(57)【要約】【課題】納期の更なる短縮およびコスト削減を図ることを目的とする。【解決手段】蒸気タービンの設計支援装置は、予め設定された蒸気タービンの出力範囲に渡って共通化され、かつ、蒸気タービンの出力範囲の最大出力に準じて設計された高圧、中圧、及び低圧の少なくとも一つの車室の設計情報が格納されている第１記憶部３１と、蒸気タービンの出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲毎に、それぞれ異なる低圧タービンの翼列の設計情報が格納されている第２記憶部３２と、入力部３４と、入力部３４から蒸気タービンの仕様出力が入力された場合に、仕様出力に対応するサブ出力範囲に対応付けられた低圧タービンの翼列の設計情報を第２記憶部３２から取得するとともに、第１記憶部３１に格納されている車室の設計情報を取得する情報取得部３５と、情報取得部３５によって取得された情報を表示する表示部３６とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タービンおよび低圧タービンを少なくとも含む蒸気タービンの設計を支援する蒸気タービンの設計支援装置であって、
予め設定された蒸気タービンの出力範囲に渡って共通化され、かつ、前記蒸気タービンの出力範囲の最大出力に準じて設計された高圧、中圧、及び低圧の少なくとも一つの車室の設計情報が格納されている第１記憶手段と、
前記蒸気タービンの出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲毎に、それぞれ異なる低圧タービンの翼列の設計情報が格納されている第２記憶手段と、
入力手段と、
前記入力手段から前記蒸気タービンの仕様出力が入力された場合に、前記仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記低圧タービンの翼列の設計情報を前記第２記憶手段から取得するとともに、前記第１記憶手段に格納されている前記車室の設計情報を取得する情報取得手段と、
前記情報取得手段によって取得された情報を表示する表示手段と
を具備する蒸気タービンの設計支援装置。
【請求項２】
前記サブ出力範囲毎に、それぞれ異なる中圧タービンの翼列の設計情報が格納されている第３記憶手段を更に備え、
前記情報取得手段は、前記入力手段からタービンの仕様出力が入力された場合に、前記仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記中圧タービンの翼列の設計情報を前記第３記憶手段から取得する請求項１に記載の蒸気タービンの設計支援装置。
【請求項３】
前記サブ出力範囲及び前記中圧タービンの翼列の設計情報は、前記蒸気タービンの出力範囲の全域に渡って、前記中圧タービンの入口蒸気圧力がタービン性能またはプラント効率から決定される所定の適正範囲内となるように決定されている請求項２に記載の蒸気タービンの設計支援装置。
【請求項４】
前記蒸気タービンの出力範囲に対応する高圧タービンの設計情報が格納されている第４記憶手段を更に備え、
前記情報取得手段は、前記入力手段からタービンの仕様出力が入力された場合に、前記第４記憶手段から前記高圧タービンの設計情報を取得する請求項１から請求項３のいずれかに記載の蒸気タービンの設計支援装置。
【請求項５】
前記第４記憶手段には、前記高圧タービンの設計情報として、翼の迎え角、翼の高さ、翼の枚数の少なくともいずれか一つと翼環の設計情報とが互いに関連付けられた情報が格納されている請求項４に記載の蒸気タービンの設計支援装置。
【請求項６】
高圧タービンおよび低圧タービンを少なくとも含む蒸気タービンの設計方法であって、
予め設定された蒸気タービンの出力範囲の最大出力に準じて設計された高圧、中圧、及び低圧の少なくとも一つの車室の設計情報を記録する第１記録工程と、
前記蒸気タービンの出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲の各々に対応してそれぞれ設計した低圧タービンの翼列の設計情報を記録する第２記録工程と、
設計時において、タービンの仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記低圧タービンの翼列の設計情報を取得するとともに、前記車室の設計情報を取得する情報取得工程と、
前記情報取得工程で取得した情報を用いて、蒸気タービンの設計を行う設計工程と
を有し、
前記車室の設計情報は、前記蒸気タービンの出力範囲において共通化され、
前記低圧タービンの翼列の設計情報は、前記サブ出力範囲において共通化される蒸気タービンの設計方法。
【請求項７】
前記サブ出力範囲の各々に対応してそれぞれ設計した中圧タービンの翼列の設計情報を記録する第３記録工程を更に有し、
