JP2000303802A - 蒸気タービン - Google Patents
蒸気タービンInfo
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- JP2000303802A JP2000303802A JP11118350A JP11835099A JP2000303802A JP 2000303802 A JP2000303802 A JP 2000303802A JP 11118350 A JP11118350 A JP 11118350A JP 11835099 A JP11835099 A JP 11835099A JP 2000303802 A JP2000303802 A JP 2000303802A
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- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】温度650℃以上の蒸気を使用しても無駄のな
い安定した運転ができるようにした蒸気タービンを提供
する。 【解決手段】本発明に係る蒸気タービンは、Fe基超合
金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼のう
ち、いずれかを選択したタービンロータ7と、Ni基超
合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼のう
ち、いずれかを選択したタービン翼1,2と、オーステ
ナイト系合金鋼で作製したパッキンリング11とを備え
た。
い安定した運転ができるようにした蒸気タービンを提供
する。 【解決手段】本発明に係る蒸気タービンは、Fe基超合
金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼のう
ち、いずれかを選択したタービンロータ7と、Ni基超
合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼のう
ち、いずれかを選択したタービン翼1,2と、オーステ
ナイト系合金鋼で作製したパッキンリング11とを備え
た。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度が650℃以
上の蒸気を作動流体とする蒸気タービンに関する。
上の蒸気を作動流体とする蒸気タービンに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、蒸気タービンは、流入する蒸気
の圧力、温度を高くするほどその出力および熱効率を高
くさせることができるとされている。このため、蒸気タ
ービンは蒸気条件として、昭和30年代の圧力5.88
MPa、温度485℃の非再熱から昭和42年後半以後
にかけて圧力24.12MPa、温度538℃/566
℃の一段再熱や538℃/552℃/566℃の二段再
熱に増加させて単機容量の増加と熱効率の向上を図って
きた。
の圧力、温度を高くするほどその出力および熱効率を高
くさせることができるとされている。このため、蒸気タ
ービンは蒸気条件として、昭和30年代の圧力5.88
MPa、温度485℃の非再熱から昭和42年後半以後
にかけて圧力24.12MPa、温度538℃/566
℃の一段再熱や538℃/552℃/566℃の二段再
熱に増加させて単機容量の増加と熱効率の向上を図って
きた。
【0003】最近では、一段再熱の場合、蒸気温度53
8℃/566℃または538℃/538℃がほぼ定着し
ている。
8℃/566℃または538℃/538℃がほぼ定着し
ている。
【0004】しかし、最近のように、温暖化現象や環境
破壊等が地球規模のレベルでクローズアップされている
今日、火力発電プラントの分野でも燃料の消費をより一
層少なくさせて単機容量を増加させる研究開発が行われ
ており、その一つに蒸気温度を650℃以上にすること
が目標値とされている。
破壊等が地球規模のレベルでクローズアップされている
今日、火力発電プラントの分野でも燃料の消費をより一
層少なくさせて単機容量を増加させる研究開発が行われ
ており、その一つに蒸気温度を650℃以上にすること
が目標値とされている。
【0005】蒸気温度を650℃にする場合、解決すべ
き多くの問題点が残されている中で、タービン材につい
ては強度的な保証が得られてきているものの、蒸気ター
ビン全体としては未だ多くの未解決な問題があり、現在
も検討中である。
き多くの問題点が残されている中で、タービン材につい
ては強度的な保証が得られてきているものの、蒸気ター
ビン全体としては未だ多くの未解決な問題があり、現在
も検討中である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来、火力発電プラン
トは、蒸気タービンに使用するタービンロータ、タービ
ンノズル、タービン動翼等のタービン材にフェライト系
耐熱鋼を使用してきたが、蒸気温度がさらに高温化され
ると、その強度保証が難しくなってきている。このた
め、例えば特公昭60−31898号公報、特公昭60
−54385号公報、特開平7−34202号公報、特
開平8−3697号公報等にはこの高温化に対処できる
ように改良された耐熱鋼が開示されている。
トは、蒸気タービンに使用するタービンロータ、タービ
ンノズル、タービン動翼等のタービン材にフェライト系
耐熱鋼を使用してきたが、蒸気温度がさらに高温化され
ると、その強度保証が難しくなってきている。このた
め、例えば特公昭60−31898号公報、特公昭60
−54385号公報、特開平7−34202号公報、特
開平8−3697号公報等にはこの高温化に対処できる
ように改良された耐熱鋼が開示されている。
【0007】しかし、蒸気タービンに流入する蒸気の温
度が650℃以上といわゆる超高温、超々高温と言われ
る分野では、上述公報に開示された耐熱鋼においても充
分な強度保証を維持させることは難しいものと言われて
いる。
度が650℃以上といわゆる超高温、超々高温と言われ
る分野では、上述公報に開示された耐熱鋼においても充
分な強度保証を維持させることは難しいものと言われて
いる。
