DE112015000514T5

DE112015000514T5 - Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit Dampfturbine

Info

Publication number: DE112015000514T5
Application number: DE112015000514.5T
Authority: DE
Inventors: Shunji Imai
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-11-10
Also published as: WO2015111688A1; JP5955345B2; KR101667517B1; US9932849B2; JP2015140685A; KR20160063417A; CN105745398B; CN105745398A; US20160312636A1

Abstract

Eine Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine umfasst: ein Innengehäuse, welches einen Turbinenrotor drehbar im Inneren aufnimmt; ein Außengehäuse, welches das Innengehäuse aufnimmt und einen Raum ausbildet, durch welchen ein Fluid zwischen dem Außengehäuse und einer Außenoberfläche des Innengehäuses strömen kann; einen vorstehenden Abschnitt, der von einer der Außenoberfläche des Innengehäuses oder einer Innenoberfläche des Außengehäuses in den Raum vorsteht, wobei der vorstehende Abschnitt in einer Umfangsrichtung der Oberfläche ringförmig ausgebildet ist; und eine Unterteilungsplatte, die sich von der anderen der Außenoberfläche oder der Innenoberfläche in den Raum erstreckt und in einer Umfangsrichtung der Oberfläche kreisringförmig ausgebildet ist. Die Unterteilungsplatte unterteilt den Raum in erste und zweite Raumteilabschnitte, die an den ersten und zweiten Seiten in Bezug auf eine axiale Richtung des Turbinenrotors entsprechend angeordnet sind, und ist in der axialen Richtung des Turbinenrotors durch einen Innenfluiddruckunterschied zwischen den ersten und zweiten Raumteilabschnitten biegesteif verformbar.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Fluiddichtungsstruktur, welche einen Spalt zwischen Dampfkammern im Inneren einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine abdichtet.
Stand der Technik
Eine Dampfturbine, ein Beispiel einer Wärmekraftmaschine, umfasst normalerweise ein Innengehäuse, das einen Turbinenrotor aufnimmt, und ein Außengehäuse, welches das Innengehäuse aufnimmt. Bei der Dampfturbine wird Hochdruckdampf in das Innengehäuse durch einen an dem Außengehäuse angeordneten Dampfeinlass eingeführt. In dem Innengehäuse wird der eingeführte Hochdruckdampf mit einer hohen Geschwindigkeit eingespeist, und diese Dampfkraft bringt eine Drehkraft auf eine Vielzahl an Turbinenstufen eines Turbinenrotors auf, um den Turbinenrotor zu drehen. Der Hochdruckdampf, der eine Drehkraft auf die Turbinenstufen aufgebracht hat, bewegt sich von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite hin durch die Turbinenstufen, wobei seine Temperatur und sein Druck abnehmen, und strömt durch eine Auslassöffnung heraus.
Indes offenbart Patentdokument 1 eine Dampfturbine mit Hochdruck- und Mitteldruckstufen. Wie in Patentdokument 1 offenbart, umfasst diese Dampfturbine einen Hoch-Mitteldruck-Integration-Blindring zwischen einer Hochdruckstufe und einer Mitteldruckstufe, und eine ringförmige Unterteilungsplatte, die zwischen dem Hoch-Mitteldruck-Integration-Blindring und einem Außengehäuse (äußeres Turbinengehäuse) angeordnet ist. Die ringförmige Unterteilungsplatte trennt und schützt ein Innengehäuse (inneres Turbinengehäuse) vor Mitteldruckdampf mit einer hohen Temperatur, und dadurch ist es möglich, eine thermische Beanspruchung des Innengehäuses zu verringern und eine Beanspruchung von Bolzen zu verringern, die das Innengehäuse fixieren.
Das Innengehäuse weist eine Struktur auf, die in einen oberen Teil und einen unteren Teil mit anstoßenden Oberflächen teilbar ist, welche sich in eine horizontale Richtung an Randabschnitten erstrecken. Der obere Teil und der untere Teil werden mit einer Vielzahl an Bolzen befestigt, um fixiert integriert zu sein, während die entsprechenden anstoßenden Oberflächen des oberen Teils und des unteren Teils miteinander in Kontakt sind. Das Außengehäuse weist eine Ausgestaltung ähnlich derjenigen des Innengehäuses auf.
Literaturstellenliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JPS62-284905 A (siehe 1)

Zusammenfassung
Zu lösende Probleme
Wie oben beschrieben, kann bei einer Dampfturbine, die ausgestaltet ist, um Hochdruckdampf durch eine Vielzahl an Turbinenstufen und eine Auslassöffnung abzulassen, ein Teil des durch die Vielzahl an Turbinenstufen geströmten Hochdruckdampfes in eine turbulente Strömung übergehen und in einen Raum zwischen einem Außengehäuse und einem Innengehäuse eintreten, anstelle zu der Auslassöffnung hin zu strömen. Falls durch die Vielzahl an Turbinenstufen geströmter Niedertemperaturdampf durch den Raum strömt, wird das Außengehäuse entlang der axialen Richtung eines Turbinenrotors gekühlt. Falls Hochdruckdampf von der entgegengesetzten Seite zu der Auslassöffnung in den Raum strömt, nimmt unterdes die Temperatur des Außengehäuses entlang der axialen Richtung des Turbinenrotors zu. Folglich variiert die Temperatur des Außengehäuses in der axialen Richtung des Turbinenrotors, und der Unterschied ist insbesondere größer zwischen einem Teil des Außengehäuses, der mit Hochtemperaturdampf in Kontakt ist, und einem Teil des Außengehäuses, der mit Dampf mit einer verringerten Temperatur in Kontakt ist. Somit kann eine Befestigungskraft von Bolzen zum Befestigen eines oberen Teils und eines unteren Teils des Außengehäuses, die in der Umgebung einer Position angeordnet sind, welche einer schnellen Temperaturverringerung ausgesetzt ist, geschwächt werden.
In dieser Hinsicht kann die in Patentdokument 1 offenbarte Unterteilungsplatte im Inneren des Raums vorgesehen werden, um den Raum zu unterteilen. Falls die Unterteilungsplatte eine Strömung von Niedertemperaturdampf vollständig absperren kann, ist es möglich, eine schnelle Temperaturänderung des Außengehäuses zu verhindern. Sogar mit einer Unterteilungsplatte, die angeordnet ist, um eine luftdichte Abdichtung zwischen Raumteilabschnitten auf jeder Seite der Unterteilungsplatte während einer Montage einer Dampfturbine vorzusehen, können jedoch immer noch Spalte zwischen der Unterteilungsplatte und dem Außengehäuse, oder zwischen der Unterteilungsplatte und dem Innengehäuse, erzeugt werden, aufgrund einer erhöhten Temperatur im Inneren der Dampfturbine oder aufgrund eines abhängig von einer Position erzeugten Temperaturunterschieds, während eines Betriebs der Dampfturbine. Somit kann Niedertemperaturdampf in einen stromaufwärtigen Raumteilabschnitt strömen und die Befestigungskraft von Bolzen zum Befestigen des oberen Teils und des unteren Teils des Außengehäuses verringern.
Folglich ist es wünschenswert, eine Dichtungsstruktur für eine Dampfturbine mit einer in einem Raum angeordneten Unterteilungsplatte zu entwickeln, die imstande ist, eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Paar an durch die Unterteilungsplatte getrennten Raumteilabschnitten vorzusehen, ohne einen Spalt während eines Betriebs der Dampfturbine zu erzeugen.
Angesichts hiervon ist es eine Aufgabe von zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine bereitzustellen, die imstande ist, eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Paar an durch eine Unterteilungsplatte unterteilten Raumteilabschnitten während eines Betriebs der Wärmekraftmaschine vorzusehen.
Lösung der Probleme
Eine Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Innengehäuse, welches einen Turbinenrotor drehbar im Inneren des Innengehäuses aufnimmt; ein Außengehäuse, welches das Innengehäuse aufnimmt und einen Raum ausbildet, durch welchen ein Fluid zwischen dem Außengehäuse und einer Außenoberfläche des Innengehäuses strömen kann; einen vorstehenden Abschnitt, der von einer der Außenoberfläche des Innengehäuses oder einer Innenoberfläche des Außengehäuses in den Raum vorsteht, wobei der vorstehende Abschnitt in einer Umfangsrichtung der einen Oberfläche in eine Kreisringform ausgebildet ist; und eine Unterteilungsplatte, die sich von der anderen der Außenoberfläche oder der Innenoberfläche in den Raum erstreckt und in einer Umfangsrichtung der anderen Oberfläche in eine Kreisringform ausgebildet ist. Die Unterteilungsplatte unterteilt den Raum in einen ersten Raumteilabschnitt, in welchem der vorstehende Abschnitt nicht angeordnet ist und welcher auf einer ersten Seite in Bezug auf eine axiale Richtung des Turbinenrotors angeordnet ist, und einen zweiten Raumteilabschnitt, in welchem der vorstehende Abschnitt angeordnet ist und welcher auf einer zweiten Seite in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors angeordnet ist, und ist in der axialen Richtung des Turbinenrotors durch einen Innenfluiddruckunterschied zwischen dem ersten Raumteilabschnitt und dem zweiten Raumteilabschnitt biegesteif verformbar. Die Unterteilungsplatte ist ausgestaltet, um den vorstehenden Abschnitt zu berühren bzw. mit ihm in Kontakt zu sein, falls sie als Reaktion auf den Innenfluiddruckunterschied zu dem zweiten Raumteilabschnitt hin biegesteif verformt wird.
