JP2002523661A - タービン車室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内部車室（３）とこの内部車室（３）を中間室（５）を形成した状態で包囲する外部車室（４）とを備えたタービン車室（１）に関する。その車室のゆがみを防止するために、中間室（５）の内部に存在する媒体（Ｌ）に強制流（Ｓ）が生じさせられる。本発明は更に、タービン（２）の停止時における車室のゆがみ防止方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、内部車室とこの内部車室を中間室を形成した状態で包囲する外部車
室とを備えた特に蒸気タービン用のタービン車室に関する。

【０００２】 例えば蒸気タービンのタービン車室は通常、内部車室とこの内部車室を中間室
あるいは環状室を形成した状態で包囲する外部車室とから構成されている。これ
らの内外両車室はそれぞれ上側半部と下側半部とを有している。特にタービンが
停止した後、車室におよび両車室間に温度差が生ずる。下側半部と比較的高温の
上側半部との温度差は５０Ｋ以上になる。

【０００３】 タービンが停止されたとき、外部車室は内部車室より速く冷える。これによっ
て、内部車室と外部車室との間の中間室内に自由なあるいは自然な対流（自然対
流）が生ずるために、浮揚流が誘起される。この浮揚流は、外部車室の上側半部
に入熱を生じさせる。これは更に、特に外部車室の上側半部にひずみを生じさせ
、その結果、その場所では車室材料に望ましくない応力が生じ、遊びが無くされ
てしまう。また内部車室のゆがみは、不利な場合にタービン翼が車室に接触する
と、望ましくない擦過損傷を生じさせてしまう。

【０００４】 ドイツ特許出願公開第３４２０３８９号明細書において、内部車室とこの内部
車室を包囲する外部車室とを有し、これらの二重車室構造によって中間室が形成
されているような蒸気タービンが知られている。その内部車室は、その軸方向広
がり距離において、少なくとも部分的に、中間室内に配置されたラギング（外套
板）で包囲されている。

【０００５】 そのラギングは流入側にピストンパッキンが結合され、流出側に円周にわたっ
て分布された多数の開口を有している。蒸気タービンの運転中、ラギングは、比
較的冷たい排気蒸気が内部車室を洗流しないようにする働きをする。そのために
、ラギングと内部車室との間を、ピストンパッキンから取り出される高温の蒸気
が通過して流れる。これによって、ラギングと内部車室とによって形成された空
間内に熱がせき止められるので、内部車室は冷たい排気蒸気による過度の冷却か
ら保護される。これは内部車室の異なった熱負荷を防止するために使われ、これ
によって、特に始動時および負荷変動運転中における内部車室の熱的に誘起され
る変形を減少する。

【０００６】 本発明の課題は、特にタービンが冷える際における外部車室のゆがみを防止し
、あるいは少なくとも小さくすることにある。また、タービンを停止した際にお
ける車室のひずみ防止方法を提供することにある。

【０００７】 その第１の課題は本発明に基づいて、内部車室とこの内部車室を中間室を形成
した状態で包囲する外部車室とを備えたタービン車室において、中間室の内部に
存在する媒体に強制流が生じさせられることによって解決される。また方法に関
する課題は本発明に基づいて、外部車室とこれを包囲する内部車室との間の中間
室内に、タービン車室における温度分布を一様にするための流れが発生されるこ
とによって解決される。内部車室と外部車室との間に形成された中間室の内部に
おいて、そこに存在する媒体（通常は空気）に、流れが強制的に発生される。

【０００８】 本発明は、内部車室と外部車室との間の中間室内に生ずる自由対流が阻止され
ることによって、特に外部車室における温度分布を一様にできるという考えに基
づいている。つまりその対流（自然対流）は、一方では車室部品間特に外部車室
の両車室半部間に温度差を生じさせ、他方では上向きの対流分を形成させる。こ
の対流は更に、特に中間室の垂直方向における頂点において外部車室の上側半部
に局所的な入熱を生じさせる。この作用は、適当な方法で中間室の内部における
媒体の積極的な循環あるいは渦流によって防止され、これによって対流はもはや
形成されない。

【０００９】 そのために媒体は好適には、目的に適してタービン車室の外で配管系を介して
閉じられている循環回路内を案内される。方向性のある強制流を発生するために
、循環送風機が設けられていると有利である。その吸込み側および吐出し側はそ
れぞれ外部車室にある開口に接続されている。その吸込み側開口は媒体の流出開
口を形成し、吐出し側開口は流入開口を形成している。流入開口および流出開口
はそれぞれ、流入開口に流入管が、流出開口に流出管が接続されるように、接続
開口として形成されている。

