JP2015048716A - Steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。 Embodiments of the present invention relate to a steam turbine.
蒸気タービンは、火力プラント、ガスタービンと組み合わせたコンバインドサイクルプラント、原子力プラント、さらには、再生可能エネルギを利用した地熱発電プラント、太陽熱発電プラントに広く適用されている。蒸気タービンにおける性能および信頼を向上させることは、ＣＯ２排出の削減やエネルギ消費の削減へ大きく寄与する。 Steam turbines are widely applied to thermal power plants, combined cycle plants combined with gas turbines, nuclear power plants, geothermal power plants using renewable energy, and solar power plants. Improving performance and reliability in steam turbines greatly contributes to reducing CO 2 emissions and energy consumption.
原子力用蒸気タービン、地熱用蒸気タービンの大部分の段落あるいは火力用蒸気タービンの低圧タービンの段落では、作動流体である蒸気の一部が凝縮して液化する。液化した蒸気の一部は、静翼の翼面、ダイアフラム外輪の壁面に付着して水膜を形成し、静翼の後縁部やダイアフラム外輪の壁面から吹き千切れて水滴となる。この水滴は、下流側の動翼に衝突し、動翼の一部を浸食する。 In most stages of nuclear steam turbines, geothermal steam turbines or low-pressure turbine stages of thermal steam turbines, a part of the steam as the working fluid is condensed and liquefied. Part of the liquefied vapor adheres to the blade surface of the stationary blade and the wall surface of the diaphragm outer ring to form a water film, and blows off from the trailing edge of the stationary blade and the wall surface of the diaphragm outer ring to form water droplets. This water droplet collides with the moving blade on the downstream side and erodes a part of the moving blade.
このような現象は、特に、蒸気圧力や温度が低下した、湿り度が高い最終のタービン段落の近傍で生じる。この現象は、経年的に信頼性の低下を招き、タービン効率を低下させ、ＣＯ２排出量を増加させる。 Such a phenomenon occurs particularly in the vicinity of the final turbine stage where the steam pressure and temperature are low and the wetness is high. This phenomenon causes a decrease in reliability over time, lowers turbine efficiency, and increases CO 2 emissions.
一般的な火力プラントに備えられる低圧タービンにおける最終のタービン段落の近傍における蒸気などの流動について説明する。 The flow of steam or the like in the vicinity of the final turbine stage in a low-pressure turbine provided in a general thermal power plant will be described.
図８は、従来の低圧タービンにおける最終のタービン段落およびその一段上流のタービン段落の子午断面を示す図である。なお、図８において、破線は蒸気の流線を示し、実線は発生した水滴の流線を示している。 FIG. 8 is a diagram showing a meridional section of a final turbine stage and a turbine stage upstream one stage in a conventional low-pressure turbine. In FIG. 8, a broken line indicates a stream line of steam, and a solid line indicates a stream line of generated water droplets.
