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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbine. Priorität wird in der japanischen Patentanmeldung Nr.
2020-195481 beansprucht, die am 25. November 2020 eingereicht wurde und deren Inhalt hierin durch Referenz aufgenommen wird.
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Stand der Technik
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Eine Gasturbine oder eine Dampfturbine enthält hauptsächlich einen Rotor, der sich um eine Achse dreht, ein Gehäuse, das den Rotor von einer Außenumfangsseite abdeckt, und mehrere Statorschaufelstufen, die an einer Innenumfangsseite des Gehäuses vorgesehen sind (siehe PTL 1). Der Rotor weist einen Rotorhauptkörper, der sich entlang der Achse erstreckt, und mehrere Rotorschaufelstufen auf, die an einer Außenumfangsfläche des Rotorhauptkörpers ausgerichtet sind. Die Statorschaufelstufen und die Rotorschaufelstufen sind abwechselnd in einer Axialrichtung ausgerichtet. Die Statorschaufelstufen enthalten mehrere Statorschaufeln, die in einer Umfangsrichtung ausgerichtet sind. In ähnlicher Weise enthalten die Rotorschaufelstufen mehrere Rotorschaufeln, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Ein von außen eingeleitetes Fluid strömt in die Rotorschaufelstufen, nachdem die Strömungsrichtung davon an den Statorschaufelstufen geändert wurde. Dementsprechend wird die Energie von Dampf über die Rotorschaufelstufen in eine Drehkraft umgewandelt, so dass sich der Rotor dreht.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.
2018-138764 -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Inzwischen ist bekannt, dass, wenn Dampf die Umgebung der Statorschaufeln passiert, aufgrund der Viskosität des Dampfes eine Schicht eines Stroms, bei der die Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist, gebildet wird, die als eine Grenzschicht bezeichnet wird. In einem Fall, in dem sich die Grenzschicht entwickelt, kommt es zu Energieverlusten. Als ein Ergebnis kann die Effizienz einer Dampfturbine abnehmen. Darüber hinaus besteht auch ein Bedarf zum Verbessern der Effizienz einer Turbine durch Reduzieren eines Dampfstroms (eines Leckagestroms), der zwischen einer Statorschaufel-Dichtungsrippe und einem Rotor strömt.
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Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Dampfturbine mit einer weiteren Verbesserung der Effizienz vorzusehen.
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Lösung für das Problem
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zum Erzielen der Aufgabe ist eine Dampfturbine bereitgestellt, die einen Rotor, der einen um eine Achse drehbaren Rotorhauptkörper und mehrere in einer Umfangsrichtung entlang einer Außenumfangsfläche des Rotorhauptkörpers ausgerichtete Rotorschaufeln enthält, ein Gehäuse, das den Rotor abdeckt, und mehrere Statorschaufeln, die in der Umfangsrichtung entlang einer Innenumfangsfläche des Gehäuses ausgerichtet sind, umfasst. Die Statorschaufeln enthalten jeweils einen Statorschaufel-Hauptkörper, der sich in einer Radialrichtung in Bezug auf die Achse erstreckt und der eine Oberfläche, in der ein Saugabschnitt gebildet ist, enthält, durch den mindestens ein Abschnitt eines Arbeitsfluids, das von einer Seite zu der anderen Seite in einer Richtung entlang der Achse strömt, ansaugbar ist, ein Düsen-Innenumfangselement, das innerhalb des Statorschaufel-Hauptkörpers in der Radialrichtung vorgesehen ist, und mehrere Dichtungsrippen, die von einer Innenumfangsfläche des Düsen-Innenumfangselements radial nach innen vorstehen und in der Richtung entlang der Achse in Abständen ausgerichtet sind, und einen Ausstoßanschluss, durch den das durch den Ansaugabschnitt eingeleitete Arbeitsfluid ausgestoßen wird, in dem Düsen-Innenumfangselement und in einem Abschnitt der Dichtungsrippe gebildet ist, der der anderen Seite in der Richtung entlang der Achse näher als die der einen Seite in der Richtung entlang der Achse am nächsten liegende Dichtungsrippe ist.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Dampfturbine mit einer weiteren Verbesserung in Effizienz vorzusehen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Dampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts der Dampfturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht von Dichtungsrippen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein erstes Modifikationsbeispiel der Statorschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein zweites Modifikationsbeispiel der Statorschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein drittes Modifikationsbeispiel der Statorschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts einer Dampfturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts einer Dampfturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt eines ersten Modifikationsbeispiels der Dampfturbine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt eines zweiten Modifikationsbeispiels der Dampfturbine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt eines dritten Modifikationsbeispiels der Dampfturbine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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[Erste Ausführungsform]
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(Konfiguration von Dampfturbine)
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Nachstehend wird eine Dampfturbine 1 (einer Turbine) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, enthält die Dampfturbine 1 einen Rotor 2, ein Gehäuse 3, Statorschaufelstufen 9, Gleitlager 4 und ein Drucklager 5.
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Der Rotor 2 enthält einen Rotorhauptkörper 6, der sich entlang einer Achse Ac erstreckt, und mehrere Rotorschaufelstufen 7, die an einer Außenumfangsfläche des Rotorhauptkörpers 6 in Abständen in einer Richtung entlang der Achse Ac ausgerichtet sind. Ein Gleitlager 4 ist an beiden Endabschnitten des Rotorhauptkörpers 6 jeweils in der Richtung entlang der Achse Ac vorgesehen. Die Gleitlager 4 stützen den Rotorhauptkörper 6 so, dass er um die Achse Ac drehbar ist, während sie eine durch den Rotorhauptkörper 6 verursachte Radiallast aufnehmen. Ein Drucklager 5 ist auf einer Seite des Rotorhauptkörpers 6 in der Richtung entlang der Achse Ac vorgesehen. Das Drucklager 5 unterstützt eine Last in der Richtung entlang der Achse Ac, die durch den Rotorhauptkörper 6 verursacht wird.
