DE112021000804T5

DE112021000804T5 - Turbine

Info

Publication number: DE112021000804T5
Application number: DE112021000804.8T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kuwamura; Shigeo Ookura; Shunsuke Mizumi; Chongfei Duan; Hideaki Sugishita; Kazuyuki Matsumoto; Naoto OMURA
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2023-01-19
Also published as: JP7368260B2; JP2021124021A; KR20220123123A; CN115003898B; US20230111300A1; CN115003898A; WO2021153556A1; US11852032B2

Abstract

Eine Turbine umfasst: einen Rotor mit einer Drehwelle, die sich um eine Achse drehen kann, und einer Schaufelreihe, die an einer Außenumfangsfläche der Drehwelle ausgebildet ist; ein Gehäuse, das einen Außenumfang des Rotors abdeckt und eine Gehäuseinnenumfangsfläche aufweist, die sich mit zunehmender Annäherung an eine stromabwärtigen Seite des Gehäuses in Richtung der Achse radial nach außen erweitert; und einen Innenumfangselementkörper, der ausgebildet ist, um die Gehäuseinnenumfangsfläche des Gehäuses derart auszukleiden, dass eine Entnahmeöffnung zwischen einem stromaufwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche ausgebildet ist, und eine Ausleitungsöffnung zwischen einem stromabwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche ausgebildet ist, wobei die Entnahmeöffnung und die Ausleitungsöffnung in einer ringförmigen Form zentriert an der Achse ausgebildet sind, und wobei eine Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung kleiner ist als jene der Entnahmeöffnung ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbine.
Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-015615 beansprucht, die am 31. Januar 2020 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Technischer Hintergrund
Eine Turbine, welche einer Dampfturbine oder einer Gasturbine umfasst, umfasst eine Drehwelle, die sich um eine Achse dreht, einen Rotor, der eine Schaufelreihe umfasst, die an einer Außenumfangsfläche der Drehwelle vorgesehen ist, ein rohrförmiges Gehäuse, das einen Außenumfang des Rotors abdeckt, und eine Leitschaufelreihe, die an einer Gehäuseinnenumfangsfläche vorgesehen ist. Bei der Dampfturbine zum Beispiel wird dem Rotor, wenn Hochdruckdampf an das Gehäuse zugeführt wird, eine Drehkraft über Schaufeln verliehen. Bei der Gasturbine wird dem Rotor durch ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck, das von einer Brennkammer zugeführt wird, eine Drehkraft verliehen.
Wie in Patentdokument 1 beschrieben ist es im Allgemeinen so, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche sich hinsichtlich ihres Durchmessers radial nach außen hin zu der stromabwärtigen Seite erweitert, weil ein Druck eines Fluids hin zu der stromabwärtigen Seite in dem Gehäuse abnimmt.
Liste der Bezugnahmen
Patentdokument(e)
Patentliteratur 1: Nicht geprüfte, japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2011-69308
Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn sich die Gehäuseinnenumfangsfläche radial hin zu der stromabwärtigen Seite übermäßig erweitert, kann die Strömung des Fluids nicht mit der Erweiterung der Innenumfangsfläche Schritt halten und es kommt zur Ablösung. Da eine solche Ablösung zu Verlusten führt, besteht Sorge, dass die Leistung der Turbine beeinträchtigt wird. Obwohl es bevorzugt ist, bei der Verbesserung der Leistung der Turbine die Gehäuseinnenumfangsfläche in radialer Richtung auszudehnen, wurde die radiale Erweiterung der Innenumfangsfläche des herkömmlichen Gehäuses eingeschränkt, da es notwendig ist, eine Verschlechterung der Leistung aufgrund der Ablösung zu vermeiden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Turbine mit weiter verbesserter Leistung bereitzustellen, indem eine Ablösung aufgrund einer großen radialen Erweiterung einer Innenumfangsfläche hin zu einer stromabwärtigen Seite unterbunden und Verlust aufgrund der Ablösung verringert wird.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst eine Turbine gemäß der vorliegenden Offenbarung: einen Rotor mit einer Drehwelle, die sich um eine Achse drehen kann, und einer Schaufelreihe, die an einer Außenumfangsfläche der Drehwelle ausgebildet ist; ein Gehäuse, das einen Außenumfang des Rotors abdeckt und das eine Gehäuseinnenumfangsfläche aufweist, die radial nach außen erweitert ist, wenn sie sich einer stromabwärtigen Seite des Gehäuses in einer Richtung der Achse nähert; und einen Innenumfangselementkörper, der so ausgebildet ist, dass er die Gehäuseinnenumfangsfläche des Gehäuses derart auskleidet, dass eine Entnahmeöffnung zwischen einem stromaufwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche ausgebildet ist, und eine Ausleitungsöffnung zwischen einem stromabwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche ausgebildet ist, wobei die Entnahmeöffnung und die Ausleitungsöffnung in einer ringförmigen Form zentriert an der Achse ausgebildet sind, und wobei eine Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung kleiner ist als jene der Entnahmeöffnung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Turbine mit weiter verbesserter Leistung bereitzustellen, indem Wirkungsgradverlust verringert wird.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Dampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht der Dampfturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht, die ein modifiziertes Beispiel der Dampfturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist eine Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel eines Stützabschnitts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und ist eine Ansicht, wenn der Stützabschnitt aus einer radialen Richtung betrachtet wird.
5 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Stützabschnitts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht einer Axialturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht einer Axialturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht einer Axialturbine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittsansicht einer Axialturbine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
(Konfiguration der Dampfturbine)
Nachfolgend wird eine Dampfturbine 100 als ein Beispiel für eine Turbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Die Dampfturbine 100 umfasst einen Rotor 1, ein Gehäuse 2 und ein Innenumfangselement 40 (siehe 2).
Der Rotor 1 umfasst eine säulenförmige Drehwelle 11, die sich in einer Achse O erstreckt, und eine Vielzahl von Schaufelreihen 12, die an der Außenumfangsfläche der Drehwelle 11 vorgesehen sind. Die Drehwelle 11 kann bzw. darf sich um die Achse O drehen. Jede der Schaufelreihen 12 umfasst eine Vielzahl von Schaufeln, die in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Achse O an der Außenumfangsfläche der Drehwelle 11 angeordnet sind. Die mehreren Schaufelreihen 12 sind in der Richtung der Achse O in Abständen auf der Drehwelle 11 angeordnet.
