(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体入口（７ａ）に接続された高圧ケーシング（５ａ）を有する高圧部分タービン（１ａ）と、冷却流体入口（７ｂ）に接続された中圧ケーシング（５ｂ）を有する中圧部分タービン（１ｂ）と、前記各タービンに設けた結合導管（１６ａ、１６ｂ）を介して高圧部分タービン（１ａ）及び中圧部分タービン（１ｂ）に接続された吸引装置（１０）とを備え、前記各結合導管（１６ａ、１６ｂ）と吸引装置（１０）との間に凝縮器（１４）を設け、前記各結合導管を前記凝縮器に接続し、前記凝縮器（１４）と吸引装置（１０）との間に吸引導管（１５）を接続したことを特徴とする蒸気タービン設備。
【発明の詳細な説明】
本発明は、蒸気入口領域と、排気領域と、これらの間に軸線方向に配置されタービンケーシングによって取囲まれている翼領域とを備えた蒸気タービンに関する。さらに、本発明はタービンケーシングを備えた蒸気タービンの冷却方法に関する。
ドイツ連邦共和国特許第３２４２０４号明細書には、空転する蒸気又はガスタービンの冷却方法ならびに装置が記載されている。この冷却を実施するために、蒸気流導管に弁を介して接続されたエジェクタが示されている。このエジェクタによって蒸気は正規の流れ方向とは逆方向へ流入導管を通って吸引される。吸引された蒸気は別のタービンの抽気蒸気又は排気、並びに湿った又は水蒸気の飽和した生蒸気である。
米国特許第３１７３６５４号明細書は高圧部分タービンと予備運転される復流低圧部分タービンとを有する蒸気タービンに関する。タービン翼の過熱を防止するために、低圧部分タービンおよび高圧部分タービンにおける多数の導管を通って加圧状態の水が凝縮器から部分タービンの中に導入される冷却システムが設けられている。この水は全部蒸発して、真空ポンプが作動中であるので再び凝縮器の中に戻される。導入された水の量は部分タービンの温度に応じて各導入管に対してそれぞれ独立してそれぞれの弁を介して制御される。
従って、上述の両特許公報はそれぞれ空転ないし予備運転される蒸気タービンの冷却に関する。この冷却は専ら直接供給された蒸気、又は蒸発する水によって生成された蒸気によって行われる。従って、上記両特許公報は発生した熱が外部に排出される状態の蒸気タービンに関し、この場合その熱は例えば３０００回／分の運転回転数で回転するタービン内での摩擦によって発生する。この熱が排出されない場合、蒸気タービン内の温度は運転温度以上に高くなる。
中間過熱器が直列接続されている蒸気タービン、特に高圧タービン又は中圧タービンは、負荷時運転中に５００℃以上までの温度になる。数週間又は１月の間続けられる例えば全負荷での負荷時運転中、タービンケーシング並びにタービンロータ、及び生蒸気弁、速動止め弁、タービン翼等の他のタービン構成部品が高温度に加熱される。蒸気タービン設備全体の運転停止後、各タービンのタービンロータは回転装置によって低速回転数でもって予め定められた時間に亘って回転させられ、蒸気雰囲気が排気装置によって排気される。蒸気タービンの運転停止後できるだけ早期に整備作業又は管理作業ならびに必要に応じて追加装備作業を実施することができるようにするために、場合によっては、タービンロータと例えばタービンケーシングとの間に発生した膨張差を予め定められた限界値に維持するように蒸気タービンをできるだけ高速で冷却することが望まれている。
本発明の課題は、強制冷却によって迅速に冷却可能である蒸気タービン並びに蒸気タービン設備を提供することにある。本発明の他の課題は蒸気タービンの冷却方法を提供することにある。
本発明によれば、蒸気タービンに関する課題は、タービンケーシングが冷却流体の流入のための冷却流体入口に接続され、この冷却流体入口が閉鎖手段によって閉鎖可能かつ開放可能であり、タービンケーシングから冷却流体を吸引するための吸引装置が設けられることによって解決される。冷却流体入口は、活動蒸気がタービンの蒸気入口領域内へ入り、タービン軸を駆動しながら翼領域を貫流し、蒸気タービンの排気領域から流出する蒸気タービンの正規の負荷時運転中に閉鎖されていると好ましい。負荷時運転中、これによって冷却流体は蒸気タービンの中に到達しない。蒸気タービンの運転停止後（この蒸気タービンは今やもはや活動蒸気によって貫流されていない）、冷却流体入口は閉鎖手段によって開放され、それゆえ冷却流体、特に空気は蒸気タービンを取囲む空気雰囲気から蒸気タービンの中に流入する。流入する冷却流体は吸引装置、例えば負圧を発生する排気装置によってタービンケーシングから吸引される。これによって２００℃以下、特に１５０℃〜１８０℃へ４０時間以下、好ましくは約２４時間で蒸気タービン（ケーシング及びタービン軸）の高速冷却が可能になる。冷却流体入口は、高速冷却のための冷却流体がタービンの中に十分に到達するように設定された流れ断面積を有するようなタービンにおける独立した孔、例えば空気入口短管であると好ましい。複数の冷却流体入口を設けることもできる。
