JP2006312885A - 低圧蒸気タービンの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸気タービンの取付け時及び運転時に、水平方向に配置された排気ダクトと復水器との間に無理な力が作用するのを回避して、該排気ダクト及び復水器を基礎に強固にかつ安定して固定できて、排気ダクトの座屈または静的破壊（延性破壊）及び疲労破壊の発生を防止するとともに、肉厚変化に伴う応力集中が抑制されて排気ダクトの応力が低減された低圧蒸気タービンを提供する。
【解決手段】 低圧タービン翼出口の排気を、低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に延びる排気ダクトの内部の排気通路を通して、該排気ダクトの水平方向側方に配置された復水器に送り込むように構成された低圧蒸気タービンにおいて、前記排気ダクトの排気出口と前記復水器との間に、該排気ダクトと復水器とを接続するとともに前記排気通路内の排気を該復水器に導く筒状の中間ダクトを介装し、前記排気ダクトの取付脚および前記復水器を個別に基礎に固定したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低圧蒸気タービンに適用され、低圧タービン翼出口の排気を、水平方向に延びる排気ダクト内部の排気通路を通して、該排気ダクトの水平方向側方に配置された復水器に送り込むように構成された低圧蒸気タービンの構造に関する。

図７は従来の発電用蒸気タービンにおける低圧タービン及び復水器の構造を示す低圧タービンロータ軸心に沿う概略断面図である。
図７において、１５は低圧タービンロータ、１６は低圧タービン翼（図は低圧最終段翼を示す）、３２は静翼、３１は内部ケーシング（内部車室）、３０は外部ケーシング（外部車室）、５は前記外部ケーシング３０内に形成された排気通路（低圧蒸気通路）である。
１１は基礎、１１ａは該基礎１１に掘削されたピットで、該ピット１１ａ内には前記外部ケーシング３０の下部に連結される外部車室下半部３３、該外部車室下半部３３の下部に伸縮継手１２を介して連結される中間胴７、及び該中間胴７の下部に連結され多数の冷却管９を有する復水器８が設置されている。

また、特許文献１（特開平９−１３９１３号公報）においては、低圧タービン翼出口の排気を、排気出口が低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に開口した外側ケーシングの上側部分内の排気通路を通して、該上側部分のフレーム部分の側部に固定された復水器に送り込むように構成されるとともに、該上側部分の下部に外側ケーシングの下側部分が固定され、前記下側部分及び上側部分のフレーム部分を低圧タービンロータ軸心高さに位置する基礎面に固定してなる低圧蒸気タービンの構造が提供されている。

特開平９−１３９１３号公報

しかしながら、図７に示される従来の発電用蒸気タービンにあっては、基礎１１に掘削したピット１１ａ内に外部ケーシング３０の下部に連結される外部車室下半部３３、該外部車室下半部３３の下部に伸縮継手１２を介して連結される中間胴７、及び該中間胴７の下部に連結された復水器８を設置しているので、かかる機器を設置するための深いピット１１ａを掘削する必要があり、蒸気タービンプラントの設置工数及び設置コストが増大する。

また特許文献１（特開平９−１３９１３号公報）にて提供されている従来技術にあっては、外側ケーシングにおける上側部分のフレーム部分の側部に復水器を固定し、該上側部分を下側部分に固定し、該下側部分を低圧タービンロータ軸心高さに位置する基礎面に固定しているので、図７のような問題点は解消されるが、多数の冷却管が内設されて大重量の復水器を上側部分のフレーム部分にボルト締めで固定する構造となっているため、該復水器の重量が上側部分のフレーム部分に掛かることとなって、外側ケーシングの上側部分が復水器の重量によって座屈または静的破壊（延性破壊）及び疲労破壊を起こす可能性を内包している。
また、前記外側ケーシングの上側部分は、低圧タービンロータ外周を覆う薄肉のフード部分と復水器を取付けるための堅牢な構造のフレーム部分とが結合して形成されているため、該上側部分における肉厚変化が大きく、該肉厚変化部の応力集中によって該外側ケーシングの外圧（大気圧）と内圧（真空）との圧力差によるたが張り応力が増大する可能性がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、蒸気タービンの取付け時及び運転時に、水平方向に配置された排気ダクトと復水器との間に無理な力が作用するのを回避して、該排気ダクト及び復水器を基礎に強固にかつ安定して固定できて、排気ダクトの座屈または静的破壊（延性破壊）及び疲労破壊の発生を防止するとともに、肉厚変化に伴う応力集中が抑制されて排気ダクトの応力が低減された低圧蒸気タービンを提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、低圧タービン翼出口の排気を、低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に延びる排気ダクトの内部の排気通路を通して、該排気ダクトの水平方向側方に配置された復水器に送り込むように構成された低圧蒸気タービンにおいて、前記排気ダクトの排気出口と前記復水器との間に、該排気ダクトと復水器とを接続するとともに前記排気通路内の排気を該復水器に導く筒状の中間ダクトを介装し、前記排気ダクトの取付脚および前記復水器を個別に基礎に固定したことを特徴とする。
かかる発明において、前記排気ダクトを、前記低圧タービンロータの回転中心に直角方向の断面形状が、該回転中心と同心の半円筒形状に形成された円筒部と、前記排気の流動方向に直状の排気通路が内部に形成され、前記円筒部に接続される直状部とにより形成するのが好ましい。

