JPH11200801A - 蒸気タービンのロータ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気タービン、特に冷却蒸気によりロータデ
ィスクを冷却する中圧タービンにおいて、高温の再熱蒸
気が通流する第１段〜第３段ロータディスクの冷却蒸気
による冷却効果を、蒸気の漏洩等によるタービン効率の
低下を伴なうことなく、かつ最少の蒸気量で以って向上
せしめ得る蒸気タービンのロータ冷却装置を提供する。 【解決手段】 ロータディスクの両側面と静翼内周部と
の間に形成される冷却空間に、冷却流体供給路から冷却
流体を供給するようにした蒸気タービンにおいて、上記
ロータの内部に、第２段以降の上記ロータディスクの側
面が臨む上記冷却空間に上記冷却流体供給路から直接冷
却流体を供給する冷却通路穴を設けて、低温の冷却流体
を第２段以降のロータディスクに直接供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸気タービン、特に
その中圧タービンにおけるロータディスクの翼植込近傍
を冷却するための冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンにおいては、高圧タービン
出口の蒸気をボイラにて再熱、昇温させて中圧タービン
に導くことによりタービン効率を向上させている。この
ため中圧タービンにおいては、高温の蒸気に曝される中
圧第１段〜第３段のロータディスクの動翼植込部近傍を
高圧タービン出口の低温の冷却蒸気（再熱前の蒸気）に
よって冷却することが行なわれている。

【０００３】かかる中圧タービンにおけるロータディス
ク部冷却構造の従来の１例を図３〜図４に示す。図３〜
図４において、１は中圧タービンのロータ、１６はケー
シング、６は第１段静翼、７は第２段静翼、９は第３段
静翼である。また、４１，４２，４３は上記ロータ１の
外周に形成された第１段ロータディスク、第２段ロータ
ディスク、第３段ロータディスクであり、同第１段、第
２段、第３段ロータディスク４１，４２，４３の外周に
は複数の第１段動翼２、第２段動翼４、第３段動翼１０
が夫々円周方向等間隔に植え込まれている。

【０００４】５は上記第１段静翼６の内周部を支える中
圧ダミー環、２３は上記第１段静翼６の内周部に設けら
れて上記中圧ダミー環５との間をシールするシール環で
ある。２４，２５は夫々上記第２段静翼７、第３段静翼
９の内周部とロータ２の外周部との間をシールするラビ
リンス機構である。

【０００５】２６及び２７は上記第１段ロータディスク
４１の両側面と第１段静翼の内側面６及び第２段静翼７
の内側面との間に形成された冷却空間、２８及び２９は
上記第２段ロータディスク４２の両側面と第２段静翼７
の内周部及び第３段静翼９の内側面との間に形成された
冷却空間、３０は上記第３段ロータディスク４３の側面
と第３段静翼９の内側面との間に形成された冷却空間で
ある。

【０００６】２０は上記ロータ１の外周面と中圧ダミー
環５との間に形成された冷却蒸気供給路であり、高圧タ
ービン出口の低温の冷却蒸気が導入されている。上記第
１段ロータディスク４１の第１段静翼側の冷却空間２６
は上記冷却蒸気供給路２０に連通され、同供給路２０か
ら冷却蒸気が直接上記冷却空間２６に供給されるように
なっている。３は上記第１段ロータディスク４１内に円
周方向に複数個設けられた冷却蒸気通路であり、上記第
１段動翼２の植込部下端面と第１段ロータディスクの溝
底面との間に形成され、上記第１段ロータディスク４１
の両側の冷却空間２６及び２７に開口されている。

【０００７】上記中圧蒸気タービンの運転時において、
ボイラ（図示省略）にて再加熱された高温再熱蒸気は図
３の矢印のように、第１段静翼６に入り、同静翼６及び
第１段動翼２を経て各段の静翼及び動翼にて膨張仕事を
なして低圧タービン（図示省略）に導かれる。

【０００８】一方、冷却蒸気供給路２０には高圧タービ
ン（図示省略）から低温の冷却蒸気が導かれている。そ
してこの冷却蒸気は図３の矢印に示すように、上記冷却
蒸気供給路２０から、第１段動翼２と第１段静翼６との
間の冷却空間２６に入るとともに、第１段動翼２前後の
差圧によって冷却蒸気通路３を通って第１段動翼２の植
込部を冷却し、第１段ロータディスク４１と第２段静翼
７との間の冷却空間２７に導入される。これにより、第
１段ロータディスク４１の動翼植込部及び第１段動翼２
は、上記のようにして冷却空間２６に導かれ、あるいは
冷却蒸気通路３を通って冷却空間２７に導かれる低温の
冷却蒸気によって冷却される。

