JP2012202246A

JP2012202246A - 蒸気タービン

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Publication number: JP2012202246A
Application number: JP2011065469A
Authority: JP
Inventors: Asako Inomata; 麻子猪亦; Katsuya Yamashita; 勝也山下; Kunihiko Wada; 国彦和田; Kazuhiro Saito; 和宏齊藤; Yusuke Suzuki; 悠介鈴木; Takao Inukai; 隆夫犬飼; Shogo Iwai; 章吾岩井; Takeo Suga; 威夫須賀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: EP2503103A3; JP5558396B2; US20120243978A1; US9045993B2; CN102691530A; CN102691530B; EP2503103B1; EP2503103A2

Abstract

【課題】主蒸気が高温化された場合においても、ケーシングなどの温度上昇を抑制することができる蒸気タービンを提供する。
【解決手段】実施形態の蒸気タービン１０は、蒸気が導入される入口スリーブ管４０と、この入口スリーブ管４０が管入される内部ケーシング２０および外部ケーシング２１との間に、シールリング６０を備える。シールリング６０は、入口スリーブ管４０の外周に、内周を接触して配置された高温側シールリング７０と、高温側シールリング７０よりも内径および外径が大きく構成され、内部ケーシング２０または外部ケーシング２１に、外周を接触して配置された低温側シールリング８０とを備える。そして、高温側シールリング７０の内周と入口スリーブ管４０の外周との間および高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間に遮熱層９０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、蒸気入口管の周囲にシール構造を備えた蒸気タービンに関する。

タービン効率向上の観点から、現在、温度が６００℃程度の蒸気を用いた蒸気タービンが実用化されている。さらにタービン効率を向上させるため、蒸気の温度を６５０℃以上にすることが検討され、開発が進められている。

このような蒸気タービンにおいては、蒸気が高温であるため、この温度に耐え得る耐熱合金を使用することが必要となる。しかしながら、このような耐熱合金は、高価であることや、大型部品の製作が困難であるなどの理由から、使用する範囲が限定されている。

例えば、高温の蒸気が流れる入口スリーブ管などの蒸気入口管は、耐熱性に優れたＮｉ基合金などで構成され、これに接触するシールリングや、このシールリングに接触するケーシングなどは、ＣｒＭｏＶ鋼や１２Ｃｒ鋼などで構成されている。

特開平１１−２２９８１７号公報

上記したように、入口スリーブ管内には、高温の主蒸気が流れ、この入口スリーブ管に接触するシールリングを介してケーシングに熱が伝わる。そのため、主蒸気の高温化に伴って、シールリングやケーシングの温度が上昇し、従来の材料でシールリングやケーシングを構成する際には、熱対策を施す必要がある。

本発明が解決しようとする課題は、主蒸気が高温化された場合においても、ケーシングなどの温度上昇を抑制することができる蒸気タービンを提供することにある。

実施形態の蒸気タービンは、蒸気が導入される蒸気入口管と、この蒸気入口管が管入されるケーシングとの間に、円環状のシールリングを備えている。前記シールリングは、前記蒸気入口管の外周に、内周を接触して配置された高温側シールリングと、前記高温側シールリングよりも内径および外径が大きく構成され、前記ケーシングに、外周を接触して配置された低温側シールリングとを備えている。そして、（１）前記高温側シールリングの内周と前記蒸気入口管の外周との間および前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間、（２）前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間、または（３）前記低温側シールリングの外周と前記ケーシングとの間に、遮熱層を備えている。

本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービンの子午断面を示す図である。本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービンにおける、外部ケーシングの入口部からノズルボックスまでの断面を拡大して示した図である。本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービンにおける、入口スリーブ管と外部ケーシングとの間のシールリングの拡大断面を示す図である。本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービンにおける、入口スリーブ管と外部ケーシングとの間のシールリングの拡大断面を示す図である。本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービンにおける、入口スリーブ管と外部ケーシングとの間のシールリングの拡大断面を示す図である。本発明に係る第４の実施の形態の蒸気タービンにおける、入口スリーブ管と外部ケーシングとの間のシールリングの拡大断面を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン１０の子午断面を示す図である。図２は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン１０における、外部ケーシング２１の入口部２１ａからノズルボックス２７までの断面を拡大して示した図である。なお、以下の実施の形態において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明は、省略または簡略する。

