JP5980369B2 - ターボ回転機械及びその運転方法 - Google Patents
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Description
また、ターボ回転機械のセッティングの際、ターボ回転機械が定格運転状態に達したときに回転部材と静止部材とが同心となるように静止部材に対して回転部材をオフセットすることがある。この場合、ターボ回転機械のセッティング時における回転部材と静止部材との間隙を大きめに確保する必要があり、定格運転時においてもこの間隙が狭まらず、流体の漏洩が生じてしまう傾向がある。
なお、車室とロータとのロータ方向における伸び差は、軸受台に設置された伸び差計により計測される(特許文献2の6頁参照)。
回転部材が静止部材に対峙しながら回転し、該回転部材と流体とのエネルギーの受け渡しを行うターボ回転機械であって、
前記回転部材および前記静止部材を収納する車室を有し、
前記静止部材は、前記ターボ回転機械の周方向に沿って前記静止部材の内部に設けられる往路と、該往路に連通するように前記周方向に沿って前記静止部材の内部に設けられる復路と、を含む冷却通路を具え、
前記冷却通路の入口から流入した流体は、前記冷却通路の前記往路を流れ、折り返して、前記冷却通路の前記復路を流れた後、前記冷却通路の出口から排出されることを特徴とする。
また、流体(低温流体)を用いた静止部材の冷却により回転部材と静止部材との半径方向間隙が定格運転時に狭まるから、ターボ回転機械のセッティング時における回転部材と静止部材との間隙を比較的大きくしても、定格運転時における蒸気漏れはそれほど問題にならない。このため、ターボ回転機械のセッティングの際に静止部材に対して回転部材をオフセットする必要がある場合であっても、ターボ回転機械の性能低下を損なうことなく対応可能である。
この場合、上記ターボ回転機械において、前記抽気流体導入路は、一端が前記1の翼環よりも下流側の前記流体流路に接続され、他端が前記冷却通路に接続されており、前記抽気流体排出路が、前記抽気流体導入路の前記一端よりもさらに下流側の前記流体流路又は排気室と前記冷却通路とを連通しており、前記ターボ回転機械が蒸気タービンであってもよい。
よって、冷却媒体としての低温蒸気を静止部材の冷却通路に供給するための動力源は不要である。
よって、冷却媒体としての低温空気を静止部材の冷却通路に供給するための動力源は不要である。
そこで、抽気流体導入路および抽気流体排出路に伸び差吸収機構を設けることで、静止部材と車室との伸び差に起因する応力の発生を防止することができる。
また、低温の流体を用いた静止部材の冷却により回転部材と静止部材との半径方向間隙が定格運転時に狭まるから、ターボ回転機械のセッティング時における回転部材と静止部材との間隙を比較的大きくしても、定格運転時における蒸気漏れはそれほど問題にならない。このため、ターボ回転機械のセッティングの際に静止部材に対して回転部材をオフセットする必要がある場合であっても、ターボ回転機械の性能低下を損なうことなく対応可能である。
また、冷却媒体を車室外部の供給源から供給するのではなく、車室内の低温の流体を用いて静止部材を冷却するようにしたので、車室外部の冷却媒体供給源と車室内部の静止部材の冷却通路とをつなぐ冷却媒体用の管路は不要である。よって、ターボ回転機械全体としてのサイズをコンパクト化できる。
また、低温の流体を用いた静止部材の冷却により回転部材と静止部材との半径方向間隙が定格運転時に狭まるから、ターボ回転機械のセッティングの際に静止部材に対して回転部材をオフセットする必要がある場合であっても、ターボ回転機械の性能低下を損なうことなく対応可能である。
図1は、第1実施形態に係る蒸気タービンの構成例を示す断面図であり、水平分割面近傍の断面を示している。同図に示す蒸気タービン1は複流方式の低圧タービンであり、ロータ2を囲むように外部車室4及び内部車室6が設けられている。
なお、静翼支持部材20には、上流段の静翼22を支持する翼環20A及び20Bと、下流段の静翼22を支持する翼環20C〜20Eとがある。
そして、蒸気入口16に流入した蒸気は、動翼10及び静翼22が対峙している領域(蒸気通路)を矢印S1方向に流れた後、内部車室6に取り付けられたフローガイド18によって整流され、排気室19に導かれる。
ここで、蒸気タービン1では、上流段における動翼10及び静翼22は下流段に比べて翼高さが低いため、回転部材と静止部材との半径方向間隙を介した蒸気漏れによる影響は上流段側ほど大きい。このため、最上流に位置する翼環20Aに冷却通路24及び26を形成して、翼環20Aを冷却することで、翼環20Aにおける回転部材と静止部材との半径方向間隙を低減して、蒸気漏れに起因する蒸気タービン1の性能低下を効果的に抑制できる。
以下、冷却通路24及び26を用いた翼環20Aの冷却構造について説明する。
なお、冷却蒸気入口28及び冷却蒸気出口29は、蒸気タービン1の車室の水平分割面近傍に設けられており、それぞれ、後述の冷却蒸気導入路30及び冷却蒸気排出路32に接続される。
このように、ロータ2の全周に亘って冷却蒸気が流れる流路を翼環20Aに設けることで、翼環20Aを周方向に均等に冷却できる。また、冷却蒸気が流れる流路(冷却通路24及び26をつなげたもの)を周方向に複数本(本実施形態では4本)に分割することで、翼環20Aの冷却を効率的に行うことができる。
翼環20Aは、内部車室6の変形によって影響を受けることがないように、内部車室6に対して動きうるように内部車室6に取り付けられている(翼環20Aの動き代が設けられている)。このため、内部車室6の構造部材に支持されるとともに、翼環20Aの冷却通路24及び26に接続される冷却蒸気導入路30及び冷却蒸気排出路32は、翼環20Aの内部車室6に対する相対的変位(伸び差)によって大きな応力が発生する。
