(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（４）に蒸気室（４０、４４）が前置され、この蒸気室（４０、４４）の入口側に蒸気室（４０、４４）への蒸気（Ｄ）の供給を制御するための蒸気入口弁（３８、４２）が接続されている蒸気タービン設備（２）において、蒸気入口弁（３８、４２）が容器（５２）内に遮断機構として配置された回転シリンダ（６４）を有し、容器（５２）に設けられた蒸気入口（５４）が、回転シリンダ（６４）に設けられた通路（８０）を介して、容器（５２）に設けられた蒸気出口（５６）に接続され、前記蒸気入口弁（３８、４２）の容器（５２）が単一品として形成され、回転シリンダ（６４）が唯一の挿入開口（６８）を通して容器（５２）に挿入され、容器（５２）の内室が回転シリンダ（６４）の自由端（６４ｂ）に配置された端板（７２）を介して大気に対して密封されていることを特徴とする蒸気タービン設備。
【請求項２】
蒸気入口弁（３８、４２）の通路（８０）が回転シリンダ（６４）の外周面（６６）に沿って延びていることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備。
【請求項３】
蒸気入口弁（３８、４２）の端板（７２）がその容器（５２）の側の面（７２ａ）にラビリンス形状（７４）を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービン設備。
【請求項４】
蒸気入口弁（３８、４２）の容器（５２）内に配置された回転シリンダ（６４）の先端（６４ａ）が、容器（５２）内に配置され円錐状に形成された軸受要素（７０）で支持されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項５】
蒸気入口弁（３８、４２）の回転シリンダ（６４）がばね装置（７８）によって機械式にバイアスを与えられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項６】
蒸気入口弁（３８、４２）の表面（６６）がセラミックス材料（Ｋ）から成っていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項７】
蒸気入口弁（３８、４２）の制御信号に連続的な外乱信号が付加されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項８】
蒸気入口弁（３８、４２）の通路（８０）が、蒸気経路に沿って次第に狭くなる横断面積を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項９】
蒸気入口弁（３８、４２）の回転シリンダ（６４）の外周面（６６）に多数の通路（８０、８２、８４）が設けられ、その各通路（８０、８２、８４）を介してそれぞれの蒸気入口（５４）がそれらに対応した蒸気出口（５６）に接続されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項１０】
蒸気入口弁（３８、４２）の通路（８０、８２、８４）の始点（８６ａ、８８ａ、９０ａ）および終点（８６ｂ、８８ｂ、９０ｂ）で回転シリンダ中心線に関して規定された通路（８０、８２、８４）の円弧角（８６、８８、９０）が１８０°より大きいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備。
【請求項１１】
蒸気入口弁（３８、４２）の通路（８０、８２、８４）の円弧角（８６、８８、９０）が、回転シリンダ（６４）の第１位置において第１通路（８０）だけが蒸気（Ｄ）で貫流され、回転シリンダ（６４）の第２位置において第１通路（８０）および第２通路（８２）が蒸気（Ｄ）で貫流されるように選定されていることを特徴とする請求項１０記載の蒸気タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンに蒸気室を前置し、この蒸気室の入口側に蒸気室への蒸気の供給を制御するための蒸気入口弁を接続した蒸気タービン設備に関する。
【０００２】
蒸気タービン設備は通常電気エネルギを発生するためあるいは作動機械を駆動するために利用される。その際、蒸気タービン設備のボイラ回路内を導かれる作動媒体、通常水と水／蒸気混合物がボイラ内で蒸発される。その際に発生した蒸気は、蒸気タービンにおいて膨張して仕事をし、続いて復水器あるいは作動機械に導かれる。復水器内で凝縮した作動媒体は給水ポンプを介してあらためてボイラに還流される。
