JPS61106901A - 蒸気タ−ビン翼列装置 - Google Patents

蒸気タ−ビン翼列装置

Info

Publication number
JPS61106901A
JPS61106901A JP22775684A JP22775684A JPS61106901A JP S61106901 A JPS61106901 A JP S61106901A JP 22775684 A JP22775684 A JP 22775684A JP 22775684 A JP22775684 A JP 22775684A JP S61106901 A JPS61106901 A JP S61106901A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
water
trailing edge
steam
water droplets
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP22775684A
Other languages
English (en)
Inventor
Kuniyoshi Tsubouchi
邦良 坪内
Shohei Yoshida
正平 吉田
Yoshiaki Yamazaki
義昭 山崎
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP22775684A priority Critical patent/JPS61106901A/ja
Publication of JPS61106901A publication Critical patent/JPS61106901A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • F01D25/32Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンなど相変化を(1)うターボ機
械に係り、特に、作動流体中に発生する液滴や液膜の微
細化に好適なタービン翼列装置に関する。
〔発明の背景〕
一般に、蒸気タービンの低圧段f原子力タービンの全段
落は、蒸気条件が湿り状態で運転されるため、内部の作
動蒸気中に相当量の水滴が発生し、さらに、翼面との衝
突、集積、破砕等の作用を受け、数十μ〜数百μの粗大
水滴へと成長する。この過程で、蒸気は水滴の加速や微
細化のためにエネルギを消散して損失が増加し、水滴が
動翼と衝突してエロージョンによる浸蝕作用を生じるな
ど性能及び信頼性の面から問題が多い。第8図は、静翼
lとそれを保持するダイヤフラム2及び支持リング3、
動翼4とそれを保持するディスク5からなる典型的な蒸
気タービンの段落構造で、第9図は第8図のIX−N矢
視図である。段落内を流下する水滴は、慣性力によシ静
翼l及び1′の腹面に捕集され、集積されて液膜流6t
−形成する。この液膜流6は、翼面上で複雑な挙動をし
、静翼l。
1′の後縁端から水塊7となって噴出し、粗大水滴8が
形成される。この粗大水滴8は、蒸気によって加速され
るが、十分加速されない前に動翼4゜4′に到達する。
第9図には、蒸気及び水滴の速度三角形を示す。静翼出
口部の蒸気の絶対速度v8に比較して、水滴の速度Vt
が小さいと、動翼4,4′へ流入する蒸気の相対速度V
VI%水滴の相対速度Waは、同速Uとの関係から図示
するような方向及び大きさとなる。すなわち、水滴8は
、蒸気の速度Waよシも大きな速度で、しかも、背面か
ら衝突する。従って、動翼4.4′の入口部ではエロー
ジョンによる浸蝕作用を受け、水滴による制動力を受け
ることになり、性能及び信頼性が低下する。
このような浸蝕作用や性能劣化に対して、動翼の先端部
をステライトなどの硬質物質で被覆し浸蝕防止を図夛、
靜g翼面に吸込溝や吸込孔を設けて水膜を系外に排出す
る方法が採用されているが、これらは有効エネルギをも
つ作動蒸気の一部も同時に排出する欠点があった。
また、水滴の微細化によって動翼への衝突を減;   
  少させる方法がおる。例えば、実公昭54−361
63は、静翼表面に外部覆いを設けて加熱し、水膜を蒸
発させる方法、実公昭56−15363は静翼支持リン
グから後縁腹側に沿って高圧蒸気を噴出させて水膜を微
細化する方法であり、いずれも動翼へ流入する粗大水滴
の減少に効果がある。
しかし、これらの方法では、加熱源や高圧蒸気源に多大
のエネルギを必要とするなどの問題がある。
又、特公昭54−5444は、静翼外周側の超音波発生
器から段落内へ超音波を伝播させる方法で pあシ、段
落内の粗大水滴の微細化に大きな効果が期待できる。し
かし、このような超音波を段落内に伝播させると、水滴
の寸法が0.1μ以下のブラウン拡散過程の水滴核に振
動を与えることになシ、これらの水滴核同士の衝突、集
積活動が活発とな  。
って水滴径の成長、すなわち、蒸気の凝縮作用が促進さ
れて熱力学的な損失が増加するなどの不都合も生じる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、タービン翼列装置の後縁部から噴出す
る粗大水滴のみを微細化して蒸気流と水滴の速度差を小
さくシ、タービン翼の浸蝕作用やエネルギ損失の少ない
蒸気タービンを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、翼表面の水膜流が噴出する部分、例えば、静
翼後縁端の近傍、翼面に設けられる水膜吸込吹出孔の出
