JP5180652B2 - 蒸気タービンの車室構造 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気を用いてロータを回転駆動することで発電を行う蒸気タービンの車室構造に関するものである。

一般的な蒸気タービンにおいては、外部車室内に内部車室が設けられると共に、上部に蒸気入口部が設けられ、中心部にロータが回転自在に支持され、このロータに動翼が複数段にわたって固定される一方、内部車室に支持された翼環リングに静翼が複数段にわたって固定され、ロータに固定された動翼と交互に配設されている。

従って、蒸気タービンの運転時に、蒸気が蒸気入口部から内部車室に入ると、この蒸気は隔壁を介して翼環リングに支持された静翼を経て動翼に噴出することでロータが回転し、このロータに連結された発電機を駆動する。

この蒸気タービンのタービン本体を構成する車室（外部車室、内部車室）は、ロータの挿入や組立、分解作業の作業性を向上するため、ロータを通る平面で上下二つに分割され、フランジとボルトにより組み立てられる。そして、蒸気タービンが低圧タービンであるとき、外部車室の下部は復水器に連結されており、蒸気タービンの起動時には、内部車室及び外部車室を真空状態とすることで、蒸気を蒸気入口部から車室内部に吸引する（特許文献１、参照）。

このとき、外部車室は、この外部車室の天井や壁を形成する端板が内側に大きく凹むように変形することから、この天井や壁を補強する必要がある。蒸気タービンにおける外部車室の補強構造としては、例えば、外部車室の端板にロータ軸を中心に均等に分配されて複数のリブを溶接等により接合すると共に、外部車室の下半部の端板に複数のリブを格子状に交差して溶接等により接合するものがある。また、外部車室の内部に、パイプステーを架設するものがある（特許文献２、参照）。

このような蒸気タービンの車室構造では、外部車室の上半部の端板にＩ型リブをロータ軸を中心に放射状に複数本配置すると共に、その配置角度を垂直から水平になるにつれて漸次増大させている。

特開２００５−１１３７２１号公報 特許第３８３１６１７号公報

ここで、発電機の発電効率を上げるために蒸気タービンの大型化が望まれており、蒸気タービンを大型化すると、動翼及び静翼の長さが長くなることから、外部車室も大型化する必要がある。

しかしながら、従来の蒸気タービンの車室構造では、組立てた状態でベローズを取り付けるベローズ取付部の軸方向ズレを機械加工で平面に仕上げる必要があるため、外部車室が大きくなると、上下一体に組み上げた状態でベローズ取付部の機械加工を行うことができない、という問題がある。

また、大型化した外部車室を上下一体に組み立てたり、定期検査時などに外部車室の上部を吊り上げるためには、建屋の高さを高くする必要があるため、外部車室を上下一体に組み立てたり、外部車室の上部を吊り上げることができない、という問題がある。

また、外部車室を上下一体に組み立てベローズ取付部の機械加工を行ったとしても、車室を上下一体に組み立てた状態で工場から搬送することができない、という問題がある。

また、外部車室を立てた状態で機械加工を行うため、横型の加工機械で加工する必要があるが、ベローズ取付部の位置が高いと加工精度を維持することが困難である、という問題がある。

更に、大型化する外部車室では加工用のテーブルに収まらないため、外部車室を横置きにした状態で機械加工を行うことができない、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、現状の設備でベローズ取付部の機械加工を行うことを可能とする蒸気タービンの車室構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、外部車室を上下に分割する蒸気タービンの車室構造において、前記外部車室をロータが通る水平面で上部車室と下部車室とに分割すると共に、分割された前記上部車室、前記下部車室の何れか一方又は両方を、ロータの通る貫通孔が少なくとも一部含まれている部分とそれ以外の部分とに分割し、前記上部車室が、前記貫通孔を有する中ブロック又は端板コーン部の端板コーン上部と、天板を有する上ブロックとに分割されてなり、前記外部車室の上部車室の端板に前記貫通孔の軸中心から補強リブを放射状に複数本配置することを特徴とする蒸気タービンの車室構造にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記上部車室が、前記端板コーン部の端板コーン上部と、前記天板を有する上ブロックとに分割される場合には、
前記下部車室が、前記端板コーン部の端板コーン下部と、それ以外の部分の下ブロックとに分割されてなることを特徴とする蒸気タービンの車室構造にある。

