JPS5960009A - Axial flow turbo machine - Google Patents

Axial flow turbo machine

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Publication number
JPS5960009A
JPS5960009A JP16866182A JP16866182A JPS5960009A JP S5960009 A JPS5960009 A JP S5960009A JP 16866182 A JP16866182 A JP 16866182A JP 16866182 A JP16866182 A JP 16866182A JP S5960009 A JPS5960009 A JP S5960009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust chamber
diffuser
axial
axial direction
side wall
Prior art date
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Pending
Application number
JP16866182A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Omori
大森 達郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP16866182A priority Critical patent/JPS5960009A/en
Publication of JPS5960009A publication Critical patent/JPS5960009A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30Exhaust heads, chambers, or the like

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the loss of energy of diffuser by designating the ratio of the axial direction distance of the axial direction end of the diffuser of an axial flow turbo machine and the axial direction of the side wall of an exhaust chamber to the axial direction distance between the outlet end of the final stage blade and the side wall of the exhaust chamber to be within a given value range. CONSTITUTION:A diffuser 7 provided extensionally from a casing 3 into the exhaust chamber 5 of an axial flow turbo machine is shaped into a form such that it extends toward the axial line direction of a rotor 1, then gradually curves outwards, and finally turns toward the radial direction. The ratio of the axial direction distance X between the axial direction end of the diffuser 7 and the side wall 9 of the exhaust chamber 5 to the axial direction distance L between the outlet end of the final stage mobile blade 2 and the side wall 9 of the exhaust chamber 5 is designated to the relationship 0.5<=X/L<=0.8. Therefore, the axial direction length of the rotor 1 can be shortened, and energy loss in the diffuser 7 can be lessened.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービンのように軸線方向長さが制限さ
れている軸流ターボ機械に係り、特に、その排気室のデ
ィフューザ形状の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an axial flow turbomachine whose axial length is limited, such as a steam turbine, and particularly to an improvement in the shape of a diffuser of an exhaust chamber thereof.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

一般に、蒸気タービンのような軸流ターボ機械では、高
圧中圧段落出口および低圧段落出口において、仕事を終
えた流体が軸線方向に放出されず、軸線方向に対し直交
する半径方向に放出されることが多い。すなわち、軸流
ターボ機械の排気室では、動翼を出た高速の流体をほぼ
直角に編向さぜ、かつ減速させつつ排気口へと導くため
、壁面摩擦および渦流による損失が発生する。この排気
室内での損失を低減することは、ターボ機械の性能を向
上させるだめの重要な課題である。
In general, in axial flow turbomachines such as steam turbines, fluid that has completed work is not discharged in the axial direction at the high-pressure intermediate-pressure stage outlet and the low-pressure stage outlet, but in the radial direction perpendicular to the axial direction. There are many. That is, in the exhaust chamber of an axial flow turbomachine, the high-speed fluid exiting the rotor blades is oriented almost at right angles and guided to the exhaust port while being decelerated, resulting in loss due to wall friction and vortex flow. Reducing this loss in the exhaust chamber is an important issue in improving the performance of turbomachines.

第1図には、前述した軸流ターボ機械の排気室の従来の
ものが示されている。第1図において、ロータ1にはそ
の円周方向に複数枚の動翼2が突設されており、このロ
ータ1を囲繞するケーシング3に突設された静翼4が前
記動翼2に対向して段落を構成している。また、最終段
落出口には排気口6を備えた排気室5が形成されておシ
、この排気室5の軸線方向および半径方向の中間方向へ
前記ケーシング3が彎曲しながら延在してディフューザ
7を構成している。なお、このディフューザ7により画
成された前記排気室5の中間部はスクロール室8とされ
ている。
FIG. 1 shows a conventional exhaust chamber of the aforementioned axial flow turbomachine. In FIG. 1, a rotor 1 has a plurality of rotor blades 2 protruding in its circumferential direction, and stator blades 4 protruding from a casing 3 surrounding the rotor 1 are opposed to the rotor blades 2. and make up a paragraph. Further, an exhaust chamber 5 having an exhaust port 6 is formed at the exit of the final stage, and the casing 3 extends curvedly in the axial and radial intermediate directions of the exhaust chamber 5 to create a diffuser 7. It consists of Note that a middle portion of the exhaust chamber 5 defined by the diffuser 7 is a scroll chamber 8.

