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Dokumentenidentifikation DE10016068A1 12.10.2000
Titel Dampfturbine
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Matsuda, Ninoru, Yokohama, Hodogaya, JP;
Kikuchi, Masataka, Chigasaki, Kanagawa, JP;
Okita, Nobuo, Ushiku, Ibaraki, JP;
Kitaguchi, Kouichi, Yokohama, Kanagawa, JP
Vertreter Barske, H., Dipl.-Phys.Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 81245 München
DE-Anmeldedatum 31.03.2000
DE-Aktenzeichen 10016068
Offenlegungstag 12.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2000
IPC-Hauptklasse F01D 5/12
IPC-Nebenklasse F01D 25/30   F01D 9/00   
Zusammenfassung Eine Dampfturbine enthält, in Kombination, wenigstens zwei von einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15), und die Dampfturbine erfüllt insgesamt solche Auslegungsanforderungen wie: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist. Bei einer solchen Dampfturbine hat eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur, die sich nach beiden Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses (15), zu dessen Oberseite hin oder in seiner axialen Richtung erstreckt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, bei der wenigstens zwei Turbinenabschnitte, die aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt gewählt sind, in Kombination in einem einzigen Turbinengehäuse aufgenommen sind.

Hintergrund der Erfindung

Es wurde versucht, eine Dampfturbine mit einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr, einer Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr und einer rechnerischen oder Nennausgangsleistung 100 MW oder mehr auszuführen, die mit einer Drehzahl von 3000 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr hat, oder die mit einer Drehzahl von 3600 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr hat. Bei einer solchen Dampfturbine wird ein Satz aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, aus einem Mitteldruckturbinenabschnitt (Zwischendruckturbinenabschnitt) und einem Niederdruckturbinenabschnitt oder ein Satz aus einem Hochdruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt auf einem einzigen Turbinenrotor (Turbinenwelle) vorgesehen, der von zwei Achslagern getragen wird, die auf einem Sockel angeordnet sind, wobei jeder der Turbinenabschnitt integral in einem einzigen Turbinengehäuse aufgenommen ist. Eine solche Dampfturbine wurde bisher noch nicht in die Praxis umgesetzt und bleibt auf dem Zeichenbrett; dies wegen technischer Schwierigkeiten, insbesondere wegen der Schwierigkeit, Wellenschwingungen zu verhindern, die durch ungenügende Steifigkeit der Welle in Verbindung mit der vergrößerten Lagerstützweite hervorgerufen werden.

Eine Dampfturbine, die den vorgenannten Auslegungserfordernissen genügt, kann einen Aufbau, wie beispielsweise in Fig. 17 dargestellt, haben.

Bei dieser Dampfturbine hat ein Turbinengehäuse 1 eine Doppelgehäusestruktur, die aus einem äußeren Gehäuse 1a und einem inneren Gehäuse 1b besteht, und in dem inneren Gehäuse 1b der Doppelgehäusestruktur ist beispielsweise ein Hoch-Mitteldruckintegrierter Turbinenrotor 4 mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 2 und einem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 aufgenommen. Ein Niederdruckturbinengehäuse 5 hat ebenfalls eine Doppelgehäusestruktur, die aus einem äußeren Gehäuse 5a und einem inneren Gehäuse 5b besteht und in dem inneren Gehäuse 5b der Doppelgehäusestruktur ist ein Niederdruckturbinenrotor 7 mit Niederdruckturbinenabschnitten 6a, 6b aufgenommen, in denen Dampf in entgegengesetzten Richtungen strömt. Der Niederdruckturbinenrotor 7 und der Hoch-Mitteldruck-integrierte Turbinenrotor 4 sind miteinander über eine Kupplung 8 verbunden.

In einer anderen Dampfturbine, wie sie beispielsweise in Fig. 18 dargestellt ist, ist ein Hoch-Mitteldruckintegrierter Turbinenrotor 4 in dem inneren Gehäuse 5b der Doppelgehäusestruktur aufgenommen, wie vorstehend beschrieben, während ein Niederdruckturbinenrotor 7 mit einem Niederdruckturbinenabschnitt 6, in dem Dampf in einer einzigen Strömung strömt, in einem inneren Gehäuse 5b eines Niederdruckturbinengehäuses 5 aufgenommen ist.

Die in den Fig. 17 und 18 dargestellten Niederdruckturbinengehäuse 5 sind beide mit einem konischen Ausnehmungsbereich 11 an der Stelle ausgebildet, an der der Niederdruckturbinenrotor 7 in eine Turbinenauslaßhaube 10 (Kammer oder Sektion) eingesetzt ist, die durch eine Trennwand 9 gebildet ist, um einen Einbaubereich für ein Achslager 12 sicherzustellen, und die Turbinenauslaßhaube 10 ist an ihrer stromabwärtigen Seite mit einem Kondensator (nicht dargestellt) verbunden.

Weiter werden in den Fig. 17 und 18 dargestellten Dampfturbinen der Hoch-Mitteldruck-integrierte Turbinenrotor 4 und der Niederdruckturbinenrotor 7 von drei oder vier Achslagern 12 getragen.

Andererseits wird selbst im Fall einer Dampfturbine, die beispielsweise die Turbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart verwendet, die die oben genannten Auslegungserfordernisse nicht erfüllt, beispielsweise wie in Fig. 19 dargestellt, ein Hoch-Mittel- Niederdruck-integrierter Turbinenrotor 4a mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 2, einem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 und einem Niederdruckturbinenabschnitt 6 von Achslagern 12 getragen, die auf Sockeln 13a, 13b angeordnet sind. Die durch eine Trennwand 9 gebildete Turbinenauslaßhaube ist mit einem konischen Ausnehmungsbereich 11 ausgebildet und auf ihrer stromabwärtigen Seite mit einem nicht dargestellten Kondensator verbunden. Da die Lagerspann- bzw. Stützweite S der Achslager 12, die den Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotor 4a trägt, relativ kurz ist, ist es diesem Fall möglich, das Problem von im Betrieb auftretenden Schwingungen in zufriedenstellender Weise zu behandeln.

Im allgemeinen nimmt in einer Dampfturbine mit Erhöhung der Ausgangsleistung wegen der Zunahme des Druckes und der Temperatur des zugeführten Dampfes die Anzahl der Turbinenstufen, die aus einer Kombination von Turbinendüsen und beweglichen bzw. Laufturbinenschaufeln bestehen, zu, um dadurch der vergrößerten Leistung zu begegnen, so daß die Lagerstützweite S des Turbinenrotors die Tendenz hat, lang zu werden. Bei einer Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbine 4a mit beispielsweise dem Hochdruckturbinenabschnitt 2, dem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 und dem Niederdruckturbinenabschnitt 6 auf einer einzigen Welle wird die Lagerstützweite S lang. Entsprechend wird, wenn ein Wellendurchmesser der Hoch-Mittel-Niederdruckintegrierten Turbine 4a als D0 definiert ist, wenn das Verhältnis des Wellendurchmessers zur Lagerstützweite S (S/D0) größer wird, die Steifigkeit der Welle geringer und entsprechend der Absenkung der charakteristischen bzw. Eigenfrequenz der Welle, wird die kritische Drehzahl niedriger, wodurch es schwierig wird, die Dampfturbine zufriedenstellend zu betreiben.

Um eine Dampfturbine zu realisieren, die einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr hat, eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr und eine Nennausgangsleistung von 100 MW, die mit einer Drehzahl von 3000 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufturbinenschaufel mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder mit einer Drehzahl von 3600 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, und die einen einzigen Turbinenrotor verwendet, der von zwei auf Sockeln angeordneten Achslagern getragen wird, wird insbesondere, wenn die herkömmliche Technik direkt angewandt wird, die Lagerstützweite S lang, wodurch die kritische Drehzahl abgesenkt wird, und insbesondere, wenn die sekundäre kritische Drehzahl sich an die Nenndrehzahl annähert, werden die Schwingungen der Welle vergrößert, was den Betrieb verhindern kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme und Schwierigkeiten des Standes der Technik gemacht und eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Dampfturbine zu schaffen, mit der je Turbinenstufe eine größere Menge an Arbeit erzeugt werden kann und die einen stabilen Betrieb durch Verkürzen der Lagerstützweite ermöglicht.

