JPS58143102A - 蒸気タ−ビンの冷却方法 - Google Patents

蒸気タ−ビンの冷却方法

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Publication number
JPS58143102A
JPS58143102A JP2587282A JP2587282A JPS58143102A JP S58143102 A JPS58143102 A JP S58143102A JP 2587282 A JP2587282 A JP 2587282A JP 2587282 A JP2587282 A JP 2587282A JP S58143102 A JPS58143102 A JP S58143102A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
steam
blade
rotor
hole
Prior art date
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Pending
Application number
JP2587282A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Nomoto
野本 秀雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS58143102A publication Critical patent/JPS58143102A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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〕 本発明はロータの曲がり防止および羽根植込部の応力緩
和のため冷却蒸気に1ってロータお工び羽根植込部の冷
却を行なう蒸気タービン償却方法に関する。
〔発明の技術的背景〕
最近の蒸気タービンは、原油の値上がり寺Ilc伴い、
その性能向上への請求が一段と高°まってきている。
蒸気タービンの性能に影響を与える因子は数多くあるが
、主蒸気の圧力、温度、−S再熱蒸気もしくは二段再熱
の圧力および温度がいずれも高い方が有利であるところ
から、最近の大型Ss用火力機では主蒸気お工び再熱蒸
気温度を566℃とし、回転数1に3000rmpまt
は3600rpm  とした機種が増えてきている、 しかしながらこの工うな大型高速タービンには次のよう
な問題点がある。
JIK現用の蒸気タービン材料は使用温度が400℃を
超えるおたりから急速にその預度が劣化述部には大きな
応力が作用する几め、Lgl@sは厳しい峨件にさらさ
れることになる0 qItに、大容を機においては蒸気管が必然的に増え、
蒸気通路部も大趣な通過面積が必要となる究め、ノズル
や羽根の平均[径が高くなる傾向があり、その結果、上
記の羽根および羽根植込部等の1転部は一層厳しい条件
にさらされることになるCr52の関越点としてタービ
ンロータの経年的な曲がりがめるに のタービンロータの曲がりについては種々の原因が考え
られるが、材料の局方向クリープ特性の不均一、残留応
力、ロータと静止部が接触による局部那熱、起動停止時
の過大な熱応力の発生等が挙げられるに れらはいずれもタービンロータの機面が異常な温度上昇
をすることによるものと思われ、特に高温蒸気にさらさ
れる大容緻タービンにおいて頻々発生する、 ロータに曲がりが生じると、シュラウドとチップフィン
の閾のクリアランス、ノズルラビリンス、グランドパツ
キン、ノズルダイアフラムとロータの閣の軸方向クリア
ランス尋に不均一を生じ、性能が低下する上、運転上の
信頼性にも、4影411に及ぼすことになる0 従ってロータの曲がりがはなはだしい場合にはこの曲が
りを修正加工することになるが、その作業には大きな工
数が必要となる0 そこで、羽根植込部やロータの厳しい応力状ゆを緩和し
tす、ロータの曲がりを防止する念のに、ロータを冷却
することが従来から行なわれている。
以下、第1図ないし第3図を参照して従来の冷却方法を
説明する。
第1図はり四スコンパウンド機を例示するもので、プラ
イマリ−側は高圧タービン1と低圧タービン2から構成
されており、高圧ロータ6と低圧ロータ4はカップリン
グ5を介して連結されているO セコンダリ側は中圧タービン6と低圧タービン7からn
I放されており、中圧ロータ8と低圧ロータ9はカップ
リング10t−介して連結されている。
ボイラ111c工って加熱されtJl気は高圧タービン
′1で仕事會しt後、再熱され、高温再熱管12、中圧
タービン6を径て低圧タービン2と7に入る。
高圧タービン1の最終段落シェルから抽気された蒸気の
一部は冷却蒸気管16を通して中圧タービン6内に導入
され、ロータ8に接触してこれを冷却する。
なお、中圧タービン6のロータ冷却に使用する蒸気は高
圧タービン1の最終R落シェルから抽気されtものに限
らず、#11段落その他の適当段落シェルから抽気され
tものを利用する場合もある。
第2図は、中圧ロータ8での冷却蒸気の混入方法を示す
〇 第1図の第1段落シェル等から抽気されt冷却蒸気14
は、スリーブ15を通つ・て中圧タービン6内に導入さ
れ、調整孔16t?通って1!it高温再熱蒸気の−s
17と合流して、a度、圧力をg*され7tt+l、中
圧ロータ8を冷却しながら、ノズルラビリンス18を通
り、ノズルダイアフラム19と羽根車2・0の闇を通り
、一部はバランスホール21全通って次段落へ流入する
ま几、残りの蒸気は、主流側の圧力りり烏い場合にはプ
ラットホーム22を径て矢符26の工うに流れて、主流
24と合流するC s3図は、ノズルラビリンス18以降における冷却蒸気
の流れを拡大して示すもので、25は羽根有効部を、2
6は羽根植込部を示す。
羽根根元部28での蒸気の流れは、プラットホーム22
とルートフィン27の部分での圧力バランスにより、矢
符23mのように主流側へ吹き出すか、あるいは矢符2
3bのように吸い込むかが決まる。
一般的には主流から吸い込むように設計した方が主流側
の性1N@面からは有利であるが、その反面ロータの冷
却をおこなう段落では、主流から4温蒸気が混入してく
ると、冷却蒸気のifが混合に工り^〈なり、羽根車や
羽根根元部を有効に冷却することができない定め、意図
的に矢印23mのように主fL@へ吹き出させている場
合が多い。
ここで、羽根植込部26お工び羽根根元部28等の熱的
状111t、(1)主流から吸込んでいる場合、(2)
主流へと吹出している場合に分けて考案する。