前述した構成によれば、タービン段落で仕事を終えた流
体はディフューザ7で流体の運動エネルギを圧力エネル
ギに変換して無駄なく減速した後、スクロール室8へ導
かれ、このスクロール室8から排気口6を介して流出さ
れる。
According to the above-mentioned configuration, the fluid that has completed its work in the turbine stage converts the kinetic energy of the fluid into pressure energy in the diffuser 7 and decelerates it without wasting it, and then is led to the scroll chamber 8, and from this scroll chamber 8 to the exhaust port. 6.

しかしながら、前述した従来のものにおいては、大きな
容積を有する排気室5が形成されているため、ロータ1
の長さが長くなり、ロータ材料が多く必要とされ、コス
トアップになるほか、軸流ターボ機械の設置スペースも
大きなものが必要とされる。さらに、ロータ1の長さを
長くするとその固有振動数が小さくなり、ロータ1の回
転速度と共振する危険が生じる。
However, in the conventional device described above, since the exhaust chamber 5 having a large volume is formed, the rotor 1
This increases the length of the rotor, requires more rotor material, increases costs, and requires a larger installation space for the axial flow turbomachine. Furthermore, if the length of the rotor 1 is increased, its natural frequency becomes smaller, and there is a risk of resonance with the rotational speed of the rotor 1.

そこで、ロータ1の固有振動数がロータ1の回転速度よ
り大きくなるようにロータ1の長さを短かくした、第2
図に示すような軸流ターボ機械が従来から用いられてい
る。
Therefore, the length of the rotor 1 is shortened so that the natural frequency of the rotor 1 is greater than the rotational speed of the rotor 1.
Axial flow turbomachines as shown in the figure have been used conventionally.

しかしながら、この第2図のものは、ロータlの長さを
第1図のものより短かくしたため、排気室5の軸線方向
長さも短かくなり、これに伴ないディフューザ7の軸線
方向長さも短かくなっている。
However, in the case shown in FIG. 2, the length of the rotor l is made shorter than that shown in FIG. It's dark.

この結果、仕事を終えた流体がスクロール室8へ導かれ
るとき、その流れの方向が軸線方向から半径方向へと急
激に変化するため、仕事を終えた流体が排気室5の側壁
9に衝突し、流体の持つ運動エネルギがすべて熱エネル
ギとなって消失することになり、大きな損失となる。
As a result, when the fluid that has completed its work is led to the scroll chamber 8, the direction of the flow changes rapidly from the axial direction to the radial direction, so that the fluid that has completed its work collides with the side wall 9 of the exhaust chamber 5. , all of the kinetic energy of the fluid becomes thermal energy and disappears, resulting in a large loss.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、前述した従来のものにおける欠点を除去し、
ロータの軸線方向長さが短かく、しかもエネルギ損失の
少ない軸流ターボ機械を提供する(3) ことを目的とする。
The present invention eliminates the drawbacks of the conventional ones mentioned above,
An object of the present invention is to provide an axial flow turbomachine in which the axial length of the rotor is short and energy loss is small (3).

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

前述した目的は、本発明によればディフューザの軸線方
向端と排気室の側壁との軸線方向距離Xと、最終段落動
翼の出口端と排気室の側壁との軸線方向距離りが式0.
5<’< 0.8を充足するように=L= して、流体摩擦によるエネルギ損失を少なくして達成さ
れる。
According to the present invention, the above-mentioned objective is to satisfy the following equation: 0.
This is achieved by reducing energy loss due to fluid friction by satisfying =L= 5<'<0.8.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を図面に示す実施例によシ説明する。 The present invention will be explained below with reference to embodiments shown in the drawings.

第3図は本発明の実施例を示すものであシ、排気室5の
形状は、第2図で説明した従来のものと同様、第1図の
ものより小さくされているが、本発明においては、ディ
フューザ7および排気室5の関連寸法が特殊なものとさ
れている。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, and the shape of the exhaust chamber 5 is smaller than that of FIG. 1, similar to the conventional one explained in FIG. In this case, the related dimensions of the diffuser 7 and the exhaust chamber 5 are special.

すなわち、ケーシング3から排気室5内を延在する前記
ディフューザ7は、ξの排気室5内をま(4) ている。そして、ディフューザ1の軸線方向端と半径方
向に延在する排気室5の側壁9との軸線方向距離Xと、
最終段落動翼2の出口端と排気室5の側壁9との軸線方
向距離りとの比Tはエネルギ損失と密接な関係がある。
That is, the diffuser 7 extending from the casing 3 into the exhaust chamber 5 covers the inside of the exhaust chamber 5 of ξ. and an axial distance X between the axial end of the diffuser 1 and the side wall 9 of the exhaust chamber 5 extending in the radial direction;
The ratio T of the axial distance between the outlet end of the final stage rotor blade 2 and the side wall 9 of the exhaust chamber 5 is closely related to energy loss.