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Die jeweiligen Rotorschaufelstufen 7 enthalten mehrere Rotorschaufeln 8, die in einer Umfangsrichtung entlang der Außenumfangsfläche des Rotorhauptkörpers 6 ausgerichtet sind. Die jeweiligen Rotorschaufeln 8 weisen einen schaufelähnlichen Querschnitt auf, bei dem eine Vorderkante in der Richtung entlang der Achse Ac auf einer Seite liegt und eine Hinterkante in einer Radialrichtung gesehen auf der anderen Seite liegt.
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Das Gehäuse 3 weist eine rohrförmige Form auf, die den Rotor 2 von einer Außenseite davon abdeckt. An einer Innenumfangsfläche des Gehäuses 3 sind mehrere Statorschaufelstufen 9 vorgesehen, die in der Richtung entlang der Achse Ac in Abständen ausgerichtet sind. Die Statorschaufelstufen 9 sind so ausgerichtet, dass sich die Statorschaufelstufen 9 und die Rotorschaufelstufen 7 in der Richtung entlang der Achse Ac abwechseln. Insbesondere ist eine Statorschaufelstufe 9 auf der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac in Bezug auf jede der Rotorschaufelstufen 7 vorgesehen. Die jeweiligen Statorschaufelstufen 9 enthalten mehrere Statorschaufeln 10, die in der Umfangsrichtung entlang der Innenumfangsfläche des Gehäuses 3 ausgerichtet sind. Die Statorschaufel 10 weist einen schaufelähnlichen Querschnitt auf, bei dem eine Vorderkante in der Richtung entlang der Achse Ac auf der einen Seite liegt und eine Hinterkante in der Radialrichtung gesehen auf der anderen Seite liegt.
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An einer Seite des Gehäuses 3 ist in der Richtung entlang der Achse Ac ein Dampfzufuhranschluss 40 zur Einleitung von außen erzeugtem Dampf vorgesehen. Dampf, der durch den Dampfzufuhranschluss 40 in das Gehäuse 3 eingeleitet wird, kollidiert mit den Rotorschaufelstufen 7, nachdem die Strömungsrichtung davon an den oben beschriebenen Statorschaufelstufen 9 geändert wurde. Dementsprechend wird Rotationsenergie um die Achse Ac via die Rotorschaufelstufen 7 auf den Rotor 2 aufgebracht. Des Weiteren ist auf der anderen Seite des Gehäuses 3 in der Richtung entlang der Achse Ac ein Dampfabgabeanschluss 50 zum Abgeben von Dampf vorgesehen, der das Innere des Gehäuses 3 passiert. In der folgenden Beschreibung kann eine Seite, auf der der Dampfzufuhranschluss 40 von dem Dampfabgabeanschluss 50 aus gesehen positioniert ist (das heißt, die eine Seite in der Richtung entlang der Achse Ac), einfach als eine „Stromaufwärtsseite“ bezeichnet werden, und die gegenüberliegende Seite kann als eine „Stromabwärtsseite“ bezeichnet werden.
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(Konfiguration von Statorschaufel)
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Als nächstes wird eine detaillierte Konfiguration jeder Statorschaufel 10 mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Wie in 2 gezeigt, enthält jede Statorschaufel 10 ein Düsen-Außenumfangselement 31, einen Statorschaufel-Hauptkörper 11, ein Düsen-Innenumfangselement 12 und Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 (Dichtungsrippen).
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Das Düsen-Außenumfangselement 31 ist an einer Innenumfangsfläche 3S des Gehäuses 3 befestigt. Das Düsen-Außenumfangselement 31 weist eine ringförmige Form auf, die auf der Achse Ac zentriert ist. Der Statorschaufel-Hauptkörper 11 erstreckt sich von dem Düsen-Außenumfangselement 31 radial nach innen. Das heißt, das Düsen-Außenumfangselement 31 unterstützt von einer Radialaußenseite aus mehrere Statorschaufel-Hauptkörper 11, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
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Wie in 3 gezeigt, ist eine stromaufwärtsseitig Kante des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 eine Vorderkante 11L, und eine stromabwärtsseitig Kante davon ist eine Hinterkante 11T. Eine Kurve, die die Vorderkante 11L und die Hinterkante 11T verbindet (das heißt, eine Linie, die einen Mittelabschnitt eines schaufelähnlichen Querschnitts passiert), ist eine Wölbungslinie CL. Eine Oberfläche, die einer Seite in der Umfangsrichtung zugewandt ist, ist eine Druckfläche 11A, und eine Oberfläche, die der anderen Seite zugewandt ist, ist eine Saugfläche 11B, wobei die Wölbungslinie CL eine Grenze dazwischen ist. Die Druckfläche 11A ist in der Umfangsrichtung zu der anderen Seite hin gekrümmt konkav. Die Druckfläche 11A ist in der Strömungsrichtung von Dampf einer Stromaufwärtsseite zugewandt. Die Saugfläche 11B steht in der Umfangsrichtung in Richtung der anderen Seite gekrümmt vor. Die Saugfläche 11B ist in der Strömungsrichtung von Dampf einer Stromabwärtsseite zugewandt.
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An der Saugfläche 11B sind Saugabschnitte 20 gebildet, durch die mindestens ein Abschnitt von Dampf (ein Arbeitsfluid), der den Statorschaufel-Hauptkörper 11 umströmt, angesaugt werden kann. Die Saugabschnitte 20 enthalten ein Paar vorderkantenseitige Sauganschlüsse 21, die an Positionen nahe der Seite der Vorderkante 11L gebildet sind, und einen hinterkantenseitigen Sauganschluss 22, der an einer Position nahe der Seite der Hinterkante 11T gebildet ist.
