CN102472116A - 蒸汽涡轮机 - Google Patents
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Abstract
以往，在蒸汽涡轮机的动叶上设置沿叶长方向延伸的沟槽、使上端与动叶盖的端面一致，或者在动叶盖上开孔，将附着在动叶上的水分除去。但是，如果增加沟槽，则连接动叶盖内外的面积变大，蒸汽的损失增大。在设置于动叶1顶端的末梢盖3的动叶侧侧面上设置有排水引导槽(4)。在动叶(1)上设置有沿叶长方向延伸的水分俘获槽(2)，排水引导槽(4)位于水分俘获槽(2)的上方。排水引导槽(4)与设置在末梢盖(3)上的水滴喷出口(5)连接。附着在动叶(1)上的水分经由水分俘获槽(2)、排水引导槽(4)从水滴喷出口(5)向排水凹槽(7)排出。利用这样的结构，用一个水滴喷出口就能够将附着在动叶(1)上的水分除去。
Description
技术领域
本发明涉及具有用来除去附着在动叶上的水分的结构的蒸汽涡轮机。
背景技术
蒸汽动力发电厂多数情况下将由主蒸汽驱动旋转的高压涡轮和由经过了高压涡轮的蒸汽驱动旋转的中压涡轮、低压涡轮并用。在蒸汽的压力变低的低压涡轮中，在低压级的蒸汽的膨胀过程中蒸汽的温度和压力变低，蒸汽的一部分冷凝变成水分。对于该水分给蒸汽涡轮机带来的影响，下面用附图说明。
图11为从子午面看低压涡轮最终级的涡轮静叶101和涡轮动叶102的图。涡轮静叶101由隔板内轮103和隔板外轮104支承。涡轮动叶102植设在涡轮机转子105上。并且，在涡轮动叶102的上端设置有动叶盖106。该动叶盖106通过与相邻的动叶盖106接触连接来抑制涡轮动叶102顶端的振动。并且防止蒸汽向涡轮动叶102的叶列外流出，防止涡轮效率的降低。
另外，在图11中，近前为涡轮静叶101的腹侧，涡轮动叶102的背侧。在涡轮静叶101的腹侧侧面上附着蒸汽冷凝产生的水分，附着的水分汇集形成液膜107。
图12为图11所示的A-A线向视剖视图。当液膜107到达涡轮静叶101的后端缘108时，变成水滴109从后端缘108飞散。图中的箭头表示水滴109的飞散方向。此时，蒸汽的能量被用于水滴109的加速，消耗蒸汽的能量。
并且，水滴109由于自身的惯性而跟不上蒸汽流。因此，水滴109与旋转的涡轮动叶102的背侧侧面碰撞。水滴109的向涡轮动叶102背侧的碰撞成为对涡轮动叶102的旋转的制动力，使涡轮效率下降。并且，由于水滴109附着在涡轮动叶102的背侧侧面110上，涡轮动叶102被腐蚀。
由此，附着在涡轮动叶102上的水分使涡轮效率和可靠性受到不良影响。对此，具有用来除去附着的水分的结构的蒸汽涡轮机已为人所知。关于这样的装置，下面用图13和图14说明。
图13为从子午面看涡轮静叶101的剖视图。图13所示的装置为使涡轮静叶101为中空结构、在腹侧侧面上设置缝隙111、将附着在表面上的水分从缝隙111导入涡轮静叶101内部除去水分的装置(例如参照专利文献1)。
图14为从子午面看涡轮动叶102的剖视图。图14所示的装置为在涡轮动叶102的背侧侧面110上设置沿叶片长度方向延伸的沟槽112、将附着在沟槽112上的水分利用涡轮动叶102的离心力回收到设置在隔板外轮104上的排水凹槽113内的装置(参照例如专利文献2)。另外，将图14所示的涡轮动叶102的透视图表示在图15中。如图15所示，动叶盖106被端面与涡轮动叶102的背侧侧面110的前方端缘附近一致地设置，沟槽112从涡轮动叶102的背侧侧面110一直到动叶盖106的端面地设置。并且，作为其他例，公开了在动叶盖106上设置了与沟槽112连接的水分排出孔的结构。
上述装置中，图13所示的在涡轮静叶101上设置缝隙111将水分除去的装置能预料到不仅水分、蒸汽也从缝隙111流入涡轮静叶101内部。由于流入到涡轮静叶101内部的蒸汽对涡轮的旋转没有贡献，因此涡轮效率下降。并且，由于要使涡轮静叶101为中空，因此比普通的涡轮静叶101难以制造。
