JP5019601B2

JP5019601B2 - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP5019601B2
Application number: JP2007213882A
Authority: JP
Inventors: 泰規小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-08-20
Also published as: JP2008075645A

Description

本発明は、既設のタービンケーシングを流用して高効率化を図る蒸気タービンに関する。

図９は、従来の蒸気タービンの断面図である。タービンケーシング１は、タービンノズル１０ａを収納したノズルボックス２と、タービンノズル１０ａよりも下流段落の複数のタービンノズル１０ｂを保持したノズルホルダ８が嵌め込まれている。ロータ４は、動翼５が植え込まれている。タービンケーシング１とロータ４の間には、ロータ４の上流側へ漏洩する蒸気をシールするパッキンケーシング３が設けられている。

タービン入口２１から流入した主蒸気は、タービンノズル１０ａから噴出され、次に１０ｂから噴出される。この蒸気が動翼５に衝突することにより、ロータ４が回転する。このときタービンノズル１０ａから噴出した蒸気の一部は、ロータ４とノズルボックス２の間隙２２から、ノズルボックス２とタービンケーシング１の間隙２３に漏洩し、さらに、ノズルボックス２、タービンケーシング１、ノズルホルダー８の間の間隙２４に漏洩する。

また、図１０は、カーチス段を有する従来の蒸気タービンの断面図である。

タービンケーシング５１は、静翼６６を保持する静翼ホルダ６７が嵌め込まれている。ロータ５４は、動翼５５が植え込まれている。タービンケーシング５１とロータ５４の間にはロータの上流側から漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシング５３が設けられている。タービンノズル６０の下流の第１段落に２段の動翼５５ａ、５５ｂと、その間に静翼６６が設けられている。

タービン入口３１から流入した主蒸気は、タービンノズル６０から噴出して第１段落の２段の動翼５５ａ、５５ｂに衝突し、ロータ５４は回転する。静翼６６は、蒸気の向きを変えるために設けられており、ノズル機能は有していない。

すなわち、カーチス段とは、第１段落の動翼の負担を低減させるために設けられた２段の動翼と、これら２段の動翼の間に設けられ、ノズル機能を有せず蒸気の向きを変えるために設けられた静翼とからなる段落をいう（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２３５３０４号公報

蒸気タービンをリハビリテーションするときに、図９に示した従来設計の蒸気タービンは、タービンケーシングの構造上及び材料強度上、タービン入口蒸気の流量、温度及び圧力を上げることが難しい。そのため、このようなリハビリではタービンケーシングごと蒸気タービンを更新するのが一般的であるが、コストが大きいうえに納期がかかるという問題がある。

また、図１０に示した従来のカーチス段を有する蒸気タービンは、材料強度上、タービン入口蒸気の流量、温度及び圧力を上げることが難しく、効率が低下するという問題がある。

そこで本発明は、既設のタービンケーシングを流用して高効率化を図る蒸気タービンを得ることを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明においては、既設のタービンケーシングと、ロータと、前記既設のタービンケーシングと前記ロータの間に設けられ、前記ロータの上流側へ漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシングと、前記既設のタービンケーシングの内側に嵌め込まれ、蒸気を噴出するノズルボックスと、前記ノズルボックスと前記パッキンケーシングの間に前記ロータの半径方向に沿ってかつ、蒸気の流れに垂直に設けられ、前記ノズルボックスと前記ロータの間から漏洩する蒸気を遮断することで、蒸気が前記ノズルボックスと前記既設のタービンケーシングとの間に漏洩することを防止する遮断板とを備えたことを特徴とする蒸気タービンを提供する。

また、上記目的を達成するために、本発明においては、既設のタービンケーシングと、ロータと、前記既設のタービンケーシングと前記ロータの間に設けられ、前記ロータの上流側へ漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシングと、前記既設のタービンケーシングの内側に嵌め込まれ、蒸気を噴出するノズルボックスと、前記ノズルボックスと前記パッキンケーシングの間に前記ロータの半径方向に沿ってかつ、蒸気の流れに垂直に設けられ、前記ノズルボックスと前記ロータの間から漏洩する蒸気を遮断することで、蒸気が前記ノズルボックスと前記既設のタービンケーシングとの間に漏洩することを防止する遮断板とを備え、平均直径の小さい第１段落の動翼と、前記タービンケーシングの上流部に接触するように取り付けられる内部ケーシングとを備えていることを特徴とする蒸気タービンを提供する。

本発明によれば、漏洩した蒸気を遮断する遮断板を設け、タービンケーシングに負担がかからないようにしたので、既設のタービンケーシングを流用して、蒸気タービン入口蒸気の高圧化を図り、蒸気タービンの高効率化を図ることができる。

