JP5221760B2 - Reduction method of thermal load of outer housing for turbomachine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流れ方向に沿って形成されかつ回転軸を中心に回転可能なロータと、インナーハウジングと、アウターハウジングとを備えるターボ機械であって、インナーハウジングはロータの周りに設けられており、アウターハウジングはインナーハウジングの周りに設けられており、ロータは、中圧スラスト補償ピストンの周りに設けられた外側面を備える中圧スラスト補償ピストンを備えており、前室がインナーハウジングと中圧スラスト補償ピストンとの間に形成されており、蒸気を前室に供給するための第1蒸気管がインナーハウジングに形成されているターボ機械に関する。 The present invention is a turbomachine including a rotor formed along the flow direction and rotatable about a rotation axis, an inner housing, and an outer housing, the inner housing being provided around the rotor, The outer housing is provided around the inner housing, and the rotor is provided with an intermediate pressure thrust compensating piston having an outer surface provided around the intermediate pressure thrust compensating piston, and the front chamber is provided with the inner housing and the intermediate pressure thrust. The present invention relates to a turbomachine which is formed between a compensation piston and a first steam pipe for supplying steam to a front chamber is formed in an inner housing.
ターボ機械の実施例としての蒸気タービンは、高温の生蒸気が供給されかつ高圧が印加され、生蒸気の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換する。回転エネルギーは、トルクを伝達してターボ機械に設けられている発電機を介して、電気エネルギーに変換される。蒸気タービンに流入する生蒸気は通常、蒸気タービンから再び出てくる蒸気よりも高温である。蒸気タービンは実質的に、ロータとインナーハウジングと、場合によってはアウターハウジングとを備えている。これらの部材の熱負荷は、流れ方向に沿って蒸気の温度を下げることにより異なる。たとえば、高圧部分タービンにおいては、流入領域において材質に高い耐熱特性が要求され、流れ方向で見て、高圧部分タービンの下流部分においては材質のより高い耐寒特性が要求される。 A steam turbine as an example of a turbomachine is supplied with high-temperature raw steam and applied with high pressure to convert the thermal energy of the raw steam into mechanical rotational energy. The rotational energy is converted into electrical energy through a generator provided in the turbomachine by transmitting torque. The live steam entering the steam turbine is usually hotter than the steam coming out of the steam turbine again. The steam turbine substantially comprises a rotor, an inner housing, and possibly an outer housing. The heat load of these members differs by reducing the temperature of the steam along the flow direction. For example, in a high-pressure partial turbine, a high heat resistance characteristic is required for the material in the inflow region, and a higher cold resistance characteristic of the material is required in the downstream portion of the high-pressure partial turbine as viewed in the flow direction.
単流蒸気タービンでは通常、スラスト補償ピストンが備えられており、当該スラスト補償ピストンは、アキシアル軸受の能力を維持するために、翼列を介する圧力差に起因するスラストに反作用力を当てる。そのために、蒸気が供給される前室が、スラスト補償ピストンとインナーハウジングとの間に形成され、それによって力が、スラスト補償ピストンひいてはロータ全体に作用する。この前室内にある蒸気は通常、高温で高圧である。回転可能に実施されるロータは、パッキングを介してインナーハウジングに対して密封される。パッキングが良好であっても、前室内にある蒸気の一部はパッキングを介して、インナーハウジングとアウターハウジングとの間の空間に漏れ出す。通常、インナーハウジングとアウターハウジングとの間の空間には、生蒸気と比べて低温かつ低圧の排出蒸気がある。スラスト補償ピストンとインナーハウジングとの間で流出する比較的熱い蒸気によって、この箇所でアウターハウジングは熱負荷がかけられる。それゆえアウターハウジング用の材質には、より価値の高い材料が選ばれる。 A single-flow steam turbine is usually provided with a thrust compensating piston, which applies a reaction force to the thrust due to the pressure difference through the cascade to maintain the axial bearing capability. For this purpose, a front chamber to which steam is supplied is formed between the thrust compensation piston and the inner housing, whereby a force acts on the thrust compensation piston and thus the entire rotor. The steam in the front chamber is usually high temperature and high pressure. The rotor, which is rotatably implemented, is sealed against the inner housing via a packing. Even if the packing is good, a part of the steam in the front chamber leaks into the space between the inner housing and the outer housing through the packing. Usually, in the space between the inner housing and the outer housing, there is a low-temperature and low-pressure exhaust steam as compared with the live steam. Due to the relatively hot steam flowing between the thrust compensating piston and the inner housing, the outer housing is subjected to a thermal load at this point. Therefore, a material with higher value is selected as the material for the outer housing.
