JPH07247806A

JPH07247806A - 蒸気タービン発電プラント

Info

Publication number: JPH07247806A
Application number: JP4264594A
Authority: JP
Inventors: Akira Oda; 田亮織; Etsuichi Hatano; 悦一羽田野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-09-26
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP3582848B2

Abstract

(57)【要約】【目的】入口蒸気温度が向上し、オーステナイト系ロ
ータ材料の使用が必要になった場合においてもその使用
が実現でき、しかも軸数の増加を最少限とし、軸系の振
動に対する安定性を確保し得るようにすること。【構成】高圧タービンが高圧側の第一高圧タービン部
１ａと低圧側の第二高圧タービン部１ｂに分離されると
ともに、中圧タービンが高圧側の第一中圧タービン部２
ａと低圧側の第二中圧タービン部２ｂに分離されてい
る。そして、第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービ
ン部２ａが一体化され、第二高圧タービン部１ｂと第二
中圧タービン部２ｂが一体化され、低圧タービン３ａ，
３ｂ等に連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧タービン、中圧タ
ービン及び低圧タービンを有する蒸気タービン発電プラ
ントに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の火力発電設備は、地球環境保護の
観点から、ＣＯ_２、ＳＯｘ、ＮＯｘの発生量抑制のため
に高効率化へのニーズが高まる一方の状況にある。

【０００３】このプラント熱効率の高効率化のために
は、蒸気温度の向上が最も有効な手段であるが、現在実
用可能な技術における最高蒸気温度は５９３℃程度であ
り、例えば当面の目標とされている６４９℃級の蒸気温
度を実用化するためには、いくつかの克服しなければな
らない課題が残されている。その一つがロータ材の大き
さ面からの制約であり、大容量蒸気タービンの現状の構
成では、６４９℃級の蒸気温度の蒸気タービンは、高温
用ロータ材の大きさ上の制約から実現できないという問
題がある。すなわち、蒸気温度５９３℃級までの蒸気タ
ービンにおいては、ロータ材にフェライト系（クロム・
モリブデン系）材料を使用しているが、６４９℃級の蒸
気温度においてはオーステナイト系（高ニッケル・高ク
ロム系超合金）材料を使用する必要がある。

【０００４】このオーステナイト系の材料は熔解時に非
常に偏析が生じ易い特徴があり、大型の鋼塊を均一な成
分で製造するのは非常に困難であり、最近の製造技術を
用いても、重量で１０ｔｏｎ程度が限度である。

【０００５】ところで、図１４は一般的な蒸気タービン
発電プラントの概略構成を示す図であって、高圧タービ
ン１、中圧タービン２、低圧タービン３ａ，３ｂ、及び
発電機４が同一軸線上に互いに連結されており、ボイラ
５で発生した主蒸気が高圧タービン１に送られ、そこで
仕事を行なった蒸気が低温再熱管６を経て再熱器７に送
られ、そこで再熱された蒸気が高温再熱管８を経て中圧
タービン２に送られる。そして、この中圧タービン２で
仕事を行なった蒸気はクロスオーバー管９を通って低圧
タービン３ａ，３ｂにそれぞれ送給され、そこで仕事を
行なった蒸気は復水器１０で復水される。一方、各ター
ビンによって発電機４が駆動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記蒸気タ
ービン発電プラントにおいては、高圧タービン１及び中
圧タービン２はともに、ロータ材の重量は２５ｔｏｎ〜
３０ｔｏｎ程度となる。したがって、主蒸気または再熱
蒸気の温度が６４９℃級となった場合に、高圧タービン
１または中圧タービン２のロータ材料をオーステナイト
系材料とすると、重量上制限値を大幅に越えてしまうた
め、実現は不可能となる。

【０００７】一方、タービンの動翼１１は、図１５
（ａ）に示すように、ロータ１２の外周に設けられた動
翼取付溝１３（図１５（ｃ））に動翼１１の翼根部１１
ａ（同（ｂ））を挿入係合することにより、ロータ１２
に取り付けられているが、ロータ材の選定基準となるロ
ータ翼取付溝形成部の使用温度がオーステナイト系材料
の使用を必要とする温度、例えば６００℃以上となるの
は、例えば７段落で構成されている高圧タービンで入口
蒸気温度が６４９℃の場合では、表１に示すように、第
１段落のみであり、第２段落〜第７段落はフェライト系
材料のロータ材で対応可能である。

