JPH07150904A - 蒸気タービンノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 作動蒸気中に含まれる蒸気ドレンによる侵食
攻撃からノズル板の背面壁を保護する。 【構成】 翼素形状のノズル板４ａの一端部をノズル外
輪に固設し、その他端部をノズル内輪に固設し、環状輪
内に列状に設置した蒸気タービンノズルにおいて、ノズ
ル板４ａの背面壁12に沿って蒸気ドレンせき止め突出片
９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は蒸気タービンノズルに
かかり、とりわけ蒸気中に含まれるドレンが回転羽根に
流れないように好適に処理する蒸気タービンノズルの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子力用タービン、地熱用タービ
ン、あるいは火力用タービンのうちタービン低圧部で
は、作動蒸気の温度が低いことも手伝って、各タービン
の段落を通過中、液滴まじりの蒸気ドレンが生成されて
いる。この蒸気ドレンは回転羽根の遠心力の影響を受け
て次段落の回転羽根に流れるときはその先端部に至り、
ここで液滴によるアクックを受け、回転羽根腐食やター
ビン効率低下の一因になっている。

【０００３】従来、タービンの段落を通過中に生成され
る蒸気ドレンを捕獲する技術には図９に示すものが使用
されている。図は、軸流タイプのタービン段落の一部を
示し、タービン段落はタービンロータ５の軸方向に沿っ
て設けられているタービンノズル４、タービン回転羽根
６の対により構成されている。タービンノズル４は、翼
素形状のノズル板４ａであり、このノズル板４ａの内部
は中実タイプと中空タイプとがある。

【０００４】ノズル板４ａの一端部は、ノズル外輪２に
固設され、また他端部はノズル内輪３に固設され、ノズ
ル板４ａの一枚一枚は環状輪の中に組み込まれている。
また、環状輪の中に組み込まれたノズル板４ａの蒸気下
流側には、タービン回転羽根６が設けられ、タービン回
転羽根６はタービンロータ５から突き出たディスク５ａ
に植設されてタービン段落を構成している。

【０００５】ノズル板４ａを挟設するノズル外輪２は、
そのノズル板４ａの高さに沿ってスラント状のブロック
として形成されており、ブロック間には蒸気ドレンキャ
ッチャー１と連通する蒸気ドレン口７，８が設けられて
いる。そして、これら蒸気ドレン口７，８は、図示しな
い真空の復水器に結ばれている。

【０００６】このような構成のタービン段落において、
タービン回転羽根４を通過中の作動蒸気は、ここで仕事
をする間に液滴を含む蒸気ドレンが生成されるが、この
蒸気ドレンはタービン回転羽根の遠心力により吹き飛ば
され、スラント状のノズル外輪２に沿って蒸気ドレン口
７，８に案内されて、ここから蒸気ドレンキャッチャー
１を経て機外に送り出されている。したがって、次段落
には蒸気ドレンの流れは比較的少なくなり、タービン回
転羽根６の蒸気ドレンによる侵食問題は少なくなってき
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、タービン最
終段落に、長翼のタービン回転羽根を設置すると、作動
蒸気が通過する横断断面積が増してその蒸気量も増え、
蒸気ドレンの生成量も増える。

【０００８】このため、従来の蒸気ドレンの捕獲技術で
はもはや限界に達しており、蒸気ドレンの生成量増加に
伴う対策が求められている。このような情況下、蒸気ド
レンの挙動メカニズムを究明するため、モデルタービン
を用いて実験を行ったところ次のようなことが判明し
た。すなわち、ノズル外輪２のスラント面からノズル板
４ａの先端部にかけて作動蒸気の湿り度が高くなるにつ
れて蒸気ドレンが集中的に集まってくる。集まった蒸気
ドレンのうち、一部は前段落のタービン回転羽根の遠心
力により吹き飛ばされ、ドレンキャッチャーで捕獲でき
なかったものであり、他の一部は蒸気ドレンの周方向速
度成分の速度ベクトルがタービン回転羽根の遠心力の影
響を受けてドレンキャッチャーを跳び越えたものであ
り、残りはノズル板の腹壁に衝突した蒸気ドレンがその
背壁との圧力差により誘起する二次流れの影響のために
背壁に廻り込むものである。

