JPH02185601A - 蒸気タービン静翼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンの静翼装置に係り、特に、＃翼
々面に付着した水膜流を効率よく系外に排出すると共に
、随伴した蒸気による性能低下を減少するのに好適な蒸
気タービンの静翼装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、火力発電用蒸気タービンの低圧段や原子力ター
ビン、地熱タービンでは１通常、多量の微小水滴を含む
湿り蒸気域で作動する。このため。

タービン段落内の翼表面や側壁面には、微小水滴が付着
して薄い水膜流が形成されやすく、この水膜流が翼後縁
端や側壁端面に到達すると、気流によって破砕され、再
び作動流体中に噴出される。

このような作動流体中の微小水滴が翼面等への捕集や再
噴出を繰返されるにつれて、数十μｍ〜数百μｍの粗大
水滴に成長する。特に、静翼後流中に粗大水滴が発生し
易く、シかも、これらの水滴速度は蒸気速度に比べて運
いため、動翼に達すると相対的に翼背面から高速で衝突
することになり。

動翼が浸蝕作用（エロージョン）によって損傷されるこ
とが多い、また、水滴は動翼の背面に衝突するため、動
翼には制動作用を与えることになり性能低下の要因とな
る。

これら水滴の噴霧現象を第６図を用いて詳しく説明する
。第６図は典型的な蒸気タービンの段落構造の断面図で
ある。第６図に示すように、作動流体中の水滴のうち比
較的大きな水滴９は、慣性力により静翼１，１′の腹面
に捕集され、集積して水膜流１０を形成する。この水膜
流１０は、静翼１の翼面上を複雑な流れの様相を示しな
がら翼後縁端の方向に流れる。翼後縁端に達した水膜流
１０は、蒸気流による剪断力の作用によって後縁端から
引きちぎられて粗大水滴１１となって噴出する。このよ
うな粗大水滴１１は静翼１の後流中で加速されるが、大
きな水滴は十分に加速されないまま、動翼４に到達する
。第６図に蒸気の速度三角形を示すが、静翼１の出口部
の蒸気の絶対速度Ｖに比較して水滴の絶対速度Ｖｄが小
さいと、動翼４の周速Ｕを考慮した相対速度場では、蒸
気の相対速度Ｗに比較して水滴の相対速度Ｗｄが大きく
なり、入射角が小さくなって翼面に高速で衝突すること
になる。このため、動翼４の、特に周速の速い翼先端部
近傍では、水滴による二ローションを受は易く、また、
水滴による動翼４の制動損失が増加する。

このような水滴による動翼のエロージョン、あるいは、
エネルギ損失を低減するため、従来より静翼翼面に吸込
み溝や吸込み孔を設けて、翼面に付着した水膜流を系外
等に排出する方法が作用されている。

例えば、（１）実開昭６０−７３８０１号公報では。

静翼を中空構造とし静翼翼面に複数のスリットを穿つと
ともに、翼中空部を低圧部と連通させ、翼面上の水膜を
翼中空部に吸い込み、系外の低圧部に排出する方法、（
２）特願昭４７−２８６１０号は静翼の半径方向外周部
と内周部に開孔を形成しこの静翼の内部を通って両開孔
を通管によって連結し。

半径方向外周部の開孔より水膜を吸い込み、内周部の開
孔より噴出する方法などが挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来技術（１）、（２）は、静翼面に形成した
水膜流を分離し、静翼後縁端から噴出する粗大水滴の発
生を低減させ、水滴によるエロージョン、あるいは、性
能低下を防止することができる。

しかし、この従来技術では下記の点について考慮がされ
ていなかった。

従来技術（１）では、翼面に形成したスリットより水膜
を吸い込む際、有効なエネルギをもつ作動蒸気も多量に
吸い込み系外に排出することになるため、この随伴蒸気
による漏洩損失が大きくなる。特に、湿り度の浅い段落
では、漏洩損失が増大するため、性能低下の大きな要因
となる。

皆来技術（２）では、半径方向外周部の開孔より水膜を
吸い込み内周部の開孔より水滴を微細化して噴出するも
のである。半径方向内周部の位置では、動翼の周速が遅
いため、多量の水滴が動翼に衝突してもエロージョンが
発生するには至らない。しかし、従来技術（２）では、
段落内の湿り度が低減しないため、水滴の挙動に伴う湿
り損失が発生するなどの問題があった。

