JPH04194302A - 蒸気タービン構造 - 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、蒸気タービンの中空構造の静翼に係り、特に
、静翼表面に付着した湿り蒸気中の水滴を、静翼に設け
たスリットから吸い込み系外に排出する蒸気タービンの
静翼に関する。

〔従来の技術〕

一般に火力発電用蒸気タービンの低圧や原子力タービン
では、蒸気中に水滴が存在する湿り蒸気で作動する。第
１１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１１図に示すように、作動蒸気中の水滴のうち比
較的大きな水滴１９は。

その慣性力によって静翼１の膣側面に衝突し、集積して
水膜２０を形成する。この水膜２０は、蒸気流によって
加速され流下し、翼後縁端に到達すると蒸気流によるせ
ん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２１（数１０〜数１００μｍ）となって噴出する。こ
の粗大水滴２１は静翼１の後流中で加速されるが大きな
水滴は十分加速されないまま動翼４に到達する。したが
って、第１１図に蒸気及び水滴の速度三角形を示したよ
うに、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Ｖｄは遅くなる。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Ｗｄは速くなり、しかも入射角が小さくなるため
、粗大水滴２１は動翼４の背側面に高速で衝突すること
になる。このため周速の速い動翼４の半径方向外周部の
背側面に翼の材料強度を超える強い衝撃圧力が作用し、
二ローションによる損傷が発生する。また、粗大水滴２
１は動翼４の背側面に衝突するため、動翼４には回転方
向と反対方向の力が作用することによって、制動損失が
増加する。このように、静翼１の後流中に発生する粗大
水滴２１によって、動翼４のエロージ１ン損傷や制動損
失、あるいは静翼後縁端から噴出した粗大水滴２１を微
細化し加速する加速損失など各種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二ローション
損傷や各種エネルギ損失を低減するために、静翼を中空
構造とし翼面に中空部と翼間流路を連絡するスリットを
設け、さらに中空部を翼間流路の圧力より低圧部と連絡
することにより翼面に形成した水膜流を中空部に吸い込
みタービン系外の低圧部に排出することによって、翼後
流中に発生する粗大水滴の量を減少し二〇−ジョンを低
減する方法が提案されている。

しかし、このような構造の場合、翼面に設けたスリット
から水膜流と共に有効なエネルギを有する作動蒸気も系
外に排出されるため、この作動蒸気の排出による漏洩損
失が問題となる。この漏洩損失を低減するため、静翼中
空部と低圧部を連絡する配管に制御弁を設け、さらに静
翼の上流あるいは下流に蒸気湿り度を判断する湿り度計
を設置し、この湿り度計の信号により制御弁の弁開度を
調節し、スリットからの漏れる蒸気による漏洩損失を低
減する方法が考案されている。

例えば、特開昭６２−２７１９０５号公報は中空構造の
静翼にスリットを設けると共に、静翼上流あるいは翼面
に湿り度検知装置を設置し、湿り度検知装置の検知信号
により真中空部の圧力をコントロールして、スリットか
らの漏れる蒸気による漏洩損失を低減する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術は、静翼に設けたスリットから漏洩する
有効なエネルギをもつ作動蒸気量を減少し漏洩損失を低
減することが可能である。しかし。

従来技術では流路中あるいは静翼翼面に配置される湿り
度検知装置によって発生する気流の乱れによる性能低下
などについて問題点があった。

本発明の目的は、簡単な構造でしかも静翼に設けたスリ
ットから漏洩する有効なエネルギをもつ作動蒸気量を低
下し漏洩損失を低減する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〕

上記目的を達成するために、本発明は蒸気タービンの静
翼を中空構造に形成し、静翼の中空部と低圧部を連絡す
る配管に調整弁を設けると共に、中空構造の静翼翼表面
に翼間流路と中空部を連絡するスリットを備えた蒸気タ
ービンの静翼において、静翼の翼表面に熱電対を軸方向
に複数個設置し、前記熱電対の各々の信号から静翼間流
路中の湿り度を検出する湿り度検出装置を配置し、湿り
度検出装置の信号により前記調整弁の開度を制御するよ
うに構成した。

