JP2014222032A

JP2014222032A - タービンノズル支持装置

Info

Publication number: JP2014222032A
Application number: JP2013101340A
Authority: JP
Inventors: 康史高木; Yasushi Takagi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-27

Abstract

【課題】経年的な熱変形による水平分割面間隙間からの蒸気の漏洩を防止するタービンノズル支持装置を提供する。【解決手段】タービンノズルと、ケーシングとを水平継手面Ｈで上半部と下半部とに２分割し、ケーシング下半部９ｂでダイヤフラム外輪下半部６ｂを支持するようにしたタービンノズル支持装置１２Ｌにおいて、ケーシング下半部９ｂに縦方向の溝１３ｂを形成して固定用プレート１８ｂ?を固定し、対向するダイヤフラム外輪下半部６ｂに固定用プレート１８ｂ?を収容する横溝１５ｂを形成し、この横溝１５ｂ内の固定用プレート１８ｂ?を水平分割面側からネジ込んだ高さ調整ネジ１７ｂの先端部を当接させてダイヤフラム外輪下半部の芯だしを行い、さらに、水平分割面側からダイヤフラム外輪下半部６ｂを貫通して固定用プレート１８ｂ?にネジ２５をネジ込み、ネジ２５の先端部を横溝１５ｂの底部に当接させてノズル下半部の浮き上がりを防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、タービンノズル支持装置に関する。

蒸気タービンは、図６に示すように、タービンロータ１のディスク２に環状列に植設されたタービン動翼３と、その上流側に設置されたタービンノズル４とからなるタービン段落５を軸方向に沿って複数段を備えており、各タービン段落５で主流蒸気Ｓの熱エネルギーを速度エネルギーに変え、その速度エネルギーを利用して動力としての回転トルクを発生させるようになっている。

このタービンノズル４は、図７で詳細に示すように、円環状のダイヤフラム外輪６と、これと同心状に配置されたダイヤフラム内輪７と、これらダイヤフラム外輪６およびダイヤフラム内輪７間に配置されたノズル板８とから構成されており、ダイヤフラム外輪６に形成された凸部６−ｃはケーシング９の内周部に形成された環状の溝部（凹部）９ｈに嵌合され、そして、ダイヤフラム内輪７は内周部にラビリンスシール部１０を装着してタービンロータ１に対向するように配置されている。

そして、タービンノズル４およびケーシング９は、タービンロータ１の回転中心線Ｃ上の水平面（以下、水平継手面という）Ｈ上で上半部と下半部とに分割されている。図７中の添字符号ａは上半部を示し、そして添字符号ｂは下半部を示す。

ダイヤフラム外輪下半部６ｂは、その底部にケーシング下半部９ｂとの位置決めにセンターキー１１を備える一方、タービンノズル下半部４ｂをケーシング下半部９ｂに固定するために、図示右側および左側の水平継手面Ｈの近傍に対照的にノズル支持装置１２Ｒおよび１２Ｌを備えている。
従来のノズル支持装置１２Ｒ、１２Ｌの詳細構成について図８を参照して説明する。なお、ノズル支持装置１２Ｒ、１２Ｌは同一構造なので、１２Ｌを代表して説明する。

ケーシング下半部９ｂの内周部に環状に形成された嵌合用の溝部９ｈ（図６参照）の一部に水平分割面Ｈ側から下側に向かって奥行きがＤ１、深さがＨ１で適当な幅を有する縦溝１３ｂを形成し、底部にネジ孔１４ｂを設けている。ダイヤフラム外輪下半部６ｂの外周部には、この縦溝１３ｂに対向するように水平方向に所定の奥行きを有する横溝１５ｂを設けるとともに、水平分割面Ｈ側から横溝１５ｂまで貫通するネジ孔１６ｂを設けている。そして、このネジ孔１６ｂには後述する高さ調整ネジ１７ｂがネジ込まれるようになっている。