前記距離りを一定とした場合、距離Xが大きいほどディ
フューザ7の有効長さが短かくなり、運動エネルギが効
果的に減速されず、熱となって消失してしまうため、エ
ネルギ損失が増大する。この関係が第4図において鎖線
Aで示されている。
Assuming that the distance is constant, the larger the distance X is, the shorter the effective length of the diffuser 7 will be, and the kinetic energy will not be effectively decelerated and will be lost as heat, increasing energy loss. . This relationship is shown by the dashed line A in FIG.

また、距離Xが小さくなると、ディフューザ7の出ロア
&にある流体は排気室5の側壁9に圧迫されて流速が増
大する。この関係が第4図において破線Bで示されてい
る。
Further, as the distance X becomes smaller, the fluid in the lower outlet & of the diffuser 7 is compressed by the side wall 9 of the exhaust chamber 5, and the flow velocity increases. This relationship is shown by dashed line B in FIG.

ディフューザ7の出ロアaにおけるエネルギ損失は、第
4図の鎖線Aおよび破線Bを合成すればよく、このエネ
ルギ損失は第4図に実線Cで示されている。この実線C
によれば、−が0.8より太きくなると、ディフューザ
7の有効長さが短かくなるためエネルギ損失が急増し、
また、Tが0.5よシ小さくなると、排気室5の側壁9
における流体摩擦により排気室5におけるエネルギ損失
は急増する。したがって丁の値は 0.5≦÷≦0.8・・・(1) を充足するように設定することが望ましい。
The energy loss at the output lower part a of the diffuser 7 can be determined by combining the chain line A and the broken line B in FIG. 4, and this energy loss is shown by the solid line C in FIG. This solid line C
According to , when - becomes thicker than 0.8, the effective length of the diffuser 7 becomes shorter, resulting in a rapid increase in energy loss.
Also, when T becomes smaller than 0.5, the side wall 9 of the exhaust chamber 5
Energy loss in the exhaust chamber 5 rapidly increases due to fluid friction in the exhaust chamber 5. Therefore, it is desirable to set the value of 0.5≦÷≦0.8 (1).

つぎに、前記ディフューザ7の半径方向端と排気室50
周壁10との半径方向距離Yと前記距離Xとの比Yもエ
ネルギ損失と密接な関係がある。
Next, the radial end of the diffuser 7 and the exhaust chamber 50
The ratio Y between the radial distance Y to the peripheral wall 10 and the distance X is also closely related to energy loss.

すなわち、この関係は、第5図に示す実験結果より明ら
かなように、Tが1.0よシ小さいと、スクロール室8
0入口8aにおける流体の流速が増大し、排気室50周
壁10での流体摩擦によシエネルギ損失が増大するし、
またTが1.2より大きくなると、第6図に示すように
、ディフューザ7の先端部において流体が剥離して渦流
11が発生するためエネルギ損失が急増する。したがっ
てYの値は1.0≦÷≦1.2・・・(2) を充足するように設置することが望ましい。
That is, as is clear from the experimental results shown in FIG. 5, this relationship holds that when T is smaller than 1.0, the scroll chamber 8
The flow velocity of the fluid at the 0 inlet 8a increases, and the sieve energy loss increases due to fluid friction on the circumferential wall 10 of the exhaust chamber 50.
Furthermore, when T becomes larger than 1.2, as shown in FIG. 6, the fluid separates at the tip of the diffuser 7 and a vortex 11 is generated, resulting in a sharp increase in energy loss. Therefore, it is desirable that the value of Y be set so as to satisfy 1.0≦÷≦1.2 (2).

前述した構成によれば、距離X%Y%Lが相互に式(1
) 、 (2)を充足するように各部材の寸法を設定す
ることにより、最終段落動翼4を出た流体は、ディフュ
ーザ7により流体の持つ運動エネルギをほとんど消失す
ることなく減速しながらディフューザ7の出ロアaへ導
かれ、ついでディフューザ7からスクロール室8内へ導
かれ、このスクロール室s内をほとんどエネルギ損失し
ないで旋回して出口6から排出されることになる。
According to the above-described configuration, the distance X%Y%L is mutually expressed by the formula (1
), By setting the dimensions of each member to satisfy (2), the fluid leaving the final stage rotor blade 4 is decelerated by the diffuser 7 without losing much of its kinetic energy. It is guided to the outlet lower a, then guided from the diffuser 7 into the scroll chamber 8, rotates within the scroll chamber s with almost no energy loss, and is discharged from the outlet 6.