相对于此，图14、图15所示的在涡轮动叶102上设置沟槽112、将水分回收到排水凹槽113内的装置仅在涡轮动叶102的表面设置沟槽112，制造容易。并且，由于流向动叶盖106外侧的蒸汽为少量，因此流入排水凹槽113的蒸汽比流入缝隙111的蒸汽要少，对涡轮效率的影响小。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-124751号公报
专利文献2：日本特开平11-159302号公报
发明要解决的技术问题
如上所述，在涡轮动叶102的背侧侧面上设置沟槽112的装置比使涡轮静叶101为中空、设置缝隙111的装置给涡轮效率带来的影响小。但是，应该考虑蒸汽从沟槽112往动叶盖106的外侧流出。
并且，附着在涡轮动叶102上的水分的量越靠近涡轮的最终级越是增加。如果为了应对水分的增加而增加沟槽112，则由于贯穿连结了的动叶盖106的沟槽112或水滴喷出口的数量增加，因此往动叶盖106外侧流出的蒸汽量也增加。
并且，随着增加沟槽112而有增大排水凹槽113的入口宽度的必要。如果增大排水凹槽113的入口宽度，则能预料到流入排水凹槽113的蒸汽量也增加。并且，在排水凹槽113位于涡轮动叶102的铅直上方的情况下，如果排水凹槽113的入口宽度增大，则水分碰撞排水凹槽113内壁反射，从排水凹槽113的入口向涡轮动叶102一侧落下的可能性变高。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种将附着在涡轮动叶上的水分有效地除去、并且将用来除去水分的结构引起的蒸汽的损失比以往减少，提高了涡轮机效率的蒸汽涡轮机。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明的蒸汽涡轮机的特征在于具备：被蒸汽流驱动旋转的多个动叶；被配置在比该动叶靠外周侧的隔板外轮；被安装在上述动叶各自的顶端、互相连结接触的末梢盖；在上述动叶的背侧侧面上沿上述动叶的叶长方向设置的水分俘获槽；连接上述末梢盖的上述动叶侧侧面和上述隔板外轮侧侧面地设置的水滴喷出口；连接上述水分俘获槽的上述末梢盖侧的端部和上述水滴喷出口地设置的排水引导槽；以及，被设置于上述隔板外轮、与上述水滴喷出口相对置的排水凹槽。
发明的效果
如果采用本发明的蒸汽涡轮机，能够将附着在动叶背面的水分用沟槽除去，并且能够将该沟槽引起的蒸汽的损失比以往减少，能够获得比以往高的涡轮机效率。
附图说明
图1为表示本发明第1实施例的蒸汽涡轮机的动叶结构的主要部分放大子午面图；
图2为表示第1实施例的蒸汽涡轮机的动叶结构的俯视图；
图3为表示第1实施例的其他例的蒸汽涡轮机的动叶结构的主要部分放大侧视图；
图4为表示第2实施例的蒸汽涡轮机的动叶结构的横剖视图；
图5为表示第3实施例的蒸汽涡轮机的动叶结构的俯视图；
图6为表示第3实施例的蒸汽涡轮机的末梢盖的结构的主要部分放大纵剖视图；
图7为表示第4实施例的蒸汽涡轮机的动叶结构的俯视图；
图8为表示第4实施例的蒸汽涡轮机的末梢盖的结构的主要部分放大纵剖视图；
图9为表示第4实施例的其他例的蒸汽涡轮机的动叶结构的俯视图；
图10为表示第5实施例的蒸汽涡轮机的动叶及隔板外轮的结构的主要部分的放大子午面图；
图11为表示现有技术的蒸汽涡轮机的静叶和动叶的结构的子午面图；
图12为图11所示的A-A线向视剖视图；
图13为现有技术的蒸汽涡轮机的静叶子午面图；
图14为表示现有技术的蒸汽涡轮机的动叶和隔板外轮的结构的侧视图；
图15为表示现有技术的蒸汽涡轮机的动叶结构的透视图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例参照附图进行说明。