図８に示すように、ケーシング３００の内周には、ダイアフラム外輪３１０ａ、３１０ｂおよびダイアフラム内輪３１１ａ、３１１ｂが備えられている。このダイアフラム外輪３１０ａ、３１０ｂとダイアフラム内輪３１１ａ、３１１ｂとの間には、周方向に複数の静翼３１２ａ、３１２ｂが支持され、静翼翼列を構成している。
As shown in FIG. 8, on the inner periphery of the
また、静翼翼列の直下流側には、タービンロータ３２０のロータディスク３２１ａ、３２１ｂに、周方向に複数の動翼３２２ａ、３２２ｂが植設された動翼翼列が構成されている。そして、静翼翼列とその直下流に位置する動翼翼列とによって一段のタービン段落が構成される。動翼３２２ａ、３２２ｂでは、静翼３１２ａ、３１２ｂにおいて膨張された蒸気の速度エネルギを回転エネルギに変換し動力を発生する。
Further, a moving blade cascade in which a plurality of moving
蒸気は、図８に示すように、下流に行くに伴って拡大する拡大流路に沿って膨張する。水滴は、蒸気の圧力および温度が降下し、例えば、湿り度が３〜５％程度まで非平衡膨張した際に発生する。通常の火力用蒸気タービンのおける水滴の発生は、最終のタービン段落３３１よりも一段上流のタービン段落３３０で発生する。
As shown in FIG. 8, the steam expands along an enlarged flow path that expands as it goes downstream. Water droplets are generated when the pressure and temperature of the steam drop and, for example, non-equilibrium expansion occurs to a wetness of about 3 to 5%. The generation of water droplets in a normal steam turbine for thermal power generation occurs in the
初期に形成される水滴径は、０．１μｍ〜１μｍ程度であり、下流での蒸気の膨張に伴い水滴径が増加する。その際、一部の水滴は、静翼３１２ａや動翼３２２ａの表面に衝突して付着するが、水滴径が比較的小さいため、タービン段落３３０における動翼３２２ａの浸食は軽微である。
The diameter of the water droplet formed in the initial stage is about 0.1 μm to 1 μm, and the water droplet diameter increases as the steam expands downstream. At this time, some of the water droplets collide and adhere to the surfaces of the
タービン段落３３０の動翼３２２ａに衝突し付着した水滴は、実線で示すように、遠心力、コリオリ力を受けて外周側へ流れる。そのため、タービン段落３３１のダイアフラム外輪３１０ｂの内周面には多くの水滴が付着して水膜を形成する。
The water droplets that collide with and adhere to the
この水膜は、ダイアフラム外輪３１０ｂの内周面側に発生する蒸気の二次流れによって、静翼３１２ｂの腹側から、周方向に隣接する静翼３１２ｂの背側へと導かれる。そして、水膜は、背側に達した後、二次流れに乗って、静翼３１２ｂの背側の外周側から内周側へ拡散され、静翼３１２ｂの後縁に到達する。図８では、水膜が拡散する領域を一点鎖線のハッチングで示している。
The water film is guided from the ventral side of the
静翼３１２ｂの後縁に到達した水膜は、図８に示すように、後縁端より蒸気流に吹きちぎられて水滴３４０となって、蒸気流内に放出される。このときの水滴径は、数百μｍ程度に達し、直下流側の動翼３２２ｂに衝突し、動翼３２２ｂを浸食する。翼断面形状は、この浸食によって設計時の翼型とは異なる形状となるため、翼型損失が増加する。また、成長した水滴の速度は、蒸気流の速度よりも低下するために、水滴は、動翼３２２ｂの背側より流入する。そのため、動翼３２２ｂには、回転方向とは逆方向の力が作用して、ブレーキ損失が発生し、タービン効率が低下する。
As shown in FIG. 8, the water film that has reached the trailing edge of the
このような水膜から発達した水滴による浸食に伴う翼型損失の増加や、タービン効率の低下を抑制するために、従来の低圧タービンは、図８に示すように、発生した水滴を除去する水滴除去装置を備えている。 In order to suppress an increase in airfoil loss due to erosion caused by water droplets developed from such a water film and a decrease in turbine efficiency, a conventional low-pressure turbine removes water droplets generated as shown in FIG. A removal device is provided.