１８ｂは固定用プレートであってその一端部にボルト貫通孔１９ｂを設けており、ボルト２０ｂをこのボルト貫通孔１９ｂを通してネジ孔１４ｂにネジ込むことによって縦溝１３ｂの底部に固定されるようになっている。そして、この固定用プレート１８ｂの他端部はダイヤフラム外輪下半部６ｂの横溝１５ｂに収まるようになっている。なお、固定用プレート１８ｂの厚みはタービンノズル下半部４ｂの芯だしを考慮して、横溝１５ｂの高さよりも薄く製作され、横溝１５ｂと固定用プレート１８ｂとの間に調整用の隙間が形成されている。

従来技術ではタービンノズル下半部４ｂの芯だしは次のようにして行なっている。すなわち、固定用プレート１８ｂの一端部がボルト２０ｂによって縦溝１３ｂの底部に固定されたあと、高さ調整ネジ１７ｂは、その先端部が固定用プレート１８ｂに当接するまでネジ込まれる。高さ調整ネジ１７ｂの先端部は固定用プレート１８ｂに当接するとその位置よりも下に出ることはできないので、さらに高さ調整ネジ１７ｂをネジ込んでいくと、固定用プレート１８ｂに対してダイヤフラム外輪下半部６ｂが水平継手面Ｈ側に向けて持ち上がり、逆に、高さ調整ネジ１７ｂのネジ込み量を浅くすると、水平継手面Ｈ側から下側に下がる。このように、高さ調整ネジ１７ｂのネジ込み量を調整することにより、ケーシング下半部９ｂに対するタービンノズル下半部４ｂの高さが調整され、タービンノズル下半部４ｂの芯だしが行われる。

なお、固定用プレート１８ｂと横溝１５ｂの底部との間には隙間があるため、主流蒸気の蒸気力などの作用によりタービンノズル下半部４ｂが浮き上がることがある。このタービンノズル下半部４ｂの浮き上がりを防止するため、ケーシング上半部９ａおよびダイヤフラム外輪上半部６ａにも同様の縦溝１３ａおよび横溝１５ａを形成し、固定用プレート１８ｂと同様に形成した固定用プレート１８ａをボルト２０ａで縦溝１３ａに固定した状態で、ケーシング上半部９ａに設置された固定用プレート１８ａと、タービンノズル上半部４ａのダイヤフラム外輪上半部６ａにネジ込んだ調整ネジ１６ａのネジ込み量の調整とによりタービンノズル下半部６ｂの浮き上がりを防止している。なお、固定用プレート１８ａと上半部調整ネジ１７ａの先端部との間には、上半部調整ネジ１７ａやタービンノズル４の熱膨張を考慮して、ある程度の間隙２１を設けている。

蒸気タービンの組み立てに際しては、先ず、ケーシング上半部９ａおよびケーシング下半部９ｂにそれぞれタービンノズル上半部４ａおよびタービンノズル下半部４ｂを固定し、その後、ケーシング下半部９ｂの上にタービンロータ１を設置する。そして、タービンロータ１を覆うようにケーシング下半部９ｂの上にケーシング上半部９ａを設置してケーシング上半部９ａ、下半部９ｂ相互間を締結ボルト（図示せず）により固定する。

上述した蒸気タービン組み立て工程では、ケーシング下半部９ｂの上にケーシング上半部９ａを設置するとき、両者の間にタービンロータ１が存在する関係上、ダイヤフラム外輪上半部６ａおよびダイヤフラム外輪下半部６ｂの突合せ部（水平継手面）は作業員からは見ることができない。このため、蒸気タービン組み立て工程では、ダイヤフラム外輪上半部６ａとダイヤフラム外輪下半部６ｂとをボルトで直接締め付けるようにはしていない。

特開平１０−２９９４１１号公報特開２００５−２１４０５２号公報

ところで、発電プラントに用いられる蒸気タービンにとって、二酸化炭素排出量等に絡む環境問題や省エネルギーの観点から高効率化が重要な課題になっている。蒸気タービンの高効率化が行えれば、燃料消費量が少なくなるため、二酸化炭素排出量の抑制になるからである。

