JP2015075056A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気の漏出を抑制できる蒸気タービンを提供する。【解決手段】蒸気タービンは、軸部材及び軸部材に接続されるシールを有するタービンロータと、タービンロータの周囲に配置され、タービンロータとの間に車室空間が形成される車室ケーシングと、タービンロータの周囲の一部に配置され、第１接合面を有する第１部分と、タービンロータの周囲の一部に配置され、第１接合面と接合される第２接合面を有する第２部分と、を含み、車室空間の端部の開口を塞ぐように車室ケーシングに接続されるグランド部材と、タービンロータの軸と平行な方向に関して、車室ケーシングの第１端部を含む車室ケーシングの内面の第１領域と第１端部に隣接するグランド部材の第２端部を含むグランド部材の内面の第２領域との間で、気体の流れが抑制される断熱空間を形成する空間形成部材と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気タービンに関する。

蒸気タービンにおいて、例えば特許文献１に開示されているような、タービンロータが収容されるケーシングと、ケーシングとタービンロータとの間をシールするグランドパッキン部とを備えた蒸気タービンが知られている。この蒸気タービンでは、グランドパッキン部が２分割され、第１半部のグランドパッキン部の接合面と第２半部のグランドパッキン部の接合面とを合わせた状態で、ボルトにより第１半部のグランドパッキン部と第２半部のグランドパッキン部とが接続される。また、ケーシングの接合面とグランドパッキン部の接合面とを合わせた状態で、ボルトによりケーシングとグランドパッキン部とが接続される。そして、第１半部のグランドパッキン部にシール蒸気（グランド蒸気）を供給し、第２半部のグランドパッキン部に断熱体を設けることによって、ケーシングの熱変形に伴うケーシングとグランドパッキン部との間からの蒸気の漏出の抑制を図っている。

特開２００３−１３７０４号公報

ケーシングとグランドパッキン部との温度差が大きくなり、熱変形量の差が大きくなると、例えば、第１半部のグランドパッキン部の接合面と第２半部のグランドパッキン部の接合面とを合わせた合わせ面において十分な圧力（面圧）が確保されなくなる可能性がある。その結果、第１半部のグランドパッキン部と第２半部のグランドパッキン部との間から蒸気が漏出する可能性がある。

本発明は、蒸気の漏出を抑制できる蒸気タービンを提供することを目的とする。

本発明に係る蒸気タービンは、軸部材及び前記軸部材に接続されるシールを有するタービンロータの周囲に配置され、前記タービンロータとの間に車室空間が形成される車室ケーシングと、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、第１接合面を有する第１部分と、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、前記第１接合面と接合される第２接合面を有する第２部分と、を含み、前記車室空間の端部の開口を塞ぐように前記車室ケーシングに接続されるグランド部材と、前記タービンロータの軸と平行な方向に関して、前記車室ケーシングの第１端部を含む前記車室ケーシングの内面の第１領域と前記第１端部に隣接する前記グランド部材の第２端部を含む前記グランド部材の内面の第２領域との間で、気体の流れが抑制される断熱空間を形成する空間形成部材と、を備える。

本発明によれば、車室ケーシングの第１端部とその第１端部に隣接するグランド部材の第２端部との境界部に、気体の流れが抑制される断熱空間が形成されるため、車室ケーシングとグランド部材との境界部（接合部、継手部）において、車室ケーシングとグランド部材との温度差が大きくなることが抑制される。そのため、その境界部近傍における車室ケーシングとグランド部材との熱変形量の差が大きくなることが抑制される。したがって、グランド部材の第１部分の第１接合面と第２部分の第２接合面とを合わせた合わせ面から蒸気が漏出することが抑制される。

本発明に係る蒸気タービンにおいて、前記断熱空間は、前記軸を囲むように形成されてもよい。これにより、車室ケーシングとグランド部材との温度差が大きくなることが抑制される。