【0008】最近、高温化に対処させるため、タービン
ノズル、タービン動翼等タービン材には、Ni基合金と
して代表されるオーステナイト系合金鋼が適用されてい
る。
ノズル、タービン動翼等タービン材には、Ni基合金と
して代表されるオーステナイト系合金鋼が適用されてい
る。
【0009】しかし、Ni基合金などのオーステナイト
系合金鋼は、熱伝導率が低く、線膨張係数が高い材質を
もっているため、タービンケーシングやシール用のパッ
キンリングに適用されるフェライト・マルテンサイト系
合金鋼に較べて熱伸びが大きい。このため、蒸気タービ
ンは、運転中に発生する遠心力に伴う伸びに、上述の熱
伸びが加わって、パッキンリングのタービンロータへの
ラビング(接触)やタービン動翼の頂部に設けたパッキ
ンリングのタービンケーシングへのラビングの発生のお
それがある。
系合金鋼は、熱伝導率が低く、線膨張係数が高い材質を
もっているため、タービンケーシングやシール用のパッ
キンリングに適用されるフェライト・マルテンサイト系
合金鋼に較べて熱伸びが大きい。このため、蒸気タービ
ンは、運転中に発生する遠心力に伴う伸びに、上述の熱
伸びが加わって、パッキンリングのタービンロータへの
ラビング(接触)やタービン動翼の頂部に設けたパッキ
ンリングのタービンケーシングへのラビングの発生のお
それがある。
【0010】このラビングの発生を避けるため、パッキ
ンリングのクリアランス(隙間)を大きく設定すること
も考えられるが、クリアランスを大きくすると、蒸気漏
れになり、蒸気の無駄な消費につながる。
ンリングのクリアランス(隙間)を大きく設定すること
も考えられるが、クリアランスを大きくすると、蒸気漏
れになり、蒸気の無駄な消費につながる。
【0011】また、タービンノズル等は、オーステナイ
ト系合金鋼を使用すると、蒸気に直接晒されていること
もあって熱伸びが発生するが、その際、その熱伸びがタ
ービンケーシングに拘束され、熱応力となる。この熱応
力の発生を低く抑えるには、タービンケーシングも線膨
張係数の大きいタービン材を採用し、タービンノズルと
もどもタービンケーシングも熱伸びを大きくすることも
考えられるが、静止時にクリアランスを最小に設定して
も径が大きい側ほど熱伸びが大きくなり、むしろ蒸気漏
れの要因になってしまう。
ト系合金鋼を使用すると、蒸気に直接晒されていること
もあって熱伸びが発生するが、その際、その熱伸びがタ
ービンケーシングに拘束され、熱応力となる。この熱応
力の発生を低く抑えるには、タービンケーシングも線膨
張係数の大きいタービン材を採用し、タービンノズルと
もどもタービンケーシングも熱伸びを大きくすることも
考えられるが、静止時にクリアランスを最小に設定して
も径が大きい側ほど熱伸びが大きくなり、むしろ蒸気漏
れの要因になってしまう。
【0012】また、オーステナイト系合金鋼の場合、大
型の鋼塊の製造に限界があり、軸受等のタービン大型部
品の製造を難しくしている。このため、タービンロータ
にオーステナイト系合金鋼を使用する場合でも、軸受は
フェライト・マルテンサイト系合金鋼を使用している。
型の鋼塊の製造に限界があり、軸受等のタービン大型部
品の製造を難しくしている。このため、タービンロータ
にオーステナイト系合金鋼を使用する場合でも、軸受は
フェライト・マルテンサイト系合金鋼を使用している。
【0013】しかし、異種の材料を使用すると、タービ
ンロータと軸受にはゴーリング(かじり)の発生の可能
性がある。
ンロータと軸受にはゴーリング(かじり)の発生の可能
性がある。
【0014】このように、蒸気タービンは、蒸気の超高
温化に伴ってタービン材としてオーステナイト系合金鋼
を使用しても多くの問題点が残されており、何らかの新
たな改善策が求められていた。
温化に伴ってタービン材としてオーステナイト系合金鋼
を使用しても多くの問題点が残されており、何らかの新
たな改善策が求められていた。
【0015】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、蒸気が超高温化されても無駄のない安定し
た運転ができるようにした蒸気タービンを提供すること
を目的とする。
れたもので、蒸気が超高温化されても無駄のない安定し
た運転ができるようにした蒸気タービンを提供すること
を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係る蒸気タービ
ンは、上記目的を達成するために、請求項1に記載した
ように、Fe基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナ
イト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービンロー
タと、Ni基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイ
ト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービン翼と、
オーステナイト系合金鋼で作製したパッキンリングとを
備えたものである。
ンは、上記目的を達成するために、請求項1に記載した
ように、Fe基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナ
イト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービンロー
タと、Ni基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイ
ト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービン翼と、
オーステナイト系合金鋼で作製したパッキンリングとを
備えたものである。
【0017】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項2に記載したように、F
e基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金
鋼のうち、いずれかを選択したタービンロータと、Ni
