JP6178273B2 - Steam turbine - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。   Embodiments of the present invention relate to a steam turbine.

蒸気タービンの効率向上の観点から、現在、温度が600℃程度の主流蒸気を用いた蒸気タービンが実用化されている。蒸気タービンの効率をさらに向上させるため、主流蒸気の温度を700〜750℃程度にすることが検討され、開発が進められている。   From the viewpoint of improving the efficiency of steam turbines, steam turbines using mainstream steam having a temperature of about 600 ° C. are currently in practical use. In order to further improve the efficiency of the steam turbine, the temperature of the mainstream steam is considered to be about 700 to 750 ° C., and development is being promoted.

このような蒸気タービンにおいては、主流蒸気が高温であるため、構成部品によっては耐熱合金で構成することが必要となる。しかしながら、耐熱合金は、高価である。そのため、例えば、タービンロータにおいては、温度が比較的低くなる部分を従来材料で構成し、温度が高くなる部分を耐熱合金で構成し、従来材料と耐熱合金とを溶接によって接続する構成が検討されている。   In such a steam turbine, since the mainstream steam is high temperature, some components need to be made of a heat-resistant alloy. However, heat resistant alloys are expensive. Therefore, for example, in a turbine rotor, a configuration in which a portion where the temperature is relatively low is made of a conventional material, a portion where the temperature is high is made of a heat resistant alloy, and the conventional material and the heat resistant alloy are connected by welding is studied. ing.

特開2009−144650号公報JP 2009-144650 A

上記した従来材料と耐熱合金との接合部の強度は、従来材料と同程度か、従来材料よりも少し劣る。そのため、接合部は、強度が維持できる温度領域となる位置に構成しなければならない。この場合、蒸気温度の高温化が図られる蒸気タービンにおいて、耐熱合金で構成される部分が多くなる。溶接にかかるコストを考慮すると、従来材料と耐熱合金とを溶接したタービンロータを使用することが、かえってコストアップとなることがある。   The strength of the joint between the above-described conventional material and the heat-resistant alloy is approximately the same as that of the conventional material or slightly inferior to the conventional material. For this reason, the joint portion must be configured at a position that becomes a temperature region where the strength can be maintained. In this case, in the steam turbine in which the steam temperature is increased, there are many portions made of a heat-resistant alloy. Considering the cost of welding, using a turbine rotor in which a conventional material and a heat-resistant alloy are welded may increase the cost.

また、何らかのトラブルなどで、接合部が高温の蒸気に曝された場合、強度不足となる危険性がある。   In addition, when the joint is exposed to high-temperature steam due to some trouble, there is a risk of insufficient strength.

本発明が解決しようとする課題は、溶接接合されたタービンロータにおける接合部を的確に冷却し、接合部の温度上昇を抑制することができる蒸気タービンを提供するものである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a steam turbine that can accurately cool a joint portion in a turbine rotor that is welded and can suppress an increase in temperature of the joint portion.

実施形態の蒸気タービンは、円筒状の第1のロータ胴部と円筒状の第2のロータ胴部とをタービンロータ軸方向に接合して構成されたタービンロータ、および前記タービンロータの外周に前記タービンロータと間隙をおいて設けられた蒸気シール部を備える。前記第1のロータ胴部は、前記第1のロータ胴部の軸中心に形成された中心貫通孔と、前記第1のロータ胴部に設けられ、前記中心貫通孔に連通する冷却蒸気導入孔と、前記冷却蒸気導入孔と、前記第1のロータ胴部と前記第2のロータ胴部との接合部との間に形成され、当該接合部の近傍かつ前記第1のロータ胴部の外周面に開口を有し、前記中心貫通孔に連通する冷却蒸気噴出孔とを備える。そして、前記接合部が前記蒸気シール部に対向するとともに、前記冷却蒸気噴出孔の開口が前記蒸気シール部に対向し、当該開口から前記タービンロータと前記蒸気シール部との間隙に冷却蒸気を噴出するThe steam turbine according to the embodiment includes a turbine rotor configured by joining a cylindrical first rotor body and a cylindrical second rotor body in the turbine rotor axial direction , and the outer periphery of the turbine rotor on the outer periphery of the turbine rotor. A steam seal portion provided with a gap from the turbine rotor is provided . The first rotor barrel before SL has a central through hole formed in the axial center of the first rotor body portion, provided on the first rotor body portion, the cooling steam introduced in communication with the central through-hole Formed between the hole, the cooling steam introduction hole, and the joint between the first rotor body and the second rotor body, and in the vicinity of the joint and in the first rotor body An opening is provided on the outer peripheral surface, and a cooling steam jet hole communicating with the central through hole is provided. The joint portion is opposed to the steam seal portion, and the opening of the cooling steam ejection hole is opposed to the steam seal portion, and cooling steam is ejected from the opening into the gap between the turbine rotor and the steam seal portion. To do .

第1の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む縦断面(子午断面)を示す図である。It is a figure which shows the longitudinal cross-section (meridian cross section) containing the central axis of a turbine rotor of the steam turbine of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の蒸気タービンのタービンロータにおける冷却蒸気噴出孔の構成を説明するための、拡大断面図である。It is an expanded sectional view for explaining the composition of the cooling steam injection hole in the turbine rotor of the steam turbine of a 1st embodiment. 図2のA−A断面を示した図である。It is the figure which showed the AA cross section of FIG. 第1の実施の形態の蒸気タービンの一部を示した図3の断面に対応する断面であり、冷却蒸気噴出孔の中心軸に沿った断面を示した図である。FIG. 4 is a cross section corresponding to the cross section of FIG. 3 showing a part of the steam turbine of the first embodiment, and showing a cross section along the central axis of a cooling steam ejection hole. 第2の実施の形態の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む縦断面(子午断面)を示す図である。It is a figure which shows the longitudinal cross-section (meridian cross section) containing the central axis of a turbine rotor of the steam turbine of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における他の構成の蒸気タービンの、タービンロータの中心軸を含む縦断面(子午断面)を示す図である。It is a figure which shows the longitudinal cross-section (meridian cross section) containing the central axis of a turbine rotor of the steam turbine of the other structure in 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の蒸気タービン10の、タービンロータ24の中心軸を含む断面(子午断面)を示す図である。図2は、第1の実施の形態の蒸気タービン10のタービンロータ24における冷却蒸気噴出孔45の構成を説明するための、拡大断面図である。図3は、図2のA−A断面を示した図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross section (meridian cross section) including a central axis of a turbine rotor 24 of the steam turbine 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view for explaining the configuration of the cooling steam ejection holes 45 in the turbine rotor 24 of the steam turbine 10 according to the first embodiment. FIG. 3 is a view showing a cross section taken along the line AA of FIG.

また、以下において、蒸気タービン10として、中圧タービンを例示して説明するが、高温高圧の蒸気が供給される、高圧タービン、さらには超高圧タービンにも本実施の形態の構成を適用することができる。   In the following, an intermediate pressure turbine will be described as an example of the steam turbine 10, but the configuration of the present embodiment is also applied to a high pressure turbine to which high-temperature and high-pressure steam is supplied, and also to an ultra-high pressure turbine. Can do.

図1に示すように、ケーシング20内には、タービンロータ24が貫設されている。タービンロータ24のホイール部53には、動翼25が周方向に亘って植設され、動翼翼列を構成している。   As shown in FIG. 1, a turbine rotor 24 is provided through the casing 20. On the wheel portion 53 of the turbine rotor 24, the moving blade 25 is implanted in the circumferential direction to constitute a moving blade cascade.

ケーシング20の内周には、ダイアフラム外輪21が周方向に沿って設けられている。このダイアフラム外輪21の内側には、ダイアフラム内輪22が周方向に沿って設けられている。そして、ダイアフラム外輪21とダイアフラム内輪22との間には、周方向に複数の静翼23が支持され、静翼翼列を構成している。静翼翼列は、動翼翼列と交互にタービンロータ24の軸方向に設けられている。そして、静翼翼列と動翼翼列とからなる複数のタービン段落を構成している。   A diaphragm outer ring 21 is provided on the inner periphery of the casing 20 along the circumferential direction. Inside the diaphragm outer ring 21, a diaphragm inner ring 22 is provided along the circumferential direction. A plurality of stationary blades 23 are supported in the circumferential direction between the diaphragm outer ring 21 and the diaphragm inner ring 22 to constitute a stationary blade cascade. The stationary blade cascade is provided in the axial direction of the turbine rotor 24 alternately with the moving blade cascade. And the some turbine stage which consists of a stationary blade cascade and a moving blade cascade is comprised.

