JPS59229003A - 蒸気タ−ビンの主蒸気入口構造 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの蒸気入口構造に係シ、特に超高
温高圧蒸気タービンの超高温高圧部に用いられる蒸気人
口構造に関する。

〔発明の背景〕

１９５０年代の後半、Ｐｈ１０火力発電所第６号機〔蒸
気条件；　４５００．　Ｐｓｉｇ（３１６ａｔｇ　）　
。

１１５０下（５９２Ｃ））、Ｅｄｄｙｓｔｏｎｅ火力発
電所第１号機〔蒸気条件；　５０００Ｐｓｉｇ　（３５
２ａｔｇ）　、　１２００’Ｆ　（６４９ｔｌｌ’）　
Ｅなどの超高温高圧火力発電所が建設、運転された。

その後、これらの超高温高圧プラントでは、高級な耐熱
材料を多く使用するために、設備費が非常に高くなった
ことの反省から、最大で蒸気条件、２４６　ａｔｇ　（
３５００Ｐｓｉｇ）、　５６６　Ｃ（１０５０°Ｆ）の
プラントが採用され、現在に至っている。

しかしながら、近年原油価格は高騰したため、効率が向
上する超高温高圧プラントが再びクローズアップされて
きた。

この超高温高圧プラント用蒸気タービンでは、蒸気人口
温度が高いため、高価なオーステナイト系耐熱鋼を超高
温蒸気人口部に使用することになるが、車室全体をこの
耐熱鋼で製造する事は、高価となるため、冷却技術を採
用し、車室の大部分をフェライト系耐熱鋼とする試みが
なされている。

文献”　Ｔｈｅ　Ｅｄｄｙｓｔｏｎｅ　５ｕｐｅｒｐｒ
ｅｓｓｕｒｅＵｈｉｔ（’ｌ’ｒ　ＢｎｓａＣｔ　ｔ　
ｏｎ　ｏ　ｆ　ｔｈｅ　ＡＳＭＥ　＋　ＡｕｇｕＳｔｍ
１９５７）”、　　”　、［）ｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　
Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｄ　ＷｉｔｈＴｈｅ　５ｕｐｅｒｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ　’［”ｕｒｌ）ｉｎｅ　ｆｏｒ　Ｅｄ
ｄｙｓｔｏｎｅＳｔｌｔｉｏｎ　’［Ｊｎｉｔ　Ａｌ　
（Ａｎ　ＡＳＭＥ　ｐｕｌ）１１ｃＢｔｉ６ｎ。

Ｐａｐｅｒ　Ｎｕｍｂｅｒ　５９−Ａ−２８８，１９６
０）”等に前述のＥｄｄｙｓｔｏｎｅ火力発電所第１号
機のタービン蒸気入口構造及び冷却方法が記載されてい
る。それによれば、超高温高圧部は、オーステナイト系
耐熱鋼の内部車室、フェライト系耐熱鋼の外部車室の２
重車室となっておシ、主蒸気入口部は、オーステナイト
系耐熱鋼よシなり外部車室蒸気入口先端部と溶接で一体
となった主蒸気入口管を有する構造となっている。外部
車室と主蒸気入口管の間には、環帯状のスリットが設け
られておシ、このスリット内部には、主蒸気入口管の熱
応力を減少させるための特種形状の熱遮蔽板が設置され
ている。主蒸気は、蒸気入口管内を通シ、ノズル室に流
入し、段落内で仕事をした後、排気管よシ流出する。一
方排気の一部は、内外車室間を通り、主蒸気人口管部の
スリット部に流入し、外部車室及び・外部車室蒸気入口
先端部の冷却を行っている。

しかしながら、この冷却構造は主蒸気人口管と外部車室
蒸気入口先端部が溶接により一体となっているために、
冷却用蒸気通路として設けられた、スリット及びそのス
リット内に設置された熱遮蔽板の製作上及び製品検査上
の難点があり、特に、定期点検時の検査に困難がともな
う。更にスリット終点コーナ部に応力集中が生じやすい
欠点を有する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は製作及び検査が容易であって、しかも、
蒸気入口部の熱応力が小さい蒸気入口構造を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、シールリングで一端を外部車室に、他端を内
部車室に接続させた、超高温高圧蒸気入口円管の外側に
、この円管と同心の円管を配置し同様に内、外車室に接
続させた構造を採シ、この各円管間に各内側円管内部蒸
気温度圧力よシ低温低圧の冷却蒸気を流すことによ）、
各円管内外壁差圧及び各円管内外壁温度差を小としたも
のであり、このような構成によれば製作、検査容易で、
かつ熱応力小で信頼性の高い超高温高圧蒸気入口部を得
ることができる。

