JPS58202307A

JPS58202307A - 蒸気タ−ビンの段落構造

Info

Publication number: JPS58202307A
Application number: JP8483082A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takahashi; 務高橋; Jiro Koike; 小池　二郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1983-11-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は蒸気タービンの段落構造に関するものである。

第１図は蒸気タービンの段落構造を示す断面図である。

１５は静止体であるタービンケーシング、４は回転体で
あるローターディスクである。

靜４１はダイヤフラム２を介してタービンケーシング１
５に固定される。２ｍはダイヤプラム外輪、２ｂは同外
輪である。

動翼３はローターディスク４に固着され、上記の動翼３
の先端は数枚ずつシュラウドリング５で連結される。６
はシュラウド、リング５を動翼３に固定しているテノン
である。

主流蒸気１０がバイパスせずに効率よく動ｘ３を流通す
るように、外輪２ａの内周面に、回転体であるシュラウ
ドリンク５に対向離間してラジアルフィン７が固着され
ている。

上記のラジアルフィン７を図示の矢印Ａ方向に見たとζ
ろを第２図に示す。ラジアルフィン７には半径方向に多
数のスリット８が設けられている。

上記のようにスリット８を設けている理由は熱膨脹を逃
がすためである。次にその事情を１述する。

第３図は蒸気タービン起動後における段＃嘴造礪成部材
の温度変化を示す図表である。

ローターは起動後数時間でほぼ蒸気＠度まで昇温し、ダ
イヤフラムやタービンケーシング内肇よりも高温である
。

タービンケーシングは蒸気から伝導された熱を放散する
ので、その内壁温度の上昇はロータ一温度やダイヤフラ
ム温度の上昇よりも緩やかである。

ダイヤフラムはローターより４低温、タービンケーシン
グ白檀よりも高温である。

ダイヤフラム温度とロータ一温度とは、昇温の過程にお
いて一般に１００ｃ〜１５０Ｃの差を示す（本例におい
ては約１００ｃ）。

上記の温度差により、ダイヤフラムとローターとに熱膨
張の差を生じる。

第４図はローターを構成している動翼３の先端部と、ダ
イヤプラムを構成している外輪２１とが対向している個
所付近の拡大図であり、実４ｉ！はコールド時、鎖線は
ホット時の輪郭を表わしている、Ｇ、はコールド時のギ
ャップ寸法、Ｇｈはホット時のギャップ寸法である。

蒸気タービンの起動時、高温の蒸気が急激に流入すると
、ローターを構成している動翼３やローターディスク４
は静止体であるダイヤフラム２よりも急激に昇温し、動
翼３に固着したシュラウドリンク５の外径が増大する。

一方、ラジアルフィン７は熱容量が小さく、蒸気に接す
る面積が比較的大きいので温度変化の影響を敏感に受け
る。ラジアルフィン７Ｆｉダイヤフラム外輪２ａに固着
されているため半径方向の熱膨張を拘束され、ダイヤフ
ラム外輪２ａと同程度に半径方向の熱膨張をする。

このため、コールド時のギャップ寸法Ｇ、よりもホット
時のギャップＧｈが減少し、ラジアルフィン７とシュラ
ウドリング５とが摺触して損傷する虞れがある。摺触し
た場合、早擦発熱によってラジアルフィン７の先端部が
急激に伸長し、この友め゛ラジアルフィン７の先端部に
過大な熱応力を生じて重大な損傷を誘発した実例がある
。

従来、一般に、このような重大事故の誘発を軽減するた
め、第２図に示したようにラジアルフィン７に多数の半
径方向のスリット８を形成して摺触時の熱応力の緩和上
はかつており、ＸＩＩＩ！常約５０間約５０■ピツチ５
−幅のスリットが設けられる。

しかし、上記のようにして設けたスリ　ノド８を通って
作動蒸気の一部が漏洩するので、蒸気タービンの熱効率
を低下させる。高、中圧段落におけるシュラウド外周部
の蒸気漏洩菫の内、約４％がこのスリット８からの漏洩
である。

本発明は上述の事情に１みて為され、蒸気タービンの起
動時におけるラジアルフィンの摺触を防′止することに
よって前記のスリットの必要性を無くシ、スリットから
の漏洩蒸気を無くして段落効率を向上せしめることを目
的とする。

