JP2000508040A - タービン機械におけるスラストの補償方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、スラストの補償方法、及び、外部車室（３）と内部車室（２）ないし静翼ホルダとを備え、内部車室（２）の外面の一部の少なくとも一つの軸方向スラスト補償用の第１の面が、それぞれ異なった圧力をかけられる軸方向スラスト補償用の二つの部分面に分割され、その両圧力間が少なくとも一つの手段（７）特にガスケットによって区切られているタービン機械（１）、特に壺形構造のタービン原動機を提案する。

Description

【発明の詳細な説明】 タービン機械におけるスラストの補償方法及び装置 本発明は、外部車室と内部車室ないし静翼ホルダとを備えたタービン機械にお けるスラストの補償方法及び装置に関する。特に本発明はタービン機械を貫流す る流体の圧力が軸の長手方向において少なくとも内部車室に軸方向力を生じさせ るような壺形構造のタービン原動機に適用される。 高い入口圧力のタービン機械において車室が内部車室と外部車室とに分割され ていることは知られている。ドイツ特許第２２１８５００号明細書に、高い蒸気 圧力および高い蒸気温度用の蒸気タービンの多重殻構造の車室が記載されている 。その壺形構造の高圧タービンにおいて主蒸気は高圧で内部車室の中に流入する 。この蒸気は部分タービンの全落差の約２０％膨張した後に孔を通って外部車室 の中に導かれ、そして継続膨張過程の範囲において内部車室をその接合面の範囲 で押し合わせる。未臨界蒸気状態において静翼ホルダ付きの構造が選定される。 この場合、内部車室と外部車室との間の空間に全主蒸気圧がかかり、そのように して両静翼ホルダ半部を押し合わせる。従って以下の説明において用語「内部車 室」は静翼ホルダをも意昧する。種々の面に作用する圧力は更にそれらが重なり 合って構造部品に合成スラストを生じさせ、この合成スラストは内部車室および ／または外部車室および／または軸における対応した装置によって受け止められ ねばならない。そのために更に、内部車室と外部車室との間の中間室がタービン 機械を貫流する流体の出口側において密封されていることが知られている。従っ て入口と出口の差圧は内部車室で受け止めねばならず、また外部車室は出口側が 出口圧力に耐えねばならず、入口側が大気圧に対する内部車室と外部車室との差 圧に耐えねばならない。タービン機械の種々の空間にかかる圧力は大きな軸方向 力を生じさせ、この軸方向力は例えばバヨネットリング、ねじ付きリング、ウー デ・ブレットシュナイダ形閉鎖装置（Ｕｈｄｅ−Ｂｒｅｔｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒ −Ｖｅｒｓｃｈｌｕｓｓｅ）あるいはねじ結合部のような適当な装置を介して外 部車室あるいは別の適当な装置に伝達しなければならない。この力は大きな変形 を生じさせるほかに、その支持装置に大きな面圧を生じさせる。 例えばドイツ特許第２２１８５００号明細書に、高い蒸気圧力および高い蒸気 温度用の蒸気タービンの多重殻構造の車室が開示されている。その内部殻は支持 リングによって外部車室に締付け固定され、これによって軸方向に固定されてい る。米国特許第３７５４８３３号明細書ないしその対応特許であるドイツ特許第 ２０５４４６５号明細書に、タービン機械の外側車室に軸封装置ハウジングを径 方向に同心的に熱膨張可能に支持し心出しするための装置が記載されている。そ こに示されているタービンは垂直に延びる接合面を備えた壺形車室を有している 。静翼を支持する内部車室は壺形車室内において軸受・心出し装置に設置されて いる。この心出し装置はウーデ・ブレットシュナイダ形閉鎖装置によって形成さ れている。壺形車室を貫通する軸貫通部の範囲に、密封カバーを被せられる軸封 装置ハウジングが存在している。内部車室にあるバイパス通路が軸方向スラスト を補償するために使用されている。 タービン機械において上述したような軸方向力を受け止めるための構造的費用 は全体として非常に高い。タービン機械の効率は流れ損失によって大きく影響さ れるので、軸および内外車室が熱膨張した際にタービン翼端における径方向隙間 ができるだけ小さく維持されるように、スラスト力を受け止めねばならない。 本発明の課題は、タービン機械におけるスラストの補償方法を得ることおよび それに応じて形成されたタービン機械を提供することにある。特に本発明は軸の 長手方向に生ずる軸方向力を補償しようとしている。 この課題は請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する方法および請求項６に 記載の特徴を有するタービン機械によって解決される。本発明の有利な実施態様 および発展形態は各従属請求項に記載されている。 本発明は、内部車室の外面の一部の少なくとも一つの軸方向スラスト補償用の 第１の面が、それぞれ異なった圧力をかけられる軸方向スラスト補償用の二つの 部分面に分割され、その両圧力間が少なくとも一つの手段、特にガスケットによ って区切られていることを提案する。