〔発明の実施例〕

第１図に、主蒸気条件３５２　ａｔａ　（５０００Ｐｓ
ｉｇ）６４９ｔ１１’（１２００°Ｆ）１．出力１００
１００Ｏ段再熱蒸気発電プラントのサイクル構成図を示
している。

この発電プラントはクロクコンパウンドタイプとして構
成されており、第１軸１０には超高圧トップタービン１
、超高圧部２と高圧部３とが一体車室に構成された高圧
タービンと複流構造の中圧タービン４が接続されている
。一方、第２軸２０には、複流構造の低圧タービン５が
２台接続されている。第１．第２軸とも発電機６を有す
る。

ボイラ７で発生した主蒸気５０は、主蒸気ライン１１よ
シ、超高圧トップタービン部１に流入し、超高圧トップ
タービン部ｌで仕事をした後、超高圧トップタービン部
排気ライン１２を通シ高圧タービンの超高圧部２愕流入
する。超高圧部２より超高圧排気ライン１３を通シ、ボ
イラー７に導かれた蒸気は、ここで１次再熱器７ａで再
熱され、第１再熱蒸気ライン１４よシ高圧タービンの高
圧部３に流入′シ、高圧部３での仕事を行う。更に高圧
部３を出た蒸気は、高圧排気ライン１５を通シ、再びボ
イラー７の２次再熱器７ｂで再熱され、第２再熱蒸気ラ
イン１６よシ中圧タービン４に流入する。その後の蒸気
は、中圧排気ライン１７よシ、低圧タービン５に流入し
、復水ライン１８をへて、復水器８に導かれ、復水とな
り、図示しない給水ポンプによシボイラ７に送られる。

このようなサイクルにおいて、超高圧トップタービン１
に導かれる主蒸気条件は前述の如く、非常に高＾温度、
及び圧力となっており、トップタービン１の入口構造が
、このような高温、高圧条件に対して十分信頼性の高い
ものでなければならない。

第２図は超高圧トップタービン１の構造を示す断面図で
ある。第２図において、トップタービン１０車室は内側
より第１内部車室２１、第２内部車室２２、外部車室２
３の三重構造となっておシ、一番高温になる第１内部車
室２１はオーステナイト系耐熱鋼、第２内部車室２２及
び外部車室２３はフェライト系耐熱により製作される。

外部車室２３と第２内部車室２２間には全体にわたシ、
排気蒸気が流れるのに充分な間隙を有する排気室３３を
構成し、この室は排気管３２を介し排気ライン１２に連
通ずる。第１内部車室２１と第２内部車室２２間にもト
ップタービンの途中の段落からの抽気冷却蒸気が導入さ
れる冷却蒸気室３４を設ける。外部車室２３の上部及び
下部には、蒸気流入のための外部車室筒口２４を有し、
その筒口２４には、Ｎｉ基超超合金製造された円管状の
第２主蒸気入口継手２５が溶接され、更にオーステナイ
ト系耐熱材料の円管状の第１主蒸気入口継手２６が第２
主蒸気入口継手２５に溶接で接続されている。第１主蒸
気入口継手２６は、オーステナイト系耐熱鋼材の主蒸気
連絡管２７に同様に溶接で一体となシ、各主蒸気入口継
手ともに主蒸気人口部を形成している。

主蒸気入口部内側には、オーステナイト系耐熱鋼によ＃
）製造された第１人口円管２８が、第２内部車室開口部
３０を貫通し、一端を第１主蒸気入口継手２６にシール
リング３１ａを介して接続され、他端は、第１内部車室
２１の開口部にシールリング３１ｂを介して接続された
形で設は第１内部車室２１の開口部は、車室２１内のノ
ズルボックス４２に連通している。主蒸気連絡管２７か
ら第１主蒸気入口継手２６を経て第１人口円管２８を通
シ、第１内部車室２工内に配置したノズルボックス４２
に至る主蒸気流入通路を形成する。

