JPH11343805A - 蒸気タービン - Google Patents

蒸気タービン

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JPH11343805A
JPH11343805A JP15025598A JP15025598A JPH11343805A JP H11343805 A JPH11343805 A JP H11343805A JP 15025598 A JP15025598 A JP 15025598A JP 15025598 A JP15025598 A JP 15025598A JP H11343805 A JPH11343805 A JP H11343805A
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turbine
bridge
turbine nozzle
steam
nozzle
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JP15025598A
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Shinichiro Nagao
進一郎 長尾
Minoru Matsuda
實 松田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】駆動蒸気に含まれる固体粒子がタービンノズル
に衝突する際、その侵食を少なくさせた蒸気タービンを
提供する。 【解決手段】本発明に係る蒸気タービンは、ブリッジ1
0を、仮想上のタービン軸13の中心軸CLに対して交
差させて配置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンに係
り、特にタービン翼の侵食防止を図った蒸気タービンに
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、火力発電プラントに適用される
蒸気タービンは、ボイラから発生した高圧・高温の蒸気
を駆動流体としてタービンノズルとタービン動翼とを組
み合せたタービン段落で膨張仕事をさせ、その際に発生
する回転トルクで発電機を駆動し、電気出力を発生させ
ている。この場合、ボイラから高圧タービンまたはボイ
ラの再熱器から中圧タービンに供給される過熱蒸気また
は再熱蒸気には酸化鉄などの固体粒子が含まれているた
めに、高圧タービンのタービン初段落や中圧タービンの
タービン初段落のうち、特にタービンノズルは、長年の
使用により侵食を受けることが多い。過熱蒸気または再
熱蒸気に固形粒子が含まれるのは、ボイラの伝熱管に生
じた酸化スケールが剥離したものと考えられている。
【0003】また、タービンノズルが侵食を受けるの
は、湾曲状に形成した翼面間を流れる駆動蒸気が転向す
る際、その慣性力に固体粒子が追従できず、翼面の後縁
側に衝突することが要因と考えられている。
【0004】このように、固体粒子の衝突により侵食を
受けるタービンノズル等を備えた蒸気タービンには、図
11に示す構成のものがある。
【0005】蒸気タービンは、その蒸気入口部として、
蒸気管1に連通する断面球状の蒸気室2と、この蒸気室
2の出口側に強度維持のためのブリッジ3と、蒸気室2
に案内された駆動蒸気を速度エネルギに変えるタービン
ノズル4とを備えた構成になっている。
【0006】また、蒸気タービンは、タービンノズル4
をタービン軸5の周方向に沿って列状に配置するととも
に、列状配置のタービンノズル4に対応させ、タービン
軸5に植設したタービン蒸気6を備え、タービンノズル
4とタービン動翼6を組み合せてタービン段落7を構成
し、駆動蒸気に膨張仕事をさせるようになっている。な
お、蒸気タービンは、その出力が比較的小さい場合、取
り扱う駆動蒸気の流量も少なくなるので蒸気室2に設け
たブリッジ3を省略する場合がある。
【0007】このような構成を備えた蒸気タービンにお
いて、蒸気室2に案内された駆動蒸気STは、図12に
示すように、タービン軸5が矢印Rに向って回転してい
る間に、破線で示される流線SLに沿って順次、ブリッ
ジ3、タービンノズル4、タービン動翼6に流れる。こ
のとき、駆動蒸気ST中に固体粒子Pが含まれている
と、駆動蒸気STが湾曲状に形成されるタービンノズル
4の腹側面7に沿って転向する際、その慣性力に固体粒
子Pが追従できず、タービンノズル4の後縁8に衝突
し、長年の衝突の繰り返しによりタービンノズル4を侵
食させている。特に、タービンノズル4の後縁8は、翼
幅が薄く形成されているので、侵食を受け易くなってい
る。
【0008】また、タービンノズル4の後縁8に衝突し
た固体粒子Pは、タービンノズル4の出口側で駆動蒸気
STの流線SLを大きく乱す。このため、駆動蒸気ST
は、タービン動翼6への流入角αが設計値から外れ、タ
ービンノズル4およびタービン動翼6の翼性能を低下さ
せる要因になっている。さらに、駆動蒸気STの流線S
Lが乱れると、タービンノズル4からタービン動翼6に
案内される駆動蒸気の速度分布、圧力分布が不均一にな
り、タービン動翼6を植設するタービン軸5に周期的な
変動力を与えて振動の発生要因にもなっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】タービンノズル4の侵
食を防止する手段には、従来から数多くの発明が開示さ
れている。その中で、例えば特開昭63−295803
号公報や特開平4−231604号公報がある。前者
は、タービンノズル4のうち、後縁8に硬化物を被覆
