DE112018000772T5

DE112018000772T5 - Dampfturbine

Info

Publication number: DE112018000772T5
Application number: DE112018000772.3T
Authority: DE
Inventors: Ryo Takata; Mitsuyoshi Tsuchiya; Yasuhiro Sasao
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-11-14
Also published as: CN110100077A; US20200072068A1; US11492920B2; CN110100077B; JP6637455B2; KR20190086542A; KR102243459B1; JP2018127984A; WO2018147013A1

Abstract

Eine Dampfturbine umfasst: einen Rotor; ein Gehäuse, das den Rotor aufnimmt; eine Vielzahl von Laufschaufeln, die um den Rotor herum angeordnet sind; und eine Vielzahl von Leitschaufeln, die an dem Gehäuse gelagert sind. Die Leitschaufel umfasst einen Schaufelkörperabschnitt und einen Innenring, der auf einer Innenseite des Schaufelkörperabschnitts in Radialrichtung des Rotors angeordnet ist. Die Vielzahl der Leitschaufeln umfasst eine erste Leitschaufel mit einem Durchgangsloch, das durch den Schaufelkörperabschnitt in Radialrichtung ausgebildet ist. Der Rotor umfasst eine Kavität, die eine konkave Form aufweist und so ausgebildet ist, dass mindestens ein Teil des Innenrings der ersten Leitschaufel in der Kavität untergebracht ist. Die Dampfturbine umfasst einen Dampfdurchgang, der dazu eingerichtet ist, Dampf, der von einem Raum stromaufwärts der ersten Leitschaufel in dem Gehäuse entnommen wird, zu der Kavität von dem Innenring durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel abzugeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Dampfturbine.
STAND DER TECHNIK
In der Nähe der Endstufe der Dampfturbine steigt der Feuchtigkeitsgehalt tendenziell an. So beträgt beispielsweise in der Endstufe einer Geothermie- oder Kernenergie-Hochdruckturbine der Feuchtigkeitsgehalt circa 15%. In einem Nassdampfbereich, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist, trennen sich Flüssigkeitstropfen, die an den Schaufeloberflächen der Turbine haften, stromabwärts und kollidieren mit stromabwärts liegenden Schaufeln. Somit werden Erosion und Feuchtigkeitsverlust zu Problemen.
Um solche Probleme zu adressieren, offenbart das Patentdokument 1 eine Dampfturbine, die es ermöglicht, dass Hochtemperaturdampf durch das Innere von Leitschaufeln strömt, die vor Niederdruck-Laufschaufeln angeordnet sind, die im Nassdampfbereich arbeiten, um die Leitschaufeln zu erwärmen, so dass die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf den Oberflächen der Leitschaufeln verhindert wird.
Zitatliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP3617212B
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Zu lösende Probleme
Die in Patentschrift 1 beschriebene Dampfturbine ist so konfiguriert, dass Hochtemperaturdampf nach dem Durchströmen des Inneren der Leitschaufeln zu den Spitzenenden der stromabwärtigen Laufschaufeln abgegeben wird, und somit wird ein großer Verlust durch Interferenzen zwischen der Hauptströmung, die durch jede Stufe strömt, und dem Hochtemperaturdampf, der nach dem Durchströmen des Inneren der Leitschaufeln abgegeben wird, verursacht, und verursacht wahrscheinlich eine Wirkungsgradverschlechterung der Dampfturbine.
Mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde im Hinblick auf das oben genannte typische Problem vorgenommen. Eine Aufgabe mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Dampfturbine, die in der Lage ist, Erosion und Wirkungsgradverschlechterung zu unterdrücken.
Lösung der Probleme
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dampfturbine: einen Rotor; ein Gehäuse, das den Rotor aufnimmt; eine Vielzahl von Laufschaufeln, die um den Rotor herum angeordnet sind; und eine Vielzahl von Leitschaufeln, die an dem Gehäuse gelagert sind. Die Leitschaufel umfasst einen Schaufelkörperabschnitt und einen Innenring, der auf einer Innenseite des Schaufelkörperabschnitts in Radialrichtung des Rotors angeordnet ist. Die Vielzahl der Leitschaufeln umfasst eine erste Leitschaufel mit einem Durchgangsloch, das durch den Schaufelkörperabschnitt in Radialrichtung ausgebildet ist. Der Rotor umfasst eine Kavität, die eine konkave Form aufweist und so ausgebildet ist, dass mindestens ein Teil des Innenrings der ersten Leitschaufel in der Kavität untergebracht ist. Die Dampfturbine umfasst einen Dampfdurchgang, der dazu eingerichtet ist, Dampf, der von einem Raum stromaufwärts der ersten Leitschaufel in dem Gehäuse entnommen wird, zu der Kavität von dem Innenring durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel abzugeben.
Mit der oben beschriebenen Dampfturbine (1) ist die Temperatur des Dampfes, der von dem Raum stromaufwärts der ersten Leitschaufel entnommen wird, höher als die Temperatur der ersten Leitschaufel, und somit ist es leicht möglich, die erste Leitschaufel zu erwärmen, indem es ermöglicht wird, dass der Dampf durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel strömt. Dementsprechend ist es möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel zu unterdrücken und Erosion zu unterdrücken.
