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特開2019-218878蒸気タービン設備及びコンバインドサイクルプラント
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-218878(P2019-218878A)
(43)【公開日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】蒸気タービン設備及びコンバインドサイクルプラント
(51)【国際特許分類】
   F01K 23/10 20060101AFI20191129BHJP
   F01D 25/24 20060101ALI20191129BHJP
【FI】
   F01K23/10 X
   F01D25/24 T
   F01K23/10 V
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2018-115058(P2018-115058)
(22)【出願日】2018年6月18日
(71)【出願人】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】誠真IP特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】脇 勇一朗
(72)【発明者】
【氏名】牧野 雅臣
【テーマコード(参考)】
3G081
【Fターム(参考)】
3G081BA03
3G081BC07
(57)【要約】
【課題】設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備及びこれを備えたコンバインドサイクルプラントを提供する。
【解決手段】蒸気タービン設備は、ロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転可能に支持する一対のラジアル軸受と、前記一対のラジアル軸受の軸受スパン内において前記ロータシャフトに設けられた一対の低圧タービン翼列と、前記一対の低圧タービン翼列の間に位置するように、前記軸受スパン内にて前記ロータシャフトに設けられた高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列と、を備える。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータシャフトと、
前記ロータシャフトを回転可能に支持する一対のラジアル軸受と、
前記一対のラジアル軸受の軸受スパン内において前記ロータシャフトに設けられた一対の低圧タービン翼列と、
前記一対の低圧タービン翼列の間に位置するように、前記軸受スパン内にて前記ロータシャフトに設けられた高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列と、
を備えることを特徴とする蒸気タービン設備。
【請求項2】
前記一対の低圧タービン翼列のうち一方である第1低圧タービン翼列を流れる蒸気の一部を、前記一対の低圧タービン翼列のうち他方である第2低圧タービン翼列の入口に導くための分岐流路をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービン設備。
【請求項3】
前記高圧タービン翼列及び前記中圧タービン翼列を収容する内側ケーシングと、
前記内側ケーシングと前記一対の低圧タービン翼列の少なくとも一部とを収容する外側ケーシングと、をさらに備え、
前記分岐流路は、前記内側ケーシングの外周面及び前記外側ケーシングの内周面よって少なくとも部分的に形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の蒸気タービン設備。
【請求項4】
前記内側ケーシングの前記外周面に断熱材が設けられた
ことを特徴とする請求項3に記載の蒸気タービン設備。
【請求項5】
前記高圧タービン翼列及び前記中圧タービン翼列を収容する内側ケーシングと、
前記内側ケーシングと前記一対の低圧タービン翼列の少なくとも一部とを収容する外側ケーシングと、をさらに備え、
前記分岐流路は、前記外側ケーシングの外部を通る配管によって少なくとも部分的に形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の蒸気タービン設備。
【請求項6】
前記分岐流路に接続され、前記第1低圧タービン翼列の入口の蒸気の圧力よりも低圧の蒸気を前記分岐流路に導入するための蒸気導入路をさらに備える
ことを特徴とする請求項2乃至5の何れか一項に記載の蒸気タービン設備。
【請求項7】
前記高圧タービン翼列を流れる蒸気と、前記中圧タービン翼列を流れる蒸気とは、軸方向において互いに逆向きに流れるように構成され、
前記一対の低圧タービン翼列のそれぞれを流れる蒸気は、前記軸方向において互いに逆向きに流れるように構成された
