JP2005113721A

JP2005113721A - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP2005113721A
Application number: JP2003346477A
Authority: JP
Inventors: Masaki Takahashi; 正樹高橋; Yoshifumi Kubo; 良文久保; Akitaka Tateishi; 昭隆立石; Katsutoshi Higuma; 勝敏樋熊; Akio Unno; 秋雄海野; Yasuhiro Oda; 康弘尾田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-04-28
Also published as: US20060201155A1; US7065968B2; CN1605718A; US20050072157A1; CN100368658C

Abstract

【課題】
蒸気タービンの据え付け高さを低くすると共に、蒸気タービンケーシングの分解，運搬といったメンテナンスを容易にすることができる蒸気タービン設備を提供する。
【解決手段】
タービンを内包するタービンケーシングが上半ケーシング１０１と下半ケーシング102とによって構成された蒸気タービン設備において、上半ケーシング１０１に主蒸気配管
１１を介して供給される蒸気のノズル１０５を設け、主弁９０からノズル１０５に供給する主蒸気配管１１を、上半ケーシング１０１の配設領域外となる位置で分割可能に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービン設備に関する。

従来の蒸気タービン設備としては、例えば特開昭６０−１５９３１０号公報に記載のものがある。この特開昭６０−１５９３１０号公報には、内，外ケーシングを備えた二重ケーシングの蒸気タービンで、内ケーシングと外ケーシング間の空間部を区画壁により、内ケーシングの外面に沿って主蒸気の一部を流通させ得る第１の蒸気流路と、外ケーシングの内面に沿って冷却蒸気を流通させ得る第２の蒸気流路とに区画し、この第１，第２の蒸気流路にそれぞれ開閉装置を設けて、起動，停止を頻繁に行う蒸気タービンであっても、内，外ケーシングの熱応力を抑制し得るようにしたことが開示されている。また、外ケーシング上部にボイラから主蒸気が供給される主蒸気管を接続し、タービン各段で仕事をした排気蒸気を排出して次のタービンに送る排気孔を設けた構成が開示されている。

特開昭６０−１５９３１０号公報（第２図）

一般に、ボイラ設備などの蒸気発生設備から蒸気タービンに主蒸気を供給する主蒸気配管は、蒸気タービンのメンテナンス時に上半ケーシングの取り外しを容易にするために、下半ケーシングに接続した構成となっている。このため、蒸気タービンの下部には大口径の主蒸気配管を配置するためのスペースが必要となるため、タービン配置高さが高くなってしまい、タービン建屋を高層化させることになる。

一方、前述した特開昭６０−１５９３１０号公報のように、タービンケーシングに接続する主蒸気配管をタービンケーシング上部に接続する構造とした場合には、メンテナンス時にタービンケーシングを分解，運搬しようとする際、このケーシング上部に接続された主蒸気配管が干渉してしまうため、メンテナンス作業が困難なものとなってしまう。

本発明の目的は、蒸気タービンの据え付け高さを低くすると共に、蒸気タービンのメンテナンスを容易にすることができる蒸気タービン設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の蒸気タービン設備は、タービンを内包するタービンケーシングが上半ケーシングと下半ケーシングとによって構成された蒸気タービン設備において、前記上半ケーシングに主蒸気配管を介して供給される蒸気のノズルを設け、主弁から前記ノズルに供給する主蒸気配管を、前記上半ケーシングの配設領域外となる位置で分割可能に形成したことを特徴とする。

本発明によれば、蒸気タービンの据え付け高さを低くすると共に、蒸気タービンのメンテナンスを容易にすることができる蒸気タービン設備を提供することができる。

以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。

図３は、本実施例の蒸気タービン設備の概要図を示す。本実施例の蒸気タービン設備は、蒸気によって駆動される蒸気タービン１００，駆動蒸気を発生させるボイラ設備５００，タービンの回転によって駆動される発電機６００，ボイラ設備からの蒸気をタービンに供給する主蒸気配管１０，蒸気タービンから排出される蒸気を復水する軸流排気復水器
７００によって構成される。また、蒸気タービン１００，発電機６００は蒸気タービン据付面８５０上に設置される。また、蒸気タービン１００は高圧蒸気タービン１１０，中圧蒸気タービン１３０によって構成されており、主蒸気配管１０はボイラ設備５００より発生した高圧の蒸気を高圧蒸気タービン１１０に導く高圧主蒸気配管２１０，中圧の蒸気を中圧蒸気タービン１３０へ導く中圧主蒸気配管２３０（高温再熱蒸気配管）によって構成される。また、主蒸気配管１０が接続される蒸気タービン１００には、後述するタービンケーシングの蒸気入口部にノズル１０５が設置される。