Diese und andere Aufgaben können erfindungsgemäß gelöst werden, indem in einem Aspekt eine Dampfturbine geschaffen wird, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitts und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehenden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr aufweist, wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts eine sich zu beiden Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses erstreckende Struktur hat.

Bezüglich eines anderen Aspektes wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr hat, wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts eine sich zur Oberseite des Turbinengehäuses hin erstreckende Struktur hat.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine ausgerüstet ist, die eine effektive Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr hat, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts eine sich in axialer Richtung davon erstreckende Struktur hat.

Bei diesem Aspekt ist die Turbinenauslaßkammer mit einem sich erweiternden Pfad versehen, die durch eine äußere Umfangswand und eine innere Umfangswand von ihr gebildet ist, und ist die innere Umfangswand mit einem konischen Ausnehmungsbereich zum Einbauen eines Achslagers ausgebaut.

Bezüglich eines weiteren Aspekts ist eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei, wenn eine Verengungsfläche einer Turbinendüse durch AN gegeben ist und ein Verengungsbereich einer Turbinenlaufschaufel in dem Hochdruckturbinenabschnitt mit AB gegeben ist, ein Verhältnis der beiden Verengungsflächen (AB/AN) innerhalb eines Bereiches von 1,6 ≤ AB/AN ≤ 1,8 festgelegt ist.

Hinsichtlich eines nochmals weiteren Aspekts ist eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält, und die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Hochdruckturbinenabschnitts längs einer Strömungsrichtung eines Dampfes allmählich zunimmt und, wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel durch Rr gegeben ist, und ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Hochdruckturbine durch Rrn gegeben ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≤ 1.05 festgelegt ist.

Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält, und die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Ausgangsnennleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Mitteldruckturbinenabschnitts allmählich längs einer Strömungsrichtung eines Dampfes zunimmt, und wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel durch Rr gegeben ist, und der Innenradius der Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Mitteldruckturbine durch Rrn gegeben ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≤ 1.1 festgelegt ist.

Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält, und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Ausgangsnennleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei die Anzahl der Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts auf 7 bis 10 festgelegt ist, die Anzahl der Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts auf 4 bis 7 festgelegt ist und die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts auf 5 bis 7 festgelegt ist.

Bezüglich eines weiteren Aspekts wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr versehen ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr versehen ist, wobei ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei einem mittleren Radius einer Turbinendüse des Hochdruckturbinenabschnitts innerhalb eines Bereiches von SN/tN = 0,15 bis 0,21 festgelegt ist,

während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenabschnitts innerhalb eines Bereiches von SB/tB = 0,27 bis 0,33 festgelegt ist.

Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält, und die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit wenigstens einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Strömungsrichtung eines durch die Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts strömenden Dampfes und die Strömungsrichtung des durch die Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts strömenden Dampfes zueinander entgegengesetzt sind, und, wenn ein Durchmesser eines Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils, der den Hochdruckturbinenabschnitt und den Mitteldruckturbinenabschnitt bildet, durch &empty;D1 gegeben ist, und ein Durchmesser eines Hochdruckturbinen-Zweitstufen-Durchführungsteils durch &empty;D1 gegeben ist, der Durchmesser &empty;D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils innerhalb eines Bereiches von &empty;D1 (0,95 bis 0,98) × &empty;D2 festgelegt ist.

Bezüglich eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfturbine geschaffen, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt, einem Mitteldruckturbinenabschnitt und einem Niederdruckturbinenabschnitt in einem einzigen Turbinengehäuse enthält, und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,

wobei, wenn ein Innendurchmesser eines Dampfpfades in einem zweistufigen Hochdruckteil des Hochdruckturbinenabschnitts durch &empty;DHP gegeben ist, und ein Innendurchmesser eines Dampfpfades in einem erststufigen Mitteldruckteil des Mitteldruckturbinenabschnitts durch &empty;DIP gegeben ist, das Verhältnis der beiden Innendurchmesser (&empty;DIP/&empty;DHP) innerhalb eines Bereiches von 1,2 ≤ &empty;DIP/&empty;DHP ≤ 1,5 festgelegt ist.

Wie vorstehend beschrieben, ist es mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine, die die vorstehend genannten verschiedenen Auslegungserfordernisse erfüllt, möglich, die Steifigkeit der Welle der Dampfturbine zu verbessern und dadurch Schwingungen der Welle zu unterdrücken.

Weiter wird es mit der erfindungsgemäßen Dampfturbine, die die oben genannten Auslegungserfordernisse erfüllt, da jeweils eine der folgenden Festlegungen gewählt ist, nämlich geeignete Festlegung des Verhältnisses der Verengungsfläche zwischen der Turbinendüse und der Turbinenlaufschaufel, geeignete Festlegung des Innenradius des Dampfpfades, geeignete Festlegungen der Anzahl von Stufen des Hochdruckturbinenabschnitts, des Mitteldruckturbinenabschnitts und des Niederdruckturbinenabschnitts, geeignete Festlegung des Verengungs-/Abstandsverhältnisses jeder der Turbinendüsen und der Turbinenlaufschaufel und geeignete Festlegung des Durchmessers des Turbinenrotors, möglich, die Dampfturbine zu betreiben, während eine hohe Turbinenstufeneffizienz bzw. ein hoher Turbinenstufenwirkungsgrad in stabiler und sicherer Weise aufrechterhalten wird.

Die Natur und weitere charakteristische Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbine;

Fig. 2 eine schematische senkrechte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbine;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine;

Fig. 4 eine schematische senkrechte Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine;

Fig. 5 ein Verteilungsdiagramm eines Reaktionsgrades, der auf einen Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt wird;

Fig. 6 eine allgemeine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbine;

Fig. 7 ein Verteilungsdiagramm eines Reaktionsgrades, bei dem der Reaktionsgrad der erfindungsgemäßen Dampfturbine mit dem einer herkömmlichen Dampfturbine verglichen ist;

Fig. 8 ein Verteilungsdiagramm eines Turbinenstufenwirkungsgrades, das eine Beziehung zwischen dem Turbinenstufenwirkungsgrad und dem Verhältnis des Innenradius zeigt, das auf den Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;

Fig. 9 ein Verteilungsdiagramm des Turbinenstufenwirkungsgrades, das eine Beziehung zwischen dem Turbinenstufenwirkungsgrad und dem Verhältnis eines Innenradius zeigt, das auf einen Zwischendruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;

Fig. 10 ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm, das eine Turbinenstufenzahl aus einer Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts und dem Innenradius der Turbinenlaufschaufel darstellt, das auf den Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;

Fig. 11 ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm, das eine Turbinenstufenzahl aus der Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Mitteldruckturbinenabschnitts und dem Innenradius der Turbinenlaufschaufel zeigt, das auf den Mitteldruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;

Fig. 12 ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm, das eine Turbinenzahl aus einer Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Niederdruckturbinenabschnitts und dem Innenradius der Turbinenlaufschaufel zeigt, das auf den Niederdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine angewandt ist;

Fig. 13 ein allgemeines Diagramm eines Profilverlustkoeffizienten, der den Profilverlustkoeffizienten unter Bezugnahme auf einen Einströmwinkel und einen Ausströmwinkel zeigt;

Fig. 14 ein Vektordiagramm, das ein Geschwindigkeitsdiagramm an einem insgesamt mittleren Radius einer Stufe für den Dampf zeigt, der in einer Turbinendüse und einer Turbinenlaufschaufel strömt;

Fig. 15 eine schematische senkrechte Schnittansicht, teilweise aufgeschnitten, die eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine zeigt;

Fig. 16 eine schematische senkrechte Schnittansicht, die eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbine zeigt;

Fig. 17 eine allgemeine schematische Ansicht einer herkömmlichen Dampfturbine, bei der eine Dampfturbine der Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart und eine Dampfturbine der Doppelströmungsbauart kombiniert sind;

Fig. 18 eine allgemeine schematische Ansicht einer herkömmlichen Dampfturbine, bei der eine Dampfturbine einer Hoch-Mitteldruck-integrierten Bauart und eine Dampfturbine einer Einzelströmungsbauart kombiniert sind;

Fig. 19 eine schematische, zusammengebaute senkrechte Schnittansicht einer herkömmlichen Dampfturbine der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Bauart;

Fig. 20 eine allgemeine schematische, senkrechte Schnittansicht einer herkömmlichen Dampfturbine, bei der die inneren Radien der Turbinenstufen einander gleich sind; und

Fig. 21 ein Verteilungsdiagramm des Reaktionsgrades, das den Reaktionsgrad der herkömmlichen Dampfturbine zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden werden Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Dampfmaschine unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und die darin notierten Bezugsziffern beschrieben.

