JP4909113B2 - Steam turbine casing structure - Google Patents
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Description
本発明は、舶用及び陸用の再熱タービンに適用される蒸気タービン車室構造に係り、特に、中圧段のサーマルシールドを改良した蒸気タービン車室構造に関する。 The present invention relates to a steam turbine casing structure applied to marine and land reheat turbines, and more particularly, to a steam turbine casing structure with an improved intermediate-stage thermal shield.
従来、舶用及び陸用(発電プラント等)に広く用いられている蒸気タービンは、外部で発生させた高温の蒸気をタービン(羽根車)に吹きつけて回転させ、推進力や動力を発生させる外燃機関である。このような蒸気タービンには、タービンで膨張する蒸気を取り出して加熱することにより、熱効率を向上させた再熱タービンがある。
Conventionally, steam turbines widely used for marine and land use (power plants, etc.) are used to generate propulsive power and power by blowing high-temperature steam generated externally onto the turbine (impeller) and rotating it. It is a combustion engine. Among such steam turbines, there is a reheat turbine in which thermal efficiency is improved by taking out and heating steam that expands in the turbine.
図6は、従来の蒸気タービン車室構造として、再熱タービンの中圧段付近を示す要部断面図である。
図示の蒸気タービン10は、外車室11の内部に配設されたロータ12が蒸気の供給を受けて回転する再熱タービンである。ロータ12の中圧段には、複数段の中圧段動翼13が取り付けられている。また、外車室11の中圧段内側には、複数段の中圧段静翼14が中圧段動翼13と軸方向へ交互に取り付けられている。従って、中圧蒸気入口15から車室内に供給された再熱蒸気が中圧段動翼13及び中圧段静翼14の間を通過して流れることにより(図中の矢印S参照)、同軸の高圧段(不図示)等と協働してロータ12に回転力を発生させることができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part showing the vicinity of the intermediate pressure stage of the reheat turbine as a conventional steam turbine casing structure.
The illustrated
上述した蒸気タービン10においては、中圧蒸気入口15に導入した高温の再熱蒸気が外車室11の内面と直接接触するのを防止するため、サーマルシールド(仕切部材)16を設けて中圧蒸気入口15の内部を分割している。なお、図中の符号17は中圧段静翼14を支持する翼環であり、中圧段静翼14の各段間に設けた仕切板ともなる。
上述したサーマルシールド16の類似技術としては、内車室の外周面に沿って隙間を形成するようにサーマルシールド板を設けることにより、内車室の熱応力を小さくして車室の熱変形や熱応力を抑制したものがある。(たとえば、特許文献1参照)
As a similar technique of the
ところで、上述した再熱タービンの蒸気タービン車室構造は、蒸気を有効利用して高効率化するため、再熱蒸気を使用する中圧段のタービンが追加されるとともに、使用する蒸気についても高温高圧化されている。このため、蒸気タービン車室構造は軸方向に伸張して大型化する傾向にあるが、特に、設置スペースの制約を受ける舶用蒸気タービンでは、タービン軸方向のコンパクト化が強く求められている。 By the way, in the steam turbine casing structure of the reheat turbine described above, in order to increase the efficiency by effectively using the steam, an intermediate pressure turbine using the reheat steam is added, and the steam to be used is also high in temperature. High pressure. For this reason, the steam turbine casing structure tends to increase in size in the axial direction, but in particular, marine steam turbines that are restricted in installation space are strongly required to be compact in the axial direction of the turbine.