【０００８】

【表１】そこで、図１６に示すように、高圧タービン１を第１段
落部のみで構成される第一高圧タービン部１ａとその他
の段落部を構成する第二高圧タービン部１ｂとに分離
し、第一高圧タービン部１ａのロータ材にオーステナイ
ト系材料を使用し、第二高圧タービン部１ｂのロータ材
にフェライト系材料を使用することが考えられる。

【０００９】また、中圧タービン２についても、例えば
５段落で構成されている場合、下記の表２に示すよう
に、入口蒸気温度が６４９℃に対してオーステナイト材
のロータ材料が必要となるのは、第８段落と第９段落の
みであり、したがって、図１６に示すように、中圧ター
ビン２を第８段落と第９段落で構成される第一中圧ター
ビン部２ａと第１０段落〜第１２段落部で構成される第
二中圧タービン部２ｂに分離し、第一中圧タービン部２
ａのロータ材にオーステナイト材料を使用し、第二中圧
タービン部２ｂにフェライト材料を使用することができ
る。

【００１０】

【表２】しかしながら、図１６に示したように、高圧部と中圧部
を使用ロータ材料に応じて分離しただけでは、軸数が増
加し、その副作用として、軸系の振動に対する安定性の
確保が困難になるという問題がある。

【００１１】本発明はこのような点に鑑み、大容量蒸気
タービン発電プラントにおいて、入口蒸気温度が向上
し、オーステナイト系ロータ材料の使用が必要になった
場合においてもその使用が実現でき、しかも軸数の増加
を最少限とし、軸系の振動に対する安定性を確保し得
る、蒸気タービン発電プラントを得ることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧タービ
ン、中圧タービン、及び低圧タービン並びに発電機から
なる蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービン
を高圧側の第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧ター
ビン部に分離するとともに、中圧タービンを高圧側の第
一中圧タービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離
し、第一高圧タービン部と第一中圧タービン部を一体化
し、第二高圧タービン部と第二中圧タービン部とを一体
化し、それらを低圧タービン及び発電機に連結したこと
を特徴とする。

【００１３】また、本発明は、高圧タービンを高圧側の
第一高圧タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分
離するとともに、中圧タービンを高圧側の第一中圧ター
ビン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一高
圧タービン部と第一中圧タービン部を一体化し、これに
第二高圧タービン部及び第二中圧タービン部の少なくと
も一方を連結し、これらのケーシングを互いに共有する
ように一体化したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明は超高圧タービンを高圧側の
第一超高圧タービン部と低圧側の第二超高圧タービン部
に分離するとともに、高圧タービンを高圧側の第一高圧
タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離し、第
一超高圧タービン部と第一高圧タービン部を一体化し、
また、第二超高圧タービン部と第二高圧タービン部を一
体化し、中圧タービン、低圧タービン及び発電機と連結
したことを特徴とする。

【００１５】また、本発明は超高圧タービン、高圧ター
ビン、及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第
一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧
タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部
と第二中圧タービン部に分離し、第一超高圧タービン
部、第一高圧タービン部及び第一中圧タービン部を一体
化するとともに、第二超高圧タービン部と第二高圧ター
ビン部のいずれか一方に第二中圧タービン部を一体化し
たことを特徴とする。

【００１６】さらにまた本発明は、超高圧タービン、高
圧タービン及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側
の第一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一
高圧タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービ
ン部と第二中圧タービン部に分離し、第二超高圧タービ
ン部、第二高圧タービン部、及び第二中圧タービン部を
一体化するとともに、第一超高圧タービン部、第一高圧
タービン部、及び第一中圧タービン部のいずれか２つを
一体化したことを特徴とする。

【００１７】

【作用】高圧タービン及び中圧タービン等を、それぞれ
使用温度がオーステナイト系材料の使用を必要とする温
度となる部分と、フェライト系材料の使用が可能な部分
とに分離し、オーステナイト材ロータ材を使用する部位
同志を一体化するとともにフェライトロータ材を使用す
る部位同志を一体化することができる。したがって、オ
ーステナイトロータ材によって製造する部分の重量をそ
の製造限界内におさえることができ、しかも軸数の増加
を抑制でき、軸系の振動に対する安定性も確保すること
ができる。

