JP2012207657A - タービン - Google Patents

Abstract

【課題】フランジの温度応答性をよりシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することができるタービンを提供することにある。
【解決手段】ロータ２４の軸心Ｒを中心として上半部ケーシング１６Ｂａと下半部ケーシング１６Ｂｂとに分割して構成され、これら上半部ケーシング１６Ｂａと下半部ケーシング１６Ｂｂとが相互のフランジ３０ａ，３０ｂを締結されて一体とされるケーシングを備えるタービンにおいて、フランジ３０ａ，３０ｂの外面に取り付けられ、当該フランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部とする通路１ａをなすフランジ外装部１と、ケーシング内の流体を取り出してフランジ外装部１の通路１ａに流通させる抽気配管（流通部）２と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する改善がなされたタービンに関するものである。

タービンは、タービン軸に動翼が取り付けられ、当該タービン軸が収納されるケーシング側に静翼が取り付けられており、タービン軸の延在方向（軸方向）に動翼と静翼とが交互で多段に配置されている。そして、蒸気やガスなどの作動流体がケーシング内に軸方向の一方から他方に流通することで動翼が駆動されてロータが回転駆動される。

この種のタービンは、ケーシングが、タービン軸を中心として上半部ケーシングと下半部ケーシングとに分割して構成され、これら上半部ケーシングと下半部ケーシングとが相互のフランジをボルトによって締結されることで一体となる。このケーシングは、その内部が高温環境となることから、上半部ケーシングと下半部ケーシングとの締結剛性を確保する必要があり、フランジが、ケーシングの他の部分であるシェルに比較して肉厚に形成されている。

このような構成のタービンは、例えば、起動時や停止時において、ケーシングの内部と外部との温度差が大きくなる。このため、肉厚に形成されたフランジの熱容量が大きいことからシェルに対して温度応答の遅れが生じ、ケーシングは、オーバル変形と呼ばれる楕円型の変形が生じる。この結果、動翼の先端でのチップクリアランスに影響を及ぼし、例えば動翼がケーシング側に接触するなどの問題が発生するおそれがある。この問題に対しては、変形度合いに応じてチップクリアランスを設計するなどの対処を行うことが一般的であるが、タービンの性能向上に伴って上記設計が非常に厳しい条件となっている。また、シェルに対してフランジの温度応答の遅れによって、フランジとシェルとの接続部分で低サイクル疲労が生じるおそれがある。

従来、特許文献１に記載の蒸気タービンケーシングは、フランジの熱応力を抑え、ボルトの締結力を確保しつつ、ケーシングの熱に対する追従性を良好にさせることを目的としている。この特許文献１は、横断中心を境に分割した上半部ケーシングに設けた上半部フランジと、下半部ケーシングに設けた下半部フランジとに締結ボルトを介装させて接続する構成であり、上半部フランジと下半部フランジとの接続面に通路を備えることが記載されている。そして、この通路には、蒸気タービンに供給される作動蒸気および蒸気タービンに一旦供給された作動蒸気を抽気する抽気蒸気のうち、いずれか一方が選択して供給される。

特開２００６−１７０１６号公報 特許第３７７６５４１号

しかし、最も温度差が生じる部分は、フランジの外面とフランジの内面とであり、上述した特許文献１に記載の蒸気タービンケーシングのように、上半部フランジと下半部フランジとの接続面に通路を備えた場合では、シェルに対するフランジの温度応答の遅れを比較的短時間で解消することは難しい。

本発明は上述した課題を解決するものであり、フランジの温度応答性をよりシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することのできるタービンを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るタービンは、ロータの軸心を中心として上半部ケーシングと下半部ケーシングとに分割して構成され、これら上半部ケーシングと下半部ケーシングとが相互のフランジを締結されて一体とされるケーシングを備えるタービンにおいて、前記フランジの外面に取り付けられ、当該フランジの外面を一部とする通路をなすフランジ外装部と、ケーシング内の流体を取り出して前記フランジ外装部の通路に流通させる流通部と、を備えることを特徴とする。

このタービンによれば、ケーシング内の流体によってフランジの外面とフランジの内面（ケーシング内側）との温度差が抑えられる。この結果、フランジの温度応答性をよりシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することができる。

