JPH0783004A - ケーシング冷却加熱装置 - Google Patents

ケーシング冷却加熱装置

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JPH0783004A
JPH0783004A JP22981293A JP22981293A JPH0783004A JP H0783004 A JPH0783004 A JP H0783004A JP 22981293 A JP22981293 A JP 22981293A JP 22981293 A JP22981293 A JP 22981293A JP H0783004 A JPH0783004 A JP H0783004A
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JP
Japan
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cooling
steam
casing
flange
heating
Prior art date
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Pending
Application number
JP22981293A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Sakuma
章 佐久間
Tomoyuki Hayashi
知幸 林
Hisashi Gotou
寿史 後藤
Takeshi Fukui
剛 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0783004A publication Critical patent/JPH0783004A/ja
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】無駄に失われる熱エネルギを少なく保ちなが
ら、ケーシングのフランジおよび締付けボルトの冷却な
いし加熱効果を高めること。 【構成】隣接する締付ボルト7にはそれぞれ軸方向に貫
く中心孔11が穿たれる。これらの中心孔11はフラン
ジ1a、1bから離して設けられる連絡管12によって
互いに連通させる。また、従来技術によるボルト孔2と
ボルト孔2とを通じさせる連絡孔3が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば蒸気タービン
用ケーシングおよびフランジ用締付ボルトの冷却ないし
加熱に使用される蒸気から熱エネルギを回収するのに好
適なケーシング冷却加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸気タービン内で作動媒体としての蒸気
が膨張して仕事を行う上で、ケーシングの果たす役割は
非常に大きい。このケーシングは、一般に、タービン軸
の位置で上下に2分割された構造を有し、上半部分を上
半ケーシング、また、下半部分を下半ケーシングと呼ん
で両者を区別している。この上半および下半ケーシング
の分割部、つまり継手面から内部を流れる高温高圧の蒸
気が外に漏洩するのを抑えるには継手面を密着させる必
要があり、そこに多数の締付ボルトが使用される。通
常、双方のケーシングの外側に張り出したフランジに上
下方向に貫通するボルト孔を穿ってそこに締付ボルトを
挿入して継手面の密着を図っているが、蒸気タービンの
蒸気条件が一段と上がるのにつれて締付ボルトによる締
付力が強大になっており、この力に抗して剛性を維持す
るためフランジ厚さおよび面積も増大する傾向にある。
【0003】こうしたフランジ厚さおよび面積の増大が
進むと、フランジ部の熱容量の増加およびそこでの熱伝
導の低下を招き、2重ケーシング内外の蒸気温度差ある
いは蒸気と外側の大気との間の温度差がつくことから、
フランジ部に大きな熱応力を生じさせ、変形が発生す
る。
【0004】ケーシングに生じる熱応力を軽減するため
に最も有効な対策はフランジに穿たれたボルト孔に冷却
用の低温蒸気を送入する方法である。以下、この方法を
図を参照して説明する。
【0005】図4(a)において、ケーシングは上半ケ
ーシング1を示しているが、下半ケーシングも同様な構
成からなる。この上半ケーシング1のフランジ1aには
ボルト孔2が多数穿たれている。ボルト孔2と隣接する
ボルト孔2との間にはそれぞれ連絡孔3が形成され、蒸
気入口4から蒸気出口5にかけて冷却蒸気を流すことが
できるようになっている。この例はケーシング内の適当
なタービン段落から抽出される冷却蒸気を用いて冷却す
る方式のもので、ケーシングの外から冷却蒸気を導入す
るやり方もある。この方式は図4(b)に示している。
