JP2011089446A - Steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービンロータのスラスト軸受に作用する力を低減する蒸気タービンに関する。 The present invention relates to a steam turbine that reduces the force acting on a thrust bearing of a turbine rotor.
一般的な従来の蒸気タービンの構造においてスラスト軸受に作用する力について説明する。
従来の蒸気タービンにおいて、蒸気の流体エネルギを機械エネルギへ変換する動翼列を含むタービンロータには、蒸気流動方向の圧力差に起因する蒸気力が作用する。
A force acting on a thrust bearing in a general conventional steam turbine structure will be described.
In a conventional steam turbine, steam power resulting from a pressure difference in the steam flow direction acts on a turbine rotor including a moving blade row that converts fluid energy of steam into mechanical energy.
蒸気タービンの運転時は、蒸気力によるロータ位置の軸方向変位を防ぐため、スラスト軸受によりロータ位置を保っている。蒸気タービンの設計では、動翼列を含むタービンロータに作用する蒸気力を見積もり、許容値を考慮することで、用いるスラスト軸受の仕様を決定している。スラスト軸受は、一般に受圧面積が大きいほど、受圧面に作用する蒸気力が大きいほど機械損失が増加し、蒸気タービンの効率へ影響を与えるため、設計時に考慮される項目の1つである。そして、スラスト軸受に作用する力を低減することは、スラスト軸受における機械損失を減少させ、蒸気タービンの効率向上に寄与することとなる。 During operation of the steam turbine, the rotor position is maintained by a thrust bearing in order to prevent axial displacement of the rotor position due to steam force. In the design of the steam turbine, the specifications of the thrust bearing to be used are determined by estimating the steam force acting on the turbine rotor including the moving blade row and considering the allowable value. The thrust bearing is one of the items to be considered at the time of designing because the larger the pressure receiving area and the larger the steam force acting on the pressure receiving surface, the more the mechanical loss increases and affects the efficiency of the steam turbine. And reducing the force acting on the thrust bearing reduces the mechanical loss in the thrust bearing and contributes to improving the efficiency of the steam turbine.
ところで、スラスト軸受に作用する蒸気力の低減法として、タービンロータに作用する蒸気流動方向とは逆向きの蒸気力を増大させ、流動方向蒸気力を相殺する方法がある。
例えば、動翼前後でタービンロータの直径差を設けることで、動翼の出口圧力が作用する面積を増加させ、逆向き蒸気力を得る方法がある。
By the way, as a method for reducing the steam force acting on the thrust bearing, there is a method of increasing the steam force in the direction opposite to the steam flow direction acting on the turbine rotor to cancel the flow direction steam force.
For example, there is a method of obtaining a reverse steam force by increasing the area where the outlet pressure of the moving blade acts by providing a difference in diameter of the turbine rotor before and after the moving blade.
また、蒸気タービン内における蒸気流動の上流側の、ケーシングに設置された軸シール装置の高圧側にて、タービンロータに直径差を設けることで、形成されたタービンロータの直径拡大部に蒸気流動方向とは逆向きの蒸気力を作用させ、スラスト軸受に作用する力を低減させる方法もある。特許文献1には、この方法を実施した、従来の蒸気タービンの構造が開示されている。
Further, by providing a diameter difference in the turbine rotor on the high pressure side of the shaft seal device installed in the casing, upstream of the steam flow in the steam turbine, the steam flow direction is formed in the diameter enlarged portion of the turbine rotor formed. There is also a method of reducing the force acting on the thrust bearing by applying a steam force in the opposite direction.