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の蒸気タービン設備。
【請求項8】
前記一対の低圧タービン翼列からの蒸気を復水器に向けて排出するための排気室をさらに備え、
前記排気室は、該排気室の側方に位置する排気室出口を有する
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の蒸気タービン設備。
【請求項9】
前記一対の低圧タービン翼列からの蒸気を凝縮させるための復水器をさらに備える
ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の蒸気タービン設備。
【請求項10】
ガスタービン設備と、
前記ガスタービン設備からの排ガスの熱によって蒸気を生成するためのボイラと、
請求項1乃至9の何れか一項に記載の蒸気タービン設備と、を備え、
前記蒸気タービン設備は、前記ボイラで生成された蒸気によって駆動されるように構成された
ことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、蒸気タービン設備及びコンバインドサイクルプラントに関する。
【背景技術】
【0002】
コンバインドサイクルプラント等で用いられる蒸気タービンとして、圧力レベルの異なる蒸気で駆動される高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含む蒸気タービンが用いられることがある。
【0003】
特許文献1には、一軸型コンバインドサイクルプラント用の蒸気タービンとして、高圧タービン、中圧タービン、及び、複流排気式の低圧タービンを含む蒸気タービンが開示されている。この蒸気タービンでは、高圧タービン及び中圧タービンと、低圧タービンとが別々の車室(ケーシング)に収容されており、中圧タービンからの蒸気は、これらの車室間を接続する気筒連絡管を介して低圧タービンに導入されるようになっている。
【0004】
一方、特許文献1には、一軸型コンバインドサイクルプラント用の蒸気タービンにおいて、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを単一の車室に収容するとともに、単流排気式の低圧タービンを採用した構成も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第3529412号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
高圧タービン及び中圧タービンの車室と、低圧タービンの車室を別々に設ける場合に比べ、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを単一の車室に収容した単車室の蒸気タービンでは、車室間を接続する気筒連絡管が不要となり、また、車室間に設けられる軸受等を削減可能であることから蒸気タービンの全長を短縮することができる。よって、単車室の蒸気タービンを採用することで、構成を簡素化することができ、また、設置スペースを低減することができるため、設備コストの低減を図ることができる。
【0007】
ところで、単流排気式の低圧タービンでは、蒸気の体積流量の増大に対応するため、複流排気式の場合に比べて、特に最終段の翼を長大化させる必要がある。しかしながら、タービン翼を長大化させるほどタービン翼の強度の確保が難しくなり、単車室かつ単流排気の構成を大出力の蒸気タービンに適用するのは難しいのが現状である。
【0008】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備及びこれを備えたコンバインドサイクルプラント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】
【0009】
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービン設備は、
ロータシャフトと、
前記ロータシャフトを回転可能に支持する一対のラジアル軸受と、
前記一対のラジアル軸受の軸受スパン内において前記ロータシャフトに設けられた一対の低圧タービン翼列と、
前記一対の低圧タービン翼列の間に位置するように、前記軸受スパン内にて前記ロータシャフトに設けられた高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列と、
を備える。
【0010】
上記(1)の構成によれば、一対のラジアル軸受の軸受スパン内に、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を設け、かつ、一対の低圧タービン翼列の間に高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列を配置したので、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を単一の車室(ケーシング)に収容するとともに、一対の低圧タービンから排気する複流排気式とすることができる。