殊に内部車室の外面の一部は軸方向スラス トを補償するために、少なくとも流体の出口圧力と同じ大きさで好適には入口圧 力とほぼ同じ大きさの圧力がかけられる。 本発明の有利な実施態様において、軸方向スラストを補償するための圧力は内 部車室における出口圧力の軸方向力に対抗して作用する。従ってこれらの両圧力 が重なり合うことによって発生する合力は減少し、これによってその合力は僅か なスラストしか生じさせない。この軸方向スラストの補償は特にタービン機械の 内部車室において実施される。これによって内部車室を固定するための従来非常 に高価であった構造的経費は安価となる。その固定要素に生ずる面圧も小さくな り、そのために変形も僅かとなる。本発明の有利な発展形態において、内部車室 の外面にかかる圧力は例えば全負荷あるいは部分負荷のような運転条件に応じて 設定される。その圧力を適当に制御することによって、内部車室に生ずる軸方向 スラストを設定することができる。 軸方向スラストを補償するために内部車室の外面に圧力がかけられるほかに、 更にこの外面の寸法が適当な手段、特にガスケットによって限定される。これに よって内部車室の軸方向スラストの補償作用は、圧力によって影響されるだけで なく、圧力が作用して軸方向力を発生するための有効面積によっても影響される 。この有効面は第１の面として手段によって二つの部分面に分割されている。好 適にはその有効面は内部車室の外側端面の少なくとも一部を含んでいる。これに よって機械の設計に応じて軸方向スラストをできるだけ小さくするために、この 軸方向スラストを補償するための内部車室の外面面積を適当な大きさにすること ができる。部分タービンのその都度の蒸気パラメータに応じて、一つあるいは複 数の横断面Ｉ形ガスケットリングの直径を変えて上述の有効面積を変えることに よって、軸方向スラストを設定することができる。そのガスケット自体に圧力が かかり特に荷重される。ガスケットが存在することによって、両部分面にそれぞ れ作用する圧力を内部車室と外部車室との間に与えることもできる。 以下本発明の他の利点および特性を図を参照して詳細に説明する。本発明の有 利な形態は開示された特徴を組み合わせることによって形成できる。 図１は本発明に基づく壺形構造の定置高圧タービンを示し、 図２は串形タービン配置構造を示す。 図１は本発明に基づくタービン機械１の実施例として、内部車室２と外部車室 ３とを有する壺形構造の高圧タービン１を示している。タービン機械１を貫流す る流体４は入口圧力Ｐ１で流入し、出口圧力Ｐ２でこの高圧タービン１から出る 。入口圧力と出口圧力との差圧は内部車室２にだけでなく軸５にも軸方向スラス トを生じさせる。貫流流体４の圧力低下は動翼および静翼の様式に応じてさまざ まに異なって生じ、この圧力低下は軸５および内部車室２に影響を及ぼす。内部 車室２はその外面に入口圧力Ｐ１がかかる面Ａ１を有している。この面Ａ１にか かる圧力が少なくともタービン機械１から出る流体４の出口圧力Ｐ２と同じ大き さであると好ましい。特に面Ａ１にかかる圧力は流体４の入口圧力および／また は内部車室２の内部における圧力と同じ大きさでもよい。殊にこの面Ａ１は内部 車室２の端面の一部を含んでいる。この面Ａ１に生ずる軸方向スラストは内部車 室２における面Ａ２’に生ずる軸方向力と重なり合い、これによってこの内部車 室２における軸方向スラストは補償（相殺）される。軸方向スラストがこのよう に補償されることにより内部車室２を外部車室３に対して固定する固定部６は僅 かな面圧しか受けない。また軸方向スラストが補償されることにより軸方向スラ ストを外部車室３に伝えるために多様の構造方式を採用することが可能となり、 例えば従来利用されていた支持リングを省くことができる。従って本発明に基づ くタービン機械の全体構造は軸方向スラストが良好に補償されることによって単 純化させられる。 図１に示されている本発明の実施例において、内部車室２の外面の軸方向圧力 伝達面Ａ１は軸５の周りに配置された手段７によって限定されている。この手段 ７、有利にはガスケットは、この手段７を利用することによって軸方向スラスト が精確に規定して補償されるように、軸方向圧力伝達面Ａ１にかかる圧力Ｐ１を 限定する。更にこのような手段７を採用することによって、内部車室２の外面に おける別の面Ａ３に異なった圧力Ｐ３をかけることが可能になる。この圧力Ｐ３ は面Ａ３の面積と関連して同様に軸方向スラストを補償する働きをする。従って 面Ａ１と面Ａ３は本発明の意味において内部車室２の外面の第１の面を形成して いる。この面Ａ１、面Ａ３は個々には部分面である。 圧力Ｐ１に比べて低いと有利である圧力Ｐ３はしゃ断圧力として使われる。手 段７としての一つあるいは複数のガスケットによる圧力損失および流れ損失はこ のようにして形成された有利な圧力段によって減らすことができる。これによっ てガスケット、特に横断面Ｉ形ガスケットリングは圧力がかけられるだけでなく 圧力で荷重することもできる。有利な圧力段を形成するために複数の手段７を利 用することによって、破線の手段７、面Ａ３’および圧力Ｐ３’で示されている ように、互いに分離された別の軸方向スラスト補償面を形成することもできる。 