JPH0362882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、発電系統で用いられている
形式の蒸気タービンに関し、特に、蒸気タービン
のケーシングにおける熱応力を減少するための装
置及び方法に関するものである。

発明の背景 現在の蒸気タービンにおいて主流となつている
高温度が原因で、数多の設計上の問題が生じてい
た。過大な熱応力というこれ等の問題の１つに刺
激されて、構造壁における大きな温度勾配の影響
を最小にするため、及び種々のタービン要素間に
おける膨張差を最小にするため、数多の設計変更
が行われてきた。一般に、高圧及び中間圧の化石
燃料タービンは、熱応力を減少する目的から、形
状が円筒形でしかも半径方向における対称性が可
能な限り高くなるように同心的に配設された内側
ケーシングと外側ケーシングとで構成されてい
る。半径方向に自由に膨張することができる内側
ケーシングは、高圧タービン羽根の通路に高温の
羽根輪を支持している。また、この内側ケーシン
グは、圧力容器としての働きをもなし、それによ
り外側ケーシングを比較的薄肉にすることができ
る。タービン羽根配列内で膨張後に温度が減少し
た蒸気は、内側ケーシング壁を横切る温度差を許
容し得る値に減少するために、内側及び外側ケー
シング間に形成されている室を通つて流れる。こ
の改良構造によれば、構造壁を横切つて生ずる温
度勾配の大きさ及び温度勾配の変動は減少する
が、この二重ケーシング構造は、熱応力に関し付
加的な問題を提示する。

特に、外側ケーシング及び内側ケーシングを経
て高温の蒸気をタービンの羽根輪に搬送するター
ビン入口関が、別の熱応力源となり、配管とター
ビンケーシングとの間の継手に破損を生ぜしめ得
る一因をなしている。通常状態での運転条件下に
おいては、内側ケーシング壁の一側は比較的一定
の高温蒸気流に曝され、該壁の他側も温度が低い
点を除き同様に比較的一定の温度の蒸気流に曝さ
れるので、内側ケーシング壁を横切つて安定な温
度勾配が形成される。このことは、添付図面の第
１図に曲線Ａで示してある。同図において、内側
ケーシングの内壁及び外壁間における温度変化
は、定性的に表したものである。しかし、電力需
要の増加に応答して流入蒸気流量が増加すると、
内側ケーシングの内壁に対する熱伝達率が増加
し、内側ケーシングを横切つて生ずる温度勾配は
第１図に曲線Ｂで定性的に示すようにずれる。こ
の熱的な“ずれ”の結果として、入口管とタービ
ンケーシングとの間の継手周囲に膨張差が生ず
る。このような熱応力を誘起する最も大きな要因
である直接蒸気流から、タービンケーシング及び
他の固定のタービン要素を遮蔽する目的で、従来
においても、限られてはいるが諸種の試みが行わ
れきた。例えば、第２図を参照するに、タービン
１０の内側ケーシング６の内側表面の周囲に遮蔽
要素４を設けるという試みが示してある。この遮
蔽要素は、さもなければタービンを経る蒸気の急
速な流れから生ずるであろう高率の熱伝達からケ
ーシングを保護する環状のギヤツプを形成するた
めに、内側ケーシング６の内壁から小さな間隔で
離間されている。

また、従来、入口管１２と外側ケーシング８の
壁との間の接続部における熱応力を減少するため
の別の試みも行われてきた。入口管１２は、３つ
の接続部を有する管状部材である可撓性のベル形
コネクタ１６で終端しており、第１の溶接接続部
で入口管１２はコネクタ１６の第１の端部１８に
接合されている。コネクタ１６は環状のフランジ
２０を備えており、このフランジ２０は第２の溶
接接続部により外側ケーシング８に固着されてい
る。コネクタ１６の第２の端部２２は入口スリー
ブ２８との可撓性の緊密な接続部を形成してい
る。圧力シールリング２４により、蒸気が入口ス
リーブ２８を経て内側ケーシング６内に流入する
際に可撓性の接続部の継手から逃げて室３２内に
流入するのを確実に阻止している。この構造によ
れば、入口管１２が蒸気流量の増加条件下で膨張
する際には、コネクタ１６の第２の端部２２は、
外側スイツチングに対するフランジ２０の接続部
にも、コネクタ１６とスリーブ２８との間の可撓
性シールリング接続部にも応力を惹起することな
く、自由に膨張することができる。

