JP5653659B2 - 蒸気タービンの車室構造 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所や火力発電所などで使用される蒸気タービンの車室構造に関するものであり、特に蒸気タービン内で発生したドレンを除去するのに好適な蒸気タービンの車室構造に関するものである。

原子力発電所や火力発電所などで使用される蒸気タービンでは、通常蒸気タービンの最終段静翼出口の下流側に、外周側に飛び出した水滴を捕獲するドレンキャッチャと呼ばれるポケットが設けられている。これは、前記ドレンキャッチャ下流に設けられる最終段動翼のエロージョンを防止する為に設けられているものである。しかしながら、ドレンキャッチャを設けることでドレンを捕獲することはできるものの、ドレンの確保の能力面で充分とはいえない。

そこで、特許文献１には、翼根リングの静翼翼根に隣接する部分と静翼の前縁との少なくとも一方にスリットを設け、真空吸引装置に接続し、ドレンを吸引して外部へ排出する蒸気タービンのドレン除去に関する車室構造が開示されている。

図２は従来の蒸気タービンの縦断面図である。図２に示した蒸気タービン１２０において、１０１は静翼、１０２は動翼、１０３は翼根リングである。静翼１０１はその基端を翼根リング１０３に固定されている。また、１０６は最終段静翼の翼根の外周部に設けられたポケット状のドレンキャッチャであり、白抜き矢印は蒸気の流れである。１０４、１０５はそれぞれ大きな水滴、該大きな水滴よりも小さなサイズの水滴を表しており、大小の水滴や表面水流を総称してドレンと称している。

また、１０８は翼根リング１０３の静翼１０１の翼根部に設けられた翼根スリット、１０９は静翼１０１の前縁に設けられた前縁スリットである。翼根スリット１０８及び前縁スリット１０９は何れも翼根リング１０３を貫通する貫通孔１１１を介して図示しない真空吸引装置に接続されている。このような構成により蒸気タービン１２０内で発生したドレンを翼根スリット１０８又は前縁スリット１０９、貫通孔１１１を介して前記真空吸引装置により真空吸引して外部へ排出するようになっている。

このような構成により、静翼１０１と動翼１０２が交互に配置された蒸気通路を作動流体である蒸気が流れ、静翼１０１での熱落差により一部は凝縮して水滴となり、前記翼根スリット１０８又は前縁スリット１０９、貫通孔１１１を介して前記真空吸引装置により真空吸引して外部へ排出される。該真空吸引装置により排出できなかった水滴は遠心力により外周側に偏って流れ、静翼出口の翼根の外周側に設けられているドレンキャッチャ１０６に集められる。

特開平９−２５８０３号公報

図２を用いて説明した特許文献１に開示された技術によれば、蒸気タービン内部であり、翼根スリット１０８、前縁スリット１０９の蒸気流れ上流側で発生したドレンについては除去することができるので、翼根スリット１０８、前縁スリット１０９の蒸気流れ上流側で発生したドレンに起因する動翼のエロージョン防止は可能である。

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、翼根スリット１０８、前縁スリット１０９は静翼１０１の蒸気流れ最下流位置よりも上流側に設けられているため、翼根スリット１０８、前縁スリット１０９よりも下流で発生したドレンを前記真空吸引装置による真空吸引で除去することが難しい。しかも蒸気タービンにおいては静翼１０１で熱落差を持たせるので最終段静翼で蒸気が凝縮されて発生するドレンが多く、つまり、最終段静翼の翼根スリット１０８、前縁スリット１０９よりも下流側で発生するドレンが多い。なお、翼根スリット１０８、前縁スリット１０９の下流側で発生したドレンは、ドレンキャッチャ１０６で確保しているものの、ドレンキャッチャ１０６ではドレンの確保が充分ではなく、より確実にドレンを確保する必要がある。

