蒸气轮机设备的制作方法

专利名称：蒸气轮机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机的蒸气轮机设备。
背景技术：
当前，作为主要的发电方法，使用原子能、火力、水力这三种方法，从资源量及能量 密度的观点来看，预想今后上述三种发电方法仍会作为主要的发电方法而使用。其中，火力 发电作为安全且应对负载变动的能力高的发电方法，其利用价值高，预想今后在发电领域 仍会继续发挥重要的作用。包含蒸气轮机的燃烧煤火力发电所使用的蒸气轮机设备通常具有高压涡轮机、中 压涡轮机、低压涡轮机。在这种蒸气轮机设备中，使用600°C温度级的蒸气，高压涡轮机或中 压涡轮机的转子、外壳(机壳)等暴露于高温的部分，使用相对于600°C温度级的蒸气具有 耐热性且制造性和经济性优异的铁素体系材料。但是，近年来，为了削减CO2排放量和进一步提高热效率，正寻求采用650°C温度级 或是更高的700°C温度级的蒸气条件的技术。于是，在专利文献1中公开有一种可以在再热 蒸气条件为650°C以上的高温下进行运转的蒸气轮机设备。图14是表示专利文献1中公开的现有蒸气轮机设备的概略系统图。图14所示的 蒸气轮机发电设备Iio将中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机112和低温低压 侧的第二中压涡轮机114，并将高压涡轮机116和第二中压涡轮机114构成一体而形成一体 化装置122，在此基础上，将该一体化装置122与高温高压侧的第一中压涡轮机112、低压涡 轮机124及发电机126 —并连结在同一轴线上。在锅炉132中被过热至600°C温度级的主蒸气通过主蒸气管134被导入至高压涡 轮机116。被导入至高压涡轮机116的蒸气在膨胀作功之后被排出，并通过低温再热管138 回到锅炉132。回到该锅炉132的蒸气在锅炉132中再次被加热而成为700°C温度级的蒸 气，并通过高温再热管140输送至第一中压涡轮机112。该第一中压涡轮机112的转子由能 够耐700°C温度级的高温蒸气的材料(奥氏体系耐热钢)构成。在第一中压涡轮机112中 膨胀作功后的蒸气降低至550°C温度级而被排出，并经过中压部连接管142输送至第二中 压涡轮机114。被输送至第二中压涡轮机114的蒸气在膨胀作功之后被排出，并通过交叉管 144导入至低压涡轮机124。被导入至低压涡轮机124的蒸气在膨胀作功之后被排出，并被 输送至冷凝器128。被输送至冷凝器128的蒸气在冷凝器128中被冷凝，并利用给水泵130 升压后回到锅炉132中。发电机126根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。在如上所述的蒸气轮机设备中，将中压涡轮机分割，且仅在第一中压涡轮机112 使用能够耐650°C以上的蒸气的材料，从而，可以采用650°C以上的蒸气条件，并且，减少能 够耐650°C以上的蒸气的材料的使用量，从而抑制设备整体的制造成本。但是，在专利文献1所公开的技术中，由于高压涡轮机未使用能够耐650°C以上的 蒸气的材料，因此，在主蒸气使用650°C以上的蒸气时难以应对。并且，若考虑大容量的蒸气轮机设备，则难以实现图14所示的设备。这是因为，为了构成第一中压涡轮机112，在使用能够耐650°C以上的蒸气的例如Ni基合金时，从坯料制 造限度的观点来看，难以制造IOt以上的涡轮机转子和外壳(机壳)，从而不能制造大型涡 轮机转子和外壳。因此，如图15所示，也可以考虑将第一中压涡轮机112进一步分割为第1-2中压涡轮机113，但在这种情况下会产生如下问题，即因机壳数量的增加、伴随于此的建筑物、配 管的增加而导致设备的制造成本增大。并且，也产生如下问题，即因轴数量(被分割的涡轮 机的数量)增加而导致产生振动的可能性增高。另外，也可以考虑不使用Ni基合金而采用铁素体系材料来应对，但在这种情况 下，需要向机壳内导入大量的冷却蒸气，导致涡轮机内部效率降低。专利文献1 (日本)特许第4074208号公报

发明内容
因此，本发明是鉴于上述现有技术的问题而作出的，其目的在于提供一种蒸气轮 机设备，即便在采用650°C以上的蒸气条件的情况下，也可以抑制产生振动的可能性和设备 成本的大幅上升并实现设备的大型化。为了解决上述课题，在本发明的蒸气轮机设备中，具有高压涡轮机、中压涡轮机及 低压涡轮机，该蒸气轮机设备的特征在于，将所述高压涡轮机分离为高温高压侧的第一高 压涡轮机部和低温低压侧的第二高压涡轮机部，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第 一中压涡轮机部和低温低压侧的第二中压涡轮机部，构成将所述第一高压涡轮机部和所述 第一中压涡轮机部构成一体的第一一体化部，并且，构成至少将所述第二高压涡轮机部和 所述第二中压涡轮机部构成一体的第二一体化部，由Ni基合金形成所述第一高压涡轮机 部及所述第一中压涡轮机部的被导入650°C以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及外 壳中的至少任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成所述涡 轮机的整个转子及整个外壳中的至少任一方。这样，由Ni基合金形成被导入650°C以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少 任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成涡轮机的整个转子 及整个外壳中的至少任一方，即便在高压涡轮机、中压涡轮机都被导入650°C以上的蒸气的 蒸气条件下，也可以实现设备的大型化而不会增加机壳(車室)、轴数量(被分割的涡轮机 的数量)或叶片级数。