(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン高圧部、タービン中圧部およびタービン低圧部のうち、少なくとも二つ以上を組み合わせて備えたタービンロータを、タービンケーシングに収容させた蒸気タービンにおいて、上記タービンケーシングを二つに分割させるとともに、二つに分割させた各タービンケーシングを、さらにタービンケーシング上半部とタービンケーシング下半部とに分割させ、上記タービンケーシング下半部に蒸気入口を設置する一方、上記各タービンケーシング下半部を接続させる際、上記タービン低圧部側から挿通させる締結部材を備え、かつ、上記タービンケーシングの蒸気出口側にタービン排気室を備え、このタービン排気室に低圧側ジャーナル軸受に対峙させて凹陥部を形成し、この凹陥部を上記低圧側ジャーナル軸受に向って凸状の湾曲面および擬似湾曲面のいずれか一方に形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
各タービンケーシング上半部を接続させる締結部材を、タービン高圧部側およびタービン低圧部側のいずれか一方の側から挿通させたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
締結部材は、植込みボルトであることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
タービン高圧部、タービン中圧部およびタービン低圧部の少なくとも二つ以上にタービンノズルとタービン動翼とを組み合わせた段落を備えたタービンロータを、タービンケーシングに収容させてなり、蒸気上流側の上記段落に部分通気通路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
部分通気通路を、タービンロータの中心に座標軸を置き、半時計方向廻りに第１象限、第２象限、第３象限、第４象限に区分けしたとき、第１象限と第４象限を結ぶ角度の範囲に形成したことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
部分通気通路を形成する段落におけるタービンノズルおよびタービン動翼の翼高を、２５mm以上に設定したことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
タービンケーシング上半部のフランジおよびタービンケーシング下半部のフランジの少なくとも一方に蒸気通路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項８】
蒸気入口は、高圧蒸気入口と低圧蒸気入口とであることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項９】
タービンロータの両端を軸支する軸受箱に収容された高圧側ジャーナル軸受および低圧側ジャーナル軸受のうち、いずれか一方を基礎台から離してオーバーハングさせ、軸受スパンを短くすることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項１０】
基礎台から離してオーバーハングするジャーナル軸受は、低圧側ジャーナル軸受であることを特徴とする請求項９に記載の蒸気タービン。
【請求項１１】
擬似湾曲面は、湾曲面と直線面とを結ぶ角度または直線面同士を結ぶ角度を１４０°以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項１２】
タービン高圧部、タービン中圧部およびタービン低圧部のうち、少なくとも一つ以上に、蒸気圧力１００kg／cm2以上、蒸気温度５００℃以上の蒸気を供給してその出力を１００MW以上にするとともに、上記タービン低圧部の最終段落のタービン動翼を、回転数３０００rpmの地区で、その翼高を３６インチ以上にし、回転数３６００rpmの地区で、その翼高を３３．５インチ以上にしたことを特徴とする請求項１，４，７または９のいずれかに記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧タービン、中圧タービン、および低圧タービンのうち、いずれか二つ以上を組み合わせて一つのタービンケーシング内に収容させた蒸気タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸気タービンは、その出力を増加させるために、タービンケーシングを、高圧タービンケーシング、中圧タービンケーシングおよび低圧タービンケーシングに区分けし、各ケーシング内にタービンノズルおよびタービン動翼を備えたタービンロータ（タービン軸）を収容して高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンを構成し、高、中、低の各タービンのタービンロータを互に軸直結して列車状に配置させた、いわゆるパワートレインとして運転を行っていた。
【０００３】
高、中、低の各タービンをパワートレインとして配置すると、蒸気タービンは、その出力の大小にもよるが、少なくとも約３０ｍ以上にも及ぶ長スパンになるため、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンのいずれか二つ以上を組み合わせて一つのケーシング内に収容させてスパンを短くする、いわゆる高低圧一体タイプまたは高中圧一体タイプのものが実現している。
【０００４】
