(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが別個のタービンケーシングに内蔵された別個のタービンロータを備えて互いに異なる蒸気条件に対応して設計された複数の多段軸流蒸気タービンと、前記多段軸流蒸気タービンの内の少なくとも一つに結合された少なくとも一つの発電機と、前記複数の多段軸流蒸気タービンに共通に使用可能な少なくとも一つの予備タービンロータと、を有する地熱発電システムであって、
前記多段軸流蒸気タービンはそれぞれが、タービンケーシングと、このタービンケーシングに固定された複数の軸受けと、これらの軸受けによって回転支持されて前記タービンケーシング内に収容されたタービンロータとを有し、
前記各タービンケーシング内のタービンロータおよび予備タービンロータはそれぞれが、両端部に配置されて他のタービンロータおよび発電機に結合可能なカップリングと、複数の動翼と、前記複数の軸受けに接してそれらの軸受けによって支持され得る複数の軸受け支持部と、を有し、
前記タービンケーシングに内蔵されたタービンロータおよび前記予備タービンロータについて、前記軸受け支持部間の距離、前記カップリング間の距離、前記動翼の最大高さおよび前記カップリングの寸法が互いに共通であって、
前記予備タービンロータのタービン入口側段落の動翼の高さが、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービン入口側段落の動翼の高さのうちの最大のものに等しいこと、
を特徴とする地熱発電システム。
【請求項２】
前記複数の多段軸流蒸気タービンのうちでタービン入口蒸気体積流量が比較的大きなタービンにおける入口側の少なくとも一つの段落での反動度が、前記複数の多段軸流蒸気タービンのうちでタービン入口蒸気体積流量が比較的小さなタービンにおける入口側の対応する段落での反動度よりも大きく設定されていること、を特徴とする請求項１に記載の地熱発電システム。
【請求項３】
前記複数の多段軸流蒸気タービンの入口側の少なくとも一つの段落について共通に使用可能な少なくとも一つの予備ノズルダイアフラムをさらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地熱発電システム。
【請求項４】
前記予備タービンロータのタービン入口側段落の動翼の高さが、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービン入口側段落の動翼の高さよりも高い場合について、前記予備タービンロータおよび予備ノズルダイアフラムで置き替えたときのノズル翼のスロート面積に対する動翼のスロート面積の比たるスロート面積比が、置き替える前の動翼とノズル翼のスロート面積比よりも大きくなるように、前記予備ノズルダイアフラムのノズル翼スロート面積が設定されていること、を特徴とする請求項３に記載の地熱発電システム。
【請求項５】
前記複数の多段軸流蒸気タービンのうちで、タービン入口蒸気体積流量が比較的大きなタービンのタービン入口側段落のノズル翼のスロート面積に対する動翼のスロート面積の比たるスロート面積比が、タービン入口蒸気体積流量が比較的小さなタービンのタービン入口側段落の動翼とノズル翼のスロート面積比よりも小さくなるように動翼とノズル翼のスロート面積が設定されていて、かつ、これらタービンの各段落の翼長が互いに等しくなるよう設定されていること、を特徴とする請求項１に記載の地熱発電システム。
【請求項６】
複数の多段軸流蒸気タービンと、これらの多段軸流蒸気タービンに結合された少なくとも一つの発電機と、前記多段軸流蒸気タービンおよび発電機に結合されていない予備タービンロータと、を有する地熱発電装置であって、
前記多段軸流蒸気タービンはそれぞれが、タービンケーシングと、このタービンケーシングに固定された複数の軸受けと、これらの軸受けによって回転支持されて前記タービンケーシング内に収容されたタービンロータとを有し、
前記各タービンケーシング内のタービンロータおよび予備タービンロータはそれぞれが、両端部に配置されて他のタービンロータおよび発電機に結合可能なカップリングと、複数の動翼と、前記複数の軸受けに接してそれらの軸受けによって支持され得る複数の軸受け支持部と、を有し、
前記各タービンケーシング内のタービンロータおよび予備タービンロータについて、前記軸受け支持部間の距離、前記カップリング間の距離、前記動翼の最大高さおよび前記カップリングの寸法が互いに共通であって、前記各タービンケーシング内タービンロータの内の一つと前記予備タービンロータとを交換して運転可能に構成されていること、を特徴とする地熱発電装置。
【請求項７】
前記予備タービンロータのタービン入口側段落の動翼の高さが、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービン入口側段落の動翼の高さのうちの最大のものに等しいこと、
を特徴とする請求項６に記載の地熱発電装置。
【請求項８】
前記複数の多段軸流蒸気タービンのうちでタービン入口蒸気体積流量が比較的大きなタービンにおける入口側の少なくとも一つの段落での反動度が、前記複数の多段軸流蒸気タービンのうちでタービン入口蒸気体積流量が比較的小さなタービンにおける入口側の対応する段落での反動度よりも大きく設定されていること
を特徴とする請求項７に記載の地熱発電装置。
【請求項９】
前記複数の多段軸流蒸気タービンの入口側の少なくとも一つの段落について共通に使用可能な少なくとも一つの予備ノズルダイアフラムをさらに備えていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の地熱発電装置。
【請求項１０】
それぞれが別個のタービンケーシングに内蔵された別個のタービンロータを備えて互いに異なる蒸気条件に対応して設計された複数の多段軸流蒸気タービンを運用し、前記複数の多段軸流蒸気タービンに共通に使用可能な少なくとも一つの予備タービンロータをタービンケーシングの外に保管する地熱発電方法であって、
前記複数の多段軸流蒸気タービンおよび前記予備タービンロータについて、最終段翼の翼長、カップリング寸法、カップリングスパン、軸受け寸法、軸受けスパンのそれぞれが互いに等しく、
前記予備タービンロータのタービン入口側段落の動翼の高さが、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービン入口側段落の動翼の高さのうちの最大のものに等しく、
前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービンロータのうちで保守が必要なものについて、前記タービンケーシングから取り出して前記予備タービンロータで置き替えること、
を特徴とする地熱発電方法。
【請求項１１】
前記複数の多段軸流蒸気タービンの入口側の少なくとも一つの段落について共通に使用可能な少なくとも一つの予備ノズルダイアフラムをタービンケーシングの外にさらに保管し、
前記多段軸流蒸気タービンのタービンロータを予備タービンロータで置き替える際に当該多段軸流蒸気タービンのノズルダイアフラムの一部を前記予備ノズルダイアフラムで置き替えること、