【０００９】このようにして集まった蒸気ドレンは、ノ
ズル板の先端部分を通過するとき、二次流れによりノズ
ル板の背壁に引き寄せられ、その背壁からノズル板後縁
部を経てタービン回転羽根の先端に衝突し、こうして侵
食問題が発生する。また、これとは別に、ノズル板の腹
壁、背壁に流れる作動蒸気中に含まれる液滴が次段落の
タービン回転羽根の先端に衝突して侵食問題が発生する
場合もある。

【００１０】かかる侵食問題に対処する技術として、例
えば特公昭49-9522 号公報に見られるように、ノズル板
の翼壁にスリット状の開口を設け、この開口を経て集め
た蒸気ドレンを系外に排出するものがある。

【００１１】かかる構造のものは、蒸気ドレンを好適に
吸い込むことが実験レベルで確認されているものの、ノ
ズル板の腹壁、背壁の圧力差が十分小さい部分を除い
て、開口が存在するがゆえに作動蒸気の流れに乱れが生
起し、この乱れの影響のために長年使用の結果、開口縁
から亀裂の発生を見ることがある。

【００１２】また、他の対処法として、例えば実公昭55
-18485号公報のように、ノズル板の翼壁に水抽出孔を設
けたものがあるが、かかる技術を実験により観察して見
ると、ノズル板の翼壁を伝わって流れる水の挙動は翼壁
の局部部分を伝わって流れることの方が多く、このため
不必要に蒸気だけを水抽出孔で吸い込んでしまい、ター
ビン内部効率の低下を招来している。

【００１３】この発明は、かかる点を考慮してなされた
ものであって、翼壁を伝わって流れる蒸気ドレンがノズ
ル板間の通路に生起する二次流れによりノズル板の背壁
に廻り込まないようにする一方、タービン回転羽根の侵
食を低減し、もっとタービン内部効率低下を防止した蒸
気タービンノズルを公表することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる蒸気ド
レンノズルは、上述課題を解決するために、請求項1に
記載したように、翼素形状のノズル板の一端部をノズル
外輪に固設し、その他端部をノズル内輪に固設し、環状
輪内に設置した蒸気タービンノズルにおいて、上記ノズ
ル板の背面壁に沿って蒸気ドレンせき止め突出片を設け
たものである。

【００１５】また、上述課題を解決するために、この発
明にかかる蒸気タービンノズルは、請求項１記載の内容
を明確にする請求項２および３のように、蒸気ドレンせ
き止め突出片をノズル板の背面壁と一体に形成する一
方、ノズル板の背面壁の途中を基点にしてノズル板の後
縁部を経て突き出るように延設したものであり、さらに
ノズル板の背面壁に沿う起点位置を、ノズル板の前縁部
から後縁部までの側面投影寸法をＣx 、蒸気ドレンせき
止め突出片の基点位置からノズル板の後縁部までの側面
投影寸法をＬx とするとき、

【００１６】

【数２】Ｌx ／Ｃx ≧１／２ の関係式を満たすようにしたものである。さらに、この
発明にかかる蒸気タービンノズルは、上述課題を解決す
るために、請求項１，２，３の記載内容に加えて、請求
項４に記載したように、蒸気ドレンせき止め突出片を、
ノズル板の背面壁に沿って設ける一方、ノズル板の背面
壁に対し鉤状に一体的に形成したものである。

【００１７】さらに、この発明にかかる蒸気タービンノ
ズルは、上述課題を解決するために、請求項１乃至４の
記載内容に加えて、請求項５に記載したように、翼素形
状のノズル状の一端部をノズル外輪セグメント片に固設
し、その他端部をノズル内輪セグメント片に固設すると
ともに、ノズル外輪セグメント片はノズル外周リングに
ボルト結合する一方、ノズル内輪セグメント片はノズル
内周リングにボルト結合する環状輪内に設置した蒸気タ
ービンノズルにおいて、ノズル外輪セグメント片、ノズ
ル外周リング、ノズル板の一端部により囲む領域にポケ
ット部を形成する囲い板を上記ノズル板の一端部に覆設
し、この囲い板にノズル板の背面壁に沿うように溝を設
ける一方、この溝から上記ポケット部に蒸気ドレンを導
くドレン口を設けたものである。

