蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法
【課題】可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法を提供する。
【解決手段】内部にタービン２Ｈを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、タービン２Ｈに供給される蒸気流量を調節する調節部５と、タービン２Ｈに供給される蒸気流量を減少させる場合には、分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、調節部５に対して蒸気流量の減少率を調節する制御を行う制御部６と、が設けられていることを特徴とする。
【解決手段】内部にタービン２Ｈを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、タービン２Ｈに供給される蒸気流量を調節する調節部５と、タービン２Ｈに供給される蒸気流量を減少させる場合には、分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、調節部５に対して蒸気流量の減少率を調節する制御を行う制御部６と、が設けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、特に可変速運転が要求される蒸気タービンに適用して好適な蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンにおいては、回転数上昇時や出力上昇時、特に蒸気タービンの起動時においてタービン車室の壁における壁温に基づいて、蒸気タービンの回転数を制限する制御が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
これは、タービン車室の壁面における表面温度と、壁面の中位温度との温度差によって、タービン車室に過大な熱応力がかかるのを防止するためである。
【０００３】
その一方で、蒸気タービンの回転数減少時や出力減少時においては、蒸気タービンの運転状態、例えば回転数を制限する制御は特に行われていなかった。
船舶の主機として用いられている蒸気タービンの場合には、船舶の減速時に蒸気タービンの出力を減少させる制御（減速運転）がおこなわれている。具体的には、蒸気タービンの状態を監視することなく、ブリッジからの指令に基づいて蒸気タービンの出力を一意に減少させる制御が行われていた。
【０００４】
上述の舶用主機として用いられる蒸気タービンは、推進機関として常に可変速運転が求められる点が、定格速度で運用される陸用の事業用蒸気タービンと異なっている。
港湾航行において、舶用主機として用いられる蒸気タービンは、常に、増減速運転による柔軟な操作が求められ、また運行スケジュールの調整や外洋航行から港湾入港時等、減速運転が行われる頻度は陸用の事業用蒸気タービンと比べても非常に多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４８０５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の減速運転を負荷変化速度一定で行うと、タービンの車室における継ぎ手面から蒸気漏れが発生する恐れがあった。
つまり、舶用主機として用いられる蒸気タービンの車室における動特性シミュレーションおよび非定常ＦＥＭ解析を実施した結果、車室に流入する主蒸気温度および再熱蒸気温度の変化の影響により、車室の内面温度が低下して外面温度などよりも低くなることが分かった。これにより、蒸気漏れにつながる車室の継ぎ手面における面圧低下を引き起こす可能性が極めて高くなるという問題があった。
【０００７】
さらに、上述の面圧低下を防止または抑制する方法として、車室ボルトの配置を変更して、車室の継ぎ手面における面圧低下を防止等する方法や、車室における壁面の肉厚を変更して、車室の継ぎ手面における面圧低下を防止等する方法などが挙げられる。
しかしながら、ボルト配置や車室構造による方法のみでは限界があり、面圧低下を防止する十分な効果が期待できず、車室の継ぎ手面からの蒸気漏れを防止または抑制することは困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蒸気タービンは、内部にタービンを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合には、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行う制御部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気の流量が減少される場合に、車室の分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さいときには、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率が調節される。例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御が行われる。これにより、上記空間に隣接した領域の面圧の低下が抑制される。
【００１１】
具体的には、タービンが定常運転やプログラム自動昇速やプログラム自動減速されている際に、タービンの出力を減少させる制御を行うと、ボイラからタービンに供給される蒸気の流量が減少されるとともに、ボイラ負荷も低下することから供給される蒸気の温度も低下する。
【００１２】
車室の壁面温度よりも温度が低い蒸気が、タービンを収納した空間に流入すると、車室の壁面は、空間に隣接した部分から蒸気に保有熱が奪われ温度が低下する。このとき、車室壁面における外側の温度と、空間に隣接した部分の温度との間に温度差が生じる。さらに、分割面により分割された車室を一体につなぎとめるボルトの温度と、空間に隣接した部分の温度との間にも温度差が生じている。つまり、車室壁面における外側の部分およびボルトと比較して、車室壁面の空間に隣接した部分は早い段階から熱収縮して熱収縮量に差が生じる。これにより、分割面における空間に隣接した領域における面圧に関する押しつけ力が低下する。
【００１３】
その一方で、タービンに供給される蒸気の圧力は緩やかに低下することから、上記空間における蒸気圧力も緩やかに低下する。つまり、車室の分割面を押し広げようとする力は、上述の押しつけ力の低下と比較して緩やかに減少する。
これらのことから、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気流量が減少されるときには、上記空間に隣接した領域の面圧が低下する。
【００１４】
このようにして発生した面圧の低下が所定面圧よりも小さくなると、タービンに供給された蒸気が、分割面から上述のボルトが挿通されるボルト孔などを介して外部に漏れるおそれがある。
そこで、調節部によって調節される蒸気流量の減少率を抑制する制御を行う。
【００１５】
すると、蒸気流量の減少率を抑制する前と比較して、上述の車室壁面における外側部分およびボルトと、車室壁面の空間に隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まる。さらに、タービンに供給される蒸気圧力も低下し、車室における分割面を押し広げようとする力も減少する。
これらのことから、蒸気流量の減少率を抑制する前と比較して、分割面における空間に隣接した領域の面圧が高くなり、タービンに供給された蒸気が外部に漏れにくくなる。
【００１６】
上記発明においては、少なくとも、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧に関する情報を取得する面圧情報取得手段が設けられ、前記制御部は、取得された前記面圧に関する情報に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、上述の空間に隣接した領域の面圧に関する情報に基づくことにより、上記空間に隣接した領域の面圧が実際に所定面圧よりも小さいか否かが判断される。これにより、上述の蒸気流量の減少率を抑制する制御が適切に行われ、上記空間に隣接した領域の面圧低下を確実に抑制することができる。
【００１８】
上記発明においては、前記面圧情報取得手段は、前記分割面における前記空間に隣接した領域の温度、および、前記分割面における外側の温度を測定する温度測定部であり、前記制御部は、前記空間に隣接した領域の温度、および、前記外側の温度に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することが望ましい。
【００１９】
本発明によれば、分割面における空間に隣接した領域の温度（車室壁面における内側部分の温度）と、外側の温度（車室壁面における外側部分の温度）とを比較して、例えば上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低いか否かにより、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧より小さいか否かが判断される。
【００２０】
具体的には、車室を構成する材料の線膨脹係数は既知であることから、上記領域における温度と外側の温度との温度差に基づき、これらの部分の間の収縮量の差を求めることができる。さらに、上記空間に隣接した領域における温度および外側の温度に基づいて上記ボルトの温度が推定され、上記領域における温度とボルトの温度との温度差に基づき、これらの部分の間の収縮量の差を求めることができる。
これらに基づいて上記領域の面圧に関する押しつけ力の変化を考慮した上記領域の面圧を求めることができ、上記領域の面圧が所定面圧よりも小さいか否かを判断できる。
【００２１】
上記空間に隣接した領域における面圧を測定する他の方法と比較して、温度は容易に測定することができるため、蒸気流量の減少率を抑制する制御を行うか否かを容易に判断できる。
【００２２】
あるいは、上記領域における温度および外側の温度と、上記領域の面圧の関係を予め取得しておくことにより、上記領域における温度および外側の温度に基づき、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを直接判断することもできる。
実際には、運転状態における内部圧力も考慮する必要があるが、プラントの運転状況を動特性シミュレーションで予測できる場合には、予め車室内外温度と面圧との関係情報を大よそ得る事ができ、上述の判断をすることが可能となる。
【００２３】
上記発明においては、前記制御部は、前記蒸気流量の減少率制御を所定期間だけ行った後、前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度未満である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を終了し、前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度以上である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を継続することが望ましい。
【００２４】
本発明によれば、最初の所定期間が経過した後に、上記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、上記外側の温度未満か否かに基づいて、蒸気流量の減少率を調節する制御を終了するか、再度、所定期間の間だけ蒸気流量の減少率を調節する制御を行うかの判断が行われる。
【００２５】
再度の蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断に際して、上記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、上記外側の温度未満か否かに基づいて判断を行うのは次の理由による。
【００２６】
つまり、最初に蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断を行った時と比較して、タービン出力の減少が開始されてから経過した時間が長いため、車室を締め付けて一体化させるボルトの温度は伝熱により低下している。すると、当該ボルトは熱収縮して締付力が回復することから、上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低温であっても、その温度差が所定温度未満であれば、上記空間に隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００２７】
さらに、最初に蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断を行った時と比較して、タービンに供給される蒸気の圧力が低くなっているため、車室における分割面を押し広げようとする力が低下している。そのため、上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低温であっても、その温度差が所定温度未満であれば、上記空間に隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００２８】
なお、上述の所定温度は固定値であってもよいし、タービンに供給される蒸気の圧力または空間の内部の圧力に基づいて変化する値であってもよく、特に限定するものではない。
【００２９】
上記発明においては、前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少を保留することにより、前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行うことが望ましい。
【００３０】
本発明によれば、蒸気流量の減少を保留することにより蒸気流量の減少率を調節する制御が行われる。言い換えると、タービンに供給される蒸気流量および蒸気温度が、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧未満であると判断された時点での蒸気流量および蒸気温度に大よそ固定される。
【００３１】
すると、タービンに供給される蒸気温度が大よそ一定に保たれ、上述の車室壁面における外側部分およびボルトの熱収縮量と、車室壁面の空間に隣接した部分の熱収縮量との間の熱収縮量差が縮まる。これは、例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合であって、タービンに供給される蒸気温度が緩やかに減少するときに、上述の熱収縮量差が縮まる時間と比較して、より短い時間で熱収縮量差が縮まる。
【００３２】
本発明の蒸気タービンの運転方法は、外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を減少させる流量減少ステップと、前記タービンを内部に収納する車室における分割面の面圧に関する情報を取得し、取得した前記面圧情報に基づいて推定される面圧が、所定面圧よりも小さいか否か比較する比較ステップと、前記推定される面圧が前記所定の面圧よりも小さい場合には、前記蒸気流量の減少率を調節する減少率調節ステップと、を有することを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気の流量が減少されるときに、車室の分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さい場合には、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率が調節される。例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御が行われる。これにより、上記空間に隣接した領域の面圧の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法によれば、タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合に、分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率を調節するため、可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１の高圧タービンおよび中圧タービンを収納する車室の構成を説明する模式図である。
【図３】図２の車室における高圧内側温度測定部および高圧外側温度測定部の配置位置を説明するＡ−Ａ断面視図である。
