JP6694837B2 - 蒸気タービン - Google Patents

Description

本開示は、蒸気タービンに関する。

蒸気タービンのロータを収容する車室は、該車室に設けられる突出部（猫足）を介して支持されることがある。
例えば特許文献１には、車室を構成する下半車室の両端部から軸方向に突出するように設けられた突出部（猫足）が、基礎に固定された支柱の上に載せられて車室が支持されるタービンが開示されている。このタービンでは、車室から外部へ放射される熱を抑制するために、突出部を含む車室の表面が保温材で覆われている。

特開２００７−９７３１号公報

ところで、蒸気タービンの起動・停止中に、タービン車室の変形が生じ、ロータを含む回転部と車室を含む静止部とが接近し、両者間のクリアランスが減少してしまうことがある。このような理由から、蒸気タービンの回転部と静止部とのクリアランスは起動・停止中にピンチポイント（クリアランスが最小となる状態）を迎える場合がある。
ピンチポイントでの蒸気タービンの回転部と静止部との接触を回避するためには、大きな初期クリアランスを確保することが必要である。しかし、初期クリアランスが大きい場合、蒸気タービンの定格時においてクリアランスが必要以上に拡がってしまい、蒸気タービンの性能低下の原因になり得る。
そこで、蒸気タービンの性能低下の抑制のため、蒸気タービンの起動・停止中における車室の上下動を効果的に抑制することが望まれる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、蒸気タービンの起動・停止中における車室の上下動を抑制可能な蒸気タービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る蒸気タービンは、
ロータ軸と、
前記ロータ軸を覆うように設けられ、前記ロータ軸が貫通する軸貫通部を有する車室と、
前記軸貫通部の周縁における前記車室の外表面よりも軸方向において前記車室の内側に向かって延びて前記車室を支持する車室サポートと、を備える。

上記（１）の構成によれば、軸貫通部の周縁における車室の外表面よりも車室の内側に車室サポートが入り込んでいるため、車室サポートによる車室の支持点から車室までの軸方向の距離を低減できる。これにより、蒸気タービンの起動・停止中における車室の熱変形時に、車室の変形に伴う車室の上下動を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記車室サポートの先端部は、前記車室に設けられた凹部に挿入され、
前記車室サポートの前記先端部によって前記車室が支持される。

上記（２）の構成によれば、車室の凹部に車室サポートの先端部を挿入するようにしたので、車室サポートによる車室の支持点から車室までの軸方向の距離をより一層低減できる。よって、蒸気タービンの起動・停止中における車室の変形に伴う車室の上下動を効果的に抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記車室サポートは、少なくとも前記車室サポートの先端部の下面および軸方向端面と前記車室との間に隙間が形成されるように設けられる。

上記（３）の構成によれば、車室サポートの先端部の下面および軸方向端面と車室とが接触しないため、車室と車室サポートとの間の伝熱を抑制し、蒸気タービンの効率向上、蒸気タービンの起動・停止中における車室の熱変形の抑制、および、車室サポートの熱延びに起因した車室の上下動の抑制といった効果を享受できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記車室は、
上側フランジ部を有する上半部と、
前記上半部の前記上側フランジ部と締結される下側フランジ部を有する下半部と、
を含み、
前記車室サポートの少なくとも一部は、平面視にて、前記上側フランジ部および前記下側フランジ部のうち前記軸方向に沿った部位の内周縁よりも前記ロータ軸側において、前記車室の前記外表面よりも前記軸方向において前記車室の内側に向かって延びている。

上記（４）の構成によれば、車室サポートの少なくとも一部を、上側フランジ部および下側フランジ部の内周縁よりもロータ軸側に位置させることで、車室サポートによる車室の支持点をロータ軸寄りに位置させることができ、車室の変形に伴う車室の上下動を抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記車室は、
上側フランジ部を有する上半部と、
前記上半部の前記上側フランジ部と締結される下側フランジ部を有する下半部と、
を含み、
前記車室サポートは、平面視にて、前記上側フランジ部および前記下側フランジ部のうち前記軸方向に沿った部位の外周縁よりも前記ロータ軸側において、前記車室の前記外表面よりも前記軸方向において前記車室の内側に向かって延びている。

