JPH0326802A - 蒸気タービンの静翼装置 - 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、静翼翼
面に付着した水膜流を系外に排出すると共に、水膜流と
共に随伴される漏洩蒸気による性能低下を防ぐのに好適
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
ビンは，蒸気中に水滴が存在する湿り蒸気で作動する．
第７図は典型的な蒸気タービンの段落構造の断面図であ
るが、図示するように、作動流体中（湿り蒸気）の水滴
のうち比較的大きな水滴３０は，その慣性力によって静
翼１，１′の腹面に衝突し、集積して水膜流３１を形成
する。

この水膜流３１は蒸気流によって加速されて流下し、翼
後縁端に達すると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３２（数十〜数百μｍ
）となって噴出する．この粗大水滴３２は静翼ｌ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に到達することになる．第７図に蒸気、及び、水
滴の速度三角形を示すが、静翼１の出口部の蒸気絶対速
度Ｖに比較して水滴絶対速度■１は遅くなり、このため
、動翼４の周速Ｕを考慮した相対速度場では、蒸気相対
速度Ｗに比べ水滴相対速度Ｗ，は遠くなり、しかも，入
射角が小さくなるため、粗大水滴３２は動翼４の背面に
高速で衝突する。

このため動翼４は粗大水＠３２による浸蝕作用（二〇ー
ジョン）による損傷を受ける。また、粗大水滴３２は動
翼４の背面に衝突するため、動翼４にブレ・−キカが作
用し、制動損失が増加する。

このように粗大水滴３２の発生によって、動翼４のエロ
ージョンや制動損失などのエネルギ損失が発生する。

そこで粗大水滴によって発生する動翼のエロージョンの
防止及び各種エネルギ損失を低減するため，従来より静
翼翼面に水膜吸い込み溝や吸い込み孔を設けて、翼面に
形成されろ水膜流を系外等に排出し、翼後流中に発生す
る水滴の量を減少させる方法が考案されている。

例えば，実開昭６０−７３８０１号公報は、静翼を中空
構造とし静翼翼面に複数のスリットを形成し翼中空部を
低圧部と連通させ，翼面」二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である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は静翼面に形成された水膜流を分離し、静
翼後縁端から噴出する粗大水滴の発生を低減し、水滴に
よるエロージョン、及び、エネルギ損失を低減すること
が可能である。しかし、この例では翼面に形成したスリ
ットによって、水膜を静翼の中空部に吸い込む際に、有
効なエネルギをもつ作動蒸気も水膜流と共に吸い込み系
外に排出される点について考慮がされておらず、随伴蒸
気によって漏洩損失が増大する。特に湿り庫の浅．い段
落では、漏洩損失が増大し性能低下の大きな要因となる
問題があった。

本発明の目的は翼面に形成した水膜流を分離し、翼後縁
端より噴出する粗大水滴の発生を低減し、さらに、水滴
とともに随伴されない有効な蒸気を、ダイヤフラム部で
気液分離して蒸気を再度利用することにより，エロージ
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〕

上記目的を達或するために，湿り蒸気で作動する蒸気タ
ービンの静翼、及び、静翼を支持するダイヤフラムを中
空構造に形成し，静翼の中空室を形成する壁部材の一部
に、中空室と翼間流路に開口するスリットを形成すると
共に、ダイヤフラムの中空室を形成する壁部材の一部に
、動翼とディスクロータからなる回転体と、静翼とダイ
ヤフラムからなる静止体にはさまれる空間に開口する蒸
気吹出し孔を形成し、さらに、静翼とダイヤフラムの中
空室とを互いに連通ずるように構成すると共に、半径方
向外周部のダイヤフラムの中空室とタービン系外のドレ
ン排出機構とを連絡するよう構威したものである。

また、静翼中空室に水膜流（ドレン）と共に吸い込んだ
有効なエネルギをもつ作動蒸気を再度利用するために、
半径方向内周側のダイヤフラムの中空室を形成する壁部
材の一部に、静翼と動翼にはさまれた空間に略周方向に
開口する蒸気吹出し孔を形成し、対向する動翼の根元部
に蒸気を吹出すよう構成したものである。また、上記と
同様の目的で，半径方向外周側のダイヤフラムの中空室
を形成する壁部材の一部に，ダイヤフラムと動翼にはさ
まれる空間に略半径方向に開口する蒸気吹出し孔を形成
し、動翼の先端部に蒸気を吹出すように構威したもので
ある。

