JPS614804A - Steam turbine - Google Patents

Steam turbine

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JPS614804A
JPS614804A JP59125265A JP12526584A JPS614804A JP S614804 A JPS614804 A JP S614804A JP 59125265 A JP59125265 A JP 59125265A JP 12526584 A JP12526584 A JP 12526584A JP S614804 A JPS614804 A JP S614804A
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steam
outer casing
casing
rotor
turbine
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Hajime Toritani
初 鳥谷
Ryoichi Kaneko
金子 了市
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26Double casings; Measures against temperature strain in casings

Abstract

PURPOSE:To enable a decrease in leak of steam, by a method wherein, in a turbine which is provided with an inner and an outer casing and a cooling space formed between the outer casing and a steam inlet pipe, a rotor is formed of a material having the coefficient of thermal expansion lower than that of the outer casing. CONSTITUTION:In a high intermediate pressure turbine, high temperature main steam 8 from a boiler is guided in the turbine through a main steam pipe 7 and is fed in an inner casing 5 through a steam inlet pipe 19 and a nozzle box 4, and this causes rotation of a rotor 1 having a number of blades 2. After exhaust steam 9 is reheated in the boiler, the steam is introduced to a reheat pipe 11, and simultaneously, a part of the exhaust steam 9 is caused to flow in a gap between an outer casing 6 and an expansion 19 to cool the outer casing 6. In this case, a high temperature part, such as the rotor 1, the inner casing 5, is formed by a material having the coefficient of thermal expansion lower than that of the outer casing 6, and this reduces a difference in a thermal elongation between a rotary part and a rest part.

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、特に超高温高圧蒸気が使用さ
れる蒸気タービンに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a steam turbine, and particularly to a steam turbine in which extremely high temperature and high pressure steam is used.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

近年、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。又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、従来の新
鋭超臨界圧火力発電所の主蒸気圧力246 a、ta 
、主蒸気温度566Cクラスの蒸気条件を、316at
a、593C及1V350ata、650tZ’などに
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
In recent years, with the rise in fuel and construction costs, there has been a strong demand for improved efficiency in power generation plants, and measures to improve the efficiency of various equipment have been studied and some have been put into practical use. Also improving the steam cycle,
In particular, attention is being paid to the drastic improvement of turbine efficiency by increasing the temperature and pressure of the turbine inlet steam conditions. This is the main steam pressure of a conventional new supercritical pressure thermal power plant of 246 a, ta
, the main steam temperature is 566C class steam conditions, 316at
a, 593C, 1V350ata, 650tZ', etc. to improve thermal efficiency.

しかしながら、これら超高温高圧タービンを実現するた
めには、高温高圧に耐えうる高温強度の高い耐熱材を用
いるか、又は、クーリング等により高温部を従来機盤の
温度に下げて従来材を用いる方法が必要である。
However, in order to realize these ultra-high-temperature, high-pressure turbines, it is necessary to use heat-resistant materials with high temperature and strength that can withstand high temperatures and high pressures, or to lower the high-temperature parts to the temperature of conventional machines by cooling etc. and use conventional materials. is necessary.

従来、上述したクーリングの採用と耐熱鋼の使用の組合
せにより超高温高圧タービンを構成した例が雑誌COM
BUST ION / January 1962pa
ge 44で紹介されている。このタービンによると主
蒸気をタービン内部へ導く蒸気入口管と外ケーシングの
間に空間を設け、この空間に温度の低下した排気蒸気を
流過させることにより外ケーシングの冷却を行っている
。これによυ外ケーシングの材料として従来使用されて
いたCr−Mo−V鋼の採用を可能としている。一方、
クーリングが不可能なロータには、高温強度のすぐれた
オーステナイト鋼を使用しているう しかしながらこの方法では、ロータと外ケーシングのロ
ータ軸方向における熱伸び差が大きいのでダイヤフラム
部の漏洩、蒸気量が増大し、タービンの効率を向上でき
ないという問題がある。
Previously, an example of an ultra-high temperature and high pressure turbine configured by combining the above-mentioned cooling and the use of heat-resistant steel was published in Magazine COM.
BUST ION / January 1962pa
It is introduced in ge 44. According to this turbine, a space is provided between the steam inlet pipe that guides main steam into the turbine and the outer casing, and the outer casing is cooled by flowing exhaust steam whose temperature has decreased through this space. This makes it possible to use Cr-Mo-V steel, which has been conventionally used as the material for the outer casing. on the other hand,
For the rotor, which cannot be cooled, austenitic steel with excellent high-temperature strength is used.However, with this method, there is a large difference in thermal expansion between the rotor and the outer casing in the rotor axial direction, so leakage from the diaphragm and the amount of steam are reduced. There is a problem that the efficiency of the turbine cannot be improved.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、タービン内部における漏洩蒸気を低減するこ
とによりタービン効率を向上しうる蒸気タービンを提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a steam turbine that can improve turbine efficiency by reducing leakage steam inside the turbine.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

