JP4199523B2 - 蒸気タービンの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、各タービンが個々のタービン軸に沿って伸びるハウジングと、該ハウジング内に取付けられ回転可能なタービンロータとを備えた蒸気タービンを製造する方法であって、タービンハウジングとタービンロータがタービンベーンと回転タービンブレードを各々受容する二つ以上の周辺溝を前記タービン軸に沿って備えることを特徴とする方法に関する。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
常に増加する電力需要のため、主として新しい発電プラントの設置時間と、タービンの設計および使用のフレキシビリティーとがタービン製造を制約している。特許文献１では、蒸気タービンのある個所間における圧力差の下での、蒸気の抽出に対する顧客ニーズに柔軟に適合できる工業用蒸気タービンハウジングの設計が述べられている。タービンハウジングは、内壁が次のブレード位置に依存して傾斜した抽気部を含む。タービンハウジングはハウジング部で構成され、そこでは流入部と流出側の移行部の間に抽気部が配置される。
【０００３】
特許文献２は、より高度のフレキシビリティーを蒸気タービンの設計に与える可変平均反応度を有する蒸気タービンを開示している。このタービンは、タービンロータに沿って設けられた複数のタービン段を備え、各タービン段はガイドブレード構造と、その後に軸方向に配置された回転ブレードアセンブリーとを備える。一つのタービン段において到達可能な平均反応度は５％から７０％の範囲であり、その場合少なくとも二つのタービン段の反応度は異なる値を有する。
【０００４】
特許文献３は、外側ケーシングと内側ケーシング又は推力補償用のブレードキャリヤを有する流体機械のための方法および装置に関する。
【０００５】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９７０２５９２号明細書
【特許文献２】
国際公開第９８／３１９２３号パンフレット
【特許文献３】
米国特許第６２１３７１０号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハウジングと該ハウジング内に回転可能に取付けられたタービンロータを備える蒸気タービンの納期を短縮する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記および他の目的に鑑み、本発明は、各タービンがタービン軸に沿って伸びるハウジングと、該ハウジング内に回転可能に取付けられたタービンロータとを備える蒸気タービンの製造方法を提供する。タービンハウジングは、タービンベーンを受容する二つ以上の周辺溝をタービン軸に沿って備え、タービンロータ（又はタービンシャフト）は回転ブレードを受容する二つ以上の周辺溝をタービン軸に沿って備える。各ブレードとベーンは、前記個々の溝に取付ける個々の基部とアクティブブレード部とを有する。ハウジング内の溝は、複数のベーンを備えるガイドブレード構造を受容するのにも役立つ。この方法は、在庫として複数の同一ハウジングおよび／又はタービンロータを製造する工程と、仕様、特に流動断面と各タービンの蒸気圧力に関する仕様に従い、各タービンに対し少なくとも一つのタービン段のアクティブブレード部を別々に定める工程とを含む。
【０００８】
本発明は、蒸気タービンの製造では、タービンロータ（タービンシャフト）やタービンハウジング（タービンケーシング）のような大きなタービン部品の製造に最も時間を要し、かつ時間が重要であるという認識に立つ。それは、これら部品を正確に鋳造又は溶接せねばならず、かつ寸法が大きくて供給者数が限られているため、大形部品の発注から納品迄の時間が非常に長いという事実による。更に新しい発電プラントの建設期間と運転開始時間は顧客の要求により短縮する必要があり、本発明は蒸気タービンの大形部品の製造期間が長いために起こる発電プラント建設の遅延の問題を克服する。タービンロータや内部ハウジングのような多くの類似の蒸気タービン部品を製造することで、これら部品は直ちに新しい発電プラントに利用可能である。部品は全て類似しているので電力出力、蒸気圧力、蒸気温度、蒸気抽気量等に関し顧客により要請されるこれら個々の特徴は、ベーンとブレードのアクティブブレード部を調節し、各蒸気タービンに対し蒸気流路を個々に定めることで満たすことができる。