JP2016125355A - タービン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンを短時間で冷却することを容易に実現する。
【解決手段】実施形態のタービン冷却装置は、冷却空気供給部と制御部とを含み、タービンケーシングの内部にタービンロータを収容している蒸気タービンを冷却する。冷却空気供給部は、タービンケーシングの内部に冷却空気を供給する。制御部は、ターニング運転中に冷却空気供給部の動作を制御する。ここでは、制御部は、冷却空気供給部が冷却空気を予め定めた流量で供給するように冷却空気供給部の動作を制御する。その後、制御部は、タービンロータとタービンケーシングとの間の伸び差を計測した結果、および、タービンケーシングにおいて蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と当該蒸気室の外周面との温度差を計測した結果の少なくとも一方に基づいて冷却空気供給部の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、タービン冷却装置に関する。

タービン冷却装置は、たとえば、点検等の際に、蒸気タービンを強制的に冷却するために用いられる。タービン冷却装置は、蒸気タービンの通常運転を停止した後に行うターニング運転において、タービンケーシングの内部に冷却空気を供給することによって、冷却を行う。

タービン冷却装置は、たとえば、内部ケーシングと外部ケーシングとを含む二重構造のタービンケーシングにおいて、内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間、および、内部ケーシングの内部空間のそれぞれに冷却空気を供給する。ここでは、たとえば、タービンケーシングと、そのタービンケーシング内に収容されるタービンロータとの間の伸び差などの計測結果に基づいて、冷却空気の流量が調整される。

特開平６−１１７２０４号公報

しかしながら、従来のタービン冷却装置においては、蒸気タービンを短時間で冷却することが困難な場合がある。このため、上記の伸び差や上記の温度差が、予め定めた範囲以外の状態になる場合がある。その結果、警報が発生する場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、蒸気タービンを短時間で冷却することを容易に実現可能な、タービン冷却装置を提供することである。

実施形態のタービン冷却装置は、冷却空気供給部と制御部とを含み、タービンケーシングの内部にタービンロータを収容している蒸気タービンを冷却する。冷却空気供給部は、タービンケーシングの内部に冷却空気を供給する。制御部は、ターニング運転中に冷却空気供給部の動作を制御する。ここでは、制御部は、冷却空気供給部が冷却空気を予め定めた流量で供給するように冷却空気供給部の動作を制御する。その後、制御部は、タービンロータとタービンケーシングとの間の伸び差を計測した結果、および、タービンケーシングにおいて蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と当該蒸気室の外周面との温度差を計測した結果の少なくとも一方に基づいて冷却空気供給部の動作を制御する。

図１は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステムを模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステムにおいて、高圧タービンを示す断面図である。 図３は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステムにおいて、第１の管状体を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステムにおいて、タービン冷却装置が蒸気タービンを冷却するときの動作の概要を示すフロー図である。 図５は、第２実施形態に係る蒸気タービンシステムを模式的に示す図である。 図６は、第３実施形態に係る蒸気タービンシステムを模式的に示す図である。 図７は、第３実施形態に係る蒸気タービンシステムにおいて、高圧タービンを示す断面図である。 図８は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステム１において、冷却空気放出管と第１の管状体とを示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］構成
図１は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステム１を模式的に示す図である。図１においては、蒸気タービン１０へ冷却媒体として供給する冷却空気の流路を実線の矢印で示しており、蒸気タービン１０に作動媒体として供給する蒸気の流路の一部については、適宜、省略している。

図１に示すように、蒸気タービンシステム１は、蒸気タービン１０とタービン冷却装置５０とを有する。

［Ａ−１］蒸気タービン１０
蒸気タービンシステム１において、蒸気タービン１０は、高圧タービン１１と中圧タービン１２と第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とを含む。

［Ａ−１−１］高圧タービン１１
蒸気タービン１０のうち、高圧タービン１１は、図１に示すように、蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂと、蒸気排出部１１２とを有する。高圧タービン１１において、蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂは、主蒸気管Ｆ３０ａ，Ｆ３０ｂに接続されている。蒸気排出部１１２は、低温再熱蒸気管Ｆ１１に接続されている。

蒸気タービン１０において通常の運転が行われる際には、高圧タービン１１は、ボイラ（図示省略）の過熱器（図示省略）で発生した蒸気が、主蒸気止め弁２０と蒸気加減弁３０とを順次介して、主蒸気管Ｆ３０ａ，Ｆ３０ｂを流れ、蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂに作動媒体として流入する。ここでは、蒸気が分岐部Ｊ３０ｂにおいて分岐して主蒸気管Ｆ３０ａ，Ｆ３０ｂを流れ、複数の蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂのそれぞれに流入する。そして、高圧タービン１１において、その蒸気は、仕事を行った後に、蒸気排出部１１２から低温再熱蒸気管Ｆ１１へ排出される。

図２は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステム１において、高圧タービン１１を示す断面図である。図２では、水平方向（ｘ方向，ｙ方向）のうち回転軸ＡＸに沿った方向（ｘ方向）と、鉛直方向（ｚ方向）とによって規定される垂直面（ｘｚ面）の断面を示している。

図２に示すように、高圧タービン１１は、タービンケーシング１１０とタービンロータ３００とを有する。高圧タービン１１は、多段式の軸流タービンであって、タービンケーシング１１０の内部において、静翼翼列４０１と動翼翼列４０２とを含むタービン段落４００が回転軸ＡＸに沿って複数並んでおり、複数のタービン段落４００において蒸気が膨張し仕事を行うことによって、タービンロータ３００が回転軸ＡＸを中心にして回転する。高圧タービン１１は、単流排気式であって、タービンロータ３００の一端側に設けられた蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂから、他端側に設けられた蒸気排出部１１２へ向かって蒸気が流れて排気されるように構成されている。

高圧タービン１１のうち、タービンケーシング１１０は、たとえば、二重構造であって、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２とを有する。

タービンケーシング１１０において、内部ケーシング２０１は、タービンロータ３００の一部を内部に収容している。これと共に、内部ケーシング２０１は、静翼翼列４０１を内周面で支持している。静翼翼列４０１においては、複数の静翼がタービンロータ３００の周方向において間を隔てて配置されている。内部ケーシング２０１は、内部ケーシング上半部２１１と内部ケーシング下半部２１２とを含み、両者を組み合わせることによって構成されている。

タービンケーシング１１０において、外部ケーシング２０２は、内部ケーシング２０１を内部に収容している。外部ケーシング２０２は、外部ケーシング上半部２２１と外部ケーシング下半部２２２とを含み、両者を組み合わせることによって構成されている。

タービンケーシング１１０において、蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂは、第１蒸気入口部２０１ａ，２０１ｂと第２蒸気入口部２０２ａ，２０２ｂとを含む。

第１蒸気入口部２０１ａ，２０１ｂは、内部ケーシング２０１の内部と外部との間を貫通する開口であって、内部ケーシング上半部２１１と内部ケーシング下半部２１２とのそれぞれに形成されている。

第２蒸気入口部２０２ａ，２０２ｂは、外部ケーシング２０２の内部と外部との間を貫通する開口であって、外部ケーシング上半部２２１と外部ケーシング下半部２２２とのそれぞれに形成されている。