Ferner, da Dampf, der durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel geströmt ist, im Vergleich zur Konfiguration des Patentdokuments 1 (wo Dampf, der durch das Innere der Leitschaufel geströmt ist, in Richtung der Spitzen der Laufschaufeln abgegeben wird) von dem Innenring der ersten Leitschaufel in die Kavität abgegeben wird, ist es möglich, den Verlust aufgrund von Interferenzen zwischen der durch das Gehäuse strömenden Hauptströmung (Dampfströmung in Axialrichtung, die abwechselnd durch die Leitschaufel und die Laufschaufel strömt) und dem durch das Durchgangsloch abgegebenen Dampf zu reduzieren und die Wirkungsgradverschlechterung der Dampfturbine zu unterdrücken.
Ferner ist es möglich, Leckagedampf (Leckageströmung von der Hauptströmung) zu reduzieren, der von der stromaufwärtigen Seite der ersten Leitschaufel in die Kavität strömt, und somit ist es möglich, den Verlust aufgrund des Leckagedampfes zu reduzieren und die Wirkungsgradverschlechterung der Dampfturbine zu unterdrücken.
(2) In einigen Ausführungsformen in der obigen Dampfturbine (1) ist die erste Leitschaufel in einem Bereich angeordnet, in dem der Feuchtigkeitsgehalt nicht niedriger als 3% ist.
Mit der obigen Dampfturbine (2) ist es wahrscheinlich, dass Erosion in einem Bereich auftritt, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist. Durch das Erwärmen der ersten Leitschaufel, die in einem Bereich angeordnet ist, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist, mit Dampf, der dem Durchgangsloch zugeführt werden soll, ist es also möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel zu unterdrücken und die Erosion wirksam zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen in der obigen Dampfturbine (2) ist die erste Leitschaufel in einem Bereich angeordnet, in dem der Feuchtigkeitsgehalt nicht nieder als 10% ist.
Mit der oben genannten Dampfturbine (3) ist es wahrscheinlich, dass Erosion in einem Bereich auftritt, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist. Durch das Erwärmen der ersten Leitschaufel, die in einem Bereich angeordnet ist, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist, mit Dampf, der dem Durchgangsloch zugeführt werden soll, ist es also möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel zu unterdrücken und die Erosion wirksam zu unterdrücken.
(4) In einigen Ausführungsformen in der Dampfturbine gemäß einer der vorstehenden (1) bis (3) umfasst das Gehäuse einen Spitzenbereichsabschnitt, der einem Raum zwischen einer Laufschaufel der ersten Stufe der Vielzahl von Laufschaufeln und einer Leitschaufel der zweiten Stufe der Vielzahl von Leitschaufeln zugewandt ist, und ein Dampfeinlass des Dampfdurchgangs ist an dem Spitzenbereichsabschnitt angeordnet.
Mit der oben beschriebenen Dampfturbine (4) ist es möglich, Dampf, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck aufweist, in den Dampfdurchgang einzubringen, indem der Dampfeinlass des Dampfdurchgangs in Richtung stromaufwärts im Gehäuse angeordnet wird. Daher ist es für das Erwärmen der ersten Leitschaufel bevorzugt, den Dampfeinlass des Dampfdurchgangs soweit stromaufwärts wie möglich zu platzieren. Für die Reinheit des in den Dampfdurchgang eingebrachten Dampfes ist es jedoch bevorzugt, Dampf in den Dampfdurchgang einzubringen, nachdem er durch die Leitschaufel der ersten Stufe geströmt ist.
Somit ist es, wie vorstehend beschrieben, indem der Dampfeinlass des Dampfdurchgangs an dem Spitzenbereichsabschnitt angeordnet ist, der dem Raum zwischen der Laufschaufel der ersten Stufe und der Leitschaufel der zweiten Stufe zugewandt ist, möglich, Dampf, der eine relativ höhere Reinheit aufweist, in den Dampfdurchgang einzubringen und die erste Leitschaufel effektiv zu erwärmen.
Ferner ist es wahrscheinlich, dass sich Hochtemperaturabfluss, der von Kondensation von Dampf entsteht, im Bereich des Spitzenbereichsabschnitts ansammelt, aber dieser Abfluss wurde nicht effektiv genutzt. In dieser Hinsicht ist es durch Vorsehen des Dampfeinlasses an dem Spitzenbereichsabschnitt, wie vorstehend beschrieben, möglich, nicht nur Dampf von dem Raum, sondern auch im Spitzenbereichsabschnitt angesammelten Hochtemperaturabfluss in den Dampfdurchgang einzubringen und den Abfluss zum Erwärmen der ersten Leitschaufel zu nutzen, und somit ist es möglich, die erste Leitschaufel effektiv zu erwärmen.
(5) In einigen Ausführungsformen in der Dampfturbine gemäß einer der vorstehenden (1) bis (3) umfasst die Leitschaufel einen Außenring, der den Schaufelkörperabschnitt lagert. Der Dampfdurchgang weist einen Dampfeinlass auf, der an einer stromaufwärtigen Oberfläche des Außenrings der ersten Leitschaufel angeordnet ist, und einen Dampfauslass, der an einer stromabwärtigen Oberfläche des Innenrings der ersten Leitschaufel angeordnet ist.
