JP2016196884A - タービン用ノズルボックス - Google Patents

Abstract

【課題】高圧のスチームを安定的に供給することができ、部分アーク運転時にもタービンの効率を増大させることができるタービン用ノズルボックスを提供する。【解決手段】タービン用ノズルボックス１は、外周面が内部ケーシングの内周面に隣接して設けられる環状の外部リングプレート１００と、前記外部リングプレート１００の内周面に隣接して設けられる環状のノズルユニット２００と、外周面が前記ノズルユニット２００の内周面に隣接して設けられる環状の内部リングプレート３００と、を備え、前記ノズルユニット２００は、円周方向に沿って所定のアーク角度上に設けられる複数のセグメントブロック２１０を含み、前記セグメントブロック２１０は、１段のノズルユニット２００の入口段に設けられ、前記１段のノズルユニット２００の出口段は開放形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、タービン用ノズルボックスに関し、より詳細には、高圧タービンの１段の部分アーク運転のためにノズルユニットの入口段に所定のアーク角度で設けられるセグメントブロックによって区別隔離され、出口段は全体アークで開放されることにより、高圧のスチームを安定的に供給することができ、部分アーク運転時にもタービンの効率を増大させることができるタービン用ノズルボックスに関する。

一般的に、大容量の軸流蒸気タービンは、それぞれ固定子またはステータとも呼ばれるタービンノズル（タービン固定翼）と、動翼またはロータとも呼ばれるブレード（タービン動翼）とが備えられる。また、このようなタービンノズルとタービン動翼は、蒸気（流体）の流れ方向に沿って複数の段に設けられる。

衝撃型蒸気タービンは、それぞれのタービンノズルを用いて蒸気の熱エネルギーがより多くの膨張仕事を行うようにし、膨脹仕事が終わった後に、それぞれのタービン動翼を用いて蒸気を転向流に変換し、この転向流を次の段に案内する。

一般的に、従来のタービン用ノズルボックスは、複数の部品で形成され、これらそれぞれの部品はボルトや溶接によって結合される。

タービン用ノズルボックス内において、蒸気はまず軸方向に流れるように再指向された後に、ノズルボックスの出口平面に位置するノズルを通して回転子の回転軸を中心に加速される。

部分アーク運転とは、タービンの四象限のうち一部領域からのみスチームが供給されるように運転するもので、発電容量などの必要に応じて部分アーク運転が行われる。

しかし、従来の部分アーク運転時に、タービンの領域を一定に区分して区画し、このような領域区画のために流路を完全に遮断することによって、一部区間にガスが流入せず、これを使用できないデッドアークゾーンが発生する問題があった。

また、このようなデッドアークゾーンが発生することにより、部分アーク運転時にタービンの効率が低下する問題があった。

韓国公開特許第１０−２００７−００２８２５４号公報

本発明は、上記の問題を解決するためのものであり、その目的は、ノズルユニットが円周方向に沿って９０度のアーク角度上の入口段に設けられる４つのセグメントブロックによって部分アーク運転のために入口段が四分割され、出口段は全体アークで運転されることにより、デッドアークゾーンを最小化してタービンの全体効率を向上させることができるように、高圧タービンの１段に設けられるタービン用ノズルボックスを提供することである。

本発明の目的を達成するために、本発明に係るタービン用ノズルボックスは、高圧タービンの１段の部分アーク運転のために高圧タービンの１段に設けられるタービン用ノズルボックスであって、外周面が内部ケーシングの内周面に隣接して設けられる環状の外部リングプレートと、前記外部リングプレートの内周面に隣接して設けられる環状のノズルユニットと、外周面が前記ノズルユニットの内周面に隣接して設けられる環状の内部リングプレートと、を備え、前記ノズルユニットは、円周方向に沿って所定のアーク角度上に設けられる複数のセグメントブロックを含み、前記セグメントブロックは、１段のノズルユニットの入口段に設けられ、前記１段のノズルユニットの出口段は開放形成される。

前記外部リングプレート、前記ノズルユニット、および前記内部リングプレートは、上部と下部に分割される２つの半円形状に形成される。

前記複数のセグメントブロックは、正面が前記外部リングプレートと前記内部リングプレートとの間を通して流入する流体の移動を遮断するためにノズルボックスの前面を閉鎖した状態で位置し、後面は隣り合って配置されたノズルユニットを通して流入した流体の移動のために開放された状態が維持される。

