JPS5835204A - 蒸気タ−ビン用ダイヤフラム - 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】 本発明は、蒸気タービン用ダイヤスラム（以下ダイヤフ
ラムと称す）に係り、特に、外輪及び内輪に対しそれぞ
れ線膨張係数の異なった材料を使用したダイヤフラムに
関す゛る。

最近の大容量蒸気タービンでは、・プラントの効率向上
゛を目的として、使用する主蒸気が温度、−５３８０，
圧力、２４６気圧、又、再熱蒸気温度も５６６Ｃと高温
、高圧化して来ている。この為、再熱蒸気が入っている
中圧段落では、ロータが高温蒸気にさらされ、クリープ
変形を′起こし、経年的に曲がりが発生する。このロー
タの曲シを防止スルタメ、ロータに冷却装置を備えるこ
とが一般化して来ている。一方、最近になって、ロータ
の冷却を実施するこ−とにより、ダイヤフラムに変形が
生じることが判明した。この現象は、ローターの冷却効
果を大にしようと考える程、ダイヤスラムの内外輪間の
温度差は大きく、なりダイヤフラムの変形は大となり互
いに相反するものである。この変形発生のメカニズムを
図面を用いて以下に説明する。第１図は、ロータ冷却を
実施している中圧初段部の縦断面である。ローター冷却
用蒸気４は通常、温度４５０Ｃ〜４６０Ｃ程度に設定さ
れており、外部系統より供給される。タービン内に導入
後は、中圧初段ダイヤフラム２の内輪、２ｂを貫通して
設けられているり一゛ドパイブ３を辿して中圧初段ダイ
ヤフラム２と、ロータ１とにより形成されたチャンバー
１５内に流れ込み、その後、ロータ１の外表面に沿って
矢印１６で表わしたように、ロータ１を順次冷却しなが
ら下流側へと流れる。一方、蒸気タービンの運転に必要
な作動蒸気５は通常、中圧初段では、温度５６６Ｃであ
り、ロータ冷却用蒸気４との温度差は約１１０〜１２０
Ｃと大きな値となっている。第２図は第１図の■−■矢
視断面図である。

蒸気ターピ／の運転の初期の状態では、中圧初、段ダイ
ヤスラム２の外輪２ａ及び内輪２ｂはロータ冷却用蒸気
４に比べ、温度の高い作動蒸気５に　゛さらされること
により、ロータ冷却用蒸気４にさらさ、れている内輪２
ｂの内周面２ｄより伸び差が大きくなシ、矢印１７で示
すように、円周方向の伸びの差が発生する。一般に、ダ
イヤスラムは：　・組立、分解上の点から第２図に示す
ようにダイヤスラムの中心でよ、下愕２分割される構造
となっている。前述のように、・、外輪２ａと内輪２ｂ
との間に伸び差が発止するこ゛とによシ、本来、ダイヤ
スラムの上、子分割面は、全面にわたシ接触していなけ
ればならないものが、伸び童の大きい外輪２ａに於いて
は、上、下、下半分割面は接触する・ことはしているが
、外輪に比べ低い温度にさらされている内輪２ｂ側では
伸び量が小さくなるため、・　　　第３図のように、ダ
イヤフラムの上、下方割面で、外輪２ａを起点とし、内
輪２ｂ側に向′つて間隙が生″じて来る。又、圧力に付
いて考えると、通常、ロータ冷却用蒸気４に対し、作−
蒸気５の方カニ圧力が高い（本％Ｊの場合は約５　ａｔ
ａ　）ため、内輪２ｂｌ′ｉ財に矢印９の力を受けてい
る。本汐りでは力の総合計が約９．０〜１００Ｔと非常
に大きなカフ５；高扇下に於いて、ａ内庭により開口し
た内輪２ｂ側の間洸會小さくする方向に作用する。

一方、高温下に於いて、長時間にわたりカカ：イ乍”　
用した場合、比較的小さな力でも塑性変形カニ生じる事
ｒよ、クリープ変形現象として、一般に刈られている。

本ダイヤフラムに於いても、前述の力の作用により、内
輪２ｂ側でクリープ変形力；生じ、徐々に上下弁Ｍ１１
１ｆｉの内輪側に生じた間隙がｌＪ・さくなっていく。

このような状態のダイヤフラムを常温に戻ｑた場合Ｖま
、外輪２ａ側は元の位置まで収縮するのに対し、内輪２
ｔｌｌｌｌｒｉクリ−１により塑性変形が生じているた
め、元の位置までは戻りきることは出来ない。その結果
、冷却時には第４図のように、外輪２ａ側の上、下方割
面が開口する現象として現われてくる。最大の問題は内
輪２ｂｌｕｌｌに間隙が生じる事によシ、本来、ロータ
冷却の目的で、ロータとダイヤフラムとにより形成さ扛
前述間隙を通して、高温の作動蒸気が流入してしまう点
である。この為、冷却蒸気の温ｉ上昇によりロータの冷
却効果を著るしく阻害してしまう。