实施例1
关于本发明第1实施例的蒸汽涡轮机的结构，以下用图1说明。图1为将蒸汽涡轮机的动叶1的顶端附近放大了的子午面图。
动叶1植设在未图示的涡轮机转子上，图1中近身侧为动叶1的背侧侧面。图1中看作蒸汽从左往右流动进行图示，在动叶1中，将左侧作为前方、右侧作为后方进行以下说明。
在动叶1的背侧侧面的前方端缘附近设置有多条水分俘获槽2。从未图示的静叶飞散出的水分附着在该水分俘获槽2上。在动叶1的上端设置有末梢盖3。该末梢盖3为通过与相邻的动叶1的末梢盖3连结接触来抑制动叶1顶端的振动、并且防止蒸汽向动叶1的叶列的外侧流出、防止涡轮机效率下降的部件。
在末梢盖3的动叶1侧的侧面上设置有排水引导槽4。该排水引导槽4越往动叶1的后方越深，与设置在末梢盖3上面的水滴喷出孔5连接。
在动叶1的外侧配置隔板外轮6。在该隔板外轮6上设置有排水凹槽7。该排水凹槽7从蒸汽涡轮机1的旋转轴看位于水滴喷出口5的外侧。并且，在隔板外轮6的动叶1后方一侧，与末梢盖3之间设置有末梢翼片8。该末梢翼片8起末梢盖3与隔板外轮6之间的空间的流路阻力的作用，减少经过末梢盖3与隔板外轮6之间的蒸汽量。
用图2详细说明排水引导槽4的位置。图2为动叶1的俯视图。在末梢盖3的隔板外轮6侧侧面上开口有水滴喷出口5，水滴喷出口5与排水引导槽4相连。排水引导槽4被与水分俘获槽2的端部连接、沿着动叶1的背侧侧面地设置。
有关这种结构的动叶1的功能，下面用图1说明。在蒸汽涡轮机的运转中，从前方的未图示的静叶飞散出的水分附着在动叶1上，进入水分俘获槽2。水分俘获槽2中的水分受涡轮旋转引起的离心力的作用向末梢盖3的方向移动。当水分到达水分俘获槽2的末梢盖3侧的端部时，从水分俘获槽2向排水引导槽4移动。进入了排水引导槽4的水分受动叶1的离心力的作用沿着排水引导槽4到达水滴喷出口5，变成水滴9飞出。飞出了的水滴9被排水凹槽7捕集。
如此，通过将附着在水分俘获槽2中的水分用排水引导槽4引导向水滴喷出口5，能够将水分用排水凹槽7捕集。由此，即使增加水分俘获槽2的数量，也没有增加连接末梢盖3的动叶2侧的侧面与隔板外轮6侧的侧面的水滴喷出口5的必要。因此，能够使从水滴喷出口5往隔板外轮6侧流出的蒸汽的量比以往少。
并且，即使增加水分俘获槽2也没有扩大排水凹槽7的入口的必要，因此能够使流入排水凹槽7的蒸汽量比以往减少。
如以上说明过的那样，如果采用本实施例的蒸汽涡轮机，通过使成为损失的蒸汽量比以往减少，能够比以往提高涡轮机效率。
另外，虽然在本实施例中作为排水引导槽4以越往动叶1后方越深的结构进行了说明，但只要排水引导槽4的底面朝着动叶1后方而向蒸汽涡轮机的半径方向倾斜，也可以是固定的深度。例如，如果像图3所示那样动叶1的顶端倾斜的话，则成为排水引导槽4的底面越靠动叶1的后方越接近隔板外轮7的结构，具有与图1所示的例子相同的效果。
实施例2
关于本发明第2实施例的蒸汽涡轮机，下面用图4进行说明。另外，与第1实施例相同的结构添加相同的附图标记，省略重复的说明。
图4为表示本实施例的动叶1的概要的横剖视图。在本实施例中，在假设动叶1的轴方向弦长为L、设置了多个的水分俘获槽2中的位于最轴方向下游侧的水分俘获槽2a与动叶1的前缘部之间的距离为P的情况下，多个水分俘获槽2设置在以下公式(1)的范围内。
P/L＜0.5………………(1)
如果评价从未图示的静叶飞散的水分在动叶1的叶列内的轨迹，可知大部分碰撞在动叶1的上述公式(1)的范围。因此，通过在公式(1)定义的范围内获得多个水分俘获槽2，能够有效地将附着在动叶1上的水分除去。
如果采用本实施例的蒸汽涡轮机，除了与实施例1相同的效果外，还能够有效地将附着在动叶1上的水分除去。
实施例3
关于本发明第3实施例的蒸汽涡轮机，下面用图5、图6进行说明。另外，与第1实施例相同的结构添加相同的附图标记，省略重复的说明。
