JPH04334702A - 蒸気タービンおよびその改良方法 - Google Patents

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】

【０００１】この発明は、蒸気タービンに関するもので
ある。特に、この発明は、外側羽根リングにより支持さ
れた半径方向に延びた固定羽根の列とロータに取り付け
られた回転羽根の列とを通って蒸気が一般的に軸線方向
に流れる低圧蒸気タービンに関するものである。

【０００２】

【発明の背景】蒸気タービンは、同蒸気タービン自身の
資本支出も大きく、また同蒸気タービンにより駆動され
る作動装置の資本支出も莫大である。従って、交換より
も改良を通じて現在のタービンの性能を後から改修する
ような手段で改善することがたいていより有効であり、
また費用の節約になる。米国特許第４，９００，２２３
号明細書で指摘しているように（この引用例を参照する
ことにより、この明細書中に組み込まれる。）、古い蒸
気タービンを改装するときに、タービン排気部での環状
領域、即ち流れ領域を増大するためにより長い羽根を最
終列に据え付けることがしばしばある。このような長い
羽根の改良は効率および出力が向上する結果となる。

【０００３】しかしながら、長さが増した羽根は、蒸気
タービンの既存の構造部材と干渉する原因になるという
ことが分かった。前記米国特許明細書に開示されている
ように、蒸気タービンの内側ハウジングの羽根支持リン
グは、固定羽根組立体のリングおよび内側ハウジング上
に新しい輪郭を形成するために加工されなければならな
い。また、固定羽根組立体用の組立体溝も加工してこの
新しい輪郭にする。しかしながら、この型の改装では、
フローガイドは、ボルトおよび溶接結合の双方を用いて
一連のスペーサおよびボスにより内側ハウジングに取り
付けられている。前記米国特許明細書に開示されている
ように、穿孔された円形のボスは内側ハウジングの端壁
面に溶接され、さらにボルトにより固着され、上述した
加工切削部が作られ、そしてスペーサリングが付加され
る。その後、フローガイドは一連の追加のボルトを用い
て、スペーサリングに固着される。

【０００４】前記米国特許明細書に記載された構造によ
れば、より長い羽根の列を既存のタービンに付設するこ
とが可能になるけれども、多数の問題が存在しているこ
とが分かった。上記の改装は、複雑かつ時間がかかり、
多くの加工工程と、さらに構造部材をタービンに追加す
ることを必要とする。さらに、タービンに最終列の長い
羽根が取り付けられた後には、内側ハウジングに取り付
けられるフローガイドに起因する問題がまだ存在してい
る。例えば、フローガイドの質量は固定羽根組立体の質
量と無関係に作用し、そのために質量分布が制限され、
構造物の固有振動数の調整が困難となる。もし、フロー
ガイドあるいは固定羽根組立体の固有振動数がタービン
の運転速度、あるいはその速度に近いときには、望まし
くない調和振動が生じ、過度の応力、最後には固定羽根
組立体あるいはフローガイドに亀裂が生じる可能性があ
る。

【０００５】

【発明の概要】従来技術にある上記の問題と欠点に対す
る解決策として、この発明は、低圧蒸気タービンにおけ
る既存の内筒部内により長い最終列の羽根を据え付ける
ための改良された手段を提供する。固定羽根組立体と一
体の延長された外側リングを設けることにより、排気フ
ローガイドは溶接固定羽根組立体の外側リングに取り付
けられてもよい。従って、この発明は、排気フローガイ
ドが容易に据え付けられる箇所を提供する。さらに、こ
の発明に従って作られた固定羽根組立体はタービン運転
速度よりも低い固有振動数により容易に調整される。な
ぜならば、フローガイドおよび外側リング延長部の質量
は固定羽根組立体の質量に含まれるからである。従来技
術の構造にある、固定羽根組立体の固有振動数を調整す
るときの構造上の複雑さおよび制限の問題は、特にター
ビンを改装するときに困難をもたらしていた。しかしな
がら、フローガイドが固定羽根組立体の外側リングより
もむしろタービンハウジングの外側リングに取り付ける
ことにより生じたそれらの制限は、この発明によって回
避される。

