JP4792507B2 - 軸受支柱付き蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明は、排気質量流を案内するための排気室ハウジングと、タービン軸を支持するための軸受と、この軸受を排気室ハウジングに固定する少なくとも２つの軸受支柱とを備えた蒸気タービンに関する。

かかる蒸気タービンにおいて、軸受支柱は排気質量流内に露出して位置している。図４は従来公知の軸受担持支柱１８を横断面図で示している。この軸受支柱１８は中実体として形成され、例えば封じ蒸気管のような供給管を内部に収容するための孔３４を有している。その供給管と軸受支柱１８との間に僅かな隙間しか存在せず、このために、供給管特に封じ蒸気管と軸受支柱１８との間で内部熱伝達が生ずる。軸受支柱１８がタービン蒸気に直接曝されることにより、軸受支柱１８に外側からも熱が供給される。排気質量流の温度は運転点に応じて大きく変化し、これに軸受支柱１８の変形挙動が直接影響される。従って、従来公知の軸受支柱装置は内側および外側から温度の影響を受ける。このために、従来において、封じ蒸気温度は１５０℃以下の値に制限され、且つ、軸受支柱と排気室ハウジングないし軸受との間に大きな半径方向隙間が設けられている。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の蒸気タービンを、タービン全体に対して熱力学的効率の利点が生ずるように改良することにある。

この課題は本発明に基づいて、冒頭に述べた形式の蒸気タービンにおいて、少なくとも２つの軸受支柱がそれぞれ、各軸受支柱に冷却材を案内するために形成された冷却空洞を有し、少なくとも２つの軸受支柱の冷却空洞が、軸受の領域における密閉接続空洞を介して冷却材を導くように接続されていることによって解決される。その冷却材として例えば冷却空気が利用され、この場合、軸受支柱の冷却空洞は、冷却空気で貫流される通風冷却空洞として形成される。

それぞれの軸受支柱における本発明に基づく冷却空洞の存在および軸受の領域における密閉接続空洞を介してのそれらの冷却空洞の接続によって、軸受支柱は適切な冷却材の貫流によって内側から効果的に冷却される。冷却材として冷却空気を利用する場合、対流によって軸受支柱を通しての内部冷却空気流が生ずる。この場合、大気が複数の軸受支柱のうちの少なくとも１つの軸受支柱によって吸い込まれ、接続空洞を通して導かれ、他の軸受支柱を通して再び大気に放出される。このようにして、軸受支柱の内部における熱が放出され、軸受支柱の外側における排気質量流の温度および／又は軸受支柱の内部を導かれる供給媒体の温度の軸受支柱の変形挙動への影響が最小限にされる。その結果として、軸受並びに排気室ハウジングに対する半径方向隙間をより小さくでき、革新的に設計することができる。

本発明に基づいて、タービン全体に対する熱力学的効率の大きな利点が得られる。さらに、本発明に基づく冷却系を実施する際、軸受支柱が外側排気室ハウジングと軸受の内側軸封装置ハウジングとの間に直接溶接できるほどに、半径方向隙間を減少することができる。またいまや、軸受支柱の内部に設置された封じ蒸気管における封じ蒸気温度を、従来の場合よりも高くできる。本発明に基づく蒸気タービンの場合、１５０℃以上の封じ蒸気温度が可能となる。これは封じ蒸気系の複雑性を軽減させ、従って、その製造費および監視費を削減する。

有利な実施態様において、少なくとも２つの軸受支柱の冷却空洞が、それぞれ排気室ハウジングの側における開口を有している。好適には、この開口は軸受支柱の排気室ハウジングの側の端部に配置されている。これによって、例えば冷却空気のような冷却材は、排気室ハウジングの外側から１つあるいは複数の所定の軸受支柱の開口を介して冷却系に流入し、そのために利用される１つあるいは複数の軸受支柱の開口を介して再び大気に流出する。

軸受支柱の冷却を特に効果的に実施するために、少なくとも２つの軸受支柱の冷却空洞および接続空洞が、蒸気タービンの排気質量流から隔離された圧力室を形成している。

軸受が軸封装置ハウジングを有し、接続空洞が軸封装置ハウジングの内部に配置されていることが有利である。これによって、排気質量流の流れ動特性が影響されない。異なった実施態様において、接続空洞は軸封装置ハウジングの外側を導かれた配管によって形成されている。さらに異なった実施態様において、接続空洞は軸受の内部に形成されている。

目的に適った実施態様において、接続空洞は、管路状であって、特に少なくとも３つの軸受支柱の場合には星形管路として形成されている。この実施態様において、接続空洞は冷却材を軸受支柱間において特に良好に継続して導く。

