JPH0281905A

JPH0281905A - 蒸気タービンの強制冷却方法、及び同冷却装置

Info

Publication number: JPH0281905A
Application number: JP23229488A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagai; 信一永井; Masaki Taketomo; 竹友　正樹; Hideaki Kaneda; 英明兼田; Akihisa Sakamoto; 昭久坂本
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1990-03-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、蒸気タービンに係り、特にタービン停止層の
タービン冷却時間の短縮に好適なタービン強制冷却方法
、及び強制冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、火力発電プラントであるか、原子力発電プラント
を問わず、運転稼働率を向上させるため。

定期点検等の短縮に大きな注目が集まっている。

蒸気タービンの点検に際し高、中圧及び低圧タービンケ
ーシングを分解する必要がある。しかし通常、高、中圧
タービンは５３８℃もしくは５６６℃程度の、また低圧
タービンは３００〜３５０℃程度の高温の蒸気にさらさ
れているため、そのケーシングのメタル温度も同程度の
温度となる。このため、タービン停止層、直ちに分解す
ることができず、分解可能な温度まで放冷又は強制冷却
する。放冷の場合は、停止から分解まで数日を要する。

そこで。

強制冷却を実施するプラントが増加してきている。

以下従来の強制冷却方法及びその装置について述べる。

強制冷却方法は大別して２つに分けられる。１つは、冷
却流体（空気）をタービンに強制的に送入する方法で、
他の１つは、真空ポンプ等により。

タービン内の空気を吸い出す方法である。いずれにせよ
タービン内に冷却空気を流し、タービンのメタル温度を
低下させるものである。具体的な例を第７図により以下
説明する。

高圧内部ケーシング１と高圧外部ケーシング２と中圧内
部ケーシング３と中圧外部ケーシング４と高中圧ロータ
５とよりなる高中圧タービン、及び、低圧内部ケーシン
グ６と低圧外部ケーシング７とよりなる低圧タービンに
おいて、冷却空気送風ポンプ８から低圧タービン１１．
気（復水器部）に冷却空気が送られる。低圧タービン内
部を冷却した冷却空気は低圧タービンと中圧タービンと
を連結するクロスオーバー管９を通り中圧タービン排気
に導かれ、中圧内部ケーシング３とロータ５の静、動翼
間を通り、冷却した中圧タービン入口から大気に放出さ
れる。

一方、高圧タービンは、送風ポンプ８によって作られた
冷却を排気管に送りこまれる。

なお、高圧タービンの冷却に際しては、冷却空気温度と
高圧タービンメタル温度とのミスマツチが大きいため、
ヒータ１０により冷却空気を温めることがある。高圧タ
ービン内の冷却空気流は、高圧内部ケーシング１とロー
タ５の静、動翼間を通り、ノズルボックスから蒸気加減
弁１１を経て、主蒸気止め弁１２の下部シートドレンか
ら大気中に放出される。

なお、この種の装置として関連するものには、特開昭５
６−１６２２１２　ｒ蒸気タービンの冷却方法」等が公
知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

タービンの強制冷却において、冷却期間の短縮のキーポ
イン１−となるのはケーシングが高湿にさらされる高中
圧タービンの冷却である。

さらに従来の高圧タービンの冷却技術においては、下記
に示す点に配慮がなされておらず、冷却期間短縮のネッ
クとなっていた。

第３図に高中圧タービンの構造及び高圧タービン内の冷
却空気の流れを示す。高圧の内部ケーシング１は、ノズ
ルボックス１５と高圧最終段１６との間に、次記のよう
な冷却風の流路が形成されている。

即ち、高圧内部ケーシング１とロータ５との間には通風
路が形成されている。

しかし、高圧内部ケーシング１と高圧外部ケーシング２
との間の空隙は行き止まりであって通風路を形成してい
ない、その上、フランジ状の干渉板１７によって、ａ室
とｂ室とに区切られている。