前記情報取得工程では、タービンの仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記中圧タービンの翼列の設計情報を更に取得する請求項６に記載の蒸気タービンの設計方法。
【請求項８】
前記サブ出力範囲及び前記中圧タービンの翼列の設計情報は、前記蒸気タービンの出力範囲の全域に渡って、前記中圧タービンの入口蒸気圧力がタービン性能またはプラント効率から決定される所定の適正範囲内となるように決定されている請求項７に記載の蒸気タービンの設計方法。
【請求項９】
前記蒸気タービンの出力範囲に対応する高圧タービンの設計情報を記録する第４記録工程を更に有し、
前記情報取得工程では、前記第４記録工程で記憶された前記高圧タービンの設計情報を更に取得する請求項６から請求項８のいずれかに記載の蒸気タービンの設計方法。
【請求項１０】
前記高圧タービンの設計情報は、翼の迎え角、翼の高さ、翼の枚数の少なくともいずれか一つと翼環の設計情報とが互いに関連付けられた情報である請求項９に記載の蒸気タービンの設計方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の蒸気タービンの設計支援装置を用いて設計された設計図または請求項６から請求項１０のいずれかに記載の蒸気タービンの設計方法によって設計された設計図に基づいて蒸気タービンを製造する蒸気タービンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの設計を支援する設計支援装置、蒸気タービンの設計方法、および蒸気タービンの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電プラント等に設置される蒸気タービンについては、プラントの高効率化の目的から、蒸気タービンの仕様出力に準じて適正化されたタービン車室をはじめ、タービン翼列の設計・製作を個別に行っていた。このため、受注から製作完了までに長期間を要し、コストが増大するなどの問題があった。
【０００３】
上記のような製作期間の長期化およびコスト増大の問題を解消するための方法として、例えば、ある出力範囲において車室（タービンハウジング）を共通化することにより、設計・製作の時間短縮を図ることが提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１、２参照）。また、特許文献２には、タービンの標準的な半製品車室を予め製作しておき、注文仕様に応じて標準車室を加工してタービン車室を完成させることで、製作期間の短縮を図ることが提案されている。また、特許文献３には、タービンのスペックに応じて静翼列の角度を調整してスロートを変化させて性能を確保することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８４５０４号公報
【特許文献２】特開平３−９６６０４号公報
【特許文献３】特開２００２−４７９０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】川原  孝之、外２名、「海外向け火力発電事業の動向とコンバインドサイクル発電用蒸気タービンの展開」東芝レビュー、Ｖｏｌ．５９、Ｎｏ．１２（２００４）、ｐ２８−３３
【非特許文献２】中野  隆、外５名、「一軸コンバインドサイクル用大容量単車室再熱蒸気タービンの開発」、三菱重工技報、Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．３（２００５−１０）、ｐ１０８−１１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、車室の共通化等を行うことにより、納期をある程度短縮することは可能である。しかしながら、設計・製作期間の更なる短縮が要請された場合には、従来の手法では対応することが難しかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、納期の更なる短縮およびコスト削減を図ることのできる蒸気タービンの設計支援装置、蒸気タービンの設計方法、及び蒸気タービンの製造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】
本発明の第１態様は、高圧タービンおよび低圧タービンを少なくとも含む蒸気タービンの設計を支援する蒸気タービンの設計支援装置であって、予め設定された蒸気タービンの出力範囲に渡って共通化され、かつ、前記蒸気タービンの出力範囲の最大出力に準じて設計された高圧、中圧、及び低圧の少なくとも一つの車室の設計情報が格納されている第１記憶手段と、前記蒸気タービンの出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲毎に、それぞれ異なる低圧タービンの翼列の設計情報が格納されている第２記憶手段と、入力手段と、前記入力手段から前記蒸気タービンの仕様出力が入力された場合に、前記仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記低圧タービンの翼列の設計情報を前記第２記憶手段から取得するとともに、前記第１記憶手段に格納されている前記車室の設計情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段によって取得された情報を表示する表示手段と
