JPH04287804A - 蒸気タービン用の入口ケーシング - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シングルフロー軸流式
の高圧蒸気タービン用の入口ケーシングであって、該高
圧蒸気の第１段に、作業媒体が、互いに切り離されてい
る同心的な２つのリング開口から流入するようになって
おり、この場合流入導管が、同心的に配置されていて別
個に遮断可能又は絞り可能な螺旋体ケーシングであり、
該螺旋体ケーシングが流出側に、３６０゜にわたって延
在するリング開口を備えており、この場合さらに両螺旋
体の螺旋体横断面が全周にわたって渦流を生ぜしめるよ
うに構成されていて、リング開口から流出する作業媒体
が、運転負荷とは無関係に、接線方向成分を有しており
、該接線方向成分が、作業媒体によって負荷される第１
段の羽根セクタの周速度の値に相当しており、しかもこ
の場合、螺旋体ケーシングの横断面が、互いに異なった
質量貫流量のために寸法設定されていて、同心的なリン
グ開口が相応に異なった高さを有している形式のものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンの出力調整は今日、衝動調
整もしくは絞り調整として公知の、新鮮蒸気圧の適合も
しくは絞りを介して行われるか、又は、個々に遮断可能
かつ調整可能なノズル環のセクタを介した、そのために
特殊な構造を備えている衝動段の部分負荷によって行わ
れる。ノズルグループ調整法として公知のこの調整形式
は、多くの場合、純然たる絞り調整法よりも優れている
ことが判明しているが、しかしながらこの調整法では、
負荷の減少時に、「部分負荷損失」の名で公知の損失部
分を増大させてしまう。接続されている車室において流
れが完全に混合されない場合には、同様に、後続の反動
羽根の部分負荷を生ぜしめ、ひいては付加的に大きな流
れ損失を生ぜしめることがある。

【０００３】同心的なリング通路を備えた入口ケーシン
グは、フランス国特許出願公開第２３５１２４９号明細
書に基づいて公知である。この公知の入口ケーシングで
は、１つのノズルボックスを形成する軸方向に方向付け
られた同心的な２つのリング通路から、蒸気が衝動車に
流入するようになっている。この場合ノズルは、リング
通路の内部に配置されている。すなわちこれは古典的な
衝動調整段である。そしてこの場合リング通路には蒸気
が個別に供給される。両リング通路のうちの一方は、そ
れぞれ各１つのリング半周部に通じている２つの流入導
管を有している。これに対して第２のリング通路は、４
つのセグメントのための４つの流入導管を有している。 まず初めに一方のリング通路が全周にわたって蒸気を供
給され、次いで第２のリング通路の種々異なったセクタ
が開放されることによって、タービン出力はアイドリン
グから公称負荷に高められる。このような配置形式によ
って、部分負荷時において第１の回転列における振動の
問題は発生しなくなる。

【０００４】冒頭に述べた形式の入口ケーシング、つま
り純然たるノズルグループ調整法による入口ケーシング
におけるよりも良好な効率を負荷範囲全体にわたって得
ることができる調整形式を備えた入口ケーシングは、ス
イス国特許出願公開第６５４６２５号明細書に基づいて
公知である。この場合には、負荷に応じて種々異なった
質量流量が３６０゜の全周にわたって負荷されることに
よって、ノズルボックスと衝動車とから成っていて部分
負荷時における大きな損失を伴う調整段を省くことがで
きる。この場合における構造上の大きな利点としては、
このような螺旋体ケーシングが軸方向において短い構造
長さしか有しておらず、かつ閉鎖兼調整機構を備えた２
つの蒸気流入導管しか必要としないということが挙げら
れる。

