JPH07158410A - 一軸型コンバインドサイクルプラント - Google Patents
一軸型コンバインドサイクルプラントInfo
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- JPH07158410A JPH07158410A JP30944393A JP30944393A JPH07158410A JP H07158410 A JPH07158410 A JP H07158410A JP 30944393 A JP30944393 A JP 30944393A JP 30944393 A JP30944393 A JP 30944393A JP H07158410 A JPH07158410 A JP H07158410A
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Abstract
バインドサイクルプラント用の蒸気タービンに対し、発
電設備のコスト減を計り、かつ最適な性能を発揮させ、
保守性を向上させることができるようにすること。 【構成】 ガスタービン2と発電機4の間に蒸気タービ
ン6を配置し、全ての軸をリジットカップリングで結合
し、ガスタービンのスラスト軸受7を一軸として唯一の
スラスト軸受として使用するようにした大容量一軸型コ
ンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンの
高圧タービン6a、中圧タービン6b、及び低圧タービ
ン6cのロータ軸22を一体化して1車軸とするとと
に、蒸気タービンの車室を一車室の構造として、低圧部
を単流化した。
Description
ービン及び発電機を一軸に配設した大容量の一軸型コン
バインドサイクルプラントに関する。
は、性能及び運転性に優れた発電設備であり、最近では
ガスタービンの大容量化に伴い、更に効率向上を目指し
蒸気タービンも高温化・再熱化・大容量化してきてい
る。
ビンは非再熱かつ主蒸気温度が低い従来の一軸型コンバ
インドサイクルプラントの軸構成の一例を示す図であっ
て、圧縮機1に直結されているガスタービン2はリジッ
ドカップリング3によって発電機4に結合されており、
その発電機4にはダイアフラムカップリング5を介して
蒸気タービン6が連結されている。そして、圧縮機1及
び蒸気タービン6の外側にスラスト軸受7が設けられて
いる。
は、ダイアフラムカップリング5で軸方向の伸びが吸収
されるため、ガスタービン及び蒸気タービン毎にスラス
ト軸受7を有することが可能であり、軸系としては、ガ
スタービン及び蒸気タービンが互いに影響を及ぼさず、
独立した軸として設計・製作が可能である。しかも、蒸
気タービンは比較的小容量であることにより小型とな
り、低圧蒸気タービンの動翼の遠心力は小さく、かつ主
蒸気温度も高温でないことによって蒸気タービンのロー
タとしては同一機質の一本のロータで製作可能である。
クルプラントの熱効率を向上させるため、ガスタービン
及び蒸気タービンの大容量化、並びに蒸気タービンの再
熱化・高温化が図られており、大容量一軸型コンバイン
ドサイクルプラントとしては図14に示すような軸構成
のものが提案されている。
い、図13で使用していたダイアフラムカップリング5
は、伝達容量から非常に長大化し、実用には騒音、風損
等の多くの問題があり、大容量一軸型コンバインドサイ
クルプラントでは、ガスタービン、蒸気タービン及び発
電機が図13に示すようにリジットカップリング3で結
合されている。したがって、このようなものでは軸の熱
伸びを吸収することができないため、スラスト軸受7は
ガスタービンの圧縮機1の軸部1カ所のみとなる。そし
て、蒸気タービンの静止部と回転部に発生する伸び差を
最小にするため蒸気タービン6はスラスト軸受7に近い
ガスタービンの圧縮機1と発電機4との間に配置する軸
構成となっている。そして、蒸気タービン6も高圧ター
ビン6a及び中圧タービン6bと低圧タービン6cとに
分離され、中圧タービン6bから排出された排気が気筒
連絡管8を介して接続されている。
インドサイクルプラント用の蒸気タービンの一例を示す
断面図である。
圧タービン6cが大型化し、その動翼に発生する遠心力
が増加し、かつ高温化により高圧タービン6a、中圧タ
ービン6bでは高温強度が必要となる。
た材料は、高温場におけるクリープを代表とする高温強
度に対して低下する傾向があり、このため従来の蒸気タ
ービンは高温強度に優れた材料を用いた高中圧ロータ1
