JPS62157210A

JPS62157210A - 蒸気タ−ビン

Info

Publication number: JPS62157210A
Application number: JP29343185A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Harada; 原田　稔之
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-28
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1987-07-13

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）本発明は高温高圧の流入蒸気によって駆動される大容量
の高中圧対向流型再熱タービンにおいて、ロータと羽根
植込部及びノズルダイヤフラム内輪の冷却機構に関する
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年製作されている蒸気タービンは大容量化が進み、羽
根の有効長と幅が増大してきたため、羽根の遠心力は著
しく大きなものとなっている。

従って、羽根植込部及びロータに作用する遠心応力も増
大し、しかも再熱蒸気温度の高温化に伴い、材料の許容
応力が低下するため、これらの部分は厳しい応力にざら
されることになる。

特に再熱タービンの入口ないし前半の高温段落では、高
圧タービンに比べて蒸気圧力が低く、従って羽根有効長
が長くなっているため、遠心力が増大し、ロータ、羽根
植込部、ノズルダイヤフラム内輪は高い応力状態にざら
されることになり、冷却が必要となる。

このような強度の低下に対処して、羽根植込部、ロータ
、ノズルダイヤフラム内輪の信頼性を保持するため、高
圧タービン初段で漏洩して中間グランドへ流入する蒸気
を利用した再熱タービン内部クーリングが従来から行な
われている。

次に、再熱タービンの内部クーリングの機構を説明する
。

第４図は高中圧対向流型蒸気再熱タービンの中間グラン
ド部付近の概略構成を示すもので、矢印１及び２はそれ
ぞれ主蒸気及び再熱蒸気の流れを示している。

、高圧初段３で漏洩し、中間グランド人口４から中間グ
ランドへ流入した蒸気５はその入口状態が、高圧初段３
で膨張した後のものであるため、蒸気圧力Ｐ　、温度Ｔ
５は主蒸気の圧力Ｐ１、温度Ｔ）より低い。また、この
漏洩蒸気５が中間グランド出口６から流出するときの出
口圧力Ｐ［は再熱タービン入ロ圧力ＰＲ程度まで低下す
るため、中間グランド出口温度ＴＥは中間グランド入口
温度ＴＳよりざらに低下する。この漏洩蒸気５は下流側
ノズルラビリンスフィン７ａを通って、再熱タービン初
段落へ低温蒸気５ａとして流入する。

この低温蒸気５ａの一部は羽根先端方向に流出するが、
第５図に示すように流路に設けられたシールフィン９ａ
に阻止されるので、大部分の低温蒸気は羽根植込部１０
に設けられたバランスホール１１へ流入する。この流入
蒸気はさらにその一部がシールフィン９ｂを経て羽根先
端方向へ流出し、残部の低温蒸気１２がロータ表面に沿
って次の段落へ流入することになる。その際、この低温
蒸気１２により羽根植込部１０を冷却し、ざらにロータ
表面を低温蒸気１２が流通するので、遠心応力が集中す
るロータ付根部１３、ノズルダイヤフラム内輪１４を冷
却することにより、羽根とロータの強度低下を防止する
ようにしている。

しかしながら、最近の蒸気タービンでは一段と大容量化
が進み、しかも高効率を維持するためには、主蒸気温度
および再熱蒸気温度をさらに高温にする必要があるが、
そうすると、高中圧対向流型再熱蒸気タービンの中間グ
ランド入口温度Ｔ’Ｓ、ひいては出口温度Ｔ、も高くな
り、冷却効果を失うおそれがある。

また、低負荷時の効率向上を図る目的で、部分負荷にお
ける主蒸気圧力と給水圧力を低下させることにより、起
動停止特性を向上させる変圧運転を採用した場合には、
中間グランド入口温度Ｔ３は、中間グランド人口４のエ
ンタルピーが負荷の減少に伴なって増加するので、負荷
の増加と共に上昇することになる。

その結果、特に低負荷域で冷却効果を失い、再熱タービ
ンのロータ］５、羽根植込部１０、ノズルダイヤフラム
内輪１４の温度も上昇し、羽根植込部１０が破損したり
、ロータ付根部１３や中心部にクラックが発生し、破壊
につながる危険性がある。この傾向は特に大容量の高中
圧対向流型再熱蒸気タービンで変圧運転を行った場合の
低負荷時において著しい。

