JP2010276025A - 低圧蒸気タービン用の波形フード - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービン（１００）用の補強下方排出フード（２０）を構成する装置及び方法を提供する。
【解決手段】下方排出フード（２０）の二重壁側壁（端部壁）（１１０）は、内側プレート壁（１２０）に接合された外側波形壁（１３０）を含む。波形部によって得られた高い強度は、下方排出フード（２０）の変形の減少をもたらしかつ該下方排出フード内における構造的複雑さの低減及び空気力学的性能の向上を可能にする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、総括的には蒸気タービンに関し、より具体的には、蒸気タービン用の下方排出フードに関する。

蒸気タービンの外側シェルは一般的に、排出フードと呼ばれる。排出フードの主な機能は、内側シェルの最終段バケットからの蒸気を最小の圧力損失で復水器に向けることである。通常、排出フードの下半分は、内側ケーシングを支持し、かつロータのための支持構造体として作用する。上方排出フードは通常、蒸気をフードの下半分に案内するカバーである。大型の複流低圧蒸気タービン用のフードは、大きな寸法及び重量のものであり、かつ通常は現場においてのみ組立てられる。多くの蒸気タービンでは、蒸気タービンの内側ケース、例えば複流下向き排出ユニットは、垂直方向に分割されかつタービンの対向する側面及び端部に沿って延びる包囲排出フードを有する。この大型の箱状構造体は、タービンの低圧セクション全体を収容する。タービンからの排出蒸気出口は、ほぼ円錐形状にされ、蒸気排出は、ほぼ軸方向に延びる流れ方向から該軸方向流れ方向に対して９０°の流れ方向に向け直される。この９０°の流れ方向は、あらゆる平面内において、下向き方向、上向き方向又は横向き方向とすることができる。従って、従来の蒸気タービン用の排出フードは、蒸気流を直角に方向転換させかつ拡散させる大型の直線状構造体を円錐形セクションの出口端部に構成する。

上半分から垂直方向に分割された排出フードの下半分は、蒸気の排出流を排出フードのほぼ下方に設置された復水器に導く。下方排出フードは一般的に、タービンの内側ケーシング並びにダイアフラム及び同様のもののような関係する蒸気通路部品を支持する。下方排出フードにはさらに、外部の大気圧と内部のほぼ真空状態との間の外的圧力勾配によって荷重が加わる。下方排出フードシェルは一般的に、炭素鋼プレートで組立てられた構造体よりなる。下方排出フードのための一般的な側壁は、平坦でありかつ垂直方向に配向される。真空荷重下における側壁の内向き撓みに対する抵抗性（耐内向き撓み性）を与えるために、下方排出フードは伝統的に、内部横（方向）及び縦（方向）プレート並びにストラットを備えている。これらの内部横及び縦プレート並びにストラットは、タービンケーシングのほぼ下方に位置しかつ側壁まで延びるウエブを形成する。垂直な側壁は、内側ケーシングの下方に停滞流領域を生じさせる。平坦な壁を有するフードは、流れプレートを必要とする。流れプレートは、内側ケーシング２５と排出フード１０との間の水平方向接合部しぼり域を通過した後における排出蒸気の急速な膨張を防止するために使用される。

内部フード補強材及び流れプレートの使用は、コストがかかる。さらに、側壁として使用する厚壁のプレートもまた、コストがかかる。排出フードを補強（補剛）するための従来の試みは、内部補強（補剛）材（パイプ、ストラット、プレート）と広範な壁厚さとの様々な組合せに集中している。

図１は、排出フードを備えた低圧タービン１００の一般的な構成を示している。排出フード１０は、水平方向接合部２２において組合された上方排出フード１５及び下方排出フード２０を含む。内側ケーシング２５は、下方排出フード２０上の複数の支持パッド３０において支持される。これらのパッドからの荷重を低圧タービンのための基礎（図２）に分散させるために、横（方向）プレート３５、ビーム３７及びストラット４０の形態をした様々な支持構造体が、設けられている。これらの横プレート３５は、側壁４５及び端部壁５０の吸込み作用（変形）を回避し、かつ内側ケーシング２５に加わる荷重によってフードに加えられる荷重を分散させる。下方排出フード２０はさらに、タービンロータ（図示せず）のためのシャフトシール（図示せず）及び端部軸受（図示せず）のための支持部位５５を構成することができる。下方排出フード２０は、外部基礎（図２）上に載置することができる支持レッジ７５を備えたフレーム構造７０を含むことができる。

側壁４５及び端部壁５０は、溶接又はその他の公知の接合方法によってシーム６２において接合された平坦な金属プレートで構成することができる。構成及び機能が類似しているので、側壁及び端部壁の両方は、以後「側壁」と呼ぶことにする。基礎は、開口部を備えたコンクリートで構成することができ、この開口部は、垂直壁を含み、かつその垂直方向側壁を備えた下方排出フードをその中に収容するような寸法にされる。

