JP2010048216A

JP2010048216A - 蒸気タービンの主蒸気流入部

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Publication number: JP2010048216A
Application number: JP2008214894A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamauchi; 崇山内; Eiji Watabe; 英二渡部
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】主蒸気止め弁と組み合わせてタービンの主蒸気流入部に配備した蒸気加減弁の構造，配置について、弁ケーシングおよびケーシングの軽量，コンパクト化、およびコスト低減化が図れるように改良した蒸気タービンの主蒸気流入部を提供する。
【解決手段】主蒸気止め弁９と組み合わせた蒸気加減弁１０をタービン車室の内外ケーシング１，２に直截してその蒸気流入口に連結し、前記主蒸気止め弁，蒸気加減弁を経て流入する主蒸気をタービンの翼列５に導入する蒸気タービンの主蒸気流入部において、単体の蒸気加減弁（口径２００mm）１０と主蒸気止め弁９を１個ずつ対にして一体構造の弁ケーシング１２に組み込んだ構成になる複数組（二組）の蒸気弁組立体を上下，左右対称位置に配置してタービン車室の周上に直截し、この位置で各組別に蒸気加減弁１０の蒸気出口をタービンケーシングの上半部，下半部の周上に開口した蒸気流入口に連通させて連結する。
【選択図】図１

Description

この発明は、発電と工場用蒸気供給機能を備えた中容量の自家用蒸気タービンを対象とした蒸気タービンの主蒸気流入部に関し、詳しくは主蒸気流入部のタービンケーシングに搭載した直截型の蒸気加減弁，および該蒸気加減弁に組み合わせた主蒸気止め弁の配置構造に係わる。

頭記した中容量の蒸気タービン（出力範囲２０〜１８０ＭＷ程度）について、昨今では顧客のニーズに対応した仕様の蒸気タービンを短納期で提供するために、蒸気タービンを標準化した数個のコンポーネントに別けて設計，製作する「ブロックデザインシステム」が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。

次に、前記の非特許文献１に開示されている蒸気タービン（型式：１段抽気復水式）の構造を図４に示す。図４において、１はタービン車室を構成する外部ケーシング、２は内部ケーシング、３は低圧ケーシング、４はタービンロータ、５は高圧，中圧段の反動段翼、６は低圧翼、７は前部軸受個、８は後部軸受個、９は主蒸気止め弁、１０はタービンの主蒸気流入部に配した蒸気加減弁、１１は高圧段／低圧段の間に配した抽気加減弁であり、これら蒸気弁はタービンケーシングに直截して設置されている。なお、図４における主蒸気流入部を構成する高圧段の内，外ケーシング、および蒸気弁の弁ケーシングの各部品は鋳造品、低圧段は鋼板製で構成されている。

ここで、タービンの主蒸気流入部に装備されている直截型の蒸気加減弁１０について、従来の蒸気タービンでは口径（弁座のスロート内径）が１５０mmの蒸気加減弁を標準品として採用し、蒸気タービンの仕様に合わせて所要個数の蒸気加減弁１０を図５，図６の例で表すように左右に配列してタービンケーシングの頂部に搭載した上で、各蒸気加減弁１０の蒸気出口を個別にタービンの内部ケーシング２の周上に開口した主蒸気流入口に連通させ、前記の主蒸気止め弁９，蒸気加減弁１０を経てボイラから流入する高温，高圧の主蒸気をタービンの翼列（衝動タービンでは初段ノズル、反動タービンでは初段の反動翼）へ導入するよう構成している（例えば、特許文献１参照）。なお、図５，図６において、１２は左右に並ぶ複数個の蒸気加減弁１０を一括して組み込んだ共用の弁ケーシング（弁箱）、１３は上下二分割構造になる外部ケーシング１，内部ケーシング２の上半部と下半部の合わせ面を結合するフランジボルトである。
吉江耕也、他２名、"富士電機の標準中容量蒸気タービン「ＦＥＴシリーズ」"、富士時報、富士電機ホールディング株式会社、２００５年、ｖｏｌ７８、Ｎｏ２、ｐ１２１−１２５、［0nline］、［平成２０年７月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： http://www.fujielectric.co.jp/company/jihou_archives/pdf/78-02/FEJ-78-02-121-2005.pdf＞特開平９−１０５３１１号公報

最近になり、淡水化プラントに併設する自家用蒸気発電プラントの需要が増えており、このようなプラントに適用する蒸気タービンでは、淡水化プラントに向けて大量の蒸気量を送るために蒸気タービンの呑み込み蒸気流量を、一例として５４０ｔ／ｈ（発電専用プラントの蒸気タービン）から例えば９００ｔ／ｈに増量する必要がある。