かかる発明によれば、低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に延びる排気ダクトの排気出口と、該排気ダクトの水平方向側方に配置された復水器との間に、該排気ダクト内の排気を復水器に導く筒状の中間ダクトを介装し、該中間ダクトを介して排気ダクトと復水器とを接続する一方、該排気ダクトの取付脚および復水器を個別に基礎に固定する構造としたので、排気ダクト及び復水器を個々に基礎に強固に固定でき、かつ該排気ダクトと復水器との高さ位置あるいは水平方向位置の調整を中間ダクトの出入口間の高さの差あるいは該出入口間の水平方向長さを変えることにより容易に行なうことが可能となり、特許文献１のように大重量の復水器を排気ダクトで支持せしめる必要がなく、該排気ダクト及び復水器を、前記中間ダクトを介しての、取付け時及び運転時における設定された正確な取付け位置関係で以って、個々に基礎に強固に固定できる。これにより、排気ダクトの座屈または静的破壊（延性破壊）及び疲労破壊の発生を防止できる。

従って、低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に配置された排気ダクトと復水器との間に前記中間ダクトを介装することによって、取付け時及び運転時に排気ダクトと復水器との間に無理な力が発生することなく、それぞれを基礎に強固にかつ安定して固定できる。
また、前記中間ダクトをフレキシビリティー（柔軟性）を有する薄肉の筒状体で形成することが可能であるので、前記排気ダクトと復水器との間にずれや変形に伴う荷重が発生した場合でも、該中間ダクトのフレキシビリティーによって吸収でき、前記排気ダクト及び復水器への前記ずれや変形に伴う荷重の悪影響を回避できる。

加えて、前記復水器を排気ダクトの水平方向側方に配置することにより、低圧タービンの排気ダクトの下方に復水器を設置した従来技術のように復水器設置用のピットを掘削する必要がなく、蒸気タービンプラントの設置工数及び設置コストを低減できる。
さらには、前記排気ダクトの断面形状を、タービン回転中心と同心の半円筒形状に形成された円筒部と、排気の流動方向に直状の排気通路が内部に形成され、前記円筒部に接続される直状部とにより形成すれば、前記円筒部と直状部とが滑らかに結合された肉厚変化が少ない排気ダクトを構成できるので、前記特許文献１のような肉厚変化部の応力集中を抑制でき、これにより該排気ダクトの外圧（大気圧）と内圧（真空）との圧力差によるたが張り応力を低減できる。

また、かかる発明において好ましくは、前記排気ダクトと中間ダクトとの間に伸縮継手を介装する。
このように構成すれば、伸縮継手によって排気ダクト側と中間ダクト及び復水器側との間のずれや変形を吸収でき、かかるずれや変形に伴う記排気ダクト及び中間ダクト及び復水器への荷重の悪影響を回避できる。

