蒸汽轮机设备.pdf

本发明提供一种能够兼顾以额定发电输出运转时的发电效率的提高、和基于电力需求波动的发电输出的快速调整的蒸汽轮机设备。构成为具备：锅炉(1)；在从锅炉(1)通向蒸汽轮机的主蒸汽管(2)上设置的蒸汽调节阀(4)；在从主蒸汽管(2)绕过蒸汽调节阀(4)而连通于与主蒸汽管(2)相比靠蒸汽轮机的低压侧的过载蒸汽管(5)上设置的过载阀(6)；以及，从过载蒸汽管(5)流出的蒸汽流入蒸汽轮机级段部时通过的缝隙部(31)，该缝隙部(31)的涡轮转子(15)的轴向上的宽度(C)比过载蒸汽管(5)的内径(d)小(d>C)。

权利要求书
1.  一种蒸汽轮机设备，其特征在于，具备：
蒸汽产生源；
将该蒸汽产生源产生的蒸汽导向蒸汽轮机的主蒸汽管；
在该主蒸汽管上设置的蒸汽调节阀；
为了使上述蒸汽产生源产生的蒸汽绕过上述蒸汽调节阀连通于与上述主 蒸汽管相比靠上述蒸汽轮机的低压侧而从上述主蒸汽管分支的过载蒸汽管；
在该过载蒸汽管上设置的过载阀；
通过了该过载阀的蒸汽流入蒸汽轮机级段部时通过的缝隙部，
该缝隙部的涡轮轴向的宽度比上述过载蒸汽管的内径小。

2.  根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，
上述缝隙部由隔板外环和壳体构成。

3.  根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，
上述缝隙部由两个壳体构成。

4.  根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，
上述缝隙部由在涡轮轴向上连续的两个级段的隔板外环构成。