【図４】図２の車室における中圧内側温度測定部および中圧外側温度測定部の配置位置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。
【図５】図１の制御部の構成を説明するブロック図である。
【図６】従来の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グラフである。
【図７】車室における高圧タービンおよび中圧タービンの入口近傍における温度変化を算出した場所を説明する模式図である。
【図８】従来の高圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
【図９】従来の中圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
【図１０】本実施形態における減速制御を説明するフローチャートである。
【図１１】本実施形態における高圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。
【図１２】従来および本実施形態における高圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
【図１３】本実施形態における中圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。
【図１４】従来および本実施形態における中圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
この発明の一実施形態に係る蒸気タービンについて、図１から図１４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を説明する模式図である。図２は、図１の高圧タービンおよび中圧タービンを収納する車室の構成を説明する模式図である。
本実施形態に係る蒸気タービン１は船舶の主機として用いられるものであって、高圧タービン２Ｈから排出された蒸気を加熱する再熱器４Ｒを備えた再熱タービンである。
【００３７】
蒸気タービン１には、図１および図２に示すように、蒸気高圧タービン（タービン）２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを収納する車室３と、高圧タービン２Ｈに主蒸気を供給する主ボイラ（ボイラ）４Ｈと、中圧タービン２Ｍに再熱蒸気を供給する再熱器４Ｒと、主蒸気の流量を調節するガバナ（調節部）５と、蒸気タービン１をリモートコントロールする制御部６と、主ボイラ（ボイラ）４Ｈと再熱器４Ｒを制御する制御部７と、が主に設けられている。
【００３８】
図３は、図２の車室における高圧内側温度測定部および高圧外側温度測定部の配置位置を説明するＡ−Ａ断面視図である。図４は、図２の車室における中圧内側温度測定部および中圧外側温度測定部の配置位置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。
車室３は、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを内部に収納するとともに、蒸気が導入されるものである。
車室３には、図２から図４に示すように、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを内部に収納する空間Ｓと、車室３を上下に２分割する分割面ＳＰと、高圧側入口内壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）３１Ｈと、高圧側入口外壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）３２Ｈと、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍと、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍと、が主に設けられている。
【００３９】
高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍは、回転軸（図示せず）の周方向に等間隔に配置されるとともに、回転軸の軸方向に間隔をあけて配置されたタービン動翼、および車室３に設けられたタービン静翼から主に構成されたものである。
【００４０】
高圧タービン２Ｈは、図１に示すように、主ボイラ４Ｈから主蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。
中圧タービン２Ｍは、再熱器４Ｒから再熱蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。
【００４１】
空間Ｓは、図２から図４に示すように、車室３の内部に形成された空間であって、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍが配置されるとともに、主蒸気および再熱蒸気が流れる流路を形成するものである。
【００４２】
分割面ＳＰは、図３および図４に示すように、車室３を上車室３Ｕおよび下車室３Ｌの２つに分割する面である。言い換えると、上車室３Ｕおよび下車室３Ｌが接触する面である。
上車室３Ｕおよび下車室３Ｌは、上車室３Ｕに設けられたボルト孔４１に挿通されたボルト４２によって一体に締め付けられている。さらに、下車室３Ｌには、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍが設けられている。
【００４３】
高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈおよび高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、図２および図３に示すように、下車室３Ｌにおける主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域近傍の温度を測定するものである。
【００４４】
高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の内壁面の温度（空間に隣接した領域の温度）を測定するものである。言い換えると、分割面ＳＰにおける面圧が最初に低下する領域の内壁面の温度を測定するものである。
さらに、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４５】
高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、上述の外壁面の温度（外側の温度）に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４６】
中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、図２および図４に示すように、下車室３Ｌにおける再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域近傍の温度を測定するものである。
【００４７】
中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。言い換えると、分割面ＳＰにおける面圧が最初に低下する領域の内壁面の温度を測定するものである。
さらに、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４８】
中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４９】
さらに、車室３に高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈと、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈと、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍと、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍと、を設けて車室３の温度を測定して、制御部６における制御に用いてもよい。
【００５０】
なお、制御部６における制御は、主に高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍの測定信号に基づいて行われ、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号は参考情報として用いられる。
【００５１】
高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈおよび高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、図２に示すように、下車室３Ｌにおける主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域近傍の温度を測定するものである。
【００５２】
高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域の断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５３】
高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域の断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５４】
中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、図２に示すように、下車室３Ｌにおける再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域近傍の温度を測定するものである。
【００５５】
中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域の断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５６】
中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域の断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５７】
その他にも、高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈと、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍと、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈと、中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍと、を設けてボルト４２の温度を測定して、制御部６における制御の参照温度として用いてもよい。
高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍの測定信号は、対応するボルト４２の温度が、隣接する車室３の内壁温度や外壁温度と連動して変化しているか否かを確認するため等に用いられる。
【００５８】
高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈは、図２に示すように、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域近傍に配置されたボルト４２の温度を測定するものである。さらに、高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域近傍の温度を測定するものである。さらに、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５９】
高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域近傍に配置されたボルト４２の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域近傍の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００６０】
主ボイラ４Ｈは、図１に示すように、外部から供給された燃料を燃焼させて得た熱を用いて蒸気を発生させるものであって、高圧タービン２Ｈに主蒸気を供給するものである。
再熱器４Ｒは、図１に示すように、燃料を燃焼させて得た熱を用いて高圧タービン２Ｈから排出された蒸気を再び加熱し、中圧タービン２Ｍに再熱蒸気を供給するものである。
【００６１】
主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒによる主蒸気および再熱蒸気の供給は、制御部６により制御されるガバナ５による蒸気状態とガバナ開度指示値から、制御部７により制御されている。
なお、主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒとしては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００６２】
ガバナ５は、図１に示すように、蒸気タービン１の負荷に応じて主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量を制御するものである。言い換えると、蒸気タービン１の出力が、制御部６から指示された出力になるように主蒸気の流量を制御するものである。
なお、ガバナ５としては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００６３】
図５は、図１の制御部の構成を説明するブロック図である。
制御部６は、船舶の船橋からの指令や、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈなどの測定信号に基づき、ガバナ５などを制御し且つ、主ボイラ４Ｈ及び再熱器４Ｒを制御する制御部７へガバナ開度指示値を発信するものである。
制御部６には、図５に示すように、船橋からの指令や、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍの測定信号が主に入力されている。
【００６４】
さらに制御部６には、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号が入力されていてもよい。
その他にも、制御部６に高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍの測定信号が入力されていてもよい。
【００６５】
制御部６からは、ガバナ５に主蒸気の流量を制御する制御信号が、制御部７からは主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量を制御する制御信号などが出力されている。
なお、制御部６による制御方法の詳細については後述する。
【００６６】
制御部７は、制御部６から入力されたガバナリフト指示値や運転モードの情報と、主蒸気や再熱蒸気の状態とに基づいて、主ボイラ４Ｈ及び再熱器４Ｒを制御するものである。
【００６７】
次に、上記の構成からなる蒸気タービン１における制御方法、特に外洋航行モードから港湾航行モードに切り替える場合などのように、蒸気タービン１の負荷が高い状態からの減速制御について説明する。
【００６８】
ここで港湾航行モードとは、船舶が港湾内を航行する際に主に用いられるモードであり、主機である蒸気タービン１の最大負荷に対して０％程度から約２５％程度の範囲の負荷で用いられるモードである。これに対して、外洋航行モードは船舶が外洋を航行する際に用いられるモードであり、港湾航行モードと比較して蒸気タービン１の負荷が高い状態で用いられるモードである。
【００６９】
まず、蒸気タービン１における蒸気の流れについて、図１を参照しながら説明する。
蒸気は主ボイラ４Ｈにおいて燃料の燃焼により得られた熱を用いて生成され、高温高圧の主蒸気として車室３内の高圧タービン２Ｈに供給される。このとき、主ボイラ４Ｈに供給される燃料の流量は制御部７によって制御されている。さらに、主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量は制御部６から制御信号（指令）が入力されたガバナ５により制御されている。
【００７０】
