JP6872926B2

JP6872926B2 - 蒸気タービンプラント

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Publication number: JP6872926B2
Application number: JP2017027918A
Authority: JP
Inventors: 豊治西川; 創一朗田畑; 忠志 ▲高▼橋
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: DE112018000896T5; KR102227712B1; CN110268138A; KR20190097287A; US11333043B2; WO2018151259A1; CN110268138B; US20190353055A1; JP2018132027A

Description

本発明は、複数の蒸気タービンを備える蒸気タービンプラントに関する。

蒸気タービンは、ロータの回転軸の端部が、ケーシングに形成された開口部を貫通して外部に突出している。このような蒸気タービンでは、ケーシングの開口部と回転軸との隙間に蒸気を通すことで、回転軸の端部におけるシール性を確保している。高圧側蒸気タービンと、低圧側蒸気タービンとを備える蒸気タービンプラントの場合、高圧側蒸気タービンでは、タービンケーシングの内部は大気圧よりも高圧であるため、回転軸の端部において、ケーシングの開口部と回転軸との隙間を通してタービンケーシングの内部から外部に向かって蒸気（以下、この蒸気をグランド蒸気と適宜称する）が流れ出ることで、回転軸の端部におけるシール性を確保している。一方、低圧側蒸気タービンは、タービンケーシングの内部は大気圧よりも低圧であるため、ケーシングの開口部と回転軸との隙間を通して外部からケーシングの内部に空気が入り込みやすい。このため、高圧側蒸気タービンのケーシングの開口部と回転軸の端部との隙間を通ったグランド蒸気を、低圧側蒸気タービンのケーシングの開口部と回転軸との隙間に供給することで、この回転軸の端部におけるシール性を確保している。

ところで、上記したような蒸気タービンプラントにおいては、各蒸気タービンの作動状態に応じて、高圧側蒸気タービンから低圧側蒸気タービンに供給されるグランド蒸気の流量が変動する。すなわち、蒸気タービンプラントの起動時においては、高圧側蒸気タービンから低圧側蒸気タービンに供給されるグランド蒸気の流量が少ない。また、蒸気タービンプラントが定格運転状態となったときには、高圧側蒸気タービンから低圧側蒸気タービンに供給されるグランド蒸気の流量が多くなる。

例えば、特許文献１には、高圧側蒸気タービンから低圧側蒸気タービンに供給されるグランド蒸気の流量が、低圧側蒸気タービンで必要としている蒸気量を上回った場合に、余剰分のグランド蒸気を、蒸気タービンプラントに設けられた復水器に送り込んで復水させる構成が開示されている。
しかし、余剰分のグランド蒸気を復水器で熱交換したのでは、グランド蒸気が有する熱エネルギーを捨てることになる。そこで、特許文献１には、復水器から出た水と熱交換するグランド蒸気復水器に、余剰分のグランド蒸気を供給する構成も開示されている。この構成によれば、余剰分の蒸気をグランド復水器に供給することで、余剰分のグランド蒸気を復水器に送り込む場合に比較し、熱エネルギーの効率を高めることができる。

特開２００２−１２９９０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、余剰分のグランド蒸気を、復水器又はグランド復水器に放出しているため、グランド蒸気を有効利用できているとは言い切れず、プラント効率には向上の余地がある。

そこで、本発明は、グランド蒸気の有効利用を図り、プラント効率を向上させることができる蒸気タービンプラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての蒸気タービンプラントは、内部に蒸気が流入する高圧ケーシング、及び前記高圧ケーシング内に設けられるとともにその両端部が前記高圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記高圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する高圧タービンロータ、を有する高圧側蒸気タービンと、
前記高圧側蒸気タービンから排気された前記蒸気が流入する低圧ケーシング、及び前記低圧ケーシング内に設けられるとともに、その両端部が前記低圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記低圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する低圧タービンロータ、を有する低圧側蒸気タービンと、前記低圧側蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、を備える。前記高圧側蒸気タービンは、前記高圧ケーシングの前記開口部と前記高圧タービンロータの端部との隙間に前記蒸気をグランド蒸気として供給することで前記隙間をシールする高圧グランド部を有する。また、前記低圧側蒸気タービンは、前記低圧ケーシングの前記開口部と前記低圧タービンロータの前記端部との隙間に前記グランド蒸気を供給することで前記隙間をシールする低圧グランド部を有する。この蒸気タービンプラントは、さらに、前記高圧グランド部から前記低圧グランド部に前記グランド蒸気を導くグランドレギュレータラインと、前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を、前記低圧ケーシング内で前記低圧タービンロータを回転させる前記蒸気の流路に供給するロータ駆動蒸気供給ラインと、前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を復水器に導く排気ラインと、前記グランドレギュレータラインを流れる前記グランド蒸気の流量に相関する蒸気流量相関値を検知する相関値検知器と、前記ロータ駆動蒸気供給ラインを流れる前記グランド蒸気の流量を調節する流量調節弁と、前記排気ラインに設けられている開閉弁と、を備える。前記相関値検知器により検知された前記蒸気流量相関値が予め定められた値以上になると、前記開閉弁が閉じ、前記流量調節弁が開く。
また、上記目的を達成するための発明に係る他の態様としての蒸気タービンプラントは、内部に蒸気が流入する高圧ケーシング、及び前記高圧ケーシング内に設けられるとともにその端部が前記高圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記高圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する高圧タービンロータ、を有する高圧蒸気タービンと、前記高圧蒸気タービンから排気された前記蒸気が流入する中圧ケーシング、及び前記中圧ケーシング内に設けられるとともに、その端部が前記中圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記中圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する中圧タービンロータ、を有する中圧蒸気タービンと、前記中圧蒸気タービンから排気された前記蒸気が流入する低圧ケーシング、及び前記低圧ケーシング内に設けられるとともに、その両端部が前記低圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記低圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する低圧タービンロータ、を有する低圧側蒸気タービンと、前記低圧側蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、を備える。前記高圧蒸気タービンは、前記高圧ケーシングの前記開口部と前記高圧タービンロータの端部との隙間に前記蒸気をグランド蒸気として供給することで前記隙間をシールする高圧グランド部を有する。前記中圧蒸気タービンは、前記中圧ケーシングの前記開口部と前記中圧タービンロータの端部との隙間に前記蒸気をグランド蒸気として供給することで前記隙間をシールする中圧グランド部を有する。前記低圧側蒸気タービンは、前記低圧ケーシングの前記開口部と前記低圧タービンロータの前記端部との隙間に前記グランド蒸気を供給することで前記隙間をシールする低圧グランド部を有する。この蒸気タービンプラントは、さらに、前記高圧グランド部及び前記中圧グランド部から前記低圧グランド部に前記グランド蒸気を導くグランドレギュレータラインと、前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を、前記低圧ケーシング内で前記低圧タービンロータを回転させる前記蒸気の流路に供給するロータ駆動蒸気供給ラインと、前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を復水器に導く排気ラインと、前記グランドレギュレータラインを流れる前記グランド蒸気の流量に相関する蒸気流量相関値を検知する相関値検知器と、前記ロータ駆動蒸気供給ラインを流れる前記グランド蒸気の流量を調節する流量調節弁と、前記排気ラインに設けられている開閉弁と、を備える。前記相関値検知器により検知された前記蒸気流量相関値が予め定められた値以上になると、前記開閉弁が閉じ、前記流量調節弁が開く。

