DE10016068A1 - Dampfturbine - Google Patents
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Abstract
Eine Dampfturbine enthält, in Kombination, wenigstens zwei von einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15), und die Dampfturbine erfüllt insgesamt solche Auslegungsanforderungen wie: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm·2· oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500 DEG C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist. Bei einer solchen Dampfturbine hat eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur, die sich nach beiden Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses (15), zu dessen Oberseite hin oder in seiner axialen Richtung erstreckt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, bei der wenigstens zwei Turbinenabschnitte,
die aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und
einem Niederdruckturbinenabschnitt gewählt sind, in Kombination in einem einzigen
Turbinengehäuse aufgenommen sind.
Es wurde versucht, eine Dampfturbine mit einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2
oder mehr, einer Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr und einer rechnerischen
oder Nennausgangsleistung 100 MW oder mehr auszuführen, die mit einer Drehzahl
von 3000 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der
Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder
mehr hat, oder die mit einer Drehzahl von 3600 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit
einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schau
fellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr hat. Bei einer solchen Dampfturbine wird
ein Satz aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, aus einem Mitteldruckturbinenab
schnitt (Zwischendruckturbinenabschnitt) und einem Niederdruckturbinenabschnitt oder
ein Satz aus einem Hochdruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenab
schnitt auf einem einzigen Turbinenrotor (Turbinenwelle) vorgesehen, der von zwei
Achslagern getragen wird, die auf einem Sockel angeordnet sind, wobei jeder der Tur
binenabschnitt integral in einem einzigen Turbinengehäuse aufgenommen ist. Eine sol
che Dampfturbine wurde bisher noch nicht in die Praxis umgesetzt und bleibt auf dem
Zeichenbrett; dies wegen technischer Schwierigkeiten, insbesondere wegen der Schwie
rigkeit, Wellenschwingungen zu verhindern, die durch ungenügende Steifigkeit der
Welle in Verbindung mit der vergrößerten Lagerstützweite hervorgerufen werden.
Eine Dampfturbine, die den vorgenannten Auslegungserfordernissen genügt, kann einen
Aufbau, wie beispielsweise in Fig. 17 dargestellt, haben.
Bei dieser Dampfturbine hat ein Turbinengehäuse 1 eine Doppelgehäusestruktur, die
aus einem äußeren Gehäuse 1a und einem inneren Gehäuse 1b besteht, und in dem inne
ren Gehäuse 1b der Doppelgehäusestruktur ist beispielsweise ein Hoch-Mitteldruck
integrierter Turbinenrotor 4 mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 2 und einem Mittel
druckturbinenabschnitt 3 aufgenommen. Ein Niederdruckturbinengehäuse 5 hat eben
falls eine Doppelgehäusestruktur, die aus einem äußeren Gehäuse 5a und einem inneren
Gehäuse 5b besteht und in dem inneren Gehäuse 5b der Doppelgehäusestruktur ist ein
Niederdruckturbinenrotor 7 mit Niederdruckturbinenabschnitten 6a, 6b aufgenommen,
in denen Dampf in entgegengesetzten Richtungen strömt. Der Niederdruckturbinenrotor
7 und der Hoch-Mitteldruck-integrierte Turbinenrotor 4 sind miteinander über eine
Kupplung 8 verbunden.
In einer anderen Dampfturbine, wie sie beispielsweise in Fig. 18 dargestellt ist, ist ein
Hoch-Mitteldruckintegrierter Turbinenrotor 4 in dem inneren Gehäuse 5b der Doppel
gehäusestruktur aufgenommen, wie vorstehend beschrieben, während ein Niederdruck
turbinenrotor 7 mit einem Niederdruckturbinenabschnitt 6, in dem Dampf in einer ein
zigen Strömung strömt, in einem inneren Gehäuse 5b eines Niederdruckturbinengehäu
ses 5 aufgenommen ist.
Die in den Fig. 17 und 18 dargestellten Niederdruckturbinengehäuse 5 sind beide mit
einem konischen Ausnehmungsbereich 11 an der Stelle ausgebildet, an der der Nieder
druckturbinenrotor 7 in eine Turbinenauslaßhaube 10 (Kammer oder Sektion) eingesetzt
ist, die durch eine Trennwand 9 gebildet ist, um einen Einbaubereich für ein Achslager
12 sicherzustellen, und die Turbinenauslaßhaube 10 ist an ihrer stromabwärtigen Seite
mit einem Kondensator (nicht dargestellt) verbunden.
Weiter werden in den Fig. 17 und 18 dargestellten Dampfturbinen der Hoch-Mittel
druck-integrierte Turbinenrotor 4 und der Niederdruckturbinenrotor 7 von drei oder vier
Achslagern 12 getragen.
Andererseits wird selbst im Fall einer Dampfturbine, die beispielsweise die Turbine der
Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart verwendet, die die oben genannten Auslegungs
erfordernisse nicht erfüllt, beispielsweise wie in Fig. 19 dargestellt, ein Hoch-Mittel-
Niederdruck-integrierter Turbinenrotor 4a mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 2,
einem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 und einem Niederdruckturbinenabschnitt 6 von
Achslagern 12 getragen, die auf Sockeln 13a, 13b angeordnet sind. Die durch eine
Trennwand 9 gebildete Turbinenauslaßhaube ist mit einem konischen Ausnehmungsbe
reich 11 ausgebildet und auf ihrer stromabwärtigen Seite mit einem nicht dargestellten
Kondensator verbunden. Da die Lagerspann- bzw. Stützweite S der Achslager 12, die
den Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotor 4a trägt, relativ kurz ist, ist es
diesem Fall möglich, das Problem von im Betrieb auftretenden Schwingungen in zu
friedenstellender Weise zu behandeln.
Im allgemeinen nimmt in einer Dampfturbine mit Erhöhung der Ausgangsleistung we
gen der Zunahme des Druckes und der Temperatur des zugeführten Dampfes die Anzahl
der Turbinenstufen, die aus einer Kombination von Turbinendüsen und beweglichen
bzw. Laufturbinenschaufeln bestehen, zu, um dadurch der vergrößerten Leistung zu
begegnen, so daß die Lagerstützweite S des Turbinenrotors die Tendenz hat, lang zu
werden. Bei einer Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbine 4a mit beispielsweise
dem Hochdruckturbinenabschnitt 2, dem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 und dem Nie
derdruckturbinenabschnitt 6 auf einer einzigen Welle wird die Lagerstützweite S lang.
Entsprechend wird, wenn ein Wellendurchmesser der Hoch-Mittel-Niederdruck
integrierten Turbine 4a als D0 definiert ist, wenn das Verhältnis des Wellendurchmes
sers zur Lagerstützweite S (S/D0) größer wird, die Steifigkeit der Welle geringer und
entsprechend der Absenkung der charakteristischen bzw. Eigenfrequenz der Welle, wird
die kritische Drehzahl niedriger, wodurch es schwierig wird, die Dampfturbine zufrie
denstellend zu betreiben.
Um eine Dampfturbine zu realisieren, die einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder
mehr hat, eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr und eine Nennausgangs
leistung von 100 MW, die mit einer Drehzahl von 3000 U/min in dem Fall dreht, in dem
sie mit einer letztstufigen Laufturbinenschaufel mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder mit einer Drehzahl von 3600 U/min in
dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, und die
einen einzigen Turbinenrotor verwendet, der von zwei auf Sockeln angeordneten Achs
lagern getragen wird, wird insbesondere, wenn die herkömmliche Technik direkt ange
wandt wird, die Lagerstützweite S lang, wodurch die kritische Drehzahl abgesenkt wird,
und insbesondere, wenn die sekundäre kritische Drehzahl sich an die Nenndrehzahl an
nähert, werden die Schwingungen der Welle vergrößert, was den Betrieb verhindern
kann.
Der Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme und Schwie
rigkeiten des Standes der Technik gemacht und eine Aufgabe der Erfindung liegt darin,
eine Dampfturbine zu schaffen, mit der je Turbinenstufe eine größere Menge an Arbeit
erzeugt werden kann und die einen stabilen Betrieb durch Verkürzen der Lagerstütz
weite ermöglicht.
Diese und andere Aufgaben können erfindungsgemäß gelöst werden, indem in einem
Aspekt eine Dampfturbine geschaffen wird, die in Kombination wenigstens zwei aus
einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitts und einem
Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält und die fol
gende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder
mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung
von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Ein
heit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufel
länge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von
3600 U/min drehenden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine
ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr
aufweist,
wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts eine sich zu bei
den Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses erstreckende Struktur hat.
Bezüglich eines anderen Aspektes wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombina
tion wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbi
nenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinenge
häuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck
von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine
Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit
einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschau
fel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch)
oder mehr hat,
wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts eine sich zur
Oberseite des Turbinengehäuses hin erstreckende Struktur hat.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen, die in
Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mittel
druckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Tur
binengehäuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Haupt
dampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder
mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl
von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine
ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr hat,
oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufi
gen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm
(33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts eine sich in axi
aler Richtung davon erstreckende Struktur hat.