し、固体粒子Pが衝突しても侵食を低く抑えるものであ
り、また、後者は、タービンノズル4の侵食を受ける部
分の肉厚を厚くするものである。
【0010】しかし、前者、後者ともに、侵食防止を暫
定的に解決できても恒久的な解決策にはなっておらず、
何らの改善策が必要されている。もっとも固体粒子P
は、蒸気タービンに流入する前に抑制するのが本質的な
解決策であり、このため給水の管理を充分に行っている
ものの、確実に除去することができず、現在、模索中で
あ。
【0011】本発明は、このような背景技術に基づいて
なされたもので、蒸気室の出口側に設置するブリッジの
配置に工夫を加え、駆動蒸気に含まれる固体粒子がター
ビンノズルに衝突する際、その侵食を少なくさせた蒸気
タービンを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る蒸気タービ
ンは、上記目的を達成するために、請求項1に記載した
ように、仮想上のタービン軸の周方向に列状に配置さ
れ、駆動蒸気の流れに沿って順次、ブリッジ、タービン
ノズル、タービン動翼を備えた蒸気タービンにおいて、
上記ブリッジを、上記仮想上のタービン軸の中心軸に対
して交差させて配置したものである。
【0013】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項2に記載したように、仮
想上のタービン軸の周方向に列状に配置されたブリッジ
の、一方のブリッジのブリッジ後縁と隣のブリッジのブ
リッジ前縁とのブリッジ重なり距離をLとし、一方のブ
リッジのブリッジ後縁と隣のブリッジのブリッジ後縁と
のピッチをTとするとき、ブリッジ重なり距離Lを、
【数5】0<L≦0.7T の範囲に設定したものである。
【0014】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項3に記載したように、ブ
リッジを、仮想上のタービン軸の中心軸に対する交差角
をβとするとき、その交差角βを、
【数6】20°≦β≦50° の範囲に設定したものである。
【0015】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項4に記載したように、ブ
リッジを、直線状に形成したものである。
【0016】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項5に記載したように、ブ
リッジを、仮想上のタービン軸の回転方向と反対側の外
側に向って湾曲状に形成したものである。
【0017】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項6に記載したように、仮
想上のタービン軸の周方向に列状に配置され、駆動蒸気
の流れに沿って順次、ブリッジ、タービンノズル、ター
ビン動翼を備えた蒸気タービンにおいて、上記ブリッジ
のブリッジ前縁とブリッジ後縁とを結ぶブリッジ中心線
を、上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズル
のタービンノズル前縁と隣のタービンノズルのタービン
ノズル前縁とを結ぶタービンノズル前縁横断線の中間部
分に位置させるように上記ブリッジを設置したものであ
る。
【0018】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項1または7に記載したよ
うに、ブリッジを、タービンノズルと一対一に対応させ
て配置したものである。
【0019】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項1または8に記載したよ
うに、ブリッジを、タービンノズルに対して少なくとも
一つ置き以上に配置したものである。
【0020】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項9に記載したように、仮
想上のタービン軸の周方向に列状に配置され、駆動蒸気
の流れに沿って順次、ブリッジ、タービンノズル、ター
ビン動翼を備えた蒸気タービンにおいて、上記ブリッジ
のブリッジ腹側延長線を、上記タービンノズルのうち、
一方のタービンノズルのタービンノズル後縁と隣のター
ビンノズルのタービンノズル後縁とを結ぶタービンノズ
ル後縁横断線の中間部分に位置させるように上記ブリッ
ジを設置したものである。
【0021】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項10に記載したように、
仮想上のタービン軸の周方向に列状に配置されたブリッ
ジのブリッジ腹側延長線の、タービンノズルのうち、一
方のタービンノズルのタービンノズル後縁と隣のタービ
ンノズルのタービンノズル後縁とを結ぶタービン後縁横
断線の中間部分に交差する交差点から上記一方のタービ
ンノズル後縁までの距離をdとし、上記一方のタービン
ノズル後縁と上記隣のタービンノズル後縁とのピッチを
tとするとき、その距離dを
【数7】0.2t≦d≦0.8t の範囲に設定したものである。
【0022】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項11に記載したように、
仮想上のタービン軸の周方向に列状に配置され、駆動蒸
気の流れに沿って順次、タービンノズル、タービン動翼
を備えた蒸気タービンにおいて、上記タービンノズルの
うち、タービンノズル腹側面を、上記駆動蒸気に向って
上流側タービンノズル腹側面と下流側タービンノズル腹
側面とに区分けし、上記下流側タービンノズル腹側面
を、上記タービン軸の回転方向と反対側に向って湾曲状
