JP2007303324A - Turbine exhaust system, and its modifying method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はタービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置及びその改造方法に関する。 The present invention relates to a turbine exhaust device that guides exhaust gas after driving a turbine rotor to a condenser and a method for remodeling the same.
復水器を有する蒸気タービン設備は、タービン内部で仕事をした蒸気を排気装置へ排出して、その排気装置内で圧力回復させた後に復水器へ供給している。排気装置による圧力回復幅が大きいと、タービン出口圧力が低くなってタービンの仕事量が増加し、タービンの駆動によって得られるエネルギーは増加する。このように排気装置による蒸気の圧力回復性能はタービンプラント性能に大きく影響を与える。 A steam turbine facility having a condenser discharges steam that has worked inside the turbine to an exhaust device, recovers the pressure in the exhaust device, and then supplies the steam to the condenser. When the pressure recovery width by the exhaust device is large, the turbine outlet pressure is lowered, the work of the turbine is increased, and the energy obtained by driving the turbine is increased. Thus, the pressure recovery performance of the steam by the exhaust device greatly affects the turbine plant performance.
上記のような排気装置には、タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部と連続して設けられたフローガイドと、最終段動翼出口環帯の内周部と連続して設けられたベアリングコーン等から形成された環状流路であって、下流側に向かって断面積が徐々に拡大するディフューザ流路を有するものがある。この種の排気装置には、ディフューザ流路を形成する部材自体の形状(例えば、フローガイドの形状や、ベアリングコーンの形状)を工夫することによってディフューザ流路形状を適正化したものがあり(特許文献1等参照)、排気がディフューザ流路を通過する際に生じる圧力損失を低減させて排気装置の圧力回復性能の向上を図っている。 The exhaust system as described above is provided continuously with the flow guide provided continuously with the outer periphery of the final stage rotor blade outlet ring of the turbine rotor and with the inner periphery of the final stage rotor blade outlet ring. There is an annular flow path formed from a bearing cone or the like, which has a diffuser flow path whose cross-sectional area gradually increases toward the downstream side. Some exhaust devices of this type have optimized the shape of the diffuser flow path by devising the shape of the member itself forming the diffuser flow path (for example, the shape of the flow guide or the shape of the bearing cone) (patented) The pressure recovery performance of the exhaust device is improved by reducing the pressure loss that occurs when the exhaust passes through the diffuser flow path.
ところで、上記のような技術を既設の排気装置に適用する場合、フローガイド若しくはベアリングコーン、又はその両方を交換してディフューザ流路形状を適正化することが考えられる。しかし、その場合の交換作業は、使用材料の量、加工性、施工性等の点からみると、どうしても大掛かりとなってコストがかさんでしまう。また、排気装置全体を交換する場合には、部材のみを交換する場合と比較して、より一層大掛かりな作業になることは言うまでもない。 By the way, when applying the above technique to an existing exhaust system, it is conceivable to optimize the shape of the diffuser flow path by exchanging the flow guide and / or the bearing cone. However, the replacement work in that case is inevitably large and costly in terms of the amount of materials used, workability, workability, and the like. Needless to say, when the entire exhaust device is replaced, the operation is much larger than when only the members are replaced.
本発明の目的は既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く向上させることができるタービン排気装置及びその改造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a turbine exhaust apparatus and a method for remodeling the turbine exhaust apparatus that can efficiently improve the pressure recovery performance of an existing turbine exhaust apparatus.
(1)本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置において、前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記ベアリングコーンに設けられた流路調整部材とを備えるものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine exhaust device that guides exhaust gas after driving a turbine rotor to a condenser, an exhaust indoor casing that contains the turbine rotor, and the turbine rotor A flow guide provided continuously on the outer periphery of the final stage rotor blade outlet ring, a bearing cone provided continuously on the inner periphery of the last stage blade outlet ring, and the bearing cone and the An exhaust chamber outer casing that forms an exhaust chamber connected to the condenser together with an exhaust chamber inner casing, an annular flow path formed by the flow guide and the bearing cone, and driving the turbine rotor to The diffuser flow path for blowing the exhaust gas that has passed through the final stage rotor blade outlet annulus to the exhaust chamber and the effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path are reduced. A plate-like member of order, it is assumed and a flow path adjusting member provided on the bearing cone so as to face the diffuser passage.
