JP2013185494A - Steam turbine including steam sealing function and moisture removing function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動翼の蒸気シールと静翼の水分除去とを併せて達成する蒸気タービンに関する。 The present invention relates to a steam turbine that achieves both steam sealing of a moving blade and moisture removal of a stationary blade.
蒸気タービンにおいては、蒸気の熱エネルギーを効率よく機械的仕事に変換する内部効率の向上が求められている。蒸気タービンにおける内部効率が低下する原因として、有効蒸気の漏洩および水分過多によるブレーキ効果などが挙げられる。 In a steam turbine, there is a demand for improvement in internal efficiency for efficiently converting thermal energy of steam into mechanical work. As a cause of a decrease in internal efficiency in the steam turbine, there are a leakage effect of effective steam and a braking effect due to excessive moisture.
有効蒸気の漏洩として、たとえば膨張段階の有効蒸気がタービンケーシングと動翼頂部のシュラウドとの間を通って下流側へ流出してしまう現象がある。 As the leakage of the effective steam, for example, there is a phenomenon in which the effective steam in the expansion stage flows out downstream between the turbine casing and the shroud at the top of the rotor blade.
蒸気タービン稼働中に回転動作する動翼およびシュラウドは他の部品と干渉しないように設置されており、シュラウドとタービンケーシングとの間には隙間が設けられている。シュラウドとタービンケーシングが干渉した場合、シュラウドおよびタービンケーシングは大きな損傷を受け、補修や部品の交換には多大な費用および作業が必要となる。よって、シュラウドとタービンケーシングとの間に設けられる隙間は、干渉の虞がない十分に余裕のある空間とされる。蒸気タービン内の蒸気は動翼に当てられることで動翼が回転動作されるように有効利用されているので、蒸気が動翼に当てられずにシュラウドとタービンケーシングとの間に設けられた隙間を通って下流側へ流出することは蒸気タービンにおける内部効率が低下する原因となる。 The rotor blades and shroud that rotate during operation of the steam turbine are installed so as not to interfere with other components, and a gap is provided between the shroud and the turbine casing. When the shroud and the turbine casing interfere with each other, the shroud and the turbine casing are seriously damaged, and much cost and work are required for repair and replacement of parts. Therefore, the gap provided between the shroud and the turbine casing is a sufficiently large space with no risk of interference. Since the steam in the steam turbine is effectively used so that the rotor blades are rotated by being applied to the rotor blades, a gap provided between the shroud and the turbine casing without the steam being applied to the rotor blades. Outflowing downstream through the steam causes a decrease in internal efficiency of the steam turbine.
そこで、シュラウドとタービンケーシングとの間に一つまたは複数のラビリンスフィンを設置する蒸気タービンがある。ラビリンスフィンは環状のシール板であり、シュラウドとタービンケーシングとの間を通って蒸気が下流側へ流出するのを抑制する。ラビリンスフィンはタービンケーシングに比べて小さく簡易な構造であり、シュラウドと干渉した際の損傷が軽微である。よって、シュラウドとタービンケーシングとの間に設ける隙間に比べ、シュラウドとラビリンスフィンとの間の隙間を狭く設定することができ、有効蒸気の漏洩を低減させることができる。しかし、シュラウドとラビリンスフィンとの間の隙間を無くすことはできず、シュラウドとラビリンスフィンとの間を通って蒸気が下流側へ流出するので、有効蒸気の漏洩は依然として問題である。 There are steam turbines in which one or more labyrinth fins are installed between the shroud and the turbine casing. The labyrinth fin is an annular seal plate, and suppresses steam from flowing out downstream between the shroud and the turbine casing. The labyrinth fin has a small and simple structure as compared with the turbine casing, and is hardly damaged when interfering with the shroud. Therefore, the gap between the shroud and the labyrinth fin can be set narrower than the gap provided between the shroud and the turbine casing, and leakage of effective steam can be reduced. However, the gap between the shroud and the labyrinth fin cannot be eliminated and the leakage of effective steam is still a problem because the steam flows downstream between the shroud and the labyrinth fin.
水分過多によるブレーキ効果とは、静翼から飛散した水滴が当該静翼の下流側に設置され回転動作する動翼に衝突する際の衝撃力が動翼の回転と逆方向に働き、動翼の回転を抑制する現象である。その発生状況は以下の通りである。 The braking effect due to excessive moisture means that the impact force when water droplets scattered from a stationary blade collide with a rotating blade that is installed downstream of the stationary blade works in the opposite direction to the rotation of the moving blade. This is a phenomenon that suppresses rotation. The situation is as follows.
蒸気は圧力や温度の低下といった状態の変化を伴って仕事をする。たとえば、ボイラーから蒸気タービンへ供給された蒸気は過熱蒸気であり、圧力低下に伴った膨張をするに従って過熱度が減じて乾き飽和蒸気となり、更に膨張して水分を含んだ湿り蒸気となる。湿り蒸気域では静翼の翼面上に水分が凝集し易く、翼面上に凝集した水分は水脈となり、蒸気流に吹かれて下流へ流れる。水脈は下流側の翼端である後縁端まで達すると、飛散して水滴となる。静翼から飛散した水滴は、蒸気流によって当該静翼の下流側に設置され回転動作する動翼に衝突し、ブレーキ効果の原因となるとともに、浸食(エロージョン現象)の原因ともなる。 Steam works with changing conditions such as pressure and temperature drops. For example, the steam supplied from the boiler to the steam turbine is superheated steam, and the degree of superheat decreases as the pressure decreases, resulting in dry saturated steam, and further expanded into wet steam containing moisture. In the wet steam region, moisture easily aggregates on the blade surface of the stationary blade, and the moisture aggregated on the blade surface becomes a water vein, which is blown by the steam flow and flows downstream. When the water vein reaches the trailing edge, which is the wing tip on the downstream side, it scatters and becomes water droplets. The water droplets scattered from the stationary blade collide with the rotating moving blade installed on the downstream side of the stationary blade by the steam flow, causing a braking effect and erosion (erosion phenomenon).
上記した内部効率が低下する原因である有効蒸気の漏洩または水分過多によるブレーキ効果を低減させる技術として、特許文献1および特許文献2がある。
特許文献1に係る蒸気タービンは、静翼に設けたスリット状の吸込み孔から翼面上を流れる水滴および水脈を蒸気と共に翼内へ吸込み、静翼の翼頂リングまたは翼根リングにおいて気液分離させ、気液分離させた蒸気を動翼の翼頂部または翼根部の近傍に噴出する構造を有する。この蒸気タービンによれば、動翼のエロージョンおよびブレーキ効果を低減させ、ロータディスクと静翼の翼頂リングとの間またはタービンケーシングと動翼のシュラウドとの間から蒸気が流出するのを防ぐことができる。
A steam turbine according to
しかし、この蒸気タービンの構造上、蒸気を動翼の翼頂部の近傍に噴出する構造は蒸気タービンの下側半分に限られ、蒸気を翼根部の近傍に噴出する構造は蒸気タービンの上側半分に限られる。よって、シュラウドとタービンケーシングとの間における有効蒸気の漏洩を低減することができるのは蒸気タービンの下側半分だけであり、内部効率を向上させるには不十分である。 However, due to the structure of this steam turbine, the structure for ejecting steam near the blade top of the rotor blade is limited to the lower half of the steam turbine, and the structure for ejecting steam near the blade root is in the upper half of the steam turbine. Limited. Therefore, only the lower half of the steam turbine can reduce the effective steam leakage between the shroud and the turbine casing, which is insufficient to improve the internal efficiency.