【０００５】螺旋体ケーシングの横断面が種々異なった
質量貫流量に対して寸法設定されていると、全負荷のみ
ならず少なくとも２つの部分負荷ポイントが、絞られる
ことなくひいては僅かな損失しか伴わずに運転され得る
。さらにまた、螺旋体横断面が渦流を生ぜしめるように
設計されていると、タービン羽根の第１回転列の前にお
ける偏向グリッドを省くことができる。そして、渦流発
生のために運動エネルギを完全に使用することができる
ので、流入導管において、通常よりも高い蒸気速度が可
能である。これによって、流入導管を小さな横断面でひ
いてはより安価に構成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ゆえに本発明の課題は
、冒頭に述べた形式の入口ケーシングにおいて、従来の
古典的な構造形式における利点を維持しながら、衝動原
理に基づいて作動する調整車を装備できるようにするこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、小さな貫流量のために寸法設定さ
れた螺旋体とそのリング開口とが、半径方向で見てロー
タ側に配置されており、両リング開口から作業媒体を負
荷される第１の羽根列が、反動率の小さな回転羽根列で
あり、小さな貫流量のために寸法設定された螺旋体の半
径方向内側の制限壁が、少なくとも部分的にバランスピ
ストンの平面に配置されていて、該制限壁の外側に、ラ
ビリンス状の軸パッキンが設けられている。

【０００８】

【発明の効果】本発明のように構成されていると、シン
グルフロー式のタービン部分において必要なバランスピ
ストンを、調整車の直径が大きいことに基づいて、螺旋
体の内部における自由な室に配置することができる。

【０００９】

【実施例】次に図面につき本発明の実施例を説明する。

【００１０】図１には本発明によるダブルスパイラル式
の入口ケーシングを備えたタービンが、本発明を理解す
るのに重要な部分だけ部分的に縦断面図で示されている
。図１において、作業媒体ここでは高圧蒸気の流れ方向
は、矢印で示されている。

【００１１】入口ケーシングは、管湾曲部８；９を介し
て蒸気が流入する２つの螺旋体１，２から成っている。 管湾曲部８，９内に配置されている閉鎖兼調整機構は、
図示されていない。流出側において螺旋体は、各１つの
リング開口１′，２′に開口している。両リング開口は
、互いに同心的に配置されていて、３６０゜の全周にわ
たって延在している。両リング開口１′，２′相互の流
れ制限は、軸方向においてタービン流れ通路内を延びて
いる短い共通の仕切り壁４を介して行われる。

【００１２】このようにして蒸気は両螺旋体からタービ
ンに、投影図で見て軸方向に流入する。図１にはシング
ルフロー式の高圧部分である、部分的にかつ極めて概略
的に示されたタービンのうち、バランスピストン１７に
栓体ブシュ部分１１を備えたロータ１０と、羽根保持体
１２と、調整車１３と、３つの第１反動段の、羽根保持
体に固定された案内羽根１４と、２つの第１反動段の、
ロータに固定された回転羽根１５とだけが示されている
。仕切り壁４の後縁によって与えられている螺旋体１，
２の出口と、調整車１３との間には、リング状の混合室
５が配置されている。調整車１３と第１反動段の案内列
との間には、汎用の車室１６が位置している。小さな貫
流のために寸法設定された螺旋体２の半径方向内側の制
限壁は、バランスピストン１７の平面において延びてお
り、該制限壁の外側には、栓体ブシュ部分１１の一部で
あるラビリンス式の軸パッキンが設けられている。

【００１３】水平な分割平面に位置している螺旋体の図
示されていない入口横断面と、管湾曲部８，９との間に
は、反動部材６，７が設けられている。この両反動部材
の中において、例えば６０ｍ／秒の作業媒体が、タービ
ン入口において、ここでは調整車１３の前において必要
な例えば２８０ｍ／秒の速度に加速される。渦流の発生
は、このために相応に形成された螺旋体において行われ
る。もちろん、管湾曲部８，９においては前記６０ｍ／
秒よりも高い速度も可能である。それというのは特に、
運動エネルギは渦流発生のために完全に利用することが
できるからである。結局このことは、高められた速度に
よって生ぜしめられる高い摩擦損失と、減じられた横断
面による材料節約との間における妥協的な解決に基づく
最適化の問題に過ぎない。

【００１４】両螺旋体１，２はそのリング開口１′，２
′のように、同心的に配置されていて、同様に３６０゜
の全周にわたって延びている。螺旋体の入口横断面は互
いに１８０゜だけずらされており、つまり、両螺旋体１
，２が同じ回転方向で作業媒体によって貫流されるよう
になっている。この場合横断面は、タービンの水平軸線
３に位置しており、つまり、汎用のように機械の分割面
が延びている平面に位置している。