に形成したものである。
【0023】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項12に記載したように、
仮想上のタービン軸の周方向に列状に配置され、駆動蒸
気の流れに沿って順次、タービンノズル、タービン動翼
を備えた蒸気タービンにおいて、上記タービンノズルの
タービンノズル前縁におけるタービンノズル背側面を、
上記仮想上のタービン軸の中心軸とほぼ平行になるよう
に形成するとともに、上記タービンノズル背側面を曲面
状に形成したものである。
【0024】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項13に記載したように、
タービンノズルのタービンノズル前縁におけるタービン
ノズル背側面から駆動蒸気の下流側に向って延びる延長
線と上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズル
のタービン後縁と隣のタービンノズルのタービンノズル
後縁とを結ぶタービン後縁横断線との交差点から上記一
方のタービンノズル後縁とのタービンノズル重なり距離
をlとし、上記一方のタービンノズル後縁と上記隣のタ
ービンノズル後縁とのピッチをtとするとき、タービン
ノズル重なり距離lを、
【数8】0.5t≦l≦1.1t の範囲に設定したものである。
【0025】また、本発明に係る蒸気タービンは、上記
目的を達成するために、請求項14に記載したように、
タービンノズルのタービンノズル前縁におけるタービン
ノズル背側面から駆動蒸気の下流側に向って延びる延長
線が、上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズ
ルのタービンノズル腹側面に交差する位置における翼厚
みをWとし、上記一方のタービンノズルの翼最大厚みを
Wmとするとき、その翼厚みWを0.8Wm倍以上にし
たことを特徴とするものである。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る蒸気タービン
の実施形態を図面および図中に付した符号を引用して説
明する。
【0027】図1は、本発明に係る蒸気タービンの第1
実施形態を示す概略翼列展開図である。
【0028】本実施形態に係る蒸気タービンは、駆動蒸
気STの流れに沿って順次、ブリッジ10、タービンノ
ズル11、タービン動翼12を配置するとともに、ブリ
ッジ10、タービンノズル11、タービン動翼12を仮
想上のタービン軸13の周方向に沿って列状に配置する
構成になっている。
【0029】また、ブリッジ10は、ブリッジ腹側面1
4とブリッジ背側面15とを直線状に形成するととも
に、ブリッジ腹側面14とブリッジ背側面15とが駆動
蒸気STの上流側に臨むブリッジ前縁16を球状に形成
し、さらにブリッジ腹側面14とブリッジ背側面15と
が駆動蒸気STの下流側に延びるブリッジ後縁17も球
状に形成する一方、ブリッジ前縁16を基準にしたと
き、ブリッジ腹側面14およびそのブリッジ背側面15
を仮想上のタービン軸13の中心軸CLに対し、タービ
ン軸13の回転方向Rに沿って交差させる傾斜状になっ
ている。なお、ブリッジ10は、タービン軸13上の周
方向に沿って配置されているので、実際、タービン軸1
3の中心軸CLに直接的に交差していないが、ブリッジ
10の基準をタービン軸13の中心軸CLに置くため
に、その基準を仮想上のタービン軸13の中心軸CLと
定義し、以下の説明を仮想上ののタービン軸13の中心
軸CLと記す。
【0030】このような構成を備えた蒸気タービンにお
いて、駆動蒸気STは、破線で示す流線SLに沿って流
れる。このとき、駆動蒸気STに含まれる固体粒子P
は、仮想上のタービン軸13の中心軸CLに対し、ター
ビン軸13の回転方向に沿って交差する傾斜状のブリッ
ジ腹側面14に衝突する。
【0031】ブリッジ腹側面14に衝突した固体粒子P
は、タービンノズル11に流入する際、ブリッジ腹側面
14のブリッジ腹側面延長線ELにほぼ沿って流れるの
で、タービンノズル11のタービンノズル後縁18に衝
突することがない。また、タービンノズル11の出口1
9から流出した駆動蒸気STは、固体粒子Pの後縁18
への衝突がなく、その流線SLの乱れもなくなるので安
定流としてタービン動翼12に流入する。
【0032】このように、本実施形態では、ブリッジ1
0のブリッジ腹側面14およびブリッジ背側面15を仮
想上のタービン軸13の中心軸CLに対し、タービン軸
13の回転方向Rに沿って交差させる傾斜状に形成し、
駆動蒸気STに含まれる固体粒子Pをブリッジ10に衝
突させたので、固体粒子Pの衝突による侵食からタービ
ンノズル11を保護することができる。なお、ブリッジ
10は、固体粒子Pをブリッジ腹側面14に衝突させて
いるが、駆動蒸気STの流速がタービンノズル11の出
口19を流出する流速に較べて低く、ブリッジ腹側面1
4に衝突する固体粒子Pの流速も低く、かつブリッジ腹
側面14とブリッジ背側面15との幅も比較的厚いの
で、固体粒子Pの衝突によりブリッジ10の侵食を少な
く抑えることができる。
【0033】他方、ブリッジ10は、そのブリッジ腹側
面14およびブリッジ背側面15を仮想上のタービン軸
13の中心軸CLに対し、タービン軸13の回転方向R
に沿って交差させる傾斜状に形成しているのが、この傾
斜量の大小如何によっては固体粒子Pのタービンノズル
11への衝突する場合もあるので、その傾斜量を充分に
考察する必要がある。
【0034】今、一方のブリッジ10aのブリッジ後縁
17上に位置する点X1 からタービン軸13の中心軸C
