KR101660120B1

KR101660120B1 - 축류 터빈

Info

Publication number: KR101660120B1
Application number: KR1020140153712A
Authority: KR
Inventors: 히사타카 후쿠시마; 다카노리 시바타; 기요시 세가와; 굉원 이
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-09-26
Also published as: CN104632296A; CN104632296B; KR20150053714A; JP2015094220A; US20150132114A1; EP2871324A2; IN2014DE03228A; EP2871324A3

Abstract

발전 플랜트 등에 사용되는 가스 터빈이나 증기 터빈 등의 축류 터빈에 있어서, 고효율이며 성능이 좋은 축류 터빈을 제공한다.
축류 터빈에 있어서, 회전 가능하게 지지된 터빈 로터와, 터빈 로터에 고정된 터빈 동익과, 터빈 동익의 선단에 설치된 슈라우드와, 슈라우드와 간극을 두고 대향하는 다이어프램 외륜과, 슈라우드와 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜으로부터 터빈 로터의 직경 방향으로 돌출되도록 설치된 직경 방향 시일 핀과, 슈라우드와 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜으로부터 터빈 로터의 회전축 방향으로 돌출되도록 설치된 축 방향 시일 핀과, 슈라우드와 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜과 축 방향 시일 핀 사이에 끼워지도록 설치되어, 다이어프램 외륜부터 슈라우드를 향해서 터빈 로터의 직경 방향 및 회전축 방향으로 신장되는 복수의 리브와, 축 방향 시일 핀과 다이어프램 외륜의 터빈 로터와 대향하는 면을 따라 연장되어, 터빈 로터의 회전 직경 방향으로 신장되도록 설치된 안내판을 갖는다.

Description

축류 터빈{AXIAL FLOW TURBINE}

본 발명은 발전 플랜트 등에 사용되는 가스 터빈이나 증기 터빈 등의 축류 터빈에 관한 것이다.

발전 플랜트 등에 사용되는 가스 터빈이나 증기 터빈은, 그 작동 유체의 흐름의 방향에 의해, 터빈의 회전축 방향으로 유체가 흐르는 축류 터빈, 회전축으로부터 비스듬히 퍼지도록 유체가 흐르는 사류 터빈, 회전 직경 방향으로 유체가 흐르는 래디얼 터빈의 3종류로 크게 구별된다. 이들 중, 특히 축류 터빈은 중·대용량의 발전 플랜트에 적합하여, 대형 화력 발전소에서의 증기 터빈 등에 널리 일반적으로 채용되고 있다.

그런데, 최근 들어, 경제성 향상과 환경 부하 저감의 관점에서, 발전 플랜트의 가일층의 발전 효율 향상이 요구되고 있고, 터빈에 대한 고성능화가 중요한 과제가 되고 있다. 터빈 성능을 지배하는 요인으로서, 단락 손실, 배기 손실, 기계 손실 등을 들 수 있지만, 특히 단락 손실을 저감시키는 것이 성능 향상에 대하여 가장 효과적이라고 생각되고 있다. 이 단락 손실의 형태에는 여러가지가 있지만, 크게 구별하면 (1) 날개 형상 자체에 기인하는 익형 손실, (2) 날개간 유로를 횡단하는 흐름에 기인하는 2차 흐름 손실, (3) 작동 유체가 날개간 유로 밖으로 누설됨으로써 발생하는 누설 손실 등이 있다. 이 중 (3)의 누설 손실은, (a) 누설 흐름으로서 주류 이외의 경로를 흐름으로써, 증기가 갖는 에너지가 유효하게 이용되지 못하게 되는 바이패스 손실, (b) 주류로부터 벗어난 누설 흐름이, 다시 주류로 유입될 때 발생하는 혼합 손실, 및 (c) 재유입된 누설 흐름이 하류 익렬과 간섭함으로써 발생하는 간섭 손실 등으로 이루어진다. 따라서, 이들 누설 손실을 저감시키기 위해서는, 누설 흐름량을 저감시킴과 함께, 누설 흐름을 손실 없이 주류로 복귀시키는 것이 중요해진다.