第１蒸気入口部２０１ａ，２０１ｂと第２蒸気入口部２０２ａ，２０２ｂとのそれぞれは、タービンロータ３００の径方向において同軸に並ぶように設けられており、両者の間には隙間が介在している。第１蒸気入口部２０１ａ，２０１ｂと第２蒸気入口部２０２ａ，２０２ｂとのそれぞれは、断面が円形な流路であって、互いがスリーブ５００ａ，５００ｂを介して接続されている。

タービンケーシング１１０において、蒸気排出部１１２は、外部ケーシング２０２の内部と外部との間を貫通する開口である。

高圧タービン１１のうち、タービンロータ３００は、円柱形状の棒状体（シャフト）であって、タービンロータ３００に設置された動翼翼列４０２と共に、回転軸ＡＸに沿った軸方向に流れる作動流体Ｆによって回転するように構成されている。ここでは、タービンロータ３００は、回転軸ＡＸが水平方向（ｘ方向）に延在しており、タービンケーシング１１０を貫通している。タービンロータ３００は、一端部と他端部とのそれぞれが軸受（図示省略）に回転可能に支持されている。タービンロータ３００は、外周面において、動翼翼列４０２を支持している。動翼翼列４０２においては、複数の動翼がタービンロータ３００の周方向において間を隔てて配置されている。

高圧タービン１１は、上記の他に、第１の管状体２５０ａと第２の管状体２５０ｂとを有する。第１の管状体２５０ａと第２の管状体２５０ｂとのそれぞれは、直線状の管状体であって、タービンロータ３００の径方向に沿って管軸が延在するようにタービンケーシング１１０に設置されている。ここでは、第１の管状体２５０ａと第２の管状体２５０ｂとのそれぞれは、外部ケーシング２０２に形成された貫通孔１１３ａ，１１３ｂ、および、内部ケーシング２０１に形成された貫通孔１１４ａ，１１４ｂに挿入されている。

具体的には、第１の管状体２５０ａは、たとえば、バランスプラグ（図示省略）が取付けられるバランスプラグ取付管である。第１の管状体２５０ａは、外部ケーシング上半部２２１に形成された貫通孔１１３ａと、内部ケーシング上半部２１１に形成された貫通孔１１４ａとのそれぞれに挿入されることによって支持されている。

これに対して、第２の管状体２５０ｂは、内部に熱電対（図示省略）を収容する熱電対保護筒である。第２の管状体２５０ｂは、外部ケーシング下半部２２２に形成された貫通孔１１３ｂと、内部ケーシング下半部２１２に形成された貫通孔１１４ｂとのそれぞれに挿入されることによって支持されている。

図３は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステム１において、第１の管状体２５０ａを示す図である。図３では、回転軸ＡＸに沿った方向（ｘ方向）を視線にしたときの様子を示している。

図３に示すように、第１の管状体２５０ａは、冷却空気放出口Ｈ２５０ａが形成されている。冷却空気放出口Ｈ２５０ａは、タービンロータ３００の回転軸ＡＸ（ｘ方向）に沿って貫通するように、第１の管状体２５０ａに形成されている。冷却空気放出口Ｈ２５０ａは、複数であって、第１の管状体２５０ａの管軸（図３ではｚ方向）に沿って並んでいる。第２の管状体２５０ｂも、第１の管状体２５０ａと同様に、冷却空気放出口Ｈ２５０ｂ（図２参照）が形成されている。

詳細については後述するが、蒸気タービンシステム１においてターニング運転が行われるときには、本実施形態では、高圧タービン１１は、タービン冷却装置５０（図１参照）から冷却空気が供給されて冷却される。ここでは、その供給された冷却空気は、蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂを介して、内部ケーシング２０１の内部に流入する。そして、その流入した冷却空気は、内部ケーシング２０１の内部を流れた後に、蒸気排出部１１２から外部へ排出される。つまり、高圧タービン１１のタービンケーシング１１０において作動媒体として蒸気が流れる蒸気流路を、冷却空気が流れる。

これと共に、本実施形態では、タービン冷却装置５０から供給される冷却空気が、第１の管状体２５０ａに形成された冷却空気放出口Ｈ２５０ａ、および、第２の管状体２５０ｂに形成された冷却空気放出口Ｈ２５０ｂを介して、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ流入する。そして、その冷却空気は、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間を流れた後に、蒸気排出部１１２から外部へ排出される。つまり、高圧タービン１１を構成するタービンケーシング１１０の内部のうち蒸気流路の外部に位置する空間を、冷却空気が流れる。

なお、高圧タービン１１は、上記の他に、タービンロータ３００とタービンケーシング１１０との間の伸び差を計測する伸び差計測部（図示省略）が設置されている。伸び差計測部は、たとえば、ポテンショメータであって、タービンケーシング１１０に設置されている。伸び差計測部は、たとえば、タービンロータ３００のセンサーターゲットと伸び差計測部との間の間隙を検知することによって、伸び差を計測するように構成されている。伸び差計測部において計測された伸び差の結果は、実測データＤ１０として、タービン冷却装置５０へ出力される。

また、高圧タービン１１は、タービンケーシング１１０を構成する内部ケーシング２０１の内部においてタービン段落が配置された蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と、その蒸気室の外周面との温度差（蒸気室内外面メタル温度差）を計測する温度差計測部（図示省略）が設置されている。温度差計測部は、たとえば、熱電対を含む温度センサであって、熱電対保護筒である第２の管状体２５０ｂに収容されている。温度差計測部（図示省略）において、熱電対は、たとえば、タービンケーシング１１０を構成する内部ケーシング２０１の内周面の温度を検知すると共に、内部ケーシング２０１の外周面の温度を検知することによって、上記の温度差を計測するように、複数が設置されている。温度差計測部において計測された温度差の結果は、実測データＤ１０として、タービン冷却装置５０へ出力される。

［Ａ−１−２］中圧タービン１２
蒸気タービン１０のうち、中圧タービン１２は、図１に示すように、蒸気導入部１２１と蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂとを有する。中圧タービン１２において、蒸気導入部１２１は、高温再熱蒸気管Ｆ４０に接続されており、蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂは、クロスオーバ管Ｆ１２ａ，Ｆ１２ｂに接続されている。

蒸気タービン１０において通常の運転が行われる際には、中圧タービン１２は、高圧タービン１１から排出された蒸気が、再熱蒸気組合せ弁４０を介して、高温再熱蒸気管Ｆ４０を流れ、蒸気導入部１２１に流入する。高圧タービン１１から排出された蒸気は、ボイラ（図示省略）の再熱器（図示省略）で再び加熱された後に、中圧タービン１２に作動媒体として流入する。その蒸気は、中圧タービン１２において仕事を行った後に、蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂからクロスオーバ管Ｆ１２ａ，Ｆ１２ｂ，Ｆ１２ｃへ排出される。

図１から判るように、中圧タービン１２は、複流排気式であって、タービンロータ（図示省略）の回転軸に沿った方向において、中央部分に設けられた蒸気導入部１２１から、一端側に設けられた蒸気排出部１２２ａ、および、他端側に設けられた蒸気排出部１２２ｂへ向かって蒸気が流れて排気される。

図示を省略しているが、中圧タービン１２は、高圧タービン１１と同様に、多段式の軸流タービンであって、タービンケーシング（図示省略）の内部においては、複数のタービン段落（図示省略）が回転軸に沿って複数並んでいる。