【０００６】従って、この発明は、蒸気をフローガイド
を通って排出するようになっている二つの端部を有する
蒸気タービンに使用する装置を提供する。好適には、蒸
気タービンは中心軸に付着され円周方向に配設された一
組以上の回転羽根を囲む内側ハウジングを有している。 また、内側ハウジングは、外側羽根支持リング（内側ハ
ウジングの円周方向の溝部にそれぞれある。）に付着さ
れた円周方向に配設された一組以上の固定羽根組立体を
囲んでいる。この発明の原理によると、蒸気タービンは
タービンの両端部に配設された少なくとも一組の追加の
回転羽根（既存の回転羽根よりも比較的長い羽根を有し
ている。）を含むように改良されている。さらに、改良
された最後尾の固定羽根組立体が設けられており、同固
定羽根組立体は、外側リングと一体である外側リング延
長部を備えており、また外側リング延長部にフローガイ
ドを取り付けるための連結手段を有している。また、好
適には、改良蒸気タービンは、外側リング延長部用の空
隙を形成するためにタービンの水平軸線に対して傾いた
少なくとも一つの面を有するように改良された内側ハウ
ジングを含んでいる。組み立てたときには、改良フロー
ガイドは改良回転羽根の先端部にきわめて接近して位置
しており、従って改良蒸気タービンは改良された性能を
有する。

【０００７】好適な実施例では、フローガイドを外側リ
ング延長部に取り付けるための連結手段は一つ以上のボ
ルト連結部からなっている。従って、最適には、外側リ
ング延長部には複数個のねじ穴が設けられており、同様
にフローガイドには複数個の貫通穴を有するフランジが
設けられている。組み立てたときには、ねじ穴は貫通穴
と位置が一致しており、複数個のボルトはボルト連結部
を形成する。

【０００８】また、この発明は、この明細書に述べられ
た型の蒸気タービンを改良するための方法を開示してい
る。その方法は、タービンの各端部に既存の回転羽根よ
りも相対的に長い羽根を有する少なくとも一組の追加の
回転羽根を据え付ける工程を含んでいる。また、この発
明の方法は、外側リングが入る円周方向の溝部を形成す
るために第１および第２の輪郭切削部を加工することに
より内側ハウジングを改良することを含んでいる。その
後、外側リングと一体の外側リング延長部が設けられ、
フローガイドは外側リング延長部に好適にはボルト締め
により取り付けられ、その結果フローガイドは追加の回
転羽根の先端部にきわめて接近する。内側ハウジングを
改良するために、この発明による方法は、好適にはター
ビンの水平軸線に対して傾いた少なくとも一つの面を形
成する第１の輪郭切削部を加工する工程を含んでおり、
その工程により、外側リング延長部に対して空隙部を与
える。

【０００９】勿論、この発明は、改装により改良する他
に新しい装置にも役に立つ。それらの適用については、
タービンのケーシングを改造する必要はなく、そのため
費用節約となる。

【００１０】

【好適な実施例の説明】図１を参照すると、従来技術の
低圧蒸気タービン１００の長手方向の断面図が示されて
いる。この図に描かれた型式のタービン１００の機能は
、当業者には周知であり、米国特許第４，９００，２２
３号明細書に記載されている。蒸気タービン１００は、
同蒸気タービン１００の中心線に対して左右対称に配設
された複数列の回転羽根１１０を備えている。図におい
ては、タービンの半分だけが断面で示されていることが
分かる。回転羽根１１０は蒸気タービン１００の両端部
にそれぞれ延びた中心軸に付着されている。回転羽根１
１０の間には、蒸気タービン１００の内側ハウジング１
３０に付着された固定の溶接羽根組立体１２０が間挿さ
れている。溶接羽根組立体１２０は、内側ハウジング１
３０内の円周方向の溝部に配設された外側羽根リング１
５０で終わっている。