すなわち、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を単一の車室(ケーシング)に収容する単車室構造とすることで、例えば、車室間を接続する気筒連絡管や車室間に設けられる軸受等を削減可能することができ、蒸気タービン設備の構成の簡素化又は設置スペースの削減を図ることができる。また、一対の低圧タービンを含む複流排気式とすることで、低圧タービンの翼長大化を抑制してタービン翼の強度低下を抑制できるため、大出力の蒸気タービン設備に対応可能となる。よって、上記(1)の構成によれば、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備を実現可能である。
【0011】
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記蒸気タービン設備は、
前記一対の低圧タービン翼列のうち一方である第1低圧タービン翼列を流れる蒸気の一部を、前記一対の低圧タービン翼列のうち他方である第2低圧タービン翼列の入口に導くための分岐流路をさらに備える。
【0012】
上記(2)の構成によれば、一対の低圧タービン翼列のうち第1低圧タービン翼列を流れる蒸気の一部を、分岐流路を介して第2低圧タービン翼列の入口に導くようにしたので、一対の低圧タービン翼列の両方から蒸気を排出することが可能となり、すなわち、一対の低圧タービンから蒸気が排気される複流式の蒸気タービン設備を実現することができる。
【0013】
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記蒸気タービン設備は、
前記高圧タービン翼列及び前記中圧タービン翼列を収容する内側ケーシングと、
前記内側ケーシングと前記一対の低圧タービン翼列の少なくとも一部とを収容する外側ケーシングと、をさらに備え、
前記分岐流路は、前記内側ケーシングの外周面及び前記外側ケーシングの内周面よって少なくとも部分的に形成される。
【0014】
上記(3)の構成によれば、外側ケーシングに、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を収容するとともに、外側ケーシング及び該外側ケーシングの内側に位置する内側ケーシングを利用して分岐流路を形成したので、簡素な構成で、複流排気式かつ単車室構造の蒸気タービン設備を実現することができる。よって、上記(1)で述べたように、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備を実現可能である。
【0015】
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、前記内側ケーシングの前記外周面に断熱材が設けられる。
【0016】
上記(4)の構成によれば、内側ケーシングの外周面に断熱材を設けたので、高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列を収容する比較的高温の内側ケーシングから、比較的低温の蒸気が流れる分岐流路への放熱を抑制することができる。よって、このような放熱に起因する蒸気タービン設備の効率低下を抑制することができる。
なお、幾つかの実施形態では、前記外側ケーシングの内周面に断熱材が設けられていてもよい。
【0017】
(5)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記蒸気タービン設備は、
前記高圧タービン翼列及び前記中圧タービン翼列を収容する内側ケーシングと、
前記内側ケーシングと前記一対の低圧タービン翼列の少なくとも一部とを収容する外側ケーシングと、をさらに備え、
前記分岐流路は、前記外側ケーシングの外部を通る配管によって少なくとも部分的に形成される。
【0018】
上記(5)の構成によれば、外側ケーシングに、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を収容するとともに、外側ケーシングの外部を通る配管によって分岐流路を形成したので、簡素な構成で、複流排気式かつ単車室構造の蒸気タービン設備を実現することができる。よって、上記(1)で述べたように、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備を実現可能である。
【0019】
(6)幾つかの実施形態では、上記(2)乃至(5)の何れかの構成において、
前記蒸気タービン設備は、
前記分岐流路に接続され、前記第1低圧タービン翼列の入口の蒸気の圧力よりも低圧の蒸気を前記分岐流路に導入するための蒸気導入路をさらに備える。
【0020】
上記(6)の構成では、分岐流路に接続される上述の蒸気導入路を設けたので、第2低圧タービンには、分岐流路を介して、第1低圧タービン翼列の入口に流入する蒸気(例えば、中圧タービンからの排気や、ボイラの低圧ドラム又は低圧蒸発器からの蒸気)の一部に加えて、蒸気導入路から分岐流路に導入されるより低圧の蒸気が導かれる。よって、上記(6)の構成によれば、蒸気タービン設備の出力を向上させることができる。