主蒸気は高圧タービン２Ｈを回転駆動することにより圧力および温度が低下し、車室３の外へ排出される。排出された主蒸気は再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼により得られた熱を用いて加熱され、高温の再熱蒸気として車室３内の中圧タービン２Ｍに供給される。このとき、再熱器４Ｒに供給される燃料の流量は制御部７により制御されている。
【００７１】
再熱蒸気は中圧タービン２Ｍを回転駆動することにより圧力および温度が低下し、車室３の外部に排出される。
このとき車室３は、内部に供給される主蒸気および再熱蒸気により温められている。
【００７２】
なお上述の説明は、再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼が行われる外洋航行モード（Ｎｏｒｍａｌ Ｍｏｄｅ）の場合に適用して説明している。港湾航行モード（Ｈａｒｂｏｒ Ｍｏｄｅ）の場合には、再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼は行われない点が外洋航行モードと異なっている。
【００７３】
次に、本実施形態の特徴である蒸気タービン１の負荷が高い状態からの減速制御について説明する。ここでは、外洋航行モードから短時間（例えば１０分や３０分や４５分など）で港湾航行モード（例えば港湾航行船速ＦＵＬＬ相当）に切り替える場合に適用して説明する。
最初に従来の減速制御、および、その問題点について説明し、その後に本実施形態の減速制御、および、その効果について説明する。
【００７４】
従来の減速制御の場合には、タービンリモコンは、蒸気タービンの出力の目標値および制御に要する時間に基づいて、ガバナリフト（ガバナの開度）の時間変化を制御するタイムスケジュールを作成し、このタイムスケジュールに従ってガバナリフトを制御することにより行われている。さらに、蒸気タービンの出力に応じて主ボイラおよび再熱器に供給される燃料の流量も制御されている。
言い換えると、蒸気タービンの車室温度などを考慮したガバナリフトの制御は行われていない。
【００７５】
図６は、従来の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グラフである。
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６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１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１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。
【００７６】
図６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１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。
【００７７】
その後、蒸気タービン１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１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１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。
【００７８】
その一方で、蒸気タービン１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１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。
【００７９】
つまり、主蒸気が高圧タービンを回転駆動した後に、再熱器４Ｒ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。
【００８０】
次に、従来の減速制御を行った場合における車室の温度変化のシミュレーション結果について説明する。
図７は、車室における高圧タービンおよび中圧タービンの入口近傍における温度変化を算出した場所を説明する模式図である。
図７における点ＨＩは車室３における高圧タービン２Ｈの入口近傍における内壁面上の温度変化を観察した点であり、点ＨＯは外壁面上の温度変化を観察した点である。さらに、点ＭＩは車室３における中圧タービン２Ｍの入口近傍における内壁面上の温度変化を観察した点であり、点ＭＯは外壁面上の温度変化を観察した点である。
【００８１】
図８は、従来の高圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
まず図８に基づいて、高圧タービン２Ｈの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＨＩおよび外壁面上の点ＨＯの温度変化について説明する。
減速制御が開始された時点である経過時間が０分の近傍では、点ＨＩにおける温度は、点ＨＯにおける温度よりも高い状態で保たれている。点ＨＩが相対的に高温なのは、図６に示すように、点ＨＩが面している高圧タービン２Ｈが配置されている空間Ｓに高温の主蒸気が供給されているためである。
【００８２】
減速制御が開始されると高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少するとともに、主蒸気の温度も低下するため、車室３の内壁面（点ＨＩを含む。）に供給される熱量が減少する。その結果、点ＨＩにおける温度は時間の経過とともに低下して、主蒸気の温度変化が安定する制御の開始から３０分程度で安定化する。
【００８３】
その一方で、車室３の外壁面（点ＨＯを含む。）の温度は、直接主蒸気の温度低下の影響を受けるものではなく、車室３の壁面を内側から外側に伝わる熱量に依存するため、点ＨＩにおける温度よりも緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから５分程度で点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度の逆転が発生していることが図８から分かる。
【００８４】
図９は、中圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
次に図９に基づいて、中圧タービン２Ｍの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＭＩおよび外壁面上の点ＭＯの温度変化について説明する。
中圧タービン２Ｍには、図６に示すように主蒸気と比較して減速制御に対して温度追従性が低い再熱蒸気が供給されているため、点ＭＩにおける温度変化は点ＨＩにおける温度変化と比較して緩やかになっている。具体的には減速制御が開始されてから１０分程度が経過してから点ＭＩにおける温度の低下が始まり、１５分程度が経過してから温度の低下率が大きくなっている。
【００８５】
その一方で、点ＭＯにおける温度は、点ＨＯにおける温度と同様に、直接再熱蒸気の温度低下の影響を受けるものではなく、車室３の壁面を内側から外側に伝わる熱量に依存するため、点ＨＩにおける温度よりも緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから２３分程度で点ＭＩにおける温度と、点ＭＯにおける温度の逆転が発生していることが図９から分かる。
【００８６】
このように、点ＨＩにおける温度と点ＨＯにおける温度との逆転、および、点ＭＩにおける温度と点ＭＯにおける温度との逆転が発生すると、車室３の内壁面における熱収縮量が、外壁面における熱収縮量よりも大きくなり、分割面ＳＰにおける内壁面近傍の面圧が低下する。
【００８７】
さらに、内壁面と外壁面との間に配置されたボルト４２における温度は、減速運転が開始された直後は内壁面における温度よりも高いため、ボルト４２における熱収縮量は内壁面における熱収縮量と比較して大きくない。つまり、ボルト４２における上車室３Ｕおよび下車室３Ｌを締め付ける締付力が低下するため、さらに分割面ＳＰにおける面圧が低下する。
【００８８】
次に、本実施形態における減速制御について説明する。
図１０は、本実施形態における減速制御を説明するフローチャートである。
まず、船橋から制御部６に対して、船舶の航行速度を減速させる指示が入力される。例えば、船舶を入港させるために外洋航行モードから港湾航行モードに切り替える（減速させる）指示が入力される（制御オーダーステップＳ１）。このとき同時に、船舶を指示された航行速度までに減速させる所要時間も入力される。
【００８９】
制御部６は入力された指示に基づいて、指示された航行速度に対応するガバナ５における主蒸気の流量、つまりガバナ５のリフト量（以後、「オーダーリフト量」と表記する。）を算出する。さらに、入力された所要時間内に、現在のガバナ５のリフト量をオーダーリフト量まで変化させるタイムスケジュールを算出する。その後、制御部６は、算出したタイムスケジュールに従って、ガバナ５のリフト量制御を行う（ガバナ制御ステップ（流量減少ステップ）Ｓ２）。
【００９０】
ガバナ５のリフト量制御が開始されると、ガバナ５のリフト量が徐々に減少するため、ガバナ５を通過する主蒸気の流量が減少する。その結果、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量、および、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の流量が減少する。
同時に制御部６の指示値、主蒸気及び再熱蒸気状態により、制御部７は、主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量を減少させる制御を行う。そのため、主ボイラ４Ｈから供給される主蒸気温度および再熱器４Ｒから供給される再熱蒸気温度が低下する。
【００９１】
ガバナ５のリフト量制御が開始されると制御部６は、高圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｈ／３３Ｈおよび高圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｈ／３４Ｈ、中圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｍ／３３Ｍおよび中圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｍ／３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁面温度と、外壁面温度との比較を行う（第１温度比較ステップ（比較ステップ）Ｓ３）。
【００９２】
内壁面温度が外壁面温度以上の場合には、制御部６はその時点におけるガバナ５のリフト量と、オーダーリフト量との比較を行う（第１リフト比較ステップＳ４）。
その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しくない場合には、上述のガバナ制御ステップＳ２に戻り、タイムスケジュールに従ったガバナ５のリフト量制御が継続される。
その一方で、その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しい場合には、制御部６による減速制御が終了する。
【００９３】
内壁面温度が外壁面温度未満の場合には、制御部６はガバナ５のリフト量をその時点のリフト量で保持する制御を行う（リフト量保持ステップ（減少率調節ステップ）Ｓ５）。
リフト量の保持は所定の期間、例えば１０分程度継続される。
【００９４】
リフト量の保持を行うことで、蒸気流量の減少が保留されるとともに、蒸気温度の低下も保留される。例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合には、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気温度が緩やかに減少するのに対して、蒸気流量の減少を抑制する場合には、蒸気温度が一定に保たれる。
そのため、上述の車室３の壁面における外側部分およびボルト４２における熱収縮量と、車室３の壁面における空間Ｓに隣接した部分（内側部分）の熱収縮量との間の熱収縮量差をより短い時間で小さくすることができる。
【００９５】
リフト量を保持する期間が経過すると制御部６は、再び、高圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｈ／３３Ｈおよび高圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｈ／３４Ｈ、中圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｍ／３３Ｍおよび中圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｍ／３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁温度に第１所定温度（所定温度）α１を加えた温度と、外壁面温度との比較を行う（第２温度比較ステップＳ６）。
【００９６】
第１所定温度α１としては、５０℃程度を例示することができる。
第２温度比較ステップＳ６を行うに際して、車室３の内壁温度に第１所定温度α１を加えた温度が、外壁面温度未満か否かに基づいて判断を行うのは次の理由による。
【００９７】
つまり、第１温度比較ステップＳ３を行った時と比較して、蒸気タービン１の出力減少が開始されてから経過した時間が長いため、車室３を締め付けて一体化させるボルト４２の温度は伝熱により低下している。すると、ボルト４２は熱収縮して締付力が回復することから、内壁温度が外壁面温度よりも低温であっても、その温度差が第１所定温度α１未満であれば、空間Ｓに隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００９８】
さらに、第１温度比較ステップＳ３を行った時と比較して、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気流量が減少し、タービン内部の圧力が低くなっているため、車室３における分割面ＳＰを押し広げようとする力が低下している。そのため、内壁温度が外壁面温度の温度よりも低温であっても、その温度差が第１所定温度α１未満であれば、空間Ｓに隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００９９】
なお、第１所定温度α１は固定された温度であってもよいし、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気の圧力または空間Ｓの内部の圧力に基づいて変化する温度であってもよく、特に限定するものではない。
【０１００】
内壁温度に第１所定温度（α１）を加えた温度が外壁温度未満の場合には、制御部６は、再び、リフト量保持ステップＳ５に戻り、リフト量の保持が所定の期間だけ繰り返される。
【０１０１】
その一方で、内壁温度に第１所定温度（α１）を加えた温度が外壁温度以上の場合には、制御部６は、タイムスケジュールに従ってガバナ５のリフト量制御を再開する（ガバナ制御再開ステップＳ７）。
【０１０２】
ガバナ５のリフト量制御が再開されると制御部６は、更に、高圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｈ／３３Ｈおよび高圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｈ／３４Ｈ、中圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｍ／３３Ｍおよび中圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｍ／３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁温度に第２所定温度（所定温度）α２を加えた温度と、外壁面温度との比較を行う（第３温度比較ステップＳ８）。
【０１０３】
第２所定温度α２としては、第１所定温度α１と同じ５０℃程度であってもよいし、第１所定温度α１よりも高い温度であってもよく、特に限定するものではない。
【０１０４】
つまり、第２所定温度α２が用いられる第３温度比較ステップＳ８が行われる際には、第１所定温度α１が用いられる第２温度比較ステップＳ６が行われる際と比較して、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気流量の減少に伴い、タービン内部の圧力や、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の圧力が低下している。そのため、第２温度比較ステップＳ６が行われる際と比較して第３温度比較ステップＳ８が行われる際には、車室３の分割面ＳＰを押し広げる力が弱くなることから、第２所定温度α２が第１所定温度α１よりも高い温度であっても、分割面ＳＰにおける面圧を確保することができる。
