JPH04140401A - 蒸気タービンのノズル - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、蒸気タービンのノズル（静Ｗｔ）に係り、特
に湿り蒸気中で使用されるノズルに関する。

（従来の技術） 蒸気タービンにおいて通路部を流れる蒸気＆よ段落毎に
膨脹を繰返し仕事を行うが、ある程度圧力・温度が低下
すると湿り域に入り、蒸気中番こドレンが発生する。こ
のドレンは高速で回転する羽根に衝突して羽根を浸蝕す
るとともに、制動作用をもたらしてタービンの効率を低
下させる。これが湿り損失と呼ばれるものである。特に
ノズル表面に一旦付着したドレンは水滴径が大きくなり
、このドレンが蒸気流によってノズル後縁力）ら振切ら
れ羽根に衝突すると大きな損失となる。しだ力（って、
タービン効率の向上のためには、蒸気中１こ発生したド
レンを通路部から排除すること力（有効であり、従来か
ら様々な方法が考案されてきた。

その一つがスリットノズルと呼ばれるものであり、これ
はノズル表面に付着したドレンをノズル表面に設けたス
リットから吸込み、外部へ排出するものである。その構
造を第８図に示す。図中、符号１および２はロータおよ
びロータ１に植込まれた羽根であり、これらは高速で回
転して（λる。一方、蒸気を膨脹させる仕組みとして蒸
気通路部３１こＣよノズル４が設置されている。ノズル
４内部には中空室５が設置され、これはノズル内輪６お
よびノズル外輪７の中空部を経て圧力の低い復水器（図
示せず）等に接続されている。ノズル４には蒸気の流れ
方向に対してほぼ直角にスリット８が設けられており、
表面と内部の中空室５を結んでいる。

第９図は、第８図のノズル４のＡ−Ａの切断面を示した
ものである。ノズル表面に付着したドレン１１は表面に
沿って流れ、ノズル表面と中空室５との圧力差によって
スリット８から中空室５に引込まれ、タービン外部へ排
出される。このようにしてノズル表面に付着したドレン
１１を外部へ排出し、湿り度を下げることにより、羽根
の浸蝕を防ぐとともに湿り損失を低減してタービン効率
を向上させるのが、従来より考案されてきたスリットノ
ズルの技術的特徴である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の方法ではスリット幅の設定が難し
いという問題があった。ドレン１１を吸込むのに必要な
スリット面積はノズル４ての蒸気の湿り度により決まる
が、仮に湿り度が５％であり、そのうち１／４がノズル
４表面に付着し、この付着したドレンの全量を蒸気流の
１７２０の速度でスリット８から吸込むとしても、水の
比容積は蒸気のｌ／１２００にすぎないから、必要なス
リット面積はノズルスロート面積（ノズル４の最も狭い
部分の蒸気通路部面積）のｌ／４８００にすぎない。こ
れは極めて小さな面積であって、仮にノズルスロート幅
が１２０１のノズル４であれば、スリット幅は０．１關
で十分である。ところが、実際にはこのような狭いスリ
ット８は加工困難であり、また、ノズル表面を伝ってき
たドレン１１はある程度速度を持っているため、第１０
図に示すようにほとんどがスリット８を乗越えてしまい
。ノズル中空室５に吸込まれない。また、このようなス
リット８では運転中に蒸気中の不純物によって目詰まり
を起こし、スリット８か役に立たなくなる恐れかある。

逆にスリット幅を大きくすると、ドレン１１は吸込まれ
るが同時に有効な蒸気（随伴蒸気）１２も、第１１図に
示すように吸込んでしまう。スリット８から吸込まれる
有効な蒸気１２のスリット８における流量はスリット入
口と出口との圧力により決まり、概ね次の式で与えられ
る。

Ｑ−αＡＦ［「丁７ ここで、Ｑは質量流量、αはスリットの流量係数、Ａは
スリット面積、△Ｐはスリット入口と出口との差圧、ρ
はスリット入口での蒸気の密度である。

スリット８を１ｍ＋ｅ程度とした従来の設計では、随伴
蒸気量はノズル入口での有効な蒸気の２〜３％にも及ぶ
ことがある。この蒸気はタービン外部へ排出され復水器
等で凝縮するから有効な仕事をせず、段落効率がそれだ
け低下することになり、湿り損失の低減による効率向上
量を上回り、逆に性能を低下させてしまう。従来のスリ
ットノズルを設けたタービンは羽根の浸蝕防止に主眼を
置いたもので、随伴蒸気による性能の低下にはある程度
目をつぶっていた。

