JP2017096249A

JP2017096249A - モジュラインサートを有する蒸気タービン内側ケーシング

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Publication number: JP2017096249A
Application number: JP2016168702A
Authority: JP
Inventors: アライン・デニス・マーラグチ・ララザバル; Denis Malaguti Larrazabal Alain; シルヴィア・ガフナー; Gafner Silvia; トーマス・シュライアー; Thomas Schreier; ミルコ・ルエーディ・メイヤー; Ruedi Meier Mirko; アンジェイ・コニエースニ; Konieczny Andrzej
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: CN204984506U; EP3141708A1; KR20170030044A; US20170067368A1; JP6845638B2

Abstract

【課題】大きな温度勾配によって、蒸気タービン導入口付近のエリアで発生し、タービン寿命を減少させるクラック伝搬に対する解決策を提供する。【解決手段】内側ケーシング１４内に取り外し可能に挿入することができるモジュラインサート２０，２２，２４を有する蒸気タービンのモジュラインサートは、蒸気タービンの第１の端部の方に向かって位置する、内側ケーシング１４とロータとの間に配置されたシールを支えるためのシールキャリアモジュラインサート２０と、シールキャリアモジュラインサートに隣接し、内側ケーシング内に取り外し可能に挿入することができる導入口渦巻状インサート２２と、導入口渦巻状インサートに隣接し、かつ内側ケーシング内に取り外し可能に挿入することができる、静止ブレードを保持するためのブレードキャリアモジュラインサート２４とを含む。【選択図】図４

Description

本開示は、一般に、蒸気タービンに関し、より具体的には、蒸気タービン内側ケーシング配置に関する。

ケーシングの歪みは、蒸気タービンの公知の問題であり、運転サイクルの増加と共に増加する。歪みの最も一般的な原因は、定常状態及び過渡的熱応力である。特に、内側ケーシングは、外側ケーシングより断面が薄く、かつケーシング壁温度差がより大きいため、外側ケーシングより容易に歪み得る。この歪みは、解体及び再組立の問題だけでなく、蒸気漏洩及び摩擦にもつながり得、その結果効率及びパワー出力が低下する。

別の問題は、蒸気導入口エリアにおけるクラックであり、このクラックは、ケーシング材料の降伏点を超える過渡的熱応力により生じる。生じるクラックは、蒸気室、弁体、ノズルチャンバ、シールケーシング、ダイアフラムフィット、及びボルト孔の内部表面に位置し得る。コンピュータモデリング及び先進合金を用いることにより、クラックが生じる可能性が低下するが、クラックはそれでもなお、いずれのユニットでも生じ得るものであり、特に停止／開始サイクルが多く行われるユニットで生じ得る。

蒸気タービン設備を開示する。本開示は、大きな温度勾配によって、蒸気タービン導入口付近のエリアで発生し、タービン寿命を減少させるクラック伝搬に対する解決策を提供することを意図したものである。

本開示は、断面が細い柔軟な導入口渦巻部を許容する３ピースのモジュラインサートを提供するという概念に基づく。モジュール設計を実施することにより、熱的勾配が減少し、損傷した内部構成要素を交換することが可能になり、したがって蒸気タービンモジュールの寿命を延ばすことが可能になる。

一態様では、蒸気タービン設備は、蒸気タービンの外側境界を画成する外側ケーシングと、外側ケーシングで囲繞された内側ケーシングとを含む。これらは、内側ケーシング内に配置されたタービン段が仕事を発生させる蒸気膨張流路を形成するように構成及び配置されている。ロータは、内側ケーシング及び外側ケーシングの両方と同心円状であり、かつ少なくとも部分的に内側ケーシング及び外側ケーシングの両方の中に収容されている。蒸気タービンは、シールキャリアモジュラインサート、導入口渦巻状インサート、及びブレードキャリアモジュラインサートを更に含む。シールキャリアモジュラインサートは、蒸気タービンの蒸気膨張流路に対して軸方向反対に位置し、内側ケーシングとロータとの間に配置されたシールを支えるように構成されている。更に、シールキャリアモジュラインサートは、円筒形状であり、かつ内側ケーシング内に取り外し可能に挿入することができる。導入口渦巻状インサートは、シールキャリアモジュラインサートに隣接して配置され、内側ケーシング内に取り外し可能に挿入することができ、更に、蒸気を蒸気タービン膨張流路内に円周状に分布させるために、蒸気を蒸気膨張流路内に導入するように構成されている。ブレードキャリアモジュラインサートは、導入口渦巻状インサートに隣接して配置され、円筒形状であり、かつ内側ケーシング内に取り外し可能に挿入することができ、かつ静止ブレードを保持するように構成されている。