【０１０５】
内壁温度に第２所定温度（α２）を加えた温度が外壁温度未満の場合には、制御部６は、再び、リフト量保持ステップＳ５に戻り、リフト量の保持が所定の期間だけ繰り返される。
【０１０６】
その一方で、内壁温度に第２所定温度（α２）を加えた温度が外壁温度以上の場合には、制御部６はその時点におけるガバナ５のリフト量と、オーダーリフト量との比較を行う（第２リフト比較ステップＳ９）。
その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しくない場合には、上述のガバナ制御再開ステップＳ７に戻り、タイムスケジュールに従ったガバナ５のリフト量制御が継続される。
その一方で、その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しい場合には、制御部６による減速制御が終了する。
【０１０７】
次に、本実施形態の減速制御を行った場合における車室の温度変化のシミュレーション結果について説明する。
ここでは、船舶の航行速度を約４５分で港湾航行船速ＦＵＬＬに相当する航行速度に減速するとともに、第１所定温度（α１）および第２所定温度（α２）を約５０℃とする場合に適用してシミュレーションを行っている。
【０１０８】
図１１は、本実施形態における高圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。図１２は、従来および本実施形態における高圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
まず図１１および図１２に基づいて、高圧タービン２Ｈの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＨＩおよび外壁面上の点ＨＯの温度変化について説明する。
なお、点ＨＩおよび点ＨＯの位置は、図７において示された位置と同一である。
【０１０９】
さらに、図１２における破線で記載されたグラフは、従来の減速制御における点ＨＩにおける温度と点ＨＯにおける温度の温度差を表し、実線で記載されたグラフは、本実施形態の減速制御における点ＨＩにおける温度と点ＨＯにおける温度の温度差を表している。
【０１１０】
減速制御が開始された時点である経過時間が０分の近傍では、従来の減速制御の場合と同様に点ＨＩにおける温度は、点ＨＯにおける温度よりも高い状態で保たれている。
【０１１１】
その後、減速制御が継続されると、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少するとともに、主蒸気の温度が低下するため、点ＨＩにおける温度も低下する。本実施形態の減速制御が継続されている間、つまり、減速制御が開始されてから約４５分が経過するまでは、点ＨＩにおける温度は、ほぼ一定に低下し続ける。
そして、本実施形態の減速制御が終了すると、点ＨＩにおける温度は、それ以前よりも大きな割合で低下する。
【０１１２】
その一方で、点ＨＯにおける温度は、従来の減速制御の場合と同様に、点ＨＩにおける温度よりも緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから約７分で点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度の逆転が発生している。
【０１１３】
つまり、減速制御が開始されてから約７分が経過する前は、制御部６は上述のガバナ制御ステップＳ２、第１温度比較ステップＳ３および第１リフト比較ステップＳ４を繰り返している。
【０１１４】
そして、減速制御が開始されてから約７分が経過する前後において、点ＨＩにおける温度（内壁面温度）が点ＨＯにおける温度（外壁面温度）未満となるため、制御部６はリフト量保持ステップＳ５に移行して、ガバナ５のリフト量をその時点のリフト量で保持する制御を開始する。
【０１１５】
その後、制御部６は、リフト量保持ステップＳ５、第２温度比較ステップＳ６、ガバナ制御再開ステップＳ７、第３温度比較ステップＳ８および第２リフト比較ステップＳ９を行う。
そのため、本実施形態の減速制御が行われている間、つまり減速制御が開始されてから約４５分が経過するまでは、点ＨＩにおける温度（内壁面温度）と、点ＨＯにおける温度（外壁面温度）との間の温度差は約５０℃未満に保たれている。本実施形態の減速制御が終了した後は、点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度との間の温度差は約５０℃以上となっている。
【０１１６】
その一方で従来の減速制御の場合には、減速制御が開始されてから約１５分が経過した時点で、点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度との間の温度差は約５０℃以上となる。
【０１１７】
図１３は、本実施形態における中圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。図１４は、従来および本実施形態における中圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
次に図１３および図１４に基づいて、中圧タービン２Ｍの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＭＩおよび外壁面上の点ＭＯの温度変化について説明する。
なお、点ＭＩおよび点ＭＯの位置は、図７において示された位置と同一である。
【０１１８】
さらに、図１４における破線で記載されたグラフは、従来の減速制御における点ＭＩにおける温度と点ＭＯにおける温度の温度差を表し、実線で記載されたグラフは、本実施形態の減速制御における点ＭＩにおける温度と点ＭＯにおける温度の温度差を表している。
【０１１９】
減速制御が開始された時点である経過時間が０分の近傍では、従来の減速制御の場合と同様に点ＭＩにおける温度は、点ＭＯにおける温度よりも高い状態で保たれている。
【０１２０】
その後、減速制御が継続されると、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の流量が減少するとともに、再熱蒸気の温度が低下するため、点ＭＩにおける温度も低下する。本実施形態の減速制御が継続されている間、つまり、減速制御が開始されてから約４５分が経過するまでは、点ＭＩにおける温度は、ほぼ一定に低下し続ける。
そして、本実施形態の減速制御が終了すると、点ＭＩにおける温度は、それ以前よりも大きな割合で低下する。
なお、高圧タービン２Ｈに係る点ＨＩにおける温度と比較すると、中圧タービン２Ｍに係る点ＭＩにおける温度の低下は、中圧タービン２Ｍには再熱蒸気が供給されていることから緩やかになっている。
【０１２１】
その一方で、点ＭＯにおける温度は、従来の減速制御の場合と同様に、点ＭＩにおける温度よりもさらに緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから約３３分で点ＭＩにおける温度と、点ＭＯにおける温度の逆転が発生している。
【０１２２】
上記の構成によれば、蒸気タービン１の出力を減少させる場合などのように、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少される場合に、車室３の分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さいときには、空間Ｓに隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少が保留される（減少率が抑制される）。これにより、空間Ｓに隣接した領域の面圧の低下が抑制され、可変速運転が要求される蒸気タービン１であっても車室３からの蒸気漏れを防止でき、蒸気タービン１の性能向上を図ることができる。
【０１２３】
具体的には、蒸気タービン１が定常運転やプログラム自動昇速やプログラム自動減速されている際に、蒸気タービン１の出力を減少させる制御を行うと、主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される蒸気の流量が減少されるとともに、主ボイラ４Ｈの負荷も低下することから主蒸気の温度も低下する。
【０１２４】
車室３の内壁面温度よりも温度が低い主蒸気が、高圧タービン２Ｈを収納した空間Ｓに流入すると、車室３の内壁面は、主蒸気と接触する部分から主蒸気に保有熱が奪われ温度が低下する。このとき、車室３の壁面における外側の温度（外壁面温度）と、空間Ｓに隣接した部分の温度（内壁面温度）との間に温度差が生じる。さらに、分割面ＳＰにより分割された上車室３Ｕおよび下車室３Ｌを一体につなぎとめるボルト４２の温度と、内壁面温度との間にも温度差が生じている。つまり、車室３の壁面における外側の部分およびボルト４２と比較して、車室３の壁面の空間Ｓに隣接した部分は早い段階から熱収縮して熱収縮量に差が生じる。これにより、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域における面圧に関する押しつけ力が低下する。
【０１２５】
その一方で、主蒸気流量の減少に伴い、空間Ｓの内部における圧力も緩やかに低下する。つまり、車室３の分割面ＳＰを押し広げようとする力は、上述の押しつけ力の低下と比較して緩やかに減少する。
これらのことから、蒸気タービン１の出力を減少させる場合などのように、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気流量が減少されるときには、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が低下する。
このようにして発生した面圧の低下が所定面圧よりも小さくなると、高圧タービン２Ｈに供給された主蒸気が、分割面ＳＰからボルト孔４１などを介して外部に漏れるおそれがある。
【０１２６】
そこで蒸気流量の減少を保留する制御を行うと、蒸気流量の減少を保留する前と比較して、車室３の壁面における外側部分およびボルト４２と、車室３の壁面の空間Ｓに隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まる。さらに、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の圧力も低下し、分割面ＳＰを押し広げようとする力も減少する。
これらのことから、蒸気流量の減少を保留する前と比較して、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が高くなり、高圧タービン２Ｈに供給された蒸気が外部に漏れにくくなる。
【０１２７】
分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の温度（内壁面温度）と、外側の温度（外壁面温度）との比較に基づいて、蒸気流量の減少を保留する制御を行うことにより、これらの温度に基づかない場合と比較して蒸気流量の減少を保留する制御が適切に行われる。
【０１２８】
具体的には、車室３を構成する材料の線膨脹係数は既知であることから、内壁面温度と外壁面温度との温度差に基づき、分割面ＳＰにおける内壁面部分と外壁面部分との間の収縮量の差を求めることができる。さらに、内壁面温度および外壁面温度に基づいてボルト４２の温度が推定され、内壁面温度とボルト４２の温度との温度差に基づき、分割面ＳＰの内壁面部分とボルト４２との間の収縮量の差を求めることができる。
これらに基づいて押しつけ力の変化を考慮した分割面ＳＰの内壁面部分の面圧を求めることができ、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧が所定面圧よりも小さいか否かを判断できる。
【０１２９】
分割面ＳＰの内壁面部分の面圧を測定する他の方法と比較して、温度は容易に測定することができるため、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを容易に判断できる。
【０１３０】
なお、蒸気タービン１の運転状態と、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧の関係とを予め取得しておくことにより、内壁面温度および外壁面温度を測定することなく、蒸気流量の減少を保留する制御を直接行うことができる。
あるいは、内壁面温度および外壁面温度と、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧の関係を予め取得しておくことにより、内壁面温度および外壁面温度に基づき、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを、面圧を求める演算を行うことなく判断することもできる。
【０１３１】
リフト量保持ステップＳ５が行われた後に、つまりリフト量の保持を行う最初の所定期間が経過した後に、内壁面温度に所定温度を加えた温度が、外壁面温度未満か否かに基づいて、蒸気流量の減少を保留する制御を終了して、蒸気流量を減少させる制御を再開するか、再度、所定期間の間だけ蒸気流量の減少を保留する制御を行うかの判断が行われる。
このようにすることで、内壁面温度が外壁面温度未満か否かに基づいて判断する場合と比較して、より早い時期に蒸気流量を減少させる制御を再開することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 蒸気タービン
２Ｈ 蒸気高圧タービン（タービン）
３ 車室
４Ｈ 主ボイラ（ボイラ）
５ ガバナ（調節部）
６ 制御部（タービンリモコン）
７ 制御部（主ボイラ・再熱器制御）
Ｓ 空間
ＳＰ 分割面
３１Ｈ 高圧側入口内壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）
３２Ｈ 高圧側入口外壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）
Ｓ２ ガバナ制御ステップ（流量減少ステップ）
Ｓ３ 第１温度比較ステップ（比較ステップ）
Ｓ５ リフト量保持ステップ（減少率調節ステップ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、特に可変速運転が要求される蒸気タービンに適用して好適な蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンにおいては、回転数上昇時や出力上昇時、特に蒸気タービンの起動時においてタービン車室の壁における壁温に基づいて、蒸気タービンの回転数を制限する制御が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
これは、タービン車室の壁面における表面温度と、壁面の中位温度との温度差によって、タービン車室に過大な熱応力がかかるのを防止するためである。
【０００３】
その一方で、蒸気タービンの回転数減少時や出力減少時においては、蒸気タービンの運転状態、例えば回転数を制限する制御は特に行われていなかった。
船舶の主機として用いられている蒸気タービンの場合には、船舶の減速時に蒸気タービンの出力を減少させる制御（減速運転）がおこなわれている。具体的には、蒸気タービンの状態を監視することなく、ブリッジからの指令に基づいて蒸気タービンの出力を一意に減少させる制御が行われていた。
【０００４】
上述の舶用主機として用いられる蒸気タービンは、推進機関として常に可変速運転が求められる点が、定格速度で運用される陸用の事業用蒸気タービンと異なっている。
港湾航行において、舶用主機として用いられる蒸気タービンは、常に、増減速運転による柔軟な操作が求められ、また運行スケジュールの調整や外洋航行から港湾入港時等、減速運転が行われる頻度は陸用の事業用蒸気タービンと比べても非常に多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４８０５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の減速運転を負荷変化速度一定で行うと、タービンの車室における継ぎ手面から蒸気漏れが発生する恐れがあった。
つまり、舶用主機として用いられる蒸気タービンの車室における動特性シミュレーションおよび非定常ＦＥＭ解析を実施した結果、車室に流入する主蒸気温度および再熱蒸気温度の変化の影響により、車室の内面温度が低下して外面温度などよりも低くなることが分かった。これにより、蒸気漏れにつながる車室の継ぎ手面における面圧低下を引き起こす可能性が極めて高くなるという問題があった。
