CH694169A5 - Dampfturbine. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfturbine gemäss dem Oberbegriff  des Anspruchs 1. 



   Bei einer herkömmlichen Dampfturbine ist, um die Ausgangsleistung  zu vergrössern, ein Turbinengehäuse in ein Hochdruckturbinengehäuse,  ein Mitteldruckturbinengehäuse und ein Niederdruckturbinengehäuse  unterteilt, und in jedem der Gehäuse ist ein Turbinenrotor (Turbinenwelle)  mit einer Turbinendüse und einer beweglichen Turbinenschaufel aufgenommen,  wodurch ein Hochdruckturbinenabschnitt, ein Mitteldruckturbinenabschnitt  und ein Niederdruckturbinenabschnitt gebildet sind. Die herkömmliche  Dampfturbine wird als so genannter Leistungszug betrieben, bei dem  die Wellen der Turbinenrotoren des hohen, mittleren und niedrigen  Turbinendruckabschnitts in Form eines Zuges miteinander verbunden  sind. 



   Wenn die Hoch-, Mittel und Niederdruckturbinenabschnitte als Leistungszug  angeordnet sind, nimmt die Dampfturbine eine Spannweite bzw. Länge  von wenigstens etwa 30 Metern an, wobei dies von der Grösse der Ausgangsleistung  abhängt. Es wurde deshalb eine Turbine der so genannten Hoch-Niederdruckintegrierten  Bauart oder Turbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart ausgeführt,  bei der zwei oder mehr der Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinenabschnitte  in einem Gehäuse kombiniert und aufgenommen sind, um die Spannweite  zu vermindern. 



   Wenn die Dampfturbine eine Turbine der Hoch-Niederdruck-integrierten  Bauart oder der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart ist, muss ihr  Turbinenrotor unvermeidlich viele Arten von Dampf mit unterschiedlichen  Temperaturen    verarbeiten, in jüngerer Zeit wurde eine Turbine  der Hoch-Niederdruck-integrierten Bauart oder eine Turbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten  Bauart ausgeführt, bei der ein Teil eines Turbinenrotors, der Dampf  mit hohem Druck und hoher Temperatur unter verschiedenen thermischen  Behandlungsbedingungen ausgesetzt ist, mit Hochtemperaturfestigkeit  versehen und ein anderer Bereich davon, der Dampf mit relativ niedrigem  Druck und niedriger Temperatur ausgesetzt ist, mit Zugfestigkeit  und Niedertemperaturzähigkeit versehen.

   Eine solche Turbine der Hoch-Niederdruck-integrierten  Bauart oder einer Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart hat eine Anzahl  guter Praxiswerte gezeigt. 



   Weiter wurde in einem neueren thermischen Kraftwerk eine Anzahl von  Kraftwerken mit kombiniertem Zyklus ausgeführt, bei dem an Stelle  eines herkömmlichen Kraftwerks eine Dampfturbine und eine Abwärmewiedergewinnungseinrichtung  in einer Gasturbine kombiniert sind. 



   Eine in diesem mit kombiniertem Zyklus arbeitenden Kraftwerk verwendete  Dampfturbine wird in einem Zustand verwendet, dass bezüglich der  Dampfturbine, wobei im Hinblick auf den derzeitigen Status von Gasturbinenausgangsleistungen  von 100 MW, eine mit einer Ausgangsleistung von 100 MW gewählt ist,  ein Dampfdruck auf 100 kg/cm<2> festgelegt ist, eine Dampftemperatur  auf 500 DEG C festgelegt ist, eine Höhe einer beweglichen Turbinenschaufel  der letzten Stufe der Niederdruckturbine auf 91,4 cm oder mehr in  einem Bereich von 50 Hertz bei 3000 U/min festgelegt ist, und die  Höhe auf 85,1 cm oder mehr in einem Bereich von 60 Hertz bei 3600  U/min festgelegt ist. in diesem Fall ist die Dampfturbine als eine  Turbine der so genannten uniaxialen Bauart ausgeführt, bei der eine  Dampfturbinenwelle direkt mit der Gasturbine verbunden ist.

   Daher  wird als eine Turbine der Hoch-Niederdruck-integrierten Bauart oder  eine Turbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart als die Dampfturbine  verwendet, wodurch eine Spannweite zwischen den Lagern verkürzt ist  und eine Einbaufläche vermindert ist. 



     Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem Kraftwerk mit kombiniertem  Zyklus, das an Stelle des herkömmlichen Kraftwerks der Hauptentwicklungsrichtung  entspricht, die Anzahl der Wellen der Gasturbinen, die direkt mit  den Dampfturbinen verbunden sind, auf fünf oder mehr festgelegt,  sodass eine Gesamtausgangsleistung 1000 MW oder höher wird, wobei  die Dampfturbine als Turbine der Hoch-Niederdruck-integrierten Bauart  oder als Turbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart ausgeführt  ist, sodass eine Einbaufläche der fünf Wellenanordnung weiter vermindert  ist, um einen Platz oder ein Grundstück wirksam auszunutzen. 



