JP6562285B2

JP6562285B2 - 蒸気タービン設備

Info

Publication number: JP6562285B2
Application number: JP2018107714A
Authority: JP
Inventors: 尚哉高木; 洋一朗瓜生
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: JP2018150941A

Description

本発明は、蒸気タービン設備に関する。

蒸気タービンには、蒸気が流入するノズル室として、複数のノズル室が設けられているものがある。このような蒸気タービンには、複数のノズル室毎に、ノズル室への流入蒸気量を調節する蒸気加減弁が接続されている。

以下の特許文献１には、複数のノズル室毎の蒸気加減弁の動作テストで、蒸気タービンのロータにかかる負荷を低減する方法が開示されている。

この蒸気タービンのケーシングには、ロータの回転中心である軸線を中心として、周方向に並んだ４つのノズル室が形成されている。４つのノズル室のそれぞれには、蒸気管が接続され、この蒸気管に蒸気加減弁が設けられている。ここで、４つのノズル室のうち、一のノズル室を第一ノズル室とし、この第一ノズル室に周方向で隣接するノズル室を第二ノズル室とし、この第二ノズル室に周方向で隣接するノズル室を第三ノズル室とし、この第三ノズル室に周方向で隣接するノズル室を第四ノズル室とする。また、第一ノズル室への流入蒸気量を調節する蒸気加減弁を第一蒸気加減弁とし、第二ノズル室への流入蒸気量を調節する蒸気加減弁を第二蒸気加減弁とし、第三ノズル室への流入蒸気量を調節する蒸気加減弁を第三蒸気加減弁とし、第四ノズル室への流入蒸気量を調節する蒸気加減弁を第四蒸気加減弁とする。

仮に、第一蒸気加減弁をテストする場合に、第三蒸気加減弁が閉まっていると、第一蒸気加減弁を閉じた際には、第二ノズル室及び第四ノズル室に蒸気が流入し、第一ノズル室及び第三ノズル室には蒸気が流入しないことになる。すなわち、軸線を基準にとして対向し合う２つのノズル室に蒸気が流入し、軸線を基準として対向し合う他の二つのノズル室に蒸気が流入しないことになる。この場合、ロータの動翼には、ロータが一回転する間に、蒸気から受ける力が大きいときと小さいときとが交互に２回ずつ発生する。このため、ロータは、一回転する間に、ショックを二回受けることになる、つまりダブルショックを受けることになる。ロータがダブルショックを受けると、一回目のショックを受けた後に、このショックが減衰しないうちに二回目のショックを受けることになり、ロータの疲労が進む。

そこで、特許文献１では、第一蒸気加減弁と第一ノズル室とを接続する第一蒸気管と、第二蒸気加減弁と第二ノズル室とを接続する第二蒸気管とを連結管で接続すると共に、第三蒸気加減弁と第三ノズル室とを接続する第三蒸気管と、第四蒸気加減弁と第四ノズル室とを接続する第四蒸気管とを連結管で接続している。この結果、第一蒸気加減弁をテストする場合に、第三蒸気加減弁が閉まっていても、第四蒸気加減弁を通過した蒸気が連結管及び第三蒸気管を介して第三ノズル室に蒸気が流入するため、ダブルショックを防ぐことができる。

特開昭６２−１６８９０６号公報

本発明は、ロータを回転可能に支持する軸受装置にかかる荷重が偏荷重になることを抑える蒸気タービン設備を提供することを目的とする。

本発明に係る一態様としての蒸気タービン設備は、
軸線を中心として回転するロータ、及び前記ロータを回転可能に覆うケーシングを有する蒸気タービンと、前記蒸気タービンへの流入蒸気量を調節する蒸気弁と、前記蒸気弁を制御する制御装置と、を備える。前記ケーシングには、蒸気が流入するノズル室として、前記軸線を中心とした周方向に並ぶ４つのノズル室が形成されている。４つのノズル室のうち、第一ノズル室と第四ノズル室とが前記軸線よりも上側に配置され、第二ノズル室と第三ノズル室とが前記軸線よりも下側に配置され、且つ前記第一ノズル室と前記第二ノズル室とが前記軸線よりも前記軸線に垂直な横方向の一方側に配置され、前記第三ノズル室と前記第四ノズル室とが前記軸線よりも前記横方向の他方側に配置されている。前記蒸気弁として、前記第一ノズル室への流入蒸気量を調節する第一蒸気弁と、第二ノズル室への流入蒸気量を調節する第二蒸気弁と、前記第三ノズル室への流入蒸気量を調節する第三蒸気弁と、第四ノズル室への流入蒸気量を調節する第四蒸気弁と、を有する。前記制御装置は、前記蒸気タービンの出力を定格出力未満の所定出力にする場合に、前記第三蒸気弁、及び前記第四蒸気弁に対して、弁開度を示す弁開度指令を出力し、前記第一蒸気弁、及び前記第二蒸気弁に対して、前記第三蒸気弁の弁開度及び前記第四蒸気弁の弁開度よりも大きな弁開度を示す弁開度指令を出力する。前記ロータは、前記軸線よりも上側で、前記横方向の前記他方側に回転するよう構成されている。

当該蒸気タービン設備では、前記蒸気タービンの出力を定格出力未満の所定出力にする場合に、ロータを回転可能に支持する軸受装置にかかる荷重が偏荷重になることを抑えることができる。