図１に示すように、蒸気タービン１０は、内部ケーシング２０とその外側に設けられた外部ケーシング２１とから構成される二重構造のケーシングを備えている。また、内部ケーシング２０内に動翼２２が植設されたタービンロータ２３が貫設されている。このタービンロータ２３は、ロータ軸受２４によって回転可能に支持されている。

内部ケーシング２０の内側面には、タービンロータ２３の軸方向に動翼２２と交互になるように静翼２５が配設されている。タービンロータ２３と各ケーシングとの間には、作動流体である蒸気の外部への漏洩を防止するために、グランドラビリンス部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄが設けられている。

図１および図２に示すように、内部ケーシング２０の入口部２０ａには、ノズルボックス２７が設けられている。ノズルボックス２７は、内部ケーシング２０とタービンロータ２３との間（すなわち内部ケーシング２０の入口部２０ａの内側部分）に配置され、ノズルボックス２７の出口部に第１段の静翼２５（第１段のノズル）を備える。ノズルボックス２７へ供給された蒸気は、第１段の静翼２５を通過して第１段の動翼２２へ導かれる。

外部ケーシング２１の入口部２１ａと、内部ケーシング２０の入口部２０ａとの間には、それらに連結する、蒸気入口管として機能する入口スリーブ管４０が設けられている。この入口スリーブ管４０は、主蒸気管２８からの蒸気をノズルボックス２７内へ導く。

入口スリーブ管４０は、図２に示すように、外部ケーシング２１の入口部２１ａの内部ケーシング２０側、および内部ケーシング２０の入口部２０ａの外部ケーシング２１側に形成された、外部ケーシング２１の蒸気入口の口径よりも大きな口径を有する拡大口径部からなる凹部５０に、複数のシールリング６０を介して挿入されている。なお、入口スリーブ管４０の内径は、外部ケーシング２１の蒸気入口の口径と同じか、あるいは若干大きくなるように構成されることが好ましい。

入口スリーブ管４０は、複数のシールリング６０を介して凹部５０に挿入されることで固定され、例えば、入口スリーブ管４０の軸方向への移動が抑制される。なお、入口スリーブ管４０の内部ケーシング２０側の端部は、自由端となっており、入口スリーブ管４０の軸方向に伸縮可能となっている。

凹部５０を構成する、外部ケーシング２１の入口部２１ａの内部ケーシング２０側の端部２１ｂおよび内部ケーシング２０の入口部２０ａの外部ケーシング２１側の端部２０ｂは、例えば、ボルト締結などにより、それぞれのケーシングに着脱可能に設けられている。そして、入口スリーブ管４０およびシールリング６０を凹部５０内に設置した後に、端部２０ｂ、２１ｂをそれぞれ外部ケーシング２１または内部ケーシング２０に取り付け、シールリング６０の上下方向（入口スリーブ管４０の軸方向）への移動が抑制される。

シールリング６０は、入口スリーブ管４０の外周に、内周を接触して配置された高温側シールリング７０と、高温側シールリング７０よりも内径および外径が大きく構成され、内部ケーシング２０または外部ケーシング２１に、外周を接触して配置された低温側シールリング８０とから構成されている。高温側シールリング７０と低温側シールリング８０とは、例えば、入口スリーブ管４０の軸方向に互い違いに積層した構造とすることが好ましい。このようなシールリング６０の積層構造を備えることで、入口スリーブ管４０と、内部ケーシング２０または外部ケーシング２１との間における蒸気の封止（シール）を確実に行うことができる。

蒸気タービン１０は、膨張仕事をしながら内部ケーシング２０内の蒸気通路を流動し、最終段の動翼２２を通過した作動流体である蒸気を内部ケーシング２０内から蒸気タービン１０の外部に導く排気流路２９を備えている。

次に、シールリング６０の構成ついて詳しく説明する。

図３は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン１０における、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の拡大断面を示す図である。なお、ここでは、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成を示しているが、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間のシールリング６０の構成もこの構成と同じである。

