JPS5951105A - 蒸気タ−ビンの間隙制御方法 - Google Patents

蒸気タ−ビンの間隙制御方法

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JPS5951105A
JPS5951105A JP16235482A JP16235482A JPS5951105A JP S5951105 A JPS5951105 A JP S5951105A JP 16235482 A JP16235482 A JP 16235482A JP 16235482 A JP16235482 A JP 16235482A JP S5951105 A JPS5951105 A JP S5951105A
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JP
Japan
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steam
gap
temperature
turbine
seal ring
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Pending
Application number
JP16235482A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruo Sankai
三階 春夫
Kuniyoshi Tsubouchi
邦良 坪内
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS5951105A publication Critical patent/JPS5951105A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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動翼側壁とシールリングに取付
けたチップの間隙の制御に関する。
近年の燃料費、建設費の高騰に伴い、発電プラントの効
率向上が強く要請されている。このため、各種の効率向
上策が検討され、一部は実用化されているが、これらの
ほとんどはタービンなどの機械装置の効率改善、発電f
幾などの電シ(を装置ばの効率改善、あるいは所内動力
の低減につながるものである。しかし、これらの機器の
効率はすでに99%に達するものが多く、大きな改善効
果が期待できない状況にある。また、所内動力の削減に
ついても環境保全対策などの面から大きな効果を得るこ
とは困hKである、このため、効率向上策として最近注
目されているものに蒸気サイクルの改善、特に、タービ
ン入口蒸気条件の高温商工化があげられてる。ここで、
発電プラントの入口蒸気条件は、新鋭超臨界火力プラン
トの圧力246Kgf/cm2.温度566Cに達した
後に、10年以上も改善されていない。これは、主とし
て使用限界温度560C近傍のフェライト系耐熱鋼が経
済的に整合性のある構造部材とされてきたためである。
しかし、最近の燃料高騰と材料技術の進捗によって、よ
シ高価な耐熱鋼を使用しても経済的に成立する状況とな
っている。このため、蒸気条件をさらに高温高圧化し、
プラントの効率を大幅に改善させる機運が高まシつつあ
る。
このような超高温高圧タービンでは、従来の蒸気条件で
ある圧力247Kqf/″cm2r rfa度538C
から圧カニ353Kqf /1yn2.温度649Cに
なると、蒸気量は14%、比体積は28%低減する。従
って、同一出力の蒸気タービンに対して翼長が小さくな
るとともに段落ごとの圧力差も大きくなり、間隙を通過
する漏洩量が相対的に大きくなって、効率が低下する。
このために、入口蒸気条件の改善による効率向上が削減
されることになる。従来、動翼の先端部には段付側壁を
設け、ケーシングには側壁に対向して配[りしたマルチ
フィンを設けて、側壁外周とフィンとの間隙を起動時か
ら運転点に達するまでに生じる軸振動や熱変形などを考
慮して両者が接触しないようにあるかしめ定めている。
従って、間隙は各種の運転条件や蒸気量に対しても十分
な余裕をとるために、かなυ大きくなり、従来の無制御
方式では間隙を通過する漏洩量の低減には限界がある。