上記（５）の構成によれば、車室サポートを、上側フランジ部および下側フランジ部の外周縁よりもロータ軸側に位置させることで、車室サポートによる車室の支持点をロータ軸寄りに位置させることができ、車室の変形に伴う車室の上下動を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記車室サポートと前記車室との間に設けられる車室支持ライナをさらに備え、
前記車室支持ライナの外側端面は、前記軸貫通部の周縁における前記車室の前記外表面よりも軸方向において前記車室の内側に位置し、
前記車室サポートは、前記車室支持ライナを介して前記車室を支持するように構成される。

上記（６）の構成によれば、車室サポートによる車室の支持点の位置（車室支持ライナの外側端面の位置）を軸方向にて車室に近づけることができ、蒸気タービンの起動・停止中における車室の変形に伴う車室の上下動を効果的に抑制することができる。
また、車室の据付け時における車室の上下位置を調整するためのライナとして車室支持ライナを利用することも可能である。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記車室サポートと前記車室との間に設けられる断熱材を備え、
前記車室サポートは、前記断熱材を介して前記車室を支持するように構成される。

上記（７）の構成によれば、車室サポートと車室との間に断熱材を設けることで、車室と車室サポートとの間の伝熱を抑制し、蒸気タービンの効率向上、蒸気タービンの起動・停止中における車室の熱変形の抑制、および、車室サポートの高さ方向の熱延びに起因した車室の上下動の抑制といった効果を享受できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記車室サポートにより直接又は間接的に下方から支持される前記車室の面は、前記車室の水平分割面と同一高さに位置する。

上記（８）の構成によれば、車室の水平分割面と同一高さに位置する車室の面を車室サポートにより下方から支持するようにしたので、車室サポートによる車室の支持点がロータ軸の中心と略同一高さとなり（所謂、センターサポート）、車室の熱変形による車室の上下動を抑制できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、蒸気タービンの起動・停止中における車室の上下動を抑制可能な蒸気タービンが提供される。

幾つかの実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を示す部分斜視図である。 図１に示す蒸気タービンの平面図である。 図２に示す蒸気タービンのＡ矢視図である。 図２に示す蒸気タービンのＢ矢視図である。 一実施形態に係る蒸気タービンの車室サポート付近の部分を示す図である。 一実施形態に係る蒸気タービンの車室サポート付近の部分を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、幾つかの実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を示す部分斜視図であり、図２は、図１に示す蒸気タービンの平面図であり、図３は、図２に示す蒸気タービンのＡ矢視図であり、図４は、図２に示す蒸気タービンのＢ矢視図である。なお、図１において、後述する車室サポートの図示は省略されている。また、図１〜図４において、車室に接続される配管（例えば蒸気を供給又は排出するための配管）の図示は省略されている。
また、図５及び図６は、それぞれ、一実施形態に係る蒸気タービン１の車室サポート３０付近の部分を示す図である。なお、図５は、図３の部分的な拡大図となっている。

図１〜図６に示すように、蒸気タービン１は、ロータ軸２と、ロータ軸２を覆うように設けられる車室４と、車室４を支持する車室サポート３０（図１において不図示）と、を含む。車室４は、軸方向の端部に位置するエンドウォール１０と、ロータ軸２が貫通する軸貫通部１１と、を有する。
なお、車室４の内部には蒸気が流れる蒸気流路が設けられ、車室４は、ロータ軸２の周囲において該蒸気流路に設けられる複数の翼を収容している。

車室４は、上側に位置する上半部６と、下側に位置する下半部８とを含み、上半部６に設けられた上側フランジ部７と、下半部８に設けられた下側フランジ部９とが締結されることにより車室４が構成されている。なお、上側フランジ部７及び下側フランジ部９には、それぞれ複数のボルト穴（不図示）が設けられており、これらのボルト穴にボルト（不図示）がねじ込まれることにより、上側フランジ部７と下側フランジ部９とが締結されるようになっていてもよい。

