JPH11508014A - 蒸気流量を調整するための絞り機構付きの蒸気タービン構成要素並びに蒸気タービンにおける蒸気流量の調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、横断面（２）中にこれを塞いで蒸気タービン構成要素の主軸（１）に対して垂直に配置され且つ蒸気が貫流するための少なくとも一つの流路（４）を有している隔壁要素（３）を備えた蒸気タービン構成要素に関する。更に流路（４）を通る蒸気流量を調整するための主軸（１）に沿って移動可能な絞り機構が設けられ、この絞り機構が第１のシール面（６）と第２のシール面（７）とを有し、流路を閉鎖している位置においてシール面（６、７）は隔壁要素（３）に気密に当接し、流路（４）を少なくとも部分的に開放する位置においてシール面（６、７）は隔壁要素（３）から離されている。シール面（６、７）はそれぞれ主軸（１）に対して垂直に延びる横断面内に位置しているので、流路（４）を開放する際にいかなる場合にも僅かな摩擦力を克服するだけで済み、高い気密性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気流量を調整するための絞り機構付きの蒸気タービン構成要素 並びに蒸気タービンにおける蒸気流量の調整方法 本発明は、蒸気タービンの構成要素並びに、主軸に対して垂直に延びる横断面 内にこの面を塞いで配置されている隔壁要素に設けられている流路を通る蒸気流 量を調整するための主軸特にタービンの主軸に沿って移動できる絞り機構を備え た蒸気タービンに関する。本発明は更に、絞り機構付きの蒸気タービンにおける 蒸気流量の調整方法に関する。 蒸気タービンにおける蒸気流量を調整するために種々の調整装置が知られてい る。１９６６年発行の文献「機械設計技術（Maschienenbautechnik）」ベルリン 、第１５巻、第４号、第１８５〜１９０頁掲載のシュパイヒァー（K.Speicher） 、ミーチュ（E.Mietsch）著の論文「抽気タービン用調整装置としての回転弁（D er Drehschiber als Regelorgan fuer Entnahme-Dampfturbinen）」に、弁並び に回転弁に基づく調整機構の比較が記載されている。別の調整機構はドイツ特許 出願公開第１４２６７９２号明細書で知られている。 回転弁の可能な形式としては軸方向および半径方向に貫流されるスライド弁が 挙げられる。このスライド弁は蒸気タービンの横断面にわたって延びるノズルカ バーに設けられている開口を完全にあるいは部分的に閉鎖するために使用される 。第１の形式のスライド弁は円周方向に回転可能なリングから成り、このリング はノズルカバーの開口に類似した開口を有し、軸方向に貫流され、その際スライ ド弁の開口は軸方向に即ち蒸気タービンの主軸の方向に貫流される。第２の形式 でも同様に回転可能なリングが設けられ、これは特に半径方向に貫流され、この ためにノズルカバーにおける開口は流れを半径方向から軸方向に転向させる。こ の場合のスライド弁はノズルカバーの相応する流れ転向部分に大きな面積で接し ている。従ってこのスライド弁の運動はかなり大きな摩擦抵抗に抗して行われな ければならない。第３の形式においては、ノズルカバーにおける開口を閉鎖でき る半径方向に移動可能なリングセグメントが設けられている。第４の形式として は、 軸方向に移動可能なリングを備え半径方向に貫流されるスライド弁が挙げられ、 その際ノズルカバーは同様に流れを転向する前部構造物を有し、この前部構造物 上を軸方向に移動可能なリングが案内されている。この場合にも、克服しなけれ ばならない摩擦力が大きいという問題がある。上述のラジアル形回転弁の場合、 絞り調整する際に完全に静的に負荷を軽減することが可能であるが、自由な熱膨 張を保証するためには比較的大きな半径方向の間隙を設ける必要がある。