蒸気タービン流量調整システム
【課題】蒸気流を再配向してタービン全体の流量能力及び／又は部分負荷性能を調整するための１以上の流入ポートを含む蒸気タービンを提供すること。
【解決手段】蒸気タービン流量調整システム（１０）が開示される。一実施形態では、本システム（１０）は、入口蒸気を受けるための第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）を有する蒸気タービン（１２）と、第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）にそれぞれ動作可能に接続され、第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）にそれぞれ入口蒸気を提供する第１の導管（２０）及び第２の導管（２２）と、第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）に動作可能に接続され、蒸気タービン（１２）に対する負荷需要及び入口蒸気の流入圧力に基づいて第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）の各々に流入する入口蒸気の量を制御する制御システム（２８）とを備える。
【解決手段】蒸気タービン流量調整システム（１０）が開示される。一実施形態では、本システム（１０）は、入口蒸気を受けるための第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）を有する蒸気タービン（１２）と、第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）にそれぞれ動作可能に接続され、第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）にそれぞれ入口蒸気を提供する第１の導管（２０）及び第２の導管（２２）と、第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）に動作可能に接続され、蒸気タービン（１２）に対する負荷需要及び入口蒸気の流入圧力に基づいて第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）の各々に流入する入口蒸気の量を制御する制御システム（２８）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、蒸気タービンの流量能力及び／又は部分負荷性能調整システムに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、蒸気流を再配向してタービン全体の流量能力及び／又は部分負荷性能を調整するための１以上の流入ポートを含む蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの流動能力は、蒸気質量流料と蒸気条件（例えば、圧力及び温度）との間の関係として測定することができる。流動能力は、所与の蒸気通路構成が必要量の蒸気流を通過させることが可能であるか否かを決定付ける。流動能力はハードウェアに依存する（蒸気通路の物理的サイズにより制御される）ので、該流動能力は、製造ばらつき、公差、及び設計流量係数などのハードウェア固有の制約を受ける。これらのハードウェア固有のばらつきに起因して、蒸気タービンの設計に設計マージンを考慮しなくてはならない。これらの設計マージンに従って蒸気タービンを構築することにより、蒸気タービンが設計外条件で作動するようになり、タービンの効率の低下及び／又は最大出力の低下を引き起こす可能性がある。
【０００３】
加えて、蒸気タービン発電システムが低い流動条件（部分負荷又は低部分負荷の場合など）下で運転しているときには、例えば、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）及び蒸気タービンにおいて低効率が生じる可能性がある。蒸気タービン発電の需要が低下すると、例えば、ＨＲＳＧに提供される蒸気の圧力は、これに対応して減少し、サイクル効率の観点から最適にはならない可能性がある。ＨＲＳＧにより受け取られる蒸気の圧力は、蒸気タービンの圧力要件に伴ってシフトするので、このことによってＨＲＳＧが非効率的に運転することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４４０３４７６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
蒸気タービン流量調整システムが開示される。一実施形態では、本システムは、入口蒸気を受けるための第１の入口ポート及び第２の入口ポートを有する蒸気タービンと、第１のバルブ及び第２のバルブにそれぞれ動作可能に接続され、第１の入口ポート及び第２の入口ポートにそれぞれ入口蒸気を提供する第１の導管及び第２の導管と、第１のバルブ及び第２のバルブに動作可能に接続され、蒸気タービンに対する負荷需要及び入口蒸気の流入圧力に基づいて第１の入口ポート及び第２の入口ポートの各々に流入する入口蒸気の量を制御する制御システムとを含む。
【０００６】
本発明の第１の態様は、入口蒸気を受けるための第１の入口ポート及び第２の入口ポートを有する蒸気タービンと、第１のバルブ及び第２のバルブにそれぞれ動作可能に接続され、第１の入口ポート及び第２の入口ポートにそれぞれ入口蒸気を提供する第１の導管及び第２の導管と、第１のバルブ及び第２のバルブに動作可能に接続され、蒸気タービンに対する負荷需要及び入口蒸気の流入圧力に基づいて第１の入口ポート及び第２の入口ポートの各々に流入する入口蒸気の量を制御する制御システムとを備えるシステムを含む。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１の入口蒸気を受けるための第１の入口ポート及び第２の入口ポートを有する高圧（ＨＰ）蒸気タービンと、第１のバルブ及び第２のバルブにそれぞれ動作可能に接続され、入口蒸気を第１の入口ポート及び第２の入口ポートにそれぞれ提供するための第１の導管及び第２の導管とを含む高圧セクションと、第２の入口蒸気を受けるための第３の入口ポート及び第４の入口ポートを有する中圧（ＩＰ）蒸気タービンと、第３のバルブ及び第４のバルブに動作可能にそれぞれ接続され、第２の入口蒸気を第３の入口ポート及び第４の入口ポートにそれぞれ提供するための第３の導管及び第４の導管
とを含む中圧セクションと、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、及び第４のバルブに動作可能に接続された制御システムとを備え、制御システムが、蒸気タービンに対する負荷需要並びに第１の入口蒸気及び第２の入口蒸気の流入圧力に基づいて、第１、第２、第３、及び第４の入口ポートの各々に流入する第１及び第２の入口蒸気の量を制御する、蒸気タービンシステムを含む。
【０００８】
本発明の第３の態様は、高圧セクション、中圧セクション、又は低圧セクションの少なくとも１つを有し、高圧セクション、中圧セクション、又は低圧セクションの少なくとも１つの各々において少なくとも２つの蒸気入口ポートを備える蒸気タービンケーシングを含む。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステムの概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係るシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の図面は縮尺通りではない場合がある点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ参照符号は全体を通じて同じ要素を表す。
【００１２】
上述のように、本発明の態様は、蒸気タービンの流量調整システムを提供する。流量調整システムは、蒸気流を再配向してタービン全体において流量能力及び／又は部分負荷性能を調整するための１以上の流入ポート（及び条件）を含むことができる。本発明の態様は様々な利点を提供するが、本明細書では特定の態様をより具体的に説明する。例えば、本発明の態様は、部分負荷条件下で蒸気タービン出力増大（例えば、負荷増加の場合に）及び蒸気タービン効率の向上をもたらす。
【００１３】