Bei diesem Aspekt ist die Turbinenauslaßkammer mit einem sich erweiternden Pfad
versehen, die durch eine äußere Umfangswand und eine innere Umfangswand von ihr
gebildet ist, und ist die innere Umfangswand mit einem konischen Ausnehmungsbereich
zum Einbauen eines Achslagers ausgebaut.
Bezüglich eines weiteren Aspekts ist eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination
wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenab
schnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse
enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von
100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nenn
ausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effekti
ven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer
Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der
Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausge
rüstet ist, wobei, wenn eine Verengungsfläche einer Turbinendüse durch AN gegeben ist
und ein Verengungsbereich einer Turbinenlaufschaufel in dem Hochdruckturbinenab
schnitt mit AB gegeben ist, ein Verhältnis der beiden Verengungsflächen (AB/AN) inner
halb eines Bereiches von 1,6 ≦ AB/AN ≦ 1,8 festgelegt ist.
Hinsichtlich eines nochmals weiteren Aspekts ist eine Dampfturbine geschaffen, die in
Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mittel
druckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Tur
binengehäuse enthält, und die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt: einen
Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C
oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer
Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der
Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet
ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer
letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm
(33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel
in einer Turbinenstufe des Hochdruckturbinenabschnitts längs einer Strömungsrichtung
eines Dampfes allmählich zunimmt und, wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel
durch Rr gegeben ist, und ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten
Stufe der Hochdruckturbine durch Rrn gegeben ist, ein Verhältnis der beiden Radien
(Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1.05 festgelegt ist.
Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen,
die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem
Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzi
gen Turbinengehäuse enthält, und die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt:
einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von
500°C oder mehr; eine Ausgangsnennleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit
einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschau
fel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr
ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit
einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm
(33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innenradius einer Turbinenlauf
schaufel in einer Turbinenstufe des Mitteldruckturbinenabschnitts allmählich längs ei
ner Strömungsrichtung eines Dampfes zunimmt, und wenn der Innenradius der Turbi
nenlaufschaufel durch Rr gegeben ist, und der Innenradius der Turbinenlaufschaufel in
der nächsten Stufe der Mitteldruckturbine durch Rrn gegeben ist, ein Verhältnis der
beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1.1 festgelegt ist.
Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen,
die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem
Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzi
gen Turbinengehäuse enthält, und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen
Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C
oder mehr; eine Ausgangsnennleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer
Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der
Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet
ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer
letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm
(33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei die Anzahl der Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts auf 7 bis 10
festgelegt ist, die Anzahl der Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts auf 4 bis
7 festgelegt ist und die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts
auf 5 bis 7 festgelegt ist.
Bezüglich eines weiteren Aspekts wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombina
tion wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbi
nenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinenge
häuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck
von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine
Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr versehen ist, oder eine mit
einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschau
fel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr
versehen ist, wobei ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei einem mittleren
Radius einer Turbinendüse des Hochdruckturbinenabschnitts innerhalb eines Bereiches
von SN/tN = 0,15 bis 0,21 festgelegt ist,
während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenabschnitts innerhalb eines Bereiches von SB/tB = 0,27 bis 0,33 festgelegt ist.
während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenabschnitts innerhalb eines Bereiches von SB/tB = 0,27 bis 0,33 festgelegt ist.
Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen,
die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem
Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzi
gen Turbinengehäuse enthält, und die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt:
einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von
500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit
einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit wenigstens einer letztstufigen
Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder
mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit,
die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge
von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Strömungsrichtung eines
durch die Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts strömenden Dampfes und
die Strömungsrichtung des durch die Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts
strömenden Dampfes zueinander entgegengesetzt sind, und, wenn ein Durchmesser ei
nes Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils, der den Hochdruckturbinenab
schnitt und den Mitteldruckturbinenabschnitt bildet, durch ∅D1 gegeben ist, und ein
Durchmesser eines Hochdruckturbinen-Zweitstufen-Durchführungsteils durch ∅D1
gegeben ist, der Durchmesser ∅D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils
innerhalb eines Bereiches von ∅D1 (0,95 bis 0,98) × ∅D2 festgelegt ist.
Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen,
die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem
Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzi
gen Turbinengehäuse enthält, und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen
Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C
oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer
Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der
Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet
ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer
letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm
(33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei, wenn ein Innendurchmesser eines Dampfpfades in einem zweistufigen Hoch druckteil des Hochdruckturbinenabschnitts durch ∅DHP gegeben ist, und ein Innen durchmesser eines Dampfpfades in einem erststufigen Mitteldruckteil des Mitteldruck turbinenabschnitts durch ∅DIP gegeben ist, das Verhältnis der beiden Innendurchmesser (∅DIP/∅DHP) innerhalb eines Bereiches von 1,2 ≦ ∅DIP/∅DHP ≦ 1,5 festgelegt ist.
wobei, wenn ein Innendurchmesser eines Dampfpfades in einem zweistufigen Hoch druckteil des Hochdruckturbinenabschnitts durch ∅DHP gegeben ist, und ein Innen durchmesser eines Dampfpfades in einem erststufigen Mitteldruckteil des Mitteldruck turbinenabschnitts durch ∅DIP gegeben ist, das Verhältnis der beiden Innendurchmesser (∅DIP/∅DHP) innerhalb eines Bereiches von 1,2 ≦ ∅DIP/∅DHP ≦ 1,5 festgelegt ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist es mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine, die die
vorstehend genannten verschiedenen Auslegungserfordernisse erfüllt, möglich, die Stei
figkeit der Welle der Dampfturbine zu verbessern und dadurch Schwingungen der
Welle zu unterdrücken.
Weiter wird es mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine, die die oben genannten Aus
legungserfordernisse erfüllt, da jeweils eine der folgenden Festlegungen gewählt ist,
nämlich geeignete Festlegung des Verhältnisses der Verengungsfläche zwischen der
Turbinendüse und der Turbinenlaufschaufel, geeignete Festlegung des Innenradius des
Dampfpfades, geeignete Festlegungen der Anzahl von Stufen des Hochdruckturbinen
abschnitts, des Mitteldruckturbinenabschnitts und des Niederdruckturbinenabschnitts,
geeignete Festlegung des Verengungs-/Abstandsverhältnisses jeder der Turbinendüsen
und der Turbinenlaufschaufel und geeignete Festlegung des Durchmessers des Turbi
nenrotors, möglich, die Dampfturbine zu betreiben, während eine hohe Turbinenstufen
effizienz bzw. ein hoher Turbinenstufenwirkungsgrad in stabiler und sicherer Weise
aufrechterhalten wird.
Die Natur und weitere charakteristische Merkmale der Erfindung werden im folgenden
anhand der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise und
mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dampfturbine;
Fig. 2 eine schematische senkrechte Schnittansicht einer zweiten Ausführungs
form einer erfindungsgemäßen Dampfturbine;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Dampfturbine;
Fig. 4 eine schematische senkrechte Schnittansicht einer dritten Ausführungs
form der erfindungsgemäßen Dampfturbine;
Fig. 5 ein Verteilungsdiagramm eines Reaktionsgrades, der auf einen Hoch
druckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt
wird;
Fig. 6 eine allgemeine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dampfturbine;
Fig. 7 ein Verteilungsdiagramm eines Reaktionsgrades, bei dem der Reaktions
grad der erfindungsgemäßen Dampfturbine mit dem einer herkömmli
chen Dampfturbine verglichen ist;
Fig. 8 ein Verteilungsdiagramm eines Turbinenstufenwirkungsgrades, das eine
Beziehung zwischen dem Turbinenstufenwirkungsgrad und dem Ver
hältnis des Innenradius zeigt, das auf den Hochdruckturbinenabschnitt
der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;
Fig. 9 ein Verteilungsdiagramm des Turbinenstufenwirkungsgrades, das eine
Beziehung zwischen dem Turbinenstufenwirkungsgrad und dem Ver
hältnis eines Innenradius zeigt, das auf einen Zwischendruckturbinenab
schnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;
Fig. 10 ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm, das eine Turbinenstufenzahl
aus einer Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Hoch
druckturbinenabschnitts und dem Innenradius der Turbinenlaufschaufel
darstellt, das auf den Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemä
ßen Dampfturbine angewandt ist;
Fig. 11 ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm, das eine Turbinenstufenzahl
aus der Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Mitteldruck
turbinenabschnitts und dem Innenradius der Turbinenlaufschaufel zeigt,
das auf den Mitteldruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampf
turbine angewandt ist;
Fig. 12 ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm, das eine Turbinenzahl aus ei
ner Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Niederdrucktur
binenabschnitts und dem Innenradius der Turbinenlaufschaufel zeigt, das
auf den Niederdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampftur
bine angewandt ist;
Fig. 13 ein allgemeines Diagramm eines Profilverlustkoeffizienten, der den Pro
filverlustkoeffizienten unter Bezugnahme auf einen Einströmwinkel und
einen Ausströmwinkel zeigt;
Fig. 14 ein Vektordiagramm, das ein Geschwindigkeitsdiagramm an einem ins
gesamt mittleren Radius einer Stufe für den Dampf zeigt, der in einer
Turbinendüse und einer Turbinenlaufschaufel strömt;
Fig. 15 eine schematische senkrechte Schnittansicht, teilweise aufgeschnitten,
die eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine
zeigt;
Fig. 16 eine schematische senkrechte Schnittansicht, die eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbine zeigt;
Fig. 17 eine allgemeine schematische Ansicht einer herkömmlichen Dampfturbi
ne, bei der eine Dampfturbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart
und eine Dampfturbine der Doppelströmungsbauart kombiniert sind;
Fig. 18 eine allgemeine schematische Ansicht einer herkömmlichen Dampfturbi
ne, bei der eine Dampfturbine einer Hoch-Mitteldruck-integrierten Bau
art und eine Dampfturbine einer Einzelströmungsbauart kombiniert sind;
Fig. 19 eine schematische, zusammengebaute senkrechte Schnittansicht einer
herkömmlichen Dampfturbine der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten
Bauart;
Fig. 20 eine allgemeine schematische, senkrechte Schnittansicht einer herkömm
lichen Dampfturbine, bei der die inneren Radien der Turbinenstufen ein
ander gleich sind; und
Fig. 21 ein Verteilungsdiagramm des Reaktionsgrades, das den Reaktionsgrad
der herkömmlichen Dampfturbine zeigt.
