(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入り口蒸気管から外部ケーシングの内側に備えられる内部ケーシングに至る蒸気経路にインレットスリーブを備えてなる蒸気タービンにおいて、
前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの間および前記入り口蒸気管と前記インレットスリーブとの間に冷却用蒸気通路を形成し、この冷却用蒸気通路の出口手前に、前記インレットスリーブ端部に突設された環状フィンと前記入り口蒸気管とで形成された絞り手段を介して、前記冷却用蒸気通路の出口を前記入り口蒸気管を貫く蒸気出口に接続したことを特徴とする蒸気タービンのケーシング冷却装置。
【請求項２】
入り口蒸気管から外部ケーシングの内側に備えられる内部ケーシング内のノズルボックスに至る蒸気経路にインレットスリーブを備えてなる蒸気タービンにおいて、
前記外部ケーシングと前記インレットスリーブとの間に、前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの間の蒸気空間と連通する冷却用蒸気通路を形成し、この冷却用蒸気通路の出口手前に、前記インレットスリーブ端部に突設された環状フィンと前記入り口蒸気管とで形成された絞り手段を介して、前記冷却用蒸気通路の出口を前記入り口蒸気管を貫く蒸気出口に接続したことを特徴とする蒸気タービンのケーシング冷却装置。
【請求項３】
入り口蒸気管から外部ケーシングの内側に備えられる内部ケーシング内のノズルボックスに至る蒸気経路にインレットスリーブを備えてなる蒸気タービンにおいて、
前記外部ケーシングと前記インレットスリーブとの間に冷却用蒸気通路を形成し、この冷却用蒸気通路のほぼ中間付近に接続するように前記外部ケーシングを貫く蒸気入り口を設け、前記冷却用蒸気通路の一の出口を絞り手段を介して前記入り口蒸気管を貫く蒸気出口に接続すると共に、他の出口を絞り手段を介して前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの蒸気空間に連通するようにしたことを特徴とする蒸気タービンのケーシング冷却装置。
【請求項４】
前記絞り手段が前記インレットスリーブに一体に突設された環状フィンであることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービンのケーシング冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は蒸気タービンに係り、特に高温の作動蒸気から外部ケーシングを隔離して機械的強度が失われるのを防止するのに好適な蒸気タービンのケーシング冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球規模での環境汚染の広がりに対処するために化石燃料の使用量を減少させることが強く求められている。蒸気タービンにおいても入り口蒸気条件をより高温、高圧に保ち、タービン効率の向上を達成することで、化石燃料の使用量を減少し、併せて経済性を向上させることが要求され、蒸気タービンの入り口蒸気温度についてはこれまでの主流の５３８℃ないし５６６℃級から、より高温の５９３℃級に高めることに努力が傾けられ、既に一部においてはこれが実現し、今後はそれ以上高くすることが当面の課題となっている。
【０００３】
こうした高温化が進むとき、その温度に見合う適切な材料を選定できるか、否かは最大の関心事である。高温に耐える鋼材、つまり耐熱網からこの種の材料を選ぶことになるが、これは高価なものが大部分であり、特にタービンケーシングのような重さのある大形の製品は経済性も考慮してこれを決定する必要がある。ところで、大容量蒸気タービンでは２重化したケーシング構造が好んで採用される。この構造は内部ケーシングと外部ケーシングとを組み合わせたもので、このうち、高温蒸気に直接さらされるのは蒸気通路の一部を構成する内部ケーシングであり、外部ケーシングは蒸気通路から離れていることから、高温蒸気とは直接触れることはない。しかし、外部ケーシングも極く限られた部分は高温蒸気と直接触れることでこの部分の温度は非常に高くなる。これは再熱蒸気入り口部で、この部分は図６に示すように限られた一部ではあるが、再熱蒸気温度と平衡するまで上昇する可能性がある。ここで、再熱蒸気は入り口蒸気管１からインレットスリーブ２を介して外部ケーシング３の内部に備えられる内部ケーシング４内に入り、ノズルの環状列（図示せず）へと導かれる。
【０００４】