Die erfindungsgemäße Dampfturbine erfüllt im allgemeinen die Auslegungserfordernisse von: einer Dampfturbine mit einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm oder mehr; einer Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; einer Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und einer mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 11/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine.

Die Dampfturbine entsprechend dieser ersten Ausführungsform ist beispielsweise an eine Dampfturbine der Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Bauweise angepaßt und derart aufgebaut, daß ein Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierter Turbinenrotor 19 mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 16, einem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 und einem Niederdruckturbinenabschnitt 18 in einem Gehäuse 15 für eine Hoch-Mittel- Niederdruck-integrierte Turbine aufgenommen ist. Dabei hat der Hoch-Mittel- Niederdruck-integrierte Turbinenrotor 19 zwei Enden, wobei ein Ende an der Seite des Hochdruckturbinenabschnitts 16 von einem hochdruckseitigen Achslager 22a gehalten wird, das in einem Hochdrucklagergehäuse 21a aufgenommen ist, das auf einem Fundament bzw. Sockel 20a angeordnet ist, und das andere Ende auf der Seite des Niederdruckturbinenabschnitts 18 wird von einem niederdruckseitigen Achslager 22b gehalten, das in einem Niederdrucklagergehäuse 21b aufgenommen ist, das auf einem Sockel 20b angeordnet ist.

Weiter ist bei der Dampfturbine dieser Ausführungsform eine Turbinenauslaßhaube 23 (Kammer) der sogenannten Seitenauslaßbauart mit Öffnungen 23a, 23b an beiden Seiten in der Querrichtung des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinengehäuses 15 versehen, und eine Verbindungswand 24, die an der Boden- bzw. Unterseite eines Ausnehmungsbereiches 25 vorgesehen ist, der auf der Seite des niederdruckseitigen Achslagers 22e der Turbinenauslaßhaube 23 zum Anschließen eines Kondensators (nicht dargestellt) ausgebildet ist, ist nahe (d. h. vorgeschoben zu) der Seite des hochdruckseitigen Achslagers 22a angeordnet, um dadurch eine Lagerstützweite S im Vergleich mit der einer herkömmlichen Dampfturbine zu vermindern.

Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Turbinenauslaßhaube 23 an beiden Seiten in der Querrichtung des Hoch-Mittel- Niederdruck-integrierten Turbinengehäuses 15 vorgesehen ist und die Verbindungsgehäusewand 24 zum Verbinden der Turbinenauslaßhaube 23 und des Kondensatots zur Seite des hochdruckseitigen Achslagers 22a vorgeschoben ist, um die Lagerstützweite S zu vermindern, möglich, Schwingungen der Welle durch Vergrößern der Steifigkeit der Welle zu unterdrücken und zu ermöglichen, die Dampfturbine auf sichere Weise zu betreiben.

Fig. 2 und 3 sind schematische Ansichten einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine, in denen der ersten Ausführungsform gleiche Elemente oder Abschnitte mit den gleichen Bezugsziffern belegt sind.

Bei der Dampfturbine entsprechend dieser zweiten Ausführungsform ist, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Turbinenauslaßhaube 23 der sogenannten Obenauslaßbauart vorgesehen, die von einer Drosselplatte 26 auf der Bodenseite eines Hoch-Mittel-Niederdruckintegrierten Turbinengehäuses 15 gedrosselt ist und mit einer Öffnung 27 auf ihrer Kopfseite ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Verbindungswand 24, die auf der Bodenseite eines Ausnehmungsbereiches 25 vorgesehen ist, der zu einer konischen Gestalt auf der Seite eines Niederdruckachslagers 22b der Turbinenauslaßhaube 23 zum Anschluß eines nicht dargestellten Kondensators ausgebildet ist, zur Seite des hochdruckseitigen Achslagers 22a vorgeschoben, um dadurch die Lagerstützweite S im Vergleich mit der der herkömmlichen Dampfturbine zu vermindern.

Wie oben beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Turbinenauslaßhaube 23 von der Drosselplatte 26 an der Boden- bzw. Unterseite des Hoch- Mittel-Niederdruck-Turbinengehäuses 15 gedrosselt ist und auf der Kopfseite derselben mit der Öffnung 27 ausgebildet ist und die Verbindungsgehäusewand 24 zum Verbinden der Turbinenauslaßhaube 23 mit dem Kondensator zur Seite des hochdruckseitigen Achlsagers 22a verschoben ist, so daß die Lagerstützweite S vermindert ist, möglich, Schwingungen der Welle zu unterdrücken, indem die Steifigkeit der Welle vergrößert wird, und zu ermöglichen, daß die Dampfturbine auf sichere Weise betrieben wird.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines senkrechten Schnittes einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine, bei der denen der ersten Ausführungsform gleiche Elemente oder Abschnitte mit den gleichen Bezugszahlen belegt sind.

Die Dampfturbine dieser dritten Ausführungsform hat eine Turbinenauslaßhaube 23, die zu der sogenannten Axialflußauslaßbauart ausgebildet ist.

Diese Turbinenauslaßhaube 23 besteht aus einer ringförmigen Innenwand 28, die sich in axialer Richtung des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotors 19 von der Auslaßseite einer Niederdruckturbine 18 aus erstreckt und zu einem konischen Ausnehmungsbereich 25 ausgeformt ist, und einer Außenwand 31, die außerhalb der Innenwand 28 über eine Abstützung 29 gebildet ist, um im Zusammenwirken mit der Innenwand 28 einen Ausbreitungs- bzw. sich erweiternden Pfad 30 zu bilden. Die äußere Umfangswand 31 wird von einem Sockel 22b über ein Tragbauteil 32 getragen.

Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dieser dritten Ausführungsform, da die Turbinenauslaßhaube 23 zu der Axialflußauslaßbauart ausgebildet ist, die sich in der axialen Richtung des Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinenrotors 19 erstreckt und der in der Innenwand 28, die den konischen Ausnehmungsbereich 25 definiert und das niederdruckseitige Achslager 22b trägt, zur Seite des hochdruckseitigen Achslagers 22a vorgeschoben ist, um die Lagerstützweite S zu vermindern, möglich, Schwingungen der Welle durch Vergrößern der Steifigkeit der Wellen zu unterdrücken und zu ermöglichen, daß die Dampfturbine auf sichere Weise betrieben wird.

Fig. 5 ist ein Verteilungsdiagramm des Reaktionsgrades (degree of reaction), das die Beziehung zwischen dem Reaktionsgrad Rx und dem Verengungsflächenverhältnis AB/AN der Turbinenstufe in dem Hochdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine zeigt. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck " Verengungsflächenverhältnis AB/AN" das Verhältnis der Verengungs- bzw. Einschnürfläche, wenn die Verengungsfläche einer bestimmten Turbinenlaufschaufel als AB definiert ist und die Verengungsfläche einer bestimmten Turbinendüse als AN definiert ist, jeweils in einer bestimmten Turbinenstufe, die aus einer Kombination einer Turbinendüse und einer Turbinenlaufschaufel zusammengesetzt ist. Der Reaktionsgrad ist ein Parameter, der eine spezifische Eigenschaft einer Turbinenstufe kennzeichnet, wobei eine Turbinenstufe aus einer stationären Schaufel, d. h. Düse, und einer Laufschaufel gebildet ist. Bei einer solchen Struktur ist der Reaktionsgrad als ein Verhältnis des "Wärmeabfalls zwischen einem Einlaßbereich und einem Auslaßbereich der Laufschaufel (d. h. dem Enthalpieunterschied zwischen dem Einlaßbereich und dem Auslaßbereich)" zum " Gesamtwärmeverlust der Turbinenstufe (d. h. dem Enthalpieunterschied zwischen dem Einlaßbereich der stationären Schaufel (Düse) und dem Auslaßbereich der Laufschaufel)" definiert. Weiter zeigt in Fig. 5 die Verteilungsfläche RP1 des Reaktionsgrades, die schräg schraffiert ist, den mittleren Radius der Turbinenstufe (Teil- bzw. Steigungskreisradius) und die Reaktionsgradverteilungsfläche RP2, die schräg schraffiert ist, zeigt den Innenradius der Turbinenstufe (Schaufelwurzelradius).