また、本発明に係るタービンは、前記フランジ外装部内に設けられ、前記流体に乱流を発生させる乱流発生手段を備えることを特徴とする。

このタービンによれば、乱流発生手段によってフランジ外装部の通路を流通する流体が乱流となることで、乱流発生手段が無い場合と比べて熱伝達率が向上し、フランジの外面とフランジの内面（ケーシング内側）との温度差がさらに抑えられる。この結果、フランジの温度応答性をより確実にシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力をより一層低減することができる。

また、本発明に係るタービンは、前記流通部に対して前記流体の流量を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする。

このタービンによれば、流量調整手段によってフランジ外装部の通路に供給される流体の流量を調整することで、必要なときにフランジの外面とフランジの内面（ケーシング内側）との温度差を制御することができる。この結果、フランジの温度応答性をシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する効果を顕著に得ることができる。

また、本発明に係るタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとが前記ロータの軸心の延在方向に順に配置して構成され、前記流通部は、前記圧縮機の後段側の圧縮空気を取り出して前記フランジ外装部の通路に流通させることを特徴とする。

このタービンによれば、タービンとして例えばガスタービンを適用し、このガスタービンにおいて、例えば、起動時に圧縮機のケーシング内が最も高温となる後段側の圧縮空気を取り出してフランジ外装部の通路に流通させることで、フランジの外面とフランジの内面（ケーシング内側）との温度差がより抑えられる。この結果、フランジの温度応答性をシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する効果を顕著に得ることができる。

また、本発明に係るタービンは、前記フランジ外装部を、前記圧縮機の後段からタービンに至り配置することを特徴とする。

このタービンによれば、圧縮機の後段からタービンは、例えば、起動時に圧縮機のケーシング内が最も高温となって変形度合いが顕著である。このため、この部分にフランジ外装部を設けることで、フランジの外面とフランジの内面（ケーシング内側）との温度差がより抑えられる。この結果、フランジの温度応答性をシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する効果を顕著に得ることができる。

本発明によれば、フランジの温度応答性がよりシェルに近づけられ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することができる。

図１は、本発明に係るタービンの実施の形態の一例であるガスタービンの概略構成図である。 図２は、本発明に係るタービンの一実施の形態の要部構成図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、本発明に係るタービンの他の実施の形態の要部構成図である。 図５は、本発明に係るタービンの他の実施の形態の説明図であって、図５（Ａ）に図４のＡ−Ａ断面を示し、図５（Ｂ）にタービンが具備するタービュレータの拡大を示す。 図６は、本発明に係るタービンの更に他の実施の形態であって図２のＡ−Ａ断面図である。

以下に、本発明に係るタービンの各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明に係るタービンの実施の形態の一例であるガスタービンの概略構成図である。タービンとしてのガスタービンは、図１に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気室１４により構成され、このタービン１３に図示しない発電機が連結されている。圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８が交互に配設されている。燃焼器１２は、燃焼器ケーシング１９において圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、ガスタービンは、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ２４が配置されており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、排気室１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

このガスタービンは、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼２１と動翼２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２を通過することでロータ２４を駆動回転し、このロータ２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。

上記ガスタービンにおいて、圧縮機１１は、圧縮機車室１６における静翼１７の外側に、圧縮機車室１６の周方向に沿って環状に形成された圧縮機抽気室２７が設けられている。この圧縮機抽気室２７は、ロータ２４の軸心Ｒの延在方向に沿って空気取入口１５から燃焼器１２に至る順で、第一圧縮機抽気室２７ａ、第二圧縮機抽気室２７ｂおよび第三圧縮機抽気室２７ｃの３つの抽気室を有している。

また、タービン１３は、タービン車室２０における静翼２１の外側に、タービン車室２０の周方向に沿って環状に形成されたタービン抽気室２８が設けられている。このタービン抽気室２８は、ロータ２４の軸心Ｒの延在方向に沿って燃焼器１２から排気ディフューザ２３に至る順で、第一タービン抽気室２８ａ、第二タービン抽気室２８ｂおよび第三タービン抽気室２８ｃの３つの抽気室を有している。第一タービン抽気室２８ａ、第二タービン抽気室２８ｂおよび第三タービン抽気室２８ｃは、ロータ２４の軸心Ｒの延在方向に沿って配置された静翼２１内の空間にそれぞれ通じている。