中圧タービン１２のタービンケーシングは、高圧タービン１１と同様に、たとえば、二重構造であって、内部ケーシング（図示省略）と外部ケーシング（図示省略）とを有する。内部ケーシングは、タービンロータを内部に収容している。内部ケーシングは、内部ケーシング上半部（図示省略）と内部ケーシング下半部（図示省略）とを含み、両者を組み合わせることによって構成されている。外部ケーシングは、内部ケーシングを内部に収容している。外部ケーシングは、外部ケーシング上半部（図示省略）と外部ケーシング下半部（図示省略）とを含み、両者を組み合わせることによって構成されている。

中圧タービン１２において、蒸気導入部１２１は、内部ケーシング下半部および外部ケーシング下半部を貫通する開口であって、内部ケーシングの内部に蒸気を導入する流路である。蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂは、外部ケーシング上半部の内部と外部との間を貫通する開口であって、内部ケーシングの内部から流出した蒸気を外部へ排出する流路である。

中圧タービン１２は、図１に示すように、上記の他に、複数の貫通孔１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂが設けられている。複数の貫通孔１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂは、外部ケーシング下半部を貫通するように形成されている。ここでは、複数の貫通孔１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂは、タービンロータの回転軸に沿った方向において間を隔てて並ぶように配置されている。つまり、中央部分から一端側に向かって複数の貫通孔１２３ａ，１２４ａが並んでいると共に、中央部分から他端側に向かって複数の貫通孔１２３ｂ，１２４ｂが並んでいる。

詳細については後述するが、蒸気タービンシステム１においてターニング運転が行われるときには、本実施形態では、中圧タービン１２は、高圧タービン１１と同様に、タービン冷却装置５０から冷却空気が供給されて冷却される。ここでは、冷却空気は、蒸気導入部１２１を介して、内部ケーシングの内部に流入する。そして、その流入した冷却空気は、内部ケーシングの内部を流れた後に、蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂから外部へ排出される。

これと共に、本実施形態では、タービン冷却装置５０から供給される冷却空気が、複数の貫通孔１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂを介して、内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間へ流入する。そして、その冷却空気は、内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間を流れた後に、蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂから外部へ排出される。

なお、中圧タービン１２は、高圧タービン１１の場合と同様に、上記の他に、タービンロータとタービンケーシングとの間の伸び差を計測する伸び差計測部（図示省略）が設置されている。また、中圧タービン１２は、タービンケーシングの内部において蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内部と、その蒸気室の外部との温度差を計測する温度差計測部（図示省略）が設置されている。伸び差計測部において計測された、タービンロータ３００とタービンケーシング１１０との伸び差の結果、および、温度差計測部において計測された蒸気室の内部と外部との温度差の結果は、実測データＤ１０として、タービン冷却装置５０へ出力される。

［Ａ−１−３］第１低圧タービン１３，第２低圧タービン１４
蒸気タービン１０のうち、第１低圧タービン１３は、図１に示すように、蒸気導入部１３１と蒸気排出部１３２ａ，１３２ｂとを有する。第１低圧タービン１３において、蒸気導入部１３１は、クロスオーバ管Ｆ１２ｃに接続されており、蒸気排出部１３２ａ，１３２ｂは、配管部Ｆ１３ａ，Ｆ１３ｂに接続されている。

第２低圧タービン１４は、第１低圧タービン１３と同様に、蒸気導入部１４１と蒸気排出部１４２ａ，１４２ｂとを有する。第２低圧タービン１４において、蒸気導入部１４１は、クロスオーバ管Ｆ１２ａに接続されており、蒸気排出部１４２ａ，１４２ｂは、配管部Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂに接続されている。

蒸気タービン１０において通常の運転が行われる際には、第１低圧タービン１３、および、第２低圧タービン１４は、中圧タービン１２から排出された蒸気が、クロスオーバ管Ｆ１２ａ，Ｆ１２ｂ，Ｆ１２ｃを流れ、蒸気導入部１３１，１４１に作動媒体として流入する。ここでは、クロスオーバ管Ｆ１２ａ，Ｆ１２ｂ，Ｆ１２ｃにおいては、中圧タービン１２から排出された蒸気が、合流点Ｊ１２ａで合流した後に、分岐点Ｊ１２ｂにおいて分岐して、第１低圧タービン１３の蒸気導入部１３１と、第２低圧タービン１４の蒸気導入部１４１とのそれぞれに流入する。その蒸気は、第１低圧タービン１３、および、第２低圧タービン１４において仕事を行った後に、蒸気排出部１３２ａ，１３２ｂ，１４２ａ，１４２ｂから排出される。第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれにおいて排出された蒸気は、復水器６０へ流入し、凝縮される。

図１から判るように、第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれは、中圧タービン１２と同様に、複流排気式であって、タービンロータ（図示省略）の回転軸に沿った方向において、中央部分に設けられた蒸気導入部１３１，１４１から、一端側に設けられた蒸気排出部１３２ａ，１４２ａ、および、他端側に設けられた蒸気排出部１３２ｂ，１４２ｂへ向かって蒸気が流れて排気される。

図示を省略しているが、第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれは、高圧タービン１１、および、中圧タービン１２と同様に、多段式の軸流タービンであって、タービンケーシング（図示省略）の内部においては、複数のタービン段落（図示省略）が回転軸に沿って複数並んでいる。

詳細については後述するが、蒸気タービンシステム１においてターニング運転が行われるときには、本実施形態では、第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれは、高圧タービン１１および中圧タービン１２と同様に、タービン冷却装置５０から冷却空気が供給されて冷却される。ここでは、冷却空気は、蒸気導入部１３１，１４１を介して、タービンケーシングの内部に流入する。そして、その流入した冷却空気は、タービンケーシングの内部を流れた後に、蒸気排出部１３２ａ，１３２ｂ，１４２ａ，１４２ｂから外部へ排出される。

［Ａ−２］タービン冷却装置５０
蒸気タービンシステム１において、タービン冷却装置５０は、図１に示すように、冷却空気供給部５１と制御部５２とを含み、蒸気タービン１０を冷却するように構成されている。

［Ａ−２−１］冷却空気供給部５１
タービン冷却装置５０のうち、冷却空気供給部５１は、送風部５１１と冷却空気配管系統５１２とを有する。冷却空気供給部５１は、蒸気タービンの通常運転を停止した後に行うターニング運転において、送風部５１１が送風した冷却空気を、冷却空気配管系統５１２を介して、蒸気タービン１０のタービンケーシングの内部に供給することによって、蒸気タービン１０を強制的に冷却する。

本実施形態では、冷却空気供給部５１は、高圧タービン１１のタービンケーシング１１０（図２参照）の内部に冷却空気を供給する。ここでは、冷却空気供給部５１は、高圧タービン１１の内部ケーシング２０１の内部に冷却空気を供給すると共に、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ冷却空気を供給する。

また、冷却空気供給部５１は、中圧タービン１２のタービンケーシング１１０（図示省略）の内部に冷却空気を供給する。ここでは、冷却空気供給部５１は、中圧タービン１２の内部ケーシング（図示省略）の内部に冷却空気を供給すると共に、内部ケーシングと外部ケーシング（図示省略）との間の空間へ冷却空気を供給する。

さらに、冷却空気供給部５１は、第１低圧タービン１３のタービンケーシング（図示省略）の内部に冷却空気を供給すると共に、第２低圧タービン１４のタービンケーシング（図示省略）の内部に冷却空気を供給する。