   Bei einem jüngeren thermischen Kraftwerk wird eine der Turbine der  Hoch-Niederdruck-integrierten Bauart und der Turbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten  Bauart als eine Dampfturbine ausgewählt, die in dem mit kombiniertem  Zyklus arbeitenden Kraftwerk verwendet wird, wodurch die Einbaufläche  weiter vermindert wird. Dabei bestehen jedoch noch die folgenden  Probleme: 



   (1) Bei einer mit einem Turbinenrotor versehenen Dampfturbine enthält  der Turbinenrotor einen Hoch-, Mittel-, Niederdruckabschnitt oder  einen Hoch-Niederdruckabschnitt, wobei ein Hoch-Mitteldruckabschnitt  mit hoher Temperaturfestigkeit (Kriechfestigkeit) versehen ist und  ein Niederdruckabschnitt mit hoher Zugfestigkeit und hoher Zähigkeit  versehen ist. Eine solche Dampfturbine ist bereits dabei, Grenzen  zu erreichen, um gleichzeitig die sich jeweils widersprechenden Funktionen  hoher Temperaturfestigkeit, hoher Zugfestigkeit und Ähnlichem zu  erfüllen und diese Festigkeiten weiter zu erhöhen. Das heisst, wenn  versucht wird, ein Volumen einer einzigen Dampfturbine weiter zu  vergrössern, ist es unvermeidlich not-wendig, die Temperatur des  Dampfes zu vergrössern und die Länge der Turbinenschaufel zu vergrössern.

    Bei einem Turbinenrotor mit dem herkömmlichen Hoch-Mittel-Niederdruckabschnitt  oder dem Hoch-Niederdruckabschnitt ist es jedoch schwierig, ausreichende  Festigkeit einschliesslich hoher Temperaturfestigkeit und Vibrationsfestigkeit    sicherzustellen. Aus diesem Grunde ist eine Gegenmassnahme erforderlich,  um die Festigkeit des Turbinenrotors sicherzustellen, die im Hinblick  auf die hohe Temperatur des Dampfes erforderlich ist. 



   (2) Wenn die thermischen Behandlungstemperaturen des Hoch-, Mitteldruckabschnitts  und des Niederdruckabschnitts gegenseitig verändert werden, um den  Hoch-Mittelabschnitt oder den Hochdruckabschnitt mit hoher Temperaturfestigkeit  zu versehen und den Niederdruckabschnitt mit Zugfestigkeit und Zähigkeit  zu versehen, wird zwischen dem Hoch- Mitteldruckabschnitt und dem  Niederdruckabschnitt ein Spalt vorgesehen. Weiter wird in dem Spalt  eine Trennplatte vorgesehen, und die thermische Temperaturgradientenbehandlung  wird durchgeführt. Wenn der Krümmungsradius eines Nutgrundes (nachfolgend  Hitzenut) des Spaltes klein ist, besteht das Problem, dass bei der  thermischen Temperaturgradientenbehandlung ein Abschreck-, bzw. ein  Härteriss in dem Turbinenrotor erzeugt wird. 



   (3) Wenn die thermische Temperaturgradientenbehandlung in einem Zustand  durchgeführt wird, bei dem der Spalt zwischen dem Hoch-Mitteldruckabschnitt  und dem Niederdruckabschnitt ausgebildet ist und die Trennplatte  in dem Spalt vorgesehen ist, ist, wenn die Dampftemperatur an der  Stelle, an der die Trennplatte angeordnet ist, 400 DEG C oder mehr  beträgt, die Hochtemperaturfestigkeit des Hoch-Mitteldruckabschnitts  nach der thermischen Behandlung nicht ausreichend, und die Hochtemperaturzähigkeit  ist nicht ausreichend, was nachteilig und fehlerhaft ist. 



   (4) Wenn der Hoch-Mitteldruckabschnitt und Ähnliches und der Niederdruckabschnitt  der thermischen Temperaturgradientenbehandlung unterworfen werden,  wird, da es notwendig ist, eine Stelle, an der die Trennplatte angeordnet  ist, zu sichern, der Turbinenrotor mit dem Spalt versehen, und deshalb  nimmt die Spannweite des Turbinenrotors unvermeidlich zu. Beim Sichern  der Stelle zur Anordnung der Trennplatte ist es daher    notwendig,  die Spannweite des Turbinenrotors zu verkürzen, um die Stelle zu  sichern, an der die Trennplatte angeordnet ist.   Zusammenfassung  der Erfindung  



   Die Erfindung wurde Im Hinblick auf die vorstehenden Umstände gemacht,  und eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Dampfturbine zu  schaffen, die eine ausreichend sichere Festigkeit des Turbinenrotors  mit einem Hoch-Mittel-Niederdruckabschnitt oder einem Hoch-Niederdruckabschnitt  gegen eine hohe Temperatur des Dampfes hat und eine lange Länge der  Turbinenschaufel entsprechend der Zunahme des Volumens einer einzigen  Vorrichtung. 



   Diese und andere Aufgaben können erfindungsgemäss erfüllt werden,  indem eine Dampfturbine mit einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem  Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt  geschaffen wird, bei der wenigstens zwei oder mehr der Druckabschnitte  miteinander kombiniert sind, und einem Turbinenrotor, der einer thermischen  Gradientenbehandlung bei unterschiedlichen thermischen Behandlungstemperaturen  an den jeweiligen Druckabschnitten unterworfen wird, welcher Turbinenrotor  von Lagern drehbar getragen und in einem Turbinengehäuse aufgenommen  ist, wobei die Verbesserung der Dampfturbine darin besteht, dass,  wenn ein axialer Abstand zwischen einer Festlegposition einer beweglichen  Turbinenschaufel einer letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts  und einer Festlegposition einer Trennplatte,

   die beim Durchführen  der thermischen Gradientenbehandlung an jedem der Druckabschnitte  mit verschiedenen thermischen Behandlungstemperaturen angeordnet  ist, als A definiert wird, eine Schaufellänge der beweglichen Turbinenschaufel  als B definiert wird und ein axialer Abstand zwischen einer vorherigen  Stufe der letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts und der  Festlegposition der Trennplatte mit C bezeichnet wird, die Festlegposition  der Trennplatte auf einen Bereich von (A/B)  >=  0,9 und C  >=  300  mm festgelegt wird. 



