JP2005105855A - 蒸気タービン - Google Patents
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Abstract
【課題】 発電機等の被駆動装置を設ける場合に設備コストがかからない蒸気タービンを得る。また、シール構造が簡単であり、メンテナンスも容易な蒸気タービンを得る。さらに、大出力にも適用できる半径流型の蒸気タービンを得る。
【解決手段】 タービン軸9に実質的に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、交互配置された一方を動翼5a〜5dとし、他方を静翼3a〜3dとして構成した。
【選択図】 図1
【解決手段】 タービン軸9に実質的に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、交互配置された一方を動翼5a〜5dとし、他方を静翼3a〜3dとして構成した。
【選択図】 図1
Description
本発明は、蒸気流れがタービン回転軸に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れる半径流型タービンに関する。
蒸気流れがタービン回転軸に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れる半径流型蒸気タービンの代表的なものとしてユングストロームタービンがある。
図6はこのユングストロームタービンの概要を説明する説明図である。ユングストロームタービンは、図6に示すように、ケーシング101に回転可能に支持されるとともにケーシング101の両側から内側に延出する回転軸103,105と、回転軸103,105に取り付けられた回転板107,109を有している。そして、回転板107,109には径方向に複数の動翼111,113が設けられている。ケーシング101の内部には蒸気室115が設けられ、蒸気室115にはケーシング101の外側から蒸気導入管117,119が連結されている。そして、蒸気室115と回転板107,109で挟まれる空間121とは連通しており、蒸気導入管117,119から蒸気室115に導入された蒸気が空間121に導入される。そして、導入蒸気は空間121から動翼111,113間を半径方向に流れ熱エネルギーを回転エネルギーに変換する作用を得ることで回転板107,109に回転力を発生させる。(例えば、非特許文献1参照)。
西川他著「わかる蒸気タービン」日新出版株式会社、1999年4月30日、第6版p179〜180(本文、図9・17)
図6はこのユングストロームタービンの概要を説明する説明図である。ユングストロームタービンは、図6に示すように、ケーシング101に回転可能に支持されるとともにケーシング101の両側から内側に延出する回転軸103,105と、回転軸103,105に取り付けられた回転板107,109を有している。そして、回転板107,109には径方向に複数の動翼111,113が設けられている。ケーシング101の内部には蒸気室115が設けられ、蒸気室115にはケーシング101の外側から蒸気導入管117,119が連結されている。そして、蒸気室115と回転板107,109で挟まれる空間121とは連通しており、蒸気導入管117,119から蒸気室115に導入された蒸気が空間121に導入される。そして、導入蒸気は空間121から動翼111,113間を半径方向に流れ熱エネルギーを回転エネルギーに変換する作用を得ることで回転板107,109に回転力を発生させる。(例えば、非特許文献1参照)。
西川他著「わかる蒸気タービン」日新出版株式会社、1999年4月30日、第6版p179〜180(本文、図9・17)
図6に示す公知の半径流型蒸気タービンには以下のような問題がある。
タービン回転軸を両側に有しているため、発電機をこれら両軸に設ける必要があるため設備コストがかかる。
また、蒸気が蒸気導入管117,119から蒸気室115に導入され、さらにそこから空間121に導入される構造になっている。そのため、蒸気室115と空間121とを連通させる必要があるが、他方で蒸気室115と羽根車107,109との間のシールする必要がある。そして、このシールは高速回転する羽根車107,109と固定部とのシールであり、しかも蒸気室115には高温・高圧の蒸気が導入されるので高圧部に接するシール部の確実性を確保する必要があり、さらにケーシング101の内部であることから、その構造が複雑になり、メンテナンスも難しい。
タービン回転軸を両側に有しているため、発電機をこれら両軸に設ける必要があるため設備コストがかかる。