本発明の目的は、超高温高圧の然気タービンの動翼先端
の側壁とチップフィンの間隙を最小限にして漏洩量を低
減することにより効率向上を図る間隙制御方法を提供す
るにある。
本発明の要点は、7jjb翼先端の側壁とチップフィン
の間隙を供給蒸気または段楢成の一部から分岐した蒸気
ポルデックスチューブを通過させて得られた低齢、高温
の蒸気を用い又チップフィンの付いプとシールリングを
間隙を測定しながら加熱または冷却して漏洩量を最小と
なる。しうにIIIJ ml L 、使用後の蒸気を排
気または給水系に熱回収Jるにある。
以下、本発明を第1図及至第(5図を用いて説明する。
第1図、第2図および第3図はフド発明による超高温高
圧蒸気タービンの間隙制御方法の実施例のシステムを示
ず。すなわぢ、ボイラ1.超高圧タービン2.高圧ター
ビン3.中圧タービン4.低圧タービン59発電機6お
よび復水器7からなる。
主蒸気14からポルテックスチューブ22に連通ずる蒸
気系統21を設け、さらに、ポルテックスチューブ22
内でエネルギー分離し、所定の温度となって間隙制御に
用いる蒸気系統23を設ける。また、間隙制御に用いた
戻シ蒸気系統24を配設し、これを熱回収するために、
超高圧タービンの排気蒸気系統15に連通し、ポルテッ
クスチューブ22内でエネルギー分離し、間隙制御に用
いなかった蒸気を熱回収するために、高圧タービンの排
気蒸気系統17に連通ずる蒸気系統25を設けて構成す
る。なお、第1図の実施例において、蒸気の取出し口を
ボイラ1の直後の主蒸気から取り、ポルテックスチュー
ブ22内でエネルギー分離 ービン排気蒸気系統15に、間隙制御に用いなかった蒸
気の戻り先を高圧タービン排気蒸気系統17に導ひく。
超高圧タービン2の構造物の温度および熱負荷によって
は、例えば、第2図に示すように、蒸気9沖し口を超高
圧クーピン2の段落間からの油気口とすることができ、
また、熱回収についても、例えば第3図に示すように、
間隙制御に用いなかった蒸気の戻り先を低圧給水加熱器
10とすることができ、間隙制御条件を考慮したプラン
トの熱サイクルの最適条件から決定されるものである。
以上のような蒸気発生システムを構成することによって
超高圧タービン2の@I)翼先端の側壁とチップフィン
の間隙制御を可能とする蒸気を発生することができる。
iて、このような蒸気発生システムを利用し、超高圧タ
ービン2の動翼先端の側壁とチップフィンの間隙を制御
する方法の実施例として第4図乃至第6図を用いて勝、
明する。
第4図は、超高圧タービン2の典型的な例を示す断面図
である。すなわち、ボイラ1からの超高温高圧の蒸気を
タービン内部に導入する主蒸気管26、さらにこの主蒸
気をタービン段落に導く所謂ノズルボックス27、ター
ビン段落を構成スる複数個のダイヤスラム2B、タービ
ン動翼35を支持するロータディスク34、さらに、ダ
イヤフラム28を固定する内部ケーシン、%33、およ
び)これら各種の構成装置を1体に包含する外部ケーシ
ング30から構成されている。このような超高圧タービ
ン2では、主蒸気管26を通じ、ノズルボックス27を
介して流入する蒸気はダイヤスラム28に保持される静
翼36で加速され、ロータディスク34に回転力を与え
ることにより、エネルギーを失ない、次第に圧力、温度
を減する。このようにタービン段落を通過した主蒸気流
15の大部分は、排気管29を通じて排出され、ボイラ
1の再熱器へ導かれるが、一部の蒸気流は分岐され、内
部ケーシング33を冷却する冷却蒸気32となり、冷却
蒸気排気管31から排出される。
第5図は動翼先端側壁37とチップフィン38との間隙
42を制御するだめの詳細な構成を示す。
動翼先端の側壁37とこれに対置したシールリング39
に取付けられたチップフィン38、シールリングに蒸気
を均一に吹付ける作用を持ち、周方向に複数個配置され
た分配管40および蒸気の出入口をもつケーシング48
より(1り成される。
本図では主蒸気21を入口制御弁43を通して流量制御
した後、ポルデックスチューブ22に導びき、分01t
シた高温蒸気は切換弁46を通して流入1〕49に導び
かれ、分配ff 40 J二りシールリング39に吹イ
リけられた後、i)’L、出口よp流出する。一方、分
離した低温蒸気は出口制御弁44により流量制御された
後、切換プP45を通って排気系または給水系に熱回収