(2)本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置において、前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド、前記ベアリングコーン、及び前記排気室外部ケーシングの内壁面のうち前記最終段動翼出口環帯と対向する内部側面によって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記内部側面に設けられた流路調整部材とを備えるものとする。 (2) In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine exhaust device that guides exhaust gas after driving a turbine rotor to a condenser, an exhaust indoor casing that contains the turbine rotor, and the turbine rotor A flow guide provided continuously on the outer periphery of the final stage rotor blade outlet ring, a bearing cone provided continuously on the inner periphery of the last stage blade outlet ring, and the bearing cone and the An exhaust chamber outer casing that forms an exhaust chamber connected to the condenser together with an exhaust chamber inner casing, and the final stage rotor blade outlet ring among the flow guide, the bearing cone, and the inner wall surface of the exhaust chamber outer casing An annular flow path formed by an inner side surface facing the belt, wherein the exhaust gas that has driven the turbine rotor and passed through the final stage blade outlet ring belt is exhausted. A diffuser flow path for blowing into the chamber, and a plate-like member for reducing the effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path, and a flow path adjusting member provided on the inner side surface so as to face the diffuser flow path; Shall be provided.
(3)上記(1)又は(2)は、好ましくは、前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられているものとする。 (3) In the above (1) or (2), preferably, the flow path adjustment member is configured such that an effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path is gradually increased in proportion to a distance from the final stage rotor blade outlet annulus. It is assumed that the bearing cone is provided so as to expand.
(4)上記(1)又は(2)は、好ましくは、前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の排気流通方向における流路断面積の変化を測定した結果に基づいて、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられているものとする。 (4) In the above (1) or (2), preferably, the flow path adjustment member is configured to change the diffuser flow path based on a result of measuring a change in flow path cross-sectional area in the exhaust flow direction of the diffuser flow path. It is assumed that the bearing cone is provided so that its effective flow cross-sectional area gradually increases in proportion to the distance from the final stage rotor blade outlet annulus.
(5)上記(1)から(4)いずれかは、好ましくは、前記流路調整部材は前記タービンロータの回転軸心を中心に放射状に前記ベアリングコーンに取り付けられているものとする。 (5) In any one of the above (1) to (4), preferably, the flow path adjustment member is attached to the bearing cone radially about the rotation axis of the turbine rotor.
(6)上記(1)から(5)いずれかは、好ましくは、前記流路調整部材は前記ベアリングコーンに左右対称に取り付けられていることを特徴とするタービン排気装置。 (6) In any one of the above (1) to (5), preferably, the flow path adjusting member is attached to the bearing cone symmetrically.
(7)本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータを駆動させた後の排気を復水器に導くタービン排気装置の改造方法において、前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路とを備える既設のタービン排気装置の前記ベアリングコーンに、板状の部材である流路調整部材を前記ディフューザ流路に臨むように追設して前記ディフューザ流路の有効流断面積を縮小するものとする。 (7) In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine exhaust device remodeling method that guides exhaust gas after driving a turbine rotor to a condenser, and an exhaust indoor casing that contains the turbine rotor; A flow guide provided continuously on the outer peripheral portion of the last stage rotor blade outlet ring of the turbine rotor, a bearing cone provided continuously on the inner periphery of the last stage rotor blade outlet ring, and this bearing An exhaust chamber outer casing forming an exhaust chamber connected to the condenser together with a cone and the exhaust chamber inner casing, an annular flow path formed by the flow guide and the bearing cone, and driving the turbine rotor A diffuser flow path for blowing the exhaust gas that has passed through the final stage rotor blade outlet annulus to the exhaust chamber. The ring cone, and shall be additionally provided so as to face the flow path adjusting member is a plate-shaped member in the diffuser flow path reduces the effective Nagaredan area of the diffuser flow path.
本発明によれば、既設のタービン排気装置の全体又はこれを構成する部材を交換することなくディフューザ流路形状を適正化できるので、既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く向上させることができる。 According to the present invention, the shape of the diffuser flow path can be optimized without replacing the entire existing turbine exhaust system or the members constituting the turbine exhaust system, so that the pressure recovery performance of the existing turbine exhaust system can be improved efficiently. it can.
以下、図面を用いて本発明のタービン排気装置の実施の形態について説明する。 Embodiments of a turbine exhaust device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態のタービン排気装置の基本構造を模式的に表す側断面図であり、図2は図1中のII−II断面における断面図であり、図3は本発明の実施の形態のタービン排気装置におけるタービン最終段落付近を拡大して詳細に示す側断面図であり、図4は図1中の矢印IV方向から見た矢視斜視断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a basic structure of a turbine exhaust system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along a line II-II in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an enlarged side sectional view showing the vicinity of a turbine final stage in the turbine exhaust device of the embodiment in detail, and FIG. 4 is a perspective sectional view as seen from the direction of arrow IV in FIG.
