JPH04308301A - 蒸気タービン翼の振動防止方法 - 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、低流量、低真空時に蒸
気タービンの長翼に発生する自励振動を防止する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンを低流量、低真空で運転す
ると、主として最終段動翼が振動のために切損すること
がある。この原因は未だ明確には解明されていない。

【０００３】従来の翼振動対策としては、翼の固有振動
数を回転振動数の２次、３次、４次の高次振動数からは
なすことによって共振をさける方法が採られていた。す
なわち、シュラウドやレーシングワイヤによって各翼を
連結して剛性を高め、数枚の翼を翼群として一つの振動
系を形成させたり、シュラウドやレーシングワイヤは取
付けず１枚１枚の翼を独立させて、それぞれ共振しない
ように調律したりしていた。また、フラッタに代表され
る自励振動に対しては、翼の剛性を高めたり、蒸気入口
角度と翼入口角度とのマッチングを良くすることによっ
て対処していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来は前記のような防
振対策にもかかわらず、低流量時や排気真空度が低いと
きには、蒸気入口角度と翼入口角度との差が大きくなっ
て、流体力により翼が自励振動を起すことがある。その
状況を図５によって説明する。この図において、低圧タ
ービン最終段静翼１を絶対速度Ｃで流出した蒸気は、周
速Ｕで回転する最終段動翼２の先端部へ、相対速度Ｗで
流入する。

【０００５】正常な運転状態のときは、図５（ａ）に示
されるように、蒸気の流入角αは動翼の入口角βにほぼ
等しい。蒸気の流量が減少し、かつ真空度が低下して蒸
気の比体積が減少すると、軸流速度Ｃａが減少する。そ
うすると、図５（ｂ）に示されるように、流入角αが増
大し、動翼の入口角βよりも大きくなって、入射角ｉ＝
α−βが生じる。そして、動翼２の腹面の入口部には渦
流Ｖが発生する。流量と真空度が低下するとともに、こ
の渦流Ｖは発達成長してゆく。

【０００６】入射角ｉが大きい時に動翼２の腹面に発生
した渦は、翼に流体力を及ぼし、これを振動させる。翼
が振動すると、それにより翼の蒸気入口角度が変化して
、振動はますます増大する。この現象をフラッタ振動と
総称しているが、この振動のメカニズムは現状では充分
解明されておらず、これを防止する対策としては、翼の
設計を変えてもっと頑丈な形状とする、すなわち剛性を
高めることが有効とされているのみである。そして、い
ったんフラッタを起した翼に対して、外部からこの振動
を止めることは不可能とされていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本出願の第１の発明は、
前記従来の課題を解決するために、最終段の動翼と最終
段の静翼との間、または最終段の次の動翼と最終段の次
の静翼との間において、静翼の翼根リングの内面に開口
する穴から蒸気を供給することを特徴とする蒸気タービ
ン翼の振動防止方法を提案するものである。

【０００８】また本出願の第２の発明は、前記第１の発
明において、流量と真空度の合成演算回路による指令信
号に基づいて、前記穴からの蒸気の供給および遮断を自
動的に行なうことを特徴とする蒸気タービン翼の振動防
止方法である。

【０００９】更に本出願の第３の発明は、前記第１の発
明において、復水器へ流入する蒸気温度を検出し、その
指令信号に基づいて、前記穴からの蒸気の供給および遮
断を、自動的に行なうことを特徴とする蒸気タービン翼
の振動防止方法である。

【００１０】そして本出願の第４の発明は、前記第１の
発明において、復水器へ流入する蒸気温度による指令信
号と、流量と真空度の合成演算回路による指令信号との
、いずれか一方に基づいて、前記穴からの蒸気の供給お
よび遮断を、自動的に行なうことを特徴とする蒸気ター
ビン翼の振動防止方法である。