しかしながら、価値の高い材料を選べば、蒸気タービン全体がコストのかかる構成になる。アウターハウジングとインナーハウジングとの間の空間で、スラスト補償ピストンとインナーハウジングとの間で流れる蒸気による熱負荷が低減されれば望ましかろう。 However, if high value materials are selected, the entire steam turbine will be costly. It would be desirable if the thermal load caused by the steam flowing between the thrust compensating piston and the inner housing is reduced in the space between the outer housing and the inner housing.
この立場で、コスト的に有利な蒸気タービンを提供するという課題を有する本発明が始まっている。 In this position, the present invention has begun with the problem of providing a cost-effective steam turbine.
この課題は、流れ方向に沿って形成されかつ回転軸を中心に回転可能なロータと、インナーハウジングと、アウターハウジングとを備えるターボ機械であって、インナーハウジングはロータの周りに設けられており、アウターハウジングはインナーハウジングの周りに設けられており、ロータは、中圧スラスト補償ピストンの周りに設けられた外側面を備える中圧スラスト補償ピストンを備えており、前室がインナーハウジングと中圧スラスト補償ピストンとの間に形成されており、蒸気を前室に供給するための第1蒸気管がインナーハウジングに形成されており、インナーハウジングには、流体技術的に排出蒸気用空間と接続されているリング室が設けられており、リング室は外側面と向かい合って設けられており、排出蒸気用空間をリング室と流体技術的に接続する第1孔が、インナーハウジング内に備わっており、第1孔をリング室と接続する第2孔が、インナーハウジング内に備わっているターボ機械によって解決される。 This problem is a turbomachine including a rotor formed along a flow direction and rotatable around a rotation axis, an inner housing, and an outer housing, and the inner housing is provided around the rotor, The outer housing is provided around the inner housing, and the rotor is provided with an intermediate pressure thrust compensating piston having an outer surface provided around the intermediate pressure thrust compensating piston, and the front chamber is provided with the inner housing and the intermediate pressure thrust. A first steam pipe for supplying steam to the front chamber is formed in the inner housing. The inner housing is connected to the exhaust steam space in terms of fluid technology. and ring chamber is provided are, ring chamber is provided opposite the outer surface, phosphorus exhaust steam space First hole connecting the chamber in fluid technically is, are provided in the inner housing, a second hole connecting the first bore and the annular chamber is solved by a turbo machine is equipped in the inner housing.
本発明は、前室内の蒸気よりも温度が低い蒸気を、中圧スラスト補償ピストンの外側面とインナーハウジングとの間の間隙に供給することを提案している。この間隙に流れ込む蒸気は、一方ではアウターハウジングの方向に、他方では前室の方向に流れる。前室の方向に流れる蒸気の一部は、前室から流出する蒸気と逆に流れる。前室内にある蒸気は、スラスト補償ピストンに対する力を生じさせるために用いられる。比較的熱いこの蒸気は、中圧スラスト補償ピストンとインナーハウジングとの間の間隙に、アウターハウジングの方向に流れ込むのを妨げられる。なぜなら、リング室を介して、反対の流れ方向へ流れる蒸気が供給されるからである。比較的冷たいこの蒸気は、部分的にアウターハウジングの方向に流れ、前室内にある蒸気と比べると、アウターハウジングにかける熱的負担がより軽い。それによってアウターハウジングはこの箇所で、より低温に適応された材料で作られ得る。それによってこの箇所では、前室内の蒸気の温度に適した価値の高い材料をアウターハウジングのために選ぶという必要がなくなる。それによって、この蒸気タービンをコスト的により有利に製造することができる。 The present invention proposes that steam having a temperature lower than that of the steam in the front chamber is supplied to the gap between the outer surface of the intermediate pressure thrust compensating piston and the inner housing. The steam flowing into this gap flows on the one hand in the direction of the outer housing and on the other hand in the direction of the front chamber. A part of the steam flowing in the direction of the front chamber flows in reverse to the steam flowing out from the front chamber. Steam in the front chamber is used to generate a force on the thrust compensating piston. This relatively hot steam is prevented from flowing in the direction of the outer housing into the gap between the intermediate pressure thrust compensating piston and the inner housing. This is because steam flowing in the opposite flow direction is supplied through the ring chamber. This relatively cool steam partially flows in the direction of the outer housing, and the thermal burden on the outer housing is lighter than that of the steam in the front chamber. Thereby, the outer housing can be made of a material adapted to lower temperatures at this point. This eliminates the need for the outer housing to select a high-value material suitable for the temperature of the steam in the front chamber. Thereby, this steam turbine can be manufactured more cost-effectively.
