JP2013147999A - Steam turbine and blade for steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、蒸気タービンおよび蒸気タービンの動翼に関する。 Embodiments described herein relate generally to a steam turbine and a moving blade of a steam turbine.
原子力タービン、地熱タービンまたは火力タービンのタービン低圧部では、タービン駆動蒸気の温度が比較的低くなる。タービン駆動蒸気の一部は、膨張仕事中に凝縮し、水分となって蒸気通路の内外周壁やタービン動翼に流れる。 In the turbine low pressure part of a nuclear turbine, a geothermal turbine, or a thermal turbine, the temperature of turbine drive steam becomes comparatively low. A part of the turbine-driven steam is condensed during the expansion work and becomes moisture and flows to the inner and outer peripheral walls of the steam passage and the turbine blade.
蒸気通路の内外周壁やタービン動翼を流れる水分は、やがて比較的粒径の大きい水滴に成長する。この水滴は、タービン動翼の前縁を浸食したり、タービン動翼の回転に対する衝突抵抗を生じ、タービン翼の翼効率を低下させたりする要因となる。 Moisture flowing through the inner and outer peripheral walls of the steam passage and the turbine blades eventually grows into water droplets having a relatively large particle size. The water droplets erode the leading edge of the turbine blade, cause a collision resistance against the rotation of the turbine blade, and reduce the blade efficiency of the turbine blade.
このようにタービン内での水分の存在はタービン効率および信頼性に悪影響を及ぼす。これに対し、従来、付着した水分を除去するための構造を有する蒸気タービンが知られている。具体的には、この蒸気タービンは、タービン動翼の先端部に設けられるシールフィンと、このシールフィンの先端側に水分を捕捉する目的で設けられる空間部を有する。蒸気タービン内を流れる水分は、シールフィンに当たることにより遠心力により外周方向に飛散され、空間部で捕捉される。 Thus, the presence of moisture in the turbine adversely affects turbine efficiency and reliability. On the other hand, conventionally, a steam turbine having a structure for removing attached moisture is known. Specifically, this steam turbine has a seal fin provided at the tip of the turbine rotor blade and a space provided for the purpose of capturing moisture at the tip of the seal fin. Moisture flowing through the steam turbine is scattered in the outer peripheral direction by centrifugal force when it hits the seal fin, and is captured in the space.
従来の蒸気タービンは、タービン動翼先端部に設けられるシールフィンによって、蒸気タービン内の水分を捕捉していた。しかし、従来の蒸気タービンは、あくまで蒸気漏洩の防止を目的としたシールフィンを用いていたため、水分の回収が十分とはいえなかった。具体的には、蒸気タービン内の蒸気の流れおよび遠心力が作用し、シールフィンを用いても好適に水分を空間部へ案内することができなかった。 In the conventional steam turbine, moisture in the steam turbine is captured by a seal fin provided at the tip of the turbine rotor blade. However, since the conventional steam turbine uses seal fins for the purpose of preventing steam leakage, it cannot be said that water is sufficiently collected. Specifically, the flow of steam in the steam turbine and centrifugal force act, and even if seal fins are used, moisture cannot be suitably guided to the space.
この結果、従来の蒸気タービンは、蒸気タービンに発生するドレンによる浸食やタービン動翼の回転抵抗の低下を抑制することができないという課題があった。 As a result, the conventional steam turbine has a problem that it cannot suppress erosion due to drain generated in the steam turbine and a decrease in rotational resistance of the turbine rotor blade.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、蒸気タービン内に発生する水分を好適に回収し、タービン効率の低下を防止することができる蒸気タービンおよび蒸気タービンの動翼を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a steam turbine and a steam turbine rotor blade that can suitably recover moisture generated in the steam turbine and prevent a decrease in turbine efficiency. For the purpose.
本発明の実施形態の蒸気タービンは、上述した課題を解決するために、タービンロータ軸と、前記タービンロータ軸に設けられ、蒸気流によって回転される複数の動翼と、各前記動翼の先端に取り付けられ相互に連結接触するチップカバーと、前記チップカバーに周方向に沿って設けられ、各前記動翼の径方向外側に伸びた少なくとも一の水切りフィンと、各前記動翼より外周側に配置され、前記水切りフィンの先端部と対向するドレンキャッチャを有するダイアフラム外輪とを備える。前記チップカバーは、前記動翼の前縁よりも軸方向下流側または前記動翼の前縁と軸方向に一致する軸方向位置に形成される前縁を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a steam turbine according to an embodiment of the present invention includes a turbine rotor shaft, a plurality of blades provided on the turbine rotor shaft and rotated by a steam flow, and tips of the blades. A tip cover attached to and connected to each other, at least one draining fin provided along the circumferential direction of the tip cover and extending radially outward of each of the blades, and on the outer peripheral side of each of the blades And a diaphragm outer ring having a drain catcher disposed opposite to the tip of the draining fin. The tip cover has a leading edge formed at an axial position downstream of the leading edge of the moving blade in the axial direction or at an axial position that coincides with the leading edge of the moving blade in the axial direction.