ここで、前記蒸気タービン設備において、前記第一蒸気弁及び前記第三蒸気弁は、前記軸線よりも前記横方向の前記一方側に配置され、前記第二蒸気弁及び前記第四蒸気弁は、前記軸線よりも前記横方向の前記他方側に配置されていてもよい。

また、以上のいずれかの前記蒸気タービン設備において、前記蒸気タービンは、前記ロータを回転可能に支持する軸受装置を有し、前記軸受装置は、前記軸線を中心とした周方向に並び且つ前記ロータの外周面に沿って配置されている複数の軸受パッドと、前記軸受パッドを前記軸線に対する径方向側から搖動可能に支持するパッドサポートと、を有してもよい。

当該蒸気タービン設備では、複数の軸受パッドが搖動可能に支持されているので、軸受装置におけるオイルホイップ現象の発生を抑えることができる。

本発明に一態様によれば、ロータを回転可能に支持する軸受装置にかかる荷重が偏荷重になることを抑えることができる。

本発明に係る一実施形態における蒸気タービン設備の構成を示す説明図である。本発明に係る一実施形態における蒸気タービンへの蒸気流入系統を示す説明図である。本発明に係る一実施形態における軸受装置の断面図である。本発明に係る一実施形態における、起動過程での各蒸気加減弁の弁開度変化を示すグラフである。本発明に係る一実施形態における、各蒸気加減弁の弁テストを行う過程での各蒸気加減弁の状態を示す説明図である。本発明に係る一実施形態における各蒸気加減弁の弁テストを行う過程での各ノズル室への流入蒸気量を示す説明図である。同図（ａ）は、比較例における、低出力時の各ノズル室への流入蒸気量を示す説明図であり、同図（ｂ）は、比較例における、低出力時の軸受装置にかかる荷重を示す説明図である。同図（ａ）は、本発明に係る一実施形態における、低出力時の各ノズル室への流入蒸気量を示す説明図であり、同図（ｂ）は、本発明に係る一実施形態における、低出力時の軸受装置にかかる荷重を示す説明図である。他の比較例における蒸気タービンへの蒸気流入系統を示す説明図である。

以下、本発明に係る蒸気タービン設備の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の蒸気タービン設備は、図１に示すように、蒸気タービン１０と、蒸気タービン１０に供給する蒸気が流れる蒸気管４０と、蒸気止め弁４６と、蒸気加減弁４７と、蒸気止め弁４６及び蒸気加減弁４７の動作を制御する制御装置５０と、を備えている。

蒸気タービン１０は、軸線Ａｒを中心として回転するロータ１１と、ロータ１１を回転可能に覆うケーシング２１と、を有している。なお、以下の説明の都合上、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａ、軸線Ａｒに対して垂直で且つ水平な方向を横方向Ｄｈ（図２参照）とし、軸線Ａｒを基準とした径方向を単に径方向Ｄｒ、軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとする。また、軸方向Ｄａの一方側を上流側、軸方向Ｄａの他方側を下流側とする。

ロータ１１は、軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延在しているロータ軸１２と、ロータ軸１２の外周に取り付けられている複数の動翼段１３とを有している。複数の動翼段１３は、軸方向Ｄａに並んでいる。１つの動翼段１３は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の動翼１４を有している。

ケーシング２１には、外部からの蒸気が流入するノズル室２２と、ノズル室２２からの蒸気が流れる蒸気主流路室２３と、蒸気主流路室２３から流れた蒸気を排出する排気室２４と、が形成されている。ノズル室２２は、複数の動翼段１３のうちで最も上流側の動翼段１３ａよりも上流側に形成されている。蒸気主流路室２３は、ロータ軸１２の外周側であって軸方向Ｄａで複数の動翼段１３が存在する領域に形成されている環状の空間である。排気室２４は、蒸気主流路室２３よりも下流側、言い換えると、複数の動翼段１３のうちで最も下流側の動翼段１３ｄよりも下流側に形成されている。

ノズル室２２内であって蒸気主流路室２３との境界部分には、調速段ノズル２５ａが設けられている。調速段ノズル２５ａは、周方向Ｄｃに並ぶ複数の調速静翼２６ａを有している（図２参照）。複数の動翼段１３のうち、最も上流側の動翼段１３は、軸方向Ｄａで調速段ノズル２５ａと対向する調速動翼段１３ａを成している。複数の動翼段１３のうち、調速動翼段１３ａよりも下流側に隣接している動翼段１３が第一動翼段１３ｂを成し、第一動翼段１３ｂの下流側に隣接している動翼段１３が第二動翼段１３ｃを成し、最も下流側の動翼段１３が最終動翼段１３ｄを成す。

蒸気主流路室２３内であって、第一動翼段１３ｂから最終動翼段１３ｄまでの各動翼段１３の上流側には、静翼段２５が配置されている。複数の静翼段２５は、いずれもケーシング２１の内周側に取り付けられている。１つの静翼段２５は、周方向Ｄｃに並ぶ複数の静翼２６を有している。

ケーシング２１の軸方向Ｄａの端には、ケーシング２１の内周側とロータ軸１２の外周側との間をシールするシール装置２９が設けられている。ロータ１１の軸方向Ｄａの両端部は、軸受装置３０により支持されている。