を具備する蒸気タービンの設計支援装置である。
【０００９】
上記蒸気タービンの設計支援装置によれば、予め設定された蒸気タービンの出力範囲において高圧、中圧、及び低圧の少なくとも一つの車室が共通化され、更に、その蒸気タービンの出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲毎に、低圧タービンの翼列が共通化される。このように、タービン車室だけでなく、低圧タービンの翼列もサブ出力範囲毎に共通化するので、低圧タービンを仕様出力に応じて都度設計する場合と比べて設計期間を短くすることが可能となる。更に、このような共通化を図ることで、例えば、鋳造工程において、同一の鋳型を用いた同一の車室の連続生産が可能となる。これにより、製造効率を向上させることができるとともに、鋳型の種類を減らすことができる。この結果、製造期間の短縮およびコスト低減を図ることが可能となる。なお、タービン車室は、製造方法を鋳造に限定するものではなく、組立によって製造してもよい。
上記「車室」とは、外車室と内車室との両方を意味する。
上記蒸気タービンの出力範囲の最大出力は、例えば、比較的発電システムとして利用されることが多い出力や、受注頻度の高い蒸気タービンの仕様出力に設定されることが好ましい。これにより、なるべく多くの蒸気タービンを最適設計することが可能となる。
また、上記蒸気タービンの出力範囲の最低出力は、高圧タービン及び中圧タービン、低圧タービンの各タービン損失に基づいて決定されるタービン全体損失で決定されてもよい。例えば、タービン全体損失が予め設定された許容値を外れる限界出力を最低出力として設定してもよい。これにより、上記蒸気タービンの出力範囲を、タービン全体損失が許容値以内である範囲に設定することが可能となる。また、他の態様として、例えば、蒸気タービンの出力範囲の最低出力は、該蒸気タービンの出力範囲の最大出力を１００％としたときの５０％から７０％の間に設定されていてもよい。また、他の態様として、過去に設計された各種タービン出力に対する車室サイズを蓄積しておき、蓄積されたデータからタービン効率が所定値以上確保可能な最低出力を設定してもよい。また、他の態様として、所定時間当たりの蒸気流量から最低出力を設定してもよく、例えば、蒸気タービンの出力範囲の最大出力に準じて設計された車室の許容蒸気容量を１００％としたときの所定時間当たりの蒸気流量が５０％から７０％の間に設定してもよい。
【００１０】
上記蒸気タービンの設計支援装置は、前記サブ出力範囲毎に、それぞれ異なる中圧タービンの翼列の設計情報が格納されている第３記憶手段を更に備え、前記情報取得手段は、前記入力手段からタービンの仕様出力が入力された場合に、前記仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記中圧タービンの翼列の設計情報を前記第３記憶手段から取得することとしてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、中圧タービンの翼列についてもサブ出力範囲毎に共通化するので、更なる納期短縮およびコスト低減を図ることが可能となる。
【００１２】
上記蒸気タービンの設計支援装置において、前記サブ出力範囲及び前記中圧タービンの翼列の設計情報は、前記蒸気タービンの出力範囲の全域に渡って、前記中圧タービンの入口蒸気圧力がタービン性能またはプラント効率から決定される所定の適正範囲内となるように決定されていてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、中圧タービン及び低圧タービンをサブ出力範囲毎に共通化することによるタービン性能およびプラント効率の低下を抑制することが可能となる。
【００１４】
上記蒸気タービンの設計支援装置は、前記蒸気タービンの出力範囲に対応する高圧タービンの設計情報が格納されている第４記憶手段を更に備え、前記情報取得手段は、前記入力手段からタービンの仕様出力が入力された場合に、前記第４記憶手段から前記高圧タービンの設計情報を取得することとしてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、高圧タービンの設計情報についても所定の蒸気タービンの出力範囲に渡って共通化するので、設計に要する設計者の負担を更に軽減することが可能となる。