これに よってノズルカバーの開口を完全に閉鎖することができないので、望ましくない 蒸気流による無駄な損失を甘受しなければならない。 公知のアキシャル形回転弁を使用する際には大きな押圧力および摩擦力が生じ 、これは相対して滑る部品に相応する磨耗を生じさせる。この種のアキシャル形 回転弁を作動するためにはさらに大きな調整駆動装置を用意しなければならない 。この押圧力を減少するために緩圧面を備えた複雑で高価な構造物が知られてい る。もっともこれはそのための半径方向における相応の所要空間を必要とする。 従って反動式タービンにおいてこの構造は実際には利用できない。この公知の欠 点に基づいて、回転弁は現在では比較的低い抽気蒸気圧の場合にしか採用されて いない。 本発明の課題は、タービンに採用される絞りプログラムが高い抽気蒸気圧に適 するような蒸気流量を調整するための絞り機構付きの蒸気タービン構成要素を提 供することにある。 蒸気タービン構成要素に向けられた課題は本発明によれば、蒸気タービン構成 要素の主軸に対して垂直に延びる横断面においてこの面を塞いで配置され且つ蒸 気が貫流するための少なくとも一つの流路を有している隔壁要素と、流路を通る 蒸気流量を調整するための主軸に沿って移動可能な絞り機構が設けられ、この絞 り機構が第１のシール面と第２のシール面とを有し、流路を閉鎖している位置に おいてシール面が隔壁要素に気密に当接し、流路を少なくとも部分的に開放する 位置においてシール面が隔壁要素から離されることによって解決される。その際 隔壁要素は横断面から離れる方向に主軸に沿って延びる流路を備え、この流路は 横断面に対してほぼ平行に延びこれから隔てられた壁を有している。流路を閉鎖 する位置においてこの壁に第１のシール面が当接する。さらにこの流路を閉鎖す る位置において第２のシール面は横断面において隔壁要素に当接する。 特に隔壁要素がノズルカバーにおけるクロスピースで細かく仕切られているリ ング状開口である場合隔壁要素の流路を閉鎖する位置においては隔壁要素に当接 し、流路を部分的あるいは完全に開放する別の位置においては隔壁要素から離さ れる軸方向に移動可能な絞り機構によって、公知の回転弁の欠点は避けられる。 特に隔壁要素との摩擦接触による摩耗が避けられ、流路の完全な閉鎖が達成され るか、複数の流路の場合にはそれらの完全な閉鎖が達成され、これによって望ま しくない蒸気流の損失が避けられる。隔壁要素との摩擦接触の回避によって同様 に大きな調整駆動装置も不要となる。蒸気タービン、特に蒸気タービンの低圧部 分にこのような蒸気タービン構成要素を採用する場合、この蒸気タービン構成要 素の主軸は蒸気タービンの主軸と一致する。 流路が横断面から軸方向に延び、横断面に対して平行に延びる壁を有している ことによって、流路内において流れが半径方向から軸方向に転向される。絞り機 構による流路の遮断は、流れが半径方向に向かう流路の終わりで行われる。流路 を閉鎖する際、例えば僅かな残留蒸気圧によって絞り機構が流路を閉鎖する位置 に押圧されることによって、確実な摩擦結合が得られる。 流路を軸方向における流れ形状をもってあるいは半径方向への転向をもって構 成することによって、このためにそれぞれ適したシール面の配置が得られる。純 粋に軸方向に貫流する流路の場合、両シール面は特に横断面において隔壁要素に 直接当接する。蒸気の半径方向流れも生ずる流路の場合、好適には第１のシール 面は上述の壁に当接し、第２のシール面は横断面において隔壁要素に直接当接す る。シール面は有利には薄肉の円環として形成されている。これによってシール 面は準直線状をしているので、ほとんど隔壁要素との摩擦接触は生ぜず、それに もかかわらず高い気密性が得られる。 従って絞り機構は主軸に対して同心的に配置された円形の二重座リングである と有利である。同心的な配置とは、横断面においてリングの中心が主軸と一致し ていることを意味する。