Lに平行に延長させた延長線BLLと隣のブリッジ10
bのブリッジ前縁16上に位置する点X2 から仮想上の
タービン軸13の中心軸CLに平行に延長させた延長線
BTLとの距離Lをブリッジ重なり距離と定義する。
【0035】また、一方のブリッジ10aの延長線BL
Lと隣のブリッジ10bのブリッジ後縁17上に位置す
る点X3 からタービン軸13の中心軸CLに平行に延長
させた延長線BPLとの距離Tをピッチと定義する。
【0036】このブリッジ重なり距離Lをパラメータと
してブリッジ10の侵食量eおよびタービンノズル11
の流体損失ζとの関係を実験データに基づいて解析して
みると、その結果は、図2に示すようになっいてる。
【0037】ここで縦軸は、ブリッジ10の侵食量eお
よびタービンノズル11の流体損失ζを示し、横軸は、
ブリッジ重なり距離Lを示している。なお、ブリッジ重
なり距離Lは、ピッチTの倍数である。
【0038】この図2から、ブリッジ重なり距離LがL
1 =0より小さいと、タービンノズル11に衝突する固
体粒子Pが増加し、タービンノズル11への侵食量eを
著しく増加させるとともに、L2 =0.7Tを超えると
駆動蒸気STがブリッジ10に流入する際、剥離により
流体損失ζを著しく増加させることが認められた。
【0039】したがって、ブリッジ10の傾斜量を設定
する際、ブリッジ重なり距離Lは、
【数9】0<L≦0.7T ……(1) の範囲に設定すれば、タービンノズル11の侵食量eお
よび流体損失ζを低くさせる上で、最も好ましい適用範
囲になる。
【0040】ブリッジ重なり距離Lを上式(1)の範囲
に設定し、上式(1)を基にブリッジ10のブリッジ腹
側面14およびブリッジ背側面15の仮想上のタービン
軸13の中心軸CLに対する交差角βを算出すると、
【数10】20°≦β≦50° ……(2) の範囲になり、この(2)式から最も適正な交差角βが
設定される。
【0041】このように、本実施形態では、ブリッジ1
0のブリッジ腹側面14およびブリッジ背側面15の仮
想上のタービン軸13の中心軸CLに対する交差角β
を、20°≦β≦50°に設定したので、タービンノズ
ル11の固体粒子Pの衝突による侵食を従来に較べて著
しく少なくさせることができ、タービンノズル11に安
定運転を行わせることができる。
【0042】なお、本実施形態では、ブリッジ10のブ
リッジ腹側面14およびブリッジ背側面15を直線状に
形成したものであるが、この実施形態にとらわれること
なく、例えば図3に示すように、ブリッジ10のブリッ
ジ腹側面14およびブリッジ背側面15をタービン軸1
3の回転方向と反対側の外側に向って湾曲形状にしても
よい。ブリッジ腹側面14およびブリッジ背側面15を
湾曲形状にした場合、ブリッジ腹側面14およびブリッ
ジ背側面15における接線TLの仮想上のタービン軸1
3の中心軸CLに対する交差角βを、上式(2)の範囲
を満たしておれば、駆動蒸気STのブリッジ10への迎
え角を効果的に減らすことができ、流体性能上好まし
い。また、ブリッジ10は、タービンノズル11と一対
一に対応させないで、少なくとも一つ置き以上に配置し
てその個数を少なくしてもよい。
【0043】図4は、本発明に係る蒸気タービンの第2
実施形態を示す概略翼列展開図であ。なお、第1実施形
態の構成部分または対応する部分と同一部分には同一符
号を付す。
【0044】本実施形態に係る蒸気タービンは、駆動蒸
気STの下流側に向って延びるブリッジ10におけるブ
リッジ前縁16とブリッジ後縁17とを結ぶブリッジ中
心線BCLの、タービンノズル11のうち、一方のター
ビンノズル11aのタービンノズル前縁20aと隣のタ
ービンノズル11bのタービンノズル前縁20bとを結
び、仮想上のタービン軸13の中心軸CLを横断するタ
ービンノズル前縁横断線NLLに対する交点Yが、一方
のタービンノズル11aのタービンノズル前縁20aと
隣のタービンノズル11bのタービンノズル前縁20b
との中間部分に位置するようにブリッジ10を設置した
ものである。
【0045】ブリッジ中心線BCLのタービンノズル前
縁横断線NLLに対する交点Yを、一方のタービンノズ
ル前縁20aと隣のタービンノズル前縁20bとの中間
部分に位置させた場合、固体粒子Pは、駆動蒸気STの
流線SLに沿って流れ、ブリッジ腹側面14に衝突後、
ブリッジ腹側面14のブリッジ腹側面延長線ELにほぼ
沿って流れ、隣のタービンノズル11bのタービンノズ
ル背側面21の周辺を通過するので、一方のタービンノ
ズル11aにおけるタービンノズル後縁18のタービン
ノズル腹側面22に衝突することがない。
【0046】このように、本実施形態では、ブリッジ中
心線BCLのタービンノズル前縁横断線NLLに対する
交点Yを、一方のタービンノズル前縁20aと隣のター
ビンノズル前縁20bとの中間部分に位置させ、駆動蒸
気STに含まれる固体粒子Pを一方のタービンノズル1
1aにおけるタービンノズル後縁118のタービンノズ
ル腹側面22から遠ざけたので、固体粒子Pの衝突によ
る侵食からタービンノズル11を保護することができ、
タービンノズル11に安定運転を行わせることができ
る。
【0047】なお、本実施形態では、ブリッジ10の個
数とタービンノズル11の個数とを一対一に対応させた
ものであるが、この実施形態にとらわれることなく、例
えば図5に示すように、ブリッジ10の個数を、タービ
ンノズル11の個数に対して少なくとも一つ置き以上に
してもよい。この場合も、ブリッジ中心線BCLのター
ビンノズル前縁横断線NLLに対する交点Yを、一方の
タービンノズル前縁20aと隣のタービンノズル前縁2
