CN102695850A - 单流式涡轮机的冷却方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单流式涡轮机的冷却方法及装置，其目的在于，在被导入高温蒸汽且与低压涡轮相比位于高压侧的单流式涡轮机中，提高填密环及配置在该填密环内侧的转子的冷却效果，并防止主蒸汽泄漏到填密环侧，抑制热效率下降。在单流式超高压涡轮机(10A)的填密环(26)上设有冷却蒸汽供给管(32)，将570℃以下的锅炉的抽出蒸汽作为冷却蒸汽(S4)提供给填密环(26)与涡轮机转子(12)之间的间隙(c)，冷却蒸汽(S4)与主蒸汽(S1)中泄漏到填密环(26)侧的泄漏蒸汽(S2)相比低温且高压。通过供给该冷却蒸汽(S4)，从而抑制从主蒸汽(S1)分离并泄漏到填密环(26)侧的泄漏蒸汽(S2)的进入，对填密环(26)和其内侧的焊接部(w)及耐热性低的第二转子部(12b)进行冷却。

Description

单流式涡轮机的冷却方法及装置
技术领域
本发明涉及一种对高压侧单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却的方法及装置，所述高压侧单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，被导入高温蒸汽。
背景技术
近年来，日益呼吁节能和环保(减少CO2)的必要性，其中，蒸汽涡轮机发电设备也谋求大容量化和提高热效率的必要性。提高热效率，通过提高主蒸汽的温度和压力来进行。在包含蒸汽涡轮机的煤炭火力发电中，目前采用最高600℃左右的蒸汽温度，今后，为了提高进一步的热效率，需要采用700～750℃的高温蒸汽的发电设备。
另一方面，涡轮机转子因涡轮机转子的旋转而产生很大应力。因此，涡轮机转子必须耐高温、耐大应力，在主蒸汽高温化的趋势中，涡轮机转子的冷却技术是重要课题。在600℃级的蒸汽条件下，涡轮机转子、动叶片等主要构件使用可承受该蒸汽条件的12％Cr钢等高铬钢(铁素体系耐热钢)。
但是，若采用700℃级的蒸汽条件，则12％Cr钢等高铬钢强度就不够了。因此，作为涡轮机转子的材料，考虑应用具有更大的高温强度的Ni基合金。但是，由于Ni基合金难以制造大型块体，且价格高，故仅使用Ni基合金制造涡轮机转子是不现实的。
专利文献1公开了一种涡轮机转子，该涡轮机转子仅在必须由Ni基合金构成的高温部位使用Ni基合金，除此以外的部位由CrMoV钢等钢材构成。该涡轮机转子的导入有650℃以上高温蒸汽的部位由Ni基合金构成，除此以外的部位由CrMoV钢构成，利用熔敷方式将由Ni基合金构成的部位与由CrMoV钢构成的部位连接，将该连接部及由CrMoV钢构成的部位维持在580℃以下。作为CrMoV钢，可列举Cr含有量为9.0～10重量％的高Cr钢、Cr含有量为0.85～2.5重量％的低CrMoV钢。
图4表示以往的单流式涡轮机的局部主视剖视图。图4中，单流式超高压涡轮机100围绕涡轮机转子102设有内轮室104，在内轮室104的外侧围绕内轮室104设有外轮室106。在内轮室104的内侧设有喷嘴室108。主蒸汽供给管114贯通外轮室106及内轮室104而沿径向方向配置，与喷嘴室108连接。在喷嘴室108中，朝向涡轮机叶栅设有主蒸汽喷口110，向涡轮机叶栅喷射主蒸汽S1。
在紧靠着主蒸汽喷口110的下游侧，初级动叶片112植设在涡轮机转子102的初级动叶片部102a上。利用主蒸汽S1的喷射将旋转力赋予初级动叶片112。在初级动叶片112的下游侧，配置有多级叶栅(图示省略)，该多级叶栅由植设于内轮室104的多个静叶片和植设于涡轮机转子102的多个动叶片交替配置而成，利用通过该多级叶栅的主蒸汽S1将旋转力赋予涡轮机转子102。
