JPS58101201A - 蒸気タ−ビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、特に地熱タービンのように、飽和蒸気で、し
か屯容積流量の多い蒸気を扱う複流形の蒸気タービンに
係り、特に、その蒸気入口構造の改良に関する。

発明の技術的背景 第１図には、発電端出力が５０〜８０ＭＷ級の典型的な
地熱タービンの蒸気系統の一例が示されている。

この図において、地熱井１から出た熱水と蒸気の混合体
は、七パレータ２において熱水と蒸気とに分離され、こ
こで得られ＆Ｊｉ気は、主蒸気管３を介して蒸気元弁４
、主蒸気止め弁５および蒸気加減弁６を通過してタービ
ン７の第１段落８に入る。なお、−パレータ２において
分離された熱水は、壌元井９に介して地中に戻される。

タービン７の第１段落８に入った蒸気は、この第１段落
８を膨張した後、復水器１ｏへ排出されるが、蒸気がタ
ービン７内でなした仕事により発電機１１が駆動され、
電力を産み出される。かかる過程において、タービン７
における出力（仕事）の制御は、一般に、図示しないガ
バナにより蒸気加減弁６を開閉して行なっていた。

ところで、従来の地熱タービンでは、定格出力にて運転
を継続するいわゆるベースリード運用がなされるのが一
般的であり、複数の蒸気加減弁を同時に開閉するスロッ
トルガパニングと呼ばれる調速方式が採用されるのが普
通であった。こ九は、地熱井から得られる地熱エネルギ
を、たとえば火力発電におけるボイラから発生されるエ
ネルギのように、直接コントーールすることが難しく、
自然のエネルギをできるだけ有効に利用しようという見
地から、発生蒸気量に見合う出力のタービンとし、運転
期間の大半を定格出力運転とすることが多（、よって、
部分負荷効率が重要視されていなかったためである。し
かしながら、近年、地熱発電に関する諸技術の長足の進
歩により、機器容量が増大し、電力系統を担う地熱ター
ビン発電機の出力割合いが増加し、系統の負荷調整を地
熱タービン発電機によっても行なうケースがあること、
あるいは、２台の同一容量の地熱タービン発電機を設置
し、トータルの容量のたとえば５０−を１台轟りの定格
出力とし、通常は定格出力で運転するが、１台を補修の
ために停止した時には残る１台で１０〇−相当の出力を
出すように余裕をもったタービン設計とする必要がある
ことなどから、部分負荷でも効率のよい運転を行なうた
めに、地熱タービンにおいても、複数の蒸気加減弁を、
その出力に応じて順次開閉するいわゆるノズルガパ二ン
グという調速方式を採用することが必要になってきた。

このノズルガパエングは、タービンの第１段ノズル室を
円周方向の複数のノズル室に仕切り、それぞれのノズル
室に対応して蒸気加減弁を配置することにより達成され
るもので、普通の火力タービンにはよく運用されている
。

さて、比較的低圧で飽和に近く、容積流量の多い蒸気を
扱う地熱タービン、原子力タービン、あるいはある種の
低沸点媒体を作動流体とする蒸気タービンにおいては、
出力の増大に伴なってタービンの羽根が長大化し、これ
によって回転部の遠心応力が大きくなるのを防ぐため、
左右対称の複流段階からなる検流形タービンとして設計
することがある。

まず、このような複流形タービンの入口構造の一般的な
ものを第２医−により説明する。

この図において、ノズルダイヤフラム１２の円筒形の内
輪１３の両端には７ランジ状の外輪１４　、１４が溶接
されており、各外輪１４には円周方向に多数のノズル板
１５　、１５−が溶接されている。そして、このような
ノズルダイヤフラムルがロータ１６の隣位の羽根１７　
、１７間に、各外輪１４の外周面１８がケーシング１９
の溝加内に臨むように配置されている。なお、前記内輪
１３の内側には、ロータ１６の周面２１に摺接するラビ
リンスパツキン四を支持する支持環おが突設されている
。

このような複流形タービンにおいて、ノズルガパニング
を実現するためには、第３図および第４図のような構成
にすることが考えられる。

第３図および第４図において、内輪１３の外局面２４Ｊ
ｔよび各外輪１４の内側ｗｊＪ２Ｓには、それぞ九９０
度ずつの角度を隔てて４枚の仕切板２６．２６が容量さ
れており、４つのノズル室ｎが形成されている。