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Die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 sind rechteckige Öffnungen, bei denen eine Längsrichtung die Radialrichtung ist. Die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 können eine Kreisform oder eine ovale Form aufweisen. Die gepaarten vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 sind in der Radialrichtung voneinander getrennt. Ein vorderkantenseitiger Sauganschluss 21 ist in der Umgebung eines radial äußeren Endabschnitts der Saugfläche 11B gebildet, und der andere vorderkantenseitige Sauganschluss 21 ist in der Umgebung eines radial inneren Endabschnitts der Saugfläche 11B gebildet. Darüber hinaus ist eine Distanz von einem radialen Endabschnitt des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 zu dem vorderkantenseitigen Sauganschluss 21 kleiner als eine Distanz zwischen den gepaarten vorderkantenseitigen Sauganschlüssen 21. Des Weiteren sind die Positionen der vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 in der Richtung entlang der Achse Ac identisch zueinander. Es ist anzumerken, dass „gleich“ bedeutet, dass die Positionen im Wesentlichen gleich sind, und dass Konstruktionstoleranzen und Herstellungsfehler zulässig sind. Gleiches gilt für die folgende Beschreibung. Es ist anzumerken, dass es auch möglich ist, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Positionen der gepaarten vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 in der Richtung entlang der Achse Ac voneinander verschieden sind.
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Der hinterkantenseitige Sauganschluss 22 ist eine rechteckige Öffnung, bei der die Längsrichtung die Radialrichtung ist. Im Gegensatz zu den vorderkantenseitigen Sauganschlüssen 21 erstreckt sich der hinterkantenseitige Sauganschluss 22 im Wesentlichen über die gesamte Saugfläche 11B in der Radialrichtung. Das heißt, eine Abmessung des hinterkantenseitigen Sauganschlusses 22 in der Radialrichtung größer als die der vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 ist. Die Position eines radial äußeren Endabschnitts des hinterkantenseitigen Sauganschlusses 22 in der Radialrichtung ist die gleiche wie die Position eines radial äußeren Endabschnitts des einen vorderkantenseitigen Sauganschlusses 21 (auf einer Radialaußenseite) in der Radialrichtung. Darüber hinaus ist die Position eines radial inneren Endabschnitts des hinterkantenseitigen Sauganschlusses 22 in der Radialrichtung die gleiche wie die Position eines radial inneren Endabschnitts des anderen vorderkantenseitigen Sauganschlusses 21 (auf einer Radialinnenseite) in der Radialrichtung.
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Das Innere des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 ist ein Hohlabschnitt, und die oben beschriebenen Saugabschnitte 20 (die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 und der hinterkantenseitige Sauganschluss 22) kommunizieren mit einem Ausstoßanschluss H, der später beschrieben wird, via den Hohlabschnitt. Insbesondere ist innerhalb des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 ein Strömungsweg gebildet, durch den ein Fluid strömt, und die Saugabschnitte 20 kommunizieren mit dem Ausstoßanschluss H durch den Strömungsweg.
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Das Düsen-Innenumfangselement 12 ist in der Radialrichtung innerhalb des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 vorgesehen. Das Düsen-Innenumfangselement 12 weist eine ringförmige Form auf, die auf der Achse Ac zentriert ist, und unterstützt von der Radialinnenseite aus die mehreren Statorschaufel-Hauptkörper 11, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
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Eine Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 ist einer Außenumfangsfläche 6S des Rotorhauptkörpers 6 mit einem dazwischen vorgesehenen radialen Abstand zugewandt. An der Innenumfangsfläche 12S sind mehrere Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind zum Beispiel drei Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 in der Richtung entlang der Achse Ac in Abständen ausgerichtet. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 nicht auf drei beschränkt ist, sondern auch vier oder mehr sein kann. Die jeweiligen Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 stehen von der Innenumfangsfläche 12S radial nach innen vor und weisen eine ringförmige Form auf, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt. Die jeweiligen Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 weisen eine sich verjüngende Querschnittsform auf, da eine Abmessung davon in der Richtung entlang der Achse Ac von der Radialaußenseite zu der Radialinnenseite hin graduell abnimmt. Zwischen radial inneren Endabschnitten der Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 und der Außenumfangsfläche 6S des Rotorhauptkörpers 6 ist ein gewisser Spalt (ein Spiel) gebildet.
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Als nächstes wird eine detaillierte Konfiguration von den jeweiligen Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 mit Bezug auf 4 beschrieben. Wie in 4 gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Statorschaufel-Dichtungsrippe 13, die eine der drei Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 ist und der Stromaufwärtsseite am nächsten positioniert ist, als eine erste Dichtungsrippe 13A bezeichnet, und die Statorschaufel-Dichtungsrippe 13, die der Stromabwärtsseite am nächsten positioniert ist, wird als eine dritte Dichtungsrippe 13C bezeichnet. Des Weiteren wird die Statorschaufel-Dichtungsrippe 13, die zwischen der ersten Dichtungsrippe 13A und der dritten Dichtungsrippe 13C positioniert ist, als eine zweite Dichtungsrippe 13B bezeichnet.
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Der Ausstoßanschluss H, der mit den oben beschriebenen Saugabschnitten 20 kommuniziert, ist in einem Spitzenende (einem radial inneren Endabschnitt) der zweiten Dichtungsrippe 13B gebildet, die eine der drei Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 ist. Das heißt, obwohl nicht detailliert gezeigt, ist in der zweiten Dichtungsrippe 13B ein Strömungsweg gebildet, durch den die Saugabschnitte 20 und der Ausstoßanschluss H miteinander kommunizieren. Hier wird in einem zwischen den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 gebildeten Raum S ein Hauptdampfstrom (d. h. ein Dampfstrom, der den Statorschaufel-Hauptkörper 11 umströmt) durch die Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 blockiert, so dass der statische Druck niedriger als derjenige um den Statorschaufel-Hauptkörper 11 ist. Das heißt, es besteht eine Druckdifferenz zwischen dem Raum S und der Umgebung des Statorschaufel-Hauptkörpers 11. Dementsprechend wird ein Abschnitt von Dampf in der Umgebung des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 von den oben beschriebenen Saugabschnitten 20 in Richtung des Ausstoßanschlusses H gesaugt. Gesaugter Dampf A wird aus dem Ausstoßanschluss H in der Form eines Strahls J in den Raum S ausgestoßen.
