特許 6775963 タービングランド蒸気供給システム及びこの運用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6775963

(24)【登録日】2020年10月9日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】タービングランド蒸気供給システム及びこの運用方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 11/04 20060101AFI20201019BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20201019BHJP

   F01D 11/06 20060101ALI20201019BHJP

   F01D 25/16 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   F01D11/04

   F01D25/00 M

   F01D11/06

   F01D25/16 J

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-31178(P2016-31178)

(22)【出願日】2016年2月22日

(65)【公開番号】特開2017-150332(P2017-150332A)

(43)【公開日】2017年8月31日

【審査請求日】2018年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】518131296

【氏名又は名称】三菱重工マリンマシナリ株式会社

(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】野瀬 泰一

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２２７３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１８５３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １１／０４

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０１Ｄ １１／０６

Ｆ０１Ｄ ２５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主蒸気ラインから供給される高温蒸気によって駆動する蒸気タービンのグランド部にグランド蒸気を供給するタービングランド蒸気供給システムであって、
前記高温蒸気とは異なる供給源から供給され、且つ、前記高温蒸気よりも低温の低温蒸気と、前記高温蒸気との混合蒸気を、前記グランド蒸気として、前記グランド部に供給可能に構成され、
前記グランド蒸気を貯留するグランド蒸気レシーバと、
前記低温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給する低温蒸気供給ラインと、
前記蒸気タービンの前記グランド部と前記グランド蒸気レシーバとを連通するグランド蒸気流通ラインと、
前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給するための主蒸気分岐ラインと、を備え、
前記主蒸気ラインは、前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気の流れをＯＮ／ＯＦＦするための操縦弁を含み、
前記タービングランド蒸気供給システムは、前記操縦弁から漏洩する前記高温蒸気を流す第１主蒸気漏洩ラインをさらに備え、
前記蒸気タービンが高負荷運転時から停止時又は低負荷運転時に変更された場合に、前記主蒸気分岐ラインを介して、前記高温蒸気が前記グランド蒸気レシーバに供給されるように構成された
ことを特徴とするタービングランド蒸気供給システム。

【請求項2】

前記主蒸気分岐ラインは、前記操縦弁、又は、前記主蒸気ラインにおける前記操縦弁よりも上流側に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項3】

前記主蒸気分岐ラインは、前記高温蒸気の圧力を減圧する蒸気減圧装置を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項4】

前記蒸気減圧装置は、複数のオリフィスを直列的に設けて構成される多段オリフィスからなる
ことを特徴とする請求項３に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項5】

前記低温蒸気供給ラインは、前記高温蒸気と前記低温蒸気とを混合する蒸気混合装置を含み、
前記主蒸気分岐ラインは、前記蒸気混合装置に接続される
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項6】

前記低温蒸気供給ラインは、前記蒸気混合装置よりも上流側に位置する逆止弁を含む
ことを特徴とする請求項５に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項7】

前記主蒸気分岐ラインは、前記主蒸気分岐ラインを流れる前記高温蒸気の流量を調整可能な蒸気流量調整弁を含み、
前記低温蒸気供給ラインの前記蒸気混合装置の下流側には、前記蒸気混合装置で混合された混合蒸気の温度を検出する温度検出器が設けられ、
前記温度検出器により検出された前記混合蒸気の温度が、所定の温度範囲となるように、前記蒸気流量調整弁を制御する制御装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項8】

前記制御装置は、
前記所定の温度範囲の上限温度が、前記蒸気タービンの高負荷運転時における前記蒸気タービンの前記グランド部の温度であり、前記所定の温度範囲の下限温度が、前記蒸気タービンの高負荷運転時における前記蒸気タービンの前記グランド部の温度よりも１００℃低い温度であるように設定される
ことを特徴とする請求項７に記載のタービングランド蒸気供給システム。

【請求項9】

主蒸気ラインから供給される高温蒸気によって駆動する蒸気タービンのグランド部をシールするグランド蒸気を供給するためのタービングランド蒸気供給システムの運用方法であって、
前記タービングランド蒸気供給システムは、
前記グランド蒸気を貯留するグランド蒸気レシーバと、
前記高温蒸気とは異なる供給源から供給され、且つ、前記高温蒸気よりも低温の低温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給する低温蒸気供給ラインと、
前記蒸気タービンの前記グランド部と前記グランド蒸気レシーバとを連通するグランド蒸気流通ラインと、
前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給するための主蒸気分岐ラインと、を備え、
前記主蒸気ラインは、前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気の流れをＯＮ／ＯＦＦするための操縦弁を含み、
前記タービングランド蒸気供給システムは、前記操縦弁から漏洩する前記高温蒸気を流す第１主蒸気漏洩ラインをさらに備え、
前記蒸気タービンが高負荷運転時から停止時又は低負荷運転時に変更された場合に、前記主蒸気分岐ラインを介して、前記高温蒸気が前記グランド蒸気レシーバに供給されるように構成され、
前記主蒸気分岐ラインは、前記主蒸気分岐ラインを流れる前記高温蒸気の流量を調整可能な蒸気流量調整弁を含み、
前記低温蒸気供給ラインは、前記高温蒸気と前記低温蒸気とを混合する蒸気混合装置を含み、
前記タービングランド蒸気供給システムの運用方法は、
前記蒸気混合装置で混合された混合蒸気の温度を検出する温度検出ステップと、
前記混合蒸気の温度が、所定の温度範囲となるように、前記主蒸気分岐ラインを流れる前記高温蒸気の流量を調整する流量調整ステップと、を備える
ことを特徴とするタービングランド蒸気供給システムの運用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、補機や雑用等に用いられる低温蒸気を蒸気タービンのタービングランドのシール蒸気として供給可能なタービングランド蒸気供給システム及びこの運用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンのタービングランド部にシール用のグランド蒸気を供給する方法として、例えば、蒸気タービンを駆動させる高温蒸気が流れる主蒸気ラインからシール蒸気供給ラインを分岐させ、このシール蒸気供給ラインを介して高温蒸気を蒸気タービンのグランド部に供給する方法がある（特許文献１参照）。

