（１７１，２７１）と、
前記第２の流体管路（１６２，２６２）に配設されていて、前記作動流体の第２の部分質量流（１７２ａ）を前記第２の流体管路（１６２，２６２）から取り出すことができるように、又は前記第２の流体管路（１６２，２６２）へと供給可能であるように形成されている第２の接続装置（１７２，２７２）と、
を備えたタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項２】
前記第１の接続装置（１７１）に配設されていて、前記第１の部分質量流（１７１ａ）の強さを調節するための第１の制御装置（１７１ｂ）、及び／又は
前記第２の接続装置（１７２，２７２）に配設されていて、前記第２の部分質量流（１７２ａ）の強さを調節するための第２の制御装置（１７２ｂ）をさらに備える、請求項１記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項３】
前記第１のタービン（１５１，２５１，３５１）と前記第２のタービン（１５２，２５２，３５２）とは共通の軸（１３１ａ，３３１ａ）を介して前記中央変速機（１３０，２３０，３３０）に連結されており、特に、前記両タービン（１５１，２５１，３５１；１５２，２５２，３５２）の一方は、前記中央変速機（１３０，２３０，３３０）の第１の側に配置されていて、前記両タービン（１５１，２５１，３５１；１５２，２５２，３５２）の他方は、前記中央変速機（１３０，２３０，３３０）の第２の側に配置されており、前記第１の側は前記第２の側の反対側に位置している、請求項１又は２記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項４】
前記第１のタービン（１５１，２５１，３５１）と前記第３のタービン（１５３，２５３，３５３）とは、前記第１のタービン（１５１，２５１，３５１）は第１の回転周波数で、前記第３のタービン（１５３，２５３，３５３）は第２の回転周波数で運転可能であるように前記中央変速機（１３０，２３０，３３０）に連結されており、前記第１の回転周波数は前記第２の回転周波数とは異なっている、請求項１から３までのいずれか１項記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項５】
前記３つのタービン（１５１，２５１，３５１；１５２，２５２，３５２；１５３，２５３，３５３）の少なくとも１つは半径流式タービンである、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項６】
前記３つのタービン（１５１，２５１，３５１；１５２，２５２，３５２；１５３，２５３，３５３）の少なくとも１つは軸流式タービンである、請求項１から５までのいずれか１項記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項７】
前記軸流式タービン（３５３）のロータはアキシャル軸（３８５）に連結されていて、該アキシャル軸は、前記中央変速機（３３０）の側で支持されていて、前記軸流式タービン（３５３）のハウジング（３５３ａ）では軸受けされずに配置されている、請求項６記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項８】
前記軸流式タービン（３５３）の前記ロータは複数のタービン段（３８１，３８２，３８３）を有していて、各タービン段（３８１，３８２，３８３）は、前記アキシャル軸（３８５）を中心として配置されており、
（ａ）前記ロータに取り付けられた回転可能な動翼（３８１ａ，３８２ａ，３８３ａ）の列と、
（ｂ）前記ハウジング（３５３ａ）に取り付けられた定置の静翼（３８１ｂ，３８２ｂ）の列と、を有している、請求項７記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項９】
動翼（３８１ａ，３８２ａ，３８３ａ）の列は動翼支持体に取り付けられており、複数の動翼支持体が張力装置（３８６）によって前記アキシャル軸（３８５）上に位置固定されている、請求項８記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）。
【請求項１０】
前記中央変速機（１３０，３３０）に機械的に連結されている第４のタービン（１５４，４５４）と、
前記第３のタービン（１５３，３５３）から前記第４のタービン（１５４，４５４）へと前記作動流体を送る第３の流体管路（１６３）と、
前記第３の流体管路（１６３）に配設されていて、前記作動流体の第３の部分質量流（１７３ａ）を前記第３の流体管路（１６３）から取り出すことができるように、又は前記第３の流体管路（１６３）へと供給可能であるように形成されている第３の接続装置（１７３）と、をさらに有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のタービンシステム（１１０，４１０）。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載のタービンシステム（１１０，３１０，４１０）と、前記中央変速機（１３０，２３０）の機械的接続部に連結されている作業機械（１２０，２２０）とを有していることを特徴とするタービン設備（１００，２００）。