基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼
のうち、いずれかを選択したタービン動翼と、オーステ
ナイト系合金鋼で作製したパッキンリングと、オーステ
ナイト系合金鋼で作製したタービンケーシングとを備え
たものである。
目的を達成するために、請求項2に記載したように、F
e基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金
鋼のうち、いずれかを選択したタービンロータと、Ni
基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼
のうち、いずれかを選択したタービン動翼と、オーステ
ナイト系合金鋼で作製したパッキンリングと、オーステ
ナイト系合金鋼で作製したタービンケーシングとを備え
たものである。
【0018】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項3に記載したように、タ
ービンロータに植設されたタービン動翼の頂部に対峙
し、かつタービンケーシングに係合するパッキンリング
を備えた蒸気タービンにおいて、上記パッキンリングを
複数に分割してリング片を形成し、各リング片間にばね
を介装させたものである。
目的を達成するために、請求項3に記載したように、タ
ービンロータに植設されたタービン動翼の頂部に対峙
し、かつタービンケーシングに係合するパッキンリング
を備えた蒸気タービンにおいて、上記パッキンリングを
複数に分割してリング片を形成し、各リング片間にばね
を介装させたものである。
【0019】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項4に記載したように、パ
ッキンリングを6つのリング片に分割させたものであ
る。
目的を達成するために、請求項4に記載したように、パ
ッキンリングを6つのリング片に分割させたものであ
る。
【0020】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項5に記載したように、パ
ッキンリングを係合させるタービンケーシングに、リン
グ片収容室に連通する蛇行状の通路を形成したものであ
る。
目的を達成するために、請求項5に記載したように、パ
ッキンリングを係合させるタービンケーシングに、リン
グ片収容室に連通する蛇行状の通路を形成したものであ
る。
【0021】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項6に記載したように、F
e基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金
鋼のうち、いずれかを選択したタービンロータと、Ni
基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼
のうち、いずれかを選択したタービンノズルとを備えた
ものである。
目的を達成するために、請求項6に記載したように、F
e基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金
鋼のうち、いずれかを選択したタービンロータと、Ni
基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼
のうち、いずれかを選択したタービンノズルとを備えた
ものである。
【0022】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項7に記載したように、タ
ービンノズルとタービン動翼を組み合せたタービン段落
を軸方向に沿って複数段にして備えたタービンロータ
と、このタービンロータを軸支する軸受を備えた蒸気タ
ービンにおいて、上記軸受に軸支されるタービンロータ
のジャーナル部にオーバレイ溶接部を形成したものであ
る。
目的を達成するために、請求項7に記載したように、タ
ービンノズルとタービン動翼を組み合せたタービン段落
を軸方向に沿って複数段にして備えたタービンロータ
と、このタービンロータを軸支する軸受を備えた蒸気タ
ービンにおいて、上記軸受に軸支されるタービンロータ
のジャーナル部にオーバレイ溶接部を形成したものであ
る。
【0023】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項8に記載したように、オ
ーバレイ溶接部をフェライト・マルテンサイト系合金鋼
で形成したものである。
目的を達成するために、請求項8に記載したように、オ
ーバレイ溶接部をフェライト・マルテンサイト系合金鋼
で形成したものである。
【0024】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項9に記載したように、タ
ービンノズルとタービン動翼を組み合せたタービン段落
を軸方向に沿って複数段にして備えたタービンロータ
と、このタービンロータを軸支する軸受を備えた蒸気タ
ービンにおいて、上記軸受に軸支されるタービンロータ
のジャーナル部にスリーブを嵌装させたものである。
目的を達成するために、請求項9に記載したように、タ
ービンノズルとタービン動翼を組み合せたタービン段落
を軸方向に沿って複数段にして備えたタービンロータ
と、このタービンロータを軸支する軸受を備えた蒸気タ
ービンにおいて、上記軸受に軸支されるタービンロータ
のジャーナル部にスリーブを嵌装させたものである。
【0025】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項10に記載したように、
スリーブをフェライト・マルテンサイト系合金鋼で作製
したものである。
目的を達成するために、請求項10に記載したように、
スリーブをフェライト・マルテンサイト系合金鋼で作製
したものである。
【0026】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項11に記載したように、
請求項1〜6に記載の蒸気タービンにおいて温度650
℃以上の蒸気を使用するものである。
目的を達成するために、請求項11に記載したように、
請求項1〜6に記載の蒸気タービンにおいて温度650
