JPS59213904A - 蒸気入口部構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの蒸気入口部の構造に係シ、特に
超高温高圧タービンのケーシングと蒸気配管との接合部
に好適なように改良した蒸気入口部構造に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

近年の燃料費、建設費の高騰に伴い、発電プラントの効
率向上が強く要請され、各種機器の効率向上策が検討さ
れると共に一部実用化されている。

最近では、蒸気サイクルの改善、特にタービン入口蒸気
条件の高温高圧化によるタービン効率の抜本的向上が注
目されている。これは、現在の新鋭超臨界圧火力発電所
の主蒸気圧力２４６　ａｔａ、主蒸気温度５６６０クラ
スの蒸気条件を、圧力で１００　Ｋｇ／　ｃｍ”　、温
度で１０００上昇させることによって熱効率を向上させ
るものである。

第１図は一般的な従来型の１段再熱タービンの構成を示
す。

タービンはロータｌがカップリング２にて結合され軸受
３にてそれぞれ支持され回転する。このロータを回転さ
せる駆動力は蒸気であシ、ボイラからの主蒸気４は、ま
ず、高圧段落部５に入シ、動翼を回転させた後、再びボ
イラ再熱部６に戻シ、再熱された後中圧段落部７に入る
。ここでもロータに組込まれた動翼を回転させ、配管８
を介して低圧段落部９に流入し、排気１０はコンデンサ
（図示せず）へ導かれる。各段落での回転エネルギはロ
ータ１を介して発電機１１を回す。

ここでボイラからの蒸気は高温高圧であるが各段落を通
る毎にエネルギは回転エネルギに変換されるため、１度
、圧力は低下してゆく。

ボイラからの高温高圧蒸気の流入する高圧段落５と中圧
段落７の近傍の構造図を第２図に示す。

ロータ１は軸受３で支持されておシ各段落には動翼１２
が組込まれておシ、この動翼間にはノズル１３がある。

このノズルは内部ケーシング１４に設置されておシ、そ
の外側を外部ケーシング１５で包み、蒸気は洩れない構
造となっている。

ボイラからの主蒸気４は蒸気配管１６よシ導入され、伸
縮継手１７を通り、ノズルボックス１８にてロータの軸
方向に流れる向きを変え、高圧段落部５を流れる。同様
に再熱された蒸気は中圧段落部７を流れる。

蒸気入口部では一般に内部ケーシング１４と外部ケーシ
ング１５の熱伸びが発生する。この伸び差を吸収するた
め、シールリング構造を備えた蒸気入口管１７が設け９
れる。外部ケーシング１５と蒸気入口管１７との間には
シールリング１９がアシ、内部ケーシング１５及びノズ
ルボックス１８と蒸気入口管１７との間にもシールリン
グ２０が設けられている。上記シールリング１９゜２０
は蒸気漏洩を防止すると共に熱伸びを吸収する役目を果
たしている。

第３図に第２図の従来型タービンの蒸気入口部断面を示
す。図示の如く、蒸気入口管１７の端部には径の違うシ
ールリング１９が複数個配列されておシ、それぞれ蒸気
入口管１７の外周及び外ケーシング１５の内周に密着さ
れ、かつ、リングは多数軸力向に固く重ね合わされてい
るため蒸気もれの少ない構造となっている。またこれら
のシールリング群１９の移動防止のため、各所にストッ
プリング２１がメジ、シールリング１９は外部ケーシン
グ１５側に固定されている。熱伸びで蒸気入口管１７が
突上けると蒸気入口管１７の外周とシールリング１９の
内周とがすベシ合い、熱伸びを逃がす。また、シールリ
ング１９の端には溶接２２を施してシールリング１９の
脱落を防止している。

しかし、タービンを高温高圧化すると材料強度上大きな
問題が生じてくる。

前記第２図の従来型タービンにおいては、高温蒸気は蒸
気管１６を通って流入するため蒸気管材料が従来材のＣ
ｒ−ＭＯ−Ｖ材なとでは高温強度不足となり、オーステ
ナイト系の材料を用いざるを得ない。蒸気管と連結され
る外ケーシング１５もオーステナイト材を使用したいが
、外ケーシング１５は重量大でめシ、かつ、高価である
ため、建設費が膨大となる。これでは高効率化しても、
建設費の高騰によって経済的効果が減殺されてしまう。