【請求項１２】
エネルギを含んでいる作動流体を準備し、
該作動流体を、請求項１から１０までのいずれか１項記載のタービンシステム（１１０，３１０）へと供給し、このときに、該タービンシステム（１１０，３１０）は前記作動流体のエネルギの少なくとも一部を取り出し、取り出したエネルギの少なくとも一部を機械的な仕事に変換し、
変換された機械的な仕事によって前記作業機械（１２０，２２０）を運転する、
ステップを含む、作業機械（１２０，２２０）を運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体としてタービン技術の分野に関する。本発明は特に、作動流体の流れに関して相前後して接続されていて、共通の１つの作業機械を作動させることができる複数のタービンを有したタービンシステムに関する。本発明はさらに、このようなタービンシステムと、該タービンシステムに機械的に連結された作業機械とを有したタービン設備に関する。さらに本発明は、このようなタービンシステムによって作業機械を運転する方法に関する。
【０００２】
熱エネルギを機械エネルギに変換するためにはしばしば、タービン、特に蒸気タービンが使用される。公知のタービンシステム又は蒸気タービンシステムの運転の際には、作動流体若しくは蒸気は、流れ方向に沿って典型的にはタービン軸を有した１つのタービンを介して膨張する。タービンはこの場合、いわゆる多段タービンであって良く、この多段タービンは、それぞれ１つのロータ翼列（動翼列）とステータ翼列（静翼列）とから成る複数の同様の又は異なる装置を有している。タービン軸は直接的に、又は別個に配置された変速機を介して間接的に、作業機械を駆動する。
【０００３】
選択的には、それぞれ１つのタービンハウジングを有している２つの別個のタービンが相前後して作動流体によって貫流されるタービンシステムも公知である。この場合、両タービンは１つ又は別個の２つのタービン軸上に配置されている。両タービンは変速機軸を介して作業機械を駆動する。典型的にはこのような形式のタービンシステムのために使用される両タービンにおけるロータ翼列の数は通常少ないことにより、このような形式のタービンシステムの熱力学的効率は低い。
【０００４】
本発明の課題は、良好な熱力学的効率を有した、簡単に実現されるタービンシステム、タービン設備、及び作業機械を運転する方法を提供することである。
【０００５】
この課題は、独立請求項の特徴部に記載の構成により解決される。本発明の有利な実施態様、別の特徴、詳細は、従属請求項、詳細な説明、図面に記載されている。この場合、タービンシステムとの関連で記載された特徴及び詳細は勿論、タービン設備及び作業機械を運転する方法に関しても該当する。逆のことも同様であり、本発明の個々の側面に関する開示事項については常に相互に参照することができる。
【０００６】
本発明の一態様によれば、（ａ）第１のタービンと、（ｂ）第２のタービンと、（ｃ）第３のタービンと、（ｄ）入口側で前記３つのタービンに機械的に連結されていて、出口側では、機械エネルギを受け取る作業機械を接続することができる機械的な接続部を有している中央変速機と、（ｅ）第１のタービンから第２のタービンへと作動流体を送る第１の流体管路と、（ｆ）第２のタービンから第３のタービンへと作動流体を送る第２の流体管路と、（ｇ）第１の流体管路に配設されていて、作動流体の第１の部分質量流を第１の流体管路から取り出すことができるように、又は第１の流体管路へと供給可能であるように形成されている第１の接続装置と、（ｈ）第２の流体管路に配設されていて、作動流体の第２の部分質量流を第２の流体管路から取り出すことができるように、又は第２の流体管路へと供給可能であるように形成されている第２の接続装置と、を備えたタービンシステムが記載されている。
【０００７】
記載したタービンシステムの根底にある認識は、少なくとも３つのタービンを備えたタービンシステムでは、全てのタービンを１つの共通の軸に配置する必要はなく、１つの中央変速機に機械的に連結させることができるということである。記載したタービンシステムのタービンは、作動流体の流路に関して相前後して接続されており、第１のタービンの後方に第２のタービンが接続されていて、第２のタービンの後方に第３のタービンが接続されている。この場合、第１のタービンで仕事を行い、その後第１のタービンを出た作動流体は、第１の流体管路によって第２のタービンへと移送可能である。同様の形式で、第２のタービンで仕事を行い、その後第２のタービンを出た作動流体は、第２の流体管路によって第３のタービンへと移送可能である。
【０００８】
中央変速機を備えた記載したタービンシステムは、全てのタービンが１つの共通の比較的長い軸に連結されている従来のタービンシステムに対して、個々のタービンをもはや縦長の列に沿って配置するのではなく、フレキシブルに空間的にコンパクトな構造形式で配置することができる可能性を提供する。これにより記載したタービンシステムは、比較的僅かな構成スペースの内側で形成することができる。個々のタービンの空間的配置をフレキシブルに選択できる可能性により、記載したタービンシステムは比較的簡単に、顧客から規定された仕様に適合させることができる。さらに記載したタービンシステムは、必要時に比較的簡単に構成し直すことができ、例えば運転パラメータが変化した場合に相応に適応させることができる。さらに、変更、保守、又は修理の際に、記載したタービンシステムの個々の構成部分に特に簡単にアクセスできることが保証できる。さらに記載したタービンシステムは、比較的安価に実現することができる。
