JP3950308B2 - 蒸気タービン内湿分除去装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン内湿分除去装置に関し、特に、湿り蒸気中で運転される蒸気タービンの低圧部における水滴の除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービンの低圧部最終部の翼列数段は、湿り蒸気中で運転されているため、蒸気中で水滴が発生し、この水滴による性能の劣化や、エロージョン発生が問題視されている。そのために、蒸気中の水滴の除去とエロージョン防止構造が種々考案されている。従来採用されている一般的な蒸気タービン内湿分除去装置を、図４〜６を用いて説明する。
【０００３】
図４において、タービン静翼１自体を中空構造にして、その表面に小孔を多数穿孔することにより、静翼１の表面から中空内部を介して水滴を除去しようとする中空静翼が考案されている。
【０００４】
また、タービン静翼１を固定している外周側の静翼リング２において、図５に詳細が示してあるように、隣接する静翼１の間のほぼ中央部分付近にスリット３を設け、静翼リング２の表面を流れる水膜をスリット３内に吸い込み、これをスリット３に連通したドレイン排出孔（図示せず）から翼通路外に排出する除去装置もある。
【０００５】
さらに、周方向に連続する静翼リング２の上流側の側面にドレインキャッチャ４を設けて、蒸気流と共に飛散する水滴つまり湿分を捕捉する除去装置もある。このような種類の湿分除去装置を用いることにより、静翼１の下流に位置する動翼５に衝突する水滴の量を軽減し、動翼５のエロージョンを防止していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静翼リング２にドレインキャッチャ４を設けた除去装置では、図６に示すように、上流側の動翼５の先端から飛散する水滴は、この動翼先端のチップリーケージジェットの影響により、動翼５の先端から真っ直ぐ下流方向へ流れてしまい（軌跡Ｗ’参照）、動翼５の先端より外側に設けられた静翼１のドレインキャッチャ４では、水滴を捕捉できないという問題点があった。
【０００８】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、簡単な構造で水滴除去効率を高め、翼性能を改善して、翼のエロージョンを軽減することのできる蒸気タービン内湿分除去装置を提供することを主な目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の主たる局面によれば、湿り蒸気中で作動する蒸気タービンのタービン静翼を固定している外周側の静翼リングの、蒸気の流れ方向の上流側の側面に、ドレインキャッチャを配設した蒸気タービン内湿分除去装置において、前記タービン静翼の上流側に位置するタービン動翼の先端に小ガイド部を設け、該小ガイド部の、ロータの中心からの最大外径ｒ１は、静止系から突出しているフィンの先端の半径ｒｆに対して、ｒ１＞ｒｆである蒸気タービン内湿分除去装置が提供される。
【００１１】
【作用】
タービン動翼の先端に小ガイド部を設けた蒸気タービン内湿分除去装置では、動翼先端から飛散する水滴が、この動翼先端のチップリーケージジェットの影響を受けることなく、遠心力により外側方向に飛ばされ、静翼リングに設けたドレインキャッチャにより捕捉される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。
図１は、静翼リングにスリットを設けた蒸気タービン内湿分除去装置の概要を示す図である。この図において、本発明に係るスリット１０は、タービン静翼１を固定している外周側の周方向に連続する静翼リング（図４参照）に設けられている。その設置位置は、隣接するタービン静翼１間の前縁側近傍の間で、この前縁に対してほぼ直交する方向すなわち静翼リングの円周方向に沿っている。
【００１４】
スリット１０のスリット幅ｔは、３ｍｍ以下が好ましい。また、隣接する翼前縁間のピッチＰに対するスリット１０のスリット長Ｌとの比は、Ｌ／Ｐ＝０．５〜０．９５が好ましい。さらに、タービン静翼１の翼弦長Ｃに対する翼前縁からスリット１０の中心位置までの距離Ｘとの比は、Ｘ／Ｃ＝−０．１〜０．１であるのが好ましい。ここで、Ｘ／Ｃがマイナスであるとは、スリット１０の長手方向中心位置が隣接する翼前縁間を結ぶ線分に対して、翼間とは反対の外側方向に位置することを意味する。
【００１５】
このようにスリット１０を、隣接するタービン静翼１間の翼弦方向の中央部分付近に設けずに、それとほぼ直交する方向に設けることにより、静翼リング表面に付着した水滴が静翼内に発生する巻き上げ渦によって壁から離れる前に、即ち、その上流側において、このスリット１０で捕捉する。捕捉された水滴は、図示しない排水通路を介して、より低圧の部分へと排出されるまた、上記のような諸条件を備えるスリット１０では、さらに効率良く水滴を除去することができる。この点は、水滴の流れを調べる可視化実験においても確認することができた。
