JPH06129207A - 蒸気タービン車室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸気入口部の車室壁の温度上昇を効果的に防
止すること。 【構成】 車室壁（１３）の内方に熱遮蔽板（６３）を
設けて冷却蒸気室（６２）を形成し、ここに冷却用蒸気
（３００）を流すに当り、冷却蒸気入口通路（７２）と
冷却蒸気出口通路（７３）との面積比を適切に選ぶ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービン車室の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の蒸気タービン車室の一例を
示す縦断面図、図６は図５のVI−VI線による横断面の拡
大図である。

【０００３】まず図５において、符号（１０）は外車
室，（１１）は外車室（１０）に設けられた高圧蒸気入
口部，（１２）は外車室（１０）に設けられた中圧蒸気
入口部，（２０）は外車室（１０）内に位置する内車
室，（２１）は内車室（２０）に設けられた高圧蒸気入
口部である。（３１）はノズル室で、高圧蒸気入口部
（２１）と連通している。（３２）はノズルブロック
で、ノズル室（３１）の先端に設けられ、高中圧ロータ
（４０）の軸方向に蒸気噴出口が設けられてロータの調
速段部（４１）と対向している。

【０００４】中圧蒸気入口部（１２）は高温の再熱蒸気
（中圧蒸気）（２００）の導入口となっている。（２１
０）は中圧入口部蒸気室であり、（６１），（６３）は
熱遮蔽板（サーマルシールド板）である。この熱遮蔽板
（６１）は、図６に示されるように、中圧蒸気入口部
（１２）周辺の中圧入口部車室内壁から間隔をへだてて
設けられ、車室内壁との間に冷却蒸気室（６２）を形成
している。（４３）はロータの中圧段落で、中圧蒸気入
口部（１２）から蒸気が供給されている。（４４）はロ
ータの中圧入口部，（６４）は中圧翼環である。

【０００５】（１００）は高圧蒸気を示し、（１０１）
は高圧ダミー蒸気を示す。（１０２）は中圧ダミー蒸気
を示す。

【０００６】次に、上記従来例の作用について図５によ
り説明する。ボイラで高温・高圧に加熱された高圧蒸気
（１００）は、矢印のように外車室（１０）に設けられ
た高圧蒸気入口部（１１）からタービン内部に導入され
る。高圧蒸気（１００）は更に、内車室（２０）の高圧
蒸気入口部（２１）からノズル室（３１）を通り、ノズ
ルブロック（３２）から高速で噴射される。この高速の
蒸気力によって、高中圧ロータ（４０）の調速段部（４
１）に回転力が与えられる。更に高圧蒸気（１００）
は、内車室（２０）の内面に形成された蒸気室（１１
０）から高圧段落に入る。

【０００７】高圧段落で仕事を終えた蒸気は、再熱ボイ
ラで再び加熱され、高温の再熱蒸気（２００）となっ
て、外車室（１０）の中圧蒸気入口部（１２）から中圧
タービンに入る。再熱蒸気（２００）は中圧蒸気入口部
（１２）から中圧入口部蒸気室（２１０）に入り、中圧
段落（４３）を通りながら、高中圧ロータ（４０）に回
転力を与える。

【０００８】ところで、蒸気（１００）、（２００）は
高温・高圧である。高圧部の蒸気室（１１０）は高温の
上に高圧であるから、圧力および熱に対する入念な構造
設計が必要である。また中圧入口部蒸気室（２１０）
は、圧力は前記高圧蒸気室（１１０）よりも低いけれど
も温度は高いから、熱に対する入念な構造設計が必要で
ある。そこで上記従来例では、熱遮蔽板（６３）を設置
し、この熱遮蔽板（６３）と中圧蒸気入口部車室壁（１
３）との間に形成される部屋（６２）を冷却蒸気室と
し、この部屋（６２）に高圧側から冷たい冷却用蒸気
（３００）を流入させ、中圧蒸気入口部車室壁（１３）
の温度上昇を防ぐ構造としている。なお図６において
（６５）はシールリング，（６６）はピンである。

【０００９】次に図７は従来の蒸気タービン車室の他の
例を示す縦断面図、図８は同じく冷却用蒸気の出口通路
を示す横断面図である。この例では熱遮蔽板（６３），
冷却蒸気室（６２）等の構成は図５および図６に示され
た前記第１の例と同じであるが、冷却出口通路（７３）
を図８に示すように切り込み溝としている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記図５および図６に
示された従来の蒸気タービン車室においては、冷却蒸気
室（６２）内の冷却用蒸気（３００）の中に冷却蒸気出
口通路（７３）から高温の再熱蒸気（中圧蒸気）（２０
０）が逆流し、冷却用蒸気（３００）の温度を上昇さ
せ、車室壁冷却効果を低めるという不具合があった。ま
た上記の逆流が冷却蒸気出口通路（７３）の周方向の一
部に発生すると、冷却蒸気（３００）の流れが周方向に
不均一となり、車室温度が周方向に不均一となって、車
室が変形の原因となる欠点があった。

