JP2016017446A - Axial-flow turbine and power generation plant with axial-flow turbine - Google Patents

Axial-flow turbine and power generation plant with axial-flow turbine Download PDF

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小野田 昭博
Akihiro Onoda
昭博 小野田
富永 純一
Junichi Tominaga
純一 富永
和孝 鶴田
Kazutaka Tsuruta
和孝 鶴田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axial-flow turbine including a partial outlet/inlet structure, capable of suppressing energy loss resulting from the partial outlet/inlet structure, and capable of improving efficiency.SOLUTION: An axial-flow turbine according to an embodiment comprises: a nozzle structure 20 supported by a casing; and a rotor blade structure 40 provided downstream of the nozzle structure 20 and supported by a turbine rotor rotatable with respect to the casing. The nozzle structure 20 includes nozzles 25 provided in part of a circumferential region in an annular opening portion formed between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring; and a closing portion 30 provided in the other circumferential region in the annular opening portion. The closing portion 30 closes the other region and prevents a working fluid from flowing into the other region. A penetrating opening portion 50 penetrating the closing portion 30 from an upstream side surface 31 to a downstream side surface 32 is provided in the closing portion 30.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明の実施の形態は、軸流タービンおよびこれを備えた発電プラントに関する。   Embodiments described herein relate generally to an axial turbine and a power plant including the axial turbine.

近年、軸流タービンを備えた発電プラントにおいては、発電効率を改善するとともに、CO2、SOx、NOx等のガスの発生量を抑制し、地球温暖化の抑制を図ることが望まれている。   In recent years, in a power plant equipped with an axial turbine, it is desired to improve power generation efficiency and to suppress the generation of CO2, SOx, NOx, and other gases to suppress global warming.

蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンを用いる火力発電プラントでは、発電効率を改善するための有効な手法として、軸流タービンに供給される作動流体の温度、すなわちタービン入口温度を上昇させることが行われている。   In a thermal power plant using an axial flow turbine such as a steam turbine or a gas turbine, as an effective method for improving power generation efficiency, the temperature of the working fluid supplied to the axial flow turbine, that is, the turbine inlet temperature, can be increased. Has been done.

一方、軸流タービンに流入する作動流体の体積流量が小さい場合、ノズル(静翼)間のスロート面積(最小流路面積)を小さくすることが求められる。このことにより、設計上、必然的にノズルの翼高さが小さくなる。この場合、ノズル間においては、二次流れが支配的になり、二次損失が増加して、軸流タービンの性能が低下するおそれが生じる。このため、作動流体の体積流量が小さい場合に、タービン性能の低下を抑制しつつ、二次流れの抑制を図ることが困難な場合がある。   On the other hand, when the volume flow rate of the working fluid flowing into the axial turbine is small, it is required to reduce the throat area (minimum flow path area) between the nozzles (stationary blades). This inevitably reduces the blade height of the nozzle by design. In this case, the secondary flow becomes dominant between the nozzles, the secondary loss increases, and the performance of the axial turbine may be degraded. For this reason, when the volume flow rate of the working fluid is small, it may be difficult to suppress the secondary flow while suppressing the deterioration of the turbine performance.

ところで、蒸気タービンにおいては、作動流体の体積流量が小さい場合に二次流れの抑制を図るために、いわゆる部分送入構造が適用されている。通常、蒸気タービンのダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部の全周にわたって複数のノズルが配列されており、作動流体は、この環状開口部を全周にわたって流入されるようになっている。一方、部分送入とは、この環状開口部の周方向における一部の領域に作動流体を流入させ、他の領域を閉止するという構造である。すなわち、図10に示すように、環状開口部の周方向における一部の領域に少なくとも一つのノズル100が設けられ、当該環状開口部の他の領域に閉止部101が設けられ、この閉止部101にはノズル100が設けられることなく、閉止部101は作動流体が流入することがないように閉止される。この場合、環状開口部のうち閉止部101の領域の割合を変えることにより、ノズル100の翼高さを高くするように調整することができる。このため、作動流体の体積流量が小さい場合であっても、二次流れの抑制を図り、軸流タービンの性能低下を抑制することができる。このような部分送入構造は、通常、蒸気タービンの調速段落に好適に用いられるものである。   By the way, in the steam turbine, a so-called partial feed structure is applied in order to suppress the secondary flow when the volume flow rate of the working fluid is small. Usually, a plurality of nozzles are arranged over the entire circumference of the annular opening formed between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring of the steam turbine, so that the working fluid flows through the entire circumference of the annular opening. It has become. On the other hand, the partial feeding is a structure in which the working fluid is allowed to flow into a partial region in the circumferential direction of the annular opening and the other region is closed. That is, as shown in FIG. 10, at least one nozzle 100 is provided in a partial region in the circumferential direction of the annular opening, and a closing portion 101 is provided in another region of the annular opening. In this case, the nozzle 101 is not provided, and the closing portion 101 is closed so that the working fluid does not flow in. In this case, the blade height of the nozzle 100 can be adjusted to be higher by changing the ratio of the region of the closing portion 101 in the annular opening. For this reason, even if the volumetric flow rate of the working fluid is small, it is possible to suppress the secondary flow and suppress the performance deterioration of the axial turbine. Such a partial feed structure is normally used suitably for the speed control stage of a steam turbine.

特開平2−78703号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-78703

上述したように、作動流体の体積流量が少ない軸流タービンでは、部分送入構造を適用することが多い。しかしながら、部分送入構造には、部分送入構造を起因とする付加的な損失が発生し、効率が低下し得る。効率低下の要因としては、主に2つが考えられる。   As described above, in the axial turbine having a small volume flow rate of the working fluid, the partial feed structure is often applied. However, in the partial feeding structure, an additional loss due to the partial feeding structure occurs, and the efficiency can be lowered. There are two main reasons for the decrease in efficiency.

すなわち、環状開口部に設けられた閉止部101には作動流体が流入しない。このことにより、ノズル100から流出された主流F1の流路に位置付けられていない動翼102の間の空間には、作動流体が流入し難くなり、このような動翼102の間には極めて速度の小さい作動流体が充満して滞留することになる。このため、この滞留している作動流体を回転させるために動翼102の回転エネルギが消費され、損失が発生するという問題がある。   That is, the working fluid does not flow into the closing portion 101 provided in the annular opening. This makes it difficult for the working fluid to flow into the space between the moving blades 102 that are not positioned in the flow path of the main flow F <b> 1 that has flowed out of the nozzle 100. The working fluid having a small flow rate is filled and stays. For this reason, there is a problem that the rotational energy of the moving blade 102 is consumed to rotate the staying working fluid, and a loss occurs.

また、図10に示すように、閉止部101の下流側面101aと動翼102の上流端102aとの間には、動翼102の回転に引きずられるようにして動翼102の回転方向に沿う作動流体の回転方向流れF2が形成され、形成された回転方向流れF2は、閉止部101の下流側面101aにおける回転方向側の端部101bに達する。しかしながら、当該端部101bに達した回転方向流れF2の速度は非常に小さい。このことにより、ノズル100で加速された作動流体の主流F1のエネルギが、当該端部101bに達した速度の小さい回転方向流れF2を動翼102の側に向けて加速させるために消費され、損失が発生するという問題がある。   Further, as shown in FIG. 10, the operation along the rotation direction of the moving blade 102 is dragged by the rotation of the moving blade 102 between the downstream side surface 101 a of the closing portion 101 and the upstream end 102 a of the moving blade 102. A rotation direction flow F2 of the fluid is formed, and the formed rotation direction flow F2 reaches the end portion 101b on the downstream side surface 101a of the closing portion 101 on the rotation direction side. However, the speed of the rotational flow F2 reaching the end 101b is very small. As a result, the energy of the main flow F1 of the working fluid accelerated by the nozzle 100 is consumed to accelerate the rotational flow F2 having a small speed reaching the end 101b toward the moving blade 102, resulting in loss. There is a problem that occurs.

このようにして、部分送入構造を適用することによって新たな損失が発生し、効率向上の妨げとなっていた。   In this way, a new loss occurs by applying the partial feeding structure, which hinders efficiency improvement.

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、部分送入構造を有する軸流タービンであって、部分送入構造を起因とするエネルギ損失を抑制して効率を向上させることができる軸流タービンおよびこれを備えた発電プラントを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such a point, and is an axial flow turbine having a partial feed structure, which improves energy efficiency by suppressing energy loss caused by the partial feed structure. It is an object of the present invention to provide an axial flow turbine capable of generating a power plant and a power plant including the same.

実施の形態による軸流タービンは、ケーシングに支持されたノズル構造体と、ノズル構造体の下流側に設けられ、ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された動翼構造体と、を有している。ノズル構造体は、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部と、を備えている。閉止部は、この他の領域を閉止し、この他の領域への作動流体の流入を防止する。閉止部に、この閉止部の上流側面から下流側面に貫通する貫通開口部が設けられている。   An axial turbine according to an embodiment includes a nozzle structure supported by a casing, and a rotor blade structure provided on a downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor that is rotatable with respect to the casing. doing. The nozzle structure is provided in a part of the annular opening formed between the outer ring of the diaphragm and the inner ring of the diaphragm in a region in the circumferential direction and in another region of the annular opening in the circumferential direction. And a closing portion. The closing portion closes this other region and prevents the working fluid from flowing into this other region. The closing portion is provided with a through opening that penetrates from the upstream side surface to the downstream side surface of the closing portion.

