JP3620167B2

JP3620167B2 - 再熱式軸流蒸気タービン

Info

Publication number: JP3620167B2
Application number: JP25404996A
Authority: JP
Inventors: 喜好加藤
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH1089013A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再熱式軸流蒸気タービン、詳しくはタービンのケーシング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、本発明の実施対象となる再熱式軸流蒸気タービンの従来構成を図３に示す。図において、１は車室を構成するタービンケーシング、２はロータ、３は高圧部、４は低圧部、５は再熱器、６は蒸気加減弁である。ここで、タービンケーシング１は、単シリンダの外部ケーシング７と、外部ケーシング７の内部に高圧部３，低圧部４にそれぞれ対応する高圧内部ケーシング８，低圧内部ケーシング９を組み込んだ二重ケーシング構造としてなり、また、高圧内部ケーシング８，低圧内部ケーシング９は、それぞれケーシング胴の中央部から外周側に張出した鍔状のフランジ部８ａ，９ａを外部ケーシング７の周溝部に嵌合して軸方向に固定するとともに、該フランジ部８ａ，９ａを隔壁として高圧部と低圧部の境界をシールしている。
【０００３】
一方、ロータ２はその回転軸上に表した固定点Ａにスラスト軸受を設置して軸方向に固定しており、かつ外部ケーシング７のロータ軸貫通部，および高圧内部ケーシング８の蒸気入口側（低圧部４との境界部）のロータ軸貫通部をラビリンスパッキン１０で封止している。なお、低圧内部ケーシング９は単純な静翼ホルダとしてなる。
【０００４】
かかる構成で、蒸気加減弁６を通じてケーシング１に導入した主蒸気は、高圧内部ケーシング８の高圧蒸気流入口（低圧部４との境界側に開口している）８ｂから高圧部３の内部を流れ、その出口から外部ケーシング７内に流出した後、外部ケーシング７の高圧蒸気流出口（高圧蒸気流入口と反対側に開口している）７ａを通じて外部に取り出され、再熱器５で再熱された後に外部ケーシング７開口した再熱蒸気入口７ｂを通じて低圧部４に導入される。
【０００５】
上記から判るように、従来のタービンでは、高圧部３に流れる蒸気流と低圧部４に流れる蒸気流とが逆向きとなるカウンタフロー方式とし、ロータ２に加わる軸方向の推力を相殺し合うようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように高圧部と低圧部とで蒸気流の通流方向が逆のカウンターフロー方式とした従来の蒸気タービンでは、次記のような問題点がある。
１）高圧内部ケーシング８に対する蒸気流による冷却が行えない。すなわち、高圧部３を出た蒸気流はある程度膨張して温度も低下しているが、そのまま外部ケーシング７の高圧蒸気流出口７ａを通じて外部に取り出されために高圧内部ケーシング８を冷却することはない。
【０００７】
かかる点、高圧部３から流出した蒸気流を高圧部の出口から反転させて高圧内部ケーシングの外周側を軸方向に沿って流してやれば、高圧内部ケーシングを効果的に冷却できる。しかして、図３の構成で高圧内部ケーシングの外周側に高圧排気蒸気を反転して流すには、そのフランジ部８ａ，および外部ケーシング７の高圧排気口７ａをできるだけ高圧内部ケーシング８の蒸気入口側に寄せる必要がある。
【０００８】
しかしながら、図３のカウンターフロー方式では、固定点（スラスト軸受）Ａを支点とする熱膨張に起因するロータ２の軸方向の伸び（矢印Ｐ）と、フランジ部８ａを固定点Ｂとする高圧内部ケーシング８の軸方向の伸び（矢印Ｑ）とが互いに逆方向であることから、前記のようにフランジ部８ａを蒸気入口側に寄せると、それだけロータ２と高圧内部ケーシング８との相対的な軸方向の伸び差が大きくなり、このためにロータ２の動翼と高圧内部ケーシング８の静翼との間の隙間Ｓを大きくとる必要があって無駄な設計となる。
【０００９】
２）ロータの危険速度が低くなり、ロータの安定性が低下する。すなわち、図３で示すようにカウンターフロー方式の構成では、主蒸気導入口がロータ２の高圧部３と低圧部４の中間付近に配置されていることから、必然的に高圧部３と低圧部４の中間のロータ胴径φ１が小径となり、このためにロータ全体の剛性が小さくなるほか、ロータの危険速度が下がる。特に、図示のような単一ケーシング内に高圧部，低圧部を組み込んだの再熱式タービンではロータ２の軸受間のスパンが長くなり、かつその軸上に高圧部３，低圧部４が設けてあることから危険速度の回転数が低くなってタービンの定格回転数が安定限界速度（一般には危険速度の２〜３倍）に近くなるために、ロータの回転が不安定域になる傾向にある。
【００１０】
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、高圧内部ケーシングの蒸気排気流による冷却，ロータと高圧内部ケーシングとの間の伸び差低減，ロータの不安定振動の軽減が図れるように改良した再熱式軸流蒸気タービンを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明により次記のように構成することで達成される。
１）タービンケーシングが、単シリンダの外部ケーシングの内側に高圧部，低圧部に対応する高圧内部ケーシング，低圧内部ケーシングを組み込んだ二重ケーシング構造であり、蒸気加減弁を通じて高圧部に導入した蒸気の高圧排気流を外部ケーシングの高圧蒸気流出口より取り出して再熱した後、低圧部に導入して流す再熱式の軸流蒸気タービンにおいて、蒸気流をシングルフロー方式として高圧部，低圧部を流れる蒸気流が同じ方向となるように低圧部を高圧部の蒸気出口側に配置するとともに、外部ケーシングの高圧蒸気流出口を高圧蒸気流入口と同じ側に設け、高圧部から流出した蒸気流の向きを反転させて高圧内部ケーシングと外部ケーシングの間の空間に流し、高圧内部ケーシングを冷却した後に高圧蒸気流出口より取り出すように構成する。
【００１２】