本発明に係る蒸気タービンにおいて、前記タービンロータの軸に対する放射方向に関して、前記断熱空間の寸法は、前記軸部材の外面と前記第１領域及び前記第２領域との距離よりも小さくてもよい。これにより、グランド蒸気が供給される空間を確保しつつ、車室ケーシングの第１端部とグランド部材の第２端部との境界部に微小な断熱空間を形成することができる。

本発明に係る蒸気タービンにおいて、前記断熱空間は、密閉空間でもよい。こうすることにより、断熱空間において気体の流れが十分に抑制され、高い断熱効果を得ることができる。

本発明に係る蒸気タービンにおいて、前記空間形成部材は、前記軸と平行な方向に関して前記グランド部材よりも前記車室空間の中心に近い位置で前記タービンロータの周囲に配置され、前記車室ケーシングの内面と接続される接続部と、前記第１領域及び前記第２領域と対向する対向面と、を有するインナー部材と、前記対向面と前記グランド部材の内面との間をシールするシール機構と、を備えてもよい。こうすることにより、車室ケーシングの第１領域及びグランド部材の第２領域との間で、高い断熱効果が得られる断熱空間を形成することができる。

本発明に係る蒸気タービンにおいて、前記車室ケーシングは、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、第３接合面を有する第３部分と、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、前記第３接合面と接合される第４接合面を有する第４部分と、を含んでもよい。グランド部材に加えて、車室ケーシングも分割可能とすることにより、例えばメンテナンスを円滑に行うことができる。

本発明によれば、蒸気の漏出を抑制できる。

図１は、本実施形態に係る蒸気タービンの一例を示す概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る車室ケーシングとグランド部材との境界部の近傍を示す側断面図である。 図３は、本実施形態に係るケーシングの一例を示す正面図である。 図４は、本実施形態に係るグランド部材の一例を示す斜視図である。 図５は、本実施形態に係るシール機構の一例を示す図である。 図６は、比較例に係る蒸気タービンの一例を示す図である。 図７は、比較例に係る車室ケーシング及びグランド部材それぞれの温度分布を示す図である。 図８は、本実施形態に係る車室ケーシング及びグランド部材それぞれの温度分布を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記実施例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。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内の一方向をＸ軸方向、所定面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。Ｘ軸は、ＹＺ平面と直交する。Ｙ軸は、ＸＺ平面と直交する。Ｚ軸は、ＸＹ平面と直交する。ＸＹ平面は、Ｘ軸及びＹ軸を含む。ＸＺ平面は、Ｘ軸及びＺ軸を含む。ＹＺ平面は、Ｙ軸及びＺ軸を含む。

図１は、本実施形態に係る蒸気タービン１の一例を示す概略構成図である。図１において、蒸気タービン１は、低圧車室１００と高圧車室２００とを備えている。高圧車室２００は、タービンロータ２の周囲に配置されるケーシング３を備えている。本実施形態においては、タービンロータ２の軸（回転軸）とＸ軸とが平行であることとする。

ケーシング３は、タービンロータ２の周囲に配置され、タービンロータ２との間に車室空間ＳＰが形成される車室ケーシング４と、タービンロータ２の周囲に配置され、車室空間ＳＰの端部の開口２４を塞ぐように車室ケーシング４に接続されるグランドケーシング５と、を含む。開口２４及びグランドケーシング５は、Ｘ軸方向に関して車室ケーシング４の両側に配置される。

図２は、図１の一部を拡大した図であって、車室ケーシング４とグランドケーシング５との境界部の近傍を示す側断面図である。図２は、車室空間ＳＰの中心に対して＋Ｘ側に配置されるグランドケーシング５の近傍を示す断面図である。図３は、蒸気タービン１のケーシング３の一例を示す正面図である。

図１、図２、及び図３に示すように、タービンロータ２は、回転可能な軸部材２１と、その軸部材２１に接続される複数のシール２２と、を有する。図１に示すように、タービンロータ２は、軸受３２に回転可能に支持される。軸受３２は、車室ケーシング４の外側に配置される。軸受３２は、コンクリート等からなる基礎台３５の上に設けられる軸受台に支持される。