0bとの中間部分に位置させてある。
【0048】図6は、本発明に係る蒸気タービンの第3
実施形態を示す概略翼列展開図であ。なお、第1実施形
態の構成部分または対応する部分と同一部分には同一符
号を付す。
【0049】本実施形態に係る蒸気タービンは、駆動蒸
気STの下流側に向って延びるブリッジ10におけるブ
リッジ腹側面14のブリッジ腹側面延長線ELの、ター
ビンノズル11のうち、一方のタービンノズル11aの
タービンノズル後縁18aと隣のタービンノズル11b
のタービンノズル後縁18bとを結び、仮想上のタービ
ン軸13の中心線CLを横断するタービンノズル後縁横
断線NTLに対する交点Zが、一方のタービンノズル1
1aのタービンノズル後縁18aと隣のタービンノズル
11bのタービンノズル後縁18bとの中間部分に位置
するようにブリッジ10を設置したものである。
【0050】ブリッジ腹側面延長線ELのタービンノズ
ル後縁横断線NTLに対する交点Zを、一方のタービン
ノズル後縁18aと隣のタービンノズル後縁18bとの
中間部分に位置させた場合、固体粒子Pは、駆動蒸気S
Tの流線SLに沿って流れ、ブリッジ腹側面14に衝突
後、ブリッジ腹側面14のブリッジ腹側面延長線ELに
ほぼ沿って流れ、隣のタービンノズルのタービン背側面
21の周辺を通過するので、一方のタービンノズル11
aにおけるタービンノズル後縁18aのタービンノズル
腹側面22に衝突することがない。
【0051】他方、ブリッジ腹側面延長線ELは、ター
ビンノズル後縁横断線NTLに交差させているが、その
交差点の大小如何によっては固体粒子Pのタービンノズ
ル11への衝突する場合もあるので、その交点Zを、今
一度検討する必要がある。
【0052】今、ブリッジ腹側面延長線ELのタービン
ノズル後縁横断線NTLに対する交点Zから一方のター
ビンノズル後縁18aまでの距離をdとし、一方のター
ビンノズル後縁18aと隣のタービンノズル後縁18b
とのタービンノズル後縁ピッチをtとするとき、距離d
をパラメータとして一方のタービンノズル11aにおけ
るタービンノズル後縁18aのタービンノズル腹側面2
2の侵食量ep および隣のタービンノズル11bにおけ
るタービンノズル背側面21の侵食量es との関係を実
験データに基づいて解析してみると、その結果は、図7
に示すようになっている。
【0053】ここで縦軸は、タービンノズル腹側面22
の侵食量ep 、タービンノズル背側面21の侵食量es
およびタービンノズル腹側面22の侵食量ep とタービ
ンノズル背側面21の侵食量es との合計侵食量et を
示し、横軸は距離dを示している。なお、距離dは、タ
ービンノズル後縁ピッチtの倍数である。
【0054】この図7から距離dがd1 =0.2tより
も小さいとき、タービンノズル後縁18aのタービンノ
ズル腹側面22の侵食量ep は著しく増加し、距離dが
2=0.8tを超えるとき、タービンノズル後縁18
bのタービンノズル背側面21の侵食量es は著しく増
加することが認められた。
【0055】したがって、ブリッジ腹側面延長線ELの
タービンノズル後縁横断線NTLに対する交点Zから一
方のタービンノズル後縁18aまでの距離dは、
【数11】0.2t≦d≦0.8t ……(3) の範囲に設定すれば、一方のタービンノズル11aにお
けるタービンノズル後縁18aのタービンノズル腹側面
22の侵食量ep および隣のタービンノズル11bにお
けるタービンノズル背側面21の侵食量es との合計侵
食量et を少なくさせる上で、最も好ましい適用範囲に
なる。
【0056】このように、本実施形態では、ブリッジ腹
側面延長線ELのタービンノズル後縁横断線NTLに対
する交点Zから一方のタービンノズル後縁18aまでの
距離dを、0.2t≦d≦0.8tに設定したので、タ
ービンノズル11の固体粒子Pの衝突による侵食を従来
に較べて著しく少なくさせることができ、タービンノズ
ル11に安定運転を行わせることができる。
【0057】図8は、本発明に係る蒸気タービンの第4
実施形態を示す概略翼列展開図であ。なお、第1実施形
態の構成部分または対応する部分と同一部分には同一符
号を付す。
【0058】本実施形態に係る蒸気タービンは、ブリッ
ジの有無に関係なくタービンノズル11をタービン軸1
3の周方向に沿って列状に設置し、タービンノズル11
のタービンノズル腹側面22を、上流側タービンノズル
腹側面23aと下流側タービンノズル腹側面23bとに
区分けし、区分けした上流側タービンノズル腹側面23
aと下流側タービンノズル腹側面23bとの境界点Dか
ら駆動蒸気STの下流側に向って延長させたタービンノ
ズル腹側面延長線NSLと、一方のタービンノズル11
aのタービンノズル後縁18aと隣のタービンノズル1
1bのタービンノズル後縁18bとを結び、仮想上のタ
ービン軸13の中心軸CLを横断するタービンノズル後
縁横断線NTLとの交点Cを、一方のタービンノズル1
1aのタービンノズル後縁18aと隣のタービンノズル
11bのタービンノズル後縁18bとの中間部分に位置
させるとともに、下流側タービンノズル腹側面23bを
タービンノズル腹側面延長線NSLからタービン軸13
の回転方向と反対の外側に向って凸状の湾曲面に形成し
たものである。なお、上流側タービンノズル腹側面23
aは直線傾斜状が望ましく、湾曲面であってもよい。但
し、上流側タービンノズル腹側面23aの湾曲面の曲率
は、下流側タービンノズル腹側面23bの湾曲面の曲率
に較べて大きくなる。
【0059】このように、本実施形態では、タービンノ
ズル11のタービンノズル腹側面22を、上流側タービ