図6,7は、特許文献1に開示されている従来の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
6 and 7 are cross-sectional views showing the structure of a conventional steam turbine disclosed in
図6において、蒸気タービンは、タービンロータ4、高圧側の軸シール装置1が取り付けられたケーシング2、及び一段落が動翼及び静翼からなる複数の段落を備える。ケーシング2の内部には、周方向に複数の静翼5が配置され、軸シール装置9を有するノズルダイヤフラム6、及びノズルボックス7が設置される。ノズルボックス7は、ケーシング2内における蒸気流動の最上流部に位置し、蒸気流入室14を有し、周方向に複数の静翼11が配置される。タービンロータ4は、周方向に複数の第1段落動翼3が配置されたホイール10を有する。ノズルボックス7と第1段落動翼3との間には、蒸気の漏洩を抑制するルートフィン16が設けられている。ケーシング2に設置された軸シール装置1の高圧側にて、タービンロータ4の直径拡大部8に直径差が設けられている。また、図7に示す例では、ノズルボックス7とケーシング2との間に設けた隔壁12により、ノズルボックス7の出口部から流出した一部の蒸気がノズルボックス7の周囲から第1段の動翼段3の出口側にバイパスして流れることがなく、蒸気タービンの効率を向上させている(例えば、特許文献1参照)。
In FIG. 6, the steam turbine includes a
この方法は、蒸気タービン内における蒸気流動上流部における手法であるため、下流部と比較して圧力が高く、タービンロータ4の直径拡大部8の雰囲気圧力は第1段落の動翼3の出口圧力程度となり、動翼前後でタービンロータの直径差を設ける方法よりも流動方向蒸気力の緩和作用が大きい。
Since this method is a technique in the upstream portion of the steam flow in the steam turbine, the pressure is higher than that in the downstream portion, and the atmospheric pressure in the diameter enlarged
上記手法を用いてもスラスト軸受の圧力制限値を満たすことが難しい場合や、スラスト軸受損失を低減してタービンの効率を改善させる場合には、流動方向逆向きの蒸気力を更に増大させる必要がある。そのためには、より大きなタービンロータ4の直径差を設けて圧力の作用する面積を増大させる方法や、タービンロータ4の直径拡大部8の雰囲気圧力を上昇させる方法が挙げられるが、現状では損失の増加や装置の複雑化などの課題がある。
When it is difficult to satisfy the thrust bearing pressure limit value even if the above method is used, or to improve the efficiency of the turbine by reducing the thrust bearing loss, it is necessary to further increase the steam force in the direction opposite to the flow direction. is there. For this purpose, there are a method of increasing the area on which the pressure acts by providing a larger diameter difference of the
特に前者の方法では、軸シール装置1におけるタービンロータ4の直径が増大するため、軸シール装置1とタービンロータ4により形成される間隙面積が増大し、軸シール装置1の部位における漏洩損失が増加することや、タービンロータ4の拡大に伴って軸シール装置1の位置を変更することにより、ケーシング2の必要肉厚の確保が困難となることが懸念される。また、軸シール装置1の部位におけるタービンロータ4の直径を変更せずに、他部位のタービンロータ4の直径のみを小さくすると、タービンロータ4の剛性が低下し、蒸気タービンの運転が不可能となる。
In particular, in the former method, since the diameter of the
一方、後者の方法であるタービンロータの直径拡大部における雰囲気圧力を上昇させる例としては、特許文献2に示されるような蒸気タービンがある。この蒸気タービンは、タービン内の蒸気流動下流部(排気側)に位置する軸シール装置間のタービンロータに直径差を設け、直径差を設けた部位の隣接する軸シール装置間の空間とタービンケーシング外部を連通する通路手段に設けられた圧力調整手段により、上記空間の雰囲気圧力を調整するものである。しかしながら、この例では、タービン内外に通路手段や圧力調整手段を設置する必要があるため、装置の複雑化が避けられない。
On the other hand, as an example of increasing the atmospheric pressure in the diameter enlarged portion of the turbine rotor which is the latter method, there is a steam turbine as shown in
本発明の目的は、装置の複雑化を避け、タービンロータの直径拡大部における雰囲気圧力を上昇させることにより、流動方向逆向きの蒸気力を増大させて、スラスト軸受に作用する力を低減することが可能な蒸気タービンを提供することにある。 The object of the present invention is to increase the steam pressure in the direction opposite to the flow direction and reduce the force acting on the thrust bearing by increasing the atmospheric pressure in the enlarged diameter portion of the turbine rotor, avoiding complication of the apparatus. An object of the present invention is to provide a steam turbine capable of achieving the above.
上記課題を解決するため、本発明の蒸気タービンは、軸シール装置を有するケーシングと、一段落が動翼及び静翼からなる複数の段落と、前記軸シール装置の高圧側に隣接した部位の直径に段差を設けたタービンロータと、前記ケーシング内の蒸気流動における最上流部に位置し、複数の主蒸気配管の各々に対応して設けた蒸気流入室及び第1段落静翼を有するノズルボックスとを備え、前記ノズルボックスの前記軸シール装置側の空間を、前記ノズルボックスと前記ケーシングとの間に設けた隔壁によって仕切り、閉空間とした蒸気タービンにおいて、前記ノズルボックスに、前記複数の蒸気流入室の少なくとも1つと前記閉空間を連通する抽圧孔を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a steam turbine according to the present invention has a casing having a shaft sealing device, a plurality of stages each including a moving blade and a stationary blade, and a diameter of a portion adjacent to the high pressure side of the shaft sealing device. A turbine rotor provided with a step, and a nozzle box having a steam inlet chamber and a first stage stationary vane located at the most upstream part in the steam flow in the casing and provided corresponding to each of the plurality of main steam pipes A steam turbine in which the space on the shaft seal device side of the nozzle box is partitioned by a partition wall provided between the nozzle box and the casing to form a closed space. In the steam turbine, the plurality of steam inflow chambers are provided in the nozzle box. A bleed hole for communicating at least one of the closed space and the closed space is provided.
