JP2747529B2 - 軸流蒸気タービン - Google Patents

軸流蒸気タービン

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JP2747529B2 JP1258619A JP25861989A JP2747529B2 JP 2747529 B2 JP2747529 B2 JP 2747529B2 JP 1258619 A JP1258619 A JP 1258619A JP 25861989 A JP25861989 A JP 25861989A JP 2747529 B2 JP2747529 B2 JP 2747529B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軸流蒸気タービンに関し、より詳細には、
作動蒸気をタービンの蒸気入口から膨張初段へ通す改良
型ノズル・ブロックを有する軸流蒸気タービン及びノズ
ル・ブロックの疲れ強さを改善する方法に関する。
発電用軸流蒸気タービンは一般的に、ケーシング内に
配置されたロータを有し、ケーシングは好ましくは一対
の互いに離隔したケーシング、即ち、外側ケーシングと
ロータを収容した内側ケーシングで構成されている。こ
のようにケーシングを別体で対をなして構成すれば、個
々のケーシング間の温度勾配及び圧力差が減少してケー
シングがそれぞれ個々に自由に膨張できるようになる。
ノズル室は一般に内側ケーシング内に配設され、入口蒸
気の方向を半径方向から軸方向へ変え、次にノズル・ブ
ロックを通してタービンの回転翼及び静翼に差し向け
る。
軸流蒸気タービンの運転中、流入蒸気は入口ノズルを
通り、複数のノズル・ブロックを収容したノズル・リン
グに送り込まれる。これらノズル・ブロックは、蒸気を
制御段又は膨張初段に差し向ける静翼を含む。ノズルの
後縁は構造体中で生じるサイクル動作により破断したり
亀裂が発生する。蒸気が高速で流出している場合、ノズ
ルは分断したり亀裂が発生する傾向があり、このような
事態になると効率が低下する。このような問題の発生原
因は圧力差がノズルの各側で生じることにある。上述の
問題は大袈裟に聞こえるようであるが、硬質の粒子、例
えば鋼片が蒸気と共に流入する場合があり、このような
場合には亀裂発生の問題が深刻になる。ノズル翼の保護
のために高耐蝕性の被覆を用いることは実際問題として
は困難である。熱膨張率が異なるためにかかる被覆が剥
落するからである。また、かかる被覆は、構成要素の疲
れ強さを減じるので、この観点からも使用できない。亀
裂発生の問題を解決するために、しばしばノズルの後縁
を必要又は所望以上に厚くすることが行われている。
ノズルに関する亀裂発生の問題が生じる理由の一つと
して、ノズルがタービン運転中、張力を受けた状態にあ
ることが挙げられる。ノズルはその取付け状態及び設計
態様の故に構造荷重のうち幾分かを支持する。もしノズ
ルが張力を受けていないと仮定すれば疲れ強さは大きく
なり、後縁を、一層効率的な設計態様が得られるまで薄
くすることができる。
本発明の主目的は、タービン運転中、ノズルに作用す
る張力を小さくしてノズルの疲れ強さを高くして軸流蒸
気タービンを提供することにある。
この目的を鑑みて、本発明の要旨は、ケーシングと、
ケーシング内で回転自在に支持され、少なくとも一つの
翼列が取付けられたロータと、ケーシング内で翼列に隣
接してロータの周りに円周方向に配置された入口ノズル
・リングとを有し、入口ノズル・リングが、対向したチ
ャンネルが形成されている半径方向に間隔を置いた内側
部分と外側部分を有し、複数のノズル室が、内側部分と
外側部分との間の空間と連通状態で設けられ、複数のノ
ズル・ブロックが、入口ノズル・リングの対向チャンネ
ル内に位置した半径方向内方へ延びるフランジと半径方
向外方へ延びるフランジを有するよう構成された軸流蒸
気タービンにおいて、ノズル・ブロックのフランジは、
入口ノズル・リングの内側部分及び外側部分により圧縮
力を受けた状態で対向チャンネルに嵌め込まれているこ
とを特徴とする軸流蒸気タービンにある。
互いに間隔を置いた入口ノズルの内側部分と外側部分
を引き離した状態でノズル・ブロックをこれらの間に挿
入し、次いでノズル・ブロックをこれらに圧縮力を与え
た状態で入口ノズル部分の間に保持すると、タービンの
運転中、ノズル・ブロックに作用する張力が小さくな
る。
本発明の内容は、添付の図面に例示的に示すに過ぎな
い好ましい実施例についての以下の説明を読むと一層容
易に明らかになろう。
今、図面を参照すると、軸流蒸気タービン1が、外側
ケーシング又はシリンダ3と、ロータ7を収容した内側
ケーシング又はシリンダ5とを有している。タービンの