図３に示すように、高温側シールリング７０の内周と入口スリーブ管４０の外周との間および高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間には、遮熱層９０が設けられている。遮熱層９０としては、例えば、高温側シールリング７０の、入口スリーブ管４０の外周と接触する内周面および低温側シールリング８０と接触する上下面に形成された遮熱コーティング層１００で構成することができる。

なお、ここでは、高温側シールリング７０の上下面の全面に亘って遮熱コーティング層１００を形成しているが、低温側シールリング８０と接触する部分のみに遮熱コーティング層１００を形成してもよい。また、積層された端部に高温側シールリング７０が位置する場合には、その端部の高温側シールリング７０には、上下面のうち、低温側シールリング８０と接触する側の面に遮熱コーティング層１００が形成されている。

遮熱コーティング層１００は、高温側シールリング７０および低温側シールリング８０を構成する材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料で構成される。遮熱コーティング層１００は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、ハフニア（ＨｆＯ_２）、セリア（ＣｅＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、希土類ジルコネート（Ｘ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＸはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなどの希土類元素）などの酸化物材料で構成される。

ここで、高温側シールリング７０および低温側シールリング８０を構成する材料は、例えば、ＣｒＭｏＶ鋼、１２Ｃｒなどの金属材料で構成され、これらの材料の熱伝導率は、例えば、２５〜４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。これに対して、遮熱コーティング層１００を構成する酸化物材料の熱伝導率は、例えば、１〜１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、高温側シールリング７０および低温側シールリング８０を構成する材料の熱伝導率よりも低い。

上記した遮熱コーティング層１００を構成する酸化物材料のうち、希土類ジルコネートやハフニアは、熱伝導率が低く、熱膨張係数が比較的大きいことから、金属材料の表面に形成される遮熱コーティング層１００として好適である。なお、高温側シールリング７０と遮熱コーティング層１００との間に、これらを構成する材料の中間的な熱膨張係数を有する、ＭＣｒＡｌＹ合金（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどを主成分とする金属元素）などによる中間層を設けてもよい。これにより、遮熱コーティング層１００の熱応力が緩和される。

遮熱コーティング層１００は、大気プラズマ溶射などの溶射、物理蒸着などによって形成される。また、遮熱コーティング層１００は、上記した酸化物材料の粒子を含むスラリーを塗布し、その後焼成するスラリー塗布法などによって形成されてもよい。また、遮熱コーティング層１００の厚さは、遮熱効果を得るために、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に形成されることが好ましい。

なお、ここでは、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間の遮熱層９０として、高温側シールリング７０の上下面に遮熱コーティング層１００を形成した一例を示したが、遮熱コーティング層１００は、低温側シールリング８０の上下面に形成されてもよい。

また、高温側シールリング７０の内周と入口スリーブ管４０の外周との間の遮熱層９０として、高温側シールリング７０の内周面に遮熱コーティング層１００を形成した一例を示したが、遮熱コーティング層１００は、入口スリーブ管４０の外周面に形成されてもよい。

次に、蒸気タービン１０における、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間の熱移動について説明する。

主蒸気管２８から蒸気タービン１０内に導入された蒸気は、入口スリーブ管４０を通りノズルボックス２７に導かれる。ノズルボックス２７に導かれた蒸気は、内部ケーシング２０に配設された静翼２５とタービンロータ２３に植設された動翼２２との間の蒸気通路を膨張仕事をしながら流動し、タービンロータ２３を回転させる。そして、最終段の動翼２２を通過した蒸気は、排気流路２９を通り蒸気タービン１０の外部へ排気される。

入口スリーブ管４０内には、上記したように主蒸気管２８から導入された高温の蒸気が通過する。この際、蒸気から入口スリーブ管４０へ熱伝達による熱移動が生じる。入口スリーブ管４０からは、この入口スリーブ管４０に接触する高温側シールリング７０へ熱伝導による熱移動が生じるが、これらの間には、遮熱コーティング層１００を有しているため、熱移動が抑制される。さらに、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間にも遮熱コーティング層１００を有しているため、熱移動が抑制される。

これによって、入口スリーブ管４０から、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０、外部ケーシング２１への熱移動が抑制され、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０および外部ケーシング２１の温度上昇を抑制することができる。そのため、蒸気タービン１０の蒸気温度が高温化された場合においても、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０、外部ケーシング２１を従来と同様の材料で構成することができる。