また、実施の形態による軸流タービンは、ケーシングに支持された複数のノズル構造体と、ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された複数の動翼構造体と、を有している。ノズル構造体と動翼構造体は、タービンロータの軸線方向に交互に配置されている。ノズル構造体は、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部と、を備えている。閉止部は、この他の領域を閉止し、この他の領域への作動流体の流入を防止する。動翼構造体の下流側に配置されたノズル構造体の閉止部に、閉止部の上流側面から下流側面に貫通する貫通開口部が設けられている。貫通開口部は、この貫通開口部に上流側で隣り合うノズル構造体の閉止部と周方向に重なる位置に配置されている。   The axial turbine according to the embodiment includes a plurality of nozzle structures supported by a casing and a plurality of blade structures supported by a turbine rotor that is rotatable with respect to the casing. The nozzle structure and the rotor blade structure are alternately arranged in the axial direction of the turbine rotor. The nozzle structure is provided in a part of the annular opening formed between the outer ring of the diaphragm and the inner ring of the diaphragm in a region in the circumferential direction and in another region of the annular opening in the circumferential direction. And a closing portion. The closing portion closes this other region and prevents the working fluid from flowing into this other region. A through opening that penetrates from the upstream side surface to the downstream side surface of the closing portion is provided in the closing portion of the nozzle structure disposed on the downstream side of the moving blade structure. The through opening is arranged at a position overlapping the closing portion of the nozzle structure adjacent to the through opening on the upstream side in the circumferential direction.

また、実施の形態による軸流タービンは、ケーシングに支持されたノズル構造体と、ノズル構造体の下流側に設けられ、ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された動翼構造体と、を有している。ノズル構造体は、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部と、を備えている。閉止部は、この他の領域を閉止し、この他の領域への作動流体の流入を防止する。動翼構造体は、周方向に配列された複数の動翼を備えている。閉止部の下流側面は、動翼構造体の回転方向に向って動翼の上流端に近づくように形成されている。   An axial turbine according to the embodiment includes a nozzle structure supported by a casing, a moving blade structure provided on a downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor that is rotatable with respect to the casing, have. The nozzle structure is provided in a part of the annular opening formed between the outer ring of the diaphragm and the inner ring of the diaphragm in a region in the circumferential direction and in another region of the annular opening in the circumferential direction. And a closing portion. The closing portion closes this other region and prevents the working fluid from flowing into this other region. The moving blade structure includes a plurality of moving blades arranged in the circumferential direction. The downstream side surface of the closing portion is formed so as to approach the upstream end of the moving blade in the rotation direction of the moving blade structure.

さらに、実施の形態による軸流タービンは、ケーシングに支持されたノズル構造体と、ノズル構造体の下流側に設けられ、ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された動翼構造体と、を有している。ノズル構造体は、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部と、を備えている。閉止部は、この他の領域を閉止し、この他の領域への作動流体の流入を防止する。動翼構造体は、周方向に配列された複数の動翼を備えている。閉止部の下流側面に、この下流側面と動翼の上流端との間の作動流体を動翼の側に誘導する誘導部が設けられている。   Furthermore, the axial turbine according to the embodiment includes a nozzle structure supported by a casing, a moving blade structure provided on a downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor rotatable with respect to the casing, have. The nozzle structure is provided in a part of the annular opening formed between the outer ring of the diaphragm and the inner ring of the diaphragm in a region in the circumferential direction and in another region of the annular opening in the circumferential direction. And a closing portion. The closing portion closes this other region and prevents the working fluid from flowing into this other region. The moving blade structure includes a plurality of moving blades arranged in the circumferential direction. A guiding portion for guiding the working fluid between the downstream side surface and the upstream end of the moving blade to the moving blade side is provided on the downstream side surface of the closing portion.

また、実施の形態による発電プラントは、窒素を除去することにより空気から酸素を抽出する酸素製造装置と、燃料と、酸素製造装置により抽出された酸素とを燃焼させて、燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器により生成された燃焼ガスが、作動流体として供給されて回転駆動する上述した軸流タービンと、を備えている。軸流タービンの回転駆動によって発電機が発電を行う。軸流タービンから排出された排出ガスが冷却器によって冷却される。冷却器により冷却された排出ガスの水分が湿分分離器によって分離されて除去され、排出ガスが再生される。湿分分離器により再生された再生ガスが圧縮機によって圧縮される。再生熱交換器において、圧縮機により圧縮された再生ガスと、軸流タービンから冷却器に向う排出ガスとの間で熱交換が行われる。再生熱交換器により熱交換された再生ガスは、燃焼器に供給される。   In addition, the power plant according to the embodiment combusts an oxygen production apparatus that extracts oxygen from the air by removing nitrogen, fuel, and oxygen extracted by the oxygen production apparatus to generate combustion gas. And the above-described axial turbine in which the combustion gas generated by the combustor is supplied as a working fluid and rotationally driven. The generator generates electricity by the rotational drive of the axial turbine. The exhaust gas discharged from the axial turbine is cooled by a cooler. The moisture in the exhaust gas cooled by the cooler is separated and removed by the moisture separator, and the exhaust gas is regenerated. The regeneration gas regenerated by the moisture separator is compressed by the compressor. In the regenerative heat exchanger, heat exchange is performed between the regenerated gas compressed by the compressor and the exhaust gas from the axial turbine toward the cooler. The regeneration gas heat-exchanged by the regeneration heat exchanger is supplied to the combustor.

図1は、本発明の第1の実施の形態における発電プラントの全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a power plant according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1の発電プラントで使用される軸流タービンの一例を示す全体図である。FIG. 2 is an overall view showing an example of an axial turbine used in the power plant of FIG. 図3は、図2の軸流タービンの部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the axial turbine of FIG. 図4は、図3のノズル構造体を、タービンロータの軸線方向から見た図である。FIG. 4 is a view of the nozzle structure of FIG. 3 as seen from the axial direction of the turbine rotor. 図5は、図3のX−X線に相当するタービン段落の断面を示す図である。FIG. 5 is a view showing a section of a turbine stage corresponding to the line XX in FIG. 3. 図6は、本発明の第2の実施の形態において、図5と同様なタービン段落の断面を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a turbine stage similar to FIG. 5 in the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第3の実施の形態において、図5と同様なタービン段落の断面を示す図である。FIG. 7 is a view showing a cross section of a turbine stage similar to FIG. 5 in the third embodiment of the present invention. 図8は、図7の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a modification of FIG. 図9は、本発明の第4の実施の形態において、図5と同様なタービン段落の断面を示す図である。FIG. 9 is a view showing a cross section of a turbine stage similar to FIG. 5 in the fourth embodiment of the present invention. 図10は、一般的な部分挿入構造を有する軸流タービンにおいて、図5と同様なタービン段落の断面を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a cross section of a turbine stage similar to that of FIG. 5 in an axial turbine having a general partial insertion structure.

(第1の実施の形態)
図1乃至図5を用いて、本発明の第1の実施の形態における軸流タービンおよびこれを備えた発電プラントについて説明する。
(First embodiment)
The axial turbine and the power plant including the axial turbine according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

まず、図1を用いて、発電プラント1について説明する。   First, the power plant 1 will be described with reference to FIG.

図1に示すように、発電プラント1は、窒素を除去することにより空気から酸素を抽出する酸素製造装置2と、燃焼ガスを生成する燃焼器3と、燃焼器3により生成された燃焼ガスが作動流体として供給されて回転駆動するタービンロータ12(図2参照)を有する軸流タービン10と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the power plant 1 includes an oxygen production apparatus 2 that extracts oxygen from air by removing nitrogen, a combustor 3 that generates combustion gas, and a combustion gas generated by the combustor 3. And an axial turbine 10 having a turbine rotor 12 (see FIG. 2) that is supplied as a working fluid and rotationally driven.

このうち、燃焼器3には、酸素製造装置2により抽出された酸素が供給されるようになっており、燃焼器3は、この酸素と、燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成するようになっている。燃焼器3において使用される燃料としては、例えば、メタンガス等の窒素を含まない天然ガスを挙げることができる。燃料の燃焼には、窒素を除去した空気、すなわち酸素が使用されることから、燃焼器3において生成される燃焼ガスは、CO2ガスと水蒸気とを含んでいる。すなわち、燃焼ガスの成分は、CO2(二酸化炭素)と水になる。このため、燃焼ガスに、SOx(硫黄酸化物)やNOx(窒素酸化物)等のガスが含まれることを抑制できる。   Among these, the oxygen extracted by the oxygen production apparatus 2 is supplied to the combustor 3, and the combustor 3 burns this oxygen and fuel to generate combustion gas. It has become. Examples of the fuel used in the combustor 3 include natural gas containing no nitrogen such as methane gas. Since combustion of fuel uses air from which nitrogen has been removed, that is, oxygen, the combustion gas generated in the combustor 3 contains CO 2 gas and water vapor. That is, the components of the combustion gas are CO2 (carbon dioxide) and water. For this reason, it can suppress that gases, such as SOx (sulfur oxide) and NOx (nitrogen oxide), are contained in combustion gas.

燃焼器3においては、高温の燃焼ガスが生成されるようになっており、例えば、600℃以上の燃焼ガスが生成されることが好適である。このことにより、発電効率の改善とCO2等のガスの発生量の抑制を図ることができる。なお、燃焼器3には、後述する再生熱交換器5から、当該再生熱交換器5において加熱された再生ガス(具体的には、CO2ガス、すなわち、CO2を成分とするガス)が供給され、この供給された再生ガスとともに燃料の燃焼が行われるようになっている。   In the combustor 3, high-temperature combustion gas is generated. For example, it is preferable that combustion gas of 600 ° C. or higher is generated. As a result, it is possible to improve the power generation efficiency and suppress the generation amount of gas such as CO2. The combustor 3 is supplied with a regeneration gas (specifically, CO 2 gas, that is, a gas containing CO 2 as a component) heated in the regeneration heat exchanger 5 from a regeneration heat exchanger 5 described later. The fuel is burned together with the supplied regeneration gas.