ンノズル腹側面23aと下流側タービンノズル腹側面2
3bとに区分けし、区分けした上流側タービンノズル腹
側面23aと下流側タービンノズル腹側面23bのう
ち、下流側タービンノズル腹側面23bをタービンノズ
ル腹側面延長線NSLからタービン軸13の回転方向と
反対の外側に向って凸状の湾曲面に形成し、固体粒子P
が駆動蒸気STの流線SLに沿って流れる際、その慣性
力で下流側タービンノズル腹側面23bから遠ざけたの
で、タービンノズル11の固体粒子Pの衝突による侵食
を従来に較べて著しく少なくさせることができ、タービ
ンノズル11に安定運転を行わせることができる。
【0060】図9は、本発明に係る蒸気タービンの第5
実施形態を示す概略翼列展開図であ。なお、第1実施形
態の構成部分または対応する部分と同一部分には同一符
号を付す。
【0061】本実施形態に係る蒸気タービンは、タービ
ン軸13の周方向に沿って列状に設置したタービンノズ
ル11のタービンノズル前縁20におけるタービンノズ
ル背側面21を、仮想上のタービン軸13の中心軸CL
にほぼ平行になるように形成するとともに、タービンノ
ズル11のうち、一方のタービンノズル11aと隣のタ
ービンノズル11bとで形成する翼列入口25から流入
する駆動蒸気STの流線SLに沿う固体粒子Pの衝突
を、一方のタービンノズル11aのタービンノズル腹側
面22の上流側で受け持たせたものである。
【0062】このように、本実施形態では、タービンノ
ズル11のタービンノズル前縁20におけるタービンノ
ズル背側面21を、仮想上のタービン軸13の中心軸C
Lにほぼ平行になるように形成し、固体粒子Pの衝突
を、タービンノズル11のタービンノズル腹側面22の
上流側で受け持たせたので、比較的薄く形成したタービ
ンノズル11のタービンノズル腹側面22の下流側を、
固体粒子Pの衝突から保護することができる。
【0063】他方、タービンノズル11は、固体粒子P
の衝突をタービンノズル腹側面22の上流側で受け持た
せるために、タービンノズル前縁20におけるタービン
ノズル背側面21を、仮想上のタービン軸の中心軸CL
にほぼ平行になるように形成しているが、駆動蒸気ST
との迎え角との大小如何によっては流体損失ζを増加さ
せるので、タービンノズル背側面21とタービン軸13
の中心軸CLとの位置関係を充分に検討する必要があ
る。
【0064】今、タービンノズル背側面21上に位置す
る点Mから仮想上のタービン軸13の中心軸CLに平行
に駆動蒸気STの下流側に向って延長させた延長線LB
Lと、タービンノズル11のうち、一方のタービンノズ
ル11aのタービンノズル後縁18aと隣のタービンノ
ズル11bのタービンノズル後縁18bとを結び、仮想
上のタービン軸13の中心軸CLを横断するタービンノ
ズル後縁横断面NTLLの交点Nから一方のタービンノ
ズル11aのタービンノズル後縁18aまでの距離lを
タービンノズル重なり距離と定義する。
【0065】また、一方のタービンノズル11aのター
ビンノズル後縁18aと隣のタービンノズル11bのタ
ービンノズル後縁18bとの距離tをピッチと定義す
る。
【0066】このタービンノズル重なり距離lをパラメ
ータとしてタービンノズル11の侵食量eおよびタービ
ンノズルの流体損失ζとの関係を実験データに基づいて
解析してみると、その結果は、図10に示すようになっ
ている。
【0067】ここで縦軸は、タービンノズル11の侵食
量eおよび流体損失ζを示し、横軸は、タービンノズル
重なり距離lを示している。なお、タービンノズル重な
り距離lは、ピッチtの倍数である。
【0068】この図10からタービンノズル重なり距離
lがl1 =0.5tよりも小さいと、タービンノズル1
1の侵食量eは著しく増加し、l2 =1.0tを超える
と、タービンノズルの流体損失はζ著しく増加すること
が認められた。
【0069】したがって、タービンノズル11のタービ
ンノズル前縁20におけるタービンノズル背側面21を
仮想上のタービン軸13の中心軸CLとほぼ平行にさせ
る際、タービンノズル重なり距離lは、
【数12】0.5t≦l≦1.1t ……(4) の範囲に設定すれば、タービンノズル11の侵食量eお
よび流体損失ζを少なくさせる上で、最も好ましい適用
範囲になる。なお、タービンノズル重なり距離lは、上
式(4)の範囲に設定したが、駆動蒸気STとの迎え角
を小さくするために、タービンノズル11のタービンノ
ズル背側面21を翼外側に向って凸の曲率を持たせるこ
とが望ましい。
【0070】また、本実施形態は、タービンノズル11
の侵食量および流体損失を少なくするために、タービン
ノズル重なり距離lを上式(4)の範囲に設定したが、
何らかの事情で侵食量が増加する場合、延長線LBLと
一方のタービンノズル11aのタービンノズル腹側面2
2との交点Oにおける翼厚みをWとし、翼最大厚みをW
mとするとき、その翼厚みWを0.8Wm倍以上にする
ことが望ましい。
【0071】このように、本実施形態では、タービンノ
ズル重なり距離lを、0.5t≦l≦1.1tの範囲に
設定するとともに、固体粒子Pの衝突を受け持つ部分の
翼厚みWを、最大翼厚みWmの0.8倍以上に設定した
のて、比較的薄くなっているタービン後縁側のタービン
ノズル腹側面の固体粒子Pの衝突による侵食を従来に較
べて著しく少なくさせることができる。
【0072】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る蒸気
タービンは、タービンノズルの上流側に設置したブリッ
ジのブリッジ重なり距離をLとし、ブリッジのピッチを
Tとするとき、ブリッジ重なり距離Lを、0<L≦0.
