JPS6148603B2 - - Google Patents

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JPS6148603B2
JPS6148603B2 JP1348781A JP1348781A JPS6148603B2 JP S6148603 B2 JPS6148603 B2 JP S6148603B2 JP 1348781 A JP1348781 A JP 1348781A JP 1348781 A JP1348781 A JP 1348781A JP S6148603 B2 JPS6148603 B2 JP S6148603B2
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JP
Japan
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rotor
disk
keyway
rotor disk
scoop
Prior art date
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Expired
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JP1348781A
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English (en)
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JPS57126502A (en
Inventor
Kunyoshi Tsubochi
Takeshi Sato
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気タービンのロータ・デイスクに
係り、特に、原子力タービンの低圧段で使用する
に好適な蒸気タービン装置に関するものである。
蒸気タービン等の大型回転機械では、回転体の
周速が大きいため、その信頼性が強く要請されて
いる。ここで、蒸気タービンの段落構成は、第1
図に示すように、回転体である動翼1、ロータデ
イスク2、ロータシヤフト3、及び静止体である
ダイヤフラム7,8、ノズル翼6、ケーシング1
0などから構成されている。通常、回転体である
ロータデイスク2は、ロータシヤフト3に焼ばめ
で固定されるのが一般的である。このような焼ば
めデイスク方式のタービンロータでは、デイスク
の位置決めのために、キーを設ける必要がある。
現在、円形断面冷シ嵌形方式と矩形断面置キー形
方式の二種類のキーウエイ構造があり、それぞれ
実用に供されているが、蒸気条件が湿り域となる
低圧段では、次のような欠点が生じてくる。すな
わち、前者のキーウエイ構造では、デイスクのキ
ーウエイ頂部から応力腐蝕割れに起因するとみら
れるクラツクが発生することが有り、デイスクが
破損して飛散するといつた事故が生じる恐れがあ
る。
一方、後者の矩形断面置キー形の焼ばめデイス
クの場合、設置されるキーは位置決めのみの役割
であり、しかもデイスクのキーウエイとキーの間
に微少間隙が設けてあり、前者のような応力腐蝕
割れに起因するクラツクの発生を防止できるとい
う特徴を有している。しかし、このタイプの焼ば
めデイスクの場合、キーウエイ内部に微少間隙が
あるため、低圧タービンのような湿り蒸気雰囲気
中の段落では、デイスク周辺の温度差によつてキ
ーウエイ内で蒸気が凝縮し易い条件となる。この
ため、低圧タービンの一部の段落では、この凝縮
水のエロージヨンによる侵蝕溝が発生する可能性
が有る。すなわち、主流から分かれた漏洩流は、
ダイヤフラムの根元部に設置されたラビリンスパ
ツキンとロータデイスクに挾まれた間隙を流下す
る。この流路では、ラビリンスパツキンの歯によ
つて流路断面が拡大縮少を繰返するので、流路抵
抗が大きくなり、漏洩蒸気流の一部は、デイスク
のキーウエイに滞溜する。
この場合、低圧タービンのように蒸気が過飽和
状態(湿り域)にあると、キーウエイやキーウエ
イ逃げ溝内で蒸気が内壁面に接触して凝縮する。
凝縮した水膜は、ロータデイスクが回転している
ために遠心力によつてキーウエイ及びキーウエイ
逃げ溝から遠心方向に噴流となつて放出される。
水流エロージヨンによる侵蝕溝が形成されること
になる。
現在のところ、このような凝縮水のエロージヨ
ンによる侵蝕溝によつてデイスクが破損されると
いう危険性は少ないとされているが、凝縮水の挙
動とデイスク材との関連性において未解明な点が
多々あるため、このエロージヨンを防止すること
が蒸気タービン、特に原子力タービンの信頼性向
上の面から強く要望されている。
本発明の目的は、蒸気タービン、特に蒸気条件
が過飽和領域で運転される蒸気タービン装置にお
いて、ロータに焼ばめにより取付けられているロ
ータデイスクに凝縮水によるエロージヨンの発生
を防止した信頼性の高い蒸気タービン装置を提供
することにある。
本発明の特徴とするところは、ロータデイスク
をキーを介すると共に、焼ばめにてロータシヤフ
トに取付けた蒸気タービン装置において、前記ロ
ータデイスクの蒸気下流根元ボス部から該ロータ
デイスクの内周面に至るスクープ穴を少なくとも
1個設け、更にロータデイスク内周面に形成され
ている前記キーのキーウエイとこのスクープ孔と
を連通させるように構成したことにある。本発明