第３の発明は、第２の発明において、前記端板コーン部の外周部の接合部をＬ字状としてなることを特徴とする蒸気タービンの車室構造にある。

第４の発明は、第２又は３の発明において、前記端板コーン部の外形の周囲の形状を多角形状とすることを特徴とする蒸気タービンの車室構造にある。

第５の発明は、第２乃至４の何れか一つの発明において、前記上ブロックを前記貫通孔の中心から垂直面で左右に分割することを特徴とする蒸気タービンの車室構造にある。

請求項１の発明の蒸気タービンの車室構造によれば、外部車室をロータが通る水平面で上部車室と下部車室とに分割すると共に、分割された前記上部車室、前記下部車室の何れか一方又は両方を、ロータの通る貫通孔が少なくとも一部含まれている部分とそれ以外の部分とに分割し、前記上部車室が、前記貫通孔を有する中ブロック又は端板コーン部の端板コーン上部と、天板を有する上ブロックとに分割されてなり、前記外部車室の上部車室の端板に前記貫通孔の軸中心から補強リブを放射状に複数本配置するので、前記上部車室を組み合わせない状態で、工場などの現状設備内でベローズ取付部の機械加工を行うことができる。
また、端板コーン部のみを横置きにして工場などの現状設備内でベローズ取付部の機械加工を行うことができるため、工場などの現状設備内でベローズ取付面の機械加工を行うことができると共に、機械加工の精度を向上させることができる。

また、定期検査時には、前記上部車室のみを取外すことでロータの取替えを行うことができる。また、前記上部車室の高さは従来よりも低くなるので建屋の高さを高くする必要がないため、現地の建屋の高さを変更することなく前記上部車室を分解することができる。

請求項１の発明の蒸気タービンの車室構造によれば、前記外部車室がロータが通る水平面で上部車室と下部車室とに分割され、前記上部車室が、前記貫通孔を有する中ブロックと、天板を有する上ブロックとに分割されてなるので、前記上ブロックを組むことなく下部車室（下ブロック）と中ブロックとを組んだ状態で、工場などの現状設備内で端板コーン部に設けられているベローズ取付部の機械加工を行うことができる。

また、定期検査時には、前記上ブロックのみを取外すことでロータの取替えを行うことができる。また、前記上ブロックの高さは従来よりも低くなるので建屋の高さを高くする必要がないため、現地の建屋の高さを変更することなく前記上ブロックを分解することができる。

請求項２の発明の蒸気タービンの車室構造によれば、前記上部車室が、前記端板コーン部の端板コーン上部と、前記天板を有する上ブロックとに分割される場合には、前記下部車室が、前記端板コーン部の端板コーン下部と、それ以外の部分の下ブロックとに分割されてなるので、前記端板コーン上部と前記端板コーン下部を接合して前記端板コーン部のみを横置きにして工場などの現状設備内でベローズ取付部のあるベローズ取付面の機械加工を行うことができるため、工場などの現状設備内でベローズ取付面の機械加工を行うことができると共に、機械加工の精度を向上させることができる。

請求項３の発明の蒸気タービンの車室構造によれば、前記端板コーン部の外周部の接合部をＬ字状としてなるので、前記端板コーン部の前記外部車室との接合部における継手部がＬ字形状であり、前記接合部が前記外部車室と縦継手となるように形成されているので、平面継手が可能であり、ボルトの継手面を平面にすることができるため、シール性能を向上させることができる。

請求項４の発明の蒸気タービンの車室構造によれば、前記端板コーン部の外形の周囲の形状を多角形状とするので、ボルト継手面を平面にすることができるため、シール性能を向上させることができる。

請求項５の発明の蒸気タービンの車室構造によれば、前記上ブロックを前記貫通孔の中心から垂直面で左右に分割するので、前記上ブロックの高さは従来よりも更に低くなり、分解した前記上部車室をそのまま横方向に移動するたけで前記上部車室を分割することができる。このため、建屋の高さを高くする必要がないため、現地の建屋の高さを変更することなく前記上ブロックを分解することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るシール部材の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る蒸気タービンの車室構造が適用された蒸気タービンの概略構成図、図２は、本発明の実施例１に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室の斜視図、図３は、本発明の実施例１に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。