そして、第一圧縮機抽気室２７ａと第三タービン抽気室２８ｃとは、ガスタービンの外部に配置された第一抽気配管２９ａによって連通されている。第二圧縮機抽気室２７ｂと第二タービン抽気室２８ｂとは、ガスタービンの外部に配置された第二抽気配管２９ｂによって連通されている。第三圧縮機抽気室２７ｃと第一タービン抽気室２８ａとは、ガスタービンの外部に配置された第三抽気配管２９ｃによって連通されている。

このため、第一圧縮機抽気室２７ａから第三タービン抽気室２８ｃに対して第一抽気配管２９ａを介して圧縮機１１の低温低圧抽気が供給されることで、この低温低圧抽気がタービン１３の低圧側の静翼２１を経てロータ２４の回転系を冷却する。また、第二圧縮機抽気室２７ｂから第二タービン抽気室２８ｂに対して第二抽気配管２９ｂを介して圧縮機１１の中温中圧抽気が供給されることで、この中温中圧抽気がタービン１３の中圧側の静翼２１を経てロータ２４の回転系を冷却する。また、第三圧縮機抽気室２７ｃから第一タービン抽気室２８ａに対して第二抽気配管２９ｃを介して圧縮機１１の高温高圧抽気が供給されることで、この高温高圧抽気がタービン１３の高圧側の静翼２１を経てロータ２４の回転系を冷却する。

図２は、本発明に係るタービンの一実施の形態の要部構成図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

上記ガスタービンにおいて、図２および図３に示すように、圧縮機車室１６、燃焼器ケーシング１９、およびタービン車室２０は、ロータ２４の軸心Ｒを中心として上半部ケーシングと下半部ケーシングとに分割して構成されている。

具体的に、圧縮機車室１６は、圧縮機上半部ケーシング１６Ａａ，１６Ｂａと、圧縮機下半部ケーシング１６Ａｂ，１６Ｂｂとに分割され、相互の側部に突出形成された水平方向のフランジ３０ａ，３０ｂをボルト３１で締結されることで一体のケーシングをなしている。さらに、圧縮機１１の前段および中段である圧縮機車室１６の圧縮機上半部ケーシング１６Ａａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ａｂと、圧縮機１１の後段である圧縮機上半部ケーシング１６Ｂａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ｂｂは、軸心Ｒの延在方向において周方向のフランジを介して相互に締結されている。

燃焼器ケーシング１９は、燃焼器上半部ケーシング１９ａと、燃焼器下半部ケーシング１９ｂとに分割され、相互の側部に突出形成された水平方向（軸心Ｒの延在方向）のフランジ３０ａ，３０ｂをボルト３１で締結されることで一体のケーシングをなしている。

タービン車室２０は、タービン上半部ケーシング２０ａと、タービン下半部ケーシング２０ｂとに分割され、相互の側部に突出形成された水平方向のフランジ３０ａ，３０ｂをボルト３１で締結されることで一体のケーシングをなしている。

圧縮機車室１６は、圧縮機上半部ケーシング１６Ａａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ａｂが、軸心Ｒの延在方向において周方向のフランジを介して空気取入口１５と相互に締結されているとともに、圧縮機上半部ケーシング１６Ｂａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ｂｂが、軸心Ｒの延在方向において周方向のフランジを介して燃焼器ケーシング１９と相互に締結されている。また、燃焼器ケーシング１９とタービン車室２０とは、軸心Ｒの延在方向において周方向のフランジを介して相互に締結されている。

なお、水平方向のフランジ３０ａ，３０ｂは、上半部ケーシングと下半部ケーシングとの締結剛性を確保するため、圧縮機車室１６、燃焼器ケーシング１９、およびタービン車室２０において、ケーシングをなす円弧状のシェルに比較して肉厚に形成されている。