Wenn die theoretische Geschwindigkeit in Proportion zur Quadratwurzel der Ausgangsleistung der Turbinenstufe als C0 definiert ist, die Umfangsgeschwindigkeit der Drehung am mittleren Radius Rm der Turbinenstufe als U definiert ist, der Reaktionsgrad am mittleren Radius Rm der Turbinenstufe als Rxm definiert ist und das Geschwindigkeitsverhältnis als U/C0, ist bekannt, daß das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT, das den Wirkungsgrad der Turbinenstufe maximiert, umgekehrt proportional zur Quadratwurzel von (1-Rxm) ist (s. "Steam Turbine (Theory and Basis)" publiziert von SANPO-SHA 1982).

Da, wie oben beschrieben, das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT, das den Wirkungsgrad der Turbinenstufe maximiert, umgekehrt proportional zum Quadrat von (1-Rxm) ist, wird das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT umso keiner, je kleiner der Reaktionsgrad Rxm am mittleren Radius Rm der Turbinenstufe ist, wodurch es möglich ist, den Wirkungsgrad der Turbinenstufe hoch zu halten, selbst wenn die Ausgangsleistung je Turbinenstufe groß wird.

Die vorliegende Erfindung zieht aus dem vorgenannten Punkt einen Vorteil, und um die Lagerstützweite mit einer verminderten Anzahl von Turbinenstufen zu vermindern, wird bei einer Dampfturbine mit einem Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr, einer Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr, einer Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr, die mit einer Drehzahl von 3000 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder die mit einer Drehzahl von 3600 U/min in dem Fall dreht, in dem sie mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, der Reaktionsgrad Rx am mittleren Radius der Turbinenstufe Rm, die dem Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT entspricht, auf 0,13 oder weniger gemäß Fig. 5 festgesetzt, und das Verengungsflächenverhältnis AB/AN wird auf 1,6 oder mehr gemäß dem Schnittpunkt X1 zwischen dem Reaktionsgrad Rx = 0,13 und der Reaktionsgradverteilungsfläche RP 1.

Wenn dagegen der Reaktionsgrad Rx am mittleren Radius der Turbinenstufe Rn zu stark vermindert wird, so daß der Reaktionsgrad Rx an dem Innenradius der Turbinenstufe negative Werte annimmt, strömt der Dampf rückwärts, so daß der Wirkungsgrad der Turbinenstufe verschlechtert wird. Aus diesem Grund wird der Reaktionsgrad Rx gemäß Fig. 5 auf 0,08 festgesetzt und gemäß dem Schnittpunkt X2 zwischen dem Reaktionsgrad Rx = 0,08 und der Reaktionsgradverteilungsfläche RP1 das Verengungsflächenverhältnis AB/AN auf 1,8 oder weniger festgesetzt, wodurch nicht verursacht wird, daß der Reaktionsgrad Rx negative Werte annimmt.

Der meist bevorzugte anwendbare Bereich für das Verengungsflächenverhältnis AB/AN beträgt



1,6 ≤ AB/AN ≤ 1,8,



soweit diese Werte in der Modellturbine berechnet werden.

Wie vorstehend beschrieben, wird es bei der dritten Ausführungsform, da das Verengungsflächenverhältnis AB/AN auf den Bereich von 1,6 ≤ AB/AN ≤ 1,8 festgesetzt wird und die Ausgangsleistung je Turbinenstufe vergrößert wird, um die Lagerstütztweite zu vermindern, möglich, Schwingungen der Welle zu unterdrücken, indem die Steifigkeit der Welle vergrößert wird und zu ermöglichen, daß die Dampfturbine auf sichere Weise betrieben wird.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine, in der denen der ersten Ausführungsform ähnliche Elemente oder Abschnitte mit den gleichen Bezugszahlen belegt sind.

Die Dampfturbine entsprechend der vierten Ausführungsform wird für den Hochdruckturbinenabschnitt 16 und den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 angewendet. Bei dieser Ausführungsform ist eine Turbinenstufe 35, die aus einer Turbinendüse 33 und einer Turbinenlaufschaufel 34 besteht, mehrfach längs der Strömung des Dampfes SD angeordnet. In einem Fall, in dem der Radius von der Mitte der nicht dargestellten Turbinenwelle zu dem Außenumfang der Turbinenlaufschaufel 34 (Schaufelspitzenbereich) als Rt definiert ist, der Radius zu der Wurzel der Turbinenlaufschaufel 34 als Rr definiert ist, und der mittlere Radius (Teilkreisradius) der Spitze und der Wurzel der Turbinenlaufschaufel 34 als Rm definiert ist, nehmen die jeweiligen Radien Rt, Rr und Rm längs der Strömung des Dampfes ST allmählich zu. In diesem Zusammenhang ist jeder der Radien Rt, Rr und Rm bezüglich eines Austrittsendes der Turbinenlaufschaufel 34 festgelegt.

Neuere Dampfturbinen schließen solche der ImpulsfReaktionskombinationsbauart ein, bei denen der Reaktionsgrad Rx zusätzlich zu der Turbinendüse 33 an die Turbinenlaufschaufel 34 angepaßt ist, obwohl die Gesamtheit der Turbinenstufen 35 Impulsstufen sind. Diese Bauart der Dampfturbine bewirkt, daß die Turbinendüse 33 den Dampf ST expandiert und beschleunigt, und bewirkt, daß die Turbinenlaufschaufel 34 die dabei erzeugte Geschwindigkeitsenergie in Drehenergie umwandelt, während bewirkt wird, daß die Turbinenlaufschaufel 34 den Dampf ST expandiert und beschleunigt und die dabei erzeugte Geschwindigkeitsenergie zu der Drehenergie ebenfalls zuaddiert wird.

Bei einer solchen Dampfturbine der Impuls/Reaktionskombinationsbauart wurde im Stand der Technik bei dem Entwurf der Turbinenstufen 35, wie in Fig. 20 dargestellt, der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST konstant gemacht, während der durchschnittliche Radius Rm und der äußere Umfangsradius Rt der Turbinenlaufschaufel 34 allmählich längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST zunehmen. Dabei wurde der Reaktionsgrad Rxr an dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Bereich von 0% bis 5% festgelegt und das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) das einen willkürlichen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 ergibt, und das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (UC0)OPT, das den maximalen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 ergibt, wrden beide auf etwa 0,5 festgesetzt.

In dem Fall, in dem die jeweiligen Reaktionsgrade der Radien Rr, Rm und Rt der Hochdruckturbine 16 mit einer relativ kurzen Schaufellänge als Rxr, Rxm und Rxt definiert sind, wurde des weiteren der Reaktionsgrad linear von dem Innenradius Rr zu dem Außenradius Rt beim Stand der Technik vergrößert, wie in Fig. 21 dargestellt.

Im Falle der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform jedoch, die die Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehenden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, und die für den Hochdruckturbinenabschnitt 16 und den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 verwendet wird, wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, wie in Fig. 19 gezeigt, längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST konstant ist, wird die Ausgangsleistung je Turbinenstufe erhöht, so daß das Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) in Stufen stromabwärts der Dampfströmung auf etwa 0,45 abfällt, jedoch im Gegensatz dazu das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT auf etwa 0,55 ansteigt, als ein Ergebnis der Vergrößerung des Reaktionsgrades Rxm am mittleren Radius Rm, was einen Nachteil oder ein Problem dahingehend schafft, daß der Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 vermindert wird.

Diese vierte Ausführungsform wurde im Hinblick auf die vorgenannten Punkte geschaffen und dadurch, daß der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST allmählich zunimmt, wie in Fig. 6 dargestellt, wird der mittlere Radius Rm2 der Turbinenlaufschaufel 34 größer als der mittlere Radius Rm1 der herkömmlichen Dampfturbine, wegen der Zunahme des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, wie in Fig. 7 dargestellt. Aus diesem Grunde wird, zusätzlich zu der Zunahme der Drehumfangsgeschwindigkeit U, der Reaktionsgrad Rxm2 an dem mittleren Radius Rm der Turbinenlaufschaufel 34 ebenfalls kleiner als der Reaktionsgrad Rxm1 der herkömmlichen, wegen der Abnahme der Schaufellänge, und entsprechend ist es möglich, den Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 auf einem hohen Wert zu halten, indem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) mit dem optimalen Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT im wesentlichen zusammenfällt, so daß eine Dampfturbine, die die vorgenannten Auslegungserfordernisse erfüllt, verwirklicht werden kann. In diesem Konzept zeigt Fig. 7 einen Vergleich zwischen einer Reaktionsgradverteilungskurve Rx2 entsprechend der erfindungsgemäßen Ausführungsform, wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST allmählich zunimmt, und der Reaktionsgradverteilungskurve Rx1 entsprechend der herkömmlichen Dampfturbine, wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST konstant ist, wobei die Indizes 1 und 2 die vierte Ausführungsform der Erfindung und die herkömmliche Dampfturbine bezeichnen.