なお、前記内輪１３お−よび外輪１４は上下に２分割さ
れている。また、その他の構成は第２図のものと同様で
ある。

このような構成によれば、第２図のものを大きく変える
ことなく簡単にノズルガパニングを実現できる。

背景技術の問題点 しかしながら、こめような第３図および第４図に示すも
のを実機に運用しようとする場合、以下に示すような問
題点がある。

まず、第１の問題点は、第４図に示されているケーシン
グ１９および仕切板局間の間隙′Ａである。

一般に、全周から蒸気が浸入する型式のこの株のノズル
ダイヤフラム１２においては、ノズルダイヤフラム１２
を水平継手により上下、に分割するものの、それぞれを
別々にケーシング１９にボルト締めすることはしない。

これは、２分割されたダイヤフラム伎を別々にケーシン
グ１９にボルト締めする構造にすると、その上半部器お
よび上半部器間に間隙の生じるおそれがあり、しかもこ
の間隙の有無をケーシング１９の外部から確認できない
し、また、間隙をケーシング１９の外部から確実に調整
できないからである。この上半部器および下手部器間に
間隙が生じると、ノズル室ｎの蒸気がノズル板１５間を
通過せずに羽根１７の入口部に到ってしまい、ノズル板
１５による速度上昇が得られないという事態が生じる。

そのため、この檻のノズルダイヤフラム１２は、上半部
あおよび上半部器を別々にボルト締めしないで、上半部
器の自重によって、あるいは上半部２８および下半部２
９を相互にボルト締めすることによって上半部器および
上半部器の接合面を密着させているわけである。

このようにノズルダイヤフラム戎が構成されているから
、ケーシング１９と仕切板九の相対向する部位の寸法加
工精度によって前述した間隙人が生じることになる。こ
の間１ＩｉＡをな（すことの難かしさは、前記ノズルダ
イヤプラム比の上半部２８ｊ？よび下半部９間の間隙を
なくすことと同様である。

一方、ノズル板１７および仕切板局間にも、第４図に示
すように、間隙Ｂが必然的に存在することになる。すな
わち、ノズル板１７と、内輪１３および外輪１４を組合
せて溶接するときの溶接代として、第４図に符号Ｃで示
す寸法が必要不可欠であり、したがって、この部分に関
１１Ｂが生℃ることになるＯ 前述したように間隙Ａ、Ｂがあると、使用されているノ
ズル室ｎから使用されていないノズル室ｎに蒸気が流れ
込むことになり、これでは、仕切板四により複数のノズ
ル室２７を形成した意味がなくなり、ノズルガパ哀ング
の効果が低減することになる。

第２の問題点は、ノズルダイヤフラムノズル１２の上半
部１１８よび上半部器の接、台面の侵食に関する。湿り
蒸気中で運転されるタービンにおいて、圧力差のある接
合面には、いわゆるワイヤＦ四−イングという線状の侵
食の生じるごとはよく知られている。これを防止するた
めには、この接合面を強固に締付けて、その面圧を上げ
るのが有効な手段となる。

第３図および第４図に示す構造においては、内輪１３の
外局のノズル室は４枚の仕切飯器によって４つのノズル
室ｎに画成さ九ているため、ノズルダイヤフラム１２の
上半部あおよび上半部器の接合面の近傍に位置する仕切
板温を２枚の薄板により形成し、これらの２枚の薄板を
上半部路と下半部２９とにそれぞれ溶接すれば、これら
の両薄板間をボルト締、めすることにより、ノズルダイ
ヤフラム１２の上半部器および上半部器の強固な締付け
が可能となる。

しかしながら、ノズル室を仕切板温により仕切るに際し
、仕切飯器が必らずしも上半部器および上半部器の接合
面刃の近傍に位置しない場合があり、このような場合は
上半部列および上半部器を仕切板あを介してボルト締め
することはできなくなる。

すなわち、このように仕切板２６をボルト締めしてノズ
ルダイヤフラム１２の上半部器および下半部２９を接続
するなめには、仕切板を２の整数倍用いなければならな
いが、たとえばあるタービンにおいて、第１段ノズル室
を３つのノズル室に仕切り、この仕切られたノズル室の
うちの第１のノズル室で７５−の出力を、第［おえ、び
第２のノズル室で１００−の出力を、そして第３のノズ
ル室で定格出力の１ｏ１６にあたる余裕出力をそれぞれ
出すに相当する蒸気流量′を流したいという設計条件が
あるとすると、この場合にはノズル室Ｘ−２の整数倍あ
るいはこれに近似した数に分割することは当然できない
から、２枚の仕切板２６ｔ−上半部器および下学部四の
接合面間の近傍に位置せしめることはできない。

