蒸気タービン、シール装置、及びそれらの制御方法
【課題】蒸気タービンの効率を向上させる。
【解決手段】動翼１０が取り付けられたロータ１と、このロータ１を外周から取り囲むダイヤフラム２と、このダイヤフラム２及びロータ１を内包し、上半部１８と下半部１９をフランジ部５において締結して一体としたケーシング３と、このケーシング３とロータ１とのロータ１の軸方向における熱による伸縮差ｄを計測する変位検出器４と、フランジ部５に取り付けられ、フランジ部５の加熱冷却を行う加熱冷却装置６と、非定常運転時に変位検出器４の計測値が設定値Ｍ又はＳに至るまで加熱冷却装置６によってフランジ部５を加熱又は冷却する制御部７とを備える
【解決手段】動翼１０が取り付けられたロータ１と、このロータ１を外周から取り囲むダイヤフラム２と、このダイヤフラム２及びロータ１を内包し、上半部１８と下半部１９をフランジ部５において締結して一体としたケーシング３と、このケーシング３とロータ１とのロータ１の軸方向における熱による伸縮差ｄを計測する変位検出器４と、フランジ部５に取り付けられ、フランジ部５の加熱冷却を行う加熱冷却装置６と、非定常運転時に変位検出器４の計測値が設定値Ｍ又はＳに至るまで加熱冷却装置６によってフランジ部５を加熱又は冷却する制御部７とを備える
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気によってエネルギーを得る蒸気タービン、蒸気タービンのロータ径方向外側に設けられ蒸気漏洩を抑制するシール装置、及びそれらの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの効率を向上させる一手段として、蒸気タービンの起動及び停止等の非定常運転に要する時間を短縮することが有効なことが知られている。
【０００３】
通常、蒸気タービンを起動する際には、蒸気タービンを徐々に暖機することによって、動翼が取り付けられたロータとこのロータを内包するケーシングの熱容量差から生じる加熱による伸び差（熱伸び差）を制御する。これにより、ケーシングと比較して相対的に熱容量の小さいロータがケーシングに対して過度に伸びて軸振動（ラビング振動）が発生すること等を回避しながら、定常運転時の状態までゆっくり遷移させてから起動させる。このように、非定常運転に要する時間の短縮を図るためには、熱伸び差の問題を解消する必要がある。
【０００４】
こうした熱伸び差の問題を軽減して非定常運転時間の削減を図ったものとして、ロータに比べて熱容量が大きいケーシングの外周面に熱媒体が流通する通路を取り付け、これによりケーシング全体を予め加熱（又は冷却）する技術がある（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６２−３４１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記の技術はケーシング全体の暖機や冷却を前提としたものであり、ケーシングの暖機や冷却に必要となる蒸気が充分に準備できない場合にはその効果は小さく、実用には困難を伴うことがある。また、予加熱・予冷却をして非定常運転時間を短縮する他に、これと連携した定常運転時における効率向上についての方策は考慮されておらず、起動から停止までの一連の流れを考慮して総合的な観点から蒸気タービンの効率を向上させる必要もある。
【０００７】
本発明の目的は蒸気タービンの効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、動翼が取り付けられたロータと、このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、非定常運転時に前記計測手段の計測値が設定値に至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却する制御部とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、非定常運転に要する時間を短縮しながらタービン稼働中の蒸気漏洩を抑制することができるので、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、図１から図７を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンの側面図であり、図２は図１に示した蒸気タービンの断面図である。図３は図１に示した蒸気タービンのロータ付近の拡大図であり、図４は図１に示した蒸気タービンにおけるシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【００１２】
図示した蒸気タービンは、ロータ１と、ロータ１を外周から環状に取り囲むダイヤフラム２と、ダイヤフラム２及びロータ１を内包するケーシング３と、ケーシング３に固定され、ケーシング３とロータ１との熱による伸縮差（ｄとする）を計測する変位検出器４と、ケーシング３のフランジ部５に取り付けられ、フランジ部５の加熱冷却を行う加熱冷却装置６と、非定常運転時（蒸気タービンの起動時や停止時等）に変位検出器４の計測値に応じて加熱冷却装置６によってフランジ部５を加熱又は冷却する制御装置７と、ロータ１の外周側に形成される間隙にロータ１と対向して環状に設けられ、ロータ１側に突出する凸形状のシールフィン８を有するシール体９を主に備えている。
【００１３】
ロータ１はロータ１周方向に環状に配列された動翼１０を有しており、このような環状の翼列がロータ１軸方向に所定の間隔を介して複数設けられている。また、ロータ１は、ケーシング３の軸封部（グランド部）１１（図中左側），１２（図中右側）においてケーシング３を貫通し、軸封部１１側の端部を軸受１３に、軸封部１２側の端部を軸受１４によって支持されている。
【００１４】
ダイヤフラム２は、ロータ１からロータ１径方向外側に設けられた内輪１５と、内輪１５からロータ１径方向外側に設けられた静翼１６と、静翼１６からロータ１径方向外側に設けられた外輪１７とを有している。静翼１６は上記のようにロータ１上の軸方向に複数の翼列を構成する動翼１０と対応するように設けられており、環状に構成される各翼列毎にタービン段落を構成している。静翼１６は蒸気入口部２０（後述）からタービン内に引き込んだ蒸気を整流し、動翼１０に流入させてロータ１を回転させる。
【００１５】
ケーシング３は複数に分割されている。本実施の形態ではケーシング３はロータ１の軸方向に沿うように２分割されており、組み立てたときに上部に位置する上半部１８と、下部に位置する下半部１９とを有している。上半部１８及び下半部１９はロータ１径方向外側に突出する肉厚な部分であるフランジ部５をそれぞれ２つずつ有している。上半部１８と下半部１９は、このフランジ部５を介して例えばボルト等によって締結されて一体となり、ケーシング３を構成している。このように上半部１８と下半部１９を結合するためにはフランジ部５にある程度の厚みが必要である。そのためケーシング３の他の部分と比較して熱容量が大きく、ケーシング３の熱容量の増大に大きく寄与している。なお、ケーシング３の分割数は２つのみに限られず、これ以上に分割しても勿論良い。
【００１６】
更に、ケーシング３はロータ１を回転させる蒸気が導入される蒸気入口部２０を有している。蒸気入口部２０は蒸気を供給する配管２１と接続されており、配管２１には蒸気の量を調節する流量調節バルブ２２が設けられている。流量調節バルブ２２は、制御部７と接続されており、制御装置７から送信される操作信号によって開度が制御されている。
【００１７】
変位検出器４は、ロータ１に臨むようにケーシング３の軸封部１２側に固定されており、ケーシング３とロータ１とのロータ１軸方向における熱による伸縮差ｄを計測している。また、変位検出器４は制御装置７と接続されており、制御装置７へ計測値を検出信号として継続的に送信している。
【００１８】
加熱冷却装置６はケーシング３の上半部１８及び下半部１９のフランジ部５にそれぞれ取り付けられている。加熱冷却装置６には、フランジ部５を加熱冷却するための熱媒体（例えば、作動流体である蒸気（水））を供給する配管２３と、フランジ部５を加熱冷却した後の熱媒体を排出する配管２４とが接続されている。配管２３には流量調節バルブ２５が設けられている。流量調節バルブ２５の上流側には、加熱用の熱媒体が流通する配管２６と、冷却用の熱媒体が流通する配管２７が接続されており、配管２６には加熱用の熱媒体の流量を調節する流量調節バルブ２８が設けられており、配管２７には冷却用の熱媒体の流量を調節する流量調節バルブ２９が設けられている。各流量調節バルブ２５，２８，２９はそれぞれ制御装置７と接続されており、制御装置７から送信される操作信号によってそれぞれのバルブの開度が制御されている。
【００１９】
シール体９は、図３及び図４において、ロータ１側に突き出ている凸形状のシールフィン８を有しており、ロータ１側に位置する面に凹凸部３８を形成している。また、シール体９は、動翼１０のロータ１径方向外側端部とケーシング３との間に形成される間隙３０、ロータ１と内輪１５（ダイヤフラム２）との間に形成される間隙３１、及びロータ１とケーシング３との間に形成される間隙（軸封部）３２に、ロータ１又は動翼１０を外周側から取り囲むように環状に設けられている。ロータ１等の外周面上にはシールフィン８と対応するように設けられたシールフィン３３によって凹凸部３４が形成されている。この凹凸部３４はシール体９に形成された凹凸部３８と互いに接触することなく嵌り合うように構成されている（スタッガード型）。このように構成すると蒸気の流路がつづら折り状に形成されて蒸気の通過距離が長くなり、各間隙部３０，３１，３２から漏洩する蒸気量が低下するのでタービン効率が向上する。なお、シールフィン８、及びこれに対応して設けられるシールフィン３３の形状は図示したものに限られず、それぞれ凹凸部を形成して蒸気の通過距離を長くするものであれば良い。
【００２０】
また、本実施の形態におけるシール体９は、シールフィン８がシール体９に設けられた溝３５にコーキングされて固定されたいわゆるコーキングシールである。コーキングシールは、シールフィン８自体が極めて薄く放熱性が良いためロータ１の熱変形による過大な軸振動（ラビング振動）が起こりにくく、また、先端部が損傷してもシールとしての機能が著しく低減することも少なくメンテナンスも容易であるという利点がある。更に、本実施の形態においては、ロータ１側のシールフィン３３も溝３９にコーキングされて固定されている。なお、図４に示したスタッガード型のシール体９の代替として、図５に示すような形状から成るシール体を利用しても良い。図５に示すシール体９Ａは、シール体９Ａ側のシールフィン８Ａとこれに対応するロータ１等の側のシールフィン３３Ａとをロータ１径方向に所定の間隔だけ離して配置したものである（ダブルストリップ型）。
【００２１】
制御装置７は、上記のように、変位検出器４及び流量調節バルブ２２，２５，２８，２９と接続されており、変位検出器４からはケーシング３とロータ１との熱による伸縮差ｄの計測値が送信され、流量調節バルブ２２，２５，２８，２９には操作信号を送信する。制御装置７は、蒸気タービンのいわゆる非定常運転時（急激な温度変化によってケーシング３とロータ１との熱容量差によって伸縮差が生じるような場合を示し、例えば、蒸気タービンの起動時や停止時等が挙げられる。）において、変位検出器４から送信される伸縮差ｄの計測値に基づいて各バルブ２２，２５，２８，２９を開閉するタイミングを決定し、それを操作信号として各バルブ２２，２５，２８，２９に送信して適宜ケーシング３を予め加熱又は冷却し、これによりケーシング３とロータ１との熱容量差から生じる伸縮差ｄを制御している。
【００２２】
本実施の形態における制御装置７は、各バルブ２２，２５，２８，２９を開閉するタイミングを決定する指標として上記のように伸縮差ｄを用いており、下記のように大別して２種類の値を設定値として予め記憶している。
【００２３】
１つ目の設定値Ｌは、ロータ１及びケーシング３の全体を共に作動流体である蒸気で加熱するタイミングを示すものであり、シールフィン８及びシールフィン３３の間隔やロータ１の伸縮率を考慮して決定する。制御装置７は、伸縮差ｄが設定値Ｌ以上になったら流量調節バルブ２２を開いて蒸気を蒸気入口部２０に導入し、ロータ１及びケーシング３を共に加熱する。なお、この設定値Ｌは最大でもシール体９のシールフィン８の間隔より小さく設定して、ケーシング３の伸縮によってシールフィン８とシールフィン３３とが衝突しないように設定する。
【００２４】
また、２つ目の設定値Ｍは、ロータ１及びケーシング３の全体を蒸気のみで加熱するタイミングを示すものであり、ケーシング３及びロータ１の熱容量及び伸縮率を考慮して、加熱冷却装置６による加熱を停止した後の蒸気による加熱だけでケーシング３とロータ１の伸縮率が概ね等しくなるような値を採用するのが好ましい。制御装置７は伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になったら流量調節バルブ２５を閉じて加熱冷却装置６によるフランジ部５の加熱を停止する。なお、この値は少なくとも上記の設定値Ｌより小さく設定される。