また、本発明によれば、第１段落の動翼を平均直径の小さいものに交換し、内部ケーシングを設けたので、既設のタービンケーシングを流用して、蒸気タービン入口蒸気の高圧化を図り、蒸気タービンの高効率化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。

タービンケーシング１は、タービンノズル１０ａを収納したノズルボックス２と、タービンノズル１０ａよりも下流段落の複数のタービンノズル１０ｂを保持したノズルホルダ８が嵌め込まれている。ロータ４は、動翼５が植え込まれている。タービンケーシング１とロータ４の間には、ロータ４の上流側へ漏洩する蒸気をシールするパッキンケーシング３が設けられている。また、図１中２１は、タービン入口２１を示している。

遮断板６は、ノズルボックス２とパッキンケーシング３の間に蒸気の流れに対して垂直に設けられ、例えば溶接等の方法で、パッキンケーシング３に取り付けられている。遮断板６は、例えばステンレス等の材質で、円形に形成されている。

このように構成された蒸気タービンでは、タービン入口２１から流入した主蒸気は、タービンノズル１０ａから噴出され、次に１０ｂから噴出される。この蒸気が動翼５に衝突することにより、ロータ４が回転する。

遮断板６は、タービンノズル１０ａから噴出した蒸気の一部がノズルボックス２とロータ４の間隙２２からタービンケーシング１に接触するのを低減し、ノズルボックス２とタービンケーシング１の間隙２３に漏洩することを防止する。

これにより、入口蒸気圧力をさらに高くしても、タービンケーシング１にかかる負担が低減されるため、タービンケーシング１を交換せずに、既設のタービンケーシング１にて高圧蒸気に対応でき、タービンの高効率化を図ることができる。また、既設のタービンケーシング１を流用することにより、タービン改造の工期を短縮することができる。

なお、遮断板６はパッキンケーシング３に取り付けられているが、ノズルボックス２に取り付けてもよい。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。遮断板６とノズルボックス２の間隙に、パッキン等のメカニカルシール７を設ける。メカニカルシール７以外は、図１の蒸気タービンと同じであるので、図１と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

このメカニカルシールにより、シール性が向上し、漏洩蒸気がタービンケーシング１に接触するのをさらに低減することができる。

なお、図３は、本発明の第３の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。遮断板６をノズルボックス２に固定した場合には、遮断板６とパッキンケーシングの間隙にメカニカルシール７を設ける。

図４は、本発明の第４の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。

タービンケーシング１は、タービンノズル１０ａよりも下流段落のタービンノズル１０ｂを保持したノズルホルダ３８が嵌め込まれている。ノズルホルダ３８の内部には、タービン第２段落後と、タービンケーシング１とノズルホルダ３８とノズルボックス２との間の空間とをつなぐ蒸気通路９が設けられている。ノズルホルダ３８と蒸気通路９以外は、図１の蒸気タービンと同じであるので、図１と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

間隙２４の高圧の蒸気は、蒸気通路９を介して、第２段落後に流れる。これにより、タービンケーシング１にかかる圧力がさらに低減される。蒸気通路９は、第２段落後と接続されているが、タービン第２段落以降のどこでも構わない。

第１から第４の実施の形態に係る遮断板６は、例えば、半リング状、四半リング状等複数枚に分割されて製作され、据付時に組み立てて円形としてもよい。

図５は、本発明の第５の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。

内部ケーシング１１を設置するスペースをつくるために、第１段落の動翼４０５及びこの埋め込み部を平均直径の小さいものに交換する。ノズルボックス４０２をロータ４０４に近い位置に設置する。ノズルホルダを内部ケーシング１１に交換する。この内部ケーシング１１は、ノズルボックス４０２を覆って、タービンケーシング１の上流部に接触するように取り付けられる。内部ケーシング１１とタービンケーシング１は、継ぎ手１２により接続される。動翼４０５、ロータ４０４、ノズルボックス４０２、内部ケーシング１１以外は、図９の従来の蒸気タービンと同じであるので、図９と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第１段落の動翼４０５の平均直径を小さくしたので、タービン効率が向上する。また、第１段落の動翼の平均直径が、第２段落以降の動翼の平均直径に近づくので、平均直径の違いにより生じていた第１段落後の蒸気の乱流が低減できる。

さらに、内部ケーシング１１を設置したので、ノズルボックス４０２とロータ４０４の間隙から漏洩した高圧蒸気が、タービンケーシング１に接触する部分が少なくなっている。

なお、交換した内部ケーシング１１にタービンノズルを増設し、このタービンノズルに対応した動翼をロータ４０４に増設して、段落数を増加させてもよい。これにより、一段落あたりの熱落差を小さくし、蒸気タービンの効率を向上させることができる。

