(57)【要約】【課題】蒸気タービン配管において温度の異常な上昇を防止し、信頼性の向上を実現する。【解決手段】実施形態の蒸気タービン配管は、蒸気通路部と第１分岐管部と第２分岐管部と合流管部とを有する。蒸気通路部は、ボイラから蒸気タービンに蒸気を導く。第１分岐管部は、蒸気通路部の第１分岐部に一端が接続されており、蒸気通路部から流体が分岐して流入する。第２分岐管部は、蒸気通路部の第２分岐部に一端が接続されており、蒸気通路部から流体が分岐して流入する。合流管部は、第１分岐管部の他端および第２分岐管部の他端が一端に接続されており、第１分岐管部および第２分岐管部から流体が合流して流入する。ここでは、合流管部は、他端が開放端であって、一端と他端との間に遮断弁が設けられている。また、蒸気通路部は、第１分岐部と第２分岐部とが、蒸気の流れ方向において異なる位置に設けられている。【選択図】図４
2017025829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン設備に設けられる蒸気タービン配管であって、
ボイラから蒸気タービンに蒸気を導く蒸気通路部と、
前記蒸気通路部の第１分岐部に一端が接続されており、前記蒸気通路部から流体が分岐して流入するように構成されている第１分岐管部と、
前記蒸気通路部の第２分岐部に一端が接続されており、前記蒸気通路部から流体が分岐して流入するように構成されている第２分岐管部と、
前記第１分岐管部の他端および前記第２分岐管部の他端が一端に接続されており、前記第１分岐管部および前記第２分岐管部から流体が合流して流入するように構成されている合流管部と
を有し、
前記合流管部は、他端が開放端であって、一端と他端との間に遮断弁が設けられており、
前記蒸気通路部は、前記第１分岐部と前記第２分岐部とが、前記蒸気の流れ方向において異なる位置に設けられていることを特徴とする、
蒸気タービン配管。
【請求項２】
前記第１分岐管部の一端から他端までの間の距離と、前記第２分岐管部の一端から他端までの間の距離とは、互いに異なる、
請求項１に記載の蒸気タービン配管。
【請求項３】
前記第１分岐管部の内径と、前記第２分岐管部の内径は、互いに異なる、
請求項１または２に記載の蒸気タービン配管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービン配管に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン設備においては、ボイラで発生した蒸気を蒸気タービンに導く主蒸気管が、蒸気タービン配管として設けられている。主蒸気管においては、主蒸気加減弁が設けられており、主蒸気加減弁を用いて蒸気の流量が調節される。
【０００３】
主蒸気加減弁にはドレン管が設けられている。ドレン管は、蒸気タービンについてウォーミングを行うときに、主蒸気管のうち主蒸気加減弁よりも下流側の部分において液化して発生したドレンを排出するために設置されている。ドレン管には、遮断弁が設けられおり、その遮断弁を開くことによって、ドレンを復水器に導く。遮断弁は、ウォーミングが完了した後に閉じられる。
【０００４】
一般的に、蒸気タービンにおいては、上半側および下半側のそれぞれに主蒸気管が設けられている。蒸気タービンの上半側においては、上半側の主蒸気管を介して、ボイラから蒸気が導入され、蒸気タービンの下半側においては、下半側の主蒸気管を介して、ボイラから蒸気が導入される。上半側の主蒸気管および下半側の主蒸気管のそれぞれには、前述したように、ドレン管を備えた主蒸気加減弁が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１８７５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記において遮断弁を閉めた状態で蒸気タービンの負荷を定格まで上昇させた場合には、ドレン管において主蒸気加減弁と遮断弁との間の部分の温度が、主蒸気の温度よりも高い温度に上昇する場合がある。そして、その温度上昇が連続的に発生した場合には、ドレン管の破損が生ずる場合がある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、蒸気タービン配管において温度の異常な上昇を防止し、信頼性を向上可能な、蒸気タービン配管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の蒸気タービン配管は、蒸気通路部と第１分岐管部と第２分岐管部と合流管部とを有する。蒸気通路部は、ボイラから蒸気タービンに蒸気を導く。第１分岐管部は、蒸気通路部の第１分岐部に一端が接続されており、蒸気通路部から流体が分岐して流入する。第２分岐管部は、蒸気通路部の第２分岐部に一端が接続されており、蒸気通路部から流体が分岐して流入する。