【0003】

この特許文献１に記載のシール蒸気供給方法は、タービン駆動時において、高温蒸気をシール蒸気供給ラインに設けられた減温器で冷却して蒸気タービンのグランド部に供給している。このため、特許文献１に記載のものは、タービン駆動時に必要な高温蒸気の一部をグランド部に供給するので、高温蒸気を無駄にし、且つ減温器が必要であるので、コストの増大を招く。

【0004】

そこで、図５に示すように、蒸気タービン１０のグランド部１０ａに供給される低温蒸気ＬＳを、高温蒸気ＨＳが流れる主蒸気ライン３とは別系統の低温蒸気供給ライン２５から供給することが考えられる。そして、この低温蒸気の供給源として、例えば、船側の所掌となる船内の補機に供給する船内雑用蒸気であるメイクアップ蒸気を利用することが考えられる。ここで、図５は、本発明の比較形態にかかるタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【0005】

この図５に記載された別系統の低温蒸気供給ライン２５は、補助ボイラ等で生成されて船内の補機等で使用されるメイクアップ蒸気（低温蒸気ＬＳ）を流すラインである。このメイクアップ蒸気（低温蒸気ＬＳ）は、低温蒸気供給ライン２５からグランド蒸気レシーバ２０に流入する。そして、グランド蒸気レシーバ２０に貯留されるグランド蒸気が、グランド蒸気流通ライン３０を介して、グランド部１０ａに供給される。これにより、蒸気タービン１０のタービン駆動時に高温蒸気ＨＳの一部をグランド部１０ａに供給する必要が無くなる。高温蒸気ＨＳをわざわざ冷やして使用することはエネルギーの無駄となるが、メイクアップ蒸気（低温蒸気ＬＳ）を利用することで、高温蒸気ＨＳを冷やす必要がなくなり、エネルギーの無駄を防止することができる。また、減温器が不要となってコストの増大を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０８−２７０４０３号広報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わると、蒸気タービン内の圧力は低下する。このため、グランド蒸気レシーバ２０に貯留されているメイクアップ蒸気がグランド蒸気流通ライン３０を介して、グランド蒸気としてグランド部に供給される。これにより、グランド部がシールされる。

【0008】

しかしながら、メイクアップ蒸気の温度は、一般的に蒸気タービンに供給される高温蒸気の温度と比較して低い。したがって、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わったときに、グランド部の温度が例えば約３７０℃であり、メイクアップ蒸気の温度が例えば約１７５℃である場合、このメイクアップ蒸気をグランド蒸気としてグランド部に供給すると、グランド部のパッキン環が冷やされて縮み、タービンロータとパッキン環とが接触する虞がある。

【0009】

本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わった際に、グランド蒸気によってグランド部のパッキン環が縮んでタービンロータとパッキン環とが接触する虞がないタービングランド蒸気供給システム及びこの運用方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システムは、
主蒸気ラインから供給される高温蒸気によって駆動する蒸気タービンのグランド部にグランド蒸気を供給するタービングランド蒸気供給システムであって、
前記高温蒸気とは異なる供給源から供給され、且つ、前記高温蒸気よりも低温の低温蒸気と、前記高温蒸気との混合蒸気を、前記グランド蒸気として、前記グランド部に供給可能に構成される。

【0011】

上記（１）に記載のタービングランド蒸気供給システムによれば、蒸気タービンのグランド部に供給されるグランド蒸気は、高温蒸気よりも低温の低温蒸気と高温蒸気との混合蒸気をグランド蒸気として、グランド部に供給可能であるので、グランド蒸気は、低温蒸気の温度よりも高い温度となる。よって、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わったときに、この低温蒸気と高温蒸気との混合蒸気をグランド蒸気としてグランド部に供給することで、グランド部がグランド蒸気によって急冷されることによるグランド部のパッキン環の縮みを抑制することができる。このため、タービンロータとパッキン環とが接触する虞を防止可能なタービングランド蒸気供給システムを実現できる。

【0012】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記グランド蒸気を貯留するグランド蒸気レシーバと、
前記低温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給する低温蒸気供給ラインと、
前記蒸気タービンの前記グランド部と前記グランド蒸気レシーバとを連通するグランド蒸気流通ラインと、
前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給するための主蒸気分岐ラインと、を備えるように構成されている。

【0013】

上記（２）に記載のタービングランド蒸気供給システムによれば、グランド蒸気レシーバと低温蒸気供給ラインとグランド蒸気流通ラインと主蒸気分岐ラインとによって、高温蒸気よりも温度の低い混合蒸気をグランド蒸気として、グランド部に供給することができる。よって、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わったときに、この低温蒸気と高温蒸気との混合蒸気をグランド蒸気としてグランド部に供給することで、グランド部がグランド蒸気によって急冷されることによるグランド部のパッキン環の縮みを抑制することができる。このため、タービンロータとパッキン環とが接触する虞を防止可能なタービングランド蒸気供給システムを実現できる。