另外，在如上所述的设备中，650°C以上的蒸气被导入至所述第一高压涡轮机及第 一中压涡轮机。因此，通过将第一高压涡轮机和第一中压涡轮机构成一体，并将被导入不到 650°C的蒸气且能够由铁素体系材料构成的第二高压涡轮机和第二中压涡轮机构成一体， 从而可以减少作为高等级材料的M基合金的使用量，并抑制设备成本的大幅上升。另外， 由于被导入650°C以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方使用Ni基合金，因 此，不需要向涡轮机内导入大量的冷却蒸气，也能提高涡轮机内部效率。另外，也可以设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比导入至 所述高压涡轮机的蒸气的压力高，在同一轴线上连结该超高压涡轮机、所述第一一体化部、 第二一体化部和低压涡轮机。由此，可以使蒸气进一步高压化。
另外，也可以将650°C以上的蒸气导入至构成所述第一一体化部的第一高压涡轮机部和第一中压涡轮机部，并且，将不到650°C的蒸气导入至构成所述第二一体化部的第二 高压涡轮机部和第二中压涡轮机部，利用与所述第一一体化部不同的轴连结所述第二一体 化部和低压涡轮机，并且，相比该第二一体化部和低压涡轮机的连结体，将所述第一一体化 部配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及中压涡轮机的蒸气过热。通过将被导入650°C以上的蒸气的第一高压涡轮机部和第一中压涡轮机部配置于 所述锅炉附近，从而可以缩短将锅炉和第一高压涡轮机部以及将锅炉和第一中压涡轮机部 连接的配管长度，并可以减少该配管使用的材料。由于在将所述锅炉和第一高压涡轮机部 以及将锅炉和第一中压涡轮机部连接的配管中流动650°C以上的蒸气，因此，需要由作为高 等级材料的Ni基合金来制作，但通过缩短所述配管并削减材料使用量，从而可以降低整个 设备的制作成本。另外，也可以设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气比被导入至所述 高压涡轮机的蒸气的压力高，在同一轴线上连结所述第一一体化部和所述超高压涡轮机。由此，可以使蒸气进一步高压化。另外，在上述任一结构的蒸气轮机设备的所述第二一体化部中，也可以进一步使 所述低压涡轮机构成一体。由此，可以减少机壳数量、轴数量，并谋求降低设备成本。并且，在具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机的蒸气轮机设备中，其特征在 于，将所述高压涡轮机分离为高温高压侧的第一高压涡轮机部和低温低压侧的第二高压涡 轮机部，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机部和低温低压侧的第二中 压涡轮机部，构成将所述第一高压涡轮机部和所述第一中压涡轮机部构成一体的第一一 体化部，并且，由Ni基合金形成所述第一高压涡轮机部及所述第一中压涡轮机部的被导入 650°C以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方，并且，通过焊接将 多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及整个外壳的至少任一方。另 夕卜，也可以将第二中压涡轮机和低压涡轮机构成一体。由于不使第二高压涡轮机和第二中压涡轮机构成一体，因此，容易应对大容量化。另外，若进一步使第二中压涡轮机和低压涡轮机构成一体，则可以减少机壳数量、 轴数量，并可以谋求降低设备成本。并且，在具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机的蒸气轮机设备中，其特征在 于，在同一轴线上连结被导入650°C以上的蒸气的涡轮机，并且，在与被导入所述650°C以 上的蒸气的涡轮机不同的另一轴线上，连结被导入不到650°C的蒸气的涡轮机，相比被导入 所述不到650°C的蒸气的涡轮机，将被导入所述650°C以上的蒸气的涡轮机配置于靠近锅 炉的位置，该锅炉使导入至所述高压涡轮机及中压涡轮机的蒸气过热，由Ni基合金形成被 导入所述650°C以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方，并且，通过焊接将多种 材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及整个外壳的至少任一方。通过将被导入650°C以上的蒸气的涡轮机配置于所述锅炉附近，从而可以缩短将 锅炉和被导入650°C以上的蒸气的涡轮机连接的配管长度，并可以减少该配管使用的材料。 由于在将所述锅炉和被导入650°C以上的蒸气的涡轮机连接的配管中流动650°C以上的蒸 气，因此需要由作为高等级材料的M基合金来制作，但通过缩短该配管并削减材料使用 量，从而可以降低整个设备的制作成本。
另外，由Ni基合金形成被导入650°C以上的蒸气的涡轮机的转子或外壳部件，并 且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及整个外壳中 的任一方，即便在650°C以上的蒸气被导入至第一中压涡轮机的蒸气条件下，也能实现设备 的大型化而不会增加机壳数量、轴数量或叶片级数。并且，在具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机的蒸气轮机设备中，其特征在 于，至少将所述高压涡轮机和中压涡轮机构成一体，在同一轴线上连结该一体化装置和低 压涡轮机，由Ni基合金形成被导入所述650°C以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少 任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及 整个外壳中的至少任一方。另外，也可以将所述高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机构成 一体。由此，可以减少机壳数量、轴数量，并可以谋求降低设备成本。另外，也可以设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比被导入 至所述高压涡轮机的蒸气的压力高，在同一轴线上连结所述第一一体化部和所述超高压涡 轮机。由此，可以使蒸气进一步高压化。根据如上所述记载的本发明，可以提供一种蒸气轮机设备，即便在采用650°C温度 级或是更高的700°C温度级的蒸气条件的情况下，也可以抑制产生振动的可能性和设备成 本的大幅上升，并可以实现设备的大型化。


图1是表示实施例1中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图2是表示实施例1的变更局部形态的蒸气轮机发电设备的结构的图；图3是表示实施例1的变更局部形态的蒸气轮机发电设备的结构的图；图4是表示实施例1的变更局部形态的蒸气轮机发电设备的结构的图；图5是表示实施例2中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图6是表示实施例2的变更局部形态的蒸气轮机发电设备的结构的图；图7是表示实施例3中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图8是表示实施例3的变更局部形态的蒸气轮机发电设备的结构的图；图9是表示实施例4中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图10是表示实施例4的变更局部形态的蒸气轮机发电设备的结构的图；图11是表示实施例5中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图12是表示实施例6中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图13是表示实施例7中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图14是表示现有例中的蒸气轮机发电设备的结构的图；图15是表示其他现有例中的蒸气轮机发电设备的结构的图。
具体实施例方式以下，参照附图例示地详细说明本发明的优选实施例。其中，记载于该实施例中的 构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并不限于特定的记载，其主旨并非将本发明的 范围限定于此，仅仅是说明例。
(实施例1)
图1是表示实施例1的蒸气轮机发电设备的结构图。参照图1，对由实施例1的蒸气轮机设备构成的发电设备进行说明。图1所示的蒸气轮机发电设备10主要由如下部件构成如后所述分离为两个的高 压涡轮机、如后所述分割为两个的中压涡轮机、低压涡轮机24、发电机26、冷凝器28、锅炉 32。所述高压涡轮机被分离为高温高压侧的第一高压涡轮机16和低温低压侧的第二高压 涡轮机18，所述中压涡轮机被分离为高温高压侧的第一中压涡轮机12和低温低压侧的第 二中压涡轮机14，将第一高压涡轮机16和第一中压涡轮机12构成一体而形成一体化装置 20，将第二高压涡轮机18和第二中压涡轮机14构成一体而形成一体化装置22。另外，构成为所述一体化装置20、一体化装置22、低压涡轮机24及发电机26在同 一轴线上连结。所述第一高压涡轮机16及第一中压涡轮机12的转子及外壳的至少任一方由Ni 基合金形成，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转 子及整个外壳的至少任一方。在锅炉32中被过热至650°C以上的主蒸气通过主蒸气管34被导入至第一高压涡 轮机16。导入到第一高压涡轮机16的蒸气膨胀作功后被排出，成为不到650°C的蒸气，并经 由高压部连结管36导入至第二高压涡轮机18，在该第二高压涡轮机膨胀作功之后被排出， 并通过低温再热管38回到锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为 6500C以上的蒸气，并通过高温再热管40输送至第一中压涡轮机12。在第一中压涡轮机12 膨胀作功后的蒸气降温至550°C温度级而被排出，并经由中压部连结管42输送至第二中压 涡轮机14。输送至第二中压涡轮机14的蒸气在膨胀作功后被排出，并通过交叉管44输送 至低压涡轮机24。导入至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功后被排出，并输送至冷凝器28。 输送至冷凝器28的蒸气在冷凝器28中被冷凝，利用给水泵30升压后回到锅炉32。发电机 26根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。根据以上所述的实施例1的方式的蒸气轮机发电设备10，通过焊接将由Ni基合金 形成的多个部件接合而构成被导入650°C以上的蒸气的涡轮机(第一高压涡轮机16、第一 中压涡轮机12)的转子及外壳的至少任一方，第一高压涡轮机16、中压涡轮机12都可以使 设备大型化而不会增加机壳数量、轴数量或叶片级数。另外，在如上所述的设备中，650°C以上的蒸气被导入至所述第一高压涡轮机16 及第一中压涡轮机12，不到650°C的蒸气被导入至第二高压涡轮机18及第二中压涡轮机 14。