(57)【要約】【課題】蒸気タービンを提供する。【解決手段】本蒸気タービン（２）は、第１のタービンセクション（４）及び第２のタービンセクション（６）を作動連結したシャフト（８）を含む。パッキン組立体（１０）が、シャフト（８）の周りに配置される。第１の導管（１４）が、パッキン組立体（１０）に対して流体連結される。第１の導管（１４）は、低温低圧蒸気（１６４）の流れをパッキン組立体（１０）に導入するように構成される。第２の導管（２４）もまた、第１のタービンセクション（４）の下流かつ第１の導管（１４）の上流でパッキン組立体（１０）に対して流体連結される。第２の導管（２４）は、第１のタービンセクション（４）からパッキン組立体（１０）内に流入する高温高圧蒸気（５４）の一部分を受ける。弁（４８）が、第２の導管（２４）に対して流体連結される。弁（４８）は、高温高圧蒸気（５４）が第２の導管（２４）内で低温低圧蒸気（１６４）と混合するのを可能にするように選択的に作動するように構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温蒸気（５４）の流れを含む第１のタービンセクション（４）と、
第２のタービンセクション（６）と、
第１のタービンセクション（４）及び第２のタービンセクション（６）を作動連結したシャフト（８）と、
前記シャフト（８）の周りに配置され、該シャフト（８）に沿って第１のタービンセクション（４）から第２のタービンセクション（６）に流れる前記高温蒸気（５４）の流れの量を制限するパッキン組立体（１０）と、
前記パッキン組立体（１０）に対して流体連結され、低温低圧蒸気（１６４）の流れを前記パッキン組立体（１０）に導入する第１の導管（１４）と、
第１のタービンセクション（４）の下流かつ第１の導管（１４）の上流で前記パッキン組立体（１０）に対して流体連結され、該第１のタービンセクション（４）から該パッキン組立体（１０）内に流入する前記高温高圧蒸気（５４）の一部分を受ける第２の導管（２４）と、
第２の導管（２４）に対して流体連結され、前記高温高圧蒸気（５４）が第２の導管（２４）内で前記低温低圧蒸気（１６４）と混合できるように選択的に作動する弁（４８）と
を備える蒸気タービン（２）。
【請求項２】
第２の導管（２４）に対して流体連結された流量計（４４）をさらに含み、前記流量計（４４）が、第２の導管（２４）を通って流れる蒸気の流量パラメータを検出する、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【請求項３】
第２の導管（２４）に対して流体連結された圧力センサ（４０）をさらに含み、前記圧力センサ（４０）が、第２の導管（２４）内の蒸気の圧力パラメータを検出する、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【請求項４】
第２の導管（２４）に対して流体連結された温度センサ（４２）をさらに含み、前記温度センサ（４２）が、第２の導管（２４）内の蒸気の温度パラメータを検出する、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【請求項５】
凝縮器（３０）をさらに含み、第２の導管（２４）が、前記パッキン組立体（１０）から前記凝縮器（３０）まで延びる、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【請求項６】
第２のタービンセクションが、低温蒸気の流れを含み、前記低温蒸気の流れが、第２のタービンセクションから第１の導管に流れる、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【請求項７】
第１のタービンセクション（４）が、高圧タービンセクションであり、第２のタービンセクション（６）が、中圧タービンセクションである、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【請求項８】