蒸気タービンにおいて、外ケーシングの熱膨張率よp小
さい熱膨張率を有する材料でロータを構成したのでロー
タ軸方向におけるロータと外ケーシングの熱伸び差を低
減でき、これに伴いダイヤフラム部における漏洩蒸気量
を減少できる。
In a steam turbine, since the rotor is constructed of a material with a coefficient of thermal expansion p smaller than that of the outer casing, it is possible to reduce the difference in thermal expansion between the rotor and the outer casing in the axial direction of the rotor, thereby reducing the amount of leakage steam at the diaphragm. can be reduced.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は、本発明の1実施例であり、高中圧タービンの
上半断面図である。符号1は高クロム鋼ロータ、2は高
クロム鋼ブレード、3は高クロム鋼ダイヤフラム、4は
高クロム鋼ノズルボックスである。ボイラからの高温主
蒸気8は高クロム鋼主蒸気管7よりタービン内に導入さ
れ、高クロム鋼蒸気入口管(エキスパンション)19を
通υ高りロム鋼内部ケーシング5へ導入される、この内
部ケーシングの排気側は低クロム鋼5″と溶接されてお
シ、これを包含して低クロム鋼外部ケーシング6がある
。高圧段落で仕事をした排気蒸気9はボイラで再熱され
高温蒸気となって高クロム鋼再熱管11よりタービン内
に導入される。この再熱蒸気10はエキスパンション2
0を介り内部ケーシング5を通る。次に低クロム鋼内部
ケーシング5′を通って排気蒸気12となり2段再熱プ
ラントの場合は再びボイラで再熱される。ここで主蒸気
入口部及び再熱蒸気入口部においては外部ケーシング6
とエキスパンション19及び20との間に間隙を設けて
おり、この間隙へ排気蒸気9及び排気蒸気21の1部を
流すことにより外部ケーシング6を冷却している。これ
により高温の主蒸気8及び再熱蒸気10の熱は外部ケー
シング6まで伝導されないため外部ケーシング6の材料
としては比較的強度の低い低クロム鋼が使用可能となる
。又、内部ケーシングの外周にはロータ1の軸に直角に
円板状の隔壁29を複数個使用しておシ外部ケーシング
6との間にわずかの間隙を設けている。低温の排気蒸気
9はこの間隙を通る時速度が増すため外部ケーシング6
を冷却することになる。また隔壁29を数個設けること
により蒸気は絞り効果により温度圧力が低下して蒸気入
口管の冷却には効果的である。また、内部ケーシングか
らの熱放射によりこの冷却蒸気を加熱し、しいては外部
ケーシングも加熱されることになるが、熱遮蔽板30を
設けることによりこれを防止している。従って内部ケー
シングはロータと同等に高温となるが外部ケーシングは
タービン排気と同様の低温度にできる。このため熱伸び
の小さい材料をロータ及び内部ケーシングなどの高温部
に適用し、外部ケーシングに熱伸びの大きな材料を使用
することにより、回転部と静止部との伸び差を少さくで
きる。
FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the upper half of a high-intermediate pressure turbine. 1 is a high chromium steel rotor, 2 is a high chromium steel blade, 3 is a high chromium steel diaphragm, and 4 is a high chromium steel nozzle box. High-temperature main steam 8 from the boiler is introduced into the turbine through a high chromium steel main steam pipe 7, and is introduced into the high chromium steel inner casing 5 through a high chromium steel steam inlet pipe (expansion) 19. The exhaust side of the casing is welded with low chromium steel 5'', and there is a low chromium steel outer casing 6 surrounding it.The exhaust steam 9 that has worked in the high pressure stage is reheated in the boiler and becomes high temperature steam. The reheated steam 10 is introduced into the turbine through a high chromium steel reheat pipe 11.
0 through the inner casing 5. The exhaust steam then passes through a low chromium steel inner casing 5' and becomes exhaust steam 12, where it is reheated again in a boiler in the case of a two-stage reheat plant. Here, at the main steam inlet section and the reheat steam inlet section, the outer casing 6
A gap is provided between the outer casing 6 and the expansions 19 and 20, and a portion of the exhaust steam 9 and exhaust steam 21 is allowed to flow through this gap to cool the outer casing 6. As a result, the heat of the high-temperature main steam 8 and reheated steam 10 is not conducted to the outer casing 6, so that low-chromium steel, which has relatively low strength, can be used as the material for the outer casing 6. Further, a plurality of disk-shaped partition walls 29 are used on the outer periphery of the inner casing at right angles to the axis of the rotor 1, and a slight gap is provided between the inner casing and the outer casing 6. When the low temperature exhaust steam 9 passes through this gap, its velocity increases, so the outer casing 6
will be cooled down. Further, by providing several partition walls 29, the temperature and pressure of the steam is reduced due to the throttling effect, which is effective for cooling the steam inlet pipe. Further, the cooling steam is heated by heat radiation from the inner casing, and the outer casing is also heated, but this is prevented by providing the heat shield plate 30. Therefore, the inner casing can be as hot as the rotor, while the outer casing can be as cold as the turbine exhaust. Therefore, by applying a material with low thermal elongation to high temperature parts such as the rotor and internal casing, and using a material with high thermal elongation to the outer casing, the difference in elongation between the rotating part and the stationary part can be reduced.