【００１５】互いに同心的に配置されている２つの螺旋
体１，２の螺旋体横断面は、異なった貫流量のために設
計されており、このことは、通路もしくはリング開口１
′，２′の異なった高さと、異なった入口横断面１′′
，２′′とから分かる。

【００１６】横断面形状を選択する場合、流れ技術的な
観点のみならず、構造上及び製作技術的な視点も考慮さ
れねばならない。すなわち、リング開口からの可能な限
り均一な流出を保証するコンパクトな螺旋体形状を用い
ることが望まれている。

【００１７】この均一な流出に関して言えば、既に上に
おいて渦流の発生が螺旋体自体において行われるという
ことを述べた。流れ方向における半径を除去することに
よって、螺旋体における作業媒体に、「渦流の維持に関
する法則」に基づいて、付加的な加速が強いられる。こ
の加速を考慮しながら、螺旋体横断面はいかなるポイン
トにおいても、例えば１２０ｍ／秒の中位の速度のため
に設計することができる。この場合、相応に寸法設定さ
れたリング開口においては、流出角度が約１８゜の場合
、約２８０ｍ／秒の絶対的な流出速度が得られる。標準
的なロータ直径におけるロータの相応な周速度では、こ
れによって調整車１３のところにおける理想的な流れが
得られる。

【００１８】上において既に述べたように、さもなくば
調整段のノズルにおいて行われる加速は、主として、螺
旋体の上流における反動部材において行われ、僅かな部
分だけが螺旋体自体において行われる。この加速に関連
した段落差の消滅は、いまや省かれているノズルボック
スにおいて処理されねばならなかった落差部分に相当し
ている。

【００１９】また、スイス国特許出願公開第６５４６２
５号明細書に開示されている解決策とは異なり、蒸気に
よって負荷される第１の回転列が通常の調整段の回転列
であるということが、考慮される。公知の解決策では、
調整段を省くことによって、かつタービンの高圧部分に
わたる全落差が所定されている場合には、反動羽根への
入口における圧力レベルはかなり高いので、この圧力レ
ベルを消滅させるためには、汎用の落差を備えた付加的
な反動段を設ける必要がある。このことは、反動段にお
いて汎用のように落差が、調整目的のために配置されて
いる衝動段における落差のほぼ半分の落差に転換される
ことによって、生ぜしめられる。

【００２０】このことによって既に、新規な螺旋体を使
用することの大きな利点のうちの１つが明確になる。す
なわち従来のロータを変えることなくそのまま使用する
ことが可能である。このことは、現存のタービンの「レ
トロフィッティング」という観点において特に重要であ
る。

【００２１】「渦流モーメント調整」と呼ばれる螺旋体
解決策は、特に、タービンの部分負荷特性において適し
ている。つまりこの螺旋体解決策はタービンの部分負荷
特性において、古典的なノズルグループ調整に比べて著
しく有利である。それというのはこの場合、第１の羽根
列への流入がいかなる運転負荷時にも常に３６０゜の全
周にわたって行われるからである。

【００２２】この場合、異なった質量貫流量のために設
計された２つの螺旋体を配置すると有利であるというこ
とが分かっている。「小さな」螺旋体２がロータ近くの
羽根部分を負荷し、かつ「大きな」螺旋体１が羽根保持
体１３のすぐ近くに位置している羽根部分を負荷する図
示の実施例では、全負荷時においてはリング開口１′か
らは作業媒体の７０％が流出し、リング開口２′からは
作業媒体の３０％が流出する。これによって機械によっ
て以下に記載の負荷が運転可能である：イ　　開放され
た螺旋体１，２と管湾曲部８，９における開放された調
節弁（図示せず）とによる全負荷；ロ　　開放された螺
旋体１と閉鎖された螺旋体２とによる７０％の部分負荷
； ハ　　開放された螺旋体２と閉鎖された螺旋体１とによ
る３０％の部分負荷； ニ　　一方又は両方の螺旋体を開放することと図示され
ていない２つの弁のうちの一方を絞ることとによる任意
の部分負荷。