이와 같은 과제에 대하여 특허문헌 1에서는, 동익의 날개 단부의 누설 흐름 유로부에, 누설 흐름을 안내하는 안내판을 설치하는 기술이 제안되고 있다. 이 안내판에 의해, 누설 흐름의 유출 방향을 상기 동익으로부터 유출된 주류 방향에 일치시킴으로써, 누설 흐름과 주류의 합류 시에 있어서의 혼합 손실을 저감시킬 수 있는 것으로 한다.

일본 특허 공개 제2011-106474호 공보

그런데, 특허문헌 1에는 터빈의 운전 상태와 안내판의 관계에 대해서는 개시되어 있지 않고, 터빈의 운전 상태에 따라서는 안내판에 의한 누설 흐름의 전향 효과를 충분히 인출하지 못할 가능성이 있다. 특히, 터빈의 운전 상태가 변화하고, 주류의 방향이 바뀐 경우, 안내판을 설치할 최적의 방향이 변화하기 때문에, 안내판을 설치한 것에 의해, 누설 흐름의 방향과 주류 방향의 미스매치를 발생시켜서, 반대로 혼합 손실을 조장해 버릴 가능성이 생각된다.

따라서, 본 발명은 터빈의 운전 상태에 맞추어, 누설 흐름의 유출 방향을 주류의 방향과 맞춤으로써, 누설 흐름과 주류의 합류 시에 있어서의 혼합 손실을 저감시킬 수 있어, 고효율이며 성능이 좋은 축류 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 극복하기 위해서, 본 발명은, 축류 터빈에 있어서, 회전 가능하게 지지된 터빈 로터와, 터빈 로터에 고정된 터빈 동익과, 터빈 동익의 선단에 설치된 슈라우드와, 슈라우드와 간극을 두고 대향하는 다이어프램 외륜과, 슈라우드와 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜으로부터 터빈 로터의 직경 방향으로 돌출되도록 설치된 직경 방향 시일 핀과, 슈라우드와 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜으로부터 터빈 로터의 회전축 방향으로 돌출되도록 설치된 축 방향 시일 핀과, 슈라우드와 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜과 축 방향 시일 핀 사이에 끼워지도록 설치되어, 다이어프램 외륜부터 슈라우드를 향해서 터빈 로터의 직경 방향 및 회전축 방향으로 신장되는 복수의 리브와, 축 방향 시일 핀과 상기 다이어프램 외륜의 상기 터빈 로터와 대향하는 면을 따라 연장되어, 상기 터빈 로터의 회전 직경 방향으로 신장되도록 설치된 안내판을 갖는다.

본 발명에 따르면, 터빈의 운전 상태에 맞추어, 누설 흐름의 유출 방향을 주류의 방향과 맞춤으로써, 누설 흐름과 주류의 합류 시에 있어서의 혼합 손실을 저감시킬 수 있어, 고효율이며 성능이 좋은 축류 터빈을 제공할 수 있다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명백해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 선단측에 있어서의 날개간 및 누설 흐름의 상황을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 선단측에 있어서의 누설 흐름의 상황을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 선단측에 있어서의 날개간 및 누설 흐름의 상황을 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 동익 선단 하류측의 캐비티 내의 누설 흐름의 상황을 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주류와 누설 흐름의 편차각이 혼합 손실에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 흐름이 터빈 동익 하류에 있어서의 절대 유출각의 날개의 직경 방향 분포에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 흐름이 터빈 동익 하류에 있어서의 동익 손실 계수의 날개의 직경 방향 분포에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 일부를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 일부를 개략적으로 도시하는 평면도.

이하, 도면을 사용해서 본 발명의 실시예를 설명한다.

또한, 각 도면을 통해서, 동등한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 이하의 각 실시예는, 본 발명을 증기 터빈에 적용한 예로 설명하고 있지만, 본 발명의 작용 효과는, 작동 유체가 다른 가스 터빈이어도 마찬가지이며, 본 발명은 축류 터빈 전반에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 각 실시예의 구성 이해를 용이하게 하기 위해서, 도면의 일부 치수를 과장해서 나타내고 있다.

