舶用主機蒸気タービン設備
【課題】タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービンおよびＬＰタービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる舶用主機蒸気タービン設備を提供すること。
【解決手段】再熱器２５で加熱された蒸気を低圧側タービン２２に導く再熱蒸気管３４の途中から枝分かれして、前記再熱器２５にて加熱された再熱蒸気を主復水器３７に直接導くバイパス蒸気管５１が設けられているとともに、前記バイパス蒸気管５１の途中に、再熱蒸気ダンプ弁５２が設けられている。
【解決手段】再熱器２５で加熱された蒸気を低圧側タービン２２に導く再熱蒸気管３４の途中から枝分かれして、前記再熱器２５にて加熱された再熱蒸気を主復水器３７に直接導くバイパス蒸気管５１が設けられているとともに、前記バイパス蒸気管５１の途中に、再熱蒸気ダンプ弁５２が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つのプロペラを備えた船舶に搭載される舶用主機蒸気タービン設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一つのプロペラを備えた船舶に搭載される舶用主機蒸気タービン設備としては、例えば、特許文献１に開示された舶用推進プラントが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２３３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、特許文献１に開示された舶用推進プラント等では、タービントリップ時（危急時）に、前進操縦弁（高圧タービン（以下、「ＨＰタービン」という。）に流入する主ボイラからの主蒸気（main steam）の流量を制御する弁）が全閉するようになっている。しかしながら、特許文献１に開示された舶用推進プラントでは、前進操縦弁が全閉するまでにＨＰタービンに流入した主ボイラからの主蒸気が、ＨＰタービンで仕事を成した後、再熱器（re-heater）に導かれて再熱され、中圧タービン（以下、「ＩＰタービン」という。）に導かれ、ＩＰタービンで仕事を成した後、低圧タービン（以下、「ＬＰタービン」という。）に導かれて、ＬＰタービンで仕事を成した後、主復水器（main condenser）に導かれ、主復水器で凝縮し、復水となる。そのため、減速機（reduction gear）を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができず、プロペラが前進方向に回転してしまうおそれがあった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された舶用推進プラントでは、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）においてプロペラを後進方向に回転させる際、主ボイラからの主蒸気が、後進タービン（以下、「ＡＳＴタービン」という。）に導かれ、ＡＳＴタービンで仕事を成した後、主復水器に導かれ、主復水器で凝縮し、復水となる。これに対して、プロペラを前進方向に回転させる際、主ボイラからの主蒸気は、ＨＰタービンに導かれ、ＨＰタービンで仕事を成した後、再熱器に導かれて再熱され、ＩＰタービンに導かれて、ＩＰタービンで仕事を成した後、低圧タービンに導かれ、ＬＰタービンで仕事を成した後、主復水器に導かれ、主復水器で凝縮し、復水となる。そのため、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）において、後進方向へはプロペラを速やかに回転させることができるが、前進方向へはプロペラを速やかに回転させることができないといった問題点があった。
【０００６】
さらに、特許文献１に開示された舶用推進プラントでは、ＨＰタービンおよびＬＰタービンに何等の不具合も生じていない場合でも、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合には、前進方向にプロペラを回転させることができず、蒸気タービン船を前進させることができないといった問題点もあった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる舶用主機蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管が設けられているとともに、前記バイパス蒸気管の途中に、再熱蒸気ダンプ弁が設けられている。
【０００９】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備によれば、再熱蒸気ダンプ弁は、タービントリップ時（危急時）およびオートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、高圧タービンに何等の不具合も生じていない場合、かつ、低圧側タービンに何等かの不具合が生じている場合等に全開状態とされ、再熱器にて加熱された再熱蒸気が主復水器に導かれるようになっている。
これにより、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、低圧側タービンに何等かの不具合が生じている場合でも、高圧タービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。
【００１０】
上記舶用主機蒸気タービン設備において、前記バイパス蒸気管の途中に、前記再熱蒸気管の側から前記再熱蒸気ダンプ弁、および減温器が設けられているとさらに好適である。
【００１１】
このような舶用主機蒸気タービン設備によれば、減温器により減温された蒸気が主復水器に導かれ、高温の蒸気が主復水器に導かれるのを防止することができて、主復水器を保護することができる。
【００１２】
上記舶用主機蒸気タービン設備において、前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えているとさらに好適である。
【００１３】
このような舶用主機蒸気タービン設備によれば、スラスト軸受に作用するスラスト力のアンバランス（過負荷）を軽減させ、スラスト軸受が損傷するのを防止することができる。
【００１４】
上記舶用主機蒸気タービン設備において、前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えているとさらに好適である。
【００１５】
このような舶用主機蒸気タービン設備によれば、低温の蒸気が低圧側タービンに大量に流入するのを防止することができ、高圧タービンおよび低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善することができる。
【００１６】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を系外に導くダンプ蒸気系外排出管が設けられ、前記ダンプ蒸気系外排出管の途中に、前記再熱蒸気管の側から再熱蒸気ダンプ弁が設けられているとともに、前記主ボイラにて発生した主蒸気を前記再熱器に直接導く主蒸気バイパス管が設けられている。
【００１７】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備によれば、高圧タービンおよび低圧側タービンに蒸気を流すことができない船舶の艤装時においても、主ボイラにて発生した主蒸気を、主蒸気バイパス管を介して再熱器に流し、再熱器の調整（再熱バーナーの調整等）を行うことができる。