これによって二重座リングを移動する回転リング並びに タービンハウジング内における隔壁要素の案内部を簡単に製造することができる 。特に組立を簡単にするために、二重座リングは二つの半円形セグメントで構成 さ れる。しかし二重座リングを複数の円セグメントで構成することも考えられる。 二重座リングは特に流路の軸方向の広がりに相応した軸方向の広がりと、シール 面が配置される半径方向に延びるウェブを有している。これによって蒸気温度に 関係する非気密性は大幅に回避される。 絞り機構を正確に案内するために、それぞれタービンのハウジングに固定され ている好適には二つの案内ボルトがそれぞれはまり込むような主軸に対して平行 に延びる少なくとも二つ、特に三つの案内溝が設けられる。これらの案内溝には まり込む案内ボルトによって、絞り機構を正しく心出して整合することができ、 絞り機構は軸方向に動く際に殆ど遊びなしに案内される。 案内ボルトは偏心ボルトであると有利である。偏心ボルトは例えば、それぞれ の軸線に沿って延び隣接する端面において互いに固く結合された横断面が円形の 二つの中実円筒を有している。これらの軸線の方向はその場合同一であり、ただ し一方の中実円筒は他方の中実円筒に対してずらされ、即ち偏心して配置されて いる。これによって絞り機構をタービンハウジング内において正確に案内するこ とができ、これによって例えば製造公差も補償することができる。 絞り機構は好適には、軸方向並びに円周方向に延び即ち主軸に対して斜めに延 びる少なくとも一つ、特に三つの滑り案内溝を有する。この滑り案内溝に、好適 には円周方向に回転できる一つの回転リングが特に制御ボルトを介して係合して いる。回転リングが円周方向に回転すると、主軸に対して傾斜して延びる滑り案 内溝に基づいて、回転リングの回転運動が絞り機構の軸方向運動に変換される。 これによってほんの僅かな力で簡単に絞り機構が軸方向に移動させられる。 好適にはこのような絞り機構付きの蒸気タービン構成要素は蒸気タービン、特 に高い抽気蒸気圧の蒸気タービンに使用される。 図面に概略的に示されている実施例を参照して、移動可能な絞り機構を備えた 蒸気タービン並びに蒸気タービンにおける蒸気流量を調整する方法を詳細に説明 する。 図１は絞り機構付きの蒸気タービンの縦断面図、 図２は図１における絞り機構の平面図、および 図３は図１における蒸気タービンの横断面図である。 図１には蒸気タービンの低圧部分の先端における低圧翼列の範囲の前方が断面 図で示されている。主軸１を中心とする回転対称の蒸気タービンはタービンラン ナ１７を包囲するタービンハウジング９を有している。蒸気タービンにおけるタ ービンランナ１７とタービンハウジング９との間の横断面２は隔壁要素３、いわ ゆる窓付きリングで塞がれている。隔壁要素３は流路４を有している。この流路 は隔壁要素３におけるクロスピースで仕切られている円環状開口１８、主軸１の 方向に延びるスリーブ１６および円環状壁８で形成されている。スリーブ１６は 開口１８の周囲で隔壁要素３に直接タービンランナ１７の側で固定されている。 円環状壁８はスリーブ１６のタービンランナ１７と反対側に位置し、スリーブ１ ６に気密に結合されている。従ってこの壁８はスリーブ１６に環状フランジの形 で設けられているので、隔壁要素３に対して平行に延びそこから間隔を隔てられ た面が形成されている。流路４とタービンハウジング９との間に軸方向に移動可 能な絞り機構５が配置されている。 タービンハウジング９にはそれぞれ主軸１に対して垂直な平面内を延びている 案内ボルト１１ａ、１１ｂが取り付けられている。タービンハウジング９の周囲 にはそれぞれ少なくとも少なくとも三対の案内ボルト１１ａ、１１ｂが取り付け られている。図示の案内ボルト１１ａ、１１ｂは、それらがそれぞれ絞り機構５ の対応した案内溝１０ａ、１０ｂにはまり込むように互いにずらされている。