JPH11229818A

JPH11229818A - 蒸気タービン

Info

Publication number: JPH11229818A
Application number: JP3152998A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Okita; 信雄沖田; Kouji Yamaguchi; 浩示山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-24
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JP3771032B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動が少なく運転性が良好でかつ高出力の高中
圧一体の蒸気タービンを提供すること。【解決手段】発電端定格出力が９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、高
圧タービンと中圧タービンは一体となった一つのケーシ
ングに収められ、かつタービンロータも高圧タービンと
中圧タービンで一本からなる高中圧一体の蒸気タービン
において、再熱蒸気をケーシングへ導入するインレット
管を４本以上有する。したがって、軸受けスパンの増大
を防止し、または軸受けスパンを縮小させて、タービン
軸系の剛性を確保し、スチームホワールを防止できるの
で、性能低下及び信頼性低下の要因となるロータ径の増
大を必要とせず、振動が少なく運転性の良好な高出力化
に対応する高中圧一体の蒸気タービンを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧タービンと中圧
タービンを一つのケーシングに収めたコンパクトな高中
圧一体の蒸気タービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、発電端出力が９００ＭＷ以上では
高圧タービンと中圧タービンが独立した別のケーシング
に収められた高中圧別体タービンとするのが一般的であ
った。このような例として図１５に示すような高中圧別
体タービンがある。この高中圧別体タービンは、高圧ケ
ーシング３内に高圧ロータ２を収納した高圧蒸気タービ
ン１と、中圧ケーシング１２内に中圧ロータ１１を収納
した中圧蒸気タービン１０とから構成されている。ま
た、高圧蒸気タービン１には上下の主蒸気インレット管
４，５、高圧排気管６が設けられており、また中圧蒸気
タービン１０には中圧排気管１３、クロスオーバ管１
４、抽気管１５、再熱インレット管１６が設けられてい
る。

【０００３】また、従来技術による高中圧一体の蒸気タ
ービンは、図１６に示すように高圧タービン２１と中圧
タービン２２が一つのケーシング２０内に収められ、か
つロータも一本の高中圧ロータ２３で構成されている。
また、この高中圧一体の蒸気タービンには、中間グラン
ド部２４、中圧排気管２５、クロスオーバ管２６、再熱
インレット管２７が設けられている。しかし、このよう
な高中圧一体の蒸気タービンは、発電端定格出力が８０
０ＭＷ以下のものであり、発電端出力が９００ＭＷ以上
で、かつ高圧タービンと中圧タービンが一体となった一
つのケーシングに収められた高中圧一体の蒸気タービン
は、技術的困難さから現在まで実用化されていなかっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の高中圧一体
の蒸気タービンでは、高圧と中圧のタービンロータも一
本であり、図１６に示すように高圧タービン２１部と中
圧タービン２２部が単流であるので、蒸気の流れが反対
になるようにしてスラスト軸受２８にかかる力を軽減す
るようにしている。また、高圧タービン初段は単流であ
り、この高圧タービン２１の高圧側漏れ蒸気を中圧ター
ビン２２へ回収して有効に利用しているが、漏れ蒸気が
中圧タービン２２に流れ過ぎて効率が著しく低下しない
ように、中央部には中間グランド部２４を設けている。
この中間グランド２４を通過する蒸気は、中圧タービン
２２のロータの高温部の冷却にも寄与している。

【０００５】ところが、高中圧一体の蒸気タービンで蒸
気タービンの出力が増大すると、ロータ一本にかかる蒸
気力が増大し、振動の原因になるロータのふれ回り、い
わゆるスチームホワールが発生しやすくなる。

【０００６】このスチームホワールを防止する方法とし
ては、図２のようなロータ剛性と安定性の関係を利用す
る方法がある。すなわち、この関係はゾンマフェルト数
Ｓ₀と呼ばれるもので下記式で表現される。

【０００７】

【数１】

【０００８】この図２からわかるように、ロータの剛性
を上げた方が不安定領域（斜線部）が減ることがわか
る。一般に、ロータの剛性を上げる方法としては、具体
的にはロータ軸径を太くするかまたはロータの軸受けス
パンを短くするかである。ロータ軸径を太くするのは、
ロータに植えられた動翼の遠心力を大きくするため強度
上の余裕が減って信頼性が低下し、またロータとノズル
等静止部の間隙面積が増加するため、蒸気の漏洩損失が
増えて性能が低下するので好ましくない。

【０００９】一方、軸受けスパンを短くするために、ノ
ズルと動翼の段落数を減らしたり、グランド部のパッキ
ン段数を減らす等の方法があるが、いずれも最適な設計
からずれて性能が低下する。またノズルと動翼の幅を減
らすのは強度上必要な余裕を削ることになり、信頼性が
低下する。

