JP3970116B2

JP3970116B2 - Turbine and turbine temperature control system

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Publication number: JP3970116B2
Application number: JP2002207055A
Authority: JP
Inventors: 剛北村; 賢一郎武石; 幸広大谷; 隆中野; 西本　　慎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004052567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転時に高温となる蒸気タービン等のタービン、およびその温度調整システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、蒸気タービンは、ハウジングによって形成された車室内に回転軸が設けられ、この回転軸とハウジングとの間に、高圧タービン部、低圧タービン部等が形成された構成となっており、各タービン部に蒸気が送り込まれることで回転軸を回転駆動するようになっている。
図１７に示すように、この種の蒸気タービンの車室１を形成するハウジング２は、下部ハウジング３と上部ハウジング４を、それぞれに設けられたフランジ５、５をボルト締結することで構成されている。
これら下部ハウジング３と上部ハウジング４は、その外周面に断熱材６が設けられ、運転中における内部の熱の放散が抑えられるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構造の蒸気タービンでは、運転の停止後、自然対流によってハウジング２の上方側よりも下方側が先に冷えるため、ハウジング２の上下に温度差が生じ、上方に反ってしまうという現象が生じる。
従来は、高圧タービン部、低圧タービン部における回転軸７とハウジング２とのクリアランスがハウジング２の変形量に対して大きかったために、上記の現象は特に問題にはならなかったが、近年の蒸気タービンの性能の向上に伴い、回転軸７とハウジング２とのクリアランスは縮小する傾向にある。このため、蒸気タービンの運転を停止させた後に生じるハウジング２の変形によって、回転軸７とハウジング２側に設けられたラビリンスシール等のシール部とが接触してしまい、その結果、再運転時に不具合が生じることになる。
これに対応するには、この部分における接触を防ぐためにクリアランスを大きくせざるを得ず、その結果、蒸気タービンの性能向上に限度があるのが現状となっている。
【０００４】
このような問題を解決するために、ハウジング２の下方側にパネルヒータを設け、運転停止後に、先行して温度が低下するハウジング２の下方側をパネルヒータによって加熱する技術が考えられているが、この場合、設備が大掛かりとなってコストが嵩むという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ハウジングの反りを抑えるとともに、タービンの性能向上を図ることを可能とするタービンおよびタービンの温度調整システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明のタービンは、その外殻をなすハウジングと、ハウジング内に回転自在に設けられて周囲に翼列を備えた回転軸と、ハウジングの上部に、ハウジングの外周面に沿って設けられた冷却セルとを備えることを特徴とする。そして、この冷却セルには、タービンの運転停止後にハウジングの上部を冷却するための流体が外部から強制的に送給される。これにより、ハウジングは、その上部のみが冷却されることになる。
冷却セルは、ハウジングの周方向両側の下端部とハウジングの上部中央部とに開口部が形成され、流体は、ハウジングの周方向両側の下端部に形成された開口部から冷却セル内に送給され、ハウジングの上部中央部に形成された開口部から冷却セル外に排出される。このような冷却セルは、タービンの運転の停止後に自然対流によって生じるハウジングの上下の温度差によるハウジングの反りを抑えるためのものであり、自然対流に起因して発生するハウジングの反りによる変形量が大きい箇所に配置されるのが好ましい。また、冷却セルを、断面視略逆Ｕ字状の材料の開口側をハウジングの外周面に固定することによって設けるのが好ましい。
ところで、冷却セルに流体を強制的に送給するための手段としては、例えば、タービンが設置された工場内の各部に送給される工場エアーを用いることができる。工場エアーは、圧縮機で圧縮されて大気圧よりも高圧であり、また運転停止後のタービンのハウジングの温度よりも低温である。また、ファンにより、冷却セルに流体を強制的に導入する構成とすることもできる。
このような冷却セルに対する工場エアー等の流体の送給は、手動でバルブを開閉すること等で行っても良いが、コントローラを設け、流体の送給を自動的に制御することもできる。
また、冷却セルは、ハウジングの軸方向に間隔をあけて複数設けることもできる。さらに、冷却セルは、ハウジングの外周面に沿って設けられた第一冷却セルと、第一冷却セルの外周面側に積層された第二冷却セルとを備える、いわゆる積層構造とすることもできる。
さらには、複数の孔を有し、かつ冷却セル内を上下二層に仕切る板体を備えて、外部から冷却セル内に強制的に送給される流体を、板体の孔からハウジングの外周面に噴き付ける構成とすることもできる。さらには、冷却セル内において、外部から強制的に送給される流体に乱流促進部によって乱流の発生を促進させる構成とすることもできる。このような乱流促進部としては、ハウジングの外表面にディンプル等の凹凸を形成したり、壁状、柱（ピン）状の突起物等を設けることが考えられる。
【０００７】
本発明のタービンの温度調整システムは、内部に回転軸が収容されたタービンのハウジングの上部においてその外周面に沿うように設けられた冷却セルと、冷却セルの流路に流体を供給する供給管と、冷却セルの流路から排出される流体を回収する排出管と、タービンが設置された工場内の各部に送給される工場エアーを供給管に供給するエアー供給装置と、タービンの作動に基づいて供給管から冷却セルの流路に対する流体の供給を制御するコントローラと、を備え、冷却セルは、ハウジングの周方向両側の下端部とハウジングの上部中央部とに開口部が形成され、流体は、ハウジングの周方向両側の下端部に形成された開口部から冷却セル内に送給され、ハウジングの上部中央部に形成された開口部から冷却セル外に排出されることを特徴とする。
このとき、コントローラは、タービンの作動停止後、ハウジングの上部と下部の温度差が所定設定値以上となったときに、冷却セルの流路内に工場エアーを供給するのが好ましい。
ここで、エアー供給装置は、工場エアーの供給源となる圧縮機等であり、供給管は、圧縮機から工場内の各種設備に工場エアーを送給する配管である。また、排出管では、冷却セルの流路を通った工場エアーを回収するわけであるが、回収した工場エアーは、工場エアーとして再利用、つまり他の設備に工場エアーとして送給することもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における蒸気タービンの全体構成を説明するための図である。
この図１に示すように、蒸気タービン(タービン)１０は、その外殻をなすハウジング１１と、ハウジング１１の内方に形成された構造物１２に収められ、蒸気タービン１０による駆動力を取り出すため少なくともその一端がハウジング１１から突出した回転軸１３と、を備える。
回転軸１３は、ハウジング１１の両端側に設けられた支持部１４にて、その軸線回りに回転可能に支持されている。
回転軸１３には、その外周側に張り出す複数段の翼列１３ａが一体に形成されている。一方、ハウジング１１側には、その内周側に張り出し、互いに前後する回転軸１３の翼列１３ａ、１３ａ間に介在するラビリンスシール部１１ａが複数段に形成されている。
なお、回転軸１３の翼列１３ａの外径、およびハウジング１１によって形成される構造物１２の内径は、回転軸１３の一端側(図１において左側)から他端側(図１において右側)にいくに従い、徐々に小さくなる構成となっている。これに伴い、ハウジング１１の外径も、回転軸１３の一端側から他端側にいくに従い、徐々に小さくなっている。
【０００９】
さて、本実施の形態では、上記のような蒸気タービン１０には、ハウジング１１の上方側の複数箇所に、冷却システム(温度調整システム)２０の冷却セル２１が一体に取り付けられている。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、冷却セル２１が設けられた部分においてハウジング１１を断面視したものである。また、図３は、冷却セル２１が設けられた部分におけるハウジング１１の斜視断面図である。なお、図２および図３においては、ハウジング１１内の回転軸１３の図示を省略している。さらに、図３では、ハウジング１１を覆うように配設される断熱材２５の図示を省略している。
図２および図３に示すように、ハウジング１１は、上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌとによって構成されている。上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌは、それぞれ略半円形の断面形状を有し、その両端部に側方に延びるフランジ部１１ｆが形成されている。そして、上部ハウジング１１Ｕのフランジ部１１ｆと、下部ハウジング１１Ｌのフランジ部１１ｆとを対向させた状態で、双方を貫通するボルト(図示無し)、およびこのボルト(図示無し)に装着したナット(図示無し)によって、上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌとが締結され、一体化している。
【００１０】
冷却セル２１は、上部ハウジング１１Ｕの外周面に沿って取り付けられている。この冷却セル２１は、断面視略逆Ｕ字状の材料の開口側を上部ハウジング１１Ｕの外周面に固定することによって、冷却セル２１によって囲われた冷却流路２２を形成するもので、この冷却セル２１の両側端部と、中央部の上面とに開口部２３、２４が形成されている。
また、この冷却セル２１の外周面には、断熱材２５が設けられ、冷却流路２２内の断熱を図る。
この冷却セル２１は、蒸気タービン１０の運転を停止したときに、自然対流に起因して発生するハウジング１１の反りによる変形量が大きい箇所に配置するのが好ましい。本実施の形態では、図１に示した３ヶ所に冷却セル２１が配置されている。
【００１１】
さて、図４は、上記したような冷却セル２１の上部ハウジング１１Ｕへの具体的な取付構造を示すものである。
この図４(ａ)に示すように、断面視略逆Ｕ字状をなした冷却セル２１には、断面方向において開口している両端部から、側方に延出するフランジ２１ｃが、冷却セル２１の長手方向に連続して形成されている。冷却セル２１は、このフランジ２１ｃにて、上部ハウジング１１Ｕの外周面にビス２６によって固定される。そして、フランジ２１ｃは、シール材２７によって覆われ、フランジ２１ｃと上部ハウジング１１Ｕの外周面との密閉性が高められている。
【００１２】
このとき、図４(ｂ)に示すように、冷却セル２１のフランジ２１ｃと上部ハウジング１１Ｕとの間に、例えば高温用のパッキン材料と同材質からなる断熱シート５０を介在させて設けることが好ましい。この断熱シート５０によって、上部ハウジング１１Ｕから冷却セル２１に対する熱伝導を低減できるので、蒸気タービン１０の運転停止後における冷却セル２１自体の温度上昇を抑制でき、これによって冷却セル２１内の雰囲気温度の上昇を抑えることができる。さらに、冷却セル２１自体の温度上昇を抑制することによって、上部ハウジング１１Ｕと冷却セル２１との間の輻射伝熱も促進できる。これらの作用によって、冷却セル２１による冷却性能が高まる。
【００１３】
さて、図２に示したように、冷却システム２０は、上記のような冷却セル２１と、この冷却セル２１の冷却流路２２内に冷却用の流体を供給する供給システム３０とから構成される。
供給システム３０としては、流体の供給装置３１と、一端が供給装置３１側に接続され、他端が冷却セル２１の開口部２３に接続された流体供給管(供給管)３２と、一端が冷却セル２１の開口部２４に接続され、他端が流体回収側に接続された流体排出管(排出管)３３と、を備える。流体供給管３２、流体排出管３３のそれぞれの系には、開閉自在なバルブ３４、３５が設けられ、冷却セル２１内への流体の供給の開始・停止をコントロールできるようになっている。
【００１４】
このとき、バルブ３４、３５は、手動で開閉する構成としても良いが、バルブ３４、３５の開閉作動を電磁制御することも可能である。この場合、図２に示したように、バルブ３４、３５を電磁作動弁とし、これらバルブ３４、３５の開閉を制御するコントローラ３６を設ける。さらに、上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌの所定箇所の温度を測定するセンサ３７、３８を設ける。
【００１５】
コントローラ３６では、蒸気タービン１０の作動のＯＮ／ＯＦＦも検出する。このコントローラ３６では、蒸気タービン１０の作動がＯＦＦとなり(停止し)、センサ３７、３８での検出値によって得られる上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌの所定箇所の温度差が、あらかじめ設定した設定値以上となったときに、バルブ３４、３５の開閉を制御するようになっている。
コントローラ３６では、バルブ３４、３５の開閉のみならず、その開度を調整することで、より細かな制御を行う構成とすることもできる。
【００１６】
本実施の形態では、流体の供給装置３１として、蒸気タービン１０が設置される工場の工場エアーを用いる。工場エアーは、工場内においてエアブローや各種設備を稼動させるエアシリンダの駆動源として、工場内の各部に配管を介して送給されるもので、ある程度以上の規模の工場であれば、通常に備えられているものである。この場合、工場エアーの供給装置３１は、大型の圧縮機等となる。
また、流体排出管３３は、最終的に大気解放されるものであっても良いが、そのまま工場エアーの配管系に回収される構成としても良いし、図２に示したように、供給装置３１に循環する構成としても良い。
【００１７】
このような冷却システム２０では、供給装置３１から供給される、大気圧以上に加圧された工場エアーが流体供給管３２を介して開口部２３から冷却セル２１内に送給され、冷却流路２２内を通り、開口部２４から流体排出管３３を介して冷却セル２１外に排出される。このとき、流体が冷却セル２１内の冷却流路２２を通過することで、上部ハウジング１１Ｕの外周面と流体の間で熱交換が行われる。当然のことながら、稼動停止直後の蒸気タービン１０は高温であるため、常温に近い工場エアーの方が温度が低く、これによって上部ハウジング１１Ｕが冷却されることになる。
【００１８】
これにより、ハウジング１１の上下での温度差を抑えることができ、ハウジング１１の反りを抑制することができる。したがって、ハウジング１１の反りを考慮して設定される、回転軸１３とハウジング１１の内周面側に設けられるラビリンスシール部１１ａとのクリアランスを、冷却システム２０を採用しない場合に比較して大きく取る必要が無くなる。つまり、前記クリアランスを従来よりも小さく設定することが可能となるのである。
これにより、回転軸１３側とハウジング１１側の間におけるシール性能を大幅に向上させて蒸気タービン１０の性能を高めることができる。例えば、本実施の形態における冷却システム２０の採用によって上記クリアランスを小さく改善した場合、ある蒸気タービン１０において、効率を０．２％程度向上させることができる。
【００１９】
さらに、この冷却システム２０は、冷却用の流体として工場エアーを用いる構成とした。工場エアーは、ある程度以上の工場であれば通常に備えられているものであり、蒸気タービン１０の冷却のためにわざわざコンプレッサを新たに設置する必要もなく、流体供給管３２、流体排出管３３のみを設置すれば上記冷却システム２０を構築することができる。これにより、簡略な設備で、低コストで上記効果を奏することが可能となる。
また、冷却セル２１も、非常に簡易な構造であるので、この点においても低コストで良好な冷却効果を得ることができる。
【００２０】
(他の実施の形態)
上記実施の形態において、流体排出管３３から排出される工場エアーは、そのまま工場エアーの配管系に回収される構成、あるいは図２に示したように、供給装置３１に循環する構成としたが、前述の如く、大気解放することも可能である。
このような構成とするには、図５(ａ)に示すように、流体排出管３３の終端の開口部３３ａよりも上流側にバタフライ弁等の弁機構８１を設け、この弁機構８１を駆動するモータ等の駆動源８２を、コントローラ３６によって制御するのである。
このような構成において、上記実施の形態と同様、センサ３７、３８での検出値によって得られる上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌの所定箇所の温度差が、あらかじめ設定した設定値以上となったときに、コントローラ３６によって供給装置３１から工場エアーを送給するとともに、弁機構８１を開き、冷却セル２１を通った工場エアーを開口部３３ａから排出させるのである。