【００１１】最近のタービン構造では、タービン効率お
よび出力を増大させるために、改装の際に、最後尾によ
り長い回転羽根（以下、回転長羽根という）１１２が設
けられている。最後尾の固定羽根組立体１２２は最終列
の回転長羽根１１２に隣接している。その固定羽根組立
体１２２は内側ハウジング１３０の両端部にそれぞれ付
着され、また外側羽根リング１５０で同様に終わってい
る。また、フローガイド１４０は端部で内側ハウジング
１３０に代表的には取り付けられている。

【００１２】図２には、米国特許第４，９００，２２３
号明細書に示された、従来技術のタービンの回転長羽根
１１２、最終列の固定羽根組立体１２２およびフローガ
イド１４０の構造の詳細図が示されている。改良する前
のそれらの構成部品の最初の位置と輪郭とが図２におい
て一点鎖線で示されている。回転長羽根１１２の追加し
た長さの部分がフローガイド１４０の最初の位置と干渉
するということは明らかであろう。従って、フローガイ
ド１４０は図示された不干渉の位置に移動される。しか
し、これにより、フローガイド１４０は、内側ハウジン
グ１３０の面に当接する同フローガイド１４０の最初の
取付位置から離れるように移動する。従って、フローガ
イド１４０は、後述する付加の構成部品を使用して図に
示すように装着され、内側ハウジング１３０に取り付け
られる。円滑に変化する流れ面を作るためには、内側ハ
ウジング１３０の面は図示のように新しい輪郭に加工さ
れなければならない。最後尾の固定羽根組立体１２２の
外側羽根リング１５０が入る取付溝部１３４を形成する
ために追加の加工工程が必要である。図２に示されてい
るように、米国特許第４，９００，２２３号明細書に開
示されたこの問題に対する解決策は、ボス９０を設けて
、このボス９０を図示のように溶接部９８によって、内
側ハウジング１３０の構造に当接する所定位置に溶接す
ることを含んでいた。また、溶接部９８が破損した場合
でもボス９０を固着するためにボルト９６が設けられて
いる。その後、特別に加工されたスペーサリング９２は
、ボス９０との当接状態に配置され、従ってボス９０に
よって内側ハウジング１３０に連結された延長外側羽根
リングを形成していた。その後、フローガイド１４０は
、同フローガイド１４０、スペーサリング９２およびボ
ス９０を貫通、螺着された第２のボルト９４を用いて、
内側ハウジング１３０に取り付けられていた。上述の問
題に対するこの解決はフローガイド１４０のために取付
箇所を設けたけれども、これは決して最良の解決策では
ないということは当業者には明らかであろう。開示され
たフローガイド１４０の取付は一対のボルトを用いて組
み立てられた幾つかの追加の加工構成部材を必要とした
。さらに、ボス９０は、所定位置に溶接されていたが、
これは、内側ハウジング１３０を変形させる可能性があ
るとともに、応力が解放されず耐久強度の低い溶接部９
８を生じさせる。

【００１３】この発明は、これらの問題を解消しており
、また最終列の回転長羽根を改装物として既存の低圧蒸
気タービンに取り付けるための改良された手段を提供す
る。開示された装置と方法は羽根取付を簡単化し、内側
ハウジング１３０の代わりにフローガイドが外側羽根リ
ング１５０に取り付けられる結果となる。

