JPS6332964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気タービンのダイアフラムの変形
防止装置に関する。

最近の大容量蒸気タービンにおいては、ブラン
トの効率向上を図るため、使用する主蒸気条件
も、温度538℃、圧力246気圧、再熱蒸気温度566
℃と高温、高圧化している。

このため、特に再熱蒸気が入つてくる中圧段落
においては、ロータが高温蒸気にさらされる結
果、クリーブ変形を起こし、経年的に曲がりが発
生する。かかるロータの曲がり発生を防止するた
め、ロータ冷却装置を配置することが一般化して
きている。

第１図、第２図に蒸気タービンの中圧初段と、
これに適用したロータ冷却装置を示す。

これらの図に示される蒸気タービンの中圧初段
は、外部車室１、内部車室２、ロータ３、ダイア
フラム４、羽根車１０を備えている。前記ダイア
フラム４は、外輪５、内輪６、作動蒸気１００の
蒸気通路部である固定羽根７とを有し、外輪５と
内輪６とは組立、分解の都合上、第２図に示され
るように、ダイアフラム４の中心を通る水平の分
割面で２分割されている。前記ダイアフラム４の
内輪６の外周面と内部車室２の内周面間には作動
蒸気用チヤンバ８が形成され、ダイアフラム４の
内輪６の内周面とロータ３の外周面間にはロータ
冷却蒸気用チヤンバ９が形成されている。前記羽
根車１０には、固定羽根７に対応する回転羽根７
に対応する回転羽根１１とロータ冷却蒸気用の連
通孔１２が設けられている。

そして、前述の中圧初段においては、作動蒸気
用チヤンバ９に導入された作動蒸気１００は、通
常、温度560℃、圧力約25ataであり、この作動蒸
気１００は、固定羽根７間に流れ、該固定羽根７
を通過する間に膨張し、ついで回転羽根１１に向
かつて噴出され、羽根車１０を回転駆動し、仕事
をしたのち、後段落に流れる。

つぎに、ロータ冷却装置はロータ冷却蒸気用の
リードパイプ１３、および前記ダイアフラム４の
内輪６の内周面とロータ３の外周面間に形成され
たロータ冷却蒸気用チヤンバ９とを有している。
前記リードパイプ１３は、第１図に示されるよう
に、外部車室１、内部車室２、ダイアフラム４の
内輪６を貫通して設けられており、ロータ冷却蒸
気用チヤンバ９に臨む先端部にはノズル孔１４が
形成されている。

而して、前述のロータ冷却装置では、外部系統
よりリードパイプ１３にロータ冷却用蒸気１０１
が供給される。このロータ冷却用蒸気１０１は、
通常、温度450〜460℃、圧力約20ataに設定され
ており、該ロータ冷却用蒸気１０１はリードパイ
プ１３の先端部に設けられたノズル孔１４からロ
ータ冷却蒸気用チヤンバ９に流れ、ついでロータ
３の外周面に沿つて羽根車１０方向に流れ、ロー
タ３を冷却したのち、羽根車１０に設けられた連
通孔１２を通つて後段落へ流れる。

ところで、前述のロータ冷却装置によりロータ
冷却を実施した結果、最近になつて、中圧初段の
ダイアフラム４の外輪５と内輪６との間に温度差
が生じ、このためダイアフラム４に変形が生ずる
ことが判明した。

かかるダイアフラム４の変形発生のメカニズム
とその影響を第２図、第３図および第４図に関連
して説明する。

中圧初段の作動蒸気１００は前述のごとく、通
常、温度566℃に設定され、ロータ冷却蒸気１０
１は通常450〜460℃に設定される。したがつて、
作動蒸気１００とロータ冷却蒸気１０１との温度
差は、約110〜120℃と大きな値となつている。

そして、蒸気タービンの運転初期の段階では、
中圧初段のダイアフラム４の処輪５と内輪６とは
ロータ冷却蒸気１０１に比べて温度が高い作動蒸
気１００にさらされるので、外輪５側はロータ冷
却蒸気１０１と接触する内輪６の内周面６′側よ
りも伸びが大きく、外輪５と内輪６間に第２図に
矢印１０２で示されるように、円周方向における
伸び差が発生する。

