JPH02241904A - 蒸気タービン - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、蒸気タービン、特に抽気構造、給気構造の改
良に関する。

［従来の技術］ 蒸気タービンでは、流動して動作中の蒸気を中途で抽気
し、他の用途に用いたり再熱あるいは再生する。

抽気は、タービン翼室の外周面を巻くように円環状の抽
気室を設け、この抽気室とタービン翼室とを溝状の抽気
口で連通させ、タービン翼室内の蒸気を抽気口から抽気
室に取り出し、抽気室に接続した抽気管により所定の場
所に送ることにより行う。

従来の蒸気タービンでは、抽気口の巾はタービン室の全
周にｂたり一定に設定したものが一般的であった（「蒸
気タービン」ア・ヴエ・シチェグリャエフ、ベニ・ニス
・トロヤノフスキー共著三宝社刊参照）。

ところが、抽気段を有する低圧タービンを試験してみる
と、タービン翼室の外周の円周のどこでも均一であるべ
き抽気段後の蒸気の流れが不均一になっている事実が判
明した。

これは、抽気口から抽気室に入った蒸気が抽気室内で抽
気管に向かって流動する際の圧力損失が考慮されていな
いことに起因するとかされる。すなわち、抽気口の巾が
一定で抽気室も一定の円環状である場合、円周に沿った
角度座標を基準にして抽気室内圧力を測定すると、第１
３図に示すように抽気室内の蒸気の圧力は圧力損失のた
めに円周方向に変化し、第１４図に示すように、蒸気の
油気量も円周方向に不均一となっている。

このため１円周方向で均一に分布して流れるのを前提と
して設計されている蒸気タービンにおいては、抽気管近
傍の油気量の多い部位でその下流側に位置する動翼へ流
入する蒸気流は第５図に想像線で矢示したように動翼に
対して背側流人となり、動翼翼間流れに剥離現象を発生
させ、タービン性能を劣化させる恐れがあるばかりでな
く、周方向の不均一油気によって下流側動翼に励振力が
発生し、翼の振動発生の原因となる。

これを解決しようとする従来の技術として特開昭５２−
３９０４号公報に開示されたものがある。

すなわち、同公報には、タービン翼室の円周形の外周に
沿って形成されている抽気室を、抽気管に近接した部位
では太く、遠い部位では細くしたものが開示されている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記特開昭５２−３９０４号公報に開示
された従来の技術では、抽気間の太さを変えであるので
、抽気室内の蒸気の流速を一定とすることは可能である
が、流動によって発生する圧力損失は考慮されておらず
、流速が一定となることによって従来例よりはタービン
効率の改善を期待することができるが、依然として抽気
口の寸法は一定であり、その作用は間接的なものとなる
ばかりでなく、形状の複雑な抽気室の太さを円周に沿っ
て変化させるのは容易ではなく、加工が煩雑でコストの
嵩むものになるという問題点があった。

本発明の目的は、油気の際、抽気室に生ずる圧力差をな
くし、しかも、構成も単純な油気構造を備えた蒸気ター
ビンを提供するとともに、さらに当該技術を給気構造、
ならびに流体機械の通気構造にも適用することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、油気構造においては、タービン翼室を巻く
ように抽気室が設けられ、抽気室には油気を流出させる
抽気管が接続しており、この抽気室とタービン翼室とを
連通ずるよう、タービン翼室の外周面に円周に沿って開
設された抽気口を、抽気管に最も近接した部位で最小と
し、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくすること
で達成される。

給気構造においては、蒸気が流れるタービン翼室の外周
に対応して円環状に給気室が形成され、その一部に給気
管が接続され、この給気室と、前記タービン翼室から給
気室へ蒸気を導くよう前記タービン翼室の外周の円周に
沿って給気口を開設した場合、給気口を、前記給気管に
最も近接した部位で最小とし、円周に沿って遠ざかるに
つれて漸次大きくすることで目的が達成される。

さらに、油気、給気、排気等を含む一般的な構成として
は、流体が流れる主流室の外周に対応して円環状に通気
室が形成され、その一部に通気路が接続されていて、主
流室から通気室へ流体を導くよう主流室の外周の円周に
沿って連通口が開設されている場合に、前記連通口を、
前記通気路に最も近接した部位で最小とし、円周に沿っ
て遠ざかるにつれて漸次大きくすることで目的が達成さ
れる。