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(Konfiguration von Rotorschaufel)
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Wie in 2 gezeigt, enthält die Rotorschaufel 8 eine Scheibe 61, Rotorschaufel-Hauptkörper 81, eine äußere Abdeckung 82 und Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83. Die Scheibe 61 weist eine auf der Achse Ac zentrierte ringförmige Form auf und ist an der Außenumfangsfläche 6S des Rotorhauptkörpers 6 befestigt. Mehrere Rotorschaufel-Hauptkörper 81 sind an einer Außenumfangsseite der Scheibe 61 vorgesehen. Die Rotorschaufel-Hauptkörper 81 sind in der Umfangsrichtung in Abständen ausgerichtet. Obwohl nicht detailliert gezeigt, weist jeder Rotorschaufel-Hauptkörper 81 in der Radialrichtung gesehen eine schaufelähnliche Querschnittsform auf. Die äußere Abdeckung 82 ist in der Radialrichtung außerhalb der Rotorschaufel-Hauptkörper 81 vorgesehen. Die äußere Abdeckung 82 weist eine auf der Achse Ac zentrierte ringförmige Form auf und unterstützt die mehreren Rotorschaufel-Hauptkörper 81 an der Radialaußenseite.
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Eine Außenumfangsfläche 82S der äußeren Abdeckung 82 ist mit mehreren Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 versehen, die in der Richtung entlang der Achse Ac in Abständen ausgerichtet sind. Die Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 unterdrücken einen Dampfstrom (einen Leckagestrom), der in einen Raum zwischen der äußeren Abdeckung 82 und der Innenumfangsfläche 3S strömt. In der vorliegenden Ausführungsform sind zum Beispiel vier Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 vorgesehen. Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 nicht auf vier beschränkt ist, sondern auch drei oder weniger oder fünf oder mehr sein kann. Die jeweiligen Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 stehen von der Außenumfangsfläche 82S radial nach außen vor und weisen eine ringförmige Form auf, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt. Die jeweiligen Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 weisen eine sich verjüngende Querschnittsform auf, da eine Abmessung davon in der Richtung entlang der Achse Ac von der Radialinnenseite zu der Radialaußenseite hin graduell abnimmt. Zwischen Spitzenenden (radial äußeren Endabschnitten) der Rotorschaufel-Dichtungsrippen 83 und der Innenumfangsfläche 3S des Gehäuses 3 ist ein gewisser Spalt (ein Spiel) gebildet.
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(Betrieb und Effekt)
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Als nächstes wird der Betrieb der Dampfturbine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn die Dampfturbine 1 betrieben werden soll, wird dem Inneren des Gehäuses 3 durch den Dampfzufuhranschluss 40 Hochtemperatur- und Hochdruckdampf zugeführt, der von einem externen Kessel oder dergleichen erzeugt wird. Der größte Teil des in das Gehäuse 3 zugeführten Dampfes kommt abwechselnd mit den Statorschaufelstufen 9 und den Rotorschaufelstufen 7 in Kontakt, während er von der Stromaufwärtsseite zu der Stromabwärtsseite strömt. Die Strömungsrichtung des Dampfes wird an den Statorschaufelstufen 9 so geändert, dass der Einströmwinkel zu den Rotorschaufelstufen 7 angemessen gemacht wird. Wenn der Dampf in die Rotorschaufelstufen 7 strömt, wird via die Rotorschaufelstufen 7 eine Drehkraft auf den Rotor 2 ausgeübt. Dementsprechend dreht sich der Rotor 2 um die Achse Ac. Die Rotationsenergie des Rotors 2 wird beispielsweise zum Antrieb eines Generators (nicht gezeigt) verwendet, der mit einem Wellenende verbunden ist. Dampf, der durch die Rotorschaufelstufe 7, die der Stromabwärtsseite am nächsten liegt, strömt, wird durch den Dampfabgabeanschluss 50 in einen externen Kondensator oder dergleichen (nicht gezeigt) eingeleitet.
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Inzwischen ist bekannt, dass, wenn Dampf die Umgebung des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 passiert, aufgrund der Viskosität des Dampfes auf der Oberfläche des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 eine Schicht eines Stroms, bei der die Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist, gebildet ist, die als eine Grenzschicht bezeichnet wird. Die Grenzschicht wird besonders deutlich an der Seite der Hinterkante 11T der Saugfläche 11B des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 erzeugt. Darüber hinaus kann in der Umgebung der Vorderkante 11L des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 ein Wirbel als ein Sekundärstrom gebildet sein, dessen Ursprünge beide Endabschnitte in der Radialrichtung sind. Aufgrund der oben beschriebenen Phänomene kann der Dampf daran gehindert werden, reibungslos zu strömen, und es kann eine Verringerung in Effizienz der Dampfturbine 1 geben. Des Weiteren besteht ein Bedarf zum Verbessern der Turbineneffizienz durch Reduzieren eines Dampfstroms (eines Leckagestroms), der zwischen den oben beschriebenen Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 und der Außenumfangsfläche 6S des Rotorhauptkörpers 6 strömt.
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Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration verwendet, bei der die Grenzschicht und der Sekundärstrom durch die oben beschriebenen Saugabschnitte 20 gesaugt werden und dem Raum S zwischen den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 durch den Ausstoßanschluss H in der Form des Strahls J zugeführt werden. In einem Bereich (dem Raum S), der von den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 umgeben ist, ist der statische Druck niedriger als derjenige in einem Bereich (einem Hauptströmungsweg), in dem der Hauptdampfstrom strömt. Auf der Grundlage einer solchen Druckdifferenz ist ein Strom gebildet, der von den in einer Oberfläche des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildeten Saugabschnitten 20 zu dem Ausstoßanschluss H strömt. Indem er von dem Strom getragen wird, wird Dampf als die Grenzschicht und der Sekundärstrom von den Saugabschnitten 20 gesaugt. Der von den Saugabschnitten 20 gesaugte Dampf wird durch den Ausstoßanschluss H in den Raum S zwischen den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 ausgestoßen. Dementsprechend wird die Grenzschicht oder der Sekundärstrom, der auf der Oberfläche des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet ist, reduziert. Als ein Ergebnis wird der Energieverlust um den Statorschaufel-Hauptkörper 11 unterdrückt, und die Effizienz der Dampfturbine 1 kann weiter verbessert werden.