燃焼器3により生成された燃焼ガスは、作動流体として軸流タービン10に供給され、後述する動翼41(図3参照)に対して仕事を行い、タービンロータ12を回転駆動する。軸流タービン10のタービンロータ12には、発電機4が連結されており、タービンロータ12が回転駆動することによって発電機4が発電を行う。   Combustion gas generated by the combustor 3 is supplied to the axial flow turbine 10 as a working fluid, performs work on a moving blade 41 (see FIG. 3) described later, and rotationally drives the turbine rotor 12. A generator 4 is connected to the turbine rotor 12 of the axial flow turbine 10, and the generator 4 generates power when the turbine rotor 12 is rotationally driven.

軸流タービン10において仕事を行った燃焼ガスは、排出ガスとして軸流タービン10から排出される。なお、排出ガスは、CO2ガスと水蒸気とを含んでいる。すなわち、排出ガスの成分も、CO2と水になる。排出ガスは、軸流タービン10の下流側に設けられた再生熱交換器5に供給される。また、再生熱交換器5には、後述するCO2ポンプ(圧縮機)8から、比較的低温の再生ガスが供給されるようになっている。このことにより、再生熱交換器5において、再生ガスと排出ガスとが熱交換を行い、比較的高温の排出ガスは冷却される。   The combustion gas that has worked in the axial flow turbine 10 is discharged from the axial flow turbine 10 as exhaust gas. The exhaust gas contains CO2 gas and water vapor. That is, the components of the exhaust gas are also CO2 and water. The exhaust gas is supplied to the regenerative heat exchanger 5 provided on the downstream side of the axial turbine 10. In addition, the regeneration heat exchanger 5 is supplied with a relatively low temperature regeneration gas from a CO2 pump (compressor) 8 described later. Thereby, in the regeneration heat exchanger 5, the regeneration gas and the exhaust gas exchange heat, and the relatively high temperature exhaust gas is cooled.

再生熱交換器5の下流側には、冷却器6が設けられている。この冷却器6には、再生熱交換器5から冷却された排出ガスが供給され、冷却器6は、この排出ガスを更に冷却する。   A cooler 6 is provided on the downstream side of the regenerative heat exchanger 5. The cooler 6 is supplied with the exhaust gas cooled from the regenerative heat exchanger 5, and the cooler 6 further cools the exhaust gas.

冷却器6の下流側には、湿分分離器7が設けられている。この湿分分離器7には、冷却器6により冷却された排出ガスが供給され、湿分分離器7は、この排出ガスの水分を分離して除去する。このことにより、CO2と水とを成分とする排出ガスから水分が除去され、排出ガスが再生される。すなわち、排出ガスは、CO2を成分とするガスとして再生ガスに再生される。   A moisture separator 7 is provided on the downstream side of the cooler 6. The moisture separator 7 is supplied with the exhaust gas cooled by the cooler 6, and the moisture separator 7 separates and removes moisture from the exhaust gas. Thus, moisture is removed from the exhaust gas containing CO2 and water as components, and the exhaust gas is regenerated. That is, the exhaust gas is regenerated into a regenerated gas as a gas containing CO 2 as a component.

湿分分離器7の下流側には、CO2ポンプ8が設けられている。このCO2ポンプ8には、湿分分離器7により再生された再生ガスが供給され、CO2ポンプ8は、この再生ガスを圧縮して、再生ガスの圧力が高められる。   A CO2 pump 8 is provided on the downstream side of the moisture separator 7. The regeneration gas regenerated by the moisture separator 7 is supplied to the CO2 pump 8, and the CO2 pump 8 compresses the regeneration gas to increase the pressure of the regeneration gas.

圧縮された再生ガスは、上述した再生熱交換器5に供給される。再生熱交換器5においては、上述したように、CO2ポンプ8により圧縮された再生ガスと、軸流タービン10から冷却器6に向う排出ガスとの間で熱交換が行われる。このことにより、比較的低温の再生ガスは、加熱される。なお、CO2ポンプ8により圧縮された再生ガスの一部は、再生熱交換器5に供給されることなく回収される。回収された再生ガスは、貯蔵されたり、他の用途(例えば、石油掘削量増大のための用途)で利用されたりする。   The compressed regeneration gas is supplied to the regeneration heat exchanger 5 described above. In the regenerative heat exchanger 5, heat exchange is performed between the regenerated gas compressed by the CO 2 pump 8 and the exhaust gas from the axial turbine 10 toward the cooler 6 as described above. Thereby, the relatively low temperature regeneration gas is heated. A part of the regeneration gas compressed by the CO 2 pump 8 is recovered without being supplied to the regeneration heat exchanger 5. The recovered regeneration gas is stored or used for other purposes (for example, for increasing the amount of oil drilling).

再生熱交換器5により加熱された再生ガスは、燃焼器3に供給される。   The regeneration gas heated by the regeneration heat exchanger 5 is supplied to the combustor 3.

このように、図1に示す発電プラント1においては、燃焼によって生成されたCO2と水を成分とする600℃以上の燃焼ガスを用いて発電が行われ、CO2の大部分は循環されて再利用される。このことにより、作動流体の体積流量を増大させることができるとともに、有害ガスであるNOxやSOxが生成されることを防止できる。また、排出ガスからCO2を分離して回収するための設備を不要とすることができる。さらに、回収されるCO2の純度を高めることができ、発電以外の種々の用途に利用することが可能となる。   As described above, in the power plant 1 shown in FIG. 1, power generation is performed using a combustion gas of 600 ° C. or higher that includes CO2 generated by combustion and water as components, and most of the CO2 is circulated and reused. Is done. As a result, the volume flow rate of the working fluid can be increased, and the generation of NOx and SOx that are harmful gases can be prevented. Moreover, the equipment for separating and recovering CO2 from the exhaust gas can be eliminated. Furthermore, the purity of the recovered CO2 can be increased, and it can be used for various purposes other than power generation.

次に、図2を用いて、本実施の形態における軸流タービン10について説明する。ここでは、軸流タービン10として、燃焼ガスの圧力が比較的高い高圧タービンの例を示す。   Next, the axial flow turbine 10 in this Embodiment is demonstrated using FIG. Here, an example of a high-pressure turbine in which the pressure of the combustion gas is relatively high is shown as the axial flow turbine 10.

図2に示すように、軸流タービン10は、ケーシング11と、ケーシング11に対して回転自在に設けられたタービンロータ12と、を備えている。このうち、ケーシング11は、内部ケーシング11aと、内部ケーシング11aの外側に設けられた外部ケーシング11bと、を有しており、二重構造のケーシングとなっている。   As shown in FIG. 2, the axial turbine 10 includes a casing 11 and a turbine rotor 12 provided to be rotatable with respect to the casing 11. Among these, the casing 11 has an inner casing 11a and an outer casing 11b provided outside the inner casing 11a, and has a double structure.

外部ケーシング11bには、ガス供給管13が連結されており、燃焼器3において生成された燃焼ガスが、作動流体として、軸流タービン10に供給されるようになっている。軸流タービン10に供給された作動流体は、ケーシング11内に設けられたインレットスリーブ14aおよびノズルボックス14bによって、後述する複数のタービン段落15のうちの最も上流側のタービン段落15に案内されるようになっている。タービンロータ12には、上述した発電機4が連結されている。   A gas supply pipe 13 is connected to the outer casing 11b, and the combustion gas generated in the combustor 3 is supplied to the axial flow turbine 10 as a working fluid. The working fluid supplied to the axial turbine 10 is guided to the most upstream turbine stage 15 among a plurality of turbine stages 15 to be described later by an inlet sleeve 14 a and a nozzle box 14 b provided in the casing 11. It has become. The above-described generator 4 is connected to the turbine rotor 12.

ケーシング11(より詳細には、内部ケーシング11a)には、複数のノズル構造体20が支持されている。タービンロータ12には、複数の動翼構造体40が支持されている。これらのノズル構造体20と動翼構造体40は、タービンロータ12の軸線方向に交互に配置されている。そして、一のノズル構造体20と、当該一のノズル構造体20の下流側に隣り合って配置された一の動翼構造体40とにより、一のタービン段落15が構成されている。軸流タービン10は、このようなタービン段落15が、タービンロータ12の軸方向に複数設けられている。このようにして、ガス供給管13を介して供給された作動流体が複数のタービン段落15を通過して、動翼41に対して仕事を行い、タービンロータ12が回転駆動されるようになっている。   A plurality of nozzle structures 20 are supported on the casing 11 (more specifically, the inner casing 11a). A plurality of blade structures 40 are supported on the turbine rotor 12. The nozzle structures 20 and the rotor blade structures 40 are alternately arranged in the axial direction of the turbine rotor 12. One turbine stage 15 is configured by one nozzle structure 20 and one blade structure 40 arranged adjacent to the downstream side of the one nozzle structure 20. The axial turbine 10 is provided with a plurality of such turbine stages 15 in the axial direction of the turbine rotor 12. In this way, the working fluid supplied through the gas supply pipe 13 passes through the plurality of turbine stages 15 to perform work on the rotor blade 41, and the turbine rotor 12 is rotationally driven. Yes.

最終段落の動翼41を通過した作動流体は、排気流路16を通って軸流タービン10の外部へと排出されるようになっている。   The working fluid that has passed through the rotor blade 41 in the final stage is discharged to the outside of the axial turbine 10 through the exhaust passage 16.