また、蒸気が蒸気導入管117,119から蒸気室115に導入され、さらにそこから空間121に導入される構造になっている。そのため、蒸気室115と空間121とを連通させる必要があるが、他方で蒸気室115と羽根車107,109との間のシールする必要がある。そして、このシールは高速回転する羽根車107,109と固定部とのシールであり、しかも蒸気室115には高温・高圧の蒸気が導入されるので高圧部に接するシール部の確実性を確保する必要があり、さらにケーシング101の内部であることから、その構造が複雑になり、メンテナンスも難しい。
また、空間121は高速に回転する羽根車107,109内に形成されており、羽根車107,109が回転することで蒸気室115から空間121への蒸気流れが捻られることになり、スムーズな蒸気導入が難しい。
さらに、蒸気は蒸気室115から羽根車107,109に設けられた孔を通して空間121に導入されため、その孔径および個数は蒸気条件によって詳細に検討することを要し、また、空間121周辺には蒸気による圧力分布が発生するため,蒸気条件を調整することによる圧力調整は容易ではない。
さらに、導入蒸気は蒸気室115に一旦貯留され、その後、空間121に導入される構造であるために、蒸気導入管117,119でのノズル調整が難しいという問題もある。
また、反動翼タービンでは一段での圧力降下が小さいため、高圧蒸気を多量に導入した場合には径が大きくなってしまう。
さらに、蒸気は蒸気室115から羽根車107,109に設けられた孔を通して空間121に導入されため、その孔径および個数は蒸気条件によって詳細に検討することを要し、また、空間121周辺には蒸気による圧力分布が発生するため,蒸気条件を調整することによる圧力調整は容易ではない。
さらに、導入蒸気は蒸気室115に一旦貯留され、その後、空間121に導入される構造であるために、蒸気導入管117,119でのノズル調整が難しいという問題もある。
また、反動翼タービンでは一段での圧力降下が小さいため、高圧蒸気を多量に導入した場合には径が大きくなってしまう。
以上要するに、本発明の解決しようとする課題は、発電機等の被駆動装置を設ける場合に設備コストがかからない蒸気タービンを得ることにある。
また、シール構造が簡単であり、メンテナンスも容易な蒸気タービンを得ることにある。
さらに、大出力にも適用できる半径流型の蒸気タービンを得ることにある。
また、シール構造が簡単であり、メンテナンスも容易な蒸気タービンを得ることにある。
さらに、大出力にも適用できる半径流型の蒸気タービンを得ることにある。
(1)本発明に係る蒸気タービンは、タービン軸に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、
前記交互配置された一方を動翼とし、他方を静翼として構成したものである。
前記交互配置された一方を動翼とし、他方を静翼として構成したものである。
(2)また、上記(1)のものにおいて、静翼を固定する固定板と、動翼を固定する羽根車とを有し、該羽根車にタービン回転軸が取り付けられているものである。
(3)また、上記(1)又は(2)のものにおいて、静翼と動翼が反動作用を有するものである。
(4)また、上記(2)又は(3)のものにおいて、固定板側にタービン中心部に連通する蒸気導入路を設けたものである。
(5)また、上記(4)のものにおいて、蒸気導入路に絞り弁を設けたものである。
(6)また、蒸気流れがタービン軸に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れると共に半径方向に複数のタービン段を有する半径流タービンであって、前記複数のタービン段のうち、少なくとも1段のタービン段がノズルと組み合わされた衝動段であり、その他のタービン段が反動段であることを特徴とするものである。
(7)また、(6)のものにおいて、所定のノズルに対して選択的に蒸気導入することによってノズル締切調速を可能とするノズル締切調速可能機構を設けたものである。
(8)また、(7)のものにおいて、ノズル締切調速可能機構をタービン中心部に設けたものである。
(9)また、(6)〜(8)のものにおいて、衝動段は蒸気高圧部に設けられ、反動段は蒸気中・低圧部に設けたものである。
(10)また、(6)〜(9)のものにおいて、衝動段と反動段の間に蒸気だまりを設けたものである。
(11)また、(6)〜(9)のものにおいて、衝動段と反動段の間に抽気機構を設けたものである。
(1)本発明に係る蒸気タービンにおいては、タービン軸に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、前記交互配置された一方を動翼とし、他方を静翼として構成したことにより、動翼側からのみから運動エネルギーを取り出すことができ、被駆動装置の数を少なくできるので、設備コストを低減できる。
(2)また、上記(1)のものにおいて、静翼を固定する固定板と、動翼を固定する羽根車とを有し、該羽根車にタービン回転軸が取り付けたことにより、該タービン回転軸に歯車を設けて発電機等の被駆動装置を駆動できるので、被駆動装置の数を少なくできると共に簡易な構成で回転力の伝達ができる。