【００２３】周方向における均一な流出と渦流発生とを
目的として螺旋体横断面を注意深く設計することによっ
て、タービンの部分負荷ポイントにおいても、全負荷時
におけると同じ調整車１３への流れ角度が保証される。 部分負荷に応じて異なった螺旋体からの流出速度は、ノ
ズルグループ調整時におけると同様の負荷調整を可能と
する。

【００２４】部分負荷が周方向において行われるこの古
典的なノズルグループ調整とは異なり、本発明では、部
分負荷は半径方向において実施される。これによって常
に完全な負荷が周方向において生ぜしめられ、この結果
、全周にわたって同様に均一な温度分布が達成される。 これによって、部分負荷時において公知である、大きな
損失を伴う断続的な羽根通路の充填・排出が回避され、
この結果、負荷減少時における損失増大は、ノズルグル
ープ調整におけるよりも小さくなる。さらにまた、第１
の回転羽根列の動的な負荷もより有利になる。

【００２５】著しく小さくなった付加的な損失は、部分
負荷時において、リング開口１′，２′から異なった速
度で流出する質量流量の分割フロントにおいてしか生じ
ない。この損失はつまり、噴流限界における摩擦損失及
び混合損失のことである。また、スイス国特許出願公開
第６５４６２５号明細書に開示されている従来の解決策
に対して仕切り壁４を後方にずらすことによって、全負
荷時において、混合室５における部分流の良好な混合が
保証される。たとえ螺旋体のうちの一方が完全に閉鎖さ
れている場合でも、場合によっては羽根の負荷されてい
ない部分におけるベンチレーション損失は無視できるほ
どである。この負荷されていない又は異なった負荷を受
けている羽根部分を可能な限り僅かに保つために、仕切
り壁４を後退させること、ひいては既に述べた混合室５
を形成することが有利である。この場合仕切り壁及び混
合室の軸方向における延びは、半径方向における流れの
補償が促進されるように、寸法設定されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による入口ケーシングを備えたタービン
の部分的な縦断面図である。

【符号の説明】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シングルフロー軸流式の高圧蒸気ター
   ビン用の入口ケーシングであって、該高圧蒸気の第１段
   に、作業媒体が、互いに切り離されている同心的な２つ
   のリング開口から流入するようになっており、この場合
   流入導管が、同心的に配置されていて別個に遮断可能又
   は絞り可能な螺旋体ケーシング（１，２）であり、該螺
   旋体ケーシングが流出側に、３６０゜にわたって延在す
   るリング開口（１′，２′）を備えており、この場合さ
   らに両螺旋体（１，２）の螺旋体横断面が全周にわたっ
   て渦流を生ぜしめるように構成されていて、リング開口
   （１′，２′）から流出する作業媒体が、運転負荷とは
   無関係に、接線方向成分を有しており、該接線方向成分
   が、作業媒体によって負荷される第１段の羽根セクタの
   周速度の値に相当しており、しかもこの場合、螺旋体ケ
   ーシング（１，２）の横断面が、互いに異なった質量貫
   流量のために寸法設定されていて、同心的なリング開口
   （１′，２′）が相応に異なった高さを有している形式
   のものにおいて、小さな貫流量のために寸法設定された
   螺旋体（２）とそのリング開口（２′）とが、半径方向
   で見てロータ側に配置されており、両リング開口（１′
   ，２′）から作業媒体を負荷される第１の羽根列が、反
   動率の小さな回転羽根列（１３）であり、小さな貫流量
   のために寸法設定された螺旋体（２）の半径方向内側の
   制限壁が、少なくとも部分的にバランスピストンの平面
   に配置されていて、該制限壁の外側に、ラビリンス状の
   軸パッキンが設けられていることを特徴とする、蒸気タ
   ービン用の入口ケーシング。
2. 【請求項２】　　螺旋体ケーシング（１，２）が３６０
   ゜の全周にわたって延在していて、１８０゜だけずらさ
   れた入口横断面を備えている、請求項１記載の入口ケー
   シング。
3. 【請求項３】　　螺旋体（１，２）の入口横断面が、タ
   ービン水平軸線（３）に配置されている、請求項２記載
   の入口ケーシング。
4. 【請求項４】　　螺旋体ケーシング（１，２）が入口側
   において、反動部材（６，７）を介して流入側の管湾曲
   部（８，９）と結合されている、請求項１記載の入口ケ
   ーシング。