第2図は第1図で説明した主蒸気入口部の拡大図である
。高クロム鋼主蒸気管7は組立構造上溶接22にて、又
低クロム鋼外部ケーシング6とは溶接22′にて溶接さ
れる。高温主蒸気8からの入熱Qは外部ケーシング6へ
流れようとするが、外部ケーシング6とエキスパンショ
ン19との間の間隙を流れる低温蒸気9で除去される。
FIG. 2 is an enlarged view of the main steam inlet section explained in FIG. 1. The high chromium steel main steam pipe 7 is welded to the assembled structure by a weld 22 and to the low chromium steel outer casing 6 by a weld 22'. The heat input Q from the high temperature main steam 8 tends to flow into the outer casing 6, but is removed by the low temperature steam 9 flowing through the gap between the outer casing 6 and the expansion 19.

すなわち第2図中の破線のような等温度分布となシ外部
ケーシング6への高温の入熱はなくなる。
In other words, the temperature distribution is uniform as shown by the broken line in FIG. 2, and high-temperature heat input to the outer casing 6 is eliminated.

同様な構造を再熱蒸気入口部に適用すると第3図となる
。高温再熱蒸気10からの入熱Q2は抽気蒸気21にて
エキスパンション20と外部ケーシング6との間を冷却
することによって除去され、外部ケーシング6への入熱
はなくなシ、外部ケーシング6の材料として信頼性のあ
る低クロム鋼が使用可能となろう 第4図は他の実施例で、第2再熱タービンの断面図を示
す。符号23は高クロム鋼ロータ、24は高クロム鋼内
部ケーシング、24′は低クロム鋼内部ケーシングであ
りその内部にノズルダイヤフラム3を包含している。内
部ケーシング24゜24′の外側には低クロム鋼外部ケ
ーシング25があシ、それに高クロム鋼再熱蒸気管26
が溶接にて取りつけられている。ここで再熱蒸気管26
と外部ケーシング25とは溶接27にて接合されている
。再熱蒸気10′はケーシング下側から流入し、複流の
各段落を流れて再熱排気12′となシ低圧タービンへ導
入さnる。またその途中には抽気21′があシ、これを
使ってエキスパンション20′と外部ケーシング25と
の間を冷却し、プラント内の別系統へ排出される。この
ときも冷却効果を増すために内部ケーシングに隔壁29
と熱遮蔽板30を設けてあろう 第5図は第4図のA−A断面を示す。この第2再熱蒸気
は高温であるが低圧であること及び入口本数が2本であ
ることから、上述した主蒸気管及び第1再熱管各4本に
て導入する方法に比べて管径が大きくなる。このため第
2再熱管26と外部ケーシング25との溶接部は製作上
のスペースから、外部ケーシング側の位置27になる。
When a similar structure is applied to the reheat steam inlet section, the result is shown in FIG. The heat input Q2 from the high-temperature reheated steam 10 is removed by cooling the space between the expansion 20 and the outer casing 6 with the extraction steam 21, and the heat input to the outer casing 6 is eliminated, and the material of the outer casing 6 is removed. FIG. 4 shows a cross-sectional view of a second reheat turbine in another embodiment. 23 is a high chromium steel rotor, 24 is a high chromium steel inner casing, and 24' is a low chromium steel inner casing, which contains the nozzle diaphragm 3 therein. Outside the inner casing 24°24' there is a low chromium steel outer casing 25, and a high chromium steel reheat steam pipe 26.
is attached by welding. Here, the reheat steam pipe 26
and the outer casing 25 are joined by welding 27. Reheated steam 10' enters from the underside of the casing and flows through double-flow stages to form reheated exhaust 12' and is introduced into the low pressure turbine. Further, there is a bleed air 21' in the middle, which is used to cool the space between the expansion 20' and the outer casing 25, and is discharged to another system within the plant. At this time as well, a partition wall 29 is installed in the internal casing to increase the cooling effect.
FIG. 5 shows a cross section taken along line A--A in FIG. 4. Since this second reheating steam has a high temperature but a low pressure and has two inlets, the pipe diameter is smaller than the above-mentioned method of introducing it through four main steam pipes and four first reheating pipes. growing. For this reason, the welded portion between the second reheat pipe 26 and the outer casing 25 is located at a position 27 on the outer casing side due to manufacturing space.

