JP4433639B2

JP4433639B2 - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP4433639B2
Application number: JP2001194633A
Authority: JP
Inventors: 喜好加藤
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003013704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主蒸気などをシールするためのグランドパッキン部を備えた蒸気タービンに係わり、グランドパッキン部でのタービンロータとのラビングの防止に好適な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービンは高温・高圧の蒸気（主蒸気）を用いてタービンロータを回転させ動力を発生する装置であり発電機の駆動源などとして使用されている。そうして、大容量の蒸気タービンの場合には、高圧タービンと低圧タービンとを組み合わせた２段構成のものや、高圧タービン，中圧タービン（１段または複数段）および低圧タービンを組み合わせた３段以上の構成のものが用いられている。このような多段構成の蒸気タービンの場合、各段の蒸気タービンのそれぞれは、タービンロータが蒸気タービンのケーシングを貫通する部位に主蒸気の蒸気タービンからの漏れ出しを防止すると共に、外気の蒸気タービン内部への侵入を防止するための軸封部であるグランドパッキン部が備えられている。
【０００３】
多段構成の蒸気タービンの低圧タービンでは、ケーシングは外側部分を構成する外部ケーシングと、外部ケーシングの内側に配設される内部ケーシングとを組み合わせて構成されているが、グランドパッキン部はタービンロータが貫通する部位の外部ケーシングの外側に配設されている。なお、高圧タービンと低圧タービンとが組み合わされた２段構成の蒸気タービンの場合の一事例では、高圧タービンに供給される高温・高圧の主蒸気の温度値は５６０℃程度前後であり、高圧タービンを経て低圧タービンに供給される主蒸気の温度値は３５０℃程度前後であり、低圧タービンの外部ケーシングの温度値は６０〜７０℃程度である。そうして多段構成の蒸気タービンの場合、高圧タービンおよび中圧タービンなどの外表面は主蒸気を低圧タービンに供給する管路（クロスオーバー管）を含めて高温なので、熱効率などを考慮して断熱処置を施されるが、前記のように比較的に低温の外表面を持つ低圧タービンでは、断熱処置は何ら施されないのが一般である。
【０００４】
このような低圧の蒸気タービンが備えるグランドパッキン部の従来例を図３〜図５を用いて説明する。ここで図３は従来例の蒸気タービンのグランドパッキン部を示す正面図であり、図４は図３によるグランドパッキン部をタービンロータの要部と共に示す側面図であり、図５は図４におけるＰ部の詳細断面図である。なお図４では、図３のＡ−Ａ断面での一部破断部を含めると共に、タービンロータの中心軸線を一点鎖線Ｘ−Ｘで示した。また、一点鎖線Ｘ−Ｘのことは、後記の図２の場合も同様である。図３〜図５において、９は、ケーシング８，シールフィン７，押さえ体６，シール蒸気９１の供給用の管路５１，グランド蒸気９２の排出用の管路５２を備えたグランドパッキン部であり、金属材を用いて製作されている。また、４はタービンロータである。この事例の場合の蒸気タービンではタービンロータ４はその両端部のそれぞれで図示しない外部ケーシングを貫通しており、したがって１台の低圧の蒸気タービンに対し２台のグランドパッキン部９が用いられているが、両者の基本的構成は同一である。
【０００５】
ケーシング８は、取付板８１，内側シール部８２１，中間シール部８２２，外側シール部８２３，胴体部８３，中間仕切り部８４１，外側仕切り部８４２，２組のフランジ部８５と、複数の吊り耳８６とを有している。ケーシング８には、取付板８１と中間仕切り部８４１との間に空間８７が、中間仕切り部８４１と外側仕切り部８４２との間に空間８８が形成されている。ケーシング８は全体としては円筒状に形成されているが、蒸気タービンの組み立て作業の必要から、タービンロータ４の中心軸線Ｘ−Ｘを含む水平面で、共に半円筒状の上半部と下半部とに２分割されている。ケーシング８の下半部（一方の半裁部）と上半部（他方の半裁部）とは、フランジ部８５において複数の締結体（六角ボルトなど）８９を用いて強固に締結されている。
【０００６】