【0014】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記主蒸気ラインは、前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気の流れをＯＮ／ＯＦＦするための操縦弁を含み、
前記主蒸気分岐ラインは、前記操縦弁、又は、前記主蒸気ラインにおける前記操縦弁よりも上流側に接続されるように構成されている。

【0015】

蒸気タービンに供給される高温蒸気は、操縦弁がＯＦＦであっても、主蒸気ラインにおける操縦弁の上流側までは常に供給されている。このため、上記（３）に記載の実施形態によれば、操縦弁のＯＮ／ＯＦＦに関わらず、主蒸気ラインを流れる高温蒸気を、主蒸気分岐ラインを介してグランド蒸気レシーバに供給することが出来る。また、操縦弁より上流側の主蒸気ラインは、船側の所掌とされる場合が多い。このため、主蒸気分岐ラインを操縦弁に接続する構成とすることで、機関側が所掌する範囲内で主蒸気分岐ラインを設けることが出来る。

【0016】

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記主蒸気分岐ラインは、前記高温蒸気の圧力を減圧する蒸気減圧装置を含むように構成される。

【0017】

上記（４）に記載の実施形態によれば、主蒸気分岐ラインは、高温蒸気の圧力を減圧する蒸気減圧装置を含む。例えば、高温蒸気の絶対圧力が約１００ataであり、低温蒸気供給ラインを流れる低温蒸気の絶対圧力が約４〜５ataである場合のように、高温蒸気と低温蒸気の圧力差が大きいと、高温蒸気と低温蒸気との混合がし難くなる。そこで、主蒸気分岐ラインに蒸気減圧装置を設けることで、高温蒸気の圧力を低下させることができる。従って、高温蒸気と低温蒸気の圧力差が小さくなり、高温蒸気と低温蒸気との混合を容易にすることができる。

【0018】

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記蒸気減圧装置は、複数のオリフィスを直列的に設けて構成される多段オリフィスからなるように構成される。

【0019】

上記（５）に記載の実施形態によれば、多段オリフィスによって高温蒸気を所定の圧力まで確実に減圧することが出来るとともに、例えば蒸気減圧装置として圧力調整弁を用いる場合と比べて、上記減圧装置のコストを安価にすることができる。

【0020】

（６）幾つかの実施形態では、上記（２）から（５）のいずれか１項に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記低温蒸気供給ラインは、前記高温蒸気と前記低温蒸気とを混合する蒸気混合装置を含み、
前記主蒸気分岐ラインは、前記蒸気混合装置に接続されるように構成される。

【0021】

主蒸気分岐ラインから低温蒸気ラインに供給される高温蒸気は、その圧力や流量によって低温蒸気ラインを流れる低温蒸気との混合状態が変化する。このため、上記（６）に記載の実施形態によれば、低温蒸気供給ラインが蒸気混合装置を含むことで、高温蒸気の圧力や流量が変化した場合であっても、高温蒸気と低温蒸気とを一定の混合状態にすることができる。

【0022】

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記低温蒸気供給ラインは、前記蒸気混合装置よりも上流側に位置する逆止弁を含むように構成される。

【0023】

主蒸気ラインを流れる高温蒸気は、低温蒸気供給ラインを流れる低温蒸気よりも一般的に高圧である。このため、上記（７）に記載の実施形態によれば、高圧の高温蒸気が主蒸気分岐ラインを介して蒸気混合装置に流入した場合に、高圧の高温蒸気が蒸気混合装置を介してグランド蒸気流通ラインの上流側へ逆流することを防止することができる。

【0024】

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記主蒸気分岐ラインは、前記主蒸気分岐ラインを流れる前記高温蒸気の流量を調整可能な蒸気流量調整弁を含み、
前記低温蒸気供給ラインの前記蒸気混合装置の下流側には、前記蒸気混合装置で混合された混合蒸気の温度を検出する温度検出器が設けられ、
前記温度検出器により検出された前記混合蒸気の温度が、所定の温度範囲となるように、前記蒸気流量調整弁を制御する制御装置をさらに備えるように構成される。

【0025】

上記（８）に記載の実施形態によれば、制御装置は、温度検出器により検出された混合蒸気の温度が、所定の温度範囲となるように、蒸気流量調整弁を制御し、主蒸気分岐ラインを流れる高温蒸気の流量を調整する。このため、グランド蒸気レシーバに供給される蒸気の温度を所定の温度範囲内にすることができる。

【0026】

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載のタービングランド蒸気供給システムにおいて、
前記制御装置は、
前記所定の温度範囲の上限温度が、前記蒸気タービンの高負荷運転時における前記蒸気タービンの前記グランド部の温度であり、前記所定の温度範囲の下限温度が、前記蒸気タービンの高負荷運転時における前記蒸気タービンの前記グランド部の温度よりも１００℃低い温度であるように設定される。