図１は、本実施例の蒸気タービン設備をタービン軸方向から見た断面図である。前述したボイラ設備５００により発生した高圧，中圧，低圧もしくは再熱蒸気は、主蒸気配管
１０（高圧主蒸気配管２１０，中圧主蒸気配管２３０（高温再熱蒸気配管）），主蒸気調整弁，止弁等の主弁９０を経由し、主弁９０とノズル１０５を接続する主蒸気配管１１を通った後、蒸気タービン１００のケーシングのノズル１０５より蒸気タービン１００内へと供給される。この蒸気タービン１００のケーシングは、上半ケーシング１０１と下半ケーシング１０２とで構成される。蒸気タービン１００の蒸気の入口であるノズル１０５は蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１に設けている。このように構成することにより、図３に示すように、主蒸気配管１０を蒸気タービン１００の軸中心ラインより高い位置に配管できるため、主蒸気配管１０による蒸気タービン１００の据え付け高さへの制約が無くなり、蒸気タービン１００自身を低い位置に据え付けることができるようになる。

ここで、主蒸気配管１０はプラント運転時とプラント停止時の温度差により熱伸び／縮みが発生し、固定されたボイラ設備５００及び蒸気タービン１００に対して反力モーメントを発生させる。それらの反力は、図４に示すように、主蒸気配管１０が蒸気タービン下半ケーシング１０２に接続されている時でも、通常では下半ケーシング１０２，タービンロータ１０３，タービンブレード１０４及び上半ケーシング１０１の重量により押さえ込まれており、蒸気タービン１００の位置がこの反力によって変わることはない。しかし、運転時に反力が掛からないよう配管が熱伸びしている状態で調整して据え付けたプラントの場合、運転停止時には主蒸気配管１０が縮むことで逆の反力が発生する。このため、蒸気タービンのメンテナンス時等に上半ケーシングやタービンロータ，タービンブレード等を取り外すと全体重量が軽くなることから、取り外さずに残った下半ケーシングの位置が主蒸気配管の熱伸びに伴い移動してしまう可能性があった。

一方、本実施例によれば、蒸気タービン１００の運転時と停止時では主蒸気配管１０の熱伸びや縮みによる反力が発生するが、メンテナンス時に上半ケーシング１０１及びタービンロータ１０３，タービンブレード１０４等を分解することで下半ケーシング１０２に掛かる重量が減り、主蒸気配管１０が下半ケーシング１０２に接続されていた時にその重量により押さえ込まれていた蒸気タービン１００の移動が発生することも無くなる。すなわち、図１に示すように、主蒸気配管１０を上半ケーシング１０１に接続した場合は、メンテナンス時に主蒸気配管１０と下半ケーシング１０２は完全に分離されることにより、主蒸気配管１０の熱伸び，縮みは下半ケーシング１０２に伝わらない。

蒸気タービン１００のメンテナンス時には、蒸気タービン１００の上半ケーシング101のみを分解すれば良く、下半ケーシング１０２は取り外す必要が無い。図４に示すように、主蒸気配管１０を下半ケーシング１０２に接続していた従来技術では、主蒸気配管１０と下半ケーシング１０２を分解する必要が無かったので、メンテナンス時に必要な上半ケーシング１０１の取り外しを容易に実施することができる。しかし、図１に示すように、主蒸気配管１０を上半ケーシング１０１に接続することにより、上半ケーシング１０１分解時には主蒸気配管１０と上半ケーシング１０１を分離する必要が生じる。このため、本実施例では上半ケーシング１０１と主蒸気配管１１を分離するためのフランジ（主蒸気配管ノズル部１０６）を設けている。この主蒸気配管ノズル部フランジ１０６をノズル105と主弁９０の間（上半ケーシング１０１の配設領域外）に設けることで、上半ケーシング１０１を分解した後メンテナンスの邪魔にならないよう運搬するのに便利である。

蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１は分解後の運搬時には、まず鉛直上向き方向へ移動させ、周りの干渉物が無くなった位置より他の方向へ運搬することとなるが、上半ケーシング１０１は鉛直上向きに運搬する時に分離した主蒸気配管１１や主弁９０が干渉しないようにすることが望まれる。そのため、図２に示すように、上半ケーシング101の鉛直運搬時に干渉する幅よりも広い幅位置に上半ケーシング１０１と主蒸気配管１１あるいは主弁９０とを分離するフランジ１４を配置しておくことで、運搬を容易に行うことが可能となる。