【００２５】
一方、蒸気タービンを停止する際には、上記のように蒸気タービンの起動の際に用いる設定値Ｌ及び設定値Ｍに対して、設定値Ｒ及び設定値Ｓを用いる。設定値Ｒは設定値Ｌに対応し、蒸気の導入を停止してロータ１及びケーシング３を共に冷却するタイミングを示すものであり、シールフィン８及びシールフィン３３の間隔やロータ１の伸縮率を考慮して決定する。また、設定値Ｓは設定値Ｍに対応し、ロータ１及びケーシング３を自然冷却のみで冷却するタイミングを示すものであり、加熱冷却装置６による冷却を停止した後に自然冷却だけでもケーシング３とロータ１の伸縮率が概ね等しくなるような値を採用するのが好ましい。なお、これらの設定値の説明については、重複を避けるため詳しい説明は省略したが、上記設定値Ｌ及び設定値Ｍと実質的に同じ性質を有するものである。
【００２６】
ここで図６を用いて、制御装置７による蒸気タービンの制御手順について説明する。
図６（ａ）は制御装置７の蒸気タービン起動時における処理内容を示すフローチャートであり、図６（ｂ）は制御装置７の蒸気タービン停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【００２７】
蒸気タービンを起動させる際には図６（ａ）に示すように、制御装置７は、まず、流量調節バルブ２８を開くともに流量調節バルブ２９を閉めて加熱用の熱媒体を流量調節バルブ２５に導き、さらに流量調節バルブ２５を開いて加熱用熱媒体を加熱冷却装置６に導く（Ｓ１００）。これによりフランジ部５は加熱冷却装置６によって加熱され、その熱によってケーシング３は伸長し始める（Ｓ１１０）。
【００２８】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｌ以上になったことを判断すると（Ｓ１２０）、制御装置７は流量調節バルブ２２を開いて（Ｓ１３０）蒸気入口部２０に蒸気を導く（Ｓ１４０）。この蒸気によりケーシング３及びロータ１はともに加熱されて、ケーシング３と比較して熱容量が小さいロータ１の方が容易に熱伸びするので伸縮差ｄはＬ付近から徐々に小さくなっていく。
【００２９】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になったことを判断すると（Ｓ１５０）、制御装置７は流量調節バルブ２５，２８を閉めて加熱冷却装置６への熱媒体の供給を停止する（Ｓ１６０）。これにより加熱冷却装置６によるフランジ部５の加熱は停止され（Ｓ１７０）、ケーシング３はロータ１とともに蒸気のみによって加熱されることになる。その後、蒸気の熱によってケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって最後にはほぼゼロとなり、蒸気タービンはそのまま定常運転に移行する（Ｓ１８０）。上記のように蒸気タービンを制御すると、熱容量の大きいケーシング３のフランジ部５を予め加熱しておくことにより伸縮差ｄの最大値を大幅に小さくすることができるので、蒸気タービンを起動する際に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
一方、蒸気タービンを停止させる際には図６（ｂ）に示すように、制御装置７は、まず、流量調節バルブ２９を開くとともに流量調節バルブ２８を閉めて冷却用の熱媒体を流量調節バルブ２５に導き、さらに流量調節バルブ２５を開いて冷却用熱媒体を加熱冷却装置６に導く（Ｓ２００）。これによりフランジ部５は加熱冷却装置６によって冷却され、その冷却熱によってケーシング３は短縮し始める（Ｓ２１０）。
【００３１】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｒ以上になったことを判断すると（Ｓ２２０）、制御装置７は流量調節バルブ２２を閉じて（Ｓ２３０）蒸気入口部２０に導いていた蒸気を停止する（Ｓ２４０）。これによりケーシング３及びロータ１はともに冷却されて、ケーシング３と比較して熱容量が小さいロータ１の方が容易に短縮するので伸縮差ｄは徐々に小さくなっていく。
【００３２】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｓ以下になったことを判断すると（Ｓ２５０）、制御装置７は流量調節バルブ２５，２９を閉めて加熱冷却装置６への熱媒体の供給を停止する（Ｓ２６０）。これにより加熱冷却装置６によるフランジ部５の冷却は停止され（Ｓ２７０）、ケーシング３はロータ１とともに自然冷却されることになる。その後、ケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって最後にはほぼゼロとなり、そのまま蒸気タービンを停止させることができる（Ｓ２８０）。上記のように蒸気タービンを制御すると、熱容量の大きいケーシング３のフランジ部５を予め冷却しておくことにより伸縮差ｄの最大値を大幅に小さくすることができるので、蒸気タービンを停止する際に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３３】
次に本実施の形態の効果を図面を参照しつつ説明する。図７はラビリンスシールの構造を示す側面図である。
【００３４】
一般的な蒸気タービンでは、高速回転するロータ（回転物）とロータを外側から覆うケーシング等の静止物との間には、ロータと静止物の接触防止のために間隙が設けられる。しかし、この間隙からはロータを回転させる蒸気が漏洩してタービン効率が低下してしまうので、蒸気漏洩の抑制手段としてシール装置を設けることが知られている。こうしたシール装置の中には、図７に示すように、シール体８０上のシールフィン８１によって形成した凹凸部８２と、ロータ８３側に形成した凹凸部８４とが互いに接触することなく嵌り合うように構成し、上記の間隙での蒸気漏洩を低減したものがある。このようなシール装置はラビリンスシールと呼ばれている。
【００３５】
ところで、このようなラビリンスシールを利用する場合において蒸気タービンを起動させたり停止させたりするときには、蒸気タービンを構成する部材の熱による伸縮差に注意を払う必要がある。上記のラビリンスシールの場合を例に挙げると、ケーシング８５と比較して熱容量が小さいロータ８３は加熱によってケーシング８５より容易に伸びるので、ケーシング８５とロータ８３の間生じた伸縮差によってシール体８０の凹凸部８２とロータ８３の凹凸部８４とが接触してしまい、軸振動（ラビング振動）が発生することがある。過度なラビング振動はタービンの運転を停止しなければならない事態さえも引き起こす。
【００３６】
こうした軸振動が発生しないように、ロータとケーシングとの伸縮差を制御しながら非定常運転に要する時間を削減してタービン効率の向上を図った技術として、ロータに比べて熱容量が大きいケーシングの外周面に熱媒体が流通する通路を取り付けたものが知られている。ところが、この技術はケーシング全体の暖機や冷却を前提としたものであり、ケーシングの暖機や冷却に必要となる蒸気が充分に準備できない場合にはその効果は小さく、実用には困難を伴うことがある。
【００３７】
このような技術に対して、本実施の形態は、ケーシング３の上半部１８と下半部１９を結合する肉厚な部分であって、ケーシング３の熱容量に大きく寄与するフランジ部５に加熱冷却装置６を取り付け、変位検出器４で計測した伸縮差ｄに基づいてフランジ部５を加熱冷却する時間を制御装置７によって制御している。これによりケーシング３の他の部分に比べ熱容量が大きいフランジ部５を優先的に加熱冷却し、残りの部分は蒸気等によりロータ１とともに加熱冷却することができるので、ケーシング全体を予め加熱冷却する場合よりも使用する熱媒体の量やエネルギーを低減することができる。また、ロータ１とケーシング３の伸縮差ｄの最大値を大幅に小さくできるため、シールフィン８とシールフィン３３の接触による変形や破壊を防ぐことができる。さらに、伸縮差ｄの最大値が小さくなったことによりシールフィンの間隔も狭めることが可能になるので、シール体９当たりのシールフィン８の枚数を増加することができ、シール体９の蒸気漏洩抑制機能を増大させることができる。このように本実施の形態によれば、非定常運転に要する時間を短縮しながらタービン稼働中の蒸気漏洩を抑制することができるので、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては上半部１８及び下半部１９に取り付けられた各加熱冷却装置６に熱媒体を供給する系統として配管２３のみを利用しているが、各加熱冷却装置６にそれぞれ独立した配管を接続しても良い。このように構成すれば、例えば、上半部１８と下半部１９に温度差が生じるような場合にも、各加熱冷却装置６に温度の異なる熱媒体を導入して、その温度差を補正することができる。さらに、ケーシング３のロータ１軸方向において加熱又は冷却を制御する必要がある場合（例えば、ロータ１軸方向に温度差が生じている場合等）には、加熱冷却装置６をロータ１軸方向に適宜分割したものをフランジ部５に取り付けてその分割した装置を独立して制御するよう構成しても良い。
【００３９】
また、上記の実施の形態では、フランジ部５を加熱冷却する手段として、流体を熱源とした加熱冷却装置６を利用する場合について説明してきたが、フランジ部５を加熱冷却する手段はこれのみに限られない。上記の加熱冷却装置６以外を利用する場合を本実施の形態の変形例として以下において説明する。
【００４０】
図８は本発明の第１の実施の形態の変形例である蒸気タービンの側面図である。
【００４１】
図に示す蒸気タービンは、第１の実施の形態の蒸気タービンにおける加熱冷却装置６に代えて、フランジ部５の加熱冷却を電気によって行うヒータ・クーラ装置３６と、ヒータ・クーラ装置３６に電気を供給する電源部３７とを備えている。なお、第１の実施の形態と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する。このように電気によって作動する加熱冷却手段（ヒータ・クーラ装置３６）を利用して蒸気タービンを構成しても、第１の実施の形態と実質的に同様の効果を得ることができる。特に、本変形例のようにヒータ・クーラ装置３６を用いれば、流体を熱媒体として利用する場合と比較してきめ細かい温度制御を容易に行うことができるので、伸縮差ｄをより正確に制御できるという顕著な効果が得られる。なお、この場合も、加熱冷却装置６同様、各ヒータ・クーラ装置３６を個別に制御可能なように構成しても良いことは言うまでもない。
【００４２】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４３】
本実施の形態の主な特徴は、シール体をロータ１径方向外側に移動させた後にケーシング３のフランジ部５の加熱冷却を開始して、その加熱冷却を停止した後にシール体の位置を元に戻すことにより熱による伸縮差によって生じる問題を回避する点にある。
【００４４】
図９は本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンの側面図であり、図１０は図９に示した蒸気タービンの断面図である。図１１（ａ）及び（ｂ）は図１０中に点線で示すXI部分の拡大図であり、図１１（ａ）はシール体をロータ径方向外側に移動させた状態を示し、図１１（ｂ）はシール体が中立位置に位置している状態を示している。先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４５】
図示した蒸気タービンは、第１の実施の形態の蒸気タービンと異なるものとして、ロータ１の外周側に形成される間隙からの蒸気漏洩を抑制するシール体４０，４１，４２と、シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる際に用いる蒸気（シール体用蒸気）を引き込む蒸気主配管４３と、主配管４３から引き込まれた蒸気を各シール体４０，４１，４２へ供給する蒸気副配管４４，４５，４６と、蒸気副配管４３，４４，４５へ供給する蒸気の流量を調節する流量調節バルブ４７と、伸縮差ｄに基づいてシール体４０，４１，４２の駆動及び加熱冷却装置６によるフランジ部５の加熱冷却を制御する制御装置７Ｂとを主に備えている。
【００４６】
シール体４０は、ロータ１の外周側に形成される間隙にロータ１と対向して環状に設けられロータ１側に突出する凸状のシールフィン４８と、シール体４０のロータ１径方向外側に設けられた凹部４９に収納され、シール体用の蒸気から圧力を受けてシール体４０を中立位置（後述）からロータ１の径方向外側へ移動させる圧力作用面５０と、圧力作用面５０のロータ１径方向外側に設けられ、シール体４０が中立位置からロータ１の径方向外側へ向かって蒸気によって移動されるとシール体４０をロータ１の径方向内側へ押さえ付けるバネ部材（弾性部材）５１と、凹部４９の側面に設けられ蒸気副配管４４と接続された開口部であって、シール体用蒸気を凹部４９内へ供給する蒸気供給口５２とを有している。