絞 り機構５は主軸１に沿って延びる絞りスリーブ１９並びに互いに間隔を隔てられ た両側の円環状フランジ２０ａ、２０ｂを有し、これらのフランジは絞りスリー ブ１９のタービンランナ１７の側に固定され、ここから主軸１に向かって延びて いる。絞り機構５はタービンハウジング９の周囲に沿って延びる回転リング１３ を介して主軸１の方向に即ち軸方向に移動できる。フランジ２０ａ、２０ｂには それぞれ軸方向に隔壁要素３に向かって延びる絞りノーズ２１ａ、２１ｂが固定 されている。絞り円胴２１ａは第１の円環状シール面６を、絞りノーズ２１ｂは 第２の円環状シール面７を形成している。第１のシール面６は壁８に当接し、第 ２のシール面７はタービンハウジング９と開口１８との間の範囲において隔壁要 素３に直接当接している。これによって流路４の気密閉鎖が達成される。壁８並 びに隔壁要素３にそれぞれ、軸方向において横断面２から離れるように向けられ ているブッシュ状の絞りカラー１５ａ、１５ｂが固定されている。絞り機構５の 絞りノーズ２１ａ、２１ｂ並びに流路４に付設された絞りカラー１５ａ、１５ｂ は従って互いに直接上下になり合っている。これによって蒸気流量および主軸１ に沿って実施される絞り機構５のストロークとの関係が予め規定できる。特に蒸 気流量および絞り機構のストロークとの関係に線形性が得られる。図１において 絞り機構５は補助的に、第１のシール面６並びに第２のシール面７がそれぞれ壁 ８ないし隔壁要素３から離され、従って蒸気の流れに対する流路４が少なくとも 部分的に開けられている状態が破線で示されている。回転リング１３によって絞 り機構５が軸方向に移動するので、流路４の完全閉鎖から流路４の完全開放まで 隔壁要素３を通る蒸気流量が調整できる。案内溝１０ａ、１０ｂで案内されてい る案内ボルト１１ａ、１１ｂを介して絞り機構５を懸架することによって、絞り 機構５を心合わせして、即ち主軸１に対して対称的に懸架することができ、且つ その自由な熱膨張が保証される。第１のシール面６および第２のシール面７の大 きさ並びにフランジ２０ａ、２０ｂの高さ即ち絞り機構５の半径方向の広がりは かなり自由に選定できるので、蒸気力を完全に放出することもできる。組立を簡 単にするために流路４付きの隔壁要素３、回転リング１３並びに絞り機構５はそ れぞれぴったり整合する半円セグメントから構成されている。 図２は図１で説明したように二重座リング５ａとして形成された絞り機構５を 平面図で示している。二重座リング５ａはそれぞれ主軸１に沿って即ち軸方向に 延びている三対の案内溝１０ａ、１０ｂを有している。各対の案内溝１０ａ、１ ０ｂは二重座リング５ａの円周面にわたって対称に分布され、ここでは図を簡単 にするために一対の案内溝しか示されていない。案内溝１０ａ、１０ｂ間にそれ ぞれ主軸１に対して傾斜して延びる滑り案内溝１２が設けられている。円周面に わたって全部で三つの滑り案内溝１２が設けられている。案内溝１０ａ、１０ｂ は、これらにはめ込まれタービンハウジング９に取り付けられている案内ボルト １１ａ、１１ｂを介して絞り機構５ａを懸架するために使用する。案内ボルト１ １ａ、１１ｂは図３に示すように偏心ボルトとして形成され、これによって二重 座リング５ａを主軸１に対して正確に整合することができる。タービンハウジン グ９の円周面に沿って移動する回転リング１３は滑り案内溝１２に係合している ので、回転リング１３の回転によって絞り機構５を軸方向に移動することができ る。 図３は図１における蒸気タービンを横断面図で示しており、この図に偏心ボル トとして形成された案内ボルト１１ａ、回転リング１３、絞り機構５（二重座リ ング５ａ）並びに回転リング１３に対する駆動装置１４が示されている。 回転リング１３は絞り機構５の滑り案内溝１２に係合している半径方向に延び る制御ボルト２２を有している。特に円周方向において三対の案内ボルト１１ａ 、１１ｂ並びに同じ数の案内溝１０ａ、１０ｂと滑り案内溝１２が設けられてい る。 