実施例１の蒸気タービン１０は、図１に示すように、外部車室１１の上部に蒸気入口部１２が設けられ、回転体であるタービンロータ（以下、「ロータ」という）１３を回転自在に支持する軸受１４によって支持し、軸受１４を蒸気タービン１０のコンクリート等からなる基礎台１５の上に設けられる軸受台１６で支持している。また、グランド部１７は軸受台１６とその連結部１８とにより支持している。また、グランド部１７と車室１１との間には蒸気のリークを防止するベローズ１９が用いられている。

また、ベローズ１９は外部車室１１のロータ１３が通る貫通孔２０で外部車室１１の端板コーン部２１Ａのベローズ取付部２２の機械加工面にボルトにより取り付けられている。

本実施例においては、外部車室１１は、上部車室と下部車室とに分割されると共に、ロータ１３の通る貫通孔２０が少なくとも一部含まれている部分とそれ以外の部分とに分割されてなるものである。

即ち、図２、３に示すように、外部車室１１がロータ１３が通る水平面で上部車室３１と下部車室（下ブロック）３２とに分割され、上部車室３１を貫通孔２０を有する中ブロック３３と天板３１ａを有する上ブロック３４とに分割されている。

本実施例においては、外部車室１１はロータ１３が通る水平面で上部車室３１と下ブロック室３２とを第一の分割面３５により分割される。また、上部車室３１は貫通孔２０を有する中ブロック３３と天板３１ａを有する上ブロック３４とに第二の分割面３６により分割される。

また、上部車室３１は、湾曲形状をなす天板３１ａと前後の端板３１ｂにより構成され、下部にフランジ部３１ｃが一体に形成されている。

また、下部車室３２は、前後左右の端板３２ａにより構成され、上部にフランジ部３２ｂが一体に形成されている。

そして、上部車室３１と下部車室３２は、各フランジ部３１ｃ、３２ｂが図示しない締結ボルトにより連結される一方、下部車室３２の下端部が図示しない基礎部に嵌合し、図示しない復水器に連結されている。
また、外部車室１１の上部車室３１の端板３１ｂに補強リブ３７を貫通孔２０を中心に放射状に複数本配置している。

また、上ブロック３４、中ブロック３３、下ブロック３２は各々分割して構成されており、例えば上ブロック３４、中ブロック３３、下ブロック３２は各々３分割される。この各々のブロックが分割される数は特にこれに限定されるものではない。

よって、実施例１の蒸気タービンの車室構造によれば、外部車室１１がロータ１３が通る水平面で上部車室３１と下部車室３２とに分割され、上部車室３１が貫通孔２０を有する中ブロック３３と天板３１ａを有する上ブロック３４とに分割されている。このため、上ブロック３４を組むことなく下ブロック３２と中ブロック３３とを組んだ状態で、工場などの現状設備内で端板コーン部２１Ａに設けられているベローズ取付部２２の機械加工を行うことができる。

また、定期検査時には、上ブロック３４のみを取外すことでロータ１３の取替えを行うことができる。また、上ブロック３４の高さは従来よりも低くなるので建屋の高さを高くする必要がないため、現地の従来の建屋の高さを変更することなく上ブロック３４を分解することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。
なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、蒸気タービンの全体の説明については省略し、外部車室の構成についてのみ説明する。

本実施例の蒸気タービンの車室構造において、図４に示すように、外部車室１１が天板３１ａを有する上部車室（上ブロック）４１と貫通孔２０を有する下部車室４２とに分割され、下部車室４２を貫通孔２０の中心から水平方向に端板コーン部２１Ａを含んで切り出される中ピース４３と、端板コーン部２１Ａを含む残りの下ブロック４４とに分割されている。

本実施例においては、外部車室１１はロータ１３が通る水平面で上ブロック４１と下部車室４２とを第二の分割面３６により分割される。また、下部車室４２は貫通孔２０の中心から水平方向に端板コーン部２１Ａを含んで切り出される中ピース４３と、端板コーン部２１Ａを含む残りの下ブロック４４とに第三の分割面４５により分割される。

また、上ブロック４１、中ピース４３は各々分割して構成されており、例えば上ブロック４１は３分割され、中ピース４３は４分割される。この上ブロック４１、中ピース４３の各々の分割される数は特にこれに限定されるものではない。

よって、上ブロック４１の無い状態で、下ブロック４４と中ピース４３とを組んだ状態で、工場などの現状設備内で端板コーン部２１Ａに設けられているベローズ取付部２２の機械加工を行うことができる。