ダイアフラム４の外輪５と内輪６との間に伸び
差が発生すると、本来ダイアフラム４の上、下分
割面は全面にわたつて接触すべきところ、高温の
作動蒸気１００にさらされて伸び量が大きい外輪
５側の上、下分割面は接触するものの、低温のロ
ータ冷却蒸気１０１に接して伸び量が小さい内輪
６側の上、下分割面は接触せず、第３図に示され
るように、外輪５側の分割面を起点として内輪６
側に向かつて〓間寸法を漸増するくさび形の〓間
１５が生ずる。

また、前述のごとく、作動蒸気１００は圧力約
25ataであり、ロータ冷却蒸気１０１は圧力約
20ataであることから、ダイアフラム４の内輪６
の外周面には常に第３図に矢印１０３で示される
力が作用する。この力の総合計は、約90〜100に
もなり、内輪６には高温下において前記〓間１５
を閉じる方向に非常に大きな力が作用し、前記〓
間１５が除々に小さくなる。

前記ダイアフラム４の内輪６側に高温下で長時
間にわたり大きな力が加わる結果、内輪６側にク
リーブが起こり、塑性変形するため、ダイアフラ
ム４の冷却時に元の形状に戻らず、第４図に示さ
れるように、外輪５の上、下分割面の外側に向か
つて〓間寸法を漸増するくさび形の〓間１６が発
生する。

以上述べた現象において、最も問題となるの
は、ダイアフラム４の内輪６側に〓間１５が生ず
ることにより、ロータ冷却蒸気用チヤンバ９内に
作動蒸気１００が流れ込み、ロータ冷却蒸気１０
１に高温の作動蒸気１００が混入し、ロータ冷却
効果を著しく阻害することとであり、まだダイア
フラム４にはロータ３の外周面との間に間〓を１
mm以下に設定されたパツキングリングやラジアル
フイン等の部品が付設されているので、ダイアフ
ラム４が変形すると前記部品とロータ３とが接触
し、ロータ３の振動を誘発し、軸受焼損等の重大
事故発生の可能性をも有することである。

本発明の目的は、高温の作動蒸気とロータ冷却
蒸気との温度差によつてダイアフラムの外輪と内
輪の上、下分割面に生ずる〓間の発生を防止しう
るダイアフラムの変形防止装置を提供するにあ
る。

本発明の特徴は、蒸気タービンのダイアフラム
の外輪と内輪とのそれぞれに、該ダイアフラムの
中心を半径の中心とする環状の空洞を設け、外輪
に設けられた空洞に内部車室の外側から冷却蒸気
導入管を連結するとともに、前記外輪に設けられ
た空洞と内輪に設けられた空洞とを冷却蒸気通路
により連結したところに存し、この構成により前
記目的を確実に達成することができたものであ
る。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第５図、第６図は、蒸気タービンの中圧初段に
適用した本発明の一実施例を示すもので、中圧初
段のダイアフラム４の外輪５には第１の空洞１７
が設けられ、内輪６には第２の空洞１８が設けら
れている。

前記第１、第２の空洞１７，１８とも、ダイア
フラム４の中心を半径の中心とする環状に形成さ
れており、第１の空洞１７は作動蒸気通路部であ
る固定羽根７の外側に位置し、第２の空洞１８は
前記固定羽根７の内側に接近した位置に設けられ
ている。

前記第１の空洞１７には、外部車室１、内部車
室２を貫通して冷却蒸気導入管１９が連結され、
該冷却蒸気導入管１９は外部においてロータ冷却
蒸気１０１のリードパイプ１３に接続され、前記
冷却蒸気導入管１９にはリードパイプ１３から分
岐された低温蒸気が供給され、該蒸気はダイアフ
ラム冷却蒸気１０４として第１の空洞１７内に導
入されるようになつているが、前記冷却蒸気導入
管１７とリードパイプ１３との接続部は図面では
省略されている。

また、第２の空洞１８は外輪５と内輪６の上部
において固定羽恨７，７間に形成された冷却蒸気
通路２０により連絡されており、該冷却蒸気通路
２０を通じて第１の空洞１７から第２の空洞１８
へダイアフラム冷却蒸気１０４が導入されるよう
になつている。

