JP2016217285A - Steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、排気室を備える蒸気タービンに関する。 Embodiments described herein relate generally to a steam turbine including an exhaust chamber.
火力発電所などで用いられる蒸気タービンの熱効率の向上は、エネルギ資源の有効利用や、二酸化炭素(CO2)排出量の削減につながる重要な課題となっている。蒸気タービンの熱効率の向上は、与えられたエネルギを有効に機械仕事に変換することで達成することができる。そのためには、様々な内部損失を低減することが必要である。 Improving the thermal efficiency of steam turbines used in thermal power plants and the like is an important issue that leads to effective use of energy resources and reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions. An improvement in the thermal efficiency of a steam turbine can be achieved by effectively converting the given energy into mechanical work. For that purpose, it is necessary to reduce various internal losses.
蒸気タービンの内部損失には、翼の形状に起因するプロファイル損失、蒸気の二次流れ損失、蒸気の漏洩損失、蒸気の湿り損失などに基づくタービン翼列損失、蒸気弁やクロスオーバー管に代表される翼列以外の通路における通路部損失、タービン排気室によるタービン排気損失などがある。 The internal loss of a steam turbine is typified by the turbine blade row loss based on the profile loss due to the blade shape, steam secondary flow loss, steam leakage loss, steam wetting loss, etc., steam valves and crossover pipes. There are passage portion loss in passages other than the blade row, turbine exhaust loss due to the turbine exhaust chamber, and the like.
これら損失の中で、タービン排気損失は、全内部損失の10〜20%を占める大きな損失である。タービン排気損失は、最終段のタービン段落の出口から復水器入口までの間で発生する損失である。タービン排気損失は、リービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンナップ損失などにさらに分類される。このうち、フード損失は、排気室から復水器までの圧力損失である。このフード損失は、ディフューザを含めた排気室の形式、形状、サイズに依存する。 Among these losses, the turbine exhaust loss is a large loss that accounts for 10 to 20% of the total internal loss. The turbine exhaust loss is a loss that occurs between the outlet of the turbine stage of the final stage and the condenser inlet. Turbine exhaust loss is further classified into leaving loss, hood loss, annular area limit loss, turn-up loss, and the like. Of these, the hood loss is the pressure loss from the exhaust chamber to the condenser. This hood loss depends on the type, shape and size of the exhaust chamber including the diffuser.
一般に、圧力損失は、蒸気の流速の二乗に比例して大きくなる。そのため、許容される範囲で排気室のサイズを大きくして蒸気の流速を低減することが効果的である。しかしながら、排気室のサイズを大きくする際、製造コストや建屋の配置スペースなどからの制約を受ける。フード損失を低減させるために排気室のサイズを大きくする際にも、このような制約を受ける。 In general, the pressure loss increases in proportion to the square of the steam flow velocity. Therefore, it is effective to reduce the steam flow rate by increasing the size of the exhaust chamber within an allowable range. However, when the size of the exhaust chamber is increased, there are restrictions from the manufacturing cost and the layout space of the building. Such restrictions are also imposed when the size of the exhaust chamber is increased in order to reduce the hood loss.
フード損失は、タービンロータ軸方向の速度である軸流速度、換言すると排気室を通過する体積流量に依存する。また、フード損失は、ディフューザを含めた排気室の設計に依存する。低圧タービンの排気室は、蒸気タービン全体の中でも大きな容量を占める。そのため、フード損失を低減させるために排気室のサイズを拡大することは、蒸気タービン全体のサイズや製造コストに大きな影響を与える。そこで、限られた排気室のサイズで、圧力損失の小さい形状とすることが重要となる。 The hood loss depends on the axial flow speed that is the speed in the turbine rotor axial direction, in other words, the volume flow rate passing through the exhaust chamber. Also, the hood loss depends on the design of the exhaust chamber including the diffuser. The exhaust chamber of the low-pressure turbine occupies a large capacity in the entire steam turbine. Therefore, enlarging the size of the exhaust chamber in order to reduce the hood loss greatly affects the size and manufacturing cost of the entire steam turbine. Therefore, it is important to have a shape with a small pressure loss with a limited exhaust chamber size.
例えば、従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型(ダブルフロー型)の低圧タービンにおいて排気室内での損失(静圧損失)を低減するためには、スチームガイドとベアリングコーンで構成される環状のディフューザにおいて流れを減速させ、十分に静圧を回復させることが最も重要である。従来の低圧タービンでは、ベアリングコーンのタービン軸方向の長さを増加して、ディフューザのタービン軸方向の長さを増加させ、静圧を十分に回復させることが検討されてきた。 For example, in a conventional double flow type (double flow type) low pressure turbine having a lower exhaust type exhaust chamber, in order to reduce the loss (static pressure loss) in the exhaust chamber, it is composed of a steam guide and a bearing cone. It is most important to slow down the flow in the annular diffuser and restore sufficient static pressure. In conventional low-pressure turbines, it has been studied to increase the length of the bearing cone in the turbine axial direction to increase the length of the diffuser in the turbine axial direction to sufficiently recover the static pressure.