【００１０】 外部車室の下側半部に一方の開口が設けられ、上側半部に他方の開口が設けら
れていると特に有利である。タービン車室の中央の中心軸線で交差する座標系に
おいて、両開口が例えば第２象限および第４象限に存在し、直径上に互いに対向
して位置している。また、第１開口を第１象限に、第２開口を第３象限に配置す
ることもできる。その場合好適には、外部車室の上側半部に流入開口が、下側半
部に流出開口が設けられる。タービン車室における両接続開口によって並びにそ
れに応じた循環送風機付き配管系によって、全体としてほんの僅かな補助設備費
しか生じない。実施態様において、外部車室は２分割構造に形成され、その上側
半部が上部によって、下側半部が下部によってそれぞれ形成され、その上部およ
び下部が分割接合面を介して互いに結合されている。

【００１１】 好適にはタービン車室は蒸気タービンの車室として採用される。そのタービン
車室は、高圧蒸気タービン並びに中圧蒸気タービン用として特に適している。こ
の蒸気タービンの場合、タービンを駆動する高温蒸気の温度は約３００℃〜７０
０℃である。車室特に内部車室の材料はこの高温で負荷される。内部車室内およ
び外部車室内に蓄えられた熱は、蒸気タービンの停止後、即ちタービン内におけ
る蒸気流の停止後、できるだけ一様に車室から排出されねばならない。高圧蒸気
タービンの場合、全般的に構造が非常に複雑であり、これに伴って内部車室およ
び外部車室を通る熱流密度が大きいために、上述のタービン車室が有利に採用さ
れる。中圧蒸気タービンにおいて殊に、その大きな寸法にわたって生ずる相対長
さ変化は、タービンの停止後における車室のゆがみに対して危険である。この危
険な熱膨張は上述のタービン車室によって有効に防止される。高圧蒸気タービン
および中圧蒸気タービンに採用するほかに、低圧蒸気タービンに採用することも
できる。

【００１２】 本発明によって得られる利点は特に、内部車室およびこの内部車室を包囲する
外部車室から構成されたタービン車室の中間室における特に方向性のある強制流
によって、特に簡単に、外部車室における温度分布が均一にされる、という点に
ある。

【００１３】 その場合、タービンを停止した際に通常生ずる自然対流は、確実に防止され、
一方では外部車室と内部車室との温度差、他方では外部車室の上側半部と下側半
部との温度差が、車室のゆがみ、いわゆるハンピング現象が確実に防止されるよ
うに、小さくされる。流れを発生するために必要な補助設備費は特に僅かであり
、特に中間室内に存在する媒体（例えば空気）の積極的な循環あるいは渦流発生
用として循環送風機しか必要とされない。この循環送風機は好適にはタービン車
室の外を案内される配管系に設けられている。

【００１４】 以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

【００１５】 図１には、例えば蒸気タービン２のタービン車室１が概略断面図で示されてい
る。蒸気タービン２の他の構成要素例えばタービン軸およびタービン翼は、単純
化のために示されていない。タービン車室１は内部車室３とこの内部車室を同心
的に包囲する外部車室４とを有している。内部車室３および外部車室４は、中間
室５が形成されるように、互いに間隔を隔てて配置されている。この中間室５に
は対流性の気体状媒体Ｌ（例えば空気）が封入されている。内部車室３および外
部車室４はそれぞれ第１の上側部位即ち上側半部６と、第２の下側部位即ち下側
半部７に分けられる。内部車室３並びに外部車室４はそれぞれ２分割構造に形成
でき、その上側半部６は上部６Ａによって、下側半部７は下部７Ａによって形成
される。その場合、上部６Ａおよび下部７Ａは、例えばＸ軸に沿って延びる分割
接合面（図示せず）を介して互いに結合される。

【００１６】 タービン車室１を通る熱流を観察すると、内部車室３を通る内部熱流Ｑｉ並び
に外部車室４を通る外部熱流Ｑａが生ずる。内部車室３と外部車室４との間に、
内部車室３から外部車室に作用する放射熱流ＱＳに加えて、対流熱流ＱＫが生ず
る。

【００１７】 タービン２が停止した際、自由なあるいは自然な対流（以下、自然対流ＱＮと
呼ぶ）が生ずる。その熱流経過は矢印付き破線で示されている。この自然対流Ｑ
Ｎは特に中間室５の頂点範囲において矢印８で記号的に示された対流分を形成し
、上側半部６の範囲における外部車室４に局所的に入熱する。そのような局所的
な入熱は、大きな熱負荷のために、車室の望ましくないゆがみを生じてしまう。

【００１８】 上側半部６と下側半部７との間に温度差ΔＴ_AGを生じてしまうこのような自然
対流ＱＮの形成は、中間室５内に実線Ｓで記号的に示された流れが積極的に発生
されこれによって強制的に形成されることによって、防止される。そのために外
部車室４は、２つの開口９、１０を好適には直径上に対向する位置に有している
。これらの開口９、１０は配管系１１に設けられた循環送風機１２を介して互い
に接続されている。