(3)また、上記(1)又は(2)のものにおいて、静翼と動翼が反動作用を有することにより、低圧部での効率が良い。なぜなら、反動作用を有する翼にすることで、低圧部では翼の軸方向の長さが長くなり、翼前後の圧力差も小さくなるので翼先端の漏えい損失が少なくなるからである。
(4)また、上記(2)又は(3)のものにおいて、固定板側にタービン中心部に連通する蒸気導入路を設けたことにより、定常稼働時にケーシング内において高圧部に接するシール部が無くなり、ケーシング内の復水圧力と外部大気圧力差を勘案したシール構成で済み、簡単かつ安価で、かつメンテナンスも容易なシール構造とすることができる。
また、蒸気導入路を固定板側に設けることにより、従来例のように蒸気室115を介することなく羽根車の中央部に直接蒸気を導入できるので、蒸気導入が確実にできると共に、タービン中央部から第1段へ偏りのない全周流入を容易に行うことができる。
また、蒸気導入路を固定板側に設けることにより、従来例のように蒸気室115を介することなく羽根車の中央部に直接蒸気を導入できるので、蒸気導入が確実にできると共に、タービン中央部から第1段へ偏りのない全周流入を容易に行うことができる。
(5)また、上記(4)のものにおいて、蒸気導入路に絞り弁を設けたことにより、導入蒸気絞り調速により出力の調整を容易にすることができる。
(6)また、蒸気流れがタービン軸に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れると共に半径方向に複数のタービン段を有する半径流タービンであって、前記複数のタービン段のうち、少なくとも1段のタービン段がノズルと組み合わされた衝動段であり、その他のタービン段が反動段であることにより、衝動段と反動段のそれぞれの有する長所を組合すことが可能となり、蒸気性状とタービン翼特性において最適性能の蒸気タービンが実現できる。
(7)また、(6)のものにおいて、所定のノズルに対して選択的に蒸気導入することによってノズル締切調速を可能とするノズル締切調速可能機構を設けたことにより、衝動段に対する出力調整を容易に行うことができる。
(8)また、(7)のものにおいて、ノズル締切調速可能機構をタービン中心部に設けたことにより、第1段を衝動段にした場合に衝動段の直前でのノズル締切調速となり、その効果が高い。
(9)また、(6)〜(8)のものにおいて、衝動段は蒸気高圧部に設けられ、反動段は蒸気中・低圧部に設けられていることにより、蒸気特性に応じた最適な翼構成となり高効率を発揮できる。
(10)また、(6)〜(9)のものにおいて、衝動段と反動段の間に蒸気だまりを設けたことにより、蒸気だまりで圧力勾配が解消され蒸気だまり後全周の翼に対して均等な蒸気導入を実現できる。
(11)また、(6)〜(9)のものにおいて、衝動段と反動段の間に抽気機構を設けたことにより、抽気による再熱サイクル又は再生サイクルが可能となり、システム全体の効率を向上できる。
[実施の形態1]
図1は本発明に係る蒸気タービン1の構造を説明する説明図である。本実施の形態に係る蒸気タービン1は、タービン軸に実質的に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、交互配置された一方を動翼とし、他方を静翼として構成したものである。
以下、図1に基づいて蒸気タービン1の構成を詳細に説明する。
図1は本発明に係る蒸気タービン1の構造を説明する説明図である。本実施の形態に係る蒸気タービン1は、タービン軸に実質的に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、交互配置された一方を動翼とし、他方を静翼として構成したものである。
以下、図1に基づいて蒸気タービン1の構成を詳細に説明する。
蒸気タービン1は、所定の距離を離して対向する固定板3と羽根車5を有しており、これら固定板3及び羽根車5の対向面側には中心側から外周側に向かって半径方向に複数の静翼3a、3b、3c、3d、と動翼5a、5b、5c、5dがそれぞれ取り付けられている。そして、これら静翼3a、3b、3c、3d及び動翼5a、5b、5c、5dが固定板3及び羽根車5の半径方向で交互に隣り合って設置されている。また、このような半径方向に延びる翼列が固定板3及び羽根車5の円周方向で複数列設けられている。
これら動翼5a、5b、5c、5dは反動翼であり、流路面積を出口に向かうにしたがい狭くしてあり、導入蒸気は外周部に行くにしたがって圧力降下すると共に加速される。この際、熱エネルギーを回転エネルギーに変換する作用により動翼に回転力を発生させる。
これら動翼5a、5b、5c、5dは反動翼であり、流路面積を出口に向かうにしたがい狭くしてあり、導入蒸気は外周部に行くにしたがって圧力降下すると共に加速される。この際、熱エネルギーを回転エネルギーに変換する作用により動翼に回転力を発生させる。