【００１０】また、中央部については、出力の増加とと
もに再熱蒸気管が太くなり、それを導入する必要スペー
スも大きくなり、中間グランド部が不必要に長くなる傾
向がある。このため、インレット管を細くする方法があ
るが、この方法は蒸気流速の増加により配管の侵食速度
が増加したり、圧力損失の増加による性能の低下が生じ
る。

【００１１】また、クロスオーバ管と中圧排気管につい
ては、出力の増加とともに管口径が太くなり、再熱イン
レット管と中圧排気管が干渉するのを防ぐために軸受け
スパンが長くなる。さらに、中圧部が単流のため、高中
圧別体（中圧部は複流）よりも翼長が長く、遠心力が大
きいという特徴があり、高出力化・再熱蒸気高温化と相
俟ってロータ材の許容強度を超えてしまうため、中圧高
温部の冷却が必要となる。一方、中間グランド部の蒸気
を増加させるのは性能の低下を招くとともに、蒸気温度
が高いため、中圧第２段部の冷却には有効ではない。ま
た、外部からの中圧２段部への冷却蒸気導入だけでは冷
却管の導入スペースが大きく、軸受けスパンの増加につ
ながる。

【００１２】ところで、９００ＭＷ級以上、例えば１０
００ＭＷ級の高中圧別体タービンは初段が複流のため、
初段翼長は５００ＭＷと同程度になるが、高中圧一体タ
ービンでは初段翼長は５００ＭＷの約２倍となり、遠心
力が大幅に増大する。特に、近年の蒸気条件の高温化に
より蒸気温度が高くなると、図１１のように材料の高温
クリープ強度が低下するため、高温の蒸気が触れる初段
動翼と高中圧ロータは、現有材では強度が足りなくな
る。これを材料の開発により、高強度材料を採用する方
法もあるが、一般に高強度材料は高価であり、特に、高
中圧ロータに高級材を採用すると、高価格となり不経済
である。上述したように、従来技術では前記条件を有す
る高出力の高中圧一体蒸気タービンの実用化は困難であ
った。

【００１３】本発明（請求項１乃至請求項１０対応）は
上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は振動が少
なく運転性が良好でかつ高出力の高中圧一体の蒸気ター
ビンを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、発電端定格出力が９００ＭＷ
以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンと
からなり、前記高圧タービンと前記中圧タービンは一体
となった一つのケーシングに収められ、かつタービンロ
ータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで一本から
なる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、再熱蒸気を前
記ケーシングへ導入するインレット管を４本以上有する
ことを特徴とする。

【００１５】この請求項１によると、軸受けスパンの増
大を防止し、または軸受けスパンを縮小させて、タービ
ン軸系の剛性を確保し、スチームホワールを防止する。
これにより性能低下、信頼性低下の要因となるロータ径
の増大を必要とせず、振動が少なく運転性の良好な高出
力化に対応する高中圧一体の蒸気タービンを提供でき
る。

【００１６】本発明の請求項２は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧ター
ビンが一軸に構成され、かつ前記高圧タービンと中圧タ
ービンが一体となった一つのケーシングに収められ、タ
ービンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで
一本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、前記
中圧タービンから前記低圧タービンへ蒸気を導入するク
ロスオーバ管を２本有することを特徴とする。

【００１７】この請求項２によると、軸受けスパンの増
大を防止し、または軸受けスパンを縮小させて、タービ
ン軸系の剛性を確保し、スチームホワールを防止する。
これにより性能低下、信頼性低下の要因となるロータ径
の増大を必要とせず、振動が少なく運転性の良好な高出
力化に対応する高中圧一体の蒸気タービンを提供でき
る。

【００１８】本発明の請求項３は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上、再熱蒸気温度６００℃以上で、高圧タービ
ンと中圧タービンと低圧タービンからなり、前記高圧タ
ービンと前記中圧タービンは一体となった一つのケーシ
ングに収められ、タービンロータも前記高圧タービンと
前記中圧タービンで一本からなる高中圧一体の蒸気ター
ビンにおいて、前記タービンロータの中圧高温部を冷却
する冷却蒸気管を２本以上有することを特徴とする。

【００１９】この請求項３によると、ロータの材力を確
保し、かつ軸受けスパンの増大を防止してタービン軸系
の剛性を確保し、スチームホワールを防止する。これに
より性能低下、信頼性低下の要因となるロータ径の増大
を必要とせず、振動が少なく運転性の良好な高出力化に
対応する高中圧一体の蒸気タービンを提供できる。

【００２０】本発明の請求項４は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧ター
ビンとからなり、前記高圧タービンと前記中圧タービン
は一体となった一つのケーシングに収められ、かつター
ビンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで一
本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、前記高
圧タービンまたは前記中圧タービンあるいは両方のター
ビンの最終段または中間グランド部前後の段落のホイー
ル部にグランドパッキンを有することを特徴とする。