口部分に圧電素子等の振動子を設け、この振動子を発振
させることによって翼表面、おるいは、水膜吸込吹出孔
を流下する水腹を振動させ、噴出する粗大水滴を一様な
均質霧状の水滴に微細化させて蒸気流との相対速度差を
少なくするように構成したことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例會第1図乃至第3図を用いて詳
細に説明する。
第1図は、典型的な蒸気タービンの一段落に本発明を適
用した例で、静翼1とそれを複数枚支持するダイヤフラ
ム2及び支持リング3、動翼4とそれを複数枚固定して
回転するディスク5等の主要構成部品は第8図と同様で
ある。本実施例は、このようなタービン段落の静翼1の
後縁端の一部を第2図に示すように圧電素子等からなる
振動子9.9′で構成する。第3図は、この第2図の後
縁部を部分的に拡大したもので、これら振動子9は、例
えば、チタン酸バリウム等で代表される圧電素子11と
、この圧電素子11に高周波電力を供給するとともに振
動子9の補強と静翼lへの取付けを兼備した電極10.
10’とから構成される。この電極10.10’は、第
1図に示すように、外部の高周波電源と連絡する電源線
12.13と静翼支持リング3に設けた絶縁導孔14を
介して連結する。ここで、第3図に示した振動子9の構
造は、電極10.10’が静翼lの軸方向に対抗して設
けであるが、限定的意味をもつものでなく、静翼lの腹
面及び背面に設けても良い。又、第1図及び第2図の実
施例では、これら振動子9゜9′を静翼し、1.l’の
外周側の一部に設置した例を示しているが、これは静翼
1.l’では外周側の蒸気流速が内周側に比較して遅い
ので後縁から噴出する水滴の径も大きくなる傾向かめる
ためで、必要に応じて設置する範囲を任意に選択できる
ことは明らかである。
この様な翼列装置では、第2図に示すように、静翼1,
1′の腹面に捕集された水滴は、集積して水膜流6を形
成し、腹面に沿って流下する。後縁端に達した水膜は、
静翼1,1’の後縁端から水塊となって蒸気中に噴出さ
れて粗大水滴を形成する。一般に4これらの水滴は、そ
の表面張力が蒸気の慣性力よシも大であると安定してい
るが、水滴径が大きくなり、表面張力が蒸気の慣性力に
抗しきれないと再微細化が生じる。この二次的な微細化
の条件は、次式の条件に支配される。
ここで、ρBは蒸気の密度、vllは蒸気流速、v4は
水滴速度、Ddは水滴径、σ−は表面張力を表わす。上
式のW、はウェーバ数(無次見数)で、蒸気の慣性力と
水滴の表面張力の比を表わしている。このW、が上式の
関係となると、一般に、二次的な微粒化が生じ、反対に
上式から静翼後縁から噴出する水滴の最大径が次式のよ
うに求められる。
従って、蒸気流速Vmが一定の場合、静翼l。
1′の後縁部から噴出する水滴8は、その速度v4が小
さい程良く、さらにv4が負の値をとれば、さらに、効
果的となることが判明する。第1図乃至第3図に示した
実施例では、静翼1.l’の後縁端に設けた振動子9,
9′の振動方向を水膜流の流れ方向と一致させであるの
で、このv4を周期的に負にすることができ、噴出され
る水滴径を小さぐすることができる。
特にこの振動子9.9′の周波数t、を超音波領域の高
周波にまで向上させると、この高周波によって水腹流の
液面に共鳴現象を生じて、波面が破砕し、微粒状の水滴
となる。このような振動子9.9′による噴出水滴の微
粒化の効果を表わしたのが第4図である。第4図は、周
波数f、と水滴径D−の関係を示すが、翼端から噴出さ
れる水滴径は、周波数の1/3〜215乗のオーダで微
粒化される。一般に、静翼1.1′の翼端から噴出する
水m径は、このような振動を与えないとウェーバ数の限
界値から数十μ〜数百μとなるが、本実施例によってこ
れらの水滴径を容易に数μ以下に微粒化できることにな
る。一方、第5図は、水滴径D4の大きさに対する水滴
速度vdと蒸気流速vsの関係を示す。水滴径D−の大
きさが十数μ以下になると、蒸気流速v1と水滴速度V
−の差が小さくなる、換言すると、十数μ以下の水滴は
蒸気流線に従うため、下流の動翼4への衝突が著しく減
少し、浸蝕作用や制動損失といった性能及び信頼性の問
題を削減できることになる。
尚、第3図の振動子9では、その振動方向を水腹の流れ
方向に一致させているが、前述のように振動方向を水腹
の流れ方向と直角方向に構成させた場合でも、ウェーバ
数のV−の値を負にすることは困難でもVa中0にする
ことは可能であり、しかも超音波領域の加振周波数を採
用することによって、水腹表面から微粒状態の水滴の放
出をさらに促進することが可能である。
第6図は、本発明の第二の実施例を示す。第一の実施例
では、翼の後縁端の一部を振動子9,9′で置き換えて
いたが、第6図の実施例では、圧′醒素子tiと電極1
0.10’を薄板状に構成した振動子15を静翼lの後
縁部の腹側に絶縁帯16を介して被覆して構成したもの
である。一般に、チタン酸バリウム等の圧電素子材は、
セラミック系の物質が多く、硬質ながら脆いものが多い
ので、この振動子15の強度向上を図るよう構成したも
のである。本図のように構成しても前述したような翼後
縁から噴出する水滴の微細化の効果を十分発揮するとと
もに、翼後縁部の信頼性向上にも寄与できるものである
第7図は、本発明の第三の実施例を示す。この実施例は
、圧電素子11及び電極10.10’からなる振動子1
7f:静翼lの稜縁部で表面から分離して設置する。こ
の振動子17と静翼lの表面ことによって、表面を流下