図１を参照すると、蒸気タービンシステム１０の概略図が本発明の一実施形態に従って示されている。この実施形態では、蒸気タービンシステム１０は、（例えば、ボイラー１８から）入口蒸気を受け取るための第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６を備えるケーシング１３を有する蒸気タービン１２を含む。本発明の実施形態によれば、蒸気タービン１２及び特にケーシング１３は、追加の入口ポート（図２）を含むことができる。第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６は、蒸気タービン１２の蒸気タービンケーシング１３に機械加工される開口を含むことができることは理解される。すなわち、本発明の態様は、蒸気タービン１２の蒸気タービンケーシングの同じセクション内に少なくとも２つの入口ポート（例えば、入口ポート１４、１６、その他）を形成することを含むことができる。これは、少なくとも２つの入口ポートを含めるように、蒸気タービンケーシング１３の一部（例えば、下半部分）を成形及び鋳造することを含むことができる。別の実施形態では、少なくとも２つの入口ポート（例えば、入口ポート１４、１６、その他）の１以上は、例えば、孔加工又はボーリングによってケーシングの成形及び鋳造後に形成することができる。何れの場合においても、従来の蒸気タービンとは対照的に、蒸気タービン１２のケーシング１３は、当該タービンセクション内での蒸気タービンサイクルの異なる部分にて入口蒸気を受けるために、単一のセクション（例えば、高圧セクション、中圧セクション、及び低圧セクション）内に複数の入口ポートを含むことができる。
【００１４】
図１に戻ると、蒸気タービンシステム１０は更に、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６にそれぞれ動作可能に接続された第１の導管２０及び第２の導管２２を含むことができる。第１の導管２０及び第２の導管２２は、入口蒸気を第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６にそれぞれ提供することができる。第１の導管２０及び第２の導管２２は、例えば、金属、複合材、ポリマー、その他から部分的に作られたダクト又はパイプに蒸気タービンシステム内の蒸気を運ぶのに用いられる何らかの従来の導管を含むことができる。第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６は各々、開放位置と閉鎖位置とを有することができ、この閉鎖位置は、蒸気タービン１２への入口蒸気の流れを阻止する。バルブ（例えば、バルブ２４及び／又はバルブ２６）は、例えば、二方弁とすることができる。流体力学業界において知られるように、二方弁は、通路を通る作動流体の流れの一部を阻止するか、或いは、当該流れの一部の通過を許可する。第１のバルブ２４は、主として開放位置（閉塞なし）で機能することができ、第２のバルブ２６は、主として、閉鎖位置（全閉塞）で機能することができる。しかしながら、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６はまた、部分的開放位置（部分閉塞）で機能することができる。第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６は、例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ、グローブバルブ、その他とすることができる。
【００１５】
システム１０は更に、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６に動作可能に接続された制御システム２８を含むことができ、該制御システム２８は、第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６の各々に流入する入口蒸気の量を制御する。制御システム２８は、第１のバルブ及び第２のバルブ２６に機械的又は電気的に接続され、制御システム２８が第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を作動させることができるようにする。制御システム２８は、蒸気タービン１２の負荷変化（同様に、システム１０に対する負荷変化）に応答して第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を作動させることができる。
制御システム２８は、バルブ（例えば、バルブ２４及び／又はバルブ２６）を作動させることができるコンピュータ化された装置、機械式装置、又は電気機械式装置とすることができる。一実施形態では、制御システム２８は、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６に動作命令を提供できるコンピュータ装置とすることができる。この場合では、制御システム２８は、蒸気タービン１２（及びシステム１０）を通過する蒸気の流量、温度、圧力、及び他の作動流体のパラメータを監視することによって蒸気タービン１２（及び任意選択的にシステム１０）の負荷を監視し、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６に動作命令を提供することができる。例えば、制御システム２８は、特定の動作条件下で第２のバルブ２６を開放するよう動作命令を送ることができる（例えば、蒸気タービン１２の出力を増大させる、又は部分負荷条件中の蒸気タービン性能を向上させるため）。この実施形態では、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６は、制御システム２８から動作命令（電気信号）を受け取り、機械的な動き（例えば、第１のバルブ２４又は第２のバルブ２６を部分的に閉鎖する）を生成することができる電気機械構成要素を含むことができる。別の実施形態では、制御システム２８は、オペレータが使用できる機械的装置を含むことができる。この場合、オペレータは、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を作動させることができる制御システム２８を物理的に操作することができる（例えば、レバーを引くことにより）。例えば、制御システム２８のレバーは、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６に機械的にリンクさせることができ、その結果、レバーを引くことによって、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６が完全に作動するようになる（例えば、第１の導管２０及び第２の導管２２をそれぞれ貫通する流路を開放することにより）。別の実施形態では、制御システム２８は、蒸気タービン１２（及び任意選択的にシステム１０）が一定の負荷条件で稼働していることを示すパラメータを（例えば、センサを用いて）電気的に監視して、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を機械的に作動させることができる電気機械装置とすることができる。本明細書では幾つかの実施形態では説明されるが、制御システム２８は、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を他の何れかの従来的手段を用いて作動させてもよい。
【００１６】
図１にはまた再熱器３０が示されており、該再熱器は、蒸気タービン１２からの蒸気を抽出し、当該抽出した蒸気を再熱して第２の蒸気タービン３２に再熱蒸気を提供するよう構成されている。再熱器３０は、管体及び高温煙道ガスを用いて管体を通じて送給される蒸気に熱エネルギーを提供するものなど、発電プラントで使用される何らかの従来の再熱器とすることができる。一実施形態では、蒸気タービン１２は、高圧（ＨＰ）蒸気タービンセクションを含むことができる。更に、一実施形態では、第２の蒸気タービン３２は、中圧（ＩＰ）蒸気タービンセクションを含むことができる。図１にはまた、例えば、低圧（ＬＰ）蒸気タービンセクションを含む第３の蒸気タービン３４が示されている。第３の蒸気タービン３４は、何らかの従来のＬＰ蒸気タービンセクションを含むことができる。しかしながら、他の実施形態（例えば、図２を参照）に示すように、第３の蒸気タービン３４は、蒸気源（例えば、ボイラー１８又は排熱回収ボイラ）の入口蒸気を受けるための複数の入口ポートを含むことができる。図１にはまた、シャフト３６が示されており、該シャフトは、例えば、負荷装置（発電機、モータ、その他など）と結合するよう構成される。シャフト３６は、１以上の蒸気タービン（例えば、 第１の蒸気タービン１２、第２の蒸気タービン３２、及び／又は第３の蒸気タービン３４）から負荷装置のシャフトに回転エネルギーを伝達するよう構成することができ、シャフトは、当該エネルギーを例えば電気に変換することができる。発電プロセスは当該技術分野では公知であり、従って、本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。