図中符号6は蒸気入口4に結ばれる外部蒸気導入管であ
って、ここで低温蒸気は外部蒸気導入管6を通してケー
シングに供給される。
【0006】上記の両方式における冷却作用を図5を参
照して説明する。
【0007】この図はフランジ1aを上半ケーシングの
フランジ1bと共に断面したところを示すもので、双方
のフランジ1a、1bはボルト孔2を通して挿入された
フランジ用締付ボルト7およびナット8によって固く締
付けられている。
【0008】冷却蒸気はフランジ1bの連絡孔3からボ
ルト孔2に入って締付ボルト7をまわりながら上から下
へと流れて冷却し、フランジ1aの連絡孔3を通って次
の締付ボルト7のあるボルト孔2へ流れて行く。さら
に、締付ボルト7をまわりながら下から上へと流れて冷
却し、フランジ1bの連絡孔3へと流れて行く。こうし
て、双方のフランジ1a、1bおよび締付ボルト7を冷
却することが可能になる。 なお、この系は上記冷却作
用をフランジ部に与える以外に蒸気温度をフランジ部メ
タル温度よりも高く保つように加熱作用のために使用す
ることがある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のように蒸気ター
ビンの蒸気条件の向上に合わせ、ケーシングのフランジ
厚さおよび面積を増大する形で剛性の維持を図る一方、
この部分の熱応力の軽減のために冷却蒸気を送入する方
法が用いられているが、蒸気タービンの蒸気条件がさら
に高温、高圧化したとき、フランジ1a、1bの変形が
起こりにくい、つまりより剛性の高い形状の採用を考慮
すると同時に、締付ボルト7に対する冷却蒸気の送入方
法も従来以上に工夫しなければならない。
【0010】すなわち、図5から明らかなように、締付
ボルト7の軸部の冷却は冷たい蒸気との接触が保たれて
冷却効果があるが、ナット8と螺合している締付ボルト
7のねじ部は蒸気が流れず、冷たい蒸気との接触が果た
されず、冷却効果が損なわれている。
【0011】さらに、こうした冷却蒸気の送入方法の変
更に伴い使用される冷却蒸気の流量が増加することが考
えられ、また一方、単にフランジ厚さおよび面積を増大
させることで対処するにしてもケーシングのフランジに
送る冷却蒸気の流量はいままで以上に増加する必要があ
る。
【0012】このとき、たとえば図4(a)に示したよ
うな蒸気タービンの抽気蒸気でこれを賄うとすれば、こ
の抽気による熱エネルギの消費が従来でさえも大きかっ
たのに、上記の増加分が加わるようになれば、いよいよ
もって無駄に消費される熱エネルギが大きくなり、無視
できない問題となる。
【0013】そこで、本発明の目的は無駄に失われる熱
エネルギを可能な限り少なく保ちながら、ケーシングの
フランジおよび締付ボルトの冷却ないし加熱効果を一段
と高めるようにしたケーシング冷却装置を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は上半および下半ケーシングのフランジおよび
双方のフランジを一体に結合する複数の締付ボルトに蒸
気タービン段落から抽出される蒸気あるいは外部から供
給される蒸気を送って冷却ないし加熱するケーシング冷
却加熱装置において、フランジおよび締付ボルト外面に
対する第1の冷却通路と並行して少なくとも締付ボルト
を内部から軸方向に沿い冷却ないし加熱する第2の冷却
通路を設けたことを特徴とするものである。
【0015】
【作用】本発明は主にフランジおよび締付ボルト外面で
の冷却効果を得る通路(第1の通路と称する)と共に、
第1の冷却通路から独立している締付ボルトを内部から
軸方向に沿い冷却する第2の冷却通路を有する。双方の
冷却通路は並行しており、それぞれに冷却蒸気を流すこ
とができる。
【0016】第2の冷却通路には適当な蒸気タービン段
落から抽出される冷却蒸気が導かれる。この冷却蒸気は
締付ボルトに流れて軸方向に沿って流動して内部から冷
却する。
【0017】このように第1および第2の冷却通路を流
れる冷却蒸気で締付ボルトは外面と共に内部からも冷却
され、ねじ部を含めて効果的に冷却することができる。
【0018】この第2の冷却通路に導く冷却蒸気は第1
の冷却通路に供するものとは別に抽気されるために仕事
以外で消費される熱エネルギが増加する。
【0019】そこで、本発明においてはケーシングのフ
ランジおよび締付ボルトの冷却に供用されたすべて蒸気
の保有する熱エネルギを復水系の復水に回収する。この
ため供用されたすべての蒸気を給水加熱器に回収する。
この回収によりタービンサイクルにおける熱効率は次の
ように向上する。
【0020】給水加熱器におけるエネルギバランスは次
式によって決まる。