を特徴とする請求項１０に記載の地熱発電方法。
【請求項１２】
前記タービンケーシングから取り出したタービンロータを保守した後に、このタービンロータを予備タービンロータとして再使用すること、を特徴とする請求項１０または１１に記載の地熱発電方法。
【請求項１３】
地熱井の経年的な変化によって蒸気供給量が減少したときに、前記ノズルダイアフラムの少なくとも一つについて、タービン入口側の少なくとも一段のノズル翼のスロート面積が大きくなるように、その段落のノズル翼を調節すること、を特徴とする請求項１１または１２に記載の地熱発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地熱蒸気を利用した発電システム、発電装置ならびに発電方法に関し、特に、蒸気タービンの経年劣化への対応を考慮した装置や方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱発電システムは、地下のマグマによって加熱された蒸気（地熱蒸気）を、井戸を掘削して地上に導き出し、この蒸気を直接タービンに導入して作動流体とし、回転動力を得るようにしたものである。地熱蒸気の持つエネルギは、地熱蒸気がノズル（静翼）と動翼とから構成されるタービン段落を通って膨張することにより、速度エネルギに変換される。この速度をもった地熱蒸気が動翼に作用して、動翼が植設されているタービンロータを回転させる力を発生させる。
【０００３】
地熱蒸気は、地下水がマグマなどの地熱によって加熱されて発生する性質上、蒸気中に硫化水素、塩分などの腐食性成分や、シリカ、カルシウムなどのスケール成分、さらには、砂、泥、酸化鉄などの固体粒子を含んでいる。また、地熱蒸気は飽和状態、あるいは飽和に近い状態にあるため、タービン内部では蒸気の湿り度が高く、地熱タービンとしては過酷な運用を強いられる状況にある。さらには、地熱蒸気中に含まれる化学成分の種類や濃度、地熱タービンに持ち込まれる固形物の大きさや量、そして地熱蒸気の蒸気状態などは、地熱タービンが設置される地熱地帯や井戸によって異なり、また同じ井戸でも経年的に大きく変化してゆくことが、地熱タービンの設計を一段と複雑なものにしている。
【０００４】
地熱蒸気中に硫化水素などの腐食性ガスが含まれていることは、材料の腐食のほか、動翼やノズルおよびタービンロータにとっては、応力腐食割れや腐食疲労に起因する経年的な劣化や損傷といった、地熱タービンの寿命を縮める要因を内在している。たとえば、腐食疲労による損傷は、一般に環境、材料、応力の三要素が重畳した結果生ずるものである。ノズルや動翼およびタービンロータのように高速で回転するため必然的に高応力が生じるタービン部品にとっては、これら三要素の重畳を完全に避けることは困難となる。
【０００５】
したがって、使用される材料や翼長には、自ずと実用面での制限があり、ひいては地熱タービンの出力にも一定の上限が設けられることになる。つまり、地熱タービンは火力タービンに比べて１台あたりの出力規模が小さくなるため、小型のものを複数作る場合が多い。
【０００６】
一方、地熱蒸気の高い湿り度と蒸気中の固体粒子の混入により、タービン各部の蒸気通路部やシール部のドレンエロージョンや固体粒子エロージョンを引き起こす可能性がある。また、湿り蒸気や固体粒子は、地熱蒸気中に含まれる腐食性ガスの存在と相俟って、エロージョンとコロージョンの相乗作用を引き起こし、タービンの損傷を一段と加速する要因となりうる。このため、各タービン段落の出口にはドレンキャッチャを設け、水滴や固形粒子を蒸気通路部外に排出する構成にしており、また、最終段翼の先端部にはエロージョンシールドを貼り付けるなどの損傷防止対策が施されている。
【０００７】
実際の地熱タービンプラントでは、長期運用による地熱蒸気成分の経年変化によって、腐食環境としてはより厳しい方向へと変化する場合があり、タービンの損傷防止対策を講じているにもかかわらず、各部の劣化が進行する例がみられる。したがって、地熱タービンにとっては、経年的な劣化や腐食の進行に対して、効率的に保守、メンテナンスを行なうことにより、信頼性と性能を維持しつつ、如何に稼働率を向上させるかが重要な課題となっている。
【０００８】
一方、地熱エネルギは炭酸ガス排出のないクリーンなエネルギであり、地熱プラントの稼働率向上は火力プラントなどの炭酸ガスを排出する電源の抑制につながるため、環境保全の観点からもさらなる拡大が望まれている。したがって、地熱タービンの保守、メンテナンス性の改善により、プラント性能と稼働率の向上を図ることは、地球環境保護の視点からも推し進めていかなければならない重要テーマである。
【０００９】
一般に、地熱タービンには軸流タービンが採用されており、ケーシングとケーシングに内蔵されたタービンロータ、そして静止した翼であるノズル翼と回転する動翼とを組み合せた多段のタービン段落構造により構成される（たとえば特許文献１および２参照）。
【００１０】
高温・高圧の地熱蒸気は、ノズル翼を通って膨張することにより高速の蒸気となり、この高速の蒸気エネルギが動翼を介してタービンロータを回転させる。タービンロータは、前後の軸受けによって支持され、軸端のカップリングを介して発電機と結合され、その回転エネルギを発電機に伝える。
【００１１】
タービン段落のうち、最終段を含むうしろの複数段落の動翼は、翼長が大きいため回転による厳しい遠心応力状態で運用される。このような状況下での翼の信頼性を維持するために、翼の固有振動数がタービンロータの回転数の整数倍と一致することによって生ずる翼の共振を避ける設計となっている。このために、これら最終段を含む後方複数段の翼は、タービンメーカの標準設計品として用意されており、タービンのユニットごとに都度設計するのではなく、タービンの排気蒸気量や排気圧力に応じて、標準品の中から適切なものを選択して採用する手法がとられている。
【００１２】
一方、地熱タービンに導かれる地熱蒸気は、地下水がマグマなどの地熱によって加熱されて発生する自然エネルギであるため、その蒸気の圧力や温度といった蒸気条件は、地熱が発掘されるサイトの井戸深さや、その他自然条件によって様々であり、このことが地熱タービンの完全な標準化をさまたげる一因となっている。
【００１３】
このため、タービンの入口側、つまり上流側の段落は、当該タービンの入口蒸気流量、圧力、温度といった入口蒸気条件に応じて最高の効率が得られるよう蒸気通路部の検討がなされ、ユニットごとに最適化設計がなされる。すなわち、同じ出力のタービンであっても入口の蒸気条件が異なれば、タービン入口側の段落のノズルや動翼の形状やサイズは異なった形や値に設計され、結果として同一のタービンとはならない。
【００１４】
タービンロータを支える軸受けサイズは、タービンロータ重量、タービンロータの伝達トルクすなわち出力やタービンロータの危険速度などを勘案して設定される。またカップリングサイズもタービンロータの出力から決められる。したがって、タービンの出力が異なれば、これらのサイズはそれぞれ異なった値として設計される。
【特許文献１】特開昭６２−１５７２０７号公報
【特許文献２】特開昭５９−８５４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