より具体的には、タービン翼室の中心を角度中心とし、
抽気管から円周に沿って最も離れた位置を角度座標の原
点としたとき、抽気口の開口巾ｇ（θ）を であられされるθの関数として変化させた油気構造を備
えた蒸気タービンとなる。

また、抽気口は溝状とせず、連なって穿設された複数の
貫通孔により形成し、該貫通孔の開口面積が抽気管から
遠ざかるにつれて漸次大きくなるようにした油気構造で
も良い。

給気構造では、タービン翼室の中心を角度中心とし、給
気管から円周に沿って最も離れた位置を角度座標の原点
としたとき、給気口の開口巾ｇ（θ）を であられされるθの関数として変化させた給気構造とな
る。

流体機械では、連通口を１通気管に最も近接した部位で
最小とし、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくし
た通気構造とする。

また、タービン翼室を巻く円環状の抽気室を形成したダ
イヤフラムでは、静翼を支持するブロック部を連ねて形
成され、該ブロック部の端面間に隙間をあけて抽気溝を
形成し、抽気室に接続する抽気管に最も近接した部位で
は隣接する前記ブロック部の間を最も狭くし、円周に沿
って遠ざかるにつれて広くする。

［作　用］ 抽気構造について説明すれば、タービン翼室には蒸気が
軸方向に流れ、動翼に回転力を発生させている。油気は
、タービン翼室の外周面に円周に沿って開設された抽気
口からタービン翼室を巻くように形成された抽気室に蒸
気を排出し、抽気管から流出させることによりなされる
。

抽気口は、抽気管に最も近接した部位で最小とし、円周
に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくしてあり、抽気管
から遠い位置では大きな開口から蒸気が抽気室に流入し
、近い位置では小さな開口から流入する。この開口の大
きさの違いは、抽気室に入った蒸気が抽気室内で抽気管
に向かって流動する際の圧力損失と打ち消しあって均衡
し、タービン翼室の主流の円周方向に圧力のアンバラン
スが生じることがない。

すなわち、第５図に示すように、動翼１１゜１１に対し
、蒸気は前段の静翼（図示省略）により十分な流速にな
り実線Ａで示すように正しく設計通りの流れ方向から流
入する。

従来例のように、抽気口を一定の寸法に設定しであると
、抽気管近傍で多量の蒸気が偏って抽気された場合、圧
力のアンバランスにより動翼１１に対する蒸気の流入は
想像線に示す背側流人となり、流れの剥離が生じて翼間
流れの損失が増大しタービンの性能劣化の原因となる。

また、抽気管から離れた位置では油気は少量となり、動
翼１１に対する蒸気の流入は逆に腹側流人となり、同様
にタービンの性能劣化の原因となるのであるが、この不
具合の発生が防止される。

油気、給気２通気いずれの場合でも、抽気室。

給気室１通気室が円環状をしていてその一部に抽気管、
給気管２通気管が接続している場合には、抽気口、給気
口２通気口と抽気管、給気管１通気管との間で流体が流
れるとき、圧力損失が生ずるのは免れず、抽気管、給気
管９通気管との距離により抽気口、給気［１９９通気の
開口の大きさを変えてあれば、圧力損失を打ち消し、主
流に悪影響が出ることがない。

圧力損失の変化の割合は流路内の圧力降下量として解析
することができ、前記開口巾ｇ（θ）で表される割合で
変化させた場合に最も効率良く圧力損失を打ち消すこと
ができる。

［実施例］ 以下、図面により本発明の各種実施例を説明する。

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示している。

第２図に示すように、蒸気タービンは、回転体１ｏおよ
び内側ダイヤフラム２０のブロック部２１．２２と外側
ダイヤフラム２５のブロック部２６．２７との間に蒸気
が流れる円筒状あるいは部分円錐状のタービン翼室１５
が形成されている。

タービン翼室１５内には回転体１０に基端が植設された
動翼１１．１２と、外側ダイヤフラム２５のブロック部
２６．２７と内側ダイヤフラム２０のブロック部２１．
２２との間に放射方向に架設された静翼１３，１４とが
交互に配置されている。

外側ダイヤフラム２５のブロック部２６．２７の内面は
連なってタービン翼室１５の外周面１６を形成しており
、この外周面１６の外側に、第３図に示すように、ター
ビン翼室１５を巻いて円環状に抽気室３０が形成されて
いる。抽気室３０の一部には抽気管３１が接続されてい
る。

