JP2011137459A - 複流式タービン第１段の冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複流式蒸気タービンのタブ領域の冷却方法を提供する。
【解決手段】複流式蒸気タービンを通る冷却経路を画成する。蒸気タービンは、発電機端（１２）と、タービン端（１４）と、軸方向に発電機端とタービン端の間に配設された複流タブダイアフラム（１８）とを備える。蒸気タービンの第１段は、複数の第１段ノズル（５０）と複数の第１段バケット（５２）とを備えており、入口領域（２４）からタービン端を経て蒸気出口まで蒸気経路が画成される。冷却経路は、タブダイアフラムの複数の冷却孔（５４）及び複数の根元部半径方向シール（５８）を含んでいて、タブダイアフラムの下から第１段ノズルの周囲に蒸気を流して第１段バケットの手前で蒸気経路に蒸気を戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービン、特に複流式蒸気タービンのタブ領域の冷却に関する。

複流式蒸気タービンは、典型的には、共通のシャフトに配置された２つの軸流タービン端を含む。タブセクションが、両タービン端の間のシャフトの周囲に配設されることが多い。蒸気タービンに流入した蒸気は、タブセクションに向かって半径方向内側に流れ、次いで蒸気流は２つに分かれて軸方向に方向を変え、両方向に流れて２つの軸流タービン端の各々に入る。

複流式蒸気タービンのロータとタブセクションの間で蒸気の流れが淀んで、淀んだ蒸気の風損加熱のためロータが高温になることがある。すなわち、蒸気の流れが淀んでいる領域の温度が、タービンの他の領域よりも上昇することがある。定常状態温度を達成すれば、部品の故障の回避に役立つ。ロータの温度が高いと、ロータの耐用年数が短くなり、蒸気タービンの故障を招きかねない。

米国特許第５５７５６２０号明細書 米国特許第５５９３２７３号明細書 米国特許第６２３４７４６号明細書 米国特許第６３３１０９７号明細書 米国特許第６３６４６１３号明細書 米国特許第７０４０８６１号明細書 米国特許出願公開第２００７／００６５２７３号明細書 米国特許出願公開第２００９／０２１７６７３号明細書

例示的な一実施形態では、複流式蒸気タービンを通る冷却経路について開示する。蒸気タービンは、発電機端と、タービン端と、軸方向に発電機端とタービン端の間に配設された複流タブダイアフラムとを備える。蒸気タービンの第１段は、複数の第１段ノズル及び複数の第１段バケットを備えており、入口領域からタービン端を経て蒸気出口まで蒸気経路が画成される。冷却経路は、タブダイアフラムに複数の冷却孔を備えており、タブダイアフラムの下から第１段ノズルの周囲に蒸気を流して第１段バケットの手前で蒸気経路に蒸気を戻すことができる。

別の例示的な実施形態では、蒸気タービンは、タブダイアフラムに複数の冷却孔を有する冷却経路と根元部半径方向シールとを備えており、タブダイアフラムの下から第１段ノズルの周囲に蒸気を流して第１段バケットの手前で蒸気経路に蒸気を戻すことができる。

さらに別の例示的な実施形態では、複流式蒸気タービンを冷却する方法は、第１段バケットを迂回せずに動翼ダブテールを能動冷却するためにタブダイアフラムの下に蒸気流を導くことを含む。

対向流式又は複流式蒸気タービンの一例を示す概略図である。 図１に概略的に示した蒸気タービンの一部分の詳細図。

図１は、複流式蒸気タービン１０を示す概略図である。複流式蒸気タービンでの使用に関連して本発明を説明するが、記載した実施形態は単流式装置でも同様に実施できる。

蒸気タービン１０は、発電機（図示せず）に近接して配設された発電機端１２と、発電機から遠位側に配設されたタービン端１４とを備えており、発電機端１２及びタービン端１４は外側ケース１６内に配設し得る。複流タブセクション又はタブダイアフラム１８は、軸方向に発電機端１２とタービン端１４の間に、ロータ２０の半径方向外側に配設される。ロータ２０は、例えば、ドラムロータ又はロータシャフトに設けられた１以上のロータディスクを備えていてもよい。ロータ２０及びタブセクション１８は、ロータ２０とタブセクション１８の間に環状空間（アニュラス）２２を画成するように構成・配置される。

蒸気は、ロータ２０及びタブセクション１８の半径方向外側に配設された入口２４から蒸気タービン１０に流入する。入口２４から蒸気タービン１０に流入した蒸気は、タブセクション１８に向かって流れ、分割されて発電機端１２又はタービン端１４の一方に入る。

図２は、図１に概略的に示す蒸気タービンの一部分の詳細に示す図である。従来技術の構成では、タブダイアフラム１８は第１段の間で蒸気流をタービンに導くため用いられる。複流式蒸気タービンの第１段は、複数の第１段ノズル及び第１段ダブテール／バケットアセンブリ５２を含む。

