(57)【要約】【課題】下方排気型低圧排気室のサイズを大きくすることなく、下方排気型低圧排気室における圧力損失を低減し、高性能の蒸気タービンを提供する。【解決手段】本発明による蒸気タービン４０は、タービンケーシング４を外部ケーシング１０と内部ケーシング９との二重構造に形成し、内部ケーシング９の最終段翼の出口側にスチームガイド１１、軸受コーン７等で環状のディフューザ８を構成し、この環状のディフューザ８の出口側に前記外部ケーシング１０と前記軸受コーン７とで囲われる低圧排気室を形成している。スチームガイド１１は、固定スチームガイド１２と、固定スチームガイド１２に対して出口側に設けられ、固定スチームガイド１２に対して、軸方向に移動自在な第１可動スチームガイド１３とを有している。また、第１可動スチームガイド１３に対して出口側に、固定スチームガイド１２に対して、軸方向に移動自在な第２可動スチームガイド１４が設けられている。【選択図】図１
2009103099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの最終段翼出口側にスチームガイド、軸受コーン等で環状のディフューザを構成し、この環状のディフューザの出口側に前記外部ケーシングと前記軸受コーンとで囲われる低圧排気室を備えるようにした蒸気タービンにおいて、
前記スチームガイドは、前記内部ケーシングに固定して設けられた固定スチームガイドと、
前記固定スチームガイドに対して出口側に設けられ、当該固定スチームガイドに対して、軸方向に移動可能な可動スチームガイドと、
前記可動スチームガイドに連結され、当該可動スチームガイドを排気の流出方向に移動させる操作部材と、
前記操作部材を排気の流出方向に駆動制御する操作部材駆動制御部と、を有することを特徴とする特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記可動スチームガイドは、前記固定スチームガイドに対して軸方向に移動可能な第１可動スチームガイドと、当該第１可動スチームガイドに対して軸方向に移動可能な第２可動スチームガイドとを有し、
前記操作部材は、前記第１可動スチームガイドを排気の流出方向に移動させる第１操作部材と、前記第２可動スチームガイドを排気の流出方向に移動させる第２操作部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記操作部材駆動制御部は、蒸気タービンの負荷が第１予定値未満の場合、前記第１可動スチームガイドを前記固定スチームガイドに当接させ、かつ前記第２可動スチームガイドを当該第１可動スチームガイドに当接させ、
蒸気タービンの負荷が前記第１予定値以上でかつ定格値を超える第２予定値以下の場合、少なくとも前記第１可動スチームガイドを前記固定スチームガイドから離し、前記第２可動スチームガイドを、蒸気タービンの負荷に応じて当該第１可動スチームガイドから離し、
蒸気タービンの負荷が前記第２予定値を超える場合、前記第１可動スチームガイドを前記固定スチームガイドに当接させ、かつ前記第２可動スチームガイドを当該第１可動スチームガイドに当接させることを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記第１可動スチームガイドおよび前記第２可動スチームガイドは、いずれも周方向に複数に分割されたガイド部分を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記第１操作部材は、前記第１可動スチームガイドの前記各ガイド部分を個別に移動させ、
前記第２操作部材は、前記第２可動スチームガイドの前記各ガイド部分を個別に移動させることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記第１操作部材および前記第２操作部材の軸方向に垂直な断面形状は、流線型からなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の蒸気タービン。
【請求項７】
蒸気タービンに流入する蒸気の流量を計測する流量計測器と、最終段翼出口における蒸気の圧力を計測する最終段翼出口圧力計測器と、下方排気型低圧排気室出口における蒸気の圧力を計測する下方排気型低圧排気室出口圧力計測器と、最終段翼出口における蒸気の温度を計測する温度計測器とを更に備え、
前記操作部材駆動制御部は、前記流量計測器と、前記最終段翼出口圧力計測器と、前記下方排気型低圧排気室出口圧力計測器と、前記温度計測器とからの信号に基づいて前記可動操作部材を駆動制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下方排気型低圧排気室における蒸気の圧力損失を低減することができる蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、火力発電所などで用いられる蒸気タービンにおいて、エネルギ資源を有効に利用し、ＣＯ２の排出量を削減するために、蒸気タービンの効率を向上させることが重要な課題となっている。このため、蒸気タービン内部において生じるさまざまな内部損失を低減させて、エネルギを機械仕事に有効に変換することが重要となる。
【０００３】
蒸気タービンにおいて生じる内部損失として、翼の形状に起因する損失、二次流れ損失、漏洩損失、湿り損失などの蒸気タービン翼列内の損失と、蒸気弁・クロスオーバー管などの損失と、排気損失とが挙げられる。このうち排気損失は、蒸気タービンの最終段翼出口と排気室に連結された復水器との間で生じる損失であり、蒸気タービンの全損失に対して１０％〜２０％と、他の損失に比べて大きな割合を占めている。
【０００４】
この排気損失は、リービング損失と、フード損失と、環状面積制限損失と、ターンナップ損失とにさらに分類される。このうち、フード損失は、排気室と復水器との間で生じる圧力損失であり、フード損失の大きさは、この排気室の形式、形状、およびサイズに大きく依存する。次に、図１１により排気損失と軸流速度との関係について説明する。図１１に示すように、フード損失は、軸流速度、すなわち排気室を通過する体積流量に依存していることがわかる。
【０００５】