【０００３】
蒸気タービン設備において、蒸気室への蒸気の供給制御のために、ノズル群調速装置と呼ばれる加減弁が使われている。この加減弁の開閉は、通常スピンドル装置あるいは油圧駆動装置によって行われる。スピンドル装置の場合、加減弁は蒸気室内に配置され２本のスピンドルで動かされるビームに吊られている。あるいはまた、加減弁は個別油圧駆動装置を有する。この個別油圧駆動装置は、通常ロッドを介して個々の加減弁を操作する。
【０００４】
しかしこのような加減弁は、これが蒸気流れ方向と逆向きに閉鎖しなければならないので、特に大きな操作力を必要とする。この大きな操作力は、加減弁の調整速度を遅くし、このために加減弁の制御性能を悪化させる。更に、スピンドル装置のスピンドルないし油圧装置のロッドは、通常蒸気室の囲壁を、パッキン箱を介して貫通している。それぞれのノズル群調速装置の作動は、パッキン箱を通して行われるので、そのパッキン箱からの蒸気の漏出は避けられず、多数のパッキン箱を利用する場合にその漏出は著しく多くなる。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の蒸気入口弁を備えた蒸気タービン設備を特に制御性能を向上し、蒸気の漏出が特に少なくなるよう改良することにある。
【０００６】
この課題は本発明によれば、蒸気タービンに蒸気室が前置され、この蒸気室の入口側に蒸気室への蒸気の供給を制御するための蒸気入口弁が接続されている蒸気タービン設備において、蒸気入口弁が容器内に遮断機構として配置された回転シリンダを有し、容器に設けられた蒸気入口が、回転シリンダに設けられた通路を介して、容器に設けられた蒸気出口に接続され、前記蒸気入口弁の容器が単一品として形成され、回転シリンダが唯一の挿入開口を通して容器に挿入され、容器の内室が回転シリンダの自由端に配置された端板を介して大気に対して密封されていることにより解決される。
【０００７】
本発明は、蒸気タービン設備の蒸気入口弁を特に小さな操作力に対応して設計することにより、この蒸気入口弁に対する特に高い制御性能が得られるという考えから出発している。この特に小さな操作力は、蒸気入口弁を、蒸気流れ方向における調整運動を避けるように設計するときに得られる。これは、蒸気入口弁を線形調整運動に対応してではなく、回転調整運動に対応して設計することによって特に簡単に達成できる。そのために蒸気入口弁の遮断機構として回転シリンダが設けられる。このような配置構造によって、必要なパッキン数が特に少なくなる。従ってこの蒸気入口弁は蒸気の漏出が非常に少ない。
【０００８】
蒸気入口弁の通路が回転シリンダの外周面に沿って延びていることが有利である。このように形成された蒸気入口弁は、種々の要件に特に柔軟に適合できる。例えば通路長さを適当に長くした場合、蒸気入口を回転シリンダの異なった位置でも蒸気出口に接続できる。
【０００９】
補助的に蒸気漏出の恐れを特に小さくするために、蒸気入口弁の容器を単一品として形成するのが有利である。この場合、回転シリンダは唯一の挿入開口を通して容器に挿入され、この挿入開口は回転シリンダの自由端に配置された端板を介して大気に対して密封される。
【００１０】
蒸気入口弁の端板がその容器側の面にラビリンス形状を有しているように設計するのが有利である。そのラビリンスパッキンを通って流出する蒸気は、大気に到達するまで特に長い経路をたどらねばならないので、望ましくない蒸気漏出の恐れは特に小さくなる。
【００１１】
蒸気入口弁の容器内に配置された回転シリンダの先端を、容器内に配置され円錐状に形成された軸受要素で支持するのが有利である。そのような配置構造により、円錐状に形成された軸受要素は回転シリンダを挿入する際に自動的に心出し作用をするので、蒸気入口弁を特に簡単に組み立てることができる。
【００１２】
蒸気入口弁に、回転シリンダに機械的なバイアスを与えるばね装置を設けるのが有利である。この実施態様において、蒸気入口弁は特に短い緊急閉鎖時間に対して適用され、回転シリンダの回転運動を制御する装置が故障した際に自動的に閉鎖する。これによって、故障に起因する蒸気の漏出が防止される。
【００１３】
蒸気室に入れるべき蒸気は、運転様式および運転条件に応じて、特に多量の不純物を含む。蒸気入口弁がそのような不純物による悪影響を受けないようにするために、蒸気入口弁の表面をセラミックス材料で構成すると有利である。というのは、セラミックス材料は蒸気中の不純物の付着性が特に小さく、大きな温度変化にもほとんど影響されないからである。
