JPS59134302A - 蒸気タ−ビンの腐蝕防止装置 - 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、焼ばめ型ロータを有する然気タービンの腐蝕
防止装置に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、蒸気タ
ービンのロータには、一体に鍛造された合金鋼等の素材
から機械加工によって製造するもの、円板状の素材を溶
接により一体化してその後機械加工によって製造するも
の、および機械加工が完了し羽根を植込んだ円板をロー
タシャフトに焼はめによって結合するもの寺の糎類があ
る。ところで、上記種類のうち焼はめ型ロータは、素材
がロー、タシャフトと複数の円板とに公開されているた
め、比較的小規模の姫造索材から大型のロータを製造す
ることが可能であるとの理由から、この焼ばめ型ロータ
が永年にわたって一般に１吏用されている。

すなわち、第１図は上記−フ没的な焼ばめ型ロータの一
丙を示す図であり、ロータシャフト１には、外周に多数
の羽根２を装着した複数の円板３が嵌装されている。と
ころでこの場合、谷円板３の内径ｄ１　　はいずれもロ
ータシャフト１の各装着部の外径ｄ２　　に対して、常
温の状態においては焼ばめ代として知られている寸法だ
け小さく製造されており、この日板３をロータシャフト
１に結合する際は、円板３のみを加熱して熱的に膨張さ
せ、円板３の内径寸法ｄＩ　　をロータシャフト１の外
径寸法ｄ２　　より大きな状態にしてロータシャフト１
を挿入し、所定の位置に設定した後、円板３を冷却して
熱的な収縮により円板３とロータシャフト１を互いに固
定させている。

また、各円板３とロータシャフト１との間には、円板ボ
アキー４が設けられており、異営な連転状態下において
魂ばめがゆるんだ場合にも、円板３がロータシャフト１
に対して相対的に回転することがないようにしである。

しかしながら、この焼ばめ型ロータにおいては応力腐蝕
割れが発生するおそれがあり、ロータの寿命を縮めロー
タの信頼性を低下せしめる可能性がある。この応力腐蝕
割れの発生メカニズムの一つとしては、酸素を含んだ水
または水蒸気の塚視の下に金属の表面酸化被膜が局部的
に破壊され、かつ材料に引張応力が作用することによっ
てその部分が選択的に溶解され、割れが生するタイプの
ものがある。この場合、応力腐蝕割れは材料が割れに対
する感受性を有すること、限界値以上の高い応力が作用
すること、および材料が局部的な酸化被膜の生成と破壊
を受ける環境下におかれていることの３つの要因が重な
ったときに発生ずる。

ところで、上記材料の応力腐蝕割れに対する感受性は、
材料強度と冨接な関係を持ち、一般に引張強度の−い材
料はど割れ感受性も高くなる。しかるに、焼はめ型ロー
タの円板は、その作用応力が高い点から引張強度の高い
低合金鋼を使用せさるを得す、当然割れ感受性も高いも
のとなり、今後とも割れ感受性が全くない材料を選択ま
たは開発することは殆ど不可能と思われる。

また、焼ばめ型ロータの円板には初期の焼ばめに起因す
る・椀ばめ応力と、回転にともない円板自身および羽根
に遠心力が作用することに起因する遠心応力とが発生し
、その値は円板の内径側はど旨くなる。特に円板３をロ
ータシャフト１に固定するための円板ボアキー４を装着
するキー＃部には、形状Ｏこ起因する応力集中が発生し
、作用応力はしばしば応力腐蝕割れの発生限界値を越え
る場合がある。

さらに、発電設備における蒸気の性状は、原子炉、ボイ
ラ等の蒸気発生設備、復水設備、或は給水設備等の全体
的な仕様によって定まり、円板３の応力腐蝕割れにのみ
注目した微妙な水質晋理を行なって応力腐蝕割れが発生
しにくいような環境とすることも困雄な状態にある。

しかして、一般に焼ばめ型ロータの円板のキー溝の近傍
においては、前記材料、応力および環境の３つの因子が
重なるため、応力腐蝕割れが発生　　−するおそれが十
分ある。しかも、その円板に応力腐蝕割れが発生し、こ
の発生した応力腐蝕割れが非破壊検査等によって未然に
検知されなかった場合には、円板３の破壊につながる危
険性もある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に始み、焼ばめロータ円板部の応
力腐蝕割れの要因を取除くことができ、ひいてはロータ
の信頼性が向上し、寿命を一層同上することができるよ
うにした蒸気タービンの腐蝕防止装置を得ることを目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するため、タービンロータに
装着された円板の互いに隣接するハブ間の微少間隙に連
通し、上記ハブに対向するノズルダイヤフラム内局面に
設けられたラビリンスパツキンのフィン列の間によって
区劃形成された環状の蒸′Ａ溜と、上記ノズルダイヤフ
ラムに沿って設けられ、タービン内部或は外部の蒸気Ｗ
から乾き状態とされた蒸気を上記蒸気溜に供給する蒸気
供給路と、ラビリンスパツキンの上流側フィン群と円板
のハブとの間を流下する漏洩蒸気を、前記蒸気溜をバイ
パスさせて低圧部に流出させる漏洩蒸気バイパス路とを
設けたことを特徴とする。