しかし、図6に示した蒸気タービン車室構造においては、中圧側1段及び2段の仕切部材となる翼環17が外車室11の肉厚に直接埋め込まれた状態で嵌合しているので、外車室11の内壁面が仕切部材17を介して高温の再熱蒸気にさらされた状態となる。このため、従来の蒸気タービン車室構造では、再熱蒸気の熱影響を受けやすく、従って、外車室11のタービン軸方向に温度勾配が発生し、蒸気リークの原因となる車室変形を生じやすい構造となっている。
また、従来の蒸気タービン車室構造は、翼環17と別体のサーマルシールド16を使用しているので、部品点数が多くメンテナンスを困難にしているとの指摘もある。
However, in the steam turbine casing structure shown in FIG. 6, the
In addition, it is pointed out that the conventional steam turbine casing structure uses a
このような背景から、外車室のタービン軸方向に発生する温度勾配を低減することができ、しかも、部品点数の低減によりメンテナンスを容易にした蒸気タービン車室構造の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外車室のタービン軸方向に発生する温度勾配低減と、部品点数低減とが可能になる蒸気タービン車室構造を提供することにある。
From such a background, it is desired to develop a steam turbine casing structure that can reduce the temperature gradient generated in the turbine axial direction of the outer casing and that facilitates maintenance by reducing the number of components.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a steam turbine casing structure capable of reducing a temperature gradient generated in the turbine axial direction of the outer casing and reducing the number of parts. Is to provide.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る蒸気タービン構造は、タービン部に供給される蒸気を車室内に導入する蒸気入口部が、前記蒸気と車室内壁面との接触を遮断する仕切部材により分割されている蒸気タービン車室構造において、前記蒸気入口部が、前記タービン部の上流側から少なくとも1段の静翼を支持している翼環と前記仕切部材とを一体化した翼環一体型仕切部材により分割され、該翼環一体型仕切部材に前記車室内壁面の凸部を嵌合させて前記翼環一体型仕切部材との間に形成される分割空間に冷却蒸気として高圧段の排気蒸気を導入し、前記冷却蒸気が前記分割空間を通過して前記タービン部の下流段に供給される蒸気流路を備えていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The steam turbine structure according to the present invention has a steam turbine casing in which a steam inlet for introducing steam supplied to the turbine section into the passenger compartment is divided by a partition member that blocks contact between the steam and the vehicle interior wall surface. In the structure, the steam inlet portion is divided by a blade ring-integrated partition member in which a blade ring supporting at least one stage of stationary blades from the upstream side of the turbine portion and the partition member are integrated, and the blade A convex portion of the wall surface of the vehicle interior is fitted to the ring-integrated partition member, and high-pressure stage exhaust steam is introduced as cooling steam into a divided space formed between the blade ring-integrated partition member and the cooling steam. Is provided with a steam flow path that passes through the divided space and is supplied to the downstream stage of the turbine section .
このような蒸気タービン車室構造によれば、タービン部に供給される蒸気を車室内に導入する蒸気入口部が、タービン部の上流側から少なくとも1段の静翼を支持している翼環と仕切部材とを一体化した翼環一体型仕切部材により分割され、該翼環一体型仕切部材に車室内壁面の凸部を嵌合させた構造としたので、蒸気温度の高いタービン部の上流側では少なくとも1段目に翼環一体型仕切部材が使用される。このため、部品の一体化による部品点数の低減に加えて、蒸気温度の高いタービン部の上流側では、翼環一体型仕切部材が車室内壁面の凸部に嵌合されているので、車室内壁面に高温の蒸気が直接接触しないため熱影響を受けにくくなる。
なお、翼環一体型仕切部材に支持させる静翼は、高温蒸気の流れ方向において上流側となる1段目のみでもよいし、あるいは、1段目から複数段目までとしてよく、特に限定されるものではない。
According to such a steam turbine casing structure, the steam inlet portion for introducing the steam supplied to the turbine section into the casing is a blade ring supporting at least one stage of the stationary blade from the upstream side of the turbine section. It is divided by a blade ring-integrated partition member that is integrated with the partition member, and has a structure in which a convex portion of the wall surface of the vehicle interior is fitted to the blade ring-integrated partition member, so that the upstream side of the turbine section with high steam temperature Then, the blade ring-integrated partition member is used in at least the first stage. For this reason, in addition to the reduction in the number of parts due to the integration of the parts, the blade ring-integrated partition member is fitted to the convex part of the vehicle interior wall surface on the upstream side of the turbine part having a high steam temperature. High-temperature steam is not in direct contact with the wall, making it less susceptible to thermal effects.
The stationary blade supported by the blade ring-integrated partition member may be only the first stage on the upstream side in the flow direction of the high-temperature steam, or may be from the first stage to a plurality of stages, and is particularly limited. It is not a thing.
