JPS63230908A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は軸流型の蒸気タービンに係り、特に静翼から飛
散する水滴による動翼の浸食防止効果の向上を図った蒸
気タービンに関する。

（従来の技術） 一般に、火力発電用蒸気タービンの低圧段落の一部、あ
るいは原子力発電用タービンや地熱発電用タービンの段
落の大部分においては、作動流体である蒸気が多数の水
滴を含有する湿り蒸気となっている。このような湿り蒸
気によって運転される蒸気タービンの段落では、乾き蒸
気によって運転されるものに比べて性能が低下するに止
まらず、蒸気中の水滴によって動翼が浸食を受は易い。

特に、タービン最終段落では動翼が長く、先端部の周速
度も大きいため、水滴による浸食を受けやすく、タービ
ンの信頼性の面から問題となる。

第７図は従来の蒸気タービンの最終段落の形状を示し、
静翼１とその下流側で隣接する動１２とによって段落が
形成されている。動翼２が浸食を受けるのはおよそ次の
ような理由によると考えられる。即ち、湿り蒸気中に含
まれる微小な水滴は通路中を蒸気とともに流動するが、
その水滴の一部は静Ｗ１で流れを転向される際に慣性力
によって静翼１の表面に付着する。付着した水滴は膜状
となって静翼１の表面に沿って下流方向へ移動し、静翼
１の出口端３に達すると、蒸気力によって飛散し、再び
水滴となって蒸気中に混入する。この水滴が直径０．１
〜０．５ｍと粗大であり、動翼２に衝突し、腐食の原因
となる。

第８図は静翼１の出口端３で発生した水滴の速度関係を
示ず。破線矢印が蒸気速度ベクトルを表し、実線矢印が
水滴の速度ベクトルを表している。

静翼１の出口端３から絶対速度ａ１で流出する蒸気は、
ｌＨｍ２が周速度すで運動していることから、相対速度
ａ２をもって動翼２に流入する。一方、静翼１の出口端
３で蒸気中に混入した水滴の初速度は殆どゼロであり、
蒸気によって加速されるものの、質量が大きいため、速
度が十分大きくなる前に蒸気速度ａ１よりもかなり小さ
な絶対速度Ｃ１で動翼２に達する。このため、水滴は動
翼２に対して周速度すに近い大きな相対速ｍｂ２をもっ
て衝突することになり、これが動翼２の浸食に対し直接
的な原因となると考えられる。

従来行なわれている浸食防止対策としては、第７図に示
ずように、動翼２の先端に高硬度材料からなる浸食防止
片４を装着する手段、あるいは蒸気通路の外壁面５の静
ＹＡ１上流部分にドレン扱き孔６を形成し、水分が静翼
１に達する前に蒸気通路から排出する手段等がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前述した浸食防止片４を装着する手段では、あ
る程度浸食低減に役立っているが、蒸気の湿り麿が大き
かったり動翼２の周速が大きい場合などには浸食を防ぐ
のに十分とは言えない。

また、ドレン抜き゛孔６を形成する手段では、動翼２に
衝突する水滴の間を減少できるので、浸食防止の効果が
大きく、蒸気タービンに広く用いられている。しかしな
がら、蒸気中の水分はさまざまな経路を経て静翼１の出
口端３に達するため、静１１の出口端３で発生する粗大
な水滴を完全に除去することは困難である。なお、ドレ
ン抜き孔６による水分排除機構では、ドレンと共に多少
の蒸気も同時に排出することが多いため、いたずらに多
数あるいは大形のドレン抜き孔６を設けることはタービ
ンの性能低下をもたらす。したがって、ある程１文の聞
の水分が粗大な水滴となって静翼１の出口端３より蒸気
中に混入することは避けることができない。

ところで、従来の蒸気タービンにおいては、静翼１の外
径よりもｆＪＪＩ２の外径が大きく、通路外壁面５は下
流側に向って次第に大径となっている。

このため、静翼１の出口端３で発生した水滴の大半はそ
のまま下流に流れて動翼２に衝突し、これが浸食の原因
となっているものと考えられる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、静翼
の出口端で発生した水滴のうち、動翼に衝突して浸食の
原因となる水分の量を大幅に減少させ、動翼の浸食を低
減し得る蒸気タービンを提供することを目的とする。