［Ａ−２−１−１］送風部５１１
冷却空気供給部５１のうち、送風部５１１は、たとえば、送風機（図示省略）を含む。

送風部５１１においては、送風機が送風した空気が冷却空気として冷却空気配管系統５１２へ送られる。

［Ａ−２−１−２］冷却空気配管系統５１２
冷却空気供給部５１のうち、冷却空気配管系統５１２は、複数の配管部Ｆ５１，Ｆ５１１〜Ｆ５１４，Ｆ５２１〜Ｆ５２５，Ｆ１３ａ，Ｆ１３ｂ，Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂと、複数の手動弁Ｖ５１，Ｖ５１１〜Ｖ５１４，Ｖ５２１〜Ｖ５２５，Ｖ１３ａ，Ｖ１３ｂ，Ｖ１４ａ，Ｖ１４ｂと、複数の自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３とを含む。

冷却空気配管系統５１２において、複数の配管部Ｆ５１，Ｆ５１１〜Ｆ５１４，Ｆ５２１〜Ｆ５２５，Ｆ１３ａ，Ｆ１３ｂ，Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂのそれぞれは、送風部５１１で送風された冷却空気が流れる流路であって、配管を用いて構成されている。

配管部Ｆ５１（第１配管部）は、一端が送風部５１１に連結されており、他端が主蒸気管Ｆ３０ａの連結点Ｊ３０ａに連結されている。配管部Ｆ５１は、一端から他端へ向かって、複数の連結点Ｊ５１ａ〜Ｊ５１ｄが順次設けられている。配管部Ｆ５１において、他端と、最も他端側に設けられた連結点Ｊ５１ｄとの間には、一端から他端へ向かって、自動弁Ｍ５１と手動弁Ｖ５１とが順次設置されている。

配管部Ｆ５１１（第２配管部）は、配管部Ｆ５１（第１配管部）において最も他端側に設けられた連結点Ｊ５１ｄに、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５１１は、高圧タービン１１の貫通孔１１３ａに、他端が連結されている。配管部Ｆ５１１は、一端と他端との間に連結点Ｊ５１１が設けられている。配管部Ｆ５１１において、一端と連結点Ｊ５１１との間には、自動弁Ｍ５１１が設置されている。また、配管部Ｆ５１１において、他端と連結点Ｊ５１１との間には、手動弁Ｖ５１１が設置されている。

配管部Ｆ５１２（第３配管部）は、配管部Ｆ５１１（第２配管部）の連結点Ｊ５１１に、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５１２は、高圧タービン１１の貫通孔１１３ｂに、他端が連結されている。配管部Ｆ５１２において、一端と他端との間には、手動弁Ｖ５１２が設置されている。

配管部Ｆ５１３（第４配管部）は、低温再熱蒸気管Ｆ１１の連結点Ｊ１１に、一端が連結されている。配管部Ｆ５１３は、一端と他端との間に連結点Ｊ５１３が設けられている。配管部Ｆ５１３において、一端と他端との間には、手動弁Ｖ５１３が設置されている。手動弁Ｖ５１３は、閉止されている。

配管部Ｆ５１４（第５配管部）は、配管部Ｆ５１３（第４配管部）の連結点Ｊ５１３に、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５１４は、他端が外部に開放されている。配管部Ｆ５１４は、一端から他端へ向かって、複数の連結点Ｊ５１４ａ〜Ｊ５１４ｄが順次設けられている。配管部Ｆ５１４において、一端と、最も一端側に設けられた連結点Ｊ５１４ａとの間には、手動弁Ｖ５１４が設置されている。

配管部Ｆ５２１（第６配管部）は、配管部Ｆ５１（第１配管部）において他端側から２番目に設けられた連結点Ｊ５１ｃに、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５２１は、高温再熱蒸気管Ｆ４０の連結点Ｊ４０に、他端が接続されている。配管部Ｆ５１において、一端と他端との間には、一端から他端へ向かって、自動弁Ｍ５２１と手動弁Ｖ５２１とが順次設置されている。

配管部Ｆ５２２（第７配管部）は、配管部Ｆ５１（第１配管部）において他端側から３番目に設けられた連結点Ｊ５１ｂに、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５２２は、中圧タービン１２の貫通孔１２４ａに、他端が接続されている。配管部Ｆ５２２は、一端と他端との間に連結点Ｊ５２２が設けられている。配管部Ｆ５２２において、一端と連結点Ｊ５２２との間には、自動弁Ｍ５２２が設置されている。また、配管部Ｆ５２２において、他端と連結点Ｊ５２２との間には、手動弁Ｖ５２２が設置されている。

配管部Ｆ５２３（第８配管部）は、配管部Ｆ５１（第１配管部）において最も一端側に設けられた連結点Ｊ５１ａに、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５２３は、中圧タービン１２の貫通孔１２３ａに、他端が接続されている。配管部Ｆ５２３は、一端と他端との間に連結点Ｊ５２３が設けられている。配管部Ｆ５２３において、一端と連結点Ｊ５２３との間には、自動弁Ｍ５２３が設置されている。また、配管部Ｆ５２３において、他端と連結点Ｊ５２３との間には、手動弁Ｖ５２３が設置されている。

配管部Ｆ５２４（第９配管部）は、配管部Ｆ５２２（第７配管部）の連結点Ｊ５２２に、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５２４は、中圧タービン１２の貫通孔１２４ｂに、他端が接続されている。配管部Ｆ５２４は、一端と他端との間に、手動弁Ｖ５２４が設置されている。

配管部Ｆ５２５（第１０配管部）は、配管部Ｆ５２３（第８配管部）の連結点Ｊ５２３に、一端が接続されている。そして、配管部Ｆ５２５は、中圧タービン１２の貫通孔１２３ｂに、他端が接続されている。配管部Ｆ５２５は、一端と他端との間に、手動弁Ｖ５２５が設置されている。

配管部Ｆ１３ａ（第１１配管部）は、第１低圧タービン１３の蒸気排出部１３２ａに一端が接続されている。そして、配管部Ｆ１３ａは、配管部Ｆ５１４（第５配管部）において最も一端側に設けられた連結点Ｊ５１４ａに、他端が接続されている。配管部Ｆ１３ａは、一端と他端との間に、手動弁Ｖ１３ａが設置されている。

配管部Ｆ１３ｂ（第１２配管部）は、第１低圧タービン１３の蒸気排出部１３２ｂに一端が接続されている。そして、配管部Ｆ１３ｂは、配管部Ｆ５１４（第５配管部）において一端側から２番目に設けられた連結点Ｊ５１４ｂに、他端が接続されている。配管部Ｆ１３ｂは、一端と他端との間に、手動弁Ｖ１３ｂが設置されている。

配管部Ｆ１４ａ（第１３配管部）は、第２低圧タービン１４の蒸気排出部１４２ａに一端が接続されている。そして、配管部Ｆ１４ａは、配管部Ｆ５１４（第５配管部）において一端側から３番目に設けられた連結点Ｊ５１４ｃに、他端が接続されている。配管部Ｆ１４ａは、一端と他端との間に、手動弁Ｖ１４ａが設置されている。

配管部Ｆ１４ｂ（第１４配管部）は、第２低圧タービン１４の蒸気排出部１４２ｂに一端が接続されている。そして、配管部Ｆ１４ｂは、配管部Ｆ５１４（第５配管部）において最も他端側に設けられた連結点Ｊ５１４ｄに、他端が接続されている。配管部Ｆ１４ｂは、一端と他端との間に、手動弁Ｖ１４ｂが設置されている。