軸受装置３０は、図３に示すように、ロータ軸１２の外周側に周方向Ｄｃに並んでいる４つの軸受パッド３１と、軸受パッド３１を支持するパッドサポート３２と、軸受パッド３１及びパッドサポート３２を覆う軸受ケース３３と、を有する。軸受パッド３１は、円弧状を成している。この軸受パッド３１の内周面３１ｉの半径は、ロータ軸１２中で軸受パッド３１が配置されている位置におけるロータ軸１２の半径よりも大きい。軸受パッド３１の外周面３１ｏであって、軸受パッド３１の周方向Ｄｃの中間部は、パッドサポート３２に接している。パッドサポート３２は、円筒状の軸受ケース３３の内周面に固定されている。軸受パッド３１は、以上のようにパッドサポート３２に支持されることで、軸線Ａｒに対して垂直な仮想平面内において、パッドサポート３２との接触位置を中心として搖動できる。さらに、軸受パッド３１は、パッドサポート３２との接触位置及び軸線Ａｒを含む仮想平面内で、パッドサポート３２との接触位置を中心として搖動できる。

ロータ１１を回転させる際には、各軸受パッド３１の内周面３１ｉとロータ軸１２の外周面との間に油を存在させる。滑り軸受では、オイルホイップ現象が問題となることがある。このオイルホイップ現象とは、回転軸の質量のアンバランス、回転軸に対する軸受装置の組み立て公差等に起因して、油に発生する不安定振動のとこである。本実施形態では、搖動する軸受パッド３１を有する軸受装置３０、つまりティルティング軸受装置を用いることで、このオイルホイップ現象の発生を抑えている。

本実施形態のケーシング２１には、図２に示すように、４つのノズル室２２が形成されている。４つのノズル室２２は、軸線Ａｒを中心として、周方向Ｄｃに並んでいる。ここで、４つのノズル室２２のうちの１つのノズル室２２を第一ノズル室２２Ａとし、この第一ノズル室２２Ａに対して、周方向Ｄｃでロータ１１の回転方向Ｒと逆方向の側である回転反対側Ｒｃに隣接しているノズル室２２を第二ノズル室２２Ｂとする。さらに、この第二ノズル室２２Ｂに対して、周方向Ｄｃの回転反対側Ｒｃに隣接しているノズル室２２を第三ノズル室２２Ｃとし、第三ノズル室２２Ｃに対して、周方向Ｄｃの回転反対側Ｒｃに隣接しているノズル室２２を第四ノズル室２２Ｄとする。すなわち、本実施形態において、４つのノズル室２２は、周方向Ｄｃの回転反対側Ｒｃに向かって、第一ノズル室２２Ａ、第二ノズル室２２Ｂ、第三ノズル室２２Ｃ、第四ノズル室２２Ｄの順で並んでいる。

第一ノズル室２２Ａ及び第四ノズル室２２Ｄは軸線Ａｒよりも上側に配置され、第二ノズル室２２Ｂ及び第三ノズル室２２Ｃは軸線Ａｒよりも下側に配置されている。また、第一ノズル室２２Ａ及び第二ノズル室２２Ｂは、軸線Ａｒよりも横方向Ｄｈの一方側に配置され、第三ノズル室２２Ｃ及び第四ノズル室２２Ｄは軸線Ａｒよりも横方向Ｄｈの他方側に配置されている。

蒸気管４０は、ボイラー等の蒸気供給源からの蒸気が流れる蒸気主管４１と、蒸気主管４１に接続されている２本の蒸気分岐管４２ａ，４２ｂと、蒸気分岐管４２ａ，４２ｂに接続されている４本のノズル室蒸気管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄと、を有する。すなわち、本実施形態の蒸気管４０は、蒸気主管４１が２つに分岐して、一方が第一蒸気分岐管４２ａを成し、他方が第二蒸気分岐管４２ｂを成す。さらに、第一蒸気分岐管４２ａが２つに分岐して、一方が第一ノズル室蒸気管４３ａを成し、他方が第三ノズル室蒸気管４３ｃを成し、第二蒸気分岐管４２ｂが２つに分岐して、一方が第二ノズル室蒸気管４３ｂを成し、他方が第四ノズル室分岐管４２ｄを成す。

４本のノズル室蒸気管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄのうち、第一ノズル室蒸気管４３ａは、第一ノズル室２２Ａに接続されている。第二ノズル室蒸気管４３ｂは第二ノズル室２２Ｂに接続され、第三ノズル室蒸気管４３ｃは第三ノズル室２２Ｃに接続され、第四ノズル室蒸気管４３ｄは第四ノズル室２２Ｄに接続されている。

４本のノズル室蒸気管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄのそれぞれには、蒸気止め弁４６及び蒸気加減弁４７が設けられている。