地熱蒸気に含まれるシリカ、カルシウムなどのスケール成分、さらには、砂、泥、酸化鉄などの固体粒子は、タービン蒸気通路部での蒸気の膨張過程において、その一部がノズルや動翼表面に付着する。これらスケールの翼表面への堆積は、蒸気通路部の有効スロート面積を減少させることとなり、タービンの蒸気飲み込み能力を低下させて出力減少へとつながる。
【００１６】
地熱蒸気は飽和状態、あるいは飽和に近い状態にあるため、タービン内部では多量のドレンを含んだ湿り蒸気流れとなっている。この高い湿り度と蒸気中の固体粒子の存在は、タービン各部のシール部の損傷や、ノズル表面や動翼表面のドレンエロージョンや固体粒子エロージョンによる肌荒れを引き起こし、これらは経年的なタービン内部効率の低下の大きな要因となっている。
【００１７】
地熱蒸気中に含まれる腐食性ガスの存在は、湿り蒸気との相乗作用によって、応力腐食割れや腐食疲労による動翼やタービンロータの損傷を引き起こす場合がある。これら蒸気中に含まれる腐食成分に起因する損傷は、蒸気中に含まれる化学成分や濃度が地熱地帯や井戸によって異なり、また経年的にも変化していくことから、地熱サイトごとの固有の対応が求められている。
【００１８】
これら地熱タービン特有の問題点を克服するために、定期的にタービンを開放して、ノズル翼、動翼のスケール落としと磨きや、損傷したシール用パッキン類など部品の交換、あるいはまた各部位の健全性確認のための検査が行なわれている。しかしながら、頻繁なタービン開放はプラントの稼働率の低下を招き、地熱プラント運用を含めたトータル効率向上の観点からは好ましくない。
【００１９】
たとえば、シングル・ケーシングの地熱タービンの１回の定期タービン開放点検に２５日かかるとして、これを２年ごとに行なえば、年平均のダウンタイムは１２．５日となる。つまり、この点検のための稼働率の低下としては、１２．５／３６５＝３．４％という大きな値となる。
【００２０】
さらに、開放点検中に、動翼やタービンロータその他大物部品に損傷が見出された場合には、その部品の調達と組み立てに長期の日数を要することとなり、プラントのダウンタイムは大幅に延びて、その経済的損失はかなり大きなものになる。
【００２１】
この定期タービン開放点検によるタービン稼働率の低下を抑制方法として、タービンロータやノズルダイアフラムといったタービンの大物部品の予備を用意しておく方法がある。つまり、タービン開放と同時に中身を予備品と取り替え、すぐ組み立てて運転に入るものである。これにより、タービンのダウンタイムは最小に押さえることができる。取り出された旧品は、次回定期タービン開放までの間に、手入れと検査、補修を行なうことができる。
【００２２】
たとえば、タービンロータやノズルダイアフラムの予備を用意しておいて取り替えるだけであれば、シングル・ケーシングのタービン分解組み立てに要する日数は７日として、これを２年ごとに行なえば、年平均のダウンタイムは３．５日で済む。稼働率への影響は、３．５／３６５＝１．０％となって、予備品のない場合に比べて、２．４％もの大きな改善になる。
【００２３】
しかしながら前述したように、地熱タービンの入口蒸気条件は、サイトの蒸気井ごとに多種多様であるために、異なるサイトの地熱タービンに対して標準仕様の同一タービンにて対応することには無理があり、当然の帰結としてサイトごとの最適設計が行なわれてきた。つまり、ユニットごとにノズル翼や動翼の寸法が異なるため、予備タービンロータなどを用意しようとすると、それぞれに備えることとなって、経済性の観点から実現が困難となっていた。
【００２４】
上記事情に鑑み、本発明は、地熱発電システムにおける保守を容易にし、経済性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この発明は上記目的を達成するものであって、一つの態様は、それぞれが別個のタービンケーシングに内蔵された別個のタービンロータを備えて互いに異なる蒸気条件に対応して設計された複数の多段軸流蒸気タービンと、前記多段軸流蒸気タービンの内の少なくとも一つに結合された少なくとも一つの発電機と、前記複数の多段軸流蒸気タービンに共通に使用可能な少なくとも一つの予備タービンロータと、を有する地熱発電システムであって、前記多段軸流蒸気タービンはそれぞれが、タービンケーシングと、このタービンケーシングに固定された複数の軸受けと、これらの軸受けによって回転支持されて前記タービンケーシング内に収容されたタービンロータとを有し、前記各タービンケーシング内のタービンロータおよび予備タービンロータはそれぞれが、両端部に配置されて他のタービンロータおよび発電機に結合可能なカップリングと、複数の動翼と、前記複数の軸受けに接してそれらの軸受けによって支持され得る複数の軸受け支持部と、を有し、前記タービンケーシングに内蔵されたタービンロータおよび前記予備タービンロータについて、前記軸受け支持部間の距離、前記カップリング間の距離、前記動翼の最大高さおよび前記カップリングの寸法が互いに共通であって、前記予備タービンロータのタービン入口側段落の動翼の高さが、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービン入口側段落の動翼の高さのうちの最大のものに等しいこと、を特徴とする。
【００２６】
また、この発明の他の態様は、複数の多段軸流蒸気タービンと、これらの多段軸流蒸気タービンに結合された少なくとも一つの発電機と、前記多段軸流蒸気タービンおよび発電機に結合されていない予備タービンロータと、を有する地熱発電装置であって、前記多段軸流蒸気タービンはそれぞれが、タービンケーシングと、このタービンケーシングに固定された複数の軸受けと、これらの軸受けによって回転支持されて前記タービンケーシング内に収容されたタービンロータとを有し、前記各タービンケーシング内のタービンロータおよび予備タービンロータはそれぞれが、両端部に配置されて他のタービンロータおよび発電機に結合可能なカップリングと、複数の動翼と、前記複数の軸受けに接してそれらの軸受けによって支持され得る複数の軸受け支持部と、を有し、前記各タービンケーシング内のタービンロータおよび予備タービンロータについて、前記軸受け支持部間の距離、前記カップリング間の距離、前記動翼の最大高さおよび前記カップリングの寸法が互いに共通であって、前記各タービンケーシング内タービンロータの内の一つと前記予備タービンロータとを交換して運転可能に構成されていること、を特徴とする。
【００２７】
この発明のさらに他の態様は、それぞれが別個のタービンケーシングに内蔵された別個のタービンロータを備えて互いに異なる蒸気条件に対応して設計された複数の多段軸流蒸気タービンを運用し、前記複数の多段軸流蒸気タービンに共通に使用可能な少なくとも一つの予備タービンロータをタービンケーシングの外に保管する地熱発電方法であって、前記複数の多段軸流蒸気タービンおよび前記予備タービンロータについて、最終段翼の翼長、カップリング寸法、カップリングスパン、軸受け寸法、軸受けスパンのそれぞれが互いに等しく、前記予備タービンロータのタービン入口側段落の動翼の高さが、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービン入口側段落の動翼の高さのうちの最大のものに等しく、前記複数の多段軸流蒸気タービンのタービンロータのうちで保守が必要なものについて、前記タービンケーシングから取り出して前記予備タービンロータで置き替えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、地熱発電システムにおける保守が容易となり、地熱発電システムの稼働率向上を図ることができ、経済性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明に係る地熱発電システムの実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００３０】