Mit der vorstehend beschriebenen Dampfturbine (5) ist die Temperatur des Dampfes, der von dem Raum entnommen wird, der der stromaufwärtigen Seite des Außenrings der ersten Leitschaufel zugewandt ist, höher als die Temperatur der ersten Leitschaufel, und somit ist es leicht möglich, die erste Leitschaufel zu erwärmen, indem es ermöglicht wird, dass der Dampf durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel strömt. Somit ist es möglich, den vorstehend in (1) beschriebenen Effekt (Unterdrückung von Erosion und Unterdrückung von Wirkungsgradabnahme) durch eine einfache Konfiguration zu erzielen.
(6) In einigen Ausführungsformen umfasst die Dampfturbine gemäß einer der vorstehenden (1) bis (3) einen Dichtungsabschnitt, der in einem Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet ist, um Leckagedampf abzudichten, der in Radialrichtung nach innen strömt, von einem Spalt zwischen einer Leitschaufel der ersten Stufe der Vielzahl der Leitschaufeln und einer Laufschaufel der ersten Stufe der Vielzahl der Laufschaufeln. Die stationäre Leitschaufel der ersten Stufe umfasst ein Durchgangsloch, das in Radialrichtung verlaufend ausgebildet ist. Ein Dampfeinlass des Dampfdurchgangs ist dazu eingerichtet, einen Teil des Leckagedampfes aufzunehmen. Der Dampfdurchgang ist dazu eingerichtet, einen Teil des Leckagedampfes in die Kavität über das Durchgangsloch der Leitschaufel der ersten Stufe und das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel zuzuführen.
Mit der obigen Dampfturbine (6) ist es möglich, die erste Leitschaufel effektiv zu erwärmen, indem ein Teil des Hochtemperatur-und Hochdruck-Leckagedampfes, der in Radialrichtung nach innen ausströmt, von einem Spalt zwischen der Leitschaufel der ersten Stufe und der Laufschaufel der ersten Stufe, in den Dampfdurchgang eingebracht wird und der Leckagedampf durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel in die Kavität zugeführt wird. Dementsprechend ist es möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel zu unterdrücken und die Erosion effektiv zu unterdrücken.
(7) In einigen Ausführungsformen in der Dampfturbine gemäß einer der vorstehenden (1) bis (6) umfasst die Vielzahl von Laufschaufeln eine erste Laufschaufel, die angrenzend an und stromabwärts der erstem Leitschaufel in einer Axialrichtung des Rotors angeordnet ist, der Rotor umfasst einen ersten Scheibenabschnitt, an dem die erste Laufschaufel befestigt ist, der erste Scheibenabschnitt weist ein Ausgleichsloch auf, das durch den ersten Scheibenabschnitt in Axialrichtung ausgebildet ist, und das Ausgleichsloch ist so gestaltet, dass ein Teil des Dampfes, der von dem Innenring durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel in die Kavität abgegeben wird, in das Ausgleichsloch strömt.
Mit der vorstehend beschriebenen Dampfturbine (7) ist die Summe aus der Durchflussmenge des Leckagedampfes, der durch den Innenring-Dichtungsabschnitt strömt, der am radial inneren Ende des Innenrings angeordnet ist, der Durchflussmenge des Leckagedampfes, der von dem Spalt zwischen der ersten Leitschaufel und der ersten Laufschaufel in die Kavität strömt, und der Durchflussmenge des Heizdampfes, der von dem Innenring der ersten Leitschaufel in die Kavität abgegeben wird, gleich der Durchflussmenge des Dampfes, der durch das Ausgleichsloch strömt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Leckageverlust in der Nähe des Schaufelfußabschnitts der ersten Laufschaufel zu reduzieren.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dampfturbine vorgesehen, mit der es möglich ist, Erosion und Wirkungsgradverschlechterung zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm einer Dampfturbinenanlage mit einer Dampfturbinenvorrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A) gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 2 dargestellten Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A).
4 ist eine vergrößerte Teilansicht eines modifizierten Beispiels der in 2 dargestellten Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A).
5 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2B) gemäß einer Ausführungsform.
6 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 5 dargestellten Dampfturbinenvorrichtung 2 (2B).
7 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C) gemäß einer Ausführungsform.
8 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 7 dargestellten Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C).
9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform zeigt, bei der ein erster Scheibenabschnitt 56 ein Ausgleichsloch 58 aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Abmessungen, Materialien, Formen, Relativpositionen und dergleichen der in den Ausführungsformen beschriebenen Bauteile, sofern nicht besonders gekennzeichnet, nur zur Veranschaulichung interpretiert werden sollen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.
So ist beispielsweise ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in eine Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung im engeren wörtlichen Sinne anzeigt, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem die Anordnung um eine Toleranz, einen Winkel oder eine Entfernung relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
So ist beispielsweise ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „gleich“ „gleichwertig“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand anzeigt, in dem das Merkmal absolut gleich ist, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, die noch die gleiche Funktion erreichen kann.
Ferner ist beispielsweise ein Ausdruck einer Form, wie beispielsweise eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form, nicht nur als geometrisch strenge Form auszulegen, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem der gleiche Effekt erzielt werden kann.
