JP2007177738A - 蒸気タービン連絡管 - Google Patents

Abstract

【課題】分岐管の肉厚増加や熱応力増大を最小限に抑制しつつ、主蒸気管に対する分岐管の分岐角度を小さくしタービン性能を向上させることができる蒸気タービン連絡管を提供する。
【解決手段】中圧タービン５０の最終段出口から流出する蒸気Ｓ１を複数の低圧タービン６０，７０へと導く蒸気タービン連絡管１において、中圧タービン５０の最終段出口と第１低圧タービン６０の入口とを接続し中圧最終段出口から流出する蒸気Ｓ１を第１低圧タービン６０へと導くものであって、ほぼ水平に配設された直管部１３の途中に管径を縮小する絞り部１３ａを有する主蒸気管１０と、この主蒸気管１０から下方に分岐して第１低圧タービン７０に接続し主蒸気管１０を流れる蒸気Ｓ２の一部を第１低圧タービン７０へと導くものであって、上流端部が主蒸気管１０の絞り部１３ａに接続されている分岐管２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧タービン又は中圧タービンの最終段出口から流出する蒸気を複数の低圧タービンへと導く蒸気タービン連絡管に関する。

蒸気タービンでは、高圧タービン又は中圧タービンの最終段出口から流出する蒸気を複数の低圧タービンへと導く蒸気タービン連絡管を有するものがある（特許文献１等参照）。

特開平１１−２２９８１８号公報

この種の蒸気タービン連絡管では各タービンが同軸に連結されていることが多く、この場合、高圧又は中圧の蒸気タービンの排気室から上方に出た蒸気が主蒸気管を通って回転軸に沿った方向に流通してある低圧タービンに導かれ、主蒸気管の途中で下方に分岐した分岐管によって主蒸気管を流れる蒸気の一部が他の低圧タービンに導かれるように構成さるのが一般的である。

しかしながら、主蒸気管から下方に分岐する分岐管に分流する蒸気は、流路方向が変わって圧力損失を伴う。この圧力損失は主蒸気管を流れている蒸気が分岐管に流入する際の転向角度が大きいほど増大するため、主蒸気管に対する分岐管の分岐角度は小さい方が望ましい。

ところが、分岐管は、通常、主蒸気管の管径が一定の直管部分から分岐しているため、分岐角度を小さくすればそれだけ入口部分（主蒸気管との接続部）の端面形状が長半径と短半径の偏差の大きな楕円形状となり、この部分に生じる曲げモーメントが大きくなる。主蒸気管に対する分岐管の分岐角度を小さくした場合に管入口部分に発生する応力を抑えるには、分岐管入口部分の肉厚を増加させたり補強部材を設けたりするのが通常だが、蒸気タービン連絡管の重量増加や板厚増加による熱応力増大の要因になっていた。

本発明は、以上に鑑みなされたものであり、分岐管の肉厚増加や熱応力増大を最小限に抑制しつつ、主蒸気管に対する分岐管の分岐角度を小さくしタービン性能を向上させることができる蒸気タービン連絡管を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、高圧タービン又は中圧タービンの最終段出口から流出する蒸気を複数の低圧タービンへと導く蒸気タービン連絡管において、前記高圧タービン又は中圧タービンの最終段出口と一の低圧タービンの入口とを接続し前記最終段出口から流出する蒸気を前記一の低圧タービンへと導くものであって、ほぼ水平に配設された直管部分の途中に管径を縮小する絞り部を有する主蒸気管と、この主蒸気管から下方に分岐して他の低圧タービンに接続し前記主蒸気管を流れる蒸気の一部を前記他の低圧タービンへと導くものであって、上流端部が前記主蒸気管の絞り部に接続されている少なくとも１つの分岐管とを備えたことを特徴とする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記主蒸気管は、前記直管部分の前記絞り部より下流側の部分の管中心線が前記絞り部より上流側の部分の管中心線よりも上方に偏心していることを特徴とする。

本発明によれば、分岐管の肉厚増加や熱応力増大を最小限に抑制しつつ主蒸気管に対する分岐管の分岐角度を小さくすることができるので、蒸気の圧力損失を低減することができタービン性能を向上させることができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る蒸気タービン連絡管の概略構成を表す断面図、図２は本発明の一実施の形態に係る蒸気タービン連絡管の要部を抽出して表す外観図、図３は図２中のII−II断面による断面図である。
本発明は、高圧又は中圧タービンの出口から出た蒸気を複数の低圧タービンの入口に分配する蒸気タービン連絡管に関するものであるが、本実施の形態では、図１に示したように１つの中圧タービンの最終段出口から流出する蒸気を２つの低圧タービンへと導く場合を代表例として説明する。

図１において、蒸気タービン連絡管１は、中圧タービン５０の最終段出口と第１低圧タービン６０の入口とを接続する主蒸気管１０と、この主蒸気管１０から下方に分岐して第２低圧タービン７０に接続する分岐管２０とを備えている。

