JP2012508844A - Inner housing for turbomachinery - Google Patents
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Abstract
本発明は、3筐体型の蒸気タービンに関し、外側筐体(2)、外側内側筐体(3)及び内側内側筐体(4)が設けられ、外側内側筐体(3)が内側内側筐体(4)の周囲に配置され、冷却蒸気チャンバ(12)がこれらの間に形成され、流動ダクト(7)が、外側内側筐体(3)とロータ(5)との間に形成される。 The present invention relates to a three-chamber steam turbine, and is provided with an outer casing (2), an outer inner casing (3), and an inner inner casing (4), and the outer inner casing (3) is an inner inner casing. Located around (4), a cooling steam chamber (12) is formed between them, and a flow duct (7) is formed between the outer inner housing (3) and the rotor (5).
Description
本発明は、ターボ機械に関し、このターボ機械は、回転軸回りで回転するように取り付けられたロータと、ロータの周囲に配置された内側内側筐体及び外側内側筐体と、内側及び外側内側筐体の周囲に配置された外側筐体と、を備え、外側内側筐体が、回転軸に沿って内側内側筐体の周囲に配置され、流動媒体を所定の流動方向で流動させる第1流動領域が、内側内側筐体とロータとの間に形成され、第2流動領域が、流動方向において第1流動領域から下流に、外側内側筐体とロータとの間に形成されている。 The present invention relates to a turbomachine, which includes a rotor mounted to rotate about a rotation axis, an inner inner casing and an outer inner casing disposed around the rotor, and inner and outer inner casings. An outer housing disposed around the body, wherein the outer inner housing is disposed around the inner inner housing along the rotation axis, and causes the fluid medium to flow in a predetermined flow direction. Is formed between the inner inner housing and the rotor, and the second flow region is formed between the outer inner housing and the rotor downstream from the first flow region in the flow direction.
例として、ターボ機械は、蒸気タービンを意味する。蒸気タービンは、通常、回転可能に取り付けられたロータと、ロータの周囲に配置された筐体と、を有する。流動チャネルは、ロータと内側筐体との間に形成されている。蒸気タービン内の筐体は、複数の機能を実行できなければならない。一方、流動チャネル内のステータブレードは、筐体に配置されており、他方、内側筐体は、全負荷または特殊な動作状態のために流動媒体の圧力及び温度に耐えなければならない。蒸気タービンの場合、流動媒体は、蒸気である。さらに、筐体は、ブリード(bleed)とも称される入力及び出力が可能なように設計されなければならない。筐体が実行しなければならないさらなる機能は、シャフトの端部が筐体を貫通することを可能とすることである。 By way of example, turbomachine means a steam turbine. Steam turbines typically have a rotor that is rotatably mounted and a housing that is disposed around the rotor. A flow channel is formed between the rotor and the inner housing. The enclosure in the steam turbine must be able to perform multiple functions. On the other hand, the stator blades in the flow channel are located in the housing, while the inner housing must withstand the pressure and temperature of the flow medium for full load or special operating conditions. In the case of a steam turbine, the fluid medium is steam. In addition, the housing must be designed to allow input and output, also called bleed. A further function that the housing must perform is to allow the end of the shaft to penetrate the housing.
動作中に発生する高応力、高圧及び高温の状態において、材料を適切に選択することと、機械的完全性及び機能性を可能とするように設計を選択することと、が必要である。このため、特に流入領域及び第1ステータブレード溝部において、高品質の材料を使用する必要がある。 Appropriate selection of materials and design selection to allow mechanical integrity and functionality are required at high stress, high pressure and high temperature conditions that occur during operation. For this reason, it is necessary to use a high quality material especially in the inflow region and the first stator blade groove.
ニッケル基合金(nickel-based alloy)が高温で発生する負荷に耐えるので、ニッケル基合金は、新鮮蒸気(fresh steam)温度が650℃を超える、例えば700℃である用途に適している。しかしながら、このようなニッケル基合金を使用することは、新たな要件に関連する。例えば、ニッケル基合金のコストは、比較的高く、さらに、例えば鋳造能力が制限されるので、ニッケル基合金を製造する能力は、制限される。これは、ニッケル基合金の使用を最小限にしなければならないことを意味する。さらに、ニッケル基合金は、熱伝導率が低い。したがって、壁厚を横断する温度勾配は、比較的大きい。さらに、注意すべきことは、ニッケル基合金を使用する場合に、蒸気タービンの入口と出口との間の温度差が生じることである。 Nickel-based alloys are suitable for applications where the temperature of fresh steam exceeds 650 ° C., for example 700 ° C., because nickel-based alloys can withstand the loads generated at high temperatures. However, the use of such nickel-based alloys is associated with new requirements. For example, the cost of nickel-based alloys is relatively high and, further, the ability to produce nickel-based alloys is limited, for example, because casting capacity is limited. This means that the use of nickel-base alloys must be minimized. Furthermore, nickel-base alloys have low thermal conductivity. Therefore, the temperature gradient across the wall thickness is relatively large. Furthermore, it should be noted that when using a nickel-base alloy, a temperature difference between the inlet and outlet of the steam turbine occurs.