Im folgenden werden Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Dampfmaschine
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und die darin notierten Bezugszif
fern beschrieben.
Die erfindungsgemäße Dampfturbine erfüllt im allgemeinen die Auslegungserfordernis
se von: einer Dampfturbine mit einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm oder mehr;
einer Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; einer Nennausgangsleistung von
100 MW oder mehr; und einer mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit,
die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge
von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600
11/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der er
findungsgemäßen Dampfturbine.
Die Dampfturbine entsprechend dieser ersten Ausführungsform ist beispielsweise an
eine Dampfturbine der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Bauweise angepaßt und
derart aufgebaut, daß ein Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierter Turbinenrotor 19 mit
einem Hochdruckturbinenabschnitt 16, einem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 und ei
nem Niederdruckturbinenabschnitt 18 in einem Gehäuse 15 für eine Hoch-Mittel-
Niederdruck-integrierte Turbine aufgenommen ist. Dabei hat der Hoch-Mittel-
Niederdruck-integrierte Turbinenrotor 19 zwei Enden, wobei ein Ende an der Seite des
Hochdruckturbinenabschnitts 16 von einem hochdruckseitigen Achslager 22a gehalten
wird, das in einem Hochdrucklagergehäuse 21a aufgenommen ist, das auf einem Fun
dament bzw. Sockel 20a angeordnet ist, und das andere Ende auf der Seite des Nieder
druckturbinenabschnitts 18 wird von einem niederdruckseitigen Achslager 22b gehal
ten, das in einem Niederdrucklagergehäuse 21b aufgenommen ist, das auf einem Sockel
20b angeordnet ist.
Weiter ist bei der Dampfturbine dieser Ausführungsform eine Turbinenauslaßhaube 23
(Kammer) der sogenannten Seitenauslaßbauart mit Öffnungen 23a, 23b an beiden Sei
ten in der Querrichtung des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinengehäuses 15
versehen, und eine Verbindungswand 24, die an der Boden- bzw. Unterseite eines Aus
nehmungsbereiches 25 vorgesehen ist, der auf der Seite des niederdruckseitigen Achs
lagers 22e der Turbinenauslaßhaube 23 zum Anschließen eines Kondensators (nicht
dargestellt) ausgebildet ist, ist nahe (d. h. vorgeschoben zu) der Seite des hochdrucksei
tigen Achslagers 22a angeordnet, um dadurch eine Lagerstützweite S im Vergleich mit
der einer herkömmlichen Dampfturbine zu vermindern.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Tur
binenauslaßhaube 23 an beiden Seiten in der Querrichtung des Hoch-Mittel-
Niederdruck-integrierten Turbinengehäuses 15 vorgesehen ist und die Verbindungsge
häusewand 24 zum Verbinden der Turbinenauslaßhaube 23 und des Kondensatots zur
Seite des hochdruckseitigen Achslagers 22a vorgeschoben ist, um die Lagerstützweite S
zu vermindern, möglich, Schwingungen der Welle durch Vergrößern der Steifigkeit der
Welle zu unterdrücken und zu ermöglichen, die Dampfturbine auf sichere Weise zu
betreiben.
Fig. 2 und 3 sind schematische Ansichten einer zweiten Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Dampfturbine, in denen der ersten Ausführungsform gleiche Elemente
oder Abschnitte mit den gleichen Bezugsziffern belegt sind.
Bei der Dampfturbine entsprechend dieser zweiten Ausführungsform ist, wie in Fig. 2
dargestellt, eine Turbinenauslaßhaube 23 der sogenannten Obenauslaßbauart vorgese
hen, die von einer Drosselplatte 26 auf der Bodenseite eines Hoch-Mittel-Niederdruck
integrierten Turbinengehäuses 15 gedrosselt ist und mit einer Öffnung 27 auf ihrer
Kopfseite ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Verbindungswand 24, die auf
der Bodenseite eines Ausnehmungsbereiches 25 vorgesehen ist, der zu einer konischen
Gestalt auf der Seite eines Niederdruckachslagers 22b der Turbinenauslaßhaube 23 zum
Anschluß eines nicht dargestellten Kondensators ausgebildet ist, zur Seite des hoch
druckseitigen Achslagers 22a vorgeschoben, um dadurch die Lagerstützweite S im Ver
gleich mit der der herkömmlichen Dampfturbine zu vermindern.
Wie oben beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Turbine
nauslaßhaube 23 von der Drosselplatte 26 an der Boden- bzw. Unterseite des Hoch-
Mittel-Niederdruck-Turbinengehäuses 15 gedrosselt ist und auf der Kopfseite derselben
mit der Öffnung 27 ausgebildet ist und die Verbindungsgehäusewand 24 zum Verbin
den der Turbinenauslaßhaube 23 mit dem Kondensator zur Seite des hochdruckseitigen
Achlsagers 22a verschoben ist, so daß die Lagerstützweite S vermindert ist, möglich,
Schwingungen der Welle zu unterdrücken, indem die Steifigkeit der Welle vergrößert
wird, und zu ermöglichen, daß die Dampfturbine auf sichere Weise betrieben wird.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines senkrechten Schnittes einer dritten Ausfüh
rungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine, bei der denen der ersten Ausfüh
rungsform gleiche Elemente oder Abschnitte mit den gleichen Bezugszahlen belegt
sind.
Die Dampfturbine dieser dritten Ausführungsform hat eine Turbinenauslaßhaube 23, die
zu der sogenannten Axialflußauslaßbauart ausgebildet ist.
Diese Turbinenauslaßhaube 23 besteht aus einer ringförmigen Innenwand 28, die sich in
axialer Richtung des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotors 19 von der
Auslaßseite einer Niederdruckturbine 18 aus erstreckt und zu einem konischen Aus
nehmungsbereich 25 ausgeformt ist, und einer Außenwand 31, die außerhalb der In
nenwand 28 über eine Abstützung 29 gebildet ist, um im Zusammenwirken mit der In
nenwand 28 einen Ausbreitungs- bzw. sich erweiternden Pfad 30 zu bilden. Die äußere
Umfangswand 31 wird von einem Sockel 22b über ein Tragbauteil 32 getragen.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dieser dritten Ausführungsform, da die Turbinen
auslaßhaube 23 zu der Axialflußauslaßbauart ausgebildet ist, die sich in der axialen
Richtung des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotors 19 erstreckt und der
in der Innenwand 28, die den konischen Ausnehmungsbereich 25 definiert und das nie
derdruckseitige Achslager 22b trägt, zur Seite des hochdruckseitigen Achslagers 22a
vorgeschoben ist, um die Lagerstützweite S zu vermindern, möglich, Schwingungen der
Welle durch Vergrößern der Steifigkeit der Wellen zu unterdrücken und zu ermögli
chen, daß die Dampfturbine auf sichere Weise betrieben wird.
Fig. 5 ist ein Verteilungsdiagramm des Reaktionsgrades (degree of reaction), das die
Beziehung zwischen dem Reaktionsgrad Rx und dem Verengungsflächenverhältnis
AB/AN der Turbinenstufe in dem Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen
Dampfturbine zeigt. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "Verengungsflä
chenverhältnis AB/AN" das Verhältnis der Verengungs- bzw. Einschnürfläche, wenn die
Verengungsfläche einer bestimmten Turbinenlaufschaufel als AB definiert ist und die
Verengungsfläche einer bestimmten Turbinendüse als AN definiert ist, jeweils in einer
bestimmten Turbinenstufe, die aus einer Kombination einer Turbinendüse und einer
Turbinenlaufschaufel zusammengesetzt ist. Der Reaktionsgrad ist ein Parameter, der
eine spezifische Eigenschaft einer Turbinenstufe kennzeichnet, wobei eine Turbinenstu
fe aus einer stationären Schaufel, d. h. Düse, und einer Laufschaufel gebildet ist. Bei
einer solchen Struktur ist der Reaktionsgrad als ein Verhältnis des "Wärmeabfalls zwi
schen einem Einlaßbereich und einem Auslaßbereich der Laufschaufel (d. h. dem
Enthalpieunterschied zwischen dem Einlaßbereich und dem Auslaßbereich)" zum "Ge
samtwärmeverlust der Turbinenstufe (d. h. dem Enthalpieunterschied zwischen dem
Einlaßbereich der stationären Schaufel (Düse) und dem Auslaßbereich der Laufschau
fel)" definiert. Weiter zeigt in Fig. 5 die Verteilungsfläche RP1 des Reaktionsgrades,
die schräg schraffiert ist, den mittleren Radius der Turbinenstufe (Teil- bzw. Steigungs
kreisradius) und die Reaktionsgradverteilungsfläche RP2, die schräg schraffiert ist, zeigt
den Innenradius der Turbinenstufe (Schaufelwurzelradius).