ダイアフラム内輪22の内周には、ラビリンスシール33が設けられ、ダイアフラム内輪22とタービンロータ24との間からの蒸気の漏洩を抑制している。また、第1段の動翼25が備えられる位置よりも外部側(図1では左側)のケーシング20の内周には、タービンロータ軸方向に沿って、複数のグランドラビリンスシール26が設けられ、ケーシング20とタービンロータ24との間における、蒸気の外部への漏洩を防止している。   A labyrinth seal 33 is provided on the inner periphery of the diaphragm inner ring 22 to suppress the leakage of steam from between the diaphragm inner ring 22 and the turbine rotor 24. A plurality of gland labyrinth seals 26 are provided along the turbine rotor axial direction on the inner periphery of the casing 20 on the outer side (left side in FIG. 1) than the position where the first stage rotor blades 25 are provided. Leakage of steam to the outside between the casing 20 and the turbine rotor 24 is prevented.

また、蒸気タービン10には、ケーシング20を連通するように、蒸気入口管30が備えられている。外部からの蒸気が、この蒸気入口管30によって蒸気タービン10内に導入され、主蒸気として蒸気流路31に導入される。   Further, the steam turbine 10 is provided with a steam inlet pipe 30 so as to communicate the casing 20. Steam from the outside is introduced into the steam turbine 10 by the steam inlet pipe 30 and introduced into the steam flow path 31 as main steam.

次に、タービンロータ24の構成について説明する。   Next, the configuration of the turbine rotor 24 will be described.

図1に示すように、タービンロータ24は、2つのロータ胴部40、50をタービンロータ軸方向に、例えば溶接などにより接合して構成されている。   As shown in FIG. 1, the turbine rotor 24 is configured by joining two rotor body portions 40 and 50 in the turbine rotor axial direction, for example, by welding.

ロータ胴部40は、図1に示すように、例えば、第1段の静翼翼列の位置よりも外部側(図1では左側)のタービンロータ24を構成している。そのため、ロータ胴部40は、高温の蒸気に曝されることがなく、例えば、CrMoV鋼などの従来鋼で構成することができる。なお、ロータ胴部40は、第1のロータ胴部として機能する。   As shown in FIG. 1, the rotor body 40 constitutes, for example, the turbine rotor 24 on the outer side (left side in FIG. 1) than the position of the first stage stationary blade cascade. Therefore, the rotor body 40 is not exposed to high-temperature steam and can be made of conventional steel such as CrMoV steel, for example. The rotor body 40 functions as a first rotor body.

ロータ胴部40は、円柱形状を有している。このロータ胴部40の接合端面41の中心部には、窪み部42が形成されている。この窪み部42は、タービンロータ軸に垂直な断面形状が、例えば円形となるように形成されている。例えば、この断面形状がいずれの断面においてもほぼ同じになるように、窪み部42を形成することができる。すなわち、窪み部42は、例えば、断面直径が一定の円柱状の空洞部となる。   The rotor body 40 has a cylindrical shape. A recess 42 is formed at the center of the joint end surface 41 of the rotor body 40. The recess 42 is formed such that a cross-sectional shape perpendicular to the turbine rotor shaft is, for example, a circle. For example, the recess 42 can be formed so that the cross-sectional shape is substantially the same in any cross-section. That is, the recess 42 is, for example, a cylindrical cavity having a constant cross-sectional diameter.

ロータ胴部40の軸中心には、一端が窪み部42に連通する中心貫通孔43が軸方向に亘って形成されている。この中心貫通孔43の他端は、この中心貫通孔43に導入された冷却蒸気が外部に流出するのを防止するため、封止可能に構成されている。中心貫通孔43の他端は、例えば、フランジを介して固定された封止板などによって封止される。   A central through-hole 43 whose one end communicates with the recess 42 is formed in the axial center of the rotor body 40 over the axial direction. The other end of the center through hole 43 is configured to be sealable in order to prevent the cooling steam introduced into the center through hole 43 from flowing out. The other end of the central through hole 43 is sealed with, for example, a sealing plate fixed through a flange.

ロータ胴部40には、外周面に開口44aを有し、中心貫通孔43に連通する冷却蒸気導入孔44が形成されている。この冷却蒸気導入孔44は、例えば、ロータ胴部40の半径方向に、放射状に貫通する貫通孔で構成され、周方向に亘って複数箇所に形成される。この冷却蒸気導入孔44を介して中心貫通孔43に冷却蒸気が導入される。   The rotor body 40 is formed with a cooling steam introduction hole 44 having an opening 44 a on the outer peripheral surface and communicating with the central through hole 43. For example, the cooling steam introduction holes 44 are configured by through holes that penetrate radially in the radial direction of the rotor body 40 and are formed at a plurality of locations in the circumferential direction. Cooling steam is introduced into the central through-hole 43 through the cooling steam introduction hole 44.

冷却蒸気導入孔44と、ロータ胴部40とロータ胴部50との接合部60との間には、冷却蒸気噴出孔45が形成されている。冷却蒸気噴出孔45は、ロータ胴部40の外周面に開口45aを有し、中心貫通孔43に連通している。開口45aは、接合部60の近傍に位置している。   A cooling steam injection hole 45 is formed between the cooling steam introduction hole 44 and the joint 60 between the rotor body 40 and the rotor body 50. The cooling steam ejection hole 45 has an opening 45 a on the outer peripheral surface of the rotor body 40 and communicates with the central through hole 43. The opening 45 a is located in the vicinity of the joint portion 60.

ここで、開口45aが位置する接合部60の近傍について説明する。図2に示すように、接合部60の周囲には、溶接における熱の影響を受けた熱影響部61が存在する。この熱影響部61は、溶接による熱で組織に変化を生じた部分である。そのため、熱影響部61と母材における機械的強度などの特性が異なる。このような熱影響部61に冷却蒸気噴出孔45の一部が形成されることは、例えば強度などを維持するために、避けることが好ましい。   Here, the vicinity of the joint portion 60 where the opening 45a is located will be described. As shown in FIG. 2, a heat affected zone 61 affected by heat in welding exists around the joint 60. The heat-affected zone 61 is a portion in which the structure is changed by heat from welding. Therefore, characteristics such as mechanical strength of the heat affected zone 61 and the base material are different. It is preferable to avoid the formation of a part of the cooling steam ejection hole 45 in the heat affected zone 61 in order to maintain the strength, for example.

そこで、開口45aが位置する接合部60の近傍とは、図2に示すように、熱影響部61を避けた、接合部60の近傍を意味する。具体的には、ロータ胴部40の外周面において、開口45aの熱影響部61側の端部と、熱影響部61の開口45a側の端部との間の距離は5mm〜20mmであることが好ましい。なお、開口45aは、ラビリンスシール33や後述するグランドラビリンスシール26に対向する位置、またはラビリンスシール33やグランドラビリンスシール26に対向しない位置に形成される。   Therefore, the vicinity of the junction 60 where the opening 45a is located means the vicinity of the junction 60 avoiding the heat affected zone 61 as shown in FIG. Specifically, on the outer peripheral surface of the rotor body 40, the distance between the end of the opening 45a on the heat affected zone 61 side and the end of the heat affected zone 61 on the opening 45a side is 5 mm to 20 mm. Is preferred. The opening 45a is formed at a position facing the labyrinth seal 33 and a later-described ground labyrinth seal 26, or at a position not facing the labyrinth seal 33 and the ground labyrinth seal 26.