一態様では、内側ケーシング及びシールキャリアモジュラインサートが、内側ケーシング内のシールキャリアモジュラインサートの回転を妨げるように構成された第１のスロット及び第１のキーを相補的に含む。

一態様では、内側ケーシング及び導入口渦巻状インサートが、内側ケーシング内の導入口渦巻状インサートの回転を妨げるように構成された第２のスロット及び第２のキーを相補的に含む。

一態様では、内側ケーシング及びブレードキャリアモジュラインサートが、内側ケーシング内のブレードキャリアモジュラインサートの回転を妨げるように構成された第３のスロット及び第３のキーを相補的に含む。

一態様では、内側ケーシングが、円周状の第１の半径方向突出部を含み、シールキャリアモジュラインサートが、第１の半径方向突出部を受け入れるように構成された円周状の第１の溝を含む。第１の半径方向突出部及び第１の溝は、シールキャリアモジュラインサートの熱膨張により生じる半径方向の圧力が、内側ケーシングに移されることにより、内側ケーシングとシールキャリアモジュラインサートとの間にシールを形成するように、相補的に構成されている。

一態様では、内側ケーシングが、円周状の第２の半径方向突出部を含み、ブレードキャリアモジュラインサートが、第２の半径方向突出部を受け入れるように構成された円周状の第２の溝を含む。第２の半径方向突出部及び第２の溝は、ブレードキャリアモジュラインサートの熱膨張により生じる半径方向の圧力が、内側ケーシングに移されることにより、内側ケーシングとブレードキャリアモジュラインサートとの間にシールを形成するように、相補的に構成されている。

一態様では、シールキャリアモジュラインサートが、シールキャリアモジュラインサートの長手方向軸に沿って分割された２つのシールキャリア半部を含む。

更なる態様では、２つのシールキャリア半部が、ボルト継手によって結合可能である。

一態様では、ブレードキャリアモジュラインサートが、ブレードキャリアモジュラインサートの長手方向軸に沿って分割された２つのブレードキャリア半部を含む。

更なる態様では、２つのブレードキャリア半部が、ボルト継手によって結合可能である。

一般的な態様では、蒸気タービンは、高圧蒸気タービンとして構成されている。

本開示の他の態様及び利点は、下記の説明及び添付図面から明らかになるであろう。添付図面は、例として、本発明の例示的な実施形態を示す。

例として、添付図面を参照して、本開示の実施形態を以下により完全に記載する。図面は下記の通りである。

例示的な実施形態が適用され得る、先行技術の蒸気タービンの概略である。例示的な実施形態のモジュラインサートの正面図である。図２のモジュラインサートが挿入され得る、蒸気タービン内側ケーシングの断面である。図３の内側ケーシング内に挿入された図２のモジュラインサートの断面図である。図２のモジュラインサートの別の斜視図である。

本開示の例示的な実施形態が、ここで、図面を参照して記載される。図面全体において、同様の参照番号は、同様の要素を指すために用いられる。以下の記載では、説明の目的のために、多数の具体的な詳細が、本開示を完全に理解するために明記されている。しかし、これらの具体的な詳細が無くても本開示を実行することができ、本開示は、本明細書で開示される例示的な実施形態に限定されない。

図１は、例示的な実施形態が適用され得る、例示的な蒸気タービン１０を示す。蒸気タービン１０は、蒸気タービン１０の外側境界を画成する外側ケーシング１２を有する。外側ケーシング１２は、内側ケーシング１４を囲んでおり、外側ケーシング１２に内側ケーシング１４が入っている。内側ケーシング１４は、内側ケーシング１４とロータ１６との間に蒸気膨張流路を形成するように構成及び配置されている。ロータ１６は、内側ケーシング１４及び外側ケーシング１２の両方と同心円状であり、かつ少なくとも部分的に内側ケーシング１４及び外側ケーシング１２の両方の中に収容されている。

図２は、長手方向に整列した例示的な一連のモジュラインサートであり、モジュラインサートは、シールキャリアモジュラインサート２０、導入口渦巻状インサート２２、及びブレードキャリアモジュラインサート２４を含む。