（発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、静翼とその下流側で隣接する動翼とによって
形成されるタービン段落を有する軸流型の蒸気タービン
において、前記段落を形成する静翼の下流で、かつ動翼
の上流に位置する少なくとも一部の区間における蒸気通
路部の外壁面を下流に向かうに従ってタービン軸に近付
く傾斜を有する断面形状にするとともに、前記静翼の出
口端における外壁面部の直径よりも前記動Ｗの先端部の
直径を小さく設定したことを特徴とする。

（作用） 動翼の外径を静翼出目端より小さくしたうえに、動翼の
上流にて通路外壁面の径が徐々に小さくなるような区間
を設けたため、通路外壁面の近くの水滴がｖＩＪ間で外
壁面上に捕獲され、下流側に層状に流動し、動翼への衝
突を免れる。したがって、動翼の浸食が著しく低減され
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図は蒸気タービンの最終段落の断面構成を示す。

静翼１１およびその下流側で隣接する動ｙＪ１２によっ
て１組のタービン段落を構成している。このものにおい
て、蒸気通路部外壁面１３の断面形状を静Ｋ（１１の下
流側で、かつ動′ｍ１２の上流側の少なくとも一部の区
間において、下流に向かいタービン軸１７に近付く傾斜
部１４を有するものとしている。また、静翼１１の出口
端１５と外壁面１３とが交わる点１３ａの直径ｄ１より
も動Ｗ１２の先端１６の直径ｄ２を小さく設定している
。

第２図は静翼１１から流出する蒸気等の速度成分を示し
ている。

第２図に示すように、蒸気タービンの静翼１１の出口に
おいては、蒸気の絶対速ａ′２１が軸方向（図中のＸ方
向）よりも周方向（図のｙ方向）に大きな速度成分を持
っている。静［１１の出口端１５において蒸気中に混入
する粗大な水滴の絶対速度２２も、ベクトルの向きは蒸
気とほぼ同一で、周方向の速度成分が主体である。この
模様を軸方向より見たものが第３図である。静翼１１の
出口端１５においては、蒸気、水滴ともほぼ同方向に流
出するが、蒸気は環状の通路に沿って矢印２３のように
流動するのに対し、水滴は蒸気に比べ質量が大きいため
、慣性力により直線的に運動しようとする結果、矢印２
４のような軌跡をたどる。

このため、水滴は次第に通路部の外壁面１３に近付くこ
とになる。この傾向は本実施例および従来の蒸気・ター
ビンの双方に共通Ｊる現象であるが、本実施例では、こ
のような水滴の運動の特徴を利用して水滴を外壁面１３
上に捕獲させるものである。

第４図は第１図に示した蒸気タービン段落での蒸気と水
滴の運動経路を、タービン軸１７を中心に回転投影して
示したものである。静！１１！１・１の出口端１５の下
流において、蒸気はタービン軸１７に平行に近い方向（
矢印２５）に流れるのに対し、静！５１！１１の出口端
１５で蒸気中に混入した粗大な水滴は、次第に半径方向
外側、即ち外壁面１３に近付くよう、矢印２６で示すよ
うな軌跡をたどる。

一方、外壁面１３は静Ｗ１１の下流で、かつ動翼１２の
上流の傾斜部１４により、タービン軸１７に近付く形状
をなしており、この付近の蒸気は外壁面１３に沿って向
きを転じて流動する。しかし、水滴は急速に運転方向を
変えることができず、外壁面１３に接触、付着する。外
壁面１３に付着した水滴の大部分は膜状となり外壁面上
を矢印１８で示すように下流側に流動し、通路外部に排
出されるため、動翼１２に衝突する水滴は減少するもの
である。