0aと、引張強度に優れた材料を用いた低圧ロータ10
bとを結合しており、通常1本のロータに対して1筒の
車室が設けられている。
従来の大容量コンバインドサイクルプラント用蒸気ター
ビンにおいては、図15に示すように、蒸気をシールす
るグランドシール部9が多数必要であり、高中圧タービ
ンロータ10aと低圧タービンロータ10bを結合する
ため、その近傍に中間軸受台11が必要となる。そのた
め、蒸気タービンの全長が増大しタービンの建屋も増大
させねばならず、発電設備としてのコストが増大する等
の問題がある。
とは、タービンから漏洩する蒸気量が増加し、性能を劣
化させる要因となる。しかも、従来の蒸気タービンは2
車室以上必要であることから、中圧タービン6bの排気
蒸気を低圧タービン6cに導入するための気筒連絡管8
が必要であり、その長い気筒連絡管8を熱エネルギ・運
動エネルギを有する蒸気が通るため、その中で圧力損失
が発生しタービンの性能を劣化させる要因ともなる。ま
た、定期点検時等、蒸気タービンを分解する時には、こ
の気筒連絡管8を取り外さねばならず、作業時間が増大
し、定期点検のコストにも悪影響を及ぼす等の問題もあ
る。
温化蒸気条件における一軸型コンバインドサイクルプラ
ント用の蒸気タービンに対し、発電設備のコスト減を計
り、かつ最適な性能を発揮させ、保守性を向上させるこ
とができるようにした一軸型コンバインドサイクルプラ
ントを得ることを目的とする。
ビンと発電機の間に蒸気タービンを配置し、全ての軸を
リジットカップリングで結合し、ガスタービンのスラス
ト軸受を一軸として唯一のスラスト軸受として使用する
ようにした大容量一軸型コンバインドサイクルプラント
において、蒸気タービンの高圧タービン、中圧タービン
及び低圧タービンのロータ軸を一体化して1車軸とする
ととに、蒸気タービンの車室を一車室の構造として、低
圧部を単流化したことを特徴とする。
固定点をガスタービン側としたことを特徴とする。
圧部をガスタービン側に配置し、車室の低圧部に軸方向
固定点を設定したことを特徴とする。
に、蒸気タービンに接続する全ての管を接続したことを
特徴とする。
部と中低圧部とを対向流とするとともに、高圧部のロー
タシャフト部に段差を設け、上記高圧部で発生するスラ
スト力を補強するようにしたことを特徴とする。
気タービン低圧部ジャーナル軸受を、基礎台上に設置し
たことを特徴とする。
回転数が所定値以上になったとき、補助蒸気を蒸気ター
ビン低圧部に供給するようにしたことを特徴とする。
体車室とすることにより、従来の気筒連絡管が不要で、
タービン建屋も比較的小さくでき、グランド蒸気部を減
少でき、蒸気タービンの性能を向上することができる。
ることにより蒸気タービン部に発生する伸び差を小さく
し、性能アップを図ることができる。さらに蒸気管全て
を下半に接続した場合には、定期点検時に上半を開放す
る際取り外す蒸気管が皆無となり、定期点検工程作業時
間の節約を可能とする。
ついて説明する。
車室の蒸気タービン6を用いた一軸型コンバインドサイ
クルプラントの軸構成を示す図であって、圧縮機1の一
側にはガスタービン2が連結され、他端にはスラスト軸
受7及びリジットカップリング3を介して蒸気タービン
6が連結され、この蒸気タービン6にはさらにリジット
カップリング3を介して発電機4が連結されている。
車軸・一車室のタービンであって、高圧タービン6a、
中圧タービン6b、及び低圧タービン6cによって構成
され、各タービンのロータ軸は一本の軸により一体化さ
れており、車室も一体的に形成されている。
圧タービン6aに対して中圧タービン6b及び低圧ター
ビン6cが対向流としてあり、低圧タービン6cが圧縮
機1側に配設してあって、蒸気タービン車室の低圧側が
軸方向固定点20としてある。なお、図中21は軸方向
に摺動可能状態を示す。
を示す図であって、高圧タービン6aが圧縮機1側に配
設されており、車室の高圧側が軸方向固定点20として
ある。
ビン6b及び低圧タービン6cのロータ軸22を一体化
した蒸気タービンの縦断面図であって、車室も一筒の高
中低圧一体車室23によって構成されており、図15に
示す気筒連絡管8が省略され、車室23にはその下半部
に、主蒸気管24、低温再熱蒸気管25、高温再熱蒸気
管26及び低圧挿入蒸気管27が接続されている。
用蒸気タービンは従来汽力の蒸気タービンと異なり、途
中給水加熱器への抽気がなく、かつ排熱回収ボイラによ
って途中から蒸気が挿入されるため、蒸気重量流量は低