7Tにするとともに、ブリッジの仮想上のタービン軸の
中心軸に対する交差角βとするとき、交差角βを、20
°≦β≦50°の範囲に設定したので、固体粒子の衝突
によるタービンノズルの侵食を防止することができる。
【0073】また、本発明に係る蒸気タービンは、ター
ビンノズルの上流側に設置したブリッジのブリッジ中心
線が列状に設置されたタービンノズルのタービンノズル
前縁の中間部分の位置になるように、ブリッジを設置し
たので、固体粒子の衝突によるタービンノズルの侵食を
少なくさせることができる。
【0074】また、本発明に係る蒸気タービンは、ター
ビンノズルの上流側に設置したブリッジのブリッジ腹側
面延長線が列状に設置されたタービンノズルのタービン
ノズル後縁の中間部分の位置になるようにブリッジを設
置するとともに、その中間部分の位置と一方のタービン
ノズルのタービンノズル後縁までの距離をdとし、一方
のタービンノズルの後縁から隣のタービンノズルのター
ビンノズル後縁までのピッチをtとするとき、その距離
dを、0.2t≦d≦0.8tの範囲に設定したので、
固体粒子の衝突によるタービンノズルの侵食を少なくさ
せることができる。
【0075】また、本発明に係る蒸気タービンは、列状
に設置されたタービンノズルのうち、タービンノズル腹
側面を、上流側タービンノズル腹側面と下流側タービン
ノズル腹側面とに区分けし、下流側タービンノズル腹側
面を、翼外側に向って凸状の湾曲面に形成したので、固
体粒子の衝突によるタービンノズルの侵食を少なくさせ
ることができる。
【0076】また、本発明に係る蒸気タービンは、列状
に設置されたタービンノズルのうち、タービンノズル背
側面を仮想上のタービン軸の中心軸とほぼ平行になるよ
うに形成するとともに、タービンノズル重なり距離をl
とし、一方のタービンノズル後縁と隣のタービンノズル
後縁とのピッチをtとするとき、タービンノズル重なり
距離lを、0.5t≦l≦1.1tの範囲に設定する一
方、固体粒子の衝突を受け持つタービンノズル腹側面の
翼厚をWとし、タービンノズル腹側面の最大翼厚みをW
mとするとき、固体粒子の衝突を受け持つタービンノズ
ル腹側面の翼厚Wを、W≧0.8Wmに設定したので、
固体粒子の衝突によるタービンノズルの侵食を少なくさ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る蒸気タービンの第1実施形態を示
す概略翼列展開図。
【図2】第1実施形態におけるタービンノズルの侵食量
および流体損失に対するブリッジ重なり距離との関係を
示すグラフ。
【図3】本発明に係る蒸気タービンの第1実施形態にお
ける変形例を示す概略翼列展開図。
【図4】本発明に係る蒸気タービンの第2実施形態を示
す概略翼列展開図。
【図5】本発明に係る蒸気タービンの第2実施形態にお
ける変形例を示す概略翼列展開図。
【図6】本発明に係る蒸気タービンの第3実施形態を示
す概略翼列展開図。
【図7】第3実施形態におけるタービンノズルの侵食量
に対するブリッジ腹側面延長線がタービンノズル後縁横
断線との交点とタービンノズル後縁との距離との関係を
示すグラフ。
【図8】本発明に係る蒸気タービンの第4実施形態を示
す概略翼列展開図。
【図9】本発明に係る蒸気タービンの第5実施形態を示
す概略翼列展開図。
【図10】第5実施形態におけるタービンノズルの侵食
量および流体損失に対するタービンノズルの重なり距離
との関係を示すグラフ。
【図11】従来の蒸気タービンを示す概略部分断面図。
【図12】従来の蒸気タービンを示す概略翼列展開図。
【符号の説明】
1 蒸気管 2 蒸気室 3 ブリッジ 4 タービンノズル 5 タービン軸 6 タービン動翼 7 腹側面 8 後縁 10 ブリッジ 11 タービンノズル 12 タービン動翼 13 仮想上のタービン軸 14 ブリッジ腹側面 15 ブリッジ背側面 16 ブリッジ前縁 17 ブリッジ後縁 18,18a,18b タービンノズル後縁 19 出口 20,20a,20b, タービンノズル前縁 21 タービンノズル背側面 22 タービンノズル腹側面 23a 上流側タービンノズル腹側面 23b 下流側タービンノズル腹側面 26 翼列入口

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に配
    置され、駆動蒸気の流れに沿って順次、ブリッジ、ター
    ビンノズル、タービン動翼を備えた蒸気タービンにおい
    て、上記ブリッジを、上記仮想上のタービン軸の中心軸
    に対して交差させて配置したことを特徴とする蒸気ター
    ビン。
  2. 【請求項2】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に配
    置されたブリッジの、一方のブリッジのブリッジ後縁と
    隣のブリッジのブリッジ前縁とのブリッジ重なり距離を
    Lとし、一方のブリッジのブリッジ後縁と隣のブリッジ
    のブリッジ後縁とのピッチをTとするとき、ブリッジ重
    なり距離Lを、 【数1】0<L≦0.7T の範囲に設定したことを特徴とする請求項1記載の蒸気
    タービン。
  3. 【請求項3】 ブリッジを、仮想上のタービン軸の中心
    軸に対する交差角をβとするとき、その交差角βを、 【数2】20°≦β≦50° の範囲に設定したことを特徴とする請求項1記載の蒸気
    タービン。
  4. 【請求項4】 ブリッジを、直線状に形成したことを特
    徴とする請求項1記載の蒸気タービン。
  5. 【請求項5】 ブリッジを、タービン軸の回転方向と反
    対側の外側に向って湾曲状に形成したことを特徴とする
    請求項1記載の蒸気タービン。