【００１７】
図１に示すように、第１の入口ポート１４は、蒸気タービン１２上で、第２の入口ポート１６（圧力Ｐ２に位置付けられる）よりも高い圧力（例えば、高い流入圧力）位置（Ｐ１）にて位置付けられる。すなわち、蒸気タービン１２の作動時には、第１の入口ポート１４での蒸気タービン１２内の圧力条件（Ｐ１）は、第２の入口ポート１６でのこれらの圧力条件（Ｐ２）よりも高くなる。このような状態では、複数の入口ポート（例えば、入口ポート１４、１６）を使用することにより、単一の入口ポートを用いる従来のシステムよりも優れた利点を提供することができる。例えば、蒸気タービン１２を利用する発電システムに対する電力要求の増大の際には、制御システム２８は、第２のバルブ２６を作動させて第２の入口ポート１６への入口蒸気の流れを可能にすることができる。第１の入口ポート１４における蒸気タービン１２の流量能力及び圧力条件（例えば、流入圧力条件）（Ｐ１）に起因して、蒸気流は、入口ポート１４及び蒸気タービン１２のこの部分が蒸気タービン１２のケーシングに応力を引き起こすことなく物理的に扱えるものに限定されなければならない。しかしながら、蒸気タービン１２からの出力増大の要求時には、制御システム２８は、第２のバルブ２６を少なくとも部分的に開放して、第２の入口ポート１６を通って入口蒸気を流入させることによって、より大きな量の入口蒸気を蒸気タービン１２に提供可能にすることができる。第２の入口ポート１６は、第１の入口ポート１４よりも蒸気タービン１２の低圧（例えば、低流入圧力）部分（Ｐ２）に近接して位置付けられるので、蒸気タービン１２の流動能力を超えることなく必要なとき（例えば、負荷／出力の増大が要求されたとき）に第２の入口ポート１６にて大量の入口蒸気を流入させることができる。一実施形態では、例えば蒸気タービン負荷の増大時には、第１のバルブ２４は完全に閉鎖することができ、他方、第２のバルブ２６は完全に開放することができ、入口蒸気の実質的に全てを第２の入口ポート１６を通じて流入させることが可能になることは理解される。
【００１８】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る、蒸気タービンシステム４０の概略図が示される。蒸気タービンシステム４０は、１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）の出力を増大させるように構成することができるが、蒸気タービンシステム４０はまた、部分負荷又は低部分負荷条件下で１以上の蒸気タービン及び／又はＨＲＳＧ（例えば、ＨＲＳＧ４４）の効率を改善するのにも用いることができることは理解される。例えば、蒸気タービンシステム４０からの電力需要が部分負荷又は低部分負荷条件下で低下した場合、１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）内の圧力が減少する。これにより、ＨＲＳＧ４４内の圧力減少が生じ、蒸気生成効率が低下する可能性がある。図２に示され且つ参照して説明する実施形態は、例えば、ＨＲＳＧ４４がより高い圧力（最適設計条件により近い）で運転することを可能にすると共に、蒸気を１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）の低圧部分に提供し、これによりＨＲＳＧ及び１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）両方の効率を向上させることができる。本発明における用語「高圧」及び「低圧」は、所要流量能力及び／又は最適部分負荷性能を達成するための圧力レベルの一般的変動を表し、この変動は、より高い又はより低い圧力の何れかであり、及び／又は複数流入ポートの組み合わせとすることができることは理解される。
【００１９】
図２に示すように、蒸気タービンシステム４０は、高圧セクション（蒸気タービン）１２、ケーシング３３を有する中圧セクション（蒸気タービン）３２、及びケーシング３５を有する低圧セクション（蒸気タービン３４）を含むことができる。図１及び図２において同様に表記された構成要素は、実質的に同じ構成要素とすることができ、図１に関して説明したような実質的に同様の機能を実施するよう構成することができる。従って、これらの図示された共通の構成要素の説明は、簡潔にするために省略している。この点に関して、図２は、蒸気タービン１２（例えば、高圧蒸気タービン）の第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６をそれぞれ示している。図２にはまた、蒸気源（例えば、ボイラー１８又は排熱回収ボイラ４４の高圧ドラム）からの入口蒸気の一部を受けるための第３の入口ポート４２（任意選択として仮想線で示される）を有するケーシング１３を含む蒸気タービン１２が図示されている。更に、第３のバルブ４８及び第３の入口ポート４２に動作可能に接続された第３の導管４６が図示される。制御システム２８は、第３のバルブ４８（並びに第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６）に動作可能に接続することができ、更に、第１のバルブ２４、第２のバルブ２６、及び／又は第３のバルブ４８を作動させることにより、第１の入口ポート１４、第２の入口ポート１６及び第３の入口ポート４２の各々に流入される入口蒸気の量を制御するよう構成することができる。第３の入口ポート４２は、第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６と実質的に同様に形成することができる点は理解される。更に、第３の導管４６及び第３のバルブ４８は、本明細書で説明されるように、他の導管（２０、２２）及びバルブ（２４、２６）とそれぞれ実質的に同様とすることができる点は理解される。図１のシステム１０を参照して同様に説明されるように、制御システム２８は、各入口バルブ（２４、２６、４８）を作動させて、蒸気タービン１２における低圧の位置において蒸気源（ボイラー１８又はＨＲＳＧ４４）からの蒸気流の増大及び／又は最適化を可能にするよう構成することができる。第３の入口ポート４２を含む実施形態では、追加蒸気は、第２の入口ポート１６（圧力Ｐ２）よりも低圧の位置（圧力Ｐ３、第３の入口ポート４２にて）で蒸気タービン１２に供給することができる。これは、第３の入口ポート４２での蒸気タービン１２の流動能力が第２の入口ポート１６よりも大きいので、要求時に部分負荷運転で更に大きな出力増大及び／又はより高いサイクル効率を可能にすることができる。
【００２０】
制御システム２８は、更に、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６と実質的に同様の第４のバルブ５０、第５のバルブ５２、第６のバルブ５４、及び第７のバルブ５６を制御するよう構成することができる。更に、追加のバルブ（例えば、５０、５２、５４、５６、その他）は、第１のバルブ２４又は第２のバルブ２６の何れかと実質的に同様とすることができる。図２にはまた、追加のポート、例えば、第２の蒸気タービン３２（例えば、中圧蒸気タービン）のケーシング３３に含まれる第４の入口ポート５８及び第５の入口ポート６０、並びに第３の蒸気タービン３４（例えば、複流低圧蒸気タービン）のケーシング３５に含まれる第６の入口ポート６２及び第７の入口ポート（複流低圧蒸気タービンの６４Ａ及び６４Ｂ）が示されている。また、追加の導管、例えば、第４のバルブ５０及び第５のバルブ５２にそれぞれ動作可能に取り付けられる第４の導管６６及び第５の導管６８、並びに第６のバルブ５４及び第７のバルブ５６にそれぞれ動作可能に取り付けられる第６の導管７０及び第７の導管７２が示される。追加のポート（例えば、５８、６０、６２、６４Ａ、６４Ｂ）及び導管（例えば、６６、６８、７０、７２）は、それぞれ、第１及び第２のポート１４、１６並びに第１及び第２の導管２０、２２と実質的に同様とすることができる。
