JPS63263204A

JPS63263204A - タ−ビンの羽根侵食防止装置

Info

Publication number: JPS63263204A
Application number: JP9826487A
Authority: JP
Inventors: Minoru Matsuda; 実松田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-21
Filing date: 1987-04-21
Publication date: 1988-10-31

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）本発明は火力タービン及び原子力タービン段落中の水滴
により発生する羽根の侵食を防止するためのタービン羽
根浸食防止装置に関する。

（従来の技術）一般に火力タービンの低圧部及び原子力タービンの作動
流体は水滴を含む湿り蒸気である。その蒸気中の水滴の
速度は主流蒸気に比べ非常に小さい。その為、周速の高
い羽根先端部は、水滴の衝突によって侵食が起こる。又
、羽根の回転エネルギーは、水滴が羽根に衝突する際の
ブレーキ損失によって減少することになる。この弊害を
克服するために数多くの羽根侵食防止装置が提案され、
又、実用化される。

従来の羽根侵食防止装置の一例について第１３図〜第１
７図を用いて説明する。第１３図は従来のタービン段落
構造を示す断面図である。ケーシング１で固定されたノ
ズルダイアフラム２に通路部を形成するノズル３があり
、ケーシング１と同心で回転するホイール４に取付けら
れ通路部を形°成する羽根５から成るタービン段落にお
いて、水滴を含む湿り蒸気は、実線矢示のようにノズル
３から羽根５へと膨張し、下流に流れる。又、通路部内
の大きな水滴は、破線矢示のように羽根５の遠心力で外
側に吹き飛ばされる。

羽根５で飛散した水滴は、ノズルダイアフラム２に設置
したドレンキャッチャ−６によって回収されるが、回収
率が小さい為に後流段落のノズル７及び羽根９の先端部
に残留の水滴が流れ込みやすい。その為、更に、残留水
滴を除去する目的で、第１４図ａ、ｂに示すようにノズ
ル７の翼内部を中空にし、翼表面に複数の回収孔８ａ、
８ｂを設けてノズル通路中の湿り蒸気を吸込むと同時に
水滴を回収する方法がある（例えば、特公昭４９−９５
２２号）。

（発明が解決しようとする問題点）第１５図に示すノズル通路中の水滴の流れで説明すると
、この方法では、回収孔８ａ、８ｂにおいて水滴を回収
しても、ノズル７背側の回収孔８ｂから後流端までの翼
面に水滴が付着する。それはノズル後流端に集まって大
きな粒となり、羽根９を直撃し、羽根９が侵食される。

また、第１６図は、ノズル通路内での羽根侵食防止対策
をしない場合における水滴の流れ様相を示しているが、
ノズル上流の水滴は、ノズル翼面の腹側及び背側に付着
する。一部の水滴は翼面ではねかえり矢示Ｙ１．Ｙ２の
ように下流の羽根へ流入する。又、翼面に付着した水滴
は、翼面上に沿って流れノズル後縁端より大きな水滴と
なって矢示Ｙ３のように飛散する。この場合、第１７図
に示すように、ノズル通路部から流出した水滴は主流蒸
気速度Ｃよりかなり小さい速度Ｃ２ｄとなる。その為に
羽根９の前縁部にほぼ周速に近い高速度Ｗ２　ｄで衝突
する。従って、羽根前縁で侵食が生じると同時に、ブレ
ーキ損失による回転エネルギーの減少が起こる。

そこで、本発明の目的は、従来の技術が有する問題点を
解消し、侵食および衝突エネルギー損失を防止すること
ができる蒸気タービンの羽根侵食防止装置を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明による蒸気タービンの羽根侵食防止装置は、ター
ビンノズルを中空構造にしてその中空部内に蒸気仕切板
を形成し、この蒸気仕切板により中空部内に水滴捕集室
と蒸気噴射室とを形成し、前記ノズル側面には前記水滴
捕集室に連通ずる水滴回収孔および前記蒸気噴射室に連
通ずる蒸気取込孔を穿設し、かつ前記ノズル後流部端に
は前記蒸気噴射室に連通ずる蒸気、噴射孔を穿設したこ
とを特徴とするものである。

（作　用）本発明によれば、ノズル前流部の翼面に付着した水滴は
水滴回収孔からノズル翼内の水滴捕集室へ回収され、同
時に、ノズル後流端９翼面に付着した水滴は蒸気噴射室
からの蒸気で、後流端より高速噴射され、水滴は加速さ
れて細分化される。