【００１６】
上記蒸気タービンの設計支援装置において、前記第４記憶手段には、前記高圧タービンの設計情報として、翼の迎え角、翼の高さ、翼の枚数の少なくともいずれか一つと翼環の設計情報とが互いに関連付けられた情報が格納されていてもよい。
【００１７】
上記構成によれば、翼の迎え角等と翼環の設計情報とが関連付けられた情報が高圧タービンの設計情報として第４記憶手段に格納されているので、翼の高さや枚数に応じてその都度翼環の調整を行う必要がなく、設計に要する設計者の負担を更に軽減することが可能となる。
【００１８】
本発明の第２態様は、高圧タービンおよび低圧タービンを少なくとも含む蒸気タービンの設計方法であって、予め設定された蒸気タービンの出力範囲の最大出力に準じて設計された高圧、中圧、及び低圧の少なくとも一つの車室の設計情報を記録する第１記録工程と、前記蒸気タービンの出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲の各々に対応してそれぞれ設計した低圧タービンの翼列の設計情報を記録する第２記録工程と、設計時において、タービンの仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記低圧タービンの翼列の設計情報を取得するとともに、前記車室の設計情報を取得する情報取得工程と、前記情報取得工程で取得した情報を用いて、蒸気タービンの設計を行う設計工程とを有し、前記車室の設計情報は、前記蒸気タービンの出力範囲において共通化され、前記低圧タービンの翼列の設計情報は、前記サブ出力範囲において共通化される蒸気タービンの設計方法である。
【００１９】
上記蒸気タービンの設計方法は、前記サブ出力範囲の各々に対応してそれぞれ設計した中圧タービンの翼列の設計情報を記録する第３記録工程を更に有し、前記情報取得工程では、タービンの仕様出力に対応する前記サブ出力範囲に対応付けられた前記中圧タービンの翼列の設計情報を更に取得することとしてもよい。
【００２０】
上記蒸気タービンの設計方法において、前記サブ出力範囲及び前記中圧タービンの翼列の設計情報は、前記蒸気タービンの出力範囲の全域に渡って、前記中圧タービンの入口蒸気圧力がタービン性能またはプラント効率から決定される所定の適正範囲内となるように決定されてもよい。
【００２１】
上記蒸気タービンの設計方法は、前記蒸気タービンの出力範囲に対応する高圧タービンの設計情報を記録する第４記録工程を更に有し、前記情報取得工程では、前記第４記録工程で記憶された前記高圧タービンの設計情報を更に取得することとしてもよい。
【００２２】
上記蒸気タービンの設計方法において、前記高圧タービンの設計情報は、翼の迎え角、翼の高さ、翼の枚数の少なくともいずれか一つと翼環の設計情報とが互いに関連付けられた情報でもよい。
【００２３】
本発明の第３態様は、上記の蒸気タービンの設計支援装置を用いて設計された設計図または上記の蒸気タービンの設計方法によって設計された設計図に基づいて蒸気タービンを製造する蒸気タービンの製造方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、納期の更なる短縮およびコスト削減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な蒸気タービンの概略構成図である。
【図２】高圧タービン及び中圧タービンが共通の車室に配置された蒸気タービンの部分縦断面図の一例を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る設計支援装置のハードウェア構成の一例を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る設計支援装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
【図５】車室共通出力範囲およびサブ出力範囲について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの設計支援装置（以下、単に「設計支援装置」という）、蒸気タービンの設計方法（以下、単に「設計方法」という）、および蒸気タービンの製造方法（以下、単に「製造方法」という）について、図面を参照して説明する。
【００２７】
まず、蒸気タービンの構造について簡単に説明する。図１は一般的な蒸気タービンの概略構成図、図２は高圧タービン及び中圧タービンが共通の車室に配置された蒸気タービンの部分縦断面図の一例を示した図である。