さらに、ダイヤフラムの中空室内部で蒸気とドレンを十
分に分離するため，ダイヤフラムの中空室内部に気液分
離機構を設置した． そして、ダイヤフラムの中空室で分離したドレンを効率
よくタービン系外に排出するため、半径方向外周部のダ
イヤフラムの中空室と，系外とを連絡する連絡管部にド
レンタンク、及び、バルブを設置し，ドレンタンクの水
位を検知してバルブが開閉するように構成した． 〔作用〕 前述したように構成した本発明の静翼構造における作用
を詳細に説明する。静翼の半径方向外周部の腹面圧力は
，半径方向内周部のダイヤフラムの下流側の側壁面圧力
に比べて高い．従って、静翼の半径方向外周部の腹側面
と半径方向内周部のダイヤフラムの側壁に開孔部を形成
すると，蒸気は静翼腹面のスリット部より流入し、静翼
中空室を通ってダイヤフラムの側壁の蒸気吹出し孔より
流出する様相を示す．湿り蒸気で作動する蒸気タービン
では，第７図に示したように、静翼腹面に水膜流が形成
される。従って、本静翼構造では静翼腹面と中空室部の
差圧によって、腹面スリット部より水膜流が中空室部に
吸い込まれ、このため、静翼後縁端より噴出する粗大水
滴量を低減する。

また，静翼の中空室内に流入した有効なエネルギをもつ
蒸気は、差圧によりダイヤフラムに設けた蒸気吹出し孔
より、再び，流路中に吹き出して仕事をする。一方、静
翼の中空室部に流入した水膜流（ドレン）は、静翼の中
空室壁に衝突付着して分離される。分離されたドレンは
，重力の作用する方向に流下して集積する。すなわち、
ディスクロータの回転中心より上方の静翼では半径方向
内周側のダイヤフラムの中空室部に、ディスクロータの
回転中心より下方の静翼では、半径方向外周側のダイヤ
フラムの中空室部に、それぞれ、ドレンが集積する．デ
イクロータの回転中心より上方の半径方向内周側のダイ
ヤフラムの中空室に集積したドレンは、回転中心より下
方の半径方向内周側のダイヤフラムの中空室、及び、静
翼の中空室部を経由して最終的には回転中心より下方の
半径方向外周側のダイヤフラムの中空室に導くことが可
能である。

従って、全周の静翼から吸い込んだドレンは半径方向外
周側のダイヤフラムの中空室に集められドレンのみを、
タービン系外に排出することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第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ｌとそれを複数枚支持する半径方向外周
側のダイヤフラム２、及び，半径方向内周側のダイヤフ
゛ラム３、動翼４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。

本実施例では静翼１を中空構造とし、静翼１の腹翼面に
スリット６ａ，６ｂ→を形成し、さらに，半径方向外周
側のダイヤフラム２に中空室７，半径方向内周側のダイ
ヤフラム３に中空室８を形成し、中空室７，８と静翼１
の中空室９を連絡する連絡孔１０を設け、中空室８に静
翼と動翼にはさまれた空間に略周方向に開口する蒸′気
吹出し孔１１を設けたものである． 第２図は第１図の■一■矢視断面を示したものである。

静翼１は図示するように薄板の腹面部材Ｊ２、及び、背
面部材１３から構成されており，腹面部材１２に半径方
向に延びるスリット６ａ３び６ｂが形成されている。本
実施例のような段落構造では，前述し！そように、静翼
１の腹面に水膜流３１−が形成されるが、水膜流３１の
流量、及び．流速は翼後縁端で最大となる。従って、ス
リット６ａ及び６ｂを形成する位置は、水膜流量が最大
になる翼後縁端近傍が望ましい。どころか静翼１の構造
上翼後縁端部に孔を設けるのが困難なこと、さらに、水
膜流の流速が速くなると，水膜流３１−を静翼丁の中空
部９に吸い込みにくくなるため、スリット６ａ及び６１
）の形成位置は，静Ｘｉの前縁端から軸方向位置８０％
〜９０％が適当である８また、半径方向の形成位置は、
動翼４のエロージョンが発生する位置が翼長から翼長の
１／４の範囲であることから、第１図に示すように、翼
長から翼長の１／４の位置に形成するのがよい。

静翼１のスリット６ａ、及び、６ｂより静翼中空室９に
吸い込まれた有効なエネルギをもつ蒸気は、静翼１の中
空室９，連絡孔１０を通ってダイヤフラム３の中空室８
に導かれ、蒸気吹出し・孔Ｊｌより静翼と、ａ翼の空間
部に５再び、噴出する。本実施例で１１蒸気吹出し孔１
】−を第工図に示すように動翼４の根元部と対抗する位
置に形成してあるため、蒸気は動翼４の根元部に吹き付
けられるように噴出する。このため、ダイヤフラム３ヒ
デイスクロータ５の間を通って流下する漏洩蒸気をシー
ルする効果が期待できる。また、蒸気吹出し孔２］は、
轄局方向に形成するのが効果的である。動翼４は、第７
図に示すように、周速Ｕで回転しているため、蒸気吹出
し孔２１より軸方向に蒸気を吹出すＬ、蒸気は動翼４に
対して翼背側から流入し、動翼に制動作用を与え、ター
ビン性能上好ましくない。したがって、蒸気吹出し孔１
１は，蒸気吹出し孔１１からの蒸気速度と動翼４の周速
からなる速度三角形を考慮した、略周方向に形成するの
がよい。