〔発明の央廁例〕

以下、第２図乃至第１０図を参照して本発明の一実施例
について説明する。

第２図において、ロータシャフト１には、外周に多数の
羽根２を装着した円板３が装揄されており、各円板３の
内径部に設けられたハブ３ａの両端面と互いに隣接する
円板３のハブ３ａの端面との間には、熱膨張の際の衝英
を防ぐため従来のものと同様に微少間隙５が形成されて
いる。

また、互いに隣接する円板３，３間には、前記羽根２と
対応する位置にノズル６を設けたノズルダイヤフラム７
が配設されており、そのノズルダイヤフラム７の内周面
には前記円板３のハブ３ａの外周面と対向するラビリン
スパツキン８が装着されている。

上記ノズルダイヤフラム７には半径方向に延びる蒸気供
給孔９が穿設されており、その外端部はタービンケーシ
ング１０に貫設された蒸気供給営１１に接続され、その
蒸気供給官１１はさらに管路１２を介して適宜蒸気源に
接続されている。上記蒸気源としては、第３図に示すよ
うにタービン内の蒸気や第４図に示すようにタービン外
の蒸気＄１３としてもよく、いずれの場合にも蒸気源の
蒸気が水内を含む湿り蒸気の場合は、管路１２の途中に
減圧オリフィス１４を設けて等エンタルピ膨張をさせて
過熱蒸気として前記蒸気供給管１１に供給するようにし
である。

第５図はラビリンスパッキン８装着部の拡大断面図であ
って、ノズルダイヤフラム７の内周近傍部には、前記蒸
気供給孔９が開口するラビリンスパツキン嵌合溝１５が
形成されており、そのラビリンスパツキン嵌合溝１５に
ラビリンスパツキン８が嵌合装着されている。

上記ラビリンスパツキン８には、円板３のハブの外周面
との対向面に、タービンの上流側（高圧側）から順次３
荷のフィン８ａ、８ｂ；８ｃが形成されており、各群の
フィン８ａ、８ｂ、８ｃはそれぞれその先端ｌ１４１Ｉ
が上流側に向くように傾斜せしめられている。また、上
記ラビリンスパツキン８には、最下流側のフィン群８ａ
とその次のフィン群８ｂとの間に、周方向に延びる漏洩
蒸気捕集溝１６が形成されており、その漏洩蒸気捕集溝
１６には、上記ラビリンスパツキン８に穿設され、一端
が次段側の円板３とノズルダイヤフラム７との間隙部に
開口しタ〜ヒンｉｉ！ｌｊ蔵方向に延びる複数イｊＭＯ
副改蒸気バイパス路１７か連通ぜしめられている。

一方、互いに隣接する円板３，３のハブ３ａ。

３ａの対向面と対応する位置には、最下流側のフィン群
８ｃとその上流側のフィン群８ｂとで区制された周方内
硬こ延びる環状の蒸気溜１８が形成されており、ラビリ
ンスパツキン８には前記ラビリンスパツキン嵌合溝１５
を上記蒸気溜１８に連通せしめる連通孔１９が穿設され
ている。なお、図中符号笈は減圧オリフィスである。第
６図にラビリンスパツキン８の正面図を示す。

しかして、タービンの運転中には、蒸気発生器から供給
された蒸気の大半は応力腐蝕割れのおそれがない羽根（
動翼）３を通過して仕事を行ない、残りの１％前後の蒸
気がノズルダイヤフラムＬに設けられたラビリンスパツ
キン８と円板３のハブ３ａの外周との間隙を経て漏洩し
ようとする。

しかしながら、この場合前記蒸気源から過熱蒸気とされ
た乾き蒸気が管路１２．蒸気供給菅１１．お１８に噴入
され、ハブ３ａ　、　３ａ間の微少間隙５が供給蒸気Ａ
によって充満される。

この蒸気溜１８に流入した乾き蒸気の一部は、中間のフ
ィン群８ｂ部を経て漏洩蒸気捕集溝１６側へと流れ、上
流側のフィン群８８部から漏洩して漏洩蒸気捕集溝１６
に漏入した水分を含んだ漏洩蒸気Ｂが蒸気溜１８に流入
することを惺止し、漏洩蒸気捕集溝１６に流入した漏洩
蒸気は、漏洩蒸気ノくイノ々ス路１７を経、上記蒸気溜
１８をバイパスしてノズルダイヤフラム７の低圧側に流
出する。また、上記蒸気溜１８に猟人した乾き蒸気の他
部は、下流側のフィンｇ＋８ｃ部を経て下流低圧側に流
出し、その間円板３のハブ３ａを加熱する。