【００１８】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。

【００１９】図１において、例えば７段落で構成されて
いる高圧タービンが、入口蒸気温度が６４９℃でロータ
部にオーステナイト系材料を使用する必要がある第１段
落部の第一高圧タービン部１ａと、従来のフェライト系
材料のロータ材で対応可能な第２〜７段落部から構成さ
れる第二高圧タービン部１ｂとに分離されており、また
中圧タービンもオーステナイト系材料を使用する必要が
ある第一中圧タービン部２ａとフェライト系材料のロー
タ材が使用可能な第二中圧タービン部２ｂとに分離され
ている。そして、上記第一高圧タービン部１ａと第一中
圧タービン部２ａとが一体化され、第二高圧タービン部
１ｂと第二中圧タービン部２ｂとが一体化されており、
上記第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａ
とが一体化された部分、第二高圧タービン部１ｂと第二
中圧タービン部２ｂとが一体化された部分、低圧タービ
ン３ａ，３ｂ、及び発電機４が一軸上に連結されてい
る。

【００２０】しかして、ボイラ５で発生した高温の主蒸
気は第一高圧タービン部１ａに供給され、そこで仕事を
行なった後、高圧部連絡管２１を通り第二高圧タービン
部１ｂに供給される。第二高圧タービン部１ｂで仕事を
行なった蒸気は、低温再熱管６を経てボイラ５の再熱器
７で再熱され、高温再熱管８を経て第一中圧タービン部
２ａに供給され、そこで仕事を行なった後、中圧部連絡
管２２を経て第二中圧タービン部２ｂに供給される。

【００２１】第二中圧タービン部２ｂで仕事を行なった
蒸気は、クロスオーバー管２３を経て低圧タービン３
ａ，３ｂに供給され、そこで仕事を行なった後、復水器
１０で復水され、ボイラ給水ポンプ２４で昇圧されてボ
イラ５に還流される。

【００２２】ここで、第一高圧タービン部１ａ及び第一
中圧タービン部２ａを一体化したものは、入口蒸気温度
６４９℃級に対応するためオーステナイト系材料によっ
てロータが形成されるけれども、この部分の重量は７ｔ
ｏｎ程度でありそれ程大重量とはならないため、オース
テナイトロータ材の製造限界から逸脱するような問題は
解消される。

【００２３】なお、上記蒸気タービン発電プラントにお
いて、動翼の遠心力の制約から第二高圧タービン部１
ｂ、もしくは第二中圧タービン部２ｂを複流にする必要
がある場合には、図２に示すように、第二高圧タービン
部１ｂと第二中圧タービン部２ｂを分離し、互いにカッ
プリングにより連結するようにしてもよい。また、同様
に図３に示すように、第二高圧タービン部１ｂと第二中
圧タービン部２ｂとを一体化したものを２台とすること
もできる。

【００２４】図４は、本発明の他の実施例を示す図であ
り、第二高圧タービン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂ
とが分離されており、第一高圧タービン部１ａと第一中
圧タービン部２ａとを一体化したものの一側に第二高圧
タービン部１ｂが連結され、他側に第二中圧タービン部
２ｂが連結されている。そして、上記第一高圧タービン
部１ａ、第一中圧タービン部２ａ及び第二高圧タービン
部１ｂのケーシング２５が共有化されている。

【００２５】したがって、この場合には第一実施例と同
様な効果を奏するとともに、ケーシング外に露出する高
圧部連絡管２１を省略することができる。

【００２６】また、図５、図６に示すように、第一高圧
タービン部１ａ、第一中圧タービン部２ａ及び第二中圧
タービン部２ｂのケーシング２５を共有化したり、或は
第一高圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとを
一体化したものの両側に第二高圧タービン部１ｂ及び第
二中圧タービン部２ｂをそれぞれ連結するとともに、そ
れらのケーシング２５を共通化することもできる。この
場合には、中圧部連絡管２２、或は高圧部連絡管２１と
中圧部連絡管２２の両者とを省略することができる。

【００２７】図７は、蒸気温度が６４９／６４９／５９
３℃級の蒸気条件の蒸気タービン発電プラントを実現さ
せるようにしたプラントの概略構成を示す図であって、
超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービン及び低圧
タービンから構成されており、超高圧タービン及び高圧
タービンが高圧側の第一超高圧タービン部２６ａ及び低
圧側の第二超高圧タービン部２６ｂ、第一高圧タービン
部１ａ、第二高圧タービン部１ｂに分離され、第一超高
圧タービン部２６ａと第一高圧タービン部１ａが一体化
されてオーステナイト材によりロータが構成されてい
る。また、第二超高圧タービン部２６ｂと第二高圧ター
ビン部１ｂとが中圧タービン等と同様にフェライト材に
よって一体に形成され、これらが中圧タービン２及び低
圧タービン３ａ，３ｂと同一軸上に連結されている。