【００１８】また、さらに、この発明にかかる蒸気ター
ビンノズルは、上述課題を解決するために、請求項１乃
至５記載の内容に加えて、請求項６に記載したように、
翼素形状であって、中空部を備えるノズル板の一端部を
覆設するノズル外輪セグメント片に固設し、その他端部
を覆設するノズル内輪セグメント片に固設するととも
に、ノズル外輪セグメント片はノズル外周リングにボル
ト結合する一方、ノズル内輪セグメント片はノズル内周
リングにボルト結合する環状輪内に内置した蒸気タービ
ンノズルにおいて、上記ノズル板の一端部を覆設するノ
ズル外輪セグメント片に、その中空部の蒸気ドレンを外
部に導く蒸気ドレン通路を穿設したものであり、さらに
請求項７に記載したように、蒸気ドレン通路の入口側に
ガイド片を設けたものである。

【００１９】

【作用】請求項１に記載したこの発明にかかる蒸気ター
ビンノズルにおいては、蒸気ドレンを含む作動蒸気が環
列状設置のノズル板間で形成された蒸気通路を流れる間
に、ノズル板の腹面壁に衝突し、この蒸気通路に生起す
る二次流れの影響を受け、隣列設のノズル板の背面壁に
向って流れる。しかしながら隣列設のノズル板の背面壁
には蒸気ドレンせき止め突出片が設けられているため、
この蒸気ドレンせき止め突出片がバリヤとなり、ノズル
板の背面壁は蒸気ドレンからの侵食攻撃を受けることが
ない。

【００２０】この場合、蒸気ドレンせき止め突出片は、
請求項２乃至４に記載したように、ノズル板の背面壁の
途中を起点にしてノズル板の後縁部を経て突き出るよう
に延設し、しかもノズル板の背面壁に対し鉤状に一体的
に形成しているので、衝突後の蒸気ドレンは取付状態が
安定した蒸気ドレンせき止め突出片に沿って流れる。し
たがってノズル板の背面壁は、効果的に、安定状態の下
で蒸気ドレンからの侵食攻撃を受けることがない。

【００２１】請求項５に記載したこの発明にかかる蒸気
タービンノズルにおいては、蒸気ドレンを含む作動蒸気
はタービン回転羽根の遠心力の影響を受けて次段落のノ
ズル板の外端部分（ノズル板の高さ方向先端）に集まる
傾向にあり、かかる点を考慮して、作動蒸気中に含まれ
る蒸気ドレンを吸い込むためにノズル板の一端部にポケ
ット部を形成したものである。すなわち、ノズル外輪セ
グメント片、ノズル外周リング、ノズル板により囲む領
域にポケット部を形成する囲い板を設け、この囲い板に
溝を設ける一方、この溝にドレン口を設けたものであ
る。

【００２２】かかる構成において、ノズル外端部分に集
まってくる蒸気ドレンは、溝を伝ってドレン口からポケ
ット部に案内されるので、蒸気ドレンは良好に捕獲する
ことができる。

【００２３】請求項６に記載したこの発明にかかる蒸気
ドレンノズルにおいては、中空部を備えるノズル板で一
旦捕獲された蒸気ドレンを、ノズル外輪セグメント片に
設けた蒸気ドレン通路を経て引き抜くようにしているの
で、中空部に溜る蒸気ドレンによる侵食攻撃の心配はな
い。

【００２４】この場合、請求項７に記載したように、蒸
気ドレン通路の入口側にガイド片が設けられているの
で、中空部の内外部の圧力差が効果的に利用でき、また
蒸気ドレン通路の入口の蒸気ドレンによる侵食攻撃も少
なくなる。

【００２５】

【実施例】以下、この発明にかかる蒸気タービンノズル
の実施例を図１乃至図８を用いて説明するが、図９と同
一構成部分には同一符号を付してある。図１乃至図３
は、この発明にかかる蒸気タービンノズルの第１実施例
を示す略示図である。