こ５で、ラビリンスパツキン部を漏洩蒸気が流れるとき
のラビリンスパツキン８の各部の圧力分布を第７図に示
す。

従来構造のラビリンスパツキン内での圧力分布は、図中
２点鎖線で示すように、ラビリンスパツキン８の上流側
の圧力Ｐ１　　と下流側の圧力Ｐ４　　との間ではほぼ
一様に変化し、ノ１ブ３ａ　、　３ａ間の微少間隙５の
圧力Ｐ３′は上流側圧力Ｐ１　　と下流側圧力Ｐ４　　
のほぼ中間の値となる。

ところが、本発明においては、漏洩蒸気バイノ々ス路１
７の圧力損失が非常に小さいので、漏洩蒸気捕集溝１６
内の圧力Ｐ、はラビリンスパツキン８の下流側の圧力Ｐ
４　　に上記圧力損失を付加したものとなり、非常に低
い値となる。また、フープ３ａ。

３ａ間の微少間隙５の圧力Ｐ３　　は、前述のように蒸
気溜１８から漏洩蒸気捕集溝１６への蒸気流を保つため
に必表な圧力だけ、漏洩蒸気捕集溝１６の圧力Ｐ２　　
より若干畠く保つ必要があるが、従来のものにおけるＰ
３′に比べてかなり低くすることができる０ しかして、上記微少間隙部の蒸気の飽和温度は当該部の
圧力Ｐ３　　が低いことにより、第８図に示すように、
従来装置に比べて数度低くなる。

また、円板ハブの微少間隙５の蒸気状態の変化を第９図
に示す。この図はタービン上流部の蒸気を供給蒸気源と
する例を示したものであって、供給蒸気源圧力ａからタ
ービン内で膨張した蒸気は、ラビリンスパツキン８の上
流側の圧力ＰＩ　　まで膨張し、さらに前述のように円
板ハブの微少間隙５部の圧力Ｐ３′　まで膨張する。こ
の蒸気状態すは前述のように水分を含む湿り蒸気である
ため、蒸気温度は圧力Ｐ３′により一儀的に決定される
。

一方、蒸気溜１８への供給蒸気は、供給蒸気状態Ｃから
減圧オリフィス１４で円板ハブ間隙５部の圧力Ｐ３　　
まで等エンクルピ膨張する。この間隙部の蒸気状態値ｄ
は、供給蒸気源状態値が湿り蒸気であっても、膨張過程
において飽和圧力服ｅを横切り過熱蒸気さなり、従来の
ものに比し円板ハブ間隙部の蒸気温度は１０〜３０℃高
くすることができる。

したかって、ハブ３ａ、３ａ間の微少間隙５都は比較的
置部の蒸気で満たされることとなり、この高温蒸気が微
少間隙５を通ってキー溝等に浸入する０ ところで、キー溝部の雰囲気が過熱蒸気であっても、実
際ζこは円板３の温度は蒸気温度より１０’０程度低く
なっているため、この円板温度が雰囲気蒸気の飽和温度
より低いと、円板３のキー溝部の表面で水の凝縮が起る
。

しかし、前述のように供給蒸気はフィン群８Ｃを流れる
間に円板ハブ３ａを加熱する。ので、従来のものに比べ
円板温度を数℃上昇させ、かつ微少間隙５の飽和温度が
数℃低くなっているので、円板３．キー溝等の表面での
水の凝縮が起ることはない。

この結果、キー溝部内では常に水滴の流入２発生を防ぐ
ことができ、清浄な環境下におかれ、応力腐蝕割れ発生
の原因の一つである環境に関する因子を除去することが
でき、応力腐蝕割れの発生を防止することができる。

ところで、前記応力腐蝕割れは前記３つの因子のほか環
境温度とも密接な関係がある。すなわち、応力腐蝕割れ
の進展速度は環境温度にも大きく作用される。これは応
力腐蝕割れに化学的要因があるため、蒸気成分中の物質
の成分とロータ材料の化学的性質の関係によりある特定
の温度域で応力腐蝕割れが促進されるためである。

しかるに、本発明においては前述のように円板ハブの端
面間の微少間隙に供給される蒸気温度が従来のものに比
し高くなり、しかも供給蒸気温度の選定によって当該部
の温度を上記特定の温度域を外すようにすることが可能
であり、これによっても応力腐蝕割れの促進を防止する
ことができる。