入り口蒸気管１からインレットスリーブ２にかけての外部ケーシング３の一部は蒸気通路５を構成しており、再熱蒸気が外部ケーシング３と直接触れてこの部分が高温になる。なお、図中、符号６は溶接部を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した入り口蒸気管１および外部ケーシング３は再熱蒸気温度がたとえば５６６℃であれば、これに見合う低Ｃｒ耐熱鋼が使用されている。しかし、蒸気温度が５９３℃からさらにそれ以上になると、従来の低Ｃｒ耐熱鋼を用いたのでは上記した蒸気との直接接触により、また入り口蒸気管１からの熱伝導および内部ケーシング４からのふく射熱等から、外部ケーシング３の温度が上昇し、長時間にわたり機械的強度を保てるという保証はない。
【０００６】
より高温に耐える高Ｃｒ耐熱鋼に外部ケーシング３等の材料を代えることも考えられるが、大形の構造物である外部ケーシング３をこうした高価な耐熱鋼に代えることは得策でない。従来の低Ｃｒ耐熱鋼の使用を妨げている一因は外部ケーシング３の一部が高温の再熱蒸気と直接触れることから、ケーシング全体の温度が上昇してしまうためで、こうした温度上昇の原因をできる限り除くことで、温度上昇を避け、許容温度内に保つことが可能であれば、ケーシング材料として信頼性のある低Ｃｒ耐熱鋼を高価な高Ｃｒ耐熱鋼に代えることは必要としない。
【０００７】
本発明の目的は外部ケーシングの温度上昇を材料の許容温度内に抑えて材料の機械的強度が低下するのを防止するようにした蒸気タービンのケーシング冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、入り口蒸気管から外部ケーシングの内側に備えられる内部ケーシングに至る蒸気経路にインレットスリーブを備えてなる蒸気タービンにおいて、外部ケーシングと内部ケーシングとの間および入り口蒸気管とインレットスリーブとの間に冷却用蒸気通路を形成し、この冷却用蒸気通路の出口手前に、インレットスリーブ端部に突設された環状フィンと入り口蒸気管とで形成された絞り手段を介して、冷却用蒸気通路の出口を入り口蒸気管を貫く蒸気出口に接続したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、入り口蒸気管から外部ケーシングの内側に備えられる内部ケーシング内のノズルボックスに至る蒸気経路にインレットスリーブを備えてなる蒸気タービンにおいて、外部ケーシングとインレットスリーブとの間に、外部ケーシングと内部ケーシングとの間の蒸気空間と連通する冷却用蒸気通路を形成し、この冷却用蒸気通路の出口手前に、インレットスリーブ端部に突設された環状フィンと入り口蒸気管とで形成された絞り手段を介して、冷却用蒸気通路の出口を入り口蒸気管を貫く蒸気出口に接続したことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、請求項３に係る発明は入り口蒸気管から外部ケーシングの内側に備えられる内部ケーシング内のノズルボックスに至る蒸気経路にインレットスリーブを備えてなる蒸気タービンにおいて、外部ケーシングとインレットスリーブとの間に冷却用蒸気通路を形成し、この冷却用蒸気通路のほぼ中間付近に接続するように外部ケーシングを貫く蒸気入り口を設け、冷却用蒸気通路の一の出口を絞り手段を介して入り口蒸気管を貫く蒸気出口に接続すると共に、他の出口を絞り手段を介して外部ケーシングと内部ケーシングとの蒸気空間に連通するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
蒸気タービン運転中、外部ケーシングは、たとえば５９３℃の高温の主蒸気または再熱蒸気に直接さらされる入り口蒸気管、インレットスリーブおよび内部ケーシングからの熱伝導およびふく射により加熱され、その蒸気温度とほぼ平衡する温度になる。この状態に置かれたまま、長時間運転した場合、ケーシング材料の低Ｃｒ耐熱鋼の許容温度限界を超えてしまい、機械的強度が著しく低下する。本発明はこれを回避するために外部ケーシング全体を所望の温度に保つように冷却用蒸気を用いて冷却する。
【００１２】
図３を参照して説明すると、高圧タービンＨＰの主蒸気入り口部ＨＰＩについては２００℃程度の温度の低い高圧タービン排気Ｅｘと同等に保つことを主眼におき、冷却用蒸気を高温の入り口蒸気管、インレットスリーブにかけて流動させる。また、再熱蒸気入り口部ＩＰＩについては再熱蒸気温度よりも１００℃程度低い、たとえば中圧タービンＩＰの第３抽気Ｅｔと同等に保つことを主眼におく。すなわち、運転中、主蒸気入り口部ＨＰＩの入り口蒸気管、インレットスリーブ内部ケーシングＩＣが主蒸気ＭＳによって高温に加熱されるときも、より低温の冷却用蒸気を主蒸気入り口部ＨＰＩに
【００１３】