【００２１】この請求項４によると、軸受けスパンを縮
小させてタービン軸系の剛性を確保し、スチームホワー
ルを防止する。これにより性能低下、信頼性低下の要因
となるロータ径の増大を必要とせず、振動が少なく運転
性の良好な高出力化に対応する高中圧一体の蒸気タービ
ンを提供できる。

【００２２】本発明の請求項５は、請求項１乃至請求項
４の高中圧一体の蒸気タービンにおいて、前記高圧ター
ビンと前記中圧タービンの段落部にクリスマスツリー型
植込み部を採用したことを特徴とする。

【００２３】この請求項５によると、軸受けスパンを縮
小させてタービン軸系の剛性を確保し、スチームホワー
ルを防止する。これにより性能低下、信頼性低下の要因
となるロータ径の増大を必要とせず、振動が少なく運転
性の良好な高出力化に対応する高中圧一体の蒸気タービ
ンを提供できる。

【００２４】本発明の請求項６は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧ター
ビンとからなり、前記高圧タービンと前記中圧タービン
は一体となった一つのケーシングに収められ、かつター
ビンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで一
本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、前記高
圧タービンと前記中圧タービンの段落部にスナッバ翼を
採用したことを特徴とする。

【００２５】この請求項６によると、軸受けスパンを縮
小させてタービン軸系の剛性を確保し、スチームホワー
ルを防止する。これにより性能低下、信頼性低下の要因
となるロータ径の増大を必要とせず、振動が少なく運転
性の良好な高出力化に対応する高中圧一体の蒸気タービ
ンを提供できる。

【００２６】本発明の請求項７は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧ター
ビンとからなり、前記高圧タービンと前記中圧タービン
は一体となった一つのケーシングに収められ、かつター
ビンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで一
本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、前記高
圧タービンの高圧第２段落の上流に蒸気を導入する配管
を接続したことを特徴とする。

【００２７】この請求項７によると、高圧初段を通過す
る蒸気を減少させ、初段動翼の翼長を減少させることが
できる。これにより遠心力が低減するので、従来材でも
高中圧一体の蒸気タービンが可能となる。すなわち、高
出力・高温化に対応する経済的な高中圧一体の蒸気ター
ビンを提供できる。

【００２８】本発明の請求項８は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧ター
ビンとからなり、前記高圧タービンと前記中圧タービン
は一体となった一つのケーシングに収められ、かつター
ビンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで一
本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、定格出
力、定格条件にて蒸気加減弁が全開となるように構成し
たことを特徴とする。

【００２９】この請求項８によると、従来の設計流量
（１１０％〜１３０％定格出力にて全開）より蒸気流量
が減るので、高圧初段動翼の翼長を減少させることがで
きる。これにより遠心力が低減するので、従来材でも高
中圧一体タービンが可能となる。すなわち、高出力・高
温化に対応する経済的な高中圧一体の蒸気タービンを提
供できる。

【００３０】本発明の請求項９は、発電端定格出力９０
０ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧ター
ビンとからなり、前記高圧タービンと前記中圧タービン
は一体となった一つのケーシングに収められ、かつター
ビンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで一
本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、定格の
主蒸気圧力が２８０ａｔｇ以上でかつ３１０ａｔｇ以下
であることを特徴とする。

【００３１】この請求項９によると、蒸気の体積流量が
従来よりも減少するので、高圧初段動翼の翼長を減少さ
せることができる。これにより遠心力が低減するので、
従来材でも高中圧一体タービンが可能となる。すなわ
ち、高出力・高温化に対応する高性能で経済的な高中圧
一体の蒸気タービンを提供できる。

【００３２】本発明の請求項１０は、発電端定格出力９
００ＭＷ以上で、高圧タービンと中圧タービンと低圧タ
ービンとからなり、前記高圧タービンと前記中圧タービ
ンは一体となった一つのケーシングに収められ、かつタ
ービンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで
一本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、定格
負荷運転時の中圧排気圧力が１５ａｔａ以上でかつ２０
ａｔａ以下であることを特徴とする。

【００３３】この請求項１０によると、定格負荷運転時
の中圧排気圧力を１５ａｔａ〜２０ａｔａ（従来は約７
〜１２ａｔａ）とすることにより、中圧タービンの熱落
差が減るので、段数を１段減らすことができ、高中圧ロ
ータを短くして剛性をあげ、スチームホワ−ルを防止す
るとともに、中圧最終段の翼長を短くできるので、遠心
応力を低減して、高中圧ロータの材質のグレードアップ
を押さえることができる。即ち、高出力，高温化に対応
する経済的な高中圧一体蒸気タービンを提供できる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１対応）である蒸気タービンの構成図である。