水滴除去装置は、中空の静翼３１２ｂの腹側および背側に形成されたスリット３５０、３５１と、静翼３１２ｂの中空部３５２と連通する、ダイアフラム外輪３１０ｂおよびダイアフラム内輪３１１ｂに形成された中空部３５３、３５４とを備えている。中空部３５３、３５４は、復水器（図示しない）と連通している。そして、スリット３５０、３５１から回収された水滴や水膜は、静翼３１２ｂの中空部３５２、ダイアフラム外輪３１０ｂまたはダイアフラム内輪３１１ｂの中空部３５３、３５４を通り、復水器に導かれる。
The water drop removing device includes
また、水滴除去装置は、図８に示すように、静翼３１２ｂ間の、ダイアフラム外輪３１０ｂの内周面にスリット３６０を備えることもある。ダイアフラム外輪３１０ｂの内周面の水膜は、スリット３６０から回収され、ダイアフラム外輪３１０ｂの中空部３５３を介して復水器に導かれる。
In addition, as shown in FIG. 8, the water droplet removing apparatus may include a
しかしながら、従来の水滴除去装置においては、静翼３１２ｂに設けられたスリット３５０、３５１や、ダイアフラム外輪３１０ｂの内周面に設けられたスリット３６０から、水膜や水滴とともに過剰の蒸気が吸い込まれて復水器に導かれるため、タービン効率が低下するといった問題があった。
However, in the conventional water droplet removal apparatus, excess steam is sucked together with the water film and water droplets from the
本発明が解決しようとする課題は、ブレーキ損失を抑制しつつ、水滴除去のために蒸気通路から外部に排出される随伴蒸気をなくして、タービン効率の向上を図ることができる蒸気タービンを提供するものである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a steam turbine that can improve the turbine efficiency by suppressing the brake loss and eliminating the accompanying steam discharged from the steam passage to the outside for removing water droplets. Is.
実施形態の蒸気タービンは、タービンロータの周方向に複数の動翼を植設して構成された動翼翼列と、前記動翼翼列を囲むケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に周方向に複数の静翼を取り付けて構成され、前記動翼翼列とタービン段落を構成する静翼翼列とを具備する。 The steam turbine according to the embodiment includes a moving blade cascade formed by implanting a plurality of moving blades in a circumferential direction of a turbine rotor, and a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring provided inside a casing surrounding the moving blade cascade. A plurality of stator blades are attached in the circumferential direction between the blade blade cascade and the turbine blade cascade constituting the turbine stage.
さらに、蒸気タービンにおいて、水滴を含む湿り蒸気が流れる前記タービン段落を構成する前記静翼が、前記静翼の内部に形成された中空部と、前記静翼の外周側の背側および腹側の少なくとも一方の翼面に設けられ、前記中空部に連通する外周スリットと、前記静翼の内周側の背側の翼面であって前記外周スリットが設けられた翼面の圧力よりも低圧となる部分に設けられ、前記中空部に連通する内周スリットとを備える。 Further, in the steam turbine, the stationary blades constituting the turbine stage through which wet steam including water droplets flow include a hollow portion formed inside the stationary blades, and a back side and a ventral side of the outer peripheral side of the stationary blades. An outer peripheral slit provided on at least one blade surface and communicating with the hollow portion, and a lower pressure than a pressure of a blade surface on the back side on the inner peripheral side of the stationary blade and provided with the outer peripheral slit. And an inner circumferential slit that communicates with the hollow portion.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、実施の形態の蒸気タービン１０の鉛直方向の子午断面を示す図である。図１には、低圧となるタービン段落に湿り蒸気が流れる低圧タービンを示している。
図１に示すように、蒸気タービン１０は、ケーシング２０を備え、このケーシング２０内には、タービンロータ２１が貫設されている。タービンロータ２１には、ロータディスク２２が形成され、このロータディスク２２に、複数の動翼２３が周方向に植設されている。複数の動翼２３を周方向に備えた動翼翼列は、タービンロータ軸方向に複数段構成されている。タービンロータ２１は、図示しないロータ軸受によって回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 1, the
ケーシング２０の内周には、ダイアフラム外輪２４が設置され、このダイアフラム外輪２４の内側には、ダイアフラム内輪２５が設置されている。また、ダイアフラム外輪２４とダイアフラム内輪２５との間には、周方向に複数の静翼２６が配置され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ軸方向に動翼翼列と交互に複数段備えられている。そして、静翼翼列と、その直下流側に位置する動翼翼列とで一つのタービン段落を構成している。
A diaphragm
タービンロータ２１とケーシング２０との間には、蒸気の外部への漏洩を防止するために、グランドシール部２７が設けられている。また、タービンロータ２１とダイアフラム内輪２５との間には、下流側への蒸気の漏洩を防止するために、シール部２８が設けられている。
A
また、蒸気タービン１０には、クロスオーバ管２９からの蒸気を蒸気タービン１０の内部に蒸気を導入するための蒸気入口管（図示しない）がケーシング２０を貫通して設けられている。
Further, the
最終段のタービン段落の下流側には、タービン段落において膨張仕事をした蒸気を排気するための排気室（図示しない）が設けられ、この排気室を介して蒸気が蒸気タービン１０の外部に排気される。この排気室は、復水器（図示しない）に連通されている。
An exhaust chamber (not shown) for exhausting steam that has expanded in the turbine stage is provided downstream of the turbine stage at the final stage, and the steam is exhausted to the outside of the
次に、低圧となり、水滴を含む湿り蒸気が流れるタービン段落の構成について説明する。 Next, a description will be given of the configuration of the turbine stage where the pressure is low and wet steam including water droplets flows.
