KR20170007456A

KR20170007456A - 정익 유닛 및 증기 터빈

Info

Publication number: KR20170007456A
Application number: KR1020167035587A
Authority: KR
Inventors: 다카시 마루야마
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-01-18
Also published as: KR101867750B1; US10267150B2; US20170130584A1; JP2016011626A; DE112015002981B4; CN106661951A; DE112015002981T5; JP6284447B2; WO2015198853A1; CN106661951B

Abstract

정익 유닛 및 증기 터빈에 있어서, 외륜(18)과 내륜(19)이 주위 방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 정익(20)에 의해 연결되는 정익 유닛(17)에 있어서, 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 설치되는 증기 외륜 입구부(41)와, 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 증기 외륜 입구부(41)에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 외륜 출구부(42)와, 외륜(18)의 제1 가열실(33) 내에서 증기 외륜 입구부(41)와 증기 외륜 출구부(42)를 연통하는 제1 증기 통로(43)를 설치함으로써, 증기를 효율적으로 사용함으로써 습증기에 의한 에로전을 억제함과 함께 열효율의 저하를 억제한다.

Description

정익 유닛 및 증기 터빈{VANE UNIT AND STEAM TURBINE}

본 발명은 외륜과 내륜이 주위 방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 정익에 의해 연결되는 정익 유닛, 복수의 정익과 복수의 동익을 갖고 증기를 사용하여 로터를 구동 회전하는 증기 터빈에 관한 것이다.

일반적인 증기 터빈은, 케이싱에 회전축인 로터가 회전 가능하게 지지되고, 이 로터의 외주부에 동익이 설치되는 한편, 케이싱에 정익이 설치되고, 증기 통로에 이 동익과 정익이 교대로 복수단 배치되어 구성되어 있다. 따라서, 증기가 증기 통로를 흐르면, 이 증기가 정익에 의해 정류되고, 동익을 통해 로터를 구동 회전할 수 있다.

이와 같은 증기 터빈에 있어서, 저압 터빈의 최종단 익렬에서는, 증기가 물방울(드레인)과 혼합된 습증기로 되기 때문에, 이 습증기에 의한 손실이 발생한다. 또한, 고속으로 회전하고 있는 동익에 습증기에 포함되는 물방울이 충돌함으로써, 이 동익의 단부에서 에로전(침식)이 발생한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 정익이나 이 정익의 단부를 지지하는 외륜과 내륜을 가열하는 기술이, 예를 들어 하기 특허문헌에 기재되어 있다. 각 특허문헌에 기재된 증기 터빈에서는, 증기를 외륜의 중공부에 공급하고, 복수의 정익의 중공부를 통해 내륜의 중공부에 공급하고, 다시 복수의 정익의 중공부를 통해 외륜의 중공부로 되돌려 배출하는 것이며, 증기에 의해 정익이나 외륜 및 내륜을 가열하고 있다.