従来、上述のように、ケーシング壁を取り巻い
て熱遮蔽部を設けること及び可撓性のベル形コネ
クタを使用することによつて、タービンケーシン
グに生ずる熱応力という問題は或る程度軽減され
てきた。しかし、このような従来の設計手法は、
入口スリーブ２８と内側ケーシング６との間の接
続部４０における熱応力を減少するのには適して
はいない。例えば、入口スリーブ２８の内側を完
全に裏張りするように遮蔽要素４を延ばした場合
には望ましくない流れの擾乱が生じ、このように
延ばすことは回避すべきである。また、第２図に
示すように、限定的に入口スリーブ内に遮蔽要素
４を設けた場合には遮蔽部の終端点３８に望まし
くない流れの擾乱が生ずる。このように、入口ス
リーブ２８と内側ケーシグ６とが接合される接続
部に生ずる熱応力を減少するために有効な解決策
は従来提案されていなかつた。

発明の概要 本発明の幾つかの目的の内、特記すべき目的
は、入口管から高温蒸気を、内側及び外側ケーシ
ングを介して蒸気タービンの羽根輪に搬送するた
めの改良された入口スリーブを提供すると共に、
蒸気入口管とタービンの羽根輪との間の接続部に
沿う熱応力を減少する方法を提供し、以て、従来
技術の上に述べたような欠点もしくは望ましくな
い特徴等を克服することにある。本発明による改
良された入口スリーブは、内側ケーシングと入口
スリーブとの接続部にタービン内側ケーシングの
遮断部を含む。また、タービンの入口管と羽根輪
との間の蒸気連通部における熱応力の減少するた
めの改良された方法及びそれを実施するための改
良された入口スリーブにおいては、第１端部で入
口管のベル形コネクタに接続されると共に中央位
置でタービンの内側ケーシングに固着され、第２
端部がノズル室に至る入口ポートを貫通して延び
るようになつている管状のスリーブが用いられ
る。

総括的に述べて、本発明は、増加する蒸気流量
下でタービンケーシングに生じ得る熱応力を取り
除く改良された入口スリーブを提供する。この改
良された入口スリーブは、入口管とタービンの羽
根輪との間を流れる蒸気を、タービンの内側及び
外側ケーシングから遮断して、タービンの内側及
び外側ケーシングに対する熱伝達の割合を減少す
る。

更に、総括的に述べると、本発明は、内側ケー
シングの周囲に配設された外側ケーシングと、入
口管及び羽根輪の間に流体連通を与える少なくと
も１つの入口ポートと、第１の端部が入口管に溶
接され、環状のフランジにより外側ケーシングに
接続され、第２の端部が入口スリーブに可撓接続
されるようになつているベル形コネクタとを備え
ている蒸気タービンの前記入口管及び前記内側ケ
ーシングの間の接続部に沿う熱応力を減少するた
めの方法を提供する。この方法は、スリーブの第
１端部をベル形コネクタの第２の端部に接続し、
そして入口スリーブの第２端部が、タービンの内
側ケーシングに接触することなく入口ポートを貫
通するように、入口スリーブの中央部分をタービ
ンの内側ケーシングに固定する諸ステツプを含
む。

好適な実施例の説明 第３図を参照すると、好適な実施例として、入
口管１２から蒸気タービン１０の羽根輪１４に高
温蒸気を搬送するのに適した本発明の入口スリー
ブ４０が示してある。本発明による入口スリーブ
及び本発明の方法は、単なる例として、タービン
における主蒸気入口管と内側ケーシング６との間
の接続部を熱応力の生じないように遮蔽する特定
の適用例と共に提示されているが、本発明による
入口スリーブ及び方法は、より一般的には、高温
流体の流れによつて構造壁に生ずる熱応力を回避
することが要求される用途に適するものであるこ
とを理解されたい。

