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(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】
(24)【登録日】2024-04-16
(45)【発行日】2024-04-24
(54)【発明の名称】蒸気タービンプラント及びその改良方法
(51)【国際特許分類】
F01K 9/00 20060101AFI20240417BHJP
F01D 17/10 20060101ALI20240417BHJP
F01D 25/32 20060101ALI20240417BHJP
【ＦＩ】
F01K9/00 E
F01D17/10 G
F01D25/32 Z
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022042175
(22)【出願日】2022-03-17
(65)【公開番号】P2023136482
(43)【公開日】2023-09-29
【審査請求日】2022-11-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】坂中 貴一
【審査官】藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－２０００１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭４６－００５８４３（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開平１０－１０３０１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０２７７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０５１１０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｋ ９／００
Ｆ０１Ｄ １７／１０
Ｆ０１Ｄ ２５／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸気発生源から供給される蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器と、
前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器を含み、前記復水器に接続されたガス抽出系統とを備え、
前記蒸気タービンは、
軸方向一方側及び軸方向他方側にそれぞれ第１シャフト部及び第２シャフト部を有し、前記蒸気発生源から供給された蒸気によって回転駆動するタービンロータと、
前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部が貫通した状態で前記タービンロータを収容するケーシングと、
前記第１シャフト部と前記ケーシングとの間の第１隙間に対して設けられた第１のグランドシール及び前記第２シャフト部と前記ケーシングとの間の第２隙間に対して設けられた第２のグランドシールとを含み、
前記第１のグランドシールには、前記第１のグランドシールに流入した気体を排出するための第１の排出系統のみが接続され、
前記第２のグランドシールには、前記第２のグランドシールに流入した気体を排出するための第２の排出系統のみが接続され、
前記第１の排出系統は、前記第１のグランドシールに流入した気体を前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導くように前記ガス抽出系統に接続され、
前記第２の排出系統は、前記第２のグランドシールに流入した気体を前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導くように前記ガス抽出系統に接続され、
前記ガス抽出器は、予め定められた閾値以上の容量を有し、
前記閾値は、前記復水器が要求される凝縮すべき蒸気量に基づいて決定され、
前記閾値は以下の式によって規定されている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【数1】
【請求項2】
請求項１に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記蒸気タービンは、前記蒸気発生源から供給された蒸気が２方向に分流して前記タービンロータを回転駆動して前記タービンロータにおける前記軸方向一方側と前記軸方向他方側の２方向から排出される複流排気式のタービンによって構成され、
前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールはそれぞれ、前記蒸気タービンの外部側から内部側に向かって間隔をあけて配置された第１シール部と第２シール部とを含み、
前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールはそれぞれ、前記第１シール部と前記第２シール部とによって区画され、圧力調整が可能なチャンバを１つのみ有し、
前記第１の排出系統は、一方側が前記第１のグランドシールの前記チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第１排出ラインによって構成され、
前記第２の排出系統は、一方側が前記第２のグランドシールの前記チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第２排出ラインによって構成されている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項3】
請求項２に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記第１排出ラインおよび前記第２排出ラインは、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構の設置が回避されるように構成されている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項4】
請求項１に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記蒸気タービンは、前記蒸気発生源から供給された蒸気が分流せずに前記タービンロータの前記軸方向一方側から前記軸方向他方側に流れて１方向から排出される単流排気式のタービンによって構成され、
前記第２のグランドシールは、前記蒸気タービンの外部側から内部側に向かって間隔をあけて配置された第１シール部と第２シール部とを含み、
前記第２のグランドシールは、前記第１シール部と前記第２シール部とによって区画され、圧力調整が可能なチャンバを１つのみ有し、
前記第２の排出系統は、一方側が前記第２のグランドシールの前記チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第２排出ラインによって構成されている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項5】
請求項４に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記第２排出ラインは、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構の設置が回避されるように構成されている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項6】
蒸気発生源から供給される蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器と、
前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器を含み、前記復水器に接続されたガス抽出系統とを備え、
前記蒸気タービンは、
軸方向一方側及び軸方向他方側にそれぞれ第１シャフト部及び第２シャフト部を有し、前記蒸気発生源から供給された蒸気によって回転駆動するタービンロータと、
前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部が貫通した状態で前記タービンロータを収容するケーシングと、
前記第１シャフト部と前記ケーシングとの間の第１隙間に対して設けられた第１のグランドシール及び前記第２シャフト部と前記ケーシングとの間の第２隙間に対して設けられた第２のグランドシールとを含み、
前記第１のグランドシールには、前記第１のグランドシールに流入した気体を排出するための第１の排出系統のみが接続され、
前記第２のグランドシールには、前記第２のグランドシールに流入した気体を排出するための第２の排出系統のみが接続され、
前記第１の排出系統は、前記第１のグランドシールに流入した気体を前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導くように前記ガス抽出系統に接続され、
前記第２の排出系統は、前記第２のグランドシールに流入した気体を前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導くように前記ガス抽出系統に接続され、
前記蒸気タービンは、前記蒸気発生源から供給された蒸気が分流せずに前記タービンロータの前記軸方向一方側から前記軸方向他方側に流れて１方向から排出される単流排気式のタービンによって構成され、
前記第１のグランドシールは、前記蒸気タービンの外部側から内部側に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部と第２シール部と第３シール部とを含み、
前記第１のグランドシールは、前記第１シール部と前記第２シール部とによって区画され圧力調整が可能な第１チャンバ、及び、前記第２シール部と前記第３シール部とによって区画され圧力調整が可能な第２チャンバを有し、
前記第１の排出系統は、一方側が前記第１チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第１ラインと、一方側が前記第２チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第２ラインとで構成され、
前記第２ラインは、前記第２チャンバと前記ガス抽出系統とに接続される主ラインと、前記主ラインから分岐し前記蒸気タービンにおける前記軸方向一方側と前記軸方向他方側との間の中途位置に接続される分岐ラインとを有し、
前記第２ラインの前記主ライン上であって、前記分岐ラインとの分岐点と前記ガス抽出系統との接続点との間に第１の開閉弁が設けられ、
前記第２ラインの前記分岐ライン上に第２の開閉弁が設けられている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項7】
請求項６に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記第１ライン上に圧力調整機構が設けられている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項8】
請求項６に記載の蒸気タービンプラントにおいて、前記第２チャンバ内の圧力に対応する圧力を検出する圧力センサと、
前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記蒸気タービンの起動前において、前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁を開状態にし、
前記蒸気タービンの起動時において、前記第１の開閉弁を開状態にする一方、前記第２の開閉弁を閉状態にし、
前記蒸気タービンの負荷運転時において、前記圧力センサの検出値が予め定められた圧力閾値を超えている場合には、前記第１の開閉弁を閉状態にする一方、前記第２の開閉弁を開状態にするように構成されている
ことを特徴とする蒸気タービンプラント。
【請求項9】
蒸気発生源から供給された蒸気によって回転駆動するタービンロータ、前記タービンロータにおける軸方向一方側の第１シャフト部及び軸方向他方側の第２シャフト部が貫通した状態で前記タービンロータを収容するケーシング、前記第１シャフト部と前記ケーシングとの間の第１隙間に対して設けられた第１のグランドシール及び前記第２シャフト部と前記ケーシングとの間の第２隙間に対して設けられた第２のグランドシールを含む蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器と、
前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器を含み、前記復水器に接続されたガス抽出系統と、
前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールに接続され、前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールに対してグランド蒸気を供給するグランド蒸気供給系統と、
一方側が前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールに接続され、前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールに流入した気体を外部へ導き排出する排出系統とを備える蒸気タービンプラントを改良する蒸気タービンプラントの改良方法であって、
前記グランド蒸気供給系統を廃止し、
前記排出系統の他方側を、前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールに流入した気体が前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導かれるように、前記ガス抽出系統に接続する変更を行い、
前記蒸気タービンは、前記蒸気発生源から供給された蒸気が分流せずに前記タービンロータの前記軸方向一方側から前記軸方向他方側に流れて１方向から排出される単流排気式のタービンによって構成され、
前記第１のグランドシール及び前記第２のグランドシールがそれぞれ、前記蒸気タービンの外部側から内部側に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部と第２シール部と第３シール部とを含むと共に、前記第１シール部と前記第２シール部とによって区画された第１チャンバ及び前記第２シール部と前記第３シール部とによって区画された第２チャンバを有し、
前記排出系統が、前記第１のグランドシールの前記第１チャンバに接続された排出ラインのみで構成される第１の排出系統と、前記第２のグランドシールの前記第１チャンバに接続された排出ラインのみで構成される第２の排出系統と有する構成に対して、
前記第１の排出系統を、一方側が前記第１のグランドシールの前記第１チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第１ラインと、一方側が前記第１のグランドシールの前記第２チャンバに接続されると共に他方側が前記ガス抽出系統に接続される第２ラインとで構成されるように変更し、
前記第２ラインを、前記第１のグランドシールの前記第２チャンバと前記ガス抽出系統とを接続する主ラインと、前記主ラインから分岐し前記蒸気タービンにおける前記軸方向一方側と前記軸方向他方側との間の中途位置に接続される分岐ラインとを含むように構成し、
前記第２ラインの前記主ライン上であって、前記分岐ラインとの分岐点と前記ガス抽出系統との接続点との間に第１の開閉弁を設け、
前記第２ラインの前記分岐ライン上に第２の開閉弁を設ける
ことを特徴とする蒸気タービンプラントの改良方法。
【請求項10】
