JPS5840642B2 - 複流型ノズルボツクスを備えた蒸気タ−ビン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気タービンの高圧初段に設ける複流型ノズ
ルボックスに係り、ボイラ等から作動蒸気と一緒に飛来
してくる微細な固体粒子によりノズルボックスが浸蝕さ
れるのを防止する技術に関する。

蒸気タービンは大容量化に伴ない、使用する蒸気量も増
大し、タービン内部に作用する力も増大してくる。

特に、高圧第１段に作用する応力は顕著であり、この応
力を減少させる目的で、第１図に示すような複流型ノズ
ルボックスが採用されている。

第１図において、１はケーシング、２はロータ、３ａ
、３ｂはロータ２に形成されたディスク２ａ。

２ｂにそれぞれ設置されるタービン側及び発電機側第１
段動翼、４は第１段動翼３ａ 、３ｂ間に設置される複
流型ノズルボックス、４ａ 、４ｂは複流型ノズルボッ
クス４に設置された第１段ノズル、５はケーシング１を
貫通して配置されノズルボックス４の内空部と連通ずる
作動蒸気導入用スリーブである。

図示のように、第１段動翼の作用応力を緩和するために
、第１段動翼３ａ 、３ｂをノズルボックス４の両側に
配置し、スリーブ５から導かれた作動蒸気６を２分して
第１段ノズル４ａ。

４ｂからそれぞれ左右の第１段動翼３ａ 、３ｂに噴出
するようにしている。

タービン側第１段動翼３ａで仕事をした作動蒸気６ａは
そのまま第２段のダイヤフラム８に導ひかれ、一方、発
電機側第１段動翼３ｂで仕事した作動蒸気６ｂは、ケー
シング１の内壁とノズルボックス４の外壁との間隙１１
を迂回して、反転流となって第２段タイヤフラム８に導
ひかれ、合流する。

動翼３ｂを出た作動蒸気が隙間１１を追って第２段タイ
ヤフラム８こ流れるのは、作動蒸気６ｂの圧力が作動蒸
気６ａの圧力に比べ約０．２〜２気圧程度高くなるよう
に設計されているからである。

この複流ノズルボツクスを使用することにより高圧第１
段の熱応力は低減出来るのであるが、しかしタービンロ
ータ２と面するノズルボックス内壁部が作動蒸気中に混
入している固体粒子の浸蝕作用により、不定形状の溝と
なる浸食部１５が発生する減肉現象が起きるという欠点
がある。

この為、従来の単流型ノズルボックスでは通常２年〜４
年毎の定期検査での点検でも十分安全であ−ったちのが
、毎年開放点検を必要とすると共に、粒子で削り取られ
た浸食部１５に溶接補修が必要となる。

また固形粒子による浸食はロータ２にも起こり同じく不
定形状の浸食部１４を生じることになる。

本発明の目的は、複流型ノズルボックスが蒸気に含まれ
ている微細な固形粒子によって浸食されることを防止す
る蒸気タービンを提供することにある。

本発明の特徴とするところは、複流型ノズルボックス内
壁面に面したタービンロータに環状の段差部を設けて、
該ノズルボックスとロータとの間の空間部を流下する漏
洩流に渦が発生することを押え、この蒸気中に含まれる
微細な固形粒子によるノズルボックスの浸食を防止した
ことにある。

次に本発明の一実施例について説明するが、その前にま
ず微細な固形粒子によるノズルボックス等への浸食発生
過程について以下に述べる。

第１図において、複流型ノズルボックス４の一方のノズ
ル４６を出た蒸気の１部は、発電機側第１段動翼３ｂと
の間の間隙からノズルボックス４の内周面とロータ２と
の間に形成された空間部９に漏洩する。

この漏洩蒸気７は空間９を通り、タービン側第１段動翼
３ａとノズルボックス４との間を通過して第２段ダイヤ
フラム８に流下して行く。

ところが、作動蒸気６の中には、ボイラー等にて土族さ
れた酸化スケールなどの微細な固体粒子１０も含まれて
いることから、これら固形粒子１０が漏洩蒸気１と共に
ノズルボックス４とロータ２との空間部９にも流入する
ことになる。