しかしながら、近年では、蒸気タービンのコンパクト化などの観点から、ベアリングコーンのタービン軸方向の長さを減少させつつ、静圧を十分に回復させることが検討されている。具体的には、コンパクトな排気室において、スチームガイドおよびベアリングコーンの形状を最適化することにより、性能向上が図られている。 However, in recent years, from the viewpoint of making the steam turbine more compact, it has been studied to sufficiently recover the static pressure while reducing the length of the bearing cone in the turbine axial direction. Specifically, in a compact exhaust chamber, performance is improved by optimizing the shapes of the steam guide and the bearing cone.
ここで、図4および図5は、従来の下方排気型の排気室を備えた複流排気型(ダブルフロー型)の低圧タービン300の最終段のタービン段落の動翼310およびその近傍の鉛直方向の子午断面の一部を示した図である。
Here, FIGS. 4 and 5 show the
図4に示すように、最終段のタービン段落の動翼310の下流側には、スチームガイド320とベアリングコーン330とが備えられている。スチームガイド320とベアリングコーン330との間には、環状ディフューザ340が形成される。この環状ディフューザ340は、最終段のタービン段落の動翼310を通過した蒸気が導かれる拡大流路を構成する。また、環状ディフューザ340は、排気室の一部を構成する。環状ディフューザ340に導かれた蒸気は、半径方向外側に向かって、放射状に流出される。
As shown in FIG. 4, a
ここで、コンパクトな排気室において性能向上を図るためには、例えば、環状ディフューザ340の入口、すなわち最終段のタービン段落の動翼310の出口において、流れ350が最適な広がり角度に広がり、スチームガイド320の内面320aに沿って流れ、ディフューザ効果を発揮できることが重要である。また、環状ディフューザ340に流入した流れ350がスチームガイド320の内面320a上で剥離しないことが重要である。そのためには、タービンロータ軸方向に対する流れ350の半径方向外側への広がり角度は、所定の範囲の広がり角度αであることが条件となる。
Here, in order to improve the performance in a compact exhaust chamber, for example, the
図4に示した従来の低圧タービン300では、動翼310の先端であるシュラウド部311は、水平に構成されている。この動翼310を外周から包囲するダイアフラム外輪360の内面360aも水平に構成されている。そして、シュラウド部311と内面360aとの間に所定の間隙365が形成されている。例えば、ダイアフラム外輪360の内面360aに、例えば、シールフィン370を備え、間隙365をシールしている。
In the conventional low-
スチームガイド320は、ダイアフラム外輪360の下流端から、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して所定の拡大傾斜角で傾斜している。
The
しかしながら、蒸気の流れは、動翼310を通過することで整流される。そのため、環状ディフューザ340の入口におけるスチームガイド320の内面320a側において、蒸気の流れの広がり角度は、広がり角度αを下回る。これによって、蒸気の流れは、スチームガイド320の内面320a上で剥離することがある。
However, the flow of steam is rectified by passing through the
一方、図5に示した従来の低圧タービン300では、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪360は、静翼380と動翼310との間で、半径方向外側に内径が広がる段部361を備えている。この段部361を備えることで、動翼310の先端側の上流側には、タービンロータ軸方向に対して垂直な壁面361aが形成される。
On the other hand, in the conventional low-
この場合、間隙365に流れる漏洩蒸気351は、動翼310の上流側において、半径方向外側に導かれ、間隙365に流入する。そのため、図4に示した従来の低圧タービン300に比べて、間隙365に流れる漏洩蒸気351の流量は減少する。
In this case, the leaked
一方、最終段のタービン段落付近では、蒸気は、湿り蒸気となり、水滴を含んでいる。この水滴は、遠心力によって、静翼380が備えられたダイアフラム外輪360の内面360bに付着し、液膜を形成する。この液膜は、内面360bに沿って流れ、段部361を形成する壁面361aとの境界で吹き千切れて、動翼310に衝突する。
On the other hand, in the vicinity of the turbine stage of the final stage, the steam becomes wet steam and contains water droplets. The water droplets adhere to the
上記したように、従来の蒸気タービンにおいては、環状ディフューザ340内の外周側において、蒸気の流れが剥離し、十分な静圧の回復が得られないことがある。また、液滴の衝突によって動翼310が浸食され、動翼310の寿命が低下することがある。
As described above, in the conventional steam turbine, the steam flow may be separated on the outer peripheral side in the
本発明が解決しようとする課題は、排気室における流れの剥離を抑制してディフューザ性能を向上させるとともに、液滴による動翼の浸食を抑制できる蒸気タービンを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a steam turbine capable of improving the diffuser performance by suppressing the separation of the flow in the exhaust chamber and suppressing the erosion of the moving blade by the droplets.