第１のタービンセクション（４）に対して作動連結された排熱回収ボイラ（４８）をさらに含む、請求項１記載の蒸気タービン（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントに関し、より具体的には、蒸気タービン内における漏れを判定するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１０５０°Ｆ（５６６℃）を越える高温再熱温度で運転する対向する高圧（ＨＰ）及び中圧（ＩＰ）セクションを有する大半の蒸気タービンは、容認可能な第１の再熱段応力レベルを維持するために外部冷却システムを必要とする。冷却システムとＨＰ及びＩＰセクション間の内部漏れとの相互作用の結果として、ＨＰ及びＩＰセクション間における蒸気漏れ量を判定することは困難である。より具体的には、作動中に、ＨＰ及びＩＰセクションを相互連結したシャフトと該シャフトの周りにシールを形成したパッキン組立体との間に運転間隙が存在する。運転間隙は、高温高圧蒸気がシャフトに沿ってＨＰセクションからＩＰセクションに漏れるのを許す。高圧高温蒸気の漏れは、蒸気タービンの全体効率に悪影響を与える。すなわち、蒸気漏れが増大するにつれて、蒸気タービン性能が低下する。
【０００３】
運転間隙及びパッキン形状寸法を調整して蒸気タービン性能を高めるようにするために、漏れ量を判定する数多くの試みがなされてきた。現在では、漏れ量を計算するために、推定法が採用されている。推定試験は、ＨＰセクションの入口部分におけるパラメータの変化により生じた、ＩＰセクションの出口部分に対する影響を測定することに依存している。本質的には、推定法は、ＩＰセクションの出口部分におけるエンタルピー変化を判定するために間接的なパラメータを測定して、シャフトに沿った蒸気漏れ量を推定する。間接的測定を用いて漏れ量を判定することからは、最も良くても推測よりも僅かにましな解が得られるに過ぎない。漏れ量を判定することは、エンジニアがシャフトとパッキン組立体との間の運転間隙及びパッキン形状寸法を調整して、蒸気タービンの作動効率をさらに高めることを可能にすることになる。シャフトに沿った高圧高温蒸気の漏れ量をある確かさレベルの範囲内で知ることなしでは、運転間隙及びパッキン形状寸法を調整して蒸気タービン性能を高めることは、依然として時間がかかり、費用がかかり、かつ不正確な試行錯誤の作業の状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３８１７６５４号明細書
【特許文献２】米国特許第４５５０５６９号明細書
【特許文献３】米国特許第５９０６０９５号明細書
【特許文献４】米国特許第６１０２６５４号明細書
【特許文献５】米国特許第６２３７３３８号明細書
【特許文献６】米国特許第７００３９５６号明細書
【特許文献７】米国特許第７０５６０８４号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４／０２６１４１７号明細書
【特許文献９】欧州特許第１０５０６６６号明細書
【特許文献１０】特開昭５８−１１３５０１号公報
【特許文献１１】特開平０９−１７７５０５号公報
【特許文献１２】特開平０９−３１７４０５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な実施形態により構成した蒸気タービンを提供し、本蒸気タービンは、高温蒸気の流れを有する第１のタービンセクションと、第２のタービンセクションと、第１のタービンセクション及び第２のタービンセクションを作動連結したシャフトとを含む。本蒸気タービンはさらに、シャフトの周りに配置されたパッキン組立体を含む。パッキン組立体は、シャフトに沿って第１のタービンセクションから第２のタービンセクションに流れる高温蒸気の流れの量を制限する。第１の導管が、パッキン組立体に対して流体連結される。第１の導管は、低温低圧蒸気の流れをパッキン組立体に導入するように構成される。第２の導管がまた、第１のタービンセクションの下流かつ第１の導管の上流でパッキン組立体に対して流体連結される。第２の導管は、第１のタービンセクションからパッキン組立体内に流入する高温高圧蒸気の一部分を受ける。弁が、第２の導管に対して流体連結される。弁は、高温高圧蒸気が第２の導管内で低温低圧蒸気と混合するのを可能にするように選択的に作動するように構成される。
【０００６】
本発明の例示的な実施形態はまた、パッキン組立体により囲まれたシャフトによって連結された第１及び第２の対向するタービンセクションを有する蒸気タービン内における漏れを判定する方法を含む。第１のタービンセクションから、パッキン組立体内のシャフトに沿って高温高圧蒸気が漏れる。蒸気タービンは、パッキン組立体に連結された第１及び第２の導管を含み、第２の導管が、第１の導管と第１のタービンセクションの間に配置されるようになっている。本方法は、第２の導管を通して高温高圧蒸気を案内するステップと、第１の導管内に低温低圧蒸気を導入するステップとを含む。低温低圧蒸気は、シャフトに沿って第２の導管に向けて流される。本方法はさらに、第２の導管に対して流体連結された弁を作動させるステップと、第２の導管内で高温高圧蒸気及び低温低圧蒸気を混合して複合蒸気流れを形成するステップとを必要とする。複合蒸気流れの少なくとも１つのパラメータを測定し、該複合蒸気流れの少なくとも１つのパラメータが高温高圧蒸気流れの対応するパラメータに対して低下するまで、弁を調整する。シャフトに沿って第１のタービンセクションから第２のタービンセクションに向けて漏れる高温高圧蒸気の量は、複合蒸気流れに基づいて計算される。
