以下に図面を用いて本発明の実施の形態� ��説明する。

 図1は本発明の第1の実施の形態に係る蒸� �タービン発電設備の全体構成を表す概略図� �ある。

 図1に示した蒸気タービン発電設備51は、� ��久磁石式発電機3の両端にラジアル式の蒸気 タービン1,2を配置し、例えばガスエンジンや 排熱ボイラ等といった蒸気発生源10から供給� ��れる余剰蒸気をラジアル蒸気タービン1,2に� ��配する並列蒸気タービンシステムである。� ��気タービン発電設備51の主な特徴は、蒸気� �生源10からの圧力や温度の変動に対応して常 に蒸気タービン1,2の運転条件が適正化される ように、蒸気タービン1,2及び永久磁石式発電 機3からなる回転体の回転数をインバータ4に� ��り可変制御することである。

 まず、この蒸気タービン発電設備51の構� �について説明する。

 図1に示したように、本実施の形態の蒸気 タービン発電設備51は、蒸気発生源10からの� �気により駆動される第1及び第2ラジアル蒸気 タービン1,2、第1及び第2ラジアル蒸気タービ� ��1,2により駆動されることで発電する永久磁� ��式発電機3、及び永久磁石式発電機3で発電� �れた電力の周波数と第1及び第2ラジアル蒸気 タービン1,2及び永久磁石式発電機3の回転数� �制御するインバータ4を備えている。

 永久磁石式発電機3は両端が軸受8で支持� �れており、第1及び第2ラジアル蒸気タービン 1,2と同軸上に連結されている。本実施の形態 の場合、第1ラジアル蒸気タービン1が永久磁� ��式発電機3の一方(図1中の左側)に、第2ラジ� �ル蒸気タービン2が永久磁石式発電機3の他方 (図1中の右側)にそれぞれ連結されている。第 1ラジアル蒸気タービン1と第2ラジアル蒸気タ ービン2は、ともに永久磁石式発電機3に近い� ��をタービン入口とし、永久磁石式発電機3か ら遠い側をタービン出口としている。これら 第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2はタービ� ��羽根車の外径等の主要寸法が異なっていて� ��良いし同じであっても構わない。なお、軸� ��8の潤滑剤に関しては、油、水、空気等のい ずれを用いても良いが、特に水を潤滑剤とし て用いた場合、プロセス蒸気等の衛生面に配 慮する必要がある場合にも適用可能である上 、比較的低摩擦損失で回転体の重量化に対応 することができる。

 第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2は蒸� �供給系統11を介して蒸気発生源10と接続され� ��いる。蒸気供給系統11は、蒸気発生源10から の蒸気を蒸気タービン発電設備51に供給する� ��蒸気配管31、主蒸気配管31を分岐させて形成 した分岐配管32,33、主蒸気配管31から分岐さ� �た蒸気供給配管35及び放出配管36からなる配� ��系と、蒸気供給配管35、放出配管36、分岐配 管32にそれぞれ設けた切換弁20、放出弁21、流 量調節弁22等の弁装置とからなる。

 主蒸気配管31を流通する蒸気は分流して� �岐配管32,33に流入し、それぞれ分岐配管32,33� ��通って第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2� �入口に供給される。第1及び第2ラジアル蒸気 タービン1,2への蒸気分配割合は流量調節弁22� ��開度により定まる。こうして供給された蒸� ��により第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2� �得られた回転トルクにより、永久磁石式発� �機3が駆動される。第1及び第2ラジアル蒸気� �ービン1,2からの排気は大気放出されるよう� �しても良いが、例えば蒸気発生源10等、距離 的に排気が供給可能な位置関係にある設備で 復水器が用いられていれば、その復水器等に 導くようにしても良い。

 また、主蒸気配管31を流れる余剰蒸気の� �量G0が第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2を� ��動するのに不十分な場合は、切換弁20を開� �て熱を利用する施設である需要先50に余剰蒸 気を供給し、需要先50での用途(例えば食品加 熱や工場蒸気等)に用いられるようにしても� �い。