일본 특허 공개 제2013-148039호 공보 일본 특허 공개 평10-103008호 공보

상술한 각 특허문헌에 기재된 것은, 증기를 외륜의 중공부와 정익의 중공부와 내륜의 중공부에 유통시킴으로써, 외륜과 정익과 내륜을 가열하고 있다. 그런데, 습증기에 의한 에로전을 방지하기 위해서는, 외륜과 정익과 내륜의 모든 영역을 가열할 필요는 없고, 에로전이 발생하기 쉬운 영역을 가열하는 것만으로도, 에로전을 억제하는 효과가 충분히 있다. 한편, 가열에 사용하는 증기는, 보일러나 증기 터빈 등으로부터 추기된 것이며, 이 증기를 대량으로 사용함으로써, 에너지의 손실을 발생시켜, 열효율의 저하를 초래해 버린다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것이며, 증기를 효율적으로 사용함으로써 습증기에 의한 에로전의 발생을 억제함과 함께 열효율의 저하를 억제하는 정익 유닛 및 증기 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 정익 유닛은, 외륜과 내륜이 주위 방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 정익에 의해 연결되는 정익 유닛에 있어서, 상기 외륜의 공동부에 설치되는 증기 외륜 입구부와, 상기 외륜의 공동부에 상기 증기 외륜 입구부에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 외륜 출구부와, 상기 외륜의 공동부 내에서 상기 증기 외륜 입구부와 상기 증기 외륜 출구부를 연통하는 제1 증기 통로를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 외륜의 공동부에 증기 외륜 입구부와 증기 외륜 출구부를 주위 방향으로 이격하여 설치하고, 증기 외륜 입구부와 증기 외륜 출구부를 제1 증기 통로에 의해 연통하고 있고, 증기 외륜 입구부에 공급된 증기는, 외륜의 공동부 내에 있는 제1 증기 통로를 통해 증기 외륜 출구부로부터 배출된다. 그 때문에, 증기가 외륜의 공동부가 아니라 제1 증기 통로를 통과하기 때문에, 적은 증기량으로 필요한 개소만 외륜이나 정익을 가열하게 되어, 사용하는 증기량을 저감하고, 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써, 습증기에 의한 에로전을 적정하게 억제할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 제1 증기 통로는, 상기 외륜의 공동부에 있어서의 내주측을 따라서 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제1 증기 통로를 외륜의 공동부에 있어서의 내주측을 따라서 배치함으로써, 증기에 의해 외륜의 내주측, 즉, 정익 유닛에 있어서의 정익의 외륜측의 단부를 가열하게 되어, 드레인수가 많이 부착되기 쉬운 개소를 효율적으로 가열할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 제1 증기 통로는 튜브에 의해 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제1 증기 통로를 튜브로 함으로써, 외륜의 공동부 내에 용이하게 제1 증기 통로를 배치할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 증기 외륜 입구부는, 상기 공동부의 일부가 한 쌍의 입구 구획판에 의해 구획되는 외륜 입구 헤더와, 상기 외륜에 설치되어 상기 외륜 입구 헤더에 연통하는 증기 공급구를 갖고, 상기 증기 외륜 출구부는, 상기 공동부의 일부가 한 쌍의 출구 구획판에 의해 구획되는 외륜 출구 헤더와, 상기 외륜에 설치되어 상기 외륜 출구 헤더에 연통하는 증기 배출구를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 증기 외륜 입구부로서 입구 구획판에 의해 구획되는 외륜 입구 헤더를 설치함과 함께, 증기 외륜 출구부로서 출구 구획판에 의해 구획되는 외륜 출구 헤더를 설치함으로써, 외부로부터의 증기를 증기 외륜 입구부에 용이하게 공급할 수 있음과 함께, 증기 외륜 출구부로부터 증기를 용이하게 배출할 수 있고, 또한, 제1 증기 통로의 단부를 용이하게 증기 외륜 입구부와 증기 외륜 출구부에 연결할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 외륜의 공동부에 상기 외륜 입구 헤더 및 상기 외륜 출구 헤더에 인접하여 드레인 배출부가 설치되고, 상기 드레인 배출부가 상기 정익의 중공부에 연통되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 외륜의 공동부에 외륜 입구 헤더 및 외륜 출구 헤더에 인접하여 설치되는 드레인 배출부가 정익의 중공부에 연통함으로써, 정익의 중공부에서 들어온 드레인을 드레인 배출부로부터 외부로 용이하게 배출할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 내륜의 공동부에 설치되는 증기 내륜 입구부와, 상기 내륜의 공동부에 상기 증기 내륜 입구부에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 내륜 출구부와, 상기 정익 내에 설치되어 상기 증기 외륜 입구부와 상기 증기 내륜 입구부를 연통하는 입구 연통로와, 상기 정익 내에 설치되어 상기 증기 외륜 출구부와 상기 증기 내륜 출구부를 연통하는 출구 연통로와, 상기 내륜의 공동부 내에서 상기 증기 내륜 입구부와 상기 증기 내륜 출구부를 연통하는 제2 증기 통로가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 내륜의 공동부에 증기 내륜 입구부와 증기 내륜 출구부를 주위 방향으로 이격하여 설치하고, 증기 외륜 입구부와 증기 내륜 입구부를 정익의 입구 연통로에 의해 연통함과 함께, 증기 외륜 출구부와 증기 내륜 출구부를 정익의 출구 연통로에 의해 연통하고, 증기 내륜 입구부와 증기 내륜 출구부를 제2 증기 통로에 의해 연통하고 있다. 증기 외륜 입구부에 공급된 증기는, 입구 연통로로부터 증기 내륜 입구부로 흐르고, 내륜의 공동부 내에 있는 제2 증기 통로를 통해 증기 내륜 출구부로 흐르고, 출구 연통로를 통해 증기 외륜 출구부로부터 배출된다. 그 때문에, 증기가 내륜의 공동부가 아니라 제2 증기 통로를 통과하기 때문에, 적은 증기의 사용량으로 필요한 개소만 내륜이나 정익을 가열하게 되어, 사용하는 증기량을 저감하고 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써 습증기에 의한 에로전을 적정하게 억제할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 제2 증기 통로는, 상기 내륜의 공동부에 있어서의 외주측을 따라서 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제2 증기 통로를 내륜의 공동부에 있어서의 외주측을 따라서 배치함으로써, 증기에 의해 내륜의 외주측, 즉, 정익 유닛에 있어서의 정익의 내륜측의 단부를 가열하게 되어, 드레인이 많이 부착되기 쉬운 개소를 효율적으로 가열할 수 있다.