【００１８】
本発明に係る船舶は、上記いずれかの舶用主機蒸気タービン設備を具備している。
【００１９】
本発明に係る船舶によれば、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、低圧側タービンに何等かの不具合が生じている場合でも、高圧に何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。その結果、本発明に係る船舶によれば、その運用性、応答性を向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにした。
【００２１】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法によれば、スラスト軸受に作用するスラスト力のアンバランス（過負荷）を軽減させ、スラスト軸受が損傷するのを防止することができる。
【００２２】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにした。
【００２３】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法によれば、低温の蒸気が低圧側タービンに大量に流入するのを防止することができ、高圧タービンおよび低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備よれば、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービンおよびＬＰタービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【図３】減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変動、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度の変化を説明する図表である。
【図４】再熱バーナーの失火等により、高圧タービンから排気されて（低温）再熱蒸気管を介して導かれた蒸気を加熱することができなくなった場合の、高圧タービンの車室温度および中圧タービンの車室温度の変化を説明する図表である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備について、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備１は、例えば、ＬＮＧ船等の船舶の推進用に用いられる。この舶用主機蒸気タービン設備１は、主機とされる蒸気タービン２と、図示しない減速機（駆動伝達手段）と、図示しないプロペラ（推進器）と、を備えている。
【００２８】
蒸気タービン２は、舶用主機蒸気タービン設備１の主動力機として用いられる、例えば、再熱３圧式の蒸気タービンであり、ＨＰタービン２１と、ＩＰタービン（低圧側タービン）２２と、ＬＰタービン（低圧側タービン）２３と、ＡＳＴタービン２４と、再熱器２５と、を備えている。
【００２９】
ＨＰタービン２１には、主蒸気管３１を介して主ボイラ３２からの主蒸気が供給され、これによりＨＰタービン２１が回転駆動される。
再熱器２５は、ＨＰタービン２１とＩＰタービン２２との間に配置され、ＨＰタービン２１から排気されて（低温）再熱蒸気管３３を介して導かれた蒸気を加熱する。再熱器２５にて加熱された蒸気は、（高温）再熱蒸気管３４を介してＩＰタービン２２へと供給される。
【００３０】
ＩＰタービン２２には、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が供給され、これによりＩＰタービン２２は回転駆動される。ＩＰタービン２２とＨＰタービン２１とは共通の第１軸２６（図２参照）に設けられている。ＩＰタービン２２の機能としては、ＬＰタービン２３の一部と考えてよいが、配置上の制限と減速機に伝える負荷分担を平等にする目的でＬＰタービン２３の側ではなく、ＨＰタービン２１と同軸上に配備してある。
【００３１】
ＬＰタービン２３には、ＩＰタービン２２から排気されて蒸気管３５を介して導かれた蒸気が供給され、これによりＬＰタービン２３が回転駆動される。ＬＰタービン２３から排気されて復水管３６を介して主復水器３７に導かれた蒸気は、主復水器３７で凝縮し、復水となる。
ＡＳＴタービン２４は、船舶が後進する際に用いられ、主蒸気管３１の途中から枝分かれした後進用主蒸気管３８を介して主ボイラ３２からの主蒸気が直接供給され、これによりＡＳＴタービン２４が回転駆動されるようになっている。また、ＡＳＴタービン２４とＬＰタービン２３とは共通の第２軸（図示せず）に設けられている。
【００３２】
減速機には、上述した第１軸２６および第２軸が入力軸として接続され、減速機の出力側には、図示しない主軸（駆動伝達手段）が接続されている。また、この主軸には、プロペラが接続され、主軸によってプロペラが回転させられる。そして、このプロペラの回転によって船舶の推進力が得られるようになっている。
【００３３】
なお、図１中の符号４１，４２は、主蒸気管３１の途中に設けられた前進締切弁、前進操縦弁、符号４３は、（高温）再熱蒸気管３４の途中に設けられた再熱蒸気止弁、符号４４，４５は、後進用主蒸気管３８の途中に設けられた後進操縦弁、後進中間弁である。
また、図１中の符号４６は、主復水器３７で凝縮した復水を主ボイラ３２に導く給水管であり、符号４７は、給水管４６の途中に設けられた復水ポンプである。
【００３４】
さて、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備１には、再熱蒸気止弁４３よりも上流側（再熱器２５の側）に位置する（高温）再熱蒸気管３４の途中から枝分かれして、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気を主復水器３７に直接導く（中・低圧タービン）バイパス蒸気管５１が設けられている。また、このバイパス蒸気管５１の途中には、上流側（（高温）再熱蒸気管３４の側）から再熱蒸気ダンプ弁５２、およびスプレー（減温器）５３が設けられている。
【００３５】
再熱蒸気ダンプ弁５２は、通常全閉状態とされている。一方、再熱蒸気ダンプ弁５２は、タービントリップ時（危急時）、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、ＨＰタービン２１の単独運転時（ＨＰタービン２１およびＬＰタービン２３に何等の不具合も生じていない場合で、ＩＰタービン２２に何等かの不具合が生じている場合）等に全開状態とされ、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が、主復水器３７にすべて導かれるようになっている。このとき、再熱蒸気止弁４３は、全閉状態とされている。
また、再熱蒸気ダンプ弁５２は、ＩＰタービン２２に流入する再熱蒸気圧力を監視しながら、圧力を調整するようにしてもよい。
具体的に、ＩＰタービン２２の蒸気入口部に圧力センサーを設け、ＩＰタービン入口の定格最大圧力および設計最大圧力を設定し、再熱蒸気ダンプ弁の開度を低格最大圧力のとき０％、設計最大圧力のとき１００％のリニア制御とすることで、再熱蒸気ラインの圧力が過剰とならないよう適性に保持することができる。
【００３６】
スプレー（減温器）５３は、バイパス蒸気管５１を介して主復水器３７に導かれる蒸気の温度を低下させる装置であり、このスプレー５３には、給水管４６の途中から枝分かれした配管５４を介して、主復水器３７にて凝縮した復水の一部が供給されるようになっている。
