JPS59206602A - 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〕 この発明はタービンケーシング内に高圧タービンおよび
低圧タービンを軸方向に対向させた高中圧対向流蒸気タ
ービンに係り、特に中圧タービンの初段ロータホイール
のクーリングを高圧１段シェル蒸気で行なう蒸気タービ
ンに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、高中圧対向流蒸気タービンは、高圧タービンお
よび中圧タービンが外部ケージング内にその軸方向に対
向する形で収容されており、上記蒸気タービンの中圧１
段は、高圧１段とともに最も高温の蒸気にさらされるタ
ービン段落であるが、高圧１段に比べて蒸気圧力が低く
、体積流量が大きいので、タービン羽根の高さ、羽根直
径が大きくなって最も応力の厳しいタービン段落になる
。

このことから、タービンロータの温度を適当な温度まで
下げてタービンロータおよび動翼（タービン羽根）植込
部のクリープラブチャー強度を上げるため、低温蒸気を
中圧タービンの中圧第１段あるいは中圧第１段および第
２段のグランド部に注入して中圧タービンロータのクー
リングを行なう方法が一般に採用されている。このクー
リング蒸気の注入には２通シの方式が゛ある。第１の注
入方式は、他の低温蒸気源から外部配管を通じて低温蒸
気を導入する外部クーリング方式であり、他の方式は、
高中圧対向流蒸気タービンの高圧第１段で仕事をして温
度の低下した高圧第１段シェル蒸気を高中圧中間グラン
ド部を介して中圧第１段グランド部に導入する内部クー
リング方式である。

外部ケーシング内に高圧タービンと中圧タービンとを中
間グランドパツキンで仕切った高中圧対向流蒸気タービ
ンにおいては、内部クーリング方式が主に採用されてい
る。

従来の高中圧対向流蒸気タービンは、第１図に示すよう
に構成され、高圧タービン１および中圧タービン２は外
部ケージング３内に中間グランド部４を挾んで軸方向に
対向している。タービンロータ５は高圧クーピン１およ
び低圧タービン２に共通に用いられ、上記タービンロー
タ５の各ホイール６には、高圧部動翼７ａ、７ｂ・・・
および中圧部動翼８　ａ　、　８　ｂ・・・が植設され
る。駆動Ｊ１７　ａ　。

７ｂ・・・および８　ａ　ｒ　８　ｂの間にはノズルダ
イヤフラム９ａ　、９ｂ・・・およびｌＯａ、１０ｂ・
・・が配設される。このうち、高圧側ノズルダイヤフラ
ム９ａ。

９ｂ・・・は外部ケーシング３内に収容された高圧内部
ケーシング１１の内周壁に固定され、低圧側ノズルダイ
ヤフラムｌＯａ、１０ｂ・・・は中圧内部ケーシング１
２の内周壁に固定される。

高圧部　ｅン１の高圧部動Ｊｉ７ａ、７ｂ・・・ｆ７）
上流側にはトーラス状のノズルボックス１３が配設すれ
、このノズルボックス１３内に主蒸気管（図示せず）を
通って送られる高温・高圧蒸気が導入され、導入された
蒸気は絞り口１３ａがら高速流となって高圧第１段動翼
７ａＫ噴射される。

１だ、ノズルボックス１３の中圧タービン２側には、高
中圧中間グランド部４を構成するノξツキンヘッド１４
が設けられる。このノξツキンヘッド１４は高圧内部ケ
ーシング１１の端部内周壁に取付けられ、パツキンヘッ
ド１４の内周壁に中間ゲランドラピリングパツキン１５
が装着される。このラビリンスノξッギン１５により、
タービンロータ５との間で、適量のクーリング蒸気が流
れ得るように間隙が調節される。

しかして、高中圧対向流蒸気タービンの高圧タービン１
の高圧第１段落部では、第２図に示すような蒸気流が生
じ、ノズルボックス１３の絞り口１３ａから流出した高
速蒸気は主流ＭＳが高圧第１段の動翼７ａを通過する際
に、この動翼７ａを回転させて仕事をし、タービンロー
タ５に回転力を与える。仕事をした蒸気は次段のタービ
ン段落へ順次流れ、各クーピン動翼を駆動させ、仕事を
する。