蒸気タービンモデルシリーズの大形部品は、回転ブレードとタービンベーンを受容する同一の周辺溝（溝の形式は蒸気タービン内で段毎に変わってもよい）を有するので、前もってタービンブレードとベーンを計算し、定め、設計でき、従って各タービンに関する仕様を個々に満足ができる。タービンロータとタービンハウジングに従い、所定の寸法を持つ蒸気タービン内の流路は、各タービン段内のタービンベーンとタービンブレードのアクティブブレード部により定められる。個々のタービンに関する流動断面と圧力の仕様に従い、少なくとも一つのタービン段のアクティブブレード部を各タービンに対し別々に調節することで、数百ＭＷの電力出力、特に２００〜４００ＭＷの範囲内で同一のタービンハウジングとタービンロータの寸法（例えば同一タービンモデルシリーズ）を使用できる。従って、本発明によれば一定の範囲の電力出力内では、異なる大形のタービン部品、特に各新タービン用のタービンハウジングとタービンロータを作る必要はない。前以って少なくとも一つのタービン段のアクティブブレード部を定めれば、タービンに対する広範囲の電力出力内で同一のハウジングとタービンロータを使用できるので、これら複数の大形部品を発注することで（これはこれらの大形部品が殆ど在庫から利用可能であることを意味する）、発電プラントの建設期間を短縮できる。
【０００９】
別の特徴によれば、全てのタービン段のアクティブブレード部は前以って各タービンに関する個々の仕様を各々満たすようになし、かつ設計する。アクティブブレード部を設計し、蒸気の流路と蒸気タービン内の蒸気条件を前以って計算することで、蒸気タービン設計の当業者は予め指定された応用、例えば一定の発電プラントに対し多くのパラメータを変更することが可能になる。この方法は、新しく建設される発電プラントの蒸気タービンにも古い発電プラントにおけるタービンの交換にも適用できる。
【００１０】
更なる特徴によれば、先端と蒸気の流れる方向との間の角度であるブレード角を予め決定することで、各段に対しアクティブブレード部を調節できる。各タービンに対しアクティブブレード部を個々に設計することで、ブレード寸法は各タービンに関する個々の仕様に従い、断面においてもブレード軸に沿っても独立に定められる。全タービンに対し溝が同一なので、ブレードとベーンに対し同一の基部形状と基部が、また適用可能なら常に同一のシュラウドが用いられる。タービンブレード又はベーンは、全てそのブレード軸に沿って同一の断面形状を有してもよい。断面形状はまたブレード軸に沿って同一のブレード角を有し又はブレード角はブレード軸に沿って変化してもよい。更にアクティブブレード部はねじれたり曲がったりしてもよく、その断面形状はブレード軸に沿って変化してもよい。例えば国際特許出願公開第９９／１３１９９１号パンフレットに述べられている如く、多くのアクティブブレード部の設計および計算法が当業者に利用可能である。アクティブブレード部を調節する簡単で効率のよい方法は、ブレード軸に沿い一定のブレード角と一定の断面形状を有し、一方ブレード角も断面形状もタービン段に沿って変化するタービンブレードとベーンを用いることである。
【００１１】
さらなる特徴によれば、蒸気タービンは好ましくは高圧又は中圧タービンである。本発明は低圧タービンにも適用できる。
【００１２】
更なる特徴によれば、２００〜４００ＭＷの範囲で互いに異なる電気出力を持つタービンに対し、同じハウジングおよび／又はタービンロータを使用できる。同一のハウジングおよび／又はタービンロータを用い、前以ってタービン内のアクティブブレード部を定めれば、ハウジングの個々の標準溝および／又は同一の基部断面を持つロータに適合する基部を備えたタービンブレードとベーンを使用できる。従って、タービンベーンおよび／又はタービン回転ブレードを受容する同一の溝を持つ標準ロータと、標準ハウジングとの少なくとも一方を用いることで、標準基部と、適用可能な限りにおいて標準シュラウド部とを有するブレードおよびベーンに対しアクティブブレード部を変更するだけで２００〜４００ＭＷの広範囲内で電気出力、即ちタービンを調節することが可能である。
【００１３】
更に別の特徴によれば、アクティブブレード部はタービンを通って流れる蒸気からタービン、特にハウジングおよび／又はタービンロータにかかる推力、特に軸方向推力を各タービンに対し同一に維持すべく選択する。タービン部品にかかる軸方向推力は、アクティブブレード部の調節と設計に対する更なる制約となり得る。全てのタービンに同一の推力又は許容可能な小さな範囲内でほぼ同一の推力を加えることで、タービンハウジングおよび／又はタービンロータに個々の構造的変更を行わなくてもよくなり、その結果電力出力が数ＭＷ、特に数百ＭＷ異なるタービンに対しても同一のハウジングとロータの使用が可能になる。