【０００７】
付加的な特徴及び利点は、本発明の例示的な実施形態の方法によって実現される。本発明のその他の例示的な実施形態及び態様は、本明細書において詳細に記述しており、また特許請求した本発明の一部と見なされる。その利点及び特徴と共に本発明をより良好に理解するために、以下の説明及び図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示的な実施形態により構成した対向する高圧（ＨＰ）及び中圧（ＩＰ）タービンを有する蒸気タービンの概略図。
【図２】ＨＰ及びＩＰタービン間の漏れを判定するためのシステムのブロック図。
【図３】図１のＨＰ及びＩＰタービン間の漏れを判定する方法を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に図１を参照すると、本発明の例示的な実施形態により複合サイクル蒸気タービン（ＣＣＰ）の一部として示した蒸気タービンは、その全体を参照符号２で示している。蒸気タービン２は、シャフト８によって対向する第２のつまり中圧（ＩＰ）タービンセクション６に対して作動連結された第１のつまり高圧（ＨＰ）タービンセクション４を含む。中間パッキン組立体１０が、シャフト８の周りに延びる。中間パッキン組立体１０は、シャフト８の周りにシールを形成した複数のパッキンリング（図示せず）を含む。蒸気タービン２はまた、パッキン組立体１０に対して流体連結された第１の導管１４を含む。第１の導管１４は、パッキン組立体１０に対して流体連結された第１の端部セクション１６を含み、第１の端部セクション１６は、中間セクション１８を介して第２の端部セクション１７まで延びる。この図示した例示的な実施形態によると、第２の端部セクション１７は、第２のタービンセクション６のＩＰボウルセクション（別個には参照符号を付さず）に対して連結される。蒸気タービン２はさらに、パッキン組立体１０に対して流体連結された第１の端部部分２６を有する、第２の導管２４を含み、第１の端部部分２６は、中間部分２８を介して第２の端部部分２７まで延びる。第２の端部部分２７は、この図示した例示的な実施形態では凝縮器ユニット３０に連結される。しかしながら、第２の端部部分２７は、蒸気タービン２に関連するあらゆるより低圧ユニットに対して連結することができることを理解されたい。第２の導管２４は、該第２の導管２４内の蒸気の圧力パラメータを検知するための圧力センサ４０、該第２の導管２４内の蒸気の温度パラメータを検知するための温度センサ４２、該第２の導管２４内の蒸気の流量パラメータを検知するための流量計４４、及び弁４８を含むように示している。この図示した例示的な実施形態では、弁４８は、第２の導管２４を通って流れる蒸気の流量を制御するように電気的に作動する。しかしながら、弁４８は、手動で作動させることもできることを理解されたい。
【００１０】
第１のタービンセクション４は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）４８から高温／高圧（ＨＴ／ＨＰ）蒸気５４の流れを受ける。ＨＴ／ＨＰ蒸気５４は、約１０５０°Ｆの温度及び約２０００ｐｓｉａの圧力を有する。作動時に、ＨＴ／ＨＰ蒸気５４の一部分は、パッキン組立体１０内でシャフト８に沿って第２のタービンセクション６に向けて流れる。第２のタービンセクション６に流入するＨＴ／ＨＰ蒸気５４は、蒸気タービン２の全体効率に悪影響を与える。そのため、シャフト８の周りの漏れを制御することが望ましい。
【００１１】
パッキン組立体１０内における漏れ量を判定するために、蒸気タービン２は、図２に示す漏れ測定システム６０を含む。漏れ測定システム６０は、圧力センサ４０、温度センサ４２、流量計４４及び弁４８に対して作動接続された制御装置１０４を含む。以下で一層十分に述べるように、低温／低圧（ＬＴ／ＬＰ）蒸気１６４が、第１の導管１４内に導入される。「低温／低圧蒸気」という用語は、第１のタービンセクション４内の高温／高圧蒸気よりも低い温度及び圧力の蒸気を意味することを理解されたい。漏れ測定システム６０は、パッキン組立体１０内のＨＴ／ＨＰ蒸気５４がＬＴ／ＬＰ蒸気１６４と混合して、第２の導管２４内に複合均一蒸気流れ７４を形成するのを可能にするように弁４８を選択的に開く。制御装置１０４は、少なくとも複合流れのパラメータに基づいてＨＴ／ＨＰ蒸気の漏れ量を判定する。