請求項９に記載の蒸気タービンプラントの改良方法において、前記第１ライン上に圧力調整機構を設ける
ことを特徴とする蒸気タービンプラントの改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蒸気タービンプラント及びその改良方法に係り、更に詳しくは、蒸気タービンの軸封システムを備えたプラント及びその改良方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発電プラントなどに用いられる蒸気タービンは、蒸気発生源から供給された蒸気によってタービンロータが回転駆動されることで発電機などの負荷を駆動する。蒸気タービンでは、タービンロータがケーシングに収容されており、タービンロータのシャフト部がケーシングを貫通している。そのため、タービンロータの当該シャフト部とケーシングの当該貫通部分との間には隙間が形成されている。蒸気タービンプラントでは、タービン内部の蒸気の当該隙間を介したケーシング外への漏出やタービン外部の空気（外気）の当該隙間を介したタービン内部への流入を防ぐため、当該隙間に対してグランドシールを設けると共にグランドシールに対してグランド蒸気を供給することで軸封するシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【0003】
特許文献１に記載の技術では、タービンの後段の復水器と復水器から不凝縮性ガスを抽出して系外に排出するガス抽出器とを組み合せた地熱復水タービンにおいて、グランド蒸気排気システムが次のように構成されている。グランド蒸気排気システムは、タービンのグランドパッキン部から引出したグランド蒸気排出ラインを圧力調整用の絞り（オリフィス）を介して復水器に接続されたガス抽出器の吸込側に接続するように構成されている。このグランド蒸気排気システムでは、グランド漏洩蒸気及び軸端から吸い込んだ空気（外気）を復水器から抽出した不凝縮性ガスと一緒にガス抽出器を介して系外（大気中）へ排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０００-２７７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
復水器を備えた蒸気タービンプラントでは、上述の隙間を介した外気（空気）のタービン内部への流入を防止することは重要である。なぜなら、空気は不凝縮ガスなので、タービン内部へ流入した空気（外気）が最終的に復水器に流入して滞留すると、復水器の真空度が悪化してしまう。復水器の真空度が悪化すると、タービンの排圧が上昇してタービン出力が低下する。その結果、蒸気タービンプラントの効率が悪化してしまう。このようなプラント効率の悪化を抑制するためには、外気（空気）のタービン内部への流入を防止する必要がある。
【0006】
特許文献１に記載の地熱復水タービンプラントのようにグランドパッキンにグランド蒸気を供給することは、外気（空気）のタービン内部への流入を防止する有効な手段である。しかし、そのような技術は、グランド蒸気をグランドパッキンに供給するための設備、例えば、グランド蒸気ヘッダやグランド蒸気供給ラインなどを要する。蒸気タービンプラントではシステム構成の簡素化が求められており、本発明者らはグランド蒸気を投入せずに外気（空気）のタービン内部への流入を防止する蒸気タービンの軸封システムを検討した。
【0007】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、外気の蒸気タービン内部への流入を防止しつつ蒸気タービンの軸封システムを簡素化することができる蒸気タービンプラント及びその改良方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、蒸気発生源から供給される蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器と、前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器を含み、前記復水器に接続されたガス抽出系統とを備え、前記蒸気タービンは、軸方向一方側及び軸方向他方側にそれぞれ第１シャフト部及び第２シャフト部を有し、前記蒸気発生源から供給された蒸気によって回転駆動するタービンロータと、前記第１シャフト部及び前記第２シャフト部が貫通した状態で前記タービンロータを収容するケーシングと、前記第１シャフト部と前記ケーシングとの間の第１隙間に対して設けられた第１のグランドシール及び前記第２シャフト部と前記ケーシングとの間の第２隙間に対して設けられた第２のグランドシールとを含み、前記第１のグランドシールには、前記第１のグランドシールに流入した気体を排出するための第１の排出系統のみが接続され、前記第２のグランドシールには、前記第２のグランドシールに流入した気体を排出するための第２の排出系統のみが接続され、前記第１の排出系統は、前記第１のグランドシールに流入した気体を前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導くように前記ガス抽出系統に接続され、前記第２の排出系統は、前記第２のグランドシールに流入した気体を前記復水器を介さずに前記ガス抽出器に導くように前記ガス抽出系統に接続され、前記ガス抽出器は、予め定められた閾値以上の容量を有し、前記閾値は、前記復水器が要求される凝縮すべき蒸気量に基づいて決定され、前記閾値は以下の式によって規定されていることを特徴とする。
ここで、Ｘは前記復水器に対して要求される凝縮すべき蒸気量を、Ｙは前記ガス抽出器の容量の前記閾値を示している。Ｘ及びＹの単位はｌｂ／ｈｒである。
【数1】
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、復水器の真空度を保持するためのガス抽出器を用いて第１のグランドシール及び第２のグランドシールに流入する外気を吸引するので、第１のグランドシール及び第２のグランドシールに対してグランド蒸気を供給することなく、第１のグランドシール及び第２のグランドシールを介した外気の蒸気タービン内部への流入を防止することができる。このため、蒸気タービンの軸封システムには、グランド蒸気を第１のグランドシール及び第２のグランドシールに供給するための設備が不要である。すなわち、蒸気タービン内部への外気の流入を防止しつつ、蒸気タービンの軸封システムを簡素化することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。
【図3】第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムの作用を示す説明図である。
【図4】第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに対する第１の改良対象である既存の蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び既存の蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。
【図7】本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。
【図10】第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムのプラント負荷運転時（高負荷運転時）の作用を示す説明図である。
【図11】第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムのプラント起動時（真空上昇から低負荷運転までの間）の作用を示す説明図である。
【図12】第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに対する第２の改良対象である既存の蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び既存の蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の蒸気タービンプラント及びその改良方法の実施の形態について図面を用いて説明する。本発明の実施の形態は、地熱蒸気を用いる蒸気タービンプラントに好適なものである。
【0012】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。図２は図１に示す第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンのグランドシールの構造を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。図２は図１に示す第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンのグランドシールの構造を示す断面図である。
【0013】
図１において、蒸気タービンプラントは、蒸気発生源９０から供給される蒸気によって駆動する蒸気タービン１と、蒸気発生源９０の蒸気を蒸気タービン１に導く主蒸気系統２と、蒸気タービン１から排出された蒸気を冷却することで凝縮させて水に戻す復水器３と、復水器３に接続されたガス抽出系統４とを備えている。蒸気タービンプラントは、地熱発電や火力発電、原子力発電などで用いられるプラントである。蒸気発生源９０としては、例えば、地熱エネルギにより生じた地熱蒸気を噴出する蒸気井、燃料の燃焼エネルギにより蒸気を発生させるボイラ、原子力エネルギにより蒸気を発生させる原子炉などがある。蒸気タービン１の構成については後述する。
【0014】
主蒸気系統２は、蒸気発生源９０と蒸気タービン１とを接続する主蒸気ライン２１と、主蒸気ライン２１上に上流側から順に設置された主蒸気止め弁２２及び主蒸気加減弁２３とを備えている。主蒸気ライン２１は、蒸気発生源９０から蒸気タービン１に供給される主蒸気が流通するラインである。主蒸気止め弁２２は、蒸気タービン１への主蒸気の供給又は供給の遮断を切り換えるものである。主蒸気加減弁２３は、蒸気タービン１に導入する主蒸気の流量を調整するものである。
【0015】
復水器３は、蒸気タービン１から排出された気体である蒸気を凝縮させて液体である水に戻すことで、内部を真空に近い非常に低い圧力状態にするものである。復水器３の内部を非常に低い圧力に保持すると、蒸気タービン１の入口側と出口側との間に大きな圧力差が生じるので、タービンロータ１１を効率的に回転駆動させることができる。このため、復水器３は、所定以上の真空度に保持する必要がある。しかし、復水器３には、蒸気中に含まれる空気などの不凝縮ガスが滞留することがある。特に、地熱発電の場合には、火力発電や原子力発電の場合に比べて、蒸気中に含まれる不凝縮ガス（例えば、炭酸ガスやメタンガスなど）の割合が大きくなっている。
【0016】
ガス抽出系統４は、復水器３の真空度を所定以上に保持するために、復水器３内の不凝縮ガスを抽出するものである。具体的には、ガス抽出系統４は、復水器３内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器４１と、復水器３とガス抽出器４１とを接続するガス抽出ライン４２とを備えている。ガス抽出器４１としては、例えば、電動モータなどの駆動源によって駆動される真空ポンプ、若しくは、蒸気などの気体を駆動源としたエジェクタ、又は、それらの組合せなどが用いられる。ガス抽出系統４は、例えば、復水器３内から抽出した不凝縮ガスを大気へ放出する。
【0017】
蒸気タービン１は、蒸気発生源９０から供給された蒸気によって回転駆動するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を収容するケーシング１４とを備えている。蒸気タービン１は、例えば、蒸気発生源９０から供給された蒸気が２方向に分流してタービンロータ１１を回転駆動してタービンロータ１１における軸方向一方側（図１中、左側）と軸方向他方側（図１中、右側）の２方向から排出される複流排気式のタービンによって構成されている。タービンロータ１１は、蒸気の導入部（入口）を中央として軸方向両側に動翼列をそれぞれ少なくとも１段有している（模式図として図示）。また、タービンロータ１１は、その軸方向一方側及び軸方向他方側にそれぞれ第１シャフト部１２及び第２シャフト部１３を有している。ケーシング１４は、第１シャフト部１２及び第２シャフト部１３が貫通した状態でタービンロータ１１を収容している。タービンロータ１１の第１シャフト部１２とケーシング１４との間には第１隙間Ｇ１が形成されている。同様に、タービンロータ１１の第２シャフト部１３とケーシング１４との間には第２隙間Ｇ２が形成されている。
【0018】
第１隙間Ｇ１には、当該第１隙間Ｇ１を封止する第１のグランドシール１５が設けられている。同様に、第２隙間Ｇ２には、当該第２隙間Ｇ２を封止する第２のグランドシール１６が設けられている。第１のグランドシール１５は、蒸気タービン１の外部から内部に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１５ａと第２シール部１５ｂとを有している。第１のグランドシール１５は、第１シール部１５ａと第２シール部１５ｂとによって区画されたチャンバ１５ｄを１つのみ有している。同様に、第２のグランドシール１６は、蒸気タービン１の外部から内部に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１６ａと第２シール部１６ｂとを有している。第２のグランドシール１６は、第１シール部１６ａと第２シール部１６ｂとによって区画されたチャンバ１６ｄを１つのみ有している。第１のグランドシール１５のチャンバ１５ｄ及び第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄは、蒸気タービン１の外部と内部とを区分し、蒸気タービン１の外部及び内部に対して相対的な圧力の調整が可能な空間として形成されている。
【0019】
第２のグランドシール１６の第１シール部１６ａは、例えば図２に示すように、複数のフィンを有する１つのラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第２のグランドシール１６の第２シール部１６ｂは、複数のフィンを有する２組のラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第２のグランドシール１６では、第１シール部１６ａと第２シール部１６ｂとそれらを繋ぐ部分とによってチャンバ１６ｄが１つ形成されている。チャンバ１６ｄは、後述の排出系統（図１に示す排出ライン６）を介してガス抽出系統４に接続されることで、蒸気タービン１の外部の空気（外気）及び蒸気タービン１の内部の蒸気が流入するように圧力が調整される。
【0020】
第１のグランドシール１５も、図２に示す第２のグランドシール１６と同様な構造を有している。つまり、第１のグランドシール１５の第１シール部１５ａ及び第２シール部１５ｂは、第２のグランドシール１６の第１シール部１６ａ及び第２シール部１６ｂと同様な構造の非接触型のシール部である。第１のグランドシール１５のチャンバ１５ｄは、蒸気タービン１の外部と内部の間に位置すると共に後述の排出系統（図１に示す排出ライン５）を介してガス抽出系統４に接続されることで、蒸気タービン１の外部及び内部の圧力に対して相対的な圧力を調整可能な空間として機能する。
【0021】
本実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、図１に示すように、第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６に対してグランド蒸気の供給を不要とする蒸気タービン１の軸封システムを備えている。すなわち、本蒸気タービンプラントは、第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６に対してグランド蒸気を供給するための設備が不要となっている。