このような圧縮機車室１６、燃焼器ケーシング１９、およびタービン車室２０は、水平方向のフランジ３０ａ，３０ｂの各外面にフランジ外装部１が取り付けられている。フランジ外装部１は、軸心Ｒの延在方向において、圧縮機車室１６の圧縮機上半部ケーシング１６Ｂａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ｂｂから、タービン車室２０を経て圧縮機車室１６に設けられている。このフランジ外装部１は、フランジ３０ａ，３０ｂ側に向けて開口するように、フランジ３０ａ，３０ｂ側に溝が設けられ、かつ軸心Ｒの延在方向の両端で溝が閉塞されていることで、軸心Ｒの延在方向の自身の長さの範囲で、フランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部とする通路１ａをなしている。このフランジ外装部１は、フランジ３０ａ，３０ｂに対して、気密性を有するように溶接などで接続されている。

そして、フランジ外装部１は、通路１ａが流通部としての抽気配管２を介して圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とに通じている。すなわち、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８との間にフランジ外装部１の通路１ａが接続されている。本実施の形態では、図２に示すように、圧縮機抽気室２７の第三圧縮機抽気室２７ｃと、タービン抽気室２８の第一タービン抽気室２８ａとの間にフランジ外装部１の通路１ａが接続されている。

このように構成されたガスタービンは、その起動時において、圧縮機車室１６、燃焼器ケーシング１９およびタービン車室２０のケーシングの内部が、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気や、燃焼器１２で生成された燃焼ガスによって高温環境となる。このため、従来では、肉厚に形成された低温のフランジの熱容量が大きいことからシェルに対して温度応答の遅れが生じ、ケーシングは、オーバル変形と呼ばれる楕円型の変形が生じることがあった。しかし、本実施の形態のガスタービンは、フランジ外装部１と抽気配管２とによって、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８との間に、フランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部とする通路１ａが接続されている。このため、通路１ａにケーシングの内部から取り出された高温抽気（ケーシング内の流体）が通り、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面との温度差が抑えられる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力を低減することが可能になる。特に、本実施の形態のガスタービンは、通路１ａがフランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部として構成されているため、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をよりシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することが可能である。

一方、ガスタービンは、その停止時において、圧縮機車室１６、燃焼器ケーシング１９およびタービン車室２０のケーシングの内部で圧縮空気や燃焼ガスの流通が止まることによって低温環境となる。このため、従来では、肉厚に形成された高温のフランジの熱容量が大きいことからシェルに対して温度応答の遅れが生じ、ケーシングは、オーバル変形と呼ばれる楕円型の変形が生じることがあった。しかし、本実施の形態のガスタービンは、フランジ外装部１と抽気配管２とによって、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８との間に、フランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部とする通路１ａが接続されている。このため、通路１ａにケーシングの内部から取り出された低温抽気（ケーシング内の流体）が通り、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面との温度差が抑えられる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力を低減することが可能になる。特に、本実施の形態のガスタービンは、通路１ａがフランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部として構成されているため、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をよりシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力を低減することが可能である。

また、図２において、フランジ外装部１の通路１ａは、圧縮機抽気室２７の第三圧縮機抽気室２７ｃと、タービン抽気室２８の第一タービン抽気室２８ａとの間に接続されている。また、図２において、フランジ外装部１の通路１ａは、圧縮機車室１６において圧縮機１１の後段である圧縮機上半部ケーシング１６Ｂａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ｂｂから、燃焼器ケーシング１９を経てタービン車室２０に至り設けられている。ここで、第三圧縮機抽気室２７ｃの抽気は、圧縮機１１において最も高温となる高温高圧抽気であり、フランジ外装部１の通路１ａが設けられた部分は、ケーシングの内部が最も高温となる部分である。すなわち、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面との両面に、それぞれ高温環境が形成されることから、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面との温度差を抑えるのが好適である。なお、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面との温度差を抑える効果を得るには、例えば、図には明示しないが、フランジ外装部１の通路１ａは、圧縮機抽気室２７の第二圧縮機抽気室２７ｂと、タービン抽気室２８の第二タービン抽気室２８ｂとの間や、圧縮機抽気室２７の第一圧縮機抽気室２７ａと、タービン抽気室２８の第三タービン抽気室２８ｃとの間に接続されていてもよい。