本発明の目的は、翼面に形成された水膜流を分離し、翼
後縁端より噴出する粗大水滴の発生を低減させ、かつ、
随伴する蒸気による漏洩損失を低減することにより、二
ローションを防止し信頼性の高い高性能な蒸気タービン
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述の課題を解決して上記目的を達成するために、本発
明では湿り蒸気で作動する蒸気タービンの静翼を中空構
造に形成し、静翼の壁の一部に静翼の中空内部と翼間流
路を連絡する開孔を備えた蒸気タービンの静翼において
、該静翼の背側翼面の一部に静翼の中空内部と連絡する
単一または複数の吹出開孔を形成すると共に、静翼の腹
側翼面の一部に静翼の中空内部と連絡するスリット状の
吸込開孔を流れと交差するように形成し、且つ、静翼中
空内部で、吸込開孔の形成位置より翼後縁端側の位置に
支持され、静翼のほぼキャンバ−ライン上を翼前縁方向
に延びる気液分離板を吸込開孔の形成範囲に形成し、静
翼を支持する半径方向外周側、及び、内周側のダイヤフ
ラムを中空構造に形成し、静翼の中空内部と連絡するよ
うに構成し、半径方向の外周側のダイヤフラムを低圧部
、あるいは、系外と連絡するように構成する。

〔作用〕

前述のように構成した本発明の静翼構造における作用に
ついて詳細に説明する。

通常、静翼の翼面圧力は背側に比べ腹側の方が高い、従
って、静翼を中空構造とし、背側、腹側に開孔を形成す
ると蒸気は腹側から吸い込まれ背側に吹き出す流れとな
る。湿り蒸気で作動するタービンでは静翼腹面に水膜流
が形成されるため、上述のように開孔を形成すると、水
膜流も蒸気と共に静翼中空部に導かれ、背側の開孔より
、再び、流路中に噴出する０本発明では静翼の中空部に
気液分離板を配置することによって、腹側の開孔より吸
い込んだ水膜と蒸気を気液分離板に衝突させ、水膜と蒸
気を分離する。蒸気及び微小な水滴は、背側に設けた吹
出開孔より有効な作動エネルギとなって噴出するが、気
液分離板に衝突して付層した水膜は、重力の作用によっ
て、静翼の中空部の重力の作用する方向に集積する。こ
の集積した水膜を系外に排出することによって、翼後縁
端から噴出する水滴を減少することができ、且つ、漏洩
損失を低減することができる。

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図を用いて詳細
に説明する。

第１図は典型的な蒸気タービンの一段落に本発明を適用
した例で、静翼１とそれを複数枚支持するダイヤフラム
２，３、動Ｒ４とそれを複数枚固定して回転するディス
クロータ５等の主要構成部品は従来例と同様である。本
実施例では中空構造の静翼１の腹側翼面にスリン１〜状
の吸込開孔８ａを背側翼面にスリット状の吹出開孔８ｂ
を穿ち、腹側翼面に形成した吸込開孔８ａと相対する位
置の静翼中空内部に気液分離板１２を配置したものであ
る。

第２図に示すように、本実施例のようなタービンでは静
翼１の翼面圧力は、腹側の方が背側に比較して高いため
、第１図に示す静翼１の腹面に形成した水膜は、腹面に
形成したスリット状の吸込開孔８ａより静翼１の中空内
部に吸い込まれる。

吸い込まれた蒸気と水膜は、気液分離板１２に衝突し、
蒸気は背側に形成した吹出開孔８ｂより噴出し、水膜は
気液分離板１２に捕集され、重力の作用によって流下し
、中空構造のダイヤフラム２の中空部６に集積する。ダ
イヤフラム２の中空部６は、静翼１の中空内部の圧力と
同等がわずかに高い圧力部に連絡されており、中空部６
に集積した水膜は、連絡管１９を通って、水分排出装置
２０にためられる。水分排出装［２０には、液面計２２
と排出ポンプ２１が連動しており、水位を管理し、排出
ポンプ２１によって水分を系外に排出する構造になって
いる。これによって静翼１の翼後縁端から噴出する水滴
の量を大幅に減少することができ、随伴する蒸気による
漏洩損失を低減することができ動翼４のエロージョンを
防止するのに大きな効果がある。

