JP5250118B2 - 単流型タービンにおける冷却方法及び装置 - Google Patents
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Description
ダミー環116側に漏洩した漏洩蒸気S2は、隙間cを通って排気蒸気排出管120に達し、排気蒸気排出管120を経て後段側の高圧タービンに蒸気を送る蒸気管122に合流する。この漏洩蒸気S2が排気蒸気排出管120を通ることで、タービンロータ102に加わるスラスト力をバランスさせる役割もある。
また、特許文献3の図1に図示された単車室型蒸気タービンには、同様に、高圧タービン部から排出される排気蒸気の一部を、スラストバランス管106を通して中圧タービン部の入口部44(特許文献3中での符号)に冷却蒸気として供給する構成が開示されている。
即ち、特許文献1や特許文献2に図示された単車室型蒸気タービンでは、高圧側タービン部の排気蒸気が高圧側タービン部と中圧タービン部とを仕切るダミー環と中圧タービン部との間に供給される。この排気蒸気は、高圧側タービン部に供給された主蒸気から分離してダミー環とタービンロータのダミー部との隙間に流れてくる漏洩蒸気より低圧とされているので、中圧タービン部側に流れる。
このように、単流型タービンのダミー環及びこのダミー環の内側に配置されたタービンロータを冷却できる手段はなく、高温強度が要求される。また、ダミー環側に漏洩した主蒸気は、タービンロータに対して仕事をしないため、無駄な蒸気となり、単流型タービンの熱効率を低下させるという問題もある。
本発明では、冷却蒸気として、蒸気タービン発電設備で発生する蒸気を適宜選択して用いることができるので、冷却蒸気の確保が容易になる。
また、漏洩蒸気及び冷却に供した後の冷却蒸気を該冷却蒸気排出路から排出させることにより、冷却蒸気を後流段及び中圧/低圧タービンの蒸気の一部として回収できる。
次に、単流型超高圧タービンに適用した本発明の基本形態を図1に基づいて説明する。図1は、本基本形態に係る単流型超高圧タービン10Aの正面視断面図である。単流型超高圧タービン10Aは、蒸気タービン発電プラントに組み込まれている。図1において、単流型超高圧タービン10Aは、タービンロータ12を囲んで内車室14が設けられ、内車室14の外側に、内車室14を囲んで外車室16が設けられている。内車室14の内側に主蒸気を噴射するノズル室18が設けられている。主蒸気供給管24が外車室16及び内車室14を貫通してラジアル方向に配置され、その先端がノズル室18に開口している。
P4≧P1>P2>P5 (1)
ここで、P2は漏洩蒸気S2の蒸気圧であり、P5は外車室16と内車室14間の空間S5の圧力である。冷却蒸気S4の蒸気圧P4は空間S5の圧力P5に対して高圧であるので、冷却蒸気供給管32と空間S5に通じる隙間cの出口との間に、複数のラビリンスシール28を設け、蒸気の漏れを防止している。
これによって、漏洩蒸気S2からダミー環26及びタービンロータ12への熱伝導をなくすことができる。そのため、ダミー環26及びダミー環26内側のダミー部12dを含むノズル室下部付近のタービンロータ12を570℃以下に冷却できると共に、高温強度が劣る溶接部wをも効果的に冷却できる。
次に、本発明を単流型超高圧タービンに適用した第1実施形態を図2に基づいて説明する。図2に示す単流型超高圧タービン10Bにおいて、冷却蒸気供給管32が外車室16及び内車室14を貫通して、ラジアル方向に配置され、前記基本形態の冷却蒸気供給管32と比べて、空間S5寄りのダミー環26に設けられ、その先端は隙間cに開口している。また、冷却蒸気排出管42が外車室16及び内車室14を貫通して、ラジアル方向に配置され、冷却蒸気供給管32よりノズル室18側に位置するダミー環26に設けられている。冷却蒸気供給管32の先端は隙間cに開口している。
P1>P4>P2>P3≧P5 (2)
ここで、P1は主蒸気S1の蒸気圧、P2は主蒸気S1から分岐し、タービンロータ12とノズル室18との間の隙間からダミー環26側に分岐した漏洩蒸気S2、P3は冷却蒸気排出管42内を流れる排出蒸気の蒸気圧、P4は冷却蒸気供給管32に供給される冷却蒸気S4の蒸気圧、P5は外車室16と内車室14間に形成される空間S5の圧力である。これらの圧力関係を維持するために、隙間cにはラビリンスシール28を適宜に配設して、隙間cのシール性能を確保している。