また、フランジ外装部１の通路１ａは、圧縮機抽気室２７の第三圧縮機抽気室２７ｃと、タービン抽気室２８の第一タービン抽気室２８ａとの間や、圧縮機抽気室２７の第二圧縮機抽気室２７ｂと、タービン抽気室２８の第二タービン抽気室２８ｂとの間や、圧縮機抽気室２７の第一圧縮機抽気室２７ａと、タービン抽気室２８の第三タービン抽気室２８ｃとの間に接続されていることから、フランジ外装部１および抽気配管２は、上述した第一抽気配管２９ａや第二抽気配管２９ｂや第三抽気配管２９ｃの役割を兼ねることが可能になる。

なお、図２において、フランジ外装部１は、軸心Ｒの延在方向において、圧縮機車室１６の圧縮機上半部ケーシング１６Ｂａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ｂｂから、タービン車室２０を経て圧縮機車室１６に設けられているが、圧縮機車室１６の圧縮機上半部ケーシング１６Ａａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ａｂから、圧縮機上半部ケーシング１６Ｂａおよび圧縮機下半部ケーシング１６Ｂｂ、タービン車室２０を経て圧縮機車室１６に設けられていてもよい。さらに、図２において、フランジ外装部１は、タービン車室２０における軸心Ｒの延在方向全体に亘って設けられているが、第一ダービン抽気室２８ａの位置まで設けられていてもよい。

なお、図３において、フランジ外装部１は、フランジ３０ａ，３０ｂの側部の外面を一部とする通路１ａをなしているが、フランジ３０ａ，３０ｂの側部に外面を加え、フランジ３０ａ，３０ｂの上部や下部の外面を一部とする通路をなしてもよい。

なお、図２および図３において、抽気配管２は、上半部や下半部で両側の各フランジ３０ａ，３０ｂに設けられたフランジ外装部１に対し、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とからそれぞれ別に接続されている。これに限らず、図には明示しないが、例えば、上半部と下半部とでまとめるように、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とから両側の各フランジ３０ａ，３０ｂに抽気配管２を２つに分岐して設けたり、両側をまとめるように、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とから上半部と下半部とに抽気配管２を２つに分岐して設けたり、上半部、下半部および両側をまとめるように、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とから上半部と下半部とに抽気配管２を４つに分岐して設けたりしてもよく、ガスタービンの回りの配管の設計状況に応じて抽気配管２を設ければよい。

ところで、図４は、本発明に係るタービンの他の実施の形態の要部構成図である。図５は、本発明に係るタービンの他の実施の形態の説明図であって、図５（Ａ）に図４のＡ−Ａ断面を示し、図５（Ｂ）にタービンが具備するタービュレータの拡大を示す。図４、図５（Ａ）、および図５（Ｂ）に示すように、ガスタービンは、フランジ外装部１の通路１ａ内に設けられ、内部を流通する流体に乱流を発生させる乱流発生手段としてのタービュレータ５を備える。

タービュレータ５は、フランジ３０ａ，３０ｂの外面３０ａａ，３０ｂａに設けられており、フランジ外装部１の通路１ａ内を通過する流体に乱流を生じさせる。

また、図５（Ｂ）において、タービュレータ５は、上下方向で隣接して配置され、所定の高さを有し、軸心Ｒの延在方向に延在する複数の軸心方向突起部５ｂと、隣接する軸心方向突起部５ｂ，５ｂに接続して配置され、所定の高さを有し、軸心Ｒの延在方向と直交する方向に延在する複数の上下方向突起部５ａとを具備する。

なお、タービュレータ５は、図４、図５（Ａ）、および図５（Ｂ）において、上半部や下半部で両側の各フランジ３０ａ，３０ｂに設けられたフランジ外装部１の通路１ａにおけるフランジ３０ａ，３０ｂの外面３０ａａ，３０ｂａに対し設けられている。これに限らず、図には明示しないが、例えば、タービュレータ５は、フランジ外装部１の通路１ａにおける、フランジ３０ａ，３０ｂの外面３０ａａ，３０ｂａに対向する側板部、天井板部、底板部の何れかに設けられていてもよい。