上記の目的を達成する為、本発明は、ラジアルフィンに
対向している回転部材を、ラジアルフィンよりも熱膨張
係数の小さい材料で構成するとともに、半径方向のスリ
ットを有しないラジアルフィンを形成してダイヤフラム
に取り付けたことを特徴とする。

次に本発明の一実施例を第５図乃至第９図について説明
する。

第５図は本実施例に係る段落構造の一部を蒸気タービン
の軸心方向に見た図で、従来装置における第２図に対応
する図である。

形状的に従来装ｆｉｌ（第２図）と異なるところは、ラ
ジアルフィン７にスリット８を設けていないことである
。

上記のラジアルフィン７は比較的熱膨張係数の大きいフ
ェライト系の鋼材（例えばＣｒ−ＭＯ−■鋼）を用いて
構成し、これに対向する回転体である動翼３およびシュ
ラウドリンク５を比較的熱膨張係数の小さいマルテンサ
イト系の鋼材（例えばＮｉ−Ｃｒ鋼）で構成する。

一般的にマルテンサイト系の鋼材はフェライト系の鋼材
よりも熱膨張係数が低く、２ｏｏｃ〜４００Ｃの温度範
囲における線膨張係数が約１７％低い事が実験的に確認
されている。

以上のように熱膨張係数の小さい材料でロータを構成し
友結果、温度上昇に伴うロータの熱ａｐＪＭ量が減少す
る。

さきに第３図について起動後１０時間における各構成部
材の温度上昇を説明したが、前述のような温度上昇に伴
う熱膨張量を第６図に示す。

既述のごとく、回転体と静止体との温度差は起動の初期
において蛾も大きく、口〜夕とラジアルフィンとの干渉
はこの時期に発生する危険性が大きい。そこで、コール
ド時におけるダイヤフラムとロータとの間隙寸法（詳し
くは、ラジアルフィンの内周面とシュラウドリング５の
外周面との間隙寸法）が１．５■である場合について、
起動初期における上記間隙寸法の変化を検討してみると
、第６図に示したように、ダイヤスラムの径方向膨張量は１．８■従来形ロータの
径方向膨張量は＆８■ ８■施例のロータの径方向膨張量は３ａｍである。

従って、熱膨張による間隙の減少量は次の如くである。

従来形の場合、半径の減少は（３，８ｗｍ　−１，８ｍ
）／　２　＝　１　ｍとなシ、当初の間隙が１．５■で
あったとき、起動初期の間隙は０．５■となる。製品の
加工公差等を勘案すると、この状態は危険である。

本実施例の場合、半径の減少は（３−一１．８ｓａＩ）
／　２　＝　ａ　６　ｓｗとなシ、当初の間隙が１．５
　ｍｍであったとき、起動初期の間隙はα９■となる。

製品のｖロエ公差等を勘案しても、この状態は従来形に
比して格段に安全である。

一方、ラジアルフィンをダイヤフラＪＡＫ取り付ける構
造は、一般に、第７図に示すごとくダイヤフラムの外輪
２ａにラジアルフィン挿入用の溝９を削成してこの中に
ラジアルフィン７が嵌着される。

通常、溝Φ扇９ａはラジアルフィンの厚さ７ａよりも約
１ｍ大きく加工され、ラジアルフィン７を挿入し次後、
溝９ρ両側をカシメて溝９とラジアルフィン７との間に
圧着部９ｂが構成される。

１１はカシメ加工によって生じた圧痕である。

このラジアルフィンは蒸気温度の変化に伴って敏感に温
度変化するので、ダイヤフラム外輪２ａとの間に熱膨張
差によるズレを生じ易い。

ラジアルフィン７はダイヤフラム外輪２ａによって半径
方向の膨張を拘束されているので、その円周方向の膨張
差が問題と々る。

第２図に示した従来形のラジアルフィン７は円周方向に
約５０■ピツチでスリット８が設けられているので、円
周方向の熱膨張は問題にならなかった。しかし、本実施
例（第５図）のようにスリットを設けていない場合は無
視できない程度の熱膨張差を生じる０例えばラジアルフ
ィン７とダイヤフラム外輪２ａとの間に１００ｔ：’の
＠に差を生じた場合、円周方向にα７ｍｍ１．０−の差
を生じる。この脹膨差によってダイヤプラム外−２１と
ラジアルフィン７との間で滑り現象が繰返されると、圧
着部９ｂに弛みを生じて重大な損傷を誘発する虞れが南
る。