また、第１人口円管２８の外側には、第１人口円管２８
と同心に、第２人口円管２９が、一端を第２主蒸気人口
継手２５にシールリング３１ｃで接続し、他端を第２内
部車室開口部３０にシールリング３１ｄを介して連結し
設けられている。

一方第１内部車室２１内にはノズルボックス４２と高圧
段動Ｒ４′１及び高圧段静翼４３、及びダイヤフラム４
４が設けられ、第２内部車室２２は、第１内部車室２１
と更に低圧段の動翼、静翼並びにダイヤフラムを包囲す
るように構成されている。また外部車室２３の下手には
、排気蒸気を外部車室２３よシ排出させるための超高圧
トップタービン排気管３２が取わ付けられている。

主蒸気５０は、主蒸気連絡管２７、第１主蒸気入口継手
２６、第１人口円管２８の内部を通過し、ノズルボック
ス４２に流入する。ノズルボックス４２より、各段の静
翼４３、動翼４１を通過し、超高圧トップタービン部１
で仕事を終了し、温度圧力の下った排気蒸気５１は、第
２内部車室２２と外部車室２３間の排気室３３を外部車
室２３の内壁と第２内部車室２２の外壁を冷却しながら
、超高圧トップタービン部排気管３２に向って流れる。

また、この排気蒸気５１の一部は、第２冷却蒸気５２と
なシ、第２人口円管２９の外側と、外部車室筒口２４及
び第２蒸気入口継手２５の内側の間に設けられた環状の
第２冷却蒸気通路５３を第２人口円管２９の外表面を冷
却しながら流れ、第２冷却蒸気排出孔５４より排出する
。一方、段落中間段よシ抽気した第１冷却蒸気５５は、
その中間段動翼後空間と連続している抽気冷却蒸気室３
４を第１内部車室２１の外壁を冷却しながら流れ、第１
人口円管２８と、第２人口円管２９間の第１冷却蒸気通
路５６に流入する。更にこの通路５６を第１人口円管外
壁を冷却しながら流れ、第１冷却蒸気排出孔５７よシ排
出する。

第１冷却蒸気５５け、トップタービンの中間段よシ抽気
された蒸気であるため、主蒸気５０に比べて、抽気口に
至るまでのタービン段落でした仕事の分だけ圧力及び温
度が低下し、更に第２冷却蒸気５２は、トップタービン
の排気５１がそのまま利用されるから第１冷却蒸気５５
よシも、圧力、温度ともに低くなる。つまシ、蒸気人口
部では、中心部に主蒸気５０が通シ、その回シを順次第
１冷却蒸気５５、第２冷却蒸気５２が通るので、温度、
圧力が段階的に低下することになる。

第３図に各冷却蒸気排出孔より排出された冷却蒸気の回
収系統を示す。第１冷却蒸気排出孔５７より排出した第
１冷却蒸気５５は、流量調整弁６３を有する第１冷却蒸
気回収ライン６１を流れ、超高圧トップタービン部排気
ライン１２に回収される。また、第２冷却蒸気５２は、
第２冷却蒸気排出孔５４から流量調整弁６４を有する第
２冷却蒸気回収ライン６２を流れ、高圧タービンの超高
圧部２の排気ライン１３に回収させる。

各ラインの流量調整弁６３．６４は第１冷却蒸気５５及
び第２冷却蒸気５２の流量を調整し、各車室及び人口円
管２Ｂ、２９の過冷却あるいは、冷却不足を生じないよ
う鈍する。

次に、第４図に、超高圧トップタービンの高圧側すなわ
ち、排気側とは反対側にあって高圧ＫｆｉＯ主蒸気が直
接作用する側の軸封機構を示す。

超高圧トップタービンの高圧側は、第１内部車室ラビリ
ンス部７１、第２内部車室ラビリンス部７２、外部車室
ラビリンス部７３にて三重に軸封される。第１内部車室
２１と第２内部車室２２間には、抽気冷却蒸気室３４と
は仕切られた、漏洩蒸気室７４を有し、その漏洩蒸気室
７４よシ第２内部車室２２及び外部車室２３を貫通した
漏洩蒸気排気管７５を有する構造となっている。またこ
の漏洩蒸気排気管７５に接続する漏洩蒸気ライン７６は
、超高圧トップタービン部１排気圧力より低い高圧ター
ビンの超高圧部の排気ライン１３に接続されている。