℃以上の蒸気を使用するものである。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る蒸気タービン
の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説
明する。
の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説
明する。
【0028】図1は、本発明に係る蒸気タービンの概略
断面図である。
断面図である。
【0029】本実施形態に係る蒸気タービンは、温度6
50℃以上の蒸気を使用し、その蒸気(主流)の流れに
沿ってタービンノズル1とタービン動翼2とを組み合せ
たタービン段落3を複数段にして配置する軸流タイプに
なっている。
50℃以上の蒸気を使用し、その蒸気(主流)の流れに
沿ってタービンノズル1とタービン動翼2とを組み合せ
たタービン段落3を複数段にして配置する軸流タイプに
なっている。
【0030】また、タービンノズル1は、周方向に沿っ
て列状に配置するとともに、頭部側をタービンケーシン
グ4に係合させたダイヤフラム外輪5で支持し、その底
部側をダイヤフラム内輪6で支持する。また、ダイヤフ
ラム内輪6は、タービンロータ(タービン軸)7との間
にラビリンス8を備えたパッキンリング9を設け、蒸気
をシールし、漏洩防止を図っている。
て列状に配置するとともに、頭部側をタービンケーシン
グ4に係合させたダイヤフラム外輪5で支持し、その底
部側をダイヤフラム内輪6で支持する。また、ダイヤフ
ラム内輪6は、タービンロータ(タービン軸)7との間
にラビリンス8を備えたパッキンリング9を設け、蒸気
をシールし、漏洩防止を図っている。
【0031】一方、タービン動翼2は、タービンノズル
1に対流して周方向に沿って列状に配置するとともに、
その頂部にラビリンス10を備えたパッキンリング11
に対峙してシュラウド12を備え、その底部をタービン
ロータ7に一体形成するタービンディスク13に植設し
て支持されている。
1に対流して周方向に沿って列状に配置するとともに、
その頂部にラビリンス10を備えたパッキンリング11
に対峙してシュラウド12を備え、その底部をタービン
ロータ7に一体形成するタービンディスク13に植設し
て支持されている。
【0032】また、タービンディスク13は、バランス
ホール14を利用して漏洩蒸気を次の段落に案内させて
次の段落を冷却させている。
ホール14を利用して漏洩蒸気を次の段落に案内させて
次の段落を冷却させている。
【0033】このような構成を備えた蒸気タービンにお
いて、タービンロータ材はFe基超合金鋼、Ni基超合
金鋼、オーステナイト系合金鋼のうち、いずれかが選択
される。また、タービン動翼材は、Ni基超合金鋼、C
o基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼のうち、いずれ
かが選択される。さらに、パッキンリング材はオーステ
ナイト系合金鋼が設定される。なお、タービンロータ材
のFe基超合金鋼は、具体的にはA286であり、ター
ビン動翼材のNi基超合金鋼は、具体的にはNimon
ic105であり、パッキンリング材のオーステナイト
系合金鋼は、具体的にはSUS321である。
いて、タービンロータ材はFe基超合金鋼、Ni基超合
金鋼、オーステナイト系合金鋼のうち、いずれかが選択
される。また、タービン動翼材は、Ni基超合金鋼、C
o基超合金鋼、オーステナイト系合金鋼のうち、いずれ
かが選択される。さらに、パッキンリング材はオーステ
ナイト系合金鋼が設定される。なお、タービンロータ材
のFe基超合金鋼は、具体的にはA286であり、ター
ビン動翼材のNi基超合金鋼は、具体的にはNimon
ic105であり、パッキンリング材のオーステナイト
系合金鋼は、具体的にはSUS321である。
【0034】また、本実施形態に係る蒸気タービンは、
図2(a)に示すように、組立時、パッキンリング11
を収容するタービンケーシング4の係合溝4aに比較的
広い空間4bを周方向に沿って形成しておき、図2
(b)に示すように、運転時、パッキンリング11の熱
伸びを許す構成になっている。この場合、タービンケー
シング材は、オーステナイト系合金鋼が選定される。
図2(a)に示すように、組立時、パッキンリング11
を収容するタービンケーシング4の係合溝4aに比較的
広い空間4bを周方向に沿って形成しておき、図2
(b)に示すように、運転時、パッキンリング11の熱
伸びを許す構成になっている。この場合、タービンケー
シング材は、オーステナイト系合金鋼が選定される。
【0035】図3は、タービンノズル材、タービン動翼
材、タービンロータ材、パッキンリング材として従来か
ら使用されていたフェライト・マルテンサイト系合金
鋼、具体的には12Cr鍛鋼の線膨張係数と本実施形態
に係る蒸気タービンのタービンノズル材またはタービン
動翼材としてのNimonic105、タービンロータ
材としてのA286、パッキンリング材としてのSUS
321のそれぞれの線膨張係数とを対比させた線図であ
る。
材、タービンロータ材、パッキンリング材として従来か
ら使用されていたフェライト・マルテンサイト系合金
鋼、具体的には12Cr鍛鋼の線膨張係数と本実施形態
に係る蒸気タービンのタービンノズル材またはタービン
動翼材としてのNimonic105、タービンロータ
材としてのA286、パッキンリング材としてのSUS
321のそれぞれの線膨張係数とを対比させた線図であ
る。
【0036】この線図において、本実施形態に適用する
タービンロータ材およびタービン動翼材の線膨張係数
は、従来から使用されているフェライト・マルテンサイ
ト系合金鋼のそれに較べて約50%以上大きくなってい
る。
タービンロータ材およびタービン動翼材の線膨張係数
は、従来から使用されているフェライト・マルテンサイ
ト系合金鋼のそれに較べて約50%以上大きくなってい
る。
【0037】しかし、本実施形態では、パッキンリング
材にオーステナイト系ステンレス鋼を採用し、パッキン
リング9の線膨張係数をタービン動翼2やタービンロー
タ7のそれよりも大きくしている。パッキンリング11
は、線膨張係数の高いものを選定しても、蒸気から直接
