JPS6380003A - 軸流タ−ビンの排気デイフユ−ザ翼列 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービン等の軸流ターボ機械に係り、特
に最終段落の排気損失を減少させてタービンの効率を向
上させるに好適な、排気ディフューザ翼列に関するもの
である。

〔従来技術〕

蒸気タービンの低負荷時の性能向上を目的として、最終
段落の損失及び排気損失を減少させる従来技術としては
、特開昭５７−１２９２０６や実開昭５７−６３９０２
に記載のように、排気室に設置されたディフューザの形
状を改良して、最終段翼の根元に発生する逆流現象を減
少させようにするものが代表的なものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

蒸気タービンの排気損失は、第２図に示すように、蒸気
の流出速度分の運動エネルギーに相当するり一ビング損
失と、前述の最終段翼根光から発生する逆流によるター
ンナツプ損失及び排気室での圧力損失による排気室損失
に大別される。排気軸流速度の小さい低負荷領域では、
リービング損失とターンナツプ損失とが支配的となる。

ところが、従来技術においては、最終段翼根光のターン
ナツプ損失の減少にしか着目していない。

ターンナツプ損失を発生する逆流は、最終段の根元から
発生するものの、負荷及び軸流速度の減少に伴い、最終
段全域に逆流領域が広がるため、翼根元部の改善だけで
はターンナツプ損失の一部しか改善されないし、リービ
ング損失についてはほとんど改善されないという欠点が
あった６本発明の目的は、タービンの低負荷時や、ター
ビン容量に比して比較的長大な最終段翼を使用して、排
気軸流速度の小さい領域で運転されるタービンの排気損
失を減少させて、その効率を向上させようとするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、最終段の下流にディフューザ翼列を設置
し、流出蒸気流の周方向速度成分を、該ディフューザ翼
列によって圧力回復させることによってリービング損失
を回収する（即ち最終段翼直後の圧力を低下させて最終
段の出力を増大させる）と同時に、圧力に比例して増加
するターンナツプ損失も同時に軽減させて、タービンの
排気損失を減少することによって達成される。

また、ディフューザ翼列を可動式として、負荷と排気真
空との変化によって種々変動する最終段からの排気流の
流れ方向に、ディフューザ翼列の設定角を適合させるこ
とにより、あらゆる条件下で最高のディフューザ効果を
発揮させることが可能となり、タービンの全負荷領域に
亘って、その効率を向上させることが可能となる。

上述の原理に基づいて前記の目的を達成するための具体
的な構成として、本発明の排気ディフューザ翼列は、最
終段動翼下流の排気流路中に複数枚の静翼を円周状に配
設してディフューザ翼列を構成し、上記ディフューザ翼
列は、互いに隣接するディフューザ翼間に形成される翼
間流路の流路幅を、翼前縁部において小さくし、下流に
向かつて漸増させる。

〔作用〕

以上のように構成した排気ディプユーザによれば、ター
ビンの排気損失を減少せしめて、当該軸流タービンの効
率向上に寄与する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、大型蒸気タービンの低圧車室の断面図である。タ
ービンロータ２は、低圧車室（ケーシング）３の中に配
設される。ロータ上に配設された動翼のうち、最終段動
翼１の下流には、ディフューザ翼列５及び整流ベーン６
が、排気コニン４ａ、４ｂを介して設置される。排気コ
ーン４ａ、４ｂは従来機と同様、それ自体大きなディフ
ューザ排気流路を形成している。

ディフューザ翼５は、これに固定したロッド７を、排気
コーン４ａ、４ｂに穿った孔に通して複数枚配設されて
翼列を形成する。ロッド７の先にはアーム８が取付けら
れる。ケーシングに取りつけた回転リング９は、複数の
アーム８の先端が挿スされており、アクチュエータ１０
を駆動して。

リング９を回転させることによって、ア・−ム８を介し
て複数のアーム７を同一角度に回転させることが出来、
ディフューザ翼列５の設定角度を調節できる構造となっ
ている。