特許文献2に係る蒸気タービンは、静翼に設けたスリット状の吸込み孔から蒸気の一部を翼内へ吸込み、吸込んだ蒸気を動翼の翼頂部の近傍に噴出する構造を有する。この蒸気タービンによれば、蒸気の二次流れを防ぎ、シュラウドとタービンケーシングとの間から蒸気が流出するのを防ぐことができる。 The steam turbine according to Patent Document 2 has a structure in which part of steam is sucked into a blade from a slit-like suction hole provided in a stationary blade, and the sucked steam is ejected in the vicinity of a blade top portion of a moving blade. According to this steam turbine, the secondary flow of steam can be prevented and steam can be prevented from flowing out between the shroud and the turbine casing.
しかし、この蒸気タービンの構造は、二次流れによる内部効率の低下が懸念されるハイノズル形静翼を設けた蒸気タービンに適用される技術である。また、蒸気を動翼の翼頂部の近傍に噴出す際の噴出方向によっては、噴出させた蒸気と共に有効蒸気が漏洩する虞もある。 However, this structure of the steam turbine is a technique applied to a steam turbine provided with a high nozzle type stationary blade, which is likely to be deteriorated in internal efficiency due to the secondary flow. Further, depending on the ejection direction when the steam is ejected in the vicinity of the top of the rotor blade, the effective steam may leak together with the ejected steam.
本発明は、上記のような問題を鑑みなされたもので、有効蒸気の漏洩を低減し、蒸気タービン内の水分を除去して内部効率を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce effective steam leakage and remove moisture in the steam turbine to improve internal efficiency.
上記課題を解決する第一の発明に係る蒸気タービンは、翼頂部がタービンケーシングの内周面に近接して配置された複数の動翼と、前記動翼と隣り合うように前記タービンケーシングの内周側に保持された複数の静翼とを備えた蒸気タービンにおいて、前記静翼に形成され、当該静翼の翼外を流れる蒸気よりも高い圧力の高圧蒸気が供給される翼内空間と、前記翼内空間と連通され、前記翼内空間から前記高圧蒸気が供給される流通路と、前記流通路と連通され、前記動翼の前記翼頂部と前記タービンケーシングとの間の隙間に臨むように前記動翼の近傍における前記タービンケーシングに噴出開口が形成され、かつ前記翼内空間から前記流通路を介して供給されてきた前記高圧蒸気が前記噴出開口から噴出される一つまたは複数のシール蒸気導入噴出部とを有することを特徴とする。 A steam turbine according to a first aspect of the present invention for solving the above problems includes a plurality of blades whose blade tops are arranged close to the inner peripheral surface of the turbine casing, and an inner portion of the turbine casing so as to be adjacent to the blades. In a steam turbine provided with a plurality of stationary blades held on the circumferential side, a blade inner space that is formed in the stationary blade and is supplied with high-pressure steam having a pressure higher than that of the steam flowing outside the blade. A flow passage that communicates with the blade inner space and that is supplied with the high-pressure steam from the blade inner space, communicates with the flow passage, and faces a gap between the blade top portion of the moving blade and the turbine casing. One or a plurality of seals in which an ejection opening is formed in the turbine casing in the vicinity of the rotor blade, and the high-pressure steam supplied from the inner space of the blade through the flow passage is ejected from the ejection opening Steam And having a introduction ejection unit.
上記課題を解決する第二の発明に係る蒸気タービンは、前記静翼に、前記翼内空間へ供給される前記高圧蒸気の一部が当該静翼の翼外へ噴出される一つまたは複数の噴出孔を形成したことを特徴とする。 A steam turbine according to a second aspect of the present invention for solving the above-described problem is characterized in that one or more of the high-pressure steam supplied to the inner space of the stationary blade is jetted out of the stationary blade. It is characterized in that a jet hole is formed.
上記課題を解決する第三の発明に係る蒸気タービンは、前記噴出孔を、当該静翼の前縁部から該翼幅の50%以上で当該静翼の前縁部から該翼幅の70%以下の範囲、且つ当該静翼の外周側から該翼高さの50%以上であり当該静翼の外周側から該翼高さの70%以下の範囲に形成したことを特徴とする。 In the steam turbine according to a third aspect of the present invention for solving the above-described problem, the ejection hole is formed at 50% or more of the blade width from the front edge portion of the stationary blade and 70% of the blade width from the front edge portion of the stationary blade. It is characterized by being formed in the following range and in a range of 50% or more of the blade height from the outer peripheral side of the stationary blade and 70% or less of the blade height from the outer peripheral side of the stationary blade.
上記課題を解決する第四の発明に係る蒸気タービンは、前記噴出孔をスリットとして、当該静翼の前縁部から該翼幅の50%以上で当該静翼の前縁部から該翼幅の70%以下の位置に形成し、且つ当該静翼の外周側から該翼高さの50%以上であり当該静翼の外周側から該翼高さの70%以下の長さで形成したことを特徴とする。 A steam turbine according to a fourth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is that the ejection hole is a slit, and the blade width is 50% or more of the blade width from the front edge portion of the stationary blade and from the front edge portion of the stationary blade. It is formed at a position of 70% or less, and is formed with a length of 50% or more of the blade height from the outer peripheral side of the stationary blade and a length of 70% or less of the blade height from the outer peripheral side of the stationary blade. Features.
上記課題を解決する第五の発明に係る蒸気タービンは、前記高圧蒸気を、前記静翼の翼外を流れる蒸気よりも高い圧力の過熱蒸気としたことを特徴とする。 A steam turbine according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that the high-pressure steam is superheated steam having a pressure higher than that of the steam flowing outside the stationary blade.
上記課題を解決する第六の発明に係る蒸気タービンは、前記高圧蒸気として、当該静翼が設置された位置よりも上流を流れる蒸気、または外部の蒸気供給源から発生させた蒸気が前記翼内空間へ供給されることを特徴とする。 In the steam turbine according to a sixth aspect of the present invention for solving the above-described problem, steam that flows upstream from a position where the stationary blade is installed or steam generated from an external steam supply source is used as the high-pressure steam in the blade. It is supplied to the space.
上記課題を解決する第七の発明に係る蒸気タービンは、前記動翼の近傍における前記タービンケーシングの内周側または前記動翼の前記翼頂部に取付けたシュラウドの外周側に、一つまたは複数のラビリンスフィンを設置し、前記シール蒸気導入噴出部を、前記噴出開口が前記動翼の前記翼頂部と前記タービンケーシングとの間の隙間に臨むように前記動翼の近傍の前記タービンケーシングにおける前記ラビリンスフィンよりも上流側に形成することを特徴とする。 A steam turbine according to a seventh aspect of the present invention that solves the above-described problem is provided with one or a plurality of steam turbines on an inner peripheral side of the turbine casing in the vicinity of the moving blade or an outer peripheral side of a shroud attached to the blade top of the moving blade. A labyrinth fin is installed, and the labyrinth in the turbine casing in the vicinity of the rotor blade is disposed so that the seal steam introducing and ejecting portion faces the gap between the blade top portion of the rotor blade and the turbine casing. It is characterized by being formed upstream of the fins.