【００１１】更にまた、蒸気タービンの運転中、緊急負
荷遮断等により中圧入口蒸気室（２１０）の圧力が瞬時
に真空になることがあり、その場合には冷却蒸気入口側
（高圧側）と大きな圧力差を生じる。そうすると冷却蒸
気室（６２）内にも残圧が残り、これが熱遮蔽板（６
３）に外圧として作用して、座屈破壊他が心配される。

【００１２】また図７および図８に示された従来の従来
タービン車室においては、前記図５および図６に示され
たものの欠点を解消するために、出口通路（７３）を切
込みとして、通路面積を適当な広さにできるような構造
とし、高温の再熱蒸気の逆流を防止するようにしてい
る。しかし、タービン車室（１３）と熱遮蔽板（６３）
との間の伸び差のために、図９に示されるような隙間
（７４）を生じることがある。このような隙間（７４）
が生じると、冷却蒸気の出口通路が大幅に大きくなり、
冷却蒸気室（６２）内の蒸気圧力が低下して高温の再熱
蒸気（２００）が逆流することが想定される。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、蒸気入口部の周辺の車室内壁から
間隔をへだてて熱遮蔽板を設け、上記車室内壁と上記熱
遮蔽板との間に冷却蒸気室を形成したものにおいて、上
記冷却蒸気室から流出する冷却用蒸気の出口通路の断面
積を上記冷却蒸気室へ導入される冷却用蒸気の入口通路
の断面積の２倍ないし１０倍としたことを特徴とする蒸
気タービン車室を提案するものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、車室内壁と熱遮蔽板との間の
冷却蒸気室の圧力を、高温蒸気の圧力よりも僅かではあ
るが確実に高めに設定できるので、高温蒸気が冷却蒸気
室に洩れ込むことがなくなる。したがって、冷却用蒸気
の温度上昇が抑制され、熱遮蔽効果すなわち車室冷却効
果が確保される。

【００１５】

【実施例】図１は本発明を蒸気タービン中圧入口部に適
用した一実施例を示す縦断面図、図２は同じく冷却用蒸
気の入口通路を示す正面図、図３は同じく出口通路を示
す横断面図である。これらの図において、前記図５ない
し図９により説明した従来のものと同様の部分について
は、冗長になるのを避けるため、同一の符号を付け、詳
しい説明を省略する。

【００１６】本実施例では、半円板状突起部（７１）に
複数の孔（７２）が開けられ、この孔（７２）は冷却蒸
気室（６２）へ導入される冷却用蒸気（３００）の入口
通路を形成する。また熱遮蔽板（６３）の端部には、シ
ールリング（６５ａ），（６５ｂ）を設け、冷却蒸気
（３００）の流出を防ぐ。更に冷却蒸気の出口通路（７
３）として、図１および図３に示されるようなきり穴を
設ける。そしてそのきり穴の径と個数は、上記冷却蒸気
の入口通路（７２）の断面積の合計と上記出口通路（７
３）の断面積の合計との比率が１／２ないし１／１０と
なるようにする。

【００１７】次に具体的数値により説明する。例えば、
図２に示された冷却用蒸気の入口通路（７２）の穴径を
８mmとし、円周上に２０個配置すると、全通路面積Ａ_i
は、 Ａ_i ＝（π×８² ）／４×２０＝１００５mm² である。一方、図３に示された冷却蒸気の出口通路（７
３）を例えば穴径１２mmとし、円周上に２０個配置する
と、全通路断面積Ａ₀ は、 Ａ_o ＝（π×１２² ）／４×２０＝２２６１mm² となり、上記入口通路の約２．２倍となる。あるいは冷
却蒸気の出口通路（７３）を穴径２０mmとして円周上に
３０個配置すると、全通路断面積Ａ₀ は、 Ａ_o ＝（π×２０² ）／４×３０＝９４２０mm² となり、前記入口通路の約９．４倍となる。

【００１８】今， Ｑ_i ：冷却蒸気室へ流入する流量 Ｑ_o ：冷却蒸気室から流出する流量 ｐ_i ：入口圧力 ｐ ：冷却蒸気室圧力 ｐ_o ：出口圧力 Ｃ_i ：入口通路流量係数 Ｃ_o ：出口通路流量係数 とすると、 Ｑ_i ＝Ｃ_i Ａ_i √（ｐ_i −ｐ） Ｑ_o ＝Ｃ_o Ａ_o √（ｐ−ｐ_o ） ここで流入流量Ｑ_i と流出流量Ｑ_o は等しい。そこで流
量係数Ｃ_i とＣ_o を等しいとおくと、上記２つの式から Ａ_i √（ｐ_i −ｐ）＝Ａ_o √（ｐ−ｐ_o ） Ａ_i ／Ａ_o ＝√（ｐ−ｐ_o ）／√（ｐ_i −ｐ） この式の関係を図示すると図４のようになる。この図か
ら、入口通路と出口通路の断面積比を１／２ないし１／
１０，つまりＡ_o ／Ａ_i ＝２〜１０とすと，冷却蒸気室
（６２）内の圧力ｐは，入口圧力と出口圧力の中間で，
出口圧力よりも２〜５割高目の値となる。