第一ノズル室蒸気管４３ａに設けられている第一蒸気止め弁４６Ａ及び第一蒸気加減弁４７Ａは、第一ノズル室２２Ａと同様に、軸線Ａｒを基準として、横方向Ｄｈの一方側に配置されている。第二ノズル室蒸気管４３ｂに設けられている第二蒸気止め弁４６Ｂ及び第二蒸気加減弁４７Ｂは、第二ノズル室２２Ｂと異なり、軸線Ａｒを基準として横方向Ｄｈの他方側に配置されている。第三ノズル室蒸気管４３ｃに設けられている第三蒸気止め弁４６Ｃ及び第三蒸気加減弁４７Ｃは、第三ノズル室２２Ｃと異なり、軸線Ａｒを基準として横方向Ｄｈの一方側に配置されている。第四ノズル室蒸気管４３ｄに設けられている第四蒸気止め弁４６Ｄ及び第四蒸気加減弁４７Ｄは、第四ノズル室２２Ｄと同様に、軸線Ａｒを基準として横方向Ｄｈの他方側に配置されている。

各蒸気止め弁４６及び各蒸気加減弁４７は、いずれも制御装置５０からの指令により動作する。この制御装置５０は、各種指示や各種検知データ等を受け付ける受付部５１と、受付部５１が受け付けた各種指示や各種検知データ等に基づいて、各蒸気止め弁４６及び各蒸気加減弁４７に対して弁開度指令を出力する指令出力部５２と、を有する。

次に、以上で説明した蒸気タービン設備の動作、及び各弁のテスト方法について説明する。

制御装置５０の受付部５１は、上位装置等から蒸気タービン起動の指示を受け付けると、例えば、予め定められた起動時開度パターンに従った弁開度を示す弁開度指令を、各蒸気止め弁４６及び各蒸気加減弁４７に出力する。なお、起動時における各蒸気止め弁４６及び各蒸気加減弁４７の開度は、例えば、蒸気主管４１内を通る蒸気の温度に応じて定めてもよい。

図４に、各蒸気加減弁４７の起動時開度パターンを示す。なお、図４中の横軸は蒸気タービン出力（％）で、縦軸は弁開度（％）である。蒸気タービン出力（％）は、この蒸気タービン１０の定格出力（ＭＷ）に対するそのときの蒸気タービン１０の実際の出力（ＭＷ）の割合である。各蒸気止め弁４６は、対応する蒸気加減弁４７が開き始める前に開状態にされる。

制御装置５０の指令出力部５２は、受付部５１が蒸気タービン起動の指示を受け付けると、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂに対して、弁開度を徐々に開ける旨を示す弁開度指令を出力する。制御装置５０の指令出力部５２は、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂの弁開度がほぼ５０％になると、第三蒸気加減弁４７Ｃに対しても、弁開度を徐々に開ける旨を示す弁開度指令を出力する。

制御装置５０の指令出力部５２は、第一蒸気加減弁４７Ａ、第二蒸気加減弁４７Ｂ、第三蒸気加減弁４７Ｃに対して、弁開度を徐々に開ける旨を示す弁開度指令を出力している過程で、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂの弁開度がほぼ７５％になり、且つ第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度がほぼ２５％になると、第四蒸気加減弁４７Ｄに対しても、弁開度を徐々に開ける旨を示す弁開度指令を出力する。

本実施形態では、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂの弁開度が１００％になり、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度が５０％になり、且つ第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度が１０％になると、蒸気タービン出力が１００％になる、言い換えると、定格出力になる。

蒸気タービン出力が定格出力になった以降、本実施形態では、基本的に、例えば、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度のみを変更して、負荷変動等に対応する。このため、本実施形態では、蒸気タービン出力が定格出力より低い場合、基本的に、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂが全開（開度１００％）で、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄが微開になっている。

ところで、図７に示すように、比較例における４つのノズル室２８が、周方向Ｄｃでロータの回転方向の側であるロータ回転側Ｒｒに向かって、第一ノズル室２８Ａ、第二ノズル室２８Ｂ、第四ノズル室２８Ｄ、第三ノズル室２８Ｃ、の順で並んでいるとする。さらに、第一ノズル室２８Ａ及び第二ノズル室２８Ｂが軸線Ａｒよりも下側に配され、第三ノズル室２８Ｃ及び第四ノズル室２８Ｄが軸線Ａｒよりも上側に配置されているとする。また、第二ノズル室２８Ｂ及び第四ノズル室２８Ｄが軸線Ａｒよりも横方向Ｄｈの一方側に配置され、第一ノズル室２８Ａ及び第三ノズル室２８Ｃが軸線Ａｒよりも横方向Ｄｈの他方側に配置されているとする。

この比較例で、蒸気タービンの起動時を含め、蒸気タービン出力が定格出力より低く、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂが全開（開度１００％）で、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄが微開又は全閉になっている場合、軸線Ａｒよりも下側に配置されている第一ノズル室２８Ａ及び第二ノズル室２８Ｂには、多くの流量の蒸気が供給され、軸線Ａｒよりも上側に配置されている第三ノズル室２８Ｃ及び第四ノズル室２８Ｄには、ほとんど蒸気が供給されない。

このように、実質的に下半のノズル室２８Ａ，２８Ｂのみからの蒸気により、ロータ１１が回転する場合、ロータ１１には、軸線Ａｒの真下の位置で、ロータ回転側Ｒｒに向かう蒸気力Ｆｃが、ロータ１１を回転させる力として作用する。このロータ１１には、この蒸気力Ｆｃの他に、重力Ｗが鉛直下方に作用する。よって、ロータ１１には、蒸気力Ｆｃと重力Ｗとの合力として、下方に向かいつつ横方向Ｄｈの一方側に向かう斜め下方向の力Ｃがかかる。