[실시예 1]

본 발명의 실시예 1에 따른 증기 터빈의 단락 구조를 도 1 및 도 2에 도시한다. 본 실시예에 따른 증기 터빈의 터빈 단락은, 회전 가능하게 지지된 터빈 로터(3)와, 터빈 로터(3)에 고정된 터빈 동익(5)과, 터빈 동익(5)의 선단에 설치된 슈라우드(6)와, 슈라우드(6)와 간극을 두고 대향하는 다이어프램 외륜(1)과, 슈라우드(6)와 다이어프램 외륜(1)의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜(1)으로부터 터빈 로터(3)의 직경 방향으로 돌출되도록 설치된 직경 방향 시일 핀(7)과, 슈라우드(6)와 다이어프램 외륜(1)의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜(1)으로부터 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 돌출되도록 설치된 축 방향 시일 핀(8)과, 슈라우드(6)와 다이어프램 외륜(1)의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜(1)과 축 방향 시일 핀(8) 사이에 끼워지도록 설치되어, 다이어프램 외륜(1)으로부터 슈라우드(6)를 향해서 터빈 로터(3)의 직경 방향 및 회전축 방향으로 신장되는 복수의 리브(9)와, 축 방향 시일 핀(8)과 다이어프램 외륜(1)의 터빈 로터(3)와 대향하는 면을 따라 연장되어, 터빈 로터(3)의 회전 직경 방향으로 신장되도록 설치된 안내판(10)을 구비하고 있다.

또한, 안내판(10)의 위치는, 증기 터빈의 운전 상태에 따라서, 터빈 로터(3)의 주위 방향으로 가변으로 되도록 설치되어 있다.

또한, 안내판(10) 및 축 방향 시일 핀(8)은 터빈 로터(3)의 직경 방향을 따라 관통하는 구멍을 갖고, 그 구멍 안에 설치된 안내판 지지 부재(19)에 의해, 안내판(10)이 축 방향 시일 핀(8)에 연결되어 있다.

또한, 안내판(10)에 설치된 구멍은, 안내판(10)의 중심부보다 슈라우드(6)측에 가까운 위치에 설치되어 있다.

또한, 안내판(10)의 터빈 로터(3)와 대향하는 면은, 슈라우드(6)의 터빈 동익(5)측의 면보다도 터빈 로터(3)의 직경 방향을 따라 내측에 배치되어 있다.

본 실시예에 따른 증기 터빈의 터빈 단락은, 터빈 로터(3)의 주위 방향으로 1매 또는 복수매 고정된 터빈 동익(5)과, 다이어프램 외륜(1)과 다이어프램 내륜(2) 사이에 터빈 주위 방향으로 1매 또는 복수매 고정된 터빈 정익(4)으로 구성된다. 터빈 동익(5)의 터빈 회전 직경 방향 외주측의 선단에는 슈라우드(6)가 설치되어 있다. 또한, 터빈 동익(5)의 선단에 설치된 슈라우드(6)의 외주측 벽면과, 외주측 벽면과 대향하는 정지부 즉 다이어프램 외륜(1) 사이에는 회전체 즉 슈라우드(6)와 정지부 즉 다이어프램 외륜(1)의 간극을 최소화하여, 누설 흐름을 억제하기 위한 직경 방향 시일 핀(7)이 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 복수매 설치되어 있다. 또한, 슈라우드(6)의 하류측 벽면 즉 증기류의 하류측 벽면과, 하류측 벽면에 대향하는 정지부 즉 다이어프램 외륜(1) 사이에는 축 방향 시일 핀(8)이 설치되어 있고, 슈라우드(6)와, 정지부 즉 다이어프램 외륜(1)과, 누설 유로 내의 최하류측에 설치된 직경 방향 시일 핀(7) 사이에 공간 소위 캐비티를 형성하고 있다. 또한, 축 방향 시일 핀(8)에는 누설 흐름을 주위 방향으로 전향하기 위한 안내판(10)이 설치되어 있고, 안내판(10)은 터빈 로터(3)의 주위 방향으로 구동 가능하도록 설치되어 있다.

작동 유체인 증기 주류(11)는 터빈 동익(5)의 증기 흐름 방향 상류측에 설치된 터빈 정익(4)으로부터 유출되고, 유출된 증기 주류(11)의 대부분은 터빈 동익(5)으로 유입되고, 일부는 정지부인 다이어프램 외륜(1)과 회전체인 슈라우드(6) 사이에 형성된 누설 유로로 유입된다. 그리고, 누설 흐름(12)으로서 복수매의 직경 방향 시일 핀(7)을 통과한 후, 터빈 동익(5)의 하류에 있어서 증기 주류(11)와 재합류한다. 증기 터빈은, 터빈 동익(5)의 상류측에 설치된 터빈 정익(4)으로부터 유출된 증기 주류(11)를 터빈 동익(5)으로 유입시킴으로써 터빈 동익(5)과 함께 터빈 동익(5)이 고정된 터빈 로터(3)를 회전시켜, 터빈 로터(3)의 단부에 접속하는 발전기(도시하지 않음)를 통해서 회전 에너지와 전기 에너지를 변환함으로써 발전을 행한다. 그로 인해, 터빈 동익(5)을 우회하여 누설 유로를 통과한 누설 흐름(12)은 그 자체로는 터빈 로터(3)의 회전 에너지로 변환되지 않기 때문에, 손실로 된다.