Wenn die theoretische Geschwindigkeit in Proportion zur Quadratwurzel der Aus
gangsleistung der Turbinenstufe als C0 definiert ist, die Umfangsgeschwindigkeit der
Drehung am mittleren Radius Rm der Turbinenstufe als U definiert ist, der Reaktions
grad am mittleren Radius Rm der Turbinenstufe als Rxm definiert ist und das Ge
schwindigkeitsverhältnis als U/C0, ist bekannt, daß das Geschwindigkeitsverhältnis
(U/C0)OPT, das den Wirkungsgrad der Turbinenstufe maximiert, umgekehrt proportional
zur Quadratwurzel von (1-Rxm) ist (s. "Steam Turbine (Theory and Basis)" publiziert
von SANPO-SHA 1982).
Da, wie oben beschrieben, das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT, das den Wir
kungsgrad der Turbinenstufe maximiert, umgekehrt proportional zum Quadrat von
(1-Rxm) ist, wird das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT umso keiner, je kleiner der
Reaktionsgrad Rxm am mittleren Radius Rm der Turbinenstufe ist, wodurch es möglich
ist, den Wirkungsgrad der Turbinenstufe hoch zu halten, selbst wenn die Ausgangsleis
tung je Turbinenstufe groß wird.
Die vorliegende Erfindung zieht aus dem vorgenannten Punkt einen Vorteil, und um die
Lagerstützweite mit einer verminderten Anzahl von Turbinenstufen zu vermindern, wird
bei einer Dampfturbine mit einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr, einer
Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr, einer Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr, die mit einer Drehzahl von 3000 U/min in dem Fall dreht, in dem sie
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder die mit einer Drehzahl von 3600 U/min in dem
Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effekti
ven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, der Reaktionsgrad Rx am
mittleren Radius der Turbinenstufe Rm, die dem Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT
entspricht, auf 0,13 oder weniger gemäß Fig. 5 festgesetzt, und das Verengungsflächen
verhältnis AB/AN wird auf 1,6 oder mehr gemäß dem Schnittpunkt X1 zwischen dem
Reaktionsgrad Rx = 0,13 und der Reaktionsgradverteilungsfläche RP 1.
Wenn dagegen der Reaktionsgrad Rx am mittleren Radius der Turbinenstufe Rn zu
stark vermindert wird, so daß der Reaktionsgrad Rx an dem Innenradius der Turbinen
stufe negative Werte annimmt, strömt der Dampf rückwärts, so daß der Wirkungsgrad
der Turbinenstufe verschlechtert wird. Aus diesem Grund wird der Reaktionsgrad Rx
gemäß Fig. 5 auf 0,08 festgesetzt und gemäß dem Schnittpunkt X2 zwischen dem Re
aktionsgrad Rx = 0,08 und der Reaktionsgradverteilungsfläche RP1 das Verengungsflä
chenverhältnis AB/AN auf 1,8 oder weniger festgesetzt, wodurch nicht verursacht wird,
daß der Reaktionsgrad Rx negative Werte annimmt.
Der meist bevorzugte anwendbare Bereich für das Verengungsflächenverhältnis AB/AN
beträgt
1,6 ≦ AB/AN ≦ 1,8,
soweit diese Werte in der Modellturbine berechnet werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird es bei der dritten Ausführungsform, da das Veren
gungsflächenverhältnis AB/AN auf den Bereich von 1,6 ≦ AB/AN ≦ 1,8 festgesetzt wird
und die Ausgangsleistung je Turbinenstufe vergrößert wird, um die Lagerstütztweite zu
vermindern, möglich, Schwingungen der Welle zu unterdrücken, indem die Steifigkeit
der Welle vergrößert wird und zu ermöglichen, daß die Dampfturbine auf sichere Weise
betrieben wird.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsge
mäßen Dampfturbine, in der denen der ersten Ausführungsform ähnliche Elemente oder
Abschnitte mit den gleichen Bezugszahlen belegt sind.
Die Dampfturbine entsprechend der vierten Ausführungsform wird für den Hochdruck
turbinenabschnitt 16 und den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 angewendet. Bei dieser
Ausführungsform ist eine Turbinenstufe 35, die aus einer Turbinendüse 33 und einer
Turbinenlaufschaufel 34 besteht, mehrfach längs der Strömung des Dampfes SD ange
ordnet. In einem Fall, in dem der Radius von der Mitte der nicht dargestellten Turbi
nenwelle zu dem Außenumfang der Turbinenlaufschaufel 34 (Schaufelspitzenbereich)
als Rt definiert ist, der Radius zu der Wurzel der Turbinenlaufschaufel 34 als Rr defi
niert ist, und der mittlere Radius (Teilkreisradius) der Spitze und der Wurzel der Turbi
nenlaufschaufel 34 als Rm definiert ist, nehmen die jeweiligen Radien Rt, Rr und Rm
längs der Strömung des Dampfes ST allmählich zu. In diesem Zusammenhang ist jeder
der Radien Rt, Rr und Rm bezüglich eines Austrittsendes der Turbinenlaufschaufel 34
festgelegt.
Neuere Dampfturbinen schließen solche der ImpulsfReaktionskombinationsbauart ein,
bei denen der Reaktionsgrad Rx zusätzlich zu der Turbinendüse 33 an die Turbinenlauf
schaufel 34 angepaßt ist, obwohl die Gesamtheit der Turbinenstufen 35 Impulsstufen
sind. Diese Bauart der Dampfturbine bewirkt, daß die Turbinendüse 33 den Dampf ST
expandiert und beschleunigt, und bewirkt, daß die Turbinenlaufschaufel 34 die dabei
erzeugte Geschwindigkeitsenergie in Drehenergie umwandelt, während bewirkt wird,
daß die Turbinenlaufschaufel 34 den Dampf ST expandiert und beschleunigt und die
dabei erzeugte Geschwindigkeitsenergie zu der Drehenergie ebenfalls zuaddiert wird.
Bei einer solchen Dampfturbine der Impuls/Reaktionskombinationsbauart wurde im
Stand der Technik bei dem Entwurf der Turbinenstufen 35, wie in Fig. 20 dargestellt,
der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des
Dampfes ST konstant gemacht, während der durchschnittliche Radius Rm und der äuße
re Umfangsradius Rt der Turbinenlaufschaufel 34 allmählich längs der Strömungsrich
tung des Dampfes ST zunehmen. Dabei wurde der Reaktionsgrad Rxr an dem Innenra
dius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Bereich von 0% bis 5% festgelegt und das
tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) das einen willkürlichen Wirkungsgrad
der Turbinenstufe 35 ergibt, und das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (UC0)OPT, das
den maximalen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 ergibt, wrden beide auf etwa 0,5
festgesetzt.
In dem Fall, in dem die jeweiligen Reaktionsgrade der Radien Rr, Rm und Rt der Hoch
druckturbine 16 mit einer relativ kurzen Schaufellänge als Rxr, Rxm und Rxt definiert
sind, wurde des weiteren der Reaktionsgrad linear von dem Innenradius Rr zu dem Au
ßenradius Rt beim Stand der Technik vergrößert, wie in Fig. 21 dargestellt.
Im Falle der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform jedoch, die die Ausle
gungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine
Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer
letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm
oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehenden Ein
heit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufel
länge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, und die für den Hochdruckturbinenab
schnitt 16 und den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 verwendet wird, wenn der Innenra
dius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, wie in Fig. 19 gezeigt, längs der Strömungsrich
tung des Dampfes ST konstant ist, wird die Ausgangsleistung je Turbinenstufe erhöht,
so daß das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) in Stufen stromabwärts der Dampfströ
mung auf etwa 0,45 abfällt, jedoch im Gegensatz dazu das optimale Geschwindigkeits
verhältnis (U/C0)OPT auf etwa 0,55 ansteigt, als ein Ergebnis der Vergrößerung des Re
aktionsgrades Rxm am mittleren Radius Rm, was einen Nachteil oder ein Problem da
hingehend schafft, daß der Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 vermindert wird.