シールキャリアモジュラインサート２０は、通常、蒸気タービン１０の蒸気入口の上流にある蒸気タービン１０の第１の端部の方に向かって配置され、内側ケーシング１４とロータ１６との間に配置されたシールを支えるように構成されている。シールキャリアモジュラインサート２０は、円筒形状であり、かつ内側ケーシング１４内に取り外し可能に挿入することができる。図５に示されるように、例示的な実施形態では、シールキャリアモジュラインサート２０は、２つのシールキャリア半部２０ａ，ｂを含む。このシールキャリア半部２０ａ，ｂは、ボルトによって結合可能であり、更に、内側ケーシング１４の突出部３０ａによる圧縮で結合され得る。突出部３０ａは、シールキャリアモジュラインサート２０の溝４０内に延びている。ボルト及び圧縮の組合せを用いることにより、モジュラインサート設計は、異なる材料の内側ケーシング１４及びシールキャリアモジュラインサート２０を利用して、シールキャリアモジュラインサート２０に対する圧縮力を生成する。この方法では、シールキャリアモジュラインサート２０は、蒸気の圧力及び半径方向の圧縮によって、定位置に維持される。

図２は更に、内側ケーシング１４内に取り外し可能に固定することができ、シールキャリアモジュラインサート２０に隣接して配置することができる導入口渦巻状インサート２２を示す。導入口渦巻状インサート２２の目的は、蒸気を蒸気タービン内に円周状に分布させるために、蒸気を蒸気膨張流路内に導入することである。

図２は更に、導入口渦巻状インサート２２に軸方向に隣接して配置された、静止ブレードを保持するためのブレードキャリアモジュラインサート２４を示す。ブレードキャリアモジュラインサート２４は、円筒形状であり、かつ内側ケーシング１４内に取り外し可能に挿入することができる。図５に示されるように、例示的な実施形態では、ブレードキャリアモジュラインサート２４は、２つのブレードキャリア半部２４ａ，ｂを含み、ブレードキャリア半部２４ａ，ｂは、ボルトによって結合可能であり、更に、内側ケーシング１４の突出部３０ｂによる圧縮で結合され得る。突出部３０ｂは、ブレードキャリアモジュラインサート２４の溝４２内に延びている。ボルト及び圧縮の組合せを用いることにより、モジュラインサート設計は、異なる材料の内側ケーシング１４及びブレードキャリアモジュラインサート２４を利用して、ブレードキャリアモジュラインサート２４に対する圧縮力を生成する。この方法では、ブレードキャリアモジュラインサート２４は、蒸気の圧力及び半径方向の圧縮によって、定位置に維持される。

図３は、例示的なモジュラインサート２０，２２，２４を受け入れるように適合した内側ケーシング１４の断面を示す。適合には、モジュラインサート２０，２２，２４の回転を妨げるためのキー及び／又はスロットの配置だけでなく、シールキャリアモジュラインサート２０及びブレードキャリアモジュラインサート２４の熱膨張により、シールキャリアモジュラインサート２０及びブレードキャリアモジュラインサート２４を内側ケーシング１４に対してシールするための突出部／溝の配置が含まれる。

図２及び図３に示される例示的な実施形態では、内側ケーシング１４及びシールキャリアモジュラインサート２０は、軸方向に整列し、かつ内側ケーシング１４に接続された際に回転を抑制するためにトルクを補償するように構成された第１のスロット４８及び第１のキー３２ａを含む。第１のスロット４８及び第１のキー３２ａは、図２に示されるように、シールキャリアモジュラインサート２０が第１のスロット４８を有し、内側ケーシング１４が第１のキー３２ａを有するように、あるいは（図示せず）第１のスロット４８が内側ケーシング１４に構成され、第１のキー３２ａがシールキャリアモジュラインサート２０に構成されるように、内側ケーシング１４及びシールキャリアモジュラインサート２０に相補的に配置されている。

図２及び図３に示される例示的な実施形態では、内側ケーシング１４及び導入口渦巻状インサート２２は、軸方向に整列し、かつ内側ケーシング１４に接続された際に回転を抑制するためにトルクを補償するように構成された第２のスロット４４及び第２のキー３４を含む。第２のスロット４４及び第２のキー３４は、図２に示されるように、導入口渦巻状インサート２２が第２のキー３４を有し、内側ケーシング１４が第２のスロット４４を有するように、あるいは（図示せず）第２のスロット４４が導入口渦巻状インサート２２に構成され、第２のキー３４が内側ケーシング１４に構成されるように、内側ケーシング１４及び導入口渦巻状インサート２２に相補的に配置されている。

