JPH04209903A - タ―ビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的１ ［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は、複数のタービンロータ
を有するタービンに係り、特にタービンロータの軸方向
固定方式の改良に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】一般に、中容量以上の蒸気タービンは、
複数のタービンロータと発電機ロータとを軸継手により
結合して構成されている。第３図は、その代表例を示す
。 ［０００３］図６は、タービンロータを２本有する場合
を示すもので、高中圧タービンロータ１、低圧タービン
ロータ２および発電機ロータ３の組合わせで構成されて
おり、これらが軸継手４によって結合されている。また
、前記両ロータ１，２の間には、スラスト軸受５が設置
されており、このスラスト軸受５により、回転体として
のロータと静止部との軸方向の動きが固定されている。 したがってロータは、このスラスト軸受５を起点として
前側、後側に各々熱膨張することになる。 （０００４１図７は、タービンロータを３本有する場合
を示すもので、高中圧タービンロータ１、低圧Ａタービ
ンロータ６、低圧Ｂタービンロータ７および発電機ロー
タ３の組合わせで構成されており、これらが軸継手４に
よって結合されるとともに、高中圧タービンロータ１と
低圧Ａタービンロータ６との間には、スラスト軸受５が
設置されている。 ［０００５１図８は、タービンロータを４本有する場合
を示すもので、高圧タービンロータ９、中圧タービンロ
ータ１０、低圧Ａタービンロータ６、低圧Ｂタービンロ
ータ７および発電機ロータ３の組合わせで構成されてお
り、これらが軸継手４によって結合されるとともに、高
圧タービンロータ９と中圧タービンロータ１０との間に
は、スラスト軸受５が設置されている。 ［０００６］図９は、タービンロータを５本有する場合
を示すもので、超高圧、高圧タービンロータ１１．中圧
タービンロータ１０、低圧Ａタービンロータ６、低圧Ｂ
タービンロータ７、低圧Ｃタービンロータ８および発電
機ロータ３の組合わせで構成されており、これらが軸継
手４によって結合されるとともに、超高圧、高圧タービ
ンロータ１１と中圧タービンロータ１０との間には、ス
ラスト軸受５が設置されている。 ［０００７］従来の蒸気タービンにおいては、タービン
ロータの数とは無関係に、１つのスラスト軸受５を設け
る構造になっている。また、軸継手４は、図１０に高中
圧タービンロータ１と低圧タービンロータ２とを結合す
る場合を例に採って示すように、両タービンロータ１゜
２がボルト１２およびナツト１３によって結合されるリ
ジッド軸継手で構成されている。 ［０００８］また、回転体であるロータと静止部との間
には、蒸気漏洩を防止するため、パツキン歯が設けられ
ており１図１１に高圧排気部の例を示す。蒸気は、図１
１に矢印で示すように、ノズル１４および羽根１５を流
れて仕事をするが、その一部は、ノズルダイヤフラム１
６に設けられたノズルパツキン歯１７と高中圧タービン
ロータ１との間隙を通って漏洩し、またその一部は、羽
根１５の外周を個々に接合している羽根カバー１８とチ
ップフィン１９との間隙を通って漏洩する。さらに、グ
ランドパツキン歯２０と高中圧タービンロータ１との間
隙からも漏洩する。これらの蒸気は、仕事を行なわない
ので、漏洩量を増大するに従って、蒸気タービンの効率
を低下させることになり、問題となる。 ［０００９］