なお、図５（Ｂ）において、タービュレータ５は、上下方向突起部５ａと軸心方向突起部５ｂとを複数具備する。これに限らず、図には明示しないが、例えば、タービュレータ５は、ピン状フィンや、軸心Ｒの延在方向に延在する平板状フィンなどを複数具備していてもよい。

図６は、本発明に係るタービンの更に他の実施の形態であって図２のＡ−Ａ断面図である。図６に示すように、ガスタービンは、抽気配管２に対し、ケーシングの内部から取り出された流体の流量を調整する流量調整手段としての絞弁３が設けられている。

絞弁３は、圧縮機抽気室２７とフランジ外装部１との間の抽気配管２、またはフランジ外装部１とタービン抽気室２８との間の抽気配管２に設けられており、フランジ外装部１の通路１ａを通過する流体の流量を可変する。例えば、起動時において、フランジ３０ａ，３０ｂの外面の温度をより上昇させたい場合は絞弁３を開放して流体の流量を増加させ、フランジ３０ａ，３０ｂの外面の温度の上昇を抑えたい場合は絞弁３を絞って流体の流量を減少させる。一方、停止時において、フランジ３０ａ，３０ｂの外面の温度をより下降させたい場合は絞弁３を開放して流体の流量を増加させ、フランジ３０ａ，３０ｂの外面の温度の下降を抑えたい場合は絞弁３を絞って流体の流量を減少させる。このように、必要に応じてフランジ外装部１の通路１ａに流体を通過させることが可能である。

なお、絞弁３は、図２および図３において、上半部や下半部で両側の各フランジ３０ａ，３０ｂに設けられたフランジ外装部１に対し、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とからそれぞれ別に接続する抽気配管２にそれぞれ（計４つ）設けられている。これに限らず、図には明示しないが、例えば、上半部と下半部とでまとめるように、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とから両側の各フランジ３０ａ，３０ｂに抽気配管２を２つに分岐して設けた場合には絞弁３を２つにでき、両側にまとめるように、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とから上半部と下半部とに抽気配管２を２つに分岐して設けた場合には絞弁３を２つにでき、上半部、下半部および両側をまとめるように、圧縮機抽気室２７とタービン抽気室２８とから上半部と下半部とに抽気配管２を４つに分岐して設けた場合には絞弁３を１つにでき、抽気配管２の設置状態に応じて絞弁３を設ければよい。

なお、上述した実施の形態では、タービンとしてガスタービンを例に説明したが、蒸気タービンにおいても同様の構成を適用し、同様の効果を得ることが可能である。

このように、本実施の形態のタービンは、ロータ２４の軸心Ｒを中心として上半部ケーシング１６Ａａ，１６Ｂａ，１９ａ，２０ａと下半部ケーシング１６Ａｂ，１６Ｂｂ，１９ｂ，２０ｂとに分割して構成され、これら上半部ケーシング１６Ａａ，１６Ｂａ，１９ａ，２０ａと下半部ケーシング１６Ａｂ，１６Ｂｂ，１９ｂ，２０ｂとが相互のフランジ３０ａ，３０ｂを締結されて一体とされるケーシングを備えるタービンにおいて、フランジ３０ａ，３０ｂの外面に取り付けられ、当該フランジ３０ａ，３０ｂの外面を一部とする通路１ａをなすフランジ外装部１と、ケーシング内の流体を取り出してフランジ外装部１の通路１ａに流通させる抽気配管（流通部）２と、を備える。

このタービンによれば、ケーシング内の流体によってフランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面（ケーシング内側）との温度差が抑えられる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をよりシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することが可能になる。

また、本実施の形態のタービンは、フランジ外装部１の通路１ａ内に対し、通路１ａ内を通過する流体に乱流を発生させるタービュレータ（乱流発生手段）５を備える。

このタービンによれば、タービュレータ５によって、通路１ａ内を通過する流体のタービュレータ５近傍にて乱流が生じるため、タービュレータが無い場合と比べ、熱伝達率が向上し、フランジ３０ａ，３０ｂの内面とフランジ３０ａ，３０ｂの外面３０ａａ，３０ｂａとの温度差がさらに抑えられる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をより確実にシェルに近づけることができ、ケーシングの熱変形や熱応力をより一層低減することが可能になる。

