JPH055403A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】タービン運転時、内部ケーシングを貫通する均
圧孔から内部ケーシング内の蒸気が導かれ、内部ケーシ
ングの内外圧力差を調整する内部，外部ケーシング間の
密閉された均圧室に自然対流の発生による内部，外部ケ
ーシングの上下温度差をなくす。 【構成】均圧室と排気室とを遮断するために内部，外部
ケーシングの溝にわたって挿入された気密リングをバイ
パスして内部，外部ケーシングの少なくとも一方を貫通
する蒸気通路、又は内部，外部ケーシングの少なくとも
一方の前記溝に気密リングが挿入された端部を囲む切欠
溝を設け、また蒸気通路と切欠溝の流体抵抗を均圧孔の
それより大きくして、均圧室内に内部ケーシング内の蒸
気が均圧孔から前記蒸気通路又は切欠溝を経て排気室に
流れる流れを生じさせて自然対流の発生を防止し、また
均圧室内の圧力は均圧孔部の内部ケーシング内の圧力よ
り僅かに低い圧力に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部ケーシングと外部
ケーシングとを備える蒸気タービンにおいて、タービン
運転時ケーシングの上下温度差の発生を防止できる蒸気
タービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧高温の蒸気により駆動される蒸気タ
ービンではロータの動翼部を囲んで動翼と翼段落を形成
する静翼を備えた内部ケーシングと、これを囲む外部ケ
ーシングとを有するものが知られている。この場合内部
ケーシングと外部ケーシングとの間の蒸気室は内部ケー
シングの段落の途中の段に均圧孔を設けて蒸気室の蒸気
圧力が内部ケーシング内の均圧孔部と均圧になるように
して蒸気により内部ケーシングにかかる内外圧力差を調
整して内部，外部ケーシングの耐圧強度の設計を容易に
している。以下図面を用いて従来技術について説明す
る。

【０００３】図５は内部ケーシングと外部ケーシングを
備えた蒸気タービンの断面図である。図において１は動
翼２を備え、釣合ピストン１ａが設けられたロータ、３
は内壁に静翼４を備え、動翼２と組合わされて翼段落を
形成してロータ１を囲む内部ケーシング、５は内部ケー
シング３を収納するつぼ形状の外部ケーシングである。
内部ケーシング３はねじリング６により外部ケーシング
５に固定され、外部ケーシング５にはその開口部を閉鎖
するグランドパッキン蓋９が取付けられている。

【０００４】内部ケーシング３と外部ケーシング５との
間は蒸気室（以下均圧室という）７を形成し、均圧室７
は内部ケーシング３と外部ケーシング５との間に介挿さ
れるＵ形の気密リング１０並びに均圧室７と外部ケーシ
ング５で画成される排気室１１とを遮断するために設け
られた内部ケーシング３と外部ケーシング５とに設けら
れた溝１２と１３とにその両端部が挿入されるＩ形の気
密リング１４により密閉された空間となっている。

【０００５】均圧孔１５は翼段落の途中の段１６から内
部ケーシング５を貫通して設けられ、この均圧孔１５に
より内部ケーシング３内の蒸気を均圧室７に導き、均圧
室７と内部ケーシング３の段１６の個所との蒸気圧力を
均圧にして内部ケーシング３の内外圧力差を調整するよ
うにしている。

【０００６】なお、釣合ピストン１ａを備えたロータ１
が内部ケーシング３を貫通する部分には、ロータ１と内
部ケーシング３との間の隙間から漏洩する蒸気量を少な
くするために、ラビリンスパッキン１７が設けられてい
る。

【０００７】このような構造により高圧高温の蒸気が所
定流量に制御されて外部ケーシング５を経て内部ケーシ
ング３に流入し、翼入口室１９から翼段落に流れて膨脹
仕事してロータ１に回転力を与えた後低圧低温の蒸気と
なって排気室１１から排気口１８を経て外部に排出され
る。

【０００８】この際、内部ケーシング３内を流れる蒸気
の一部は均圧孔１５から密閉された均圧室７に流入し、
前述のように内部ケーシング３の内外圧力差を調整して
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】タービン運転時、内部
ケーシング３，外部ケーシング５，均圧室７等は蒸気に
より加熱されて昇温する。この際内部ケーシング３と外
部ケーシング５との間の密閉された環状の均圧室７には
蒸気が澱んで閉じ込められているので、自然対流が図６
に示すように内部ケーシング３を巡る循環流２０となっ
て生じる。なおこの自然対流が図のように傾いた循環流
となるのは、軸方向の温度分布が図７の２１で示す外部
ケーシング５の温度分布のように蒸気入口側で高く、蒸
気出口側で低いためである。