第２図はこのノズルボックスとロータ間の空間部９にお
ける漏洩蒸気１と固体粒子１０の流れを示したものであ
る。

ここでロータ２が１分間に３０００回又は３６００回の
高速回転するために、ディスク２ａ、２ｂに接している
蒸気には遠心力が与えられ、渦１２ａおよび１２ｂが発
生する。

そしてロータ２に而するノズルボックス内壁面の突出部
４ｃ間にあるチェスト空間部９ａにおいては、ロタ２と
ノズルボックス４との間の最少間隙１８を介して空間９
に生じた渦１２ａ、１２ｂに誘起されて、それぞれ副次
的な渦１３ａ、１３ｂが該渦１２ａ 、 １２ｂとは回
転方向が逆となって発生する。

従がって漏洩蒸気中に混じっている固体粒子１０はロー
タ２の回転によって円周方向に加速されると同時に、渦
流１３ａ、１３ｂの回転方向にも加速をうけ、特に最少
間隙１８近傍ではこの固体粒子１０はその慣性力により
、回転追従しきれずにノズルボックス４の突出部４ｃの
壁面に衝突し、徐々に浸蝕して浸食部１５を生じさせる
ことになる。

一方、ノズルボックス４の突出部４ｃに面するロータ２
の部位１４ａ、１４ｂにも固体粒子が衝突している跡が
みられるが、ノズルボックス材の硬度が約ＨＢ２００で
あるのに対してロータ材硬度は約ＨＢ２５０と材料が硬
いことに加え、固体粒子旋回作用による研削摩耗現象は
ロータ外径においては、遠心力による離脱作用が生じる
ためあまり浸蝕をうけず、よってそれほど問題とならな
い。

次に本発明の一実施例である複流型ノズルボックスを備
えた蒸気タービンについて図面を参照して説明する。

尚、本実施例の蒸気タービンの概略構成は第１図を用い
て先に説明したものと同一であることから相違点につい
て説明する。

第３図において、複流型ノズルボックス４の内壁面に相
対するタービンロータ２は、チェスト空間部９ａに面す
る領域に環状の溝部１６を設けである。

そしてこのロータ２の溝部１６はノズルボックス４の突
出部４ｃに而する部分、即ちノズルボックス４とロータ
２との最少間隙部１８に面して傾斜面１６ａ、１６ｂを
それぞれ形成している。

以上のようなタービンロータ２に環状溝部１６を設けた
構成にしたことによる作用につき次に説明する。

即ち、ロータ２が回転するとディスク２ａ、２ｂも回転
するが、複流型ノズルボックス４の内壁面とロータ２と
の間に形成される空間部９を流下する固体粒子を含んだ
漏洩蒸気には該ディスク２ａ、２ｂの回転によって前述
の如く渦流１２ａ、１２ｂが発生する。

これらの渦流１２ａ。１２ｂは最小間隙１８を介してノ
ズルボックス４の両突出部４ｃとタービンロータ２の溝
部１６との間に区画されるチェスト空間部９ａに該渦流
１２ａ、１２ｂと回転方向が反対の破線で示す渦ｆｉ１
３ａ、１３ｂをそれぞれ誘起させる。

しかしタービンロータ２の環状溝部１６には傾斜面１６
ａ、１６ｂを形成しであることから、このロータ２の回
転によって溝部１６内の漏洩蒸気に該傾斜面１６ａ、１
６ｂに沿って遠心力を与えることになり、渦流１２ ａ
ｓ １２ ｂと同じ原理によって前記チェスト空間部
９ａに該渦流１３ａ、１３ｂとそれぞれ回転方向が反対
である破線で示す渦流１７ａ、１７ｂが生じることにな
る。