上記課題を解決する第八の発明に係る蒸気タービンは、前記動翼の近傍における前記タービンケーシングの内周側または前記動翼の翼頂部に取付けたシュラウドの外周側に、複数のラビリンスフィンを設置し、前記シール蒸気導入噴出部を、前記噴出開口が前記動翼の前記翼頂部と前記タービンケーシングとの間の隙間に臨むように前記動翼の近傍の前記タービンケーシングにおける前記ラビリンスフィンの複数のいずれか二つの間における前記タービンケーシングの内周側に形成することを特徴とする。 A steam turbine according to an eighth aspect of the present invention that solves the above-described problem is the installation of a plurality of labyrinth fins on the inner peripheral side of the turbine casing or on the outer peripheral side of a shroud attached to the top of the moving blade in the vicinity of the moving blade. And a plurality of the labyrinth fins in the turbine casing in the vicinity of the rotor blades so that the seal steam introduction jetting portion faces the gap between the blade top portion of the rotor blade and the turbine casing. It forms in the inner peripheral side of the said turbine casing between any two.
第一の発明に係る蒸気タービンによれば、静翼の翼内空間に高圧蒸気を経由させることで静翼を加熱し翼面上の水分は蒸発するので、動翼のエロージョンおよびブレーキ効果を低減させることができる。また、タービンケーシングに設けたシール蒸気導入噴出部から当該高圧蒸気を噴出させて局所的に圧力の高い高圧空間を作ることで、動翼とタービンケーシングとの隙間から蒸気が下流側へ流出することを防ぐので、蒸気を動翼先端に噴出す際の噴出方向によらずに有効蒸気の漏洩を低減させることができる。静翼の翼内空間からシール蒸気導入噴出部まで連通させることで、一つの蒸気経路で蒸気タービン内におけるブレーキ効果の低減および有効蒸気の漏洩の低減を達成し、内部効率を向上させることができる。 According to the steam turbine according to the first aspect of the present invention, high pressure steam is passed through the blade inner space of the stationary blade to heat the stationary blade and the moisture on the blade surface evaporates, thereby reducing the erosion and braking effect of the moving blade. Can be made. Moreover, steam flows out from the gap between the rotor blade and the turbine casing to the downstream side by creating a high-pressure space with high pressure locally by ejecting the high-pressure steam from the seal steam introduction and ejection section provided in the turbine casing. Therefore, leakage of effective steam can be reduced regardless of the ejection direction when the steam is ejected to the tip of the rotor blade. By communicating from the space inside the blade of the stationary blade to the seal steam introduction / injection section, it is possible to achieve a reduction in braking effect and a reduction in effective steam leakage in the steam turbine with a single steam path, thereby improving internal efficiency. .
第二の発明に係る蒸気タービンによれば、静翼の翼面に形成した噴出孔から高圧蒸気の一部を噴出させることで、静翼を加熱することでは蒸発し切れなかった翼面上の水分が集積してできる水脈を微細な水滴として飛散し、蒸発させることができるので、蒸気タービン内の水分除去効果を向上させ内部効率をより向上させることができる。 According to the steam turbine according to the second aspect of the present invention, a part of the high-pressure steam is ejected from the ejection holes formed on the blade surface of the stationary blade, so that it cannot be evaporated by heating the stationary blade. Since the water vein formed by the accumulation of water can be scattered and evaporated as fine water droplets, the water removal effect in the steam turbine can be improved and the internal efficiency can be further improved.
第三の発明に係る蒸気タービンによれば、効率的な水分除去の構造によって簡易な構造での水分除去を可能としたので、余分な製造コストの増加および翼の強度低下を抑制できる。また、噴出孔から噴出させる高圧蒸気は当該静翼の翼外を流れる蒸気よりも高圧であり、その圧力差によって噴出孔から勢い良く噴出するので、翼面上を流れる水脈は翼面上から飛散し、微細化しやすい。 According to the steam turbine according to the third aspect of the present invention, it is possible to remove moisture with a simple structure by an efficient moisture removing structure, and therefore it is possible to suppress an increase in extra manufacturing cost and a decrease in blade strength. In addition, the high-pressure steam that is ejected from the ejection hole is higher in pressure than the steam that flows outside the blade of the stationary blade, and because of the pressure difference, it is ejected vigorously from the ejection hole. And easy to refine.
第四の発明に係る蒸気タービンによれば、静翼に形成する噴出孔は簡易な構造であるので、形成および加工が容易になり、製造コストの増加を抑制することができる。 According to the steam turbine concerning the 4th invention, since the ejection hole formed in a stationary blade is simple structure, formation and processing become easy and it can control an increase in manufacturing cost.
第五の発明に係る蒸気タービンによれば、高圧蒸気を、静翼の翼外を流れる蒸気よりも高い圧力の過熱蒸気とすることで、静翼の翼外を流れる蒸気よりも高温となるので、高圧蒸気を噴出孔から噴出させることで微細化した水滴の一部を蒸発させることができる。 According to the steam turbine of the fifth aspect of the invention, the high-pressure steam is superheated steam having a pressure higher than that of the steam flowing outside the stationary blade, so that the temperature is higher than that of the steam flowing outside the stationary blade. By spraying high-pressure steam from the ejection holes, it is possible to evaporate a part of the fine water droplets.
第六の発明に係る蒸気タービンによれば、当該静翼が設置された位置よりも上流を流れる蒸気を抽出した場合には、当該蒸気タービン以外の設備増加がないのでコスト増加の抑制になる。外部の蒸気供給源から発生させた蒸気を抽出した場合には、高圧段が湿り蒸気域である原子力用蒸気タービン等においても翼の水分除去が可能となり、抽出する蒸気の温度や圧力等の状態を容易に調整することができる。 According to the steam turbine according to the sixth aspect of the present invention, when the steam flowing upstream from the position where the stationary blade is installed is extracted, there is no increase in equipment other than the steam turbine, thereby suppressing an increase in cost. When steam generated from an external steam supply source is extracted, it is possible to remove moisture from the blades even in nuclear steam turbines where the high-pressure stage is a wet steam region, such as the temperature and pressure of the steam to be extracted Can be adjusted easily.
第七の発明に係る蒸気タービンによれば、タービンケーシングの内周側またはシュラウドの外周側にラビリンスフィンを設置することで、動翼とタービンケーシングとの隙間から蒸気が下流側へ流出する有効蒸気の漏洩を低減させることができる。また、ラビリンスフィンをシール蒸気導入噴出部の下流側近傍に設置することでシール蒸気導入噴出部の噴出開口から噴出される高圧蒸気がタービンケーシング、シュラウドおよびラビリンスフィンによって三方向を囲まれるので、噴出された高圧蒸気によって作られる高圧空間を高圧状態に保ち易くなる。 According to the steam turbine according to the seventh aspect of the present invention, effective steam flows out from the gap between the moving blade and the turbine casing to the downstream side by installing the labyrinth fin on the inner peripheral side of the turbine casing or the outer peripheral side of the shroud. Leakage can be reduced. In addition, by installing the labyrinth fin in the vicinity of the downstream side of the seal steam introduction / injection part, high-pressure steam ejected from the ejection opening of the seal steam introduction / injection part is surrounded in three directions by the turbine casing, shroud, and labyrinth fin. It becomes easy to keep the high-pressure space created by the generated high-pressure steam in a high-pressure state.