【発明が解決しようとする課題】発電プラントにおいて
は、現在まで種々改善され、発電効率は上昇しているが
、省エネルギ対策としても、より一層の発電効率向上が
要求されている。また最近では、地球規模の環境公害問
題から、化石燃料の使用量を抑えるために、発電効率向
上が叫ばれている。 ［００１０１発電効率に大きく関与するタービン効率に
おいて、各ノズル（静翼）、タービン羽根（動翼）を１
つの組合わせとするタービン段落の損失の中で、前述し
たノズルパツキン歯１７とチップフィン１９の漏洩の占
める割合は、高圧タービン中間段落においては１図１２
に示すようになる。 ［００１１］最も損失として大きいものは、図１２に示
すように二次損失であるが、ノズルパツキン漏洩損失２
２およびチップフィン漏洩損失２３も、かなりの割合を
占めていることが判る。また、その他の損失２４として
のグランドパツキン漏洩も、タービンの外へ漏洩するこ
とから、かなりの効率低下となる。したがって、これら
のパツキン歯からの漏洩量を減らすことは、大きな効率
向上対策となる。次に、スラスト軸受５の位置と軸方向
の伸び量との関係を、図１３および図１４を参照して説
明する。 ［００１２１図１３では、高圧タービンロータ９にスラ
スト軸受５が設けられているのに対し、図１４では、中
圧タービンロータ１０にスラスト軸受５が設けられてい
る。ところで、ロータと静止部とは、スラスト軸受５に
より軸方向の移動が固定されているので、ロータと静止
部との軸方向の伸び量の差は、スラスト軸受５から離れ
れば離れるほど大きくなる。したがって、高圧タービン
ロータ９では、図１３の方が伸び差は少ない。中圧ター
ビンロータ１０の伸び差は、前側、後側で差はあるもの
の、全体としてみると、図１３および図１４でほぼ同一
である。しかしながら、低圧Ａタービンロータ６、低圧
Ｂタービンロータ７では、図１４の方が逆に伸び差が少
ない。 ［００１３１図１５は、高圧タービンロータ９における
ノズルパツキン歯１７部分の詳細を示すもので、図示し
ないスラスト軸受は、図１５において右側に設置される
ことになる。このため、高圧タービンロータ９が、静止
部よりも相対的に伸びた場合には、ロータに設けられて
いる歯２５ａは、図中破線で示す２５′ａとなり、静止
部よりも相対的に縮んだ場合には、ロータの歯２５ｂは
、図中−点鎖線で示す２５′ｂとなる。そして、いずれ
の場合にも、ノズルパツキン歯１７に接触しないように
設計しなければならない。 ［００１４］ｔ、たがって、ロータの歯２５ａ、２５ｂ
の間のロータ溝幅２６は、前述の伸び差の関係から、第
図１３の高圧タービンロータ９の方が、図１４の高圧タ
ービンロータ９より短かくてよいことになる。すなわち
、同一スパンならば、高圧タービンロータ９では、図１
３の方がノズルパツキン歯１７を多く設置することがで
きる。ここで、ノズルパツキン部における蒸気漏洩量を
Ｑとすると、このノズルパツキン部蒸気漏洩量Ｑは、次
式によって与えられる。 ただし、Ｐｌ：ノズルパッキン上流蒸気圧力Ｐ２：ノズ
ルパッキン下流蒸気圧力 Ｎ　：ノズルパッキン歯枚数

【００１５゛】この（１）式からも明らかなように、ノ
ズルパツキンの歯数が多ければ多いほど、漏洩量が少な
く、効率上有利であることが判る。これは、羽根チップ
フィン部およびグランドパツキン部についても同様であ
り、歯が多ければ多いほど効率上有利である。 ［００１６］ところで、蒸気タービンにおいては、ター
ビンロータを必ず軸方向に固定する必要があり、従来は
、複数のタービンロータのうちの１つに、スラスト軸受
５を設けている。前述のように、スラスト軸受５からの
距離が遠ければ遠いほど、ロータと静止部との伸び差が
大きく、パツキン歯との接触を避けるためにはロータ溝
幅を大きくしなければならないため、パツキン歯を多く
入れることができなくなって漏洩蒸気が多くなり、効率
が低下する。 ［００１７］また、低圧部では、スラスト軸受５からの
距離が遠いことから、伸び差が非常に大きいため、第５
図に示す高圧部の場合と異なり、ロータに歯を設けたり
、羽根カバー１８を段付として蒸気漏洩を少なくするこ
とができない。 ［００１８］この低圧部、特にスラスト軸受５から遠い
例として、低圧Ｂタービンロータ７の例を図１６に示す
。図１６からも判るように、ノズルパツキン歯１７部分
のロータ７には歯が設けられておらず、グランドパツキ
ン部も同様である。また、チップフィン１９部の羽根カ
バー１８は、高圧部のような段差付構造ではなく、平滑
な構造となっている。 ［００１９］ところで、ロータ側にパツキン歯が有ると
無しとでは、一般に同一歯数では、約３倍の漏洩量の差
がある。したがって、スラスト軸受５から遠い低圧部で
は、効率低下を余儀なくされている。 ［００２０１本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、複数のタービンロータを有するタービンにお
いて、各タービンロータに、パツキン歯を設置したり、
段差付羽根カバーを用いたり、さらにはパツキン歯用の
ロータ溝幅を狭くしてパツキン歯数を増加させることが
でき、効率を大幅に向上させることができるタービンを
提供することを目的とする。 ［発明の構成］ ［００２１］