【００３７】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備１および舶用主機蒸気タービン設備１の運用方法によれば、再熱蒸気ダンプ弁５２は、タービントリップ時（危急時）、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、ＨＰタービン２１の単独運転時（ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合で、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合）等に全開状態とされ、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が、スプレー５３にて冷却された後、主復水器３７に導かれるようになっている。
これにより、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備について、図２を参照しながら説明する。
図２は本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【００３９】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１は、第１軸２６に設けられたスラスト軸受６２の排油温度およびパッド温度を図示しない温度計等を用いて監視したり、あるいは第１軸２６の軸方向における変位を図示しない変位計等を用いて監視して、スラスト軸受６２に作用するスラスト力の変化を推定する、もしくはＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の車室温度を図示しない温度計等を用いて監視し、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の暖機状態を推定するというという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４０】
さて、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１では、例えば、通常航行（定格運転）から港湾航行（減速運転）に移行する場合で、かつ、再熱蒸気の温度が主蒸気の温度よりも高くなり、ＩＰタービン２２の側への負荷がＨＰタービン２１の側への負荷よりも大きくなって、スラスト軸受６２に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合や、あるいは通常航行（定格運転）時で、かつ、何らかの原因でスラスト軸受６２に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、スラスト軸受６２に作用するスラスト力をバランスさせるように再熱蒸気ダンプ弁５２が開方向に操作される。
具体的に、スラスト軸受６２の排油温度/パッド温度、およびタービン軸位置を連続監視し、それぞれの温度変化率および軸移動変化率が急変するなど、異常傾向を検出した時点で再熱蒸気ダンプ弁５２を開き、ＩＰタービン２２の負荷を軽減させ、タービンに働くスラスト力バランスを平衡させることができる。
【００４１】
なお、図３は、減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変動、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度の変化を説明する図表である。
ここでは、蒸気タービン１の出力を約１５分で約５分の１に低下させた場合のシミュレーション結果について説明する。図３における横軸は、減速制御を開始してからの経過時間を分単位で示すものであり、縦軸は蒸気タービンの出力、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度を示すものである。さらに、蒸気タービンの出力は符号Ｐが付されたグラフで、主蒸気の温度は符号ＴＨが付されたグラフで、再熱蒸気の温度は符号ＴＲが付されたグラフで示している。
【００４２】
図３に示すように、減速制御が開始されてから３分程度経過するまでは、蒸気タービンの出力Ｐ、主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲは一定で推移している。このとき、主蒸気の温度ＴＭおよび再熱蒸気の温度ＴＲは大体同じである。
その後、蒸気タービンの出力Ｐの減少が始まり、減速制御の開始から７分程度が経過するまでの間は、出力が一定の割合で低下し続ける。そして７分程度から１０分程度までの間は、蒸気タービンの出力Ｐの減少率が小さくなり、１０分程度が経過すると減少率は再び大きくなる。蒸気タービンの出力Ｐは、目標値である制御前出力の約５分の１よりも一時小さくなり（アンダーシュートして）、その後徐々に目標値に近づき、制御開始から約１５分で目標値に制御される。
【００４３】
その一方で、蒸気タービンの出力Ｐの低下に遅れて、減速制御の開始から５分程度が経過すると主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲの低下が始まる。
再熱蒸気の温度ＴＲと比較して主蒸気の温度ＴＨは先行して低下し、主蒸気の温度ＴＨと再熱蒸気の温度ＴＲとの逆転が発生する。この逆転は最大で約５０℃に達し、蒸気タービンの出力Ｐが目標値である約５分の１まで低下した後も続き、減速制御の開始から３０分程度が経過するまで維持される。
【００４４】
つまり、主蒸気がＨＰタービン２１を回転駆動した後に、再熱器２５により加熱されたものが再熱蒸気であることから、再熱蒸気の温度ＴＲは、主蒸気の温度ＴＨと比較して追従性が悪いため、このような事象が発生する。具体的には、主蒸気の温度ＴＨは、再熱蒸気の温度ＴＲと比較して、早期に温度低下が始まり、制御開始から２５分程度で温度が一定になり始めている。それに対して、再熱蒸気の温度ＴＲは、主蒸気の温度ＴＨに遅れて温度の低下が始まり、制御の開始から３０分程度で主蒸気の温度ＴＨまで温度が低下している。
【００４５】
また、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１では、例えば、再熱バーナー（図示せず）の失火等により、ＨＰタービン２１から排気されて（低温）再熱蒸気管３３を介して導かれた蒸気を加熱することができなくなり、例えば、図４に示すように、時間が経過してもＨＰタービン２１の車室温度は（略）一定に保たれ、時間の経過とともにＩＰタービン２２の車室温度が徐々に低下し、ＩＰタービン２２の車室温度がＨＰタービン２１の車室温度よりも低くなって、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の軸方向における熱分布を改善するように再熱蒸気ダンプ弁５２が開方向に操作される。
【００４６】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１および舶用主機蒸気タービン設備６１の運用方法によれば、スラスト軸受６２に作用するスラスト力のアンバランス（過負荷）を軽減させ、スラスト軸受６２が損傷するのを防止することができる。