このような本実施例における水滴の運動によってｆＪＪ
Ｉ１１２の浸食低減をもたらす理由について、第５図を
参照して考察する。

第５図（ａ）は従来の蒸気タービンの段落、同図（ｂ）
は本実施例の蒸気タービンの段落について、タービン軸
を中心とする回転投影による水滴の軌跡およびそれらの
湿り変分布を示している。

なお、第５図（ａ）についても、便宜的に本実施例と共
通する符号を使用する。両図に示すように、静！１１１
の出口端１５上の一点１９は、そこから飛散する水滴が
動翼１２に衝突する範囲と衝突しない範囲との区分点、
即ち衝突限界点を示す。この点１９から飛散した水滴が
矢印２７のように運動し、動翼１２の直前で外壁面１３
に到達したとすれば、点１９よりも半径方向外側の静翼
１１の出口端１５、即ち点１９と交点１３ａとの間から
飛散した水滴は、動１１１２に衝突することなく外壁面
１３に到達、付着し、動翼１２の浸食に対して害を与え
ないこととなる。点１９と１３ａの距離１が大きいほど
動１１２の浸食に対して害が少ないことは明らかである
。特に、蒸気タービン最終段落付近では半径方向の湿り
変分布曲線Ａの如く、水８Ｎ吊が半径方向外側に集中す
る傾向をもっているため、外壁付近において上述の作用
により距ｍオを大きくすることは、動翼１２への総衝突
水ｆｆ１Ｂの減少痕合から持てみ明らかなように動翼浸
食を大幅に低減することが可能である。

以上の実施例によれば、外壁面１３に付着した水滴の大
部分は膜状となり外壁面上に沿って次第に下流側に流動
し、通路外部に排出されるため、動翼１２に衝突する水
滴を大幅に減少することができる。

なお、本発明は以上の実施例に限らず、第６図に示すよ
うに、外壁面１３の傾斜部１４の下流側にドレン抜き孔
２０を設け、動１１１１２の上流にて外壁面１３に付着
した水を排除するようにしてもよい。このような構成に
すれば、ドレン抜が速やかに行なわれ、さらにｌ＋！Ｉ
ＩＦ１１２への水滴衝突防止効果を向上できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る蒸気タービンによれば、静
翼下流かつＢ買上流の外壁面をタービン軸側に傾斜させ
るとともに、翼長に差を設けたことにより、静岡出口端
から蒸気中に混入する水滴の多くを外壁上に捕獲して下
流側−に流出させることができ、動翼への水滴の衝突防
止ひいては動翼の浸食低減効果の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気タービンの段落部分の断面図
、第２図および第３図は静饗出口における蒸気および水
滴の速度ベクトルを示す図、第４図は前記実施例におけ
る水滴の軌跡を示す図、第５図（ａ）、（ｂ）は前記実
施例による水滴の運動と動翼の浸食との関連を従来例と
の対比で示す図、第６図は本発明の他の実施例を示す断
面図、第７図は従来の蒸気タービンの段落を示す断面図
、第８図は蒸気タービンの静翼出口における蒸気と水滴
の絶対速度および相対速度を示す第７図■−Ｖｌｌｉｌ
断面図である。 １１・・・静翼、１２・・・動翼、１３・・・外壁面、
１３ａ・・・静翼出口端における外周部、１４・・・傾
斜部、１５・・・静翼出目端、１６・・・動翼先端、１
７・・・タービン軸、２０・・・ドレン抜き孔。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第４図 第５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静翼とその下流側で隣接する動翼とによつて形成さ
   れるタービン段落を有する軸流型の蒸気タービンにおい
   て、前記段落を形成する静翼の下流で、かつ動翼の上流
   に位置する少なくとも一部の区間における蒸気通路部の
   外壁面を下流に向かうに従つてタービン軸に近付く傾斜
   を有する断面形状にするとともに、前記静翼の出口端に
   おける外壁面部の直径よりも前記動翼の先端部の直径を
   小さく設定したことを特徴とする蒸気タービン。 ２、蒸気通路外壁面の傾斜部分にドレン抜孔が形成され
   ている特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービン。