JPS5982501A - 蒸気タ−ビン - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービンに係り、特に７次蒸気をタービン
初段落に、供給すると共に２次蒸気をタービン途中段落
に供給するようにした蒸気タービンに関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図は、堵熱発電所の発電サイクルの一部を示したも
のであり、同図において、井戸／より取り出された地熱
蒸気はフラッシュタンクａ内にフラッジ−され、タンク
内で蒸気中の熱水が分離される。フラッシュ後の飽和蒸
気は７次蒸気３としてタービン初段落部りへ導入され１
分離された熱水Ｓは、その熱エネルギをさらに利用する
ために７次蒸気のフラノシュタンクａより圧力の低いも
う一つのフラッシュタンクＡ内ヘフラッシュされ、発生
した飽和蒸気は２次蒸気７としてタービン途中段落部ｇ
へ送り込まれる。なお、フラッジ−タンク６内で残った
熱水Ｓは還元井戸９に戻されるようになっている。

タービン途中段落部ざにおける７次蒸気３の軸流速度は
、タービンケーシングｌＯに流入して来たばかりの一次
蒸気７に比べて大きいため、互いに完全混合することな
り、７次蒸気３は蒸気通路部のロータ／／の側を流れ、
２次蒸気７はノズル／２゜羽根／３の先端を流れる傾向
にある。また、タービン途中段落部ざにおける７次蒸気
３は前段落にてすでに仕事をしているために湿り度が増
大している一方、比較的湿りの少ない一次蒸気７はノズ
ル／、２１羽根１３の先端部側を流れるために、蒸気中
の水滴が羽根に衝突することによって生ずる羽根先端部
の侵食をある程度防止することができる。このように地
熱タービンにおいて、二段フラッシュ蒸気をタービンの
途中段落から主蒸気中に注入することは地中から取り出
した蒸気と熱水を有効に利用してプラント全体としての
効率を向−Ｌでき、かつａ水蒸気流入部より下流の羽根
チップ近傍の湿り度を低下させて羽根の侵食を防止でき
る。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、地熱蒸気タービンにおける１次蒸気をタ
ービンの途中段落に導入する従来の蒸気通路部は、第２
図に示したように、流入して゛きた一次蒸気７が流入部
ｇのところで１次蒸気３の流れに対してほぼ直角に直接
ぶつかる構造となっており、さらに２次蒸気７の流入速
度は周方向に不均一であるため流入部ざで渦運動を伴な
う２次流れを生じやすくエネルギ損失を起していた。す
な。

わち、第６図中の曲線ｌは従来の通路部形状における一
次蒸気７の合流に伴なう損失を示したものである。すな
わち、−次蒸気流入部の直前の羽根出口から、流入部直
後のノズル出口との間の７次蒸気の損失をｈ１３．流入
前と流入直後のノズル出口との間の２次蒸気の損失をｂ
２３．／次２．２次。

合流後の・それぞれの蒸気流量を９１＋Ｑｐ＋Ｑｓ＋流
入部直後のノズル出口の平均流速をｖ３．　　重力加速
度をｇとすると１合流損失係数には次式で定義される。

失は通常の通路部損失のみである。９′／　　が０．３
３ 以上となると損失は急に増加する。これはコ次蒸気流入
部付近に流れの剥離が生じ、渦損失が新たに加わるから
である。

また１、２次蒸気の流速は１次蒸気より遅いとはいうも
のの流入部ｇでＡＯｍ／ｓ〜１００ｍ／ｇ程度になり流
量も最大で１次蒸気のｙｏｆｙにも達するために。

一次蒸気流入部ｇから下流のノズル外輪にかけて最大、
２７００にもなる流路方向の角度変化に１次蒸気は追従
できずノズル外輪やケーシングの境界層が剥離してつい
には蒸気の流れない失速領域／４’が生じ流れに渦損失
を発生させる。また　従来の通路部形状では７次蒸気と
一次蒸気が混合１．てしまい羽根先端部に２次蒸気を流
して羽根の侵食を防ぐという効果が十分に期待できない
という問題があった。

なお、２次蒸気流入部直後のノズル出口における蒸気の
湿り度の半径方向分布は第７図に示されたとおりであっ
て、横軸は湿り度（チ）、縦軸は流路高さで無次元化し
た半径方向距離１である。