一般にフード損失、すなわち圧力損失は、流速の二乗に依存することから、圧力損失を低減させるために、排気室のサイズを大きくして流速を低減させることは効果的である。しかしながら、蒸気タービン全体の大きさに対して排気室のサイズが占める割合が大きいため、排気室のサイズは、蒸気タービンの建屋の大きさ、コストなどに大きく制限を受ける。このため、圧力損失を低減させるために排気室のサイズを大きくすることは困難となる場合がある。
【０００６】
蒸気タービンの排気室の下方に復水器が配置される構成の一例として、２つの低圧段落が一つにまとめられたダブルフロー型と呼ばれる下方排気型低圧排気室が知られている。この下方排気型低圧排気室内部の最終段翼出口に、環状ディフューザが設けられ、環状ディフューザの外周側に、スチームガイドが設けられている。
【０００７】
このような蒸気タービンにおいて、クロスオーバ管から流入した蒸気は、まず、左右の低圧段落に分岐され、それぞれ膨張仕事を行う。この間蒸気は、低圧段落のノズルおよび羽根を通過し、最終段翼側へ流れていく。次に、蒸気は、最終段翼から環状ディフューザへ流れ、環状ディフューザにおいて流れが減速するとともに、静圧を回復する。次に、蒸気は、環状ディフューザから下方排気型低圧排気室内部を下向きに流れ、下方排気型低圧排気室の下方に配置された復水器へ向けて流れていく。
【０００８】
このような下方排気型低圧排気室において圧力損失を低減するために、環状ディフューザにおける蒸気の流れを減速させるとともに、蒸気の静圧を十分に回復させることが必要となる。そこで、環状ディフューザの外周側に設けられるスチームガイドを延設し、環状ディフューザの流路方向長さを長くするとともに、緩やかに流路面積を拡大させて、蒸気の流れが剥離することを抑止する蒸気タービンが開示されている（特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、前述したように、下方排気型低圧排気室のサイズは制約を受けるため、環状ディフューザの流路方向の長さを長くし、かつ流路面積を緩やかに拡大させるスペースを確保することが困難となる場合がある。
【００１０】
このため、環状ディフューザにおいて蒸気の流れが剥離することを防止するために、環状ディフューザのスチームガイドに、複数のガイド板を設けた蒸気タービンが開示されている（特許文献２参照）。このガイド板は、スチームガイドにねじ機構を介して取り付けられており、スチームガイドに対して、ガイド板の設置位置を変更することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００５−２３８０９号公報
【特許文献２】United States Patent 4,391,564
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この複数のガイド板の設置位置が適切に設定されていない場合、ガイド板を設けることにより蒸気の流れが剥離することを防止する効果が少なくなる。このため、蒸気の流れに対応してガイド板の設置位置を適切に制御して設定する必要がある。
【００１２】
また、蒸気の流れが音速に近い高速になっている場合、ガイド板において蒸気の流れが剥離し、ガイド板が設けられていない場合に比べてかえって蒸気タービンの性能が低下する場合もある。このため、蒸気の流れに対応してガイド板をスチームガイドに一体化させることができる構造にする必要がある。
【００１３】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、下方排気型低圧排気室のサイズを大きくすることなく、下方排気型低圧排気室における圧力損失を低減し、高性能の蒸気タービン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】
【００１４】
本発明は、タービンケーシングを外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造に形成し、前記内部ケーシングの最終段翼出口側にスチームガイド、軸受コーン等で環状のディフューザを構成し、この環状のディフューザの出口側に前記外部ケーシングと前記軸受コーンとで囲われる低圧排気室を備えるようにした蒸気タービンにおいて、前記スチームガイドは、前記内部ケーシングに固定して設けられた固定スチームガイドと、前記固定スチームガイドに対して出口側に設けられ、当該固定スチームガイドに対して、軸方向に移動可能な可動スチームガイドと、前記可動スチームガイドに連結され、当該可動スチームガイドを排気の流出方向に移動させる操作部材と、前記操作部材を排気の流出方向に駆動制御する操作部材駆動制御部と、を有することを特徴とする特徴とする蒸気タービンである。
【００１５】
本発明は、前記操作部材駆動制御部は、蒸気タービンの負荷が第１予定値未満の場合、前記第１可動スチームガイドを前記固定スチームガイドに当接させ、かつ前記第２可動スチームガイドを当該第１可動スチームガイドに当接させ、蒸気タービンの負荷が前記第１予定値以上でかつ定格値を超える第２予定値以下の場合、少なくとも前記第１可動スチームガイドを前記固定スチームガイドから離し、前記第２可動スチームガイドを、蒸気タービンの負荷に応じて当該第１可動スチームガイドから離し、蒸気タービンの負荷が前記第２予定値を超える場合、前記第１可動スチームガイドを前記固定スチームガイドに当接させ、かつ前記第２可動スチームガイドを当該第１可動スチームガイドに当接させることを特徴とする蒸気タービンである。
【００１６】