高温及び高圧に適した蒸気タービンを製造するために、現在、さまざまなコンセプトを続行している。例えば、複数の部品を有する内側筐体の構造について、非特許文献1における外側筐体の構造に組み込むことが知られている。 Various concepts are currently underway to produce steam turbines suitable for high temperatures and pressures. For example, it is known that a structure of an inner housing having a plurality of parts is incorporated in the structure of the outer housing in Non-Patent Document 1.
同様に、特許文献1において、内側筐体について、2つの部品から形成することが知られている。 Similarly, in Patent Document 1, it is known that the inner casing is formed from two parts.
同様に、特許文献2は、特許文献3のように、複数の構成部材からなる内側筐体の構造を開示している。
Similarly,
本発明の目的は、高温及び高圧に適した内側筐体を設計するさらなる可能性のある方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a further possible way of designing an inner housing suitable for high temperatures and high pressures.
この目的は、請求項1の特徴によって実現される。有利な展開は、従属請求項において具体化されている。 This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous developments are embodied in the dependent claims.
本発明の理念は、3筐体型の蒸気タービンを設計することである。内側筐体は、この場合において、内側内側筐体と外側内側筐体とから形成される。内側内側筐体は、流入領域の領域に配置されており、このため、高温及び高圧に耐えなければならない。したがって、内側内側筐体は、例えばニッケル基合金などの適切な材料から形成される。流動チャネルは、内側内側筐体とロータとの間に形成されている。したがって、内側内側筐体は、ステータブレードを取り付けるために、溝部のような器具を有する。外側内側筐体は、内側内側筐体の周囲に配置されている。基本的な特徴は、この場合において、冷却蒸気領域を内側内側筐体と外側内側筐体との間に形成することと、冷却媒体をこの領域に付与することと、である。外側内側筐体は、この場合において、流動方向で見て内側内側筐体に隣接し、流動チャネルの境界を示すように設計されており、この場合において、溝部のような器具は、同様に、ステータブレードを取り付けるために、外側内側筐体に設けられる。 The philosophy of the present invention is to design a three-case steam turbine. In this case, the inner casing is formed of an inner inner casing and an outer inner casing. The inner inner housing is arranged in the region of the inflow region and must therefore withstand high temperatures and high pressures. Thus, the inner inner housing is formed from a suitable material such as a nickel-based alloy. A flow channel is formed between the inner inner housing and the rotor. Therefore, the inner inner housing has an instrument such as a groove for attaching the stator blade. The outer inner casing is disposed around the inner inner casing. The basic features are in this case the formation of a cooling vapor region between the inner inner housing and the outer inner housing and the application of a cooling medium to this region. The outer inner housing is in this case designed to be adjacent to the inner inner housing as seen in the flow direction and to indicate the boundaries of the flow channel, in which case instruments such as grooves are likewise To attach the stator blade, it is provided on the outer inner housing.
低温かつ低圧の蒸気は、外側内側筐体に付与され、その結果、外側内側筐体は、内側内側筐体の材料よりも熱に対する耐性が低い。特に、外側内側筐体について、高品質ではない材料から形成しても差し支えない。外側筐体は、内側内側筐体及び外側内側筐体の周囲に配置されている。 Low temperature and low pressure steam is applied to the outer inner housing so that the outer inner housing is less resistant to heat than the material of the inner inner housing. In particular, the outer inner housing may be formed from a material that is not of high quality. The outer casing is disposed around the inner inner casing and the outer inner casing.
1つの有利な展開において、流動接続部は、内側内側筐体と外側内側筐体との間に設けられ、冷却媒体が流動チャネルから冷却蒸気領域内に供給することを可能とする。したがって、この冷却蒸気は、流動チャネルから取り出され、このため、内側内側筐体内の第1応力及び第2応力を低いままとすることを可能とする。第1応力は、蒸気圧、加重力(weight force)などのような外部負荷を受けて発生する機械的応力である。一方、同様に熱応力と称される第2応力は、熱膨張時に平均化されないまたは変化する温度領域を受けて発生する機械的応力である。 In one advantageous development, a flow connection is provided between the inner inner housing and the outer inner housing, allowing a cooling medium to be supplied from the flow channel into the cooling steam region. This cooling steam is thus removed from the flow channel, thus allowing the first and second stresses in the inner inner housing to remain low. The first stress is a mechanical stress generated by receiving an external load such as vapor pressure or weight force. On the other hand, the second stress, also referred to as thermal stress, is mechanical stress generated in response to a temperature range that is not averaged or changes during thermal expansion.