【００１９】 この実施例において、第１の接続開口あるいは流入開口９は、タービン長手軸
線１３と交差する（仮想）ＸＹ座標系の第２象限に設けられている。第２の接続
開口あるいは流出開口１０はそのＸＹ座標系の第４象限に設けられている。流出
開口１０は第３象限に位置させることもできる。もっと多くの開口９、１０を設
けることもできる。例えば１つの流入開口９を第２象限に設け、２つの流出開口
１０を第１象限と第３象限に設けることができる。媒体Ｌ用の複数の流入開口９
を設けることもできる。これらは好適には外部車室４の上側半部６に配置される
。

【００２０】 循環送風機１２の吸込み側は、配管系１１を介して、外部車室４の下側半部７
に設けられた接続開口１０に接続されている。循環送風機１２の吐出し側は、配
管系１１を介して、外部車室４の上側半部６に位置する接続開口９に接続されて
いる。

【００２１】 タービン車室１の中間室５を通る強制流Ｓを発生するための循環装置は、好適
には、蒸気タービン２の停止後に運転される。循環送風機１２の運転中、中間室
５内に存在する媒体Ｌは、接続開口１０を介して中間室５から排出され、配管系
１１および循環送風機１２によって、接続開口９を介して、中間室５に戻される
。これによって全体として、中間室５および配管系１１を介して、閉循環回路１
４が生ずる。

【００２２】 中間室５内における媒体Ｌの強制流Ｓによって、自由対流あるいは自然対流Ｑ
Ｎの形成が防止される。これによって、外部車室４の上側半部６と下側半部７と
の間に生ずる温度差ΔＴ_AGは、大きく減少されるか、あるいは少なくとも小さく
される。しかも強制流Ｓはとりわけ、外部車室４における温度分布を一様にさせ
る。

【００２３】 これによって、温度勾配は十分に阻止され、従って、特に上側半部６と下側半
部７との間の相対熱膨張並びに熱応力が制限される。

【００２４】 強制流Ｓによって外部車室４の内部における温度分布が一様にさせられること
によって、自然対流ＱＮが無くされ、それによりタービン２（例えば蒸気タービ
ン２）の停止後における冷却中における車室のゆがみが確実に防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 外部車室と内部車室との間の中間室に流れ発生手段を備えたタービン車室の概
略断面図。

【符号の説明】

１ タービン車室 ２ 蒸気タービン ３ 内部車室 ４ 外部車室 ５ 中間室 ６ 上側半部 ７ 下側半部 ９ 流入開口 １０ 流出開口 Ｌ 空気 Ｓ 強制流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴブレヒト、エドウィン ドイツ連邦共和国 デー‐40885 ラチン ゲン ロスブルッフリング 50 (72)発明者 バンゲルト、ボリス ドイツ連邦共和国 デー‐45478 ミュー ルハイム アン デア ルール フベルツ スヴェーク 17

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部車室（３）とこの内部車室（３）を中間室（５）を形成
   した状態で包囲する外部車室（４）とを備えたタービン車室（９）において、中
   間室（５）の内部に存在する媒体（Ｌ）に強制流（Ｓ）が生じさせられることを
   特徴とするタービン車室。
2. 【請求項２】 媒体（Ｌ）が閉循環回路（１４）内を案内されることを特徴
   とする請求項１記載のタービン車室。
3. 【請求項３】 外部車室（４）に、第１開口（９）およびこの第１開口（９
   ）に送風機（１２）を介して接続されている第２開口（１０）が設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のタービン車室。
4. 【請求項４】 外部車室（４）の上側半部（６）および下側半部（７）に、
   それぞれ開口（９、１０）が設けられていることを特徴とする請求項３記載のタ
   ービン車室。
5. 【請求項５】 外部車室（４）が２分割構造に形成され、その上側半部（６
   ）が上部（６Ａ）によって、下側半部（７）が下部（７Ａ）によってそれぞれ形
   成され、上部（６Ａ）および下部（７Ａ）が分割接合面を介して互いに結合され
   ていることを特徴とする請求項４記載のタービン車室。
6. 【請求項６】 両開口（９、１０）が直径上に対向して位置していることを
   特徴とする請求項３乃至５の１つに記載のタービン車室。
7. 【請求項７】 蒸気タービンの車室として形成されていることを特徴とする
   請求項１乃至６の１つに記載のタービン車室。
8. 【請求項８】 外部車室（４）とこれを包囲する内部車室（３）との間の中
   間室（５）内に、タービン車室（１）における温度分布を一様にするための流れ
   （Ｓ）が発生されることを特徴とするタービン（２）が停止した際におけるター
   ビン車室（１）のゆがみ防止方法。