JP6916824B2 - 部分送入タービンに用いられる損失低減装置及び部分送入タービン - Google Patents
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Description
部分送入タービンでは、周方向に作動流体の送入部と非送入部を設け、初段ノズル(調速段ノズル)から送入部を介して作動流体を部分送入するように構成されている(例えば特許文献1参照)。
周方向における作動流体の送入部と非送入部とを有するように構成された調速段ノズルを含む部分送入タービンに用いられる損失低減装置であって、
前記調速段ノズルから送入される前記作動流体が作用する調速段動翼が外周面に取り付けられたロータディスクに対して隙間を存するように前記調速段ノズルの反対側に配置された円環板部であって、前記調速段ノズルの前記送入部に対応する位置に形成された開口部を有し、且つ、前記円環板部の内周縁が前記ロータディスクの前記外周面よりも径方向内側に位置するように構成された円環板部
を備える。
その点、上記(1)の構成では、該ロータディスクに対して隙間を存するように調速段ノズルの反対側に配置された円環板部を備えている。また、円環板部は、その内周縁が該ロータディスクの外周面よりも径方向内側に位置するように構成されている。したがって、円環板部は、内周縁が存在する径方向位置から該ロータディスクの外周面が存在する径方向位置までの円環状の領域が軸方向から見たときに該ロータディスクと重複することとなる。そのため、上記空間のうち、円環板部よりも静翼側であって、軸方向から見たときに上記円環状の領域と重複する領域では、該領域と該ロータディスクとの間に円環板部における上記円環状の領域が存在するので、作動流体が該ロータディスクの回転の影響を受け難くなる。
したがって、上記(1)の構成によれば、上述したように作動流体が該ロータディスクの回転の影響を受け難くなるので、部分送入タービンの損失を抑制できる。
これにより、上記(2)の構成によれば、静翼に流入する作動流体が該ロータディスクの回転の影響をさらに受け難くなるので、部分送入タービンの損失をさらに抑制できる。
したがって、上記(5)の構成によれば、部分送入タービンの損失を効果的に抑制できる。
上記構成(1)乃至(5)の何れかの構成の前記損失低減装置と、
前記ロータディスクと、
前記調速段ノズルと、
を備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、以下の説明では、ロータシャフト4の延在方向を単に軸方向とも呼び、ロータシャフト4の周方向を単に周方向とも呼ぶ。また、軸方向に関し、ケーシング2内での作動流体の主たる流れの軸方向に沿った向きを下流方向、又は下流側とも呼び、該下流方向とは反対方向を上流方向、又は上流側とも呼ぶ。図1〜6においては、図示右側が下流側であり、図示左側が上流側である。
幾つかの実施形態に係るタービン1では、動翼段30と静翼段40とが軸方向に沿って交互に配置されている。なお、図1〜6では、後述する調速段ノズル8の直下流側に配置された調速段動翼12Aを含む動翼段31と、該動翼段31の直下流側に配置された第1静翼段41と、第1静翼段41の直下流側に配置された第1動翼段32とが図示されている。
すなわち、タービン1は、周方向に作動流体の送入部61と非送入部63とを有する部分送入タービンである。
損失低減装置100については、後で詳述する。
図1〜6に示した幾つかの実施形態に係るタービン1のような部分送入タービンでは、調速段ノズル8の次の段である第1静翼段41において静翼14は、全周にわたって設けられている。そのため、調速段ノズル8から送入部61を介して部分送入された作動流体は、調速段動翼12Aが外周面に取り付けられたロータディスク6と第1静翼段41の静翼環22との間の空間65の全周にわたって行き渡った後、第1静翼段41の静翼14に流入することとなる。そのため、該空間65を流れる作動流体の損失を低減することが部分送入タービンの効率化に寄与する。
なお、図1〜6に示した幾つかの実施形態に係る損失低減装置100では、円環板部110の外周縁118は、少なくとも調速段動翼12Aを含む動翼段31のロータディスク6の外周面6aよりも径方向内側に位置するように形成されている。