実施形態の蒸気タービンは、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、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、前記ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪と、前記ダイアフラム外輪の内側に設けられたダイアフラム内輪と、前記ダイアフラム外輪と前記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ロータ軸方向に交互に配置された静翼翼列と、前記静翼翼列と当該静翼翼列の直下流の前記動翼翼列とによって構成される複数のタービン段落と、最終段の前記タービン段落を通過した蒸気を排出する環状ディフューザとを備える。 The steam turbine according to the embodiment includes a casing, a moving blade cascade that is provided in the casing and in which a plurality of moving blades are implanted in a circumferential direction of the turbine rotor, and a diaphragm outer ring that is provided inside the casing. And a diaphragm inner ring provided inside the diaphragm outer ring, and a plurality of stationary blades attached in a circumferential direction between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring, and alternately arranged in the rotor blade cascade and the turbine rotor axial direction. A plurality of turbine stages including a stationary blade cascade arranged in the turbine, the stationary blade cascade and the moving blade cascade immediately downstream of the stationary blade cascade, and steam that has passed through the turbine stage in the final stage is discharged. With an annular diffuser.
そして、蒸気タービンにおける最終段の前記タービン段落において、前記ダイアフラム外輪が、下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる拡開部と、前記拡開部の下流側の端部から水平方向に延設され、前記動翼の先端に半径方向外側から対向する延設部とを備え、前記静翼が、前記ダイアフラム外輪の前記拡開部と前記ダイアフラム内輪との間に取り付けられ、隣接する前記静翼間に、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾けて設けられた案内翼を備え、タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において、前記案内翼の翼弦線を延長した延長線が、前記延設部と前記環状ディフューザを構成する外壁との内周側の接触点を通る。 And, in the turbine stage of the final stage in the steam turbine, the diaphragm outer ring has a widened portion in which the inner diameter increases radially outward as it goes downstream, and a horizontal direction from the downstream end of the widened portion. An extension portion that is opposed to the tip of the moving blade from the outside in the radial direction, and the stationary blade is attached between the expansion portion of the outer ring of the diaphragm and the inner ring of the diaphragm and is adjacent thereto A guide blade provided between the stationary blades and inclined radially outward with respect to the turbine rotor axial direction is provided, and an extension line extending the chord line of the guide blade in a vertical section along the turbine rotor axial direction is provided. , Passing through a contact point on the inner peripheral side between the extended portion and the outer wall constituting the annular diffuser.
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.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の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。ここでは、蒸気タービン10として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a meridional section in the vertical direction of the
図1に示すように、蒸気タービン10において、外部ケーシング20内には、内部ケーシング21が備えられている。内部ケーシング21内には、タービンロータ22が貫設されている。このタービンロータ22には、周方向に亘って半径方向外側に突出するロータディスク23が形成されている。このロータディスク23は、タービンロータ軸方向に複数段形成されている。
As shown in FIG. 1, in the
タービンロータ22のロータディスク23には、周方向に複数の動翼24が植設され、動翼翼列170を構成している。この動翼翼列170は、タービンロータ軸方向に複数段備えられている。タービンロータ22は、ロータ軸受25によって回転可能に支持されている。
A plurality of rotor blades 24 are implanted in the circumferential direction on the rotor disk 23 of the
内部ケーシング21の内側には、ダイアフラム外輪26とダイアフラム内輪27とが設けられている。ダイアフラム外輪26とダイアフラム内輪27との間には、周方向に複数の静翼28が配設され、静翼翼列180を構成している。この静翼翼列180は、タービンロータ軸方向に動翼翼列170と交互になるように配置されている。静翼翼列180と、この静翼翼列180の直下流の動翼翼列170とで一つのタービン段落を構成する。また、ダイアフラム外輪26は、下流側に延設され、静翼28の直下流の動翼24を包囲している。
A diaphragm
蒸気タービン10の中央には、クロスオーバー管29からの蒸気が導入される吸気室30を備えている。この吸気室30から左右のタービン段落に蒸気を分配して導入する。
In the center of the
最終段のタービン段落の下流側には、外周側のスチームガイド40と、その内周側のベアリングコーン50とによって、環状ディフューザ60が形成される。この環状ディフューザ60は、例えば、蒸気を半径方向外側に向かって排出する。なお、ベアリングコーン50の内部には、例えば、ロータ軸受25などが備えられている。
An
環状ディフューザ60を備えた下方排気型の排気室の下方には、例えば、復水器(図示しない)が備えられる。
For example, a condenser (not shown) is provided below the lower exhaust type exhaust chamber provided with the
なお、上記した、外部ケーシング20、内部ケーシング21、スチームガイド40、ベアリングコーン50などは、上下に2つ割り構造で構成されている。例えば、上半側および下半側のスチームガイド40によって筒状のスチームガイド40が構成される。同様に、上半側および下半側のベアリングコーン50よって筒状のベアリングコーン50が構成される。そして、筒状のスチームガイド40と、その内側に設けられた筒状のベアリングコーン50とによって、環状ディフューザ60が構成される。なお、スチームガイド40およびベアリングコーン50における上半側および下半側の構成は同じである。
Note that the outer casing 20, the
次に、最終段のタービン段落の構成について詳しく説明する。 Next, the configuration of the last turbine stage will be described in detail.