【0021】
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
前記高圧タービン翼列を流れる蒸気と、前記中圧タービン翼列を流れる蒸気とは、軸方向において互いに逆向きに流れるように構成され、
前記一対の低圧タービン翼列のそれぞれを流れる蒸気は、前記軸方向において互いに逆向きに流れるように構成される。
【0022】
上記(7)の構成によれば、高圧タービン翼列を流れる蒸気と、中圧タービン翼列を流れる蒸気とが軸方向において互いに逆向きの流れとなるように、かつ、一対の低圧タービン翼列のそれぞれを流れる蒸気が軸方向において互いに逆向きの流れとなるように、それぞれのタービン翼列を配置したので、ロータシャフトに作用するスラスト荷重をバランスさせることができる。
【0023】
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの構成において、
前記蒸気タービン設備は、
前記一対の低圧タービン翼列からの蒸気を復水器に向けて排出するための排気室をさらに備え、
前記排気室は、該排気室の側方に位置する排気室出口を有する。
【0024】
上記(8)の構成によれば、低圧タービン翼列を通過した蒸気は、排気室の側方に設けられた排気室出口を介して復水器に向けて側方に排気される。すなわち、復水器を排気室の側方に配置することができるので、復水器を排気室の下方に位置させる場合に比べて、蒸気タービン設備の高さ方向のサイズを低減させることができる。よって、蒸気タービン設備にかかる設備コストをより効果的に削減することができる。
【0025】
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの構成において、
蒸気タービン設備は、
前記一対の低圧タービン翼列からの蒸気を凝縮させるための復水器をさらに備える。
【0026】
上記(9)の構成によれば、一対のラジアル軸受の軸受スパン内に、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を設け、かつ、一対の低圧タービン翼列の間に高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列を配置したので、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を単一の車室(ケーシング)に収容するとともに、一対の低圧タービンから排気する複流排気式とすることができる。このため、上記(1)で述べたように、蒸気タービン設備の構成の簡素化又は設置スペースの削減を図ることができるとともに、大出力の蒸気タービン設備に対応可能となる。よって、上記(9)の構成によれば、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備を実現可能である。
【0027】
(10)本発明の少なくとも一実施形態に係るコンバインドサイクルプラントは、
ガスタービン設備と、
前記ガスタービン設備からの排ガスの熱によって蒸気を生成するためのボイラと、
上記(1)乃至(9)の何れかに記載の蒸気タービン設備と、を備え、
前記蒸気タービン設備は、前記ボイラで生成された蒸気によって駆動されるように構成される。
【0028】
上記(10)の構成によれば、一対のラジアル軸受の軸受スパン内に、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を設け、かつ、一対の低圧タービン翼列の間に高圧タービン翼列及び中圧タービン翼列を配置したので、高圧タービン翼列、中圧タービン翼列及び一対の低圧タービン翼列を単一の車室(ケーシング)に収容するとともに、一対の低圧タービンから排気する複流排気式とすることができる。このため、上記(1)で述べたように、蒸気タービン設備の構成の簡素化又は設置スペースの削減を図ることができるとともに、大出力の蒸気タービン設備に対応可能となる。よって、上記(10)の構成によれば、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備を実現可能である。
【発明の効果】
【0029】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、設備コストを低減しながら、大出力に対応可能な蒸気タービン設備及びこれを備えたコンバインドサイクルプラントが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1】一実施形態に係るコンバインドサイクルプラントの概略構成図である。
図2】一実施形態に係る蒸気タービン設備の軸方向に沿った概略断面図である。
図3】一実施形態に係る蒸気タービン設備の軸方向に沿った概略断面図である。