(1)  主流から吸込んでいる場合 前述したように冷却蒸気の温度が高くなり、冷却効果は
少ない。
この場合は、羽根植込部26の内面は、羽根25の有効
部から熱伝導によって伝わってくる熱と、植込部外面2
6′から、蒸気、と植込部外面との熱伝達および植込部
外面から内面までの熱伝導によって伝わってくる熱との
平衡温度にあり、かなりil&温になっている0 (2)主流へと吹出している場合 冷却蒸気の温度が堺いので、(1)の場合よりは冷却効
果があるが、この場合本植込部261内面の温lはあま
り低下していないC すなわち、植込部外面?6′は冷却蒸気に直接接触して
いるため、表面温度は低くなっている申11 が、植込部内面は羽根有効部25から羽am元1128
t−通って熱伝導により熱が伝わってくるためである〇 〔背景技術の問題点〕 上述の如く、従来の冷却方法では、羽根植込部とロータ
を外表面から冷却するだけであるため、冷却蒸気を主流
から吸込むように設計し定場合も、tt主流へ吹出すよ
うにした場合も十分な冷却効果が得られないという問題
があった。
〔発明の目的〕
本発明は従来の蒸気タービン冷却方法における上述の如
き不都合を除去すべくなされtもので、羽根植込部の内
円を直接冷却することによって、冷却効果を向上させt
蒸気タービン冷却方法を提供することを目的とするもの
である、〔発明のll1tlII〕 本発明はバランスホールから冷却蒸気を分流させ、これ
を羽根車および羽根植込部の内円に設は几冷却孔および
これらの冷却孔関金連結する円周方向の溝内を放射状方
向および円周方向に流すことt−S黴としている。
〔発明の実施例〕
第4図ないし第6図に示す本発明の実施例において、羽
根車20にはロータ8の軸方向に並列に複数本のバラン
スホール21が貫通しているO これらのバランスホールの外側には小径の冷却孔29が
設けられている。
各冷却孔は羽根車20内を放射状方向に延び、内jII
Itバランスホール21内に開口し、多端を羽根車20
の外周面に開口している〇 羽根植込W626にはその内周面に沿って円周方向の#
160を形成されており、また、この溝と羽根根元s2
8外面の間には放射状方向に延びる小径の冷却孔31が
透設されている。
仁れらの冷却孔61は11に5図および第6図に示すよ
うに羽根25数枚毎に1個の割合で設けられており、ま
た冷却孔29とは同一ラシアル線上に位置しないように
配置されている。
これは冷却孔29と31が同一ラシアル線上にるると、
冷却蒸気が植込部の内面を回り込むことなく、主流に混
入し、冷却効果が少なくなるので、これを防ぐ究めであ
る。
本発明の冷却方医においては、第1図および第2@につ
自述べtと同様IC1[1圧タービン1の適当段落シェ
ルから抽気されt冷却蒸気はスリーブ15を通って中圧
タービン6内に導入され、調整孔粘を通ってきた高温再
熱蒸気の一部と合流し、温度、圧力を1lll11され
た後、中圧p−夕8を冷却しながら、ノズル2ビリンス
18を通過する。
ノズルラビリンス18に径を冷却蒸気はノズルダイヤフ
ラム19と羽根車20の閣を通り、プラットホーム22
付近の圧力が主流儒の圧力エリも高い場合にはその一部
は矢符23mのように流れて主流24と合流する。
残りの冷却蒸気はバランスホール21内を通って次段落
へ流入するが、その一部62はバランスホール21から
冷却孔29へ分流し、羽根植込部26の内面に設けt溝
60内を通って羽根植込部の円周方向に回り込み、罠に
冷却孔61を通って主流24に合流する。
以上のように、本発明においてはバランスホールから冷
却蒸気を直接、羽根植込部の内円に流すを通って直接、
羽根植込部内面に触れる究め、冷却効果が飛噛的に犬趣
くなる。
2)一般に冷却蒸気とホイール面との熱伝達は、冷却蒸
気の物性、流速、ホイールおよび羽根植込部の熱伝導率
等、禰々の因子にエリ決定されるが、冷却孔29、+1
130、冷却孔61はいずれ本流路面積が小さいため、
通過蒸気の流速が高く、シ友がってバランスホールを通
過する冷却蒸気に比べ、より有効な冷却効果が得られる
3)従来の冷却様構には無かった冷却蒸気の新tな通路
が形成されているので、伝熱面積も大きくより、冷却効
果がよくなる。
4)羽根植込部とロータ外形の間には僅かながらクリア
ランスがあるが、このクリアランスに冷却蒸気が入り込
むことKよる冷却効果も期待できる。
5) 冷却蒸気とロータ、羽根植込部間の熱交換が大き
くなることにより、冷却蒸気が主流に吹き出す時のエン
タルピはより高くなっている。
この冷却蒸気は主流に1合すると次段落以降で仕事をす
る事になるが、主流混合時のエンタルピが轟くなってい
る結果、次段落以降での仕4に量は大きくなり、−一部
や植込部に蓄積されている熱を有効に吸収し、タービン
全体の効率を上げることができる。
なお、本発明を実施するにあtつて新几に必要とする蒸
気タービンの加工工程は冷却孔29、婢30および冷却
孔6103ケ所のみであり、これらはいずれも、現在の
加工技術で簡単に実現できるもので、工作上の問題点も
無い。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明は従来方式の蒸気タービンに簡単な
加工を施すだけで羽根植込部を直接、内面から冷却する
ことができるので、冷却効果が大巾に向上し、羽根植込
部の許容応力が増大すると共にロータの曲りも防止され
、タービンの性能同上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来および本発明が適用される謔気タービンt
S示する系統図、第2図は従来の冷却方f&′t1!明
する蒸気タービンの要部の縦断面図、纂311Fij1
2図の一部を拡大して示す縦断面画、篇4園は本発明の
実施ガを示す蒸気タービンの要部のlI!断面図、41
5図は1114図に示す蒸気タービンの@転部分の横断
面図、第6図は第5111に示すタービン−転部分の一
部の平面図である。 1・・・高圧タービン、2.7・・・低圧タービン、6
・・・高圧ロータ、4.9・・・低圧ロータ、6・・・
中圧タービン、8・・・中圧ロータ、11・・・ボイラ
、12・・・高温再熱管、16・・・冷却蒸気管、 14s 23,25a、23be 32””冷却蒸気、
15・・・スリーブ、16・・・調整孔17・・・高温
再熱蒸気、18・・・ノズルラビリンス、19・・・ノ
ズルダイアフラム、2o・・・羽根車、21・・・バラ
ンスホール、22・・・プラットホーム、24・・・主
流、25・・・羽根有効部、26・・・羽根植込部、2
7・・・ルートフィン、28・・・羽根根元部、29.
51・・・冷却孔、30・・・壽 (7317) 代理人弁域士 則  近  愈  佑(
ほか1名) 第5図 第6―