又、ダイヤフラムには回転体であるロータとの間隙が１
咽以下に設定されたバッキングリングやラジアルスピル
ストリップ又はフィン等の部品が付着しており、ダイヤ
フラムが変形することにより、これらの部品がロータと
接触し、ロータの振動を誘発し軸受焼損等の不具合を発
生させ、運転を継続出来ないという事態につながること
が懸念さ扛る。

本発明の目的は、ロータクーリ／グ段落に於いて、ダイ
ヤフラムの外輪と内輪との温度差によって生じる上、下
方ｉ１ｊ面の間隙ｔ＃、くし、クリープ変形によるダイ
ヤフラムの変形を防止する蒸気タービン用ダイヤフラム
を提供するにある。

本発明の特徴はダイヤフラムの外輪と内輪とが温度差に
より伸びの差が生じるのを無くすため、外輪と内輪とに
そ扛ぞれ線膨張係数の違った材料を、用いた点にある。

、この一般に、膨張する現象を式に表わすと、Δｔ＝α
・４”　（ｔｌ　　ｔ、、　）・・・・・・・・・・・
・・・・（１）ここで、Δｔ；伸び量 ｔ　；物質の長さ ｔｌ　：加熱後の物質の温度 ｔ２．那熱前の物質の温度 α　：ｖＩＪ質の線膨張係数 従って、上記（１）式で表わされる現象を、従来技術で
述べたダイヤフラムにあてはめて考えた場合、外輪は、
温度の高い作動蒸気にふれるため、内輪の内局面に比べ
（ｔｌ−ｔ２）の値７５二大きく、且つ、 ｔ＝π・Ｄ／２　　　　ＩＩ直径 で表わされるので、直径の大きな、外輪の方カニ内輪に
比べｔの値が大きくなることがわ〃）る。つまり （’ｒ　　’ｔ）外輪＞（ｔ、−ｔ２）内輪ｔ　外輪〉
　ｔ　内輪 となり、従って外輪に於ける伸ひ童が大きくなり、ダイ
ヤフラムの上、Ｆ分割面に間隙が発生する。

ここで伸びＭｋｕ右するもう一つの要因としてαがある
。α（線膨張係数）は物質により異なっており、従って
αの異なった材料をダイヤフラムの外輪、及び内輪に使
用することにより、外輪及び内輪で発生する伸び差を無
くすことが可能である。

−叡？て、蒸気タービンの高温部に使用する金属材料に
は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　−Ｖ鋼等のフェラ
イト系低合金鋼、１２Ｃｒ不銹鋼等のマルテンサイト系
金属、及び１８　Ｃｒ　−８Ｎ　ｉ不銹鋼等に代表され
るオーステナイト系金属がある。前述の金属材料の線膨
張糸数は、オーステナイト系金属が一番犬きく、つづい
てフェライト系金属で、マルテンサイト系金属が一番小
さい。又、これらの線膨張係数は第５図に示すように、
常温から高温に至るまで、大小の関係が変らないことが
確認きｎている。−例として、内輪にフェライト系のＣ
ｒ　−Ｍ　ｏ　−Ｖ鋼を用い、外輪にマルテンサイト系
の１２Ｃｒ不銹鋼を用いる事により、外輪、内輪間に発
生する伸び差を無くすことができる。又、必要に応じ、
オーステナイト系１８とフェライト系１９、オーステナ
イト系とマルテンサイト系２０と、自由に選択すれば良
い。又、外輪、内輪に発生する温度差により、材料の組
合せと、外輪、内輪の直径の割合を適度に組合せると、
さらに効果的である。従って、本発明のようにダイヤス
ラムの外輪と内輪とに、それぞれ線膨張係数の異なった
材料を用いることにより、上、下方割面に間隙が生ずる
のを防止し、ダイヤフラムに発生するクリープによる塑
性変形を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１−はロータクーリングを実施している中圧初段部の
凝析面図、渠２図は第１図に於けるｎ−■矢視断面図、
第３図はタービン運転中のダイヤフラムの変形状態図、
第４図はダイヤフラムが塑性変形を起した状態を表わす
断面図、第５図は、谷種金属材料の４度と線膨張系数の
特性図である。 ■・・・ローター、２・・・中圧初段ダイヤフラム、２
ａ・・・外輪、２ｂ・・・内輪、３・・・リードパイプ
、７・・・内代理人　弁理士　尚−＠朋友、し、−、ユ
第２図 第３図 第４図゛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、外輪と内輪とで線膨張係数の異なった材料を用いた
   ことを特徴とする蒸気、タービン用ダイヤフラム。