図示したタービン排気装置は、タービンロータ1を駆動させた後の排気を下方に設けた復水器(図示せず)に排気室出口2を介して導くものである。このタービン排気装置は、タービンロータ1を内包する排気室内部ケーシング(内部ケーシング)3と、タービンロータ1の最終段動翼出口環帯(出口環帯)4(後述)の外周部に連続して設けられたフローガイド5と、出口環帯4の内周部に連続して設けられ、タービンロータ1の軸受(図示せず)を覆うベアリングコーン6と、ベアリングコーン6と排気室内部ケーシング3とともに、復水器に接続する排気室7を形成する排気室外部ケーシング(外部ケーシング)8と、フローガイド5及びベアリングコーン6によって形成される環状流路であって、タービンロータ1を駆動して出口環帯4を通過した排気を排気室7に吹き出させるディフューザ流路9と、ディフューザ流路9の有効流断面積(後述)を縮小するための板状の部材であり、ディフューザ流路9内に臨むようにベアリングコーン6に設けられた流路調整部材40とを備えている。
The illustrated turbine exhaust apparatus guides exhaust gas after driving the
タービンロータ1は、タービンロータ1の周方向に複数配された動翼(図1及び図3では簡略して最終段動翼10のみを示す。)を有している。動翼はここを通過する蒸気によって駆動され、タービンロータ1に軸回転力を与える。
The
内部ケーシング3は内周側に環状に設けられたダイヤフラム11(図3参照)を有し、タービンロータ1を内包している。図3において、ダイヤフラム11は、タービンロータ1からその径方向外側に適当な間隔を介して設けられた内輪13と、この内輪13からタービンロータ1径方向外側に適当な間隔を介して設けられた外輪14とを有している。内輪13と外輪14との間の空間は、蒸気が流通する蒸気流通路15となっており、この蒸気流通路15にはタービンロータ1に配された動翼に対向するように静翼(図3では簡略して最終段静翼16のみを示す)が設けられている。動翼とこれに対応して設けられた静翼とは対となって1つのタービン段落を構成し(最終段動翼10と最終段静翼16は最終段落を構成している)、このようなタービン段落がタービンロータ1の軸方向に沿って所定の間隔で複数連なっている。また、最終段動翼出口環帯4は最終段動翼10の先端径と根元径で形成される環状の開口部であり、蒸気流通路15を通過しながらタービンロータ1を駆動させた後の排気(蒸気)はここを介してディフューザ流路9に流入する。
The
ベアリングコーン6は、軸方向における一方端部が出口環帯4の内周部に連続して設けられ、他方端部が外部ケーシング8の内壁面のうち出口環帯4と対向する内部側面17まで延びており、軸方向の断面形状が内部側面17に向かうにつれて徐々に大きくなるような錘状部材である。また、ベアリングコーン6の内部にはタービンロータ1の軸を支持する軸受(図示せず)が設けられている。
The
フローガイド5は、軸方向における一方端部が出口環帯4の外周部に連続して設けられ、他方端部が排気室7中に臨むように設けられており、ベアリングコーン6の出口環帯4の一部を外周から取り囲むように配されている。
The
ディフューザ流路9は、ベアリングコーン6とフローガイド5とによって形成される環状流路であり、排気流通方向の下流側に向かって徐々に流路断面積が拡大する形状を成している。このディフューザ流路9は、タービンロータ1を駆動して最終段動翼10の出口環帯4を通過した排気を復水器に向かって吹き出させている。出口環帯4から排出された蒸気(排気)は、前記のように徐々に拡大するディフューザ流路9を通過しながら減速する一方で、その減速分のエネルギーを圧力に変換することにより圧力回復される。ディフューザ流路9における圧力回復幅を向上させると、タービン出口圧力が低くなってタービンの仕事量が増加するので、タービンの駆動によって得られるエネルギーが増加する。タービンプラント性能を向上させるために排気装置(排気室)の圧力回復性能を改良する方法が様々研究されているが、その中でもディフューザ流路9を適正化することが特に効果的であることが知られている。
The
ここで流路調整部材40について詳しく説明する。
Here, the flow
図4において、流路調整部材40は、ディフューザ流路9の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、ベアリングコーン6に取り付けられている方の端面(取り付け端面)が取り付け箇所におけるベアリングコーン6の曲面に沿うように成形されており、取り付け端面の反対側に位置し流路9内に臨む端面が有効流断面積を縮小するために必要な分だけディフューザ流路9の流路中心方向に突き出すように成形されている。この調整部材40は、あくまで板状であるので幾何学形状としての流路断面積を積極的に縮小するものではないが、排気が通過する際の障害物としては効果的に作用するので流路内に形成される排気流(蒸気流)の断面積(有効流路断面積)を縮小することができる。この調整部材40は、ディフューザ流路9の排気流通方向における流路断面積変化の測定結果(後述)に基づいて成形・配置され、ディフューザ流路9の有効流断面積が出口環帯4からの距離に比例して徐々に拡大するようにベアリングコーン6に設けられており、例えば溶接等によってベアリングコーン6の周方向に適宜の枚数が取り付けられている。なお、図4においては、簡略して調整部材40を3枚(40a,40b,40c)のみ示す。
In FIG. 4, the flow
調整部材40は、1枚のみ取り付けても有効流断面積を縮小する効果を発揮するが、通常は、図4における調整部材40a〜40cのように、ベアリングコーン6の周方向に所定の間隔で複数枚の調整部材40を並列して取り付ける。このように適当な間隔で並列して取り付けると、ベアリングコーンを交換する場合と比較して容易に有効流断面積を縮小することができる。これは、排気流が流体として有する粘性の作用を利用するものであり、部材40の取り付け間隔を適当に調整するとその間隙に排気流が流れ込みにくくなり、ベアリングコーンを交換して流路断面積を縮小させた場合と同様の効果を数枚の調整部材40だけで容易に得ることができる。このように、本実施の形態では、既設のベアリングコーン6に調整部材40を追設するだけでベアリングコーン6を交換することなく有効流断面積を縮小することができるので、既設の排気装置の圧力回復性能を向上させる改造が容易にできる。