そうすると渦流１２ ａ ｓ １２ ｂにより誘起され
た渦流１３ａ。

１３ｂとロータ２の溝部１６によって生じさせた渦流１
７ａ、１７ｂとはそれぞれ渦の回転方向が反対であり、
流体力学における渦の重ね合せの原理によって丁度チェ
スト空間部９ａにおける渦流が打ち消されることになる
。

この為、チェスト空間部９ａを流下する漏洩蒸気は渦の
ないスムーズな流れ７ａとなり、漏洩蒸気に混入した微
細な固形粒子も同様にスムーズに流れることになる。

従がって複流ノズルボックス４の内壁面は固形粒子によ
る浸食から防止されることになる。

タービンロータ２に形成される環状の溝部１６の位置と
しては、その傾斜面１６ ａ ｓ １６ ｂが複流型ノ
ズルボックス４とロータ２との最少間隙部分１８、即ち
ノズルボックス４の突出部４ｃに面にた位置に配置する
ことが最も効果的であるが、傾斜面１６ａ、１６ｂの傾
き並ひに生じる渦の強さによって最適位置を選定すれば
良い。

次に本発明の他の実施例である複流型ノズルボックスを
備えた蒸気タービンのロータについて説明する。

第４図及び第５図に示した蒸気タービンのロータ２には
先の実施例の場合と同様にチェスト空間部９ａに面する
領域に円弧断面を有する溝部１６ｃ及び矩形断面を有す
る溝部１６ｄがそれぞれ設けられている。

この溝部１５ｃ、１６ｄいずれの場合であってもロータ
２の回転によって溝部近傍の漏洩蒸気に遠心力を与えて
破線で示す如く渦流１７ａ、１７ｂを発生させることが
出来るので、チェスト空間部９ａを流下する漏洩蒸気は
渦流のないスムーズな流れにすることが出来る。

従がってこれらの実施例の場合でも複流型ノズルボック
スの固形粒子による浸食が防止出来る。

本発明によれば、複流型ノズルボックスを蒸気中に含ま
れている微細な固形粒子による浸食から防止出来るとい
う効果が遠戚される。

【図面の簡単な説明】

第１図は複流型ノズルボックスを備えた従来技術を示す
蒸気タービンの高圧初段部近傍の断面図、第２図は第１
図における複流型ノズルボックスとロータとの間隙を流
れる固形粒子を含んだ漏洩蒸気の流れを示す説明図、第
３図は本発明の一実施例である複流型ノズルボックスを
備えた蒸気タービンのロータを示す部分断面図、第４図
及び第５図も本発明の他の実施例である複流型ノズルボ
ックスを備えた蒸気タービンのロータを示す部分断面図
である。 ２・・・・・・タービンロータ、４・・・・・複流型ノ
ズルボックス、４ｃ・・・・・・突出部、７・・・・・
・漏洩蒸気、９・・・・・・空間部、９ａ・・・・・・
チェスト空間部、１０・・・・・・固形粒子、１２ａ
、 １２ｂ−−渦流、１３ａ、１３ｂ・・・・・・渦流
、１５・・・・・・浸食部、１６・・・・・・溝部、１
６ａ１６ｂ・・・・・傾斜面、１６ｃ、１６ａ・・・・
・・溝部、１７ａ、１７ｂ・・・・・・渦流、１８・・
・・・最少間隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数型ノズルボックスを備えた蒸気タービンにおい
   て、前記複流ノズルボックスの内壁面に形成された両突
   出部間に対応するタービンロータの外周面に前記両突出
   部の間隔にほぼ等しい幅の環状の溝部を形成したことを
   特徴とする複流型ノズルボックスを備えた蒸気タービン
   。 ２ 前記溝部がその両端部に傾斜面を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の複流型ノズルボック
   スを備えた蒸気タービン。 ３ 前記溝部が円弧状断面となるように形成されたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複流型ノズル
   ボックスを備えた蒸気タービン。 ４ 前記溝部が短形断面となるよう形成された特許請求
   の範囲第１項記載の複流型ノズルホックスを備えた蒸気
   タービン。