(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンを内部に収容する車室と、
前記車室に形成されると共に、前記車室外部から内部への蒸気の入口部となる管台と、
前記車室の内部にて前記蒸気の流路壁を構成すると共に、前記蒸気から前記車室への熱伝達を遮蔽するシールドと、
を含み、且つ、前記シールドは、
前記蒸気による当該シールドの壊食を抑止する壊食抑止手段を有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記シールドは、
前記車室の内壁上に設置される本体部と、
前記本体部から延出されると共に、前記車室の内部側から前記管台に差し込み設置される袖部と、
を含み、且つ、前記壊食抑止手段は、
前記袖部の付け根付近の内周面を前記蒸気の流れに沿う略流線形状に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３】
さらに、前記袖部と前記本体部とは、一体形成された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】
前記壊食抑止手段は、
前記袖部の袖口を上流側から被覆して設置されると共に、前記蒸気の流路を規制して前記蒸気を前記袖口の内側に導くフィンを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気タービン。
【請求項５】
さらに、前記蒸気の流路壁を構成すると共に、前記車室内にて前記タービンを仕切り蒸気の内部漏れを防止するダミーを含み、且つ、
前記シールドは、前記ダミーに一体形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つ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】
この発明は、蒸気タービンに関し、更に詳しくは、蒸気から車室への熱伝達を遮蔽するシールドを備えると共に、このシールドの蒸気流れによる壊食を抑制する手段を備えた蒸気タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気から車室への熱伝達を遮蔽するシールドを備える蒸気タービンは、現在公知となっている。かかる蒸気タービンとしては、特開平６−１２９２０７号公報に記載される技術が知られている。図５は、従来の蒸気タービンの全体構成を示す側面断面図であり、図６は、図５に記載した蒸気タービンの要部を示すＡ視断面図である。この蒸気タービン１００は、翼車１０１と、高圧タービン１０２および中圧タービン１０３と、これらを内部に収容する車室１１０とを含み構成される。車室１１０は、上部車室１１０ａと下部車室１１０ｂとに水平方向に分割可能であり、これらをフランジ部１１１、１１１にてボルト結合１１２して構成される（図６参照）。また、蒸気タービン１００は、翼車１０１の外周に鋳製のダミー１２０を有する。ダミー１２０は、高圧タービン１０２と中圧タービン１０３とを仕切り、車室１１０内にて蒸気の内部漏れを抑制する筒状部材である。また、このダミー１２０は、中圧タービン１０３側にて蒸気の流路壁の一部を構成し、高圧タービン１０２側にてノズル室１０４を構成する、いわゆる、ノズル室一体型のダミー１２０である。
【０００３】
また、車室１１０の外周には、高圧管台１１３と中圧管台１１４とがそれぞれ４基ずつ突出して形成され、外部から車室１１０内部への蒸気の入口部１１５、１１６を構成している（図６参照）。図７は、図６に記載した蒸気タービン１００の要部を示す拡大断面図であり、図８は、図６に記載した蒸気タービン１００のＢ−Ｂ断面図である。車室１１０内部には、導入した蒸気を均等に蒸気通路１０５に配分する蒸気室１０６が形成され、中圧管台１１４の入口部１１５はこの蒸気室１０６に通じている。蒸気室１０６には、鉄板を板金加工して形成したシールド１３０が設置される。
【０００４】