【００１４】
追加的に、特に悪い蒸気品質においても機能性を保証するために、蒸気入口弁は弁の確かな動きを保証する制御信号として連続的な高周波の外乱信号が供給される。
【００１５】
回転シリンダの表面に沿って延びる通路が、蒸気経路に沿って次第に狭くなる横断面積を有していることが有利である。これにより、通路の蒸気入口および／又は蒸気出口に対する相対位置に応じて、種々の蒸気貫流量が得られる。
【００１６】
その場合、蒸気入口弁の通路がその始点と終点とで、回転シリンダ中心線に対し規定して、１８０°より大きい円弧角を有することが有利である。換言すれば、この通路は回転シリンダの半周より長く延びている。即ちこの実施態様において、通路の開口断面積と蒸気入口および／又は蒸気出口との特に多くの組合せが得られる。
【００１７】
蒸気流量を調整する際の柔軟性を特に良くするために、蒸気入口弁が共通の回転シリンダの外周面に配置された多数の通路を有していることが有利である。この場合、各通路を介してそれぞれの蒸気入口がそれらに対応した蒸気出口に接続される。このような配置構造の場合、回転シリンダを適当に形成した際、回転シリンダの調整位置に関係して、１つあるいは複数の通路を的確に開口することができる。
【００１８】
蒸気入口弁の通路の円弧角を、回転シリンダの第１位置においては第１通路だけを蒸気が貫流し、回転シリンダの第２位置においては第１通路および第２通路を蒸気が貫流するよう形成するのが有利である。この実施態様において、蒸気入口弁は通路をステップ的に開くことができ、これによって、蒸気室に蒸気を供給する際の特に高い柔軟性が得られる。
【００１９】
本発明に基づく蒸気入口弁は、蒸気タービン設備の蒸気タービンに前置接続された蒸気室に接続するのが有利である。本発明に基づく蒸気入口弁は、その制御性能が特に高く且つ蒸気漏出の恐れが特に小さいので、そこに特に適用される。
【００２０】
本発明によって得られる利点は、特に蒸気室に前置接続された蒸気入口弁を備えた蒸気タービン設備において、遮断機構として設けられた回転シリンダによって、蒸気の漏出の恐れが特に小さくなるという点にある。更に、蒸気入口弁はこれが回転調整運動に対応して設計されているので、操作力が特に小さいという利点を有する。これによって、本発明に基づく蒸気入口弁は特に高い調整速度を有し、従って特に高い制御性能を有する。更に、特に小さな操作力は蒸気入口弁に対して電気制御装置の採用を可能にする。これによって蒸気タービン設備において圧油装置を省くことができる。そのような圧油装置は、圧油が存在するために常に潜在的な火災発生個所となっている。
【００２１】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号が付されている。
【００２２】
図１における蒸気タービン２は発電機６が連結された蒸気タービン４を有し、更に水・蒸気回路８に蒸気タービン４に後置接続された復水器１０およびボイラ１２を有している。蒸気タービン４は第１圧力段、即ち高圧部４ａともう１つの圧力段、即ち中・低圧部４ｂとから成り、これらの圧力段は共通の軸１４を介して発電機６を駆動する。
【００２３】
ボイラ１２は、その蒸気出口側において蒸気タービン４の高圧部４ａの蒸気入口１８に接続されている。蒸気タービン４の高圧部４ａの蒸気出口２０は、蒸気転送管２２を介して蒸気タービン４の中・低圧部４ｂの蒸気入口２４に接続されている。蒸気タービン４の中・低圧部４ｂの蒸気出口２６は、蒸気排出管２８を介して復水器１０に接続されている。復水器１０は給水管３０を介してボイラ１２に接続され、これによって水・蒸気密閉回路８が生じている。給水管３０には給水ポンプ３２および給水タンク３４が挿入接続されている。
【００２４】
蒸気タービン設備２は、蒸気タービン４の高圧部４ａおよび中・低圧部４ｂへの蒸気Ｄの供給を制御すべく設計されている。そのためにボイラ１２と蒸気タービン４とを接続する蒸気供給管３６は、蒸気入口弁３８に開口している。この蒸気入口弁３８は、蒸気タービン４の高圧部４ａのタービン車室として形成された蒸気室４０の入口側に前置されている。更に蒸気転送管２２に蒸気入口弁４２が接続されている。この蒸気入口弁４２は蒸気タービン４の中・低圧部４ｂのタービン車室として形成された蒸気室４４の入口側に前置されている。これらの蒸気入口弁３８、４２はほぼ同じ構造を有し、高周波の外乱信号が付加された電気制御信号により制御される。そのために各蒸気入口弁３８、４２はそれぞれ制御配線４６、４８を介して制御装置５０に接続されている。