する水膜流はこの水膜吸込吹出孔18に導入され、振動
子17によって(lO) 加振された後、後縁端から噴出することになシ、噴出す
る水滴塊にさらに強い高周波成分を与えることができ、
しかも振動子17が翼面から分離して設置される次め、
翼への加振の影響を低減できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、蒸気タービンなど相変化を早うターボ
機械の翼列後縁から噴出する水滴を微細化することがで
き、これら水滴が発生するターボ機械特有のエロージョ
ンによる翼の浸蝕作用を削減でき、しかも、水滴による
制動損失の増大を未然に防止でき、性能、信頼性および
、経済性の面からもその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の構造図、第2図は第1
図の部分拡大図、第3図は第2図の部分拡大図、第4図
は水滴径と周波数の関係及び第5)・1       
図は水滴径とその速度の関係を示す説明図、第6図は本
発明の帛二の実施例の断面図、第7図は第三の実施例の
部分拡大図、第8図は、典型的な蒸気タービンの段落内
部流れ状況を示す図、第9図は第8図のIX−IX矢視
図である。 1.1’−1JK、9,15.17・・・振動子、io
。 lO′・・・電極、ll・・・圧電素子、12.13・
・・高周波電力線、14・・・絶縁孔、16・・・絶縁
帯。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、静翼を円周上に複数枚支持するダイヤフラム及び支
    持リングと、動翼を円周上に複数枚保持するディスクか
    らなる蒸気タービン装置において、前記翼列を構成する
    前記動翼の後縁端近傍に振動子を設けたことを特徴とす
    る蒸気タービン翼列装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記振動子として
    、圧電素子と、その圧電素子に高周波電圧を供給する電
    極とで構成したことを特徴とする蒸気タービン翼列装置
JP22775684A 1984-10-31 1984-10-31 蒸気タ−ビン翼列装置 Pending JPS61106901A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22775684A JPS61106901A (ja) 1984-10-31 1984-10-31 蒸気タ−ビン翼列装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22775684A JPS61106901A (ja) 1984-10-31 1984-10-31 蒸気タ−ビン翼列装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61106901A true JPS61106901A (ja) 1986-05-24

Family

ID=16865880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22775684A Pending JPS61106901A (ja) 1984-10-31 1984-10-31 蒸気タ−ビン翼列装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61106901A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114689A (en) * 1998-04-27 2000-09-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pickup device
JP2007241182A (ja) * 2006-03-13 2007-09-20 Ricoh Co Ltd 光走査装置および画像形成装置
EP2128387A2 (de) * 2008-05-30 2009-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Verringerung oder Vermeidung der Tropfenschlagerosion in Dampfturbinen und zugehörige Dampfturbine
WO2020241106A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 三菱パワー株式会社 蒸気タービン翼、蒸気タービン、及びその運転方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114689A (en) * 1998-04-27 2000-09-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pickup device
JP2007241182A (ja) * 2006-03-13 2007-09-20 Ricoh Co Ltd 光走査装置および画像形成装置
EP2128387A2 (de) * 2008-05-30 2009-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Verringerung oder Vermeidung der Tropfenschlagerosion in Dampfturbinen und zugehörige Dampfturbine