なおここで、弁機構８１に代えて、図５(ｂ)に示すように、流体排出管３３の開口部３３ａに蓋８２を設け、この蓋８２をコントローラ３６の制御によって開閉させる構成としても良い。
さらに、図５(ｃ)に示すように、流体排出管３３の終端外周面に複数の孔８３を形成し、これら孔８３を塞ぐように蓋８４を装着する構成とすることもできる。このような構成では、蓋８４をコントローラ３６の制御によって前後動させることで、孔８３を開閉する。
これら図５(ｂ)、(ｃ)に示した構成では、センサ３７、３８での検出値によって得られる上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌの所定箇所の温度差が、あらかじめ設定した設定値以上となったときに、コントローラ３６によって供給装置３１から工場エアーを送給するとともに、蓋８２、８４を開き、冷却セル２１を通った工場エアーを排出させるのである。
なお、図５(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に示したような弁機構８１、蓋８２、８４は、コントローラ３６によって自動的に開閉制御せず、手動で開閉することももちろん可能である。
【００２１】
上記実施の形態において、冷却システム２０に、冷却用の流体として工場エアーを用いる構成としたが、これに代えて、図６、図７に示すように、ファン８０を用いることも可能である。
図６に示す例は、ファン８０により、流体供給管３２から冷却セル２１に空気を強制的に送り込む構成となっている。この場合、冷却セル２１を通った空気は流体排出管３３から外部に排出される。そして、上記実施の形態と同様、センサ３７、３８での検出値によって得られる上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌの所定箇所の温度差が、あらかじめ設定した設定値以上となったときに、コントローラ３６によってファン８０が作動するよう制御する。これによって、ファン８０が作動すると、冷却セル２１内に空気が強制的に送り込まれ、上部ハウジング１１Ｕが冷却される。
【００２２】
また、図７に示す例は、ファン８０により、流体排出管３３から冷却セル２１内の空気が強制的に吸引される構成となっている。この場合、冷却セル２１には、開口部２３から大気が導入される。そして、上記実施の形態と同様、センサ３７、３８での検出値によって得られる上部ハウジング１１Ｕと下部ハウジング１１Ｌの所定箇所の温度差が、あらかじめ設定した設定値以上となったときに、コントローラ３６によってファン８０が作動するよう制御する。これにより、ファン８０で冷却セル２１内の空気を吸引することで開口部２３から冷却セル２１内に大気が導入され、上部ハウジング１１Ｕが冷却されるようになっている。
図６、図７に示したような構成では、工場エアーを利用するのが困難であるような状況においても、ファン８０を設けることで、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００２３】
(冷却セル２１の他の例)
以下に、冷却セル２１の他の例を示す。なお、以下に示す例において、上記に説明したものと共通する構成については同符号を付し、その説明を省略することとする。
例えば、図８(ａ)に示すように、冷却セル２１のフランジ２１ｃと、上部ハウジング１１Ｕとの間に断熱部材５１を介在させることもできる。この断熱部材５１は、断面視ロ字状で、その両端部が閉塞されて内部空間５１ａが略真空にひかれている。このような断熱部材５１を用いる場合、冷却セル２１のフランジ２１ｃと断熱部材５１は、押さえ部材５２およびビス２６によって、上部ハウジング１１Ｕに固定される。
【００２４】
また、図８(ｂ)に示すように、冷却セル２１のフランジ２１ｃ’の部分を断面視略ロ字状とし、その内部空間５３を略真空にひいた構成とすることもできる。この場合も、冷却セル２１のフランジ２１ｃ’は、押さえ部材５２およびビス２６によって上部ハウジング１１Ｕに固定される。
これら略真空の内部空間５１ａ、５３を介在させることにより、この部分で自然対流による熱伝達がほとんど発生しないので、それだけ断熱効率を高くすることができる。
【００２５】
また、図９に示すように、冷却セル２１を、断面視略逆Ｕ字状ではなく、断面視略ロ字状のチューブ状とし、これを上部ハウジング１１Ｕの外周面に密着固定することもできる。この場合も、冷却セル２１と上部ハウジング１１Ｕとの間に、図８(ａ)に示したような断熱部材５１を介在させることも有効である。
【００２６】
さらに、図１０に示すように、上部ハウジング１１Ｕに、外周側に突出し、ハウジング１１の周方向に連続する一対の突条４１、４１を形成し、これら突条４１の先端部にプレート４２を固定し、これによって冷却セル２１を構成することもできる。この場合、上部ハウジング１１Ｕの外周面、一対の突条４１、４１、プレート４２によって囲まれる部分が冷却流路２２とされる。この場合も、突条４１、４１の先端部とプレート４２との間に、図８(ａ)に示したような断熱部材５１を介在させることもできる。
【００２７】
［他の実施の形態］
図１１は、冷却セル２１を二重構造とする場合の例である。
図１１に示すように、冷却セル２１は、第一冷却セル７０と、第二冷却セル７１とをハウジング１１の径方向に積層した構成となっている。
第一冷却セル７０は、図４に示した冷却セル２１と同様、断面視略逆Ｕ字状であり、その開口端側のフランジ部７０ａにて、ビス２６によって上部ハウジング１１Ｕの外周面に固定されている。また、第一冷却セル７０のフランジ部７０ａと上部ハウジング１１Ｕとの間には、図８(ａ)に示したような断熱部材５１を介在させてもよい。
一方、第二冷却セル７１は、断面視略ロ字状のチューブ材からなり、第一冷却セル７０の外周面側に積層されている。
【００２８】
そして、これら第一冷却セル７０、第二冷却セル７１のそれぞれには、図２に示した流体供給管３２、流体排出管３３が接続され、流体の供給装置３１から供給された流体が第一冷却セル７０、第二冷却セル７１に流れ込み、流体排出管３３から排出されるようになっている。
このような冷却セル２１では、蒸気タービン１０の運転の停止後、供給装置３１から供給される、大気圧以上に加圧された工場エアーが流体供給管３２を介して第一冷却セル７０および第二冷却セル７１内に送給され、流体排出管３３を介して冷却セル２１外に排出される。このとき、流体が第一冷却セル７０内を通過することで、上部ハウジング１１Ｕの外周面と流体の間で熱交換が行われ、上部ハウジング１１Ｕが冷却されることになる。さらに、上部ハウジング１１Ｕとの熱交換によって温度が上昇した第一冷却セル７０に第二冷却セル７１が接しているので、第一冷却セル７０の熱は第二冷却セル７１に伝わる。そして、この熱は、第二冷却セル７１内を通る流体によって奪われ、冷却セル２１外へと排出される。これによって、第一冷却セル７０の第二冷却セル７１側の壁面の温度を下げることができ、同時に上部ハウジング１１Ｕから第一冷却セル７０の壁面へ向かう輻射電熱も促進でき、これらの作用によって第一冷却セル７０による冷却性能が一層向上する。
ここで、冷却セル２１として、第一冷却セル７０と第二冷却セル７１を２段に積層する構成を示したが、３段以上に積層することもできる。
【００２９】
また、このように積層構造を採用する冷却セル２１においても、図１２〜図１３に示すような変形例が考えられる。
例えば、図１２(ａ)に示すように、第一冷却セル７０、第二冷却セル７１の双方を断面視略ロ字状とし、これらを積層して冷却セル２１を構成することもできる。この場合、第一冷却セル７０、第二冷却セル７１は、押さえ部材７９およびビス２６によって上部ハウジング１１Ｕに固定される。
また、図１２(ｂ)に示すように、第一冷却セル７０を断面視略ロ字状とし、これに積層する第二冷却セル７１を断面視略逆Ｕ字状とすることもできる。この場合、第一冷却セル７０と第二冷却セル７１の継ぎ目にはシール材２７を塗布し、第二冷却セル７１内の気密を保つ。この場合も、第一冷却セル７０、第二冷却セル７１は、押さえ部材７９およびビス２６によって上部ハウジング１１Ｕに固定される。
さらに、図１２(ｃ)に示すように、断面視略逆Ｕ字状の第一冷却セル７０に、同じく断面視略Ｕ字状の第二冷却セル７１を積層する構成とすることもできる。この場合、第二冷却セル７１の開口端側の両端部が第一冷却セル７０の外側面に当接するようにし、双方をビス２６で連結するのが好ましい。
【００３０】
この他、図１３(ａ)に示すように、上部ハウジング１１Ｕに、外周側に突出し、ハウジング１１の周方向に連続する一対の突条４１、４１を形成し、これら突条４１、４１の先端部断面視ロ字状の第二冷却セル７１を積層する構成とすることもできる。この場合、上部ハウジング１１Ｕの外周面、一対の突条４１、４１、第二冷却セル７１によって囲まれる部分が第一冷却セル７０とされる。この場合も、突条４１、４１の先端部と第二冷却セル７１との継ぎ目に、シール材２７を塗布するのが好ましい。
また、図１３(ｂ)に示すように、突条４１、４１の先端部に段部４１ａ、４１ａを形成し、ここに第二冷却セル７１を積層し、突条４１の外側からビス２６によって突条４１と第二冷却セル７１を連結してもよい。この場合も、突条４１と第二冷却セル７１との継ぎ目にシール材２７を塗布するのが好ましい。このような構成とすれば、第二冷却セル７１の位置決めが容易となり、冷却セル２１の設置の効率化が図れ、また保守や点検の際の作業性も向上する。
【００３１】
また、冷却セル２１における冷却効率を高めるには、図１４、図１５に示すような構成が有効である。
図１４に示す例は、冷却セル２１内に、多数の貫通孔９０ａを有した板体９０を、冷却流路２２を上下に二分して仕切るように取り付けた構成となっている。そして、冷却セル２１内には、板体９０の上面側に工場エアー等の冷却用の流体が導入され、貫通孔９０ａから流体を下方に噴出させ、下方の上部ハウジング１１Ｕの外周面に噴き付ける(衝突させる)。これにより、上部ハウジング１１Ｕは、いわゆるインピンジメント冷却(衝突噴流冷却)によって効率良く冷却され、冷却に要する流体の量を減少させることができる。
このような構成においては、図１４に示したように、流体供給管３２を、冷却セル２１の上面側に接続するのが好ましい。これは、冷却セル２１内において、板体９０の上面側に冷却用の流体を送給するためである。この場合、送給する流体は、工場エアーのように、所定以上の圧力を有した圧縮流体であるのが好ましい。
【００３２】
図１５(ａ)〜(ｄ)に示す例では、冷却セル２１内を通る冷却用の流体に乱流を生じさせる構成となっている。
図１５(ａ)では、上部ハウジング１１Ｕの外周面の、冷却セル２１内の冷却流路２２に臨む位置に、多数のディンプル(乱流促進部)９１が形成されている。このディンプル９１によって、冷却セル２１内を流れる流体の流れに乱流が生じることで、流体と上部ハウジング１１Ｕとの間での熱伝達率が高められる。なお、ディンプル９１の形状はいかなる形状であっても良い。
図１５(ｂ)、(ｃ)では、冷却セル２１内において、上部ハウジング１１Ｕの外周面に、冷却セル２１が連続する方向に所定間隔毎に乱流促進板(乱流促進部)９２を設ける。この乱流促進板９２は、所定の高さｅを有しており、冷却セル２１が連続する方向に直交する方向、つまり冷却セル２１の幅方向に延在するよう設けられている。ここで、冷却セル２１が連続する方向において互いに前後する２枚の乱流促進板９２の間隔Ｐは、Ｐ／ｅ＝１０程度となるように設定するのが好ましい。このような乱流促進板９２を冷却セル２１内に配置することで、冷却セル２１内を流れる流体の流れに上部ハウジング１１Ｕの外周面に沿う側で乱流が生じ、流体と上部ハウジング１１Ｕとの間での熱伝達率が高められる。
図１５(ｄ)では、冷却セル２１内に、冷却セル２１の上面と上部ハウジング１１Ｕの外周面とを結ぶ方向に延在する乱流促進ピン(乱流促進部)９３を多数設けている。このような乱流促進ピン９３によっても、冷却セル２１内を流れる流体の流れに乱流が生じ、流体と上部ハウジング１１Ｕとの間での熱伝達率が高められる。
このようにして、冷却セル２１内において、流体と上部ハウジング１１Ｕとの間の熱伝達効率を高めることで、より効率の良い冷却が行え、冷却に要する流体の量を減少させること等が可能となる。
【００３３】
この他、例えば、流体供給管３２として、図１６に示すように、二重管６１を採用することもできる。ここで、二重管６１を構成する外管６１ａと内管６１ｂとの間には隙間を有しており、流体の供給装置３１から送給される流体は、内管６１ｂ内を通るようになっている。このような構成とすると、内管６１ｂと外管６１ａとの隙間に存在する空気によって、断熱効果を高めることができ、内管６１ｂ内を通る流体の不用意な温度上昇を防いで、冷却効率を高めることができる。
このような構成において、内管６１ｂと外管６１ａとの隙間に水等の冷却媒体を流し、内管６１ｂを流れる流体を冷却するようにしたり、内管６１ｂと外管６１ａとの隙間を略真空に引いて断熱効果を高めることで、さらに冷却効率を高めることもできる。
特にこのような二重管６１は、流体供給管３２において、高温となる蒸気タービン１０や他の熱源の近傍にのみ設置するのが設置コストの面から好ましい。
【００３４】
なお、上記に示した実施の形態では、冷却セル２１の例として、様々なものを例示したが、上記したものに限らず、さらに他の構成を採用することも可能である。もちろん、冷却セル２１の断面形状や設置位置、設置数等は、所望の効果が得られるよう、適宜設定すれば良い。
また、上記実施の形態では、タービンの一例として蒸気タービン１０を例に挙げたが、ガスタービンや軸流式の空気圧縮機等、その他のタービンを備える機械にも同様の構成が適用できるのは言うまでも無い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、適宜組み合わせたり、他の構成に変更すること等が可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蒸気タービンのハウジングの上部外周面に設けた冷却セルに、蒸気タービンの停止時に流体を強制的に供給することによって、ハウジングの上部を冷却する構成とした。これにより、蒸気タービンのハウジングの反りを抑えることができる。その結果、蒸気タービンの回転軸側とハウジング側のクリアランスの縮小化を図ることが可能となり、タービンの性能向上を図ることができる。しかも、冷却用の流体として工場エアーを使用することで、特に新たな設備を導入する必要もなく、低コストで上記効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態におけるタービンの全体構成を示す図である。
【図２】タービンの冷却システムの構成を示す図である。
【図３】タービンのハウジングに備えた冷却セルを示す斜視断面図である。
【図４】冷却セルの具体的な構造の例を示す図である。
【図５】タービンの冷却システムの他の実施の形態を示す図である。
【図６】タービンの冷却システムの、さらに他の実施の形態を示す図である。
【図７】タービンの冷却システムの、さらに他の実施の形態を示す図である。
【図８】冷却セルの他の例を示す図である。
【図９】冷却セルのさらに他の例を示す図である。
【図１０】冷却セルのさらに他の例を示す図である。
【図１１】冷却セルの他の実施の形態であり、積層構造とした冷却セルの例を示す図である。
【図１２】積層構造の冷却セルの他の例を示す図である。
【図１３】積層構造の冷却セルのさらに他の例を示す図である。
【図１４】インピンジメント冷却方式の冷却セルを示す図である。
【図１５】乱流を促進させる方式の冷却セルを示す図であって、(ａ)はディンプルを設けた例、(ｂ)は乱流促進板を設けた例、(ｃ)は(ｂ)の側断面図、(ｄ)は乱流促進ピンを設けた例である。
【図１６】流体供給管の他の例を示す図である。
【図１７】従来のタービンの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…蒸気タービン(タービン)、１１…ハウジング、１１Ｕ…上部ハウジング、１２…構造物、１３…回転軸、２０…冷却システム(温度調整システム)、２１…冷却セル、２２…冷却流路、３０…供給システム、３１…供給装置、３２…流体供給管(供給管)、３３…流体排出管(排出管)、３４、３５…バルブ、３６…コントローラ、８０…ファン、９０…板体、９０ａ…貫通孔、９１…ディンプル(乱流促進部)、９２…乱流促進板(乱流促進部)、９３…乱流促進ピン(乱流促進部)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbine such as a steam turbine that becomes high temperature during operation, and a temperature adjustment system thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a steam turbine has a configuration in which a rotation shaft is provided in a vehicle compartment formed by a housing, and a high-pressure turbine portion, a low-pressure turbine portion, and the like are formed between the rotation shaft and the housing. The rotation shaft is driven to rotate by feeding steam into the turbine section.