ディフューザ翼列５の下流には整流ベーン６が排気コー
ン４ａ、４ｂに固定される。

次に、ディフューザ翼列の構成を第３図によって説明す
る。第３図は、第１図のＡ−Ａ断面を示す。

ディフューザ翼列５は、最終段動翼１の回転方向１３に
向って凸に湾曲した翼形を持ち、隣接した２つのディフ
ューザ翼５の間に形成される流路は、ディフューザ翼５
の前縁５ａにおける流路の最小最幅Ｓ１１４は、後縁５
ｂにおける流路幅５ｏ１５に対し、Ｓ　ｉ　＞　Ｓ　ｏ
なる一関係を持って。

下流側に向かって漸次流路幅が拡大するディフューザ通
路を形成している。また、翼前縁５ａにおける翼の入口
角β１８は、 ｃｏｇβ〜ｃｏｇ−’　（Ｓ　ｔ／　ｔ　）なる関係を
ほぼ満足する翼形状となっている。

ここでｔは、ディフューザ翼５の配設ピッチ１６である
。このようなディフューザ翼５を、複数枚１円環状に配
設することによって、ディフューザ翼列が形成される。

ディフューザ翼５の下流には、整流ベーン６が、複数枚
配設される。上記整流ベーン６は、はぼ直線形状の断面
を有する板状をなし、流体（蒸気流）１１を、軸方向に
導く形状に取付けられている。

さて、このような構成のディフューザ翼列によって、タ
ービンの性能を向上させる機能を、第３図により説明す
る。

一般に蒸気流量の少ない低負荷や、長大な最終段翼を使
用した事によって、定格負荷では排気軸流速度Ｖａｘ１
１　Ｑの小さい領域で運転される場合には、最終段動翼
１を通過する蒸気１１は、動翼１の出口における相対流
出速度１１ａが、回転周速１２に比して小さいため、蒸
気の絶対流出速度Ｖａ−はｌｌｂの如くなり、旋回角δ
１７を持つ流れとなる。

コニで、前述のディフューザ翼の前縁５ａの入口角β１
８は、β勾δとなるように蒸気の旋回角δ１７に合わせ
て設置されるので、ディフューザ翼列内において、流れ
は軸方向を向くよう、スムーズに減少させられ、軸流速
度Ｖａχ１１０まで減速される。

このようなディフューザ翼列による圧力回復はベルヌイ
の定理によって ν ここで、Δｐ：デイフユーザによる圧力上昇η：デイフ
ユーザ効率（句０．９） γ：蒸気の比重量 ｇ：重力加速度 より定まる。

本ディフューザ翼列を設置することにより、最終段翼１
の出口圧力をΔｐだけ低下させられるので、最終段の有
効熱落差が増大して出力が増加する。

また、ターンナツプ損失は、流れの逆流部における風損
であり、次式の如く、 Ｌ伽γ・Ｄ番・Ｈｌ・６・Ｎ８ ここで、Ｌ：風損による減少動力 γ：蒸比の比重量 Ｄ＝最終段の平均直径 Ｈ：最終段の翼長 Ｎ：回転数 蒸気の比重量に比例するから、ディフューザ効果による
動翼出口圧力低下によって、蒸気の比重量も減少するの
で、ターンナツプ損失も減少する。

第４図は、ディフューザ翼列を可動翼とした、効果を説
明したものであり、第３図同様第１図のＡ−Ａ断面を示
す。

動翼１の出口における蒸気１１の流れは、比較的高負荷
の場合はｌｌａなる相対速度で流出するため、絶対速度
は１１ｂ′の如くであり、この場合の蒸気の流れ角１７
に合わせてディフューザ翼５の入口角１８を設定する。

しかし、さらに低負荷の場合は蒸気の相対流出速度は１
１ａ′の如く減少するのでこれに伴って、絶対速度１１
ｂ’。

流れ角１７′の如く増大する。したがって、ディフュー
ザ翼の入口角１８′も、流れ角１７′に合致するよう、
ディフューザ翼５を回転させるのである。これによって
常に最適のディフューザ効率を確保できるので、負荷や
排気圧力の変化に応じて、最適の効率向上効果を発揮で
きる。

第５図は、このような可動翼の制御機構を説明したもの
である。前述の動翼１の蒸気の流動方向δは、蒸気の容
積流量を知れば一義的に定められるから、主蒸気流量計
２０によって得られる重量流量Ｇと排気圧力計２１から
得られる圧力Ｐの信号を処理して、演算機２２により容
積流量Ｑを計算する。容積流量Ｑと、ディフューザ翼の
設定角βとの関係を記憶させた演算機２３から、最適設
定角βが得られるので、この信号によって、アクチュエ
ータ１０を作動させ１回転リング９によって連結された
ディフューザ翼のアーム８を駆動して、ディフューザ翼
５の設定角を制御する。