複数の軸受支柱のうちの少なくとも１つの軸受支柱が、蒸気タービンの下部に配置され、軸受担持支柱として形成されていることが有利である。かかる軸受担持支柱の場合、その軸受担持支柱の冷却空洞内を導かれる冷却材による本発明に基づく冷却は、それに大きな機械的力が作用する支柱にとって特に有利である。軸受が少なくとも３つの軸受支柱で保持されている場合、少なくとも２つの軸受支柱が軸受担持支柱として形成され、このために蒸気タービンの下部に配置されていることが有利である。これにより、軸受で支持されたタービン軸の重量は複数の軸受支柱に分散され、これはまた半径方向隙間の低減を可能とする。

有利な実施態様において、少なくとも２つの軸受支柱がそれぞれ中空体として形成されている。その場合、中空体の内部は相応した冷却空洞を形成している。この場合、冷却材が中空体の外壁に沿って流れるので、冷却空洞内を導かれる冷却材の軸受支柱への冷却作用は特に大きい。

他の有利な実施態様において、冷却空洞はそれぞれ、それぞれの軸受支柱の長手方向にその支柱表面の少なくとも１つの区域に沿って延びている。これによって、冷却材は支柱表面の相応した区域に直に沿って導かれ、これはその最良の冷却を可能とする。それぞれの軸受支柱の長手方向における冷却空洞の広がりによって、冷却材は流れ技術的に特に簡単に、冷却材で貫流される関連圧力室を通して導かれる。

封じ蒸気管から放出される熱に対して軸受支柱の担持部分を遮蔽するために、通風路の内部に少なくとも１つの封じ蒸気管が配置されていることが有利である。

有利な実施態様において、蒸気タービンは軸流排気形低圧蒸気タービンとして形成されている。かかる蒸気タービンにおいて、従来利用されていた実施形態の場合、排気質量流による軸受支柱への熱伝達は特に不利に作用する。低圧蒸気タービンの軸受支柱に対する本発明に基づいて設けられた冷却装置は、タービンの定格運転中並びに変動運転中において、半径方向隙間の低減による特に有利な熱力学的効率の上昇を可能とする。

他の有利な実施態様において、その軸受は低圧蒸気タービンの後部軸受として形成されている。後部軸受および低圧蒸気タービン軸受担持支柱は、低圧排気質量流内に露出して存在する。このために、本発明に基づく処置は、蒸気タービンの熱力学的効率に有利に作用する。

以下図を参照して本発明に基づく蒸気タービンの実施例を詳細に説明する。

図１は本発明に基づく低圧蒸気タービン１０の構造を示している。この低圧蒸気タービン１０は外側の排気室ハウジング１２と内側の軸封装置ハウジング１４を有している。軸封装置ハウジング１４はタービン軸（図示せず）を受けるための後部軸受１６を含んでいる。軸封装置ハウジング１４は３つの軸受下側支柱１８および１つの軸受上側支柱２０を介して排気室ハウジング１２に固定されている。さらに、軸受下側担持支柱１８並びに軸受上側支柱２０は中空体として形成され、外側の排気室ハウジング１２と内側の軸封装置ハウジング１４との間に直接溶接されている。

軸受下側支柱１８、軸受上側支柱２０並びに軸封装置ハウジング１４の内部構造が図２および図３に詳細に示されている。図２に、図１に示された低圧蒸気タービンにおける３つの軸受下側支柱のうちの１個の軸受下側支柱の領域が断面図で示されている。軸受下側支柱１８は排気室ハウジング１２を軸封装置ハウジング１４に結合する中実に形成された軸受支え２２を有している。この軸受支え２２に沿ってその長手方向に、通風路として形成された冷却空洞２４が延びている。また、軸受下側支柱１８は防熱スリーブ３０で取り囲まれ、この防熱スリーブ３０はその長さ変化を補償するための補償器３２を有している。冷却空気２６が排気室ハウジング１２に在る入口を介し、冷却空洞２４における開口２５を通して軸受支柱１８の冷却空洞２４の中に吸引される。その冷却空気２６は冷却空洞２４の貫流後に軸封装置ハウジング１４の接続空洞２８に流入する。軸封装置ハウジング１４における接続空洞２８は、すべての軸受支柱の冷却空洞２４、即ち、３つの軸受下側支柱１８並びに１個の軸受上側支柱２０の冷却空洞２４を星形に接続している。これによって、排気質量流から隔離され冷却空気で貫流されるいわゆる星形軸受圧力室ができる。この星形軸受圧力室は、すべての軸受支柱１８、２０の冷却空洞２４並びに軸封装置ハウジング１４における接続空洞２８を含んでいる。図１に示されているように、軸受下側支柱１８は全部一緒に排気室ハウジング側から吸い込まれた新鮮空気で貫流され、この空気は、不担持性の軸受上側支柱２０を介して再び大気に完全に放出される。

