JPS6018804B2

JPS6018804B2 - ボルトク−リング制御装置

Info

Publication number: JPS6018804B2
Application number: JP2771778A
Authority: JP
Inventors: 初柴岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1985-05-13
Also published as: JPS54121305A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、蒸気タービン高圧ケーシング水平鞍手ボルト
のボルトグーリング制御装置に関する。

近年、蒸気タービンにおいては大容量高出力化が進んで
おり、そのために蒸気温度および圧力も高くなって、蒸
気通路を包むケーシングには、過酷な条件が与えられて
いる。高温高圧蒸気の導入口である高圧ケーシングにお
いては、特にこの事が云える。従来の蒸気タービン高圧
ケーシング部の構成を第１図〜第５図に基づいて説明す
る。

第１図は高圧ケーシング部の蒸気流路を示すもので、ボ
ィラから送られた高温高圧蒸気は、藩中圧外ケーシング
１の上部に取付けられた主蒸気入口２から導入され、高
圧段落に負荷を与えロータを回転させて高圧排気室３へ
流れる。

高圧排気室３へ流れた蒸気は、高中圧外ケーシング１に
直接接触してからボィラに帰り、その蒸気がさらに高温
になって再熱蒸気入口４に入り、中圧段落へ負荷を与え
てロータを回し中圧排気室５へ流れる。ここで、高中庄
内ケーシング７は、直接蒸気に接するほか、筒中圧外ケ
ーシング１に包容されているため、その温度は極めて高
い。高中圧外ケーシング１と、高中圧内ケーシング７と
は、いずれも上半と下半とに２分割されており、水平フ
ランジ６において、大口蓬ボルトにより締結されている
。

第２図は、水平フランジ６部分の平面図を示すものであ
る。

高中圧外ケーシング１は、高温高圧蒸気、すなわち、高
圧排気圧力Ｐ，、高圧排気温度Ｔ．、再熱蒸気圧力Ｐ２
、再熱蒸気温度Ｌ、中圧排気圧力Ｐ３、中圧排気温度Ｔ
３を界として高中圧内ケーシング７を含んでおり、高中
庄内ケーシング７は、高圧排気室３、再熱蒸気室４およ
び中圧排気室５に包まれているほか、内部には高圧段落
、中段蕗の蒸気に接しているため、高中庄内ケーシング
１よりもさらに高温になっている。

そして、これらケーシングは、水平フランジ部において
、水平フランジの上下をナットにより両側から縦付ける
いわゆるスルーボルト８と、上側のみにナットを有し、
下半は直接水平フランジ部に雌ねじを設けてこれに綿付
ける、いわゆるスタツドボルト９とによって締結されて
いる。これらのボルト８，９は、ケーシソグ廻りの温度
が高いため、ボルト自体も高温となり、高圧なるケーシ
ングを締結していく過程で、クリープにより初期糠付力
は低下していく。

そして、高圧蒸気漏れが発生し、大事故を招くおそれが
ある。このため、従釆ではボルトクーリングと称してタ
ービン段落の途中から低温蒸気を流してボルト温度を低
下させ、続付応力を低下させないようにしている。第２
図において１０は、ボルトクーリング配管であり、この
ボルトクーリング配管１川ま、高圧排気室３と中圧排気
室５とを連結してボルトク−リング蒸気通路を構成して
おり、またこれとは別に、水平フランジ６に、高圧排気
室３と再熱蒸気入口４とを連結するボルトクーリング蒸
気通路が形成されている。

以上の構成において高圧排気圧力Ｐ，は、再熱蒸気圧力
Ｐ２や中圧排気圧力Ｐ３よりも高く、ボルトクーリング
配管１０の口径によって自然流れが発生する。

高圧排気室温度Ｔ，は、再熱蒸気温度Ｔ２より低く再熱
蒸気温度Ｔ２附近の接手ボルトを冷却する。

高中庄内ケーシング７においても同様に、高圧低温段落
の蒸気を流して高温ボルトの温度低下を図っている。第
３図は、クーリングが行なわれているスタッドボルト９
部分の断面図であり、上半水平フランジー３と、下半水
平フランジー４とは、水平嬢手面１５で突合わされ、水
平フランジ１４には、雌ねじが設けられている。