【００１９】冷却蒸気と再熱蒸気との圧力差は、本実施
例の場合再熱ボイラの圧損分であり、通常２〜３kg／cm
² である。したがって本実施例では、冷却蒸気室（６
２）の圧力は、中圧入口蒸気室（２１０）の再熱蒸気圧
よりも０．４ないし１．５kg／cm² だけ高目に設定され
る。その結果、高温の再熱蒸気が冷却蒸気室へ逆流する
ことはなくなり、冷却用蒸気の温度上昇が抑えられて、
熱遮蔽効果が確保され、向上する。

【００２０】図１０は、高圧部および中圧入口部の各圧
力ｐ_i ，ｐ_o に対し、Ａ_o ／Ａ_i をパラメータとして、
冷却蒸気室の圧力ｐを示したものである。各圧力に幅が
あるのは、動圧等により円周方向の圧力分布が不均一に
なるためである。この図を見ると、Ａ_o ／Ａ_i が１０の
場合には冷却蒸気室内の圧力ｐが中圧入口部圧力ｐ_oよ
りも十分に大きく、逆流の心配はない。Ａ_o ／Ａ_i が３
０になると、冷却空気室圧力ｐが中圧入口部圧力ｐ_o よ
りも低くなることがあり、その場合には逆流が生じる。

【００２１】蒸気タービンの運転中に緊急負荷遮断等に
より、中圧入口蒸気室（２１０）の圧力ｐ_o が、図１１
（ａ）に示されるように瞬時に真空になることがある。
その場合には冷却蒸気入口側（高圧側）の圧力ｐ_i に対
して大きな圧力差を生じる。そうすると冷却蒸気室（６
２）内にも残圧が残り、この圧力ｐが熱遮蔽板（６３）
に外圧として作用して、座屈破壊等が生じる恐れがあ
る。しかし図１に示される本実施例においては、冷却用
蒸気の出口通路の断面積を入口通路の断面積の２倍以上
（Ａ_o ／Ａ_i ≧２）としたことにより、図１１（ｂ）に
示されるように、冷却蒸気室（６２）内の圧力ｐと中圧
入口蒸気室（２１０）の圧力ｐ_o との差（ｐ−ｐ_o ）
が、冷却蒸気入口側圧力ｐ_i と中圧入口蒸気室圧力ｐ_o
との差（ｐ_i−ｐ_o ）の半分以下となるので、強度上安
全性が確保される。

【００２２】

【発明の効果】本発明においては、車室内壁に対する熱
遮蔽効果が確保され向上するので、車室のクリープ強度
ほか圧力容器としての信頼性が高まる。また車室フラン
ジボルトが保護され、フランジ面の蒸気リークが未然に
防止される。更に周方向に不均一な温度分布の発生が防
止され、タービン車室の上下温度差による車室変形が防
止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を蒸気タービン中圧入口部に適用
した一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図２は同じく冷却用蒸気の入口通路を示す正面
図である。

【図３】図３は同じく冷却用蒸気の出口通路を示す横断
面図である。

【図４】図４は本発明の作用を説明する図である。

【図５】図５は従来の蒸気タービン車室の一例を示す縦
断面図である。

【図６】図６は図５のVI−VI線による横断面の拡大図で
ある。

【図７】図７は従来の蒸気タービン車室の他の例を示す
縦断面図である。

【図８】図８は同じく冷却用蒸気の出口通路を示す横断
面図である。

【図９】図９は同じく出口通路の運転中の一状況を示す
横断面図である。

【図１０】図１０は高圧部、冷却蒸気室および中圧入口
部の各圧力を示す図である。

【図１１】図１１は緊急時における各部圧力および差圧
の変動状況を示す図である。

【符号の説明】

（１０） 外車室 （１１） 高圧蒸気入口部 （１２） 中圧蒸気入口部 （１３） 中圧蒸気入口部
車室壁 （２０） 内車室 （２１） 高圧蒸気入口部 （３１） ノズル室 （３２） ノズルブロック （４０） 高中圧ロータ （４１） 調速段部 （４３） 中圧段落 （４４） ロータ中圧入口
部 （６１），（６３） 熱遮蔽板 （６２） 冷却蒸気室 （６４） 中圧翼環 （６５），（６５ａ），（６５ｂ） シールリング （６６） ピン （７１） 半円板状突起 （７２） 冷却蒸気入口通
路 （７３） 冷却蒸気出口通
路 （１００） 高圧蒸気 （１０１） 高圧ダミー蒸気 （１０２） 中圧ダミー蒸気 （１１０） 蒸気室 （２００） 再熱蒸気（中圧
蒸気） （２１０） 中圧入口部蒸気
室 （３００） 冷たい蒸気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気入口部の周辺の車室内壁から間隔を
   へだてて熱遮蔽板を設け、上記車室内壁と上記熱遮蔽板
   との間に冷却蒸気室を形成したものにおいて、上記冷却
   蒸気室から流出する冷却用蒸気の出口通路の断面積を上
   記冷却蒸気室へ導入される冷却用蒸気の入口通路の断面
   積の２倍ないし１０倍としたことを特徴とする蒸気ター
   ビン車室。