JP2003254005A - 部分送入軸流タービン - Google Patents

部分送入軸流タービン

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JP2003254005A
JP2003254005A JP2002048550A JP2002048550A JP2003254005A JP 2003254005 A JP2003254005 A JP 2003254005A JP 2002048550 A JP2002048550 A JP 2002048550A JP 2002048550 A JP2002048550 A JP 2002048550A JP 2003254005 A JP2003254005 A JP 2003254005A
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Atsushi Matsuo
淳 松尾
Yuichiro Hirano
雄一郎 平野
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分送入段の下流において、蒸気流量の周方
向の不均一性を低減または除去すること。 【解決手段】 周方向に作動流体の送入部と非送入部と
を有して作動流体を部分送入する調速段ノズルと、ノズ
ルの下流側に配設されたキャビティCと、高圧第1段ノ
ズルB1、B2とを具備した部分送入軸流タービン10に
おいて、キャビティC内において非送入部の下流に位置
する部分に流路面積調整板12を配設した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蒸気タービン・ガス
タービンの部分送入段に関する。
【0002】
【従来の技術】軸流タービンシステムの出力制御とし
て、高圧タービン入口における蒸気圧力を増減すること
により行う所謂変圧運転法がある。変圧運転法では、全
ての負荷状体において全ての入口ノズルを用いて運転す
る所謂全周軸流タービンが用いられる。一般に全周軸流
タービンによる変圧運転法では、蒸気圧力が低下したと
きに、仕事を行うのに利用可能なエネルギが減少し、軸
流タービンの効率が低下する。
【0003】この問題を解決するために、所謂部分送入
軸流タービンが利用される図9に従来技術による部分送
入軸流タービン一例の断面図を示す。図9、10に示す
部分送入軸流タービン100では、高圧蒸気管102か
ら調速段ノズル104を通過して部分送入段動翼106
に流入した蒸気Sは、部分送入段動翼106の下流に配
設された翼列108に流入する。ここで、図9(a)の
矢視線B−Bに沿う断面図である図9(b)を参照する
と、部分送入軸流タービン100の部分送入段動翼10
6へ導かれた蒸気Sは、盲材(図示せず)を設けた非送
入部110を避けて送入部112へ流入する。つまり、
図9(a)の例では周方向に270度の角度範囲にわた
って送入部が設けられ、90度の角度範囲にわたって非
送入部が設けられている。その後、蒸気Sは、図10に
示すように、部分送入段動翼106から送入部のノズル
1へ流入するが、その一部はキャビティC内でキャビ
ティ渦Vを形成しながら周方向へ非送入部112の下流
部分へ回りこみ、非送入部のノズルB2へ流入する。本
明細書では、送入部と非送入部とを有した調速段ノズル
および部分送入段動翼を単に部分送入段と称する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】キャビティCを通って
非送入部のノズルB2へ流入する蒸気は、送入部のノズ
ルB1へ流入する蒸気より流量が少なく、結果として周
方向に流量の不均一が発生する。従って、従来の部分送
入軸流タービン100では、部分送入段動翼106の下
流において流量が周方向に不均一となり性能が低下する
という問題がある。
【0005】本発明はこうした従来技術の問題を解決す
ることを技術課題としており、部分送入段の下流におい
て、蒸気流量の周方向の不均一性を低減または除去した
部分送入軸流タービンを提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有して作動
流体を部分送入する調速段ノズルと、前記ノズルの下流
側に配設されたキャビティと、高圧第1段ノズルとを具
備した部分送入軸流タービンにおいて、前記キャビティ
内において非送入部の下流に位置する部分に配置された
流路面積調整板を具備することを特徴とする部分送入軸
流タービンを要旨とする。