キ したがって、エネルギ効県の優れた軸流ターボ機械を得
ることができる。
Therefore, an axial flow turbomachine with excellent energy efficiency can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明に係る軸流ターボ機械は、
ディフューザの軸線方向端と排気室の側壁との軸線方向
距離Xと、最終段落動翼の出口端と排気室の側壁とが式
0.5≦÷≦0,8を充足するようにしたので、ロータ
の軸線方向長さを短かくしてもディフューザにおけるエ
ネルギ損失を極めて少なくできるという優れた効果を奏
する。
As explained above, the axial flow turbomachine according to the present invention has
Since the axial distance X between the axial end of the diffuser and the side wall of the exhaust chamber and the outlet end of the final stage rotor blade and the side wall of the exhaust chamber satisfy the formula 0.5≦÷≦0,8, Even if the length of the rotor in the axial direction is shortened, an excellent effect is achieved in that energy loss in the diffuser can be extremely reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図はそれぞれ従来の軸流ターボ機械の
要部を示す縦断面図、第3図は本発明に係る軸線ターボ
機械の実施例を示す縦断面図、第4図および第5図はそ
れぞれエネルギ損失を示すグラフ、第6図はディフュー
ザ先端部近傍における流体の流動状態を示す縦断面図で
ある。 1・・・ロータ、2・・・動典、3・・・ケーシング、
4・・・静翼、5・・・排気室、7・・・ディフューザ
、8・・・スクロール室。 出願人代理人 波多野   久 第 / 首 第 2 図 ξi 弗 3 図 マ 〆 奪V
1 and 2 are longitudinal sectional views showing main parts of a conventional axial turbomachine, FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an axial turbomachine according to the present invention, and FIGS. 4 and 5 Each figure is a graph showing energy loss, and FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view showing the state of fluid flow near the tip of the diffuser. 1... Rotor, 2... Motion picture, 3... Casing,
4... Stationary blade, 5... Exhaust chamber, 7... Diffuser, 8... Scroll chamber. Applicant's agent Hisada Hatano / Head No. 2 Diagram ξi 弗 3 Diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)最終段落動翼から放出された流体をロータの軸線方
向から半径方向に偏向させて排出する排気室を設け、こ
の排気室内にケーシングの端部を延在せしめてディフュ
ーザを形成してなる軸流ターボ機械において、前記ディ
フューザの軸線方向の端と排気室の側壁との軸線方向圧
#Ixと、前記最終段落動翼の出口端と排気室の側壁と
の軸線方向距離りとが式0.5≦+≦0.8 t−充足
するようにしたことを特徴とする軸流ターボ機械。 2)前記ディフューザの半径方向端と排気室の周壁との
半径方向距離Yと前記軸線方向距離Xとが1.0≦÷≦
1.2を充足するようにしたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の軸流ターボ機械。
[Claims] 1) An exhaust chamber is provided for deflecting and discharging the fluid discharged from the final stage rotor blade in a radial direction from the axial direction of the rotor, and the end of the casing is extended into the exhaust chamber to form a diffuser. In the axial flow turbomachine, the axial pressure #Ix between the axial end of the diffuser and the side wall of the exhaust chamber, and the axial distance between the outlet end of the final stage rotor blade and the side wall of the exhaust chamber. An axial flow turbomachine characterized in that the equation 0.5≦+≦0.8 t- is satisfied. 2) The radial distance Y between the radial end of the diffuser and the peripheral wall of the exhaust chamber and the axial distance X are 1.0≦÷≦
1.2. The axial flow turbomachine according to claim 1, wherein the axial flow turbomachine satisfies condition 1.2.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006503750A (en) * 2002-10-24 2006-02-02 ヘンドリクソン・インターナショナル・コーポレーション Shackle assembly
EP2476868A3 (en) * 2011-01-14 2014-04-09 Hitachi Ltd. Exhaust system for steam turbine
US10895169B2 (en) 2017-02-14 2021-01-19 Mitsubishi Power, Ltd. Exhaust casing, and steam turbine provided with same

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