【０００９】さらに、上記冷却蒸気通路３を経た冷却蒸
気の一部は、第２段静翼７のラビリンス機構２４の内周
とロータ１の外周との隙間を通って第２段ロータディス
ク４２と第２段静翼９との間の冷却空間２８に入り、第
２段ロータディスク４２を冷却する。

【００１０】図５〜図６は上記中圧タービンのロータデ
ィスク部冷却構造の他の従来例を示す。図５〜図６のも
のは、第２段動翼４の植込部下面と第２段ロータディス
ク４２の植込溝底面との間に、第１段ロータディスク４
１の冷却蒸気通路３と同様な冷却蒸気通路１１を設け、
同冷却蒸気通路１１に第２段静翼７内周のラビリンス機
構２４を流過した冷却蒸気の一部を導き、第２段ロータ
ディスク４２の動翼植込部近傍を冷却している。

【００１１】その他の構成は図３〜図４のものと同様で
あり、これと同一の部材は同一の符号にて示す。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記中圧タービンにお
いて、タービン効率の向上を図るためには、高温再熱蒸
気温度を上昇させる必要があるが、かかる蒸気温度の上
昇により、中圧第１段〜第３段ロータディスク４１〜４
３の動翼植込部近傍の温度が上昇し、ロータの強度の低
下をもたらす。

【００１３】これを回避するため、図３〜図４に示す従
来例では、第１段ロータディスク４１に冷却蒸気通路３
を設けて、これに冷却蒸気供給路２０からの冷却蒸気を
導入して第１段ロータディスク４１の動翼植込部近傍を
冷却するとともに、上記冷却蒸気通路３を経た蒸気の一
部をラビリンスの機構２４を通して第２段ロータディス
ク４２の入口側の冷却空間２８に導き、第２段ロータデ
ィスクを冷却している。

【００１４】しかしながら、図３〜図４のものにおいて
は、第３段ロータディスク４３の冷却がなされず、同ロ
ータディスク４３の昇温による強度低下が避けられず、
また第２段ロータディスク４２についても、第１段ロー
タディスク４１を冷却して昇温された冷却蒸気の一部で
入口側のみを冷却しているため、充分な冷却効果が得ら
れない。

【００１５】また図５〜図６のものは、図３〜図４のも
のに対して、第２段ロータディスク４２に冷却蒸気通路
１１を加設しているため、図３〜図４のものに較べ第２
段ロータディスク４２の冷却効果の向上が得られるが、
第２段ロータディスク４２については第１段ロータディ
スク４１を冷却して昇温された冷却蒸気により冷却する
ので、再熱蒸気温度の上昇さらなる上昇に対して充分な
冷却効果が得られず、さらに第３段ロータディスク４３
については、第１段ロータディスク４１及び第２段ロー
タディスク４２を順に冷却してさらに上昇された冷却蒸
気を入口側冷却空間３０に導き入口側のみを冷却するの
で、この第３段ロータディスクの冷却効果も不充分とな
る。

【００１６】図５〜図６のものにおいて、上記のような
冷却効果の低下という問題点を解消するためには、第１
段、第２段ロータディスク４１，４２に設けた冷却蒸気
通路３，１１の面積を大きくし、また、第２段静翼のラ
ビリンス機構２４及び第３段静翼のラビリンス機構２５
の隙間を大きくすることにより冷却蒸気の供給量を増加
させるという手段を採ることが考えられるが、かかる手
段を用いると各段落間の漏洩蒸気量が増大し、タービン
効率の低下をもたらすという問題点が発生する。

【００１７】本発明の目的は、蒸気タービン、特に冷却
蒸気によりロータディスクを冷却する中圧タービンにお
いて、高温の再熱蒸気が通流する第１段〜第３段ロータ
ディスクの冷却蒸気による冷却効果を、蒸気の漏洩等に
よるタービン効率の低下を伴なうことなく、かつ最少の
蒸気量で以って向上せしめ得る蒸気タービンのロータ冷
却装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする第１の手段は、ロータの
外周に形成され動翼が植え込まれるロータディスクの両
側面と静翼内側面との間に形成される冷却空間に、冷却
流体供給路から冷却流体を供給するようにした蒸気ター
ビンにおいて、上記ロータの内部に、第２段以降の上記
ロータディスクの側面が臨む上記冷却空間に上記冷却流
体供給路から直接冷却流体を供給する冷却通路穴を設け
たことを特徴とするロータ冷却装置にある。

【００１９】また第２の手段は、上記第１の手段におい
て、上記冷却通路穴が、上記冷却流体供給路から第２段
静翼と第２段ロータディスクとの間の上記冷却空間に連
通されて成るとともに、第１段ロータディスクの両側の
冷却空間、及び第２段ロータディスクの両側の冷却空間
をそれぞれ連通する冷却通路を設けてなることにある。