入口管１２は、ベル形コネクタ１６へと高温蒸
気を運ぶ。該ベル形コネクタ１６は、第１の端部
１８において入口管１２に溶接され、環状フラン
ジ２０によりタービンの外側ケーシング８に接続
され、第２の端部２２で本発明による入口スリー
ブ４０に可撓接続されるようになつている。本発
明による入口スリーブは、例えば第２図に示した
入口スリーブ２８のような従来公知の入口スリー
ブとは次の点で異なる。即ち、本発明による入口
スリーブは、蒸気がタービンの内側ケーシング６
に流入するときに外側ケーシング８及び内側ケー
シング６を熱応力から保護するために、ベル形コ
ネクタ１６と組み合わされて連続した熱遮蔽を与
えている。入口スリーブ４０は、第１端部４８
と、第２端部５０と、中央部分５２とを有する管
状構造、即ち管である。好適な実施例において
は、第１端部４８は、第２図に示したベル形コネ
クタ１６に対する入口スリーブ２８の接続に関連
して既に述べたのと同じ態様でベル形コネクタ１
６と可撓接続するようになつている。コネクタ１
６の第２の端部２２と入口スリーブ４０の第１端
部４８との間には複数の圧力シールリング２４が
介設されている。各シールリングは、当該技術分
野において通例のように、第１端部４８の周囲に
設けられた環状の溝内に配置される。しかし、本
発明による入口スリーブ４０は、内側ケーシング
６に対する独特な断熱接続の点で、従来公知の入
口スリーブから識別することができる。入口スリ
ーブ４０の中央部分５２には、内側ケーシング６
に対する溶接接続部４６を形成するように適応さ
れた環状フランジ（接続手段）６２が外向きに延
在して設けられている。入口スリーブ４０は、構
造上の健全性を達成し且つ高温の加圧流体が内側
ケーシング６と外側ケーシング８との間に形成さ
れた室３２内に逃げるのを阻止するために２つの
隔離された接続部を有する点に注意されるべきで
ある。入口スリーブ４０の第２端部５０は、内側
ケーシング６の入口ポート６０を貫通して内側ケ
ーシング６の内壁５４に隣接して終端している。
中央部分５２から内壁５４に向かつて延在してい
る入口スリーブ４０の部分は、内側ケーシング６
の内壁５４近くに開端部を中央部分５２に閉端部
を有する環状もしくは円筒上の室７０を形成する
ように、入口ポート６０内に同心状に嵌着されて
いる。室７０は、蒸気流と連通関係にあるが、入
口スリーブ４０に沿う直接的な流体の流れからは
遮断されていて、それにより断熱性のギヤツプを
形成し、その結果として、フランジ６２を経る極
く限られた熱の流れは許容するが、高温蒸気から
入口スリーブ４０に伝達される熱は室７０によつ
て入口ポート６０の壁から遮断される。室７０を
設けることにより、蒸気流量の大きな変動の際に
内側ケーシング６に生じ得る苛酷な熱応力が除去
される。更に、内側ケーシング６は、内側ケーシ
ングの内壁５４の周囲に配設された熱遮蔽要素４
により断熱される。入口スリーブ４０の１つの新
規な特徴は、この熱遮蔽要素４に接続されない点
にあることに留意されたい。即ち、入口スリーブ
４０の第２端部５０は、入口ポート６０の壁とも
また熱遮蔽要素４とも接触することなく自由に膨
張及び収縮することができる可撓性の部材であ
る。このような新規な特徴の結果として、入口ス
リーブ４０は、従来の構造において生じた熱応力
を誘起することなく自由に膨張及び収縮すること
ができる。

入口スリーブ４０を入口ポート６０の壁の周り
に正しく整合もしくは位置合わせするために、入
口スリーブ４０の周囲に複数の突出部（図示せ
ず）を延在させてもよい。これ等の突出部は、螺
合接続により入口スリーブ４０に取り付けて位置
合わせを行つた後に、これ等の突出部を内向きに
動かし、入口スリーブ４０と内側ケーシング６と
の間における熱伝達を減少することができる。

本発明による入口スリーブ４０を具備している
タービンにおいて、蒸気流量が、電力需要増加に
応答して定常状態レベルから増加した場合にも、
内側ケーシング６に対する熱伝達の割合は最小限
度に抑えられる。その結果として、第１図に示し
たような内側ケーシング壁を横切る熱勾配の変動
も最小限度に抑えられ、熱応力は減少する。

一般に、蒸気入口管１２とタービン羽根輪１４
との間の接続部に沿う熱応力を減少するための本
発明による方法は、第１に、管状の入口スリーブ
４０の第１端部４８をベル形コネクタ１６の第２
の端部２２に接続し、しかる後に、入口スリーブ
の中央部分５２を、入口スリーブの第２端部が内
側ケーシング６を接触することなく入口ポート６
０を貫通するように、内側ケーシング６に固着す
る諸ステツプを含む。入口スリーブ４０に沿つて
流れる高温の流体からの内側ケーシング６に対す
る熱伝達割合を減少するこの方法は、遮蔽室７０
を設けることにより達成される。内側ケーシング
６との溶接接続を行うために、環状のフランジ６
２を入口スリーブ４０の外側に形成することがで
きる。ベル形コネクタ１６に対する入口スリーブ
４０の接続部に複数のシールリング２４を介設し
て可撓性の圧力シール接続を実現することができ
る。