図３〜図５に示す事例の場合には、取付板８１，中間仕切り部８４１および外側仕切り部８４２は、上半部と下半部とを合わせた場合には平板状の円環状体であり、内側シール部８２１，中間シール部８２２，外側シール部８２３および胴体部８３は、同じく上半部と下半部とを合わせた場合には円筒状体である。取付板８１には多数の貫通孔８１１が図示のように形成されている。ケーシング８の下半部の胴体部８３には、空間８７に連通させて管路５１が、また空間８８に連通させて管路５２が、それぞれ溶接法により気密に固着されている。管路５１，５２をケーシング８の上半部ではなく下半部に固着するのは、蒸気タービンの保守作業などを考慮してのことである。なお、吊り耳８６は重量物のケーシング８の組立て・分解作業などの際に用いられる。
【０００７】
タービンロータ４の外周部のグランドパッキン部９と対向し合う部位には、円形状の外形を持つ凸条４１の複数がタービンロータ４の軸長方向に間隔を置いて形成されている。また、内側シール部８２１，中間シール部８２２および外側シール部８２３の内周部の凸条４１と対向し合う付近にはそれぞれ凹溝９９が形成され、それぞれの凹溝９９にはシールフィン７が押さえ体６を用いて押圧・装着されている（図５参照）。シールフィン７は、凸条４１と対峙し合うものは若干短く、凸条８１が形成されていない部位と対峙するものは若干長く形成されているが、共にタービンロータ４との間に狭い間隙長さを持つ間隙７９（間隙長δ）が形成されるようにしている。なお、ケーシング８の上半部と下半部とを合わせた場合に、シールフィン７は円環状体をなす。グランドパッキン部９のこのような構造により、シールフィン７はタービンロータ４との間で一種のラビリンスを形成し、内側シール部８２１，中間シール部８２２および外側シール部８２３の内周部とタービンロータ４の外周部との間に、蒸気や外気の通流を抑制する流体抵抗部であるシール部を形成する。
【０００８】
前記構成を持つグランドパッキン部９は、取付板８１（貫通孔８１１）を利用し図示しない弾性支持体（ベローズ式など）を介して、タービンロータ４が貫通する部位の外部ケーシングの外側に気密に装着される。そうして、空間８７には外気（大気など）圧よりも若干高い圧力値を持つシール蒸気９１が管路５１を介して供給され、外気が蒸気タービンの内部に侵入するのを防止する。シール蒸気９１は、中間シール部８２２とタービンロータ４とによるシール部を経て、圧力を降下をしつつ空間８８に流入する。空間８８の蒸気圧力値は、蒸気を蒸気タービンの外に出さないようにするために、外気圧よりも若干低い圧力値に設定されている。この外気圧よりも若干低い圧力値を持つ蒸気は、シール蒸気９１と区分するためにグランド蒸気９２と呼ばれるのが一般であり、管路５２を介して排出される。シール蒸気９１の温度は３００℃程度未満であることが一般であり、グランド蒸気９２の温度はシール蒸気９１と大差は無い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術による低圧の蒸気タービンでは、タービンロータ４が外部ケーシングを貫通している部位からの主蒸気の漏れ出しや外気の侵入をグランドパッキン部９によって防止することができている。しかしながら近年になり次記することが問題視されるようになり、その解決が望まれている。すなわち、
▲１▼グランドパッキン部９にはシール蒸気９１，グランド蒸気９２が給排気される必要があることで、グランドパッキン部９の全体は、シール蒸気９１，グランド蒸気９２の温度値に対応した高温度になる。しかし、ケーシング８の下半部には管路５１，５２が溶接されていることで、これら管路から高温のシール蒸気９１，グランド蒸気９２による熱量が熱伝導で直接流入される。他方、ケーシング８の上半部には、管路５１，５２が存在しないことで、「管路からの高温の熱量の熱伝導による直接流入」は無い。すなわち流入する熱量に関して、ケーシング８の下半部と上半部との間には、「管路５１，５２からの高温の熱量の熱伝導による直接流入」に従う熱量の分だけ差が有る。この熱量の差分により、ケーシング８の下半部は、管路５１，５２の取付部の周辺部を主体に、ケーシング８の上半部よりも高温になる。
【００１０】
この結果、ケーシング８の熱膨張量は下半部が上半部よりも大きくなり、ケーシング８に熱変形が生じる。シールフィン７がケーシング８に装着されているので、ケーシング８の変形は前記間隙長δの不同を惹起し、ケーシング８の熱変形量によっては間隙長δが零、すなわち、タービンロータ４とシールフィン７とのラビングが発生する。このタービンロータ４とシールフィン７とのラビングの発生により僅かではあるがタービンロータ４に変形が生じることに起因するアンバランスによって、蒸気タービンに振動が発生する。このような振動の発生は好ましいことではないので、その解消が望まれている。