図２は、平坦な側壁と絞られた蒸気流路とを示す、一般的な蒸気タービン用の排出フードの軸方向図を示している。上方排出フード１５内の排出蒸気流６５は、下方排出フード２０の底部にある復水器開口部８５に向けて蒸気を下向きに運ぶ矩形シュート領域９５に到達する前に、フード１０と内側ケーシング２５との間の水平方向接合部絞り域８０を通過しなくてはならない。復水器開口部８５は、水平方向接合部絞り域８０よりも遙かに大きく、その結果、内側ケーシング２５の下方に停滞域９７が生じる。水平方向接合部絞り域８０の下流における無制御な膨張を回避するために、流れプレート９８が付加される。内向きに作用する圧力勾配に起因したシュート領域９５の撓みを制御するために、横支持プレート３５により、内部補強を行なう。

この問題は、これ迄、フード全体にわたって横補強プレートを設置することによって対処されてきた。これまで行なわれてきた方法は、過度な撓みを防止するような材料を付加することによってフードを十分な剛性のあるものにすることであった。問題は、フードの側壁及び端部壁の撓みを制御するために、フードの内部に横補強材及びストラットを必要とすることである。これらの横補強材及びストラットの存在は、フードの複雑さを増し、フードの重量を増大させ、また排出蒸気流路の蒸気流閉塞状態を発生させて空気力学的性能損失を生じさせる。

米国特許第６９７１８４２号明細書

従って、コスト及び複雑さを低減しかつ流れ分布を改善する別のフード構造体を提供することが望ましいことになる。

本発明は、蒸気タービン用の下方排出フードの補強を行なうための構成及び方法に関する。補強は、下方フード側壁の外表面上に設けた波形補強部によって行なうことができる。

簡潔に言えば、本発明の１つの態様によると、蒸気タービン排出フードを提供する。本蒸気タービン排出フードは、水平方向接合部において上方排出フードセクションと接合された下方排出フードを含む。シュートセクションが、下方排出フード内に設けられる。シュートセクションの対向する側壁は、二重壁を含む。

本発明の別の態様によると、蒸気タービン排出フードの下方排出フードの側壁を補強する方法を提供する。本方法は、下方フードの水平方向接合部より下方のシュートセクションにおいて対向する側壁を二重壁側壁で補強するステップを含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるであろう。

排出フードを備えた低圧タービンの一般的な構成を示す図。 平坦な側壁と制限された蒸気流路とを示す、一般的な蒸気タービン用の排出フードの軸方向図。 下方排出フードの波形二重壁側壁を組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フードの実施形態の軸方向図。 下方排出フードの二重壁側壁で使用することができる例示的な波形壁要素を示す図。 下方排出フードの二重壁側壁で使用することができる例示的な波形壁要素を示す図。 下方排出フードの二重壁側壁で使用することができる例示的な波形壁要素を示す図。 下方排出フードの二重壁側壁で使用することができる例示的な波形壁要素を示す図。 下方排出フード上に台形波形部を組込んだ蒸気タービン用の排出フードの部分切欠き斜視図。 下方排出フードの側壁の内側プレート壁及び波形裏当て壁間の断熱材を示す図。

本発明の以下の実施形態は、下方排出フードの側壁の補強と下方排出フードのシュート領域内における流れ分布との両方を改善することを含む多くの利点を有する。対向する側壁は、波形裏当て材を含む二重壁の使用によって補強されて、強度を付加されかつ重量を軽減される。波形裏当て壁は、外側大気と排出フード内の真空状態との間の圧力勾配による側壁及び端部壁の変形に抗する強度を付加する。この剛性の向上は、端部壁の変形の減少により、タービンのステータ及びロータ構成要素間の間隙にプラスの影響を有することになる。対向する側壁の強度の付加によりさらに、下方フード内における横補強材及びストラットを減少させ、それによって排出フードの流れ分布の強化並びに空気力学的性能及び熱力学的性能の向上を得ることが可能になる。二重壁構造の使用によりさらに、一般的な従来技術の設計と比較して約半分ほど側壁のプレート厚さを減少させることが可能になる。排出フードの内部の支持構造体の減少及びプレート寸法の縮小によりさらに、材料及び組立コストの節減が得られることになる。

本発明では、水平方向接合部の下方における下方排出フードのシュートセクション（領域）の１つ又は複数の大きな広がりの平坦な側壁は、二重壁として補強される。二重壁は、第１のプレート壁に接合された外側波形壁を含む。内側プレート壁は、本質的に平坦なプレートである。外側波形壁は、複数の分離した波形要素を含むことができる。分離した波形要素は、互いに平行にかつ内側プレート壁の背面に沿ってほぼ軸方向に整列させることができる。それに代えて、分離した波形要素は、互いに平行にかつ内側プレート壁の背面に沿ってほぼ垂直方向に整列させることができる。