よって、比較例では、蒸気タービン出力が定格出力より低い場合、このロータ１１を回転可能に支持する軸受装置３０の４つの軸受パッド３１のうち、軸線Ａｒを基準にして斜め下方向に位置する軸受パッド３１ａが、ロータ１１にかかる力Ｃのほとんどを受けることになる。つまり、軸受装置３０に偏荷重がかかる。この結果、４つの軸受パッド３１のうちの一の軸受パッド３１ａのメタル温度のみが高まり、この軸受パッド３１ａが他の軸受パッド３１よりも早く摩耗する。また、４つの軸受パッド３１のうちの一の軸受パッド３１ａが他の軸受パッド３１よりも早く摩耗すると、ロータ１１の振動にもつながる。

一方、本実施形態では、蒸気タービン１０の起動時を含め、蒸気タービン出力が定格出力より低く、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂが全開（開度１００％）で、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄが微開又は全閉になっている場合、軸線Ａｒよりも横方向Ｄｈの一方側に配置されている第一ノズル室２２Ａ及び第二ノズル室２２Ｂには、多くの流量の蒸気が供給され、軸線Ａｒよりも横方向Ｄｈの他方側に配置されている第三ノズル室２２Ｃ及び第四ノズル室２２Ｄには、ほとんど蒸気が供給されない。

このように、実質的に横半のノズル室２２Ａ，２２Ｂのみからの蒸気により、ロータ１１が回転する場合、ロータ１１には、軸線Ａｒの真横の位置で、ロータ回転側Ｒｒに向かう蒸気力Ｆが、ロータ１１を回転させる力として作用する。このロータ１１には、この蒸気力Ｆの他に、重力Ｗが鉛直下方に作用する。よって、ロータ１１には、蒸気力Ｆと重力Ｗとが互いに打ち消し合って、これらの合力として、蒸気力や重力よりも小さい力Ｃが鉛直方向に作用する。

よって、本実施形態では、４つの軸受パッド３１のうち、特定の軸受パッド３１に対して多大な荷重がかかるのを抑えることができる。つまり、本実施形態では、軸受装置３０にかかる荷重が偏荷重になることを抑えることができる。この結果、各軸受パッド３１の寿命が平均化して、各軸受パッド３１の寿命を長くすることができる上に、軸受装置３０の偏摩耗によるロータ１１の振動も抑えることができる。

また、別の比較例について考察する。この比較例では、図９に示すように、第一ノズル室２２Ａ及び第一蒸気加減弁４７Ａが、共に軸線Ａｒを基準として横方向Ｄｈの一方側に配置され、且つ第二ノズル室２２Ｂ及び第二蒸気加減弁４７Ｂも、共に軸線Ａｒを基準として横方向Ｄｈの一方側に配置されている。

この比較例では、蒸気タービン出力が定格出力より低く、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂが全開（開度１００％）で、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄが微開又は全閉になっている場合、蒸気主管４１に接続されている２本の蒸気分岐管４２ａ，４２ｂのうち、横方向Ｄｈの一方側に配置されて、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂに蒸気を供給する第一蒸気分岐管４２ａには多くの蒸気が流れ、横方向Ｄｈの他方側に配置されて、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄに蒸気を供給する第二蒸気分岐管４２ｂにはほとんど蒸気が流れない。

このように、蒸気がほとんど流れず、蒸気が滞留してしまう蒸気管４２ｂが存在すると、この蒸気管４２ｂにドレンが溜まり、この蒸気管４２ｂに多くの蒸気を流したときに、蒸気管４２ｂ中のドレンが蒸気タービン１０に流れ込み、動翼や静翼等の損傷原因となる。

そこで、本実施形態では、図２を用いて前述したように、第一ノズル室２２Ａ及び第一蒸気加減弁４７Ａが、共に軸線Ａｒを基準として横方向Ｄｈの一方側に配置され、第二ノズル室２２Ｂが、軸線Ａｒを基準にして横方向Ｄｈの一方側に配置されているものの、第二蒸気加減弁４７Ｂが、軸線Ａｒを基準にして横方向Ｄｈの他方側に配置されている。

このため、本実施形態では、蒸気タービン出力が定格出力より低く、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂが全開（開度１００％）で、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄが微開又は全閉になっている場合でも、蒸気主管４１に接続されている２本の蒸気分岐管４２ａ，４２ｂのうち、横方向Ｄｈに一方側に配置されて、第一蒸気加減弁４７Ａに蒸気を供給する第一蒸気分岐管４２ａと、横方向Ｄｈの他方側に配置されて、第二蒸気加減弁４７Ｂに蒸気を供給する第二蒸気分岐管４２ｂとの双方に、比較的多くの流量の蒸気が流れる。よって、本実施形態では、２本の蒸気分岐管４２ａ，４２ｂのいずれか一方に、蒸気のドレンが溜まることを抑えることができる。

以上のように、本実施形態では、軸受装置３０の寿命延長、ロータ１１の振動低減、及び蒸気管４０中のドレン抑制の観点から、４つのノズル室２２、４つの蒸気加減弁４７、４つの蒸気止め弁４６の配置を図２に示す配置にしている。