第３図は第１図のｍ−ｍ断面の斜視図である。

静翼１は、第３図に示したように、薄板で構成される中
空構成となっており、腹側にはスリット状の吸込開孔８
ａ、背側には吹出開孔８ｂが形成されている。また、気
液分離板１２は、吸込開孔８ａより吸込まれた水膜が衝
突するように配置されている。第２図には、水膜と蒸気
の流れの様相を示しである。白抜きの矢印は蒸気の流れ
であり、斜線で示された矢印は水膜の挙動を示した。蒸
気と水膜は吸込開孔８ａより静翼１の中空部に流入する
。吸込開孔８ａの中空部側の近傍には気液分離板１２が
配置されているため、蒸気と水膜はこの気液分離板１２
に衝突する。蒸気流は図示したように気液分離板１２を
回り込み背側の吹出開孔８ｂより流路中に、再び、噴出
した有効なエネルギ源となる。一方、水膜は気液分離板
１２に捕集され蒸気流の流れ方向に偏向しながら重力の
作用によって重力方向に流下する。静翼内部の蒸気流に
追従するごく微小な水滴は蒸気流と共に吹出開孔８ｂよ
り噴出するが、静翼内部中の比較的大きな水滴は、蒸気
流路が気液分離板１２によって１８０°偏向するため、
水滴の持つ慣性力によって静翼１の中空部の壁面１８に
衝突して捕集され、重力方向に流下し、系外に排出する
ことが可能となる。

次に、翼面に形成する吸込開孔８ａと吹出開孔８ｂの形
成位置について説明する。腹面に形成する吸込開孔８ａ
は、翼後縁端近傍が望ましい。これは、腹面に集積する
水膜流量が後縁端で最大になるため、翼後縁端近傍に吸
込開孔８ａを形成した方が効率よく水膜を吸い込むこと
ができる。しかし、腹側の後縁端部では翼面圧力が低下
するため背側に形成した吹出→開孔８ｂとの圧力差が小
さくなるため、水膜の分離効率が低下する。これらの点
を考慮すると、吸込開孔８ａの位置は、腹側翼面で、蒸
気流が加速しはじめる点の近傍が好ましい。

また、背面に形成する吹出開孔８ｂの形成位置は、背側
の翼面圧力が最も低い位置が好ましい。

これは、吹出開孔８ｂの圧力が低いほど吸込開孔８ａよ
り水膜を吸い込む力が大きくなるため、水膜の分離効率
が向上するからである。一方、半径方向の位置は、吸込
開孔８ａの場合、動翼の二ローションが発生する位置、
すなわち、翼の外周部位置から翼長の１／４の範囲に形
成すればよい。

また、吹出開孔８ｂの場合は、ディスクロータの回転中
心より上側の静翼では、翼の外周部に形成した方がよい
、背側の翼面圧力は、翼の外周部より内周部の方が低い
ため、内周部に形成した方が水膜の分離効率が向上する
が、ディスクロータの回転中心より上側の静翼１では、
静翼中空内部の水膜は１重力の作用方向、すなわち、半
径方向内周部に流下するため、静翼中空内部の気液分離
板１２で分離した水膜が吹出開孔８ｂより噴出する可能
性があるため、半径方向外周部がよい、また、ディスク
ロータ５の回転中心より下側の静翼では、重力の作用方
向が半径方向外周側となるため、圧力の低い半径方向内
周部に形成した方が水膜の分離効率が向上する。

本実施例によれば、気液分離板がない場合でも、蒸気と
水膜の中空内部壁への衝突などにより、分離することは
可能である。

本発明の第二の実施例を第４図および第５図を用いて詳
細に説明する。

第４図は第１図に示す典型的な蒸気タービンの静翼に本
発明による第二の実施例を適用した例である。静翼１は
薄板によって構成された中空構造となっており、さらに
、半径方向の外周部の気液分離室１３と半径方向内周部
の静翼１４から構成されている。静翼１の腹側の半径方
向外周部には吸込開孔８ａが形成されており半径方向内
周部の背側には吹出開孔８ｂが形成されており、吸込開
孔８ａから吸い込まれた蒸気は静翼１の中空部を通って
吹出開孔８ｂより吹き出す構造になっている。前述した
ように、静翼１の腹面には水膜が形成されるが、この水
膜を吹出開孔８ｂと吸込開孔８ａの差圧の作用によって
吸込開孔８ａより静翼ｌの気液分離室１３に導びく、気
液分離室１３には気液分離板１２が互い違いに配置され
ており。

吸込開孔８ａより流入した水膜はこの複数抜の気液分離
板１２に衝突を繰り返し、気液分離板１２に捕集され気
液分離室１３の底部１５に溜まる。

気液分離室１３の底部１５には、ダイヤフラム２の中空
部６と連絡する導管１６が形成されており、分離された
水膜は、導管１６を経由してダイヤフラム２に導かれ第
一の実施例と同様に系外に排出される。