第八の発明に係る蒸気タービンによれば、タービンケーシングの内周側またはシュラウドの外周側にラビリンスフィンを設置することで、動翼とタービンケーシングとの隙間から蒸気が下流側へ流出する有効蒸気の漏洩を低減させることができる。また、ラビリンスフィンをシール蒸気導入噴出部の上流側近傍および下流側近傍に設置することでシール蒸気導入噴出部の噴出開口から噴出される高圧蒸気がタービンケーシング、シュラウドおよびラビリンスフィンによって四方向を囲まれるので、噴出された高圧蒸気によって作られる高圧空間を高圧状態に保ち易くなる。 According to the steam turbine according to the eighth aspect of the present invention, by installing the labyrinth fin on the inner peripheral side of the turbine casing or the outer peripheral side of the shroud, the effective steam from which the steam flows out downstream from the gap between the moving blade and the turbine casing. Leakage can be reduced. In addition, by installing the labyrinth fin in the vicinity of the upstream side and the downstream side of the seal steam introduction / injection part, the high-pressure steam ejected from the ejection opening of the seal steam introduction / injection part is surrounded by the turbine casing, the shroud, and the labyrinth fin. Therefore, it is easy to keep the high-pressure space created by the jetted high-pressure steam in a high-pressure state.
以下に、本発明に係る蒸気タービンの実施例1乃至実施例3について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。
本発明の実施例1に係る蒸気タービンについて、図1乃至図11を参照して説明する。 A steam turbine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11.
先ず、本実施例の蒸気タービン1の構造について説明する。
First, the structure of the
図1に示すように、本実施例の蒸気タービン1は、タービンケーシング10、タービンケーシング10内に設けられた動翼20とそれを保持するシュラウド21およびロータディスク22、および静翼30とそれを保持する翼根リング31および翼頂リング32を有する。
As shown in FIG. 1, the
動翼20は円盤状のロータディスク22の外周側に保持されている。動翼20はロータディスク22の周方向に一定間隔で複数配置されることで動翼列を成す。動翼列はロータディスク22と共に軸方向に一定間隔で複数列配置される。
The
また、動翼20は外周側(翼頂部)にシュラウド片を有しており、複数の円弧状のシュラウド片が連結してシュラウド21を構成している。動翼20が遠心力によって変形することで、動翼20に取付けたシュラウド片が周方向に隣接する動翼20のシュラウド片と密着し、周方向の全周の動翼20に取付けたシュラウド片がそれぞれ密着して円環状のシュラウド21を成す。
Further, the moving
静翼30は円環状の翼根リング31と翼頂リング32との間に設置され、翼根リング31によってタービンケーシング10の内周側に保持されている。静翼30は翼根リング31および翼頂リング32の周方向に一定間隔で複数配置されることで静翼列を成す。静翼列は翼根リング31および翼頂リング32と共に軸方向に動翼列と交互に一定間隔で複数列配置される。
The
隣接する静翼列および動翼列の各一列を一組として一段とし、段ごとに蒸気の圧力が異なっている。つまり、隣接する段のうち下流側の段を上流側の段に比べて低い圧力の空間とすることで、高速の蒸気流を得る。本実施例の蒸気タービン1は、湿り蒸気域となる低圧段において、有効蒸気の漏洩を低減するための蒸気シール機能と水分過多によるブレーキ効果を低減するための水分除去機能を備えた構造である。
Each row of adjacent stationary blade rows and moving blade rows is made into one stage, and the steam pressure is different for each stage. In other words, a high-speed steam flow is obtained by setting the downstream stage of the adjacent stages to a space having a lower pressure than the upstream stage. The
次に、有効蒸気の漏洩を低減するための蒸気シール機能を達成する構造(蒸気シール機構)について、図1および図2を参照して説明する。 Next, a structure (steam sealing mechanism) that achieves a steam sealing function for reducing leakage of effective steam will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図2に示すように、動翼20が回転動作する際にシュラウド21とタービンケーシング10が接触しないようにシュラウド21とタービンケーシング10は隙間40を設けて設置される。動翼20は回転動作により遠心力を受けて変形するため、シュラウド21とタービンケーシング10との間に設ける隙間40は十分に余裕のある空間とする。
As shown in FIG. 2, the
シュラウド21近傍におけるタービンケーシング10の内周側に、一つのラビリンスフィン50を設置する。ラビリンスフィン50はタービンケーシング10の内周側の全周に亘る環状のシール板であり、当該段を流れる蒸気60が前述した隙間40を通って下流側へ流出するのを防ぐためにある。ラビリンスフィン50はタービンケーシング10に比べて小さく簡易な構造であり、シュラウド21と干渉した際の損傷が軽微であることから、シュラウド21とタービンケーシング10との間に設ける隙間40に比べ、シュラウド21とラビリンスフィン50との間の隙間41を狭く設定することができる。
One
もちろん、ラビリンスフィン50の数量は本実施例に限定されず、複数のラビリンスフィン50を設置しても良い。また、ラビリンスフィン50の形状は本実施例に限定されない。たとえば、複数のシール板片を一体的に組付けることでタービンケーシング10の内周側の全周に亘る環状を成す周方向に分割する構造としても良く、シール性能を著しく損なわない程度に複数のシール板片を周方向に隙間を設けて断続的に設置しても良い。また、シュラウド21にラビリンスフィン50を設置しても良い。
Of course, the number of
シュラウド21(または動翼20の翼頂部)近傍のタービンケーシング10におけるラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側に、タービンケーシング10の全周に亘って連通した環状溝を成すシール蒸気導入噴出部70を形成する。シール蒸気導入噴出部70は、高圧過熱蒸気61を噴出させるためにあり、噴出開口71がシュラウド21とタービンケーシング10との隙間40に臨むように形成される。シュラウド21とタービンケーシング10との隙間40に高圧過熱蒸気61を噴出させることで、局所的に圧力の高い高圧空間80を作る。蒸気は高圧力の空間から低圧力の空間へ流れるので、当該段を流れる蒸気60は高圧空間80を有するシュラウド21とタービンケーシング10の隙間40へ流れずに、シュラウド21の内周側の動翼20へ流れる。
A seal steam introduction jet portion forming an annular groove communicating with the entire circumference of the
シール蒸気導入噴出部70の形状をタービンケーシング10の全周に亘って連通した環状溝とすることで、シュラウド21とタービンケーシング10の隙間40の全周に亘って高圧空間80を作ることができる。また、ラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側に高圧空間80を作ることで、高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21およびラビリンスフィン50によって三方向を囲まれるので、高圧空間80を高圧状態に保ち易くなる。
By making the shape of the seal steam
もちろん、シール蒸気導入噴出部70の形状および形成位置は本実施例に限定されず、タービンケーシング10の構造および強度などを考慮して、シール蒸気導入噴出部70を複数のスリットまたは複数の円孔としてタービンケーシング10の周方向に断続的に形成しても良く、シュラウド21の近傍であればラビリンスフィン50を設置した位置よりも下流側に形成しても良い。
Of course, the shape and forming position of the seal steam introduction /
シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出させる高圧過熱蒸気61は当該段を流れる蒸気60よりも高圧の蒸気とし、本実施例の蒸気タービン1では当該段よりも上流の段から供給する。図1に示すように、タービンケーシング10の内部にシール蒸気導入噴出部70と連通する第一の流通路11を周方向に一つまたは複数形成し、上流段から第一の流通路11を介して供給されてきた高圧過熱蒸気61をシール蒸気導入噴出部70からシュラウド21とタービンケーシング10の隙間40へ向かって噴出する。なお、シール蒸気導入噴出部70を第一の流通路11に比べて小さい断面積で形成することで、上流段から第一の流通路11を介して供給されてきた高圧過熱蒸気61がシール蒸気導入噴出部70へ流れる際に、高圧過熱蒸気61を更に高圧の状態とすることができる。
The high-pressure
もちろん、シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出させる高圧過熱蒸気61の供給源は本実施例に限定されず、タービンケーシング10の外部に配管を設置して外部のボイラー等の蒸気供給源から高圧過熱蒸気61を供給しても良い。
Of course, the supply source of the high-pressure
次いで、水分過多によるブレーキ効果を低減するための水分除去機能を達成する構造(水分除去機構)について、図1および図3乃至図10を参照して説明する。 Next, a structure (moisture removal mechanism) that achieves a moisture removal function for reducing the braking effect due to excessive moisture will be described with reference to FIGS. 1 and 3 to 10.