【００１０】図８は上記のような自然対流による内部ケ
ーシング３，外部ケーシング５および自然対流の蒸気温
度を図７に示す上部の測定点，中部の測定点，
下部の測定点にて測定した結果を示す温度分布図で
ある。図において２２は内部ケーシング，２３は外部ケ
ーシング，２４は自然対流する蒸気の温度分布である。
図から内部ケーシング３，外部ケーシング５の温度は上
部が高く、下部が低いことが理解される。この結果、内
部ケーシング，外部ケーシングは上下の温度差によりね
こ反り形の熱変形をする。この熱変形のためタービン運
転時、静止部と回転部との間でラビングが生じ、運転に
支障を来すという問題がある。

【００１１】なお、この問題を解決するため、本出願人
による特願１−１４５１４により均圧孔１５を経て均圧
室７内に流入する内部ケーシング３内の蒸気を、均圧室
７内を流れて内部ケーシングに設けた貫通孔を通して釣
合ピストン１ａのラビリンスパッキン１７の途中に流入
させてケーシングの上下温度差が生じるのを防止するこ
とを提案しているが、均圧孔１５からの蒸気が均圧室内
をより広域にわたって流れるようにすることにより、ケ
ーシングの上下温度差が生じるのを防止することについ
て検討した。

【００１２】本発明の目的は、均圧室に生じる自然対流
によるケーシングの上下温度差が生じるのを防止できる
蒸気タービンを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば動翼を備えるロータと、このロータ
を囲み、動翼と翼段落を形成する静翼を備える内部ケー
シングと、この内部ケーシングを囲む外部ケーシング
と、内部ケーシングと外部ケーシングとにそれぞれ設け
られた溝にその両端部が挿入される気密リングにより翼
段落から蒸気が排出される排気室と遮断される内部ケー
シングと外部ケーシングとの間の蒸気室とを備え、翼段
落の途中の段から内部ケーシングを貫通する均圧孔を通
して内部ケーシング内の蒸気を蒸気室に導く蒸気タービ
ンにおいて、前記気密リングをバイパスし、外部ケーシ
ングと内部ケーシングとの少なくとも一方を貫通して蒸
気室と排気室とに連通する蒸気通路を設けるものとす
る。

【００１４】また、上記の蒸気タービンにおいて、前記
気密リングの端部が挿入される外部ケーシングと内部ケ
ーシングとの少なくとも一方の溝に、この端部を囲み、
蒸気室と排気室とに連通する切欠溝を設けるものとす
る。

【００１５】また前記蒸気通路又は切欠溝を流れる蒸気
の流体抵抗は均圧孔の流体抵抗より大きくするものとす
る。

【００１６】

【作用】タービン運転時、内部ケーシングを貫通する均
圧孔から内部ケーシングと外部ケーシングとの間の均圧
室に導かれた内部ケーシング内の蒸気は、外部ケーシン
グと内部ケーシングとの少なくとも一方を貫通して蒸気
室と排気室とに連通し、蒸気室と排気室とを遮断する気
密リングをバイパスする蒸気通路、又は気密リングの端
部が挿入される外部ケーシングと内部ケーシングとの少
なくとも一方の溝に、この端部を囲んで設けられた切欠
溝を通って低圧の排気室に流れる。したがって均圧室内
の蒸気は、この流れにより常に新しい蒸気に置き換えら
れるので、流れが澱むことにより生じる自然対流によっ
てケーシングの上下温度差が発生するのを防止する。

【００１７】また、蒸気通路及び切欠溝の流体抵抗は均
圧孔のそれより大きくすることにより、均圧室内の圧力
と均圧孔が設けられた内部ケーシング内の翼段落の途中
の段の圧力との圧力差は小さくなり、均圧室内の圧力は
翼段落の途中の段の圧力より僅か低い圧力になる。

【００１８】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による蒸気タービンの
断面図である。なお図１及び後述する図２ないし図４に
おいて図５の従来例と同一部品には同じ符号を付し、そ
の説明を省略する。図１において図５の従来例と異なる
のは、均圧室７と排気室１１とを遮断するＩ形の気密リ
ング１４をバイパスして外部ケーシング５を貫通し、均
圧室７と排気室１１とを連通させる蒸気通路２５を設け
たことである。なお蒸気通路２５の断面積は均圧孔１５
の断面積に比べて十分小さくして蒸気通路２５の流体抵
抗を均圧孔１５のそれより大きくしている。

【００１９】このような構造により、タービン運転時内
部ケーシング３内を流れる蒸気の一部は均圧孔１５を経
て均圧室７に流入し、さらに均圧室７から矢印の方向に
蒸気通路２５を経て低圧の排気室１１に流れ、翼段落か
ら排出される排気蒸気とともに排気口１８から外部に送
出される。この際均圧室７内の蒸気圧力は翼段落の段１
６の圧力より僅か低い圧力に保持される。