また、ノズルボックス４０２の代わりに、後述するノズルダイアフラムを設けてもよい。

さらに、この図５では、内部ケーシング１１は、直接タービンケーシング１に嵌め込まれているが、後述するスラストキーにてタービンケーシング１に保持されていてもよい。

図６は、本発明の第６の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。内部ケーシング５１１とパッキンケーシング５０３を一体型とする。ノズルの周囲にケーシングを有するノズルボックスを廃し、ケーシングを持たないノズルダイアフラム１４が取り付けられている。また、この図６では、内部ケーシング５１１はスラストキー１３にてタービンケーシング１に保持されているが、図５のように内部ケーシング５１１は直接タービンケーシング１に嵌め込まれていてもよい。

内部ケーシング５１１とパッキンケーシング５０３が一体型に形成されていることにより、蒸気が直接タービンケーシング１に接触することがなくなっている。

なお、図６では、ノズルダイアフラム１４が設けられているが、図５のように、ノズルボックスでもよい。

また、図６では、内部ケーシング５１１は、スラストキー１３にてタービンケーシング１に保持されているが、図５のように、直接タービンケーシング１に嵌め込まれていてもよい。

図７は、本発明の第７の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。図１０に示したカーチス段を有する蒸気タービンの静翼６６を、タービンノズル１９に交換する。静翼ホルダ６７をノズルホルダ２０に交換する。動翼５５ａ及び５５ｂを、耐高温高圧材料にて製作された動翼６５５ａ及び６５５ｂに交換する。タービンノズル１９とノズルホルダ２０と動翼６５５ａ及び６５５ｂ以外は図１０と同じであるので、図１０と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

ノズルホルダ２０と動翼６５５ｂからなる新たに増やされた段落の後の圧力は、図１０に示す既設のカーチス段の段落後の圧力と同等にする。

図１０の静翼６６は、動翼５５ａを通過した蒸気の向きを変えるために配置されているが、この静翼６６をタービンノズル１９に交換したので、タービンノズル１９により蒸気が絞り込まれ、動翼５５ｂに供給される蒸気が増速される。

また、動翼５５ｂの後の圧力を、既設と同等にすることにより、タービンケーシング５１を交換せずに、既設のタービンケーシング５１にてタービンの高効率化を図ることが出来る。また、既設のタービンケーシング５１を流用することにより、タービン改造の工期を短縮することができる。

なお、パッキンケーシング５３に図１に示すような遮断板を取り付けてもよい。これにより、タービンノズル６６０とロータ５４の間隙６２２から漏洩する蒸気が、タービンケーシング５１に接触するのを低減し、入口蒸気圧力をさらに高くしても、タービンケーシング５１にかかる負担が低減される。

図８は、本発明の第８の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図である。タービンノズル７１９と動翼７５５は、複数段に構成されている。タービンノズル７１９と動翼７５５以外は図７と同じであるので、図７と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

タービンノズル７１９と動翼７５５が複数段設けられたことにより、第７の実施の形態よりもさらにタービンの高効率化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］タービンケーシングと、ロータと、前記タービンケーシングと前記ロータの間に設けられ、前記ロータの上流側へ漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシングと、前記タービンケーシングの内側に嵌め込まれ、蒸気を噴出するノズルボックスと、前記ノズルボックスと前記パッキンケーシングの間に設けられ、前記ノズルボックスと前記ロータの間から漏洩する蒸気を遮断する遮断板とを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
［２］前記タービンケーシングの内側に嵌め込まれ、第２段落以降のタービンノズルを保持するノズルホルダを備え、このノズルホルダには、第２段落よりも下流側と、前記タービンケーシングと前記ノズルホルダと前記ノズルボックスからなる空間とをつなぐ蒸気通路が設けられていることを特徴とする［１］記載の蒸気タービン。
［３］カーチス段を有する蒸気タービンにおいて、カーチス段の静翼をタービンノズルに交換したことを特徴とする蒸気タービン。
［４］前記タービンノズルとパッキンケーシングの間に設けられ、前記タービンノズルとロータの間から漏洩する蒸気を遮断する遮断板とを備えたことを特徴とする［３］に記載の蒸気タービン。
［５］前記遮断板は、分割されて製作され、据付時に組み立てられることを特徴とする［１］、［２］または［４］のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
［６］前記遮断板は、メカニカルシールが設けられていることを特徴とする［１］、［２］、［４］または［５］のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
［７］前記タービンノズルの下流側にタービンノズルとこのタービンノズルに対応する動翼とを増設したことを特徴とする［３］に記載の蒸気タービン。
［８］タービンケーシングと、ロータと、前記タービンケーシングと前記ロータの間に設けられ、前記ロータの上流側へ漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシングと、前記タービンケーシングの内側に嵌め込まれ、蒸気を噴出するノズルボックスとを備え、第１段落の動翼を平均直径の小さいものに交換し、ノズルホルダを、前記タービンケーシングの上流部に接触するように取り付けられる内部ケーシングに交換したことを特徴とする蒸気タービン。
［９］前記内部ケーシングと前記パッキンケーシングは、一体型に形成されていることを特徴とする［８］記載の蒸気タービン。
［１０］前記ノズルボックスをノズルダイアフラムに交換したことを特徴とする請求項［８］または［９］に記載の蒸気タービン。
［１１］前記内部ケーシングにタービンノズルを増設し、このタービンノズルに対応する動翼をロータに増設したことを特徴とする［８］〜［１０］のいずれか１項に記載の蒸気タービン。