このように、スリットノズルは湿り損失の低減による性
能向上と随伴蒸気量の増加による性能低下のバランスを
とる必要があるので、大変に難しいものであった。

」３記問題点に関し、特開昭６３−１１７１０４におい
て吸込みスリットの表面側端部に吸込みスリ・ソト幅よ
り大きな幅を有する溝を形成した蒸気タービンの湿分分
離装置が提案されている。

本発明は上記問題点を解消すべく、前述の蒸気タービン
の湿分分離装置を改良し、これをノズルに応用してなさ
れたもので、ドレンをノズル内部の中空室に吸込む部分
の構造を工夫することにより、ノズル表面に付着したド
レンを確実に除去し湿り損失を低減してタービ〕ノの性
能向上を図るとともに、随伴蒸気を最小限として有効な
蒸気の吸込みによる効率の低下を防ぐ蒸気タービンのノ
ズルを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の蒸気タービンのノズルは、ノズル表面にトレン
を捕える溝と、この溝の底部に前記中空室に通じる吸込
み孔を設け、ドレンを捕える溝をノズル表面のドレンの
流れの方向に対して４５度ないし６０度の角度に設定す
るとともにドレンを捕える溝の深さを溝幅より大きく設
定して湿分分離に最適となるように形成する。

（作用） 本発明の蒸気タービンのノズルにおいては、ノズル表面
に付着したドレンは、十分に広い幅を持ちノズル表面の
ドレンの流れの方向に対して最適な角度に形成された溝
に取込まれるため、ドレンか溝を飛越えてしまう可能性
が従来よりずっと少なくなり、湿り損失が低減する。ま
た、溝の底部に設けた吸込み孔はドレンを吸込むのに必
要な大きに制限することにより随伴蒸気量を減らし、有
効な蒸気を吸込むことによる性能の低下を防ぐことがで
きる。

（実施例） 以下、図面に基いて本発明の実施例を詳細に説明する。

なお、従来例と共通する部分については同一符号を付記
し、その部分の説明は省略する。

実施例１ 第１図に本発明のノズルの一実施例を示す。第２図は第
１図のＢ−Ｂ切断面である。本実施例では、ノズル４の
表面にドレン捕獲溝１０１が蒸気の流れ方向に対してほ
ぼ直角に設けられ、その底部のほぼ中央に溝１０１より
も幅の小さいドレン吸込み孔１０２が溝１０１の全長に
亘ってスリット状に形成されている。ドレン吸込み孔１
０２はノズル内部の中空室５に通じている。

このようにすることによって、ノズル４の表面に流れて
きたドレン１１は、十分に広い幅を持っドレン捕獲溝１
０１に流れ込み、ここに−旦滞留する。ついで、ドレン
１１は溝１０１からあふれることなくノズル４内外面の
圧力差によってドレン吸込み孔１０２を通ってノズル内
部の中空室５に引きずり込まれる。ドレン吸込み孔１０
２の幅は先に述べたようにごくわずかで十分だが、加工
性および目詰まり防止等を考慮しである程度の幅をもた
せる。このため、ドレン１１とともに随伴蒸気１２も吸
込むが、第８図および第９図に示した従来の方法よりは
吸込み孔の面積をずっと小さくできるため随伴蒸気量は
少なく、有効な蒸気の吸込みによる性能の低下を最小限
に抑えることができる。

このようなドレン捕獲溝１０１とトレン吸込み孔１０２
は、第３図に示すように、ノズル表面に対する角度θを
小さくすると、ドレンの溝１０１への流れ込みが滑らか
になるのでドレンの捕獲率がよくなるか、溝および吸込
み孔の長さｇが長くなるので製作時の加工に手間がかか
る。一方、θを大きくすれば加工は簡単になるが、ドレ
ンの溝１０１への流れ込みが悪くなる。これをカバーす
るには溝幅Ｈを大きくすればよいが、あまり大きくする
とドレンが溝１０１から蒸気通路部３へ飛出してしまう
。したがって、θは概ね４５度から６０度が適当であり
、溝幅Ｈは溝深さｄよりも小さくする。