Diese vierte Ausführungsform wurde im Hinblick auf die vorgenannten Punkte geschaf
fen und dadurch, daß der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strö
mungsrichtung des Dampfes ST allmählich zunimmt, wie in Fig. 6 dargestellt, wird der
mittlere Radius Rm2 der Turbinenlaufschaufel 34 größer als der mittlere Radius Rm1
der herkömmlichen Dampfturbine, wegen der Zunahme des Innenradius Rr der Turbi
nenlaufschaufel 34, wie in Fig. 7 dargestellt. Aus diesem Grunde wird, zusätzlich zu der
Zunahme der Drehumfangsgeschwindigkeit U, der Reaktionsgrad Rxm2 an dem mittle
ren Radius Rm der Turbinenlaufschaufel 34 ebenfalls kleiner als der Reaktionsgrad
Rxm1 der herkömmlichen, wegen der Abnahme der Schaufellänge, und entsprechend ist
es möglich, den Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 auf einem hohen Wert zu halten,
indem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) mit dem optimalen Ge
schwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT im wesentlichen zusammenfällt, so daß eine Dampf
turbine, die die vorgenannten Auslegungserfordernisse erfüllt, verwirklicht werden
kann. In diesem Konzept zeigt Fig. 7 einen Vergleich zwischen einer Reaktionsgrad
verteilungskurve Rx2 entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführungsform, wenn der
Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des Dampfes
ST allmählich zunimmt, und der Reaktionsgradverteilungskurve Rx1 entsprechend der
herkömmlichen Dampfturbine, wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34
längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST konstant ist, wobei die Indizes 1 und 2
die vierte Ausführungsform der Erfindung und die herkömmliche Dampfturbine be
zeichnen.
Wenn dagegen der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungs
richtung des Dampfes ST zu groß festgelegt ist, dann wird das tatsächliche Geschwin
digkeitsverhältnis (U/C0) größer als das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT,
so daß der Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 deutlich vermindert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Punkte gemacht,
und in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 wird, wenn der Innenradius Rr einer jewei
ligen (einer nun zu behandelnden Stufe) Turbinenlaufschaufel 34 als Rr definiert ist, der
innere Umfangsradius Rrn der nächststufigen Turbinenlaufschaufel 34 als Rrn definiert
ist, der Turbinenstufenwirkungsgrad als η definiert ist, wie in Fig. 8 dargestellt, das
Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Bereich von
1 < Rrn/Rr ≦ 1,05 festgelegt,
innerhalb der Fläche bzw. des Bereiches SA, der durch die Schnittpunkte J, K zwischen dem festgesetzten Stufenwirkungsgrad η0, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradsverteilungslinie ηA. Dieser Bereich wurde in einer Modellturbine sichergestellt. In Fig. 8 ist der Bereich SA ein Bereich, in dem das tat sächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) und das optimale Geschwindigkeitsver hältnis (U/C0)OPT im wesentlichen miteinander übereinstimmen, ist der Bereich SH ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) größer als das op timale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT ist und ist der Bereich SL ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) kleiner als das optimale Ge schwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT ist.
1 < Rrn/Rr ≦ 1,05 festgelegt,
innerhalb der Fläche bzw. des Bereiches SA, der durch die Schnittpunkte J, K zwischen dem festgesetzten Stufenwirkungsgrad η0, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradsverteilungslinie ηA. Dieser Bereich wurde in einer Modellturbine sichergestellt. In Fig. 8 ist der Bereich SA ein Bereich, in dem das tat sächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) und das optimale Geschwindigkeitsver hältnis (U/C0)OPT im wesentlichen miteinander übereinstimmen, ist der Bereich SH ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) größer als das op timale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT ist und ist der Bereich SL ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) kleiner als das optimale Ge schwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird es bei der vorliegenden Ausführungsform, da das
Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der jeweiligen Turbinenstufe und der nächsten Tur
binenstufe der Turbinenlaufschaufel 34 bei dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 inner
halb des Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1,05 festgelegt ist, wobei das tatsächliche Ge
schwindigkeitsverhältnis (U/C0) im wesentlichen mit dem optimalen Geschwindigkeits
verhältnis (U/C0)OPT übereinstimmt, möglich, den hohen Wirkungsgrad der Turbinen
stufe 35 zu erhalten.
Da die Volumenströmung des Dampfes ST, der in den Mitteldruckturbinenabschnitt 17
einströmt, größer ist als der des Hochdruckturbinenabschnitts 16, ist es bei der vorlie
genden Ausführungsform zusätzlich notwendig, das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr
der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 zu studieren und
erneut zu betrachten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in Fig. 9 dargestellt, das Verhältnis der
Innenradien Rrn/Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckabschnitt 17 inner
halb eines Bereiches von
1 < Rrn/Rr ≦ 1,1
innerhalb des Bereiches SA festgelegt, der durch die Schnittpunkte L, M zwischen dem festgelegten Stufenwirkungsgrad ηi, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradverteilungskurve ηs. Dieser Bereich wurde auch durch eine Modellturbine bestätigt. Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Aus führungsform, da das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der jeweiligen Turbinenstufe und der nächsten Turbinenstufe der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckturbi nenabschnitt 17 auf den Bereich von 1 < Rrn/Rr ≦ 1,1 festgesetzt ist, wobei das tatsäch liche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) im wesentlichen mit dem optimalen Ge schwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT zusammenfällt, möglich, den hohen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 beizubehalten.
1 < Rrn/Rr ≦ 1,1
innerhalb des Bereiches SA festgelegt, der durch die Schnittpunkte L, M zwischen dem festgelegten Stufenwirkungsgrad ηi, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradverteilungskurve ηs. Dieser Bereich wurde auch durch eine Modellturbine bestätigt. Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Aus führungsform, da das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der jeweiligen Turbinenstufe und der nächsten Turbinenstufe der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckturbi nenabschnitt 17 auf den Bereich von 1 < Rrn/Rr ≦ 1,1 festgesetzt ist, wobei das tatsäch liche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) im wesentlichen mit dem optimalen Ge schwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT zusammenfällt, möglich, den hohen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 beizubehalten.
Fig. 10 ist ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm zur Auswahl der optimalen Anzahl
der Turbinenstufen in dem Hochdruckturbinenabschnitt entsprechend der Erfindung aus
der Beziehung zwischen einem Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts
ηHP und dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34.
Da der Turbinenstufenwirkungsgrad eine Funktion des Geschwindigkeitsverhältnisses
(U/C) ist, wird die Ausgangsleistung der Turbinenstufe um so größer je kleiner die An
zahl der Turbinenstufen ist. Entsprechend wird der Innenradius Rr der Turbinenlauf
schaufel 34, der den Gesamtwirkungsgrad der Hochdruckturbine ηHP maximiert, eben
falls groß.
Wenn eine Betrachtung unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit des Turbinenrotors
(Turbinenwelle) erfolgt, ist des weiteren der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel
34, der für den Hochdruckturbinenabschnitt 16 verwendet wird, notwendigerweise be
grenzt, da, wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 zu klein ist, es schwie
rig wird, einen Befestigungsbereich der Turbinenlaufschaufel 34 auszubilden. Wenn
dagegen der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 zu groß wird, überschreiten
Spannungen der Turbinenlaufschaufel 34 und ihres Befestigungsbereiches akzeptable
Werte. Folglich liegt der Bereich des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der in
dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 verwendbar ist, wie in Fig. 10 dargestellt, ist, in
nerhalb des Bereiches SHP.
In dem Fall, in dem eine große Anzahl von Turbinenstufen verwendet werden kann,
wird die Anzahl der Turbinenstufen gemäß dem Punkt A gewählt, wo der Gesamtwir
kungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts ηHP bei einem kleineren Innenradius Rr der
Turbinenlaufschaufel am größten ist, d. h., es werden 10 (zehn) Stufen gewählt.
Andererseits dagegen, in dem Fall, in dem es unmöglich ist, eine so große Zahl von
Turbinenstufen zu verwenden, wird die Anzahl der Turbinenstufen gemäß dem Punkt B
gewählt, wo der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Ge
samtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts ηHP groß wird, d. h. es werden 8-9
(acht bis neun) Stufen gewählt. Wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34
näher an die obere Grenze des Bereiches SHP kommt, wird die Anzahl der Turbinenstu
fen durch den Punkt C gewählt, wo der Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenab
schnitts ηHP maximal wird, d. h., es werden 7 (sieben) Stufen gewählt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da die An
zahl der Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts 16 bei sieben bis zehn Stufen
gewählt wird, möglich, den Hochdruckturbinenabschnitt 16 mit einem hohen Turbinen
stufenwirkungsgrad zu betreiben.
Fig. 11 ist ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm zum Wählen der optimalen Anzahl
von Turbinenstufen in dem Mitteldruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen
Dampfturbine aus der Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Mitteldruck
turbinenabschnitts ηIP und dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34.
In einem Fall, in dem die Anzahl der Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts
17 gewählt wird, liegt, wie im Fall des oben beschriebenen Hochdruckturbinenab
schnitts 16 der Bereich des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der für den
Mitteldruckturbinenabschnitt 17 verwendbar ist, innerhalb des Bereiches SIP, wie in Fig.
11 gezeigt.
Dabei wird in dem Fall, in dem eine große Zahl von Turbinenstufen verwendet werden
kann, die Anzahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt A gewählt, wo der Ge
samtwirkungsgrad des Mitteldruckturbinenabschnitts ηIP bei kleinerem Innenradius Rr
der Turbinenlaufschaufel 34 am größten ist, d. h., es werden sechs bis sieben Stufen
gewählt.
In einem Fall dagegen, in dem es unmöglich ist, eine so große Anzahl von Turbinenstu
fen zu verwenden, wird die Anzahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt B ge
wählt, wo der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Ge
samtwirkungsgrad des Mitteldruckturbinenabschnitts ηIP groß wird, d. h., es werden
vier bis fünf Stufen gewählt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dieser vierten Ausführungsform, da die Anzahl
der Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts 17 zu vier bis sieben Stufen ge
wählt wird, möglich, den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 mit dem hohen Turbinenstu
fenwirkungsgrad zu betreiben.