また、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１および舶用主機蒸気タービン設備６１の運用方法によれば、低温の蒸気がＩＰタービン２２に大量に流入するのを防止することができ、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の軸方向における熱分布を改善することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４７】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備について、図５を参照しながら説明する。
図５は本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【００４８】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備７１は、（中・低圧タービン）バイパス蒸気管５１の代わりに、ダンプ蒸気系外排出管７２が設けられているというという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４９】
さて、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備７１には、再熱蒸気止弁４３よりも上流側（再熱器２５の側）に位置する（高温）再熱蒸気管３４の途中から枝分かれして、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気を系外（船外）に導くダンプ蒸気系外排出管７２が設けられている。また、このダンプ蒸気系外排出管７２の途中には、再熱蒸気ダンプ弁５２が設けられている。
【００５０】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備７１および舶用主機蒸気タービン設備７１の運用方法によれば、再熱蒸気ダンプ弁５２は、タービントリップ時（危急時）、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、ＨＰタービン２１の単独運転時（ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合で、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合）等に全開状態とされ、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が、系外（船外）に排出されるようになっている。
これにより、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した第３実施形態において、船舶の艤装時に、前進締切弁４１よりも上流側（主ボイラ３２の側）に位置する主蒸気管３１の途中から枝分かれして、主ボイラ３２にて発生した主蒸気を再熱器２５に直接導く主蒸気バイパス管７３を設けるようにするとさらに好適である。
これにより、ＨＰタービン２１、ＩＰタービン２２、ＬＰタービン２３、およびＡＳＴタービン２４に蒸気を流すことができない船舶の艤装時においても、主ボイラ３２にて発生した主蒸気を、主蒸気バイパス管７３を介して再熱器２５に流し、再熱器２５の調整（再熱バーナーの調整等）を行うことができる。再熱器２５の調整時、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気は、ダンプ蒸気系外排出管７２を介して系外（船外）に排出される。
【符号の説明】
【００５２】
１ 舶用主機蒸気タービン設備
２１ ＨＰタービン
２２ ＩＰタービン（低圧側タービン）
２５ 再熱器
２６ 第１軸
３２ 主ボイラ
３４ 再熱蒸気管
３７ 主復水器
５１ バイパス蒸気管
５２ 再熱蒸気ダンプ弁
５３ スプレー（減温器）
６１ 舶用主機蒸気タービン設備
６２ スラスト軸受
７１ 舶用主機蒸気タービン設備
７２ ダンプ蒸気系外排出管
７３ 主蒸気バイパス管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つのプロペラを備えた船舶に搭載される舶用主機蒸気タービン設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一つのプロペラを備えた船舶に搭載される舶用主機蒸気タービン設備としては、例えば、特許文献１に開示された舶用推進プラントが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２３３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、特許文献１に開示された舶用推進プラント等では、タービントリップ時（危急時）に、前進操縦弁（高圧タービン（以下、「ＨＰタービン」という。）に流入する主ボイラからの主蒸気（main steam）の流量を制御する弁）が全閉するようになっている。しかしながら、特許文献１に開示された舶用推進プラントでは、前進操縦弁が全閉するまでにＨＰタービンに流入した主ボイラからの主蒸気が、ＨＰタービンで仕事を成した後、再熱器（re-heater）に導かれて再熱され、中圧タービン（以下、「ＩＰタービン」という。）に導かれ、ＩＰタービンで仕事を成した後、低圧タービン（以下、「ＬＰタービン」という。）に導かれて、ＬＰタービンで仕事を成した後、主復水器（main condenser）に導かれ、主復水器で凝縮し、復水となる。そのため、減速機（reduction gear）を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができず、プロペラが前進方向に回転してしまうおそれがあった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された舶用推進プラントでは、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）においてプロペラを後進方向に回転させる際、主ボイラからの主蒸気が、後進タービン（以下、「ＡＳＴタービン」という。）に導かれ、ＡＳＴタービンで仕事を成した後、主復水器に導かれ、主復水器で凝縮し、復水となる。これに対して、プロペラを前進方向に回転させる際、主ボイラからの主蒸気は、ＨＰタービンに導かれ、ＨＰタービンで仕事を成した後、再熱器に導かれて再熱され、ＩＰタービンに導かれて、ＩＰタービンで仕事を成した後、低圧タービンに導かれ、ＬＰタービンで仕事を成した後、主復水器に導かれ、主復水器で凝縮し、復水となる。そのため、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）において、後進方向へはプロペラを速やかに回転させることができるが、前進方向へはプロペラを速やかに回転させることができないといった問題点があった。
【０００６】
さらに、特許文献１に開示された舶用推進プラントでは、ＨＰタービンおよびＬＰタービンに何等の不具合も生じていない場合でも、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合には、前進方向にプロペラを回転させることができず、蒸気タービン船を前進させることができないといった問題点もあった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる舶用主機蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管が設けられているとともに、前記バイパス蒸気管の途中に、再熱蒸気ダンプ弁が設けられている。