こうした不具合を解消するための先行技術は、文献”ザ
・エディストン・スーパープレッシャ・ユニット”など
に述べられているように、超高温高圧火力プラント「エ
ディストン１号機」においては高圧タービンの上流側に
超高圧タービンを設置しておシ、超高圧タービンを小型
化し”Ｃ高価な材料の使用量を軽減し、これによって建
設費の低減を図っている。

上記の超高圧タービンの蒸気入口部の断面図を第４図に
示す。

ボイラからの蒸気４は蒸気配管１６を通シ、タービン内
部へ流入する。蒸気管１６と外部ケーシング１５間の突
出部２３はいくつかに分割され、１１ｉ２１ａｌ　ｂ、
ｃ、ｄにて構成されている。また突出部２３の内部には
蒸気連絡管２４が突出部２３と０部において一体で構成
されている。蒸気連絡管２４と突出部２３の間にはすき
間があシ、冷却用筒２５が入っている。外ケーシング１
５の内部冷却蒸気２６はそのすき間を流れ蒸気連絡管２
４と突出部２３を冷却し、突出部２３と外ゲージング１
５の接合部にある放出口２７よシ放出される構造となっ
ている。

この構造の長所としては、冷却蒸気２６が突出部２３を
冷却し、商銀の蒸気配管１６がらの伝熱を吸収するため
外ケーシング１５は、高温にならない。よって、従来の
低価格材が使用できることである。

一方短所としては、蒸気配管１６と蒸気連絡管２４とが
一体造形されるため、突出部２３と蒸気連絡管２４との
間のすき間の加工が難しいこと、また、加工精度も悪て
こと、加工端の０部においては加工後の検査が不可能で
あることなどから製造上の信頼性に欠ける。

また、定常運転中においては、突出部２３は冷却蒸気２
６で冷却されるため、高温の蒸気配管との間に温度差を
生じる。

第５図は上記の温度勾配発生部に等混線２７を破線で示
した図である。本図に表わされているように、突出部２
３と蒸気連絡管２４との接合部の付根Ｃ部に温度勾配の
急な個所を生じる。

第６図は上記の温度勾配によって生じる熱応力の等応力
９２Ｂを破線で示した図である。

計算の結果、上記の０部に応力集中のめることが確認さ
れた。このため、タービンプラントの起動停止をくり返
すうちに０部に亀裂が発生する危険性がめる。また、こ
こに亀裂が発生しても検査の方法がなく、定期点検時に
おいても検査が不可能に近い。もしも亀裂が進展して蒸
気４が冷却すき間に流れこむと外ケーシング１５が過熱
されて破壊するばかシでなくタービンプラント全体を破
壊し重大事故となる處れがある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の技術的背景Ｋｉｔ！！みて為され、信頼
性が高く、しかも製作の容易なタービン蒸気入口部構造
を提供し、超高温高圧タービンの経済性。

信頼性の向上に貢献しようとするものである。

〔発明Ｏ概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、内、外ケーシン
グを有する蒸気タービンの蒸気入口部構造において、内
、外ケーシングと別体の蒸気入口管を設けるとともに、
内、外ケーシングに上記蒸気入口管の挿入孔を設け、外
ケーシングに押通した蒸気入口管の先端にシールリング
をｆｉｊ［Ｌ、上記シールリングの外周を蒸気配管先端
の内径に摺動自在に密着せしめ、かつ外ケーシングと蒸
気配管との接合部付近に冷却孔を設けて、外ケーシング
と蒸気入口管との間隙を流動した冷却蒸気を上記の冷却
孔に導き得べく為したることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例を第７図乃至第１０図について
説明する。

第７図は、本発明の蒸気入口部構造の実施例の断面図で
ある。外部ケーシング１５の蒸気入口部付近は外側（本
図において上方）に膨出して突出部２３を形成している
。また、外部ケーシング１５と内部ケーシング（図示せ
ず）との間には該ケーシングと別体に構成した蒸気入口
管２９を設け、内、外ケーシングに設けた挿入孔に嵌合
しである。

蒸気入口管２９は、外部ケーシング１５の挿入孔１５ａ
を貫通し、その先端にシールリング３０を嵌着しである
。上記のシールリング３０は蒸気入口管２９に対して軸
心方向に摺動しないように係止しである。

上記のシールリング３０は、蒸気配管１６の端部の内局
面１６ａに対して軸心方向の摺動自在に密着して蒸気の
漏洩を防止している。

外部ケーシング１５と蒸気配管１６との接合部に、挿入
孔１５ａに連通ずる冷却孔３２を設ける。

これによシ、冷却蒸気２６は蒸気入口管２９の外周に沿
って有隙３１内を流動し、冷却孔３２から流出する。

高温高圧の主蒸気４は冷却蒸気２６よシも高圧であるた
め、シールリング３０を漏洩して外ケーシング１５内に
流入する虞れが有るが、漏洩によって圧力が降下するの
で冷却蒸気と一緒に冷却孔３２から放出される。