蒸気タービンを、高低圧一体タイプおよび高中圧一体タイプのいずれかのタイプにすると、タービンロータは、必然的に圧力、温度の異なる蒸気を扱わなければならなくなる。しかし、最近では、一つのタービンロータに対し、熱処理条件を異ならしめて圧力、温度の高い蒸気にさらされる部分に高温強度をもたせ、圧力、温度の比較的低い蒸気にさらされる部分に引張り強度および低温靭性をもたせた高低圧一体タービンロータまたは高中圧一体タービンロータが実現し、数多くの実績を収めている。
【０００５】
また、最近の火力発電プラントでは、ひところのコンベンショナル発電プラントに代ってガスタービンに蒸気タービンおよび排熱回収を組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントが数多く運用されている。
【０００６】
このコンバインドサイクル発電プラントに適用される蒸気タービンは、ガスタービンの現状の出力１００MWとの関係から１００MW以上の出力のものを選定する一方、蒸気圧力として１００kg／cm2 、蒸気温度として５００℃に設定するとともに、低圧タービンの最終段落のタービン動翼を回転数３０００rpm の５０Hz地区で３６インチ以上の翼高にし、または回転数３６００rpm の６０Hz地区で３３．５インチ以上の翼高にして使用されている。この場合、蒸気タービンは、ガスタービンに軸直結させる、いわゆる一軸タイプにする関係上、高低圧一体タイプまたは高中圧一体タイプを採用して軸スパンを短くし、設置面積を少なくさせている。
【０００７】
このように、コンベンショナル発電プラントに代って主流を占めつつあるコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンに蒸気タービンを軸直結させた軸数を５軸系列以上にして合計出力１０００MW以上にするとともに、蒸気タービンを高低圧一体タイプまたは高中圧一体タイプにし、５軸系列の設置面積をより一層少なくさせて土地の有効活用を図っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
最近の火力発電プラントでは、コンバインドサイクル発電プラントに適用する蒸気タービンを、高低圧一体タイプまたは高中圧一体タイプのいずれかを選定し、設置面積をより一層少なくさせているにしても、その構造上、いくつかの問題点がある。
【０００９】
（問題点１）
例えば、高低圧一体タイプを採用する蒸気タービンでは、図１０に示すように、高低圧一体タービンロータ１に備えたタービンノズル２およびタービン動翼３を組み合わせて段落４を構成し、この段落４を蒸気の流れ方向に沿って多数段に形成し、多数段に形成した段落４をタービンケーシング５に収容させる構成になっている。
【００１０】
タービンケーシング５は、鋳鋼製の高圧タービンケーシング６と、鋼板製の低圧タービンケーシング７とに区分けされ、低圧タービンケーシング７を高圧タービンケーシング６に接続させる際、低圧蒸気入口８の後流側に設けた高圧タービンケーシング用フランジ９ａと低圧タービンケーシング用フランジ９ｂとを、高圧タービンケーシング６側から挿通させる植込みボルト１０により接続させている。
【００１１】
また、タービンケーシング５は、高圧タービンケーシング６および低圧タービンケーシング７ともに、一つのケーシングを上半部分と下半部分との半割れ状に形成している。
【００１２】
このように、タービンケーシング５は、下半部分の高圧タービンケーシング用フランジ９ａと下半部分の低圧タービンケーシング用フランジ９ｂとを互に接続させる際、植込みボルト１０を高圧タービンケーシング６側から挿通させているので、低圧蒸気入口８が障害になり、その作業に支障をきたし、作業員に多くの労力を強いる問題点があった。
【００１３】
特に、最近のコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンおよび蒸気タービンの出力をともに増加させ、軸系列数を少なくさせて設置面積の縮小化が求められている中で、これに伴って低圧蒸気入口８の口径も大きくなる傾向にあるので、その接続作業にあたり、作業員をしてますます多くの労力を強いることになり、何らかの新たな改善策が必要とされていた。
【００１４】
（問題点２）
従来、蒸気タービンは、図１２に示すように、タービンケーシング５を外部ケーシング１１と内部ケーシング１２との二重構造にするとともに、例えば、二重構造の内部ケーシング１２にタービン高圧部１３とタービン中圧部１４とを備えた高中圧一体タービンロータ１５を収容させる一方、低圧タービンケーシング１６も上述と同様に、外部ケーシング１６ａと内部ケーシング１６ｂの二重構造にし、二重構造の内部ケーシング１６ｂに蒸気の流れを対向流に形成したタービン低圧部１７ａ，１７ｂを備えた低圧タービンロータ１８を収容させ、低圧タービンロータ１８と高中圧一体タービンロータ１５とをカップリング１９を介して接続させていた。
【００１５】
また、他の別の蒸気タービンは、例えば、図１３に示すように、高中圧一体タービンロータ１５を上述と同様に二重構造の内部ケーシング１２に収容させるとともに、低圧タービンケーシング１６の内部ケーシング１６ｂに蒸気の流れを単流に形成したタービン低圧部２０を備えた低圧タービンロータ１８に収容させていた。なお、図１２および図１３に示した低圧タービンケーシング１６は、ともにタービン排気室２１をコーン状の凹陥部２２に形成し、復水器（図示せず）に接続させている。
【００１６】
また、図１２および図１３で示した蒸気タービンでは、高中圧一体タービンロータ１５および低圧タービンロータ１８を、３個または４個のジャーナル軸受２３で軸支させて各タービンケーシング５，１６のスパンを長くし、一段落当りの熱落差（膨張仕事量）を比較的低くさせ、余裕のある設計を行っていた。
【００１７】