ところで、前記のように呑み込み蒸気流量の増量化に合わせて蒸気タービンの主蒸気流入部に装備する蒸気加減弁（口径：１５０mmの標準品）の設置個数を増やすと、次記のような課題が生じる。

すなわち、図５，図６のように、タービンケーシング１，２の頂部に直截した共用の弁ケーシング１２に複数個の蒸気加減弁（口径：１５０mmの標準品）１０を左右に並べて組み込み、さらにこの弁ケーシング１２の両端に主蒸気止め弁９を組み合わせた上で、各蒸気加減弁１０の蒸気出口を車室の内部ケーシング２に開口した蒸気流入口と個々に連通させるようにした従来構造の主蒸気流入部では、蒸気弁組立体の横幅寸法が拡大してタービン設備の基礎面積が大きくなる。

また、複数個の蒸気加減弁１０を左右に並べて組み込んだ共用の弁ケーシング１２は、ケーシングの胴部が左右に長い扁平な中空構造となり、通常の単弁用ケーシング（弁箱）のように強度的に最も有利である球殻構造を採用することができない。このことから、温度，圧力的にも最も厳しい条件に曝される蒸気加減弁に対して所要の弁箱強度を確保するには、共用の弁ケーシング１２の肉厚を厚くする必要があるために弁ケーシング（鋳造品）の重量が増してコスト高となる。

さらに、主蒸気流入部のタービン車室を構成する内，外のケーシング１，２についても、左右に並ぶ蒸気加減弁１０の個数に相応してケーシングの内容積，受圧面積が増えることから、所要の強度を確保するためにケーシング１，２の肉厚を増す必要があるほか、その上半部と下半部との合わせ面を結合するフランジボルト１３もサイズアップするなどして製作コストがアップする。

そのほか、図６のように車室の内部ケーシング２に対して、複数個の蒸気加減弁１０を通じて流入する主蒸気を全てケーシング２の上半分部側から流すように配置した構成では、個々の蒸気加減弁１０から流入する蒸気量の半分をケーシングの下半部周域から翼列５に向けて導入する必要があるため、必然的に内部ケーシング２の合わせ面蒸気通過面積，受圧面積が増し、このために車室を構成するケーシング１，２のサイズ，重量がさらに増大するようになる。

一方、従来の中容量蒸気タービンに採用していた標準の蒸気加減弁（口径１５０mm）を大口径の蒸気加減弁に変更すれば、蒸気加減弁の設置個数を増加させずにタービン呑み込み蒸気流量の増量化が可能となる。そこで、発明者等は口径１５０mmの蒸気加減弁を例えば４個使用する代わりに、口径２００mmの蒸気加減弁を２個使用することを前提にした新しい開発モデルのタービン設計を進め、この新規開発モデルについてケーシングの強度，重量，サイズ、および製作コストなど様々な角度から検討，評価を試みた。

図７はそのモデル開発で検討した設計例であり、この試案モデルでは主蒸気止め弁９と口径２００mmの蒸気加減弁１０を対にした２組の蒸気弁を左右に配置して共用の弁ケーシング１２に一括組み込んでなる蒸気弁組立体をタービン車室のケーシング頂部に直截し、ここで各組の蒸気加減弁１０の蒸気出口をタービンケーシング１，２の上半部に開口した蒸気流入口に連通させように連結している。

この構成では、口径１５０mmの蒸気加減弁を４個左右に並べて使用した従来構造（図６参照）と比べ、タービンケーシングの上半部における蒸気流入口の横幅が縮小して主蒸気流入部のコンパクト化が図れるものの、図６で述べた従来構造と同様に、２個の蒸気加減弁を左右に並べて組み込む共用の弁ケーシング（鋳造品）１２はその胴部が横長な中空構造体となる。そのために、強度不足を補うには弁ケーシング１２の厚肉化が避けられない。さらに、左右に並ぶ蒸気加減弁１０を通じてタービンケーシングに流入する主蒸気量の半分をケーシングの下半部周域から翼列５に向けて導入させるために内部ケーシング２の合わせ面蒸気通過面積，受圧面積が増加する。その結果、タービンケーシング１，２の肉厚，重量が増大してコスト高となることが判明した。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、淡水化プラントに併設する自家用発電プラントなどに適用する中容量の蒸気タービンについて、主蒸気止め弁と組み合わせてタービンの主蒸気流入部に配備した蒸気加減弁、およびその弁ケーシングの構造，配置を見直し、弁ケーシングおよびタービン車室を構成するケーシングの軽量，コンパクト化、コスト低減化が図れるように改良した蒸気タービンの主蒸気流入部の構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明によれば、主蒸気止め弁と組み合わせた蒸気加減弁をタービンケーシングに搭載してその蒸気流入口に連結し、前記主蒸気止め弁，蒸気加減弁を経て流入する主蒸気をタービンの翼列に導入する蒸気タービンの主蒸気流入部において、
前記蒸気加減弁と主蒸気止め弁を１個ずつ対にして一体構造の弁ケーシングに組み込んだ上で、該弁ケーシングをタービンケーシングに搭載してその蒸気流入口に蒸気加減弁の蒸気出口を連通させるように連結する（請求項１）。なお、この蒸気加減弁には口径２００mmの蒸気加減弁を採用する（請求項２）。