【0027】

上記所定の温度範囲の下限温度を、蒸気タービンの高負荷運転時における蒸気タービンのグランド部の温度に近づけるほど、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わる際に発生するパッキン環の縮みは抑制される。しかしながら、一方において、温度範囲が狭くなるため、蒸気流量調整弁が頻繁に作動するハンチングが発生する虞が高くなる。本発明者らが鋭意研究したところ、上記所定の温度範囲の下限温度を、蒸気タービンの高負荷運転時における蒸気タービンのグランド部の温度よりも１００℃低い温度に設定しても、グランド部のパッキン環の縮みを抑制でき、タービンロータとパッキン環との接触を防止できることを確認した。よって、所定の温度範囲の上限温度および下限温度を上記（９）に記載の実施形態のとおり設定することで、タービンロータとパッキン環との接触を防止できるとともに、蒸気流量調整弁においてハンチングが発生することを防止できる。

【0028】

（１０）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システムの運用方法は、
主蒸気ラインから供給される高温蒸気によって駆動する蒸気タービンのグランド部をシールするグランド蒸気を供給するためのタービングランド蒸気供給システムの運用方法であって、
前記タービングランド蒸気供給システムは、
前記グランド蒸気を貯留するグランド蒸気レシーバと、
前記高温蒸気とは異なる供給源から供給され、且つ、前記高温蒸気よりも低温の低温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給する低温蒸気供給ラインと、
前記蒸気タービンの前記グランド部と前記グランド蒸気レシーバとを連通するグランド蒸気流通ラインと、
前記主蒸気ラインを流れる前記高温蒸気を前記グランド蒸気レシーバに供給するための主蒸気分岐ラインと、を備え、
前記主蒸気分岐ラインは、前記主蒸気分岐ラインを流れる前記高温蒸気の流量を調整可能な蒸気流量調整弁を含み、
前記タービングランド蒸気供給システムの運用方法は、
前記蒸気混合装置で混合された混合蒸気の温度を検出する温度検出ステップと、
前記混合蒸気の温度が、所定の温度範囲となるように、前記主蒸気分岐ラインを流れる前記高温蒸気の流量を調整する流量調整ステップと、を備える。

【0029】

上記（１０）に記載のタービングランド蒸気供給システムの運用方法によれば、上記（１）に記載の実施形態と同様の効果を奏する。また、温度検出ステップによって、蒸気混合装置で混合された混合蒸気の温度を検出し、流量調整ステップによって、混合蒸気の温度が所定の温度範囲となるように主蒸気分岐ラインを流れる高温蒸気の流量を調整する。このため、低温蒸気供給ラインを流れる混合蒸気の温度を所定の温度範囲内にすることが可能なタービングランド蒸気供給システムの運用方法を実現できる。

【発明の効果】

【0030】

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、蒸気タービンが高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わった際に、グランド蒸気によってグランド部のパッキン環が縮んでタービンロータとパッキン環とが接触する虞がないタービングランド蒸気供給システム及びこの運用方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの高負荷運転時におけるグランド蒸気の流れを説明するためタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの停止時又は低負荷運転時におけるグランド蒸気の流れを説明するためタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【図4】本発明の他の実施形態にかかる主蒸気分岐ラインの主蒸気ラインに対する接続位置を説明するためのタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【図5】本発明の比較形態にかかるタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

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。例えば、「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。例えば、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。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「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。また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。

【0033】

図１は、本発明の一実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システムの系統図であり、図２は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの高負荷運転時におけるグランド蒸気の流れを説明するためタービングランド蒸気供給システムの系統図であり、図３は、本発明の一実施形態にかかる蒸気タービンの停止時又は低負荷運転時におけるグランド蒸気の流れを説明するためタービングランド蒸気供給システムの系統図である。

【0034】

本発明の一実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システム１は、図１に示すように、主蒸気ライン３から供給される高温蒸気ＨＳによって駆動する蒸気タービン１０のグランド部１０ａをシールするグランド蒸気ＧＳを供給するためのものである。先ず、タービングランド蒸気供給システム１について具体的に説明する前に、タービングランド蒸気供給システム１が適用される蒸気タービン１０の全体構成について説明する。

【0035】

図示した実施形態のタービングランド蒸気供給システム１は、例えば、ＬＮＧ船等の船舶の推進用の舶用主機タービン設備に用いられる。蒸気タービン１０は、舶用主機タービン設備の主動力機として用いられ、例えば、再熱式の蒸気タービンであり、ＨＰタービン１１と、ＩＰタービン（中圧側タービン）１３と、ＬＰタービン（低圧側タービン）１５と、ＡＳＴタービン１７と、を備えている。

【0036】

ＨＰタービン１１には、主蒸気ライン３を介して主ボイラ４３から高温蒸気ＨＳが供給され、これによりＨＰタービン１１が回転駆動される。ＨＰタービン１１から排気された蒸気は再加熱されてＩＰタービン１３に供給される。ＩＰタービン１３は、再加熱された蒸気により回転駆動される。ＩＰタービン１３とＨＰタービン１１とは共通の第１軸１２に設けられている。

【0037】

ＬＰタービン１５には、ＩＰタービン１３から排気される蒸気が供給され、これによりＬＰタービン１５が回転駆動される。ＬＰタービン１５から排気された蒸気は凝縮されて復水となる。ＡＳＴタービン１７は、船舶が後進する際に用いられ、主蒸気ライン３の途中から枝分かれした後進用主蒸気ライン４５を介して主ボイラ４３からの高温蒸気ＨＳが直接供給され、これによりＡＳＴタービン１７が回転駆動されるようになっている。また、ＡＳＴタービン１７とＬＰタービン１５とは共通の第２軸１６に設けられている。