図３は、低圧蒸気タービン１０における軸受上側支柱２０の領域を断面図で示している。この軸受上側支柱２０も、内側軸封装置ハウジング１４を外側排気室ハウジング１２に接続する中実に形成された軸受支え２２を有している。この軸受支え２２に沿って同様に、通風路として形成された冷却空洞２４が導かれ、この冷却空洞２４は開口２５を介して排気室ハウジング１２に開口している。軸受上側支柱２０の冷却空洞２４は３つの軸受下側担持支柱１８に送られた全冷却空気流を収容しなければならないので、軸受上側支柱２０の冷却空洞２４の横断面積は相応して大きく設計されている。軸受上側支柱２０の冷却空洞２４内を導かれる冷却空気２６の冷却作用は、その冷却空気２６が軸受下側担持支柱１８の貫流時に既に加熱されて温度が高められるために、軸受下側担持支柱１８内を導かれる冷却空気２６に比べて弱い。もっとも、軸受上側支柱２０は不担持性支柱として僅かな機械的負荷しか受けず、従って、変形性が小さいので、この軸受上側支柱２０の冷却需要は僅かである。その意図する作用を完全に展開できるようにするために、本発明に基づく冷却系は、図１に示されているように運転されねばならない。即ち、冷却空気流２６は下から上に向けられ、即ち、まず軸受下側担持支柱１８を、続いて軸受上側支柱２０を貫流するようにしなければならない。

本発明に基づく低圧蒸気タービンにおける後部軸受部分の横断面図。 図１に示された低圧蒸気タービンの横断面図における軸受下側担持支柱の領域の詳細図。 図１に示された低圧蒸気タービンの横断面図における軸受上側支柱の領域の詳細図。 従来公知の軸受担持支柱の横断面図。

符号の説明

１０ 低圧蒸気タービン
１２ 排気室ハウジング
１４ 軸封装置ハウジング
１６ 軸受
１８ 軸受下側支柱
２０ 軸受上側支柱
２４ 冷却空洞
２５ 開口
２８ 接続空洞

Claims (11)

1. 排気質量流を案内するための排気室ハウジング（１２）と、タービン軸を支持するための軸受（１６）と、この軸受（１６）を排気室ハウジング（１２）に固定する少なくとも２つの軸受支柱（１８、２０）とを備えた蒸気タービンにおいて、
   少なくとも２つの軸受支柱（１８、２０）がそれぞれ、各軸受支柱（１８、２０）に冷却材（２６）を案内するために形成された冷却空洞（２４）を有し、少なくとも２つの軸受支柱（１８、２０）の冷却空洞（２４）が、軸受（１６）の領域における密閉接続空洞（２８）を介して冷却材を導くように接続されていることを特徴とする蒸気タービン。
2. 少なくとも２つの軸受支柱（１８、２０）の冷却空洞（２４）が、それぞれ排気室ハウジング（１２）の側における開口（２５）を有していることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 少なくとも２つの軸受支柱（１８、２０）の冷却空洞（２４）および接続空洞（２８）が、蒸気タービン（１０）の排気質量流から隔離された圧力室を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
4. 軸受（１６）が軸封装置ハウジング（１４）を有し、且つ、接続空洞（２８）が軸封装置ハウジング（１４）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
5. 接続空洞（２８）が、管路状であって、少なくとも３つの軸受支柱（１８、２０）の場合には、星形管路（２８）として形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
6. 複数の軸受支柱（１８、２０）のうちの少なくとも１つの軸受支柱が、蒸気タービン（１０）の下部に配置され、軸受担持支柱（１８）として形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
7. 少なくとも２つの軸受支柱（１８、２０）がそれぞれ中空体として形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
8. 冷却空洞（２４）がそれぞれ、それぞれの軸受支柱（１８、２０）の長手方向にその支柱表面の少なくとも１つの区域に沿って延びていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
9. 冷却空洞（２４）の内部に少なくとも１つの封じ蒸気管が配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
10. 蒸気タービン（１０）が軸流排気形低圧蒸気タービンとして形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の蒸気タービン。
11. 軸受（１６）が低圧蒸気タービン（１０）の後部軸受として形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の蒸気タービン。

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