また、冷却蒸気噴出孔45は、図1や図2に示す断面において、タービンロータ軸方向に傾斜している。冷却蒸気噴出孔45は、例えば、図3に示すように、放射状に貫通する貫通孔で構成され、周方向に亘って複数箇所に形成される。なお、ここでは、冷却蒸気噴出孔45は、周方向には傾かない一例を示している。この冷却蒸気噴出孔45を通って開口45aから接合部60の近傍に冷却蒸気が噴出され、接合部60が冷却される。   Further, the cooling steam ejection hole 45 is inclined in the turbine rotor axial direction in the cross section shown in FIGS. 1 and 2. For example, as shown in FIG. 3, the cooling steam ejection holes 45 are configured by through holes that penetrate radially, and are formed at a plurality of locations in the circumferential direction. Here, an example is shown in which the cooling steam ejection holes 45 are not inclined in the circumferential direction. The cooling steam is ejected from the opening 45a to the vicinity of the joint 60 through the cooling steam ejection hole 45, and the joint 60 is cooled.

冷却蒸気の噴出流量は、例えば、冷却蒸気噴出孔45の数や孔径などによって調整される。また、タービンロータ軸方向の傾斜角度によって冷却蒸気噴出孔45の長さを変えることで、冷却蒸気噴出孔45における圧力損失を変えることができる。これによって、冷却蒸気の噴出流量を調整することもできる。   The flow rate of the cooling steam is adjusted by, for example, the number of cooling steam ejection holes 45 and the hole diameter. Moreover, the pressure loss in the cooling steam ejection hole 45 can be changed by changing the length of the cooling steam ejection hole 45 according to the inclination angle in the turbine rotor axial direction. Thereby, the ejection flow rate of the cooling steam can be adjusted.

ロータ胴部50は、図1に示すように、第1段の静翼翼列の位置よりも内部側(図1では右側)のタービンロータ24を構成している。これにより、ロータ胴部50は、高温の蒸気に曝されて高温となるため、例えば、12Cr鋼などの耐熱鋼やNi基合金などの耐熱合金で構成される。なお、ロータ胴部50は、第2のロータ胴部として機能する。   As shown in FIG. 1, the rotor body 50 constitutes the turbine rotor 24 on the inner side (right side in FIG. 1) than the position of the first stage stationary blade cascade. As a result, the rotor body 50 is exposed to high-temperature steam and becomes high temperature. For example, the rotor body 50 is made of heat-resistant steel such as 12Cr steel or heat-resistant alloy such as Ni-based alloy. The rotor body 50 functions as a second rotor body.

ロータ胴部50は、円柱形状を有している。このロータ胴部50の接合端面51の中心部には、窪み部52が形成されている。この窪み部52は、タービンロータ軸に垂直な断面形状が、例えば円形となるように形成されている。例えば、この断面形状がいずれの断面においてもほぼ同じになるように、窪み部52を形成することができる。すなわち、窪み部52は、例えば、断面直径が一定の円柱状の空洞部となる。なお、接合端面41と接合端面51とを接合することで、窪み部42と窪み部52とからなる中空部が構成される。   The rotor body 50 has a cylindrical shape. A recess 52 is formed at the center of the joint end surface 51 of the rotor body 50. The recess 52 is formed such that a cross-sectional shape perpendicular to the turbine rotor shaft is, for example, a circle. For example, the recess 52 can be formed so that the cross-sectional shape is substantially the same in any cross-section. That is, the recess 52 is, for example, a cylindrical cavity having a constant cross-sectional diameter. In addition, the hollow part which consists of the hollow part 42 and the hollow part 52 is comprised by joining the joint end surface 41 and the joint end surface 51. FIG.

ロータ胴部50の接合端面51は、ロータ胴部40の接合端面41に対応する形状に構成され、例えば、双方の接合端面41、51の形状が同一となるように構成されることが好ましい。   The joint end surface 51 of the rotor body 50 is configured in a shape corresponding to the joint end surface 41 of the rotor body 40, and for example, it is preferable that both the joint end surfaces 41 and 51 have the same shape.

ロータ胴部50は、半径方向外側に突出するように周方向に亘って形成されたホイール部53を備えている。このホイール部53は、タービンロータ軸方向に複数段形成されている。なお、前述したようにホイール部53には動翼25が植設されている。   The rotor body portion 50 includes a wheel portion 53 formed over the circumferential direction so as to protrude outward in the radial direction. The wheel portion 53 is formed in a plurality of stages in the turbine rotor axial direction. As described above, the rotor blades 25 are implanted in the wheel portion 53.

ロータ胴部40に形成された冷却蒸気導入孔44の開口44aに対向するケーシング20の内壁(内面)には、図1に示すように、周方向に亘って凹状の溝部27が形成されている。溝部27よりも外部側(図1では左側)および内部側(図1では右側)には、グランドラビリンスシール26が備えられている。すなわち、グランドラビリンスシール26は、タービンロータ軸方向に溝部27を挟むように、ケーシング20の内壁に設けられている。この溝部27を挟むグランドラビリンスシール26は、蒸気の外部への漏洩を防止するとともに、溝部27に導入された冷却蒸気が周囲へ漏洩するのを抑制している。なお、グランドラビリンスシール26は、蒸気シール部として機能する。   On the inner wall (inner surface) of the casing 20 facing the opening 44a of the cooling steam introduction hole 44 formed in the rotor body 40, a concave groove 27 is formed in the circumferential direction as shown in FIG. . A gland labyrinth seal 26 is provided on the outer side (left side in FIG. 1) and the inner side (right side in FIG. 1) than the groove portion 27. That is, the ground labyrinth seal 26 is provided on the inner wall of the casing 20 so as to sandwich the groove 27 in the turbine rotor axial direction. The gland labyrinth seal 26 sandwiching the groove 27 prevents leakage of steam to the outside and suppresses the cooling steam introduced into the groove 27 from leaking to the surroundings. The ground labyrinth seal 26 functions as a steam seal portion.

ケーシング20には、冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給管28と連通し、溝部27に冷却蒸気を導く連通孔29が形成されている。連通孔29は、周方向に亘って溝部27に冷却蒸気を均等に供給するために、例えば、周方向に複数箇所形成されることが好ましい。なお、連通孔29は、冷却蒸気供給流路として機能する。   The casing 20 is formed with a communication hole 29 that communicates with a cooling steam supply pipe 28 that supplies cooling steam and guides the cooling steam to the groove 27. The communication holes 29 are preferably formed at a plurality of locations in the circumferential direction, for example, in order to uniformly supply the cooling steam to the groove portion 27 over the circumferential direction. The communication hole 29 functions as a cooling steam supply channel.

冷却蒸気としては、他の蒸気タービンから抽気された蒸気、他の蒸気タービンから排気された蒸気、ボイラから抽気された蒸気などを使用することができる。蒸気タービン10が、中圧タービンである場合は、冷却蒸気として、例えば高圧タービンから抽気された蒸気を使用することができる。また、蒸気タービン10が、高圧タービンである場合は、冷却蒸気として、例えばボイラから抽気された蒸気を使用することができる。   As the cooling steam, steam extracted from another steam turbine, steam exhausted from another steam turbine, steam extracted from a boiler, or the like can be used. When the steam turbine 10 is an intermediate pressure turbine, for example, steam extracted from a high-pressure turbine can be used as the cooling steam. When the steam turbine 10 is a high-pressure turbine, for example, steam extracted from a boiler can be used as the cooling steam.

なお、冷却蒸気の温度は、冷却するタービンロータ24などの構成部品に大きな熱応力が発生しない程度の温度に設定されることが好ましい。冷却蒸気の温度としては、冷却蒸気を供給する蒸気タービンの仕様によって変更可能であり、例えば、300℃程度に設定することができる。   Note that the temperature of the cooling steam is preferably set to a temperature at which a large thermal stress is not generated in the components such as the turbine rotor 24 to be cooled. The temperature of the cooling steam can be changed according to the specifications of the steam turbine that supplies the cooling steam, and can be set to about 300 ° C., for example.

また、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔45の開口45aにおける冷却蒸気の圧力が、冷却蒸気が噴出される接合部60の近傍における空間の圧力よりも高くなるように設定される。すなわち、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔45から接合部60の近傍における空間に、確実に冷却蒸気を噴出することができる程度に設定される。   The supply pressure of the cooling steam is set such that the pressure of the cooling steam at the opening 45a of the cooling steam ejection hole 45 is higher than the pressure in the space near the joint 60 where the cooling steam is ejected. That is, the supply pressure of the cooling steam is set to such an extent that the cooling steam can be reliably jetted from the cooling steam jet hole 45 into the space in the vicinity of the joint portion 60.