このような構造により、ロータ外部ケーシング及び下流
側に位置する内部ケーシングの低温部に低クロム鋼を使
用できる。
Such a structure allows the use of low chromium steel in the low temperature parts of the rotor outer casing and the downstream inner casing.

以上説明した第1図、第4図における高中圧タービン及
び中圧タービン構造とすることにより次の効果がある。
The high and intermediate pressure turbine and intermediate pressure turbine structure shown in FIGS. 1 and 4 described above have the following effects.

高温部において直接蒸気が接する場所例えば主蒸気管、
内部ケーシング蒸気導入部を高クロム化することにより
十分なる高温強度が確保できる。
Places that come into direct contact with steam in high-temperature areas, such as main steam pipes,
By making the internal casing steam introduction part highly chromium, sufficient high temperature strength can be ensured.

又、高クロム鋼の使用により高温部においてメタル肉厚
を薄くできるため非定常的な熱応力を小さくできる。第
6図は第2図におけるシェル部、B−B断面の負荷変化
による熱応力変化を示す。負荷流量fが変化すると蒸気
温度θ、は追従する。
Furthermore, by using high chromium steel, the metal wall thickness can be made thinner in high-temperature parts, so that unsteady thermal stress can be reduced. FIG. 6 shows changes in thermal stress due to load changes in the shell section, B--B cross section in FIG. 2. When the load flow rate f changes, the steam temperature θ follows.

内部ケーシング内側のメタル温度θ1は、時間遅れが少
くθ、に追従するが、メタルの平均温度θゆは時間遅れ
のため追従性が劣る。このため内部ケーシング5の内面
に大きな熱応力σ1が、又外面にσ。が発生する。しか
し、シェル肉厚を薄くし、シェル外部に熱遮蔽板を設け
ると高クロム鋼は低クロム鋼と熱伝導の差が少ないため
ケーシングシエルモ均温度とケーシング内面温度との差
が少なくなりメタル平均温度θ、は、θ、に追従する傾
向となり、これに伴って、ケーシング内外面の熱応力は
それぞれ第6(b)図のようにσr及びσ。′のように
小さくなる。
The metal temperature θ1 inside the internal casing follows θ with little time lag, but the average metal temperature θ has poor followability due to the time lag. Therefore, a large thermal stress σ1 is applied to the inner surface of the inner casing 5, and σ is applied to the outer surface. occurs. However, if the shell wall thickness is made thinner and a heat shield plate is provided on the outside of the shell, the difference in heat conduction between high chromium steel and low chromium steel is small, so the difference between the casing sielmo average temperature and the casing inner temperature becomes smaller, reducing the metal average. The temperature θ tends to follow θ, and accordingly, the thermal stress on the inner and outer surfaces of the casing becomes σr and σ, respectively, as shown in FIG. 6(b). ′ becomes smaller.