【００１１】

【作用】本発明においては、最終段またはその前の段の
動翼と静翼との間に供給された蒸気によって、その動翼
の前縁における蒸気入口角度が変化して、翼入口角度に
近くなるので、流力的起振力が減少し、振動が発生しな
くなる。本発明ではまた、流量と真空度が小さい時にの
み遮断弁を開いて蒸気を投入することにより、蒸気の無
駄をなくし、高負荷時の性能を維持する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明方法を蒸気タービンの最終段の
動翼と最終段の静翼との間に適用した一実施例を示す縦
断面図である。この図において、最終段静翼１は翼根リ
ング３と一体に形成されており、その翼根リング３は翼
環４に挿着されている。翼根リング３には単数または複
数個の穴５が内面に開口して穿設されている。管６の一
端がこの穴５に挿入されて、翼環４に溶接されている。 この管６の他端はフランジ７によって管８に結合されて
おり、その管８の他端部は母管９に連通している。

【００１３】母管９には、外部車室１０を貫通する図に
示されていない蒸気管から蒸気が送られ、その蒸気は矢
印の方向に穴５から主蒸気の通路へ投入される。

【００１４】この投入蒸気によって、最終段動翼２の前
縁における蒸気入口角度が変化して、翼入口角度に近く
なる。すなわち、入射角がほぼ０になって、フラッタ振
動が消滅する。発明者らの実験によれば、蒸気を注入し
た場合、しない場合と比較して、振動応力は図２に示さ
れるように低減した。

【００１５】なお、上記蒸気管系には、設定された流量
と真空度の合成演算回路による指令信号に基づいて、自
動的に作動する遮断弁を、設置する。したがって本実施
例では、振動の発生しやすい低流量、低真空の時にのみ
、蒸気が投入される。すなわち、流量と真空度が図３に
示される領域にある時、遮断弁が開かれる。

【００１６】次に本発明方法の第２の実施例について述
べる。前記第１の実施例においては検出された流量と真
空度の合成演算回路による指令信号に基づいて、投入蒸
気遮断弁の開閉動作を自動的に行なわせたが、本実施例
では、復水器へ流入する蒸気の温度を指令信号とする。 それは流量、真空度が、次式で示されるように、復水器
へ流入する蒸気温度に一義的に置きかえることができる
からである。すなわち、

【００１７】

【数１】

【００１８】ただし、Ｔ：復水器へ流入する蒸気の絶対
温度　　　　°Ｋ Ｔ１　：タービンへ流入する蒸気の絶対温度　　　　°
ＫＰ１　：タービンへ流入する蒸気の絶対圧力　　　　
ａｔａＰ２　：復水器の真空度　　　　ａｔａｎ：ポリ
トロープ指数 また、

【００１９】

【数２】

【００２０】ただし、Ｇ：流量　　　　ｋｇ／ｓｅｃａ
：タービン入口ノズル断面積　　　　ｍ２　Ｋ：蒸気の
比熱比＝Ｃｐ／Ｃｖ Ｃｐ：蒸気の定圧比熱　　　　ｋｃａｌ／ｋｇ・℃Ｃｖ
：蒸気の定積比熱　　　　ｋｃａｌ／ｋｇ・℃ｇ：重力
の加速度　　　　９．８ｍ／ｓｅｃ２Ｖ１　：タービン
へ流入する蒸気の比体積　　ｍ３　／ｋｇＴ２　′：タ
ービン入口ノズル後の蒸気の絶対温度　　°ＫＰ２　′
：タービン入口ノズル後の蒸気の絶対圧力　　　ａｔａ
数式（１）からわかるように、復水器へ流入する蒸気温
度は真空度の関数である。数式（２）はタービン入口ノ
ズルに係るものであるが、抽気量を無視すれば最終段動
翼通過蒸気量に該当する。したがって、復水器へ流入す
る蒸気温度は流量の関数でもある。このため、最終段動
翼の自励振動を誘起する低流量、低真空の範囲は、復水
器へ流入する蒸気の温度範囲に一義的に置きかえること
ができる。

【００２１】図４は本発明方法の第２の実施例を実施す
る装置を示す図である。復水器へ流入する蒸気温度が、
図示しない熱電式、抵抗式または金属式温度計によって
計測され、継電器１１の導電材になるレバー１２に伝え
られる。レバー１２の端子は、目盛１３で温度を指示し
ながら、絶縁材１４と導電材１５によって形成される円
弧の内面に沿って、摺動する。導電材１５の温度範囲が
、前記自励振動域に相当する温度である。レバー１２が
この温度範囲に入ると、電磁弁１６が励磁され、圧力油
がピストン弁１７の下部に流入して、蒸気遮断弁１８が
開く。そうすると、前記図１の穴５から主蒸気通路に蒸
気が投入されて、蒸気タービン長翼自励振動の発生源と
なっている蒸気入口角度と翼入口角度との差すなわち入
射角を小さくし、フラッタ振動をとめる作用をする。