여기서, 본 실시예에 있어서의 본 발명의 작용 효과의 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 3을 사용하여, 날개 선단측에 있어서의, 터빈 정익과 터빈 동익의 날개간 및 누설 흐름의 상황에 대해서 설명한다. 도 3에 터빈 동익(5)의 선단측에서 보았을 때의 익형 형상 및 속도 삼각형을 나타낸다. 도 3에 있어서 부호 15로 나타낸 파선은 날개 선회 속도를 나타낸다. 터빈 정익(4)의 후측 가장자리로부터 정익 출구 절대 속도(13)로 유출된 주류 증기(11)(도시하지 않음)는 정익 출구 상대 속도(14)로서 터빈 동익(5)으로 유입된다. 그 후, 터빈 동익(5)에서 전향되어 동익 출구 상대 속도(17)로서 유출된다. 이때, 흐름은 축 방향에 가까운 흐름 동익 출구 절대 속도(16)로 전향되고 있고, 터빈 동익(5)에서 에너지가 회수된 만큼, 압력, 온도가 저하되어, 다음 단으로 유입된다.

한편, 터빈 동익(5)을 우회하는 누설 흐름(12)은 축 방향으로 복수매 설치된 직경 방향 시일 핀(7)(도시하지 않음)을 통과할 때 축류되어, 전체압이 저하됨과 함께 축류 속도가 증가되지만, 주위 방향 속도는 각 운동량 보존 법칙에 의해, 터빈 정익(4)을 유출했을 때의 주위 방향 속도 성분을 거의 유지한 채 누설 유로를 통과한다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 누설 흐름(12)은 누설 유로에 있어서 전향시키게 되는 일 없이 유출되어, 증기 주류(11)와 합류할 때 흐름각의 미스매치가 발생한다. 이 흐름각의 미스매치에 의해, 증기 주류(11)와 누설 흐름(12)이 합류할 때 발생하는 혼합 손실이 조장된다.

본 실시예의 구성 및 작용의 상세를 도 4 내지 도 7을 사용해서 설명한다. 본 발명에 따른 날개 선단측에 있어서의 누설 흐름의 상황을 도 4에 도시한다. 다이어프램 외륜(1)과 터빈 동익(5)의 선단에 설치된 슈라우드(6) 사이에, 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 복수매의 직경 방향 시일 핀(7)이 설치되어 있다. 직경 방향 시일 핀(7)은 터빈 로터(3)의 회전축을 중심으로 한 회전 대칭의 단면 형상을 갖고, 선단부가 예각이나 웨지 형상으로 되어 있다. 직경 방향 시일 핀(7)과 슈라우드(6)의 외주측 벽면 사이에는, 정지부 즉 다이어프램 외륜(1)과 회전부 즉 슈라우드(6)의 접촉을 방지하기 위해서, 간극이 설치되어 있다. 누설 흐름(12)은 이 간극을 통과할 때 축류 팽창되어, 속도 에너지가 열 확산됨으로써 전체압이 저하된다. 이 축류 팽창 현상이 누설 흐름(12)에의 저항으로 되어 누설 흐름(12)의 양을 저감시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 직경 방향 시일 핀(7)은 다이어프램 외륜(1)에 고정되고, 그 선단부가 터빈 동익(5)의 슈라우드(6)측으로 향해진 구조를 하고 있지만, 반대로, 직경 방향 시일 핀(7)을 슈라우드(6)에 고정하고, 그 선단부를 다이어프램 외륜(1)측을 향해서 설치해도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 또한, 여기서는, 슈라우드(6)의 외주측 벽면의 형상은 스텝 형상을 하고 있지만, 플랫 형상 등 다른 형상이어도 본 발명의 효과는 변함이 없다.