タービン翼室１５から抽気室３０へ蒸気を導くようター
ビン翼室１５の外周面に円周に沿って抽気口３５が開設
されている。

抽気口３５は溝形で、第１図に示すように、抽気管３１
に最も近接した部位で最小とし、タービン翼室１５の円
周に沿って遠ざかるにつれ、て漸次大きくなっている。

すなわち、抽気管３１に最も近接した部位では外側ダイ
ヤフラム２５の隣接するブロック部２６゜２７の端面２
６ａ、２７ａの間を最も狭くし、円周に沿って遠ざかる
につれて広くしである。

抽気口３５の溝巾分布は、第６図に示すように、直線的
な変化でも効果があるが、流体が対象であるので、その
最適な分布は次のようにして求めることができる。

一般的に、流路の圧力降下量Ｐは、次式で表わすことが
できる。

（１）式において、λ：摩擦係数、Ｌ：流路長さ、ｄ：
流路の直径、■＝流速である。

このように、圧力降下量Ｐは速度の２乗に比例して大き
くなる。抽気室内で油気をした蒸気は、抽気管に近づく
につれて流量が増加するから、流速も増大する。従って
、流路の微小長さΔＬにおける圧力降下ΔＰを考えると
、 ΔＬ　　　ｖ” となり、この（２）式は流路面積をＡ、抽気溝巾をｇ、
抽気溝を通過する流速をＵ、タービン室の半径をＲ９第
３図に示すように、抽気管３１がら最もはなれた位置を
原点として角度座標を０と置けば、次の（３）式に変形
することができ、となる。この（３）式に基づきｇ（θ
）を求めると、 とあられされる。ここで、Ｃ工ｌ　Ｑ２ｔ　ｃ、、ｃ４
は抽気条件により定まる定数であり、油気量、抽気圧力
、主流路の圧力および密度、抽気溝の始点の巾、抽気室
の断面積等により定まる。（４）式による抽気溝巾の分
布は第４図に示すとおりである。

以上の構成を有する油気構造を備えた蒸気タービンの動
作、機能について次に説明する。

第２図において、タービン翼室１５には矢印Ａに示すよ
うに蒸気が軸方向に流れ、蒸気は動翼１１．１２の前段
の静翼１３，１４でそれぞれ適切な流速と流入方向にな
って動翼１１．１２に流入し、動翼１１．１２に回転力
が発生し１回転体１０が回転し、この回転力が動力とし
て利用される。

油気は、タービン翼室１５の外周面に円周に沿って開設
された抽気０３５からタービン翼室１５を巻くように形
成された抽気室３０に蒸気を排出し、抽気管３１の位置
まで流れてそこから流出させることによりなされる。

抽気口３５は、抽気管３１に最も近接した部位で最小と
し、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくしてあり
、抽気管３１から遠い位置では大きな開口から蒸気が抽
気室に流入し、近い位置では小さな開口から流入する。

この開口の大きさの変化は、抽気室３ｏに入った蒸気が
抽気室３０内で抽気管３１に向かつて流動する際の圧力
損失と打ち消しあって均衡し、タービン翼室１５の主流
の円周方向に圧力のアンバランスが生じることがない。

抽気口３５より後方にある静翼１４の外周の雰囲気は一
定の圧力に保たれ、静翼１４を通過した蒸気は前記のよ
うに適切な流速と方向になり、動翼１２に全周で均衡し
て安定した蒸気が流入する。

また、抽気口３５に近接して影響をうけやすい動翼１１
も安定して動作する。

第７図は抽気管が複数設けられている抽気室の説明図で
あって、第７図（ａ）に示すように、抽気室３０に対し
て両側に対向するよう対称的に抽気管３１ａ、３１ａが
接続されている場合、抽気管から最も遠い位置は図にお
いて中央の位置となり、（４）式の０の原点もそこにな
る。

第７図（ｂ）に示すように、抽気室３０に対して対称的
に角度をなすよう抽気管３１ｂ、３１ｂが接続されてい
る場合、抽気管から最も遠い位置は図において中央の位
置となり、（４）式のθの原点もそこになるのであるが
、抽気管３１ｂ。