しかし、最近のように、例えばコンバインドサイクル発電プラントに適用する高低圧一体タイプの蒸気タービンでは、供給される蒸気の圧力が高く、その比容積が少なく、体積流量が少なくなっているので、タービンノズル２およびタービン動翼３の翼高が従来に較べて低くなっている。このため、タービンノズル２およびタービン動翼３を流れる蒸気流れには、従来に較べて二次流れ損失が多くなっている。
【００１８】
例えば、タービン動翼３を通過する蒸気流れは、図１１に示すように、一方のタービン動翼３ａの腹側２４の方が隣りのタービン動翼３ｂの背側２５よりも圧力が高くなっている。このため、一方のタービン動翼３ａの前縁２６に衝突した蒸気流れは、二次流れ渦ＳＦ（流路渦）となって隣りのタービン動翼３ｂの背側２５に流れる際、タービン駆動蒸気ＳＴ（主流）を巻込み、タービン駆動蒸気ＳＴの流れを乱し、翼効率を低下させる要因になっていた。
【００１９】
特に、タービン動翼３ａ，３ｂの翼高が低くなると、蒸気流れは、タービン動翼３ａ，３ｂのチップ（翼頂部）側およびルート（翼根元部）側に形成されている境界層の影響を受けて流れを悪くし、いわゆる二次流れ損失の増加の要因になっていた。ちなみに、翼高さと二次流れ損失との関係は、図１４に示すように、翼高が２５mmよりも低いと、二次流れ損失が大きくなっていることが認められている。
【００２０】
このように、高低圧一体タイプを採用する蒸気タービンでは、従来に較べて二次流れ損失を増加させ、翼効率を低下させる問題点があった。
【００２１】
（問題点３）
従来、例えば、高中圧一体タイプを採用する蒸気タービンでは、供給される蒸気の圧力・温度が高くなると、タービンケーシングに発生する熱応力が高くなり、これに伴って上半部分と下半部分とに分割されたタービンケーシングのフランジ（水平継手）を互に締結させるボルトの締め付力も低くなり、蒸気漏れの可能性もあるので、図１５に示すように、タービンケーシング５を、外部ケーシング１１と内部ケーシング１２との二重構造にするとともに、内部ケーシング１２にタービン高圧部１３およびタービン中圧部１４を備えた高中圧一体タービンロータ１５を収容し、各ケーシング１１，１２に発生する熱応力の緩和を図っていた。
【００２２】
しかし、最近のように、構造を簡素化させて低コスト化を図る高中圧一体タイプまたは高低圧一体タイプを採用する蒸気タービンにおいては、タービンケーシング５を二重構造にすること自体、高コスト化につながり時代の要請に逆向する。このため、蒸気タービンは、タービンケーシングの一重化が望まれているが、タービンケーシングを一重化にした場合、上述の熱応力の問題点や蒸気漏れの可能性がある。
【００２３】
したがって、高中圧一体タイプまたは高低圧一体タイプを採用する蒸気タービンにおいては、タービンケーシングを一重化する場合、上述の熱応力の緩和や蒸気漏れ防止の対策を充分に考慮した改善策が必要とされる。
【００２４】
（問題点４）
従来、例えば、タービン高圧部を備えた高圧タービンロータと対向流配置のタービン低圧部を備えた低圧タービンロータとを互に軸直結させた蒸気タービンには、図１６に示すように、半割れ状の高圧タービンケーシング上半部２７と半割れ状の低圧タービンケーシング上半部２８との間にクロスオーバ管２９を設け、タービン高圧部１３で膨張仕事を終えたタービン排気をクロスオーバ管２９を介して対向流配置のタービン低圧部１７ａ，１７ｂに供給していた。
【００２５】
また、この種のタイプの蒸気タービンは、蒸気加減弁３０を収容する蒸気リード管３１を高圧タービンケーシング上半部２７に連続一体に形成し、例えばボイラ等の蒸気発生器から供給された蒸気を、蒸気加減弁３０により負荷に応じて流量制御させてタービン高圧部１３に供給していた。
【００２６】
また、この種の構造の蒸気タービンは、定期検査の際、高圧タービンケーシング上半部２７および低圧タービンケーシング上半部２８を開放することになっている。
【００２７】
しかし、クロスオーバ管２９や蒸気リード管３０を、高圧タービンケーシング上半部２７に設けていると、定期検査の際、管フランジ部分の保温撤去工事、管フランジのボルト取り外し工事、クロスオーバ管２９の取り外し工事、またはこれらの修復工事を行わなければならず、定期検査期間が長くなり、これに伴って起動運転スケジュールに支障をきたす等の問題点があった。特に、蒸気リード管３０は、高圧・高温の蒸気に直接さらされているために、管フランジのボルトやナットに焼付けが多く、取り外しの際、作業員に長時間の労力を強いていた。
【００２８】
したがって、高低一体タイプまたは高中圧一体タイプを採用する最近の蒸気タービンには、定期検査の際、短時間で定期検査でき、点検後の起動運転をより一層早めることのできる構造上の改善策が求められていた。
【００２９】
（問題点５）
従来、例えば、高中圧一体タイプと低圧タービンとを組み合わせた蒸気タービンでは、図１２および図１３に示すように、高中圧一体タービンロータ１５と低圧タービンロータ１８とをカップリング１９を介して互に軸直結させ、各タービンロータ１５，１８を軸支するジャーナル軸受２３を４個または３個にし、軸系の剛性を高めていた。
【００３０】
また、例えば、高低圧一体タイプを採用する蒸気タービンでも、図１７に示すように、タービン高圧部１３、タービン中圧部１４およびタービン低圧部２０を備えた高、中、低圧一体タービンロータ３２を基礎台３３ａ，３３ｂに載設したジャーナル軸受３４ａ，３４ｂで軸支させ、軸系の剛性に余裕をもたせていた。なお、この種のタイプの蒸気タービンは、タービン低圧部２０のタービン排気室２１をコーン状の凹陥部２２に形成し、ジャーナル軸受３４ｂの設置場所を確保している。
【００３１】