【0038】

第１軸１２及び第２軸１６は、プロペラに繋がる主軸に連結されて、主軸を介してプロペラが回転して船舶の推進力が得られるようになっている。

【0039】

次に、本発明の一実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システム１について、具体的に説明する。本発明の一実施形態にかかるタービングランド蒸気供給システム１は、図１に示したように、グランド蒸気レシーバ２０と、低温蒸気供給ライン２５と、グランド蒸気流通ライン３０と、主蒸気分岐ライン４０と、を備えて構成される。

【0040】

グランド蒸気レシーバ２０は、蒸気タービン１０のグランド部１０ａをシールするためのグランド蒸気ＧＳを貯留するものである。図示した実施形態では、グランド蒸気レシーバ２０は、ＨＰタービン１１とＬＰタービン１５との間に配設されている。また、グランド蒸気レシーバ２０に貯留されるグランド蒸気ＧＳの圧力を一定にするため、グランド蒸気レシーバ２０に連通するグランド蒸気排気ライン４７には、一定以上の圧力となった蒸気を排出するスピル弁４８が設けられている。

【0041】

低温蒸気供給ライン２５は、高温蒸気ＨＳとは異なる供給源２３から供給され、且つ、高温蒸気ＨＳよりも低温の低温蒸気ＬＳをグランド蒸気レシーバ２０に供給するためのものである。図示した実施形態では、高温蒸気ＨＳの供給源（主ボイラ４３）とは異なる供給源２３である小型ボイラから供給される低温蒸気ＬＳ（メイクアップ蒸気）が流通する。この低温蒸気ＬＳは、船側の所掌となる船内の補機や雑用等に用いられる蒸気であり、本実施形態では、この低温蒸気ＬＳをグランド部１０ａのシール蒸気として利用する場合を示している。

【0042】

グランド蒸気流通ライン３０は、蒸気タービン１０のグランド部１０ａとグランド蒸気レシーバ２０とを連通するためのものである。図示した実施形態では、グランド蒸気流通ライン３０は、ＨＰタービン１１のグランド部１１ａとグランド蒸気レシーバ２０と連通する第１グランド蒸気流通ライン３１と、ＩＰタービン１３のグランド部１３ａとグランド蒸気レシーバ２０と連通する第２グランド蒸気流通ライン３２と、ＬＰタービン１５のグランド部１５ａとグランド蒸気レシーバ２０と連通する第３グランド蒸気流通ライン３３と、ＡＳＴタービン１７のグランド部１７ａとグランド蒸気レシーバ２０と連通する第４グランド蒸気流通ライン３４とを備える。

【0043】

主蒸気分岐ライン４０は、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳをグランド蒸気レシーバ２０に供給するためのものである。図示した実施形態では、主蒸気分岐ライン４０は、前進用操縦弁５０、又は、主蒸気ライン３における前進用操縦弁５０よりも上流側に接続されている。前進用操縦弁５０は主蒸気ライン３の下流側に設けられている。前進用操縦弁５０については後述する。

【0044】

また、図示した実施形態では、前進用操縦弁５０と第３グランド蒸気流通ライン３３とは、第１主蒸気漏洩ライン５３を介して接続されている。また、ＨＰタービン１１及びＩＰタービン１３の入口には、ノズル弁５５が設けられている。このノズル弁５５は主蒸気ライン３に連通し、主蒸気ライン３から流入する高温蒸気ＨＳの流量を加減する。また、ノズル弁５５から漏洩する高温蒸気ＨＳは、第１グランド蒸気流通ライン３１に接続された第２主蒸気漏洩ライン５７、及び第２グランド蒸気流通ライン３２に接続された第３主蒸気漏洩ライン５８に流通するように構成されている。

【0045】

また、図示した実施形態では、ＡＳＴタービン１７の入口には、後進用操縦弁６０を介して後進用主蒸気ライン４５が接続されている。後進用操縦弁６０は、後進用主蒸気ライン４５から流入される主蒸気の圧力と流量を調整する。後進用操縦弁６０には、主蒸気ライン３から供給されて漏洩する主蒸気をグランド蒸気レシーバ２０に流すための第４主蒸気漏洩ライン５９が接続されている。

【0046】

このように構成されたタービングランド蒸気供給システム１において、蒸気タービン１０の高負荷運転時における蒸気の流れについて、図２を参照しながら説明する。蒸気タービン１０の高負荷運転時には、図２に示すように、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳが蒸気タービン１０（ＨＰタービン１１、ＩＰタービン１３、ＬＰタービン１５）内を流れるとともに、その一部が蒸気タービン１０のグランド部１０ａ（１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７ａ）から流出する。そして、グランド部１０ａから流出した高温蒸気ＨＳは、グランド蒸気流通ライン３０（３１、３２、３３，３４）を介してグランド蒸気レシーバ２０に流入する。本実施形態では、高負荷運転時において、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳの温度は、例えば約５５５℃であり、グランド部１０ａ（１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７ａ）の温度は約３７０℃である。