本発明により、装置の複雑化が避け、タービンロータの直径拡大部における雰囲気圧力を上昇させることにより、流動方向逆向きの蒸気力を増大させて、スラスト軸受に作用する力を低減することが可能である。その結果、スラスト軸受における機械損失を減少させ、蒸気タービンの効率向上に寄与することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the force acting on the thrust bearing by increasing the atmospheric pressure in the diameter enlarged portion of the turbine rotor and increasing the steam force in the direction opposite to the flow direction by avoiding complication of the apparatus. It is. As a result, it is possible to reduce mechanical loss in the thrust bearing and contribute to improving the efficiency of the steam turbine.
以下、本発明の実施形態1,2に係る蒸気タービンを、図面を参照して説明する。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1における蒸気タービンの構造を示す断面図であり、図2は、タービンロータに垂直な面でのノズルボックスの断面図である。
図7に示した従来の蒸気タービンの構造と共通する点については説明を省略する。
Hereinafter, steam turbines according to Embodiments 1 and 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a steam turbine in
Description of points common to the structure of the conventional steam turbine shown in FIG. 7 is omitted.
ケーシング2内の蒸気流動における最上流部に位置し、複数の静翼11を有するノズルボックス7において、内部空間である複数に分割された蒸気流入室141〜144が有り、その各々は、主蒸気配管131〜134に接続される。ノズルボックス7からみて軸シール装置1側の空間18aは、ノズルボックス7とケーシング2との間に設けた隔壁12によって仕切られ、閉空間となる。該軸シール装置1側の空間(閉空間)18aと第1段落動翼3出口側の空間18bとは、隔壁12前後における蒸気の流動はない。この隔壁12を有する構造は、従来例の図7に開示されているものと同じである。主蒸気配管131〜134は、タービン出力の増大に応じてこの順序で開かれ、蒸気は蒸気流入室141〜144に導入される。
In the
本実施形態では、複数の蒸気流入室141〜144の少なくとも1つと閉空間18aを連通する抽圧孔15が設けられている。図2では、蒸気流入室144のみに対応して抽圧孔15を設けた例を示している。この抽圧孔15が設けられていることにより、蒸気タービン運転時に、ケーシング2の外部からノズルボックス7へ蒸気が流入する際、抽圧孔15より蒸気流入室144から閉空間18aに蒸気が流出し、該閉空間18aおける圧力を、最大でノズルボックス7内部と略同一となるまで上昇させることができる。これにより、タービンロータ4の軸シール装置1の高圧側に隣接した直径拡大部8に上記圧力が作用し、流動方向逆向きの蒸気力を得ることができる。なお、抽圧孔15の径は、第1段落の静翼11における圧力降下に応じて決められる。すなわち、抽圧孔15は上記のとおり、閉空間18a内の圧力を上昇させるためのものであるが、抽圧孔15の径が大きすぎると、本来第1段落の静翼11へ流れて仕事を発生させるはずの蒸気が抽圧孔15を介して閉空間18aに流出して蒸気タービンの損失を増加させることとなる。したがって、抽圧孔15の径については、第1段落の静翼11における圧力降下に基づいて、閉空間18aの圧力を十分に上昇させ、かつ抽圧孔15を介して上記が大きく漏洩しないような値に設定される。
In the present embodiment,
従来例においても、軸シール装置1側の空間18aは閉空間であるが、その圧力は、第1段落動翼3の出口圧力程度であった。本実施形態では、閉空間18aの圧力は、ノズルボックス7内部の圧力と略同一となるため、従来例より流動方向蒸気力を大きく緩和することが可能である。
Also in the conventional example, the
これにより、ノズルボックス7以外に設計は変えず、装置の複雑化を避け、タービンロータ4の直径拡大部8における雰囲気圧力を上昇させることにより、スラスト軸受に作用する力を低減することができる。
抽圧孔15は、複数の蒸気流入室141〜144の少なくとも1つに対応して設けられるが、いずれに設けるかその例を以下説明する。
Accordingly, the design other than the
抽圧
まず、抽圧孔15を設けたことによる蒸気の流れの影響について説明する。
例えば、閉空間18aの圧力がノズルボックス7内部と略同一となると、第1段落動翼3が配置されたホイール10に設置されたルートフィン16において、静翼11出口部と閉空間18aとの差圧により、該閉空間18aから有効通路部の方向へ蒸気が噴出する。
First, the influence of the flow of steam due to the provision of the
For example, when the pressure in the
図3は、ルートフィンより噴出した蒸気の流れを説明する図である。
噴出した蒸気は、静翼11より流出する蒸気と混合して、第1段落動翼3に流入する。この際、静翼11出口から流出した蒸気と閉空間18aから有効通路部へ噴出する蒸気が混ざり合うことによる混合損失が発生する。同時に、有効通路部へ噴出した蒸気と混合することで、静翼11から流出した蒸気の流れ方向が変わり、第1段落動翼3における損失が増加する。また、複数の段落を有する蒸気タービンでは、上流で発生した乱れが下流に伝播するため、第1段落動翼3で発生した乱れが後方段落へ伝播し、タービン効率の更なる低下を引き起こす可能性がある。
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of steam ejected from the root fin.
