JP2012057584A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】中圧起動時において、仮にベンチレータ弁が誤動作したとしても、タービン動翼を冷却し、風損による損害を低減する。
【解決手段】回転軸の軸方向に高圧タービンと中圧タービンが、その蒸気導入口が対向するように配置され、高圧タービンの蒸気排気口側の回転軸端部に径変更部分が設けられると共に、径変更部分を含む回転軸と静止体の間にグランドシール蒸気流路を形成してシール用のパッキンを配置した蒸気タービンにおいて、回転軸の径変更部分では、回転軸と静止体が半径方向壁面で対向し、静止体側半径方向壁面に回転軸側半径方向壁面に向けて縦型パッキンを配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、中圧起動を行う蒸気タービンに係り、特に蒸気タービンのシール構造に関する。

高圧・低圧タービンバイパス系統を備える発電プラントにおいては、その起動時に中圧起動方式を採用することがある。

ここで、中圧起動の適用可能な発電プラントは、高圧タービンと、中圧（中低圧）タービンと、蒸気発生器からの主蒸気を高圧タービンに流さずに再熱器に導く高圧タービンバイパス系統と、蒸気発生器内の再熱器からの再熱蒸気を中圧タービンに流さずに復水器に導く低圧タービンバイパス系統とを備えている。

また、中圧起動とは、発電プラントの起動時に高圧タービン入口弁を閉止し、高圧タービンバイパス系統に設けられた高圧タービンバイパス弁を開放して高圧タービンへの蒸気流入を阻止するとともに、高圧タービン排気を復水器に導くベンチレータ系統に設けられたベンチレータ弁を開放しておくことで、高圧タービン内を真空に保持する。他方で、蒸気発生器からの再熱蒸気を中圧タービンに導いてこれを駆動し、同軸上に設置された高圧タービンと、中圧（中低圧）タービンとを回転起動せしめる。

この中圧起動方式によれば、ボイラ制御上の起動時間短縮を図ることができるというメリットが存在する。

係る中圧起動を行う発電プラントについては特許文献１のものが知られている。

特開昭５８−１４８２０３号公報

特許文献１の中圧起動方式においては、ベンチレータ弁が誤って閉止してしまうことを想定していない。つまり、中圧起動段階においては、高圧タービン車室内が完全に隔離され、風損も発生しやすい状態となっているが、この状態でベンチレータ弁が誤動作（誤閉止）した場合には、高圧タービン車室内での風損により動翼温度が上昇することによる損傷が懸念されるが、このための対策について考慮されていない。

このような背景の下で本発明においては、中圧起動時においてベンチレータ弁誤動作時等の風損による損害の低減を図ることを目的としている。

本発明の蒸気タービンにおいては、回転軸の軸方向に高圧タービンと中圧タービンが、その蒸気導入口が対向するように配置され、高圧タービンの蒸気排気口側の回転軸端部に径変更部分が設けられると共に、径変更部分を含む回転軸と静止体の間にグランドシール蒸気流路を形成し、シール用のパッキンを配置した回転軸の径変更部分では、回転軸と静止体が半径方向壁面で対向し、静止体側半径方向壁面に回転軸側半径方向壁面に向けて縦型パッキンを配置した。

なお、蒸気タービンの起動時には、高圧タービンへの蒸気流入をせず、中圧タービンへ蒸気導入して起動するのがよい。

本発明の蒸気タービンにおいては、同一回転軸上に高圧タービンと中圧タービンを有し、高圧タービンの蒸気排気口側の回転軸端部に径変更部分が設けられ、径変更部分を含む回転軸と静止体の間にグランドシール蒸気流路を形成してシール用のパッキンを配置し、回転軸の径変更部分では、回転軸と静止体が半径方向壁面で対向し、静止体側半径方向壁面に回転軸側半径方向壁面に向けて縦型パッキンを配置するとともに、静止体側半径方向壁面と回転軸側半径方向壁面で形成する間隙は、起動時に広く、通常運転時に狭くされる。

本発明によれば、中圧起動時において仮にベンチレータ弁が誤動作したとしても、タービン動翼を冷却することができるので、風損による損害を低減することができる。また、この対策を施したことにより、通常運転時の運転効率を高くすることができるという副次的効果を奏する。

高圧タービン排気口側の回転軸端部を拡大した図。 本発明の適用される発電プラントの一例を示す図。 径変更部分Ｂを模式的に記載した図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図２は、本発明の適用される発電プラントの一例を示している。

ここでのタービンシステムは、回転軸１上に高圧タービンＨＰと、中圧タービンＩＰさらには低圧タービンＬＰから構成され、高圧タービンＨＰと中圧タービンＩＰの蒸気導入口２と３は、回転軸１の軸方向中央の相対する位置に配置され、高圧タービンＨＰと中圧タービンＩＰの蒸気排気口４と５は、回転軸１の軸端側に配置される。