【0022】
具体的には、第１のグランドシール１５には、第１のグランドシール１５のチャンバ１５ｄ内に流入した気体を排出するための第１の排出系統５のみが接続されている。ここで「排出系統５のみが接続」とは、少なくともチャンバ１５ｄ内にグランド蒸気を意図的に供給する系統は存在しないという意味である。以下に記載する本実施の形態でも同様である。第１の排出系統５は、第１のグランドシール１５に流入した気体（蒸気タービン１の外部の空気（外気）や内部の蒸気など）を復水器３を介さずにガス抽出器４１の吸込側に導くようにガス抽出系統４に接続されている。第１の排出系統５は、例えば、一方側が第１のグランドシール１５のチャンバ１５ｄに接続されていると共に他方側がガス抽出系統４のガス抽出ライン４２に接続された排出ラインのみで構成されている。第１の排出系統（排出ライン）５は、例えば、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構（例えば、絞りや弁など意図的に流体の圧力を損失させる機構であって、構造上不可避な機構、例えば菅内面の表面粗さなどは該当しない、以下同様）の設置が回避されるように構成されている。
【0023】
同様に、第２のグランドシール１６には、第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄ内に流入した気体を排出するための第２の排出系統６のみが接続されている。第２の排出系統６は、第２のグランドシール１６に流入した気体を復水器３を介さずにガス抽出器４１の吸込側に導くようにガス抽出系統４に接続されている。第２の排出系統６は、例えば、一方側が第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄに接続されていると共に他方側がガス抽出系統４のガス抽出ライン４２に接続された排出ラインのみで構成されている。第２の排出系統（排出ライン）６も、例えば、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構（例えば、絞りや弁など）の設置が回避されるように構成されている。
【0024】
本実施の形態においては、第１のグランドシール１５のチャンバ１５ｄを第１の排出系統５を介してガス抽出系統４のガス抽出器４１に接続することで、蒸気タービンプラントの運転時（蒸気タービン１及びガス抽出器４１の駆動中）において、チャンバ１５ｄの圧力を蒸気タービン１の外部の大気圧よりも低くすると共に、蒸気タービン１内部における蒸気排出側（出口側）の圧力よりも低くする。同様に、第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄを第２の排出系統６を介してガス抽出系統４のガス抽出器４１に接続することで、蒸気タービンプラントの運転時において、チャンバ１６ｄの圧力を蒸気タービン１の外部の大気圧よりも低くすると共に、蒸気タービン１内部における蒸気排出側（出口側）の圧力よりも低くする。
【0025】
このように、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービン１の軸封システムは、第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６をそれぞれ第１の排出系統５及び第２の排出系統６を介してガス抽出系統４のガス抽出器４１に接続することで、グランド蒸気の第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６への供給が不要となる構成である。
【0026】
また、上述したように、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、ガス抽出器４１によって第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄ内の圧力を蒸気タービン１内部における蒸気排出側（出口側）の圧力よりも低くするように構成されている。そのため、ガス抽出器４１は、復水器３の真空度を所定以上に保持することが可能で、かつ、第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄを蒸気タービン１内部の蒸気排出側の圧力よりも低い圧力に保持することが可能な容量を有している必要がある。ガス抽出器４１の容量は、事前に定めた閾値以上に設定される。当該閾値は、例えば、復水器３が要求される凝縮すべき蒸気量に基づいて決定される。なお、ガス抽出器４１の容量の決定方法の詳細は後述する。
【0027】
次に、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムの作用について図１～図３を用いて説明する。図３は第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムの作用を示す説明図である。図２及び図３中、実線の矢印は外気の流れを、破線の矢印は蒸気の流れを示している。
【0028】
図１に示す本実施の形態の蒸気タービンプラントにおいては、蒸気発生源９０にて生成された高圧の蒸気が主蒸気ライン２１を介して蒸気タービン１に供給される。このとき、蒸気タービン１に供給される蒸気流量が主蒸気加減弁２３によって調整される。なお、非常時には、蒸気タービン１への蒸気の供給が主蒸気止め弁２２によって瞬時に遮断される。
【0029】
蒸気タービン１における軸方向中央部に供給された高圧の蒸気は、軸方向の一方側（図１中、左側）及び他方側（図１中、右側）に向かう２方向に分流し、圧力を低下させながらタービンロータ１１を回転駆動する。タービンロータ１１を駆動した蒸気は、蒸気タービン１の軸方向の一方側及び他方側の両側（２方向）から排出されて復水器３に導かれる。復水器３に流入した蒸気は、冷却されて凝縮して水に戻る。復水器３では、気体の蒸気が液体の水に変化して体積が急激に減少することで、圧力が非常に低い真空に近い状態となる。
【0030】
復水器３内では、蒸気タービン１から流入した蒸気が凝縮されると、当該蒸気中に含まれていた空気などの不凝縮ガスが残留する。復水器３内に残留した不凝縮ガスは、ガス抽出系統４のガス抽出器４１によって抽出されて大気へ放出される。これにより、復水器３の真空度が高く保持されるので、蒸気タービン１の効率の低下を防止することができる。
【0031】
このような複流排気式の蒸気タービンプラントでは、蒸気タービン１における軸方向の一方側及び他方側の蒸気排出（出口）側の圧力が復水器３内の圧力に近い負圧となっている。このため、図１～図３に示すように、第１及び第２のグランドシール１５、１６の第２シール部１５b、１６ｂよりも蒸気タービン１の内部側の圧力は、復水器３内の圧力に近い非常に低い負圧となっている。一方、第１及び第２のグランドシール１５、１６の第１シール部１５ａ、１６ａよりも蒸気タービン１の外部側の圧力は、外気の圧力、すなわち大気圧となっている。このため、蒸気タービン１の外部側の空気（外気）が第１及び第２のグランドシール１５、１６を介して相対的に低圧である蒸気タービン１の内部へ流入しようとする。
【0032】
本実施の形態においては、第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄが第１及び第２の排出系統５、６（排出ライン）を介してガス抽出器４１に接続されている。このため、当該チャンバ１５ｄ、１６ｄがガス抽出器４１の吸引力によって蒸気タービン１内部の蒸気排出（出口）側の圧力よりも更に低圧の高真空の状態になっている。このため、蒸気タービン１の外部側の空気（外気）は、第１及び第２のグランドシール１５、１６の第１シール部１５ａ、１６ａを介して高真空状態のチャンバ１５ｄ、１６ｄ内に流入し、第１及び第２の排出系統５、６を介してガス抽出器４１によって吸引される。また、蒸気タービン１内部における第１及び第２のグランドシール１５、１６近傍に存在する負圧の蒸気は、第１及び第２のグランドシール１５、１６の第２シール部１５ｂ、１６ｂを介して高真空状態のチャンバ１５ｄ、１６ｄ内に流入し、外気と共にガス抽出器４１によって吸引される。このため、外気（空気）が第１及び第２のグランドシール１５、１６を介して相対的に低圧である蒸気タービン１の内部へ流入することをグランド蒸気の供給無しに防止することができる。
【0033】
また、本実施の形態においては、第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄとガス抽出器４１とを接続する第１及び第２の排出系統５、６の排出ラインに対して、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構（例えば、絞りや弁など）の設置が回避されるように構成されている。これにより、第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄの内部を確実に高真空の状態にすることができるので、当該チャンバ１５ｄ、１６ｄの圧力が蒸気タービン１内部の圧力よりも低く保持される。したがって、外気（空気）が蒸気タービン１の内部へ流入することを確実に防止することができる。
【0034】
ここでは、蒸気タービンプラントの負荷運転時（正確には、高負荷運転時をいう）における蒸気タービン１の軸封システムの作用を説明した。蒸気タービンプラントの起動時（正確には、真空上昇から低負荷運転までの間をいう）における蒸気タービン１の軸封システムの作用も、負荷運転時の場合と同様である。蒸気タービンプラントの起動時でも、負荷運転時と同様に、ガス抽出器４１の駆動によって復水器３を真空に近い状態に保持する。このため、蒸気タービン１内部における軸方向の一方側及び他方側の蒸気排出（出口）側の圧力は、非常に低い負圧になる。一方、第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄの圧力もガス抽出器４１の駆動によって高真空の状態になる。したがって、第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄの圧力と蒸気タービン１の内部及び外部の圧力の大小関係については、蒸気タービンプラントの起動時と負荷運転時において変わりがない。
【0035】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法について説明する。まず、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに対する第１の改良対象である既存の蒸気タービンプラントの概略構成について図４及び図５を用いて説明する。図４は第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに対する第１の改良対象である既存の蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び既存の蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。図５は図４に示す第１の改良対象（既存）の蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンのグランドシールの構造を示す断面図である。なお、図４及び図５において、図１～図３に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【0036】
図４に示す第１の改良対象（既存）の蒸気タービンプラント１００の構成が本実施の形態に係る蒸気タービンプラントの構成と異なる点は、蒸気タービン１０１の軸封システム（破線で結ばれている部分）の構成及び構造が異なることである。特に、蒸気タービン１０１の軸封にグランド蒸気を用いる点が異なっている。具体的には、第１の改良対象の蒸気タービンプラント１００における蒸気タービン１０１の軸封システムは、タービンロータ１１の軸方向の一方側（図４中、左側）及び他方側（図４中、右側）にそれぞれ配置された第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６と、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６にグランド蒸気を供給するグランド蒸気供給系統と、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に流入した気体を軸封システムの外部へ導いて排出するための排出系統とを備えている。
【0037】
グランド蒸気供給系統は、例えば、主蒸気ライン２１から分岐して第１のグランドシール１１５に接続された供給ラインとしての第１の供給系統１０７と、主蒸気ライン２１から分岐して第２のグランドシール１１６に接続された供給ラインとしての第２の供給系統１０８とで構成されている。つまり、グランド蒸気として、蒸気発生源９０から蒸気タービン１０１に供給される蒸気の一部が用いられている。グランド蒸気の圧力及び流量は、調整弁１０９によって調整される。
【0038】
排出系統は、第１のグランドシール１１５に接続された排出ラインとしての第１の排出系統１０５と、第２のグランドシール１１６に接続された排出ラインとして第２の排出系統１０６と、第１の排出系統１０５及び第２の排出系統１０６に接続されたグランド蒸気ファン１１０とを含むように構成されている。蒸気タービン１０１の軸封システムの排出系統は、ガス抽出器４１を含むガス抽出系統４とは無関係の系統として構成されている。
【0039】
なお、ここでは、第１の改良対象の蒸気タービンプラント１００がグランド蒸気の供給源として蒸気タービン１０１に高圧の蒸気を供給する蒸気発生源９０を用いる構成の例を示した。しかし、グランド蒸気の供給源は大気圧よりも高圧な蒸気を供給可能であれば任意である。
【0040】
蒸気タービン１０１の第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６は、図４及び図５に示すように、蒸気タービン１０１の外部から内部に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとで構成されている。また、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６は、第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃとによって区画された第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅ、及び、第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとによって区画された第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆを有している。第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆは、蒸気タービン１０１の外部と内部と区分し、グランド蒸気が供給される空間として形成されている。一方、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅは、蒸気タービン１０１の外部と内部と区分し、蒸気タービン１の外部及び隣接する第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆに対して相対的な圧力の調整が可能な空間として形成されている。
【0041】