に受ける熱がタービン動翼2やタービンロータ7に較べ
て受けにくいから、実質、熱伸びがタービン動翼2やタ
ービンロータ7に較べて低い。
材にオーステナイト系ステンレス鋼を採用し、パッキン
リング9の線膨張係数をタービン動翼2やタービンロー
タ7のそれよりも大きくしている。パッキンリング11
は、線膨張係数の高いものを選定しても、蒸気から直接
に受ける熱がタービン動翼2やタービンロータ7に較べ
て受けにくいから、実質、熱伸びがタービン動翼2やタ
ービンロータ7に較べて低い。
【0038】したがって、パッキンリング11の熱伸び
と、タービン動翼2とタービンロータ7との熱伸びの和
とを較べた場合、その差は少ない。
と、タービン動翼2とタービンロータ7との熱伸びの和
とを較べた場合、その差は少ない。
【0039】このように、本実施形態では、蒸気が65
0℃以上の超高温になっても、タービン動翼2、タービ
ンロータ7およびパッキンリング9等のタービン構成部
品の材料を、蒸気から受ける熱の大小を勘案して選択
し、各タービン構成部品の熱伸びに基づく差分を低くし
て蒸気の漏れを少なくさせたので、蒸気の超高温化に基
づく高出力化および高熱効率化に寄与することができ
る。
0℃以上の超高温になっても、タービン動翼2、タービ
ンロータ7およびパッキンリング9等のタービン構成部
品の材料を、蒸気から受ける熱の大小を勘案して選択
し、各タービン構成部品の熱伸びに基づく差分を低くし
て蒸気の漏れを少なくさせたので、蒸気の超高温化に基
づく高出力化および高熱効率化に寄与することができ
る。
【0040】図4は、本発明に係る蒸気タービンに適用
するパッキンリングの実施形態を示す概略斜視図で、図
4中、(a)はパッキンリングの静止時の状態を、
(b)はパッキンリングの運転時の状態をそれぞれ示し
ている。なお、第1実施形態の構成部品と同一部分には
同一符号を付す。
するパッキンリングの実施形態を示す概略斜視図で、図
4中、(a)はパッキンリングの静止時の状態を、
(b)はパッキンリングの運転時の状態をそれぞれ示し
ている。なお、第1実施形態の構成部品と同一部分には
同一符号を付す。
【0041】本実施形態に係るパッキンリング11は、
タービン動翼2の頂部に設けられ、その周方向に沿って
6つに分割したリング片15a,15bに区分けし、各
リング片15a,15bの間にばね16a,16bを装
着させたものである。
タービン動翼2の頂部に設けられ、その周方向に沿って
6つに分割したリング片15a,15bに区分けし、各
リング片15a,15bの間にばね16a,16bを装
着させたものである。
【0042】また、本実施形態に係るパッキンリング1
1は、図5に示すように、各リング片15a,15b間
に装着したばね16a,16bのばね定数を蒸気圧力差
を考慮して設定するようになっている。すなわち、ター
ビンロータ7に植設したタービン動翼2に対峙するリン
グ片15a,15bをタービンケーシング4に係合させ
る際、そのタービンケーシング4には、蛇行状の通路1
7とリング片収容室18とが形成される。
1は、図5に示すように、各リング片15a,15b間
に装着したばね16a,16bのばね定数を蒸気圧力差
を考慮して設定するようになっている。すなわち、ター
ビンロータ7に植設したタービン動翼2に対峙するリン
グ片15a,15bをタービンケーシング4に係合させ
る際、そのタービンケーシング4には、蛇行状の通路1
7とリング片収容室18とが形成される。
【0043】このように形成されたタービンケーシング
4において、蛇行状の通路17からリング片収容室18
に案内された蒸気は、各リング片15a,15bの頭部
側を押圧する。その一方でタービン動翼2の頂部を漏洩
する蒸気は、各リング片15a,15bの底部側を押圧
する。このとき、各リング片15a,15bの頭部側と
各リング片15a,15bの底部側との間に圧力差が生
じると、各リング片15a,15bとタービンケーシン
グ4側に移動して蒸気の漏洩を増加させるか、あるいは
各リング片15,a15bがタービン動翼2側に移動し
てラビング(接触)のおそれがある。
4において、蛇行状の通路17からリング片収容室18
に案内された蒸気は、各リング片15a,15bの頭部
側を押圧する。その一方でタービン動翼2の頂部を漏洩
する蒸気は、各リング片15a,15bの底部側を押圧
する。このとき、各リング片15a,15bの頭部側と
各リング片15a,15bの底部側との間に圧力差が生
じると、各リング片15a,15bとタービンケーシン
グ4側に移動して蒸気の漏洩を増加させるか、あるいは
各リング片15,a15bがタービン動翼2側に移動し
てラビング(接触)のおそれがある。
【0044】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、各リング片15a,15bの頭部側および底部側
のそれぞれに与えられる蒸気の圧力を経験上から割り出
し、この圧力差に見合うようにばね16a,16bのば
ね常数を設定したものである。なお、ばね定数の設定に
あたっては、上述の圧力差のほかにタービンケーシング
材、パッキンリング材、タービン動翼材の各線膨張係数
も充分に考慮される。
ので、各リング片15a,15bの頭部側および底部側
のそれぞれに与えられる蒸気の圧力を経験上から割り出
し、この圧力差に見合うようにばね16a,16bのば
ね常数を設定したものである。なお、ばね定数の設定に
あたっては、上述の圧力差のほかにタービンケーシング
材、パッキンリング材、タービン動翼材の各線膨張係数
も充分に考慮される。
【0045】このように、本実施形態は、蒸気温度65
0℃以上で使用する各リング片15a,15bを6つに
分割し、各リング片15a,15b間にばね16a,1
6bを装着させるとともに、各リング片15a,15b
を係合させるタービンケーシング4を蛇行状の通路17
と比較的広いリング片収容室18とに形成する一方、ば
ね16a,16bのばね定数を設定するにあたり、各リ
ング片15a,15bの頭部側および底部側のそれぞれ
に作用する蒸気の圧力差および各部品材の線膨張係数を
充分に考慮して設定したので、各リング片15a,15
bを運転状態に応じて適正位置に維持させることがで