これによって、羽根の侵食及び衝突エネルギー損失は低
減される。

（実施例）以下、本発明の一実施例を添附図面に基づき説明する。

なお、第１３図と同一部分には同一符号を付して示して
いる。

第１図において、湿り蒸気が通る段落のノズル７は中空
構造に形成されている。このノズル７の中空部は、第２
図に示されるように、翼長方向に沿って蒸気仕切板１０
で仕切られ、前流側には水滴捕集室１．１が、後流側に
は蒸気噴射室１２が形成されている。また、ノズル７先
端部の後流端には蒸気噴出孔１３が形成され、根元部の
腹側には通路内の蒸気を取込むための蒸気取込孔１４が
形成され、これら孔１３．１４は蒸気噴射室１２に連通
されている。一方、ノズル７先端部の腹側および背側に
は翼面上の水滴を回収するための水滴回収孔１５．１６
が形成され、これら孔１５゜１６は水滴捕集室１１に連
通されている。

ここで、水滴捕集室１１は、第１図に示されるように、
ノズルダイアフラム内輪１８に設けられた蒸気排出室１
９、およびノズルダイアフラム外輪２０に設けられた蒸
気排出室２１に連通され、この蒸気排出室２１は回収管
２２、調節弁２３を介して段落外の低圧部（図示せず）
へ連通されている。

この構造によって、ノズル７の通路部と段落外の低圧部
とが水滴捕集室１１および調節弁２３等を介してつなが
り、必要に応じ、ノズル通路部の湿り蒸気を段落外へ排
出することが可能となる。

第３図はノズル７の側面図であり、蒸気仕切板１０、水
滴回収孔１５，１６、蒸気取込孔１４、蒸気噴出孔１３
の位置関係を示し、第４図と第５図は各々第３図のＩＶ
−ＩＶとｖ−■断面図である。

次に、本実施例の作用を図面を参照して説明する。

第６図はノズル７およびノズルダイアフラム内、外輪１
８．１９の縦断面図を示している。通常、蒸気取込孔１
４の流入部蒸気圧力Ｐａは蒸気噴出孔１３の出口部蒸気
圧力Ｐｃより高い。

ここで、第１図に示される調節弁２３により蒸気排出室
２１の圧力を下げると、水滴捕集室１１の内圧ｐｂは通
路内薄気圧力より低くなる。したがって、第６図に図示
ｆ、で示されるように、ノズル通路の水滴は、翼面に付
着後、蒸気と共に水滴捕集室１１内に回収される。又、
通路中に存在する水滴が少ない蒸気はノズル翼根元部の
蒸気取込孔１４から取り込まれ、第６図に図示ｆ２で示
されるように蒸気噴射室１２を通り、蒸気噴出孔１３よ
り高速噴射（図示ｆ３）される。

第７図は、ノズル通路内における水滴の流れ様相を示し
ている。水滴はノズル７上流の翼面に付着後、腹側と背
側の各々の水滴回収孔１５．１６から蒸気と共に水滴捕
集室１１へ回収される（図示ｆ、）。一方、水滴回収孔
１５，１６からノズ・ル後流端１の間に付着した水滴（
図示ｆ４）は、蒸気噴射室１２内の蒸気（図示ｆ２）を
蒸気噴出孔１３より高速噴射させることによって加速さ
れる。したがって、ノズル後流の羽根へ流入する水滴は
減少すると共に、高速で細分化される。

第８図は第６図の■−■断面図であり、水滴捕集室１１
に回収された水滴が周方向にどのように流れ、どのよう
に段落外へ排出されるかを示している。

水滴捕集室１１とノズルダイアフラム内輪、外輪１８．
２０にある蒸気排出室１９．２１とは各々連通されてお
り、水滴捕集室１１に回収された水滴は全て下方へ流れ
回収管２２へ導かれる。

ところで、通常、タービン段落内の蒸気条件は運転状況
により変化し、通路中の蒸気湿り度は嚢動する。

ここで、第１図に示されるように、各段に圧力計Ｐ　　
−Ｐ　　および温度計Ｔ１〜Ｔ３を取り付けることは効
果的である。これら計器Ｐ１〜Ｐ４、Ｔ１〜Ｔ３により
、蒸気状態を測定し、第９図に示されるような線図を用
いて膨張線を求め、これを基に制御器Ｃで湿り度ｍを算
出し、場合によっては湿り蒸気中のエンタルピＨ４をカ
ロリーメータＫ（第１図）で直接求める。