第２のグランドシール１１６の第１シール部１１６ａは、例えば図５に示すように、複数のフィンを有する１つのラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第２シール部１１６ｃは、例えば、第１シール部１１６ａと同様に、複数のフィンを有する１つのラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第３シール部１１６ｂは、例えば、複数のフィンを有する２組のラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第２のグランドシール１１６では、第１シール部１１６ａと第２シール部１１６ｃとそれらを繋ぐ部分とによって第１チャンバ１１６ｅが形成されていると共に、第２シール部１１６ｃと第３シール部１１６ｂとそれらを繋ぐ部分とによって第２チャンバ１１６ｆが形成されている。第１のグランドシール１１５も、図５に示す第２のグランドシール１１６と同様な構造を有している。つまり、第１のグランドシール１１５の第１シール部１１５ａと第２シール部１１５ｃと第３シール部１１５ｂは、第２のグランドシール１１６の第１シール部１１６ａと第２シール部１１６ｃと第３シール部１１６ｂと同様な構造の非接触型のシール部である。第１のグランドシール１１５では、第１シール部１１５ａと第２シール部１１５ｃとそれらを繋ぐ部分とによって第１チャンバ１１５ｅが形成されていると共に、第２シール部１１５ｃと第３シール部１１５ｂとそれらを繋ぐ部分とによって第２チャンバ１１５ｆが形成されている。
【0042】
図４に示すように、第１のグランドシール１１５の第２チャンバ１１５ｆには第１の供給系統１０７が接続されている。同様に、第２のグランドシール１１６の第２チャンバ１１６ｆには第２の供給系統１０８が接続されている。第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆは、高圧のグランド蒸気が第１の供給系統１０７及び第２の供給系統１０８を介して供給されることで、蒸気タービン１０１の外部及び蒸気タービン１０１内部における蒸気排出（出口）側よりも高圧の空間となるように構成されている。
【0043】
第１のグランドシール１１５の第１チャンバ１１５ｅは、第１の排出系統１０５を介してグランド蒸気ファン１１０に接続されている。同様に、第２のグランドシール１１６の第１チャンバ１１６ｅは、第２の排出系統１０６を介してグランド蒸気ファン１１０に接続されている。グランド蒸気ファン１１０は、図４及び図５に示すように、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入した気体（蒸気タービン１０１の外部からの空気（外気）や第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆからのグランド蒸気）を吸引するものである。グランド蒸気ファン１１０は、例えば、第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅの圧力を大気圧よりも若干低い負圧（以下、微負圧と称することがある）に保持するような吸引力を有する排気ファンとして構成されている。すなわち、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅは、グランド蒸気ファン１１０の吸引力によって蒸気タービン１外部の空気（外気）及び第２チャンバ１１６ｆ内のグランド蒸気が流入するように圧力が調整される空間として構成されている。
【0044】
このように構成された第１の改良対象（既存）の蒸気タービンプラント１００においては、蒸気タービン１０１の軸封システムがプラント１００の負荷運転時及び起動時に次のように作動する。
【0045】
図４及び図５に示すように、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆに対して高圧のグランド蒸気が第１及び第２の供給系統１０７、１０８を介して供給される。さらに、グランド蒸気ファン１１０が駆動することで、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅの圧力が微負圧になる。
【0046】
第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆに供給されたグランド蒸気は、蒸気タービン１０１内部の蒸気排出（出口）側の圧力（復水器３の圧力に応じた負圧）よりも高圧であると共に、第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅの圧力（微負圧）よりも高圧である。このため、第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆ内のグランド蒸気は、第３シール部１１５ｂ、１１６ｂを介して相対的に低圧な蒸気タービン１０１の内部に流入すると共に、第２シール部１１５ｃ、１１６ｃを介して相対的に低圧な第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入する。また、蒸気タービン１の外部側の外気（空気）が第１シール部１１５ａ、１１６ａを介して相対的に低圧な第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入する。第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入したグランド蒸気及び外気（空気）は、第１及び第２の排出系統１０５、１０６を介してグランド蒸気ファン１１０によって吸引される。
【0047】
このように、第１の改良対象（既存）の蒸気タービンプラント１００における蒸気タービン１０１の軸封システムでは、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６に対して高圧なグランド蒸気を供給することによって、蒸気タービン１０１の外部側の空気（外気）が第１及び第２のグランドシール１１５、１１６を介して相対的に低圧な蒸気タービン１０１の内部へ流入することを防いでいる。このため、第１の改良対象（既存）の蒸気タービン１０１の軸封システムは、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６にグランド蒸気を供給するための設備、例えば、第１及び第２の供給系統１０７、１０８などを要する。
【0048】
しかし、既存の蒸気タービンプラントに対しては、システム構成の簡素化が求められている。そこで、本発明者らは、検討の結果、グランド蒸気を投入せずに外気（空気）のタービン内部への流入を防止することが可能である上述の本実施の形態に係る蒸気タービン１の軸封システムを見出した。
【0049】
【0050】
上述したように、第１の改良対象の既存の蒸気タービンプラント１００においては、図４に示すように、蒸気タービン１０１が複流排気式のタービンによって構成されている。さらに、蒸気タービン１０１の軸封システムは、タービンロータ１１の軸方向の一方側（図４中、左側）及び他方側（図４中、右側）にそれぞれ配置された第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６と、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６にグランド蒸気を供給するグランド蒸気供給系統と、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に流入した気体を外部へ導き排出するための排出系統とを備えている。グランド蒸気供給系統は、第１のグランドシール１１５に接続された第１の供給系統１０７と、第２のグランドシール１１６に接続された第２の供給系統１０８とを含んで構成されている。排出系統は、第１のグランドシール１１５に接続された第１の排出系統１０５と、第２のグランドシール１１６に接続された第２の排出系統１０６と、第１の排出系統１０５及び第２の排出系統１０６に接続されたグランド蒸気ファン１１０とで構成されている。
【0051】
このような構成の第１の改良対象の蒸気タービンプラント１００に対して、次の変更を施すことで、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに相当する構成に改良することが可能である。
【0052】
第１に、図４に示す既存の蒸気タービン１０１の軸封システムにおける第１及び第２の供給系統１０７、１０８を含むグランド蒸気供給系統を廃止する。この変更により、図１に示す第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービン１の軸封システムのように、グランド蒸気の供給を不要とする軸封システムに改良することができる。
【0053】
第２に、図４及び図５に示す蒸気タービン１０１の第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂのうち、第２シール部１１５ｃ、１１６ｃを廃止する。この変更により、第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃとによって区画された第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅ、及び、第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとによって区画された第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆを有するシール部から、第１シール部１１５ａ、１１６ａと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとによって区画された１つのチャンバのみを有するシール部に変更される。すなわち、既存の第１及び第２のグランドシール１１５、１１６を第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける図１及び図２に示す蒸気タービン１の第１及び第２のグランドシール１５、１６（第１シール部１５ａ、１６ａと第２シール部１５ｂ、１６ｂとによって区画されたチャンバ１５ｄ、１６ｄのみを有するシール部）に相当する構成に改良することが可能である。
【0054】
第３に、図４に示す既存の蒸気タービン１０１の軸封システムにおける排出系統の一部を構成するグランド蒸気ファン１１０を廃止する。
【0055】
第４に、図４に示す既存の蒸気タービン１０１の軸封システムの排出系統の第１及び第２の排出系統１０５、１０６におけるグランド蒸気ファン１１０に接続されていた部分を、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６に流入した気体を復水器３を介さずにガス抽出器４１に導くように、ガス抽出系統４に接続する。さらに、既存の第１及び第２の排出系統１０５、１０６における既存の第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに接続されていた一方側を、既存の第１及び第２のグランドシール１１５、１１６を改良して得られた本実施の形態の第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄに相当する部分に接続する。この変更により、図１に示す第１の実施の形態に係る蒸気タービン１の軸封システムにおける第１及び第２の排出系統５、６に相当する構成に改良することが可能である。
【0056】
このように、図４に示す第１の改良対象の既存の蒸気タービンプラント１００を図１に示す第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに改良すると、復水器３の真空度を保持するための吸引力の強いガス抽出器４１によって、第１及び第２のグランドシール１５、１６に流入した外気を蒸気タービン１の内部へ流入させることなく吸引することができる。このため、第１及び第２のグランドシール１５、１６に対してグランド蒸気を供給せずとも、第１及び第２のグランドシール１５、１６を介した外気の蒸気タービン１内部への流入を防止することができる。
【0057】
次に、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムの一部を構成するガス抽出器の容量について図６を用いて説明する。図６は図１に示す第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおけるガス抽出器の容量の閾値（下限）を規定する方法を示す説明図である。図６中、横軸は復水器が要求される凝縮すべき蒸気量を、縦軸はガス抽出器の容量を示している。なお、復水器の蒸気量及びガス抽出器の容量の単位は、ｌｂ／ｈｒである。
【0058】
一般に、復水器の真空度を保持するために用いられるガス抽出器の容量は、例えば、図６の実線で示されているＨＥＩ規格（熱交換器協会の規格）によって定められている（蒸気タービンプラントの起動時及び運転時）。ただし、このＨＥＩ規格は、火力発電プラントなどに用いられる蒸気タービンから復水器に排出された蒸気中に含まれる空気などの不凝縮ガスを抽出することを想定したものである。
【0059】
しかし、本実施の形態のガス抽出器４１は、蒸気タービン１から復水器３に排出された蒸気中に含まれる空気などの不凝縮ガスを抽出する通常の機能に加えて、第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄ内に流入した外気（空気）を蒸気タービン１の内部へ流入させることなく抽出する追加の機能を有している。このため、第１の実施の形態に係るガス抽出器４１の容量に対してＨＥＩ規格を適用した場合に、第１及び第２のグランドシール１５、１６を介した外気の蒸気タービン１の内部への流入を防止することが可能であるか否かの知見を有していなかった。
【0060】
そこで、本願発明者は本実施の形態のガス抽出器４１が上述の追加機能を維持可能な容量の検討を行い、上述の追加機能を維持することが可能な地熱発電プラントを抽出し、そのプラントでの実績値を基に図６の一点鎖線で示されている閾値ラインＰthを得た。すなわち、ガス抽出器４１の容量の閾値（下限）は、図６の一点鎖線で示されている閾値ラインＰthを用い、復水器３が凝縮すべき蒸気量に応じて決定される。
【0061】
具体的には、地熱発電プラントにおけるガス抽出器の容量と復水器が凝縮すべき蒸気量との関係を示す実績値の分布の下限にある３つのプロットを通る回帰線を算出し、算出結果の回帰線を１００％の実績ラインとする。地熱発電プラントの場合、火力発電や原子力発電のプラントに比べて、蒸気中に含まれる不凝縮ガス（例えば、炭酸ガスやメタンガスなど）の割合が大きくなっている。そのため、ガス抽出器の容量は、復水器の蒸気量に対して火力発電などで用いられる場合よりも大きく設定されている。地熱発電プラントの実績値を基に得られた回帰線（実績ライン）は、以下の式として算出されている。
【0062】
【数1】
【0063】
ここで、Ｘは復水器が要求される凝縮すべき蒸気量であり、Ｙはガス抽出器の容量である。Ｘ及びＹの単位は、ｌｂ／ｈｒである。
【0064】
この実績ラインに対してデータのばらつきや性能の余裕代を考慮して、実績ラインの７５％を閾値ラインＰthとして決定する。すなわち、閾値ラインＰthは、以下の式として算出されている。
【0065】
【数2】
【0066】
このように、本実施の形態に係るガス抽出器４１は、その容量の閾値（下限）が閾値ラインＰthによって決定される。そのため、ガス抽出器４１の容量は、ＨＥＩ規格を適用する場合よりも大きくなる。なお、特に地熱発電プラントにありがちな、蒸気タービンを駆動する主蒸気に不凝縮ガスが大量に含まれている場合には、ＨＥＩ規格に対して十分な余裕がある容量を有するガス抽出器が設置されていることが多い。このような既設の発電プラントに本実施の形態を適用する場合には、新たなガス抽出器を導入することなく既存のガス抽出器をそのまま活用することができ、かつ、グランド蒸気を供給する設備を除去することができるというメリットがある。