また、かかる発明において好ましくは、前記排気ダクトの取付脚を該排気ダクトに外周に沿って水平方向に設けるとともに、該排気ダクトの外周の前記取付脚と直角方向に補強部材を設置する。
このように構成すれば、排気ダクトの外周に沿って水平方向に設けた取付脚によって、排気ダクトの水平方向の剛性を増大できるとともに、排気ダクトの外周の前記取付脚と直角方向に設けた補強部材によって該排気ダクトの周方向の剛性を増大でき、これによって真空になっている排気ダクトの内部と外部大気との圧力差による排気ダクトのたが張り応力を低減でき、排気ダクトの耐久性が向上する。

本発明によれば、低圧タービンに対して水平方向に配置された排気ダクトと該排気ダクトの水平方向側方に配置された復水器との間に中間ダクトを介装し、該中間ダクトを介して排気ダクトと復水器とを接続する一方、該排気ダクトの取付脚および復水器を個別に基礎に固定する構造としたので、該排気ダクトと復水器との高さ位置あるいは水平方向位置の調整を中間ダクトの出入口間の高さの差あるいは該出入口間の水平方向長さを変えることにより容易に行なうことが可能となって、該排気ダクト及び大重量の復水器を、前記中間ダクトを介しての、取付け時及び運転時における設定された正確な取付け位置関係で以って、個々に基礎に強固に固定できる。
従って、低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に配置された排気ダクトと復水器との間に前記中間ダクトを介装することによって、取付け時及び運転時に排気ダクトと復水器との間に無理な力が発生することなく、それぞれを基礎に強固にかつ安定して固定できる。これにより、排気ダクトの座屈または静的破壊（延性破壊）及び疲労破壊の発生を防止できる。

また、前記排気ダクトの断面形状を、半円筒形状に形成された円筒部と、排気の流動方向に直状の排気通路が内部に形成された直状部とで形成することにより、前記円筒部と直状部とが滑らかに結合された肉厚変化が少ない排気ダクトを構成できるので、該排気ダクトの外圧（大気圧）と内圧（真空）との圧力差によるたが張り応力を低減できる。

また本発明によれば、前記排気ダクトの取付脚を該排気ダクトに外周に沿って水平方向に設けるとともに、該排気ダクトの外周の前記取付脚と直角方向に補強部材を設置することにより、排気ダクトの外周に沿って水平方向に設けた取付脚によって、排気ダクトの水平方向の剛性を増大できるとともに、排気ダクトの外周の前記取付脚と直角方向に設けた補強部材によって該排気ダクトの周方向の剛性を増大でき、真空になっている排気ダクトの内部と外部大気との圧力差による排気ダクトのたが張り応力を低減でき、排気ダクトの耐久性が向上する。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の実施例１に係る低圧蒸気タービンの低圧タービンロータ軸心に直角方向の配置を示す構成図、図２は前記実施例１における排気ダクトの拡大側面図（蒸気入口中心の片側の一部断面図）、図３は前記実施例１における低圧蒸気タービンの低圧タービンロータ軸心に沿う部分断面図（図２のＡ―Ａ線断面図）である。
図１〜３において、１５は低圧タービンロータ、１６は低圧タービン翼（図は低圧最終段翼を示す）、３２は静翼、１は前記低圧タービンロータ１５の外側全体を覆う排気ダクト、２は低圧タービンへの蒸気入口（６０は蒸気入口中心）、４は低圧ケーシング、６は低圧タービンロータ１５の回転軸心である。

前記排気ダクト１は、前記低圧ケーシング４に連結されるとともに、前記低圧タービンロータ１５の回転軸心６に直角かつ水平方向に延びて、内部に排気通路５が形成されている。該排気ダクト１の断面形状は、図２のように、低圧タービンロータ１５の回転軸心６と同心の半円筒形状に形成された円筒部１ｃと、排気の流動方向に直状の排気通路５が内部に形成され前記円筒部１ｃに滑らかに接続される直状部１ｄとにより、同一厚さ（若干の厚さ差があってもよい）に形成されている。
８は該排気ダクト１の水平方向側方に配置された復水器で、１２は前記排気ダクト１の排気出口１ｂに接続される伸縮継手、７は前記排気ダクト１側の伸縮継手１２と復水器８とを接続する中間ダクトである。前記排気ダクト１は、図１のようにその取付脚３を基礎１１に強固に固定されている。また、前記復水器８は多数の冷却管９及び復水管１０をそなえた公知の復水器であり、前記排気ダクト１とは別個に、基礎１１に強固に固定されている。