【００４７】
また、シール体４０は、いわゆるスタッガード型であり、シール体用蒸気が凹部４９に供給されていない場合に位置する中立位置（図１１（ｂ）の状態）において、ロータ１側のシールフィン３３によって形成される凹凸部とシールフィン４８によって形成される凹凸部とが互いに接触することなく嵌り合うように構成されている。なお、シール体４１，４２については、シール体４０と同様の構成から成り立っているので説明は省略する。
【００４８】
蒸気主配管４３は、流量調節バルブ４７の下流側において、蒸気副配管４４及び蒸気副配管４５に分岐している。蒸気副配管４４はそのさらに下流側において蒸気副配管４６と分岐している。蒸気副配管４４，４５，４６はそれぞれ、シール体４０，４２，４１の圧力作用面５０が収納されている凹部４９に設けられた各蒸気供給口５２と接続され、各凹部４９に蒸気を供給している。凹部４９に供給された蒸気は、圧力作用面５０に作用してシール体４０をロータ１径方向外側に退避させ、バネ部材５１による反力を受けるシール体４０を所定の位置で静止させる。
【００４９】
制御装置７Bは、変位検出器４及び流量調節バルブ２２，２５，２８，２９，４７と接続されており、変位検出器４からは伸縮差ｄの計測値が送信され、流量調節バルブ２２，２５，２８，２９，４７に操作信号を送信する。これにより、制御装置７同様にケーシング３を予め加熱又は冷却して熱容量差から生じる伸縮差を制御するとともに、バルブ４７を適宜開閉してシール体４０，４１，４２のロータ１径方向の移動を制御している。
【００５０】
本実施の形態における制御装置７Bも、第１の実施の形態同様、各バルブ２２，２５，２８，２９，４７を開閉するタイミングを決定するものとして伸縮差ｄを用いており、予め記憶しておく設定値として、第１の実施の形態で用いた２種類の設定値（設定値L，R及び設定値M，Ｓ）に加えて、３種類目の設定値である設定値Ｎ及び設定値Ｔを記憶している。設定値Ｎは蒸気タービンを起動する際に用いるものであり、設定値Ｔは蒸気タービンを停止する際に用いるものである。
【００５１】
設定値Ｎ及び設定値Ｔは、ロータ１及びケーシング３の熱による伸縮が収束することにより、蒸気タービンを定常運転へ移行可能なタイミング又は蒸気タービンを停止可能なタイミングを示すものであり、加熱冷却した結果ロータ１とケーシング３の伸縮率が概ね均等になるタイミングを考慮して決定する。制御装置７Ｂは、伸縮差ｄが設定値Ｎ又はＴ以下になったら流量調節バルブ４７を閉じて蒸気副配管への蒸気供給を停止し、フランジ部５の加熱冷却を開始する際にロータ１径方向外側に退避させたシール体４０，４１，４２（後述）を中立位置に移動させる。なお、この設定値Ｎ，Ｔはそれぞれ設定値Ｍ，Ｓより小さく設定される。
【００５２】
ここで図１２を用いて、制御装置７Ｂによる蒸気タービンの制御手順について説明する。
図１２（ａ）は制御送致７Ｂの蒸気タービン起動時における処理内容を示すフローチャートであり、図１２（ｂ）は制御装置７Ｂの蒸気タービン停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【００５３】
蒸気タービンを起動させる際には図１２（ａ）に示すように、制御装置７Ｂは、まず、流量調節バルブ４７を開いて蒸気副配管４４，４５，４６へシール体用蒸気を供給する（Ｓ３００）。このように供給された蒸気は蒸気副配管４４，４５，４６を介してシール体４０，４１，４２の各圧力作用面５０に作用し、各シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる（Ｓ３１０）。
【００５４】
シール体４０，４１，４２を退避させた後、制御装置７Ｂは、第１の実施の形態の制御装置７がＳ１００からＳ１７０において行った処理と同じ処理を行ってフランジ部５の加熱を停止する（Ｓ３２０からＳ３９０）。これによりケーシング３はロータ１とともに蒸気入口部２０から導入される蒸気のみによって加熱され、伸縮差ｄは設定値Ｍから更に小さくなっていく。
【００５５】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｎ以下になったことを判断すると（Ｓ４００）、制御装置７Ｂは、流量調節バルブ４７を閉じ（Ｓ４１０）、シール体４０，４１，４２を中立位置に戻す（Ｓ４２０）。その後、蒸気の熱によってケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって遂にはほぼゼロとなり、蒸気タービンはそのまま定常運転に移行する（Ｓ４３０）。
【００５６】
また、蒸気タービンを停止させる際にも上記同様、図１２（ｂ）に示すように、制御装置７Ｂによって各シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させて、ケーシング３及びロータ１の冷却を開始する。所定の工程を経て伸縮差ｄが設定値Ｔ以下になったら流量調節バルブ４７を閉じてシール体４０，４１，４２を中立位置に戻し、蒸気タービンを停止させる（Ｓ５００からＳ６３０）。
【００５７】
上記のように蒸気タービンを制御すると、第１の実施の形態で説明した効果に加えて、シールフィン４８，３３同士が接触する恐れのある非定常運転時にシール体４０，４１，４２を退避させることができ、シールフィン４８，３３同士の接触による損傷等を確実に避けることができるので、蒸気タービンの信頼度を向上することができる。更に、シールフィン４８，３３同士が互いに嵌り合って優れた蒸気漏洩機能を発揮するスタッガード型のシール体を利用しても非定常運転時にシールフィン４８，３３同士が接触することが確実に避けられるので、非定常運転時におけるケーシング３とロータ１の伸縮差を考慮する必要がなくなる。従って、第１の実施の形態と比較してシールフィン４８の間隔を一層小さくすることができ、定常運転時における蒸気漏洩量を一層効果的に抑制することができる。このように本実施の形態によれば、非定常運転の時間を短縮するとともに定常運転における蒸気漏洩を一層抑制することができるので、蒸気タービンの起動から停止までの一連の動作においてタービン効率を向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態の説明においては説明を簡略化するために、ロータ１径方向に進退可能なシール体として、ロータ１と内輪１５との間に形成される間隙３１に設けたシール体４２と、ロータ１とケーシング３との間に形成される間隙３２に設けたシール体４０，４１とを例に挙げて説明したが、これらの場所の他にも動翼１０の先端部とケーシング３との間に形成される間隙３０等に同様の構成から成るシール体を設けても勿論良く、上記の説明はシール体の取り付け箇所を限定するものではない。
【００５９】
また、上記の説明では、シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる際に用いる蒸気（シール体用蒸気）の供給源ついては、特に言及しなかったが、作動流体から得る方法や、作動流体の系統と異なる系統から蒸気を得る方法等を利用して良い。この場合、前者の方法には作動流体を利用することでタービン効率が向上するという利点があり、後者の方法にはシール体を移動させるための蒸気圧を確実に確保することができるという利点がある。
【００６０】
続いて本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６１】
本実施の形態は、シール体をロータ１径方向外側に退避させることなく制御装置７Bによって伸縮差ｄの制御を行う点は第１の実施の形態と同様であるが、この場合にシールフィン同士が接触すると予見できるときにはシール体を退避させてシール体をロータ１径方向外側に退避させる時間を最小限に抑えるように蒸気タービンを制御する点に特徴がある。また、本実施の形態の蒸気タービンの機械的な構造は第２の実施の形態と同じであり、各部分の説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態における制御装置７Ｂも、第２の実施の形態同様、各バルブ２２，２５，２８，２９，４７を開閉するタイミングを決定するものとして伸縮差ｄを用いており、予め記憶しておく設定値として、第２の実施の形態で用いた３種類の設定値（設定値Ｌ，Ｒ、設定値M，Ｓ、及び設定値Ｎ，Ｔ）に加えて、４種類目の設定値である設定値Ｚを記憶している。
【００６３】
設定値Ｚは、シール体４０，４１，４２のシールフィン４８が他の部材（例えばシールフィン３３）と接触して軸振動等が発生することを防止するためのものであり、熱による伸縮によってシールフィン４８，３３同士が接触しないよう配慮して決定する。制御装置７Ｂは伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になったら流量調節バルブ４７を開いてシール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる。なお、この設定値Ｚは設定値Ｌ及び設定値Ｒより大きく設定される。
【００６４】
図１３を用いて、本実施の形態における制御装置７Bによる蒸気タービンの制御手順について説明する。
図１３（ａ）は制御送致７Ｂの蒸気タービン起動時における処理内容を示すフローチャートであり、図１３（ｂ）は制御装置７Ｂの蒸気タービン停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【００６５】
蒸気タービンを起動させる際には図１３（ａ）に示すように、制御装置７Ｂは、まず、流量調節バルブ２８を開くともに流量調節バルブ２９を閉めて加熱用の熱媒体を流量調節バルブ２５に導き、さらに流量調節バルブ２５を開いて加熱用熱媒体を加熱冷却装置６に導く（Ｓ７００）。これによりフランジ部５は加熱冷却装置６によって加熱され、その熱によってケーシング３は伸長し始める（Ｓ７１０）。
【００６６】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｌ以上になったことを判断した後に（Ｓ７２０）、さらに伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になるかどうかもチェックする（Ｓ７３０）。もし、伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になることがあればシールフィン４８，３３同士が接触する恐れがあると判断し、制御装置７Ｂは流量調節バルブ４７を開いて（Ｓ７４０）各シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる（Ｓ７５０）。
【００６７】
Ｓ７３０で伸縮差ｄが設定値Ｚより小さいと判断した後、又は、Ｓ７５０でシール体を退避した後には、流量調節バルブ２２を開き（Ｓ７６０）、蒸気入口部２０に蒸気を導く（Ｓ７７０）。この蒸気によりケーシング３及びロータ１が共に加熱され始めるが、この処理を終えた後にも伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になるかどうかをチェックする（Ｓ７８０）。もし、伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になっていればシール体４０，４１，４２がＳ７５０で既に退避しているか否かを判断した後に（Ｓ７９０）、Ｓ７４０及びＳ７５０同様にシール体４０，４１，４２を退避させる（Ｓ８００及びＳ８１０）。
【００６８】
Ｓ７８０で伸縮差ｄが設定値Ｚより小さいと判断した後、Ｓ７９０でシール体４０，４１，４２が退避済みであると判断した後、又は、Ｓ８１０でシール体４０，４１，４２を退避させた後には、蒸気入口部２０に導入された蒸気及びフランジ部５の加熱によって伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になった否かを判断する（Ｓ８２０）。伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になったら流量調節バルブ２５，２８を閉じて（Ｓ８３０）、フランジ部５の加熱を停止する（Ｓ８４０）。これによりケーシング３はロータ１とともに蒸気入口部２０から導入される蒸気のみによって加熱され、伸縮差ｄは設定値Ｍから更に小さくなっていく。