本実施例の水分除去機能は、シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出させるために上流段から供給される高圧過熱蒸気61を利用するものであり、高圧過熱蒸気61によって静翼30を加熱することで翼面上に付着する水滴および水脈91を蒸発させる機能(以下、水滴等蒸発機能と呼ぶ)と高圧過熱蒸気61の一部を静翼30の翼面から噴出させることで水滴および水脈91を微細化する機能(以下、水滴等微細化機能と呼ぶ)とを有する。
The moisture removal function of the present embodiment uses high-pressure
先ず、水滴等蒸発機能を達成する構造について、図1、図5および図10を参照して説明する。 First, a structure that achieves an evaporation function such as a water droplet will be described with reference to FIGS. 1, 5, and 10.
図1に示すように、静翼30に翼内空間33を形成し、下流側は翼根リング31を介して前述した第一の流通路11と連通させ、上流側は翼根リング31を介してタービンケーシング10の内部に形成した第二の流通路12と連通させる。第一の流通路11は翼内空間33からシール蒸気導入噴出部70へ高圧過熱蒸気61を供給する流通経路であり、第二の流通路12は上流段から翼内空間33へ高圧過熱蒸気61を供給する流通経路である。上流段から供給されてきた高圧過熱蒸気61は当該段に設置された静翼30の翼外を流れる蒸気60より高温でもあるので、高圧過熱蒸気61が翼内空間33を経由することで静翼30は加熱され、静翼30の翼面上に集積した水滴および水滴が集積してできた水脈91は蒸発される。
As shown in FIG. 1, a blade
なお、図5に示すように、翼内空間33を、静翼30の上流側である前縁部102の近傍で背側100に沿って形成することで、後述する静翼30の水滴付着範囲92(図8および図9参照)を熱し易い構造としている。
In addition, as shown in FIG. 5, the water droplet adhesion range of the
もちろん、翼内空間33の形状は本実施例に限定されず、静翼30内全体に亘る空間としても良い。また、高圧過熱蒸気61の流通経路は本実施例のようにタービンケーシング10内に限定されない。タービンケーシング10の外部に配管を設置しても良く、図10に示すように静翼30の翼頂リング32の内部にリング内流通路34を形成しても良い。
Of course, the shape of the blade
次に、水滴等微細化機能を達成する構造について、図3乃至図9を参照して説明する。 Next, a structure that achieves the function of miniaturizing water droplets and the like will be described with reference to FIGS.
図3に示すように、静翼30の凸曲面部側である背側100には高圧過熱蒸気61を噴出させるスリット状の噴出孔110が形成されている。図4に示すように、本実施例の蒸気タービン1の低圧段における静翼30の噴出孔110は、翼高さH方向に沿った直線状のスリットであり、噴出孔形成位置Xを該翼幅Wの70%、且つ噴出孔形成長さYを該翼高さHの70%として形成されている。
As shown in FIG. 3, slit-like ejection holes 110 for ejecting high-pressure
ここで、噴出孔形成位置Xは、静翼30の上流側である前縁部102からの距離(ロータディスク22の軸方向における距離)であり、噴出孔形成長さYは、静翼30の外周側である翼底部104からの距離(ロータディスク22の径方向における距離)である。また、翼幅Wとは翼の幅(ロータディスク22の軸方向における翼の弦長)で、翼底部104から翼頂部105へと断面積が変化する翼の場合には最大値となる幅であり、翼高さHとはスリット状の噴出孔110を形成した噴出孔形成位置Xにおける翼の高さ(ロータディスク22の径方向における翼の長さ)で、噴出孔形成位置Xによって翼高さHは異なる。
Here, the ejection hole formation position X is a distance (distance in the axial direction of the rotor disk 22) from the
なお、翼内空間33へ供給する高圧過熱蒸気61は当該段に設置された静翼30の翼外を流れる蒸気60よりも高い圧力であり、高圧過熱蒸気61の一部を噴出孔110から静翼30の翼外へ勢いよく噴出させるので、水滴および水脈91を微細化する機能の効果向上を図ることができる。また、高圧過熱蒸気61は該圧力における飽和温度よりも高い温度の過熱蒸気であり、高圧過熱蒸気61を噴出孔110から噴出させることで微細化した水滴の一部を蒸発させるので、翼面上に付着する水滴および水脈91を蒸発させる機能と並行して水分除去の効果向上を図ることができる。
The high pressure
次に、本実施例における静翼30に形成した噴出孔110の噴出孔形成位置Xおよび噴出孔形成長さYを決定するに至る解析について、図4および図6乃至図9を参照して説明する。
Next, an analysis for determining the ejection hole formation position X and the ejection hole formation length Y of the
動翼20で起こるエロージョンおよびブレーキ効果は、当該動翼20と隣接し上流側に位置する静翼30の翼面上を流れる水脈91が蒸気流によって当該静翼30の後縁部103から飛散することにより発生する水滴が原因である。図6に示すように、静翼30の翼面上の水脈91は、当該静翼30と隣接し上流側に位置する動翼20面上を流れる水脈91が蒸気流によって当該動翼20から飛散することにより発生する水滴が、当該静翼30に付着し凝集することでできる。
The erosion and braking effect that occurs in the moving
蒸気タービン1の湿り蒸気域における動翼20から飛散する水滴は、その大きさによって三つに分けることができる。径50μmよりも小さい径数μm程度の微細な水滴90aは質量が小さく、蒸気流に乗って下流へ流れるので、当該動翼20に隣接し下流側に位置する静翼30に付着しない。径50〜100μm程度の中間大の水滴90bは、当該動翼20に隣接し下流側に位置する静翼30に付着し、当該静翼30の翼面上で凝集し水脈91と成り得る。径100μmよりも大きい径数百μm程の粗大な水滴90cは質量が大きく、動翼20の回転による遠心力の影響を大きく受けるので、静翼30の外周側にあるタービンケーシング10側へ流れ、当該動翼20に隣接し下流側に位置する静翼30には付着しない。
The water droplets scattered from the moving
図7に示すように、動翼20に対する蒸気タービン1中における蒸気および水滴の流れについて、蒸気は当該動翼20の出口方向へ速い速度で流れ(蒸気ベクトルα1)、水滴は蒸気と同方向へ遅い速度で流れる(水滴ベクトルβ1)。水滴の質量は蒸気よりも大きいため、水滴の速度は蒸気よりも遅い。
As shown in FIG. 7, regarding the flow of steam and water droplets in the
次いで、当該動翼20の下流側に位置する静翼30に対する前記蒸気および水滴の流れについては、動翼20の回転による慣性を考慮する(動翼ベクトルγ)。水滴は蒸気よりも質量が大きいために速度が遅く、動翼20の回転による慣性が水滴の流れる方向に大きく影響する。よって、蒸気は下流側に位置する静翼30の腹側101へ向かって流れ(蒸気ベクトルα2)、水滴は下流側に位置する静翼30の背側100へ向かって流れる(水滴ベクトルβ2)。
Next, with respect to the flow of the steam and water droplets with respect to the
つまり、動翼20から飛散する水滴のうち径50〜100μm程度の中間大の水滴90bは、当該動翼20と隣接し下流側に位置する静翼30の背側100に付着する。
That is, of the water droplets scattered from the moving
図8に示すように、径50μmの水滴が静翼30の背側100に付着する際の水滴付着範囲92は、当該静翼30の前縁部102から該翼幅Wの70%以内、且つ外周側である翼底部104から該翼高さHの70%以内である。
As shown in FIG. 8, a water
図9に示すように、径100μmの水滴が静翼30の背側100に付着する際の水滴付着範囲92は、当該静翼30の前縁部102から該翼幅Wの50%以内、且つ外周側である翼底部104から該翼高さHの50%以内である。
As shown in FIG. 9, a water
つまり、径50〜100μm程度の中間大の水滴90bは、当該静翼30の背側100における前縁部102から該翼幅Wの50〜70%、且つ外周側である翼底部104から該翼高さHの50〜70%の範囲、すなわち、水滴付着範囲92内に付着する。よって、図4に示すように、噴出孔形成位置Xを該翼幅Wの50〜70%の範囲、且つ噴出孔形成長さYを該翼高さHの50〜70%の範囲で設定したスリット状の噴出孔110とすることで、効率的な水分除去を可能とする。
That is, the medium-