Mit der obigen Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine, die eine Dampfturbine umfasst, wird der Innenfluiddruckunterschied während eines Betriebs der Wärmekraftmaschine zwischen dem ersten Raumteilabschnitt und dem zweiten Raumteilabschnitt erzeugt, und falls dieser Druckunterschied derart ist, dass der Druck des ersten Raumteilabschnitts, der nicht den vorstehenden Abschnitt aufnimmt, größer als der Druck des zweiten Raumteilabschnitts ist, der den vorstehenden Abschnitt aufnimmt, verformt sich die Unterteilungsplatte biegesteif in der axialen Richtung des Turbinenrotors zu dem zweiten Raumteilabschnitt hin, um den vorstehenden Abschnitt zu berühren. Somit gibt es nicht länger einen Spalt zwischen der Unterteilungsplatte und dem vorstehenden Abschnitt. Sogar falls ein Fluid in dem zweiten Raumteilabschnitt, welcher auf der zweiten Seite in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors angeordnet ist, versucht in den ersten Raumteilabschnitt zu strömen, welcher auf der ersten Seite in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors angeordnet ist, ist es deshalb möglich, die Strömung des Fluids zu dem ersten Raumteilabschnitt hin sicher mit der Unterteilungsplatte abzusperren. Somit ist es möglich, eine Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine bereitzustellen, die imstande ist, eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Paar des ersten Raumteilabschnitts und des zweiten Raumteilabschnitts, die durch eine Unterteilungsplatte unterteilt sind, während eines Betriebs der Wärmekraftmaschine vorzusehen.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Unterteilungsplatte ausgebildet, um in der axialen Richtung des Turbinenrotors eine Dicke aufzuweisen, die sich nach außen in einer radialen Richtung des Turbinenrotors verringert, zumindest an einem distalen Endabschnitt der Unterteilungsplatte.
In diesem Fall ist zumindest der distale Endabschnitt der Unterteilungsplatte in einer verjüngten Form ausgebildet, und somit nimmt eine Biegesteifigkeit der Unterteilungsplatte zu dem distalen Ende hin ab. Falls eine Kraft in der axialen Richtung des Turbinenrotors, die zu dem vorstehenden Abschnitt hin gerichtet ist, auf die Unterteilungsplatte aufgebracht wird, verformt sich somit der distale Endabschnitt der Unterteilungsplatte biegesteif zu dem vorstehenden Abschnitt hin, während er an einem inneren Ende der Unterteilungsplatte in Bezug auf die radiale Richtung des Turbinenrotors gestützt wird. Somit ist es möglich, zumindest den distalen Endabschnitt der Unterteilungsplatte dazu zu bringen, sicher den vorstehenden Abschnitt zu berühren. Ferner ist es möglich, eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Paar des ersten Raumteilabschnitts und des zweiten Raumteilabschnitts, die durch die Unterteilungsplatte unterteilt sind, während eines Betriebs der Wärmekraftmaschine vorzusehen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Außengehäuse einen Fluidzuführpfad, der ausgestaltet ist, um das Fluid an das Innengehäuse zuzuführen. Ferner umfasst das Innengehäuse einen Antriebsströmungspfad, der ausgestaltet ist, um das durch den Fluidzuführpfad zugeführte Fluid an den Turbinenrotor zu leiten, um den Turbinenrotor anzutreiben. Weiterhin stehen der Antriebsströmungspfad und der erste Raumteilabschnitt über einen Verbindungsströmungspfad miteinander in Verbindung.
In diesem Fall ist es möglich, durch den Antriebsströmungspfad strömendes Fluid über den Verbindungsströmungspfad an den ersten Raumteilabschnitt zuzuführen. Das durch den Antriebsströmungspfad strömende Fluid bringt eine Rotationskraft auf den Turbinenrotor auf, und somit ist der Antriebsströmungspfad ausgestaltet, um das Fluid mit Druck zu beaufschlagen. Somit ist es möglich, den Innenfluiddruck des ersten Raumteilabschnitts durch Einführen des durch den Antriebsströmungspfad strömenden Fluids in den ersten Raumteilabschnitt zu erhöhen. Somit ist es möglich, den Innenfluiddruckunterschied zwischen dem ersten Raumteilabschnitt und dem zweiten Raumteilabschnitt weiter zu erhöhen, und die Unterteilungsplatte dazu zu bringen, den vorstehenden Abschnitt sogar leichter bzw. bereitwilliger zu berühren. Folglich ist es möglich, eine Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine bereitzustellen, die imstande ist, eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Paar des ersten Raumteilabschnitts und des zweiten Raumteilabschnitts, die durch die Unterteilungsplatte unterteilt sind, während eines Betriebs der Wärmekraftmaschine vorzusehen.
Bei einer Ausführungsform ist ein kreisringförmiges Dichtungselement auf einer Seitenoberfläche des vorstehenden Abschnitts der Unterteilungsplatte zugewandt angeordnet, wobei das kreisringförmige Dichtungselement ein Material umfasst, welches einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten als der vorstehende Abschnitt aufweist.