【０００９】
この明細書に記載したタービンシステムのさらなる利点は、個々のタービンが１つの共通の比較的長い軸に連結されている公知のタービンシステムと比較して、複数の短い個別のタービン軸を使用することができることにある。これにより好適には特に高い、いわゆる迅速始動性（rapid-start capability）が得られる。
【００１０】
記載したタービンシステムでは本発明によればそれぞれ２つの相前後して続いているタービンが、１つの流体管路によって互いに連結されている。中央変速機に連結されていることによりタービンはもはや１つの列に沿って配置されていないので、この流体管路は、作動流体を簡単に供給かつ／又は導出することができるそれぞれ１つの延在を有している。これは、それぞれ例えばＴ字形部材のような簡単な分岐部によって実現することができる記載した接続装置を、相応の流体管路内に埋め込むことができ、この場合、アクセスに関する問題又はスペースに関する問題が、相応の接続装置の組み込みを妨げることはないことを意味している。従って簡単に、作動流体の部分質量流を当該流体管路に外部から供給する、又は当該流体管路から外部へと導出することができる。
【００１１】
記載したタービンは特に、それぞれ単に、作動流体の膨張により作動流体からエネルギを取り出し、膨張段の他には圧縮段を有していないタービンであって良い。
【００１２】
作動流体は、各タービンを流過する間に機械的な仕事を行うことができる、圧力下にある任意の流体であって良い。作動流体は特に、水蒸気発生機によって発生させられた蒸気（例えば水蒸気）であって良い。この場合、水蒸気発生機は、水蒸気をまず第１に、記載したタービンシステムにより使用する目的で発生させる発電所であって良い。しかしながら水蒸気発生機は、水蒸気をまず第１に、別のプロセスのために（例えば、洗浄及び／又は滅菌のために）発生させ、この水蒸気がこのプロセスのために使用されない場合にだけ、この水蒸気を記載したタービンシステムへと供給する装置であっても良い。
【００１３】
作動流体は、エネルギを中間貯蔵するために前もって圧縮された単純なガスであっても良い。この場合、ガスの圧縮は例えば電気エネルギによって運転されるコンプレッサによって、例えば再生エネルギ源から、実際に消費されるよりも多量の電気エネルギが提供される時間内で行うことができる。
【００１４】
記載したタービンは、作動流体がロータを駆動する任意の形式のタービンであって良い。勿論、公知のように、タービンの構造的な構成は、使用する作動流体に依存する。作動流体として水蒸気を使用する場合は、いわゆる蒸気タービンである。作動流体が、圧力下にあるガスである場合は通常、ガス膨張タービンと言われている。
【００１５】
本発明の実施例によればタービンシステムはさらに、（ａ）第１の接続装置に配設されていて、第１の部分質量流の強さを調節するための第１の制御装置、及び／又は（ｂ）第２の接続装置に配設されていて、第２の部分質量流の強さを調節するための第２の制御装置、を備える。
【００１６】
記載した制御装置はそれぞれ１つの調節部材を有しており、この調節部材は例えばその横断面の縮小又は拡大により、当該接続装置を介して外部から当該流体管路内に供給される、又は当該流体管路から外部へと放出される各（部分）質量流の強さ又は高さを規定することができる。さらに記載した制御装置は、例えば当該流体管路内の作動流体の圧力のような状態量を検出するそれぞれ１つの適当なセンサを有していて良い。この場合、前記調節部材、例えば調節可能な弁又は調節可能な絞りは、この状態量の検出値に基づき、当該（部分）質量流を調節して、運転条件が変化する場合でも、この状態量が少なくともほぼ一定であるようにすることができる。従って、各タービンのための作動流体の（部分）質量流を巧みに制御することにより、個々のタービンのために、ひいては勿論、タービンシステム全体のためにも高い効率を保証する条件を提供する、若しくは維持することができる。
【００１７】
補足すると、部分質量流の分離若しくは取り出しは必ずしも、この部分質量流がエネルギ発生のために失われることを意味するのではない。即ちこの部分質量流を、例えば別の個所で、別の接続装置を介して再び記載したタービンシステムへと供給することができる。相応の形式で、外部からタービンシステムへと供給された（部分）質量流は、別の個所で、別の接続装置によって、記載したタービンシステムの主質量流から取り出すこともできる。この関連で、作動流体の一時的な貯蔵のための少なくとも１つの中間貯蔵器の使用も可能である。
【００１８】
それぞれ所属の接続装置に接続された両制御装置により、正確に規定された中間圧力段を実現することができ、この中間圧力段から作動流体を簡単にかつ制御して取り出す、かつ／又はこの中間圧力段に作動流体を簡単にかつ制御して供給することができることが明らかである。これによりタービンシステム全体のフレキシブル性は、特に負荷変更が存在する場合に著しく高められる。
【００１９】