車室ケーシング４は、タービンロータ２の周囲に配置される。車室ケーシング４は、車室ケーシング４の内部空間である車室空間ＳＰと外部空間とを結び、タービンロータ２の少なくとも一部が配置される開口２４を有する。Ｘ軸方向に関して、開口２４は車室ケーシング４の両側に形成され、車室空間ＳＰの両端部に配置される。Ｘ軸方向に関して、タービンロータ２の中央部は、車室ケーシング４の内側に配置され、タービンロータ２の両端部は、車室ケーシング４の外側に配置される。車室ケーシング４の上部に蒸気供給口が設けられる。蒸気供給口を介して、車室ケーシング４の車室空間ＳＰに蒸気（主蒸気）が供給される。

車室ケーシング４は、上部車室ケーシング４Ａと、下部車室ケーシング４Ｂとに分割される。上部車室ケーシング４Ａは、タービンロータ２の周囲の一部に配置され、下部車室ケーシング４Ｂは、タービンロータ２の周囲の一部に配置される。上部車室ケーシング４Ａは、接合面Ｐａ１を有する。下部車室ケーシング４Ｂは、接合面Ｐａ１と接合される接合面Ｐｂ１を有する。接合面Ｐａ１及び接合面Ｐｂ１のそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。

上部車室ケーシング４Ａは、接合面Ｐａ１を含む上部フランジ４１を有する。下部車室ケーシング４Ｂは、接合面Ｐｂ１を含む下部フランジ４２を有する。接合面Ｐａ１と接合面Ｐｂ１とを合わせた状態で、上部車室ケーシング４Ａと下部車室ケーシング４Ｂとがボルトで締結され、上部車室ケーシング４Ａと下部車室ケーシング４Ｂとが接続されることにより、車室ケーシング４が形成される。開口２４は、上部車室ケーシング４Ａと下部車室ケーシング４Ｂの間に形成される。

図２に示すように、グランドケーシング５は、車室空間ＳＰの端部の開口２４を外側から塞ぐように配置されるアウターグランド（グランド部材）５１と、Ｘ軸方向に関してアウターグランド５１よりも車室空間ＳＰの中心に近い位置に配置され、車室空間ＳＰの端部の開口２４を塞ぐように配置されるインナーグランド（インナー部材）５２と、を含む。アウターグランド５１及びインナーグランド５２のそれぞれは、タービンロータ２の周囲に配置される。

図２に示すように、車室ケーシング４は、アウターグランド５１の接合面Ｐａ２と接合される接合面Ｐｂ２を有する。車室ケーシング４の接合面Ｐｂ２は、アウターグランド５１が取り付けられる取付け面である。車室ケーシング４の接合面Ｐｂ２は、開口２４の周囲に配置され、車室空間ＳＰの中心に対して外側を向く円環状の面である。接合面Ｐａ２及び接合面Ｐｂ２のそれぞれは、タービンロータ２の軸と直交するＹＺ平面と平行である。接合面Ｐａ２と接合面Ｐｂ２とを合わせた合わせ面Ｐ２は、接合面Ｐａ１と接合面Ｐｂ１とを合わせた合わせ面Ｐ１と直交する。

図４は、アウターグランド５１の斜視図である。アウターグランド５１は、車室ケーシング４と、車室ケーシング４の開口２４に配置されたタービンロータ２との間を覆うように配置され、開口２４からの蒸気の漏出を抑制する。本実施形態において、アウターグランド５１に設けられた供給口８１から、アウターグランド５１とインナーグランド５２との間のグランド空間ＧＳにグランド蒸気（シール蒸気）が供給される。また、グランド空間ＧＳに供給されたグランド蒸気の少なくとも一部は、アウターグランド５１に設けられた排出口８２から排出される。