Andererseits ist ein Ausdruck wie „umfassen“, „einschließen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ nicht dazu bestimmt, andere Komponenten auszuschließen.
1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm einer Dampfturbinenanlage mit einer Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 umfasst die Dampfturbinenanlage 1 eine Dampfturbinenvorrichtung 2, einen Kessel 4, eine Wasserzufuhrpumpe 6, einen Generator 10 und einen Kondensator 12.
In der in 1 dargestellten Dampfturbinenanlage 1 wird der im Kessel 4 erzeugte Dampf St über eine Dampfzufuhrleitung 8a der Dampfturbinenvorrichtung 2 zugeführt. Der der Dampfturbinenvorrichtung 2 zugeführte Dampf St wird nach dem Antreiben der Dampfturbinenvorrichtung 2 dem Kondensator 12 über eine Kondensatzufuhrleitung 8b zugeführt. Ferner wird das im Kondensator 12 kondensierte Kondensatwasser von der Wasserzufuhrpumpe 6 unter Druck gesetzt und damit über eine Kesselwasserzufuhrleitung 8c dem Kessel 4 als Kesselwasser zugeführt.
2 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A) gemäß einer Ausführungsform.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Dampfturbinenvorrichtung 2 einen Rotor 16, ein Gehäuse 18, das den Rotor 16 aufnimmt, eine Vielzahl von Laufschaufeln 20, die um den Rotor 16 herum angeordnet sind, und eine Vielzahl von Leitschaufeln 22, die an dem Gehäuse 18 gelagert sind.
Im Folgenden wird, sofern nicht anders angegeben, die Radialrichtung des Rotors 16 lediglich als „Radialrichtung“ und die Axialrichtung des Rotors 16 lediglich als „Axialrichtung“ und die Umfangsrichtung des Rotors 16 lediglich als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Ferner werden, sofern nicht anders angegeben, die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite in Strömungsrichtung der durch das Gehäuse 18 strömenden Hauptströmung „f“ (Dampfströmung in Axialrichtung, die abwechselnd durch die Leitschaufeln 22 und die Laufschaufeln 20 strömt) lediglich als „stromaufwärts“ bzw. „stromabwärts“ bezeichnet.
Jede der Leitschaufeln 22 umfasst einen Schaufelkörperabschnitt 24, einen Innenring 26 (Trennplattenabschnitt), der in Radialrichtung innerhalb des Schaufelkörperabschnitts 24 angeordnet ist, und einen Außenring 28, der in Radialrichtung auf der Außenseite des Schaufelkörperabschnitts 24 angeordnet ist. Bei der Leitschaufel 22f der ersten Stufe der Vielzahl der Leitschaufeln 22 sind der Innenring 26 und der Außenring 28 mit dem Gehäuse 18 gekoppelt. Bei den Leitschaufeln 22, die nicht Leitschaufel 22f der ersten Stufe der Vielzahl der Leitschaufeln 22 sind, ist nur der Außenring 28 mit dem Gehäuse 18 verbunden. Ferner umfasst die Vielzahl der Leitschaufeln 22 eine erste Leitschaufel 22a mit einem Durchgangsloch 30, das in Radialrichtung durch den Schaufelkörperabschnitt 24 ausgebildet ist. In einer veranschaulichenden Ausführungsform der Dampfturbinenvorrichtung 2 mit fünf Stufen ist die Leitschaufel 22 der vierten Stufe die erste Leitschaufel 22a.
Der Rotor 16 weist eine Kavität 32 mit einer konkaven Form auf, die so ausgebildet ist, dass mindestens ein Teil des Innenrings 26 der ersten Leitschaufel 22a in der Kavität 32 untergebracht ist. Ferner umfasst die Dampfturbinenvorrichtung 2 einen Dampfdurchgang 34, der dazu eingerichtet ist, Dampf, der von dem Raum S stromaufwärts der ersten Leitschaufel 22a in dem Gehäuse 18 entnommen wird, von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 abzugeben.
Mit der obigen Konfiguration ist die Temperatur des Dampfes, der von dem Raum S stromaufwärts der ersten Leitschaufel 22a entnommen wird, höher als die Temperatur der ersten Leitschaufel 22a, und somit ist es leicht möglich, die erste Leitschaufel zu erwärmen, indem es ermöglicht wird, dass der Dampf durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a strömt. Dementsprechend ist es möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel 22a zu unterdrücken und Erosion zu unterdrücken.
Ferner, da Dampf, der durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a geströmt ist, im Vergleich zur Konfiguration des Patentdokuments 1 (wo Dampf, der durch das Innere der Leitschaufel geströmt ist, in Richtung der Spitzen der stromabwärtigen Laufschaufeln abgegeben wird) von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 abgegeben wird, ist es möglich, den Verlust aufgrund von Interferenzen zwischen der durch das Gehäuse 18 strömenden Hauptströmung „f“ (Dampfströmung in Axialrichtung, die abwechselnd durch die Leitschaufel 22 und die Laufschaufel 20 strömt) und dem durch das Durchgangsloch 30 abgegebenen Dampf zu reduzieren und die Wirkungsgradverschlechterung der Dampfturbine 2 zu unterdrücken.