前記外輪５と内輪６の下部には、それぞれダイ
アフラム冷却蒸気１０４のドレーン孔２１，２２
が設けられている。

なお、第５図、第６図に示される実施例におい
て中圧初段の構成、およびロータ冷却装置の構成
は、前述の第１図、第２図について説明したとこ
ろと同様である。

前記実施例のダイアフラム冷却装置では、ロー
タ冷却蒸気用のリードパイプ１３より冷却蒸気導
入管１９に低温蒸気が分岐され、その蒸気はダイ
アフラム冷却蒸気１０４として冷却蒸気導入管１
９を通つて第１の空洞１７に導入され、さらに第
１、第２の空洞１７，１８を結ぶ冷却蒸気通路２
０を通つて第２の空洞１８に導入される。

そして、第１の空洞１７に導入されたダイアフ
ラム冷却蒸気１０４によりダイアフラム４の外輪
５が冷却され、第２の空洞１８に導入されたダイ
アフラム冷却蒸気１０４により内輪６が冷却さ
れ、前記外輪５と内輪６は、内輪６の内周面とロ
ータ３の外周面間に形成されたロータ冷却蒸気用
チヤンバ９に導入されるロータ冷却蒸気１０１と
同温度の蒸気により冷却される。

したがつて、前記外輪５、内輪６、その内周面
６′間の温度差が殆んどなくなり、ダイアフラム
４全体がほぼ均一な温度状態に保たれる結果、外
輪５と内輪６の上、下分割面に〓間が生せず、該
〓間を小さくする方向に塑性変形させるクリーブ
も発生しないので、ダイアフラム４の変形が防止
される。

前記第１、第２の空洞１７，１８において、外
輪５および内輪６を冷却したダイアフラム冷却蒸
気１０４は、ドレーン孔２１，２２からダイアフ
ラム４の外部に排出される。

さらに、本発明は図示の中圧初段に限らず、蒸
気タービンの段落一般に適用できるものである。

本発明は、以上説明した構成、作用のもので、
本発明によればダイアフラム全体をほぼ均一の温
度に冷却し、その温度に保持しうるので、ダイア
フラムの内、外輪の温度差によつて内、外輪の上
下分割面に生ずる〓間の発生を未然に防止できる
ので、前記〓間に起因するダイアフラムの変形を
防止できる結果、ダイアフラムの変形に伴うトラ
ブルを全て解消しうる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータ冷却装置を有する蒸気タービン
の中圧初段の縦断拡大側面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線切断正面図、第３図は作動蒸気とロータ
冷却蒸気との温度差によつて生ずる〓間の説明
図、第４図は前記〓間によつて発生するクリーブ
によるダイアフラムの変形の説明図である。第５
図は本発明を中圧初段に適用した一実施例を示す
縦断側面図、第６図は同上要部の縦断拡大側面図
である。 １……外部車室、２……内部車室、３……ロー
タ、４……中圧初段のダイアフラム、５……ダイ
アフラムの外輪、６……同内輪、７……作動蒸気
通路部である固定羽根、９……ロータ冷却蒸気用
チヤンバ、１０……羽根車、１１……回転羽根、
１３……ロータ冷却蒸気用のリードパイプ、１
７，１８……ダイアフラム冷却蒸気用の第１、第
２の空洞、１９……同冷却蒸気導入管、２０……
第１、第２の空洞を結ぶ冷却蒸気通路、１００…
…作動蒸気、１０１……ロータ冷却蒸気、１０４
……ダイアフラム冷却蒸気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 蒸気タービンロータの冷却用蒸気を供給
   するため、外部車室、内部車室、及びダイアフ
   ラム内輪を貫通するリードパイプを設けた蒸気
   タービンにおいて、 (b) ダイアフラムの外輪と内輪とのそれぞれに、
   該ダイアフラムの中心を半径の中心とする環状
   の空洞を設け、 (c) 前記のリードパイプから分岐されて冷却用蒸
   気を導く冷却蒸気導入管を構成し、 (d) 上記の冷却蒸気導入管の先端を、前記ダイア
   フラム外輪に設けられた環状空洞に連通せし
   め、 (e) 上記のダイアフラム外輪に設けられた環状空
   洞と、ダイアフラム内輪に設けられた環状空洞
   とを、固定羽根に設けられた冷却蒸気通路によ
   り連絡したことを特徴とする蒸気タービンのダ
   イアフラムの変形防止装置。