【００６９】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｎ以下になったことを判断したら（Ｓ８５０）、この処理に至るまでにシール体４０，４１，４２がロータ１径方向外側に退避されているかどうかを判断する（例えば、流量調節バルブ４７が開いているか否かを判断する）（Ｓ８６０）。ここで、もし、シール体４０，４１，４２が退避済みであることが判断されたら、流量調節バルブ４７を閉じて（Ｓ８７０）、シール体４０，４１，４２を中立位置に移動させる（Ｓ８８０）。
【００７０】
Ｓ８６０でシール体４０，４１，４２が中立位置にあると判断された後、又は、Ｓ８８０でシール体４０，４１，４２を中立位置に戻した後には、蒸気の熱によってケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって最後にはほぼゼロとなり、蒸気タービンはそのまま定常運転に移行する（Ｓ８９０）。
【００７１】
また、蒸気タービンを停止させる際にも上記同様、図１３（ｂ）に示すように、第１の実施の形態の制御を基本としながらケーシング３とロータ１を冷却し、伸縮差ｄが設定値Ｒ以上になった後（Ｓ９２０）から設定値Ｓ以下になるまで（Ｓ１０２０）の間に、伸縮差ｄが設定値Ｚを超える場合があるかどうかを判断することでシールフィン４８，３３同士が接触しないようにシール体４０，４１，４２を制御する（Ｓ９００からＳ１０４０）。その後に、伸縮差ｄが設定値Ｔ以下になったら（Ｓ１０５０）、シール体４０，４１，４２がロータ１径方向外側に退避されているか否かを判断して（Ｓ１０６０）、必要に応じてシール体４０，４１，４２を中立位置に戻し（Ｓ１０７０及びＳ１０８０）、蒸気タービンを停止させる（Ｓ１０９０）。
【００７２】
上記のように蒸気タービンを制御すると、上記の第２の実施の形態よりもシール体４０，４１，４２を中立位置に保持する時間が長くなるので、蒸気漏洩量を更に低減させることができ、蒸気タービンの起動から停止までの一連の動作においてタービン効率を更に向上させることができる。
【００７３】
なお、上記の説明においては、伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になるか否かを判断する処理は、図１３（ａ）中のＳ７３０及びＳ７８０、又は図１３（ｂ）中のＳ９３０及びＳ９８０においてのみ行ったが、これに限らず、非定常運転時に伸縮差ｄが設定値Ｚ以上となるか否かを常に監視するように制御しても勿論良い。このように制御すれば、突発的な事故等の想定外の事象によって伸縮差ｄが大きくなった場合にもシールフィン３３，４８の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンの側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンのロータ付近の拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンにおけるシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンにおける他のシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンにおける制御装置７の蒸気タービン起動時及び停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の比較例である蒸気タービンにおける一般的なシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例である蒸気タービンの側面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンの側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンの断面図である。
【図１１】図１０中のXI部分の拡大図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンにおける制御装置７Ｂの蒸気タービン起動時及び停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態である蒸気タービンにおける制御装置７Ｂの蒸気タービン起動時及び停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
ｄ 伸縮差
Ｌ，Ｒ 設定値
M，Ｓ 設定値
Ｎ，Ｔ 設定値
Ｚ 設定値
１ ロータ
２ ダイヤフラム
３ ケーシング
４ 変位検出器
５ フランジ部
６ 加熱冷却装置
７ 制御装置
８ シールフィン
９ シール体
１０ 動翼
１８ 上半部
１９ 下半部
３０〜３２ 間隙
３３ シールフィン
３４ 凹部
３５ 溝部
３６ ヒータ・クーラ装置
３７ 電源部
４０〜４２ シール体
４８ シールフィン
４９ 凹部
５０ 圧力作用面
５１ バネ部材
５２ 蒸気供給口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気によってエネルギーを得る蒸気タービン、蒸気タービンのロータ径方向外側に設けられ蒸気漏洩を抑制するシール装置、及びそれらの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの効率を向上させる一手段として、蒸気タービンの起動及び停止等の非定常運転に要する時間を短縮することが有効なことが知られている。
【０００３】
通常、蒸気タービンを起動する際には、蒸気タービンを徐々に暖機することによって、動翼が取り付けられたロータとこのロータを内包するケーシングの熱容量差から生じる加熱による伸び差（熱伸び差）を制御する。これにより、ケーシングと比較して相対的に熱容量の小さいロータがケーシングに対して過度に伸びて軸振動（ラビング振動）が発生すること等を回避しながら、定常運転時の状態までゆっくり遷移させてから起動させる。このように、非定常運転に要する時間の短縮を図るためには、熱伸び差の問題を解消する必要がある。
【０００４】
こうした熱伸び差の問題を軽減して非定常運転時間の削減を図ったものとして、ロータに比べて熱容量が大きいケーシングの外周面に熱媒体が流通する通路を取り付け、これによりケーシング全体を予め加熱（又は冷却）する技術がある（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６２−３４１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記の技術はケーシング全体の暖機や冷却を前提としたものであり、ケーシングの暖機や冷却に必要となる蒸気が充分に準備できない場合にはその効果は小さく、実用には困難を伴うことがある。また、予加熱・予冷却をして非定常運転時間を短縮する他に、これと連携した定常運転時における効率向上についての方策は考慮されておらず、起動から停止までの一連の流れを考慮して総合的な観点から蒸気タービンの効率を向上させる必要もある。
【０００７】
本発明の目的は蒸気タービンの効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、動翼が取り付けられたロータと、このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、非定常運転時に前記計測手段の計測値が設定値に至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却する制御部とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、非定常運転に要する時間を短縮しながらタービン稼働中の蒸気漏洩を抑制することができるので、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、図１から図７を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンの側面図であり、図２は図１に示した蒸気タービンの断面図である。図３は図１に示した蒸気タービンのロータ付近の拡大図であり、図４は図１に示した蒸気タービンにおけるシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【００１２】
図示した蒸気タービンは、ロータ１と、ロータ１を外周から環状に取り囲むダイヤフラム２と、ダイヤフラム２及びロータ１を内包するケーシング３と、ケーシング３に固定され、ケーシング３とロータ１との熱による伸縮差（ｄとする）を計測する変位検出器４と、ケーシング３のフランジ部５に取り付けられ、フランジ部５の加熱冷却を行う加熱冷却装置６と、非定常運転時（蒸気タービンの起動時や停止時等）に変位検出器４の計測値に応じて加熱冷却装置６によってフランジ部５を加熱又は冷却する制御装置７と、ロータ１の外周側に形成される間隙にロータ１と対向して環状に設けられ、ロータ１側に突出する凸形状のシールフィン８を有するシール体９を主に備えている。
【００１３】
ロータ１はロータ１周方向に環状に配列された動翼１０を有しており、このような環状の翼列がロータ１軸方向に所定の間隔を介して複数設けられている。また、ロータ１は、ケーシング３の軸封部（グランド部）１１（図中左側），１２（図中右側）においてケーシング３を貫通し、軸封部１１側の端部を軸受１３に、軸封部１２側の端部を軸受１４によって支持されている。
【００１４】
ダイヤフラム２は、ロータ１からロータ１径方向外側に設けられた内輪１５と、内輪１５からロータ１径方向外側に設けられた静翼１６と、静翼１６からロータ１径方向外側に設けられた外輪１７とを有している。静翼１６は上記のようにロータ１上の軸方向に複数の翼列を構成する動翼１０と対応するように設けられており、環状に構成される各翼列毎にタービン段落を構成している。静翼１６は蒸気入口部２０（後述）からタービン内に引き込んだ蒸気を整流し、動翼１０に流入させてロータ１を回転させる。
【００１５】
ケーシング３は複数に分割されている。本実施の形態ではケーシング３はロータ１の軸方向に沿うように２分割されており、組み立てたときに上部に位置する上半部１８と、下部に位置する下半部１９とを有している。上半部１８及び下半部１９はロータ１径方向外側に突出する肉厚な部分であるフランジ部５をそれぞれ２つずつ有している。上半部１８と下半部１９は、このフランジ部５を介して例えばボルト等によって締結されて一体となり、ケーシング３を構成している。このように上半部１８と下半部１９を結合するためにはフランジ部５にある程度の厚みが必要である。そのためケーシング３の他の部分と比較して熱容量が大きく、ケーシング３の熱容量の増大に大きく寄与している。なお、ケーシング３の分割数は２つのみに限られず、これ以上に分割しても勿論良い。
【００１６】
更に、ケーシング３はロータ１を回転させる蒸気が導入される蒸気入口部２０を有している。蒸気入口部２０は蒸気を供給する配管２１と接続されており、配管２１には蒸気の量を調節する流量調節バルブ２２が設けられている。流量調節バルブ２２は、制御部７と接続されており、制御装置７から送信される操作信号によって開度が制御されている。
【００１７】
変位検出器４は、ロータ１に臨むようにケーシング３の軸封部１２側に固定されており、ケーシング３とロータ１とのロータ１軸方向における熱による伸縮差ｄを計測している。また、変位検出器４は制御装置７と接続されており、制御装置７へ計測値を検出信号として継続的に送信している。
【００１８】
加熱冷却装置６はケーシング３の上半部１８及び下半部１９のフランジ部５にそれぞれ取り付けられている。加熱冷却装置６には、フランジ部５を加熱冷却するための熱媒体（例えば、作動流体である蒸気（水））を供給する配管２３と、フランジ部５を加熱冷却した後の熱媒体を排出する配管２４とが接続されている。配管２３には流量調節バルブ２５が設けられている。流量調節バルブ２５の上流側には、加熱用の熱媒体が流通する配管２６と、冷却用の熱媒体が流通する配管２７が接続されており、配管２６には加熱用の熱媒体の流量を調節する流量調節バルブ２８が設けられており、配管２７には冷却用の熱媒体の流量を調節する流量調節バルブ２９が設けられている。各流量調節バルブ２５，２８，２９はそれぞれ制御装置７と接続されており、制御装置７から送信される操作信号によってそれぞれのバルブの開度が制御されている。
【００１９】
シール体９は、図３及び図４において、ロータ１側に突き出ている凸形状のシールフィン８を有しており、ロータ１側に位置する面に凹凸部３８を形成している。また、シール体９は、動翼１０のロータ１径方向外側端部とケーシング３との間に形成される間隙３０、ロータ１と内輪１５（ダイヤフラム２）との間に形成される間隙３１、及びロータ１とケーシング３との間に形成される間隙（軸封部）３２に、ロータ１又は動翼１０を外周側から取り囲むように環状に設けられている。ロータ１等の外周面上にはシールフィン８と対応するように設けられたシールフィン３３によって凹凸部３４が形成されている。この凹凸部３４はシール体９に形成された凹凸部３８と互いに接触することなく嵌り合うように構成されている（スタッガード型）。このように構成すると蒸気の流路がつづら折り状に形成されて蒸気の通過距離が長くなり、各間隙部３０，３１，３２から漏洩する蒸気量が低下するのでタービン効率が向上する。なお、シールフィン８、及びこれに対応して設けられるシールフィン３３の形状は図示したものに限られず、それぞれ凹凸部を形成して蒸気の通過距離を長くするものであれば良い。