As shown in FIG. 17, a housing 2 forming a casing 1 of this type of steam turbine is configured by fastening a lower housing 3 and an upper housing 4 with flanges 5 and 5 respectively bolted. Yes.
The lower housing 3 and the upper housing 4 are provided with a heat insulating material 6 on the outer peripheral surface thereof, so that heat dissipation inside can be suppressed during operation.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the steam turbine having the above-described structure, the lower side of the housing 2 is cooled earlier than the upper side of the housing 2 by natural convection after the operation is stopped, so that a temperature difference occurs between the upper and lower sides of the housing 2 and the phenomenon of warping upward occurs. .
Conventionally, since the clearance between the rotary shaft 7 and the housing 2 in the high-pressure turbine section and the low-pressure turbine section is larger than the deformation amount of the housing 2, the above phenomenon has not been a problem. As the performance increases, the clearance between the rotating shaft 7 and the housing 2 tends to decrease. For this reason, the deformation of the housing 2 that occurs after the operation of the steam turbine is stopped causes the rotating shaft 7 and a seal portion such as a labyrinth seal provided on the housing 2 side to come into contact with each other. Will occur.
In order to cope with this, the clearance must be increased in order to prevent contact in this portion, and as a result, there is a limit in improving the performance of the steam turbine.
[0004]
In order to solve such a problem, a technique has been considered in which a panel heater is provided on the lower side of the housing 2 and the lower side of the housing 2 where the temperature is lowered in advance after the operation is stopped is heated by the panel heater. In this case, there is a problem that the equipment becomes large and costs increase.
[0005]
The present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a turbine and a turbine temperature adjustment system that can suppress the warpage of the housing and improve the performance of the turbine. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the turbine of the present invention includes a housing that forms an outer shell thereof, a rotary shaft that is rotatably provided in the housing and includes a blade row around the housing, an upper portion of the housing, and an outer peripheral surface of the housing. And a cooling cell provided along. A fluid for cooling the upper part of the housing is forcibly supplied from the outside to the cooling cell after the operation of the turbine is stopped. Thereby, only the upper part of the housing is cooled.
The cooling cell is formed with openings at the lower end portions on both sides in the circumferential direction of the housing and the upper central portion of the housing, and fluid is fed into the cooling cells from the openings formed at the lower end portions on both sides in the circumferential direction of the housing. Then, it is discharged out of the cooling cell through an opening formed in the upper central portion of the housing. Such a cooling cell is for suppressing the warpage of the housing due to the temperature difference between the upper and lower sides of the housing caused by natural convection after the turbine operation is stopped, and the amount of deformation due to the warpage of the housing caused by the natural convection is small. It is preferable to arrange in a large place. Moreover, it is preferable to provide the cooling cell by fixing the opening side of the substantially U-shaped material in a sectional view to the outer peripheral surface of the housing.
By the way, as a means for forcibly feeding the fluid to the cooling cell, for example, factory air fed to each part in the factory where the turbine is installed can be used. The factory air is compressed by the compressor and has a pressure higher than atmospheric pressure, and is lower than the temperature of the turbine housing after shutdown. Moreover, it can also be set as the structure which forcibly introduces a fluid into a cooling cell with a fan.
The supply of fluid such as factory air to the cooling cell may be performed by manually opening and closing a valve or the like, but a controller may be provided to automatically control the supply of fluid.
A plurality of cooling cells may be provided at intervals in the axial direction of the housing. Further, the cooling cell may have a so-called stacked structure including a first cooling cell provided along the outer peripheral surface of the housing and a second cooling cell stacked on the outer peripheral surface side of the first cooling cell. .
Furthermore, a plate body having a plurality of holes and partitioning the inside of the cooling cell into two upper and lower layers is provided, and the fluid forcedly fed from the outside into the cooling cell is passed through the hole of the plate body to the outer periphery of the housing. It can also be set as the structure sprayed on a surface. Furthermore, it can also be set as the structure which accelerates | stimulates generation | occurrence | production of a turbulent flow by the turbulent flow promotion part to the fluid forcedly supplied from the outside in a cooling cell. As such a turbulent flow promoting portion, it is conceivable to form irregularities such as dimples on the outer surface of the housing, or provide wall-like or columnar (pin) -like projections.
[0007]
A turbine temperature adjustment system according to the present invention includes a cooling cell provided along an outer peripheral surface of an upper portion of a turbine housing in which a rotating shaft is accommodated, and a supply pipe for supplying fluid to a flow path of the cooling cell. A discharge pipe for collecting fluid discharged from the flow path of the cooling cell, an air supply device for supplying factory air supplied to each part in the factory where the turbine is installed to the supply pipe, and operation of the turbine And a controller for controlling the supply of fluid from the supply pipe to the flow path of the cooling cell, and the cooling cell has an opening formed at a lower end portion on both sides in the circumferential direction of the housing and an upper central portion of the housing. Is fed into the cooling cell from the openings formed at the lower ends on both sides in the circumferential direction of the housing, and is discharged out of the cooling cell through the openings formed in the upper central portion of the housing. To.
At this time, it is preferable that the controller supplies factory air into the flow path of the cooling cell when the temperature difference between the upper part and the lower part of the housing becomes equal to or greater than a predetermined set value after the operation of the turbine is stopped.
Here, the air supply device is a compressor or the like serving as a supply source of factory air, and the supply pipe is a pipe for supplying factory air from the compressor to various facilities in the factory. In the discharge pipe, factory air that has passed through the flow path of the cooling cell is recovered, but the recovered factory air can be reused as factory air, that is, sent to other equipment as factory air. .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the overall configuration of the steam turbine in the present embodiment.