Even if only one
調整部材40は、好ましくは、調整部材40a〜40cのように、板面がタービンロータ1径方向に倣うように、タービンロータ1の回転軸心に対して放射状にベアリングコーン6に取り付けると良い。これは排気(蒸気)が出口環帯4からタービンロータ1の回転軸心に対して放射状に排出されることを考慮したものであり、このように配列するとディフューザ流路9内で排気の速度成分が変更されて、圧力損失が発生したりすることを抑制することができる。
The
また、調整部材40は、好ましくは、調整部材40b,40cのように、ベアリングコーン6に対して配置と形状が左右対称となるように取り付けるとよい。これは、一般的に、ディフューザ流路9がタービンロータ1の回転軸心を通過する鉛直な直線を対称軸として線対称(左右対称)に形成されているからであり、このように構成すると流路7内で乱流が発生することを抑制できる。図4においては、調整部材40bと調整部材40cがベアリングコーン6にそれぞれ左右対称かつ放射状に取り付けられている。
Further, the
なお、排気流の流れの解析結果等からディフューザ流路9内において左右非対称な流れが発生していることが判明した場合には、上記のような放射状配置や対称配置をすることなく、乱流を解消するように調整部材40を適宜配置すれば、乱流を解消しながら有効流断面積を調整することもできる。
In addition, when it is found from the analysis result of the flow of the exhaust flow or the like that a left-right asymmetric flow is generated in the
次に、図5から図9を用いて、ディフューザ流路9の排気流通方向における流路断面積変化の計測方法、及び流路調整部材40の取り付け箇所の特定方法について説明する。
Next, a method for measuring a change in the cross-sectional area of the flow passage in the exhaust flow direction of the
ここでは流路断面積の計測方法の理解を容易にするために、ディフューザ流路9の流路形状はタービンロータ1の回転軸心を中心としてロータ1の周方向に対称であり、その流路内の排気流も同じであると仮定し、このような仮定によって簡略化したディフューザ流路9Aにおいて排気流の主流(後述)に直交する流路断面を定義し、その断面積の変化を計測するものとする。
Here, in order to facilitate understanding of the method of measuring the cross-sectional area of the flow path, the flow path shape of the
図5は本発明の実施の形態におけるディフューザ流路9下半側をタービンロータ1の回転軸心を通る鉛直面で切断した断面図であり、図6は図5に示した断面図に流路断面積の計測位置の一例を付した図であり、図7は本発明の実施の形態における簡略化したディフューザ流路9Aの内部空間を立体的に表したものを示す図であり、図8は本発明の実施の形態における簡略化したディフューザ流路9Aの流路断面積の変化を表す図であり、図9は本発明の実施の形態における流路調整部材追設後の簡略化したディフューザ流路9Aの有効流断面積の変化を表す図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the lower half side of the
図5において、円Rk(k=1,2,3,・・・,n)は、フローガイド5の切断面5S及びベアリングコーン6の切断面6Sの両方に内接する円であり、切断面5Sとは接点Fkにおいて、切断面6Sとは接点Bkにおいて接している。主流点Pkは接点Bkと接点Fkとを結んだ直線Lkの中点である。このように定める主流点Pkを、図6に示すように、ディフューザ流路9の開始部である出口環帯4(P1)からディフューザ流路9の終了部(Pn)に至るまで適当な間隔で設定する。ここで主流とはディフューザ流路9内においてフローガイド5及びベアリングコーン6から等距離のところを流れる排気流のことを指し、上記主流点Pkは主流上に位置する点である。
In FIG. 5, a circle Rk (k = 1, 2, 3,..., N) is a circle inscribed in both the cut surface 5S of the
このように主流点Pを設定すると、ディフューザ流路9Aの開始部からk番目に位置する主流点Pkにおける流路断面積(Skとする)は、直線Lkをタービンロータ1の回転軸心回りに回転させて得ることができる回転体の面積となる。図7(c)に示した立体は、主流点P1〜Pnの間隔を極限まで小さくして各点における回転体を求め、その各回転体を滑らかに繋げたものであり、図7(a)はその側面図、図7(b)はその断面図である。即ち、この立体は簡略化したディフューザ流路9Aの内部空間を示している。
When the main flow point P is set in this way, the flow path cross-sectional area (referred to as Sk) at the k-th main flow point Pk from the start portion of the diffuser flow path 9A has a straight line Lk around the rotation axis of the
各主流点Pkにおける流路断面積Skを上記のように算出し、ディフューザ流路9の排気流通方向における流路断面積Sの変化をまとめたものが図8である。図8において、横軸は出口環帯4(開始点P1)からの距離を示し、縦軸は各主流点における流路断面積Sを示す。図8中の流路断面積Sは、ディフューザ流路9Aの開始部(P1)から終了部(Pn)に向かって概ね比例して拡大している(比例部30)が、一部、流路断面積が急拡大してグラフの形状が上に凸になっている部分(凸部)31が見られる。