【００２０】
また、本実施の形態におけるシール体９は、シールフィン８がシール体９に設けられた溝３５にコーキングされて固定されたいわゆるコーキングシールである。コーキングシールは、シールフィン８自体が極めて薄く放熱性が良いためロータ１の熱変形による過大な軸振動（ラビング振動）が起こりにくく、また、先端部が損傷してもシールとしての機能が著しく低減することも少なくメンテナンスも容易であるという利点がある。更に、本実施の形態においては、ロータ１側のシールフィン３３も溝３９にコーキングされて固定されている。なお、図４に示したスタッガード型のシール体９の代替として、図５に示すような形状から成るシール体を利用しても良い。図５に示すシール体９Ａは、シール体９Ａ側のシールフィン８Ａとこれに対応するロータ１等の側のシールフィン３３Ａとをロータ１径方向に所定の間隔だけ離して配置したものである（ダブルストリップ型）。
【００２１】
制御装置７は、上記のように、変位検出器４及び流量調節バルブ２２，２５，２８，２９と接続されており、変位検出器４からはケーシング３とロータ１との熱による伸縮差ｄの計測値が送信され、流量調節バルブ２２，２５，２８，２９には操作信号を送信する。制御装置７は、蒸気タービンのいわゆる非定常運転時（急激な温度変化によってケーシング３とロータ１との熱容量差によって伸縮差が生じるような場合を示し、例えば、蒸気タービンの起動時や停止時等が挙げられる。）において、変位検出器４から送信される伸縮差ｄの計測値に基づいて各バルブ２２，２５，２８，２９を開閉するタイミングを決定し、それを操作信号として各バルブ２２，２５，２８，２９に送信して適宜ケーシング３を予め加熱又は冷却し、これによりケーシング３とロータ１との熱容量差から生じる伸縮差ｄを制御している。
【００２２】
本実施の形態における制御装置７は、各バルブ２２，２５，２８，２９を開閉するタイミングを決定する指標として上記のように伸縮差ｄを用いており、下記のように大別して２種類の値を設定値として予め記憶している。
【００２３】
１つ目の設定値Ｌは、ロータ１及びケーシング３の全体を共に作動流体である蒸気で加熱するタイミングを示すものであり、シールフィン８及びシールフィン３３の間隔やロータ１の伸縮率を考慮して決定する。制御装置７は、伸縮差ｄが設定値Ｌ以上になったら流量調節バルブ２２を開いて蒸気を蒸気入口部２０に導入し、ロータ１及びケーシング３を共に加熱する。なお、この設定値Ｌは最大でもシール体９のシールフィン８の間隔より小さく設定して、ケーシング３の伸縮によってシールフィン８とシールフィン３３とが衝突しないように設定する。
【００２４】
また、２つ目の設定値Ｍは、ロータ１及びケーシング３の全体を蒸気のみで加熱するタイミングを示すものであり、ケーシング３及びロータ１の熱容量及び伸縮率を考慮して、加熱冷却装置６による加熱を停止した後の蒸気による加熱だけでケーシング３とロータ１の伸縮率が概ね等しくなるような値を採用するのが好ましい。制御装置７は伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になったら流量調節バルブ２５を閉じて加熱冷却装置６によるフランジ部５の加熱を停止する。なお、この値は少なくとも上記の設定値Ｌより小さく設定される。
【００２５】
一方、蒸気タービンを停止する際には、上記のように蒸気タービンの起動の際に用いる設定値Ｌ及び設定値Ｍに対して、設定値Ｒ及び設定値Ｓを用いる。設定値Ｒは設定値Ｌに対応し、蒸気の導入を停止してロータ１及びケーシング３を共に冷却するタイミングを示すものであり、シールフィン８及びシールフィン３３の間隔やロータ１の伸縮率を考慮して決定する。また、設定値Ｓは設定値Ｍに対応し、ロータ１及びケーシング３を自然冷却のみで冷却するタイミングを示すものであり、加熱冷却装置６による冷却を停止した後に自然冷却だけでもケーシング３とロータ１の伸縮率が概ね等しくなるような値を採用するのが好ましい。なお、これらの設定値の説明については、重複を避けるため詳しい説明は省略したが、上記設定値Ｌ及び設定値Ｍと実質的に同じ性質を有するものである。
【００２６】
ここで図６を用いて、制御装置７による蒸気タービンの制御手順について説明する。
図６（ａ）は制御装置７の蒸気タービン起動時における処理内容を示すフローチャートであり、図６（ｂ）は制御装置７の蒸気タービン停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【００２７】
蒸気タービンを起動させる際には図６（ａ）に示すように、制御装置７は、まず、流量調節バルブ２８を開くともに流量調節バルブ２９を閉めて加熱用の熱媒体を流量調節バルブ２５に導き、さらに流量調節バルブ２５を開いて加熱用熱媒体を加熱冷却装置６に導く（Ｓ１００）。これによりフランジ部５は加熱冷却装置６によって加熱され、その熱によってケーシング３は伸長し始める（Ｓ１１０）。
【００２８】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｌ以上になったことを判断すると（Ｓ１２０）、制御装置７は流量調節バルブ２２を開いて（Ｓ１３０）蒸気入口部２０に蒸気を導く（Ｓ１４０）。この蒸気によりケーシング３及びロータ１はともに加熱されて、ケーシング３と比較して熱容量が小さいロータ１の方が容易に熱伸びするので伸縮差ｄはＬ付近から徐々に小さくなっていく。
【００２９】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になったことを判断すると（Ｓ１５０）、制御装置７は流量調節バルブ２５，２８を閉めて加熱冷却装置６への熱媒体の供給を停止する（Ｓ１６０）。これにより加熱冷却装置６によるフランジ部５の加熱は停止され（Ｓ１７０）、ケーシング３はロータ１とともに蒸気のみによって加熱されることになる。その後、蒸気の熱によってケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって最後にはほぼゼロとなり、蒸気タービンはそのまま定常運転に移行する（Ｓ１８０）。上記のように蒸気タービンを制御すると、熱容量の大きいケーシング３のフランジ部５を予め加熱しておくことにより伸縮差ｄの最大値を大幅に小さくすることができるので、蒸気タービンを起動する際に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
一方、蒸気タービンを停止させる際には図６（ｂ）に示すように、制御装置７は、まず、流量調節バルブ２９を開くとともに流量調節バルブ２８を閉めて冷却用の熱媒体を流量調節バルブ２５に導き、さらに流量調節バルブ２５を開いて冷却用熱媒体を加熱冷却装置６に導く（Ｓ２００）。これによりフランジ部５は加熱冷却装置６によって冷却され、その冷却熱によってケーシング３は短縮し始める（Ｓ２１０）。
【００３１】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｒ以上になったことを判断すると（Ｓ２２０）、制御装置７は流量調節バルブ２２を閉じて（Ｓ２３０）蒸気入口部２０に導いていた蒸気を停止する（Ｓ２４０）。これによりケーシング３及びロータ１はともに冷却されて、ケーシング３と比較して熱容量が小さいロータ１の方が容易に短縮するので伸縮差ｄは徐々に小さくなっていく。
【００３２】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｓ以下になったことを判断すると（Ｓ２５０）、制御装置７は流量調節バルブ２５，２９を閉めて加熱冷却装置６への熱媒体の供給を停止する（Ｓ２６０）。これにより加熱冷却装置６によるフランジ部５の冷却は停止され（Ｓ２７０）、ケーシング３はロータ１とともに自然冷却されることになる。その後、ケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって最後にはほぼゼロとなり、そのまま蒸気タービンを停止させることができる（Ｓ２８０）。上記のように蒸気タービンを制御すると、熱容量の大きいケーシング３のフランジ部５を予め冷却しておくことにより伸縮差ｄの最大値を大幅に小さくすることができるので、蒸気タービンを停止する際に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３３】
次に本実施の形態の効果を図面を参照しつつ説明する。図７はラビリンスシールの構造を示す側面図である。
【００３４】
一般的な蒸気タービンでは、高速回転するロータ（回転物）とロータを外側から覆うケーシング等の静止物との間には、ロータと静止物の接触防止のために間隙が設けられる。しかし、この間隙からはロータを回転させる蒸気が漏洩してタービン効率が低下してしまうので、蒸気漏洩の抑制手段としてシール装置を設けることが知られている。こうしたシール装置の中には、図７に示すように、シール体８０上のシールフィン８１によって形成した凹凸部８２と、ロータ８３側に形成した凹凸部８４とが互いに接触することなく嵌り合うように構成し、上記の間隙での蒸気漏洩を低減したものがある。このようなシール装置はラビリンスシールと呼ばれている。
【００３５】
ところで、このようなラビリンスシールを利用する場合において蒸気タービンを起動させたり停止させたりするときには、蒸気タービンを構成する部材の熱による伸縮差に注意を払う必要がある。上記のラビリンスシールの場合を例に挙げると、ケーシング８５と比較して熱容量が小さいロータ８３は加熱によってケーシング８５より容易に伸びるので、ケーシング８５とロータ８３の間生じた伸縮差によってシール体８０の凹凸部８２とロータ８３の凹凸部８４とが接触してしまい、軸振動（ラビング振動）が発生することがある。過度なラビング振動はタービンの運転を停止しなければならない事態さえも引き起こす。
【００３６】
こうした軸振動が発生しないように、ロータとケーシングとの伸縮差を制御しながら非定常運転に要する時間を削減してタービン効率の向上を図った技術として、ロータに比べて熱容量が大きいケーシングの外周面に熱媒体が流通する通路を取り付けたものが知られている。ところが、この技術はケーシング全体の暖機や冷却を前提としたものであり、ケーシングの暖機や冷却に必要となる蒸気が充分に準備できない場合にはその効果は小さく、実用には困難を伴うことがある。
【００３７】
このような技術に対して、本実施の形態は、ケーシング３の上半部１８と下半部１９を結合する肉厚な部分であって、ケーシング３の熱容量に大きく寄与するフランジ部５に加熱冷却装置６を取り付け、変位検出器４で計測した伸縮差ｄに基づいてフランジ部５を加熱冷却する時間を制御装置７によって制御している。これによりケーシング３の他の部分に比べ熱容量が大きいフランジ部５を優先的に加熱冷却し、残りの部分は蒸気等によりロータ１とともに加熱冷却することができるので、ケーシング全体を予め加熱冷却する場合よりも使用する熱媒体の量やエネルギーを低減することができる。また、ロータ１とケーシング３の伸縮差ｄの最大値を大幅に小さくできるため、シールフィン８とシールフィン３３の接触による変形や破壊を防ぐことができる。さらに、伸縮差ｄの最大値が小さくなったことによりシールフィンの間隔も狭めることが可能になるので、シール体９当たりのシールフィン８の枚数を増加することができ、シール体９の蒸気漏洩抑制機能を増大させることができる。このように本実施の形態によれば、非定常運転に要する時間を短縮しながらタービン稼働中の蒸気漏洩を抑制することができるので、蒸気タービンの効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては上半部１８及び下半部１９に取り付けられた各加熱冷却装置６に熱媒体を供給する系統として配管２３のみを利用しているが、各加熱冷却装置６にそれぞれ独立した配管を接続しても良い。このように構成すれば、例えば、上半部１８と下半部１９に温度差が生じるような場合にも、各加熱冷却装置６に温度の異なる熱媒体を導入して、その温度差を補正することができる。さらに、ケーシング３のロータ１軸方向において加熱又は冷却を制御する必要がある場合（例えば、ロータ１軸方向に温度差が生じている場合等）には、加熱冷却装置６をロータ１軸方向に適宜分割したものをフランジ部５に取り付けてその分割した装置を独立して制御するよう構成しても良い。
【００３９】