もつとも％第３図および第４図の構成において、ノズル
ダイヤフラム１２の上半部路および下半部２９を両者の
外輪１４間をボルト締めすることは可能であるが、内輪
１３）；関しては、その内側でボルト締めすることは不
可能であるから、内輪１３間でボルト締めする場合は、
その外側で行なわなければならない。すると、ノズル室
ｎにボルト、ナツトの頭部が露出するような構造にせざ
るを得な（なるが、蒸気通路にかかる突出物があると、
蒸気の流れが乱されることに加えて、ボルト、ナツトの
突出部が湿り蒸気により激しい侵食を受けるほか。

地熱蒸気中に含まれるスケール生成物がボルト。

ナツトのねじ部に付着して、ボルト、ナツトの分解がで
きなくなるおそれがある。

発明の目的 本発明は、前述した従来のものにおける欠点を除去し、
ケーシングおよび仕切板の間隙をなくした蒸気タービン
を提供することを目的とする。

発明の概要 本発明は、ケーシングを前記外輪の内側に突出せしめて
支持部を形成し、内側に支持板を備えた複数の仕切板を
円周方向に間隔を隔ててノズル板と対向するように前記
支持部に溶接し、前記支持部および支持板の両側にはそ
れぞ九儒方に突出する環状支持部材を装着し、各環状支
持部材と対向して当接するように前記外輪に複数のリン
グ状部材を装着したものである。

発明の実施例 以下、本発明をｓＩｉに示す実施例により説明する。な
お、前述した従来のものと同一の構成については１図面
中に同一の符号を付し、その説明は省略する。

第５図及び第６図は本発明の第１奥施例を示すものであ
り、ケーシング１９が外輪１４の内側においてノズル板
１５までは達しないように突−出して支持部３１が形成
されている。この支持部３１は外輪１４の内側面６と微
小間隙をもって対向している。そして、とのケーシング
１９の支持部３１Ｊｔよび両支持部３１　、３１間の図
示を省略したケーシング１９０部位には仕切板酋が溶接
さ九ている。この仕切板あは、ノズル室を仕切る数に対
応した数だけ円周方向に等しい間隔を隔てて溶接されて
いるが、本実施例においては、第６図に示すように、ケ
ーシング１９の上半部１９ｍに′２つ、下手部１９ｍに
２つの合計４つ設けられている。なお仕切板部の数は、
２つ、８つといった他の数でもよいことはもちろんであ
る。前記仕切板拠はノズル板１５に対向するように配置
さ、れてｊＩＰす、また、この仕切板あの先端には断面
長方形状の雲状の支持板部が内輪１３の外周面方向に向
けて＊＊されている。さらに、前記外輪１４の、前記ノ
ズル板１５に対する放射方向の内外部位には、それぞれ
側方に一部突出するステンレス鋼製の雲状支持部＃３３
　、　ａａがロータ１６と同心状に埋設されてｊｌＰす
、また、前記支持部３１および支持板羽の１１１面には
、前記環状支持部材３３．３３に対向接触するように同
じくステンレス鋼製のリング状部材３４．３４がそ九ぞ
九１方に一部突出するように埋設さ九でいる。

つ（に、前述した実施例の作用について説明するＯ 蒸気は図示しない蒸気加減弁およびケーシング１９の通
路を介して、仕切板墓により局方向において複数に仕切
られたノズル室ｎ内に達し、ノズル板１５に向けて噴射
さ九る。

ところで、仕切板部はケーシング１９に直１！＃１ｍ！
されているため、従来のもののようにケーシング１９お
よび仕切板温間に間隙が生じることはない。

したがって、ケーシング１９ＪＩＰよび仕切１Ｉ１２６
間から蒸気が抜けないので、漏洩損失を著しく軽減し、
従来のものよりノズルガパニングの効果に確実性がある
。実験によれば、本実施例の蒸気の消費率は従来のもの
より０．２５に向上した。また、仕切板部を溶接する位
置４、上半部２８ｊ？よび下半部器の接合面の近傍に限
定されず、自由に選べるため。