上述した本発明においては、前記翼環一体型仕切部材と前記車室内壁面との間に形成される分割空間に冷却蒸気を導入することが好ましく、これにより、分割空間に面した車室内壁面が蒸気から受ける熱影響をより一層低減することができる。
この場合、前記冷却蒸気を高圧段の排気蒸気とし、前記分割空間を通過してから前記タービン部に合流させることが好ましく、これにより、蒸気タービンに供給された蒸気を有効利用することができる。なお、分割空間に導入した冷却蒸気は、下記に示すいずれかの流路を通ってタービン部に合流させればよい。
(1)翼環一体型仕切部材の仕切部材部分を貫通する流路
(2)翼環一体型仕切部材の翼環部分を貫通する流路
(3)車室の凸部を貫通する流路
(4)上記(1)〜(3)の組合せ
特に、(2)や(3)のような蒸気流路を設けておくことにより、分割空間を通過した冷却空気の少なくとも一部は、再熱温度蒸気の温度が低下したタービン部の下流段に供給されるため、再熱空気より低温の冷却空気が合流することにより、タービン部を流れる再熱蒸気の温度低下を小さくすることができる。
In the present invention described above, it is preferable to introduce cooling steam into a divided space formed between the blade ring-integrated partition member and the vehicle interior wall surface. The thermal influence received from the steam can be further reduced.
In this case, it is preferable to use the cooling steam as high-pressure stage exhaust steam and merge it with the turbine section after passing through the divided space, so that the steam supplied to the steam turbine can be effectively used. In addition, what is necessary is just to join the cooling steam introduce | transduced into division space to a turbine part through one of the flow paths shown below.
(1) A flow path that penetrates the partition member portion of the blade ring-integrated partition member (2) A flow path that penetrates the blade ring portion of the blade ring-integrated partition member (3) A flow path that penetrates the convex portion of the vehicle compartment ( 4) Combination of (1) to (3) above
In particular, by providing a steam flow path as in (2) or (3), at least a part of the cooling air that has passed through the divided space is in the downstream stage of the turbine section where the temperature of the reheat temperature steam has decreased. Since the cooling air that is cooler than the reheated air joins, the temperature drop of the reheated steam that flows through the turbine section can be reduced.
上述した本発明によれば、少なくとも蒸気入口に近い1段目に翼環一体型仕切部材が使用されるので、蒸気温度の高い蒸気入口部及びタービン部の上流側では、車室内壁面に高温の蒸気が直接接触しないため熱影響を受けにくくなる。このため、車室に作用する熱応力や変形の発生を防止または抑制することができ、車室の局部的な高温化や軸方向に過度の温度勾配が発生することを回避し、車室の蒸気漏れを防止することができるという顕著な効果が得られる。
また、翼環と仕切部材との一体化により、部品点数が減少するので、部品管理や保守点検が容易になる。
According to the present invention described above, since the blade ring-integrated partition member is used at least in the first stage close to the steam inlet, on the upstream side of the steam inlet portion and the turbine portion where the steam temperature is high, Since steam does not come into direct contact, it is less susceptible to heat. For this reason, it is possible to prevent or suppress the occurrence of thermal stress and deformation acting on the passenger compartment, avoiding the local high temperature of the passenger compartment and excessive temperature gradient in the axial direction, A significant effect that steam leakage can be prevented is obtained.
In addition, since the number of parts is reduced by integrating the blade ring and the partition member, parts management and maintenance inspection are facilitated.
以下、本発明に係る蒸気タービン車室構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図2は、蒸気タービン車室構造の一例として、再熱タービン(蒸気タービン)の高中圧段概略構成を示す断面図である。図示の蒸気タービン20は、外車室21内に高中圧段を一体にしたロータ22が回転自在に支持された状態で収納されている。