なお、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間の熱移動も、上記した熱移動と同様であり、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０、内部ケーシング２０への熱移動が抑制され、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０および内部ケーシング２０の温度上昇を抑制することができる。そのため、蒸気タービン１０の蒸気温度が高温化された場合においても、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０、外部ケーシング２１を従来と同様の材料で構成することができる。

第１の実施の形態の蒸気タービン１０によれば、高温側シールリング７０の内周と入口スリーブ管４０の外周との間および高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間に遮熱層９０を設けることで、入口スリーブ管４０から外部ケーシング２１や内部ケーシング２０へ向かう熱移動を抑制することができる。

ここで、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間において、高温側シールリング７０または低温側シールリング８０の上下面に遮熱コーティング層１００を形成する代わりに、これらの間に遮熱層９０として遮熱シートを設置してもよい。

遮熱シートは、高温側シールリング７０および低温側シールリング８０を構成する材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料で構成される。遮熱シートとしては、例えば、アルミナ繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維、ハフニア繊維などを使用することができる。具体的には、遮熱シートとしては、例えば、Ａｌｍａｘ（三井鉱山社製品）、Ｎｅｘｔｅｌ（３Ｍ社製品）、Ａｌｔｅｘ（住友化学社製品）、Ｓａｆｆｉｌ（Ｓａｆｆｉｌ社製品）、ＺＹシリーズ（Ｚｉｒｃａｒ社製品）などを使用することができる。

遮熱シートは、例えば、無機塩法やゾル法、スラリー法、前駆ポリマー法のように、各種材料の前駆体を繊維化し、その後、焼成を行う前駆体繊維化法や、原材料を通電加熱などによって溶融させ、融液を空気流中や回転円板によって延伸させる溶融紡糸法などによって作製することができる。

これらの遮熱シートの熱伝導率は、例えば、０．１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、高温側シールリング７０および低温側シールリング８０を構成する材料の熱伝導率よりも低い。

このように、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間に遮熱シートを備える構成においても、上記した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン１１の構成は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と、入口スリーブ管４０と、内部ケーシング２０または外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成以外は同じであるため、ここでは、異なる構成であるシールリング６０の構成について主に説明する。

図４は、本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン１１における、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の拡大断面を示す図である。なお、ここでは、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成を示しているが、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間のシールリング６０の構成もこの構成と同じである。

図４に示すように、高温側シールリング７０の、入口スリーブ管４０の外周と接触する内周面および低温側シールリング８０と接触する上下面には、遮熱コーティング層１００が形成され、さらに遮熱コーティング層１００の表面に耐摩耗コーティング層１１０が形成されている。すなわち、耐摩耗コーティング層１１０が最外層を形成している。

遮熱コーティング層１００は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０におけるものと同じである。

ここで、遮熱コーティング層１００を構成する上記した酸化物材料の硬度は、比較的高く、単純な摺動には優れた耐磨耗性を発揮することができるが、シールリングに使用する場合は、摺動以外に振動などによる局所的な衝撃的な荷重がかかる。そのため、遮熱コーティング層１００に欠損が生じ、減肉する可能性がある。そこで、ここでは、遮熱コーティング層１００の表面に耐摩耗コーティング層１１０を備えている。

耐摩耗コーティング層１１０は、上記したことから、遮熱コーティング層１００を構成する酸化物材料よりも耐摩耗に優れた材料で構成されることが好ましい。そこで、耐摩耗コーティング層１１０を構成する材料として、例えば、金属素地にＷＣやＣｒＣなどの化合物を含有した材料や、窒化処理やホウ化処理などによる金属の内部への窒素やホウ素の拡散によって硬質な化合物を形成した材料などを使用することが好ましい。金属素地にＷＣやＣｒＣなどの化合物を含有した材料としては、例えば、サーメット（ＷＣ−Ｘ、ＣｒＣ−Ｘ、Ｘは金属元素でＮｉやＣｏなどを主成分とするものが好適）などを使用することができる。窒化処理やホウ化処理などによる金属の内部への窒素やホウ素の拡散によって硬質な化合物を形成した材料としては、窒化物（ＴｉＮ，ＡｌＮ、Ｆｅ_２−３Ｎ）、ホウ化物（ＦｅＢ、Ｆｅ_２Ｂ）などを使用することができる。また、これら以外にも、例えば、クロミア（Ｃｒ_２Ｏ_３）、ダイアモンドライクカーボンなどを使用することができる。