本発明は、蒸気タービンに流入する蒸気の流量を計測する流量計測器と、最終段翼出口における蒸気の圧力を計測する最終段翼出口圧力計測器と、下方排気型低圧排気室出口における蒸気の圧力を計測する下方排気型低圧排気室出口圧力計測器と、最終段翼出口における蒸気の温度を計測する温度計測器とを更に備え、前記操作部材駆動制御部は、前記流量計測器と、前記最終段翼出口圧力計測器と、前記下方排気型低圧排気室出口圧力計測器と、前記温度計測器とからの信号に基づいて前記可動操作部材を駆動制御することを特徴とする蒸気タービンである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スチームガイドの第１可動スチームガイドまたは第２可動スチームガイドを移動させ、固定スチームガイドと第１可動スチームガイドとの間、または第１可動スチームガイドおよび第0２可動スチームガイドとの間を離すことができる。このことにより、固定スチームガイドの内周面、第１可動スチームガイドの内周面、および第２可動スチームガイドの内周面において蒸気の流れが剥離することが抑制される。このため、下方排気型低圧排気室内における圧力損失が効果的に低減され、蒸気タービンの性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１乃至図８は、本発明による蒸気タービンの第１の実施の形態を示す図である。このうち、図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが全開した状態を示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。また、図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが半開した状態を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。また、図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが全閉した状態を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。また、図４は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドにおいて、蒸気タービン負荷と圧力損失との関係を示した図である。また、図５は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドの制御方法を示す概念図であり、図６は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドの制御方法を示すブロック図である。また、図７は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンの下方排気型低圧排気室の全体構成を示す断面図であり、図８は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンの下方排気型低圧排気室のタービンロータに垂直な方向の断面図である。
【００１９】
図７および図８により、本発明における蒸気タービン４０について説明する。ここで、蒸気タービン４０は、火力発電所などで用いられ、ボイラで生成された蒸気が有するエネルギを機械仕事に変換するものである。
【００２０】
図７および図８に示すように、蒸気タービン４０は、タービンケーシング４を外部ケーシング１０と内部ケーシング９との二重構造に形成し、内部ケーシング９の出口側、すなわちタービンロータ５に設けられている最終段翼の出口側にスチームガイド１１、パッキンヘッド６および軸受コーン７により環状のディフューザ（拡大流路）８を構成し、この環状のディフューザ８の出口側に前記外部ケーシング１０と前記軸受コーン７とで囲われる低圧排気室を形成している。
【００２１】
このうち外部ケーシング１０は、外部ケーシング上半部１０ａと外部ケーシング下半部１０ｂとを有している。また環状ディフューザ８は、環状ディフューザ上半部８ａと環状ディフューザ下半部８ｂとを有している。また、外部ケーシング１０の外側に、低圧段落に蒸気を案内するクロスオーバー管１が設けられている。なお、図７において、２は、前記内部ケーシング９で支持された複数のノズルであり、３は、タービンロータ５に設けられた複数の羽根である。
【００２２】
また、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、スチームガイド１１は、内部ケーシング９（図７参照）に固定して設けられた固定スチームガイド１２と、固定スチームガイド１２に対して出口側に設けられ、固定スチームガイド１２に対して、軸方向に移動自在な第１可動スチームガイド１３とを有している。また、第１可動スチームガイド１３に対してさらに出口側に、第１可動スチームガイド１３に対して、軸方向に移動自在な第２可動スチームガイド１４が設けられている。
【００２３】
このうち、固定スチームガイド１２は、タービンロータ５の軸方向中心線を含む水平面で固定スチームガイド上半部１２ａと、固定スチームガイド下半部１２ｂとに分割されている。また第１可動スチームガイド１３も同様にして、第１可動スチームガイド上半部１３ａと、第１可動スチームガイド下半部１３ｂとに分割され、さらに第２可動スチームガイド１４も同様にして、第２可動スチームガイド上半部１４ａと、第２可動スチームガイド下半部１４ｂとに分割されている。ここで、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂは、第１可動スチームガイド１３のガイド部分となり、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂは、第２可動スチームガイド１４のガイド部分となる。
【００２４】
このことにより、固定スチームガイド上半部１２ａの出口側に、固定スチームガイド上半部１２ａに対して軸方向に移動自在な第１可動スチームガイド上半部１３ａが配置され、第１可動スチームガイド上半部１３ａの出口側に、第１可動スチームガイド上半部１３ａに対して軸方向に移動自在な第２可動スチームガイド上半部１４ａが配置される。同様に、固定スチームガイド下半部１２ｂの出口側に、固定スチームガイド下半部１２ｂに対して軸方向に移動自在な第１可動スチームガイド下半部１３ｂが配置され、第１可動スチームガイド下半部１３ｂの出口側に、第１可動スチームガイド下半部１３ｂに対して軸方向に移動自在な第２可動スチームガイド下半部１４ｂが配置される。
【００２５】