Wenn dagegen der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST zu groß festgelegt ist, dann wird das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) größer als das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT, so daß der Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 deutlich vermindert wird.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Punkte gemacht, und in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 wird, wenn der Innenradius Rr einer jeweiligen (einer nun zu behandelnden Stufe) Turbinenlaufschaufel 34 als Rr definiert ist, der innere Umfangsradius Rrn der nächststufigen Turbinenlaufschaufel 34 als Rrn definiert ist, der Turbinenstufenwirkungsgrad als η definiert ist, wie in Fig. 8 dargestellt, das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Bereich von

1 < Rrn/Rr ≤ 1,05 festgelegt,

innerhalb der Fläche bzw. des Bereiches SA, der durch die Schnittpunkte J, K zwischen dem festgesetzten Stufenwirkungsgrad η0, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradsverteilungslinie ηA. Dieser Bereich wurde in einer Modellturbine sichergestellt. In Fig. 8 ist der Bereich SA ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) und das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT im wesentlichen miteinander übereinstimmen, ist der Bereich SH ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) größer als das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT ist und ist der Bereich SL ein Bereich, in dem das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) kleiner als das optimale Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT ist.

Wie vorstehend beschrieben, wird es bei der vorliegenden Ausführungsform, da das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der jeweiligen Turbinenstufe und der nächsten Turbinenstufe der Turbinenlaufschaufel 34 bei dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 innerhalb des Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≤ 1,05 festgelegt ist, wobei das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) im wesentlichen mit dem optimalen Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT übereinstimmt, möglich, den hohen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 zu erhalten.

Da die Volumenströmung des Dampfes ST, der in den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 einströmt, größer ist als der des Hochdruckturbinenabschnitts 16, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich notwendig, das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 zu studieren und erneut zu betrachten.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in Fig. 9 dargestellt, das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckabschnitt 17 innerhalb eines Bereiches von

1 < Rrn/Rr ≤ 1,1

innerhalb des Bereiches SA festgelegt, der durch die Schnittpunkte L, M zwischen dem festgelegten Stufenwirkungsgrad ηi, dargestellt durch die gestrichelte Linie, und der Turbinenstufenwirkungsgradverteilungskurve ηs. Dieser Bereich wurde auch durch eine Modellturbine bestätigt. Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da das Verhältnis der Innenradien Rrn/Rr der jeweiligen Turbinenstufe und der nächsten Turbinenstufe der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 auf den Bereich von 1 < Rrn/Rr ≤ 1,1 festgesetzt ist, wobei das tatsächliche Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0) im wesentlichen mit dem optimalen Geschwindigkeitsverhältnis (U/C0)OPT zusammenfällt, möglich, den hohen Wirkungsgrad der Turbinenstufe 35 beizubehalten.

Fig. 10 ist ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm zur Auswahl der optimalen Anzahl der Turbinenstufen in dem Hochdruckturbinenabschnitt entsprechend der Erfindung aus der Beziehung zwischen einem Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts ηHP und dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34.

Da der Turbinenstufenwirkungsgrad eine Funktion des Geschwindigkeitsverhältnisses (U/C) ist, wird die Ausgangsleistung der Turbinenstufe um so größer je kleiner die Anzahl der Turbinenstufen ist. Entsprechend wird der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der den Gesamtwirkungsgrad der Hochdruckturbine ηHP maximiert, ebenfalls groß.

Wenn eine Betrachtung unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit des Turbinenrotors (Turbinenwelle) erfolgt, ist des weiteren der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der für den Hochdruckturbinenabschnitt 16 verwendet wird, notwendigerweise begrenzt, da, wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 zu klein ist, es schwierig wird, einen Befestigungsbereich der Turbinenlaufschaufel 34 auszubilden. Wenn dagegen der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 zu groß wird, überschreiten Spannungen der Turbinenlaufschaufel 34 und ihres Befestigungsbereiches akzeptable Werte. Folglich liegt der Bereich des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 verwendbar ist, wie in Fig. 10 dargestellt, ist, innerhalb des Bereiches SHP.

In dem Fall, in dem eine große Anzahl von Turbinenstufen verwendet werden kann, wird die Anzahl der Turbinenstufen gemäß dem Punkt A gewählt, wo der Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts ηHP bei einem kleineren Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel am größten ist, d. h., es werden 10 (zehn) Stufen gewählt.

Andererseits dagegen, in dem Fall, in dem es unmöglich ist, eine so große Zahl von Turbinenstufen zu verwenden, wird die Anzahl der Turbinenstufen gemäß dem Punkt B gewählt, wo der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts ηHP groß wird, d. h. es werden 8-9 (acht bis neun) Stufen gewählt. Wenn der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 näher an die obere Grenze des Bereiches SHP kommt, wird die Anzahl der Turbinenstufen durch den Punkt C gewählt, wo der Gesamtwirkungsgrad des Hochdruckturbinenabschnitts ηHP maximal wird, d. h., es werden 7 (sieben) Stufen gewählt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Anzahl der Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts 16 bei sieben bis zehn Stufen gewählt wird, möglich, den Hochdruckturbinenabschnitt 16 mit einem hohen Turbinenstufenwirkungsgrad zu betreiben.

Fig. 11 ist ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm zum Wählen der optimalen Anzahl von Turbinenstufen in dem Mitteldruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Dampfturbine aus der Beziehung zwischen dem Gesamtwirkungsgrad des Mitteldruckturbinenabschnitts ηIP und dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34.

In einem Fall, in dem die Anzahl der Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts 17 gewählt wird, liegt, wie im Fall des oben beschriebenen Hochdruckturbinenabschnitts 16 der Bereich des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der für den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 verwendbar ist, innerhalb des Bereiches SIP, wie in Fig. 11 gezeigt.

Dabei wird in dem Fall, in dem eine große Zahl von Turbinenstufen verwendet werden kann, die Anzahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt A gewählt, wo der Gesamtwirkungsgrad des Mitteldruckturbinenabschnitts ηIP bei kleinerem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 am größten ist, d. h., es werden sechs bis sieben Stufen gewählt.

In einem Fall dagegen, in dem es unmöglich ist, eine so große Anzahl von Turbinenstufen zu verwenden, wird die Anzahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt B gewählt, wo der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Gesamtwirkungsgrad des Mitteldruckturbinenabschnitts ηIP groß wird, d. h., es werden vier bis fünf Stufen gewählt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dieser vierten Ausführungsform, da die Anzahl der Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts 17 zu vier bis sieben Stufen gewählt wird, möglich, den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 mit dem hohen Turbinenstufenwirkungsgrad zu betreiben.

Fig. 12 ist ein Turbinenstufenzahlauswahldiagramm zum Wählen der optimalen Anzahl von Turbinenstufen in dem Niederdruckturbinenabschnitt der erfindungsgemäßen Turbine, aus der Beziehung zwischen einem Gesamtwirkungsgrad eines Niederdruckturbinenabschnitts ηLP und dem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34.

Wenn die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts 18 gewählt wird, liegt, wie im Fall des vorstehend beschriebenen Hochdruckturbinenabschnitts 16 der Bereich des Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34, der für den Niederdruckturbinenabschnitt 18 verwendbar ist, wie in Fig. 12 dargestellt, in einem Bereich SLP.

In dem Fall, in dem eine große Anzahl von Turbinenstufen verwendet werden kann, wird dabei die Anzahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt A gewählt, wo der Gesamtwirkungsgrad des Niederdruckturbinenabschnitts ηLP bei kleinerem Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 am größten ist, d. h. es werden sechs bis sieben Stufen gewählt.