【００３５】図に示すように、本実施例の再熱式蒸気タ
ービンは、発電端出力９００ＭＷ以上であり、高圧ター
ビン３５と中圧タービン３６と２つの低圧タービン３
７，３８とから構成され、かつ高圧タービン３５と中圧
タービン３６が一体となった一つのケーシング（高中圧
ケーシング）３０内に収められいる。また、タービンロ
ータ（高中圧ロータ）３１も高圧タービン３５と中圧タ
ービン３６とに共通するものであり、さらに再熱蒸気を
高中圧ケーシング３０へ導入するインレット管３２を４
本を備えている。３３はクロスオーバ管、３４は中間グ
ランド部である。

【００３６】通常、インレット管は２本であるが、本実
施例ではインレット管３２を４本用いている。このよう
にインレット管３２を４本用いることにより、蒸気流速
は上げずに配管径を下げられるため、インレット管の導
入必要スペースを押さえられる。これにより中間グラン
ド部３４の増加が押さえられ、高中圧ロータ３１の軸受
けスパンの増大を防止することが可能となる。したがっ
て、タービン軸系の剛性を確保し、スチームホワールを
防止できる。

【００３７】上述したように、本実施例によると、性能
低下や信頼性低下の要因となるタービンロータ径の増大
を必要とせず、振動が少なく運転性の良好な高出力化に
対応する高中圧一体の再熱式蒸気タービンを提供でき
る。なお、本実施例では再熱式蒸気タービンについて説
明したが、他の形式の蒸気タービンに容易に適用可能で
あり、以下の各実施例についても同様に他の形式の蒸気
タービンに容易に適用可能である。

【００３８】図３は本発明の第２実施例（請求項２対
応）である蒸気タービンの要部の構成図であり、同図
（ａ）は側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ方向
から見た図である。

【００３９】図に示すように、本実施例の蒸気タービン
は、発電端出力９００ＭＷ以上であり、高圧タービン４
５と中圧タービン４６と低圧タービン４７とから構成さ
れ、かつ高圧タービン４５と中圧タービン４６が一体と
なった一つのケーシング（高中圧ケーシング）４０内に
収められいる。タービンロータ（高中圧ロータ）４１も
高圧タービン４５と中圧タービン４６とに共通するもの
である。また再熱蒸気を高中圧ケーシング４０へ導入す
るインレット管４２と、クロスオーバ管４４と接続する
中圧排気管４３を設けている。低圧タービン４７は低圧
ケーシング４８内に収納されている。４９はロータシャ
フトである。

【００４０】従来例では通常クロスオーバ管は１本であ
ったのを本実施例ではクロスオーバ管４４と中圧排気管
４３を２本設けた点に特徴がある。このようにクロスオ
ーバ管４４を２本とすることにより、蒸気流速は上げず
に配管径を下げ、中圧排気管４３の軸方向導入に必要な
スペーサを押さえることが可能となり、再熱インレット
管４２との干渉が避けられるので、高中圧ロータ４１の
軸受けスパンの増大を防止できる。したがって、タービ
ン軸径の剛性を確保し、スチームホワールを防止でき
る。

【００４１】上述したように、本実施例によると、性能
低下や信頼性低下の要因となるロータ径の増大を必要と
せず、振動が少なく運転性の良好な高出力化に対応する
高中圧一体の再熱式蒸気タービンを提供できる。

【００４２】図４は本発明の第３実施例（請求項３対
応）である蒸気タービンの要部の構成図である。図に示
すように、本実施例の蒸気タービンは、発電端出力９０
０ＭＷ以上であり、温度の低い高圧途中段落からの冷却
蒸気を２本に分け、１本は中間グランド部５１（バラン
スウェート取り付け管のスペースを利用）へ、１本は中
圧２段ノズル部５２のパッキン上流へ導入する点に特徴
がある。

【００４３】このように中間グランド部５１のバランス
ウェート取り付け管の隣のスペースへ導入することによ
り、軸受けスパンの増加なしに中圧第１段および第２段
のロータの冷却を行い、また中圧２段ノズル部５２のパ
ッキン上流への冷却蒸気は必要最小限で済むため、冷却
蒸気管の導入スペースによる高中圧ロータ５０の軸受け
スパンの増大を防止できるので、タービン軸系の剛性を
確保し、スチームホワールを防止する。

【００４４】上述したように、本実施例によると、性能
低下や信頼性低下の要因となるロータ径の増大を必要と
せず、振動が少なく運転性の良好な高出力・高温化に対
応する高中圧一体の蒸気タービンが可能となる。