以上の構成によれば、高圧側蒸気タービンの高圧グランド部から低圧側蒸気タービンの低圧グランド部に送り込むグランド蒸気の一部を、低圧側蒸気タービンの低圧ケーシング内で低圧タービンロータを回転させる蒸気の流路に供給する。これにより、グランド蒸気の一部を、低圧タービンロータを回転させるエネルギーとして用いることができる。このように、グランド蒸気によって低圧タービンロータを直接的に回転させることで、ロスも少なく、グランド蒸気を有効利用することができる。
また、以上の構成によれば、低圧側蒸気タービンにおいて必要とされている量に応じて、低圧蒸気タービンの低圧ケーシング内へのグランド蒸気の供給量を調節することができる。
さらに、以上の構成によれば、グランドレギュレータラインを流れるグランド蒸気の流量は、高圧側蒸気タービンや低圧側蒸気タービンの作動状態に応じて変動する。例えば、蒸気タービンプラントの起動時には、グランドレギュレータラインを流れるグランド蒸気の流量は少ない。蒸気タービンプラントの起動後、高圧側蒸気タービンや低圧側蒸気タービンの作動回転数が高まるにしたがって、グランドレギュレータラインを流れるグランド蒸気の流量は増える。このような状態において、高圧側蒸気タービンから送り出されるグランド蒸気の流量が、低圧側蒸気タービンで必要としているグランド蒸気の流量を上回り、余剰のグランド蒸気が発生することがある。このようにして余剰のグランド蒸気が生じた場合に、ロータ駆動蒸気供給ラインを流れるグランド蒸気の流量を増やすことで、余剰のグランド蒸気を低圧側蒸気タービンの低圧タービンロータを回転させるための駆動エネルギーとして有効に用いることができる。

また、前記低圧側蒸気タービンは、前記低圧ケーシングの内周側に固定され、前記低圧タービンロータの軸線方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列と、前記低圧タービンロータの外周部に形成され、各段の前記静翼列に対して、前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数段の動翼列と、を備え、前記ロータ駆動蒸気供給ラインは、複数段の前記静翼列のうち、前記低圧ケーシング内における前記蒸気の流れ方向の最上流側を除いた２段目以降の前記静翼列の上流側であって、該静翼列の上流側に隣接配置された前記動翼列の下流側にて、前記低圧ケーシングに接続されているようにしてもよい。

このような構成によれば、ロータ駆動蒸気供給ラインを通して低圧ケーシング内に供給されるグランド蒸気を、静翼列の上流側であって、動翼列の下流側で送り込むことで、送り込んだグランド蒸気が動翼列の回転を阻害するのを抑えることができる。

また、前記低圧側蒸気タービンは、前記低圧ケーシングの内周側に固定され、前記低圧タービンロータの軸線方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列と、前記低圧タービンロータの外周部に形成され、各段の前記静翼列に対して、前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数段の動翼列と、を備え、前記ロータ駆動蒸気供給ラインは、複数段の前記動翼列のうちの少なくとも一段の径方向外側に臨むよう前記低圧ケーシングに接続されているようにしてもよい。

このような構成によれば、ロータ駆動蒸気供給ラインを通して低圧ケーシング内に供給されるグランド蒸気を、動翼列の径方向外側に臨む位置から送り込むことで、送り込んだグランド蒸気が動翼列の回転を阻害するのを抑えることができる。
また、ロータ駆動蒸気供給ラインから送り込んだグランド蒸気によって、低圧タービンロータの外周部と、その外周側のケーシング内周面との隙間のシール性を高めることができる。