しかしながら、４つのノズル室２２、４つの蒸気加減弁４７、４つの蒸気止め弁４６の配置を図２に示す配置にした結果、本実施形態では、弁テスト時のダブルショックを抑えるために、第一ノズル室蒸気管４３ａと第二ノズル室蒸気管４３ｂとを連結管で接続することが困難になっている。

そこで、本実施形態では、連結管を設けなくても、弁テスト時のダブルショックを抑えるための弁操作を行う。

本実施形態の弁テストでは、例えば、蒸気タービン１０が定格出力のときに、第一蒸気加減弁４７Ａ、第二蒸気加減弁４７Ｂ、第三蒸気加減弁４７Ｃ、第四蒸気加減弁４７Ｄの順で、これら弁をテストする。この弁テストでは、制御装置５０からテスト対象の弁に対して、全閉を示す弁開度指令が出力された後に、このテスト対象の弁が実際に全閉状態になったか否かを確認する。

蒸気タービン１０が定格出力のとき、図４を用いて前述したように、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂの全開（弁開度１００％）で、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度が５０％で、第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度が１０％である。ここで、図５及び図６に示すように、蒸気タービン１０が定格出力のときの４つの蒸気加減弁４７の状態を第０状態とする。なお、図６において、ノズル室２２中の白色領域の面積がそのノズル室２２に流入する蒸気流量を示している。

第一蒸気加減弁４７Ａをテストする場合、第一蒸気加減弁４７Ａ及び第二蒸気加減弁４７Ｂが全開の状態である。一方で、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を２５％にする（第１状態）。第０状態から第１状態への移行過程では、制御装置５０の指令出力部５２が第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄに対して弁開度揃え指令を出力し、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度と第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度とを揃える開度揃え工程を実行する。この開度揃え工程の実行の前後で、蒸気タービン１０に流入する蒸気流量が実質的に変わらないように、第三蒸気加減弁４７Ｃが僅かに閉じられて、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度が５０％から２５％になり、第四蒸気加減弁４７Ｄが僅かに開けられて、第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度が１０％から２５％になる。なお、本実施形態では、蒸気タービン１０に流入する蒸気流量が実質的に変わらないとは、蒸気流量の変動が１０％以内であることである。

次に、第二蒸気加減弁４７Ｂを全開状態のままで、テスト対象である第一蒸気加減弁４７Ａを全閉にする対象弁全閉工程を実行する。この際、制御装置５０の指令出力部５２は、この第一蒸気加減弁４７Ａに対して全閉を示すテスト開度指令を出力する。さらに、制御装置５０の指令出力部５２は、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄに対して対象外弁開度変更指令を出力し、対象弁全閉工程に同期させて、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を７５％にする開度同期変更工程を実行する。

開度同期変更工程では、テスト対象である第一蒸気加減弁４７Ａが閉動作を開始するタイミングに合わせて、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの開動作が開始し、第一蒸気加減弁４７Ａが全閉になるタイミングに合わせて、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの開動作が終了する。さらに、この開度同期変更工程では、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度と第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度とが揃っている状態を維持して、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を変更する。また、対象弁全閉工程及び開度同期変更工程の実行の前後で、蒸気タービン１０に流入する蒸気流量が実施的に変わらないように、第一蒸気加減弁４７Ａの弁開度を１００％から０％にするにあたって、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を２５％から７５％に変更する。

対象弁全閉工程及び開度同期変更工程の実行で、４つの蒸気加減弁４７は、第２状態になる。この第２状態で、テスト対象の第一蒸気加減弁４７Ａが実際に全閉状態になったか否かを確認する。

以上のように、本実施形態の弁テストでは、テスト対象の第一蒸気加減弁４７Ａが全閉状態になった時点で、第一蒸気加減弁４７Ａを除く他の全ての蒸気加減弁４７、つまり第二〜第四蒸気加減弁４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄが開状態になっている。このため、弁テスト時には、４つのノズル室２２のうち、１つのノズル室２２Ａには蒸気が供給されてないものの、他の三つのノズル室２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの全てに蒸気が供給されるので、弁テスト時のダブルショックの発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態では、対象弁全閉工程に同期して実行される開度同期変更工程では、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度と第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度とが揃っている状態を維持しつつ、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を変更するので、この工程中における第三ノズル室２２Ｃに流入する蒸気流量と第四ノズル室２２Ｄに流入する蒸気流量とが同じになる。このため、本実施形態では、ロータ１１が一回転する間に、ロータ１１の動翼１４が第三ノズル室２２Ｃから流出した蒸気から受ける力と、第四ノズル室２２Ｄから流出した蒸気から受ける力とが同じになり、第１状態から第２状態への移行過程、及び第２状態でのロータ１１にかかるショックを低減することができる。

なお、以上において、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄに対して実行する開度揃え工程及び開度同期変更工程が、対象外弁開工程となる。

次に、第三蒸気加減弁４７Ｃ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を７５％に維持して、第二蒸気加減弁４７Ｂを全開から全閉に変更する（対象弁全閉工程）。この対象弁全閉工程に同期させて第一蒸気加減弁４７Ａを全閉から全開に変更する（開度同期変更工程、対象外弁開工程）。

これら対象弁全閉工程及び開度同期変更工程の実行で、４つの蒸気加減弁４７は、第２状態から第３状態になる。この第３状態で、テスト対象の第二蒸気加減弁４７Ｂが実際に全閉状態になったか否かを確認する。

