WO2020170673A1

WO2020170673A1 - 車室、及び蒸気タービン

Info

Publication number: WO2020170673A1
Application number: PCT/JP2020/001668
Authority: WO
Inventors: 大西　智之; 雄久 ▲浜▼田
Original assignee: 三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-08-27
Also published as: JP2020133565A; CN112673151A; JP7199248B2; KR20210038675A; KR102512307B1; CN112673151B; US20210199023A1; US11339685B2

Abstract

車室（１）は、蒸気タービン（１００）のロータ（２１）を外側から覆うとともに、水平方向に蒸気を排出させる排気口（Ｅ）が形成された車室本体（１Ｂ）と、車室本体（１Ｂ）の外面から水平方向に広がる張出部（２２Ａ）と、張出部（２２Ａ）を台板上で支持する支持部（３０）と、を備え、支持部（３０）は、台板に対する張出部（２２Ａ）の鉛直方向における変位を規制するとともに、水平方向における張出部（２２Ａ）の変形、又は変位を許容した状態で張出部（２２Ａ）を台板に固定している。

Description

車室、及び蒸気タービン

　本発明は、車室、及び蒸気タービンに関する。
　本願は、２０１９年２月２２日に、日本に出願された特願２０１９－０３０９５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　蒸気タービンは、軸線に沿って延びるとともに、当該軸線回りに回転可能なロータと、このロータを外周側から覆うケーシング（車室）と、を備えている。車室の軸線方向一方側（上流側）には、ボイラ等から供給された高温高圧の蒸気を導く吸気口が形成されている。吸気孔から車室内に導かれた蒸気は、ロータの外周面に設けられた動翼、及び車室内周面に設けられた静翼に交互に衝突することで、ロータに回転力を与える。その後、蒸気は、車室の軸線方向他方側（下流側）に形成された排気口から外部の復水器等に送られる。

　排気口は、車室の下方に向かって延びていることがこれまで一般的であった。しかしながら、主にスペースの節約を図る上で、排気口を車室の左右いずれかの側面に形成する構成も実用化されている（例えば、下記特許文献１参照）。低圧車室は、ロータの軸線を中心とする筒状をなしている。低圧車室における軸線の径方向（水平方向）には、蒸気を外部に排気するための排気口が形成されている。また、低圧車室は、上側の上半部と、下側の下半部との２つの部材から構成されている。一般的には、下半部のみが床面（台板）に対してアンカー等によって固定されている。即ち、上半部は床面に対して固定されていない。

特開２０１８－０６６３０３号公報

　ここで、低圧車室の内部は、円滑な排気を促すために真空状態とされる。つまり、低圧車室は、外側から大気圧による荷重を受ける。一方で、低圧車室の排気口は大気圧開放されていることから、低圧車室には、排気口側に向かう水平方向の荷重が発生する。この荷重によって、上半部には軸線回りのモーメントが生じる。その結果、上半部が上方に浮き上がるように変位してしまう場合がある。このような変位は、車室の振動の原因にもなる。他方で、車室には蒸気の熱による熱伸びが生じることから、上半部の変位を完全に抑止してしまうことは最善とは言えない。したがって、熱伸びを許容しつつ、浮き上がりを抑制することが可能な構造を有する車室に対する要請が高まっている。

　本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、熱伸びを許容しつつ、浮き上がりを抑制することが可能な車室、及びこれを備える蒸気タービンを提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係る車室は、蒸気タービンのロータを外側から覆うとともに、水平方向に蒸気を排出させる排気口が形成された車室本体と、該車室本体の外面から水平方向に広がる張出部と、該張出部を台板上で支持する支持部と、を備え、前記支持部は、前記台板に対する前記張出部の鉛直方向における変位を規制するとともに、水平方向における前記張出部の変形、又は変位を許容した状態で前記張出部を前記台板に固定している。