【００１４】
本発明を、蒸気タービンの製造において実施するように図解し、説明するが、本発明の精神から逸脱することなく、かつ「特許請求の範囲」と均等の範囲内で種々の変形と構造変更可能なので、説明する詳細に限定する意図はない。
【００１５】
しかしながら本発明の方法は、その更なる目的と利点と共に、下記の具体的な実施例の説明を添付図と関連して読むことで最もよく理解されよう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図中で、個々に示す実施例の相互に対応する部品はどの場合も同一の参照数字を有する。図面は、特徴を誇張するために簡略化してある。
【００１７】
図１は、壷形の高圧蒸気タービン１を縦断面図で示す。高圧タービン１は内側ハウジング２（内側ケーシングとも言う）と、内側ハウジング２を囲む外側ケーシング３を有する。タービンロータ５（シャフトとも言う）は、タービン軸１８に沿って伸び、内側ハウジング２に回転可能に取付けられてタービン軸１８の周りで回転する。ロータ５はタービン軸に沿う多くの周辺溝１０を有し、その各々は複数の類似の回転ブレード９を持つブレードリング２０を受容する。内側ハウジング２はまたタービン軸１８に沿い、静止タービンベーン８を受容し周辺に伸びる溝１１を有する（例えばガイドブレード構造の形式で）。軸方向に離間したタービンベーン８の二つの隣接するリング間に、回転ブレード９のブレードリング２０が配置される。ベーン８のリングは、ベーン８の下流において隣接して並ぶ回転ブレード９のブレードリング２０と共にタービン段１６を形成する。各タービンベーン８と各回転ブレード９は、各々アクティブブレード部１４を有し、それに沿って蒸気４が流れる。蒸気４は、回転ブレード９のアクティブブレード部１４で、かつその周りで効率よく流し、それによりロータ５を回転させるベーン８のアクティブブレード部１４により導かれ方向転換される。各回転ブレード９は、個々のロータ溝１０に挿入された基部１２を有し、個々のハウジング溝１１に挿入された各ベーン８に対し個々の基部１３が割り当てられる。
【００１８】
タービン１を通って流れる熱い加圧蒸気である流体４は、入口圧Ｐ１で入り、出口圧Ｐ２でタービン１を出る。入口圧と出口圧の圧力差で、内側ケーシング２だけでなくタービンロータ５に対し軸方向推力が生じる。ベーン８とロータブレード９の形式により、流れる蒸気４に異なる圧力低下が生じ、かつ圧力低下はタービンロータ５と内側ハウジング２に影響を与える。内側ハウジング２はその外側に入口圧Ｐ１を受ける領域Ａ１を有する。領域Ａ１に生じる軸方向推力は、内側ハウジング２の軸方向の力と重なって領域Ａ２に圧力Ｐ２を生じ、その結果後者において軸方向補償推力が生じる。軸方向補償推力により、外側ハウジング３に対し内側ハウジング２の固定部６が受ける表面圧は小さくなる。軸方向圧を伝える内側ハウジング２の外側部分の領域Ａ１は、タービンロータ５の周りに配設したシール７により仕切られ、それにより軸方向圧力を伝える領域Ａ１に作用する圧力Ｐ１を制限する。手段７の使用は、このように正確に定めた軸方向推力の補償を可能にする。軸方向の推力補償は内側ハウジング２だけではなくタービンロータ５においても発生するが、このことは例えば前記特許文献３で詳細に述べられている。ブレードを横切る入口圧Ｐ１と出口圧Ｐ２の圧力差により生じる、タービンロータ５に対する軸方向推力は、少なくとも部分的に補償される。
【００１９】
図２は、回転タービンブレード９の実施例を、ブレード軸１９に沿う縦断面図で示す。ブレード軸１９に沿って、回転ブレード９はハンマー状輪郭を持つ基部１２を有する。基部１２に隣接するルート板１７は、基部１２と、シュラウド１５により限定されるアクティブブレード部１４とを分離する。タービン１の動作時、熱い蒸気４はブレード軸１９に垂直なアクティブブレード部１４に沿って流れる。回転ブレード９のハンマー状基部１２は、類似のタービンブレード９と一緒に、ブレードリング２０を形成すべくロータ５の個々の溝１０に挿入される。隣接するブレード９のシュラウド１５と同じく、ルート板１７は隣接するアクティブブレード部１４間にチャネル部を形成するよう隣接する。
【００２０】