因此，高压涡轮机、中压涡轮机都分离为两个，将被导入650°C以上的蒸气的第一 高压涡轮机16和第一中压涡轮机12构成一体而构成一体化装置20，该第一高压涡轮机16 和第一中压涡轮机12使用通过焊接将由Ni基合金形成的多个部件接合而构成的转子及外 壳中的至少任一方，将被导入不到650°C的蒸气且与现有技术同样地能够由铁素体系材料 构成的第二高压涡轮机18和第二中压涡轮机14构成一体而构成一体化装置，从而可以减 少作为高等级材料的M基合金的使用量，并抑制设备成本的大幅上升。另外，当被导入的 蒸气温度超过560°C时，第二高压涡轮机18和第二中压涡轮机14的转子和外壳采用不同材 料(異材)(例如12Cr钢和2. 25Cr钢、12Cr钢和CrMoV钢等)的焊接结构，从而仅在需要耐高温强度的部分使用高等级材料，在不需要耐高温强度的部分可以使用廉价的材料，因此，可以使高等级材料的使用量最小化。 另外，如图2所示，将第二高压涡轮机18、第二中压涡轮机14和低压涡轮机24构 成一体而形成一体化装置21，从而，可以减少机壳数量、轴数量，可以谋求降低设备成本。另 夕卜，一体化装置21的转子和外壳采用不同材料(例如，12Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr 钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以使高等级材料的使用量最小化。
另一方面，通过构成大容量，如图3所示，也可以形成使第二高压涡轮机18和第二 中压涡轮机14不构成一体的结构。另外，相对于图3所示的例子，如图4所示，将第二中压涡轮机14和低压涡轮机24 构成一体而构成一体化装置23，从而可以减少机壳数量、轴数量，并谋求降低设备成本。另 夕卜，一体化装置23的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr 钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以使高等级材料的使用量最小化。(实施例2)图5是表示实施例2的蒸气轮机发电设备的结构的图。图5所示的蒸气轮机发电设备10与图1所示的实施例1的形态的蒸气轮机发电 设备相比，是局部变更后的形态，并构成为一体化装置22、低压涡轮机24及发电机26在同 一轴线上连结，在与其相比更靠近锅炉32的位置，构成为一体化装置20和发电机27在同 一轴线上连结而配置。一体化装置20越靠近锅炉32越优选。除此之外，都与实施例1的形态的蒸气轮机发电设备相同。根据以上所述的实施例2的形态的蒸气轮机发电设备10，除实施例1的形态的效 果之外，通过将被导入650°C以上的蒸气的第一高压涡轮机16和第一中压涡轮机12配置于 所述锅炉32附近，从而可以缩短将锅炉32和第一高压涡轮机16以及将锅炉32和第一中压 涡轮机12连接的配管长度，并可以减少该配管使用的材料。由于在将所述锅炉32和第一 高压涡轮机16以及将锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管中流动650°C以上的蒸气， 因此，需要使用作为高等级材料的M基合金来制作，但通过缩短所述配管而削减材料使用 量，从而可以降低整个设备的制作成本。另外，与图2所示的例子同样地，可以将第二高压涡轮机18、第二中压涡轮机14和 低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴数量， 并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置21的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr 钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以 使高等级材料的使用量最小化。另一方面，通过构成大容量，如图6所示，也可以形成使第二高压涡轮机18和第二 中压涡轮机14不构成一体的结构。另外，相对于图6所示的例子，与图4所示的例子同样地，可以将第二中压涡轮机 14和低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴 数量，并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置23的转子和外壳采用不同材料(例如 12Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ni钢、9Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ni钢等)焊接结构，从而同样地， 可以使高等级材料的使用量最小化。(实施例3)