上記のようにフランジ１４の位置を蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１のノズル１０５から離した位置に配置した場合、蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１の分解・運搬時に、分離したフランジ１４の位置まで長く伸びた主蒸気配管１１を一緒に運搬する必要が発生する。この場合、運搬重量が重くなり、運搬にも不便であり、運搬後の置き場所にも広い範囲が必要となる。このため、図１に示すように、主弁９０とノズル
１０５の間の主蒸気配管１１に適正な長さの短管１２を、この短管１２を分離させることにより分解後の運搬が支障なく実施可能となる。この短管１２の長さは、蒸気タービン
１００の上半ケーシング１０１分解後運搬する時に主弁９０が干渉しない位置となるよう計画されるべきである。

上記のような構造を持つ蒸気タービン１００は、従来の高床式発電プラントに適用しても差し支えない。そして、従来の蒸気タービン１００の下半ケーシング１０２へ主蒸気配管１０を接続していた時には実現困難であった低床式の発電プラントへ適用することが可能である。

このように、従来蒸気タービン１００の下半ケーシング１０２に接続していた高圧，中圧，低圧もしくは再熱の主蒸気配管１０を、図１に示すように、蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１に接続し、図２に示すように、主蒸気配管１０の主弁９０の位置を、蒸気タービン１００のメンテナンス時に上半ケーシング１０１の分解・運搬に干渉しないよう適正な位置、すなわち蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１の幅寸法より広い位置などに配置する。具体的には、上半ケーシング１０１の配設領域外となる位置で主蒸気配管１１を分割可能に構成する。これは、主弁とノズルとを接続する主蒸気配管の途中に、分割構造としてフランジを形成し、このフランジを上半ケーシング１０１の配設領域外となる位置に形成することになる。また、図１に示すように、蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１と主弁９０を容易に分離可能となるよう、蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１と主弁９０からの主蒸気配管１１が接続する主蒸気配管ノズル１０５のフランジ１０６を設ける。また、分解した蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１を運搬・仮置きし易い様に、主弁９０と上半ケーシングノズル１０５との間に両端にフランジ１４を備えた短管１２を設ける。

図５は、本発明の第２の実施例を示す蒸気タービン設備のタービン軸方向から見た断面図である。図１にて説明した蒸気タービン１００と主蒸気配管１１の接続部は、図５に示すように、蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１と下半ケーシング１０２の間（接合部）に接続することもできる。この時、図６に示すように、主蒸気配管１１を上下ケーシングで挟み込むことで接続させる方法がある。この場合も上記同様に、図２に示すように、主弁９０は蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１の分解，運搬に干渉しない位置に配置する必要があるが、最も蒸気タービン１００と近い位置に主弁９０を配置した場合でも干渉しないか、或いは干渉しても干渉寸法は小さいことが予想される。このため、上記主弁９０と蒸気タービン１００の間の短管１２を省略させ得ることが期待できる。また、本構造においては、主蒸気配管１１を蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１と下半ケーシング１０２で挟み込む構造の場合、蒸気タービン１００の上半ケーシング101と主蒸気配管１１をフランジ１４などで分離することなく分解可能となる。しかし、この場合は主蒸気配管１１が蒸気タービン１００の下半ケーシング１０２に接続されたまま残ることから、タービン運転時，停止時の主蒸気配管の熱伸び，縮みによる反力によって下半ケーシング１０２が移動する可能性がある場合には、前述した短管１２を設ける等して、その短管１２を分離させた後に蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１を分解，運搬させることで、熱伸び，縮みによる反力の影響をなくすことができる。

また、前記のように主蒸気配管１１を蒸気タービン１００の上半ケーシング１０１と下半ケーシング１０２で挟み込んで接続する場合、図７に示すように、主蒸気配管１１の端部をフランジ構造１３とし、上半ケーシング１０１及び下半ケーシング１０２の主蒸気配管接続部を前記主蒸気配管短部が丁度収まるような溝構造１０７とすることで、主蒸気配管１１は蒸気タービン１００のケーシングに接続した状態でも、配管軸中心１５周りに回転させることができる。