次に、上記したような冷却構造を備える蒸気タービン10の作用について説明する。   Next, the operation of the steam turbine 10 having the cooling structure as described above will be described.

図1に示すように、蒸気入口管30から蒸気タービン10内に導入された蒸気は、第1段の静翼23に導かれ、第1段の動翼25に向けて噴出される。そして、蒸気は、静翼23と動翼25を備える蒸気流路31を流動し、膨張仕事をしながらタービンロータ24を回転させる。最終段の動翼25を通過した蒸気は、排気流路(図示しない)を通り蒸気タービン10から排気される。   As shown in FIG. 1, the steam introduced from the steam inlet pipe 30 into the steam turbine 10 is guided to the first stage stationary blade 23 and ejected toward the first stage moving blade 25. Then, the steam flows through the steam flow path 31 including the stationary blade 23 and the moving blade 25, and rotates the turbine rotor 24 while performing expansion work. The steam that has passed through the final stage moving blade 25 is exhausted from the steam turbine 10 through an exhaust passage (not shown).

なお、ここでは、中圧タービンを例示しているため、蒸気タービン10から排気された蒸気は、低圧タービンに導入される。例えば、蒸気タービン10が高圧タービンの場合には、蒸気は再熱ボイラを通り、中圧タービンに導入される。   In addition, since the intermediate pressure turbine is illustrated here, the steam exhausted from the steam turbine 10 is introduced into the low pressure turbine. For example, when the steam turbine 10 is a high pressure turbine, the steam passes through the reheat boiler and is introduced into the intermediate pressure turbine.

冷却蒸気供給管28から連通孔29を介して溝部27に導入された冷却蒸気は、冷却蒸気導入孔44を通り、中心貫通孔43に導かれる。この際、中心貫通孔43の他端側は、封止部材(図示しない)によって封止されているため、冷却蒸気が中心貫通孔43の他端から外部に流出することはない。   The cooling steam introduced from the cooling steam supply pipe 28 into the groove portion 27 through the communication hole 29 passes through the cooling steam introduction hole 44 and is guided to the central through hole 43. At this time, since the other end side of the central through hole 43 is sealed by a sealing member (not shown), the cooling steam does not flow out from the other end of the central through hole 43.

中心貫通孔43に導かれた冷却蒸気は、冷却蒸気噴出孔45に流入する。冷却蒸気噴出孔45に流入した冷却蒸気は、開口45aから接合部60の近傍に噴出される。噴出された冷却蒸気は、接合部60の近傍および接合部60を冷却しながら、ラビリンスシール33とタービンロータ24との間を下流に向かって流れる。   The cooling steam guided to the central through hole 43 flows into the cooling steam ejection hole 45. The cooling steam that has flowed into the cooling steam ejection hole 45 is ejected from the opening 45 a to the vicinity of the joint portion 60. The jetted cooling steam flows downstream between the labyrinth seal 33 and the turbine rotor 24 while cooling the vicinity of the joint 60 and the joint 60.

この際、冷却蒸気は、接合部60の表面に接触して、接合部60を直接冷却する。また、冷却蒸気が冷却蒸気噴出孔45を通過することによっても、接合部60は冷却される。なお、冷却蒸気が、冷却蒸気導入孔44、中心貫通孔43、冷却蒸気噴出孔45を通過する際、タービンロータ24も冷却される。   At this time, the cooling steam contacts the surface of the joint 60 and directly cools the joint 60. Further, the joint 60 is also cooled by the cooling steam passing through the cooling steam ejection holes 45. When the cooling steam passes through the cooling steam introduction hole 44, the central through hole 43, and the cooling steam ejection hole 45, the turbine rotor 24 is also cooled.

ラビリンスシール33とタービンロータ24との間を下流に向かって流れた冷却蒸気は、タービンロータ24やホイール部53の表面に沿って流れる。これによって、タービンロータ24やホイール部53が冷却される。そして、ホイール部53の表面に沿って流れた冷却蒸気は、ダイアフラム内輪22と動翼25との間から蒸気流路31に流れ込む。   The cooling steam that has flowed downstream between the labyrinth seal 33 and the turbine rotor 24 flows along the surfaces of the turbine rotor 24 and the wheel portion 53. Thereby, the turbine rotor 24 and the wheel part 53 are cooled. The cooling steam that flows along the surface of the wheel portion 53 flows into the steam flow path 31 from between the diaphragm inner ring 22 and the moving blade 25.

上記したように、第1の実施の形態の蒸気タービン10によれば、タービンロータ24の内部に冷却蒸気を一旦導入し、冷却蒸気噴出孔45から接合部60の近傍に冷却蒸気を噴出することができる。そのため、接合部60の近傍および接合部60を的確に冷却することができ、接合部60の温度上昇を抑制することができる。   As described above, according to the steam turbine 10 of the first embodiment, the cooling steam is once introduced into the turbine rotor 24, and the cooling steam is ejected from the cooling steam ejection hole 45 to the vicinity of the joint portion 60. Can do. Therefore, the vicinity of the joint portion 60 and the joint portion 60 can be accurately cooled, and the temperature rise of the joint portion 60 can be suppressed.

また、接合部60を的確に冷却することで、例えば、接合部60を従来よりも高温側に設けることができる。これによって、高価な耐熱合金で構成される部分を減少させることができる。   In addition, by appropriately cooling the joint portion 60, for example, the joint portion 60 can be provided on the higher temperature side than the conventional one. Thereby, the part comprised with an expensive heat-resistant alloy can be reduced.

ここで、前述した冷却蒸気噴出孔45の構成は、上記した構成に限られるものではない。図4は、第1の実施の形態の蒸気タービン10の一部を示した図3の断面に対応する断面であり、冷却蒸気噴出孔45の中心軸に沿った断面を示した図である。   Here, the configuration of the cooling steam ejection hole 45 described above is not limited to the configuration described above. 4 is a cross section corresponding to the cross section of FIG. 3 showing a part of the steam turbine 10 of the first embodiment, and showing a cross section along the central axis of the cooling steam jet hole 45.

冷却蒸気噴出孔45をタービンロータ軸方向に傾斜するとともに、図4に示すように、周方向に傾かせてもよい。この場合、冷却蒸気噴出孔45は、タービンロータ24の回転方向(図4の矢印方向)に傾けられることが好ましいが、タービンロータ24の回転方向とは逆方向に傾けられてもよい。   The cooling steam ejection holes 45 may be inclined in the turbine rotor axial direction and may be inclined in the circumferential direction as shown in FIG. In this case, the cooling steam ejection hole 45 is preferably inclined in the rotational direction of the turbine rotor 24 (the arrow direction in FIG. 4), but may be inclined in the direction opposite to the rotational direction of the turbine rotor 24.

また、タービンロータ軸方向や周方向の傾斜角度によって冷却蒸気噴出孔45の長さを変えることで、冷却蒸気噴出孔45における圧力損失を変えることができる。これによって、冷却蒸気の噴出流量を調整することもできる。   Moreover, the pressure loss in the cooling steam ejection hole 45 can be changed by changing the length of the cooling steam ejection hole 45 according to the inclination angle of the turbine rotor axial direction or the circumferential direction. Thereby, the ejection flow rate of the cooling steam can be adjusted.

(第2の実施の形態)
図5は、第2の実施の形態の蒸気タービン11の、タービンロータ24の中心軸を含む縦断面(子午断面)を示す図である。なお、第1の実施の形態の蒸気タービン10と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a view showing a longitudinal section (meridional section) including the central axis of the turbine rotor 24 of the steam turbine 11 according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the steam turbine 10 of 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.

第2の実施の形態の蒸気タービン11においては、第1の実施の形態の蒸気タービン10とタービンロータ24の構成が異なる。そのため、ここでは、その異なるタービンロータ24の構成について主に説明する。   In the steam turbine 11 of the second embodiment, the configurations of the steam turbine 10 and the turbine rotor 24 of the first embodiment are different. Therefore, here, the configuration of the different turbine rotor 24 will be mainly described.