一方、高圧第１段動翼７ａの出口部からは、この動翼７
ａで仕事をし、温度降下した蒸気（高圧第１段シェル蒸
気）が高圧内部ケーシング１１とノズルボックス１３と
の図示しない間隙を通って収容チャンノ９１６から中間
グランド部４に向って流れる漏洩流人を形成する。この
漏洩流Ａには、高圧第１段動翼７ａの入口先端部（半径
方向外方）からの漏洩流Ｂおよび動翼７ａの入口部半径
方向内方から流出した漏洩流Ｃが混合し、クーリング蒸
気流りとなって、中間グラフ１部４を通って中圧り−ビ
ン２側に送られ、中圧タービン２の初段または第１段・
第２段のロータホイールのクーリングを行なっている。

ところで、漏洩流Ａは高圧タービン１の高圧第１段で仕
事をした後の蒸気であるため、ノズルボックス１３から
主蒸気に較べ、エンタルピーが低下し、温度も低下して
いるが、漏洩流Ｂ−Ｃは高圧第１段で仕事をする以前の
蒸気であるため、そのエンタルピはほぼ主蒸気エンタル
ピに等しく、高エンタルピである゛。したがって、漏洩
蒸気Ｂ−Ｃの温度も主蒸気温度からノズルボックス１３
の絞りによる温度降下分だけ低下した高温蒸気である。

このため、中圧タービン２用クーリング蒸気として有効
な低温蒸気を取出すためには、高圧第１段シェル蒸気Ａ
に混合される漏洩流Ｂ−Ｃの割合をできるだけ少なくし
、クーリング蒸気流りの大部分をより低温の漏洩流人で
形成することが必要である。このクーリング蒸気の低温
化は、タービン発電プラントのプラント効率を向上させ
る念めに、主蒸気や再熱蒸気の蒸気条件がより高温、高
圧化するにつれて、特に重要な問題、となってくる。

プラント効率を向上させた従来の超臨界発送プラントに
おいて、主蒸気温度および再熱蒸気温度として約５３８
℃、５６６℃の高温蒸気が一般的に使用されている。こ
の場合には、主蒸気温度が再熱蒸気温度より低いため、
高圧第１段シェル蒸気Ａに漏洩流Ｂ−Ｃが混合される割
合が大きくてクーリング蒸気のエンタルピが主蒸気エン
タルピ近くになっても、有効なり−リングが行なわれる
。クーリング蒸気温度がポイン再熱器（図示せず）から
中圧タービン２に導入される再熱蒸気温度よりかなり低
いためである。

最近では、発電プラント効率をより一層向上させるため
に、主蒸気および再熱蒸気温度を共に約５６６℃とする
発電プラントが開発されている。この場合には、クーリ
ング蒸気として低温の蒸気を高圧１段シェルから取出す
ためには、漏洩流Ｂ・Ｃの割合を極力最小限に押えなけ
ればならない。

このためには、クーリング蒸気の大部分を高圧第１段で
仕事をした後の低温漏洩流人で形成する必要があり、こ
の低温漏洩流人で形成しない限り、中圧タービン２の有
効的な内部クーリングを行なうことができない。クーリ
ング蒸気が、中間グランド部４を通って中圧タービン２
に案内される際、回転摩擦等による途中の温度上昇を考
慮すると、高圧第１段の動翼入口部からの漏洩流Ｂ−Ｃ
の混合割合如何によっては、中圧タービンの内部クーリ
ングが全く無効になる等の問題があった。

さらに、最近では、５００〜６００１’ｉ’Ｗクラスの
大容量発電プラントが２−り処理用に使用され、需戟電
力量に応じた運転ができるようになっており、部分負荷
でのタービン運転効率の向上を図るため、タービン発成
機の負荷に応じて主蒸気圧力を低下させる変圧運転グラ
ンドが増加している。しかし、主蒸気圧力が低下しても
主蒸気および再熱蒸気温度は１１とんど低下しないため
に、主蒸気および再熱蒸気エンタルピが必然的に高くな
９、部分負荷時のクーリング蒸気温度が定格出力運転時
より高くなるという問題が生じる恐れがあった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点を考慮し、高圧第１段で仕事をした
低温蒸気をクーリング蒸気として有効に取出し、内部ク
ーリングを効果的かつ効率的に行なうことがでさる蒸気
タービンを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために、この発明に係る蒸気タ
ービンは、外部ケーシング内に高圧タービンと中圧ター
ビンとを、中間グランド部を介してタービンロータの軸
方向に対向させ、上記高圧タービンの高圧第１段動翼に
絞り口を向けたノズルボックスを高圧内部ケーシング内
に収容した高中圧対向流蒸気タービンにおいて、上記ノ
ズルボックスの内周壁にラビリンスパツキンを周設し、
このラビリンスパツキンにより、高圧１段シェル口部か
らの高温蒸気流が前記中間グランド部に案内されるのを
阻止したものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明に係る蒸気タービンの好ましい実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。