第６図は変圧タービンにおける負荷変化による再熱ター
ビンの第１段落及び第２段落の植込部及びロータの根元
部の温度変化の様子を示す。

ＴＤＯＶＥ−Ｆ　＝　ＴＤＯＶＥ−３はそれぞれ再熱タ
ービン第１段落、第２段落の植込部の温度変化を、また
、ＴＲＴＲ、Ｆ　、ＴＲＴＲ、Ｓはそれぞれ再熱タービ
ン第１段落、第２段落のロータ根元部の温度変化を示す
。図中、ＴＲは再熱蒸気温度、Ｔａｌｌｏｗは材料に基
づく許容温度である。また、Ｌ点は再熱タービン第２段
落のロータ根元部の温度が材料の許容温度を越える時の
負荷を示し、Ｍ点は最小負荷運転時を示す。

負荷の減少に伴って各部の温度が上昇するのは、中間グ
ランドの入口温度が高圧初段出口エンタルピーの増加に
より上昇するためである。再熱タービン第２段落の植込
部の温度Ｔ　ＤＯＶＥ　−Ｓは再熱タービン第２段落の
主流の蒸気が再熱タービン第１段落で膨張した後の蒸気
であるため、温度が低いので、この影響により再熱ター
ビン第１段落の植込部の温度”ＤＯＶＥ−Ｆより低い。

しかしノズルラビリンスやノズルダイヤフラムとロータ
との間、ざらにバランスホール部を蒸気が旋回して流れ
る間の摩擦によりエンタルピの上昇が生じ、冷却蒸気が
下流側に行くに従ってエンタルピが増加することにより
、ロータ根元部の温度は再熱タービン第２段落のロータ
根元部の温度ＴＲＴＲ−３の方が、羽根植込部とは逆に
、再熱タービン第１段落のロータ根元部の温度Ｔ　　　
　より高く、Ｍ点で示ＴＲ−Ｆす最小負荷運転時では再熱タービン第２段落のロータ根
元部が応力的に最も厳しくなり、第６図に示すように材
料の許容温度Ｔ　　　を越すおそれｌｌｏｗが必った。

〔発明の目的〕

本発明は背景技術における上述のごとき欠点を除去すべ
くなされたもので、主蒸気温度の高温化に伴い、許容応
力低下が著しい場合、全運転負荷に亘ってその強度を許
容限度内に保持することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の蒸気タービンは再熱タービン段落への冷却蒸気
を高圧タービンから取り出し、冷却蒸気導入管を通して
再熱タービン段落に導くようにした対向流型再熱タービ
ンにおいて、前記冷却蒸気導入管の途中に設けた冷却蒸
気制御弁の開度を、負荷が設定値以下に低下した場合に
関数発生器からの信号に基づぎ制御する系統を有するこ
とを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図において符号１６は高圧タービン、１７は中圧タ
ービン、１８は低圧タービン、１９は発電機を示す。高
圧タービン１６と中圧タービン１７は一つのケーシング
の中に納められている。

高圧タービン１６の冷却蒸気取り出し口２０と中圧ター
ビン１７の間を結ぶ冷却蒸気抽気管２１の途中には冷却
蒸気制御弁２２が設置されている。

また、発電機１つには負荷検出器２４を設置し、その負
荷変化に応じて、冷却蒸気制御弁２２のバルブ開度を制
御する関数発生器２５が負荷検出器２４と冷却蒸気制御
弁２２の間に設置されている。

第２図は関数発生器２５に内蔵されている負荷対冷却蒸
気制御弁開度関数を示す。

冷却蒸気抽気管２１の下流端は、第３図に示すように、
再熱タービン第２段落の上流側に開口しており、高圧タ
ービン１６より抽気され、冷却蒸気制御弁２２を経由し
た冷却蒸気２６は矢印のように流れて再熱タービンの第
１段落と第２段落を冷却する。

なお、第３図において第１図におけると同一部材は同一
の符号にサラフィックス（ａは第１段落、ｂは第２段落
を意味する）を付して示されている。

上述のように構成した本発明の蒸気タービンにおいては
、発電機１９に設置した負荷検出器２４により、負荷の
情報を得ながら、第２図に示す冷却蒸気制御弁２２のバ
ルブ開度関数を示す信号を関数発生器２５より冷却蒸気
制御弁２２へ伝達することにより、冷却蒸気制御弁２２
のバルブ開度を負荷に対し制御する。

