DE10016068C2

DE10016068C2 - Dampfturbine

Info

Publication number: DE10016068C2
Application number: DE10016068A
Authority: DE
Inventors: Ninoru Matsuda; Masataka Kikuchi; Nobuo Okita; Kouichi Kitaguchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: US6332754B1; JP2000291403A; DE10016068A1; CH694257A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus ei nem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Nie derdruckturbinenabschnitt mit einem einzigen Turbinenrotor in einem einzigen Turbi nengehäuse enthält.

Hintergrund der Erfindung

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-Mitteldruck-integrierter 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) einge setzt ist, die durch eine Trennwand 9 gebildet ist, um einen Einbaubereich für ein Achslager 12 sicherzustellen, und die Turbinenauslasshaube 10 ist an ihrer stromabwär tigen 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-intergrierten 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.

In der EP 0 384 181 B1, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, ist eine Dampfturbine beschrieben, deren Schaufeln in wenigstens zehn Stufen angeordnet sind, wobei der Hochdruckabschnitt wenigstens fünf Stufen und der Zwischen- Niederdruckabschnitt ebenfalls wenigstens fünf Stufen umfassen. Das Verhältnis einer zwischen Lagern der Rotorwelle festgelegten Länge zu einem zwischen den äußeren Enden der letztstufigen Schaufeln gemessenen Durchmesser beträgt zwischen 1,4 und 2, 3. In der genannten Druckschrift ist die Legierung, aus der die Rotorwelle hergestellt ist, detailliert beschrieben.

Der Artikel von H. Gneft und G. Franconville, neue Dampfturbinenkonzepte für höhere Eintrittsparameter und längere Endschaufeln in VGB Kraftwerkstechnik 73 (1993), Heft 5, Seiten 409 bis 415 beschreibt Dampfturbinen mit einem Aufbau ähnlich wie die in Fig. 17 und 18 dargestellten Dampfturbinen, d. h. Dampfturbinen mit mehreren Gehäu sen und zwischen den Gehäusen gelagerten Rotoren.

Der Artikel von Franz Kreitmeier et al: Produktive Produkt- und Prozessqualifikation in der Dampfturbinenentwicklung, ABB Technik 4/98, Seiten 37 bis 47 beschreibt eine Dampfturbine mit einem Turbinenauslass des Niederdruckabschnitts in axialer Rich tung. In dem Artikle von J. Kreis, St. Jurke, die neu entwickelte 42-MW-Gasturbine GTX 100 und das neue ATP-Dampfturbinenprogramm von ABB - wesentliche Komponenten für effiziente Heizkraftwerke- und Industriekraftwerkslösungen, in XXX. Kraftwerkstechnisches Colloquium, Technische Universität Dresden, Oktober 1998 ist ebenfalls eine Dampfturbine mit einem in axialer Richtung verlaufenden Turbinenaus lass des Niederdruckabschnitts beschrieben, wobei eine Turbinenauslasskammer mit einem sich erweiternden Pfad versehen ist, der durch eine äußere Umfangswand und eine innere Umfangswand der Kammer gebildet ist, wobei die innere Umfangswand mit einem konischen Ausnehmungsbereich zum Einbau eines Achslagers versehen ist.

Die DE 44 25 353 A1 beschreibt ein Baukastensystem mit standardisierten Teilen zur Herstellung einer Dampfturbine, deren Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdrucktur binenabschnitte jeweils mehrstufig ausgebildet sind.

Aus der DE 197 01 020 A1 ist eine Dampfturbine bekannt, bei der die Strömungsrich tung des durch die Turbinenstufen des Hochdruckabschnitts strömenden Dampfes und die Strömungsrichtung des durch Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts strömenden Dampfes einander entgegengesetzt sind. Aus der DE 197 00 899 A1 ist eine Dampfturbine mit einer Hochdruckteilturbine in Kammerbauweise und einer Mittel druckteilturbine in Trommelbauweise bekannt. Alternativ kann die Hochdruckteilturbi ne in Trommelbauweise und die Mitteldruckteilturbine in Kammerbauweise ausgeführt sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dampfturbine derart weiterzuentwickeln, dass bei hoher je Turbinenstufe erzeugbarer Leistung ein stabiler Betrieb durch eine kurze Lagerstützweite möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Dampfturbine gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die Anzahl der Turbinenstufen der unterschiedlichen Abschnitte gemäß dem Kennzei chen des Anspruchs 1 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Mit dem angegebene Verhältnis zwischen einer Verengungsfläche einer Turbinendüse und einer Verengungs fläche einer Turbinenschaufel ist es vorteilhaft möglich, die Lagerstützweite zu vermin dern, so dass die Steifigkeit der Welle und damit die Betriebssicherheit der Turbine verbessert sind. Mit dem angegebenen Verengungs-/Abstandsverhältnis wird der Tur binenwirkungsgrad verbessert.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dampfturbine gerichtet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

