JPS62182404A - タ−ビンロ−タ冷却装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、変圧運転を行う蒸気タービン再熱蒸気部の冷
却装置に係り、特に再熱蒸気部ロータ動翼植込部及び根
元部を効果的に冷却する蒸気タービンロータ冷却装置に
関する。

（従来の技術） 一般に火力発電所は、蒸気タービンの熱効率を向上させ
る為に、蒸気の温度圧力を可能な限り高くする方法が採
用されている。又、最近の火力蒸気タービンは、昼夜間
、平休日、季面などの需要格差の拡大に伴ない、省エネ
ルギを指向したより経済的かつ需給調整機能の優れた変
圧型中間負荷火力が採用されている。

このように、最近における火力蒸気タービンは、高効率
で経済的な機器が望まれている。しかしながら、蒸気条
件が高温、高圧化してくると、夕一ビンを構成するター
ビンロータ、タービンケーシング等の材料強度の低下を
招き、材料の許容応力を実応力が超過してしまう。そこ
で、蒸気温度が高温となると、タービンロータ等の材料
強度の低下を防ぐ為に積極的にタービン部材内に冷却蒸
気を流入させて温度を低下させる必要がある。

ここで、従来における再熱蒸気部の冷却法を第６図、第
７図を用いて説明する。第６図は蒸気タービンプラント
の高効率化を目的として設計された二段再熱蒸気タービ
ン第１段再熱部断面図であり、第７図は第２段再熱部断
面図である。

第６図に示すように、第１再熱蒸気は第１再熱蒸気入口
室１より流入し静翼２および動翼を通り矢示ににしたが
って下流へと流出して行く。この際に、ノズルダイアフ
ラム４、タービンロータ動翼３および植込部５等には、
第１再熱蒸気の持つ熱量が与えられてその部材温度が上
昇する。ここで、特に遠心力を受は部材強度を必要とす
るタービンロータ６を積極的に冷却しなければならない
。

そこでタービンロータ６の冷却は、中間グランドパツキ
ン７を通して漏れてくる高圧、低温蒸気を利用して、タ
ービンロータ第１再熱第１段動翼根元部８、植込部５を
冷却している。すなわち第１段動翼根元部８、植込部５
を冷却した冷却蒸気は、矢示のようにバランスホール９
ａを通過して第２段動翼根元部５、植込部８等をバラン
スホール９ｂを通って冷却している。

又、第７図に示すように第２再熱蒸気は、第２再熱蒸気
入口室１０より流入し、矢示のように静翼１１、動翼１
２を通って下流へと流出していく。この際にノズルダイ
アフラム１３、タービンロータ動翼１２、植込部１４等
には、第２再熱蒸気の持つ熱量が与えられて部材温度が
上昇する。ここで、特に遠心力を受は材料強度を必要と
するタービンロータ１５を積極的に冷却しなければなら
ない。

そこでロータ１５の冷却を、第１再熱蒸気部の油気より
高圧、低温蒸気を取り出し、第２再熱蒸気入口室１０に
介挿された冷却蒸気管１６より第２再熱第１段動翼根元
部１７、植込部１４を冷却している。

前記動翼根元部、植込部を冷却した冷却蒸気はバランス
ホール１８ａを通過して第２段動翼根元部１１、植込部
１４等のバランスホール１８ｂを通って冷却している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、電力需要に合せた変圧運転を行うことに
より、部分負荷時にはタービン入口蒸気圧力が低下する
。又、タービン入口温度は負荷状態によりほとんど変化
せず常に同じ入口温度状態でおり、再熱蒸気入口温度も
同様である。第５図に示すように第１再熱蒸気部を冷却
する冷却蒸気は、中間グランドパツキン７を通過してく
る為に、蒸気圧力が低下した部分負荷時には、中間グラ
ンドパツキン７部前後での差圧が大きく取れず、再熱蒸
気入口近傍のタービンロータ動翼植込部５および根元部
８を充分冷却できるだけの冷却蒸気流量が通過できない
。

その為に第１再熱蒸気部のタービンロータｉｌｌ翼根元
部８および植込部５等の材料強度が低下し、許容応力を
実応力を超過してしまう。

又、第７図に示す第２再熱蒸気部においても上記のこと
と同様なことが言える。冷却蒸気管１６圧力と第２再熱
入口室１０との差圧が、部分負荷時に小さく、冷却蒸気
は充分タービンロータ動翼植込部１４および根元部１７
を冷却できる流量が流入していない。その為、第１再熱
蒸気部同様、タービンロータ動翼植込部１４、根元部１
７等の材料強度が低下し、許容応力を実応力が超過して
しまう。このことは、負荷が小さくなるに従いタービン
入口圧力が下がり冷却蒸気流量も小ざくなる為に、低負
荷時におけるロータの冷却が問題となっている。