在喷嘴室108的背后，设有用于使叶栅部的推力平衡的填密环116。与填密环116相对地设有涡轮机转子102的填密部102b。填密环116和填密部102b之间的间隙c设有抑制蒸汽进入的迷宫式密封件118。从主蒸汽喷口110喷射的主蒸汽S1的一部分从涡轮机转子102与喷嘴室108外表面之间的间隙向填密环116侧泄漏。
在外轮室106及填密环116上，沿径向方向贯通配置有排出蒸汽排出管120，排出蒸汽排出管120的顶端与间隙c连通。
泄漏到填密环116侧的泄漏蒸汽S2通过间隙c而到达排出蒸汽排出管120，经排出蒸汽排出管120而与将蒸汽送向后级侧的高压涡轮机的蒸汽管122合流。由于该泄漏蒸汽S2通过排出蒸汽排出管120，故还有使施加到涡轮机转子102上的推力平衡的作用。
如此，在单流式超高压涡轮机100等高压侧的单流式涡轮机中，由于未做过使涡轮机转子102旋转的功的高温蒸汽泄漏到填密环116侧，并在填密环116与涡轮机转子102的填密部102b之间的间隙c中通过，故填密环116与涡轮机转子102暴露于高温环境中。因此，以往提出了对该部分进行冷却的冷却措施。
例如，专利文献2的图1所图示的单轮室式蒸汽涡轮机公开了这样一种结构：将高压涡轮机部排出的一部分排出蒸汽通过配管105作为冷却蒸汽提供给中压涡轮机部的叶栅入口部44(专利文献2中的符号)。
另外，专利文献3的图1所图示的单轮室式蒸汽涡轮机公开了这样一种结构：同样将从高压涡轮机部排出的一部分排出蒸汽通过推力平衡管106作为冷却蒸汽提供给中压涡轮机部的入口部44(专利文献3中的符号)。
尤其，若涡轮机转子102构成为通过熔敷等方式将Ni基合金、CrMoV钢等不同材料构成的部位连接在一起，则该连接部的高温强度比其它部位低。当该连接部位于间隙c时，该连接部就暴露在高温的泄漏蒸汽中。由此，该连接部的强度有可能下降，此时必须进行特别的寿命管理。
作为其对策，专利文献4的图13公开了这样一种冷却措施：设置将涡轮机转子的连接部(螺栓结合部)覆盖的遮盖板22(专利文献4中的符号)，在该遮盖板22上连接有输送冷却蒸汽的冷却蒸汽供给管，通过将冷却蒸汽送向该遮盖板22的内部，从而对该连接部进行冷却。
专利文献1：日本特开2008-88525号公报
专利文献2：日本实开平1-113101号公报(图1)
专利文献3：日本特开平9-125909号公报(图1)
专利文献4：日本特开2000-274208号公报(图13)
发明所要解决的课题
专利文献2的图1和专利文献3的图1所图示的单轮室式蒸汽涡轮机的冷却措施都是对中压涡轮机部的入口部进行冷却，不能对填密环及位于该填密环内侧的涡轮机的填密部进行冷却。
即，在专利文献1和专利文献2所图示的单轮室式蒸汽涡轮机中，高压侧涡轮机部的排出蒸汽供给到填密环与中压涡轮机部之间，该填密环将高压侧涡轮机部与中压涡轮机部分隔。由于该排出蒸汽与从提供给高压侧涡轮机部的主蒸汽分离后流向填密环与涡轮机转子的填密部之间的间隙的泄漏蒸汽相比压力为低压，因此，该排出蒸汽流向中压涡轮机部侧。
因此，该排出蒸汽与该泄漏蒸汽合流并流向中压涡轮机部侧，对中压涡轮机部进行冷却。所以，不能将填密环和涡轮机转子的填密部冷却到该泄漏蒸汽的蒸汽温度以下。
另外，专利文献4所公开的冷却措施对于从哪个蒸汽源供给冷却蒸汽、或者以怎样的压力将冷却蒸汽供给到遮盖板22内部等无具体记载，只不过公开了简单的想法。
如此，没有能对单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的涡轮机转子进行冷却的措施，而是要求高温强度。另外，由于泄漏到填密环侧的主蒸汽对涡轮机转子不做功，故还有成为无用的蒸汽、使单流式涡轮机的热效率下降的问题。
发明内容