タービンロータ24は、3つのロータ胴部70、80、90をこの順にタービンロータ軸方向に、例えば溶接などにより接合して構成されている。   The turbine rotor 24 is configured by joining three rotor body portions 70, 80, 90 in this order in the turbine rotor axial direction, for example, by welding.

ロータ胴部70は、図5に示すように、例えば、第1段の静翼翼列の位置よりも外部側(図5では左側)のタービンロータ24を構成している。そのため、ロータ胴部70は、高温の蒸気に曝されることがなく、例えば、CrMoV鋼などの従来鋼で構成することができる。なお、ロータ胴部70は、第1のロータ胴部として機能する。   As shown in FIG. 5, the rotor body 70 forms, for example, the turbine rotor 24 on the outer side (left side in FIG. 5) with respect to the position of the first stage stationary blade cascade. Therefore, the rotor body 70 is not exposed to high-temperature steam, and can be made of conventional steel such as CrMoV steel, for example. The rotor body 70 functions as a first rotor body.

ロータ胴部70は、円柱形状を有している。このロータ胴部70の接合端面71の中心部には、窪み部72が形成されている。この窪み部72は、タービンロータ軸に垂直な断面形状が、例えば円形となるように形成されている。例えば、この断面形状がいずれの断面においてもほぼ同じになるように、窪み部72を形成することができる。すなわち、窪み部72は、例えば、断面直径が一定の円柱状の空洞部となる。   The rotor body 70 has a cylindrical shape. A recess 72 is formed at the center of the joint end surface 71 of the rotor body 70. The recess 72 is formed so that a cross-sectional shape perpendicular to the turbine rotor shaft is, for example, a circle. For example, the recess 72 can be formed so that the cross-sectional shape is substantially the same in any cross-section. That is, the recess 72 is, for example, a cylindrical cavity having a constant cross-sectional diameter.

ロータ胴部70の軸中心には、一端が窪み部72に連通する中心貫通孔73が軸方向に亘って形成されている。この中心貫通孔73の他端は、この中心貫通孔73に導入された冷却蒸気が外部に流出するのを防止するため、封止可能に構成されている。中心貫通孔73の他端は、例えば、フランジを介して固定された封止板などによって封止される。なお、中心貫通孔73は、第1の中心貫通孔として機能する。   A central through-hole 73 whose one end communicates with the recess 72 is formed in the axial center of the rotor body 70 in the axial direction. The other end of the center through hole 73 is configured to be sealable in order to prevent the cooling steam introduced into the center through hole 73 from flowing out. The other end of the center through hole 73 is sealed with, for example, a sealing plate fixed via a flange. The center through hole 73 functions as a first center through hole.

ロータ胴部70には、外周面に開口74aを有し、中心貫通孔73に連通する冷却蒸気導入孔74が形成されている。この冷却蒸気導入孔74は、例えば、ロータ胴部70の半径方向に、放射状に貫通する貫通孔で構成され、周方向に亘って複数箇所に形成される。この冷却蒸気導入孔74を介して中心貫通孔73に冷却蒸気が導入される。   The rotor body 70 has an opening 74 a on the outer peripheral surface, and a cooling steam introduction hole 74 that communicates with the central through hole 73 is formed. The cooling steam introduction holes 74 are constituted by, for example, through holes that penetrate radially in the radial direction of the rotor body 70 and are formed at a plurality of locations in the circumferential direction. Cooling steam is introduced into the central through hole 73 through the cooling steam introduction hole 74.

ロータ胴部80は、図5に示すように、第1段の静翼翼列の位置よりも内部側(図5では右側)のタービンロータ24を構成している。これにより、ロータ胴部80は、高温の蒸気に曝されて高温となるため、例えば、12Cr鋼などの耐熱鋼やNi基合金などの耐熱合金で構成される。なお、ロータ胴部80は、第2のロータ胴部として機能する。   As shown in FIG. 5, the rotor body 80 constitutes the turbine rotor 24 on the inner side (right side in FIG. 5) than the position of the first stage stationary blade cascade. As a result, the rotor body 80 is exposed to high-temperature steam and becomes high temperature, so that the rotor body 80 is made of heat-resistant steel such as 12Cr steel or heat-resistant alloy such as Ni-based alloy, for example. The rotor body 80 functions as a second rotor body.

ロータ胴部80は、円柱形状を有している。このロータ胴部80の一方の接合端面81の中心部には、窪み部82が形成されている。また、ロータ胴部80の他方の接合端面83の中心部には、窪み部84が形成されている。これらの窪み部82、84は、タービンロータ軸に垂直な断面形状が、例えば円形となるように形成されている。例えば、この断面形状がいずれの断面においてもほぼ同じになるように、窪み部82、84を形成することができる。すなわち、窪み部82、84は、例えば、断面直径が一定の円柱状の空洞部となる。   The rotor body 80 has a cylindrical shape. A recess 82 is formed at the center of one joint end surface 81 of the rotor body 80. A recess 84 is formed at the center of the other joining end surface 83 of the rotor body 80. These hollow portions 82 and 84 are formed so that a cross-sectional shape perpendicular to the turbine rotor shaft is, for example, a circle. For example, the depressions 82 and 84 can be formed so that the cross-sectional shape is substantially the same in any cross-section. That is, the depressions 82 and 84 are, for example, cylindrical cavities having a constant cross-sectional diameter.

ロータ胴部80の接合端面81は、ロータ胴部70の接合端面71に対応する形状に構成され、例えば、双方の接合端面71、81の形状が同一となるように構成されることが好ましい。また、ロータ胴部80の接合端面83は、後述するロータ胴部90の接合端面91に対応する形状に構成され、例えば、双方の接合端面83、91の形状が同一となるように構成されることが好ましい。   The joint end surface 81 of the rotor body 80 is configured to have a shape corresponding to the joint end surface 71 of the rotor body 70, and for example, it is preferable that both the joint end surfaces 71 and 81 have the same shape. Further, the joint end surface 83 of the rotor body 80 is configured to have a shape corresponding to a joint end surface 91 of the rotor body 90 described later. For example, both the joint end surfaces 83 and 91 are configured to have the same shape. It is preferable.

ロータ胴部70とロータ胴部80とが溶接などにより接合され接合部100を構成する。なお、これらを接合することで、窪み部72と窪み部82とからなる中空部を構成する。また、ロータ胴部80とロータ胴部90とが溶接などにより接合され接合部101を構成する。なお、これらを接合することで、窪み部84と後述する窪み部92とからなる中空部を構成する。   The rotor body 70 and the rotor body 80 are joined by welding or the like to form the joint 100. In addition, the hollow part which consists of the hollow part 72 and the hollow part 82 is comprised by joining these. Further, the rotor body 80 and the rotor body 90 are joined by welding or the like to constitute the joint 101. In addition, the hollow part which consists of the hollow part 84 and the hollow part 92 mentioned later is comprised by joining these.

ロータ胴部80の軸中心には、一端が窪み部82に連通し、他端が窪み部84に連通する中心貫通孔85が形成されている。なお、中心貫通孔85は、第2の中心貫通孔として機能する。   A central through hole 85 having one end communicating with the recess 82 and the other end communicating with the recess 84 is formed at the axial center of the rotor body 80. The central through hole 85 functions as a second central through hole.

ロータ胴部80は、半径方向外側に突出するように周方向に亘って形成されたホイール部86を備えている。このホイール部86は、タービンロータ軸方向に複数段形成されている。このホイール部86の先端部には、動翼25が周方向に亘って植設され、動翼翼列を構成している。   The rotor body portion 80 includes a wheel portion 86 formed over the circumferential direction so as to protrude outward in the radial direction. The wheel portion 86 is formed in a plurality of stages in the turbine rotor axial direction. At the tip of the wheel portion 86, the moving blade 25 is implanted in the circumferential direction to constitute a moving blade cascade.

また、ロータ胴部80には、冷却蒸気噴出孔87が形成されている。冷却蒸気噴出孔87は、ロータ胴部80の外周面に開口87aを有し、中心貫通孔85に連通している。開口87aは、接合部101の近傍に位置している。なお、開口87aが形成される接合部101の近傍とは、第1の実施の形態における、開口45aが形成される接合部60の近傍と同義である。   Further, the rotor body 80 is formed with a cooling steam ejection hole 87. The cooling steam ejection hole 87 has an opening 87 a on the outer peripheral surface of the rotor body 80 and communicates with the central through hole 85. The opening 87 a is located in the vicinity of the joint portion 101. The vicinity of the joint portion 101 where the opening 87a is formed is synonymous with the vicinity of the joint portion 60 where the opening 45a is formed in the first embodiment.