FIG. 8 shows a summary of changes in the channel cross-sectional area S in the exhaust flow direction of the
本発明の発明者らは、ディフューザ流路の有効流断面積が出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するようにディフューザ流路を形成すれば、排気がディフューザ流路を通過する際に生じる圧力損失を低減できることを知見した。この知見に基づくと、前記の比例関係が成立していない図8中の凸部31は、流路断面積が急拡大して有効流断面積も急拡大するため排気流に圧力損失が生じている箇所であり、流路調整部材40を設けて有効流断面積を縮小すべき箇所(断面積調整箇所)であると特定できる。
The inventors of the present invention can form the diffuser flow path so that the effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path gradually increases in proportion to the distance from the exit annulus, and the exhaust gas passes through the diffuser flow path. It has been found that the pressure loss generated in can be reduced. Based on this knowledge, the
このように特定した断面積調整箇所に流路調整部材40をベアリングコーン6の周方向に放射状かつ左右対称に複数取り付ける。取り付ける各流路調整部材40の形状は、前述した方法によって計測した流路断面積の変化を目安にして決定する。計測結果が図8のようになった本実施の形態の場合には、凸部31の形状に合わせて、排気流の上流側では先太るような形状に、排気流の下流側では先細るような形状に流路調整部材40を成形すると良い。図9に流路調整部材40追設後のディフューザ流路9Aの有効流断面積の変化を表す。図9において、流路調整部材40を追設したことにより図8中で凸部31となっていた部分が無くなり、有効流断面積が出口環帯4からの距離に比例して徐々に拡大するような流路が形成されている。また、流路調整部材40の形状、取り付け位置、及び取り付け枚数を更に最適化する際には、ディフューザ流路9内における排気流の数値解析を行い、その解析結果に基づき微調整を加えることにより最終的な形状等を決定すると良い。
A plurality of flow
なお、以上においては、簡略化した流路断面積の計測方法を用いて説明してきたが、流路断面積をより正確に計測しても勿論良い。この場合には、例えば、図5のようなディフューザ流路9の一部分の断面を利用して、主流点Pkにおける接点Bkと接点Fkの距離(即ち、直線Lkの長さ)を算出し、これをディフューザ流路9のタービンロータ1の周方向における全ての断面について個別に算出し、その結果を合計すれば、Pkにおける流路断面積をより正確に算出できる。このようにディフューザ流路9の全周に渡って正確な流路断面積を求めてディフューザ流路9の流路断面積の変化を明確にすれば、その断面積変化に基づいて正確な調整部材の形状、配置位置、配置枚数等を特定することができる。これにより一層ディフューザ流路9における圧力低減を低減することができ、排気装置の圧力回復性能を向上することができる。
In the above description, the simplified method for measuring the channel cross-sectional area has been described. However, the channel cross-sectional area may be measured more accurately. In this case, for example, the distance between the contact point Bk and the contact point Fk at the main flow point Pk (that is, the length of the straight line Lk) is calculated using a cross section of a part of the
次に本実施の形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
配置等を考慮しても流路を比較的長く設定できるような一般的なディフューザ流路の最適化の研究は実験を主体に従来から行われており、圧力回復を効果的に行わせるための条件について詳しく検討されている。一方、本実施の形態で対象としているようなタービン排気装置内のディフューザ流路の場合、建屋の制限や他の装置との配置等の関係上、タービンロータ軸方向に排出される蒸気の進行方向を非常に短い距離で復水器の設置された下方側に転向させながら圧力回復させる必要がある。そのため上記の一般的なディフューザ流路の最適化条件を直接適用することができず、フローガイドの形状やベアリングコーンの形状を工夫することにより性能向上が行われてきた。 Research on optimizing a general diffuser flow path that can set the flow path relatively long even when considering the arrangement etc. has been conducted mainly by experiments so far to make pressure recovery effective. The conditions are discussed in detail. On the other hand, in the case of the diffuser flow path in the turbine exhaust device as the target in the present embodiment, the traveling direction of the