次に、図3および図4を用いて、ノズル構造体20について説明する。   Next, the nozzle structure 20 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3に示すように、ノズル構造体20は、ケーシング11に支持されたダイアフラム外輪21と、ダイアフラム外輪21より内周側に設けられたダイアフラム内輪22と、を有している。ダイアフラム外輪21とダイアフラム内輪22との間に、図3および図4に示すように、周方向に延びる環状開口部23が形成されている。ダイアフラム外輪21は、ケーシング11に嵌合して固定されている。   As shown in FIG. 3, the nozzle structure 20 includes a diaphragm outer ring 21 supported by the casing 11, and a diaphragm inner ring 22 provided on the inner peripheral side from the diaphragm outer ring 21. As shown in FIGS. 3 and 4, an annular opening 23 extending in the circumferential direction is formed between the diaphragm outer ring 21 and the diaphragm inner ring 22. The diaphragm outer ring 21 is fitted and fixed to the casing 11.

ダイアフラム内輪22の内周面には、ラビリンスパッキン24が設けられている。このラビリンスパッキン24は、ダイアフラム内輪22とタービンロータ12との間で、作動流体が下流側に流れて漏洩することを防止するためのものである。   A labyrinth packing 24 is provided on the inner peripheral surface of the diaphragm inner ring 22. The labyrinth packing 24 is for preventing the working fluid from flowing downstream and leaking between the diaphragm inner ring 22 and the turbine rotor 12.

図4に示すように、上述した環状開口部23のうち周方向における一部の領域には、複数のノズル(静翼)25が設けられている。複数のノズル25は、当該領域において、周方向に列状に配置されている。このノズル25が配置された領域は、ノズル開口部26を形成しており、当該ノズル開口部26に作動流体が送入されて流入するようになっている。   As shown in FIG. 4, a plurality of nozzles (static blades) 25 are provided in a partial region in the circumferential direction of the annular opening 23 described above. The plurality of nozzles 25 are arranged in a row in the circumferential direction in the region. A region where the nozzle 25 is disposed forms a nozzle opening 26, and the working fluid is fed into the nozzle opening 26 and flows into the nozzle opening 26.

環状開口部23のうち周方向における他の領域には、閉止部30が設けられている。閉止部30は、当該他の領域を閉止し、当該領域への作動流体が流入することを防止するためのものである。このような構造は、部分送入構造と呼ばれているものである。なお、部分送入構造は、各ノズル構造体20に適用することが好適である。この場合、動翼構造体40を介して互いに隣り合うノズル構造体20の閉止部30は、互いに周方向にずれて配置されていることが好適である。また、図5に示すように、閉止部30の動翼41の回転方向側の端面(図5の右側の端面)は、ノズル25の負圧面と同様の形状を有しており、隣り合うノズル25からノズルピッチTだけ離れて形成されている。閉止部30の回転方向側とは反対側の端面(図5の左側の端面)は、ノズル25の圧力面と同様の形状を有しており、隣り合うノズル25からノズルピッチTだけ離れて形成されている。   A closing portion 30 is provided in another region of the annular opening 23 in the circumferential direction. The closing part 30 is for closing the other region and preventing the working fluid from flowing into the region. Such a structure is called a partial delivery structure. The partial feed structure is preferably applied to each nozzle structure 20. In this case, it is preferable that the closing portions 30 of the nozzle structures 20 that are adjacent to each other via the moving blade structure 40 are arranged so as to be shifted from each other in the circumferential direction. Further, as shown in FIG. 5, the end surface on the rotational direction side of the moving blade 41 of the closing portion 30 (the end surface on the right side in FIG. 5) has the same shape as the negative pressure surface of the nozzle 25, and adjacent nozzles The nozzle 25 is separated from the nozzle 25 by a nozzle pitch T. The end surface (the end surface on the left side in FIG. 5) opposite to the rotation direction side of the closing portion 30 has the same shape as the pressure surface of the nozzle 25 and is formed away from the adjacent nozzle 25 by the nozzle pitch T. Has been.

このようにして、環状開口部23のうちの一部に作動流体が送入される部分送入構造が構成されている。なお、閉止部30は、環状開口部23に取り付けられた板状の部材によって構成することができる。   In this way, a partial feeding structure is formed in which the working fluid is fed into a part of the annular opening 23. In addition, the closing part 30 can be comprised by the plate-shaped member attached to the annular opening part 23. FIG.

次に、図3を用いて、動翼構造体40について説明する。   Next, the moving blade structure 40 will be described with reference to FIG.

図3に示すように、動翼構造体40は、複数の動翼41を有している。すなわち、タービンロータ12には、外周側に突出するロータディスク12aが設けられ、このロータディスク12aに、動翼41が植設されて固定されている。複数の動翼41は、周方向に配列されている。このような動翼41が作動流体から仕事を受けることにより、回転エネルギを得て、タービンロータ12が回転するようになっている。   As shown in FIG. 3, the moving blade structure 40 has a plurality of moving blades 41. That is, the turbine rotor 12 is provided with a rotor disk 12a projecting to the outer peripheral side, and the rotor blades 41 are implanted and fixed to the rotor disk 12a. The plurality of moving blades 41 are arranged in the circumferential direction. When such a moving blade 41 receives work from the working fluid, rotational energy is obtained and the turbine rotor 12 rotates.

動翼41の外周側先端部には、スナッバ42が設けられている。スナッバ42は、タービンロータ12の振動を抑制するためのものである。スナッバ42の外周面には、シールフィン43が配置されている。このシールフィン43は、ダイアフラム外輪21(より具体的には、ダイアフラム外輪21の動翼41側に延びる部分)とスナッバ42との間で、作動流体が下流側に流れて漏洩することを防止するためのものである。なお、シールフィン43は、ダイアフラム外輪21に設けられることが好適である。   A snubber 42 is provided at the outer peripheral end portion of the moving blade 41. The snubber 42 is for suppressing the vibration of the turbine rotor 12. Seal fins 43 are arranged on the outer peripheral surface of the snubber 42. The seal fin 43 prevents the working fluid from flowing downstream and leaking between the diaphragm outer ring 21 (more specifically, a portion extending to the moving blade 41 side of the diaphragm outer ring 21) and the snubber 42. Is for. The seal fins 43 are preferably provided on the diaphragm outer ring 21.

次に、図5を用いて、閉止部30に設けられる貫通開口部50について説明する。   Next, the through opening 50 provided in the closing portion 30 will be described with reference to FIG.

図5に示すように、閉止部30に、当該閉止部30の上流側面31から下流側面32に貫通する貫通開口部50が設けられている。この貫通開口部50によって、ノズル25を通る主流F1ではなく、下流側の動翼41の側に作動流体を供給する貫通開口流れF3が形成され、閉止部30の上流側の作動流体が動翼41の側に供給される。また、図5においては、貫通開口部50は、タービンロータ12の軸方向に沿って延びるように形成されており、軸方向に沿った貫通開口流れF3を形成するようになっている。   As shown in FIG. 5, the closing portion 30 is provided with a through opening 50 that penetrates from the upstream side surface 31 to the downstream side surface 32 of the closing portion 30. The through opening 50 forms a through opening flow F3 for supplying the working fluid to the downstream blade 41 instead of the main flow F1 passing through the nozzle 25, and the working fluid upstream of the closing portion 30 is moved to the blade. 41 side. In FIG. 5, the through opening 50 is formed so as to extend along the axial direction of the turbine rotor 12, and forms a through opening flow F <b> 3 along the axial direction.

貫通開口部50の周方向位置は、特に限られるものではないが、以下のように配置されることが好適である。すなわち、ノズル25で加速されて流出された作動流体の主流F1が妨げられることを防止するために、ノズル25からの周方向距離をある程度確保することが好ましい。一方、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に、動翼41の回転方向に沿う回転方向流れF2が形成されることを貫通開口流れF3によって効果的に抑制するためには、ノズル25からの周方向距離はあまり大きくない方が好ましい。   The circumferential position of the through opening 50 is not particularly limited, but is preferably arranged as follows. That is, in order to prevent the main flow F1 of the working fluid that has been accelerated and flowed out by the nozzle 25 from being obstructed, it is preferable to secure a certain distance in the circumferential direction from the nozzle 25. On the other hand, in the space between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41a of the moving blade 41, the through-flow flow F3 effectively forms the rotating flow F2 along the rotating direction of the moving blade 41. In order to suppress, it is preferable that the circumferential distance from the nozzle 25 is not so large.

このような目的を達成するために、貫通開口部50は、以下のように配置されることが好適である。すなわち、図5に示すように、貫通開口部50は、閉止部30において動翼41の回転方向側とは反対側に配置されていることが好適である。また、隣り合うノズル25間のスロート(ノズル25間の最小距離)をS、ノズル25のピッチ(周方向距離)をT、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの軸方向距離をB、最も回転方向側(図5では最も左側)に配置されたノズル25の下流端25aと貫通開口部50(の中心)との周方向距離をAとしたとき、Aが、

Figure 2016017446
を満たしていることが好適である。 In order to achieve such an object, the through opening 50 is preferably arranged as follows. That is, as shown in FIG. 5, the through opening 50 is preferably arranged on the side opposite to the rotation direction side of the moving blade 41 in the closing portion 30. Further, the throat (minimum distance between nozzles 25) between adjacent nozzles 25 is S, the pitch (circumferential distance) of the nozzles 25 is T, and the axis between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41a of the moving blade 41. When the directional distance is B, and the circumferential distance between the downstream end 25a of the nozzle 25 arranged on the most rotational direction side (the leftmost side in FIG. 5) and the through opening 50 (the center thereof) is A, A is
Figure 2016017446
It is preferable that

ところで、ノズル25から流出される主流F1の流出角度α(動翼41の回転方向に対する主流F1の傾斜角度)は、上述したスロートSとピッチTとを用いて、

Figure 2016017446
で一般的に表される。この関係を用いることにより、[数1]の関係を求めることができる。すなわち、この流出角度αで主流F1が軸方向に距離Bだけ進んだ場合、周方向に進む距離は、
Figure 2016017446
となる。 By the way, the outflow angle α of the main flow F1 flowing out from the nozzle 25 (the inclination angle of the main flow F1 with respect to the rotation direction of the moving blade 41) is determined using the throat S and the pitch T described above.
Figure 2016017446
It is generally expressed as By using this relationship, the relationship of [Equation 1] can be obtained. That is, when the main flow F1 advances by the distance B in the axial direction at the outflow angle α, the distance to advance in the circumferential direction is
Figure 2016017446
It becomes.

