JPS63272902A - 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、湿り域で作動される際のエロージョン防止対
策を施した蒸気タービンに係り、特にノズル背面と腹面
とに水分吸込孔を穿孔した蒸気タービンに関する。

（従来の技術） 湿り域で作動される蒸気タービンにおいては、蒸気通路
部で発生し成長した比較的小さな水滴が羽根（動翼）の
回転による遠心力によってノズル（静翼）のチップ部付
近に飛ばされ、大部分がそのノズル表面を伝わりノズル
後縁から粗大水滴となって引き裂かれ、この引き裂かれ
た粗大水滴が高速回転の羽根に衝突して羽根を浸蝕する
ことが知られている。

第７図乃至第９図は従来のノズルにおける粗大水滴の生
成を示したものである。蒸気の湿り度が小さい場合、す
なわち水滴径が非常に小さい場合には、第７図に示すよ
うにほとんどの水滴流Ａは蒸気流Ｂとともにノズル１．
１の間のノズル通路部を通過する。この場合の水滴径は
、ノズル１の通過後でも比較的小さいので羽根の浸蝕に
はほとんど影響を及ぼさない。しかし湿り度が大きい場
合には、水滴流Ａ及び蒸気流Ｂのノズル１への流入方向
は同じであるが、第８図に示すように蒸気流Ｂはノズル
１の通路部でその形状に沿って転向するが、径の大きく
なった水ｍＡは慣性力のため転向できず、ノズル腹面１
ａに衝突しここに捕集される。捕集された水滴はノズル
腹面１ａを伝わってノズル後縁１ｂへ流出し、この後縁
１ｂで溜った水はそこから粗大水滴となって引き裂がれ
、羽根に衝突し羽根を浸蝕する。湿り度がさらに大きく
なった場合には、第９図に示すように、蒸気流Ｂは上述
と同様にほぼ軸方向に沿って流入するが。水滴流Ａは、
ノズル背面１ｃに直接衝突するように流入する。このよ
うな水滴流Ａの流入方向の変化は、水滴径が非常に大き
くなると前段羽根での水滴と蒸気との出口相対速度が大
きく異なってくるために生じる。すなわち湿り度が大き
く蒸気中の水滴径が大きくなると、第１０図に示すよう
に水滴の羽根出口相対速度Ｗ′は蒸気の羽根出口相対速
度Ｗよりも小さくなる。周速Ｕは水滴も蒸気も等しいの
で、水滴の羽根出口絶対速度Ｃ′は、蒸気の羽根出口絶
対速度Ｃに対して大きく変化し、このため水滴流は第９
図に示されるようにノズル背面１ｃに衝突する。このノ
ズル背面１ｃに捕集された水滴はノズル後縁１ｂから粗
大水滴となって引き裂かれて羽根に衝突しこれを浸蝕す
る。

このような粗大水滴による羽根浸蝕を防止する装置は、
従来、種々提案されている。

第１１図は特公昭４９−９５２２号公報に開示されたノ
ズル構造を示したものであり、ノズル１の腹面１ａと背
面１ｃとに各々腹側吸込孔２と背側吸込孔３とが穿孔さ
れている。ノズル腹面１ａを伝わった水分は腹側吸込孔
２から、またノズル背面１ｃを伝わった水分は背側吸込
孔３から各々ノズル内部空間４に吸込まれ、ここから復
水器などに排出される。しかして、ノズル腹面１ａとノ
ズル背面］Ｃとを伝わる水分は除去されるので、ノズル
後縁１ｂでの粗大水滴の発生を低減でき、羽根の浸蝕を
防止することができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、この種の従来のノズル構造では、腹側吸込孔
２から吸込まれる水分と腹側吸込孔３から吸込まれる水
分とが同一のノズル内部空間４に入るよう構成されてい
るので、両吸込孔２，３は互いに周辺圧力の等しい位置
に穿孔されている。

このため背側吸込孔３の位置がノズル前縁１ｄに近くな
り、この背側吸込孔３とノズル後縁１ｂとの間の比較的
広い領域に付着した水分は、ノズル内部空間４内に吸込
まれることなくノズル後縁１ｂに達し粗大水滴となる。

したがって、この種の従来のノズル構造ではノズル背面
１ｃを伝わる水分の除去を十分に行うことができないと
いう問題がある。

またノズル腹面１ａとノズル背面１ｃとには常に同量の
水滴が付着されるのではなく、一般的には第８図および
第９図に示されるように蒸気条件に応じて水滴がノズル
腹面１ａに多く付着したり、逆にノズル背面１ｃに多く
付着したりする。このように水滴がノズル腹面１ａに多
く付着しノズル背面１ｃにほとんど付着しない場合には
、背側吸込孔３から蒸気が多量に吸込まれ、逆に水滴が
ノズル背面の方に多く付着した場合には、蒸気が腹側吸
込孔２から多量に吸込まれ、これにより、タービン性能
が大幅に低下するという問題も存在している。

