JPS6224721Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は多段軸流タービンに関し、特に内側ケ
ーシング及び外側ケーシングを有する軸流弾性流
体タービンに関するものである。

タービン設計者が直面する基本的な問題の１つ
は、蒸気タービン羽根を通つて膨張して仕事をす
る前に、高温高圧の弾性流体、例えば蒸気を主タ
ービンケーシング内へ送り込むことである。蒸気
を膨張するという工程は仕事をもたらし且つ蒸気
の温度及び圧力を減少する。タービン内部に接近
し易いようにし且つ組立及び保守を容易にするた
めに、ケーシングを半分に分割することが必要な
ので、高温高圧蒸気の受け入れ装置は、水平な継
目のところに大直径のボルトを有する厚肉容器及
びケーシングが必要となる。ケーシング内に送ら
れた温度の変動する高温蒸気は、ケーシングの厚
壁間に熱勾配をもたらす。この熱勾配は厚壁間に
熱膨張差を生じ、これによりケーシングの歪み及
び塑性流れをもたらす熱応力が生ずる。設計者
は、タービンの回転部及び固定部間の隙間を設定
するときに、前述の膨張及びその結果生ずる歪み
を考慮に入れなければならない。厚肉ケーシング
間の熱勾配を減少するため、個々のケーシング間
の圧力勾配及び温度勾配を弱めるような多重ケー
シングタービンがすでに開発されており、別々に
自由に膨張する該多重ケーシングの各々は、より
小さい温度差及び圧力差を受け、従つて、もつと
薄い壁で製作することができる。ノズル室は内側
ケーシング内に配設されているので、厚肉壁、即
ち余分な重量を有し且つコストの高い、寸法の大
きな内側ケーシングが必要になる。

米国特許第3746463号明細書には、固定羽根及
び回転羽根を収納し、外側ケーシング内に配置さ
れ且つ支持された内側ケーシングが開示されてい
る。内側ケーシングの第１軸方向端部は、外側ケ
ーシングの内部に向かつて開口しており、一方、
第２軸方向端部は、タービンロータの回りに区分
されて配設された複数のノズル室に対して伸縮自
在に封止されている。このような配置は非常に信
頼をおいて使用できるが、ノズル室がすでに区分
されているので、内側ケーシングとノズル室との
間を完全に封止することは難しい。内側ケーシン
グ及びノズル室のための支持装置は、これ等の構
造体の重量と、膨張する蒸気の反力により該構造
体にかかる軸方向スラストとの支持を行う。しか
し、かかる支持装置は大きく且つコストが高いた
め、その寸法の縮小と、内側ケーシング及びノズ
ル室間の封止の改良とが望まれている。このよう
な寸法縮小はコストを低減し、また、封止の改良
はタービン効率を高め且つより大きな信頼性をも
たらすことになる。

本考案に従つて構成された軸流タービンは、ロ
ータと、外側ケーシングと、該外側ケーシング内
に配設され且つロータを円周方向に取り巻く入口
ノズルリングと、該外側ケーシング内に配設され
た内側ケーシングとを備えていて、該内側ケーシ
ングは第１軸方向端部及び第２軸方向端部を有
し、第１軸方向端部は、内側ケーシング及び入口
ノズルリングの一部を構成する各フランジ部によ
り、入口ノズルリングに対して封止されており、
第２軸方向端部は外側ケーシングの内部に対して
開口している。入口ノズルリングは、互いに堅固
に結合された複数のノズル室と、軸方向延長部及
び半径方向延長部を有する第１フランジ部とを含
んでいる。内側ケーシングは、軸方向延長要素及
び半径方向延長要素を有する第２フランジ部を含
んでいる。内側ケーシングの半径方向延長要素は
入口ノズルリングの半径方向延長部に対し半径方
向に反対に突き出ている。半径方向延長部及び半
径方向延長要素は半径方向に重なり且つ半径方向
に係合し、入口ノズルリングに対して内側ケーシ
ングを効果的に封止すると共に該入口ノズルリン
グ及び内側ケーシングを構造的に結合する。フラ
ンジ部の軸方向係合により、入口ノズルリングと
内側ケーシングとの間の軸方向負荷の伝達が可能
となり、そのため、該入口ノズルリング及び内側
ケーシングにかかる負荷がバランスして、より小
さい支持手段で各々をより効果的に支持すること
ができる。ノズル室に対するノズルブロツクの保
持を確実にするように、内側ケーシングの半径方
向延長要素が入口ノズルリングに対して軸方向に
近接し隔置された関係で配置されているので、入
口ノズルリング及び内側ケーシングのフランジ部
はフツク装置のようになる。また、本考案のター
ビンは、外側ケーシングとロータとの間に配設さ
れた少なくとも１列の固定羽根及び少なくとも１
列の回転羽根を含んでいるため、内側ケーシング
の開放し封止されていない端部を出た蒸気は、こ
れ等の羽根に入る前に、内側ケーシング及び入口
ノズルリングの外面上に流れる。