一般に、蒸気タービンは、供給される蒸気の圧力、温度が高くなってその出力が増加すると、タービンノズルおよびタービン動翼を組み合わせた段落を増やして対応させるため、タービンロータの軸受スパンが長くなる傾向にある。このため、一つの軸にタービン高圧部１３、タービン中圧部１４およびタービン低圧部２０を備えた高中低圧一体タービンロータ３２では、軸受スパンが長くなり、軸受スパンをＳとし、高中低圧一体タービンロータ３２の軸径をＤo とすると、軸受スパンに対する軸径比Ｓ／Ｄo が大きくなるのにつれて、軸の剛性が低くなり、この種の軸系の固有値、例えば危険速度が低くなり、軸振動の発生の可能性が高くなる。
【００３２】
特に、蒸気圧力として１００kg／cm2 、蒸気温度として５００℃、出力として１００MW以上、タービン低圧部２０の最終段落のタービン動翼を、回転数３０００rpm の５０Hz地区で３６インチ以上の翼高にし、または回転数３６００rpm の６０Hz地区で３３．５インチ以上の翼高にすることを設計要項とする、例えばコンバインドサイクル発電プラントに適用する蒸気タービンでは、軸受スパンが長くなった高中低圧一体タービンロータ３２に長翼を採用したことによる付加重量が加わって危険速度がますます低くなり、とりわけ二次危険速度が定格回転速度に近づき、離調が難しくなる問題点があった。
【００３３】
（問題点６）
図１２，図１３および図１７で示した従来のタービン低圧部１７ａ，１７ｂ，２０のタービン排気室２１は、ジャーナル軸受２３，３４ｂの設置場所を確保するために、コーン状の凹陥部２２に形成したものであるが、コーン状の凹陥部２２に形成すると、膨張仕事を終えたタービン低圧部１７ａ，１７ｂ，２０からのタービン排気がケーシング壁面３５に衝突し、タービン排気損失を増加させる問題点があった。この場合、タービン排気室２１をコーン状の凹陥部２２の形状を維持させたままタービン排気損失を低く抑えるには、タービン排気がケーシング壁面３５に衝突するまでに流速が充分に低くなるように、タービン排気室２１の軸方向長さを確保する必要がある。
【００３４】
しかし、タービン排気室２１の軸方向長さを充分に確保すると、高中圧一体タービンロータ１５または高中低圧一体タービンロータ３２の軸受スパンがますます長くなり、軸系の剛性が低下し、これに伴う軸系の固有値、例えば危険速度が低下し、軸振動の発生の要因になる。軸振動の発生防止の点から軸径を太くすることも考えられるが、蒸気漏洩やラビリンスとの接触によるラビング問題がある。
【００３５】
このように、従来のタービン排気室２１には、その形状をコーン状の凹陥部２２に形成しているといくつかの問題点があり、ジャーナル軸２３，３４ｂの設置場所を確保しつつ新たな形状の改善を必要としていた。
【００３６】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたもので、例えば高中低圧一体タービンロータを収容させる高中圧一体タービンケーシングと低圧タービンケーシングとの接続作業の際、その作業改善を図った蒸気タービンを提供することを目的とする。
【００３７】
また、本発明の他の目的は、タービン駆動蒸気の圧力・温度が高くなり、タービン動翼の翼高が従来に較べて低くなったことに伴う二次流れ損失の増加を低く抑える蒸気タービンを提供することにある。
【００３８】
また、本発明の他の別の目的は、例えば、高低圧一体タービンロータまたは高中圧一体タービンロータを収容するタービンケーシングの一重化にあたり、そのタービンケーシングの半割れ状の上半部分と下半部分とに分割し、分割した上半部分と下半部分との接続面をボルトにより接続させる際、ボルトの締め付け力の強化を図った蒸気タービンを提供することにある。
【００３９】
また、本発明の他の別の目的は、定期検査の際、タービンケーシングの取り外し工事を容易に行うことができるように図った蒸気タービンを提供することにある。
【００４０】
また、本発明の他の別の目的は、軸振動の発生を低く抑えた蒸気タービンを提供することにある。
【００４１】
また、本発明の他の別の目的は、タービン排気室のタービン排気損失を低く抑えた蒸気タービンを提供することにある。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項１に記載したように、タービン高圧部、タービン中圧部およびタービン低圧部のうち、少なくとも二つ以上を組み合わせて備えたタービンロータを、タービンケーシングに収容させた蒸気タービンにおいて、上記タービンケーシングを二つに分割させるとともに、二つに分割させた各タービンケーシングを、さらにタービンケーシング上半部とタービンケーシング下半部とに分割させ、上記タービンケーシング下半部に蒸気入口を設置する一方、上記各タービンケーシング下半部を接続させる際、上記タービン低圧部側から挿通させる締結部材を備え、かつ、上記タービンケーシングの蒸気出口側にタービン排気室を備え、このタービン排気室に低圧側ジャーナル軸受に対峙させて凹陥部を形成し、この凹陥部を上記低圧側ジャーナル軸受に向って凸状の湾曲面および擬似湾曲面のいずれか一方に形成したものである。
【００４３】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、各タービンケーシング上半部を接続させる締結部材を、タービン高圧部側およびタービン低圧部側のいずれか一方の側から挿通させたものである。