固定板3と羽根車5の対向側の中心部には蒸気導入空間4が形成されている。固定板3の中心部には蒸気導入路6を有する蒸気導入管7が取り付けられており、蒸気導入路6は蒸気導入空間4に連通している。また、羽根車5の中心部には回転軸9が取り付けられており、回転軸9は軸受11、13によって回転自在に支持されている。
なお、蒸気導入管7の蒸気導入路6の蒸気接触面には、例えばホワイトアルミナ等の酸化物系セラミックスや炭化物系セラミックスあるいは窒化ホウ素サーメット等を溶射処理することが好ましい。これにより、導入蒸気の温度低下を小さくすると共に導入蒸気に対する耐摩耗性向上並びに温度上昇を抑えられる。
なお、蒸気導入管7の蒸気導入路6の蒸気接触面には、例えばホワイトアルミナ等の酸化物系セラミックスや炭化物系セラミックスあるいは窒化ホウ素サーメット等を溶射処理することが好ましい。これにより、導入蒸気の温度低下を小さくすると共に導入蒸気に対する耐摩耗性向上並びに温度上昇を抑えられる。
以上のような静翼3a〜3d、動翼5a〜5d、羽根車5及び回転軸9の一端部がケーシング15内に収納されている。また、ケーシング15及び軸受11、13は図示しない固定部に支持されている。さらに、ケーシング15と回転軸9との間はそれぞれシール17によってシールされている。
シール17はケーシング15と回転軸9との間をシールするものであるが、ケーシング15内部には復水圧力の蒸気があるだけであり、ケーシング15と回転軸9間においては、復水圧力を維持できるシールを設けるのみで足りる。したがって、従来例に比べて簡素化したラビリンスパッキン等の使用の他に、例えば、メカニカルパッキン方式、真空用のグランド部パッキン等、簡単な機構を適用することも可能である。
シール17はケーシング15と回転軸9との間をシールするものであるが、ケーシング15内部には復水圧力の蒸気があるだけであり、ケーシング15と回転軸9間においては、復水圧力を維持できるシールを設けるのみで足りる。したがって、従来例に比べて簡素化したラビリンスパッキン等の使用の他に、例えば、メカニカルパッキン方式、真空用のグランド部パッキン等、簡単な機構を適用することも可能である。
また、蒸気タービン1として背圧タービンを採用した場合においても、ケーシング15と回転軸部9においては、背圧圧力、例えば0.4MPa程度を維持できるシールを設けるのみでよく、従来例に比べて簡素化したラビリンスパッキン等の使用の他に、例えば、メカニカルパッキン方式、低圧用のグランド部パッキン等、簡単な機構を適用することも可能である。
すなわち、復水圧力例えば0.001MPaから背圧圧力例えば0.5MPa程度まで保持できるシール機構を設けるだけでよく、従来例のように過熱蒸気圧力(例えば、4MPa)に対するシール構造に比べて簡易化が可能である。
蒸気導入管7には導入蒸気量を調整するための絞り弁19が設置されている。
すなわち、復水圧力例えば0.001MPaから背圧圧力例えば0.5MPa程度まで保持できるシール機構を設けるだけでよく、従来例のように過熱蒸気圧力(例えば、4MPa)に対するシール構造に比べて簡易化が可能である。
蒸気導入管7には導入蒸気量を調整するための絞り弁19が設置されている。
図2は図1に示した蒸気タービンの翼の配置関係(図2(a))と、蒸気特性(図2(b))を示す図である。以下、図2を参照しながら本実施形態の動作を説明する。蒸気導入管7の蒸気導入路6から過熱蒸気(例えば、温度350℃以上、圧力1.4MPa)が蒸気導入空間4に供給される。
蒸気導入空間4では蒸気導入路6から供給された蒸気が回転軸9の端面に衝突し、よどみができることで圧力勾配が解消され、第1段の静翼3aへの全周流入が容易に行われる。その後、導入蒸気は複数の静翼3a〜3d、動翼5a〜5dを通過しつつ外周部へと流動する。外周部に行くにしたがって圧力降下する(図2(b)参照)。蒸気速度は静翼通過時には加速され、他方、動翼通過時には減速され、速度曲線は図2(b)に示すように波形になる。また、圧力は徐々に降下して最外周段の動翼5d通過時には復水圧力として、例えば0.01MPaまで回転エネルギーに変換される。このような内周から外周への蒸気流れの過程で熱エネルギーを回転エネルギーに変換する作用により回転力を発生させるのである。
最外周段の動翼5dを通過した蒸気はケーシング15の内部から図示しない復水器に回収される。
なお、出力を調整するには絞り弁19によって絞り調速を行うようにする。
蒸気導入空間4では蒸気導入路6から供給された蒸気が回転軸9の端面に衝突し、よどみができることで圧力勾配が解消され、第1段の静翼3aへの全周流入が容易に行われる。その後、導入蒸気は複数の静翼3a〜3d、動翼5a〜5dを通過しつつ外周部へと流動する。外周部に行くにしたがって圧力降下する(図2(b)参照)。蒸気速度は静翼通過時には加速され、他方、動翼通過時には減速され、速度曲線は図2(b)に示すように波形になる。また、圧力は徐々に降下して最外周段の動翼5d通過時には復水圧力として、例えば0.01MPaまで回転エネルギーに変換される。このような内周から外周への蒸気流れの過程で熱エネルギーを回転エネルギーに変換する作用により回転力を発生させるのである。