シールド１３０は、環状の本体部１３１と、本体部１３１の側面に溶接した管状の袖部１３２と、本体部１３１の片側縁部に形成した背面部１３３とを含み構成される（図９参照）。シールド１３０は、袖部１３２を車室１１０の内側から中圧管台１１４に挿入し、中圧管台１１４内周に設けられた段差部１３９に袖口１３５を当てて設置される。また、シールド１３０は、車室１１０の内壁との間に隙間１３４を設けつつ本体部１３１をピン１４０で係留して設置される。これにより、シールド１３０は、車室１１０の内壁１０７を被覆して蒸気からの熱伝導を遮蔽する。また、袖部１３２の袖口１３５外周と中圧管台１１４の入口部１１５内周との隙間１３４には、環状のシール部材１３６が挟み込まれ、内部蒸気と隙間１３４内の蒸気との対流を抑止している（図７参照）。また、本体部１３１および背面部１３３の外周にもシール部材１３７ａ、１３７ｂが挟み込まれ、隙間１３４を封止している。なお、車室１１０は、シールド１３０を内壁１０７に係留した後に組み立てられる。
【０００５】
この従来の蒸気タービン１００において、蒸気は、中圧管台１１４の入口部１１５から車室１１０内に導入され、シールド１３０の袖部１３２を通って蒸気室１０６に流入する。このとき、シールド１３０は、車室１１０の内壁１０７を被覆して、蒸気から車室１１０への熱伝達を遮蔽する。これにより、車室１１０の熱変形を抑制してボルト１１２のクリープを防止し、締め付け力の低下による蒸気漏れ等の問題点を解決していた。なお、蒸気は、その後、蒸気室１０６から蒸気通路１０５を通って中圧タービン１０３に流入し、翼車１０１にて回転エネルギーに変換される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記のシールド１３０は広く用いられているが、蒸気によるシールド１３０の壊食については、従来、問題とされておらず、その解決手段はほとんど研究されていない。しかしながら、今後、高温高圧仕様の蒸気タービンの開発が進むにつれて種々の問題が生じうる。すなわち、上記従来の蒸気タービン１００では、シールド１３０を板金溶接により形成していたため、袖部１３２の付け根付近１３８の内周面は、角張った形状を有する。このため、蒸気の流速が高い場合にはこの付近にて蒸気の渦が発生し、シールド１３０が壊食されて剥離するという問題点が生じうる。
【０００７】
また、従来、シールド１３０とダミー１２０とは、用途および機能が異なると共に設置位置や設置工程も異なることから、本来別体により構成するのが当業者の常識であった。このため、これらの部材間には当然に不連続部１２１が生じていた。しかしながら、流路壁に高温高圧の蒸気を流せば、この不連続部１２１にて壊食が生ずるおそれがある。
【０００８】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気によるシールド（熱遮蔽部材）の壊食を抑制することができる蒸気タービンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明である蒸気タービン（請求項１）は、タービンを内部に収容する車室と、前記車室に形成されると共に、前記車室外部から内部への蒸気の入口部となる管台と、前記車室の内部にて前記蒸気の流路壁を構成すると共に、前記蒸気から前記車室への熱伝達を遮蔽するシールドとを含み、且つ、前記シールドは、前記蒸気による当該シールドの壊食を抑止する壊食抑止手段を有することを特徴とする。
【００１０】
この発明において、シールドは、蒸気から車室への熱伝達を遮蔽して、車室の熱変形によるクリープ等の弊害を抑止する。また、壊食抑止手段は、蒸気によるシールドの壊食を抑制する。これにより、シールドの剥離等を抑制して蒸気の内部漏れを防止する。なお、蒸気の流路壁を構成するとは、シールドが蒸気の流路壁のすべてを構成する場合に限られず、一部を構成する場合も含むものとする。また、流路壁とは、蒸気の流路を仕切る壁をいい、蒸気室の壁やタービンの蒸気通路等が含まれる。
【００１１】
また、この発明である蒸気タービン（請求項２）は、請求項１に記載の蒸気タービンにおいて、前記シールドは、前記車室の内壁上に設置される本体部と、前記本体部から延出されると共に、前記車室の内部側から前記管台に差し込み設置される袖部とを含み、且つ、前記壊食抑止手段は、前記袖部の付け根付近の内周面を前記蒸気の流れに沿う略流線形状に形成したことを特徴とする。
【００１２】
この発明において、袖部の付け根付近の内周面は、略流線形状に形成されるので、蒸気流れに対する抵抗を減少させる。これにより、袖部付け根付近での蒸気渦の発生が抑制されて、シールドの壊食を抑止できる。なお、袖部の長さは特に限定がなく、付け根付近の内周面を略流線形状に形成できる長さであれば足りる。
