JP2010203438A - 蒸気タービンから水分を抽出する蒸気タービン及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
蒸気タービンから水分を抽出するための蒸気タービン及び方法を提供することである。
【解決手段】
蒸気タービンは、それぞれにステータブレード及びロータブレードを備えた複数の膨張ステージを有するケーシング（１）を備えている。１以上の膨張ステージのステータブレードの下流で、ケーシング（１）は、ステータブレード（２）の端壁（３）上に集まる水分を受け取り、かつ、水分を外に放出するために配置されたスロット（７）を備えている。いずれの側壁（３）も、水分が通過可能で、吸い込み側でより小さく又は閉じており、かつ、ステータ翼（４）の圧力側（１３）でより大きい通路（１０）にするために、接線方向に可変である径方向の障壁を備えたスロット（７）に面する側部を有している。本発明は、蒸気タービンから水分を抽出するための方法にも関する。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、蒸気タービンから水分を抽出するための蒸気タービン及び方法に関する。

特に、本発明は、低圧蒸気タービンに言及している。

蒸気タービンプラント（特に、発電のためのプラント）が、タービンに給電する蒸気発電機を備えることは公知である。このタービンは、発電機を操作するために、蒸気を膨張させ、その後、コンデンサに排出蒸気を放出する。

蒸気からできるだけ多くの電力を抽出するために、蒸気は、通常、湿り蒸気領域にまで膨張させる。

一方で、電力を増加させるのであれば、他方で、多くの悪影響を生じる湿り蒸気内で発電させる。

実際、その高い慣性モーメントのため、水滴（特に、それらがある大きさを超えた場合）は、蒸気流の回転を促進することができない。このように、それらは、次々とブレード表面に作用し、いわゆる湿り蒸気侵食を生じる。

この問題は、湿り蒸気領域で、膨張が起き、しばしば水分量が多い低圧タービンで現れる。

この問題を解決するために、蒸気タービン（特に、蒸気タービンの低圧段階）は、しばしば、水分を抽出し、それを外に排出する装置を備えている。

ステータ翼に関して、そのような装置がステータ翼の上流、及び/又は、ステータ翼の下流にしばしば備えられている。

次に、ステータ翼の下流の抽出装置を、詳細に述べる。

いずれのステータブレードは、ケーシングに接続された端壁を備え、その端壁からステータ翼が伸びている。

ステータブレードの下流で、ケーシングに、駆動中に（旋回蒸気流と回転部によって生じる遠心力のため）ブレードの端壁の近傍に集まる水分を受け取るために配置された円周スロットを備えている。

翼を侵食から保護するために、スロットを通じて抽出された水分量は、できるだけ多くしなければならない。このように、スロットは、多くの水分が、そこに捕らえられるように、なるべく大きくすべきである。

しかしながら、（多量の水分に加えて、）大きなスロットは、多量の乾き蒸気（ドライスチーム）を捕らえてしまう。

これは、避けるべきである性能上の損失を生じている。

それゆえ、本発明の技術的目的は、公知技術の問題を排除する、
蒸気タービンから水分を抽出する蒸気タービン及び方法を提供することである。

この技術的目的の範囲内で、本発明の目的は、伝統的な蒸気タービンに対して、多量の水分が、低圧膨張ステージから抽出させる蒸気タービン及び方法を供給することであるが、同時に、乾き蒸気の少ない抽出を可能としている。

本発明のもう１つの目的は、伝統的な蒸気タービンに対して、性能と信頼性を向上させる蒸気タービン及び方法を提供することである。

これらの更なる目的と共に、技術的な目的は、添付の請求項と対応して、蒸気タービンから水分を抽出するための蒸気タービン及び方法を供給することによって、本発明により達成される。

本発明の更なる特徴や効果は、添付の図面の限定されない例によって図示された本発明による蒸気タービン及び方法の好ましいが、限定されない実施例の記載からより明確になるであろう。

図１は、ケーシングのスロットを備えた本発明によるステータブレードの斜視図を示している（スロットは、点線で示されている。） 図１の線ＩＩ−ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩ、及び、ＩＶ−ＩＶを通る断面であり、それらの図面で、スロットを決定するケーシングの一部が示されもしている。 図１の線ＩＩ−ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩ、及び、ＩＶ−ＩＶを通る断面であり、それらの図面で、スロットを決定するケーシングの一部が示されもしている。 図１の線ＩＩ−ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩ、及び、ＩＶ−ＩＶを通る断面であり、それらの図面で、スロットを決定するケーシングの一部が示されもしている。 本発明による３つのステータブレード斜視図をであり、この図面では、スロットは点線で示されている。 本発明による異なる実施例の３つのステータブレード斜視図であり、この図面では、スロットは点線で示されている。 本発明によるタービンの一部の長手方向の部分である。 本発明によるステータブレードの列の斜視図である。 図７の詳細図であり、簡単化するために、ステータブレードのいくつかのみを示している。 図７の詳細図であり、簡単化するために、ステータブレードのいくつかのみを示している。