外車室21は、主蒸気を導入する主蒸気入口23と、主蒸気入口23より紙面左側となる高圧段を通過した主蒸気が流出する主蒸気出口24と、再熱蒸気を導入する再熱蒸気入口25と、再熱蒸気入口25より紙面右側となる中圧段を通過した再熱蒸気が流出する再熱蒸気出口26とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a steam turbine casing structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a high and intermediate pressure stage of a reheat turbine (steam turbine) as an example of a steam turbine casing structure. The illustrated
The
ロータ22の中圧段側には、図1に示すように、中圧段動翼26及び中圧段静翼27が軸方向へ交互に配置されて中圧段のタービン部を形成している。
中圧段動翼26は、ロータ22に固定して取り付けられている。中圧段静翼27は、外車室21の内壁面及び後述する翼環一体型仕切部材30に固定して取り付けられており、この中圧段静翼27を取り付ける部分は翼環と呼ばれている。
As shown in FIG. 1, the intermediate pressure
The intermediate pressure
タービン部の上流側には、再熱蒸気入口25に連通する蒸気入口部28となる空間が形成されている。この蒸気入口部28は、ロータ12の外周に形成されたリング状の空間である。すなわち、蒸気入口部28は、ロータ22の外周面と翼環一体型仕切部材30の内周面との間に形成された空間であり、翼環一体型仕切部材30は、外車室21の内周面とロータ22の外周面との間に配設されている環状部材となる。
A space serving as a
翼環一体型仕切部材30は、タービン部の上流側に位置する中圧段静翼27を少なくとも1段支持する翼環部31と、蒸気入口部28となる空間の外周面を形成する仕切部材32とが一体化された部材である。図示の構成例では、蒸気入口部28に近い上流側の1段目及び2段目について、翼環部31が中圧段静翼27を支持するようになっているが、これに限定されることはない。
The blade ring-integrated
蒸気入口部28の外周側には、翼環一体型仕切部材30の仕切部材32と外車室21の内周面との間に形成された分割空間29が形成されている。すなわち、この分割空間29は、外車室21の内周面とロータ22の外周面との間に形成される空間の半径方向を仕切部材32により分割して形成される外周側の空間である。
翼環一体型仕切部材30は、外車室21の内壁面に設けた凸部21aを外周面の凹部33に嵌合させて取り付けられている。すなわち、翼環一体型仕切部材30は、外車室21の内壁面との間に隙間を形成することにより、接触面積が比較的少ない状態で取り付けられている。
A divided
The blade ring-integrated
このように構成されたタービン車室構造によれば、再熱蒸気入口25から蒸気入口部28に導入された高温の再熱蒸気は、図中に矢印Sで示すように、中圧段動翼26及び中圧段静翼27により構成されるタービン部を通過して流れる際、ロータ22に回転力を発生させる。このとき、高温の再熱蒸気は、タービン部を下流側へ流れるにつれて温度が低下するので、蒸気入口部28が最も高温となる。
しかし、最も高温の再熱蒸気が接するのは翼環一体型仕切部材30の内周面であり、この翼環一体型仕切部材30は、実質的に凹部33に嵌合する凸部21aでのみ外車室21に接している。このため、高温の再熱蒸気が直接外車室21と接触することはなく、しかも、外車室21と翼環一体型仕切部材30との接触面積も凹凸部の嵌合部のみと比較的小さく抑えられているので、高温の再熱蒸気から外車室21に熱伝達されて生じる温度上昇を抑制することができる。
According to the turbine casing structure configured as described above, the high-temperature reheat steam introduced from the
However, the hottest reheat steam contacts the inner peripheral surface of the blade ring-integrated
従って、外車室21においては、タービン軸方向に過度の温度勾配が発生せず、すなわち、タービン軸方向における温度勾配の形成が抑制されるため、外車室21に作用する熱応力が小さくなって車室変形を防止または抑制することができる。換言すれば、蒸気タービン20においては、外車室21に局所的な高温部が形成されることを防止し、タービン軸方向に過度の温度勾配が形成されることを回避できるようになるので、外車室21の蒸気漏れを防止して効率のよい運転を維持することができる。
また、翼環一体型仕切部材30を採用したことにより、従来複数部品であった翼環部31と仕切部材32とが一体化されたので、部品点数の減少により部品管理やメンテナンス作業が容易になる。
Accordingly, in the
In addition, since the
続いて、上述した蒸気タービン車室構造について、他の実施形態を図3に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、図中に矢印Scで示すように、分割空間29に冷却蒸気を導入している。この冷却蒸気は、再熱蒸気より低温の蒸気であれば使用可能であるが、特に、再熱蒸気より温度が適度に低い高圧段の排気蒸気が好適である。ちなみに、再熱蒸気及び冷却蒸気の温度について一例を示すと、再熱蒸気入口25の再熱蒸気温度が500℃程度であり、冷却蒸気となる高圧段の排気蒸気温度が350℃〜400℃程度となる。
Next, another embodiment of the above-described steam turbine casing structure will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, the cooling steam is introduced into the divided
このような冷却蒸気を分割空間29に導入すると、外車室21に対する再熱蒸気の熱影響はより一層小さくなる。すなわち、分割空間29に再熱蒸気より低温の冷却蒸気を導入して外車室21を冷却しているので、外車室21に作用する熱応力がより一層小さくなって熱変形を抑制することができる。
ところで、上述した冷却蒸気は、蒸気を有効に利用するため、分割空間29を冷却した後に再熱蒸気と合流してタービン部に供給される。従って、冷却蒸気の温度を低く設定すれば外車室21の冷却能力が高くなる反面、再熱蒸気の温度を下げて蒸気タービン20の運転効率を低下させる原因になるので、再熱タービンの中圧段に対しては、高圧段の排気蒸気を利用することが運転効率上最も好ましい。
