JPS5970808A - 蒸気タ−ビンの腐蝕防止装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は焼ばめ型ロータを有する蒸気タービンの腐蝕防
止装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、蒸気タービンのロータには、一体に鍛造された
合金鋼等の素材から機械加工によっ　　　−て製造する
もの、円板状の素材を溶接により　一体化し、その後機
械加工によって製造するもの、機械加工が完了し羽根を
植込んだ円板をロータシャフトに焼ばめによって結合す
るもの等の種類があるが、このうち、焼ばめ型ロータは
、素材がロータシャフトと複数の円板とに分割されてい
るため、比較的小規模の鍛造素材から大型のロータを製
造することが可能であり、この利点の故に永年にわたっ
て使用されてきた。

第１図はこのような従来の焼ばめ型ロータの一例を示す
ものであシ、各円板１の内径ｄ１ハいずれもロータシャ
フト２の外径ｄ２に対し１常温の状態において、焼ばめ
代として知られる寸法だけ小さく製造されている。この
円板１をシャフト２に結合する際はシャフト２の温度を
上げず、円板１のみ加熱して熱的に膨張させ、円板１の
内径寸法ｄ１をシャフト２の外径寸法ｄ２よシ大きな状
態にしてシャフト２を挿入し、所定の位置に設置した後
、円ヅ１を冷却して熱的な収縮によシ円板１とシャフト
２を互いに固定させる。

一方、円板１の外周部には複数の羽根３が結合される。

円板１とシャフト２０間には、第２図に示すようにボア
キー溝４，５内に臨む円板ボアキー６が設けられる。こ
の円板デアキー６は異常な運転状態下において、焼ばめ
がゆるんだ場合にも円板１がシャフト２に対して相対的
に回転することを防止するものである。ガお、第１図に
おいて矢印Ａは蒸気の流れを示している。

しかしながら、この焼ばめ型ロータにおいては、応力腐
蝕割れ（５ｔｒｅｓｓ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｃｒａｃ
ｋｉｎｇ）という、ロータの信頼性を低下し、寿命を縮
める現象の発生するおそれがある。この応力腐蝕割れの
発生メカニズムの１つとしては、酸素を含んだ水または
水蒸気の環境の下に金属の表面酸化被膜が局部的に破壊
され、かつ材料に引張応力が作用することによってその
部分が選択的に溶解され、割れが生じるタイプのものが
挙げられる。この場合、応力腐蝕割れは材料が割れに対
する感受性を有すること、限界値以上の高い応力が作用
すること、および材料が局部的な酸化被膜の生成と破壊
を受ける環境下におかれていることの３つの要因が重な
ったときに発生する。

このうち材料の応力腐蝕割れに対する感受性は、材料強
度と密接な関係を持ち、一般に引張強度の高い材料はど
割れ感受性も高くなる。焼ばめ型ロータの円板１は、そ
の作用応力が高い点から引張強度の高い低合金鋼を使用
せざ７ど、を得ず、今後、割れ感受性の全くない材料を
選択または開発することは殆んど不可能である。

つぎに、焼ばめ型ロータの円板１の応力に・ついてみる
と、円板１には初期の焼ばめに起因する焼ばめ応力と、
回転にともない円板１目身および羽根３に遠心力が作用
することに起因する遠心応力とが発生し、その値は、円
板１の内径側はど高くなる。特に、第２図に詳示するキ
ー６の周囲のキー溝４においては、形状に起因する応力
集中が発生し、作用応力はしばしば応力腐蝕割れの発生
限界値をこえる場合がある。

さらに、環境の点では、発電設備における蒸気の性状は
、蒸気発生設備（ボイラ、原子炉等）、復水設備、給水
設備等の全体的な仕様によって決定され、円板１の応力
腐蝕割れにのみ注目した微妙な水質管理を行うことは困
難である。特に、沸騰水型原子カプラントにおいては、
原子炉内で発生する酸素が蒸気とともに蒸気タービンに
混入することを避けることはできない。

前述した従来の焼ばめ型ロータの円板１のポアキー溝４
の近傍においては、前述した材料、応力および環境の３
つの因子が重なるため応力腐蝕割れの発生するおそれが
あった。そして、円板１に応力腐蝕割れが発生し、この
発生した応力腐蝕割れが非破壊検査等によって未然に検
知されなかった場合は、円板１の破壊につながることも
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、前述した従来のもにおける欠点を除去し、焼
ばめロータ円板部の応力腐蝕割れの要因を取除くことが
でき、ひいてはロータの信頼性が向上し、寿命を従来の
ものよシ向上する蒸気タービンの腐蝕防止装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、静止体およびラビ
リンスパツキンを貫通し７て外部から送られる清浄な蒸
気を円板のノ・ブ間の微小間隙に供給する蒸気供給路と
、ラビリンスパツキンと円板のハブとの間に形成し蒸気
供給路からの蒸気を一時的に溜める環状の蒸気溜と、ラ
ビリンス・七ツキンに漏洩蒸気の流れの方向に沿って形
成し、前記ラビリンスパツキンと円板のノ・プとの間に
、流下する漏洩蒸気を蒸気溜とバイパスさせる蒸気バイ
パス路とで構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第３図〜第８図に示す実施例によシ説明
する。なお、前述した従来のものと同一の構成について
は、図面中に同一の符号を付し、その説明は省略する。