３１ｂからの距離が異なった２地点となるので、抽気溝
巾の分布はどちらを原点とするかにより異なったものと
なる。

また、第７図（Ｑ）に示すように、３本の抽気管３１ｃ
、３１ｄ、３１ｄが接続されている場合、抽気管から最
も遠い位置は、抽気管３１ｃ。

３１ｄ、３１ｄの間でそれらから最も遠い位置となる。

第８図〜第１０図は、本発明を蒸気タービンの給気構造
として具体化した実施例を示している。

ｆｉＳ８図に示すように、蒸気タービンに、回転体１０
および内側ダイヤフラム２ｏのブロック部２１ａと外側
ダイヤフラム２５のブロック部２８゜２９との間に蒸気
が流れるタービン翼室１５が形成されているのは前記実
施例と同様である。

そしてタービン翼室１５内には回転体１ｏに基端が植設
された動翼１１ａ、１２ａと、外側ダイヤフラム２５の
ブロック部２８，２９と内側ダイヤフラム２０のブロッ
ク部２１ａとの間に放射方向に架設された静翼１３ａ、
１４ａが配設されている。

内側ダイヤフラム２０のブロック部２８．２９の内面は
連なってタービン翼室１５の外周面１６を形成しており
、この外周面１６の外側に、第９図に示すように、ター
ビン翼室１５を巻いて円環状に給気室４０が形成されて
いる。給気室４０の一部には給気管４１が接続されてい
る。

タービン翼室１５に給気室４０から蒸気を導くようター
ビン翼室１５の外周面に円周に沿って給気口４２が開設
されている。給気口４２は溝形で。

給気管４１に最も近接した部位で最小とし、タービン翼
室１５の円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくなっ
ており、第９図に示すように給気管４１から最も遠い位
置を角度座標Ｏの原点とすれば、前記（４）式に従って
分布させるのが効率的である。各定数は給気条件から定
まる。

第１１図および第１２図は、それぞれ抽気口を他の態様
にした実施例を示している。

第１１図に示すものは、抽気口として、タービン翼室１
５の円周に沿って多数の丸い貫通孔３６゜３６・・・を
穿設しである。貫通孔３６．３６・・・は、抽気管３１
に近接した位置ではそれらを集合した開口面積が小さく
、遠ざかるに従い大きくしである。その変化する割合は
、前記（４）式に従うのが効率的である。

第１２図に示すものは、抽気口として、軸方向の巾は一
定とし、円周方向で開口巾が変化するスリット上の貫通
孔３７ａ、３７ｂ、３７ｃ・・・を穿設したものである
。貫通孔３７ａ、３７ｂ。

３７ｃ・・・の円周方向の開口巾は、抽気管３１に近接
した位置では小さくて単位長さあたりの開口面積が小さ
く、遠ざかるに従い大きくなるようにしである。

なお、前記実施例では、蒸気タービンに適用した構造を
示したが、それに限らず、油気、給気、排気等を含む一
般的な構成として、要するに、流体が流れる主流室の外
周に対応して円環状に通気室が形成され、その一部に通
気路が接続されていて、主流室から通気室へ流体を導く
よう主流室の外周の円周に沿って連通口が開設されてお
り、通気路との距離により、通気室に圧力損失が生ずる
ような場合の流体機械に適用することができる。

［発明の効果］ 本発明に係る油気構造、給気構造を備えた蒸気タービン
、ならびに流体機械によれば、タービン翼室あるいは主
流室を巻くように円環状の抽気室。

給気室２通気室が形成されていて、これら各室とタービ
ン翼室あるいは主流室との間に円周に沿って抽気口、給
気口２通気口が開設され、抽気室。

給気室２通気室の一部に接続した抽気管、給気管。

通気管により油気、給気２通気等を行う場合に、抽気口
、給気口９通気口と抽気管、給気管１通気管との間で抽
気室、給気室２通気室内を流体が流れるとき、抽気管、
給気管２通気管との距離により抽気口、給気口２通気口
の開口の大きさを変えであるので、圧力損失が打ち消さ
れて、抽気室。