そして、両フランジ１３，１４は、スタツドボルト９に
よって締結されている。スタッドボルト９には、ボルト
中心孔１２が設けられ、また上半水平フランジ１３位置
のスタッドボルト９は紬蓬に形成され、ボルト孔間隙１
６が形成されるように構成されている。

そして、このボルト孔間隙１６には、上半水平フランジ
１３に設けられたボルトクーリング配管１０が閉口され
ている。ボルトクーリング配管１０を通った低温クーリ
ング蒸気は、ボルト孔間隙１６へ流れ込み、ボルト９の
廻りを流れて高温であるボルトを冷却する。

そして、配管１０を通って次のボルト孔間隙１６に流れ
ていく。以上の構成において、ボルトは冷却されてクリ
ープ強度は向上するが、ボルト縦付初期においては、低
温に冷却されたボルトと、高温の水平フランジとの互の
熱膨張差によって、ボルトは多大な引張力を受けて危険
である。

その過程を第４図に基づいて説明する。上半水平フラン
ジ１３は、極めて高温であり、上半水平フランジ１３の
高さを〆とすれば、その単体での伸び量６２は、６２：
Ｑ・Ｔ２・そ但し、Ｑ：線膨張率Ｌ：再熱蒸気温度となる。

これに対して、スタツドボルト９の伸び量６．は、低温
であるため、６，＝Ｑ・Ｔ３・そ但し、Ｌ：クーリング温度そ：フランジ高さＱ：線膨張率となる。

ここで、フランジ伸び量６２は、ボルト伸び量６，より
も大きく、両者を締結した時の温度の影響による熱変形
は入となる。

したがって、ボルトが引張応力を受ける影響は、＾一６
，となり、上半水平フランジ１３が圧縮応力を受ける影響
は・６２一＾となる。

ボルトの熱による引張応力が増大すれば、初期締付応力
に加わって過大となり、ひいてはボルトの破断やねじ山
の破損を発生するに到る。

第５図は、時間ｔに対するボルト応力Ｓの関係を一般的
に示したもので、ボルト単純引張による残留応力曲線１
７は、時間ｔとともに低下し、ある一定時間の後には一
定応力となる。

初期においては、残留応力６２以上にマスター破断曲線
１８をおいているが、これに熱ＷＳ力６，が負荷されマ
スター破断曲線１８以上となってボルトが破断する危険
がある。ボルトとケーシングの水平フランジとの温度が
判っていれば熱応力の推測ができ、ボルト彼断に対する
考慮が可能となる。本発明は前記従来の難′点を解決し
、安定した締付を行なうことができるボルトクーリング
制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、今まで判らなかったボルトとケーシングの水
平フランジとの温度を測定し、温度差が大きくなるとボ
ルトを加熱してボルト引狼応力を軽減させ、ボルトが加
熱しすぎて締付応力が低下しすぎないように自動調節し
、ボルト引張応力を制御するように構成したものである
。

以下本発明を第６図〜第８図に示す一実施例に基づいて
説明する。

第６図は、第２図における水平薮手部に改良を加えた一
実施例を示すもので、スタッドポルト９のボルト孔間隙
１６位置の側面にはサーモカツプル２０が設けられ、ま
た上半水平フランジ１３のボルト孔間隙１６位置には、
サーモカツプル２０に対向するサーモカップル２１が設
けられている。

そして、両サーモカツプル２０，２１の温度は、外部に
設けられた温度計２２で測定されるように構成されてい
る。この温度計２２は温度判定器２３に接続され、温度
判定器２３に内蔵されたバイメタル等で、両者の温度が
判定される。温度判定器２３は、スタツドボルト９に設
けられた縦穴２４内に挿鼓されたヒータ線２５、または
ボルトクーリング配管１０に設けられた流量制御弁２６
を作動する作動モータ２７にそれぞれ電気的に接続され
ている。以上の構成において、サーモカツプル２１によ
り感知されたケーシング温度が、サーモカツプル２川こ
より感知されたボルト温度より高くなりすぎた場合には
、温度判定器２３によってヒータ線２５に通電され、ス
タッドボルト９の温度は上昇する。