In diesem Fall, falls sich die Unterteilungsplatte biegesteif zu dem vorsehenden Abschnitt hin verformt, um das kreisringförmige Dichtungselement zu berühren, verformt sich das kreisringförmige Dichtungselement. Falls sich die Unterteilungsplatte weiter biegesteif verformt, berührt ferner die Unterteilungsplatte den vorstehenden Abschnitt, während das kreisringförmige Dichtungselement verformt wird. Somit berührt die Unterteilungsplatte neben dem kreisringförmigen Dichtungselement den vorstehenden Abschnitt, und dadurch ist es möglich, eine Luftdichtheitsabdichtungseigenschaft zwischen dem Paar an Raumteilabschnitten sogar weiter zu verbessern.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß zumindest einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine bereitzustellen, die imstande ist, eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Paar an Raumteilabschnitten, die durch eine Unterteilungsplatte unterteilt sind, während eines Betriebs der Wärmekraftmaschine vorzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Teilquerschnittansicht einer Dampfturbine, die ein Ausgestaltungsbeispiel einer Fluiddichtungsstruktur zeigt.
2 ist eine Innenstrukturansicht einer Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine schematische Perspektivansicht eines Innengehäuses mit einem Dichtungsring gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine Teilquerschnittansicht einer Dampfturbine zum Beschreiben einer Funktion eines Dichtungsrings gemäß einer Ausführungsform.
5 ist eine Teilquerschnittansicht eines anderen Dichtungsrings gemäß einer Ausführungsform.
6A ist eine Teilquerschnittansicht eines anderen Dichtungsrings gemäß einer Ausführungsform, und 6B ist eine Perspektivansicht des Dichtungsrings.
Ausführliche Beschreibung
Eine Ausführungsform einer Fluiddichtungsstruktur von einer Wärmekraftmaschine, die eine Dampfturbine umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Eine Dampfturbine wird bei der vorliegenden Ausführungsform als ein Beispiel einer Wärmekraftmaschine beschrieben werden. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, außer wenn es besonders angegeben ist, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten lediglich als erläuternd interpretiert werden sollen und nicht beabsichtigt sind, den Bereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Wie in 1 (Teilquerschnittansicht) und 2 (Innenstrukturansicht) dargestellt, umfasst eine Fluiddichtungsstruktur 1 einer Dampfturbine ein Innengehäuse 10, das im Inneren einen Turbinenrotor 2 drehbar aufnimmt, ein Außengehäuse 20, welches das Innengehäuse 10 aufnimmt und einen Raum 4, durch welchen Dampf strömen kann, zwischen dem Außengehäuse 20 und einer Außenoberfläche 10a des Innengehäuses 10 ausbildet, einen vorstehenden Abschnitt 30, der von einer Innenoberfläche 20a des Außengehäuses 20 in den Raum 4 vorsteht und in einer Umfangsrichtung der Innenoberfläche 20a in eine Kreisringform ausgebildet ist, und eine Unterteilungsplatte 40, die sich von der Außenoberfläche 10a des Innengehäuses 10 in den Raum 4 erstreckt und in der Umfangsrichtung der Außenoberfläche 10a in einer Kreisringform ausgebildet ist. Die Unterteilungsplatte 40 unterteilt den Raum 4 in den ersten Raumteilabschnitt 4a und den zweiten Raumteilabschnitt 4b, die auf beiden Seiten der Unterteilungsplatte 40 in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2 angeordnet sind. Die Unterteilungsplatte 40 ist in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 als Reaktion auf einen Innendruckunterschied von Dampf zwischen dem ersten Raumteilabschnitt 4a und dem zweiten Raumteilabschnitt 4b biegesteif verformbar.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Innengehäuse 10 aus Metall (z.B. Cr-Stahlguss) hergestellt und umfasst eine Stationäre-Schaufel-Reihe 11 (siehe 1), die mit einer Rotierende-Schaufel-Reihe 3 (siehe 1) des Turbinenrotors 2, die sich in die axiale Richtung des Turbinenrotors 2 erstreckt, in Eingriff zu bringen ist. Nachstehend werden die Rotierende-Schaufel-Reihe 3 und die Stationäre-Schaufel-Reihe 11 kollektiv als eine „Hochdruckstufe 6“ bezeichnet. Ein Antriebsströmungspfad 50 (siehe 1) ist zwischen der Rotierende-Schaufel-Reihe 3 und der Stationäre-Schaufel-Reihe 11 ausgebildet, wo Hochtemperatur- und Hochdruckdampf durchströmen kann. Wenn Hochtemperatur- und Hochdruckdampf durch den Antriebsströmungspfad 50 strömt, empfängt die Rotierende-Schaufel-Reihe 3 eine Strömung des Hochtemperatur- und Hochdruckdampfes, um den Turbinenrotor 2 zu drehen.