本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第３の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第４の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第５の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第６の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第７の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。本発明の第８の実施の形態に係る蒸気タービンの断面図。従来の蒸気タービンの断面図。従来のカーチス段を有する蒸気タービンの断面図。

符号の説明

１…タービンケーシング、２…ノズルボックス、３…パッキンケーシング、４…ロータ、５…動翼、６…遮断板、７…メカニカルシール、８…ノズルホルダー、９…蒸気通路、１０ａ…タービンノズル、１０ｂ…ノズル、１１…内部ケーシング、１２…継ぎ手、１３…スラストキー、１４…ノズルダイアフラム、１５…タービンケーシング、１６…静翼、１７…静翼ホルダー、１８ａ…動翼、１８ｂ…動翼、１９…タービンノズル、２０…ノズルホルダー、２１…タービン入口、２２…間隙、２３…間隙、３１…タービン入口、３８…ノズルホルダー、５１…タービンケーシング、５３…パッキンケーシング、５４…ロータ、５５…動翼、５５ａ…動翼、５５ｂ…動翼、６０…タービンノズル、６６…静翼、６７…静翼ホルダー、４０２…ノズルボックス、４０４…ロータ、４０５…動翼、５０３…パッキンケーシング、５１１…内部ケーシング、６６０…タービンノズル、６２２…間隙、６５５…動翼、６５５ａ…動翼、６５５ｂ…動翼、７１９…タービンノズル、７５５…動翼。

Claims

既設のタービンケーシングと、
ロータと、
前記既設のタービンケーシングと前記ロータの間に設けられ、前記ロータの上流側へ漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシングと、
前記既設のタービンケーシングの内側に嵌め込まれ、蒸気を噴出するノズルボックスと、
前記ノズルボックスと前記パッキンケーシングの間に前記ロータの半径方向に沿って、かつ、蒸気の流れに垂直に設けられ、前記ノズルボックスと前記ロータの間から漏洩する蒸気を遮断することで、蒸気が前記ノズルボックスと前記既設のタービンケーシングとの間に漏洩することを防止する遮断板とを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
前記既設のタービンケーシングの内側に嵌め込まれ、第２段落以降のタービンノズルを保持するノズルホルダを備え、
このノズルホルダには、第２段落よりも下流側と、前記既設のタービンケーシングと前記ノズルホルダと前記ノズルボックスからなる空間とをつなぐ蒸気通路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。
前記遮断板は、それ自体が分割されて製作され、据付時に組み立てられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気タービン。
前記遮断板は、メカニカルシールが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気タービン。
既設のタービンケーシングと、
ロータと、
前記既設のタービンケーシングと前記ロータの間に設けられ、前記ロータの上流側へ漏洩する蒸気をシールするためのパッキンケーシングと、
前記既設のタービンケーシングの内側に嵌め込まれ、蒸気を噴出するノズルボックスと、
前記ノズルボックスと前記パッキンケーシングの間に前記ロータの半径方向に沿って、かつ、蒸気の流れに垂直に設けられ、前記ノズルボックスと前記ロータの間から漏洩する蒸気を遮断することで、蒸気が前記ノズルボックスと前記既設のタービンケーシングとの間に漏洩することを防止する遮断板と、
平均直径の小さい第１段落の動翼と、
前記既設のタービンケーシングの上流部に接触するように取り付けられる内部ケーシングとを備えていることを特徴とする蒸気タービン。
前記内部ケーシングと前記パッキンケーシングは、一体型に形成されていることを特徴とする請求項５記載の蒸気タービン。
前記ノズルボックスの代わりにノズルダイアフラムを用いたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の蒸気タービン。
前記内部ケーシングにタービンノズルに設け、このタービンノズルに対応する動翼をロータに設けたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の蒸気タービン。