まず、図１〜図５を参照して第１の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る地熱発電システムの一つの多段軸流タービンの上半縦断面図であり、図２は図１と異なる多段軸流タービンの上半縦断面図である。また、図３は図１の多段軸流タービンの第１段落の部分縦断面図であり、図４は図２の多段軸流タービンの第１段落の部分縦断面図である。さらに、図５はこの第１の実施形態における予備タービンロータの上半縦断面図である。
【００３１】
図１に示す地熱タービン１０ａは、タービンケーシング１２ａ内にタービン段落１３ａが多段落構造にかつ同芯状に配設される。タービン段落１３ａは、タービンケーシング１２ａに固定されたノズルダイアフラム１５ａと一体をなす複数のノズル翼１６ａと、タービンロータ１１ａに植え込まれてノズル翼１６ａの下流側に配置される複数の動翼１４ａとを組み合わせて構成されている。
【００３２】
ノズルダイアフラム１５ａは、ノズル翼１６ａの外側のノズルダイアフラム外輪１５１ａと、ノズル翼１６ａの内側のノズルダイアフラム内輪１５２ａとを有する。ノズルダイアフラム外輪１５１ａは、タービンケーシング１２ａ内側に支持固定され、タービンロータ１１ａと同芯に配置され、ノズルダイアフラム内輪１５２ａは、ノズル翼１６ａの内側でタービンロータ１１ａと同芯に配置されている。
【００３３】
タービンロータ１１ａは、タービン前後の軸受け２１ａ、２２ａによって回転可能に支持されている。これら軸受け２１ａ、２２ａの中心間の距離は軸受けスパンＬ１ａである。タービンロータ１１ａの軸端にはカップリング２４ａ、２５ａがあり、このうち一方のカップリングは発電機（図１２〜図１４参照）のカップリングと結合され、回転動力を発電機に伝達する。カップリング２４ａ、２５ａの外面間の距離はカップリングスパンＬ２ａである。
【００３４】
地熱井よりタービンに導かれた高温、高圧蒸気はタービン蒸気室１７ａに入り、第１段ノズル翼１８ａを通って膨張することにより高速の蒸気となり、この高速の蒸気エネルギが第１段動翼１９ａを通過する際に、タービンロータ１１ａに回転動力を与える。第１段落で仕事をした蒸気は、順次後続段落で膨張しながら仕事をなし、最終段動翼２０ａを出た後、復水器（図示せず）へと排出される。
【００３５】
図２に示されるタービン１０ｂの各部品の記号は、図１に示されるタービン１０ａの相対応する部品記号の末尾「ａ」を「ｂ」に置き替えて示される。地熱タービン１０ａと１０ｂとではタービンの蒸気条件、つまり、蒸気井より得られる地熱蒸気のタービン入口圧力、温度、流量、あるいは排気圧力、または２段フラッシュ蒸気の圧力、あるいはその有無などのうちのいくつかが異なっている。
【００３６】
ここでは、地熱タービン１０ａのタービン入口蒸気体積流量が、地熱タービン１０ｂのタービン入口蒸気体積流量より大きい場合を例に挙げて説明する。
【００３７】
前述のように、蒸気タービンの最終段を含む後ろ数段落の動翼は、翼がタービンロータの回転に関わる励振力によって共振することを避けるために、タービンメーカの標準設計品として用意されている。地熱タービン１０ａと１０ｂとは、それぞれの最終段動翼２０ａ、２０ｂを含む後ろ複数段落に、同じ翼長を有する最終段翼シリーズを採用する。なお、地熱タービン１０ｂのケーシングなどの静止部は、図１に示した地熱タービン１０ａのケーシングとほぼ同じ大きさとなっている。
【００３８】
また、それぞれのタービンロータ１１ａと１１ｂの基本寸法であるカップリング２４ａと２４ｂ、および２５ａと２５ｂ、そしてカップリングスパンＬ２ａとＬ２ｂは、それぞれ同じ寸法に設計される。さらに、タービン前後の軸受け２１ａと２１ｂ、および２２ａと２２ｂ、そして軸受けスパンＬ１ａとＬ１ｂも、それぞれ同じ寸法に設計される。
【００３９】
タービン入口の第１段落、あるいは第１段落を含む複数段の入口側段落のノズル翼と動翼は、それぞれのタービン入口蒸気条件、すなわち圧力、温度および流量に適合するよう設計されるため、地熱タービン１０ａと１０ｂとでは、これら段落のノズル翼および動翼の寸法が互いに異なる。
【００４０】
具体例として、第１段落を見てみるならば、図３において、タービン入口蒸気体積流量が大きい地熱タービン１０ａの第１段落ノズル翼１８ａの出口高さ（長さ）Ｌ３ａと動翼１９ａの出口高さ（長さ）Ｌ４ａは、図４における地熱タービン１０ｂの第１段落ノズル翼１８ｂの出口高さ（長さ）Ｌ３ｂおよび動翼１９ｂの出口高さ（長さ）Ｌ４ｂよりも、それぞれ大きく設計される。
【００４１】
この第１の実施形態では、複数のタービンロータ１１ａ、１１ｂと取り替えが可能な予備タービンロータ１１ｃを用意する。図５に示す予備タービンロータ１１ｃで、最終段動翼２０ｃを含む後ろ複数段落の動翼翼長は、複数の地熱タービン１０ａ、１０ｂに使用される最終段動翼２０ａ、２０ｂを含む後ろ複数段落の動翼翼長と同じである。
【００４２】
また、予備タービンロータ１１ｃのカップリング２４ｃと２５ｃ、およびカップリングスパンＬ２ｃは、それぞれタービンロータ１１ａ、１１ｂのカップリング２４ａ、２４ｂと２５ａ、２５ｂ、およびカップリングスパンＬ２ａ、Ｌ２ｂと同じ寸法を有する。さらに、予備タービンロータの軸受け２１ｃと２２ｃ、および軸受けスパンＬ１ｃは、タービンロータ１１ａ、１１ｂの軸受け２１ａ、２１ｂと２２ａ、２２ｂ、および軸受けスパンＬ１ａ、Ｌ１ｂとそれぞれ同じ寸法である。
【００４３】
一方、予備タービンロータ１１ｃのタービン入口側１段あるいは複数段落の動翼寸法は、蒸気条件の異なる複数の地熱タービンのなかで、タービン入口側のこれら段落の動翼寸法が最大のものに一致、あるいはそれに近い値に設定される。この予備タービンロータ１１ｃは、どの地熱タービンに挿入されても、当初の計画出力をほぼ満足させる運転が可能となっている。
【００４４】
具体例として、予備タービンロータ１１ｃのタービン入口側段落の動翼寸法を、複数の地熱タービンのうちでタービン入口側段落の動翼寸法が最大のもの、つまりタービンロータ１１ａと一致させた場合を考察してみる。
【００４５】
図６は、地下マグマによって加熱された地熱水をフラッシャに導き、フラッシャにて減圧することにより発生する飽和蒸気をもって地熱タービンを駆動して動力を発生させる地熱プラントシステムにおいて、最大のタービン出力を得るためのフラッシャ圧力の最適化を検討するための特性曲線の一例である。図６では、フラッシャ圧力とタービン出力とは、それぞれ最大値で無次元表示してある。なお、フラッシャ圧力は、タービン入口蒸気圧力と読み直してもよい。