【００４５】図５は本発明の第４実施例（請求項４対
応）である蒸気タービンの要部の構成図である。図に示
すように、本実施例の蒸気タービンは、発電端出力９０
０ＭＷ以上であり、中圧最終段のホイール６０のグラン
ド側６１および対応するケーシング６２にフィン（ラジ
アルフィン６３）を設け、グランドパッキン６４を構成
する。

【００４６】本実施例では中圧最終段のホイール６０に
グランドパッキン６４を設けているので、従来のロータ
シャフトのグランド部６１をその分減らすことができ、
性能を低下させずに、高中圧ロータの軸受けスパンを縮
小できる。即ち、タービン軸系の剛性を確保し、スチー
ムホワールを防止できる。

【００４７】上述したように、本実施例によると、性能
低下や信頼性低下の要因となるロータ径の増大を必要と
せず、振動が少なく運転性の良好な高出力化に対応する
高中圧一体蒸気タービンが可能となる。また高圧最終段
でも同じである。さらに中間グランド前後の段落のホイ
ールおよび対応するケーシングにフィンを設けてグラン
ドパッキンを構成すると、その分中間グランド部を減ら
すことができる。

【００４８】図６は本発明の第５実施例（請求項５対
応）である蒸気タービンの要部の構成図である。図に示
すように、本実施例の蒸気タービンは、発電端出力９０
０ＭＷ以上であり、高中圧の段落にクリスマスツリー型
植込み部７１を採用したものである。このクリスマスツ
リー型植込み部７１は、軸方向に動翼７０を挿入するも
ので、図７の従来のアウトサイド型植込み部７２よりも
植込み部の体積が小さいため自重が軽く、遠心力を小さ
くできるので、翼長が長くて遠心応力の厳しい中圧ター
ビンの一部に近年採用されている。

【００４９】一方、従来のアウトサイド型植込み部７２
は、円周方向に動翼を挿入する構造のためホイール７３
の加工が簡単であるという特徴があり、遠心応力の厳し
い一部を除いて従来より一般的に広く採用されている。
また、アウトサイド型植込み部７２は、動翼側の植込み
部がホイール側植込み部を挟む構造であるため、動翼植
込み部の幅（軸方向幅）がホイール幅より大きくなって
いて、そのため、クリスマス型植込み部７１の場合より
も動翼植込み部の軸方向幅が大きい。

【００５０】従来の１０００ＭＷの高中圧タービンで
は、遠心応力上問題がないため、加工が簡単なアウトサ
イド型植込み部を高中圧前段落に採用しており、今回の
高中圧一体型タービンの高圧タービンにおいても第２段
以降は従来の１０００ＭＷと同じ翼長，遠心力なので、
アウトサイド型植込み部で十分である。

【００５１】本実施例では、高中圧一体型タービンの高
中圧の段落にクリスマスツリー型植込み部７１を採用す
ることにより、従来のアウトサイド型植込み部より動翼
植込み部の軸方向幅を小さくできるので、軸方向の必要
スペースが減少し、高中圧ロータの軸受けスパンを減少
できる。即ち、タービン軸系の剛性を確保し、スチーム
ホワールを防止できる。また、高圧の初段を除く全ての
高中圧段落にクリスマスツリー型植込み部を採用すると
最も効果がある。

【００５２】上述したように、本実施例によると、性能
低下及び信頼性低下の要因となるロータ径の増大を必要
とせず、振動が少なく運転性の良好な高出力化に対応す
る高中圧一体蒸気タービンが可能となる。

【００５３】図８は本発明の第６実施例（請求項６対
応）である蒸気タービンの要部の部分構成図である。図
に示すように、本実施例の蒸気タービンは、発電端出力
９００ＭＷ以上であり、高中圧の段落にシュラウド８０
を動翼８１と一体に削り出し、チップフィン８２にＨｉ
−Ｌｏフィンを採用したスナッバ翼を採用し、従来より
も段落を２段減らした、すなわち高圧と中圧各１段減ら
したものである。

【００５４】段落数と内部効率の関係を図９の特性図に
示す。一般に、圧力比（熱落差Ｈ）と動翼の平均直径
（周速Ｕ）が決まると、以下の式で求まる最適の段落数
Ｎが存在し、それより多くても少なくても効率が低下
し、最適段数から離れる程低下量が大きくなる。

【００５５】Ｎ＝Ａ²＊９１．５²＊Ｈ／Ｕ² ここで、Ａは衝動タービンでは０．５、単位はＨ：ｋｃ
ａｌ／ｋｇ、Ｕ：ｍ／ｓ

【００５６】一方、スナッバ翼を採用すると、チップフ
ィンにＨｉ−Ｌｏフィンを採用できるので、動翼先端の
チップ漏洩損失が減少し、段落効率は図１０に示すよう
に従来例は曲線ロであるのに対して本実施例では曲線イ
となるので、本実施例の方が段落効率が向上している。
従って、段落数を減らしてもスナッバ翼を採用すること
により、従来並みのタービン内部効率を確保することが
可能である。