【００２５】
図２に詳細に示すように、蒸気入口弁３８は蒸気室４０に直結している。蒸気供給管３６から蒸気入口弁３８を通って蒸気室４０に蒸気Ｄが到達する。蒸気入口弁３８は、その容器５２に３つの蒸気入口５４と３つの蒸気出口５６を有している。蒸気入口弁３８の各蒸気出口５６は、それぞれ蒸気室４０の仕切り室４０ａ、４０ｂ、４０ｃに開口している。蒸気タービン４の高圧部４ａの蒸気室４０内に、タービンロータ６０および多数のタービン翼６２を有するタービン５８が配置されている。蒸気入口弁４２は蒸気入口弁３８とほぼ同じようにして、蒸気タービン４の中・低圧部４ｂのタービン車室として形成された蒸気室４４に配置されている。
【００２６】
ほぼ同じ構造をした蒸気入口弁３８、４２に関する例として、図１および図２における蒸気入口弁３８を図３に詳細に示してある。蒸気入口弁３８は容器５２を有する。単一品として形成された容器５２は、３つの蒸気入口５４と３つの蒸気出口５６とを有する。容器５２内に回転シリンダ６４が配置されている。この回転シリンダ６４はセラミックス材料Ｋから成り、その外周面６６が鋸壁状の断面形状（図３に詳細には図示せず）をしている。回転シリンダ６４は容器５２に設けた挿入開口６８を通して挿入される。回転シリンダ６４は、容器５２の内部に配置された先端６４ａにより、容器５２の内部に設けられ円錐状に形成された軸受要素７０で支持されている。容器５２内で支持されていない回転シリンダ６４の他端６４ｂには、端板７２が配置されている。図４に詳細に示すように、この端板７２は容器５２側の面７２ａに鋸壁状の断面形状７４を有する。回転シリンダ６４の端板７２にはガイド７６が配置されている。回転シリンダ６４は、このガイド７６を介して、ばね装置７８により機械的に復帰可能である。
【００２７】
回転シリンダ６４はその表面６６に、蒸気入口５４をそれらに対応した蒸気出口５６にそれぞれ接続する３つの通路８０、８２、８４を有している。各通路８０、８２、８４の横断面積は、それぞれ蒸気経路に沿って次第に狭まっている（詳細は図示せず）。更に各通路８０、８２、８４は図５に詳細に示すように円周方向に互いに異なった円弧角８６、８８、９０を有している。これらの円弧角８６、８８、９０はそれぞれ始点８６ａ、８８ａ、９０ａおよび終点８６ｂ、８８ｂ、９０ｂによって規定される。これらの円弧角８６、８８、９０は１８０°より大きく選定されている。回転シリンダ６４の第１位置においては、通路８０だけを蒸気Ｄが貫流し、回転シリンダ６４の第２位置においては、通路８０および通路８２を蒸気Ｄが貫流し、回転シリンダ６４の第３位置においては全部の通路８０、８２、８４を蒸気Ｄが貫流する。
【００２８】
蒸気入口弁３８、４２の制御性能が特に高いことに伴い、蒸気タービン設備の各蒸気室４０、４４に蒸気Ｄを特に細かく段階づけて制御しながら供給することができる。遮断機構として設けられた回転シリンダ６４によって、蒸気Ｄの漏出の恐れは特に小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  蒸気タービンへの蒸気の供給を制御するための蒸気入口弁を備えた蒸気タービン設備の概略配管系統図である。
【図２】  図１における蒸気タービンの蒸気入口弁の概略横断面図である。
【図３】  図１および図２における蒸気入口弁の概略斜視図である。
【図４】  図１〜図３における蒸気入口弁の容器端面部の概略断面図である。
【図５】  図３における回転シリンダの外周面に設けられた通路の円弧角を表した概略図である。
【符号の説明】
２                蒸気タービン設備
４                蒸気タービン
３８、４２          蒸気入口弁
４０、４４          蒸気室
５２                容器
５４                蒸気入口
５６                蒸気出口
６４                回転シリンダ
７２                端板
８０、８２、８４    通路
【図１】
0004287592.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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