本発明は、流路の蒸気タービンの横断面方向に延びる互いに間隔を隔てられた 二つの境界壁においてこの流路を気密に閉鎖する二つのシール面が得られる軸方 向に移動可能な絞り機構によって特徴づけられる。シール面は、流路を開放する 絞り機構の運動の際にほとんど摩擦力を克服する必要がないように設計されてい る。絞り機構は複数の案内ボルトを介して熱的に移動でき、蒸気タービンの主軸 に対して同心的に懸架されている。絞り機構の円周面において主軸に対して傾斜 して延びる滑り案内溝を介して、絞り機構が主軸の方向に移動することができる 。これは、対応した滑り案内溝に係合している少なくとも一つ、特に三つの制御 ボルトを有する円周方向に回転できる回転リングによって行われる。絞り機構は 特に蒸気タービンの低圧部分の前方におけるタービン軸に対して同心的に配置さ れた環状開口を通る蒸気流量を任意に調整可能に絞るのに適している。これは特 に反動タービンの高い抽気蒸気圧に適している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．横断面（２）中にこれを塞いで蒸気タービン構成要素の主軸（１）に対して 垂直に配置され且つ蒸気が貫流するための少なくとも一つの流路（４）を有して いる隔壁要素（３）と、流路（４）を通る蒸気流量を調整するための主軸（１） に沿って移動可能な絞り機構（５）とを備え、この絞り機構（５）が第１のシー ル面（６）と第２のシール面（７）とを有し、流路（４）を閉鎖している位置に おいてシール面（６、７）が隔壁要素（３）に気密に当接し、流路（４）を少な くとも部分的に開放する位置においてシール面（６、７）が隔壁要素（３）から 離され、流路（４）が横断面（２）から主軸（１）に沿って延び、横断面（２） に対して平行に延びここから間隔を隔てられた壁（８）を有し、流路（４）を閉 鎖する位置においてこの壁（８）に第１のシール面（６）が当接し、流路（４） を閉鎖する位置において第２のシール面（７）が横断面（２）において直接隔壁 要素（３）に当接していることを特徴とする蒸気タービン構成要素。 ２．絞り機構（５）が主軸に対して同心的に配置された円形の二重座リング（５ ａ）であることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン構成要素。 ３．二重座リング（５ａ）が二つの半円形セグメント（５ｂ、５ｃ）で構成され ていることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービン構成要素。 ４．絞り機構（５）が、それぞれタービンハウジング（９）に取り付けられてい る少なくとも一つの案内ボルト（１１ａ、１１ｂ）がはまり込み主軸（１）に対 して平行に延びる少なくとも二つの案内溝（１０ａ、１０ｂ）を有していること を特徴とするタービンハウジング（９）を備えた請求項１ないし３のいずれか１ つに記載の蒸気タービン構成要素。 ５．案内ボルト（１１ａ、１１ｂ）が偏心ボルトであることを特徴とする請求項 ４記載の蒸気タービン構成要素。 ６．絞り機構（５）が、円周方向並びに主軸（１）の方向に延びている少なくと も一つの滑り案内溝（１２）を有していることを特徴とする請求項１ないし５の いずれか１つに記載の蒸気タービン構成要素。 ７．滑り案内溝（１２）に係合して円周方向に回転可能な回転リング（１３）が 設けられ、この回転リング（１３）が円周方向における回転によって絞り機構（ ５）を主軸（１）の方向に移動させることを特徴とする請求項４記載の蒸気ター ビン構成要素。 ８．シール面（６、７）が薄肉の円環として形成されていることを特徴とする請 求項１ないし７のいずれか１つに記載の蒸気タービン構成要素。 ９．請求項１ないし８のいずれか１つに記載の蒸気タービン構成要素を備えた蒸 気タービン。