また、上記の実施の形態では、フランジ部５を加熱冷却する手段として、流体を熱源とした加熱冷却装置６を利用する場合について説明してきたが、フランジ部５を加熱冷却する手段はこれのみに限られない。上記の加熱冷却装置６以外を利用する場合を本実施の形態の変形例として以下において説明する。
【００４０】
図８は本発明の第１の実施の形態の変形例である蒸気タービンの側面図である。
【００４１】
図に示す蒸気タービンは、第１の実施の形態の蒸気タービンにおける加熱冷却装置６に代えて、フランジ部５の加熱冷却を電気によって行うヒータ・クーラ装置３６と、ヒータ・クーラ装置３６に電気を供給する電源部３７とを備えている。なお、第１の実施の形態と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する。このように電気によって作動する加熱冷却手段（ヒータ・クーラ装置３６）を利用して蒸気タービンを構成しても、第１の実施の形態と実質的に同様の効果を得ることができる。特に、本変形例のようにヒータ・クーラ装置３６を用いれば、流体を熱媒体として利用する場合と比較してきめ細かい温度制御を容易に行うことができるので、伸縮差ｄをより正確に制御できるという顕著な効果が得られる。なお、この場合も、加熱冷却装置６同様、各ヒータ・クーラ装置３６を個別に制御可能なように構成しても良いことは言うまでもない。
【００４２】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４３】
本実施の形態の主な特徴は、シール体をロータ１径方向外側に移動させた後にケーシング３のフランジ部５の加熱冷却を開始して、その加熱冷却を停止した後にシール体の位置を元に戻すことにより熱による伸縮差によって生じる問題を回避する点にある。
【００４４】
図９は本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンの側面図であり、図１０は図９に示した蒸気タービンの断面図である。図１１（ａ）及び（ｂ）は図１０中に点線で示すXI部分の拡大図であり、図１１（ａ）はシール体をロータ径方向外側に移動させた状態を示し、図１１（ｂ）はシール体が中立位置に位置している状態を示している。先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４５】
図示した蒸気タービンは、第１の実施の形態の蒸気タービンと異なるものとして、ロータ１の外周側に形成される間隙からの蒸気漏洩を抑制するシール体４０，４１，４２と、シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる際に用いる蒸気（シール体用蒸気）を引き込む蒸気主配管４３と、主配管４３から引き込まれた蒸気を各シール体４０，４１，４２へ供給する蒸気副配管４４，４５，４６と、蒸気副配管４３，４４，４５へ供給する蒸気の流量を調節する流量調節バルブ４７と、伸縮差ｄに基づいてシール体４０，４１，４２の駆動及び加熱冷却装置６によるフランジ部５の加熱冷却を制御する制御装置７Ｂとを主に備えている。
【００４６】
シール体４０は、ロータ１の外周側に形成される間隙にロータ１と対向して環状に設けられロータ１側に突出する凸状のシールフィン４８と、シール体４０のロータ１径方向外側に設けられた凹部４９に収納され、シール体用の蒸気から圧力を受けてシール体４０を中立位置（後述）からロータ１の径方向外側へ移動させる圧力作用面５０と、圧力作用面５０のロータ１径方向外側に設けられ、シール体４０が中立位置からロータ１の径方向外側へ向かって蒸気によって移動されるとシール体４０をロータ１の径方向内側へ押さえ付けるバネ部材（弾性部材）５１と、凹部４９の側面に設けられ蒸気副配管４４と接続された開口部であって、シール体用蒸気を凹部４９内へ供給する蒸気供給口５２とを有している。
【００４７】
また、シール体４０は、いわゆるスタッガード型であり、シール体用蒸気が凹部４９に供給されていない場合に位置する中立位置（図１１（ｂ）の状態）において、ロータ１側のシールフィン３３によって形成される凹凸部とシールフィン４８によって形成される凹凸部とが互いに接触することなく嵌り合うように構成されている。なお、シール体４１，４２については、シール体４０と同様の構成から成り立っているので説明は省略する。
【００４８】
蒸気主配管４３は、流量調節バルブ４７の下流側において、蒸気副配管４４及び蒸気副配管４５に分岐している。蒸気副配管４４はそのさらに下流側において蒸気副配管４６と分岐している。蒸気副配管４４，４５，４６はそれぞれ、シール体４０，４２，４１の圧力作用面５０が収納されている凹部４９に設けられた各蒸気供給口５２と接続され、各凹部４９に蒸気を供給している。凹部４９に供給された蒸気は、圧力作用面５０に作用してシール体４０をロータ１径方向外側に退避させ、バネ部材５１による反力を受けるシール体４０を所定の位置で静止させる。
【００４９】
制御装置７Bは、変位検出器４及び流量調節バルブ２２，２５，２８，２９，４７と接続されており、変位検出器４からは伸縮差ｄの計測値が送信され、流量調節バルブ２２，２５，２８，２９，４７に操作信号を送信する。これにより、制御装置７同様にケーシング３を予め加熱又は冷却して熱容量差から生じる伸縮差を制御するとともに、バルブ４７を適宜開閉してシール体４０，４１，４２のロータ１径方向の移動を制御している。
【００５０】
本実施の形態における制御装置７Bも、第１の実施の形態同様、各バルブ２２，２５，２８，２９，４７を開閉するタイミングを決定するものとして伸縮差ｄを用いており、予め記憶しておく設定値として、第１の実施の形態で用いた２種類の設定値（設定値L，R及び設定値M，Ｓ）に加えて、３種類目の設定値である設定値Ｎ及び設定値Ｔを記憶している。設定値Ｎは蒸気タービンを起動する際に用いるものであり、設定値Ｔは蒸気タービンを停止する際に用いるものである。
【００５１】
設定値Ｎ及び設定値Ｔは、ロータ１及びケーシング３の熱による伸縮が収束することにより、蒸気タービンを定常運転へ移行可能なタイミング又は蒸気タービンを停止可能なタイミングを示すものであり、加熱冷却した結果ロータ１とケーシング３の伸縮率が概ね均等になるタイミングを考慮して決定する。制御装置７Ｂは、伸縮差ｄが設定値Ｎ又はＴ以下になったら流量調節バルブ４７を閉じて蒸気副配管への蒸気供給を停止し、フランジ部５の加熱冷却を開始する際にロータ１径方向外側に退避させたシール体４０，４１，４２（後述）を中立位置に移動させる。なお、この設定値Ｎ，Ｔはそれぞれ設定値Ｍ，Ｓより小さく設定される。
【００５２】
ここで図１２を用いて、制御装置７Ｂによる蒸気タービンの制御手順について説明する。
図１２（ａ）は制御送致７Ｂの蒸気タービン起動時における処理内容を示すフローチャートであり、図１２（ｂ）は制御装置７Ｂの蒸気タービン停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【００５３】
蒸気タービンを起動させる際には図１２（ａ）に示すように、制御装置７Ｂは、まず、流量調節バルブ４７を開いて蒸気副配管４４，４５，４６へシール体用蒸気を供給する（Ｓ３００）。このように供給された蒸気は蒸気副配管４４，４５，４６を介してシール体４０，４１，４２の各圧力作用面５０に作用し、各シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる（Ｓ３１０）。
【００５４】
シール体４０，４１，４２を退避させた後、制御装置７Ｂは、第１の実施の形態の制御装置７がＳ１００からＳ１７０において行った処理と同じ処理を行ってフランジ部５の加熱を停止する（Ｓ３２０からＳ３９０）。これによりケーシング３はロータ１とともに蒸気入口部２０から導入される蒸気のみによって加熱され、伸縮差ｄは設定値Ｍから更に小さくなっていく。
【００５５】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｎ以下になったことを判断すると（Ｓ４００）、制御装置７Ｂは、流量調節バルブ４７を閉じ（Ｓ４１０）、シール体４０，４１，４２を中立位置に戻す（Ｓ４２０）。その後、蒸気の熱によってケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって遂にはほぼゼロとなり、蒸気タービンはそのまま定常運転に移行する（Ｓ４３０）。
【００５６】
また、蒸気タービンを停止させる際にも上記同様、図１２（ｂ）に示すように、制御装置７Ｂによって各シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させて、ケーシング３及びロータ１の冷却を開始する。所定の工程を経て伸縮差ｄが設定値Ｔ以下になったら流量調節バルブ４７を閉じてシール体４０，４１，４２を中立位置に戻し、蒸気タービンを停止させる（Ｓ５００からＳ６３０）。
【００５７】
上記のように蒸気タービンを制御すると、第１の実施の形態で説明した効果に加えて、シールフィン４８，３３同士が接触する恐れのある非定常運転時にシール体４０，４１，４２を退避させることができ、シールフィン４８，３３同士の接触による損傷等を確実に避けることができるので、蒸気タービンの信頼度を向上することができる。更に、シールフィン４８，３３同士が互いに嵌り合って優れた蒸気漏洩機能を発揮するスタッガード型のシール体を利用しても非定常運転時にシールフィン４８，３３同士が接触することが確実に避けられるので、非定常運転時におけるケーシング３とロータ１の伸縮差を考慮する必要がなくなる。従って、第１の実施の形態と比較してシールフィン４８の間隔を一層小さくすることができ、定常運転時における蒸気漏洩量を一層効果的に抑制することができる。このように本実施の形態によれば、非定常運転の時間を短縮するとともに定常運転における蒸気漏洩を一層抑制することができるので、蒸気タービンの起動から停止までの一連の動作においてタービン効率を向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態の説明においては説明を簡略化するために、ロータ１径方向に進退可能なシール体として、ロータ１と内輪１５との間に形成される間隙３１に設けたシール体４２と、ロータ１とケーシング３との間に形成される間隙３２に設けたシール体４０，４１とを例に挙げて説明したが、これらの場所の他にも動翼１０の先端部とケーシング３との間に形成される間隙３０等に同様の構成から成るシール体を設けても勿論良く、上記の説明はシール体の取り付け箇所を限定するものではない。
【００５９】
また、上記の説明では、シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる際に用いる蒸気（シール体用蒸気）の供給源ついては、特に言及しなかったが、作動流体から得る方法や、作動流体の系統と異なる系統から蒸気を得る方法等を利用して良い。この場合、前者の方法には作動流体を利用することでタービン効率が向上するという利点があり、後者の方法にはシール体を移動させるための蒸気圧を確実に確保することができるという利点がある。
【００６０】
続いて本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６１】
本実施の形態は、シール体をロータ１径方向外側に退避させることなく制御装置７Bによって伸縮差ｄの制御を行う点は第１の実施の形態と同様であるが、この場合にシールフィン同士が接触すると予見できるときにはシール体を退避させてシール体をロータ１径方向外側に退避させる時間を最小限に抑えるように蒸気タービンを制御する点に特徴がある。また、本実施の形態の蒸気タービンの機械的な構造は第２の実施の形態と同じであり、各部分の説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態における制御装置７Ｂも、第２の実施の形態同様、各バルブ２２，２５，２８，２９，４７を開閉するタイミングを決定するものとして伸縮差ｄを用いており、予め記憶しておく設定値として、第２の実施の形態で用いた３種類の設定値（設定値Ｌ，Ｒ、設定値M，Ｓ、及び設定値Ｎ，Ｔ）に加えて、４種類目の設定値である設定値Ｚを記憶している。
【００６３】
設定値Ｚは、シール体４０，４１，４２のシールフィン４８が他の部材（例えばシールフィン３３）と接触して軸振動等が発生することを防止するためのものであり、熱による伸縮によってシールフィン４８，３３同士が接触しないよう配慮して決定する。制御装置７Ｂは伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になったら流量調節バルブ４７を開いてシール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる。なお、この設定値Ｚは設定値Ｌ及び設定値Ｒより大きく設定される。