     In bevorzugten Ausführungsformen bezüglich des vorstehenden Aspekts  ist ein Spalt des Turbinen-rotors, in dem die Trennplatte angeordnet  ist, als H definiert, und ein Krümmungsradius des Nutgrundes des  Spaltes ist als R definiert, wobei der Spalt H und der Krümmungsradius  R des Nutgrundes auf Bereiche von H  >=  140 mm und R  >=  70 mm  festgelegt sind. 



   Die Trennplatte ist an einer Stelle angeordnet, an der eine Dampftemperatur  400 DEG C oder weniger beträgt. 



   Die Trennplatte ist an der Position eines jeden von räumlichen Bereichen  eines Niederdruckdampfeinlasses und einer Niederdruckentnahmeöffnung  des Niederdruckturbinenabschnitts angeordnet. 



   Wenn eine Lagerspannweite des Turbinenrotors mit L bezeichnet wird,  ist die Lagerspannweite auf einen Bereich von L  >=  5700 mm festgelegt.                                                       



   Eine Schaufellänge der beweglichen Turbinenschaufel in der letzten  Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts beträgt 76,2 cm oder mehr.                                                             



   Zumindest einer der Turbinenabschnitte wird mit einem Dampf mit einem  Druck von 100 kg/cm<2> oder mehr und einer Temperatur von 500 DEG  C versorgt 



   Wie vorstehend beschrieben, wird bei einer erfindungsgemässen Dampfturbine,  wenn der Hoch-, Mitteldruckturbinenabschnitt und der Niederdruckturbinenabschnitt  oder der Hochdruckturbinenabschnitt und der Niederdruckturbinenabschnitt  des Turbinenrotors der thermischen Gradientenbehandlung unterschiedlichen  Temperaturen unterworfen werden, eine Festlegposition der letzten  Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts als ein Bezug genommen, eine  Schaufellänge der beweglichen Schaufel in der letzten Stufe, ein  axialer Abstand zwischen der letzten Stufe und der Festlegposition  der Trennplatte für die thermische Gradientenbehandlung, und ein  axialer Abstand zwischen der zweiten Stufe von der letzten Stufe  und der    Festlegposition der Trennplatte für die thermische Gradientenbehandlung  werden umfänglich berücksichtigt,

   um eine geeignete Position der  Trennplatte für die thermische Gradientenbehandlung festzulegen.  Daher kann durch den Hoch-Mitteldruckturbinenabschnitt oder den Hochdruckturbinenabschnitt  eine hohe Temperaturfestigkeit sichergestellt werden, und kann durch  den Niederdruckturbinenabschnitt eine hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit  sichergestellt werden. Es ist daher möglich, der Tendenz zu hohen  Temperaturen eines einzelnen Vorrichtungsvolumens und zu einer hohen  Ausgangsleistung in genügender Weise entgegenzukommen. 



   Da die Lagerspannweite auf eine geeignete Position festgelegt ist,  sodass die rechnerische bzw. Nenndrehzahl des Turbinenrotors ausreichend  weit weg von dem kritischen Drehzahlbereich verschoben bzw. verstimmt  werden kann, ist es bei der erfindungsgemässen Dampfturbine weiter  möglich, den Turbinenrotor sicher und stabil zu betreiben. 



   Die Natur und weitere charakteristische Merkmale der Erfindung werden  aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten  Zeichnungen deutlich.   Kurzbeschreibung der Zeichnungen                                                               



   In den Zeichnungen stellen dar;      Fig. 1 eine schematische  Schnittansicht einer -ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen  Dampfturbine;     Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung  einer thermischen Gradientenbehandlungseinrichtung zur Durchführung  an der erfindungsgemässen Dampfturbine;     Fig. 3 eine Kurve,  die die FATT-Verteilung in der Nähe der Trennplatte zeigt, die zum  Zeitpunkt der thermischen Gradientenbehandlung angeordnet ist; FATT  (Fracture Appearance Transition Temperature = Übergangstemperatur  der Kerbschlagfähigkeit)       Fig. 4 eine Kurve, die die FATT-Verteilung  eines herkömmlichen Turbinenrotors zeigt, der keiner thermischen  Gradientenbehandlung unterworfen wird;

       Fig. 5 eine Kurve, die  die FATT-Verteilung zum Festlegen einer notwendigen Position zur  Anordnung der Trennplatte für die thermische Gradientenbehandlung  von jeder der Positionen von L-1 und L-0 bei der thermischen Gradientenbehandlungseinrichtung  zur Durchführung für die erfindungsgemässe Dampfturbine zeigt;     Fig. 6 eine Kurve, die die FATT-Verteilung zum Erhalten eines  erlaubten Zähigkeitsunterschiedes in der Position L-0 in der thermischen  Gradientenbehandlungseinrichtung zur Durchführung für die erfindungsgemässe  Dampfturbine zeigt;     Fig. 7 eine Kurve, die die erlaubte Zähigkeitsunterschiedsverteilung  zum Erhalten eines Verhältnisses zwischen einem axialen Abstand von  der L-0-Position zu der Trennwand für die thermische Gradientenbehandlung  und einer Länge einer beweglichen Turbinenschaufel in der L-0-Position  zeigt;

       Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform  einer erfindungsgemässen Dampfturbine;     Fig. 9 eine schematische  Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer zusammengebauten  erfindungsgemässen Dampfturbine;     Fig. 10 ein schematisches  Diagramm einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dampfturbine  und     Fig. 11 eine Kurve einer kritischen Drehzahl eines Turbinenrotors  zur Darstellung der Beziehung zwischen einer Spannweite zwischen  Lagern und der kritischen Drehzahl.    Beschreibung der bevorzugten  Ausführungsformen  



   Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die  darin angegebenen Bezugszeichen oder Symbole Ausführungsformen der  erfindungsgemässen Dampfturbine erläutert. 



     Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform  einer erfindungsgemässen Dampfturbine. 



   Eine Dampfturbine der ersten Ausführungsform wird in einem mit kombinierten  Zyklus arbeitenden Kraftwerk mit folgenden Hauptauslegungen verwendet:  der Dampfdruck beträgt 100 kg/cm<2> oder mehr; die Dampftemperatur  beträgt 500 DEG C oder mehr und eine Länge der an einer letzten Stufe  eines Niederdruckbereiches des Turbinenrotors vorgesehenen beweglichen  Schaufel beträgt 30 inch (76,2 cm) oder mehr. 



   Die Dampfturbine dieser Ausführungsform hat beispielsweise einen  Aufbau der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Bauart. Bei dieser  Dampfturbine sind ein Hochdruckturbinenabschnitt 1, ein Mitteldruckturbinenabschnitt  2 und ein Niederdruckturbinenabschnitt 3 miteinander zu einem Hoch-Mittel-Niederdruckintegrierten  Turbinenrotor (Turbinenwelle 4) integriert und in einem Turbinengehäuse  5 aufgenommen. 



   Der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierte Turbinenrotor 4 enthält eine  Hochdruckturbinenstufe 8a, eine Mitteldruckturbinenstufe 8b und eine  Niederdruckturbinenstufe 8c, in denen Turbinendüsen 6 und bewegliche  Turbinenschaufeln 7 jeweils in dem Hochdruckturbinenabschnitt 1,  dem Mitteldruckturbinenabschnitt 2 und dem Niederdruckturbinenabschnitt  3 kombiniert sind. Der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierte Turbinenrotor  4 ist von der so genannten Axialströmungsbauart, bei der eine Mehrzahl  von Stufen, d.h. die Turbinenstufen 8a, 8b und 8c längs einer Strömungsrichtung  ausgebildet sind. 



   Voneinander abgewandte Enden des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten  Turbinenrotors 4 werden von Lagern 10a und 10b drehbar getragen,  beispielsweise von an jeweiligen Basisteilen 9a und 9b angebrachten  Radiallagern. 



     Damit der Hochdruckturbinenabschnitt 1 und der Mitteldruckturbinenabschnitt  2 eine hohe Temperaturfestigkeit (Kriechfestigkeit) und der Niederdruckturbinenabschnitt  3 eine Raumtemperaturfestigkeit (Zugfestigkeit) und hohe Zähigkeit  erhalten, ist bei dem Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotor  4 eine Einsatznut 11a für eine Trennplatte 11 an einer Grenze zwischen  dem Mitteldruckturbinenabschnitt 2 und dem Niederdruckturbinenabschnitt  3 vorgesehen, wobei die Trennplatte eingesetzt wird, wenn eine so  genannte thermische Gradientenbehandlung ausgeführt wird, bei der  Abkühl- bzw. Abschrecktemperaturen an jeweiligen Bereichen unterschiedlich  sind.

   Im Fall des Hoch-Niederdruck-integrierten Turbinenrotors ist  die Einsatznut 11a für die Trennplatte 11 an einer Grenze zwischen  dem Hochdruckturbinenabschnitt 1 und dem Niederdruckturbinenabschnitt  3 vorgesehen. 



   Bei der thermischen Gradientenbehandlungseinrichtung ist, wie in  Fig. 2 dargestellt, ein Hoch-Niederdruck- oder Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierter  Turbinenrotor 4 in einem thermischen Behandlungs-ofen 12, beispielsweise  einem senkrechten elektrischen Ofen aufgenommen, wobei die Trennplatte  11 in einer Grenze zwischen dem Mitteldruckturbinenabschnitt 2 und  dem Niederdruckturbinenabschnitt 3 vorgesehen ist (im Fall des Hoch-Niederdruck-integrierten  Turbinenrotors ist die Trennplatte 1 an der Grenze zwischen dem Hochdruckturbinenabschnitt  1 und dem Niederdruckturbinenabschnitt 3 vorgesehen), wobei der Hochdruckturbinenabschnitt  1 und der Mitteldruckturbinenabschnitt 2 auf eine Temperatur von  beispielsweise 955 DEG C erhitzt werden, und der Niederdruckturbinenabschnitt  3 beispielsweise auf eine Temperatur von 900 DEG C erhitzt wird.

    Anschliessend werden der Hochdruckturbinenabschnitt 1 und der Mitteldruckturbinenabschnitt  2 von einem Ventilator 13 für relativ lange Zeit zwangsabgekühlt  und der Niederdrucktemperaturabschnitt wird von Sprühwasser aus einem  Sprühbereich 14 rasch abgekühlt. 