【００４６】
同じ熱水量をベースに検討する場合、最適値よりフラッシャ圧力を低く設定した場合には、発生する飽和蒸気のエンタルピが低くなるために、単位蒸気量から抽出できるエネルギ量が減ってタービン出力を減少する方向に作用する。しかし一方では、発生する飽和蒸気のエンタルピが低いことは、同じ熱水エネルギから蒸発する飽和蒸気の流量を増やすこととなり、この蒸気量の増大はタービン出力を増加する方向に作用する。このため、トータルとしてのタービン出力の減少は極めて少ない。これは、地熱プラント固有の特性であって、この特性を有効に活用することによって、タービン入口蒸気条件の異なる複数の地熱タービンに関して、共通の予備タービンロータを用意することが可能となる。
【００４７】
この実施形態のように、予備タービンロータの入口側段落の動翼寸法として、蒸気条件の異なる複数の地熱タービンの中でこれら寸法の最大に近い値に設定した予備タービンロータを、これより小さな入口側動翼寸法を有するタービンに挿入して使用することは、図６においてフラッシャ圧力を最適値より低い値で運用することに相当する。
【００４８】
一方、これとは逆に、仮に、予備タービンロータの入口側段落の動翼寸法として、蒸気条件の異なる複数の地熱タービンの中でこれら寸法の最小に近い値に設定した予備タービンロータを、これより大きな入口側動翼寸法を有するタービンに挿入して使用することを想定すると、これは、フラッシャ圧力を最適値より高い値で運用することに相当する。この場合にも図６に見られるとおり、タービン出力の減少は大きくないが、こちらの特性を利用して共通予備タービンロータを用意することは、共通予備タービンロータを既設タービンの挿入した場合に、オリジナルタービンロータのタービン設計条件よりも主蒸気圧力を高くすることによってタービン出力を確保することになるが、過大な圧力の上昇はプラント全体の機器の強度設計にも影響を及ぼすこととなって、好ましくない。
【００４９】
さて、予備タービンロータ１１ｃとして、タービン入口側段落の動翼寸法の大きな地熱タービン１０ａのタービンロータ１１ａと同じ寸法のものを、タービン入口蒸気体積流量の小さな地熱タービン１０ｂに挿入した場合を考察してみる。
【００５０】
考察を容易にするために仮想的な例として、予備タービンロータ１１ｃと共に地熱タービン１０ａのタービン入口側段落のノズルダイアフラムも併せて地熱タービン１０ｂに挿入したケースを想定してみる。つまり、地熱タービン１０ａと同じものを、地熱タービン１０ｂの蒸気条件のもとで運転することに相当する。この状態では地熱タービン１０ｂは、蒸気飲み込み能力の大きいタービンとなっているために、オリジナルの蒸気条件にはマッチングしない。その結果として、タービン入口蒸気圧力がオリジナルの値よりも低い状態で運転されることとなる。
【００５１】
図６の特性曲線で説明するならば、オリジナルの地熱タービン１０ｂは、タービン入口蒸気圧力１．０で設計されているのに対して、予備タービンロータ１１ｃを挿入することにより、タービン入口蒸気圧力が１．０より小さな値で運用されることに相当する。仮にタービン入口蒸気圧力が大きく低下して０．８、つまり、２０％も下がった状態で運転されることになったとしても、タービン出力の低下量は１％にも満たない。これが上述した地熱プラント固有の特性であって、フラッシャ圧力、つまりタービン入口圧力の変動に対する出力の変化が極めて小さい。この程度の出力の変化は、通常の地熱プラントの設計裕度のなかで十分にカバーできる範囲のものである。
【００５２】
現実的な事例として、予備タービンロータ１１ｃのみを地熱タービン１０ｂに挿入し、タービン入口側段落のノズルダイアフラムはオリジナルのものをそのまま使用して運転する場合には、これらノズル翼の寸法は地熱タービン１０ａのものより小さいため、蒸気飲込み能力は上記の事例よりも減少してオリジナルに近くなり、タービン入口蒸気圧力の低下も少なくて済む。つまり、タービン出力の低下は、さらに少なくなることとなって、地熱タービン１０ｂは共通予備タービンロータ１１ｃを挿入後も、定格出力での運転が十分可能であることがわかる。
【００５３】
この実施形態によれば、地熱サイトごとに異なった蒸気条件のもとに設計される複数の地熱タービンに対して、共通の予備タービンロータを備えることが可能となり、もって地熱プラントの稼働率向上、メンテナンス性改善に寄与することができる。
【００５４】
なお、本実施形態において、予備タービンロータ１１ｃの第１段などの動翼寸法はオリジナルのタービンロータ１１ｂの寸法よりも大きいが、上述の通り、地熱タービン１０ａ、１０ｂの最終段の動翼寸法は共通しており、またケーシングの寸法もほぼ共通することから、地熱タービン１０ｂに適用することが十分に可能である。
【００５５】
次に、図７および図８を参照して本発明に係る地熱発電システムの第２の実施形態を説明する。ここで、図１〜図５および第１の実施形態に関する上述の構成については第２の実施形態でも共通であるので重複説明は省略する。
【００５６】
図７は、第２の実施形態の一つの多段軸流タービンの一つの段落における流れの方向に沿う断面図であり、図８は、第２の実施形態の図７と異なる多段軸流タービンの一つの段落における流れの方向に沿う断面図である。
【００５７】
この第２実施形態は、タービン入口側段落の反動度に特徴がある。タービンの反動度とは、タービン段落の熱落差に占める動翼における熱落差の割合を表す。反動度が正ということは、動翼における熱落差が正であること、つまり、動翼内の流れが増速流であることを示す。逆に、反動度が負ということは、動翼における熱落差が負になって流れは減速流となり、段落効率の低下をまねく。このため、一般にタービン段落の設計においては、反動度には正の値がとられる。
【００５８】
図７と図８は、同じスロート面積Ｓ２ａおよびＳ２ｂを有する動翼３０ａおよび３０ｂを使用する二つの段落において、ノズル翼２９ａおよび２９ｂのスロート面積Ｓ１ａおよびＳ１ｂの差による反動度の違いを説明する図である。大きなスロート面積Ｓ１ａを有するノズル翼２９ａでは、同じ流量を流した場合のノズル翼出口速度が、小さなスロート面積Ｓ１ｂを持つノズル翼２９ｂより遅くなる。したがって、ノズル翼２９ａでの速度エネルギ、すなわち熱落差が小さく、段落熱落差の内で相対的に動翼３０ａの熱落差の占める割合が大きくなって、図７は反動度の高い段落となる。これをスロート面積比（＝動翼スロート面積Ｓ２／ノズル翼スロート面積Ｓ１）で見るならば、スロート面積比の小さな図７は、反動度の高い段落ということになる。
【００５９】
タービン入口側段落の動翼寸法の大きな地熱タービン１０ａのタービンロータ１１ａと同じ寸法の予備タービンロータ１１ｃを地熱タービン１０ｂのタービンケーシング１２ｂに挿入し、地熱タービン１０ｂのオリジナルノズル翼と組み合わせて使用する場合、地熱タービン１０ｂのノズル翼寸法は地熱タービン１０ａのそれらより小さいため、結果としてこれら段落のスロート面積比は地熱タービン１０ａの値より大きくなる。つまり、反動度が低くなる。この場合、反動度が負の値になると段落効率の低下を招くが、この第２実施形態では、あらかじめタービン１０ａのタービン入口側段落の反動度を高めに設定しておく。これによって、予備タービンロータの使用時に負の反動度に陥ることを避けることが可能となり、高い効率を維持することができる。