また、主流F1は、最も回転方向側のノズル25の下流端25aと、閉止部30の下流側面32における回転方向側とは反対側の端部32aとの間からも流出される。当該端部32aは、上述したように、最も回転方向側のノズル25の下流端25aからピッチTずれた位置に形成されている。このことにより、当該端部32aの近傍から流出される主流F1が、貫通開口流れF3によって妨げられることを防止するために、[数3]にノズル25のピッチTを加えた値が、周方向距離Aの好適な下限値となり得る。   The main flow F1 also flows out from between the downstream end 25a of the nozzle 25 on the most rotational direction side and the end 32a on the downstream side surface 32 of the closing portion 30 opposite to the rotational direction side. As described above, the end portion 32a is formed at a position shifted by the pitch T from the downstream end 25a of the nozzle 25 on the most rotational direction side. Thus, in order to prevent the main flow F1 flowing out from the vicinity of the end portion 32a from being obstructed by the through-opening flow F3, the value obtained by adding the pitch T of the nozzle 25 to [Equation 3] is the circumferential direction. It can be a suitable lower limit value of the distance A.

一方、上述した回転方向流れF2が形成されることを効果的に抑制するためには、上述のようにして得られる下限値に、ノズル25のピッチTを更に加えた値が、周方向距離Aの好適な上限値となり得る。   On the other hand, in order to effectively suppress the formation of the rotational flow F2 described above, the value obtained by further adding the pitch T of the nozzles 25 to the lower limit value obtained as described above is the circumferential distance A. Can be a suitable upper limit value.

このようにして、上述した[数1]を得ることができる。   In this way, [Equation 1] described above can be obtained.

ところで、図5には、貫通開口部50が下流側に向って先細状に形成され、貫通開口部50の流路断面積が上流側から下流側に向って徐々に小さくなるように(例えば円錐台状に)形成されている例を示している。この場合、貫通開口流れF3を加速させて貫通開口流れF3の速度を高めることができる。なお、上述した貫通開口部50は、一のノズル構造体20の閉止部30に複数設けてもよい。更には、各ノズル構造20の閉止部30にそれぞれ設けられていてもよい。   Incidentally, in FIG. 5, the through opening 50 is formed in a tapered shape toward the downstream side, and the flow passage cross-sectional area of the through opening 50 gradually decreases from the upstream side toward the downstream side (for example, a conical shape). The example is formed in a trapezoidal shape. In this case, the through-opening flow F3 can be accelerated to increase the speed of the through-opening flow F3. Note that a plurality of the through openings 50 described above may be provided in the closing portion 30 of one nozzle structure 20. Furthermore, each nozzle structure 20 may be provided in the closing portion 30.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.

図1に示す燃焼器3からガス供給管13(図2参照)を介して軸流タービン10に作動流体としての燃焼ガスが供給されると、供給された作動流体は、インレットスリーブ14aおよびノズルボックス14bを通って、最も上流側のタービン段落15に供給される。供給された作動流体は、当該タービン段落15の動翼41(図3および図5参照)に対して仕事を行い、その後、下流側の各タービン段落15の動翼41に対しても仕事を行う。このようにして、タービンロータ12が回転駆動される。   When combustion gas as working fluid is supplied from the combustor 3 shown in FIG. 1 to the axial turbine 10 via the gas supply pipe 13 (see FIG. 2), the supplied working fluid is supplied to the inlet sleeve 14a and the nozzle box. 14b is supplied to the most upstream turbine stage 15. The supplied working fluid performs work on the moving blade 41 of the turbine stage 15 (see FIGS. 3 and 5), and then also works on the moving blade 41 of each turbine stage 15 on the downstream side. . In this way, the turbine rotor 12 is rotationally driven.

この間、600℃以上の作動流体は、各タービン段落15のノズル構造体20のノズル開口部26(図4参照)に送入され、ノズル25の間を通過して、ノズル25から流出される。   During this time, the working fluid of 600 ° C. or higher is fed into the nozzle openings 26 (see FIG. 4) of the nozzle structure 20 of each turbine stage 15, passes between the nozzles 25, and flows out from the nozzles 25.

ノズル25から流出された主流F1における作動流体の多くは、動翼41の間の空間に流入するが、一部は、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に流入して、回転方向に沿う回転方向流れF2を形成しようとする。   Most of the working fluid in the main flow F <b> 1 that has flowed out of the nozzle 25 flows into the space between the moving blades 41, but part of the working fluid flows between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41 a of the moving blade 41. It flows into the space and tries to form a rotational flow F2 along the rotational direction.

しかしながら、本実施の形態においては、閉止部30に設けられた貫通開口部50から動翼41の側に作動流体が流出されて貫通開口流れF3が形成される。このことにより、上述した回転方向流れF2を、動翼41の側に誘導して動翼41の間の空間に流入させることができ、回転方向流れF2が動翼41の回転方向に沿って流れ続けることを効果的に抑制できる。また、この回転方向流れF2の動力を回収することも可能となる。さらに、貫通開口流れF3が形成されることにより、主流F1の流路に位置付けられていない動翼41の間の空間に滞留している作動流体を下流側に誘導して流すこともできる。   However, in the present embodiment, the working fluid flows out from the through opening 50 provided in the closing portion 30 to the moving blade 41 side to form the through opening flow F3. As a result, the rotational flow F2 described above can be guided to the side of the moving blade 41 to flow into the space between the moving blades 41, and the rotational flow F2 flows along the rotational direction of the moving blade 41. It can suppress effectively continuing. It is also possible to recover the power of the rotational flow F2. Furthermore, by forming the through-opening flow F3, the working fluid staying in the space between the moving blades 41 not positioned in the flow path of the main flow F1 can be guided and flowed downstream.

このように本実施の形態によれば、閉止部30に設けられた貫通開口部50から作動流体が流出する貫通開口流れF3を形成することができる。このことにより、動翼41の間に滞留していた作動流体を下流側に流すことができ、滞留していた作動流体を回転させるために動翼41の回転エネルギが消費されることを防止できる。また、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に、動翼41の回転方向に沿う回転方向流れF2が形成されることを効果的に抑制することができ、ノズル25で加速されて流出された主流F1のエネルギが、この回転方向流れF2を動翼41の側に誘導するために消費されることを防止できる。このため、部分挿入構造を起因とするエネルギ損失を抑制して、効率を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to form the through-opening flow F3 in which the working fluid flows out from the through-opening 50 provided in the closing portion 30. As a result, the working fluid staying between the moving blades 41 can flow to the downstream side, and the rotation energy of the moving blades 41 can be prevented from being consumed to rotate the staying working fluid. . Further, it is possible to effectively suppress the formation of the rotational flow F2 along the rotational direction of the moving blade 41 in the space between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41a of the moving blade 41. It is possible to prevent the energy of the main flow F <b> 1 accelerated and discharged by the nozzle 25 from being consumed to guide the rotational flow F <b> 2 toward the moving blade 41. For this reason, the energy loss resulting from the partial insertion structure can be suppressed, and the efficiency can be improved.

(第2の実施の形態)
次に、図6を用いて、本発明の第2の実施の形態における軸流タービンおよびこれを備えた発電プラントについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, an axial flow turbine and a power plant provided with the axial flow turbine according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図6に示す第2の実施の形態においては、貫通開口部が、動翼構造体の下流側に配置されたノズル構造体の閉止部に設けられている点が主に異なり、他の構成は、図1乃至図5に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図6において、図1乃至図5に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   The second embodiment shown in FIG. 6 is mainly different in that the through-opening is provided in the closing portion of the nozzle structure disposed on the downstream side of the moving blade structure. These are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. In FIG. 6, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図6に示すように、本実施の形態においては、動翼構造体40の下流側に配置されたノズル構造体20の閉止部30に、閉止部30の上流側面31から下流側面32に貫通する貫通開口部60が設けられている。この貫通開口部60によって、上流側の動翼41の間に滞留している作動流体を引き抜き、ノズル25を通る主流F1ではなく、下流側の動翼41の側に作動流体を供給する貫通開口流れF3が形成される。このように上流側の動翼41の間に滞留している作動流体を引き抜くことにより、上流側の閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に形成される回転方向に沿う回転方向流れF2を当該動翼41の間に誘導し、回転方向流れF2が主流F1に接触することを防止できる。   As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the closing portion 30 of the nozzle structure 20 disposed on the downstream side of the moving blade structure 40 penetrates from the upstream side surface 31 to the downstream side surface 32 of the closing portion 30. A through opening 60 is provided. The through opening 60 draws out the working fluid staying between the upstream moving blades 41 and supplies the working fluid to the downstream moving blade 41 side instead of the main flow F1 passing through the nozzle 25. A flow F3 is formed. By drawing out the working fluid remaining between the upstream moving blades 41 in this way, a space is formed between the downstream side surface 32 of the upstream closing portion 30 and the upstream end 41 a of the moving blade 41. The rotational flow F2 along the rotational direction is guided between the moving blades 41, and the rotational flow F2 can be prevented from coming into contact with the main flow F1.