As shown in FIG. 1, a steam turbine (turbine) 10 is housed in a housing 11 that forms an outer shell of the steam turbine 10 and a structure 12 that is formed on the inner side of the housing 11, and takes out the driving force of the steam turbine 10. A rotating shaft 13 at least one end of which protrudes from the housing 11.
The rotation shaft 13 is supported by support portions 14 provided at both ends of the housing 11 so as to be rotatable about its axis.
The rotating shaft 13 is integrally formed with a plurality of stages of blade rows 13a that project to the outer peripheral side. On the other hand, on the housing 11 side, a labyrinth seal portion 11a is formed in a plurality of stages so as to project on the inner peripheral side of the housing 11 and to be interposed between the blade rows 13a and 13a of the rotating shaft 13 which are mutually front and back.
The outer diameter of the blade row 13a of the rotating shaft 13 and the inner diameter of the structure 12 formed by the housing 11 are from one end side (left side in FIG. 1) to the other end side (right side in FIG. 1). As it goes on, the structure becomes gradually smaller. Along with this, the outer diameter of the housing 11 gradually decreases from one end side of the rotating shaft 13 to the other end side.
[0009]
Now, in the present embodiment, the cooling cells 21 of the cooling system (temperature adjustment system) 20 are integrally attached to the steam turbine 10 as described above at a plurality of locations above the housing 11.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and shows the housing 11 in a cross-sectional view at a portion where the cooling cell 21 is provided. FIG. 3 is a perspective cross-sectional view of the housing 11 at a portion where the cooling cell 21 is provided. 2 and 3, the illustration of the rotating shaft 13 in the housing 11 is omitted. Further, in FIG. 3, illustration of the heat insulating material 25 disposed so as to cover the housing 11 is omitted.
As shown in FIGS. 2 and 3, the housing 11 includes an upper housing 11U and a lower housing 11L. Each of the upper housing 11U and the lower housing 11L has a substantially semicircular cross-sectional shape, and flange portions 11f extending laterally are formed at both ends thereof. Then, with the flange portion 11f of the upper housing 11U and the flange portion 11f of the lower housing 11L facing each other, a bolt (not shown) that penetrates both of them and a nut (not shown) attached to this bolt (not shown) ), The upper housing 11U and the lower housing 11L are fastened and integrated.
[0010]
The cooling cell 21 is attached along the outer peripheral surface of the upper housing 11U. This cooling cell 21 forms a cooling flow path 22 surrounded by the cooling cell 21 by fixing the opening side of the substantially U-shaped material in cross section in the outer peripheral surface of the upper housing 11U. Openings 23 and 24 are formed at both end portions of the cell 21 and the upper surface of the central portion.
Further, a heat insulating material 25 is provided on the outer peripheral surface of the cooling cell 21 to insulate the cooling flow path 22.
The cooling cell 21 is preferably arranged at a location where the amount of deformation due to warpage of the housing 11 caused by natural convection when the operation of the steam turbine 10 is stopped is large. In the present embodiment, the cooling cells 21 are arranged at the three locations shown in FIG.
[0011]
FIG. 4 shows a specific attachment structure of the cooling cell 21 to the upper housing 11U as described above.
As shown in FIG. 4 (a), the cooling cell 21 having a substantially inverted U shape in sectional view has flanges 21c extending laterally from both end portions opened in the sectional direction. 21 is formed continuously in the longitudinal direction. The cooling cell 21 is fixed to the outer peripheral surface of the upper housing 11U by screws 26 with the flange 21c. And the flange 21c is covered with the sealing material 27, and the airtightness of the flange 21c and the outer peripheral surface of the upper housing 11U is improved.
[0012]
At this time, as shown in FIG. 4 (b), it is preferable to provide a heat insulating sheet 50 made of the same material as the packing material for high temperature, for example, between the flange 21c of the cooling cell 21 and the upper housing 11U. . Since the heat conduction from the upper housing 11U to the cooling cell 21 can be reduced by the heat insulating sheet 50, the temperature rise of the cooling cell 21 itself after the operation of the steam turbine 10 is stopped can be suppressed. The rise can be suppressed. Furthermore, the radiation heat transfer between the upper housing 11U and the cooling cell 21 can be promoted by suppressing the temperature rise of the cooling cell 21 itself. By these actions, the cooling performance by the cooling cell 21 is enhanced.
[0013]
As shown in FIG. 2, the cooling system 20 includes the cooling cell 21 as described above and a supply system 30 that supplies a cooling fluid into the cooling flow path 22 of the cooling cell 21. .
The supply system 30 includes a fluid supply device 31, a fluid supply pipe (supply pipe) 32 having one end connected to the supply device 31 side and the other end connected to the opening 23 of the cooling cell 21, and one end cooled. A fluid discharge pipe (discharge pipe) 33 connected to the opening 24 of the cell 21 and having the other end connected to the fluid recovery side. In each system of the fluid supply pipe 32 and the fluid discharge pipe 33, openable and closable valves 34 and 35 are provided so that the start and stop of fluid supply into the cooling cell 21 can be controlled.
[0014]
At this time, the valves 34 and 35 may be configured to be manually opened and closed, but the opening and closing operations of the valves 34 and 35 may be electromagnetically controlled. In this case, as shown in FIG. 2, the valves 34 and 35 are electromagnetically operated valves, and a controller 36 for controlling the opening and closing of the valves 34 and 35 is provided. Furthermore, sensors 37 and 38 for measuring temperatures at predetermined locations of the upper housing 11U and the lower housing 11L are provided.
[0015]
The controller 36 also detects ON / OFF of the operation of the steam turbine 10. In the controller 36, the operation of the steam turbine 10 is turned off (stopped), and the temperature difference between the predetermined positions of the upper housing 11U and the lower housing 11L obtained by the detection values of the sensors 37 and 38 is equal to or larger than a preset set value. Then, opening and closing of the valves 34 and 35 is controlled.
The controller 36 can be configured not only to open and close the valves 34 and 35 but also to perform finer control by adjusting the opening degree.
[0016]
In the present embodiment, factory air of a factory where the steam turbine 10 is installed is used as the fluid supply device 31. Factory air is supplied to each part of the factory via pipes as a drive source of air cylinders that operate air blowers and various facilities in the factory. It is what has been. In this case, the factory air supply device 31 is a large compressor or the like.
The fluid discharge pipe 33 may be finally released to the atmosphere, but may be recovered as it is in the factory air piping system, or as shown in FIG. It is good also as a structure which circulates.
[0017]
