JPH04358704A - タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気、ガス及び空気等
の駆動流体により駆動されるタービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蒸気、ガス及び空気等の駆動流体
により駆動されるタービンは、タービン運用上のどの負
荷状態においてもタービンの排気流数は一定である。こ
れにより、最終的に駆動流体がタービンより排気される
タービン最終段排気環状面積は、どの負荷状態において
も一定となる。

【０００３】このような従来のタービンの一例として、
図４に示すようなタービン高圧部とタービン低圧部とが
１つの回転軸上に連結されているタンデムコンパウンド
形タービンがある。

【０００４】なお、今このタービンは駆動流体として蒸
気を使用するものとし、排気部を有するタービン低圧部
は、例えば２つの車室を有し、各車室毎２流の排気流を
有するものとする。また、図において矢印は蒸気、又は
タービン低圧部からの排気流の流れる方向を示すものと
する。

【０００５】このタービンにおいて、駆動流体導管によ
り導かれた蒸気１はタービン高圧部（又は高中圧部）２
に入り、このタービン高圧部２でロータ３を回転させた
後、タービン低圧部の２つの車室４ａ，４ｂに入る。そ
して、２つの車室４ａ，４ｂに入った蒸気１はロータ３
を回転させた後、４流のタービン排気流（以下排気流と
いう）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとなって排気される。

【０００６】ここで、この車室４ａ，４ｂでは、負荷と
なる発電機６の状態にかかわらず、蒸気１が常に４流の
排気流５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとして排気されるため、
最終段排気環状面積が運用上どの負荷状態においても一
定となる。

【０００７】一方、この最終段排気環状面積はタービン
定格（４／４）負荷状態におけるタービン性能を高く維
持するため、タービン排気損失を低減する適正な排気環
状速度となるよう選定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、タービンが
部分負荷の状態で運用される場合には、最終段排気環状
面積が一定であるため、このタービン排気環状速度は負
荷に対応して減少する。タービン排気環状速度が減少す
ると、タービン排気損失は大幅に増加し、これによりタ
ービン性能は著しく低下する。

【０００９】このため、従来はこの部分負荷運用時のタ
ービン性能の低下を抑えるために、最終段排気環状面積
を小さめに選定することにより、部分負荷運用時のター
ビン排気損失の大幅な増加を抑えていた。

【００１０】しかし、このように最終段排気環状面積を
小さめに選定すると、逆にタービン定格負荷状態におけ
るタービン性能の低下を招くことになる。

【００１１】本発明は、部分負荷運用時のタービン性能
の低下を最小限に抑えるタービンを提供することを目的
とする。 ［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は複数段の静翼及
び動翼を備える一方、この複数段の静翼及び動翼の間を
高速で移動する駆動流体により駆動され、この駆動流体
を負荷の状態に拘らず一定数の排気流数により排気する
タービンにおいて、前記複数段の静翼の第１段静翼を開
閉させることにより駆動流体の流通、遮断を行う静翼駆
動機構と、前記静翼駆動機構を駆動する駆動手段と、前
記負荷の状態を監視し、負荷の状態に応じて前記駆動手
段を制御することにより前記排気流数を変化させる制御
手段とを設けたものである。

【００１３】

【作用】これにより、制御手段は負荷の状態に応じて静
翼駆動機構を作動させ、蒸気を遮断することにより排気
流数を変化させることができ、排気環状速度を定格負荷
時と同等または排気環状速度の減少を最小限に抑えるこ
とができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例に係るタービン
の構成図である。同図において、図４と同一符号は同一
又は相当部分を示す。

【００１６】図１において、７ａ，７ｂ，７ｃは後述す
るタービン低圧部の第１段静翼に設けられた可動静翼を
開閉させることにより蒸気の流通、遮断を行い、排気流
の発生を抑える静翼駆動機構（以下駆動機構という）、
８ａ，８ｂ，８ｃは、油圧により駆動機構７ａ，７ｂ，
７ｃの可動静翼を開閉させる油圧駆動装置である。

【００１７】なお、蒸気１の排気経路を確保するため、
４流の排気流５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのうち、１流の排
気流５ｄは常に存在させる必要があり、このため排気流
５ｄの通路部には駆動機構は設けていない。

【００１８】９は、発電機６の状態を負荷信号Ｓ１によ
り監視し、この負荷信号Ｓ１に応じて油圧信号Ｓ２を油
圧駆動装置８に出力することにより、駆動機構７ａ，７
ｂ，７ｃの作動を制御する制御装置である。なお、図に
おいて、一点鎖線は負荷信号Ｓ１及び油圧信号Ｓ２を表
わす。