【0047】

一方、蒸気タービン１０が高負荷運転時から停止時又は低負荷運転に変更された場合には、図３に示すように、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳは、前進用操縦弁５０、主蒸気分岐ライン４０及び低温蒸気供給ライン２５を介してグランド蒸気レシーバ２０に供給される。また、低温蒸気ＬＳ（メイクアップ蒸気）は、低温蒸気供給ライン２５を介してグランド蒸気レシーバ２０に供給される。このため、低温蒸気ＬＳと高温蒸気ＨＳはグランド蒸気レシーバ２０で混合された蒸気となり、この混合された蒸気は高温蒸気ＨＳの温度（例えば、約５５５℃）よりも低く且つ低温蒸気ＬＳ（例えば、約１７５℃）の温度より高い温度（例えば、約３００℃、運転状況によって、２７０℃〜３７０℃の範囲に変動する。）になって、グランド蒸気としてグランド蒸気流通ライン３０（３１、３２、３３、３４）を通って蒸気タービン１０のグランド部１０ａに供給される。ここで、蒸気タービン１０が高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わったときには、この低温蒸気ＬＳと高温蒸気ＨＳとの混合蒸気ＫＳがグランド蒸気としてグランド部１０ａ（１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７ａ）に供給される。

【0048】

このように、本実施形態のタービングランド蒸気供給システム１は、グランド蒸気ＧＳを貯留するグランド蒸気レシーバ２０と、高温蒸気ＨＳとは異なる供給源２３から供給され、且つ、高温蒸気ＨＳよりも低温の低温蒸気ＬＳをグランド蒸気レシーバ２０に供給する低温蒸気供給ライン２５と、蒸気タービン１０のグランド部１０ａとグランド蒸気レシーバ２０とを連通するグランド蒸気流通ライン３０と、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳをグランド蒸気レシーバ２０に供給するための主蒸気分岐ライン４０と、を備えている。このため、蒸気タービン１０が高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わったときに、グランド部１０ａの温度は高温蒸気ＨＳの温度に近い温度であり、グランド蒸気ＧＳの温度は低温蒸気ＬＳの温度よりも高い温度になっているので、グランド蒸気ＧＳをグランド部１０ａに供給してもグランド部１０ａの急冷によるパッキン環の縮みを抑制することができる。これにより、タービンロータとパッキン環とが接触する虞を防止可能なタービングランド蒸気供給システム１を実現することができる。

【0049】

また、幾つかの実施形態では、図２及び図３に示すように、主蒸気ライン３は、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳの流れをＯＮ／ＯＦＦするための前進用操縦弁５０を含み、主蒸気分岐ライン４０は、前進用操縦弁５０、又は、主蒸気ライン３における前進用操縦弁５０よりも上流側に接続される。図示した実施形態では、主蒸気ライン３の下流側に前進用操縦弁５０が設けられている。前進用操縦弁５０は、蒸気タービン１０が高負荷運転時には（図２参照）、前進用操縦弁５０を全開状態にして主蒸気ライン３からの高温蒸気ＨＳをＨＰタービン１１及びＩＰタービン１３に供給する。また、蒸気タービン１０が低負荷運転時には（図３参照）、前進用操縦弁５０の開度を小さくして主蒸気ライン３からの高温蒸気ＨＳを低流量にした状態でＨＰタービン１１、ＩＰタービン１３及び主蒸気分岐ライン４０に供給する。また蒸気タービン１０が停止時には（図３参照）、前進用操縦弁５０を閉じた状態にして、主蒸気ライン３からＨＰタービン１１、ＩＰタービン１３及び主蒸気分岐ライン４０への主蒸気の供給を遮断するように構成されている。

【0050】

なお、前進用操縦弁５０に接続される主蒸気分岐ライン４０は、前進用操縦弁５０の本体内に収容された弁体よりも上流側の本体内に形成された蒸気室内に連通するように接続される。このため、主蒸気分岐ライン４０は、前進用操縦弁５０がＯＦＦ状態（弁体が閉止している状態）であっても蒸気室を介して主蒸気ライン３に連通しており、高温蒸気ＨＳは蒸気室を介して主蒸気分岐ライン４０に流通可能である。

【0051】

このように、蒸気タービン１０に供給される高温蒸気ＨＳは、前進用操縦弁５０がＯＦＦ状態であっても、主蒸気ライン３における前進用操縦弁５０の上流側までは常に供給されている。このため、上記の実施形態によれば、前進用操縦弁５０のＯＮ／ＯＦＦに関わらず、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳを、主蒸気分岐ライン４０を介してグランド蒸気レシーバ２０に供給することが出来る。また、前進用操縦弁５０より上流側の主蒸気ライン３は、船側の所掌とされる場合が多い。このため、主蒸気分岐ライン４０を前進用操縦弁５０に接続する構成とすることで、機関側が所掌する範囲内で主蒸気分岐ライン４０を設けることが出来る。

【0052】

また、幾つかの実施形態では、主蒸気分岐ライン４０は、高温蒸気ＨＳの圧力を減圧する蒸気減圧装置６２を含む。図示した実施形態では、例えば、高温蒸気ＨＳの絶対圧力が約１００ataであり、低温蒸気供給ライン２５を流れる低温蒸気ＬＳの絶対圧力が約４〜５ataである場合のように、高温蒸気ＨＳと低温蒸気ＬＳの圧力差が大きいと、高温蒸気ＨＳと低温蒸気ＬＳとの混合がし難くなる。そこで、主蒸気分岐ライン４０に蒸気減圧装置６２を設けることで、高温蒸気ＨＳの圧力を低下させることができる。従って、高温蒸気ＨＳと低温蒸気ＬＳの圧力差が小さくなり、高温蒸気ＨＳと低温蒸気ＬＳとの混合を容易にすることができる。