【００１１】
▲２▼タービンロータ４とシールフィン７とのラビングの発生を低減するために、間隙長δを、例えば、０．７ｍｍから０．８ｍｍに増大させることも試みられているが、前記ラビング発生度のさしたる改善は得られていない。
この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされ、その目的は、グランドパッキン部でのタービンロータとシールフィンとのラビングの防止に好適な蒸気タービンを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、
１）主蒸気で駆動されるタービンロータを覆うケーシングと、タービンロータが貫通する部位の前記ケーシングの外側に配設され前記部位における主蒸気などのシールを行うグランドパッキン部とを備える蒸気タービンにおいて、前記グランドパッキン部は前記タービンロータの一部を筒状に覆うと共にタービンロータの中心軸線をほぼ含む平面で２分割され、グランドパッキン部の下半部には前記主蒸気などのシールに用いるシール蒸気が供給され、グランドパッキン部の上半部は外側部に断熱体を備えること、または、２）前記１項に記載の手段において、前記断熱体はグランドパッキン部の前記上半部の外側部に着脱自在に装着されること、さらにまたは、
３）前記１項または２項に記載の手段において、前記断熱体は断熱層とこの断熱層を覆う外被体とを備えることにより達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、図３〜図５に示した従来例の低圧の蒸気タービンと同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。また、以後の説明に用いる図中には、図３〜図５で付した符号については、極力代表的な符号のみを記すようにしている。図１はこの発明の実施の形態の一例による蒸気タービンのグランドパッキン部を示す正面図で、図２は図１によるグランドパッキン部の一部破断した側面図である。図１，図２において、１は、図３〜図５に示した従来例によるグランドパッキン部９に対して、断熱体２，２を追加して備えるようにしたこの発明によるグランドパッキン部である。
【００１４】
それぞれの断熱体２は、外被体２１と、外被体２１にフエルト状のロックウール保温材などを装填するなどして形成した断熱層２２と、装着用部材３Ａおよび３Ｂを備える。外被体２１は金属材製の薄板材を用いて作製され、ほぼ４半円分の円弧状の正面部形状を持つと共に、内面２１１が全面開口された断熱層用の一種の容器でもある。装着用部材３Ａ，３Ｂはこの事例の場合には金属材製のいわゆる留め金であり、それぞれの断熱体２をケーシング８に着脱自在に装着する。装着用部材３Ａは断熱体２に固着される装着部本体３１と保持部３２とを有する。保持部３２は装着部本体３１を引っ掛けるなどして保持する機能を持ち、ほぼＬ字状の断面形状を有してフランジ部８５に締結体８９との干渉を避けながら溶接法やねじ止め法などの適宜に方法を用いて固着される。
【００１５】
装着用部材３Ｂは断熱体２の相互間の連結に適用され、装着部本体と保持部とでなり、装着部本体は一方の断熱体２に、保持部は他方の断熱体２に固着される。断熱体２，２は装着用部材３Ａ，３Ｂを用い、外被体２１の内面２１１をケーシング８の上半部の胴体部８３の外面に接するようにして、ケーシング８に着脱自在に装着される。なお断熱体２には、ケーシング８への装着時に締結体８９や吊り耳８６と干渉しないようにするために、図示しない逃げ部が予め形成されている。図１，図２に示すこの発明の実施の形態の一例によるグランドパッキン部１は前述の構成としたので、図３〜図５とほぼ同様にして低圧の蒸気タービンに適用できる。そうして、グランドパッキン部１のケーシング８の上半部は、断熱体２，２によりその外側部が覆われることで放熱量が従来例のグランドパッキン部９の場合よりも抑制される。
【００１６】