タービン機械１の構造形状に基づいて、ガスケット７は外部車室３の内面と内部 車室２の外面との間に、特にガスケット７が内部車室２および外部車室３に直接 接するように設けられていると有利である。ガスケット７として、直径が所望の 軸方向力を伝達する面Ａ１ないしＡ３の面積に関係して決められた横断面Ｉ形ガ スケットリングが適している。本発明の有利な形態は内部車室２だけでなく軸５ においても軸方向スラストが補償されることを考慮している。このためにタービ ン機械は軸方向圧力伝達面Ａ２”に出口圧力Ｐ２がかかるように形成されている 。そのようにして入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ２の差圧に基づいてタービン翼を介 して生ずる軸５における軸方向スラストが少なくとも部分的に補償される。 図２は一本の軸上にタービンの高圧部ＨＤ、中圧部ＭＤおよび低圧部ＮＤが配 置される串形タービン配置構造を概略的に示している。この図は、面Ａ１にかか る圧力Ｐ１による力および面Ａ３にかかるＰ３による力が負のＸ方向に作用する ことを示している。これに反して、面Ａ２”にかかる圧力Ｐ２による力はその力 に正のＸ方向に対抗して作用する。従って本発明は軸方向スラストを補償するた めに部分タービンにだけでなく、むしろ串形配置構造のタービン機械にも利用で きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．タービン機械（１）を貫流する流体（４）の圧力が軸（５）の長手方向にお いて少なくとも内部車室（２）に軸方向力を生じさせ、内部車室（２）の外面の 一部に軸方向スラストを補償するために圧力がかけられるような、外部車室（３ ）と内部車室（２）ないし静翼ホルダとを備えたタービン機械、特に壺形構造の タービン原動機における軸方向スラストの補償方法において、内部車室（２）の 外面の一部の少なくとも一つの軸方向スラスト補償用の第１の面（Ａ１＋Ａ３） が、それぞれ異なった圧力（Ｐ１、Ｐ３）をかけられる軸方向スラスト補償用の 二つの部分面（Ａ１、Ａ３）に分割され、その両圧力（Ｐ１、Ｐ３）間が少なく とも一つの手段（７）、特にガスケットによって区切られていることを特徴とす るタービン機械における軸方向スラストの補償方法。 ２．手段（７）自体、特に横断面Ｉ形ガスケットリングが圧力（Ｐ１、Ｐ３）を かけられ、特に荷重されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．両部分面（Ａ１、Ａ３）にそれぞれ作用する圧力（Ｐ１、Ｐ３）が内部車室 （２）と外部車室（３）との間に与えられることを特徴とする請求項１又は２記 載の方法。 ４．内部車室（２）の外面の一部の部分面（Ａ１、Ａ３）にかかる圧力（Ｐ１、 Ｐ３）がタービン機械のその都度の運転条件に応じて設定されることを特徴とす る請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。 ５．圧力（Ｐ１、Ｐ３）が内部車室（２）の端面に与えられることを特徴とする 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。 ６．タービン機械（１）を貫流する流体（４）の出口圧力（Ｐ２）が軸（５）の 長手方向において少なくとも内部車室（２）に軸方向力を生じさせるような、外 部車室（３）と内部車室（２）ないし静翼ホルダとを備えたタービン機械、特に 壺形構造のタービン原動機において、手段（７）が内部車室（２）の外面の一部 における第１の面（Ａ１＋Ａ３）を、それぞれ軸方向スラストを補償する働きを する二つの軸方向圧力伝達部分面（Ａ１、Ａ３）に分割していることを特徴とす るタービン機械。 ７．両方の軸方向圧力伝達部分面（Ａ１、Ａ３）にそれぞれ異なった圧力（Ｐ１ 、Ｐ３）がかけられていることを特徴とする請求項６記載のタービン機械。 ８．手段（７）に圧力（Ｐ１、Ｐ３）、特に二つの異なった圧力が同時にかけら れることを特徴とする請求項７記載のタービン機械。 ９．手段（７）が内部車室（２）と外部車室（３）との間に、特に内部車室（２ ）および外部車室（３）に直接接するように配置されていることを特徴とする請 求項７又は８記載のタービン機械。 １０．手段（７）がガスケット、特に軸（５）の周りに配置された横断面Ｉ形ガ スケットリングであることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１つに記載 のタービン機械。 １１．スラスト補償用の圧力伝達部分面（Ａ１、Ａ３）が少なくとも部分的に内 部車室の端面を含んでいることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１つ に記載のタービン機械。 １２．スラスト補償用の圧力伝達部分面（Ａ１、Ａ３）に入口圧力（Ｐ１）ある いは内部車室（２）からの圧力がかかっていることを特徴とする請求項６ないし １１のいずれか１つに記載のタービン機械。