本考案の目的及び利点は添付図面と関連した以
下の好適な実施例から更に明らかとなろう。

同一数字及び同一記号はそれぞれ同じ構成要素
及び同じ方向を示す図面を参照すると、第１図
は、軸流蒸気タービン１０の部分断面図を示して
いて、該タービン１０は、外側ケーシング１２、
内側ケーシング１４、ロータ１６、入口ノズル１
７、及び入口ノズルリング１８を有している。

入口ノズルリング１８は複数の入口ノズル室２
０を含んでおり、各入口ノズル室２０は、入口ノ
ズル１７と流体連通し且つ外側ケーシング１２内
に配設されている。これ等の入口ノズル室２０は
相互に剛に結合されて、ロータ１６を囲んで円周
方向に配置されるノズルリング１８を形成する。
個別の入口ノズル室２０のこのような剛な結合は
第２図に更に分かり易く示されている。入口ノズ
ル室２０は、ノズルブロツク２２へ動力蒸気を分
配し、蒸気は該ノズルブロツク２２を通つて最初
に膨張する。入口ノズル１７からノズルブロツク
２２への典型的な蒸気流路は矢印Ａで示されてい
る。各ノズルブロツク２２は複数の固定羽根２４
を含んでおり、該固定羽根２４は、蒸気の膨張を
制御すると共に、ロータ１６に接続された制御段
の回転羽根２６に蒸気が入つて、その後該回転羽
根２６を通つて膨張する前に、該蒸気に所望方向
の流れを与える。複数の半径方向内側の継手２８
ａ及び複数の半径方向外側の継手２８ｂはノズル
室２０との接触状態にノズルブロツク２２を固定
する。また、ノズルリング１８とロータ１６との
間の蒸気の漏れを最少限に抑えるように、それ等
の間にラビリンスシール２７が配設されている。

このような最初の膨張に続いて、蒸気は、固定
ノズル羽根２９及び回転タービン羽根３０の交互
する環状羽根列を通つて膨張し、有用な仕事を行
うために、回転タービン羽根３０、延いてはロー
タ１６に運動を与える。蒸気は、部分的な膨張を
行つた後、環状出口１４ａから内側ケーシング１
４を出て、内側ケーシング１４と、ノズルリング
１８と、外側ケーシング１２とにより画成された
通路３１内に流入する。このような部分的膨張の
間に蒸気が通るノズルブロツク２２から環状出口
１４ａへの典型的な流路は矢印Ｂで示されてい
る。部分的に膨張した蒸気は、通路３１を通過す
るときに内側ケーシング１４及びノズルリング１
８の外面を横切つて流れることにより該外面を冷
却し、その後、外側ケーシングの羽根リング３６
及びロータ１６にそれぞれ接続された固定羽根３
２及び回転羽根３４の交互する環状羽根列を通つ
て膨張する。蒸気は、環状出口１４ａから固定羽
根３２へと通路３１を横断する際、矢印Ｃで示さ
れたような流路を通るのが典型的である。蒸気
は、固定羽根３２及び回転羽根３４を通つて更に
膨張した後、他のタービン膨張段か、熱回収装置
又は熱廃棄装置か、或は他の所望の低圧タンクへ
通常導かれる。