Das Gehäuse 2 umfasst ein Innengehäuse 21 und ein Ausleitungsgehäuse 22. Das Innengehäuse 21 bedeckt einen Außenumfang des Rotors 1, um einen Hauptströmungsweg Pm zwischen der Außenumfangsfläche des Rotors 1 und dem Innengehäuse zu bilden. Das Innengehäuse 21 umfasst einen rohrförmigen Innengehäusekörper 21H, der an der Achse O zentriert ist, eine Vielzahl von Leitschaufelhalteringen 21R, die an der Innenumfangsseite des Innengehäusekörpers 21H befestigt sind, und Leitschaufelreihen 23, die an den weiteren Innenumfangsseiten der Leitschaufelringe 21R vorgesehen sind.
Der Leitschaufelring 21R ist auf einer Seite jeder der mehreren Schaufelreihen 12 in der Richtung der Achse O vorgesehen, d.h. auf der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung. Jeder Leitschaufelring 21R ist in einer ringförmigen Form ausgebildet, die an der Achse O zentriert ist. Eine Innenumfangsfläche 21S (Gehäuseinnenumfangsfläche) des Leitschaufelrings 21R ist so erweitert, dass sie sich radial nach außen erweitert, wenn sie von einer Seite zu der anderen Seite der Richtung der Achse O verläuft. Die Leitschaufelreihe 23 umfasst eine Vielzahl von Leitschaufeln, die sich von der Innenumfangsfläche 21S des Leitschaufelrings 21R radial nach innen erstrecken. Das heißt, die Leitschaufelreihen 23 und die Schaufelreihen 12 sind abwechselnd in dem Hauptströmungsweg Pm von einer Seite zu der anderen Seite der Richtung der Achse O angeordnet.
Ein Endabschnitt des Innengehäuses 21 auf einer Seite der Richtung der Achse O ist mit einer Zufuhrleitung 2E versehen, in welches Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck aus einer externen Dampfversorgungsquelle strömt. Ein Ein-Aus-Ventil und ein Regelventil (nicht dargestellt) sind an der Verlängerungsleitung der Zufuhrleitung 2E angebracht. Der aus der Zufuhrleitung 2E in das Innengehäuse 21 eingeleitete Dampf trifft, während er gerade durch den Hauptströmungsweg Pm strömt, abwechselnd auf die Leitschaufelreihe 23 und die Schaufelreihe 12. In der folgenden Beschreibung kann die Seite, auf der der Dampf in der Richtung der Achse O strömt, als stromaufwärtige Seite bezeichnet werden, und die Seite, auf der der Dampf abströmt, als stromabwärtige Seite bezeichnet werden. Ferner kann die Schaufelreihe 12, die auf der stromabwärtigsten Seite der Vielzahl von Schaufelreihen 12 angeordnet ist, als Endstufen-Schaufelreihe 12D bezeichnet werden. Ferner ist an den Spitzen aller Schaufelreihen 12, einschließlich der Endstufen-Schaufelreihe 12D, ein Deckband 12S vorgesehen.
Das Ausleitungsgehäuse 22 ist mit der stromabwärtigen Seite des Innengehäuses 21 verbunden. Das Ausleitungsgehäuse 22 bildet einen Strömungsweg (Ausleitungsströmungsweg Pe) zur Ableitung des aus dem Hauptströmungsweg Pm ausgeleiteten Dampfes an eine externe Vorrichtung (eine Wasserkondensationsvorrichtung oder dergleichen). Das Ausleitungsgehäuse 22 umfasst insbesondere einen Lagerkonus 22A, ein Außengehäuse 22B, das einen Außenumfang des Lagerkonus 22A bedeckt, und eine Strömungsführung 50. Der Lagerkonus 22A hat eine konische Form, die sich radial nach außen erweitert, während er sich der stromabwärtigen Seite des Lagerkonus 22A von der stromaufwärtigen Seite her nähert. Das Außengehäuse 22B hat eine teilweise mit einem Boden versehene rohrförmige Form, die den Lagerkonus 22A von der stromabwärtigen Seite und der radialen Außenseite her abdeckt. Der in den Ausleitungsströmungsweg Pe eingeströmte Dampf strömt entlang des Lagerkonus 22A zu der stromabwärtigen Seite, dreht sich radial nach außen und strömt entlang der Innenfläche des Außengehäuses 22B weiter hin zu der stromaufwärtigen Seite.
(Konfiguration der Strömungsführung)
Die Strömungsführung 50 dient der gleichmäßigen Führung des oben beschriebenen Dampfstroms in dem Ausleitungsströmungsweg Pe. Die Strömungsführung 50 hat eine rohrförmige Form, die sich von der stromabwärtigen Kante des Innengehäusekörpers 21H weiter hin zu der stromabwärtigen Seite erstreckt. Genauer gesagt hat die Strömungsführung 50 eine Trichterform, deren Durchmesser sich hin zu der stromabwärtigen Seite allmählich erweitert. Zudem setzt sich eine Innenumfangsfläche 50S der Strömungsführung 50 bis zu der Innenumfangsfläche des Leitschaufelrings 21R fort und bildet einen Teil der Innenumfangsfläche 21 S (Gehäuseinnenumfangsfläche).
Hier wird, wie oben beschrieben, der Durchmesser eines Bereichs von der Innenumfangsfläche 21S (Gehäuseinnenumfangsfläche) des Leitschaufelrings 21R, welcher der Endstufen-Schaufelreihe 12D entspricht, zu der Innenumfangsfläche 50S der Strömungsführung 50 stark erweitert. Falls die Durchmessererweiterung stärker ausgeprägt ist, kann die Strömung des Fluids der Innenumfangsfläche 21 S nicht folgen, und die Strömung löst sich von der Innenumfangsfläche 50S bzw. wird von dieser getrennt. Falls es zu einer solchen Ablösung kommt, tritt ein Wirkungsgradverlust auf und die Leistung der Dampfturbine 100 wird beeinträchtigt.
In dieser Ausführungsform ist, wie in 2 gezeigt, ein Hohlraum C an der Innenumfangsfläche 21 S des Leitschaufelhalterings 21R gebildet, welcher der Endstufen-Schaufelreihe 12D entspricht, und das Innenumfangselement 40, welches die Innenumfangsfläche 21S auskleidet, wird im Innern des Hohlraums C platziert.
(Konfiguration des Innenumfangselements)
Der Hohlraum C ist eine Aussparung, die in einem Abschnitt der Innenumfangsfläche 21 S ausgebildet ist, welcher der Endstufen-Schaufelreihe 12D entspricht. Der Hohlraum C ist von der Innenumfangsfläche 21S radial nach außen vertieft und in einer ringförmigen Form ausgebildet, die an der Achse O zentriert ist. Die radiale Außenfläche in dem Hohlraum C ist eine Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 und die stromaufwärtige Fläche ist eine Fläche stromaufwärts des Hohlraums C2. Die Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 hat beispielsweise eine zylindrische Oberflächenform, die an der Achse O zentriert ist. Zudem kann die Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 eine Form haben, bei der sich die radiale Abmessung in Richtung der Achse O ändert. Die Fläche stromaufwärts des Hohlraums C2 breitet sich radial in Bezug auf die Achse O aus.