合流管部は、第１分岐管部の他端および第２分岐管部の他端が一端に接続されており、第１分岐管部および第２分岐管部から流体が合流して流入する。ここでは、合流管部は、他端が開放端であって、一端と他端との間に遮断弁が設けられている。また、蒸気通路部は、第１分岐部と第２分岐部とが、蒸気の流れ方向において異なる位置に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る蒸気タービン設備の一部を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る蒸気タービン設備において、上半側主蒸気止め弁２０および上半側主蒸気加減弁３０を拡大して示す拡大斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態において、第１弁座後ドレン管３１Ａおよび第２弁座後ドレン管３１Ｂを示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態において、第１弁座後ドレン管３１Ａおよび第２弁座後ドレン管３１Ｂを示す図である。
【図５】図５は、一端が開口部２２１であって、他端が閉塞端２２２である配管２２０について模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、一端が開口部２２１であって、他端が開放端２２３である配管２２０について模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、一端が開口部２２１であって、他端が開放端２２３である配管２２０について、管壁温度を測定するときの様子を示す図である。
【図８】図８は、管壁温度の測定結果を示す図である。
【図９】図９は、配管端が閉塞端である配管において、管端の圧力変動について測定した結果に関して周波数分析を行った結果を示す図である。
【図１０】図１０は、周波数と騒音レベルとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、周波数と騒音レベルとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ボイラから蒸気タービンに蒸気を導く蒸気通路部（主蒸気管）の流路Ｆ３０と、ドレン管の流路Ｆ３１とを示す図である。
【図１３】図１３は、ドレン管の流路Ｆ３１を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
［Ａ］構成
図１は、第１実施形態に係る蒸気タービン設備の一部を示す斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、蒸気タービン設備は、上半側主蒸気管１１と下半側主蒸気管１２と高圧タービン２００とを有する。
【００１３】
蒸気タービン設備において、上半側主蒸気管１１は、蒸気タービン配管を構成しており、高圧タービン２００の上半側にボイラ（図示省略）から蒸気を導くように構成されている。ここでは、上半側主蒸気管１１は、上半側主蒸気止め弁２０が設けられている共に、上半側主蒸気止め弁２０の下流側に上半側主蒸気加減弁３０が設けられている。上半側主蒸気止め弁２０は、閉められることによって、上半側主蒸気管１１を介して、高圧タービン２００の上半側へ導く蒸気を遮断するために設置されている。上半側主蒸気加減弁３０は、上半側主蒸気管１１を介して、高圧タービン２００の上半側に導く蒸気の流量を調整するために設置されている。上半側主蒸気管１１のうち上半側主蒸気加減弁３０と高圧タービン２００との間は、コンパクト化のために、たとえば、２つのエルボ管１１ａの間に直管１１ｂが介在した配管で構成されている。
【００１４】
蒸気タービン設備において、下半側主蒸気管１２は、上半側主蒸気管１１と同様に、蒸気タービン配管を構成しており、高圧タービン２００の下半側にボイラ（図示省略）から蒸気が導くように構成されている。下半側主蒸気管１２は、下半側主蒸気止め弁４０が設けられている共に、下半側主蒸気止め弁４０の下流側に下半側主蒸気加減弁５０が設けられている。下半側主蒸気止め弁４０は、閉められることによって、下半側主蒸気管１２を介して、高圧タービン２００の下半側に導く蒸気を遮断するために設置されている。下半側主蒸気加減弁５０は、下半側主蒸気管１２を介して、高圧タービン２００の下半側に導く蒸気の流量を調整するために設置されている。下半側主蒸気管１２のうち下半側主蒸気加減弁５０と高圧タービン２００との間は、たとえば、水平管を用いて構成されている。
【００１５】
蒸気タービン設備において、高圧タービン２００は、図１に示すように、床部２１０に設置されている。高圧タービン２００において床部２１０の上方部分は、上半部であって、上半側主蒸気止め弁２０および上半側主蒸気加減弁３０が設置された上半側主蒸気管１１が連結されている。高圧タービン２００において床部２１０の下方部分は、下半部であって、上半側主蒸気止め弁２０および上半側主蒸気加減弁３０が設置された上半側主蒸気管１１が連結されている。下半側主蒸気止め弁４０および下半側主蒸気加減弁５０が設置された下半側主蒸気管１２が連結されている。