【0067】
上述したように、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、蒸気発生源９０から供給される蒸気により駆動する蒸気タービン１と、蒸気タービン１から排出された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器３と、復水器３内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器４１を含み、復水器３に接続されたガス抽出系統４とを備える。蒸気タービン１は、軸方向一方側及び軸方向他方側にそれぞれ第１シャフト部１２及び第２シャフト部１３を有し、蒸気発生源９０から供給された蒸気によって回転駆動するタービンロータ１１と、第１シャフト部１２及び第２シャフト部１３が貫通した状態でタービンロータ１１を収容するケーシング１４と、第１シャフト部１２とケーシング１４との間の第１隙間Ｇ１に対して設けられた第１のグランドシール１５及び第２シャフト部１３とケーシング１４との間の第２隙間Ｇ２に対して設けられた第２のグランドシール１６とを含む。第１のグランドシール１５には第１のグランドシール１５に流入した気体を排出するための第１の排出系統５のみが接続され、第２のグランドシール１６には第２のグランドシール１６に流入した気体を排出するための第２の排出系統６のみが接続されている。第１の排出系統５は第１のグランドシール１５に流入した気体を復水器３を介さずにガス抽出器４１に導くようにガス抽出系統４に接続され、第２の排出系統６は第２のグランドシール１６に流入した気体を復水器３を介さずにガス抽出器４１に導くようにガス抽出系統４に接続されている。
【0068】
この構成によれば、復水器３の真空度を保持するためのガス抽出器４１を用いて第１及び第２のグランドシール１５、１６に流入する外気を吸引するので、第１及び第２のグランドシール１５、１６に対してグランド蒸気を供給することなく、第１及び第２のグランドシール１５、１６を介した外気の蒸気タービン１の内部への流入を防止することができる。このため、蒸気タービン１の軸封システムには、グランド蒸気を第１及び第２のグランドシール１５、１６に供給するための設備が不要である。すなわち、蒸気タービン１内部への外気の流入を防止しつつ、蒸気タービン１の軸封システムを簡素化することができる。
【0069】
また、この構成によれば、第１及び第２のグランドシール１５、１６に対してグランド蒸気を供給せずとも、第１及び第２のグランドシール１５、１６を介した外気の蒸気タービン１の内部への流入を防止することができるので、グランド蒸気として供給していた蒸気を蒸気タービン１に供給することが可能となる。その結果、蒸気タービン１の出力を増加させることができる。
【0070】
また、この構成によれば、地熱蒸気を用いるプラントの場合には、塩化物や硫化物等の腐食性を有する成分を含む地熱蒸気をグランド蒸気として利用する必要がないので、第１及び第２のグランドシール１５、１６の腐食のリスクを低減することができる。
【0071】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおいては、ガス抽出器４１が予め定めた閾値以上の容量を有し、当該閾値は復水器３が要求される凝縮すべき蒸気量に基づいて決定されている。
【0072】
この構成によれば、復水器３から不凝縮ガスを抽出する通常の機能に加えて、第１及び第２のグランドシール１５、１６内に流入した外気（空気）を更に抽出する追加の機能を含むようにガス抽出器４１の容量を設定することが可能である。
【0073】
さらに、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおいては、ガス抽出器４１の容量の閾値が以下の式によって規定されている。
【0074】
【数3】
【0075】
ここで、Ｘは復水器が要求される凝縮すべき蒸気量であり、Ｙはガス抽出器の容量である。また、変数Ｘ及びＹの単位は、ｌｂ／ｈｒである。
【0076】
この構成よれば、ガス抽出器４１の容量が地熱発電プラントの実績値を基に得られた閾値以上に設定されるので、ガス抽出器４１の容量不足による第１及び第２のグランドシール１５、１６を介した外気の蒸気タービン１の内部への流入を確実に防止することができる。
【0077】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービン１は、蒸気発生源９０から供給された蒸気が２方向に分流してタービンロータ１１を回転駆動してタービンロータ１１における軸方向一方側と軸方向他方側の２方向から排出される複流排気式のタービンによって構成されている。蒸気タービン１の第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６はそれぞれ、蒸気タービン１の外部側から内部側に向かって間隔をあけて配置された第１シール部１５ａ、１６ａと第２シール部１５ｂ、１６ｂとを含み、第１シール部１５ａ、１６ａと第２シール部１５ｂ、１６ｂとによって区画され圧力調整が可能なチャンバ１５ｄ、１６ｄを１つのみ有している。第１の排出系統５は一方側が第１のグランドシール１５のチャンバ１５ｄに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第１排出ラインによって構成され、第２の排出系統６は一方側が第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第２排出ラインによって構成されている。
【0078】
この構成によれば、蒸気タービン１が複流排気式である場合において、グランド蒸気の供給を前提とする既存のグランドシールの構造（シール部が３つ及びチャンバが２つ）に対して、第１及び第２のグランドシール１５、１６の構造を簡素化することができる。
【0079】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおいては、蒸気タービン１の軸封システムの第１の排出系統５としての第１排出ライン及び第２の排出系統６としての第２排出ラインが、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構の設置が回避されるように構成されている。
【0080】
この構成によれば、ガス抽出器４１の吸引力が第１及び第２の排出系統５、６を介して第１及び第２のグランドシール１５、１６のチャンバ１５ｄ、１６ｄに作用する際に、圧力調整機構の影響を受けることがない。このため、当該チャンバ１５ｄ、１６ｄの圧力をガス抽出器４１の吸引力によって確実に高真空の状態に保持することができる。
【0081】
また、上述したように、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法は、蒸気発生源９０から供給された蒸気により回転駆動するタービンロータ１１、タービンロータ１１における軸方向一方側の第１シャフト部１２及び軸方向他方側の第２シャフト部１３が貫通した状態でタービンロータ１１を収容するケーシング１４、第１シャフト部１２とケーシング１４との間の第１隙間Ｇ１に対して設けられた第１のグランドシール１１５及び第２シャフト部１３とケーシング１４との間の第２隙間Ｇ２に対して設けられた第２のグランドシール１１６を含む蒸気タービン１０１と、蒸気タービン１０１から排出された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器３と、復水器３内の不凝縮ガスを抽出するガス抽出器４１を含み復水器３に接続されたガス抽出系統４と、第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６に接続され第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に対してグランド蒸気を供給するグランド蒸気供給系統１０７、１０８と、一方側が第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に接続され第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に流入した気体を外部へ導き排出する排出系統１０５、１０６とを備える蒸気タービンプラント１００を改良するものである。当該改良方法は、グランド蒸気供給系統１０７、１０８を廃止すると共に、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に流入した気体が復水器３を介さずにガス抽出器４１に導かれるように、排出系統１０５、１０６における他方側をガス抽出系統４に接続する変更を行うものである。
【0082】
この改良方法によれば、復水器３の真空度を保持するガス抽出器４１を用いて第１のグランドシール及び第２のグランドシールに流入する外気を吸引することが可能となるので、グランド蒸気供給系統１０７、１０８を廃止しても、第１のグランドシール及び第２のグランドシールを介した外気の蒸気タービン内部への流入を防止することできる。したがって、蒸気タービン内部への外気の流入を防止しつつ、蒸気タービンの軸封システムを簡素化することができる。
【0083】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法においては、蒸気タービン１０１が蒸気発生源９０から供給された蒸気が２方向に分流してタービンロータ１１を回転駆動してタービンロータ１１における軸方向一方側と軸方向他方側の２方向から排出される複流排気式のタービンによって構成され、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６がそれぞれ蒸気タービン１０１の外部側から内部側に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとを含むと共に第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃとによって区画された第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅ及び第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとによって区画された第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆを有し、排出系統１０５、１０６の一方側が第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに接続されている構成に対する改良方法である。当該改良方法は、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６における第２シール部１１５ｃ、１１６ｃを廃止して第１シール部と第３シール部とによって１つのチャンバが区画されるように第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６を変更するものである。
【0084】
この改良方法によれば、既存の蒸気タービン１０１が複流排気式である場合に、グランド蒸気の供給を前提とする既存の第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６よりも構造が簡素な第１のグランドシール１５及び第２のグランドシール１６を利用することができる。
【0085】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの構成について図７及び図８を用いて説明する。図７は第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。図８は図７に示す第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの蒸気導入（入口）側のグランドシール（第１のグランドシール）の構造を示す断面図である。なお、図７及び図８において、図１～図６に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの構成について図７及び図８を用いて説明する。図７は第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。図８は図７に示す第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの蒸気導入（入口）側のグランドシール（第１のグランドシール）の構造を示す断面図である。なお、図７及び図８において、図１～図６に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【0086】
図７に示す第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントが第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントと相違する主な点は、蒸気タービン１Ａが複流排気式ではなく単流排気式のタービンによって構成されていること、並びに、単流排気式のタービンに応じて第１のグランドシール１５Ａ及び第１の排出系統５Ａの構成が異なることである。
【0087】
具体的には、単流排気式の蒸気タービン１Ａは、蒸気発生源９０から供給された蒸気が分流せずにタービンロータ１１Ａの軸方向一方側（図７中、左側）から軸方向他方側（図７中、右側）に流れて１方向から排出されるものである。タービンロータ１１Ａは、蒸気導入（入口）側である軸方向一方側から蒸気排出（出口）側である軸方向他方側に向かって動翼列を複数段有している。蒸気発生源９０からの高圧の蒸気は、蒸気タービン１Ａにおける軸方向一方側に流入し、軸方向他方側（図７中、右側）に向かって流れて圧力を低下させながらタービンロータ１１Ａを回転駆動する。タービンロータ１１Ａを駆動した蒸気は、蒸気タービン１Ａの軸方向他方側から排出されて復水器３に導かれ、復水器３で凝縮されて水に戻る。このため、蒸気タービン１Ａでは、プラントの負荷運転時には蒸気導入（入口）側である軸方向一方側が高圧の状態になる一方、蒸気排出（出口）側である軸方向他方側は復水器３内の圧力に近い非常に低い圧力の負圧となっている。
【0088】
本実施の形態の第１のグランドシール１５Ａは、第１の実施の形態の第１のグランドシール１５とは異なり、蒸気タービン１Ａの蒸気導入（入口）側に位置するものである。このため、プラントの負荷運転時では、第１のグランドシール１５Ａの近傍の蒸気タービン１Ａの内部側は、導入される蒸気によって高圧状態になる。一方、本実施の形態の第２のグランドシール１６は、第１の実施の形態の第２のグランドシール１６と同様、蒸気タービン１Ａの蒸気排出（出口）側に位置するものである。このため、プラントの負荷運転時では、第２のグランドシール１６の近傍の蒸気タービン１Ａの内部側は、復水器３内の圧力に近い負圧になる。
【0089】
また、プラントの起動時では、蒸気タービン１Ａの内部全体を真空に近い状態にするので、蒸気タービン１Ａの蒸気導入（入口）側及び蒸気排出（出口）側の両方とも圧力の非常に低い負圧になる。つまり、プラントの起動時では、本実施の形態の第１のグランドシール１５Ａは第１の実施の形態の第１のグランドシール１５と同様な状態に曝される。
【0090】