【0021】 G1 ・(h2 −h1 )=G2 ・(h3 −h4 ) …(1) ここで、G1 =復水流量 h1 =給水加熱器出口給水エンタルピ h1 =給水加熱器入口給水エンタルピ G2 =冷却蒸気量 h3 =給水加熱器入口蒸気エンタルピ h4 =給水加熱器出口ドレンエンタルピ 一方、タービン室熱消費率HRは次式によって求めるこ
とができる。
【0022】 HR=(GM ・hM −GT ・hT )/L ………………(2) ここで、GM =主蒸気流量 hM =主蒸気エンタルピ L =発電機出力 GT =ボイラ入口給水流量 hT =ボイラ入口給水エンタルピ ボイラでの蒸気の流入量・流出量が等しければ、 GM =GT ………………………………………(3) となる。また、従来技術によるタービンサイクルでは、 GT =G1 、 hT =h1 …………………(4) となり、本発明によるタービンサイクルでは、 GT =G1 、 hT =h2 …………………(5) となる。以上を考慮して従来技術によるタービンサイク
ルでのタービン室熱消費率HR1 および本発明によるタ
ービンサイクルでのタービン室熱消費率HR2を算出す
ると、 HR1 ={G1 ・(hM ーh1 )}/L ………………(6) HR2 ={G1 ・(hM ーh2 )}/L ………………(7) となる。したがって、熱効率の向上に寄与する割合△H
Rは次の通りになる。
【0023】 △HR=(HR1 ーHR2 )/HR1 =(h2 −h1 )/(hM −h1 ) ……………………………(8) =(G2 /G1 )×(h3 −h4 /hM −h1 ) ……………(9) 試みに、主蒸気圧力250atg 、主蒸気温度550℃の
100MW級蒸気タービンでの熱効率の向上を算定す
る。各値は下記の程度であると仮定すれば、 G1 =300、000 (kg/hr) G2 = 1、000 (kg/hr) hM = 800 (kcal/kg) h1 = 100 (kcal/kg) h3 = 700 (kcal/kg) h4 = 150 (kcal/kg) △HR=( 1,000/ 300,000)×( 700−150 / 800−
100 )=0.003=0.3% となる。
【0024】このように、ケーシングのフランジおよび
締付ボルトの冷却に供用された蒸気を復水系の復水に回
収することで無駄に消費される熱エネルギを大きく減少
することができる。
【0025】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0026】図1は、フランジ1bと共に、フランジ1
aに形成される冷却蒸気のための2つの冷却通路を示し
ている。第2の冷却通路は締付ボルト7を軸方向に貫く
中心孔11を有する。また、これらの中心孔11はフラ
ンジ1a、1bから僅かに離して設けられる連絡管12
によって互いに連通させている。なお、本実施例では従
来技術によるボルト孔2とボルト孔と通じさせる連絡孔
3からなる冷却蒸気のための通路を第1の冷却通路と称
する。
【0027】図2において、フランジ1aの蒸気出口5
と、後記の連絡管と接続している蒸気ヘッダ13から復
水系の給水加熱器14にかけて蒸気管15を結んでお
り、冷却蒸気を給水加熱器14内を流れる復水と熱交換
させるように構成している。図中、符号16は復水ポン
プであり、復水を昇圧して給水加熱器14に送り込んで
いる。
【0028】次に、上記構成による作用を説明する。
【0029】ケーシング1のフランジ1a、1bおよび
締付ボルト7を第1および第2の冷却通路を経てケーシ
ング1から流出する冷却蒸気は蒸気ヘッダ13に集まっ
た後に、蒸気管15を通して給水加熱器14に回収され
る。給水加熱器14には復水が供給されており、蒸気は
伝熱管内を流れる復水と壁面を隔てて接触し、顕熱を失
って凝縮し、ドレンとなる。このドレンは、さらに給水
加熱器内から流出して下流側のより低温ドレンを受入れ
る機器、たとえば別の給水加熱器等へと流れて行く。
【0030】一方、ケーシング1における冷却作用は、
従来のボルト孔2を通る流れに加えて締付ボルト7を軸
方向に貫く中心孔11を通る流れが保たれることで大き
く向上する。すなわち、フランジ1a下側の連絡管12
から流れる冷却蒸気は締付けボルト7の中心孔11内を
下側から上側にかけて流れ、この間締付ボルト7を内部
から冷却する。冷却蒸気は中心孔11からフランジ1b
上流の連絡管12に達し、次の締付ボルト7の中心孔1
1内を上側から下側にかけて流下し、同様に締付ボルト
7を内部から冷却する。
【0031】このように締付ボルト7は内部に形成され
る冷却蒸気の流れによってナット8と螺合するねじ部を
含めてその全域を冷却することが可能になる。この独立
した第2の冷却通路によって抽出蒸気量は増加するが、
上記の冷却で失われる以外の熱エネルギは図2の熱回収
手段によって回収することができ、熱エネルギが無駄に
消費されることはない。