【0007】請求項2に記載の本発明は、周方向に作動
流体の送入部と非送入部とを有して作動流体を部分送入
する調速段ノズルと、前記ノズルの下流側に配設された
キャビティと、高圧第1段ノズルとを具備した部分送入
軸流タービンにおいて、前記キャビティ内において送入
部のノズル前方部分に配置されたキャビティ渦案内板を
具備することを特徴とする部分送入軸流タービンを要旨
とする。
【0008】請求項3に記載の本発明は、周方向に作動
流体の送入部と非送入部とを有して作動流体を部分送入
する調速段ノズルと、前記ノズルの下流側に配設された
キャビティと、高圧第1段ノズルとを具備した部分送入
軸流タービンにおいて、前記キャビティ内において送入
部の下流に位置する部分に配置された蒸気案内板を具備
することを特徴とする部分送入軸流タービンを要旨とす
る。
【0009】請求項4に記載の本発明は、周方向に作動
流体の送入部と非送入部とを有して作動流体を部分送入
する調速段ノズルと、前記ノズルの下流側に配設された
キャビティと、高圧第1段ノズルとを具備した部分送入
軸流タービンにおいて、送入部下流のノズル端壁から半
径方向外方へ膨出した膨出部を具備することを特徴とす
る部分送入軸流タービンを要旨とする。
【0010】請求項5に記載の本発明は、周方向に作動
流体の送入部と非送入部とを有して作動流体を部分送入
する調速段ノズルと、前記ノズルの下流側に配設された
キャビティと、高圧第1段ノズルとを具備した部分送入
軸流タービンにおいて、前記キャビティ内において非送
入部の下流に位置する部分に配置されたキャビティ渦案
内板を具備することを特徴とする部分送入軸流タービン
を要旨とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の種々の実施形態を説明するが、図1から図8におい
て、図9、10に示す従来技術の軸流タービン100と
同様の構成要素には同じ参照符号が付されている。 (第1実施形態)図1を参照すると、本発明の第1実施
形態による部分送入軸流タービン10は、部分送入段下
流のキャビティC内に設置された流路面積調整板12を
有する。より詳細には、流路面積調整板12は、キャビ
ティC内において非送入部の下流側に配置される。本実
施形態において、キャビティCは、流路面積調整板12
により、非送入部下流の部分で流路面積が周方向に連続
的あるいは不連続的に小さくなる。このように、キャビ
ティCの流路断面積を非送入部下流の部分において小さ
くすることによって、キャビティCの内に形成されるキ
ャビティ渦Vは、非送入部のノズルB2へ効果的に導か
れる。
【0012】流路面積調整板12を非送入部の下流のキ
ャビティCに配設して、該キャビティCの流路断面積を
周方向に連続的あるいは不連続的に小さくすることで、
非送入部のノズルB2への蒸気流量を増加し、蒸気流量
の周方向の不均一性が低減する。これにより、部分送入
軸流タービン10の効率が向上する。
【0013】(第2実施形態)図3を参照して、本発明
の第2実施形態を説明する。本実施形態による部分送入
軸流タービン20は、部分送入段下流のキャビティC内
に配設されたキャビティ渦案内板22を有する。キャビ
ティ渦案内板22は、送入部のノズルB1の前方のキャ
ビティC内に配置される。キャビティ渦案内板22によ
り、キャビティ渦Vは送入部のノズルB1への流入が防
止され、キャビティC内を周方向に回りこみながら非送
入部のノズルB2へ導かれる。キャビティ渦Vを非送入
部のノズルB2へ導入することにより、非送入部のノズ
ルB2への蒸気流量が増加し蒸気流量の周方向の不均一
性が低減される。これにより部分送入軸流タービン20
の効率が向上する。
【0014】(第3実施形態)図4、5を参照して本発
明の第3実施形態を説明する。本実施形態による部分送
入軸流タービン30は部分送入段下流のキャビティC内
に蒸気案内板32を有する。蒸気案内板32は、キャビ
ティC内において送入部の下流に位置する部分に配置さ
れる。蒸気案内板32は、送入部のノズルB1に流入す
る蒸気の一部をキャビティCへ導くように、送入部下流
に位置する送入部のノズルB1の入口のベース断面から
キャビティCにかけて、タービン上流に向って斜め上方
に傾斜するように設けられている。キャビティC内のキ
ャビティ渦Vの流量を増加させることにより、非送入部
のノズルB2へ流入する蒸気流量を増加させることがで
きる。
【0015】このように、本実施形態によれば、部分送
入軸流タービン30の部分送入段の下流のキャビティC
に蒸気案内板32を配設することによって送入部のノズ