【００２１】
当該技術分野で理解されるように、中圧（ＩＰ）蒸気タービン３２は、ボイラー１８又はＨＲＳＧ４４の中圧ドラム部分から中圧蒸気を受け取ることができる。本発明の態様によれば、制御システム２８は、第４のバルブ５０及び／又は第５のバルブ５２を作動させ、ＩＰ蒸気タービン３２の低圧位置（例えば、低圧流入圧力を有する）（圧力Ｐ５の）に中圧蒸気を提供することができる。例えば、一実施形態では、制御システム２８は、第５のバルブ５２を作動させて中圧蒸気を第４の入口ポート５８にバイパス可能にし、ＩＰ蒸気タービン３２の出力を増大させることができる。
【００２２】
更に当該技術分野で公知であるように、低圧（ＬＰ）蒸気タービン３４は、ボイラー１８又はＨＲＳＧ４４の低圧ドラム部分から低圧蒸気を受け取ることができる。本発明の態様によれば、制御システム２８は、第６のバルブ５４及び／又は第７のバルブ５６を作動させ、低圧蒸気をＬＰ蒸気タービン３４の低圧位置（圧力Ｐ７における）に提供することができる。例えば、一実施形態では、制御システム２８は、第７のバルブ５６を作動させて低圧蒸気を第６の入口ポート６２にバイパス可能にし、ＬＰ蒸気タービン３４の出力を増大させることができる。
【００２３】
別の実施形態では、制御システム２８は、１以上のバルブ（２４、２６、５０、５２、その他）を作動させ、蒸気タービンシステム４０の効率を向上させることができる。例えば、蒸気タービンシステム４０が、部分負荷条件（例えば、蒸気タービンの定格出力／質量流量の約１００％未満の条件で）の下で運転する場合、蒸気の質量流量の減少により、第１のタービン１２, 第２のタービン３２及び／又は第３のタービン３４のうちの１以上で非効率化を生じる可能性がある。すなわち、第１の蒸気タービン１２、第２の蒸気タービン３２、及び第３の蒸気タービン３４の各々は、特定の定格出力／質量流量レベルで運転し、例えば、電力生成に役立つ最大効率を提供するよう設計される。しかしながら、部分負荷条件下では、蒸気タービンを通る蒸気の質量流量が、設計外の圧力設定に起因して低下し、又は非最適となるので、蒸気タービン（１２、３２、３４）のうちの１以上の効率が低下する可能性がある。従来の蒸気タービンは、単一の入口ポート（ケーシング内の）から入口蒸気を受け取り、蒸気タービンの全段にわたって蒸気が膨張し、機械的仕事を行うことが可能となる。蒸気タービンによりＨＲＳＧに提供される非最適圧力レベルに起因して、このプロセスは、蒸気タービンサイクルの非効率化を生じる可能性がある。
【００２４】
従来の蒸気タービンシステムとは対照的に、システム１０及びシステム４０は、蒸気タービンケーシング（例えば、ＨＰ蒸気タービン１２、ＩＰ蒸気タービン３２、及び／又はＬＰ蒸気タービン３４）の入口ポートから、種々の負荷条件でタービンの所望の圧力位置にてケーシングの別個の入口ポートに入口蒸気を再配向するよう構成される。例えば、ＬＰ蒸気タービン３４が部分負荷条件下で運転している場合、制御システム２８は、第６の入口バルブ５４を少なくとも部分的に閉鎖し、第７の入口バルブ５６を少なくとも部分的に開放して、入口蒸気が低圧位置（入口ポート６４Ａ、６４Ｂ）でＬＰ蒸気タービン３４に流入可能になり、これによりＬＰ蒸気タービン３４の非効率化を軽減することができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２６】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 蒸気タービンシステム
１２ 蒸気タービン
１３ ケーシング
１４ 第１の入口ポート
１６ 第２の入口ポート
１８ ボイラー
２０ 第１の導管
２２ 第２の導管
２４ 第１のバルブ
２６ 第２のバルブ
２８ 制御システム
３０ 再熱器
３２ 第２の蒸気タービン
３３ ケーシング
３４ 第３の蒸気タービン
３５ ケーシング
３６ シャフト
４２ 第３の入口ポート
４４ ＨＲＳＧ
４６ 第３の導管
４８ 第３のバルブ
５０ 第４のバルブ
５２ 第５のバルブ
５４ 第６のバルブ
５６ 第７のバルブ
５８ 第４の入口ポート
６０ 第５の入口ポート
６２ 第６の入口ポート
６４Ａ 第７の入口ポート
６４Ｂ 第７の入口ポート
６６ 第４の導管
６８ 第５の導管
７０ 第６の導管
７２ 第７の導管
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、蒸気タービンの流量能力及び／又は部分負荷性能調整システムに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、蒸気流を再配向してタービン全体の流量能力及び／又は部分負荷性能を調整するための１以上の流入ポートを含む蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの流動能力は、蒸気質量流料と蒸気条件（例えば、圧力及び温度）との間の関係として測定することができる。流動能力は、所与の蒸気通路構成が必要量の蒸気流を通過させることが可能であるか否かを決定付ける。流動能力はハードウェアに依存する（蒸気通路の物理的サイズにより制御される）ので、該流動能力は、製造ばらつき、公差、及び設計流量係数などのハードウェア固有の制約を受ける。これらのハードウェア固有のばらつきに起因して、蒸気タービンの設計に設計マージンを考慮しなくてはならない。これらの設計マージンに従って蒸気タービンを構築することにより、蒸気タービンが設計外条件で作動するようになり、タービンの効率の低下及び／又は最大出力の低下を引き起こす可能性がある。
【０００３】
加えて、蒸気タービン発電システムが低い流動条件（部分負荷又は低部分負荷の場合など）下で運転しているときには、例えば、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）及び蒸気タービンにおいて低効率が生じる可能性がある。蒸気タービン発電の需要が低下すると、例えば、ＨＲＳＧに提供される蒸気の圧力は、これに対応して減少し、サイクル効率の観点から最適にはならない可能性がある。ＨＲＳＧにより受け取られる蒸気の圧力は、蒸気タービンの圧力要件に伴ってシフトするので、このことによってＨＲＳＧが非効率的に運転することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４４０３４７６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
蒸気タービン流量調整システムが開示される。一実施形態では、本システムは、入口蒸気を受けるための第１の入口ポート及び第２の入口ポートを有する蒸気タービンと、第１のバルブ及び第２のバルブにそれぞれ動作可能に接続され、第１の入口ポート及び第２の入口ポートにそれぞれ入口蒸気を提供する第１の導管及び第２の導管と、第１のバルブ及び第２のバルブに動作可能に接続され、蒸気タービンに対する負荷需要及び入口蒸気の流入圧力に基づいて第１の入口ポート及び第２の入口ポートの各々に流入する入口蒸気の量を制御する制御システムとを含む。
【０００６】
本発明の第１の態様は、入口蒸気を受けるための第１の入口ポート及び第２の入口ポートを有する蒸気タービンと、第１のバルブ及び第２のバルブにそれぞれ動作可能に接続され、第１の入口ポート及び第２の入口ポートにそれぞれ入口蒸気を提供する第１の導管及び第２の導管と、第１のバルブ及び第２のバルブに動作可能に接続され、蒸気タービンに対する負荷需要及び入口蒸気の流入圧力に基づいて第１の入口ポート及び第２の入口ポートの各々に流入する入口蒸気の量を制御する制御システムとを備えるシステムを含む。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１の入口蒸気を受けるための第１の入口ポート及び第２の入口ポートを有する高圧（ＨＰ）蒸気タービンと、第１のバルブ及び第２のバルブにそれぞれ動作可能に接続され、入口蒸気を第１の入口ポート及び第２の入口ポートにそれぞれ提供するための第１の導管及び第２の導管とを含む高圧セクションと、第２の入口蒸気を受けるための第３の入口ポート及び第４の入口ポートを有する中圧（ＩＰ）蒸気タービンと、第３のバルブ及び第４のバルブに動作可能にそれぞれ接続され、第２の入口蒸気を第３の入口ポート及び第４の入口ポートにそれぞれ提供するための第３の導管及び第４の導管