前記構成によれば、高圧部を通流して温度の低下した高圧蒸気の排気流が高圧部の出口から反転して高圧内部ケーシングの外側を迂回して流れので、この蒸気排気流で高圧内部ケーシングを効果的に冷却することかできる。
また、前記構成のように蒸気流をシングルフロー方式として、高圧部の蒸気出口側に低圧部の再熱蒸気入口が並ぶように配置したことにより、高圧部と低圧部の間のロータ中間胴部が太くなってロータ全体の剛性が増し、これに相応して危険速度も高くなる。これにより、ロータの安定限界速度が定格回転数から十分に離れるようになるのでロータの安定性が増す。
【００１３】
２）また、前記の冷却方式と併せて本発明によれば、前項１）の構成において、外部ケーシングに対する高圧内部ケーシングの軸方向の固定点を、ロータの固定点に近い高圧蒸気流入口側に設定した上で、前記固定点に合わせて高圧内部ケーシングから左右に突き出したアームを外部ケーシングに係止して軸方向に固定するものとする。
【００１４】
かかる構成により、高圧部の出口から反転して高圧内部ケーシングの外側に迂回する蒸気流の流れを阻害することがなく、かつタービン運転時には、前記アームを固定点とする高圧内部ケーシングの軸方向の伸びとロータの伸びが同じ方向となるので、両者間の相対的な伸び差が小さくなる。したがって、その分だけ高圧部における動翼と静翼との間の隙間を小さく設計してタービン内部効率の改善が図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１，図２に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図３に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
図示実施例においては、図３の従来構成と比べて高圧部３の向きが逆であり、後段の低圧部４と同様に蒸気入口が左側，出口が右側に来るように配置し、これで高圧部３を流れる蒸気流と低圧部４を流れる蒸気流が同じ方向のシングルフロー方式に構成している。
【００１６】
また、このシングルフローの配置に合わせて高圧内部ケーシング８の蒸気流入口８ｂは左端の上面に開口しており、かつ高圧内部ケーシング８は蒸気流入口側に位置を合わせてケーシングの外周から左右に突き出した一対の固定アーム８ｃを設けるとともに、該アーム８ｃを外部ケーシング７の内周面側に形成した凹溝部に嵌合して係合支持し、このアーム支持点を外部ケーシング７に対する高圧内部ケーシング８の軸方向に固定点Ｂとしている。一方、低圧内部ケーシング９は、再熱蒸気の導入口側でロータ２の軸貫通部をラビリンスパッキン１０でシールしている。
【００１７】
かかる構成で、蒸気加減弁６を通じてケーシング１に導入した主蒸気は、高圧内部ケーシング８の蒸気流入口８ｂから右側に向けて高圧部３の中を流れ、その出口から外部ケーシング７に出た後に方向を反転して高圧内部ケーシング８と外部ケーシング７との間の空間を逆方向に通流し、その終端から外部ケーシング７の高圧蒸気流出口７ａを通じて外部に取り出される。これにより、高圧内部ケーシング８がその外周側を流れる排気流（膨張して温度が低下している）で冷却される。なお、高圧内部ケーシング８は、図３で示したような仕切隔壁となるフランジ部８ａを設けず、左右一対の支持アーム８ｃを介して外部ケーシング７に固定しているので、前記のように高圧内部ケーシング８の外周側を迂回する蒸気排気流の流れを阻害することがない。
【００１８】
また、外部ケーシング７に対する高圧内部ケーシング８の固定点Ｂは、ロータ２の固定点（支持点）Ａに近づけて外部ケーシング７の左端側に位置しているので、タービン運転時の熱膨張による高圧内部ケーシング７の軸方向の伸びは、ロータ２の伸びと同じ方向になる。したがって、ロータ２と高圧内部ケーシング８との相対的な伸び差が小さく、動翼と静翼との間の隙間Ｓが殆ど不変の状態に保てる。
【００１９】
さらに、蒸気流をシングルフロー方式とし、これに合わせて図示のように高圧部３の蒸気出口側の後段に低圧部４が並ぶように配置したことにより、高圧部と低圧部の間のロータ中間胴部が必然的に太くなり、その外径φ２が図３のφ１に比べて大きくなる。これにより、ロータ２の剛性が増すとともに、ロータの危険速度も高くなってロータの安定限界速度がタービンの定格回転数から十分に離れるようになり、この結果として運転時におけるロータの安定性が向上する。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の構成によれば、蒸気流をシングルフロー方式とし、これに合わせてタービンケーシング内に高圧部，低圧部，および高圧内部ケーシング，低圧内部ケーシングを請求項１，２のように配置したことにより、次記の効果を奏する。
【００２１】
１）高圧部を通過して温度の低下した蒸気排気流を高圧内部ケーシングと外部ケーシングとの間の空間に流して高圧内部ケーシングを効果的に冷却することができる。
２）外部ケーシングに対する高圧内部ケーシングの軸方向の固定点を、ロータの固定点と同じ側に設定してタービン運転時における伸びの方向を合わせるようにしたことにより、ロータと高圧内部ケーシングの相対的な軸方向の伸び差を小さくして動翼と静翼との間の隙間を殆ど不変の状態に保つことができ、これによりタービン内部効率の改善が図れる。
【００２２】
３）従来の構成と比べてロータ全体の剛性が増すとともに、ロータの危険速度も高くなってロータの安定限界速度が定格回転数から十分に離れるようになるので、これによりロータの振れ回り現象を防いで運転時の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による再熱式軸流タービンの構成を示す縦断側面図
【図２】図１における固定アームの取付け部を含めたタービンケーシングの軸方向の断面図
【図３】従来における再熱式軸流タービンの構成断面図
【符号の説明】
１タービンケーシング
２ロータ
３高圧部
４低圧部
５再熱器
６蒸気加減弁
７外部ケーシング
７ａ高圧蒸気流出口
７ｂ再熱蒸気流入口
８高圧内部ケーシング
８ｂ高圧蒸気流入口
８ｃ固定アーム
９低圧内部ケーシング
１０ラビリンスパッキン
Ａロータの軸方向の固定点
Ｂ外部ケーシングに対する高圧内部ケーシングの固定点