5.  根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，
上述过载蒸汽管与壳体嵌合。

6.  根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，
上述过载蒸汽管在壳体上焊接。

说明书蒸汽轮机设备
技术领域
本发明涉及蒸汽轮机设备。
背景技术
作为能够抑制主蒸汽压力并且使蒸汽轮机的输出增加的蒸汽轮机的过负 荷运转装置，专利文献1中记载的技术是，蒸汽轮机具备蒸汽轮机高压部以及 蒸汽轮机再热部，将高压蒸汽经由主蒸汽调节阀导入蒸汽轮机高压部，将再热 蒸汽经由再热蒸汽阀导入蒸汽轮机再热部，在该蒸汽轮机中，从主蒸汽调节阀 的入口侧分支而经由过载阀与蒸汽轮机再热部的入口侧连通。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－161698号公报
发明内容
发明要解决的课题
在具备蒸汽轮机的火力发电机组中，根据预测的电力需求的波动，希望使 发电输出从额定值变更。
以往，作为调整火力发电机组的发电输出的方法，采用了节流调速、喷嘴 关闭调速、变压运转等方法。
节流调速是增减蒸汽调节阀的开度对蒸汽进行节流，改变热落差和蒸汽流 量调整输出的方法。
但是，在该方法中仅在最大发电输出运转时蒸汽调节阀为全开，在此外的 运转状态下产生阀节流损失引起的发电效率降低的问题。通常，额定发电输出 比最大发电输出小，因此在以额定发电输出运转时产生阀节流损失，与以最大 发电输出运转时相比，存在发电效率降低的问题。
喷嘴关闭调速，是保持有效热落差恒定，增减蒸汽调节阀的数量，增减喷 出蒸汽的喷嘴的数量，使蒸汽流量变化来调整发电输出的方法。
但是，在该方法中需要将具有仅从喷嘴组的一部分向涡轮送气的机构的调 速级在蒸汽轮机内部设置，但通常存在调速级的设置伴随有发电效率的降低的 问题。
变压运转，是以与所要求的发电输出对应的蒸汽压力运转的方法。
该方法不伴随蒸汽调节阀的阀节流损失或调速级的设置，因此能够使发电 效率提高。但是，火力发电组件中的蒸汽产生源难以使蒸气压力急速地变化， 因此在该方法中存在难以快速调整发电输出的问题。
另外，在专利文献1所述的技术中，存在通过过载阀6流入蒸汽轮机的蒸 汽难以向涡轮周向扩散，难以抑制级段部上的偏流等问题。
针对这种情况，本发明的目的在于提供：能够兼顾以额定发电输出运转时 的发电效率的提高、和基于电力需求波动的发电输出的快速调整的蒸汽轮机设 备。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，例如采用如下方案的构成。
本发明包含多个解决上述课题的手段，但是如果举出其中一例，其特征在 于，具备：蒸汽产生源；将该蒸汽产生源产生的蒸汽导向蒸汽轮机的主蒸汽管； 在该主蒸汽管上设置的蒸汽调节阀；为了使上述蒸汽产生源产生的蒸汽绕过上 述蒸汽调节阀连通于与上述主蒸汽管相比靠上述蒸汽轮机的低压侧而从上述 主蒸汽管分支的过载蒸汽管；在该过载蒸汽管上设置的过载阀；通过了该过载 阀的蒸汽流入蒸汽轮机级段部时通过的缝隙部，该缝隙部的涡轮轴向的宽度比 上述过载蒸汽管的内径小。
发明的效果
根据本发明，能够兼顾以额定发电输出运转时的发电效率的提高、和基于 电力需求波动的发电输出的快速调整。
附图说明
图1为表示本发明实施方式的蒸汽轮机设备的整体构成的概略图。
图2为表示本发明第一实施方式的高压涡轮的构成例的剖视图。
图3为从涡轮径向外侧看本发明第一实施方式的高压涡轮的级段部上的 动叶和静叶的图。
图4为表示本发明第二实施方式的高压涡轮的构成例的剖视图。
图中，1：锅炉(蒸汽产生源)；2：主蒸汽管；3：主蒸汽截止阀；4：蒸 汽调节阀；5、5A：过载蒸汽管；6：过载阀；7：高压涡轮；8：高压涡轮排 气管；9：高温再热蒸汽管；10：中压涡轮；11：中压涡轮排气管；12：低压 涡轮；13：低压涡轮排气管；14：冷凝器；15：涡轮转子；16：发电机；22、 22’：动叶；23、23’：静叶；24、24’：隔板外环；25：隔板内环；26：叶片； 27：填料；28：壳体；30：密封圈；31：缝隙部；41：缝隙部；42、42’：内 部壳体；43、43’：隔板外环；45：外部壳体；d：过载蒸汽管的内径；C：缝 隙部的宽度；V：过载阀6全闭时从静叶23’流出的蒸汽的绝对速度；W：过 载阀6全闭时从静叶23’流出的蒸汽相对于动叶22’的相对速度；V’：过载 阀6打开时从静叶23’流出的蒸汽的绝对速度；W’：过载阀6打开时从静叶 23’流出的蒸汽相对于动叶22’的相对速度；U：动叶22’的旋转速度；θ： 过载阀6打开时从静叶23’流出的蒸汽相对于动叶22’的相对速度W’与动 叶入口部所成的角。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的蒸汽轮机设备的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