Das Innengehäuse 10 ist ausgestaltet, um in einen oberen Teil und einen unteren Teil teilbar zu sein, mit anstoßenden Oberflächen (nicht dargestellt), die sich an Randabschnitten in die horizontale Richtung erstrecken, und wobei der Turbinenrotor 2 in dem unteren Teil des Innengehäuses 10 angeordnet ist. Der obere Teil des Innengehäuses 10 wird auf dem unteren Teil angeordnet, und der obere Teil und der untere Teil des Innengehäuses 10 werden mit einer Vielzahl an Bolzen befestigt, während die anstoßenden Oberflächen der Teile in Kontakt sind, und dadurch integriert und fixiert. Wie in 1 und 3 (schematische Perspektivansichten) dargestellt, ist die Unterteilungsplatte 40 an der Außenoberfläche 10a des Innengehäuses 10 in der Umfangsrichtung der Außenoberfläche 10a in eine Kreisringform ausgebildet, um in die radiale Richtung des Turbinenrotors 2 nach außen vorzustehen. Die Unterteilungsplatte 40 und das Innengehäuse 10 werden integriert als ein Stück ausgebildet. Die Struktur der Unterteilungsplatte 40 wird unten im Detail beschrieben werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Außengehäuse 20 aus Metall (z.B. Cr-Mo-Stahlguss) hergestellt und ist ausgestaltet, um in einen oberen Teil und einen unteren Teil trennbar zu sein, mit anstoßenden Oberflächen (nicht dargestellt), die sich in die horizontale Richtung an Randabschnitten erstrecken, ähnlich zu dem Innengehäuse 10. Der obere Teil des Außengehäuses 20 wird auf dem unteren Teil angeordnet, und der obere Teil und der untere Teil des Außengehäuses 20 werden mit einer Vielzahl an Bolzen befestigt, während die anstoßenden Oberflächen der Teile in Kontakt sind, und dadurch integriert und fixiert.
Wie in 1 und 2 dargestellt, weist das Außengehäuse 20 einen Raum 4 auf, durch welchen Dampf strömen kann, der zwischen der Innenoberfläche 20a des Außengehäuses 20 und der Außenoberfläche 10a des Innengehäuses 10 ausgebildet wird, in einem Zustand, wo das Außengehäuse 20 das Innengehäuse 10 aufnimmt. Ein Hochdruckdampfeinlass 21 zum Einführen von Hochtemperatur- und Hochdruckdampf ist an einem oberen Abschnitt des Außengehäuses 20 angeordnet, und der Hochdruckdampfeinlass 21 steht mit dem Antriebsströmungspfad 50 des Innengehäuses 10 über einen Fluidzuführpfad 22 in Verbindung. Somit wird Hochtemperatur- und Hochdruckdampf durch den Hochdruckdampfeinlass 21 und den Fluidzuführpfad 22 an den Antriebsströmungspfad 50 zugeführt. Rechts des Hochdruckdampfeinlasses 21, in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2, ist eine Mitteldruckstufe 7 angeordnet, welche eine Rotationskraft aus Mitteldruckdampf herauszieht. Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S3 wird an die Mitteldruckstufe 7 über den Raum 4 zugeführt.
Ferner ist links der Hochdruckstufe 6, in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2, eine Auslassöffnung 8 (siehe 2) zum Ablassen von Niederdruckdampf angeordnet, der von dem Antriebsströmungspfad 50 abgelassen wird. Von dem Antriebsströmungspfad 50 abgelassener Niederdruckdampf strömt durch den Raum 4, um durch die Auslassöffnung 8 abgelassen zu werden, und wird dann durch einen Nacherwärmer (nicht dargestellt) erwärmt.
Bei einigen Ausführungsformen ist der vorstehende Abschnitt 30 an der Innenoberfläche 20a des Außengehäuses 20 der Außenoberfläche 10a des Innengehäuses 10 zugewandt ausgebildet, mit der Stationäre-Schaufel-Reihe 11 der Hochdruckstufe 6 daran ausgebildet. Der vorstehende Abschnitt 30 ist in die Umfangsrichtung an der Innenoberfläche 20a des Außengehäuses 20, integriert mit dem Außengehäuse 20, in eine Kreisringform ausgebildet. Der vorstehende Abschnitt 30 weist in einer Querschnittansicht eine Rechteckform auf. Es sollte angemerkt werden, dass eine Querschnittform des vorstehenden Abschnitts 30 nicht auf ein Rechteck beschränkt ist, und sie auch ein Trapez sein kann.
Wie in 1 und 4 (Teilquerschnittansichten) dargestellt, ist der vorstehende Abschnitt 30 etwas versetzt nach links von der Unterteilungsplatte 40 in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2 angeordnet. Insbesondere steht der vorstehende Abschnitt 30 in den zweiten Raumteilabschnitt 4b vor. Wenn die Unterteilungsplatte 40 nicht biegesteif verformt wird, wird somit ein Spalt 31 zwischen einem distalen Endabschnitt der Unterteilungsplatte 40 und dem vorstehenden Abschnitt 30 ausgebildet. Folglich müssen die Unterteilungsplatte 40 und der vorstehende Abschnitt 30 während einer Montagearbeit des Außengehäuses 20 nicht in Kontakt sein, und dadurch ist es möglich, die Montagearbeit zu erleichtern.
