JPS6045702A - ロ−タデイスクの蒸気凝縮防止方法 - 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ロータディスクを加熱して該ロ
ータディスクのキー溝内における蒸気の凝縮を防止する
方法に関するものである。

〔発明の背景〕

蒸気タービンでは回転体の周速が太きいために、その信
頼性が強く安請されている。蒸気タービンの段落構成は
第１図に示すように、回転体である動翼１、ロータディ
スク２、ロータシャフト３、及び静止体であるダイヤフ
ラム７．８、静翼６、ケーシング１０から構成されてい
る。通常、回転体であるロータディスク２はロータシャ
フト３に焼ばめで固定されている。このような焼ばめデ
ィスク方式のタービンロータでは、ディスクの位置決め
のために１キーを設けている。現在、円形断面冷し成形
方式と矩形断面置キー形方式の二種類があるが、蒸気条
件が湿シ域となる低圧段では、次のような問題が生じる
。

前者の円形断面冷し成形方式のキー構造においては、デ
ィスクのキー溝の頂部で応力が最大となり、後者の矩形
形断面置キー形方式のキー構造においては頂部の応力を
多少緩オロすることができる。

しかし、いずれの場合もディスクとキーとの間に微小間
隙があるために、低圧タービンのような湿シ蒸気雰凹気
中ではディスク周辺の温度差によってキー溝内で蒸気が
凝縮し、この凝縮水によるものと見受けられるクラック
が発生することが多く、一部の実機ではディスクが破損
し、飛散するという事故も発生している。

こ′ビを、キー溝内の蒸気の凝縮機構を第２図〜第３図
を用いて説明する。第２図は第１図のＡ部を拡大した図
であシ、ロータディスク２の根元部のキー溝５及びロー
タシャフト３のキー＃５′の内側にキー４が設置されて
いる。ディスク２′は前の段落のディスク根元部を示し
、ラビリンスノくッキン９はディスク２に前置される静
止部のダイヤフラム８の根元部に設置されている。半円
形の溝１５．１６はそれぞれロータシャフト３の外面及
びロータディスク２の内面に円周上に削られたキー逃げ
溝でちる。主流から別れた漏洩流１１はラビリンスパツ
キン９とロータディスク２．２’にはさまれた間隙を流
れ、その一部は前段ロータディスク２′と後段ロータデ
ィスク２にはさまれた間隙１３及びキー溝５．５′に流
入する。一方、動買１では蒸気が１彬脹して動力として
エネルギが吸収されるので、ロータディスク２の前面と
後面に蒸気の慌度に差が生じて、ロータディスク２やロ
ータシャフト３を介して熱が奪われる。低圧タービンの
ように蒸気が湿り１成にあると、キー溝５゜５′やキー
逃げ溝１５．１６に接すると蒸気は凝縮した水膜１２は
ロータディスク２が回転するために遠心力によってキー
溝５及びキー逃げ溝１６の内壁に水１摸流１２を形成し
、キー溝５の出口端では壁面の拘東力が解かれ噴流１４
となって放出される。

第３図は第２図のＢ−Ｂ断面を示すが、キー溝５．５′
内にはキー４が挿入されているだめに水ｊ原流１２はキ
ー４とキー溝５の間の微小間隙１７を通過することにな
り、流速が増大し、水流エロージョンによる浸蝕溝が形
成され、ついにはクラックが発生することになる。この
エロージョンを防止することが蒸気タービン、特に原子
力タービンの信頼性向上から強く要望されている。エロ
ージョンを防止するにはキー溝及びキー逃げ溝内の蒸気
が十分過熱状態ならしめて凝縮しないようにする必要が
ある。このだめに、通常の低圧段タービンの場合、ロー
タディスク間の間隙に入る蒸気の過熱度が２０〜３０Ｃ
以上であることが畏求される。高圧段または低圧段入口
から主蒸気を取出して絞υなどによシ等エンタルピ膨張
させて過熱状態にして用いる場合には、上流よシロ段目
以降でないと上記過熱度の蒸気が得られない。

この間の段落では凝縮水の発生を防止できず、また主蒸
気量が低減して出力及び熱効率が低下するなどの問題が
生じる。

〔発明、の１的〕 本発−明は上述の事情に鑑みて為され、湿り領域で運転
さ八る蒸気タービンにおいて、当該タービンの出力およ
び熱効率を著しく低下させることなく、キー溝（キー逃
げ溝を含む）内での凝縮を防止し得る方法を提供し、蒸
気タービンの信頼性、耐久性の向上に貢献しようとする
ものである。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明の蒸気凝縮防止方法
は、キーを介してシャフトに焼ばめした蒸気ターピン用
のロータディスク［、ｌ−′−いて、１氏圧段人口およ
び途中段のいずれかから分岐せしめた蒸気を湿分分離器
によって除湿した後、過熱状態にしてポルテックスチュ
ーブに導き、該ポルテックスチューブで分離された高温
の禎気を、シール部を経由して前−２段段ロータディス
クの間隙部に流通せしめ、前記のキーのキー溝内で蒸気
が凝縮することを防止することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例を第４図乃至第６図について１
説明する。