 また、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1, 2で許容できる流量以上に蒸気発生源10からの 余剰蒸気が導入される場合、許容値を超える 分に関しては放出弁21を開いて放出配管36に� �入させ、復水器へ導いたり場合によっては� �気放出したりする。なお、この放出弁21は、 第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2側で何ら� ��のトラブルが発生したとき等の万一の場合� ��備え、全開時には主蒸気配管31を通る余剰� �気の全流量を放出配管36に受け入れられる能 力を有するものを用いることが望ましい。

 また、主蒸気配管31には主蒸気配管31を流 れる蒸気の流量G0,圧力P0,温度T0をそれぞれ検� ��する流量検出手段61,圧力検出手段62,温度検� ��手段63が設けられている。分岐配管32には第 1ラジアル蒸気タービン1に供給される蒸気の� ��量G1,圧力P1,温度T1をそれぞれ検出する流量� �出手段64,圧力検出手段65,温度検出手段66が設 けられている。分岐配管33には第2ラジアル蒸 気タービン2に供給される蒸気の圧力P2,温度T2 をそれぞれ検出する圧力検出手段67,温度検出 手段68が設けられている。

 インバータ4は、永久磁石式発電機3で発� �された電力の周波数を電力の需要先である� �統5で利用される周波数と一致するように、� ��えば50[Hz]又は60[Hz]に変換する。勿論、永久� ��石式発電機3で得られた電力の供給先は系統 5に限定されず、変圧器を備える等して電圧� �100[V]に変換し電気機器の電源として供給す� �ようにしても良い。

 また、蒸気タービン発電設備51は、圧力� �出手段65,67及び温度検出手段66,68からの検出� ��号を基に第1及び第2のラジアル蒸気タービ� �1,2に供給されるそれぞれの蒸気の圧力及び� �度を演算する蒸気状態量演算器41、蒸気状態 量演算器41で演算された第1及び第2のラジア� �蒸気タービン1,2に供給されるそれぞれの蒸� �の圧力及び温度を基に第1及び第2のラジアル 蒸気タービン1,2のそれぞれの運転回転数を演 算する回転数演算器42、回転数演算器42の演� �結果をインバータ4に指令する出力器43を備� �ている。

 回転数演算器42が演算する運転回転数は� �次に示す式(1)で求められるU/C0がタービンの� ��適状態である0.65~0.75に相当する回転数であ� ��。

 ここで、U:タービン羽根車外径における� �速[m/s]、Cp:タービン入口における余剰蒸気の 定圧比熱[J/kg・K]、T:タービン入口における余 剰蒸気の温度[K]、Ps:タービン出口における静 圧[Pa]、P:タービン入口における余剰蒸気の全 圧[Pa]、κ:タービン入口における余剰蒸気の� �熱比[-]である。

 第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2のそ� �ぞれに対してタービンの最適状態であるU/C0= 0.65~0.75に相当する回転数が同一である場合、 回転数演算器42は、第1及び第2のラジアル蒸� �タービン1,2に共通の運転回転数を回転数指� �値としてインバータ4に出力する。一方、算� ��された運転回転数が異なる場合、第1及び第 2ラジアル蒸気タービン1,2の各回転数の平均� �を運転回転数としてインバータ4に出力する� ��回転数演算器42に運転回転数を演算させる� �あたっては、蒸気の圧力及び温度に対する� �圧比熱や比熱比等の物性値特性及び第1及び� ��2ラジアル蒸気タービン1,2のそれぞれの圧力 比を予めバックデータとして回転数演算器42� ��記憶させておくことが好ましい。

 蒸気発生源10からの蒸気の圧力や温度は� �間変化し易いが、圧力検出手段65,67及び温度 検出手段66,68からの検出信号は随時又は設定� ��時間間隔で蒸気状態量演算器41に出力され� �蒸気状態量演算器41では随時又は設定の時間 間隔で第1及び第2のラジアル蒸気タービン1,2� ��それぞれ供給される蒸気の圧力及び温度が� ��算される。この演算結果は、回転数演算器4 2に随時又は設定の時間間隔で出力され、回� �数演算器42では随時又は設定の時間間隔で第 1及び第2のラジアル蒸気タービン1,2のそれぞ� ��の運転回転数が演算され、その結果が出力� ��43を介してインバータ4に出力される。これ� ��より、蒸気発生源10からの蒸気の状態量変� �に追従し、常時最適な運転回転数に近付く� �うに永久磁石式発電機3が回転数制御される� ��うに構成されている。