参照图1至图3对本发明的蒸汽轮机设备的第一实施方式进行说明。
图1为表示本发明实施方式的蒸汽轮机设备(火力发电机组)的整体构成 的概略图，图2为表示本发明第一实施方式的高压涡轮的构成例的剖视图，图 3为从涡轮径向外侧看本发明第一实施方式的高压涡轮的级段部上的动叶和 静叶的图。
如图1所示，本实施方式的蒸汽轮机设备，具有：锅炉1、高压涡轮7、 中压涡轮10、低压涡轮12、冷凝器14、发电机16。
锅炉1为化石燃料焚烧锅炉，是蒸汽产生源的一例。通过在锅炉1中燃烧 化石燃料对从冷凝器14供给的凝水进行加热，产生高温高压的蒸汽。
在主蒸汽管2上设有主蒸汽截止阀3和蒸汽调节阀4等。并且，在主蒸汽 管2上连接有绕过蒸汽调节阀4而连通于与主蒸汽管2相比靠蒸汽轮机的低压 侧的过载蒸汽管5。在该过载蒸汽管5上设有过载阀6。
锅炉1产生的蒸汽经由主蒸汽管2以及过载蒸汽管5导向高压涡轮7，驱 动高压涡轮7。驱动高压涡轮7而减压的蒸汽，在高压涡轮排气管8中流过而 导入锅炉1，再次被加热而成为再热蒸汽。
被锅炉1再加热的再热蒸汽，经由高温再热蒸汽管9导向中压涡轮10驱 动中压涡轮10。
驱动中压涡轮10而减压的蒸汽，经由中压涡轮排气管11导向低压涡轮 12，驱动低压涡轮12。
驱动低压涡轮12而减压的蒸汽，经由低压涡轮排气管13导向冷凝器14。 冷凝器14具备冷却水配管(未图示)，使导向冷凝器14的蒸汽与在冷却水配 管内流过的冷却水进行热交换而将蒸汽冷凝。在冷凝器14中冷凝的冷凝水被 再次送到锅炉1。
图1所示的高压涡轮7、中压涡轮10以及低压涡轮12，通过涡轮转子15 同轴地联结。并且，在涡轮转子15上联结有发电机16，发电机16通过高压 涡轮7、中压涡轮10以及低压涡轮12的旋转动力进行驱动，将高压涡轮7、 中压涡轮10以及低压涡轮12的输出作为电力(电能)取出。
本实施方式的蒸汽轮机设备的一大特征在于，具备：从过载蒸汽管5流出 的蒸汽流入蒸汽轮机级段部时通过的缝隙部31。并且，该缝隙部31在于构成 为宽度比过载蒸汽管5的内径小的点。这里，本发明的缝隙部31，是指其宽 度为蒸汽通过的狭窄的间隙。
如图2所示，在高压涡轮7的来自过载蒸汽管5的蒸汽的入口附近设有： 隔板外环24、隔板内环25、叶片26、填料27、保持隔板外环24的壳体28、 密封圈30、和缝隙部31等。
在高压涡轮7上，具备：涡轮转子15；和在该涡轮转子15上安装的动叶 22。
该高压涡轮7的隔板，具备：隔板外环24、隔板内环25、和位于该隔板 内环25和隔板外环24之间的静叶23。由该静叶23和动叶22形成蒸汽轮机 的级段。
隔板外环24在壳体28上固定，或者在相邻的另一级段的隔板外环24’ 上固定。并且，在隔板外圈24上，为了抑制蒸汽泄漏，以在与动叶22的顶端 之间形成密封的方式设有叶片26。
并且，在隔板内环25上，为了抑制蒸汽泄漏，以在与转子15之间形成密 封的方式设有填料27。
过载蒸汽管5，在嵌合了密封圈30的壳体28上插入/嵌合，使自身的外表 面与密封圈30接触，从而防止从过载蒸汽管5与壳体28的间隙泄漏蒸汽。
缝隙部31是由隔板外环24、和壳体28形成的涡轮轴向的间隙，如上所 述，是蒸汽通过的狭窄间隙。该缝隙部31在涡轮转子15轴向上的宽度C比 过载蒸汽管5的内径d小(d>C)，这样来配置隔板外环24以及壳体28。
如上所述，本发明的蒸汽轮机设备的第一实施方式构成为，具备：锅炉1； 在从锅炉1通向蒸汽轮机的主蒸汽管2上设置的蒸汽调节阀4；在从主蒸汽管 2绕过蒸汽调节阀4而连通于与主蒸汽管2相比靠蒸汽轮机的低压侧的过载蒸 汽管5上设置的过载阀6；以及，从过载蒸汽管5流出的蒸汽流入蒸汽轮机级 段部时通过的缝隙部31，该缝隙部31在涡轮转子15轴向上的宽度C，比过 载蒸汽管5的内径d小(d>C)。