【０００９】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備によれば、再熱蒸気ダンプ弁は、タービントリップ時（危急時）およびオートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、高圧タービンに何等の不具合も生じていない場合、かつ、低圧側タービンに何等かの不具合が生じている場合等に全開状態とされ、再熱器にて加熱された再熱蒸気が主復水器に導かれるようになっている。
これにより、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、低圧側タービンに何等かの不具合が生じている場合でも、高圧タービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。
【００１０】
上記舶用主機蒸気タービン設備において、前記バイパス蒸気管の途中に、前記再熱蒸気管の側から前記再熱蒸気ダンプ弁、および減温器が設けられているとさらに好適である。
【００１１】
このような舶用主機蒸気タービン設備によれば、減温器により減温された蒸気が主復水器に導かれ、高温の蒸気が主復水器に導かれるのを防止することができて、主復水器を保護することができる。
【００１２】
上記舶用主機蒸気タービン設備において、前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えているとさらに好適である。
【００１３】
このような舶用主機蒸気タービン設備によれば、スラスト軸受に作用するスラスト力のアンバランス（過負荷）を軽減させ、スラスト軸受が損傷するのを防止することができる。
【００１４】
上記舶用主機蒸気タービン設備において、前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えているとさらに好適である。
【００１５】
このような舶用主機蒸気タービン設備によれば、低温の蒸気が低圧側タービンに大量に流入するのを防止することができ、高圧タービンおよび低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善することができる。
【００１６】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を系外に導くダンプ蒸気系外排出管が設けられ、前記ダンプ蒸気系外排出管の途中に、前記再熱蒸気管の側から再熱蒸気ダンプ弁が設けられているとともに、前記主ボイラにて発生した主蒸気を前記再熱器に直接導く主蒸気バイパス管が設けられている。
【００１７】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備によれば、高圧タービンおよび低圧側タービンに蒸気を流すことができない船舶の艤装時においても、主ボイラにて発生した主蒸気を、主蒸気バイパス管を介して再熱器に流し、再熱器の調整（再熱バーナーの調整等）を行うことができる。
【００１８】
本発明に係る船舶は、上記いずれかの舶用主機蒸気タービン設備を具備している。
【００１９】
本発明に係る船舶によれば、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、低圧側タービンに何等かの不具合が生じている場合でも、高圧に何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。その結果、本発明に係る船舶によれば、その運用性、応答性を向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにした。
【００２１】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法によれば、スラスト軸受に作用するスラスト力のアンバランス（過負荷）を軽減させ、スラスト軸受が損傷するのを防止することができる。
【００２２】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法は、主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにした。
【００２３】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備の運用方法によれば、低温の蒸気が低圧側タービンに大量に流入するのを防止することができ、高圧タービンおよび低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る舶用主機蒸気タービン設備よれば、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービンに何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービンおよびＬＰタービンに何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【図３】減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変動、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度の変化を説明する図表である。
【図４】再熱バーナーの失火等により、高圧タービンから排気されて（低温）再熱蒸気管を介して導かれた蒸気を加熱することができなくなった場合の、高圧タービンの車室温度および中圧タービンの車室温度の変化を説明する図表である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備について、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備１は、例えば、ＬＮＧ船等の船舶の推進用に用いられる。この舶用主機蒸気タービン設備１は、主機とされる蒸気タービン２と、図示しない減速機（駆動伝達手段）と、図示しないプロペラ（推進器）と、を備えている。
【００２８】
蒸気タービン２は、舶用主機蒸気タービン設備１の主動力機として用いられる、例えば、再熱３圧式の蒸気タービンであり、ＨＰタービン２１と、ＩＰタービン（低圧側タービン）２２と、ＬＰタービン（低圧側タービン）２３と、ＡＳＴタービン２４と、再熱器２５と、を備えている。
【００２９】
ＨＰタービン２１には、主蒸気管３１を介して主ボイラ３２からの主蒸気が供給され、これによりＨＰタービン２１が回転駆動される。
再熱器２５は、ＨＰタービン２１とＩＰタービン２２との間に配置され、ＨＰタービン２１から排気されて（低温）再熱蒸気管３３を介して導かれた蒸気を加熱する。再熱器２５にて加熱された蒸気は、（高温）再熱蒸気管３４を介してＩＰタービン２２へと供給される。
【００３０】
ＩＰタービン２２には、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が供給され、これによりＩＰタービン２２は回転駆動される。ＩＰタービン２２とＨＰタービン２１とは共通の第１軸２６（図２参照）に設けられている。ＩＰタービン２２の機能としては、ＬＰタービン２３の一部と考えてよいが、配置上の制限と減速機に伝える負荷分担を平等にする目的でＬＰタービン２３の側ではなく、ＨＰタービン２１と同軸上に配備してある。
【００３１】
ＬＰタービン２３には、ＩＰタービン２２から排気されて蒸気管３５を介して導かれた蒸気が供給され、これによりＬＰタービン２３が回転駆動される。ＬＰタービン２３から排気されて復水管３６を介して主復水器３７に導かれた蒸気は、主復水器３７で凝縮し、復水となる。