직경 방향 시일 핀(7)의 하류측에는, 축 방향 시일 핀(8)이 설치되어 있다. 축 방향 시일 핀(8)은 슈라우드(6)의 하류측 벽면과 정지부 즉 다이어프램 외륜(1) 사이의 누설 유로에 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 돌출되어 설치되어 있다. 축 방향 시일 핀(8)은 슈라우드(6), 정지부 즉 다이어프램 외륜(1) 및 누설 유로 내의 최하류측에 설치된 직경 방향 시일 핀(7)과 공간 소위 캐비티를 형성하고 있고, 캐비티로 유입된 누설 흐름(12)은 2쌍의 강한 순환류(18)를 형성한다. 누설 흐름(12)은 캐비티 내에서 순환하는 과정에 있어서 캐비티를 형성하는 주위의 벽면으로부터 점성의 영향을 받아 주위 방향 속도 성분이 감쇠된다. 캐비티 내에는, 또한 주위 방향 속도를 감속시키는 리브(9)를 일정한 간격을 두고 이산적으로 복수 설치하고 있다. 리브(9)는 캐비티 내를 터빈 로터의 회전축 방향으로 연신하는 박판이며, 정지부 즉 다이어프램 외륜(1)에 고정되어 있다. 여기서, 리브(9)는 주위 방향으로 동익과 동일한 주위 방향 피치(즉 리브 매수는 동익과 동일)로 등간격으로 설치함으로써, 누설 흐름(12)의 주위 방향 속도를 더 효과적으로 감속시킬 수 있다.

캐비티 내로 유입된 누설 흐름(12)은 리브(9)에 충돌하여 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 전향시키게 됨과 함께, 순환류(18)를 형성한다. 그 결과, 누설 흐름(12)을 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 유출시키는 것이 가능하게 된다. 그로 인해, 누설 흐름(12)이 캐비티로부터 유출되어 증기 주류(11)(도시하지 않음)와 합류할 때에는, 흐름각의 미스매치가 완화되고 있어, 혼합 손실을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 축 방향 시일 핀(8)은 고압의 증기 주류(11)가 캐비티 내로 역류하는 것을 방지하는 효과도 구비하고 있고, 이 효과에 의해, 보다 한층 혼합 손실 저감이 가능하게 된다.

본 실시예에서는 또한 축 방향 시일 핀(8)에 안내판(10)을 설치하고 있다. 안내판(10) 및 축 방향 시일 핀(8)은 터빈 로터(3)의 회전 직경 방향을 따라 관통한 구멍이 설치되어 있고, 안내판(10)은 안내판 지지 부재(19)에 의해 축 방향 시일 핀(8)에 유지되어 있다. 안내판 지지 부재(19)가 안내판(10)의 중심보다도 상류측 즉 증기 주류(11)의 상류측에서, 또한 안내판(10)이 누설 흐름(12)보다도 질량 유량이 커서 고속의 흐름인 증기 주류(11)에까지 돌출되도록, 즉 슈라우드(6)보다도 내주측까지 설치되어 있기 때문에, 안내판(10)은 증기 주류(11)와의 간섭 소위 풍향계 효과에 의해, 저절로 증기 주류(11)와 동일한 방향을 향하도록 되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 터빈의 운전 상태에 따라서는 터빈 동익(5)의 출구로부터 유출된 증기 주류(11)는 터빈 로터(3)의 회전축 방향을 향하지 않는 경우가 있다. 그로 인해, 안내판(10)을 설치하지 않는 경우, 리브(9)에 의해 주위 방향 속도 성분이 거의 0으로 된 누설 흐름(12)은 증기 주류(11)와 다른 방향에서 합류하기 때문에 혼합 손실을 조장하는 요인으로 된다. 그 결과, 도 7에 도시한 바와 같이, 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 흐름각의 차이, 즉 편차각(24)이 커짐으로써 혼합 손실이 커져서, 단 효율이 저하되는 요인으로 된다.

