JPS5857606B2 - 蒸気タ−ビン - Google Patents

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
かも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、発電端出力か５０〜８０ＭＷ級の典型的な
地熱タービンの蒸気系統の一例か示されている。

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、セパレータ２において熱水と蒸気とに分離され、こ
こで得られた蒸気は、主蒸気管３を介して蒸気元弁４、
主蒸気止め弁５および蒸気力ロ減弁６を通過してタービ
ン７の第１段落８に入る。

なお、セパレータ２において分離された熱水は、環元弁
９を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１０へ排出されるか、蒸気がタ
ービンγ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力ロ減
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ロード運用かなされるのが一
般的であり、複数の蒸気力目減弁を同時に開閉するスロ
ットルガバ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。

これは、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、直接コントロ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く、よって、部分負荷効率
か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か増加し、系統の負荷調整を
地熱夕−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台当りの定
格出力とし、通常は定格出力で運転するか、１台を補修
のために停止した時には残る１台で１００％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バニ
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
。

このノズルガバニングは、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適用されている
。

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太き（なるのを防ぐため、
左右対称の複流段階からなる複流形タービンとして設計
することかある。

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図により説明する。

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の両端にはフランジ状の外輪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１
５．１５・・・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１２がロータ１
６の隣位の羽根１７，１７間に、各外輪１４の外周面１
８がケーシング１９の溝２０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２２を支持する支持環２
３が突設されている。

このような複流形タービンにおいて、ノズルガバニング
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の外周面２４お
よび各外輪１４の内側面２５には、それぞれ９０度ずつ
の角度を隔てて４枚の仕切板２６゜２６が客扱されてお
り、４つのノズル室２７か形成されている。

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バニングを実現できる。

背景技術の問題点 しかしながら、このような第３図および第４図に示すも
のを実機に適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２６間の間隙穴である。

一般に、全周から蒸気が浸入する型式のこの種のノズル
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１２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２
８および下半部２９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２８および下半部２９間に間隙が生じると、
ノズル室２７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、この種のノズルダイヤフラム１２は、上半部
２８および下半部２９を別々にボルト締めしないで、上
半部２８の自重によって、あるいは上半部２８および下
半部２９を相互にボルト締めすることによって上半部２
８および下半部２９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１２が構成されているか
ら、ケーシング１９と仕切板２６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穴が生じることになる
。

この間隙穴をなくすことの難かしさは、前記ノズルダイ
ヤフラム１２の上半部２８および下半部２９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２６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
に間隙Ｂか生じることになる。

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２７から使用されていないノズル室２７に蒸気が
流れ込むことになり、これでは、仕切板２６により複数
のノズル室２７を形成した意味がなくなり、ノズルガバ
ニ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２８および下半部２９の接合面の侵食に関する。

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、いわゆるワイヤドローイングという線状
の侵食の生じることはよ（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
外周のノズル室は４枚の仕切板２６によって４つのノズ
ル室２１に画成されているため、ノズルダイヤフラム１
２の上半部２８および下半部２９の接合面の近傍に位置
する仕切板２６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２８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２８および下半部２９
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２６により仕切るに際
し、仕切板２６が必らずしも上手部２８および下半部２
９の接合面３０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２８および下半部２９を仕切板２６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２８および下半部２９を接
続するためには、仕切板を２の整数倍用いなげればなら
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１および
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１０％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を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２６を上半部２８および下半部２９の接合
面３０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２８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か、内
輪１３に関しては、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間でポ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２７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くなるが、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カロえ
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（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、本発明を図面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、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実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２５と微小間隙をも
って対向している。

そして、このケーシング１９の支持部３１おまひ両支持
部３１．３１間の図示を省略したケーシング１９の部位
には仕切板２６か溶接されている。

この仕切板２６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か、本
実施例においては、第６図に示すように、ケーシング１
９の上半部１９ａに２つ、下半部１９ａに２つの合計４
つ設けられている。