最外周段の動翼5dを通過した蒸気はケーシング15の内部から図示しない復水器に回収される。
なお、出力を調整するには絞り弁19によって絞り調速を行うようにする。
以上のように、本実施の形態に係る蒸気タービン1おいては、交互配置された翼の一方を動翼とし、他方を静翼として構成したことにより、動翼側の羽根車5に回転軸9を設けることで運動エネルギーを片側の軸から取り出すことができ、従来例では2個必要であった発電機などの被駆動装置の個数を減らすことができる。
また、蒸気の導入路を固定板3の中心部に設けたことにより、以下に示す種々の効果が得られる。
まず、固定板3に蒸気導入管7を取り付けることができ、従来例のように回転部において高温高圧蒸気をシールする必要がないので簡易なシール構造を採用できる。また、ケーシング15と回転軸9とのシール17は、上述したように、復水圧力ないしは背圧圧力を維持できる程度のシール構造で足りる。要するに、装置全体として複雑なシール構造が不要となり、装置構造を単純化できメンテナンスも容易になる。
また、この蒸気導入流路を従来例と比較すると、導入蒸気は、従来例のように羽根車の回転により流れが切断されるというようなことがないので、導入蒸気が捻られることなく、スムーズに蒸気導入空間4に供給される。
また、蒸気の導入路を固定板3の中心部に設けたことにより、以下に示す種々の効果が得られる。
まず、固定板3に蒸気導入管7を取り付けることができ、従来例のように回転部において高温高圧蒸気をシールする必要がないので簡易なシール構造を採用できる。また、ケーシング15と回転軸9とのシール17は、上述したように、復水圧力ないしは背圧圧力を維持できる程度のシール構造で足りる。要するに、装置全体として複雑なシール構造が不要となり、装置構造を単純化できメンテナンスも容易になる。
また、この蒸気導入流路を従来例と比較すると、導入蒸気は、従来例のように羽根車の回転により流れが切断されるというようなことがないので、導入蒸気が捻られることなく、スムーズに蒸気導入空間4に供給される。
さらに、従来例のように蒸気室115を介して羽根車の中心部に導入される場合には、羽根車の中心部への蒸気導入が中心部の圧力バランスの影響を受け、その結果、動翼への流入にも偏りが生ずることがあるが、本実施形態では、導入蒸気は蒸気室115を介することなく直接蒸気導入空間4に導入されるので、蒸気導入空間4への蒸気導入が確実にでき、蒸気導入空間4から第1段の翼へ偏りのない全周流入を容易に行うことができる。
なお、上記本実施の形態の蒸気タービンは、一般的な導入蒸気圧力として1.4MPa以上、蒸気温度350℃以上、蒸気流量4T/h以上において、タービン駆動並びに発電可能なタービンシステムである。例えば、コジェネレーションシステムから得られる蒸気を用いて分散型発電システムにおいて適用可能である。もっとも、導入する蒸気条件においては、前述の蒸気圧力未満、温度未満、流量未満でも駆動することは可能である。
なお、復水タービンではなく、背圧タービンとして蒸気戻り圧力を大気圧以上として使用可能なことはいうまでもない。
なお、復水タービンではなく、背圧タービンとして蒸気戻り圧力を大気圧以上として使用可能なことはいうまでもない。
[実施の形態2]
図3は本発明の実施の形態2に係る蒸気タービン51の構造を説明する説明図であり、実施の形態1を示した図1と同一部分には同一の符号を付してある。本実施の形態に係る蒸気タービン51は、蒸気流れがタービン軸9に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れると共に半径方向に複数のタービン段を有する半径流タービンであって、複数のタービン段のうち、内周側の4段をノズルと組み合わされた衝動段Aとし、その外周側の8段を反動段Bとしたものである。
以下、図3に基づいて蒸気タービン51の構成を詳細に説明する。なお、図1と同一符号を付した部分は実施の形態1と同様なので説明を省略する。
図3は本発明の実施の形態2に係る蒸気タービン51の構造を説明する説明図であり、実施の形態1を示した図1と同一部分には同一の符号を付してある。本実施の形態に係る蒸気タービン51は、蒸気流れがタービン軸9に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れると共に半径方向に複数のタービン段を有する半径流タービンであって、複数のタービン段のうち、内周側の4段をノズルと組み合わされた衝動段Aとし、その外周側の8段を反動段Bとしたものである。
以下、図3に基づいて蒸気タービン51の構成を詳細に説明する。なお、図1と同一符号を付した部分は実施の形態1と同様なので説明を省略する。