【００６０】
ここに示した動翼３０ａおよび３０ｂは、同じスロート面積Ｓ２ａおよびＳ２ｂを有する動翼、つまり同じ翼長をもつ同一の翼を想定しているが、ノズルに関して見るならば、図７のノズル翼２９ａのスロート面積Ｓ１ａは、図８のノズル翼２９ｂのスロート面積Ｓ１ｂより大きく設定されている。しかして、図７のノズル翼２９ａと動翼３０ａより構成される段落３３ａは、図８に示される段落３３ｂよりも大きな蒸気飲み込み能力を有する。スロート面積比で言うならば、前述のように、段落３３ａは段落３３ｂより小さな値、反動度で言うならば高い反動度を有する段落となる。
【００６１】
このように、スロート面積比を小さくして反動度を高めた設計、つまり、大きなスロート面積をもつノズル翼を用いることにより、タービン入口蒸気体積流量の大きなタービン段落の翼長の増大を抑え、タービン入口蒸気体積流量の小さなタービンと同一、あるいは同等の寸法の動翼を有するタービンロータを設計することが可能となる。すなわち、これらタービンロータに互換性をもたせることもできて、容易に共通予備タービンロータを持つことが実現される。
【００６２】
次に、図９〜図１１を参照して本発明に係る地熱発電システムの第３の実施形態を説明する。ここで、第１の実施形態の説明における図１、図２、図５に関する説明は第３の実施形態でも共通であるので重複説明は省略する。図９は一つの多段軸流タービンで予備タービンロータを挿入した場合の一つの段落の部分縦断面図、図１０は図９と異なる多段軸流タービンで予備タービンロータを挿入した場合の一つの段落の部分縦断面図、図１１は多段軸流タービンで予備タービンロータおよび予備ノズルダイアフラムを挿入した場合の一つの段落の部分縦断面図である。
【００６３】
予備タービンロータ１１ｃのタービン入口側段落の動翼寸法として、複数の地熱タービンの中でそれら寸法の最大のもの、つまりタービンロータ１１ａの寸法より若干小さいものを採用した場合を考察してみる。この場合、図９および図１０に示すとおり、予備タービンロータ１１ｃを地熱タービン１０ａあるいは１０ｂに挿入した場合、タービン入口側段落のノズル翼高さＬ３ａ、Ｌ３ｂと動翼の高さＬ４ｃの間に段差Ｌ７ａ、Ｌ７ｂが生ずる。この段差Ｌ７ａ、Ｌ７ｂが過大であると、流れの乱れによりエネルギの損失が発生するが、予備タービンロータに適合する予備ノズルダイアフラム１５ｃを用いることで、この段差による段落効率への悪影響を解消することができる。
【００６４】
たとえば、図９に示すように、予備タービンロータの動翼１９ｃの翼高さＬ４ｃが、ノズル翼１８ａの高さＬ３ａよりも低くなるような場合には、図１１に示すような動翼と適合するノズル翼高さＬ３ｃを有する予備ノズルダイアフラム１５ｃを用いる。このとき、予備ノズル翼高さＬ３ｃが地熱タービン１０ａのノズル翼高さＬ３ａより低くなったことによる蒸気飲み込み能力の減少を防ぐために、取り付け角を広げることによってノズル翼１８ｃのスロート面積をノズル翼１８ａのスロート面積と同等に設定するとよい。
【００６５】
これにより、予備タービンロータ１１ｃを具備したタービンはオリジナルのタービン１０ａと同等の蒸気飲み込み能力を維持することとなる。このため、計画の蒸気量を流したときのタービン入口蒸気状態はオリジナルの値と同等となり、定格出力運転が可能となる。このとき、スロート面積比は、動翼の高さが低くなって動翼のスロート面積が減少した分だけオリジナルより小さくなる。
【００６６】
また、図１０に示すように、予備タービンロータの動翼高さＬ４ｃが、ノズル翼高さＬ３ｂに比べて高すぎる場合には、図１１に示すような動翼と適合するノズル翼高さＬ３ｃを有する予備ノズルダイアフラム１５ｃを用いることにより、オリジナルより蒸気飲み込み能力の大きなタービンとなる。この場合のタービンの特性は前述のとおりであり、定格出力運転が可能である。なお、この場合、予備ノズルダイアフラム１５ｃのノズル翼１８ｃの取り付け角を小さくしてスロート面積を減少させることにより、タービンの蒸気飲み込み能力をオリジナルのタービン１０ｂと同等にすることができる。このとき、スロート面積比は、動翼の高さが高くなって動翼のスロート面積が増大した分だけオリジナルより大きくなる。
【００６７】
なお、予備ノズルダイアフラム１５ｃは、元のノズルダイアフラム１５ｂと同様に、元のタービン１０ｂを形成するタービンケーシング１２ｂに支持固定され、予備タービンロータ１１ｃと同芯状に配置される。ここで、元のノズルダイアフラム１５ｂを形成するノズルダイアフラム外輪１５１ｂの寸法は通常、十分に余裕のある大きさであり、図１１に示すように予備ノズルダイアフラム外輪１５１ｃで置き換えられて元のノズルダイアフラム外輪１５１ｂよりも外形が大きくなったとしても、予備ノズルダイアフラム１５ｃをタービンケーシング１２ｂに支持固定する程度のスペース的余裕がある。しかし、予備ノズルダイアフラム外輪１５１ｃの外形スペースに余裕がない場合には、外周をタービンケーシング１２ｂに合わせて整形すればよく、なんら支障は生じない。
【００６８】
地熱プラントは長年の運転の間に、その蒸気の特性に経年的な変化が生ずることがある。特に蒸気井が枯渇して発生蒸気流量が減少する場合には、定格の出力が得られないだけでなく、蒸気条件とタービンサイズのミスマッチングによる損失が無視できない。これに対する最良の対策は、変化した蒸気条件に見合ったタービンに改造することであるが、経済性の観点から実現されない場合がある。
【００６９】
そこでその対応策の一つとして、取り出したオリジナルのロータあるいはノズルダイアフラムを改造することで、変化した蒸気条件に対応することができる。ノズルダイアフラムの改造についての最も容易な方法としては、たとえば、ノズル翼の流路の一部に栓または蓋をして部分挿入とする案がある。しかしこの方法は動翼に対する蒸気励振力を増大させるため、信頼性の観点から好ましくない。
【００７０】
そこで、一例として、タービン入口側１段あるいは複数段落のノズル翼の高さＬ３ｃをオリジナルの値より低く改造することによって、蒸気飲み込み能力を減少させ、新蒸気条件に対応させることができる。また、他の例としては、これら段落のノズル翼の取り付け角を小さくしてノズルスロート面積を減少させる方法がある。その具体的形態としては、上記地熱タービンの第１の実施形態（図１〜図５）あるいは第３の実施形態（図９〜図１１）において、予備タービンロータ１１ｃをタービン入口側段落の動翼寸法の小さな地熱タービンに挿入した場合と同様である。
【００７１】
これにより、経年的にタービン入口蒸気条件の変化した地熱タービンに対して、この蒸気条件の変化に対応してノズルダイアフラムを調節することで地熱タービンの効率的な運転が可能となる。
【００７２】
以上説明した実施形態で、予備タービンロータ１１ｃを一つの既設地熱タービンのオリジナルタービンロータと入れ替えて使用する場合において、その地熱タービンより取り出されたオリジナルタービンロータを補修・修理した後に、これを他の地熱タービンのための新たな予備タービンロータとして活用することもできる。
【００７３】