【００２０】したがって均圧室７には蒸気の流れが均圧
室７のほぼ全体に生じるので、自然対流が発生せず、こ
のため内部，外部ケーシング３，５には上下温度差が生
じない。

【００２１】なお、本実施例では外部ケーシング５に蒸
気通路２５を設けているが、内部ケーシング３に気密リ
ング１４をバイパスする蒸気通路、又は外部，内部ケー
シング５，３の両ケーシングに蒸気通路を設けても前述
と同じ効果が得られる。

【００２２】図２は本発明の異なる実施例による蒸気タ
ービンの断面図である。図２において図５の従来例と異
なるのは内部ケーシング３の溝１２と外部ケーシング５
の溝１３とに挿入されたＩ形の気密リング１４の両端部
のうち、外部ケーシング５の溝１３に挿入された端部を
囲んで図３，図４に示すように溝１３に切欠溝２６を設
け、切欠溝２６により均圧室７と排気室１１とを連通さ
せたことである。この際切欠溝２６を流れる蒸気の流体
抵抗は均圧孔１５の流体抵抗より大きくしている。

【００２３】このような構造により、タービン運転時内
部ケーシング３内を流れる蒸気の一部は均圧孔１５を通
って均圧室７に流入し、さらに均圧室７から矢印の方向
に切欠溝２６を通って低圧の排気室１１に流れるので、
前述と同じ効果が得られる。

【００２４】本実施例では外部ケーシング５の溝１３に
切欠溝２６を設けているが、内部ケーシング３の溝１２
に切欠溝、又は外部，内部ケーシングの溝１３，１２の
両方の溝に切欠溝を設けても同じ効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば均圧室と排気室とを遮断するために内部ケーシ
ングと外部ケーシングとの溝にその両端部が挿入された
気密リングをバイパスして外部，内部ケーシングの少な
くとも一方を貫通する蒸気通路、又は気密リングの端部
が挿入される外部，内部ケーシングの少なくとも一方の
溝に、この端部を囲む切欠溝を設けたことにより、ター
ビン運転時内部ケーシング内を流れる蒸気の一部は均圧
孔から均圧室を経て蒸気通路又は切欠溝を通って排気室
に流れる流れが形成されるので、均圧室には蒸気が流
れ、この結果自然対流が生ぜず、内部，外部ケーシング
には上下温度差の発生が防止され、このためケーシング
には上下温度差の発生が防止され、この結果ケーシング
が変形せず、安全な運転ができる。また、蒸気通路と切
欠溝の流体抵抗は均圧孔のそれより大きくしたことによ
り、均圧室内の圧力は均圧孔が設けられた翼段落の段の
圧力から僅か低い圧力に保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による蒸気タービンの断面図

【図２】本発明の異なる実施例による蒸気タービンの断
面図

【図３】図２のＡ部の拡大詳細図

【図４】図３のＸ−Ｘ部分断面図

【図５】従来の蒸気タービンの断面図

【図６】図５の蒸気タービンに生じる自然対流の状態を
示す図

【図７】図６の外部ケーシングの軸方向温度分布と自然
対流による内部，外部ケーシング及び対流蒸気の温度測
定点を示す図

【図８】自然対流による内部，外部ケーシング及び対流
蒸気の温度分布を示す図

【符号の説明】

１ ロータ ２ 動翼 ３ 内部ケーシング ４ 静翼 ５ 外部ケーシング ７ 均圧室 １４ 気密リング １５ 均圧孔 ２５ 蒸気通路 ２６ 切欠溝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】動翼を備えるロータと、このロータを囲
   み、動翼と翼段落を形成する静翼を備える内部ケーシン
   グと、この内部ケーシングを囲む外部ケーシングと、内
   部ケーシングと外部ケーシングとにそれぞれ設けられた
   溝にその両端部が挿入される気密リングにより翼段落か
   ら蒸気が排出される排気室と遮断される内部ケーシング
   と外部ケーシングとの間の蒸気室とを備え、翼段落の途
   中の段から内部ケーシングを貫通する均圧孔を通して内
   部ケーシング内の蒸気を蒸気室に導く蒸気タービンにお
   いて、前記気密リングをバイパスし、外部ケーシングと
   内部ケーシングとの少なくとも一方を貫通し、蒸気室と
   排気室とに連通する蒸気通路を設けたことを特徴とする
   蒸気タービン。 【請求項２】請求項１記載の蒸気タービンにおいて、前
   記気密リングの端部が挿入される外部ケーシングと内部
   ケーシングとの少なくとも一方の溝に、この端部を囲
   み、蒸気室と排気室とに連通する切欠溝を設けたことを
   特徴とする蒸気タービン。 【請求項３】請求項１又は２記載の蒸気タービンにおい
   て、前記蒸気通路又は切欠溝を流れる蒸気の流体抵抗は
   均圧孔の流体抵抗より大きくしたことを特徴とする蒸気
   タービン。