そこで、第１のグランドシール１５Ａは、図７及び図８に示すように、蒸気タービン１Ａの外部側から内部側に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１５ａと第２シール部１５ｃと第３シール部１５ｂとで構成されている。また、第１のグランドシール１５Ａは、第１シール部１５ａと第２シール部１５ｃとによって区画された第１チャンバ１５ｅ、及び、第２シール部１５ｃと第３シール部１５ｂとによって区画された第２チャンバ１５ｆを有している。第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅは、蒸気タービン１Ａの外部と内部と区分し、蒸気タービン１Ａの外部及び隣接する第２チャンバ１５ｆに対して相対的な圧力の調整が可能な空間として形成されている。一方、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆは、蒸気タービン１Ａの内部及び隣接する第１チャンバ１５ｅに対して相対的な圧力の調整が可能な空間として形成されている。
【0091】
第１のグランドシール１５Ａの第１シール部１５ａは、例えば図８に示すように、複数のフィンを有する１つのラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第２シール部１５ｃは、例えば、第１シール部１５ａと同様に、複数のフィンを有する１つのラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第３シール部１５ｂは、例えば、複数のフィンを有する３組のラビリンスパッキンで構成された非接触型のシール部である。第１のグランドシール１５Ａでは、第１シール部１５ａと第２シール部１５ｃとそれらを繋ぐ部分とによって第１チャンバ１５ｅが形成されていると共に、第２シール部１５ｃと第３シール部１５ｂとそれらを繋ぐ部分とによって第２チャンバ１５ｆが形成されている。第１チャンバ１５ｅは、蒸気タービン１Ａの外部からの空気（外気）及び第２チャンバ１５ｆからの気体（高圧の蒸気）が流入するように圧力が調整される。第２チャンバ１５ｆは、蒸気タービン１Ａの内部からの気体（蒸気又は空気）及び第１チャンバ１５ｅからの気体（外気）が流入するように圧力が調整される。なお、本実施の形態の第２のグランドシール１６は、図２に示す第１の実施の形態の第２のグランドシール１６と同様な構成及び構造であり、その説明を省略する。
【0092】
本実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、図７に示すように、第１のグランドシール１５Ａ及び第２のグランドシール１６に対してグランド蒸気の供給を不要とする蒸気タービン１Ａの軸封システムを備えている。第１のグランドシール１５Ａに接続されている第１の排出系統５Ａは、第１のグランドシール１５Ａに流入した気体（蒸気タービン１Ａの外部からの空気（外気）や蒸気タービン１Ａの内部からの蒸気又は空気）を復水器３を介さずにガス抽出器４１に導くようにガス抽出系統４に接続されている。具体的には、本実施の形態の第１の排出系統５Ａは、第１の実施の形態の第１の排出系統５とは異なり、一方側が第１チャンバ１５ｅに接続されていると共に他方側がガス抽出系統４に接続されている第１ライン５１と、一方側が第２チャンバ１５ｆに接続されていると共に他方側がガス抽出系統４に接続されている第２ライン５２とを含んでいる。
【0093】
第１ライン５１上には、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構としての絞り５６（例えば、オリフィス）が設けられている。圧力調整機構としての絞り５６は、第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅの圧力を調整するものである。具体的には、絞り５６は、ガス抽出器４１の吸入力によるガス抽出系統４の高真空状態に対して、第１チャンバ１５ｅの圧力を蒸気タービン１Ａの外部の大気圧よりも若干低い圧力である微負圧に保持するように構成されている。
【0094】
第２ライン５２は、第２チャンバ１５ｆとガス抽出系統４とを接続する主ライン５３と、主ライン５３から分岐して蒸気タービン１Ａの中間位置（タービンロータ１１Ａの第１段と最終段との間の中間段）に接続された分岐ライン５４とで構成されている。主ライン５３における分岐ライン５４の接続点よりも下流側の部分には、第１の開閉弁５７が設けられている。第１の開閉弁５７は、主ライン５３の気体の流れの許容又は遮断を切り換えるものである。分岐ライン５４上には、第２の開閉弁５８が設けられている。第２の開閉弁５８は、分岐ライン５４の気体の流れの許容又は遮断を切り換えるものである。第２ライン５２における第１のグランドシール１５Ａ側の部分には、第２ライン５２を流れる気体の圧力を検出する圧力センサ５９が設けられている。圧力センサ５９は、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆ内の圧力に対応する圧力を検出するものであり、検出した圧力値に応じた検出信号を制御装置８へ出力する。
【0095】
なお、第２のグランドシール１６に接続されている第２の排出系統６は、図１に示す第１の実施の形態の第２の排出系統６と同様な構成であり、その説明を省略する。
【0096】
制御装置８は、蒸気タービン１Ａの軸封システムを制御するものであり、第１の開閉弁５７、第２の開閉弁５８、圧力センサ５９に電気的に接続されている。制御装置８は、圧力センサ５９の検出値に基づき第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８の開閉を制御することで、第１のグランドシール１５Ａに流入した気体の流れを切り換えるように構成されている。
【0097】
制御装置８は、ハード構成として、入出力装置８１、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成された記憶装置８２、ＣＰＵやＭＰＵなどで構成された処理装置８３を備えている。入出力装置８１には、圧力センサ５９の検出信号（検出値）が入力される。記憶装置８２には、後述のフローチャートに係る処理を含む制御プログラム及びその制御プログラムの実行に必要な各種情報が記憶されている。処理装置８３は、記憶装置８２から制御プログラムや各種情報を適宜読み込むと共に圧力センサ５９から検出信号（検出値）を適宜取り込み、当該制御プログラムに従って演算処理を実行することで各種機能を実現する。入出力装置８１は、処理装置８３の演算結果に応じた指令信号を第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８へ出力する。
【0098】
次に、第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける制御装置による蒸気タービンの軸封システムの制御手順について図９を用いて説明する。図９は図７に示す第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける制御装置の蒸気タービンの軸封システムに対する制御手順の一例を示すフローチャート図である。
【0099】
図９において、図７に示す制御装置８は、蒸気タービン１Ａの起動前、第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８を開状態にしておき（ステップＳ１０）、ガス抽出器４１を駆動させる（ステップＳ２０）。ガス抽出器４１が復水器３及び蒸気タービン１Ａの内部から気体を吸引することで、復水器３及び蒸気タービン１Ａの内部が真空に近い状態になる。なお、ガス抽出器４１の駆動は、制御装置８とは異なる別の制御装置によって制御する構成も可能である。
【0100】
次に、制御装置８は、第１の開閉弁５７を開状態に維持する一方、第２の開閉弁５８を開状態から閉状態へ切り換える（ステップ３０）。これにより、第１の排出系統５Ａの第２ライン５２のうち、主ライン５３が連通した状態である一方、分岐ライン５４が遮断された状態になる。
【0101】
次いで、蒸気タービン１Ａを起動させる（ステップＳ４０）。すなわち、蒸気供給源９０の蒸気を主蒸気系統２を介して蒸気タービン１Ａへ導入する。主蒸気加減弁２３によって蒸気タービン１Ａへ導入する蒸気流量や蒸気圧力を調節する。なお、蒸気タービン１Ａの起動は、制御装置８とは異なる別の制御装置によって制御する構成も可能である。
【0102】
続いて、制御装置８は、圧力センサ５９の検出値（第２ライン５２を流れる流体の圧力）が圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０においてＮＯ（圧力センサ５９の検出値が圧力閾値以下）の場合には、再びステップＳ５０に戻り、圧力センサ５９の検出値が圧力閾値を超えるまでステップＳ５０を繰り返す。圧力閾値は、予め記憶装置８２に記憶されており、蒸気タービン１Ａの外部の空気（外気）が第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆに流入不能な圧力に設定されている。圧力閾値は、例えば、１．２ｂａｒａに設定されている。
【0103】
ステップＳ５０においてＹＥＳの場合には、制御装置８は、ステップＳ６０に進み、第１の開閉弁５７を開状態から閉状態へ切り換えると共に、第２の開閉弁５８を閉状態から開状態へ切り換える（図７に示す第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８の状態を参照）。これより、第１の排出系統５Ａの第２ライン５２のうち、主ライン５３が遮断状態になる一方、分岐ライン５４が連通状態になる。これは、蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆに流出した蒸気を第２ライン５２の分岐ライン５４を介して蒸気タービン１Ａの中間段に回収するためである。換言すると、制御装置８は、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆの圧力が外気の流入を阻止可能な圧力になるまでは、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆに流入する気体をガス抽出器４１によって吸引するように制御する。
【0104】
次に、第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムの作用について図７、図１０、図１１を用いて説明する。図１０は第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムのプラント負荷運転時の作用を示す説明図である。図１１は第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービンの軸封システムのプラント起動時の作用を示す説明図である。図１０及び図１１中、実線の白抜き矢印は外気の流れを、破線の白抜き矢印は蒸気の流れを示している。なお、図７は負荷運転時の蒸気タービンプラントの状態を示している。
【0105】
本実施の形態に係る蒸気タービンプラントが負荷運転のとき、図７に示す蒸気タービン１Ａにおける軸方向一方側（図７中、左側）に供給された高圧の蒸気は、軸方向他方側（図７中、右側）に向かって圧力を低下させながら流れることで、タービンロータ１１Ａを回転駆動する。タービンロータ１１Ａを駆動した蒸気は、蒸気タービン１Ａの軸方向他方側（１方向）から排出され、復水器３の内部で冷却されることで凝縮して水に戻る。これにより、復水器３は、真空に近い非常に低い圧力の状態となる。また、復水器３内に残留した不凝縮ガスがガス抽出器４１によって抽出されることで、復水器３の真空度が高く保持される。
【0106】
このような負荷運転時の蒸気タービンプラントにおいては、蒸気タービン１Ａの内部における軸方向一方側の蒸気導入（入口）側の圧力が高圧になる一方、軸方向他方側の蒸気排出（出口）側の圧力は復水器３の圧力に近い負圧となる。蒸気タービン１Ａの蒸気排出（出口）側の圧力状態は、第１の実施の形態の蒸気タービン１の軸方向一方側及び軸方向他方側の圧力状態と同様な状態である。そのため、蒸気タービン１Ａの蒸気排出（出口）側に配置された本実施の形態の第２のグランドシール１６の機能及び作用が第１の実施の形態の第２のグランドシール１６と同様なので、ここでの説明を省略する。
【0107】
一方、蒸気タービン１Ａの蒸気導入（入口）側に配置された第１のグランドシール１５Ａにおいては、図１０に示すように、第３シール部１５ｂよりも蒸気タービン１Ａの内部側の圧力が導入蒸気と同等の高圧力（例えば、５ｂａｒａ程度）になっている。一方、第１のグランドシール１５Ａの第１シール部１５ａよりも蒸気タービン１Ａの外部側の圧力は、外気の圧力、すなわち大気圧となっている。このため、蒸気タービン１Ａの内部側の蒸気が第１のグランドシール１５Ａを介して相対的に低圧側な蒸気タービン１Ａの外部へ流出しようとする。
【0108】
本実施の形態においては、蒸気タービン１Ａの負荷運転時、図７に示す第１の排出系統５Ａの第２ライン５２上の第１の開閉弁５７が閉状態に制御されると共に第２の開閉弁５８が開状態に制御されるので、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆが第２ライン５２の分岐ライン５４を介して蒸気タービン１Ａの中間段に連通している。このため、図１０に示すように、蒸気タービン１Ａの内部側の高圧蒸気が第１のグランドシール１５Ａの第３シール部１５ｂを介して第２チャンバ１５ｆに漏出し、第２チャンバ１５ｆに流入した蒸気の大部分が第２ライン５２の分岐ライン５４を介して相対的に低圧な蒸気タービン１Ａの中間段に導入される。蒸気タービン１Ａの中間段に導入された蒸気はタービンロータ１１Ａを回転駆動するエネルギとなる。このように、蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａに漏出した蒸気は、蒸気タービン１Ａの中間段に回収されて有効利用することができるので、エネルギ損失を抑制することができる。
【0109】
また、本実施の形態においては、図７に示す第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅが第１の排出系統５Ａの第１ライン５１を介してガス抽出器４１に接続されているので、当該第１チャンバ１５ｅはガス抽出器４１の吸引力によって大気圧よりも低圧状態になっている。ただし、第１チャンバ１５ｅの圧力は、第１ライン５１上に設けた圧力調整機構としての絞り５６によってガス抽出器４１の吸引力にもかかわらず微負圧になるように調整されている。このため、図１０に示すように、蒸気タービン１Ａの外部側の空気（外気）が第１のグランドシール１５Ａの第１シール部１５ａを介して相対的に低圧（微負圧）の第１チャンバ１５ｅに流入すると共に、蒸気タービン１Ａの内部側から第２チャンバ１５ｆに漏出した高圧蒸気の一部が第２シール部１５ｃを介して相対的に低圧（微負圧）の第１チャンバ１５ｅに流入する。このため、第１チャンバ１５ｅに流入した外気（空気）及び蒸気が第１の排出系統５Ａの第１ライン５１を介してガス抽出器４１によって吸引される。このように、外気（空気）が第１のグランドシール１５Ａを介して蒸気タービン１Ａの内部へ流入することを、第１のグランドシール１５Ａにグランド蒸気を供給することなく阻止することができる。さらに、蒸気タービン１Ａの内部側の蒸気が第１のグランドシール１５Ａを介して蒸気タービン１Ａの外部へ流出することを抑制することができる。
【0110】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントの起動前から、図７に示すガス抽出器４１の駆動によって蒸気タービン１Ａの内部全体が真空に近い状態に保持されている。すなわち、蒸気タービン１Ａの内部における軸方向一方側の蒸気導入（入口）側及び軸方向他方側の蒸気排出（出口）側の両側が真空に近い非常に低い圧力となっている。