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Des Weiteren ist es besonders wahrscheinlich, dass auf der Seite der Saugfläche 11B des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 die Grenzschicht oder der Sekundärstrom gebildet ist. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die Saugabschnitte 20 näher an der Saugfläche 11B als an der Vorderkante 11L des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet. Dementsprechend können die Grenzschicht und der Sekundärstrom effektiver gesaugt werden, und Energieverlust kann weiter reduziert werden. Darüber hinaus sind gemäß dieser Konfiguration Öffnungsabschnitte wie die Saugabschnitte 20 nur in der Saugfläche 11B gebildet, und somit kann eine Verringerung in Festigkeit des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 im Vergleich zu einem Fall vermieden werden, in dem die gleichen Öffnungsabschnitte auch in der Druckfläche 11A zum Beispiel gebildet sind.
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Darüber hinaus ist die Grenzschicht besonders wahrscheinlich an einer Position auf der Saugfläche 11B, die nahe an der Seite der Hinterkante 11T liegt, zu entwickeln. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist der hinterkantenseitige Sauganschluss 22 an einer solchen Position gebildet, an der sich die Grenzschicht wahrscheinlich entwickelt. Da die Grenzschicht durch den hinterkantenseitigen Sauganschluss 22 gesaugt wird, tritt ein Dampfstrom in einen Zustand ein, in dem er eng an der Saugfläche 11B haftet. Dementsprechend strömt der Dampf reibungslos, und der Energieverlust der Dampfturbine 1 kann weiter reduziert werden.
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Darüber hinaus ist es besonders wahrscheinlich, dass ein Wirbel als der Sekundärstrom in einem radialen Innenbereich und in einem radialen Außenbereich der Saugfläche 11B, die auf der Seite der Vorderkante 11L liegen, erzeugt wird. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 an solchen Positionen gebildet, an denen der Sekundärstrom wahrscheinlich erzeugt wird. Da der Sekundärstrom durch die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 gesaugt wird, tritt ein Dampfstrom in einen Zustand ein, in dem er eng an der Saugfläche 11B haftet. Dadurch kann der Energieverlust der Dampfturbine 1 weiter unterdrückt werden.
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Wie in 4 gezeigt, ist in dem Raum S ein Wirbel V durch einen Leckagestrom gebildet, der aus einem Spiel C zwischen den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 und der Außenumfangsfläche 6S des Rotorhauptkörpers 6 strömt. Nachdem der Wirbel V entlang der Außenumfangsfläche 6S von der Stromaufwärtsseite zu der Stromabwärtsseite strömt, wird die Strömungsrichtung des Wirbels V entlang der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 auf der Stromabwärtsseite geändert, und dann strömt der Wirbel V entlang der Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 zurück zu der Stromaufwärtsseite.
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In der oben beschriebenen Konfiguration ist der Ausstoßanschluss H an dem radial inneren Endabschnitt der zweiten Dichtungsrippe 13B gebildet, die die zweite Dichtungsrippe ist, von der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac gezählt. Der durch das Spiel C strömende Leckagestrom wird durch den aus dem Ausstoßanschluss H ausgestoßenen Strahl J behindert, und ein Kontraktionsströmungseffekt kann dem Leckagestrom verliehen werden. Des Weiteren wird durch den Strahl J eine zusätzliche Drallkraft auf den oben beschriebenen Wirbel V ausgeübt. Entwicklung des Wirbels V ermöglicht eine weitere Reduzierung der Strömungsrate des in den Raum S strömenden Leckagestroms. Wie oben beschrieben, wird die Dichtungsleistung der Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 verbessert, und somit kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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[Modifikationsbeispiel von erster Ausführungsform]
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Die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Es ist anzumerken, dass die oben beschriebene Konfiguration auf verschiedene Weisen geändert und modifiziert werden kann, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In der ersten Ausführungsform wurde beispielsweise eine Konfiguration beschrieben, bei der die gepaarten vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 so vorgesehen sind, dass sie in der Radialrichtung voneinander getrennt sind. Als ein erstes Modifikationsbeispiel kann jedoch auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der nur ein vorderkantenseitiger Sauganschluss 21B über den gesamten Bereich in der Radialrichtung gebildet ist, wie in 5 gezeigt. Gemäß einer solchen Konfiguration kann der Sekundärstrom in einem breiteren Bereich effizient gesaugt werden, da der vorderkantenseitige Sauganschluss 21 über den gesamten Bereich in der Radialrichtung gebildet ist.
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Darüber hinaus kann als ein zweites Modifikationsbeispiel auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der kein vorderkantenseitiger Sauganschluss 21 gebildet ist und nur der hinterkantenseitige Sauganschluss 22 gebildet ist, wie in 6 gezeigt. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Anzahl an Öffnungsabschnitten, die in dem Statorschaufel-Hauptkörper 11 gebildet sind, zu reduzieren, da die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 nicht gebildet sind. Daher ist es möglich, eine Verringerung in Festigkeit des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 zu minimieren, während die Grenzschicht reduziert wird.
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Als ein drittes Modifikationsbeispiel kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der kein hinterkantenseitiger Sauganschluss 22 gebildet ist und nur die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 gebildet sind, wie in 7 gezeigt. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, den Sekundärstrom und die Grenzschicht gleichzeitig mit Hilfe der vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 zu saugen und zu reduzieren. Darüber hinaus ist es auch in diesem Fall möglich, die Anzahl an Öffnungsabschnitten, die in dem Statorschaufel-Hauptkörper 11 gebildet sind, zu reduzieren und somit ist es möglich, eine Verringerung in Festigkeit des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 zu minimieren, während der Sekundärstrom und die Grenzschicht reduziert werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Es ist anzumerken, dass die gleichen Komponenten wie die in der ersten Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen erhalten und detaillierte Beschreibung davon weggelassen wird. Wie in 8 gezeigt, unterscheidet sich in der vorliegenden Ausführungsform eine Position, an der ein Ausstoßanschluss H1 gebildet ist, von derjenigen in der ersten Ausführungsform.