とを含む中圧セクションと、第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、及び第４のバルブに動作可能に接続された制御システムとを備え、制御システムが、蒸気タービンに対する負荷需要並びに第１の入口蒸気及び第２の入口蒸気の流入圧力に基づいて、第１、第２、第３、及び第４の入口ポートの各々に流入する第１及び第２の入口蒸気の量を制御する、蒸気タービンシステムを含む。
【０００８】
本発明の第３の態様は、高圧セクション、中圧セクション、又は低圧セクションの少なくとも１つを有し、高圧セクション、中圧セクション、又は低圧セクションの少なくとも１つの各々において少なくとも２つの蒸気入口ポートを備える蒸気タービンケーシングを含む。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステムの概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係るシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の図面は縮尺通りではない場合がある点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ参照符号は全体を通じて同じ要素を表す。
【００１２】
上述のように、本発明の態様は、蒸気タービンの流量調整システムを提供する。流量調整システムは、蒸気流を再配向してタービン全体において流量能力及び／又は部分負荷性能を調整するための１以上の流入ポート（及び条件）を含むことができる。本発明の態様は様々な利点を提供するが、本明細書では特定の態様をより具体的に説明する。例えば、本発明の態様は、部分負荷条件下で蒸気タービン出力増大（例えば、負荷増加の場合に）及び蒸気タービン効率の向上をもたらす。
【００１３】
図１を参照すると、蒸気タービンシステム１０の概略図が本発明の一実施形態に従って示されている。この実施形態では、蒸気タービンシステム１０は、（例えば、ボイラー１８から）入口蒸気を受け取るための第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６を備えるケーシング１３を有する蒸気タービン１２を含む。本発明の実施形態によれば、蒸気タービン１２及び特にケーシング１３は、追加の入口ポート（図２）を含むことができる。第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６は、蒸気タービン１２の蒸気タービンケーシング１３に機械加工される開口を含むことができることは理解される。すなわち、本発明の態様は、蒸気タービン１２の蒸気タービンケーシングの同じセクション内に少なくとも２つの入口ポート（例えば、入口ポート１４、１６、その他）を形成することを含むことができる。これは、少なくとも２つの入口ポートを含めるように、蒸気タービンケーシング１３の一部（例えば、下半部分）を成形及び鋳造することを含むことができる。別の実施形態では、少なくとも２つの入口ポート（例えば、入口ポート１４、１６、その他）の１以上は、例えば、孔加工又はボーリングによってケーシングの成形及び鋳造後に形成することができる。何れの場合においても、従来の蒸気タービンとは対照的に、蒸気タービン１２のケーシング１３は、当該タービンセクション内での蒸気タービンサイクルの異なる部分にて入口蒸気を受けるために、単一のセクション（例えば、高圧セクション、中圧セクション、及び低圧セクション）内に複数の入口ポートを含むことができる。
【００１４】
図１に戻ると、蒸気タービンシステム１０は更に、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６にそれぞれ動作可能に接続された第１の導管２０及び第２の導管２２を含むことができる。第１の導管２０及び第２の導管２２は、入口蒸気を第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６にそれぞれ提供することができる。第１の導管２０及び第２の導管２２は、例えば、金属、複合材、ポリマー、その他から部分的に作られたダクト又はパイプに蒸気タービンシステム内の蒸気を運ぶのに用いられる何らかの従来の導管を含むことができる。第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６は各々、開放位置と閉鎖位置とを有することができ、この閉鎖位置は、蒸気タービン１２への入口蒸気の流れを阻止する。バルブ（例えば、バルブ２４及び／又はバルブ２６）は、例えば、二方弁とすることができる。流体力学業界において知られるように、二方弁は、通路を通る作動流体の流れの一部を阻止するか、或いは、当該流れの一部の通過を許可する。第１のバルブ２４は、主として開放位置（閉塞なし）で機能することができ、第２のバルブ２６は、主として、閉鎖位置（全閉塞）で機能することができる。しかしながら、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６はまた、部分的開放位置（部分閉塞）で機能することができる。第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６は、例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ、グローブバルブ、その他とすることができる。
【００１５】
システム１０は更に、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６に動作可能に接続された制御システム２８を含むことができ、該制御システム２８は、第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６の各々に流入する入口蒸気の量を制御する。制御システム２８は、第１のバルブ及び第２のバルブ２６に機械的又は電気的に接続され、制御システム２８が第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を作動させることができるようにする。制御システム２８は、蒸気タービン１２の負荷変化（同様に、システム１０に対する負荷変化）に応答して第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を作動させることができる。
制御システム２８は、バルブ（例えば、バルブ２４及び／又はバルブ２６）を作動させることができるコンピュータ化された装置、機械式装置、又は電気機械式装置とすることができる。一実施形態では、制御システム２８は、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６に動作命令を提供できるコンピュータ装置とすることができる。この場合では、制御システム２８は、蒸気タービン１２（及びシステム１０）を通過する蒸気の流量、温度、圧力、及び他の作動流体のパラメータを監視することによって蒸気タービン１２（及び任意選択的にシステム１０）の負荷を監視し、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６に動作命令を提供することができる。例えば、制御システム２８は、特定の動作条件下で第２のバルブ２６を開放するよう動作命令を送ることができる（例えば、蒸気タービン１２の出力を増大させる、又は部分負荷条件中の蒸気タービン性能を向上させるため）。この実施形態では、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６は、制御システム２８から動作命令（電気信号）を受け取り、機械的な動き（例えば、第１のバルブ２４又は第２のバルブ２６を部分的に閉鎖する）を生成することができる電気機械構成要素を含むことができる。別の実施形態では、制御システム２８は、オペレータが使用できる機械的装置を含むことができる。この場合、オペレータは、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を作動させることができる制御システム２８を物理的に操作することができる（例えば、レバーを引くことにより）。例えば、制御システム２８のレバーは、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６に機械的にリンクさせることができ、その結果、レバーを引くことによって、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６が完全に作動するようになる（例えば、第１の導管２０及び第２の導管２２をそれぞれ貫通する流路を開放することにより）。別の実施形態では、制御システム２８は、蒸気タービン１２（及び任意選択的にシステム１０）が一定の負荷条件で稼働していることを示すパラメータを（例えば、センサを用いて）電気的に監視して、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を機械的に作動させることができる電気機械装置とすることができる。本明細書では幾つかの実施形態では説明されるが、制御システム２８は、第１のバルブ２４及び／又は第２のバルブ２６を他の何れかの従来的手段を用いて作動させてもよい。