【００１３】
また、この発明である蒸気タービン（請求項３）は、請求項１または２に記載の蒸気タービンにおいて、さらに、前記袖部と前記本体部とは、一体形成されたことを特徴とする。これにより、従来の板金溶接による形成と比較して、袖部の付け根付近の内周面を任意の形状に、より容易に形成できる。
【００１４】
また、この発明である蒸気タービン（請求項４）は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気タービンにおいて、前記壊食抑止手段は、前記袖部の袖口を上流側から被覆して設置されると共に、前記蒸気の流路を規制して前記蒸気を前記袖口の内側に導くフィンを含むことを特徴とする。これにより、蒸気による袖口の壊食を抑制できる。
【００１５】
また、この発明である蒸気タービン（請求項５）は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の蒸気タービンにおいて、さらに、前記蒸気の流路壁を構成すると共に、前記車室内にて前記タービンを仕切り蒸気の内部漏れを防止するダミーを含み、且つ、前記シールドは、前記ダミーに一体形成されたことを特徴とする。
【００１６】
この発明において、シールドはダミーに一体形成されるので、これらが構成する蒸気の流路壁を一体として設計、形成できる。また、シールドの係留部材等の部品を省略できるので、製造工程が簡略化できる、構造上の強度が増す、蒸気の内部漏れをより効果的に防止できる等の種々の利益がある。なお、蒸気の流路壁を構成するとは、シールドが蒸気の流路壁のすべてを構成する場合に限られず、一部を構成する場合も含むものとする。また、流路壁とは、蒸気の流路を仕切る壁をいい、蒸気室の壁やタービンの蒸気通路等が含まれる。また、ダミーには、ノズル室一体型ダミーの他に単独型ダミーや仕切板等も含まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が通常設計変更できるものが含まれるものとする。
【００１８】
図１は、この発明にかかる実施の形態である蒸気タービンを示す全体構成図である。同図において、上記従来の蒸気タービン１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この蒸気タービン１は、翼車１０１と、高圧タービン１０２および中圧タービン１０３と、これらを内部に収容する車室１１０とを含み構成される。また、翼車１０１の外周には、高圧タービン１０２と中圧タービン１０３とを仕切ると共に、高圧タービン１０２のノズル室１０４と一体形成される鋳製のダミー１２０が設置される。また、車室１１０の外周には、高圧管台１１３と中圧管台１１４とがそれぞれ４基ずつ突出して形成され、これらは、外部から車室１１０内部に導入される蒸気の入口部１１５、１１６を構成する。中圧タービン１０３側の入口部１１５は、車室１１０内に形成された蒸気室１０６に通じており、この蒸気室１０６には、車室１１０内壁との間に隙間１３４を隔ててシールド部２が配置される。シールド部２は、蒸気から車室１１０の内壁への熱伝達を遮蔽して、車室１１０の熱変形を抑止する遮蔽部材である。
【００１９】
ここで、シールド部２は、鋳造によりダミー１２０と一体形成される。すなわち、この蒸気タービン１は、ノズル室１０４を兼ね備えるダミー１２０に遮蔽部材であるシールド部２を一体形成されたことを特徴とする（図１参照）。シールド部２は、環状の本体部３と、本体部３の縁から延出して一体形成された裾部４と背面部５とを備える。裾部４は、略Ｌ字形状の断面を有し、蒸気室１０６から蒸気通路１０５に至る蒸気の流路壁を構成すると共に、その裾先７にて１段静翼１０８の一端を支持する。なお、１段静翼１０８の他端は、ダミー１２０の外周縁部１２１にて支持され、これにより１段静翼１０８は固定される。また、背面部５は、本体部３から延出してダミー１２０外周に結合する。そして、背面部５とダミー１２０との蒸気通路１０５側の壁面８は、滑らか且つ連続的に形成されて、蒸気室１０６から蒸気通路１０５に至る蒸気の流路壁は、蒸気流れに対する抵抗を抑制する形状を有する。
【００２０】