鉴于这种以往技术的问题，本发明的目的在于，实现一种冷却措施，其能够在被导入高温蒸汽的相比于低压涡轮机处于高压侧的单流式涡轮机中，对该单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行有效的冷却，同时防止主蒸汽泄漏到填密环侧，抑制热效率下降。
用于解决课题的手段
为实现上述目的，本发明的单流式涡轮机的冷却方法所应用的单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，且与低压涡轮机相比位于高压侧，该单流式涡轮机的冷却方法对该单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却，包括如下工序：冷却蒸汽供给工序，该工序将主蒸汽中与泄漏到所述填密环侧的泄漏蒸汽相比低温且高压的冷却蒸汽提供给设在填密环上的冷却蒸汽供给路，所述主蒸汽在蒸汽涡轮机发电设备内产生，并被提供给该单流式涡轮机；以及冷却工序，该工序将冷却蒸汽通过冷却蒸汽供给路导入形成于填密环与转子之间的间隙，并使该冷却蒸汽在该间隙中流通，对填密环及转子进行冷却。
在本发明的方法中，将提供给单流式涡轮机的主蒸汽中与泄漏到填密环侧的泄漏蒸汽相比为低温且高压的冷却蒸汽通过设在填密环上的冷却蒸汽供给路提供给填密环与转子之间的间隙。由此，能以高压的冷却蒸汽充满填密环的周边区域，抑制从主蒸汽分离的泄漏蒸汽进入该区域。因此，相比于前述以往的冷却措施能提高填密环及填密环内侧附近的转子的冷却效果。
由此，能防止填密环、涡轮机转子的温度上升，对填密环和转子不进行特别的寿命控制也可长寿命化。因此，能增加转子等所使用的原材料选择的自由度。另外，在填密环附近，作为转子材料尤其不必在较大的区域中使用耐热性优异的Ni基合金，能够减小由Ni基合金构成的转子的制作尺寸，因此转子的制造变得容易。
在本发明中，作为冷却蒸汽，由于能适当选用蒸汽涡轮机发电设备所产生的蒸汽，故容易确保冷却蒸汽。
提供给单流式涡轮机的主蒸汽与泄漏到填密环侧的泄漏蒸汽相比高温且高压。因此，在本发明的方法中，冷却蒸汽与主蒸汽相比低温，且与主蒸汽等压，或者比主蒸汽高压。由此，能以高压的冷却蒸汽充满填密环的周边区域，容易抑制从主蒸汽分离的泄漏蒸汽进入该区域。
另外，在前述发明中，除了所述各工序外，还附加有排出工序，该排出工序将冷却工序中供该填密环及转子冷却使用后的冷却蒸汽与该泄漏蒸汽一起从冷却蒸汽排出路排出到排出蒸汽管，所述冷却蒸汽排出路形成在比冷却蒸汽供给路靠近供给主蒸汽的喷嘴室的该填密环上，该排出蒸汽管将蒸汽提供给单流式涡轮机的叶栅级间部或后级侧蒸汽涡轮机。这样，就可将供填密环与转子冷却使用后的冷却蒸汽与泄漏蒸汽一起通过冷却蒸汽排出路排出到单流式涡轮机的叶栅级间部或排出蒸汽管，因此可将这些蒸汽回收作为后流级及中压/低压涡轮机的一部分蒸汽。
因此，由于能以冷却蒸汽充满泄漏蒸汽的流通区域以外的间隙区域，故相比于上述以往的冷却措施能提高填密环及转子的冷却效果。
另外，通过从该冷却蒸汽排出路将泄漏蒸汽及供冷却后的冷却蒸汽排出，从而能将冷却蒸汽回收作为后流级及中压/低压涡轮机的一部分蒸汽。
在本发明中，可将冷却蒸汽以570℃以下的温度提供给冷却蒸汽供给路。由此，即使转子不是由Ni基合金构成，而是由12％Cr钢、CrMoV钢等耐热钢制材料构成，也可不进行特别的寿命控制就将转子长寿命化。
在本发明中，冷却蒸汽可以是超高压涡轮机或高压涡轮机的排出蒸汽或叶栅部的抽出蒸汽，或是锅炉的抽出蒸汽。由此，能在蒸汽涡轮机发电设备内容易地确保冷却蒸汽。
在本发明中，即使单流式涡轮机的主蒸汽温度为700℃以上的高温，也将冷却蒸汽提供给冷却蒸汽供给路，从而可冷却填密环及填密环内侧的转子，将填密环和转子长寿命化。