閉鎖手段は開かれる盲フランジ、弁又は類似物であってもよい。閉鎖手段は例えば第１の制御装置によって自動的に、例えば電動式に開かれる。手動式に開かれる閉鎖弁を使用することもできる。
吸引装置、例えば凝縮器の中に負圧を発生するのに使われる排気機器が、その吸引力を制御するための制御装置に接続されていると好ましい。この制御装置はその他に吸引装置とタービンケーシングとの流れ技術的な接続部を自動的に開くために使われる。高圧蒸気タービンにおいてタービンケーシングと吸引装置との間の流れ技術的な接続を正規の負荷時運転中阻止すると好ましい。
冷却流体入口が蒸気入口に開口する蒸気供給管に接続されていると好ましい。冷却流体入口が生蒸気量を調節するための調整弁に接続されていると好ましく、これによって同様に蒸気タービンの負荷時運転の終了後にこの調整弁の冷却が可能になる。
吸引装置が排気領域に開口する流出導管に接続されていると好ましい。この場合、流出導管は冷却過程中逆止め弁によって遮断され、それゆえ蒸気タービンを貫流する冷却流体の全量は吸引装置を通って導かれる。吸引装置が流れ技術的に凝縮器、特に凝縮水タンクの蒸気領域に接続されていると好ましい。吸引装置として負荷時運転中に既に使用された排気機器を、蒸気タービンと、運転停止後の蒸気タービン構成部品、例えば調整弁、速動止め弁等との冷却のために使用することができる。このような排気機器は例えば凝縮水タンクの中の蒸気空間の排気、又は負荷時運転の終了後の蒸気タービンの中の蒸気雰囲気の排気に使うことができる。
高圧部分タービンと少なくとも１つの中圧部分タービンとを備えた蒸気タービン設備に関する課題は、部分タービンのタービンケーシングがそれぞれ冷却流体入口に接続され、吸引導管を介して凝縮器に接続されかつそれぞれの結合導管を介して部分タービンに接続された吸引装置が設けられることによって解決される。蒸気タービン設備の運転停止後、各部分タービンの冷却は、冷却流体、特に空気がそれぞれの冷却流体入口を介してそれぞれの部分タービンのケーシングの中に流入し、部分タービン及び凝縮器に接続されている吸引装置によって部分タービンから吸引されることによって行われる。吸引装置が負圧を発生し、この負圧によって、部分タービンならびに調整弁及び速動止め弁のような構成部品への冷却流体つまり空気の貫流が生ぜしめられると好ましい。空気は各部分タービンにおいて熱を吸収し、これによって部分タービンが冷却される。吸引装置はこの場合蒸気タービン設備の運転停止の直後に各部分タービンの中の蒸気雰囲気の排気のために既に使用された排気機器であってもよい。蒸気タービン設備の部分タービンの冷却は従って補助機器、例えば圧縮空気蓄積器又は圧縮空気ポンプなしで可能である。この場合、所望の個所に遮断手段をそれぞれ有する冷却流体入口と冷却流体を案内するための制限された本数の導管とを設けることができる。
タービンケーシングを備えた蒸気タービンの冷却方法に関する課題は、冷却流体入口が負荷の切離し後に流れ技術的にタービンケーシングに接続され、冷却流体入口を通って流入する冷却流体、特に空気が吸引装置によってタービンケーシングを通って熱を吸収しながら導かれることによって解決される。蒸気タービンの強制冷却のこのやり方によって、例えばタービンロータとタービンケーシング、特にタービン内部ケーシングとの膨張差のために予め定めることのできる限界値を維持しながら１日以内に数百℃の冷却が可能である。これによって蒸気タービンの整備作業、保守作業又は追加装備作業を負荷の切離し後殆ど１日で実施することができる。負荷の切離し後、タービンは特に駆動モータによって約５０回転／分の低速回転数（ロータ回転運転）で回転させられる。これによる追加的な熱は発生しない。
タービンは運転停止後にロータ回転運転に入り、その場合存在する排気機器が運転を続ける。高圧タービン及び中圧タービンでは空気入口、特に空気流入短管が開かれる。高圧タービンにおいては、生蒸気側の短管、及び高圧タービンの蒸気短管と凝縮器との結合導管が開かれる。凝縮器は排気機器に接続されているので、空気流入短管を通って吸込まれた空気はタービン翼を通って結合導管を介して凝縮器の中に吸引される。これは高圧タービンの冷却を生ぜしめる。中圧タービンにおいては、同様に蒸気流入領域の短管が開かれる。この短管を通って流入する空気は排気機器によって中圧翼および場合によっては流れ技術的に下流に位置する中圧タービンを介して凝縮器の中に吸引される。この場合特に中圧タービン軸と、中内圧ケーシング及び／又は中外庄ケーシングと、中圧タービンの中圧翼、調整弁及び速動止め弁とが冷却される。同様に、空気を相応する結合導管を介して中圧タービンの排気領域から下流に位置する低圧タービンを迂回して凝縮器の中に導くことも可能である。高圧タービン及び中圧タービンが１５０℃以下の温度に冷却されると好ましい。冷却過程は例えば負荷時運転のために既に設けられている温度測定部によって蒸気タービンの内部で検出された温度測定値に基づいて制御することがことができる。冷却の進捗に応じて、冷却過程は吸引装置の吸引力によって加速され又は減速される。冷却過程は特にタービンロータと蒸気タービンの内部ケーシング及び／又は外部ケーシングとの予め定められた最大膨張差が超えられないように実施される。異なった空気入口を通って冷却流体を供給することによって、例えば高圧部分タービンのタービンロータの冷却が遅らされ、高圧ケーシングの冷却が加速される。