본 발명의 정익 유닛에서는, 상기 제2 증기 통로는 튜브에 의해 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제2 증기 통로를 튜브로 함으로써, 내륜의 공동부 내에 용이하게 제2 증기 통로를 배치할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 증기 터빈은, 케이싱과, 상기 케이싱 내에 회전 가능하게 지지된 로터와, 동익의 기단부가 상기 로터에 지지되어 상기 로터의 주위 방향으로 소정 간격으로 복수 배치되는 복수단의 동익 유닛과, 정익의 기단부와 선단부가 상기 케이싱에 지지되어 상기 로터의 주위 방향으로 소정 간격으로 복수 배치되는 복수단의 정익 유닛을 갖고, 상기 복수단의 정익 유닛 중 최종단의 정익 유닛으로서 상기 정익 유닛이 적용되는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 최종단의 정익 유닛에서, 증기가 외륜의 공동부가 아니라 증기 통로를 통과하기 때문에, 적은 증기의 사용량으로 필요한 개소만 외륜이나 내륜 및 정익을 가열하게 되어, 사용하는 증기량을 저감하고 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써 습증기에 의한 에로전을 적정하게 억제할 수 있어, 증기 터빈의 열효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 정익 유닛 및 증기 터빈에 의하면, 외륜의 공동부에 증기 외륜 입구부와 증기 외륜 출구부를 주위 방향으로 이격하여 설치하고, 증기 외륜 입구부와 증기 외륜 출구부를 제1 증기 통로에 의해 연통하므로, 사용하는 증기량을 저감하고 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써 습증기에 의한 에로전을 적정하게 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 정익 유닛을 도시하는 개략도이다.
도 2는 정익 유닛의 정면도이다.
도 3은 외륜에 있어서의 증기 입구부의 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 단면도이다.
도 5는 내륜에 있어서의 증기 입구부의 단면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI 단면도이다.
도 7은 튜브의 단면도이다.
도 8은 본 실시 형태의 증기 터빈을 도시하는 개략 구성도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 정익 유닛 및 증기 터빈의 적합한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 또한, 실시 형태가 복수인 경우에는, 각 실시 형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.

도 8은 본 실시 형태의 증기 터빈을 도시하는 개략 구성도이다.

증기 터빈에 있어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 케이싱(11)은 중공 형상을 이루고, 로터(12)가 복수의 베어링(13)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 로터(12)는 케이싱(11)의 내부에서, 외주부에 축방향으로 소정 간격으로 동익 유닛(14)이 복수 설치되어 있다. 이 동익 유닛(14)은 로터(12)의 외주부에 축방향으로 소정 간격으로 설치된 복수의 디스크(15)와, 각 디스크(15)의 외주부에 주위 방향을 따라서 고정되는 복수의 동익(16)에 의해 구성되어 있다.

또한, 케이싱(11)은 내부에서, 로터(12)의 축방향으로 소정 간격으로 정익 유닛(17)이 복수 설치되어 있다. 이 정익 유닛(17)은 로터(12)의 외주부에 축방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 외륜(18) 및 내륜(19)과, 각 외륜(18)과 각 내륜(19)을 연결하도록 주위 방향을 따라서 고정되는 복수의 정익(20)에 의해 구성되어 있다. 이와 같이, 동익 유닛(14)과 정익 유닛(17)은 로터(12)에 있어서의 축 방향으로 교대로 배치되어 있다.