図２は、実施の形態の蒸気タービン１０における最終のタービン段落およびその一段上流のタービン段落の子午断面を示す図である。図２には、静翼間および動翼間となる位置での断面が示されている。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す図である。図４は、図２のＢ−Ｂ断面を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a meridional section of a final turbine stage and a turbine stage upstream one stage in the
なお、図２において、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部品には、図１で示した対応する符号に「ｂ」を加えて示し、それよりも一段上流のタービン段落の構成部品には、図１で示した対応する符号に「ａ」を加えて示している。 In FIG. 2, for convenience of explanation, the components of the turbine stage at the final stage are indicated by adding “b” to the corresponding reference numerals shown in FIG. Is indicated by adding “a” to the corresponding reference numeral shown in FIG.
図２および図３に示すように、最終段のタービン段落を構成する静翼２６ｂの外周側の背側５０および腹側５１には、外周スリット６０、６１が形成されている。静翼２６ｂは、例えば、図３に示すように、内部に中空部４０を備えている。背側５０に形成された外周スリット６０は、前縁７０側に形成され、中空部４０に連通している。一方、腹側５１に形成された外周スリット６１は、後縁７１側に形成され、中空部４０に連通している。外周スリット６０、６１は、例えば、前縁７０側や後縁７１側の、水滴や水膜が多く存在する範囲に形成されることが好ましい。
As shown in FIGS. 2 and 3, outer
なお、静翼２６ｂの外周側（半径方向外側）の端部は、例えば、ダイアフラム外輪２４ｂによって閉鎖され、静翼２６ｂの内周側（半径方向内側）の端部は、例えば、ダイアフラム内輪２５ｂによって閉鎖されている。
The outer peripheral side (radially outer side) end of the
ここで、静翼２６ｂの翼高さで、半径方向位置の各翼高さを除して得られる翼高さ比で示した場合、静翼２６ｂの外周側とは、例えば、０．７〜１の範囲をいう。なお、翼高さ比では、静翼２６ｂの内周端部が「０」であり、静翼２６ｂの外周端部が「１」となる。前縁７０側とは、例えば、翼弦長の中心よりも前縁７０側をいい、後縁７１側とは、例えば、翼弦長の中心よりも後縁７１側をいう。
Here, when the blade height is obtained by dividing the blade height of the
外周スリット６０、６１は、図２に示すように、例えば、翼高さ方向に長辺となる長方形状の開口を有している。これらの外周スリット６０、６１は、蒸気が凝縮することで静翼２６ｂの外周側に発生した水滴や水膜を翼面側から中空部４０内に吸引するための開口である。
As shown in FIG. 2, the outer
ここで、水滴などは、蒸気流路の外周側に向かって流されるため、外周スリット６０、６１を静翼２６ｂの外周側、すなわち、静翼２６ｂの半径方向外側に形成することで、水滴などの回収率が向上する。
Here, since the water droplets or the like flow toward the outer peripheral side of the steam flow path, the outer
外周スリット６０、６１は、図２に示すように、翼高さ方向に複数形成されてもよい。また、外周スリット６０、６１は、タービンロータ軸方向には互いにくい違い、かつ翼高さ方向（半径方向）には重なり合う千鳥格子状に形成されてもよい。
As shown in FIG. 2, a plurality of outer
また、外周スリット６０と外周スリット６１は、例えば、それぞれ静翼面における等圧線に沿って形成され、かつそれぞれの等圧線が示す圧力が等しくなるように形成されてもよい。すなわち、背側５０の外周スリット６０と腹側５１の外周スリット６１とが、翼面の等圧面上に形成されてもよい。このように、外周スリット６０、６１を形成することで、後述する内周スリット８０との差圧によって、外周スリット６０、６１から均等に水滴や水膜を吸引することができる。
Moreover, the outer periphery slit 60 and the outer periphery slit 61 may be formed, for example so that it may form along the isobar on a stator blade surface, respectively, and the pressure which each isobar may show equal. That is, the outer peripheral slit 60 on the
