JP5027924B2 - 蒸気タービンの蒸気注入部 - Google Patents

Description

本発明は、内部車室と外部車室とを有する流体機械特に蒸気タービンの蒸気注入部であって、内部車室の蒸気流入開口に接合するために形成された作動流れ媒体を案内するための内側配管とこの内側配管を取り囲んで配置された外側配管とを有し、外側配管の蒸気注入部が流体機械の外部車室・蒸気流入開口に接合するために形成されている流体機械特に蒸気タービンの蒸気注入部に関する。

例えば蒸気タービンのような流体機械は作動流れ媒体で作動される。蒸気タービンの場合、作動流れ媒体として６００℃以上の温度と３００バール以上の圧力を有する水蒸気が利用される。そのような高温高圧は蒸気タービンの材料に厳しい要件を課する。特にその蒸気流入部位は熱的および機械的に大きく負荷される。

流体機械の形態としての蒸気タービンは、蒸気タービンに流入する強く加熱された生蒸気（主蒸気）を利用するために通常、内部車室と、この内部車室を取り囲んで配置された外部車室と、内部車室の内部に回転可能に支持されたロータとを有している。その生蒸気はいわゆる蒸気流入ノズルを介して蒸気入口室に流入し、外部車室と内部車室との間の流路を貫流する。従って、その蒸気流入ノズルの周辺部位は熱的に大きく負荷される。高温水蒸気は適当な蒸気注入部によって外部車室からできるだけ熱絶縁されている。

本発明の課題は高い温度に対して適用できる蒸気注入部を提供することにある。

この課題は特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴によって解決される。即ち、内部車室と外部車室とを有する流体機械の外部車室の蒸気流入開口に接合するために形成されてなる蒸気注入部において、前記内部車室の蒸気流入開口に接合するために形成された作動流れ媒体を案内するための第１内側配管と該第１内側配管を取り囲んで配置された第１外側配管とを含む第１構造部品と、第２内側配管と第２外側配管とを含む第２構造部品とを有し、前記第１内側配管と第２内側配管とで蒸気流入路管が形成され、前記第１外側配管と第２外側配管とで前記蒸気流入路管を取り囲む外側包囲管が形成され、これにより、前記蒸気注入部が互いに同軸に配置された内外２重の管を有するものとし、前記第１外側配管が第１結合箇所で第１内側配管に結合され、前記蒸気流入路管と外側包囲管との間に冷却媒体を供給するための冷却媒体流入開口が設けられ、前記外側包囲管が冷却媒体により冷却されるようにしてなることを特徴とする。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明は特に、蒸気注入部が互いに同軸的に配置された内外二重の管を有し、その内側の配管を通して生蒸気が流れ、内側の配管の周りを冷却媒体が流れることが有利であるという観点から出発している。

本発明は特に、蒸気注入部が蒸気流入路管を取り囲んで外側包囲管が配置されているように形成されているという利点を有する。その外側包囲管と蒸気流入路管との間に冷却媒体が流れる隙間が形成されている。その冷却媒体は外側包囲管の冷却作用をする。そして外側包囲管は蒸気タービンに直結でき、その蒸気タービンは熱的に僅かしか負荷されない。従って、高温の生蒸気が利用できる。

冷却媒体は冷却媒体流入開口を通して外側包囲管と蒸気流入路管との間の隙間に流入される。その冷却媒体は外部冷却材であるか、その蒸気タービンに由来する。例えば冷却媒体として蒸気タービンの流路貫流後の蒸気が利用される。公知の蒸気タービンにおいて、温度が約６２０℃で圧力が約３５０バールの生蒸気が蒸気タービンに流入され、流路内で膨張し、その蒸気の熱エネルギが機械エネルギに転換され、ロータの回転を生じさせる。その流路貫流後の膨張済み蒸気は５００℃の温度を有し、冷却媒体として利用できる。

その膨張済み蒸気は一般に再熱器で約３５０バールの圧力にされ再熱蒸気と呼ばれる。
この再熱蒸気も同様に冷却媒体として利用できる。

蒸気流入路管の周りに存在する冷却媒体は半径方向に作用し、従って、蒸気流入路管と外側包囲管に機械的応力を与える。これによって、蒸気流入路管と外側包囲管の機械的な負荷が軽減される。