图7是表示实施例3的蒸气轮机发电设备的结构的图。参照图7，说明由实施例3的蒸气轮机设备构成的发电设备。图7所示的蒸气轮机发电设备10主要由超高压涡轮机19、如后所述分离为两个的高压涡轮机、如后所述分割为两个的中压涡轮机、低压涡轮机24、发电机26、冷凝器28、锅 炉32构成。所述高压涡轮机被分离为高温高压侧的第一高压涡轮机16和低温低压侧的第 二高压涡轮机18，所述中压涡轮机被分离为高温高压侧的第一中压涡轮机12和低温低压 侧的第二中压涡轮机14，将第一高压涡轮机16和第一中压涡轮机12构成一体而形成一体 化装置20，将第二高压涡轮机18和第二中压涡轮机14构成一体而形成一体化装置22。另外，构成为超高压涡轮机19、所述一体化装置20、一体化装置22、低压涡轮机24 及发电机26在同一轴线上连结。所述超高压涡轮机19、第一高压涡轮机16及第一中压涡轮机12的转子由Ni基合 金形成，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及 整个外壳的至少任一方。在锅炉32中被过热至650°C以上的主蒸气通过主蒸气管33并被导入至超高压涡 轮机19。被导入至超高压涡轮机19的蒸气在膨胀作功后被排出，成为不到650°C的蒸气， 并通过低温再热管35回到锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为 6500C以上的蒸气，并通过高温再热管34导入至第一高压涡轮机16。被导入至第一高压涡 轮机16的蒸气在膨胀作功后被排出，成为不到650°C的蒸气，并经由高压部连结管36导入 至第二高压涡轮机18，在该第二高压涡轮机膨胀作功后被排出，并通过低温再热管38回到 锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650°C以上的蒸气，并通过 高温再热管40输送至第一中压涡轮机12。在第一中压涡轮机12膨胀作功后的蒸气降温至 550°C温度级而被排出，并经由中压部连结管42输送至第二中压涡轮机14。输送至第二中 压涡轮机14的蒸气在膨胀作功后被排出，并通过交叉管44输送至低压涡轮机24。被导入 至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功后被排出，并输送至冷凝器28。被输送至冷凝器28的 蒸气在冷凝器28中被冷凝，并利用给水泵30升压后回到锅炉32。发电机26根据各个涡轮 机的膨胀作功被旋转驱动而发电。根据以上所述的实施例3的形态的蒸气轮机发电设备10，通过焊接将由Ni基合金 形成的多个部件接合而构成被导入650°C以上的蒸气的涡轮机(超高压涡轮机19、第一高 压涡轮机16、第一中压涡轮机12)的转子及外壳中的至少任一方，从而，超高压涡轮机、第 一高压涡轮机16、中压涡轮机12都可以实现设备的大型化而不会增大机壳数量、轴数量或 叶片级数。另外，通过设置超高压涡轮机19，从而可以使用压力更高的蒸气。另外，在如上所述的设备中，650°C以上的蒸气被导入至所述超高压涡轮机19、第 一高压涡轮机16及第一中压涡轮机12，不到650°C的蒸气被导入至第二高压涡轮机18及 第二中压涡轮机14。因此，高压涡轮机、中压涡轮机都被分离为两个，将被导入650°C以上的蒸气的第 一高压涡轮机16及第一中压涡轮机12构成一体而构成一体化装置20并与超高压涡轮机 19连结，该第一高压涡轮机16及第一中压涡轮机12使用通过焊接将由Ni基合金形成的多 个部件接合而构成的转子及外壳中的至少任一方，将被导入不到650°C的蒸气且与现有技 术同样地能够由铁素体系材料构成的第二高压涡轮机18和第二中压涡轮机12构成一体而构成一体化装置22，从而可以减少作为高等级材料的M基合金的使用量，并可以抑制设备成本的大幅上升。另外，在导入的蒸气温度超过560°C的情况下，第二高压涡轮机18和第二 中压涡轮机14的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr钢和2. 25Cr、12Cr和CrMoV钢)的 焊接结构，从而同样地，可以使高等级材料的使用量最小化。另外，与图2所示的例子同样地，可以将第二高压涡轮机18、第二中压涡轮机14和 低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴数量， 并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr钢和 2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr钢和2. 25Cr和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以使高等 级材料的使用量最小化。另一方面，通过构成大容量，如图8所示，也可以使第二高压涡轮机18和第二中压 涡轮机14不构成一体。另外，相对于图8所示的例子，与图4所示的例子同样地，可以将第二中压涡轮机 14和低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴 数量，并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr 钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以 使高等级材料的使用量最小化。(实施例4)图9是表示实施例4的蒸气轮机发电设备的结构的图。图9所示的蒸气轮机发电设备10与图7所示的实施例3的形态的蒸气轮机发电设 备相比，是局部变更后的形态，构成为一体化装置22、低压涡轮机24及发电机26在同一轴 线上连结，在与其相比更靠近锅炉32的位置，构成为超高压涡轮机19、一体化装置20及发 电机27在同一轴线上连结而配置。超高压涡轮机19及一体化装置20越锅炉32越优选。除此之外，全部与实施例3的形态的蒸气轮机发电设备相同。根据以上所述的实施例4的形态的蒸气轮机发电设备10，除实施例3的形态的效 果之外，通过将被导入650°C以上的蒸气的超高压涡轮机19、第一高压涡轮机16及第一中 压涡轮机12配置于所述锅炉32附近，从而，可以缩短将锅炉32和超高压涡轮机19、将锅 炉32和第一高压涡轮机16以及将锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管长度，并可以 减少该配管使用的材料。