蒸気タービンの効率を上げるための手段として、蒸気タービンの排気により無効に排出されるエネルギー、いわゆる排気損失の低減を図ることが有力な手段である。この排気損失の低減を図るための手段として、タービンノズル４とタービンロータ１との間隙を狭小化することや、ケーシング９とタービンノズル４との間の係合間隙を極力小さくするようにすることが講じられている。

しかしながら、図６乃至図８で説明した蒸気タービンの場合、タービンノズルの分割部をボルト等で連結していないため、経年的な熱変形によって水平分割面間に間隙が生じてこの隙間から蒸気の漏洩が発生する。この漏洩蒸気は膨張仕事をしないで次段のタービン段落に流れる。蒸気タービンの排気損失を低減するためには、この分割面での漏洩蒸気対策も考慮しなければならない。

そこで本発明は、上半部と下半部とに分割されたタービンノズルのダイヤフラム外輪をボルト等の固定手段で締結して一体化することにより水平分割面からの蒸気の漏洩を減少させて排気損失を低減させ、効率の向上を図ったタービンノズル支持装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明のタービンノズル支持装置は、ダイヤフラム外輪、ノズル板およびダイヤフラム内輪からなるタービンノズルと、前記タービンノズルを支持するケーシングとをタービンロータの回転中心線上の水平継手面でそれぞれ上半部と下半部とに２分割し、前記ケーシングには内周部に前記ダイヤフラム外輪を嵌合する環状溝部を設けるとともに、前記環状溝部の主蒸気の流入側の部位に前記水平継手面から下方に向かう縦溝を形成し、前記ダイヤフラム外輪下半部には前記主蒸気の流入側の側面部と前記縦溝に対向する面とに開口する横溝を形成し、前記縦溝の底部に固定部材によって固定用プレートの一端部を固定し、前記固定用プレートの他端部を前記横溝内に収めるとともに、前記ダイヤフラム外輪の水平分割面側からネジ込まれた高さ調整ネジの先端部に当接するようにし、前記固定用プレートを介して前記ダイヤフラム外輪の下半部の荷重を前記ケーシングの下半部で支持するようにしたタービンノズル支持装置において、前記ダイヤフラム外輪の下半部には、前記水平分割面側から前記ダイヤフラム外輪の下半部を貫通して前記横溝に達する貫通孔を設け、前記固定用プレートには前記貫通孔に対向した位置にネジ孔を設け、前記ネジ孔にネジ込んだノズル浮き上がり防止ネジの先端部が前記横溝の底部に当接することにより前記タービンノズルの下半部の浮き上がりを防止するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、水平継手面側からダイヤフラム外輪下半部の貫通孔を通して固定用プレートに開けたネジ孔にノズル浮き上がり防止ネジをネジ込んでその先端部でダイヤフラム外輪下半部を下方に押圧するようにしたので、タービン運転中にタービンノズル下半部に蒸気力が作用してもタービンノズル下半部の浮き上がりが防止される。

本発明の実施形態１に係るタービンノズル支持装置を適用した蒸気タービン段落の概略構成図。図１に示すタービンノズル支持装置の構成部品を示す斜視図。図１のタービンノズル支持装置をIII−III線で切断し、矢視方向に見た断面図。タービンノズルおよびケーシングの組み立て状態を示す図。本発明の実施形態２に係るタービンノズル支持装置の側断面図。従来の一般的な蒸気タービンの１つのタービン段落を示す断面図。図６のVII−VII矢視方向から見た断面図。図７のタービンノズル支持装置の拡大断面図。

以下、本発明に係るタービンノズル支持装置の実施形態について図面を参照して説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１に係るタービンノズル支持装置を適用したタービン段落の概略図、図２は図１に示すタービンノズル支持装置の構成部品を示す斜視図、図３は図１のタービンノズル支持装置の側断面図、そして、図４はタービンノズルおよびケーシングの組み立て状態を示す図である。