【0053】

また、図示した実施形態では、蒸気減圧装置６２は、複数のオリフィスを直列的に設けて構成される多段オリフィスからなるように構成される。多段オリフィスによって高温蒸気ＨＳを所定の圧力まで確実に減圧することが出来るとともに、例えば蒸気減圧装置６２として圧力調整弁を用いる場合と比べて、上記減圧装置のコストを安価にすることができる。

【0054】

また、幾つかの実施形態では、低温蒸気供給ライン２５は、高温蒸気ＨＳと低温蒸気ＬＳとを混合する蒸気混合装置６５を含み、主蒸気分岐ライン４０は、蒸気混合装置６５に接続されるように構成される。図示した実施形態では、蒸気混合装置６５は、低温蒸気供給ライン２５の上流側に設けられ、蒸気混合装置６５に主蒸気分岐ライン４０が接続されている。

【0055】

主蒸気分岐ライン４０から低温蒸気供給ライン２５に供給される高温蒸気ＨＳは、その圧力や流量によって低温蒸気供給ライン２５を流れる低温蒸気ＬＳとの混合状態が変化する。そこで、低温蒸気供給ライン２５が蒸気混合装置６５を含むことで、高温蒸気ＨＳの圧力や流量が変化した場合であっても、高温蒸気ＨＳと低温蒸気ＬＳとを一定の混合状態にすることができる。

【0056】

また、幾つかの実施形態では、低温蒸気供給ライン２５は、蒸気混合装置６５よりも上流側に位置する逆止弁６７を含むように構成される。図示した実施形態では、逆止弁６７は低温蒸気供給ライン２５の上流側から下流側への流れを許容する一方、下流側から上流側への流れを遮断するように構成されている。

【0057】

主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳは、低温蒸気供給ライン２５を流れる低温蒸気ＬＳよりも高圧である。このため、高温蒸気ＨＳが主蒸気分岐ライン４０を介して蒸気混合装置６５に流入した場合、高温蒸気ＨＳが蒸気混合装置６５を介して低温蒸気供給ライン２５の上流側へ逆流する虞がある。そこで、蒸気混合装置６５よりも上流側に位置する逆止弁６７を設けることで、低温蒸気供給ライン２５における高温蒸気ＨＳの逆流を防止することができる。

【0058】

また、幾つかの実施形態では、主蒸気分岐ライン４０は、主蒸気分岐ライン４０を流れる高温蒸気ＨＳの流量を調整可能な蒸気流量調整弁６９を含み、低温蒸気供給ライン２５の蒸気混合装置６５の下流側には、蒸気混合装置６５で混合された混合蒸気ＫＳの温度を検出する温度検出器７１が設けられ、温度検出器７１により検出された混合蒸気ＫＳの温度が、所定の温度範囲となるように、蒸気流量調整弁６９を制御する制御装置７３をさらに備える。図示した実施形態では、蒸気流量調整弁６９は弁の開度を調整可能な電磁式等の流量制御弁である。蒸気流量調整弁６９の開度が制御装置７３によって制御される。

【0059】

制御装置７３は、温度検出器７１により検出された混合蒸気ＫＳの温度が、所定の温度範囲となるように、蒸気流量調整弁６９を制御し、主蒸気分岐ライン４０を流れる高温蒸気ＨＳの流量を調整する。このため、グランド蒸気レシーバ２０に供給される蒸気の温度を所定の温度範囲内にすることができる。

【0060】

また、幾つかの実施形態では、制御装置７３は、所定の温度範囲の上限温度が、蒸気タービン１０の高負荷運転時における蒸気タービン１０のグランド部１０ａ（１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７ａ）の温度であり、所定の温度範囲の下限温度が、蒸気タービン１０の高負荷運転時における蒸気タービン１０のグランド部１０ａ（１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７ａ）の温度よりも１００℃低い温度であるように設定される。

【0061】

上記所定の温度範囲の下限温度を、蒸気タービン１０の高負荷運転時における蒸気タービン１０のグランド部１０ａの温度（例えば約３７０℃）に近づけるほど、蒸気タービン１０が高負荷運転から停止又は低負荷運転に切り替わる際に発生するパッキン環の縮みは抑制される。しかしながら、一方において、温度範囲が狭くなるため、蒸気流量調整弁６９が頻繁に作動するハンチングが発生する虞が高くなる。本発明者らが鋭意研究したところ、上述した所定の温度範囲の下限温度を、蒸気タービン１０の高負荷運転時における蒸気タービン１０のグランド部１０ａの温度よりも１００℃低い温度に設定しても、グランド部１０ａのパッキン環の縮みを抑制でき、タービンロータとパッキン環との接触を防止できることを確認した。よって、所定の温度範囲の上限温度および下限温度を上述した実施形態のとおり設定することで、タービンロータとパッキン環との接触を防止できるとともに、蒸気流量調整弁６９においてハンチングが発生することを防止できる。