도 8 및 도 9에 터빈 운전 상태가 변화한 경우의 안내판(10)의 유무에 의한 터빈 동익(5)의 하류의 절대 유출각 분포의 차이를 나타낸다. 안내판(10)을 설치하지 않은 경우, 리브(9)의 효과에 의해 주위 방향 속도 성분이 거의 0으로 된 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 방향이 다르기 때문에, 날개 선단 근방에 있어서의 흐름각 분포 변화가 커진다. 한편, 안내판(10)을 설치한 경우, 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 방향을 일치시킬 수 있기 때문에, 터빈의 운전 상태에 의존하지 않고 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 편차각(24)을 작게 유지할 수 있기 때문에, 날개 선단 근방에 있어서의 흐름각 분포 변화를 보다 한층 억제할 수 있다. 그로 인해, 증기 주류(11)와 누설 흐름(12)의 혼합에 의해 발생하는 혼합 손실이 작아진다. 그 결과, 도 9에 도시한 바와 같이, 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 혼합 손실을 포함시킨 터빈 동익부 손실이 날개 선단 부분에서 저하시킬 수 있어, 본 발명을 적용한 단의 단 효율이 향상된다.

따라서, 본 실시예에서는, 누설 흐름(12)의 양을 억제함으로써 바이패스 손실을 저감시킴과 함께, 증기 주류(11)의 캐비티로의 유입 방지나, 주위 방향 속도 성분의 제거 및 안내판(10)에 의한 누설 흐름(12)의 전향에 의한 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 합류 시에 있어서의 흐름각의 미스매치 억제에 의해 혼합 손실을 저감시킬 수 있어, 터빈의 운전 상태에 의존하지 않고, 효과적으로 누설 손실을 저감시킬 수 있다.

또한, 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 합류 시에 있어서의 흐름각의 미스매치의 억제에 의해 날개 높이 방향의 흐름각의 분포가 균등하게 되어, 결과적으로 후단의 터빈 정익(4)을 향하는 흐름을 날개 높이 방향으로 정류화할 수 있다. 그 결과, 간섭 손실을 저감시킬 수 있으며, 효과적으로 누설 흐름 손실을 저감시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 리브(9) 및 안내판(10)을 터빈 동익(5)과 동일한 주위 방향 피치(즉 동익 매수와 동일)로 등간격으로 설치하고 있지만, 터빈 정익(4)에서 주어지는 주위 방향 속도에 따라서는, 터빈 동익(5)의 매수보다 줄인 경우에 있어서도, 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 실시예 2에 따른 증기 터빈의 단락 구조를 도 10 및 도 11에 도시한다. 또한, 도 11에 있어서의 안내판(10)의 평면도를 도 12에 도시하였다. 본 실시예에 따른 증기 터빈의 터빈 단락은, 회전 가능하게 지지된 터빈 로터(3)와, 터빈 로터(3)에 고정된 터빈 동익(5)과, 터빈 동익(5)의 선단에 설치된 슈라우드(6)와, 슈라우드(6)와 간극을 두고 대향하는 다이어프램 외륜(1)과, 슈라우드(6)와 다이어프램 외륜(1)의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜(1)으로부터 터빈 로터(3)의 직경 방향으로 돌출되도록 설치된 직경 방향 시일 핀(7)과, 슈라우드(6)와 다이어프램 외륜(1)의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜(1)으로부터 터빈 로터(3)의 회전축 방향으로 돌출되도록 설치된 축 방향 시일 핀(8)과, 슈라우드(6)와 다이어프램 외륜(1)의 간극에 있어서, 다이어프램 외륜(1)과 축 방향 시일 핀(8) 사이에 끼워지도록 설치되어, 다이어프램 외륜(1)으로부터 슈라우드(6)를 향해서 터빈 로터(3)의 직경 방향 및 회전축 방향으로 신장되는 복수의 리브(9)와, 축 방향 시일 핀(8)과 다이어프램 외륜(1)의 터빈 로터(3)와 대향하는 면을 따라 연장되어, 터빈 로터(3)의 회전 직경 방향으로 신장되도록 설치된 안내판(10)과, 안내판(10)의 터빈 동익(5)과 대향하는 면에, 터빈 로터(3)의 주위 방향으로 나란히 설치된 제1 정압 구멍(20)과 제2 정압 구멍(21)과, 제1 정압 구멍(20)과 제2 정압 구멍(21)에 접속하는 압력 계측 수단과, 안내판(10)의 위치를 바꾸는 안내판 구동 수단으로 되는 파이프(22)를 갖는다.