本発明の別の実施例によれば、第１のタービンと第２のタービンとは共通の１つの軸を介して中央変速機に連結されており、特に、前記両タービンの一方は、前記中央変速機の第１の側に配置されていて、前記両タービンの他方は、前記中央変速機の第２の側に配置されている。この場合、第１の側は第２の側の反対側に位置している。この構成は、上記両タービンが１つの共通の連結部材によって、特に１つの共通のピニオンによって中央変速機に機械的に連結されており、共通の連結部材は共通の軸に取り付けられているという利点を有している。これにより、変速機側では単に２つの連結部材しか必要としないので、全体として少なくとも３つのタービンを中央変速機に連結させることができる。
【００２０】
共通の軸は１つの一体的な軸、又は複数の部分から成る軸であって良い。ただし複数の部分から成る軸の場合には、共通の軸の複数の部分は、両タービンのロータが互いに相対回動不能に連結されるように堅固に互いに結合されなければならない。
【００２１】
両タービンのロータは、「オーバーハング式に」、即ち、タービン側の軸受なしに各タービンハウジングに配置することができる。この場合、ロータ若しくはタービン全体は、共通の軸の軸受個所の外側に位置している。この構成は、中央変速機内でのみ、又は中央変速機の面でのみ、共通の軸の適当な支持部を設ければ良いという利点を有している。この場合、適当な支持部は、例えば２つの軸受によって実現することができ、両軸受の一方は、中央変速機の第１の側に、両軸受の他方は、反対側の第２の側に配置されている。
【００２２】
本発明の別の実施例によれば、第１のタービンと第３のタービンとは前記中央変速機に、第１のタービンは第１の回転周波数で、第３のタービンは第２の回転周波数で運転可能であるように連結されており、この場合、第１の回転周波数は第２の回転周波数とは異なっている。この場合、当該タービンと中央変速機との間を連結する際にそれぞれ適当な変速比を選択することにより、第１の回転周波数と第２の回転周波数との間の所定の比を調節することができる。変速比の適当な選択により、各タービンを最適な回転数範囲で運転することができる。これにより個々のタービンの特に高い効率、従ってタービンシステム全体の高い効率も得ることができる。
【００２３】
明らかに、第１のタービンと第２のタービンの軸回転数を、各タービンに、特に、各タービンの圧力レベルに適合させることができる。これにより簡単に、記載したタービンシステムをその効果若しくは効率に関して最適化することができる。
【００２４】
本発明の実施例によれば、３つのタービンのうちの少なくとも１つは半径流式タービンである。
【００２５】
半径流式タービンは典型的には、軸流式タービンに比べて短い構成形式を有しているので、これによりタービンシステム全体を特にコンパクトな構成形式で実現することができる。
【００２６】
相前後して接続された複数のタービンのうち特に、（圧縮された）作動流体が最初に供給されるタービンを半径流式タービンとして形成することができる。このような構成は、半径流式タービンが、タービンシステム全体のための最初の制御段を成していて、この制御段により、タービンシステム全体を流過する作動流体の質量流全体を制御して調節することができるという利点を有している。この目的で、この（第１の）半径流式タービンは適当な制御弁を備えていて良く、この制御弁により公知の形式で作動流体の質量流全体を調節することができる。
【００２７】
本発明の別の実施例によれば、３つのタービンのうちの少なくとも１つは軸流式タービンである。
【００２８】
作動流体が相応のタービンハウジングを軸方向で貫流し、これによりロータ若しくは回転体を駆動する軸流式タービンは、１つの段又は好適には複数の段から成っていて、この場合、１つの段はそれぞれ、（ａ）前記ロータ又は回転体に取り付けられた回転する動翼の１つの列と、（ｂ）前記ハウジングに取り付けられた定置の静翼の１つの列と、を有している。
【００２９】
本発明の別の実施例によれば、軸流式タービンのロータはアキシャル軸に連結されていて、該アキシャル軸は、中央変速機の側に支持されていて、軸流式タービンのハウジング内では軸受けされずに配置されている。これは、軸流式タービンのロータ若しくはアキシャル軸は一方の側で「オーバーハング式に」配置されていることを意味する。従って支持部は、軸流式タービンの外側に位置する、中央変速機に配設された、アキシャル軸の部分にのみ設けられている。この場合、中央変速機における支持部は、１つの、又は軸方向で互いにずらされて配置された複数の軸受によって形成することができる。
【００３０】
軸流式タービンと中央変速機との間の機械的な結合部は中間接続された軸受け個所なしに行われることは明らかである。アキシャル軸はタービンハウジング内ではなく、中央変速機のハウジング内で、又はハウジングの面で支持されている。この関連で、タービンのハウジングにおける「オーバーハング式」の支持部は、特に負荷変化の際に生じる温度変動時の膨張変化により、タービンハウジング内の支持部に対してアキシャル軸のひずみが生じることがないという利点を有している。
【００３１】
本発明の別の実施例によれば、軸流式タービンのロータは複数のタービン段を有しており、各タービン段はアキシャル軸を中心として配置されていて、（ａ）ロータに取り付けられた回転可能な動翼の１つの列と、（ｂ）ハウジングに取り付けられた定置の静翼の１つの列と、を有している。この構成は、１つだけのタービン段を有する軸流式タービンに比べて高い効率が得られるという利点を有している。