【００１６】
図１にはまた再熱器３０が示されており、該再熱器は、蒸気タービン１２からの蒸気を抽出し、当該抽出した蒸気を再熱して第２の蒸気タービン３２に再熱蒸気を提供するよう構成されている。再熱器３０は、管体及び高温煙道ガスを用いて管体を通じて送給される蒸気に熱エネルギーを提供するものなど、発電プラントで使用される何らかの従来の再熱器とすることができる。一実施形態では、蒸気タービン１２は、高圧（ＨＰ）蒸気タービンセクションを含むことができる。更に、一実施形態では、第２の蒸気タービン３２は、中圧（ＩＰ）蒸気タービンセクションを含むことができる。図１にはまた、例えば、低圧（ＬＰ）蒸気タービンセクションを含む第３の蒸気タービン３４が示されている。第３の蒸気タービン３４は、何らかの従来のＬＰ蒸気タービンセクションを含むことができる。しかしながら、他の実施形態（例えば、図２を参照）に示すように、第３の蒸気タービン３４は、蒸気源（例えば、ボイラー１８又は排熱回収ボイラ）の入口蒸気を受けるための複数の入口ポートを含むことができる。図１にはまた、シャフト３６が示されており、該シャフトは、例えば、負荷装置（発電機、モータ、その他など）と結合するよう構成される。シャフト３６は、１以上の蒸気タービン（例えば、 第１の蒸気タービン１２、第２の蒸気タービン３２、及び／又は第３の蒸気タービン３４）から負荷装置のシャフトに回転エネルギーを伝達するよう構成することができ、シャフトは、当該エネルギーを例えば電気に変換することができる。発電プロセスは当該技術分野では公知であり、従って、本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。
【００１７】
図１に示すように、第１の入口ポート１４は、蒸気タービン１２上で、第２の入口ポート１６（圧力Ｐ２に位置付けられる）よりも高い圧力（例えば、高い流入圧力）位置（Ｐ１）にて位置付けられる。すなわち、蒸気タービン１２の作動時には、第１の入口ポート１４での蒸気タービン１２内の圧力条件（Ｐ１）は、第２の入口ポート１６でのこれらの圧力条件（Ｐ２）よりも高くなる。このような状態では、複数の入口ポート（例えば、入口ポート１４、１６）を使用することにより、単一の入口ポートを用いる従来のシステムよりも優れた利点を提供することができる。例えば、蒸気タービン１２を利用する発電システムに対する電力要求の増大の際には、制御システム２８は、第２のバルブ２６を作動させて第２の入口ポート１６への入口蒸気の流れを可能にすることができる。第１の入口ポート１４における蒸気タービン１２の流量能力及び圧力条件（例えば、流入圧力条件）（Ｐ１）に起因して、蒸気流は、入口ポート１４及び蒸気タービン１２のこの部分が蒸気タービン１２のケーシングに応力を引き起こすことなく物理的に扱えるものに限定されなければならない。しかしながら、蒸気タービン１２からの出力増大の要求時には、制御システム２８は、第２のバルブ２６を少なくとも部分的に開放して、第２の入口ポート１６を通って入口蒸気を流入させることによって、より大きな量の入口蒸気を蒸気タービン１２に提供可能にすることができる。第２の入口ポート１６は、第１の入口ポート１４よりも蒸気タービン１２の低圧（例えば、低流入圧力）部分（Ｐ２）に近接して位置付けられるので、蒸気タービン１２の流動能力を超えることなく必要なとき（例えば、負荷／出力の増大が要求されたとき）に第２の入口ポート１６にて大量の入口蒸気を流入させることができる。一実施形態では、例えば蒸気タービン負荷の増大時には、第１のバルブ２４は完全に閉鎖することができ、他方、第２のバルブ２６は完全に開放することができ、入口蒸気の実質的に全てを第２の入口ポート１６を通じて流入させることが可能になることは理解される。
【００１８】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る、蒸気タービンシステム４０の概略図が示される。蒸気タービンシステム４０は、１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）の出力を増大させるように構成することができるが、蒸気タービンシステム４０はまた、部分負荷又は低部分負荷条件下で１以上の蒸気タービン及び／又はＨＲＳＧ（例えば、ＨＲＳＧ４４）の効率を改善するのにも用いることができることは理解される。例えば、蒸気タービンシステム４０からの電力需要が部分負荷又は低部分負荷条件下で低下した場合、１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）内の圧力が減少する。これにより、ＨＲＳＧ４４内の圧力減少が生じ、蒸気生成効率が低下する可能性がある。図２に示され且つ参照して説明する実施形態は、例えば、ＨＲＳＧ４４がより高い圧力（最適設計条件により近い）で運転することを可能にすると共に、蒸気を１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）の低圧部分に提供し、これによりＨＲＳＧ及び１以上の蒸気タービン（例えば、タービン１２、３２、３４）両方の効率を向上させることができる。本発明における用語「高圧」及び「低圧」は、所要流量能力及び／又は最適部分負荷性能を達成するための圧力レベルの一般的変動を表し、この変動は、より高い又はより低い圧力の何れかであり、及び／又は複数流入ポートの組み合わせとすることができることは理解される。
【００１９】
図２に示すように、蒸気タービンシステム４０は、高圧セクション（蒸気タービン）１２、ケーシング３３を有する中圧セクション（蒸気タービン）３２、及びケーシング３５を有する低圧セクション（蒸気タービン３４）を含むことができる。図１及び図２において同様に表記された構成要素は、実質的に同じ構成要素とすることができ、図１に関して説明したような実質的に同様の機能を実施するよう構成することができる。従って、これらの図示された共通の構成要素の説明は、簡潔にするために省略している。この点に関して、図２は、蒸気タービン１２（例えば、高圧蒸気タービン）の第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６をそれぞれ示している。図２にはまた、蒸気源（例えば、ボイラー１８又は排熱回収ボイラ４４の高圧ドラム）からの入口蒸気の一部を受けるための第３の入口ポート４２（任意選択として仮想線で示される）を有するケーシング１３を含む蒸気タービン１２が図示されている。更に、第３のバルブ４８及び第３の入口ポート４２に動作可能に接続された第３の導管４６が図示される。制御システム２８は、第３のバルブ４８（並びに第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６）に動作可能に接続することができ、更に、第１のバルブ２４、第２のバルブ２６、及び／又は第３のバルブ４８を作動させることにより、第１の入口ポート１４、第２の入口ポート１６及び第３の入口ポート４２の各々に流入される入口蒸気の量を制御するよう構成することができる。第３の入口ポート４２は、第１の入口ポート１４及び第２の入口ポート１６と実質的に同様に形成することができる点は理解される。更に、第３の導管４６及び第３のバルブ４８は、本明細書で説明されるように、他の導管（２０、２２）及びバルブ（２４、２６）とそれぞれ実質的に同様とすることができる点は理解される。図１のシステム１０を参照して同様に説明されるように、制御システム２８は、各入口バルブ（２４、２６、４８）を作動させて、蒸気タービン１２における低圧の位置において蒸気源（ボイラー１８又はＨＲＳＧ４４）からの蒸気流の増大及び／又は最適化を可能にするよう構成することができる。第３の入口ポート４２を含む実施形態では、追加蒸気は、第２の入口ポート１６（圧力Ｐ２）よりも低圧の位置（圧力Ｐ３、第３の入口ポート４２にて）で蒸気タービン１２に供給することができる。これは、第３の入口ポート４２での蒸気タービン１２の流動能力が第２の入口ポート１６よりも大きいので、要求時に部分負荷運転で更に大きな出力増大及び／又はより高いサイクル効率を可能にすることができる。