図面に示された実施例に基づいて蒸気タービンならびに蒸気タービンを冷却するための補助機器を備えていない高速冷却システムを詳細に説明する。
図は、高圧部分タービン１ａと中圧部分タービン１ｂとを有する蒸気タービン設備２０の一部を概略的に寸法通りではなく示した縦断面図である。この蒸気タービン設備２０の他の構成部品は概要を理解し易くするために概略的に示されている。高圧部分タービン１ａは蒸気入口領域２と、排気領域３と、その間に軸線方向に位置する翼領域４とを有している。蒸気入口領域２には蒸気供給管１２つまり生蒸気導管１９が開口し、これには組合わせ弁として速動止め弁２４及び調整弁１７が配置されている。この調整弁１７は冷却流体入口７を有し、これに空気導管１８が開口している。この空気導管１８には閉鎖手段８、特に第１の制御装置９に接続された弁が配置されている。第１の制御装置９によって閉鎖手段８の開成ないし閉成が可能になり、それにより冷却流体６、特に空気が流入するための冷却流体入口７が開放ないし閉鎖される。閉鎖手段８は蒸気タービン１つまり高圧蒸気タービン１ａの正規の負荷時運転中には閉成され、高速冷却過程中には開成され、それゆえ高速冷却過程中に冷却流体６が調整弁１７の中に流入することができる。
詳細には示されていない内部ケーシング及び外部ケーシングを有する高圧ケーシング５ａの内部にはタービンロータ２６ａが配置されている。排気領域３に流出導管１３が接続されており、これは中間過熱器２１を通って中圧部分タービン１ｂの蒸気入口領域２に導かれている。排気領域３の下流において流出導管１３に逆止め弁２２が配置されている。排気領域３と逆止め弁２２との間において流出導管１３に結合導管１６ａが開口し、これは凝縮器１４に導かれている。この結合導管１６ａは高圧蒸気タービン１ａの正規の負荷時運転中には閉鎖手段８ａによって閉鎖されている。中圧部分タービン１ｂの蒸気入口領域２と中間過熱器２１との間における中圧供給管２３に同様に調整弁１７と速動止め弁２４との組合わせが配置されている。この組合わせにおいて既に述べたように空気導管１８が冷却流体入口７に開口している。中圧部分タービン１ｂは復流式に構成され、詳細に示されていない内部ケーシングと外部ケーシングとを含む中圧ケーシング５ｂを有し、この中にタービンロータ２６ｂ及び翼領域４が配置されている。蒸気タービン設備２０の正規の負荷時運転中、中間過熱器２１から図示されていない活動蒸気が蒸気入口領域２の中に流入し、翼領域４において２つの流れに分流し、それぞれの排気領域３から１つ又は複数の流出導管１３の中に到達する。これらの流出導管は１つ又は複数の図示されていない中圧部分タービンへ導かれている。流出導管１３から結合導管１６ｂが凝縮器１４の中に導かれている。詳細に示されていない別の導管が図示されていない中圧部分タービンから同様に凝縮器１４の中に導かれている。結合導管１６ｂを省略することができ、その場合冷却運転中に調整弁７を通って中圧部分タービンの中に流入する冷却流体６が図示されていない中圧部分タービンを介して凝縮器１４の中に到達することは理解できることである。この凝縮器１４には凝縮水タンク２５が接続されており、これは吸引導管１５を介して吸引装置１０、例えば排気機器、ジェットポンプ又は類似物に接続されている。吸引装置１０は第２の制御装置１１によってその吸引力を制御可能であり、それゆえ冷却過程における吸引空気量、従って冷却速度を調整可能である。勿論、冷却流体６を凝縮器１４に通すことなく、吸引装置１０を結合導管１６ａ、１６ｂに直接接続することも可能である。
本発明は、負荷を切離した後に冷却流体入口と吸引導管とが開かれる負荷時運転の終了後に蒸気タービンを強制冷却することを特徴とする。冷却流体入口を介して蒸気タービンの中に流入する空気は蒸気タービンから熱を吸収しながら吸引導管に接続された吸引装置を介して導き出される。この方法によれば、蒸気タービンの既設の構成部品、例えば排気機器及び蒸気導管を使用することができる。必要に応じて、蒸気タービンを貫流する強制空気流を保証するために、相応する冷却流体入口（例えば空気入口短管）と現存する蒸気流出導管からの分岐管とだけを設ければよい。この方法は特に高圧蒸気タービンの高速冷却を可能にし、２４時間以内に４００Ｋまでの冷却を達成することができる。
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