在如上所述构成的本实施方式的蒸汽轮机设备中，能够获得以下说明的作 用效果。以下，对该作用效果进行说明。
(1)额定发电输出运转时的发电效率提高
在要求以额定发电输出运转时，通过使蒸汽调节阀4全开、使过载阀6 全闭，从而能够消除蒸汽调节阀4上的阀节流损失，能够使发电效率提高。
(2)超过额定值的发电输出的对策
在要求以超过额定值的发电输出运转时，通过使蒸气调节阀4为全开，并 且根据所要求的发电输出打开过载阀6，能够容易地实现超过额定值的发电输 出。
(3)发电输出的快速调整
发电输出的调整通过使用蒸气调节阀4以及过载阀6来进行，从而能够快 速地调整发电输出。
(4)级段部的偏流抑制
在本实施方式中，缝隙部31在涡轮转子15轴向上的宽度C，构成为比过 载蒸汽管5的内径d小(d>C)，因此通过过载阀6流入蒸汽轮机的蒸汽，在 通过缝隙部31之前减速。因此，蒸汽流入蒸汽轮机时容易向涡轮周向扩散， 能够抑制级段部上的偏流。
(5)温度不均的抑制
通常，从过载阀6流入蒸汽轮机的蒸汽，温度比通过缝隙部31后的级段 部的蒸汽高，因此产生级段部上的温度上升，该部分的材料强度降低。这种现 象在级段部上的偏流较大、局部温度上升较大时特别显著。
对此，根据本实施方式，如(4)中所述能够抑制级段部上的偏流，因此 能够防止级段部上的局部温度上升，能够抑制材料强度的降低。
(6)级段效率降低的抑制
在图3中分别示出了：过载阀6全闭时从静叶23’流出的蒸汽的绝对速 度V、过载阀6全闭时从静叶23’流出的蒸汽相对于动叶22’的相对速度W、 过载阀6打开时从静叶23’流出的蒸汽的绝对速度V’、过载阀6打开时从静 叶23’流出的蒸汽相对于动叶22’的相对速度W’、动叶22’的旋转速度U、 过载阀6打开时从静叶23’流出的蒸汽相对于动叶22’的相对速度W’与动 叶入口部所成的角θ。
在图3中，过载阀6全闭时，在通过蒸汽调节阀4的蒸汽流入的级段入口 部、与通过过载阀6的蒸汽流入的级段入口部之间，与过载阀6全闭时相比， 有效热落差减小。由此，在与通过过载阀6的蒸汽流入的级段相比高压侧的级 段，从静叶23’流出的蒸汽的速度减小(V>V’)。由此，从静叶23’流出的 蒸汽相对于动叶22’的相对速度W’与动叶入口部所成的角θ增大，蒸汽携 带的能量的损失增大。这种现象，在级段部的偏流较大时显著地出现。
对此，根据本实施方式，在(4)中如上所述，能够抑制级段部上的偏流， 因此能够抑制蒸汽携带的能量的损失，提高发电效率。
并且，虽然在上述第一实施方式中，对缝隙部31由隔板外环24和壳体 28构成的情况进行了说明，但是也可以由两个壳体构成缝隙部。并且，也可 以由连续的两个级段的隔板外环构成缝隙部。或者，也可以在这些缝隙部的构 成中并用任意两种以上。
另外，虽然对过载蒸汽管5与壳体28嵌合的情况进行了说明，但是在过 载蒸汽管5与壳体28焊接的情况下，本发明也可以适用。
(第二实施方式)
参照图4对本发明的蒸汽轮机设备的第二实施方式进行说明。
图4为表示本发明第二实施方式的高压涡轮的构成例的剖视图。
图4所示的本实施方式的蒸汽轮机设备，与第一实施方式的蒸汽轮机设备 的区别点在于，缝隙部的构成以及过载蒸汽管与蒸汽轮机的连接方法。
第一实施方式的缝隙部31，由隔板外环24与壳体28在涡轮轴向上的间 隙构成。
与此相对，如图4所示，本实施方式的缝隙部41，由第一内部壳体42与 第二内部壳体42’在涡轮轴向上的间隙、以及隔板外环43与隔板外环43’在 涡轮轴向上的间隙构成。
另外，第一实施方式的过载蒸汽管5与壳体28嵌合，而在本实施方式中， 过载蒸汽管5A在外部壳体45上焊接。
在本发明的蒸汽轮机设备的第二实施方式中，也能够获得与上述蒸汽轮机 设备的第一实施方式基本相同的效果。
(其它)
另外，本发明不限于上述实施方式，包含不脱离其要点的范围内的各种变 形例。例如，本发明不限于具备上述实施方式中说明的全部构成者，也包含删 除其一部分构成。并且，可以将某一实施方式的一部分构成追加或置换到另一 实施方式的构成中。
例如，在上述实施方式中，对联结的高压涡轮7、中压涡轮10以及低压 涡轮12驱动发电机16的情况进行了例示，但是也可以将发电机与各涡轮7、 10、12的轴联结分别进行发电，也可以在三个涡轮7、10、12中联结任意的 两个来驱动发电机。另外，也可以适用于复合循环系统的蒸汽轮机。