JPS6238803A - 蒸気タ−ビンの最終段冷却装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービンの低圧最終段における入口部の温
度上昇を防止できるようにした蒸気タービン最終段冷却
装置に関１“る。

〔発明の技術的曹…とその問題点〕

近年、原子力発電所の出ノＪが電力系統においてベース
ロード的に運用されるようになってぎたことに伴い、火
力用タービンでは起動停止あるいは負荷遮断が頻繁に行
なわれ、連続運転をする場合においても最低負荷を例え
ば１０％以下に引き下げた極低負荷運転での機能が要求
されるようになってきた。

一般に、最終段に長大な羽根を持つ蒸気タービンではタ
ービンの起動時や負荷遮断後の運転に際して排気室温度
が上昇する。このため、最終段出口に復水ポンプからの
圧力水をノズルから噴霧して、その気化熱により排気室
を冷却する方法がとられている。

第７図は従来の蒸気タービン最終段冷却装置の一例を示
す系統図である。同図において、低圧ケーシングの排気
室１ａ、ｌｂにはザーモエレメント２ａ、２ｂが設置さ
れている。これらのり−モエレメントによって感知され
た低圧ケーシングの温度は電圧信号として温度トランス
ミツター３ａ。

３ｂに送られ、空気圧信号に変換された後、導管４ａ、
４ｂを通してハイセレクター５に送られ、温度トランス
ミツター３ａ、３ｂの信号の内のいずれか大きい方の信
号、即ち２つの低圧ケーシングの排気室温度が高い方の
信号が選択される。ハイセレクタ−５によって選択され
た空気圧信号は導管６を通してスプレー水調節弁７に伝
えられ、その空気圧に応じて弁開度を調節する。復水ポ
ンプ８よりスプレー水給水配管９．１０を通して供給さ
れた冷却水は低圧ケーシングの排気室１ａ。

１ｂに設置されたスプレーノズル１１ａ、１１ｂから噴
霧され、高温の排気室１ａ、ｌｂを気化熱により冷却す
る。図中、１２は給気配管を示す。

上述のように構成した従来の蒸気タービン冷却装置にお
いては、蒸気タービンが例えば１０％またはそれ以下の
極低負荷で運転されている場合や、排気真空度が低い場
合には最終段を通過する蒸気の体積流量が減少するにつ
れて逆流域を生じ、撹拌による損失が増加するために最
終段動翼の入口温度は急激に上昇し、２００℃を越える
ことがある。通常、この様な状態では第７図に示した冷
却装置が作動してスプレー水を噴霧するが、最終段羽根
の出口温度が下がってもその入口温度は下がらず、また
このスプレー水の巻ぎ込みにより動翼のルート部にエロ
ージョンを引き起すこともある。

特に負荷調節用として運用されている中容量のタービン
では動翼の蒸気入口側先端に貼り付けられたエロージョ
ンシールドが剥離しやすくなる。

これは動翼の蒸気入口側の温度上野が銀ロウ等の接合材
を劣化させ、エロージョンシールドと羽根母Ｉとの接合
強度を低下さけるためと考えられる。

〔発明の目的〕

本発明は、背県技術における上述の如き欠点を除去すべ
くなされたもので、タービンの起動時あるいは極低負荷
運転時に起る低圧最終段動翼の入口部の温度上昇を有効
に防止できる蒸気タービン最終段冷却装置を提供するこ
とを目的とＪｏる。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンの
最終段動翼の前面に位置するノズルに冷却孔を設け、こ
の冷却孔内に供給される冷却水量を調節弁の開度を制御
して調節するようにした蒸気タービンの最終段冷却装置
において、最終段動翼の入口側の温度を感知する温度検
出手段と、検出された温度をあらかじめ設定された温度
と比較し偏差信号を出力する温度判定手段と、その結果
に基いて最終段ノズルに供給する冷却水口を制御する信
号を前記調節弁に出力する調節手段とを備えてなること
を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図を参照して
説明する。

第１図は蒸気タービンの低圧段部分の構成を示す説明図
である。蒸気タービンロータ１３の外周には動翼１４が
列設され、動翼の蒸気入口側にはサーモエレメント１５
が設置されている。一方、ノズル１６には冷却孔１７が
穿設されており、ノズル１６の表面には冷却孔１７に貫
通する微小な孔１８が開口している。冷却孔１７には調
節弁１９を通して冷却水が供給され、冷却水流出孔１８
からノズル１６の後流側即ち、動翼の入口側に流出する
。

調節弁１９の弁開度は次の様に制御される。即ち、サー
モエレメント１５により感知された温度は温度変換器２
０により空気圧等の伝達信号に変換され、この信号は演
算器２１により設定レベルとの比較がなされる。更にレ
ベルの大小に応じて制御信号調節器２２から調節弁１９
へ空気圧信号が出力され、調節弁１９の弁開度が制御さ
れる。

第２図は本発明の最終段冷却装置におりるシステム制御
図を示している。ステップＰ１でシステムがスタートし
、ステップＰ２で動翼入口の温度Ｔｍが計測される。ま
た、ステップＰ３では制御パラメータとして設定渇磨値
Ｔ、基準温度上昇幅ｔおよび基準弁開度Ｂが入力される
。

次にステップＰ４では計測温度１”ｍと設定温度Ｔの差
△ＴがＭ算される。この温度差６丁はステツブＰ５にお
いて正または負の判定がなされ、八ＴがＯまたは負の場
合にはステップＰ１２に進み調節弁は閉じた状態となる
。