When such cooling steam is introduced into the divided
By the way, since the cooling steam described above effectively uses the steam, it cools the divided
分割空間29を冷却した冷却蒸気を再熱蒸気と合流させてタービン部に供給する流路としては、図3に示すように、翼環一体型仕切部材30の仕切部材32に穿設した貫通孔34を利用する。この構造では、冷却蒸気と再熱蒸気とが再熱蒸気入口28で合流してタービン部に供給される。
As shown in FIG. 3, a through hole formed in the
図4は、上述した他の実施形態の第1変形例である。この変形例は、分割空間29を冷却した冷却蒸気をタービン部に供給して再熱蒸気と合流させる流路が異なっている。すなわち、この変形例では、翼環部31を貫通して設けた蒸気流路35を通り、再熱蒸気の温度が低下したタービン部の下流段(たとえば3段目)に供給している。従って、再熱蒸気より低温の冷却蒸気が合流することにより、タービン部を流れる再熱蒸気の温度低下を小さくすることができる。なお、蒸気流路35は、翼環部31の円周方向に適当なピッチで多数設けられている。
FIG. 4 is a first modification of the other embodiment described above. In this modified example, the flow path for supplying the cooling steam that has cooled the divided
また、図5に示す第2変形例は、第1変形例と同様に、分割空間29を冷却した冷却蒸気をタービン部に供給して再熱蒸気と合流させる流路が異なっている。すなわち、この変形例では、外車室21の凸部21aを貫通して設けた蒸気流路36を通り、再熱蒸気の温度が低下したタービン部の下流段(たとえば3断面)に供給している。従って、第1変形例と同様に、再熱蒸気より低温の冷却蒸気が合流することにより、タービン部を流れる再熱蒸気の温度低下を小さくすることができる。
なお、上述した貫通孔34、蒸気流路35,36については、いずれか1つを採用してもよいし、あるいは、適宜組み合わせて併用してもよい。
Moreover, the 2nd modification shown in FIG. 5 differs in the flow path which supplies the cooling steam which cooled the division |
In addition, about the through-
このように、本発明の蒸気タービン構造によれば、少なくとも再生蒸気入口28に近い1段目に翼環一体型仕切部材30が使用されるので、蒸気温度の高い再生蒸気入口部28及びタービン部の上流側(たとえば1段目や2段目など)では、外車室21の内壁面に高温の再熱蒸気が直接接触しないため熱影響を受けにくくなる。従って、外車室21に作用する熱応力や変形の発生を防止または抑制することができ、外車室21の局部的な高温化や軸方向に過度の温度勾配が発生することを回避し、外車室21の蒸気漏れを防止することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
As described above, according to the steam turbine structure of the present invention, the blade ring-integrated
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
20 蒸気タービン
21 外車室
21a 凸部
22 ロータ
26 中圧段動翼
27 中圧段静翼
28 蒸気入口部
29 分割空間
30 翼環一体型仕切部材
31 翼環部
32 仕切部材
33 凹部
34 貫通孔
35,36 蒸気流路
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記蒸気入口部が、前記タービン部の上流側から少なくとも1段の静翼を支持している翼環と前記仕切部材とを一体化した翼環一体型仕切部材により分割され、該翼環一体型仕切部材に前記車室内壁面の凸部を嵌合させて前記翼環一体型仕切部材との間に形成される分割空間に冷却蒸気として高圧段の排気蒸気を導入し、
前記冷却蒸気が前記分割空間を通過して前記タービン部の下流段に供給される蒸気流路を備えていることを特徴とする蒸気タービン車室構造。 In the steam turbine casing structure in which a steam inlet portion for introducing steam supplied to the turbine section into the vehicle compartment is divided by a partition member that blocks contact between the steam and the vehicle interior wall surface,
The steam inlet portion is divided by a blade ring integrated partition member in which a blade ring supporting at least one stage of stationary vanes from the upstream side of the turbine portion and the partition member are integrated, and the blade ring integrated type Injecting high-pressure stage exhaust steam as cooling steam into the partition space formed between the partition member and the blade ring-integrated partition member by fitting the convex portion of the vehicle interior wall surface to the partition member,
A steam turbine casing structure comprising a steam flow path through which the cooling steam passes through the divided space and is supplied to a downstream stage of the turbine section .
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