또한, 케이싱(11)은 이 복수의 동익 유닛(14)과 복수의 정익 유닛(17)이 배치되는 통로에 증기 통로(21)가 형성되어 있다. 그리고, 케이싱(11)은 증기 통로(21)에 연통하는 증기 공급구(22)와 증기 배출구(23)가 설치되어 있다.

따라서, 증기가 증기 공급구(22)로부터 증기 통로(21)에 공급되면, 이 증기는, 복수의 동익 유닛(14) 및 정익 유닛(17)을 통과함으로써, 각 동익 유닛(14)을 통해 로터(12)를 구동 회전할 수 있다. 이 로터(12)는 도시하지 않은 발전기가 연결되어 있어, 발전기를 구동하여 발전할 수 있다.

그런데, 저압 터빈의 최종단 익렬에 있어서, 증기는 드레인을 포함하는 습증기로 된다. 이 드레인은, 정익(20)의 외륜(18)측의 단부(이하, 외륜측 단부라고 함) 및 정익(20)의 내륜(19)측의 단부(이하, 내륜측 단부라고 함)에 많이 충돌하여 부착되고, 여기로부터 비산한 드레인이 고속으로 회전하고 있는 동익(16)에 충돌함으로써, 에로전(침식)이 발생한다.

그 때문에, 본 실시 형태에서는, 정익 유닛(17)을 구성하는 외륜(18)과 내륜(19)과 정익(20) 내에 증기를 유동시켜, 외륜(18)과 내륜(19)과 정익(20)의 필요한 부분만을 가열함으로써, 습증기에 의한 에로전을 억제하고 있다.

도 1은 본 실시 형태의 증기 터빈에 있어서의 정익 유닛을 도시하는 개략도, 도 2는 정익 유닛의 정면도, 도 3은 외륜에 있어서의 증기 입구부의 단면도, 도 4는 도 3의 IV-IV 단면도, 도 5는 내륜에 있어서의 증기 입구부의 단면도, 도 6은 도 5의 VI-VI 단면도, 도 7은 튜브의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 최종단에 있어서의 정익 유닛(17)은 외륜(분할환)(18)과 내륜(슈라우드)(19)이 주위 방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 정익(20)에 의해 연결되어 구성되어 있다. 외륜(18)은 링 형상을 이루고, 외주부가 케이싱(11)(도 8 참조)의 프레임(31)에 고정됨으로써, 단면이 통 형상으로 형성되어 있다. 이 외륜(18)은 내부에 주위 방향을 따르는 격벽(32)이 고정됨으로써, 제1 가열실(공동부)(33)과 제1 드레인 배출실(드레인 배출부)(34)이 구획 형성되어 있다.

한편, 내륜(19)은 외륜(18)보다 소직경의 링 형상을 이루고, 단면이 통 형상으로 형성되어 있다. 이 내륜(19)은 내부에 주위 방향을 따르는 격벽(35)이 고정됨으로써, 제2 가열실(공동부)(36)과 제2 드레인 배출실(드레인 배출부)(37)이 구획되어 있다.

외륜(18)은 제1 가열실(33)에 증기 외륜 입구부(41)가 설치됨과 함께, 증기 외륜 입구부(41)에 주위 방향으로 이격하여 증기 외륜 출구부(42)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이 증기 외륜 입구부(41)와 증기 외륜 출구부(42)는 외륜(18)에 거의 90도 이격하여 설치됨으로써, 각각 4개씩 설치되어 있다. 그리고, 외륜(18)의 제1 가열실(33) 내에서, 증기 외륜 입구부(41)와 증기 외륜 출구부(42)가 제1 증기 통로(43)에 의해 연통되어 있다.

이 제1 증기 통로(43)는 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 있어서의 내주측을 따라서 복수(본 실시 형태에서는, 2개) 배치되어 있고, 각 제1 증기 통로(43)는 증기 통로(21)측의 내주면에 접촉하여 배치되어 있다.