なお、ここでは、静翼２６ｂの外周側の背側５０と腹側５１の双方に、外周スリット６０、６１が形成された一例を示しているが、外周スリットは、背側５０および腹側５１の少なくとも一方の翼面に形成されていればよい。
Here, although an example in which outer
一方、静翼２６ｂの内周側の背側５０には、図２および図４に示すように、内周スリット８０が形成されている。内周スリット８０は、後縁７１側に形成され、中空部４０に連通している。内周スリット８０が形成された翼面の圧力は、外周スリット６０、６１が設けられた翼面の圧力よりも低圧である。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 4, an inner peripheral slit 80 is formed on the inner peripheral
内周スリット８０は、図４に示すように、静翼２６ｂ間の間隔が最小となるスロート部Ｓよりも上流側（前縁側）に形成される。すなわち、前縁側から後縁側に向かって翼面圧力が低下している翼面に内周スリット８０が形成される。このように圧力が後縁に向かって低下している翼面に内周スリット８０を形成することで、例えば、スロート部Ｓよりも下流側の減速域に内周スリット８０を設けることで発生する局所的な流れの剥離損失を抑えることができる。
As shown in FIG. 4, the inner circumferential slit 80 is formed on the upstream side (front edge side) of the throat portion S where the interval between the
ここで、静翼２６ｂの翼高さで、半径方向位置の各翼高さを除して得られる翼高さ比で示した場合、静翼２６ｂの内周側とは、例えば、０〜０．３の範囲をいう。なお、翼高さ比では、静翼２６ｂの内周端部が「０」であり、静翼２６ｂの外周端部が「１」となる。
Here, when the blade height is obtained by dividing the blade height of the
外周スリット６０、６１が設けられた翼面の圧力と内周スリット８０が設けられた翼面の圧力との差圧によって、外周スリット６０、６１から水滴や水膜を吸引することができる。なお、外周スリット６０、６１から水滴や水膜を吸引する際、一部の蒸気も随伴して吸引される。そして、外周スリット６０、６１から吸引された水滴、水膜および随伴蒸気は、中空部４０を介して、内周スリット８０から再び蒸気通路に排出される。
A water droplet or a water film can be sucked from the
ここで、静翼２６ｂの内周側において、背側５０に内周スリット８０を形成するのは、腹側５１よりも背側５０の方が圧力が低く、外周スリット６０、６１との差圧を大きくとることができるからである。この差圧による中空部４０における圧力を、例えば、従来の蒸気タービンにおける、復水器と連通する静翼の中空部における圧力と同程度に設定することができる。そのため、外周スリット６０、６１から吸引される水滴、水膜、随伴蒸気の流量を、従来の蒸気タービンにおけるこれらの流量と同程度に設定することができる。
Here, on the inner peripheral side of the
内周スリット８０は、外周スリット６０、６１と同様に、例えば、翼高さ方向に長辺となる長方形状の開口を有している。内周スリット８０は、上記したように、外周スリット６０、６１から吸引された水滴、水膜および随伴蒸気を中空部４０から静翼２６ｂの外側に排出するための開口である。
The inner peripheral slit 80 has, for example, a rectangular opening having a long side in the blade height direction, similarly to the outer
内周スリット８０は、図２に示すように、翼高さ方向に複数形成されてもよい。また、内周スリット８０は、は、タービンロータ軸方向には互いにくい違い、かつ翼高さ方向（半径方向）には重なり合う千鳥格子状に形成されてもよい。
As shown in FIG. 2, a plurality of inner
また、内周スリット８０は、例えば、それぞれ静翼面における等圧線に沿って形成されてもよい。このように、内周スリット８０を形成することで、外周スリット６０、６１との差圧によって、内周スリット８０から均等に水滴、水膜および随伴蒸気を排出することができる。
Moreover, the inner peripheral slit 80 may be formed, for example, along a constant pressure line on the stationary blade surface. In this way, by forming the inner circumferential slit 80, it is possible to discharge water droplets, a water film, and accompanying steam evenly from the inner circumferential slit 80 due to the differential pressure with the outer