【００１４】図３を参照するに、この発明を用いた代表
的な装置が示されている。この蒸気タービン１００は断
面で示され、図１に示された蒸気タービンと実質的に同
様である。回転長羽根１１２は、上で述べた方法と同様
の方法で据え付けられ、またフローガイド１４０が図に
示したように位置することを要求している。しかしなが
ら、図３に描かれた蒸気タービン１００は図１に描かれ
たタービンと、新規な固定羽根組立体２２２と外側リン
グ２５０とが図示されているように蒸気タービン１００
の各端部に設けられた点で相違する。固定羽根組立体２
２２および同固定羽根組立体に取り付けられた外側リン
グ２５０はフローガイド１４０のための取付箇所となっ
ており、従ってフローガイド１４０は蒸気タービン１０
０の内側ハウジング１３０あるいは他の構成部材に直接
固定されない。この発明はフローガイド１４０の固定を
簡単化し、また従来必要とされた追加の構成部材および
溶接部を無くしている。従って、固定羽根組立体２２２
の質量はフローガイド１４０を含むと考えられるので、
このフローガイド１４０を、固定羽根組立体の固有振動
数が運転速度と一致するのを防止するために蒸気タービ
ンを動的に調整するときに、用いることができる。この
ことは、損傷を与える調和振動が運転中に発生する可能
性を減少させる。

【００１５】この発明により可能となったフローガイド
の取付の詳細が図４に示されている。図２に関して前述
したように、改装のときに追加された回転長羽根１１２
を収容するためには、内側ハウジング１３０は新しい輪
郭に最初に加工されなければならない。適当な取付面を
形成するためには、内側ハウジング１３０には二つの切
削がなされる。図に示されているように、最初の切削は
蒸気タービン１００の水平軸に対して角度のある輪郭端
部２３２を形成し、次の切削は実質的に長方形の取付溝
部１３４を好適には形成する。従って、最初の切削によ
り、固定羽根組立体２２２の外側リング延長部２２４が
回転長羽根１１２を収納するために必要とされる位置ま
で延長し、またフローガイド１４０用の取付箇所となる
ための空隙が与えられる一方、次の切削では外側リング
２５０を保持する取付溝部１３４が形成される。この発
明の外側リング延長部２２４により、フローガイド１４
０を図示されたボルト２３０のような締付手段を使用し
た簡単な連結により取り付けるための構造が得られる。

【００１６】この発明の取付構造は構造的に単純化され
、全体的に改良されていることが当業者には分かるであ
ろう。この発明は、従来技術で開示された構造よりも少
ない部材を用いているが、回転長羽根１１２およびフロ
ーガイド１４０の簡単、かつ迅速な改良された据え付け
を可能としている。この発明により、必要とされるボル
トあるいは他の締付手段の数を約半分程度まで減少され
、従来技術では必要とされた上述したボスおよびスペー
サリングが削除される。また、この発明により、溶接は
完全に必要でなくなり、そのため、溶接が必要であった
ら起こるかもしれない、そり、縮みあるいは歪みの可能
性が除去される。さらに、先に指摘したように、溶接の
除去により、本質的に低い耐久強度を有する応力未解放
の溶接部に関連した損傷の発生を除くというさらなる効
果が得られる。

【００１７】この発明により、フローガイド１４０（固
定羽根組立体２２２と一体であり、従来技術では開示さ
れたようなスペーサ、ボスあるいは他の構成部材を必要
としない。）用の容易に取り付けられる取付箇所が提供
される。回転長羽根および改良フローガイドがより容易
に据え付けられるので、この発明によれば、改装のため
の運転停止時間が短縮されるということを当業者には分
かるであろう。フローガイドを固定羽根組立体に取り付
けることは有益であると知られているが、この発明によ
れば、固定羽根組立体２２２の一部を形成している、外
側リング２５０の延長部と外側リング延長部２２４とは
独特の仕方で連結されており、従って蒸気タービン１０
０に据え付けられる通常の最終列の回転長羽根よりも長
い回転長羽根の据え付けが可能となる。

