JP2006144758A

JP2006144758A - 半径流型蒸気タービン

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Publication number: JP2006144758A
Application number: JP2004339691A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimizu; 浩清水; Seiji Kinoshita; 誠二木ノ下; Takashi Noto; 隆能登
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】蒸気漏れ損失を可及的に抑制して効率のよい半径流型蒸気タービンを得る。
【解決手段】タービン軸３，５に実質的に直角方向に設置された互いに対向する一対の板状部材７，９と、該一対の板状部材７，９の対向する面に内周から外周に向けて交互に設けられた複数の翼段１１ａ〜１１ｃ、１３ａ〜１３ｃとを有し、蒸気が翼段１１ａ〜１１ｃ、１３ａ〜１３ｃを内周部から外周部に向けて流れる半径流型蒸気タービンであって、各翼段間の隙間において蒸気がタービン軸方向に流れるのを抑止するフィン１７を各翼間に設けた。
【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蒸気タービンに関する。

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８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８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、半径方向で隣り合って配置されている動翼１１１，１１３が互いに相手の動翼に対して案内羽根の役目をして、回転板１０７，１０９が反対方向に同一速度で回転する構造となっている（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）

半径流型蒸気タービンは、比較的少ない段数で効率良くかつ、小型にすることができるという特徴を有する。また、各段におけるタービン翼全長にわたり周速度は一定であるため蒸気が回転軸方向に流れる軸流タービンに比べて効率が良い等の特徴を有している。
しかしながら、半径流型蒸気タービンは、図８に示した半径流型蒸気タービンを模式的に示した図９に示すように、蒸気が内周部から外周部に流れる際に、半径方向の各翼間の隙間からタービン軸方向に蒸気が漏れ、この漏れによって効率が低下するという問題がある。
なお、図中において蒸気の流れは薄い矢印で示している。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、蒸気漏れ損失を可及的に抑制して効率のよい半径流型蒸気タービンを得ることを目的としている。

（１）本発明に係る半径流型蒸気タービンは、タービン軸に実質的に直角方向に設置された互いに対向する一対の板状部材と、該一対の板状部材の対向する面に内周から外周に向けて交互に設けられた複数の翼段とを有し、蒸気が前記翼段を内周部から外周部に向けて流れる半径流型蒸気タービンであって、各翼段間の隙間において蒸気がタービン軸方向に流れるのを抑止するフィンを各翼段間の隙間に設けたことを特徴とするものである。
翼段とは、半径方向で同一半径位置に配置された複数の翼の群をいう。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、フィンは各翼段間の隙間における半径方向外周側にある翼段に、外周側から内周側に向けて設けられていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、フィンは各翼段間の隙間における半径方向外周側にある翼固定部材に、外周側から内周側に向けて設けられた第１フィンと、各翼段間の隙間における半径方向内周側にある翼段に、内周側から外周側に向けて設けられた第２フィンとからなり、該第２フィンと前記第１フィンはタービン軸方向で互いに重なるように配置されていることを特徴とするものである。

本発明においては、半径方向の各翼段間の隙間において蒸気がタービン軸方向に流れるのを抑止するフィンを各翼段間の隙間に設けたので、蒸気漏れによる損失が抑制され効率のよい半径流型蒸気タービンを得ることができる。

［実施の形態１］
図１は本実施の形態に係る半径流型蒸気タービンの構造を説明する説明図である。また、図２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図、図３は本実施の形態に係る半径流型蒸気タービンの一部を拡大して示す説明図である。以下、図１〜図３に基づいて本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る半径流型蒸気タービン１は、タービン軸３，５に実質的に直角方向に設置された互いに対向する一対の板状部材７，９と、該一対の板状部材７，９の対向する面に内周から外周に向けて交互に設けられた複数の翼段１１ａ〜１１ｃ、１３ａ〜１３ｃとを有し、蒸気が翼段１１ａ〜１１ｃ、１３ａ〜１３ｃを内周部（１１ａ、１３ａ）から外周部（１１ｃ、１３ｃ）に向けて流れる半径流型蒸気タービンであって、各翼段間の隙間１５において蒸気がタービン軸方向に流れるのを抑止するフィン１７を各翼間に設けたものである。
以下、主な構成をさらに詳細に説明する。

＜翼段＞
翼段とは、図１、図２に示されるように、半径方向で同一の半径位置にある複数の翼１９から構成される複数の翼の群である。
各翼段は、図３に示されるように、板状部材７，９に設けられて翼１９の根部を固定する翼根部２１、翼根部２１に固定された翼１９、翼１９のタービン軸方向先端側に設けられて隔壁となるシュラウド２３を備えている。
シュラウド２３は円環状に形成されており、シュラウド２３には同一の段にある全ての翼１９のタービン軸方向先端部が固定されている。

＜フィン＞
フィン１７は、図１、図３に示されるように、翼根部２１及びシュラウド２３に取り付けられている。
フィン１７の取付態様は種々考えられるが、例えば図４に示されるように、フィン１７の基端部を翼根部２１及びシュラウド２３に形成した小溝２４に挿入し、さらに小溝２４に押さえ片２６を嵌入させて固定するようにする。