【００４４】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、締結部材は、植込みボルトであることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項４に記載したように、タービン高圧部、タービン中圧部およびタービン低圧部の少なくとも二つ以上にタービンノズルとタービン動翼とを組み合わせた段落を備えたタービンロータを、タービンケーシングに収容させてなり、蒸気上流側の上記段落に部分通気通路を形成したものである。
【００４６】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、部分通気通路を、タービンロータの中心に座標軸を置き、反時計方向廻りに第１象限、第２象限、第３象限、第４象限に区分けしたとき、第１象限と第４象限とを結ぶ角度の範囲に形成したものである。
【００４７】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するために、請求項６に記載したように、部分通気通路を形成する段落におけるタービンノズルおよびタービン動翼の翼高を、２５mm以上に設定したものである。
【００４８】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項７に記載したように、タービンケーシング上半部のフランジおよびタービンケーシング下半部のフランジの少なくとも一方に蒸気通路を形成したものである。
【００５０】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項８に記載したように、蒸気入口は、高圧蒸気入口と低圧蒸気入口とであることを特徴とするものである。
【００５１】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項９に記載したように、タービンロータの両端を軸支する軸受箱に収容された高圧側ジャーナル軸受および低圧側ジャーナル軸受のうち、いずれか一方を基礎台から離してオーバーハングさせ、軸受スパンを短くすることを特徴とするものである。
【００５２】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項１０に記載したように、基礎台から離してオーバーハングするジャーナル軸受は、低圧側ジャーナル軸受であることを特徴とするものである。
【００５４】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項１１に記載したように、擬似湾曲面は、湾曲面と直線面とを結ぶ角度または直線面同士を結ぶ角度を１４０°以上に設定したものである。
【００５５】
本発明に係る蒸気タービンは、上記目的を達成するため、請求項１２に記載したように、タービン高圧部、タービン中圧部およびタービン低圧部のうち、少なくとも一つ以上に、蒸気圧力１００kg／cm2以上、蒸気温度５００℃以上の蒸気を供給してその出力を１００MW以上にするとともに、上記タービン低圧部の最終段落のタービン動翼を、回転数３０００rpmの地区で、その翼高を３６インチ以上にし、回転数３６００rpmの地区で、その翼高を３３．５インチ以上にしたものである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００５７】
図１は、本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態を示す概略組立断面図である。なお、本実施形態は、（問題点１）に対応するものである。
【００５８】
本実施形態に係る蒸気タービンは、蒸気圧力として１００kg／cm2 以上、蒸気温度として５００℃以上、出力として１００MW以上、タービン低圧部の最終段落のタービン動翼を、回転数３０００rpm の５０Hz地区で３６インチ以上の翼高にし、または回転数３６００rpm の６０Hz地区で３３．５インチ以上の翼高にすることを設計要項とする、例えばコンバインドサイクル発電プラントに適用される。
【００５９】
この蒸気タービンは、例えば、高中低圧一体タイプに適用したもので、タービン高圧部３６、タービン中圧部３７およびタービン低圧部３８を、一つの高中低圧一体タービンロータ（タービン軸）３９にまとめてタービンケーシング４０に収容させたものである。高中低圧一体タービンロータ３９は、タービンノズル４１とタービン動翼４２とを組み合わせて段落４３を構成し、この段落４３を蒸気の流れ方向に沿って多段落に形成し、多段落に形成した段落４３をタービンケーシング４０に収容させる構成になっている。
【００６０】
また、高中低圧一体タービンロータ３９は、その両端部を、基礎台４４ａ，４４ｂに載設するジャーナル軸受４５ａ，４５ｂにより軸支されている。
【００６１】
一方、タービンケーシング４０は、高中圧一体タービンケーシング４６と低圧タービンケーシング４７とに区分けされ、高中圧一体タービンケーシング４６側にタービン低圧部３８に低圧蒸気を供給する低圧蒸気入口４８を備えている。
【００６２】
また、高中圧一体タービンケーシング４６と低圧タービンケーシング４７とは、ともに軸線０を境に半割れ状のタービンケーシング上半部４６ａ，４７ａとタービンケーシング下半部４６ｂ，４７ｂとに分割するとともに、各上下半部４６ａ，４７ａ，…に高中圧一体タービンケーシング用フランジ４９と低圧タービンケーシング用フランジ５０を備えている。
【００６３】
また、各下半部４６ｂ，４７ｂの高中圧一体タービンケーシング用フランジ４９と低圧タービンケーシング用フランジ５０を接続させる場合、本実施形態では、タービン低圧部３８側から挿通する植込みボルト５１により接続させる構成になっている。なお、各上半部４６ａ，４７ａの高中圧一体タービンケーシング用フランジ４９と低圧タービンケーシング用フランジ５０を接続させる場合、植込みボルト５１をタービン低圧部３８またはタービン中圧部３７のいずれの側から挿通させてもよい。