구체적으로 설명하면, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 증기 외륜 입구부(41)는 제1 가열실(33)의 일부가 한 쌍의 입구 구획판(44, 45)에 의해 구획되는 외륜 입구 헤더(46)로서 형성되어 있다. 그리고, 증기 외륜 입구부(41)는 외주측으로부터 외륜(18)을 관통하여 외륜 입구 헤더(46)에 연통하는 증기 공급구(47)가 설치됨과 함께, 증기 공급구(47)로부터 내주측에 관통하는 증기 공급구(48)가 설치되어 있다. 그리고, 제1 증기 통로(43)는 제1 가열실(33)의 내주측에 형성된 오목부(33a) 내를 따라서 배치되고, 단부가 입구 구획판(45)의 중앙부에 관통하여 고정되어 있다. 또한, 복수의 제1 증기 통로(43)는 제1 가열실(33)의 내주측에 고정 금속 부재(49)에 의해 소정 간격으로 고정되어 있다.

또한, 증기 외륜 출구부(42)는, 도시하지 않지만, 증기 외륜 입구부(41)와 거의 마찬가지의 구성으로 되어 있고, 제1 가열실(33)의 일부가 한 쌍의 출구 구획판에 의해 구획되는 외륜 출구 헤더로서 형성되고, 외부로부터 외륜(18)을 관통하여 외륜 출구 헤더에 연통하는 증기 배출구(50)(도 2 참조)가 설치되어 있다. 그리고, 제1 증기 통로(43)는 제1 가열실(33)의 내주측을 따라서 배치되고, 단부가 출구 구획판의 중앙부에 관통하여 고정되어 있다.

제1 증기 통로(43)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 튜브에 의해 구성되어 있다. 즉, 제1 증기 통로(43)는 중심부를 따라서 설치되는 튜브 본체(43a)와, 이 튜브 본체(43a)의 외주부에 링 형상을 이루는 복수의 주름부(43b)로 구성되어 있다. 복수의 주름부(43b)는 튜브 본체(43a)의 길이 방향으로 소정 간격으로 설치되고, 내부가 연통되어 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 내륜(19)은 제2 가열실(36)에 증기 내륜 입구부(51)가 설치됨과 함께, 증기 내륜 입구부(51)에 주위 방향으로 이격하여 증기 내륜 출구부(52)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이 증기 내륜 입구부(51)와 증기 내륜 출구부(52)는 내륜(19)에 거의 90도 이격하여 설치됨으로써, 각각 4개씩 설치되어 있다. 그리고, 증기 내륜 입구부(51)는 증기 외륜 입구부(41)와 외륜(18) 및 내륜(19)의 직경 방향에 대향하여 배치되고, 증기 내륜 출구부(52)는 증기 외륜 출구부(42)와 외륜(18) 및 내륜(19)의 직경 방향에 대향하여 배치되어 있다. 그리고, 내륜(19)의 제2 가열실(36) 내에서, 증기 내륜 입구부(51)와 증기 내륜 출구부(52)가 제2 증기 통로(53)에 의해 연통되어 있다.

이 제2 증기 통로(53)는 내륜(19)의 제2 가열실(36)에 있어서의 외주측을 따라서 복수(본 실시 형태에서는, 3개) 배치되어 있고, 각 제2 증기 통로(53)는 증기 통로(21)측의 외주면에 접촉하여 배치되어 있다.

구체적으로 설명하면, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 증기 내륜 입구부(51)는 제2 가열실(36)의 일부가 한 쌍의 입구 구획판(54, 55)에 의해 구획되는 내륜 입구 헤더(56)로서 형성되고, 정익(20)측으로부터 내륜(19)을 관통하여 내륜 입구 헤더(56)에 연통하는 증기 공급구(57)가 설치되어 있다. 그리고, 제2 증기 통로(53)는 제2 가열실(36)의 외주측에 형성된 오목부(36a) 내를 따라서 배치되고, 단부가 입구 구획판(55)의 중앙부에 관통하여 고정되어 있다. 또한, 복수의 제2 증기 통로(53)는 제2 가열실(36)의 외주측에 고정 금속 부재(59)에 의해 소정 간격으로 고정되어 있다.

또한, 증기 내륜 출구부(52)는, 도시하지 않지만, 증기 내륜 입구부(51)와 거의 마찬가지의 구성으로 되어 있고, 제2 가열실(36)의 일부가 한 쌍의 출구 구획판에 의해 구획되는 내륜 출구 헤더로서 형성되고, 정익(20)측으로부터 내륜(19)을 관통하여 내륜 출구 헤더에 연통하는 증기 배출구가 설치되어 있다. 그리고, 제2 증기 통로(53)는 제2 가열실(36)의 외주측을 따라서 배치되고, 단부가 출구 구획판의 중앙부에 관통하여 고정되어 있다.