主蒸気管１０は、中圧タービン５０の最終段動翼５１から出た蒸気Ｓ１を第１低圧タービン６０へと導くものであって、中圧タービン５０の排気室５２から上方に立ち上る入口部１１、この入口部１１に連続し流路方向をほぼ水平に転向する転向部１２、この転向部１２に連続し中圧タービン５０や低圧タービン６０，７０の軸とほぼ平行に伸びる直管部１３、この直管部１３に連続し流路方向を下方に転向する転向部１４、及びこの転向部１４に連続し第１低圧タービン６０の入口に接続する出口部１５とを備えている。

また、主蒸気管１０は、ほぼ水平に配設された直管部１３の途中に管径を縮小する絞り部１３ａを有しており、絞り部１３ａよりも上流側の大径部１３ｂと絞り部１３ａよりも下流側の小径部１３ｃとにさらに分けられる。小径部１３ｃはその管中心線が大径部１３ｂの管中心線よりも上方に偏心しており、本実施の形態において大径部１３ｂと小径部１３ｃは、上方側の管壁がほぼ一直線状となるように絞り部１３ａを介して連接されている。そして、絞り部１３ａは、その下方側の管壁部分が、直管部１３の中心線と平行な線に対して角度α（０°＜α＜９０°）をもって下流側に流路を縮径するように形成されている。

一方、上記分岐管２０は、主蒸気管１０の直管部１３を流れる蒸気Ｓ２の一部を分流させて第２低圧タービン７０へと導くものであって、その上流端部が主蒸気管１０の直管部１３に設けた絞り部１３ａに接続された入口部２１、及びこの入口部２１に連続し下流側端部が第２低圧タービン７０に接続する出口部２２を備えている。入口部２１は、直管部１３の中心線と平行な線に対して角度θ（０°＜α＜９０°）をもって傾斜させてあり、その内部においては、下方の第２低圧タービン７０に導かれる蒸気Ｓ３が直管部１３を流れるＳ２の流れ方向成分を持つように形成されている。この分岐管２０は、絞り部１３ａの管壁面に対する取り付け角度が直角に近いほど好ましい（つまりα＋θ＝９０°となるとより好ましい）。

以上のように構成した蒸気タービン連絡管１において、中圧タービン５０にて仕事をして中圧最終段動翼５１から流出した蒸気は、中圧排気室５２に流入した後、連絡管１の入口部１１に導入される。入口部１１内を上方に蒸気Ｓ１は、転向部１２でほぼ水平に転向して直管部１３に流入する。直管部１３の大径部１３ｂを流れる蒸気Ｓ２は、一部が絞り部１３ａで流路を絞られて小径部１３ｃに流入しそのまま水平方向に流れ、その他が下方に分流されて分岐管２０の入口部２１に流入する。分岐管２０の入口部２１に流入した蒸気Ｓ３は、出口部２２を介して第２低圧タービン７０へと導かれ、直管部１３の小径部１３ｃに流入した蒸気Ｓ４は、転向部１４で下方に転向し（蒸気Ｓ５）出口部１５を介して第１低圧タービン６０へと流出する。

ここで、一般の蒸気タービン連絡管の概略構成を表す断面図を図４に示す。但し、図４では先の図１と同様の部分又は同様の機能を果たす部分に同符号を付して説明を省略する。
図４に示した蒸気タービン連絡管１’は、分岐管２０’が主蒸気管１０の直管部１３における大径部１３ｂから分岐している。分岐管２０’は、大径部１３ｂの管壁面の下部にほぼ垂直に接続されており（角度θがほぼ９０°）、鉛直下方に延びて第２低圧タービン７０に接続している。

このような構成の場合、分岐管２０’は主蒸気管１０に対してほぼ直角に接続しているため、この蒸気の分流する部分において流通方向を転向する蒸気に大きな圧力損失が発生する。圧力損失を低減するには、図５に示した蒸気タービン連絡管１”に示したように大径部１３ｂに対して分岐角度θが小さくなるように分岐管２０’の入口部２１’を接続すれば良いが、このように直管部１３に対して分岐管２０’を傾斜させて接続すると、分岐管２０’の入口部２１’の大径部１３ｂに対する接続部分の断面形状は、図６（図６は図５中のVI−VI断面）に示したように長半径ａ２と短半径ｂ２の間に大きな偏差がある楕円形状となってしまう。その結果、流通する蒸気による内圧に対して管壁にかかる応力分布が不均一となり、この部分に生じる曲げモーメントが大きくなってしまう。この場合、管を補強する補強部材の大型化や連絡管の肉厚の増加等の対策を要し、このことにより蒸気タービン連絡管の重量増加あるいは板厚増加による熱応力の増大を招く要因となっていた。

それに対し、本実施の形態によれば、中圧タービンの最終段出口から流出する蒸気を少なくとも２車室以上の低圧タービンへと導く蒸気タービン連絡管において、分岐管２０の分岐位置を主蒸気管１０の絞り位置と一致させ、主蒸気管１０の絞り部１３ａの管壁に分岐管２０を接続し、これにより分岐角度θを小さくしている。