In dem Fall dagegen, in dem es nicht möglich ist, eine so große Zahl von Turbinenstufen zu verwenden, wird die Zahl der Turbinenstufen entsprechend dem Punkt B gewählt, wo der Innenradius Rr der Turbinenlaufschaufel 34 vergrößert ist und der Gesamtwirkungsgrad des Niederdruckturbinenabschnitts ηLP groß wird, d. h. es werden fünf Stufen gewählt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dieser vierten Ausführungsform, da die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts 18 zu fünf bis sieben Stufen gewählt wird, möglich, daß der Niederdruckturbinenabschnitt 18 mit dem hohen Turbinenstufenwirkungsgrad betrieben wird.

Bei der Dampfturbine entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, die die Auslegungserfordernisse erfüllt: einen. Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehenden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, sind die meist bevorzugten verwendbaren Anzahlen der Turbinenstufen folgende: sieben bis zehn für den Hochdruckturbinenabschnitt 16; vier bis sieben für den Mitteldruckturbinenabschnitt 17; und fünf bis sieben für die Anzahl der Turbinenstufen des Niederdruckturbinenabschnitts 18, um zu ermöglichen, daß die Dampfturbine mit dem hohen Turbinengesamtwirkungsgrad arbeitet.

Fig. 13 ist ein allgemeines Diagramm von Profilverlustkoeffizienten, bei dem der Profilverlustkoeffizient bezüglich des Einströmwinkels und Ausströmwinkels dargestellt ist (Turbo Machinery Society of Japan, "Steam Turbine" (Japan Industrial Publishing Co. Ltd.) 1990). Fig. 14 ist ein Vektordiagramm, das bei einem mittleren Radius ( Teilkreisradius) einer mittleren Stufe ein Geschwindigkeitsdreieck des Dampfes zeigt, der in der Turbinendüse und der Turbinenlaufschaufel strömt, wobei U die Umfangsgeschwindigkeit, C die Absolutgeschwindigkeit, W die Relativgeschwindigkeit, α der Einströmwinkel, β der Ausströmwinkel, S die Verengung (schmalster Pfadbereich zwischen den Schaufeln), t der Schaufelabstand (pitch) ist, die Indizes 1, 2 und 3 einen Turbinendüseneinlaß, einen Turbinendüsenauslaß (d. h. den Turbinenlaufschaufeleinlaß) und einen Turbinenlaufschaufelauslaß bedeuten, der Zusatz N die Verengung und den Abstand der Turbinendüse bedeutet und der Index B die Verengung und den Abstand der Turbinenlaufschaufel bedeutet. In Fig. 14 wird, da die Verengung/Abstand S/T im wesentlichen gleich dem Sinus (Ausströmwinkel = α2) ist, der Ausströmwinkel α2 als α2 = sin-1 (S/T) aus Vereinfachungsgründen behandelt.

Herkömmlicherweise wird bei dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 der Hoch-Mittel- Niederdruck-integrierten Dampfturbine beispielsweise, wie in Fig. 13 und 14 dargestellt, in dem Fall, in dem der Einströmwinkel (α1) nahe bei 90° liegt, da der Profilverlustkoeffizient deutlich zunimmt, wenn der Ausströmwinkel (α2) kleiner als 13° festgelegt ist, um zu verhindern, daß der Profilverlustkoeffizient 3% übersteigt, wenn der Ausströmwinkel (α2) der Turbinenlaufschaufel auf etwa 50° festgesetzt wird, der Auslaßwinkel (α2) der Turbinendüse auf etwa 15° festgelegt, (wenn der Auslaßwinkel (α2) 15° beträgt, wird das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei dem mittleren Radius der Turbinenstufe zu 0,259 berechnet) und der Ausströmwinkel (β3) der Turbinenlaufschaufel wird auf 24° festgesetzt (wenn der Ausströmwinkel (ß3) 24° beträgt, wird das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei dem mittleren Radius der Turbinenstufe zu 0,406 berechnet).

Da die Schaufellänge des Hochdruckturbinenabschnitts 16 lediglich etwa 20 mm bis 30 mm beträgt, ist jedoch der sekundäre Strömungsverlust groß und auf diese Weise der Turbinenstufenwirkungsgrad gering. "Sekundärer Strömungsverlust" ist der Verlust, der von der gegen die Rückseite der Schaufel an der Grenzschicht zwischen der inneren Umfangswand und der äußeren Umfangswand der Turbinendüse und der Turbinenlaufschaufel strömenden Strömung erzeugt wird. Es ist bekannt, daß, um die Sekundärströmung zu vermindern, die Turbinendüse und die Länge der Turbinenlaufschaufel länger gemacht werden können (siehe "Steam Turbine (Theory and Basis)", veröffentlicht von SANPO-SHA 1982).

Aufgrund des Fortschritts der Analysetechnologien mit Computern wurden jedoch in jüngerer Zeit neue Profile entwickelt, bei denen der Profilverlustkoeffizient nicht ansteigt, selbst wenn die Ausströmwinkel (α2, ß3) der Turbinendüse und der Turbinenlaufschaufel kleiner sind als die herkömmlichen. Genauer wurden neue Profile entwickelt, bei denen der Ausströmwinkel (α2) der Turbinendüse zu 9°-12° gewählt werden kann (0,156-0,208) ausgedrückt durch das Hub/Abstandsverhältnis (SN/tN) (stroke/pitch ratio) bei mittlerem Turbinenstufenradius) und der Ausströmwinkel (β3) der Turbinenlaufschaufel kann auf 16°-19° festgelegt werden (0,276-0,326, ausgedrückt durch das Hub/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei mittlerem Turbinenstufenradius).

Da die Schaufellänge mit etwa 30 mm bis 45 mm unter den gleichen Dampfbedingungen gewählt werden kann wie in herkömmlichen Dampfbedingungen, indem ein solches Profil verwendet wird, das die Auslaßwinkel (α2, β3) vermindern kann, ist es möglich, den Sekundärströmungsverlust abhängig von einer Zunahme der Schaufellänge zu vermindern.

Die vorliegende Ausführungsform wurde durch geschicktes Ausnützen der oben genannten Vorteile gemacht und in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 der Dampfturbine, die die Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehenden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, wird ein Profil eingebaut, das das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei dem mittleren Radius der Turbinendüse 33 im Bereich von 0,15 bis 0,21 festlegen kann, und das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei dem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel 34 in dem Bereich von 0,27 bis 0,33 festlegen kann.

Da das neue Profil, das das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) des mittleren Radius der Turbinendüse 33 auf den Bereich von 0,15 bis 0,21 festlegen kann und das Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei dem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel 34 im Bereich von 0,27 bis 0,33 festlegen kann, in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 enthalten ist, ist es daher bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Hochdruckturbinenabschnitt 16 mit hohem Turbinenstufenwirkungsgrad zu betreiben.

Fig. 15 ist eine schematische Ansicht eines senkrechten Schnittes, teilweise weggeschnitten, einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine.

Die Dampfturbine dieser fünften Ausführungsform wird für einen Hochdruck- Erststufenteil 36a des Hochdruckturbinenabschnitts 16 verwendet, und wenn ein Durchmesser eines Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils (Büchsenteils) 37 als &empty;D1 definiert wird und ein Durchmesser eines Durchführungsteils (Büchsenteils) für die zweite Stufe der Hochdruckturbine 38 an einem Hochdruck-Zweitstufen-Teil 36b als &empty;D2 definiert ist, werden die jeweiligen Durchmesser für &empty;D1 und &empty;D2 an den Durchführungsteilen 37, 38 derart festgesetzt, daß &empty;D1 < &empty;D2 ist, und ein Turbinenrotor (Turbinenwelle 39) wird derart festgelegt, daß er einen Wellenradius aufweist, der die im Betrieb erzeugten Schubkräfte aushalten kann.

Der Hochdruckturbinenabschnitt 16 der vorliegenden Ausführungsform ist von der Axialströmungsbauweise, bei der der Hochdruck-Erststufen-Teil 36a, der Hochdruck- Zweitstufen-Teil 36b und ähnliches in dieser Folge längs der Strömungsrichtung des Dampfes ST angeordnet sind.

Jeder des Hochdruck-Erststufen-Teils 36a und des Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b umfaßt in Kombination die Turbinendüse 33 und die Turbinenlaufschaufel 34, die in einer Ringlinie längs der Umfangsrichtung des Turbinenrotors 39 angeordnet sind. Weiter ist die Turbinendüse 33 an jedem ihrer Enden von einem ringförmigen Blendenaußenring 40 und einem Blendeninnenring 41 gehalten. Weiter ist die Turbinenlaufschaufel 34 an einem Turbinenrad 42 befestigt, das integral mit dem Turbinenrotor 39 ausgebildet ist.