【００１６】
図２は、第１実施形態に係る蒸気タービン設備において、上半側主蒸気止め弁２０および上半側主蒸気加減弁３０を拡大して示す拡大斜視図である。
【００１７】
上半側主蒸気止め弁２０は、図１，図２に示すように、弁座前ドレン管２１および弁座後ドレン管２２が設置されている。弁座前ドレン管２１は、上半側主蒸気止め弁２０の弁座（図示無し）よりも上流側においてドレンを排出するために設けられている。これに対して、弁座後ドレン管２２は、上半側主蒸気止め弁２０の弁座よりも下流側においてドレンを排出するために設けられている。
【００１８】
上半側主蒸気加減弁３０は、図１，図２に示すように、第１弁座後ドレン管３１Ａと第２弁座後ドレン管３１Ｂ（図２では図示無し）とが設置されている。第１弁座後ドレン管３１Ａと第２弁座後ドレン管３１Ｂは、上半側主蒸気加減弁３０の弁座（図示無し）よりも下流側において、ドレンを排出するために設けられている。
【００１９】
なお、下半側主蒸気止め弁４０および下半側主蒸気加減弁５０の拡大斜視図については省略しているが、下半側主蒸気止め弁４０は、上半側主蒸気止め弁２０と同じ構成であり、下半側主蒸気加減弁５０は、上半側主蒸気加減弁３０と同じ構成である。つまり、図１に示すように、下半側主蒸気止め弁４０は、上半側主蒸気止め弁２０と同様に、弁座前ドレン管４１と弁座後ドレン管４２が設置されている。そして、下半側主蒸気加減弁５０は、上半側主蒸気加減弁３０と同様に、第１弁座後ドレン管５１Ａと第２弁座後ドレン管（図示無し）とが設置されている。
【００２０】
以下より、第１弁座後ドレン管３１Ａおよび第２弁座後ドレン管３１Ｂについて、更に詳細に説明する。
【００２１】
図３，図４は、第１実施形態において、第１弁座後ドレン管３１Ａおよび第２弁座後ドレン管３１Ｂを示す図である。図３は、上半側主蒸気加減弁３０のうち弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部の一部を切断したときの様子を示す斜視図である。また、図４は、第１弁座後ドレン管３１Ａおよび第２弁座後ドレン管３１Ｂを含む配管構成を模式的に示している。図４では、図３において上半側主蒸気加減弁３０の管軸ＡＸに対して垂直な面（ｙｚ面）であって第２弁座後ドレン管３１Ｂが設けられた部分の断面を示している。
【００２２】
図３，図４に示すように、第１弁座後ドレン管３１Ａ（第１分岐管部）と第２弁座後ドレン管３１Ｂ（第２分岐管部）とのそれぞれは、上半側主蒸気加減弁３０のうち、弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部に設置されている。
【００２３】
具体的には、第１弁座後ドレン管３１Ａは、上半側主蒸気加減弁３０のうち弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部に設けられた第１分岐部３０Ａに、一端が接続されている。第１弁座後ドレン管３１Ａは、分岐管（第１分岐管部）であって、上半側主蒸気加減弁３０のうち弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部に設けられた第１分岐部３０Ａから、ドレンが分岐して流入する。
【００２４】
第２弁座後ドレン管３１Ｂは、上半側主蒸気加減弁３０のうち弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部に設けられた第２分岐部３０Ｂに、一端が接続されている。第２弁座後ドレン管３１Ｂは、第１弁座後ドレン管３１Ａと同様に、分岐管（第２分岐管部）であって、上半側主蒸気加減弁３０のうち弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部に設けられた第２分岐部３０Ｂから、ドレンが分岐して流入する。
【００２５】
本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａの内径と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの内径は、互いに同じである。
【００２６】