態様によっては外側ケーシング又はシリンダ3だけが設
けられる。しかしながら、以下において、内側ケーシン
グ5を外側ケーシング3とロータ7との間に配設した好
ましい実施例につき説明する。複数の入口ノズル9が入
口ノズル・リング11と連通した状態で設けられている。
ノズル・リング11は、ロータ7の周りに円周方向に配置
されており、複数の入口ノズル室13を有する。入口ノズ
ル室13は、入口ノズル9と連通すると共にロータに対し
軸方向に延びてノズル・ブロック15と同様、ノズル・リ
ングの互いに間隔を置いた内側部分17及び外側部分19で
終端している。一般に4〜6つそれ以上設けられるノズ
ル室13は入口ノズル9に送り込まれた蒸気をノズル・ブ
ロック15に分配供給し、蒸気はノズル・ブロック15を通
って最初に膨張する。ノズル・ブロック15はそれぞれ複
数の静翼21(第2図)を有している。静翼21を備えたノ
ズル・ブロック15は蒸気の膨張を制御すると共に蒸気の
流れに所望の方向をもたせ、蒸気はその後、ロータに連
結されている回転翼で構成される制御段に流入して引き
続き膨張する。ラビリンスシール25がノズル・リング11
とロータ7との間の漏洩を最少限に抑えるようこれらの
間に配設されている。
タービン1を通る蒸気の流れパターンの一例を述べる
と、蒸気は入口ノズル9からノズル・ブロック15へ流
れ、これを通って制御段を構成する回転翼23へ流れる。
第1図に矢印で示すように、蒸気流は次に反転して一連
の交互に並んでいるノズル静翼27とタービン回転翼29を
通り、それによりロータ7に回転運動を与える。蒸気は
次に出口導管31を通ってケーシングから出て再熱され、
再熱後、入口導管33を通って戻される。再熱された蒸気
は次の一連の交互に配置されたノズル静翼35と回転翼37
を通って流れ、ロータ7を更に回転させる。次いで蒸気
は冷却媒体として外側ケーシング3と内側ケーシング5
との間の間隙39を通り、最終的には排気導管41を通って
タービンから排出される。
本発明によれば、ノズル室13はノズル・ブロック15が
圧縮力を受けた状態になるよう設計されている。ノズル
・ブロック15は、ノズル・リング11の内側部分17に形成
されたチャンネル45に嵌入する半径方向内方に延びるフ
ランジ43を有し、ノズル・リング11に設けられた第1の
ベース47はチャンネル45の底部に位置している。ノズル
・ブロック15に形成された半径方向外方に延びるフラン
ジ49がノズル・リング11の外側部分19に形成されたチャ
ンネル51に嵌入し、ノズル・リング11に形成された第2
のベース53はチャンネル51の底部に位置している。チャ
ンネル45とチャンネル51及び第1のベース47と第2のベ
ース53はそれぞれ互いに向き合っている。ノズル・ブロ
ック15の半径方向の幅dはノズル・リング11の内側部分
17と外側部分19との間の距離よりも僅かに大きく、従っ
てノズル・ブロック15を内側部分17と外側部分19との間
に位置させるためには、これら部分17,19を幅dよりも
大きな距離、互いに離隔させる必要がある。半径方向に
間隔を置いた部分17,19を押し広げている力を抜くと、
ノズル・ブロック15は第2図に矢印で示すようにノズル
・リングの内側部分17及び外側部分19により圧縮力を受
けた状態でノズル・リング内に嵌め込まれる。所望の圧
縮力は、ノズル・リング11の内側部分17のチャンネル45
の底部に位置した第1のベース47と内方に延びるフラン
ジ43との接触及びノズル・リング11の外側部分19のチャ
ンネル51の底部に位置した第2のベース53と外方に延び
るフランジ49との接触により得られる。ノズル・リング
の部分17,19により及ぼされる力は次に圧縮力としてノ
ズル・ブロック15全体に伝わる。
ノズル・ブロックの挿入のため、半径方向に間隔を置
いた内側部分17と外側部分19を例えば押し広げることよ
り、ノズルのフランジ43及び49が対向チャンネル45,51
に嵌入できるほど充分な距離、互いに半径方向に変位さ
せる必要がある。半径方向に間隔を置いた内側部分17及
び外側部分19のそれぞれに突起55を設けるのが良く、こ
れら突起を用いて第2図に示す矢印と逆の方向に力を作
用させて内側部分と外側部分を引き離せば、ノズルを軸
方向に滑り込ませて定位置に配置できる。一旦、引張り
力を抜けば、ノズル・リング11の部分17,19はノズル・
ブロック15に圧縮力を及ぼす。
ノズル・ブロックがノズル・リングから圧縮力を受け
る状態になるようなノズル・ブロックの別の組立法を説
明すると、半径方向に間隔を置いた内側部分17と外側部
分19を加熱すると共にノズル・ブロック15を冷却する。
ノズル・リングの両部分に対する熱の作用によりノズル
