JPH10266806A - 蒸気タービン - Google Patents

蒸気タービン

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JPH10266806A
JPH10266806A JP9069556A JP6955697A JPH10266806A JP H10266806 A JPH10266806 A JP H10266806A JP 9069556 A JP9069556 A JP 9069556A JP 6955697 A JP6955697 A JP 6955697A JP H10266806 A JPH10266806 A JP H10266806A
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JP
Japan
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steam
cooling
inlet
inlet nozzle
casing
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JP9069556A
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English (en)
Inventor
Kenichiro Nomura
健一郎 野村
Takeshi Takano
剛 高野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】管台の蒸気入口部が特定の方向に変形すること
のない蒸気タービンを提供する。 【解決手段】外部車室入口管台22より送入される高温
蒸気が、内外部車室を連結する連絡管17を経て内部車
室に入るように形成され、かつその連絡管と外部入口管
台により構成される2重円筒形状の間隙を冷却流路26
として、この冷却流路に主たる高温蒸気とは別の低温蒸
気を外部入口管台に設けられた送入管27より送入し、
外部車室入口管台を冷却するようにした蒸気タービンに
おいて、前記冷却流路内に冷却蒸気を供給する送入管2
7を、前記入口管台22に、周方向に所定の間隔をおい
て複数本設けるとともに、その送入管の先端を、送入管
から供給される冷却蒸気が前記冷却流路内に旋回供給さ
れるように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蒸気タービンの改良
に係わり、特に蒸気入口部が、内外部車室の連絡管外壁
と外部車室の入口管台内壁より構成される軸対称の二重
円筒形状に形成されている高温蒸気タービンに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来火力発電プラントの蒸気条件は、蒸
気タービン高温部の材料強度の制約により、数十年にわ
たり566℃が最高温度であった。しかし、近年の燃料
費、建設費の高騰によるコスト削減ニーズの増加や、フ
ェライト系材料のクリープ強度の向上に伴い、タービン
効率の向上を目的として蒸気条件を高温高圧化したUS
C蒸気タービンの適用が推進されている。一方、高温耐
熱材料の採用はコスト増加を招くため、冷却構造の採用
によりその適用部位を限定する努力がなされている。
【0003】従来一般に採用されているこの種の高温U
SC蒸気タービンにおける高温蒸気入口部の冷却方式
は、蒸気入口部が、内外部車室の連絡管外壁と外部車室
の入口管台内壁より構成される軸対称の二重円筒形状に
形成され、すなわち、二重管状に形成されて、その内外
管の間に冷却媒体が流通するように形成されているのが
普通である。
【0004】なお、この種の高温蒸気タービンに関連す
るものとしては、例えば特開昭59−229003号公
報あるいは特開昭61−4804号公報などが挙げられ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いる高温蒸気タービン、すなわちタービンの蒸気入口部
の冷却流路が、内外部車室の連絡管外壁と外部車室の入
口管台内壁より構成される軸対称の二重円筒形状をして
いる蒸気タービンであると、冷却流路軸方向の温度分布
はある程度はバランスし特に問題になることはないので
あるが、しかし、特に高温の蒸気タービンにおける蒸気
入口部や出口部の冷却蒸気状態量には周方向に偏りが存