タービン内周部を構成する衝動段Aは、内周側から、ノズル53a、動翼55a、静翼53b、動翼55bから構成されている。ノズル53a、静翼53bが固定板53側に取り付けられ、動翼55a、55bが羽根車55側に取り付けられている。
衝動段Aと反動段Bとの間には、蒸気だまり57が設けられている。蒸気だまり57を設けることで、衝動段Aを出た蒸気の圧力勾配を平均化でき、反動段Bへの全周流入をスムーズにできるようにしている。
また、蒸気だまり57に抽気機構を設けて抽気を行い、再熱サイクル又は再生サイクルを行うようにしてもよい。ここに言う再熱サイクルとは、反動段Bに導入するには温度が低すぎる蒸気を抽気して、再びボイラで加熱してからタービンに導入するというものである。また、再生サイクルとは、比較的高温の蒸気を抽気して、抽気した蒸気でボイラの給水加熱を行うようにするものである。これら、再熱サイクル又は再生サイクルのいずれも、全体のシステム効率向上を達成可能にするものである。
衝動段Aと反動段Bとの間には、蒸気だまり57が設けられている。蒸気だまり57を設けることで、衝動段Aを出た蒸気の圧力勾配を平均化でき、反動段Bへの全周流入をスムーズにできるようにしている。
また、蒸気だまり57に抽気機構を設けて抽気を行い、再熱サイクル又は再生サイクルを行うようにしてもよい。ここに言う再熱サイクルとは、反動段Bに導入するには温度が低すぎる蒸気を抽気して、再びボイラで加熱してからタービンに導入するというものである。また、再生サイクルとは、比較的高温の蒸気を抽気して、抽気した蒸気でボイラの給水加熱を行うようにするものである。これら、再熱サイクル又は再生サイクルのいずれも、全体のシステム効率向上を達成可能にするものである。
蒸気だまり57の外周側に設けられた反動段Bは固定板53に取り付けられた静翼53c〜53fと、羽根車55に取り付けられた動翼55c〜55fとで構成されている。この反動段Bは実施の形態1と基本的に同様の構成である。
蒸気タービン51の中心部には、衝動段Aの第1段に円周方向複数設けられたノズル53aのうち所定のノズルに対して選択的に蒸気導入することによってノズル締切調速を可能とするノズル締切調速可能機構59が設けられている。このノズル締切調速可能機構59は、例えば図4に示すように、90度ごとに4面に区画された開口部を有する筒体61の、開口部に筒体61の軸方向に摺動可能な遮蔽板63〜66を設けたものが好ましい。遮蔽板63〜66を引き出すことにより、筒体61の開口部を開口して蒸気を衝動段Aに導入することができる。図4では、遮蔽板64を一点鎖線で示す位置に引き出したときに、下向き矢印の方向に蒸気が出ている状態を示している。なお、図3における太矢印は遮蔽板の摺動方向を示したものである。
蒸気タービン51の中心部には、衝動段Aの第1段に円周方向複数設けられたノズル53aのうち所定のノズルに対して選択的に蒸気導入することによってノズル締切調速を可能とするノズル締切調速可能機構59が設けられている。このノズル締切調速可能機構59は、例えば図4に示すように、90度ごとに4面に区画された開口部を有する筒体61の、開口部に筒体61の軸方向に摺動可能な遮蔽板63〜66を設けたものが好ましい。遮蔽板63〜66を引き出すことにより、筒体61の開口部を開口して蒸気を衝動段Aに導入することができる。図4では、遮蔽板64を一点鎖線で示す位置に引き出したときに、下向き矢印の方向に蒸気が出ている状態を示している。なお、図3における太矢印は遮蔽板の摺動方向を示したものである。
図5は図3に示した蒸気タービンの翼の配置関係(図5(a))と、蒸気特性(図5(b))を示す図である。以下、図5を適宜参照しながら本実施形態の動作を説明する。蒸気導入管7の蒸気導入路6から過熱蒸気(例えば、温度500℃、圧力5MPa、蒸気流量15ton/h)がタービン中央部の蒸気導入空間4(ノズル締切調速可能機構59の内側)に導入される。
蒸気導入空間4に導入された蒸気はノズル締切調速可能機構59の開口部から第1段のノズル53aに流入する。このとき、蒸気導入路6から供給された蒸気は回転軸9の端面に衝突し、圧力勾配が解消され、ノズル53aへの全周流入を容易に行うことができる。
蒸気導入空間4に導入された蒸気はノズル締切調速可能機構59の開口部から第1段のノズル53aに流入する。このとき、蒸気導入路6から供給された蒸気は回転軸9の端面に衝突し、圧力勾配が解消され、ノズル53aへの全周流入を容易に行うことができる。
衝動段Aに導入された蒸気は、ノズル53aによって膨張し、それ以後、衝動段Aの動翼や静翼の中では膨張しない(図5(b)参照)。
ノズル53aから出た高速の蒸気は、動翼55aによってその速度エネルギーの一部を仕事に換え、速度を減じて静翼53bに入る(図5(b)参照)。静翼53bは単に蒸気の流動方向を適当に変えて次の動翼55bに入れるだけであり、ここではほとんど速度減少はない(図5(b)参照)。蒸気は動翼55bで動翼55aの流出速度の一部を仕事に変え、蒸気だまり57に入る。