内側ケーシング１４の第２フランジ部４４は軸
方向延長要素４４ａ及び半径方向延長要素４４ｂ
を含んでおり、タービン運転中の半径方向外側の
継手２８ｂの緩み及び抜けを防止するため、半径
方向延長要素４４ｂが継手２８ｂと軸方向に近接
隔置した関係で配設されている。また、ノズルリ
ング１８は軸方向延長部４６ａ及び半径方向延長
部４６ｂを含む第１フランジ部４６を有してい
る。半径方向延長要素４４ｂ及び半径方向延長部
４６ｂは、それ等に対して相補的形状の半径方向
延長要素４４ａ及び軸方向延長部４６ａからそれ
ぞれ反対の半径方向に延びると共に、軸方向の界
面４８で係合可能である。第１フランジ部４６及
び第２フランジ部４４は一緒にフツクシールを構
成し、該フツクシールは、内側ケーシング１４及
びノズルリング１８により形成される囲いから高
圧動力蒸気が漏れるのを阻止するのに非常に効果
的である。動力蒸気からの反力は、第１図におい
て見て、ノズルリング１８に対しては右側に作用
し、内側ケーシング及び関連の固定ノズル羽根２
９に対しては左側に作用する。内側ケーシング１
４とノズルリング１８との間の界面４８での軸方
向の係合により、ノズルリング１８及び結合され
た内側ケーシング１４にかかる不均衡な反力だけ
がそれ等の各支持キー５０及び５２において消滅
されることを要求されるので、支持キーの寸法減
少が付随的に実現する。従つて、ノズル室２０か
ら、第１軸方向端部、第２軸方向端部を通る第１
図でＢ方向の高温高圧動力蒸気の流れにより、内
側ケーシング１４が該Ｂ方向の力（軸方向スラス
ト）を受け、この力は、入口ノズルリング１８の
第１フランジ部４６と内側ケーシング１４の第２
フランジ部４４とがそれぞれ半径方向延長部４６
ｂ、半径方向延長要素４４ｂを介して軸方向に係
合するのをより確実にするよう作用するので、内
側ケーシング１４と入口ノズルリング１８との間
が界面４８を介して確実に封止され、これによ
り、ノズル室２０から第１軸方向端部に向かう高
温高圧動力蒸気が界面４８を通つて漏れ出ること
がなくなり、タービンの運転効率を上げることが
できる。

また、内側ケーシング１４に加わる前記Ｂ方向
の軸方向スラストにより、内側ケーシング１４が
第１フランジ部４６、第２フランジ部４４を介し
て入口ノズルリング１８と実質的に一体構造とな
り、従つて、内側ケーシング１４及び入口ノズル
リング１８は、高温高圧動力蒸気が固定ノズル羽
根２４を通過するときに該動力蒸気の反力によつ
て生ずる振動の影響を受けにくくなり、そのた
め、ノズル室２０の振動が防止され、振動に伴う
ノズル室２０の破損を防止できる。

第２図は第１図の線−に沿つた部分断面図
で、第１図ではタービンロータ１６より上方の固
定タービン構造体のみが示されているが、この第
２図では該タービン構造体をロータ１６の上方及
び下方に含んでいる。しかし、簡単にするため、
タービンロータ１６は第２図では削除されてい
る。この例ではノズルリング１８は４つのノズル
室２０を含んでいて、２室づつ上側部分及び下側
部分に分けられている。ノズルリング１８の上側
部分及び下側部分は締め具５４により水平面DD
で一緒に保持されている。ノズルリング１８に関
する入口ノズル１７の伸縮自在な運動を許容する
と共に、該ノズルリング及び入口ノズルを剛に結
合するとそれ等に起こるような熱応力の発生を回
避するように、リング５５のようなシール装置が
ノズルリング１８と入口ノズル１７との間に配設
されている。第２図には典型的な入口蒸気流路が
示されていて、該入口蒸気流路は、矢印Ａに従つ
て入口ノズル１７に入りほぼ半径方向内側に流れ
る蒸気を示している。ノズル室２０内では、蒸気
は固定ノズル羽根２４を通る軸方向に向きを変
え、該蒸気が内側ケーシング１４の環状出口１４
ａを通過するまで、矢印Ｂにより示された方向に
進む。第２図には示されていないが、蒸気流は、
環状出口１４ａを通過した後、逆の軸方向に向き
を変え、通路３１を通過する。通路３１において
は、そこを通る蒸気流路が矢印Ｃで示されてい
る。

第３図は第１図の線−に沿つた部分断面図
である。内側ケーシング１４は外側ケーシング１
２内に支持されており、この内側ケーシング１４
が固定ノズル羽根２９を支持している。通路３１
を通る蒸気流の方向Ｃは第３図には示されていな
い。外側ケーシング１２は内側ケーシング１４を
整列し且つ支持する装置を有している。一部膨張
して比較的低温となつた動力蒸気は、通路３１を
通つて流れ、内側ケーシング１４及びノズルリン
グ１８の外面を流下するので、該内側ケーシング
１４及びノズルリング１８を通過する比較的に高
温高圧の動力蒸気により加熱されたこれ等の部分
を冷却する。