 また、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1, 2は同一回転軸上に連結されているので、両� �ービンに作用する回転トルクの偏差は回転� �へのねじり力として作用することになる。� �たがって、第1及び第2ラジアル蒸気タービン 1,2の回転トルクの偏差を回転軸のねじり剛性 が許容する範囲に収まるように調整する必要 がある。

 そこで、蒸気タービン発電設備51は、流� �調整弁22の開度を制御するトルク比較器44を� ��えている。トルク比較器44は、第1及び第2ラ ジアル蒸気タービン1,2のそれぞれのタービン 羽根車の径と分配される蒸気流量を基に、第 1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2の回転トル� ��を演算する。第1及び第2ラジアル蒸気ター� �ン1,2に作用する回転トルクは、それぞれの� �ービン羽根車の半径と羽根車の外径に吹き� �けられる流速及び質量流量の積で求められ� �。これらの値うち、タービン羽根車の外径� �吹き付けられる流速及び質量流量は流量調� �弁22の開度で調整可能であり、トルク比較器 44では、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2� �作用する回転トルクを随時又は設定の時間� �隔で演算し、その偏差に応じて流量調節弁22 の開度をフィードバック制御することにより 、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2に作用� ��る回転トルクの偏差が事前に設定された許� ��範囲に収まるように働きかける。トルク比� ��器44からの流量指令は、出力器45を介して流 量調節弁22に出力され、これにより流量調節� ��22の開度が制御されて第1及び第2ラジアル蒸 気タービン1,2のトルク偏差が軽減される。

 次に上記構成の蒸気タービン発電設備51� �動作及び作用を順次説明する。

 この実施の形態の蒸気タービン発電設備� ��起動する際には、まず放出弁21を全開にし� �第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2にガスエ ンジンや排熱ボイラ等の蒸気発生源10からの� ��剰蒸気が供給されない状態としておき、そ� ��状態から放出弁21を徐々に閉じていく。こ� �により、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2 のそれぞれに作用する回転トルクが不連続と ならないように第1及び第2ラジアル蒸気ター� ��ン1,2へ供給する余剰蒸気の流量を増加させ� ��いき、定格発電運転に到達する。

 放出弁21を閉じていくことにより、主蒸� �配管31を流れる蒸気(流量G0,圧力P0,温度T0)は� �流して分岐配管21,22に流入し、分岐配管32を� ��れる第1余剰蒸気(流量G1,圧力P1,温度T1)とし� �第1ラジアル蒸気タービン1に、分岐配管33を� ��れる第2余剰蒸気(流量G0-G1,圧力P2,温度T2)と� �て第2ラジアル蒸気タービン2にそれぞれ供給 される。主蒸気配管31を流れる蒸気流量が第1 及び第2ラジアル蒸気タービン1,2で受け入れ� �容量を超える場合、その超過流量分につい� �は放出弁21を介し放出配管36から抜き取られ� ��。

 第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2はそ� �ぞれ分岐配管32,33から供給される蒸気により 回転トルクを得て、第1及び第2ラジアル蒸気� ��ービン1,2の回転トルクにより永久磁石式発� ��機3を駆動する。永久磁石式発電機3が発電� �た電力は、インバータ4により周波数制御さ� ��た上で電力需要先である系統5に供給される 。

 また、定格発電運転に到達するのと同時� ��又はそれに前後して、流量調節弁22の制御� �ーケンスを実行し第1及び第2ラジアル蒸気タ ービン1,2の回転トルクの偏差が回転軸のねじ り剛性の許容範囲を超えないように第1及び� �2ラジアル蒸気タービン1,2への蒸気分配量を� ��整する。

 発電出力を定格まで徐々に増加させてい� ��際には、各負荷条件に対応した回転数制御� ��条件として、タービン羽根車入口における� ��度三角形のうち、特に羽根車へのガス流入� ��度と羽根角度の差である入射角が-20度~-40度 であることを回転数演算器42で確認しながら� ��転することが望ましい。