【0111】
本実施の形態においては、プラントの起動時、第１の排出系統５Ａの第２ライン５２上の第１の開閉弁５７が開状態に制御されると共に第２の開閉弁５８が閉状態に制御されるので（図９のステップＳ３０を参照）、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆは第２ライン５２の主ライン５３を介してガス抽出系統４に連通している。このため、当該第２チャンバ１５ｆは、ガス抽出器４１の吸引力によって真空度が高い非常に低い圧力になっている。そのため、図１１に示すように、蒸気タービン１Ａの内部側に存在する真空に近い圧力の気体が第１のグランドシール１５Ａの第３シール部１５ｂを介して第２チャンバ１５ｆに流入し、第２ライン５２の主ライン５３を介してガス抽出器４１によって吸引される。
【0112】
また、図７に示す第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅは、第１の排出系統５Ａの第１ライン５１を介してガス抽出器４１に接続されているので、当該第１チャンバ１５ｅはガス抽出器４１の吸引力によって大気圧よりも低圧状態になっている。ただし、第１チャンバ１５ｅの圧力は、第１ライン５１上に設けた圧力調整機構としての絞り５６によってガス抽出器４１の吸引力にもかかわらず微負圧になるように調整されている。このため、図１１に示すように、蒸気タービン１Ａの外部側の空気（外気）が第１のグランドシール１５Ａの第１シール部１５ａを介して相対的に低圧（微負圧）の第１チャンバ１５ｅに流入し、第１の排出系統５Ａの第１ライン５１を介してガス抽出器４１によって吸引される。また、第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅに流入した外気（空気）の一部は、第２シール部１５ｃを介して、ガス抽出器４１の吸引力によって真空度が高い相対的に低圧の第２チャンバ１５ｆにも流入する。第２チャンバ１５ｆに流入した外気は、蒸気タービン１Ａの内部へ流入することなく、第１の排出系統５Ａの第２ライン５２の主ライン５３を介してガス抽出器４１によって吸引される。
【0113】
このように、本実施の形態においては、蒸気タービンプラントの起動時であっても、外気（空気）が第１のグランドシール１５Ａを介して蒸気タービン１Ａの内部へ流入することを、第１のグランドシール１５Ａにグランド蒸気を供給することなく阻止することができる。
【0114】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法について説明する。まず、第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに対する第２の改良対象である既存の蒸気タービンプラントの概略構成について図１２を用いて説明する。図１２は第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに対する第２の改良対象である既存の蒸気タービンプラントの概略構成を示す系統図及び既存の蒸気タービンの概略構成を示す模式図である。なお、図１２において、図１～図１１に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【0115】
図１２に示す第２の改良対象（既存）の蒸気タービンプラント１００Ａの構成が図５に示す第１の改良対象（既存）の蒸気タービンプラント１００と異なる点は、蒸気タービン１０１Ａが複流排気式ではなく単流排気式のタービンによって構成されていること及び蒸気タービン１０１Ａの構成の違いに応じて第１のグランドシール１１５の運用方法が異なることである。
【0116】
具体的には、第２の改良対象の蒸気タービンプラント１００Ａにおける蒸気タービン１０１Ａは、蒸気発生源９０から供給された蒸気が分流せずにタービンロータ１１Ａの軸方向一方側（図１２中、左側）から軸方向他方側（図１２中、右側）に流れて１方向から排出される単流排気式である。タービンロータ１１Ａは、蒸気導入（入口）側である軸方向一方側から蒸気排出（出口）側である軸方向他方側に向かって動翼列を複数段有している。第２の改良対象の蒸気タービンプラント１００Ａのそれ以外の構成は、前述した第１の改良対象の蒸気タービンプラント１００の構成と同様なものである。
【0117】
このように構成された第２の改良対象の蒸気タービンプラント１００Ａにおいては、プラントの起動時に、蒸気タービン１０１Ａの軸封システムが次のように作動する。
【0118】
第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆに対して高圧のグランド蒸気をグランド蒸気供給系統１０７、１０８を介して供給する。これにより、第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆが蒸気タービン１０１Ａの外部側の圧力（大気圧）及び蒸気タービン１０１Ａの内部側の圧力（真空状態に近い圧力）よりも相対的に高圧になる。また、グランド蒸気ファン１１０を駆動させることで、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅを蒸気タービン１０１Ａの外部側及び第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆよりも相対的に低圧の微負圧にする。これにより、第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆに供給されたグランド蒸気は、第３シール部１１５ｂ、１１６ｂを介して相対的に低圧な蒸気タービン１０１の内部に流入すると共に、第２シール部１１５ｃ、１１６ｃを介して相対的に低圧（微負圧）な第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入する。また、蒸気タービン１０１Ａの外部側の空気（外気）が第１シール部１１５ａ、１１６ａを介して相対的に低圧な第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入する。第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入したグランド蒸気及び外気は、第１及び第２の排出系統１０５、１０６を介してグランド蒸気ファン１１０によって吸引される。これにより、外気（空気）の蒸気タービン１０１Ａの内部への流入を防止する。これは、第１の改良対象の蒸気タービンプラント１００における蒸気タービン１０１の軸封システムの作動と同様なものである。
【0119】
一方、プラントの負荷運転時には、蒸気タービン１０１Ａの軸封システムが次のように作動する。
【0120】
グランド蒸気ファン１１０を駆動させることで、第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅを蒸気タービン１０１Ａの外部側よりも相対的に低圧の微負圧にする。また、第１のグランドシール１１５の第２チャンバ１１５ｆに対して蒸気タービン１０１Ａの内部の蒸気導入（入口）側の高圧蒸気が漏出することで、第２チャンバ１１５ｆが第１チャンバ１１５ｅ（微負圧）よりも相対的に高圧になる。このため、蒸気タービン１０１Ａの内部の蒸気導入（入口）側から第２チャンバ１１５ｆに漏出した高圧蒸気は、第２シール部１１５ｃを介して相対的に低圧（微負圧）な第１チャンバ１１５ｅに流入すると共に、第１の供給系統１０７から第２の供給系統１０８を経て第２のグランドシール１１６の第２チャンバ１１６ｆに供給される。
【0121】
第２のグランドシール１１６の第２チャンバ１１６ｆは、蒸気タービン１０１Ａ内部の蒸気導入（入口）側の高圧蒸気が第１のグランドシール１１５の第２チャンバ１１５ｆを介して供給されることで、蒸気タービン１０１Ａ内部の蒸気排出（出口）側の圧力（復水器３内の圧力に近い負圧）及び第２のグランドシール１１６の第１チャンバ１１６ｅの圧力（微負圧）よりも相対的に高圧になる。このため、第２チャンバ１１６ｆに流入した高圧蒸気は、第３シール部１１６ｂを介して相対的に低圧な蒸気タービン１０１Ａの内部の蒸気排出（出口）側に流入すると共に、第２シール部１１６ｃを介して相対的に低圧な第１チャンバ１１６ｅに流入する。
【0122】
また、外気（空気）が第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１シール部１１５ａ、１１６ａを介して相対的に低圧（微負圧）な第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入する。第１及び第２のグランドシール１１５、１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに流入した外気（空気）及び高圧蒸気は、第１及び第２の排出系統１０５、１０６を介してグランド蒸気ファン１１０によって吸引される。これにより、外気の第１及び第２のグランドシール１１５、１１６を介した蒸気タービン１０１Ａ内部への流入を防止する。
【0123】
【0124】
上述したように、第２の改良対象の蒸気タービンプラント１００Ａにおいては、図１２に示すように、蒸気タービン１０１Ａが単流排気式のタービンによって構成されている。蒸気タービン１０１Ａの軸封システムは、タービンロータ１１Ａの軸方向の一方側（図１２中、左側）及び他方側（図１２中、右側）にそれぞれ配置された第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６と、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６にグランド蒸気を供給するグランド蒸気供給系統と、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に流入した気体を外部へ導き排出するための排出系統とを備えている。グランド蒸気供給系統は、第１のグランドシール１１５に接続された第１の供給系統１０７と、第２のグランドシール１１６に接続された第２の供給系統１０８とを含んで構成されている。排出系統は、第１のグランドシール１１５に接続された第１の排出系統１０５と、第２のグランドシール１１６に接続された第２の排出系統１０６と、第１の排出系統１０５及び第２の排出系統１０６に接続されたグランド蒸気ファン１１０とで構成されている。
【0125】
このような構成の第２の改良対象の蒸気タービンプラント１００Ａに対して、次の変更を施すことで、第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに相当する構成に改良することが可能である。
【0126】
第１に、図１２に示す既存の蒸気タービン１０１Ａの軸封システムにおける第１の供給系統１０７及び第２の供給系統１０８を含むグランド蒸気供給系統を廃止する。この変更により、図７に示す第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービン１Ａの軸封システムのように、グランド蒸気の供給を不要とする構成に改良することができる。
【0127】
第２に、図１２に示す蒸気タービン１０１Ａの第２のグランドシール１１６の第１シール部１１６ａと第２シール部１１６ｃと第３シール部１１６ｂのうち、第２シール部１１６ｃを廃止する。この変更により、第１シール部１１６ａと第２シール部１１６ｃとによって区画された第１チャンバ１１６ｅ、及び、第２シール部１１６ｃと第３シール部１１６ｂとによって区画された第２チャンバ１１６ｆを有するシール部から、第１シール部１１６ａと第３シール部１１６ｂとによって区画された１つのチャンバのみを有するシール部に変更される。すなわち、既存の第２のグランドシール１１６を第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける図７に示す蒸気タービン１Ａの第２のグランドシール１６（第１シール部１６ａと第２シール部１６ｂとによって区画されたチャンバ１６ｄのみを有するシール部）に相当する構成に改良することが可能である。
【0128】
第３に、図１２に示す既存の蒸気タービン１０１Ａの軸封システムにおける排出系統の一部を構成するグランド蒸気ファン１１０を廃止する。
【0129】
第４に、図１２に示す既存の蒸気タービン１０１Ａの軸封システムの排出系統のうち、第２の排出系統１０６におけるグランド蒸気ファン１１０に接続されていた部分を、第２のグランドシール１１６に流入した気体を復水器３を介さずにガス抽出器４１に導くように、ガス抽出系統４に接続する。さらに、既存の第２の排出系統１０６における既存の第２のグランドシール１１６の第１チャンバ１１６ｅに接続されていた一方側を、既存の第２のグランドシール１１６を改良して得られた本実施の形態の第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄに相当する部分に接続する。この変更により、図７に示す第２の実施の形態に係る第２の排出系統６に相当する構成に改良することが可能である。
【0130】
第５に、図１２に示す既存の排出系統のうち、第１のグランドシール１１５の第１チャンバ１１５ｅに接続されている１つの排出ラインで構成された第１の排出系統１０５を、一方側が第１チャンバ１１５ｅに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第１ラインと、一方側が第２チャンバ１１５ｆに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第２ラインの２つの排出ラインによって構成するように変更する。さらに、第２ラインを、第２チャンバ１１５ｆとガス抽出系統４とを接続する主ラインと、主ラインから分岐し蒸気タービン１０１Ａにおける軸方向一方側と軸方向他方側との間の中途位置（タービンロータ１１Ａの中間段）に接続される分岐ラインとを含むように構成する。加えて、第２ラインの主ライン上に第１の開閉弁を設けると共に、第２ラインの分岐ライン上に第２の開閉弁を設ける。また、第１ライン上に圧力調整機構（例えば、絞り）を設ける。この変更により、図７に示す本実施の形態に係る第１の排出系統５Ａに相当する構成に改良することが可能である。
【0131】
このように、図１２に示す第２の改良対象の既存の蒸気タービンプラント１００Ａを第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントに改良すると、復水器３の真空度を保持するための吸引力の強いガス抽出器４１によって、第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６に流入した外気を蒸気タービン１Ａの内部へ流入させることなく吸引することができる。このため、第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６に対してグランド蒸気を供給せずとも、第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６を介した外気の蒸気タービン１Ａ内部への流入を防止することができる。
【0132】