耐摩耗コーティング層１１０は、溶射、物理蒸着、化学蒸着、窒化処理、ホウ化処理などによって形成される。ここで、耐摩耗コーティング層１１０の形成方法について、具体的に例示する。

例えば、遮熱コーティング層１００を形成後、遮熱コーティング層１００の表面に、上記した耐磨耗材料のうち、例えばサーメットなどの耐磨耗材料を溶射施工する。この際、耐磨耗材料は、例えば、高速火炎溶射されることが好適である。また、耐磨耗材料を溶射施工する前に、遮熱コーティング層１００の表面をブラスト処理して、耐磨耗材料の機械的な密着性を向上させてもよい。さらに、遮熱コーティング層１００と耐摩耗コーティング層１１０との間に、これらを構成する材料の中間的な熱膨張係数を有する、ＭＣｒＡｌＹ合金（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどを主成分とする金属元素）などによる中間層を設けてもよい。これにより、遮熱コーティング層１００の熱応力が緩和される。

例えば、遮熱コーティング層１００を形成後、物理蒸着によってダイアモンドライクカーボンなどの耐摩耗コーティング層１１０を形成する。

例えば、遮熱コーティング層１００を形成後、遮熱コーティング層１００の表面に、溶射により金属層（例えば、ＮｉやＣｏなどを主成分とする金属）を形成し、金属層に窒化処理またはホウ化処理を施して、耐摩耗コーティング層１１０を形成する。なお、窒化処理は、アンモニアまたは窒素を含んだ雰囲気中に暴露し、表面に窒素を浸透させて硬化させる方法である。ホウ化処理は、ホウ素を侵入拡散させてホウ化層を生成する方法である。

耐摩耗コーティング層１１０の厚さは、耐摩耗性維持のため、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に形成されることが好ましい。

なお、ここでは、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間においては、遮熱コーティング層１００および耐摩耗コーティング層１１０を高温側シールリング７０の上下面に形成した一例を示したが、低温側シールリング８０の上下面に形成されてもよい。

また、高温側シールリング７０の内周と入口スリーブ管４０の外周との間において、高温側シールリング７０の内周面に遮熱コーティング層１００および耐摩耗コーティング層１１０を形成した一例を示したが、遮熱コーティング層１００および耐摩耗コーティング層１１０は、入口スリーブ管４０の外周面に形成されてもよい。

第２の実施の形態の蒸気タービン１１によれば、シールリング６０に耐摩耗コーティング層１１０を備えることで、入口スリーブ管４０と高温側シールリング７０の接触部や、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０の接触部における機械的強度を向上することができる。また、遮熱コーティング層１００を備えることで、入口スリーブ管４０から外部ケーシング２１や内部ケーシング２０へ向かう熱移動を抑制することができる。

（第３の実施の形態）
本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン１２の構成は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と、入口スリーブ管４０と、内部ケーシング２０または外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成以外は同じであるため、ここでは、異なる構成であるシールリング６０の構成について主に説明する。

図５は、本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン１２における、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の拡大断面を示す図である。なお、ここでは、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成を示しているが、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間のシールリング６０の構成もこの構成と同じである。

図５に示すように、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間には、遮熱層９０が設けられている。遮熱層９０としては、例えば、高温側シールリング７０の低温側シールリング８０と接触する上下面に形成された遮熱コーティング層１００で構成することができる。

なお、ここでは、高温側シールリング７０の上下面の全面に亘って遮熱コーティング層１００を形成しているが、低温側シールリング８０と接触する部分のみに遮熱コーティング層１００を形成してもよい。また、遮熱コーティング層１００は、低温側シールリング８０の高温側シールリング７０と接触する上下面に形成されてもよい。また、遮熱層９０としては、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間において、遮熱コーティング層１００を形成する代わりに、これらの間に遮熱シートを設置してもよい。

