(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンの外側車室内において蒸気入口部の近傍にサーマルシールドを配設し、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間に冷却蒸気を導入して、前記外側車室の蒸気入口部の近傍領域を冷却するようにした蒸気タービンにおいて、
前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間に連通する冷却蒸気回収口を前記外側車室の下方部位に設け、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間内において前記冷却蒸気を上方部位から下方へ流動させるようにした蒸気タービン。
【請求項２】
蒸気タービンの外側車室内において蒸気入口部の近傍にサーマルシールドを配設し、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間に冷却蒸気を導入して、前記外側車室の蒸気入口部の近傍領域を冷却するようにした蒸気タービンにおいて、
前記外側車室と前記サーマルシールドとの間に環状の板部材より成るインピンジ板を配設し、前記冷却蒸気を前記インピンジ板の内側から前記外側車室の内周面へ向けて概ね半径方向に流動させるようにした蒸気タービン。
【請求項３】
前記外側車室と前記インピンジ板との間の空間に連通する冷却蒸気回収口を前記外側車室の下方部位に設け、前記外側車室と前記インピンジ板との間の空間内において前記冷却蒸気を上方部位から下方へ流動させるようにした請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記冷却蒸気回収口は、再熱蒸気入口の管台に設けられている請求項１または３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】
本発明は蒸気タービン、特に再熱式蒸気タービンにおいて、蒸気入口部に遮熱用のサーマルシールドが設けられたタービン車室を冷却する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧蒸気タービンと中圧蒸気タービンとを一軸で連結して、共通の車室内に収納した蒸気タービン（本明細書では高中圧蒸気タービンと記載する）では、高圧排気後の蒸気をボイラに還流してボイラにて再加熱して中圧タービンに供給するので、中圧タービン側の車室の蒸気入口部、より詳細には再熱蒸気入口の近傍領域が高温となる。そこで、車室内において再熱蒸気入口近傍にサーマルシールドを配設してサーマルシールドと車室との間に冷却室を画成し、該冷却室内に高圧蒸気タービンの排気の一部を冷却蒸気として導入して、再熱蒸気入口近傍の車室の熱負荷を軽減するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷却室内の冷却蒸気は比較的低速で主として車室の内周面に沿って軸方向に流動するために、車室の内周面に対する冷却蒸気の熱伝達率が低く効果的に車室を冷却することができない問題がある。また、蒸気タービンの車室は上方部位が下方部位よりも温度が高くなり、この温度差のために車室が変形して同車室に応力が作用したり、タービンロータのための軸受が変形したりする。
【０００４】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、蒸気タービンの車室の蒸気入口部、特に高中圧蒸気タービンの外側車室の再熱蒸気入口近傍領域を効果的に冷却可能にした蒸気タービンを提供することを目的としている。
【０００５】
また、本発明は、蒸気タービンの車室の鉛直方向の温度差を低減することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、蒸気タービンの外側車室内において蒸気入口部の近傍にサーマルシールドを配設し、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間に冷却蒸気を導入して、前記外側車室の蒸気入口部の近傍領域を冷却するようにした蒸気タービンにおいて、
前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の前記空間に連通する冷却蒸気回収口を前記外側車室の下方部位に設け、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間内において前記冷却蒸気を上方部位から下方へ流動するようにした蒸気タービンを要旨とする。
【０００７】
前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の前記空間に連通する冷却蒸気回収口を前記外側車室の下方部位に設け、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間内において前記冷却蒸気を上方部位から下方へ流動させることにより、外側車室の上方部位をより低温の冷却蒸気にて冷却可能となり、上方部位と下方部位との間の温度差を小さくすることが可能となる。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、蒸気タービンの外側車室内において蒸気入口部の近傍にサーマルシールドを配設し、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間の空間に冷却蒸気を導入して、前記外側車室の蒸気入口部の近傍領域を冷却するようにした蒸気タービンにおいて、
前記外側車室と前記サーマルシールドとの間に環状の板部材より成るインピンジ板を配設し、前記冷却蒸気を前記インピンジ板の内側から前記外側車室の内周面へ向けて概ね半径方向に流動させるようにした蒸気タービンが提供される。
【０００９】
インピンジ板を備えていない従来技術の場合には、冷却室内の冷却蒸気は比較的低速で主として外側車室の内周面に沿って軸方向に流動していたものが、前記外側車室と前記サーマルシールドとの間に環状の板部材より成るインピンジ板を配設することにより、冷却蒸気は外側車室の内周面に対して衝突するように流動し、冷却蒸気の外側車室の内周面への熱伝達率が格段に高くなる。また、外側冷却室内を流動する冷却蒸気の流速も高くなり外側車室の内周面を効果的に冷却可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、図２を参照して、本発明を適用すべきサーマルシールドを備えた中高圧蒸気タービンを説明する。