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Der Ausstoßanschluss H1 ist an der Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 offen. Insbesondere öffnet sich der Ausstoßanschluss H1 in den Raum S zwischen der ersten Dichtungsrippe 13A und der zweiten Dichtungsrippe 13B. Insbesondere ist der Ausstoßanschluss H1 an einer Position in dem Raum S gebildet, die in der Richtung entlang der Achse Ac nahe der Seite der ersten Dichtungsrippe 13A liegt. Das heißt, es ist möglich, die Drallkraft des Wirbels V mit dem Strahl J zu fördern, der entlang der Strömungsrichtung des in dem Raum S gebildeten Wirbels V gebildet ist. Der Ausstoßanschluss H1 kommuniziert mit den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Saugabschnitten 20 über einen Strömungsweg F. Der Strömungsweg F durchdringt das Düsen-Innenumfangselement 12 in der Radialrichtung.
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Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann Dampf einem Bereich (dem Raum S) zwischen den benachbarten Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 durch den Ausstoßanschluss H1 zugeführt werden, der an der Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 gebildet ist. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform der Ausstoßanschluss H1 an einer Position in dem Raum S gebildet, die in der Richtung entlang der Achse Ac nahe der Seite der ersten Dichtungsrippe 13A liegt. Dementsprechend wird Bildung des Wirbels V in dem Raum S gefördert, und die Drallkraft davon kann erhöht werden. Mit der Entwicklung des Wirbels V wird die Strömungsrate eines in den Raum S strömenden Leckagestroms reduziert, und somit kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Es ist anzumerken, dass die oben beschriebene Konfiguration auf verschiedene Weisen geändert und modifiziert werden kann, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist die Position des Ausstoßanschlusses H1 nicht auf die Innenumfangsfläche 12S beschränkt, und der Ausstoßanschluss H1 kann an jeder beliebigen Position auf dem Düsen-Innenumfangselement 12 und den mehreren Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 gebildet sein, solange der Ausstoßanschluss H1 stromabwärts von der ersten Dichtungsrippe 13A gebildet ist. Das heißt, obwohl es von der Konstruktion und den Spezifikationen abhängt, kann der Ausstoßanschluss H1 auch an der Innenumfangsfläche 12S zwischen der zweiten Dichtungsrippe 13B und der dritten Dichtungsrippe 13C gebildet sein. Darüber hinaus kann der gleiche Ausstoßanschluss H wie in der ersten Ausführungsform auch in der dritten Dichtungsrippe 13C gebildet sein. Darüber hinaus kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Ausstoßanschluss H nur in der dritten Dichtungsrippe 13C gebildet ist.
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[Dritte Ausführungsform]
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Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die in der oben beschriebenen Ausführungsform erhalten die gleichen Bezugszeichen und die Beschreibung davon wird weggelassen. Wie in 9 gezeigt, unterscheidet sich in der vorliegenden Ausführungsform eine Position, an der ein Ausstoßanschluss H2 in der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 (der zweiten Dichtungsrippe 13B) gebildet ist, von derjenigen in der ersten Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform ist der Ausstoßanschluss H an einem Spitzenende der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausstoßanschluss H2 jedoch an einer Oberfläche (einer stromabwärtigen Oberfläche 13D) der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 gebildet, die der Stromabwärtsseite zugewandt ist. Mit anderen Worten ist der Ausstoßanschluss H2 an einer Position gebildet, die näher an der Radialaußenseite als an einem Spitzenende 13T (das heißt, einem radial inneren Endabschnitt) der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 liegt. Darüber hinaus ist eine Distanz von einem Basisende 13R (das heißt, einem radial äußeren Endabschnitt) der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 zu dem Ausstoßanschluss H2 größer als eine Distanz von dem Spitzenende 13T zu dem Ausstoßanschluss H2. Das heißt, der Ausstoßanschluss H2 ist näher an der Seite des Spitzenendes 13T als an dem Basisende 13R gebildet. Darüber hinaus ist eine Richtung, in der der Ausstoßanschluss H2 geöffnet ist, so eingestellt, dass der Strahl J radial nach innen ausgestoßen werden kann.
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Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann dem Bereich (dem Raum S: wie in der ersten Ausführungsform) zwischen den benachbarten Statorschaufel-Dichtungsrippen 13 Dampf in der Form des Strahls J durch den in der stromabwärtigen Oberfläche 13D der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 gebildeten Ausstoßanschluss H2 zugeführt werden. Dementsprechend wird Bildung eines Wirbels in dem Raum S gefördert. Insbesondere ist der Ausstoßanschluss H2 an der Position gebildet, die näher an der Radialaußenseite als an dem Spitzenende 13T (das heißt, dem radial inneren Endabschnitt) der Statorschaufel-Dichtungsrippe 13 liegt. Dementsprechend kann der Strahl J im Vergleich zu einem Fall, in dem der Ausstoßanschluss H2 an dem Spitzenende 13T gebildet ist, beispielsweise besser an einen Wirbelstrom angepasst werden. Das heißt, die Drallkraft des Wirbels kann durch den Strahl J weiter erhöht werden, und der Wirbel kann sich entwickeln. Mit der Entwicklung des Wirbels wird ein in dem Spiel C strömender Leckagestrom reduziert, und somit kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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[Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform]
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Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. Es ist anzumerken, dass die oben beschriebene Konfiguration auf verschiedene Weisen geändert und modifiziert werden kann, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als ein erstes Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform kann beispielsweise auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der eine Richtung, in der ein Ausstoßanschluss H3 geöffnet ist, so eingestellt ist, dass der Strahl J in Richtung der Stromabwärtsseite ausgestoßen wird, wie in 10 gezeigt. Darüber hinaus kann als ein zweites Modifikationsbeispiel eine Konfiguration verwendet werden, bei der ein Ausstoßanschluss H4, durch den der Strahl J zu der Stromabwärtsseite ausgestoßen wird, an einer Position nahe der Seite des Basisendes 13R, wie in 11 gezeigt, gebildet ist. Es ist anzumerken, dass die Richtung, in der der Ausstoßanschluss H3 (H4) geöffnet ist, so eingestellt sein kann, dass der Strahl J beispielsweise so gebildet ist, dass er sich der Radialinnenseite in Richtung der Stromabwärtsseite nähert, wie in 12 gezeigt, solange eine Richtungskomponente in Richtung der Stromabwärtsseite enthalten ist. Darüber hinaus kann die Richtung, in der der Ausstoßanschluss geöffnet ist, so eingestellt sein, dass sich der Strahl J in Richtung der Stromabwärtsseite der Radialaußenseite nähert. Gemäß solchen Konfigurationen ist es möglich, Bildung eines Wirbels zu fördern und die Strömungsrate eines in den Raum S strömenden Leckagestroms weiter zu reduzieren. Infolgedessen kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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[Modifikationsbeispiel, das allen Ausführungsformen gemeinsam ist]
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Es ist anzumerken, dass in den jeweiligen obigen Ausführungsformen die Konfiguration der Statorschaufel 10 mit der als ein Beispiel verwendeten Dampfturbine 1 beschrieben wurde. Das Anwendungsziel einer Konfiguration, die der Statorschaufel 10 (den Saugabschnitten 20 und den Ausstoßanschlüssen H, H1, H2, H3 und H4) entspricht, ist jedoch nicht auf die Dampfturbine 1 beschränkt, und die Konfiguration kann auch auf eine Turbineneinheit einer Gasturbine angewendet werden.