【００２０】上記手段によれば、冷却流体供給路からの
低温の冷却流体はロータに穿設された冷却通路穴を通っ
て第１段ロータディスク以降の冷却空間の入口に直接導
かれ、ここから各ロータディスク内の冷却通路を通って
各段のロータディスクの動翼植込部近傍を冷却する。

【００２１】従って、各段のロータディスク、特に第２
段以降のロータディスクの冷却空間及びロータディスク
内冷却通路には低温の冷却流体が直接供給されるので、
必要最少限の冷却流体量でロータディスクを所要の温度
まで冷却可能となって、冷却効果が向上し、ロータの強
度を増大することができる。

【００２２】また、冷却流体量が最少限の量で済むの
で、従来のもののように、各ロータディスク内の冷却通
路面積及び静翼のラビリンス機構の間隙を大きくして、
各段における流体漏れを伴なうような冷却流体量の増大
を図ることを要せず、タービン効率の低下を防止でき
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図１を参照して本発明の実施
形態につき詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に
係る蒸気タービンにおける中圧タービンのロータディス
ク冷却部の要部縦断面図である。図１において、１は中
圧タービンのロータ、１６はケーシング、６は第１段静
翼、７は第２段静翼、９は第３段静翼である。

【００２４】また、４１，４２，４３は上記ロータ１の
外周に形成された第１段ロータディスク、第２段ロータ
ディスク、第３段ロータディスクであり、同第１段、第
２段、第３段ロータディスク４１，４２，４３の外周に
は複数の第１段動翼２、第２段動翼４、第３段動翼１０
が夫々円周方向等間隔に植え込まれている。

【００２５】５は上記第１段静翼６の内周部を支える中
圧ダミー環、２３は上記第１段静翼６の円周部に設けら
れて上記中圧ダミー環５との間をシールするシール環で
ある。２４，２５は夫々上記第２段静翼４、第３段静翼
９の内周部とロータ２の外周部との間をシールするラビ
リンス機構である。

【００２６】２６及び２７は上記第１段ロータディスク
４１の両側面と第１段静翼の内側面６及び第２段静翼７
の内側面との間に形成された冷却空間、２８及び２９は
上記第２段ロータディスク４２の両側面と第２段静翼７
の内側面及び第３段静翼９の内側面との間に形成された
冷却空間、３０は上記第３段ロータディスク４３の側面
と第３段静翼９の内側面との間に形成された冷却空間で
ある。

【００２７】２０は上記ロータ１の外周面と中圧ダミー
環５との間に形成された冷却蒸気供給路であり、高圧タ
ービン出口の低温の冷却蒸気が導入されている。上記第
１段ロータディスク４１の第１段静翼側の冷却空間２６
は上記冷却蒸気供給路２０に連通され、同供給路２０か
ら冷却蒸気が直接上記冷却空間２６に供給されるように
なっている。３は上記第１段ロータディスク４１内に円
周方向に複数個設けられた冷却蒸気通路であり、上記第
１段動翼２の植込部下端面と第１段ロータディスクの溝
底面との間に形成され、上記第１段ロータディスク４１
の両側の冷却空間２６及び２７に開口されている。以上
の構成は図２〜図３に示す従来のものと同様である。

【００２８】本発明の実施形態においては、各冷却空間
への冷却蒸気の供給手段を改良している。即ち図１にお
いて、２１，２２はロータ２に穿設された冷却通路穴で
ある。同冷却通路穴、つまり、水平方向の冷却通路穴２
１及びこれに連通される半径方向の冷却通路穴２２は、
上記ロータ２の内部に円周方向に沿って好ましくは等間
隔に複数個設けられ、上記冷却蒸気供給路２０から第２
段ロータディスク４２と第２段静翼７との間の冷却空間
２８に連通され、冷却蒸気供給路２０内の低温の冷却蒸
気を上記冷却空間２８の入口に直接供給するようになっ
ている。

【００２９】１１は上記と第２段動翼２の植込部下端面
と第２段ロータディスク４２の植込溝底面との間に形成
された冷却蒸気通路で、上記第２段ロータディスク４２
の両側の冷却空間、つまり同第２段ロータディスク４２
と第２段静翼７との間の冷却空間２８と、第２段ロータ
ディスク４２と第３段静翼９との間の冷却空間２９とを
連通している。

【００３０】上記のように構成された中圧蒸気タービン
の運転時において、ボイラ（図示省略）にて再加熱され
た高温再熱蒸気は図１の矢印のように、第１段静翼６に
入り、同静翼６及び第１段動翼２を経て各段の静翼及び
動翼にて膨張仕事をなして低圧タービン（図示省略）に
導かれる。