第１内部車室２１からの漏洩蒸気８１は、第１内部車室
ラビリンス部７１を通り、漏洩蒸気室７４に流入する。

一方超高圧トツブタービン部１排気蒸気５１の一部８２
は、第２内部車室２２と外部車室２３の軸方向の間隙か
ら第２内部車室ラビリンス部７２と、外部車室ラビリン
ス部７３の２方向に分岐し、第２内部車室ラビリンス部
を流れる漏洩蒸気８３は漏洩蒸気室７４に流入する。

漏洩蒸気室７４の蒸気は、漏洩蒸気排気管７５を通シ、
超高圧排気ライン１３へ排出する。漏洩蒸気室７４は超
高圧トップタービン１の排気ライン１２よシも更に圧力
の低い高圧タービンの排気ライン１３に連通しているの
で、最も圧力の高い漏洩蒸気８１はラビリンス部７１を
漏洩しても漏洩蒸気室７４に流出する。更に第２内部車
室２２と外部車室２３０間から漏洩する蒸気もラビリン
ス部７３を漏洩蒸気８３として漏洩蒸気室７４側へ流れ
る。

以上の説明のごとく本実施例によれば、超高圧トップタ
ービン蒸気入口部に２重管を適用し、ケーシングを３重
とすることで、下記効果が得られる。

蒸気入口部に外部車室２３とは別体のシールリング３１
ａ、３１Ｃを介して外部車室の継手部２５．２６と接続
する円管２８，２９を採用することで、外部車室及び主
蒸気入口継手部が検査、製造、分解容易な構造となる。

また、２重人口円管の採用及び内部車室の２重化に伴う
段落中間段よシの冷却蒸気によシ、各入口円管の内外圧
力差、温度差が小さくなシ、入口円管の薄肉化が可能と
なシ、従来装置に見られるような断熱層は不要となシか
つ発生熱応力の小さい入口円管構造となる。

更に、内部車室を２重構造としたので、それぞれの内部
車室の内外圧力差が小さく々るため、各内部車室の肉厚
を薄くすることができ、かつ各内部車室内外壁温度差も
小さくなるので、発生熱応力が一層小さくなる。

また、内部ケーシングのうちノズルボックス出口部等の
高温蒸気にさらされる部分は、高価なオーステナイト系
耐熱鋼を使用しざるえないが、第１内部車室のみ、この
高級な耐熱鋼を使用すれば良く、第２内部車室はフェラ
イト系耐熱鋼を使用できるので従来の１重内部車室構造
に比べ、経済的にすぐれている。

主蒸気入口継手部は、第１冷却蒸気、次に第２冷却蒸気
と徐々に低い冷却蒸気により冷却されるため、継手部に
過度な熱応力が発生しないこと、またフェライト系耐熱
鋼の外部車室への主蒸気導入管よりの熱伝導を防止する
ことができる。

超高圧トップタービン部排気管を、超高圧ドッグタービ
ン部最終段とは反対側位置に設けることによシ、排気蒸
気５ユを外部車室内壁と、第２内部車室外壁間の排気室
３３の全域にわた如流動させることかでき、特に第２内
部車室外壁の冷却が良好となる。

内部車室の２重化によシ、第４図に示す如く軸封部７１
と７２との間に抽気冷却蒸気室３４とは独立して漏洩蒸
気室７４を設ける事ができ、この漏洩蒸気室７４に、排
気蒸気を導くことで、高温の第１内部車室内の漏洩蒸気
８１が、第２内部車家側へ漏洩することを防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、蒸気入口部を、
車室とは分解可能な二重管によって構成したので点検の
ための分解が容易となシ、継手の内部に溶接個所がなく
なるので製品検査が容易となる。更に入口円管と車室側
継手部とはシールリングで接続されるから、従来装置の
ように肉厚が急変する個所がなくなり熱応力の集中が少
なくなシ信頼性が向上する。