前記複数のセグメントブロックは、円周方向に沿って前記１段のノズルユニットの入口段に設けられた４つのセグメントブロックを含む。

前記複数のセグメントブロックは、円周方向に沿って９０度のアーク間隔で設けられ、前記１段のノズルユニットの入口段が四分割されるように形成される。

前記複数のセグメントブロックは、前記ノズルボックスの正面を基準として前記外部リングプレートと前記内部リングプレートとの間を閉鎖するノズルフレームと、前記ノズルフレームの内側中央に位置し、前記ノズルボックスの出口段に向かって流線形に延びたノズルと、前記ノズルを基準として外側に延びた延長部と、前記延長部に開口した挿入ホールと、を含む。

前記延長部には、内側に凹入した結合部が形成され、前記結合部と向かい合う前記外部リングプレートおよび前記内部リングプレートの対応面は、前記結合部に対応する形態に形成されている。

前記複数のセグメントブロックに形成されたノズルの外側に流体が移動可能な通路が形成されている。

前記通路は、ノズルのリーディングエッジからトレーリングエッジへいくほど狭くなる。

前記ノズルユニットは、円周方向に沿って等間隔に配置された複数のノズルを含む。

前記ノズルユニットは、前記ノズルの正面に形成された流入部の面積が、後面に形成された排出部の面積より相対的に大きく形成されている。

前記複数のセグメントブロックのそれぞれは、前記１段のノズルユニットの出口段に９０度のアーク間隔でそれぞれ形成されるノズルと一体に形成される。

前記複数のセグメントブロックのそれぞれと、前記１段のノズルユニットの出口段に９０度のアーク間隔でそれぞれ形成されるノズルとは、前記内部ケーシングにピンによって結合される。

本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスは、ノズルユニットが円周方向に沿って９０度のアーク角度上の入口段に設けられる４つのセグメントブロックによって部分アーク運転のために入口段が四分割され、出口段はフルアークで運転されることにより、デッドアークゾーンを最小化してタービンの全体効率を向上することができる。

本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスは、セグメントブロックと、円周方向に沿って９０度のアーク角度上に設けられるノズルとを簡単に締結して、タービンのノズルの製造時間と製造費用を節減することができる。

本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスは、セグメントブロックと、円周方向に沿って９０度のアーク角度上に設けられるノズルとを簡単に締結して、タービンのノズルの製造時間と製造費用を節減することができる。

本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスが高圧タービンの内部ケーシングに設けられる状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスの正面図である。 本発明の一実施形態に係るセグメントブロックとノズルユニットに設けられたノズルを示す図である。 本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスの一側が展開された状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスの入口段側から眺めた概略図である。 本発明の一実施形態に係るセグメントブロックが位置した所における縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るセグメントブロックが位置した所における横断面図である。

本発明の好ましい実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。まず、各図面の構成要素に参照番号を付するにあたり、同一の構成要素については同一の符号を付している。

図１は、本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスが高圧タービンの内部ケーシングに設けられる状態の斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスの正面図であり、図３は、本発明の一実施形態に係るセグメントブロックとノズルユニットに設けられたノズルを示す図であり、図４は、本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックスの一側が展開された状態を示す図である。

添付した図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係るノズルボックス１を説明する。

本発明の一実施形態に係るノズルボックス１は、高圧タービンを構成する１段からｎ段まで設けられた複数の段において、１段に設けられて、流体の流動を案内する役割を果たす。本発明の一実施形態に係るタービン用ノズルボックス１は、外部リングプレート１００と、ノズルユニット２００と、内部リングプレート３００とを備える。

前記外部リングプレート１００は、半円形状からなり、上下にそれぞれ分割されて、組立時に全体的な形態としてリング形状に構成される。外部リングプレート１００は、外周面が後述する内部ケーシング１０の内周面に隣接して設けられる。すなわち、外部リングプレート１００の外周面が内部ケーシング１０の内周面に接触するように設けられる。必ずしもこれに限定されるものではないが、外部リングプレート１００は、内部ケーシング１０の内周面に対応する形状に構成され、一例として、環状のリング形状に形成されてもよい。

ノズルユニット２００は、外部リングプレート１００の内周面１１０にノズルユニット２００の外周面が隣接して設けられる。すなわち、ノズルユニット２００は、外部リングプレート１００の内周面１１０にノズルユニット２００の外周面２０１が接触するように設けられる。また、ノズルユニット２００も、外部リングプレート１００の内周面１１０と同様に、環状のリング形状に形成される。