冷却蒸気領域に位置する冷却蒸気は、同時に、外側内側筐体からの断熱材として使用される。さらに、静止時に発生する復水を放散させる水引出ラインを設ける。さらなる有利な展開において、蒸気タービンは、ツインフロー蒸気タービン(twin-flow steam turbine)の形態をなし、このため、対称である理由から、応力及び力を最適に一致させることを可能とする。 The cooling steam located in the cooling steam area is simultaneously used as a heat insulating material from the outer inner housing. In addition, a water extraction line will be provided to dissipate the condensate generated at rest. In a further advantageous development, the steam turbine takes the form of a twin-flow steam turbine, and thus allows the stresses and forces to be optimally matched for reasons of symmetry.
本発明の例示的な実施形態は、図面を参照しながら以下の文章で説明される。これら図面は、基準化せずに例示的な実施形態を示すことを意図しており、実際には、例示的な目的の図面は、概略的なかつ/または若干変形させた形状にある。図面から直接特定される教示に対する追加部分に関して、本明細書において、関連する従来技術について述べる。 Exemplary embodiments of the invention are described in the following text with reference to the drawings. These drawings are intended to illustrate exemplary embodiments without reference, and in practice the drawings for exemplary purposes are in a schematic and / or slightly modified shape. With respect to additional portions to the teachings identified directly from the drawings, the related prior art is described herein.
図1に示すターボ機械1を通る断面図は、基本的に、外側筐体2と、外側筐体2内に配置された外側内側筐体3と、外側内側筐体3内に配置された内側内側筐体4と、を備える。
A cross-sectional view through the turbomachine 1 shown in FIG. 1 basically includes an
ロータ5は、外側内側筐体3と内側内側筐体4との間に回転軸6回りで回転可能に取り付けられている。流動チャネル7は、外側内側筐体3とロータ5との間に、並びに内側内側筐体4とロータ5との間に形成されている。明確にする目的で、各ロータブレード及びステータブレードを詳細には図示しない。ステータブレードは、内側内側筐体4に及び外側内側筐体3に配置されている。ロータブレードは、ロータ5に配置されており、新鮮蒸気の熱エネルギーは、流動チャネル7において回転エネルギーに変換される。新鮮蒸気は、詳細には図示しない新鮮蒸気の入口領域を介して、まず最初に内側内側筐体4とロータ5との間に配置された第1流動領域8内に流入する。
The
内側内側筐体4は、ニッケル基合金から形成されている。外側内側筐体3は、高温に対する耐性が低い材料から形成されてもよい。1つの代替の実施形態において、内側内側筐体4は、9重量%から10重量%のクロムを含む高クロム含有スチールから形成されてもよく、外側内側筐体3は、内側内側筐体4よりも高品質でない材料から形成されている。
The inner inner housing 4 is made of a nickel base alloy. The outer
第1流動領域8の蒸気流動は、流動方向9で流動チャネル7に沿って流動する。図1に示す蒸気タービン1は、ツインフロー機械(twin-flow machine)である、すなわち、蒸気は、第1流動領域8において第1経路及び第2経路双方に沿って流動する。外側内側筐体3は、内側内側筐体4に隣接している。第2流動領域10は、外側内側筐体3と流動チャネル7との間に形成されている。外側内側筐体3は、ステータブレードを保持するための例えば溝部のような器具を備えている。内側内側筐体4は、詳細には図示しない方法で外側内側筐体3内に吊り下げられている。外側内側筐体は、第1流動領域8において内側内側筐体4の周囲に形成されている。外側内側筐体3は、この場合において、回転軸6に関して、内側内側筐体4の周囲に形成されている。第1流動領域8の外側において、外側内側筐体3は、回転軸6に関して、内側内側筐体4の周囲に配置されていない。第1流動領域8は、内側内側筐体4が終端する点まで流動チャネルを備える。 流動接続部11は、第1流動領域8と第2流動領域10との間の結合領域において内側内側筐体4と外側内側筐体3との間に配置されている。このため、流動チャネル7から広がる蒸気は、流動接続部11を介して冷却蒸気領域12内に流入し、この冷却蒸気領域は、内側内側筐体4と外側内側筐体3との間に位置する。したがって、流動接続部11の位置は、適温適圧の冷却媒体が流動接続部11を介して冷却蒸気領域12内に流入することを確実にするように適切に選択されなければならない。冷却蒸気領域12を流動するこの冷却媒体は、内側内側筐体4を外側内側筐体3から断熱させている。外側内側筐体3は、基本的に、第1外側内側筐体上部と第2外側内側筐体下部とを備える。外側内側筐体3は、基本的に、異なる形状をなす3つのセクションを備える。したがって、第1セクションにおいて、内側筐体は、基本的に流動方向9と平行となるように設計されている。この第1領域は、1つの経路及び他の経路の双方において、多かれ少なかれ対称に設計されている。流動接続部11の近傍に配置された結合領域において、外側内側筐体3の第2中央領域は、隣接している。この中央領域は、冷却蒸気領域12を内側内側筐体4と外側内側筐体3との間に形成することを可能とするために、まず最初に、径方向に位置合わせすることを特徴としている。