さらに、特許文献１に開示された技術では、翼根リング１０３自体に加工を施す必要があるため翼根リング１０３の大型化を避けることができず蒸気タービン１２０全体の大型化に繋がる。また、翼根リング１０３内面を水膜から飛散した比較的大きな水滴が動翼先端に衝突する可能性もある。
特に近年、最終段動翼の長翼化、高真空運転が実現されており、ドレンに起因するエロージョンリスクが増加していることから、より確実なドレンの除去が求められている。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、翼根リング自体に加工を施さないため翼根リングの大型化を回避し、しかも最終段静翼で発生するドレンを確実に除去することができる蒸気タービンの車室構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明においては、複数の静翼及び動翼が収納されて内部に蒸気通路を形成するタービン車室と、該タービン車室に固定されて前記静翼を支持する翼根リングとを有する蒸気タービンの車室構造において、
前記蒸気通路の外周であって最終段静翼の下流側且つ最終段動翼の上流側に設けられた水滴回収用スリットと、該水滴回収用スリットを真空吸引する真空吸引手段とを備え、
前記水滴回収用スリットは、最終段静翼を固定支持する翼根リング自体に加工を施さずに、該翼根リングの側壁と、該翼根リングを固定支持する内部車室の側壁とを、間隙を保持した状態で対向配置することにより形成したことを特徴とする。

これにより特別な加工も必要がなく簡単にスリットを形成することができるとともに、最終段静翼での熱落差により発生したドレンを、最終段静翼の蒸気流れ下流側に設けた水滴回収用スリット及び真空吸引手段によって確実に除去することができる。従って、最終段静翼の後段に設けられる最終段動翼手前の湿り度が改善（低下）し、蒸気タービンの性能向上を図ることができるとともに、蒸気通路の外周付近の大径の水滴（ドレン）を排出することで最終段動翼のエロージョン減肉を軽減させることが可能となる。
さらに、翼根リング自体に加工を施すわけではないため、翼根リングが大型化することを回避することができ、蒸気タービン全体の大型化を回避することができる。

また、前記水滴回収用スリットの周辺部で、前記水滴回収用スリットを形成する前記翼根リングの内周面と前記内部車室の内周面とを、前記蒸気通路を流れる蒸気の流れ方向に沿う方向に面一に形成するとよい。
これにより、水滴回収用スリットを形成することで水滴回収用スリット周辺で蒸気の流れが乱れることを防止することができる。

また、前記最終段静翼は、前記蒸気通路の外周方向で最終段静翼と最終段動翼とが離れる方向に、Ｒ状に形成されているとよい。
これにより、前記水滴回収用スリット付近では最終段静翼から最終段動翼までの距離を充分に確保することができ、より確実に水滴回収用スリット及び真空吸引手段によって最終段静翼での熱落差により発生したドレンを除去することができる。

また、前記水滴回収用スリットは、前記蒸気通路の外周側全周にわたってリング状に形成されているとよい。
これにより、前記水滴回収用スリット近傍の水滴（ドレン）を蒸気通路の外周側全周の何れの位置でも回収することができ、効率よくドレンを除去することができる。しかも、前記スリットは、前記翼根リングと前記内部車室とを対向させて形成しているため、特別な加工も必要がなく簡単にリング状のスリットを形成することができる。

本発明によれば、翼根リング自体に加工を施さないため翼根リングの大型化を回避し、しかも最終段静翼で発生するドレンを確実に除去することができる蒸気タービンの車室構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る蒸気タービンの最終段静翼近傍の断面図である。 従来の蒸気タービンの縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の実施形態に係る蒸気タービンの最終段静翼近傍の断面図である。
蒸気タービン５０において、外部から導入された蒸気は、蒸気タービン５０に形成されている蒸気通路１５を、ロータ軸１２の軸方向（図中、白抜き矢印で示す）に沿って流れる。蒸気通路１５には、動翼と静翼が交互に配置されており、動翼と静翼は、一対となって一個の段を構成しており、蒸気タービン５０には、複数の段が設けられている。蒸気タービン５０では、静翼での熱落差によって運動エネルギーを生じさせ、これを動翼によって回転トルクに変換している。なお、図１においては、前述の交互に配置された静翼と動翼のうち、前記蒸気の流れ方向最終段の静翼及び動翼をそれぞれ１及び２で表している。