車室４を支持する車室サポート３０は、軸貫通部１１の周縁における車室４の外表面４ａよりもロータ軸２の軸方向（以下において、単に「軸方向」ともいう。）において車室４の内側に向かって延びている。

上述した実施形態に係る蒸気タービン１では、軸貫通部１１の周縁における車室４の外表面４ａよりも車室４の内側に車室サポート３０が入り込んでいるため、車室サポート３０による車室４の支持点Ｐｓから車室４までの軸方向の距離Ｌａ（図２、図３、図４及び図５参照）を低減できる。これにより、車室４の変形に伴う車室４の上下動を抑制することができる。

なお、図２、図３、図５及び図６において、車室サポート３０による車室４の支持点Ｐｓから車室４までの軸方向の距離Ｌａは、支持点Ｐｓとエンドウォール１０との間の軸方向の距離として示している。

幾つかの実施形態では、図１〜図６に示すように、車室４には、車室４の外表面４ａから軸方向内側に向かって凹んだ凹部１２が形成されている。そして、図２〜図６に示すように、車室サポート３０の先端部３２が車室４の凹部１２に挿入されており、車室４は、車室サポート３０の先端部３２によって支持されている。
図１〜図６に示す実施形態では、凹部１２は、車室４の下半部８の上端部を切り欠くことにより形成される面と、車室４の上半部６の下面の一部により形成されている。
そして、例えば図２〜図５に示すように、車室サポート３０の先端部３２の上面３２ｃと、凹部１２を形成する上半部６の下面１２ａとが当接して、車室４が車室サポート３０の先端部３２によって支持されるようになっている。

なお、図６に示す実施形態では、後述するように、車室４は、凹部１２において車室サポート３０の先端部３２と車室４との間に設けられる車室支持ライナ３６を介して車室サポート３０に支持されている。

このように、車室４の凹部１２に車室サポート３０の先端部３２を挿入することにより、車室サポート３０による車室４の支持点Ｐｓから車室４までの軸方向の距離Ｌａをより一層低減できる。よって、蒸気タービン１の起動・停止中における車室４の変形に伴う車室４の上下動を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５及び図６に示すように、車室サポート３０は、少なくとも車室サポート３０の先端部３２の下面３２ａおよび軸方向端面３２ｂと車室４との間に隙間４０が形成されるように設けられる。

この場合、車室サポート３０の先端部３２の下面３２ａおよび軸方向端面３２ｂと車室４とが接触しないため、車室４と車室サポート３０との間の伝熱を抑制し、蒸気タービン１の効率向上、蒸気タービン１の起動・停止中における車室４の熱変形の抑制、および、車室サポート３０の熱延びに起因した車室４の上下動の抑制といった効果を享受できる。

幾つかの実施形態では、車室サポート３０の少なくとも一部は、平面視にて、上側フランジ部７および下側フランジ部９のうち軸方向に沿った部位の内周縁１４Ａ，１４Ｂよりもロータ軸２側において、車室４の外表面４ａよりも軸方向において車室４の内側に向かって延びている。
例えば、一実施形態では、図２に示すように、平面視において、車室サポート３０の軸方向に延在する端面のうち、ロータ軸２に近い方の端面３０ａは、上側フランジ部７および下側フランジ部９の内周縁１４Ａ，１４Ｂの延長線Ｌ_１よりもロータ軸２側に位置している。よって、車室サポート３０の一部（延長線Ｌ_１よりもロータ軸２側の部分）は、上側フランジ部７および下側フランジ部９の内周縁１４Ａ，１４Ｂよりもロータ軸２側に位置している。