そこで、冷却蒸気導入路30及び冷却蒸気排出路32に伸び差吸収機構34を設けることで、翼環20Aと内部車室6との伸び差に起因する応力の発生を防止することができる。
なお、伸び差吸収機構34は、例えばベローズや弾性体等を用いることができる。
また、低温の蒸気を用いた翼環20Aの冷却により回転部材と静止部材との半径方向間隙が定格運転時に狭まるから、蒸気タービン1のセッティング時における回転部材と静止部材との間隙を比較的大きくしても、定格運転時における蒸気漏れはそれほど問題にならない。このため、蒸気タービン1のセッティングの際に静止部材に対して回転部材をオフセットする必要がある場合であっても、蒸気タービン1の性能低下を損なうことなく対応可能である。
また、冷却蒸気を車室外部の供給源から供給するのではなく、車室内の低温の蒸気を用いて翼環20Aを冷却するようにしたので、車室外部の冷却媒体供給源と車室内部の静止部材の冷却通路24及び26とをつなぐ冷却蒸気用の管路は不要である。よって、蒸気タービン1全体としてのサイズをコンパクト化できる。
また、冷却蒸気導入路30及び冷却蒸気排出路32は、一部が車室(4,6)の外部に形成されていてもよい。
次に第2実施形態に係る蒸気タービンについて説明する。本実施形態に係る蒸気タービンは、冷却蒸気導入路30に冷却蒸気量調節弁が設けられている点を除けば、第1実施形態の蒸気タービン1と共通する。したがって、蒸気タービン1と共通する構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を省略し、冷却蒸気量調節弁を中心に説明する。
これにより、車室50内外の圧力差によって、比較的低温の空気が冷却空気導入路56から冷却通路52に流れ込み、冷却通路54から冷却流体排出路58を介して車室50の外部に排出される。よって、冷却媒体としての低温空気を静翼支持部材46Cの冷却通路52及び54に供給するための動力源は不要である。
また、冷却空気導入路56には、冷却通路52及び54に導く冷却空気の流量を制御部の制御下で調節する冷却空気量調節弁が設けられていてもよい。この場合に用いる制御部及び冷却空気量調節弁は、第2実施形態で説明した制御部38及び冷却蒸気量調節弁36と同様の構成及び機能であってもよい。
2 ロータ
4 外部車室
6 内部車室
8 ロータディスク
10 動翼
12 ロータ軸受
14 グランド
16 蒸気入口
18 フローガイド
19 排気室
20 静翼支持部材
22 静翼
24 蒸気通路(往路)
26 蒸気通路(復路)
28 冷却蒸気入口
29 冷却蒸気出口
30 冷却蒸気導入路
31 抽気室
32 冷却蒸気排出路
34 伸び差吸収機構
36 冷却蒸気調節弁
38 制御部
40 圧縮機
42 ロータ
44 動翼
46 静翼支持部材
48 静翼
50 車室
52 冷却通路(往路)
54 冷却通路(復路)
56 冷却空気導入路
58 冷却空気排出路
Claims (6)
- 回転部材が静止部材に対峙しながら回転し、該回転部材と流体とのエネルギーの受け渡しを行う蒸気タービンであって、
前記回転部材および前記静止部材を収納する車室を有し、
前記静止部材は、前記蒸気タービンの周方向に沿って前記静止部材の内部に設けられる往路と、該往路に連通するように前記周方向に沿って前記静止部材の内部に設けられる復路と、を含む冷却通路を具え、
前記冷却通路の入口から流入した流体は、前記冷却通路の前記往路を流れ、折り返して、前記冷却通路の前記復路を流れた後、前記冷却通路の出口から排出されるとともに、
前記冷却通路の前記往路及び前記復路は、前記往路が前記復路に対して前記蒸気タービンの蒸気通路の上流側に位置するように、前記蒸気タービンの軸方向に並んでいることを特徴とする蒸気タービン。 - 前記車室は、水平面で分割された構成をなし、前記冷却通路の入口と出口は、それぞれ、前記車室の水平分割面近傍に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービン。
- 前記静止部材は、前記周方向における複数箇所にそれぞれ設けられる複数の前記冷却通路を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の蒸気タービン。
- 前記静止部材は、前記周方向の4箇所においてそれぞれ等間隔に設けられる複数の前記冷却通路を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の蒸気タービン。
- 前記回転部材は、動翼を有するロータを含み、
前記静止部材は、1段以上の静翼が内側に取り付けられるとともに前記冷却通路が内部に形成された翼環を含み、
前記車室は、前記翼環を内側に装着するとともに、前記翼環及び前記静翼とともに前記ロータを収納し、前記動翼と前記静翼とが対峙する車室内領域には前記蒸気通路が形成されており、
前記蒸気通路内において前記翼環および前記静翼を通過する蒸気よりも低温の蒸気を前記蒸気通路から抽気し、前記翼環の前記冷却通路に導く抽気流体導入路をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の蒸気タービン。 - 前記車室内に設けられ、前記蒸気通路から抽気した前記低温の蒸気を受け入れる抽気室をさらに備え、
前記抽気流体導入路は、前記抽気室に接続され、前記抽気室を介して前記蒸気通路から前記低温の蒸気を抽気するように構成されたことを特徴とする請求項5に記載の蒸気タービン。
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