き、ラビングの防止と相俟って蒸気漏れを低く抑えるこ
とかてき、蒸気タービンに安定運転を行わせることがで
きる。
0℃以上で使用する各リング片15a,15bを6つに
分割し、各リング片15a,15b間にばね16a,1
6bを装着させるとともに、各リング片15a,15b
を係合させるタービンケーシング4を蛇行状の通路17
と比較的広いリング片収容室18とに形成する一方、ば
ね16a,16bのばね定数を設定するにあたり、各リ
ング片15a,15bの頭部側および底部側のそれぞれ
に作用する蒸気の圧力差および各部品材の線膨張係数を
充分に考慮して設定したので、各リング片15a,15
bを運転状態に応じて適正位置に維持させることがで
き、ラビングの防止と相俟って蒸気漏れを低く抑えるこ
とかてき、蒸気タービンに安定運転を行わせることがで
きる。
【0046】図6は、タービンノズル1とタービンロー
タ7とのそれぞれの材料を対象とする本発明に係る蒸気
タービンの実施形態を示す概略断面図である。
タ7とのそれぞれの材料を対象とする本発明に係る蒸気
タービンの実施形態を示す概略断面図である。
【0047】本実施形態は、タービンロータ材としてF
e基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金
鋼のうち、いずれかを選択するとともに、タービンノズ
ル材としてNi基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステ
ナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したものであ
る。また、タービンロータ材としてのFe基超合金鋼の
具体例は、A286であり、タービンノズル材としての
Ni基合金鋼の具体例はNimonic105である。
e基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オーステナイト系合金
鋼のうち、いずれかを選択するとともに、タービンノズ
ル材としてNi基超合金鋼、Co基超合金鋼、オーステ
ナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したものであ
る。また、タービンロータ材としてのFe基超合金鋼の
具体例は、A286であり、タービンノズル材としての
Ni基合金鋼の具体例はNimonic105である。
【0048】なお、図6で示した蒸気タービンの構成
は、図1で示したものと同一なので、同一符号を付すに
とどめ、その説明を省略する。
は、図1で示したものと同一なので、同一符号を付すに
とどめ、その説明を省略する。
【0049】本実施形態に適用するタービンロータ材お
よびタービンケーシング材の線膨張係数は、図3からも
わかるように、従来から使用されているフェライト・マ
ルテンサイト系合金鋼のそれに較べて約50%以上大き
くなっている。
よびタービンケーシング材の線膨張係数は、図3からも
わかるように、従来から使用されているフェライト・マ
ルテンサイト系合金鋼のそれに較べて約50%以上大き
くなっている。
【0050】しかし、本実施形態では、タービンロータ
材にFe基超合金鋼を採用し、タービンロータ7の線膨
張係数をタービンノズル1のそれよりも大きくしてい
る。タービンロータ7は、線膨張係数の高いものを選定
しても、蒸気から直接に受ける熱がタービンノズル1に
較べて受けにくいから、実質、熱伸びがタービンノズル
1に較べて低い。
材にFe基超合金鋼を採用し、タービンロータ7の線膨
張係数をタービンノズル1のそれよりも大きくしてい
る。タービンロータ7は、線膨張係数の高いものを選定
しても、蒸気から直接に受ける熱がタービンノズル1に
較べて受けにくいから、実質、熱伸びがタービンノズル
1に較べて低い。
【0051】したがって、タービンノズル7の熱伸びと
タービンロータ7の熱伸びとを較べても、その差は少な
い。
タービンロータ7の熱伸びとを較べても、その差は少な
い。
【0052】このように、本実施形態では、蒸気が65
0℃以上の超高温になっても、タービンノズル1とター
ビンロータ7の材料を、蒸気から受ける熱の大小を勘案
して選択し、各タービン構成部品の熱伸びに基づく差分
を低くして蒸気の漏れを少なくさせたので、蒸気の超高
温化に基づく高出力化および高燃効率化に寄与すること
ができる。
0℃以上の超高温になっても、タービンノズル1とター
ビンロータ7の材料を、蒸気から受ける熱の大小を勘案
して選択し、各タービン構成部品の熱伸びに基づく差分
を低くして蒸気の漏れを少なくさせたので、蒸気の超高
温化に基づく高出力化および高燃効率化に寄与すること
ができる。
【0053】図7は、タービンロータ7のジャーナル部
を対象とする本発明に係る蒸気タービンの実施形態を示
す一部切欠概略斜視図である。なお、第1実施形態の構
成部分と同一部分には同一符号を付す。
を対象とする本発明に係る蒸気タービンの実施形態を示
す一部切欠概略斜視図である。なお、第1実施形態の構
成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0054】本実施形態に係る蒸気タービンは、タービ
ンノズル1とタービン動翼2とを組み合せたタービン段
落3を複数段にして備えたタービンロータ7と、タービ
ンロータ7のジャーナル部19を軸受20とをタービン
ケーシング4に収容させる構成になっている。
ンノズル1とタービン動翼2とを組み合せたタービン段
落3を複数段にして備えたタービンロータ7と、タービ
ンロータ7のジャーナル部19を軸受20とをタービン
ケーシング4に収容させる構成になっている。
【0055】また、本実施形態に係る蒸気タービンは、
タービンロータ7のジャーナル部19に、図8で示すよ
うに、オーバレイ(肉盛り)溶接部21が形成される。
このオーバレイ溶接部21は、Fe基超合金鋼、具体的
にはA286製のタービンロータ7に対し、フェライト
・マルテンサイト系合金鋼、例えばCrMo系低合金鋼
で施工し、軸受20と同質材に設定したものである。
タービンロータ7のジャーナル部19に、図8で示すよ
うに、オーバレイ(肉盛り)溶接部21が形成される。
このオーバレイ溶接部21は、Fe基超合金鋼、具体的