図4図2のA−A矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0032】
まず、図1を参照して、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン設備が適用されるコンバインドサイクルプラントについて説明する。
図1は、一実施形態に係るコンバインドサイクルプラントの概略構成図である。同図に示すように、コンバインドサイクルプラント1は、ガスタービン設備2と、排熱回収ボイラ(HRSG)6(ボイラ)と、蒸気タービン設備4と、を備えたガスタービン複合発電(GTCC)プラントである。
【0033】
図1に示すガスタービン設備2は、圧縮機10と、燃焼器12と、タービン14と、を備えている。圧縮機10は、空気を圧縮して圧縮空気を生成するように構成される。燃焼器12は、圧縮機10からの圧縮空気と燃料(例えば天然ガス等)との燃焼反応により燃焼ガスを発生させるように構成される。タービン14は、燃焼器12からの燃焼ガスにより回転駆動されるように構成される。タービン14には回転シャフト16を介して発電機18が連結されており、タービン14の回転エネルギーによって発電機18が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン14で仕事を終えた燃焼ガスは、排ガスとしてタービン14から排出されるようになっている。
【0034】
排熱回収ボイラ6は、ガスタービン設備2からの排ガスの熱によって、蒸気を生成するように構成されている。
排熱回収ボイラ6は、ガスタービン設備2からの排ガスが導入されるダクト(不図示)と、該ダクトの内部を通過するように設けられた熱交換器(不図示)と、を有する。熱交換器には、後述する蒸気タービン設備4の復水器34からの復水が導入されるようになっており、この熱交換器において、復水と、上述のダクトを流れる排ガスとの熱交換により、蒸気が生成されるようになっている。
なお、排熱回収ボイラ6のダクト内を流れて熱交換器を通過した排ガスは、煙突(不図示)等から排出されるようになっていてもよい。
【0035】
図1に示す蒸気タービン設備4は、複数のタービン翼列22,24,26A,26Bを含み、排熱回収ボイラ6からの蒸気によって駆動されるように構成されている。
蒸気タービン設備6には、排熱回収ボイラ6で生成した蒸気が導かれるようになっており、この蒸気によって蒸気タービン設備6が回転駆動される。また、蒸気タービン設備6には、ロータシャフト28を介して発電機32が接続されており、発電機32は、蒸気タービン設備6によって回転駆動されて、電力を生成するようになっている。
【0036】
以下、幾つかの実施形態に係る蒸気タービン設備4について、より詳細に説明する。
図2及び図3は、それぞれ、一実施形態に係る蒸気タービン設備4の軸方向に沿った概略断面図である。なお、図2に示す実施形態と、図3に示す実施形態とでは、後述する分岐流路62を除いて、基本的には同じ構造を有している。
【0037】
図1図3に示すように、蒸気タービン設備4は、ロータシャフト28と、ロータシャフト28を回転可能に支持する一対のラジアル軸受30A,30Bと、ロータシャフト28に設けられるタービン翼列22,24,26A,26Bと、外側ケーシング20及び内側ケーシング36と、を備えている。
【0038】
上述のタービン翼列は、ボイラ(上述した排熱回収ボイラ等)からの高圧蒸気が導入される高圧タービン翼列22、より低圧の蒸気(中圧蒸気)が導入される中圧タービン翼列24、及び、さらに低圧の蒸気(低圧蒸気)が導入される一対の低圧タービン翼列26A,26Bを含む。
【0039】
高圧タービン翼列22及び中圧タービン翼列24は、軸方向において一対の低圧タービン翼列26A,26Bの間に位置している。
一対の低圧タービン翼列26A,26Bは、軸方向において中圧タービン翼列24の隣に設けられる第1低圧タービン翼列26Aと、軸方向において高圧タービン翼列22の隣に設けられる第2低圧タービン翼列26Bと、を含む。
【0040】
一対の低圧タービン翼列26A,26Bは、上述した一対のラジアル軸受30A,30Bの軸受スパン内に設けられている。すなわち、一対の低圧タービン翼列26A,26B、及び、これらの一対の低圧タービン翼列26A,26Bの間に位置する高圧タービン翼列22及び中圧タービン翼列24は、一対のラジアル軸受30A,30Bの軸受スパン内に設けられている。
【0041】
なお、軸方向において、一対のラジアル軸受30A,30Bの軸受スパン内には(即ち、ラジアル軸受30Aとラジアル軸受30Bとの間には)、他のラジアル軸受は設けられていない。
【0042】
図2及び図3に示す例示的な実施形態において、高圧タービン翼列22及び中圧タービン翼列24は、内側ケーシング36に収容されており、第1低圧タービン翼列26Aの上流側部分26Aaも内側ケーシング36に収容されている。また、第1低圧タービン翼列26Aの下流側部分26Ab及び第2低圧タービン翼列26Bは、外側ケーシング20に収容されている。