     Im Fall des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotors  4, bei dem der Hochdruckturbinenbereich 1 und der Mitteldruckturbinenbereich  2 bei einer von der Temperatur des Niederdruckturbinenabschnitts  3 verschiedenen Temperatur gradientenerhitzt werden und nach dem  Gradientenerhitzen diese Druckabschnitte, wie in Fig.

   3 dargestellt,  mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abgekühlt werden, wird in einem  Zwischenbereich als eine Grenze der für die thermische Gradientenbehandlung  angeordneten Trennplatte 1 zwischen einem stabilen FATT-Wert (Fracture  Appearance Transition Temperature Value = Bruchaussehensübergangstemperaturwert),  der für die Konstruktion auf der Seite des Hochdruckturbinenbereiches  1 und des Mitteldruckturbinenabschnitts 2 erforderlich ist, und dem  stabilen FATT-Wert, der für die Konstruktion auf der Seite des Niederdruckturbinenabschnitts  3 erforderlich ist, ein Übergang erzeugt.

   Dieser Übergangsbereich  ist ein Bereich, in dem die Raumtemperaturfestigkeit (Zugfestigkeit)  und die Zähigkeit aus Sicht des Niederdruckturbinenabschnitts 3 unstabil  sind, und die Hochtemperaturfestigkeit (Kriechfestigkeit) aus Sicht  des Hochdruckturbinenabschnitts 1 und des Mitteldruckturbinenabschnitts  2 unstabil ist. Wenn die letzte Niederdruckturbinenstufe 8c in dem  Niederdruckturbinenabschnitt 3 beispielsweise in dem Übergangsbereich  angeordnet ist, kann aus diesem Grund die Niederdruckturbinenstufe  8c einer Zentrifugalkraft nicht standhalten, die während der Drehung  der beweglichen Turbinenschaufel 7 erzeugt wird, und es besteht die  Gefahr, dass der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierte Turbinenrotor  4 zerstört wird. 



   Im Fall eines Turbinenrotors, der keiner thermischen Gradientenbehandlung  ausgesetzt wird, wie in Fig. 4 dargestellt, in der die senkrechte  Achse einen FATT-Wert und die waagrechte Achse eine Länge der Turbinenrotorwelle  darstellen, liegt des Weiteren nur der mit einer durchgehenden Linie  dargestellte FATT-Wert des Turbinenrotors unter dem FATT-Wert, der  für die Konstruktion einer Niederdruckturbinenstufe 8c (im Folgenden  Position L-2 oder L-2-Position) notwendig ist, die eine dritte Niederdruckturbinenstufe  8c von der letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts 3 ist,  wie mit einer doppelt gepunkteten    unterbrochenen Linie dargestellt.

    Weiter sind der FATT-Wert, der für die Konstruktion einer Niederdruckturbinenstufe  8c (im Folgenden Position L-1 oder L1-Position) notwendig ist, die  eine zweite Niederdruckturbinenstufe von der letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts  3 ist, wie mit einer strichpunktierten Linie dargestellt, und der  FATT-Wert, der für die Konstruktion bzw. den Entwurf einer Niederdruckturbinenstufe  8c (im Folgenden Position L-0 oder L-0-Position) notwendig ist, die  die letzte Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts 3 ist, wie mit  einer gestrichelten Linie dargestellt, beide niedriger als der FATT-Wert  des Turbinenrotors, der mit der ausgezogenen Linie dargestellt ist.

    Wenn eine an der Stelle L-1 oder L-0 angeordnete bewegliche Turbinenschaufel  7 30 inch (76,2 cm) lang oder länger ist, kann der Turbinenrotor  daher der Zentrifugalkraft der beweglichen Turbinenschaufel 7, die  während der Drehung erzeugt wird, nicht standhalten, und es besteht  die Gefahr, dass der Turbinenrotor zerstört wird. Der vorstehende  Punkt wird bei der vorliegenden Ausführungsform berücksichtigt. Bezug  nehmend auf Fig. 1 ist die bewegliche Turbinenschaufel 7, die an  der Stelle L-0 angeordnet ist, als ein Bezug definiert; ein axialer  Abstand von der beweglichen Bezugsturbinenschaufel 7 zu der Einschubnut  11a für die Trennplatte ist als A definiert; eine Länge der beweglichen  Turbinenschaufel an der Stelle L-0 ist als B definiert; und ein axialer  Abstand von der beweglichen Turbinenschaufel 7 an der Stelle L-1  zu der Trennplatte 11 ist als C definiert.

   Ein Verhältnis A/B des  axialen Abstandes A an der Position L-0 und der Schaufellänge B an  der Position L-0 und der axiale Abstand C an der Position L-1 werden  in den folgenden Bereichen festgelegt: 



   



   (A/B) >= 0,9 C >= 300 mm 



   



   Als der Turbinenrotor konstruiert bzw. entworfen wurde, wurde der  FATT-Wert an der Position L-1 als eine Entwurfsrichtlinie genommen,  und der axiale Abstand C zwischen der beweglichen Turbinenschaufel  7 an der Position L-1    und der Trennplatte 11 wurde derart festgelegt,  dass er gleich oder kleiner als 300 mm war, basierend auf den folgenden  Gründen: 



   Es ist allgemein bekannt, dass in dem Hoch-Mittel-Nieder-integrierten  Turbinenrotor 4 eine Spannung bzw. Beanspruchung an einem mittleren  Bereich halb so gross oder kleiner als eine Bohrungsspannung bzw.  -beanspruchung eines Turbinenrotors mit einer zentralen Bohrung ist.  In diesem Fall ist bekannt, dass eine Bohrungsspannung bzw. -beanspruchung  an der Position L-0 von einer Abmessung der beweglichen Turbinenschaufel  7 beeinflusst wird, aber eine Bohrungsbeanspruchung an der Position  L-1 auf einem im Wesentlichen konstanten Wert aufrechterhalten wird,  selbst wenn die Länge der beweglichen Turbinenschaufel 7 30 inch  (76,2 cm) oder mehr beträgt.