詳細については後述するが、冷却空気配管系統５１２において、配管部Ｆ５１（第１冷却空気供給部）は、高圧タービン１１のタービンケーシング１１０のうち、内部ケーシング２０１の内部に冷却空気を供給するときに用いられる。配管部Ｆ５１１，Ｆ５１２（第２冷却空気供給部）は、高圧タービン１１のタービンケーシング１１０のうち、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ冷却空気を供給するときに用いられる。

冷却空気配管系統５１２において、配管部Ｆ５２１（第１冷却空気供給部）は、中圧タービン１２のタービンケーシングのうち、内部ケーシングの内部に冷却空気を供給するときに用いられる。配管部Ｆ５２２〜Ｆ５２５（第２冷却空気供給部）は、中圧タービン１２のタービンケーシングのうち、内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間へ冷却空気を供給するときに用いられる。

また、図示を省略しているが、冷却空気配管系統５１２において、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３のそれぞれは、制御部５２が出力する制御信号ＣＴＬ５２を受信し、その制御信号ＣＴＬ５２に応じて、弁の開度が自動的に調整されるように構成されている。たとえば、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３のそれぞれは、アクチュエータを含み、そのアクチュエータが制御信号ＣＴＬ５２に応じて弁体と弁座との間の距離を変動させる。

［Ａ−２−１］制御部５２
タービン冷却装置５０のうち、制御部５２は、蒸気タービンの通常運転を停止した後に行うターニング運転において、冷却空気供給部５１の動作を制御するように構成されている。制御部５２は、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行う。これにより、制御部５２は、冷却空気供給部５１の各部に制御信号ＣＴＬ５２を出力し、各部の動作を制御する。

具体的には、制御部５２は、送風部５１１に制御信号ＣＴＬ５２を出力することによって、送風部５１１の動作を制御する。また、制御部５２は、冷却空気配管系統５１２の自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３に制御信号ＣＴＬ５２を出力することによって、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３の動作を制御する。

上記したように、制御部５２は、伸び差の結果、および、温度差の結果が実測データＤ１０として蒸気タービン１０から入力される。そして、制御部５２は、その入力された実測データＤ１０を用いて、制御信号ＣＴＬ５２を出力する。

［Ｂ］動作
以下より、蒸気タービン１０の通常運転を停止した後に行うターニング運転において、タービン冷却装置５０が蒸気タービン１０を強制的に冷却するときの動作について説明する。

蒸気タービン１０を強制的に冷却する強制冷却運転を行うときには、タービン冷却装置５０においては、強制冷却運転を行う指令を制御部５２が受け、制御信号ＣＴＬ５２を冷却空気供給部５１に出力する。そして、その制御信号ＣＴＬ５２に基づいて、冷却空気供給部５１が冷却空気を蒸気タービン１０のタービンケーシングの内部に供給する。

冷却空気供給部５１においては、送風部５１１が送風した冷却空気を、冷却空気配管系統５１２を介して、蒸気タービン１０のタービンケーシングの内部に供給する。冷却空気配管系統５１２においては、複数の手動弁Ｖ５１，Ｖ５１１〜Ｖ５１２，Ｖ５１４，Ｖ５２１〜Ｖ５２５，Ｖ１３ａ，Ｖ１３ｂ，Ｖ１４ａ，Ｖ１４ｂの全てが開けられた状態で、複数の自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３の弁開度が制御信号ＣＴＬ５２に基づいて調整され、複数の配管部Ｆ５１，Ｆ５１１〜Ｆ５１４，Ｆ５２１〜Ｆ５２５，Ｆ１３ａ，Ｆ１３ｂ，Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂを冷却空気が流れる。なお、上記のうち、配管部Ｆ１３ａ，Ｆ１３ｂ，Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂにおいては、第１低圧タービン１３、または、第２低圧タービン１４を通過した冷却空気の一部が流れる。残りの空気は、第１低圧タービン１３、または、第２低圧タービン１４を通過後に、復水器６０に流れ、真空破壊弁Ｖ６０を介して外部へ放出される。

図４は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステム１において、タービン冷却装置５０が蒸気タービン１０を冷却するときの動作の概要を示すフロー図である。

［Ｂ−１］第１ステップ（ＳＴ１）
図４に示すように、蒸気タービン１０を強制的に冷却する強制冷却運転を行うときには、まず、予め定めた流量で冷却空気の供給を行う。

本実施形態においては、予め定めた流量は、蒸気タービン１０の各部が最適な状態になるように事前に数値計算を行うことによって求めた流量である。具体的には、予め定めた流量は、蒸気タービン１０においてタービンロータ（図２の符号３００など）とタービンケーシング（図２の符号１１０など）との間の伸び差、および、蒸気タービン１０のタービンケーシング（図２の符号１１０など）の内部において蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内部と、その蒸気室の外部との温度差が所定時間において設定範囲になるように、数値計算で求められた流量である。

本ステップでは、冷却空気供給部５１が冷却空気を予め定めた流量で蒸気タービン１０に所定時間供給するように、制御部５２が冷却空気供給部５１の動作を制御する（図１参照）。つまり、冷却空気供給部５１においては、制御部５２が複数の自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５２１〜Ｍ５２３のそれぞれの弁開度を調整することによって、蒸気タービン１０の各部に、予め定めた流量の冷却空気を配分して供給する。

本実施形態では、タービン冷却装置５０は、高圧タービン１１に予め定めた流量の冷却空気を供給し、高圧タービン１１を冷却する。

この場合には、冷却空気供給部５１において、送風部５１１が送風した冷却空気は、冷却空気配管系統５１２の配管部Ｆ５１を流れた後に、主蒸気管Ｆ３０ａ，Ｆ３０ｂを介して、高圧タービン１１の蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂに流入する。冷却空気は、自動弁Ｍ５１によって、予め定められた流量で蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂに流入する（図１参照）。その蒸気導入部１１１ａ，１１１ｂに流入した冷却空気は、タービンケーシング１１０のうち、内部ケーシング２０１の内部を流れた後に、蒸気排出部１１２から外部へ排出される（図２参照）。すなわち、高圧タービン１１のタービンケーシング１１０において作動媒体として蒸気が流れる蒸気流路に、予め定められた流量の冷却空気が供給される。

これと共に、送風部５１１が送風した冷却空気は、冷却空気配管系統５１２の複数の配管部Ｆ５１，Ｆ５１１，Ｆ５１２を流れた後に、高圧タービン１１に形成された貫通孔１１３ａ，１１３ｂを介して高圧タービン１１の内部に流入する。冷却空気は、自動弁Ｍ５１１によって、予め定められた流量で貫通孔１１３ａ，１１３ｂを介して高圧タービン１１の内部に流入する（図１参照）。高圧タービン１１の貫通孔１１３ａ，１１３ｂは、第１の管状体２５０ａ、および、第２の管状体２５０ｂが設置されており、冷却空気は、第１の管状体２５０ａに形成された冷却空気放出口Ｈ２５０ａ、および、第２の管状体２５０ｂに形成された冷却空気放出口Ｈ２５０ｂを介して、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ流入する（図２参照）。そして、その冷却空気は、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間を流れた後に、蒸気排出部１１２から外部へ排出される。つまり、高圧タービン１１を構成するタービンケーシング１１０の内部のうち、蒸気流路の外部に位置する空間に、予め定められた流量の冷却空気が供給される。