【００５７】また、スナッバ翼は運転中に全周一群とな
るため、一般に最も振幅の大きい円周方向の振動モード
がないので、段落数減少により蒸気による１段落あたり
の励振力が増加しても、振動応力は従来以下にすること
ができる。

【００５８】本実施例では、従来よりも段落を２段減ら
すことにより高中圧ロータの軸受けスパンを縮小できる
ので、タービン軸系の剛性を確保し、スチームホワール
を防止できる。

【００５９】上述したように、本実施例によると、性能
低下及び信頼性低下の要因となるロータ径の増大を必要
とせず、振動が少なく運転性の良好な高出力化に対応す
る高中圧一体蒸気タービンが可能となる。

【００６０】本発明の第７実施例（請求項７対応）とし
て、高圧第２段落の上流に蒸気を導入する配管を接続
し、主蒸気の一部を導入するように構成し、途中に止め
弁と加減弁を設け、この蒸気量を制御する。この場合、
出力調整は従来の加減弁で行い、新しい加減弁は主蒸気
との分配割合を例えば３：２に制御する。

【００６１】このように、本実施例によると、高圧初段
を通過する蒸気量は従来に対して約６０％に低下させる
ことができるので、高圧初段動翼の翼長も約６０％に短
くできる。これにより、高圧初段の遠心力が大幅に低減
する。本実施例を用いたものは、図１２に示すように、
従来材（１２Ｃｒロータ）でも高中圧一体蒸気タービン
が可能となる。

【００６２】本発明の第８実施例（請求項８対応）とし
て、定格出力、定格条件（主蒸気圧力・温度，再熱蒸気
温度，復水器真空度等）での必要蒸気量において、蒸気
加減弁が全開となるように、高圧タービン初段のノズル
面積と翼長を決定する。即ち、定格蒸気量および定格蒸
気条件にて高圧タービン初段を設計し、それより必要蒸
気量が多い場合は、主蒸気圧力を上げることにより蒸気
密度が上がるので、ノズル面積は変えずに加減弁全開の
ままで、夏場の真空度が悪い場合や過負荷等に出力を確
保することが可能となる。

【００６３】ここで、従来の定格条件においては、例え
ば加減弁４弁の内３弁全開で、第４弁は半開とし、それ
より必要蒸気量が多い場合は、第４弁を開け制御するこ
とにより蒸気量を増加させ、低真空度や過負荷等に出力
を確保していた。このため、加減弁４弁全開時の設計流
量は定格流量の１１０％〜１３０％となっていた（図１
３参照）。

【００６４】一方、本実施例によると、設計蒸気量が従
来よりも減少し、初段翼長が減少するので、遠心力が低
減し、従来材でも高中圧一体タービンが可能となる。即
ち、高出力化，高温化に対応する経済的な高中圧一体蒸
気タービンが可能となる。また、従来よりも初段動翼に
均一に蒸気が流れるため、従来のような局部的な曲げ応
力の増加を減らすことができる。

【００６５】本発明の第９実施例（請求項９対応）とし
て、５０Ｈｚの再熱式蒸気タービンにおいて、定格主蒸
気温度を６００℃、定格主蒸気圧力を３００ａｔｇとす
る。比容積はほぼ圧力に反比例するため、この場合、従
来（２５０ａｔｇ）に対して比容積が約８３％（２５０
／３００）となる。また主蒸気圧力の上昇はサイクル効
率が向上するので、蒸気量が若干減少して、体積蒸気量
では従来の約８０％となる。従って、初段翼長が約２０
％減少するので、遠心力が低減し、従来材でも高中圧一
体タービンが可能となる。

【００６６】一方、主蒸気圧の上昇はボイラチューブや
蒸気タービンケーシングの設計圧力の上昇による肉圧増
加や、給水ポンプの揚程上昇による段数増加を招くた
め、コストアップとなる。一般的に約２５０ａｔｇを超
えると、図１４（ａ）のように主蒸気圧力上昇によるコ
ストの増加が性能の増加に伴う燃料費の低減よりも大き
くなって不経済となるため、現在あまり採用されていな
い。

【００６７】本実施例では、主蒸気圧力を３００ａｔｇ
としているため、従来よりもボイラチューブや蒸気ター
ビンケーシングの肉圧が上昇するが、給水ポンプについ
ては、以下に示すように、段数増加にならない。