内部リングプレート３００は、外周面がノズルユニット２００の内周面に隣接して設けられる。すなわち、内部リングプレート３００は、内部リングプレート３００の外周面がノズルユニット２００の内周面に接触するように設けられる。

必ずしもこれに限定されるものではないが、外部リングプレート１００、ノズルユニット２００、および内部リングプレート３００は、それぞれ別途に製作され、ボルト、リベット、溶接のような結合手段によって結合されてもよい。

前記外部リングプレート１００、ノズルユニット２００、および内部リングプレート３００は、上部と下部に分割される２つの半円形状に形成され、それぞれの半円形状に形成された上下部の外部リングプレート、上下部のノズルユニット、および上下部の内部リングプレートがそれぞれ別途に製作されて結合されてよい。

図示しないが、タービン用ノズルボックスは、高圧タービンの１段の内部ケーシングに、ボルト、リベットのような締結手段によって設けられる。

また、図２に示されているように、内部リングプレート３００の中央に空洞部３１０が形成され、前記空洞部３１０にロータ（図示せず）が設けられる。

ノズルユニット２００は、前記外部リングプレート１００とノズルユニット２００との間に形成された円周方向に沿って所定のアーク角度上に設けられる複数のセグメントブロック２１０が配置される。

添付した図３〜図５を参照すれば、本発明の一実施形態に係るセグメントブロック２１０は、ノズルボックス１の正面を基準として０度（時計方向基準１２時の位置）と、９０度（時計方向基準３時の位置）と、１８０度（時計方向基準６時の位置）と、２７０度（時計方向基準９時の位置）にそれぞれ配置され、互いに９０度の間隔で離隔して位置する。

セグメントブロック２１０は、正面が外部リングプレート１００と内部リングプレート３００との間を通して流入する流体の移動を遮断するためにノズルボックス１の前面を閉鎖した状態で位置し、後面は隣り合って配置されたノズルユニット２００を通して流入した流体の移動のために開放された状態が維持される。ここで、正面は入口段２０２に相当し、後面は出口段２０３に相当する。

セグメントブロック２１０は、円周方向に沿って１段のノズルユニットの入口段２０２に４つ設けられる。より好ましくは、セグメントブロック２１０は、円周方向に沿って９０度のアーク間隔で設けられ、１段のノズルユニットの入口段が四分割される。

前記セグメントブロック２１０は、拡大図に示されているように、ノズルフレーム２０４を基準として、正面は塞がれた形態に形成されるが、正面を除く後方に延びた部分は中央位置に流線形のノズル２２０ａが形成される。

セグメントブロック２１０は、１段のノズルユニットの入口段２０２に設けられ、１段のノズルユニットの出口段２０３は開放された形態に形成される。

また、前記ノズル２２０ａを基準として左右の位置に、外部リングプレート１００と内部リングプレート３００に固定されるために外側にそれぞれ対称に延びた延長部２０５が形成され、前記延長部２０５に挿入ホール２０６が開口する。

前記延長部２０５は、前記外部リングプレート１００と内部リングプレート３００により安定的に結合されるために、Ｕ字状の結合部２０７が形成されていて、前記外部リングプレート１００と内部リングプレート３００に密着した状態で結合される。参照として、前記結合部２０７と噛み合い保持される前記外部リングプレート１００と内部リングプレート３００は、前記結合部２０７に対応する形態からなっていて、互いに密着した状態で結合される。

前記挿入ホール２０６には、固定のために別途に設けられた固定片（図示せず）が挿入され、前記固定片は、一例としてピンが用いられる。

リング形状に形成されたノズルボックス１を平面形態と仮定して、０度から１８０度の区間を展開した時、０度を始点として９０度の間隔でセグメントブロック２１０が配置され、前記セグメントブロック２１０の内側にノズル２２０ａが設けられ、前記ノズル２２０ａと隣り合って複数のノズル２２０が等間隔に離隔したノズルユニット２００が設けられる。

セグメントブロック２１０は、正面が塞がれた四角のブロック形態であるが、１段のノズルボックス１の後方から眺めると、隣り合うノズルユニット２００のノズル２２０ａの間に流体移動可能な通路Ｓ１、Ｓ２が形成される。