また、タービン車室に複数個の蒸気加減弁を設置して主蒸気を導入する場合には、蒸気加減弁と主蒸気止め弁を１個ずつ対にして一体構造の弁ケーシングに組み込んだ構成になる複数組の蒸気弁組立体を上下，左右対称位置に配置してタービンケーシングに搭載し、この搭載位置で各組別に蒸気弁組立体の蒸気出口をタービンケーシングの上半部，下半部の周上に振り分けて開口した蒸気流入口に連通させるように連結する（請求項３）。

上記構成により、次記の効果を奏することができる。

まず、単体の蒸気加減弁と主蒸気止め弁を１個ずつ対にして弁ケーシングに組み込んだ蒸気弁組立体をタービン車室のケーシングに搭載した構成（請求項１）により、温度，圧力的にも最も厳しい条件に曝される蒸気加減弁の弁箱部を球殻構造に形成して強度の高い弁ケーシングを構成することができる。

これにより、弁ケーシングの厚肉化，重量増加を伴うことなしに、大口径（例えば口径２００mm）の蒸気加減弁を組み込んで使用することが可能となり、口径１５０mmの蒸気加減弁を複数個組み合わせてタービン車室に搭載した従来構造（図５，図６参照）と比べ、蒸気加減弁の設置個数を半減して主蒸気流入部をコンパクトに設計できる。

また、主蒸気止め弁と蒸気加減弁を１個ずつ対にして組立てた複数組の蒸気弁組立体をタービンケーシングに対し上下，左右対称に配置した上で、各組別に蒸気弁組立体の蒸気出口をケーシングの上半部，下半部の周上に開口した蒸気流入口に連通させて主蒸気を流入させるようにした構成（請求項３）を採用することにより、上下二分割構造になるタービンケーシングの上半部とした半部の合わせ面部に蒸気通過面積を確保する必要がなくなる。これにより、タービンケーシングの軽量，コンパクトな設計が可能となるほか、タービンケーシングの上半部と下半部の温度差、およびこの温度差に起因する熱的変形の影響も低減できて強度面での信頼性が向上する。

以下、この発明の請求項１および２に対応する実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１は蒸気タービンの主蒸気流入部の縦断正面図、図２は図１における蒸気加減弁の詳細構造図、図３は蒸気タービン全体の側視断面図であり、図４〜図７に対応する同一部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

すなわち、図示実施例においては、口径２００mmの蒸気加減弁１０（単体）と、この蒸気加減弁１０に対応する主蒸気止め弁９（単体）を１個ずつ対にして、この二つの弁を一体構造の弁ケーシング１２に組み込んで蒸気弁組立体を構成し、この２組の蒸気弁組立体をタービン車室の外部ケーシング１，内部ケーシング２に対して、上下左右対称位置（タービンロータ４の軸中心Ｏに対して１８０°回転対称）に直截して蒸気タービンの主蒸気流入部を構成している。

ここで、蒸気加減弁１０の本体は、図２で示すように弁体１０ａ，ディフューザと一体な弁座１０ｂ，弁棒１０ｃ，弁体駆動用の油圧シリンダ１０ｄとの組立体で、弁ケーシング１２に形成した球殻構造の弁箱部分に組み込まれている。また、主蒸気止め弁９は弁ケーシング１２に対して、前記球殻構造の弁箱部から側方に延在する蒸気入口部に組み込まれている。

一方、タービン車室を構成する外部ケーシング１，内部ケーシング２はその上半部，下半部の合わせ面をフランジボルト１３で結合した上下二分割構造で、その主蒸気流入部にはケーシング上半部の頂部，および下半部の底部にそれぞれ振り分けて蒸気流入口が開口している。

そして、この主蒸気流入部に前記した上下二組の蒸気弁組立体を設置する際には、その蒸気加減弁の弁座１０ｂから延在するディフューザ部を内部ケーシング２の上半部，下半部に開口した蒸気流入口に嵌挿し、内部ケーシング２の蒸気流入口開口端と弁ケーシング１２の蒸気出口との間の突き合わせ面周域をＬ形メタルシールリングで蒸気が漏れないように封止して連結する。