 本実施の形態によれば、蒸気発生源10か� �の余剰蒸気の圧力や温度が変動した場合、� �れが圧力検出手段65,67及び温度検出手段66,68� ��より検出され、それらの検出結果に応じて� ��1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2の運転回� �数が指令され、インバータ4により永久磁石� ��発電機3の回転数が制御される。これにより 、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2に供給� ��れる余剰蒸気の圧力や温度の変動時の発電� ��率の低下を抑制することができ、定格運転� ��の発電効率の変動を抑制することもできる� ��また、定格発電出力以下で運転するために� ��1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2に供給さ� �る余剰蒸気の圧力や温度を減少させた場合� �も、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2の設 計点に収まった条件で運転することができる 。

 また、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1, 2は同一回転軸上に連結されているので、両� �ービンに作用する回転トルクの偏差は回転� �へのねじり力として作用することになる。� �れに対しても、本実施の形態によれば、ト� �ク比較器44によって両タービン1,2に作用する 回転トルクの偏差が小さくなる方向に流量調 節弁22の開度をフィードバック制御すること� ��より、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2� �び永久磁石式発電機3からなる回転体の回転� ��に作用するねじり力を抑えることができる� ��

 また、本実施の形態の蒸気タービン発電� ��備51において、第1及び第2ラジアル蒸気ター ビン1,2の外径等の寸法並びにタービン入口の 圧力及び温度が実質的に同一である場合、第 1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2のそれぞれ� ��タービン羽根車に作用するスラスト力は実� ��的に相殺される。また、第1及び第2ラジア� �蒸気タービン1,2の外径等の寸法が異なって� �ても、流量調節弁22の開度調整によりタービ ン入口の圧力を調節し、第1及び第2ラジアル� ��気タービン1,2のそれぞれのタービン羽根車� ��作用するスラスト力が実質的に相殺される� ��うにすることも可能である。

 なお、本実施の形態の蒸気タービン発電� ��備51は、蒸気発生源10からの余剰蒸気を分配 して第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2にそ� ��ぞれ供給する並列蒸気タービンシステムで� ��り、主蒸気配管31を流れる蒸気の圧力P0が比 較的小さく流量G0が多い場合、また第1及び第 2ラジアル蒸気タービン1,2からの排気の熱需� �先が別途ある場合の運転に好適である。

 図2は本発明の第2の実施の形態に係る蒸� �タービン発電設備の全体構成を表す概略図� �ある。本図において既出図面と同様の部分� �は同符号を付して説明を省略する。

 本実施の形態の蒸気タービン発電設備51A� ��、図1の蒸気タービン発電設備51の流量調節� ��22及びその制御系を省略したものである。� �た、分岐配管32,33には主蒸気配管31からの余� ��蒸気がほぼ同流量ずつ流入するように配管� ��及び配管長さが設計されている。その他、� ��1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2が、各寸� �、例えばノズルスロート面積やタービン羽� �車の外径などの主要寸法が実質的に同一で� �いに対称に製作されている点を除き、蒸気� �ービン発電設備51Aは、第1の実施の形態の蒸� ��タービン発電設備51と実質的に同様の構成� �ある。本実施の形態においても、永久磁石� �発電機3の回転数は第1の実施の形態と同様に 制御される構成である。

 本実施の形態においても第1の実施の形態 と同様の効果に加え、流量調節弁22及びその� ��御系が不要であるため、第1の実施の形態に 比べて構成が簡素で製作も容易である。また 設備費も軽減される。

 また、前に述べたように、第1及び第2ラ� �アル蒸気タービン1,2は同一回転軸上の両端� �設けられているので、両タービンに作用す� �回転トルクの偏差は回転軸へのねじり力と� �て作用することになる。これに対しては、� �1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2の寸法及び 蒸気流量が実質的に等しくしてあるので、本 実施の形態は分岐配管32,33を流れる蒸気の分� ��量を制御するまでもなく、理論上、第1及び 第2ラジアル蒸気タービン1,2に作用する回転� �ルクの偏差が回転軸のねじり剛性が許容す� �範囲内に収まるように構成することで対処� �てある。