図１に示すように、蒸気タービンは高圧タービン１０１、中圧タービン１０２、低圧タービン１０３を備えている。高圧タービン１０１には、ボイラ（図示略）からの主蒸気が供給され、仕事を終えた蒸気は再熱器（図示略）に送られることにより再加熱される。再熱器からの再熱蒸気は、中圧タービン１０２に供給され、中圧タービン１０２で仕事を終えた蒸気は、低圧タービン１０３に送られ、その後、復水器１０４へ送られる。
【００２８】
図２に示されるように、例えば、高圧タービン１０１と中圧タービン１０２とは共通の車室内に設けられている。主蒸気入口１１０から導入された主蒸気は、高圧静翼１１１及び高圧動翼１１２からなる高圧翼段にて膨張仕事をなした後、排気室１１３を経由して高圧排気口１１４に至り、ここから再熱器（図示略）に送られる。再熱蒸気は、再熱蒸気入口１１５から中圧タービン１０２に導入され、中圧静翼１１６及び中圧動翼１１７からなる中圧翼段にて膨張仕事をなした後、排気室１１８を通って中圧排気口１１９に至り、ここから低圧タービン１０３（図１参照）に送られる。
【００２９】
高圧動翼１１２及び中圧動翼１１７は、回転軸１２０に取り付けられ、高圧静翼１１１及び中圧静翼１１６は、車室の内部ケーシング１２１または外部ケーシング１２２に取り付けられた翼環１２３に保持されている。低圧タービンについても、高圧、中圧タービンと同様又は類似の構成による構造とされている。また車室の構成により、低圧タービン１０３は回転軸１２０と別軸に構成されていてもよく、高圧タービン１０１の回転軸１２０とフランジやカップリングで結合されても良い。また低圧タービン１０３は別の軸心を保有して歯車などで結合されていても良い。
【００３０】
本実施形態に係る設計支援装置および設計方法は、上述したような蒸気タービンを設計する際に用いられるものであり、所定の蒸気タービンの出力範囲（以下「車室共通出力範囲」という。）において車室を共通化し、更に、該車室共通出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲において、中圧タービンおよび低圧タービンの翼列（翼の形状、高さ、迎え角（ひねり角）等）を共通化するものである。本実施形態は高圧タービンと中圧タービンの車室、低圧タービンの車室の全ての共通化を行うことで記載するが、本発明はこの態様に限られず、このうち１つの車室のみについて共通化を実施してもよい。
【００３１】
以下、本実施形態に係る設計支援装置１０及び設計方法について詳しく説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図２に示すように、高圧タービン１０１と中圧タービン１０２とが共通の車室内に配置され、図２に示していない低圧タービン１０３が別車室として設置される蒸気タービンを設計する場合を一例に挙げて説明する。
【００３２】
図３は、本発明の一実施形態に係る設計支援装置１０のハードウェア構成の一例を示した図である。図３に示すように、本実施形態に係る設計支援装置１０は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、例えば、ＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するための補助記憶装置１２、各プログラム実行時のワーク領域として機能するメインメモリ１３、ネットワークに接続するための通信インターフェース１４、キーボードやマウス等からなる入力装置１５、及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示装置１６等を備えている。これら各部は、例えば、バス１８を介して接続されている。補助記憶装置１２は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等である。
【００３３】
図４は、設計支援装置１０が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図４に示されるように、設計支援装置１０は、第１記憶部３１、第２記憶部３２、第３記憶部３３、第４記憶部３７、入力部３４、情報取得部３５、及び表示部３６を主な構成として備えている。
【００３４】
第１記憶部３１には、車室共通出力範囲において共通化された車室（以下、「標準車室」という）の設計情報が格納されている。具体的には、第１記憶部３１には、高圧タービン及び中圧タービンを収容する高中圧タービン用標準車室の設計情報と、低圧タービンを収容する低圧タービン用標準車室の設計情報とが格納されている。設計情報の一例としては、外部ケーシング、内部ケーシング、翼環、排気室、蒸気出入口等の材質および寸法、蒸気入口および蒸気出口の流体条件（流量、圧力、温度など）など、車室を設計するのに必要となる情報が挙げられる。
【００３５】