これによりフランジとの伸び差が少なくなり、ボルトの
引張応力は軽減される。逆に、サーモカツブル２０によ
り感知されたボルト温度が、サーモカツプル２１により
感知されたフラソジ温度より高くなりすぎた場合には、
ボルトが多く伸びることにより瀦付力が減少し蒸気漏れ
が発生するおそれがある。

この場合は、温度判定器２３によって作動モータ２７が
作動し、クーリング蒸気の流量制御弁２６が作動するこ
とによって蒸気量が増大する。

これにより、ボルトクーリングが行なわれる。このサイ
クルを繰り返すことにより、適正なボルト締付力が維持
される。第７図は、ボルト応力サイクルと温度との関係
を示すグラフであり、機軸のｔは時間、縦軸のＳはボル
ト引張応力、Ｂｔはボルトとフランジとの温度差をそれ
ぞれ示すものである。

図において２８はボルトとフランジとの温度差のサイク
ル曲線である。

いま、ボルトが高温となりすぎる点Ａでは、ボルトはフ
ランジの伸びよりも大きくなりボルト引張応力は減少し
、ボルト応力サイクル曲線２９において点ａとなる。

また、ボルト温度が低くなりすぎる点Ｂでは、フランジ
の伸びがボルト伸びより大きくなり、ボルト引張応力は
増大し点ｂとなる。このサイクルを繰り返すとＣ，ｃと
なる。ここで、ボルト温度上限２９は、ボルト必要締付
応力３３により決定され、これ以上温度が上昇するとボ
ルトは緩み、ケーシング内部の蒸気が流出するのでボル
トの温度の上限を設定する。一方、ボルト温度下限３０
は、ボルト応力限界３２により決定され、これ以下の温
度ではボルト応力が高くなりボルト破断に到るのでボル
ト温度の下限を設定する。ボルト応力サイクル曲線２９
、すなわちボルトとフランジとの温度差のサイクル曲線
２８の振中をより小さく制御することにより、熱ＷＳ、
力成分を一定に保つことがでる。

第８図は、第５図に対応し本発明の効果を示すグラフで
あり、図においてｔは時間、Ｓはボルト応力をそれぞれ
示す。

第８図において、熱庇、刀振中３２を小さく抑えること
により、残留応力曲線１７に熱応力を加えた熱庇、力負
荷曲線１９は、第５図に比較して初期縦付時から短時間
内では応力が大きく低下し、ボルト応力Ｓの安全管理が
できる。

以上説明したように本実施例によれば、ボルト温度を測
定することによりボルト応力が的確に判り、その温度制
御を行なうことによりボルト被断等の事故を防止でき、
ボルトの安全管理として極めて有用である。

以上本発明を好適な実施例に基づいて説明したが、本発
明によれば、ボルト引張応力を的確に制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービン高圧ケーシング内の蒸気流れの説
明図、第２図はその高圧ケーシングの水平フランジ部分
の拡大図、第３図は従来例を示す断面図、第４図は従来
のクーリングボルトの熱応力説明図、第５図は残留応力
に熱応力が加わった時のボルト応力グラフ、第６図は本
発明の一実施例を示す断面図、第７図はボルト応力サイ
クルと温度との関係を示すグラフ、第８図は第５図に対
応するボルト応力グラフである。１・・・・・・高中圧外ケーシング、７・・・・・・高
中庄内ケーシング、９……スタツトボルト、１０“””
ポルトクーリング配管、１３・・・…上半水平フランジ
、１４・・・・・・下半水平フランジ、２０，２１・・
・・・・サーモカツプル、２２・・・・・・温度計、２
３・・・・・・温度判定器、２５・・・・・・ヒータ線
、２６・…・・流量制御弁、２７……作動モータ。黍′図多２図第３図第４図努づ図第５図第７図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

１分割された蒸気タービン高圧ケーシングを相互に剛
接する締付ボルトにヒータを設け、前記ケーシングに、
流量調節機構を有するボルトクーリング蒸気通路を形成
し、かつボルトおよびケーシング相互の温度を検出する
検出機構を設けてなり、検出機構は、前記相互の温度差
が少なくなるように、ヒータまたは流量調節機構を作動
させてなることを特徴とするボルトクーリング制御装置
。