図３及び図４に示すように、ＹＺ平面内において、アウターグランド５１は、円環状である。アウターグランド５１の少なくとも一部は、車室ケーシング４と接続される。車室ケーシング４の接合面Ｐａ２とアウターグランド５１の接合面Ｐｂ２とを合わせた状態で、アウターグランド５１と車室ケーシング４とがボルト３７で締結されることにより、アウターグランド５１と車室ケーシング４とが接続される。

アウターグランド５１は、上部アウターグランド５１Ａと、下部アウターグランド５１Ｂとに分割される。上部アウターグランド５１Ａは、タービンロータ２の周囲の一部に配置され、下部アウターグランド５１Ｂは、タービンロータ２の周囲の一部に配置される。上部アウターグランド５１Ａは、接合面Ｐａ３を有する。下部アウターグランド５１Ｂは、接合面Ｐａ３と接合される接合面Ｐｂ３を有する。接合面Ｐａ３及び接合面Ｐｂ３のそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。本実施形態において、接合面Ｐａ１と接合面Ｐｂ１とを合わせた合わせ面Ｐ１と、接合面Ｐａ３と接合面Ｐｂ３とを合わせた合わせ面Ｐ３とは、同一平面内に配置される。

上部アウターグランド５１Ａは、接合面Ｐａ３を含む上部フランジ２７を有する。下部アウターグランド５１Ｂは、接合面Ｐｂ３を含む下部フランジ２８を有する。接合面Ｐａ３と接合面Ｐｂ３とを合わせた状態で、上部アウターグランド５１Ａと下部アウターグランド５１Ｂとがボルト３８で締結され、上部アウターグランド５１Ａと下部アウターグランド５１Ｂとが接続されることにより、アウターグランド５１が形成される。

インナーグランド５２は、車室ケーシング４と、車室ケーシング４の開口２４に配置されたタービンロータ２との間を覆うように配置され、開口２４からの蒸気の漏出を抑制する。インナーグランド５２の少なくとも一部は、車室ケーシング４と接続される。ＹＺ平面内において、インナーグランド５２は、円環状である。アウターグランド５１と同様、インナーグランド５２は、上部インナーグランドと、下部インナーグランドとに分割されてもよい。上部インナーグランドと、下部インナーグランドとがボルトなどで接続されることにより、インナーグランド５２が形成されてもよい。なお、インナーグランド５２は、分割されていなくてもよい。

図２に示すように、インナーグランド５２は、車室ケーシング４の内面と接続される接続部５３を有する。本実施形態において、車室ケーシング４の内面に凹部５４が形成される。接続部５３は、凹部５４に嵌まる凸部を含む。また、インナーグランド５２は、Ｘ軸方向に関して、車室空間ＳＰの中心に対して外側に延びる凸部５５を有する。凸部５５は、タービンロータ２の軸を囲むように配置される。

Ｘ軸方向に関して、車室ケーシング４の内面の一端部（図２に示す例では＋Ｘ側の端部）を含むその車室ケーシング４の内面の第１領域６１と、その車室ケーシング４の内面の一端部に隣接するアウターグランド５１の内面の一端部（図２に示す例では−Ｘ側の端部）を含むそのアウターグランド５１の第２領域６２とにより、断熱空間ＨＳが規定される。断熱空間ＨＳは、車室ケーシング４の第１領域６１と、アウターグランド５１の第２領域６２と、インナーグランド５２と、シール機構７０との間に形成される。本実施形態においては、インナーグランド５２及びシール機構７０が、第１領域６１及び第２領域６２との間で断熱空間ＨＳを形成する空間形成部材として機能する。

インナーグランド５２は、凸部５５に配置され、第１領域６１及び第２領域６２と間隙を介して対向する対向面５６と、接続部５３と対向面５６との間に配置され、車室空間ＳＰの中心に対して外側を向く側面５７と、を有する。側面５７は、シール機構７０と間隙を介して対向する。本実施形態において、第１領域６１、第２領域６２、及び対向面５６のそれぞれは、Ｘ軸とほぼ平行である。