上記のフランジ１７と、高圧外部ケーシング２との間に
は間隙があり、タービン運転中はａ室とｂ室とが同じ圧
力に保たれる。

上記のフランジ状部材１７の役割は、タービン運転中に
、高温のノズルボックス１５、及び、初段部に、高圧タ
ービン排気や、こ降温した蒸気がこの部分（フランジ状
部材１７の近傍）に回り込み、ノズルボックス初段部の
外壁が冷されて、内外壁の温度差が大きくなり、熱応力
、熱伸びによる機器の破損を防止するため、高圧排気蒸
気が直接、ノズルボックス、初段部の内部ケーシング外
壁に当たらないようにするための干渉板である。

しかし、高圧タービンの冷却空気はａ室で行き止まりと
なっており、その上フランジ状の干渉板１７が有るため
し室内に滞留し、高源のａ室には流れない。冷却空気は
内部ケーシング１とロータ５との間の静、動翼間を通り
、内部ケーシング内面のみから冷却する。しかしノズル
ボックス部１５は肉厚も厚く、ａ室が断熱の保温部とな
るため、冷却効率は、非常に良くなく、冷却期間短縮に
はおのずと限界があった。

本発明の目的は、高圧ケーシング冷却効率を向上させ、
冷却期間を短縮可能にせしめる、タービンの強制冷却装
置及びその制御方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、高圧タービンの冷却空気を、内部ケーシ
ングとローターとの間、及び、内部ケーシングと外部ケ
ーシングとの間に流し、内部ケーシングの内外両面から
冷却することにより達成される。

具体的には、高圧排気からの冷却空気が、内部ケーシン
グと外部ケーシングとの間に流れる様外部ケーシングに
冷却空気を大気放出させる流路（孔）を設けることによ
り、達成できる。

更に、冷却空気の流量及び温度を、内部ケーシング、外
部ケーシングの内外壁温度差及び温度変化率、ロータの
偏心、ロータ、ケーシングの熱伸び差等の制限に基づい
て制御することで、冷却期間を短縮ならしめることが可
能となる。

〔作用〕

上記構成の如く、外部ケーシングに、冷却空気を大気中
へ放出する流路を設けることによって、高圧タービン排
気から流入された冷却空気は、内部ケーシングとロータ
との間を通り、内部ケーシング内面から冷却する作用及
び、内部ケーシングと外部ケーシングとの間を通って内
部ケーシング外面と外部ケーシング内面とを冷却する作
用を有することになる。それによって、従来は内部ケー
シング内面からのみ冷却されていたのに対し、内外両面
から冷却されるので冷却効率は大幅に高められる。又、
ケーシング全体を均一に冷却できるので、他の条件（冷
却空気流量及び、温度など）が同じであっても冷却速度
を高めることができる。

尚ここで、冷却空気流量とケーシングのメタル温度変化
及び、冷却空気温度とケーシングのメタル温度変化との
関係は、第９図及び第１０図に示す様に、冷却空気流量
を増加させ、冷却空気温度を低下させることにより、メ
タルの温度変化（冷却）を大きくすることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る強制冷却装置の一実施例を設けた
蒸気タービンの断面図に系統図を付記した図である。

この実施例は、前述の従来例（第７図）に本発明を適用
した改良したものである。

本実施例（第１図）が、上記従来例（第７図）に比して
異なる点は、高圧外部ケーシング２に、冷却済空気排出
用２ａを穿って、管路２０．流量制御弁２１を接続した
ことである。

タービンの運転を停止した後、該タービンを分解する場
合、該タービンを規定の温度まで冷却する手段として、
冷却空気を強制的にタービン内に流入せしめるための空
気ポンプ８と、冷却空気の温度を調整するヒーター１０
と、空気ポンプ８と低圧タービン排気とを接続する管路
１８、及びポンプ８と高圧タービン排気とをつなぐ管路
１９．高圧タービン外部ケーシング２内から大気への流
量２０及びその流路上に設けられた流量制御弁２１がタ
ービン強制冷却装置を構成している。

冷却空気は、ポンプ８から連絡管１８と経て低圧タービ
ン排気に導かれ、低圧タービン内を冷却し、クロスオー
バー管１８を通り、中圧タービン排気に導かれる。

中圧タービン内の冷却空気は、中圧内部ケーシングとロ
ータとの間を流れ、中圧タービン入口から大気中に放出
される。

低圧タービンの内、外部ケーシング６．７に入った冷却
空気は、低圧タービンを冷却する除熱を吸収して、多少
温度が高くなっているため、中圧タービン内のメタル温
度とのミスマツチは小さく、別設の問題を生じない。