ＡＳＴタービン２４は、船舶が後進する際に用いられ、主蒸気管３１の途中から枝分かれした後進用主蒸気管３８を介して主ボイラ３２からの主蒸気が直接供給され、これによりＡＳＴタービン２４が回転駆動されるようになっている。また、ＡＳＴタービン２４とＬＰタービン２３とは共通の第２軸（図示せず）に設けられている。
【００３２】
減速機には、上述した第１軸２６および第２軸が入力軸として接続され、減速機の出力側には、図示しない主軸（駆動伝達手段）が接続されている。また、この主軸には、プロペラが接続され、主軸によってプロペラが回転させられる。そして、このプロペラの回転によって船舶の推進力が得られるようになっている。
【００３３】
なお、図１中の符号４１，４２は、主蒸気管３１の途中に設けられた前進締切弁、前進操縦弁、符号４３は、（高温）再熱蒸気管３４の途中に設けられた再熱蒸気止弁、符号４４，４５は、後進用主蒸気管３８の途中に設けられた後進操縦弁、後進中間弁である。
また、図１中の符号４６は、主復水器３７で凝縮した復水を主ボイラ３２に導く給水管であり、符号４７は、給水管４６の途中に設けられた復水ポンプである。
【００３４】
さて、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備１には、再熱蒸気止弁４３よりも上流側（再熱器２５の側）に位置する（高温）再熱蒸気管３４の途中から枝分かれして、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気を主復水器３７に直接導く（中・低圧タービン）バイパス蒸気管５１が設けられている。また、このバイパス蒸気管５１の途中には、上流側（（高温）再熱蒸気管３４の側）から再熱蒸気ダンプ弁５２、およびスプレー（減温器）５３が設けられている。
【００３５】
再熱蒸気ダンプ弁５２は、通常全閉状態とされている。一方、再熱蒸気ダンプ弁５２は、タービントリップ時（危急時）、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、ＨＰタービン２１の単独運転時（ＨＰタービン２１およびＬＰタービン２３に何等の不具合も生じていない場合で、ＩＰタービン２２に何等かの不具合が生じている場合）等に全開状態とされ、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が、主復水器３７にすべて導かれるようになっている。このとき、再熱蒸気止弁４３は、全閉状態とされている。
また、再熱蒸気ダンプ弁５２は、ＩＰタービン２２に流入する再熱蒸気圧力を監視しながら、圧力を調整するようにしてもよい。
具体的に、ＩＰタービン２２の蒸気入口部に圧力センサーを設け、ＩＰタービン入口の定格最大圧力および設計最大圧力を設定し、再熱蒸気ダンプ弁の開度を低格最大圧力のとき０％、設計最大圧力のとき１００％のリニア制御とすることで、再熱蒸気ラインの圧力が過剰とならないよう適性に保持することができる。
【００３６】
スプレー（減温器）５３は、バイパス蒸気管５１を介して主復水器３７に導かれる蒸気の温度を低下させる装置であり、このスプレー５３には、給水管４６の途中から枝分かれした配管５４を介して、主復水器３７にて凝縮した復水の一部が供給されるようになっている。
【００３７】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備１および舶用主機蒸気タービン設備１の運用方法によれば、再熱蒸気ダンプ弁５２は、タービントリップ時（危急時）、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、ＨＰタービン２１の単独運転時（ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合で、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合）等に全開状態とされ、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が、スプレー５３にて冷却された後、主復水器３７に導かれるようになっている。
これにより、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備について、図２を参照しながら説明する。
図２は本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【００３９】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１は、第１軸２６に設けられたスラスト軸受６２の排油温度およびパッド温度を図示しない温度計等を用いて監視したり、あるいは第１軸２６の軸方向における変位を図示しない変位計等を用いて監視して、スラスト軸受６２に作用するスラスト力の変化を推定する、もしくはＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の車室温度を図示しない温度計等を用いて監視し、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の暖機状態を推定するというという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４０】
さて、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１では、例えば、通常航行（定格運転）から港湾航行（減速運転）に移行する場合で、かつ、再熱蒸気の温度が主蒸気の温度よりも高くなり、ＩＰタービン２２の側への負荷がＨＰタービン２１の側への負荷よりも大きくなって、スラスト軸受６２に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合や、あるいは通常航行（定格運転）時で、かつ、何らかの原因でスラスト軸受６２に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、スラスト軸受６２に作用するスラスト力をバランスさせるように再熱蒸気ダンプ弁５２が開方向に操作される。
具体的に、スラスト軸受６２の排油温度/パッド温度、およびタービン軸位置を連続監視し、それぞれの温度変化率および軸移動変化率が急変するなど、異常傾向を検出した時点で再熱蒸気ダンプ弁５２を開き、ＩＰタービン２２の負荷を軽減させ、タービンに働くスラスト力バランスを平衡させることができる。
【００４１】
なお、図３は、減速制御を行った場合における蒸気タービンの出力変動、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度の変化を説明する図表である。
ここでは、蒸気タービン１の出力を約１５分で約５分の１に低下させた場合のシミュレーション結果について説明する。図３における横軸は、減速制御を開始してからの経過時間を分単位で示すものであり、縦軸は蒸気タービンの出力、主蒸気の温度および再熱蒸気の温度を示すものである。さらに、蒸気タービンの出力は符号Ｐが付されたグラフで、主蒸気の温度は符号ＴＨが付されたグラフで、再熱蒸気の温度は符号ＴＲが付されたグラフで示している。
【００４２】
図３に示すように、減速制御が開始されてから３分程度経過するまでは、蒸気タービンの出力Ｐ、主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲは一定で推移している。このとき、主蒸気の温度ＴＭおよび再熱蒸気の温度ＴＲは大体同じである。