この発明に係る蒸気タービンは、第３図に示すように外
部ケーシング内に高圧タービンと中圧タービンを軸方向
に対向させた高中圧対向流蒸気タービンであり、第１図
に示された高中圧対向流蒸気タービンと近似しているの
で、同一部材には同じ符号を符し、詳細な説明を省略す
る。

ノズルボックス１３は高圧タービン１の高圧第１段のタ
ービン段落側に開口する絞り口１３ａを有し、上記ノズ
ルボックス１３の内周壁に、環状″！、たはスリーブ状
のラビリンスパツキン加が周設される。

ラビリンスパツキン頷は内周壁に周方向に延びる複数条
のパツキンフィン２１を有する。ノξツキンフイ／２１
はフィン高さがタービンロータ５の軸方向において交互
に異なるように植設され、上記ラビリンスパツキン２０
に対向するタービンロータ５には第４図に示すように、
軸方向に所定間隔をおいて凸部２２（または凹部）が周
設される。各ラビリンスパツキン加は、フィンが上記凸
部または凹部を形成したタービンロータ５の局面近傍ま
で延びて終端しており、高圧第１段動翼７ａの入口部か
ら流出された漏洩蒸気流Ｂが中間グランド部４に案内さ
れるのを阻止している。

一方、高圧タービン１の高圧第１段のロータホイール６
にはバランスホール乙が穿設される。、Ｓランスホール
ｎは、高圧８１段ロータホイール６の上流側と下流側を
連通ずるように貫通し、かつ上記ロータホイール６０周
方向に沿って複数個形成される。したがって、ノズルボ
ックス１３の絞り口１３ａから流出した主蒸気の一部は
、高圧第１段動翼７ａの入口部から半径方向内方へ流出
する漏洩流Ｂとなるが、この漏洩流Ｂの大部分は、ノζ
ランスホール乙に案内され、このバランスホール乙を通
って後段のタービン段落へ案内される。なお、バランス
ホール乙は、高圧第１段ロータホイール６に穿設する代
りに、高圧第１段のタービン羽根植設部に形成するよう
にしてもよい。

また、ノズルボックス１３から高圧タービン１側に、円
筒状のノズルボックススリーブ囚が延びている。ノズル
ボックススリーブ賞は、高圧第１段動翼７ａ全体を覆う
ように設けられ、そのスＩＪ−グ内周壁に数条あるいは
士数条のラジアルフィン５が植設される。高圧第１段動
翼７ａは、その動翼テノンをシュラウド外周面より半径
方向内方に形成したいわゆる沈み込みテノン方式を採用
しており、ノズルボックススリーブ列は高圧第１段シュ
ラウＰ２６の外周面に対向して設けられる。シュラウド
２６は、動翼７ａのタービン羽根の振動に対する補強を
行なうものである。しかして、ノズルボックススリーブ
列の内周壁に植設されたラジアルフィンδは、高圧記１
段シュラウＦあ外周面との間隙が微小なものとなるよう
に、フィン高さが調節され、これにより高圧第１段動翼
７ａ入ロ部から主蒸気の漏洩流Ｃが極力少なくなるよう
に抑制される。このように、ノズルボックススリーブＵ
奮＾圧タービン１側に延長し、その延長部全体にラジア
ルフィン２５を植設したから、ラジアルフィン５の植設
枚数を大幅に増加させることができ、高圧第１段動翼７
ａ入ロ部から半径方向外方に漏洩する高温の漏洩流Ｃの
量を減少させることができる。したがって、クーリング
蒸気流りの温度を有効的に低下させることができる。

ところで、制圧タービン１および中圧タービン２のロー
タ材には、一般にＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系および１２Ｃｒ−Ｍ
ｏ−Ｖ系（クロム−モリブデン−バナジウム系）の鋼材
が使用される。このうち１２％Ｃｒ系（１２Ｃｒ−Ｍｏ
−Ｖ系）ロ＝タ材を使用した場合のクーリング蒸気温度
低下による効果は次のようになる。