製作上有利である。

１１１Ｅ７ａ！１１および第８図は本発明の第２実施例
であるが、前夷論例の構成と異なる部分のみを説明する
Ｏ 第７図に詳示されているように、内輪１３の外周ＩＴ］
２４の軸線方向の中央部には外側に突出する環状突部あ
が内輪１３と一体に形成されており、また、支４板３２
には、この壌状突部蕊との干渉を避ける断面長方形状の
環状切欠ｔ３６が形成されている。

また、前記内輪１３には、この内輪１３の内外を連通す
る°はぼ半径方向の複数の貫通孔３７　、３７−が穿設
されている。

前述した構成によれば、前述した第１実施例の作用効果
に加えて、以下のような作用効果がある。

まず、第８図に示すように、ノズルダイヤプラム１２の
上中部四および下半部２９のボルトあ、ナツト３９によ
る接続位置として内輪１３の環状突部３５ｔ−利用でき
るので、蒸気通路以外の場所にボルト羽およびナツト３
９を装着でき、ボルトおおよびナツト３９の侵食が防止
できるし、蒸気中のスケール生成物によりボルト羽およ
びナツト３９が分解不能になること４ない。

また、内輪１３の内外を連通する貫通孔３７が穿設され
ているので、内輪１３の内側およびロータ１６の局面２
１間の空間にドシンが溜るおそれもない。

発明の詳細 な説明したように１本発明に係る蒸気タービンは、ケー
シングを前記外輪の内側に突出せしめて支持部を形成し
、内儒忙支持板を備えた複数の仕切板を円周方向に間隔
を隔てて前記ノズル板と対向するように前記支持部に？
ｌＨｌし、前記支持部および支持板の両側にはそれぞれ
側方に突出する環状支持部材を装着し、各環状支持部材
と対向してＭ！ｉ接するように前記外輪く複数のリング
状部材を装着したので、ケーシングおよび仕切板間の関
−１隙がなくなり、ノズルガパニングの効果に確実性が
あるし、また、仕切板を任意の位置に取付けられるので
、製作上有利であるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

＃！１図は一般的な地熱タービンの蒸気の系統図。 第２白は従来の複流形タービンの要部の縦断面図、第３
図はノズルガパエングを実現するための従来の蒸気ター
ビンのノズルダイヤプラムの斜視図、第４図は第３図の
ノズルダイヤプラムを用いた蒸気タービンの要部の縦断
面図、１１！５図は本発明の蒸気タービンの第１実施例
を示す要部の縦断面図、第６圀Ａはケーシングの上半部
を１８Ｏｆ、転回した状Ｓを示す斜視図、第６図Ｂはケ
ーシングの下半部の斜視図、第７図は本発明のＩＩ２実
施例を示す要部の縦断面図、第８図は第６図のＶＩＩ−
ＶＩＩ線による断面図である。 １２−ノズルダイヤプラム、１３−内輪、１４−外輪、
１５−ノズル板、１６−ロータ、１７−羽根、１９　・
・・ケーシング、拠−仕切板、３１−支持部、３２−・
支持板、オ・−環状支持部材、アーリング状部材、３５
−１！状突部、あ−切欠き、３７−貫通孔。 出願人代理人　　諧　股　　　　清 革２１図 基２図 ＄）３図 ３ 襄５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円筒形の内輪の両端に７ツンジ状の外輪を溶接し、
   それぞれの外輪には円周方向に多数のノズル板がｆＩＩ
   接さ九てなるノズルダイヤアツムを撃−夕の一対の羽根
   間にケーシングと対向するように配置した蒸気入口構造
   を有する蒸気タービンにおいて、前記ケーシングを前記
   外輪の内側に突出せしめて支持部を形成し、内側に支持
   板□を備えた複数の仕切板を円周方向に間隔を隔てて前
   記ノズル板と対向するように前記支持部に溶接し、前記
   支持部および支持板の両側にはそれぞれ側方に突出する
   環状支持部材を装着し、各環状支持部材と対向して轟接
   するように前記外輪に複数のリング状部材を装着したこ
   とを特徴とする蒸気タービン。 ２、前記内輪の軸線方向中央部に外方に突出する環状央
   部を形成し、前記支持板にはこの環状突部との干渉を避
   ける切欠きを形成した特許請求の範１！１１！１項記載
   の蒸気タービン。 ３、前記内輪に鋏内輪の内外を連通するほぼ半径方向の
   貫通孔を形成した特許請求の範囲第１項または葛２項記
   載の蒸気タービン。