steam discharged in the axial direction of the turbine rotor due to the restriction of the building and the arrangement with other devices It is necessary to recover the pressure while turning to the lower side where the condenser is installed at a very short distance. Therefore, the above general conditions for optimizing the diffuser channel cannot be directly applied, and performance has been improved by devising the shape of the flow guide and the shape of the bearing cone.
ところで、過去から用いられている既設のタービンプラントの排気装置におけるディフューザ流路部は、主に実験を主体に改良が施されてきたものが多く、数値解析等が発達した現在の視点から再検討すると改善の余地が残されていることが少なくない。 By the way, many of the diffuser flow passages in the exhaust systems of existing turbine plants that have been used in the past have been improved mainly through experiments, and have been re-examined from the current point of view where numerical analysis has developed. In many cases, there is still room for improvement.
このような既設の排気装置のディフューザ流路部の根本的な改善策として上記のように形状を工夫したベアリングコーン等の部材を利用する場合には、フローガイド若しくはベアリングコーン、又はその両方を交換してディフューザ流路形状を適正化することが考えられる。しかし、その場合の交換作業は、使用材料の量、加工性、施工性等の点からみると、どうしても大掛かりとなってコストがかさんでしまう。また、排気装置全体を交換する場合には、部材のみを交換する場合と比較して、より一層大掛かりな作業になることは言うまでもない。 When using a member such as a bearing cone whose shape has been devised as described above as a fundamental improvement measure for the diffuser flow path of such an existing exhaust system, replace the flow guide or the bearing cone or both. Thus, it is conceivable to optimize the shape of the diffuser flow path. However, the replacement work in that case is inevitably large and costly in terms of the amount of materials used, workability, workability, and the like. Needless to say, when the entire exhaust device is replaced, the operation is much larger than when only the members are replaced.
これに対して、本実施の形態のタービン排気装置は、ディフューザ流路9の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、ベアリングコーン6に設けられた流路調整部材40を備えている。このように流路調整部材40をディフューザ流路9に設けると有効流断面積を縮小することによって既設のタービン排気装置の全体又はこれを構成する部材を交換することなくディフューザ流路形状を適正化して圧力損失を低減できるので、既設のタービン排気装置の圧力回復性能を効率良く向上させることができる。
On the other hand, the turbine exhaust device of the present embodiment is a plate-like member for reducing the effective flow cross-sectional area of the
また、流路調整部材40の取り付け作業の施工性を更に向上させるためには、ベアリングコーン6と外部ケーシング8を直接結合することを避け(例えば、ベアリングコーン6が内部側面17に近接する部分において、両部材6,8を溶接等で接合することを避ける。)、両部材6,8が互いに独立した部材となるように構成すると良い。このように構成すると、取り付け作業の際にベアリングコーン6に加えられる外力(例えば、荷重や熱ひずみ)が外部ケーシング8に容易に伝わることが避けられ、事後的にその外力が外部ケーシング8に残留しないように処置する作業(例えば、外部ケーシング8全体を熱して徐々に冷やして熱ひずみを取る。)が不要若しくは軽減するので、取り付け作業の施工性を向上することができる。また、排気室7を構成する外部ケーシング8内は圧力が低くなるため熱ひずみ等の残留応力が生じると損傷する可能性が高くなるが、上記のように構成すれば、そのような損傷の可能性も低減することができるので、改造後も排気装置の信頼性を維持することができる。この点について、上記した部材交換によってディフューザ流路形状を適正化する技術が、交換作業の際にフローガイドやベアリングコーン等を支持するガイド鋼材を内部ケーシングや外部ケーシングから切り離す作業によって外部ケーシング等に熱ひずみを残留させる場合があることを鑑みても、本実施の形態が優れた効果を発揮することが指摘できる。