【００２６】図１は、タービンロータ５の軸方向に沿っ
て配置した段落を構成し、段落はタービンノズル４とタ
ービン回転羽根６との対からなり、軸方向に沿って翼長
が高くなるようにしている。

【００２７】タービンノズル４は、翼素形状のノズル板
４ａであって、このノズル板４ａは両端部をノズル外輪
２、ノズル内輪３により固設されている。ノズル外輪
２、ノズル内輪３は、ともに環状輪であり、この環状輪
内にノズル板４ａが列状に設置されている。

【００２８】ノズル板４ａを保持するノズル外輪２の環
状輪は、ブロック化されており、ブロック間相互にはド
レン口７，８が蒸気ドレンキャッチャー１とともに開設
されている。

【００２９】上記ノズル板４を固設するノズル外輪２の
部分には植込部10から突き出た蒸気ドレンせき止め突出
片９が設けられている。この蒸気ドレンせき止め突出片
９は、図２に示すように、ノズル板４ａの背面壁12の途
中を基点にしてその背面壁12に沿って設けられ、ノズル
板４ａの後縁部11を経て突き出るように長く延びてい
る。ノズル板４ａの背面壁12に沿って長く延びる蒸気ド
レンせき止め突出片９の基点位置は、図１にもあるよう
に、ノズル板４ａの前縁部から後縁部までの側面投影寸
法をＣx 、蒸気ドレンせき止め突出片の基点位置からノ
ズル板の後縁部までの側面投影寸法をＬx とするとき、

【００３０】

【数３】Ｌx ／Ｃx ≧１／２ に選定することが、実験による蒸気ドレンの挙動から見
て好ましい。図２は、作動蒸気中に含まれている蒸気ド
レンを流線11ａをもってあらわしたものである。

【００３１】一方、ノズル板４ａの背面壁12に沿って設
けられた蒸気ドレンせき止め突出片９は、図３に示すよ
うに、ノズル板４ａの背面壁12に対し、鉤状に一体的に
形成したもので、その植込部10はノズル外輪２に凹入固
設されている。

【００３２】このような構成の蒸気タービンノズルにお
いて、作動蒸気中に含まれている蒸気ドレンは図２に示
す流線11ａとして列状配置のノズル板４ａ間の蒸気通路
11ｂを通過中、ノズル板４ａの腹面壁13に衝突してから
隣設列状配置のノズル板４ａの背面壁12に流れるもの、
あるいはノズル板４ａの前縁部11ｃに衝突後、隣設列状
配置のノズル板４ａの背面壁12に直接流れるもの、さら
に前縁部11ｃからその背面壁12ａに流れるもの等諸種挙
動を異にしていても、蒸気ドレンせき止め突出片９によ
りノズル板４ａの背面壁12は蒸気ドレンの侵食攻撃を防
ぐことができる。こうして、蒸気ドレンせき止め突出片
９により進路を阻まれた蒸気ドレンは、以後、蒸気ドレ
ンせき止め突出片９に沿って後流側に流れていく。ま
た、図３に示すように、タービン回転羽根の遠心力によ
り吹き飛ばされ、ノズル外輪２に沿って流れる蒸気ドレ
ンを含む作動蒸気の流線11ａは、蒸気ドレンせき止め突
出片９により進路が阻まれ、こうしてノズル板４ａの背
面壁12は蒸気ドレンの侵食攻撃に安定保持状態の下、対
処することができる。

【００３３】図４は、この発明にかかる蒸気タービンノ
ズルの蒸気ドレンせき止め突出片９の他の実施例を示す
略示図であり、ノズル板４ａの背面壁12に横断して一体
的に蒸気ドレンせき止め突出片９を設けたものである。
この構成によればノズル外輪２に沿って流れる蒸気ドレ
ンの流線11ａは蒸気ドレンせき止め突出片９によりその
進路を阻まれ、上述実施例と同様に効果的に蒸気ドレン
侵食攻撃から対処することができる。

【００３４】図５乃至図６はこの発明にかかる蒸気ター
ビンノズルの他の実施例を示す略示図である。この実施
例は、組立てタイプの蒸気タービンノズルに適用されて
いる。