存在这样的情况：转子的由耐热性材料构成的第一转子部与由耐热性比该第一转子部低的材料构成的第二转子部通过连接部连接，该连接部配置在填密环的内侧。采用本发明，由于能提高第二转子部及连接部的冷却效果，因此，对该第二转子部及该连接部不进行特别的寿命控制，也能防止它们的强度下降，实现长寿命化。
一种可直接用于上述发明的实施的单流式涡轮机的冷却装置，其中，单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，且与低压涡轮机相比位于高压侧，该单流式涡轮机的冷却装置对单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却，具有：冷却蒸汽供给路，该冷却蒸汽供给路形成在填密环上，向该填密环与转子之间的间隙开口；以及冷却蒸汽管，该冷却蒸汽管与该冷却蒸汽供给路连接，将主蒸汽中与泄漏到填密环侧的泄漏蒸汽相比低温且高压的冷却蒸汽提供给该冷却蒸汽供给路，所述主蒸汽在蒸汽涡轮机发电设备内产生，并被提供给单流式涡轮机，使该冷却蒸汽通过该冷却蒸汽供给路在形成于填密环与转子之间的间隙流通，对该填密环及转子进行冷却。
在本发明的装置中，将提供给单流式涡轮机的主蒸汽中与泄漏到填密环侧的泄漏蒸汽相比低温且高压的冷却蒸汽，通过设在填密环上的冷却蒸汽供给路提供给填密环与转子之间的间隙。由此，能以高压的冷却蒸汽充满填密环的周边区域，抑制从主蒸汽分离的泄漏蒸汽进入该区域。因此，相比于上述以往的冷却措施能提高填密环及填密环内侧附近的转子的冷却效果。所以，能增加转子等所使用的原材料的选择自由度，并且能防止填密环和涡轮机转子的温度上升，不进行特别的寿命控制也可长寿命化。
提供给单流式涡轮机的主蒸汽与泄漏到填密环侧的泄漏蒸汽相比高温且高压。因此，在本发明的装置中，冷却蒸汽与主蒸汽相比低温，且与主蒸汽等压，或者比主蒸汽高压。由此，能以高压的冷却蒸汽充满填密环的周边区域，容易抑制从主蒸汽分离的泄漏蒸汽进入该区域。
在上述装置中，可以构成为：具有冷却蒸汽排出路，该冷却蒸汽排出路形成在比冷却蒸汽供给路靠近供给主蒸汽的喷嘴室的填密环上，向填密环与转子之间的间隙开口，并且与将蒸汽提供给单流式涡轮机的叶栅级间部或后级侧蒸汽涡轮机的排出蒸汽管连接，在使冷却蒸汽在该间隙中流通而将该填密环及转子冷却后，将该冷却蒸汽与泄漏蒸汽一起从该冷却蒸汽排出路排出到该排出蒸汽管。
由此，由于将供填密环及转子冷却使用后的冷却蒸汽与从主蒸汽分离的泄漏蒸汽一起从冷却蒸汽排出路排出，因此，能将这些蒸汽回收作为后流级及中压/低压涡轮机的一部分蒸汽。并且，由于能以冷却蒸汽充满泄漏蒸汽的流通区域以外的间隙区域，因此，相比于上述以往的冷却措施能提高填密环及转子的冷却效果。
在本发明装置中，也可做成如下结构：当冷却蒸汽是超过570℃的温度时，在冷却蒸汽管上夹装有将冷却蒸汽冷却到570℃以下的温度的冷却装置，通过该冷却装置将该冷却蒸汽冷却到570℃以下的温度，并提供给冷却蒸汽供给路。由此，即使从蒸汽涡轮机发电设备得到的冷却蒸汽超过570℃的温度，也能将该冷却蒸汽冷却到570℃以下并提供给冷却蒸汽供给路，故能可靠地发挥填密环及转子的冷却效果。因此，容易从蒸汽涡轮机发电设备获得570℃以下的冷却蒸汽源。
发明的效果
采用本发明方法，本发明的单流式涡轮机的冷却方法所应用的单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，且与低压涡轮机相比位于高压侧，该单流式涡轮机的冷却方法对该单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却，包括如下工序：冷却蒸汽供给工序，该工序将主蒸汽中与泄漏到所述填密环侧的泄漏蒸汽相比低温且高压的冷却蒸汽提供给设在填密环上的冷却蒸汽供给路，所述主蒸汽在蒸汽涡轮机发电设备内产生，并被提供给该单流式涡轮机；以及冷却工序，该工序将冷却蒸汽通过该冷却蒸汽供给路导入形成于填密环与转子之间的间隙，并使该冷却蒸汽在该间隙中流通，对填密环及转子进行冷却，因此，能抑制从主蒸汽分离的泄漏蒸汽进入填密环侧，能使冷却蒸汽遍布所述间隙的整个区域，相比于上述以往的冷却措施能提高填密环及转子的冷却效果。