図１に示した蒸気タービン５０において、動翼２は、ロータ軸１２にロータ軸１２を中心に回転駆動可能に結合されている。また、静翼１は、ロータ軸１２の径方向内側の端１ｂがシュラウド１ｓに、径方向外側の端１ａが翼根リング３に、それぞれ溶接等により結合されている。翼根リング３は、ボルト等の固定手段（不図示）によって、蒸気タービン５０を構成する内部車室１０に固定されている。

また、最終段静翼１は、ロータ軸１２の径方向外側で最終段静翼１と最終段動翼２との間の距離を確保するために、図１に示したようにロータ軸１２から遠ざかるほど最終段静翼１と最終段動翼２が離れるようにＲ状の形状をしている。

さらに、最終段静翼１を固定支持する翼根リング３と、内部車室１０の間にリング状の空間であるドレンポケット２２が設けられている。ドレンポケット２２は、真空吸引装置２４に接続されており、真空吸引装置２４を駆動することでドレンポケット２２内を吸引できるように構成されている。

ドレンポケット２２は、スリット２６を介して最終段静翼１と最終段動翼２との間の蒸気通路１５と連通可能になっている。
スリット２６は、翼根リング３の蒸気流れ下流側の側壁と内部車室１０の側壁とを対向させることでリング状に形成されている。なお、スリット２６のスリット幅は、蒸気タービン５０の大きさ、能力等によって異なるが、一般的に原子力発電所や火力発電所などで使用される蒸気タービンにおいては１．５〜３．０ｍｍ程度でよく、内部車室１０と翼根リング３を固定する際に組み立て公差によって生じる隙間をスリットとして使用することができる。

また、翼根リング３の蒸気流れ下流側の側壁と内部車室１０の側壁とを対向させ、ドレンポケット２２及びスリット２６を設けることが可能となるように、内部車室１０の一部を、翼根リング３の蒸気流れ下流側の側壁側へ伸びてその端面が該側壁と対向してスリットを形成するフローガイド部１０ａとするとよい。フローガイド部１０ａを設けることで、スリット２６及びドレンポケット２２の形成が容易となる。

さらに、スリット２６の蒸気流れ前後で、翼根リング３の内周面３ｂと、内部車室１０（フローガイド部１０ａ）の内周面１０ｂとを蒸気の流れｆに沿う方向に面一に構成している。

以上のように構成された蒸気タービン５０の運転時において、外部から蒸気タービン５０の蒸気通路１５に蒸気が導入されると、静翼での該蒸気の流れにより熱エネルギーが運動エネルギーに変換され、該運動エネルギーは動翼の回転トルクに変換される。最終段静翼１での熱落差により温度低下した蒸気の一部は凝縮して水滴（ドレン）となり、翼根リング３の内周面３ｂ近傍のドレンはスリット２６を介してドレンポケット２２に集められる。ドレンポケット２２に集められたドレンは、リング状のドレンポケット２２の下部に設けた排出孔（不図示）から自重で外部に排出されるか、又は真空吸引装置２４によって吸引されて回収される。

これにより、最終段静翼１での熱落差により発生したドレンを、最終段静翼１の蒸気流れ下流側に設けたスリット２６及びドレンポケット２２によって確実に除去することができる。従って、最終段動翼２手前の湿り度が改善（低下）し、蒸気タービンの性能向上を図ることができるとともに、蒸気通路１５の外周付近の大径の水滴（ドレン）を排出することで最終段動翼２のエロージョン減肉を軽減させることが可能となる。
さらに、翼根リング３自体に加工を施すわけではないため、翼根リング３が大型化することを回避することができ、蒸気タービン全体の大型化を回避することができる。