Fig. 12 ist ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm zum Wählen der optimalen Anzahl
von Turbinenstufen in dem Niederdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Tur
bine, aus der Beziehung zwischen einem Gesamtwirkungsgrad eines Niederdruckturbi
nenabschnitts ηLP und dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34.
Wenn die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts 18 gewählt
wird, liegt, wie im Fall des vorstehend beschriebenen Hochdruckturbinenabschnitts 16
der Bereich des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der für den Niederdruck
turbinenabschnitt 18 verwendbar ist, wie in Fig. 12 dargestellt, in einem Bereich SLP.
In dem Fall, in dem eine große Anzahl von Turbinenstufen verwendet werden kann,
wird dabei die Anzahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt A gewählt, wo der
Gesamtwirkungsgrad des Niederdruckturbinenabschnitts ηLP bei kleinerem Innenradius
Rr der Turbinenlaufschaufel 34 am größten ist, d. h. es werden sechs bis sieben Stufen
gewählt.
In dem Fall dagegen, in dem es nicht möglich ist, eine so große Zahl von Turbinenstu
fen zu verwenden, wird die Zahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt B ge
wählt, wo der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Ge
samtwirkungsgrad des Niederdruckturbinenabschnitts ηLP groß wird, d. h. es werden
fünf Stufen gewählt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dieser vierten Ausführungsform, da die Anzahl
der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts 18 zu fünf bis sieben Stufen ge
wählt wird, möglich, daß der Niederdruckturbinenabschnitt 18 mit dem hohen Turbi
nenstufenwirkungsgrad betrieben wird.
Bei der Dampfturbine entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, die die Ausle
gungserfordernisse erfüllt: einen. Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine
Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer
letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm
oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehenden Ein
heit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufel
länge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, sind die meist bevorzugten verwendbaren
Anzahlen der Turbinenstufen folgende: sieben bis zehn für den Hochdruckturbinenab
schnitt 16; vier bis sieben für den Mitteldruckturbinenabschnitt 17; und fünf bis sieben
für die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts 18, um zu ermög
lichen, daß die Dampfturbine mit dem hohen Turbinengesamtwirkungsgrad arbeitet.
Fig. 13 ist ein allgemeines Diagramm von Profilverlustkoeffizienten, bei dem der Pro
filverlustkoeffizient bezüglich des Einströmwinkels und Ausströmwinkels dargestellt ist
(Turbo Machinery Society of Japan, "Steam Turbine" (Japan Industrial Publishing Co.
Ltd.) 1990). Fig. 14 ist ein Vektordiagramm, das bei einem mittleren Radius (Teilkreis
radius) einer mittleren Stufe ein Geschwindigkeitsdreieck des Dampfes zeigt, der in der
Turbinendüse und der Turbinenlaufschaufel strömt, wobei U die Umfangsgeschwindig
keit, C die Absolutgeschwindigkeit, W die Relativgeschwindigkeit, α der Einströmwin
kel, β der Ausströmwinkel, S die Verengung (schmalster Pfadbereich zwischen den
Schaufeln), t der Schaufelabstand (pitch) ist, die Indizes 1, 2 und 3 einen Turbinendüse
neinlaß, einen Turbinendüsenauslaß (d. h. den Turbinenlaufschaufeleinlaß) und einen
Turbinenlaufschaufelauslaß bedeuten, der Zusatz N die Verengung und den Abstand der
Turbinendüse bedeutet und der Index B die Verengung und den Abstand der Turbinen
laufschaufel bedeutet. In Fig. 14 wird, da die Verengung/Abstand S/T im wesentlichen
gleich dem Sinus (Ausströmwinkel = α2) ist, der Ausströmwinkel α2 als α2 = sin-1 (S/T)
aus Vereinfachungsgründen behandelt.
Herkömmlicherweise wird bei dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 der Hoch-Mittel-
Niederdruck-integrierten Dampfturbine beispielsweise, wie in Fig. 13 und 14 darge
stellt, in dem Fall, in dem der Einströmwinkel (α1) nahe bei 90° liegt, da der Profilver
lustkoeffizient deutlich zunimmt, wenn der Ausströmwinkel (α2) kleiner als 13° festge
legt ist, um zu verhindern, daß der Profilverlustkoeffizient 3% übersteigt, wenn der
Ausströmwinkel (α2) der Turbinenlaufschaufel auf etwa 50° festgesetzt wird, der Aus
laßwinkel (α2) der Turbinendüse auf etwa 15° festgelegt, (wenn der Auslaßwinkel (α2)
15° beträgt, wird das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei dem mittleren Radius
der Turbinenstufe zu 0,259 berechnet) und der Ausströmwinkel (β3) der Turbinenlauf
schaufel wird auf 24° festgesetzt (wenn der Ausströmwinkel (ß3) 24° beträgt, wird das
Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei dem mittleren Radius der Turbinenstufe zu
0,406 berechnet).
Da die Schaufellänge des Hochdruckturbinenabschnitts 16 lediglich etwa 20 mm bis 30 mm
beträgt, ist jedoch der sekundäre Strömungsverlust groß und auf diese Weise der
Turbinenstufenwirkungsgrad gering. "Sekundärer Strömungsverlust" ist der Verlust, der
von der gegen die Rückseite der Schaufel an der Grenzschicht zwischen der inneren
Umfangswand und der äußeren Umfangswand der Turbinendüse und der Turbinenlauf
schaufel strömenden Strömung erzeugt wird. Es ist bekannt, daß, um die Sekundärströ
mung zu vermindern, die Turbinendüse und die Länge der Turbinenlaufschaufel länger
gemacht werden können (siehe "Steam Turbine (Theory and Basis)", veröffentlicht von
SANPO-SHA 1982).
Aufgrund des Fortschritts der Analysetechnologien mit Computern wurden jedoch in
jüngerer Zeit neue Profile entwickelt, bei denen der Profilverlustkoeffizient nicht an
steigt, selbst wenn die Ausströmwinkel (α2, ß3) der Turbinendüse und der Turbinenlauf
schaufel kleiner sind als die herkömmlichen. Genauer wurden neue Profile entwickelt,
bei denen der Ausströmwinkel (α2) der Turbinendüse zu 9°-12° gewählt werden kann
(0,156-0,208) ausgedrückt durch das Hub/Abstandsverhältnis (SN/tN) (stroke/pitch ra
tio) bei mittlerem Turbinenstufenradius) und der Ausströmwinkel (β3) der Turbinen
laufschaufel kann auf 16°-19° festgelegt werden (0,276-0,326, ausgedrückt durch das
Hub/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei mittlerem Turbinenstufenradius).
Da die Schaufellänge mit etwa 30 mm bis 45 mm unter den gleichen Dampfbedingun
gen gewählt werden kann wie in herkömmlichen Dampfbedingungen, indem ein solches
Profil verwendet wird, das die Auslaßwinkel (α2, β3) vermindern kann, ist es möglich,
den Sekundärströmungsverlust abhängig von einer Zunahme der Schaufellänge zu ver
mindern.
Die vorliegende Ausführungsform wurde durch geschicktes Ausnützen der oben ge
nannten Vorteile gemacht und in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 der Dampfturbi
ne, die die Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2
oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleis
tung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende
Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schau
fellänge von 91,4 cm ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min dre
henden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven
Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, wird ein Profil eingebaut, das das
Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei dem mittleren Radius der Turbinendüse 33
im Bereich von 0,15 bis 0,21 festlegen kann, und das Verengungs-/Abstandsverhältnis
(SB/tB) bei dem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Bereich von 0,27
bis 0,33 festlegen kann.
Da das neue Profil, das das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) des mittleren Radi
us der Turbinendüse 33 auf den Bereich von 0,15 bis 0,21 festlegen kann und das Ver
engungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei dem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel
34 im Bereich von 0,27 bis 0,33 festlegen kann, in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16
enthalten ist, ist es daher bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Hoch
druckturbinenabschnitt 16 mit hohem Turbinenstufenwirkungsgrad zu betreiben.
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht eines senkrechten Schnittes, teilweise wegge
schnitten, einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine.
Die Dampfturbine dieser fünften Ausführungsform wird für einen Hochdruck-
Erststufenteil 36a des Hochdruckturbinenabschnitts 16 verwendet, und wenn ein
Durchmesser eines Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils (Büchsenteils) 37 als
∅D1 definiert wird und ein Durchmesser eines Durchführungsteils (Büchsenteils) für
die zweite Stufe der Hochdruckturbine 38 an einem Hochdruck-Zweitstufen-Teil 36b
als ∅D2 definiert ist, werden die jeweiligen Durchmesser für ∅D1 und ∅D2 an den
Durchführungsteilen 37, 38 derart festgesetzt, daß ∅D1 < ∅D2 ist, und ein Turbinenro
tor (Turbinenwelle 39) wird derart festgelegt, daß er einen Wellenradius aufweist, der
die im Betrieb erzeugten Schubkräfte aushalten kann.