 また、第1及び第2ラジアルタービン1,2の� �転数がタービンの最適状態であるU/C0=0.65~0.75 に相当する回転数で運転されるように、第1� �実施の形態と同様にしてU/C0=0.65~0.75に相当す る運転回転数を算出するが、その際、本実施 の形態では第1及び第2ラジアルタービン1,2に� ��給される蒸気の状態量を同一とみなして分� ��配管32,33のいずれかの蒸気の状態量を計測� �るように構成することもできる。

 また、本実施の形態の蒸気タービン発電� ��備51Aでは、第1ラジアル蒸気タービン1の寸� �並びにタービン入口の圧力及び温度が実質� �に同一であるため、両タービンにかかるス� �スト荷重が実質的に相殺される。したがっ� �、軸受8のうちスラスト軸受により発生する� ��失のうち荷重による損失増加分が抑制され� ��さらなる発電効率の向上が期待できる。

 図3は本発明の第3の実施の形態に係る蒸� �タービン発電設備の全体構成を表す概略図� �ある。本図において既出図面と同様の部分� �は同符号を付して説明を省略する。

 本実施の形態の蒸気タービン発電設備52� �、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2に対し て蒸気を直列に供給する直列蒸気タービンシ ステムであり、主蒸気配管31を流れる蒸気の� ��力P0が比較的大きい場合に、最大の発電出� �を得る運転に適している。蒸気タービン発� �設備52において、主蒸気配管31からの蒸気は� ��主蒸気配管31の下流側に連続する高圧蒸気� �給配管37を介して高圧タービンである第1ラ� �アル蒸気タービン1の入口に導かれ、低圧タ� ��ビンである第2ラジアル蒸気タービン2には� �低圧蒸気供給配管38を介して第1ラジアル蒸� �タービン1の排気が供給される。本実施の形� ��において、圧力検出手段65及び温度検出手� �66は高圧蒸気供給配管37に、圧力検出手段67� �び温度検出手段68は低圧蒸気供給配管38にそ� ��ぞれ設けられている。その他の構成は第1の 実施の形態と同様である。

 蒸気発生源10からの蒸気(圧力P1、温度T1)� �まず高圧蒸気供給配管37を介して高圧タービ ンである第1ラジアル蒸気タービン1に供給さ� ��、第1ラジアル蒸気タービン1を駆動する。� �1ラジアル蒸気タービン1で仕事をして膨張し た蒸気(圧力P2、温度T2)は、低圧蒸気供給配管 38を通って第2ラジアル蒸気タービン2に供給� �れ、第2ラジアル蒸気タービン1を駆動する。 このようにして回転動力を得た第1及び第2ラ� ��アル蒸気タービン1,2は、同軸上に連結され� ��永久磁石式発電機3を駆動する。永久磁石式 発電機3で発生した電力は、インバータ4によ� ��周波数を制御されて系統5に供給される。

 なお、第1ラジアル蒸気タービン1又は第2� ��ジアル蒸気タービン2で許容できる蒸気流量 のうち少ない方を超える分は、放出弁21を介� ��て抽気される。また、第2ラジアル蒸気ター ビン2からの排気は大気放出しても良いが図� �しない復水器等に供給しても良い。また、� �蒸気配管31を流れる蒸気の圧力P0が比較的小� ��く第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2を駆� �するのに不十分な場合は、切換弁20を開き食 品加熱や工場蒸気等の需要先50へ蒸気発生源1 0からの蒸気を供給しても良い。

 本実施の形態においても、第1及び第2ラ� �アル蒸気タービン1,2は同一回転軸上に連結� �れているので、両タービンに作用する回転� �ルクの偏差は回転軸へのねじり力として作� �することになる。したがって、回転軸のね� �り剛性が許容する範囲で、第1及び第2ラジア ル蒸気タービン1,2の回転トルクの偏差を調整 する必要がある。第1及び第2ラジアル蒸気タ� ��ビン1,2に作用する回転トルクは、それぞれ� ��タービン羽根車の半径と羽根車の外径に吹� ��付けられる流速及び質量流量の積で求めら� ��るが、本実施の形態の場合、第1及び第2ラ� �アル蒸気タービン1,2の回転トルクの偏差が� �容範囲に収まるように第1及び第2ラジアル蒸 気タービン1,2のタービン羽根車の径や蒸気の 流速・質量流量を設定しておく必要がある。