【００２８】しかして、ボイラ５で発生した蒸気は、第
一超高圧タービン部２６ａ、第二超高圧タービン部２６
ｂ、再熱器７、第一高圧タービン部１ａを流れ、高圧部
連絡管２１を経て第二高圧タービン部１ｂ、第２再熱器
２８、中圧タービン２、低圧タービン３ａ，３ｂへと流
れる。

【００２９】したがって、この場合も入口蒸気温度が高
い部分のみをその他の部分から分離し、オーステナイト
材によって製造し、高温に耐えるようにするとともに当
該部を製造限界内に抑えることができる。

【００３０】図８は、６４９／６９４／６９４℃級の蒸
気条件のプラントに関するものであり、第一超高圧ター
ビン部２６ａ、第一高圧タービン部１ａ及び第一中圧タ
ービン部２ａが一体化され、そのロータ材がオーステナ
イト材によって形成されている。また第二超高圧タービ
ン部２６ｂと第二高圧タービン部１ｂも一体化され、第
二中圧タービン部２ｂ等とともにロータ材がフェライト
材によって形成されている。

【００３１】また、図９も６４９／６４９／６４９℃級
の蒸気条件のプラントに関するものであって、第二超高
圧タービン部２６ｂには第二高圧タービン部１ｂの代り
に第二中圧タービン部２ｂを一体化してもよい。

【００３２】また図１０に示すように、第二高圧タービ
ン部１ｂと第二中圧タービン部２ｂを一体化するととも
に第二超高圧タービン部２６ｂを独立させてもよい。

【００３３】さらに、図１１は、蒸気温度が６４９／６
４９／６７４℃級の蒸気条件のプラントに関するもので
あり、第二中圧タービン部２ａが動翼の遠心力低減のた
め複流化されており、第一超高圧タービン部２６ａと第
一高圧タービン部１ａが一体化され、第二超高圧タービ
ン部２６ｂと第二高圧タービン部１ｂ及び第二中圧ター
ビン部２ｂが一体化されており、第一超高圧タービン部
２６ａおよび第一高圧タービン部１ａと、第一中圧ター
ビン部２ａがそれぞれオーステナイト材により構成され
ている。

【００３４】また図１２は、第一超高圧タービン部２６
ａと第一中圧タービン部２ａが一体化されるとともに、
第二超高圧タービン部２６ｂ、第二高圧タービン部１ｂ
及び第二中圧タービン部２ｂが一体化されている。そし
て第一超高圧タービン部２６ａと第一中圧タービン部２
ａ、並びに第一高圧タービン部１ａがオーステナイト材
により構成され、第一高圧タービン部１ａが動翼の遠心
力低減のため複流化されている。

【００３５】さらに、図１３は超高圧タービン部２６ａ
が動翼の遠心力低減のために複流化されたものであっ
て、第二超高圧タービン部２６ｂ、第二高圧タービン部
１ｂ及び第二中圧タービン部２ｂが一体化され、第一高
圧タービン部１ａと第一中圧タービン部２ａとが一体化
されている。そして、上記第一高圧タービン部１ａと第
一中圧タービン部２ａとで一体化されたもの、及び第一
超高圧タービン部２６ａのロータ材がオーステナイト材
によって構成されている。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は高圧ター
ビン、及び中圧タービン、或は超高圧タービンを高圧側
と低圧側とに分離し、その分離されたタービン部を適宜
組合わせて一体化するようにしたので、入口蒸気温度に
応じてオーステナイト材をロータ材とする必要がある部
分のみにオーステナイト材を使用し、他の部分にはフェ
ライト材を使用することができ、オーステナイトロータ
材の製造限界による制限を受けることなく、蒸気温度の
高温化に対処することができる。しかも、オーステナイ
トロータ材を使用する部位同志と、フェライト材ロータ
材を使用する部位同志を一体化することによって、軸数
の増加を抑制でき、軸系の振動に対する安定性を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気タービン発電プラントの一実施例
を示す系統図。