Ferner ist es möglich, Leckagedampf (Leckageströmung von der Hauptströmung „f“) zu reduzieren, der von der stromaufwärtigen Seite der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 strömt, und somit ist es möglich, den Verlust aufgrund des Leckagedampf zu reduzieren und die Wirkungsgradverschlechterung der Dampfturbine 2 zu unterdrücken.
Dieser Punkt wird mit Bezug auf 3 beschrieben. In 3 zeigt der Pfeil Gc die Leckagedampfströmung an, die von der stromaufwärtigen Seite der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 strömt (Leckageströmung von der Hauptströmung „f“), der Pfeil Gr zeigt die Leckagedampfströmung an, die von der Kavität 32 stromabwärts der ersten Leitschaufel 22a in Radialrichtung nach außen strömt und mit der Hauptströmung „f“ interferiert, und der Pfeil GL zeigt den Dampf an, der von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 abgegeben wird (im Folgenden auch als „Heizdampf“ bezeichnet).
Dabei ist die Durchflussmenge des Leckagedampfes Gr gleich der Summe aus der Durchflussmenge des Leckagedampfes Gc und der Durchflussmenge des Heizdampfes GL, und die Durchflussmenge des Leckagedampfes Gr ändert sich durch das Vorhandensein oder die Abwesenheit des Heizdampfes GL nicht wesentlich. Durch Einbringen des Heizdampfes GL in die Kavität 32 ist es somit möglich, den Leckagedampf Gc von der Hauptströmung „f“ zu unterdrücken. Dadurch ist es möglich, den Verlust aufgrund des Leckagedampf Gc zu reduzieren.
Ferner kann der Dampfauslass 36 des Dampfdurchgangs 34 auf einer Oberfläche 38 stromaufwärts des Innenrings 26 der ersten Leitschaufel 22a angeordnet sein (Oberfläche stromaufwärts des Innenring-Dichtungsabschnitts 40, der am radial inneren Ende des Innenrings 26 angeordnet ist) wie in 3 dargestellt ist, oder auf der stromabwärtigen Oberfläche 42 des Innenrings 26 der ersten Leitschaufel 22a angeordnet sein (Oberfläche stromabwärts des Innenring-Dichtungsabschnitts 40, der am radial inneren Ende des Innenrings 26 angeordnet ist). In jeder der Konfigurationen in den 3 und 4 ist es möglich, die Wirkung zu erzielen, dass der oben beschriebenen Leckagedampf Gc unterdrückt wird.
In einer Ausführungsform ist die erste Leitschaufel 22a in einem Bereich angeordnet, in dem der Feuchtigkeitsgehalt 3% oder mehr (oder bevorzugt, 10% oder mehr) beträgt. Es ist wahrscheinlich, dass Erosion in einem solchen Bereich auftritt, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist. Durch Erwärmen der ersten Leitschaufel 22a, die in einem Bereich angeordnet ist, in dem der Feuchtigkeitsgehalt hoch ist, mit Dampf, der dem Durchgangsloch 30 zugeführt werden soll, ist es also möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel 22a zu unterdrücken und die Erosion wirksam zu unterdrücken.
In einer Ausführungsform, wie in 2 dargestellt ist, umfasst das Gehäuse 18 einen Spitzenbereichsabschnitt 44 (des Gehäuses 18, ein Abschnitt, der den Raum S1 umgibt), der dem Raum S1 zwischen der Laufschaufel 20f der ersten Stufe der Vielzahl von Laufschaufeln 20 und der Leitschaufel 22s der zweiten Stufe der Vielzahl von Leitschaufeln 22 zugewandt ist, und der Dampfeinlass 46 des Dampfdurchlasses 34 ist an dem Spitzenbereichsabschnitt 44 angeordnet.
Es ist möglich, Hochdruck- und Hochtemperaturdampf in den Dampfdurchgang 34 einzubringen, indem der Dampfeinlass 46 des Dampfdurchgangs 34 in Stromaufwärtsrichtung im Gehäuse 18 angeordnet wird. Daher ist es für das Erwärmen der ersten Leitschaufel 22a bevorzugt, den Dampfeinlass 46 des Dampfdurchlasses 34 soweit stromaufwärts wie möglich zu platzieren. Für die Reinheit des in den Dampfdurchgang 34 eingebrachten Dampfes ist es jedoch bevorzugt, Dampf in den Dampfdurchgang 34 einzubringen, nachdem er durch die Leitschaufel 22f der ersten Stufe geströmt ist.
Somit ist es, wie vorstehend beschrieben, indem der Dampfeinlass 46 des Dampfdurchgangs 34 an dem Spitzenbereichsabschnitt 44 angeordnet ist, der dem Raum S1 zwischen der Laufschaufel 20f der ersten Stufe und der Leitschaufel 22s der zweiten Stufe zugewandt ist, möglich, Hochdruck- und Hochtemperaturdampf, der eine relativ höhere Reinheit aufweist, in den Dampfdurchgang 34 einzubringen, ohne eine Pumpe oder dergleichen zu verwenden, und die erste Leitschaufel effektiv zu erwärmen.