高圧タービン１１の蒸気排出部１１２から排出された冷却空気は、低温再熱蒸気管Ｆ１１を流れる。低温再熱蒸気管Ｆ１１を流れる冷却空気は、一部が外部へ放出され、他の一部が連結点Ｊ１１において配管部Ｆ５１３へ流れる。その配管部Ｆ５１３を流れる冷却空気は、連結点Ｊ５１３において配管部Ｆ５１４へ流れる。その配管部Ｆ５１４を流れる冷却空気は、外部へ放出される。

上記の他に、本実施形態では、タービン冷却装置５０は、中圧タービン１２に予め定めた流量の冷却空気を供給し、中圧タービン１２を冷却する。中圧タービン１２に供給された冷却空気は、第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれに排出され、第１低圧タービン１３、および、第２低圧タービン１４が冷却される。

この場合には、冷却空気供給部５１において、送風部５１１が送風した冷却空気は、冷却空気配管系統５１２の複数の配管部Ｆ５１，Ｆ５２１を流れた後に、高温再熱蒸気管Ｆ４０を介して、中圧タービン１２の蒸気導入部１２１に流入する。冷却空気は、自動弁Ｍ５２１によって、予め定められた流量で蒸気導入部１２１に流入する（図１参照）。その蒸気導入部１２１に流入した冷却空気は、図示を省略しているが、タービンケーシングのうち、内部ケーシングの内部を流れた後に、蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂから外部へ排出される（図１参照）。すなわち、中圧タービン１２のタービンケーシングにおいて作動媒体として蒸気が流れる蒸気流路に、予め定められた流量の冷却空気が供給される。

これと共に、送風部５１１が送風した冷却空気は、冷却空気配管系統５１２の複数の配管部Ｆ５１，Ｆ５２２〜Ｆ５２５を流れた後に、中圧タービン１２に形成された貫通孔１２３ａ，１２４ａ，１２３ｂ，１２４ｂを介して中圧タービン１２の内部に流入する。冷却空気は、自動弁Ｍ５２２，Ｍ５２３によって、予め定められた流量で貫通孔１２３ａ，１２４ａ，１２３ｂ，１２４ｂを介して中圧タービン１２の内部に流入する（図１参照）。貫通孔１２３ａ，１２４ａ，１２３ｂ，１２４ｂに流入した冷却空気は、図示を省略しているが、タービンケーシングを構成する内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間へ流入する（図２参照）。そして、その冷却空気は、内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間を流れた後に、蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂから外部へ排出される。つまり、中圧タービン１２を構成するタービンケーシングの内部のうち、蒸気流路の外部に位置する空間に、予め定められた流量の冷却空気が供給される。

中圧タービン１２の蒸気排出部１２２ａ，１２２ｂから排出された冷却空気は、クロスオーバ管Ｆ１２ａ，Ｆ１２ｂ，Ｆ１２ｃを流れる。クロスオーバ管Ｆ１２ａ，Ｆ１２ｂ，Ｆ１２ｃを流れる冷却空気は、第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれの内部に流入する。そして、その冷却空気は、第１低圧タービン１３と第２低圧タービン１４とのそれぞれの内部を流れた後に、第１低圧タービン１３の蒸気排出部１３２ａ，１３２ｂ、および、第２低圧タービン１４の蒸気排出部１４２ａ，１４２ｂから排出される。

第１低圧タービン１３の蒸気排出部１３２ａ，１３２ｂから排出された冷却空気の一部は、配管部Ｆ１３ａ，Ｆ１３ｂを流れた後に、連結点Ｊ５１４ａ，Ｊ５１４ｂにおいて配管部Ｆ５１４に流入する。同様に、第２低圧タービン１４の蒸気排出部１４２ａ，１４２ｂから排出された冷却空気の一部は、配管部Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂを流れた後に、連結点Ｊ５１４ｃ，Ｊ５１４ｄにおいて配管部Ｆ５１４に流入する。そして、その配管部Ｆ５１４を流れる冷却空気は、外部へ放出される。

［Ｂ−２］第２ステップ（ＳＴ２）
つぎに、図４に示すように、実測データに応じて、冷却空気の流量について調整を行う（ＳＴ２）。

ここでは、蒸気タービン１０においてタービンロータ（図２の符号３００など）とタービンケーシング（図２の符号１１０など）との間の伸び差を計測した結果に基づいて、制御部５２が冷却空気供給部５１の動作を制御する。これと共に、蒸気タービン１０のタービンケーシング（図２の符号１１０など）の内部において蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内部と、その蒸気室の外部との温度差を計測した結果に基づいて、制御部５２が冷却空気供給部５１の動作を制御する。たとえば、上記の伸び差および温度差と、流量との間を関連付けたルックアップテーブルを用いて、制御部５２が冷却空気供給部５１の動作を制御する。

具体的には、上記の伸び差の計測結果によって、高圧タービン１１のタービンロータ３００が設定範囲よりも長い場合には、配管部Ｆ５１１を流れる冷却空気の流量が減少するように、自動弁Ｍ５１１の開度を調節する。つまり、タービンロータ３００の温度よりもタービンケーシング１１０の温度が低くなった状態から、両者の温度が近付いた状態になるように、冷却空気の流量を調整する。

上記の伸び差の結果によって、高圧タービン１１のタービンロータ３００が設定範囲よりも短い場合には、配管部Ｆ５１を流れる冷却空気の流量が減少するように、自動弁Ｍ５１の開度を調節する。つまり、タービンケーシング１１０の温度よりもタービンロータ３００の温度が低くなった状態から、両者の温度が近付いた状態になるように、冷却空気の流量を調整する。

さらに、上記の温度差の結果によって、内周面の温度が外周面の温度よりも低い場合には、配管部Ｆ５１を流れる冷却空気の流量が減少するように、自動弁Ｍ５１の開度を調節する。つまり、タービンケーシング１１０の温度よりもタービンロータ３００の温度が低くなった状態から、両者の温度が近付いた状態になるように、冷却空気の流量を調整する。

中圧タービン１２の場合についても、高圧タービン１１の場合と同様に、冷却空気の流量を調整する。

［Ｃ］まとめ（作用，効果など）
以上のように、本実施形態では、タービン冷却装置５０は、冷却空気供給部５１と、ターニング運転中に冷却空気供給部５１の動作を制御する制御部５２とを備える。制御部５２は、第１ステップ（ＳＴ１）において、冷却空気供給部５１が冷却空気を予め定めた流量で供給するように冷却空気供給部５１の動作を制御する。このため、本実施形態では、第１ステップ（ＳＴ１）において、蒸気タービン１０の各部が最適な状態に近づくように冷却される。

その後、本実施形態では、制御部５２は、第２ステップ（ＳＴ２）において、タービンロータ（図２の符号３００など）とタービンケーシング（図２の符号１１０など）との間の伸び差を計測した結果、および、タービンケーシング（図２の符号１１０など）において蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と当該蒸気室の外周面との温度差を計測した結果に基づいて冷却空気供給部５１の動作を制御する。このため、本実施形態では、第１ステップにおいて、上記の伸び差、および、上記の温度差が、予め定めた範囲にないときに、第２ステップにおいて、上記の伸び差、および、上記の温度差を、予め定めた範囲にすることができる。