【００６８】一般に、ポンプの最適な流量と揚程と回転
数には密接な関係があるが、流量については、出力によ
り設計流量がほぼ決まり、揚程は主蒸気圧力によりほぼ
決まる。回転数は、高いほど最適揚程が大きくなるので
段数を減らすことができるが、遠心力により上限がある
ため、通常は５０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍを採用
している。ここで、１０００ＭＷ（流量約１７００ｔ／
ｈ）で主蒸気圧力が２５０ａｔｇ（揚程約３１０ａｔ）
の従来プラントの給水ポンプは、回転数が５５００ｒｐ
ｍで６段となっている。一般に揚程は回転数の２乗に比
例するため、このポンプを６０００ｒｐｍで設計する
と、揚程は約３７０ａｔで、約６０ａｔの増加となる。
従って、主蒸気圧力も約６０ａｔ増加でき、約３１０ａ
ｔｇまで可能となるので、主蒸気圧３００ａｔｇでは従
来と同じ６段となり、段数の増加にならないのである。

【００６９】また、給水ポンプの段数を変えないこと
は、段数が増加した場合のポンプ軸長の増加による剛性
低下と不安定性の増加を防止できるので、信頼性も確保
できる効果がある。

【００７０】なお、主蒸気温度５９０℃程度で５０Ｈｚ
の場合は、主蒸気圧力を２８０ａｔｇにすることによ
り、主蒸気の体積流量が１０％以上減少するので、初段
翼長を１０％以上小さくでき、遠心力がその分小さくな
るため、従来材でも高中圧一体タービンが可能となる。

【００７１】即ち、主蒸気圧力を２８０ａｔｇから３１
０ａｔｇにすることにより、給水ポンプの段数を変えず
に、蒸気タービンがコンパクトになるので、ボイラチュ
ーブやケーシングの肉圧上昇を考慮しても図１４（ｂ）
のように経済的なプラントを実現できる。

【００７２】上述したように、本実施例によると、設計
体積蒸気量が従来よりも減少し、初段翼長が減少するの
で、遠心力が低減し、従来材でも高中圧一体タービンが
可能となる。即ち、高出力化，高温化に対応する高性能
で経済的な高中圧一体の蒸気タービンが可能となる。

【００７３】次に、本発明の第１０の実施例として、定
格運転時の中圧排気圧力を従来の１０ａｔａから１７ａ
ｔａに上げ、その分中圧タービンの熱落差が減るので、
中圧タービンの段落数を一段減らす。なお、低圧タービ
ンの入口圧力が増加して、低圧タービンの熱落差が増加
するので、必要に応じ、低圧段落を一段増やす。また、
低圧タービンの入口圧力の増加は、入口温度の増加につ
ながり、低圧ロータの高温脆化の原因となるため、入口
温度を４５０℃以下にするよう、入口圧力を２０ａｔａ
以下にするのが好ましい。

【００７４】中圧タービンの段落が一段減ったことによ
り、高中圧ロータのスパンを低減でき、剛性が上がるの
で、スチームホワールの防止になる。また、中圧排気圧
力が上がったことにより、体積流量が減り、中圧最終段
動翼の翼長を低減でき、遠心応力が低減できるので、高
中圧ロータの材料のグレードアップを押さえることがで
きる。即ち、高出力化，高温化に対応する経済的な高中
圧一体蒸気タービンが可能となる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
乃至請求項１０対応）によると、性能及び信頼性の劣化
を招くことなく、高中圧一体の蒸気タービンの軸受けス
パンの増大が防止でき、また軸受けスパンが短縮できる
ので、スチームホワールを防止し、良好な運転特性を有
した高出力・高温化に対応するコンパクトな高中圧一体
の蒸気タービンを提供できる。

【００７６】また、本発明（請求項１乃至請求項１０対
応）によると、材料のグレードアップを招くことなく、
高出力化・高温化に対応する高性能で経済的な高中圧一
体の蒸気タービンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図。