一方、八Ｔが正の場合はステップＰ６で冷却水供給開始
の命令が出されると同時に、ステップＰ７において温度
上昇率Ａが計算される。この温度上昇率は温度差へＴを
基準温度上昇幅ｔで除した値と考えてよい。そしてステ
ップＰ８において温度上昇率Ａと基準弁開ＦＩＢから冷
却水を供給するのに適した弁開度Ｗが決定され、ステッ
プＰ９において実際に調節弁が開かれる。

以上のステップを経過した後、ステップＰ１０で動翼入
口の冷却が行なわれる。ステップＰ１１またはＰＩ３に
到達するとステップＰ１に戻り次の制御が開始される。

第３図は演算手段の内容を示す説明図である。

低圧ケーシング１の最終段動翼入口側に設置されたサー
モエレメント１５にＪ：り感知された沿ｎｔはＩ　ｆＩ
　８１測手段３０により伝達信号に変換されて温度状態
判定手段３１に送られ、温度設定手段３２からの設定温
度と比較される。この判定に基き制御値設定手段３３に
おいて制御値が設定され、更に制御信号変換手段３４に
よって調節弁１９を作動するための伝達信号に変換され
る。

これにより調節弁１９が作動し、ノズルの冷却水流出孔
１８から冷却水が流出し、その気化熱により最終段動翼
入口側の温度上昇が防止される。

第４図は本発明において採用されるノズルの実施例であ
り、第５図はその横断面図を示している。

ノズル静１１６の内部には長手方向に冷却孔１７が複数
本穿設されており、これらの冷却孔から静翼の外部の間
には冷却水が流出するための微小な冷却水流出孔１８が
設けられている。冷却水流出孔１８の数はタービンプラ
ントの特性に応じて決定される。

上記実施例に示すように、本発明による蒸気タービン最
終段冷却装置はノズル表面の微小な貫通孔から蒸気中に
冷却水を流出せしめ、その気化熱によって最終段動翼入
口側の急激な温度上昇を防止するものである。ここで、
供給する冷却水の侶は最終段動翼入口側に設置されたり
一−モエレメント１５の剖測温度を基に調節弁１９によ
り制御される。ノズル冷却孔１７に送り込まれた冷却水
はノズル１６の温度を下げると同時に予熱され静翼表面
の微小な冷却水流出孔１８から蒸気通路内に流出し、最
終段動翼入口部を冷却する。

以上のような最終段冷却装置によれば、最終段動翼入口
側を冷却することができるため、タービンの起動停止時
あるいは極低負荷運転時に従来問題となっていた、最終
段動翼の入口側湿度の急上昇を防止することができ、ま
た排気室スプレーとの併用により、最終段動翼の蒸気入
口部を効率よく冷却することができる。従って最終段動
翼に貼り付けられたエロージョンシールド接合材の劣化
を防止する上でも大きな効果を発揮し、最近のプラント
ＤＳＳ化に伴い多発しているエロージョンシールド剥離
問題を解決する手段ともなる。

第６図は本発明装置におけるノズルの他の実施例を示す
静翼有効部の断面図である。

この実施例ではノズル１６の断面内には冷却孔１７のみ
が穿設されており、冷却孔１７の内部を循環する冷却水
はタービンケーシングの外部から供給されノズル１６を
冷却する。これににつてノズル１６の周囲が冷却される
ためそこを通過する蒸気の温度が下げられる。寸なわち
ノズルを介して冷却水と蒸気との間で熱交換が行なわれ
、ノズルの冷却水流出孔から冷１１水が流出する第４図
の実施例と同様に、最終段入口側温度の急上品を防止す
ることができる。また第６図に示した実施例においては
冷却孔が外部と遮断されているため熱交換に供する作動
流体としては水のばかガスや液体金属等種々の流体を使
用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による蒸気タービンの最終段
冷却装置は最終段動翼の雰囲気温度、特に動翼入口側温
度の急激な上昇を防止することにより、翼材およびエロ
ージョンシールド接合材等の劣化を防ぐことができ、頻
繁な起動停止あるいは極低負荷運転等の厳しい条件下で
使用される蒸気タービンにおいても、性能および信頼性
を維持１−ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す蒸気タービンの低圧
最終段部の構成図、第２図は本発明装置の制御例を示す
フローチャート、第３図は本発明装置における演算手段
を示す説明図、第４図は本発明装置において使用される
最終段ノズルの実施例の斜視図、第５図はその断面図、
第６図は本発明装置において使用されるノズルの他の実
施例の断面図、第７図は従来の低圧タービン排気室の冷
却方法を示す系統図である。 １・・・低圧ケーシング、２ａ、　２ｂ・・・サーモエ
レメント、３ａ、３ｂ・・・渇磨トランスミツター、４
ａ、４ｂ、６・・・導管、５・・・ハイセレクター、７
・・・スプレー水調節弁、８・・・復水ポンプ、９，１
０・・・スプレー水給水配管、ｌｌａ、１１ｂ・・・ス
プレーノズル、１２・・・給気配管、１３・・・ロータ
、１４・・・動翼、１５・・・サーモエレメント、１６
・・・ノズル、１７・・・冷却孔、１８・・・冷却水流
出孔、１９・・・調節弁、２０・・・濡庶変換器、２１
・・・演算器、２２・・・制御信号調節器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 第２図 躬　３図 第４図 第５図 第６図 躬７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気タービンの最終段動翼の前面に位置するノズルに冷
   却孔を設け、この冷却孔内に供給される冷却水量を調節
   弁の開度を制御して調節するようにした蒸気タービンの
   最終段冷却装置において、最終段動翼の入口側の温度を
   感知する温度検出手段と、検出された温度をあらかじめ
   設定された温度と比較し偏差信号を出力する温度判定手
   段と、その結果に基いて最終段ノズルに供給する冷却水
   量を制御する信号を前記調節弁に出力する調節手段とを
   備えてなる蒸気タービンの最終段冷却装置。