・リングは互いに半径方向に変位すると共にノズル・ブ
ロックは収縮してノズル・ブロックを挿入できるように
なり、共通の温度に達するとノズル・ブロック15は半径
方向に間隔を置いた内側部分17及び外側部分19から圧縮
力を受けた状態になる。
ノズル・ブロック15は圧縮力を受けた状態で嵌め込ん
だ後、圧力荷重が働くと引張り力が生じる。ノズルは、
先に大きな引張り力を受けた状態から今や小さな圧縮力
又は小さな引張り力を受けた状態になる。このように引
張り力が減少し又はゼロになるため疲れ強さが増大す
る。ノズルは圧力差に耐える必要があるためノズル室に
一層大きな応力を及ぼすが、この応力に対してはノズル
室を厚くすることにより対応でき、またノズル効率に関
してオーバライド操作を用いて改善を図れば適正な応力
値が得られる。
本発明の構成によれば、タービンが負荷状態にある
と、引張り力ではなく圧縮力がノズルに及ぼされる。し
たがって、疲れ強さは増強され、ノズルの後縁を一層薄
くして効率を高めることができる。この構成により、ノ
ズルに耐蝕性の被覆を用いることも可能になる。という
のは、従来型設計で生じるのと同じ様な疲労環境が生じ
ないからである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にしたがって構成された軸流蒸気ター
ビンの部分断面図である。 第2図は、第1図と同様な拡大断面図であり、軸流蒸気
タービンのノズル室、ノズル・ブロック及び制御段を示
す図である。 第3図は、第1図のIII−III線における断面図である。 〔主要な参照番号の説明〕 3……外側ケーシング、5……内側ケーシング、7……
ロータ、11……ノズル・リング、13……ノズル室、15…
…ノズル・ブロック、17……ノズル・リングの内側部
分、19……ノズル・リングの外側部分、23……回転翼、
43,49……フランジ、 45,51……チャンネル、47……ノズル・リングの第1の
ベース、53……ノズル・リングの第2のベース。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケーシングと、ケーシング内で回転自在に
    支持され、少なくとも一つの翼列が取付けられたロータ
    と、ケーシング内で翼列に隣接してロータの周りに円周
    方向に配置された入口ノズル・リングとを有し、入口ノ
    ズル・リングが、対向したチャンネルが形成されている
    半径方向に間隔を置いた内側部分と外側部分を有し、複
    数のノズル室が、内側部分と外側部分との間の空間と連
    通状態で設けられ、複数のノズル・ブロックが、入口ノ
    ズル・リングの対向チャンネル内に位置した半径方向内
    方へ延びるフランジと半径方向外方へ延びるフランジを
    有するよう構成された軸流蒸気タービンにおいて、ノズ
    ル・ブロックのフランジは、入口ノズル・リングの内側
    部分及び外側部分により圧縮力を受けた状態で対向チャ
    ンネルに嵌め込まれていることを特徴とする軸流蒸気タ
    ービン。
  2. 【請求項2】ケーシングは、外側ケーシングと、ロータ
    と外側ケーシングとの間に位置した内側ケーシングとか
    ら成り、入口ノズル・リングは内側ケーシング内でロー
    タの周りに配置されていることを特徴とする請求項第
    (1)項記載の軸流蒸気タービン。
  3. 【請求項3】入口ノズル・リングに設けられた第1のベ
    ースと第2のベースがそれぞれ、半径方向に離隔した前
    記内側部分と外側部分のチャンネルの底部に形成され、
    第1のベースと第2のベースはそれぞれ、圧縮力をノズ
    ル・ボックスの半径方向内方へ延びるフランジと半径方
    向外方へ延びるフランジに及ぼしていることを特徴とす
    る請求項第(1)項又は第(2)項記載の軸流蒸気ター
    ビン。
  4. 【請求項4】複数の静翼がノズル・ブロックのそれぞれ
    に設けられていることを特徴とする請求項第(3)項記
    載の軸流蒸気タービン。
  5. 【請求項5】半径方向に間隔を置いた内側部分と外側部
    分を引き離してノズル・ブロックを挿入できるよう突起
    が内側部分と外側部分にそれぞれ設けられていることを
    特徴とする請求項第(1)項〜第(4)項のうちいずれ
    か一つの項に記載の軸流蒸気タービン。
JP1258619A 1988-10-14 1989-10-02 軸流蒸気タービン Expired - Lifetime JP2747529B2 (ja)

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