【作用〕

前述したように構成した本発明の蒸気タービン構造にお
ける作用について、第３図から第５図を用いて説明する
。

第３図は蒸気タービンの静翼の翼表面の圧力と、翼面近
傍の蒸気流の温度を示したものであり、横軸は前縁から
の位置を示す、蒸気流は翼後縁近傍で急激に膨張するた
め翼面の圧力は低下し、これに伴って翼後縁近傍の蒸気
流の温度も下がる。したがって、第１図及び第２図に示
すように、翼表面に熱電対を軸方向に配置すると翼面近
傍の蒸気流の影響により、後縁近傍の翼面の温度は、前
縁近傍に比較して低温になる。

次に、翼面上に水膜が存在する場合について考えてみる
。第４図に示すように、翼面上に水膜が存在する場合、
蒸気流の温度が一定でも水膜の厚さにより翼表面の温度
は変化することになる。前述したように翼後縁部で蒸気
流が急激に膨張し温度が下がるため、この翼後縁部では
蒸気流に比較して水腹の温度は高くなる。したがって第
４図に示すように、蒸気流の温度は水膜流に温められ。

その後翼面につたわるため、水膜の厚さが６１の場合、
翼面の温度はＴ１となり、水膜の厚さが６２の場合翼面
の温度はＴ２となる。Ｔ２とＴ１の温度差は水膜の厚さ
に依存するため、あらかじめこの関係を把握すれば温度
差を検出することによって水膜の厚さを求めることが可
能となる。第５図は蒸気流の温度が一定の時、湿り度の
変化による翼表面の温度の変化を示したものである。−
般に湿り度が大きくなると翼面の水膜厚さは厚くなるが
、翼の前縁近傍では蒸気流の温度と水膜の温度がほぼ等
しいため湿り度の変化による翼表面の温度変化は小さい
、しかし、翼後縁近傍で蒸気温度が急激に下がると水膜
の厚さにより翼表面が異なってくる。したがって、真前
縁近傍と翼後縁近傍の温度差を検出し補正することによ
って、湿り度を検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図及び第２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とこれを複数枚支持するダイヤフラム
２，３及び回転する動翼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０本実施例ではスリット６をもつ中空構造静翼１
の腹側面に複数個の熱電対８を配置し、この複数個の熱
電対８の信号から湿り度を算定する湿り度検出装置１１
０を設置したものである。湿り度検出装置１ｏで検出し
た湿り度に応じて、静翼１の中空部につながる連絡孔７
と低圧部１１を連絡する配管１２に設置した調整弁９の
開度を調節する。すなわち、湿り度が小さい場合は調整
弁９の開度を小さくして、スリットから漏洩する蒸気量
を低減させ、湿り度が大きい場合は、調整弁９の開度を
大きくして水腹を吸い込むよう構成した。これにより、
スリットから漏洩する蒸気流量を管理することができ漏
洩損失を低減することが可能となる。

また、第２図に第１図の■−■断面図を示したが熱電対
は水膜の形成されやすい腹側面に複数個設置するが真面
形状を乱さないように翼面に埋め込むように設置する。

次に本発明による第二の実施例を第６図を用いて説明す
る。第二の実施例では、第一の実施例と同様に静翼１の
腹側表面に軸方向に複数個の熱電対を配置するが、この
熱電対は翼母材とは電気的に絶縁するよう構成する０本
実施例では熱電対を二本配置した場合について説明する
。熱電対８ａと８ｂは電源１３及び電圧計１４を経て導
線１６により接続されている。翼面において電気的に絶
縁された各々の熱電対８ａ、８ｂを覆うように水膜が形
成されると、水膜によって熱電対８ａ、８ｂ間の絶縁が
破壊され導通する。この時、電圧計１４に作用する電圧
は熱電対８ａ、８ｂ間の抵抗、すなわち、熱電対８ａ、
８ｂ間の水膜の流量、厳密に言えば熱電対８ａ、８ｂと
その間の水膜との接触面積に依存する。したがって、あ
らかじめ熱電対８ａ、８ｂの電圧と水膜流量（湿り度）
の関係を把握しておけば電圧計１４で電圧を検出するこ
とによって湿り度を検出することができる。また、電圧
計１４によって検出した電圧値を湿り度検出装置１ｏで
判断し、湿り度に応じて調整弁９の開閉度を制御するこ
とにより第一の実施例と同等の効果をあげることが可能
となる。

以上、熱電対が二個の場合について説明したが。

熱電対の個数が多くなっても、構成や効果は何等変わら
ない。

第７図には静翼の腹側面上の水膜厚さを示すが、翼形状
の曲率が大きくなる位置で水膜厚さが最大となるため、
この位置に熱電対を配置すれば検出方法の信頼性が向上
する。