更に直接高温蒸気が接触する主蒸気管、再熱蒸気・U及
び蒸気入口部近傍の内部ケーシングを高クロム化するこ
とにより、高温酸化を少なくできるつ更に父、ロータに
高温強度の高い高クロム鋼を使用し、外ケーシングに低
クロノ・鋼を丈用するのでロータとケーシングのロータ
軸方向に2ける熱伸び差を小さくでさる。以下その理由
を説明する。
Furthermore, by making the main steam pipe, reheated steam U, and internal casing near the steam inlet, which are in direct contact with high-temperature steam, highly chromium, high-temperature oxidation can be reduced. Since the outer casing is made of low chronograph steel, the difference in thermal expansion between the rotor and the casing in the rotor axial direction can be kept small. The reason will be explained below.

一般的にケーシングはロータと違って静止体であること
からケーシング表面の熱伝達率が悪いため急速起動停止
時にはメタル温度の時間変化が遅くロータと大きな温度
差が生ずる。父、ロータ表面は高温蒸気に包まれている
のに対し、外部ケーシングは低温の排気蒸気の雰囲気中
にあることからロータとケーシングの温度差が大きくな
り従って外部ケーシングとロータの伸び差が大きくなろ
うこのためロータとケーシング間のロータ軸方向におけ
る間隙を大きくする必要がある。
In general, unlike the rotor, the casing is a stationary body, so the heat transfer rate on the casing surface is poor, so during rapid startup and shutdown, the metal temperature changes slowly over time, creating a large temperature difference with the rotor. Father, while the rotor surface is surrounded by high-temperature steam, the outer casing is in an atmosphere of low-temperature exhaust steam, so the temperature difference between the rotor and the casing becomes large, and the difference in elongation between the outer casing and the rotor becomes large. Because of the wax, it is necessary to increase the gap between the rotor and the casing in the rotor axial direction.

第7図はこの間隙の設定例である。まずロータ1にはブ
レード2が設置され−Cおジそのブレード2の外周端に
はシュラフトリング13が絞めなどにより取シ付けられ
プンード間を連結している。
FIG. 7 shows an example of setting this gap. First, a blade 2 is installed on the rotor 1, and a shruff ring 13 is attached to the outer peripheral end of the blade 2 by tightening or the like to connect the blades.

又内部ケーシング5にはダイヤフラム3が設置されてい
る。蒸気14はダイヤフラム3を通過後速度エネルギを
ブレード2に衝突させてロータを回転する。しかしブレ
ードとダイヤフラム間15とブレード16との間には圧
力差があるため蒸気14はブレード2の間を全て流れる
わけではなくシュラウドガバー13とダイヤフラム30
間を漏れて流れる。これを少なくするためダイヤフラム
3にはラビリンスパツキン17が植込まれている。
Further, a diaphragm 3 is installed in the inner casing 5. After passing through the diaphragm 3, the steam 14 impinges on the blades 2 with velocity energy to rotate the rotor. However, since there is a pressure difference between the blade and the diaphragm 15 and the blade 16, the steam 14 does not entirely flow between the blades 2 and the shroud cover 13 and the diaphragm 30.
Flows through the gaps. In order to reduce this, a labyrinth packing 17 is embedded in the diaphragm 3.

このラビリンスパツキンの歯数は第8図のように・多い
ほど漏洩量は少ない。・くツキン歯数17を多くするた
めにはロータ軸方向の間隙G1及びG2をなるべく小さ
くすることが肝要である。このノくッキン枚数を多くす
れば、漏洩蒸気量を少なくできるため、動翼へのエネル
ギー負荷効率が増す7’Cめしいてはタービン効率の大
幅な向上が可能となる。
As shown in Figure 8, the greater the number of teeth on this labyrinth packing, the less the amount of leakage. - In order to increase the number of teeth (17), it is important to make the gaps G1 and G2 in the rotor axial direction as small as possible. If the number of knocking blades is increased, the amount of leaked steam can be reduced, so that the efficiency of the energy load on the rotor blades can be increased, making it possible to significantly improve the turbine efficiency.

とのラビリンスパツキンは、シュラウドカバー13とダ
イヤフラム3の間に使用しているほか、ダイヤフラムル
ートフィン18や、ロータとダイヤフラム間及びケーシ
ングとシャフト間にも多く使用されておシ、効率向上の
ためにはこの伸び差を小さくすることが重要である。
In addition to being used between the shroud cover 13 and the diaphragm 3, labyrinth packings are also often used on the diaphragm root fin 18, between the rotor and the diaphragm, and between the casing and the shaft, to improve efficiency. It is important to reduce this difference in elongation.