本実施例においては、上記の危険を防止する念め、第８
図に示すようにラジアルフィン７の側面、評しくは、組
立状態において蒸気タービン軸と直焚する両面にそれぞ
れローレット加工により微細な凹凸７ｂ、７Ｃを設ける
。そして、ローレット力ａ工による微細な凹凸による条
痕の方向は半径方向に対して傾斜せしめ、かつ、一方の
面の条痕傾斜方向と、その反対側の面の条痕の傾斜方向
とを逆にする。このように、ラジアルフィンの側面に凹
凸を形成してダイヤフラムに設けた溝の中へ嵌着するこ
とにより、ラジアルフィン７はダイヤフラム外輪２ａに
対して半径方向にも円周方向にも、又、熱＃眼に関して
も熱収縮に関しても、滑ることなく強固に固定される。

第９図はダイヤスラムタを輪２ａに形成した溝の中にラ
ジアルフィン７を嵌合してカシメつけたところの拡大断
面図である。

ラジアルフィン７の側面に形成する凹凸７ｂ。

７Ｃのピッチを約１ｍとし、凹凸深さ７ｄを０．２ＩＩ
ｌｌＩμ上とすることが、すべり現象防止の友めに効果
的である。

本発明者らの実験によれば、出力３５０ＭＷクラスの蒸
気タービンに本発明を適用した結果、同量の蒸気量で１
時間当たり約１０５ＫＷの出力増肌が得られ、年間的８
４０．０００　ＫＷ時の発生仕事量増加が達成された。

また、ラジアルフィンのスリットを廃止したことにより
製作工数が節減されて原価を低減することができた。

本発明を実地に適用する場合、ダイヤプラム外輪もラジ
アルフィンも、共に組立完了状態においては環状をなす
構成部材であるが、その組立を容易ならしめる九め、ラ
ジアルフィンを円周方向に複数個に分割しておくとよい
。

以上詳述したように、本発明は蒸気タービンの段落構造
において、ラジアルフィンに対向している回転部材を、
ラジアルフィンよりも熱膨張係数の小さい材料で構成す
るとともに、半径方向のスリットを有しないラジアルフ
ィンをダイヤフラムに取り付けることにより、蒸気ター
ビンの起動時におけるラジアルフィンの摺触を防止して
スリットを設けることの必要性を無くシ、該スリットか
らの漏洩蒸気を無くして段落効率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンの段落構造の断面図、第２図＃′
ｉ第１図におけるＡ矢視図、第３図は蒸気タービン段落
構成部材の１度変化を示す図表、第４図は同熱膨張の説
明図、第５図乃至第９図は本発明に係る蒸気タービン段
落構造の一実施例を示し、第５図は従来装置における第
２図に対応する図、第６図は構成部材の熱膨張量を従来
装置と対比し次図表、第７図はラジアルフィン嵌合部の
断面図、第８図はラジアルフィンの部分的平面図、第９
図はラジアルフィン嵌合部の拡大断面図である。１・・・静翼、２・・・ダイヤフラム、２ａ・・・同外
輪、２ｂ・・・同内輪、３・・・動翼、４・・・ロータ
ーディスク、５・・・シュラウドリング、６・・・テノ
ン、７・・・ラジアルフィン、７ｂ、７ｃ・・・凹凸、
７ｄ・・・凹凸の深さ、８・・・スリット、９・・・溝
、１ｏ・・・段落主流蒸気、１１・・・カシメ加工の圧
痕、１５・・・タービンケーシング。　　　　　　　・ｉＹぢ＊　　ｌ［Ｕ ′＃　２（２）隼４図ｔ　ｒ図＄７［１茎８図第９図ｄＬ７ｂ　　　　　　　　２Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】１、蒸気タービンの段落構造において、ラジアルフィン
に対向している回転部材を、ラジアルフィンよりも熱膨
張係数の小さい材料で構成するとともに、半径方向のス
リットを有しないラジアルフィンをダイヤフラムに取り
付けたことを特徴とする蒸気タービンの段落構造。２、上記のラジアルフィンは、蒸気タービンの軸心と直
交する側面に凹凸を形成して、ダイヤフラムに設けた溝
の中に嵌着したものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の蒸気タービンの段落構造。３、前記のラジアルフィンは、円周方向について複数個
に分割し友ものであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項、又は、特許請求の範囲第２項に記載の蒸気ター
ビンの段落構造。