【００３２】
本発明の別の実施例によれば、１つの列の動翼は動翼支持体に取り付けられており、複数の動翼支持体は張力装置によってアキシャル軸上に固定されている。
【００３３】
張力装置とは例えば、アキシャル軸に形成されたねじ山と、該ねじ山に螺合するナットとを有しているいわゆる、テンションボルトである。これにより特に簡単かつ確実に複数の動翼支持体をアキシャル軸上に回動不能に位置固定することができる。
【００３４】
本発明の別の実施例によればタービンシステムはさらに、（ａ）中央変速機に機械的に連結されている第４のタービンと、（ｂ）第３のタービンから第４のタービンへと作動流体を送る第３の流体管路と、（ｃ）第３の流体管路に配設されていて、作動流体の第３の部分質量流を第３の流体管路から取り出すことができるように、又は第３の流体管路へと供給可能であるように形成されている第３の接続装置と、を有している。これは、作業機械を駆動することができる機械的な接続部はこの場合、全部で少なくとも４つのタービンによって駆動されることを意味している。これにより記載したタービンシステムの効率をさらに改善することができる。
【００３５】
補足すると、４つ以上のタービンを中央変速機に直接又は間接に連結することもできる。この場合好適には、作動流体の流れ方向で見て隣接する２つのタービンの間にそれぞれ流体管路が設けられていて、この流体管路には接続装置が設けられているので、作動流体の相応の部分質量流が当該流体管路から取り出し可能、又は当該流体管路へと供給可能である。さらに好適には、当該接続装置には制御装置が配設されていて、これにより当該部分質量流の強さを正確に調節することができ、タービンシステムの効率に関して最適な運転を保証することができる。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、（ａ）上記形式のタービンシステムと、（ｂ）中央変速機の機械的な接続部に連結されている作業機械と、を有するタービン設備が記載されている。
【００３７】
記載したタービン設備の根底を成す認識は、上記タービンシステムは作業機械に機械的に連結することができ、これにより作動流体に含まれるエネルギを作動流体から取り出し、機械的に作業機械へと伝達することができるということにある。
【００３８】
作業機械のロータは、クラッチ又はフランジを使用して回動不能に、中央変速機の機械的な接続部に機械的に連結されている。
【００３９】
作業機械は特に、電流を発生させるために使用することができる発電機であって良い。しかしながら作業機械は、記載したタービンシステムから供給される機械的エネルギを適当な形式で、機械的な働きを行うために利用する機械的装置であっても良い。作業機械は例えば、ポンプ、圧縮機、ファン、かつ／又はプレス機であって良い。
【００４０】
本発明の別の態様によれば、作業機械を運転する方法が記載される。記載される方法は、（ａ）エネルギを含んでいる作動流体を準備し、（ｂ）該作動流体を上述した形式のタービンシステムへと供給し、このときに、該タービンシステムは前記作動流体のエネルギの少なくとも一部を取り出し、取り出したエネルギの少なくとも一部を機械的な仕事に変換し、（ｃ）変換された機械的な仕事によって作業機械を運転する、ステップを有している。
【００４１】
記載した方法の根底を成す認識も、上記タービンシステムの使用の際に作業機械を効果的に運転することができるということである。この場合、一般に公知の熱力学の基本原理の通り、作動流体からエネルギが取り出され、機械的なエネルギへと変換され、次いでこの機械エネルギは、純粋に機械的な連結部を介して作業機械へと伝達される。
【００４２】
「エネルギを含んだ作動流体」という表現は、この関連では特に、作動流体が熱力学的にエネルギによって負荷されていて、これにより作動流体は特に高温及び／又は高圧を有していることを意味している。作動流体が蒸気、例えば水蒸気である場合には、高温かつ／又は高圧下にある水蒸気が付加的にさらに蒸気エネルギを含んでいて、これは、蒸気の凝縮の際に凝縮エネルギを解放し、このエネルギも機械的な仕事に変換させることができる。
【００４３】
本発明の実施態様は、様々な本発明の対象に関して記載されたことを断っておく。特に本発明のいくつかの実施態様は装置の請求項に記載されていて、本発明のその他の実施態様は方法の請求項に記載されている。しかしながら当業者には、本願の教示により、これ以上詳しく記載しなくても、本発明の対象の形式に属する特徴の組み合わせに加えて付加的に、本発明の対象とは異なる形式に属する特徴の任意の組み合わせも可能であることが自明であろう。
【００４４】
本発明のさらなる利点、特徴は、以下に例として述べる現時点で好適な実施態様の説明により明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】１つの共通の変速機を介して１つの作業機械を駆動する４つの蒸気タービンを備えたタービン設備を概略的に示した図である。
【図２】共通の１つの発電機を駆動する３つの蒸気タービンを備えたタービン設備を示した斜視図である。
【図３】１つの共通の変速機を介して１つの作業機械を駆動することができる１つの半径流式タービンと２つの軸流式タービンとを備えたタービンシステムを示した図である。