ここで、開口87aは、ホイール部86間のロータ胴部80の外周面に形成される。なお、開口87aは、ラビリンスシール33に対向する位置でも、対向しない位置であってもよい。   Here, the opening 87 a is formed on the outer peripheral surface of the rotor body 80 between the wheel portions 86. The opening 87a may be a position facing the labyrinth seal 33 or a position not facing the opening 87a.

冷却蒸気噴出孔87は、図5に示す断面において、タービンロータ軸方向に傾斜している。なお、ここでは、冷却蒸気噴出孔87は、周方向には傾かない一例を示している。なお、第1の実施の形態の図4に示したように、冷却蒸気噴出孔87をタービンロータ軸方向に傾斜するとともに、周方向に傾かせてもよい。   The cooling steam ejection holes 87 are inclined in the turbine rotor axial direction in the cross section shown in FIG. Here, an example in which the cooling steam ejection hole 87 is not inclined in the circumferential direction is shown. Note that, as shown in FIG. 4 of the first embodiment, the cooling steam ejection hole 87 may be inclined in the turbine rotor axial direction and may be inclined in the circumferential direction.

冷却蒸気噴出孔87は、例えば、図5に示すように、放射状に貫通する貫通孔で構成され、周方向に亘って複数箇所に形成される。この冷却蒸気噴出孔87を通って開口87aから接合部101の近傍に冷却蒸気が噴出され、接合部101が冷却される。   For example, as shown in FIG. 5, the cooling steam ejection holes 87 are configured by through holes that penetrate radially, and are formed at a plurality of locations in the circumferential direction. The cooling steam is ejected from the opening 87a to the vicinity of the joint portion 101 through the cooling steam ejection hole 87, and the joint portion 101 is cooled.

冷却蒸気の噴出流量は、例えば、冷却蒸気噴出孔87の数や孔径などによって調整される。また、タービンロータ軸方向の傾斜角度によって冷却蒸気噴出孔87の長さを変えることで、冷却蒸気噴出孔87における圧力損失を変えることができる。これによって、冷却蒸気の噴出流量を調整することもできる。   The cooling steam ejection flow rate is adjusted by, for example, the number of cooling steam ejection holes 87 and the hole diameter. Moreover, the pressure loss in the cooling steam ejection hole 87 can be changed by changing the length of the cooling steam ejection hole 87 according to the inclination angle in the turbine rotor axial direction. Thereby, the ejection flow rate of the cooling steam can be adjusted.

ロータ胴部90は、図5に示すように、ロータ胴部90よりも下流側(図5では右側)のタービンロータ24を構成している。これにより、ロータ胴部90は、高温の蒸気に曝されて高温となるため、例えば、12Cr鋼などの耐熱鋼やNi基合金などの耐熱合金で構成される。ロータ胴部90は、例えば、ロータ胴部80と同じ材料で構成されても、異なる材料で構成されてもよい。なお、ロータ胴部90は、第3のロータ胴部として機能する。   As shown in FIG. 5, the rotor body 90 constitutes the turbine rotor 24 on the downstream side (right side in FIG. 5) of the rotor body 90. As a result, the rotor body 90 is exposed to high-temperature steam and becomes high temperature. For example, the rotor body 90 is made of heat-resistant steel such as 12Cr steel or heat-resistant alloy such as Ni-based alloy. For example, the rotor body 90 may be made of the same material as that of the rotor body 80 or may be made of a different material. The rotor body 90 functions as a third rotor body.

ロータ胴部90は、円柱形状を有している。このロータ胴部90の接合端面91の中心部には、窪み部92が形成されている。この窪み部92は、タービンロータ軸に垂直な断面形状が、例えば円形となるように形成されている。例えば、この断面形状がいずれの断面においてもほぼ同じになるように、窪み部92を形成することができる。すなわち、窪み部92は、例えば、断面直径が一定の円柱状の空洞部となる。   The rotor body 90 has a cylindrical shape. A recess 92 is formed at the center of the joint end surface 91 of the rotor body 90. The recess 92 is formed so that a cross-sectional shape perpendicular to the turbine rotor shaft is, for example, a circle. For example, the recess 92 can be formed so that the cross-sectional shape is substantially the same in any cross-section. That is, the hollow portion 92 is, for example, a cylindrical hollow portion having a constant cross-sectional diameter.

ロータ胴部90は、ロータ胴部80と同様に、半径方向外側に突出するように周方向に亘って形成されたホイール部93を備えている。ホイール部93の構成は、ロータ胴部80におけるホイール部53の構成と同様である。   Similar to the rotor body 80, the rotor body 90 includes a wheel portion 93 formed in the circumferential direction so as to protrude outward in the radial direction. The configuration of the wheel portion 93 is the same as the configuration of the wheel portion 53 in the rotor body portion 80.

ロータ胴部70に形成された冷却蒸気導入孔74の開口74aに対向するケーシング20の内壁(内面)には、図5に示すように、周方向に亘って凹状の溝部27が形成されている。なお、溝部27の構成は、第1の実施の形態で説明したとおりである。   As shown in FIG. 5, a concave groove 27 is formed in the inner wall (inner surface) of the casing 20 facing the opening 74a of the cooling steam introduction hole 74 formed in the rotor body 70, as shown in FIG. . In addition, the structure of the groove part 27 is as having demonstrated in 1st Embodiment.

ここで、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔87の開口87aにおける冷却蒸気の圧力が、冷却蒸気が噴出される接合部101の近傍における空間の圧力よりも高くなるように設定される。すなわち、冷却蒸気の供給圧力は、冷却蒸気噴出孔87から接合部101の近傍における空間に、確実に冷却蒸気を噴出することができる程度に設定される。   Here, the supply pressure of the cooling steam is set so that the pressure of the cooling steam at the opening 87a of the cooling steam ejection hole 87 is higher than the pressure of the space in the vicinity of the joint portion 101 from which the cooling steam is ejected. That is, the supply pressure of the cooling steam is set to such an extent that the cooling steam can be reliably jetted from the cooling steam jetting hole 87 into the space in the vicinity of the joint portion 101.

次に、上記したような冷却構造を備える蒸気タービン11の作用について説明する。なお、主蒸気の流れは、第1の実施の形態で説明したとおりである。   Next, the operation of the steam turbine 11 having the above-described cooling structure will be described. The flow of main steam is as described in the first embodiment.

冷却蒸気供給管28から連通孔29を介して溝部27に導入された冷却蒸気は、冷却蒸気導入孔74を通り、中心貫通孔73に導かれる。この際、中心貫通孔73の他端側は、封止部材(図示しない)によって封止されているため、冷却蒸気が中心貫通孔73の他端から外部に流出することはない。   The cooling steam introduced from the cooling steam supply pipe 28 into the groove portion 27 through the communication hole 29 passes through the cooling steam introduction hole 74 and is guided to the central through hole 73. At this time, since the other end side of the center through hole 73 is sealed by a sealing member (not shown), the cooling steam does not flow out from the other end of the center through hole 73.

中心貫通孔73に導かれた冷却蒸気は、中心貫通孔85に導かれ、冷却蒸気噴出孔87に流入する。冷却蒸気噴出孔87に流入した冷却蒸気は、開口87aから接合部101の近傍に噴出される。噴出された冷却蒸気の一部は、ダイアフラム内輪22と動翼25との間から蒸気流路31に流れ込む。噴出された冷却蒸気の残部は、ラビリンスシール33とタービンロータ24との間を下流に向かって流れ、その後ダイアフラム内輪22と動翼25との間から蒸気流路31に流れ込む。   The cooling steam guided to the center through hole 73 is guided to the center through hole 85 and flows into the cooling steam ejection hole 87. The cooling steam that has flowed into the cooling steam ejection hole 87 is ejected in the vicinity of the joint portion 101 from the opening 87a. Part of the jetted cooling steam flows into the steam flow path 31 from between the diaphragm inner ring 22 and the moving blade 25. The remainder of the jetted cooling steam flows downstream between the labyrinth seal 33 and the turbine rotor 24, and then flows into the steam flow path 31 from between the diaphragm inner ring 22 and the moving blade 25.