The ejected steam is mixed with the steam flowing out from the
そこで、閉空間18aの圧力上昇を蒸気タービン最大出力時に限定することで、それ以外の場合では蒸気タービンの効率低下を防ぐことが可能である。すなわち、抽圧孔15は、図2に示したように、軸方向蒸気力が最も大きくなる蒸気タービン最大出力運転時に蒸気が導入されるノズルボックス7の蒸気流入室144と閉空間18aを連通する。
Therefore, by limiting the pressure increase in the
なお、蒸気タービン最大出力時以外に、スラスト軸受へ作用する力が制限値を超え、流れ方向蒸気力を緩和する必要があるとき、複数の蒸気流入室141〜144のうち、2以上、また場合によっては全部に対応して抽圧孔15を設けてもよい。このように、複数の蒸気流入室141〜144に抽圧孔15を設ける場合、段階的に流動方向逆向きの蒸気力を増加させて流れ方向蒸気力を緩和することができる。
When the force acting on the thrust bearing exceeds the limit value and the steam force in the flow direction needs to be reduced other than at the maximum output of the steam turbine, two or more of the plurality of
[実施形態2]
図4は、本発明の実施形態2における蒸気タービンの構造を示す断面図であり、図5は、本実施形態におけるタービンロータに垂直な面でのノズルボックスの断面図である。実施形態1と共通する構成については説明を省略する
本実施形態では、図4,5において、ノズルボックス7にタービンロータ4と形成する空間における蒸気の流動を阻害する軸シール装置17を有する。なお、この軸シール装置17は複数個設けてもよい。実施形態1において、抽圧孔15を設けたことにより閉空間18aの圧力が上昇し、特に蒸気タービン最大出力時には、ルートフィン16に隣接した閉空間18aから有効通路部に蒸気が噴出し、タービン効率の低下を招く。そこで、軸シール装置17を設けることで、閉空間18aから有効通路部へ流出する蒸気量を減少させることが可能となる。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the steam turbine in the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the nozzle box in a plane perpendicular to the turbine rotor in the present embodiment. In the present embodiment, the description of the configuration common to the first embodiment is omitted. In FIG. 4 and FIG. 5, the
1…軸シール装置、2…ケーシング、3…第1段落動翼、4…タービンロータ、5…静翼、6…ノズルダイヤフラム、7…ノズルボックス、8…直径拡大部、9…軸シール装置、10…ホイール、11…静翼、12…隔壁、131〜134…主蒸気配管、14,141〜144…蒸気流入室、15…抽圧孔、16…ルートフィン、17…軸シール装置、18a…軸シール装置1側の空間(閉空間)、18b…第1段落動翼3出口側の空間。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ノズルボックスに、前記複数の蒸気流入室の少なくとも1つと前記閉空間を連通する抽圧孔を設けたことを特徴とする蒸気タービン。 A casing having a shaft seal device, a plurality of stages each including a moving blade and a stationary blade, a turbine rotor having a step in the diameter of a portion adjacent to the high pressure side of the shaft seal device, and steam flow in the casing A nozzle inflow chamber provided in correspondence with each of the plurality of main steam pipes and a nozzle box having a first stage stationary vane, and a space on the shaft seal device side of the nozzle box. , In a steam turbine that is partitioned by a partition wall provided between the nozzle box and the casing to form a closed space,
A steam turbine, wherein the nozzle box is provided with a bleed hole for communicating at least one of the plurality of steam inflow chambers with the closed space.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009242522A JP2011089446A (en) | 2009-10-21 | 2009-10-21 | Steam turbine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109653802A (en) * | 2019-02-20 | 2019-04-19 | 大唐绥化热电有限公司 | Based on pneumatic design back pressure type high-efficiency steam conversion equipment and conversion method |
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2009
- 2009-10-21 JP JP2009242522A patent/JP2011089446A/en not_active Abandoned
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