Ferner ist es wahrscheinlich, dass sich Hochtemperaturabfluss, der durch Kondensation von Dampf entsteht, im Bereich des Spitzenbereichsabschnitts 44 ansammelt, aber dieser Abfluss wurde nicht effektiv genutzt. In dieser Hinsicht ist es durch Vorsehen des Dampfeinlasses 34 an dem Spitzenbereichsabschnitt 44 möglich, nicht nur Dampf von dem Raum S1, sondern auch sich im Spitzenbereichsabschnitt 44 ansammelnden Hochtemperaturabfluss in den Dampfdurchgang 34 einzubringen und den Abfluss zum Erwärmen der ersten Leitschaufel 22a zu nutzen, und somit ist es möglich, die erste Leitschaufel 22a effektiv zu erwärmen.
5 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2B) gemäß einer Ausführungsform. 6 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 5 dargestellten Dampfturbinenvorrichtung 2 (2B). Die Grundkonfiguration gemäß der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2B) ist ähnlich der Grundkonfiguration gemäß der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A), und es werden die gleichen Bezugszeichen wie die oben genannten Bezugszeichen verwendet und die Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 5 dargestellt ist, unterscheidet sich die Dampfturbinenvorrichtung 2 (2B) von der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A) in der spezifischen Konfiguration des Dampfdurchgangs 34. Wie in 6 dargestellt ist, ist der Dampfeinlass 46 des Dampfdurchgangs 34 auf der stromaufwärtigen Oberfläche 48 des Außenrings 28 der ersten Leitschaufel 22a angeordnet (Oberfläche stromaufwärts des Verbindungsabschnitts zwischen dem Außenring 28 und dem Gehäuse 18) und der Dampfauslass 36 des Dampfdurchgangs 34 ist auf der stromabwärtigen Oberfläche 42 des Innenrings 26 der ersten Leitschaufel 22a angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist der Innenring-Dichtungsabschnitt 40, der eine Labyrinthstruktur aufweist, an dem radial inneren Ende des Innenrings 26 der ersten Leitschaufel 22a angeordnet, und der Dampfauslass 36 des Dampfdurchgangs 34 ist auf der Oberfläche 42 stromabwärts des Innenring-Dichtungsabschnitts 40 des Innenrings 26 angeordnet.
Mit dieser Konfiguration gibt es eine Druckdifferenz über den Innenring-Dichtungsabschnitt 40, und der Druck des Raumes U, der der Oberfläche 42 stromaufwärts des Außenrings 28 der ersten Leitschaufel 22a zugewandt ist, ist höher als der Druck des Raumes S (S2), der der stromabwärtigen Oberfläche 48 in dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a zugewandt ist. Somit ist es auch ohne Verwendung einer Pumpe oder dergleichen möglich, dass Dampf von dem Raum S (S2) durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a strömen kann. Ferner ist die Temperatur des von dem Raum S (S2) entnommenen Dampfes, der der stromaufwärtigen Oberfläche 42 des Außenrings 28 der ersten Leitschaufel 22a zugewandt ist, höher als die Temperatur der ersten Leitschaufel 22a, und somit ist es leicht möglich, die erste Leitschaufel 22a zu erwärmen, indem es ermöglich wird, dass der entnommene Dampf durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a strömt. Dementsprechend ist es möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel 22a zu unterdrücken und die Erosion durch eine einfache Konfiguration zu unterdrücken.
Ferner, da Dampf, der durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a geströmt ist, im Vergleich zur Konfiguration des Patentdokuments 1 (wo Dampf, der durch das Innere der Leitschaufel geströmt ist, in Richtung der Spitzen der Laufschaufeln abgegeben wird) von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 abgegeben wird, ist es möglich, den Verlust aufgrund von Interferenzen zwischen der durch das Gehäuse 18 strömenden Hauptströmung „f“ (Dampfströmung in Axialrichtung, die abwechselnd durch die Leitschaufel 22 und die Laufschaufel 20 strömt) und dem durch das Durchgangsloch 30 abgegebenen Dampf zu reduzieren.
Ferner ist es möglich, Leckagedampf (Leckageströmung von der Hauptströmung) zu reduzieren, der von der stromaufwärtigen Seite der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 strömt, und somit ist es möglich, den Verlust aufgrund des Leckagedampf zu reduzieren.
7 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C) gemäß einer Ausführungsform. 8 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 7 dargestellten Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C). Die Grundkonfiguration gemäß der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C) ist ähnlich der Grundkonfiguration gemäß der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A, 2B), und es werden die gleichen Bezugszeichen wie die oben genannten Bezugszeichen verwendet und die Beschreibung wird nicht wiederholt. [0051] Wie in den 7 und 8 dargestellt ist, unterscheidet sich die Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C) von der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2A, 2B) in der spezifischen Konfiguration des Dampfdurchgangs 34. Wie in 8 dargestellt ist, umfasst die Dampfturbinenvorrichtung 2 einen Dichtungsabschnitt 50, der in dem Spalt „g“ zwischen dem Rotor 16 und dem Gehäuse 18 stromaufwärts der Laufschaufel 20f der ersten Stufe in Axialrichtung angeordnet ist, um Leckagedampf Gf abzudichten, der in Radialrichtung nach innen strömt, von dem Spalt zwischen der Leitschaufel 22f der ersten Stufe der Vielzahl der Leitschaufeln 22 und der Laufschaufel 20f der ersten Stufe der Vielzahl der Laufschaufeln 20f. Der Dichtungsabschnitt 50 weist eine ringförmige Struktur auf und bildet eine Labyrinthstruktur zwischen der inneren Umfangsfläche des Dichtungsabschnitts 50 und der äußeren Umfangsfläche des Rotors 16 aus.