图5为本实施例的动叶1的叶列的俯视图。在末梢盖3的下面设置有第2排水引导槽21。该第2排水引导槽21横在相邻的2个动叶1之间地沿蒸汽涡轮机的大致圆周方向设置。并且，第2排水引导槽21与水滴喷出口5连接。并且，末梢盖3使第2排水引导槽21不横在末梢盖3的端面地排列。另外，蒸汽在图5中的从左向右的方向流动。
用图6详细说明第2排水引导槽21的结构。图6为图5所示的B-B线向视剖视图。如图6所示，第2排水引导槽21越靠近水滴喷出口5沟槽越深地设置。另外，图中的箭头概略地表示了附着在动叶1上的水滴和水分的行进方向。
下面说明第2排水引导槽21的功能。从未图示的静叶飞散出的水滴或蒸汽中的水分由于受离心力作用，能预料到一部分附着在末梢盖3的内面。如果该附着了的水滴和水分进入第2排水引导槽21，则受离心力作用向水滴喷出口5移动下去，最终从水滴喷出口5排出而回收到排水凹槽7中。
如果采用本实施例的蒸汽涡轮机，除了与实施例1相同的效果外，通过设置有设在末梢盖3下面的第2排水引导槽21，能够将附着在末梢盖3的动叶1侧侧面上的水分与附着在动叶1上的水分一样除去。
实施例4
关于本发明第4实施例，下面用附图进行说明。另外，与第1实施例相同的结构添加相同的附图标记，省略重复的说明。
图7为本实施例的动叶1的俯视图。设置在动叶1上的排水引导槽4与设置在末梢盖3的动叶1侧侧面上的第2排水引导槽31连接。并且，水滴喷出口5设置在动叶1的背面侧。第2排水引导槽31相对于动叶1的旋转轴倾斜地设置，将排水引导槽4和水滴喷出口5连接。
关于第2排水引导槽31，用图8再详细进行说明。图8为沿图7所示的C-C线的末梢盖3的向视剖视图。另外，图中的箭头概略地表示附着在动叶2上的水滴、水分的行进方向。
第2排水引导槽31为一定深度的槽。由于末梢盖3自身越靠近涡轮机的后方越靠近涡轮机外周侧地倾斜，因此第2排水引导槽31越靠近水滴喷出口5越靠近涡轮机外周侧地倾斜。因此，附着在排水引导槽4或末梢盖3的动叶1侧侧面上后进入了第2排水引导槽31的水分由涡轮机的离心力而移动到水滴喷出口5，从水滴喷出口5向排水凹槽7排出。
如果采用本实施例的蒸汽涡轮机，除了与实施例1同样的效果外，还能够将附着在末梢盖3的动叶1侧侧面上的水分与附着在动叶1上的水分一样除去。
并且，关于本实施例的变形例的蒸汽涡轮机，用图9说明。图9为本实施例的变形例的动叶1的俯视图。本变形例中取代第2排水引导槽31而设置排水引导堰32。该排水引导堰32为凸设在末梢盖3的动叶1侧侧面上的堰。进入到水分俘获槽2的水分经由排水引导槽4、排水引导堰32移动到水滴喷出口5。并且，附着在末梢盖3的比排水引导堰32靠上游侧的水分沿末梢盖3的动叶1侧侧面移动到排水引导堰32，然后沿该排水引导堰32移动到水滴喷出口5。
如以上说明过的那样，通过取代第2排水引导槽31设置排水引导堰32也能够获得与本实施例同样的效果。
实施例5
关于本发明第5实施例，下面用附图进行说明。另外，与第1实施例相同的结构添加相同的附图标记，省略重复的说明。
图10为将本实施例的蒸汽涡轮机的动叶1顶端附近放大了的子午面图。在本实施例中，设置在隔板外轮6上的排水凹槽7的涡轮侧的内面为倾斜面41。该倾斜面41沿与蒸汽涡轮机的旋转轴平行的方向倾斜，与排水凹槽7的入口相对置。
下面说明该倾斜面41的作用。从设置在末梢盖3上的水滴喷出口5飞出了的水滴9大致描绘轨迹42而被回收到排水凹槽7中。即，水滴9从水滴喷出口5飞出，碰撞倾斜面41反射，被回收到排水凹槽7中。
在排水凹槽7的底面与蒸汽涡轮机的旋转轴平行的情况下，能预料到碰撞了的水滴9被底面反射而从排水凹槽7飞出，回到末梢盖3一侧。但是，如以上说明的那样，通过在排水凹槽7的底面设置倾斜面41，能够防止水滴9从排水凹槽7回到末梢盖3一侧。