このような貫通開口部60は、第1タービン段落15の閉止部30ではなく、第1タービン段落15よりも下流側のタービン段落15の閉止部30に設けられている。なお、第1タービン段落15よりも下流側のタービン段落15であれば、貫通開口部60は、複数のタービン段落15の閉止部30に設けられていてもよい。また、貫通開口部60は、一のタービン段落15の閉止部30に複数設けられていてもよい。   Such a through opening 60 is provided not in the closing part 30 of the first turbine stage 15 but in the closing part 30 of the turbine stage 15 on the downstream side of the first turbine stage 15. If the turbine stage 15 is downstream of the first turbine stage 15, the through opening 60 may be provided in the closing portions 30 of the plurality of turbine stages 15. A plurality of through openings 60 may be provided in the closing portion 30 of one turbine stage 15.

このような貫通開口部60の周方向位置は、特に限られるものではないが、以下のように配置されることが好適である。すなわち、ノズル25で加速されて流出された作動流体の主流F1が、貫通開口部60によって引き抜かれることにより妨げられることを防止するために、閉止部30の下流側面32における回転方向側の端部32bから回転方向側とは反対側に位置付けられることが好ましい。一方、主流F1に接触し得る回転方向流れF2が形成されることを防止するためには、ノズル25からの周方向距離はあまり大きくない方が好適である。   The circumferential position of the through opening 60 is not particularly limited, but is preferably arranged as follows. That is, in order to prevent the main flow F <b> 1 of the working fluid accelerated and discharged by the nozzle 25 from being obstructed by being drawn out by the through opening 60, the end portion on the rotation direction side of the downstream side surface 32 of the closing portion 30. It is preferably positioned on the side opposite to the rotational direction side from 32b. On the other hand, in order to prevent the formation of the rotational flow F2 that can come into contact with the main flow F1, it is preferable that the circumferential distance from the nozzle 25 is not so large.

このような目的を達成するために、貫通開口部60は、以下のように配置されることが好適である。すなわち、図6に示すように、貫通開口部60は、当該貫通開口部60に上流側で隣り合うノズル構造体20の閉止部30と周方向に重なる位置に配置されることが好適である。さらに、貫通開口部60は、閉止部30において動翼41の回転方向側に配置され、ノズル25のピッチをT、上流側の閉止部30の下流側面32における回転方向側の端部32bと、貫通開口部60(の中心)との周方向距離をCとしたとき、Cが、T≧C≧0を満たしていることが好適である。   In order to achieve such an object, the through opening 60 is preferably arranged as follows. That is, as shown in FIG. 6, it is preferable that the through opening 60 is arranged at a position overlapping with the closing part 30 of the nozzle structure 20 adjacent to the through opening 60 on the upstream side in the circumferential direction. Further, the through opening 60 is disposed on the rotation direction side of the moving blade 41 in the closing portion 30, the pitch of the nozzles 25 is T, the rotation direction side end portion 32 b on the downstream side surface 32 of the upstream closing portion 30, and When the circumferential distance from the through opening 60 (the center thereof) is C, it is preferable that C satisfies T ≧ C ≧ 0.

なお、貫通開口部60は、上述した構成以外の点では、図5に示す貫通開口部50と同様の構成とすることができる。   The through-opening 60 can have the same configuration as the through-opening 50 shown in FIG. 5 except for the configuration described above.

このように本実施の形態によれば、下流側の閉止部30に設けられた貫通開口部60から作動流体が流出する貫通開口流れF3を形成することができ、その上流側の動翼41の間に滞留していた作動流体を引き抜くことができる。このことにより、上流側の閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に形成される回転方向に沿う回転方向流れF2を、動翼41の側に誘導することができる。このため、回転方向流れF2が、ノズル25で加速されて流出された主流F1に接触することを防止でき、主流F1のエネルギが、回転方向流れF2を動翼41の側に誘導するために消費されることを防止できる。また、動翼41の間に滞留していた作動流体を下流側に流すことができ、滞留していた作動流体を回転させるために動翼41の回転エネルギが消費されることを防止できる。この結果、部分挿入構造を起因とするエネルギ損失を抑制して効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to form the through-opening flow F3 in which the working fluid flows out from the through-opening 60 provided in the downstream-side closing portion 30, and The working fluid staying in between can be drawn out. By this, the rotational flow F2 along the rotational direction formed in the space between the downstream side surface 32 of the upstream closing portion 30 and the upstream end 41a of the moving blade 41 is guided to the moving blade 41 side. Can do. For this reason, it is possible to prevent the rotational flow F2 from coming into contact with the main flow F1 that has been accelerated by the nozzle 25 and flowed out, and the energy of the main flow F1 is consumed because the rotational flow F2 is guided to the moving blade 41 side. Can be prevented. In addition, the working fluid staying between the moving blades 41 can flow to the downstream side, and the rotation energy of the moving blades 41 can be prevented from being consumed to rotate the staying working fluid. As a result, energy loss due to the partial insertion structure can be suppressed and efficiency can be improved.

なお、上述した本実施の形態の図6においては、上流側の閉止部30に、図5に示すような貫通開口部50が設けられていないが、これに限られることはなく、この上流側の閉止部30に貫通開口部50を設けてもよい。この場合、第1の実施の形態において述べた貫通開口部50の作用効果をも奏することができ、エネルギ損失をより一層抑制することができる。   In FIG. 6 of the present embodiment described above, the upstream side closing portion 30 is not provided with the through opening 50 as shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this. A through-opening 50 may be provided in the closing part 30. In this case, the effect of the through-opening 50 described in the first embodiment can also be achieved, and energy loss can be further suppressed.

(第3の実施の形態)
次に、図7を用いて、本発明の第3の実施の形態における軸流タービンおよびこれを備えた発電プラントについて説明する。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIG. 7, an axial flow turbine and a power plant including the axial flow turbine according to a third embodiment of the present invention will be described.

図7に示す第3の実施の形態においては、閉止部の下流側面が、動翼構造体の回転方向に向って動翼構造体に近づくように形成されている点が主に異なり、他の構成は、図1乃至図5に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図7において、図1乃至図5に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   The third embodiment shown in FIG. 7 is mainly different in that the downstream side surface of the closing portion is formed so as to approach the moving blade structure in the rotation direction of the moving blade structure. The configuration is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS. In FIG. 7, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7に示すように、本実施の形態においては、閉止部30の下流側面32が、動翼41の回転方向に向って動翼41の上流端41aに近づくように形成されている。より具体的には、閉止部30の下流側面32が、回転方向に向って動翼41の上流端41aに徐々に近づくように傾斜している。言い換えると、下流側面32は、動翼41の回転方向に向って下流側に変位するように、螺旋の一部をなすように形成されている。   As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the downstream side surface 32 of the closing portion 30 is formed so as to approach the upstream end 41 a of the moving blade 41 in the rotation direction of the moving blade 41. More specifically, the downstream side surface 32 of the closing portion 30 is inclined so as to gradually approach the upstream end 41a of the moving blade 41 in the rotational direction. In other words, the downstream side surface 32 is formed so as to form a part of a spiral so as to be displaced downstream in the rotational direction of the rotor blade 41.

このことにより、下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の距離を回転方向に向って小さくしていくことができ、下流側面32と上流端41aとの間の空間の容積を低減することができる。このため、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に形成される回転方向に沿う回転方向流れF2を縮流させることができ、回転方向流れF2の形成を効果的に抑制することができる。   As a result, the distance between the downstream side surface 32 and the upstream end 41a of the rotor blade 41 can be reduced in the rotational direction, and the volume of the space between the downstream side surface 32 and the upstream end 41a is reduced. can do. For this reason, the rotational flow F2 along the rotational direction formed in the space between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41a of the rotor blade 41 can be contracted, and the rotational flow F2 can be formed. It can be effectively suppressed.

なお、閉止部30の下流側面32は、動翼41の回転方向に対して傾斜角度βで傾斜している。この傾斜角度βは、ノズル25から流出される主流F1の上述した流出角度αと略等しくすることが好適である。この場合、主流F1の方向に沿って下流側面32を傾斜させることができ、主流F1が妨げられることを防止し、動翼41の間の空間に主流F1を効率良く誘導することができる。   The downstream side surface 32 of the closing portion 30 is inclined at an inclination angle β with respect to the rotational direction of the moving blade 41. The inclination angle β is preferably substantially equal to the above-described outflow angle α of the main flow F1 flowing out from the nozzle 25. In this case, the downstream side surface 32 can be inclined along the direction of the main flow F1, the main flow F1 can be prevented from being obstructed, and the main flow F1 can be efficiently guided to the space between the moving blades 41.

このように本実施の形態によれば、閉止部30の下流側面32が、動翼41の回転方向に向って動翼41に近づくように形成されている。このことにより、ノズル25から流出した主流F1を動翼41の間に効果的に誘導することができる。このため、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に回転方向に沿う回転方向流れF2が形成されることを効果的に抑制することができ、ノズル25で加速されて流出された主流F1のエネルギが、この回転方向流れF2を動翼41の側に誘導するために消費されることを防止できる。また、動翼41の間に滞留していた作動流体を下流側に流すことができ、滞留していた作動流体を回転させるために動翼41の回転エネルギが消費されることを防止できる。この結果、部分挿入構造を起因とするエネルギ損失を抑制して効率を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, the downstream side surface 32 of the closing portion 30 is formed so as to approach the moving blade 41 in the rotation direction of the moving blade 41. Thereby, the main flow F <b> 1 flowing out from the nozzle 25 can be effectively guided between the moving blades 41. For this reason, it is possible to effectively suppress the formation of the rotational flow F2 along the rotational direction in the space between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41a of the rotor blade 41. It is possible to prevent the energy of the main flow F <b> 1 that has been accelerated and flowed out from being consumed to guide the rotational flow F <b> 2 toward the moving blade 41. In addition, the working fluid staying between the moving blades 41 can flow to the downstream side, and the rotation energy of the moving blades 41 can be prevented from being consumed to rotate the staying working fluid. As a result, energy loss due to the partial insertion structure can be suppressed and efficiency can be improved.