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、複数のタービンロータを有するター
ビンにおいて、前記各タービンロータに、スラスト軸受
をそれぞれ設置するとともに、軸方向に隣り合うタービ
ンロータを、軸方向の伸びを吸収するフレキシブル軸継
手を介して結合するようにしたことを特徴とする。 ［００２２］

【作用】本発明に係るタービンにおいては、すべてのタ
ービンロータにスラスト軸受が設けられている。このた
め、各タービンロータと静止部との間の軸方向伸び差が
小さくなり、すべてのタービンロータに、パツキン歯を
設置したり、段差付羽根カバーを用いたり、さらには、
パツキン歯用のロータ溝幅を狭くしてパツキン歯数を増
加させることができ、効率の向上を図ることが可能とな
る。 ［００２３］ところで、すべてのタービンロータにスラ
スト軸受を設置すると、各タービンロータ間の軸方向伸
びが問題となるが、軸方向に隣り合うタービンロータが
、フレキシブル軸継手で結合されているので、このフレ
キシブル軸継手で吸収することができる。 ［００２４］

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５を
参照して説明する。 ［００２５３図１ないし図４は、本発明に係るタービン
の一例をそれぞれ示すもので、図１は２本のタービンロ
ータを有する蒸気タービンを、また、図２は３本のター
ビンロータを有する蒸気タービンを、また図３は４本の
タービンロータを有する蒸気タービンを、さらに図４は
５本のタービンロータを有する蒸気タービンをそれぞれ
示す。 ［００２６］図１に示す蒸気タービンは、高中圧タービ
ンロータ１、低圧タービンロータ２および発電機ロータ
３を組合わせて構成されており、前記各タービン口−タ
１、　２にはスラスト軸受５がそれぞれ設けられ、これ
ら両タービンロータ１，２は、軸方向の伸びを吸収する
フレキシブル軸継手２７により結合されている。なお発
電機ロータ３は、軸方向伸び差によっても効率低下がみ
られないので、低圧タービンロータ２との間は、リジッ
ド軸継手４で結合されている。 ［００２７］また、図２に示す蒸気タービンは、高中圧
タービンロータ１、低圧Ａタービンロータ６、低圧Ｂタ
ービンロータ７および発電機ロータ３を組合わせて構成
されており、前記各タービンロータ１．　６．　７には
、スラスト軸受５がそれぞれ設けられているとともに、
軸方向に隣り合うタービンロータ１と６；６と７は、フ
レキシブル軸継手２７により結合されている。なお、低
圧Ｂタービンロータ７と発電機ロータ３とは、前記同様
の理由によりリジッド軸継手４で結合されている。また
、図３に示す蒸気タービンは、高圧タービンロータ９、
中圧タービンロータ１０、低圧Ａタービンロータ６、低
圧Ｂタービンロータ７および発電機ロータ３を組合わせ
て構成されており、前記各タービンロータ９．　１０．
　６．　７には、スラスト軸受５がそれぞれ殴けられて
いるとともに、軸方向に隣り合うタービンロータ９と１
０　；　１０と６；６と７は、フレキシブル軸継手２７
により結合されている。また、低圧Ｂタービンロータ７
と発電機ロータ３とは、前記同様リジット軸継手４で結
合されている。 ［００２８］さらに、図４に示す蒸気タービンは、超高
圧・高圧タービンロータ１１、中圧タービンロータ１０
、低圧Ａタービンロータ６、低圧Ｂタービンロータ７、
低圧Ｃタービンロータ８および発電機ロータ３を組合わ
せて構成されており、各タービンロータ１０，６゜７．
８間には、スラスト軸受５がそれぞれ設けられていると
ともに、軸方向に隣り合うタービンロータ１１と１０；
１０と６；６と７；７と８は、フレキシブル軸継手２７
により結合されている。また、低圧Ｃタービンロータ８
と発電機ロータ３とは、前記同様の理由によりリジッド
軸継手４で結合されている。 ［００２９］前前記フレキシブル軸子２７は、図５に高
中圧タービンロータ１と低圧タービンロータ６との結合
の場合を例に採って示すように、数枚のダイヤフラム２
８を有する２組の継手２９と、両継手２９間に配置され
るセンターチューブ３０とを備えており、各継手２９と
センターチューブ３０および各継手２９と各タービンロ
ータ１，６は、図示しないボルトによりフランジ３１で
連結固定されている。そして、低圧タービンロータ６の
軸方向の伸びは、前記ダイヤフラム２８で吸収するよう
になっている。 ［００３０］Ｌかして、各タービンロータが、各々スラ
スト軸受５で軸方向に固定され、各タービンロータ間は
、フレキシブル軸継手２７により軸方向の伸びが吸収さ
れるので、各タービンロータは、あたかも独立のタービ
ンのように伸び差を最小にすることができる。このため
、グランドパツキン部、チップフィン部およびノズルパ
ツキン部で、歯数を多く入れることが可能となり、ター
ビンの効率を大幅に向上させることができる。 ［００３１１例えば、図３に示す蒸気タービンと図８に
示す従来の蒸気タービンとを比較すると、特に低圧Ａタ
ービン６、低圧Ｂタービン７での伸び差を、各々約１７
２、約１７３に減少させることができる。 ［ｏ　ｏ　３２］特に低圧部では、従来は伸び差が大き
いため、図１１に示す高圧部と異なり、ロータ側の歯や
羽根カバー１８の段差を設けることができず、蒸気漏洩
量が多くなって効率低下がみられたが、本実施例の場合
には、低圧部でもロータ側の歯や羽根カバーの段差を設
けることが可能となり、従来に比べて著しい効率向上を
達成することができる。 ［００３３］また、周知のように、フレキシブル軸継手
２７は、軸継手の芯ずれも許容吸収するので、タービン
運転中にアライメントが変化しても、芯ずれが吸収され
、アライメント変化に対する振動変化量を少なくするこ
とができる。 ［００３４］ 【発明の効果１以上説明したように本発明は、複数の各
タービンロータにスラスト軸受をそれぞれ設けるととも
に、隣位するタービンロータを、軸方向の伸びを吸収す
るフレキシブル軸継手を介して結合しているので、各タ
ービンロータの伸び差を最小にすることができ、すべて
のタービンロータに、ロータ側の歯や羽根カバーの段差
を設けることができるとともに、パツキン歯数を多くす
ることができる。このため、タービン効率を大幅に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタービンの第１実施例の配置関係
を示す構成図。