本考案の構成によると、可撓的に装着された、
多数の別個の溶接ノズル室を排除できるだけでな
く、通常の大きな内側ケーシングや、分流構造の
ための大きな内側ケーシング用ダミーリング及び
復流構造のための羽根リングも排除できる。利用
タービンについての外側ケーシングの全寸法は約
25％の外径縮小になる。また、第１図に示されて
いるようなタービンに関するロータ軸受間の寸法
は約25％小さくなる。更に、本考案によるタービ
ンの重量は多くの先行技術による構造の重量の約
50％であると予測される。ノズル室の溶接が不要
となつたことにより、本考案のタービンの製造、
組立及び保守の際に、先行技術の構造のものと比
較して、実質的なコスト削減が可能となる。ま
た、本考案の構成によれば、ノズル室から、第１
軸方向端部、第２軸方向端部を通る高温高圧動力
蒸気の流れにより内側ケーシング１４が軸方向の
力を受け、この力は、入口ノズルリング１８と内
側ケーシング１４とが軸方向に係合するのをより
確実にするのに役立つ。従つて、それ等の間の界
面が確実に封止されるので、ノズル室２０から第
１軸方向端部に向かう高温高圧動力蒸気が界面を
通つて漏れ出ることがなくなり、タービンの運転
効率を上げることができる。

更に、本考案によれば、高温高圧動力蒸気が固
定ノズル羽根を通過するときに生ずるノズル室の
振動及びそれに伴う疲れ破損の可能性を有する、
先行技術の構造に従う多数の溶接片持ノズル室を
排除できるので、非常に信頼性のある改良タービ
ンが得られる。ノズルリング１８及び内側ケーシ
ング１４は、該ノズルリング１８及び内側ケーシ
ング１４が摩擦減衰の支持表面上に装着される相
当な質量のものであるため、振動を受けにくい。
従つて、ノズル室の振動及び破損が防止される。
更に、本考案のノズル室２０は互いに実質的に結
合されているので、ノズルリング１８と内側ケー
シング１４との間の相互の結合部のフツクシール
構造が、先行技術のタービンにおけるよりも効果
的に、制御段のノズルブロツク領域の蒸気を確実
に封止する構造を提供する。また、フツクシール
構造により、ノズルブロツクの継手２８ｂの半径
方向外側列の動きが内側ケーシング１４にある軸
方向に隣接した半径方向延長要素４４ｂにより制
限されるといつた利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に従つて構成された軸流蒸気タ
ービンの部分断面図、第２図は第１図の線−
に沿つた断面図、第３図は第１図の線−に沿
つた断面図である。 １０……軸流蒸気タービン、１２……外側ケー
シング、１４……内側ケーシング、１６……ロー
タ、１８……入口ノズルリング、２０……ノズル
室、４４……第２フランジ部、４４ａ……軸方向
延長要素、４４ｂ……半径方向延長要素、４６…
…第１フランジ部、４６ａ……軸方向延長部、４
６ｂ……半径方向延長部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ロータと、 外側ケーシングと、 前記ロータとの間に半径方向に間隔を有した状
   態で、前記ロータを円周方向に取り巻いて前記外
   側ケーシング内に配設された入口ノズルリングで
   あつて、上側部分及び下側部分と、第１フランジ
   部とを有し、該上側部分及び下側部分の各々が、
   互いに剛に結合された複数のノズル室を含み、該
   第１フランジ部が、軸方向延長部と、該軸方向延
   長部に結合された半径方向延長部とを含む、前記
   入口ノズルリングと、 前記外側ケーシング内に支持され且つ前記ロー
   タの回りに円周方向に配設された内側ケーシング
   であつて、前記入口ノズルリングに軸方向に隣接
   して配設されると共に第２フランジ部を有する第
   １軸方向端部と、前記外側ケーシング内に開口す
   る第２軸方向端部とを有し、該第１軸方向端部の
   前記第２フランジ部が、軸方向延長要素と、該軸
   方向延長要素に結合されると共に、前記半径方向
   延長部とは反対の半径方向に突き出た半径方向延
   長要素とを含んでいる、前記内側ケーシングと、 を備え、前記第１フランジ部及び第２フランジ
   部は協働して前記入口ノズルリングに対して前記
   内側ケーシングを封止すると共に構造的に鎖錠
   し、前記半径方向延長要素は前記軸方向延長部に
   半径方向に隣接し且つ前記半径方向延長部に軸方
   向に隣接しており、前記半径方向延長部は前記半
   径方向延長要素と軸方向に係合可能であるように
   構成した軸流弾性流体タービン。