遮熱コーティング層１００および遮熱シートは、第１の実施の形態の蒸気タービン１０におけるものと同じである。

ここで、高温側シールリング７０は、入口スリーブ管４０に直接接触するため、蒸気温度に応じて、例えば、ＣｒＭｏＶ鋼、１２Ｃｒなどの金属材料以外に、これらの材料よりも耐熱性に優れたＮｉ基合金を使用してもよい。なお、Ｎｉ基合金の熱伝導率は、例えば、１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。そのため、遮熱コーティング層１００を構成する酸化物材料の熱伝導率（例えば、１〜１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度）は、高温側シールリング７０を構成する材料の熱伝導率よりも低い。

上記したようにシールリング６０を構成した場合、入口スリーブ管４０から、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０、外部ケーシング２１へ熱伝導による熱移動が生じる。高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間には、遮熱コーティング層１００を有しているため、熱移動が抑制される。これによって、高温側シールリング７０から、低温側シールリング８０、外部ケーシング２１への熱移動が抑制され、低温側シールリング８０および外部ケーシング２１の温度上昇を抑制することができる。そのため、蒸気タービン１０の蒸気温度が高温化された場合においても、少なくとも、低温側シールリング８０および外部ケーシング２１を従来と同様の材料で構成することができる。

なお、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間の熱移動も、上記した熱移動と同様であり、低温側シールリング８０、内部ケーシング２０への熱移動が抑制され、低温側シールリング８０および内部ケーシング２０の温度上昇を抑制することができる。そのため、蒸気タービン１０の蒸気温度が高温化された場合においても、少なくとも、低温側シールリング８０および内部ケーシング２０を従来と同様の材料で構成することができる。

第３の実施の形態の蒸気タービン１２によれば、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との間に遮熱層９０を設けることで、入口スリーブ管４０から外部ケーシング２１や内部ケーシング２０へ向かう熱移動を抑制することができる。

ここで、上記した遮熱コーティング層１００の表面に、第２の実施の形態と同様に、耐摩耗コーティング層１１０を形成してもよい。耐摩耗コーティング層１１０を形成することで、入口スリーブ管４０から外部ケーシング２１や内部ケーシング２０へ向かう熱移動を抑制することができるとともに、高温側シールリング７０と低温側シールリング８０との接触部における機械的強度を向上することができる。

（第４の実施の形態）
本発明に係る第４の実施の形態の蒸気タービン１３の構成は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０の構成と、入口スリーブ管４０と、内部ケーシング２０または外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成以外は同じであるため、ここでは、異なる構成であるシールリング６０の構成について主に説明する。

図６は、本発明に係る第４の実施の形態の蒸気タービン１３における、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の拡大断面を示す図である。なお、ここでは、入口スリーブ管４０と外部ケーシング２１との間のシールリング６０の構成を示しているが、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間のシールリング６０の構成もこの構成と同じである。

図６に示すように、低温側シールリング８０と外部ケーシング２１との間には、遮熱層９０が設けられている。遮熱層９０としては、例えば、低温側シールリング８０の、外部ケーシング２１と接触する外周面に形成された遮熱コーティング層１００で構成することができる。なお、遮熱コーティング層１００は、低温側シールリング８０と接触する外部ケーシング２１の周面に形成されてもよい。

なお、遮熱コーティング層１００は、第１の実施の形態の蒸気タービン１０におけるものと同じである。

ここで、高温側シールリング７０は、入口スリーブ管４０に直接接触し、低温側シールリング８０は、この高温側シールリング７０に直接接触する。そのため、高温側シールリング７０および低温側シールリング８０は、蒸気温度に応じて、例えば、ＣｒＭｏＶ鋼、１２Ｃｒなどの金属材料以外に、これらの材料よりも耐熱性に優れたＮｉ基合金で構成されてもよい。

上記したようにシールリング６０を構成した場合、入口スリーブ管４０から、高温側シールリング７０、低温側シールリング８０、外部ケーシング２１へ熱伝導による熱移動が生じる。低温側シールリング８０と外部ケーシング２１との間には、遮熱コーティング層１００を有しているため、熱移動が抑制される。これによって、低温側シールリング８０から外部ケーシング２１への熱移動が抑制され、外部ケーシング２１の温度上昇を抑制することができる。そのため、蒸気タービン１０の蒸気温度が高温化された場合においても、少なくとも、外部ケーシング２１を従来と同様の材料で構成することができる。