Zusätzlich ist der Hochdruckturbinenabschnitt 16 der folgenden Ausführungsform mit einem Mitteldruckturbinenabschnitt (nicht dargestellt) versehen, der folgend zur Einlaßseite des Dampfes ST eingebaut ist, sowie mit dem Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteil 37 versehen, um den Hochdruckturbinenabschnitt 16 von dem Mitteldruckturbinenabschnitt zu trennen. Dieser Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteil 37 ist derart konfiguriert, daß der Durchmesser &empty;D1 kleiner als der Durchmesser &empty;D2 des Durchführungsteils für die zweite Stufe der Hochdruckturbine 38 ist.

Es sei erwähnt, daß die von dem Turbinenrotor 39 erzeugte Schubkraft durch die Druckdifferenz hervorgerufen wird, die auf das Turbinenrad 42 wirkt, in dem die Turbinenlaufschaufel 34 befestigt ist, und wenn der Druck P2 auf der stromaufwärtigen Seite des Dampfes ST größer ist als der Druck P3 auf der stromabwärtigen Seite des Dampfes ST, wird die Schubkraft in der gleichen Richtung erzeugt wie die Strömungsrichtung des Dampfes ST. Da in der Dampfturbine gemäß Fig. 14 die Schubkräfte der Niederdruckturbinenabschnitte 6a und 6b sich gegenseitig aufheben, da dieser Abschnitte von der Doppelströmungsbauart sind und deren Strömungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, ist es daher notwendig, den Wellenradius des Hoch-Mittel-Niederdruckintegrierten Turbinenrotors 4 unter Betrachtung nur der Schubkraftdifferenz zwischen dem Hochdruckturbinenabschnitt 2 und dem Mitteldruckturbinenabschnitt 3 festzulegen.

Im Fall der Dampfturbine der Fig. 18 jedoch, ist, obwohl der Hochdruckturbinenabschnitt 2 und die Mitteldruckturbine 3 zueinander entgegengesetzt sind, der Niederdruckturbinenabschnitt 6 in Einzelströmungsbauart, so daß die auf den Niederdruckturbinenabschnitt 6 wirkende Schubkraft in der gleichen Richtung wie die des Mitteldruckturbinenabschnitts 6 ist. Folglich ergibt sich die auf den Hoch-Mittel-Niederdruckintegrierten Turbinenrotor 4 und die ganze Niederdruckturbine 6 wirkende Schubkraft aus dem folgenden Ausdruck:

(Auf den Hochdruckturbinenabschnitt 16 wirkende Schubkraft) - (auf den Mitteldruckturbinenabschnitt 17 wirkende Schubkraft + auf den Niederdruckturbinenabschnitt 18 wirkende Schubkraft), was im Ergebnis dazu führt, daß die auf den Niederdruckturbinenabschnitt 6 wirkende Schubkraft vergrößert ist. In dem Fall, in dem die auf den Niederdruckturbinenabschnitt 6 wirkende Schubkraft vergrößert wird, muß diese vergrößerte Schubkraft bei der Festlegung des Wellenradius des Niederdruckturbinenrotors 7 berücksichtigt werden.

Genauer ist es bei der Dampfturbine, die die folgenden Auslegungserfordernisse erfüllt:

einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit, die mit einer letzistufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, notwendig, die Festlegung der Wellenradien des gesamten Turbinenrotors ausreichend zu berücksichtigen, indem die Zunahme der Schubkraft zu dem Niederdruckturbinenabschnitt 6 hin aufgrund der Verlängerung der letztstufigen Laufschaufel und dem Schublagerverlust aufgrund der Vergrößerung der Schublager, die den ganzen Turbinenrotor tragen, sowie die Abnahme der Turbinenausgangsleistung zu berücksichtigen.

Bei der Dampfturbine entsprechend dieser fünften Ausführungsform wird angenommen, daß, da durch das Festlegen des Durchmessers &empty;D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 kleiner als der Durchmesser &empty;D2 des Durchführungsteils für die zweite Stufe 38 der Hochdruckturbine, die Fläche, auf die der Druck P2 auf der stromaufwärtigen Seite des Turbinenrades 42 an dem Hochdruck-Erststufen-Teil 36a wirkt, vergrößert ist, die Schubkraft auf die Hochdruckseite des Hochdruck-Erststufen-Teils 36a vergrößert ist und deshalb die Schubkraft auf die Niederdruckseite entsprechend vermindert ist, so daß es möglich ist, die Verminderung der Turbinenausgangsleistung zu unterdrücken. Eine solche Annahme kann beispielsweise für die zweite und die dritte Stufe anwendbar sein. Wenn die Wirkung der Unterdrückung der Verminderung der Turbinenausgangsleistung in Betracht gezogen wird, könnte sie jedoch am wirksamsten auf den Hochdruck-Erst-Stufen-Teil 36a angewandt werden. Wenn der Durchmesser &empty;D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 zu klein gewählt wird, werden dadurch jedoch eine Abnahme der Festigkeit und Schwingungen der Welle verursacht.

Wenn bei einer Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform, die die vorgenannten Auslegungserfordernisse erfüllt, der Durchmesser des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 durch &empty;D1 gegeben ist, und der Durchmesser des Durchführungsteils der zweiten Stufe 38 der Hochdruckturbine durch &empty;D2 gegeben ist, wird der Durchmesser &empty;D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 festgelegt zu



&empty;D1 = (0,95 bis 0,98) × &empty;D2.

Der vorgenannte Durchmesser &empty;D2 ist ein bevorzugter Anwendungswert, der durch eine Modellturbine abgesichert ist.

Da, wie vorstehend beschrieben, bei der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung zwischen dem Durchmesser &empty;D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils 37 und dem Durchmesser &empty;D2 des Durchführungsteils für die zweite Stufe 38 der Hochdruckturbine durch die Gleichung &empty;D1 (0,95 bis 0,98) × &empty;D2 dargestellt ist, ist es möglich, die Dampfturbine bezüglich der während des Betriebs erzeugten Schubkraft stabil zu betreiben und eine Verminderung der Turbinenausgangsleistung während des Betriebs zu unterdrücken.

Fig. 16 ist eine schematische Ansicht eines senkrechten Schnittes einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dampfturbine.

Die Dampfturbine dieser sechsten Ausführungsform wird beispielsweise für die Hoch- Mittel-Niederdruck-integrierte Bauart angewendet und ist so aufgebaut, daß ein Hochdruckturbinenabschnitt 16, ein Mitteldruckturbinenabschnitt 17 und ein Niederdruckturbinenabschnitt 18 in einem Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierten Turbinengehäuse 15 aufgenommen sind. Ein Hoch-Mittel-Niederdruck-integrierter Turbinenrotor 19 hat zwei Enden, wobei eines seiner Enden auf der Seite des Hochdruckturbinenabschnitts 16 von einem hochdruckseitigen Achslager 22a aufgenommen ist, das in einem auf einem Sockel angeordneten Hochdrucklagergehäuse 21a untergebracht ist, während das andere Ende auf der Seite des Niederdruckturbinenabschnitts 18 von einem niederdruckseitigen Achslager 22b getragen wird, das in einem auf einem Sockel 20b angeordneten Niederdrucklagergehäuse 21b aufgenommen ist.

Weiter ist bei der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform eine Öffnung 43 der Turbinenauslaßhaube 23, die für die sogenannte abwärts auslassende Bauart charakteristisch ist, auf der stromabwärtigen Seite des Hoch-Mittel-Niederdruckintegrierten Turbinengehäuses 15 vorgesehen, und eine Verbindungskörperwand 24 zum Verbinden des Ausnehmungsbereiches 25 mit dem Kondensator ist auf dessen Boden- bzw. Unterseite vorgesehen. Der Ausnehmungsbereich 25 ist auf der Seite des niederdruckseitigen Achslagers 22b der Turbinenauslaßhaube 23 zu einer kegeligen bzw. konischen Gestalt geformt.

Wenn der Innendurchmesser des Dampfpfades 44 in dem Hochdruck-Zweitstufen-Teil 36b des Hochdruckturbinenabschnitts 16 durch &empty;DHP gegeben ist, und der Innendurchmesser des Dampfpfades 46 in einer Mitteldruck-Erststufe 45 des Mitteldruckturbinenabschnitts 17 durch &empty;DIP gegeben ist, wird bei der Dampfturbine der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration das Verhältnis der Innendurchmesser (&empty;DIP/&empty;DHP) in dem Bereich festgelegt:



1,2 ≤ &empty;DIP/&empty;DHP ≤ 1,5.