【００１９】ここで、駆動機構７ａ，７ｂ，７ｃは、例
えば図２に示すように油圧駆動装置８ａ，８ｂ，８ｃに
より矢印方向に回動する駆動部７１を設け、この駆動部
７１の回動により矢印方向に回動するタービン低圧部の
第１段静翼の１枚の静翼７２（以下可動静翼という）と
、この可動静翼７２と連動部７３を介して連動して回動
するこの可動静翼７２以外のタービン低圧部の第１段静
翼７４（以下連動可動静翼という）とから成っている。

【００２０】そして、制御装置９からの油圧信号Ｓ２に
より油圧駆動装置８ａ，８ｂ，８ｃが駆動部７１を矢印
方向に回動すると、これに伴い第１段静翼の可動静翼７
２及びこの可動静翼７２に連動して回動する連動可動静
翼７４が矢印方向に回動し、破線で示す蒸気遮断位置と
現在の蒸気流通位置のどちらかの位置に移動する。

【００２１】このように、制御装置９は負荷の状態によ
り駆動機構７ａ，７ｂ，７ｃを作動させて第１段静翼を
開閉させ、蒸気を流通、遮断させる。そして、ことによ
り、排気流の流数を変化させ、タービン最終段排気環状
面積を変化させる。

【００２２】なお、蒸気遮断位置において、可動静翼７
２と連動可動静翼７４との間及び連動可動静翼７４間の
接触部における蒸気の漏洩を防ぐため、接触部に図示し
ないパッキン等を設ける。また、可動静翼７２及び連動
可動静翼７４の上面７２ａ，７４ａ及び下面７２ｂ，７
４ｂにも蒸気の漏洩を防ぐため、図示しないパッキン等
を設ける。

【００２３】次に、このように構成されたタービンの動
作を説明する。

【００２４】駆動流体導管により導かれた蒸気１はター
ビン高圧部２でロータ３を回転させた後、タービン低圧
部の２つの車室４ａ，４ｂに入る。

【００２５】一方、制御器９は発電機６の状態を示す負
荷信号Ｓ１に従って油圧信号Ｓ２を油圧駆動装置８に出
力することにより、駆動機構７ａ，７ｂ，７ｃの開閉を
制御する。

【００２６】今、発電機６の状態からタービンが定格状
態で運用されているとすると、２つの車室４ａ，４ｂ内
の駆動機構７ａ，７ｂ，７ｃは全て蒸気１を通過させる
状態となっており、蒸気１は駆動機構７ａ，７ｂ，７ｃ
が設けられた通路部又は駆動機構が設けられていない通
路部を通過し、車室４ａ，４ｂでロータ３を回転させた
後、４流の排気流５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとして排気さ
れる。

【００２７】この時、この４流の排気流５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄの排気環状速度として、タービン定格（４／４
）負荷状態におけるタービン性能を高く維持するため、
タービン排気損失を低く抑える適正な速度が選定されて
いる。

【００２８】ところで、発電機６の負荷が減少すると、
これを負荷信号Ｓ１により知った制御装置９は油圧信号
Ｓ２を油圧駆動装置８ａ，８ｂ，８ｃに出力することに
より、駆動機構７ａ，７ｂ，７ｃの作動を制御する。

【００２９】今、発電機６の負荷が減少し３／４負荷以
下になると、一方の車室４ａのうちの１つの駆動機構７
ａが閉鎖される。これにより、２つの車室４ａ，４ｂ内
には３流の排気流５ｂ，５ｃ，５ｄが存在することにな
る。

【００３０】また、２／４負荷以下になると、一方の車
室４ａのうちの２つの駆動機構７ａ，７ｂが閉鎖される
ため、２つの車室４ａ，４ｂ内には２流の排気流５ｃ，
５ｄが存在することになる。

【００３１】さらに、１／４負荷以下になると、一方の
車室４ａの２つの駆動機構７ａ，７ｂ及びもう一方の車
室４ｂの駆動機構４ｃが閉鎖されるため、２つの車室４
ａ，４ｂ内には１流の排気流５ｄが存在することになる
。

【００３２】ところで、このように負荷が減少すること
により排気流数が減少すると、これに伴ってタービン最
終段排気環状面積も減少することになる。

【００３３】次に、このような負荷の減少による排気流
数の減少に伴ってタービン最終段排気環状面積が減少し
た場合の排気環状速度について、図３を用いて説明する
。

【００３４】図３は、１排気流当りの排気損失曲線を示
し、横軸に排気環状速度Ｖ、縦軸に排気損失エンタルピ
ーΔＩを示している。

【００３５】ここで、従来のタービンにおける排気流量
は定格（４／４）負荷時を１とすると、３／４負荷時、
２／４負荷時、１／４負荷時には、それぞれ約３／４、
２／４、１／４となり、負荷が減少するに従い排気流量
も減少する。