ここで、図５は、実施の形態の蒸気タービン１０の最終のタービン段落における静翼２６ｂの翼面圧力分布を示す図である。なお、図５には、説明の便宜上、外周スリット６０、６１と内周スリット８０とを同一断面に示している。図５において、実線が図２のＡ−Ａ断面における分布であり、破線が図２のＢ−Ｂ断面における分布である。
Here, FIG. 5 is a diagram illustrating the blade surface pressure distribution of the
図５に示すように、二次流れにより水膜が集積される外周側（Ａ−Ａ断面）と、内周側（Ｂ−Ｂ断面）とでは、後縁側の翼面圧力分布が大きく異なる。静翼２６ｂの後縁側において、外周側の翼面圧力が高く、内周側の翼面圧力が低い。静翼２６ｂの後縁側において、外周側の方が内周側よりも翼面圧力が高いのは、外周側の方が内周側よりも蒸気の流速が遅いからである。
As shown in FIG. 5, the blade surface pressure distribution on the trailing edge side is greatly different between the outer peripheral side (AA cross section) where the water film is accumulated by the secondary flow and the inner peripheral side (BB cross section). On the trailing edge side of the
外周スリット６０と外周スリット６１は、等圧力線上に設けられ、内周スリット８０は、外周スリット６０、６１が設けられた翼面よりも低圧で、圧力最下点位置より上流側（前縁側）に設けられている。これによって、外周スリット６０、６１と内周スリット８０との間には、差圧ΔＰが生じる。
The outer
この差圧ΔＰによって、中空部４０を介して、外周スリット６０、６１から内周スリット８０へ向かう流れが生じる。この流れは、外周スリット６０、６１から吸引された水滴、水膜、随伴蒸気による流れである。
Due to this differential pressure ΔP, a flow from the outer
ここで、蒸気タービン１０の動作について、図１および図２を参照して説明する。
Here, operation | movement of the
クロスオーバ管２９を経て蒸気タービン１０内に流入した蒸気は、各タービン段落の静翼２６、動翼２３を備える、徐々に拡大する蒸気流路を膨張仕事をしながら通過し、タービンロータ２１を回転させる。
The steam flowing into the
蒸気は、下流に行くに伴って、圧力および温度が低下する。例えば、蒸気の圧力および温度が低下し、例えば、湿り度が３〜５％程度まで非平衡膨張すると水滴が発生する。初期に形成される水滴径は、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度であり、下流での蒸気の膨張に伴い水滴径が増加する。その際、一部の水滴は、静翼２６や動翼２３の表面に衝突して付着する。
As the steam goes downstream, the pressure and temperature decrease. For example, when the pressure and temperature of the steam are reduced, for example, when the degree of wetness is non-equilibrium expanded to about 3 to 5%, water drops are generated. The diameter of the water droplet formed initially is, for example, about 0.1 μm to 1 μm, and the water droplet diameter increases with the expansion of the steam downstream. At that time, some water droplets collide and adhere to the surfaces of the
例えば、最終のタービン段落よりも１段落上流のタービン段落の動翼２３ａに衝突し付着した水滴は、遠心力、コリオリ力を受けて外周側へ流れる。水滴の一部は、最終のタービン段落の静翼２６ｂに付着して水膜となる。
For example, water droplets that collide with and adhere to the moving
なお、最終のタービン段落よりも１段落上流のタービン段落において、上記したような微小な水滴が発生するが、動翼２３ａの浸食はほとんど生じない。そのため、ここでは、最終のタービン段落の静翼２６ｂにのみ、実施の形態の構成である、外周スリット６０、６１や内周スリット８０を備えた構成としている。このように、水滴を含む湿り蒸気が流れるタービン段落のうちの、少なくとも、動翼２３ａの浸食が問題となるタービン段落に実施の形態の構成を備えればよい。