この時、主蒸気配管１１を蒸気タービン１００の中心軸及び蒸気タービン１００から出た主蒸気配管１１の中心軸（主蒸気配管軸中心）と直角方向に曲げた後、蒸気タービン
１００の軸方向へ再度曲げ配管ルートをとり、蒸気タービン１００停止時に主蒸気配管
１０（１１）の熱伸び・縮みの反力が掛からないよう据え付けすることで、図８に示すように、蒸気タービン１００の運転時に主蒸気配管１０（１１）に蒸気タービン１００の軸方向に熱伸びが発生しても、主蒸気配管１０（１１）と蒸気タービン１００との接続部の回転で熱伸び量を吸収することができる。

以上説明した構造を単独で採用、或いは幾つかを組み合わせることにより、結果として蒸気タービンの配置高さを低くすることができる。この結果、建屋を低く設計することができるようになる、もしくは建屋の無い屋外式配置方法を取ることができるようになる。特に、建屋の無い低い位置への蒸気タービン屋外配置とした時は、蒸気タービンのメンテナンス時に上半ケーシングやタービンロータ等を吊り上げるクレーンとして、高い位置にアクセス不要な小型なものを使用することができ、メンテナンススペースが小さくて済むばかりでなく、安全で経済的なメンテナンスが可能となる。また、蒸気タービンケーシングを取り外す時に配管の熱移動による反力を蒸気タービン下半ケーシングとそのタービン架台で支える必要がなくなり、事故の発生確立が低くなる。また、タービン架台を低くできることから、土木建築費用を押さえた経済的な発電プラントを建設することができるようになる。

本発明の一実施例を示す主蒸気配管をタービンケーシング上半に接続した構造図（断面図）。主蒸気配管をタービンケーシング上半に接続した構造図（平面図）。蒸気タービン設備の全体概要図。熱伸びにより蒸気タービンケーシングが移動した状態を示す図。上下半ケーシング間に主蒸気配管を接続する構造図。主蒸気配管フランジを上下半ケーシングで挟み込む構造図。上下半ケーシングの主蒸気配管フランジ接続部溝構造図。熱伸び吸収構造図。

符号の説明

１０，１１…主蒸気配管、１２…短管、１３…主蒸気配管端部フランジ構造、１４…主蒸気配管フランジ、１５…主蒸気配管軸中心、９０…主弁、１００…蒸気タービン、101…上半ケーシング、１０２…下半ケーシング、１０３…タービンロータ、１０４…タービンブレード、１０５…ノズル、１０６…主蒸気配管ノズル部フランジ、１０７…蒸気タービンケーシング主蒸気配管接続部溝構造、１１０…高圧蒸気タービン、１３０…中圧蒸気タービン、１４０…低圧蒸気タービン、２１０…高圧主蒸気配管、２２０…低温再熱蒸気配管、２３０…中圧主蒸気配管、５００…ボイラ設備、６００…発電機、７００…復水器、７２０…軸流排気復水器、８５０…蒸気タービン据付面、９００…タービン建屋。

Claims

タービンを内包するタービンケーシングが上半ケーシングと下半ケーシングとによって構成された蒸気タービン設備において、
前記上半ケーシングに主蒸気配管を介して供給される蒸気のノズルを設け、主弁から前記ノズルに供給する主蒸気配管を、前記上半ケーシングの配設領域外となる位置で分割可能に形成したことを特徴とする蒸気タービン設備。
タービンを内包するタービンケーシングが上半ケーシングと下半ケーシングとによって構成された蒸気タービン設備において、
前記上半ケーシングに主蒸気配管を介して供給される蒸気のノズルを設け、主弁と前記ノズルとを接続する主蒸気配管のフランジを、前記上半ケーシングの配設領域外に形成したことを特徴とする蒸気タービン設備。
タービンを内包するタービンケーシングが上半ケーシングと下半ケーシングとによって構成された蒸気タービン設備において、
前記上半ケーシングに蒸気入口となるノズルを設け、一端が主弁と接続された主蒸気配管の他端に、前記上半ケーシングの配設領域外となる位置にフランジを形成し、この主蒸気配管のフランジと前記ノズルとを配管によって接続したことを特徴とする蒸気タービン設備。
タービンを内包するタービンケーシングが上半ケーシングと下半ケーシングとによって構成された蒸気タービン設備において、
前記上半ケーシングと下半ケーシングの接合部に、主弁から蒸気を供給する主蒸気配管を接続し、この主蒸気配管を前記上半ケーシング及び下半ケーシングの配設領域外となる位置で分割可能に形成したことを特徴とする蒸気タービン設備。
前記主蒸気配管を上半ケーシングと下半ケーシングで挟み込むことで接続する構造としたことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン設備。
前記タービンケーシングに接続する主蒸気配管を、前記タービンケーシングとの接続部で回転可能に形成したことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン設備。