有利なさらなる形態は、従属請求項において述べられている。有利なさらなる形態の1つにおいては、インナーハウジングとロータとの間に、ターボ機械に形成された内部翼列が設けられており、流れ方向で見てタービン翼列の下流に、流体技術的に排出蒸気用空間と接続されている翼列・排出蒸気用空間が形成されている。 Advantageous further embodiments are set forth in the dependent claims. In a further advantageous embodiment, an inner blade row formed in the turbomachine is provided between the inner housing and the rotor, and is located downstream of the turbine blade row in the flow direction in terms of fluid technology. A cascade and exhaust steam space connected to the exhaust steam space is formed.
それによって、排出蒸気用空間のために適した蒸気を調達するという、比較的容易な可能性が挙げられている。中圧スラスト補償ピストンとインナーハウジングとの間の間隙に流れ込む蒸気はそれゆえ、外部の管を介して供給される必要はなく、タービン翼列を通って生蒸気が貫流した後に、排出蒸気の一部が排出蒸気用空間に運ばれることによって、蒸気タービン自体から調達され得る。排出蒸気の大部分は、冷たい再熱器蒸気として再熱器に運ばれ、より高温に加熱される。 Thereby, the relatively easy possibility of procuring steam suitable for the space for exhaust steam is mentioned. The steam flowing into the gap between the intermediate pressure thrust compensating piston and the inner housing therefore does not have to be supplied via an external tube, and after the live steam has flowed through the turbine cascade, The part can be procured from the steam turbine itself by being transported to the exhaust steam space. Most of the exhaust steam is conveyed to the reheater as cold reheater steam and heated to a higher temperature.
有利なさらなる形態の1つにおいては、インナーハウジングは、流れ方向で見て中圧スラスト補償ピストンの下流に設けられている分離突起部を備えている。 In one advantageous further form, the inner housing comprises a separating projection provided downstream of the intermediate pressure thrust compensating piston as viewed in the flow direction.
中圧スラスト補償ピストンに対して力が作用することができるようにするために、蒸気が、閉じられた空間、ここでは前室にあることが必要である。この前室で作られた圧力は、直接中圧スラスト補償ピストンに対して作用する。本発明に従えば、インナーハウジングの分離突起部によってこの前室を形成するよう提案される。それによって、中圧スラスト補償ピストンに対して適した圧力を生じさせる、コスト的に有利な可能性が提供される。 In order to be able to exert a force on the medium pressure thrust compensating piston, it is necessary for the steam to be in a closed space, here the front chamber. The pressure created in this front chamber acts directly on the intermediate pressure thrust compensating piston. According to the invention, it is proposed to form this anterior chamber by the separating projection of the inner housing. This provides a cost-effective possibility of producing a suitable pressure for the medium pressure thrust compensating piston.
さらなる有利な形態においては、第1蒸気管は、HZU(ユーウムラウト)蒸気管と流体技術的に接続可能である。HZU(ユーウムラウト)蒸気管とは、熱い再熱器蒸気管のことである。高圧部分タービンから流出する蒸気は、冷たい再熱器蒸気として再熱器に導かれ、そこでより高温に加熱されて、熱い再熱器蒸気として中圧部分タービンに再び供給される。熱い再熱器蒸気を使用することによって、適した圧力の蒸気を利用することができる。 In a further advantageous form, the first steam pipe is fluidically connectable to an HZU (euumlaut) steam pipe. HZU (Yumlaut) steam pipe is a hot reheater steam pipe. Steam exiting the high pressure partial turbine is directed to the reheater as cold reheater steam, where it is heated to a higher temperature and supplied again to the intermediate pressure partial turbine as hot reheater steam. By using hot reheater steam, steam at a suitable pressure can be utilized.