図２において、中高圧蒸気タービン１０は、外車室１２に回転自在に支持されたタービンロータ１４を具備し、外車室１２内においてタービンロータ１４の両側に高圧段翼列１６および中圧段翼列１８が設けられている。高圧タービンの主蒸気入口２０から供給された主蒸気は、高圧段翼列１６を通過する間に高圧タービンを駆動し、その温度、圧力を低減しながら高圧排気室２２、高圧タービンの高圧排気口２４を通じて排気される。高圧タービンの高圧排気口から排気された蒸気は低温再熱蒸気としてボイラ（図示せず）へ供給され、再熱管（図示せず）にて所定温度に加熱され、高温再熱蒸気として中圧タービンの再熱蒸気入口２６から中圧蒸気タービンへ供給される。再熱蒸気入口２６へ供給された高温再熱蒸気は、再熱蒸気導入室２８を介して中圧段翼列１８へ供給され、中圧段翼列１８を通過する間に中圧タービンを駆動し、その温度、圧力を低減しながら中圧排気口３０を通じて排気される。中圧排気口３０から排気された蒸気は、低圧タービン（図示せず）へ供給されて該低圧タービンを駆動したり、或いは、加熱蒸気として他の設備に供給される。
【００１１】
図２に示す実施形態では、再熱蒸気導入室２８には環状の耐熱金属板から形成されたサーマルシールド３２が設けられている。再熱蒸気導入室２８はサーマルシールド３２によりサーマルシールド３２の外側に配置される冷却室４０と、サーマルシールド３２の内側に配置される再熱蒸気入口室４２とに区画される。冷却室４０は、冷却蒸気入口３８および内車室３４と外車室１２との間の空間３６を介して高圧排気室２２に連通しており、低温再熱蒸気と高温再熱蒸気との差圧により高圧排気室２２内の低温蒸気が冷却蒸気として冷却室４０へ導入され、この低温蒸気により冷却室４０の周辺の外車室１２（中圧タービン側の車室の蒸気入口部と記載する）が冷却される。
【００１２】
次に、図２の矢視線Ｉ−Ｉに沿う略示断面図である図１を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、図２において外側車室１２は一体物であるかの如く図示されているが、一般的に周知となっているように、外側車室１２は、中心軸線を含む平面で連結された上側車室と下側車室を具備している点に注意されたい。また、図２では、発明の構成を明瞭に示すために、特に半径方向の寸法が実際と異なり変形されている点にも注意されたい。
【００１３】
本実施形態では、サーマルシールド３２と外側車１２との間にインピンジ板４４が配設されている。インピンジ板４４は、サーマルシールド３２と好ましくは同一の材料から成る環状の板部材より成り、冷却室４０を内側冷却室４０ａと外側冷却室４０ｂに分割する。また、インピンジ板４４は内周面から外周面へ延びる複数の連通孔４４ａを有しており、該連通孔４４ａを介して内側冷却室４０ａと外側冷却室４０ｂとは互いに連通している。また、図１、２には詳細には図示されていないが、内側冷却室４０ａは冷却蒸気入口３８に連通しているが、外側冷却室４０ｂは冷却蒸気入口３８に連通していない。また、再熱蒸気入口２６の管台には外側冷却室４０ｂに連通する冷却蒸気回収口２６ａが設けられている。なお、図１、２に示す実施形態では、再熱蒸気入口２６は外側車室１２の下側に配設されているが、蒸気タービンによっては再熱蒸気入口２６を外側車室１２の上下両側に備えているものもある。こうした場合であっても、再熱蒸気回収口２６ａは、下側の再熱蒸気入口の管台に設けることが好ましい。
【００１４】
以下、本実施形態の作用を説明する。
低温再熱蒸気と高温再熱蒸気との差圧により高圧排気室２２内の低温蒸気が冷却蒸気として、冷却蒸気入口３８および内車室３４と外車室１２との間の空間３６とを介して内側冷却室４０ａへ導入される。この冷却蒸気は、インピンジ板４４の連通孔４４ａを介して内側冷却室４０ａから外側冷却室４０ｂへ半径方向に流出し、外側車室１２の内周面に衝突する。
【００１５】
インピンジ板４４を備えていない場合には、冷却室内の冷却蒸気は比較的低速で主として外側車室１２の内周面に沿って軸方向に流動していたものが、本実施形態の如くサーマルシールド３２と外側車１２との間にインピンジ板４４を設けることにより、冷却蒸気は外側車室１２の内周面に対して衝突するように流動し、冷却蒸気の外側車室１２の内周面への熱伝達率が格段に高くなる。また、外側冷却室４０ｂ内を流動する冷却蒸気の流速も高くなり外側車室１２の内周面を効果的に冷却可能となる。
【００１６】
外側冷却室４０ｂ内に流入した冷却蒸気は、再熱蒸気入口２６の管台に形成された冷却蒸気回収口２６ａから再熱蒸気入口室４２内へ回収される。ここで注意しなければならないのは、再熱蒸気回収口２６ａには外側車室１２の内周面を冷却した後の冷却蒸気が集まるために、再熱蒸気回収口２６ａの近傍の冷却蒸気温度が高くなり冷却効果が低減する点である。一般的に外側車室１２は中心軸線を含む平面で上側車室と下側車室の２つの部材を連結して形成されているが、上側車室が下側車室より温度が高くなる傾向がある。上側車室と下側車室との間の温度差が大きくなると、外側車室１２が変形して、外側車室１２に応力が作用したり、タービンロータ１４用の軸受が変形したりする。再熱蒸気回収口２６ａを外側冷却室４０ｂにおいて下方部位に配置することにより、外側車室１２の上側車室をより低温の冷却蒸気にて冷却可能となり、上側車室と下側車室との温度差を小さくすることが可能となる。
【００１７】
添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明がこの実施形態に限定されず、種々の変形、修正が可能であることは当業者の当然とするところである。
例えば、既述の説明では蒸気タービンとして高中圧蒸気タービンを示し、冷却蒸気として高圧蒸気タービンの排気を利用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、一般的に蒸気タービンの車室において蒸気入口部近傍の高温となる領域または部位に適用可能であり、冷却蒸気も蒸気タービンの外部から導入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による蒸気タービンの要部を図２の矢視線Ｉ−Ｉに沿って軸に垂直な平面で切断した略示断面図である。
【図２】本発明を適用する高中圧蒸気タービンの一例を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
１０…高中圧蒸気タービン
１２…外側車室
１４…タービンロータ
１６…高圧段翼列
１８…中圧段翼列
２６…再熱蒸気入口
４０…サーマルシールド
４４…インピンジ板
【図１】
0003746676.tif 000002
【図２】
0003746676.tif 000003