なお、フィン１７の取付位置については、図１に示されるように、各翼段間の隙間１５における半径方向外周側にある翼段に、外周側から内周側に向けて取付けるのが好ましい。
この理由は、外周側の翼段にフィン１７を設けることで、図５に示されるように、フィンの根元と翼段との間に隙間が生ぜず、内周側から外周側に向って流れる蒸気の漏れを可及的に防止できるからである。
すなわち、図６に示されるように、フィン１７を各翼段間の隙間１５における半径方向内周側にある翼段に設けた場合には、各翼段間の隙間１５における蒸気の流れ方向に隙間が生ずることになり、図６の拡大部に示すように、蒸気がタービン軸方向に漏れるのを抑止する効果が少ない。
これに対して、外周側の翼段にフィン１７を設けた場合には、図５の拡大部に示すように、蒸気がタービン軸方向に漏れようとした際に、フィン１７の根元に衝突することになり、漏れが抑止される。すなわち、蒸気が漏れるためには図中矢印で示すように、一旦シュラウド２３に衝突して、フィン１７に沿って流れと逆方向に移動するという複雑な流れをする必要があり、抵抗が大きいことから漏れが抑制される。

以上のように構成された半径流型蒸気タービンにおいては、タービン軸３，５間の蒸気導入空間に供給された蒸気が複数の翼段１１ａ〜１１ｃ、１３ａ〜１３ｃを通過しつつ外周部へと移動する（図１における矢印参照）。そして、内周側から外周側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。
そして、本実施の形態においては、各翼段間の隙間１５にフィン１７を設置したので、内周側から外周側への蒸気流れの過程で、蒸気がタービン軸側に漏れるのを可及的に防止できる。このため、蒸気漏れによるエネルギー損失を抑制でき、効率のよい半径流型蒸気タービンを得ることができる。

［実施の形態２］
図７は本発明の実施の形態２の説明図である。本実施の形態においては、図７に示されるように、実施の形態１におけるフィン１７に加えて、各翼段間の隙間１５における半径方向内周側にある翼段に内周側から外周側に向って延出するフィン２５を設置したものである。

一つの翼段間の隙間１５においては、翼根部２１及びシュラウド２３に設置された一対のフィン１７と、シュラウド２３及び翼根部２１に設置された一対のフィン２５が存在する。そして、外周側の翼段における翼根部２１に設置されたフィン１７と、内周側の翼段におけるシュラウド２３に設置されたフィン２５が近接配置され、外周側の翼段におけるシュラウド２３に設置されたフィン１７と、内周側の翼段における翼根部２５に設置されたフィン２５が近接配置される。これら、フィン１７とフィン２５に関しては、一対のフィン２５が一対のフィン１７を外側から挟むように配置されるのが好ましい。このように配置することで、フィン１７の先端側を乗り越えてタービン軸方向へ向かう蒸気流れを効果的に防止して蒸気漏れを防止できるからである。

このように、本実施の形態においては、実施の形態１における一対のフィン１７に加えて、各翼段間の隙間１５における半径方向内周側にある翼段に一対のフィン２５を設置し、一対のフィン２５が一対のフィン１７を外側から挟むように配置したので、タービン軸方向への蒸気漏れを効果的に防止でき、より効率的な半径流型蒸気タービンを得ることができる。

もっとも、一対のフィン１７と一対のフィン２５の配置関係に関し、一対のフィン１７が一対のフィン２５を挟むように配置する場合であっても、蒸気漏れを抑止する効果を期待できるのは言うまでもない。

なお、本実施の形態１，２においては、対向する２枚の板状部材７，９を回転板としてそれぞれに設けた翼を動翼とした例を示したが、板状部材７，９の片方を固定板として静翼を設ける構造にしても、本発明のようにフィンを設定することにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図１に示した実施の形態の半径流型蒸気タービンと、図９に示した従来例の半径流型蒸気タービンを試験装置によって比較したところ、図１に示したものが図９に示したものよりも４〜５％大きな出力を得られた。
また、フィン１７を各翼段間の隙間１５における半径方向外周側にある翼段に設けたもの（図１参照）と、フィン１７を各翼段間の隙間１５における半径方向内周側にある翼段に設けたもの（図６参照）とを試験装置によって比較したところ、図１に示したものの出力が１〜２％大きく得られることが分かった。

上記の結果から、フィンを設ける効果、及びその設置位置について、上記の実施の形態において説明したことが実証された。

本発明の一実施の形態に係る半径流型蒸気タービンの説明図である。図１に示した蒸気タービンの矢視Ａ−Ａ断面図である。本発明の一実施の形態に係る半径流型蒸気タービンの一部を拡大して示す説明図である。本発明の一実施の形態に係るフィンの取付態様の説明図である。本発明の一実施の形態の作用を説明する説明図である（その１）。本発明の一実施の形態の作用を説明する説明図である（その２）。本発明の他の実施の形態に係る半径流型蒸気タービンの説明図である。従来の半径流型蒸気タービンの説明図である。従来の半径流型蒸気タービンの課題を説明する説明図である。

符号の説明

１半径流型蒸気タービン
３，５タービン軸
７，９板状部材
１１ａ〜１１ｃ、１３ａ〜１３ｃ翼段
１５翼段間の隙間
１７，２５フィン
１９翼
２１翼根部
２３シュラウド

Claims

タービン軸に実質的に直角方向に設置された互いに対向する一対の板状部材と、該一対の板状部材の対向する面に内周から外周に向けて交互に設けられた複数の翼段とを有し、蒸気が前記翼段を内周部から外周部に向けて流れる半径流型蒸気タービンであって、各翼段間の隙間において蒸気がタービン軸方向に流れるのを抑止するフィンを各翼段間の隙間に設けたことを特徴とする半径流型蒸気タービン。
フィンは各翼段間の隙間における半径方向外周側にある翼段に、外周側から内周側に向けて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半径流型蒸気タービン。
フィンは各翼段間の隙間における半径方向外周側にある翼段に、外周側から内周側に向けて設けられた第１フィンと、各翼段間の隙間における半径方向内周側にある翼段に、内周側から外周側に向けて設けられた第２フィンとからなり、該第２フィンと前記第１フィンはタービン軸方向で互いに重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半径流型蒸気タービン。