【図４】１つの共通の変速機を介して１つの作業機械を駆動することができる１つの半径流式タービンと３つの軸流式タービンとを備えたタービンシステムを示した図である。
【００４６】
相応の特徴若しくは構成部分により実施態様に応じて同様である、又は少なくとも機能的に同様である、異なる実施態様における特徴若しくは構成部分には、同じ符号が、又は（機能的に）相応する特徴又は（機能的に）相応する構成部分の符号の最初の数字だけが異なっている符号が付与されている。不要な繰り返しを避けるために、前述の実施態様に基づき説明した特徴若しくは構成部分はそれ以降の個所では詳述しない。
【００４７】
さらに、以下に記載する実施態様は、本発明の可能な実施態様の限定的な単なる一選択肢であることを補足しておく。特に個々の実施態様の特徴は適当な形式で互いに組み合わせることができ、当業者には、ここに明示した実施態様により、複数の様々な実施態様が明らかに開示されたものと見なされるべきである。
【００４８】
図１には、本発明の実施例によるタービン設備１００が概略図で示されている。タービン設備１００は、作業機械１２０を駆動するタービンシステム１１０を有している。作業機械１２０は特に、電流を発生させるために使用することができる発電機であって良い。しかしながら作業機械１２０は、タービンシステム１１０から供給される機械エネルギを適当な形式で、機械的な働きを行うために、例えば、ポンプとして、かつ／又は圧縮するために、かつ／又はプレス過程のために利用する任意の機械的装置であっても良い。
【００４９】
タービンシステム１１０は４つの蒸気タービン、即ち、第１の蒸気タービン１５１、第２の蒸気タービン１５２、第３の蒸気タービン１５３、第４の蒸気タービン１５４を有している。図１に示したように、これら４つの蒸気タービン１５１，１５２，１５３，１５４は、作動流体の共通の流れ方向に関して相前後して接続されている。ここに図示した実施例では水蒸気である作動流体は、水蒸気発生機によって著しく過熱されて流体入口１１６へと流れ込む。水蒸気の相応の流入質量流１１６ａは次いで第１の蒸気タービン１５１へと流れ、第１の蒸気タービン１５１で水蒸気は公知の形式で機械的仕事を行い、この場合、第１の蒸気タービン１５１のロータ（図１には示さず）を駆動する。
【００５０】
比較的短い第１の蒸気タービン１５１によっては機械的な仕事に変換されなかった相当量のエネルギをまだ有している、第１の蒸気タービン１５１から流出した蒸気は次いで、第１の流体管路１６１を介して第２の蒸気タービン１５２へと流入し、第２の蒸気タービン１５２において同様に、水蒸気内に含まれるエネルギが機械的な仕事に変換される。
【００５１】
第１の流体管路１６１は第１の接続装置１７１を有しており、この第１の接続装置１７１は、図示した実施例では単純な分岐部であり、例えばいわゆるＴ字部材である。接続装置１７１を介して、作動流体の第１の部分質量流１７１ａを全体の質量流から第１の流体接続部１７６へと分離する、又は作動流体の付加的な質量流を第１の流体接続部１７６から第１の流体管路１６１へと供給することができる。このようにして、第２の蒸気タービン１５２に供給されるエネルギを調節し、ひいてはタービンシステム１１０全体の出力を適合させることができる。
【００５２】
第１の接続装置１７１若しくは第１の流体管路１６１には第１の制御装置１７１ｂが配設されており、第１の制御装置１７１ｂは、流体管路１６１内の作動流体の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）を備えている。検出された圧力に基づき、弁（同様に図示せず）によって、運転条件が変動している場合でも圧力を少なくともほぼ一定に保つように（部分）質量流を調節することができる。従って、作動流体の（部分）質量流の巧みな制御によって蒸気タービン１５２を最適な運転モードで運転させることができる。このようにして、蒸気タービン１５２のために、ひいては勿論タービンシステム１１０全体のためにも高い効率を保証することができる。
【００５３】
これまでまだ使用されていない相当量のエネルギを依然として有している、第２の蒸気タービン１５２から流出した蒸気は次いで、第２の流体管路１６２を介して第３の蒸気タービン１５３へと流入する。第１の流体管路１６１の場合と同様に、第２の流体管路１６２にも、Ｔ字部材として形成された（第２の）接続装置１７２及び（第２の）制御装置１７２ｂが配置されているので、同様に制御された形式で、第２の部分質量流１７２を第２の流体接続部１７７へと移送する、又は第２の流体接続部１７７から第２の流体管路１６２へと供給することができる。
【００５４】
同様の形式で、第３の蒸気タービン１５３、及び第３の蒸気タービン１５３の後ろに接続された第４の蒸気タービン１５４は第３の流体管路１６３を介して互いに接続されている。さらに、第３の流体管路１６３には第３の接続装置１７３が配置されていて、第３の接続装置１７３を介して水蒸気の第３の部分質量流１７３ａを第３の流体管路１６３から分岐させて第３の流体接続部１７８に供給する、かつ／又は第３の接続装置１７３を介して付加的な水蒸気を第３の流体接続部１７８から第３の流体管路１６３へと供給することができる。第３の制御装置１７３ｂは、水蒸気の相応の取り出し又は供給を制御して行うために働く。