또한, 압력 계측 수단의 데이터에 기초하여, 안내판(10)의 위치를 바꾸기 위한 안내판 구동 수단으로 되는 파이프(22)를 갖고 있다.

또한, 안내판(10)의 터빈 로터(3)와 대향하는 면은, 슈라우드(6)의 터빈 동익측의 면보다도 터빈 로터(3)의 직경 방향을 따라 내측에 배치되어 있다.

또한, 안내판 구동 수단으로 되는 파이프(22)는 제1 정압 구멍(20)과 제2 정압 구멍(21)을 덮도록 설치되어 있다.

안내판 구동 수단으로 되는 파이프(22)는 안내판(10)의 중심부보다 제1 정압 구멍(20)과 제2 정압 구멍(21)을 갖는 면의 반대측 면에 가까운 위치에 설치되어 있다.

본 실시예에 따른 증기 터빈의 터빈 단락은, 2개의 정압 구멍(20 및 21)을 주위 방향으로 갖는 안내판(10)을 다이어프램 외륜(1)에 유지함과 함께, 안내판(10)을 주위 방향으로 구동하는 안내판 구동 장치로 되는 파이프(22)를 구비하고 있다.

실시예 2의 구성 및 작용 효과를 실시예 1과 다른 점을 중심으로 설명한다.실시예 1에서 설명한 바와 같이, 터빈의 운전 상태에 따라서는 터빈 동익(5)의 출구로부터 유출된 증기 주류(11)는 터빈 로터(3)의 회전축 방향을 향하지 않는 경우가 있다. 그로 인해, 안내판(10)을 설치하지 않는 경우, 리브(9)에 의해 주위 방향 속도 성분이 거의 0으로 된 누설 흐름(12)은 증기 주류(11)와 다른 방향에서 합류하기 때문에 혼합 손실을 조장하는 요인으로 된다.

실시예 2에서는, 증기 주류(11)에까지 돌출되도록 설치된 안내판(10)에 슈라우드(6)보다도 내주측에 위치하도록 설치된 2개의 정압 구멍(21 및 22)이 터빈 외부에 설치된 압력 계측 수단에 접속되어 있어, 증기 주류(11)의 상태를 항상 감시할 수 있도록 구성되어 있다. 그로 인해, 실시예 2에서는, 이 2개의 정압 구멍(21 및 22)의 압력차로부터 증기 주류(11)의 흐름각을 특정하고, 증기 주류(11)의 방향을 향하도록 안내판 구동 장치로 되는 파이프(22)를 통해서 안내판(10)을 주위 방향으로 회전시킬 수 있다. 그 결과, 터빈의 운전 상태에 의존하지 않고 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 편차각을 작게 유지할 수 있기 때문에, 증기 주류(11)와 누설 흐름(12)의 혼합에 의해 발생하는 혼합 손실이 작아져서, 누설 흐름(12)과 증기 주류(11)의 혼합 손실을 포함시킨 동익부 손실을 날개 선단 부분에서 저감시킬 수 있어, 본 발명을 적용한 단의 단 효율이 향상된다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고 또한 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

또한, 실시예 1에서는 풍향계 효과에 의한 안내판(10)의 제어를, 또한 실시예 2에서는 정압 구멍(20, 21)으로부터 증기 주류(11)의 흐름 방향을 특정하여 안내판 구동 수단인 파이프(22)를 통해서 기계적으로 안내판(10)을 제어하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 다른 안내판 제어 기구에서도 마찬가지 효과를 얻을 수 있는 것이며, 본 발명의 효과는 제어 기구의 형태에 좌우되는 것은 아니다.

1 : 다이어프램 외륜
2 : 다이어프램 내륜
3 : 터빈 로터
4 : 터빈 정익
5 : 터빈 동익
6 : 슈라우드
7 : 직경 방향 시일 핀
8 : 축 방향 시일 핀
9 : 리브
10 : 안내판
11 : 증기 주류
12 : 누설 흐름
13 : 정익 출구 절대 속도
14 : 정익 출구 상대 속도
15 : 날개 선회 속도
16 : 동익 출구 절대 속도
17 : 동익 출구 상대 속도
18 : 순환류
19 : 안내판 지지 부재
20 : 정압 구멍 1
21 : 정압 구멍 2
22 : 파이프
23 : 주류로 합류 시의 누설 흐름 방향
24 : 편차각