Further, in order to further improve the workability of the mounting operation of the flow
また、本実施の形態の流路調整部材40は、形状に充分注力して製作する交換用部材を利用する場合と比較して、加工が容易な板状の部材を利用しているので製作が容易であり、また、ベアリングコーン6の周方向に所定間隔を介して複数配せば有効流断面積を縮小する効果を奏するので使用材料量も低減することができる。
In addition, the flow
さらに、本実施の形態の流路調整部材40は、ディフューザ流路9の排気流通方向における流路断面積の変化を測定した結果に基づいて、ディフューザ流路9の有効流断面積が出口環帯4からの距離に比例して徐々に拡大するようにベアリングコーン6に設けられている。このように流路断面積変化の測定結果を基に、出口環帯4からの距離と流路断面積との関係が比例関係から外れて急拡大している箇所を調整部材40の取り付け箇所であると特定し、さらに、両者の関係が他の箇所と同様な比例関係になるように、部材40の形状や個数を決定することによって、より的確かつ効果的に排気装置の性能を向上させることができる。
Furthermore, the flow
以上においては、ディフューザ流路9がベアリングコーン6とフローガイド5によって構成されるものに限って説明してきたが、外部ケーシング8の一部である上記内部側面17がディフューザ流路9の一部を構成し、その周辺で流路断面積が上記のように急拡大しているような場合もある。このような場合には、ベアリングコーン6に取り付ける場合と同様に内部側面17に流路調整部材40を取り付ければ、上記同様、有効流断面積を適正化することができる。なお、内部側面17に直接流路調整部材40を溶接等で取り付ける際には、外部ケーシングに熱ひずみが残留しないように処置(例えば、外部ケーシング8全体を熱して徐々に冷やしてひずみを取る。)をすることが必要となる。このような処置を避けてさらに施工性を向上させるには、例えば、外部ケーシング8に調整部材40を直接取り付けることを避けて、内部側面17の排気室7側(内側)に調整部材40を取り付けるための板部材(取り付け部材)を外部ケーシング8とは独立している部材に接合(例えば溶接)し、この取り付け部材を介して調整部材40を適宜取り付けても良い。なお、このように外部ケーシング8に調整部材40を取り付ける場合(又は、上記取り付け部材を介して取り付ける場合)としては、ベアリングコーン6に相当する部材(錘状の形状を有するタービンロータ1の軸受カバー部材)が備えられていない排気装置も含まれる。
In the above description, the
1 タービンロータ
3 排気室内部ケーシング
4 最終段動翼出口環帯
5 フローガイド
6 ベアリングコーン
7 排気室
8 排気室外部ケーシング
9 ディフューザ流路
10 最終段動翼
11 ダイヤフラム
15 蒸気流通路
16 最終段静翼
17 内部側面
30 比例部
31 凸部
40 流路調整部材
P 主流点
S 流路断面積
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、
前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、
前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、
このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、
前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、
このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記ベアリングコーンに設けられた流路調整部材とを備えることを特徴とするタービン排気装置。 In a turbine exhaust device that guides exhaust after driving a turbine rotor to a condenser,
An exhaust chamber inner casing containing the turbine rotor;
A flow guide provided continuously on the outer periphery of the last rotor blade outlet ring of the turbine rotor;
A bearing cone provided continuously on the inner periphery of the final stage rotor blade outlet annulus,
An exhaust chamber outer casing that forms an exhaust chamber connected to the condenser, together with the bearing cone and the exhaust chamber inner casing,
An annular flow path formed by the flow guide and the bearing cone, the diffuser flow path for driving the turbine rotor and blowing the exhaust gas that has passed through the final stage rotor blade outlet ring zone into the exhaust chamber;
A turbine exhaust comprising a plate-like member for reducing an effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path, and a flow path adjusting member provided on the bearing cone so as to face the diffuser flow path apparatus.