また、中ピース４３とすることで実施例１の中ブロック３３とする場合に比べて重量を小さくすることができると共に、上ブロック４１と下ブロック４４との接合面のボルト本数を減少させることができるため、組立作業の作業性を向上することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図、図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。
なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、蒸気タービンの全体の説明については省略し、外部車室の構成についてのみ説明する。

実施例３の蒸気タービンの車室構造において、外部車室１１をロータ１３が通る水平面で上部車室５１と下部車室５２とに分割する第一の分割面３５に、更に端板コーン部２１Ａを分割するようにしたものである。

即ち、実施例３の蒸気タービンの車室構造において、図５に示すように、外部車室１１がロータ１３が通る水平面で上部車室５１と下部車室５２とに分割され、上部車室５１が端板コーン部２１Ａの端板コーン上部２１Ａ−１と天板３１ａを有する上ブロック５３とに分割されると共に、下部車室５２を端板コーン部２１Ａの端板コーン下部２１Ａ−２とそれ以外の部分の下ブロック５４とに分割されている。

よって、端板コーン部２１Ａのみを横置きにして工場などの現状設備内でベローズ取付部２２の機械加工を行うことができるため、工場などの現状設備内でベローズ取付面の機械加工を行うことができると共に、機械加工の精度を向上させることができる。

また、図６に示すように、端板コーン部２１Ａは外周部５５の接合部５６をＬ字状としている。即ち、端板コーン部２１Ａと外部車室１１の上ブロック５３（下ブロック５４）との接合部５６では、端板コーン部２１Ａの継手部分２１ａをＬ字形状とし、上ブロック５３（下ブロック５４）の継手部分５３ａ（５４ａ）と縦継手となるように形成されている。

端板コーン部２１Ａの外周部５５の接合部５６をＬ字状とすることで、端板コーン部２１Ａの継手部分２１ａの先端部が上ブロック５３（下ブロック５４）の継手部分５３ａ（５４ａ）と平面接合することになる。よって、端板コーン部２１Ａの継手部分２１ａと上ブロック５３（下ブロック５４）の継手部分５３ａ（５４ａ）との平面継手が可能となり、ボルト５７の継手面を平面にすることができるため、シール性能を向上させることができる。

図７は、本発明の実施例４に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図、図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。
なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、蒸気タービンの全体の説明については省略し、外部車室の構成についてのみ説明する。

実施例４の蒸気タービンの車室構造において、実施例３の蒸気タービンの車室構造における端板コーン部２１Ａの外形の周囲の形状を多角形状とした端板コーン部２１Ｂを用いたものである。本実施例では、端板コーン部の外形を変形の１１角形としている。但し、本発明はこれに限定されるものではない。

即ち、実施例４の蒸気タービンの車室構造において、図７に示すように、外部車室１１がロータ１３が通る水平面で上部車室６１と下部車室６２とに分割され、上部車室６１が端板コーン部２１Ｂの端板コーン上部２１Ｂ−１と天板３１ａを有する上ブロック６３とに分割されると共に、下部車室６２を端板コーン部２１Ｂの端板コーン下部２１Ｂ−２とそれ以外の部分の下ブロック６４とに分割されている。

端板コーン部２１Ｂの外形の周囲の形状を多角形状とすることで、図８に示すように、端板コーン部２１Ｂの外周部６５と上ブロック６３（下ブロック６４）との接合部６６におけるボルト継手面を平面にすることができる。即ち、端板コーン部２１Ｂと上ブロック６３（下ブロック６４）との接合部６６では、端板コーン部２１Ｂの継手部分２１ａと上ブロック５３（下ブロック５４）の継手部分６３ａ（６４ａ）とを平面接合することができる。

よって、端板コーン部２１Ｂのように外形の周囲の形状を多角形状とすることで、端板コーン部２１Ｂの継手部分２１ａと上ブロック６３（下ブロック６４）の継手部分６３ａ（６４ａ）とが平面接合し、ボルト継手面を平面にすることができるため、シール性能を向上させることができる。

図９は、本発明の実施例５に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図であり、上ブロックを組み合わせたものである。図１０は、上ブロックの一部を分解した図である。
なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、蒸気タービンの全体の説明については省略し、外部車室の構成についてのみ説明する。