【0062】

また、幾つかの実施形態では、タービングランド蒸気供給システム１は、グランド蒸気ＧＳを貯留するグランド蒸気レシーバ２０と、高温蒸気ＨＳとは異なる供給源２３から供給され、且つ、高温蒸気ＨＳよりも低温の低温蒸気ＬＳをグランド蒸気レシーバ２０に供給する低温蒸気供給ライン２５と、蒸気タービン１０のグランド部１０ａとグランド蒸気レシーバ２０とを連通するグランド蒸気流通ライン３０と、主蒸気ライン３を流れる高温蒸気ＨＳをグランド蒸気レシーバ２０に供給するための主蒸気分岐ライン４０と、を備え、主蒸気分岐ライン４０は、主蒸気分岐ライン４０を流れる高温蒸気ＨＳの流量を調整可能な蒸気流量調整弁６９を含み、タービングランド蒸気供給システム１の運用方法は、蒸気混合装置６５で混合された混合蒸気ＫＳの温度を検出する温度検出ステップと、混合蒸気ＫＳの温度が、所定の温度範囲となるように、主蒸気分岐ライン４０を流れる高温蒸気ＨＳの流量を調整する流量調整ステップと、を備える。

【0063】

このような実施形態によれば、温度検出ステップによって、蒸気混合装置６５で混合された混合蒸気ＫＳの温度を検出し、流量調整ステップによって、混合蒸気ＫＳの温度が所定の温度範囲となるように低温蒸気供給ライン２５を流れる高温蒸気ＨＳの流量を調整する。このため、低温蒸気供給ライン２５を流れる混合蒸気ＫＳの温度を所定の温度範囲内にすることが可能なタービングランド蒸気供給システム１の運用方法を実現できる。

【0064】

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。図４は、本発明の他の実施形態にかかる主蒸気分岐ライン４０の主蒸気ライン３に対する接続位置を説明するためのタービングランド蒸気供給システム１の系統図である。例えば、前述した実施形態では、主蒸気分岐ライン４０を前進用操縦弁５０に接続した場合を示したが、図４（ａ）に示すように、主蒸気分岐ライン４０は前進用操縦弁５０に接続されたドレンライン８１に接続されて、前進用操縦弁５０を介してドレンライン８１に連通している。図示した実施形態では、ドレンライン８１には上流側から下流側へ向かってオリフィス８２、流量調整弁８３、フラッシュチャンバ８４が設けられている。この場合、ドレンライン８１は、前進用操縦弁５０の本体内に収容された弁体よりも上流側の本体内に形成された蒸気室内に連通するように接続される。このため、ドレンライン８１は弁体の開閉に拘わらずに主蒸気ライン３に連通して、高温蒸気ＨＳは、蒸気室を介してドレンライン８１に流通可能である。

【0065】

また、図４（ｂ）に示すように、主蒸気分岐ライン４０は前進用操縦弁５０に接続された主蒸気ライン３のうち前進用操縦弁５０よりも上流側の主蒸気ライン３に接続されてもよい。

【0066】

また、低温蒸気供給ライン２５には、混合蒸気ＫＳの流通を許容又は遮断する流量調整弁７７を設けてもよい。図示した実施形態では、流量調整弁７７はＯＮ／ＯＦＦ弁であり、混合蒸気が必要なときだけ開弁するように構成される。流量調整弁７７は、開閉検知センサ７９（例えば、リミットスイッチ）によって流量調整弁７７の開閉状態が検知されてもよい。この場合、開閉検知センサ７９によって流量調整弁７７が開状態であることを検知されているときに、制御装置７３は蒸気流量調整弁６９の開度を制御する。また、低温蒸気供給ライン２５の流量調整弁７７と蒸気混合装置との間の低温蒸気供給ライン２５上には、上流側から下流側に向かってドレンセパレータ８５及びＹストレーナ８６が設けられてもよい。この場合、低温蒸気供給ライン２５を流れる蒸気に含まれる水分がドレンセパレータ８５によって分離・除去され、また蒸気に含まれる異物やごみがＹストレーナ８６によって除去される。そして、異物等の除去時に流出する蒸気はドレンライン８１に送られる。

【符号の説明】

【0067】

１ タービングランド蒸気供給システム
３ 主蒸気ライン
５ 歯車減速機
１０ 蒸気タービン
１０ａ、１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７ａ グランド部
１１ ＨＰタービン
１２ 第１軸
１３ ＩＰタービン
１５ ＬＰタービン
１６ 第２軸
１７ ＡＳＴタービン
２０ グランド蒸気レシーバ
２３ 供給源
２５ 低温蒸気供給ライン
３０ グランド蒸気流通ライン
３１ 第１グランド蒸気流通ライン
３２ 第２グランド蒸気流通ライン
３３ 第３グランド蒸気流通ライン
３４ 第４グランド蒸気流通ライン
４０ 主蒸気分岐ライン
４３ 主ボイラ
４５ 後進用主蒸気ライン
４７ グランド蒸気排気ライン
４８ スピル弁
５０ 前進用操縦弁
５３ 第１主蒸気漏洩ライン
５５ ノズル弁
５７ 第２主蒸気漏洩ライン
５８ 第３主蒸気漏洩ライン
５９ 第４主蒸気漏洩ライン
６０ 後進用操縦弁
６２ 蒸気減圧装置
６５ 蒸気混合装置
６７ 逆止弁
６９ 蒸気流量調整弁
７１ 温度検出器
７３ 制御装置
７５ 主蒸気連通ライン
７７、８３ 流量調整弁
７９ 開閉検知センサ
８１ ドレンライン
８２ オリフィス
８４ フラッシュチャンバ
８５ ドレンセパレータ
８６ Ｙストレーナ
ＧＳ グランド蒸気
ＨＳ 高温蒸気
ＫＳ 混合蒸気
ＬＳ 低温蒸気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】