さらなる有利な形態においては、第1蒸気管が、中圧翼列上流の空間と接続されている。この空間内にある蒸気は、適した圧力を備えている。 In a further advantageous configuration, the first steam pipe is connected to the space upstream of the intermediate pressure cascade. The steam in this space has a suitable pressure.
さらなる有利な形態においては、第1孔は回転軸に対してほぼ平行に形成されており、第2孔は回転軸に対してほぼ垂直に形成されている。それによって、排出蒸気用空間にある蒸気をリング室に運ぶ容易な可能性が、製造に条件付けられて、提供されている。回転軸に対して平行かつ垂直に実施される孔は、比較的簡単かつ迅速に製造可能である。 In a further advantageous configuration, the first hole is formed substantially parallel to the rotation axis and the second hole is formed substantially perpendicular to the rotation axis. Thereby, an easy possibility of transporting the steam in the exhaust steam space to the ring chamber is conditioned and provided for manufacture. Holes that are implemented parallel and perpendicular to the axis of rotation can be produced relatively simply and quickly.
本発明は、図における実施例に基づいてより詳細に表される。図に示されるのは以下である。 The invention is represented in more detail on the basis of the embodiments in the figures. The following is shown in the figure.
図1は、従来技術に従った蒸気タービンの一部を示している。蒸気タービンは、回転軸1を中心に回転可能に軸受けされたロータ2を備えている。ロータ2の周りに、インナーハウジング3が設けられている。インナーハウジング3の周りに、アウターハウジング4が設けられている。補償ピストン領域5において、ロータは中圧スラスト補償ピストン6を備えている。この中圧スラスト補償ピストン6は、補償ピストン領域5の外側にあるロータ2よりも半径が大きい。中圧スラスト補償ピストン6は、表面にある外側面7を備えている。外側面7とインナーハウジング3との間には、間隙8が形成されている。蒸気タービンに流れ込む生蒸気は、ガイドブレードとロータブレードとを備える、詳細に表されていないタービン翼列領域を通って、流れ方向9に流れる。蒸気は流れ方向9での途中で緩和して冷却し、排出蒸気の一部が排出蒸気用空間11に運ばれる。インナーハウジング3内にある第1蒸気管12を介して、熱い再熱器蒸気が前室10に運ばれる。この熱い再熱器蒸気は、前室10内で中圧スラスト補償ピストン6に対して圧力をかけ、当該中圧スラスト補償ピストン10は、流れ方向とは反対の方向に力が発生するようにする。しかしながら、前室10内にある熱い再熱器蒸気の一部は間隙8に流れ込み、インナーハウジング3へと流れ、それによってこの箇所で熱負荷がかかる。外側面7とインナーハウジング3との間には、パッキング14、特にラビリンスパッキングが設けられている。同様にブラシパッキングが設けられていてよい。
FIG. 1 shows a portion of a steam turbine according to the prior art. The steam turbine includes a rotor 2 that is rotatably supported around a rotating
インナーハウジング3は、分離突起部15を備えている。分離突起部15は同じように、パッキング16を介してロータ2に対して密封される。パッキング16は、たとえばラビリンスパッキングあるいはブラシパッキングとして実施されていてよい。
The inner housing 3 includes a
図2に表されている、蒸気タービンの部分は、本発明に係る構成を示している。図2の実施形態が図1の実施形態と本質的に異なるのは、排出蒸気用空間11と流体技術的に接続されているインナーハウジング3にリング室17が備わっていることである。そのために、インナーハウジング3内には第1孔18と第2孔19とが備わっている。第1孔18はここでは、回転軸1に対してほぼ平行に形成されており、第2孔19は回転軸1に対してほぼ垂直に形成されている。排出蒸気用空間11にある蒸気は、第1孔18と第2孔19とを介してリング室17へと運ばれる。この蒸気の第1部分20はアウターハウジング4の方向に流れ、蒸気の第2部分21は前室10の方向に流れる。それによって、前室10から第3の方向22に流れる蒸気がいわば押し止められ、それによってもはや、熱い再燃器からの温度を伴ってアウターハウジング4へ流れる可能性がなくなる。
The portion of the steam turbine represented in FIG. 2 shows the configuration according to the present invention. The embodiment of FIG. 2 is essentially different from the embodiment of FIG. 1 in that a