更に、各入口円管の間に超高圧トップタービンの中間の
段落から油気した冷却蒸気を流し、外側の入口円管と外
側車室の間に超高圧トップタービンの排気蒸気を冷却蒸
気として流すようにしているから、入口円管の中心から
外側に向うにつれて、温度、圧力ともに順次低くなシ、
各入口円管に作用する熱応力及び内圧による引張シ応力
が小さくなシ、入口円管を薄肉化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超高圧高温蒸気タービンプラントの構成図、第
２図は本発明を実施した超高圧トップタービンの断面図
、第３図は各冷却蒸気排出孔からの排出蒸気の回収系統
図、第４図は超高圧トップタービンの高圧側軸封機構を
示す断面図である。 １・・・超高圧トップタービン、２，３・・・高圧ター
ビン、４・・・中圧タービン、５・・・低圧タービン、
１１・・・主蒸気ライン、１２・・・トップタービン排
気ライン、１３．１５・・・高圧タービン排気ライン、
２１・・・第１内部車室、２２・・・第２内部車室、２
３・・・外部車室、２４・・・外部車室筒口、２５・・
・第２主蒸気入口継手、２６・・・第１主蒸気入口継手
、２８・・・第１人口円管、２９・・・第２人口円管、
３０・・・第２車室開口部、３１ａ〜３１ｄ・・・シー
ルリング、３２・・・トップタービン排気管、３３・・
・排気室、３４・・・抽気冷却蒸気室、４０・・・ロー
タ、５４・・・第２冷却蒸気排出孔、５７・・・第１冷
却蒸気排出孔、６３゜６４・・・流量調整弁。 代理人　弁理士　高橋明夫 ７１図 ￥３図 ７ 輩ｌｆ−図 １９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部及び内部車室を有する蒸気タービンにおいて、
   前記車室とは分離可能であシ主蒸気の流入通路を構成す
   る同心状に配置された二重の入口円管を一端を外部車室
   に他端を内部車室に接続して配置し、前記二重人口円管
   の間に形成された断面が環状の第１冷却通路に、内側の
   入口円管内の主蒸気よシも低温、低圧であシ、かつ、該
   蒸気タービンの排気蒸気よりも高温、高圧の冷却蒸気を
   供給することを特徴とする蒸気タービンの主蒸気人口構
   造。 ２、特許請求の範囲第１項忙おいて、前記入口円管と外
   部及び内部車室とはそれぞれ、シールリングを介して接
   続されているととを特徴とする蒸気タービンの主蒸気入
   口構造。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記外側の入口円
   管外壁と、該円管の一端が接続される外側車室との間に
   外側入口円管の軸方向に沿った環状の第２冷却蒸気通路
   を形成し、該通路に蒸気タービンの排気蒸気を導くよう
   にしたことを特徴とする蒸気タービンの主蒸気入口構造
   。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記内部車室は、
   ５ノズルボツクスを含むタービンの高圧段落部を内蔵し
   た第１内部車室と、該第１内部車室と倉−ビンの低圧段
   落部を内蔵した第２内部車室とよシ構成され、前記内側
   入口円管の一端を前記第１内部車室に、外側人口円管の
   一端を第２内部車室に接続したことを特徴とする蒸気タ
   ービンの主蒸気入口構造。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記第１内部車室
   の外壁と第２内部車氷の内壁との間に抽気冷却蒸気室が
   形成され、該蒸気室に前記タービン高圧段落部と低圧段
   落部間の抽気蒸気が導入されていることを特徴とする蒸
   気タービンの主蒸気入口構造。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記内側入口円管
   と外側入口円管の間に形成された環状の第１冷却蒸気通
   路が前記抽気冷却蒸気室に連通されていることを特徴と
   する蒸気タービンの主蒸気入口構造。 ７、特許請求の範囲第３項において、前記外ａ＋＋入口
   円管及び内側人口円管は、それぞれ外（１１１１車室に
   一体化された第２主蒸気入口継手及び第１主蒸気入口継
   手によシ外側車室に接続され、前記各継手にそれぞれ前
   記第１及び第２冷却蒸気通路に連通する第１及び第２冷
   却蒸気排出孔力！設けられていることを特徴とする蒸気
   タービンの主蒸気入口構造。 ８、特許請求の範囲第７項において、前言己第１及び第
   ２冷却蒸気排出孔はそれぞれ、前言己冷却蒸気よシも低
   圧の系統に冷却蒸気回収ラインによって接続され、前記
   回収ラインに流量調整弁を設けたことを特徴とする蒸気
   タービンの主蒸気入口構造。