【図２】本発明に係るタービンの第２実施例の配置関係
を示す構成図。

【図３】本発明に係るタービンの第３実施例の配置関係
を示す構成図。

【図４】本発明に係るタービンの第４実施例の配置関係
を示す構成図。

【図５】フレキシブル軸継手の構成を示す断面図。

【図６】従来のタービンの配置関係を示す構成図。

【図７】従来のタービンの配置関係を示す構成図。

【図８】従来のタービンの配置関係を示す構成図。

【図９】従来のタービンの配置関係を示す構成図。

【図１０】タービンロータ間を結合しているリジッド軸
継手の構成を示す詳細図。

【図１１】タービンの高圧排気部の構造を示す断面図。

【図１２】高圧タービンロータ中間段落における各損失
の割合を示す説明図。

【図１３】タービンに備えられるスラスト軸受の位置と
伸び差との関係を示す説明図。

【図１４】図１３と同様、スラスト軸受の位置と伸び差
との関係を示す説明図。

【図１５】高圧タービンロータのパツキン歯部分の構成
を示す説明図。

【図１６】低圧Ｂタービンの構成を示す要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・高中圧タービンロータ ２・・・低圧タービンロータ ３・・・発電機ロータ ４・・・リジッド軸継手 ５・・・スラスト軸受 ６・・・低圧Ａタービンロータ ７・・・低圧Ｂタービンロータ ８・・・低圧Ｃタービンロータ ９・・・高圧タービンロータ １０、・・・中圧タービンロータ １１・・・超高圧・高圧タービンロータ２７・・・フレ
キシブル軸継手

【図１０】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のタービンロータを有するタービンに
   おいて、前記各タービンロータに、スラスト軸受をそれ
   ぞれ設置するとともに、軸方向に隣り合うタービンロー
   タを、軸方向の伸びを吸収するフレキシブル軸継手を介
   して結合したことを特徴とするタービン。