図１において、本実施形態のタービンノズル支持装置が適用される蒸気タービンは、図６の従来例と同様に、タービンロータ１のディスク２に環状列に植設されたタービン動翼３と、その上流側に設置されたタービンノズル４とからなるタービン段落５を軸方向に沿って複数段を備えており、さらに、タービンノズル４は円環状のダイヤフラム外輪６と、これと同心状に配置されたダイヤフラム内輪７と、これらダイヤフラム外輪６およびダイヤフラム内輪７間に配置されたノズル板８とから構成され、ダイヤフラム外輪６の外周に形成された凸部６ｂ−ｃはケーシング９内周部の環状の溝部（凹部）９ｈに嵌合され、そして、ダイヤフラム内輪７は内周部にラビリンスシール部１０を装着してタービンロータ１に対向するように配置されている。ここまでの構成は図６乃至図８で説明した従来例とほぼ同様であるが、本実施形態ではタービンノズル支持装置１２Ｌが大きく異なっている。

以下、図１乃至図３を参照して本実施形態のタービンノズル支持装置１２Ｌについて詳細に説明する。
ケーシング下半部９ｂの内周部に形成された環状の溝部（凹部）９ｈの主蒸気Ｓ流入側の隅部（コーナー部）に対して、奥行きがＤ１、深さがＨ１、幅がＷ１の縦溝１３ｂを形成し、その底部にネジ孔１４ｂを設ける。

一方、前記環状の溝部９ｈに嵌合するダイヤフラム外輪下半部６ｂの凸部６ｂ−ｃには、ケーシング下半部９ｂに設けた縦溝１３ｂに対向して、主蒸気Ｓの流入側の側面から所定の奥行きＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）と高さＨ２および幅がＷ２（Ｗ１＞Ｗ２）の水平方向の横溝１５ｂを設けている。ダイヤフラム外輪下半部６ｂはさらに、水平分割面Ｈからこの横溝１５ｂまで達するネジ孔１６ｂおよび貫通孔（ネジ溝を形成していない孔）２２を設けるとともに、これらネジ孔１６ｂおよび貫通孔２２の位置から主蒸気Ｓの流下方向に所定距離だけ離れた位置にボルト用ネジ孔２３とを設けている。ネジ孔１６ｂには後述する高さ調整ネジ１７ｂがネジ込まれ、貫通孔２２には当該貫通孔２２よりも外径の小さい後述するノズル浮き上がり防止ネジ２５を挿通させるようになっている。そして、ボルト用ネジ孔２３にはダイヤフラム外輪下半部６ｂおよびダイヤフラム外輪上半部６ａを一体的に締結するボルト２４がネジ込まれるようになっている。

１８ｂ´は従来の固定用プレート１８ｂよりも長めに形成された固定用プレートであって、その一端部にボルト貫通孔１９ｂを設け、他端部に前記ノズル浮き上がり防止ネジ２５がネジ込まれるネジ孔２６を設けている。そして、貫通孔１９ｂとネジ孔２６との中間部の上面には前記高さ調整ネジ１７ｂの先端部が当接するようになっている。図２の固定用プレート１８ｂ´上に描いた丸い破線２７は調整ネジ１７ｂの先端部の当接位置を示す。なお、固定用プレート１８ｂ´の厚みＨ３はダイヤフラム外輪下半部６ｂの芯だしを考慮して、横溝１５ｂの高さＨ２よりも薄く形成されており、横溝１５ｂと固定用プレート１８ｂ´との寸法差（Ｈ２−Ｈ３）が高さ調整用の隙間となっている。

次に、タービンノズル下半部４ｂをケーシング下半部９ｂに据付ける場合について説明する。
まず、タービンノズル下半部４ｂのダイヤフラム外輪下半部６ｂに設けられている横溝１５ｂの底部が、少なくともケーシング下半部９ｂの水平分割面Ｈよりも上方に吊上げられている状態で固定用プレート１８ｂ´を横溝１５ｂに挿入する。