또한, 제2 증기 통로(53)는 제1 증기 통로(43)와 마찬가지로, 튜브에 의해 구성되어 있고, 중심부를 따라서 설치되는 튜브 본체와, 이 튜브 본체의 외주부에 링 형상을 이루는 복수의 주름부로 구성되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 정익(20)은 거의 마찬가지의 구성을 이루고, 내부에 중공부(61)가 형성되어 있다. 이 복수의 정익(20)에 있어서의 소정의 중공부(61)는 증기 외륜 입구부(41)와 증기 내륜 입구부(51)를 연통하는 입구 연통로(61a)로서 기능한다. 또한, 복수의 정익(20)에 있어서의 소정의 중공부(61)는 증기 외륜 출구부(42)와 증기 내륜 출구부(52)를 연통하는 출구 연통로(61b)로서 기능한다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 외륜(18)은 격벽(32)에 의해 제1 가열실(33)과 제1 드레인 배출실(34)이 구획되어 있고, 제1 드레인 배출실(34)은 각 정익(20)의 중공부(61)에 연통함과 함께, 드레인 배출 통로(71)가 연통되어 있다. 또한, 내륜(19)은 격벽(35)에 의해 제2 가열실(36)과 제2 드레인 배출실(37)이 구획되어 있고, 제2 드레인 배출실(37)은 각 정익(20)의 중공부(61)에 연통함과 함께, 드레인 배출 통로(도시 생략)가 연통되어 있다. 제1 드레인 배출실(34) 및 제2 드레인 배출실(37)은 정익(20)에 설치된 슬릿(도시 생략)으로부터 들어온 드레인이 모인다. 그리고, 모여진 드레인은 드레인 배출 통로로부터 배출된다.

보일러나 증기 터빈 등으로부터 추기된 증기는, 외륜(18)에 있어서의 각 증기 공급구(47)로부터 각 증기 외륜 입구부(41)에 공급된다. 각 증기 외륜 입구부(41)에 공급된 증기는, 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 있는 복수의 제1 증기 통로(43)를 통해 증기 외륜 출구부(42)에 흐르고, 이 증기 외륜 출구부(42)의 증기 배출구(50)로부터 외부로 배출된다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 증기가 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 있어서의 내주측을 따른 제1 증기 통로(43)를 통과하기 때문에, 이 증기에 의해 제1 가열실(33)[제1 증기 통로(43)]을 통해 외륜(18)의 내주측이 가열되고, 각 정익(20)의 외륜측 단부가 가열된다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 각 증기 외륜 입구부(41)에 공급된 증기는, 대향하는 정익(20)의 입구 연통로(61a)를 통해 내륜(19)에 있어서의 각 증기 내륜 입구부(51)에 공급된다. 각 증기 내륜 입구부(51)에 공급된 증기는, 내륜(19)의 제2 가열실(36)에 있는 복수의 제2 증기 통로(53)를 통해 증기 내륜 출구부(52)에 흐른다. 그리고, 이 증기 내륜 출구부(52)의 증기는, 대향하는 정익(20)의 출구 연통로(61b)를 통해 외륜(18)에 있어서의 증기 외륜 출구부(42)에 흐르고, 이 증기 외륜 출구부(42)의 증기 배출구(50)로부터 외부로 배출된다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 증기가 내륜(19)의 제2 가열실(36)에 있어서의 외주측을 따른 제2 증기 통로(53)를 통과하기 때문에, 이 증기에 의해 제2 가열실(36)[제2 증기 통로(53)]을 통해 내륜(19)의 외주측이 가열되고, 각 정익(20)의 외륜측 단부가 가열된다.

증기 통로(21)를 흐르는 증기는, 최종단의 정익(20)에 이르면, 습증기로 되고, 이 습증기에 포함되는 드레인이 최종단의 정익(20)에 있어서의 외륜(18)이나 내륜(19)에 충돌하여 부착된다. 특히, 정익(20)의 외륜측 단부 및 내륜측 단부에 많은 드레인이 부착되지만, 이때, 외륜(18)이나 내륜(19), 정익(20)의 외륜측 단부 및 내륜측 단부는, 각 증기 통로(43, 53)를 통과하는 증기에 의해 가열되어 있기 때문에, 부착된 드레인은, 다시 증발하여 증기로 된다. 정익(20)으로부터 비산한 드레인이 동익(16)에 충돌하는 일이 없어져, 동익(16)에서의 에로전이 억제된다.