によれば、このスクープ孔を通じて低温の漏洩蒸
気をキーウエイに導入するので凝縮水の発生が防
止でき、よつてロータデイスクにエロージヨンの
発生を回避して信頼性の高い蒸気タービン装置が
実現される。
以下、本発明の一実施例を第2図乃至第7図を
用いて詳細に説明する。
第2図及び第3図は、第1図に示すような蒸気
タービンの段落根元部、すなわち、ロータシヤフ
ト及びロータデイスクのキーウエイ周辺部に本発
明の適用例を示したものである。蒸気タービン
は、通常、前述したように回転体である動翼1、
ロータデイスク2、ロータシヤフト3、静止体で
あるダイヤフラム7,8、ノズル翼6、ケーシン
グ10などから構成されているが、図は下部ダイ
ヤフラム8に設けられたラビリンスパツキン9
と、ロータデイスク2とロータシヤフト3の接合
部に設けられたキーウエイ5,5aの周辺を示し
たものである。前記ロータデイスク2は、ロータ
シヤフト3に焼ばめで固定されており、キーウエ
イ5,5a内には位置決めのための置キー4が設
けられている。このような構成の段落根元構造に
おいて、ロータデイスク2の後側ボス部20の端
部壁面形状を図示するように、次段ダイヤフラム
8bの根元に設置されるラビリンスパツキン9b
の全長をカバーするまで円筒上に突出させるとと
もに、同じロータデイスク2の前側ボス21の端
部壁面形状を前段の後側ボス20aの端部壁面と
対向して、ある一定の間隙をもたせるように円周
状を削り取つたように構成する。ここで、ロータ
デイスク2の裏面根元ボス部に少なくとも1個以
上のスクープ孔22を設け、ロータデイスク2及
びロータシヤフト3の接合面に設けられているキ
ーウエイ5,5a、及び内周状に切削されている
キーウエイ逃げ溝15,16と、ロータデイスク
2と次段のダイヤフラム8bとに挾まれる空間を
連通させるように構成する。なお、このスクープ
孔22は、ロータデイスク2のキーウエイ5と同
じ位置に設置された例を示しているが、これは限
定的な意味を有せず、第2図の次段に示したスク
ープ孔22bのようにキーウエイと対向した位置
に設けてもよい。これらのスクープ孔22,22
bの後側ボス面に開口した入口孔には、第4図に
その形状を図示したようにロータデイスク2の回
転方向29に対して後側の端部壁面の一部を適宜
外周側に突出させたスクープ23を設けて構成す
る。加うるに、前記ロータデイスク2とロータシ
ヤフト3の接合面に設けられたキーウエイ5の断
面形状を、第5図に示したような断面形状に形成
する。すなわち、キーウエイ5の矩形断面形状の
うち、ロータシヤフト3の接合面と対向するロー
タデイスク2の内壁面の中央部を除く2つの角部
に、内壁面と置キー4との間隙を大きくした凝縮
水流動溝27,28を設ける。ここで、この凝縮
水流動溝27,28は、少なくとも次に示すよう
な寸法構成とすることが望ましい。すなわち、ロ
ータデイスク2の周方向の寸法をL1、内壁面の
中央部における置キー4との接触面からの深さを
L2、及びキーウエイ5の側壁面における寸法を
L3とし、キーウエイ5,5aの内部で凝縮する
水量をGnax、エロージヨン限界流速ωcに対応す
る限界水膜厚さをδcrとすると、 L1≧Gnax/zxδcr L2≧δcr L3>δcr の関係を満足させるよう凝縮水流動溝27,28
を構成する。ここで、限界水膜δcrは、第6図及
び第7図に示すような水膜の流速と侵蝕割合を示
すエロージヨン速度の関係、及び水膜厚さを放出
流速の関係から求められる。すなわち、エロージ
ヨンの進行速度が許容しうる水膜の限界流速ωcr
を第6図から求めるとともに、第7図において限
界流速ωcrに対応する水膜厚さδcrを求めること
ができる。なお、第6図は、水膜の各流速に対応
するエロージヨンの進行割合を実験的に整理した
図であり、第7図は、遠心力を受けて流れる水膜
流の運動方程式 υdω/dy−αrdδ/dx=0 の近似解を示した図である(ただし、υは水の動
粘性係数、ωは水膜の流速、αrは遠心力の加速
度、δは水膜厚さ、xは水膜の流れ方向、yはx
と直交する方向を示す)。これらの図から、凝縮
水の水膜厚さが厚くなるとキーウエイ5の開口部
端面から放出される流速が急激に増加し、流速が
増加すると、エロージヨンによる侵蝕割合も急増
する結果が容易に判断できる。
以上の実施例に示すタービンデイスク構造にお
いては、キーウエイ5,5aの内部空間で蒸気が
凝縮したとしても、第5図に示すようにキーウエ
イ5の内壁面と置キー4との間隙が、凝縮水流動
溝27,28によつて拡大されているため、この
間隙を流れる凝縮水の水膜厚さを大巾に低減する
ことができ、エロージヨンによる侵蝕溝の発生を
防止することが可能となる。さらに、前述したよ
うなキーウエイ周辺のタービンデイスク構造で
は、各段のロータデイスク2,2a,2bの根元
ボスの端部に存在する間隙空間13,13bの開
口部が、ダイヤフラム8,8bの根元部に設置さ
れたラビリンスパツキン9,9bの後流側に構成
されるため、パツキンの歯による圧力変動の影響
を直接受けないようになるとともにロータデイス
ク2とダイヤフラム3間に挾まれる空間では壁面
速度が速度分布25,26となるため、漏洩流1
1が前記間隙空間13,13bに混入しにくいよ
うになる。そして、本実施例では、キーウエイ
5、あるいはキーウエイ逃げ溝16とロータデイ
スク22bの下流側と連通するスクープ孔22,