前記通路Ｓ１、Ｓ２は、ノズル２２０ａのリーディングエッジからトレーリングエッジへいくほど面積が狭くなった形状に延びるため、多量の流体が入口段２０２から出口段２０３に相当するトレーリングエッジに向かって移動する場合、流速が増加し得て、流体の移動による乱流形成に役立つ。

前記通路Ｓ１、Ｓ２による流体の移動は、セグメントブロック２１０の正面を通しては制限されるが、隣り合うノズル２２０の間では、流体移動可能な通路Ｓ１、Ｓ２によってノズルボックス１の出口側に相当する後方の位置で前記流体の安定した移動が行われる。

したがって、ノズルボックス１の入口段２０２（図６参照）と出口段２０３（図６参照）で流体の移動が容易に制御可能で、前記出口段２０３における流体の移動効率が向上し、タービンの全体的な効率も向上する。

一例として、セグメントブロック２１０は、ノズルボックス１の正面を基準として、０度、９０度、１８０度、２７０度の位置にそれぞれ位置し、互いに離隔したセグメントブロック２１０の間にノズルユニット２００が位置する。前記ノズルユニット２００は、複数のノズル２２０が等間隔に離隔しているため、蒸気が矢印方向に流入する場合、複数のノズル２２０を通して入口段２０２から出口段２０３に移動する。

前記セグメントブロック２１０が位置した所において、入口段２０２の場合、塞がれていて流入しないが、出口段２０３では、隣り合う前記セグメントブロック２１０に設けられたノズル２２０ａと隣り合うノズルユニット２００に設けられたノズル２２０との間に流体が移動可能で、ノズルボックス１の出口段２０３からすべての領域を通して流体の移動が行われる。

前記セグメントブロック２１０と隣り合って配置されたノズル２２０は、ノズルフレーム２０４が上述したセグメントブロック２１０に設けられたノズルフレーム２０４ａと同一の形態に形成され、ノズル２２０の左右の位置に、外部リングプレート１００と内部リングプレート３００に固定されるために外側（左側と右側）にそれぞれ対称に延びた延長部２０５が形成され、前記延長部２０５に挿入ホール２０６が開口する。

前記ノズル２２０は、ノズルボックス１の正面で流体の流入が行われるように開放された形態に形成され、後方に相当するノズルボックス１の出口段２０３にまで前記ノズル２２０が流線形に延びていて、流体の移動が安定的に行われる。

前記ノズル２２０は、上述したセグメントブロック２１０のノズル２２０ａと隣り合って流体移動可能な通路Ｓ１、Ｓ２によって、前記ノズルボックス１の出口段２０３で流体の移動が安定的に行われる。

ノズルボックス１は、部分アーク運転が実施され、前記部分アーク運転は、タービンの四象限のうち一部領域からのみスチームが供給されるように運転するもので、発電容量などの必要に応じて部分アーク運転が行われる。

本発明は、部分アーク運転時にタービンの効率を増大させるためのもので、ノズルユニット２００が、円周方向に沿って９０度のアーク角度上の入口段に設けられる４つのセグメントブロック２１０によって部分アーク運転のために入口段が四分割され、出口段は全体アークで運転されることにより、デッドアークゾーンを最小化してタービンの全体効率を向上することができる。

特に、上述のように、セグメントブロック２１０に設けられたノズル２２０ａと隣り合ってノズルユニット２００がノズルボックス１の円周方向に沿って配置され、前記ノズルユニット２００には、所定の角度間隔で設けられた複数のノズル２２０が設けられていて、高圧の流体が安定的に移動する。

ノズル２２０は、全体的に円周方向に所定の角度をなしつつ傾斜して形成され、内側面は流線形に形成されて、内部ケーシングに流入するスチームをロータに供給する。

すなわち、前記ノズル２２０によって高温高圧のスチーム（蒸気）が均一に移動するように案内可能で、前記スチームの移動安定性が向上する。

ノズル２２０は、蒸気が流入する流入部２２１がノズルボックス１の前方に向かって開口していて、開口した面積が排出部２２２に比べて相対的に広く形成される。また、蒸気が排出される排出部２２２は、前記流入部２２１に比べて相対的に狭く形成される。