【００３５】図中、ノズル板４ａの内端は、ノズル内輪
セグメント片16に、またその外輪はノズル外輪セグメン
ト片15ａに固設されている。また、ノズル内輪セグメン
ト片16はボルトを介してノズル内周リング16ａに結合さ
れ、さらにノズル外輪セグメント片15はボルトを介して
ノズル外周リング15ａに結合されている。また、ノズル
外周リング15ａにはボルトを介してリング片15ｂが設け
られて蒸気ドレン口７を形成している。

【００３６】このような組立てタイプの蒸気タービンノ
ズルにおいて、ノズル外輪セグメント片15、ノズル外周
リング15ａ、ノズル板４ａにより囲む領域に、ポケット
部20を形成する囲い板19が設けられており、この囲い板
19は、図６に示すように、溝20ａを設け、この溝20ａに
沿ってドレン口20ｂが穿設され、蒸気ドレンを効果的に
吸い込むようになっている。すなわち、蒸気ドレン口
７，８により捕獲できなかった蒸気ドレンの流線11ａ
は、溝20ａに案内され、ここを伝ってドレン口20ｂから
ポケット部20に送られている。ポケット部20に集められ
た蒸気ドレンは、支柱18により形成された通路を経て蒸
気ドレン口８に案内されている。

【００３７】したがって、タービン回転羽根の遠心力に
より吹き飛ばされ、蒸気ドレン口７により捕獲できなか
った残りの蒸気ドレンを捕獲するにはきわめて効果的で
ある。

【００３８】図７乃至図８は、この発明にかかる蒸気タ
ービンノズルの他の実施例を示す略示図であり、中空タ
イプのノズル板４ａの適用したものである。すなわち、
中空部21を備えたノズル板４ａは、ノズル外輪セグメン
ト片15と一体的に作製したものであり、ノズル外輪セグ
メント片15の相互間に蒸気ドレン通路21ａを穿設してい
る。

【００３９】この構成によれば、ノズル板４ａの腹面壁
13または背面壁12に設けた吸い込口（ともに図示せず）
を経て中空部21に集められた蒸気ドレンの流線11ａは、
入口21ｂを経て蒸気ドレン通路21ａからノズル外周リン
グ15ａの隙間に案内され、こうして中空部21の蒸気ドレ
ンは真空状態の復水器（図示せず）に効果的に案内する
ことができる。

【００４０】この場合、蒸気ドレン通路21ａの入口21ｂ
側にガイド片21ｃを設けておけば蒸気ドレン通路の圧力
差が一段と高まり、この圧力差を巧みに利用すれば中空
部21に集められた蒸気ドレンの流線11ａは一段と好まし
く蒸気ドレン通路20に案内することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明にかかる
蒸気タービンノズルは、列状配置のノズル板間の蒸気通
路に二次流れにより、蒸気ドレンを含む作動蒸気がノズ
ル板の背面壁に押し流された場合でも蒸気ドレンせき止
め突出片で蒸気ドレンの進路を阻げることができる。し
たがってノズル板の背面壁は蒸気ドレンによる侵食攻撃
から防ぐことができる。

【００４２】また、組立てタイプの蒸気タービンノズル
においては、ノズル板の高さ方向の先端部にポケット部
を設けているので、蒸気ドレン口により捕獲できなかっ
た残りの蒸気ドレンを効果的に捕獲でき、次段落のター
ビンノズル翼、タービン回転羽根は蒸気ドレンの侵食攻
撃を防ぐことができる。

【００４３】また、中空部を備える蒸気タービンノズル
においては、ノズル外輪セグメント相互に設けた蒸気ド
レン通路により、さらに蒸気ドレン通路の入口に設けた
ガイド片により中空部の蒸気ドレンを外部に案内できる
ので、侵食腐食の心配はない。

【００４４】以上のとおり、この発明にかかる蒸気ター
ビンノズルは、諸種の構造を有して、蒸気ドレンを好適
に処理でき、このため侵食防止は無論のこと、タービン
の内部効率を一段と高く向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる蒸気タービンノズルの第１実
施例を示す図示断面図。

【図２】図１のＡ矢視方向から見た展開平面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ矢視切断部分断面図。