また、本実施例のように、動翼４の根元部に蒸気を吹き
つけると動翼４の根元部で発生するはく離を制御するこ
とができるため、タービン性能上有利である。一方、ス
リット６ａ、及び、６ｂから静翼中空室９に吸い込まれ
た水膜流は第２図に示すように静翼中空室９の内壁面に
衝突して付着する。静翼中空室９の内壁面に付着したド
レンはしだいに集積し、やがて、重力の作用する方向に
流下する．第３図に第１図の縦断面図を示すが．ディス
クロータ５の回転中心より上力の静翼では重力の作用す
る方向が半径方向内側であるため，ドレンは図示した矢
印のようにダイヤフラム３の中空室８を通り、連絡孔１
４、及び、ディスクロータ５の回転中心より下方のダイ
ヤフラム３の中空室８、及び，静翼１の中空室９を通っ
て、ダイヤフラム２の中空室７に到達する。一方、ディ
スクロータ５の回転中心より下方の静翼では、重力の作
用方向が半径方向外周側となるため、ドレンはダイヤフ
ラム２の中空室７に集積する。ダイヤフラム２の中空室
７に集積したドレンは、排出管１５を通ってドレンタン
ク１６に蓄えられる。ドレンタンク１６には水位監視装
置１７がノくルブ１８と連動簀れ、ドレンタンク１６の
水位が上限設定水位に達するとバルブ】８が開き．ドレ
ンば、タービン系外、あるいは、低圧部に排出され，水
位が下限設定水位になるとバルブ１８が閉じ、タービン
系外、あるいは，低圧部としゃ断し、蒸気の漏洩を防ぐ
。また、本実施例では水膜流を静翼中空室９に吸い込む
差圧源は半径方向内周部のダイヤフラム表面と連絡する
ことによって得られるため、静翼腹表面と静翼中空室９
の差圧を大きくすることが出来、水膜流を吸い込むのに
効果的である。さらに、各静翼に対応してダイヤフラム
３に蒸気吹出し孔ｌ１を８Ｍすることが可能なため、各
静翼の翼面内外の差圧をほぼ等しくすることが出来る。

また、本実施例でディスクロータ５の回転中心より上方
の静翼では、スリット６ａ、及び、６ｂより吸い込んだ
蒸気、及び、水膜の流れは、第工図、及び、第３図に示
すように、半径方向内周側となるため、ダイヤフラム２
の連絡孔１０は不用となる． 次に、本発明による第二の実施例を第４図を用いて説明
する。第４図は半径方向内Ｒ側のダイヤフラム３部の拡
大図を示したものであり、第二の実施例ではダイヤフラ
ム３の中空室８に気液分離板１９を少なくとも一枚配置
したものである。また、他の主要構成部品は第一の実施
例で示したものと同様である．第一の実施例で述べたよ
うに，静翼１の腹面のスリット６ａ，６ｂより吸い込ま
れた蒸気と水膜流は静翼ｌの中空室９の内壁部でほとん
どが気液分離されるが、ドレンの一部が水滴となり、蒸
気と共にダイヤフラム３の蒸気吹出し孔１１より、再び
、流路１２噴出する可能性がある．そこで．、ダイヤフ
ラム３の中空室８に気液分離板ｌ９を設置し、蒸気が気
液分離板１９の間を流下する際に、蒸気と共に飛翔する
微小水滴も捕集し，蒸気吹出し孔１１からは蒸気だけを
噴出させ、湿り損失を低減させる． 次に，本発明による第三の実施例を第５図、及び、第６
図を用いて説明する。第５図に示すように、静翼１，ダ
イヤフラム２，３，動翼４，ディスクロータ５などの主
要構成部品は第一の実施例と同様である。第三の実施例
では中空構造の静翼１の腹側翼面にスリット２ｏを形成
し・さらに・半径方向外周側のダイヤフラム２の中空室
７に気液分離板１９を設置し、動翼４の先端部に対向す
る位置に蒸気吹出し孔２ｌを形成したものである．第６
図は静翼翼面の圧力分布と蒸気吹出し孔２１位置の圧力
を示すが、スリット２０を形成する位置は、第６図に示
す蒸気吹出し孔２１の位置の圧力より高い位置に形成す
れば、本発明の目的を達成することができる。すなわち
、蒸気吹出し孔２ｌの位置の圧力より高い位置にスリッ
ト２０を形成すると、真面に形成された水膜流、及び、
蒸気は、スリット２０より静翼■の中空室９に吸い込ま
れる．中空室９に流入した蒸気はダイヤフラム中空室７
を経由して蒸気吹出し孔２１より動翼４の先端部に向け
て噴出する．これによって、動翼４の先端部とダイヤフ
ラム２の間隙を漏洩する蒸気量を低減することができる
． 一方、蒸気と共に静翼中空室９に流入した水膜流（ドレ
ン）は、半径方向外周側のダイヤフラム２の中空室７に
導かれ、排出管１５を経由してドレンタンク１６に蓄え
られ、タービン系外に排出される。