Der Hochdruckturbinenabschnitt 16 der vorliegenden Ausführungsform ist von der Axi
alströmungsbauweise, bei der der Hochdruck-Erststufen-Teil 36a, der Hochdruck-
Zweitstufen-Teil 36b und ähnliches in dieser Folge längs der Strömungsrichtung des
Dampfes ST angeordnet sind.
Jeder des Hochdruck-Erststufen-Teils 36a und des Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b
umfaßt in Kombination die Turbinendüse 33 und die Turbinenlaufschaufel 34, die in
einer Ringlinie längs der Umfangsrichtung des Turbinenrotors 39 angeordnet sind.
Weiter ist die Turbinendüse 33 an jedem ihrer Enden von einem ringförmigen Blenden
außenring 40 und einem Blendeninnenring 41 gehalten. Weiter ist die Turbinenlauf
schaufel 34 an einem Turbinenrad 42 befestigt, das integral mit dem Turbinenrotor 39
ausgebildet ist.
Zusätzlich ist der Hochdruckturbinenabschnitt 16 der folgenden Ausführungsform mit
einem Mitteldruckturbinenabschnitt (nicht dargestellt) versehen, der folgend zur Einlaß
seite des Dampfes ST eingebaut ist, sowie mit dem Hoch-Mitteldruck-Zwischen
durchführungsteil 37 versehen, um den Hochdruckturbinenabschnitt 16 von dem Mit
teldruckturbinenabschnitt zu trennen. Dieser Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchfüh
rungsteil 37 ist derart konfiguriert, daß der Durchmesser ∅D1 kleiner als der Durchmes
ser ∅D2 des Durchführungsteils für die zweite Stufe der Hochdruckturbine 38 ist.
Es sei erwähnt, daß die von dem Turbinenrotor 39 erzeugte Schubkraft durch die
Druckdifferenz hervorgerufen wird, die auf das Turbinenrad 42 wirkt, in dem die Turbi
nenlaufschaufel 34 befestigt ist, und wenn der Druck P2 auf der stromaufwärtigen Seite
des Dampfes ST größer ist als der Druck P3 auf der stromabwärtigen Seite des Dampfes
ST, wird die Schubkraft in der gleichen Richtung erzeugt wie die Strömungsrichtung
des Dampfes ST. Da in der Dampfturbine gemäß Fig. 14 die Schubkräfte der Nieder
druckturbinenabschnitte 6a und 6b sich gegenseitig aufheben, da dieser Abschnitte von
der Doppelströmungsbauart sind und deren Strömungsrichtungen einander entgegenge
setzt sind, ist es daher notwendig, den Wellenradius des Hoch-Mittel-Niederdruck
integrierten Turbinenrotors 4 unter Betrachtung nur der Schubkraftdifferenz zwischen
dem Hochdruckturbinenabschnitt 2 und dem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 festzule
gen.
Im Fall der Dampfturbine der Fig. 18 jedoch, ist, obwohl der Hochdruckturbinenab
schnitt 2 und die Mitteldruckturbine 3 zueinander entgegengesetzt sind, der Nieder
druckturbinenabschnitt 6 in Einzelströmungsbauart, so daß die auf den Niederdrucktur
binenabschnitt 6 wirkende Schubkraft in der gleichen Richtung wie die des Mittel
druckturbinenabschnitts 6 ist. Folglich ergibt sich die auf den Hoch-Mittel-Niederdruck
integrierten Turbinenrotor 4 und die ganze Niederdruckturbine 6 wirkende Schubkraft
aus dem folgenden Ausdruck:
(Auf den Hochdruckturbinenabschnitt 16 wirkende Schubkraft) - (auf den Mitteldruck turbinenabschnitt 17 wirkende Schubkraft + auf den Niederdruckturbinenabschnitt 18 wirkende Schubkraft), was im Ergebnis dazu führt, daß die auf den Niederdruckturbi nenabschnitt 6 wirkende Schubkraft vergrößert ist. In dem Fall, in dem die auf den Nie derdruckturbinenabschnitt 6 wirkende Schubkraft vergrößert wird, muß diese vergrö ßerte Schubkraft bei der Festlegung des Wellenradius des Niederdruckturbinenrotors 7 berücksichtigt werden.
(Auf den Hochdruckturbinenabschnitt 16 wirkende Schubkraft) - (auf den Mitteldruck turbinenabschnitt 17 wirkende Schubkraft + auf den Niederdruckturbinenabschnitt 18 wirkende Schubkraft), was im Ergebnis dazu führt, daß die auf den Niederdruckturbi nenabschnitt 6 wirkende Schubkraft vergrößert ist. In dem Fall, in dem die auf den Nie derdruckturbinenabschnitt 6 wirkende Schubkraft vergrößert wird, muß diese vergrö ßerte Schubkraft bei der Festlegung des Wellenradius des Niederdruckturbinenrotors 7 berücksichtigt werden.
Genauer ist es bei der Dampfturbine, die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt:
einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letzistufigen Laufschau fel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, notwendig, die Festlegung der Wellenradien des gesamten Turbinenrotors ausreichend zu berücksichtigen, indem die Zunahme der Schubkraft zu dem Niederdruckturbinenabschnitt 6 hin aufgrund der Verlängerung der letztstufigen Laufschaufel und dem Schublagerverlust aufgrund der Vergrößerung der Schublager, die den ganzen Turbinenrotor tragen, sowie die Abnahme der Turbinenausgangsleistung zu berücksichtigen.
einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letzistufigen Laufschau fel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, notwendig, die Festlegung der Wellenradien des gesamten Turbinenrotors ausreichend zu berücksichtigen, indem die Zunahme der Schubkraft zu dem Niederdruckturbinenabschnitt 6 hin aufgrund der Verlängerung der letztstufigen Laufschaufel und dem Schublagerverlust aufgrund der Vergrößerung der Schublager, die den ganzen Turbinenrotor tragen, sowie die Abnahme der Turbinenausgangsleistung zu berücksichtigen.
Bei der Dampfturbine entsprechend dieser fünften Ausführungsform wird angenommen,
daß, da durch das Festlegen des Durchmessers ∅D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischen
durchführungsteils 37 kleiner als der Durchmesser ∅D2 des Durchführungsteils für die
zweite Stufe 38 der Hochdruckturbine, die Fläche, auf die der Druck P2 auf der strom
aufwärtigen Seite des Turbinenrades 42 an dem Hochdruck-Erststufen-Teil 36a wirkt,
vergrößert ist, die Schubkraft auf die Hochdruckseite des Hochdruck-Erststufen-Teils
36a vergrößert ist und deshalb die Schubkraft auf die Niederdruckseite entsprechend
vermindert ist, so daß es möglich ist, die Verminderung der Turbinenausgangsleistung
zu unterdrücken. Eine solche Annahme kann beispielsweise für die zweite und die dritte
Stufe anwendbar sein. Wenn die Wirkung der Unterdrückung der Verminderung der
Turbinenausgangsleistung in Betracht gezogen wird, könnte sie jedoch am wirksamsten
auf den Hochdruck-Erst-Stufen-Teil 36a angewandt werden. Wenn der Durchmesser
∅D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 zu klein gewählt wird, wer
den dadurch jedoch eine Abnahme der Festigkeit und Schwingungen der Welle verur
sacht.
Wenn bei einer Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform, die die vorgenannten
Auslegungserfordernisse erfüllt, der Durchmesser des Hoch-Mitteldruck-Zwischen
durchführungsteils 37 durch ∅D1 gegeben ist, und der Durchmesser des Durchführungsteils der zweiten Stufe 38 der Hochdruckturbine durch ∅D2 gegeben ist, wird der
Durchmesser ∅D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 festgelegt zu
∅D1 = (0,95 bis 0,98) × ∅D2.
Der vorgenannte Durchmesser ∅D2 ist ein bevorzugter Anwendungswert, der durch
eine Modellturbine abgesichert ist.
Da, wie vorstehend beschrieben, bei der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung
zwischen dem Durchmesser ∅D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37
und dem Durchmesser ∅D2 des Durchführungsteils für die zweite Stufe 38 der Hoch
druckturbine durch die Gleichung ∅D1 (0,95 bis 0,98) × ∅D2 dargestellt ist, ist es mög
lich, die Dampfturbine bezüglich der während des Betriebs erzeugten Schubkraft stabil
zu betreiben und eine Verminderung der Turbinenausgangsleistung während des Be
triebs zu unterdrücken.
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht eines senkrechten Schnittes einer sechsten Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine.
Die Dampfturbine dieser sechsten Ausführungsform wird beispielsweise für die Hoch-
Mittel-Niederdruck-integrierte Bauart angewendet und ist so aufgebaut, daß ein Hoch
druckturbinenabschnitt 16, ein Mitteldruckturbinenabschnitt 17 und ein Niederdruck
turbinenabschnitt 18 in einem Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinengehäuse
15 aufgenommen sind. Ein Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierter Turbinenrotor 19 hat
zwei Enden, wobei eines seiner Enden auf der Seite des Hochdruckturbinenabschnitts
16 von einem hochdruckseitigen Achslager 22a aufgenommen ist, das in einem auf ei
nem Sockel angeordneten Hochdrucklagergehäuse 21a untergebracht ist, während das
andere Ende auf der Seite des Niederdruckturbinenabschnitts 18 von einem nieder
druckseitigen Achslager 22b getragen wird, das in einem auf einem Sockel 20b ange
ordneten Niederdrucklagergehäuse 21b aufgenommen ist.