Claims

タービンケーシングが、単シリンダの外部ケーシングの内側に高圧部，低圧部に対応する高圧内部ケーシング，低圧内部ケーシングを組み込んだ二重ケーシング構造であり、蒸気加減弁を通じて高圧部に導入した蒸気の高圧排気流を外部ケーシングの高圧蒸気流出口より取り出して再熱した後、低圧部に導入して流す再熱式軸流蒸気タービンにおいて、蒸気流をシングルフロー方式として高圧部，低圧部を流れる蒸気流が同じ方向となるように低圧部を高圧部の蒸気出口側に配置するとともに、外部ケーシングの高圧蒸気流出口を高圧蒸気流入口と同じ側に設け、高圧部から流出した蒸気流の向きを反転させて高圧内部ケーシングと外部ケーシングの間の空間に流し、高圧内部ケーシングを冷却した後に高圧蒸気流出口より取り出すようにしたことを特徴とする再熱式軸流蒸気タービン。
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、外部ケーシングに対する高圧内部ケーシングの軸方向の固定点を、ロータの固定点に近い高圧蒸気流入口側に設定した上で、前記固定点に合わせて高圧内部ケーシングから左右に突き出した固定アームを外部ケーシングに係止して軸方向に固定したことを特徴とする再熱式軸流蒸気タービン。