 第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2の運� �回転数に関しては、U/C0=0.65~0.75に相当する回 転数が第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2で� ��なる場合、両回転数の平均値を運転回転数� ��する。具体的には、第1ラジアル蒸気タービ ン1に供給される蒸気の圧力P1及び温度T1並び� ��第2ラジアル蒸気タービン2に供給される蒸� �の圧力P2、温度T2を蒸気状態量演算器41にお� �て時間間隔で演算し、回転数演算器42におい て第1ラジアル蒸気タービン1及び第2ラジアル 蒸気タービン2それぞれのU/C0を常に把握して� ��1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2それぞれ� �U/C0=0.65~0.75に相当する回転数を算出し平均化 する。既述の各実施の形態と同様、この一連 の処理を繰り返し実行することによって蒸気 発生源10からの蒸気の状態量の変動に追従し� ��永久磁石式発電機3の回転数が制御されるの で、発電効率の低下を抑制することができる 。

 また、本実施の形態の蒸気タービン発電� ��備52を起動する際には、放出弁21を全開にし て第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2に蒸気� ��供給されないようにしておき、その状態か� ��放出弁21を徐々に閉じてタービンに作用す� �回転トルクが不連続にならないようにしつ� �、第1及び第2ラジアル蒸気タービン1,2に供給 する蒸気流量を増加させていき発電運転に到 達する。

 ここで、発電機の回転数Nと発電出力PLの� ��係を表す特性図を図4に示す。

 以上に述べた第1~第3の実施の形態のいず� ��においても、回転数演算器42で演算した運� �回転数をインバータ4に指令することにより� ��永久磁石式発電機3の回転数を制御すること が可能である。したがって、図4のように事� �に求められた永久磁石式発電機3の回転数と� ��電出力の関係の下、A点にある現在の回転数 Naを運転可能範囲内で例えば数%ずつ増減(図4� ��状態では減少)させて最も発電出力の高いB� �の回転数Nbに向かわせる。そして、永久磁石 式発電機3で実際にインバータ4に出力される� ��電出力PLをモニタし、直接計測された発電� �力PLの値をフィードバックして発電出力PLと� ��大値(B点)との偏差が0(ゼロ)に近付くように� ��久磁石式発電機3の回転数を例えば回転数演 算器42で制御するようにすることも可能であ� ��。このように永久磁石式発電機3の発電出力 の計測値を基に、発電出力が極大となる回転 数に近付くようにラジアル蒸気タービン1,2及 び永久磁石式発電機3の回転数を制御するこ� �で、蒸気タービンの最適点又はその近辺で� �運転が実現し易く高い発電効率を確保する� �とができる。

 図5は本発明の第4の実施の形態に係る蒸� �タービン発電設備の全体構成を表す概略図� �ある。本図において既出図面と同様の部分� �は同符号を付して説明を省略する。

 本実施の形態の蒸気タービン発電設備は� ��並列蒸気タービンシステム54と、直列蒸気� �ービンシステム55と、これら蒸気タービンシ ステム54,55に蒸気発生源10からの蒸気を供給� �る蒸気供給系統12と、この蒸気供給系統12を� ��れる蒸気の流量・圧力・温度をそれぞれ検� ��する流量検出手段61・圧力検出手段62・温度 検出手段63と、流量検出手段61・圧力検出手� �62・温度検出手段63からの検出信号を基に蒸� ��供給系統12を流れる蒸気の状態量を演算す� �蒸気状態量比較器46と、この蒸気状態量比較 器46からの指令信号蒸気供給系統12に出力す� �出力器47とを備えている。並列蒸気タービン システム54は例えば前述の蒸気タービン発電� ��備51又は51A等であり、直列蒸気タービンシ� �テム55は例えば前述の蒸気タービン発電設備 52等である。