本発明に係る蒸気タービンおよび蒸気タービンの動翼の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本実施形態における蒸気タービンおよび蒸気タービンの動翼は、例えばタービンの低圧部に適用される。 An embodiment of a steam turbine and a moving blade of a steam turbine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The steam turbine and the rotor blade of the steam turbine in the present embodiment are applied to, for example, a low pressure portion of the turbine.
図1は、本発明に係る蒸気タービンの一実施形態を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a steam turbine according to the present invention.
図2は、図1の蒸気タービン1の動翼2を外周側から示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the
図1、図2においては、左から右に蒸気が流れるものとして図示する。動翼2においては、左側を前方、右側を後方として説明する。蒸気タービン1内において蒸気の通流方向はタービンロータ軸3の方向と一致していることから、蒸気の通流方向を軸方向と定義する。
In FIG. 1 and FIG. 2, the steam flows from left to right. In the
図1に示すように、蒸気タービン1は、タービンロータ軸3、動翼2および静翼4を主に有する。
As shown in FIG. 1, the
動翼2は、静翼4の下流側に対向して配置され、タービンロータ軸3の周方向に翼列をなす。動翼2は、翼先端に動翼2と一体的に形成されたチップカバー20を有する。
The moving
図2に示すように、チップカバー(カバー)20は、動翼2の背側円周方向に伸びる背側カバー21と、動翼2の腹側円周方向に伸びる腹側カバー22とで形成される。隣接するカバー20同士は、相互に接触する。腹側カバー22のカバー前縁25の軸方向位置は、動翼2の翼有効部前縁12よりも軸方向後側(軸方向下流側)、または翼有効部前縁12と軸方向に一致する。カバー20は、動翼2の遠心力によりアンツイスト(翼のねじれと反対方向に生じるねじりモーメント)が生じた際に、隣り合う動翼2同士の背側カバー21と腹側カバー22とがカバー接触面23で接触する。これにより、蒸気タービン1は、動翼2の全周一群の制振効果を得る。
As shown in FIG. 2, the tip cover (cover) 20 is formed by a
カバー20は、カバー20と一体的に形成されたチップ水切りフィン30をカバー外周面27に有する。チップ水切りフィン(水切りフィン)30は、カバー前縁25に沿って動翼2の径方向外側に伸びたフィンであり、カバー20の全周に亘って環状に設けられる。なお、水切りフィン30は、カバー前縁25よりも後側に設けられてもよい。
The
図1に示すように、水切りフィン30の先端位置の外径φBは、カバー20の最大外径φAよりも小さい。カバー20は、前下がりの傾斜を有し、カバー後縁26側が大きく、カバー前縁25側が小さくなるような外径を有し、水切りフィン30の径方向長さはこのカバー後縁26よりも外径φBが大きくならないように決定される。
As shown in FIG. 1, the outer diameter φB at the tip position of the draining
静翼4は、ノズルダイアフラム外輪40と、このノズルダイアフラム外輪40の半径方向内側に位置するノズルダイアフラム内輪45との間に設けられる。ノズルダイアフラム外輪(ダイアフラム外輪)40は、ノズルストリップ60およびドレンキャッチャ43を有する。
The stationary blade 4 is provided between a nozzle diaphragm
ノズルストリップ60は、動翼2後側に対向するダイアフラム外輪40に設けられる。ノズルストリップ60は、カバー20とダイアフラム外輪40との間の空間の流路抵抗として機能し、チップ側漏洩蒸気流量を低減する。
The
ドレンキャッチャ43は、水切りフィン30から剥離した水滴を回収するための空間である。ドレンキャッチャ43は、水切りフィン30の先端と対向する軸方向位置に開口部46を有する。
The
ここで、図3は、水切りフィン30とドレンキャッチャ43の開口部46との軸方向の位置関係を説明するための構成図である。
Here, FIG. 3 is a configuration diagram for explaining the axial positional relationship between the
一般的に、低圧タービンの軸方向の伸び差は最大で20mm程度である。水切りフィン30は、この伸び差を考慮して、ドレンキャッチャ43の開口部46の寸法(水切りフィン30の開口部46に対する軸方向位置)が決定される。
In general, the maximum difference in the axial direction of the low-pressure turbine is about 20 mm. In the
具体的には図3に示すように、定常運転時において水切りフィン30(タービンロータ軸3)に前後方向に最大伸び差が発生した場合であっても、水切りフィン30先端の最大伸び差は、ドレンキャッチャ43の開口部46の軸方向幅内となるように構成される。
Specifically, as shown in FIG. 3, even when the maximum elongation difference occurs in the front-rear direction in the draining fin 30 (turbine rotor shaft 3) during steady operation, the maximum elongation difference at the tip of the