【００５５】
各制御装置１７１ｂ，１７２，１７３ｂの圧力センサは、各接続装置１７１，１７２，１７３の分岐部に対して好適には上流側で各流体管路１６１，１６２，１６３内に配置されていることを補足しておく。さらに、各制御装置１７１ｂ，１７２ｂ，１７３ｂの調節可能な弁は、各接続装置１７１，１７２，１７３の分岐部に対して好適には下流側で各流体管路１６１，１６２，１６３内に配置されている。特に調節可能な弁は、次のタービンのハウジングにすぐ手前に、又はハウジング面に配置することができる。
【００５６】
流体出口１１８からは、全てのタービン１５１，１５２，１５３，１５４を流過した、又は、流体接続部１７６，１７７、又は１７８からタービンシステム１１０内に供給された水蒸気の流出質量流１１８ａが流出する。流出した水蒸気は次いで、公知の形式で加熱装置（図示せず）へと供給される。この加熱装置はさらに流体接続部１１６に連結させることができるので、作動流体若しくは水蒸気の閉じられた循環路を形成することができる。
【００５７】
図１に示したように、蒸気タービン１５１と１５２のロータは共通の軸１３１ａを介して互いに接続されている。これは、蒸気タービン１５１と１５２の回転周波数が同じであることを意味している。選択的に蒸気タービン１５１と１５２の両ロータの間に変速機（図示せず）を接続することもでき、これにより第１の蒸気タービン１５１のロータの第１の回転周波数と、第２の蒸気タービン１５２のロータの第２の回転周波数とを互いに固定された比とすることができる。同様の形式で、蒸気タービン１５３と１５４の両ロータは共通の軸１３２ａを介して互いに接続されている、又は場合によっては付加的な変速機を介して互いに機械的に連結されている。
【００５８】
ここに記載するタービンシステム１１０の中央の構成部分は中央変速機１３０であって、この変速機は１つの歯車１３４と２つのピニオンとを有している。２つのピニオンのうち第１のピニオン１３１は軸１３１ａに取り付けられている。第２のピニオン１３２は軸１３２ａに取り付けられている。両ピニオン１３１と１３２は歯車１３４に噛み合っている。中央変速機１３０はさらに中央の駆動軸１３６を有しており、この駆動軸１３６は歯車１３４と作業機械１２０とを互いに接続している。
【００５９】
図２には、本発明の別の実施例によるタービン設備２００が斜視図で示されている。タービン設備２００は基礎板２０２を有していて、この基礎板２０２上にはタービン設備２００の少なくとも主要な構成部分が取り付けられている、又は組み付けられている。タービン設備２００は、（ａ）半径流式タービンとして形成された第１の蒸気タービン２５１と、（ｂ）軸流式タービンとして形成された第２のタービン２５２と、（ｃ）同様に軸流式タービン２５３として形成された第３の蒸気タービン２５３とを有している。全てのタービン２５１，２５２，２５３若しくはこれらのタービン２５１，２５２，２５３のロータは中央変速機２３０を介して互いに連結されている。中央変速機２３０は出力側で、駆動軸２３６を介して、発電機として形成された作業機械２２０に機械的に連結されている。
【００６０】
第１の蒸気タービン２５１には作動流体の流入質量流２１６ａが供給される。複数の制御弁２５１ａによって制御されるこの流入質量流２１６ａの強さによって、タービン設備２００全体の出力が実質的に規定される。第１の蒸気タービン２５１から流出した作動流体は第１の流体管路２６１を介して第２の蒸気タービン２５２へと供給される。第２の蒸気タービン２５２から流出した作動流体は第２の流体管路２６２を介して第３の蒸気タービン２５２へと供給される。
【００６１】
作動流体の流れ方向で隣接するそれぞれ２つの蒸気タービン２５１と２５２又は２５２と２５３との間の作動流体の質量流を制御するために、第１の流体管路２６１には第１の接続装置２７１が、図２には示されていない第１の制御装置と共に配置されていて、これにより第１の部分質量流２７１ａを第１の流体管路２６１から外へ分離させるか、又は択一的に、図示されていない質量流を第１の流体管路２６１へと供給することができる。相応に、第２の流体管路２６２には第２の接続装置２７２が、図２には示されていない第２の制御装置と共に配置されていて、これにより第２の部分質量流２７２ａを第２の流体管路２６２から外へ分離させるか、又は択一的に、図示されていない質量流を第２の流体管路２６２へと供給することができる。
【００６２】
全てのタービン２５１，２５２，２５３を流過した、又は接続装置２７１又は２７２を介してタービン設備２００へと供給された作動流体の流出質量流２１８ａは次いで、加熱装置（図示せず）へと供給される。この加熱装置はさらに流入質量流２１６ａを提供することができるので、作動流体若しくは水蒸気の閉じられた循環路を形成することができる。
【００６３】
図３には、半径流式タービンとして形成された第１の蒸気タービン３５１と、軸流式タービンとして形成された第２のタービン３５２と、同様に軸流式タービンとして形成された第３の蒸気タービン３５３とを有しているタービンシステム３１０が示されている。第１の蒸気タービン３５１と第２の蒸気タービン３５２とは第１の流体管路（図示せず）を介して互いに接続されている。第１の蒸気タービン３５１は第１のハウジング３５１ａを、第２の蒸気タービン３５２は第２のハウジング３５２ａを、第３の蒸気タービン３５３は第３のハウジング３５３ａを有している。