図2は、第1の実施の形態の蒸気タービン10における最終段のタービン段落および環状ディフューザ60の一部の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。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には、図1で示した構成部の符号に「a」を加えて示している。また、図2に示す構成は、タービンロータ軸方向に沿う鉛直断面に限らず、タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において同様である。
FIG. 2 is an enlarged view of a vertical meridional section of a turbine stage and a part of the
図2に示すように、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪26aは、拡開部80と、延設部81とを備える。
As shown in FIG. 2, the diaphragm
拡開部80は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる。拡開部80の内面82は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に、例えば、直線的に拡大する。この内面82は、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度β(度)で傾斜している。
The expanding
この拡大傾斜角度βは、例えば、環状ディフューザ60の入口のスチームガイド40の内面41側において、タービンロータ軸方向に対する蒸気の流れ185の半径方向外側への広がり角度が所定の広がり角度α(度)となるように設定される。ここで、所定の広がり角度は、例えば、スチームガイド40の内面41上で流れの剥離が生じない範囲の角度である。
For example, on the
なお、図2に示すように、最終段のタービン段落の静翼28aは、ダイアフラム外輪26aの拡開部80とダイアフラム内輪27aとの間に取り付けられている。
As shown in FIG. 2, the
延設部81は、拡開部80の下流側の端部から水平方向(タービンロータ軸方向)に延設され、動翼24aの先端に半径方向外側から対向する。すなわち、延設部81は、動翼24aを外周から包囲している。
The extending
水平方向に延びる延設部81の水平な内面83と、動翼24aの先端のシュラウド130との間には、所定の間隙が形成されている。この間隙には、シール部110が形成されている。シール部110は、例えば、図2に示すように、内面83に複数のシールフィン111を備えることで形成される。
A predetermined gap is formed between the horizontal
延設部81の下流端面84には、スチームガイド40が隣接されている。このスチームガイド40は、環状ディフューザ60の外壁を構成する。スチームガイド40の上流端面42は、例えば、図2に示すように、延設部81の下流端面84のうちの半径方向内側部分に接している。具体的には、図2に示す断面において、例えば、スチームガイド40の上流端面42の半径方向内側の端部と、延設部81の下流端面84の半径方向内側の端部とが接触している。
The
なお、それぞれの半径方向内側の端部が接触している点を接触点Pとする。この接触点Pは、スチームガイド40の上流端面42の半径方向内側の端部と、延設部81の下流端面84の半径方向内側の端部との接触部のうち、最も半径方向内側の接触部となる。
Note that a point where the radially inner ends are in contact is referred to as a contact point P. This contact point P is the innermost radial contact among the contact portions between the radially inner end of the
スチームガイド40は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い、半径方向外側に拡開する拡大筒状に構成されている。スチームガイド40の上流部は、例えば、図2に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に直線的に拡大している。スチームガイド40の下流部は、例えば、図1に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大する。
The
なお、スチームガイド40の形状は、これに限られない。スチームガイド40は、例えば、上流端から下流端において、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大するラッパ状に構成されてもよい。
The shape of the
スチームガイド40の入口における内面41は、図2に示すように、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴って半径方向外側に、タービンロータ軸方向に対して拡大傾斜角度θ2で傾斜している。なお、スチームガイド40が、上流端から下流端において、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い半径方向外側に湾曲しながら拡大する場合には、拡大傾斜角度θ2(度)は、図2に示した断面において、スチームガイド40の内面41の上流端における接線とタービンロータ軸方向とのなす角で定義される。
As shown in FIG. 2, the
ここで、拡大傾斜角度θ2は、最終段のタービン段落を通過した蒸気が、スチームガイド40の内面41上で剥離しない程度の角度に設定される。拡大傾斜角度θ2は、例えば、拡大傾斜角度βの±20度の範囲内の角度に設定される。
Here, the enlarged inclination angle θ <b> 2 is set to such an angle that the steam that has passed through the last turbine stage does not peel on the
ベアリングコーン50は、タービンロータ軸方向の下流側に行くに伴い、湾曲しながら半径方向外側に拡開する拡大筒状に構成されている。ベアリングコーン50の上流端は、図2に示すように、回動するロータディスク23aに接しない程度に、ロータディスク23aの下流側端面のうちの半径方向外側部分に隣接している。ベアリングコーン50の下流端は、図1に示すように、外部ケーシング20の、タービンロータ軸方向の下流側の側壁140の内壁面141に接している。
The bearing
ここで、図2に示すように、隣接する静翼28a間には、案内翼90が設けられている。案内翼90は、例えば、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ1(度)傾けられている。具体的には、案内翼90における、前縁91と後縁92とを結ぶ直線である翼弦線L1が、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ1(度)傾くように、案内翼90が配置されている。
Here, as shown in FIG. 2, a
傾斜角度θ1は、例えば、拡大傾斜角度θ2以上であることが好ましい。傾斜角度θ1をこの範囲とすることで、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。また、拡大傾斜角度θ2は、流れがスチームガイド40の内面41から剥離しないように、広がり角度α以下であることが好ましい。