　ここで、車室本体の内部は、蒸気の円滑な排気を促すために真空状態とされる。つまり、車室本体は、外側から大気圧による荷重を受ける。一方で、車室本体の排気口は大気圧開放されていることから、車室本体には、排気口側に向かう水平方向の荷重が発生する。
　この荷重によって、車室本体の上半部にはロータの中心軸回りのモーメントが生じる。その結果、車室本体が上方に浮き上がるように変位してしまう場合がある。このような変位は、車室の振動の原因にもなるため、抑制されることが望ましい。他方で、車室本体及び張出部には蒸気の熱による熱伸びが生じることから、これらの変形や変位を完全に抑止してしまうことは最善とは言えない。そこで、上記構成では、支持部は、台板に対する張出部の鉛直方向における変位を規制するとともに、水平方向における変形、又は変位を許容した状態で、張出部を台板に固定している。これにより、車室本体、及び張出部の水平方向における熱伸びを許容しつつ、鉛直方向への変位（浮き上がり）を抑制することができる。

　上記車室では、前記支持部は、前記張出部に形成された貫通孔に挿通されるとともに、外周面にねじが形成され、下側の端部が前記台板に形成されたねじ孔に噛み合うボルトと、前記ボルトの上側の端部に噛み合うことで、前記張出部を前記台板に対して鉛直方向に固定するナットと、該ナットと前記張出部との間に設けられた座金と、を有し、前記座金の厚さは、前記ナットと前記張出部との間の離間寸法よりも小さくてもよい。

　上記構成によれば、座金の厚さが、ナットと張出部との間の離間寸法よりも小さい。これにより、ナットをボルトに取り付けた状態で車室本体にモーメントが与えられた場合、張出部には鉛直方向への変位や熱伸びが一定程度許容される。一方で、ナットが設けられていることから、鉛直方向への過度な変位や熱伸びは規制することができる。したがって、例えば張出部の鉛直方向への変位や変形を完全に抑制する構成に比べて、張出部及び車室本体で生じる応力を一定程度逃がしながら、張出部を台板上で支持することができる。

　上記車室では、前記貫通孔の内径寸法は、前記ボルトの外径寸法よりも大きくてもよい。

　上記構成によれば、貫通孔の内径寸法がボルトの外径寸法よりも大きいことから、張出部にモーメントが生じた場合、ボルトは貫通孔の内部で水平方向に一定程度動くことができる。一方で、ボルトの過度な変位は貫通孔によって規制されている。したがって、例えば張出部の水平方向への変位や変形を完全に抑制する構成に比べて、張出部及び車室本体で生じる応力を一定程度逃がしながら、張出部を台板上で支持することができる。

　上記車室では、前記座金の前記張出部側の面に設けられ、該座金と前記張出部との間における摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する低摩擦部をさらに有してもよい。

　上記構成によれば、座金と張出部との間に低摩擦部が設けられていることから、張出部が水平方向に変位する際に、座金と張出部との間で生じる摩擦力が低減される。これにより、張出部に対する負荷を低減することができる。

　上記車室では、前記支持部は、前記台板上で、前記張出部に対して水平方向に隙間をあけて配置された基部と、該基部の上面から水平方向に張り出すとともに、前記張出部の上面に対して隙間をあけて対向する対向面を有する押さえ部と、を有してもよい。

　上記構成によれば、基部によって、張出部の水平方向への一定程度の変位や変形を許容しつつ、過度な変位や変形は規制することができる。また、押さえ部によって、張出部の鉛直方向への一定程度の変位や変形を許容しつつ、過度な変位や変形は規制することができる。したがって、例えば張出部の鉛直方向への変位や変形を完全に抑制する構成に比べて、張出部及び車室本体で生じる応力を一定程度逃がしながら、張出部を台板上で支持することができる。

　本発明の一態様に係る蒸気タービンは、軸線回りに回転可能なロータと、該ロータを外側から覆う上記のいずれか一態様に係る車室と、を備える。

　上記構成によれば、車室の変位や変形が抑制されることで、より安定的に運用することが可能な蒸気タービンを提供することができる。

　本発明によれば、熱伸びを許容しつつ、浮き上がりを抑制することが可能な車室、及びこれを備える蒸気タービンを提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す側面図である。本発明の第一実施形態に係る車室の平面図である。本発明の第一実施形態に係る支持部の構成を示す断面図である。本発明の第二実施形態に係る支持部の構成を示す断面図である。

［第一実施形態］
　本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１００は、水平方向に延びる軸線Ｏ回りに回転可能なロータ２１と、このロータ２１を外周側から覆う車室１と、を備えている。詳しくは図示しないが、ロータ２１は軸線Ｏに沿って延びており、その外周面には複数の動翼列が軸線Ｏ方向に間隔をあけて設けられている。車室１の内周面にはこれら複数の動翼列に対して軸線Ｏ方向に交互に配列された複数の静翼列が設けられている。車室１内に導かれた高温高圧の蒸気が動翼列、及び静翼列に交互に衝突することで、ロータ２１は車室１内で回転する。