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 Ausfüh rungsform 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.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

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 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.

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 Kondensators 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 Ausnehmungsbereich 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 A_B/A_N der Turbinenstufe in dem Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine zeigt. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "Verengungsflä chenverhältnis A_B/A_N" das Verhältnis der Verengungs- bzw. Einschnürfläche, wenn die Verengungsfläche einer bestimmten Turbinenlaufschaufel als A_B definiert ist und die Verengungsfläche einer bestimmten Turbinendüse als A_N 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 Verengungsflächenverhältnis A_B/A_N wird auf 1,6 oder mehr gemäß dem Schnittpunkt X₁ zwischen dem Reaktionsgrad Rx = 0,13 und der Reaktionsgradverteilungsfläche RP1.

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 A_B/A_N 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 A_B/A_N beträgt

1,6 ≦ A_B/A_N ≦ 1,8,

soweit diese Werte in der Modellturbine berechnet werden.

Wie vorstehend beschrieben, wird es bei der dritten Ausführungsform, da das Veren gungsflächenverhältnis A_B/A_N auf den Bereich von 1,6 ≦ A_B/A_N ≦ 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 Impuls/Reaktionskombinationsbauart 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, wurden 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 S_A, der durch die Schnittpunkte J, K zwischen dem festgesetzten Stufenwirkungsgrad η₀, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradsverteilungslinie η_A. Dieser Bereich wurde in einer Modellturbine sichergestellt. In Fig. 8 ist der Bereich S_A 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 S_H 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 S_A festgelegt, der durch die Schnittpunkte L, M zwischen dem festgelegten Stufenwirkungsgrad η_i, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradverteilungskurve η_S. 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 Geschwindigkeitsverhältnis (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 η_HP 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 η_HP 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 S_HP.

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 η_HP 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 R_r der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Ge samtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts η_HP 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 S_HP kommt, wird die Anzahl der Turbinenstu fen durch den Punkt C gewählt, wo der Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenab schnitts η_HP 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 η_IP 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 S_IP, 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 η_IP 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 η_IP 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 η_LP 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 S_LP.

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 η_LP 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 Gesamtwirkungsgrad des Niederdruckturbinenabschnitts η_LP 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 (S_N/t_N) bei dem mittleren Radius der Turbinenstufe zu 0,259 berechnet) und der Ausströmwinkel (β₃) der Turbinenlauf schaufel wird auf 24° festgesetzt (wenn der Ausströmwinkel (β₃) 24° beträgt, wird das Verengungs-/Abstandsverhältnis (S_B/t_B) 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, β₃) 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 (S_N/t_N) (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 (S_B/t_B) 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 (S_N/t_N) bei dem mittleren Radius der Turbinendüse 33 im Bereich von 0,15 bis 0,21 festlegen kann, und das Verengungs-/Abstandsverhältnis (S_B/t_B) 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 (S_N/t_N) des mittleren Radi us der Turbinendüse 33 auf den Bereich von 0,15 bis 0,21 festlegen kann und das Ver engungs-/Abstandsverhältnis (S_B/t_B) 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 Turbinenlaufschaufel 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.