また、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、固定スチームガイド１２に第１可動スチームガイド１３が当接した場合、固定スチームガイド１２の内周面と第１可動スチームガイド１３の内周面の境界部４３に滑らかな曲線が形成されるように、固定スチームガイド１２の内周面に第１可動スチームガイド１３の形状に対応する凹部１５が形成されている。同様に、第１可動スチームガイド１３に第２可動スチームガイド１４が当接した場合、第１可動スチームガイド１３の内周面と第２可動スチームガイド１４の内周面の境界部４４に滑らかな曲線が形成されるように、第１可動スチームガイド１３の内周面に第２可動スチームガイド１４の形状に対応する凹部１６が形成されている。
【００２６】
また、図１（ｂ）に示すように、第１可動スチームガイド１３の端面に、当該第１可動スチームガイド１３を排気の流出方向に移動させるためのシリンダ状の第１操作部材１７の一端が連結されている。
【００２７】
また、このシリンダ状の第１操作部材１７の内部にはロッド状の第２操作部材１８が移動可能に収められている。そして、この第２操作部材１８は、前記第１可動スチームガイド１３とシリンダ状の第１操作部材１７との連結部を同心状に貫通して前記第２可動スチームガイド１４の端面に連結されている。
【００２８】
このうち、第１操作部材１７は、第１可動スチームガイド上半部１３ａに連結され、第１可動スチームガイド上半部１３ａを移動する第１操作部材上半部１７ａと、第１可動スチームガイド下半部１３ｂに連結され、第１可動スチームガイド下半部１３ｂを移動する第１操作部材下半部１７ｂとを有している。同様に、第２操作部材１８は、第２可動スチームガイド上半部１４ａに連結され、第２可動スチームガイド上半部１４ａを移動する第２操作部材上半部１８ａと、第２可動スチームガイド下半部１４ｂに連結され、第２可動スチームガイド下半部１４ｂを移動する第２操作部材下半部１８ｂとを有している。
【００２９】
また、図１（ｂ）に示すように、第１操作部材１７および第２操作部材１８は、操作部材駆動制御部２０によって支えられるように設置されている。この操作部材駆動制御部２０は、第１操作部材上半部１７ａおよび第２操作部材上半部１８ａを支えると共に、第１操作部材上半部１７ａおよび第２操作部材上半部１８ａを駆動する操作部材駆動制御部上半部２０ａを有している。また、操作部材駆動制御部２０は、第１操作部材下半部１７ｂおよび第２操作部材下半部１８ｂを支えると共に、第１操作部材下半部１７ｂおよび第２操作部材下半部１８ｂを駆動する操作部材駆動制御部下半部２０ｂを有している。操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂは、第１操作部材上半部１７ａおよび第１操作部材下半部１７ｂを連動させて駆動するとともに、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂを連動させて駆動する。すなわち、図５に示すように、蒸気タービン４０の操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂに、制御装置２４が接続されている。
【００３０】
また、図５に示すように、外部ケーシング１０の外側に設けられたクロスオーバー管１（図７参照）の上流側に、蒸気タービン４０に流入する蒸気の流量を計測する流量計（流量計測器）２９が設けられている。この流量計２９は制御装置２４に接続されている。
【００３１】
また、最終段翼出口４２（図７参照）に、最終段翼出口４２における蒸気の圧力を計測する複数の第１圧力計測部（最終段翼出口圧力計測器）２５が設けられ、各々の第１圧力計測部２５に導圧管２７を介して圧力計（最終段翼出口圧力計測器）２３が接続されている。また、下方排気型低圧排気室４１の出口に、蒸気の圧力を計測する複数の第２圧力計測部（下方排気型低圧排気室出口圧力計測器）２６が設けられ、各々の第２圧力計測部２６に導圧管２７を介して圧力計（下方排気型低圧排気室出口圧力計測器）２３が接続されている。この圧力計２３は制御装置２４に接続されている。
【００３２】
さらに、最終段翼出口４２に、蒸気の温度を計測する複数の温度センサ（温度計測器）３３が設けられ、各々の温度センサ３３に温度計（温度計測器）３４が接続されている。この温度計３４は制御装置２４に接続されている。
【００３３】
このようにして、操作部材駆動制御部２０により、流量計測器２９と、最終段翼出口圧力計測器２５と、下方排気型低圧排気室出口圧力計測器２６と、温度計測器３３とからの信号に基づいて第１操作部材１７および第２操作部材１８が駆動制御される。
【００３４】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３５】
まず、図６に示すように、クロスオーバー管１の上流側に設けられた流量計２９により、蒸気タービン４０に流入する蒸気の流量が計測される。計測された流量は流量信号に変換され（ステップＳ１）、流量計２９から制御装置２４へ流量信号が送信される。
【００３６】
同時に、最終段翼出口４２に設けられた第１圧力計測部２５により、最終段翼出口４２における蒸気の圧力が計測される。次に第１圧力計測部２５に導圧管２７を介して接続された圧力計２３において、計測された圧力が圧力信号に変換され（ステップＳ２ａ）、圧力計２３から制御装置２４へ圧力信号が送信される。同様に、下方排気型低圧排気室４１の出口に設けられた第２圧力計測部２６により、下方排気型低圧排気室４１の出口における蒸気の圧力が計測される。次に第２圧力計測部２６に導圧管２７を介して接続された圧力計２３において、計測された圧力が圧力信号に変換され（ステップＳ２ｂ）、圧力計２３から制御装置２４へ圧力信号が送信される。
【００３７】
また、最終段翼出口４２に設けられた温度センサ３３により、最終段翼出口４２における蒸気の温度が計測される。次に、温度センサ３３に接続された温度計３４において、計測された温度が温度信号に変換され（ステップＳ３）、温度計３４から制御装置２４へ温度信号が送信される。
【００３８】
次に、図６に示すように、上述した流量信号、圧力信号、および温度信号を受信した制御装置２４において、これらの流量信号、圧力信号、および温度信号を用いて、下方排気型低圧排気室４１の入口における蒸気の動圧が算出される（ステップＳ４）。次に、制御装置２４において、取得した流量信号、圧力信号、および温度信号と、入口における蒸気の動圧とを用いて、下方排気型低圧排気室４１の入口における蒸気のマッハ数（流速）が算出され、排気室圧力損失係数が求められる（ステップＳ５）。次に、制御装置２４において、あらかじめインプットしていた図４に示す蒸気タービン４０の負荷と圧力損失との関係に基づいて、スチームガイド１１の開閉状態が選定される（ステップＳ６）。