ルB 1へ流入する蒸気の一部をキャビティC内へ導き、
キャビティ渦Vの流量を増加させることにより、非送入
部のノズルへ流入する蒸気流量を増加させ、蒸気流量の
周方向不均一が低減される。これにより部分送入軸流タ
ービン30の効率が向上する。
【0016】(第4実施形態)図6、7を参照して本発
明の第4実施形態を説明する。本実施形態による部分送
入軸流タービン40は、送入部下流のノズル入口面積を
低減するように、送入部下流のノズル端壁から半径方向
外方へ膨出した膨出部42を有している。より詳細に
は、図7に示すように、送入部後流のノズル端壁の外周
面44をキャビティCの下流側の側壁46から半径方向
外方へ垂直に立ち上げ下流方向に半径が漸減するように
形成することにより、膨出部42が形成される。なお、
図7には、膨出部42の形状を明確にするために、非送
入部下流のノズル端壁の形状を波線48にて示してい
る。
【0017】膨出部42により、非送入部のノズルB2
の入口面積に対して、送入部のノズルB1の入口面積が
小さくなるようにノズル入口面積が周方向に変化し、送
入部のノズルB1に流入する蒸気を低減すると共に、キ
ャビティC内のキャビティ渦Vの流量を増加させること
により、非送入部のノズルB2へ流入する蒸気流量を増
加する。非送入部のノズルへ流入する蒸気流量を増加さ
せ流量の周方向不均一を低減することにより、部分送入
軸流タービン40の効率が向上する。
【0018】(第5実施形態)図8を参照して本発明の
第5実施形態を説明する。本実施形態による部分送入軸
流タービン50は、キャビティC内に配設されたキャビ
ティ渦案内板52を有する。キャビティ渦案内板52
は、キャビティC内において非送入部下流に位置する部
分に配置される。キャビティ渦案内板52により、キャ
ビティCにおいて非送入部のノズルB2前方に位置する
部分のキャビティ渦Vが非送入部のノズルB2へ案内さ
れる。キャビティ渦案内板52により非送入部下流に位
置するキャビティC内のキャビティ渦Vを非送入部下流
のノズルB2へ導くことで、非送入部のノズルB2への蒸
気流量が増加し、流量の周方向不均一が低減し、部分送
入軸流タービン50の効率が向上する。
【0019】
【発明の効果】請求項1に記載の本発明によれば、キャ
ビティ内において非送入部の下流に位置する部分に流路
面積調整板を配設することにより、該キャビティの流路
断面積が周方向に連続的あるいは不連続的に小さくな
る。これにより、非送入部のノズルへの蒸気流量を増加
すると共に蒸気流量の周方向の不均一性が低減され、部
分送入軸流タービンの効率が向上する。
【0020】請求項2に記載の本発明によれば、キャビ
ティ内において非送入部の下流に位置する部分にキャビ
ティ渦案内板を配設することにより、キャビティ渦が送
入部のノズルへ流入することが防止され、キャビティ内
を周方向に回りこみながら非送入部のノズルへ導かれ
る。キャビティ渦を非送入部のノズルへ導入することに
より、非送入部のノズルへの蒸気流量が増加し蒸気流量
の周方向の不均一性が低減される。これにより部分送入
軸流タービンの効率が向上する。
【0021】請求項3に記載の本発明によれば、前記キ
ャビティ内において送入部の下流に位置する部分に蒸気
案内板を配設することによって、送入部のノズルへ流入
する蒸気の一部をキャビティ内へ導き、キャビティ渦の
流量を増加させることにより、非送入部のノズルへ流入
する蒸気流量が増加する。これにより、蒸気流量の周方
向不均一が低減され、部分送入軸流タービンの効率が向
上する。
【0022】請求項4に記載の本発明によれば、送入部
下流のノズル端壁から半径方向外方へ膨出した膨出部を
設けることにより、非送入部のノズルの入口面積に対し
て、送入部のノズルの入口面積が小さくなる。これによ
り、ノズル入口面積が周方向に変化し、送入部のノズル
に流入する蒸気が低減されると共に、非送入部のノズル
へ流入する蒸気流量が増加する。非送入部のノズルへ流
入する蒸気流量を増加させ流量の周方向不均一を低減す
ることにより、部分送入軸流タービンの効率が向上す
る。
【0023】請求項5に記載の本発明によれば、キャビ
ティ内において非送入部の下流に位置する部分にキャビ
ティ渦案内板を配設することにより、キャビティにおい
て非送入部のノズル前方に位置する部分のキャビティ渦
が非送入部のノズルへ案内される。キャビティ渦案内板
によりキャビティ渦を非送入部下流のノズルへ導くこと
により、非送入部のノズルへの蒸気流量が増加し、流量
の周方向不均一が低減され、部分送入軸流タービンの効