另外，虽然在本实施例中倾斜面41作为从涡轮的前方到后方与涡轮内周侧倾斜的面进行了说明，但也能作为从涡轮的后方到前方与涡轮内周侧倾斜的面。
虽然以上就本发明的实施例参照附图进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，在不超出发明宗旨的范围内，可以将实施例1～实施例5组合，或者采用各种变形。例如，可以将实施例1～4记载的动叶1的结构与实施例5记载的排水凹槽7组合使用。并且，从业者在具体的实施例中能够不超出本发明的技术思想和技术范围加以种种变形、变更。
附图标记的说明
1.动叶；2.水分俘获槽；3.末梢盖；4.排水引导槽；5.水滴喷出口；6.隔板外轮；7.排水凹槽；8.末梢翼片；9.水滴；21、31.第2排水引导槽；32.排水引导堰；41.倾斜面；42.轨道；101.涡轮静叶；102.涡轮动叶；103.隔板内轮；104.隔板外轮；105.涡轮机转子；106.动叶盖；107.液膜；108.后端缘；109.水滴；110.背侧侧面；111.缝隙；112.沟槽；113.排水凹槽
Claims (9)
1.一种蒸汽涡轮机，其特征在于，具备：被蒸汽流驱动旋转的多个动叶；
被配置在比该动叶靠外周侧的隔板外轮；
被安装在上述动叶各自的顶端、互相连结接触的末梢盖；
在上述动叶的背侧侧面上沿上述动叶的叶长方向设置的水分俘获槽；
连接上述末梢盖的上述动叶侧侧面和上述隔板外轮侧侧面地设置的水滴喷出口；
连接上述水分俘获槽的上述末梢盖侧的端部和上述水滴喷出口地设置的排水引导槽；以及，
被设置于上述隔板外轮、与上述水滴喷出口相对置的排水凹槽。
2.如权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，上述排水引导槽越靠近上述水滴喷出口的位置变得越深。
3.如权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，具备设置在上述末梢盖的上述动叶侧侧面上、横在相邻的上述动叶之间地设置的第2排水引导槽；上述排水引导槽介由上述第2排水引导槽与上述水滴喷出口连接。
4.如权利要求2所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，具备设置在上述末梢盖的上述动叶侧侧面上、横在相邻的上述动叶之间地设置的第2排水引导槽；上述排水引导槽介由上述第2排水引导槽与上述水滴喷出口连接。
5.如权利要求3所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，上述第2排水引导槽越靠近上述水滴喷出口变得越深。
6.如权利要求3所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，上述第2排水引导槽越靠近上述水滴喷出口变得越深。
7.如权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，具备设置在上述末梢盖的上述动叶侧侧面上、横在相邻的上述动叶之间地设置的排水引导堰；进入到上述排水引导槽的水分沿着上述排水引导堰到达上述水滴喷出口。
8.如权利要求2所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，具备设置在上述末梢盖的上述动叶侧侧面上、横在相邻的上述动叶之间地设置的排水引导堰；进入到上述排水引导槽的水分沿着上述排水引导堰到达上述水滴喷出口。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，上述排水凹槽底面的与上述排水凹槽的入口相对置的部分为与上述蒸汽涡轮机的半径方向倾斜的倾斜面。
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