For example, the inclination angle θ1 is preferably equal to or larger than the expansion inclination angle θ2. By setting the inclination angle θ1 within this range, the flow of steam can be spread on the
この案内翼90は、流線型の翼形状を有している。案内翼90として、例えば、翼弦線L1に対称な形状の翼などを使用することができる。なお、案内翼90の形状は、これに限られるものではない。
The
案内翼90は、例えば、翼弦線L1を延長した延長線L2が上記した接触点Pを通るように配置される。すなわち、案内翼90が配置される静翼28aの翼高さ位置は、例えば、延長線L2が接触点Pを通る位置に設定される。
For example, the
このように、延長線L2が接触点Pを通るように案内翼90を配置することで、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。
In this way, by arranging the
案内翼90の前縁91のタービンロータ軸方向の位置は、例えば、図2に示すように、静翼28aの前縁100のタービンロータ軸方向の位置と同じとしてもよい。一方、案内翼90の後縁92は、静翼28aの後縁101よりも下流側に突出されてもよい。
The position of the leading
なお、案内翼90の前縁91の位置や案内翼90の翼弦長(翼弦線L1の長さ)は、任意に設定することができる。例えば、翼弦長を調整して、案内翼90の前縁91を静翼28aの前縁100よりも上流側へ突出させ、案内翼90の後縁92を静翼28aの後縁101よりも下流側へ突出させてもよい。また、翼弦長を調整して、案内翼90の前縁91を静翼28aの前縁100よりも下流側に位置させ、案内翼90の後縁92を静翼28aの後縁101よりも上流側に位置させてもよい。
The position of the leading
なお、案内翼90の前縁91や後縁92を突出させる場合、突出部が動翼24、24aに接触しない程度に突出させる。
In addition, when making the
案内翼90は、例えば、隣接する静翼28a間に亘って一枚の翼で構成さてもよい。また、案内翼90は、隣接する静翼28a間で、例えば、2分割されていてもよい。この場合、分割面が接触することで、隣接する静翼28a間に亘って一つの翼を形成する。案内翼90は、静翼28aに、例えば、溶接などによって接合される。
For example, the
上記した案内翼90を備えることで、案内翼90の傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。これによって、動翼24aにおける整流作用を受けても、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。
By providing the
また、図2に示すように、隣接する静翼28a間における案内翼90よりも内周側に案内翼95を備えてもよい。この案内翼95は、例えば、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ5(度)傾けられている。具体的には、案内翼95における、前縁96と後縁97とを結ぶ直線である翼弦線L3が、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ5傾くように、案内翼95が配置されている。
Further, as shown in FIG. 2, a
傾斜角度θ5は、例えば、案内翼90の傾斜角度θ1と同じに、または異なるように設定してもよい。案内翼90によって誘導される蒸気の流れ方向と対応させるために、傾斜角度θ5は、例えば、傾斜角度θ1±10度の範囲で設定されることが好ましい。
The inclination angle θ5 may be set to be the same as or different from the inclination angle θ1 of the
案内翼95の形状は、上記した案内翼90の形状と同じである。なお、案内翼95は、第2の案内翼として機能する。ここでは、案内翼95を一つ備えた一例を示しているが、この構成に限られるものではない。例えば、隣接する静翼28a間における案内翼90よりも内周側に、複数の案内翼95を備えてもよい。なお、案内翼90と案内翼95との間隔、および案内翼95間の間隔は、任意に設定することができる。
The shape of the guide vanes 95 is the same as the shape of the
案内翼95を備えることで、上記した案内翼90の効果をより向上させることができる。すなわち、案内翼90とともに、案内翼95によっても傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。また、案内翼95を備えることで、静翼28aを通過する蒸気を全体的に傾斜方向に誘導することができる。
By providing the
ここで、図2に示す断面において、動翼24aの先端に設けられたシュラウド130の一部が延長線L2よりも下流側に位置する場合、図2に示すように、シュラウド130の下流側の端部を先端に行くに伴って下流側に突出する傾斜面131で構成することが好ましい。
Here, in the cross section shown in FIG. 2, when a part of the
傾斜面131のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θ3は、案内翼90によって誘導される蒸気の流れ方向と対応させるために、傾斜角度θ1±10度であることが好ましい。
The inclination angle θ3 of the
なお、シュラウド130の一部が延長線L2よりも下流側に位置しない場合には、案内翼90によって誘導される蒸気の流れが、シュラウド130によって阻害されないため、傾斜面131を備えなくてもよい。また、これと同様の理由から、延長線L2よりも上流側に位置するシュラウド130の上流側の端部には、傾斜面は備えなくてもよい。
If a part of the
ここで、本実施の形態における構成は、例えば、ベアリングコーン50のタービン軸方向の長さを減少させてコンパクト化を図るとともに、環状ディフューザ60において静圧を十分に回復させることを実現する蒸気タービンに好適である。
Here, the configuration in the present embodiment is, for example, a steam turbine that reduces the length of the bearing
具体的には、最終段のタービン段落における動翼24aの外径Dに対するベアリングコーン50のタービンロータ軸方向の長さLの比(L/D)が、例えば、2/5以下となる蒸気タービンに、本実施の形態における構成は好適である(図1参照)。
Specifically, the steam turbine in which the ratio (L / D) of the length L in the turbine rotor axial direction of the bearing
ここで、図1に示すように、長さLは、ベアリングコーン50の動翼24a側の端部からベアリングコーン50の下流端が接する側壁140の内壁面141までの距離である。外径Dは、動翼24aが回転する際、動翼24aの翼先端が描く円の直径に等しい。なお、シュラウド130を備える動翼24aにおいては、シュラウド130を含んだ外径である。