上記の構成により、蒸気タービンの運転時には、タービンケーシング１，２の上下，左右対称位置に設置した二組の蒸気弁組立体の主蒸気止め弁９，蒸気加減弁１０を経由して主蒸気が等量ずつ内部ケーシング２の蒸気流入口に流入する。ここで、内部ケーシング２の上半部に流入した主蒸気は翼列５に向けてその周域の上半部側から導入され、内部ケーシング２の下半部に流入した主蒸気は翼列５に向けてその周域の下半部側から導入される。したがってタービンケーシングの合わせ面部には図７で述べたような蒸気通過面積の確保が理論上必要なく、これによりタービンケーシングの厚肉化を最小限に抑えて軽量，コンパクトな設計が可能となる。

また、タービンケーシングに対して二組の蒸気弁組立体を上下，左右対称位置に割り振って配置したことにより、高温の主蒸気流入に伴うタービンケーシングの上下温度差，およびこの温度差に起因するケーシングの熱的変形などの影響を抑えて強度的に信頼性向化が図れる。さらに、主蒸気止め弁９，蒸気加減弁１０を組み込む弁ケーシング１２についても、その蒸気加減弁の弁箱部を強度的に最も有利な球殻構造で構成することができる。

なお、図示実施例では、単体の主蒸気止め弁９と蒸気加減弁１０を対にして一体化した二組の蒸気弁組立体をタービンケーシングの上下に配置して主蒸気を上下の二方向から翼列５に向け内部ケーシング２に導入するようにしている。これに対し、蒸気タービンの呑み込み蒸気流量の増大要求に合わせて蒸気加減弁の設置個数を２個から例えば４個に増やす場合には、主蒸気止め弁９と蒸気加減弁１０を対にして構成した４組の蒸気弁組立体を９０°間隔に割り付け、タービンケーシングの周上で上下，左右対称に設置すればよい。

また、タービンに搭載する蒸気加減弁の口径についても、例えば口径２００mmよりも大口径の蒸気加減弁を採用して構成した複数組の蒸気弁組立体を、タービンケーシングに対し上下，左右対称位置に割り付けて搭載することにより、図示実施例で述べたと同等な軽量，コンパクト化の効果を奏することができる。

この発明の実施例による蒸気タービンの主蒸気流入部の組立構造を表す縦断正面図図１における蒸気加減弁の詳細構造図図１に対応した蒸気タービン全体の断面側視図従来の蒸気タービン全体構造を表す断面側視図従来の蒸気タービンに採用されている蒸気加減弁の配置構造を表す主蒸気流入部の縦断正面図図５と異なる蒸気加減弁の配置構造を表す主蒸気流入部の縦断正面図この発明の対比例として、口径２００mmの蒸気加減弁を左右に２個並べた開発モデル試案例の構造を表す主蒸気流入部の縦断正面図

符号の説明

１外部ケーシング
２内部ケーシング
４タービンロータ
５翼列
９主蒸気止め弁
１０蒸気加減弁
１２弁ケーシング

Claims

主蒸気止め弁と組み合わせた蒸気加減弁をタービンケーシングに搭載してその蒸気流入口に連結し、前記主蒸気止め弁，蒸気加減弁を経て流入する主蒸気をタービンの翼列に導入する蒸気タービンの主蒸気流入部において、
前記蒸気加減弁と主蒸気止め弁を１個ずつ対にして一体構造の弁ケーシングに組み込んだ上で、該弁ケーシングをタービンケーシングに搭載してその蒸気流入口に蒸気加減弁の蒸気出口を連通させたことを特徴とする蒸気タービンの主蒸気流入部。
請求項１に記載の主蒸気流入部において、蒸気加減弁が口径２００mmの蒸気加減弁であることを特徴とする蒸気タービンの主蒸気流入部。
主蒸気止め弁と組み合わせた蒸気加減弁をタービンケーシングに搭載してその蒸気流入口に連結し、前記主蒸気止め弁，蒸気加減弁を経て流入する主蒸気をタービンの翼列に導入する蒸気タービンの主蒸気流入部において、
蒸気加減弁と主蒸気止め弁を１個ずつ対にして一体構造の弁ケーシングに組み込んだ構成になる複数組の蒸気弁組立体を上下，左右対称位置に配置してタービンケーシングに搭載し、この搭載位置で各組別に蒸気弁組立体の蒸気出口をタービンケーシングの上半部，下半部の周上に振り分けて開口した蒸気流入口に連通させたことを特徴とする蒸気タービンの主蒸気流入部。