JP2019138257A - 蒸気タービン排気装置および蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失を抑制できる蒸気タービン排気装置および蒸気タービンを提供すること。【解決手段】本発明の実施形態によれば、タービンロータおよび外部ケーシングの間に設けられ、上半内部ケーシングおよび下半内部ケーシングを結合させて前記タービンロータを収容し、前記外部ケーシングとの間に前記タービンロータで仕事をした後の蒸気を通過させる排気室を形成する内部ケーシングを備え、前記上半内部ケーシングおよび前記下半内部ケーシングは、互いを結合すると共に前記排気室に突出したフランジをそれぞれ有し、前記フランジは、前記外部ケーシングに対向する面から前記タービンロータの外周面に向かう方向に凹んだ凹部を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービン排気装置および蒸気タービンに関する。

発電プラントでは、ボイラで発生した蒸気が、作動流体としてタービンに供給されることによって発電を行う。一般的に発電プラントは、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンなどの複数のタービンを備える。発電プラントにおいて、蒸気は、複数のタービンのそれぞれで順次仕事を行った後に、復水器に導かれて凝縮される。そして、復水器で凝縮された復水は、再度ボイラに戻される。

それぞれのタービンには、ロータを収容する外部ケーシングの内側に排気室が設けられており、最終段のタービン段落から蒸気が排気室に流れる。この蒸気は、排気室から排出口を介して後段の設備に導かれる。

特許第４１０７７６６号公報 特許第４６３６９６５号公報

関連技術に係る蒸気タービンについて、図４から図６を用いて説明する。図４は、関連技術に係る蒸気タービン排気装置の断面図を、図５は、関連技術に係る蒸気タービン排気装置の内部ケーシングを抽出した概略の斜視図を、図６は、関連技術に係る蒸気タービン排気装置の水平断面での拡大図をそれぞれ示す。図４は、タービンロータの軸ＡＸの方向からみた断面図であり、図中の矢印は蒸気の流れを示す。また、図６は、図４の水平断面（ｘｙ面）での拡大図である。

図４に示すように、蒸気タービンの最終段落を通過した蒸気（排気）は、外部ケーシング１０２および内部ケーシング１０３の間に設けられた排気室１０８を通過し、上半側（ｚ方向上側）から下半側に流れた後、排出口１０９から排出される。図５および図６に示すように、この内部ケーシング１０３は、内部ケーシング上半１０３ａおよび内部ケーシング下半１０３ｂを組み合わせて構成され、内部ケーシング上半１０３ａの外周面にはフランジ１０３ｃが、内部ケーシング下半１０３ｂの外周面にはフランジ１０３ｄが、それぞれ排気の流路側に突出して設けられる。したがって、排出口１０９へ向かう排気が上半フランジ１０３ｃおよび下半フランジ１０３ｄの近傍を通過する際には、流路の断面積が減少して排気の流れが妨げられ、圧力損失が生じる可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、圧力損失を抑制できる蒸気タービン排気装置および蒸気タービンを提供することである。

上記の課題を解決するために、実施形態のタービン排気装置は、タービンロータおよび外部ケーシングの間に設けられ、上半内部ケーシングおよび下半内部ケーシングを結合させて前記タービンロータを収容し、前記外部ケーシングとの間に前記タービンロータで仕事をした後の蒸気を通過させる排気室を形成する内部ケーシングを備え、前記上半内部ケーシングおよび前記下半内部ケーシングは、互いを結合すると共に前記排気室に突出したフランジをそれぞれ有し、前記フランジは、前記外部ケーシングに対向する面から前記タービンロータの外周面に向かう方向に凹んだ凹部を有する。

本発明の実施形態のタービン排気装置および蒸気タービンは、圧力損失を抑制することができる。

実施形態に係る蒸気タービン排気装置を含む蒸気タービンの模式図である。 実施形態に係る蒸気タービン排気装置の内部ケーシングを抽出した概略の斜視図である。 実施形態に係る蒸気タービン排気装置の水平断面での拡大図である。 関連技術に係る蒸気タービン排気装置近傍の断面図である。 関連技術に係る蒸気タービン排気装置の内部ケーシングを抽出した概略の斜視図である。 関連技術に係る蒸気タービン排気装置の水平断面での拡大図である。

まず、実施形態に係る蒸気タービン排気装置および蒸気タービンについて、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係る蒸気タービン排気装置を含む蒸気タービンの模式図であり、図中に示す矢印は排気の流れを表す。ここでいう排気とは、蒸気タービン１のタービン最終段落を通過した後の蒸気を示す。

図１に示すように、実施形態に係る蒸気タービン１は、外部ケーシング２と、内部ケーシング３と、タービンロータ４と、排気室８を有する。ここでは、蒸気タービン１として高圧タービンを例示して説明するが、この蒸気タービン１は、例えば中圧タービンでもよい。

蒸気タービン１は、タービンロータ４の一端に設けられた蒸気入口５から蒸気を導入する。この蒸気は、静翼６、動翼７を複数組み合わせて構成されるタービン段落で膨張仕事をした後に、排気として排気室８、排気口９を順次通過してボイラ（図示せず）に送られる。ボイラに送られた排気は、再度加熱された後に低圧タービン（図示せず）に送られ、低圧タービンで仕事をする。