圧へ行く程増大し、それに伴ない蒸気体積流量は飛躍的
に増大する。このため、高温場である高圧タービン6a
及び中圧タービン6bの回転翼は、その部分における蒸
気の比容積が小さく、重量流量及び体積流量が少ないた
め比較的短くなり、大きな遠心力は生じない。しかし、
低圧タービンでは上述のように体積流量が飛躍的に増大
するため、回転翼が長大化し、低温場ではあるが大きな
遠心力を発生する。
る引張応力が小さい部位では高温強度が増加し、低温部
では高遠心力に耐える引張強度を増すような高中低圧一
体用ロータ材を採用することが有効である。
成することにより、グランドシール部9も3個所でよ
く、図15に示す従来機と比較して2個所削減でき、中
間軸受台11も不要となり、蒸気タービン6の全長を大
幅に短縮することができる。特に、一軸型コンバインド
サイクルプラントにおいては、通常クレーンスパンが軸
全長によって決定されるため、蒸気タービンの全長が短
くなることは、発電設備特にタービン建屋のコストダウ
ンを行なうことができる。
タービンからの漏洩蒸気が減少するため、性能を向上さ
せる要因となり、さらに一筒の車室及び低圧タービンの
単純化により、気筒連絡管が不要となるため、当該部に
おける圧力損失がなくなり、蒸気タービンの性能を向上
させることができる。
する静止部(車室等)と回転部(ロータ等)の伸び差を
最も小さくする必要があるため、ガスタービン軸の圧縮
機1の近傍にスラスト軸受7を設置するが、蒸気タービ
ンについては、伸び差が大きくなった場合に運転に支障
をきたさぬように設計することはできるが、蒸気をシー
ルするパッキン数が減少するためその分性能が低下す
る。
を用いた一軸型コンバインドサイクルプラントにおい
て、蒸気タービン部に発生する伸び差を最小にすること
が性能上要望される。
ンの軸方向固定点20がスラスト軸受7に最も近い圧縮
機1側に設定されている。
は、圧縮機1の近傍に設けられているスラスト軸受7を
原点として運転時には熱膨脹による伸びlr が圧縮機1
と反対方向に発生する。
受7から最も離れた復水器が接続する低圧タービン6c
に軸方向固定点20を設けた場合、蒸気タービン6の車
室の熱膨脹による伸びlc は図において左側すなわち圧
縮機方向となる。このため蒸気タービン内部では、静止
部と固定部が相反する方向に延び、伸び差le は図4の
一点鎖線に示すように大きなものとなる。
に示すように蒸気タービンの軸方向固定点20をすラス
ト軸受7に最も近い低圧タービン6c或いは高圧タービ
ン6aの圧縮機1側としてある。したがって、この場合
図5及び図6に示すように、蒸気タービン6の車室の伸
びlc は図においてそれぞれ右側となり、ロータの伸び
lr と同一方向になって、発生する伸び差le は格段に
小さくなり、パッキン数を増加することができて性能を
向上させることができる。
積流量の増加により低圧車室は大型化し、一般に溶接鋼
板構造となる。したがって、運転時の移動量が大きい場
合は、溶接鋼板構造の巨大な低圧車室を摺動させねばな
らず、復水器の接続部も移動するため、構造上・強度上
問題となる場合がある。そこで、図1及び図5に示すよ
うに特に低圧タービン6cを圧縮機1側とし、軸方向の
固定点20を低圧タービン側とした場合には、上記問題
は解消される。
により、図3に示すように気筒連絡管9が不要となり、
一軸型コンバインドサイクルプラント用の蒸気タービン
には抽気がないことから、接続するグランド蒸気管以外
の蒸気管は再熱型としても主蒸気管24、低温再熱蒸気
管25、高温再熱蒸気管26及び低圧挿入蒸気管27の
4系統にすぎない。特に、コンバインドサイクルプラン
ト用の蒸気タービンでは、主蒸気の体積流量が少ないこ
とから、蒸気タービンの主蒸気の挿入方法を半周以下と
して初段翼長を増加させた方が、2次流れが減少し性能
上有利となることから、本発明においてはこれらの蒸気
管全てが車室の下半に接続されている。
発電機間に配設され、発電機は一端部にあるため、その
ロータは蒸気タービンを除外しなくても引き抜き可能で
ある。したがって、上述のように蒸気管を全て車室の下
半部に接続することによって、定期点検時に上半を開放
する際、取り外す蒸気管が皆無となり、定期点検工程、
作業時間の節約を行なうことができる。
て、蒸気タービン6のロータ軸22には、その高圧ター
ビン部に段差が設けられている。すなわち、図7に示す
ように、ロータ軸22の高圧タービン部においては、主
蒸気管24に近い部分において下流側の径D2 より小さ