前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、
前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、
前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、
このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに、前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、
前記フローガイド、前記ベアリングコーン、及び前記排気室外部ケーシングの内壁面のうち前記最終段動翼出口環帯と対向する内部側面によって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路と、
このディフューザ流路の有効流断面積を縮小するための板状の部材であり、前記ディフューザ流路に臨むように前記内部側面に設けられた流路調整部材とを備えることを特徴とするタービン排気装置。 In a turbine exhaust device that guides exhaust after driving a turbine rotor to a condenser,
An exhaust chamber inner casing containing the turbine rotor;
A flow guide provided continuously on the outer periphery of the last rotor blade outlet ring of the turbine rotor;
A bearing cone provided continuously on the inner periphery of the final stage rotor blade outlet annulus,
An exhaust chamber outer casing that forms an exhaust chamber connected to the condenser, together with the bearing cone and the exhaust chamber inner casing,
An annular flow path formed by an inner side surface of the flow guide, the bearing cone, and the inner wall surface of the exhaust chamber outer casing facing the final stage blade exit annular zone, and driving the turbine rotor A diffuser flow path for blowing the exhaust gas that has passed through the final stage rotor blade outlet annulus to the exhaust chamber;
Turbine exhaust comprising a plate-like member for reducing an effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path, and a flow path adjusting member provided on the inner side surface so as to face the diffuser flow path apparatus.
前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられていることを特徴とするタービン排気装置。 The turbine exhaust device according to claim 1 or 2,
The flow path adjusting member is provided in the bearing cone so that an effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path gradually increases in proportion to a distance from the final stage rotor blade outlet annulus. Turbine exhaust system.
前記流路調整部材は、前記ディフューザ流路の排気流通方向における流路断面積の変化を測定した結果に基づいて、前記ディフューザ流路の有効流断面積が前記最終段動翼出口環帯からの距離に比例して徐々に拡大するように前記ベアリングコーンに設けられていることを特徴とするタービン排気装置。 The turbine exhaust device according to claim 1 or 2,
The flow path adjusting member has an effective flow cross-sectional area of the diffuser flow path from the final stage rotor blade outlet annulus based on a result of measuring a change in flow cross-sectional area in the exhaust flow direction of the diffuser flow path. A turbine exhaust device provided in the bearing cone so as to gradually expand in proportion to a distance.
前記流路調整部材は前記タービンロータの回転軸心を中心に放射状に前記ベアリングコーンに取り付けられていることを特徴とするタービン排気装置。 The turbine exhaust device according to any one of claims 1 to 4,
The turbine exhaust apparatus according to claim 1, wherein the flow path adjusting member is attached to the bearing cone radially about the rotation axis of the turbine rotor.
前記流路調整部材は前記ベアリングコーンに左右対称に取り付けられていることを特徴とするタービン排気装置。 The turbine exhaust device according to any one of claims 1 to 4,
The turbine exhaust device according to claim 1, wherein the flow path adjusting member is attached to the bearing cone symmetrically.
前記タービンロータを内包する排気室内部ケーシングと、前記タービンロータの最終段動翼出口環帯の外周部に連続して設けられたフローガイドと、前記最終段動翼出口環帯の内周部に連続して設けられたベアリングコーンと、このベアリングコーンと前記排気室内部ケーシングとともに前記復水器に接続する排気室を形成する排気室外部ケーシングと、前記フローガイド及び前記ベアリングコーンによって形成される環状流路であって、前記タービンロータを駆動して前記最終段動翼出口環帯を通過した排気を前記排気室に吹き出させるディフューザ流路とを備える既設のタービン排気装置の前記ベアリングコーンに、
板状の部材である流路調整部材を前記ディフューザ流路に臨むように追設して前記ディフューザ流路内の有効流断面積を縮小することを特徴とするタービン排気装置の改造方法。 In the modification method of the turbine exhaust device for guiding the exhaust after driving the turbine rotor to the condenser,
An exhaust chamber casing that encloses the turbine rotor, a flow guide continuously provided on the outer periphery of the final stage rotor blade outlet ring of the turbine rotor, and an inner periphery of the final stage rotor blade outlet ring A bearing cone provided continuously, an exhaust chamber outer casing that forms an exhaust chamber connected to the condenser together with the bearing cone and the exhaust chamber inner casing, an annular formed by the flow guide and the bearing cone In the bearing cone of the existing turbine exhaust device, which is a flow path, and includes a diffuser flow path that drives the turbine rotor and blows the exhaust gas that has passed through the final stage rotor blade outlet ring zone into the exhaust chamber,
A turbine exhaust device remodeling method characterized in that a flow path adjusting member, which is a plate-like member, is additionally provided so as to face the diffuser flow path to reduce an effective flow cross-sectional area in the diffuser flow path.
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