すなわち、中圧タービン２のタービンロータ５のクーリ
ングが問題となる５００℃以上の温度においては、クー
リング蒸気温度が１０°Ｃ低下する毎に、ロータ材料の
クリープラブチャ強度が１０〜１５％向上する。したが
って、クリーブラシチャ強Ｋｋベースにしたロータ材料
の許容応力も１０〜１５チ程度向上する。

例えば、発電プラントにおいて、主−蒸気圧力が２４６
　ｋｇ／ｃｍ２ｇ、主蒸気温度が５６６℃の場合、高圧
第１段動翼７ａで仕事をした高圧第１段／ニル温度は約
５２０℃であるのに対し、高圧第１段動翼７ａ入ロ部か
ら漏洩流Ｂの温度は約５４５℃となる。したがって、ク
ーリング蒸気流りに漏洩流Ｂの混合比を低下させること
は、クーリング蒸気温度を低下させる上で極めて有効で
ある。

次に、この発明の作用について説明する。

ボイラあるいは原子炉からの高温・制圧蒸気は主蒸気・
Ｑ（図示せず）等を経て蒸気タービンのノズルボックス
１３内に送られ、このノズルボックス１３の絞り口１３
ａから高速流となって高圧タービン１の高圧第１段動翼
７ａに噴射される。噴射された高温・高圧蒸気は高圧第
１段動翼７ａを回転させ、仕事をする。高圧第１段で仕
事をした蒸気は、順次次段のタービン段落に案内され、
各段のタービン動翼を通る間に仕事をし、膨張する。し
かして、制圧タービンｌの最終段のタービン段落を通り
、温度降下した蒸気は、再熱器（図示せず）に送られて
再加熱された後、中圧タービン２に案内される。この再
熱蒸気が中圧タービン２の各タービン段落を通る間に仕
事をし、絖いて中圧タービンから低圧タービン（図示せ
ず）に案内されるようになっている。

一方、この蒸気タービンには内部クーリング方式が採用
されており、高圧タービン１の鍋正比１段動翼７ａを通
り、温度降下した主蒸気の一部は漏洩流Ａとなってノズ
ルボックス１３を収容したチャンノ々１６内に案内され
、このチャンバ１６からクーリング蒸気りとなって高中
圧中間グランド部４に送られ、このグランド部４を通り
中圧タービン２の中圧初段または中正比１．２段のター
ビンロータ５およびタービン羽根植設部に案内される。

その際、ノズルボックス１３の内周壁やノズルボックス
スリーブＵにラビリンスノぐツキン加およびラジアルフ
ィン謳が設けられているため、高圧第１段動翼７ａの入
口部から漏洩する漏洩流Ｂ−Ｃが＾正比１段で仕事をし
た漏洩流人に混入するのを有効的に押えることができる
。したがって、高圧第１段で仕事をし、相対的に温度が
低下した高圧第１段シェル蒸気をクーリング蒸気りとし
て積極的に取出すことができる。このため、主蒸気温度
や再熱蒸気温度が共に５６６℃以上となるような、超臨
界圧発電プラント用の高中圧対向流蒸気タービンに使用
した場合にも、中圧タービンを有効的に内部クーリング
することができ、上記内部クーリング方式を適用するこ
とにより、変圧運転プラントにおける部分負荷時のクー
リング蒸気温度の上昇を効果的に押えることができる。

次に、この発明の変形例を第５図に示す。

この変形例に示された蒸気タービンは、高圧タービン１
の高圧第１段ロータホイール６にバランスホール２３を
設置せず、ノズルボックス１３の内周壁に設けられたラ
ビリンス・ぞツキン加により、高圧第１段動翼式口部か
らの漏洩流Ｂがクーリング蒸気りに混入されるのを未然
にかつ有効的に防止するようにしたものである。

第５図に示される蒸気タービンはノズルボックス１３に
植設されるラビリンスパツキン加により、漏洩蒸気Ｂに
絞りを付与し、その蒸気量を減少させたものである。こ
の構成によっても、クーリング蒸気流りに含まれる高温
の漏洩流割合を減少させることができ、したがって、ク
ーリング蒸気の温度を低下させることができる。