【００６４】
このように、本実施形態では、各タービンケーシング下半部４６ｂ，４７ｂの高中圧一体タービンケーシング用フランジ４９と低圧タービンケーシング用フランジ５０とを接続させる植込みボルト５１をタービン低圧部３８側から挿通させたので、蒸気タービンの出力が増加し、これに伴って低圧蒸気入口４８の口径が大きくなっても障害物がなくなり、その接続作業の際、作業員の労力を軽減させることができ、植込みボルト５１の増締めを確実に行うことができ、蒸気漏れを確実に防止することができる。
【００６５】
図２は、本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態を示す概略部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。また、本実施形態は、（問題点２）に対応するものである。
【００６６】
本実施形態に係る蒸気タービンは、タービンノズル４１とタービン動翼４２を組み合わせた段落４３のうち、翼高Ｈの低い段落に、その環状方向に沿って一部を開口し、残りを閉塞させる部分通気通路（パーシャルアークアドミッション）５２を形成したものである。
【００６７】
本実施形態は、蒸気タービンに供給される蒸気圧力・蒸気温度が高くなると、その体積流量が減少し、設計の際、タービンノズル４１およびタービン動翼４２の翼高Ｈが低くなり、これに伴ってタービンノズル４１およびタービン動翼４２を通過する蒸気の流れに二次流れ損失が増加することに着目したもので、段落４３のうち、蒸気流れの上流側段落に部分通気通路（パーシャルアークアドミッション）５２を形成し、タービンノズル４１およびタービン動翼４２の翼高Ｈを２５mm以上としたものである。なお、蒸気流れの下流側段落は、タービンノズル４１およびタービン動翼４２の翼高が２５mm以上になっているので、全周通気通路（フルアークアドミッション）に形成される。
【００６８】
部分通気通路５２は、図３に示すように、高中低圧一体タービンロータ３９の中心Ｏに座標軸を置き、反時計方向廻りに第１象限、第２象限、第３象限および第４象限に区分けしたとき、時計方向廻りにその部分通気通路角αを第１象限から第４象限に至る範囲に設定される。なお、環状に形成した残りの段落４３は、盲板５３で塞がれる。
【００６９】
このように、本実施形態では、タービンノズル４１およびタービン動翼４２の翼高Ｈを２５mm以上になるよう蒸気流れの上流側の段落４３を部分通気通路５２に形成し、設計に必要な体積流量を確保させたので、安定した蒸気流量を確保することができ、蒸気の二次流れ損失を低く抑えることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、部分通気通路５２の部分通気通路角αを、時計方向廻りの第１象限から第４象限に至るまでの範囲に設定し、蒸気の押圧力Ｆs を高中低圧一体タービンロータ３９のタービンケーシング下半部側に向って与えるようにしたので、高中低圧一体タービンロータ３９を比較的安定状態に維持させることができる。
【００７１】
図４は、本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態を示す部分断面図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。また、本実施形態は、（問題点３）に対応するものである。
【００７２】
本実施形態に係る蒸気タービンは、例えば高中低圧一体タイプに適用したもので、タービンノズル４１とタービン動翼４２とを組み合わせた段落４３を備えた高中低圧一体タービンロータ３９を収容する高中圧一体タービンケーシング４６および低圧タービンケーシング４７のうち、高中圧一体タービンケーシング４６のタービンケーシング上半分４６ａおよびタービンケーシング下半部４６ｂのフランジ（水平継手）５４ａ，５４ｂの少なくとも一方に、蒸気通路５５を形成し、この蒸気通路５５にタービン高圧部３６から抽気した蒸気を流すことによりタービンケーシング上半部４６ａのフランジ５４ａおよびタービンケーシング下半部４６ｂのフランジ５４ｂを冷却してその強度を維持させるとともに、タービンケーシング上半部４６ａとタービンケーシング下半部４６ｂとを接続させるボルトの強度維持を図ったものである。
【００７３】
このように、本実施形態では、タービンケーシング上半部４６ａのフランジ５４ａおよびタービンケーシング下半部４６ｂのフランジ５４ｂの少なくとも一方に蒸気通路５５を形成し、各フランジ５４ａ，５４ｂおよびボルト５６を冷却してその強度を高い状態に維持させたので、タービンケーシング上半部４６ａおよびタービンケーシング下半部４６ｂの一重化ケーシングにしても充分に対処することができ、各フランジ５４ａ，５４ｂのすき間からの蒸気漏れを確実に防止することができる。
【００７４】
したがって、本実施形態によれば、高中圧一体タービンケーシング４６を一重化することができるので、その重量を軽減してコンパクトにすることができ、そのコストを軽減することができる。
【００７５】
図５は、本発明に係る蒸気タービンの第４実施形態を示す概略組立断面図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。また、本実施形態は、（問題点４）に対応するものである。
【００７６】