そこで、本発明の目的は、−ｌｘ述した従来の技術が自
°する問題点を解消し、タービン性能の低下を招くこと
なくノズル表面を伝わる水分を十分に除去できる蒸気タ
ービン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） 上記目的を達成するために、本発明は、中空構造のノズ
ルを有し、このノズルの腹面には腹面を流れる水分をノ
ズル内部空間に吸込む腹側吸込孔を、上記ノズルの背面
には背面を流れる水分をノズル内部空間に吸込む背側吸
込孔をそれぞれ穿設した蒸気タービンにおいて、上記ノ
ズルの面に上記腹側吸込孔および上記背側吸込孔をそれ
ぞれ閉塞自在に構成した腹側遮蔽板及び背側遮蔽板を設
けると共に、これら遮蔽板を上記各吸込孔を開閉する位
置に移動させる駆動装置を設け、上記腹面および上記背
面の水滴付着率に応じて上記各吸込孔をそれぞれ開閉で
きるよう構成したことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明によれば、ノズル腹面１ａまたは背面１ｃに付着
しそこを伝わって流れる水分は、それぞれ腹側吸込孔２
または背側吸込孔３からノズル内部空間４に吸込まれド
レン排出管１０を介して排出される。ここで、ノズル１
の内面には腹側吸込孔２および背側吸込孔３を閉塞自在
な腹側遮蔽板１３と背側遮蔽板１４とが取付けられてお
り、これら遮蔽板はタービンの負荷または湿り度によっ
て上記吸込孔を開閉する位置に移動される構造になって
いる。湿り度が小さくノズル腹面１ａを流れる水分が多
い時には腹側吸込孔２を開き、湿り度が大きくノズル背
面ＩＣを流れる水分が多い時には背側吸込孔３を開く。

これにより、ノズル表面を伝わる水分を効率良く捕集で
き、羽根の浸蝕を低減できる。

（実施例） 以下、本発明による蒸気タービンの一実施例を第１１図
と同一部分に同一符号を付して示した第１図乃至第４図
を参照して説明する。

第１図において、前段の羽根５と後段の羽根６とは図示
を省略したロータの外周に植設されており、これら羽根
５，６の間には、外周端をノズルダイアフラム外輪７に
、内周端をノズルダイアフラム内輪８に支持されたｍｍ
のノズル１が配設されている。ノズル１は第２図および
第３にも示されるように中空構造に形成されており、ノ
ズルチップすなわちノズルダイアフラム外輪７の付近に
は腹側吸込孔２と背側吸込孔３とが穿設されている。ノ
ズルダイアフラム外輪７にはドレン排出管１０が取付け
られ、上記各吸込孔２，３から捕集された水分はノズル
中空部４内を通ってドレン排出管１０から排出されるよ
うになっている。

一方、第２図および第３図に示されるように、ノズル１
の内面には、上記腹側吸込孔２および上記背側吸込孔３
を各々閉塞自在な腹側遮蔽板１３および背側遮蔽板１４
がノズル１の長手方向に移動自在に取付けられている。

これら遮蔽板１３゜１４は第４図に示されるように一体
構造で形成され、各遮蔽板１３．１４には長手方向に位
置をずらして複数の通孔１５が上記各吸込孔８，９に整
合可能に穿設されている。各遮蔽板１３．１４は連結板
１７で結合され、この連結板１７には軸１８を介して駆
動装置１９が結合されている。

また、第１図に示されるように、ノズル１と前段の羽根
３との間には蒸気の湿り度を計測するための湿り度検出
器２０が挿入され、この湿り度検出器２０での検出出力
はコントローラ２１に送出され、このコントローラ２１
での検出出力は上記駆動装置１９に送出されるよう構成
されている。

コントローラ２１は第５図に示されるような、予め実験
等により求められた蒸気の湿り度と水滴捕集率との関係
に基づき信号を出力する。

第５図は、ノズル１の１−流側の蒸気湿り度を横軸にと
り、ノズル通路部を流れる蒸気中の全水分に対するノズ
ル腹面１ａと背面ＩＣに捕集される水分の割合いを縦軸
にとった線図である。湿り度が小さい時には、ノズル腹
面１ａでの水滴捕集率もノズル背面ＩＣでの水滴捕集率
も腹面曲線Ａおよび背面曲線Ｂで示されるように共に小
さくなっている。ところが、湿り度が大きくなるにつれ
て腹面曲線Ａは急上昇し、ピークを過ぎると急激に降下
し、その後に背面曲線Ｂは急激に上昇する。