また、再熱蒸気入り口部ＩＰＩの入り口蒸気管、インレットスリーブ、内部ケーシングＩＣが再熱蒸気ＲＳによって高温に加熱されるときも、より低温の冷却用蒸気を再熱蒸気入り口部ＩＰＩにかけて流すようにして外部ケーシングＯＣを冷却する。この冷却により温度降下した主蒸気入り口部ＨＰＩの冷却用蒸気は第３抽気Ｅｔに回収し、同様に温度降下した再熱蒸気入り口部ＩＰＩの冷却用蒸気は第４抽気Ｅｔに回収するものである。
【００１４】
これを効果的に行うために請求項１に係る発明は外部ケーシングと内部ケーシングとの間、さらには入り口蒸気管とインレットスリーブとの間に形成した冷却用蒸気通路にかけて低温の冷却用蒸気を流動させ、蒸気出口において回収し、抽気系統に導く。また、請求項２に係る発明は外部ケーシングとインレットスリーブとの間に形成した冷却用蒸気通路にかけて低温の冷却用蒸気を流動させ、蒸気出口から抽気系統に導く。
【００１５】
さらに、請求項３に係る発明においては外部ケーシングとインレットスリーブとの間に形成した冷却用蒸気通路にかけて蒸気入り口から低温の冷却用蒸気を流す。蒸気入り口を冷却用蒸気通路の中間に開口させることで一部の蒸気を入り口蒸気管側に、また、残りの一部を内部ケーシング側に流動させることができる。いずれの発明に置いても冷却用蒸気通路の出口に絞り手段を設けるのが望ましい。これにより出口での靜圧を上昇させ、周方向に均一な流れを保って冷却効果を高めることができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１において、入り口蒸気管１からの再熱蒸気を内部ケーシングに導くインレッシスリーブ７は内部ケーシング４と入り口蒸気管１との間に配置され、図示しないボルトによって入り口蒸気管１に固定されている。インレットスリーブ７を含めて内部ケーシング４は外部ケーシング３によって覆われており、双方のケーシング３、４の間、およびインレーツトスリーブ７と入り口蒸気管１との間に冷却用蒸気が流動する冷却用蒸気通路８が形成されている。
【００１８】
また、インレットスリーブ７と接続する部分の入り口蒸気管１には蒸気出口９が設けられており、冷却用蒸気通路８はその出口９と出口で蒸気出口９とに連絡している。なお、図に示すように入り口蒸気管１の端部は外部ケーシング３と溶接部１０で接合される。
【００１９】
図２にインレットスリーブ７の詳細を示している。このインレットスリーブ７は円筒部７ａと、入り口蒸気管１と接続されるフランジ部７ｂとからなり、フランジ部７ｂには半径方向に突出する環状フィン７ｃが形成されている。このフィン７ｃによって冷却用蒸気通路８の出口は流路が絞られる。
【００２０】
次に、上記構成による実施例の作用を説明する。
【００２１】
再熱器（図示せず）で加熱されて入り口蒸気管１に流れた再熱蒸気は、インレットスリーブ７を通り、内部ケーシング４に流入する。この再熱蒸気により加熱されて入り口蒸気管１および内部ケーシング４は共に再熱蒸気温度と平衡する温度になる。一方、外部ケーシング３と内部ケーシング４との間の冷却用蒸気通路８にかけては再熱蒸気より温度の低い冷却用蒸気が蒸気出口９にかけて流れており、この低温の蒸気によって外部ケーシング３が冷却される。
【００２２】
また、冷却用蒸気通路８の出口はフィン７ｃによって絞られ、出口での靜圧が上昇して冷却用蒸気が環状のインレットスリーブの全周に等しく流れ、入り口蒸気管１から外部ケーシング３にかけての加熱が抑えられる。
【００２３】
本実施例の入り口蒸気管１はインレットスリーブ２の軸方向に長く延びた先端で外部ケーシング３と溶接部１０によって接続されており、再熱蒸気が外部ケーシング３と触れることがないので、外部ケーシング３の温度上昇は入り口蒸気管１および内部ケーシング４程には上昇しない。このため、上記した冷却蒸気による冷却の効果と相まって冷却用蒸気として抽気される蒸気が、たとえば、再熱蒸気よりも１００℃程度低い温度の抽気であれば、それに近い温度に外部ケーシング３の温度を保持することができる。この低い温度水準は低Ｃｒ耐熱鋼の機械的強度を損ねる懸念のない許容温度内であり、長時間にわたり必要とする機械的強度を保持することが可能である。
【００２４】
さらに、本発明の他の実施例を図４を参照して説明する。本実施例は主蒸気入り口に本発明を適用したものである。
【００２５】
図４（ａ）において、入り口蒸気管１１からの主蒸気をノズルボックス１５に導くインレットスリーブ１２は外部ケーシング１３と内部ケーシング１４とを貫いて配置され、シールリング（図示せず）によって内部ケーシング１４に固定されている。インレットスリーブ１２を含めて内部ケーシング１４の外側は外部ケーシング１３によって覆われており、インレットスリーブ１２と外部ケーシング１３との間に冷却蒸気が流れる冷却用蒸気通路１６が形成されている。
【００２６】
インレットスリーブ１２と接続する部分の入り口蒸気管１１には蒸気出口１７が設けられており、冷却用蒸気通路１６はこの蒸気出口１７と連絡している。この蒸気出口１７は高圧タービンの排気よりも圧力が低い中圧タービンの抽気系統に接続するのが望ましい。