In such a cooling system 20, factory air that is supplied from the supply device 31 and is pressurized to atmospheric pressure or higher is fed into the cooling cell 21 from the opening 23 via the fluid supply pipe 32, and the cooling flow path 22 passes through the opening 24 and is discharged out of the cooling cell 21 through the fluid discharge pipe 33. At this time, when the fluid passes through the cooling flow path 22 in the cooling cell 21, heat exchange is performed between the outer peripheral surface of the upper housing 11U and the fluid. As a matter of course, since the steam turbine 10 immediately after the stoppage of operation is hot, the temperature of the factory air near normal temperature is lower, and the upper housing 11U is thereby cooled.
[0018]
Thereby, the temperature difference between the upper and lower sides of the housing 11 can be suppressed, and the warpage of the housing 11 can be suppressed. Therefore, the clearance between the rotating shaft 13 and the labyrinth seal portion 11a provided on the inner peripheral surface side of the housing 11 that is set in consideration of the warp of the housing 11 is made larger than when the cooling system 20 is not used. There is no need. That is, the clearance can be set smaller than the conventional one.
Thereby, the performance of the steam turbine 10 can be enhanced by significantly improving the sealing performance between the rotating shaft 13 side and the housing 11 side. For example, when the clearance is improved by adopting the cooling system 20 in the present embodiment, the efficiency can be improved by about 0.2% in a certain steam turbine 10.
[0019]
Further, the cooling system 20 is configured to use factory air as a cooling fluid. The factory air is normally provided in a factory of a certain degree or more, and it is not necessary to install a new compressor for cooling the steam turbine 10, and only the fluid supply pipe 32 and the fluid discharge pipe 33 are used. The above cooling system 20 can be constructed by installing. As a result, the above effects can be achieved with simple equipment at low cost.
In addition, since the cooling cell 21 also has a very simple structure, a good cooling effect can be obtained at low cost also in this respect.
[0020]
(Other embodiments)
In the above embodiment, the factory air discharged from the fluid discharge pipe 33 is recovered as it is in the piping system of the factory air, or is configured to circulate to the supply device 31 as shown in FIG. As mentioned above, it is also possible to release to the atmosphere.
To achieve such a configuration, as shown in FIG. 5A, a valve mechanism 81 such as a butterfly valve is provided upstream of the opening 33a at the end of the fluid discharge pipe 33, and the valve mechanism 81 is driven. A drive source 82 such as a motor is controlled by the controller 36.
In such a configuration, when the temperature difference between the predetermined positions of the upper housing 11U and the lower housing 11L obtained by the detection values of the sensors 37 and 38 becomes equal to or more than a preset set value, as in the above embodiment. The controller 36 feeds factory air from the supply device 31, opens the valve mechanism 81, and discharges the factory air that has passed through the cooling cell 21 from the opening 33 a.
Here, instead of the valve mechanism 81, as shown in FIG. 5B, a lid 82 may be provided in the opening 33 a of the fluid discharge pipe 33, and the lid 82 may be opened and closed under the control of the controller 36. .
Further, as shown in FIG. 5C, a plurality of holes 83 may be formed on the terminal outer peripheral surface of the fluid discharge pipe 33, and a lid 84 may be attached so as to close these holes 83. In such a configuration, the hole 83 is opened and closed by moving the lid 84 back and forth under the control of the controller 36.
In the configurations shown in FIGS. 5B and 5C, the temperature difference between the predetermined positions of the upper housing 11U and the lower housing 11L obtained by the detection values of the sensors 37 and 38 is equal to or larger than a preset set value. At the same time, the controller 36 supplies the factory air from the supply device 31 and opens the lids 82 and 84 to discharge the factory air that has passed through the cooling cell 21.
It should be noted that the valve mechanism 81 and the lids 82 and 84 as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C are not automatically controlled by the controller 36 and can be manually opened and closed. is there.
[0021]
In the above embodiment, the factory system air is used as the cooling fluid in the cooling system 20, but a fan 80 may be used instead, as shown in FIGS.
In the example shown in FIG. 6, air is forcibly sent from the fluid supply pipe 32 to the cooling cell 21 by the fan 80. In this case, the air that has passed through the cooling cell 21 is discharged from the fluid discharge pipe 33 to the outside. As in the above embodiment, when the temperature difference between the predetermined locations of the upper housing 11U and the lower housing 11L obtained by the detection values of the sensors 37 and 38 becomes equal to or larger than a preset value, the controller 36 The fan 80 is controlled to operate. Thus, when the fan 80 is operated, air is forcibly sent into the cooling cell 21 and the upper housing 11U is cooled.
[0022]
In the example shown in FIG. 7, the air in the cooling cell 21 is forcibly sucked from the fluid discharge pipe 33 by the fan 80. In this case, air is introduced into the cooling cell 21 from the opening 23. As in the above embodiment, when the temperature difference between the predetermined locations of the upper housing 11U and the lower housing 11L obtained by the detection values of the sensors 37 and 38 becomes equal to or larger than a preset value, the controller 36 The fan 80 is controlled to operate. Thereby, air is introduced into the cooling cell 21 from the opening 23 by sucking the air in the cooling cell 21 with the fan 80, and the upper housing 11U is cooled.
In the configuration as shown in FIGS. 6 and 7, even if it is difficult to use factory air, it is possible to obtain the same effect as in the above embodiment by providing the fan 80. Become.
[0023]
(Another example of the cooling cell 21)
Below, the other example of the cooling cell 21 is shown. In the example shown below, the same reference numerals are given to the same components as those described above, and the description thereof will be omitted.
For example, as shown in FIG. 8A, a heat insulating member 51 can be interposed between the flange 21c of the cooling cell 21 and the upper housing 11U. The heat insulating member 51 has a square shape in cross section, and both end portions thereof are closed, and the internal space 51a is drawn in a substantially vacuum. When such a heat insulating member 51 is used, the flange 21c and the heat insulating member 51 of the cooling cell 21 are fixed to the upper housing 11U by the pressing member 52 and the screw 26.
[0024]
Further, as shown in FIG. 8 (b), the flange 21c ′ of the cooling cell 21 may be formed in a substantially rectangular shape in cross-section, and the internal space 53 may be substantially vacuumed. Also in this case, the flange 21c ′ of the cooling cell 21 is fixed to the upper housing 11U by the pressing member 52 and the screw 26.
By interposing these substantially vacuum internal spaces 51a and 53, heat transfer by natural convection hardly occurs in this portion, so that the heat insulation efficiency can be increased accordingly.
[0025]