第４図は本発明を適用するために構成した原子力タービ
ンの蒸気系統図で◇る。

１８は高圧タービン、１９．１９’は低圧タービン、２
０はユに蒸気湿分外ｉ’ｉｆ　−’＆私　２１は発′−
機である。

低圧タービンの上流途中段よシ湿分分離器２４を介して
高圧タービン１８の油気系統２２に設けられた熱交換器
２３に至る系統２５を設け、さらに熱交換器２３よりポ
ルテックスチューブ２７に至る系統２６と、ポルテック
スチューブ２７の高温出口よシ加熱すべき段に至る系統
２８を設ける。

上記ポルテックスチューブ２７の低７品出口に接続した
系統２９は給水系の加熱源として用いてもよく、又は各
種補機器類の冷熱源として利用することもできる。更に
、場内空調など建屋設備機器の冷熱源など各種の利用も
可能である。

第５図は第４図に示した実施例における各部の蒸気の状
態値をエンタルピ、エントロピ線図上に示した図表であ
る。なお、図中の実線は上流よシ２段目の出口から主蒸
気を分岐した場合を示し、点線は１段目出口から主蒸気
を取出し、４段目のロータディスクを加熱する場合を示
す。

低圧段上流よシ２段目出口より分岐したＡの状態の湿シ
蒸気は湿分分離器２４によシ除湿されてＢの状態となｐ
ｌさら罠熱交換器２３によシ加熱されてＣの過熱状態と
なりポルテックスチューブ２７（第４図）に導入される
。なお、現状のポルテックスチューブでは湿＃）蒸気を
高低温にエネルギ分離することは困難であるから、何ん
らかの手段でＣのような過熱状態にする必要がある。ポ
ルデックスチューブ内で減圧しながら高温過熱状態りと
低温過熱状態Ｅに分離される。鍋温過熱状態りの蒸気は
４段目のロータディスクの加熱に供され、低温過熱状ｊ
占Ｅの蒸気は給水系の加熱源または各種冷熱源として用
いられる。

第６図は第４図のように構成した場合のディスク根元部
の拡大図である。ポルテックスチューブ内で品温過熱状
態の蒸気はダイヤフラム８内にあけられた孔３０を通っ
てラビリンスパツキン９の６’／；　３１に導びかれ周
方向に分配される。さらに、周方向に腹故１固めけられ
た孔３２を通って前段ディスク２′と後段ディスク２の
間隙部１３に高温過熱状態の蒸気３３が供給されて、キ
ー溝５゜５′内で蒸気が凝縮するのを防止する。また、
間１・１２郡１３に供給された］ぢ温過熱状態の蒸気３
３の一部は後段ディスク１ｌｔｌに哉漏してディスク２
の前段９１１をも〃口熱して間接的にキー１７４５．５
’を加熱する。

第７図は前記と異なる実施例の凝縮防止方法を行なうた
めに構成した蒸気タービンの蒸気系統図である。この実
施例は熱効率に余裕が有る場合、若しくは加熱すべき段
が後段側にある場合に適する。

第７図の構成は第４図の構成における制圧タービン１８
の油気系統２２に設けられた熱交換器２３を取り除き、
絞り３４を設けたものである。

なお、第４図及び第７図では熱交換器、湿分分離器、絞
り及びポルテックスチューブを別個に記したが、これら
をまとめて一体構成することも可能である。

このように構成した場合の蒸気の各部の状態値を前出の
第５図に破線で示す。１段目出口より取出し湿分分離器
２４によシ除湿されたＧ状態の蒸気は絞シ３０によシ等
エンタルピ膨張して過熱状ＬＱ　Ｈとなシボルテツクス
チューブ２７に導入される。ポルテックスチューブ内で
減圧しながら高温過熱状態りと低温過熱状態Ｅとに分離
される。分離された高温及び低温蒸気の使い方は第４図
及び、ヌＳ６′Ａの場合と同じである。第７図の構成で
は高圧油気系統による加熱がないので、主蒸気を１段目
出口より分岐する必装がりり、２段目への主蒸気計が低
減して出力が低下し、熱効率も低下する。

第８図はポルテックスチューブの低温側を他に１，５結
したシステムの実施例を示す。

本冥施シリは第４図の実施例のポルテックスチューブの
低温側出口の系統２９を変えて、加熱する段の動翼先端
側ダイヤフラム７に連通する系統３５を設けたものであ
る。

第９図は第８図のように構成した場合のロータの先端部
の拡大図である。ポルテックスチューブ２７内で分離さ
れた低温蒸気は動翼先端側ダイヤフラム７内にあけられ
た孔３６を通って動翼先端側ラビリンスパツキン３８の
溝３７に導かれ周方向に分配される。さらに、周方向に
腹数個あけられた孔３９を通ってラビリンスに供給され
た低温蒸気４２は勧ジにシュラウド４０とラビリンスパ
ツキン３８との間隙４１を通って下流側に１Ｉｒｔ、ｎ
−ることにより上流側からの成製を少なくする。