蒸気タービンは、複数の膨張ステージを備えたケーシング１を備えている。

いずれの膨張ステージも複数のステータブレード２を備え、このステータブレード２の下流に、複数のロータブレード５を備えている。特に、いずれのステータブレード２は、ケーシング１に接続し、かつ、ステータブレード４が延在する端壁３を備えている。

蒸気タービンから水分を抽出するために、１つ又はすべての膨張ステージ（添付した図は、１つのみのステージ）のステータブレード２の下流で、ケーシング１は、ステータブレード２の端壁３に集まる水分を受け取り、かつ、その水分を蒸気タービンの外部に、例えば、穴８を介して、放出するために配置された円周スロット７を備えている。

いずれのステータブレード２も、水分が通過するスロット７を備えた通路１０を決定する端壁３を備えている。

少なくとも部分的に、乾き蒸気が翼４の吸い込み側１２でスロット７に入るのを妨げるために、この通路１０は、吸い込み側１２で、より小さく又は閉じており、かつ、いずれのステータ翼４の圧力側１３でより大きくなる。

ステータ翼４の吸い込み側１２で、より小さく又は閉じている通路１０を決定するために、いずれの端壁３は、接線方向に可変の径方向の障壁を備えた、スロット７に直面する部分を備えている。

この観点で、端壁３のスロット７に直面する部分は、吸い込み側１２で、ステータ翼４に隣接して配置され、かつ、部分的又は完全にスロット７をふさぐ厚部１５を備えている。

さらに、端壁３のスロット７の直面する部分は、接線方向に厚部１５に隣接する薄部１７を備えている。

好ましくは、薄部１７は、接線方向に、厚部１５から端壁３の側に連続的に減少する厚さを備えている。

薄部１７は、径方向に、スロット７に直面する部分の反対部分から、スロット７に直面する部分に減少する厚さを備えている。

本発明の蒸気タービンの動作は、記載及び図示から明白であり、本質的に以下のようである。

蒸気流は、（矢Ｆによって示されている）径方向に流れ、ステータ翼４及びロータ翼５を通過する時に、カーブ状の通路に従って曲がる。

遠心力及び慣性により、水分は、翼４の圧力側１３で、ステータブレード２の端壁３に集まる力を受ける。

加えて、端壁３の特殊な形状は、水分が翼４の圧力側１３で、端壁３の領域に向かわせている（矢印Ｍ参照）。

この領域から、水分は通路１０を通過し、蒸気タービンの外側に放出されるために、スロット７に進入する。

通常、水分に加えて、乾き蒸気も通路１０を通り放出される。

それでもなお、吸い込み側１２に近い領域に通路１０が備えられていない（又は、これらの通路１０が圧力側の通路より小さい）ため、水分と乾き蒸気のどちらも、これらの領域を通過して放出されない（又は、限られた量のみ放出される）。

それゆえ、水分が、翼４の圧力側に近い領域に集まり、一方で、乾き蒸気は、隣接するステータ翼４の間の通路に均一して分配されるため、本発明の蒸気タービンは、放出される水分量が増加し、及び/又は、従来の蒸気タービンと比べて、放出される乾き蒸気の量が減少する。

図５Ａは、本発明の他の実施例を示している。この実施例では、既に記載した構成要素は、同じ参照符号が使われている。

さらに、厚部１５と薄部１７の間に、段差を備えている。この段差は、厚部１５と薄部１７の表面に直行した、又は、一方で、厚部１５と薄部１７（又は少なくとも一方）に対して傾斜した壁２０を備えている。

図７−９は、本発明の更なる異なる実施例を示している。この実施例では、既に記載した構成要素には、同じ参照符号を使用している。

この実施例でも、可変の径方向の障壁が、端壁の傾斜によって定義されている。この傾斜は、いずれのステータ翼４の前縁１８から、同じステータ翼４の後縁に、内側に延在している。さらに、傾斜は、吸い込み側１２で、いずれかのステータ翼４に隣接している。

本発明は、蒸気タービンから水分を抽出するための方法にも関し、この蒸気タービンは、いずれもステータ及びロータブレードを備えた複数の膨張ステージを有し、かつ、少なくとも１つのステージのステータブレードの下流で、ケーシング１には、ステータブレード２の端壁３上に集まる水分を受け取り、その水分を外側に排出するために配置された円周スロットを備えている。

