JPH039002A

JPH039002A - 一軸型コンバインドサイクルにおける蒸気タービン

Info

Publication number: JPH039002A
Application number: JP14107189A
Authority: JP
Inventors: Toru Shibagaki; 柴垣　徹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1991-01-16
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2672649B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機を
同軸に接続した大容量の一輔型コンバインドサイクルに
おける蒸気タービンに関する。

（従来の技術）近年、火力発電所としては化石燃料の節約および経済性
の向上を目的として、ガスタービン、排熱回収ボイラ、
蒸気タービンおよび発電機を組合わせたコンバインドサ
イクルの需要か高まってきている。

中でも、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機を同
軸に接続したー軸型コンバインドサイクルは発電機が１
台で済み、しかも軸系の起動、監視が簡素化されるとい
うメリットを有しているところから多用される傾向にあ
る。

第２図は従来のコンバインドサイクルプラントの一例を
示すもので、コンプレッサ１およびガスタービン２と、
発電機３と、蒸気タービン４とは各ロータが共通の一軸
上に位置するように配置され、ガスタービン２と発電機
３の間はりジッドカップリング５で連結され、また発電
機３と蒸気タービン４との間はダイアフラムカップリン
グ６で連結されている。ガスタービンの軸はガスタービ
ン用スラスト軸受７で支持され、蒸気タービンの軸は蒸
気タービン用スラスト軸受８で支持されている。また、
蒸気タービン４は固定用基礎９上に固定されている。

上記コンバインドサイクルにおける蒸気タービン３は非
再熱シングルフロータイブであり、出力は５００ＭＷ程
度であるため、他の軸系との接続にダイアフラムカップ
リングを使用することが可能である。

そこで、第２図に示したように、発電機３をガスタービ
ン２と蒸気タービン４との間に置き、それらの軸の間を
リジッドカップリング５およびダイアフラムカップソン
グ６で接続することが可能であった。

また、蒸気タービン３は一車室であり、その低圧側で固
定用基礎９に固定されているため、蒸気タービン用のス
ラスト軸受８はケーシングの基礎固定点からの熱膨張に
よる伸び量分たけ発電機３側に移動し、ロータは蒸気タ
ービン用スラスト軸受８を起点として伸びるため、第３
図（ａ）に示すように、高圧部でのケーシングとロータ
の伸び差が小さく、良好な性能を発揮させることができ
る。

（発明が解決しようとする課題）以上説明したように、従来のコンバインドサイクルは蒸
気タービンの出力が５００ＭＷ程度と比較的小さいため
、ダイアフラムカップリング６を使用することができ、
ガスタービンと軸系を切離す（ロータの伸びをダイアフ
ラムカップリング６で吸収）することによってスラスト
軸受７，８を２個設置することができた。

しかしながら、ガスタービン、蒸気タービンの出力を大
容量化すると、それらの出力を伝達するためのダイアフ
ラムカップリングは非常に大きなものとなってしまい、
実用に供し得ない。

このため、各軸系をリジッドカップリングで接続せざる
を得ないが、その場合には、スラスト軸受は軸系全体で
一個所にしが設置することができない。そこで、第２図
のようにコンプレッサ１、ガスタービン２、発電機３、
蒸気タービン４の配置にすると、スラスト輔受がら遠く
なるほど間隙を広くする必要があるため、コンプレッサ
・ガスタービンまたは蒸気タービンのどちらか、アクシ
ャル間隙を広くした方の性能が著しく低下するという欠
点がある。

また、蒸気タービン出力の大容量化に伴い、蒸気タービ
ンサイクルとしては、再熱サイクル、主蒸気および再熱
蒸気温度を高温にした方が熱効率をより上昇させること
ができるが、その場合にはロータが２本以上（高温部お
よび低温部）必要となり、車室も２室以上の構成となる
。

このような−軸型コンバインドサイクルにおける蒸気タ
ービンのアクシャル方向の間隙は、スラスト軸受の位置
、蒸気タービンの基礎との固定方法によって変化するが
、従来は、最適方法が確立されているとは言えなかった
。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、構
造強度に優れ、アクシャル間隙を最適に保つことができ
る大容量−軸型コンバインドサイクルにおける蒸気ター
ビンを提供することを目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機を
リジッドカップリングにて連結し、ロタを１個のスラス
ト軸受にて支持した大容量の一輔型コンバインドサイク
ルにおいて、高圧または中高圧蒸気タービンのケーシン
グを前記スラスト軸受の近傍端で基礎台に固定し、低圧
蒸気タービンのケーシングを前記高圧または中高圧蒸気
タービンのケーシングとは独立に基礎に固定したことを
特徴とするものである。