このように、車室サポート３０の少なくとも一部を、上側フランジ部７および下側フランジ部９の内周縁１４Ａ，１４Ｂよりもロータ軸２側に位置させることにより、車室サポート３０が上述の内周縁１４Ａ，１４Ｂよりもロータ軸２と反対側に位置する場合に比べて、車室サポート３０による車室４の支持点Ｐｓをロータ軸２寄りに位置させることができる。これにより、車室４の変形に伴う車室４の上下動を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、車室サポート３０は、平面視にて、上側フランジ部７および下側フランジ部９のうち軸方向に沿った部位の外周縁１６Ａ，１６Ｂよりもロータ軸２側において、車室４の外表面４ａよりも軸方向において車室４の内側に向かって延びている。
例えば、一実施形態では、図２に示すように、平面視において車室サポート３０の軸方向に延在する端面のうち、ロータ軸２から遠い方の端面３０ｂは、上側フランジ部７および下側フランジ部９の外周縁１６Ａ，１６Ｂの延長線Ｌ_２よりもロータ軸２側に位置している。よって、車室サポート３０の全体が、上側フランジ部７および下側フランジ部９の外周縁１６Ａ，１６Ｂよりもロータ軸２側に位置している。

このように、車室サポート３０を、上側フランジ部７および下側フランジ部９の外周縁１６Ａ，１６Ｂよりもロータ軸２側に位置させることにより、車室サポート３０による車室４の支持点Ｐｓをロータ軸２寄りに位置させることができる。これにより、車室４の変形に伴う車室４の上下動を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、車室サポート３０と車室４との間には、車室支持ライナ３６が設けられ、車室支持ライナ３６の外側端面３６ａは、軸貫通部１１の周縁における車室４の外表面４ａよりも軸方向において車室４の内側に位置する。そして、車室サポート３０は、車室支持ライナ３６を介して車室４を支持するように構成される。なお、車室支持ライナ３６の外側端面３６ａは、車室支持ライナ３６の端面のうち、軸方向において車室４の外側に位置する端面である。

図６に示す例示的な実施形態では、車室支持ライナ３６は、車室４の凹部１２において、車室サポート３０の上面３２ｃと、車室４の凹部１２を形成する上半部６の下面１２ａとの間に設けられている。そして、車室支持ライナ３６の上面３６ｂと、凹部１２を形成する上半部６の下面１２ａとが当接して、車室４が、車室支持ライナ３６を介して車室サポート３０の先端部３２によって支持されるようになっている。
また、図６に示す例示的な実施形態では、車室支持ライナ３６の外側端面３６ａは、軸貫通部１１の周縁における車室４の外表面４ａよりも軸方向において長さＬ_２だけ車室４の内側に位置している。

このように、車室サポート３０と車室４との間に設けられる車室支持ライナ３６を介して車室４を支持することにより、車室サポート３０による車室の支持点の位置Ｐｓ（車室支持ライナ３６の外側端面３６ａの位置）を軸方向にて車室４に近づけることができる。
これにより、蒸気タービン１の起動・停止中における車室４の変形に伴う車室４の上下動を効果的に抑制することができる。
また、車室４の据付け時における車室４の上下位置を調整するためのライナとして車室支持ライナ３６を利用することも可能である。

幾つかの実施形態では、車室サポート３０と車室４との間に、断熱材３８が設けられる。そして、車室サポート３０は、断熱材３８を介して車室４を支持するように構成される。
幾つかの実施形態では、断熱材３８は、車室サポート３０と車室４との間に設けられる車室支持ライナ３６（図６参照）であってもよい。また、幾つかの実施形態では、断熱材３８は、車室支持ライナ３６とは異なる部材であってもよい。

このように、車室サポート３０と車室４との間に断熱材３８を設けることで、車室４」と車室サポート３０との間の伝熱を抑制し、蒸気タービン１の効率向上、蒸気タービン１の起動・停止中における車室４の熱変形の抑制、および、車室サポート３０の高さ方向の熱延びに起因した車室４の上下動の抑制といった効果を享受できる。

幾つかの実施形態では、車室サポート３０により直接又は間接的に下方から支持される車室４の面は、車室４の水平分割面２０と同一高さに位置する。ここで、水平分割面２０は、車室４の上側の部分と下側の部分が水平方向に沿って分割される面である。
幾つかの実施形態では、例えば図１及び図３〜図６に示すように、水平分割面２０は、車室４を構成する上半部６と下半部８とが接合される面であってもよく、あるいは、水平分割面２０は、上半部６の上側フランジ部７と下半部８の下側フランジ部９との接合面であってもよい。
図３〜図５に示す例示的な実施形態では、車室４は、凹部１２を形成する上半部６の下面１２ａにおいて、車室サポート３０により下方から直接的に支持されている。また、図６に示す例示的な実施形態では、車室４は、凹部１２を形成する上半部６の下面１２ａにおいて、車室支持ライナ３６を介して、車室サポート３０により下方から間接的に支持されている。