なお、入口スリーブ管４０と内部ケーシング２０との間の熱移動も、上記した熱移動と同様であり、内部ケーシング２０への熱移動が抑制され、内部ケーシング２０の温度上昇を抑制することができる。そのため、蒸気タービン１０の蒸気温度が高温化された場合においても、少なくとも、内部ケーシング２０を従来と同様の材料で構成することができる。

第４の実施の形態の蒸気タービン１３によれば、低温側シールリング８０と外部ケーシング２１との間、低温側シールリング８０と内部ケーシング２０との間に遮熱コーティング層１００を設けることで、入口スリーブ管４０から外部ケーシング２１や内部ケーシング２０へ向かう熱移動を抑制することができる。

ここで、上記した遮熱コーティング層１００の表面に、第２の実施の形態と同様に、耐摩耗コーティング層１１０を形成してもよい。耐摩耗コーティング層１１０を形成することで、入口スリーブ管４０から外部ケーシング２１や内部ケーシング２０へ向かう熱移動を抑制することができるとともに、低温側シールリング８０と外部ケーシング２１との接触部、低温側シールリング８０と内部ケーシング２０との接触部における機械的強度を向上することができる。

上記した実施の形態では、例えば、内部ケーシングおよび外部ケーシングを備える高圧タービンにおける、入口スリーブ管とケーシングとの間のシールリングを例示して説明したが、これに限られるものではない。例えば、本実施の形態は、静翼２５と内部ケーシング２０との間、内部ケーシング２０と外部ケーシング２１との間、ノズルボックス２７と内部ケーシング２０の間などにも適用可能である。

以上説明した実施形態によれば、主蒸気が高温化された場合においても、ケーシングなどの温度上昇を抑制することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１０，１１，１２，１３…蒸気タービン、２０…内部ケーシング、２０ａ，２１ａ…入口部、２０ｂ，２１ｂ…端部、２１…外部ケーシング、２２…動翼、２３…タービンロータ、２４…ロータ軸受、２５…静翼、２６ａ…グランドラビリンス部、２７…ノズルボックス、２８…主蒸気管、２９…排気流路、４０…入口スリーブ管、５０…凹部、６０…シールリング、７０…高温側シールリング、８０…低温側シールリング、９０…遮熱層、１００…遮熱コーティング層、１１０…耐摩耗コーティング層。

Claims

蒸気が導入される蒸気入口管と、この蒸気入口管が管入されるケーシングとの間に、円環状のシールリングを備えた蒸気タービンにおいて、
前記シールリングが、
前記蒸気入口管の外周に、内周を接触して配置された高温側シールリングと、
前記高温側シールリングよりも内径および外径が大きく構成され、前記ケーシングに、外周を接触して配置された低温側シールリングと
を備え、
（１）前記高温側シールリングの内周と前記蒸気入口管の外周との間および前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間、（２）前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間、または（３）前記低温側シールリングの外周と前記ケーシングとの間に、遮熱層を備えることを特徴とする蒸気タービン。
前記遮熱層が、前記高温側シールリングおよび前記低温側シールリングを構成する材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとが交互に積層して配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービン。
（１）前記高温側シールリングの内周と前記蒸気入口管の外周との間および前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間に遮熱層を備える場合において、
前記遮熱層が、前記高温側シールリングの、前記蒸気入口管の外周との接触面および前記低温側シールリングとの接触面に形成された遮熱コーティング層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
（２）前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間に遮熱層を備える場合において、
前記遮熱層が、前記高温側シールリングの、前記低温側シールリングとの接触面に形成された遮熱コーティング層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
（３）前記低温側シールリングの外周と前記ケーシングとの間に遮熱層を備える場合において、
前記遮熱層が、前記低温側シールリングの、前記ケーシングとの接触面に形成された遮熱コーティング層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。
前記遮熱コーティング層の表面に耐摩耗コーティング層をさらに備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービン。
前記高温側シールリングの、前記低温側シールリングとの接触面に前記遮熱コーティング層を形成する代わりに、前記高温側シールリングと前記低温側シールリングとの間に、前記遮熱層として遮熱シートを設置したことを特徴とする請求項４または５記載の蒸気タービン。
前記遮熱シートが、前記高温側シールリングおよび前記低温側シールリングを構成する材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項８記載の蒸気タービン。