そのうえで、高圧タービンＨＰの蒸気導入口２には、蒸気発生器６から主蒸気配管７、高圧タービン入口弁８を介して主蒸気が導入される。また、中圧タービンＩＰの蒸気導入口３には、蒸気発生器６の再熱器１０から再熱蒸気配管１１、中圧タービン入口弁１２を介して再熱蒸気が導入される。

また、高圧タービン入口弁８の上流側の主蒸気配管７から再熱器１０に至る高圧タービンバイパス系統１３に、高圧タービンバイパス弁１４が設けられる。さらに、中圧タービン入口弁１２の下流側の再熱蒸気配管１１から復水器１５に至る低圧タービンバイパス系統１６に、低圧タービンバイパス弁１７が設けられる。

さらに、高圧タービンＨＰの蒸気排気口４からは、逆止弁９を介して再熱器１０に蒸気が導かれ、またベンチレータ系統１９から、ベンチレータ弁１８を介して復水器１５に蒸気を逃すことができる。

本発明は係るタービンシステムに適用されるものであり、このシステムでの中圧起動は、以下のように行われる。まず、各弁は高圧タービン入口弁８，低圧タービンバイパス弁１７が閉じられ、そのほかの弁は開放状態にある。従って、蒸気発生器６からの蒸気は、主蒸気配管７、高圧タービンバイパス系統１３、高圧タービンバイパス弁１４、蒸気発生器６の再熱器１０、再熱蒸気配管１１、中圧タービン入口弁１２を介して中圧タービンＩＰの蒸気導入口３に再熱蒸気が導入される。中圧タービンＩＰで仕事をした蒸気は、排気口５、低圧タービンＬＰを介して復水器１５に至る。

このようにして、タービンが増速し、初負荷を取った後で、高圧タービンバイパス系統１３の高圧タービンバイパス弁１４、ベンチレータ系統１９のベンチレータ弁１８を閉止して、通常の運転状態に入る。通常の運転状態では、蒸気発生器６からの蒸気は、主蒸気配管７、高圧タービン入口弁８、高圧タービンＨＰ、逆止弁９、蒸気発生器６の再熱器１０、再熱蒸気配管１１、中圧タービン入口弁１２、中圧タービンＩＰ、排気口５、低圧タービンＬＰを介して復水器１５に至る。

本発明の適用される発電プラントは、以上のように構成されて、中圧起動運用されるが、ここで中圧起動運転段階では、蒸気は中圧タービンＩＰの蒸気導入口３から導入されて、中圧タービンＩＰで仕事をしたあと排気口５から排出される。このため、蒸気流の方向としては、図１上で左から右に流れており、従って回転軸１には、右方向へのスラスト力Ｆ１が発生している。

これに対し、高圧タービンＨＰにも通気する通常運転状態では、蒸気は高圧タービンＨＰの蒸気導入口２から導入されて、高圧タービンＨＰで仕事をしたあと排気口４から排出されるようになるので、高圧タービン部分での蒸気流の方向としては、図１上で右から左に流れている。従って、高圧タービン部分では、右方向へのスラスト力Ｆ２が発生していることになる。

この結果、高圧タービンＨＰにも通気する通常運転状態では、高・中圧タービンでのスラスト力が拮抗し、回転軸１には、中圧起動運転段階で説明したような極端な大きさの一方方向へのスラスト力というのは発生しない。

本発明では、係るスラスト力Ｆ１を利用して、中圧起動時におけるベンチレータ弁誤動作時のタービン動翼の冷却を図る。

図１は、高圧タービンＨＰの排気口４側回転軸端部を拡大した図であり、回転軸１の軸方向にディスク２２を複数配置し、かつ各ディスクには周方向外側にそれぞれブレード（動翼）２３が備えられる。また、回転軸１に対向する周方向位置に設けられた静止体（ステータ）２０側からは、ノズル（静止翼）２５とフラム２４とが周方向内側に向けて設けられる。さらに、ノズル（静止翼）２５とブレード（動翼）２３は、軸方向に交互に設けられ、右側からの高圧蒸気３０はノズル（静止翼）２５によりその流れ方向を変えて、蒸気を効率よくブレード（動翼）２３に与えられ、これを回転駆動した後で、再熱器６に導かれる。

蒸気タービンは、蒸気を外部に漏らさず、かつ外部から空気を導入しないように気密されており、気密を図ることが効率を向上することに直結する。このため、フラム２４が回転軸１と接する部分にはパッキン２６を設けて漏洩を防止し、多くの蒸気流３０がブレード（動翼）２３に与えられるようにしている。同様の対策は、ブレード（動翼）２３の先端が静止体（ステータ）２０と接する部分でも行われる。

このように、タービン効率の観点からは、蒸気を外部に漏らさず、かつ外部から空気を導入しないように気密することが不可欠であるが、一方ではタービン回転軸シール用のグランド蒸気を必要とする。図２において、タービン回転軸シール用のグランド蒸気Ｇは、タービン排気の一部を、回転子１と静止体（ステータ）２０との間に設けられた複数のグランドシール用パッキン２７を介して導出する。なお、グランド蒸気Ｇは、タービン回転軸シールに必要な適切な量とされ、その役目終了後は復水器１５に導かれて再利用される。