い外径D1 としてある。したがって、段差部の上流側の
圧力をP1 、下流側の圧力をP2 とすると、 (P1 −P2 )×π/4×(D2 2 −D1 2 ) なるスラスト力が蒸気の流れ方向に加わる。
ン6b及び低圧タービン6cと対向的に配設されている
高圧タービン6aに対して、その高圧タービン6aのス
ラスト力が増強され、蒸気タービン全体のスラスト力が
ほぼ0となる。したがって、一軸型のコンバインドサイ
クルプラントにおいては、ガスタービンのスラスト力が
支配的となり、スラスト軸受は蒸気タービンの仕様に関
係なくガスタービンの仕様によって決定される。すなわ
ち、ガスタービンと発電機のみのシンプルサイクルで
も、ガスタービン、蒸気タービン、発電機を組合せた一
軸型コンバインドサイクルでも同一のスラスト軸受が使
用でき、プラントのコストダウンを図ることができる。
トにおいて、図1のような配置すると、低圧タービン6
cが圧縮機1と隣合う形となる。しかして、低圧タービ
ン6cに設置するジャーナル軸受30は、通常軸受間距
離、蒸気タービンの全長を短くするため、低圧タービン
の車室のコーン部31に設置することが行われている。
一方、低圧タービン6cの車室は運転時に真空荷重を受
けるため、図9は破線のように変形し、これによりジャ
ーナル軸受30もこの変形によって軸心が変化する。
トにおいては、基礎上面からのガスタービン軸心までの
距離が大きいことから、ガスタービンの軸心変化量も蒸
気タービンに比べ、大きくなる可能性がある。このた
め、ガスタービンと隣合う軸受を上記のように低圧ター
ビンの車室コーン部31には設置すると、ガスタービ
ン、蒸気タービン間の軸心変化量が増加し、軸受荷重が
大きく変化し不安定な運転につながる可能性もある。
ように、蒸気タービンの低圧側でガスタービンロータ1
aと結合する場合、基礎台32上に蒸気タービンのジャ
ーナル軸受30が設置されている。しかして、運転中の
車室コーン部31の変形にかかわらず、蒸気タービンの
軸心位置が変化せず、ガスタービンロータ1aと蒸気タ
ービンのロータ軸22の軸心変化量を小さくすることが
でき、運転安定性を向上できる。
トの起動に関しては、ガスタービンで点火し駆動力が自
立するまでその起動力を確保するために蒸気タービンの
ロータ軸22の端部に起動モータが設けられている。ま
た、蒸気タービンはガスタービンが自立し、排熱回収ボ
イラがガスタービンの排気ガスにより蒸気を発生できる
まで空回しの状態になる。したがって、特に長翼を有す
る低圧タービンにおいては風損量が増大し、温度が上昇
する。このため、一軸型コンバインドサイクルでは、通
常起動時には空回し防止用としてクーリング蒸気を低圧
タービン6cに挿入し加熱防止を行っている。このよう
に排熱回収ボイラの自立前にクーリング蒸気が必要であ
るためプラント毎に補助蒸気源を有している。
軸の慣性モーメントも増加することから、起動装置の容
量もそれに見合う出力が必要であり、蒸気起動モータの
みで軸を起動する場合には、図11に示すように起動ト
ルクTs に対し、軸トルクTa が得られる出力を有する
起動装置を準備する必要がある。また、図11に示すよ
うに、必要起動トルクTs と起動装置の出力トルクTa
の差が最も小さく、厳しい条件になるのは70%回転数
近傍であり、かつ風損が増大し、クーリングが必要とな
る回転数は50%以上である。
ように、50%回転数以上で、蒸気タービンにある程度
仕事(蒸気タービン出力トルクTc )をさせるだけのク
ーリング蒸気を挿入するようにしてある。
上記蒸気タービンのクーリング蒸気の出力によって図1
2に示すようにTb まで減じたものとすることができ、
起動装置の小形化が可能で、発電設備のコストダウンを
図ることができる。
蒸気タービンの高圧タービン、中圧タービン及び低圧タ
ービンのロータ軸を一体化して1車軸とするとともに、
蒸気タービンの車軸を一車軸の構造として低圧部を単流
化したので、蒸気タービン全長を大幅に短縮でき、ター
ビン建屋のコストダウンを図ることができ、グランドシ
ール部を減少でき、蒸気タービンの漏洩蒸気を減少させ
ることができて、しかも気筒連絡管の不要に伴ない当該
部の圧力損失をなくし、性能を向上させることができ
る。
スト軸受に最も近い所にすることによって、車室及びロ
ータ軸間の伸び差を小さくすることができ、パッキン数
を増加することができて、性能を向上させることができ
る。
タービンに接続する全ての管を接続した場合には、定期
点検時に上半を開放する際、取り外す蒸気管がなくな