図３は、ロータ５の周辺溝１０に挿入した回転ブレード９のブレードリング２０を展ばして示す。周辺方向２１に沿い、ブレード９はそれら個々の基部板１７に隣接する。各ブレード９は先端２２と、その下流の末端２３とを持つ。アクティブブレード部１４は、タービン１を経て流れる蒸気４の流れ方向とブレード角αを成す。各ブレードリング２０のブレード角αは、蒸気流、蒸気圧力、蒸気温度、蒸気抽気等に関する個々のタービン仕様を満たすべく変更してもよい。異なるタービン段１６は、異なるアクティブブレード部１４の断面形状を有してもよい。アクティブブレード断面１４の形もまた変わってもよい。
【００２１】
本発明は蒸気タービンの製造方法を特徴とし、その場合、電力出力の範囲内で標準のタービンハウジングおよび／又は標準タービンロータを用い、その各々は各段毎にタービンベーンと回転ブレードとを各々受容する標準溝を持つ。従って、具体的なタービンの受注に先立ち複数のこれら大形部品を製造でき、その結果、これら大形のタービン部品を在庫に持つことができる。タービンの個々の電力出力、蒸気温度、蒸気圧力等に関する別個の仕様は、少なくとも一つのタービン段、特に全てのタービン段のアクティブブレード断面を定めることによりタービンのこの特定のタイプ（タービンモデルシリーズ）に対する電力範囲内で満たされる。回転ブレードの基部と、タービンベーン又はタービンベーンのガイドブレード構造、特にタービンのハーフリングに割り当てられたこれらの基部もまた、タービンロータ又はタービンハウジングの個々の溝に各々適合するよう標準化する。更にタービンベーンと回転ブレードの両方に適用可能な場合、シュラウドもまた標準化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】筒型高圧タービンの縦断面図である。
【図２】回転ブレードの縦断面図である。
【図３】ブレード軸に垂直に回転ブレードを貫く断面で見た、ブレードリングの展開図である。
【符号の説明】
１ 蒸気タービン
２ 内側ハウジング
３ 外側ハウジング
５ ロータ
８ ベーン
９ 回転ブレード
１１ ハウジング２内の溝
１２ 回転ブレードの基部
１３ ベーンの基部
１４ アクティブ基部
１６ タービン段
１８ タービン軸
α ブレード角

Claims (6)

1. 各タービン（1）がタービン軸（18）に沿って伸びるハウジング（２）と、該ハウジング（２）内に回転可能に取付けたタービンロータ（５）とを備えた蒸気タービン（1）の製造方法であって、前記ハウジング（２）が前記タービン軸（１８）に沿ってタービンベーン（９）を受容する二つ以上の周辺溝（１１）を備え、前記タービンロータ（５）が前記タービン軸（１８）に沿って回転ブレード（８）を受容する二つ以上の周辺溝（１０）を備え、各ブレード（８）とベーン（９）が前記個々の溝（１０、１１）に取付ける個々の基部（１２、１３）とアクティブブレード部（１４）とを有し、前記方法が在庫として複数の同一の前記ハウジング（２）および／又は前記タービンロータ（５）を製造する工程と、個々のタービン（１）に関する流動断面と圧力の仕様に従い各タービン（１）に対し少なくとも一つのタービン段（１６）のアクティブブレード部（１４）を別々に定める工程とを含むことを特徴とする方法。
2. アクティブブレード部（１４）が、全タービン段（１６）に対し、各タービン（１）に関する個々の仕様を満たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記アクティブブレード部（１４）を、各段（１６）に対するブレード角（α）を予め決定することで調節することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記蒸気タービン（１）が高圧又は中圧タービンであることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
5. 同一のハウジング（２）および／又はタービンロータ（５）を用いるタービン（１）が、２００〜４００MWの範囲で電気出力が異なることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
6. タービン（１）を通って流れる蒸気からタービン（１）、特にタービンロータ（５）にかかる推力を、各タービン（１）に対し同一に維持するようアクティブブレード部（１４）を選択することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。

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