シール機構７０は、対向面５６とアウターグランド５１の内面との間をシールする。本実施形態において、断熱空間ＨＳは、車室ケーシング４の第１領域６１と、アウターグランド５１の第２領域６２と、インナーグランド５２の対向面５６と、インナーグランド５２の側面５７と、シール機構７０との間に形成される。

断熱空間ＨＳは、閉ざされた空間（閉空間）である。本実施形態において、断熱空間ＨＳは、密閉された密閉空間である。断熱空間ＨＳは、タービンロータ２の軸を囲むように形成される。断熱空間ＨＳに隣接するように、グランド空間ＧＳが配置される。断熱空間ＨＳとグランド空間ＧＳとの境界に、インナーグランド５２（凸部５５）及びシール機構７０を含む空間形成部材が配置される。第１領域６１と第２領域６２とは、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部を形成する。その第１領域６１及び第２領域６２とグランド空間ＧＳとの間に、断熱空間ＨＳが配置される。

断熱空間ＨＳにおいて、気体の流れが抑制されている。本実施形態において、断熱空間ＨＳにおける気体の流れ（気流の速度）は、グランド空間ＧＳにおける気体の流れ（気流の速度）よりも小さい（低い）。グランド空間ＧＳには、グランド空間ＧＳの外部から供給口８１を介してグランド蒸気が供給される。断熱空間ＨＳには、断熱空間ＨＳの外部から気体（グランド蒸気など）が供給されない。また、断熱空間ＨＳとグランド空間ＧＳとの間にはシール機構７０が配置されており、グランド空間ＧＳから断熱空間ＨＳへのグランド蒸気の流入が抑制されている。すなわち、本実施形態において、断熱空間ＨＳに対する外部からの気体の単位時間当たりの流入量は、グランド空間ＧＳに対する外部からの気体（グランド蒸気）の単位時間当たりの流入量よりも少ない。

タービンロータ２の軸に対する放射方向に関して、断熱空間ＨＳの寸法Ｗａは、軸部材２１の外面と第１領域６１との距離Ｗ１、及び軸部材２１の外面と第２領域６２との距離Ｗ２よりも小さい。断熱空間ＨＳは、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部に形成される微小な空間である。

図５は、本実施形態に係るシール機構７０の一例を示す図である。シール機構７０は、アウターグランド５２の内面に固定され、内部空間を有する固定部材７１と、固定部材７１の内部空間に配置される板ばねのような弾性部材７２と、少なくとも一部が固定部材７１の内部空間に配置されるシール部材７３と、を備えている。固定部材７１は、固定部材７１の内部空間と外部空間とを結ぶ開口７４を有する。シール部材７３の少なくとも一部は、開口７４に配置される。シール部材７３の一部が固定部材７１の内部空間に配置され、シール部材７３の一部が開口７４を介して固定部材７１の外部空間に配置される。固定部材７１の内部空間において、弾性部材７２は、アウターグランド５１とシール部材７３との間に配置される。弾性部材７２は、シール部材７３をインナーグランド５２（凸部５５）に押し付ける力（付勢力）を発生する。これにより、シール部材７３とインナーグランド５２とが十分に接触する。したがって、断熱空間ＨＳの気体が流出したり、グランド空間ＧＳの気体が断熱空間ＨＳに流入したりすることが抑制される。

なお、図２などを参照して説明した断熱空間ＨＳは、Ｘ軸方向に関して車室空間ＳＰの一側（＋Ｘ側）に形成される断熱空間ＨＳである。図１に示したように、Ｘ軸方向に関して車室空間ＳＰの他側（−Ｘ側）にも、アウターグランド５１及びインナーグランド５２を含むグランドケーシング５が配置され、断熱空間ＨＳが形成される。車室空間ＳＰの他側（−Ｘ側）に配置されるグランドケーシング５においては、Ｘ軸方向に関して車室ケーシング４の内面の他端部（−Ｘ側の端部）を含むその車室ケーシング４の内面の第１領域６１と、その車室ケーシング４の内面の他端部に隣接するアウターグランド５１の内面の一端部（＋Ｘ側の端部）を含むそのアウターグランド５１の第２領域６２とにより、断熱空間ＨＳが規定される。その第１領域６１と第２領域６２とは、Ｘ軸方向に関して車室空間ＳＰの他側（−Ｘ側）における車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部を形成する。断熱空間ＨＳは、その車室ケーシング４の第１領域６１及びアウターグランド５１の第２領域６２と、Ｘ軸方向に関して車室空間ＳＰの他側（−Ｘ側）に配置されたインナーグランド５２及びシール機構７０との間に形成される。