【００６４】
上述した実施例と同様に、第１の流体管路には第１の接続装置（図示せず）と、第１の制御装置（図示せず）とが配設されている。第２の蒸気タービン３５２と第３の蒸気タービン３５３とは第２の流体管路（図示せず）を介して互いに接続されていて、この第２の流体管路には第２の接続装置（図示せず）と、第２の制御装置（図示せず）とが配設されている。
【００６５】
中央変速機３３０によって３つの蒸気タービンは互いに機械的に連結されている。変速機３３０では、第１のピニオン３３１及び第２のピニオン３３２が歯車３３４に噛み合っている。この場合、（ａ）両蒸気タービン３５１と３５２のロータを互いに接続している軸３３１ａ上に配置されている第１のピニオン３３１の歯の第１の数と、（ｂ）第３の蒸気タービン３５３のロータの軸３３２ａ上に配置されている第２のピニオン３３２の歯の第２の数との間の比が、第１の蒸気タービン３５１と第２の蒸気タービン３５２のロータの回転周波数と、第３の蒸気タービン３５３のロータの回転周波数との間の比を決定する。ここに図示した実施例によれば、第１のピニオン３３１は、第２のピニオン３３２よりも多くの歯を有しているので、第１の蒸気タービン３５１と第２の蒸気タービン３５２のロータの回転周波数は、第３の蒸気タービン３５３のロータの回転周波数よりも大きい。
【００６６】
歯車３３４は中央の駆動軸３３６上に配置されていて、この駆動軸３３６は２つの軸受３３８によって中央変速機３３０のハウジングに支持されている。図３では、中央の駆動軸３３６の右側端部に、フランジとして形成された機械的接続部３３７が設けられていて、この接続部３３７には図３には示されていない駆動機械を接続することができる。
【００６７】
図３に示されたように、両軸流式タービン３５２と３５３は、それぞれ１つの静翼と場合によっては動翼とから成る多段構造をそれぞれ有している。この場合、動翼３８１ａと静翼３８１ｂとは、多段軸流式タービン３５３の第１の段３８１に配設されている。動翼３８２ａと静翼３８２ｂとは、多段軸流式タービン３５３の第２の段３８２に配設されている。動翼３８３ａと静翼３８３ｂとは、多段軸流式タービン３５３の第３の段３８３に配設されている。
【００６８】
動翼３８１ａ，３８２ａ，３８３ａは蒸気タービン３５３の１つのアキシャル軸３８５上に配置されている。アキシャル軸３８５は軸３３２ａに相対回動不能に結合されている。
【００６９】
ここに図示した実施例によれば、隣接している動翼、即ち、動翼３８１ａと３８２ａ並びに動翼３８２ａと３８３ａとは軸方向端面歯列によって互いに相対回動不能にアキシャル軸３８５上に配置されている。 ナット３８６によって、アキシャル軸３８５に形成された雄ねじ山に結合されているテンションロッド結合部は、動翼３８１ａ，３８２ａ，３８３ａをアキシャル軸３８５上に堅固にロックするために役立つ。
【００７０】
この個所では、図３における見易さの理由から、異なる段３８１，３８２，３８３とそれぞれ所属の構成要素とは、蒸気タービン３５３についてのみ符号で示したことを断っておく。
【００７１】
さらに図３から判るように、両軸流式タービン３５２と３５３のロータはオーバーハング式に支持されている。これは、両蒸気タービン３５２と３５３のロータは各タービンハウジング３５２ａ若しくは３５３ａで支持されているのではなく、（軸３３２ａによって）中央変速機３３０のハウジングでのみ支持されていることを意味する。この目的で、中央変速機３３０のハウジング左側及び右側にそれぞれ１つの軸受３３２ｂが設けられている。タービンハウジング３５２ａ若しくは３５３ａには各ロータの「オーバーハング式配置」に相応して軸受エレメントが設けられていない。
【００７２】
図示した実施例では軸受３３２ｂはラジアル軸受であることを補足しておく。ここではスラスト軸受は、第２のピニオン３３２によって実現されていて、この第２のピニオン３３２は図３に示されたように、左右にそれぞれ１つの肩部を有しており、両肩部は軸方向で歯車３３４に噛み合っている。これにより蒸気タービン３５３の運転中に生じる左へ向かう軸方向の動きは、ピニオン３３２の両肩部と歯車３３４とを介して軸受３３８へと伝えられ、この軸受３３８によって吸収される。
【００７３】
図４には、ハウジング４５４ａを有した、軸流式タービンとして形成された第４の蒸気タービン４５４が軸３３２ａに付加的に配置されている点でのみ図３に示したタービンシステム３１０と異なっているタービンシステム４１０が示されている。これによりこの実施例では、中央の駆動軸３３６は全部で４つの蒸気タービンによって駆動される。この場合、第４の蒸気タービン４５４は、第３の流体管路（図示せず）によって第３の蒸気タービン３５３の後方に接続されている。この場合、第３の流体管路には相応の形式で、第３の流体管路から取り出される作動流体の量を制御するための、かつ／又は第３の流体管路内に付加的に供給される作動流体の量を制御するための第２の接続装置（図示せず）並びに第２の制御装置（図示せず）が配設されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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