【００１２】
次に、パッキン組立体１０内に漏れるＨＴ／ＨＰ蒸気の量を判定する方法２００を記述している図３を参照する。最初に、ブロック２０２に示すように、ＨＴ／ＨＰ蒸気５４が、パッキン組立体１０に沿って第１のタービンセクション４から第２のタービンセクション６に向けて流される。ＨＴ／ＨＰ蒸気５４は、蒸気タービン２の作動によって生じる。蒸気タービン２が作動レベルに達すると、ブロック２０４に示すように、弁４８が開かれる。パッキン組立体１０内の圧力が低下すると、既知の温度及び既知の圧力を有するＬＴ／ＬＰ蒸気１６４が、ブロック２０６に示すように、第２の導管２４に向けて流れ始める。制御装置１０４は、第２の導管２４を通って流れる蒸気の温度及び圧力を監視する。弁４８は、開かれた状態を続けて、第２の導管２４内の圧力を低下させる。ＨＴ／ＨＰ蒸気５４の圧力は、ＬＴ／ＬＰ蒸気１６４が第２の導管２４に流入して複合流れ７４を形成するまで低下し続ける。複合流れのパラメータ、例えば温度センサ４２によって検知されるような温度が所定の温度に向けて低下し始めると、制御装置１０４は、ブロック２１０に示すように、流量計４４に対して複合流れ７４の流量を尋ねる。次に制御装置１０４は、ブロック２１２に示すように、下に示す等式に基づいてパッキン組立体１０内へのＨＴ／ＨＰ蒸気５４の漏れ量を計算する。この時点で、パッキン組立体１０とシャフト８との間の有効高温運転間隙つまりギャップの決定が、ブロック２１４において計算することができる。
【００１３】
Ｑ＝ｋＡη
上式において、ｋ＝パッキンタイプに基づいた流れ係数、Ａ＝流路断面積、η＝ｆ（圧力及びパッキン形状寸法）
この時点で、本発により、推定パラメータの代わりに既知の値を使用して蒸気タービンにおける蒸気漏れを判定するシステム及び方法が構成されることが理解される筈である。既知の値の使用は、測定の精度を高め、エンジニアがシャフト及びパッキン組立体間の有効運転間隙を設定して蒸気タービンの作動を高めることを可能にする。低温／低圧蒸気は、ＩＰタービンのＩＰボウルセクションから供給されるものとして記述しているが、既知の温度及び圧力を有する様々なその他のＬＴ／ＬＰ蒸気源を採用することができることを理解されたい。最後に、上記の温度及び圧力は例示のためのものであって、本発明の例示的な実施形態の技術的範囲内で変化させることができることを理解されたい。
【００１４】
全体として、本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、またさらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用すること及びあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行うのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、かつ当業者が想起するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、本発明の例示的な実施形態の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【符号の説明】
【００１５】
２  発電プラント
４  第１のタービンセクション（ＨＰ）
６  第２のタービンセクション（ＩＰ）
８  シャフト
１０  パッキン組立体（中間パック）、複数のパッキンリング
１４  第１の導管
１６  第１の端部セクション
１７  第２の端部セクション
１８  中間セクション（ＩＰボウル）
２４  第２の導管
２６  第１の端部部分
２７  第２の端部部分
２８  中間部分
３０  凝縮器
４０  圧力センサ
４２  温度センサ
４４  流量計
４８  弁
４８  ＨＲＳＧ
５４  高温／高圧蒸気
１６４  低温／低圧蒸気
１７４  複合流れ
１０４  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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