本発明の一態様では、グランド蒸気の有効利用を図り、プラント効率を向上させることが可能となる。

本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントの系統図である。本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントを構成する高圧側蒸気タービンの断面図である。本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントを構成する低圧側蒸気タービンの断面図である。本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントを起動するときの、グランド蒸気の供給形態を示す線図である。本発明に係る第二実施形態における蒸気タービンプラントを構成する低圧側蒸気タービンの断面図である。本発明に係る第一、第二実施形態における蒸気タービンプラントの変形例を示す系統図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による蒸気タービンプラントを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンプラントの構成を示す模式図である。図２は、本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントを構成する高圧側蒸気タービンの断面図である。図３は、本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントを構成する低圧側蒸気タービンの断面図である。図４は、本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントを起動するときの、グランド蒸気の供給形態を示す線図である。
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービンプラント１０は、ボイラ１１と、高圧蒸気タービン（高圧側蒸気タービン）２０と、中圧蒸気タービン（高圧側蒸気タービン）３０と、低圧蒸気タービン（低圧側蒸気タービン）４０と、復水器１５と、復水ポンプ１６と、蒸気シール機構５０と、を主に備えている。

ボイラ１１は、蒸気を発生させる。ここで、ボイラ１１の熱源は何ら問うものではなく、例えば、ガスタービン（図示無し）からの排気ガスの熱を利用してもよい。このボイラ１１は、蒸発器１１１と、過熱器１１２と、再熱器１１３と、を備えている。

高圧蒸気タービン２０は、ボイラ１１で蒸発器１１１及び過熱器１１２を経ることで生成された高圧蒸気Ｓｈが、高圧蒸気ライン１０１を介して送り込まれる。図２に示すように、高圧蒸気タービン２０は、高圧蒸気ライン１０１から内部に蒸気が流入する高圧ケーシング２２と、高圧ケーシング２２内に設けられた高圧タービンロータ２１と、高圧グランド部２３と、を備える。

高圧ケーシング２２は、筒状の車室２２１と、車室２２１の軸線Ａｒ方向の第一の側に設けられた入口スクロール２２２と、車室２２１の軸線Ａｒ方向の第二の側に設けられた出口スクロール２２３と、を一体に備えている。高圧ケーシング２２は、ボイラ１１で生成された高圧蒸気Ｓｈが、高圧蒸気ライン１０１を通して入口スクロール２２２に形成された蒸気吸込口２２２ａから車室２２１内に流入する。流入した高圧蒸気Ｓｈは、車室２２１内を入口スクロール２２２側から出口スクロール２２３側に向かって流れ、出口スクロール２２３に形成された蒸気吐出口２２３ａから外部に吐出される。

車室２２１の内周側には、軸線Ａｒ方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列２２４が設けられている。各静翼列２２４は、軸線Ａｒ周りの周方向Ｄｒに間隔をあけて複数の静翼２２４ａを備えている。

高圧タービンロータ２１は、軸線Ａｒ方向に沿って延びる回転軸２１１と、回転軸２１１の径方向外側に一体に設けられた動翼列２１２と、を備える。
回転軸２１１は、その両端部２１１ａ，２１１ａが、高圧ケーシング２２の軸線Ａｒ方向の両側に形成された開口部２２５，２２５から高圧ケーシング２２の外方に臨むよう設けられている。回転軸２１１は、両端部２１１ａ，２１１ａが、高圧ケーシング２２の外側で、それぞれ軸受２４によって、軸線Ａｒ周りに回転自在に支持されている。
動翼列２１２は、回転軸２１１の外周部に一体に形成されている。動翼列２１２は、回転軸２１１の軸線Ａｒ方向に互いに間隔をあけて複数段に設けられている。各段の動翼列２１２は、複数段に設けられた上記静翼列２２４の各段に対し、軸線Ａｒ方向に間隔をあけて配置されている。各動翼列２１２は、軸線Ａｒ周りの周方向Ｄｒに間隔をあけて複数の動翼２１２ａを備えている。高圧タービンロータ２１は、各動翼列２１２の動翼２１２ａに、各段の静翼列２２４で生成された高圧蒸気Ｓｈの旋回流が当たることによって、各段の動翼列２１２と回転軸２１１とが軸線Ａｒ周りに一体に回転する。

高圧グランド部２３は、高圧ケーシング２２の開口部２２５と高圧タービンロータ２１の端部２１１ａとの隙間に、車室２２１内の高圧蒸気Ｓｈの一部がグランド蒸気Ｓｇとして流れ込むことで、この隙間をシールする。高圧グランド部２３に流れ込んだグランド蒸気Ｓｇは、後述するグランドレギュレータライン１１０に吐出される。また、高圧グランド部２３に流れ込んだグランド蒸気Ｓｇの一部は、グランドコンデンサライン１３０に吸い出される。

このような高圧蒸気タービン２０では、ボイラ１１から高圧蒸気ライン１０１を介して送り込まれた高圧蒸気Ｓｈが、車室２２１内で減圧膨張しながら、高圧タービンロータ２１を回転駆動させる。高圧蒸気タービン２０は、高圧タービンロータ２１の回転軸２１１の回転力を外部に出力する。

中圧蒸気タービン３０は、高圧蒸気タービン２０で高圧蒸気Ｓｈが減圧膨張して吐出された中圧蒸気Ｓｍが、中圧蒸気ライン１０２を介して送り込まれる。図２に示したように、中圧蒸気ライン１０２は、ボイラ１１に設けられた再熱器１１３を通っており、これによって、高圧蒸気タービン２０から吐出された中圧蒸気Ｓｍは再熱器１１３で加熱される。中圧蒸気タービン３０は、中圧蒸気ライン１０２から内部に蒸気が流入する中圧ケーシング３２と、中圧ケーシング３２内に設けられた中圧タービンロータ３１と、中圧グランド部３３と、を備える。