曲線Ａは２次蒸気の混入を行わない場合であり、Ａが／
に近い領域で湿り度が高くなり、羽根先端部の侵食を助
長する分布となっている。一方、７次蒸気流量のＳθチ
の飽」蒸気を２次蒸気として混入した場合の湿り度分布
は曲線Ｂとなり、半径方向に全体的に湿り度は低くなっ
ているが、水滴による侵食が問題となる先端付近では依
然として高い湿り度となっている。

〔発明の目的〕 そこで、本発明の目的は、１次蒸気と２次蒸気の合流に
よる流れの全圧損失を最小にでき、かつより湿り度の少
ない一次蒸気を羽根の先端部に全周均一に積極的に流す
ことにより湿り蒸気による羽根の侵食を低減できるよう
にした蒸気タービンを提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は、７次蒸気をター
ビン初段落に供給すると共に一次蒸気をタービン途中段
落に供給するようにした蒸気タービンにおいて、２次蒸
気の流入部に２次蒸気が周方向に：、流れる環状蒸気室
を設け、この環状蒸気室のＬ旧−１側に流路の入し１で
は環状蒸気案内の２次蒸気の流れと一致すると共に流路
の出口で７次蒸気の流れと一致するような案内羽根を設
けたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明による蒸気タービンの実施例を第３図乃至第
Ｓ図を参照して説明する。

第３図は、本発明なコ段フラッジ１．タンクより得られ
た２次蒸気を途中段落に供給する混圧方式の地熱タービ
ンに適用した例である。

第、７図にオｄいて、符号１０はタービンケーシングを
示し、このタービンケーシング１０内にはタービンロー
タ／／が回転可能に装架されている。このロータ／／の
軸上には複数段にわたって動翼／、？、　／、？。

・・・／３が設けられ、６動１１ｔ３の先端にはシュラ
ウド／Ｓが取付けられている。

一ヒ記各動翼メ３の前方にはノズル／、２．　／Ｊ　　
・・・／Ωが配置されている。

しかして、２次蒸気の取入口は、第３図に示したように
環状外壁／６によって形成され、内側には環状蒸気室／
ｇが形成されている。この環状蒸気室／ざには少なくと
も１つの蒸気流出１，９が設けられ、この蒸気流出口／
９は蒸気案内板、２０によって形成され、環状蒸気室１
ｇ内に２次蒸気が接線方向に流入する。上記環状蒸気室
／ｇの内」りにはノズルダイヤフラム外輪２ノが設けら
れ、この外輪、２／の外周上に複数の案内羽根２３．．
２Ｊ、　・・・、−！３が設けられている。

これら案内羽根、２３は、その流路の子午面が方向変化
９００以丁の曲管とほぼ同一であって子午面流出方向は
ロータ軸／ｌの方向と一致している。また。

案内羽根、２３．．２．？、　・・・、コ３の枚数はノ
ズル／コの枚数の公約数枚であって案内羽根２３の後縁
はノズル／、２のチップ近傍の前縁にほぼ平行であって
周方向と半径方向の位置がほぼ一致するように前段ノズ
ル外輪、２／に取り付ける。第１図において、案内羽根
、２ｊの流入角αは００〜ｑ、ｌｔ’　の間が望ましく
、流入蒸気の速度三角形により決定する。一方、案内羽
根、２３の流出角βはＬＯ０〜／コ０°の範囲内とし対
応するノズル７．２の断面の設組流人角に一致させる。

案内羽根、２３の入口と出口の間は十分滑らかな翼面形
状としておくとよい。

本発明は上記のように構成されているから、蒸気噴出口
／９より入った一次蒸気７は蒸気案内板〃に沿って流れ
るうちに流れの方向を周方向に変えられて環状蒸気室１
ｇ内に接線方向に流れ込む。２次蒸気は環状蒸気室ｉｔ
内を回転して流れるうちに周方向に均一化され粘性の影
響で周方向速度成分が減少するにつれ求心速度成分を得
て案内羽根、２３゜２、？、・・・、２３　より流入す
る。案内羽根刃と環状蒸気室／ｇの滑らかな壁面で２次
蒸気は剥１；１［することなく流れの方向を変換して周
方向にはノズルｌ−の最適流入角で半径方向にはほぼ軸
流方向で案内羽根、２３から全周均一に流出する。そし
−Ｃ案内羽ａ、２３を出た一次蒸気７は７次蒸気と滑ら
かに合流し、合流に伴なって失速領域を生ずることなく
また渦損失やそれに伴う全圧損失は小さい。

第６図中曲線Ｂは、本発明によるλ次蒸気流入部の合流
損失曲線であって一次蒸気ｔＩＬ邦、比が増えても、従
来例のものに比べて損失がそれほど増加しない。これは
案内羽根、２３を設け、流入部流路を滑らかにしたこと
により、剥離が抑制され渦損失が小さくなったためと考
えられる。