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[Anhang]
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Die in den Ausführungsformen beschriebene Dampfturbine 1 ist beispielsweise wie folgt zu verstehen.
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(1) Die Dampfturbine 1 gemäß einem ersten Aspekt enthält den Rotor 2, der den um die Achse Ac drehbaren Rotorhauptkörper 6 und die mehreren in der Umfangsrichtung entlang der Außenumfangsfläche 6S des Rotorhauptkörpers 6 ausgerichteten Rotorschaufeln 8 enthält, das Gehäuse 3, das den Rotor 2 abdeckt, und die mehreren in der Umfangsrichtung entlang der Innenumfangsfläche 3S des Gehäuses 3 ausgerichteten Statorschaufeln 10. Die Statorschaufeln 10 enthalten jeweils den Statorschaufel-Hauptkörper 11, der sich in der Radialrichtung in Bezug auf die Achse Ac erstreckt und der eine Oberfläche enthält, in der der Saugabschnitt 20 gebildet ist, durch den mindestens ein Abschnitt eines Arbeitsfluids, das von einer Seite zu der anderen Seite in einer Richtung entlang der Achse Ac strömt, ansaugbar ist, das Düsen-Innenumfangselement 12, das innerhalb des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 in der Radialrichtung vorgesehen ist, und die mehreren Dichtungsrippen (die Statorschaufel-Dichtungsrippen 13), die von der Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 radial nach innen vorstehen und in der Richtung entlang der Achse Ac in Abständen ausgerichtet sind, und den Ausstoßanschluss H, durch den das durch den Ansaugabschnitt 20 eingeleitete Arbeitsfluid ausgestoßen wird, in dem Düsen-Innenumfangselement 12 und in einem Abschnitt der Dichtungsrippe gebildet ist, der der anderen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac näher als die der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac am nächsten liegende Dichtungsrippe ist.
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In einem Bereich, der von den mehreren Dichtungsrippen (den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13) umgeben ist, ist der statische Druck niedriger als derjenige in einem Bereich (einem Hauptströmungsweg), in dem der Hauptdampfstrom strömt. Auf der Grundlage einer solchen Druckdifferenz wird ein Abschnitt des Arbeitsfluids aus dem Saugabschnitt 20, der in einer Oberfläche des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet ist, in Richtung des Ausstoßanschlusses H gesaugt. Dementsprechend kann eine Grenzschicht oder ein Sekundärstrom, der auf der Oberfläche des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet ist, gesaugt werden. Als ein Ergebnis kann das Auftreten von Energieverlusten in der Umgebung des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 unterdrückt werden.
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(2) In der Dampfturbine 1 gemäß einem zweiten Aspekt kann der Saugabschnitt 20 näher an der Saugfläche 11B als an der Vorderkante 11L des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet sein.
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Auf der Seite der Saugfläche 11B sind die Grenzschicht oder der Sekundärstrom besonders wahrscheinlich gebildet. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die Saugabschnitte 20 näher an der Saugfläche 11B als an der Vorderkante 11L des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet. Dementsprechend können die Grenzschicht und der Sekundärstrom effektiver gesaugt werden, und Energieverlust kann weiter reduziert werden.
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(3) In der Dampfturbine 1 gemäß einem dritten Aspekt enthält der Saugabschnitt 20 den hinterkantenseitigen Sauganschluss 22, der an einer Position auf der Saugfläche 11B des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet ist, die nahe der Hinterkantenseite 11T liegt, wobei sich der hinterkantenseitige Sauganschluss 22 über einen gesamten Bereich in der Radialrichtung erstreckt.
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Eine Grenzschicht ist besonders wahrscheinlich an der Position auf der Saugfläche 11B, die nahe an der Seite der Hinterkante 11T liegt, zu entwickeln. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist der hinterkantenseitige Sauganschluss 22 an einer solchen Position gebildet, an der sich die Grenzschicht wahrscheinlich entwickelt. Da die Grenzschicht durch den hinterkantenseitigen Sauganschluss 22 gesaugt wird, kann Energieverlust weiter reduziert werden.
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(4) In der Dampfturbine 1 gemäß einem vierten Aspekt kann der Saugabschnitt 20 den vorderkantenseitige Sauganschluss 21 enthalten, der an einer Position auf der Saugfläche 11B des Statorschaufel-Hauptkörpers 11 gebildet ist, die nahe der Vorderkantenseite 11L liegt, wobei der vorderkantenseitige Sauganschluss 21 an mindestens einem Abschnitt auf einer Radialinnenseite und einem Abschnitt auf einer Radialaußenseite positioniert ist.
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Es ist besonders wahrscheinlich, dass ein Wirbel als ein Sekundärstrom in einem radialen Innenbereich und in einem radialen Außenbereich der Saugfläche 11B, die auf der Seite der Vorderkante 11L liegen, erzeugt wird. Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration sind die vorderkantenseitigen Sauganschlüsse 21 an solchen Positionen gebildet, an denen der Sekundärstrom wahrscheinlich erzeugt wird. Da der Sekundärstrom durch den vorderkantenseitigen Sauganschluss 21 gesaugt wird, kann Energieverlust weiter unterdrückt werden.