In der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C) umfasst die Leitschaufel 22 der ersten Stufe ein Durchgangsloch 52, das in Radialrichtung eindringt, und der Dampfeinlass 46 des Dampfauslasses 34 ist auf der inneren Umfangsfläche 54 des Innenrings 26 der Leitschaufel 22f der ersten Stufe angeordnet, um einen Teil des Leckagedampfes Gf aufzunehmen.
Wie in den 7 und 8 dargestellt ist, ist der Dampfdurchgang 34 der Dampfturbinenvorrichtung 2 (2C) dazu eingerichtet, die Kavität 32 mit einem Teil Leckagedampfs Gf über das Durchgangsloch 52 der Leitschaufel 22f der ersten Stufe und das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a zu versorgen.
Ferner sind bei der obigen Konfiguration die Temperatur und der Druck des Leckagedampfes Gf, der von dem Raum S (S3), der durch den Rotor 16 und das Gehäuse 18 stromaufwärts der Laufschaufel 20f der ersten Stufe umgeben ist, entnommen ist, höher als die Temperatur und der Druck des Dampfes innerhalb der Kavität 32 und höher als die Temperatur der ersten Leitschaufel 22a. Somit ist es möglich zu erlauben, dass der Leckagedampf Gf ohne Verwendung einer Pumpe oder dergleichen durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a strömt und leicht die erste Leitschaufel 22a erwärmt. Dementsprechend ist es möglich, die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche der ersten Leitschaufel 22a zu unterdrücken und die Erosion durch eine einfache Konfiguration zu unterdrücken.
Ferner, da Dampf, der durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a geströmt ist, im Vergleich zur Konfiguration des Patentdokuments 1 (wo Dampf, der durch das Innere der Leitschaufel geströmt ist, in Richtung der Spitzen der Laufschaufeln abgegeben wird) von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 abgegeben wird, ist es möglich, den Verlust aufgrund von Interferenzen zwischen der durch das Gehäuse 18 strömenden Hauptströmung „f“ (Dampfströmung in Axialrichtung, die abwechselnd durch die Leitschaufel 22 und die Laufschaufel 20 strömt) und dem durch das Durchgangsloch 30 abgegebenen Dampf zu reduzieren.
Ferner ist es möglich, Leckagedampf (Leckageströmung von der Hauptströmung „f“) zu reduzieren, der von der stromaufwärtigen Seite der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 strömt, und somit ist es möglich, den Verlust aufgrund des Leckagedampf zu reduzieren.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben ausführlich beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
Wenn beispielsweise, wie in 9 dargestellt ist, in der vorstehend beschriebenen Dampfturbinenvorrichtung 2 (2a bis 2c), wenn die erste Laufschaufel 20a die Laufschaufel 20 aus der Vielzahl von Laufschaufeln 20 ist, die in Axialrichtung neben und stromabwärts der ersten Leitschaufel 22a angeordnet ist, und der erste Scheibenabschnitt 56 des Rotors 16 der Scheibenabschnitt ist, an dem die erste Laufschaufel 20a befestigt ist, kann der erste Scheibenabschnitt 56 ein Ausgleichsloch 58 aufweisen, das durch den ersten Scheibenabschnitt 56 in Axialrichtung ausgebildet ist. In diesem Fall strömt ein Teil des Dampfes GL, der von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a durch das Durchgangsloch 30 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 eingebracht wird, von der stromaufwärtigen Seite in Axialrichtung in das Ausgleichsloch 58. Dampf, der in das Ausgleichsloch 58 geströmt ist, wird zur stromabwärtigen Seite des ersten Scheibenabschnitts 56 durch das Innere des ersten Scheibenabschnitts 56 abgegeben.
Mit der obigen Konfiguration ist die Summe aus der Durchflussmenge des Leckagedampfes Gb, der durch den Innenring-Dichtungsabschnitt 40 strömt, der am radial inneren Ende des Innenrings 26 angeordnet ist, der Durchflussmenge des Leckagedampfes Gr, der von dem Spalt zwischen der ersten Leitschaufel 22a und der ersten Laufschaufel 20a stromabwärts der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität strömt, und der Durchflussmenge des Heizdampfes GL, der von dem Innenring 26 der ersten Leitschaufel 22a in die Kavität 32 abgegeben wird, gleich der Durchflussmenge des Dampfes G, der durch das Ausgleichsloch 58 strömt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Leckageverlust in der Nähe des Schaufelfußabschnitts der ersten Laufschaufel 20a zu reduzieren.
Ferner verursacht das Vorsehen des Ausgleichslochs 58 für die Laufschaufel 20 der letzten Stufe in der Dampfturbinenvorrichtung 2 eine Erhöhung des Abdampfverlustes. Daher ist es vorzuziehen, das Ausgleichsloch 58 für die erste Laufschaufel 20a vorzusehen, die eine Laufschaufel stromabwärts der letzten Stufe ist.