　車室１は、軸線Ｏを中心とする筒状の車室本体１Ｂと、車室本体１Ｂの外面に設けられた第一張出部２２Ａ（張出部）、及び第二張出部２２Ｂと、を有している。車室本体１Ｂは、軸線Ｏを通る水平方向の分割面Ｌを境界として上側に位置する上半車室１１と、下側に位置する下半車室１２と、を有している。上半車室１１、及び下半車室１２はそれぞれ半円筒状をなしており、分割面Ｌを介して上下方向から一体に結合されることで車室本体１Ｂを形成している。このように構成された車室１の一部は、水平方向に開口する排気口Ｅとされている。排気口Ｅは、接続部８０を介して復水器９０に連通している。復水器９０は、排気口Ｅから排出された低温低圧の蒸気を液化するための装置である。

　下半車室１２には、当該下半車室１２を床面Ｆ上に設置された第一基礎部５０Ａ、及び第二基礎部５０Ｂに固定するための第一張出部２２Ａ、第二張出部２２Ｂ、及びトランスバースアンカーＴａが設けられている。第一張出部２２Ａは、床面Ｆから上方に延びる第一基礎部５０Ａの上面に、後述する支持部３０によって固定されている。第一張出部２２Ａは、車室本体１Ｂ（下半車室１２）の外面から水平方向に広がる板状をなしている（図２参照）。第一張出部２２Ａは、上方から見て、下半車室１２を囲むようにＣ字状をなしている。

　第二張出部２２Ｂは、床面から上方に延びる第二基礎部５０Ｂの上面に、固定されることなく載置されている。第二張出部２２Ｂは、車室本体１Ｂ（下半車室１２）の外面から水平方向に広がる板状をなしている（図２参照）。第二張出部２２Ｂは、上記の第一張出部２２Ａから水平方向に離れた位置に設けられている。また、第二張出部２２Ｂは、軸線Ｏ方向両側に１つずつ設けられている。

　トランスバースアンカーＴａは、下半車室１２の水平方向への変位を規制しつつ、鉛直方向への変位や変形を許容する固定装置である。トランスバースアンカーＴａは、軸線Ｏ方向から見て、下半車室１２の軸線Ｏと重なる位置に設けられている。

　支持部３０は、第一張出部２２Ａを第一基礎部５０Ａ上で鉛直方向における変位を規制するとともに、水平方向における変形、又は変位を許容した状態で固定している。なお、図２に示すように、支持部３０は軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数設けられている。

　図３に示すように、第一基礎部５０Ａは、強化コンクリート等で形成された基礎本体５１と、基礎本体５１の上面に一体に設けられたグラウト５２と、を有している。さらに、グラウト５２の上面には、金属で形成された台板５３が取り付けられている。台板５３には、当該台板５３の上面（台板上面５３Ｓ）から厚さ方向（鉛直方向）に凹む台板孔５３Ｈが形成されている。台板孔５３Ｈには、基礎ボルト７１が挿通される。

　基礎ボルト７１の上端には、グラウト５２の上面に対して台板５３を押し付けるように固定する基礎ナット７２が締結されている。なお、第一張出部２２Ａにおける上記台板孔５３Ｈに対応する位置には、基礎ボルト７１を挿通可能な大きさの第二孔Ｈ２が形成されている。即ち、基礎ボルト７１は、第一張出部２２Ａを第一基礎部５０Ａ上に配置した後で取り付けることが可能である。

　支持部３０は、ボルト７３と、ナット７４と、座金７５と、低摩擦部材７６を有している。ボルト７３は、第一張出部２２Ａに形成された第一孔Ｈ１（貫通孔）に挿通されている。第一孔Ｈ１は、上記に第二孔Ｈ２よりも車室本体１Ｂ（下半車室１２）に近接した位置に形成されている。第一孔Ｈ１の内径寸法は、ボルト７３の外径寸法よりも大きい。つまり、ボルト７３の外周面と第一孔Ｈ１の内周面との間には隙間が形成されている。ボルト７３の下側の端部は、台板５３に形成されたねじ孔Ｈ３に噛み合うことで固定されている。