Das Innenumfangselement 40 umfasst Stützabschnitte 30 und einen Innenumfangselementkörper 40H. Jeder der Stützabschnitte 30 erstreckt sich von der Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 radial nach innen. Die Stützabschnitte 30 sind in Umfangsrichtung in Abständen an der Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 angeordnet. Der radiale innere Endabschnitt des Stützabschnitts 30 ist mit einer Außenumfangsfläche (einer Strömungsweg-Bildungsfläche 40T, die später beschrieben wird) des Innenumfangselementkörpers 40H verbunden.
Der Innenumfangselementkörper 40H hat eine rohrförmige Form, die an der Achse O zentriert ist. Die Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H ist die Strömungsweg-Bildungsfläche 40T. Die Strömungsweg-Bildungsfläche 40T ist die Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 mit einem radialen Spalt dazwischen zugewandt. Die Strömungsweg-Bildungsfläche 40T ist allmählich radial nach außen hi zu der stromabwärtigen Seite hin gekrümmt. Die Innenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H ist eine Führungsfläche 40S. Die Führungsfläche 40S ist dem oben beschriebenen Hauptströmungsweg Pm zugewandt. Ähnlich wie die Strömungsweg-Bildungsfläche 40T ist die Führungsfläche 40S zu der stromabwärtigen Seite hin allmählich radial nach außen gekrümmt.
Eine stromaufwärtige Kante P1 des Innenumfangselementkörpers 40H ist mit einem Spalt in Richtung der Achse O zu der Fläche stromaufwärts des Hohlraums C2 gerichtet. Dieser Spalt ist eine Entnahmeöffnung E1, die das Innere des Hohlraums C mit dem Hauptströmungsweg Pm verbindet. Das heißt, ein Teil des Dampfes in dem Hauptströmungsweg Pm strömt durch die Entnahmeöffnung E1 in den Hohlraum C. Andererseits befindet sich eine stromabwärtige Kante P2 des Innenumfangselementkörpers 40H nahe an einer Innenumfangsfläche 50S (21S) der Strömungsführung 50, die mit der stromabwärtigen Seite des Hohlraums C verbunden ist, wobei ein Spalt dazwischen liegt. Dieser Spalt ist eine Ausleitungsöffnung E2. Der in den Hohlraum C eingeströmte Dampf wird aus der Ausleitungsöffnung E2 in Richtung der stromabwärtigen Seite als Strahlluftstrom Fj ausgeblasen.
Hier ist die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung E2 kleiner als die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Entnahmeöffnung E1. Das heißt, ein Ablösungsabstand zwischen der stromabwärtigen Kante P2 des Innenumfangselementkörpers 40H und der Innenumfangsfläche der Strömungsführung 50 ist kleiner als ein Ablösungsabstand zwischen der stromaufwärtigen Kante P1 und der Fläche stromaufwärts des Hohlraums C2. Ferner befindet sich die stromabwärtige Kante P2 des Innenumfangselementkörpers 40H auf der weiter stromabwärtigen Seite des Anfangspunktes Pc der Strömungsführung 50 (d.h. der stromaufwärtigen Kante der Strömungsführung 50) in Richtung der Achse O. Ferner ist in einer Querschnittsansicht der Turbine, die in Richtung der Achse O geschnitten ist, eine Tangente Lc durch die Kante P2 der Ausleitungsöffnung E2 in dem Innenumfangselementkörper 40H so geneigt, dass sie allmählich weit von der Achse O in Richtung der stromabwärtigen Seite entfernt ist. Dementsprechend wird der oben beschriebene Strahlluftstrom Fj ausgeblasen und breitet sich radial nach außen hin zu der stromabwärtigen Seite hin aus.
(Funktionsweise und Wirkung)
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Dampfturbine 100 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Während des Betriebs der Dampfturbine 100 wird ein Hochtemperatur- und Hochdruckdampf, der von einer externen Dampfversorgungsquelle (Kessel oder dergleichen) erzeugt wird, durch die Zufuhrleitung 2E in das Innere (Hauptströmungsweg Pm) des Gehäuses 2 geleitet. Der Dampf prallt auf die Schaufelreihe 12, während er von der Leitschaufelreihe 23 in der Mitte des Hauptströmungsweges Pm zur stromabwärtigen Seite geführt wird. Dementsprechend dreht sich der Rotor 1 um die Achse O. Die Rotationsenergie des Rotors 1 wird aus dem Wellenende entnommen und zum Antrieb einer externen Vorrichtung, z.B. eines Generators, verwendet. Der Dampf, der den Hauptströmungsweg Pm passiert hat, wird durch den oben beschriebenen Ausleitungsströmungsweg Pe zu einer anderen Vorrichtung (z.B. einer Wasserkondensationsvorrichtung) geleitet.
Hier ist die Innenumfangsfläche der Strömungsführung 50 hinter dem stromabwärtigen Ende der Innenumfangsfläche 21S (Gehäuseinnenumfangsfläche) des Leitschaufelrings 21R, welcher der Endstufen-Schaufelreihe 12D entspricht, im Durchmesser stark erweitert, um den Druck des Fluids wiederherzustellen. Falls die Durchmessererweiterung stärker ausgeprägt ist, kann die Strömung des Fluids möglicherweise der Innenumfangsfläche nicht folgen, und die Strömung kann getrennt bzw. abgelöst werden. Eine solche Ablösung führt zu einem Wirkungsgradverlust und kann die Leistung der Dampfturbine 100 beeinträchtigen.