中圧ケーシング３２は、筒状の車室３２１と、車室３２１の軸線Ａｒ方向の第一の側に設けられた入口スクロール３２２と、車室３２１の軸線Ａｒ方向の第二の側に設けられた出口スクロール３２３と、を一体に備えている。中圧ケーシング３２は、高圧蒸気タービン２０から吐出された中圧蒸気Ｓｍが、中圧蒸気ライン１０２を通して入口スクロール３２２に形成された蒸気吸込口３２２ａから車室３２１内に流入する。流入した中圧蒸気Ｓｍは、車室３２１内を入口スクロール３２２側から出口スクロール３２３側に向かって流れ、出口スクロール３２３に形成された蒸気吐出口３２３ａから外部に吐出される。

車室３２１の内周側には、軸線Ａｒ方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列３２４が設けられている。各静翼列３２４は、軸線Ａｒ周りの周方向Ｄｒに間隔をあけて複数の静翼３２４ａを備えている。

中圧タービンロータ３１は、軸線Ａｒ方向に沿って延びる回転軸３１１と、回転軸３１１の径方向外側に一体に設けられた動翼列３１２と、を備える。
回転軸３１１は、その両端部３１１ａ，３１１ａが、中圧ケーシング３２の軸線Ａｒ方向の両側に形成された開口部３２５，３２５から外方に臨むよう設けられている。回転軸３１１は、両端部３１１ａ，３１１ａが、中圧ケーシング３２の外側で、それぞれ軸受３４によって、軸線Ａｒ周りに回転自在に支持されている。
動翼列３１２は、回転軸３１１の外周部に一体に形成されている。動翼列３１２は、回転軸３１１の軸線Ａｒ方向に互いに間隔をあけて複数段に設けられている。各段の動翼列３１２は、複数段に設けられた上記静翼列３２４の各段に対し、軸線Ａｒ方向に間隔をあけて配置されている。各動翼列３１２は、軸線Ａｒ周りの周方向Ｄｒに間隔をあけて複数の動翼３１２ａが設けられている。中圧タービンロータ３１は、各動翼列３１２の動翼３１２ａに、各段の静翼列３２４で生成された中圧蒸気Ｓｍの旋回流が当たることによって、各段の動翼列３１２と回転軸３１１とが軸線Ａｒ周りに一体に回転する。

中圧グランド部３３は、中圧ケーシング３２の開口部３２５と中圧タービンロータ３１の端部３１１ａとの隙間に、車室３２１内の中圧蒸気Ｓｍの一部がグランド蒸気Ｓｇとして流れ込むことで、この隙間をシールする。中圧グランド部３３に流れ込んだグランド蒸気Ｓｇは、後述するグランドレギュレータライン１１０に吐出される。また、中圧グランド部３３に流れ込んだグランド蒸気Ｓｇの一部は、グランドコンデンサライン１３０に吸い出される。

このような中圧蒸気タービン３０には、中圧蒸気ライン１０２を介して中圧蒸気Ｓｍが送り込まれる。中圧蒸気Ｓｍは、中圧蒸気タービン３０の車室３２１内で減圧膨張しながら、中圧タービンロータ３１を回転駆動させる。中圧蒸気タービン３０は、中圧タービンロータ３１の回転軸３１１の回転力を外部に出力する。

低圧蒸気タービン４０は、中圧蒸気タービン３０で中圧蒸気Ｓｍが減圧膨張して吐出された低圧蒸気Ｓｌが、低圧蒸気ライン１０３を介して送り込まれる。図３に示すように、低圧蒸気タービン４０は、低圧蒸気ライン１０３から内部に蒸気が流入する低圧ケーシング４２と、低圧ケーシング４２内に設けられた低圧タービンロータ４１と、低圧グランド部４３と、を備える。

低圧ケーシング４２は、筒状の車室４２１と、車室４２１の軸線Ａｒ方向の第一の側に設けられた入口スクロール４２２と、車室４２１の軸線Ａｒ方向の第二の側に設けられた出口スクロール４２３と、を一体に備えている。低圧ケーシング４２は、高圧蒸気タービン２０から吐出された低圧蒸気Ｓｌが、低圧蒸気ライン１０３を通して入口スクロール４２２に形成された蒸気吸込口４２２ａから車室４２１内に流入する。流入した低圧蒸気Ｓｌは、車室４２１内を入口スクロール４２２側から出口スクロール４２３側に向かって流れ、出口スクロール４２３に形成された蒸気吐出口４２３ａから外部に吐出される。

車室４２１の内周側には、軸線Ａｒ方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列４２４が設けられている。各静翼列４２４は、軸線Ａｒ周りの周方向Ｄｒに間隔をあけて複数の静翼４２４ａを備えている。

低圧タービンロータ４１は、軸線Ａｒ方向に沿って延びる回転軸４１１と、回転軸４１１の径方向外側に一体に設けられた動翼列４１２と、を備える。
回転軸４１１は、その両端部４１１ａ，４１１ａが、低圧ケーシング４２の軸線Ａｒ方向の両側に形成された開口部４２５，４２５から外方に臨むよう設けられている。回転軸４１１は、両端部４１１ａ，４１１ａが、低圧ケーシング４２の外側で、それぞれ軸受４４によって、軸線Ａｒ周りに回転自在に支持されている。
動翼列４１２は、回転軸４１１の外周部に一体に形成されている。動翼列４１２は、回転軸４１１の軸線Ａｒ方向に互いに間隔をあけて複数段に設けられている。各段の動翼列４１２は、複数段に設けられた上記静翼列４２４の各段に対し、軸線Ａｒ方向に間隔をあけて配置されている。各動翼列４１２は、軸線Ａｒ周りの周方向Ｄｒに間隔をあけて複数の動翼４１２ａが設けられている。低圧タービンロータ４１は、各動翼列４１２の動翼４１２ａに、各段の静翼列４２４で生成された低圧蒸気Ｓｌの旋回流が当たることによって、各段の動翼列４１２と回転軸４１１とが軸線Ａｒ周りに一体に回転する。