次に、本発明を単流型超高圧タービンに適用した第2実施形態を図3により説明する。本実施形態では、単流型超高圧タービン10Cの冷却蒸気供給管32に供給される冷却蒸気S4は、蒸気タービン発電プラントで発生する蒸気を使用すればよい。例えば、ボイラの抽気蒸気や超高圧タービン10Cの翼列段間から抽気した抽気蒸気、あるいは単流型超高圧タービン10Cでタービンロータ12を回転する仕事に供給した後の排気蒸気でもよい。冷却蒸気S4に使用するこれらの蒸気S6は、必ずしも570℃以下の温度でなくてもよい。
Claims (7)
- 蒸気タービン発電設備に組み込まれ低圧タービンより高圧側の単流型タービンであって、該単流型タービンのダミー環及び該ダミー環の内側に配置されるロータを冷却する単流型タービンにおける冷却方法において、
蒸気タービン発電設備内で発生し、前記単流型タービンに供給される主蒸気のうち前記ダミー環側に漏洩した漏洩蒸気より低温でかつ高圧の冷却蒸気をダミー環に設けられた冷却蒸気供給路に供給する冷却蒸気供給工程と、
該冷却蒸気を該冷却蒸気供給路を介してダミー環とロータとの間に形成される隙間に導入し、前記漏洩蒸気に抗して該隙間に流通させ、ダミー環及びロータを冷却する冷却工程と、からなり、
前記単流型タービンに供給される前記主蒸気は前記漏洩蒸気より高温でかつ高圧であり、前記冷却蒸気は前記主蒸気より低温でかつ主蒸気と同等圧又は主蒸気より高圧であり、
さらに、前記冷却工程でダミー環及びロータの冷却に供した後の冷却蒸気を、前記冷却蒸気供給路より主蒸気を供給するノズル室寄りのダミー環に形成された冷却蒸気排出路から前記漏洩蒸気と共に、単流型タービンの翼列段間部又は後段側蒸気タービンに蒸気を供給する排気蒸気管に排出するようにした排出工程が付加されてなることを特徴とする単流型タービンにおける冷却方法。 - 前記冷却蒸気が570℃以下の温度で前記冷却蒸気供給路に供給されることを特徴とする請求項1に記載の単流型タービンにおける冷却方法。
- 前記冷却蒸気が、超高圧タービン若しくは高圧タービンの排気蒸気若しくは翼列部の抽気蒸気であるか、又はボイラの抽気蒸気であることを特徴とする請求項1又2に記載の単流型タービンにおける冷却方法。
- 前記単流型タービンの主蒸気温度が700℃以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の単流型タービンにおける冷却方法。
- 前記ロータが、耐熱性材料からなる第1ロータ部と、該第1ロータ部より耐熱性が低い材料からなる第2ロータ部とが連結部を介して連結され、該連結部が前記ダミー環の内側に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の単流型タービンにおける冷却方法。
- 蒸気タービン発電設備に組み込まれ低圧タービンより高圧側の単流型タービンであって、該単流型タービンのダミー環及び該ダミー環の内側に配置されるロータを冷却する単流型タービンにおける冷却装置において、
前記ダミー環に形成されダミー環とロータとの間の隙間に開口する冷却蒸気供給路と、
該冷却蒸気供給路に接続され、蒸気タービン発電設備内で発生し、前記単流型タービンに供給される主蒸気のうちダミー環側に漏洩した漏洩蒸気より低温でかつ高圧の冷却蒸気を前記冷却蒸気供給路に供給する冷却蒸気管と、を備え、
前記単流型タービンに供給される前記主蒸気は前記漏洩蒸気より高温でかつ高圧であり、前記冷却蒸気は前記主蒸気より低温でかつ主蒸気と同等圧又は主蒸気より高圧であり、
さらに、前記冷却蒸気供給路より主蒸気を供給するノズル室寄りのダミー環に形成されて前記隙間に開口すると共に、単流型タービンの翼列段間部又は後段側蒸気タービンに蒸気を供給する排気蒸気管に接続された冷却蒸気排出路を備え、
冷却蒸気を冷却蒸気供給路を介してダミー環とロータとの間に形成される隙間に導入し、前記漏洩蒸気に抗して該隙間に流通させ、ダミー環及びロータを冷却すると共に、前記隙間に流通させた冷却蒸気を漏洩蒸気と共に前記冷却蒸気排出路を介して前記排気蒸気管に排出するように構成したことを特徴とする単流型タービンにおける冷却装置。 - 前記冷却蒸気が570℃を超える温度領域にあり、前記冷却蒸気管に該冷却蒸気を570℃以下の温度に冷却する冷却装置を介設し、
該冷却蒸気を該冷却装置で570℃以下の温度に冷却し、前記冷却蒸気供給路に供給するように構成したことを特徴とする請求項6に記載の単流型タービンにおける冷却装置。
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