標準車室は、車室共通出力範囲の最大値、換言すると、車室共通出力範囲において、蒸気タービンにより回転駆動される発電機の最大出力に対して最適化された車室の構造とされている。例えば、車室共通出力範囲の最大出力が、８００ＭＷであった場合、８００ＭＷの発電機出力を得ることに相当するタービン回転駆動出力において最適化された車室の設計情報が標準車室となる。車室共通出力範囲の最大出力は、例えば、比較的発電システムとして利用されることが多い出力や、受注頻度の高い蒸気タービンの仕様出力に設定されることが好ましい。これにより、なるべく多くの蒸気タービンを最適設計することが可能となる。
【００３６】
車室共通出力範囲の最低出力は、例えば、高圧タービン及び中圧タービン、低圧タービンの各タービン損失に基づいて決定されるタービン全体損失で決定される。上記のように、標準車室は、車室共通出力範囲の最大出力において最適化された設計とされているため、仕様出力が最大出力から乖離するほどタービン全体損失（ロス）が増加し、タービン効率が低下する。そこで、例えば、タービン全体損失が予め設定された許容値を外れる限界出力を最低出力として設定する。これにより、車室共通出力範囲は、タービン全体損失が許容値以内である範囲に設定されることとなる。
また、上記に代えて、例えば、車室共通出力範囲の最低出力は、車室共通出力範囲の最大出力を１００％としたときの５０％から７０％の間に設定されていてもよい（図５参照）。
また、車室共通出力範囲の最低出力は、過去に設計された各種タービン出力に対する車室サイズを蓄積しておき、蓄積された情報からタービン効率を所定値以上確保可能な最低出力を設定してもよい。
また、上記に代えて、車室共通出力範囲の最低出力は、所定時間当たりの蒸気流量から設定されてもよく、例えば、標準車室の許容蒸気容量を１００％としたときの所定時間当たりの蒸気流量が５０％から７０％の間に設定されてもよい。
【００３７】
第２記憶部３２には、車室共通出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲毎に、低圧タービンの翼列の設計情報がそれぞれ格納されている。低圧タービンの設計情報の一例としては、各所定範囲の蒸気条件に対して、翼列の形状、サイズ、配置、材質などが決定できる計算方法や設計方法の情報、また、過去に設計された低圧タービンの設計情報などが挙げられる。
第３記憶部３３には、車室共通出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲毎に、中圧タービンの翼列の設計情報がそれぞれ格納されている。設計情報の一例としては、各所定範囲の蒸気条件に対して、翼列の形状、サイズ、配置、材質などが決定できる計算方法や設計方法の情報、過去に設計された中圧タービンの設計情報などが挙げられる。
【００３８】
例えば、図５に示すように、車室共通出力範囲は、複数のサブ出力範囲に分割され、サブ出力範囲内においては、翼列が共通化されていて翼列自体の設計変更を不要としている。図５では、３つのサブ出力範囲で分割した場合を例示しているが、分割数については１つ以上であればよく、３つに限定されない。一方、分割数が多くなると車室共通化に対して設計を変更した翼列を多種類にわたり準備する必要性が増加し、車室を共通化することへの効果が低減するため、分割数は５つ以下に留めることが好ましい。
低圧タービンの翼列および中圧タービンの翼列は、例えば、各サブ出力範囲の中間出力付近において最適化された設計としてもよい。このようにすることで、サブ出力範囲の上限出力におけるプラント効率（タービン性能）と下限出力におけるプラント効率（タービン性能）との差を小さくすることが可能となる。
【００３９】
サブ出力範囲及び中圧タービンの翼列は、例えば、図５に示すように、車室共通出力範囲の全域に渡って、中圧タービンの入口蒸気圧力が適正範囲内となるように設定されている。ここで、例えば、図５に示されるように、各サブ出力範囲において、設計対象となる蒸気タービン仕様出力の低下に伴い、中圧タービン及び低圧タービンの入口蒸気圧力も低下する。これは、同一のサブ出力範囲内においては、翼列が共通化されていることから翼の形状、高さ、迎え角（ひねり角）を調整することなく、スロート面積を変化させることがないため、出力（蒸気流量）の低下に比例して入口蒸気圧力が低下するからである。ここで「迎え角」とは蒸気流れに対するタービンの静翼および動翼の翼列の傾斜角度であるが、翼の配置ピッチに対する蒸気の通過流路幅の比率を表す「ひねり角度（ゲージング）」を設定するものである。またスロート面積は翼間の蒸気流路面積を示し、蒸気の通過流路幅に翼高さを積算したものである。従って、スロート面積は、ひねり角により調整が可能なものである。