コントローラ２１は、このようなノズル腹面１ａと背面
ＩＣでの水滴捕集特性に応じて、ノズル腹面１ａの水滴
捕集率が大きい時には第２図に示されるように腹側吸込
孔２と腹側遮蔽板１３の通孔１５との位置が合うように
、またノズル背面ＩＣの水滴捕集率が大きい時には第３
図に示されるように背側吸込孔３と背側遮蔽板１４の通
孔１５との位置が合うように、それぞれ上記駆動装置１
９に信号を出力する。

したがって、水滴付着の多いノズル面では吸込孔とドレ
ン排出管１０とが連通し効率良くノズル表面のドレンを
排除できるとともに、水滴付管の少ないノズル面では吸
込孔が閉塞され蒸気の流出を防止することができる。

第６図は本発明の他の実施例を示し、各遮蔽板１３．１
４を上下に駆動させる装置としてベロー２３を利用した
ものである。ベロー２３の内は図示を省略した上流段へ
管２４を介して連通させ、−に流膜の圧力を導入するよ
う構成されている。上流段の圧力はタービンの負荷にほ
ぼ比例し、また湿り度はタービンの負荷が増大するほど
大きくなる。従って、蒸気の湿り度が大きくなるに伴い
ベロー２３の内部の圧力は増加するため、ベロー２３は
伸びて、腹側遮蔽板１３および背側遮蔽板１４をノズル
ダイアフラム内輪８の方向へ移動させる。この場合も、
ノズル腹面１ａの水滴捕集率が大きな湿り度の時には第
２図に示すように腹側吸込孔２と腹側遮蔽板１３の通孔
１５との位置が合うように、またノズル背面ＩＣの水滴
捕集率が大きな湿り度の時には第３図に示すように腹側
吸込孔３と腹側遮蔽板１４の通孔１５との位置が合うよ
うに、ベロー２３の伸びと各遮蔽板の通孔の位置を調整
可能にしておく。これにより、水滴付着の多いノズル面
では吸込孔とドレン排出管１０とが連通ずるため効率良
くノズル表面のドレンを排除できるとともに、水滴の付
着の少ないノズル面では吸込孔が閉塞されるため蒸気の
流出を防止することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、腹側
吸込孔と背側吸込孔との開閉を３！Ｊ整できる腹側遮蔽
板および背側遮蔽板を設けたので、湿り域で作動する蒸
気タービンの羽根の浸蝕原因となるノズル表面を伝わる
水分を蒸気条件に合わせて効果的に排除することができ
る。また、水分付着の少ないノズル面の吸込孔からの蒸
気の吸込みを効果的に抑制できるので、タービン性能の
低下を防１１−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第一実施例を示す
縦断面図、第２図および第３図は各々第１図の■−■線
で切った断面図、第４図は腹側および背側遮蔽板の構造
と通孔の位置関係とを示す斜視図、第５図は水滴捕集率
と湿り度との関係を示す線図、第６図は本発明による蒸
気タービンの他の実施例を示す縦断面図、第７図乃至第
９図はノズル通路部を湿り蒸気が流れる様子を示す断面
図、第１０図は前段の羽根出口の速度関係を示す図、第
１１図は従来の蒸気タービンの羽根構造を示す断面図で
ある。 １・・・ノズル、１ａ・・・ノズル腹面、１ｂ・・・ノ
ズル後縁、ＩＣ・・・ノズル背面、２・・・腹側吸込孔
、３・・・背側吸込孔、４・・・ノズル内部空間、５．
６・・・羽根、７・・・ノズルダイアフラム外輪、８・
・・ノズルダイアフラム内輪、１０・・・ドレン排出管
、１３・・・腹側遮蔽板、１４・・・背側遮蔽板、１５
・・・通孔、１９・・・駆動装置、２０・・・湿り度検
出器。２１・・・コントローラ、２３・・・ベロー。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 １ｂ 耗　２　図 ｂ 乳３　図 色４　凹 耗　５　ｚ 札７　口 島６　図 ち８　図 尾９　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中空構造のノズルを有し、このノズルの腹面には腹
   面を流れる水分をノズル内部空間に吸込む腹側吸込孔を
   、上記ノズルの背面には背面を流れる水分をノズル内部
   空間に吸込む背側吸込孔をそれぞれ穿設した蒸気タービ
   ンにおいて、上記ノズルの面に上記腹側吸込孔および上
   記背側吸込孔をそれぞれ閉塞自在に構成した腹側遮蔽板
   及び背側遮蔽板を設けると共に、これら遮蔽板を上記各
   吸込孔を開閉する位置に移動させる駆動装置を設け、上
   記腹面および上記背面の水滴付着率に応じて上記各吸込
   孔をそれぞれ開閉できるよう構成したことを特徴とする
   蒸気タービン。 ２、上記駆動装置は、ノズル上流の湿り度を検出する湿
   り度検出器からの出力信号に基づいて作動するよう構成
   されている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。 ３、上記駆動装置は伸縮自在なベローで構成され、この
   ベローの内には上流段の圧力の高い蒸気が導入されるよ
   う構成されている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。