   Da die Dampfauslegungstemperatur unabhängig  von der Länge der beweglichen Turbinenschaufel 7 an der Position  L-0 bestimmt wird, ist des Weiteren der für den Entwurf erforderliche  FATT-Wert an der Position L-1 im Wesentlichen konstant, unabhängig  von der Länge der an der Stelle L-1 angeordneten beweglichen Turbinenschaufel  7. 



   Unter diesen Umständen wird beim Entwurf des hoch-mittel-niedrig-integrierten  Turbinenrotors 4 der FATT-Wert an der Stelle L-1 als ein Auswahlkriterium  für den Entwurf festgelegt. 



   Wie in Fig. 5 dargestellt, ist der Turbinenrotor, der der thermischen  Gradientenbehandlung unterworfen wurde, derart aufgetragen, dass  die FATT-Verteilungslinie mit einer durchgehenden Linie dargestellt  ist, wohingegen die FATT-Verteilungslinie an der Position L-1, die  für den Entwurf erforderlich ist, strichpunktiert dargestellt ist,  und die FATT-Verteilungslinie an der Position L-0, die für den Entwurf  erforderlich ist, unterbrochen dargestellt ist. 



   Dabei wurde nach einem Überblick herausgefunden, dass ein Schnittpunkt  L-1 der FATT-Verteilungslinie an der Position L-1 und einer FATT-Verteilungslinie  des Turbinenrotors, der der thermischen Gradientenbehandlung unterworfen    wurde, 300 mm weg von einer Position war, an der die Trennplatte  11 für die thermische Gradientenbehandlung angeordnet war. 



   Wenn eine axiale Entfernung C der Position L-1 von der Position,  an der die Trennplatte 11 für die thermische Gradientenbehandlung  angeordnet ist, 300 mm übersteigt, wird der FATT-Wert, der für den  Entwurf notwendig ist, daher zuverlässig sichergestellt. Da ein axialer  Abstand A der Position L-0 durch einen Abstand zwischen der Trennplatte  und der Stelle des Schnittpunktes L0 der FATT-Verteilungskurve an  der Position L-0 und der Verteilungskurve des Turbinenrotors, der  der thermischen Gradientenbehandlung unterworfen wurde, bestimmt  wird, kann die Position L-0 an dem Schnittpunkt L0 oder einer entgegengesetzten  Seite des Schnittpunktes L1 weg vom Schnittpunkt L0 angeordnet werden.                                                         



   Als Nächstes wird das Verhältnis A/B des L-0 axia-len Abstandes und  der Schaufellänge an der L-0-Position auf A/B > 0,9 festgesetzt,  basierend auf dem folgenden Grund. 



   Die FATT-Verteilungslinie des Turbinenrotors, der der thermischen  Gradientenbehandlung unterworfen wurde, und die FATT-Verteilungslinie  der L-0-Position, die für den Entwurf erforderlich ist, sind in Fig.  6 dargestellt. Im vorliegenden Fall wird eine festgesetzte Position  der Trennplatte 11 für die thermische Gradientenbehandlung auf einen  Punkt X1 bezüglich der L-0-Position festgelegt. Dabei ist der erlaubte  Zähigkeitsunterschied des Niederdruckturbinenabschnitts 3 an der  Position L-0  DELTA FATT1. Der erlaubte Zähigkeitsunterschied  DELTA  FATT1 des Niederdruckturbinenbereiches 3 an der L-0-Position ist  dabei durch die folgende Gleichung definiert: 



   DELTA FATT = (FATT-Wert, der für den Entwurf an der L-0-Position  erforderlich ist) - (aktueller FATT-Wert an der L-0-Position). Wenn  die festgelegte Position der Trennplatte 11 für die thermische Gradientenbehandlung  zu der stromaufwärtigen Seite des Dampfes (Turbinenantriebsdampf)  von dem Punkt    X1 zu dem Punkt X2 bewegt wird, wobei die L-0-Position  als Bezug genommen wird, kommt bei dieser Definitionsgleichung die  FATT-Verteilungslinie in eine durch die gestrichelte Linie dargestellte  Position. Der erlaubte Zähigkeitsunterschied des Niederdruckturbinenabschnitts  3 in der L-0-Position ist dabei  DELTA FATT2, Es wurde bestätigt,  dass der erlaubte Zähigkeitsunterschied grösser wird, wenn die Festlegungsposition  der Trennplatte 11 weg von der L-0-Position war. 



   Die vorliegende Ausführungsform richtet die Aufmerksamkeit auf die  Tatsache, dass, wenn die festgelegte Position der Trennplatte 11  weg von der L-0-Position war, der erlaubte Zähigkeitsunterschied  grösser wurde. In Fig. 7 zeigt die senkrechte Achse einen erlaubten  Zähigkeitsunterschiedswert des Niederdruckturbinenabschnitts 3 in  der L-0-Position und eine waagrechte Achse zeigt ein Verhältnis (A/B)  des axialen Abstandes A zwischen der L-0-Position und der Trennplatte  11 und der Schaufellänge B. Es wurde herausgefunden, dass, wenn der  erlaubte Zähigkeitsunterschied des Niederdruckturbinenbereiches 3  in der L-0-Position, erhalten, wenn der axiale Abstand A eine Variable  war, aufgetragen wurde, sich eine Verteilungskurve gemäss der ausgezogenen  Linie ergibt.