また、第５図はディスクロータ５の回転中心より下方の
静翼について示したものであり、ディスクロータ５の回
転中心より上方の静翼では、重力の作用する方向が半径
方向内周側となるため、静翼中空室９に流入した水膜流
（ドレン）は、半径方向内周側のダイヤフラム３の中空
室８に集積される．中空室８に集積したドレンは、第３
図に示した第一の実施例のように流下し、ドレンタンク
１６に蓄えられ、タービン系外に排出される。

また，本実施例におけるスリット２０の形成位置は、前
述したように蒸気吹出し孔２１の圧力より高い位置であ
ればよく，翼前縁部５あるいは，翼背側翼面でもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば，湿り蒸気で作動する蒸気タービンの段
落において、静翼に形成された水膜流を効率よくタービ
ン系外に排出することができ、静翼後縁端から噴出する
粗大水滴の量，及び、平均径を大幅に減小させ、動翼に
発生する二〇ージョン、及び、制動損失の低減を図る効
果がある。

また、水膜流と共に吸い込んだ有効なエネルギをもつ漏
洩蒸気をドレンと分離し、有効利用するため漏洩蒸気に
よる損失を低減することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図，第２図は第
１図のｎ−ｎ線断面図、第３図は第１図の段落の縦断面
図、第４図は本発明の第二の実施例を示す部分断面図、
第５図は本発明の第三の実施例を示す系統図、第６図は
静翼翼面の圧力分布図、第７図は典型的な蒸気タービン
の一段落の断面図である。 １・・・静翼、２．３・・・ダイヤフラム、４・・・動
翼、５・・・ディスクロータ．６ａ，６ｂ・・・スリッ
ト、７，８・・・ダイヤフラム中空室、９・・・静翼中
空室、１０・・・連絡孔、１１．２１・・・蒸気吹出し
孔、１９・・・気塔 図 中乞！室Ｆ）の１１１〜のシ漕一材１ 帛３図 １−一一水位［ン見聴１ ８−−−　　／マルフ −　トし゛ノ０決煎 軸方口１１１ 尾４図 嵩 ６ 図 翼車由方百位１

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及び前記静
   翼を支持するダイヤフラムを中空構造に形成し、前記静
   翼の中空室を形成する壁部材の一部に、前記中空室と翼
   間流路に開口するスリットを形成すると共に、前記ダイ
   ヤフラムの中空室を形成する前記壁部材の一部に、動翼
   とディスクロータからなる回転体と、前記静翼と前記ダ
   イヤフラムからなる静止体にはさまれる空間に開口する
   蒸気吹出し孔を形成し、さらに、前記静翼と前記ダイヤ
   フラムの前記中空室を互いに連通するように構成し、半
   径方向外周部の前記ダイヤフラムの前記中空室とタービ
   ン系外のドレン排出機構とを連絡するよう構成したこと
   を特徴とする蒸気タービンの静翼装置。 ２、請求項１において、 半径方向内周側の前記ダイヤフラムの前記中空室を形成
   する壁部材の一部に、前記静翼と前記動翼にはさまれた
   空間に略周方向に開口する蒸気吹出し孔を形成し、前記
   蒸気吹出し孔から、対向する前記動翼の根元部に蒸気を
   吹出すよう構成したことを特徴とする蒸気タービンの静
   翼装置。 ３、請求項１において、 半径方向外周側の前記ダイヤフラムの前記中空室を形成
   する壁部材の一部に、前記ダイヤフラムと前記動翼には
   さまれた空間に略半径方向に開口する蒸気吹出し孔を形
   成し、前記蒸気吹出し孔から、前記動翼の先端部に蒸気
   を吹出すよう構成したことを特徴とする蒸気タービンの
   静翼装置。 ４、請求項１において、 前記ダイヤフラムの前記中空室に気液分離機構を設置し
   たことを特徴とする蒸気タービンの静翼装置。 ５、請求項１において、 半径方向外周側の前記ダイヤフラムとタービン系外とを
   連絡する連絡管部に、ドレンタンク及びバルブを配置し
   、前記ドレンタンクの水位を検知して前記バルブを開閉
   するように構成したドレン排出機構を配置したことを特
   徴とする蒸気タービンの静翼装置。