図２は、図１に記載した蒸気タービン１の要部を示す正面断面図であり、図３は、図１に記載した蒸気タービン１の要部を示す拡大断面図である。シールド部２は、本体部３から延出して鋳造により一体形成された袖部６を有する。袖部６付け根付近４の内周面は、滑らかな流線形状を有し、蒸気室１０６に流入する蒸気との抵抗を抑制する。袖部６は、中圧管台１１４内に挿入され、中圧管台１１４の内周に設けた段差部１３９に袖口１３５を当てて嵌め合わされる。また、袖口１３５外周と中圧管台１１４内周との間には、環状のシール部材１３６が嵌め込まれ、その隙間１３４が封止される。これにより、袖部６外周の隙間１３４内の蒸気と内部蒸気との対流が抑制される。なお、上記蒸気室１０６から蒸気通路１０５に至る蒸気の流路壁の形状や、袖部６付け根付近１３８の内周面の形状は、三次元流体解析により最適化されて流体損失の少ない形状に形成される。
【００２１】
この実施の形態において、蒸気は、中圧管台１１４の入口部１１５からシールド部２の袖部６を通り車室１１０の蒸気室１０６に流入する。このとき、袖部６付け根付近１３８の内周面は、その流線形状により蒸気を滑らかに導き、抵抗を減少させて渦の発生や内周面の剥離を抑制する。また、本体部３とダミー１２０とが形成する連続した流路壁８は、その滑らかな壁面により蒸気の渦の発生を抑制してその剥離を抑制する。なお、袖口１３５付近に設けた段差部１３９やシール部材１３６は、流入する蒸気と袖口１３５外周の隙間１３４内の蒸気との対流を抑制する。また、蒸気は、蒸気室１０６から中圧タービン１０３の蒸気通路１０５に流入して翼車１０１の回転運動に供される。
【００２２】
この実施の形態によれば、袖部６と本体部３とを鋳造により一体形成したので、従来の板金溶接による場合と比較して、袖部６の付け根付近１３８の内周面をより滑らか且つ任意の形状に形成できる。これにより、三次元流体解析による流路壁の設計が可能となり、蒸気流れに対する流路壁の抵抗を減少させて壁面の剥離や壊食を抑制できる。また、鋳造により一体形成したので、従来の板金溶接による場合と比較して、作業をより簡略化できる。
【００２３】
また、この実施の形態によれば、ダミー１２０とシールド部２とを一体形成したので、従来必要であったピン１４０等の係留部材が不要となり、部品点数を減少できると共に、煩雑な手作業を要する係留工程を省略化できる。また、ダミー１２０とシールド部２との継ぎ目を排除できるので、従来の別部品の場合と比較して、蒸気の内部漏れをより確実に防止できる。また、構造上の強度も高められる。また、これらを鋳造により一体形成すれば蒸気の流路壁８を滑らか且つ任意の形状に形成できるので、蒸気流れに対する流路壁８の抵抗を減少させて壁面の剥離や壊食を抑制できる。さらに、この一体形成により、袖口１３５から蒸気室１０６を経て蒸気通路１０５に至る蒸気の流路壁を、一体として設計、形成できるので、従来の蒸気タービンと比較して、より抵抗が小さく、壊食し難く、且つ流体エネルギーの損失も少ない形状に形成できる。
【００２４】
また、この実施の形態によれば、シールド部２は、蒸気から車室１１０への熱伝達を遮蔽するので、車室１１０の熱変形を抑制できる。また、袖口１３５付近に設けた段差部１３９やシール部材１３６は、流入する蒸気と袖口１３５外周の隙間１３４にある空気との対流を抑制するので、車室１１０の熱変形を抑制できる。
【００２５】
なお、この実施の形態において、袖部６付け根付近１３８の内周面は、滑らかな流線形状を有するが、これは蒸気流れによる内周面剥離の抑制を目的とするものである。したがって、ここにいう流線形状とは、従来の板金溶接によるシールド１３０と比較して、内周面での蒸気流れの抵抗を減少させ、若しくは渦の発生を抑制して、上記目的が達成できる形状をいうものとする。
【００２６】
また、この実施の形態において、ダミー１２０は、高圧タービン１０２と中圧タービン１０３とを仕切る仕切部材であるが、かかる複数のタービンを仕切るダミー１２０には限定されず、単一のタービンを外部から仕切るものであっても良い。すなわち、この実施の形態において、シールド部２とダミー１２０とを一体形成するのは、壊食され難い蒸気の流路壁の形成が目的なので、ダミー１２０は、少なくとも蒸気の流路壁を構成してタービンを仕切り蒸気の内部漏れを防止するものであればよい。
【００２７】