Wie in 2 gezeigt, zweigt jedoch bei dieser Ausführungsform ein Teil des durch das Gehäuse 2 strömenden Dampfes von dem Hauptstrom Fm ab und strömt als Zweigstrom Fd durch die Entnahmeöffnung E1 in den Hohlraum C. Im Strömungswegquerschnitt der Ausleitungsöffnung E2 wird der in den Hohlraum C eingeströmte Dampf aus der Ausleitungsöffnung E2 zu der stromabwärtigen Seite hin als der Strahlluftstrom Fj ausgeblasen. Dementsprechend wird die Strömung (ausgedehnte Strömung Fg), die der Innenumfangsfläche (Führungsfläche 40S) des Innenumfangselementkörpers 40H folgt, durch den Coanda-Effekt zu dem aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strahlluftstrom Fj gezogen. Dadurch ist es möglich, die Ablösung des Dampfes von der Innenumfangsfläche 21 S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H zu unterdrücken. Ferner ist es in der oben beschriebenen Konfiguration, da die Entnahmeöffnung E1 und die Ausleitungsöffnung E2 in einer ringförmigen Form ausgebildet sind, die an der Achse O zentriert ist, möglich, das Auftreten der Ablösung über den gesamten Umfang in dem Gehäuse 2 zu unterdrücken. Ferner ist gemäß der oben beschriebenen Konfiguration die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung E2 derart eingestellt, dass sie kleiner als die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Entnahmeöffnung E1 ist. Dementsprechend ist der Druck in dem Hohlraum im Wesentlichen derselbe wie der Druck der Hauptströmung auf der stromaufwärtigen Seite der Endstufen-Schaufelreihe 12D, und der Differenzdruck mit dem Druck der erweiterten Strömung Fg nahe der Ausleitungsöffnung E2, welche die Endstufen-Schaufelreihe passiert hat, nimmt zu. Da die Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H allmählich radial nach außen zu der stromabwärtigen Seite hin zu der Kante P2 gekrümmt ist und der Spalt mit der Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 zu der stromabwärtigen Seite hin verengt ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Hohlraum C strömenden Dampfes zu der Ausleitungsöffnung E2 hin zu. Infolgedessen kann die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes (Strahlluftstrom Fj), der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasen wird, höher sein als die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes, der außerhalb des Hohlraums C strömt. Daher ist es möglich, die Möglichkeit, dass es zu einer Ablösung eines Stroms auf der stromabwärtigen Seite des Hohlraums kommt, weiter zu verringern.
Da die Tangente Lc durch die Kante P2 der Ausleitungsöffnung E2 in dem Innenumfangselementkörper 40H derart geneigt ist, dass sie weit von der Achse O in Richtung der stromabwärtigen Seite entfernt ist, kann die aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasene Strömung der Innenumfangsfläche 21S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H folgen. Das heißt, der Strahlluftstrom Fj kann zu der stromabwärtigen Seite strömen und sich dabei radial nach außen ausbreiten. Dementsprechend wird die Entwicklung des Coanda-Effekts unterstützt, und die Strömung kann weiter in Richtung der Innenumfangsfläche 21S gezogen werden. Das heißt, es ist möglich, die Ablösung der Strömung weiter zu unterdrücken.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration befindet sich die Kante P2 auf der Seite der Ausleitungsöffnung E2 in dem Innenumfangselementkörper 40H auf der stromabwärtigen Seite des Anfangspunkts Pc der Strömungsführung 50. Das heißt, dass ein breiterer Bereich in dem Innenumfangselementkörper 40H durch die Strömungsführung 50 ausgekleidet wird. Hier ist es wahrscheinlich, dass es zu der Ablösung der Strömung in dem stromabwärtigen Bereich in Bezug auf den Anfangspunkt Pc der Strömungsführung 50 kommt. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Effekt (Coanda-Effekt) zu verbessern, bei dem die aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasene Strömung weiter der Innenumfangsfläche 21 S folgt. Infolgedessen ist es möglich, die Möglichkeit der Ablösung der Strömung weiter zu verringern. Da das Auftreten der Ablösung auf diese Weise vermieden wird, ist es ferner möglich, die Strömungsführung 50 mit einer Form mit größerer Druckrückgewinnung einzusetzen.
Ferner ist es gemäß der oben beschriebenen Konfiguration möglich, den Innenumfangselementkörper 40H an der Innenumfangsseite des Hohlraums C durch die in Umfangsrichtung auf der Hohlraum-Innenumfangsfläche C1 angeordneten Stützabschnitte 30 stabil zu stützen.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(Erstes modifiziertes Beispiel)
Zum Beispiel kann, wie in 3 gezeigt, eine Konfiguration angenommen werden, bei der eine stromabwärtige Kante P2' des Innenumfangselementkörpers 40H auf der stromaufwärtigen Seite eines Anfangspunktes Pc' der Strömungsführung 50 angeordnet ist. Da bei einer solchen Konfiguration die Ablösung weniger wahrscheinlich ist, kann die Ausleitungskammer sowohl in Richtung der Achse O als auch in radialer Richtung verkleinert werden und die gesamte Dampfturbine 100 kann verkleinert werden, selbst wenn der Erweiterungsbereich des Innendurchmessers unmittelbar ab dem Anfangspunkt Pc' der Strömungsführung 50 zunimmt.
(Zweites modifiziertes Beispiel)
Ferner kann eine in 4 und 5 gezeigte Konfiguration als modifiziertes Beispiel für den Stützabschnitt 30 angenommen werden. In dem Beispiel der Zeichnung ist jeder der Stützabschnitte 30B in der Drehrichtung Dr des Rotors 1 mit zunehmender Annäherung an die stromabwärtige Seite nach hinten gekrümmt. Das heißt, dass diese Stützabschnitte 30B in Richtung der Vorderseite der Drehrichtung Dr vorstehen. Ferner ist der Stützabschnitt 30B an einer Position angeordnet, die vorgespannt nahe an der Ausleitungsöffnung E2 in dem Hohlraum C ist.
Hier enthält die in den Hohlraum C strömende Strömung eine Wirbelströmungskomponente, die bei der Drehung des Rotors 1 in die Drehrichtung Dr wirbelt. In der oben beschriebenen Konfiguration wird die Wirbelströmungskomponente durch den Stützabschnitt 30B verkleinert, und die in der Strömung enthaltene Komponente in Richtung der Achse O nimmt auf der stromabwärtigen Seite des Stützabschnitts 30B zu. Dementsprechend ist es möglich, den Coanda-Effekt aufgrund der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung weiter zu fördern. Daher ist es möglich, dass die Strömung weiter der Innenumfangsfläche 21S folgen kann. Im Ergebnis ist es möglich, die Möglichkeit der Ablösung der Strömung weiter zu verringern.