その点、図1〜6に示した幾つかの実施形態に係る損失低減装置100では、上述した円環板部110を備えている。この円環板部110は、その内周縁114が該ロータディスク6の外周面6aよりも径方向内側に位置するように構成されている。したがって、円環板部110は、内周縁114が存在する径方向位置から該ロータディスク6の外周面6aが存在する径方向位置までの円環状の円環領域116が軸方向から見たときに該ロータディスク6と重複することとなる。そのため、上記空間65のうち、円環板部110よりも静翼14側(下流側)であって、軸方向から見たときに円環領域116と重複する重複領域65aでは、重複領域65aと該ロータディスク6との間に円環板部110における円環領域116が存在するので、作動流体が該ロータディスク6の回転の影響を受け難くなる。
したがって、図1〜6に示した幾つかの実施形態に係る損失低減装置100によれば、上述したように作動流体が該ロータディスク6の回転の影響を受け難くなるので、部分送入タービンの損失を抑制できる。
これにより、第1静翼段41における静翼14に流入する作動流体が該ロータディスク6の回転の影響をさらに受け難くなるので、部分送入タービンの損失をさらに抑制できる。
図3、4、6に示した幾つかの実施形態に係る損失低減装置100では、円環板部110の内周縁114に一端が接続され、第1静翼段41の静翼環22の内周リング16に他端が接続される接続部材120をさらに備える。
図3に示した一実施形態では、接続部材120は、周方向に間隔を空けて配置された複数の軸状部材122である。また、図4、6に示した幾つかの実施形態では、接続部材120は、ロータシャフト4の外周から離間して形成された円筒形状を有する円筒部材124である。
これにより、円環板部110の内周縁114が上記空間65内で安定して固定される。
また、図4、6に示した幾つかの実施形態によれば、円筒部材124がロータシャフト4を外周側から覆うので、上記空間65において、第1静翼段41の静翼環22に設けられた複数の静翼14同士の間に流入する作動流体がロータシャフト4の回転によって受ける影響を低減できる。
すなわち、発明者らが鋭意検討した結果、ロータディスク6の全周に対して送入部61が形成される領域の割合が45%以下、すなわち部分送入率が45%以下であると、図1〜6に示した幾つかの実施形態に係る円環板部110によって、部分送入タービンの損失を効果的に抑制できることが判明した。
したがって、図1〜6に示した幾つかの実施形態に係る損失低減装置100によれば、部分送入率が45%以下とすることで、部分送入タービンの損失を効果的に抑制できる。
2 ケーシング
4 ロータシャフト
6 ロータディスク
8 調速段ノズル
12 動翼
12A 調速段動翼
14 静翼
16 内周リング
18 外周リング
22 静翼環
61 送入部
65 空間
65a 重複領域
112 開口部
114 内周縁
116 円環領域
120 接続部材
Claims (4)
- 周方向における作動流体の送入部と非送入部とを有するように構成された調速段ノズルを含む部分送入タービンに用いられる損失低減装置であって、
前記調速段ノズルから送入される前記作動流体が作用する調速段動翼が外周面に取り付けられたロータディスクに対して隙間を存するように前記調速段ノズルの反対側に配置された円環板部であって、前記調速段ノズルの前記送入部に対応する位置に形成された開口部を有し、且つ、前記円環板部の内周縁が前記ロータディスクの前記外周面よりも径方向内側に位置するように構成された円環板部
を備え、
前記円環板部は、前記内周縁が存在する径方向位置から前記ロータディスクの前記外周面が存在する前記径方向位置まで全周にわたって設けられた円環領域を有し、
前記円環板部の前記内周縁は、前記円環板部を挟んで前記ロータディスクとは反対側に配置される静翼環に含まれる静翼の前記径方向内側の端部よりも前記径方向内側に位置するように構成され、
前記円環板部の前記内周縁に一端が接続され、前記静翼環の内周リングに他端が接続される接続部材を備える
部分送入タービンに用いられる損失低減装置。 - 前記接続部材は、ロータシャフトの外周から離間して形成された円筒形状を有する
請求項1に記載の部分送入タービンに用いられる損失低減装置。 - 前記ロータディスクの全周に対して前記送入部が形成される領域の割合は、45%以下である
請求項1又は2に記載の部分送入タービンに用いられる損失低減装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の前記損失低減装置と、
前記ロータディスクと、
前記調速段ノズルと、
を備える部分送入タービン。
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