この計測システムを基に、例えば、湿り度ｍから湿り率
（羽根侵食防止装置なしの湿り度Ｘ水滴径をベースとす
る）を決め、第１０図に示されるように、許容侵食量と
湿り率とから水滴回収孔１５．１６より吸込む必要最少
流量を求め、これをフィードバックし調節弁２３により
吸込流量をコントロールする。

第１１図はタービン段落出口の湿り度分布を示しており
、従来、羽根出口の先端部で高い湿り度であったものが
、本発明の羽根侵食防止装置を採用することで羽根出口
先端部の湿り度が低くなり、羽根の侵食ｍは低減される
。

第１２図は本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

中空構造に形成されたノズル７の中空部内には、図示の
ように、縦断面をほぼＵ字状とする環状の蒸気仕切板２
８が形成され、蒸気仕切板２８の内側には水滴捕集室２
９、外側には蒸気噴射室３０が形成されている。なお、
他は第１図に示したものと同様の構成および作用を奏す
るものであり、説明を省略する。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、ノズルを中空構造
にし、内部を蒸気仕切板によって２分し、中空部内に翼
面に付着した水滴を回収する為の水滴捕集室およびノズ
ル後流端より蒸気を高速噴射させ水滴を加速させる為の
蒸気噴射室を形成したので、羽根へ流入する水滴は減少
し、同時に、流出する水滴は高速で細分化され、羽根先
端部の侵食及び水滴の衝突による回転エネルギー損失は
低減され、信頼性の高いタービンを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気タービンの羽根侵食防止装置
装置の一実施例を示す縦断面図、第２図は本発明による
羽根侵食防止装置を備えたノズルの内部構造を示す斜視
図、第３図は本発明のノズル部の蒸気仕切板、蒸気取込
み孔、蒸気噴出孔の位置関係を示す側面図、第４図およ
び第５図は第３図のＩＶ−ＩＶおよび■−Ｖ線で切った
横断面図、第６図は本発明の羽根侵食防止装置を備えた
ノズル内部の流れを示す縦断面図、第７図は本発明の水
滴の流れ様相を示す横断面図、第８図は第６図の■−■
線で切った横断面図、第９図は段落内の湿り度を求める
ためのエンタルピー・エントロピー線図、第１０図は羽
根侵食量と水滴回収孔からの蒸気吸込み量との関係を示
す線図、第１１図は羽根出口の蒸気湿り度分布図、第１
２図ａは本発明の他の実施例を示す縦断面図、第１２図
すは同ａのｘｎ−ｘｎ線で切った横断面図、第１３図は
ドレンキャッチャ−を付加した従来のタービン段落を示
す縦断面図、第１４図ａは水滴回収孔を付加した従来の
タービンノズルを示す縦断面図、第１４図すは同図ａの
ＸＩＶ−ＸＩＶ線で切った横断面図、第１５図は第１４
図の水滴回収孔を付加した従来の水滴の流れ様相を示す
横断面図、第１６図は羽根侵食防止装置なしの従来の水
滴の流れ様相を示す横断面図、第１７図は水滴の速度関
係を示す説明図である。１・・・ケーシング、２・・・ノズルダイアフラム、３
．７・・・ノズル、４・・・ホイール、５，９・・・羽
根、６・・・ドレンキャッチャ−１１０・・・蒸気仕切
板、１１・・・水滴捕集室、１２・・・蒸気噴射室、１
３・・・蒸気噴射孔、１４・・・蒸気取込孔、１５，１
６．・・水滴回収孔、２２・・・回収管、２３・・・調
節弁。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄躬２図１す６４図　　　　　　も５図氾６図６１１　　図由＼）→℃ 四Ｖヴ乍ｍｔｍ＋９躬１２図（Ｇ）躬１４図筋１５凹躬１６図もＩ７図

Claims

【特許請求の範囲】

１、タービンノズルを中空構造にしてその中空部内に蒸
気仕切板を形成し、この蒸気仕切板により中空部内に水
滴捕集室と蒸気噴射室とを形成し、前記ノズル側面には
前記水滴捕集室に連通する水滴回収孔および前記蒸気噴
射室に連通する蒸気取込孔を穿設し、かつ前記ノズル後
流部端には前記蒸気噴射室に連通する蒸気噴射孔を穿設
したことを特徴とするタービンの羽根侵食防止装置。