  6. 【請求項6】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に配
    置され、駆動蒸気の流れに沿って順次、ブリッジ、ター
    ビンノズル、タービン動翼を備えた蒸気タービンにおい
    て、上記ブリッジのブリッジ前縁とブリッジ後縁とを結
    ぶブリッジ中心線を、上記タービンノズルのうち、一方
    のタービンノズルのタービンノズル前縁と隣のタービン
    ノズルのタービンノズル前縁とを結ぶタービンノズル前
    縁横断線の中間部分に位置させるように上記ブリッジを
    設置したことを特徴とする蒸気タービン。
  7. 【請求項7】 ブリッジを、タービンノズルと一対一に
    対応させて配置したことを特徴とする請求項1または6
    記載の蒸気タービン。
  8. 【請求項8】 ブリッジを、タービンノズルに対して少
    なくとも一つ置き以上に配置したことを特徴とする請求
    項1または6記載の蒸気タービン。
  9. 【請求項9】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に配
    置され、駆動蒸気の流れに沿って順次、ブリッジ、ター
    ビンノズル、タービン動翼を備えた蒸気タービンにおい
    て、上記ブリッジのブリッジ腹側延長線を、上記タービ
    ンノズルのうち、一方のタービンノズルのタービンノズ
    ル後縁と隣のタービンノズルのタービンノズル後縁とを
    結ぶタービンノズル後縁横断線の中間部分に位置させる
    ように上記ブリッジを設置したことを特徴とする蒸気タ
    ービン。
  10. 【請求項10】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に
    配置されたブリッジのブリッジ腹側延長線の、タービン
    ノズルのうち、一方のタービンノズルのタービンノズル
    後縁と隣のタービンノズルのタービンノズル後縁とを結
    ぶタービン後縁横断線の中間部分に交差する交差点から
    上記一方のタービンノズル後縁までの距離をdとし、上
    記一方のタービンノズル後縁と上記隣のタービンノズル
    後縁とのピッチをtとするとき、その距離dを 【数3】0.2t≦d≦0.8t の範囲に設定したことを特徴とする請求項9記載の蒸気
    タービン。
  11. 【請求項11】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に
    配置され、駆動蒸気の流れに沿って順次、タービンノズ
    ル、タービン動翼を備えた蒸気タービンにおいて、上記
    タービンノズルのうち、タービンノズル腹側面を、上記
    駆動蒸気に向って上流側タービンノズル腹側面と下流側
    タービンノズル腹側面とに区分けし、上記下流側タービ
    ンノズル腹側面を、上記タービン軸の回転方向と反対側
    に向って湾曲状に形成したことを特徴とする蒸気タービ
    ン。
  12. 【請求項12】 仮想上のタービン軸の周方向に列状に
    配置され、駆動蒸気の流れに沿って順次、タービンノズ
    ル、タービン動翼を備えた蒸気タービンにおいて、上記
    タービンノズルのタービンノズル前縁におけるタービン
    ノズル背側面を、上記仮想上のタービン軸の中心軸とほ
    ぼ平行になるように形成するとともに、上記タービンノ
    ズル背側面を曲面状に形成したことを特徴とする蒸気タ
    ービン。
  13. 【請求項13】 タービンノズルのタービンノズル前縁
    におけるタービンノズル背側面から駆動蒸気の下流側に
    向って延びる延長線と上記タービンノズルのうち、一方
    のタービンノズルのタービン後縁と隣のタービンノズル
    のタービンノズル後縁とを結ぶタービン後縁横断線との
    交差点から上記一方のタービンノズル後縁とのタービン
    ノズル重なり距離をlとし、上記一方のタービンノズル
    後縁と上記隣のタービンノズル後縁とのピッチをtとす
    るとき、タービンノズル重なり距離lを、 【数4】0.5t≦l≦1.1t の範囲に設定したことを特徴とする請求項12記載の蒸
    気タービン。
  14. 【請求項14】 タービンノズルのタービンノズル前縁
    におけるタービンノズル背側面から駆動蒸気の下流側に
    向って延びる延長線が、上記タービンノズルのうち、一
    方のタービンノズルのタービンノズル腹側面に交差する
    位置における翼厚みをWとし、上記一方のタービンノズ
    ルの翼最大厚みをWmとするとき、その翼厚みWを0.
    8Wm倍以上にしたことを特徴とする請求項12記載の
    蒸気タービン。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1703083A1 (en) * 2005-02-16 2006-09-20 The General Electric Company Steam turbine nozzle box
WO2009003144A3 (en) * 2007-06-26 2009-02-19 Borgwarner Inc Variable geometry turbocharger
WO2018110827A1 (ko) * 2016-12-15 2018-06-21 한국에너지기술연구원 상시 부분 분사 운전 효율 향상을 위한 부분 분사 운전 터빈장치 및 이를 이용한 터빈장치 작동방법

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