【図２】ロータ剛性と安定性の関係を示す特性図。

【図３】本発明の第２実施例の構成図。

【図４】本発明の第３実施例の構成図。

【図５】本発明の第４実施例の構成図。

【図６】本発明の第５実施例に係わるクリスマスツリー
型植込み部の斜視図。

【図７】従来のアウトサイド型植込み部の斜視図。

【図８】従来のスナッバ翼の構成図。

【図９】段落数と内部効率の関係を示す特性図。

【図１０】フィン形状と段落効率を示す特性図。

【図１１】ロータ材のクリープ強度を示す特性図。

【図１２】温度とロータ材のクリープ破断強度を示す特
性図。

【図１３】負荷と油量、加減弁開度、主蒸気圧力の関係
を示す特性図。

【図１４】同図（ａ）は一般的な主蒸気圧力と経済性の
関係を示す特性図、同図（ｂ）は本実施例の主蒸気圧力
と経済性の関係を示す特性図。

【図１５】従来の高中圧別体の蒸気タービンの構成図。

【図１６】従来の高中圧一体の蒸気タービンの構成図。

【符号の説明】

１…高圧蒸気タービン、２…高圧ロータシャフト、３…
高圧ケーシング、４，５…主蒸気インレット管、６…高
圧排気管、１０…中圧蒸気タービン、１１…中圧ロータ
シャフト、１２…中圧ケーシング、１３…中圧排気管、
１４…クロスオーバ管、１５…抽気管、１６…再熱イン
レット管、２０…ケーシング、２１…高圧タービン、２
２…中圧タービン、２３…高中圧ロータシャフト、２４
…中間グランド部、２５…中圧排気管、２６…クロスオ
ーバ管、２７…再熱インレット管、２８…スラスト軸
受、３０…高中圧ケーシング、３１…高中圧ロータシャ
フト、３２…インレット管、３３…クロスオーバ管、３
４…中間グランド部、３５…高圧タービン、３６…中圧
タービン、３７，３８…低圧中圧タービン、４０…高中
圧ケーシング、４１…高中圧ロータシャフト、４２…イ
ンレット管、４３…中圧排気管、４４…クロスオーバ
管、４５…高圧タービン、４６…中圧タービン、４７…
低圧タービン、４８…低圧ケーシング、４９…ロータシ
ャフト、５０…高中圧ロータ、５１…中間グランド部、
５２…中圧２段ノズル部、６０…ホイール、６１…グラ
ンド側、６２…ケーシング、６３…フィン、６４…グラ
ンドパッキン、７０…動翼、７１…クリスマスツリー型
植込み部、７２…アウトサイド型植込み部、８０…シュ
ラウド、８１…動翼、８２…チップフィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０１Ｋ 7/22 Ｆ０１Ｋ 7/22 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電端定格出力が９００ＭＷ以上で、高
圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、
前記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一
つのケーシングに収められ、かつタービンロータも前記
高圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧
一体の蒸気タービンにおいて、再熱蒸気を前記ケーシン
グへ導入するインレット管を４本以上有することを特徴
とする蒸気タービン。
【請求項２】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンが一軸に構成さ
れ、かつ前記高圧タービンと中圧タービンが一体となっ
た一つのケーシングに収められ、タービンロータも前記
高圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧
一体の蒸気タービンにおいて、前記中圧タービンから前
記低圧タービンへ蒸気を導入するクロスオーバ管を２本
有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】発電端定格出力９００ＭＷ以上、再熱蒸
気温度６００℃以上で、高圧タービンと中圧タービンと
低圧タービンからなり、前記高圧タービンと前記中圧タ
ービンは一体となった一つのケーシングに収められ、タ
ービンロータも前記高圧タービンと前記中圧タービンで
一本からなる高中圧一体の蒸気タービンにおいて、前記
タービンロータの中圧高温部を冷却する冷却蒸気管を２
本以上有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、前
記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一つ
のケーシングに収められ、かつタービンロータも前記高
圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧一
体の蒸気タービンにおいて、前記高圧タービンまたは前
記中圧タービンあるいは両方タービンの最終段または中
間グランド部前後の段落のホイール部にグランドパッキ
ンを有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】請求項１乃至請求項４の高中圧一体の蒸
気タービンにおいて、前記高圧タービンと前記中圧ター
ビンの段落にクリスマスツリー型植込み部を採用したこ
とを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、前
記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一つ
のケーシングに収められ、かつタービンロータも前記高
圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧一
体の蒸気タービンにおいて、前記高圧タービンと前記中
圧タービンの段落にスナッバ翼を採用したことを特徴と
する蒸気タービン。
【請求項７】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、前
記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一つ
のケーシングに収められ、かつタービンロータも前記高
圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧一
体の蒸気タービンにおいて、前記高圧タービンの高圧第
２段落の上流に蒸気を導入する配管を接続したことを特
徴とする蒸気タービン。
【請求項８】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、前
記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一つ
のケーシングに収められ、かつタービンロータも前記高
圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧一
体の蒸気タービンにおいて、定格出力、定格条件にて蒸
気加減弁が全開となるように構成したことを特徴とする
蒸気タービン。
【請求項９】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高圧
タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、前
記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一つ
のケーシングに収められ、かつタービンロータも前記高
圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧一
体の蒸気タービンにおいて、定格の主蒸気圧力が２８０
ａｔｇ以上でかつ３１０ａｔｇ以下であることを特徴と
する蒸気タービン。
【請求項１０】発電端定格出力９００ＭＷ以上で、高
圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとからなり、
前記高圧タービンと前記中圧タービンは一体となった一
つのケーシングに収められ、かつタービンロータも前記
高圧タービンと前記中圧タービンで一本からなる高中圧
一体の蒸気タービンにおいて、定格負荷運転時の中圧排
気圧力が１５ａｔａ以上でかつ２０ａｔａ以下であるこ
とを特徴とする蒸気タービン。