また、本実施形態では、第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとのそれぞれは、図３に示すように、上半側主蒸気加減弁３０のうち弁座よりも下流側において蒸気が流れる蒸気通路部において、蒸気の流れ方向で異なる位置に設けられている。ここでは、蒸気が流れる方向において、第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとのそれぞれが順次並ぶように設けられている。換言すると、上半側主蒸気加減弁３０の蒸気通路部において管軸ＡＸに沿った方向（図４ではｘ方向）において、第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとのそれぞれは、互いに異なる位置に設けられている。図４に示すように、第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとのそれぞれは、たとえば、水平面（ｘｙ面）において管軸ＡＸに沿った方向（ｘ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）に貫通する貫通孔が形成されている。
【００２７】
そして、図４に示すように、第１弁座後ドレン管３１Ａの他端と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの他端とのそれぞれは、互いに連結されている。ここでは、第１弁座後ドレン管３１Ａの一端から他端までの間の距離と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの一端から他端までの間の距離とが互いに異なるように構成されている。
【００２８】
この他に、第１弁座後ドレン管３１Ａの他端と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの他端との両者が連結した連結部Ｃ３１には、合流管部３２の一端が接続されている。合流管部３２は、第１弁座後ドレン管３１Ａ、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂからドレンが合流して流入するように構成されている。合流管部３２は、他端が開放端であると共に、一端と他端との間に遮断弁Ｖ３２が設けられている。
【００２９】
遮断弁Ｖ３２は、高圧タービン２００についてウォーミングを行うときに、閉じられた状態から開けられた状態にされる。これにより、ドレンは、合流管部３２を介して、たとえば、蒸気タービン設備を構成する復水器（図示省略）に導かれる。遮断弁Ｖ３２は、ウォーミングが完了した後に閉じられる。
【００３０】
［Ｂ］まとめ（作用、効果など）
本実施形態においては、上述したように蒸気タービン配管が構成されているので、遮断弁Ｖ３２を閉めた状態で蒸気タービンの負荷を定格まで上昇させた場合に、第１弁座後ドレン管３１Ａ、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂにおいて管内の圧力が変動することを抑制可能である。このため、配管の温度が異常に上昇することを防止可能である。その結果、本実施形態では、配管の破損を効果的に防止することが可能であって、蒸気タービン配管の信頼性を向上することができる。
【００３１】
本実施形態において、上記の効果を得ることできる理由について詳細に説明する。
【００３２】
［Ｂ−１］管内圧力変動による発熱について（熱音響効果）
まず、管内において圧力が変動することによって発熱が起こることについて説明する。
【００３３】
ここでは、内径がＲである円筒において生ずる管内圧力変動の周波数（Ｈｚ）がｆである場合について説明する。文献（荒川、川橋、機械学会論文集、６２巻５９８号、B（１９９６）、ｐ.２２３８−２２４５）によれば、式（１）で求められる無次元の圧力振幅Ｐ１を用いて、管壁近傍の境界層内で生ずる圧力変動による熱音響効果で発生する熱流束ｑ（Ｗ／ｍ２）は、式（２）に示すように求められる。
【００３４】
【数１】
2017025829.tif 000003
【００３５】
【数２】
2017025829.tif 000004
【００３６】
式（１）において、Ｐ１は無次元の圧力振幅であり、Ｐは円筒の管内で生ずる圧力変動の振幅であり、Ｐ０は円筒の管内の平均圧力である。また、式（２）において、ｑは熱流束（Ｗ／ｍ２）であり、Ｋは定数であり、γは比熱比であり、μは粘性係数であり、ａは音速であり、δは境界層の厚さであり、Ｒは円筒の内径である。
【００３７】
円筒の内周長は、πＲであるので、円筒の単位長さ当たりの発熱量Ｑ（Ｗ／ｍ）は、下記の式（３）で求められる。
【００３８】
【数３】
2017025829.tif 000005
【００３９】
境界層の厚さδは、角振動数ωを２πｆとすると、下記の式（４）で求められる。式（４）において、νは、動粘性係数である。
【００４０】
【数４】
2017025829.tif 000006
【００４１】
式（３）から判るように、管内で圧力が変動することによって起こる発熱（熱音響効果）は、無次元の圧力振幅Ｐ１の２乗に比例する。
【００４２】
したがって、第１弁座後ドレン管３１Ａ、第２弁座後ドレン管３１Ｂ、および、合流管部３２を有する蒸気タービン配管の管内で生ずる圧力変動を抑制することによって、発熱を抑制することができる（式（１）参照）。