低圧蒸気タービン４０において、車室４２１の内周面と、低圧タービンロータ４１の回転軸４１１の外周面との間の断面環状の空間が、低圧蒸気Ｓｌが流れる主蒸気流路（流路）４５とされている。

低圧グランド部４３は、低圧ケーシング４２の開口部４２５と低圧タービンロータ４１の端部４１１ａとの隙間に、グランドレギュレータライン１１０を介して流れ込んだグランド蒸気Ｓｇを供給することで、この隙間をシールする。低圧グランド部４３に流れ込んだグランド蒸気Ｓｇは、後述するグランドコンデンサライン１３０に吐出される。

このような低圧蒸気タービン４０には、低圧蒸気ライン１０３を介して低圧蒸気Ｓｌが送り込まれる。低圧蒸気Ｓｌは、低圧蒸気タービン４０の車室４２１内で減圧膨張しながら、低圧タービンロータ４１を回転駆動させる。低圧蒸気タービン４０は、低圧タービンロータ４１の回転軸４１１の回転力を外部に出力する。

復水器１５は、低圧蒸気タービン４０の低圧ケーシング４２に接続されている。復水器１５は、低圧蒸気タービン４０から排気された蒸気が流入し、この蒸気を熱交換により水に戻す。
復水ポンプ１６は、復水器１５とボイラ１１とを接続する給水ライン１０５に設けられ、復水器１５内の水をボイラ１１に送る。

蒸気シール機構５０は、グランドレギュレータライン１１０と、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０と、グランドコンデンサライン１３０と、を備えている。
グランドレギュレータライン１１０は、高圧グランド部２３及び中圧グランド部３３から低圧グランド部４３にグランド蒸気Ｓｇを導く。

グランドコンデンサライン１３０は、高圧蒸気タービン２０の高圧グランド部２３、中圧蒸気タービン３０の中圧グランド部３３、低圧蒸気タービン４０の低圧グランド部４３から吐出されるグランド蒸気Ｓｇを回収してグランドコンデンサ１８に送り込む。グランドコンデンサ１８は、給水ライン１０５を流れる水と、グランドコンデンサライン１３０を通して送り込まれたグランド蒸気Ｓｇとを熱交換させる。これにより、復水器１５からの水は加熱され、グランド蒸気Ｓｇは冷却される。グランドコンデンサ１８で冷却されたグランド蒸気Ｓｇは、接続配管１０６を通して復水器１５に送り込まれ、水に戻される。

ロータ駆動蒸気供給ライン１２０は、グランドレギュレータライン１１０から分岐したラインである。このロータ駆動蒸気供給ライン１２０は、高圧蒸気タービン２０の高圧グランド部２３、中圧蒸気タービン３０の中圧グランド部３３からグランドレギュレータライン１１０を通して送り込まれるグランド蒸気Ｓｇの一部を、低圧ケーシング４２内で低圧タービンロータ４１を回転させる蒸気の主蒸気流路４５に供給する。ここで、図３に示すように、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０は、低圧ケーシング４２内で、グランドレギュレータライン１１０から供給されるグランド蒸気Ｓｇの圧力Ｐ０よりも圧力Ｐ１が低い部分に接続されている。具体的には、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０は、複数段の静翼列４２４のうち、低圧ケーシング４２の主蒸気流路４５において、蒸気の流れ方向の最上流側を除いた２段目以降の静翼列４２４の上流側、かつこの静翼列４２４の上流側に配置された動翼列４１２の下流側にて、低圧ケーシング４２内に接続されている。
このロータ駆動蒸気供給ライン１２０を通して送り込まれたグランド蒸気Ｓｇは、主蒸気流路４５を流れる車室４２１内の蒸気と合流し、低圧タービンロータ４１を回転させる。

ここで、図１に示すように、蒸気シール機構５０は、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を流れるグランド蒸気Ｓｇを減温する減温器５５と、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を流れるグランド蒸気Ｓｇの流量を調節する流量調節弁５６と、グランドレギュレータライン１１０を流れるグランド蒸気Ｓｇの流量に相関する蒸気流量相関値を検知する相関値検知器５６ｓと、を備える。
流量調節弁５６は、相関値検知器５６ｓにより検知された蒸気流量相関値が予め定められた値以上になると開き、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を流れるグランド蒸気Ｓｇの流量を増加させる。ここで、相関値検知器５６ｓで検知する蒸気流量相関値としては、グランド蒸気Ｓｇの流量そのもの他、例えば、グランド蒸気Ｓｇの圧力Ｐ０や、蒸気タービンプラント１０のプラント出力等がある。

また、蒸気シール機構５０は、グランドレギュレータライン１１０から分岐し、復水器１５へと至る排気ライン１４０を備えている。この排気ライン１４０には、排気ライン１４０を断続する開閉弁１９が設けられている。