上に述べたシールリング３０付近の拡大詳細図を第８図
に示す。

本発明は、シールリングを蒸気入口管に対して軸心方向
に摺動しないように嵌着する。本実施例においては、シ
ールリング３ｏの間にストップリング３３を挾んで設置
し、このストップリング３３を蒸気入口管２９の円周溝
２９ａに嵌合して軸心方向の摺動を係止する。

最根元部のストップリング３３′は溶接３４にて蒸気入
口管２９に固着する。

このシール部は、組立の際に外ケーシングの奥１つだ個
所に当たるが、上記のように構成すると蒸気入口管２９
の先端にシールリング３０およびストップリング３３．
３３’を組みつけた後に、これを蒸気配管１６の内径内
に挿入すればよいので、組立作業が容易であシ、作業性
が良い。

また、外ケーシングの突出部２３の円筒加工もストップ
リング固定溝がないため容易である。

このシールリング構造をとることによシ、また次の効果
がある。即ち、前記第４図〜第６図で示したような応力
集中を発生させるコーナがなくなる。従って応力の低い
信頼性の高い主蒸気管が提供できる。

第９図は本実施例における温度分布を示し、破線で描い
た３５は等混線である。既述のごとく、蒸気配管１Ｇを
流れた蒸気はシールリング３０の間隙を漏れ放出孔３２
から放出される。また、冷却蒸気２６は蒸気入口管２９
と突出部２３０間の環状間隙３１を流れ、同一の冷却孔
３２から放出される。従って、高温蒸気と冷却蒸気との
混合するａ点付近では温度が急に変化することになシ、
この付近で等昌線の間隔が狭くなっている。しかし、第
１０図に示すように等応カ腺３６に局部的な応力集中が
認められない。このため、熱疲労による破損を招く虞れ
が無い。

第１１図は上記と異なる実施例を示す。本例においては
複ａ個のシールリング３ｏを設け、先端寄シのに区域の
シールリング３０ａと根元寄シのＬ区域のシールリング
３０ｂとの２群に区分し、上記に、Ｌ両区域の境界部の
ｂ点に連通ずる放出孔３２ａを設ける。

本例においても冷却蒸気２６は間隙３１を通って冷却孔
３２から流出する。一方、Ｋ区域のシールリング３０ａ
を漏洩した蒸気４の一部は放出孔３２ａから流出し、ｂ
点においては圧力が低下しているのでａ点への漏出は芙
用上零と見做すこと力！できる。

このように、高温の蒸気４が外ケーシング１５まで漏洩
してこないので、外ケーシング（特に突出部２３）の温
度条件が緩やかになる。このため、核部を高価なオース
テナイト系特殊鋼で構成する必要が無く、プラント建設
コストの低減に大きく貢献する。

第１２図は、第１１図の実施例を母体として、放出孔３
２ａを通過する蒸気流量を制御し得るように構成した実
施例である。

第１１図に示した実施例では、シールリング３０ａを漏
洩した高温蒸気が全部放出孔３２ａから流出するので、
放出孔３２ａの分岐点す付近で温度勾配が急になる。本
例（第１２図）は上記の放出孔３２ａの蒸気流量を制限
し、シールリング３０ａを漏洩してｂ点に達した高温蒸
気の一部をシールリング３０ｂに漏洩流動せしめて、こ
の部分の温度勾配を緩和するものである。こうした配慮
に基づいて、冷却孔３２．放出孔３２ａの蒸気を当該タ
ービンプラントに回収するための２イン４０．４０ａを
設けるとともに、放出孔３２ａに連通ずるライン４０ａ
に流量制御弁３７を介装接続する。

この流量制御弁３７は、放出孔３２ａおよび冷却孔３２
の温度センサを備えた制御部３８によつて自動的に開閉
され、放出孔３２ａと冷却孔３２との温度差が所定値以
上になると流量制御弁３７を閉弁方向に作動させる流量
制御弁３７が絞られると、高温の漏洩蒸気の一部がｂ点
からａ点に向かって更にシールリング３０ｂを漏洩し、
ｂ点付近の温度勾配を緩和する。第１３図は本例におけ
る等銀線４１を示し、第１４図は同じく等応力線４２を
示す。