ノズル53aから出た高速の蒸気は、動翼55aによってその速度エネルギーの一部を仕事に換え、速度を減じて静翼53bに入る(図5(b)参照)。静翼53bは単に蒸気の流動方向を適当に変えて次の動翼55bに入れるだけであり、ここではほとんど速度減少はない(図5(b)参照)。蒸気は動翼55bで動翼55aの流出速度の一部を仕事に変え、蒸気だまり57に入る。
蒸気だまり57に入った蒸気は、この蒸気だまり57によって圧力勾配が解消され、反動段Bへの全周蒸気導入が可能となる。この蒸気だまり57は、ノズル締切調速可能機構59によって衝動段Aの一部の翼列に蒸気を導入した場合に、反動段Bの手前で蒸気圧力、蒸気量を均一化して反動段Bへの全周蒸気導入を可能とするので、ノズル締切調速可能機構59と併用することでより効果が大きい。
蒸気だまり57から反動段Bに流入した後の動作については実施の形態1で説明したのと同様であり、蒸気特性は図5(b)に示す通りである。
なお、出力調整はノズル締切調速可能機構59の遮蔽板63〜66を摺動させることにより、筒体61の開口部を開閉することによって行う。
以上のようにして動翼55a〜55f側に回転力を生じさせ、羽根車55及び回転軸9を回転させる。そして、この回転軸9に設けた図示しない歯車等を介して発電機を駆動して発電するものである。なお、回転軸9の回転数は、6,000rpmから14,400rpmに対応することができる。
蒸気だまり57から反動段Bに流入した後の動作については実施の形態1で説明したのと同様であり、蒸気特性は図5(b)に示す通りである。
なお、出力調整はノズル締切調速可能機構59の遮蔽板63〜66を摺動させることにより、筒体61の開口部を開閉することによって行う。
以上のようにして動翼55a〜55f側に回転力を生じさせ、羽根車55及び回転軸9を回転させる。そして、この回転軸9に設けた図示しない歯車等を介して発電機を駆動して発電するものである。なお、回転軸9の回転数は、6,000rpmから14,400rpmに対応することができる。
以上のように、本実施の形態に係る蒸気タービン51おいては、蒸気高圧部である中心部に高圧蒸気で効率のよい衝動段Aを設け、蒸気中・低圧部である外周部に中低圧蒸気で効率のよい反動段Bを設けたので、蒸気性状とタービン翼特性において最適なタービン翼構成が実現され、高効率なタービンを得ることができる。
また、ノズル締切調速可能機構をタービン中央部に設けたので、衝動段Aのノズル53aの直ぐ手前での締切調速が可能となり、調速効果を高めることができる。
なお、タービン回転軸を片側にしたこと、及び蒸気の導入路を固定板53の中心部に設けたことにより実施の形態1で説明したのと同様の効果が得られることはいうまでもない。
また、ノズル締切調速可能機構をタービン中央部に設けたので、衝動段Aのノズル53aの直ぐ手前での締切調速が可能となり、調速効果を高めることができる。
なお、タービン回転軸を片側にしたこと、及び蒸気の導入路を固定板53の中心部に設けたことにより実施の形態1で説明したのと同様の効果が得られることはいうまでもない。
本実施の形態においては衝動段Aのタービン翼として、中央部からノズル、動翼、静翼、動翼の組み合わせによるものを例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、衝動タービンで高圧蒸気を高効率に活用できるノズル、動翼、静翼の組み合わせを採用すればよい。タービン形式としては、例えば、速度複式かつ/または圧力複式衝動タービンのいずれでもよい。
図1に示す本発明の実施形態1の実施例として、導入蒸気として蒸気温度400℃、蒸気圧力4MPa、蒸気流量15ton/hを用いて、駆動軸回転数として7200rpmを得た。
端部に発電機を設置し、2800kwの発電が可能であった。小規模な蒸気タービン発電装置として、従来より発電端効率の大幅な向上を図ることができた。
端部に発電機を設置し、2800kwの発電が可能であった。小規模な蒸気タービン発電装置として、従来より発電端効率の大幅な向上を図ることができた。
図3に示す本発明の実施形態2の実施例として、導入蒸気として蒸気温度500℃、蒸気圧力5MPa、蒸気流量15ton/hを用いて、駆動軸回転数としては7200rpmを得た。
端部に発電機を設置し、3000kwの発電が可能であった。また、抽気蒸気により給水加熱を行い全体の熱効率を向上させた。小規模な蒸気タービン発電装置として、従来より発電端効率の大幅な向上を図ることができた。
端部に発電機を設置し、3000kwの発電が可能であった。また、抽気蒸気により給水加熱を行い全体の熱効率を向上させた。小規模な蒸気タービン発電装置として、従来より発電端効率の大幅な向上を図ることができた。
1、51 蒸気タービン
3、53 固定板
5、55 羽根車
3a〜3d 静翼
5a〜5d 動翼