Bezugszeichenliste

1: Dampfturbinenanlage
2: Dampfturbinenvorrichtung
4: Kessel
6: Wasserzufuhrpumpe
8a: Dampfzufuhrleitung
8b: Kondensatzufuhrleitung
8c: Kesselwasserzufuhrleitung
10: Generator
12C: Kondensator
16: Rotor
18: Gehäuse
20: Laufschaufel
20a: Erste Laufschaufel
20f: Laufschaufel der ersten Stufe
22: Leitschaufel
22a: Erste Leitschaufel
22f: Leitschaufel der ersten Stufe
22s: Leitschaufel der zweiten Stufe
24: Schaufelkörperabschnitt
26: Innenring
28: Außenring
30,52: Durchgangsloch
32: Kavität
34: Dampfdurchgang
36: Dampfauslass
38,42,48: Oberfläche
40: Innenring-Dichtungsabschnitt
44: Spitzenbereichsabschnitt
46: Dampfeinlass
50: Dichtungsabschnitt
54: Innere Umfangsfläche
56: Erster Scheibenabschnitt
58: Ausgleichsloch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3617212 B [0004]

Claims

Dampfturbine, umfassend: einen Rotor; ein Gehäuse, das den Rotor aufnimmt; eine Vielzahl von Laufschaufeln, die um den Rotor herum angeordnet sind; und eine Vielzahl von Leitschaufeln, die an dem Gehäuse gelagert sind, wobei die Leitschaufel einen Schaufelkörperabschnitt und einen Innenring umfasst, der auf einer Innenseite des Schaufelkörperabschnitts in Radialrichtung des Rotors angeordnet ist, wobei die Vielzahl der Leitschaufeln eine erste Leitschaufel mit einem Durchgangsloch umfasst, das durch den Schaufelkörperabschnitt in Radialrichtung ausgebildet ist, wobei der Rotor eine Kavität umfasst, die eine konkave Form aufweist und so ausgebildet ist, dass mindestens ein Teil des Innenrings der ersten Leitschaufel in der Kavität untergebracht ist, und wobei die Dampfturbine einen Dampfdurchgang umfasst, der dazu eingerichtet ist, Dampf, der von einem Raum stromaufwärts der ersten Leitschaufel in dem Gehäuse entnommen wird, zu der Kavität von dem Innenring durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel abzugeben.
Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei die erste Leitschaufel in einem Bereich angeordnet ist, in dem ein Feuchtigkeitsgehalt nicht niedriger als 3% ist.
Dampfturbine nach Anspruch 2, wobei die erste Leitschaufel in einem Bereich angeordnet ist, in dem der Feuchtigkeitsgehalt nicht niedriger als 10% ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse einen Spitzenbereichsabschnitt aufweist, der einem Raum zwischen einer Laufschaufel der ersten Stufe der Vielzahl von Laufschaufeln und einer Leitschaufel der zweiten Stufe der Vielzahl von Leitschaufeln zugewandt ist, und wobei ein Dampfeinlass des Dampfdurchgangs an dem Spitzenbereichsabschnitt angeordnet ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leitschaufel einen Außenring umfasst, der auf einer Außenseite des Schaufelkörperabschnitts in Radialrichtung des Rotors angeordnet ist, und wobei der Dampfdurchgang einen Dampfeinlass aufweist, der an einer stromaufwärtigen Oberfläche des Außenrings der ersten Leitschaufel angeordnet ist, und einen Dampfauslass, der an einer stromabwärtigen Oberfläche des Innenrings der ersten Leitschaufel angeordnet ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen Dichtungsabschnitt, der in einem Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet ist, um Leckagedampf abzudichten, der in Radialrichtung nach innen strömt, von einem Spalt zwischen einer Leitschaufel der ersten Stufe der Vielzahl der Leitschaufeln und einer Laufschaufel der ersten Stufe der Vielzahl der Laufschaufeln, wobei die stationäre Leitschaufel der ersten Stufe ein Durchgangsloch umfasst, das in Radialrichtung verlaufend ausgebildet ist, wobei ein Dampfeinlass des Dampfdurchgangs dazu eingerichtet ist, einen Teil des Leckagedampfes aufzunehmen, und wobei der Dampfdurchgang dazu eingerichtet ist, einen Teil des Leckagedampfes in die Kavität über das Durchgangsloch der Leitschaufel der ersten Stufe und das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel zuzuführen.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vielzahl von Laufschaufeln eine erste Laufschaufel umfasst, die angrenzend an und stromabwärts der erstem Leitschaufel in einer Axialrichtung des Rotors angeordnet ist, wobei der Rotor einen ersten Scheibenabschnitt umfasst, an dem die erste Laufschaufel befestigt ist, wobei der erste Scheibenabschnitt ein Ausgleichsloch aufweist, das durch den ersten Scheibenabschnitt in Axialrichtung ausgebildet ist, und wobei das Ausgleichsloch so gestaltet ist, dass ein Teil des Dampfes, der von dem Innenring durch das Durchgangsloch der ersten Leitschaufel in die Kavität abgegeben wird, in das Ausgleichsloch strömt.