なお、ノズルボックス１３の内周壁に設置されるラビリ
ンスパツキン加の形式は二実施例に示したものに限定さ
れず、タービンロータ側に段差を設けない場合には、ラ
ビリンスパツキン１３のフィンの歯先に角度をつけたり
、垂直方向に同じ高さのフィンを多数周設（植設）した
りしてもよい。また、高圧第１段動翼のシュラウド外周
面にも凹凸を施して、漏洩蒸気流に対＋る流路抵抗ヲ増
すようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係る蒸気タービンは、ノ
ズルボックスの内周壁にラビリンスパツキンを周設し、
このラビリンスノぞツキンにより、高圧第１段動翼式口
部からの高温蒸気流が中間グランド部に案内されるのを
阻止したから、高圧第１段動翼式口部からの高温の漏洩
流がクーリング蒸気として中圧タービン側に流れるのを
有効的にかつ確実に阻止することができる。このため、
＾正比１段で仕事をして相対的に温度が低下した高圧第
１段シェル蒸気をクーリング蒸気として取出すことがで
き、したがって、クーリング蒸気の温度を充分に低く押
えることが可能となり、その結果、タービンロータのロ
ータ材として高価な１２ｓＣｒ系のロータ材に代えて、
安価なＣｒ　−Ｍｏ　−Ｖ　系ロータ材をより高温の蒸
気条件まで安全に使用することができ、その経済的効果
は極めて犬である。

また、１２％Ｃｒ系ロータ材を使用する場合でも、クー
リング蒸気により中圧タービンが冷却され、ロータ温度
を低下させることができ、このロータ温度のわすかな低
下でも、ロータ材料の安全率を向上させることが可能と
なり、クリープ変形によるタービンロータの経年的な曲
がりを未然にかつ有効的に防止でき、蒸気タービンの信
頼性の向上を確実に図ることができる等の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高中圧対向流蒸気タービンの高圧タービ
ンおよび中圧タービンの第１段タービン段落部を示すｖ
＋ｆｒ面図、第２図は第１図の蒸気タービンにおいて高
圧タービン入口部を拡大して示す断面図、第３図はこの
発明に係る蒸気タービンの一実施例を示すもので、高圧
夕、−ピ／および中圧タービンの第１段タービン段落部
を示す断面図、第４図はこの発明の要部を示す断面図、
第５図はこの発明の変形例を示す図である。 １・・・高圧タービン、２・・・低圧ｊ−ビン、３・・
・外部ケーシング、４・・・中間グランド部、５・・・
タービンロータ、６・・・ロータホイール、７　ａ＋　
７　ｂ　＋　８ａ　＋８　ｂ−・・動翼、９ａ　、　９
ｂ　＋ｌＯａ　、ｆｏｂ　”’ノズルダイヤフラム、１
１・・・高圧内部ケーシング、１２・・・中圧内部ケー
シング、１３・・・ノズルボックス、１３ａ・・・絞り
口、１４・・・パツキンヘッド、１５・・・ラビリンス
パツキン、鶴・・・ラビリンスパツキン、２１・・・ノ
ξツキンフィン、２２・・・凸部、ｎ・・・バランスホ
ール、Ｕ・・・ノズル、′ｌ（ツタススリーブ、５・・
・ラジアルフィン。 出願人代理人　　波条　野　　久

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部ケーシング内に高圧タービンと中圧タービンと
   を、中間グランド部を介してタービンロータの軸方向に
   対向させ、上記高圧タービンの高圧第１段動翼に絞り口
   を向けたノズルボックスを高圧内部ケーシング内に収容
   した高中圧対向流蒸気タービンにおいて、上記ノズルボ
   ックスの内周壁にラビリンスパツキンを周設し、このラ
   ビリンスパツキンによシ、高圧第１段動翼入口部からの
   高温蒸気流が前記中間グランド部に案内されるのを阻止
   したことを特徴とする蒸気タービン。 ２．２ビリンスパツキンは環状あるいはスリーブ状をな
   し、その内周壁に複数条のノクツキンフィンが軸方向に
   適宜間隔をおいて周設された特許請求の範囲第１項に記
   載の蒸気タービン。 ３、ラビリンスパツキンは、そのフィン高さが軸方向に
   交互に相違するように配設され、上記ラビリンスパツキ
   ンに応じてタービンロータの外周面に凸部または凹部が
   一体あるいは一体的に形成された特許請求の範囲第１項
   に記載の蒸気タービン。 ４、ノズルボックスは、高圧タービン側にその高圧比１
   段動翼全体を覆うように延びるノズルボックススリーブ
   を有し、このスリーブの内周面にラジアルフィンが植設
   された特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービン。 ５、高圧タービンの高圧第１段ロータホイールまたは高
   圧第１段動翼植設部に、上記ロータホイールの上流側と
   下流側とを連通ずるノ々ランスホールを設けた特許請求
   の範囲第１項に記載の蒸気タービン。