Ferner ist es gemäß der oben beschriebenen Konfiguration möglich, die Richtung der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung stabil zu steuern, da der Stützabschnitt 30B vorgespannt an einer Position nahe der Ausleitungsöffnung E2 ist. Andererseits wird die Strömung durch den Stützabschnitt 30B selbst in dem Hohlraum C gestört, bevor sie die Ausleitungsöffnung E2 erreicht, falls der Stützabschnitt 30B vorgespannt an einer Position nahe der Entnahmeöffnung E1 ist. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, dass der Coanda-Effekt auf der stromabwärtigen Seite der Ausleitungsöffnung E2 nicht stabil entwickelt werden kann. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, eine solche Möglichkeit zu unterdrücken.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Darüber hinaus werden die gleichen Komponenten wie jene in der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine ausführliche Beschreibung dieser kann verzichtet werden. Wie in der gleichen Zeichnung dargestellt, werden in dieser Ausführungsform der Hohlraum C und das Innenumfangselement 40 auf eine Axialturbine 200 angewandt, die in Richtung der Achse O ausströmt, anstelle der Dampfturbine 100, welche die Ausströmrichtung durch die oben beschriebene Ausströmkammer verändert. Die Axialturbine 200, die in Richtung der Achse O ausleitet, ist nicht auf die Dampfturbine beschränkt und umfasst ebenfalls eine Gasturbine. Die Axialturbine 200 umfasst einen Diffusor D, der anstelle der oben beschriebenen Ausleitungskammer eine innere radiale Seitenwandfläche D1 auf der stromabwärtigen Seite einer Endstufen-Schaufelreihe 12D' aufweist. Auch in dieser Ausführungsform ist ein Hohlraum C' in einem Abschnitt, der der Endstufen-Schaufelreihe 12D' entspricht, in einer Innenumfangsfläche 70S (Gehäuseinnenumfangsfläche) eines Turbinengehäuses 70 ausgebildet. Ferner ist der Hohlraum C' von einem Innenumfangselementkörper 40H' von der radialen Innenseite her ausgekleidet. Der Innenumfangselementkörper 40H' ist an der Innenumfangsfläche des Hohlraums C' durch einen Stützabschnitt 30' befestigt. Außerdem ist an der stromabwärtigen Seite der Endstufen-Schaufelreihe 12D' eine Strebe 60 vorgesehen, welche die innere radiale Seitenwandfläche D1 des Diffusors D stützt.
Da es gemäß der oben beschriebenen Konfiguration möglich ist, die Ablösung der Strömung zu unterdrücken, die durch die Endstufen-Schaufelreihe 12D' hindurchgeht und in den Diffusor D strömt, ist es möglich, das Erweiterungsverhältnis der Querschnittsfläche in dem Diffusor D im Vergleich zum herkömmlichen Fall zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, die Abmessung des Diffusors D in Richtung der Achse O zu verkürzen. Das heißt, es ist möglich, die Gesamtlänge der Axialturbine 200 zu verkürzen und die Turbine zu verkleinern.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Ferner können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Darüber hinaus werden die gleichen Komponenten wie in jeder Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung dieser kann verzichtet werden. In dieser Ausführungsform wird der in jeder Ausführungsform oben beschriebene Hohlraum C' in einem Bereich gebildet, der einer Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 in dem Turbinengehäuse 70 der Axialturbine 200 entspricht. Der Hohlraum C' wird von der radialen Innenseite her durch den Innenumfangselementkörper 40H' ausgekleidet. Der Innenumfangselementkörper 40H' ist an der Innenumfangsfläche des Hohlraums C' durch den Stützabschnitt 30' befestigt. Ferner sind an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 Leitschaufelreihen 90A und 90B durch einen Leitschaufelring (nicht dargestellt) vorgesehen. Ferner ist an der Spitze der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 ein Deckband 80S vorgesehen.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Leistung der Axialturbine 200 als Turbine weiter zu verbessern, da die Ablösung der Strömung, die durch die Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 strömt, verringert wird. Da es außerdem möglich ist, das Auftreten der Ablösung auf der stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 zu unterdrücken, ist es möglich, ein großes Erweiterungsverhältnis des Durchmessers in dem Gehäuse zu haben. Umgekehrt kann die Schaufelhöhe der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 derart unterdrückt werden, dass sie kleiner ist als die Schaufelhöhe der anderen Schaufelreihe, die sich auf der stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 befindet. Das heißt, es ist möglich, die axiale Länge der Turbine zu verkürzen und die Axialturbine im Vergleich zu einer herkömmlichen Axialturbine mit einer Endstufen-Schaufelreihe gleichen Durchmessers zu verkleinern.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist oben beschrieben worden. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Darüber hinaus werden die gleichen Komponenten wie in jeder Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung dieser kann verzichtet werden. In dieser Ausführungsform ist der oben beschriebene Hohlraum C nicht an der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Dampfturbine 100 ausgebildet. Die Gehäuseinnenumfangsfläche 21S erweitert sich von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite hin allmählich im Durchmesser. Ferner erstreckt sich ein Abschnitt, welcher der Endstufen-Schaufelreihe 12D in der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S entspricht, parallel zu der Achse O. Zudem ist es ebenfalls möglich, eine Konfiguration anzuwenden, bei der der Abschnitt in einer abgestuften Form ausgebildet ist, um einen Rippendichtung bereitzustellen.
Ferner ist ein Innenumfangselement 40b an der stromabwärtigen Seite der Endstufen-Schaufelreihe 12D der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S vorgesehen. Das Innenumfangselement 40b umfasst den Innenumfangselementkörper 40H und die Stützabschnitte 30, die den Innenumfangselementkörper 40H an der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S stützen. Der Innenumfangselementkörper 40H erstreckt sich entlang der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S. Das heißt, der Innenumfangselementkörper 40H erstreckt sich derart, dass er sich mit zunehmender Annäherung an die stromabwärtige Seite des Innenumfangselementkörpers 40H von der stromabwärtigen Seite her radial nach außen erweitert. Der Stützabschnitt 30 verbindet die Gehäuseinnenumfangsfläche 21S und die Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H. Zudem kann die in der ersten Ausführungsform beschriebene Konfiguration oder das zweite modifizierte Beispiel der ersten Ausführungsform als der Stützabschnitt 30 angenommen werden.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration strömt ein Teil des Fluids, das durch das Gehäuse 2 strömt, durch die Entnahmeöffnung E1 in einen Raum zwischen dem Innenumfangselementkörper 40H und der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S. Das in den Raum geströmte Fluid wird aus der Ausleitungsöffnung E2 hin zu der stromabwärtigen Seite ausgeblasen. Durch diese Strömung wird die Strömung, die der Innenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H folgt, durch den Coanda-Effekt in Bezug auf die Strömung, die aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasen wird, gezogen. Daher ist es möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass ein Fluid von der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H abgelöst werden kann. Ferner kann in der oben beschriebenen Konfiguration ein durch das Gehäuse 2 strömendes Fluid direkt durch den Innenumfangselementkörper 40H geführt werden, während es nicht in dem Hohlraum C oder dergleichen eingeschlossen wird. Dementsprechend ist es möglich, die Ablösung der Strömung zu unterbinden, während der Verlust unterdrückt wird, der auftritt, wenn das Fluid in den Hohlraum C strömt.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist oben beschrieben worden. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Darüber hinaus werden die gleichen Komponenten wie die in jeder Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung dieser kann verzichtet werden. In dieser Ausführungsform ist ein Innenumfangselement 40c, das in jeder Ausführungsform oben beschrieben wurde, in einem Bereich vorgesehen, welcher der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 in dem Turbinengehäuse 70 der Axialturbine 200 entspricht. Ferner ist in dieser Ausführungsform der oben beschriebene Hohlraum C' nicht an der Innenumfangsfläche 70S (Gehäuseinnenumfangsfläche) des Turbinengehäuses 70 ausgebildet. Das heißt, die Innenumfangsfläche 70S wird von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite hin allmählich im Durchmesser erweitert. Darüber hinaus erstreckt sich ein Abschnitt, welcher der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 in der Innenumfangsfläche 70S entspricht, parallel zu der Achse O. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Konfiguration anzunehmen, bei der der Abschnitt stufenförmig ausgebildet ist, um eine Flossendichtung bereitzustellen. Ferner sind die Zwischenstufen-Leitschaufelreihen 90A und 90B jeweils auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 durch einen Leitschaufelhaltering (nicht dargestellt) vorgesehen.