以下、本実施例におけるロータとケーシングの熱伸びに
ついて第9図を用い説明する。ロータはスラスト軸受T
H1,Bを基準としてタービン側及び発電機側へ伸びる
。しかもロータ廻シは蒸気温度が高く、かつ回転]7て
いるためタービン起動・停止には急激な伸び縮みをくシ
返す。
Thermal elongation of the rotor and casing in this example will be explained below using FIG. 9. The rotor has a thrust bearing T
It extends toward the turbine side and the generator side with H1 and B as a reference. Furthermore, since the rotor has a high steam temperature and rotates, it undergoes rapid expansion and contraction when starting and stopping the turbine.

一方ケーシング側(静止体側)はスラスト軸受部を基準
にするとロータと同様にクーピン前後に伸びてゆく。伸
び量は区分長温度及び線膨張係数に比例するため、高圧
内部ケーシングはタービン側にtlの区分長分、すなわ
ちスラスト軸受から外部ケーシングと高圧内部ケーシン
グの接合部までの距離A1分だけ伸び、又そこを基準に
して高圧内部ケーシングはタービン側、発電機側へ伸び
る。第1中圧部の内部ケーシング5′はスラスト軸受T
HIBを基準としタービン側へA2の区分長分だけ伸び
、この外部ケーシングと内部ケーシングの接合部を基準
としてタービン前後に伸びる。
On the other hand, the casing side (stationary body side) extends forward and backward in the same way as the rotor, based on the thrust bearing part. Since the amount of elongation is proportional to the section length temperature and coefficient of linear expansion, the high-pressure inner casing extends toward the turbine by the section length tl, that is, the distance A1 from the thrust bearing to the joint between the outer casing and the high-pressure inner casing. Based on that point, the high-pressure inner casing extends toward the turbine and generator. The inner casing 5' of the first intermediate pressure section has a thrust bearing T
With HIB as a reference, it extends toward the turbine by a section length of A2, and with this joint between the outer casing and the inner casing as a reference, it extends forward and backward of the turbine.

又、第2中庄タービンのケーシングはA3の区分長分だ
け伸び、内部ケーシング24はケーシング内外連結部を
基準にタービン前後に伸び、2つの内部ケーシング24
′はそれぞれ区分長(A3 A4)及び(t3+L< 
)だけ伸びて、連結部を基準にタービン前側及び後側へ
伸びる。外部ケーシングの伸びΔlc及びロータの伸び
ΔAnはそれぞれ次のように表わせる。
In addition, the casing of the second Nakasho turbine extends by the section length A3, and the inner casing 24 extends forward and backward of the turbine based on the casing inner and outer connection part, and the two inner casings 24
' are the section lengths (A3 A4) and (t3+L<
) and extends toward the front and rear sides of the turbine based on the connection part. The elongation Δlc of the outer casing and the elongation ΔAn of the rotor can be expressed as follows.

ここに αC:外部ケー7ング材線膨張係数αR:ロー
タ材線膨張係数 ΔTR:常温からのロータメタル温度 差 ΔTc:常温からの外部ケーシングメ タル温度差 ところで、本実施例の場合、線膨張係数はαC〉α8、
温度差はΔTR>ΔTcなので互いの関係をよく検討し
設計することによりケーシング伸び量ΔLcとロータ伸
び量ΔtRをほぼ等しくできる。非定常的には蒸気入口
部の冷却蒸気量を制御することにより伸び差を最小に管
理できる。又、内部ケーシングの高温部はロータとほぼ
温度が等しくなるのでロータ材とほぼ等しい線膨張係数
を有する高クロム鋼とすることが望ましい。このように
熱伸び差を小さくできるので第9図に示すシャフトパツ
キン部28.28’ 、28”、28mにおけるパツキ
ンの軸方向間隙をも小さくできる。
Here, αC: Coefficient of linear expansion of outer casing material αR: Coefficient of linear expansion of rotor material ΔTR: Temperature difference of rotor metal from room temperature ΔTc: Difference of temperature of outer casing metal from room temperature By the way, in the case of this example, the coefficient of linear expansion is αC〉α8,
Since the temperature difference is ΔTR>ΔTc, the casing elongation amount ΔLc and the rotor elongation amount ΔtR can be made approximately equal by carefully considering and designing the relationship. On an unsteady basis, the difference in elongation can be minimized by controlling the amount of cooling steam at the steam inlet. Furthermore, since the high temperature portion of the internal casing has approximately the same temperature as the rotor, it is desirable to use high chromium steel having a coefficient of linear expansion approximately equal to that of the rotor material. Since the difference in thermal expansion can be reduced in this manner, the axial gaps between the packings in the shaft packing portions 28, 28', 28'', and 28m shown in FIG. 9 can also be made small.