【００３９】
ここで、図４に示すように、蒸気タービン４０の圧力損失を効果的に低減させるために、スチームガイド１１の開閉状態は、蒸気タービン４０の負荷に応じて変える必要がある。
【００４０】
まず、蒸気タービン４０を起動した後蒸気タービン４０の負荷が低い場合、すなわち、図４に示すように蒸気タービン４０の負荷が５％（第１予定値）未満の場合、制御装置２４により、スチームガイド１１が全閉となる状態（図３（ｂ）参照）が選定される。この状態では、第１可動スチームガイド１３は固定スチームガイド１２に当接され、かつ第２可動スチームガイド１４は第１可動スチームガイド１３に当接された状態となっている。その後、図６に示すように、制御装置２４により、選定されたスチームガイド１１の開閉状態とするために必要な第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４の移動量が求められる。求められたそれぞれの移動量が駆動信号に変換され、制御装置２４から操作部材駆動制御部２０へ駆動信号が送信される（ステップＳ７）。
【００４１】
スチームガイド１１が、図３（ｂ）に示すような全閉の状態である場合、第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４を各々移動させる必要がないため、第１操作部材１７および第２操作部材１８は駆動されることがない。
【００４２】
この場合、固定スチームガイド１２の内周面に第１可動スチームガイド１３の形状に対応する凹部１５が形成されているため、固定スチームガイド１２の内周面と第１可動スチームガイド１３の内周面との境界部４３に、滑らかな曲線が形成されている。同様に、第１可動スチームガイド１３の内周面に第２可動スチームガイド１４の形状に対応する凹部１６が形成されているため、第１可動スチームガイド１３の内周面と第２可動スチームガイド１４の内周面との境界部４４に、滑らかな曲線が形成されている。このため、固定スチームガイド１２の内周面、第１可動スチームガイド１３の内周面、および第２可動スチームガイド１４の内周面における蒸気の流れが剥離することが抑制される。
【００４３】
次に、蒸気タービン４０の負荷が上昇し、図４に示すように、蒸気タービン４０の負荷が５％以上Ａ％以下となる場合、制御装置２４により、スチームガイド１１が半開となる状態（図２（ｂ）参照）が選定される。この状態では、第１可動スチームガイド１３は固定スチームガイド１２から離され、第２可動スチームガイド１４は第１可動スチームガイド１３に当接された状態となっている。その後、図６に示すように、制御装置２４により、選定されたスチームガイド１１の開閉状態とするために必要な第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４の移動量が求められる。求められたそれぞれの移動量が駆動信号に変換され、制御装置２４から操作部材駆動制御部２０へ駆動信号が送信される（ステップＳ７）。
【００４４】
この場合まず、制御装置２４から駆動信号を受信した操作部材駆動制御部２０の操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂにより、第１操作部材上半部１７ａおよび第１操作部材下半部１７ｂが連動して駆動される。次に、第１操作部材上半部１７ａおよび第１操作部材下半部１７ｂにより、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂが連動して移動され、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂは固定スチームガイド上半部１２ａおよび固定スチームガイド下半部１２ｂから各々離れる。
【００４５】
同時に、操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂにより、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂが連動して駆動される。この場合、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂは、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂと当接した状態が保持される。
【００４６】
この場合、第１可動スチームガイド上半部１３ａと固定スチームガイド上半部１２ａとの距離と、第１可動スチームガイド下半部１３ｂと固定スチームガイド下半部１２ｂとの距離は同一になっている。このようにして、スチームガイド１１が半開した状態にすることができる（図２（ｂ）参照）。
【００４７】
またこの場合、前述したように、第１可動スチームガイド１３の内周面と第２可動スチームガイド１４の内周面との境界部４４に、滑らかな曲線が形成されている。このため、第１可動スチームガイド１３の内周面、および第２可動スチームガイド１４の内周面における蒸気の流れが剥離することが抑制される。
【００４８】
次に、蒸気タービン４０の負荷が上昇し、蒸気タービン４０の負荷がＡ％を超えてＢ％未満となる場合、制御装置２４により、スチームガイド１１が全開となる状態（図１（ｂ）参照）が選定される。この状態では、第１可動スチームガイド１３は固定スチームガイド１２から離れ、かつ第２可動スチームガイド１４は第１可動スチームガイド１３から離れた状態となっている。その後、図６に示すように、制御装置２４により、選定されたスチームガイド１１の開閉状態とするために必要な第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４の移動量が求められる。求められたそれぞれの移動量が駆動信号に変換され、制御装置２４から操作部材駆動制御部２０へ駆動信号が送信される（ステップＳ７）。
【００４９】