Further, as shown in FIG. 9, the cooling cell 21 may be formed in a tube shape having a substantially rectangular shape in cross section instead of a substantially inverted U shape in cross section, and this may be closely fixed to the outer peripheral surface of the upper housing 11U. . In this case, it is also effective to interpose a heat insulating member 51 as shown in FIG. 8A between the cooling cell 21 and the upper housing 11U.
[0026]
Further, as shown in FIG. 10, a pair of protrusions 41, 41 protruding from the outer peripheral side and continuing in the circumferential direction of the housing 11 are formed on the upper housing 11 U, and the plate 42 is fixed to the distal ends of these protrusions 41. In this way, the cooling cell 21 can be configured. In this case, a portion surrounded by the outer peripheral surface of the upper housing 11 U, the pair of protrusions 41 and 41, and the plate 42 is the cooling flow path 22. In this case as well, a heat insulating member 51 as shown in FIG. 8A can be interposed between the tips of the protrusions 41 and 41 and the plate 42.
[0027]
[Other embodiments]
FIG. 11 shows an example in which the cooling cell 21 has a double structure.
As shown in FIG. 11, the cooling cell 21 has a configuration in which a first cooling cell 70 and a second cooling cell 71 are stacked in the radial direction of the housing 11.
The first cooling cell 70 has a substantially inverted U shape in sectional view, similar to the cooling cell 21 shown in FIG. 4, and is fixed to the outer peripheral surface of the upper housing 11 U by screws 26 at the flange portion 70 a on the opening end side. Has been. Further, a heat insulating member 51 as shown in FIG. 8A may be interposed between the flange portion 70a of the first cooling cell 70 and the upper housing 11U.
On the other hand, the second cooling cell 71 is made of a tube material having a substantially rectangular shape in cross section, and is laminated on the outer peripheral surface side of the first cooling cell 70.
[0028]
The fluid supply pipe 32 and the fluid discharge pipe 33 shown in FIG. 2 are connected to each of the first cooling cell 70 and the second cooling cell 71, and the fluid supplied from the fluid supply device 31 is the first. It flows into the cooling cell 70 and the second cooling cell 71 and is discharged from the fluid discharge pipe 33.
In such a cooling cell 21, after the operation of the steam turbine 10 is stopped, the factory air that is supplied from the supply device 31 and is pressurized to atmospheric pressure or higher is supplied via the fluid supply pipe 32 and the first cooling cell 70. It is fed into the second cooling cell 71 and discharged out of the cooling cell 21 through the fluid discharge pipe 33. At this time, when the fluid passes through the first cooling cell 70, heat exchange is performed between the outer peripheral surface of the upper housing 11U and the fluid, and the upper housing 11U is cooled. Furthermore, since the second cooling cell 71 is in contact with the first cooling cell 70 whose temperature has been increased by heat exchange with the upper housing 11 U, the heat of the first cooling cell 70 is transmitted to the second cooling cell 71. This heat is taken away by the fluid passing through the second cooling cell 71 and discharged out of the cooling cell 21. Thereby, the temperature of the wall surface of the first cooling cell 70 on the second cooling cell 71 side can be lowered, and at the same time, radiant electric heat from the upper housing 11U toward the wall surface of the first cooling cell 70 can be promoted. The cooling performance by one cooling cell 70 is further improved.
Here, as the cooling cell 21, the configuration in which the first cooling cell 70 and the second cooling cell 71 are stacked in two stages has been shown, but it may be stacked in three or more stages.
[0029]
Moreover, also in the cooling cell 21 which employ | adopts a laminated structure in this way, the modification as shown in FIGS. 12-13 can be considered.
For example, as shown in FIG. 12A, both the first cooling cell 70 and the second cooling cell 71 can be formed in a substantially square shape in cross section, and the cooling cell 21 can be configured by stacking them. In this case, the first cooling cell 70 and the second cooling cell 71 are fixed to the upper housing 11U by the pressing member 79 and the screw 26.
Further, as shown in FIG. 12B, the first cooling cell 70 may have a substantially rectangular shape in sectional view, and the second cooling cell 71 laminated thereon may have a substantially inverted U shape in sectional view. In this case, the sealing material 27 is applied to the joint between the first cooling cell 70 and the second cooling cell 71 to keep the inside of the second cooling cell 71 airtight. Also in this case, the first cooling cell 70 and the second cooling cell 71 are fixed to the upper housing 11U by the pressing member 79 and the screw 26.
Further, as shown in FIG. 12C, a configuration may be adopted in which a second cooling cell 71 having a substantially U-shape in cross section is stacked on the first cooling cell 70 having a substantially U-shape in cross-section. In this case, it is preferable that both end portions on the opening end side of the second cooling cell 71 are in contact with the outer surface of the first cooling cell 70 and both are connected by screws 26.
[0030]
In addition, as shown in FIG. 13A, the upper housing 11U is formed with a pair of ridges 41, 41 protruding outward and continuous in the circumferential direction of the housing 11, and the tips of the ridges 41, 41 are formed. It can also be set as the structure which laminates | stacks the 2nd cooling cell 71 of partial cross section view letter-shaped. In this case, a portion surrounded by the outer peripheral surface of the upper housing 11 U, the pair of protrusions 41 and 41, and the second cooling cell 71 is the first cooling cell 70. Also in this case, it is preferable to apply the sealing material 27 to the joint between the tip of the protrusions 41 and 41 and the second cooling cell 71.
Further, as shown in FIG. 13 (b), step portions 41a, 41a are formed at the tip portions of the ridges 41, 41, the second cooling cells 71 are stacked on the ridges 41, 41, and screws 26 are used from the outside of the ridge 41. The ridge 41 and the second cooling cell 71 may be connected. Also in this case, it is preferable to apply the sealing material 27 to the joint between the protrusion 41 and the second cooling cell 71. With such a configuration, positioning of the second cooling cell 71 is facilitated, the efficiency of installation of the cooling cell 21 can be improved, and workability during maintenance and inspection is also improved.
[0031]
Moreover, in order to improve the cooling efficiency in the cooling cell 21, a structure as shown in FIGS. 14 and 15 is effective.
The example shown in FIG. 14 has a configuration in which a plate 90 having a large number of through holes 90a is attached in the cooling cell 21 so as to divide the cooling flow path 22 into two parts. Then, a cooling fluid such as factory air is introduced into the cooling cell 21 on the upper surface side of the plate 90, and the fluid is jetted downward from the through hole 90a and sprayed to the outer peripheral surface of the lower upper housing 11U. (Collision). Thus, the upper housing 11U is efficiently cooled by so-called impingement cooling (impact jet cooling), and the amount of fluid required for cooling can be reduced.