Weiter ist bei der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform eine Öffnung 43
der Turbinenauslaßhaube 23, die für die sogenannte abwärts auslassende Bauart cha
rakteristisch ist, auf der stromabwärtigen Seite des Hoch-Mittel-Niederdruck
integrierten Turbinengehäuses 15 vorgesehen, und eine Verbindungskörperwand 24
zum Verbinden des Ausnehmungsbereiches 25 mit dem Kondensator ist auf dessen Bo
den- bzw. Unterseite vorgesehen. Der Ausnehmungsbereich 25 ist auf der Seite des nie
derdruckseitigen Achslagers 22b der Turbinenauslaßhaube 23 zu einer kegeligen bzw.
konischen Gestalt geformt.
Wenn der Innendurchmesser des Dampfpfades 44 in dem Hochdruck-Zweitstufen-Teil
36b des Hochdruckturbinenabschnitts 16 durch ∅DHP gegeben ist, und der Innendurch
messer des Dampfpfades 46 in einer Mitteldruck-Erststufe 45 des Mitteldruckturbinen
abschnitts 17 durch ∅DIP gegeben ist, wird bei der Dampfturbine der vorliegenden
Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration das Verhältnis der Innen
durchmesser (∅DIP/∅DHP) in dem Bereich festgelegt:
1,2 ≦ ∅DIP/∅DHP ≦ 1,5.
Bei der Dampfturbine entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, die die vorlie
genden Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder
mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung
von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehenden Ein
heit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufel
länge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, sinkt die Dampftempe
ratur nach Abschluß der Expansionsarbeit in den Hochdruckturbinenabschnitt 16 auf
360°C und das spezifische Volumen ist zu diesem Zeitpunkt viermal so hoch wie das
zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns.
Weiter wird der aus dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 austretende Dampf wieder auf
eine Temperatur gleich oder größer als 500°C erhitzt und das spezifische Volumen wird
dabei auf das 1,4-fache dessen am Ausgang des Hochdruckturbinenabschnitts 16 ver
größert. Da ein teilweiser Dampfabzug aus dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 erfolgt,
ist jedoch die Volumenströmung zum Zeitpunkt der Strömung in dem Dampfpfad 46
des Mitteldruck-Erststufen-Teils 47 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 dreimal so
hoch wie zum Zeitpunkt der Strömung durch den Dampfpfad 44 des Hochdruck-
Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16.
Zusätzlich ist der Hauptdampfdruck des in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 strö
menden Dampfes gleich oder größer als 100 kg/cm2, wohingegen der Hauptdampfdruck
des in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 strömenden Dampfes einige zehn kg/cm2
beträgt, so daß selbst, wenn die Druckverhältnisse hinter und vor der Turbinenschaufel
anordnung einander gleich sind, der Druckunterschied auf einen Bruchteil dessen des
Hochdruckturbinenabschnitts 16 vermindert werden kann. Entsprechend kann die
Schaufellänge des Mittel-Erststufen-Teils 45 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17
2-2,5 Mal länger sein als die des Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruck
turbinenabschnitt 16.
Daher ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, weil die Schaufel derart entworfen
ist, daß die axiale Strömungsgeschwindigkeit längs der radialen Richtung (Richtung der
Schaufellänge) konstant ist, vorteilhaft, das Innendurchmesserverhältnis von
∅DIP/∅DHP zwischen dem Innenumfangsdurchmesser ∅DHP des Dampfpfades 44 des
Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 und dem In
nendurchmesser ∅DIP des Dampfpfades 46 des Mitteldruck-Erststufen-Teils 45 in dem
Mitteldruckabschnitt 17 auf den Bereich festzulegen:
1,2 ≦ ∅DIP/∅DHP ≦ 1,5.
Da, wie vorstehend beschrieben, das Verhältnis der Innendurchmesser ∅DIP/∅DHP auf
den Bereich von 1,2 ≦ ∅DIP/∅DHP ≦ 1,5 festgesetzt ist, ist es bei der sechsten Aus
führungsform möglich, die Dampfturbine zu betreiben und dabei den Turbinenstufen
wirkungsgrad hoch zu halten.
Wie vorstehend entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben, wird es möglich, je Turbinenstufe eine große Arbeit zu erzeugen und deren
stabilen Betrieb zu ermöglichen, indem die Lagerstützweite vermindert wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist und viele andere Änderungen und Mo
difizierungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der beigefügten An
sprüche zu verlassen.
Claims (11)
1. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struk
tur hat, die sich zu beiden Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses (15) er
streckt.
2. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struk
tur hat, die sich zur Oberseite des Turbinengehäuses (15) hin erstreckt.
3. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: Einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbinen mit einer effektiven Schaufellänge
von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600
U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struk
tur hat, die sich in dessen axialer Richtung erstreckt.
4. Dampfturbine nach Anspruch 3, wobei die Turbinenauslaßkammer mit einem
sich erweiternden Pfad (30) versehen ist, der durch eine äußere Umfangswand (31) und
eine innere Umfangswand (28) von ihr gebildet ist, und wobei die innere Umfangswand
mit einem konischen Ausnehmungsbereich (25) zum Einbau eines Achslagers (22b)
ausgebildet ist.
5. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei, wenn eine Verengungsfläche einer Turbinendüse durch AN gegeben ist, und eine
Verengungsfläche einer Turbinenlaufschaufel im Hochdruckturbinenabschnitt (16)
durch AB gegeben ist, ein Verhältnis zwischen den beiden Verengungsflächen (AB/AN)
innerhalb eines Bereiches von
1,6 ≦ AB/AN ≦ 1,8 festgelegt wird.
1,6 ≦ AB/AN ≦ 1,8 festgelegt wird.
6. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Hoch
drucksturbinenabschnitts (16) längs einer Strömungsrichtung eines Dampfes allmählich
zunimmt und, wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel als Rr definiert ist, und
ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Hochdruckturbine
als Rrn definiert ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Berei
ches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1.05 festgelegt wird.
7. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Mittel
druckturbinenabschnitts (17) allmählich einer Strömungsrichtung längs eines Dampfes
zunimmt, und wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel als Rr definiert wird, und
ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Mitteldruckturbine
als Rrn definiert ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Berei
ches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1.1 festgelegt wird.
8. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei die Anzahl von Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts (16) sieben bis
zehn beträgt, die Anzahl von Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts (17)
vier bis sieben beträgt und die Anzahl von Turbinenstufen (18) des Niederdruckturbi
nenabschnitts fünf bis sieben beträgt.
9. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei einem mittleren Radius einer Turbinendüse des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von SN/tN = 0,15 bis 0,21 festgelegt wird,
während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von SB/tB = 0,27 bis 0,33 festgelegt wird.
wobei ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei einem mittleren Radius einer Turbinendüse des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von SN/tN = 0,15 bis 0,21 festgelegt wird,
während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von SB/tB = 0,27 bis 0,33 festgelegt wird.
10. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei eine Strömungsrichtung eines durch die Turbinenstufen des Hochdruckturbinen
abschnitts (16) strömenden Dampfes und die Strömungsrichtung des durch Turbinenstu
fen des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) strömenden Dampfes einander entgegenge
setzt sind, und wenn ein Durchmesser eines Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungs
teils, der den Hochdruckturbinenabschnitt und den Mitteldruckturbinenabschnitt defi
niert, als ∅D1 definiert ist, und ein Durchmesser eines Hochdruckturbinen-Zweitstufen-
Durchführungsteils des Hochdruckturbinenabschnitts als ∅D2 definiert ist, der Durch
messer ∅D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils innerhalb eines Berei
ches von
∅D1 = (0,95 bis 0,98) × ∅D2 festgelegt ist.
∅D1 = (0,95 bis 0,98) × ∅D2 festgelegt ist.
11. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi
nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur
binenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende
Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr;
eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW
oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die
mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von
91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min
drehende Einheit, die mit einer letzistufigen Laufschaufel der Turbine mit einer
effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,
wobei ein Innendurchmesser eines Strömungspfades in einem Hochdruck-Zweitstufen-
Teil des Hochdruckturbinenabschnitts (16) als ∅DHP definiert ist, und ein Innendurch
messer eines Strömungspfades in einem Mitteldruck-Erststufen-Teil des Mitteldruck
turbinenabschnitts (17) als ∅DIP definiert ist, das Verhältnis der beiden Innendurchmes
ser (∅DIP/∅DHP) innerhalb des Bereiches von 1,2 ≦ ∅DIP/∅DHP ≦ 1,5 festgelegt ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MATSUDA, MINORU, YOKOHAMA, HODOGAYA, JP Inventor name: OKITA, NOBUO, USHIKU, IBARAKI, JP Inventor name: KITAGUCHI, KOUICHI, YOKOHAMA, KANAGAWA, JP Inventor name: KIKUCHI, MASATAKA, CHIGASAKI, KANAGAWA, JP |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
R071 | Expiry of right |