たとえば、新たな予備タービンロータのタービン入口段落動翼の高さが、次にこの予備タービンロータを挿入する地熱タービンの動翼高さより大きい場合には、前記第１の実施形態（図１〜図５）と同様であるし、またその逆の場合には、前記第３の実施形態（図９〜図１１）が適用できる。
【００７４】
次に、図１２を参照して本発明に係る地熱発電システムの第４の実施形態を説明する。図１２は第４の実施形態に係る地熱発電システムを示す模式的配置図である。
【００７５】
一般に複数のケーシングから構成されるタービンでは、それぞれのケーシングに内蔵されるタービンロータの設計寸法は異なる。図１２に示される二つのケーシングより成る地熱タービンの例で説明する。ケーシング３５ａに内蔵されるタービンロータ３７ａは、カップリング３８ａを介して、ケーシング３５ｂに内蔵されるタービンロータ３７ｂと結合されている。また、タービンロータ３７ｂはカップリング３８ｂを介して発電機３６と結合されている。カップリング３８ａはタービンロータ３７ａの出力（トルク）を伝達するのみであるのに対して、カップリング３８ｂはタービンロータ３７ａとタービンロータ３７ｂの合計出力（トルク）を発電機３６に伝達するために、それに必要なサイズは必然的に大きくなる。また、同様にタービンロータの軸径に関しても、軸受けサイズに関しても、タービンロータ３７ｂにはタービンロータ３７ａよりも大きなものが要求される。一方、スラスト軸受けは片方のタービンロータのみにあればよい。
【００７６】
この第４の実施形態では、これら複数のタービンロータから成る地熱タービンに関し、各タービンロータの両軸端のカップリング寸法を発電機に直結されるタービンロータの軸端のカップリングの寸法に合わせて統一し、カップリングスパン、軸受け寸法および軸受けスパンなど、各タービンロータの主要寸法を、発電機に直結されるタービンロータの主要寸法に合わせて統一する。これにより、それぞれのタービンロータ間に互換性をもたせることが可能となる。
【００７７】
たとえば図１２において、タービンロータ３７ａの前側のカップリング３８と中間カップリング３８ａ、および発電機側カップリング３８ｂは、全て同一寸法であるから、タービンロータ３７ａとタービンロータ３７ｂを入れ替えても互いに結合可能である。また、発電機３６に直結されるカップリング３８ｂの寸法に統一しているから、動力伝達上の問題もない。タービンロータ強度に関しても同様で、発電機３６に直結されるタービンロータ３８ｂの主要寸法に統一することで、全ての強度的問題をクリアできる。しかして、共通予備タービンロータの適用が可能となる。
【００７８】
この実施形態では、発電機３６に直結されないタービンロータ３７ａは、実際にかかるトルクよりも大きなトルクを伝達可能な設計になっているので、それ自体は過剰な余裕を持っていて不経済な設計であるともいえる。しかし、地熱発電システム全体の保守の便宜・コストを考慮すると全体として低コストで効率的な運用を実現することができる。
【００７９】
次に、図１３および図１４を参照して本発明に係る地熱発電システムの第５の実施形態を説明する。図１３は第５の実施形態に係る地熱発電システムを示す模式的配置図であり、図１４はこの実施形態に係る地熱発電システムにおいて出力を小さくして運転する場合を示す模式的配置図である。
【００８０】
一般に出力の小さな地熱タービン、たとえば４０ＭＷ級の地熱タービンであればシングルフローのタービンで構成される。出力が大きくなって、たとえば８０ＭＷ級の地熱タービンとなると、シングルフローでまかなうには強度的な厳しさがあって、ダブルフローのタービンが採用されるのが通例である。たとえば、図１２には二つのケーシングを連結したタービンを図示しているが、それぞれのケーシングは対向流をなすダブルフローのタービンにて構成されている。このような一つのケーシングの中で対向流をなすダブルフローの構造は、スラスト力をバランスさせるメリットがあり、大型の蒸気タービンでは一般的に採用されている。
【００８１】
この第５の実施形態では、ダブルフローを必要とする地熱タービンにおいて、通常行なわれるような一つのケーシングの中に対向流としてまとめるのではなく、同じ流れ方向を有する二つのシングルフローのタービンを連結する構成としている。この構成では、各タービンロータのスラスト力が加算されるため、スラスト力を小さくおさめる目的で、各タービン段落の反動度を低めに設定することが好ましい。
【００８２】
図１３は、この第５の実施形態の地熱タービンのうちの出力の大きなタービンを示している。ここでは、ケーシング４０ａとケーシング４０ｂは、同じ流れ方向をなすように配置され、各ケーシング４０ａ、ケーシング４０ｂに内蔵されるタービンロータ４２ａ、４２ｂの両軸端のカップリング４３、４３ａ、４３ｂの寸法を発電機４１に直結されるタービンロータ４２ｂの軸端のカップリング４３ｂの寸法に合わせて統一する。さらに、カップリングスパン、軸受け寸法および軸受けスパンなど、各タービンロータの主要寸法を、発電機４１に直結されるタービンロータ４２ｂの主要寸法と同一とすることにより、それぞれのタービンロータ間に互換性を持たせることを可能としている。
【００８３】
すなわち、タービンロータ４２ａの前側のカップリング４３と中間カップリング４３ａ、および発電機４１側カップリング４３ｂは、全て同一寸法であるから、タービンロータ４２ａとタービンロータ４２ｂを入れ替えても互いに結合可能であるし、発電機４１に直結されるカップリング寸法に統一しているから、動力伝達上の問題もない。タービンロータ強度に関しても同様で、発電機に直結されるタービンロータの主要寸法に統一することで、全ての強度的問題がクリアされる。
【００８４】
一方、図１４は出力の小さなタービンを示しているが、タービンはシングルフローの構成であり、このタービンロータの主要寸法は、出力の大きな地熱タービンの発電機４１に直結されるタービンロータ４２ｂと同一に設定される。すなわち、ケーシング４０ｃに内蔵されるタービンロータ４２ｃの前側のカップリング４３１ｃ、および発電機４１ｃに結合されるカップリング４３２ｃは、いずれも、出力の大きな地熱タービンの発電機４１に直結されるタービンロータ４２ｂの軸端のカップリング４３ｂと同一寸法とする。また、カップリングスパン、軸受け寸法および軸受けスパンなど、タービンロータ４２ｃの主要寸法も、出力の大きなタービンのタービンロータ４２ｂの寸法と同一としている。このようにすることにより、出力の大きく違う複数のタービンに対して、すべてのタービンロータに共通の予備タービンロータを備えることが可能となる。
【００８５】
この第５の実施形態では、発電機４１に直結されないタービンロータ４２ａや小出力発電機４１ｃに接続されるタービンロータ４２ｃは、実際にかかるトルクよりも大きなトルクを伝達可能な設計になっているので、それ自体は過剰な余裕を持っていて不経済な設計であるともいえる。しかし、地熱発電システム全体の保守の便宜・コストを考慮すると全体として低コストで効率的な運用を実現することができる。
【００８６】
以上、本発明に係る地熱発電システムの種々の実施形態について説明した。これらの実施形態により、以下のような効果が得られる。
【００８７】