在し易く、流入冷却蒸気が軸対称に流動するとは限らず
冷却効果にも偏分布が生じ、このため入口管台部材料の
クリープ変形速度が周方向に差を生じて管台の蒸気入口
部が特定の方向に変形してしまう恐れがあった。
【0006】すなわち、この冷却構造の問題点は、冷却
流路の断面形状は2重円の軸対称であるものの、多くの
場合入口部や出口部の形状はタービン全体の構造の制約
から冷却効果のアンバランスが周方向に生じやすいこと
である。このため、外部入口管台の温度が周方向に異な
った温度にさらされることとなり、各位置における材料
の長時間クリープ速度に差異が生じ、特定の方向に外部
入口管台がクリープ変形してしまうことである。
【0007】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、管台の蒸気入口部構成を大きく変
更することなく、管台の蒸気入口部における冷却効果の
軸対称性を確保し、管台の蒸気入口部が特定の方向に変
形することのないこの種の蒸気タービンを提供するにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、外部
車室入口管台より送入される高温蒸気が、内外部車室を
連結する連絡管を経て内部車室に入るように形成され、
かつその連絡管と外部入口管台により構成される2重円
筒形状の間隙を冷却流路として、この冷却流路に主たる
高温蒸気とは別の低温蒸気を外部入口管台に設けられた
送入管より送入し、外部車室入口管台を冷却するように
した蒸気タービンにおいて、前記冷却流路内に冷却蒸気
を供給する送入管を、前記入口管台に、周方向に所定の
間隔をおいて複数本設けるとともに、その送入管の先端
を、送入管から供給される冷却蒸気が前記冷却流路内に
旋回供給されるように形成し所期の目的を達成するよう
にしたものである。
【0009】また、この場合前記送入管を、前記入口管
台に、周方向に均等配置し、かつその送入管の取付け角
度を冷却流路断面の外周接線方向に向けて軸対象に設置
するようにしたものである。
【0010】すなわちこのように形成された高温蒸気タ
ービンであると、送入管が入口管台に、周方向に所定の
間隔をおいて複数本設けられ、かつその送入管が、送入
管から供給される冷却蒸気が前記冷却流路内に旋回供給
されるように形成されていることから、冷却蒸気流路に
送入された直後の冷却蒸気は、冷却流路に軸対称に旋回
流を発生し、したがって冷却蒸気の流動分布が周方向に
均一となり、周方向冷却効果のアンバランスを充分低減
することができ、この種蒸気タービンの信頼性向上を図
ることができるのである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図3にはその高温蒸気タービン
を備えた発電プラントが線図で示されている。11が発
電機であり、1がタービンロータ、5が蒸気タービンの
高圧段落部、7が中圧段落部、9が低圧段落部である。
タービンのロータ1は各ロータ同志がカップリング2に
て結合され、軸受3にてそれぞれ支持され回転する。
【0012】このロータを回転させる駆動力は蒸気であ
るが、ボイラ(図示なし)で作られた高温高圧の主蒸気
4はまず高圧段落部5に入り、ロータに組み込まれた動
翼を介してロータ1を回転させる。蒸気のエネルギは各
段落を通る毎に回転エネルギに変換されるため、温度お
よび圧力は低下してゆく。
【0013】高圧段落部5より排出された蒸気は、その
後ボイラ再熱部6に戻り再熱された後中圧段落部7に入
り、ここでもロータを回転させる。中圧段落部7より排
出された蒸気は、配管8を介して低圧段落部9に流入し
動翼を介してロータを回転させた後、排気10は復水器
へ導かれる。各段落で取り出された回転エネルギは、ロ
ータ1を介して発電機11に伝達され電気エネルギに変
換される。
【0014】ボイラで作られた主蒸気が流入する高圧段
落部5の近傍の構成が図2に断面で示されている。ロー
タ1は軸受3で支持され、ロータの各段落には動翼12
が組み込まれている。一方内部車室14側にはこの動翼
とは交互にノズル13が設置されている。その外側を外
部車室15が包み蒸気が漏れない構造となっている。
【0015】蒸気入口管16より導入された主蒸気4
は、連絡管17を通りノズルボックス18にてロータ軸
方向に向きを変え、高圧段落部5の動翼12並びにノズ