【００６４】
図１３を用いて、本実施の形態における制御装置７Bによる蒸気タービンの制御手順について説明する。
図１３（ａ）は制御送致７Ｂの蒸気タービン起動時における処理内容を示すフローチャートであり、図１３（ｂ）は制御装置７Ｂの蒸気タービン停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【００６５】
蒸気タービンを起動させる際には図１３（ａ）に示すように、制御装置７Ｂは、まず、流量調節バルブ２８を開くともに流量調節バルブ２９を閉めて加熱用の熱媒体を流量調節バルブ２５に導き、さらに流量調節バルブ２５を開いて加熱用熱媒体を加熱冷却装置６に導く（Ｓ７００）。これによりフランジ部５は加熱冷却装置６によって加熱され、その熱によってケーシング３は伸長し始める（Ｓ７１０）。
【００６６】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｌ以上になったことを判断した後に（Ｓ７２０）、さらに伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になるかどうかもチェックする（Ｓ７３０）。もし、伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になることがあればシールフィン４８，３３同士が接触する恐れがあると判断し、制御装置７Ｂは流量調節バルブ４７を開いて（Ｓ７４０）各シール体４０，４１，４２をロータ１径方向外側に退避させる（Ｓ７５０）。
【００６７】
Ｓ７３０で伸縮差ｄが設定値Ｚより小さいと判断した後、又は、Ｓ７５０でシール体を退避した後には、流量調節バルブ２２を開き（Ｓ７６０）、蒸気入口部２０に蒸気を導く（Ｓ７７０）。この蒸気によりケーシング３及びロータ１が共に加熱され始めるが、この処理を終えた後にも伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になるかどうかをチェックする（Ｓ７８０）。もし、伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になっていればシール体４０，４１，４２がＳ７５０で既に退避しているか否かを判断した後に（Ｓ７９０）、Ｓ７４０及びＳ７５０同様にシール体４０，４１，４２を退避させる（Ｓ８００及びＳ８１０）。
【００６８】
Ｓ７８０で伸縮差ｄが設定値Ｚより小さいと判断した後、Ｓ７９０でシール体４０，４１，４２が退避済みであると判断した後、又は、Ｓ８１０でシール体４０，４１，４２を退避させた後には、蒸気入口部２０に導入された蒸気及びフランジ部５の加熱によって伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になった否かを判断する（Ｓ８２０）。伸縮差ｄが設定値Ｍ以下になったら流量調節バルブ２５，２８を閉じて（Ｓ８３０）、フランジ部５の加熱を停止する（Ｓ８４０）。これによりケーシング３はロータ１とともに蒸気入口部２０から導入される蒸気のみによって加熱され、伸縮差ｄは設定値Ｍから更に小さくなっていく。
【００６９】
次に、所定時間が経過して伸縮差ｄが設定値Ｎ以下になったことを判断したら（Ｓ８５０）、この処理に至るまでにシール体４０，４１，４２がロータ１径方向外側に退避されているかどうかを判断する（例えば、流量調節バルブ４７が開いているか否かを判断する）（Ｓ８６０）。ここで、もし、シール体４０，４１，４２が退避済みであることが判断されたら、流量調節バルブ４７を閉じて（Ｓ８７０）、シール体４０，４１，４２を中立位置に移動させる（Ｓ８８０）。
【００７０】
Ｓ８６０でシール体４０，４１，４２が中立位置にあると判断された後、又は、Ｓ８８０でシール体４０，４１，４２を中立位置に戻した後には、蒸気の熱によってケーシング３とロータ１の伸縮差ｄは徐々に小さくなって最後にはほぼゼロとなり、蒸気タービンはそのまま定常運転に移行する（Ｓ８９０）。
【００７１】
また、蒸気タービンを停止させる際にも上記同様、図１３（ｂ）に示すように、第１の実施の形態の制御を基本としながらケーシング３とロータ１を冷却し、伸縮差ｄが設定値Ｒ以上になった後（Ｓ９２０）から設定値Ｓ以下になるまで（Ｓ１０２０）の間に、伸縮差ｄが設定値Ｚを超える場合があるかどうかを判断することでシールフィン４８，３３同士が接触しないようにシール体４０，４１，４２を制御する（Ｓ９００からＳ１０４０）。その後に、伸縮差ｄが設定値Ｔ以下になったら（Ｓ１０５０）、シール体４０，４１，４２がロータ１径方向外側に退避されているか否かを判断して（Ｓ１０６０）、必要に応じてシール体４０，４１，４２を中立位置に戻し（Ｓ１０７０及びＳ１０８０）、蒸気タービンを停止させる（Ｓ１０９０）。
【００７２】
上記のように蒸気タービンを制御すると、上記の第２の実施の形態よりもシール体４０，４１，４２を中立位置に保持する時間が長くなるので、蒸気漏洩量を更に低減させることができ、蒸気タービンの起動から停止までの一連の動作においてタービン効率を更に向上させることができる。
【００７３】
なお、上記の説明においては、伸縮差ｄが設定値Ｚ以上になるか否かを判断する処理は、図１３（ａ）中のＳ７３０及びＳ７８０、又は図１３（ｂ）中のＳ９３０及びＳ９８０においてのみ行ったが、これに限らず、非定常運転時に伸縮差ｄが設定値Ｚ以上となるか否かを常に監視するように制御しても勿論良い。このように制御すれば、突発的な事故等の想定外の事象によって伸縮差ｄが大きくなった場合にもシールフィン３３，４８の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンの側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンのロータ付近の拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンにおけるシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンにおける他のシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態である蒸気タービンにおける制御装置７の蒸気タービン起動時及び停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の比較例である蒸気タービンにおける一般的なシール体を拡大して模式的に示した側面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例である蒸気タービンの側面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンの側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンの断面図である。
【図１１】図１０中のXI部分の拡大図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態である蒸気タービンにおける制御装置７Ｂの蒸気タービン起動時及び停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態である蒸気タービンにおける制御装置７Ｂの蒸気タービン起動時及び停止時における処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
ｄ 伸縮差
Ｌ，Ｒ 設定値
M，Ｓ 設定値
Ｎ，Ｔ 設定値
Ｚ 設定値
１ ロータ
２ ダイヤフラム
３ ケーシング
４ 変位検出器
５ フランジ部
６ 加熱冷却装置
７ 制御装置
８ シールフィン
９ シール体
１０ 動翼
１８ 上半部
１９ 下半部
３０〜３２ 間隙
３３ シールフィン
３４ 凹部
３５ 溝部
３６ ヒータ・クーラ装置
３７ 電源部
４０〜４２ シール体
４８ シールフィン
４９ 凹部
５０ 圧力作用面
５１ バネ部材
５２ 蒸気供給口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
非定常運転時に前記計測手段の計測値が前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す設定値に至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却する制御部とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部と、
非定常運転開始時に、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す設定値に前記計測手段の計測値が至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却するとともに、前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止するための他の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させる制御部とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部と、
非定常運転開始時に前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させるとともに前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、前記ロータ及び前記ケーシングの熱による伸縮が収束したことをタイミングを示す第３の設定値に前記計測値が達したときに前記シール体を前記シール体駆動部によって元の位置まで戻す制御部とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、
前記加熱冷却手段は作動流体を熱媒体として前記フランジ部の加熱冷却を行っていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、
前記加熱冷却手段は電気によって作動するヒータ・クーラ装置であることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
請求項２記載の蒸気タービンにおいて、
前記ロータの外周面上には前記シール体の凸部が形成する凹凸部と対応する他の凹凸部が形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項７】
請求項６記載の蒸気タービンにおいて、
前記シール体の凸部が形成する凹凸部は、前記ロータの外周面上に形成される他の凹凸部と互いに接触することなく嵌り合うように構成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
請求項２記載の蒸気タービンにおいて、
前記シール体は、前記動翼の前記ロータ径方向外側端部と前記ケーシングとの間、前記ロータと前記ダイヤフラムの間、前記ロータが前記ケーシングを貫通する軸封部における前記ロータと前記ケーシングの間のうち少なくとも１箇所に設けられていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項９】
請求項２記載の蒸気タービンにおいて、
前記シール体駆動部は、前記シール体が中立位置から前記ロータの径方向外側に移動すると前記ロータの径方向内側へ前記シール体を押し付ける弾性部材と、流体から圧力を受けて前記ロータの径方向外側へ前記シール体を中立位置から移動させる圧力作用面と、この圧力作用面に圧力を与える流体を供給する流体供給部とを有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１０】
請求項９記載の蒸気タービンにおいて、
前記圧力作用面に圧力を与える流体は前記ロータに供給される作動流体の系統と異なる系統から供給されることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１１】
動翼が取り付けられたロータ、このロータを外周から取り囲むダイヤフラム、このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングを有する蒸気タービンに設けられるシール装置において、
前記ケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部と、
非定常運転開始時に、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す設定値に前記計測手段の計測値が至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却するとともに、前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止する他の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させる制御部とを備えることを特徴とするシール装置。