つまり、主蒸気管１０の大径部１３ｂや小径部１３ｃと角度αをもって傾斜した絞り部１３ａの下部壁面に接続することで、分岐管２０の分岐角度θを小さくする際、主蒸気管１０の管壁に対する分岐管２０の取り付け角度（α＋θ）を図５の構成例よりも９０°に近付けることができる。その結果、分岐管入口部２１の接続部（例えば溶接部）の断面形状も先に図３に示したように長半径ａ１と短半径ｂ２の偏差の小さな円に近い形状とすることができる。

これにより、分岐管入口部２１に発生する応力を均一化することができ、板圧の増加を最小限に抑え熱応力の増大を抑制しつつ十分な強度を確保することができる。したがって、特別な補強をすることなく、また重量を増加させることもなく、主蒸気管１０に対する分岐管２０の分岐角度θをより小さくすることができ、蒸気流を分岐させることによる圧力損失を低減しタービン性能を向上することができる。

さらに本実施の形態においては、直管部１３の小径部１３ｃが大径部１３ｂよりも中心線が上方に偏心するように絞り部１３ａを形成したことにより、絞り部１３ａでは主に下部側の管壁を傾斜させて流路を絞る構成となるため、絞り部１３ａを略円錐状に形成する場合に比し、絞り部１３ａの絞り角度αをより大きく採ることができる。したがって、分岐角度θを小さくする上でも有利であり、分岐角度θを小さくした場合、分岐管入口部２１の断面を、長半径ａ１と短半径ｂ１の偏差がより小さな円形に近付けることができる。よって、圧力損失の低減や発生応力の均一化により大きなメリットがある。

なお、本実施の形態においては、上述したように絞り部１３ａを挟んで大径部１３ｂの中心線よりも小径部１３ｃの中心線が上方に偏心するように直管部１３を構成したが、図７に示したように、大径部１３ｂ・絞り部１３ａ・小径部１３ｃの中心線が一致するように絞り部１３ａを概略円錐形に構成した場合でも、絞り部１３ａの下部の傾斜面に分岐管２０の入口部２１を接続することで、例えば大径部１３ｂの管壁に傾斜角をもって分岐管入口部を接続する場合に比べて、分岐管入口部の断面を円形に近付けることができ、図１〜図３に示した実施の形態に近い効果を得ることができる。

また、図７に示したように、分岐管２０の入口部２１と出口部２２を角のない滑らかな曲管で接続することで圧力損失のさらなる低減が期待できる。これは絞り部１３ａの出入口であるその両端部でも同様である。

また、以上においては、中圧タービンから出た蒸気を２つの低圧タービンに分流させて導く蒸気タービン連絡管に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、高圧タービンから複数の中圧タービン又は低圧タービンに蒸気を導く蒸気タービン連絡管や、中圧又は高圧タービンから出た蒸気を３つ以上の中圧又は低圧タービンに分流して導く蒸気タービン連絡管にも本発明は適用可能であり同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る蒸気タービン連絡管の概略構成を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る蒸気タービン連絡管の要部を抽出して表す外観図である。 図２中のII−II断面による断面図である。 一般の蒸気タービン連絡管の概略構成を表す断面図である。 一般の蒸気タービン連絡管の要部を抽出して表す外観図である。 図５中のVI−VI断面による断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る蒸気タービン連絡管の要部を抽出して表す外観図である。

符号の説明

１ 蒸気タービン連絡管
１０ 主蒸気管
１３ 直管部
１３ａ 絞り部
１３ｂ 大径部
１３ｃ 小径部
２０ 分岐管
５０ 中圧タービン
５１ 最終段動翼
６０ 第１低圧タービン
７０ 第２低圧タービン
Ｓ１〜５ 蒸気

Claims (2)

1. 高圧タービン又は中圧タービンの最終段出口から流出する蒸気を複数の低圧タービンへと導く蒸気タービン連絡管において、
   前記高圧タービン又は中圧タービンの最終段出口と一の低圧タービンの入口とを接続し前記最終段出口から流出する蒸気を前記一の低圧タービンへと導くものであって、ほぼ水平に配設された直管部分の途中に管径を縮小する絞り部を有する主蒸気管と、
   この主蒸気管から下方に分岐して他の低圧タービンに接続し前記主蒸気管を流れる蒸気の一部を前記他の低圧タービンへと導くものであって、上流端部が前記主蒸気管の絞り部に接続されている少なくとも１つの分岐管と
   を備えたことを特徴とする蒸気タービン連絡管。
2. 請求項１の蒸気タービン連絡管において、前記主蒸気管は、前記直管部分の前記絞り部より下流側の部分の管中心線が前記絞り部より上流側の部分の管中心線よりも上方に偏心していることを特徴とする蒸気タービン連絡管。

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