ドレンキャッチャ43の開口部入口側47は、断面視でラッパ状に広がっており、開口部入口側47の軸方向位置は、図3の前側軸方向位置X1から後側軸方向位置X2(位置X1、X2は、ラッパ状の開口がすぼまり始める位置)である。水切りフィン30の先端は、停止時および最大伸び差が発生し得る定常運転時において、この開口部入口側47の軸方向範囲内に収まるようになっている。
The
次に、蒸気タービン1および動翼2の作用について説明する。
Next, the operation of the
図4は、蒸気タービン1内の蒸気の流れの説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of steam flow in the
蒸気タービン1の運転中において、駆動蒸気の一部は凝縮し、液膜Lとなって静翼4に付着する。液膜Lは、静翼4の静翼後縁5に達すると、水滴Dとなって図中の矢印Aのように静翼後縁5から飛散する。この際、蒸気のエネルギは水滴Dの加速に使われ、蒸気のエネルギを消費する。
During operation of the
水滴Dは慣性により蒸気の流れに乗りきれず、回転する動翼2の翼有効部前縁12に衝突し付着する。水滴Dの衝突は、動翼2の回転に対する制動力となり、タービン効率を低下させる。また、水滴Dの衝突は、その衝撃により動翼2の翼有効部前縁12の浸食を引き起こす要因となる。
The water droplets D cannot catch the steam flow due to inertia and collide with and adhere to the leading
図1に示すように、水滴Dは、遠心力によって動翼2の翼面を径方向外側に移動し、翼有効部側面11の径方向先端に到達する。翼有効部側面11の径方向先端に到達した水滴Dのうちカバー前縁25のカバー端面24よりも前方に存在する水滴Dは、翼有効部側面11と翼有効部外周面13との境界で表面張力によって翼有効部外周面13に乗り移る。
As shown in FIG. 1, the water droplet D moves the blade surface of the moving
翼有効部外周面13の水滴Dは、蒸気力によって後方に移動し、水切りフィン30に到達する。水切りフィン30に到達した水滴Dは、遠心力によって水切りフィン30の先端に移動し、先端から動翼2の外周側に吹き飛ばされ、ドレンキャッチャ43に捕集される。
The water droplet D on the blade effective portion outer
また、静翼4(ダイアフラム外輪40)に付着する水量分布は、外周側でより多く、かつダイアフラム外輪40の内周壁面42にも多量の水分が存在していることがわかっている。また、静翼4から飛散した水滴Dは、自身の円周方向速度成分による遠心力で外周側に偏向される。そのため、静翼4および内周壁面42から飛散した水滴Dの一部は、カバー前縁25のカバー端面24、カバー外周面27またはチップ水切りフィン30前方のフィン端面31に直接付着し、上述したとおりドレンキャッチャ43に捕集される。
It is also known that the distribution of the amount of water adhering to the stationary blade 4 (diaphragm outer ring 40) is larger on the outer peripheral side, and that a large amount of water is also present on the inner
本実施形態における蒸気タービン1および動翼2は、動翼2に付着した水滴Dを効果的に除去し回収することができる。これにより、蒸気タービン1および動翼2は、水滴Dによる浸食を防止することができる。また、蒸気タービン1および動翼2は、水滴Dによる動翼2の回転抵抗を抑え、タービン効率の低下を防止することができる。
The
特に、動翼2は、動翼2の翼有効部前縁12よりも後側または翼有効部前縁12と一致するカバー前縁25を有するカバーが設けられたため、翼有効部側面11に付着し、さらに翼有効部外周面13に到達した水滴Dを効率的に除去することができる。
In particular, the moving
また、水切りフィン30は、漏洩蒸気をシールするためではなく、水滴Dをドレンキャッチャ43に捕集することを目的として設けられるため、水切りフィン30の先端位置の外径φBをチップカバー20の最大外径φAよりも小さくすることができる。このため、蒸気タービン1の組立時および運転時に、水切りフィン30の先端がダイアフラム外輪40の内周面またはノズルストリップ60と干渉するリスクを回避することができる。
Further, since the draining
なお、本実施形態における蒸気タービン1および動翼2を、以下に説明する変形例のように構成してもよい。
In addition, you may comprise the
図5は、水滴案内溝15が形成された第1の変形例としての蒸気タービン1を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a
図6は、図5の蒸気タービン1の動翼2を外周側から示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing the moving
動翼2は、翼背側側面14におけるカバー前縁25より前側(翼有効部前縁12側)に、1本以上の水滴案内溝15(図5、図6においては2本)を有する。水滴案内溝15は、動翼2の径方向に伸び、一方の端部が動翼2の先端まで達する。
The
動翼2は、翼背側側面14に付着した水滴Dが動翼2の外周方向に移動する際に、水滴案内溝15により水滴Dを翼有効部外周面13に移動させる。これにより、蒸気タービン1および動翼2は、より確実に翼背側側面14に付着した水分を除去することができる。
The moving
図7は、水切りフィン30が複数本設けられた第2の変形例としての蒸気タービン1を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a