【００２２】温度が更に上昇するかまたは低下すると、
レバー１２は絶縁材１４の内面に移行して電磁弁１６は
非励磁となり、ピストン弁１７の上部に圧力油が流入し
て蒸気遮断弁１８は自動的に閉塞する。

【００２３】前記第１の実施例では、流量と真空度の合
成演算回路による指令に基づいて自動的に作動する遮断
弁を投入する蒸気の蒸気管系に設け、また上記第２の実
施例では、復水器へ流入する蒸気の温度が設定された範
囲になった時に自動的に作動する遮断弁を上記蒸気管系
に設けたが、本発明の第３の実施例として、復水器へ流
入する蒸気温度による指令信号と、流量と真空度の合成
演算回路による指令信号とのいずれによっても自動的に
作動する遮断弁を上記蒸気管系に設けてもよい。これに
よって、更に確実に大容量火力または原子力タービンの
長翼切損トラブルを防止することができ、プラントの信
頼性を著しく向上させることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、蒸気タービンの低流量
、低真空域における最終段近傍の動翼のフラッタ振動の
発生を確実に止めることができる。

【００２５】フラッタ振動を防止するには、翼の形状を
変更して剛性を高め、固有振動数を高めて共振を回避す
る方法と、自励振動を発生させる流体力の周期的変動を
取除く方法とがある。しかし、翼の形状変更は、定格運
転条件において蒸気入口角とメタル入口角とで、くい違
いが生じ、性能低下を起す。これに対し本発明の方法は
流体力の周期的変動の取除くものであるから、定格運転
条件にマッチした流力形状を採用でき、性能を犠牲にし
ない振動対策である。このように本発明方法によれば、
極めて低コストでしかも根本的に課題を解決することが
できるので、大容量火力や原子力タービンの信頼性を著
しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明方法を蒸気タービンの最終段の動
翼と静翼の間に適用した一実施例を示す縦断面図である
。

【図２】図２は本発明方法の効果を確認する実験結果を
示す図である。

【図３】図３は本発明方法を実施する流量と真空度の関
係を示す図である。

【図４】図４は本発明方法の第２の実施例を実施する装
置を示す図である。

【図５】図５は本発明の基礎となった速度三角形の説明
図である。

【符号の説明】

１　　最終段静翼 ２　　最終段動翼 ３　　翼根リング ４　　翼環 ５　　穴 ６　　管 ７　　フランジ ８　　管 ９　　母管 １０　　外部車室 １１　　継電器 １２　　レバー １３　　目盛 １４　　絶縁材 １５　　導電材 １６　　電磁弁 １７　　ピストン弁 １８　　蒸気遮断弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　最終段の動翼と最終段の静翼との間、
   または最終段の次の動翼と最終段の次の静翼との間にお
   いて、静翼の翼根リングの内面に開口する穴から蒸気を
   供給することを特徴とする蒸気タービン翼の振動防止方
   法。
2. 【請求項２】　　流量と真空度の合成演算回路による指
   令信号に基づいて、前記穴からの蒸気の供給および遮断
   を自動的に行なうことを特徴とする請求項１記載の蒸気
   タービン翼の振動防止方法。
3. 【請求項３】　　復水器へ流入する蒸気温度を検出し、
   その指令信号に基づいて、前記穴からの蒸気の供給およ
   び遮断を、自動的に行なうことを特徴とする請求項１記
   載の蒸気タービン翼の振動防止方法。
4. 【請求項４】　　復水器へ流入する蒸気温度による指令
   信号と、流量と真空度の合成演算回路による指令信号と
   の、いずれか一方に基づいて、前記穴からの蒸気の供給
   および遮断を、自動的に行なうことを特徴とする請求項
   １記載の蒸気タービン翼の振動防止方法。