Das Innenumfangselement 40c ist an der stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 in der Innenumfangsfläche 70S vorgesehen. Das Innenumfangselement 40c umfasst den Innenumfangselementkörper 40H und die Stützabschnitte 30. Der Innenumfangselementkörper 40H erstreckt sich entlang der Innenumfangsfläche 70S. Das heißt, der Innenumfangselementkörper 40H erstreckt sich derart, dass er radial nach außen erweitert wird, wenn er sich der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H von der stromaufwärtigen Seite nähert. Der Stützabschnitt 30 verbindet die Gehäuseinnenumfangsfläche 21S und die Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H. Zusätzlich kann die in der ersten Ausführungsform beschriebene Konfiguration oder das zweite modifizierte Beispiel der ersten Ausführungsform als der Stützabschnitt 30 angenommen werden.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Leistung der Axialturbine 200 als Turbine weiter zu verbessern, da die Ablösung der Strömung, die durch die Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 strömt, verringert wird. Da es außerdem möglich ist, das Auftreten der Ablösung auf der stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 zu unterbinden, ist es möglich, ein großes Erweiterungsverhältnis des Durchmessers in dem Gehäuse zu haben. Hingegen kann die Schaufelhöhe der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 dahingehend unterbunden werden, dass sie kleiner als die Schaufelhöhe der anderen Schaufelreihe ist, welche sich auf der stromabwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 befindet. Das heißt, es ist möglich, die axiale Länge der Turbine zu verkürzen und die Axialturbine im Vergleich zu einer herkömmlichen Axialturbine mit einer Endstufen-Schaufelreihe gleichen Durchmessers zu verkleinern.
Ferner kann in der oben beschriebenen Konfiguration ein durch das Turbinengehäuse 70 strömendes Fluid direkt durch den Innenumfangselementkörper 40H geführt werden, während es nicht in dem Hohlraum C oder dergleichen eingeschlossen wird. Dementsprechend ist es möglich, die Ablösung der Strömung zu unterdrücken, während der Verlust unterdrückt wird, der auftritt, wenn das Fluid in den Hohlraum C strömt.
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist oben beschrieben worden. Darüber hinaus können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(Anhang)
Die in jeder Ausführungsform beschriebene Turbine wird z. B. wie folgt gehandhabt.
(1) Die Turbine 100 gemäß einem ersten Aspekt umfasst: den Rotor 1 mit der Drehwelle 11, die sich um die Achse O drehen kann, und der Schaufelreihe 12, die an der Außenumfangsfläche der Drehwelle 11 ausgebildet ist; das Gehäuse 2, das den Außenumfang des Rotors 1 bedeckt und dessen Gehäuseinnenumfangsfläche 21S sich bei zunehmender Annäherung an die stromabwärtige Seite des Gehäuses 2 in Richtung der Achse O radial nach außen erweitert; und den Innenumfangselementkörper 40H, welcher derart ausgebildet ist, dass er die Gehäuseinnenumfangsfläche 21S des Gehäuses derart auskleidet, dass die Ausleitungsöffnung E1 zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Innenumfangsfläche ausgebildet ist, und die Ausleitungsöffnung E2 zwischen dem stromabwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S ausgebildet ist, wobei die Ausleitungsöffnung E1 und die Ausleitungsöffnung E2 in einer ringförmigen Form ausgebildet sind, die an der Achse O zentriert ist, und die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung E2 kleiner ist als jene der Ausleitungsöffnung E1.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration strömt ein Teil des Fluids, das durch das Gehäuse 2 strömt, durch die Entnahmeöffnung E1 in einen Raum zwischen dem Innenumfangselementkörper 40H und der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S. Die Flüssigkeit, die in den Raum geströmt ist, wird aus der Ausleitungsöffnung E2 in Richtung der stromabwärtigen Seite als Strahlluftstrom ausgeblasen. Aufgrund dieser Strömung wird die Strömung, die der Innenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H folgt, aufgrund des Coanda-Effekts zu der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung gezogen. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten der Ablösung des Fluids von der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H zu verringern. Ferner ist es in der oben beschriebenen Konfiguration, da die Entnahmeöffnung E1 und die Ausleitungsöffnung E2 in einer ringförmigen Form ausgebildet sind, die an der Achse O zentriert ist, möglich, das Auftreten der Ablösung über den gesamten Umfang in dem Gehäuse 2 zu unterdrücken. Ferner ist gemäß der oben beschriebenen Konfiguration die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung E2 kleiner als die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Entnahmeöffnung. Dementsprechend erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids von der Entnahmeöffnung E1 in Richtung der Ausleitungsöffnung E2. Infolgedessen kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasen wird, höher sein als die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das zu der Innenumfangsseite in Bezug auf den Innenumfangselementkörper 40H strömt. Dadurch ist es möglich, die Möglichkeit der Ablösung der Strömung auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H weiter zu verringern.