この際、冷却蒸気は、接合部101の表面に接触して、接合部101を直接冷却する。また、冷却蒸気が冷却蒸気噴出孔87を通過することによっても、接合部101は冷却される。なお、冷却蒸気が、冷却蒸気導入孔74、中心貫通孔73、85、冷却蒸気噴出孔87を通過する際、タービンロータ24も冷却される。   At this time, the cooling steam contacts the surface of the joint portion 101 and directly cools the joint portion 101. The joint 101 is also cooled by the cooling steam passing through the cooling steam ejection hole 87. When the cooling steam passes through the cooling steam introduction hole 74, the central through holes 73 and 85, and the cooling steam ejection hole 87, the turbine rotor 24 is also cooled.

上記したように、第2の実施の形態の蒸気タービン11によれば、タービンロータ24の内部に冷却蒸気を一旦導入し、冷却蒸気噴出孔87から接合部101の近傍に冷却蒸気を噴出することができる。そのため、接合部101の近傍および接合部101を的確に冷却することができ、接合部101の温度上昇を抑制することができる。   As described above, according to the steam turbine 11 of the second embodiment, the cooling steam is once introduced into the turbine rotor 24, and the cooling steam is ejected from the cooling steam ejection hole 87 to the vicinity of the joint portion 101. Can do. Therefore, the vicinity of the joint portion 101 and the joint portion 101 can be accurately cooled, and the temperature rise of the joint portion 101 can be suppressed.

ここで、第2の実施の形態の蒸気タービン11の構成は、上記した構成に限られるものではない。図6は、第2の実施の形態における他の構成の蒸気タービン11の、タービンロータ24の中心軸を含む縦断面(子午断面)を示す図である。   Here, the configuration of the steam turbine 11 of the second embodiment is not limited to the configuration described above. FIG. 6 is a view showing a longitudinal section (meridional section) including the central axis of the turbine rotor 24 of the steam turbine 11 having another configuration according to the second embodiment.

図6に示すように、冷却蒸気導入孔74と、接合部100との間に、冷却蒸気噴出孔110を形成してもよい。この冷却蒸気噴出孔110は、ロータ胴部70の外周面に開口110aを有し、中心貫通孔73に連通している。開口110aは、接合部100の近傍に位置している。なお、開口110aが形成される接合部100の近傍とは、第1の実施の形態における、開口45aが形成される接合部60の近傍と同義である。   As shown in FIG. 6, a cooling steam ejection hole 110 may be formed between the cooling steam introduction hole 74 and the joint portion 100. The cooling steam ejection hole 110 has an opening 110 a on the outer peripheral surface of the rotor body 70 and communicates with the central through hole 73. The opening 110 a is located in the vicinity of the joint portion 100. The vicinity of the joint portion 100 where the opening 110a is formed is synonymous with the vicinity of the joint portion 60 where the opening 45a is formed in the first embodiment.

また、冷却蒸気噴出孔110は、図6に示す断面において、タービンロータ軸方向に傾斜している。なお、ここでは、冷却蒸気噴出孔110は、周方向には傾かない一例を示している。なお、第1の実施の形態の図4に示したように、冷却蒸気噴出孔110をタービンロータ軸方向に傾斜するとともに、周方向に傾かせてもよい。なお、冷却蒸気噴出孔110は、第2の冷却蒸気噴出孔として機能する。   Further, the cooling steam ejection hole 110 is inclined in the turbine rotor axial direction in the cross section shown in FIG. 6. Here, an example is shown in which the cooling steam ejection holes 110 are not inclined in the circumferential direction. As shown in FIG. 4 of the first embodiment, the cooling steam ejection hole 110 may be inclined in the turbine rotor axial direction and may be inclined in the circumferential direction. The cooling steam ejection hole 110 functions as a second cooling steam ejection hole.

冷却蒸気噴出孔110は、例えば、図6に示すように、放射状に貫通する貫通孔で構成され、周方向に亘って複数箇所に形成される。この冷却蒸気噴出孔110を通って開口110aから接合部100の近傍に冷却蒸気が噴出され、接合部100が冷却される。   For example, as shown in FIG. 6, the cooling steam ejection holes 110 are configured by through holes that penetrate radially, and are formed at a plurality of locations in the circumferential direction. The cooling steam is jetted from the opening 110a to the vicinity of the joint 100 through the cooling steam jet hole 110, and the joint 100 is cooled.

ここで、冷却蒸気の流れにおいて、冷却蒸気噴出孔110における圧力損失が、冷却蒸気噴出孔87における圧力損失よりも小さいことが好ましい。冷却蒸気噴出孔110によって冷却蒸気が噴出される空間の圧力は、冷却蒸気噴出孔87によって冷却蒸気が噴出される空間の圧力よりも高い。そのため、冷却蒸気噴出孔110における圧力損失を、冷却蒸気噴出孔87における圧力損失よりも小さくすることで、冷却蒸気噴出孔110から噴出される冷却蒸気の所定流量を維持できる。   Here, in the flow of the cooling steam, it is preferable that the pressure loss in the cooling steam ejection hole 110 is smaller than the pressure loss in the cooling steam ejection hole 87. The pressure of the space where the cooling steam is ejected by the cooling steam ejection hole 110 is higher than the pressure of the space where the cooling steam is ejected by the cooling steam ejection hole 87. Therefore, the predetermined flow rate of the cooling steam ejected from the cooling steam ejection hole 110 can be maintained by making the pressure loss in the cooling steam ejection hole 110 smaller than the pressure loss in the cooling steam ejection hole 87.

冷却蒸気噴出孔110における圧力損失を、冷却蒸気噴出孔87における圧力損失よりも小さくすることは、例えば、それぞれの孔径が同じ場合には、冷却蒸気噴出孔110の通路長さを冷却蒸気噴出孔87の通路長さよりも短くすることで実現できる。例えば、冷却蒸気噴出孔110および冷却蒸気噴出孔87のタービンロータ軸方向の傾斜角度を変えることで、それぞれの通路長さを調整することができる。なお、この方法に限らず、例えば、孔径や数などを変えることによって、それぞれの圧力損失を調整してもよい。   The pressure loss in the cooling steam ejection hole 110 is made smaller than the pressure loss in the cooling steam ejection hole 87. For example, when the diameters of the respective holes are the same, the passage length of the cooling steam ejection hole 110 is reduced. This can be realized by making the passage length shorter than 87. For example, the respective passage lengths can be adjusted by changing the inclination angle of the cooling steam ejection hole 110 and the cooling steam ejection hole 87 in the turbine rotor axial direction. In addition, not only this method but each pressure loss may be adjusted by changing a hole diameter, a number, etc., for example.

図6に示した蒸気タービン11においては、接合部101の近傍および接合部101を的確に冷却することができるとともに、接合部100の近傍および接合部100を的確に冷却することができる。   In the steam turbine 11 shown in FIG. 6, the vicinity of the joint portion 101 and the joint portion 101 can be accurately cooled, and the vicinity of the joint portion 100 and the joint portion 100 can be accurately cooled.

また、接合部100を的確に冷却することで、例えば、接合部100を従来よりも高温側に設けることができる。これによって、高価な耐熱合金で構成される部分を減少させることができる。   Further, by appropriately cooling the joint portion 100, for example, the joint portion 100 can be provided on the higher temperature side than the conventional one. Thereby, the part comprised with an expensive heat-resistant alloy can be reduced.