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、冷却蒸気を蒸気タービン内に導入してロータおよび
    羽根植込部を冷却し、冷却蒸気の一部をバランスホール
    を通して次段落へ流し込むようにしt蒸気タービンの冷
    却方法において、前記バランスホールの途中から冷却蒸
    気を分流させ、これを羽根植込部の内円全通して流すこ
    とを特徴とする蒸気タービンの冷却方法。 2、バランスホールの途中から分流した冷却蒸気を羽根
    車に設けt冷却孔により放射状方向に流し、これt−溝
    を通して羽根植込部の円周方向に回り込ませた後、羽根
    植込部1/’3&C設けた冷却孔により再び放射状方向
    に流して主流に混合させるようにし友ことを特徴とする
    特許−求の範囲第1埃に記載の蒸気タービンの冷却方法
JP2587282A 1982-02-22 1982-02-22 蒸気タ−ビンの冷却方法 Pending JPS58143102A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1452688A1 (de) * 2003-02-05 2004-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbinenrotor sowie Verfahren und Verwendung einer aktiven Kühlung eines Dampfturbinenrotors

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1452688A1 (de) * 2003-02-05 2004-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbinenrotor sowie Verfahren und Verwendung einer aktiven Kühlung eines Dampfturbinenrotors
US7101144B2 (en) 2003-02-05 2006-09-05 Siemens Aktiengesellschaft Steam turbine rotor, steam turbine and method for actively cooling a steam turbine rotor and use of active cooling
CN100462524C (zh) * 2003-02-05 2009-02-18 西门子公司 汽轮机及其转子和主动冷却该转子的方法及该方法的应用

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