本実施例におけるロータ及び外ケーシングの伸びは第1
0図に示すようにそれぞれR,Cとなシ、熱伸び差は小
さい。外ケーシング材は低Or鋼のままでロータ材料と
してオーステナイト鋼を用いた従来例では、オーステナ
イト鋼の熱膨張率が低Or鋼より大きいのでロータの伸
びはR′のようになシ熱伸び差が大きい。仮りに、外ケ
ーシング材としてロータ材と同様高Cr鋼を用いた場合
、雰囲気温度の差により外ケーシングの伸びがC//の
ように小さくなりすぎ熱伸び差は増大する。
The elongation of the rotor and outer casing in this example is the first
As shown in Figure 0, the difference in thermal elongation between R and C is small. In the conventional example where the outer casing material remains low Or steel and austenitic steel is used as the rotor material, the coefficient of thermal expansion of austenitic steel is larger than that of low Or steel, so the elongation of the rotor is as shown by R', and the difference in thermal elongation is big. If high Cr steel is used as the outer casing material like the rotor material, the elongation of the outer casing becomes too small as C// due to the difference in ambient temperature, and the difference in thermal elongation increases.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、蒸気温度が上昇してもロータと外部ケ
ーシングのロータ軸方向における伸び差を小さくできる
のでダイヤフラム部の蒸気漏洩量を低減でき、もってタ
ービン効率を向上できる。
According to the present invention, even if the steam temperature rises, the difference in elongation between the rotor and the outer casing in the rotor axial direction can be reduced, so the amount of steam leaking from the diaphragm can be reduced, thereby improving turbine efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、高中圧タービンへ本発明を適用した一実施例
を示す図、第2図は、第1図における主蒸気入口部の拡
大図、第3図は、再熱蒸気入口部の拡大図、第4図は、
本発明の他の実施例を示す図、第5図は、第4図のA−
A矢視図、第6図(a)は、流量と蒸気温度、ケーシン
グ温度の関係を示す図、第6図(b)は、ケーシング内
外面の熱応力を示す図、第7図は、ラビリンスパツキン
の配置を示す図、第8図は、ラビリンスパツキン歯数と
漏洩量の関係を示す図、第9図は、ロータ及びケーシン
グの熱伸びを説明するための図、第10図は、ロータ軸
方向における熱伸び量を示す図である。 1・・・高中圧ロータ、3・・・ダイヤフラム、515
’ +5“・・・内部ケーシング、6・・・外部ケーシ
ング、7・・・主蒸気管、8・・・主蒸気、9・・・排
気蒸気、15゜16・・・IS’、17・・・ラビリン
スパツキン、19・・・主蒸気エキスパンション、No
1〜NO4・・・軸受、THIB・・・スラスト軸受、
HP・・・高圧タービン、IP・・・中圧タービン、2
工P・・・第2中庄タービン、矛d 図 ハ・7矢ン♂我 艶冶−
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a high-intermediate pressure turbine, Fig. 2 is an enlarged view of the main steam inlet in Fig. 1, and Fig. 3 is an enlarged view of the reheat steam inlet. Figure 4 is
A diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
View from arrow A, Figure 6 (a) is a diagram showing the relationship between flow rate, steam temperature, and casing temperature, Figure 6 (b) is a diagram showing thermal stress on the inner and outer surfaces of the casing, and Figure 7 is a diagram showing the labyrinth. Figure 8 is a diagram showing the arrangement of the packing, Figure 8 is a diagram showing the relationship between the number of teeth in the labyrinth packing and the amount of leakage, Figure 9 is a diagram to explain the thermal expansion of the rotor and casing, and Figure 10 is the rotor shaft. It is a figure which shows the amount of thermal elongation in a direction. 1...High-medium pressure rotor, 3...Diaphragm, 515
'+5''...Inner casing, 6...Outer casing, 7...Main steam pipe, 8...Main steam, 9...Exhaust steam, 15°16...IS', 17...・Labyrinth Spatsukin, 19...Main steam expansion, No.
1~NO4...Bearing, THIB...Thrust bearing,
HP...High pressure turbine, IP...Intermediate pressure turbine, 2
Engineering P...No. 2 Nakasho Turbine, Iku d Figure C, 7 arrow ♂ Iyaji-