その後、ダイヤフラム外輪下半部６ｂを下げていき、固定用プレート１８ｂ´の一端部を固定部材としてのプレート固定ボルト２０ｂによってケーシング下半部９ｂの縦溝１３ｂの底部に固定する。この時点ではダイヤフラム外輪下半部６ｂは、まだ吊上げられている状態にあり、固定用プレート１８ｂ´にはダイヤフラム外輪下半部６ｂの荷重はかからない。

その後、ダイヤフラム外輪下半部６ｂに開けてあるネジ孔１６ｂに調整ネジ１７ｂをネジ込む。この場合、調整ネジ１７ｂの先端部が固定用プレート１８ｂ´上面に当接するまでネジ込む。そして、ダイヤフラム外輪下半部６ｂを下げていくと、ダイヤフラム外輪下半部６ｂの荷重は、調整ネジ１７ｂを介して固定用プレート１８ｂ´にかかる。この状態で調整ネジ１７ｂを進退させると、ダイヤフラム外輪下半部６ｂはケーシング下半部９ｂに対して上下動する。このようにしてダイヤフラム外輪下半部６ｂの芯だしを行う。

次に、ノズル浮き上がり防止ネジ２５をダイヤフラム外輪下半部６ｂに開けられた貫通孔２２から挿入して固定用プレート１８ｂ´に設けられたネジ溝２６にネジ込み、ネジ２５の先端部がダイヤフラム外輪下半部６ｂの横溝１５ｂの底部に当接するまでネジ込む。これによってダイヤフラム外輪下半部６ｂはノズル浮き上がり防止ネジ２５によって水平継手面Ｈ側から下向きの押圧力を受けるようになる。

その後、ダイヤフラム外輪上半部６ａをダイヤフラム外輪下半部６ｂ上に載置し、ボルト２４にてダイヤフラム外輪上半部６ａおよびダイヤフラム外輪下半部６ｂ間を締結する。

このようにして、ダイヤフラム外輪上半部６ａおよびダイヤフラム外輪下半部６ｂ間を締結したのち、図４で示すように、ケーシング下半部９ｂ上にケーシング上半部９ａを載置し、ボルト２９およびナット３０によってケーシング上半部９ａおよびケーシング下半部９ｂ間を締結する。

以上述べたように、本実施形態１によれば、ノズル浮き上がり防止ネジ２５を水平継手面Ｈ側からダイヤフラム外輪下半部６ｂに開けた貫通孔２２を通して固定用プレート１８ｂ´に開けたネジ孔２６にネジ込み、その先端部でダイヤフラム外輪下半部６ｂを下方に押圧するようにしたので、例えタービン運転中にタービンノズル下半部４ｂ（ダイヤフラム外輪下半部６ｂ、ノズルダイヤフラム内輪下半部７ｂ、ノズル板下半部８ｂ）に蒸気力が作用してもタービンノズル下半部４ｂの浮き上がりが防止される。

さらに本実施形態１によれば、タービンノズル上半部４ａのダイヤフラム外輪上半部６ａと、タービンノズル下半部４ｂのダイヤフラム外輪下半部６ｂとはボルト２４等の締結手段によって一体的に締結されるので、タービンノズル上半部４ａとタービンノズル下半部４ｂとの突合せ部から主蒸気の一部が漏洩するのを防止することができ、蒸気タービンの排気損失を低減することができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２に係るタービンノズル支持装置の側断面図である。
本実施形態２は、固定用プレート１８ｂ´とケーシング下半部９ｂの縦溝１３ｂの底部との間に寸法調整用のシムプレート２８を挟むようにしたものである。