また、蒸気溜１８への供給蒸気の量Ｇｉ　については、
漏洩蒸気の上記蒸気溜１８への混入防止、および円板ハ
ブ３ａの過熱等を考、慮して決定する必要があり、漏洩
蒸気量ＧＯと密接な関係をもっている。すなわち、漏洩
蒸気がさらに蒸気溜１８へ流入しようとする蒸気量をＧ
ａ　とした場合、Ｇａ／Ｇ。

とＧｉ／Ｇｏ　との関係は実験によれば第１０図に示す
ようになる。これによれば、供給蒸気量Ｇｉ　の童は漏
洩蒸気量Ｇｏの０．２倍以上にすれば前記効果は十分確
保することができる。しかして実際にはラビリンス間隙
の変化、タービン性能への影響等を考慮して０．２倍以
上の最適値が選ばれる。

なお、本発明は前述した実施例に限らず、例えばラビリ
ンスパツキンをノズルダイヤフラムの嵌合溝に歌合した
ものではなく、ノズルダイヤフラム等の内径部に直接ラ
ビリンスパツキンを取付けたものにも適用することがで
きる。また、照気佃に供給する蒸気源としてタービン用
蒸気発生器以外のものを使用した場合には、腐蝕割れの
一原因となるような不純物を含まない清浄な蒸気を蒸気
溜に供給して、キマ溝部分等に清浄蒸気を供給して腐蝕
割れの原因の一つを除去することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においてはタービンロータ
に装着された円板の互いに瞬接するハフ間の微少間隙部
に乾き蒸気或いは乾いた清浄蒸気を供給するようにする
とともに、ラビリンスパツキンを経て当該部に漏入しよ
うとする蒸気を漏洩蒸気バイパス路を介して低圧側に排
出するようにしたので、上記微少間隙部を通ってキー溝
等に湿り蒸気或は不純蒸気が浸入することを確実に防止
することができ、焼ばめロータの腐蝕を防止することが
でき、簡単な構造でかつタービン性能に大きな影響を与
えることもなく焼はめロータの信頼性を向上せしめるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な蒸気タービンのロータを示す側断面図
、第２図は、本発明の腐蝕防止装置を施こしたタービン
ロータ部の概略構成を示す側断面図、第３図および第４
図はそれぞれ供給蒸気源からの蒸気供給系路を示す概略
説明図、第５図は第２図のラビリンスパツキン部の拡大
断面図、第６図はラビリンスパツキンの背面図、第７図
はラビリンスパツキン内の圧力分布説明図、第８図は円
板ハブ間隙部の飽和＠夏の変化を示Ｔｇ明図、第９図は
円板ハブ間隙部の蒸気状態の変化線図、第１０図は漏洩
蒸気量と供給蒸気量との関係線図である０ １・・・ロアタシャフト、２・・・羽根、３・・・円板
、３ａ・・・ハブ、４・・・キー、５・・・微少間隙、
７・・・ノズルダイヤフラム、８・・ラビリンスパツキ
ン、９・・・蒸気供給孔、１１・・・蒸気供給菅、１５
・・・ラビリンスパツキン嵌合溝、】６・・・漏洩蒸気
捕集溝、１７・・・漏洩蒸気バイパス路、１８・・蒸気
溜、１９・・・連通孔。 朱／図 ＃２図 ヮヨ 葵３閉 幕ｌ　図 ／、Ｒ 幕５　図 秦乙図 孔７閏 孔δ凹 孔７閏 基７０ロ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンローフに装着された円板の互いに隣接する
   ハブ間の微少間隙に、連通し、上記ハブに対向するノズ
   ルダイヤフラム内局面に設けられたラビリンスパツキン
   のフィン列の間によって区劃形成された環状の蒸気溜と
   、上記ノズルダイヤフラムに沿って設けられ、タービン
   内部或は外部の蒸気源から乾き状態とされた蒸気を上記
   蒸気溜に供帖する蒸気供給路と、ラビリンスパツキンの
   上流側フィン群と円板のハブとの間を流下する漏洩蒸気
   を、前記蒸気溜をバイパスさせて１代圧都に姫出させる
   １洩蒸気バイパス路とを設けたことを特徴とする、蒸気
   タービンの腐蝕防止装置。 ２、漏洩蒸気バイパス路の一端は、上流側フィン硅の直
   下流１にりに形成された環状の漏洩蒸気捕呆溝に連接さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   蒸気タービンの贋、蝕防止装置。 ３、漏洩蒸気バイパス路の他端は、低圧側円板とノズル
   ダイヤフラムとによって形成される望間に回目している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の蒸気タービンの腐蝕防止装置。 ４、ラビリンスパツキンには３つのフィン群が配列され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   蒸気タービンの腐蝕防止装置。 ５蒸気溜（ｌ！：漏洩蒸気侮果溝との間には、少なくと
   も１列のフィンが設けられていることを特徴とする特許
   請求の！ｉ氾四囲第１項記載蒸気タービンの腐蝕防止装
   置。