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.
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 .
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (9)
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
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.
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