 蒸気供給系統12は、蒸気発生源10からの蒸 気を流通させる主蒸気配管13、主蒸気配管13� �分岐させて形成した分岐配管14-16からなる配 管系と、分岐配管14-16にそれぞれ設けた切換� ��20,18,19等の弁装置とからなる。分岐配管14は 需要先50に、分岐配管15は並列蒸気タービン� �ステム54の主蒸気配管13に、分岐配管16は直� �蒸気タービンシステム55の主蒸気配管13に接� ��している。蒸気供給系統12は、切換弁20,18,19 の開閉パターンの切換により、並列蒸気ター ビンシステム54、直列蒸気タービンシステム5 5及びその他の熱の需要先50のうちから、蒸気 発生源10からの蒸気の供給先を切り換えるこ� ��ができる。

 流量検出手段61・圧力検出手段62・温度検 出手段63の検出信号は蒸気状態量比較器46に� �力される。蒸気状態量比較器46は、流量検出 手段61・圧力検出手段62・温度検出手段63から の検出信号を基に蒸気供給系統12の主蒸気配� ��13を流れる蒸気の状態量(流量G0・圧力P0・温 度T0)を演算し、演算した蒸気の状態量を基に 蒸気発生源10からの蒸気の供給先を、並列蒸� ��タービンシステム54、直列蒸気タービンシ� �テム55及び需要先50のうちから選択する。出� ��器47は、この蒸気状態量比較器46による選択 結果に従って蒸気供給系統12の切換弁20,18,19� �指令信号を出力し、並列蒸気タービンシス� �ム54、直列蒸気タービンシステム55及び需要� ��50のいずれかに蒸気発生源10からの蒸気の供 給先を確定する。

 例えば、需要先50で食品加熱をするよう� �場合、主蒸気配管13を流れる蒸気の温度T0が� ��品加熱に十分な値であれば、蒸気状態量比� ��器45により切換弁20,18,19のうち切換弁20のみ� ��開いて需要先50へ蒸気を供給し、食品加熱� �に蒸気を利用する。また、主蒸気配管13を流 れる蒸気の流量G0が並列蒸気タービンシステ� ��54を駆動するのに十分である場合は、蒸気� �態量比較器45により切換弁20,18,19のうち切換� ��18のみを開いて主蒸気配管13を流れる蒸気を 並列蒸気タービンシステム54へ供給する。さ� ��に、主蒸気配管31を流れる蒸気の圧力P0が直 列蒸気タービンシステム55を駆動するのに十� ��である場合は、蒸気状態量比較器45により� �換弁20,18,19のうち切換弁19のみを開いて主蒸� ��配管13を流れる蒸気を直列蒸気タービンシ� �テム55へ供給する。

 本実施の形態の場合、蒸気発生源10から� �蒸気の供給先として、並列蒸気タービンシ� �テム54、直列蒸気タービンシステム55及び需� ��先50を有しているので、前に説明した各実� �の形態と同様の効果を得ることができる。� �えて、蒸気の状態の変化に応じて最も有効� �蒸気を利用できる蒸気利用先に蒸気を供給� �ることができるので、蒸気発生源10からの余 剰蒸気をより有効に利用することができる。

 図6は本発明の第5の実施の形態に係る蒸� �タービン発電設備の全体構成を表す概略図� �ある。本図において既出図面と同様の部分� �は同符号を付して説明を省略する。

 図6に示す実施の形態の蒸気タービン発電 設備は、図5の蒸気タービン発電設備の並列� �気タービンシステム54を直列/並列蒸気ター� �ンシステム53に代え、直列蒸気タービンシス テム55、分岐配管16及び切換弁19を省略したも のであり、その他の構成は図5の蒸気タービ� �発電設備と同様である。

 直列/並列蒸気タービンシステム53は、並� ��蒸気タービンシステム及び直列蒸気タービ� ��システムの両方の機能を切り換えて選択的� ��使用することができるもので、直列/並列蒸 気タービンシステム53を採用することで、図5 の蒸気タービン発電設備のように並列蒸気タ ービンシステム及び直列蒸気タービンシステ ムの両方を設置する必要がなくなる。