【００４３】
［Ｂ−２］配管端が閉塞端（閉端）である場合には管壁温度の上昇が生じ、配管端が開放端（開端）である場合には管壁温度の上昇が生じないことについて
図５は、一端が開口部２２１であって、他端が閉塞端２２２である配管２２０について模式的に示す断面図である。図６は、一端が開口部２２１であって、他端が開放端２２３である配管２２０について模式的に示す断面図である。
【００４４】
図５，図６に示すように、配管２２０の一端に設けられた開口部２２１に、ノズル２３０から噴流を衝突させた場合には、配管２２０の内部に大きな圧力変動が発生する。このため、上述した熱音響効果によって、配管２２０が加熱される。
【００４５】
配管２２０の管壁温度をＴとすると、配管２２０の単位長さ当たりの発熱量Ｑ（Ｗ／ｍ）は、式（５）を用いて求められる。
【００４６】
【数５】
2017025829.tif 000007
【００４７】
式（５）において、ｃは配管２２０を構成する材料の比熱であり、ρは配管２２０を構成する材料の密度であり、λは配管２２０を構成する材料の熱伝導率である。また、Ａは配管２２０の断面積であり、ｈは配管２２０の周囲への自然対流熱伝達率であり、Ｄは配管２２０の周囲長であり、Ｔ∞は周囲温度である。また、ｖは配管２２０内を流れる流体の平均流速であり、θは配管２２０内を流れる流体の温度であり、ｃｆは配管２２０内を流れる流体の比熱であり、ρｆは配管２２０内を流れる流体の密度であり、Ａｆは配管２２０内において流体が流れる流路の断面積であり、ｘは配管２２０の軸方向の座標である。
【００４８】
図５に示すように、他端が閉塞端２２２である配管２２０の場合には、その配管２２０内に流れが生じない。このため、式（５）において、ｖは「０」であって、式（５）から式（６）が導かれる。そして、配管２２０が保温材で保温され、熱伝導率が小さい鋼管である場合には、式（６）において、右辺の第２項および第３項を省略することができる。このため、式（６）を、下記の式（７）に近似することができる。
【００４９】
【数６】
2017025829.tif 000008
【００５０】
【数７】
2017025829.tif 000009
【００５１】
これに対して、図６に示すように、他端が開放端２２３である配管２２０の場合には、その配管２２０内に流れが生じる。配管２２０が保温材で保温され、熱伝導率が小さい鋼管である場合には、式（５）において、右辺の第２項および第３項を省略することができる。このため、式（５）を、下記の式（８）に近似することができる。
【００５２】
【数８】
2017025829.tif 000010
【００５３】
配管２２０内の流体の温度と、配管２２０の管壁温度Ｔとの両者は、ほぼ等しいと近似することができる。また、式（８）において下記の式（９）に示す関係を満たす場合には、配管２２０内の流れによる冷却効果が、熱音響効果による加熱効果を上回る。このため、管壁温度Ｔは低下する。
【００５４】
【数９】
2017025829.tif 000011
【００５５】
他端が閉塞端２２２である配管２２０（図５参照）と、他端が開放端２２３である配管２２０（図６参照）とのそれぞれについて、管壁温度を測定した結果について、以下に示す。
【００５６】
図７は、一端が開口部２２１であって、他端が開放端２２３である配管２２０について、管壁温度を測定するときの様子を示す図である。
【００５７】
管壁温度の測定で使用した配管２２０は、ステンレス製であって、長さが３６０ｍｍであり、内径が１０ｍｍであり、外径が１２ｍｍである。図７に示すように、管壁温度の測定の際には、配管２２０の中心軸Ｏｔに対して垂直な直線Ｌ１と、ノズル２３０の中心軸Ｏｎとの間の角度αを８０度にした。そして、大気雰囲気（１０℃程度）において、大気雰囲気と同じ温度の空気をノズル２３０から配管２２０の開口部２２１へ噴出した。ここでは、ノズル２３０の噴出孔における直上流の圧力Ｐｎと大気圧Ｐａとの比（Ｐａ／Ｐｎ）が０．４４になるように、空気の噴出を行なった。そして、配管２２０の軸方向において中心に位置する部分の外壁温度を管壁温度として熱電対で測定した。
【００５８】
この他に、配管２２０の他端を蓋（図示省略）で閉鎖することによって、上記と同様にして、他端が開放端２２３である配管２２０の管壁温度Ｔについて測定を行った。
【００５９】
図８は、管壁温度の測定結果を示す図である。図８において、横軸は時間ｔであって、縦軸は管壁温度Ｔである。
【００６０】