由此，能防止填密环、涡轮机转子的温度上升，对填密环和转子不进行特别的寿命控制也可长寿命化。所以，能增加转子等所使用的原材料的选择自由度，并且尤其能够减小由耐热性优异的Ni基合金等构成的转子的制作尺寸，因此转子的制造变得容易。
采用本发明，单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，且与低压涡轮机相比位于高压侧，该单流式涡轮机的冷却装置对该单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却，具有：冷却蒸汽供给路，该冷却蒸汽供给路形成在填密环上，向该填密环与转子之间的间隙开口；以及冷却蒸汽管，该冷却蒸汽管与该冷却蒸汽供给路连接，将比主蒸汽低温且与该主蒸汽等压或比主蒸汽高压的冷却蒸汽提供给该冷却蒸汽供给路，所述主蒸汽在蒸汽涡轮机发电设备内产生，并被提供给单流式涡轮机，使冷却蒸汽通过冷却蒸汽供给路在形成于填密环与转子之间的间隙流通，对该填密环及转子进行冷却。由此，能获得与本发明的方法相同的作用效果。
附图说明
图1是将本发明应用于单流式超高压涡轮机的第1实施形态的超高压涡轮机的局部主视剖视图。
图2是将本发明应用于单流式超高压涡轮机的第2实施形态的超高压涡轮机的局部主视剖视图。
图3是将本发明应用于单流式超高压涡轮机的第3实施形态的超高压涡轮机的局部主视剖视图。
图4是以往的单流式超高压涡轮机的局部主视剖视图。
具体实施方式
下面，采用图示的实施形态详细说明本发明。但本实施形态所记载的构成零部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特别的特定记载，并非是将本发明范围仅限定于此的意思。
(第1实施形态)
下面，根据图1来说明将本发明应用于单流式超高压涡轮机的第1实施形态。图1是本实施形态的单流式超高压涡轮机10A的主视剖视图。单流式超高压涡轮机10A安装在蒸汽涡轮机发电设备内。图1中，单流式超高压涡轮机10A围绕涡轮机转子12设有内轮室14，在内轮室14的外侧，围绕内轮室14设有外轮室16。在内轮室14的内侧设有喷射主蒸汽的喷嘴室18。主蒸汽供给管24贯通外轮室16及内轮室14而沿径向方向配置，该主蒸汽供给管24的顶端向喷嘴室18开口。
喷嘴室18朝向涡轮机叶栅设有主蒸汽喷口20，提供给主蒸汽供给管24的主蒸汽S1从主蒸汽喷口20向涡轮机叶栅喷射。
在紧靠着主蒸汽喷口20的下游侧，初级动叶片植设在涡轮机转子12的初级动叶片部12c上，从主蒸汽喷口20喷射的主蒸汽S1将旋转力赋予初级动叶片22。在初级动叶片22的下游侧配置有反作用式多级叶栅(图示省略)，该反作用式多级叶栅由植设于内轮室14的多个静叶片和植设于涡轮机转子12的多个动叶片交替配置而成，利用经过该多级叶栅的主蒸汽S1将旋转力赋予涡轮机转子12。
在喷嘴室18的背后设有用于使叶栅部的推力平衡的填密环26。在填密环26与同该填密环26相对的涡轮机转子12的填密部12d之间的间隙c设有迷宫式密封件28。涡轮机转子12的第一转子部12a和第二转子部12b通过焊接部w连接。与700℃以上的高温主蒸汽S1接触的第一转子部12a由耐热性优异的Ni基合金制造，不与主蒸汽S1直接接触的第二转子部12b由相比于Ni基合金耐热性稍低的12％Cr钢等耐热钢制造。焊接部w位于填密环26的内侧且位于冷却蒸汽供给管32的开口附近。