【請求項１２】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部を加熱冷却する加熱冷却手段とを備え、
非定常運転開始時に前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す他の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止することを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項１３】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部とを備え、
非定常運転開始時に前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、
前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止するための第３の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させることを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項１４】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部とを備え、
非定常運転開始時に前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させるとともに前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、
定常運転に移行可能なタイミングを示す第３の設定値に前記計測値が達したときに前記シール体を前記シール体駆動部によって元の位置まで戻すことを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項１５】
動翼が取り付けられたロータ、このロータを外周から取り囲むダイヤフラム、このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングを有する蒸気タービンに設けられるシール装置の制御方法において、
前記ケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部とを備え、
非定常運転開始時に前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、 前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、
前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止するための第３の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させることを特徴とするシール装置の制御方法。
【請求項１】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
非定常運転時に前記計測手段の計測値が前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す設定値に至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却する制御部とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部と、
非定常運転開始時に、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す設定値に前記計測手段の計測値が至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却するとともに、前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止するための他の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させる制御部とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部と、
非定常運転開始時に前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させるとともに前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、前記ロータ及び前記ケーシングの熱による伸縮が収束したことをタイミングを示す第３の設定値に前記計測値が達したときに前記シール体を前記シール体駆動部によって元の位置まで戻す制御部とを備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、
前記加熱冷却手段は作動流体を熱媒体として前記フランジ部の加熱冷却を行っていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、
前記加熱冷却手段は電気によって作動するヒータ・クーラ装置であることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
請求項２記載の蒸気タービンにおいて、
前記ロータの外周面上には前記シール体の凸部が形成する凹凸部と対応する他の凹凸部が形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項７】
請求項６記載の蒸気タービンにおいて、
前記シール体の凸部が形成する凹凸部は、前記ロータの外周面上に形成される他の凹凸部と互いに接触することなく嵌り合うように構成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
請求項２記載の蒸気タービンにおいて、
前記シール体は、前記動翼の前記ロータ径方向外側端部と前記ケーシングとの間、前記ロータと前記ダイヤフラムの間、前記ロータが前記ケーシングを貫通する軸封部における前記ロータと前記ケーシングの間のうち少なくとも１箇所に設けられていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項９】
請求項２記載の蒸気タービンにおいて、
前記シール体駆動部は、前記シール体が中立位置から前記ロータの径方向外側に移動すると前記ロータの径方向内側へ前記シール体を押し付ける弾性部材と、流体から圧力を受けて前記ロータの径方向外側へ前記シール体を中立位置から移動させる圧力作用面と、この圧力作用面に圧力を与える流体を供給する流体供給部とを有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１０】
請求項９記載の蒸気タービンにおいて、
前記圧力作用面に圧力を与える流体は前記ロータに供給される作動流体の系統と異なる系統から供給されることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１１】
動翼が取り付けられたロータ、このロータを外周から取り囲むダイヤフラム、このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングを有する蒸気タービンに設けられるシール装置において、
前記ケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部と、
非定常運転開始時に、前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す設定値に前記計測手段の計測値が至るまで前記加熱冷却手段によって前記フランジ部を加熱又は冷却するとともに、前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止する他の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させる制御部とを備えることを特徴とするシール装置。
【請求項１２】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部を加熱冷却する加熱冷却手段とを備え、
非定常運転開始時に前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す他の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止することを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項１３】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部とを備え、
非定常運転開始時に前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、
前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止するための第３の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させることを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項１４】
動翼が取り付けられたロータと、
このロータを外周から取り囲むダイヤフラムと、
このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングと、
このケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う加熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部とを備え、
非定常運転開始時に前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させるとともに前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、
定常運転に移行可能なタイミングを示す第３の設定値に前記計測値が達したときに前記シール体を前記シール体駆動部によって元の位置まで戻すことを特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【請求項１５】
動翼が取り付けられたロータ、このロータを外周から取り囲むダイヤフラム、このダイヤフラム及び前記ロータを内包し、上半部と下半部をフランジ部において締結して一体としたケーシングを有する蒸気タービンに設けられるシール装置の制御方法において、
前記ケーシングと前記ロータとの前記ロータの軸方向における熱による伸縮差を計測する計測手段と、
前記フランジ部に取り付けられ、前記フランジ部の加熱冷却を行う熱冷却手段と、
前記ロータの外周側に形成される間隙に前記ロータと対向して環状に設けられ、前記ロータ側に突出する凸部を有するシール体と、
このシール体を中立位置から前記ロータの径方向外側に移動させるシール体駆動部とを備え、
非定常運転開始時に前記加熱冷却手段によって前記フランジ部の加熱又は冷却を開始し、
前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気で加熱冷却するタイミングを示す第１の設定値に前記計測手段の計測値が達したときに前記ケーシング内への蒸気の導入を開始又は停止し、 前記ロータ及び前記ケーシングを蒸気のみで加熱冷却するタイミングを示す第２の設定値に前記計測値が達したときに前記加熱冷却手段による前記フランジ部の加熱又は冷却を停止し、
前記シール体の凸部が他の部材と接触することを防止するための第３の設定値に前記計測値が達した場合には前記シール体駆動部によって前記シール体を前記ロータの径方向外側に退避させることを特徴とするシール装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２５４２９（Ｐ２００８−２５４２９Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９７８０３（Ｐ２００６−１９７８０３）
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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