【０００７】
さらに、上述の面圧低下を防止または抑制する方法として、車室ボルトの配置を変更して、車室の継ぎ手面における面圧低下を防止等する方法や、車室における壁面の肉厚を変更して、車室の継ぎ手面における面圧低下を防止等する方法などが挙げられる。
しかしながら、ボルト配置や車室構造による方法のみでは限界があり、面圧低下を防止する十分な効果が期待できず、車室の継ぎ手面からの蒸気漏れを防止または抑制することは困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蒸気タービンは、内部にタービンを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合には、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行う制御部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気の流量が減少される場合に、車室の分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さいときには、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率が調節される。例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御が行われる。これにより、上記空間に隣接した領域の面圧の低下が抑制される。
【００１１】
具体的には、タービンが定常運転やプログラム自動昇速やプログラム自動減速されている際に、タービンの出力を減少させる制御を行うと、ボイラからタービンに供給される蒸気の流量が減少されるとともに、ボイラ負荷も低下することから供給される蒸気の温度も低下する。
【００１２】
車室の壁面温度よりも温度が低い蒸気が、タービンを収納した空間に流入すると、車室の壁面は、空間に隣接した部分から蒸気に保有熱が奪われ温度が低下する。このとき、車室壁面における外側の温度と、空間に隣接した部分の温度との間に温度差が生じる。さらに、分割面により分割された車室を一体につなぎとめるボルトの温度と、空間に隣接した部分の温度との間にも温度差が生じている。つまり、車室壁面における外側の部分およびボルトと比較して、車室壁面の空間に隣接した部分は早い段階から熱収縮して熱収縮量に差が生じる。これにより、分割面における空間に隣接した領域における面圧に関する押しつけ力が低下する。
【００１３】
その一方で、タービンに供給される蒸気の圧力は緩やかに低下することから、上記空間における蒸気圧力も緩やかに低下する。つまり、車室の分割面を押し広げようとする力は、上述の押しつけ力の低下と比較して緩やかに減少する。
これらのことから、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気流量が減少されるときには、上記空間に隣接した領域の面圧が低下する。
【００１４】
このようにして発生した面圧の低下が所定面圧よりも小さくなると、タービンに供給された蒸気が、分割面から上述のボルトが挿通されるボルト孔などを介して外部に漏れるおそれがある。
そこで、調節部によって調節される蒸気流量の減少率を抑制する制御を行う。
【００１５】
すると、蒸気流量の減少率を抑制する前と比較して、上述の車室壁面における外側部分およびボルトと、車室壁面の空間に隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まる。さらに、タービンに供給される蒸気圧力も低下し、車室における分割面を押し広げようとする力も減少する。
これらのことから、蒸気流量の減少率を抑制する前と比較して、分割面における空間に隣接した領域の面圧が高くなり、タービンに供給された蒸気が外部に漏れにくくなる。
【００１６】
上記発明においては、少なくとも、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧に関する情報を取得する面圧情報取得手段が設けられ、前記制御部は、取得された前記面圧に関する情報に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、上述の空間に隣接した領域の面圧に関する情報に基づくことにより、上記空間に隣接した領域の面圧が実際に所定面圧よりも小さいか否かが判断される。これにより、上述の蒸気流量の減少率を抑制する制御が適切に行われ、上記空間に隣接した領域の面圧低下を確実に抑制することができる。
【００１８】
上記発明においては、前記面圧情報取得手段は、前記分割面における前記空間に隣接した領域の温度、および、前記分割面における外側の温度を測定する温度測定部であり、前記制御部は、前記空間に隣接した領域の温度、および、前記外側の温度に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することが望ましい。
【００１９】
本発明によれば、分割面における空間に隣接した領域の温度（車室壁面における内側部分の温度）と、外側の温度（車室壁面における外側部分の温度）とを比較して、例えば上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低いか否かにより、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧より小さいか否かが判断される。
【００２０】
具体的には、車室を構成する材料の線膨脹係数は既知であることから、上記領域における温度と外側の温度との温度差に基づき、これらの部分の間の収縮量の差を求めることができる。さらに、上記空間に隣接した領域における温度および外側の温度に基づいて上記ボルトの温度が推定され、上記領域における温度とボルトの温度との温度差に基づき、これらの部分の間の収縮量の差を求めることができる。
これらに基づいて上記領域の面圧に関する押しつけ力の変化を考慮した上記領域の面圧を求めることができ、上記領域の面圧が所定面圧よりも小さいか否かを判断できる。
【００２１】
上記空間に隣接した領域における面圧を測定する他の方法と比較して、温度は容易に測定することができるため、蒸気流量の減少率を抑制する制御を行うか否かを容易に判断できる。
【００２２】
あるいは、上記領域における温度および外側の温度と、上記領域の面圧の関係を予め取得しておくことにより、上記領域における温度および外側の温度に基づき、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを直接判断することもできる。
実際には、運転状態における内部圧力も考慮する必要があるが、プラントの運転状況を動特性シミュレーションで予測できる場合には、予め車室内外温度と面圧との関係情報を大よそ得る事ができ、上述の判断をすることが可能となる。
【００２３】
上記発明においては、前記制御部は、前記蒸気流量の減少率制御を所定期間だけ行った後、前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度未満である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を終了し、前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度以上である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を継続することが望ましい。
【００２４】
本発明によれば、最初の所定期間が経過した後に、上記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、上記外側の温度未満か否かに基づいて、蒸気流量の減少率を調節する制御を終了するか、再度、所定期間の間だけ蒸気流量の減少率を調節する制御を行うかの判断が行われる。
【００２５】
再度の蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断に際して、上記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、上記外側の温度未満か否かに基づいて判断を行うのは次の理由による。
【００２６】
つまり、最初に蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断を行った時と比較して、タービン出力の減少が開始されてから経過した時間が長いため、車室を締め付けて一体化させるボルトの温度は伝熱により低下している。すると、当該ボルトは熱収縮して締付力が回復することから、上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低温であっても、その温度差が所定温度未満であれば、上記空間に隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００２７】
さらに、最初に蒸気流量の減少率を調節する制御を行うか否かの判断を行った時と比較して、タービンに供給される蒸気の圧力が低くなっているため、車室における分割面を押し広げようとする力が低下している。そのため、上記空間に隣接した領域の温度が上記外側の温度よりも低温であっても、その温度差が所定温度未満であれば、上記空間に隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００２８】
なお、上述の所定温度は固定値であってもよいし、タービンに供給される蒸気の圧力または空間の内部の圧力に基づいて変化する値であってもよく、特に限定するものではない。
【００２９】
上記発明においては、前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少を保留することにより、前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行うことが望ましい。
【００３０】
本発明によれば、蒸気流量の減少を保留することにより蒸気流量の減少率を調節する制御が行われる。言い換えると、タービンに供給される蒸気流量および蒸気温度が、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧未満であると判断された時点での蒸気流量および蒸気温度に大よそ固定される。
【００３１】
すると、タービンに供給される蒸気温度が大よそ一定に保たれ、上述の車室壁面における外側部分およびボルトの熱収縮量と、車室壁面の空間に隣接した部分の熱収縮量との間の熱収縮量差が縮まる。これは、例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合であって、タービンに供給される蒸気温度が緩やかに減少するときに、上述の熱収縮量差が縮まる時間と比較して、より短い時間で熱収縮量差が縮まる。
【００３２】
本発明の蒸気タービンの運転方法は、外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を減少させる流量減少ステップと、前記タービンを内部に収納する車室における分割面の面圧に関する情報を取得し、取得した前記面圧情報に基づいて推定される面圧が、所定面圧よりも小さいか否か比較する比較ステップと、前記推定される面圧が前記所定の面圧よりも小さい場合には、前記蒸気流量の減少率を調節する減少率調節ステップと、を有することを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、タービンの出力を減少させる場合などのように、タービンに供給される蒸気の流量が減少されるときに、車室の分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さい場合には、上記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率が調節される。例えば、蒸気流量の減少率を抑制する制御が行われる。これにより、上記空間に隣接した領域の面圧の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の蒸気タービンおよび蒸気タービンの運転方法によれば、タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合に、分割面における空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少率を調節するため、可変速運転が要求されるタービンであっても車室からの蒸気漏れを防止し、タービンの性能向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１の高圧タービンおよび中圧タービンを収納する車室の構成を説明する模式図である。
【図３】図２の車室における高圧内側温度測定部および高圧外側温度測定部の配置位置を説明するＡ−Ａ断面視図である。
【図４】図２の車室における中圧内側温度測定部および中圧外側温度測定部の配置位置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。
【図５】図１の制御部の構成を説明するブロック図である。
【図６】従来の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グラフである。
【図７】車室における高圧タービンおよび中圧タービンの入口近傍における温度変化を算出した場所を説明する模式図である。
【図８】従来の高圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
【図９】従来の中圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
【図１０】本実施形態における減速制御を説明するフローチャートである。
【図１１】本実施形態における高圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。
【図１２】従来および本実施形態における高圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
【図１３】本実施形態における中圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。
【図１４】従来および本実施形態における中圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
この発明の一実施形態に係る蒸気タービンについて、図１から図１４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を説明する模式図である。図２は、図１の高圧タービンおよび中圧タービンを収納する車室の構成を説明する模式図である。
本実施形態に係る蒸気タービン１は船舶の主機として用いられるものであって、高圧タービン２Ｈから排出された蒸気を加熱する再熱器４Ｒを備えた再熱タービンである。
【００３７】
蒸気タービン１には、図１および図２に示すように、蒸気高圧タービン（タービン）２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを収納する車室３と、高圧タービン２Ｈに主蒸気を供給する主ボイラ（ボイラ）４Ｈと、中圧タービン２Ｍに再熱蒸気を供給する再熱器４Ｒと、主蒸気の流量を調節するガバナ（調節部）５と、蒸気タービン１をリモートコントロールする制御部６と、主ボイラ（ボイラ）４Ｈと再熱器４Ｒを制御する制御部７と、が主に設けられている。
【００３８】
図３は、図２の車室における高圧内側温度測定部および高圧外側温度測定部の配置位置を説明するＡ−Ａ断面視図である。図４は、図２の車室における中圧内側温度測定部および中圧外側温度測定部の配置位置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。
車室３は、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを内部に収納するとともに、蒸気が導入されるものである。
車室３には、図２から図４に示すように、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍを内部に収納する空間Ｓと、車室３を上下に２分割する分割面ＳＰと、高圧側入口内壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）３１Ｈと、高圧側入口外壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）３２Ｈと、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍと、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍと、が主に設けられている。