【００２０】
制御システム２８は、更に、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２６と実質的に同様の第４のバルブ５０、第５のバルブ５２、第６のバルブ５４、及び第７のバルブ５６を制御するよう構成することができる。更に、追加のバルブ（例えば、５０、５２、５４、５６、その他）は、第１のバルブ２４又は第２のバルブ２６の何れかと実質的に同様とすることができる。図２にはまた、追加のポート、例えば、第２の蒸気タービン３２（例えば、中圧蒸気タービン）のケーシング３３に含まれる第４の入口ポート５８及び第５の入口ポート６０、並びに第３の蒸気タービン３４（例えば、複流低圧蒸気タービン）のケーシング３５に含まれる第６の入口ポート６２及び第７の入口ポート（複流低圧蒸気タービンの６４Ａ及び６４Ｂ）が示されている。また、追加の導管、例えば、第４のバルブ５０及び第５のバルブ５２にそれぞれ動作可能に取り付けられる第４の導管６６及び第５の導管６８、並びに第６のバルブ５４及び第７のバルブ５６にそれぞれ動作可能に取り付けられる第６の導管７０及び第７の導管７２が示される。追加のポート（例えば、５８、６０、６２、６４Ａ、６４Ｂ）及び導管（例えば、６６、６８、７０、７２）は、それぞれ、第１及び第２のポート１４、１６並びに第１及び第２の導管２０、２２と実質的に同様とすることができる。
【００２１】
当該技術分野で理解されるように、中圧（ＩＰ）蒸気タービン３２は、ボイラー１８又はＨＲＳＧ４４の中圧ドラム部分から中圧蒸気を受け取ることができる。本発明の態様によれば、制御システム２８は、第４のバルブ５０及び／又は第５のバルブ５２を作動させ、ＩＰ蒸気タービン３２の低圧位置（例えば、低圧流入圧力を有する）（圧力Ｐ５の）に中圧蒸気を提供することができる。例えば、一実施形態では、制御システム２８は、第５のバルブ５２を作動させて中圧蒸気を第４の入口ポート５８にバイパス可能にし、ＩＰ蒸気タービン３２の出力を増大させることができる。
【００２２】
更に当該技術分野で公知であるように、低圧（ＬＰ）蒸気タービン３４は、ボイラー１８又はＨＲＳＧ４４の低圧ドラム部分から低圧蒸気を受け取ることができる。本発明の態様によれば、制御システム２８は、第６のバルブ５４及び／又は第７のバルブ５６を作動させ、低圧蒸気をＬＰ蒸気タービン３４の低圧位置（圧力Ｐ７における）に提供することができる。例えば、一実施形態では、制御システム２８は、第７のバルブ５６を作動させて低圧蒸気を第６の入口ポート６２にバイパス可能にし、ＬＰ蒸気タービン３４の出力を増大させることができる。
【００２３】
別の実施形態では、制御システム２８は、１以上のバルブ（２４、２６、５０、５２、その他）を作動させ、蒸気タービンシステム４０の効率を向上させることができる。例えば、蒸気タービンシステム４０が、部分負荷条件（例えば、蒸気タービンの定格出力／質量流量の約１００％未満の条件で）の下で運転する場合、蒸気の質量流量の減少により、第１のタービン１２, 第２のタービン３２及び／又は第３のタービン３４のうちの１以上で非効率化を生じる可能性がある。すなわち、第１の蒸気タービン１２、第２の蒸気タービン３２、及び第３の蒸気タービン３４の各々は、特定の定格出力／質量流量レベルで運転し、例えば、電力生成に役立つ最大効率を提供するよう設計される。しかしながら、部分負荷条件下では、蒸気タービンを通る蒸気の質量流量が、設計外の圧力設定に起因して低下し、又は非最適となるので、蒸気タービン（１２、３２、３４）のうちの１以上の効率が低下する可能性がある。従来の蒸気タービンは、単一の入口ポート（ケーシング内の）から入口蒸気を受け取り、蒸気タービンの全段にわたって蒸気が膨張し、機械的仕事を行うことが可能となる。蒸気タービンによりＨＲＳＧに提供される非最適圧力レベルに起因して、このプロセスは、蒸気タービンサイクルの非効率化を生じる可能性がある。
【００２４】
従来の蒸気タービンシステムとは対照的に、システム１０及びシステム４０は、蒸気タービンケーシング（例えば、ＨＰ蒸気タービン１２、ＩＰ蒸気タービン３２、及び／又はＬＰ蒸気タービン３４）の入口ポートから、種々の負荷条件でタービンの所望の圧力位置にてケーシングの別個の入口ポートに入口蒸気を再配向するよう構成される。例えば、ＬＰ蒸気タービン３４が部分負荷条件下で運転している場合、制御システム２８は、第６の入口バルブ５４を少なくとも部分的に閉鎖し、第７の入口バルブ５６を少なくとも部分的に開放して、入口蒸気が低圧位置（入口ポート６４Ａ、６４Ｂ）でＬＰ蒸気タービン３４に流入可能になり、これによりＬＰ蒸気タービン３４の非効率化を軽減することができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２６】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 蒸気タービンシステム
１２ 蒸気タービン
１３ ケーシング
１４ 第１の入口ポート
１６ 第２の入口ポート
１８ ボイラー
２０ 第１の導管
２２ 第２の導管
２４ 第１のバルブ
２６ 第２のバルブ
２８ 制御システム
３０ 再熱器
３２ 第２の蒸気タービン
３３ ケーシング
３４ 第３の蒸気タービン
３５ ケーシング
３６ シャフト
４２ 第３の入口ポート
４４ ＨＲＳＧ
４６ 第３の導管
４８ 第３のバルブ
５０ 第４のバルブ
５２ 第５のバルブ
５４ 第６のバルブ
５６ 第７のバルブ
５８ 第４の入口ポート
６０ 第５の入口ポート
６２ 第６の入口ポート
６４Ａ 第７の入口ポート
６４Ｂ 第７の入口ポート
６６ 第４の導管
６８ 第５の導管
７０ 第６の導管
７２ 第７の導管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口蒸気を受けるための第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）を有する蒸気タービン（１２）と、
第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）にそれぞれ動作可能に接続され、前記第１の入口ポート（１４）及び前記第２の入口ポート（１６）にそれぞれ前記入口蒸気を提供する第１の導管（２０）及び第２の導管（２２）と、
前記第１のバルブ（２４）及び前記第２のバルブ（２６）に動作可能に接続され、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要及び前記入口蒸気の流入圧力に基づいて前記第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）の各々に流入する前記入口蒸気の量を制御する制御システム（２８）と
を備えるシステム（１０）。
【請求項２】