本実施例に係る蒸気タービン1では、水分除去機能を有する静翼30が設置された段において、径50〜100μm程度の水滴90bが偏りなく発生していたために、噴出孔形成位置Xを該翼幅Wの70%、且つ噴出孔形成長さYを該翼高さHの70%としたスリット状の噴出孔110を形成した。たとえば、径50μm程度の水滴があまり発生せず径100μm程度の水滴が多く発生している場合には、噴出孔形成位置Xを該翼幅Wの50%、且つ噴出孔形成長さYを該翼高さHの50%としてスリット状の噴出孔110を形成しても良い。
In the
様々な条件によって発生しやすい水滴の大きさや水滴付着範囲92が異なる。よって、それら水滴飛散状況に合わせて、スリット状の噴出孔110を形成する翼の前縁部102からの距離である噴出孔形成位置Xを、該翼幅Wの50%以上70%以下の範囲から選定し、スリット状の噴出孔110を形成する静翼30の外周側である翼底部104からの距離である噴出孔形成長さYを、該翼高さHの50%以上70%以下の範囲から選定することが好ましい。
The size of the water droplets and the water
もちろん、噴出孔110を上記範囲外で形成した場合でも、静翼30の翼面上に付着する水滴および水滴が集積してできた水脈91を飛散させて蒸気タービン1内の水分を除去することができることは言うまでもない。よって、静翼30の腹側101または全面に噴出孔110を形成しても良い。
Of course, even when the
また、前述した高圧過熱蒸気61によって静翼30を加熱することで水滴等を蒸発させる機能を達成する構造だけでも十分に水分除去が可能であれば、静翼30に翼内空間33と連通させた噴出孔110を形成しなくても良い。
Further, if moisture can be sufficiently removed only by the structure that achieves the function of evaporating water droplets or the like by heating the
次に、本実施例の蒸気タービン1の動作について説明する。
Next, operation | movement of the
本実施例の蒸気タービン1に送られる蒸気は過熱蒸気であり、圧力低下に伴った膨張をするに従って過熱度が減じて乾き飽和蒸気となり、更に膨張して水分を含んだ湿り蒸気となる。
The steam sent to the
図6および図8、図9に示すように、本実施例の蒸気タービン1において湿り蒸気域となる低圧段では、湿り蒸気中の水滴あるいは動翼20から飛散する水滴のうち、微細な水滴90aは軽量であるために蒸気60と共に下流へ流され、粗大な水滴90cは重量であるために遠心力を大きく受けてタービンケーシング10側へ飛散し、中間大の水滴90bは蒸気60の流れと動翼20の回転の慣性によって当該動翼20と隣接し下流側に位置する静翼30の背側100における前縁部102から該翼幅の70%の範囲、且つ外周側へ働く遠心力によって当該静翼30の外周側である翼底部104から該翼高さHの70%の範囲、即ち、水滴付着範囲92内に付着する。
As shown in FIGS. 6, 8, and 9, in the low-pressure stage that is a wet steam region in the
当該静翼30は翼内空間33へ供給した高圧過熱蒸気61によって内部から熱せられているため、当該静翼30面上に付着した水滴および水滴が凝集してできた水脈91の一部は蒸発し、蒸気60となって下流へ流れる。なお、翼内空間33を、水滴付着範囲92である噴出孔110よりも上流側で背側100に沿って形成しているので、高圧過熱蒸気61から静翼30面上の水滴および水脈91へ熱を効率良く伝えられる。
Since the
図4に示すように、蒸発しきれなかった余分の水滴および水脈91は再び凝集して新たな水脈91となり、当該静翼30の翼面上を下流へ流れる(水脈流れ方向91d)。そして水脈91は、当該静翼30の背側100に前縁部102から該翼幅Wの70%の噴出孔形成位置X、且つ当該静翼30の外周側である翼底部104から該翼高さHの70%の噴出孔形成長さYで形成されたスリット状の噴出孔110に達する。
As shown in FIG. 4, extra water droplets and
図5に示すように、翼内空間33へ供給した高圧過熱蒸気61がスリット状の噴出孔110から勢いよく噴出している。よって、噴出孔110に達した水脈91は静翼30面上から蒸気60中へ飛散し、径50μmよりも小さい微細な水滴90aとなって下流へ流れる。また、飛散した微細な水滴90aの一部は、当該静翼30の噴出孔110から噴出された高圧過熱蒸気61の熱によって蒸発する。
As shown in FIG. 5, the high-pressure
よって、本実施例に係る蒸気タービン1によれば、湿り蒸気域の静翼30から飛散する水滴は径50μmよりも小さい微細な水滴90aとなり、静翼30の下流側に位置する動翼20に衝突し得る中間大の水滴90bを除去することができる。これは、動翼20に起こるエロージョン現象およびブレーキ効果の低減に繋がる。
Therefore, according to the
なお、蒸気タービン1の種類あるいは段等によって、発生しやすい水滴の大きさや静翼30に付着しやすい範囲などが異なるため、静翼30に噴出孔110を形成するための噴出孔形成位置Xおよび噴出孔形成長さYは本実施例に限定されない。水滴飛散状況の異なる個々の静翼30に対して、噴出孔形成位置Xは、静翼30の前縁部102から該翼幅Wの50%以上70%以下の範囲で設定され、噴出孔形成長さYは、静翼30の外周側である翼底部104から該翼高さHの50%以上70%以下の範囲で設定されれば良い。
In addition, since the size of water droplets that are likely to be generated and the range that is liable to adhere to the
また、噴出孔110の形状は、図4のような径方向に沿った直線状のスリットに限定されることはなく、噴出孔110の形成容易性や翼の強度などを考慮した形状の噴出孔110とする。例えば、静翼30の前縁部102から該翼幅Wの50%以上70%以下の範囲内、且つ静翼30の外周側から該翼高さHの50%以上70%以下の範囲内であれば、径方向に対して傾斜したスリットや波状のスリットとしても良いし、破線状のスリットや複数の孔としても良い。
Moreover, the shape of the
次いで、図1に示すように、高圧過熱蒸気61はタービンケーシング10内の第一の流通路11を介して、タービンケーシング10に形成したシール蒸気導入噴出部70からシュラウド21とタービンケーシング10の隙間40へ向かって噴出する。この際、シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71を第一の流通路11の断面よりも小さく形成しているので、高圧過熱蒸気61は更に高い圧力状態となって隙間40に噴出される。
Next, as shown in FIG. 1, the high pressure
図2に示すように、シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出された高圧過熱蒸気61は、シュラウド21とタービンケーシング10の隙間40において局所的な高圧空間80を作る。この高圧空間80は圧力の壁として作用し、当該段を流れる蒸気60が隙間40から下流側へ流出するのを防ぐ。
As shown in FIG. 2, the high-pressure
タービンケーシング10の内周側にラビリンスフィン50を設置することで、動翼20とタービンケーシング10との隙間40から当該段を流れる蒸気60が下流側へ流出するのを抑えることができる。
By installing the
高圧過熱蒸気61をラビリンスフィン50の上流側近傍に噴出させることで、シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出される高圧過熱蒸気61がタービンケーシング10、シュラウド21およびラビリンスフィン50によって三方向を囲まれるような状態となる。よって、噴出された高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80を高圧状態に保ち易くしている。また、ラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側に高圧空間80が作られるので、ラビリンスフィン50をシール蒸気導入噴出部70の下流側近傍に設置することで高圧過熱蒸気61が下流側へ流出するのを低減できる。
By jetting the high-pressure
以上のようにして、有効蒸気の漏洩の低減および水分過多によるブレーキ効果の低減における十分な効果を得ることができる。本実施例に係る蒸気タービン1は、高圧過熱蒸気61を一つの蒸気経路において有効蒸気の漏洩の低減および水分過多によるブレーキ効果の低減の二つの用途で利用することができる効率的な構造で、内部効率を向上させることができる。
As described above, it is possible to obtain a sufficient effect in reducing effective steam leakage and braking effect due to excessive moisture. The
もちろん、静翼30に噴出孔110を形成しない場合でも、高圧過熱蒸気61が翼内空間33を経由することで静翼30は加熱され、静翼30の翼面上に集積した水滴および水滴が集積してできた水脈91は蒸発されることで、水分過多によるブレーキ効果の低減において十分な効果を得ることができるのは言うまでもない。
Of course, even when the