本発明に対抗する方法として絞りのみを用いた４エンタ
ルピ膨張によシ過熱域の蒸気を得る方法があるが、エン
タルピ上昇がないので低圧段人口蒸気を用いても下流４
段目以降でないと十分な過熱蒸気が得られない。これに
対して、本発明ではポルテックスチューブと湿分分離器
などによる十分なエンタルピ上昇があるので、直前の段
からの蒸気を使用できて熱効率の低下が最小限であシ、
蒸気条件の制約がなく、蒸気タービンのどの段落にも容
易に適用できる。さらに、ポルテックスチューブで発生
した低温蒸気を給水系の加１塾、場内空調や補機冷却な
どの冷熱源及び動翼先端の成製量低減などに利用できて
、主蒸気の熱回収によシ熱効率低下を最小限にするとと
もに、冷却装置が不安となシ低価格な蒸気タービンプラ
ントを提供することができる。

本発明の構造はきわめて１図単で可動部分がないので、
信頼性も高く、両路も安い、ロータディスクやロータシ
ャフトに何んら加工を施さないので、既設蒸気タービン
の場合ロータを分解加工する時間、費用も不安であｐｌ
また強度上の検討も不安で、ス設、　Ａ〕ｒ設すべての
蒸気タービンに適用がＬ−ｊｔ能である。

〔４ゐ明の効果〕 以上詳述したように、本発明の蒸気、凝縮防止方法（ｌ
よ、キーを介してシャフトに焼ばめした蒸気タービン用
のロータディスクにおいて、低圧段入口および途中段の
いずれかから分岐せしめた蒸気を湿分分離器によって除
湿した後、過熱状態にしてポルテックスチューブに導き
、該ポルテックスチューブで分１４：Ｅされた高温の蒸
気を、／−ル部を経由して＋＋ｉＪ　＋後段ロータディ
スクの間隙部に流通せしめ、１）ｎ記のキーのキー溝内
で蒸気が凝縮することを防止することができ、しかも当
該タービンの出力および、応動率を著しく低下させる虞
れが無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンの段落宿成を説明するだめの断面
図、第２図は第１図のＡ部拡大詳細図、＋２３図は；ｊ
ｔ、　２図の１３−Ｂ断面図、第４図は本発明１５法を
実施するために構成した蒸気タービンの系統；セ４、第
５図は第４図の系統Ｍにおける蒸気の状態図、第６図は
本発明の一実施例におけるロータディスクの拡大断面図
、第７図及び第８図はそれぞれ前記と異なる実施例にお
ける系統図、第９図は本発明の一実施例におけるロータ
先端部の拡大断面図である。 １・・・動翼、２・・・ロータディスク、３・・・ロー
タシャフト、７・・・ダイヤフラム、８・・・ダイヤフ
ラム、９・・・ラビリンスパツキン、１３・・・間隙部
、２３・・・熱交換器、２４・・・湿分分離器、２７・
・・ポルテックスチューブ、３３・・・過熱蒸気、３４
・・・絞り、３８・・・ラビリンスパツキン、４０・・
・動翼シュラウド、４１・・・間隙、４２・・・低温蒸
気。 代理人　弁理士　秋本正実 弔　７　口 第　２　凶 奉　５　口 工　ントＤｌｌ：６ 肩し　乙　レバ ０ 第　δ　囚 ２０ Ｚに ７ 第　９　口 Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　キーを介してシャフトに焼ばめした蒸気タービン
   用のロータディスクにおいて、低圧段入口および途中段
   のいずれかから分岐せしめた蒸気を湿分分離’Ｊｗによ
   って除湿した後、過熱状態にしてポルテックスチューブ
   に導き、該ポルテックスチューブで分離された高温の蒸
   気を、シール部を経由して前、後段ロータディスクの間
   隙部に流通せしめ、前記のキーのキー溝内で蒸気が凝縮
   することを防止することを特徴とするロータディスクの
   蒸気（Ｖ縮防止方法。 ２、前記の湿分分離器で除湿した蒸気を、高圧段抽気蒸
   気で加熱して過熱状態とした後にポルテックスチューブ
   に導くことを特徴とする特許請求の１＋α囲第１項に記
   載のロータディスクの蒸気凝縮防止方法。 ３、前記の湿分分離器で除湿した蒸気を、等エンタルピ
   膨張させて過熱状態とした後にポルテックスチューブに
   導くことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロ
   ータディスクの蒸気凝縮防止方法。 ４、　前記のポルテックスチューブで蒸気を分離した際
   、分離された低温の蒸気を動翼先端ラビリンス部に流し
   てシール効果を向上せしめることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載のロータディスクの蒸気凝縮防止方
   法。 ５、前記のポルテックスチューブで蒸気を分離した際、
   分離された低温の蒸気を当該蒸気タービンの補機器類及
   び当該蒸気タービンの建屋設備機器類のいずれかの冷熱
   源として供給することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のロータディスクの蒸気凝縮防止方法。