また、この実施の形態において、蒸気の流路壁は、シールド部２とダミー１２０との一体形成により中圧管台１１４内から蒸気室１０６を経て蒸気通路１０５に至るまで一体で形成されている。しかし、このように蒸気の流路壁すべてを一体形成しなくとも良く、流路壁のうち壊食が著しい部分のみを一体形成により滑らかな形状としても良い。シールド部２とダミー１２０とを一体形成したのは、高温高圧の蒸気による流路壁の壊食を抑止するためだからである。
【００２８】
また、この実施の形態において、シールド部２とダミー１２０とを鋳造により形成した場合、車室１１０も一般に鋳造されるので、袖部６袖口１３５と中圧管台１１４との嵌合寸法がでず、袖口１３５が中圧管台１１４の段差部１３９に当たらない場合等がある（図１０参照）。すると、袖口１３５と中圧管台１１４との間に不連続部１４１が生じ、ここに蒸気が巻き込み若しくは蒸気が直接袖口１３５に衝突して袖口１３５が壊食されるという問題が生じうる。そこで、袖口１３５と中圧管台１１４との嵌合部にはフィン９を設け、袖口１３５を蒸気の上流側から被覆して蒸気流れを袖口１３５内部に導く構成としても良い（図４参照）。これにより、袖口１３５が防護されて壊食が抑制される。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる蒸気タービン（請求項１）によれば、壊食抑止手段は、蒸気によるシールドの壊食を抑制するので、シールドの剥離等が抑制されて蒸気の内部漏れが防止できる。
【００３０】
また、この発明である蒸気タービン（請求項２）によれば、袖部の付け根付近の内周面は略流線形状に形成されるので、蒸気流れに対する抵抗を減少できる。これにより、袖部付け根付近での蒸気渦の発生が抑制されて、シールドの壊食を抑止できる。
【００３１】
また、この発明である蒸気タービン（請求項３）によれば、袖部と本体部とは一体形成されるので、従来の板金溶接による形成と比較して、袖部の付け根付近の内周面を任意の形状に、より容易に形成できる。
【００３２】
また、この発明である蒸気タービン（請求項４）によれば、壊食抑止手段であるフィンは、袖部の袖口を上流側から被覆して蒸気の流路を規制し、前記蒸気を前記袖口の内側に導くので、袖部の袖口の壊食を抑制できる。
【００３３】
また、この発明である蒸気タービン（請求項５）によれば、シールドはダミーに一体形成されるので、これらが構成する蒸気の流路壁を一体として設計、形成できる。また、シールドの係留部材等の部品を省略できるので、製造工程が簡略化できる、構造上の強度が増す、蒸気の内部漏れをより効果的に防止できる等の種々の利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態にかかる蒸気タービンを示す全体構成図である。
【図２】図１に記載した蒸気タービンの要部を示す正面断面図である。
【図３】図１に記載した蒸気タービンの要部を示す側面断面図である。
【図４】図１に記載した蒸気タービンの要部を示す正面断面図である。
【図５】従来の蒸気タービンを示す全体構成図である。
【図６】図５に記載した蒸気タービンを示すＡ視断面図である。
【図７】図６に記載した蒸気タービンの要部を示す側面断面図である。
【図８】図６に記載した蒸気タービンの要部を示すＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図５に記載したシールドの要部を示す斜視図である。
【図１０】図５に記載した蒸気タービンの要部を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１  蒸気タービン
２  シールド部
９  フィン
１２０  ダミー
【図１】
0003746736.tif 000002
【図２】
0003746736.tif 000003
【図３】
0003746736.tif 000004
【図４】
0003746736.tif 000005
【図５】
0003746736.tif 000006
【図６】
0003746736.tif 000007
【図７】
0003746736.tif 000008
【図８】
0003746736.tif 000009
【図９】
0003746736.tif 000010
【図１０】
0003746736.tif 000011