また、最終段静翼１をＲ状の形状とし、ロータ軸１２の径方向外側で最終段静翼１と最終段動翼２との間の距離を確保しているため、スリット２６付近では最終段静翼１から最終段動翼２までの距離を充分に確保することができ、より確実にスリット２６及びドレンポケット２２によって最終段静翼１での熱落差により発生したドレンを除去することができる。

また、スリット２６を蒸気通路１５の外周側全周にわたってリング状に設けているため、翼根リング３の内周面３ｂ近傍の水滴（ドレン）を蒸気通路１５の外周側全周の何れの位置でも回収することができ、効率よくドレンを除去することができる。しかも、スリット２６は、翼根リング３と内部車室１０とを対向させて形成しているため、特別な加工も必要がなく簡単にリング状のスリットを形成することができる。

また、内部車室１０にフローガイド部１０ａを設け、スリット２６の蒸気流れ前後で、翼根リング３の内周面３ｂと、内部車室１０（フローガイド部１０ａ）の内周面１０ｂとを蒸気の流れｆに沿う方向に面一に構成しているため、スリット２６を構成することで蒸気の流れが乱れることを防止することができる。

翼根リング自体に加工を施さないため翼根リングの大型化を回避し、しかも最終段静翼で発生するドレンを確実に除去することができる蒸気タービンの車室構造として利用することができる。

１ 最終段静翼
２ 最終段動翼
３ 翼根リング
１０ 内部車室
１２ ロータ軸
１５ 蒸気通路
２２ ドレンポケット
２４ 真空吸引装置
２６ スリット
５０ 蒸気タービン

Claims (4)

1. 複数の静翼及び動翼が収納されて内部に蒸気通路を形成するタービン車室と、該タービン車室に固定されて前記静翼を支持する翼根リングとを有する蒸気タービンの車室構造において、
   前記蒸気通路の外周であって最終段静翼の下流側且つ最終段動翼の上流側に水滴回収用スリットを設け、
   前記水滴回収用スリットは、前記翼根リング自体にスリット加工を施さずに、前記最終段静翼を固定支持する前記翼根リングの側壁と、該翼根リングを固定支持する内部車室の側壁とを、間隙を保持した状態で形成されており、且つ、前記内部車室の前記最終段動翼上流側に設けられるドレンポケットと連通しており、前記ドレンポケットは、内部を吸引する真空吸引装置と接続されている
   ことを特徴とする蒸気タービンの車室構造。
2. 複数の静翼及び動翼が収納されて内部に蒸気通路を形成するタービン車室と、該タービン車室に固定されて前記静翼を支持する翼根リングとを有する蒸気タービンの車室構造において、
   前記蒸気通路の外周であって最終段静翼の下流側且つ最終段動翼の上流側に水滴回収用スリットを設け、
   前記水滴回収用スリットは、前記最終段静翼を固定支持する前記翼根リングの側壁と、該翼根リングを固定支持する内部車室の側壁とを、間隙を保持した状態で形成されており、且つ、前記内部車室の前記最終段動翼上流側に設けられるドレンポケットと連通しており、前記ドレンポケットは、内部を吸引する真空吸引装置と接続され、
   前記水滴回収用スリットの周辺部で、前記水滴回収用スリットを形成する前記翼根リングの内周面と前記内部車室の内周面とを、前記蒸気通路を流れる蒸気の流れ方向に沿う方向に面一に形成したことを特徴とする蒸気タービンの車室構造。
3. 前記最終段静翼は、前記蒸気通路の外周方向で最終段静翼と最終段動翼とが離れる方向に、Ｒ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービンの車室構造。
4. 前記水滴回収用スリットは、前記蒸気通路の外周側全周にわたってリング状に形成され
   ていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の蒸気タービンの車室構造。

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