蒸気タービンを長年に亘って運転すると、経年的に高さ調整ネジ１７ｂが固定用プレート１８ｂ´に固着する場合がある。この場合、高さ調整ネジ１７ｂではもはやダイヤフラム外輪下半部６ｂの高さ調整ができないので、本実施形態では、シムプレート２８を縦溝１３ｂの底部と固定用プレート１８ｂ´との間に介挿することにより、そのシムプレート２８の厚み分だけ固定用プレート１８ｂ´と共にダイヤフラム外輪下半部６ｂの位置を上方に移動させて、ダイヤフラム外輪下半部６ｂの芯だしを実施することが可能としたものである。
本実施形態２によれば、蒸気タービンの補修時に例え高さ調整ネジ１７ｂが固着していたとしても、ダイヤフラム外輪下半部６ｂの再芯だしを行うことができる。

以上、本発明の二つの実施形態について説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…タービンロータ、２…ディスク、３…タービン動翼、４…タービンノズル、４ａ…タービンノズル上半部、４ｂ…タービンノズル下半部、５…タービン段落、６…ノズルダイヤフラム外輪、６ａ…ノズルダイヤフラム外輪上半部、６ｂ…ノズルダイヤフラム外輪下半部、７…ノズルダイヤフラム内輪、７ａ…ノズルダイヤフラム内輪上半部、７ｂ…ノズルダイヤフラム内輪下半部、８…ノズル板、８ａ…ノズル板上半部、８ｂ…ノズル板下半部、９…ケーシング、９ａ…ケーシング上半部、９ｂ…ケーシング下半部、９ｈ…環状の溝部（凹部）、１０…ラビリンスシール部、１２Ｒ、１２Ｌ…ノズル支持装置、１３ｂ…縦溝、１４ｂ…ネジ孔、１５ｂ…横溝、１６ｂ…ネジ孔、１７ｂ…高さ調整ネジ、１８ｂ´…固定用プレート、１９ｂ…貫通孔、２０ｂ…プレート固定ボルト、２２…貫通孔、２３…ネジ孔、２４…締結部材（ボルト）、２５…浮き上がり防止ネジ、２６…ネジ孔、２７…高さ調整ネジ１７ｂの先端部当接位置、２８…シムプレート。

Claims

ダイヤフラム外輪、ノズル板およびダイヤフラム内輪からなるタービンノズルと、前記タービンノズルを支持するケーシングとをタービンロータの回転中心線上の水平継手面でそれぞれ上半部と下半部とに２分割し、前記ケーシングには内周部に前記ダイヤフラム外輪を嵌合する環状溝部を設けるとともに、前記環状溝部の主蒸気の流入側の部位に前記水平継手面から下方に向かう縦溝を形成し、前記ダイヤフラム外輪下半部には前記主蒸気の流入側の側面部と前記縦溝に対向する面とに開口する横溝を形成し、前記縦溝の底部に固定部材によって固定用プレートの一端部を固定し、前記固定用プレートの他端部を前記横溝内に収めるとともに、前記ダイヤフラム外輪の水平分割面側からネジ込まれた高さ調整ネジの先端部に当接するようにし、前記固定用プレートを介して前記ダイヤフラム外輪の下半部の荷重を前記ケーシングの下半部で支持するようにしたタービンノズル支持装置において、
前記ダイヤフラム外輪の下半部には、前記水平分割面側から前記ダイヤフラム外輪の下半部を貫通して前記横溝に達する貫通孔を設け、前記固定用プレートには前記貫通孔に対向した位置にネジ孔を設け、前記ネジ孔にネジ込んだノズル浮き上がり防止ネジの先端部が前記横溝の底部に当接することにより前記タービンノズルの下半部の浮き上がりを防止するようにしたことを特徴とするタービンノズル支持装置。
前記ダイヤフラム外輪の下半部と上半部とを締結部材により一体的に固定したことを特徴とする請求項１記載のタービンノズル支持装置。
前記縦溝の底部と前記固定用プレートの間にシムプレートを介挿することによりノズルダイヤフラムの高さ方向の位置調整を実施することを特徴とする請求項１または２記載のタービンノズル支持装置。