次に、本実施形態に係る蒸気タービン１の作用について説明する。蒸気供給口２３を介して車室空間ＳＰに高温高圧の蒸気（主蒸気）が供給される。車室空間ＳＰに供給された蒸気によってタービンロータ２が回転する。また、供給口８１を介してグランド空間ＧＳにグランド蒸気が供給される。

車室空間ＳＰに主蒸気が供給され、グランド空間ＧＳにグランド蒸気が供給されることにより、車室ケーシング４とアウターグランド５１との温度差が大きくなる可能性がある。車室ケーシング４とアウターグランド５１とが接続された状態で車室ケーシング４とアウターグランド５１との温度差が大きくなり、車室ケーシング４とアウターグランド５１との熱変形量の差が大きくなると、上部アウターグランド５１Ａの接合面Ｐａ３と下部アウターグランド５１Ｂの接合面Ｐｂ３とを合わせた合わせ面Ｐ３において十分な圧力（面圧）が確保されなくなる可能性がある。例えば、車室ケーシング４の温度が高くなってその車室ケーシング４の熱変形量が大きくなっても、アウターグランド５１の温度が車室ケーシング４の温度ほど高くならず、そのアウターグランド５１の熱変形量が小さいと、車室ケーシング４の熱変形に伴ってアウターグランド５１に力が作用する可能性がある。例えば、接合面Ｐａ３と接合面Ｐｂ３とが離れるように上部アウターグランド５１Ａ及び下部アウターグランド５１Ｂの少なくとも一方に力が作用する可能性がある。その結果、上部アウターグランド５１Ａの接合面Ｐａ３と下部アウターグランド５１Ｂの接合面Ｐｂ３との間から蒸気（グランド蒸気）が漏出する可能性がある。

本実施形態においては、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部に断熱空間ＨＳが設けられているため、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍において車室ケーシング４とアウターグランド５１の温度差が大きくなることが抑制される。

図６は、比較例に係る蒸気タービン１Ｊの一例を示す図である。比較例に係る蒸気タービン１Ｊは、断熱空間ＨＳを有しない。

図７は、比較例に係る蒸気タービン１Ｊの車室空間ＳＰに主蒸気が供給され、グランド空間ＧＳにグランド蒸気が供給されたときの、車室ケーシング４及びアウターグランド５１それぞれの温度分布を示す模式図である。なお、図７は、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍のＸＹ平面と平行な断面における温度分布を示す。図７に示すように、比較例に係る蒸気タービン１Ｊにおいては、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍において、車室ケーシング４とアウターグランド５１の温度差が大きくなることが分かる。

図８は、本実施形態に係る蒸気タービン１の車室空間ＳＰに主蒸気が供給され、グランド空間ＧＳにグランド蒸気が供給されたときの、車室ケーシング４及びアウターグランド５１それぞれの温度分布を示す図である。図８は、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍のＸＹ平面と平行な断面における温度分布を示す。図８に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１においては、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部に気体の流れが抑制される断熱空間ＨＳが設けられているため、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍において、車室ケーシング４とアウターグランド５１の温度差が大きくなることが抑制される。