（作用）上述のような構成のコンバインドサイクルにおいては、
アクシャル間隙が性能を大きく左右するＨＩＰ蒸気ター
ビンをスラスト軸受になるべく近い位置に配置している
ので、それらのケーシングとロータの熱膨張差を小さく
抑えることができ、アクシャル間隙を小さくすることが
できる。

また、ＬＰ蒸気タービンのケーシングに無理な力が加わ
ることを防止できる。

（実施例）次に、第１図を参照しながら本発明の詳細な説明する。

なお、第１図において、第２図におけると同一部分には
同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。

第１図は本発明にかかる一輔型コンハインドサイクルの
機器構成を例示するもので、蒸気タービンとしては、高
圧または中高圧（以下、ＨＩＰという）蒸気タービン１
１と低圧（以下、ＬＰという）蒸気タービン１２の２車
室構成のものか使用されており、これらの蒸気タービン
はカスタービン２、コンプレッサ１、および発電機３と
一軸型に配列、連結されている。

ＨＩＰ蒸気タービン１１のロータＲ２の一端近傍はスラ
スト軸受１３によって支持されている。

ＨＩＰ蒸気タービン１１のケーシングは、スラスト軸受
１３側の一端近傍を、スラスト軸受１３とともに、コン
プレッサ２とＨＩ　Ｐ蒸気タービン１１との間に配置し
た基礎台１４に固定されている。

ＬＰ蒸気タービン１２のケーシングは前記ＨＩＰ蒸気タ
ービン１１のケーシングとは独立して、固定用基礎］５
に固定されている。また、ＨＩＰ蒸気タービン１］とＬ
Ｐ蒸気タービン１２との間には、それらのケーシングの
非固定端側をスライドさせるための基礎台］６が設置さ
れている。

ガスタービン２およびコンプレッサ］のロータＲ］とＨ
ＩＰ蒸気タービン１１のロータＲ２との間は大容量の出
力を伝達できるリジッドカップリング５ａで連結されて
いる。また、ＨＩＰ蒸気タービン１］のロータＲ２とＬ
Ｐ蒸気タービン１２のロータＲ３との間、およびＬＰ蒸
気タービン１２のロータＲ３と発電機３のロータＲ４と
の間もそれぞれ同様にリジッドカップリング５ｂｓ　５
ｃで連結されている。

上述のような構成のコンバインドサイクルにおいては、
アクシャル間隙か性能を大きく左右するコンプレッサ１
とＨＩＰ蒸気タービン１１とをスラスト軸受１３になる
べく近い位置に配置しているので、それらのケーシング
とロータの熱膨張差を小さく抑えることができ、アクシ
ャル間隙を小さくすることかできる。

第１図の場合、スラスト軸受１３は軸系として一箇所に
しか設置されていないため、ツノスタービン２とコンブ
レッザコのケーシングの伸びや、ＨＩＰ蒸気タービン１
］あるいはＬＰ蒸気タービン］２のケーシングの伸びに
よって軸方向に移動すると、アクシャル方向の間隙が大
きくなってしまい、性能低−ドの原因となるので、本発
明においてはガスタービン２・コンプレッサーのケーシ
ングと、蒸気タービンのケーシングとの縁を切り、■■
ＩＰ蒸気タービン１］のケーシングの一端を基礎台１４
に固定している。

従来、２車室以上を有する蒸気タービンにおいでは、溶
接構造のＬＰ蒸気タービンのケーシングを基礎に固定し
、鋳鋼時で剛性の高いＨＩＰ蒸気タービンのケーシング
を熱膨脹に応して基礎台上をスライドさせる構成が採用
されているか、これを第１図のような軸系のコンバイン
ドサイクルに適用すると、第３図（ｂ）に示すような伸
び差か生じることになる。この場合の伸び差はかなり大
きく、それに応じてアクシャル間隙を大きくする必要が
あるため、蒸気タービンの性能低下の要因となる。