Claims

회전 가능하게 지지된 터빈 로터와,
상기 터빈 로터에 고정된 터빈 동익과,
상기 터빈 동익의 선단에 설치된 슈라우드와,
상기 슈라우드와 간극을 두고 대향하는 다이어프램 외륜과,
상기 슈라우드와 상기 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 상기 다이어프램 외륜으로부터 상기 터빈 로터의 직경 방향으로 돌출되도록 설치된 직경 방향 시일 핀과,
상기 슈라우드와 상기 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 상기 다이어프램 외륜으로부터 상기 터빈 로터의 회전축 방향으로 돌출되도록 설치된 축 방향 시일 핀과,
상기 슈라우드와 상기 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 상기 다이어프램 외륜과 상기 축 방향 시일 핀 사이에 끼워지도록 설치되어, 상기 다이어프램 외륜으로부터 상기 슈라우드를 향해서 상기 터빈 로터의 직경 방향 및 회전축 방향으로 신장되는 복수의 리브와,
상기 축 방향 시일 핀과 상기 다이어프램 외륜의 증기 주류에 접하는 면을 따라 연장되어, 상기 터빈 로터의 회전 직경 방향으로 신장되도록 설치된 안내판을 갖고,
운전 상태에 따라서, 상기 안내판의 위치가 저절로 상기 터빈 로터의 주위 방향으로 가변되는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 안내판 및 상기 축 방향 시일 핀은 상기 터빈 로터의 직경 방향을 따라 관통하는 구멍을 갖고, 상기 구멍 안에 설치된 안내판 지지 부재에 의해, 상기 안내판이 상기 축 방향 시일 핀에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
제3항에 있어서,
상기 안내판의 상기 구멍은, 상기 안내판의 중심부보다 상기 슈라우드측에 가까운 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
제1항에 있어서,
상기 안내판의 상기 터빈 로터와 대향하는 면은, 상기 슈라우드의 상기 터빈 동익측의 면보다도 상기 터빈 로터의 직경 방향을 따라 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
회전 가능하게 지지된 터빈 로터와,
상기 터빈 로터에 고정된 터빈 동익과,
상기 터빈 동익의 선단에 설치된 슈라우드와,
상기 슈라우드와 간극을 두고 대향하는 다이어프램 외륜과,
상기 슈라우드와 상기 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 상기 다이어프램 외륜으로부터 상기 터빈 로터의 직경 방향으로 돌출되도록 설치된 직경 방향 시일 핀과,
상기 슈라우드와 상기 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 상기 다이어프램 외륜으로부터 상기 터빈 로터의 회전축 방향으로 돌출되도록 설치된 축 방향 시일 핀과,
상기 슈라우드와 상기 다이어프램 외륜의 간극에 있어서, 상기 다이어프램 외륜과 상기 축 방향 시일 핀 사이에 끼워지도록 설치되어, 상기 다이어프램 외륜으로부터 상기 슈라우드를 향해서 상기 터빈 로터의 직경 방향 및 회전축 방향으로 신장되는 복수의 리브와,
상기 축 방향 시일 핀과 상기 다이어프램 외륜의 상기 터빈 로터와 대향하는 면을 따라 연장되어, 상기 터빈 로터의 회전 직경 방향으로 신장되도록 설치된 안내판과,
상기 안내판의 상기 터빈 동익과 대향하는 면에, 상기 터빈 로터의 주위 방향으로 나란히 설치된 제1 정압 구멍과 제2 정압 구멍과,
상기 제1 정압 구멍과 상기 제2 정압 구멍에 접속하는 압력 계측 수단과,
상기 안내판의 위치를 바꾸는 안내판 구동 수단을 갖는, 축류 터빈.
제6항에 있어서,
상기 압력 계측 수단의 데이터에 기초하여, 안내판 구동 수단을 통해서, 상기 안내판의 위치를 바꾸는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 안내판의 상기 터빈 로터와 대향하는 면은, 상기 슈라우드의 상기 터빈 동익측의 면보다도 상기 터빈 로터의 직경 방향을 따라 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 안내판 구동 수단은, 상기 제1 정압 구멍과 상기 제2 정압 구멍을 덮도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 안내판 구동 수단은, 상기 안내판의 중심부보다 상기 제1 정압 구멍과 상기 제2 정압 구멍을 갖는 면의 반대측 면에 가까운 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 터빈.