以降の説明は図５も用いて行う。グランドパッキン部１の前記構成によりケーシング８の上半部はの放熱量が抑制されることにより、下半部には有る管路５１，５２からの高温の熱量の熱伝導による直接流入が上半部には無いにも関わらず、上半部の温度値を下半部の温度値とほぼ同等値に上昇させることができる。これにより、低圧タービンのグランドパッキン部１のケーシング８の熱膨張量を上半部と下半部とでほぼ同等にすることができて、ケーシング８の熱変形量を従来例の場合よりも抑制することができる。この結果、この発明のグランドパッキン部１では、タービンロータ４とシールフィン７との間にラビングが発生することは無くなった。さらに、グランドパッキン部１では、タービンロータ４とシールフィン７との間の間隙７９の間隙長δを、例えば、従来例の０．８ｍｍから０．７ｍｍに縮小しても、タービンロータ４とシールフィン７との間にラビングが発生しないことも確認された。
【００１７】
発明者は、この発明に至る過程で、ケーシング８の熱膨張量を上半部と下半部とでほぼ同等にすることができればケーシング８の熱変形量を抑制することができて、タービンロータ４とシールフィン７とのラビング問題が解消できることに着目した。また、ケーシング８の上半部の熱膨張量を下半部の場合と同等にするには上半部の温度を下半部の場合と同等にする必要があるが、その場合、▲１▼上半部に断熱処置を施すことで、電気加熱などの面倒な処置や余分な補助電力の消費を行うことなく上半部の温度を上昇させることができること、▲２▼上半部の断熱処置には、多段構成の蒸気タービンの高温部への前記断熱処置の技術を利用できることにも着目した。すなわちこの発明は、従来技術では低圧タービンには断熱処置を施さないことが当然とされていたことの盲点を突いて行われたとも言える。
【００１８】
そうして、この発明になるグランドパッキン部１は、従来例のグランドパッキン部９の要部（ケーシング８の上半部の胴体部８３の外面など）に習熟している手法で断熱処理を施すことで得ることができる。このことは、グランドパッキン部１の断熱処理には、図１，図２に示した断熱体２を用いることに限定されないことを意味するが、図１，図２に示した断熱体２を用いる方法は断熱体２が着脱自在であることで、（イ）グランドパッキン部１の断熱処理が蒸気タービンの保守作業に何らの支障も与えない．（ロ）既に稼働中の低圧の蒸気タービンにも容易に適用できる、との特長を生み出すことができる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明による蒸気タービンでは、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで、次記する効果を得られる。
▲１▼前記課題を解決するための手段の項の第（１）項，第（３）項による構成とすることで、グランドパッキン部に電気加熱などの面倒な処置を施すこと無しに上半部の温度を上昇させ、上半部と下半部の温度値をほぼ同等値にすることができ、グランドパッキン部の熱変形量を支障のない範囲に抑えることが可能になる。これにより、蒸気タービンのタービンロータとシールフィンとのラビング問題の解消が可能になる。また、
▲２▼前記課題を解決するための手段の項の第（２）項による構成とすることで、前記▲１▼項の効果を得ながら、（イ）グランドパッキン部の断熱処理が蒸気タービンの保守作業に何らの支障も与えない．（ロ）既に稼働中の蒸気タービンにも容易に適用できる．との特長を生み出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例による蒸気タービンのグランドパッキン部を示す正面図
【図２】図１によるグランドパッキン部の一部破断した側面図
【図３】従来例の蒸気タービンのグランドパッキン部を示す正面図
【図４】図３によるグランドパッキン部をタービンロータの要部と共に示す側面図
【図５】図４におけるＰ部の詳細断面図
【符号の説明】
１グランドパッキン部
２断熱体
２１外被体
２２断熱層
３Ａ装着用部材
３１装着部本体
３２保持部
３Ｂ装着用部材
８ケーシング
８５フランジ部

Claims

主蒸気で駆動されるタービンロータを覆うケーシングと、タービンロータが貫通する部位の前記ケーシングの外側に配設され前記部位における主蒸気などのシールを行うグランドパッキン部とを備える蒸気タービンにおいて、前記グランドパッキン部は前記タービンロータの一部を筒状に覆うと共にタービンロータの中心軸線をほぼ含む平面で２分割され、グランドパッキン部の下半部には前記主蒸気などのシールに用いるシール蒸気が供給され、グランドパッキン部の上半部は外側部に断熱体を備えることを特徴とする蒸気タービン。
請求項１に記載の蒸気タービンにおいて、前記断熱体はグランドパッキン部の前記上半部の外側部に着脱自在に装着されることを特徴とする蒸気タービン。
請求項１または２に記載の蒸気タービンにおいて、前記断熱体は断熱層とこの断熱層を覆う外被体とを備えることを特徴とする蒸気タービン。