すなわち、蒸気タービン設備4のタービン翼列22,24,26A,26Bのそれぞれが、外側ケーシング20の内部に設けられている。
【0043】
タービン翼列22,24,26A,26Bは、それぞれ、複数の静翼7及び動翼8を含む。複数の静翼7及び動翼8は、それぞれ、周方向に配列されて列を形成しており、軸方向において、静翼7の列と動翼8の列とが交互に配列されている。
なお、タービン翼列22,24,26A,26Bの各々は、静翼7の列と動翼8の列の組を複数有していてもよい。
【0044】
各タービン翼列22,24,26A,26Bの静翼7は、静止部材である内側ケーシング36又は外側ケーシング20に支持されている。
図2及び図3に示す例示的な実施形態では、高圧タービン翼列22及び中圧タービン翼列24の静翼7は、内側ケーシング36に支持されている。また、一対の低圧タービン翼列26A,26Bのうち、第1低圧タービン翼列26Aのうちの上流側部分26Aaは内側ケーシング36内に収容されており、第1低圧タービン翼列26Aのうち下流側部分26Ab及び第2低圧タービン翼列26Bは、外側ケーシング内に収容されている。
【0045】
また、各タービン翼列22,24,26A,26Bの動翼8は、ロータシャフト28に取り付けられており、ロータシャフト28とともに回転するようになっている。
【0046】
高圧タービン翼列22、中圧タービン翼列24、及び第1低圧タービン翼列26Aの入口には、高圧入口管38、中圧入口管42及び低圧入口管44がそれぞれ接続されている。また、高圧タービン翼列22の出口には、高圧出口管40が接続されている。
【0047】
高圧タービン翼列22、中圧タービン翼列24、及び第1低圧タービン翼列26Aの入口には、高圧入口管38、中圧入口管42及び低圧入口管44を介して、それぞれ、高圧蒸気、中圧蒸気、及び、低圧蒸気が導入されるようになっている。
【0048】
高圧入口管38、中圧入口管42及び低圧入口管44を介して各タービン翼列に導入される蒸気は、上述のボイラで生成されたものであってもよい。また、高圧タービン翼列22を通過して高圧出口管40から排出された蒸気は、再熱器等で再加熱された後、中圧入口管42を介して中圧タービン翼列24に導入されるようになっていてもよい。また、図2及び図3に示すように、第1低圧タービン翼列26Aの入口には、中圧タービン翼列24を通過した蒸気が直接流入するようになっていてもよく、また、中圧タービン翼列24からの蒸気と、低圧入口管44からの蒸気とが合流して流入するようになっていてもよい。
【0049】
なお、径方向においてロータシャフト28と内側ケーシング36との間には、流体漏れを抑制するためのシール部が設けられていてもよい。例えば、図2及び図3に示すように、高圧タービン翼列22と中圧タービン翼列24との間での流体漏れを抑制するシール部60や、高圧タービン翼列22と第2低圧タービン翼列26Bとの間での流体漏れを抑制するシール部61が設けられていてもよい。
【0050】
図2及び図3に示す蒸気タービン設備4は、軸方向に沿って静翼7及び動翼8が交互に並ぶ蒸気流路から分岐して設けられる分岐流路62を有する。分岐流路62は、軸方向において、第1低圧タービン翼列26Aの上流側部分26Aaと下流側部分26Abの間の位置(分岐点)において、上述の蒸気流路から分岐して設けられている。第1低圧タービン翼列26Aを流れる蒸気の一部は、該分岐流路62を介して第2低圧タービン翼列26Bの入口に導かれるようになっている。
【0051】
なお、第2低圧タービン翼列の段数(静翼7の列と動翼8の列の組の数)は、上述の分岐点よりも下流側の第1低圧タービン翼列の下流側部分26Abの段数と同じであってもよい。図2及び図3に示す例示的な実施形態では、第1低圧タービン翼列の下流側部分26Ab及び第2低圧タービン翼列の段数は1段である。
【0052】
このような蒸気タービン設備4において、各タービン翼列22,24,26A,26Bに蒸気が導入されると、蒸気が静翼7を通過する際に膨張して増速され、こうして増速された蒸気が動翼8に対して仕事をしてロータシャフト28を回転させるようになっている。
【0053】
また、蒸気タービン設備4は、一対の排気室50を備えている。一対の排気室50は、一対の低圧タービン翼列26A,26Bの下流側にそれぞれ位置するように設けられる。一対の低圧タービン翼列26A,26Bを通過した蒸気は、フローガイド54に案内されて排気室50に流入し、排気室50の内部を通って、排気室50に設けられた排気室出口51(図4参照)を介して排出されるようになっている。
【0054】
排気室出口51の下流側には復水器34(図1参照)が設けられており、排気室出口51から排出された蒸気は、復水器34に流入するようになっている。復水器34では、冷却水との熱交換により蒸気が冷却されて凝縮し、凝縮水(復水)が生成される。
【0055】