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 letztstufigen 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 Durchfüh rungsteils 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 ∅D_HP gegeben ist, und der Innendurch messer des Dampfpfades 46 in einer Mitteldruck-Erststufe 45 des Mitteldruckturbinen abschnitts 17 durch ∅D_IP gegeben ist, wird bei der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration das Verhältnis der Innen durchmesser (∅D_IP/∅D_HP) in dem Bereich festgelegt:

1,2 ≦ ∅D_IP/∅D_HP ≦ 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 ∅D_IP/∅D_HP zwischen dem Innenumfangsdurchmesser ∅D_HP des Dampfpfades 44 des Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 und dem In nendurchmesser ∅D_IP des Dampfpfades 46 des Mitteldruck-Erststufen-Teils 45 in dem Mitteldruckabschnitt 17 auf den Bereich festzulegen:

1,2 ≦ ∅D_IP/∅D_HP ≦ 1,5.

Da, wie vorstehend beschrieben, das Verhältnis der Innendurchmesser ∅D_IP/∅D_HP auf den Bereich von 1,2 ≦ ∅D_IP/∅D_HP ≦ 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

1. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbi nenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdrucktur binenabschnitt (18) mit einem einzigen Turbinenrotor (19) in einem einzigen Turbinen gehäuse (15) enthält, wobei die Anzahl der Turbinenstufen mindestens 10 beträgt und folgende Auslegungserfordernisse erfüllt sind: 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 (19), 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 drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausge rüstet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzahl von Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts (16) sie ben bis zehn beträgt, die Anzahl von Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) vier bis sieben beträgt und die Anzahl von Turbinenstufen (18) des Niederdruck turbinenabschnitts fünf bis sieben beträgt,
dass, wenn eine Verengungsfläche einer Turbinendüse durch A_N gegeben ist und eine Verengungsfläche einer Turbinenlaufschaufel im Hochdruckturbinenabschnitt (16) durch A_B gegeben ist, ein Verhältnis zwischen den beiden Verengungsflächen (A_B/A_N) innerhalb eines Bereiches von 1,6 ≦ A_B/A_N ≦ 1,8 festgelegt ist und
dass ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (S_N/t_N) bei einem mittleren Radius einer Turbinendüse des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von S_N/t_N = 0,15 bis 0,21 festgelegt ist, während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (S_B/t_B) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenab schnitts (16) innerhalb eines Bereiches von S_B/t_B = 0,27 bis 0,33 festgelegt ist.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbinen auslasskammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur hat, die sich zu beiden Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses (15) erstreckt.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbinen auslasskammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur hat, die sich zur Oberseite des Turbinengehäuses (15) hin erstreckt.

4. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbinen auslasskammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur hat, die sich in dessen axialer Richtung erstreckt.

5. Dampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen auslasskammer mit einem sich erweiternden Pfad (30) versehen ist, der durch eine äuße re Umfangswand (31) und eine innere Umfangswand (28) von ihr gebildet ist, und wo bei die innere Umfangswand mit einem konischen Ausnehmungsbereich (25) zum Ein bau eines Achslagers (22b) ausgebildet ist.

6. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Hochdruckturbi nenabschnitts (16) längs einer Strömungsrichtung eines Dampfes allmählich zunimmt und, wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel als Rr definiert ist, und ein Innen radius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Hochdruckturbine als Rrn definiert ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1.05 festgelegt ist.

7. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Mitteldruckturbi nenabschnitts (17) allmählich einer Strömungsrichtung längs eines Dampfes zunimmt, und wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel als Rr definiert wird, und ein Innen radius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Mitteldruckturbine als Rrn definiert ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≦ 1.1 festgelegt wird.

8. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsrichtung eines durch die Turbinenstufen des Hochdruckturbinenab schnitts (16) strömenden Dampfes und die Strömungsrichtung des durch Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) strömenden Dampfes einander entgegengesetzt sind, und wenn ein Durchmesser eines Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils, der den Hochdruckturbinenabschnitt und den Mitteldruckturbinenabschnitt definiert, 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.

9. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser eines Strömungspfades in einem Hochdruck-Zweitstufen-Teil des Hochdruckturbinenabschnitts (16) als ∅D_HP definiert ist, und ein Innendurchmesser eines Strömungspfades in einem Mitteldruck-Erststufen-Teil des Mitteldruckturbinen abschnitts (17) als ∅D_IP definiert ist, das Verhältnis der beiden Innendurchmesser (∅D_IP/∅D_HP) innerhalb des Bereiches von 1,2 ≦ ∅D_IP/∅D_HP ≦ 1,5 festgelegt ist.