したがって、本実施形態においては、蒸気タービン１０を短時間に冷却することが可能であって、上記の伸び差や上記の温度差が予め定めた範囲内にある状態にすることができる。上記の伸び差や上記の温度差が所定範囲外になったときには警報が発生するが、本実施形態では、その警報の発生を防止することができる。

また、本実施形態のタービン冷却装置５０は、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間において、冷却空気がタービンロータ３００の回転軸ＡＸに沿って流れるように構成されている。具体的には、上述したように、タービンロータ３００の径方向に沿って延在する第１の管状体２５０ａ、および、第２の管状体２５０ｂを有する。第１の管状体２５０ａ、および、第２の管状体２５０ｂは、タービンロータ３００の回転軸ＡＸに沿うように貫通する冷却空気放出口Ｈ２５０ａ，Ｈ２５０ｂを含み、冷却空気が、当該冷却空気放出口Ｈ２５０ａ，Ｈ２５０ｂから、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ流れる（図２参照）。このため、本実施形態は、内部ケーシング２０１の内部と外部との間の温度差を緩和できるので、内部ケーシング２０１の熱応力の問題を解消することができると共に、蒸気タービン１０の冷却を効率的に行うことが可能である。

この他に、本実施形態では、第１の管状体２５０ａは、たとえば、バランスプラグ（図示省略）が取付けられるバランスプラグ取付管である。また、第２の管状体２５０ｂは、たとえば、内部に熱電対（図示省略）を収容する熱電対保護筒である。第１の管状体２５０ａは、冷却空気放出口Ｈ２５０ａが形成されており、第２の管状体２５０ｂは、冷却空気放出口Ｈ２５０ｂが形成されている。このため、本実施形態では、容易な加工によって、冷却空気の供給を実現することができる。

［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、第２ステップ（ＳＴ２）において、タービンロータ（図２の符号３００など）とタービンケーシング（図２の符号１１０など）との間の伸び差を計測した結果、および、タービンケーシング（図２の符号１１０など）において蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と当該蒸気室の外周面との温度差を計測した結果の両者に基づいて、冷却空気供給部５１の動作が制御される場合について説明したが、これに限らない。上記の伸び差と上記の温度差との少なくとも一方に応じて、冷却空気供給部５１の動作を制御するように構成されていてもよい。

上記の実施形態の高圧タービン１１においては、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間を流れた冷却空気が、内部ケーシング２０１の内部を流れる冷却空気に合流せずに、高圧タービン１１から排気される場合ついて説明しているが、これに限らない。内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間を流れた冷却空気が、内部ケーシング２０１の内部を流れる冷却空気に合流した後に、高圧タービン１１から排気されるように高圧タービン１１が構成されていてもよい。

上記の実施形態では、タービンケーシング１１０の内部においてタービン段落が配置された蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と、その蒸気室の外主面との温度差に基づいて、冷却空気供給部５１の動作が制御される場合について説明したが、これに限らない。上半ケーシングと下半ケーシングとの温度差に基づいて、冷却空気供給部５１の動作が制御するように構成されていてもよい。

上記の本実施形態では、第１の管状体２５０ａがバランスプラグ取付管であって、第２の管状体２５０ｂが熱電対保護筒である場合について説明したが、これに限らない。第１の管状体２５０ａをバランスプラグ取付管として利用しなくてもよい。同様に、第２の管状体２５０ｂを熱電対保護筒として利用しなくてもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］構成
図５は、第２実施形態に係る蒸気タービンシステム１を模式的に示す図である。図５においては、図１と同様に、蒸気タービン１０へ冷却媒体として供給する冷却空気の流路を実線の矢印で示している。

図５に示すように、本実施形態の冷却空気供給部５１において、冷却空気配管系統５１２は、第１実施形態（図１参照）の場合と異なり、一部の手動弁Ｖ５１，Ｖ５１１，Ｖ５１２，Ｖ５２１，Ｖ５２２，Ｖ５２３，Ｖ５２４，Ｖ５２５が設置されていない。そして、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５１２，Ｍ５２１〜Ｍ５２５の数が、第１実施形態（図１参照）の場合よりも増えている。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

本実施形態では、蒸気タービン１０において冷却空気が供給される複数の供給口のそれぞれに連結された各配管部Ｆ５１，Ｆ５１１，Ｆ５１２，Ｆ５２１〜Ｆ５２５に、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５１２，Ｍ５２１〜Ｍ５２５が設置されている。

具体的には、自動弁Ｍ５１は、配管部Ｆ５１（第１配管部）において、他端（主蒸気管Ｆ３０ａ側）と、最も他端側に設けられた連結点Ｊ５１ｄとの間に設置されている。

自動弁Ｍ５１１は、配管部Ｆ５１１（第２配管部）において、他端（高圧タービン１１の貫通孔１１３ａ側）と連結点Ｊ５１１との間に設置されている。

自動弁Ｍ５１２は、配管部Ｆ５１２（第３配管部）において、一端と他端（高圧タービン１１の貫通孔１１３ｂ側）と間に設置されている。

自動弁Ｍ５２１は、配管部Ｆ５２１（第６配管部）において、一端と他端との間に設置されている。

自動弁Ｍ５２２は、配管部Ｆ５２２（第７配管部）において、他端（中圧タービン１２の貫通孔１２４ａ側）と連結点Ｊ５２２との間に設置されている。

自動弁Ｍ５２３は、配管部Ｆ５２３（第８配管部）において、他端（中圧タービン１２の貫通孔１２３ａ側）と連結点Ｊ５２３との間に設置されている。

自動弁Ｍ５２４は、配管部Ｆ５２４（第８配管部）において、一端と他端（中圧タービン１２の貫通孔１２３ｂ側）との間に設置されている。

自動弁Ｍ５２５は、配管部Ｆ５２５（第９配管部）において、一端と他端（中圧タービン１２の貫通孔１２４ｂ側）との間に設置されている。

［Ｂ］動作
本実施形態において、蒸気タービン１０を強制的に冷却する強制冷却運転を行うときには、第１実施形態の場合（図４参照）と同様に、まず、第１ステップ（ＳＴ１）において、予め定めた流量で冷却空気の供給を行う。つぎに、第２ステップ（ＳＴ２）において、実測データに応じて、冷却空気の流量について調整を行う（ＳＴ２）。

第２ステップ（ＳＴ２）において、上述した伸び差の結果によって、高圧タービン１１のタービンロータ３００が設定範囲よりも長い場合には、第１実施形態の場合と同様に、配管部Ｆ５１１を流れる冷却空気の流量が減少するように、自動弁Ｍ５１１，Ｍ５１２の開度を調節する。

これに対して、上記の伸び差の結果によって、高圧タービン１１のタービンロータ３００が設定範囲よりも短い場合には、配管部Ｆ５１を流れる冷却空気の流量が減少するように、自動弁Ｍ５１の開度を調節する。

さらに、上述した温度差の結果によって、内周面の温度が外周面の温度よりも低い場合には、配管部Ｆ５１を流れる冷却空気の流量が減少するように、自動弁Ｍ５１の開度を調節する。

中圧タービン１２の場合についても、高圧タービン１１の場合と同様に、冷却空気の流量を調整する。

［Ｃ］まとめ（作用，効果など）
本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、一部の手動弁Ｖ５１，Ｖ５１１，Ｖ５１２，Ｖ５２１，Ｖ５２２，Ｖ５２３，Ｖ５２４，Ｖ５２５（図１参照）を設置せずに、その設置しなかった手動弁の機能を兼用するように、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５１２，Ｍ５２１，Ｍ５２２，Ｍ５２３，Ｍ５２４，Ｍ５２５を設置している。このため、装置の簡略化を容易に実現することができる。