一方、吸込開孔８ａより流入した蒸気は、気液分離室１
３の上部に形成された連絡孔１７を通り、吹出開孔８ｂ
から流路中に噴出する。第５図に第４図の■−■断面の
斜視図を示す０図の白抜きの矢印は蒸気の流れであり、
斜線で示した矢印は水膜の挙動である。前述したように
、吸込開孔８ａより流入した水膜は、気液分離板１２に
衝突を繰り返し、気液分離板１２に捕集され底部１５に
集積する。その後、導管１６を通りダイヤプラム２の中
空部６に集まり系外に排出される。また、蒸気は白抜き
の矢印の様な流れを示し、吹出開孔８ｂより噴出する６
本実施例では、吹出開孔８ｂを半径方向内周部に形成し
であるため、吸込開孔８ａとの圧力差を大きくすること
が可能となり、これによって、水膜の分離効率を、さら
に、向上することができる。また、本実施例では、気液
分離板１２によって分離した水膜を重力の作用によって
集積するため、気液分離部１３に形成する導管１６と連
絡孔１７の形成位置を静翼の位置によって考慮しなけれ
ばならない。すなわち、導管１６の形成位置は気液分離
部１３の最も底部が望ましく、連終孔１７は最も上部が
望ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、湿り蒸気流で作動するタービン段落に
おいて、静翼に付着した水滴によって形成されろ水膜流
を効率よく系外に排出することができ、静翼後縁端から
噴出する水滴の量を大幅に減少させ、エロージョンの発
生を防ぐとともに、随伴蒸気による漏洩損失を低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は軸方
向の翼面圧力分布図、第３図は第１図のｉｎ−ｍ矢視斜
視図、第４図は本発明の他の実施例の断面図、第５図は
第４図の■−■矢視斜視図、第６図は従来の典型的なタ
ービンの断面図である。 １・・・静翼、２，３・・・ダイヤフラム、４・・・１
！ｌＩｘ、５・・ディスクロータ、８ａ・・・吸込開孔
、８ｂ・・・吹出開孔、１２・・・気液分子ａＦｉ。 １ｆｆｉ 第 図 萬 図 第 因 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、湿り蒸気で作動する蒸気タービンの静翼を中空構造
   に形成し、前記静翼を構成する壁の一部に、前記静翼の
   中空内部と翼間流路を連絡する開孔を備えた蒸気タービ
   ンの静翼において、前記静翼の背側翼面の一部に前記静
   翼の中空内部と連絡する吹出開孔を形成し、前記静翼の
   腹側翼面の一部に前記静翼の前記中空内部と連絡するス
   リット状の吸込開孔を流れと交差するように形成し、前
   記静翼を支持する半径方向外周側、及び、内周側のダイ
   ヤフラムを前記中空構造に形成し、前記静翼の中空内部
   と連絡するように構成し、半径方向外周側の前記ダイヤ
   フラムを低圧部、あるいは、系外と連絡するように構成
   したことを特徴とする蒸気タービン静翼装置。 ２、特許請求項第１項において、 前記静翼の前記中空内部で、前記吸込開孔の形成位置よ
   り翼後縁端側の位置に支持され、前記静翼のほぼキャン
   バーライン上を翼前縁方向に延びる気液分離板を前記吸
   込開孔の形成範囲に形成したことを特徴とする蒸気ター
   ビン静翼装置。 ３、湿り蒸気で作動する蒸気タービンの静翼を中空構造
   に形成し、前記静翼を構成する壁の一部に、前記静翼の
   中空内部と翼間流路を連絡する開孔を備えた蒸気タービ
   ンの静翼において、前記静翼の腹側翼面の一部に前記静
   翼の中空内部と連絡するスリット状の吸込開孔を流れと
   交差するように形成し、前記吸込開孔と相対する位置の
   静翼中空内部に流れと直交する様に形成された複数枚の
   気液分離板から構成される気液分離室を設け、前記気液
   分離室において重力が作用する方向の底部に中空構造の
   ダイヤフラムと連絡する導管を形成し、前記静翼の半径
   方向内周位置の翼面に前記静翼の中空内部と連絡する吹
   出開孔を形成し、前記気液分離室の一部に前記吹出開孔
   と連絡する連絡孔を形成したことを特徴とする蒸気ター
   ビン静翼装置。