例えば、図４に示すように、蒸気タービンプラント１０の起動時において、プラント出力が小さいときには、ボイラ１１で生成される蒸気量が、高圧蒸気タービン２０の高圧グランド部２３、中圧蒸気タービン３０の中圧グランド部３３、低圧蒸気タービン４０の低圧グランド部４３におけるシールに不十分となる。この状態では、排気ライン１４０に設けられた開閉弁１９と、グランドレギュレータライン１１０に設けられた流量調節弁５６を閉じておく。これにより、高圧グランド部２３、中圧グランド部３３、低圧グランド部４３からの蒸気の流出を抑え、高圧蒸気タービン２０、中圧蒸気タービン３０、低圧蒸気タービン４０の作動を安定させることができる。この状態では、低圧蒸気タービン４０の低圧グランド部４３には、グランドレギュレータライン１１０に接続した補助ボイラ（図示無し）からグランド蒸気Ｓｇを供給し、低圧グランド部４３におけるシールを行うことができる。

蒸気タービンプラント１０の起動後、予め定めた時間が経過した時点、又は蒸気流量相関値がある値以上になった時点で、排気ライン１４０に設けられた開閉弁１９を開く。この時点で、グランドレギュレータライン１１０から低圧グランド部４３に送り込まれるグランド蒸気Ｓｇの流量は、低圧グランド部４３のシールに十分な流量になる。よって、この時点以降、グランドレギュレータライン１１０を流れるグランド蒸気Ｓｇの流量は、低圧グランド部４３のシールに必要な蒸気流量を上回ることなる。そこで、前述したように、開閉弁１９を開き、グランドレギュレータライン１１０を流れるグランド蒸気Ｓｇのうち、低圧グランド部４３のシールに必要な蒸気を除く余剰分の蒸気を、排気ライン１４０を介して復水器１５に送る。復水器１５では、排気ライン１４０からのグランド蒸気Ｓｇを水に戻す。

さらに時間が経過し、これにともなってプラント出力（蒸気流量相関値）が、予め定めた値以上となったことが相関値検知器５６ｓによって検出された場合、排気ライン１４０に設けられた開閉弁１９を閉じるとともに、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０に設けられた流量調節弁５６を開く。これによって、復水器１５に送られていた余剰分のグランド蒸気Ｓｇが、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を介して、低圧ケーシング４２の主蒸気流路４５に送られる。このグランド蒸気Ｓｇは、低圧タービンロータ４１を回転させるエネルギー源の一部を担う。
前述したように、開閉弁１９を開けた時点で、グランドレギュレータライン１１０を流れるグランド蒸気Ｓｇ中には、低圧グランド部４３のシールに必要な蒸気を除く余剰分の蒸気がある。但し、この時点で、グランドレギュレータライン１１０を流れるグランド蒸気Ｓｇの圧力や流量等が不安定であり、低圧タービンロータ４１を回転させるエネルギーの一部を担わせるには、余剰分の蒸気流量が少ない。このため、本実施形態では、余剰分の蒸気が発生しても、直ちに、この余剰分の蒸気を低圧ケーシング４２の主蒸気流路４５に送らず、この余剰分の蒸気を復水器１５に送る。

上述したような蒸気タービンプラント１０によれば、高圧蒸気タービン２０の高圧グランド部２３、及び中圧蒸気タービン３０の中圧グランド部３３から抽気して低圧蒸気タービン４０の低圧グランド部４３に送り込むグランド蒸気Ｓｇの一部を、低圧蒸気タービン４０の低圧ケーシング４２内で低圧タービンロータ４１を回転させる蒸気の主蒸気流路４５に供給する。これにより、グランド蒸気Ｓｇの一部を、低圧タービンロータ４１を回転させるエネルギーとして用いることができる。このように、グランド蒸気Ｓｇによって低圧タービンロータ４１を直接的に回転させることで、グランド蒸気Ｓｇのエネルギーを有効利用することができる。したがって、蒸気タービンプラント１０におけるプラント効率を向上させることが可能となる。

また、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０は、低圧ケーシング４２内で、グランドレギュレータライン１１０から供給されるグランド蒸気Ｓｇよりも圧力が低い部分に、グランド蒸気Ｓｇの一部を供給するようにした。これにより、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を通して、グランド蒸気Ｓｇを低圧ケーシング４２内に効率良く供給することができる。このため、低圧タービンロータ４１を、より効率良く回転させることができる。

また、蒸気シール機構５０は、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を流れるグランド蒸気Ｓｇの流量を調節する流量調節弁５６を備えている。これにより、高圧蒸気タービン２０、中圧蒸気タービン３０、低圧蒸気タービン４０の作動状況等に応じて、低圧蒸気タービン４０において必要とされている、最適な量のグランド蒸気Ｓｇを適宜供給することができる。

また、流量調節弁５６は、相関値検知器５６ｓにより検知された蒸気流量相関値が予め定められた値以上になると開くようにした。このような構成によれば、高圧蒸気タービン２０、中圧蒸気タービン３０から送り出されるグランド蒸気Ｓｇの流量が、低圧蒸気タービン４０で必要としているグランド蒸気Ｓｇの流量を上回り、余剰のグランド蒸気Ｓｇが発生した場合に、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を流れるグランド蒸気Ｓｇの流量を増やすことで、余剰のグランド蒸気Ｓｇを低圧蒸気タービン４０の低圧タービンロータ４１を回転させるための駆動エネルギーとして有効に用いることができる。

また、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０は、複数段の静翼列４２４のうち、低圧ケーシング４２内における蒸気の流れ方向の最上流側を除いた２段目以降の静翼列４２４の上流側であって、この静翼列４２４の上流側に配置された動翼列４１２の下流側にて、低圧ケーシング４２内に接続されている。このような構成によれば、送り込んだグランド蒸気Ｓｇによって動翼列４１２の回転を阻害するのを抑えることができる。