由于在将所述锅炉32和超高压涡轮机19、将锅炉32和第一高压 涡轮机16以及将锅炉32和第一中压涡轮机12连接的配管中流动650°C以上的蒸气，因此， 需要由作为高等级材料的M基合金来制作，但通过缩短所述配管并削减材料使用量，可以 大幅度降低整个设备的制作成本。另外，与图2所示的例子同样地，可以将第二高压涡轮机18、第二中压涡轮机14和 低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴数量， 并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置的转子和外壳采用不同材料(例如，12Cr钢和 2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以使高 等级材料的使用量最小化。另一方面，通过构成大容量，如图10所示，也可以形成使第二高压涡轮机18和第 二中压涡轮机14不构成一体的结构。另外，相对于图10所示的例子，与图4所示的例子同样地，可以将第二中压涡轮机14和低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴 数量，并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr 钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以 使高等级材料的使用量最小化。(实施例5)图11是表示实施例5的蒸气轮机发电设备的结构的图。参照图11，说明由实施例5的蒸气轮机设备构成的发电设备。图11所示的蒸气轮机发电设备10主要由高压涡轮机16、中压涡轮机12、低压涡轮机24、发电机26、27、冷凝器28和锅炉32构成。另外，构成为高压涡轮机16、低压涡轮机24及发电机26在同一轴线上连结，在与其相比更靠近锅炉32的位置，中压涡轮机12和发电机27在同一轴线上连结而配置。中压 涡轮机12越靠近锅炉32越优选。另外，由Ni基合金形成中压涡轮机12的转子及外壳中的至少任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及整个外壳的至少任一方。在锅炉32中被过热至不到650°C的主蒸气通过主蒸气管34被导入至高压涡轮机 16。被导入至高压涡轮机16的蒸气在膨胀作功后被排出，并通过低温再热管38回到锅炉 32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650°C以上的蒸气，并通过高温再 热管40输送至中压涡轮机12。在中压涡轮机12膨胀作功后的蒸气被排出，并通过交叉管 44输送至低压涡轮机24。被导入至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功后被排出，被输送至 冷凝器28。被输送至冷凝器28的蒸气在冷凝器28中被冷凝，并利用给水泵30升压后回到 锅炉32。发电机26、27根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。根据以上所述的实施例5的形态的蒸气轮机发电设备10，通过焊接将由Ni基合金 形成的多个部件接合而构成被导入650°C以上的蒸气的中压涡轮机12的转子及外壳中的 至少任一方，从而可以实现设备的大型化而不会增加中压涡轮机12的机壳数量、轴数量或 叶片级数。并且，通过将被导入650°C以上的蒸气的中压涡轮机12配置于所述锅炉32附近， 从而可以缩短将锅炉32和中压涡轮机12连接的配管长度，并可以减少该配管使用的材料。 由于在将所述锅炉32和中压涡轮机12连接的配管中流动650°C以上的蒸气，因此，需要使 用作为高等级材料的M基合金来来制作，但通过缩短所述配管来削减材料使用量，从而可 以大幅度降低整个设备的制作成本。(实施例6)图12是表示实施例6的蒸气轮机发电设备的结构的图。参照图12，说明由实施例6的蒸气轮机设备构成的发电设备。图12所示的蒸气轮机发电设备10主要由高压涡轮机16、中压涡轮机12、低压涡 轮机24、发电机26、冷凝器28、锅炉32构成。另外，构成为高压涡轮机16、中压涡轮机12、低压涡轮机24及发电机26在同一轴 线上连结，而且，将高压涡轮机16和中压涡轮机构成一体而构成一体化装置25。由Ni基合金形成所述高压涡轮机16及中压涡轮机12的转子及外壳中的至少任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及整 个外壳中的至少任一方。在锅炉32中被过热至650°C以上的主蒸气通过主蒸气管34导入至高压涡轮机 16。被导入高压涡轮机16的蒸气在膨胀作功后被排出，成为不到650°C的蒸气并通过低温 再热管48回到锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650°C以上 的蒸气，并通过高温再热管40导入至中压涡轮机12。在中压涡轮机12膨胀作功后的蒸气 被排出，并通过交叉管44输送至低压涡轮机24。导入至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功 后被排出，并被输送至冷凝器28。被输送至冷凝器28的蒸气在冷凝器28中被冷凝，并利用 给水泵30升压后回到锅炉32。发电机26根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。根据以上所述的实施例6的形态的蒸气轮机发电设备10，通过焊接将由Ni基合金 形成的多个部件接合而构成被导入650°C以上的蒸气的涡轮机(高压涡轮机16、中压涡轮 机12)的转子及外壳中的至少任一方，并且，构成高压涡轮机16和中压涡轮机12的一体化 装置25，从而可以实现设备的大型化而不会增加机壳数量、轴数量或叶片级数。