　ボルト７３の上端には、ナット７４が取り付けられている。ナット７４は、第一張出部２２Ａの上面Ｓ１から上方に離間した位置に締結されている。つまり、ナット７４と上面Ｓ１との間には隙間Ｇが形成されている。この隙間Ｇには、座金７５が取り付けられている。座金７５はナット７４が挿通可能な内径寸法を有する環状をなしている。座金７５の厚さは、ナット７４と第一張出部２２Ａとの間の離間寸法（鉛直方向における隙間Ｇの寸法）よりも小さい。

　座金７５の下方には低摩擦部材７６が一体に取り付けられている。低摩擦部材７６は、座金７５と第一張出部２２Ａとの間における摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有している。低摩擦部材７６は一例としてナイロンやテフロン（登録商標）を含む樹脂材料によって形成されている。以上のような構成により、第一張出部２２Ａの下面Ｓ２と台板上面５３Ｓとが当接した状態となる。

　ここで、車室本体１Ｂの内部は、蒸気の円滑な排気を促すために真空状態とされる。つまり、車室本体１Ｂは、外側から大気圧による荷重を受ける。一方で、車室本体１Ｂの排気口Ｅは大気圧開放されていることから、車室本体１Ｂには、排気口Ｅ側に向かう水平方向の荷重が発生する。この荷重によって、車室本体１Ｂの上半部（上半車室１１）にはロータ２１の中心軸（軸線Ｏ）回りのモーメントが生じる。その結果、下半車室１２によって下方から押されることで、上半車室１１が上方に浮き上がるように変位してしまう場合がある。このような変位は、車室本体１Ｂの振動の原因にもなるため、抑制されることが望ましい。他方で、車室本体１Ｂ及び第一張出部２２Ａには蒸気の熱による熱伸びが生じることから、これらの変形や変位を完全に抑止してしまうことは最善とは言えない。

　そこで、上記構成では、支持部３０は、台板５３に対する第一張出部２２Ａの鉛直方向における変位を規制するとともに、水平方向における変形、又は変位を許容した状態で、第一張出部２２Ａを台板５３に固定している。これにより、車室本体１Ｂ、及び張出部の水平方向における熱伸びを許容しつつ、鉛直方向への変位（浮き上がり）を抑制することができる。

　具体的には、上記構成によれば、座金７５の厚さが、ナット７４と第一張出部２２Ａとの間の離間寸法よりも小さい。これにより、ナット７４をボルト７３に取り付けた状態で車室本体１Ｂにモーメントが与えられた場合、第一張出部２２Ａには鉛直方向への変位や熱伸びが一定程度許容される。一方で、ナット７４が設けられていることから、鉛直方向への過度な変位や熱伸びは規制することができる。したがって、例えば第一張出部２２Ａの鉛直方向への変位や変形を完全に抑制する構成に比べて、第一張出部２２Ａ及び車室本体１Ｂで生じる応力を一定程度逃がしながら、第一張出部２２Ａを台板５３上で支持することができる。

　さらに、上記構成によれば、第一孔Ｈ１の内径寸法がボルト７３の外径寸法よりも大きいことから、第一張出部２２Ａにモーメントが生じた場合、ボルト７３は第一孔Ｈ１の内部で水平方向に一定程度動くことができる。一方で、ボルト７３の過度な変位は第一孔Ｈ１によって規制されている。したがって、例えば第一張出部２２Ａの水平方向への変位や変形を完全に抑制する構成に比べて、第一張出部２２Ａ及び車室本体１Ｂで生じる応力を一定程度逃がしながら、第一張出部２２Ａを台板５３上で支持することができる。

　加えて、上記構成によれば、座金７５と第一張出部２２Ａとの間に低摩擦部材７６が設けられていることから、第一張出部２２Ａが水平方向に変位する際に、座金７５と第一張出部２２Ａとの間で生じる摩擦力が低減される。これにより、第一張出部２２Ａが変位したり変形したりする際に生じる応力負荷を低減することができる。

　以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

　［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態について、図４を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図４に示すように、本実施形態に係る支持部３０Ｂは、断面視でＬ字状をなしている。支持部３０Ｂは、基部６１と、押さえ部６２と、を有する。