EP2128387A3 (de) * 2008-05-30 2012-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Verringerung oder Vermeidung der Tropfenschlagerosion in Dampfturbinen und zugehörige Dampfturbine
WO2020241106A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 三菱パワー株式会社 蒸気タービン翼、蒸気タービン、及びその運転方法
JP2020197136A (ja) * 2019-05-31 2020-12-10 三菱パワー株式会社 蒸気タービン翼、蒸気タービン、及びその運転方法
CN113574249A (zh) * 2019-05-31 2021-10-29 三菱动力株式会社 蒸汽涡轮叶片、蒸汽涡轮及其运行方法
US20220170372A1 (en) * 2019-05-31 2022-06-02 Mitsubishi Power, Ltd. Steam turbine blade, steam turbine, and method for operating same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Anilkumar et al. Stability of an acoustically levitated and flattened drop: An experimental study
US20020064453A1 (en) Bypass duct fan noise reduction assembly
JP2002537184A (ja) 境界層を制御する受動的に駆動される音響ジェット
JPH03100334A (ja) ジェット推進エンジンの支柱用ダンパアセンブリ
JP2002188404A (ja) 流れ案内要素の列
JPS609904B2 (ja) 複数のテ−パ付貫通孔を同時に食刻形成する方法
JPS61106901A (ja) 蒸気タ−ビン翼列装置
JP6001867B2 (ja) 湿潤ガス圧縮機システム
Zhang et al. Investigation on hole diameter non-uniformity of hole arrays by ultrasonic vibration-assisted EDM
UMEDA et al. Discrete tones generated by the impingement of a high-speed jet on a circular cylinder
US3923415A (en) Steam turbine erosion reduction by ultrasonic energy generation
JPS63113101A (ja) 翼列装置
US2807932A (en) Gas turbine with acoustic surge control
JP6594603B2 (ja) 電気流体力学的(ehd)霧化を使用するガスタービン用吸気加湿冷却システム
Yue et al. Experimental investigation of the unsteady tip clearance flow in a low-speed axial contra-rotating compressor
JPS63195302A (ja) 蒸気タ−ビン翼
EP2818637A1 (en) Component for use in releasing a coolant flow into an environment subject to periodic fluctuations in pressure
CN114251177A (zh) 用于从组装的翼上燃气涡轮发动机的部件清洁沉积物的系统和方法
Schulz et al. Active control of the blade passage frequency noise level of an axial fan with aeroacoustic sound sources
Gallego-Juarez New technologies in high-power ultrasonic industrial applications
JPH11148497A (ja) 軸流圧縮機動翼
Smith A discussion on deformation of solids by the impact of liquids, and its relation to rain damage in aircraft and missiles, to blade erosion in steam turbines, and to cavitation erosion-Physical aspects of blade erosion by wet steam in turbines
US8904801B2 (en) Device and method for controlling vortex structures in a turbulent air jet
JPS62251405A (ja) 蒸気タ−ビンの水滴微細化装置
CN109210014B (zh) 用于涡轮机的叶片,出口导向叶片的排以及包括这种叶片的涡轮机