Here, as shown in FIG. 1, the length L is the distance from the end of the bearing
L/Dが2/5以下の蒸気タービンにおいては、排気室が十分に小型化されたものとなり、製造や設置などの費用が削減される。なお、L/Dは、環状ディフューザ60における曲がり損失などを考慮すると、1/5程度まで設定することができる。
In a steam turbine having an L / D of 2/5 or less, the exhaust chamber is sufficiently miniaturized, and costs for manufacturing and installation are reduced. Note that L / D can be set to about 1/5 in consideration of bending loss in the
次に、蒸気タービン10の作用について、図1および図2を参照して説明する。
Next, the operation of the
図1に示すように、クロスオーバー管29を経て蒸気タービン10内の吸気室30に流入した蒸気は、左右のタービン段落に分岐して流れる。そして、各タービン段落の静翼28、動翼24を備える蒸気流路を膨張しながら通過し、タービンロータ22を回転させる。
As shown in FIG. 1, the steam that flows into the intake chamber 30 in the
図2に示すように、最終段のタービン段落において、静翼28aを通過する蒸気は、傾斜角度θ1を有する案内翼90によって誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼24aに流入する。また、案内翼95を備える場合には、静翼28aを通過する蒸気は、案内翼95によっても誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼24aに流入する。
As shown in FIG. 2, in the final stage turbine stage, the steam passing through the
動翼24aに流入した蒸気は、動翼24aにおける整流作用を受けるが、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有する。
The steam that has flowed into the
ここで、例えば、図2に示すように、シュラウド130の下流側の端部に傾斜面131を備えた場合、シュラウド130の内周側を流れる蒸気は、傾斜面131に導かれ、半径方向外側に広がりながら流れる。
Here, for example, as shown in FIG. 2, when the
一方、最終段のタービン段落においては、蒸気が凝縮して水滴となり、遠心力によってダイアフラム外輪26aの内面82、83に付着する。付着した水滴は液膜となり、内面82、83に沿って下流側へ流れる。そして、液膜は、最終段のタービン段落を通過し、環状ディフューザ60に導かれる。なお、液膜は、シールフィン111を乗り越え、内面83に沿って下流側に導かれる。
On the other hand, in the last turbine stage, the steam condenses into water droplets and adheres to the
このように、液膜は、ダイアフラム外輪26aの内面82、83に沿って環状ディフューザ60に導かれる。そのため、前述した従来の蒸気タービンのように(図5参照)、液膜が吹き千切られて液滴になり、動翼24aに衝突することを回避できる。これによって、液滴による動翼24aの浸食を防止できる。
Thus, the liquid film is guided to the
なお、ダイアフラム外輪26aとシュラウド130との間を流れる漏洩蒸気は、シール部110によって抑制される。
Note that leakage steam flowing between the diaphragm
そして、環状ディフューザ60内に流入した蒸気は、剥離することなく、スチームガイド40の内面41に沿って流れる。そして、その流れは、環状ディフューザ60によって減速される。そして、環状ディフューザ60において、静圧が十分に回復される。
And the vapor | steam which flowed in in the
環状ディフューザ60の出口において、図1に示すように、蒸気は、半径方向外側に流出する。半径方向外側に流出した蒸気は、流れが下方に転向される。そして、転向された蒸気は、例えば、タービンロータ22の下方に設置された復水器(図示しない)に導かれる。
At the outlet of the
上記したように、第1の実施の形態の蒸気タービン10によれば、案内翼90を備えることで、案内翼90の傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。これによって、動翼24aにおける整流作用を受けても、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。そのため、スチームガイド40の内面41に沿う蒸気の流れの剥離が抑制され、ディフューザ性能を向上させることができる。
As described above, according to the
また、蒸気が凝縮して形成された液膜は、ダイアフラム外輪26aの内面82、83に沿って下流側へ流れ、環状ディフューザ60に導かれる。そのため、液膜が吹き千切れた液滴のよって生じる動翼24aの浸食を防止できる。
Further, the liquid film formed by condensing the vapor flows downstream along the
(第2の実施の形態)
図3は、第2の実施の形態の蒸気タービン11における最終段のタービン段落および環状ディフューザ60の一部の鉛直方向の子午断面を拡大した図である。なお、図3において、図2と同様に、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部には、図1で示した構成部の符号に「a」を加えて示している。また、図3において、第1の実施の形態の蒸気タービン10と同一の構成部には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is an enlarged view of a vertical meridional section of a turbine stage and a part of the
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と、最終段のタービン段落における、動翼の先端の形状およびシュラウドの形状が異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。 In the second embodiment, the shape of the tip of the moving blade and the shape of the shroud in the turbine stage at the final stage are different from those in the first embodiment. Here, this different configuration will be mainly described.