なお、上述した本実施の形態においては、例えば、図8に示すように、閉止部30の下流側面32に、下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の作動流体を動翼41の側に誘導する誘導部70が設けられていてもよい。この誘導部70は、閉止部30において動翼41の回転方向側とは反対側に配置されている。また、誘導部70は、図8に示すように、閉止部30の下流側面32から動翼41の側(下流側)に突出するように形成されていることが好適である。図8に示す形態では、閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の作動流体を、動翼41の側により一層確実に誘導することができる。このような誘導部70は、図8では2つ設けられている例を示しているが、これに限られることはなく、少なくとも1つ以上設けられていればよい。   In the present embodiment described above, for example, as shown in FIG. 8, the working fluid between the downstream side surface 32 and the upstream end 41 a of the moving blade 41 is applied to the downstream side surface 32 of the closing portion 30. A guiding portion 70 that guides to the side of the head may be provided. The guide portion 70 is disposed on the side opposite to the rotational direction side of the moving blade 41 in the closing portion 30. Further, as shown in FIG. 8, the guide portion 70 is preferably formed so as to protrude from the downstream side surface 32 of the closing portion 30 to the moving blade 41 side (downstream side). In the form shown in FIG. 8, the working fluid between the downstream side surface 32 of the closing portion 30 and the upstream end 41 a of the moving blade 41 can be more reliably guided to the moving blade 41 side. Although FIG. 8 shows an example in which two such guiding portions 70 are provided, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that at least one guiding portion 70 is provided.

(第4の実施の形態)
次に、図9を用いて、本発明の第4の実施の形態における軸流タービンおよびこれを備えた発電プラントについて説明する。
(Fourth embodiment)
Next, an axial flow turbine and a power plant provided with the axial flow turbine according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図9に示す第4の実施の形態においては、閉止部の下流側面に、下流側面と動翼の上流端との間の作動流体を動翼の側に誘導する誘導部が設けられ、当該下流側面が傾斜していない点が主に異なり、他の構成は、図1乃至図5に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図9において、図1乃至図5に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。   In the fourth embodiment shown in FIG. 9, a guiding portion that guides the working fluid between the downstream side surface and the upstream end of the moving blade to the moving blade side is provided on the downstream side surface of the closing portion. The main difference is that the side surfaces are not inclined, and the other configuration is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS. In FIG. 9, the same parts as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図9に示すように、閉止部30の下流側面32に、下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の作動流体を動翼41の側に誘導する誘導部70が設けられている。この誘導部70は、閉止部30において動翼41の回転方向側とは反対側に配置されている。また、誘導部70は、図9に示すように、閉止部30の下流側面32から動翼14の側(下流側)に突出するように形成されていることが好適である。   As shown in FIG. 9, a guiding portion 70 that guides the working fluid between the downstream side surface 32 and the upstream end 41 a of the moving blade 41 toward the moving blade 41 is provided on the downstream side surface 32 of the closing portion 30. . The guide portion 70 is disposed on the side opposite to the rotational direction side of the moving blade 41 in the closing portion 30. In addition, as shown in FIG. 9, the guide portion 70 is preferably formed so as to protrude from the downstream side surface 32 of the closing portion 30 to the moving blade 14 side (downstream side).

なお、図9に示す形態においては、閉止部30の下流側面32は、傾斜しておらず、動翼41の回転方向に沿うように、上流側面31に略平行に形成されている。   In the form shown in FIG. 9, the downstream side surface 32 of the closing portion 30 is not inclined and is formed substantially parallel to the upstream side surface 31 so as to follow the rotating direction of the moving blade 41.

このように本実施の形態によれば、閉止部30の下流側面32に設けられた誘導部70によって、下流側面32と動翼41の上端部41aとの間の作動流体を動翼41の側に誘導して、動翼41の間の空間に流入させることができる。このことにより、上流側の閉止部30の下流側面32と動翼41の上流端41aとの間の空間に回転方向に沿う回転方向流れF2が形成されることを効果的に抑制することができ、ノズル25で加速されて流出された主流F1のエネルギが、この回転方向流れF2を動翼41の側に誘導するために消費されることを防止できる。また、動翼41の間に滞留していた作動流体を下流側に流すことができ、滞留していた作動流体を回転させるために動翼41の回転エネルギが消費されることを防止できる。この結果、部分挿入構造を起因とするエネルギ損失を抑制して効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the working fluid between the downstream side surface 32 and the upper end portion 41 a of the moving blade 41 is transferred to the moving blade 41 side by the guide portion 70 provided on the downstream side surface 32 of the closing portion 30. To flow into the space between the rotor blades 41. Thus, it is possible to effectively suppress the formation of the rotational flow F2 along the rotational direction in the space between the downstream side surface 32 of the upstream closing portion 30 and the upstream end 41a of the rotor blade 41. It is possible to prevent the energy of the main flow F <b> 1 accelerated and discharged by the nozzle 25 from being consumed to guide the rotational flow F <b> 2 toward the moving blade 41. In addition, the working fluid staying between the moving blades 41 can flow to the downstream side, and the rotation energy of the moving blades 41 can be prevented from being consumed to rotate the staying working fluid. As a result, energy loss due to the partial insertion structure can be suppressed and efficiency can be improved.

以上述べた実施の形態によれば、部分送入構造を有する軸流タービンにおいても、部分送入構造を起因とするエネルギ損失を抑制して効率を向上させることができる。   According to the embodiment described above, even in an axial flow turbine having a partial feed structure, it is possible to improve efficiency by suppressing energy loss caused by the partial feed structure.

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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。     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. Moreover, as a matter of course, these embodiments can be partially combined as appropriate within the scope of the present invention.

なお、上述した各実施の形態においては、軸流タービン10に供給される作動流体としての燃焼ガスを生成する燃焼器3が、酸素製造装置2から供給される酸素と、燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、燃焼器3は、空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成するようにしてもよい。また、上述した実施の形態における軸流タービン10は、図1に示すような発電プラント1に限らず、任意の構成の発電プラントに適用することができる。   In each of the above-described embodiments, the combustor 3 that generates combustion gas as a working fluid supplied to the axial turbine 10 burns oxygen supplied from the oxygen production apparatus 2 and fuel. The example which produces | generates combustion gas was demonstrated. However, the present invention is not limited to this, and the combustor 3 may generate combustion gas by burning air and fuel. Further, the axial turbine 10 in the above-described embodiment can be applied not only to the power plant 1 as shown in FIG. 1 but also to a power plant having an arbitrary configuration.

1 発電プラント
2 酸素製造装置
3 燃焼器
4 発電機
5 再生熱交換器
6 冷却器
7 湿分分離器
8 CO2ポンプ
10 軸流タービン
11 ケーシング
12 タービンロータ
20 ノズル構造体
21 ダイアフラム外輪
22 ダイアフラム内輪
23 環状開口部
25 ノズル
25a 下流端
30 閉止部
31 上流側面
32 下流側面
32a 回転方向側とは反対側の端部
32b 回転方向側の端部
40 動翼構造体
41 動翼
41a 上流端
50 貫通開口部
60 貫通開口部
70 誘導部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power plant 2 Oxygen production apparatus 3 Combustor 4 Generator 5 Regenerative heat exchanger 6 Cooler 7 Moisture separator 8 CO2 pump 10 Axial flow turbine 11 Casing 12 Turbine rotor 20 Nozzle structure 21 Diaphragm outer ring 22 Diaphragm inner ring 23 Annular Opening portion 25 Nozzle 25a Downstream end 30 Closure portion 31 Upstream side surface 32 Downstream side surface 32a End portion 32b opposite to the rotation direction side End portion 40 in the rotation direction side 40 Blade structure 41 Moving blade 41a Upstream end 50 Through opening 60 Through opening 70 Guide part

Claims (14)