分離した波形要素は、波形部の長さに沿って一体に接合された複数の平坦プレート要素で構成することができる。複数の平坦プレート要素は、溶接のような様々な公知の接合方法のいずれかによって接合することができる。波形部の長さに沿って接合された平坦プレート要素は、台形及び四角形を含む、内側プレート壁に対する多くの形状のいずれかを形成することができる。分離した波形要素は、半円形又は半楕円形のようなフルート形状に形成された単板プレートの形状にすることができる。波形部はさらに、それに限定されないがＩビーム、Ｈビーム及びＴビームを含むビーム形状を備えることができる。ビーム形状を使用した波形部は、内側壁プレートの外表面上に水平方向に又は垂直方向に配置することができる。

波形裏当て材は、蒸気タービンが据付けられている場合には、下方排出フードの内側プレート壁と周囲の基礎との間のギャップ内に配置することができる。

本発明の別の実施形態によると、下方排出フードのシュートセクションの側壁を二重壁とすることによって、蒸気タービンの下方排出フードの側壁に強度を与える（を補強する）方法を提供する。本方法は、本質的に平坦なプレート壁を備えた内側プレート壁に対して外側波形壁を接合するステップを含む。本方法はさらに、外側波形壁の複数の分離した波形要素を互いに平行にかつ内側プレート壁の外面に沿ってほぼ軸方向に配置するステップを含む。それに代えて、対向する側壁を補強する方法は、外側波形壁の複数の分離した波形要素を互いに平行にかつ内側プレート壁の外面に沿ってほぼ垂直方向に配置するステップを含む。

対向する側壁を補強する方法はまた、波形部の長さに沿って平坦プレート要素を接合して、分離した波形要素を形成するステップを含むことができる。平坦プレート要素は、溶接又はその他の公知の接合方法によって該要素の長さに沿ってシームにおいて接合することができる。本方法は、平坦プレート要素を異なる構成として接合して内側プレート壁を補強するステップを含むことができる。平坦プレート要素を接合するステップは、内側プレート壁に対して台形状又は四角形状要素を形成するステップを含むことができる。

それに代えて、内側プレート壁に対するフルート構成を含む様々な形状としてプレートを屈曲させるか又は成形することによって、分離した波形要素を形成するステップを含むことができる。本方法はまた、内側プレート壁に対してフルート波形要素を接合するステップを含むことができる。対向する側壁を補強する方法はまた、内側プレート壁に対して補強ビーム要素を接合するステップを含むことができる。

下方排出フードの対向する側壁の内側プレート壁に接合された分離した波形要素のあらゆる組合せにより、内部補強材及び厚壁側壁の必要性を減少させるか又は排除して、フードコストを低減することができる。内部補強材を除去することはまた、流れ閉塞状態を減少させて、空気力学的性能を向上させる。側壁は、シュート内における蒸気の膨張を良好に処理するように配向されて、それによっても空気力学的性能を向上させる。内側ケーシングの下方における停滞領域をより良好に利用するようにシュート内で流れをより良好に処理することにより、コストのかかる流れプレートの必要性が減少する。加えて、そのように流れをより良好に処理することは、より小さな復水器開口部を可能にして、プラントコスト全体を低減する。

図３は、蒸気タービンの下方排出フードの波形二重壁側壁を組込んだ本発明による蒸気タービン用の排出フードの実施形態の軸方向図を示している。本発明による構成では、下方排出フード２０のシュート領域９５における側壁１１０は、二重壁を含む。二重壁側壁１１０は、支持レッジ７５からほぼ垂直方向に延びる。側壁と基礎９０との間に、空間１１５が設けられる。二重壁側壁１１０は、内側プレート壁１２０及び外側波形壁１３０を含む。内側プレート壁１２０は、単体構造とすることができ、或いは溶接又はその他の公知の接合方法によって接合されたより小さいプレートのシーム（継合せ）構成を含むことができる。波形部は、様々な配向で設けることができるが、通常は排出フードに対して軸方向又は垂直方向に配置することができる。波形外側壁は、溶接又はその他の公知の接合方法によって内側壁に接合することができる。図３に示す波形部は、台形構成のものであるが、しかしながらそれに代えて、二重壁としてその他の波形構成を使用することができる。