給気室１通気室内の圧力分布が一定となり、タービン翼
室あるいは主流室の主流に悪影響が出ることがない。

タービン性能あるいは流体機械の性能を劣化させること
かなく１周方向の不均一油気等による回転力のむらが生
じることがなく、動翼に励振力が発生せず、翼に不正振
動が発生することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示しており、第１
図は蒸気タービンのタービン翼室を内側から見たもので
あって、抽気室およびタービン翼室の一部を断面で示し
た説明図、第２図は蒸気タービンの要部の略示断面図、
第３図は第２図ＩＩＩ　−■線断面図、第４図は抽気口
の溝巾分布を示す線図、第５図は動翼への蒸気の流入状
態を示す説明図、第６図は抽気溝巾の他の分布を示す線
図、第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は抽気室への抽気管
の各種の接続態様を示す説明図、第８図は給気構造を示
しており、蒸気タービンの給気管近傍の要部断面図、第
９図は第８図■−■線断面図、第１０図は給気口の溝巾
分布を示す線図、第１１図および第１２図はそれぞれ抽
気口の他の例を示す説明図、第１３図および第１４図は
抽気口中が一定の従来例を説明するものであって、第１
３図は抽気室の圧力分布を示す線図、第１４図は抽気口
の油気量分布を示す線図である。 １０・・・回転体　　　　１１．１２・・・動翼１３．
１４・・・静翼　　１５，１６・・・タービン翼室２０
・・・内側ダイヤフラム ２５・・・外側ダイヤフラム ２６．２７・・・ブロック部　２６ａ、２７ａ・・・端
面３０・・・抽気室　　３１．３１ａ〜３１ｄ・・・抽
気管３５・・・抽気口　　３６．３７ａ、３７ｃ・・・
貫通孔４ｏ・・・給気室　　　　　　４１・・・給気管
４２・・・給気口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気が流れるタービン翼室を巻くよう円環状に形成
   され、その一部に抽気管が接続された抽気室と、前記タ
   ービン翼室から抽気室へ蒸気を導くよう前記タービン翼
   室の外周面に円周に沿って開設された抽気口とを備えた
   蒸気タービンにおいて、 前記抽気口を、前記抽気管に最も近接した部位で最小と
   し、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくしたこと
   を特徴とする蒸気タービン。 ２、蒸気が流れるタービン翼室の外周面に対応して円環
   状に形成され、その一部に給気管が接続された給気室と
   、前記タービン翼室から給気室へ蒸気を導くよう前記タ
   ービン翼室の外周面の円周に沿って開設された給気口と
   を備えた蒸気タービンにおいて、 前記給気口を、前記給気管に最も近接した部位で最小と
   し、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくしたこと
   を特徴とする蒸気タービン。 ３、流体が流れる主流室の外周面に対応して円環状に形
   成され、その一部に通気管が接続された通気室と、前記
   主流室から通気室へ流体を導くよう主流室の外周面の円
   周に沿って開設された連通口とを備え、 前記連通口を、前記通気管に最も近接した部位で最小と
   し、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくしたこと
   を特徴とする流体機械。 ４、請求項１記載の蒸気タービンにおいて、タービン翼
   室の中心を角度中心とし、抽気管から円周に沿って最も
   離れた位置を角度座標の原点としたとき、抽気口の開口
   巾ｇ（θ）を ｇ（θ）＝ｃ＿３√（ｃ＿１／２（ｃ＿４＋ｃ＿２θ＾
   ３））であらわされるθの関数として変化させたことを
   特徴とする蒸気タービン。 ５、請求項１記載の蒸気タービンにおいて、抽気口を連
   なって穿設された複数の貫通孔により形成し、該貫通孔
   の開口面積が抽気管から遠ざかるにつれて漸次大きくな
   るようにしたことを特徴とする蒸気タービン。 ６、請求項２記載の蒸気タービンにおいて、タービン翼
   室の中心を角度中心とし、給気管から円周に沿って最も
   離れた位置を角度座標の原点としたとき、給気口の開口
   巾ｇ（θ）を ｇ（θ）＝ｃ＿３√（ｃ＿１／２（ｃ＿４＋ｃ＿３θ＾
   ３））であらわされるθの関数として変化させたことを
   特徴とする蒸気タービン。 ７、流体が流れる主流室の外周面に対応して円環状に形
   成され、その一部に給気路が接続された給気室と、前記
   主流室から給気室へ流体を導くよう主流室の外周面の円
   周に沿って開設された給気口とを備え、 前記給気口を、前記給気路に最も近接した部位で最小と
   し、円周に沿って遠ざかるにつれて漸次大きくしたこと
   を特徴とする流体機械。 ８、静翼を支持するブロック部を連ねて形成され、該ブ
   ロック部の端面間に隙間をあけて抽気溝を形成し、該抽
   気溝の外にタービン翼室を巻く円環状の抽気室を形成し
   たダイヤフラムにおいて、前記抽気室に接続する抽気管
   に最も近接した部位では隣接する前記ブロック部の間を
   最も狭くし、円周に沿って遠ざかるにつれて広くしたこ
   とを特徴とするダイアフラム。