(2) In der Turbine 100 gemäß einem zweiten Aspekt ist die Gehäuseinnenumfangsfläche 21S mit dem Hohlraum C versehen, der in einem Abschnitt, der der Schaufelreihe 12 entspricht, derart in der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S ausgebildet ist, dass er radial nach außen vertieft ist, und der eine ringförmige Form hat, die an der Achse O zentriert ist, und der Innenumfangselementkörper 40H ist vorgesehen, um die Innenumfangsseite des Hohlraums C auszukleiden.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration strömt ein Teil des Fluids, das durch das Gehäuse 2 strömt, durch die Entnahmeöffnung E1 in den Hohlraum C. Das in den Hohlraum C strömte Fluid wird aus der Ausleitungsöffnung E2 zu der stromabwärtigen Seite hin ausgeblasen. Dementsprechend wird die Strömung, die der Innenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H folgt, aufgrund des Coanda-Effekts zu der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung gezogen. Somit ist es möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass das Fluid von der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H abgelöst wird. Ferner ist es in der oben beschriebenen Konfiguration, da die Entnahmeöffnung E1 und die Ausleitungsöffnung E2 in einer ringförmigen Form ausgebildet sind, die an der Achse O zentriert ist, möglich, das Auftreten der oben beschriebenen Ablösung über den gesamten Umfang in dem Gehäuse 2 zu unterdrücken. Ferner wird gemäß der oben beschriebenen Konfiguration die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung E2 kleiner gemacht als die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Entnahmeöffnung. Dementsprechend erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das durch den Hohlraum C von der Entnahmeöffnung E1 zur Ausleitungsöffnung E2 strömt. Infolgedessen kann die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Fluids höher sein als die Strömungsgeschwindigkeit des außerhalb des Hohlraums C strömenden Fluids. Dadurch ist es möglich, die Möglichkeit der Ablösung der Strömung auf der stromabwärtigen Seite des Hohlraums C weiter zu verringern.
(3) Bei der Turbine 100 gemäß einem dritten Aspekt wird der Innendurchmesser der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S von der stromaufwärtigen Seite der Turbine zu der stromabwärtigen Seite hin allmählich erweitert, und der Innenumfangselementkörper 40H erstreckt sich entlang der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird ein Teil des durch das Gehäuse 2 strömenden Fluids zu einem Leckstrom, tritt zwischen der Spitze der Schaufelreihe 12 und der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S hindurch und strömt dann durch die Entnahmeöffnung E1 in einen Raum zwischen dem Innenumfangselementkörper 40H und der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S. Das in den Raum geströmte Fluid wird aus der Ausleitungsöffnung E2 in Richtung der stromabwärtigen Seite ausgeblasen. Aufgrund dieser Strömung wird die Strömung, die der Innenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H folgt, aufgrund des Coanda-Effekts zu der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung gezogen. Das heißt, dass dies effektiv genutzt wird, um die Leckströmung einfach in den Hauptströmung zurückzuführen und den Coanda-Effekt zu entwickeln. Auf diese Weise ist es möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass das Fluid von der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H abgelöst wird.
(4) In der Turbine 100 gemäß einem vierten Aspekt ist in der Querschnittsansicht der Turbine, die in Richtung der Achse O geschnitten ist, die Tangente Lc durch den Rand P2 der Ausleitungsöffnung E2 des Innenumfangselementkörpers 40H derart geneigt, dass sie weit von der Achse O in Richtung der stromabwärtigen Seite entfernt ist.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann die aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasene Strömung der Gehäuseinnenumfangsfläche 21 S auf der stromabwärtigen Seite des Innenumfangselementkörpers 40H folgen, da die Tangente Lc durch die Kante P2 der Ausleitungsöffnung E2 des Innenumfangselementkörpers 40H derart geneigt ist, dass sie weit von der Achse O in Richtung der stromabwärtigen Seite entfernt ist. Dementsprechend wird die Entwicklung des Coanda-Effekts unterstützt, und die Strömung kann weiter in Richtung der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S gezogen werden. Das heißt, es ist möglich, das Auftreten der Ablösung der Strömung weiter zu verringern.
(5) Die Turbine 100 gemäß einem fünften Aspekt umfasst ferner den Stützabschnitt 30, der den Innenumfangselementkörper 40H stützt, indem er die Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H mit der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S verbindet.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Innenumfangselementkörper 40H auf der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S durch den Stützabschnitt 30 stabil zu stützen.
(6) Bei der Turbine 100 gemäß einem sechsten Aspekt ist der Stützabschnitt 30B in der Drehrichtung Dr der Drehwelle 11 von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite hin rückwärts gekrümmt.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist der Stützabschnitt 30B in der Drehrichtung Dr zu der stromabwärtigen Seite hin rückwärts gekrümmt. Hierbei enthält die Strömung, die zwischen der Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers 40H und der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S strömt, eine Wirbelströmungskomponente, die in der Drehrichtung Dr in Übereinstimmung mit der Drehung der Drehwelle 11 verwirbelt. In der oben beschriebenen Konfiguration wird die Wirbelströmungskomponente durch den Stützabschnitt 30B verringert und die Komponente der Richtung der Achse O, die in der Strömung enthalten ist, nimmt auf der stromabwärtigen Seite des Stützabschnitts 30B zu. Dementsprechend ist es möglich, den Coanda-Effekt aufgrund der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung weiter zu fördern. Somit ist es möglich, dass die Strömung weiter der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S folgen kann. Infolgedessen ist es möglich, die Möglichkeit der Ablösung der Strömung weiter zu verringern.
(7) In der Turbine 100 gemäß einem siebten Aspekt ist der Stützabschnitt 30B an der Position vorgespannt nahe der Ausleitungsöffnung E2 des Innenumfangselementkörpers 40H angeordnet.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Richtung der aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasenen Strömung stabil zu steuern, da der Stützabschnitt 30B an einer Position angeordnet ist, die vorgespannt nahe an der Ausleitungsöffnung E2 ist. Hingegen wird die Strömung gestört, bevor sie die Ausleitungsöffnung E2 erreicht, falls der Stützabschnitt 30B vorgespannt an einer Position ist, die nahe an der Entnahmeöffnung E1 ist. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, dass der Coanda-Effekt auf der stromabwärtigen Seite der Ausleitungsöffnung E2 nicht stabil entwickelt werden kann. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann eine solche Möglichkeit unterbunden werden.
(8) Bei der Turbine 100 gemäß einem achten Aspekt ist die Schaufelreihe 12 die Endstufen-Schaufelreihe 12D der Dampfturbine 100, und die Gehäuseinnenumfangsfläche 21S umfasst die Innenumfangsfläche der Strömungsführung 50, die auf der stromabwärtigen Seite der Endstufen-Schaufelreihe 12D vorgesehen ist.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es aufgrund der verringerten Strömungsablösung möglich, die Abmessung der Strömungsführung 50 in der Richtung der Achse O zu verkürzen. Im Ergebnis ist es möglich, die eingenommene Fläche der gesamten Vorrichtung und die Herstellungskosten zu verringern.