ケーシングに支持されたノズル構造体と、前記ノズル構造体の下流側に設けられ、前記ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された動翼構造体と、を有する軸流タービンにおいて、
前記ノズル構造体は、
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、
前記環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部であって、当該他の領域を閉止し、当該他の領域への作動流体の流入を防止する閉止部と、を備え、
前記閉止部に、当該閉止部の上流側面から下流側面に貫通する貫通開口部が設けられていることを特徴とする軸流タービン。
In an axial turbine having a nozzle structure supported by a casing, and a blade structure provided on a downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor rotatable with respect to the casing,
The nozzle structure is
A nozzle provided in a partial region in the circumferential direction of the annular opening formed between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring;
A closing portion provided in another region in the circumferential direction of the annular opening, the closing portion closing the other region and preventing the working fluid from flowing into the other region,
The axial flow turbine according to claim 1, wherein the closing portion is provided with a through opening that penetrates from the upstream side surface to the downstream side surface of the closing portion.
前記動翼構造体は、周方向に配列された複数の動翼を備え、
前記貫通開口部は、前記閉止部において回転方向側とは反対側に配置され、
前記ノズルのスロートをS、前記ノズルのピッチをT、前記閉止部の前記下流側面と前記動翼の上流端との軸方向距離をB、最も前記動翼構造体の回転方向側に配置された前記ノズルの下流端と前記貫通開口部との周方向距離をAとしたとき、Aは、
Figure 2016017446
を満たしていることを特徴とする請求項1に記載の軸流タービン。
The moving blade structure includes a plurality of moving blades arranged in a circumferential direction,
The through opening is arranged on the side opposite to the rotation direction side in the closing portion,
The nozzle throat is S, the nozzle pitch is T, the axial distance between the downstream side surface of the closing portion and the upstream end of the moving blade is B, and is arranged closest to the rotating direction of the moving blade structure. When the circumferential distance between the downstream end of the nozzle and the through opening is A, A is
Figure 2016017446
The axial turbine according to claim 1, wherein:
複数の前記ノズル構造体と、複数の前記動翼構造体が、前記タービンロータの軸線方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の軸流タービン。   The axial flow turbine according to claim 1, wherein the plurality of nozzle structures and the plurality of blade structures are alternately arranged in an axial direction of the turbine rotor. 前記動翼構造体の下流側に配置された前記ノズル構造体の前記貫通開口部は、当該貫通開口部に上流側で隣り合う前記ノズル構造体の前記閉止部と周方向に重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の軸流タービン。   The through-opening portion of the nozzle structure disposed on the downstream side of the rotor blade structure is disposed at a position overlapping the closing portion of the nozzle structure adjacent to the through-opening on the upstream side in the circumferential direction. The axial-flow turbine according to claim 3, wherein 前記ノズルのピッチをT、前記貫通開口部と、当該貫通開口部に上流側で隣り合う前記ノズル構造体の前記閉止部の前記下流側面における前記動翼構造体の回転方向側の端部との周方向距離をCとしたとき、Cは、T≧C≧0を満たしていることを特徴とする請求項4に記載の軸流タービン。   The pitch of the nozzle is T, the through opening, and the end of the moving blade structure on the downstream side of the closing portion of the nozzle structure adjacent to the through opening on the upstream side. The axial turbine according to claim 4, wherein when the circumferential distance is C, C satisfies T ≧ C ≧ 0. ケーシングに支持された複数のノズル構造体と、前記ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された複数の動翼構造体と、を有し、前記ノズル構造体と前記動翼構造体が、前記タービンロータの軸線方向に交互に配置された軸流タービンにおいて、
前記ノズル構造体は、
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、
前記環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部であって、当該他の領域を閉止し、当該他の領域への作動流体の流入を防止する閉止部と、を備え、
前記動翼構造体の下流側に配置された前記ノズル構造体の前記閉止部に、当該閉止部の上流側面から下流側面に貫通する貫通開口部が設けられ、
前記貫通開口部は、当該貫通開口部に上流側で隣り合う前記ノズル構造体の前記閉止部と周方向に重なる位置に配置されていることを特徴とする軸流タービン。
A plurality of nozzle structures supported by a casing, and a plurality of blade structures supported by a turbine rotor rotatable with respect to the casing, the nozzle structure and the bucket structure, In the axial turbine arranged alternately in the axial direction of the turbine rotor,
The nozzle structure is
A nozzle provided in a partial region in the circumferential direction of the annular opening formed between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring;
A closing portion provided in another region in the circumferential direction of the annular opening, the closing portion closing the other region and preventing the working fluid from flowing into the other region,
The closing portion of the nozzle structure disposed on the downstream side of the moving blade structure is provided with a through opening that penetrates from the upstream side surface to the downstream side surface of the closing portion,
The axial flow turbine is characterized in that the through opening is arranged at a position overlapping with the closing portion of the nozzle structure adjacent to the through opening on the upstream side in the circumferential direction.
前記ノズルのピッチをT、前記貫通開口部と、当該貫通開口部に上流側で隣り合う前記ノズル構造体の前記閉止部の前記下流側面における前記動翼構造体の回転方向側の端部との周方向距離をCとしたとき、Cは、T≧C≧0を満たしていることを特徴とする請求項6に記載の軸流タービン。   The pitch of the nozzle is T, the through opening, and the end of the moving blade structure on the downstream side of the closing portion of the nozzle structure adjacent to the through opening on the upstream side. The axial flow turbine according to claim 6, wherein when the circumferential distance is C, C satisfies T ≧ C ≧ 0. ケーシングに支持されたノズル構造体と、前記ノズル構造体の下流側に設けられ、前記ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された動翼構造体と、を有する軸流タービンにおいて、
前記ノズル構造体は、
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、
前記環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部であって、当該他の領域を閉止し、当該他の領域への作動流体の流入を防止する閉止部と、を備え、
前記動翼構造体は、周方向に配列された複数の動翼を備え、
前記閉止部の下流側面は、前記動翼構造体の回転方向に向って前記動翼の上流端に近づくように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
In an axial turbine having a nozzle structure supported by a casing, and a blade structure provided on a downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor rotatable with respect to the casing,
The nozzle structure is
A nozzle provided in a partial region in the circumferential direction of the annular opening formed between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring;
A closing portion provided in another region in the circumferential direction of the annular opening, the closing portion closing the other region and preventing the working fluid from flowing into the other region,
The moving blade structure includes a plurality of moving blades arranged in a circumferential direction,
An axial flow turbine characterized in that the downstream side surface of the closing portion is formed so as to approach the upstream end of the moving blade in the rotational direction of the moving blade structure.
前記閉止部の前記下流側面は、前記動翼構造体の回転方向に向って前記動翼の上流端に徐々に近づくように形成されていることを特徴とする請求項8に記載の軸流タービン。   The axial flow turbine according to claim 8, wherein the downstream side surface of the closing portion is formed so as to gradually approach the upstream end of the moving blade in the rotation direction of the moving blade structure. . 前記閉止部の前記下流側面に、当該下流側面と前記動翼の上流端との間の作動流体を前記動翼の側に誘導する誘導部が設けられていることを特徴とする請求項8または9に記載の軸流タービン。   9. The guide portion for guiding the working fluid between the downstream side surface and the upstream end of the moving blade to the moving blade side is provided on the downstream side surface of the closing portion. The axial flow turbine according to claim 9. 前記誘導部は、前記閉止部の前記下流側面から前記動翼の側に突出するように形成されていることを特徴とする請求項10に記載の軸流タービン。   The axial flow turbine according to claim 10, wherein the guide portion is formed so as to protrude from the downstream side surface of the closing portion toward the moving blade. ケーシングに支持されたノズル構造体と、前記ノズル構造体の下流側に設けられ、前記ケーシングに対して回転自在なタービンロータに支持された動翼構造体と、を有する軸流タービンにおいて、
前記ノズル構造体は、
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域に設けられたノズルと、
前記環状開口部のうち周方向における他の領域に設けられた閉止部であって、当該他の領域を閉止し、当該他の領域への作動流体の流入を防止する閉止部と、を備え、
前記動翼構造体は、周方向に配列された複数の動翼を備え、
前記閉止部の下流側面に、当該下流側面と前記動翼の上流端との間の作動流体を前記動翼の側に誘導する誘導部が設けられていることを特徴とする軸流タービン。
In an axial turbine having a nozzle structure supported by a casing, and a blade structure provided on a downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor rotatable with respect to the casing,
The nozzle structure is
A nozzle provided in a partial region in the circumferential direction of the annular opening formed between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring;
A closing portion provided in another region in the circumferential direction of the annular opening, the closing portion closing the other region and preventing the working fluid from flowing into the other region,
The moving blade structure includes a plurality of moving blades arranged in a circumferential direction,
An axial flow turbine characterized in that a guiding portion for guiding the working fluid between the downstream side surface and the upstream end of the moving blade to the moving blade side is provided on the downstream side surface of the closing portion.
前記誘導部は、前記閉止部の前記下流側面から前記動翼の側に突出するように形成されていることを特徴とする請求項12に記載の軸流タービン。   The axial flow turbine according to claim 12, wherein the guide portion is formed so as to protrude from the downstream side surface of the closing portion toward the moving blade. 窒素を除去することにより空気から酸素を抽出する酸素製造装置と、
燃料と、前記酸素製造装置により抽出された酸素とを燃焼させて、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器により生成された燃焼ガスが、作動流体として供給されて回転駆動する請求項1乃至13のいずれかに記載の前記軸流タービンと、
前記軸流タービンの回転駆動によって発電を行う発電機と、
前記軸流タービンから排出された排出ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器により冷却された排出ガスの水分を分離して除去し、排出ガスを再生する湿分分離器と、
前記湿分分離器により再生された再生ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された再生ガスと、前記軸流タービンから前記冷却器に向う排出ガスとの間で熱交換を行う再生熱交換器と、を備え、
前記再生熱交換器により熱交換された再生ガスは、前記燃焼器に供給されることを特徴とする発電プラント。
An oxygen production device that extracts oxygen from the air by removing nitrogen; and
A combustor for combusting fuel and oxygen extracted by the oxygen producing device to generate combustion gas;
The axial flow turbine according to any one of claims 1 to 13, wherein the combustion gas generated by the combustor is supplied as a working fluid and rotationally driven.
A generator for generating electric power by rotational driving of the axial flow turbine;
A cooler for cooling the exhaust gas discharged from the axial turbine;
A moisture separator that separates and removes moisture from the exhaust gas cooled by the cooler and regenerates the exhaust gas;
A compressor for compressing the regenerated gas regenerated by the moisture separator;
A regeneration heat exchanger that exchanges heat between the regeneration gas compressed by the compressor and the exhaust gas from the axial turbine toward the cooler,
The power generation plant, wherein the regeneration gas heat-exchanged by the regeneration heat exchanger is supplied to the combustor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020066381A1 (en) * 2018-09-26 2020-04-02 三菱重工業株式会社 Partial-admission turbine

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