図２及び図３に示される例示的な実施形態では、内側ケーシング１４及びブレードキャリアモジュラインサート２４は、軸方向に整列し、かつ内側ケーシング１４に接続された際に回転を抑制するためにトルクを補償するように構成された第３のスロット４６及び第３のキー３２ｂを含む。第３のスロット４６及び第３のキー３２ｂは、図２に示されるように、ブレードキャリアモジュラインサート２４が第３のスロット４６を有し、内側ケーシング１４が第３のキー３２ｂを有するように、あるいは（図示せず）第３のスロット４６が内側ケーシング１４に構成され、第３のキー３２ｂがブレードキャリアモジュラインサート２４に構成されるように、内側ケーシング１４及びブレードキャリアモジュラインサート２４に相補的に配置されている。

図２及び図３に示されるように、内側ケーシング１４が、円周状の第１の半径方向突出部３０ａを含み、シールキャリアモジュラインサート２０が、第１の半径方向突出部３０ａを受け入れるように構成された円周状の第１の溝４０を含む。

第１の半径方向突出部３０ａ及び第１の溝４０は、シュリンクリング及び溝の配置を形成するために、相補的に構成されている。シュリンクリング及び溝の配置においては、シールキャリアモジュラインサート２０の熱膨張により生じる半径方向の圧力が、内側ケーシング１４に移されることにより、内側ケーシング１４とシールキャリアモジュラインサート２０との間に軸方向及び半径方向のシールを形成する。軸方向のシールを補助するために、第１の半径方向突出部３０ａは、導入口渦巻状インサート２２の方向に対向する軸方向の対向面３１ａを含んでもよい。対向面３１ａは、導入口渦巻状インサート２２から軸方向に離れる方向にシールキャリアモジュラインサート２０に対して作用する軸方向の力により、シールキャリアモジュラインサート２０の軸方向対向シール面４１に対してシールする。

図２及び図３に示されるように、内側ケーシング１４が、円周状の第２の半径方向突出部３０ｂを含み、ブレードキャリアモジュラインサート２４が、第２の半径方向突出部３０ｂを受け入れるように構成された円周状の第２の溝４２を含む。第２の半径方向突出部３０ｂ及び第２の溝４２は、シュリンクリング及び溝の配置を形成するために、相補的に構成されている。シュリンクリング及び溝の配置においては、ブレードキャリアモジュラインサート２４の熱膨張により生じる半径方向の圧力が、内側ケーシング１４に移されることにより、内側ケーシング１４とブレードキャリアモジュラインサート２４との間にシールを形成する。軸方向のシールを補助するために、第２の半径方向突出部３０ｂは、導入口渦巻状インサート２２の方向に対向する軸方向の対向面３１ｂを含んでもよい。対向面３１ｂは、導入口渦巻状インサート２２から離れる方向にブレードキャリアモジュラインサート２４に対して作用する下流方向の力により、ブレードキャリアモジュラインサート２４の軸方向対向シール面４３に対してシールするように配置されている。

図４は、内側ケーシング１４の一部に挿入されたモジュラインサート２０，２２，２４を示し、溝、突出部、及びシール面の相互作用を示す。

本開示は、本明細書において、最も実用的な例示的な実施形態と考えられるものについて図示し、説明しているが、本開示は、本開示の趣旨又は本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施され得ることが理解されるであろう。したがって、本明細書に開示された実施形態は、全ての点において、例示的であり、限定するものではないと考えられる。本開示の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲及びその均等の範囲内にある全ての変更は、特許請求の範囲に包含されることが意図される。

１０蒸気タービン
１２外側ケーシング
１４内側ケーシング
１６ロータ
２０シールキャリアモジュラインサート
２２導入口渦巻状インサート
２４ブレードキャリアモジュラインサート
３０ａ，ｂ突出部（内側ケーシング）
３１ａ，ｂ対向面
３２ａ，ｂキー（内側ケーシング）
３４キー（導入口渦巻状インサート）
４０溝（シールキャリアモジュラインサート）
４１シール面（シールキャリアモジュラインサート）
４２溝（ブレードキャリアモジュラインサート）
４３シール面（ブレードキャリアモジュラインサート）
４４スロット（蒸気導入口モジュラインサート）
４６スロット（ブレードキャリアモジュラインサート）
４８スロット（シールキャリアモジュラインサート）