次に本発明の他の実施例を第Ｓ図を参照して説明する。

この実施例は、第３図、および第１Ｉ図に示した実施例
と同一の２次蒸気流入部を、羽根先端部の周速が高く、
また湿り度が増加して来る後段落に複数ケ所設けた例で
ある。２次蒸気７の流路の一部に絞り、２！ｉ、　、２
．１！−を設け、それぞれの段落へ流入する２次蒸気７
の流量及び圧力を調整するようになっている。この方法
によると、羽根先端部は常に飽和蒸気、又は絞り効果に
よる加熱蒸気によって覆われることになり、羽根の侵食
防止の点から第３図に示した実施例よりさらに有効な例
である。

第７図中曲線Ｃは、本発明の２次蒸気流入部の直後のノ
ズル出口の湿り炭分布を示す。２次蒸気として、曲線Ａ
、Ｂの場合と同様に、７次蒸気流量のＡｉＯ％の飽和蒸
気を混入している。７次蒸気と２次蒸気が滑らかに合流
するので、羽根先端に流入する部分はほとんど２次蒸気
であり、−次蒸気を入れない場合や従来型流入部を兼用
した場合に比ベーＣ先端イ；１近で湿り度がかなり低く
なっている。

〔発明の効果〕

以上のｄ；ａ明から明らかなように、本発明によれば、
２次蒸気が蒸気噴出口を通って環状蒸気室内に流入し流
れを周方向に変換し、この中を十分に回転してから系内
羽根に入るように構成したので、−次蒸気が最小の損失
で７次蒸気に合流でき、さらに案内羽根からは全周から
一様に２次蒸気が流出し、主流である７次蒸気の乱れを
最小にすることができる。さらに案内羽根出口はノズル
チップ近傍に向いているので案内羽根を通して湿り度の
低い２次蒸気を流してやると、２次蒸気が羽根先端部を
流れ湿り蒸気による羽根の侵食を減らすことができる。

このようｌに蒸気タービン内の流れの損失が小さくブよ
ることによりタービンプラント全体としての効率を向−
ヒでき、さらに羽根の侵食が減ることになるから、ター
ビンの信頼性が向上し長期運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地熱発電ザイクルの蒸気の流れ径路を示
した説明図、第一図は従来の蒸気タービンにおける一次
蒸気の導入部を拡大して示した断面図、第３図は本発明
の一実施例による蒸気タービンの要部構造を示した断面
図、第り図は第３図のＩＶ　−ＩＶ線に沿う断面図、第
Ｓ図は本発明の他゛の実施例による蒸気タービンを示し
た断面図、第６図は合流後の混合蒸気敵に対する２次蒸
気の割合と合流損失係数との関係を示した線図、８Ｆ￥
７図は蒸気の湿り度と半径方向距離との関係を示した線
図である。 ＩＯ・・・タービンケーシング、／ハ・・ロータ、／６
・・・王■状外壁、７ｇ・・・環状蒸気室１．２／・・
・ノズルダイヤフラム外輪１．２３・・・案内羽根。 出願人代理人　　猪　股　　　　清 も　１　図 ５３　■ １１　　　　　■」 ５５　図 ち７　図 プｉソ及％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．７次蒸気をタービン初段落に供給すると共に２次蒸
   気をタービン途中段落に供給するようにした蒸気タービ
   ンにおいて；２次蒸気の礁入部に２次蒸気が周方向に流
   れる環状蒸気室を設け、この環状蒸気室の出口側に流路
   の入口では環状蒸気室内の２次蒸気の流れと一致し流路
   の出口で７次蒸気の流れと一致するような案内羽根を設
   けたことを特徴とする蒸気タービン。 ２、上記環状蒸気室は、少なくとも７個の蒸気噴出口を
   有し、これは接縮方向に十分な長さを有する蒸気案内通
   路を有し、２次蒸気を蒸気室内へ周方向に噴出させる流
   路であることを特徴とする特ａ゛［請求の範囲第７項記
   載の蒸気タービン。 ３上記環状蒸気室の子午面蒸気通路は、その通路の方向
   が蒸気入口で一次蒸気の子午面における流れの向きに一
   致し、蒸気出口で一次蒸気のその位置における子午面に
   おける流れの向きに一致するようにし、入口と出口との
   間を連続的に滑らかに変化する曲率にもつ環状壁面で形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸
   気タービン。