 図7は直列/並列蒸気タービンシステム53の 全体構成を表す概略図である。本図において 既出図面と同様の部分には同符号を付して説 明を省略する。

 図7に示すように、直列/並列蒸気タービ� �システム53は、第1ラジアル蒸気タービン1の� ��口と第2ラジアル蒸気タービン2の入口を接� �する低圧蒸気供給配管39、分岐配管33・第1ラ ジアル蒸気タービン1の排気管40・低圧蒸気供 給配管39にそれぞれ設けた切換弁26-28、低圧� �気供給配管39に設けた圧力検出手段56及び温� ��検出手段57を追加した点を除き、図1の蒸気� ��ービン発電設備51と実質的に同様の構成で� �る。

 なお、本実施の形態においては、流量検� ��手段61、圧力検出手段62、温度検出手段63、� ��気供給配管35、切換弁20については図6に示� �てある。また、圧力検出手段56及び温度検出 手段57は、直列蒸気タービンシステムとして� ��に例示した図3の蒸気タービン発電設備52の� ��力検出手段67及び温度検出手段68に相当する 。また、直列蒸気タービンシステムとして運 転する場合に第1及び第2ラジアル蒸気タービ� ��1,2の回転トルクの偏差が大きくならないよ� ��に、配管32,39の流路径及び長さ、第1及び第2 ラジアル蒸気タービン1,2のタービン羽根車の 寸法については事前に考慮されている。この 点については図3の実施の形態で述べた通り� �ある。

 直列/並列蒸気タービンシステム53を用い� ��並列蒸気タービンシステムとして運転する� ��合と直列蒸気タービンシステムとして運転� ��る場合の切換方法について説明する。なお� ��並列蒸気タービンシステム及び直列蒸気タ� ��ビンシステムの機能については既に述べた� ��りである。また、ここでは需要先50に蒸気� �供給する場合の説明は省略し、切換弁20が閉 じて切換弁18が開いていることを前提とする� ��

 蒸気状態量比較器46は、主蒸気配管13に設 けた各検出器61-63からの検出信号を基に、例� ��ば蒸気発生源10からの蒸気の流量G0が並列蒸 気タービンシステムを駆動するのに十分な値 であると判定した場合、出力器48を介して各� ��に指令信号を出力し、分岐配管33の切換弁26 及び排気管40の切換弁27を開け、低圧蒸気供� �配管39の切換弁28を閉じる。これにより直列/ 並列蒸気タービンシステム53が並列蒸気ター� ��ンシステムとして利用可能となる。運転方� ��は図1に示した蒸気タービン発電設備51と実� ��的に同様である。

 また、蒸気状態量比較器46は、主蒸気配� �13に設けた各検出器61-63からの検出信号を基� ��、例えば蒸気発生源10からの蒸気の圧力P0が 直列蒸気タービンシステムを駆動するのに十 分な値であると判定した場合、出力器48を介� ��て各弁に指令信号を出力し、低圧蒸気供給� ��管39の切換弁28を開け、分岐配管33の切換弁2 6及び排気管40の切換弁27を閉じる。これによ� ��直列/並列蒸気タービンシステム53が直列蒸� ��タービンシステムとして利用可能となる。� ��転方法は図3に示した蒸気タービン発電設備 52と実質的に同様である。また、直列/並列蒸 気タービンシステム53が直列蒸気タービンシ� ��テムとして利用する場合、流量調節弁22の� �御は、蒸気状態量比較器46による制御がトル ク比較器44による制御に優先し、流量調節弁2 2は全開に開度調節されるものとする。

 本実施の形態においても図5の実施の形態 と同様の効果が得られ、しかも並列蒸気ター ビンシステムと直列蒸気タービンシステムが 直列/並列蒸気タービンシステム53で兼ねられ るので、図5のシステムに対して省スペース� �の効果が大きい。

 なお、以上においては第1及び第2ラジア� �蒸気タービンを永久磁石式発電機3の両端に� ��けた場合を例に挙げて説明したが、両ター� ��ンを永久磁石式発電機3の片側に設けても良 い。また、永久磁石式発電機3と同軸上に連� �するラジアル蒸気タービンの数は2つに限定� ��れず、1個でも良いし3つ以上でも良い。