本実施形態では、上述したように、蒸気タービン１０において冷却空気が供給される複数の供給口のそれぞれに連結された各配管部Ｆ５１，Ｆ５１１，Ｆ５１２，Ｆ５２１〜Ｆ５２５に、自動弁Ｍ５１，Ｍ５１１，Ｍ５１２，Ｍ５２１〜Ｍ５２５が設置されている。このため、本実施形態では、冷却を更に効率よく行うことができる。

＜第３実施形態＞
［Ａ］構成
図６は、第３実施形態に係る蒸気タービンシステム１を模式的に示す図である。図６においては、図１と同様に、蒸気タービン１０へ冷却媒体として供給する冷却空気の流路を実線の矢印で示している。

図７は、第３実施形態に係る蒸気タービンシステム１において、高圧タービン１１を示す断面図である。図７では、図２と同様に、水平方向（ｘ方向，ｙ方向）のうち回転軸ＡＸに沿った方向（ｘ方向）と、鉛直方向（ｚ方向）とによって規定される垂直面（ｘｚ面）の断面を示している。

図６に示すように、本実施形態の高圧タービン１１においては、貫通孔１１３ｂが設けられていない（図１参照）。そして、配管部Ｆ５１２および手動弁Ｖ５１２が設けられていない（図１参照）。また、図７に示すように、第２の管状体２５０ｂが設けられていない（図２参照）。本実施形態では、冷却空気供給部５１は、第１実施形態（図２参照）の場合と異なり、冷却空気放出管６００が設けられている。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

本実施形態において、冷却空気放出管６００は、図７に示すように、高圧タービン１１においてタービンケーシング１１０の内部に設置されている。

図８は、第１実施形態に係る蒸気タービンシステム１において、冷却空気放出管６００と第１の管状体２５０ａとを示す図である。図８では、図３と同様に、回転軸ＡＸに沿った方向（ｘ方向）を視線にしたときの様子を示している。

図８に示すように、冷却空気放出管６００は、タービンケーシング１１０の内部において、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間に設けられている。ここでは、冷却空気放出管６００は、リング形状であって、内部ケーシング２０１の外周面を囲うように設置されている。

冷却空気放出管６００は、図８に示すように、冷却空気が放出される冷却空気放出口Ｈ６００が複数形成されている。複数の冷却空気放出口Ｈ６００は、内部ケーシング２０１の外周面の周囲において等しい間隔で並ぶように形成されている。

冷却空気放出管６００は、上部において、第１の管状体２５０ａの下端部に連結されており、第１の管状体２５０ａを流れる冷却空気が、複数の冷却空気放出口Ｈ６００から放出される。その複数の冷却空気放出口のそれぞれから放出された冷却空気は、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ流れる。

［Ｂ］まとめ（作用，効果など）
以上のように、本実施形態においては、冷却空気放出管６００が設置されている。冷却空気放出管６００は、複数の冷却空気放出口Ｈ６００が、内部ケーシング２０１の外周面の周囲において等しい間隔で並ぶように形成されている。このため、本実施形態では、内部ケーシング２０１と外部ケーシング２０２との間の空間へ冷却空気を均等に供給することができる。

したがって、本実施形態においては、蒸気タービン１０を短時間に冷却することが可能である。

特に、本実施形態は、高圧タービン１１においては、貫通孔１１３ｂを設けることができずに、第２の管状体２５０ｂを設置することが困難な場合に、好適である。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…蒸気タービンシステム、１０…蒸気タービン、１１…高圧タービン、１２…中圧タービン、１３…第１低圧タービン、１４…第２低圧タービン、２０…主蒸気止め弁、３０…蒸気加減弁、４０…再熱蒸気組合せ弁、５０…タービン冷却装置、５１…冷却空気供給部、５２…制御部、１１０…タービンケーシング、２０１…内部ケーシング、２０２…外部ケーシング、２１１…内部ケーシング上半部、２１２…内部ケーシング下半部、２２１…外部ケーシング上半部、２２２…外部ケーシング下半部、２５０ａ…第１の管状体、２５０ｂ…第２の管状体、３００…タービンロータ、５００ａ，５００ｂ…スリーブ、５１１…送風部、５１２…冷却空気配管系統、６００…冷却空気放出管

Claims (6)

1. タービンケーシングの内部にタービンロータを収容している蒸気タービンを冷却するタービン冷却装置であって、
   前記タービンケーシングの内部に冷却空気を供給する冷却空気供給部と、
   ターニング運転中に前記冷却空気供給部の動作を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記冷却空気供給部が前記冷却空気を予め定めた流量で供給するように前記冷却空気供給部の動作を制御した後に、前記タービンロータと前記タービンケーシングとの間の伸び差を計測した結果、および、前記タービンケーシングにおいて蒸気が流れる蒸気流路の入口に位置する蒸気室の内周面と当該蒸気室の外周面との温度差を計測した結果の少なくとも一方に基づいて前記冷却空気供給部の動作を制御することを特徴とする、
   タービン冷却装置。
2. 前記タービンケーシングは、
   前記タービンロータを内部に収容する内部ケーシングと、
   前記内部ケーシングを内部に収容する外部ケーシングと
   を有し、
   前記冷却空気供給部は、
   前記内部ケーシングの内部に前記冷却空気を供給する第１冷却空気供給部と、
   前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間の空間に前記冷却空気を供給する第２冷却空気供給部と
   を有し、
   前記制御部は、前記第１冷却空気供給部および前記第２冷却空気供給部が前記冷却空気を予め定めた流量で供給するように前記第１冷却空気供給部および前記第２冷却空気供給部の動作を制御した後に、前記伸び差を計測した結果と前記温度差を計測した結果との少なくとも一方に基づいて前記第１冷却空気供給部および前記第２冷却空気供給部の動作を制御する、
   請求項１に記載のタービン冷却装置。
3. 前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間の空間において、前記第２冷却空気供給部が供給した前記冷却空気が、前記タービンロータの回転軸に沿って流れるように構成されている、
   請求項２に記載のタービン冷却装置。
4. 前記タービンロータの径方向に沿って延在する管状体
   を有し、
   前記管状体は、前記タービンロータの回転軸に沿うように貫通する冷却空気放出口を含み、前記第２冷却空気供給部が供給した前記冷却空気が、当該冷却空気放出口から、前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間の空間へ流れる、
   請求項３に記載のタービン冷却装置。
5. 前記管状体は、
   第１の管状体と、
   第２の管状体と
   を有し、
   前記第１の管状体および前記第２の管状体のそれぞれは、前記冷却空気放出口が形成されている、
   請求項４に記載のタービン冷却装置。
6. 前記内部ケーシングの外周面を囲うように設置された冷却空気放出管
   を含み、
   前記冷却空気放出管は、前記冷却空気が放出される冷却空気放出口が複数形成されており、当該複数の冷却空気放出口が前記内部ケーシングの外周面の周囲において等しい間隔で並んでおり、前記第２冷却空気供給部が供給した前記冷却空気が、当該複数の冷却空気放出口のそれぞれから、前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間の空間へ流れる、
   請求項３に記載のタービン冷却装置。

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