なお仕切板２６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２６はノズル板１５に対向するように配置さ
れており、また、この仕切板２６の先端には断面長方形
状の環状の支持板３２が内輪１３の外周面方向に向けて
溶接されている。

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−・部突出する
ステンレス鋼製の環状支持部材３３，３３かロータ１６
と同心状に埋設されており１．また、前記支持部３１お
よび支持板３２の側面には、前記環状支持部材３３．３
３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がそれぞれ側方に一部突出するように
埋設されている。

つぎに、前述した実施例の作用について説明する○ 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２６により周方向において複数に仕
切られたノズル室２７内に達し、ノズル板１５に向けて
噴射される。

ところで、仕切板２６はケーシング１９に直接溶接され
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２６間に間隙か生じることはない。

したがって、ケーシング１９および仕切板２６間から蒸
気か抜けないので、漏洩損失を著しく軽減し、従来のも
のよりノズルガバニングの効果に確実性かある。

実７験によれば、本実施例の蒸気の消費率は従来のもの
より０．２％向上した。

また、仕切板２６を溶接する位置も、上半部２８および
下半部２９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。

第７図および第８図は本発明の第２実施例であるか、前
実施例の構成と異なる部分のみを説明する。

第７図に詳述されているように、内輪１３の外周面２４
の軸線方向の中央部には外側に突出する環状突部３５が
内輪１３と一体に形成されており、また、支持板３２に
は、この環状突部３５との干渉を避ける断面長方形状の
環状切欠き３６が形成されている。

また、前記内輪１３には、この内輪１３の内外を連通ず
るほ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かある。

まず、第８図に示すように、ノズルダイヤフラム１２の
上半部２８および下半部２９のボルト３８、ナツト３９
による接続位置として内輪１３の環状突部３５を利用で
きるので、蒸気通路以外の場所にボルト３８およびナラ
１へ３９を装着でき、ボルト３８およびナツト３９の侵
食か防止できるし、蒸気中のスケール生成物によりボル
ト３８およびナツト３９が分解不能になることもない。

また、内輪１３の内外を連通ずる貫通孔３７か穿設され
ているので、内輪１３の内側およびロータ１６の周面２
１間の空間にドレンが溜るおそれもない。

発明の詳細 な説明したように、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威し
、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
向して当接するように前記外軸に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間隙がな（
なり、ノズルガバ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】

第１図は一般的な地熱タービンの蒸気の系統図、第２図
は従来の複流形クーヒンの要部の縦断面図、第３図はノ
ズルガバニングを実現するための従来の蒸気タービンの
ノズルダイヤフラムの斜視図、第４図は第３図のノズル
ダイヤフラムを用いた蒸気タービンの要部の縦断面図、
第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図Ａはケーシングの上半部を１８０度
転回した状態を示す斜視図、第６図Ｂはケーシングの下
半部の斜視図、第７図は本発明の第２実施例を示す要部
の縦断面図、第８図は第６図の■−■線による断面図で
ある。 １２・・・・・・ノズルダイヤフラム、１３・・・・・
・内輪、１４・・・・・・外輪、１５・・・・・・ノズ
ル板、１６・・・・・・ロータ、１７・・・・・・羽根
、１９・・・・・・ケーシング、２６・・・・・・仕切
板、３１・・・・・・支持部、３２・・・・・・支持板
、３３・・・・・・環状支持部材、３４・・・・・・リ
ング状部材、３５・・・・・・環状突部、３６・・・・
・・切欠き、３γ・・・・・・貫通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒形の内輪の両端にフラ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溶接さ
   れてなるノズルダイヤフラムをロータの一対の羽根間に
   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突
   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囲第１項記載の蒸気
   タービン。 ３ 前記内輪に該内輪の内外を連通ずるほぼ半径方向の
   貫通孔を形成した特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の蒸気タービン。