また、図11に示すように、シュラウド21近傍におけるタービンケーシング10の内周側にラビリンスフィン50を設置しない場合でも、有効蒸気の漏洩の低減において十分な効果を得ることができるのは言うまでもない。隙間40に臨むように形成されたシール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出された高圧過熱蒸気61は、シュラウド21とタービンケーシング10の隙間40において局所的な高圧空間80を作り、当該段を流れる蒸気60が隙間40から下流側へ流出するのを防ぐことができる。
Further, as shown in FIG. 11, it goes without saying that even when the
本発明の実施例2について、図12および図13を参照して説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例の蒸気タービン1は、ラビリンスフィン50の数量およびシール蒸気導入噴出部70の形成位置を除いて、実施例1と同様な構造を有するので、同様な構造についての重複説明は省略する。
The
図12に示すように、シュラウド21近傍におけるタービンケーシング10の内周側に、二つのラビリンスフィン50を設置する。ラビリンスフィン50はタービンケーシング10の内周側の全周に亘る環状のシール板であり、当該段を流れる蒸気60が前述した隙間40を通って下流側へ流出するのを防ぐためにある。ラビリンスフィン50はタービンケーシング10に比べて小さく簡易な構造であり、シュラウド21と干渉した際の損傷が軽微であることから、シュラウド21とタービンケーシング10との間に設ける隙間40に比べ、シュラウド21とラビリンスフィン50との間の前述した隙間41を狭く設定することができる。
As shown in FIG. 12, two
もちろん、ラビリンスフィン50の形状は本実施例に限定されない。たとえば、複数のシール板片を一体的に組付けることでタービンケーシング10の内周側の全周に亘る環状を成す周方向に分割する構造としても良く、シール性能を著しく損なわない程度に複数のシール板片を周方向に隙間を設けて断続的に設置しても良い。また、シュラウド21の外周側にラビリングフィン50を設置しても良い。
Of course, the shape of the
シュラウド21近傍のタービンケーシング10における二つのラビリンスフィン50を設置した間に、タービンケーシング10の全周に亘って連通した環状溝を成すシール蒸気導入噴出部70を形成する。シール蒸気導入噴出部70は、高圧過熱蒸気61を噴出させるためにあり、噴出開口71がシュラウド21とタービンケーシング10との隙間40に臨むように形成される。シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出される高圧過熱蒸気61はタービンケーシング10、シュラウド21および二つのラビリンスフィン50によって四方向を囲まれるような状態となる。よって、噴出された高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80を高圧状態に保ち易くなる。
While the two
もちろん、シール蒸気導入噴出部70の形状および形成位置は本実施例に限定されず、タービンケーシング10の構造および強度などを考慮して、シール蒸気導入噴出部70を複数のスリットまたは複数の円孔としてタービンケーシング10の周方向に断続的に形成しても良く、シュラウド21の近傍であれば二つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側または下流側にシール蒸気導入噴出部70を形成しても良い。
Of course, the shape and forming position of the seal steam introduction /
また、シール蒸気導入噴出部70の数量も本実施例に限定されず、複数のシール蒸気導入噴出部70を形成しても良い。例えば、図13に示すように、シュラウド21近傍のタービンケーシング10において、二つのラビリンスフィン50を設置した間および二つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側にそれぞれシール蒸気導入噴出部70を形成しても良い。二つのシール蒸気導入噴出部70によって高圧空間80の範囲が広がるので、当該段を流れる蒸気60が隙間40から下流側へ流出するのを防ぐシール性能は向上する。
Further, the number of the seal steam introduction /
なお、シール蒸気導入噴出部70を形成する位置としては、高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21および二つのラビリンスフィン50によって四方向を囲まれるような状態となるので、二つのラビリンスフィン50を設置した間が最も好ましい。次に、高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21およびラビリンスフィン50によって三方向を囲まれるような状態となり、ラビリンスフィン50をシール蒸気導入噴出部70の下流側近傍に設置することで高圧過熱蒸気61が下流側へ流出するのを低減できるので、二つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側が好ましい。最後に、高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21およびラビリンスフィン50によって三方向を囲まれるような状態となるので、二つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも下流側の範囲が好ましい。
Note that the position where the seal steam introducing / injecting
本発明の実施例3について、図14および図15を参照して説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
本実施例の蒸気タービン1は、ラビリンスフィン50の設置列数およびシール蒸気導入噴出部70の形成位置を除いて、実施例1と同様な構造を有するので、同様な構造についての重複説明は省略する。
The
図14に示すように、シュラウド21近傍におけるタービンケーシング10の内周側に、軸方向に三つのラビリンスフィン50を設置する。ラビリンスフィン50はタービンケーシング10の内周側の全周に亘る環状のシール板であり、当該段を流れる蒸気60が前述した隙間40を通って下流側へ流出するのを防ぐためにある。ラビリンスフィン50はタービンケーシング10に比べて小さく簡易な構造であり、シュラウド21と干渉した際の損傷が軽微であることから、シュラウド21とタービンケーシング10との間に設ける隙間40に比べ、シュラウド21とラビリンスフィン50との間の前述した隙間41を狭く設定することができる。
As shown in FIG. 14, three
もちろん、ラビリンスフィン50の形状は本実施例に限定されない。たとえば、複数のシール板片を一体的に組付けることでタービンケーシング10の内周側の全周に亘る環状を成す周方向に分割する構造としても良く、シール性能を著しく損なわない程度に複数のシール板片を周方向に隙間を設けて断続的に設置しても良い。また、シュラウド21の外周側にラビリングフィン50を設置しても良い。また、ラビリンスフィン50の設置列数は三つに限られることはなく、四つ以上でも構わない。
Of course, the shape of the
シュラウド21近傍のタービンケーシング10における三つのラビリンスフィン50のうち上流側に設置した二つのラビリンスフィン50の間に、タービンケーシング10の全周に亘って連通した環状溝を成すシール蒸気導入噴出部70を形成する。シール蒸気導入噴出部70は、高圧過熱蒸気61を噴出させるためにあり、噴出開口71がシュラウド21とタービンケーシング10との隙間40に臨むように形成される。シール蒸気導入噴出部70の噴出開口71から噴出される高圧過熱蒸気61はタービンケーシング10、シュラウド21および二つのラビリンスフィン50によって四方向を囲まれるような状態となる。よって、噴出された高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80を高圧状態に保ち易くなる。
Among the three
もちろん、シール蒸気導入噴出部70の形状および形成位置は本実施例に限定されず、タービンケーシング10の構造および強度などを考慮して、シール蒸気導入噴出部70を複数のスリットまたは複数の円孔としてタービンケーシング10の周方向に断続的に形成しても良く、シュラウド21の近傍であれば三つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側または下流側にシール蒸気導入噴出部70を形成しても良い。
Of course, the shape and forming position of the seal steam introduction /
また、シール蒸気導入噴出部70の数量も本実施例に限定されず、複数のシール蒸気導入噴出部70を形成しても良い。例えば、図15に示すように、シュラウド21近傍のタービンケーシング10において、上流側二つのラビリンスフィン50を設置した間、下流側二つのラビリンスフィン50を設置した間および三つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側にそれぞれシール蒸気導入噴出部70を形成しても良い。三つのシール蒸気導入噴出部70によって高圧空間80の範囲が広がるので、当該段を流れる蒸気60が隙間40から下流側へ流出するのを防ぐシール性能は向上する。