管壁温度Ｔの測定は、図８に示すように、まず、第１の時点ｔ１において、配管２２０の他端が開放端２２３である状態で、配管２２０の一端に設けられた開口部２２１へノズル２３０から空気を噴射することによって行なった（図７参照）。そして、第２の時点ｔ２において、開口部２２１へノズル２３０から空気を噴射した状態で、配管２２０の他端に蓋（図示省略）で閉鎖することによって、その他端を閉塞端にした。そして、第３の時点ｔ３において、開口部２２１へノズル２３０から空気を噴射した状態で、配管２２０の他端から蓋（図示省略）を取り外すことによって、その他端を閉塞端にした。つまり、図８に示すように、第１の時点ｔ１から第２の時点ｔ２までの間は、配管２２０の他端が開放端である状態で、管壁温度Ｔの測定を行なった。そして、第２の時点ｔ２から第３の時点ｔ３までの間は、配管２２０の他端が閉塞端である状態で、管壁温度Ｔの測定を行なった。そして、第３の時点ｔ３以降においては、配管２２０の他端が開放端である状態で、管壁温度Ｔの測定を行なった。
【００６１】
図８に示すように、第１の時点ｔ１から第２の時点ｔ２までの間において、配管２２０の他端が開放端である状態であるときには、管壁温度の上昇が発生しなかった。そして、第２の時点ｔ２から第３の時点ｔ３までの間において、配管２２０の他端が閉塞端である状態であるときには、管壁温度の上昇が発生した。そして、第３の時点ｔ３以降においては、配管２２０の他端が開放端になることによって、管壁温度が急速に低下した。この現象は、上述の各式で示す結果と一致している。
【００６２】
上述したように、本実施形態の蒸気タービン配管においては、第１弁座後ドレン管３１Ａの他端と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの他端との両者が連結部Ｃ３１で連結されており、その連結部Ｃ３１には、合流管部３２の一端が接続されている。つまり、本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａ、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂからドレンが合流して合流管部３２に流入するように、蒸気タービン配管が構成されている。つまり、本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａの他端、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂの他端は、取り出し口と開放端とを兼ねている。
【００６３】
このため、本実施形態では、上記結果から判るように、合流管部３２に設けられた遮断弁Ｖ３２を閉じた状態で高圧タービン２００の負荷を定格まで上昇させた場合に、第１弁座後ドレン管３１Ａ、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂにおいて管内の圧力が変動することを抑制可能である。その結果、本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａ、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂの温度が異常に上昇することを防止可能である。
【００６４】
［Ｂ−３］第１弁座後ドレン管３１Ａの一端から他端までの間の距離と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの一端から他端までの間の距離とが異なることによって生ずる、作用および効果について
本実施形態では、上述したように、第１弁座後ドレン管３１Ａの一端から他端までの間の距離と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの一端から他端までの間の距離とが互いに異なっている（図４参照）。以下より、これによって生ずる作用および効果に関して説明する。
【００６５】
配管内の圧力変動は、配管の長さ（管長）に依存する。具体的には、下記の式（１０）に示すように、ｎ次の固有振動数Ｆｎは、管長Ｌ（ｍ）に応じて変わる（式（１０において、ｃは音速（ｍ／ｓ））。
【００６６】
【数１０】
2017025829.tif 000012
【００６７】
図９は、配管端が閉塞端である配管において、管端の圧力変動について測定した結果に関して周波数分析を行った結果を示す図である。図９において、横軸は周波数ｆを示し、縦軸はパワースペクトラムＰｓを示している。
【００６８】
図９に示すように、周波数ｆが低い側（左側）においては、次数が低い固有振動数Ｆ1が表れる。そして、周波数ｆが高くなるに従って（右側へ移動するに伴って）、式（１０）に示すように、ｎ次の固有振動数Ｆnが表れる．
【００６９】
第１弁座後ドレン管３１Ａの一端から他端までの間の距離と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの一端から他端までの間の距離とが同じである場合には、第１弁座後ドレン管３１Ａ内の圧力変動の周期と、第２弁座後ドレン管３１Ｂ内の圧力変動の周期とが一致して、共振現象が生ずる。
【００７０】