【００３９】
高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍは、回転軸（図示せず）の周方向に等間隔に配置されるとともに、回転軸の軸方向に間隔をあけて配置されたタービン動翼、および車室３に設けられたタービン静翼から主に構成されたものである。
【００４０】
高圧タービン２Ｈは、図１に示すように、主ボイラ４Ｈから主蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。
中圧タービン２Ｍは、再熱器４Ｒから再熱蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生させるものである。
【００４１】
空間Ｓは、図２から図４に示すように、車室３の内部に形成された空間であって、高圧タービン２Ｈおよび中圧タービン２Ｍが配置されるとともに、主蒸気および再熱蒸気が流れる流路を形成するものである。
【００４２】
分割面ＳＰは、図３および図４に示すように、車室３を上車室３Ｕおよび下車室３Ｌの２つに分割する面である。言い換えると、上車室３Ｕおよび下車室３Ｌが接触する面である。
上車室３Ｕおよび下車室３Ｌは、上車室３Ｕに設けられたボルト孔４１に挿通されたボルト４２によって一体に締め付けられている。さらに、下車室３Ｌには、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍが設けられている。
【００４３】
高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈおよび高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、図２および図３に示すように、下車室３Ｌにおける主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域近傍の温度を測定するものである。
【００４４】
高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の内壁面の温度（空間に隣接した領域の温度）を測定するものである。言い換えると、分割面ＳＰにおける面圧が最初に低下する領域の内壁面の温度を測定するものである。
さらに、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４５】
高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈは、上述の外壁面の温度（外側の温度）に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４６】
中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、図２および図４に示すように、下車室３Ｌにおける再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域近傍の温度を測定するものである。
【００４７】
中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。言い換えると、分割面ＳＰにおける面圧が最初に低下する領域の内壁面の温度を測定するものである。
さらに、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４８】
中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域であって、車室３の内壁面とボルト孔４１との間の距離が最も離れている点を含む断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００４９】
さらに、車室３に高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈと、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈと、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍと、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍと、を設けて車室３の温度を測定して、制御部６における制御に用いてもよい。
【００５０】
なお、制御部６における制御は、主に高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍおよび中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍの測定信号に基づいて行われ、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号は参考情報として用いられる。
【００５１】
高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈおよび高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、図２に示すように、下車室３Ｌにおける主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域近傍の温度を測定するものである。
【００５２】
高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域の断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５３】
高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域の断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５４】
中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、図２に示すように、下車室３Ｌにおける再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域近傍の温度を測定するものである。
【００５５】
中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域の断面における車室３の内壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍは、上述の内壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５６】
中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域の断面における車室３の外壁面の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍは、上述の外壁面の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５７】
その他にも、高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈと、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍと、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈと、中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍと、を設けてボルト４２の温度を測定して、制御部６における制御の参照温度として用いてもよい。
高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍの測定信号は、対応するボルト４２の温度が、隣接する車室３の内壁温度や外壁温度と連動して変化しているか否かを確認するため等に用いられる。
【００５８】
高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈは、図２に示すように、主蒸気が高圧タービン２Ｈに流入する領域近傍に配置されたボルト４２の温度を測定するものである。さらに、高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍに流入する領域近傍の温度を測定するものである。さらに、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００５９】
高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈは、主蒸気が高圧タービン２Ｈから流出する領域近傍に配置されたボルト４２の温度を測定するものである。さらに、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍは、再熱蒸気が中圧タービン２Ｍから流出する領域近傍の温度を測定するものである。さらに、中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍは、上述のボルト４２の温度に係る測定信号を制御部６に出力するものである。
【００６０】
主ボイラ４Ｈは、図１に示すように、外部から供給された燃料を燃焼させて得た熱を用いて蒸気を発生させるものであって、高圧タービン２Ｈに主蒸気を供給するものである。
再熱器４Ｒは、図１に示すように、燃料を燃焼させて得た熱を用いて高圧タービン２Ｈから排出された蒸気を再び加熱し、中圧タービン２Ｍに再熱蒸気を供給するものである。
【００６１】
主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒによる主蒸気および再熱蒸気の供給は、制御部６により制御されるガバナ５による蒸気状態とガバナ開度指示値から、制御部７により制御されている。
なお、主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒとしては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００６２】
ガバナ５は、図１に示すように、蒸気タービン１の負荷に応じて主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量を制御するものである。言い換えると、蒸気タービン１の出力が、制御部６から指示された出力になるように主蒸気の流量を制御するものである。
なお、ガバナ５としては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００６３】
図５は、図１の制御部の構成を説明するブロック図である。
制御部６は、船舶の船橋からの指令や、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈなどの測定信号に基づき、ガバナ５などを制御し且つ、主ボイラ４Ｈ及び再熱器４Ｒを制御する制御部７へガバナ開度指示値を発信するものである。
制御部６には、図５に示すように、船橋からの指令や、高圧側入口内壁温度センサ３１Ｈ、高圧側入口外壁温度センサ３２Ｈ、中圧側入口内壁温度センサ３１Ｍ、中圧側入口外壁温度センサ３２Ｍの測定信号が主に入力されている。
【００６４】
さらに制御部６には、高圧側出口内壁温度センサ３３Ｈ、高圧側出口外壁温度センサ３４Ｈ、中圧側出口内壁温度センサ３３Ｍおよび中圧側出口外壁温度センサ３４Ｍの測定信号が入力されていてもよい。
その他にも、制御部６に高圧側入口ボルト温度センサ３５Ｈ、中圧側入口ボルト温度センサ３５Ｍ、高圧側出口ボルト温度センサ３６Ｈおよび中圧側出口ボルト温度センサ３６Ｍの測定信号が入力されていてもよい。
【００６５】
制御部６からは、ガバナ５に主蒸気の流量を制御する制御信号が、制御部７からは主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量を制御する制御信号などが出力されている。
なお、制御部６による制御方法の詳細については後述する。
【００６６】
制御部７は、制御部６から入力されたガバナリフト指示値や運転モードの情報と、主蒸気や再熱蒸気の状態とに基づいて、主ボイラ４Ｈ及び再熱器４Ｒを制御するものである。
【００６７】
次に、上記の構成からなる蒸気タービン１における制御方法、特に外洋航行モードから港湾航行モードに切り替える場合などのように、蒸気タービン１の負荷が高い状態からの減速制御について説明する。
【００６８】
ここで港湾航行モードとは、船舶が港湾内を航行する際に主に用いられるモードであり、主機である蒸気タービン１の最大負荷に対して０％程度から約２５％程度の範囲の負荷で用いられるモードである。これに対して、外洋航行モードは船舶が外洋を航行する際に用いられるモードであり、港湾航行モードと比較して蒸気タービン１の負荷が高い状態で用いられるモードである。
【００６９】
まず、蒸気タービン１における蒸気の流れについて、図１を参照しながら説明する。
蒸気は主ボイラ４Ｈにおいて燃料の燃焼により得られた熱を用いて生成され、高温高圧の主蒸気として車室３内の高圧タービン２Ｈに供給される。このとき、主ボイラ４Ｈに供給される燃料の流量は制御部７によって制御されている。さらに、主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量は制御部６から制御信号（指令）が入力されたガバナ５により制御されている。
【００７０】
主蒸気は高圧タービン２Ｈを回転駆動することにより圧力および温度が低下し、車室３の外へ排出される。排出された主蒸気は再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼により得られた熱を用いて加熱され、高温の再熱蒸気として車室３内の中圧タービン２Ｍに供給される。このとき、再熱器４Ｒに供給される燃料の流量は制御部７により制御されている。
【００７１】
再熱蒸気は中圧タービン２Ｍを回転駆動することにより圧力および温度が低下し、車室３の外部に排出される。
このとき車室３は、内部に供給される主蒸気および再熱蒸気により温められている。
【００７２】
なお上述の説明は、再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼が行われる外洋航行モード（Ｎｏｒｍａｌ Ｍｏｄｅ）の場合に適用して説明している。港湾航行モード（Ｈａｒｂｏｒ Ｍｏｄｅ）の場合には、再熱器４Ｒにおいて燃料の燃焼は行われない点が外洋航行モードと異なっている。
【００７３】
次に、本実施形態の特徴である蒸気タービン１の負荷が高い状態からの減速制御について説明する。ここでは、外洋航行モードから短時間（例えば１０分や３０分や４５分など）で港湾航行モード（例えば港湾航行船速ＦＵＬＬ相当）に切り替える場合に適用して説明する。
最初に従来の減速制御、および、その問題点について説明し、その後に本実施形態の減速制御、および、その効果について説明する。
【００７４】
従来の減速制御の場合には、タービンリモコンは、蒸気タービンの出力の目標値および制御に要する時間に基づいて、ガバナリフト（ガバナの開度）の時間変化を制御するタイムスケジュールを作成し、このタイムスケジュールに従ってガバナリフトを制御することにより行われている。さらに、蒸気タービンの出力に応じて主ボイラおよび再熱器に供給される燃料の流量も制御されている。
言い換えると、蒸気タービンの車室温度などを考慮したガバナリフトの制御は行われていない。
【００７５】
図６は、従来の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グラフである。
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６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１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１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。
【００７６】
図６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１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。