   Da der erlaubte Zähigkeitsunterschied des Niederdruckturbinenabschnitts  3 in der L-0-Position dabei aufgetragen wurde und die Verteilungslinie  unterbrochen dargestellt wurde, wurde herausgefunden, dass das Verhältnis  (A/B) des axialen Abstandes A und der Schaufellänge B, das der Schnittpunkt  war, 0,9 betrug, und es war ein Grenzpunkt, wo die bewegliche Turbinenschaufel  7 in der L-0-Position angeordnet werden konnte. 



   Da das Verhältnis (A/B) des axialen Abstandes A und der Schaufellänge  B in einem Bereich von A/B  >=  0,9 festgelegt wurde, ist es auf  diese Weise bei der beschriebenen Ausführungsform möglich, zu erreichen,  dass der hoch-mittel-nieder-integrierte Turbinenrotor 4, der der  thermischen Gradientenbehandlung unterworfen wurde, sicher und stabil  betrieben wird. 



     Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform  der erfindungsgemässen Dampfturbine. 



   Wenn bei der Dampfturbine entsprechend der zweiten Ausführungsform  der hoch-mittel-niedrig-integrierte Turbinenrotor 4 der thermischen  Gradientenbehandlung unterworfen wird, werden, wenn ein Abstand bzw.  eine Breite eines Spalts EP zur Aufnahme der Trennplatte 11 für die  thermische Gradientenbehandlung zwischen dem Niederdruckturbinenabschnitt  3 und dem Hochdruckturbinenabschnitt 1 oder dem Mitteldruckturbinenabschnitt  2 als H definiert wird und ein Krümmungsradius einer Heizgruppe eines  Zwischenbereiches IP, der den Mitteldruckturbinenabschnitt 2 und  den Niederdruckturbinenabschnitt 3 miteinander verbindet, als R definiert  wird, H und R in den folgenden Bereichen festgelegt: 



   



   H >= 140 mm, 



   R >= 70 mm 



   



   Diese numerischen Werte sind vernünftige Werte, mit denen ein Abschreckriss  bei der thermischen Gradientenbehandlung verhindert werden kann,  und dies wurde im Experiment bestätigt. 



   Bei der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform wird der Spalt  EP, in dem die Trennplatte 11 für die thermische Gradientenbehandlung  aufgenommen wird, an einer Stelle angeordnet, an der die Dampftemperatur  (Turbinenantriebsdampf) 400 DEG C oder weniger wird. 



   Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform  der Abstand H bzw. die Breite des Spaltes EP, in der die Trennplatte  11 für die thermische Gradientenbehandlung aufgenommen wird, zwischen  dem Mitteldruckturbinenabschnitt 2 und dem Niederdruckturbinenabschnitt  3 auf einen Bereich von H  >=  140 mm festgelegt, der Krümmungsradius  R der Heizgruppe des Mitteldruckbereiches IP, an dem der    Mitteldruckturbinenabschnitt  2 und der Niederdruckturbinenabschnitt 3 miteinander verbunden sind,  wird auf den Bereich von R  >=  70 mm festgelegt, und der Spalt EP,  in dem die Trennplatte 11 für die thermische Gradientenbehandlung  aufgenommen wird, wird an einer Position angeordnet, an der die Dampftemperatur  400 DEG C oder weniger wird.

   Damit ist es möglich, das Entstehen  eines Abschreckrisses bei der thermischen Gradientenbehandlung zu  verhindern, eine Spannungskonzentration, die auf während des Betriebes  erzeugte thermische Spannungen zurückgeht, auf einen niederen Wert  herabzudrücken und den Hochdruckturbinenabschnitt 1 und den Mitteldruckturbinenabschnitt  2 mit einer hohen Temperaturfestigkeit (Kriechfestigkeit) zu versehen  und den Niederdrucktemperaturabschnitt 3 mit Raumtemperaturfestigkeit  (Zugfestigkeit) und Zähigkeit zu versehen. 



   Fig. 9 ist eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform  einer zusammengebauten erfindungsgemässen Dampfmaschine. Denen der  ersten Ausführungsform ähnliche Bestandteile sind mit den gleichen  Bezugszeichen oder Symbolen belegt, und eine überlappende Erläuterung  wird weggelassen. 



   Bei der Dampfturbine der dritten Ausführungsform wird jeder der räumlichen  Bereiche LP eines Niederdruckdampfeinlasses 15 und einer Niederdruckentnahme  (Öffnung 16) des Niederdruckturbinenabschnitts 3 des hoch-mittel-nieder-integrierten  Turbinenrotors 4 als eine Festlegposition der Trennplatte 11 für  die thermische Gradientenbehandlung verwendet. 



   Da die Festlegposition der Trennplatte 11 für die thermische Gradientenbehandlung  bei der Dampfturbine sichergestellt werden muss, besteht in herkömmlicher  Weise eine Tendenz dazu, dass eine Spannweite zwischen den Lagern  des hoch-mittel-nieder-integrierten Turbinenrotors 4 gross wird.  Wenn die Lagerspannweite gross wird, wird bei der herkömmlichen Dampfturbine  jedoch ein kritischer Drehzahlbereich während des Betriebs vermindert,  und wenn eine Wellenschwingung aus irgendwelchen Gründen vergrössert  wird, gerät die Dampfturbine in einen gefährlichen Zustand. 