これに対して、本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａ内の圧力変動の周期と、第２弁座後ドレン管３１Ｂ内の圧力変動の周期とが一致しないように、第１弁座後ドレン管３１Ａの一端から他端までの間の距離と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの一端から他端までの間の距離とが互いに異なっている。
【００７１】
これにより、本実施形態では、管内の圧力が変動することを十分に抑制可能であって、蒸気タービン配管の温度が異常に上昇することを効果的に防止可能である。
【００７２】
［Ｂ−４］第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとの両者が蒸気の流れ方向で異なる位置にあることによって生ずる、作用および効果について
本実施形態では、第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとのそれぞれは、蒸気が流れる蒸気通路部において、蒸気の流れ方向で異なる位置に設けられている（図３参照）。以下より、これによって生ずる作用および効果に関して説明する。
【００７３】
一般に、流体（蒸気等）は、質量流量保存の関係が成立する。このため、蒸気通路部の断面積と、蒸気通路部を流れる蒸気の流速との積は、蒸気の流れ方向において一定である。
【００７４】
本実施形態では、蒸気通路部において第１分岐部３０Ａと第２分岐部３０Ｂとが設けられた部分は、断面積が上流から下流へ向かって大きくなるように形成されている。このため、第１分岐部３０Ａが位置する部分の断面積Ｓａよりも、第２分岐部３０Ｂが位置する部分の断面積Ｓｂが大きい（つまり、Ｓａ＜Ｓｂ）。その結果、質量流量保存の関係から判るように、第１分岐部３０Ａが位置する部分の流速Ｆａよりも、第２分岐部３０Ｂが位置する部分の流速Ｆｂの方が小さくなる（つまり、Ｓａ・Ｆａ＝Ｓｂ・ＦｂからＦａ＞Ｆｂが導かれる）。
【００７５】
キャビティー音は、流体（蒸気等）が凹部（第１分岐部３０Ａ、第２分岐部３０Ｂ等）を通過する際に発生する。本実施形態では、上記のように、第１分岐部３０Ａを通過するときの流速Ｆａと、第２分岐部３０Ｂを通過するときの流速Ｆｂとが異なるので、両者を通過する際に生ずるキャビティー音の強さが、互いに異なる。したがって、本実施形態は、キャビティー音の強さを効果的に低減可能である。
【００７６】
［Ｃ］変形例
上記の実施形態では、蒸気タービンである高圧タービン２００に複数の蒸気弁（上半側主蒸気加減弁３０，下半側主蒸気加減弁５０など）が設置されている場合について説明したが、これに限らない。蒸気タービンに単一の蒸気弁が設置されている場合において、上記の実施形態の場合と同様に、蒸気タービン配管を構成してもよい。
【００７７】
＜第２実施形態＞
［Ａ］構成
上記の第１実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａの内径と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの内径の両者が同じである場合について説明した（図３参照）。図示を省略しているが、本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａの内径と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの内径の両者は、同じでなく、互いに異なっている。換言すると、ボイラから蒸気タービンに蒸気を導く蒸気通路部から、第１分岐部３０Ａにおいてドレンが分岐して流入するドレン流路の内径と、第２分岐部３０Ｂにおいてドレンが分岐して流入するドレン流路の内径とが、相違している。
【００７８】
本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００７９】
［Ｂ］まとめ（作用、効果など）
本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、蒸気タービン配管が構成されているので、遮断弁Ｖ３２を閉めた状態で蒸気タービンの負荷を定格まで上昇させた場合に、第１弁座後ドレン管３１Ａ、および、第２弁座後ドレン管３１Ｂにおいて管内の圧力が変動することを抑制可能である。これと共に、本実施形態では、上述したように、第１弁座後ドレン管３１Ａの内径と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの内径の両者が互いに異なっている。このため、本実施形態では、第１弁座後ドレン管３１Ａによって生ずるキャビティ音と、第２弁座後ドレン管３１Ｂによって生ずるキャビティ音とが共鳴する共鳴現象が生ずることを、抑制可能である。
【００８０】
したがって、本実施形態では、蒸気タービン配管の破損を効果的に防止することが可能であって、蒸気タービン配管の信頼性を向上することができる。