この場合まず、制御装置２４から駆動信号を受信した操作部材駆動制御部２０の操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂにより、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂが連動して駆動される。次に、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂにより、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂが連動して移動され、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂは第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂから各々離れる。
【００５０】
この場合、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂは、固定スチームガイド上半部１２ａおよび固定スチームガイド下半部１２ｂに対して移動することがない。また、第２可動スチームガイド上半部１４ａと第１可動スチームガイド上半部１３ａとの距離と、第２可動スチームガイド下半部１４ｂと第１可動スチームガイド下半部１３ｂとの距離は同一になっている。このようにして、スチームガイド１１を全開した状態にすることができる（図１（ｂ）参照）。
【００５１】
次に、蒸気タービン４０の負荷が上昇し、蒸気タービン４０の負荷がＢ％以上１２０％（第２予定値）以下となる場合、制御装置２４により、スチームガイド１１が半開となる状態（図２（ｂ）参照）が選定される。この状態では、第１可動スチームガイド１３は固定スチームガイド１２から離され、第２可動スチームガイド１４は第１可動スチームガイド１３に当接された状態となっている。その後、図６に示すように、制御装置２４により、選定されたスチームガイド１１の開閉状態とするために必要な第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４の移動量が求められる。求められたそれぞれの移動量が駆動信号に変換され、制御装置２４から操作部材駆動制御部２０へ駆動信号が送信される（ステップＳ７）。
【００５２】
この場合まず、制御装置２４から駆動信号を受信した操作部材駆動制御部２０の操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂにより、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂが連動して駆動される。次に、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂにより、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂが連動して移動され、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂに当接する。
【００５３】
この場合、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂは、固定スチームガイド上半部１２ａおよび固定スチームガイド下半部１２ｂに対して移動することがない。このようにして、スチームガイド１１が半開した状態にすることができる（図２（ｂ）参照）。
【００５４】
またこの場合、前述したように、第１可動スチームガイド１３の内周面と第２可動スチームガイド１４の内周面との境界部４４に、滑らかな曲線が形成されている。このため、第１可動スチームガイド１３の内周面、および第２可動スチームガイド１４の内周面における蒸気の流れが剥離することが抑制される。
【００５５】
次に、蒸気タービン４０の負荷がさらに上昇し、図３に示すように、蒸気タービン４０の負荷が１２０％を超える場合、制御装置２４により、スチームガイド１１が全閉となる状態（図３（ｂ）参照）が選定される。この状態では、第１可動スチームガイド１３は固定スチームガイド１２に当接され、かつ第２可動スチームガイド１４は第１可動スチームガイド１３に当接された状態となっている。その後、図６に示すように、制御装置２４により、選定されたスチームガイド１１の開閉状態とするために必要な第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４の移動量が求められる。求められたそれぞれの移動量が駆動信号に変換され、制御装置２４から操作部材駆動制御部２０へ駆動信号が送信される（ステップＳ７）。
【００５６】
この場合まず、制御装置２４から駆動信号を受信した操作部材駆動制御部２０の操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂにより、第１操作部材上半部１７ａおよび第１操作部材下半部１７ｂが連動して駆動される。次に、第１操作部材上半部１７ａおよび第１操作部材下半部１７ｂにより、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂが連動して移動され、固定スチームガイド上半部１２ａおよび固定スチームガイド下半部１２ｂに当接する。
【００５７】
同時に、操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂにより、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂが連動して駆動される。この場合、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂは、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂと当接した状態が保持される。このようにして、スチームガイド１１が全閉した状態にすることができる（図３（ｂ）参照）。
【００５８】