前記第１の入口ポート（１４）が、前記蒸気タービン（１２）上の前記第２の入口ポート（１６）よりも高い圧力位置に位置付けられる、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の増大に応答して前記第２のバルブ（２６）を少なくとも部分的に開放するよう構成される、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の減少に応答して前記第２のバルブ（２６）を少なくとも部分的に開放するよう構成される、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記制御システム（２８）が更に、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の減少に応答して第１のバルブ（２４）を少なくとも部分的に閉鎖するよう構成される、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１の導管（２０）及び前記第２の導管（２２）に流体接続された蒸気源を更に備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記蒸気源が、ボイラー（１８）又は排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）（４４）のうちの少なくとも１つである、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記ＨＲＳＧ（４４）が、高圧ドラム、中圧ドラム、又は低圧ドラムのうちの少なくとも１つを含む、請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
蒸気タービンシステム（１０）において、
第１の入口蒸気を受けるための第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）を有する高圧（ＨＰ）蒸気タービン（１２）と、第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）にそれぞれ動作可能に接続され、前記入口蒸気を前記第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）にそれぞれ提供するための第１の導管（２０）及び第２の導管（２２）とを含む高圧セクションと、
第２の入口蒸気を受けるための第３の入口ポート（４２）及び第４の入口ポート（５８）を有する中圧（ＩＰ）蒸気タービン（３２）と、第３のバルブ（４８）及び第４のバルブ（５０）に動作可能にそれぞれ接続され、前記第２の入口蒸気を前記第３の入口ポート（４２）及び前記第４の入口ポート（５８）にそれぞれ提供するための第３の導管（４６）及び第４の導管（６６）とを含む中圧セクションと、
前記第１のバルブ（２４）、前記第２のバルブ（２６）、前記第３のバルブ（４８）、及び前記第４のバルブ（５０）に動作可能に接続された制御システム（２８）と
を備え、
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要並びに前記第１の入口蒸気及び前記第２の入口蒸気の流入圧力に基づいて、前記第１（１４）、第２（１６）、第３（４２）、及び第４の入口ポート（５８）の各々に流入する第１及び第２の入口蒸気の量を制御する、蒸気タービンシステム（１０）。
【請求項１０】
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の減少に応答して前記第２のバルブ（２６）を少なくとも部分的に開放するよう構成される、請求項９記載の蒸気タービンシステム（１０）。
【請求項１】
入口蒸気を受けるための第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）を有する蒸気タービン（１２）と、
第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）にそれぞれ動作可能に接続され、前記第１の入口ポート（１４）及び前記第２の入口ポート（１６）にそれぞれ前記入口蒸気を提供する第１の導管（２０）及び第２の導管（２２）と、
前記第１のバルブ（２４）及び前記第２のバルブ（２６）に動作可能に接続され、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要及び前記入口蒸気の流入圧力に基づいて前記第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）の各々に流入する前記入口蒸気の量を制御する制御システム（２８）と
を備えるシステム（１０）。
【請求項２】
前記第１の入口ポート（１４）が、前記蒸気タービン（１２）上の前記第２の入口ポート（１６）よりも高い圧力位置に位置付けられる、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の増大に応答して前記第２のバルブ（２６）を少なくとも部分的に開放するよう構成される、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の減少に応答して前記第２のバルブ（２６）を少なくとも部分的に開放するよう構成される、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記制御システム（２８）が更に、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の減少に応答して第１のバルブ（２４）を少なくとも部分的に閉鎖するよう構成される、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１の導管（２０）及び前記第２の導管（２２）に流体接続された蒸気源を更に備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記蒸気源が、ボイラー（１８）又は排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）（４４）のうちの少なくとも１つである、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記ＨＲＳＧ（４４）が、高圧ドラム、中圧ドラム、又は低圧ドラムのうちの少なくとも１つを含む、請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
蒸気タービンシステム（１０）において、
第１の入口蒸気を受けるための第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）を有する高圧（ＨＰ）蒸気タービン（１２）と、第１のバルブ（２４）及び第２のバルブ（２６）にそれぞれ動作可能に接続され、前記入口蒸気を前記第１の入口ポート（１４）及び第２の入口ポート（１６）にそれぞれ提供するための第１の導管（２０）及び第２の導管（２２）とを含む高圧セクションと、
第２の入口蒸気を受けるための第３の入口ポート（４２）及び第４の入口ポート（５８）を有する中圧（ＩＰ）蒸気タービン（３２）と、第３のバルブ（４８）及び第４のバルブ（５０）に動作可能にそれぞれ接続され、前記第２の入口蒸気を前記第３の入口ポート（４２）及び前記第４の入口ポート（５８）にそれぞれ提供するための第３の導管（４６）及び第４の導管（６６）とを含む中圧セクションと、
前記第１のバルブ（２４）、前記第２のバルブ（２６）、前記第３のバルブ（４８）、及び前記第４のバルブ（５０）に動作可能に接続された制御システム（２８）と
を備え、
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要並びに前記第１の入口蒸気及び前記第２の入口蒸気の流入圧力に基づいて、前記第１（１４）、第２（１６）、第３（４２）、及び第４の入口ポート（５８）の各々に流入する第１及び第２の入口蒸気の量を制御する、蒸気タービンシステム（１０）。
【請求項１０】
前記制御システム（２８）が、前記蒸気タービン（１２）に対する負荷需要の減少に応答して前記第２のバルブ（２６）を少なくとも部分的に開放するよう構成される、請求項９記載の蒸気タービンシステム（１０）。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２１５２８（Ｐ２０１２−２１５２８Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１５１３３３（Ｐ２０１１−１５１３３３）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１３３３（Ｐ２０１１−１５１３３３）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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