図４Ａ〜４Ｄは、下方排出フードの二重壁側壁で使用することができる例示的な波形壁要素を示している。図４Ａは、平坦なプレートの内側壁２２０上に台形波形部２１５を備えた二重壁側壁２１０を示している。図４Ｂは、平坦なプレートの内側壁２４０上に四角形波形部２３５を備えた二重壁側壁２３０を示している。図４Ｃは、平坦なプレートの内側壁２６０上にフルート波形部２５５を備えた二重壁側壁２５０を示している。図４Ｄは、平坦なプレートの内側壁２８０上にＩビーム波形部２７５を備えた二重壁側壁２７０を示している。

図５は、下方排出フード上に台形波形部を組込んだ蒸気タービン用の排出フードの部分切欠き斜視図を示している。排出フードセクション３００は、上方排出フードセクション３１０及び下方排出フードセクション３２０を含む。台形波形壁３３０は、内側プレート壁３５０の外表面に接合されて二重壁を形成して、側壁に対する強度及び耐変形性の付加を可能にする。

図６は、下方排出フードの側壁の内側プレート壁及び波形裏当て壁間の断熱材を示している。本発明の別の態様によると、断熱材１４０は、内側プレート壁１２０及び外側波形壁１３０間の空間１２５内に設けることができる。断熱材は、排出フードから側壁１１０外部の環境への熱損失を減少させる。それに限定されないが、グラスウールのような断熱材料を利用することができる。

本明細書では、様々な実施形態について説明しているが、要素の様々な組合せ、それらの変形或いは改良を行なうことができ、またそれらが本発明の技術的範囲内にあることは、本明細書から分かるであろう。

１０ 排出フード
１５ 上方排出フード
２０ 下方排出フード
２２ 水平方向接合部
２５ 内側ケーシング
３０ 支持パッド
３５ 横プレート
３７ ビーム
４０ ストラット
４５ 側壁
５０ 端部壁
５５ シャフト支持部位
６２ シーム
６５ 排出蒸気流
７５ 支持レッジ
８０ 水平方向接合部絞り域
８５ 復水器開口部
９５ シュート領域
９８ 流れプレート
１００ タービン
１１０ 側壁
１１５ 空間
１２５ 内側プレート壁及び波形裏当て壁間の空間
１２０ 内側プレート壁
１３０ 波形外側壁
１４０ 断熱材
２１０ 二重壁側壁
２１５ 台形波形部
２２０ 平坦なプレートの内側壁
２３０ 二重壁側壁
２３５ 四角形波形部
２４０ 平坦なプレートの内側壁
２５０ 二重壁側壁
２５５ フルート波形部
２６０ 平坦なプレートの内側壁
２７０ 二重壁側壁
２７５ Ｉビーム波形部
２８０ 平坦なプレートの内側壁
３００ 排出フード
３１０ 上方排出フード
３２０ 下方排出フード
３３０ 台形波形壁
３４０ 外表面
３５０ 内側壁

Claims (10)

1. 水平方向接合部（２２）において上方排出フード（１５）と接合された下方排出フード（２０）と、
   前記下方排出フード（２０）のシュート領域（９５）と、
   前記水平方向接合部（２２）の下方で前記シュート領域（９５）上に配置された対向する二重壁側壁（１１０）と
   を備える蒸気タービン排出フード（１０）。
2. 前記対向する二重壁側壁（１１０）が、内側プレート壁（１２０）に接合された外側波形壁（１３０）を含む、請求項１記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
3. 前記対向する二重壁側壁（１１０）の内側プレート壁（１２０）が、本質的に平坦なプレートを含む、請求項２記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
4. 断熱材料（１４０）が、前記内側プレート壁（１２０）及び外側波形壁（１３０）間の空間を充填する、請求項３記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
5. 前記外側波形壁（１３０）が、ほぼ軸方向の配向において互いに平行に前記内側プレート壁（１２０）の外面に沿って一体に接合された複数の分離した波形要素（２１５）を含む、請求項３記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
6. 前記外側波形壁（１３０）が、ほぼ垂直方向の配向において互いに平行に前記内側プレート壁（１２０）の外面に沿って一体に接合された複数の分離した波形要素（２１５）を含む、請求項３記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
7. 前記波形部の長さに沿って一体に接合された平坦プレート要素（２１５）が、前記内側プレート壁（２２０）に対して台形を形成する、請求項５及び請求項６のいずれか１項記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
8. 前記波形部の長さに沿って一体に接合された平坦プレート要素（２１５）が、前記内側プレート壁（２４０）に対して四角形輪郭を形成する、請求項５及び請求項６のいずれか１項記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
9. 前記内側プレート壁（２６０）上で前記波形部の長さに沿った複数の波形要素が、フルート要素（２５５）を含む、請求項５及び請求項６のいずれか１項記載の蒸気タービン排出フード（１０）。
10. 前記内側プレート壁（２８０）の面に沿った複数の分離した波形要素が、ビーム要素（２７５）を含む、請求項５及び請求項６のいずれか１項記載の蒸気タービン排出フード（１０）。