【００７７】
その後、蒸気タービン１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１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１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。
【００７８】
その一方で、蒸気タービン１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１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。
【００７９】
つまり、主蒸気が高圧タービンを回転駆動した後に、再熱器４Ｒ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。
【００８０】
次に、従来の減速制御を行った場合における車室の温度変化のシミュレーション結果について説明する。
図７は、車室における高圧タービンおよび中圧タービンの入口近傍における温度変化を算出した場所を説明する模式図である。
図７における点ＨＩは車室３における高圧タービン２Ｈの入口近傍における内壁面上の温度変化を観察した点であり、点ＨＯは外壁面上の温度変化を観察した点である。さらに、点ＭＩは車室３における中圧タービン２Ｍの入口近傍における内壁面上の温度変化を観察した点であり、点ＭＯは外壁面上の温度変化を観察した点である。
【００８１】
図８は、従来の高圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
まず図８に基づいて、高圧タービン２Ｈの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＨＩおよび外壁面上の点ＨＯの温度変化について説明する。
減速制御が開始された時点である経過時間が０分の近傍では、点ＨＩにおける温度は、点ＨＯにおける温度よりも高い状態で保たれている。点ＨＩが相対的に高温なのは、図６に示すように、点ＨＩが面している高圧タービン２Ｈが配置されている空間Ｓに高温の主蒸気が供給されているためである。
【００８２】
減速制御が開始されると高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少するとともに、主蒸気の温度も低下するため、車室３の内壁面（点ＨＩを含む。）に供給される熱量が減少する。その結果、点ＨＩにおける温度は時間の経過とともに低下して、主蒸気の温度変化が安定する制御の開始から３０分程度で安定化する。
【００８３】
その一方で、車室３の外壁面（点ＨＯを含む。）の温度は、直接主蒸気の温度低下の影響を受けるものではなく、車室３の壁面を内側から外側に伝わる熱量に依存するため、点ＨＩにおける温度よりも緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから５分程度で点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度の逆転が発生していることが図８から分かる。
【００８４】
図９は、中圧タービンの入口近傍における車室の温度変化を説明するグラフである。
次に図９に基づいて、中圧タービン２Ｍの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＭＩおよび外壁面上の点ＭＯの温度変化について説明する。
中圧タービン２Ｍには、図６に示すように主蒸気と比較して減速制御に対して温度追従性が低い再熱蒸気が供給されているため、点ＭＩにおける温度変化は点ＨＩにおける温度変化と比較して緩やかになっている。具体的には減速制御が開始されてから１０分程度が経過してから点ＭＩにおける温度の低下が始まり、１５分程度が経過してから温度の低下率が大きくなっている。
【００８５】
その一方で、点ＭＯにおける温度は、点ＨＯにおける温度と同様に、直接再熱蒸気の温度低下の影響を受けるものではなく、車室３の壁面を内側から外側に伝わる熱量に依存するため、点ＨＩにおける温度よりも緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから２３分程度で点ＭＩにおける温度と、点ＭＯにおける温度の逆転が発生していることが図９から分かる。
【００８６】
このように、点ＨＩにおける温度と点ＨＯにおける温度との逆転、および、点ＭＩにおける温度と点ＭＯにおける温度との逆転が発生すると、車室３の内壁面における熱収縮量が、外壁面における熱収縮量よりも大きくなり、分割面ＳＰにおける内壁面近傍の面圧が低下する。
【００８７】
さらに、内壁面と外壁面との間に配置されたボルト４２における温度は、減速運転が開始された直後は内壁面における温度よりも高いため、ボルト４２における熱収縮量は内壁面における熱収縮量と比較して大きくない。つまり、ボルト４２における上車室３Ｕおよび下車室３Ｌを締め付ける締付力が低下するため、さらに分割面ＳＰにおける面圧が低下する。
【００８８】
次に、本実施形態における減速制御について説明する。
図１０は、本実施形態における減速制御を説明するフローチャートである。
まず、船橋から制御部６に対して、船舶の航行速度を減速させる指示が入力される。例えば、船舶を入港させるために外洋航行モードから港湾航行モードに切り替える（減速させる）指示が入力される（制御オーダーステップＳ１）。このとき同時に、船舶を指示された航行速度までに減速させる所要時間も入力される。
【００８９】
制御部６は入力された指示に基づいて、指示された航行速度に対応するガバナ５における主蒸気の流量、つまりガバナ５のリフト量（以後、「オーダーリフト量」と表記する。）を算出する。さらに、入力された所要時間内に、現在のガバナ５のリフト量をオーダーリフト量まで変化させるタイムスケジュールを算出する。その後、制御部６は、算出したタイムスケジュールに従って、ガバナ５のリフト量制御を行う（ガバナ制御ステップ（流量減少ステップ）Ｓ２）。
【００９０】
ガバナ５のリフト量制御が開始されると、ガバナ５のリフト量が徐々に減少するため、ガバナ５を通過する主蒸気の流量が減少する。その結果、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量、および、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の流量が減少する。
同時に制御部６の指示値、主蒸気及び再熱蒸気状態により、制御部７は、主ボイラ４Ｈおよび再熱器４Ｒに供給される燃料の流量を減少させる制御を行う。そのため、主ボイラ４Ｈから供給される主蒸気温度および再熱器４Ｒから供給される再熱蒸気温度が低下する。
【００９１】
ガバナ５のリフト量制御が開始されると制御部６は、高圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｈ／３３Ｈおよび高圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｈ／３４Ｈ、中圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｍ／３３Ｍおよび中圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｍ／３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁面温度と、外壁面温度との比較を行う（第１温度比較ステップ（比較ステップ）Ｓ３）。
【００９２】
内壁面温度が外壁面温度以上の場合には、制御部６はその時点におけるガバナ５のリフト量と、オーダーリフト量との比較を行う（第１リフト比較ステップＳ４）。
その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しくない場合には、上述のガバナ制御ステップＳ２に戻り、タイムスケジュールに従ったガバナ５のリフト量制御が継続される。
その一方で、その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しい場合には、制御部６による減速制御が終了する。
【００９３】
内壁面温度が外壁面温度未満の場合には、制御部６はガバナ５のリフト量をその時点のリフト量で保持する制御を行う（リフト量保持ステップ（減少率調節ステップ）Ｓ５）。
リフト量の保持は所定の期間、例えば１０分程度継続される。
【００９４】
リフト量の保持を行うことで、蒸気流量の減少が保留されるとともに、蒸気温度の低下も保留される。例えば蒸気流量の減少率を抑制する場合には、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気温度が緩やかに減少するのに対して、蒸気流量の減少を抑制する場合には、蒸気温度が一定に保たれる。
そのため、上述の車室３の壁面における外側部分およびボルト４２における熱収縮量と、車室３の壁面における空間Ｓに隣接した部分（内側部分）の熱収縮量との間の熱収縮量差をより短い時間で小さくすることができる。
【００９５】
リフト量を保持する期間が経過すると制御部６は、再び、高圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｈ／３３Ｈおよび高圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｈ／３４Ｈ、中圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｍ／３３Ｍおよび中圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｍ／３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁温度に第１所定温度（所定温度）α１を加えた温度と、外壁面温度との比較を行う（第２温度比較ステップＳ６）。
【００９６】
第１所定温度α１としては、５０℃程度を例示することができる。
第２温度比較ステップＳ６を行うに際して、車室３の内壁温度に第１所定温度α１を加えた温度が、外壁面温度未満か否かに基づいて判断を行うのは次の理由による。
【００９７】
つまり、第１温度比較ステップＳ３を行った時と比較して、蒸気タービン１の出力減少が開始されてから経過した時間が長いため、車室３を締め付けて一体化させるボルト４２の温度は伝熱により低下している。すると、ボルト４２は熱収縮して締付力が回復することから、内壁温度が外壁面温度よりも低温であっても、その温度差が第１所定温度α１未満であれば、空間Ｓに隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００９８】
さらに、第１温度比較ステップＳ３を行った時と比較して、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気流量が減少し、タービン内部の圧力が低くなっているため、車室３における分割面ＳＰを押し広げようとする力が低下している。そのため、内壁温度が外壁面温度の温度よりも低温であっても、その温度差が第１所定温度α１未満であれば、空間Ｓに隣接した領域の面圧を所定面圧以上に保つことができるからである。
【００９９】
なお、第１所定温度α１は固定された温度であってもよいし、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気の圧力または空間Ｓの内部の圧力に基づいて変化する温度であってもよく、特に限定するものではない。
【０１００】
内壁温度に第１所定温度（α１）を加えた温度が外壁温度未満の場合には、制御部６は、再び、リフト量保持ステップＳ５に戻り、リフト量の保持が所定の期間だけ繰り返される。
【０１０１】
その一方で、内壁温度に第１所定温度（α１）を加えた温度が外壁温度以上の場合には、制御部６は、タイムスケジュールに従ってガバナ５のリフト量制御を再開する（ガバナ制御再開ステップＳ７）。
【０１０２】
ガバナ５のリフト量制御が再開されると制御部６は、更に、高圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｈ／３３Ｈおよび高圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｈ／３４Ｈ、中圧側入口／出口内壁温度センサ３１Ｍ／３３Ｍおよび中圧側入口／出口外壁温度センサ３２Ｍ／３４Ｍの測定信号に基づいて、高圧タービン２Ｈの主蒸気の入口および出口、中圧タービン２Ｍの再熱蒸気の入口および出口近傍における車室３の内壁温度に第２所定温度（所定温度）α２を加えた温度と、外壁面温度との比較を行う（第３温度比較ステップＳ８）。
【０１０３】
第２所定温度α２としては、第１所定温度α１と同じ５０℃程度であってもよいし、第１所定温度α１よりも高い温度であってもよく、特に限定するものではない。
【０１０４】
つまり、第２所定温度α２が用いられる第３温度比較ステップＳ８が行われる際には、第１所定温度α１が用いられる第２温度比較ステップＳ６が行われる際と比較して、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気流量の減少に伴い、タービン内部の圧力や、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の圧力が低下している。そのため、第２温度比較ステップＳ６が行われる際と比較して第３温度比較ステップＳ８が行われる際には、車室３の分割面ＳＰを押し広げる力が弱くなることから、第２所定温度α２が第１所定温度α１よりも高い温度であっても、分割面ＳＰにおける面圧を確保することができる。
【０１０５】
内壁温度に第２所定温度（α２）を加えた温度が外壁温度未満の場合には、制御部６は、再び、リフト量保持ステップＳ５に戻り、リフト量の保持が所定の期間だけ繰り返される。
【０１０６】
その一方で、内壁温度に第２所定温度（α２）を加えた温度が外壁温度以上の場合には、制御部６はその時点におけるガバナ５のリフト量と、オーダーリフト量との比較を行う（第２リフト比較ステップＳ９）。
その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しくない場合には、上述のガバナ制御再開ステップＳ７に戻り、タイムスケジュールに従ったガバナ５のリフト量制御が継続される。
その一方で、その時点におけるガバナ５のリフト量がオーダーリフト量と等しい場合には、制御部６による減速制御が終了する。
【０１０７】
次に、本実施形態の減速制御を行った場合における車室の温度変化のシミュレーション結果について説明する。
ここでは、船舶の航行速度を約４５分で港湾航行船速ＦＵＬＬに相当する航行速度に減速するとともに、第１所定温度（α１）および第２所定温度（α２）を約５０℃とする場合に適用してシミュレーションを行っている。
【０１０８】
図１１は、本実施形態における高圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。図１２は、従来および本実施形態における高圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
まず図１１および図１２に基づいて、高圧タービン２Ｈの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＨＩおよび外壁面上の点ＨＯの温度変化について説明する。
なお、点ＨＩおよび点ＨＯの位置は、図７において示された位置と同一である。
【０１０９】
さらに、図１２における破線で記載されたグラフは、従来の減速制御における点ＨＩにおける温度と点ＨＯにおける温度の温度差を表し、実線で記載されたグラフは、本実施形態の減速制御における点ＨＩにおける温度と点ＨＯにおける温度の温度差を表している。
【０１１０】
減速制御が開始された時点である経過時間が０分の近傍では、従来の減速制御の場合と同様に点ＨＩにおける温度は、点ＨＯにおける温度よりも高い状態で保たれている。
【０１１１】
その後、減速制御が継続されると、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少するとともに、主蒸気の温度が低下するため、点ＨＩにおける温度も低下する。本実施形態の減速制御が継続されている間、つまり、減速制御が開始されてから約４５分が経過するまでは、点ＨＩにおける温度は、ほぼ一定に低下し続ける。
そして、本実施形態の減速制御が終了すると、点ＨＩにおける温度は、それ以前よりも大きな割合で低下する。
【０１１２】