前記中間ダクト７は、均一な肉厚の筒状体にて形成され、前記排気ダクト１の取付脚３の基礎１１への取付け状態と復水器８の基礎１１への取付け状態とにより、かかる取付け時及び蒸気タービンの運転時に、前記排気ダクト１と伸縮継手１２を介しての中間ダクト７との結合部近傍及び該中間ダクト７と復水器８との結合部近傍に無理な力が作用しないように、排気ダクト１側結合部と復水器８側結合部との高さＨ及び該中間ダクト７の長さＢを適正に設定して、前記排気ダクト１と復水器８との間に組み込まれる。
かかる低圧蒸気タービンにおいて、前記低圧タービンの低圧タービン翼１６で膨張仕事をした後の排気（低圧蒸気）は、図１の矢印のように排気ダクト１の排気通路５を流れ、前記中間ダクト７内の排気通路５を経て前記復水器８内に送り込まれ、該復水器８内において冷却管９内を流動する冷却水によって冷却され、復水する。

かかる実施例１によれば、排気出口１ｂが低圧タービンロータ１５の回転軸心６に直角かつ水平方向に開口した排気ダクト１と該排気ダクト１の水平方向側方に配置された復水器８との間に、該排気ダクト１内の排気を復水器８に導く筒状の中間ダクト７を介装し、該中間ダクト７を介して排気ダクト１と復水器８とを接続する一方、該排気ダクト１の取付脚３および復水器８を個別に基礎１１に固定する構造としたので、排気ダクト１及び復水器８を個々に基礎１１に強固に固定でき、かつ該排気ダクト１と復水器８との高さ位置あるいは水平方向位置の調整を中間ダクト７の出入口間の高さの差Ｈあるいは該出入口間の水平方向長さＢを変えることにより容易に行なうのが可能となり、大重量の復水器８を排気ダクト１で支持せしめる必要がなく該排気ダクト１に加わる力が小さくなるとともに、該排気ダクト１及び復水器８を、取付け時及び運転時における設定された正確な取付け位置関係で以って、個々に基礎１１に強固に固定できる。

従って、低圧タービンロータ１５の回転軸心に直角かつ水平方向に配置された排気ダクト１と復水器８との間に前記中間ダクト１を介装することによって、取付け時及び運転時に排気ダクト１と復水器８との間に無理な力が発生することなく、排気ダクト１を薄肉に形成しても十分な強度を保持できるとともに、それぞれを基礎に強固にかつ安定して固定できる。
また、前記中間ダクト７を同一厚さのフレキシビリティー（柔軟性）を有する薄肉の筒状体で形成することが可能であるので、前記排気ダクト１と復水器８との間にずれや変形に伴う荷重が発生した場合でも、該中間ダクト７のフレキシビリティーによって吸収でき、前記排気ダクト１及び復水器８への前記ずれや変形に伴う荷重の悪影響を回避できる。
さらには、前記排気ダクト１と中間ダクト７との間に伸縮継手１２を介装したので、該伸縮継手１２によって排気ダクト１側と中間ダクト７及び復水器８側との間のずれや変形を吸収でき、かかるずれや変形に伴う記排気ダクト１及び中間ダクト７及び復水器８への荷重の悪影響を回避できる。

また、かかる実施例１によれば、前記排気ダクト１の断面形状を、低圧タービン回転軸心６と同心の半円筒形状に形成された円筒部１ｃと、排気の流動方向に直状の排気通路５が内部に形成され前記円筒部１ｃに接続されるほぼ同一肉厚の直状部１ｄとにより形成したので、前記円筒部１ｃと直状部１ｄとが滑らかに結合された肉厚変化がゼロまたはきわめて少ない排気ダクト１を構成できるので、前記従来技術のような肉厚変化部の応力集中を抑制でき、これにより該排気ダクト１の外圧（大気圧）と内圧（真空）との圧力差によるたが張り応力を低減できる。

さらに加えて、前記復水器８を排気ダクト１の水平方向側方に配置することにより、低圧タービンの排気ダクト１の下方に復水器８を設置した従来技術のように復水器設置用のピットを掘削する必要がなく、蒸気タービンプラントの設置工数及び設置コストを低減できる。