In such a configuration, it is preferable to connect the fluid supply pipe 32 to the upper surface side of the cooling cell 21 as shown in FIG. This is because the cooling fluid is supplied to the upper surface side of the plate 90 in the cooling cell 21. In this case, it is preferable that the fluid to be fed is a compressed fluid having a predetermined pressure or more, such as factory air.
[0032]
In the example shown in FIGS. 15A to 15D, a turbulent flow is generated in the cooling fluid passing through the cooling cell 21.
In FIG. 15A, a large number of dimples (turbulence promoting portions) 91 are formed on the outer peripheral surface of the upper housing 11U at a position facing the cooling flow path 22 in the cooling cell 21. Due to the dimple 91, a turbulent flow is generated in the flow of the fluid flowing in the cooling cell 21, thereby increasing the heat transfer coefficient between the fluid and the upper housing 11U. The shape of the dimple 91 may be any shape.
15B and 15C, in the cooling cell 21, turbulent flow promotion plates (turbulent flow promoting portions) 92 are provided on the outer peripheral surface of the upper housing 11U at predetermined intervals in the direction in which the cooling cells 21 are continuous. . The turbulent flow promoting plate 92 has a predetermined height e and is provided so as to extend in a direction orthogonal to the direction in which the cooling cells 21 are continuous, that is, in the width direction of the cooling cells 21. Here, it is preferable that the interval P between the two turbulent flow promoting plates 92 that are back and forth with each other in the direction in which the cooling cells 21 are continuous is set to be about P / e = 10. By disposing such a turbulent flow promoting plate 92 in the cooling cell 21, a turbulent flow is generated in the flow of the fluid flowing in the cooling cell 21 along the outer peripheral surface of the upper housing 11U, and the fluid, the upper housing 11U, The heat transfer coefficient between them is increased.
In FIG. 15D, a large number of turbulent flow promoting pins (turbulent flow promoting portions) 93 extending in the direction connecting the upper surface of the cooling cell 21 and the outer peripheral surface of the upper housing 11U are provided in the cooling cell 21. Also by such a turbulent flow promotion pin 93, a turbulent flow is generated in the flow of the fluid flowing in the cooling cell 21, and the heat transfer coefficient between the fluid and the upper housing 11U is increased.
In this way, by increasing the heat transfer efficiency between the fluid and the upper housing 11U in the cooling cell 21, more efficient cooling can be performed, and the amount of fluid required for cooling can be reduced. Become.
[0033]
In addition, for example, as the fluid supply pipe 32, a double pipe 61 can be adopted as shown in FIG. Here, there is a gap between the outer tube 61a and the inner tube 61b constituting the double tube 61, and the fluid fed from the fluid supply device 31 passes through the inner tube 61b. It has become. With such a configuration, the heat insulation effect can be enhanced by the air present in the gap between the inner tube 61b and the outer tube 61a, preventing an inadvertent temperature rise of the fluid passing through the inner tube 61b, and cooling efficiency. Can be increased.
In such a configuration, a cooling medium such as water is passed through the gap between the inner pipe 61b and the outer pipe 61a to cool the fluid flowing through the inner pipe 61b, or the gap between the inner pipe 61b and the outer pipe 61a is substantially reduced. The cooling efficiency can be further increased by increasing the heat insulating effect by drawing a vacuum.
In particular, it is preferable that such a double pipe 61 is installed only in the vicinity of the steam turbine 10 or other heat source that becomes high temperature in the fluid supply pipe 32 from the viewpoint of installation cost.
[0034]
In the above-described embodiment, various examples are given as examples of the cooling cell 21. However, the present invention is not limited to the above, and other configurations may be employed. Of course, the cross-sectional shape, installation position, number of installations, and the like of the cooling cell 21 may be set as appropriate so as to obtain a desired effect.
Moreover, in the said embodiment, although the steam turbine 10 was mentioned as an example of a turbine, the same structure is applicable also to machines provided with other turbines, such as a gas turbine and an axial flow type air compressor. Needless to say.
In addition to this, as long as the gist of the present invention is not deviated, the configurations described in the above embodiments can be selected, appropriately combined, or changed to other configurations.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the structure is such that the upper part of the housing is cooled by forcibly supplying the fluid to the cooling cell provided on the upper outer peripheral surface of the housing of the steam turbine when the steam turbine is stopped. did. Thereby, the curvature of the housing of a steam turbine can be suppressed. As a result, the clearance between the rotating shaft side and the housing side of the steam turbine can be reduced, and the performance of the turbine can be improved. In addition, by using factory air as a cooling fluid, it is not necessary to introduce new equipment, and the above effects can be obtained at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a turbine in the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a turbine cooling system.
FIG. 3 is a perspective sectional view showing a cooling cell provided in a turbine housing.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a specific structure of a cooling cell.
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of a turbine cooling system.
FIG. 6 is a diagram showing still another embodiment of a cooling system for a turbine.
FIG. 7 shows still another embodiment of a turbine cooling system.
FIG. 8 is a diagram showing another example of a cooling cell.
FIG. 9 is a diagram showing still another example of the cooling cell.
FIG. 10 is a diagram showing still another example of the cooling cell.
FIG. 11 is a view showing another example of the cooling cell according to another embodiment of the cooling cell having a laminated structure.
FIG. 12 is a view showing another example of a cooling cell having a laminated structure.
FIG. 13 is a view showing still another example of a cooling cell having a laminated structure.
FIG. 14 is a view showing a cooling cell of an impingement cooling method.
FIGS. 15A and 15B are diagrams showing a cooling cell that promotes turbulent flow, in which FIG. 15A shows an example in which dimples are provided, FIG. 15B shows an example in which turbulent flow promotion plates are provided, and FIG. (D) is the example which provided the turbulent flow promotion pin.
FIG. 16 is a view showing another example of a fluid supply pipe.
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a conventional turbine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steam turbine (turbine), 11 ... Housing, 11U ... Upper housing, 12 ... Structure, 13 ... Rotating shaft, 20 ... Cooling system (temperature adjustment system), 21 ... Cooling cell, 22 ... Cooling flow path, 30 ... Supply system 31 ... Supply device 32 ... Fluid supply pipe (supply pipe) 33 ... Fluid discharge pipe (discharge pipe) 34,35 ... Valve 36 ... Controller 80 ... Fan 90 ... Plate body 90a ... Penetration Hole 91, dimple (turbulent flow promoting part), 92 ... turbulent flow promoting plate (turbulent flow promoting part), 93 ... turbulent flow promoting pin (turbulent flow promoting part)