【0032】本発明の他の実施例を図3を参照して説明
する。
【0033】本実施例は蒸気ヘッダ13と別に冷却蒸気
の流動方向の中間にあるボルト孔2と通じる蒸気出口1
7と連絡管(図示せず)と接続している蒸気ヘッダ18
を設けており、この中間蒸気ヘッダ18から復水系の給
水加熱器19にかけて蒸気管20を接続している。
【0034】これは締付ボルト7の熱応力の厳しくない
部分には冷却蒸気の流量を減少して高い温度のうちに復
水系を流れる復水と熱交換させてより多くの熱量をター
ビンサイクルに回収することを意図したもので、蒸気出
口17および連絡管から流れる冷却蒸気は蒸気ヘッダ1
8に集まり、その後蒸気管20を通して給水加熱器19
に回収される。
【0035】本実施例によれば、高温の熱エネルギの回
収が可能であり、冷却のために消費される熱量の減少に
より熱効率をより向上させることができる。
【0036】なお、上記2つの実施例では冷却作用を主
体に説明しているが、高温の蒸気を流動させる加熱作用
あるいは暖機作用のために上記各実施例が適用できるの
は当然である。
【0037】また、ケーシング1内の抽出蒸気によって
冷却作用を得るもののほか、外部から冷却蒸気を導入す
る方式(図4(b)参照)のものにも蒸気実施例を適用
することが可能である。
【0038】さらに、加熱作用を得る点に限るときはケ
ーシング1のフランジ1a、1bの構造は図5のものと
同じものでよい。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明においてはケ
ーシングのフランジおよび締付ボルト外面を冷却ないし
加熱する第1の冷却通路と並行して締付ボルトを内部か
ら軸方向に沿い冷却ないし加熱する第2の冷却通路を設
けているので、締付ボルトを外面と共に内部からも冷却
することができ、冷却効果を一段と高めることが可能で
ある。
【0040】しかも第1および第2の冷却通路で冷却に
供用された蒸気を共に復水系の給水加熱器に回収して復
水と熱交換させるようにしたので、仕事以外で消費され
る熱エネルギを少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるケーシング冷却加熱装置の一実施
例を示す断面図。
【図2】本発明によるケーシング冷却加熱装置の一実施
例を示す系統図。
【図3】本発明の他の実施例を示す系統図。
【図4】従来の装置の一例を示す系統図。
【図5】従来の装置の一例を示す断面図。
【符号の説明】 1a、1b…フランジ 2………ボルト孔 3………連絡孔 7………締付ボルト 11………中心孔 12………連絡管 13、18…蒸気ヘッダ 14、19…給水加熱器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 剛 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上半および下半ケーシングのフランジお
    よび該双方のフランジを一体に結合する複数の締付ボル
    トに蒸気タービン段落から抽出される蒸気あるいは外部
    から供給される蒸気を送って冷却ないし加熱するケーシ
    ング冷却加熱装置において、前記フランジおよび前記締
    付ボルト外面に対する第1の冷却通路と並行して少なく
    とも該締付ボルトを内部から軸方向に沿い冷却ないし加
    熱する第2の冷却通路を設けたことを特徴とするケーシ
    ング冷却加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記第1および第2の冷却通路で冷却な
    いし加熱に供用された蒸気を復水系の給水加熱器に回収
    して復水と熱交換させるようにしたことを特徴とする請
    求項1記載のケーシング冷却加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記第1および第2の冷却通路を通る蒸
    気のうち、引き続き冷却ないし加熱に供する蒸気を残
    し、それ以外は該冷却通路の中間から復水系の給水加熱
    器に回収して復水と熱交換させるようにしたことを特徴
    とする請求項2記載のケーシング冷却加熱装置。
JP22981293A 1993-09-16 1993-09-16 ケーシング冷却加熱装置 Pending JPH0783004A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101493018A (zh) * 2008-01-22 2009-07-29 通用电气公司 涡轮机外壳
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Effective date: 20020305