Die Unterteilungsplatte 40, die imstande ist, den vorstehenden Abschnitt 30 zu berühren, ist aus Metall (z.B. Cr-Stahlguss) hergestellt und weist Elastizität auf, und ist integriert mit dem Innengehäuse 10 ausgebildet. Die Unterteilungsplatte 40 weist eine Dicke auf (Dicke in die axiale Richtung des Turbinenrotors 2), die sich nach außen in die radiale Richtung des Turbinenrotors 2 von einer Außenoberfläche des Innengehäuses 10 verringert. Somit ist es möglich, eine Biegesteifigkeit der Unterteilungsplatte 40 gegen einen Druck P zu verringern, der durch Hochtemperatur- und Hochdruckdampf in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 aufgebracht wird. Somit kann sich die Unterteilungsplatte 40 mit weniger Schwierigkeit in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2, als Reaktion auf den Druck P, der auf eine Seitenoberfläche der Unterteilungsplatte 40 in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 aufgebracht wird, biegesteif verformen.
Es sollte angemerkt werden, dass die Form der Unterteilungsplatte 40 nicht auf eine Form beschränkt ist, die beginnt sich von der Außenoberfläche 10a des Innengehäuses 10 zu verjüngen, und die Unterteilungsplatte 40 an einer Distales-Ende-Seite mehr verjüngt sein kann als an einer Grundseite, wie in 5 dargestellt.
Wie oben beschrieben, wie in 1 und 2 dargestellt, wird bei der Fluiddichtungsstruktur 1 von einer Dampfturbine gemäß einiger Ausführungsformen Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S1 (z.B. 500°C bis 600°C, 170 bis 240 kg/cm²) an den Hochdruckdampfeinlass 21 zugeführt und strömt im Inneren des Innengehäuses 10, um mit einer hohen Geschwindigkeit in den Antriebsströmungspfad 50 der Hochdruckstufe 6 eingeführt zu werden. Da der Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S1 durch den Antriebsströmungspfad 50 mit einer hohen Geschwindigkeit strömt, bringt der Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S1 eine Rotationskraft auf die Rotierende-Schaufel-Reihe 3 der Hochdruckstufe 6 auf, und nimmt allmählich bzw. graduell in Temperatur und Druck ab. Ein Wesentlicher Teil dieses Dampfes S2 mit einer verringerten Temperatur (z.B. 300 bis 400°C, 35 bis 60 kg/cm²) strömt durch den Raum 4, um durch die Auslassöffnung 8 abgelassen und nacherwärmt zu werden.
Ein Teil des Dampfes S2 mit einer verringerten Temperatur kann jedoch in eine turbulente Strömung in dem Raum 4 übergehen und in den Raum 4 zwischen dem Außengehäuse 20 und dem Innengehäuse 10 strömen, ohne zu der Auslassöffnung 8 hin zu strömen. Falls der Dampf S2 mit einer verringerten Temperatur durch den Raum 4 strömt, wird das Außengehäuse 20 entlang der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 gekühlt.
Unterdes ist rechts des Hochdruckdampfeinlasses 21, in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2, die Mitteldruckstufe 7 wie oben beschrieben angeordnet, und Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S3 wird über den Raum 4 an die Mitteldruckstufe 7 zugeführt. Somit erhöht der Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S3 die Temperatur des Außengehäuses 20 auf der rechten Seite des Hochdruckdampfeinlasses 21 in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2. Somit wird die Temperatur des Außengehäuses 20 zwischen unterschiedlichen Positionen in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 variiert, und der Unterschied ist insbesondere zwischen einem Teil des Außengehäuses 20, das mit Hochtemperaturdampf in Kontakt ist, und einem Teil des Außengehäuses 20, das mit dem Dampf S2 mit einer verringerten Temperatur in Kontakt ist, größer. Während sich die Temperatur des Außengehäuses 20 an einigen Teilen schnell ändert, dehnt sich ein Teil des Außengehäuses 20 mit einer erhöhten Temperatur aus und ein Teil des Außengehäuses 20 mit einer verringerten Temperatur zieht sich zusammen, was folglich eine Befestigungskraft von Bolzen verringern kann, die den oberen Teil und den unteren Teil des Außengehäuses 20 befestigen und fixieren.
In dieser Hinsicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, falls ein Druckunterschied zwischen Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S3 im Inneren des ersten Raumteilabschnitts 4a und Niedertemperatur- und Niederdruckdampf S2 im Inneren des zweiten Raumteilabschnitts 4b einen vorbestimmten Wert übersteigt, verformt sich die Unterteilungsplatte 40 biegesteif zu dem vorstehenden Abschnitt 30 hin und der distale Endabschnitt der Unterteilungsplatte 40 berührt den vorstehenden Abschnitt 30 luftdicht. Hierin ist der erste Raumteilabschnitt 4a ein Teilabschnitt des Raums 4 auf der rechten Seite der Unterteilungsplatte 40 in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2, und der zweite Raumteilabschnitt 4b ist ein Teilabschnitt des Raums 4 auf der linken Seite der Unterteilungsplatte 40 in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2.