第１５図は更に異なる実施例を示す。

外ケーシング突出部２３と蒸気入口管２９の間にシール
リング３０がメジ、このシールリング３０は蒸気人口管
２９側に固定されておシ、熱伸びなどでは一緒に移動す
る。この場合外ケーシング突出部２３との間は摺動を自
在にするため、わずかの間隙がある。このため高温高圧
蒸気４は４ａ、４ｂへと漏れる。しかして、・蒸気の通
る間隙は長年にわたって浸食を受ける。シールリング３
０は浸食を受けても容易に交換できるが、外ケーシング
の突出部２３は補修に多大の費用と時間とを要する。こ
うした不具合を解消するため、本実施例ではシールリン
グ３０の外周に対して摺動する面にステライト、又はイ
ンコネルを溶接肉盛して、耐熱・耐食・側層性の表層３
９を形成しである。これによシ浸食が少なく高信頼性の
高い蒸気入口構造が得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は、内、外ケーシングを有
する蒸気タービンの蒸気入口部構造において、内、外ケ
ーシングと別体の蒸気入口管を設けるとともに、内、外
ケーシングに上記蒸気入口管の挿入孔を設け、外ケーシ
ングに挿通した蒸気入口管の先端にシールリングを嵌着
し、上記シールリングの外周を蒸気配管先端の内径に摺
動自在に密着せしめ、かつ外ケーシングと蒸気配管との
接合部付近に冷却孔を設けて、外ケーシングと蒸気入口
管との間隙を流動した冷却蒸気を上記の冷却孔に導き得
べく為したることによシ、信頼性が高く、シかも製作が
容易であるという優れた実用的効果を奏し、超高温高圧
タービンの経済性、信頼性の向上に貢献するところ多大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンプラントの系統図、第２図は従来
の蒸気タービンの断面図、第３図は同じく蒸気入口部の
断面図、第４図は従来の超高温タービンの蒸気入口部の
断面図、第５図は同じく温度分布図、第６図は同じく応
力分布図である。第７図乃至第１θ図は本発明の一実施
例を示し、第７図は断面図、第８図は部分拡大断面図、
第９図は温度分布図、第１０図は応力分布図である。第
１１図は上記と異なる実施例の断面図である。第１２図
乃至第１４図は更に異なる実施例を示し、第１２図は断
面図、第１３図は温度分布図、第１４図は応力分布図で
ある。第１５図は更に異なる実施例の断面図でおる。 ４・・・蒸気、１５・・・外ケーシング、１６・・・蒸
気配管、２６・・・冷却蒸気、２３・・・外ケーシング
突出部、２９・・・蒸気入口管、３０，３０ａ、３０ｂ
・・・シールリング、３２・・・冷却孔、３２ａ・・・
放出孔、３３・・・ストップリング、３５．４１・・・
等銀線、３６゜４１・・・等応力線、３７・・・制御弁
、３９・・・浸食防止代理人　弁理士　秋本罪実 第２図 弔６図 弔８図 第１０図 ￥／ω図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内、外ケーシングを有する蒸気タービンの蒸気入口
   部構造において、内、外ケーシングと別体の蒸気入口管
   を設けるとともに、内、外ケーシングに上記蒸気入口管
   の挿入孔を設け、外ケーシングに挿通した蒸気人口管の
   先端にシールリングを嵌着し、上記シールリングの外周
   を蒸気配管先端の内径に摺動自在に密着せしめ、かつ外
   ケーシングと蒸気配管との接合部付近に冷却孔を設けて
   、外ケーシングと蒸気入口管との間隙を流動した冷却蒸
   気を上記の冷却孔に導き得べく為したることを特徴とす
   る蒸気入口部構造。 ２、前記のシールリングは、これを複数個として先端側
   シールリング群と根元側シールリング群とに区分し、上
   記両群の境界部に連通ずる放出孔を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の蒸気入口部構造。 ３、前記の冷却孔、および放出孔を流通した蒸気をそれ
   ぞれタービンプラント系統内に回収するラインを設ける
   とともに、上記の放出孔の蒸気流量を制御する手段を設
   けて外ケーシングの蒸気入口部付近の温度を制御し得べ
   くなしたる仁とを特徴とする特許請求の範囲第３項にｄ
   Ｃ載の蒸気入口部構造。 ４、前記のシールリングの外周に対して摺動自在に密着
   する内径部に、耐熱・耐食・耐層性の表層を形成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の蒸気入口
   部構造。