另外，可以将高压涡轮机16、中压涡轮机12和低压涡轮机24构成一体而构成一 体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴数量，并可以谋求降低设备成本。另外，一体化装置的转子和外壳采用不同材料(例如12Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢、9Cr钢和 2. 25Cr钢和3. 5Ν 钢等)焊接结构，从而同样地，可以使高等级材料的使用量最小化。(实施例7)图13是表示实施例7的蒸气轮机发电设备的结构的图。参照图13，说明由实施例7的蒸气轮机设备构成的发电设备。图13所示的蒸气轮机发电设备10主要由超高压涡轮机19、高压涡轮机16、中压 涡轮机12、低压涡轮机24、发电机26、冷凝器28、锅炉32构成。另外，构成为将超高压涡轮机19、高压涡轮机16、中压涡轮机12、低压涡轮机24及 发电机26在同一轴线上连结。由Ni基合金形成所述超高压涡轮机19、高压涡轮机16及中压涡轮机12的转子及 外壳中的至少任一方，并且通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡 轮机转子及整个外壳中的至少任一方。在锅炉32中被过热至650°C以上的主蒸气通过主蒸气管33被导入至超高压涡轮 机19。被导入至超高压涡轮机19的蒸气在膨胀作功后被排出，成为不到650°C的蒸气并通 过低温再热管35回到锅炉32。回到该锅炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650°C 以上的蒸气，并通过高温再热管34导入至高压涡轮机16。被导入至高压涡轮机16的蒸气 在膨胀作功后被排出，成为不到650°C的蒸气并通过低温再热管38回到锅炉32。回到该锅 炉32的蒸气在锅炉32中再次被加热而成为650°C以上的蒸气，并通过高温再热管40输送 至中压涡轮机12。在中压涡轮机12膨胀作功后的蒸气被排出，并通过交叉管44输送至低 压涡轮机24。被导入至低压涡轮机24的蒸气在膨胀作功后被排出，并被输送至冷凝器28。 被输送至冷凝器28的蒸气在冷凝器28中被冷凝，并利用给水泵30升压后回到锅炉32。发 电机26根据各个涡轮机的膨胀作功被旋转驱动而发电。根据以上所述的实施例7的形态的蒸气轮机发电设备10，通过焊接将由Ni基合金 形成的多个部件接合而构成被导入650°C以上的蒸气的涡轮机(超高压涡轮机19、高压涡轮机16、中压涡轮机12)的转子及外壳中的至少任一方，由此，超高压涡轮机19、高压涡轮 机16、中压涡轮机12都可以实现设备的大型化而不会增加机壳数量、轴数量或叶片级数。 另外，通过设置超高压涡轮机19，从而可以使用压力更高的蒸气。另一方面，也可以将高压涡轮机16、中压涡轮机12和低压涡轮机24构成一体而构成一体化装置(未图示)。由此，可以减少机壳数量、轴数量，并可以谋求降低设备成本。 另外，一体化装置的转子和外壳采用不同材料(例如Ni基合金和12Cr钢和2. 25Cr钢和 3. 5Ni钢、Ni基合金和9Cr钢和2. 25Cr钢和3. 5Ni钢、Ni基合金和2. 25Cr钢和3. 5Ni钢 等)焊接结构，从而同样地，可以使高等级材料的使用量最小化。工业实用性本发明可以作为如下的蒸气轮机设备而使用，即便在采用650°C温度级或是更高的700°C温度级的蒸气条件的情况下，也可以抑制产生振动的可能性和设备成本的大幅上 升，并可以实现涡轮机设备的大型化。
权利要求
一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备的特征在于，将所述高压涡轮机分离为高温高压侧的第一高压涡轮机部和低温低压侧的第二高压涡轮机部，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机部和低温低压侧的第二中压涡轮机部，构成将所述第一高压涡轮机部和所述第一中压涡轮机部构成一体的第一一体化部，并且，构成至少将所述第二高压涡轮机部和所述第二中压涡轮机部构成一体的第二一体化部，由Ni基合金形成所述第一高压涡轮机部及所述第一中压涡轮机部的被导入650℃以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成所述涡轮机的整个转子及整个外壳中的至少任一方。
2.如权利要求1所述的蒸气轮机设备，其特征在于，将所述第一一体化部、第二一体化部和低压涡轮机在同一轴线上连结。
3.如权利要求1所述的蒸气轮机设备，其特征在于，设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比被导入至所述高压涡轮机 的蒸气的压力高，将该超高压涡轮机、所述第一一体化部、第二一体化部和低压涡轮机在同一轴线上连结。
4.如权利要求1所述的蒸气轮机设备，其特征在于，将650°C以上的蒸气导入构成所述第一一体化部的第一高压涡轮机部和第一中压涡轮 机部，并且，将不到650°C的蒸气导入构成所述第二一体化部的第二高压涡轮机部和第二中压涡轮 机部，利用与所述第一一体化部不同的轴将所述第二一体化部和低压涡轮机连结，并且， 相比该第二一体化部和低压涡轮机的连结体，将所述第一一体化部配置于靠近锅炉的 位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及中压涡轮机的蒸气过热。
5.如权利要求4所述的蒸气轮机设备，其特征在于，设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比被导入至所述高压涡轮机 的蒸气的压力高，将所述第一一体化部和所述超高压涡轮机在同一轴线上连结。