なお、第２図中のＭ点と１点は第５図におけると同様に
最小負荷運転時と、再熱タービン第２段落のロータ根元
部１５ｂの温度が材料の許容温度を越える時の負荷を示
す。また、Ｎ点は冷却蒸気制御弁２２の開度が全開とな
る負荷点を示す。

すなわち、再熱タービン高温段落、特に再熱タービン第
２段落のロータ根元部１５ｂを冷却するのに必要な冷却
蒸気量は、高負荷域では再熱タービン内部クーリングだ
けでも材料の許容温度以下に押えられるので、冷却蒸気
制御弁２２は閉じておき、材料の応力が厳しくなり始め
るＮ点以下に負荷が低下した場合には、再熱タービン内
部クーリングだけではロータ根元部１５ｂの冷却が充分
達成できない負荷範囲（Ｍ点〜Ｎ点）において補助的に
冷却蒸気制御弁２２を関数発生器２５の信号により開け
、タービン高温段落の羽根植込部１０及びロータ根元部
１５の温度が材料の許容温度を越えないように冷却蒸気
２６を流すことを特徴とする。

このように、冷却蒸気制御弁２２を第２図に示すように
負荷に応じた関数の信号により制御すれば、第５図の二
点鎖線で示すように、各部の温度を材料の許容温度以下
に押えることができ、また冷却蒸気抽気管２１より流入
させる冷却蒸気２６も必要最小限にすることができ、タ
ービンの部分負荷時の性能低下を防ぐことができる。

ざらに負荷遮断時には、冷却蒸気制御弁２２を瞬時に閉
じることにより、冷却蒸気の流れを遮断し、タービンの
加速防止の役目を果たさせることができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の蒸気タービンにおいては
、負荷信号に応じてバルブ開度を制御することにより、
大容量の対向流型再熱蒸気タービンの高温段落の冷却を
確実に行うことができ、タービンの信頼性を確実に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す高中圧対向流型再熱蒸気
タービンの系統図、第２図は第１図における関数発生器
の作動を示すグラフ、第３図は第１図における中圧ター
ビンの一部を拡大して示す縦断面図、第４図は高中圧対
向流型再熱タービンの中間グランド部を示す縦断面図、
第５図は第４図におけるシールフィンの近傍を拡大して
示す縦断面図、第６図は従来および本発明の再熱タービ
ン各部における負荷に対する温度変化の様子を示すグラ
フである。１・・・主蒸気２・・・再熱蒸気３・・・高圧タービン第１段落４・・・中間グランド入口６・・・中間グランド出口ア・・・ノズルラビリンス９ａ、９ｂ・・・シールフィン１０・・・羽根植込部１１・・・バランスホール１３・・・ロータ付根部１４・・・ノズルダイヤフラム内輪１５・・・ロータ根元部２０・・・冷却蒸気取出し口２１・・・冷却蒸気抽気管２２・・・冷却蒸気制御弁２４・・・負荷検出器２５・・・関数発生器ＴＤＯＶＥ、　Ｆ　”再熱タービン第１段落植込部の負
荷に対する温度変化Ｔ　　　：再熱タービン第１段落ロータ根元部Ｒ丁Ｒ，
Ｆの負荷に対する温度変化Ｔ　　　：再熱タービン第２段落ロータ根元部Ｒ丁Ｒ，
Ｓの負荷に対する温度変化ＴＲ：再熱蒸気温度 ’ａｌｌｏ’　”材料の特性に基づく許容温度代理人　
弁理士　　則　近　憲　缶周　　三俣弘文第１図第２図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）再熱タービン段落への冷却蒸気を高圧タービンか
ら取り出し、冷却蒸気導入管を通して再熱タービン段落
に導くようにした対向流型再熱タービンにおいて、前記
冷却蒸気導入管の途中に設けた冷却蒸気制御弁の開度を
、負荷が設定値以下に低下した場合に関数発生器からの
信号に基づき制御する系統を有することを特徴とする蒸
気タービン。
（２）冷却蒸気を隣接プラントから取り出すことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービン。
（３）負荷を発電機出力とす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。
（４）負荷遮断時には冷却蒸気制御弁を急閉するよう構
成した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。