実施例５の蒸気タービンの車室構造において、上ブロックを貫通孔の中心から垂直面で左右に分割し、２つの上ブロックに分解している。

即ち、図９、１０に示すように、上ブロック６３は上ブロック６３を貫通孔２０の中心から垂直面に左右に分割し、上ブロック６３−１、６３−２に分解している。

本実施例においては、上ブロック６３はロータ１３が通る垂直面で上ブロック６３−１と上ブロック６３−２とを第四の分割面６８により分割される。

よって、上ブロック６３を左右に分解することで、上ブロック６３の高さは従来よりも更に低くなり、分解した上ブロック６３−１、６３−２をそのまま横方向に移動するたけで上ブロック６３−１、６３−２を分割することができる。このため、建屋の高さを高くする必要がないため、現地の建屋の高さを変更することなく上ブロック６３−１、６３−２を分解することができる。

また、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１に示すように、図５に示すような端板コーン部２１Ａを有する外部車室１１を用いた場合でも同様に上ブロック５１を貫通孔２０の中心から垂直面に左右に分割し、上ブロック５３−１、５３−２に分解するようにしてもよい。

本発明に係る蒸気タービンの車室構造は、車室の分解、運搬を容易に行い、現状の設備でベローズ取付部の機械加工を行うものであり、いずれの種類の蒸気タービンにも適用することができる。

本発明の実施例１に係る蒸気タービンの車室構造が適用された蒸気タービンの概略構成図である。 実施例１に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室の斜視図である。 本発明の実施例１に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。 本発明の実施例２に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。 本発明の実施例３に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例４に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。 図７のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例５に係る蒸気タービンの車室構造を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。 上ブロックの一部を分解した図である。 本発明の実施例５に係る蒸気タービンの車室構造の他の構成を表す外部車室を軸方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。

符号の説明

１０ 蒸気タービン
１１ 外部車室
１２ 蒸気入口部
１３ タービンロータ（「ロータ」）
１４ 軸受
１５ 基礎台
１６ 軸受台
１７ グランド部
１８ 連結部
１９ ベローズ
２０ 貫通孔
２１ａ 継手部分
２１Ａ、２１Ｂ 端板コーン部
２１Ａ−１、２１Ｂ−１ 端板コーン上部
２１Ａ−２、２１Ｂ−２ 端板コーン下部
２２ ベローズ取付部
３１、４１、５１ 上部車室
３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ 天板
３１ｂ 端板
３１ｃ フランジ部
３２、４２、５２ 下部車室
４４、５４ 下ブロック
３２ａ 端板
３２ｂ フランジ部
３３ 中ブロック
３４、５３ 上ブロック
３５ 第一の分割面
３６ 第二の分割面
４３ 中ピース
４５ 第三の分割面
５３ａ、５４ａ、６３ａ、６４ａ 継手部分
５５、６５ 外周部
５６、６６ 接合部
５７、６７ ボルト
６８ 第四の分割面

Claims (5)

1. 外部車室を上下に分割する蒸気タービンの車室構造において、
   前記外部車室をロータが通る水平面で上部車室と下部車室とに分割すると共に、
   分割された前記上部車室、前記下部車室の何れか一方又は両方を、ロータの通る貫通孔が少なくとも一部含まれている部分とそれ以外の部分とに分割し、
   前記上部車室が、前記貫通孔を有する中ブロック又は端板コーン部の端板コーン上部と、天板を有する上ブロックとに分割されてなり、
   前記外部車室の上部車室の端板に前記貫通孔の軸中心から補強リブを放射状に複数本配置することを特徴とする蒸気タービンの車室構造。
2. 請求項１において、
   前記上部車室が、前記端板コーン部の端板コーン上部と、前記天板を有する上ブロックとに分割される場合には、
   前記下部車室が、前記端板コーン部の端板コーン下部と、それ以外の部分の下ブロックとに分割されてなることを特徴とする蒸気タービンの車室構造。
3. 請求項２において、
   前記端板コーン部の外周部の接合部をＬ字状としてなることを特徴とする蒸気タービンの車室構造。
4. 請求項２又は３において、
   前記端板コーン部の外形の周囲の形状を多角形状とすることを特徴とする蒸気タービンの車室構造。
5. 請求項２乃至４の何れか一つにおいて、
   前記上ブロックを前記貫通孔の中心から垂直面で左右に分割することを特徴とする蒸気タービンの車室構造。

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