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(5) In der Dampfturbine 1 gemäß einem fünften Aspekt kann sich der vorderkantenseitige Sauganschluss 21 über einen gesamten Bereich in der Radialrichtung erstrecken.
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Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann der Sekundärstrom in einem breiteren Bereich effizient gesaugt werden, da der vorderkantenseitige Sauganschluss 21 über den gesamten Bereich in der Radialrichtung gebildet ist.
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(6) In der Dampfturbine 1 gemäß einem sechsten Aspekt kann der Ausstoßanschluss H1 in der Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 gebildet sein.
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Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann das Arbeitsfluid einem Bereich (dem Raum S) zwischen den benachbarten Dichtungsrippen (den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13) durch den Ausstoßanschluss H1 zugeführt werden, der an der Innenumfangsfläche 12S des Düsen-Innenumfangselements 12 gebildet ist. Dementsprechend kann Bildung eines Wirbels in dem Bereich S gefördert werden. Mit der Entwicklung des Wirbels wird der Strom eines Leckagestroms reduziert, und somit kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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(7) In der Dampfturbine 1 gemäß einem siebten Aspekt kann der Ausstoßanschluss H in einem radial inneren Endabschnitt einer der mehreren Dichtungsrippen (der Statorschaufel-Dichtungsrippen 13) gebildet sein, die die zweite oder nachfolgende Dichtungsrippe ist, von der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac gezählt.
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In der oben beschriebenen Konfiguration ist der Ausstoßanschluss H an dem radial inneren Endabschnitt der zweiten Dichtungsrippe gebildet, von der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac gezählt. Dementsprechend kann ein Kontraktionsströmungseffekt einem Leckagestrom verliehen werden, der durch ein zwischen der Dichtungsrippe und dem Rotorhauptkörper 6 gebildeten Spiel strömt. Als ein Ergebnis wird der Leckagestrom reduziert, und die Effizienz der Dampfturbine 1 kann weiter verbessert werden.
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(8) In der Dampfturbine 1 gemäß einem achten Aspekt kann der Ausstoßanschluss H2 in einer Oberfläche einer der mehreren Dichtungsrippen (der Statorschaufel-Dichtungsrippen 13) gebildet sein, die die zweite oder nachfolgende Dichtungsrippe ist, von der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac gezählt, und kann so konfiguriert sein, dass das Arbeitsfluid radial nach innen ausgestoßen wird, wobei die Oberfläche der anderen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac zugewandt ist.
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Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann das Arbeitsfluid einem Bereich (dem Raum S) zwischen den benachbarten Dichtungsrippen durch den Ausstoßanschluss H2 zugeführt werden, der an einer Oberfläche der Dichtungsrippe gebildet ist, die der Stromabwärtsseite zugewandt ist. Dementsprechend kann Bildung eines Wirbels in dem Bereich S gefördert werden. Mit der Entwicklung des Wirbels wird ein Leckagestrom reduziert, und somit kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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(9) In der Dampfturbine 1 gemäß einem neunten Aspekt kann der Ausstoßanschluss H3 in einer Oberfläche einer der mehreren Dichtungsrippen (den Statorschaufel-Dichtungsrippen 13) gebildet sein, die die zweite oder nachfolgende Dichtungsrippe ist, von der einen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac gezählt, und kann so konfiguriert sein, dass das Arbeitsfluid mit einer Richtungskomponente in Richtung der anderen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac ausgestoßen wird, wobei die Oberfläche der anderen Seite in der Richtung entlang der Achse Ac zugewandt ist.
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Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann das Arbeitsfluid einem Bereich (dem Raum S) zwischen den benachbarten Dichtungsrippen durch den Ausstoßanschluss H3 zugeführt werden, der an einer Oberfläche der Dichtungsrippe gebildet ist, die der Stromabwärtsseite zugewandt ist. Insbesondere wird das Arbeitsfluid aus dem Ausstoßanschluss H3 mit einer Richtungskomponente in Richtung der Stromabwärtsseite ausgestoßen. Dementsprechend kann ein Leckagestrom, der den Bereich passiert, weiter reduziert werden. Infolgedessen kann die Effizienz der Dampfturbine 1 weiter verbessert werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Dampfturbine mit einer weiteren Verbesserung in Effizienz vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dampfturbine
- 2
- Rotor
- 3
- Gehäuse
- 3S
- Innenumfangsfläche
- 4
- Gleitlager
- 5
- Drucklager
- 6
- Rotorhauptkörper
- 6S
- Außenumfangsfläche
- 7
- Rotorschaufelstufe
- 8
- Rotorschaufel
- 9
- Statorschaufelstufe
- 10
- Statorschaufel
- 11
- Statorschaufel-Hauptkörper
- 11A
- Druckfläche
- 11B
- Saugfläche
- 11L
- Vorderkante
- 11T
- Hinterkante
- 12
- Düsen-Innenumfangselement
- 12S
- Innenumfangsfläche
- 13
- Statorschaufel-Dichtungsrippe
- 13A
- erste Dichtungsrippe
- 13B
- zweite Dichtungsrippe
- 13C
- dritte Dichtungsrippe
- 13D
- stromabwärtige Oberfläche
- 13R
- Basisende
- 13T
- Spitzenende
- 20
- Saugabschnitt
- 21, 21B
- vorderkantenseitiger Sauganschluss
- 22
- hinterkantenseitiger Sauganschluss
- 31
- Düsen-Außenumfangselement
- 40
- Dampfzufuhranschluss
- 50
- Dampfabgabeanschluss
- 61
- Scheibe
- 81
- Rotorschaufel-Hauptkörper
- 82
- äußere Abdeckung
- 82S
- Außenumfangsfläche
- 83
- Rotorschaufel-Dichtungsrippe
- Ac
- Achse
- C
- Spiel
- CL
- Wölbungslinie
- F
- Strömungsweg
- H, H1, H2, H3, H4
- Ausstoßanschluss
- J
- Strahl
- S
- Raum
- V
- Wirbel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2020195481 [0001]
- JP 2018138764 [0003]