【００１６】
次に、図２及び３を参照しながら、ドレインキャッチャを備える蒸気タービン内湿分除去装置を説明する。これらの図面を参照するに、タービン静翼１を固定している外周側の静翼リング２の、蒸気の流れ方向の上流側の側面には、釣り針状のドレインキャッチャ４が設けられている。これに対し、上流側に位置するタービン動翼５の先端に設けられたシュラウド６には、小ガイド部２０が設けられている。
【００１７】
小ガイド部２０は、タービン動翼５の、蒸気の流れ方向下流側の側面に取り付けられている。その断面形状は、拡大図を参照するに、ほぼ長方形状である。また、小ガイド部２０の、ロータ（図示せず）の中心からの最大の外径ｒ１は、静止系から突出しているフィンの先端の半径ｒｆに対して、ｒ１＞ｒｆとなっている。これは、チップリーケージ中に含まれる水滴が、この小ガイド部２０に確実に当たるようにするためである。
【００１８】
なお、小ガイド部は、翼チップ部に取り付けることから強い遠心力が加わるため、翼の振動及び強度の観点より、その幅ｗと高さｈとは、極力小さくすることが望ましい。また、図中の円弧形状Ｒは、小ガイド部２０自身の強度の観点から、すなわち、応力集中を避けるために設けられたものである。さらに、この小ガイド部２０は、図６に示すように、タービン動翼５（シュラウド６）の翼弦方向全体に亙って設けられている。
【００１９】
このような小ガイド部２０をタービン動翼５の先端のシュラウド６に設けることにより、動翼先端から飛散する水滴は、チップリーケージジェットの影響を受けることなく、遠心力の作用により外側に飛ばされ（軌跡Ｗ参照）、ドレインキャッチャ４により捕捉される。捕捉された水滴は、図示しない排水通路を介して、より低圧の部分へと排出される。
【００２０】
なお、小ガイド部２０の形状は、動翼先端から飛散する水滴の軌跡Ｗが遠心力の作用により外側に飛ばされることを補助できる形状であれば、どのような形状でもかまわない。また、小ガイド部２０のシュラウド６への取付は、ボルト止め、ねじ止め、溶接など既知の如何なる手段を用いてもよい。なお、小ガイド部２０の構造は、非常に単純であり、既存の蒸気タービンの動翼へ、容易に取り付けることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る蒸気タービン内湿分除去装置は、湿り蒸気中で作動する蒸気タービンのタービン静翼を固定している外周側の静翼リングの、蒸気の流れ方向の上流側の側面に、ドレインキャッチャを配設した蒸気タービン内湿分除去装置において、前記タービン静翼の上流側に位置するタービン動翼の先端に小ガイド部を設け、該小ガイド部の、ロータの中心からの最大外径ｒ１を、静止系から突出しているフィンの先端の半径ｒｆに対して、ｒ１＞ｒｆとしてあるので、動翼先端から飛散する水滴が、この動翼先端のチップリーケージジェットの影響を受けることなく、遠心力により外側方向に飛ばされ、静翼リングに設けたドレインキャッチャで捕捉することができ、水滴の除去効率を高め、翼性能を改善し、翼のエロージョンが軽減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスリットを備える蒸気タービン内湿分除去装置を示す概要図である。
【図２】 本発明に係る小ガイド部を備える蒸気タービン内湿分除去装置を示す概要図である。
【図３】 図２に示した小ガイド部を半径方向から見た、動翼先端のシュラウド形状を示す図である。
【図４】 従来の蒸気タービン内湿分除去装置を示す概要図である。
【図５】 従来のスリット位置を示すタービン静翼の断面図である。
【図６】 従来の水滴の軌跡を示す概要図である。
【符号の説明】
１…タービン静翼、２…静翼リング、３…スリット、４…ドレインキャッチャ、５…タービン動翼、６…シュラウド、１０…スリット、２０…小ガイド部、ｔ…スリット幅、Ｌ…スリット長、Ｐ…翼前縁間のピッチ、Ｘ…翼前縁からスリットの中心位置までの距離、Ｃ…翼弦長、Ｗ，Ｗ’…水滴の軌跡、ｈ…小チップ部の高さ、ｗ…小チップ部の幅、ｒ１…小チップ部の外径、ｒｆ…フィン先端までの半径、Ｒ…円弧形状。
Claims (3)
- 湿り蒸気中で作動する蒸気タービンのタービン静翼を固定している外周側の静翼リングの、蒸気の流れ方向の上流側の側面に、ドレインキャッチャを配設した蒸気タービン内湿分除去装置において、
前記タービン静翼の上流側に位置するタービン動翼の先端に小ガイド部を設け、
該小ガイド部の、ロータの中心からの最大外径ｒ１は、静止系から突出しているフィンの先端の半径ｒｆに対して、ｒ１＞ｒｆである、蒸気タービン内湿分除去装置。 - 前記小ガイド部は、前記タービン動翼先端のシュラウドに設けられている請求項１に記載の蒸気タービン内湿分除去装置。
- 前記小ガイド部は、前記タービン動翼の、蒸気の流れ方向の下流側の側面に、前記タービン動翼の翼弦方向全体に亙って設けられている請求項１または２に記載の蒸気タービン内湿分除去装置。
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