率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による部分送入段と高圧
第1段ノズルの間のキャビティを示す略示斜視図と流れ
の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態による部分送入段下流の
キャビティの流路断面積の変化を示すグラフである。
【図3】本発明の第2実施形態による部分送入段と高圧
第1段ノズルの間のキャビティを示す略示斜視図と流れ
の模式図である。
【図4】本発明の第3実施形態による部分送入段と高圧
第1段ノズルの間のキャビティを示す略示斜視図と流れ
の模式図である。
【図5】図4の部分送入段と高圧第1段ノズルの間のキ
ャビティの周辺部をロータの中心軸線を含む平面で切断
した略示断面図である。
【図6】本発明の第4実施形態による部分送入段と高圧
第1段ノズルの間のキャビティを示す略示斜視図と流れ
の模式図である。
【図7】図6の部分送入段と高圧第1段ノズルの間のキ
ャビティの周辺部をロータの中心軸線を含む平面で切断
した略示断面図である。
【図8】本発明の第5実施形態による部分送入段と高圧
第1段ノズルの間のキャビティを示す略示斜視図と流れ
の模式図である。
【図9】従来技術による部分送入軸流タービンを示す図
であり、(a)はロータの中心軸線を含む平面で切断し
た部分断面図であり、(b)は送入部と非送入部とを示
す図9(a)において矢視線B−Bに沿う断面図であ
る。
【図10】従来技術による部分送入軸流タービンの部分
送入段と高圧第1段ノズルの間のキャビティを示す略示
斜視図と流れの模式図である。
【符号の説明】
10…部分送入軸流タービン 12…流路面積調整板 20…部分送入軸流タービン 22…キャビティ渦案内板 30…部分送入軸流タービン 32…蒸気案内板 40…部分送入軸流タービン 42…膨出部 44…ノズル端壁の外周面 46…キャビティの下流側の側壁 50…部分送入軸流タービン 52…キャビティ渦案内板 B1…送入部のノズル B2…非送入部のノズル C…キャビティ V…キャビティ渦

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周方向に作動流体の送入部と非送入部と
    を有して作動流体を部分送入する調速段ノズルと、 前記ノズルの下流側に配設されたキャビティと、 高圧第1段ノズルとを具備した部分送入軸流タービンに
    おいて、 前記キャビティ内において非送入部の下流に位置する部
    分に配置された流路面積調整板を具備することを特徴と
    する部分送入軸流タービン。
  2. 【請求項2】 周方向に作動流体の送入部と非送入部と
    を有して作動流体を部分送入する調速段ノズルと、 前記ノズルの下流側に配設されたキャビティと、 高圧第1段ノズルとを具備した部分送入軸流タービンに
    おいて、 前記キャビティ内において送入部のノズル前方部分に配
    置されたキャビティ渦案内板を具備することを特徴とす
    る部分送入軸流タービン。
  3. 【請求項3】 周方向に作動流体の送入部と非送入部と
    を有して作動流体を部分送入する調速段ノズルと、 前記ノズルの下流側に配設されたキャビティと、 高圧第1段ノズルとを具備した部分送入軸流タービンに
    おいて、 前記キャビティ内において送入部の下流に位置する部分
    に配置された蒸気案内板を具備することを特徴とする部
    分送入軸流タービン。
  4. 【請求項4】 周方向に作動流体の送入部と非送入部と
    を有して作動流体を部分送入する調速段ノズルと、 前記ノズルの下流側に配設されたキャビティと、 高圧第1段ノズルとを具備した部分送入軸流タービンに
    おいて、 送入部下流のノズル端壁から半径方向外方へ膨出した膨
    出部を具備することを特徴とする部分送入軸流タービ
    ン。
  5. 【請求項5】 周方向に作動流体の送入部と非送入部と
    を有して作動流体を部分送入する調速段ノズルと、 前記ノズルの下流側に配設されたキャビティと、 高圧第1段ノズルとを具備した部分送入軸流タービンに
    おいて、 前記キャビティ内において非送入部の下流に位置する部
    分に配置されたキャビティ渦案内板を具備することを特
    徴とする部分送入軸流タービン。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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