第６図は前記と異なる実施例を示し、前例における第１
図に対応する断面図である。基本的な構成は第１図の実
施例と同様であるが、本例のディプユーザ翼５′は、中
央で分割された構造となっており、動翼１の先端側は、
ディフューザ翼列５ａおよびその駆動機構として７ａ〜
１０ａを持ち、動翼１の根元側は、ディフューザ翼５ｂ
として各々独立した駆動機４ｔ７ｂ〜１０ｂを有してい
る。

一般に極低負荷運転における、蒸気の逆流２４は、動翼
１の根元部に発生し、翼の先端部では、比較的正常な蒸
気流となっている。すなわち蒸気は、正常な流動部１１
と逆流域２４とに２分される。このため、動翼１の出口
の蒸気流の状態もこの２領域で異なる。そこで、本例の
如く、ディフューザ翼の構成を２分割形とし、そｉぞれ
の領域の最適状態にディフューザ翼の角度を制御するこ
とによって、効率向上をより一層高めることが可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を適用すると、タービンの
低負荷時における排気損失を減少せしめることが出来る
とともに、タービン容量に比して比較的長大な最終段翼
を備えて、排気軸流速度の小さい領域で運転されるター
ビンの排気損失を減少せしめて、その効率を向上させる
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のタービンの縦断面図、第
２図は排気損失の説明図、第３図および第４図は、第１
図のＡ−Ａ断面図、第５図は、前記実施例の制御系統図
、第６図は、上記と異なる実施例のタービンの縦断面図
である。 １・・・最終段動翼、２・・・ロータ、３・・・ケーシ
ング、４・・・排気コーン、５・・・ディフューザ翼列
、６・・・整流ベーン、７・・・ロッド、８・・・アー
ム、９・・・回転リング、１０・・・アクチュエータ、
１１・・・蒸気流、１２・・・動翼の回転周速、１３・
・・回転方向、１・４・・・入口流路幅、１５・・・出
口流路幅、１６・・・ピッチ、１７・・・蒸気の流れ角
、１８・・・ディフューザ翼の入口角、１９・・・排気
損失曲線、２０・・・流量計、２１・・・排気圧力計、
２２．２３・・・減算機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸流ターボ機械において、最終段動翼下流の排気流
   路中に複数枚の静翼を円周状に配設してディフューザ翼
   列を構成し、上記ディフューザ翼列は、互いに隣接する
   ディフューザ翼間に形成される翼間流路の流路幅が、翼
   前縁部において小さく、下流に向かつて漸次拡大してい
   ることを特徴とする軸流タービンの排気ディフューザ翼
   列。 ２、前記ディフューザ翼列を構成するディフューザ翼の
   断面形状が、最終段動翼の回転方向に向けて凸なる如く
   湾曲しており、かつ、該ディフューザ翼の前縁によつて
   形成される翼の入口角度が、最終段動翼から流出する蒸
   気流の流れ角度と一致していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の軸流タービンの排気ディフュー
   ザ翼列。 ３、前記のディフューザ翼列を構成しているディフュー
   ザ翼は、当該軸流タービンの半径方向の軸の回りに回動
   駆動し得る構造とし、かつ、前記ディフューザ翼の入口
   角度を最終段動翼からの蒸気の流れ角度に一致せしめる
   ようにディフューザ翼の回動を制御する手段を備えたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の軸流ター
   ビンの排気ディフューザ翼列。 ４、前記のディフューザ翼の回動を制御する手段は、（
   イ）蒸気の流量計と、（ロ）排気圧計と、（ハ）蒸気流
   量及び排気圧力に基づいて最終段の容積流量を算出する
   演算器と、（ニ）上記容積流量に基づいて最終段の蒸気
   流出角を算出する演算器とを備えたものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載の軸流タービンの
   排気ディフューザ翼列。 ５、前記のディフューザ翼は当該軸流タービンの半径方
   向に関して先端側と根元側とに分割されており、それぞ
   れ独立に回転駆動し得る構造であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項又は同第４項に記載の軸流タービン
   の排気ディフューザ翼列。