地熱タービンは、蒸気中に腐食性成分や水分、固体粒子などの不純物が含まれ、厳しい環境下で運用されるため、タービンの信頼性および性能を維持するためには、定期的な保守、メンテナンスが不可欠であるが、ここに示した実施形態の地熱タービンでは、メンテナンス性の改善を図ることにより、定期点検のためのオーバーホール期間の短縮を通して、地熱プラントの稼働率向上と高効率運用が可能となる。
【００８８】
また、地熱プラントでは、長期運用による地熱蒸気の質や量に経年的な変化が生じるが、ここに示した実施形態の地熱タービンでは、このようなタービン入口蒸気条件の変化に対しても、効果的な対応が可能であり、もって地熱エネルギ資源の効率的な活用とプラント性能の向上を図ることができる。
【００８９】
さらに、地熱エネルギは炭酸ガス排出のないクリーンなエネルギであり、地熱プラントの稼働率向上は直接火力プラントなどの炭酸ガスを排出する電源の抑制につながるため、地熱タービンの保守、メンテナンス性の改善により、プラント性能と稼働率の向上を図ることは、地球環境保護に貢献する。
【００９０】
なお、ここに示した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る地熱発電システムの一つの多段軸流タービンの上半縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る地熱発電システムの図１と異なる多段軸流タービンの上半縦断面図。
【図３】図１の多段軸流タービンの第１段落の部分縦断面図。
【図４】図２の多段軸流タービンの第１段落の部分縦断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る地熱発電システムの予備タービンロータの上半縦断面図。
【図６】本発明に係る地熱発電システムの多段軸流タービンの出力特性を示す特性曲線図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る地熱発電システムの一つの多段軸流タービンの一つの段落における流れの方向に沿う断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る地熱発電システムの図７と異なる多段軸流タービンの一つの段落における流れの方向に沿う断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る地熱発電システムを説明するための図であって、一つの多段軸流タービンで予備タービンロータを挿入した場合の一つの段落の部分縦断面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る地熱発電システムを説明するための図であって、図９と異なる多段軸流タービンで予備タービンロータを挿入した場合の一つの段落の部分縦断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る地熱発電システムの多段軸流タービンで予備タービンロータおよび予備ノズルダイアフラムを挿入した場合の一つの段落の部分縦断面図。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る地熱発電システムを示す模式的配置図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る地熱発電システムを示す模式的配置図。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る地熱発電システムにおいて出力を小さくして運転する場合を示す模式的配置図。
【符号の説明】
【００９２】
１０ａ、１０ｂ…地熱タービン
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…タービンロータ
１２ａ、１２ｂ…タービンケーシング
１３ａ、１３ｂ…タービン段落
１４ａ、１４ｂ…動翼
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…ノズルダイアフラム
１６ａ、１６ｂ…ノズル翼
１７ａ、１７ｂ…タービン蒸気室
１８ａ、１８ｂ…第１段ノズル翼
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…第１段動翼
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…最終段動翼
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…前部軸受け
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…後部軸受け
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ…前部カップリング
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…後部カップリング
２９ａ、２９ｂ…ノズル翼
３０ａ、３０ｂ…動翼
３３ａ、３３ｂ…段落
３５ａ、３５ｂ…ケーシング
３６…発電機
３７ａ、３７ｂ…タービンロータ
３８、３８ａ、３８ｂ…カップリング
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…ケーシング
４１、４１ｃ…発電機
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…タービンロータ
４３、４３ａ、４３ｂ、４３１ｃ、４３２ｃ…カップリング
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ…軸受けスパン（軸受け支持部間の距離）
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ…カップリングスパン（カップリング間の距離）
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ…ノズル翼高さ（長さ）
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃ…動翼高さ（長さ）
Ｌ７ａ、Ｌ７ｂ…段差
Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ…ノズル翼スロート面積
Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ…動翼スロート面積
【図１】
0004929188.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004929188.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004929188.tif 000010
【図１０】
0004929188.tif 000011
【図１１】
0004929188.tif 000012
【図１２】
0004929188.tif 000013
【図１３】
0004929188.tif 000014
【図１４】
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