また、本実施形態に係る蒸気タービン１の合わせ面Ｐ３からの蒸気の漏出は、比較例に係る蒸気タービン１Ｊの合わせ面Ｐ３からの蒸気の漏出よりも少ない。

これは、グランド空間ＧＳに供給されたグランド蒸気が、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部（第１領域６１及び第２領域６２）に供給されず、その結果、車室ケーシング４とアウターグランド５１との温度差が大きくなることが抑制されていると考えられる。すなわち、グランド空間ＧＳのグランド蒸気が車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍で流れると、そのグランド空間ＧＳのグランド蒸気に起因して、アウターグランド５１の温度上昇が妨げられてしまうと考えられる。すなわち、グランド蒸気が第１領域６１及び第２領域６２に接触するように流れると、そのグランド蒸気に起因して、境界部近傍におけるアウターグランド５１の温度が、車室ケーシング４の温度ほど高くならない現象が生じると考えられる。

本実施形態においては、断熱空間ＨＳにより、グランド空間ＧＳのグランド蒸気が車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍で流れない。換言すれば、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部を形成する第１領域６１及び第２領域６２が断熱空間ＨＳで保護されているため、グランド空間ＧＳのグランド蒸気が第１領域６１及び第２領域６２に接触するように流れることが抑制される。したがって、境界部近傍においてアウターグランド５１の温度上昇が妨げられてしまう現象が生じることが抑制される。そして、車室ケーシング４の熱が合わせ面Ｐ３などを介してアウターグランド５１に伝達されるため、アウターグランド５１の温度は上昇する。これにより、境界部近傍において、車室ケーシング４とアウターグランド５１の温度差が大きくなることが抑制されると考えられる。

車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部の近傍において、車室ケーシング４とアウターグランド５１の温度差が大きくなることが抑制されることにより、車室ケーシング４の熱変形に起因して、接合面Ｐａ３と接合面Ｐｂ３とを離すような力がアウターグランド５１に作用することが抑制される。すなわち、車室ケーシング４とアウターグランド５１との温度差が小さいので、車室ケーシング４が熱変形した場合、その車室ケーシング４の熱変形量とほぼ等しい熱変形量で、アウターグランド５１も熱変形する。これにより、接合面Ｐａ３と接合面Ｐｂ３とを離すような力がアウターグランド５１に作用することが抑制される。したがって、上部アウターグランド５１Ａの接合面Ｐａ３と下部アウターグランド５１Ｂの接合面Ｐｂ３との間から蒸気（グランド蒸気）が漏出することが抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部に、気体の流れが抑制される断熱空間ＨＳを形成したので、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部（接合部、継手部）において、車室ケーシング４とアウターグランド５１との温度差が大きくなることが抑制される。そのため、その境界部の近傍において車室ケーシング４とアウターグランド５１との熱変形量の差が大きくなることが抑制される。したがって、アウターグランド５１の上部アウターグランド５１Ａの接合面Ｐａ３と下部アウターグランド５１Ｂの接合面Ｐｂ３とを合わせた合わせ面Ｐ３から蒸気が漏出することが抑制される。

また、本実施形態においては、アウターグランド５１が上部アウターグランド５１Ａの接合面Ｐａ３と下部アウターグランド５１Ｂとに分割可能なので、例えば、蒸気タービン１のメンテナンスを円滑に行うことができる。

また、本実施形態において、断熱空間ＨＳは、タービンロータ２の軸を囲むように形成される。これにより、車室ケーシング４とアウターグランド５１との境界部近傍において、車室ケーシング４とアウターグランド５１との温度差が大きくなることが抑制される。

また、本実施形態においては、タービンロータ２の軸に対する放射方向に関して、断熱空間ＨＳの寸法Ｗａは、軸部材２１の外面と第１領域６１との距離Ｗ１よりも小さく、軸部材２１の外面と第２領域６２との距離Ｗ２よりも小さい。これにより、グランド蒸気が供給されるグランド空間ＧＳを確保しつつ、車室ケーシング４とアウターグランド５との境界部に微小な断熱空間ＨＳを形成することができる。

また、本実施形態において、断熱空間ＨＳは、密閉空間である。これにより、断熱空間ＨＳにおいて気体の流れが十分に抑制され、高い断熱効果を得ることができる。

また、本実施形態において、車室ケーシング４は、上部車室ケーシング４Ａと、下部車室ケーシング４Ｂとに分割される。アウターグランド５１に加えて、車室ケーシング４も分割可能とすることにより、例えば、蒸気タービン１のメンテナンスを円滑に行うことができる。