本実施形態に係る蒸気タービンは、例えば高低一体タイプに適用したもので、タービンノズル４１とタービン動翼４２とを組み合わせた段落４３を備えた高低圧一体タービンロータ５７を収容する高圧タービンケーシング５８および低圧タービン４７において、二分割したタービンケーシング上半部４６ａ，４７ａおよびタービンケーシング下半部４６ｂ，４７ｂのうち、タービンケーシング下半部４６ｂ，４７ｂのそれぞれに高圧蒸気入口５９および低圧蒸気入口４８を設置したものである。
【００７７】
このように、本実施形態では、タービンケーシング下半部４６ｂ，４７ｂのそれぞれに高圧蒸気入口５９および低圧蒸気入口４８を設置したので、定期検査の際、タービンケーシング上半部４６ａ，４７ａを容易に取り外すことができ、その取り外し作業の軽減化の下、定期検査期間を短くすることができる。
【００７８】
図６は、本発明に係る蒸気タービンの第５実施形態を示す概略組立断面図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一または対応する部品には同一符号を付す。また、本実施形態は、（問題点５）に対応するものである。
【００７９】
本実施形態に係る蒸気タービンは、例えば高中低圧一体タイプに適用したもので、高中低圧一体タービンケーシング６０にタービン高圧部３６、タービン中圧部３７およびタービン低圧部３８を備えた高中低圧一体タービンロータ３９を収容する一方、高中低圧一体タービンロータ３９の両端のうち、タービン高圧部３６側の高中低圧一体タービンロータ３９の一端を、基礎台６１ａに載設した高圧軸受箱６２に収容した高圧側ジャーナル軸受６３に軸支させ、タービン低圧部３８側の高中低圧一体タービンロータ３９の一端を、基礎台６１ｂに載設した低圧軸受箱６４に収容した低圧側ジャーナル軸受６５に軸支させるとともに、低圧軸受箱６４をタービン排気室６６のコーン状に形成した凹陥部６７に当接させ、低圧側ジャーナル軸受６５を基礎台６１ｂから離してオーバハングさせ、図１７に示した従来の軸受スパンよりも短くさせたものである。
【００８０】
このように、本実施形態では、高中低圧一体タービンロータ３９の一端を軸支する低圧側ジャーナル軸受６５を基礎台６１ｂから離してオーバハングさせ、高圧側ジャーナル軸受６３と低圧側ジャーナル軸受６５との軸受スパンを短くさせたので、軸系の剛性を高くして軸振動を低く抑えることができ、蒸気タービンに安定運転を行わせることができる。
【００８１】
図７は、本発明に係る蒸気タービンの第６実施形態を示す概略組立断面図である。なお、第１実施形態および第５実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。また、本実施形態は、（問題点６）に対応するものである。
【００８２】
本実施形態に係る蒸気タービンは、例えば高中低圧一体タイプに適用するもので、タービン排気室６６の凹陥部６７を、低圧軸受箱６４に向って凸条の曲率Ｒの湾曲面６７ａに形成したものである。なお、タービン排気室６６の凹陥部６７は、図８に示すように、曲率Ｒの湾曲面６７ａ（投影面の長さｄに相当）と直線面６７ｂ（投影面の長さｃに相当）、６７ｃとを結ぶ角度φ1 ，φ2 を１４０゜以上にしても良く、また、図９に示すように、隣り合う直線面６７ｂ，６７ｃの角度θi （ｉ＝１，２，３，…）が１４０゜以上の直線の連続として結んでも良い。この場合、タービン排気室６６の凹陥部６７の隣り合う面同士が形成する角度φ1 ，φ2 またはθi は、１４０゜以下にするとその角度でタービン排気の流れに剥離が生じて排気損失を増加させるので、１４０゜以上にすることが適正値である。
【００８３】
このように、本実施形態では、タービン排気室６６の凹陥部６７を低圧軸受箱６４に向って湾曲面６７ａまたは疑似湾曲面に形成したので、排気損失の抑制化と相まって従来のコーン状の凹陥部６７に較べて軸受スパンを短くすることができ、軸系の剛性を高めることができ、蒸気タービンに安定運転を行わせることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る蒸気タービンは、例えば高中低圧一体タービンロータを収容するタービンケーシングを高中圧一体タービンケーシングと低圧タービンケーシングとに分割し、さらに各タービンケーシングをタービンケーシング上半部とタービンケーシング下半部とに分割し、各タービンケーシングを接続させる際、タービンケーシング下半部をタービン低圧部から挿通させる植込みボルトで接続させたので、従来に較べて障害物がなくなり、その接続作業の際、作業員の労力を軽減させることができる。
【００８５】
また、本発明に係る蒸気タービンは、翼高の低い段落に、部分通気通路を形成し、タービンノズルおよびタービン動翼の翼高を２５mm以上にしたので、設計に必要なタービン駆動蒸気の体積流量を確保することができ、タービン駆動蒸気の二次流れ損失を低く抑えることができる。
【００８６】
また、本発明に係る蒸気タービンは、例えば高中圧一体タービンケーシングにおけるタービンケーシング上半部およびタービンケーシング下半部のそれぞれのフランジの少なくとも一方に、蒸気通路を形成し、各フランジおよび接続ボルトを冷却させたので、タービンケーシング上半部およびタービンケーシング下半部の熱応力を緩和させることができ、タービンケーシングを一重化することができ、その重量を軽減させてコンパクトにすることができる。
【００８７】
また、本発明に係る蒸気タービンは、例えば高低圧一体タービンロータを収容するタービンケーシングを高圧タービンケーシングと低圧タービンケーシングとに分割し、さらに各タービンケーシングをタービンケーシング上半部とタービンケーシング下半部とに分割し、各タービンケーシング下半部に高圧蒸気入口および低圧蒸気入口を設けたので、従来に較べて障害物がなくなり、定期検査の際、各タービンケーシングのタービンケーシング上半部を容易に開放させることができる。