Bei der Dampfturbine entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, die die vorliegenden Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehenden Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm oder mehr ausgerüstet ist, sinkt die Dampftemperatur nach Abschluß der Expansionsarbeit in den Hochdruckturbinenabschnitt 16 auf 360°C und das spezifische Volumen ist zu diesem Zeitpunkt viermal so hoch wie das zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns.

Weiter wird der aus dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 austretende Dampf wieder auf eine Temperatur gleich oder größer als 500°C erhitzt und das spezifische Volumen wird dabei auf das 1,4-fache dessen am Ausgang des Hochdruckturbinenabschnitts 16 vergrößert. Da ein teilweiser Dampfabzug aus dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 erfolgt, ist jedoch die Volumenströmung zum Zeitpunkt der Strömung in dem Dampfpfad 46 des Mitteldruck-Erststufen-Teils 47 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 dreimal so hoch wie zum Zeitpunkt der Strömung durch den Dampfpfad 44 des Hochdruck- Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16.

Zusätzlich ist der Hauptdampfdruck des in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 strömenden Dampfes gleich oder größer als 100 kg/cm2, wohingegen der Hauptdampfdruck des in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 strömenden Dampfes einige zehn kg/cm2 beträgt, so daß selbst, wenn die Druckverhältnisse hinter und vor der Turbinenschaufelanordnung einander gleich sind, der Druckunterschied auf einen Bruchteil dessen des Hochdruckturbinenabschnitts 16 vermindert werden kann. Entsprechend kann die Schaufellänge des Mittel-Erststufen-Teils 45 in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 17 2-2,5 Mal länger sein als die des Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16.

Daher ist es bei der vorliegenden Ausführungsform, weil die Schaufel derart entworfen ist, daß die axiale Strömungsgeschwindigkeit längs der radialen Richtung (Richtung der Schaufellänge) konstant ist, vorteilhaft, das Innendurchmesserverhältnis von &empty;DIP/&empty;DHP zwischen dem Innenumfangsdurchmesser &empty;DHP des Dampfpfades 44 des Hochdruck-Zweitstufen-Teils 36b in dem Hochdruckturbinenabschnitt 16 und dem Innendurchmesser &empty;DIP des Dampfpfades 46 des Mitteldruck-Erststufen-Teils 45 in dem Mitteldruckabschnitt 17 auf den Bereich festzulegen:



1,2 ≤ &empty;DIP/&empty;DHP ≤ 1,5.

Da, wie vorstehend beschrieben, das Verhältnis der Innendurchmesser &empty;DIP/&empty;DHP auf den Bereich von 1,2 ≤ &empty;DIP/&empty;DHP ≤ 1,5 festgesetzt ist, ist es bei der sechsten Ausführungsform möglich, die Dampfturbine zu betreiben und dabei den Turbinenstufenwirkungsgrad hoch zu halten.

Wie vorstehend entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wird es möglich, je Turbinenstufe eine große Arbeit zu erzeugen und deren stabilen Betrieb zu ermöglichen, indem die Lagerstützweite vermindert wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist und viele andere Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur hat, die sich zu beiden Seiten einer Querrichtung des Turbinengehäuses (15) erstreckt.
  2. 2. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur hat, die sich zur Oberseite des Turbinengehäuses (15) hin erstreckt.
  3. 3. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: Einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbinen mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Turbinenauslaßkammer des Niederdruckturbinenabschnitts (18) eine Struktur hat, die sich in dessen axialer Richtung erstreckt.
  4. 4. Dampfturbine nach Anspruch 3, wobei die Turbinenauslaßkammer mit einem sich erweiternden Pfad (30) versehen ist, der durch eine äußere Umfangswand (31) und eine innere Umfangswand (28) von ihr gebildet ist, und wobei die innere Umfangswand mit einem konischen Ausnehmungsbereich (25) zum Einbau eines Achslagers (22b) ausgebildet ist.
  5. 5. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei, wenn eine Verengungsfläche einer Turbinendüse durch AN gegeben ist, und eine Verengungsfläche einer Turbinenlaufschaufel im Hochdruckturbinenabschnitt (16) durch AB gegeben ist, ein Verhältnis zwischen den beiden Verengungsflächen (AB/AN) innerhalb eines Bereiches von



    1,6 ≤ AB/AN ≤ 1,8 festgelegt wird.

  6. 6. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Hochdrucksturbinenabschnitts (16) längs einer Strömungsrichtung eines Dampfes allmählich zunimmt und, wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel als Rr definiert ist, und ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Hochdruckturbine als Rrn definiert ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≤ 1.05 festgelegt wird.
  7. 7. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in einer Turbinenstufe des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) allmählich einer Strömungsrichtung längs eines Dampfes zunimmt, und wenn der Innenradius der Turbinenlaufschaufel als Rr definiert wird, und ein Innenradius einer Turbinenlaufschaufel in der nächsten Stufe der Mitteldruckturbine als Rrn definiert ist, ein Verhältnis der beiden Radien (Rrn/Rn) innerhalb eines Bereiches von 1 < Rrn/Rr ≤ 1.1 festgelegt wird.
  8. 8. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei die Anzahl von Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts (16) sieben bis zehn beträgt, die Anzahl von Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) vier bis sieben beträgt und die Anzahl von Turbinenstufen (18) des Niederdruckturbinenabschnitts fünf bis sieben beträgt.
  9. 9. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist,

    wobei ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SN/tN) bei einem mittleren Radius einer Turbinendüse des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von SN/tN = 0,15 bis 0,21 festgelegt wird,

    während ein Verengungs-/Abstandsverhältnis (SB/tB) bei einem mittleren Radius der Turbinenlaufschaufel des Hochdruckturbinenabschnitts (16) innerhalb eines Bereiches von SB/tB = 0,27 bis 0,33 festgelegt wird.
  10. 10. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei eine Strömungsrichtung eines durch die Turbinenstufen des Hochdruckturbinenabschnitts (16) strömenden Dampfes und die Strömungsrichtung des durch Turbinenstufen des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) strömenden Dampfes einander entgegengesetzt sind, und wenn ein Durchmesser eines Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils, der den Hochdruckturbinenabschnitt und den Mitteldruckturbinenabschnitt definiert, als &empty;D1 definiert ist, und ein Durchmesser eines Hochdruckturbinen-Zweitstufen- Durchführungsteils des Hochdruckturbinenabschnitts als &empty;D2 definiert ist, der Durchmesser &empty;D1 des Hoch-Mitteldruck-Zwischendurchführungsteils innerhalb eines Bereiches von

    &empty;D1 = (0,95 bis 0,98) × &empty;D2 festgelegt ist.
  11. 11. Dampfturbine, die in Kombination wenigstens zwei aus einem Hochdruckturbinenabschnitt (16), einem Mitteldruckturbinenabschnitt (17) und einem Niederdruckturbinenabschnitt (18) in einem einzigen Turbinengehäuse (15) enthält und die folgende Auslegungserfordernisse erfüllt: einen Hauptdampfdruck von 100 kg/cm2 oder mehr; eine Hauptdampftemperatur von 500°C oder mehr; eine Nennausgangsleistung von 100 MW oder mehr; und eine mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehende Einheit (19), die mit einer letztstufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 91,4 cm (36 inch) oder mehr ausgerüstet ist, oder eine mit einer Drehzahl von 3600 U/min drehende Einheit, die mit einer letzistufigen Laufschaufel der Turbine mit einer effektiven Schaufellänge von 85,1 cm (33,5 inch) oder mehr ausgerüstet ist, wobei ein Innendurchmesser eines Strömungspfades in einem Hochdruck-Zweitstufen- Teil des Hochdruckturbinenabschnitts (16) als &empty;DHP definiert ist, und ein Innendurchmesser eines Strömungspfades in einem Mitteldruck-Erststufen-Teil des Mitteldruckturbinenabschnitts (17) als &empty;DIP definiert ist, das Verhältnis der beiden Innendurchmesser (&empty;DIP/&empty;DHP) innerhalb des Bereiches von 1,2 ≤ &empty;DIP/&empty;DHP ≤ 1,5 festgelegt ist.






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