【００２７】
なお、図中、符号１８は溶接部を示している。
【００２８】
図４（ｂ）にインレットスリーブ１２の詳細を示している。インレットスリーブ１２には冷却用蒸気通路１６の出口に合わせて半径方向に突出する環状フィン１２ａが形成されている。
【００２９】
次に、上記構成による作用を説明する。ボイラで発生した主蒸気入り口蒸気管１１からインレットスリーブ１２に入り、ノズルボックス１５に流入する。この主蒸気により加熱されて入り口蒸気管１１、インレットスリーブ１２および内部ケーシング１４は共に主蒸気温度と平衡した温度となる。外部ケーシング１３と内部ケーシング１４との間の蒸気空間は主蒸気温度よりも２００℃以上低い高圧タービン排気で満たされており、この低温の蒸気が冷却用蒸気通路１６を通って蒸気出口１７にかけて流れ、外部ケーシング１３が冷却される。
【００３０】
また、冷却用蒸気通路１６の出口は環状フィン１２ａによって絞られ、出口付近の靜圧が上昇してインレットスリーブ１２の全周に冷却蒸気が流れ、インレットスリーブ１２から外部ケーシング１３にかけての加熱が防止される。こうして、外部ケーシング１３の温度を主蒸気温度よりも２００℃以上低く保持することができる。これは低Ｃｒ耐熱鋼の機械的強度を損ねる懸念のない許容温度内であり、機械的強度を長時間にわたり維持することができる。
【００３１】
さらに、異なる実施例を図５を参照して説明する。本実施例では主蒸気入り口部に冷却蒸気を導くための蒸気入り口２０が外部ケーシング１３に形成される。この蒸気入り口２０についてはインレットスリーブ１２と外部ケーシング１３との間の冷却用蒸気通路１６のほぼ中間に設ける。したがって、冷却用蒸気通路１６は一方で蒸気出口１７と連絡し、他方で外部ケーシング１３と内部ケーシング１４との間の蒸気空間と通じている。本実施例のインレットスリーブ１２には蒸気出口１７の手前に環状フィン１２ａを、また、内部ケーシング１４に至る手前に環状フィン１２ｂをそれぞれ設けている。
【００３２】
本実施例の蒸気入り口２０は高圧タービン排気よりも圧力の高いいずれかの高圧タービンの抽気系統と結び、また、蒸気出口１７は高圧タービンの排気よりも圧力が低い中圧タービンの抽気系統に接続するようにする。
【００３３】
上記構成において、冷却用蒸気は蒸気入り口２０から冷却用蒸気通路１６に入り、一部が上方の出口にかけて流動し、残りの一部が下方の出口にかけて流動しつつ、外部ケーシング１３を冷却する。すなわち、２個のフィン１２ａ、１２ｂの間に形成される冷却用蒸気通路１６を通る間、冷却用蒸気はインレットスリーブ１２から外部ケーシング１３にかけての熱伝導およびふく射による熱を効果的に奪い、外部ケーシング１３の温度上昇を防ぐ。
【００３４】
本実施例では半径方向に突出するフィン１２ａ、１２ｂのそれぞれの間隙を調節して双方の流量を任意に変えることができる。特に、入り口蒸気管１１と外部ケーシング１３との溶接部１８付近の熱応力を下げることが求められる場合、低温の冷却蒸気を多量に導いてその付近の温度を下げ、溶接部１８付近に発生する熱応力を緩和させることが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は外部ケーシングと内部ケーシングとの間、入り口蒸気管とインレットスリーブとの間、あるいは外部ケーシングとインレットスリーブとの間に主蒸気あるいは再熱蒸気よりも低温の蒸気を流動させる冷却用蒸気通路を形成したので、外部ケーシングを効果的に冷却することができる。
【００３６】
したがって、本発明によれば外部ケーシングの温度上昇を低Ｃｒ耐熱鋼の許容温度内に抑えることができ、外部ケーシングを信頼性の高い低Ｃｒ耐熱鋼により構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるケーシング冷却装置の一実施例を示す断面図。
【図２】図１に示されるインレットスリーブの断面図。
【図３】本発明の他の実施例を示す断面図。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図。
【図５】従来の蒸気タービンの再熱蒸気入り口部を示す断面図。
【図６】従来の技術を説明するための図。
【符号の説明】
１、１１  入り口蒸気管
３、１３  外部ケーシング
４、１４  内部ケーシング
７、１２  インレットスリーブ
８、１６  冷却用蒸気通路
９、１７  蒸気出口
２０        蒸気入り口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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