この場合、高温高圧の蒸気がノズル２２０の外周面に沿って安定的に移動しながら流速が加速され、これと同時に、圧力が増加しながら速い速度でロータに排出される。

したがって、前記ノズルユニット２００に設けられた複数のノズル２２０によって加速された蒸気がロータを容易に回転させる。

添付した図７を参照すると、本発明の他の実施形態によれば、それぞれのセグメントブロック２１０と、ノズルユニット２００に設けられたノズル２２０とは、内部ケーシングにおいてピン２３０によって結合されてもよい。前記ピン２３０は、図面を基準として、ノズル２２０の中央位置に結合され、前記ピン２３０によって前記ノズル２２０に対する固定が安定的に維持される。

１：ノズルボックス
１０：内部ケーシング
１００：外部リングプレート
１１０：（外部リングプレートの）内周面
２００：ノズルユニット
２０１：（ノズルユニットの）外周面
２０２：入口段
２０３：出口段
２１０：セグメントブロック
２２０：ノズル
３００：内部リングプレート
３１０：空洞部

Claims (13)

1. 高圧タービンの１段の部分アーク運転のために高圧タービンの１段に設けられるタービン用ノズルボックスであって、
   外周面が内部ケーシングの内周面に隣接して設けられる環状の外部リングプレートと、
   前記外部リングプレートの内周面に隣接して設けられる環状のノズルユニットと、
   外周面が前記ノズルユニットの内周面に隣接して設けられる環状の内部リングプレートと、を備え、
   前記ノズルユニットは、円周方向に沿って所定のアーク角度上に設けられる複数のセグメントブロックを含み、
   前記複数のセグメントブロックは、１段のノズルユニットの入口段に設けられ、前記１段のノズルユニットの出口段は開放形成される、タービン用ノズルボックス。
2. 前記外部リングプレート、前記ノズルユニット、および前記内部リングプレートは、上部と下部に分割される２つの半円形状に形成される、請求項１に記載のタービン用ノズルボックス。
3. 前記複数のセグメントブロックは、
   正面が前記外部リングプレートと前記内部リングプレートとの間を通して流入する流体の移動を遮断するためにノズルボックスの前面を閉鎖した状態で位置し、後面は隣り合って配置されたノズルユニットを通して流入した流体の移動のために開放された状態が維持される、請求項１または２に記載のタービン用ノズルボックス。
4. 前記複数のセグメントブロックは、円周方向に沿って前記１段のノズルユニットの入口段に設けられた４つのセグメントブロックを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン用ノズルボックス。
5. 前記複数のセグメントブロックは、円周方向に沿って９０度のアーク間隔で設けられ、前記１段のノズルユニットの入口段が四分割されるように形成される、請求項４に記載のタービン用ノズルボックス。
6. 前記複数のセグメントブロックは、
   前記ノズルボックスの正面を基準として前記外部リングプレートと前記内部リングプレートとの間を閉鎖するノズルフレームと、
   前記ノズルフレームの内側中央に位置し、前記ノズルボックスの出口段に向かって流線形に延びたノズルと、
   前記ノズルを基準として外側に延びた延長部と、
   前記延長部に開口した挿入ホールと、
   を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のタービン用ノズルボックス。
7. 前記延長部には、内側に凹入した結合部が形成され、前記結合部と向かい合う前記外部リングプレートおよび前記内部リングプレートの対応面は、前記結合部に対応する形態に形成されている、請求項６に記載のタービン用ノズルボックス。
8. 前記複数のセグメントブロックに形成されたノズルの外側に流体が移動可能な通路が形成されている、請求項６または７に記載のタービン用ノズルボックス。
9. 前記通路は、ノズルのリーディングエッジからトレーリングエッジへいくほど狭くなる、請求項８に記載のタービン用ノズルボックス。
10. 前記ノズルユニットは、円周方向に沿って等間隔に配置された複数のノズルを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のタービン用ノズルボックス。
11. 前記ノズルユニットは、
    前記ノズルの正面に形成された流入部の面積が、後面に形成された排出部の面積より相対的に大きく形成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のタービン用ノズルボックス。
12. 前記複数のセグメントブロックのそれぞれは、前記１段のノズルユニットの出口段に９０度のアーク間隔でそれぞれ形成されるノズルと一体に形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のタービン用ノズルボックス。
13. 前記複数のセグメントブロックのそれぞれと、前記１段のノズルユニットの出口段に９０度のアーク間隔でそれぞれ形成されるノズルとは、前記内部ケーシングにピンによって結合される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のタービン用ノズルボックス。

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