また、低負荷時に合せた冷却蒸気流量を流せる様に、パ
ツキンクリアランスを大きく取ると、定負荷時における
冷却蒸気量が過大となり、タービン内部効率を低下させ
てしまう原因となってしまう。

本発明の目的は、かかる従来の事情に対処してなされた
もので、低負荷時における再熱蒸気入口近傍のタービン
ロータ！１１翼植込部および根元部等を効果的に効率良
く冷却するタービンロータ冷却装置を提供しようとする
ものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明によるタービンロータ冷却装置は、蒸気タービン
再熱部を構成する中間グランドパツキン部およびノズル
ダイアフラム内輪部に蒸気タービン入ロシエル苗から冷
却蒸気を導いてタービンロータ動翼根元部に排出する貫
通孔を設け、ざらにこの貫通孔内にバネ力と貫通孔前後
の差圧力で蒸気流通抵抗が調整される開閉要素を設けた
ことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明によるタービンロータ冷却装置においては、開閉
要素のバネ力によって貫通孔を流れる冷却蒸気の流通抵
抗を適切に決めることがで、きる。

したがってタービンロータ冷却に必要最小限の蒸気流量
を流させ、部分負荷時においても効率良くロータ冷却を
行うことができる。

（実施例） 以下本発明を第１図および第２図に示す実施例について
説明する。第１図および第２図において、第６図および
第７図と同一符号は同一部分を示すものであるから、そ
の説明を省略する。第１図は本発明によるタービンロー
タ冷却装置の第１段再熱部を示す、第２図は第２段再熱
部をそれぞれ断面して示すものである。

まず第１段再熱部の第１図において、中間グランドパツ
キン部７に貫通孔１９ａを、第１再熱第１段ノズルダイ
アフラム内輪４側に貫通孔１９ｂを、次の第１再熱第１
段ノズルダイアフラム内輪４′側に貫通孔１９Ｃをそれ
ぞれ設けている。その各貫通孔１９ａ　、　１９ｂ　、
　１９ｃの途中に冷却蒸気を制御するコマ２０およびバ
ネ２１よりなる開閉要素２２を設けている。また貫通孔
１９ａ　、　１９ｂ　、　１９Ｃのうちの貫通孔１９ｂ
　、　１９ｃの下流側貫通孔１９ｂ’　、　　１９Ｃ’
をタービンロータ動翼根元部８，８の近傍に向って斜め
に通している。

また第２段再熱部の第２図において、第２再熱第１段ノ
ズルダイアフラム内輪１３に貫通孔２９ａを、第２段ノ
ズルダイアフラム１３′　に貫通孔２９ｂを設けている
。そして各々の貫通孔２９ａ　、　２９ｂの途中にコマ
２０およびバネ２１よりなる開閉要素２２を設け、その
下流側の貫通孔２９ａ’　、　　２９ｂ’　をタービン
ロータ動翼根元部１７の近傍に向って斜めに通している
。

第１再熱部および第２再熱部における各々の貫通孔１９
ａ　、　１９ｂ　、　１９ｃおよび２９ａ　、　２９ｂ
と開閉要素２２どの関係を第３図、第４図および第５図
に示している。すなわち第３図に代表して貫通孔１９ａ
と開閉要素２２どの関係構造を示している。共通孔１９
ａの奥にテーバ面１９ａ−１を形成し、この奥から下流
の貫通孔１９ａ′に通じている。またこの貫通孔１９ａ
の奥にコマ２０およびバネ２１を配置し、そのコマ２０
は図示のように貫通孔１９のテーパ面１９ａ−ｉに密着
するテーパ面２０−１を有する。このコマ２０およびバ
ネ２１は、貫通孔１９ａに配置したのち、リング２３を
ボルト２２で取りつけることによって固定される。また
貫通孔１９ａとコマ２０およびバネ２１とより成る開閉
要素は、第５図に示すように各々のノズルダイアフラム
内輪４，１３の周方向に貫通孔１９゜２９の口径が異な
るものおよびバネ２１のバネ力の異なるものを選定して
配置することもある。

次に本発明によるタービンロータ冷却装置の作用につい
て説明する。タービンロータ冷却装置の冷却効果は、貫
通孔１９．２９内に設けられたコマ２０の軸方向位置に
よって決定される。コマ２０の軸方向位置は貫通孔内に
設けられたバネ２１のバネ力と貫通孔１９．２９の前後
の差圧力とで調整される。