ル13を交互に通過する際に仕事をし、高圧排気19よ
り排出されて再熱のためボイラに戻る。連絡管17に
は、蒸気入口管16との間にはシールリング20、内部
車室15およびノズルボックス18との間にはシールリ
ング21が設けられている。シールリング20、21は
蒸気漏洩を防止するとともに、内部車室14と外部車室
15の熱伸び差を吸収する役目をはたしている。
【0016】高温蒸気が直接接触する蒸気入口管16や
連絡管17には、高温クリープ強度並びに耐酸化性の確
保の観点より、高温耐熱材料である高Cr合金鋼が使用
されている。一方、外部入口管台22を構成する外部車
室15は、連絡管の外部にて蒸気入口管16と溶接され
て高温蒸気に直接接触しないため、低合金鋼が使用され
ている。すなわち、高温耐熱材料の外部車室材への大量
採用によるコスト上昇を防止している。
【0017】しかし、本部位は蒸気入口管16からの熱
伝導、連絡管17からの熱放射、シールリング20から
の高温蒸気の漏洩等による温度上昇が懸念される。そこ
で連絡管17の外壁と外部入口管台22の内壁で構成さ
れる2重円筒形状の間隙に、連絡管17内を流れる高温
蒸気とは別の冷却蒸気23を導入し、外部入口管台22
の温度上昇防止を目的として冷却を実施する。
【0018】冷却蒸気の入口並びに出口は、一方は内部
車室14と外部車室15の間隙で、もう一方はシールリ
ング20の手前に蒸気入口管16に設けた孔23とし、
この孔23に対する冷却蒸気の流れ方向により送入型2
4と排出型25に分類される。送入型は出口圧力が内外
車室間圧力すなわち高圧排気19の圧力に等しいため、
冷却蒸気の蒸気源はそれより高圧側に位置する抽気等が
用いられる。
【0019】一方、排出型は入口圧力が高圧排気19の
圧力に等しいため、排出先はそれより低圧側に位置する
抽気等が用いられる。何れの形式でも、冷却蒸気が2重
円筒の冷却流路を流れる際に、外部入口管台22の内壁
からの熱伝達で熱を吸収し温度上昇を防止する。
【0020】図1にはその蒸気入口部における冷却構造
が断面で示されている。本発明においては、冷却蒸気流
路26に送入された直後の冷却蒸気の流動方向が、冷却
蒸気送入管27の取付け角度に依存する性質を利用す
る。取付け本数を複数(この図の場合2本)周方向に均
等配置し、また、取付け角度を外周接線方向とすること
により、冷却流路に軸対称に旋回流を発生させて冷却蒸
気の流動分布を周方向に均一とし、冷却効果のアンバラ
ンスを低減する。
【0021】この構造に対して冷却蒸気の流れシミュレ
ーションを実施して、その冷却の軸対称性を確認した結
果が図4に示されている。この図は冷却蒸気の流れる送
入管、冷却蒸気流路、内外車室間隙を3次元モデル化し
流れ解析したものである。送入管の取付け本数を2本、
取付け角度を冷却流路断面の2重円形状に対し外周接線
方向に設置し、冷却蒸気を送入管より送入する送入型
と、逆方向に冷却蒸気を流して前述の送入管より排出す
る排出型の流れ解析を実施し、冷却流路周方向の流れ分
布を比較した。
【0022】送入型の場合、周方向に均等配置された2
本の送入管より、冷却蒸気が勢いをもって周方向に送入
されるため、入口管軸を中心にら旋状に旋回しながら流
れている様子が確認できる。一方、排出型の場合は、冷
却蒸気の入口である内外車室間隙が入口管軸に対象な形
状をしていないことから、冷却蒸気流れが入口管軸を中
心に対象な流れとはならない。
【0023】図5に冷却流路途中断面(図4のB−B線
に沿う断面)における冷却蒸気速度の周方向分布を示
す。本図に示すように、冷却蒸気速度は送入型の場合周
方向に完全に均一となる一方、排出型では最大速度が最
小速度の約2倍と大きなアンバランスが生じる。冷却効
果は流れの状態に支配されることから、排出型冷却は周
方向の温度アンバランスが生じ長時間使用によるクリー
プ変形が懸念されるが、送入型の場合、送入管を周方向
に均等配置することにより、冷却蒸気をら旋状に旋回さ
せることが可能となり、流動分布を周方向に均一として
冷却効果のアンバランスを低減することができる。
【0024】以上説明してきたようにこのように形成さ
れた高温蒸気タービンであると、冷却流路内に冷却蒸気
を供給する送入管が、入口管台に周方向に所定の間隔を
おいて複数本設けられ、かつその送入管の先端が、送入
管から供給される冷却蒸気が前記冷却流路内に旋回供給