このように、車室４の水平分割面２０と同一高さに位置する車室４の面（例えば凹部１２を形成する上半部６の下面１２ａ）を車室サポート３０により下方から支持することにより、車室サポート３０による車室４の支持点Ｐｓがロータ軸２の中心と略同一高さとなり（所謂、センターサポート）、車室４の熱変形による車室４の上下動を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 蒸気タービン
２ ロータ軸
４ 車室
４ａ 外表面
６ 上半部
７ 上側フランジ部
８ 下半部
９ 下側フランジ部
１０ エンドウォール
１１ 軸貫通部
１２ 凹部
１２ａ 下面
１４Ａ 内周縁
１４Ｂ 内周縁
１６Ａ 外周縁
１６Ｂ 外周縁
２０ 水平分割面
３０ 車室サポート
３０ａ 端面
３０ｂ 端面
３２ 先端部
３２ａ 下面
３２ｂ 軸方向端面
３２ｃ 上面
３６ 車室支持ライナ
３６ａ 外側端面
３６ｂ 上面
３８ 断熱材
４０ 隙間
Ｐｓ 支持点

Claims (7)

1. ロータ軸と、
   前記ロータ軸を覆うように設けられ、前記ロータ軸が貫通する軸貫通部を有する車室と、
   前記軸貫通部の周縁における前記車室の外表面よりも軸方向において前記車室の内側に向かって延びて前記車室を支持する車室サポートと、を備え、
   前記車室サポートの先端部は、前記車室に設けられた凹部に挿入され、
   前記車室サポートの前記先端部によって前記車室が支持される
   ことを特徴とする蒸気タービン。
2. ロータ軸と、
   前記ロータ軸を覆うように設けられ、前記ロータ軸が貫通する軸貫通部を有する車室と、
   前記軸貫通部の周縁における前記車室の外表面よりも軸方向において前記車室の内側に向かって延びて前記車室を支持する車室サポートと、を備え、
   前記車室サポートは、少なくとも前記車室サポートの先端部の下面および軸方向端面と前記車室との間に隙間が形成されるように設けられる
   ことを特徴とする蒸気タービン。
3. 前記車室は、
   上側フランジ部を有する上半部と、
   前記上半部の前記上側フランジ部と締結される下側フランジ部を有する下半部と、
   を含み、
   前記車室サポートの少なくとも一部は、平面視にて、前記上側フランジ部および前記下側フランジ部の内周縁よりも前記ロータ軸側において、前記車室の前記外表面よりも前記軸方向において前記車室の内側に向かって延びている
   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。
4. 前記車室は、
   上側フランジ部を有する上半部と、
   前記上半部の前記上側フランジ部と締結される下側フランジ部を有する下半部と、
   を含み、
   前記車室サポートは、平面視にて、前記上側フランジ部および前記下側フランジ部の外周縁よりも前記ロータ軸側において、前記車室の前記外表面よりも前記軸方向において前記車室の内側に向かって延びている
   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。
5. 前記車室サポートと前記車室との間に設けられる車室支持ライナをさらに備え、
   前記車室支持ライナの外側端面は、前記軸貫通部の周縁における前記車室の前記外表面よりも軸方向において前記車室の内側に位置し、
   前記車室サポートは、前記車室支持ライナを介して前記車室を支持するように構成された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。
6. 前記車室サポートと前記車室との間に設けられる断熱材を備え、
   前記車室サポートは、前記断熱材を介して前記車室を支持するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の蒸気タービン。
7. 前記車室サポートにより直接又は間接的に下方から支持される前記車室の面は、前記車室の水平分割面と同一高さに位置することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の蒸気タービン。