本発明の有利な実施態様において、第１外側配管は第１結合箇所で第１内側配管にそれを囲んで結合され、それは機械的な固定結合を意味する。この結合は例えばボルトなどのような結合手段によって達成される。第１外側配管を第１結合箇所で第１内側配管に結合する他の方式は、第１外側配管と第１内側配管とが材料で一体に形成されることにある。この第１結合箇所の配置によって、第１外側配管と第１内側配管との間の隙間からの冷却媒体の流出が防止される。

本発明の他の有利な実施態様において、第２外側配管は第２結合箇所で第２内側配管に結合されている。この処置によって、第２外側配管と第２内側配管との間の隙間からの冷却媒体の流出が防止される。

第１結合箇所と第２結合箇所との間に有利に冷却媒体流入開口が配置されている。これによって、第１外側配管と第１内側配管との間の隙間および第２外側配管と第２内側配管との間の隙間に冷却媒体を充填するための単純な方式が得られる。

本発明の他の実施態様および利点は以下の図を参照した本発明の実施例の詳細な説明から理解できる。

蒸気タービンの縦断面図。 蒸気タービンの蒸気注入部における横断面図。 蒸気タービンの蒸気注入部の異なった実施例の部分横断面図。

図１に流体機械の形態として蒸気タービン１が縦断面図で示されている。この蒸気タービン１は外部車室２と内部車室３とを有している。内部車室３は外部車室２の内部に配置されている。内部車室３および外部車室２は回転軸線４を中心にほぼ対称に形成されている。内部車室３の内部にロータ軸５が回転軸線４を中心として回転可能に支持されている。ロータ軸５と内部車室３との間に作動流れ媒体の流路６が形成されている。この流路６内にロータ軸５に取り付けられた動翼７および内部車室３に取り付けられた静翼８が互い違いに配置されている。図１には分かり易くするために１つの動翼７および１つの静翼８にしか符号が付けられていない。

運転中において生蒸気（主蒸気）は入口室９を通して蒸気タービン１に流入する。その生蒸気は入口室９に続いて流路６内を静翼７および動翼８を洗流して流れ、膨張し、そして冷える。その場合、蒸気の熱エネルギはロータ軸５の回転エネルギに変換される。その膨張済み蒸気は排気室１０を通って蒸気タービン１から出る。

近年の蒸気タービンにおいて生蒸気は６００℃以上の入口温度と３００バール以上の入口圧力を有している。図２に示されているように、生蒸気は蒸気注入部１１を通して蒸気タービン１に導入される。図２は蒸気タービン１の蒸気入口部位を横断面図で示し、その横断面は蒸気注入部１１の軸方向の断面図である。この蒸気注入部１１は例えば生蒸気のような作動流れ媒体を案内するための第１内側配管１２を有している。この第１内側配管１２は内部車室３の蒸気流入開口１３に接合するために形成されている。また蒸気注入部１１は第１内側配管１２を取り囲んで配置された第１外側配管１４を有している。蒸気注入部１１は外部車室２の蒸気流入開口１５に接合するために形成されている。第１内側配管１２と第１外側配管１４との間の隙間１６に冷却媒体が供給される。この冷却媒体はまず第１外側配管１４を冷却する。その冷却媒体は冷却媒体供給開口１７を通して隙間１６に流入する。第１内側配管１２と第１外側配管１４は第１結合箇所１８において互いに結合され、即ち、隙間１６内の冷却媒体が内部車室３と外部車室２との間の隙間１９に流入しないように結合されている。蒸気注入部１１はその先端２０がシール２１を介して内部車室３に気密に結合されている。冷却媒体供給開口１７は第１結合箇所１８と第２結合箇所２２との間に配置されている。蒸気注入部１１は主に２つの構造部品で構成され、即ち、その蒸気注入部１１は第１構造部品２３と第２構造部品２４から形成されている。第１構造部品２３はボルト継手２５を介して外部車室２に結合される。第２構造部品２４も同様にボルト継手あるいは類似の取付け手段を介して第１構造部品２３に結合される。その取付け手段は図２には詳細には示されていない。その取付け手段として例えばボルトが使われる。

第１構造部品２３は第１内側配管１２を有している。また第１構造部品２３は第１外側配管１４を有している。第２構造部品２４は第２内側配管２８と第２外側配管２９を有している。第１内側配管１２と第２内側配管２８との間に断面Ｉ形のシールリング３０を配置することができる。かかる断面Ｉ形のシールリング３０は第１外側配管１４と第２外側配管２９との間にも配置することができる。