Folglich werden der erste Raumteilabschnitt 4a und der zweite Raumteilabschnitt 4b von einander abgesperrt, und dadurch ist es möglich zu verhindern, dass der Niedertemperatur- und Niederdruckdampf S2 in den ersten Raumteilabschnitt 4a strömt. Somit strömt lediglich Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S3 in den ersten Raumteilabschnitt 4a, und dadurch ist es möglich, einen Temperaturunterschied in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 für das Außengehäuse 20, das mit Hochtemperatur- und Hochdruckdampf S3 in Kontakt ist, relativ zu verringern. Ferner strömt lediglich Niedertemperatur- und Niederdruckdampf S2 in den zweiten Raumteilabschnitt 4b, und dadurch ist es möglich, einen Temperaturunterschied in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2 für das Außengehäuse 20, das mit Niedertemperatur- und Niederdruckdampf S2 in Kontakt ist, relativ zu verringern. Das heißt es ist möglich, eine schnelle Änderung bei einem Temperaturgradienten, in der axialen Richtung des Turbinenrotors 2, für das Außengehäuse 20 zu verhindern, das in jedem des ersten Raumteilabschnitts 4a und des zweiten Raumteilabschnitts 4b mit Dampf in Kontakt ist. Somit ist es möglich, ein Lockerwerden von Bolzen zum Befestigen und Fixieren des oberen Teils und des unteren Teils des Außengehäuses 20 zu verhindern.
Die Länge des ersten Raumteilabschnitts 4a ist länger als diejenige des zweiten Raumteilabschnitts 4b, in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors 2. Somit weist das Außengehäuse 20 einen relativ kleinen Temperaturunterschied zwischen einem Ende des ersten Raumteilabschnitts 4a angrenzend an den zweiten Raumteilabschnitt 4b und einem Teil auf, der mit Niedertemperatur- und Niederdruckdampf S2 in Kontakt ist. Somit gibt es keine Gefahr des Lockerwerdens von Bolzen, die an dem Außengehäuse 20 an einer angrenzenden Position zwischen dem ersten Raumteilabschnitt 4a und dem zweiten Raumteilabschnitt 4b angeordnet sind.
Als nächstes wird eine veranschaulichende Ausführungsform im Detail unter Bezugnahme auf 1, 6A und 6B beschrieben werden. Bei der in 1 abgebildeten, veranschaulichenden Ausführungsform, umfasst das Innengehäuse 10 einen Verbindungsströmungspfad 12, durch welchen der Antriebsströmungspfad 50 mit dem ersten Raumteilabschnitt 4a in Verbindung steht. Der Verbindungsströmungspfad 12 kann durch den Antriebsströmungspfad 50 strömenden Hochdruckdampf an den ersten Raumteilabschnitt 4a zuführen, um einen Druck im Inneren des ersten Raumteilabschnitts 4a anzupassen. Die Anzahl des Verbindungsströmungspfads 12 wird gemäß einem in dem ersten Raumteilabschnitt 4a erforderlichen Druck ausgewählt. Somit ermöglicht der Verbindungsströmungspfad 12 es, optional einen Druck im Inneren des ersten Raumteilabschnitts 4a festzulegen, und dadurch ist es möglich, das Außengehäuse 20 und das Innengehäuse 10, die Dampf im Inneren des ersten Raumteilabschnitts 4a ausgesetzt sind, mit optimalem Material und Dicke auszugestalten.
Bei der in 6A und 6B abgebildeten, veranschaulichenden Ausführungsform, ist ein kreisringförmiges Dichtungselement 60 an einer Seitenoberfläche 30a des vorstehenden Abschnitts 30 der Unterteilungsplatte 40 zugewandt angeordnet, wie in 6A dargestellt. Das kreisringförmige Dichtungselement 60 ist aus einem Material ausgebildet, das einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten als der vorstehende Abschnitt 30 aufweist, wie beispielsweise austenitischer rostfreier Stahl und Inconel. Das kreisringförmige Dichtungselement 60 ist im Inneren einer kreisringförmigen Nut 30b montiert, die an der Seitenoberfläche 30a des vorstehenden Abschnitts 30 angeordnet ist. Das kreisringförmige Dichtungselement 60 weist eine Seitenoberfläche 60a mit einer Kegelstumpfform auf und ist in eine Kreisringform ausgebildet, um einen Außendurchmesser aufzuweisen, der von einem Ende zu dem gegenüberliegenden Ende hin in der axialen Richtung zunimmt.