り、定期点検工程、作業時間を短縮できる。
高圧部で発生するスラスト力を補強するようにした場合
には、蒸気タービン全体のスラストをほぼ0にすること
ができ、スラスト軸受をガスタービンの仕様によって決
定することができ、簡単化できる。また蒸気タービン低
圧部ジャーナル軸受を基板台上に設置することによって
ガスタービンロータを蒸気タービンロータの軸心変化量
を小さくでき、運転安定性を向上できる。
ビン低圧部に補助蒸気を供給するようにしたものにおい
ては、起動装置の小型化が可能で、発電設備のコストダ
ウンを図ることができる。
を示す図。
構成を示す図。
ータ軸間の伸び差説明図。
伸び差説明図。
とロータ軸間の伸び差説明図。
タービン部の縦断面図。
部の一例を示す図。
す図。
関係を示す線図。
の出力の変化を説明する線図。
の軸構成の一例を示す図。
の軸構成の他の例を示す図。
用蒸気タービンの一例を示す断面図。
Claims (7)
- 【請求項1】ガスタービンと発電機の間に蒸気タービン
を配置し、全ての軸をリジットカップリングで結合し、
ガスタービンのスラスト軸受を一軸として唯一のスラス
ト軸受として使用するようにした大容量一軸型コンバイ
ンドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンの高圧タ
ービン、中圧タービン及び低圧タービンのロータ軸を一
体化して1車軸とするととに、蒸気タービンの車室を一
車室の構造として、低圧部を単流化したことを特徴とす
る、一軸型コンバインドサイクルプラント。 - 【請求項2】蒸気タービン車室の軸方向固定点をガスタ
ービン側としたことを特徴とする、請求項1記載の一軸
型コンバインドサイクルプラント。 - 【請求項3】蒸気タービン車室の低圧部をガスタービン
側に配置し、車室の低圧部に軸方向固定点を設定したこ
とを特徴とする、請求項1記載の一軸型コンバインドサ
イクルプラント。 - 【請求項4】蒸気タービン車室の下半分に、蒸気タービ
ンに接続する全ての管を接続したことを特徴とする、請
求項1記載の一軸型コンバインドサイクルプラント。 - 【請求項5】蒸気タービンの高圧部と中低圧部とを対向
流とするとともに、高圧部のロータシャフト部に段差を
設け、上記高圧部で発生するスラスト力を強するように
したことを特徴とする、請求項1記載の一軸型コンバイ
ンドサイクルプラント。 - 【請求項6】ガスタービン側の蒸気タービン低圧部ジャ
ーナル軸受を、基礎台上に設置したことを特徴とする、
請求項3記載の一軸型コンバインドサイクルプラント。 - 【請求項7】起動時に、蒸気タービンの回転数が所定値
以上になったとき、補助蒸気を蒸気タービン低圧部に供
給するようにしたことを特徴とする、請求項1記載の一
軸型コンバインドサイクルプラント。
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JP30944393A JP3529412B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 一軸型コンバインドサイクルプラント |
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JP30944393A JP3529412B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 一軸型コンバインドサイクルプラント |
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JPH07158410A true JPH07158410A (ja) | 1995-06-20 |
JP3529412B2 JP3529412B2 (ja) | 2004-05-24 |
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ID=17993065
Family Applications (1)
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JP30944393A Expired - Lifetime JP3529412B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 一軸型コンバインドサイクルプラント |
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