その後、蒸気タービンの出力Ｐの減少が始まり、減速制御の開始から７分程度が経過するまでの間は、出力が一定の割合で低下し続ける。そして７分程度から１０分程度までの間は、蒸気タービンの出力Ｐの減少率が小さくなり、１０分程度が経過すると減少率は再び大きくなる。蒸気タービンの出力Ｐは、目標値である制御前出力の約５分の１よりも一時小さくなり（アンダーシュートして）、その後徐々に目標値に近づき、制御開始から約１５分で目標値に制御される。
【００４３】
その一方で、蒸気タービンの出力Ｐの低下に遅れて、減速制御の開始から５分程度が経過すると主蒸気の温度ＴＨおよび再熱蒸気の温度ＴＲの低下が始まる。
再熱蒸気の温度ＴＲと比較して主蒸気の温度ＴＨは先行して低下し、主蒸気の温度ＴＨと再熱蒸気の温度ＴＲとの逆転が発生する。この逆転は最大で約５０℃に達し、蒸気タービンの出力Ｐが目標値である約５分の１まで低下した後も続き、減速制御の開始から３０分程度が経過するまで維持される。
【００４４】
つまり、主蒸気がＨＰタービン２１を回転駆動した後に、再熱器２５により加熱されたものが再熱蒸気であることから、再熱蒸気の温度ＴＲは、主蒸気の温度ＴＨと比較して追従性が悪いため、このような事象が発生する。具体的には、主蒸気の温度ＴＨは、再熱蒸気の温度ＴＲと比較して、早期に温度低下が始まり、制御開始から２５分程度で温度が一定になり始めている。それに対して、再熱蒸気の温度ＴＲは、主蒸気の温度ＴＨに遅れて温度の低下が始まり、制御の開始から３０分程度で主蒸気の温度ＴＨまで温度が低下している。
【００４５】
また、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１では、例えば、再熱バーナー（図示せず）の失火等により、ＨＰタービン２１から排気されて（低温）再熱蒸気管３３を介して導かれた蒸気を加熱することができなくなり、例えば、図４に示すように、時間が経過してもＨＰタービン２１の車室温度は（略）一定に保たれ、時間の経過とともにＩＰタービン２２の車室温度が徐々に低下し、ＩＰタービン２２の車室温度がＨＰタービン２１の車室温度よりも低くなって、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の軸方向における熱分布を改善するように再熱蒸気ダンプ弁５２が開方向に操作される。
【００４６】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１および舶用主機蒸気タービン設備６１の運用方法によれば、スラスト軸受６２に作用するスラスト力のアンバランス（過負荷）を軽減させ、スラスト軸受６２が損傷するのを防止することができる。
また、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備６１および舶用主機蒸気タービン設備６１の運用方法によれば、低温の蒸気がＩＰタービン２２に大量に流入するのを防止することができ、ＨＰタービン２１およびＩＰタービン２２の軸方向における熱分布を改善することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４７】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備について、図５を参照しながら説明する。
図５は本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備の概略構成図である。
【００４８】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備７１は、（中・低圧タービン）バイパス蒸気管５１の代わりに、ダンプ蒸気系外排出管７２が設けられているというという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４９】
さて、本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備７１には、再熱蒸気止弁４３よりも上流側（再熱器２５の側）に位置する（高温）再熱蒸気管３４の途中から枝分かれして、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気を系外（船外）に導くダンプ蒸気系外排出管７２が設けられている。また、このダンプ蒸気系外排出管７２の途中には、再熱蒸気ダンプ弁５２が設けられている。
【００５０】
本実施形態に係る舶用主機蒸気タービン設備７１および舶用主機蒸気タービン設備７１の運用方法によれば、再熱蒸気ダンプ弁５２は、タービントリップ時（危急時）、オートスピニング時（プロペラアイドリング時）のプロペラを前進方向に回転させる時、ＨＰタービン２１の単独運転時（ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合で、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合）等に全開状態とされ、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気が、系外（船外）に排出されるようになっている。
これにより、タービントリップ時に、減速機を介して接続されたプロペラの回転を即座に止めることができ、オートスピニング時に、後進方向および前進方向の両方向へプロペラを速やかに回転させることができて、ＩＰタービン２２またはＬＰタービン２３に何等かの不具合が生じている場合でも、ＨＰタービン２１に何等の不具合も生じていない場合には、前進方向にプロペラを回転させることができる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した第３実施形態において、船舶の艤装時に、前進締切弁４１よりも上流側（主ボイラ３２の側）に位置する主蒸気管３１の途中から枝分かれして、主ボイラ３２にて発生した主蒸気を再熱器２５に直接導く主蒸気バイパス管７３を設けるようにするとさらに好適である。
これにより、ＨＰタービン２１、ＩＰタービン２２、ＬＰタービン２３、およびＡＳＴタービン２４に蒸気を流すことができない船舶の艤装時においても、主ボイラ３２にて発生した主蒸気を、主蒸気バイパス管７３を介して再熱器２５に流し、再熱器２５の調整（再熱バーナーの調整等）を行うことができる。再熱器２５の調整時、再熱器２５にて加熱された再熱蒸気は、ダンプ蒸気系外排出管７２を介して系外（船外）に排出される。
【符号の説明】
【００５２】
１ 舶用主機蒸気タービン設備
２１ ＨＰタービン
２２ ＩＰタービン（低圧側タービン）
２５ 再熱器
２６ 第１軸
３２ 主ボイラ
３４ 再熱蒸気管
３７ 主復水器
５１ バイパス蒸気管
５２ 再熱蒸気ダンプ弁
５３ スプレー（減温器）
６１ 舶用主機蒸気タービン設備
６２ スラスト軸受
７１ 舶用主機蒸気タービン設備
７２ ダンプ蒸気系外排出管
７３ 主蒸気バイパス管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管が設けられているとともに、
前記バイパス蒸気管の途中に、再熱蒸気ダンプ弁が設けられていることを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項２】
前記バイパス蒸気管の途中に、前記再熱蒸気管の側から前記再熱蒸気ダンプ弁、および減温器が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項３】
前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、