冷却蒸汽供给管32贯通外轮室16及内轮室14而沿径向方向配置，向间隙c开口。冷却蒸汽供给管32上连接有蒸汽管34，从图示省略的锅炉抽出的抽出蒸汽作为冷却蒸汽S4通过蒸汽管34提供给冷却蒸汽供给管32。冷却蒸汽S4具有与主蒸汽S1的蒸汽压力P1相等或比该蒸汽压力P1高的蒸汽压力P4，且以570℃以下的温度提供给冷却蒸汽供给管32。
在这种结构中，从主蒸汽喷口20喷射的一部分主蒸汽S1有可能作为泄漏蒸汽S2从涡轮机转子12与喷嘴室18之间的间隙泄漏到填密环26侧。另一方面，由于具有上述压力和温度的冷却蒸汽S4从冷却蒸汽供给管32供给到间隙c，因此，冷却蒸汽S4对抗泄漏蒸汽S2，抑制泄漏蒸汽S2进入填密环26侧而在间隙c的整个区域流通。
此时，各区域的压力具有下式(1)的关系：
P4≥P1＞P2＞P5                                (1)
这里，P2是泄漏蒸汽S2的蒸汽压力，P5是外轮室16与内轮室14之间的空间S5的压力。由于冷却蒸汽S4的蒸汽压力P4相对于空间S5的压力P5是高压，因此，在冷却蒸汽供给管32与同空间S5连通的间隙c的出口之间设置多个迷宫式密封件28，防止蒸汽泄漏。
采用本发明，将冷却蒸汽S4供给到间隙c，利用冷却蒸汽S4所具有的蒸汽压力P4与泄漏蒸汽S2的压力P2之间的压力差来抑制泄漏蒸汽S2进入填密环26侧。
由此，可使泄漏蒸汽S2向填密环26及涡轮机转子12的热传导消失。因此，可将填密环26及填密环26内侧的包含填密部12d在内的喷嘴室下部附近的涡轮机转子12冷却到570℃以下，还可有效地对高温强度较差的焊接部w进行冷却。
所以，不必对焊接部w及第二转子部12b进行特别的寿命管理，并且可减少不供涡轮机转子12旋转使用的无用的泄漏蒸汽S2，可提高单流式超高压涡轮机10A的热效率。
(第2实施形态)
下面，根据图2来说明将本发明应用于单流式超高压涡轮机的第2实施形态。在图2所示的单流式超高压涡轮机10B中，冷却蒸汽供给管32贯通外轮室16及内轮室14而沿径向方向配置，与上述第1实施形态的冷却蒸汽供给管32相比，该冷却蒸汽供给管32设在靠近空间S5的填密环26上，该冷却蒸汽供给管32的顶端向间隙c开口。另外，冷却蒸汽排出管42贯通外轮室16及内轮室14而沿径向方向配置，设在相比于冷却蒸汽供给管32位于喷嘴室18侧的填密环26上。冷却蒸汽供给管32的顶端向间隙c开口。
冷却蒸汽排出管42通过排出蒸汽管44与向高压涡轮机供给主蒸汽的图示省略的主蒸汽管连接。其它结构与上述第一实施形态相同，因此省略那些相同部分的说明。
从单流式超高压涡轮机10B的叶栅级部抽出的570℃以下的抽出蒸汽，作为冷却蒸汽S4通过蒸汽管40提供给冷却蒸汽供给管32。冷却蒸汽S4从冷却蒸汽供给管32到达间隙c，在间隙c中流通。由此，对填密环26及该填密环26内侧的包含填密部12d在内的涡轮机转子12进行冷却。供冷却使用后的冷却蒸汽S4作为排出蒸汽S3从冷却蒸汽排出管42排出，排出蒸汽S3通过排出蒸汽管44向主蒸汽管输送，该主蒸汽管将主蒸汽提供给单流式超高压涡轮机10B的叶栅级间部或/及图示省略的高压涡轮机。
在本实施形态中，冷却蒸汽S4被设定成满足下式(2)的压力条件：
P1＞P4＞P2＞P3≥P5                            (2)
这里，P1是主蒸汽S1的蒸汽压力，P2是从主蒸汽S1分支的、从涡轮机转子12与喷嘴室18之间的间隙向填密环26侧分支的泄漏蒸汽P2的蒸汽压力，P3是在冷却蒸汽排出管43内流动的排出蒸汽的蒸汽压力，P4是提供给冷却蒸汽供给管32的冷却蒸汽S4的蒸汽压力，P5是形成于外轮室16与内轮室14之间的空间S5的压力。为了维持这些压力关系，在间隙c中适当配设迷宫式密封件28，确保间隙c的密封性能。