【００８１】
本実施形態において、上記の効果を得ることできる理由について詳細に説明する。
【００８２】
まず、キャビティ音について説明する。前述した図３を参照して説明すると、キャビティ音は、たとえば、第１弁座後ドレン管３１Ａと第２弁座後ドレン管３１Ｂとのそれぞれが連結される第１分岐部３０Ａおよび第２分岐部３０Ｂが基点になって発生する。
【００８３】
図１０，図１１は、周波数と騒音レベルとの関係を示す図である。図１０および図１１において、横軸は騒音の周波数ｆａを示し、縦軸は騒音レベルＮを示している。図１０は、第１弁座後ドレン管３１Ａ、第２弁座後ドレン管３１Ｂなどのドレン管を設置した場合の結果を示している。これに対して、図１１は、ドレン管を設置しない場合の結果を示している。
【００８４】
図１０と図１１とを比較して判るように、周波数ｆａが第１の周波数ｆａ１から第２の周波数ｆａ２までの間であるキャビティ音によって、ドレン管を設置した場合（図１０参照）の方が、ドレン管を設置しない場合（図１１参照）よりも、騒音が大きい。
【００８５】
図１２は、ボイラから蒸気タービンに蒸気を導く蒸気通路部（主蒸気管）の流路Ｆ３０と、ドレン管の流路Ｆ３１とを示す図である。図１３は、ドレン管の流路Ｆ３１を拡大して示す図である。図１２では、図４と同様に、蒸気通路部（主蒸気管）の管軸ＡＸに対して垂直な面（ｙｚ面）の断面を示している。これに対して、図１３では、蒸気通路部（主蒸気管）の径方向に沿った面であって、図１２に示す矢視方向３０１に対して垂直な面の断面について示している。
【００８６】
図１３において、ａは、流れ方向におけるドレン管の流路Ｆ３１（隙間）の幅であり、ｂは、そのドレン管の流路Ｆ３１（隙間）の深さである。
【００８７】
キャビティ音の周波数ｆｘは、ドレン管の流路Ｆ３１（隙間）の幅ａと、ドレン管の流路Ｆ３１（隙間）の深さｂと、音速ｃとを用いて規定される下記の式（１１）（Ｅａｓｔの式）で決定される。
【００８８】
【数１１】
2017025829.tif 000013
【００８９】
図１２から判るように、ドレン管の流路Ｆ３１は、蒸気通路部（主蒸気管）の径方向に沿った面の位置に応じて、幅ａと深さｂとが変動する。このため、図１０に示すように、キャビティ音の周波数は、特定の周波数でなく、第１の周波数ｆａ１から第２の周波数ｆａ２までの間の周波数になる。
【００９０】
式（１１）から判るように、第１弁座後ドレン管３１Ａの内径と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの内径の両者が同じである場合には、それぞれにおいて生ずるキャビティ音の周波数が一致して、共鳴する。しかしながら、本実施形態では、上述したように、第１弁座後ドレン管３１Ａの内径と、第２弁座後ドレン管３１Ｂの内径の両者が同じでなく、相違する。このため、本実施形態においては、第１弁座後ドレン管３１Ａと第２弁座後ドレン管３１Ｂとのそれぞれにおいて生ずるキャビティ音の周波数が一致しないので、両者が共鳴しない。その結果、本実施形態では、上述したように、蒸気タービン配管の破損を効果的に防止することが可能であって、蒸気タービン配管の信頼性を向上することができる。
【００９１】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１１…上半側主蒸気管（蒸気通路部）、１１ａ…エルボ管、１１ｂ…直管、１２…下半側主蒸気管（蒸気通路部）、２０…上半側主蒸気止め弁、２１…弁座前ドレン管、２２…弁座後ドレン管、３０…上半側主蒸気加減弁（蒸気通路部）、３０Ａ…第１分岐部、３０Ｂ…第２分岐部、３１Ａ…第１弁座後ドレン管（第１分岐管部）、３１Ｂ…第２弁座後ドレン管（第２分岐管部）、３２…合流管部、４０…下半側主蒸気止め弁、４１…弁座前ドレン管、４２…弁座後ドレン管、５０…下半側主蒸気加減弁、５１Ａ…第１弁座後ドレン管、２００…高圧タービン、２１０…床部、２２０…配管、２２１…開口部、２２２…閉塞端、２２３…開放端、２３０…ノズル、Ｃ３１…連結部、Ｖ３２…遮断弁
【図１】
2017025829.tif 000014
【図２】
2017025829.tif 000015
【図３】
2017025829.tif 000016
【図４】
2017025829.tif 000017
【図５】
2017025829.tif 000018
【図６】
2017025829.tif 000019
【図７】
2017025829.tif 000020
【図８】
2017025829.tif 000021
【図９】
2017025829.tif 000022
【図１０】
2017025829.tif 000023
【図１１】
2017025829.tif 000024
【図１２】
2017025829.tif 000025
【図１３】
2017025829.tif 000026