されるように形成されているので、冷却蒸気流路に送入
された直後の冷却蒸気は、冷却流路に軸対称に旋回流を
発生し、冷却蒸気の流動分布が周方向に均一となり、周
方向冷却効果のアンバランスを充分低減することができ
るのである。
【0025】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、管台の蒸気入口部構成を大きく変更することなく、
管台の蒸気入口部における冷却効果の軸対称性を確保
し、管台の蒸気入口部が特定の方向に変形することのな
いこの種の蒸気タービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】蒸気入口部構造の断面図である。
【図2】主蒸気が流入する高圧タービンの断面図であ
る。
【図3】高温USC蒸気タービンプラントの系統図であ
る。
【図4】冷却蒸気の流れシミュレーション結果を示す図
である。
【図5】図4のシミュレーション結果におけるB−B線
に沿う断面の周方向冷却蒸気速度の比較図である。
【符号の説明】
1…ロータ、2…カップリング、3…軸受、4…主蒸
気、5…高圧段落部、6…ボイラ再熱部、7…中圧段落
部、8…配管、9…低圧段落部、10…排気、11…発
電機、12…動翼、13…ノズル、14…内部車室、1
5…外部車室、16…蒸気入口管、17…連絡管、18
…ノズルボックス、19…高圧排気、20,21…シー
ルリング、22…外部入口管台、23…冷却蒸気、24
…送入型、25…排出型、26…冷却蒸気流路、27…
冷却蒸気送入管。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部車室入口管台より送入される高温蒸
    気が、内外部車室を連結する連絡管を経て内部車室に入
    るように形成され、かつその連絡管と外部入口管台によ
    り構成される2重円筒形状の間隙を冷却流路として、こ
    の冷却流路に主たる高温蒸気とは別の低温蒸気を外部入
    口管台に設けられた送入管より送入し、前記外部車室入
    口管台を冷却するように形成されている蒸気タービンに
    おいて、 前記冷却流路内に冷却蒸気を供給する送入管を、前記入
    口管台に周方向に所定の間隔をおいて複数本設けるとと
    もに、その送入管の先端を、送入管から供給される冷却
    蒸気が前記冷却流路内に旋回供給されるように形成した
    ことを特徴とする蒸気タービン。
  2. 【請求項2】 外部車室入口管台より送入される高温蒸
    気が、内外部車室を連結する連絡管を経て内部車室に入
    るように形成され、かつその連絡管と外部入口管台によ
    り構成される2重円筒形状の間隙を冷却流路として、こ
    の冷却流路に主たる高温蒸気とは別の低温蒸気を外部入
    口管台に設けられた送入管より送入し、かつ内部車室と
    外部車室間に排出し、この低温蒸気の流通により前記外
    部車室入口管台を冷却するように形成されている蒸気タ
    ービンにおいて、 前記冷却流路内に冷却蒸気を供給する送入管を、前記入
    口管台に、周方向に所定の間隔をおいて複数本設けると
    ともに、その送入管を入口管台に対して接線方向に配置
    するようにしたことを特徴とする蒸気タービン。
  3. 【請求項3】 外部車室入口管台より送入される高温蒸
    気が、内外部車室を連結する連絡管を経て内部車室に入
    るように形成され、かつその連絡管と外部入口管台によ
    り構成される2重円筒形状の間隙を冷却流路として、こ
    の冷却流路に主たる高温蒸気とは別の低温蒸気を外部入
    口管台に設けられた送入管より送入し、内外部車室間に
    排出され、外部車室入口管台を冷却するようにした蒸気
    タービンにおいて、 前記冷却流路内に冷却蒸気を供給する送入管を複数個設
    けるとともに、前記入口管台に、周方向に均等配置し、
    かつその送入管の取付け角度を冷却流路断面の外周接線
    方向に向けて軸対象に設置するようにしたことを特徴と
    する蒸気タービン。
JP9069556A 1997-03-24 1997-03-24 蒸気タービン Pending JPH10266806A (ja)

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