【図２】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図３】本発明のさらに他の実施例を示す系統図。

【図４】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図５】図４の変形例を示す図。

【図６】図４のさらに他の変形例を示す図。

【図７】本発明の他の実施例を示す図。

【図８】本発明のさらに他の実施例を示す図。

【図９】図８の変形例を示す図。

【図１０】図８のさらに他の変形例を示す図。

【図１１】本発明の他の実施例を示す図。

【図１２】図１１の変形例を示す図。

【図１３】本発明の他の実施例を示す図。

【図１４】一般的な蒸気タービンプラントの概略系統
図。

【図１５】（ａ）は蒸気タービンの翼組立部の斜視図、
（ｂ）は翼の斜視部分図、（ｃ）はロータの斜視部分
図。

【図１６】入口蒸気温度の高温化に対応するための蒸気
タービンプラントの一つの概略系統図。

【符号の説明】

１高圧タービン１ａ第一高圧タービン部１ｂ第二高圧タービン部２中圧タービン２ａ第一中圧タービン部２ｂ第二中圧タービン部３ａ，３ｂ低圧タービン４発電機５ボイラ７再熱器１０復水器２５ケーシング２６ａ第一超高圧タービン部２６ｂ第二超高圧タービン部２８第２再熱器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タ
ービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラント
において、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部
と低圧側の第二高圧タービン部に分離するとともに、中
圧タービンを高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第
二中圧タービン部に分離し、第一高圧タービン部と第一
中圧タービン部を一体化し、第二高圧タービン部と第二
中圧タービン部とを一体化し、それらを低圧タービン及
び発電機に連結したことを特徴とする、蒸気タービン発
電プラント。
【請求項２】高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タ
ービン並びに発電機からなる蒸気タービン発電プラント
において、高圧タービンを高圧側の第一高圧タービン部
と低圧側の第二高圧タービン部に分離するとともに、中
圧タービンを高圧側の第一中圧タービン部と低圧側の第
二中圧タービン部に分離し、第一高圧タービン部と第一
中圧タービン部を一体化し、これに第二高圧タービン部
及び第二中圧タービン部の少なくとも一方を連結し、こ
れらのケーシングを互いに共有するように一体化したこ
とを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項３】超高圧タービン、高圧タービン、中圧ター
ビン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気ター
ビン発電プラントにおいて、超高圧タービンを高圧側の
第一超高圧タービン部と低圧側の第二超高圧タービン部
に分離するとともに、高圧タービンを高圧側の第一高圧
タービン部と低圧側の第二高圧タービン部に分離し、第
一超高圧タービン部と第一高圧タービン部を一体化し、
また、第二超高圧タービン部と第二高圧タービン部を一
体化し、中圧タービン、低圧タービン及び発電機と連結
したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項４】中圧タービンをさらに高圧側の第一中圧タ
ービン部と低圧側の第二中圧タービン部に分離し、第一
中圧タービン部を第一超高圧タービン部及び第一高圧タ
ービン部と一体化したことを特徴とする、請求項３記載
の蒸気タービン発電プラント。
【請求項５】超高圧タービン、高圧タービン、中圧ター
ビン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気ター
ビン発電プラントにおいて、超高圧タービン、高圧ター
ビン、及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第
一超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧
タービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部
と第二中圧タービン部に分離し、第一超高圧タービン
部、第一高圧タービン部及び第一中圧タービン部を一体
化するとともに、第二超高圧タービン部と第二高圧ター
ビン部のいずれか一方に第二中圧タービン部を一体化し
たことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項６】超高圧タービン、高圧タービン、中圧ター
ビン、及び低圧タービン並びに発電機からなる蒸気ター
ビン発電プラントにおいて、超高圧タービン、高圧ター
ビン及び中圧タービンをそれぞれ高圧側と低圧側の第一
超高圧タービン部と第二超高圧タービン部、第一高圧タ
ービン部と第二高圧タービン部、第一中圧タービン部と
第二中圧タービン部に分離し、第二超高圧タービン部、
第二高圧タービン部、及び第二中圧タービン部を一体化
するとともに、第一超高圧タービン部、第一高圧タービ
ン部、及び第一中圧タービン部のいずれか２つを一体化
したことを特徴とする、蒸気タービン発電プラント。
【請求項７】第一超高圧タービン部、第一高圧タービン
部、及び第一中圧タービン部はオーステナイトロータ材
によって構成されていることを特徴とする、請求項１乃
至６のいずれか１項に記載の蒸気タービン発電プラン
ト。