またこの場合、前述したように、固定スチームガイド１２の内周面と第１可動スチームガイド１３の内周面との境界部４３に、滑らかな曲線が形成されている。同様に、第１可動スチームガイド１３の内周面と第２可動スチームガイド１４の内周面との境界部４４に、滑らかな曲線が形成されている。このため、固定スチームガイド１２の内周面、第１可動スチームガイド１３の内周面、および第２可動スチームガイド１４の内周面における蒸気の流れが剥離することが抑制される。
【００５９】
このように本実施の形態によれば、蒸気タービン４０に流入する蒸気の流量と、最終段翼出口４２における蒸気の圧力と、下方排気型低圧排気室４１出口における蒸気の圧力と、下方排気型最終段翼出口４２における蒸気の温度とを計測して蒸気タービン４０の負荷が求められ、この蒸気タービン４０の負荷に対応して、制御装置２４において、スチームガイド１１の開閉状態を全開の状態、半開の状態、および全閉の状態から適切な状態が選定される。このことにより、固定スチームガイド１２の内周面、第１可動スチームガイド１３の内周面、および第２可動スチームガイド１４の内周面において蒸気の流れが剥離することが抑制される。このため、下方排気型低圧排気室４１内における圧力損失を効果的に低減させることができる。
【００６０】
ところで、図４において示された圧力損失とタービン負荷との関係は、実機の１／２０の大きさからなる試験モデルを用いた実マッハ数性能計測試験の結果から得られた。すなわち、まず、実マッハ数性能計測試験において、排気室入口における蒸気の流入マッハ数を計測し、この流入マッハ数をタービン負荷に置き換えている。また、排気室入口および排気室出口における蒸気の静圧差と、排気室入口における蒸気の動圧とを計測し、この静圧差を、排気室入口における動圧で除して排気室の静圧損失係数を求め、この静圧損失係数を圧力損失に置き換えている。その後、置き換えられたタービン負荷および圧力損失に、他の試験結果および解析結果から予測される補正値を加味して、図４に示す蒸気タービン負荷および圧力損失を求めた。さらに、この実マッハ数性能計測試験は、固定スチームガイド１２のみの試験モデルと、固定スチームガイド１２、第１可動スチームガイド１３、および第２可動スチームガイド１４を備えた試験モデルとを用いて各々行われ、タービン負荷および圧力損失を各々求めた。このようにして、図４に示すタービン負荷と圧力損失係数との関係が得られた。
【００６１】
また、図４において、スチームガイドが全開した状態を示す曲線と、スチームガイドが全閉した状態を示す曲線との交点における排気室入口のマッハ数は、各々０．０３程度と０．６５程度である。一方、上述した試験モデルに対応する蒸気タービンプラントにおいて、１００％定格負荷時における低圧排気室入口のマッハ数は０．５５程度である。このことにより、排気室入口のマッハ数が０．５５となる場合のタービン負荷を１００％とすると、排気室入口のマッハ数が０．０３となる場合のタービン負荷は５％（≒１００％×０．０３／０．５５）（第１予定値）程度となり、排気室入口のマッハ数が０．６５となる場合のタービン負荷は１２０％（≒１００％×０．６５／０．５５）（第２予定値）程度となる。このようにして、図４におけるスチームガイドが全開した状態を示す曲線と、スチームガイドが全閉した状態を示す曲線との交点におけるタービン負荷が求められた。
【００６２】
第２の実施の形態
次に、図９により、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービンについて説明する。ここで、図９（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが全開した状態を示す正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。
【００６３】
図９に示す第２の実施の形態における蒸気タービン４０は、図１乃至図８に示すスチームガイド１１の第１可動スチームガイド１３は周方向に２分割されたガイド部分１３ａ、１３ｂを含み、第２可動スチームガイド１４が、周方向に２分割されたガイド部分１４ａ、１４ｂを含んでいる。図９において、図１乃至図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
図９に示すように、固定スチームガイド１２は、固定スチームガイド上半部１２ａと、固定スチームガイド下半部１２ｂとに分割されている。このうち、固定スチームガイド下半部１２ｂに、構造部材を通すための切欠部２２が、周方向に２箇所設けられている。
【００６５】
また第１可動スチームガイド１３は、２つのガイド部分、すなわち第１可動スチームガイド上半部１３ａと、第１可動スチームガイド下半部１３ｂとを有している。この第１可動スチームガイド上半部１３ａと第１可動スチームガイド下半部１３ｂとの間に空隙部４５が形成され、この空隙部４５の位置は、固定スチームガイド下半部１２ｂの切欠部２２の位置と対応している。
【００６６】
さらに第２可動スチームガイド１４は、２つのガイド部分、すなわち第２可動スチームガイド上半部１４ａと、第２可動スチームガイド下半部１４ｂとを有している。この第２可動スチームガイド上半部１４ａと第２可動スチームガイド下半部１４ｂとの間に空隙部４６が形成され、この空隙部４６の位置は、固定スチームガイド下半部１２ｂの切欠部２２の位置と対応している。
【００６７】
また図９に示すように、操作部材駆動制御部上半部２０ａおよび操作部材駆動制御部下半部２０ｂは、第１操作部材上半部１７ａおよび第１操作部材下半部１７ｂを別々に駆動するとともに、第２操作部材上半部１８ａおよび第２操作部材下半部１８ｂを別々に駆動する。
【００６８】
通常、図７に示すように下方排気型低圧排気室４１において、タービンロータ５の中心軸を境にして上半部の蒸気の流れと下半部の蒸気の流れは異なっており、下半部の蒸気の流れは、下方に向かって上半部の蒸気の流れよりも速い場合が多い。このことにより、下方排気型低圧排気室４１内における圧力損失をより効果的に低減させるために、上半部の蒸気の流れ、下半部の蒸気の流れに各々対応して、第１可動スチームガイド１３および第２可動スチームガイド１４を別々に移動させることが好ましい。
【００６９】