     Die vorliegende Ausführungsform ist unter Berücksichtigung dieses  Punktes entstanden, und irgendeiner der räumlichen Bereiche LB des  Niederdruckdampfeinlasses 15 und der Niederdruckentnahme 16 in dem  Niederdruckturbinenabschnitt 3 wird als Festlegposition der Trennplatte  11 für die thermische Gradientenbehandlung verwendet, sodass die  Lagerspannweite relativ kurz wird. 



   Da die Lagerspannweite des hoch-mittel-nieder-integrierten Turbinenrotors  4 relativ kurz ist, um den kritischen Drehzahlbereich zu vergrössern,  ist es daher bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Nennbetriebszahl  des hoch-mittel-nieder-integrierten Turbinenrotors gegenüber dem  kritischen Drehzahlbereich zu verstimmen bzw. zu verschieben, und  die Turbine stabil zu betreiben. 



   Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm einer vierten Ausführungsform  der erfindungsgemässen Dampfturbine. Denen der ersten Ausführungsform  ähnliche Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen belegt.                                                              



   Bei der Dampfturbine der vierten Ausführungsform werden der Hochdruckturbinenabschnitt  1 und der Mitteldruckturbinenabschnitt 2 der thermischen Gradientenbehandlung  bei einer Temperatur unterworfen, die verschieden von der des Niederdrucktemperaturabschnitts  3 ist. Eine Lagerspannweite L zwischen Lagern 10A und 10B des hoch-mittel-nieder-integrierten  Turbinenrotors 4 wird auf einen Bereich von L  >=  5700 mm festgelegt.                                                         



   Wenn die Lagerspannweite L der Dampfturbine lang bzw. gross ist,  wird ganz allgemein die kritische Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der  Welle vermindert, sodass sich die Drehzahl der Auslegungs- bzw. Nenndrehzahl  annähert und die Turbine in einen gefährlichen Betriebszustand gelangt.                                                        



     Die bei dem Längerwerden der Lagerspannweite L entstehende kritische  Drehzahl wird bei der vorliegenden Ausführungsform in Betracht gezogen,  und wie in Fig. 11 dargestellt, wird die Lagerspannweite L auf einen  Bereich von L  >=  5700 mm festgelegt, sodass die Nenndrehzahl von  dem kritischen Drehzahlbereich CP verschoben werden kann, wie durch  die geneigten Linien dargestellt. 



   Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform,  da die Lagerspannweite L auf dem Bereich von L  >=  5700 mm festgelegt  ist, möglich, den hoch-mittel-nieder-integrierten Turbinenrotor sicher  und stabil zu betreiben. 



   Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf  die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und dass viele  weitere Änderungen und Modifizierungen durchgeführt werden können,  ohne von dem Umfang der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.

Claims (7)

1. Dampfturbine mit einem Hochdruckturbinenabschnitt (1), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (2) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (3), wobei wenigstens zwei oder mehr der Druckabschnitte miteinander kombiniert sind, und mit einem Turbinenrotor (4), der einer thermischen Gradientenbehandlung mit unterschiedlichen thermischen Behandlungstemperaturen an den jeweiligen Druckabschnitten unterworfen wird, welcher Turbinenrotor drehbar von Lagern (10a, 10b) gehalten wird und in einem Turbinengehäuse (5) aufgenommen ist, wobei, wenn ein axialer Abstand zwischen einer Festlegposition einer beweglichen Turbinenschaufel einer letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts und einer Festlegposition einer Trennplatte (11),

die beim Durchführen der an jedem der Druckabschnitte mit unterschiedlicher thermischer Behandlungstemperatur erfolgenden thermischen Gradientenbehandlung angeordnet ist, als A definiert ist, eine Schaufellänge der beweglichen Turbinenschaufel als B definiert ist, und ein axialer Abstand zwischen einer vorhergehenden Stufe der letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnitts und der Festlegposition der Trennplatte als C definiert ist, die Festlegposition der Trennplatte auf einen Bereich von (A/B) >= 0,9 und C >= 300 mm festgelegt ist.

2.

Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Spalt des Turbinenrotors (4), in dem die Trennplatte (11) angeordnet wird, als H definiert ist und ein Krümmungsradius eines Nutgrundes des Spaltes als R definiert ist, der Spalt H und der Krümmungsradius R des Nutgrundes auf Bereiche von H >= 140 mm und R >= 70 mm festgelegt sind.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei die Trennplatte (11) an einer Position angeordnet ist, an der eine Dampftemperatur 400 DEG C oder weniger beträgt.

4. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei die Trennplatte (11) an einer Position eines von räumlichen Bereichen eines Niederdruckdampfeinlasses (15) und einer Niederdruckentnahmeöffnung (16) des Niederdruckturbinenabschnitts (3) angeordnet ist.

5.

Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Lagerspannweite des Turbinenrotors als L definiert ist, die Lagerspannweite L auf einen Bereich L >= 5700 mm festgelegt ist.

6. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei eine Schaufellänge der beweglichen Turbinenschaufel in der letzten Stufe des Niederdruckturbinenabschnittes auf 76,2 cm oder mehr festgelegt ist.

7. Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Druckturbinenabschnitte mit Dampf mit einem Druck von 100 kg/cm<2> oder mehr und einer Temperatur von 500 DEG C beaufschlagt ist.