にはA286製のタービンロータ7に対し、フェライト
・マルテンサイト系合金鋼、例えばCrMo系低合金鋼
で施工し、軸受20と同質材に設定したものである。
【0056】なお、本実施形態では、タービンロータ7
のジャーナル部19にオーバレイ溶接部21を形成した
が、この実施形態に限らず、例えば図9に示すように、
タービンロータ7のジャーナル部19に軸受20と同質
材、具体的にはフェライト・マルテンサイト系合金鋼の
スリーブ22を嵌装させてもよい。スリーブ22をジャ
ーナル部19に嵌装させる場合、予め焼付ばめしておい
たスリーブ22をジャーナル部19に嵌装後、タービン
ロータ7の端部に継手の接続施工が行なわれる。
のジャーナル部19にオーバレイ溶接部21を形成した
が、この実施形態に限らず、例えば図9に示すように、
タービンロータ7のジャーナル部19に軸受20と同質
材、具体的にはフェライト・マルテンサイト系合金鋼の
スリーブ22を嵌装させてもよい。スリーブ22をジャ
ーナル部19に嵌装させる場合、予め焼付ばめしておい
たスリーブ22をジャーナル部19に嵌装後、タービン
ロータ7の端部に継手の接続施工が行なわれる。
【0057】このように、本実施形態では、タービンロ
ータ7のジャーナル部19にオーバレイ溶接部21およ
びスリーブ22のうち、いずれかを選択して設け、ジャ
ーナル部19を軸受20と同質材に形成したので、運転
中、ゴーリング(かじり)の発生を防止することがで
き、蒸気タービンに安定運転を行わせることができる。
ータ7のジャーナル部19にオーバレイ溶接部21およ
びスリーブ22のうち、いずれかを選択して設け、ジャ
ーナル部19を軸受20と同質材に形成したので、運転
中、ゴーリング(かじり)の発生を防止することがで
き、蒸気タービンに安定運転を行わせることができる。
【発明の効果】以上説明のとおり、本発明に係る蒸気タ
ービンは、蒸気から受ける熱の大小を勘案してタービン
構成部品の材料を選択し、各タービン構成部品の熱伸び
に基づく差分を低くして蒸気漏れを少なくさせたので、
蒸気の超高温化に基づく高出力化および高熱効率化に寄
与することができる。
ービンは、蒸気から受ける熱の大小を勘案してタービン
構成部品の材料を選択し、各タービン構成部品の熱伸び
に基づく差分を低くして蒸気漏れを少なくさせたので、
蒸気の超高温化に基づく高出力化および高熱効率化に寄
与することができる。
【0058】また、本発明に係る蒸気タービンは、ター
ビンロータのジャーナル部を軸受と同質材に施行加工
し、運転中に発生するゴーリングを抑制したので、ター
ビン構成部品に安定運転を行わせることができる。
ビンロータのジャーナル部を軸受と同質材に施行加工
し、運転中に発生するゴーリングを抑制したので、ター
ビン構成部品に安定運転を行わせることができる。
【図1】本発明に係る蒸気タービンの概略断面図。
【図2】パッキンリングとタービンケーシングとの係合
関係を示す本発明に係る蒸気タービンの実施形態を示す
図で、(a)は組立時を、または(b)は運転時をそれ
ぞれ示している。
関係を示す本発明に係る蒸気タービンの実施形態を示す
図で、(a)は組立時を、または(b)は運転時をそれ
ぞれ示している。
【図3】本発明に係る蒸気タービンに使用される各構成
部品の材料と従来から使用されている材料との線膨張係
数とを対比させた線膨張係数線図。
部品の材料と従来から使用されている材料との線膨張係
数とを対比させた線膨張係数線図。
【図4】本発明に係る蒸気タービンに適用するパッキン
リングの実施形態を示す概略正面図で、(a)はパッキ
ンリングの静止時の状態を、(b)はパッキンリングの
運転時の状態をそれぞれ示している。
リングの実施形態を示す概略正面図で、(a)はパッキ
ンリングの静止時の状態を、(b)はパッキンリングの
運転時の状態をそれぞれ示している。
【図5】本発明に係る蒸気タービンに適用するパッキン
リングをタービンケーシングに組み込んだときの状態を
示す模式図。
リングをタービンケーシングに組み込んだときの状態を
示す模式図。
【図6】タービンノズルとタービンケーシングとのそれ
ぞれの材料を対象とする本発明に係る蒸気タービンの実
施形態を示す概略断面図。
ぞれの材料を対象とする本発明に係る蒸気タービンの実
施形態を示す概略断面図。
【図7】タービンロータのジャーナル部を対象とする本
発明に係る蒸気タービンの実施形態を示す一部切欠概略
斜視図。
発明に係る蒸気タービンの実施形態を示す一部切欠概略
斜視図。
【図8】図7で示したジャーナル部の部分拡大模式図。
【図9】図7で示したジャーナル部の変形例を示す部分
拡大模式図。
拡大模式図。
1 タービンノズル 2 タービン動翼 3 タービン段落 4 タービンケーシング 4a 係合溝 4b 空間 5 ダイヤフラム外輪 6 ダイヤフラム内輪 7 タービンロータ 8,10 ラビリンス 9,11 パッキンリング 12 シュラウド 13 タービンディスク 14 バランスホール 15a,15b リング片 16a,16b ばね 17 通路 18 リング片収容室 19 ジャーナル部 20 軸受 21 オーバレイ溶接部 22 スリーブ
Claims (11)
- 【請求項1】 Fe基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オー
ステナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービ
ンロータと、Ni基超合金鋼、Co基超合金鋼、オース
テナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービン
翼と、オーステナイト系合金鋼で作製したパッキンリン
グとを備えたことを特徴とする蒸気タービン。 - 【請求項2】 Fe基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オー
ステナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービ
ンロータと、Ni基超合金鋼、Co基超合金鋼、オース
テナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービン
動翼と、オーステナイト系合金鋼で作製したパッキンリ
ングと、オーステナイト系合金鋼で作製したタービンケ
ーシングとを備えたことを特徴とする蒸気タービン。 - 【請求項3】 タービンロータに植設されたタービン動
翼の頂部に対峙し、かつタービンケーシングに係合する
パッキンリングを備えた蒸気タービンにおいて、上記パ
ッキンリングを複数に分割してリング片を形成し、各リ
ング片間にばねを介装させたことを特徴とする蒸気ター
ビン。 - 【請求項4】 パッキンリングを6つのリング片に分割
させたことを特徴とする請求項3記載の蒸気タービン。 - 【請求項5】 パッキンリングを係合させるタービンケ
ーシングに、リング片収容室に連通する蛇行状の通路を
形成したことを特徴とする請求項3記載の蒸気タービ
ン。 - 【請求項6】 Fe基超合金鋼、Ni基超合金鋼、オー
ステナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービ
ンロータと、Ni基超合金鋼、Co基超合金鋼、オース
テナイト系合金鋼のうち、いずれかを選択したタービン
ノズルとを備えたことを特徴とする蒸気タービン。 - 【請求項7】 タービンノズルとタービン動翼を組み合
せたタービン段落を軸方向に沿って複数段にして備えた
タービンロータと、このタービンロータを軸支する軸受
を備えた蒸気タービンにおいて、上記軸受に軸支される
タービンロータのジャーナル部にオーバレイ溶接部を形
成したことを特徴とする蒸気タービン。 - 【請求項8】 オーバレイ溶接部をフェライト・マルテ
ンサイト系合金鋼で形成したことを特徴とする請求項7
記載の蒸気タービン。 - 【請求項9】 タービンノズルとタービン動翼を組み合
せたタービン段落を軸方向に沿って複数段にして備えた
タービンロータと、このタービンロータを軸支する軸受
を備えた蒸気タービンにおいて、上記軸受に軸支される
タービンロータのジャーナル部にスリーブを嵌装させた
ことを特徴とする蒸気タービン。 - 【請求項10】 スリーブをフェライト・マルテンサイ
ト系合金鋼で作製したことを特徴とする請求項9記載の
蒸気タービン。 - 【請求項11】 請求項1〜6に記載の蒸気タービンに
おいて温度650℃以上の蒸気を使用することを特徴と
する蒸気タービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11118350A JP2000303802A (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 蒸気タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11118350A JP2000303802A (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 蒸気タービン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000303802A true JP2000303802A (ja) | 2000-10-31 |
Family
ID=14734533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11118350A Pending JP2000303802A (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 蒸気タービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000303802A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7459035B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-12-02 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine rotor and steam turbine plant |
| JP2013534298A (ja) * | 2010-08-03 | 2013-09-02 | ドレッサー ランド カンパニー | 低撓のバイメタル製ロータ用封止材 |
| CN113969806A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-25 | 重庆江增船舶重工有限公司 | 一种大功率多级轴流涡轮膨胀机 |
-
1999
- 1999-04-26 JP JP11118350A patent/JP2000303802A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7459035B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-12-02 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine rotor and steam turbine plant |
| JP2013534298A (ja) * | 2010-08-03 | 2013-09-02 | ドレッサー ランド カンパニー | 低撓のバイメタル製ロータ用封止材 |
| US9249887B2 (en) | 2010-08-03 | 2016-02-02 | Dresser-Rand Company | Low deflection bi-metal rotor seals |
| CN113969806A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-25 | 重庆江增船舶重工有限公司 | 一种大功率多级轴流涡轮膨胀机 |
| CN113969806B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-02-02 | 重庆江增船舶重工有限公司 | 一种大功率多级轴流涡轮膨胀机 |
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