第１図においてタービンの定格負荷時には、効率良く効
果的にタービンロータ６を冷却させる様にノズルダイア
フラム４の内輪クリアランス及び中間グランドパツキン
７のクリアランスを設計し、バネ２１はノズルダイアフ
ラム４，１３及び中間グランドパツキン７前後の差圧力
より小ざいバネ力のバネ２１を貫通孔１９内に挿入され
せている。このことにより、定格負荷時には、バネ力が
差圧力より小さい為に、第３図のコマ２０のテーパ部２
０−１と貫通孔１９ａのテーパ部１９ａ−１が接触し、
貫通孔１９ａより蒸気タービン入口シェル室からの冷却
蒸気が流出することはない。

また部分負荷時には、貫通孔１９８前後の差圧が小さく
なり、バネ力によってコマ２０は第３図のように方向の
上流側に移動する。移動したコマ２０と貫通孔１９ａと
の間には間隙ができ冷却蒸気が流入する。流入した冷却
蒸気は動翼根元部８に向って明けられた貫通孔１９を通
して流出し、動翼根元部８、植込部５等を冷却する。

第２図にあける第２再熱部においても第１図に示す第１
再熱部と同様である。定格負荷時に効率良く効果的にタ
ービンロータ１５を冷却させる様にノズルダイアフラム
１３内輪クリアランスを設計し、バネ２１はノズルダイ
ノアフラム１３前後の差圧力より小ざいバネ力のものを
貫通孔２９内に挿入されている。

その為に、定格負荷時にはバネ力が差圧力より小ざく、
コマ２０のテーパ部分と貫通孔２９より流出することは
ない。部分負荷時にはＲ通孔２９のテーパ部分が接触し
、冷却蒸気が貫通孔２９の前後の差圧が小さくなり、バ
ネ力によってコマ２０は軸方向上流側へ移動する。移動
したコマ２０と貫通孔２９との間には間隙ができ冷却蒸
気が流入する。流入した冷却蒸気は動翼根元部１１に向
って明けられた貫通孔２９を通して流出し、動翼根元部
１７、植込部１４等を冷却している。

第１再熱部、第２再熱部共に、ノズルダイアフラム内輪
に設けられた開閉要素２２は第５図に示すように、周方
向に数種順設けである。各開閉要素２２は、負荷状態に
より開閉ができる様に設計されており、各々、貫通孔径
、バネ力が異なっている。

開閉要素は定格負荷の場合、全開となっており、負荷が
減少するにつれ、各開閉要素のバネ力により徐々に開き
始めタービンロータを効果的に冷却し始める。負荷状態
により必要な冷却蒸気流量はあらかじめ計算されている
ので、必要流量が流せる様、各開閉要素のコマ径、バネ
力等は設計されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、再熱蒸気入口部近傍にお
いて、ノズルダイアフラム内輪及び中間グランドパツキ
ンに貫通孔を明け、その内部にコマとバネを嵌設した開
閉要素を配置したことにより、その開閉要素のバネ力に
より負荷状態に合せた開度を持たせることができタービ
ンロータ冷却に必要最小限の蒸気流量を流せ、部分負荷
時においても効率良く効果的なロータ冷却が達成できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明によるタービンロータ冷却
装置を第１再熱蒸気入口および第２再熱蒸気入口に適用
した場合を示す要部断面図、第３図は本発明に使用する
開閉要素を示す断面図、第４図は第３図■−■線から見
た側面図、第５図は本発明による開閉要素を配置した状
態を示すノズルダイアフラムの正面図、第６図および第
７図は従来の第１再熱蒸気入口および第２再熱蒸気入口
を示す要部断面図である。 １・・・第１再熱蒸気入口室、２・・・静翼、３・・・
動翼、４・・・ノズルダイアフラム、６・・・タービン
ロータ、１９、２９・・・貫通孔、２０・・・コマ、２
１・・・バネ、２２・・・開閉要素。 （８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほ
か１名） 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸気タービン再熱部を構成する中間グランドパッ
   キン部およびノズルダイアフラム内輪部に蒸気タービン
   入口シェル室から冷却蒸気を導いてタービンロータ動翼
   根元部に排出する貫通孔を設け、さらにこの貫通孔内に
   バネ力と貫通孔前後の差圧力で蒸気流通抵抗が調整され
   る開閉要素を設けたことを特徴とするタービンロータ冷
   却装置
2. （２）貫通孔は中間グランドパッキン部およびノズルダ
   イヤフラム内輪部にその周方向にそうて口径の異なる複
   数個を設け、その貫通孔内にバネ力の異なる開閉要素を
   配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   タービンロータ冷却装置
3. （３）開閉要素は貫通孔のテーパ面に密着するテーパ面
   を有するコマとこのコマを常時冷却蒸気の流れと逆方向
   に変位するバネとの組合せで構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のタービンロータ冷却装置