その一方で、点ＨＯにおける温度は、従来の減速制御の場合と同様に、点ＨＩにおける温度よりも緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから約７分で点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度の逆転が発生している。
【０１１３】
つまり、減速制御が開始されてから約７分が経過する前は、制御部６は上述のガバナ制御ステップＳ２、第１温度比較ステップＳ３および第１リフト比較ステップＳ４を繰り返している。
【０１１４】
そして、減速制御が開始されてから約７分が経過する前後において、点ＨＩにおける温度（内壁面温度）が点ＨＯにおける温度（外壁面温度）未満となるため、制御部６はリフト量保持ステップＳ５に移行して、ガバナ５のリフト量をその時点のリフト量で保持する制御を開始する。
【０１１５】
その後、制御部６は、リフト量保持ステップＳ５、第２温度比較ステップＳ６、ガバナ制御再開ステップＳ７、第３温度比較ステップＳ８および第２リフト比較ステップＳ９を行う。
そのため、本実施形態の減速制御が行われている間、つまり減速制御が開始されてから約４５分が経過するまでは、点ＨＩにおける温度（内壁面温度）と、点ＨＯにおける温度（外壁面温度）との間の温度差は約５０℃未満に保たれている。本実施形態の減速制御が終了した後は、点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度との間の温度差は約５０℃以上となっている。
【０１１６】
その一方で従来の減速制御の場合には、減速制御が開始されてから約１５分が経過した時点で、点ＨＩにおける温度と、点ＨＯにおける温度との間の温度差は約５０℃以上となる。
【０１１７】
図１３は、本実施形態における中圧タービンの入口近傍における車室の内壁面および外壁面の温度変化を説明するグラフである。図１４は、従来および本実施形態における中圧タービンの入口近傍における内壁面および外壁面の温度差の変化を説明するグラフである。
次に図１３および図１４に基づいて、中圧タービン２Ｍの入口近傍における車室３の内壁面上の点ＭＩおよび外壁面上の点ＭＯの温度変化について説明する。
なお、点ＭＩおよび点ＭＯの位置は、図７において示された位置と同一である。
【０１１８】
さらに、図１４における破線で記載されたグラフは、従来の減速制御における点ＭＩにおける温度と点ＭＯにおける温度の温度差を表し、実線で記載されたグラフは、本実施形態の減速制御における点ＭＩにおける温度と点ＭＯにおける温度の温度差を表している。
【０１１９】
減速制御が開始された時点である経過時間が０分の近傍では、従来の減速制御の場合と同様に点ＭＩにおける温度は、点ＭＯにおける温度よりも高い状態で保たれている。
【０１２０】
その後、減速制御が継続されると、中圧タービン２Ｍに供給される再熱蒸気の流量が減少するとともに、再熱蒸気の温度が低下するため、点ＭＩにおける温度も低下する。本実施形態の減速制御が継続されている間、つまり、減速制御が開始されてから約４５分が経過するまでは、点ＭＩにおける温度は、ほぼ一定に低下し続ける。
そして、本実施形態の減速制御が終了すると、点ＭＩにおける温度は、それ以前よりも大きな割合で低下する。
なお、高圧タービン２Ｈに係る点ＨＩにおける温度と比較すると、中圧タービン２Ｍに係る点ＭＩにおける温度の低下は、中圧タービン２Ｍには再熱蒸気が供給されていることから緩やかになっている。
【０１２１】
その一方で、点ＭＯにおける温度は、従来の減速制御の場合と同様に、点ＭＩにおける温度よりもさらに緩やかに低下する。
その結果、減速制御が開始されてから約３３分で点ＭＩにおける温度と、点ＭＯにおける温度の逆転が発生している。
【０１２２】
上記の構成によれば、蒸気タービン１の出力を減少させる場合などのように、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の流量が減少される場合に、車室３の分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が所定面圧よりも小さいときには、空間Ｓに隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、蒸気流量の減少が保留される（減少率が抑制される）。これにより、空間Ｓに隣接した領域の面圧の低下が抑制され、可変速運転が要求される蒸気タービン１であっても車室３からの蒸気漏れを防止でき、蒸気タービン１の性能向上を図ることができる。
【０１２３】
具体的には、蒸気タービン１が定常運転やプログラム自動昇速やプログラム自動減速されている際に、蒸気タービン１の出力を減少させる制御を行うと、主ボイラ４Ｈから高圧タービン２Ｈに供給される蒸気の流量が減少されるとともに、主ボイラ４Ｈの負荷も低下することから主蒸気の温度も低下する。
【０１２４】
車室３の内壁面温度よりも温度が低い主蒸気が、高圧タービン２Ｈを収納した空間Ｓに流入すると、車室３の内壁面は、主蒸気と接触する部分から主蒸気に保有熱が奪われ温度が低下する。このとき、車室３の壁面における外側の温度（外壁面温度）と、空間Ｓに隣接した部分の温度（内壁面温度）との間に温度差が生じる。さらに、分割面ＳＰにより分割された上車室３Ｕおよび下車室３Ｌを一体につなぎとめるボルト４２の温度と、内壁面温度との間にも温度差が生じている。つまり、車室３の壁面における外側の部分およびボルト４２と比較して、車室３の壁面の空間Ｓに隣接した部分は早い段階から熱収縮して熱収縮量に差が生じる。これにより、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域における面圧に関する押しつけ力が低下する。
【０１２５】
その一方で、主蒸気流量の減少に伴い、空間Ｓの内部における圧力も緩やかに低下する。つまり、車室３の分割面ＳＰを押し広げようとする力は、上述の押しつけ力の低下と比較して緩やかに減少する。
これらのことから、蒸気タービン１の出力を減少させる場合などのように、高圧タービン２Ｈに供給される蒸気流量が減少されるときには、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が低下する。
このようにして発生した面圧の低下が所定面圧よりも小さくなると、高圧タービン２Ｈに供給された主蒸気が、分割面ＳＰからボルト孔４１などを介して外部に漏れるおそれがある。
【０１２６】
そこで蒸気流量の減少を保留する制御を行うと、蒸気流量の減少を保留する前と比較して、車室３の壁面における外側部分およびボルト４２と、車室３の壁面の空間Ｓに隣接した部分との間の熱収縮量の差が縮まる。さらに、高圧タービン２Ｈに供給される主蒸気の圧力も低下し、分割面ＳＰを押し広げようとする力も減少する。
これらのことから、蒸気流量の減少を保留する前と比較して、分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の面圧が高くなり、高圧タービン２Ｈに供給された蒸気が外部に漏れにくくなる。
【０１２７】
分割面ＳＰにおける空間Ｓに隣接した領域の温度（内壁面温度）と、外側の温度（外壁面温度）との比較に基づいて、蒸気流量の減少を保留する制御を行うことにより、これらの温度に基づかない場合と比較して蒸気流量の減少を保留する制御が適切に行われる。
【０１２８】
具体的には、車室３を構成する材料の線膨脹係数は既知であることから、内壁面温度と外壁面温度との温度差に基づき、分割面ＳＰにおける内壁面部分と外壁面部分との間の収縮量の差を求めることができる。さらに、内壁面温度および外壁面温度に基づいてボルト４２の温度が推定され、内壁面温度とボルト４２の温度との温度差に基づき、分割面ＳＰの内壁面部分とボルト４２との間の収縮量の差を求めることができる。
これらに基づいて押しつけ力の変化を考慮した分割面ＳＰの内壁面部分の面圧を求めることができ、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧が所定面圧よりも小さいか否かを判断できる。
【０１２９】
分割面ＳＰの内壁面部分の面圧を測定する他の方法と比較して、温度は容易に測定することができるため、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを容易に判断できる。
【０１３０】
なお、蒸気タービン１の運転状態と、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧の関係とを予め取得しておくことにより、内壁面温度および外壁面温度を測定することなく、蒸気流量の減少を保留する制御を直接行うことができる。
あるいは、内壁面温度および外壁面温度と、分割面ＳＰの内壁面部分の面圧の関係を予め取得しておくことにより、内壁面温度および外壁面温度に基づき、蒸気流量の減少を保留する制御を行うか否かを、面圧を求める演算を行うことなく判断することもできる。
【０１３１】
リフト量保持ステップＳ５が行われた後に、つまりリフト量の保持を行う最初の所定期間が経過した後に、内壁面温度に所定温度を加えた温度が、外壁面温度未満か否かに基づいて、蒸気流量の減少を保留する制御を終了して、蒸気流量を減少させる制御を再開するか、再度、所定期間の間だけ蒸気流量の減少を保留する制御を行うかの判断が行われる。
このようにすることで、内壁面温度が外壁面温度未満か否かに基づいて判断する場合と比較して、より早い時期に蒸気流量を減少させる制御を再開することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 蒸気タービン
２Ｈ 蒸気高圧タービン（タービン）
３ 車室
４Ｈ 主ボイラ（ボイラ）
５ ガバナ（調節部）
６ 制御部（タービンリモコン）
７ 制御部（主ボイラ・再熱器制御）
Ｓ 空間
ＳＰ 分割面
３１Ｈ 高圧側入口内壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）
３２Ｈ 高圧側入口外壁温度センサ（面圧情報取得手段、温度測定部）
Ｓ２ ガバナ制御ステップ（流量減少ステップ）
Ｓ３ 第１温度比較ステップ（比較ステップ）
Ｓ５ リフト量保持ステップ（減少率調節ステップ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にタービンを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、
前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、
前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合には、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行う制御部と、
が設けられていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
少なくとも、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧に関する情報を取得する面圧情報取得手段が設けられ、
前記制御部は、取得された前記面圧に関する情報に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記面圧情報取得手段は、前記分割面における前記空間に隣接した領域の温度、および、前記分割面における外側の温度を測定する温度測定部であり、
前記制御部は、前記空間に隣接した領域の温度、および、前記外側の温度に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記制御部は、前記蒸気流量の減少率制御を所定期間だけ行った後、
前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度未満である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を終了し、
前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度以上である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を継続することを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少を保留することにより、前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蒸気タービン。
【請求項６】
外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を減少させる流量減少ステップと、
前記タービンを内部に収納する車室における分割面の面圧に関する情報を取得し、取得した前記面圧情報に基づいて推定される面圧が、所定面圧よりも小さいか否か比較する比較ステップと、
前記推定される面圧が前記所定の面圧よりも小さい場合には、前記蒸気流量の減少率を調節する減少率調節ステップと、
を有することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項１】
内部にタービンを収納する空間を有するとともに、分割面を有する車室と、
前記タービンに供給される蒸気流量を調節する調節部と、
前記タービンに供給される蒸気流量を減少させる場合には、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行う制御部と、
が設けられていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
少なくとも、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧に関する情報を取得する面圧情報取得手段が設けられ、
前記制御部は、取得された前記面圧に関する情報に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記面圧情報取得手段は、前記分割面における前記空間に隣接した領域の温度、および、前記分割面における外側の温度を測定する温度測定部であり、
前記制御部は、前記空間に隣接した領域の温度、および、前記外側の温度に基づいて、前記分割面における前記空間に隣接した領域の面圧が所定面圧以上になるように、前記蒸気流量の減少率を制御することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記制御部は、前記蒸気流量の減少率制御を所定期間だけ行った後、
前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度未満である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を終了し、
前記空間に隣接した領域の温度に所定温度を加えた温度が、前記外側の温度以上である場合には、前記蒸気流量の減少率制御を継続することを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記制御部は、前記調節部に対して前記蒸気流量の減少を保留することにより、前記蒸気流量の減少率を調節する制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蒸気タービン。
【請求項６】
外部からの指示に基づき、タービンに供給する蒸気流量を減少させる流量減少ステップと、
前記タービンを内部に収納する車室における分割面の面圧に関する情報を取得し、取得した前記面圧情報に基づいて推定される面圧が、所定面圧よりも小さいか否か比較する比較ステップと、
前記推定される面圧が前記所定の面圧よりも小さい場合には、前記蒸気流量の減少率を調節する減少率調節ステップと、
を有することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１１−９４５５６（Ｐ２０１１−９４５５６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０５３８（Ｐ２００９−２５０５３８）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【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２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【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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