(9) Bei der Turbine gemäß einem neunten Aspekt befindet sich die Kante P2 der Ausleitungsöffnung E2 des Innenumfangselementkörpers 40H, von der radialen Richtung der Achse O aus gesehen, auf der stromabwärtigen Seite des Anfangspunkts Pc der Strömungsführung 50.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration befindet sich die Kante P2, die sich auf der Seite der Ausleitungsöffnung E2 des Innenumfangselementkörpers befindet, auf der stromabwärtigen Seite des Anfangspunkts Pc der Strömungsführung 50. Dementsprechend ist es möglich, dass die aus der Ausleitungsöffnung E2 ausgeblasene Strömung weiter der Gehäuseinnenumfangsfläche 21S folgt. Dadurch ist es möglich, die Möglichkeit der Ablösung der Strömung weiter zu verringern.
(10) Bei der Turbine 200 gemäß einem zehnten Aspekt ist die Schaufelreihe die Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 der Axialturbine 200.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Leistung der Axialturbine 200 als Turbine weiter zu verbessern, da die Ablösung der Strömung, die durch die Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 strömt, verringert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Schaufelhöhe der anderen Schaufelreihe, die sich auf der stromaufwärtigen Seite der Zwischenstufen-Schaufelreihe 80 befindet, niedrig zu halten. Dadurch ist es möglich, die Turbine 200 zu verkleinern.
(11) Bei der Turbine 200 gemäß einem elften Aspekt ist die Schaufelreihe die Endstufen-Schaufelreihe 12D' der Axialturbine 200.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Leistung der Axialturbine 200 als Turbine weiter zu verbessern, da die Ablösung der Strömung, die durch die Endstufen-Schaufelreihe 12D' strömt, verringert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Schaufelhöhe der anderen Schaufelreihe, die sich stromaufwärts der Endstufen-Schaufelreihe 12D' befindet, niedrig zu halten. Dadurch ist es möglich, die Turbine 200 zu verkleinern.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Turbine mit weiter verbesserter Leistung bereitzustellen, indem Wirkungsgradverlust verringert wird.
Bezugszeichenliste

100: Dampfturbine (Turbine)
200: Axialturbine (Turbine)
1: Rotor
2: Gehäuse
2E: Zufuhrleitung
11: Drehwelle
12: Schaufelreihe
12D, 12D': Endstufen-Schaufelreihe
21: Innengehäuse
21H: Innengehäusekörper
21R: Leitschaufelhaltering
21S: Innenumfangsfläche (Gehäuseinnenumfangsfläche)
22: Ausleitungsgehäuse
22A: Lagerkonus
22B: Außengehäuse
30, 30B, 30': Stützabschnitt
40, 40', 40b, 40c: Innenumfangselement
40H, 40H': Innenumfangselementkörper
40S: Führungsfläche
40T: Strömungsweg-Bildungsfläche
50: Strömungsführung
50S: Innenumfangsfläche der Strömungsführung
60: Strebe
70: Turbinengehäuse
80: Zwischenstufen-Schaufelreihe
90A, 90B: Zwischenstufen-Leitschaufelreihe
C, C': Hohlraum
C1: Hohlraum-Innenumfangsfläche
C2: Fläche stromaufwärts des Hohlraums
Dr: Drehrichtung
O: Achse
P1, P2: Kante
Pc: Anfangspunkt von Strömungsführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020015615 [0002]

Claims

Turbine, umfassend: einen Rotor mit einer Drehwelle, die sich um eine Achse drehen kann, und einer Schaufelreihe, die an einer Außenumfangsfläche der Drehwelle ausgebildet ist; ein Gehäuse, das einen Außenumfang des Rotors bedeckt und das eine Gehäuseinnenumfangsfläche aufweist, die, je weiter sie sich einer stromabwärtigen Seite des Gehäuses in einer Richtung der Achse nähert, radial nach außen erweitert ist; und einen Innenumfangselementkörper, der ausgebildet ist, um die Gehäuseinnenumfangsfläche des Gehäuses derart auszukleiden, dass eine Entnahmeöffnung zwischen einem stromaufwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche gebildet wird, und eine Ausleitungsöffnung zwischen einem stromabwärtigen Ende des Innenumfangselementkörpers und der Gehäuseinnenumfangsfläche gebildet wird, wobei die Entnahmeöffnung und die Ausleitungsöffnung in einer ringförmigen Form an der Achse zentriert ausgebildet sind, und wobei eine Strömungsweg-Querschnittsfläche der Ausleitungsöffnung kleiner ist als jene der Entnahmeöffnung.
Turbine gemäß Anspruch 1, wobei die Gehäuseinnenumfangsfläche mit einem Hohlraum versehen ist, der in einem Abschnitt, welcher der Schaufelreihe entspricht, derart in der Gehäuseinnenumfangsfläche ausgebildet ist, dass er radial nach außen vertieft ist, und der eine ringförmige Form zentriert an der Achse aufweist, und wobei der Innenumfangselementkörper derart vorgesehen ist, dass er eine Innenumfangsseite des Hohlraums auskleidet.
Turbine gemäß Anspruch 1, wobei sich der Innendurchmesser der Gehäuseinnenumfangsfläche von einer stromaufwärtigen Seite der Turbine hin zu der stromabwärtigen Seite allmählich erweitert, und wobei sich der Innenumfangselementkörper entlang der Gehäuseinnenumfangsfläche erstreckt.
Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einer Querschnittsansicht der Turbine, die in der Richtung der Achse geschnitten ist, eine Tangente durch eine Kante der Ausleitungsöffnung des Innenumfangselementkörpers derart geneigt ist, dass sie weit von der Achse hin zu der stromabwärtigen Seite entfernt ist.
Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: einen Stützabschnitt, der den Innenumfangselementkörper durch Verbinden einer Außenumfangsfläche des Innenumfangselementkörpers mit der Gehäuseinnenumfangsfläche stützt.
Turbine gemäß Anspruch 5, wobei der Stützabschnitt in einer Drehrichtung der Drehwelle von der stromaufwärtigen Seite hin zu der stromabwärtigen Seite nach hinten gekrümmt ist.
Turbine gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Stützabschnitt an einer Position angeordnet ist, die vorgespannt nahe an der Ausleitungsöffnung des Innenumfangselementkörpers ist.
Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schaufelreihe eine Endstufen-Schaufelreihe einer Dampfturbine ist, und wobei die Gehäuseinnenumfangsfläche eine Innenumfangsfläche einer Strömungsführung aufweist, die an der stromabwärtigen Seite der Endstufen-Schaufelreihe vorgesehen ist.
Turbine gemäß Anspruch 8, wobei eine Kante der Ausleitungsöffnung des Innenumfangselementkörpers, aus einer radialen Richtung in Bezug auf die Achse gesehen, auf einer stromabwärtigen Seite eines Anfangspunktes der Strömungsführung angeordnet ist.
Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaufelreihe eine Zwischenstufen-Schaufelreihe einer Axialturbine ist.
Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaufelreihe eine Endstufen-Schaufelreihe der Axialturbine ist.