図3に示すように、最終段のタービン段落における動翼24aの先端およびこの先端に設けられたシュラウド135が、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜角度θ4で傾斜している。傾斜角度θ4は、案内翼90からの流れがシュラウド135で剥離しないように、傾斜角度θ1以下であることが好ましい。また、傾斜角度θ4は、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側の流れの剥離を抑制するために、傾斜角度θ4は、拡大傾斜角度θ2以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 3, the tip of the moving
シュラウド135の上流側の端部の内面136は、案内翼90の翼弦線L1を延長した延長線L2よりも内周側に位置することが好ましい。これによって、例えば、案内翼90の内周側を通過した蒸気を、シュラウド135の内周側の動翼24aの翼有効部に導くことができる。
The
また、シュラウド135がタービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜しているため、シュラウド130の下流側の端部には、第1の実施の形態のような傾斜面131を備える必要はない。
Further, since the
シール部110は、例えば、図3に示すように、ダイアフラム外輪26aにおける延設部81の内面83およびシュラウド135の外周面に複数のシールフィン111を備えることで形成される。
For example, as shown in FIG. 3, the
上記した構成の蒸気タービン11において、図3に示すように、最終段のタービン段落の静翼28aを通過する蒸気は、傾斜角度θ1を有する案内翼90によって誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼24aに流入する。また、案内翼95を備える場合には、静翼28aを通過する蒸気は、案内翼95によっても誘導され、半径方向外側に広がりながら動翼24aに流入する。
In the
動翼24aのシュラウド135がタービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜しているため、動翼24a内に流入した蒸気も、半径方向外側に広がりながら動翼24aを通過する。また、動翼24aに流入した蒸気は、動翼24aにおける整流作用を受けるが、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有する。
Since the
一方、最終段のタービン段落においては、蒸気が凝縮して水滴となり、遠心力によってダイアフラム外輪26aの内面82、83に付着する。付着した水滴は液膜となり、内面82、83に沿って下流側へ流れる。そして、液膜は、最終段のタービン段落を通過し、環状ディフューザ60に導かれる。なお、液膜は、内面83に備えられたシールフィン111を乗り越え、内面83に沿って下流側に導かれる。
On the other hand, in the last turbine stage, the steam condenses into water droplets and adheres to the
このように、液膜は、ダイアフラム外輪26aの内面82、83に沿って環状ディフューザ60に導かれる。そのため、前述した従来の蒸気タービンのように(図5参照)、液膜が吹き千切られて液滴になり、動翼24aに衝突することを回避できる。これによって、液滴による動翼24aの浸食を防止できる。
Thus, the liquid film is guided to the
なお、ダイアフラム外輪26aとシュラウド130との間を流れる漏洩蒸気は、シール部110によって抑制される。
Note that leakage steam flowing between the diaphragm
そして、環状ディフューザ60内に流入した蒸気は、剥離することなく、スチームガイド40の内面41に沿って流れる。そして、その流れは、環状ディフューザ60によって減速される。そして、環状ディフューザ60において、静圧が十分に回復される。
And the vapor | steam which flowed in in the
環状ディフューザ60の出口において、図1に示すように、蒸気は、半径方向外側に流出する。半径方向外側に流出した蒸気は、流れが下方に転向される。そして、転向された蒸気は、例えば、タービンロータ22の下方に設置された復水器(図示しない)に導かれる。
At the outlet of the
上記したように、第2の実施の形態の蒸気タービン11によれば、案内翼90を備えることで、案内翼90の傾斜方向に蒸気の流れを誘導することができる。また、動翼24aのシュラウド135をタービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾斜させることで、動翼24aの先端側を流れる蒸気をシュラウド135の傾斜方向に誘導することができる。
As described above, according to the
このような案内翼90およびシュラウド135を備えることで、動翼24aにおける整流作用を受けても、環状ディフューザ60の入口におけるスチームガイド40の内面41側において、蒸気の流れが広がり角度αを有することができる。そのため、スチームガイド40の内面41に沿う蒸気の流れの剥離が抑制され、ディフューザ性能を向上させることができる。
By providing the
また、蒸気が凝縮して形成された液膜は、ダイアフラム外輪26aの内面82、83に沿って下流側へ流れ、環状ディフューザ60に導かれる。そのため、液膜が吹き千切れた液滴のよって生じる動翼24aの浸食を防止できる。
Further, the liquid film formed by condensing the vapor flows downstream along the
以上説明した実施形態によれば、排気室における流れの剥離を抑制してディフューザ性能を向上させるとともに、液滴による動翼の浸食を抑制することが可能となる。 According to the embodiment described above, it is possible to improve the diffuser performance by suppressing the separation of the flow in the exhaust chamber, and to suppress the erosion of the moving blade by the droplets.
なお、上記した実施の形態では、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪26aにおいて、拡開部80と延設部81とを備える構成を示したが、他のタービン段落におけるダイアフラム外輪26の構成は、この構成に限られない。上記した実施の形態では、最終段のタービン段落に、案内翼90などの構成を備える一例を示したが、他のタービン段落に案内翼90などの構成を備えてもよい。
In the above-described embodiment, the diaphragm
また、上記実施の形態では、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明したが、本実施の形態の構成は、例えば、環状の排気室を備える軸流排気型の低圧タービンにも適用することができる。 In the above embodiment, the double flow exhaust type low-pressure turbine provided with the lower exhaust type exhaust chamber has been described as an example. However, the configuration of the present embodiment includes, for example, an axial flow exhaust provided with an annular exhaust chamber. It can also be applied to low pressure turbines of the type.