本発明の方法によると、ステータブレード２の端壁３は、水分をその翼の吸い込み側１２から遠ざけ、かつ、少なくとも部分的に、乾き蒸気が、翼４の吸い込み側１２でスロットに侵入することを妨げている。

このように考案された蒸気タービン及び方法は、本発明の概念から逸脱しない限り、様々の修正及び変更することが可能である。さらに、全ての部分は、技術的に等価な構成要素によって置換可能である。

実際、使用される材料及び寸法は、必要に応じて選択可能であり、最先端の技術にも対応可能である。

１ ケーシング
２ ステータブレード
３ 端壁
４ ステータ翼
５ ロータ翼
７ スロット
８ 穴
１０ 通路
１２ 翼の吸い込み側
１３ 翼の圧力側
１５ 端壁の厚部
１７ 端壁の薄部
１８ ステータ翼の前縁
１９ ステータ翼の後縁
２０ 段差の壁
Ｆ 蒸気流
Ｍ 水分

Claims (14)

1. それぞれに、ステータブレード及びロータブレードを備えた複数の膨張ステージを有するケーシング（１）を備えた蒸気タービンであって、
   少なくとも１つの膨張ステージステータブレードの下流で、ケーシング（１）は、ステータブレード（２）の端壁（３）上に集まる水分を受け取り、かつ、水分を外に放出するために配置されたスロット（７）を備えた蒸気タービンにおいて、
   いずれの側壁（３）も、水分が通過可能で、吸い込み側でより小さく又は閉じており、かつ、ステータ翼（４）の圧力側（１３）でより大きい通路（１０）にするために、接線方向に可変である径方向の障壁を備えた、スロット（７）に面する側部を有していることを特徴とする蒸気タービン。
2. 請求項１に記載の蒸気タービンにおいて、
   前記スロット（７）は、円状のスロットであることを特徴とする蒸気タービン。
3. 請求項１に記載の蒸気タービンにおいて、
   端壁（３）のスロット（７）に面する部分は、吸い込み側（１２）で、ステータ翼（４）に隣接して配置され、かつ、部分的にスロット（７）を塞いでいる厚部（１５）を備えていることを特徴とする蒸気タービン。
4. 請求項３に記載の蒸気タービンにおいて、
   前記厚部（１５）は、完全にスロットを塞いでいることを特徴とする蒸気タービン。
5. 請求項３に記載の蒸気タービンにおいて、
   前記厚部（１５）は、吸い込み側（１２）で、いずれかのステータ翼（４）に隣接していることを特徴とする蒸気タービン。
6. 請求項３に記載の蒸気タービンにおいて、
   端壁（３）のスロット（７）に面する部分は、接線方向に厚部（１５）と隣接している薄部（１７）を備えていることを特徴とする蒸気タービン。
7. 請求項６に記載の蒸気タービンにおいて、
   接線方向に、前記薄部（１７）は、厚部（１５）側から端壁（３）側に徐々に減少する厚みを備えていることを特徴とする蒸気タービン。
8. 請求項６に記載の蒸気タービンにおいて、
   軸方向に、薄部（１７）は、スロット（７）に面する部分の反対側の薄部（１７）の部分からスロット（７）に面する部分に徐々に減少する厚さを持っていることを特徴とする蒸気タービン。
9. 請求項１に記載の蒸気タービンにおいて、
   可変の径方向障壁は、端壁の傾斜によって定められることを特徴とする蒸気タービン。
10. 請求項６及び９のいずれかに記載の蒸気タービンにおいて、
    厚部（１５）と薄部（１７）の間に、段差が設けられていることを特徴とする蒸気タービン。
11. 請求項１０に記載の蒸気タービンにおいて、
    前記段差は、厚部（１５）と薄部（１７）の表面に対して垂直の壁（２０）を備えていることを特徴とする蒸気タービン。
12. 請求項１０に記載の蒸気タービンにおいて、
    前記段差は、厚部（１５）と薄部（１７）の表面に対して傾斜した壁（２０）を備えていることを特徴とする蒸気タービン。
13. いずれにもステータブレードとロータブレードを備えた複数の膨張ステージを有するケーシング（１）を備えた蒸気タービンから水分を抽出するための方法であって、
    少なくとも１つのステージのステータブレードの下流に、ケーシング（１）がステータブレード（２）の端壁（３）上に集まる水分を受け取るため、及び、水分を外に放出するために配置されたスロットが備えられた方法において、
    ステータブレード（２）の端壁（３）は、少なくとも部分的に、乾き蒸気がステータ翼（４）の吸い込み側（１２）に流入するのを妨げることを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、
    ステータブレード（２）の端壁（３）は、水分をステータ翼（４）の吸い込み側（１２）から遠ざけることを特徴とする方法。