本発明においては、グランド蒸気Ｇの流路のうち、タービン回転軸１の径変更部分Ｂに縦型パッキン２８を設けたものである。タービン回転軸１は、その中央のディスク設置側部分（径Ｌ１）と、高圧タービン排気部以降の軸端部（径Ｌ２）では、回転軸の直径が相違していることに着目して、この径変更部分Ｂに対向する静止体側の半径方向壁面に縦型パッキン２８を設けたものである。

図３は、径変更部分Ｂを模式的に記載したものである。水平部分には静止体２０側から回転軸１側に向けてパッキン２７が設けられ、本発明ではさらに静止体２０側の半径方向壁面から回転軸側の半径方向壁面に向けて縦型パッキン２８が設けられている。

この図で、位置Ｐ１は中圧起動運転段階、位置Ｐ２は高圧タービンにも通気する通常運転状態のものであり、中圧起動運転段階では回転軸１が右方向へのスラスト力Ｆ１を受けている結果として半径方向壁面部分での流路が広くなっている。

このように半径方向壁面の流路が変化している結果、高圧タービンＨＰ内の圧力が低い中圧起動運転段階では、外部からグランド蒸気Ｇ１が流入するが、半径方向壁面の流路が広くなっているので、多くのグランド蒸気が流入しやすくなっている。特にベンチレータ弁１８が誤閉止した状態では、この外部から流入するグランド蒸気Ｇ１が、タービン動翼を冷却するので、損傷を防止することができる。

また、通常運転状態ではＰ２位置に戻るが、このときは熱伸びも左向きに作用して、この間隙を狭める。そのうえ、縦型パッキン２８による流路抵抗も加わるため、高圧タービンＨＰから流出するグランド蒸気Ｇ２も減少し、効率向上に寄与する。

かくして、本発明によれば中圧起動時において仮にベンチレータ弁が誤動作したとしても、タービン動翼を冷却することができるので、風損による損害を低減することができる。また、この対策を施したことにより、通常運転時の運転効率を高くすることができる。

本発明は、中圧起動を行うタービンに広く採用することができる。

１：回転軸
ＨＰ：高圧タービン
ＩＰ：中圧タービン
ＬＰ：低圧タービン
２：高圧タービンＨＰ蒸気導入口
３：中圧タービンＩＰ蒸気導入口
４：高圧タービンＨＰの蒸気排気口
５：中圧タービンＩＰの蒸気排気口
６：蒸気発生器
７：主蒸気配管
８：高圧タービン入口弁
９：逆止弁
１０：再熱器
１１：再熱蒸気配管
１２：中圧タービン入口弁
１３：高圧タービンバイパス系統
１４：高圧タービンバイパス弁
１５：復水器
１６：低圧タービンバイパス系統
１７：低圧タービンバイパス弁
１８：ベンチレータ弁
１９：ベンチレータ系統
20:静止体（ステータ）
22:ディスク
23：ブレード（動翼）
２４：フラム
２５：ノズル（静翼）
２６：パッキン
２７：パッキン
２８：縦型パッキン
３０：蒸気流

Claims (3)

1. 回転軸の軸方向に高圧タービンと中圧タービンが、その蒸気導入口が対向するように配置され、前記高圧タービンの蒸気排気口側の回転軸端部に径変更部分が設けられると共に、前記径変更部分を含む前記回転軸と静止体の間にグランドシール蒸気流路を形成してシール用のパッキンを配置した蒸気タービンにおいて、
   前記回転軸の径変更部分では、前記回転軸と前記静止体が半径方向壁面で対向し、前記静止体側半径方向壁面に前記回転軸側半径方向壁面に向けて縦型パッキンを配置したことを特徴とする蒸気タービン。
2. 請求項1記載の蒸気タービンにおいて、
   蒸気タービンの起動時には、高圧タービンへの蒸気流入をせず、中圧タービンへ蒸気導入して起動することを特徴とする蒸気タービン。
3. 同一回転軸上に高圧タービンと中圧タービンを有し、前記高圧タービンの蒸気排気口側の回転軸端部に径変更部分が設けられ、該径変更部分を含む前記回転軸と静止体の間にグランドシール蒸気流路を形成してシール用のパッキンを配置した蒸気タービンにおいて、
   前記回転軸の径変更部分では、前記回転軸と前記静止体が半径方向壁面で対向し、前記静止体側半径方向壁面に前記回転軸側半径方向壁面に向けて縦型パッキンを配置するとともに、前記静止体側半径方向壁面と前記回転軸側半径方向壁面で形成する間隙は、起動時に広く、通常運転時に狭くされたことを特徴とする蒸気タービン。

Images