リング室17はここでは、外側面7と向かい合って設けられている。さらに、第1孔18を密封する充填物23が備えられている。リング室17はここでは、インナーハウジング3に方向を変えられる。図2に従って表された、本発明に係る構成によって、冷たい再燃器蒸気よりも圧力が低い、第1蒸気管12内にある熱い再燃器蒸気が、アウターハウジング4から遮断される。ロータ2にある凹部25は、小さい中間床と呼ばれる。蒸気タービンの信頼性のある始動を保証するために、パッキング16は小さい中間床24で、たとえば、研磨層あるいはブラシパッキングによって良好に密封される。第1孔18と第2孔19とは、第1蒸気管12と衝突しないように作られるべきである。空運転時には排出蒸気の温度は上昇するが、しかし熱い再燃器温度と呼ばれる、第1蒸気管12内の蒸気温度よりも明らかに低いままである。中圧スラスト補償ピストン6の前後の圧力は、この駆動状態の間ほとんど同じである。リング室17の軸方向の構成ゆえに、排出蒸気は主に前室10に流れ込む。この駆動状態の間、アウターハウジング4は、図1のアウターハウジングと似たような負荷がかかる。
Here, the
それゆえリング室17によって、第1蒸気管12内にある熱い再燃器蒸気の温度が、アウターハウジングの材質に影響を及ぼすことが妨げられる。それによって、コスト的に有利な蒸気タービンが製造され得る。
Therefore, the
1 回転軸
2 ロータ
3 インナーハウジング
4 アウターハウジング
5 補償ピストン領域
6 中圧スラスト補償ピストン
7 外側面
8 間隙
9 流れ方向
10 前室
11 排出蒸気用空間
12 第1蒸気管
13
14 パッキング
15 分離突起部
16 パッキング
17 リング室
18 第1孔
19 第2孔
20 蒸気の第1部分
21 蒸気の第2部分
22 第3の方向
23 充填物
24 中間床
25 凹部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記インナーハウジング(3)は前記ロータ(2)の周りに設けられており、
前記アウターハウジング(4)は前記インナーハウジング(3)の周りに設けられており、
前記ロータ(2)は、中圧スラスト補償ピストン(6)の周りに設けられた外側面(7)を備える該中圧スラスト補償ピストン(6)を備えており、
前室(10)が前記インナーハウジング(3)と前記中圧スラスト補償ピストン(6)との間に形成されており、
蒸気を前記前室(10)に供給するための第1蒸気管(12)が前記インナーハウジング(3)に形成されており、
流体技術的に排出蒸気用空間(11)と接続されている、前記インナーハウジング(3)に設けられたリング室(17)が備わっており、
該リング室(17)は前記外側面(7)と向かい合って設けられているターボ機械において、
前記排出蒸気用空間(11)を前記リング室(17)と流体技術的に接続する第1孔(18)が、前記インナーハウジング(3)内に備わっており、
前記第1孔(18)を前記リング室(17)と接続する第2孔(19)が、前記インナーハウジング(3)内に備わっていることを特徴とするターボ機械。 A turbomachine comprising a rotor (2) formed along a flow direction (9) and rotatable about a rotation axis (1), an inner housing (3), and an outer housing (4),
The inner housing (3) is provided around the rotor (2),
The outer housing (4) is provided around the inner housing (3),
The rotor (2) comprises an intermediate pressure thrust compensating piston (6) comprising an outer surface (7) provided around an intermediate pressure thrust compensating piston (6),
A front chamber (10) is formed between the inner housing (3) and the intermediate pressure thrust compensating piston (6);
A first steam pipe (12) for supplying steam to the front chamber (10) is formed in the inner housing (3);
A ring chamber (17) provided in the inner housing (3) connected in fluid technology to the exhaust steam space (11);
In the turbomachine provided with the ring chamber (17) facing the outer surface (7),
A first hole (18) fluidically connecting the exhaust steam space (11) with the ring chamber (17) is provided in the inner housing (3);
A turbomachine characterized in that a second hole (19) for connecting the first hole (18) to the ring chamber (17) is provided in the inner housing (3).
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