Further, the number of the seal steam introduction /
なお、シール蒸気導入噴出部70を形成する位置としては、高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21および二つのラビリンスフィン50によって四方向を囲まれるような状態となるので、上流側二つのラビリンスフィン50を設置した間または下流側二つのラビリンスフィンを設置した間が最も好ましい。次に、高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21およびラビリンスフィン50によって三方向を囲まれるような状態となり、ラビリンスフィン50をシール蒸気導入噴出部70の下流側近傍に設置することで高圧過熱蒸気61が下流側へ流出するのを低減できるので、三つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも上流側の範囲が好ましい。最後に、高圧過熱蒸気61により作られる高圧空間80がタービンケーシング10、シュラウド21およびラビリンスフィン50によって三方向を囲まれるような状態となる、三つのラビリンスフィン50を設置した位置よりも下流側の範囲が好ましい。
Note that the position where the seal steam introducing / injecting
1 蒸気タービン
10 タービンケーシング
11 第一の流通路
12 第二の流通路
20 動翼
21 シュラウド
22 ロータディスク
30 静翼
31 翼根リング
32 翼頂リング
33 翼内空間
34 リング内流通路
40 タービンケーシングとシュラウドとの間の隙間
41 ラビリンスフィンとシュラウドとの間の隙間
50 ラビリンスフィン
60 蒸気
61 高圧過熱蒸気
70 シール蒸気導入噴出部
71 噴出開口
80 高圧空間
90a 微細な水滴
90b 中間大の水滴
90c 粗大な水滴
91 水脈
91d 水脈流れ方向
92 水滴付着範囲
100 静翼の背側
101 静翼の腹側
102 静翼の前縁部
103 静翼の後縁部
104 静翼の翼底部
105 静翼の翼頂部
110 噴出孔
X 噴出孔形成位置
Y 噴出孔形成長さ
W 静翼の翼幅
H 静翼の翼高さ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記静翼に形成され、当該静翼の翼外を流れる蒸気よりも高い圧力の高圧蒸気が供給される翼内空間と、
前記翼内空間と連通され、前記翼内空間から前記高圧蒸気が供給される流通路と、
前記流通路と連通され、前記動翼の前記翼頂部と前記タービンケーシングとの間の隙間に臨むように前記動翼の近傍における前記タービンケーシングに噴出開口が形成され、かつ前記翼内空間から前記流通路を介して供給されてきた前記高圧蒸気が前記噴出開口から噴出される一つまたは複数のシール蒸気導入噴出部と
を有することを特徴とする蒸気タービン。 Steam comprising a plurality of moving blades whose blade tops are arranged close to the inner peripheral surface of the turbine casing, and a plurality of stationary blades held on the inner peripheral side of the turbine casing so as to be adjacent to the moving blades In the turbine,
A blade inner space that is formed in the stationary blade and is supplied with high-pressure steam having a pressure higher than that of the steam flowing outside the stationary blade;
A flow passage that is in communication with the space in the blade and is supplied with the high-pressure steam from the space in the blade;
An ejection opening is formed in the turbine casing in the vicinity of the rotor blade so as to face a gap between the blade top portion of the rotor blade and the turbine casing, and communicated with the flow passage, and from the blade inner space, the A steam turbine, comprising: one or a plurality of seal steam introducing and ejecting portions through which the high-pressure steam supplied through the flow passage is ejected from the ejection opening.
当該静翼が設置された位置よりも上流を流れる蒸気、または外部の蒸気供給源から発生させた蒸気が前記翼内空間へ供給されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の蒸気タービン。 As the high-pressure steam,
The steam flowing upstream from the position where the stationary blade is installed or the steam generated from an external steam supply source is supplied to the space in the blade. The steam turbine according to one item.
前記シール蒸気導入噴出部を、前記噴出開口が前記動翼の前記翼頂部と前記タービンケーシングとの間の隙間に臨むように前記動翼の近傍の前記タービンケーシングにおける前記ラビリンスフィンよりも上流側に形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の蒸気タービン。 One or more labyrinth fins are installed on the inner peripheral side of the turbine casing in the vicinity of the moving blade or on the outer peripheral side of the shroud attached to the blade top of the moving blade,
The seal steam introducing and ejecting portion is disposed upstream of the labyrinth fin in the turbine casing in the vicinity of the rotor blade such that the ejection opening faces a gap between the blade top portion of the rotor blade and the turbine casing. It forms, The steam turbine as described in any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned.
前記シール蒸気導入噴出部を、前記噴出開口が前記動翼の前記翼頂部と前記タービンケーシングとの間の隙間に臨むように前記動翼の近傍の前記タービンケーシングにおける前記ラビリンスフィンの複数のいずれか二つの間における前記タービンケーシングの内周側に形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の蒸気タービン。 A plurality of labyrinth fins are installed on the inner peripheral side of the turbine casing in the vicinity of the moving blade or on the outer peripheral side of the shroud attached to the blade top of the moving blade,
A plurality of the labyrinth fins in the turbine casing in the vicinity of the rotor blade so that the seal steam introducing and ejecting portion faces the gap between the blade top of the rotor blade and the turbine casing. It forms in the inner peripheral side of the said turbine casing between two, The steam turbine as described in any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned.
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