【００１８】構造の単純化に加えて、この発明によれば
、一体の延長された外側リング延長部２２４により、蒸
気タービン１００の両端部でフローガイド１４０を直接
に固定羽根組立体２２２に取り付けたことにより、上述
した従来技術構造よりも優れた基本改良物が提供される
。この発明によれば、フローガイド１４０の質量は固定
羽根組立体２２２の質量の一部として含まれるので、固
定羽根組立体２２２を調整して能力向上が可能となる。 従って、この発明によれば、固定羽根組立体の質量を増
大させることにより固定羽根組立体の固有振動数が低下
される。この発明により作られた蒸気タービンによれば
、固有振動数の低下により、振動により引き起こされる
亀裂に関する問題は避けられる。ある従来技術のタービ
ンでは、例えば化石燃料タービンでは６０ＨＺ、原子力
タービンでは３０ＨＺと、タービンの運転速度と接近あ
るいは一致した固有振動数により振動が生じる。これら
の振動は羽根翼状部を溶接固定羽根組立体２２２内部に
固着する溶接部に亀裂を引き起こさせるかもしれない。 この問題は、本質的に低い固有振動数を有する低い運転
速度および大きな構成部材を持った、原子力エネルギを
動力源とするタービンの例では知られていた。この発明
により、固定羽根組立体２２２の固有振動数を運転速度
から低下させること、あるいは構造物を低周波数に調整
することの有用な選択が可能となる。

【００１９】この発明の幾つかの実施例が特に上述され
たが、それらの実施例は例であり、この発明の範囲を限
定することを意味していない。上述したこれらの例から
派生する多数の変形例が当業者には直ちに思い浮かぶで
あろう。従って、この発明の範囲を確認するためには特
許請求の範囲を参照すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の蒸気タービンの長手方向の断面図で
ある。

【図２】最後尾の列の固定羽根、改良回転長羽根、図１
に描かれたタービンと関連する構造部材および同様に従
来技術のタービンの部分破断面図である。

【図３】この発明に従って作られた蒸気タービンの長手
方向の断面図である。

【図４】最後尾の列の固定羽根、改良回転長羽根および
図３に描かれたタービンと関連した構造部材の部分破断
面図である。

【符号の説明】

１００　　低圧蒸気タービン １１０　　回転羽根 １１２　　回転長羽根 １３０　　内側ハウジング １３４　　溝部 １４０　　フローガイド ２２２　　固定羽根組立体 ２２４　　外側リング延長部（外側リング延長部手段）
２５０　　外側リング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フローガイドを通って蒸気を排出する
   ようになっている二つの端部を有する蒸気タービンであ
   って、中心軸に付着され円周方向に配設された一組以上
   の回転羽根を囲む内側ハウジングと、この内側ハウジン
   グの円周方向の溝部内にある外側羽根リングに付着され
   円周方向に配設された一組以上の固定羽根組立体とを少
   なくとも備え、さらに、前記蒸気タービンの各前記端部
   に配設され、前記回転羽根よりも相対的に長さが長い少
   なくとも一組の改装用回転羽根と、外側リングと一体の
   外側リング延長部と、前記フローガイドを前記外側リン
   グ延長部に取り付けるための連結手段とを含む改良固定
   羽根組立体と、を有し、前記フローガイドは前記改装用
   回転羽根の先端部にきわめて接近している、蒸気タービ
   ン。
2. 【請求項２】　　フローガイドを通って蒸気を排出する
   ようになっている二つの端部を有する蒸気タービンを改
   良する方法であって、中心軸に付着され、円周方向に配
   設された一組以上の回転羽根を囲む内側ハウジングと、
   この内側ハウジングの円周方向の溝部内にある外側羽根
   リングに付着され円周方向に配設された固定羽根組立体
   とを少なくとも備え、前記回転羽根よりも相対的に長い
   少なくとも一組の改装用回転羽根を前記蒸気タービンの
   各端部に据え付ける工程と、第１の輪郭切削部および前
   記円周方向の溝部を形成するための第２の輪郭切削部を
   加工することにより前記内側ハウジングを改良する工程
   と、外側リングと一体の外側リング延長部手段を設ける
   工程と、前記フローガイドを前記外側リング延長部に取
   り付ける工程と、を備え、前記フローガイドは前記改装
   用回転羽根の先端部にきわめて接近している、蒸気ター
   ビンの改良方法。