【００８８】
また、本発明に係る蒸気タービンは、例えば高中低圧一体タービンロータの両端を軸支する高圧側ジャーナル軸受および低圧側ジャーナル軸受のうち、少なくともいずれか一方を基礎台から離してオーバハングさせ、軸受スパンを短くさせたので、軸系の剛性を高く維持することができ、軸振動を低く抑えることができる。
【００８９】
また、本発明に係る蒸気タービンは、例えば高中低圧一体タービンケーシングにおけるタービン排気室の凹陥部を、湾曲面または疑似湾曲面に形成したので、タービン排気損失を低く抑えることができ、軸受スパンの短縮化に伴う軸系の剛性を高めて蒸気タービンに安定運転を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気タービンの第１実施形態を示す概略組立断面図。
【図２】本発明に係る蒸気タービンの第２実施形態を示す概略部分断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視線に沿う切断断面図。
【図４】本発明に係る蒸気タービンの第３実施形態を示す部分断面図。
【図５】本発明に係る蒸気タービンの第４実施形態を示す概略組立断面図。
【図６】本発明に係る蒸気タービンの第５実施形態を示す概略組立断面図。
【図７】本発明に係る蒸気タービンの第６実施形態を示す概略組立断面図。
【図８】本発明に係る蒸気タービンの第６実施形態における第１変形例を示す概略組立断面図。
【図９】本発明に係る蒸気タービンの第６実施形態における第２変形例を示す概略組立断面図。
【図１０】従来の蒸気タービンを示す概略組立断面図。
【図１１】タービン動翼を流れる蒸気の二次流れを説明する図。
【図１２】高中圧一体タイプと双流タイプの低圧タービンとを組み合わせた従来の蒸気タービンを示す概略組立図。
【図１３】高中圧一体タイプと単流タイプの低圧タービンとを組み合わせた従来の蒸気タービンを示す概略組立図。
【図１４】二次流れ損失と翼高との関係を示す二次流れ損失線図。
【図１５】従来の高中圧一体タイプの蒸気タービンを示す一部切欠き組立断面図。
【図１６】従来の高低圧一体タイプの蒸気タービンを示す一部切欠き組立斜視図。
【図１７】高中低圧一体タイプの従来の蒸気タービンを示す概略組立断面図。
【符号の説明】
１  高低圧一体タービンロータ
２  タービンノズル
３，３ａ，３ｂ  タービン動翼
４  段落
５  タービンケーシング
６  高圧タービンケーシング
７  低圧タービンケーシング
８  低圧蒸気入口
９ａ  高圧タービンケーシング用フランジ
９ｂ  低圧タービンケーシング用フランジ
１０  植込みボルト
１１  外部ケーシング
１２  内部ケーシング
１３  タービン高圧部
１４  タービン中圧部
１５  高中圧一体タービンロータ
１６  低圧タービンケーシング
１６ａ  外部ケーシング
１６ｂ  内部ケーシング
１７ａ，１７ｂ  タービン低圧部
１８  低圧タービンロータ
１９  カップリング
２０  タービン低圧部
２１  タービン排気室
２２  凹陥部
２３  ジャーナル軸受
２４  腹側
２５  背側
２６  前縁
２７  高圧タービンケーシング上半部
２８  低圧タービンケーシング上半部
２９  クロスオーバ管
３０  蒸気加減弁
３１  蒸気リード管
３２  高中低圧一体タービンロータ
３３ａ，３３ｂ  基礎台
３４ａ，３４ｂ  ジャーナル軸受
３５  ケーシング壁面
３６  タービン高圧部
３７  タービン中圧部
３８  タービン低圧部
３９  高中低圧一体タービンロータ
４０  タービンケーシング
４１  タービンノズル
４２  タービン動翼
４３  段落
４４ａ，４４ｂ  基礎台
４５ａ，４５ｂ  ジャーナル軸受
４６  高中圧一体タービンケーシング
４６ａ，４７ａ  タービンケーシング上半部
４６ｂ，４７ｂ  タービンケーシング下半部
４７  低圧タービンケーシング
４８  低圧蒸気入口
４９  高中圧一体タービンケーシング用フランジ
５０  低圧タービンケーシング用フランジ
５１  植込みボルト
５２  部分通気通路
５３  盲板
５４ａ，５４ｂ  フランジ
５５  蒸気通路
５６  ボルト
５７  高低圧一体タービンロータ
５８  高圧タービンケーシング
５９  高圧蒸気入口
６０  高中低圧一体タービンケーシング
６１ａ，６１ｂ  基礎台
６２  高圧軸受箱
６３  高圧側ジャーナル軸受
６４  低圧軸受箱
６５  低圧側ジャーナル軸受
６６  タービン排気室
６７  凹陥部
６７ａ  湾曲面
６７ｂ，６７ｃ  直線面
【図１】
0003772019.tif 000002
【図２】
0003772019.tif 000003
【図３】
0003772019.tif 000004
【図４】
0003772019.tif 000005
【図５】
0003772019.tif 000006
【図６】
0003772019.tif 000007
【図７】
0003772019.tif 000008
【図８】
0003772019.tif 000009
【図９】
0003772019.tif 000010
【図１０】
0003772019.tif 000011
【図１１】
0003772019.tif 000012
【図１２】
0003772019.tif 000013
【図１３】
0003772019.tif 000014
【図１４】
0003772019.tif 000015
【図１５】
0003772019.tif 000016
【図１６】
0003772019.tif 000017
【図１７】
0003772019.tif 000018