第一、第二の実施例において翼面上の水膜の挙動が湿り
度を検出する上で重要となってくるが、翼面上の水腹の
挙動はスリットで水腹を吸い込んだ時と吸い込まない時
で異なる。また水膜を吸い込む圧力、すなわち、静翼中
空部の圧力によってもその挙動が異なる可能性がある。

したがって第−及び第二の実施例で述べた湿り度を検出
する熱電対はスリットのない翼に設置したほうが好まし
いことがある。また、第一の実施例及び第２の実・　　
施例は各々単独に実施してもいいが、各々同時に実施し
ても同じ効果がある。

次に本発明による第三の実施例を第８図に示す。

第三の実施例では中空構造の静翼１の前縁部に湿り度を
検知するための熱電対８ａ、８ｂを配置したものである
。第８ｒＭに示すように熱電対８ａ。

８ｂは翼長方向に絶縁体１７をかえして設置する。

第−及び第二の実施例ではスリットで水膜を吸い込んだ
とき、翼面の水膜の挙動が変化してあらかじめ校正した
水膜量と電気信号の関係に誤差を生じる可能性があるが
、本実施例では静翼前縁に湿り度を検知するための熱電
対８ａ、８ｂを配置したため、湿り度を検知する精度が
向上する。

第９図及び第１０図に本発明による第四の実施例を示し
た。第四の実施例では第三の実施例と同等に湿り度を検
知するための熱電対８ａ、８ｂを静翼の前縁部に設置し
たものである。第１０図に静翼１の前縁部の拡大図を示
したが、静翼１の前縁部を略Ｖ型の溝１８を形成しＶ型
溝の壁面に対抗するように絶縁体１５をかえして熱電対
８ａ。

８ｂを設置した。静翼の前縁部にＶ型の溝１８を形成す
ると水膜２ｏがこの溝に集積するため湿り度を検知する
精度が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば中空構造の静翼のスリットから漏洩する
蒸気を、湿り度によって制御しスリットから漏洩する蒸
気量を減少することにより、蒸気タービンの効率を向上
するのに大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す蒸気タービン低圧
段落の説明図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３
図は真面圧力、蒸気温度の説明図、第４図は翼面近傍の
熱伝達の説明図、第５図は湿す度と真面温度の関係を示
す説明図、第６図は本発明の第二の実施例を示す蒸気タ
ービン低圧段落の縦断面図、第７図は翼面上の水膜厚さ
を示す説明図、第８図は本発明の第三の実施例を示す蒸
気タービン低圧段落の斜視図、第９図は本発明の第四の
実施例を示す蒸気タービン低圧段落の斜視図。 第１０図は第９図の部分拡大図、第１１図は典型的な蒸
気タービンの一段落の横断面図を示したものである。 １・・・静翼、２，３・・・ダイヤフラム、４１０．動
翼、５・・・ディスクロータ、−６・・・スリット、７
・・・連絡孔。 ８・・・熱電対、９・・・調整弁、１０・・・湿り度検
出装置。 １１・・・低圧部、１２・・・配管、１３・・・電源、
１４・・・電圧計、１６・・・導線、１７・・・絶縁体
、１８・・・Ｖ型溝、１９・・・水滴、２０・・・水膜
、２１・・・粗大水滴。 嘉３０ 第４図 ）ｌ曳 地Ｓ口 ★ＩＹｌｌ１１立ｉ 第６図 嘉８図 地９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気タービンの静翼を中空構造に形成し、静翼の中
   空部と低圧部を連絡する配管に調整弁を設けると共に、
   中空構造の静翼の翼表面に翼間流路と中空部を連絡する
   スリットを備えた蒸気タービンの静翼において、 静翼の翼表面に熱電対を軸方向に複数個設置し、前記熱
   電対の各々の信号から静翼間流路中の湿り度を検出する
   湿り度検出装置を配置し、湿り度検出装置の信号により
   前記調整弁の開度を制御することを特徴とする蒸気ター
   ビン構造。 ２、請求項１において、熱電対を設置する位置を静翼腹
   側面の水膜の厚さが最も厚くなる位置とした蒸気タービ
   ン構造。 ３、請求項１において、熱電対を設置する位置を静翼前
   縁部とした蒸気タービン構造。 ４、請求項１において、静翼の前縁端に翼長方向に延び
   る略Ｖ型の溝を形成し、該Ｖ型溝の対抗する各々の壁面
   に熱電対を設置した蒸気タービン構造。