第３図は本発明の概略構成を示すものであわ、隣位の一
対の円板１．１のノ・ブ７ａ　、Ｊａ間には熱膨張の際
の衝突を防ぐための微小間隙７が従来のものと同様に形
成されている。

そして、本発明は、原子炉等の本来の蒸気発生器からの
蒸気の大半は応力腐蝕割れのおそれのない羽根（動翼）
３を通過して仕事をし、残シのわずか１％前後の蒸気が
ノズルダイヤフラム８の先端のラビリンスパツキン９を
漏洩し、この漏洩した蒸気が円板１の前記環境条件を支
配することに着目し、この漏洩蒸気量に相肖する不純物
を含有しない清浄な蒸気を前記間隙７を介してキー溝４
，５内に供給するようにしたものである。このため、ボ
イラ、原子炉等のような本来の発電設備に固有な蒸気発
生設備（図示せず）のほかに清浄な蒸気を発生する小型
の蒸気源（図示せず）が設けられている。この蒸気源か
らは管路１１が延在し、タービンケーシング１２に貫設
された蒸気供給管１３を介してノズルダイヤフラム８の
基部と接続されている。

さらに、ノズルダイヤフラム８には、ケーシング１２０
半径方向の蒸気供給孔１４が穿設されている。なお１５
はラビリンス・”　ツキン嵌合溝である。

第４図（ａ）　、　（ｂ）は第３図のＩＶ　−ＩＶ線に
沿って切断したノズルダイヤフラム８の蒸気供給孔の上
半部および下半部を示す図である。

第５図は第３図のラビリンスパツキン９部を拡大して示
す図で、ラビリンスパツキン９に漏洩蒸気１７の流れの
方向に沿って複数個漏洩蒸気パイノぐス孔１６を形成し
、ラビリンス・９ツキン９と円板１のノ・ブ１ａとの間
に流下する漏洩蒸気１７を後述する蒸気溜１９と・ぐイ
・母スさせる。またラビリンスパツキン９に前記蒸気供
給孔１４と前記円板ノのハブ１ａとの間を連通ずる蒸気
供給孔１８が形成されている。この蒸気供給孔１８の両
側にフィン９　ａ　ｐ　９　ａ　ヲ設’Ｉｆ、この両フ
ィン９ａによシ供給蒸気２０を一時的に溜めや環状の蒸
気溜１９が形成されておシ、フィン９ａ　、　９ａはタ
ービン運転中に伸びの差が生じても全運転域で円板１の
ハブ１ａ間の微小間隙７に蒸気が供給できるように位置
決めされている。またラビリンスパツキン９の本来の目
的であるノズルダイヤフラム８の上流側からの漏洩蒸気
を制限するためにラビリンスパツキン９両側つまシ上流
側Ｂおよび下流側Ｃにそれぞれ多数のフィン９ｂ　、９
ｃを設けられている。

さらにラビリンスパツキン９には前記蒸気供給孔１８に
隣接して漏洩蒸気バイパス＃２１が両側に形成され、左
右の漏洩蒸気バイパス海２１は漏洩蒸気の通過を妨げな
い面積を確保すべく漏洩蒸気パイＩ？ス孔１８に連結さ
れている。なお、管路１ノ、蒸気供給管１３、蒸気供給
孔１４、パツキン嵌合溝１５および蒸気供給孔Ｊ８とに
より蒸気供給路を構成する。また多数の漏洩蒸気バイパ
ス孔１６と漏洩蒸気パイ・やス溝２１とによシ蒸気パイ
・平ス路を構成する。

前述した構成によれば、蒸気源で発生した清浄な蒸気は
管路１ノ、タービンケーシング１２とノズルダイヤフラ
ム８の間に設けられた蒸気供給管１３によりノズルダイ
ヤフラム８の外径部に導かれる。ノズルダイヤフラム８
の外径部に導かれた供給蒸気２０は、内径部に通じる蒸
気供給孔１４を介してノズルダイヤフラム８の内周部の
ラビリンスパツキン嵌合溝１５に導かれる。さらに供給
蒸気２０はラビリンスパツキン９には円板１，１のハブ
ｌａ、ｌａ間の微小間隙７と合致する位置に有する蒸気
供給孔１８から微小間隙７に噴射される。したがって、
この清浄な蒸気は円板１，１のハブＩＩｌ上に滞溜して
いる復水を飛散せしめるほか、微小間隙７からキー溝４
，５内に浸入することになる。この結果、キー溝４，５
内は常に不純物のない清浄な環境下におかれ、応力腐蝕
割れを発生させる材料、応力訃よび環境の３つの因子の
うち環境に関する因子を除去することになシ、応力腐蝕
割れの発生を防止することができる。