一方、高圧タービンの冷却は、空気ポンプ８からの冷却
空気をヒータ１０にて温度を調整し、連絡管１９により
高圧タービン排気管に導かれる。高圧タービン排気に入
った冷却空気は、分流して、その１つは内部ケーシング
１とロータ５との間を通り蒸気加減弁１１を経て、主蒸
気止め弁ドレン管１１ａから大気に放出される。

また、もう１つの流れは、高圧内部ケーシング１と外部
ケーシング２との間の空間す室及びａ室を通り、外部ケ
ーシング２に設けられた冷却空気流通冷却空気流量制御
弁２１を経て、大気中に放出される。ここで外部ケーシ
ング２の冷却済空気排出用２ａは、内部ケーシング１と
外部ケーシング２との間隙空間を２分するフランジ状干
渉板１７のノズルボックス側に設けられている。

上記の冷却済空気排出用２ａを、高圧外部ケーシング２
の下半部に設けておくと、ケーシングの分解作業に際し
て、配管２０．弁２１などを取り外さなくてもよいので
好都合である。

上記の構成により、高圧タービンは、内部ケーシングの
内外両面から冷却され、効率よく、冷却することができ
る。又、内外壁の温度差が小さく。

均一に冷却することが可能で冷却速度を従来よりも大き
くすることができる。これらにより、タービンの冷却期
間を短縮することが可能となる。

第２図は、上に述べた実施例（第１図）における冷却空
気の流れを示す説明図である。

この実施例（第１図）においては、冷却済空気排出用２
ａを、軸心方向に関して１カ所にのみ設け、フランジ状
干渉板１７の右方（ノズルボックス寄り）に配設したが
、この冷却済空気排出用を２カ所に設け、一方を冷却空
気送入用、他方を冷却空気送入用とすることで冷却効率
を上げることも可能である。

第３図に示す如く、フランジ状の温度干渉板１７の高圧
最終段側に大気放出孔を設け、温度干渉用つば１７によ
り分けられる。空間ａ、ｂをそれぞれ冷却することによ
り冷却効率を上げることができる。

第４図に示す実施例において、ヒーターからの冷却空気
１９′を分岐管２９にて取り出し、外部ケーシングに設
けた２個の孔２ａにそれぞれ止め弁２６゜２７を接続す
るとともに、この２個の孔２ａのそれぞれに流量制御弁
２５．２１を設ける。

これらの止め弁２６．２７、及び流量制御弁２５．２１
を、制御装置２８．２８’により開閉制御する。

第５図は本発明の一実施例における制御系統図であり、
第６図はその制御ロジックを示す。

前記冷却空気の流量及び温度を、（ｉ）　　内部ケーシングの内、外壁の温度差、（ｉｉ
）　　外部ケーシングの内、外壁の温度差。

（市）　　内、外部ケーシング各部の温度降下率、（ｉ
ｖ）　　当該蒸気タービンの偏心量、及び、（Ｖ）　　
当該蒸気タービンのロータおよびケーシングの熱膨張収
縮差、に基づいて、これらの数値が所定の制限値を越えないよ
うに調節することにより、安全を確保し得る範囲内で冷
却効率を最大ならしめることができる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、高圧タービンの内、外ケーシン
グの内外壁両面から均一に冷却できるので、冷却効率が
高く、冷却期間を従来の約１／２に短縮することが可能
である。