される。入日制用1弁43と出口制御弁44は間隙セン
サー41により間隙42を測定′して間隙が最小値とな
るように制御器47により制御される。なお、設計伯仲
により低温蒸気が必要な場合に1八切換弁45.46の
切換えにより分配器40に低温蒸気を24びくとともで
きる。
ボルテツクスナユーブ22の7行性は第6図に示すよう
であるから、出口制御弁44により低温蒸気と高温蒸気
との流3:比とともに低温蒸気および高温蒸気の温度を
変えることができ、さらに、入口制御弁43によシ全体
の温度レベルを変えることができるので、上記の制御は
容易に達成できる。
第5図に示す実施例では単段の間隙制御方法を示したが
、多段の場合にはこの実施例の構成を各段に採用し、蒸
気系統を直列iたは並列に配設することによシ容易に拡
張できる。また、蒸気条件や熱負荷の変動が少なく、動
翼先端の側壁やシールリングの熱変形などが推定できる
場合には、切換弁、制御器および間隙測定を省略するこ
とができる。
また、本実施例では、ポルテックスチューブ22を超高
圧タービン2の外部に置いたが、外部ケーシング30と
内部ケーシング33の間に内蔵することもできる。
本実施例では超高圧タービンへの適用について述べたが
、本間隙制御方法は高圧タービン、中圧タービンおよび
低圧タービンのいずれにも適用可能で蒸気の取入、取出
系統がそれぞれの場合に応じて異なる。
本発明による間隙制御法を超高温高圧蒸気タービンに採
用すれば、蒸気条件や熱負荷の変化に応じて常に間隙を
最小に保つことができて側壁とフィンの接触などを起す
ことなく、段落間の漏洩量を低減できて性能が向上する
。ポルテックスチューブの構造は簡単で可動部分がない
ので、保守性がよく、価格も安い。さらに、ポルデック
スチューブで分離されて間隙制御に使用しなかった蒸気
を排気系または給水系に戻して蒸気または給水を加熱す
るのに利用しているため、プラント効率の劣化を最小限
にしている。
起動から運転点に達する間には普通翼や軸系の固有値を
数回通過したシ、熱変形が運転時と異なるので接触の心
配がある。そこで、ポルテックスチューブで分離された
高温蒸気温度は供給蒸気よシ高いことを利用してシール
リングを急速に加熱拡大すれば運転点でよシ小さな間隙
が達成できる。
動翼先端の側壁やシールリングの熱変形を予測できる場
合には間隙測定器や制御器などを6略できて安価なシス
テムができ、きわめて経済的で実用性が高い。なお図中
8は復水ポンプ9は低圧給水加熱器、11は脱気器12
は給水ポンプ13は高圧給水加熱器、16は再熱蒸気1
8は二段再熱蒸気19は連絡管20はボイラ給水系50
は流出口である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第3図は本発明による超高温高圧
蒸気タービンプラントの系統図、第4図は第2図の超高
圧タービンの断面図、第5図は本発明の間隙制御の一実
施例の断面図、第6図はポルテックスチューブの温度分
離特性図である。 36・・・#IJJ翼、37・・・動翼先端側壁、39
・・・シールリング、41・・・間隙測定器、43・・
・入口制御弁、44・・・出口制御弁、47・・・制御
器。      に−′代理人 弁理士 高橋明東  
1 j・与12 Yダ(2) 47 ?r乙 [イ]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、蒸気タービンプラントにおいて、供給蒸気の一部ま
    たは各段へ供給した蒸気から分岐した蒸気をポルテック
    スチューブを通過させ、ここで得られた低温または高温
    の蒸気を用いて動翼に対向して設けられたシールリング
    を加熱または冷却して間隙を測定しながら、蒸気条件や
    蒸気量の変化に応じて漏洩量を最小となるように制御し
    、加熱または冷却した後の蒸気および未使用の蒸気を排
    気系に熱回収することを特徴とする蒸気タービンの間隙
    制御方法。 2、特許請求の範囲第1項の記載において、シールリン
    グを加熱または冷却した後の蒸気および未使用の蒸気を
    給水系に熱回収させることを特徴とする蒸気タービンの
    間隙制御方法。
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