また、スラスト軸受１３に近い点てＨＩＰ蒸気タービン
１２のケーシングを固定し、ＬＰ蒸気タービン１２のケ
ーシングを押す構造にすると、伸び差は第３図（Ｃ）の
ようになり、蒸気タービン全体の伸び差は小さくなるが
、溶接＋１′ｌｉ造のＬＰ蒸気タービンケーシングかＨ
ＩＰ蒸気タービンケーシングの伸び量分たけ移動するた
め、変形が起きやすくなり、構造強度上の問題を招来す
ることになる。

一方、蒸気タービンの低圧部は各段落における前後の圧
力差が高圧部に比べて小さいので、アクシャル間隙の大
小による性能の影響は少ない。

そこで、本発明においては、スラスト軸受１３とＨＩＰ
蒸気タービン１］のケーシングを共通の基礎台１４に固
定し、ＬＰ蒸気タービン１２のケシングはＨＩＰ蒸気タ
ービンとは独立に基礎に０固定し、ＨＩＰ蒸気タービンおよびＬＰ蒸気タービンの
熱膨脹によるケーシングの伸び量をそれらの間の基礎台
１６上を滑らせることによって吸収し、各ケーシングに
熱膨脹による荷重が掛からない構造とした。

その結果、本発明の蒸気タービン内の伸び差は第３図（
ｄ）のようになり、ＨＩＰ部での伸び差が小さいので、
アクシャル間隙を狭くでき、ＨＩＰ部で良好な特性が得
られる。なお、この場合、ＬＰ部の伸び差は第３図（ｄ
）のように大きくなり、アクシャル間隙も広がるが、前
述のようにＬＰ部の各段落における圧力差は小さいので
、アクシャル間隙が広くなっても性能にはさほど大きく
は影響しない。

［発明の効果］上述したごとく、本発明によれば、ダイアフラムカップ
リングが使用できないような大容量の−軸型コンバイン
ドサイクルの蒸気タービンにおいて、再熱サイクル、高
温主蒸気／再熱蒸気の蒸気条件をカバーするために２車
室以上の構成とした１場合、熱膨脹による伸び差をＨＩＰ部側で小さく押える
ことができるので、アクシャル間隙を狭くすることによ
ってＨＩＰ蒸気タービンの効率を高く保つことができ、
またＬＰ部側の強度低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる大容量コンバインドサイクルの
機器構成と蒸気タービンの固定方法を示す概略図、第２
図は従来のコンバインドサイクルの機器構成と蒸気ター
ビンの固定方法を示す概略図、第３図は蒸気タービンに
おける熱膨脹によるロータとケーシングの伸びおよびそ
れらの伸び差を示すもので、同図（ａ）はダイアフラム
カップリングが使用可能な出力容量の蒸気タービンの場
合、同図（ｂ）は大容量コンバインドサイクルの蒸気タ
ービンにおいてＬＰ蒸気タービンのケーシングのみを基
礎に固定した場合、同図（Ｃ）はＨＩＰ蒸気タービンの
ケーシングのスラスト軸受のみを固定した場合、同図（
ｄ）は本発明による場合をそれぞれ示している。２１・・・・・・コンプレッサ２・・・・・・ガスタービン３・・・・・・発電機４・・・・・・蒸気タービン５・・・・・・リジッドカップリング６・・・・・・ダイアフラムカップリング７．８．１３
・・・スラスト軸受９．１５・・・固定用基礎１１・・・・・・ＨＩＰ蒸気タービン１２・・・・・・ＬＰ蒸気タービン１４．１６・・・・・・基礎台

Claims

【特許請求の範囲】

ガスタービン、蒸気タービンおよび発電機をリジッドカ
ップリングにて連結し、ロータを１個のスラスト軸受に
て支持した大容量の一軸型コンバインドサイクルにおい
て、高圧または中高圧蒸気タービンのケーシングを前記
スラスト軸受の近傍端で基礎台に固定し、低圧蒸気ター
ビンのケーシングを前記高圧または中高圧蒸気タービン
のケーシングとは独立に基礎に固定したことを特徴とす
る一軸型コンバインドサイクルにおける蒸気タービン。