前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項４】
前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、
前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項５】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を系外に導くダンプ蒸気系外排出管が設けられ、
前記ダンプ蒸気系外排出管の途中に、前記再熱蒸気管の側から再熱蒸気ダンプ弁が設けられているとともに、
前記主ボイラにて発生した主蒸気を前記再熱器に直接導く主蒸気バイパス管が設けられていることを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の舶用主機蒸気タービン設備を具備していることを特徴とする船舶。
【請求項７】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、
前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、
前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、
前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにしたことを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備の運用方法。
【請求項８】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、
前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、
前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、
前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにしたことを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備の運用方法。
【請求項１】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管が設けられているとともに、
前記バイパス蒸気管の途中に、再熱蒸気ダンプ弁が設けられていることを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項２】
前記バイパス蒸気管の途中に、前記再熱蒸気管の側から前記再熱蒸気ダンプ弁、および減温器が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項３】
前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、
前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項４】
前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、
前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作する制御器と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項５】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備であって、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を系外に導くダンプ蒸気系外排出管が設けられ、
前記ダンプ蒸気系外排出管の途中に、前記再熱蒸気管の側から再熱蒸気ダンプ弁が設けられているとともに、
前記主ボイラにて発生した主蒸気を前記再熱器に直接導く主蒸気バイパス管が設けられていることを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の舶用主機蒸気タービン設備を具備していることを特徴とする船舶。
【請求項７】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、
前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、
前記高圧タービンと前記低圧側タービンとに共通の第１軸に設けられたスラスト軸受の排油温度およびパッド温度を測定する温度検出手段、あるいは前記第１軸の軸方向における変位を測定する変位検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、
前記温度検出手段あるいは前記変位検出手段で測定されたデータから、前記スラスト軸受に作用するスラスト力の変化を推定し、前記スラスト軸受に作用するスラスト力がアンバランスとなるような場合に、前記スラスト軸受に作用するスラスト力をバランスさせるように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにしたことを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備の運用方法。
【請求項８】
主ボイラからの蒸気によって回転させられる高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器によって加熱された蒸気によって回転させられる低圧側タービンと、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力によって駆動させられる推進器と、
前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの回転動力を前記推進器に伝達する駆動伝達手段と、
前記再熱器で加熱された蒸気を前記低圧側タービンに導く再熱蒸気管の途中から枝分かれして、前記再熱器にて加熱された再熱蒸気を主復水器に直接導くバイパス蒸気管と、
前記バイパス蒸気管の途中に設けられた再熱蒸気ダンプ弁と、
前記高圧タービンの車室温度を測定する温度検出手段、および前記低圧側タービンの車室温度を測定する温度検出手段と、を備えた舶用主機蒸気タービン設備の運用方法であって、
前記温度検出手段で測定されたデータから、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの暖機状態を推定し、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布が不均一となるような場合に、前記高圧タービンおよび前記低圧側タービンの軸方向における熱分布を改善するように前記再熱蒸気ダンプ弁を操作するようにしたことを特徴とする舶用主機蒸気タービン設備の運用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５３５７０（Ｐ２０１３−５３５７０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２７７６（Ｐ２０１１−１９２７７６）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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