【００３６】しかし、従来のタービンはこのような排気
流量の減少にもかかわらず、定格（４／４）負荷時と同
様に４流の排気流で排気を行う。これにより、排気環状
速度Ｖはタービンの定格（４／４）負荷時の排気環状速
度ＶをＶ１、３／４負荷時、２／４負荷時、１／４負荷
時の排気環状速度をそれぞれＶ２，Ｖ３，Ｖ４とすると
、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４はそれぞれ定格（４／４）負荷時の
排気環状速度Ｖ１の約３／４、２／４、１／４となる。

【００３７】一方、排気損失エンタルピーΔＩは排気環
状速度Ｖが減少すると、これに対応して増加する。ここ
で、今定格（４／４）負荷時の排気損失エンタルピーΔ
ＩをΔＩ１とし、３／４負荷時、２／４負荷時、１／４
負荷時の排気損失エンタルピーをそれぞれΔＩ２，ΔＩ
３，ΔＩ４とすると、ΔＩ２，ΔＩ３，ΔＩ４は図に示
すように排気環状速度Ｖが減少するにつれて増加して行
き、これによりタービン効率が大幅に低下する。

【００３８】ところが、本発明の場合は、前述のように
負荷の状態に応じて排気流数を変化させる。即ち、定格
（４／４）負荷時には排気流数は４流５ａ，５ｂ，５ｃ
，５ｄ、３／４負荷時には排気流数は３流４ｂ，４ｃ，
４ｄ、２／４負荷時には排気流数は２流４ｃ，４ｄ、１
／４負荷時には排気流数は１流４ｄとなる。

【００３９】ここで、排気流数が４流５ａ，５ｂ，５ｃ
，５ｄから３流４ｂ，４ｃ，４ｄ、２流４ｃ，４ｄ、１
流４ｄと変化すると、これに伴いタービン最終段排気環
状面積はそれぞれ定格（４／４）負荷時の３／４、２／
４、１／４に変化する。

【００４０】このように、負荷の状態に応じてタービン
最終段排気環状面積を変化させることにより、各負荷状
態の１排気流当りの排気環状速度Ｖ２’，Ｖ３’，Ｖ４
’が負荷状態にかかわらず定格（４／４）負荷時の排気
環状速度Ｖ１とほぼ等しくなる。

【００４１】また、各負荷状態の排気損失エンタルピー
ΔＩ２’，ΔＩ３’，ΔＩ４’も定格（４／４）負荷時
の排気損失エンタルピーΔＩ１とほぼ等しくなり、部分
負荷運用時の排気損失の増加及びタービン効率の低下を
防ぐことができる。

【００４２】なお、これまでの説明においては、タービ
ンが１軸上に配置されているタンデムコンパウンド型タ
ービンの場合について述べたが、本発明はこれに限らず
その他の、例えばタービンが２軸上に配置されているク
ロスコンパウンド型タービン等についても適応すること
ができる。

【００４３】また、排気流数は当然４流に限ることはな
く、むしろ排気流数が多くなるほどよりきめ細かくター
ビンの負荷の状態に対応することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御手段
は負荷の状態に応じて静翼駆動機構を作動させ、蒸気を
流通、遮断することにより排気流数を変化させることが
でき、排気環状速度を定格負荷時と同等または排気環状
速度の減少を最小限に抑えることができる。

【００４５】これにより、部分負荷運用時の排気損失の
増加及びタービン効率の低下を防ぐことができる。また
、部分負荷運用時の排気損失の増加を防ぐことができる
ため、タービン最終段排気環状面積を定格負荷運用時で
の排気損失を最小とするように設定でき、定格負荷運用
時におけるタービン効率を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るタービンの構成図。

【図２】駆動流体駆動機構の一例を示す斜視図。

【図３】１排気流当りの排気損失曲線。

【図４】従来のタービンの構成図。

【符号の説明】

１　　蒸気 ４ａ，４ｂ　　タービン低圧部の車室 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ　　排気流 ６　　発電機 ７ａ，７ｂ，７ｃ　　静翼駆動機構 ８ａ，８ｂ，８ｃ　　油圧駆動装置 ９　　制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数段の静翼及び動翼を備える一方、
   この複数段の静翼及び動翼の間を高速で移動する駆動流
   体により駆動され、この駆動流体を負荷の状態に拘らず
   一定数の排気流数により排気するタービンにおいて、前
   記複数段の静翼の第１段静翼を開閉させることにより駆
   動流体の流通、遮断を行う静翼駆動機構と、前記静翼駆
   動機構を駆動する駆動手段と、前記負荷の状態を監視し
   、負荷の状態に応じて前記駆動手段を制御することによ
   り前記排気流数を変化させる制御手段とを設けたことを
   特徴とするタービン。