Das kreisringförmige Dichtungselement 60 umfasst einen Dichtungskörper 61, der in eine Bandform ausgebildet ist, und einen Sockel 62, der gegenüberliegende Enden des Dichtungskörpers 61 verbindet, um den Dichtungskörper 61 in eine Kreisringform auszubilden. Während das kreisringförmige Dichtungselement 60 nicht mit der Unterteilungsplatte 40 in Kontakt ist, steht ein Endabschnitt von einer Seite des kreisringförmigen Dichtungselements 60 in Bezug auf die axiale Richtung von der kreisringförmigen Nut 30b vor. Während das kreisringförmige Dichtungselement 60 mit der Unterteilungsplatte 40 in Kontakt ist, verformt sich das kreisringförmige Dichtungselement 60 biegesteif zu der anderen Seite in Bezug auf die axiale Richtung des kreisringförmigen Dichtungselements 60 hin. Falls die Unterteilungsplatte 40 den vorstehenden Abschnitt 30 berührt, berührt somit die Unterteilungsplatte 40 den vorstehenden Abschnitt 30 und auch das kreisringförmige Dichtungselement 60, und dadurch ist es möglich, eine Luftdichtheitsabdichtungseigenschaft zwischen dem ersten Raumteilabschnitt 4a (siehe 4) und dem zweiten Raumteilabschnitt 4b (siehe 4) sogar weiter zu verbessern.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und verschiedene Modifikationen können angewandt werden, solange sie nicht von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung abweichen. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine Dampfturbine angewandt werden, sondern auch auf eine Gasturbine, und die oben beschriebenen Ausführungsformen können in Kombination umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Fluiddichtungsstruktur von Dampfturbine
2: Turbinenrotor
3: Rotierende-Schaufel-Reihe
4: Raum
4a: Erster Raumteilabschnitt
4b: Zweiter Raumteilabschnitt
6: Hochdruckstufe
7: Mitteldruckstufe
8: Auslassöffnung
10: Innengehäuse
10a: Außenoberfläche
11: Stationäre-Schaufel-Reihe
12: Verbindungsströmungspfad
20: Außengehäuse
20a: Innenoberfläche
21: Hochdruckdampfeinlass
30: Vorstehender Abschnitt
30a, 60a: Seitenoberfläche
30b: Kreisringförmige Nut
31: Spalt
40: Unterteilungsplatte
50: Antriebsströmungspfad
60: Kreisringförmiges Dichtungselement
61: Dichtungskörper
62: Sockel

Claims

Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine, umfassend: ein Innengehäuse, welches einen Turbinenrotor drehbar im Inneren des Innengehäuses aufnimmt; ein Außengehäuse, welches das Innengehäuse aufnimmt und einen Raum ausbildet, durch welchen ein Fluid zwischen dem Außengehäuse und einer Außenoberfläche des Innengehäuses strömen kann; einen vorstehenden Abschnitt, der von einer der Außenoberfläche des Innengehäuses oder einer Innenoberfläche des Außengehäuses in den Raum vorsteht, wobei der vorstehende Abschnitt in einer Umfangsrichtung der einen Oberfläche in eine Kreisringform ausgebildet ist; und eine Unterteilungsplatte, die sich von der anderen der Außenoberfläche oder der Innenoberfläche in den Raum erstreckt und in einer Umfangsrichtung der anderen Oberfläche in eine Kreisringform ausgebildet ist, wobei die Unterteilungsplatte den Raum in einen ersten Raumteilabschnitt, in welchem der vorstehende Abschnitt nicht angeordnet ist und welcher auf einer ersten Seite in Bezug auf eine axiale Richtung des Turbinenrotors angeordnet ist, und einen zweiten Raumteilabschnitt unterteilt, in welchem der vorstehende Abschnitt angeordnet ist und welcher auf einer zweiten Seite in Bezug auf die axiale Richtung des Turbinenrotors angeordnet ist, und in der axialen Richtung des Turbinenrotors durch einen Innenfluiddruckunterschied zwischen dem ersten Raumteilabschnitt und dem zweiten Raumteilabschnitt biegesteif verformbar ist, wobei die Unterteilungsplatte ausgestaltet ist, um den vorstehenden Abschnitt zu berühren, falls sie als Reaktion auf den Innenfluiddruckunterschied zu dem zweiten Raumteilabschnitt hin biegesteif verformt wird.
Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei die Unterteilungsplatte ausgebildet ist, um in der axialen Richtung des Turbinenrotors eine Dicke aufzuweisen, die sich nach außen in einer radialen Richtung des Turbinenrotors verringert, zumindest an einem distalen Endabschnitt der Unterteilungsplatte.
Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Außengehäuse einen Fluidzuführpfad umfasst, der ausgestaltet ist, um das Fluid an das Innengehäuse zuzuführen, wobei das Innengehäuse einen Antriebsströmungspfad umfasst, der ausgestaltet ist, um das durch den Fluidzuführpfad zugeführte Fluid an den Turbinenrotor zu leiten, um den Turbinenrotor anzutreiben, und wobei der Antriebsströmungspfad und der erste Raumteilabschnitt über einen Verbindungsströmungspfad miteinander in Verbindung stehen.
Fluiddichtungsstruktur einer Wärmekraftmaschine mit einer Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem kreisringförmigen Dichtungselement, das auf einer Seitenoberfläche des vorstehenden Abschnitts der Unterteilungsplatte zugewandt angeordnet ist, wobei das kreisringförmige Dichtungselement ein Material umfasst, welches einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten als der vorstehende Abschnitt aufweist.