ところで、前記応力腐蝕割れは前述した３つの因子のほ
か環境温度とも密接な関係がある。

すなわち、応力腐蝕割れの進展速度は環境温度に大きく
作用される。これは、応力腐蝕割れに化学的要因がある
ため、蒸気成分中の物質の成分とロータ材料の化学的性
質の関係によりある特定の温度域で応力腐蝕割れが促進
されるためであると考えられる。

一方上流からの漏洩蒸気１７は上流側フィン９ｂを通過
し、漏洩蒸気バイパス溝２１、漏洩蒸気ハ・〔パス孔１
６を通じて下流側フィン９ｃを通過する。つまシ漏洩蒸
気１７は上流側フィン９ｂと下流側フィン９ｃによシ制
限されるため、漏洩蒸気１７の増加によるタービンの性
能低下等は生じなり０ なお、本発明は前述した実施例に限らず、例えば以下の
ようにしてもよい。すなわち、ラビリンスパツキンを嵌
合溝を形成せずノズルダイヤスラム等の静止体の内径部
に直接取付るようにしてもよく、機械加工で得たフィン
のみを直植°したタイプでもよい。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、簡単な構造でタービン性能
に大きな影響を与えることもなく、焼ばめロータの腐蝕
を防止でき、これによシ焼ばめロータの信頼性が向上す
る　蒸気タービンの腐蝕防止装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な蒸気タービンのロータを示す縦断面図
、第２図は第１図の■−■線に沿って切断したキー溝の
詳細を示す断面図、第３図は本発明の腐蝕防止装置の概
略構成を示す断面図、第４図０．’（ｂ）は第３図のＩ
Ｖ−ＩＶ線に沿って切断して見た上半部および下半部の
断面図、第５図は、第３図のラビリンス・やッキン部を
拡大して示す断面図、第６図は第３図のラビリンスパツ
キンの一部を示す正面図、第７図および第８図は第６図
の■ｌ　−ＶＩＥ線および■−■線に沿って切断し矢印
方向に見た断面図である。 １・・・円板、２・・・シャフト、３・・・羽根、４．
５・・・ボアキー溝、６・・・円板ボアキー、７・・・
円板間の間隙ｘ　８・・・ノズルダイヤフラム、９・・
・フィン９ａ、９ｂ、９ｃを７ｆ４するラビリンスパツ
キン、１１・・・管路、１２・・・タービンケーシング
、１３・・・蒸気供給管、１４・・・蒸気供給孔、１５
・・・ラビリンス・やッキン欽合溝、１６・・・漏洩蒸
気パイ・ぐス孔、１７・・・漏洩蒸気、１８・・・蒸気
供給孔、１９・・・蒸気溜、２０・・・供給蒸気、２１
・・・漏洩蒸気溝。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦３ 第　１− 第　２　図 第　３　図 Ｖ１ ■ヨ ４ 第　５　図 第７図 手続補正書 ＩＢＲ＋５７４　’＋　１７４１Ｂ　ｓ特許庁長官　若
杉和夫　　殿 １、事件の表示 ４’ｒ′ｆ、ｆ’１１１ｒ３５’７　１８２４　’ンＱ
　　−Ｆ７２、発明の名称 蒸気タービンの腐蝕防止装置 ３、ｉ′Ｉ旧１−をする名 事件との関係　特許出願人 （３０力　東京芝浦電気株式会社 ４、代理人 凹面の浄書（内容１乙変更なしン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータシャフトに焼ばめされた円板のハブ同土間に微小
   間隙を設け、円板の外周側にこれと間隔を存して静止体
   を固定し、前記円板のハブ外周で前記静止体の内周側に
   ラブリンスパツキンを設けた蒸気タービンにおいて、前
   記静止体およびラビリンスパツキンを貫通して外部から
   送られる清浄な蒸気を前記微小間隙に供給する蒸気供給
   路と、前記ラビリンスパツキンと前記円板のハブとの間
   に形成し、前記蒸気供給路からの蒸気を一時的に溜める
   環状の蒸気溜と、前記ラビリンスパツキンに漏洩蒸気の
   流れの方向に沿って形成し、前記ラビリンスパツキンと
   前記円板のハブとの間に、流下する漏洩蒸気を前記蒸気
   溜とバイパスさせる蒸気バイパス路を具幽した蒸気ター
   ビンの腐蝕防止装置〇