6.如权利要求1 5中任一项所述的蒸气轮机设备，其特征在于， 在所述第二一体化部，进一步将所述低压涡轮机构成一体。
7.一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备的 特征在于，将所述高压涡轮机分离为高温高压侧的第一高压涡轮机部和低温低压侧的第二高压 涡轮机部，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机部和低温低压侧的第二中压涡轮机部，构成将所述第一高压涡轮机部和所述第一中压涡轮机部构成一体的第一一体化部，并且，由Ni基合金形成所述第一高压涡轮机部及所述第一中压涡轮机部的被导入650°C以上的蒸气的蒸气导入侧的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个所述涡轮机转子及整个外壳中的至少任一方。
8.如权利要求7所述的蒸气轮机设备，其特征在于，将所述第一一体化部、所述第二高压涡轮机、所述第二中压涡轮机和低压涡轮机在同 一轴线上连结。
9.如权利要求7所述的蒸气轮机设备，其特征在于，将所述第二高压涡轮机、所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机连结而构成连结体， 该连结体由与所述第一一体化部不同的轴连结，并且，相比该连结体，将所述第一一体化部配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述 高压涡轮机及所述中压涡轮机的蒸气过热。
10.如权利要求7所述的蒸气轮机设备，其特征在于，设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比被导入至所述高压涡轮机 的蒸气的压力高，将该超高压涡轮机、所述第一一体化部、所述第二中压涡轮机和所述低压涡轮机在同 一轴线上连结。
11.如权利要求9所述的蒸气轮机设备，其特征在于，设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比被导入至所述高压涡轮机 的蒸气的压力高，将所述第一一体化部和所述超高压涡轮机在同一轴线上连结。
12.如权利要求7 11中任一项所述的蒸气轮机设备，其特征在于， 将所述第二中压涡轮机部和所述低压涡轮机构成一体。
13.一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备 的特征在于，将被导入650°C以上的蒸气的涡轮机在同一轴线上连结，并且， 将被导入不到650°C的蒸气的涡轮机，在与被导入所述650°C以上的蒸气的涡轮机不 同的另一轴线上连结，相比被导入所述不到650°C的蒸气的涡轮机，将被导入所述650°C以上的蒸气的涡轮 机配置于靠近锅炉的位置，该锅炉使被导入至所述高压涡轮机及中压涡轮机的蒸气过热，由Ni基合金形成被导入所述650°C以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少任一 方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成所述涡轮机的整个转子 及整个外壳中的至少任一方。
14.一种蒸气轮机设备，具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，该蒸气轮机设备 的特征在于，至少将所述高压涡轮机和中压涡轮机构成一体， 将该一体化装置和低压涡轮机在同一轴线上连结，由Ni基合金形成被导入所述650°C以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少任一 方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成所述涡轮机的整个转子 及整个外壳中的至少任一方。
15.如权利要求14所述的蒸气轮机设备，其特征在于，设置被导入高压蒸气的超高压涡轮机，该高压蒸气的压力比被导入至所述高压涡轮机 的蒸气的压力高，在同一轴线上将所述超高压涡轮机，与将所述高压涡轮机和中压涡轮机 构成一体的一体化装置及所述低压涡轮机连结，并且，由Ni基合金形成所述超高压涡轮机及所述高压涡轮机的转子及外壳中的至少任一 方，并且，通过焊接将多种材料的转子部件或外壳部件接合而构成整个涡轮机转子及整个 外壳中的至少任一方。
16.如权利要求14或15所述的蒸气轮机设备，其特征在于，在所述一体化装置中，进一步将所述低压涡轮机构成一体。
全文摘要
本发明提供一种蒸气轮机设备，即便在采用650℃以上的蒸气条件的情况下，也能抑制产生振动的可能性和设备成本的大幅上升，并可实现涡轮机设备的大型化。该蒸气轮机设备具有高压涡轮机、中压涡轮机及低压涡轮机，将所述高压涡轮机分离为高温高压侧的第一高压涡轮机部和低温低压侧的第二高压涡轮机部，将所述中压涡轮机分离为高温高压侧的第一中压涡轮机部和低温低压侧的第二中压涡轮机部，构成将所述第一高压涡轮机部和所述第一中压涡轮机部构成一体的第一一体化部，并且，构成将所述第二高压涡轮机部和所述第二中压涡轮机部构成一体的第二一体化部，并且，通过焊接将由Ni基合金形成的多个部件接合而构成被导入650℃以上的蒸气的涡轮机的转子及外壳中的至少任一方。
文档编号F01D25/00GK101802349SQ200980100134
公开日2010年8月11日 申请日期2009年7月30日 优先权日2008年8月11日
发明者山本隆一, 田中良典, 藤川立诚, 西本慎 申请人:三菱重工业株式会社