図４は本発明の実施例２を示す排気ダクトの側面図、図５は前記実施例２における低圧蒸気タービンの低圧タービンロータ軸心に沿う部分断面図（図４のＢ―Ｂ線断面図）、図６は前記実施例２における図４のＣ矢視図である。
かかる実施例２においては、前記排気ダクト１の取付脚２１を該排気ダクト１の外周に沿って水平方向に設けるとともに、該排気ダクト１の外周の前記取付脚２１と直角方向に１個または複数個（この例では等間隔に３個）の補強部材２０を設置している。
また、図６のように、前記排気ダクト１の内壁１ｓにも、複数の内部補強部材２００を設置している。
その他の構成は前記実施例１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる実施例２によれば、排気ダクト１の外周に沿って水平方向に設けた取付脚２１によって、排気ダクト１の水平方向の剛性を増大できるとともに、該排気ダクト１の外周の前記取付脚２１と直角方向に設けた補強部材２０及び内部補強部材２００によって該排気ダクト１の周方向の剛性を増大でき、これによって真空になっている排気ダクト１の内部と外部大気との圧力差による排気ダクト１のたが張り応力を低減でき、排気ダクト１の耐久性が向上する。

本発明によれば、蒸気タービンの取付け時及び運転時に、水平方向に配置された排気ダクトと復水器との間に無理な力が作用するのを回避でき、該排気ダクト及び復水器を基礎に強固にかつ安定して固定できて、排気ダクトの座屈または静的破壊（延性破壊）及び疲労破壊の発生を防止できるとともに、肉厚変化に伴う応力集中を抑制できて排気ダクトの応力が低減された低圧蒸気タービン
を提供できる。

本発明の実施例１に係る低圧蒸気タービンの低圧タービンロータ軸心に直角方向の配置を示す構成図である。 前記実施例１における排気ダクトの拡大側面図（一部断面図）である。 前記実施例１における低圧蒸気タービンの低圧タービンロータ軸心に沿う部分断面図（図２のＡ―Ａ線断面図）である。 本発明の実施例２を示す排気ダクトの側面図である。 前記実施例２における低圧蒸気タービンの低圧タービンロータ軸心に沿う部分断面図（図４のＢ―Ｂ線断面図）である。 前記実施例２における図４のＣ矢視図である。 従来の発電用蒸気タービンにおける低圧タービン及び復水器の構造を示す低圧タービンロータ軸心に沿う概略断面図である。

符号の説明

１ 排気ダクト
１ｂ 排気出口
１ｃ 円筒部
１ｄ 直状部
２ 蒸気入口
３，２１ 取付脚
４ 低圧ケーシング
５ 排気通路
７ 中間ダクト
８ 復水器
１１ 基礎
１２ 伸縮継手
１５ 低圧タービンロータ
１６ 低圧タービン翼
２０ 補強部材

Claims (4)

1. 低圧タービン翼出口の排気を、低圧タービンロータの回転中心に直角かつ水平方向に延びる排気ダクトの内部の排気通路を通して、該排気ダクトの水平方向側方に配置された復水器に送り込むように構成された低圧蒸気タービンにおいて、前記排気ダクトの排気出口と前記復水器との間に、該排気ダクトと復水器とを接続するとともに前記排気通路内の排気を該復水器に導く筒状の中間ダクトを介装し、前記排気ダクトの取付脚および前記復水器を個別に基礎に固定したことを特徴とする低圧蒸気タービンの構造。
2. 前記排気ダクトは、前記低圧タービンロータの回転中心に直角方向の断面形状が、該回転中心と同心の半円筒形状に形成された円筒部と、前記排気の流動方向に直状の排気通路が内部に形成され前記円筒部に接続される直状部とにより形成されたことを特徴とする請求項１記載の低圧蒸気タービンの構造。
3. 前記排気ダクトと中間ダクトとの間に伸縮継手を介装したことを特徴とする請求項１記載の低圧蒸気タービンの構造。
4. 前記排気ダクトの取付脚を該排気ダクトの外周に沿って水平方向に設けるとともに、該排気ダクトの外周の前記取付脚と直角方向に補強部材を設置したことを特徴とする請求項１記載の低圧蒸気タービンの構造。

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