外部ケーシング２は、上半と下半とを組み合わせて構成され、内部ケーシング３を内部に収容している。

内部ケーシング３は、内部ケーシング上半３ａと内部ケーシング下半３ｂとを組み合わせて構成され、タービンロータ４を内部に収容する。内部ケーシング上半３ａおよび内部ケーシング下半３ｂは、タービンロータ４の周方向（回転軸ＡＸを中心とする回転方向）に間隔を設けて配置された静翼６を、その内周面で支持する。内部ケーシング上半３ａおよび内部ケーシング下半３ｂの詳細な説明は後述する。

排気室８は、外部ケーシング２の内周面と内部ケーシング３の外周面との間に設けられた排気の流路である。

次に、内部ケーシング上半３ａおよび内部ケーシング下半３ｂの構造について、図２および図３を用いて説明する。図２は、実施形態に係る蒸気タービン排気装置の内部ケーシングを抽出した概略の斜視図を、図３は、実施形態に係る蒸気タービン排気装置の水平断面での拡大図をそれぞれ示す。図３は、図１の水平断面（ｘｙ面）での拡大図である。

図２に示すように、内部ケーシング上半３ａと内部ケーシング下半３ｂとを結合させるために、内部ケーシング上半３ａの外周面にはフランジ３ｃが、内部ケーシング下半３ｂの外周面にはフランジ３ｄが、それぞれ排気室側に突出して設けられる。また、フランジ３ｃは、外部ケーシング２の内周面と対向する面（以降、この面を端面という）からタービンロータ４の外周面に向かう方向に凹んだ凹部１１ｃを、フランジ３ｄは、端面からタービンロータ４の外周面に向かう方向に凹んだ凹部１１ｄをそれぞれ有する。ここでいう凹部とは、フランジ３ｃおよび３ｄの端面のうち、これらの端面と接する基準面（ｙｚ面）からタービンロータ４の外周面側に傾斜した部分を示し、窪みを帯びた面の形状だけでなく、傾斜面や曲面も含む。

なお、本実施形態では、凹部１１ｃおよび１１ｄが共にｘ方向に複数設けられた場合を例示して説明しているが、凹部１１ｃおよび１１ｄがｘ方向に一つずつ設けられてもよい。ただし、凹部１１ｃおよび１１ｄは、内部ケーシング上半３ａおよび３ｂを結合させた場合に、互いに対応する位置に設けられることが好ましい。

また、上半内部ケーシング３ａおよび下半内部ケーシング３ｂを結合させるにあたり、フランジ３ｃおよび３ｄをボルト締めする場合には、フランジ３ｃおよび３ｄは、ボルトが設置されない箇所に凹部を設けることが好ましい。その理由は、上半内部ケーシング３ａおよび下半内部ケーシング３ｂを結合させた場合の強度を保つためである。

図３に示すように、フランジ３ｃに凹部１１ｃを、フランジ３ｄに凹部１１ｄをそれぞれ設けることで、この地点での流路の断面積（ｘｙ面での断面積）は、凹部１１ｃおよび１１ｄが無い場合よりも大きくなる。したがって、この地点を通過する排気の流速の変化が緩やかになるため、排気の圧力損失を抑えることができる。

上述した実施形態によれば、内部ケーシング上半３ａおよび内部ケーシング下半３ｂの外周面にそれぞれ設けられたフランジ３ｃおよび３ｄに凹部１１ｃ、１１ｄを設け、排気室１０における流路の断面積を緩やかに変化させることで、部品数を増やすことなく圧力損失を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１．蒸気タービン、２．外部ケーシング、３．内部ケーシング、３ａ．内部ケーシング上半、３ｂ．内部ケーシング下半、３ｃ、３ｄ．フランジ、４．タービンロータ、５．蒸気入口、６．静翼、７．動翼、８．排気室、９．排気口、１１ｃ、１１ｄ．凹部

Claims (4)

1. タービンロータおよび外部ケーシングの間に設けられ、上半内部ケーシングおよび下半内部ケーシングを結合させて前記タービンロータを収容し、前記外部ケーシングとの間に前記タービンロータで仕事をした後の蒸気を通過させる排気室を形成する内部ケーシングを備え、
   前記上半内部ケーシングおよび前記下半内部ケーシングは、互いを結合すると共に前記排気室に突出したフランジをそれぞれ有し、
   前記フランジは、前記外部ケーシングに対向する面から前記タービンロータの外周面に向かう方向に凹んだ凹部を有する蒸気タービン排気装置。
2. 前記フランジは、前記凹部を前記タービンロータの軸方向に複数有する請求項１に記載の蒸気タービン排気装置。
3. 前記フランジは、前記上半内部ケーシングおよび前記下半内部ケーシングを結合させた場合に、互いに対応する位置に前記凹部をそれぞれ有する請求項１または２に記載の蒸気タービン排気装置。
4. タービンロータと、
   前記タービンロータの回転方向に設けられ、外部から導入された蒸気のする仕事によって前記タービンロータと共に回転する動翼と、
   請求項１から３のいずれかに記載の蒸気タービン排気装置と、
   を備える蒸気タービン。

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