また、本実施の形態のタービンは、抽気配管（流通部）２に対して流体の流量を調整する絞弁（流量調整手段）３を備える。

このタービンによれば、絞弁３によってフランジ外装部１の通路１ａに供給される流体の流量を調整することで、必要なときにフランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面（ケーシング内側）との温度差を制御することができる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する効果を顕著に得ることが可能になる。

また、本実施の形態のタービンは、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３とがロータ２４の軸心Ｒの延在方向に順に配置して構成され、抽気配管（流通部）２は、圧縮機１１の後段側の圧縮空気を取り出してフランジ外装部１の通路１ａに流通させる。

このタービンによれば、タービンとして例えばガスタービンを適用し、このガスタービンにおいて、例えば、起動時に圧縮機１１のケーシング内が最も高温となる後段側の圧縮空気を取り出してフランジ外装部１の通路１ａに流通させることで、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面（ケーシング内側）との温度差がより抑えられる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する効果を顕著に得ることが可能になる。

また、本実施の形態のタービンは、フランジ外装部１を、圧縮機１１の後段からタービン１３に至り配置する。

圧縮機１１の後段からタービン１３は、例えば、起動時に圧縮機１１のケーシング内が最も高温となって変形度合いが顕著である。このため、この部分にフランジ外装部１を設けることで、フランジ３０ａ，３０ｂの外面とフランジ３０ａ，３０ｂの内面（ケーシング内側）との温度差がより抑えられる。この結果、フランジ３０ａ，３０ｂの温度応答性をシェルに近づけ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減する効果を顕著に得ることが可能になる。

本発明はタービンであり、フランジの温度応答性がシェルに近づけられ、ケーシングの熱変形や熱応力をより低減することができるため、発電産業などで有益に利用することができる。

１ フランジ外装部
１ａ 通路
２ 抽気配管（流通部）
３ 絞弁（流量調整手段）
５ タービュレータ（乱流発生手段）
５ａ 上下方向突起部
５ｂ 軸心方向突起部
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１６ 圧縮機車室
１６Ａａ 圧縮機上半部ケーシング
１６Ａｂ 圧縮機下半部ケーシング
１６Ｂａ 圧縮機上半部ケーシング
１６Ｂｂ 圧縮機下半部ケーシング
１９ 燃焼器ケーシング
１９ａ 燃焼器上半部ケーシング
１９ｂ 燃焼器下半部ケーシング
２０ タービン車室
２０ａ タービン上半部ケーシング
２０ｂ タービン下半部ケーシング
２４ ロータ
２７ 圧縮機抽気室
２８ タービン抽気室
３０ａ，３０ｂ フランジ
３１ ボルト
Ｒ 軸心

Claims (5)

1. ロータの軸心を中心として上半部ケーシングと下半部ケーシングとに分割して構成され、これら上半部ケーシングと下半部ケーシングとが相互のフランジを締結されて一体とされるケーシングを備えるタービンにおいて、
   前記フランジの外面に取り付けられ、当該フランジの外面を一部とする通路をなすフランジ外装部と、
   ケーシング内の流体を取り出して前記フランジ外装部の通路に流通させる流通部と、
   を備える
   ことを特徴とするタービン。
2. 請求項１に記載されたタービンであって、
   前記フランジ外装部内に設けられ、前記流体に乱流を発生させる乱流発生手段を備える
   ことを特徴とするタービン。
3. 請求項１または請求項２に記載されたタービンであって、
   前記流通部に対して前記流体の流量を調整する流量調整手段を備える
   ことを特徴とするタービン。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載されたタービンであって、
   圧縮機と燃焼器とタービンとが前記ロータの軸心の延在方向に順に配置して構成され、
   前記流通部は、前記圧縮機の後段側の圧縮空気を取り出して前記フランジ外装部の通路に流通させる
   ことを特徴とするタービン。
5. 請求項４に記載されたタービンであって、
   前記フランジ外装部を、前記圧縮機の後段からタービンに至り配置する
   ことを特徴とするタービン。

Images