サブ出力範囲の境界においては、翼列を変更することで、出力（蒸気流量）に適したスロート面積に調整することができ、入口蒸気圧力を適正範囲内に維持することができる。翼列の変更は、例えば、翼の高さ、翼の形状、翼の枚数、翼の迎え角などを変更することにより行われる。ここで、翼の高さや翼の枚数を変化させると、静翼を固定している翼環についても設計変更しなければならない。このため、変更点を少なくするという観点から、翼の迎え角を調整することによってスロート面積を調整することが好ましい。なお、翼の高さや枚数を変更する場合には、これらの情報に対応付けられて翼環の設計情報がそれぞれ格納されているとよい。このようにすることで、翼の高さや枚数に応じてその都度翼環の調整を行う必要がない。
【００４０】
上記中圧タービンの入口蒸気圧力の適正範囲は、タービン性能あるいはプラント効率の適正範囲から決定される。すなわち、タービン性能またはプラント効率と中圧タービンの入口蒸気圧力とは相関関係があり、タービン性能やプラント効率の適正範囲が決まることで、中圧タービンの入口蒸気圧力の適正範囲が決まる。タービン性能は、タービン損失から決まるタービン内部効率などで評価され、例えば、蒸気エネルギーが回転エネルギーに変換される比率で評価される。また、プラント効率は、発電プラントへ投入する燃料の投入量に対する発電機の出力の比率で評価される。
【００４１】
なお、サブ出力範囲は、中圧タービンの入口蒸気圧力が適正範囲内に維持されていることを条件として、例えば、車室共通出力範囲の最大出力を１００％とした場合に、５％間隔、１０％間隔、１５％間隔、および２０％間隔のいずれかまたはその組み合わせとなるように決定されていてもよい。図５では、１０％間隔でサブ出力範囲が区切られている場合を例示している。このように、キリのよい出力を境界とすることで、設計情報を管理しやすくすることができる。また、サブ出力範囲の境界は、発電システムとして利用されることが多いものや受注頻度の多い仕様出力に設定してもよい。
【００４２】
第４記憶部３７には、車室共通出力範囲の最大出力に準じて設計された第１高圧タービンの設計情報が格納されている。第１高圧タービンの設計情報の一例としては、車室共通出力範囲の最大出力の蒸気条件に対して、翼列の形状、サイズ、配置、材質などが決定できる計算方法や設計方法の情報、また、過去に設計された高圧タービンの設計情報などが挙げられる。また、上記情報に代えて、又は、加えて、第４記憶部３７には、高圧タービンの翼列の設計情報として、翼の迎え角、翼の高さ、翼の枚数の少なくとも一つと翼環の設計情報とが互いに関連付けられた情報が格納されていてもよい。
【００４３】
情報取得部３５は、蒸気タービンの仕様出力が入力部３４から入力された場合に、仕様出力に対応するサブ出力範囲に対応付けられた低圧タービンの翼列の設計情報を第２記憶部３２から取得するとともに、仕様出力に対応するサブ出力範囲に対応付けられた中圧タービンの翼列の設計情報を第３記憶部３３から取得する。更に、情報取得部３５は、蒸気タービンの仕様出力が入力部３４から入力された場合に、第１記憶部から標準車室の情報を取得するとともに、第４記憶部３７から高圧タービンの設計情報を取得する。
表示部３６は、情報取得部３５によって取得された各種情報、すなわち、低圧タービンの翼列の設計情報、中圧タービンの翼列の設計情報、標準車室の設計情報、並びに高圧タービンの設計情報を表示する。
【００４４】
上記設計支援装置１０を用いて実際に設計を行う場合には、まず、設計者は、蒸気タービンの仕様出力を入力部３４から入力する。入力された仕様出力の情報は、情報取得部３５に送られる。情報取得部３５は、受け取った仕様出力に応じたサブ出力範囲に対応付けられている低圧タービンの翼列の設計情報を第２記憶部３２から取得するとともに、同じサブ出力範囲に対応付けられている中圧タービンの翼列の設計情報を第３記憶部３３から取得する。更に、情報取得部３５は、第１記憶部３１に格納されている標準車室の設計情報および第４記憶部３７に格納されている高圧タービンの設計情報を取得し、取得したこれらの情報を表示部３６に出力する。表示部３６は、情報取得部３５から受信した情報を表示する。これにより、表示部３６には、蒸気タービンの仕様出力に適合する設計情報が表示される。
【００４５】
設計者は、表示部３６に表示された設計情報を用いて蒸気タービンの設計を引き続き行い、仕様出力の蒸気タービンの設計図を完成させる。例えば、設計者は、中圧タービン及び低圧タービンの翼列およびタービン車室については表示された設計情報をそのまま用いるとともに、高圧タービンについては、表示された高圧タービンの翼列の設計情報を仕様出力に応じて調整することにより、標準車室内に設置する高圧タービンの翼列を設計する。具体的には、翼の迎え角や翼の高さを調整することにより、スロート面積を調整し、仕様出力における高圧タービンの入口蒸気圧力をボイラから供給される主蒸気の圧力に適合させるような翼列とする。なお、高圧タービンについても、低圧タービン等と同様に、表示された設計情報をそのまま用いて高圧タービンを設計することとしてもよい。