在本实施形态中，从主蒸汽喷口20喷射的主蒸汽S1中的微少的一部分作为泄漏蒸汽S2从涡轮机转子12与喷嘴室18之间的间隙泄漏到填密环26侧。该泄漏蒸汽S2通过间隙c从冷却蒸汽排出管42排出。另外，第一转子部12a与第二转子部12b的焊接部w位于冷却蒸汽供给管32的开口与冷却蒸汽排出管42的开口之间且位于冷却蒸汽供给管32的开口附近。
采用本实施形态，由于从冷却蒸汽供给管32供给具有蒸汽压力P4的冷却蒸汽S4，因此，从冷却蒸汽排出管42的开口到靠近冷却蒸汽供给管32的间隙c因为P4＞P2＞P3≥P5的关系而仅被冷却蒸汽P4充满。因此，能提高该区域的填密环26及涡轮机转子12的冷却效果。另外，由于焊接部w及第二转子部12b位于该区域，故能提高它们的冷却效果。由于从主蒸汽S1分离的泄漏蒸汽S2与供冷却使用后的冷却蒸汽S4一起从冷却蒸汽排出管42排出，因此，这些蒸汽可回收作为后流级及中压/低压涡轮机的一部分蒸汽。
如此，由于能提高从冷却蒸汽排出管42的开口位置到靠近冷却蒸汽供给管32的区域的冷却效果，因此，能提高耐热性低的焊接部w及第二转子部12b的冷却效果。所以，不必对涡轮机转子12进行特别的寿命管理就可实现涡轮机转子12的长寿命化。
另外，由于供冷却使用后的冷却蒸汽S4和泄漏蒸汽S2合流后作为排出蒸汽S3而从冷却蒸汽排出管42排出，因此，这些蒸汽可回收作为后流级及中压/低压涡轮机的一部分蒸汽。
(第3实施形态)
下面，根据图3来说明将本发明应用于单流式超高压涡轮机的第3实施形态。在本实施形态中，提供给单流式超高压涡轮机10C的冷却蒸汽供给管32的冷却蒸汽S4也可使用蒸汽涡轮机发电设备产生的蒸汽。例如，也可使用锅炉的抽出蒸汽或从超高压涡轮机10C的叶栅级间抽出的抽出蒸汽，或在单流式超高压涡轮机10C中供涡轮机转子12旋转做功使用后的排出蒸汽。用于冷却蒸汽S4的这些蒸汽S6也可不必是570℃以下的温度。
如图3所示，在本实施形态中，在与冷却蒸汽供给管32连接的蒸汽管40上夹装冷却装置50。并且，在供冷却蒸汽S4使用的蒸汽S6不是570℃以下的情况下，通过冷却装置50对该蒸汽S6进行冷却并冷却到570℃以下的温度而提供给冷却蒸汽供给管32。其它结构与图2所示的上述第2实施形态相同。
冷却装置50的结构，例如也可将流通冷却蒸汽S6的配管做成涡旋状的配管，通过鼓风机将冷风送向该配管。或者，也可做成带有叶片的配管来代替涡旋状的配管。或者，做成双重配管，使冷却水通过该双重配管的一方，对冷却蒸汽S6进行冷却。
采用本实施形态，除了图2所示的第2实施形态所获得的作用效果外，即使是冷却蒸汽S6超过570℃的情况，也能利用冷却装置50将冷却蒸汽S6冷却到570℃以下，能扩大蒸汽涡轮机发电设备内的冷却蒸汽S6供给源的选择范围。
产业上的实用性
采用本发明，在蒸汽涡轮机发电设备中，可用简单的结构提高单流式涡轮机的填密环及位于该填密环内侧的涡轮机转子的冷却效果，可实现这些构件的长寿命化。

Claims (13)

1.一种单流式涡轮机的冷却方法，该单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，且与低压涡轮机相比位于高压侧，该单流式涡轮机的冷却方法对该单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却，其特征在于，包括如下工序：
冷却蒸汽供给工序，该工序将主蒸汽中与泄漏到所述填密环侧的泄漏蒸汽相比低温且高压的冷却蒸汽提供给设在填密环上的冷却蒸汽供给路，所述主蒸汽在蒸汽涡轮机发电设备内产生，并被提供给所述单流式涡轮机；以及
冷却工序，该工序将该冷却蒸汽通过该冷却蒸汽供给路导入形成于填密环与转子之间的间隙，并使该冷却蒸汽对抗所述泄漏蒸汽而在该间隙中流通，对填密环及转子进行冷却。