以上のように、本実施形態の弁テストでは、テスト対象の第二蒸気加減弁４７Ｂが全閉状態になった時点で、第二蒸気加減弁４７Ｂを除く他の全ての蒸気加減弁４７が開状態になっている。このため、第二蒸気加減弁４７Ｂの弁テスト時においても、ダブルショックの発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態の弁テストでは、第２状態から第３状態への移行過程、及び第３状態で、第三ノズル室２２Ｃに流入する蒸気流量と第四ノズル室２２Ｄに流入する蒸気流量とが同じになる。よって、第２状態から第３状態への移行過程、及び第３状態でも、ロータ１１にかかるショックを低減することができる。

次に、４つの蒸気加減弁４７を第４状態にした後に、第５状態にして、第三蒸気加減弁４７Ｃが実際に全閉状態になったか否かを確認する。

４つの蒸気加減弁４７を第３状態から第４状態にする際には、第一蒸気加減弁４７Ａを全開に、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度を７５％に維持して、第二蒸気加減弁４７Ｂ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を３８％にする（開度揃え工程）。この開度揃え工程でも、開度揃え工程の実行の前後で、蒸気タービン１０に流入する蒸気流量が実質的に変わらないように、第二蒸気加減弁４７Ｂ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を変更する。

４つの蒸気加減弁４７を第４状態から第５状態にする際、第一蒸気加減弁４７Ａが全開の状態である。この状態で、弁開度が７５％の第三蒸気加減弁４７Ｃを全閉にすると共に（対象弁全閉工程）、この対象弁全閉工程に同期させて、第二蒸気加減弁４７Ｂ及び第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を７５％にする（開度同期変更工程）。

以上のように、本実施形態の弁テストでは、テスト対象の第三蒸気加減弁４７Ｃが全閉状態になった時点で、第三蒸気加減弁４７Ｃを除く他の全ての蒸気加減弁４７が開状態になっている。このため、第三蒸気加減弁４７Ｃの弁テスト時においても、ダブルショックの発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態の弁テストでは、第４状態から第５状態への移行過程、及び第５状態で、第二ノズル室２２Ｂに流入する蒸気流量と第四ノズル室２２Ｄに流入する蒸気流量とが同じになる。よって、第４状態から第５状態への移行過程、及び第５状態でも、ロータ１１にかかるショックを低減することができる。

次に、４つの蒸気加減弁４７を第６状態にした後に、第７状態にして、第四蒸気加減弁４７Ｄが実際に全閉状態になったか否かを確認する。

４つの蒸気加減弁４７を第５状態から第６状態にする際には、第一蒸気加減弁４７Ａを全開に、第四蒸気加減弁４７Ｄの弁開度を７５％に維持して、第二蒸気加減弁４７Ｂ及び第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度を３８％にする（開度揃え工程）。この開度揃え工程でも、開度揃え工程の実行の前後で、蒸気タービン１０に流入する蒸気流量が実質的に変わらないように、第二蒸気加減弁４７Ｂ及び第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度を変更する。

４つの蒸気加減弁４７を第６状態から第７状態にする際、第一蒸気加減弁４７Ａが全開の状態である。この状態で、弁開度が７５％の第四蒸気加減弁４７Ｄを全閉にすると共に（対象弁全閉工程）、この対象弁全閉工程に同期させて、第二蒸気加減弁４７Ｂ及び第三蒸気加減弁４７Ｃの弁開度を７５％にする（開度同期変更工程）。

以上のように、本実施形態の弁テストでは、テスト対象の第四蒸気加減弁４７Ｄが全閉状態になった時点で、第四蒸気加減弁４７Ｄを除く他の全ての蒸気加減弁４７が開状態になっている。このため、第四蒸気加減弁４７Ｄの弁テスト時においても、ダブルショックの発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態の弁テストでは、第６状態から第７状態への移行過程、及び第７状態で、第二ノズル室２２Ｂに流入する蒸気流量と第三ノズル室２２Ｃに流入する蒸気流量とが同じになる。よって、第６状態から第７状態への移行過程、及び第７状態でも、ロータ１１にかかるショックを低減することができる。

以上で、４つの蒸気加減弁４７全てのテストが終了する。なお、以上では、蒸気加減弁４７の動作のみを説明したが、蒸気止め弁４６は、対応する蒸気加減弁４７が全閉になった直後に全閉になり、対応する蒸気加減弁４７が開き始める前に全開になる。

以上、本実施形態の弁テストでは、連結管を設けなくても、テスト対象の蒸気加減弁４７が全閉状態になった時点で、テスト対象の蒸気加減弁４７を除く他の全ての蒸気加減弁４７を開状態にしているので、連結管を設けなくても、弁テスト時のダブルショックの発生を抑えることができる。従って、弁テスト時のダブルショックの発生を抑えつつも、設備コストの増加を抑えることができる。

なお、以上では、第一蒸気加減弁４７Ａ、第二蒸気加減弁４７Ｂ、第三蒸気加減弁４７Ｃ、第四蒸気加減弁４７Ｄの順で弁テストする例について説明したが、この順は適宜変更可能である。