このようにして、蒸気タービンの設計が完了すると、その設計図に基づく蒸気タービンの製造が行われ、蒸気タービンが完成する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る設計支援装置１０、設計方法、および製造方法によれば、車室共通出力範囲において同一の車室を共通化し、更に、車室共通出力範囲を複数に分割したサブ出力範囲において、中圧タービンおよび低圧タービンの翼列を共通化するので、蒸気タービンの仕様出力に応じて車室や中圧タービンおよび低圧タービンの翼列を個別に設計を行う場合と比べて、設計期間を短縮することが可能となる。更に、上記のような共通化を図ることで、鋳造工程においても同一の鋳型を用いた連続生産が可能となり、製造効率を向上させることが可能となるとともに、鋳型の種類を減らすことができるので、コスト低減を図ることができる。
更に、中圧タービンおよび低圧タービンにおいては、サブ出力範囲毎に設計が変更されていることにより、タービン性能およびプラント効率の低下を抑制して、車室の共通化をすることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、１つの車室共通出力範囲について説明したが、上記のような車室共通出力範囲を、互いにその出力範囲が重複しないように複数設定しておくことにより、様々な仕様出力の蒸気タービンの設計に対応することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、高圧タービンについては、車室共通出力範囲の最大出力に準じて設計された高圧タービンの設計情報、換言すると、車室共通出力範囲の全域において共通化された高圧タービンの設計情報を第４記憶部３７に格納していたが、これに代えて、例えば、上述した中圧タービンなどと同様に、高圧タービンの翼列についてもサブ出力範囲毎に共通化を図ることとしてもよい。この場合、高圧タービンの入口蒸気圧力が許容範囲内（例えば、ボイラからの主蒸気圧力に許容誤差を考慮した範囲）となるようにサブ出力範囲および高圧タービンの翼列を決定するとよい。なお、この場合、高圧タービンのサブ出力範囲は、中圧タービン等のサブ出力範囲と異なる範囲に設定されていてもよい。
【００４９】
更に、サブ出力範囲毎に高圧タービンの共通化を図る場合には、翼の迎え角、翼の高さ、翼の枚数の少なくとも一つと翼環とが互いに関連付けられた情報が上記高圧タービンの設計情報として格納されていてもよい。このような情報を高圧タービンの設計情報として第４記憶部３７に格納することで、設計者の作業負担を更に軽減することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態では、コンピュータを利用し、電子的に標準車室の情報や翼列の情報を記憶して用いることとしたが、本発明の設計方法の態様はこの例に限られない。例えば、第１記憶部３１、第２記憶部３２、第３記憶部３３、第４記憶部３７に格納されている情報は、紙面に記録されることにより保存されていてもよく、設計者自らが、仕様出力に応じた必要情報を紙面から抽出して用いることにより、設計を行うこととしてもよい。すなわち、上述した情報取得部３５が行うことを設計者が行うこととしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態においては、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンを備え、高圧タービンと中圧タービンとが共通の車室内に配置される蒸気タービンを設計する場合を例示して説明したが、本発明は、上述した構造を有する蒸気タービンに限られず、中圧タービンが省略された蒸気タービンや、各タービンがそれぞれ個別の車室内に配置されるような蒸気タービン等、様々な蒸気タービンに適用することができる。
【００５２】
例えば、中圧タービンが省略された蒸気タービンを設計する場合、第１記憶部３１には高圧タービン用標準車室と低圧タービン用標準車室とが格納されるとともに、第３記憶部３３に格納される中圧タービンの翼列の設計情報は利用されないこととなる。
また、高圧タービン１０１と中圧タービン１０２とが異なる車室に配置される蒸気タービンを設計する場合、第１記憶部３１には、高圧、中圧、低圧にそれぞれ対応する標準車室が格納されることとなる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  蒸気タービンの設計支援装置
３１  第１記憶部
３２  第２記憶部
３３  第３記憶部
３４  入力部
３５  情報取得部
３６  表示部
３７  第４記憶部
【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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