なお、本実施形態において、断熱空間ＨＳは、タービンロータ２の軸の周囲に複数形成されてもよいし、合わせ面Ｐ３の近傍のみに形成されてもよい。

なお、本実施形態において、断熱空間ＨＳは、完全に密閉されていてもよいし、密閉されていなくてもよい。断熱空間ＨＳは、閉空間でもよいし、半閉空間でもよい。例えば、シール機構７０が、対向面５６とアウターグランド５２の内面との間の間隙を完全にシールしてもよいし、シール機構７０と対向面５６及びアウターグランド５２の一方又は両方との間に間隙が形成されていてもよい。すなわち、断熱空間ＨＳは、グランド空間ＧＳよりも気体の流れが抑制されていればよい。したがって、シール機構７０が省略されてもよい。

なお、本実施形態において、対向面５６は、インナーグランド５２に設けられた凸部５５に配置されることとした。対向面５６が、例えばアウターグランド５１に配置されてもよい。例えば、アウターグランド５１が、Ｘ軸方向に関して車室空間ＳＰの中心に向かって延びる凸部を有し、その凸部が対向面５６を有してもよい。なお、第１領域６１及び第２領域６２との間で断熱空間ＨＳを形成するための空間形成部材は、アウターグランド５１及びインナーグランド５２とは異なる部材でもよい。例えば、アウターグランド５１及びインナーグランド５２とは異なる部材が、第１領域６１及び第２領域６２と対向するようにグランド空間ＧＳに配置されてもよい。

１ 蒸気タービン
２ タービンロータ
３ ケーシング
４ 車室ケーシング
４Ａ 上部車室ケーシング
４Ｂ 下部車室ケーシング
５ グランドケーシング
２１ 軸部材
２２ シール
２４ 開口
５１ アウターグランド
５１Ａ 上部アウターグランド
５１Ｂ 下部アウターグランド
５２ インナーグランド
５３ 接続部
５６ 対向面
６１ 第１領域
６２ 第２領域
７０ シール機構
ＧＳ グランド空間
ＨＳ 断熱空間
ＳＰ 車室空間

Claims (6)

1. 軸部材及び前記軸部材に接続されるシールを有するタービンロータの周囲に配置され、前記タービンロータとの間に車室空間が形成される車室ケーシングと、
   前記タービンロータの周囲の一部に配置され、第１接合面を有する第１部分と、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、前記第１接合面と接合される第２接合面を有する第２部分と、を含み、前記車室空間の端部の開口を塞ぐように前記車室ケーシングに接続されるグランド部材と、
   前記タービンロータの軸と平行な方向に関して、前記車室ケーシングの第１端部を含む前記車室ケーシングの内面の第１領域と前記第１端部に隣接する前記グランド部材の第２端部を含む前記グランド部材の内面の第２領域との間で、気体の流れが抑制される断熱空間を形成する空間形成部材と、
   を備える蒸気タービン。
2. 前記断熱空間は、前記軸を囲むように形成される請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 前記タービンロータの軸に対する放射方向に関して、前記断熱空間の寸法は、前記軸部材の外面と前記第１領域及び前記第２領域との距離よりも小さい請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン。
4. 前記断熱空間は、密閉空間である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
5. 前記空間形成部材は、前記軸と平行な方向に関して前記グランド部材よりも前記車室空間の中心に近い位置で前記タービンロータの周囲に配置され、前記車室ケーシングの内面と接続される接続部と、前記第１領域及び前記第２領域と対向する対向面と、を有するインナー部材と、
   前記対向面と前記グランド部材の内面との間をシールするシール機構と、を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
6. 前記車室ケーシングは、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、第３接合面を有する第３部分と、前記タービンロータの周囲の一部に配置され、前記第３接合面と接合される第４接合面を有する第４部分と、を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

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