　基部６１は、台板上面５３Ｓ上に固定され、上方に向かって延びる板状をなしている。
　この基部６１における第一張出部２２Ａ側を向く面（基部内側面Ｓ４）は、第一張出部２２Ａの水平方向を向く面（側面Ｓ３）に対して隙間をあけて対向している。

　押さえ部６２は、基部６１の上端から第一張出部２２Ａ側に向かって水平方向に張り出している。押さえ部６２の下側の面（対向面Ｓ５）は、第一張出部２２Ａの上面Ｓ１に対して隙間をあけて対向している。

　上記構成によれば、基部６１が隙間をあけて第一張出部２２Ａに対向していることによって、第一張出部２２Ａの水平方向への一定程度の変位や変形を許容しつつ、過度な変位や変形は規制することができる。また、押さえ部６２が隙間をあけて第一張出部２２Ａに対向していることによって、第一張出部２２Ａの鉛直方向への一定程度の変位や変形を許容しつつ、過度な変位や変形は規制することができる。したがって、例えば第一張出部２２Ａの鉛直方向への変位や変形を完全に抑制する構成に比べて、第一張出部２２Ａ及び車室本体１Ｂで生じる応力を一定程度逃がしながら、張出部を台板上で支持することができる。

　以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

　本発明は、車室、及び蒸気タービンに適用可能である。

　１００　　蒸気タービン
　１　　車室
　１Ｂ　　車室本体
　１１　　上半車室
　１２　　下半車室
　２１　　ロータ
　２２Ａ　　第一張出部（張出部）
　２２Ｂ　　第二張出部
　３０　　支持部
　３０Ｂ　　支持部
　５０Ａ　　第一基礎部
　５０Ｂ　　第二基礎部
　５１　　基礎本体
　５２　　グラウト
　５３　　台板
　５３Ｈ　　台板孔
　５３Ｓ　台板上面
　６１　　基部
　６２　　押さえ部
　７１　　基礎ボルト
　７２　　基礎ナット
　７３　　ボルト
　７４　　ナット
　７５　　座金
　７６　　低摩擦部材
　８０　　接続部
　９０　　復水器
　Ｆ　　床面
　Ｇ　　隙間
　Ｈ１　　第一孔（貫通孔）
　Ｈ２　　第二孔
　Ｈ３　　ねじ孔
　Ｌ　　分割面
　Ｏ　　軸線
　Ｓ１　　上面
　Ｓ２　　下面
　Ｓ３　　側面
　Ｓ４　　基部内側面
　Ｓ５　　対向面
　Ｔａ　　トランスバースアンカー

Claims

　蒸気タービンのロータを外側から覆うとともに、水平方向に蒸気を排出させる排気口が形成された車室本体と、
　該車室本体の外面から水平方向に広がる張出部と、
　該張出部を台板上で支持する支持部と、
　を備え、
　前記支持部は、前記台板に対する前記張出部の鉛直方向における変位を規制するとともに、水平方向における前記張出部の変形、又は変位を許容した状態で前記張出部を前記台板に固定している車室。
　前記支持部は、前記張出部に形成された貫通孔に挿通されるとともに、外周面にねじが形成され、下側の端部が前記台板に形成されたねじ孔に噛み合うボルトと、
　前記ボルトの上側の端部に噛み合うことで、前記張出部を前記台板に対して鉛直方向に固定するナットと、
　該ナットと前記張出部との間に設けられた座金と、
　を有し、
　前記座金の厚さは、前記ナットと前記張出部との間の離間寸法よりも小さい請求項１に記載の車室。
　前記貫通孔の内径寸法は、前記ボルトの外径寸法よりも大きい請求項２に記載の車室。
　前記座金の前記張出部側の面に設けられ、該座金と前記張出部との間における摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する低摩擦部材をさらに有する請求項２又は３に記載の車室。
　前記支持部は、前記台板上で、前記張出部に対して水平方向に隙間をあけて配置された基部と、
　該基部の上面から水平方向に張り出すとともに、前記張出部の上面に対して隙間をあけて対向する対向面を有する押さえ部と、
　を有する請求項１に記載の車室。
　軸線回りに回転可能なロータと、
　該ロータを外側から覆う請求項１から５のいずれか一項に記載の車室と、
　を備える蒸気タービン。