タブダイアフラム１８の下方の領域は、蒸気流が淀むおそれがあり、回転シャフトからの風損（ウィンデージ）によって加熱される。そこで、複数の冷却孔５４をタブダイアフラム１８の周囲に設ける。例示的な一実施形態では、４つの冷却孔を設けるが、用途及びシステム設計に応じて孔の数を増減し得ることは自明であろう。冷却孔５４は、蒸気流をタブダイアフラム１８の下に流して、この領域の能動的冷却を行う。

第１段ホイール及び動翼ダブテール５２は、タブダイアフラム１８の下方を流れる蒸気によって冷却される。

タブダイアフラム１８の冷却孔５４を含む冷却回路は、複数の根元部半径方向シール５８も含んでおり、少量の蒸気流を第１段ノズル５０の周囲に流して第１段バケット５２の手前で蒸気経路に戻す。かくして、蒸気が第１段動翼を迂回せずに、第１段ホイール及び動翼ダブテールが冷却される。

上述の実施形態の冷却回路は、高い露出温度による部品の故障を回避するのに役立つ。

現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態を例にとって本発明を説明してきたが、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想及びその技術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成を包含する。

１０ 複流式蒸気タービン
１２ 発電機端
１４ タービン端
１６ 外側ケース
１８ タブセクション（タブダイアフラム）
２０ ロータ
２２ 環状間隙
２４ 入口
５０ 第１段ノズル
５２ 第１段ダブテール／バケットアセンブリ
５４ 冷却孔
５８ 根元部半径方向シール

Claims (10)

1. 複流式蒸気タービンの冷却経路であって、該蒸気タービンが、発電機端（１２）と、タービン端（１４）と、軸方向に発電機端とタービン端の間に配設された複流タブダイアフラム（１８）と、該蒸気タービンの第１段とを備えており、第１段が、複数の第１段ノズル（５０）と複数の第１段バケット（５２）とを備えており、蒸気経路が、入口領域（２４）からタービン端を経て蒸気出口まで画成されており、当該冷却経路がタブダイアフラムに複数の冷却孔（５４）を備えていて、タブダイアフラムの下から第１段ノズルの周囲に蒸気を流して第１段バケットの手前で蒸気経路に戻すことのできる、冷却経路。
2. 前記タブダイアフラム（１８）に４つの冷却孔（５４）を備える、請求項１記載の冷却経路。
3. 前記複数の冷却孔（５４）がタブダイアフラム（１８）の周囲に配設される、請求項２記載の冷却経路。
4. 第１段ノズル（５０）に隣接して複数の根元部半径方向シール（５８）をさらに備える、請求項１記載の冷却経路。
5. 発電機端（１２）、
   タービン端（１４）、
   軸方向に発電機端とタービン端の間に配設された複流タブダイアフラム（１８）、
   複数の第１段ノズル（５０）と複数の第１段バケット（５２）とを含む第１段、
   入口領域（２４）からタービン端を経て蒸気出口まで画成された蒸気経路、及び
   タブダイアフラムの複数の冷却孔（５４）と根元部半径方向シール（５８）とを備える冷却経路であって、第１段ノズルの周囲に蒸気を流して第１段バケットの手前で蒸気経路に蒸気を戻すことのできる冷却経路
   を備える蒸気タービン。
6. 前記タブダイアフラム（１８）に４つの冷却孔（５４）を備える、請求項５記載の蒸気タービン。
7. 前記複数の冷却孔（５４）がタブダイアフラム（１８）の周囲に配設される、請求項６記載の蒸気タービン。
8. 前記複数の冷却孔（５４）がタブダイアフラム（１８）の周囲に配設される、請求項５記載の蒸気タービン。
9. 複流式蒸気タービンの冷却方法であって、該蒸気タービンが、発電機端（１２）と、タービン端（１４）と、軸方向に発電機端とタービン端の間に配設された複流タブダイアフラム（１８）と、該蒸気タービンの第１段とを備えており、第１段が、複数の第１段ノズル（５０）と複数の第１段バケット（５２）とを備えており、蒸気経路が、入口領域（２４）からタービン端を経て蒸気出口まで画成されており、当該方法が、第１段バケットを迂回せずに動翼ダブテールを能動冷却するためタブダイアフラムの下に蒸気流を導くことを含む方法。
10. 前記導くステップが、
    蒸気経路の蒸気流を、タブダイアフラム（１８）の複数の冷却孔（５４）を通して分岐し、
    分岐した蒸気流を第１段ノズル（５０）の周囲に流し、根元部半径方向シール（５８）を介して第１段バケット（５２）の手前で蒸気経路に戻す
    ことを含む、請求項９記載の方法。

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