The vapor flow in the
詳細には図示しないがタービンが静止している場合に発生する復水を放散する水引出ラインは、蒸気タービンを保護するために、とりわけ冷却蒸気領域12に設けられている。図2は、流動方向で蒸気タービン1を示す図である。図2に示す断面は、蒸気タービン1のほぼ中心13である。冷却蒸気領域12に位置する冷却蒸気は、冷却蒸気送出ラインを介して冷却蒸気領域の外に排出される。この場合、冷却蒸気送出ラインは、外側内側筐体3にある穴部を用いて形成されている。冷却蒸気送出ライン14は、特に、外側内側筐体3の上部に配置されている。
Although not shown in detail, a water extraction line for dissipating condensate generated when the turbine is stationary is provided especially in the cooling
別の実施形態において、冷却蒸気送出ライン14は、同様に、外側内側筐体3の下部に配置されてもよい。この別の冷却蒸気送出ライン14の設計は、図2において結合部15の下方に見える。
In another embodiment, the cooling
1 ターボ機械,蒸気タービン、2 外側筐体、3 外側内側筐体、4 内側内側筐体、5 ロータ、6 回転軸、7 流動チャネル、8 流動領域、9 流動方向、10 流動領域、11 流動接続部、12 冷却蒸気領域、14 冷却蒸気送出ライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbomachine, Steam turbine, 2 Outer housing, 3 Outer inner housing, 4 Inner inner housing, 5 Rotor, 6 Rotating shaft, 7 Flow channel, 8 Flow region, 9 Flow direction, 10 Flow region, 11 Flow connection , 12 Cooling steam area, 14 Cooling steam delivery line
Claims (14)
回転軸(6)回りに回転可能に取り付けられたロータ(5)と、前記ロータ(5)の周囲に配置された内側内側筐体(4)及び外側内側筐体(3)と、前記内側及び外側内側筐体(3、4)の周囲に配置された外側筐体(2)と、を備え、
流動媒体が流動方向(9)で流動させるための第1流動領域(8)が、前記内側内側筐体(4)と前記ロータ(5)との間に形成され、第2流動領域(10)が、前記流動方向で見て前記第1流動領域(8)の下流側において、前記外側内側筐体(3)と前記ロータ(5)との間に形成されており、
前記外側内側筐体(3)が、前記回転軸(6)に沿って前記第1流動領域(8)の領域のみにおいて前記内側内側筐体(4)の周囲に配置されており、
当該ターボ機械(1)が、ツインフロー機械であることを特徴とするターボ機械。 A turbomachine (1),
A rotor (5) rotatably mounted around a rotation axis (6), an inner inner housing (4) and an outer inner housing (3) disposed around the rotor (5), the inner and An outer casing (2) disposed around the outer inner casing (3, 4),
A first flow region (8) for allowing the flow medium to flow in the flow direction (9) is formed between the inner inner housing (4) and the rotor (5), and the second flow region (10). Is formed between the outer inner housing (3) and the rotor (5) on the downstream side of the first flow region (8) when viewed in the flow direction,
The outer inner housing (3) is disposed around the inner inner housing (4) only in the region of the first flow region (8) along the rotation axis (6),
The turbomachine (1) is a twin flow machine.
前記内側内側筐体(4)が、前記流入領域の領域に配置されていることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載のターボ機械。 Has an inflow area for fresh steam,
The turbomachine according to any one of claims 1 to 13, wherein the inner inner casing (4) is arranged in a region of the inflow region.
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