2.如权利要求1所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，提供给所述单流式涡轮机的所述主蒸汽与所述泄漏蒸汽相比高温且高压。
3.如权利要求1或2所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，所述冷却蒸汽与所述主蒸汽相比低温，且与主蒸汽等压，或者比主蒸汽高压。
4.如权利要求1～3中任一项所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，还附加有排出工序，该排出工序将所述冷却工序中供填密环及转子冷却使用后的冷却蒸汽与所述泄漏蒸汽一起从冷却蒸汽排出路排出到排出蒸汽管，所述冷却蒸汽排出路形成在比所述冷却蒸汽供给路靠近供给主蒸汽的喷嘴室的填密环上，该排出蒸汽管将蒸汽提供给单流式涡轮机的叶栅级间部或后级侧蒸汽涡轮机。
5.如权利要求1～4中任一项所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，所述冷却蒸汽以570℃以下的温度提供给所述冷却蒸汽供给路。
6.如权利要求1～5中任一项所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，所述冷却蒸汽是超高压涡轮机或高压涡轮机的排出蒸汽或叶栅部的抽出蒸汽，或是锅炉的抽出蒸汽。
7.如权利要求1～6中任一项所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，所述单流式涡轮机的主蒸汽的温度是700℃以上。
8.如权利要求1～7中任一项所述的单流式涡轮机的冷却方法，其特征在于，所述转子的由耐热性材料构成的第一转子部与由耐热性比该第一转子部低的材料构成的第二转子部通过连接部连接，该连接部配置在所述填密环的内侧。
9.一种单流式涡轮机的冷却装置，该单流式涡轮机被装入蒸汽涡轮机发电设备，且与低压涡轮机相比位于高压侧，该单流式涡轮机的冷却装置对该单流式涡轮机的填密环及配置在该填密环内侧的转子进行冷却，其特征在于，具有：
冷却蒸汽供给路，该冷却蒸汽供给路形成在所述填密环上，向填密环与转子之间的间隙开口；以及
冷却蒸汽管，该冷却蒸汽管与该冷却蒸汽供给路连接，将主蒸汽中与泄漏到填密环侧的泄漏蒸汽相比低温且高压的冷却蒸汽提供给所述冷却蒸汽供给路，所述主蒸汽在蒸汽涡轮机发电设备内产生，并被提供给所述单流式涡轮机，
并且，通过冷却蒸汽供给路将冷却蒸汽导入形成于填密环与转子之间的间隙，并使该冷却蒸汽对抗所述泄漏蒸汽而在该间隙中流通，对填密环及转子进行冷却。
10.如权利要求9所述的单流式涡轮机的冷却装置，其特征在于，提供给单流式涡轮机的所述主蒸汽与所述泄漏蒸汽相比高温且高压。
11.如权利要求9或10所述的单流式涡轮机的冷却装置，其特征在于，所述冷却蒸汽与所述主蒸汽相比低温，且与主蒸汽等压，或者比主蒸汽高压。
12.如权利要求9～11中任一项所述的单流式涡轮机的冷却装置，其特征在于，
具有冷却蒸汽排出路，该冷却蒸汽排出路形成在比所述冷却蒸汽供给路靠近供给主蒸汽的喷嘴室的填密环上，向所述间隙开口，并且与将蒸汽提供给单流式涡轮机的叶栅级间部或后级侧蒸汽涡轮机的排出蒸汽管连接，
将流通于所述间隙的冷却蒸汽与泄漏蒸汽一起通过该冷却蒸汽排出路排出到该排出蒸汽管。
13.如权利要求9～12中任一项所述的单流式涡轮机的冷却装置，其特征在于，
所述冷却蒸汽处于超过570℃的温度区域，在所述冷却蒸汽管上夹装有将该冷却蒸汽冷却到570℃以下的温度的冷却装置，
通过该冷却装置将该冷却蒸汽冷却到570℃以下的温度，并提供给所述冷却蒸汽供给路。
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