【図４】蒸気ドレンせき止め突出片の他の実施例を示す
略示部分断面図。

【図５】組立てタイプのタービンノズルに適用したこの
発明にかかる蒸気タービンノズルの実施例を示す略示断
面図。

【図６】図５のＣ矢視方向から見た展開平面図。

【図７】中空部を備えた蒸気タービンノズルの蒸気ドレ
ン処理の態様を示す略示断面図。

【図８】中空部を備えた蒸気タービンノズルの蒸気ドレ
ン処理の他の態様を示す略示断面図。

【図９】従来の実施例を示す蒸気タービンノズルの略示
断面図。

【符号の説明】 ２ ノズル外輪 ３ ノズル内輪 ４ａ ノズル板 ６ タービン回転羽根 ９ 蒸気ドレンせき止め突出片 11 後縁部 11ｃ 前縁部 12 背面壁 13 腹面壁 15 ノズル外輪セグメント片 15ａ ノズル外周リング 16 ノズル内輪セグメント片 16ａ ノズル内周リング 19 囲い板 20 ポケット部 20ａ 溝 20ｂ ドレン口 21 中空部 21ａ 蒸気ドレン通路 21ｃ ガイド片

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 翼素形状のノズル板の一端部をノズル外
   輪に固設し、その他端部をノズル内輪に固設し、環状輪
   内に設置した蒸気タービンノズルにおいて、上記ノズル
   板の背面壁に沿って蒸気ドレンせき止め突出片を設けた
   ことを特徴とする蒸気タービンノズル。
2. 【請求項２】 蒸気ドレンせき止め突出片は、ノズル板
   の背面壁と一体的に形成する一方、ノズル板の背面壁の
   途中を基点にしてノズル板の後縁部を経て突き出るよう
   に延設していることを特徴とする請求項１記載の蒸気タ
   ービンノズル。
3. 【請求項３】 ノズル板の背面壁に沿う蒸気ドレンせき
   止め突出片の起点位置は、ノズル板の前縁部から後縁部
   までの側面投影寸法をＣx 、蒸気ドレンせき止め突出片
   の基点位置からノズル板の後縁部までの側面投影寸法を
   Ｌx とするとき、 【数１】Ｌx ／Ｃx ≧１／２ の関係式を満たしていることを特徴とする請求項１記載
   の蒸気タービンノズル。
4. 【請求項４】 蒸気ドレンせき止め突出片は、ノズル板
   の背面壁に沿って設ける一方、ノズル板の背面壁に対し
   鉤状に一体的に形成したことを特徴とする請求項１また
   は２記載の蒸気タービンノズル。
5. 【請求項５】 翼素形状のノズル板の一端部をノズル外
   輪セグメント片に固設し、その他端部をノズル内輪セグ
   メント片に固設するとともに、ノズル外輪セグメント片
   はノズル外周リングにボルト結合する一方、ノズル内輪
   セグメント片はノズル内周リングにボルト結合する環状
   輪内に設置した蒸気タービンノズルにおいて、ノズル外
   輪セグメント片、ノズル外周リング、ノズル板の一端部
   により囲む領域にポケット部を形成する囲い板を上記ノ
   ズル板の一端部に覆設し、この囲い板にノズル板の背面
   壁に沿うように溝を設ける一方、この溝から上記ポケッ
   ト部に蒸気ドレンを導くドレン口を設けたことを特徴と
   する蒸気タービンノズル。
6. 【請求項６】 翼素形状であって、中空部を備えるノズ
   ル板の一端部を覆設するノズル外輪セグメント片に固設
   し、その他端部を覆設するノズル内輪セグメント片に固
   設するとともに、ノズル外輪セグメント片はノズル外周
   リングにボルト結合する一方、ノズル内輪セグメント片
   はノズル内周リングにボルト結合する環状輪内に内置し
   た蒸気タービンノズルにおいて、上記ノズル板の一端部
   を覆設するノズル外輪セグメント片に、その中空部の蒸
   気ドレンを外部に導く蒸気ドレン通路を穿設したことを
   特徴とする蒸気タービンノズル。
7. 【請求項７】 蒸気ドレン通路の入口側にガイド片を設
   けたことを特徴とする請求項６記載の蒸気タービンノズ
   ル。