また、本発明の装置によれば、上記の発明方法を容易に
実施することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る強制冷却装置の一実施例を設けた
蒸気タービンの断面図に系統図を付記した図である。第２図、第３図は、それぞれ異なる実施例における冷却
通風経路を説明するための断面図である７第４図及び第
５図は更に異なる実施例の系統図を示す。ぢ第６図は第曾図の実施例のロジック図である。第７図は公知例の説明図、第８図は上記従来例における
通風系路の説明図である。第９図および第１０図は冷却機能を説明するための図表
である。１・・・高圧内部ケーシング、２・・・高圧外部ケーシ
ング、２ａ・・・冷却済空気排出用、３・・・中圧内部
ケーシング、４・・・中圧外部ケーシング、５・・・ロ
ータ、６・・低圧内部ケーシング、７・・・低圧外部ケ
ーシング、８・・・冷却空気送風ポンプ、９・・・クロ
スオーバー管、ＩＯ・・・ヒータ、１１・・・加減弁、
１２・・・主蒸気止め弁、１３・・・インタセプト弁、
１４・・・再熱止め弁、１５・・・ノズルボックス、１
６・・・高圧最終段、１７・・・−度干渉板、１８．１
９．２０．２２．２４．２９・・・連絡管、　２１．２
３゜２５、３０．３１・・・流量制御弁、２６．２７・
・・止め弁、２８・・・制御装置、３２・・内部ケーシ
ング内壁メタル温度、３３・・・内部ケーシング外壁メ
タル温度、３１・・外部ケーシング内壁メタル温度、３
５・・・外部ケーシング外壁メタル温度、３６・・・ロ
ータ・ケーシング伸び差、３７・・・偏心量、３８′・
・・演算ロジック、３９・・・流量制御弁制御装置、４
０・・・ヒータ制御装置。第　２　図

Claims

【特許請求の範囲】１、内部ケーシングと外部ケーシングとよりなる２重ケ
ーシング構造を備えた蒸気タービンに、冷却用の空気を
流通せしめて強制的に冷却する方法において、（ａ）前記外部ケーシングを貫通する冷却空気流通孔を
設け、（ｂ）前記冷却用の空気を分流せしめて、（ｃ）その一部は前記の冷却空気流通孔を介して内部ケ
ーシングの外周面に沿って流動させ、（ｄ）その残部の少なくとも一部は、前記冷却空気流通
孔を通らずに内部ケーシングの内周面に沿って流動させ
、（ｅ）該内部ケーシングを、その内、外両側から空冷す
ることを特徴とする、蒸気タービンの強制冷却方法。２、前記冷却空気の流量及び温度を、（ｉ）内部ケーシングの内、外壁の温度差、（ｉｉ）外部ケーシングの内、外壁の温度差、（ｉｉｉ）内、外部ケーシング各部の温度降下率、（ｉｖ）当該蒸気タービンの偏心量、及び、（ｖ）当該蒸気タービンのロータおよびケーシングの熱
膨脹収縮差、に基づいて、これらの数値が所定の制限値を越えないよ
うに調節することを特徴とする、請求項１に記載した蒸
気タービンの強制冷却方法。３、前記の冷却空気流通孔は、これを複数個とし、その
一部を冷却用空気供給用として用いると共に、他の一部
を冷却済空気排出用として用いること、を特徴とする、
請求項１に記載した蒸気タービンの強制冷却方法。４、前記複数個の冷却空気流通孔の内、冷却用空気供給
用として用いる流通孔と、冷却済空気排出孔として用い
る流通孔とを、時間的間隔を置いて相互に切り替えるこ
とを特徴とする、請求項３に記載した蒸気タービンの強
制冷却方法。５、内部ケーシングと外部ケーシングとよりなる２重ケ
ーシング構造を備えた蒸気タービンに、冷却用の空気を
流通せしめて強制的に冷却する装置において、（イ）前記外部ケーシングを貫通する冷却空気流通孔を
設け、かつ、（ロ）上記冷却空気流通孔を通り、内部ケーシングの外
周に沿った冷却空気流路を設けるとともに、（ハ）上記冷却空気流通孔を通らず、内部ケーシングの
内周に沿った冷却空気流路を設けたことを特徴とする、
蒸気タービンの強制冷却装置。６、前記の冷却空気流通孔は、内部ケーシングの温度干
渉板よりもノズルボックス側の位置に設けたものである
ことを特徴とする、請求項５に記載した蒸気タービンの
強制冷却装置。７、前記の冷却空気流通孔は、内部ケーシングの温度干
渉板を挟んで、その両側に設けたものであることを特徴
とする、請求項５に記載した蒸気タービンの強制冷却装
置。８、前記（ロ）項の空気流路、及び（ハ）項の空気流路
の少なくとも何れか一方は、流量制御弁を設けたもので
あることを特徴とする、請求項５に記載した蒸気タービ
ンの強制冷却装置。