実施例２ 第４図に実施例１の変形例を示す。これは実施例１のド
レン捕獲溝１０１の底部に曲面を設けたものである。曲
面を設けることにより溝１０１内部でのドレン１１およ
び随伴蒸気１２の流れは整然としたものとなり、ドレン
１１の溝１０］から蒸気通路部３への飛出しを防ぎ、よ
り確実なドレン１１の捕獲が可能となる。

実施例３ 実施例１のさらに他の変形例を第５図に示す。

本実施例は、ドレン吸込み孔］０２の位置をドレン捕獲
溝１０１底部の中央ではなく後ろへずらしたものである
。ノズル４表面を流れてきたドレン１１はある程度の流
速を持っているため、溝］０１の入口で溝側面から剥離
した流れとなる。したがって、ドレン吸込み孔１０２を
後ろに位置させればドレンの流れは溝内部で転向するこ
となく吸込まれていき、ドレン］１および随伴蒸気１２
の流れは円滑となって、ドレン１１の４１０１から蒸気
通路部３への飛出しを防ぎ、より確実なドレン１１の捕
獲が可能となる。

実施例４ 第６図に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、ド
レン捕獲溝１０１の底部に設けるドレン吸込み孔１０３
は連続したスリット状ではなく、ある間隔をおいた貫通
孔としている。これらの１通孔の合計面積はドレン１１
を吸込むのに十分式面積を確保するが、第１図に示した
スリット状０ドレン吸込み孔１０２よりも面積を小さく
することができるため、随伴蒸気１２の吸込みにょるｔ
能の低下をさらに小さくし、湿り損失の低減にＪる性能
向上を有効に利用することができる。

実施例５ 第７図にさらに他の実施例を示す。本実施例χは、ドレ
ン捕獲溝１０４は蒸気の流れに対して田角ではなく、流
れに対しやや傾けたものを数多く設けている。ドレンの
捕獲・排出経路は第１図とほぼ同様であり、ノズル４表
面を流れてきたドレン１１は溝１０４に流れ込み、溝１
０４の終端に設けたドレン吸込み孔１０５からノズル４
内部の中空室５へ排出される。このような形状にするこ
とによりドレン吸込み孔１０５の面積をさらに小さくす
ることができ、随伴蒸気１２の吸込みを低減することが
できる。したがって、湿り損失の低減による性能向上を
さらに有効に利用することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、形状
を工夫したドレン捕獲溝と吸込み孔の組合わせによって
ノズル表面に付着したドレンを確実に除去し、湿り損失
を低減してタービンの効率向上を図るとともに、随伴蒸
気を最小限にして有効な蒸気の吸込みによる効率の低下
を防ぎ、併せて一層の性能向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１のノズルを示す断面図、第２
図は第１図Ｂ−Ｂの切断面図、第３図はドレン捕獲溝と
ドレン吸込み孔の形状を説明する断面図、第４図および
第５図は第２図の変形例である実施例２および実施例３
を示す断面図、第６図および第７図は本発明の実施例４
および実施例５のノズルを示す断面図、第８図は従来例
を示す断面図、第９図は第８図Ａ−Ａの切断面図、第１
０図および第１１図はスリットにおけるドレンおよび随
伴蒸気の流れを説明する断面図である。 １・・・ロータ、２・・・羽根、３・・・蒸気通路部、
４・・ノズル、５・・・中空室、６・・・ノズル内輪、
７・・・ノズル外輪、１１・・・ドレン、１２・・・随
伴蒸気、１０１１０４・・ドレン捕獲溝、１０２．１０
３．１０５・・・ドレン吸込み孔 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 鞘 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に復水器等の低圧側と連通する中空室を有し
   、表面に付着したドレンを前記中空室に吸込み蒸気中の
   湿分を分離する蒸気タービンのノズルにおいて、前記ノ
   ズル表面にドレンを捕える溝と、この溝の底部に前記中
   空室に通じる吸込み孔を設けるとともに、前記溝をノズ
   ル表面のドレンの流れの方向に対して４５度ないし６０
   度の角度に形成し、前記溝の深さを溝幅より大きくする
   ことを特徴とする蒸気タービンのノズル。