Note that minute water droplets as described above are generated in the turbine stage one stage upstream of the final turbine stage, but the
最終のタービン段落の静翼２６ｂの外周側に流れる水滴や静翼２６ｂの外周側に付着した水膜は、外周スリット６０、６１と内周スリット８０との間の差圧ΔＰによって、外周スリット６０、６１から吸引される。この際、一部の蒸気も随伴蒸気として吸引される。
The water droplets flowing on the outer peripheral side of the
吸引された水滴、水膜、随伴蒸気は、中空部４０を通り、内周スリット８０から蒸気通路へ排出される。このように、外周スリット６０、６１から吸引された随伴蒸気を蒸気通路に再び戻すことで、随伴蒸気が外部に排出されることによる損失をなくすことができる。
The sucked water droplets, water film, and accompanying steam pass through the
ここで、図６は、ブレーキ損失と動翼の翼高さとの関係を示す図である。図６の横軸は、動翼の翼高さで、半径方向位置の各翼高さを除して得られる翼高さ比を示している。すなわち、動翼の内周端部は「０」であり、動翼の外周端部は「１」である。 Here, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the brake loss and the blade height of the moving blade. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the blade height ratio obtained by dividing the blade height in the radial direction by the blade height of the moving blade. That is, the inner peripheral end of the moving blade is “0”, and the outer peripheral end of the moving blade is “1”.
ブレーキ損失は、動翼の周速度と動翼に流入する水滴相対速度との積に比例するため、図６に示すように、動翼の翼高さが高くなるに伴って大きくなる。しかしながら、上記したように、静翼２６ｂの外周側の水滴や水膜を吸引し、静翼２６ｂの内周側に排出することで、静翼２６ｂの直下流に位置する動翼２３ｂにおけるブレーキ損失を小さく抑えることができる。
Since the brake loss is proportional to the product of the peripheral speed of the moving blade and the relative velocity of the water droplets flowing into the moving blade, the brake loss increases as the blade height of the moving blade increases as shown in FIG. However, as described above, the water loss and the water film on the outer peripheral side of the
上記したように、実施の形態の蒸気タービン１０によれば、静翼２６ｂの外周側から吸引された水滴、水膜、随伴蒸気を、静翼２６ｂの内周側の蒸気通路に再び戻すことができる。これによって、ブレーキ損失を抑制し、随伴蒸気が外部に排出されることによる損失をなくして、タービン効率の向上を図ることができる
As described above, according to the
（ブレーキ損失および随伴蒸気による損失の評価）
図７は、従来の水滴除去装置を備えない場合、従来の水滴除去装置を備える場合、本実施の形態におけるブレーキ損失および随伴蒸気による損失の評価結果を示す図である。なお、図７の評価結果は、数値解析によって得られたものである。
(Evaluation of brake loss and associated steam loss)
FIG. 7 is a diagram showing the evaluation results of the brake loss and the loss due to the accompanying steam in the present embodiment when the conventional water droplet removing device is not provided and when the conventional water droplet removing device is provided. The evaluation results in FIG. 7 are obtained by numerical analysis.