6 蒸気導入路
9 回転軸
15 ケーシング
19 絞り弁
53a ノズル
53b 衝動段の静翼
53c〜53f 反動段の静翼
55a、55b 衝動段の動翼
55c〜55f 反動段の動翼
59 ノズル締切調速機構
3、53 固定板
5、55 羽根車
3a〜3d 静翼
5a〜5d 動翼
6 蒸気導入路
9 回転軸
15 ケーシング
19 絞り弁
53a ノズル
53b 衝動段の静翼
53c〜53f 反動段の静翼
55a、55b 衝動段の動翼
55c〜55f 反動段の動翼
59 ノズル締切調速機構
Claims (11)
- タービン軸に実質的に直角な平面内に複数の翼を内周部から外周部に向けて交互に配置し、蒸気が前記複数の翼間を流れる半径流タービンであって、
前記交互配置された一方を動翼とし、他方を静翼として構成したことを特徴とする蒸気タービン。 - 静翼を固定する固定板と、動翼を固定する羽根車とを有し、該羽根車にタービン回転軸が取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン。
- 静翼と動翼は反動作用を有することを特徴とする請求項1又は2記載の蒸気タービン。
- 固定板側にタービン中心部に連通する蒸気導入路を設けたことを特徴とする請求項2又は3記載の蒸気タービン。
- 蒸気導入路に絞り弁を設けたことを特徴とする請求項4記載の蒸気タービン。
- 蒸気流れがタービン軸に対して実質的に直角な平面内を半径方向に流れると共に半径方向に複数のタービン段を有する半径流タービンであって、前記複数のタービン段のうち、少なくとも1段のタービン段がノズルと組み合わされた衝動段であり、その他のタービン段が反動段であることを特徴とする蒸気タービン。
- 所定のノズルに対して選択的に蒸気導入することによってノズル締切調速を可能とするノズル締切調速可能機構を設けたことを特徴とする請求項6記載の蒸気タービン。
- ノズル締切調速可能機構をタービン中心部に設けたことを特徴とする請求項7記載の蒸気タービン。
- 衝動段は蒸気高圧部に設けられ、反動段は蒸気中・低圧部に設けられていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の蒸気タービン。
- 衝動段と反動段の間に蒸気だまりを設けたことを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の蒸気タービン。
- 衝動段と反動段の間に抽気機構を設けたことを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の蒸気タービン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003336840A JP2005105855A (ja) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | 蒸気タービン |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58103659A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-06-20 | Toshiba Corp | イオン選択性膜の製造方法 |
JP2012520970A (ja) * | 2009-03-18 | 2012-09-10 | エイチケー タービン カンパニー,リミテッド | 反作用式タービン |
WO2013065807A1 (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 有限会社サンワールド | 蒸気タービン発電装置 |
CN103306736A (zh) * | 2012-04-30 | 2013-09-18 | 王政玉 | 一种动力涡轮及其动力机 |
JP2014530997A (ja) * | 2011-10-24 | 2014-11-20 | ハイブリッドタービン グループ | 反動タービンおよびハイブリッド衝動反動タービン |
JP2015520822A (ja) * | 2012-05-17 | 2015-07-23 | エクセルギー エス.ピー.エー.Exergy S.P.A. | 有機ランキンサイクルによるエネルギ発生の為のorcシステム及び方法 |
CN109653802A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-04-19 | 大唐绥化热电有限公司 | 基于气动设计背压式高效蒸汽转换装置及转换方法 |
-
2003
- 2003-09-29 JP JP2003336840A patent/JP2005105855A/ja active Pending
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