Claims

蒸気タービン（１０）配置であって、
蒸気タービン（１０）の外側境界を画成する外側ケーシング（１２）と、
外側ケーシング（１２）で囲繞された内側ケーシング（１４）であって、内側ケーシング（１４）内に配置されたタービン段が仕事を発生させる蒸気膨張流路を形成するように構成及び配置されている内側ケーシング（１４）と、
内側ケーシング（１４）及び外側ケーシング（１２）の両方と同心円状であり、かつ少なくとも部分的に内側ケーシング（１４）及び外側ケーシング（１２）の両方の中に収容されたロータ（１６）と、
蒸気タービン（１０）の第１の端部の方に向かって、内側ケーシング（１４）とロータ（１６）との間に配置されたシールを支えるためのシールキャリアモジュラインサート（２０）であって、円筒形状であり、かつ内側ケーシング（１４）内に取り外し可能に挿入することができるシールキャリアモジュラインサート（２０）と、
シールキャリアモジュラインサート（２０）に隣接し、内側ケーシング（１４）内に取り外し可能に挿入することができる導入口渦巻状インサート（２２）であって、蒸気供給を蒸気タービン内に円周状に分布させるために、蒸気を蒸気膨張流路内に導入するための導入口渦巻状インサート（２２）と、
導入口渦巻状インサート（２２）に隣接するブレードキャリアモジュラインサート（２４）であって、円筒形状であり、かつ内側ケーシング（１４）内に取り外し可能に挿入することができ、静止ブレードを保持するためのブレードキャリアモジュラインサート（２４）と、
を含む、蒸気タービン（１０）配置。
内側ケーシング（１４）及びシールキャリアモジュラインサート（２０）が、内側ケーシング内のシールキャリアモジュラインサート（２０）の回転を妨げるように構成された第１のスロット（４８）及び第１のキー（３２ａ）を相補的に含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
内側ケーシング（１４）及び導入口渦巻状インサート（２２）が、内側ケーシング（１４）内の導入口渦巻状インサート（２２）の回転を妨げるように構成された第２のスロット（４４）及び第２のキー（３４）を相補的に含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
内側ケーシング（１４）及びブレードキャリアモジュラインサート（２４）が、内側ケーシング（１４）内のブレードキャリアモジュラインサート（２４）の回転を妨げるように構成された第３のスロット（４６）及び第３のキー（３２ｂ）を相補的に含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
内側ケーシング（１４）が、円周状の第１の半径方向突出部（３０ａ）を含み、シールキャリアモジュラインサート（２０）が、第１の半径方向突出部（３０ａ）を受け入れるように構成された円周状の第１の溝（４０）を含み、
第１の半径方向突出部（３０ａ）及び第１の溝（４０）は、シールキャリアモジュラインサート（２０）の熱膨張により生じる半径方向の圧力が、内側ケーシング（１４）に移されることにより、内側ケーシング（１４）とシールキャリアモジュラインサート（２０）との間にシールを形成するように、相補的に構成されている、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
内側ケーシング（１４）が、円周状の第２の半径方向突出部（３０ｂ）を含み、ブレードキャリアモジュラインサート（２４）が、第２の半径方向突出部（３０ｂ）を受け入れるように構成された円周状の第２の溝（４２）を含み、
第２の半径方向突出部（３０ｂ）及び第２の溝（４２）は、ブレードキャリアモジュラインサート（２４）の熱膨張により生じる半径方向の圧力が、内側ケーシング（１４）に移されることにより、内側ケーシング（１４）とブレードキャリアモジュラインサート（２４）との間にシールを形成するように、相補的に構成されている、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
シールキャリアモジュラインサート（２０）が、シールキャリアモジュラインサート（２０）の長手方向軸に沿って分割された２つのシールキャリア半部（２０ａ，ｂ）を含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
２つのシールキャリア半部（２０ａ，ｂ）が、ボルト継手によって結合可能である、請求項７に記載の蒸気タービン（１０）。
ブレードキャリアモジュラインサート（２４）が、ブレードキャリアモジュラインサート（２４）の長手方向軸に沿って分割された２つのブレードキャリア半部（２４ａ，ｂ）を含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
２つのブレードキャリア半部（２４ａ，ｂ）が、ボルト継手によって結合可能である、請求項９に記載の蒸気タービン（１０）。
高圧蒸気タービンとして構成されている、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の蒸気タービン（１０）。