幾つかの実施形態では、排気室50の下方側に排気室出口51が設けられるとともに、排気室の下方に復水器34が設けられていてもよい。また、幾つかの実施形態では、排気室50の側方に排気室出口51が設けられるとともに、排気室50の側方に復水器34が設けられていてもよい。
【0056】
上述した蒸気タービン設備4では、一対のラジアル軸受30A,30Bの軸受スパン内に、高圧タービン翼列22、中圧タービン翼列24及び一対の低圧タービン翼列26A,26Bを設け、かつ、一対の低圧タービン翼列26A,26Bの間に高圧タービン翼列22及び中圧タービン翼列24が配置されている。この構成により、高圧タービン翼列22、中圧タービン翼列24及び一対の低圧タービン翼列26A,26Bを単一の車室(外側ケーシング20)に収容することができ、また、一対の低圧タービン翼列26A,26Bのそれぞれを介して蒸気が排出される複流排気式の蒸気タービン設備とすることができる。
【0057】
すなわち、高圧タービン翼列22、中圧タービン翼列24及び一対の低圧タービン翼列26A,26Bを単一の車室(外側ケーシング20)に収容する単車室構造とすることで、例えば、車室間を接続する気筒連絡管やタービン翼列間に設けられるグランドシールを削減可能することができ、蒸気タービン設備4の構成の簡素化又は設置スペースの削減を図ることができる。また、一対の低圧タービン翼列26A,26Bを含む複流排気式とすることで、低圧タービンの翼長大化を抑制してタービン翼の強度低下を抑制できるため、蒸気タービン設備4が大容量の蒸気発生装置(ボイラ等)に対応可能となる。また、このように、低圧タービンのタービン翼の長大化が抑制され、タービン翼を比較的短くできるので、低圧タービンの最終段翼で発生し得るリービングロスを低減して、タービン性能を向上させることができる。
よって、上述した蒸気タービン設備4によれば、設備コストを低減しながら、大容量の蒸気発生装置(ボイラ等)への対応が可能となる。
【0058】
また、上述の蒸気タービン設備4では、第1低圧タービン翼列26Aを流れる蒸気の一部を、分岐流路62を介して第2低圧タービン翼列26Bの入口に導くようにしたので、一対の低圧タービン翼列26A,26Bの両方から蒸気を排出することが可能となり、すなわち、複流式の蒸気タービン設備4を実現することができる。
【0059】
図2に示す例示的な実施形態では、分岐流路62は、内側ケーシング36の外周面36a及び外側ケーシング20の内周面20aよって少なくとも部分的に形成された環状の流路である。
このように、外側ケーシング20及び内側ケーシング36を利用して分岐流路62を形成することにより、簡素な構成で、複流排気式かつ単車室構造の蒸気タービン設備4を実現することができる。
また、分岐流路62を環状の流路とすることで、分岐流路62の流路面積を大きく確保しやすい。
【0060】
外側ケーシング20は、板金から作製されたものであってもよい。また、内側ケーシング36は鋳物として作製されたものであってもよい。
低圧タービン翼列26Aの途中から分岐して設けられる分岐流路62を流れる蒸気は温度が比較的低く、この比較的低圧の蒸気の圧力と、外側ケーシング20の外側の圧力(通常は大気圧)との差は比較的小さいため、外側ケーシング20を板金で作製しても必要な強度を持たせることができる。よって、外側ケーシング20を板金で作製することにより、蒸気タービン設備4として必要とされる強度を持たせながら、上述の複流排気式かつ単車室構造の蒸気タービン設備4を比較的低コストで実現することができる。
【0061】
図2に示す実施形態では、外側ケーシング20よりも径方向内側、かつ、内側ケーシング36よりも径方向外側に、分岐流路62における蒸気の流れを案内するためのガイド部材48が設けられている。ガイド部材48は、蒸気タービン設備4の軸方向において、一対の低圧タービン翼列26A,26Bの間の中央位置に向かうにつれてロータシャフト28の中心軸Oから徐々に遠ざかるように、軸方向に対して傾斜して設けられている。
【0062】
また、図2に示す実施形態では、内側ケーシング36の外周面36aは、軸方向に沿った断面において、径方向外側に向かって突出する凸曲面を含む、滑らかな形状を有している。
【0063】
上述したガイド部材48を設けることにより、又は、上述のように内側ケーシング36の外周面36aを滑らかな形状とすることにより、分岐流路62における蒸気流れの乱れを低減することができ、よって、流体損失を低減することができる。
【0064】
分岐流路62を形成する部材、あるいは、分岐流路62内に設けられる部材の表面には、断熱材が設けられていてもよい。例えば、図2に示す実施形態では、分岐流路62を形成する内側ケーシング36の外周面36aに断熱材56が設けられている。また、高圧入口管38のうち分岐流路62を通過する部分に断熱材58が設けられている。また、図2に示すように、分岐流路62を形成する外側ケーシング20の内周面20aに断熱材59が設けられていてもよい。
【0065】