ここで、従来の水滴除去装置とは、図８に示すように、最終のタービン段落の静翼の外周側に設けられたスリットから水滴、水膜、随伴蒸気を吸引し、復水器に導くものである。従来の水滴除去装置を備えない場合とは、このような水滴除去装置を備えず、単なる静翼で構成された場合である。 Here, as shown in FIG. 8, the conventional water droplet removing device sucks water droplets, water film, and associated steam from a slit provided on the outer peripheral side of the stationary blade of the final turbine stage, and guides it to the condenser. Is. The case where the conventional water drop removing device is not provided is a case where such a water drop removing device is not provided, and a simple vane is used.
図７に示すように、従来の水滴除去装置を備える場合、従来の水滴除去装置を備えない場合と比べて、静翼の外周側において水滴や水膜を排除することができるので、ブレーキ損失を防止できるが、水滴とともに除去される随伴蒸気による損失が発生する。 As shown in FIG. 7, when the conventional water drop removing device is provided, water drops and water films can be eliminated on the outer peripheral side of the stationary blade, compared with the case without the conventional water drop removing device. Although this can be prevented, loss occurs due to the accompanying steam that is removed along with the water droplets.
本実施の形態においては、水滴とともに除去される随伴蒸気による損失は生じない。さらに、本実施の形態においては、ブレーキ損失は発生するが、従来の水滴除去装置を備えない場合と比べて、大幅に低減されていることがわかる。 In the present embodiment, there is no loss due to the accompanying steam removed together with the water droplets. Furthermore, in the present embodiment, it can be seen that although brake loss occurs, it is significantly reduced as compared with the case where a conventional water droplet removing device is not provided.
以上説明した実施形態によれば、ブレーキ損失を抑制しつつ、水滴除去のために蒸気通路から外部に排出される随伴蒸気をなくして、タービン効率の向上を図ることが可能となる。 According to the embodiment described above, it is possible to improve the turbine efficiency by suppressing the brake loss and eliminating the accompanying steam discharged to the outside from the steam passage for water droplet removal.
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.
１０…蒸気タービン、２０…ケーシング、２１…タービンロータ、２２…ロータディスク、２３，２３ａ，２３ｂ…動翼、２４，２４ｂ…ダイアフラム外輪、２５，２５ｂ…ダイアフラム内輪、２６，２６ｂ…静翼、２７…グランドシール部、２８…シール部、２９…クロスオーバ管、４０…中空部、５０…背側、５１…腹側、６０，６１…外周スリット、７０…前縁、７１…後縁、８０…内周スリット。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記動翼翼列を囲むケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に周方向に複数の静翼を取り付けて構成され、前記動翼翼列とタービン段落を構成する静翼翼列と
を具備し、
水滴を含む湿り蒸気が流れる前記タービン段落を構成する前記静翼が、
前記静翼の内部に形成された中空部と、
前記静翼の外周側の背側および腹側の少なくとも一方の翼面に設けられ、前記中空部に連通する外周スリットと、
前記静翼の内周側の背側の翼面であって前記外周スリットが設けられた翼面の圧力よりも低圧となる部分に設けられ、前記中空部に連通する内周スリットと
を備えることを特徴とする蒸気タービン。 A moving blade cascade composed of a plurality of moving blades implanted in the circumferential direction of the turbine rotor;
A plurality of stationary blades attached in a circumferential direction between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring provided inside a casing surrounding the blade cascade; Equipped,
The stationary blade constituting the turbine stage through which wet steam including water droplets flows,
A hollow portion formed inside the stationary blade;
An outer peripheral slit provided on at least one blade surface on the back side and the ventral side of the outer peripheral side of the stationary blade, and communicated with the hollow portion;
A blade surface on the back side on the inner peripheral side of the stationary blade, provided in a portion having a pressure lower than the pressure of the blade surface provided with the outer peripheral slit, and provided with an inner peripheral slit communicating with the hollow portion. A steam turbine characterized by
背側の前記外周スリットと腹側の前記外周スリットとが、翼面の等圧面上に形成さ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。 In the case where the outer peripheral slit is provided on both the back side and the ventral side of the outer peripheral side of the stationary blade,
The steam turbine according to claim 1, wherein the outer peripheral slit on the back side and the outer peripheral slit on the ventral side are formed on an isobaric surface of the blade surface.
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