図8は、図7の蒸気タービン1の動翼2を外周側から示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing the
カバー20は、軸方向に配列された複数本(図7、図8においては2本)の水切りフィン30を有する。水切りフィン30を複数設けることにより、カバー外周面27に到達した水滴Dを確実にドレンキャッチャ43に捕集することができる。
The
図9は、水切りフィン30が断続配置された第3の変形例としての蒸気タービン1を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing the
水切りフィン30は、カバー前縁25に沿って動翼2の径方向外側に伸び、カバー20の周方向に断続的に設けられる。水切りフィン30は翼有効部外周面13からの水分を主に除去することを目的として設けられる。このため、翼有効部外周面13からの水滴Dの軌道が適切に予測された場合には、水滴Dの軌道に一致するように水切りフィン30を断続配置することができる。
The draining
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、水切りフィン30の先端位置の外径φBは、カバー20の最大外径φAよりも大きくてもよい。この場合、ドレンキャッチャ43の開口部入口側47(図3参照)と水切りフィン30の先端との距離が小さくなり、水滴Dを確実にドレンキャッチャ43に案内することができる点で有効である。
For example, the outer diameter φB at the tip position of the draining
また、ダイアフラム外輪40のノズルストリップ60に代えて、チップカバー20のカバー外周面27と一体的に、全周に亘って環状に設けられたチップシールフィンを設けてもよい。
Further, instead of the
1 蒸気タービン
2 動翼
3 タービンロータ軸
4 静翼
15 水滴案内溝
20 チップカバー(カバー)
21 背側カバー
22 腹側カバー
30 チップ水切りフィン
40 ノズルダイアフラム外輪(ダイアフラム外輪)
43 ドレンキャッチャ
45 ノズルダイアフラム内輪
46 開口部
DESCRIPTION OF
21
43
Claims (7)
前記タービンロータ軸に設けられ、蒸気流によって回転される複数の動翼と、
各前記動翼の先端に取り付けられ相互に連結接触するチップカバーと、
前記チップカバーに周方向に沿って設けられ、各前記動翼の径方向外側に伸びた少なくとも一の水切りフィンと、
各前記動翼より外周側に配置され、前記水切りフィンの先端部と対向するドレンキャッチャを有するダイアフラム外輪とを備え、
前記チップカバーは、前記動翼の前縁よりも軸方向下流側または前記動翼の前縁と軸方向に一致する軸方向位置に形成される前縁を有することを特徴とする蒸気タービン。 A turbine rotor shaft;
A plurality of rotor blades provided on the turbine rotor shaft and rotated by a steam flow;
A tip cover attached to the tip of each of the blades and connected to each other;
At least one draining fin provided along the circumferential direction on the tip cover and extending radially outward of each of the blades;
A diaphragm outer ring disposed on the outer peripheral side of each of the moving blades and having a drain catcher facing the tip of the draining fin;
The steam turbine according to claim 1, wherein the tip cover has a leading edge formed at an axial position downstream of the leading edge of the moving blade in the axial direction or at an axial position that coincides with the leading edge of the moving blade in the axial direction.
前記動翼の先端に取り付けられ相互に連結接触するチップカバーと、
前記チップカバーに周方向に沿って設けられ、各前記動翼の径方向外側に伸びた少なくとも一の水切りフィンとを備え、
前記チップカバーは、前記動翼の前縁よりも軸方向下流側または前記動翼の前縁と軸方向に一致する軸方向位置に形成される前縁を有することを特徴とする蒸気タービンの動翼。 A rotor blade rotated by a steam flow;
A tip cover attached to and connected to the tip of the rotor blade; and
The tip cover is provided along the circumferential direction, and includes at least one draining fin extending outward in the radial direction of each blade.
The tip cover has a leading edge formed at an axial position downstream of the leading edge of the moving blade in the axial direction or at an axial position that coincides with the leading edge of the moving blade in the axial direction. Wings.
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