上述した第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントによれば、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントと同様に、復水器３の真空度を保持するためのガス抽出器４１を用いて第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６に流入する外気を吸引するので、第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６に対してグランド蒸気を供給することなく、第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６を介した外気の蒸気タービン１の内部への流入を防止することができる。このため、蒸気タービン１Ａの軸封システムでは、グランド蒸気を第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６に供給するための設備が不要である。すなわち、蒸気タービン１Ａ内部への外気の流入を防止しつつ、蒸気タービン１Ａの軸封システムを簡素化することができる。さらに、既存の軸封システムでグランド蒸気として供給していた蒸気を蒸気タービン１Ａに供給することが可能となるので、蒸気タービン１Ａの出力を増加させることができる。また、地熱蒸気を用いるプラントの場合には、塩化物や硫化物等の腐食性を有する成分を含む地熱蒸気をグランド蒸気として利用する必要がないので、第１及び第２のグランドシール１５Ａ、１６の腐食のリスクを低減することができる。
【0133】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおける蒸気タービン１Ａは、蒸気発生源９０から供給された蒸気が分流せずにタービンロータ１１Ａの軸方向一方側から軸方向他方側に流れて１方向から排出される単流排気式のタービンによって構成されている。蒸気タービン１Ａの第２のグランドシール１６は、蒸気タービン１Ａの外部側から内部側に向かって間隔をあけて配置された第１シール部１６ａと第２シール部１６ｂとを含み、第１シール部１６ａと第２シール部１６ｂとによって区画され圧力調整が可能なチャンバ１６ｄを１つのみ有している。第２の排出系統６は一方側が第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第２排出ラインによって構成されている。
【0134】
この構成によれば、蒸気タービン１Ａが単流排気式である場合において、グランド蒸気の供給を前提とする既存のグランドシールの構造（シール部が３つ及びチャンバが２つ）よりも第２のグランドシール１６の構造を簡素化することができる。
【0135】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおいては、蒸気タービン１Ａの軸封システムの第２の排出系統６としての第２排出ラインが、流体の圧力損失により圧力を調整する圧力調整機構の設置が回避されるように構成されている。
【0136】
この構成によれば、ガス抽出器４１の吸引力が第２の排出系統６を介して第２のグランドシール１６のチャンバ１６ｄに作用する際に、圧力調整機構の影響を受けることがない。このため、当該チャンバ１６ｄの圧力をガス抽出器４１の吸引力によって確実に高真空の状態に保持することができる。
【0137】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおいては、蒸気タービン１Ａが単流排気式のタービンによって構成されており、第１のグランドシール１５Ａが、蒸気タービン１Ａの外部側から内部側に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１５ａと第２シール部１５ｃと第３シール部１５ｂとを含み、第１シール部１５ａと第２シール部１５ｃとによって区画され圧力調整が可能な第１チャンバ１５ｅ及び第２シール部１５ｃと第３シール部１５ｂとによって区画され圧力調整が可能な第２チャンバ１５ｆを有する。また、第１の排出系統５Ａは、一方側が第１チャンバ１５ｅに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第１ライン５１と、一方側が第２チャンバ１５ｆに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第２ライン５２とで構成されている。第２ライン５２は、第２チャンバ１５ｆとガス抽出系統４とに接続される主ライン５３と、主ライン５３から分岐し蒸気タービン１Ａにおける軸方向一方側と軸方向他方側との間の中途位置に接続される分岐ライン５４とを有する。第２ライン５２の主ライン５３上に第１の開閉弁５７が設けられていると共に、第２ライン５２の分岐ライン５４上に第２の開閉弁５８が設けられている。
【0138】
この構成よれば、単流排気式の蒸気タービン１Ａの負荷運転時に第１の開閉弁５７を閉状態にすると共に第２の開閉弁５８の開状態にすることで、蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆへ流出した高圧の蒸気を第２ライン５２の分岐ライン５４を介して蒸気タービン１Ａに回収することができる。これにより、第１のグランドシール１５Ａに漏出した高圧蒸気をタービンロータ１１Ａの駆動エネルギとして有効活用することができるので、蒸気タービン１Ａの効率低下を抑制することができる。
【0139】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントにおいては、第１の排出系統５Ａの第１ライン５１上に圧力調整機構としての絞り５６が設けられている。
【0140】
この構成によれば、第１ライン５１を流れる流体には絞り５６によって圧力損失が生じるので、ガス抽出器４１の吸引力にもかかわらず第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅの圧力を大気圧よりも若干低い微負圧に調整することが可能である。当該第１チャンバ１５ｅの圧力を微負圧に保持することで、蒸気タービン１Ａの負荷運転時に蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆに漏出した高圧蒸気が蒸気タービン１Ａに回収されずに第１チャンバ１５ｅ及び第１ライン５１を介してガス抽出器４１に吸引されることを抑制することができる。
【0141】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントは、第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆ内の圧力に対応する圧力を検出する圧力センサ５９と、第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８を制御する制御装置８とを備える。制御装置８は、蒸気タービン１Ａの起動前において第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８を開状態にし、蒸気タービン１Ａの起動時において第１の開閉弁５７を開状態にする一方、第２の開閉弁５８を閉状態にし、蒸気タービン１Ａの負荷運転時において圧力センサ５９の検出値が予め定められた圧力閾値を超えている場合には、第１の開閉弁５７を閉状態にする一方、第２の開閉弁５８を開状態にするように構成されている。
【0142】
この構成よれば、制御装置８が蒸気タービン１Ａの起動前や起動時や負荷運転時の各状態に応じて第１の開閉弁５７及び第２の開閉弁５８の開閉を制御することで、蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａへ漏出した高圧蒸気の蒸気タービン１Ａへの回収および第１のグランドシール１５Ａを介した蒸気タービン１Ａの内部への外気の流入の防止を自律的に行うことができる。
【0143】
また、上述した第２の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法は、第１の実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法と同様に、グランド蒸気供給系統１０７、１０８を廃止すると共に、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６に流入した気体が復水器３を介さずにガス抽出器４１に導かれるように、排出系統１０５、１０６における他方側をガス抽出系統４に接続する変更を行うものである。
【0144】
この改良方法によれば、復水器３の真空度を保持するためのガス抽出器４１を用いて第１及び第２のグランドシールに流入する外気を吸引することが可能となるので、グランド蒸気供給系統１０７、１０８を廃止しても、第１及び第２のグランドシールを介した外気の蒸気タービン内部への流入を防止することできる。したがって、蒸気タービン内部への外気の流入を防止しつつ、蒸気タービンの軸封システムを簡素化することができる。
【0145】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法においては、既存の蒸気タービン１０１Ａが蒸気発生源９０から供給された蒸気が分流せずにタービンロータ１１Ａの軸方向一方側から軸方向他方側に流れて１方向から排出される単流排気式のタービンによって構成され、第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６がそれぞれ蒸気タービン１０１Ａの外部側から内部側に向かって間隔をあけて順に配置された第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとを含むと共に第１シール部１１５ａ、１１６ａと第２シール部１１５ｃ、１１６ｃとによって区画された第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅ及び第２シール部１１５ｃ、１１６ｃと第３シール部１１５ｂ、１１６ｂとによって区画された第２チャンバ１１５ｆ、１１６ｆを有し、排出系統１０５、１０６の一方側が第１のグランドシール１１５及び第２のグランドシール１１６の第１チャンバ１１５ｅ、１１６ｅに接続されている構成に対する改良方法である。当該改良方法は、第２のグランドシール１１６における第２シール部１１６ｃを廃止して第１シール部と第３シール部とによって１つのチャンバが区画されるように第２のグランドシール１１６を変更するものである。
【0146】
この改良方法によれば、既存の蒸気タービン１０１Ａが単流排気式である場合に、グランド蒸気の供給を前提とする既存の第２のグランドシール１１６よりも構造の簡素化な第２のグランドシール１６を利用することができる。
【0147】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法においては、既存の蒸気タービン１０１Ａが単流排気式のタービンによって構成され、蒸気タービン１０１Ａの軸封システムの排出系統が第１のグランドシール１１５の第１チャンバ１１５ｅに接続された排出ラインのみで構成される第１の排出系統１０５と第２のグランドシール１１６の第１チャンバ１１６ｅに接続された排出ラインのみで構成される第２の排出系統１０６とを有する構成に対する改良方法である。当該改良方法は、第１の排出系統１０５を、一方側が第１チャンバ１１５ｅに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第１ライン５１と、一方側が第２チャンバ１５ｆに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第２ライン５２とで構成するように変更する共に、第２ライン５２を、第２チャンバ１１５ｆとガス抽出系統４とを接続する主ライン５３と、主ライン５３から分岐し蒸気タービン１Ａにおける軸方向一方側と軸方向他方側との間の中途位置に接続される分岐ライン５４とを含むように構成する。さらに、第２ライン５２の主ライン５３上に第１の開閉弁５７を設けると共に、第２ライン５２の分岐ライン５４上に第２の開閉弁５８を設ける。
【0148】
この改良方法によれば、単流排気式の蒸気タービン１Ａの負荷運転時に第１の開閉弁５７を閉状態にすると共に第２の開閉弁５８の開状態にすることで、蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆに漏出した高圧蒸気を第１の排出系統５Ａの第２ライン５２の分岐ライン５４を介して蒸気タービン１Ａに回収することができる。これにより、第１のグランドシール１５Ａに漏出した高圧蒸気をタービンロータ１１Ａの駆動エネルギとして有効活用することができるので、蒸気タービン１Ａの効率低下を抑制することができる。
【0149】
また、本実施の形態に係る蒸気タービンプラントの改良方法においては、第１ライン５１上に圧力調整機構としての絞り５６を設ける。
【0150】
この改良方法によれば、第１ライン５１を流れる流体には絞り５６によって圧力損失が生じるので、ガス抽出器４１の吸引力にもかかわらず第１のグランドシール１５Ａの第１チャンバ１５ｅの圧力を大気圧よりも若干低い微負圧に調整することが可能である。当該第１チャンバ１５ｅの圧力を微負圧に保持することで、蒸気タービン１Ａの負荷運転時に蒸気タービン１Ａの内部から第１のグランドシール１５Ａの第２チャンバ１５ｆに漏出した高圧蒸気が蒸気タービン１Ａに回収されずに第１チャンバ１５ｅ及び第１ライン５１を介してガス抽出器４１に吸引されることを抑制することができる。
【0151】
［その他の実施形態］
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施の形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施の形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【0152】
例えば、上述した第２の実施の形態においては、一方側が第１チャンバ１５ｅに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第１ライン５１と、一方側が第２チャンバ１５ｆに接続されると共に他方側がガス抽出系統４に接続される第２ライン５２とによって第１の排出系統５Ａを構成する例を示した。しかし、蒸気タービン１Ａ内部への外気の流入を防止しつつ、蒸気タービン１Ａの軸封システムを簡素化する観点から、第１の排出系統を第１ライン５１のみで構成し、第２ライン５２を削除する構成も可能である。この場合、第１ライン５１上の絞り５６も削除することが好ましい。
【符号の説明】
【0153】
１、１Ａ…蒸気タービン、 ３…復水器、 ４…ガス抽出系統、 ５…第１の排出系統（第１排出ライン）、 ５Ａ…第１の排出系統、 ６…第２の排出系統（第２排出ライン）、 ８…制御装置、 １１、１１Ａ…タービンロータ、 １２…第１シャフト部、 １３…第２シャフト部、 １４…ケーシング、 １５、１５Ａ…第１のグランドシール、 １５ａ…第１シール部、 １５ｂ…第２シール部又は第３シール部、 １５ｃ…第２シール部、 １５ｄ…チャンバ、 １５ｅ…第１チャンバ、 １５ｆ…第２チャンバ、 １６…第２のグランドシール、 １６ａ…第１シール部、 １６ｂ…第２シール部、 １６ｄ…チャンバ、 ４１…ガス抽出器、 ５１…第１ライン、 ５２…第２ライン、 ５３…主ライン、 ５４…分岐ライン、 ５６…絞り（圧力調整機構）、 ５７…第１の開閉弁、 ５８…第２の開閉弁、 ５９…圧力センサ、 ９０…蒸気発生源、 １０１、１０１Ａ…既存の改良対象の蒸気タービン、 １０５…既存の第１の排出系統（排出ライン）、 １０６…既存の第２の排出系統（排出ライン）、 １０７…第１の供給系統（グランド蒸気供給系統）、 １０８…第２の供給系統（グランド蒸気供給系統）、 １１５…既存の第１のグランドシール、 １１５ａ…第１シール部、 １１５ｃ…第２シール部、 １１５ｂ…第３シール部、 １１５ｅ…第１チャンバ、 １１５ｆ…第２チャンバ、 １１６…既存の第２のグランドシール、 １１６ａ…第１シール部、 １１６ｃ…第２シール部、 １１６ｂ…第３シール部、 １１６ｅ…第１チャンバ、 １１６ｆ…第２チャンバ、 Ｇ１…第１隙間、 Ｇ２…第２隙間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】