本実施の形態によれば、第１可動スチームガイド上半部１３ａおよび第１可動スチームガイド下半部１３ｂは、蒸気タービン４０の負荷に対応して別々に移動される。同様に、第２可動スチームガイド上半部１４ａおよび第２可動スチームガイド下半部１４ｂも、蒸気タービン４０の負荷に対応して別々に移動される。このことにより、固定スチームガイド１２の内周面、第１可動スチームガイド１３の内周面、および第２可動スチームガイド１４の内周面において蒸気の流れが剥離することがより効果的に抑制される。このため、下方排気型低圧排気室４１内における圧力損失をより効果的に低減させることができる。
【００７０】
第３の実施の形態
次に、図１０により、本発明の第３の実施の形態における蒸気タービンについて説明する。ここで、図１０は、本発明の第３の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドの構造を示す部分拡大図である。
【００７１】
図１０に示す第３の実施の形態における蒸気タービン４０は、図１乃至図８に示すスチームガイド１１の第１操作部材１７および第２操作部材１８の軸方向に垂直な断面形状が流線型となっている。図１０において、図１乃至図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
通常、蒸気タービン４０が運転され、スチームガイド１１が全開状態（図１（ｂ）参照）あるいは半開状態（図２（ｂ）参照）となっている間、第１操作部材１７および第２操作部材１８は、蒸気の流れに晒されている。このため、第１操作部材１７および第２操作部材１８は、固定スチームガイド１２と第１可動スチームガイド１３との間を流れる蒸気、あるいは第１可動スチームと第２可動スチームガイド１４との間を流れる蒸気に対して抵抗体となる。
【００７３】
本実施の形態によれば、図１０に示すように、第１操作部材１７および第２操作部材１８の軸方向に垂直な断面形状が蒸気の流れる方向に流線型となっている。このことにより、第１操作部材１７および第２操作部材１８において蒸気の流れが剥離することがより効果的に抑制される。このため、下方排気型低圧排気室４１内部における蒸気の圧力損失をより効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが全開した状態を示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが半開した状態を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが全閉した状態を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドにおいて、蒸気タービン負荷と圧力損失との関係を示した図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドの制御方法を示す概念図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドの制御方法を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンの下方排気型低圧排気室の全体構成を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンの下方排気型低圧排気室のタービンロータに垂直な方向の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドが全開した状態を示す正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のタービンロータ方向の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施の形態における蒸気タービンのスチームガイドの構造を示す部分拡大図である。
【図１１】図１１は、軸流速度と排気損失との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１      クロスオーバー管
２      ノズル
３      羽根
４      タービンケーシング
５      タービンロータ
６      パッキンヘッド
７      軸受コーン
８      環状ディフューザ
８ａ    環状ディフューザ上半部
８ｂ    環状ディフューザ下半部
９      内部ケーシング
１０    外部ケーシング
１０ａ  外部ケーシング上半部
１０ｂ  外部ケーシング下半部
１１    スチームガイド
１２    固定スチームガイド
１２ａ  固定スチームガイド上半部
１２ｂ  固定スチームガイド下半部
１３    第１可動スチームガイド
１３ａ  第１可動スチームガイド上半部
１３ｂ  第１可動スチームガイド下半部
１４    第２可動スチームガイド
１４ａ  第２可動スチームガイド上半部
１４ｂ  第２可動スチームガイド下半部
１５    凹部
１６    凹部
１７    第１操作部材
１７ａ  第１操作部材上半部
１７ｂ  第１操作部材下半部
１８    第２操作部材
１８ａ  第２操作部材上半部
１８ｂ  第２操作部材下半部
２０    操作部材駆動制御部
２０ａ  操作部材駆動制御部上半部
２０ｂ  操作部材駆動制御部下半部
２２    切欠部
２３    圧力計
２４    制御装置
２５    第１圧力計測部.
２６    第２圧力計測部
２７    導圧管
２９    流量計
３３    温度センサ
３４    温度計
４０    蒸気タービン
４１    下方排気型低圧排気室
４２    最終段翼出口
４３    境界部
４４    境界部
４５    空隙部
４６    空隙部
【図１】
2009103099.tif 000003
【図２】
2009103099.tif 000004
【図３】
2009103099.tif 000005
【図４】
2009103099.tif 000006
【図５】
2009103099.tif 000007
【図６】
2009103099.tif 000008
【図７】
2009103099.tif 000009
【図８】
2009103099.tif 000010
【図９】
2009103099.tif 000011
【図１０】
2009103099.tif 000012
【図１１】
2009103099.tif 000013