以上説明した実施形態によれば、溶接接合されたタービンロータにおける接合部を的確に冷却し、接合部の温度上昇を抑制することが可能となる。   According to the embodiment described above, it is possible to accurately cool the joint in the turbine rotor that has been welded and to suppress the temperature rise of the joint.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10、11…蒸気タービン、20…ケーシング、21…ダイアフラム外輪、22…ダイアフラム内輪、23…静翼、24…タービンロータ、25…動翼、26…グランドラビリンスシール、27…溝部、28…冷却蒸気供給管、29…連通孔、30…蒸気入口管、31…蒸気流路、33…ラビリンスシール、40,50,70,80,90…ロータ胴部、41,51,71,81,83,91…接合端面、42,52,72,82,84,92…窪み部、43,73,85…中心貫通孔、44,74…冷却蒸気導入孔、45,87,110…冷却蒸気噴出孔、44a,45a,74a,87a,110a…開口、53,93…ホイール部、60…接合部、61…熱影響部、86…ホイール部、100,101…接合部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 ... Steam turbine, 20 ... Casing, 21 ... Diaphragm outer ring, 22 ... Diaphragm inner ring, 23 ... Stator blade, 24 ... Turbine rotor, 25 ... Moving blade, 26 ... Grand labyrinth seal, 27 ... Groove, 28 ... Cooling steam Supply pipe, 29 ... communication hole, 30 ... steam inlet pipe, 31 ... steam flow path, 33 ... labyrinth seal, 40, 50, 70, 80, 90 ... rotor body, 41, 51, 71, 81, 83, 91 ... Join end face, 42, 52, 72, 82, 84, 92 ... Depression, 43, 73, 85 ... Center through hole, 44, 74 ... Cooling steam introduction hole, 45, 87, 110 ... Cooling steam ejection hole, 44a 45a, 74a, 87a, 110a ... opening, 53, 93 ... wheel part, 60 ... joint part, 61 ... heat affected part, 86 ... wheel part, 100, 101 ... joint part.

Claims (9)

筒状の第1のロータ胴部と円筒状の第2のロータ胴部とをタービンロータ軸方向に接合して構成されたタービンロータ、および前記タービンロータの外周に前記タービンロータと間隙をおいて設けられた蒸気シール部を備えた蒸気タービンであって、
前記第1のロータ胴部が、
前記第1のロータ胴部の軸中心に形成された中心貫通孔と、
前記第1のロータ胴部に設けられ、前記中心貫通孔に連通する冷却蒸気導入孔と、
前記冷却蒸気導入孔と、前記第1のロータ胴部と前記第2のロータ胴部との接合部との間に形成され、当該接合部の近傍かつ前記第1のロータ胴部の外周面に開口を有し、前記中心貫通孔に連通する冷却蒸気噴出孔と
を備え
前記接合部が前記蒸気シール部に対向するとともに、前記冷却蒸気噴出孔の開口が前記蒸気シール部に対向し、当該開口から前記タービンロータと前記蒸気シール部との間隙に冷却蒸気を噴出することを特徴とする蒸気タービン。
Cylindrical shaped first rotor body portion and a cylindrical second rotor body portion and a configured by joining the turbine rotor axial direction the turbine rotor, and the turbine rotor and the gap on the outer periphery of the turbine rotor Contact A steam turbine having a steam seal portion provided,
The first rotor body is
A central through hole formed in the axial center of the first rotor body;
A cooling steam introduction hole provided in the first rotor body and communicating with the central through hole;
It is formed between the cooling steam introduction hole and the joint between the first rotor body and the second rotor body, and in the vicinity of the joint and on the outer peripheral surface of the first rotor body. A cooling steam ejection hole having an opening and communicating with the central through hole ,
The joint portion faces the steam seal portion, and the opening of the cooling steam ejection hole faces the steam seal portion, and the cooling steam is ejected from the opening into the gap between the turbine rotor and the steam seal portion. A steam turbine characterized by
前記冷却蒸気噴出孔が、タービンロータ軸方向に傾斜していることを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 1, wherein the cooling steam ejection hole is inclined in the turbine rotor axial direction. 筒状の第1のロータ胴部と円筒状の第2のロータ胴部と円筒状の第3のロータ胴部とをこの順にタービンロータ軸方向に接合して構成されたタービンロータ、および前記タービンロータの外周に前記タービンロータと間隙をおいて設けられた蒸気シール部を備えた蒸気タービンであって、
前記第1のロータ胴部が、
前記第1のロータ胴部の軸中心に形成された第1の中心貫通孔と、
前記第1のロータ胴部に設けられ、前記第1の中心貫通孔に連通する冷却蒸気導入孔と
を備え、
前記第2のロータ胴部が、
前記第2のロータ胴部の軸中心に形成され、前記第1の中心貫通孔と連通する第2の中心貫通孔と、
前記第2のロータ胴部と前記第3のロータ胴部との接合部の近傍かつ前記第2のロータ胴部の外周面に開口を有し、前記第2の中心貫通孔に連通する冷却蒸気噴出孔と
を備え
前記接合部が前記蒸気シール部に対向するとともに、前記冷却蒸気噴出孔の開口が前記蒸気シール部に対向し、当該開口から前記タービンロータと前記蒸気シール部との間隙に冷却蒸気を噴出することを特徴とする蒸気タービン。
Cylindrical shaped first rotor body portion and a cylindrical second rotor body portion and a cylindrical third rotor barrel and the turbine rotor is formed by joining in this order on the turbine rotor axial direction, and the A steam turbine provided with a steam seal portion provided on the outer periphery of the turbine rotor with a gap from the turbine rotor ,
The first rotor body is
A first central through hole formed at the axial center of the first rotor body;
A cooling steam introduction hole provided in the first rotor body and communicating with the first central through hole;
The second rotor body is
A second central through hole formed at the axial center of the second rotor body and communicating with the first central through hole;
Has an opening on the outer peripheral surface of the near and the second rotor body portion of the joint portion between said second rotor body part the third rotor barrel, cooling steam which communicates with the second central through-hole With a jet hole ,
The joint portion faces the steam seal portion, and the opening of the cooling steam ejection hole faces the steam seal portion, and the cooling steam is ejected from the opening into the gap between the turbine rotor and the steam seal portion. A steam turbine characterized by
前記冷却蒸気噴出孔が、タービンロータ軸方向に傾斜していることを特徴とする請求項3記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 3, wherein the cooling steam ejection hole is inclined in the turbine rotor axial direction. 前記冷却蒸気導入孔と、前記第1のロータ胴部と前記第2のロータ胴部との接合部との間に形成され、当該接合部の近傍かつ前記第1のロータ胴部の外周面に開口を有し、前記第1の中心貫通孔に連通する第2の冷却蒸気噴出孔をさらに備えることを特徴とする請求項3または4記載の蒸気タービン。 It is formed between the cooling steam introduction hole and the joint between the first rotor body and the second rotor body, and in the vicinity of the joint and on the outer peripheral surface of the first rotor body. 5. The steam turbine according to claim 3, further comprising a second cooling steam ejection hole having an opening and communicating with the first central through hole. 前記第2の冷却蒸気噴出孔が、タービンロータ軸方向に傾斜していることを特徴とする請求項5記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 5, wherein the second cooling steam ejection hole is inclined in the turbine rotor axial direction. 冷却蒸気の流れにおいて、前記第2の冷却蒸気噴出孔における圧力損失が、前記冷却蒸気噴出孔における圧力損失よりも小さいことを特徴とする請求項5または6記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to claim 5 or 6, wherein in the flow of the cooling steam, the pressure loss in the second cooling steam ejection hole is smaller than the pressure loss in the cooling steam ejection hole. 前記第1のロータ胴部の外周面に形成された前記冷却蒸気導入孔の開口に対向するケーシングの内壁に、周方向に亘って形成された溝部と、
タービンロータ軸方向に前記溝部を挟むように、前記ケーシングの内壁に設けられた第2の蒸気シール部と、
前記ケーシングに形成され、外部から導入された冷却蒸気を前記溝部に導く冷却蒸気供給流路と
をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の蒸気タービン。
A groove formed in the circumferential direction on the inner wall of the casing facing the opening of the cooling steam introduction hole formed on the outer peripheral surface of the first rotor body ;
A second steam seal portion provided on the inner wall of the casing so as to sandwich the groove portion in the turbine rotor axial direction;
The steam turbine according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a cooling steam supply passage formed in the casing and guiding the cooling steam introduced from the outside to the groove portion.
前記第1のロータ胴部と前記第2のロータ胴部が、それぞれ異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to any one of claims 1 to 8, wherein the first rotor body and the second rotor body are made of different materials.
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