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、外ケーシング、内ケーシング、ロータ及び高温蒸気
をタービンの内側へ導く蒸気入口管を備え、蒸気入口管
と外ケーシングの間に外ケーシングを冷却するための空
間を設けた蒸気タービンにおいて、前記外ケーシングの
熱膨張率より小さい熱膨張率を有する材料で前記ロータ
を構成したことを特徴とする蒸気タービン。 2、特許請求の範囲第1項において、前記外ケーシング
にはCrが3%以下の低Cr鋼又はNi含有量の多いオ
ーステナイト鋼を、前記ロータには、Crが9%以上の
高Cr鋼を用いたことを特徴とする蒸気タービン。 3、特許請求の範囲第1項において、前記外ケーシング
の熱膨張率より小さい熱膨張率を有する材料で前記蒸気
入口管及び内ケーシングを構成したことを特徴とする蒸
気タービン。 4、特許請求の範囲第1項において、前記内ケーシング
は、上流側へ熱膨張率の小さい材料を、下流側へ熱膨張
率の大きい材料を配置し、両材料を一体結合して構成し
たことを特徴とする蒸気タービン。 5、特許請求の範囲第1項において、前記外ケーシング
の内周面との間に間隙を形成する複数個の隔壁板を前記
内ケーシングの外周側に取付けたことを特徴とする蒸気
タービン。 6、特許請求の範囲第1項において、前記内ケーシング
から前記外ケーシングへ伝わる熱をさえぎるための熱遮
へい板を内ケーシングの外側に配置したことを特徴とす
る蒸気タービン。 7、特許請求の範囲第5項において、前記隔壁板の間に
、前記内ケーシングから前記外ケーシングへ伝わる熱を
さえぎるための熱遮へい板を配置したことを特徴とする
蒸気タービン。 8、特許請求の範囲第1項において、前記外ケーシング
に取付けられた主蒸気管内に前記蒸気入口管がシール材
を介して前記ロータの半径方向に移動可能に配置された
ことを特徴とする蒸気タービン。 9、特許請求の範囲第8項において、前記外ケーシング
の熱膨張率より小さい熱膨張率を有する材料で前記主蒸
気管を構成したことを特徴とする蒸気タービン。 10、特許請求の範囲第9項において、前記空間内を流
れた蒸気を外部へ流出させる開口部を前記主蒸気管へ設
けたことを特徴とする蒸気タービン。
[Claims] 1. An outer casing, an inner casing, a rotor, and a steam inlet pipe that guides high-temperature steam to the inside of the turbine, with a space provided between the steam inlet pipe and the outer casing to cool the outer casing. A steam turbine, wherein the rotor is made of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the outer casing. 2. In claim 1, the outer casing is made of low Cr steel with a Cr content of 3% or less or austenitic steel with a high Ni content, and the rotor is made of high Cr steel with a Cr content of 9% or more. A steam turbine characterized by the use of 3. The steam turbine according to claim 1, wherein the steam inlet pipe and the inner casing are made of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the outer casing. 4. In claim 1, the inner casing is constructed by arranging a material with a small coefficient of thermal expansion on the upstream side and a material with a large coefficient of thermal expansion on the downstream side, and integrally bonding both materials. A steam turbine featuring 5. The steam turbine according to claim 1, wherein a plurality of partition plates are attached to the outer circumferential side of the inner casing to form a gap with the inner circumferential surface of the outer casing. 6. The steam turbine according to claim 1, further comprising a heat shield plate disposed outside the inner casing to block heat transmitted from the inner casing to the outer casing. 7. The steam turbine according to claim 5, further comprising a heat shield plate disposed between the partition plates for blocking heat transmitted from the inner casing to the outer casing. 8. The steam according to claim 1, wherein the steam inlet pipe is disposed within a main steam pipe attached to the outer casing so as to be movable in the radial direction of the rotor via a sealing material. turbine. 9. The steam turbine according to claim 8, wherein the main steam pipe is made of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the outer casing. 10. The steam turbine according to claim 9, characterized in that the main steam pipe is provided with an opening through which the steam flowing within the space flows out to the outside.
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