また、本実施形態における蒸気タービン設備では、４つのノズル室２２と、各ノズル室２２に流入する蒸気流量を調節する蒸気加減弁４７とを備えている。しかしながら、ノズル室２２の数量が４つでない、例えば、８つの場合でも、以上で説明したテスト方法を実行することで、弁テスト時のダブルショックの発生を抑えつつも、設備コストの増加を抑えることができる。

また、蒸気タービン１０の出力が定格出力より小さい場合では、軸受装置３０にかかる荷重が偏荷重になることを抑えることができる。このため、軸受装置３０の寿命を長くすることができる上に、軸受装置３０の偏摩耗によるロータ１１の振動も抑えることができる。

なお、本実施形態の軸受装置３０は、複数の軸受パッド３１が搖動するティルティング軸受装置である。しかしながら、軸受パッドが搖動しないタイプの軸受装置であっても、４つのノズル室及び４つの蒸気止め弁の配置を図２に示すように配置することで、蒸気タービンの出力が定格出力より小さい場合に、軸受装置にかかる荷重が偏荷重になることを抑えることができる。

１０：蒸気タービン、１１：ロータ、１２：ロータ軸、１３:動翼段、１３ａ：調速動翼段、１４:動翼、２１:ケーシング、２２：ノズル室、２２Ａ：第一ノズル室、２２Ｂ：第二ノズル室、２２Ｃ：第三ノズル室、２２Ｄ：第四ノズル室、２３:蒸気主流路室、２４:排気室、２５:静翼段、２５ａ：調速段ノズル、２６:静翼、２６ａ：調速静翼、２９:シール室、３０:軸受装置、３１:軸受パッド、３２:パッドサポート、３３：軸受ケース、４０：蒸気管、４１：蒸気主管、４１ａ：第一蒸気分岐管（蒸気分岐管）、４１ｂ：第二蒸気分岐管（蒸気分岐管）、４３ａ：第一ノズル室蒸気管（ノズル室蒸気管）、４３ｂ：第二ノズル室蒸気管（ノズル室蒸気管）、４３ｃ：第三ノズル室蒸気管（ノズル室蒸気管）、４３ｄ：第四ノズル室蒸気管（ノズル室蒸気管）、４６Ａ：第一蒸気止め弁（蒸気止め弁）、４６Ｂ：第二蒸気止め弁（蒸気止め弁）、４６Ｃ：第三蒸気止め弁（蒸気止め弁）、４６Ｄ：第四蒸気止め弁（蒸気止め弁）、４７Ａ：第一蒸気加減弁（蒸気弁、蒸気加減弁）、４７Ｂ：第二蒸気加減弁（蒸気弁、蒸気加減弁）、４７Ｃ：第三蒸気加減弁（蒸気弁、蒸気加減弁）、４７Ｄ：第四蒸気加減弁（蒸気弁、蒸気加減弁）、５０:制御装置、５１:受付部、５２:指令出力部

Claims

軸線を中心として回転するロータ、及び前記ロータを回転可能に覆うケーシングを有する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンへの流入蒸気量を調節する蒸気弁と、
前記蒸気弁を制御する制御装置と、を備え、
前記ケーシングには、蒸気が流入するノズル室として、前記軸線を中心とした周方向に並ぶ４つのノズル室が形成され、
４つのノズル室のうち、第一ノズル室と第四ノズル室とが前記軸線よりも上側に配置され、第二ノズル室と第三ノズル室とが前記軸線よりも下側に配置され、且つ前記第一ノズル室と前記第二ノズル室とが前記軸線よりも前記軸線に垂直な横方向の一方側に配置され、前記第三ノズル室と前記第四ノズル室とが前記軸線よりも前記横方向の他方側に配置され、
前記蒸気弁として、前記第一ノズル室への流入蒸気量を調節する第一蒸気弁と、第二ノズル室への流入蒸気量を調節する第二蒸気弁と、前記第三ノズル室への流入蒸気量を調節する第三蒸気弁と、第四ノズル室への流入蒸気量を調節する第四蒸気弁と、を有し、
前記制御装置は、前記蒸気タービンの出力を定格出力未満の所定出力にする場合に、前記第三蒸気弁、及び前記第四蒸気弁に対して、弁開度を示す弁開度指令を出力し、前記第一蒸気弁、及び前記第二蒸気弁に対して、前記第三蒸気弁の弁開度及び前記第四蒸気弁の弁開度よりも大きな弁開度を示す弁開度指令を出力し、
前記ロータは、前記軸線よりも上側で、前記横方向の前記他方側に回転するよう構成されている、
蒸気タービン設備。
請求項１に記載の蒸気タービン設備において、
前記第一蒸気弁及び前記第三蒸気弁は、前記軸線よりも前記横方向の前記一方側に配置され、
前記第二蒸気弁及び前記第四蒸気弁は、前記軸線よりも前記横方向の前記他方側に配置されている、
蒸気タービン設備。
請求項１又は２に記載の蒸気タービン設備において、
前記蒸気タービンは、前記ロータを回転可能に支持する軸受装置を有し、
前記軸受装置は、前記軸線を中心とした周方向に並び且つ前記ロータの外周面に沿って配置されている複数の軸受パッドと、前記軸受パッドを前記軸線に対する径方向側から搖動可能に支持するパッドサポートと、を有する、
蒸気タービン設備。