上の説明から明らかなように、蒸気タービンの
羽根輪に入口管から高温蒸気を搬送し、その際に
熱応力を減少するための新規な入口スリーブと、
蒸気タービンの入口管及び内側ケーシングの間に
おける接続部に沿う熱応力を減少するための新規
な方法とが提供され、かくして既述の目的及びそ
の他の目的が達成される。しかし、本発明による
入口スリーブを構成する要素及び配列や、本発明
の入口スリーブと共に用いられ構成部分の細部及
び接続部や、本発明の方法の諸ステツプ及びその
順序に等に関する変更は、特許請求の範囲に記載
された本発明の範囲から逸脱することなく当業者
により実施し得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、定常状態条件下並びに蒸気流量増加
条件下におけるタービンの内側ケーシング壁を横
切る温度勾配の変動を定性的に示す図、第２図
は、蒸気タービンの入口スリーブの周囲における
従来の熱遮蔽構造を示す図、第３図は、本発明に
よる入口スリーブの好適な実施例を示す図であ
る。 ６……内側ケーシング、８……外側ケーシン
グ、１０……蒸気タービン、１２……入口管、１
４……羽根輪、１６……ベル形コネクタ、１８…
…ベル形コネクタの第１の端部、２０……ベル形
コネクタの環状フランジ、２２……ベル形コネク
タの第２の端部、４０……入口スリーブ、４８…
…管である入口スリーブの第１端部、５０……管
である入口スリーブの第２端部、５２……管であ
る入口スリーブの中央部分、５４……内側ケーシ
ングの内壁、６０……入口ポート、６２……接続
手段（環状フランジ）、７０……円筒状の室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口管から蒸気タービンの羽根輪へ高温の蒸
   気を運ぶ入口スリーブであつて、前記蒸気タービ
   ンは、内側ケーシングの周囲に配置された外側ケ
   ーシングと、前記入口管及び前記内側ケーシング
   の内壁の間に流体連通を与える少なくとも１つの
   入口ポートと、第１の端部で前記入口管に溶接さ
   れ、環状フランジにより前記外側ケーシングに接
   続され、第２の端部で前記入口スリーブに可撓接
   続されるようになつているベル形コネクタとを備
   えている、前記入口スリーブにおいて、 (a) 第１端部と、第２端部と、中央部分とを有
   し、前記第２端部が前記入口ポートを貫通し前
   記内側ケーシングの前記内壁に隣接して終端す
   るように、前記第１端部が前記ベル形コネクタ
   に可撓接続されるようになつている管と、 (b) 該管の前記中央部分から延び、該管を前記内
   側ケーシングに固着するようになつている接続
   手段であつて、前記少なくとも１つの入口ポー
   ト、前記管の前記第２端部及び前記接続手段
   が、前記内側ケーシングの前記内壁に隣接する
   開端部と前記接続手段に隣接する閉端部とを有
   する円筒状の室を形成している、前記接続手段
   と、 から構成されている蒸気タービンの入口スリー
   ブ。 ２ 蒸気の入口管を蒸気タービンの内側ケーシン
   グに接続する入口スリーブに沿う熱応力を減少さ
   せる方法であつて、前記蒸気タービンは、内側ケ
   ーシングの周囲に配置された外側ケーシングと、
   前記入口管及び前記内側ケーシングの内壁の間に
   流体連通を与える少なくとも１つの入口ポート
   と、第１の端部で前記入口管に溶接され、環状フ
   ランジにより前記外側ケーシングに接続され、第
   ２の端部で前記入口スリーブに可撓接続されるよ
   うになつているベル形コネクタとを備えている、
   蒸気タービンの入口スリーブの熱応力減少方法に
   おいて、 前記入口スリーブの第１端部を前記ベル形コネ
   クタの前記第２の端部に接続し、 前記入口スリーブの第２端部が前記入口ポート
   を貫いて延び、前記内側ケーシングと接触するこ
   となく前記内側ケーシングの内壁に隣接して終端
   するように、前記入口スリーブの中央部分を前記
   内側ケーシングに固着する、 諸ステツプを含む入口スリーブの熱応力減少方
   法。