Claims

A housing that forms the outer shell of the turbine;
A rotating shaft provided rotatably in the housing and provided with a blade row around it;
A cooling cell that is provided on the upper part of the housing along the outer peripheral surface of the housing, and serves as a passage for a fluid that is forcibly supplied from the outside in order to cool the upper part of the housing after the operation of the turbine is stopped; With
The cooling cell has an opening formed at a lower end portion on both sides in the circumferential direction of the housing and an upper central portion of the housing,
The fluid is fed into the cooling cell from the opening formed at the lower ends on both sides in the circumferential direction of the housing, and is discharged out of the cooling cell from the opening formed at the upper center portion of the housing. Turbine characterized by being made .

The cooling cell is for suppressing warpage of the housing due to a temperature difference between the upper and lower sides of the housing caused by natural convection after the operation of the turbine is stopped. The turbine according to claim 1, wherein the turbine is disposed at a large amount.

The turbine according to claim 1, wherein the cooling cell is provided by fixing an opening side of a substantially inverted U-shaped material in a sectional view to an outer peripheral surface of the housing.

The turbine according to claim 1, wherein factory air supplied to each part in a factory in which the turbine is installed is supplied to the cooling cell as the fluid.

The turbine according to claim 1, further comprising a fan for forcibly introducing a fluid into the cooling cell.

The turbine according to claim 1, further comprising a controller that controls supply of fluid into the cooling cell.

The turbine according to claim 1, wherein a plurality of the cooling cells are provided at intervals in the axial direction of the housing.

The said cooling cell is provided with the 1st cooling cell provided along the outer peripheral surface of the said housing, and the 2nd cooling cell laminated | stacked on the outer peripheral surface side of the said 1st cooling cell. The turbine described in 1.

The cooling cell includes a plate body having a plurality of holes and dividing the inside of the cooling cell into two upper and lower layers,
2. The turbine according to claim 1, wherein a fluid forcibly fed from the outside into the cooling cell is sprayed from the hole of the plate body to the outer peripheral surface of the housing.

2. The turbine according to claim 1, further comprising a turbulence promoting portion that promotes generation of turbulence in a fluid forcedly supplied from outside in the cooling cell.

A cooling cell that is provided along the outer peripheral surface of the housing at the top of the turbine housing in which the rotating shaft is housed, and has a fluid flow path;
A supply pipe for supplying fluid to the flow path of the cooling cell;
A discharge pipe for collecting fluid discharged from the flow path of the cooling cell;
An air supply device for supplying factory air to be supplied to each part in the factory where the turbine is installed, to the supply pipe;
A controller for controlling the supply of fluid from the supply pipe to the flow path of the cooling cell based on the operation of the turbine ,
The cooling cell has an opening formed at a lower end portion on both sides in the circumferential direction of the housing and an upper central portion of the housing,
The fluid is fed into the cooling cell from the opening formed at the lower ends on both sides in the circumferential direction of the housing, and is discharged out of the cooling cell from the opening formed at the upper center portion of the housing. temperature control system of the turbine, characterized in that the.

The said controller supplies factory air in the flow path of the said cooling cell when the temperature difference of the upper part and the lower part of the said housing becomes more than predetermined setting value after the operation stop of the said turbine. Item 12. The temperature control system for a turbine according to Item 11 .