【００３１】一方、冷却蒸気供給路２０には高圧タービ
ン出口（図示省略）から低温の冷却蒸気が導かれてい
る。そしてこの冷却蒸気は図１の矢印に示すように、上
記冷却蒸気供給路２０から、第１段動翼２と第１段静翼
６との間の冷却空間２６に入るとともに、第１段動翼２
前後の差圧によって冷却蒸気通路３を通って第１段動翼
２の植込部を冷却し、第１段ロータディスク４１と第２
段静翼７との間の冷却空間２７に導入される。これによ
り、第１段ロータディスク４１の動翼植込部及び第１段
動翼２は、上記のようにして冷却空間２６に導かれ、あ
るいは冷却蒸気通路３を通って冷却空間２７に導かれる
低温の冷却蒸気によって冷却される。

【００３２】また、上記冷却蒸気供給路２０の冷却蒸気
は冷却通路穴２１及び２２を経て、第２段ロータディス
ク４２と第２段静翼７との間の冷却空間２８の入口に直
接導かれる。さらに上記冷却通路穴２２内の冷却蒸気の
一部は第２段動翼２前後の差圧により、第２段ロータデ
ィスク４２内の冷却蒸気通路１１を通って第２段ロータ
ディスク４２、及び第２段動翼４の植込部を冷却する。

【００３３】さらに、この冷却空気は第２段ロータディ
スク４２と第３段静翼３との間の冷却空間２９に入り、
第２段ロータディスク４２を冷却するとともに、その一
部は第３段静翼９のラビリンス機構２５の内周とロータ
１の外周との隙間を通って第３段ロータディスク４３と
第３段静翼９との間の冷却空間３０に入り、第３段ロー
タディスク４３を冷却する。上記各冷却空間２６，２
７，２８，２９，３０を通った冷却蒸気は作動蒸気（再
熱蒸気）に合流される。

【００３４】従って、上記実施形態によれば、第２段ロ
ータディスクの冷却蒸気入口部、つまり冷却空間２８の
入口に冷却蒸気供給路２０からの低温の冷却蒸気が直接
供給されるので、必要最少限の冷却蒸気量で第２段ロー
タディスク４２及び第３段ロータディスクを確実に冷却
することができる。

【００３５】尚、上記ロータ２内に冷却蒸気供給路２０
と第３段ロータディスク４３の入口部である冷却空間３
０の入口とを連通する冷却通路穴、さらには第４段以降
のロータディスクの入口部と冷却蒸気供給路２０とを連
通する冷却通路穴を設けて、第３段ロータディスク４３
以降の段のロータディスク入口部に直接低温の冷却蒸気
を供給するようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、各段、特に第２段以降のロータディス
クの冷却流体入口部に低温の冷却流体を直接供給するこ
とができるので、必要最少限の冷却流体量で各段のロー
タディスクを所要の温度まで冷却することができ、従来
のものに較べて冷却効果が向上し、高いロータ強度を維
持できる。

【００３７】また、最少限の冷却流体量で所要の冷却効
果が得られるので、ラビリンス部の間隙寸法等冷却流体
の通路面積の増大を必要とせず、かかる通路面積の増大
による各段間の流体の漏洩による効率の低下を防止する
ことができる。また、上記冷却効果の向上により再熱蒸
気温度の上昇が可能となり、これによるタービン効率の
向上が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る蒸気タービンのロータ
冷却装置の要部縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】蒸気タービンのロータ冷却装置の従来の第１例
を示す要部縦断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】蒸気タービンのロータ冷却装置の従来の第２例
を示す図４応当図。

【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図。

【符号の説明】

１ ロータ ２ 第１段動翼 ３ 冷却蒸気通路 ４ 第２段動翼 ６ 第１段静翼 ７ 第２段静翼 ９ 第３段静翼 １０ 第３段動翼 １１ 冷却蒸気通路 １６ ケーシング ２０ 冷却蒸気供給路 ２１，２２ 冷却通路穴 ２４，２５ ラビリンス機構 ２６，２７，２８，２９，３０ 冷却空間 ４１ 第１段ロータディスク ４２ 第２段ロータディスク ４３ 第３段ロータディスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの外周に形成され動翼が植え込ま
   れるロータディスクの両側面と静翼内側面との間に形成
   される冷却空間に、冷却流体供給路から冷却流体を供給
   するようにした蒸気タービンにおいて、上記ロータの内
   部に、第２段以降の上記ロータディスクの側面が臨む上
   記冷却空間に上記冷却流体供給路から直接冷却流体を供
   給する冷却通路穴を設けたことを特徴とする蒸気タービ
   ンのロータ冷却装置。
2. 【請求項２】 上記冷却通路穴が、上記冷却流体供給路
   から第２段静翼と第２段ロータディスクとの間の上記冷
   却空間に連通されて成るとともに、第１段ロータディス
   クの両側の冷却空間、及び第２段ロータディスクの両側
   の冷却空間をそれぞれ連通する冷却通路を設けてなる請
   求項１に記載の蒸気タービンのロータ冷却装置。