第１内側配管１２と第１外側配管１４とは材料で一体に形成されている。例えば内部車室３に利用されている材料と同じ材料が利用される。図２から理解できるように、第１内側配管１２と第１外側配管１４との間並びに第２内側配管２８と第２外側配管２９との間に相互に連通する隙間が形成されている。

図３に蒸気注入部１１の異なった実施例が示されている。図３に示された蒸気注入部１１は、第１外側配管１４が外部車室２に図示されていない取付け手段によって設けられるように配置されている。蒸気注入部１１は同様に第１外側配管１４の内部に配置された第１内側配管１２を有している。この第１内側配管１２と第１外側配管１４との間に同様に隙間１６が形成されている。第１外側配管１４は外部車室２に第１結合部３２で固定されている。第１内側配管１２は補助管３３に第２結合部３１で結合されている。補助管３３は外部車室２と同じ材料で形成される。そして、図３の実施例においては、図２の実施例における第１内側配管１２が第２内側配管２８と一体化するように構成され、また、図２の第２外側配管２９に代えて、補助管３３がその役割をするように構成されている。補助管３３は図示されていない取付け手段を介して外部車室２に第１結合部３２で結合されている。他の外部配管が補助管３３に第２結合部３１で結合されている。図３における蒸気注入部１１の実施例では、冷却材の供給は補助管３３において行われるか、第１外側配管１４における冷却媒体流入開口を通して行われるが、そのいずれの流入開口も図３に詳細には示されていない。第１外側配管１４はいわゆるサーモ・スリーブとして形成されている。即ち、第１外側配管１４は軸方向の温度勾配を負担する。

第１外側配管１４に複数の冷却媒体流入開口１７が配置されることによって、隙間１６内における冷却媒体の流量が増大できる。第１外側配管１４はいわば多孔管に形成されている。

１ 流体機械（蒸気タービン）
２ 外部車室
３ 内部車室
１１ 蒸気注入部
１２ 第１内側配管
１３ 内部車室・蒸気流入開口
１４ 第１外側配管
１７ 冷却媒体流入開口
１８ 第１結合箇所
２３ 第１構造部品
２４ 第２構造部品
２８ 第２内側配管
２９ 第２外側配管

Claims (9)

1. 内部車室（３）と外部車室（２）とを有する流体機械（１）の外部車室の蒸気流入開口（１５）に接合するために形成されてなる蒸気注入部（１１）において、
   前記内部車室（３）の蒸気流入開口（１３）に接合するために形成された作動流れ媒体を案内するための第１内側配管（１２）と該第１内側配管（１２）を取り囲んで配置された第１外側配管（１４）とを含む第１構造部品（２３）と、第２内側配管（２８）と第２外側配管（２９）とを含む第２構造部品（２４）とを有し、
   前記第１内側配管（１２）と第２内側配管（２８）とで蒸気流入路管が形成され、前記第１外側配管（１４）と第２外側配管（２９）とで前記蒸気流入路管を取り囲む外側包囲管が形成され、これにより、前記蒸気注入部（１１）が互いに同軸に配置された内外２重の管を有するものとし、
   前記第１外側配管（１４）が第１結合箇所（１８）で第１内側配管（１２）に結合され、前記蒸気流入路管と外側包囲管との間に冷却媒体を供給するための冷却媒体流入開口（１７）が設けられ、前記外側包囲管が冷却媒体により冷却されるようにしてなることを特徴とする流体機械（１）の蒸気注入部。
2. 第２外側配管（２９）が第２結合箇所（２２）で第２内側配管（２８）に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気注入部。
3. 第１結合箇所（１８）と第２結合箇所（２２）との間に冷却媒体流入開口が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の蒸気注入部。
4. 第１外側配管（１４）が外部車室（２）に固定するための取付け手段を有し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つに記載の蒸気注入部。
5. 取付け手段がボルトを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の蒸気注入部。
6. 第１外側配管（１４）と第２外側配管（２９）との間に横断面Ｉ形のシールリングが配置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つに記載の蒸気注入部。
7. 第１内側配管（１２）と第２内側配管（２８）との間に横断面Ｉ形のシールリング（３０）が配置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つに記載の蒸気注入部。
8. 第１内側配管（１２）の周りに前記外側包囲管が配置され、第１内側配管（１２）が前記外側包囲管に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気注入部。
9. 第１内側配管（１２）と第１外側配管（１４）とが材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気注入部。

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