22bのポンプ効果によつて、下流側の漏洩流1
1bの一部24,24bがスクープ孔からキーウ
エイ5,5aを通過して上流側に溯らせることが
可能となる。ここで、スクープ孔22の入口に設
けられたスクープ23は、蒸気タービンの回転デ
イスクの下流側根元ボス外周面において、デイス
クの回転方向に対してスクープ孔22の後側に位
置して突出しているので、スクープ23の前側壁
面すなわちスクープ孔22の入口部は、回転速度
によるせき止め効果を受けて圧力が高くなる。こ
こで、このスクープ23の半径位置とrB、回転
速度をωとすると、このせき止め効果による圧力
上昇ΔPsは ΔPs≒(rω)/2 となる。一方、回転デイスク2の上流側及び下流
側の差圧ΔPは、タービン段落の設計反動度によ
つて任意に設定されるので、反動度の設定及び回
転ボス面の半径位置r0の選定によつて ΔPs>ΔP を容易に実現でき、現実にデイスク部にこのよう
なスクープ孔を設けた公知例も多い。このよう
に、このスクープ23のせき止め効果によつて、
下流の低温漏洩蒸気24をキーウエイ5,5aに
導入することができるので、キーウエイ5,5a
やキーウエイ逃げ溝の内部空間を低温蒸気で充満
することが可能となる。このため、これら内部空
間においてローダデイスク2及びロータシヤフト
の壁面温度と蒸気温度との差を大巾に低減するこ
とになり、従来のような凝縮伝熱現象が生じにく
い状況となる。したがつて、キーウエイ内部空間
における凝縮水の生成が少なくなり、エロージヨ
ンによる侵蝕溝形生の根本原因である凝縮水の発
生を防止することが可能となる。
以上、本発明による蒸気タービンのデイスク構
造及びキーウエイ構造を採用すれば、キーウエイ
内部空間で蒸気の凝縮現象を防止することが可能
となり、ロータデイスクにエロージヨンによる侵
蝕溝が生じるのを防止することができ、信頼性の
高い蒸気タービン装置が実現出来るという効果が
達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、典型的な蒸気タービンの段落構造及
びデイスク構造を示す図、第2図は本発明の一実
施例のタービンデイスク構造を示す断面図、第3
図は第2図のキーウエイ周辺部の部分拡大図、第
4図は第3図の立体的な構造を示す斜視図、第5
図は第3図のC−C矢視図、第6図は水膜の流速
とエロージヨン速度の関係を示す説明図、第7図
は、水膜の厚さと放出流速の関係を示す説明図で
ある。 1……動翼、4……静翼、2,2a,2b……
ロータデイスク、3……ロータシヤフト、8,8
b……ダイヤフラム、9,9b……ラビリンスパ
ツキン、4……置キー、5,5a……キーウエ
イ、20,20a……デイスク下流側ボス部、2
1,21b……デイスク上流側ボス部、22,2
2b……スクープ孔、23……スクープ、27,
28……凝縮水流動溝。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 動翼と、該動翼を環状に複数個配列し、固定
    しているロータデイスクと、該ロータデイスクを
    キーを介し、且つ焼ばめにて軸方向に順次固定す
    るロータシヤフトからなる回転体と、静翼と、該
    静翼を環状に複数個配列して支持固定すると共
    に、ロータシヤフトの軸方向に沿つて前記ロータ
    デイスク間に配設されたダイヤフラムと、該ダイ
    ヤフラムの根元部に設けられたラビリンスパツキ
    ンとからなる静止体と、更にこれら回転体と静止
    体を包含するケーシングから構成される蒸気ター
    ビン装置において、前記ロータデイスクの下流側
    根元ボス面に開口し、該ロータデイスクの内周面
    に至るスクープ孔を少なくとも1個穿孔させ、さ
    らに該ボス面の開口部においてデイスクの回転方
    向に対して後側の端部壁面の一部を外周側に突出
    させたスクープを設けるとともに、このスクープ
    孔と該ロータデイスクの内周面に形成される前記
    キーのキーウエイとを連通させるよう構成したこ
    とを特徴とする蒸気タービン装置。
JP1348781A 1981-01-30 1981-01-30 Steam turbine Granted JPS57126502A (en)

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JPS57126502A JPS57126502A (en) 1982-08-06
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4648793A (en) * 1985-05-31 1987-03-10 General Electric Company Turbine wheel key and keyway ventilation
US4668161A (en) * 1985-05-31 1987-05-26 General Electric Company Ventilation of turbine components

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JPS57126502A (en) 1982-08-06

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