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.
10,11…蒸気タービン、20…外部ケーシング、21…内部ケーシング、22…タービンロータ、23,23a…ロータディスク、24,24a…動翼、25…ロータ軸受、26,26a…ダイアフラム外輪、27,27a…ダイアフラム内輪、28,28a…静翼、29…クロスオーバー管、30…吸気室、40…スチームガイド、41,82,83,136…内面、42…上流端面、50…ベアリングコーン、60…環状ディフューザ、80…拡開部、81…延設部、84…下流端面、90,95…案内翼、91,96,100…前縁、92,97,101…後縁、110…シール部、111…シールフィン、130,135…シュラウド、131…傾斜面、140…側壁、141…内壁面、170…動翼翼列、180…静翼翼列。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ケーシング内に設けられ、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、
前記ケーシングの内側に設けられたダイアフラム外輪と、
前記ダイアフラム外輪の内側に設けられたダイアフラム内輪と、
前記ダイアフラム外輪と前記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ロータ軸方向に交互に配置された静翼翼列と、
前記静翼翼列と当該静翼翼列の直下流の前記動翼翼列とによって構成される複数のタービン段落と、
最終段の前記タービン段落を通過した蒸気を排出する環状ディフューザと
を備え、
最終段の前記タービン段落において、
前記ダイアフラム外輪が、
下流側に行くに伴って半径方向外側に内径が広がる拡開部と、
前記拡開部の下流側の端部から水平方向に延設され、前記動翼の先端に半径方向外側から対向する延設部と
を備え、
前記静翼が、
前記ダイアフラム外輪の前記拡開部と前記ダイアフラム内輪との間に取り付けられ、
隣接する前記静翼間に、タービンロータ軸方向に対して半径方向外側に傾けて設けられた案内翼を備え、
タービンロータ軸方向に沿う垂直断面において、前記案内翼の翼弦線を延長した延長線が、前記延設部と前記環状ディフューザを構成する外壁との内周側の接触点を通ることを特徴とする蒸気タービン。 A casing,
A blade cascade provided in the casing and configured by implanting a plurality of blades in the circumferential direction of the turbine rotor;
A diaphragm outer ring provided inside the casing;
A diaphragm inner ring provided inside the diaphragm outer ring;
A plurality of stationary blades are attached in a circumferential direction between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring, and the stationary blade cascade arranged alternately in the rotor blade cascade and the turbine rotor axial direction;
A plurality of turbine stages constituted by the stationary blade cascade and the moving blade cascade immediately downstream of the stationary blade cascade;
An annular diffuser for discharging steam that has passed through the turbine stage in the final stage,
In the turbine stage of the final stage,
The diaphragm outer ring is
An expanded portion whose inner diameter expands radially outward as it goes downstream;
An extending portion that extends in a horizontal direction from a downstream end portion of the expanding portion, and that extends from a radially outer side to a tip of the moving blade,
The stationary blade is
Attached between the expanded portion of the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring,
A guide blade provided between the adjacent stationary blades and inclined radially outward with respect to the axial direction of the turbine rotor,
In a vertical section along the axial direction of the turbine rotor, an extension line obtained by extending a chord line of the guide blade passes through a contact point on an inner peripheral side between the extension portion and an outer wall constituting the annular diffuser. Steam turbine.
前記シュラウドの下流側の端部が、先端に行くに伴って下流側に突出する傾斜面を有し、
前記傾斜面のタービンロータ軸方向に対する角度θ3が、前記角度θ1±10度であることを特徴とする請求項1または2記載の蒸気タービン。 In a vertical section along the turbine rotor axial direction, when a part of the shroud provided at the tip of the moving blade in the turbine stage at the final stage is located downstream of the extension line,
The downstream end of the shroud has an inclined surface that protrudes downstream as it goes to the tip,
The steam turbine according to claim 1 or 2, wherein an angle θ3 of the inclined surface with respect to a turbine rotor axial direction is the angle θ1 ± 10 degrees.
前記角度θ4が、前記角度θ1以下であることを特徴とする請求項1または2記載の蒸気タービン。 The tip of the moving blade and the shroud provided at the tip in the turbine stage at the final stage are inclined at an angle θ4 radially outward with respect to the turbine rotor axial direction,
The steam turbine according to claim 1 or 2, wherein the angle θ4 is equal to or less than the angle θ1.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015104313A JP2016217285A (en) | 2015-05-22 | 2015-05-22 | Steam turbine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11365649B2 (en) | 2018-12-28 | 2022-06-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Steam turbine and exhaust chamber therefor |
US11852032B2 (en) | 2020-01-31 | 2023-12-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine |
-
2015
- 2015-05-22 JP JP2015104313A patent/JP2016217285A/en active Pending
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US11365649B2 (en) | 2018-12-28 | 2022-06-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Steam turbine and exhaust chamber therefor |
US11852032B2 (en) | 2020-01-31 | 2023-12-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine |
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