（第二実施形態）
次に、本発明に係る蒸気タービンプラントの第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を通して低圧蒸気タービン４０Ｂに送り込まれるグランド蒸気Ｓｇを、動翼列４１２の径方向外側に臨む位置に供給する点で第一実施形態と異なっている。

図５は、本発明に係る第二実施形態における蒸気タービンプラントを構成する低圧側蒸気タービンの断面図である。
図５に示すように、この実施形態における低圧蒸気タービン４０Ｂにおけるロータ駆動蒸気供給ライン１２０Ｂは、低圧蒸気タービン４０に設けられた複数段の動翼列４１２のうち、少なくとも一段の動翼列４１２の径方向外側に臨むよう接続されている。具体的には、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０Ｂは、動翼列４１２の動翼４１２ａの先端部に設けられたチップ４１２ｃに対し、径方向外側から対向する位置に接続されている。

このような構成においては、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０Ｂを通して低圧ケーシング４２内に供給されるグランド蒸気Ｓｇは、動翼列４１２の径方向外側に臨む位置から送り込まれる。

上述したような蒸気タービンプラントによれば、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０を通して低圧ケーシング４２内に供給されるグランド蒸気Ｓｇを、動翼列４１２の径方向外側に臨む位置から送り込むことで、送り込んだグランド蒸気Ｓｇが動翼列４１２の回転を阻害するのを抑えることができる。また、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０から送り込んだグランド蒸気Ｓｇによって、低圧タービンロータ４１の外周部と、その外周側の低圧ケーシング４２の内周面との隙間のシール性を高めることができる。

（実施形態の変形例）
なお、上記第一、第二実施形態において、図６に示すように、グランドレギュレータライン１１０と、ロータ駆動蒸気供給ライン１２０との双方に、それぞれ減温器５５を設けるようにしてもよい。

また、上記第一、第二実施形態の蒸気タービンプラント１０は、排気ライン１４０を備えているが、この排気ライン１４０を省略してもよい。この場合、開閉弁１９を開けるタイミングと基本的に同じタイミングで、流量調節弁５６を開ける。

上記の各実施形態では、高圧ケーシング２２と中圧ケーシング３２とが互いに接続されて、一体化して一つのケーシングを形成している。その上で、上記の各実施形態では、低圧ケーシング４２が、高圧ケーシング２２と中圧ケーシング３２とから独立している。しかしながら、各蒸気タービン２０，３０，４０のケーシング２２，３２，４２の接続関係は、以上の形態に限定されない。例えば、高圧ケーシング２２と、中圧ケーシング３２と、低圧ケーシング４２とが互いに接続されて、一体化して一つのケーシングを形成してもよい。また、例えば、中圧ケーシング３２と低圧ケーシング４２とが互いに接続されて、一体化して一つのケーシングを形成し、高圧ケーシング２２が他のケーシングから独立してもよい。また、例えば、高圧ケーシング２２と、中圧ケーシング３２と、低圧ケーシング４２とが、互いに独立してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

１０：蒸気タービンプラント
１１：ボイラ
１２：加熱器
１５：復水器
１６：復水ポンプ
１８：グランドコンデンサ
１９：開閉弁
２０：高圧蒸気タービン
２１：高圧タービンロータ
２２：高圧ケーシング
２３：高圧グランド部
２４：軸受
３０：中圧蒸気タービン
３１：中圧タービンロータ
３２：中圧ケーシング
３３：中圧グランド部
３４：軸受
４０：低圧蒸気タービン
４０Ｂ：低圧蒸気タービン
４１：低圧タービンロータ
４２：低圧ケーシング
４３：低圧グランド部
４４：軸受
４５：主蒸気流路
５０：蒸気シール機構
５５：減温器
５６：流量調節弁
５６ｓ：相関値検知器
１０１：高圧蒸気ライン
１０２：中圧蒸気ライン
１０３：低圧蒸気ライン
１０５：給水ライン
１０６：接続配管
１１０：グランドレギュレータライン
１１１：蒸発器
１１２：過熱器
１１３：再熱器
１２０：ロータ駆動蒸気供給ライン
１２０Ｂ：ロータ駆動蒸気供給ライン
１３０：グランドコンデンサライン
１４０：排気ライン
２１１：回転軸
２１１ａ：端部
２１２：動翼列
２１２ａ：動翼
２２１：車室
２２２：入口スクロール
２２２ａ：蒸気吸込口
２２３：出口スクロール
２２３ａ：蒸気吐出口
２２４：静翼列
２２４ａ：静翼
２２５：開口部
３１１：回転軸
３１１ａ：端部
３１２：動翼列
３１２ａ：動翼
３２１：車室
３２２：入口スクロール
３２２ａ：蒸気吸込口
３２３：出口スクロール
３２３ａ：蒸気吐出口
３２４：静翼列
３２４ａ：静翼
３２５：開口部
４１１：回転軸
４１１ａ：端部
４１２：動翼列
４１２ａ：動翼
４１２ｃ：チップ
４２１：車室
４２２：入口スクロール
４２２ａ：蒸気吸込口
４２３：出口スクロール
４２３ａ：蒸気吐出口
４２４：静翼列
４２４ａ：静翼
４２５：開口部
Ａｒ：軸線
Ｄｒ：周方向
Ｐ０：圧力
Ｐ１：圧力
Ｓｇ：グランド蒸気
Ｓｈ：高圧蒸気
Ｓｌ：低圧蒸気
Ｓｍ：中圧蒸気