上述した断熱材を設けることで、比較的高温の蒸気が流れる内側ケーシング36や高圧入口管38等から、比較的低温の蒸気が流れる分岐流路62への放熱を抑制することができる。よって、このような放熱に起因する蒸気タービン設備4の効率低下を抑制することができる。
【0066】
図3に示す例示的な実施形態では、分岐流路62は、外側ケーシング20の外部を通る配管66によって少なくとも部分的に形成されている。また、外側ケーシング20の内部には、第1低圧タービン翼列の上流側部分26Aaから上述の配管66へと蒸気流れを導くガイド部材64A、及び、配管66から第2低圧タービン翼列へと蒸気流れを導くガイド部材64Bと、が設けられている。
【0067】
このように、外側ケーシング20の外部を通る配管66によって分岐流路62を形成することにより、簡素な構成で、複流排気式かつ単車室構造の蒸気タービン設備4を実現することができる。
【0068】
図2及び図3に示す例示的な実施形態では、分岐流路62に蒸気導入路46が接続されている。蒸気導入路46は、第1低圧タービン翼列26Aの入口の蒸気の圧力よりも低圧の蒸気を分岐流路62に導入するように構成されている。
【0069】
このように、蒸気導入路46を介して、第1低圧タービン翼列26Aの入口の蒸気の圧力よりも低圧の蒸気を分岐流路62に導入することにより、第2低圧タービン翼列26Bには、第1低圧タービン翼列26Aの入口に流入する蒸気(例えば、中圧タービンからの排気や、ボイラの低圧ドラム又は低圧蒸発器からの蒸気)の一部に加えて、蒸気導入路46から分岐流路62に導入されるより低圧の蒸気が導かれる。よって、蒸気タービン設備4の出力を向上させることができる。
【0070】
なお、図2及び図3に示す実施形態では、外側ケーシング20や、外側ケーシング20の外部を通る配管66を利用して分岐流路62を形成しているので、外側ケーシング20の外部において、分岐流路62に対して蒸気導入路46を容易に接続することができる。
【0071】
また、図2及び図3に示す例示的な実施形態では、高圧タービン翼列22を流れる蒸気と、中圧タービン翼列24を流れる蒸気とが、軸方向において互いに逆向きに流れるように高圧タービン翼列22及び中圧タービン翼列24が配置されているとともに、第1低圧タービン翼列26Aを流れる蒸気と、第2低圧タービン翼列26Bを流れる蒸気とが、軸方向において互いに逆向きに流れるように、第1低圧タービン翼列26A及び第2低圧タービン翼列26Bが配置されている。
【0072】
このように、高圧タービン翼列22を流れる蒸気と、中圧タービン翼列24を流れる蒸気とが軸方向において互いに逆向きの流れとなるように、かつ、一対の低圧タービン翼列26A,26Bのそれぞれを流れる蒸気が軸方向において互いに逆向きの流れとなるように、それぞれのタービン翼列を配置することにより、ロータシャフト28に作用するスラスト荷重をバランスさせることができる。
【0073】
図4は、一実施形態に係る蒸気タービン設備4の排気室50の概略断面図であり、図2のA−A矢視断面図である。
幾つかの実施形態では、図4に示すように、蒸気タービン設備4の排気室50は、該排気室50の側方に位置する排気室出口51を有していてもよい。
ここで、排気室50の側方とは、排気室50軸方向視したとき(図4参照)、ロータシャフト28の中心軸Oから水平方向に離れる方向のことをいう。
【0074】
この場合、低圧タービン翼列26A,26Bを通過した蒸気は、排気室50の側方に設けられた排気室出口51を介して復水器34に向けて側方に排気される。すなわち、復水器34を排気室50の側方に配置することができるので、復水器34を排気室50の下方に位置させる場合に比べて、蒸気タービン設備4の高さ方向のサイズを低減させることができる。よって、蒸気タービン設備4にかかる設備コストをより効果的に削減することができる。
【0075】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【0076】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【0077】
1 コンバインドサイクルプラント
2 ガスタービン設備
4 蒸気タービン設備
6 排熱回収ボイラ
7 静翼
8 動翼
10 圧縮機
12 燃焼器
14 タービン
16 回転シャフト
18 発電機
20 外側ケーシング
20a 内周面
22 高圧タービン翼列
24 中圧タービン翼列
26A 第1低圧タービン翼列
26Aa 上流側部分
26Ab 下流側部分
26B 第2低圧タービン翼列
28 ロータシャフト
30A ラジアル軸受
30B ラジアル軸受
32 発電機
34 復水器
36 内側ケーシング
36a 外周面
38 高圧入口管
40 高圧出口管
42 中圧入口管
44 低圧入口管
46 蒸気導入路
48 ガイド部材
50 排気室
51 排気室出口
54 フローガイド
56 断熱材
58 断熱材
59 断熱材
60 シール部
61 シール部
62 分岐流路
64A ガイド部材
64B ガイド部材
66 配管
図1
図2
図3
図4