Claims

内部に蒸気が流入する高圧ケーシング、及び前記高圧ケーシング内に設けられるとともにその両端部が前記高圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記高圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する高圧タービンロータ、を有する高圧側蒸気タービンと、
前記高圧側蒸気タービンから排気された前記蒸気が流入する低圧ケーシング、及び前記低圧ケーシング内に設けられるとともに、その両端部が前記低圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記低圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する低圧タービンロータ、を有する低圧側蒸気タービンと、
前記低圧側蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
を備え、
前記高圧側蒸気タービンは、前記高圧ケーシングの前記開口部と前記高圧タービンロータの端部との隙間に前記蒸気をグランド蒸気として供給することで前記隙間をシールする高圧グランド部を有し、
前記低圧側蒸気タービンは、前記低圧ケーシングの前記開口部と前記低圧タービンロータの前記端部との隙間に前記グランド蒸気を供給することで前記隙間をシールする低圧グランド部を有し、
さらに、前記高圧グランド部から前記低圧グランド部に前記グランド蒸気を導くグランドレギュレータラインと、
前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を、前記低圧ケーシング内で前記低圧タービンロータを回転させる前記蒸気の流路に供給するロータ駆動蒸気供給ラインと、
前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を復水器に導く排気ラインと、
前記グランドレギュレータラインを流れる前記グランド蒸気の流量に相関する蒸気流量相関値を検知する相関値検知器と、
前記ロータ駆動蒸気供給ラインを流れる前記グランド蒸気の流量を調節する流量調節弁と、
前記排気ラインに設けられている開閉弁と、
を備え、
前記相関値検知器により検知された前記蒸気流量相関値が予め定められた値以上になると、前記開閉弁が閉じ、前記流量調節弁が開く、
を備える蒸気タービンプラント。
内部に蒸気が流入する高圧ケーシング、及び前記高圧ケーシング内に設けられるとともにその端部が前記高圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記高圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する高圧タービンロータ、を有する高圧蒸気タービンと、
前記高圧蒸気タービンから排気された前記蒸気が流入する中圧ケーシング、及び前記中圧ケーシング内に設けられるとともに、その端部が前記中圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記中圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する中圧タービンロータ、を有する中圧蒸気タービンと、
前記中圧蒸気タービンから排気された前記蒸気が流入する低圧ケーシング、及び前記低圧ケーシング内に設けられるとともに、その両端部が前記低圧ケーシングに形成された開口部から外方に臨み、前記低圧ケーシング内に流入した前記蒸気により回転する低圧タービンロータ、を有する低圧側蒸気タービンと、
前記低圧側蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
を備え、
前記高圧蒸気タービンは、前記高圧ケーシングの前記開口部と前記高圧タービンロータの端部との隙間に前記蒸気をグランド蒸気として供給することで前記隙間をシールする高圧グランド部を有し、
前記中圧蒸気タービンは、前記中圧ケーシングの前記開口部と前記中圧タービンロータの端部との隙間に前記蒸気をグランド蒸気として供給することで前記隙間をシールする中圧グランド部を有し、
前記低圧側蒸気タービンは、前記低圧ケーシングの前記開口部と前記低圧タービンロータの前記端部との隙間に前記グランド蒸気を供給することで前記隙間をシールする低圧グランド部を有し、
さらに、前記高圧グランド部及び前記中圧グランド部から前記低圧グランド部に前記グランド蒸気を導くグランドレギュレータラインと、
前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を、前記低圧ケーシング内で前記低圧タービンロータを回転させる前記蒸気の流路に供給するロータ駆動蒸気供給ラインと、
前記グランドレギュレータラインから分岐し、前記グランド蒸気の一部を復水器に導く排気ラインと、
前記グランドレギュレータラインを流れる前記グランド蒸気の流量に相関する蒸気流量相関値を検知する相関値検知器と、
前記ロータ駆動蒸気供給ラインを流れる前記グランド蒸気の流量を調節する流量調節弁と、
前記排気ラインに設けられている開閉弁と
を備え、
前記相関値検知器により検知された前記蒸気流量相関値が予め定められた値以上になると、前記開閉弁が閉じ、前記流量調節弁が開く、
蒸気タービンプラント。
請求項１又は２に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
前記ロータ駆動蒸気供給ラインは、前記低圧ケーシング内で、前記グランドレギュレータラインから供給される前記グランド蒸気よりも圧力が低い部分に、前記グランド蒸気の一部を供給する、
蒸気タービンプラント。
請求項１から３の何れか一項に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
前記低圧側蒸気タービンは、
前記低圧ケーシングの内周側に固定され、前記低圧タービンロータの軸線方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列と、
前記低圧タービンロータの外周部に形成され、各段の前記静翼列に対して、前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数段の動翼列と、を備え、
前記ロータ駆動蒸気供給ラインは、複数段の前記静翼列のうち、前記低圧ケーシング内における前記蒸気の流れ方向の最上流側を除いた２段目以降の前記静翼列の上流側であって、該静翼列の上流側に隣接配置された前記動翼列の下流側にて、前記低圧ケーシングに接続されている、
蒸気タービンプラント。
請求項１から３の何れか一項に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
前記低圧側蒸気タービンは、
前記低圧ケーシングの内周側に固定され、前記低圧タービンロータの軸線方向に互いの間隔をあけて設けられた複数段の静翼列と、
前記低圧タービンロータの外周部に形成され、各段の前記静翼列に対して、前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数段の動翼列と、を備え、
前記ロータ駆動蒸気供給ラインは、複数段の前記動翼列のうちの少なくとも一段の径方向外側に臨むよう前記低圧ケーシングに接続されている、
蒸気タービンプラント。