이와 같이 본 실시 형태의 정익 유닛에 있어서는, 외륜(18)과 내륜(19)이 주위 방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 정익(20)에 의해 연결되는 정익 유닛(17)에 있어서, 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 설치되는 증기 외륜 입구부(41)와, 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 증기 외륜 입구부(41)에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 외륜 출구부(42)와, 외륜(18)의 제1 가열실(33) 내에서 증기 외륜 입구부(41)와 증기 외륜 출구부(42)를 연통하는 제1 증기 통로(43)를 설치하고 있다.

따라서, 증기 외륜 입구부(41)에 공급된 증기는, 외륜(18)의 제1 가열실(33) 내에 있는 제1 증기 통로(43)를 통해 증기 외륜 출구부(42)로부터 배출되기 때문에, 증기에 의해 외륜(18)을 가열할 수 있고, 각 정익(20)의 외륜측 단부를 가열할 수 있다. 그 때문에, 증기 통로(21)를 흐르는 습증기는, 함유하는 드레인이 최종단의 외륜(18)이나 정익(20)의 외륜측 단부에 부착되어도, 외륜(18)이나 정익(20)의 외륜측 단부가 가열되어 고온으로 되어 있기 때문에, 부착된 드레인이 증발하여 증기로 되어, 후단의 동익(16)에서의 에로전이 억제된다. 이때, 증기는, 외륜(18)의 제1 가열실(33)이 아니라 제1 증기 통로(43)를 통과하기 때문에, 적은 증기량으로 필요한 개소만 외륜(18)이나 정익(20)을 가열하게 되어, 사용하는 증기량을 저감하고, 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써, 습증기에 의한 에로전을 억제할 수 있음과 함께, 열효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 제1 증기 통로(43)를 외륜(18)의 제1 가열실(33)에 있어서의 내주측을 따라서 배치하고 있다. 따라서, 증기에 의해 외륜(18)의 내주측, 즉, 정익(20)의 외륜측 단부를 가열하게 되고, 증기 통로(21)를 흐르는 증기에 포함되는 드레인이 많이 부착되기 쉬운 개소를 가열하게 되어, 적은 증기량으로 외륜(18)을 적정하게 가열할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 제1 증기 통로(43)를 튜브에 의해 구성하고 있다. 따라서, 외륜(18)의 제1 가열실(33) 내에 용이하게 제1 증기 통로(43)를 배치할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 이 제1 증기 통로(43)는 중심부를 따라서 설치되는 튜브 본체(43a)와, 이 튜브 본체(43a)의 외주부에 링 형상을 이루는 복수의 주름부(43b)로 구성되어 있다. 따라서, 제1 증기 통로(43)의 표면적을 증가시킴으로써, 외륜(18)을 효율적으로 가열할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 증기 외륜 입구부(41)를 입구 구획판(44, 45)에 의해 구획되는 외륜 입구 헤더(46)로서 구성하고, 외륜(18)에 외륜 입구 헤더(46)에 연통하는 증기 공급구(47)를 설치하고, 또한, 증기 외륜 출구부(41)로서, 한 쌍의 출구 구획판에 의해 구획되는 외륜 출구 헤더로서 구성하고, 외륜(18)에 외륜 출구 헤더에 연통하는 증기 배출구(50)를 설치하고 있다. 따라서, 외부로부터의 증기를 증기 외륜 입구부(41)에 용이하게 공급할 수 있음과 함께, 증기 외륜 출구부(42)로부터 증기를 용이하게 배출할 수 있고, 또한, 제1 증기 통로(43)의 단부를 용이하게 증기 외륜 입구부(41)와 증기 외륜 출구부(42)에 연결할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 외륜(18)의 공동부에 제1 가열실(33)[외륜 입구 헤더(46) 및 외륜 출구 헤더]에 인접하여 제1 드레인 배출실(34)을 설치하고, 제1 드레인 배출실(34)을 정익(20)의 중공부(61)에 연통하고 있다. 따라서, 정익(20)의 중공부(61)에서 발생한 드레인수를 제1 드레인 배출실(34)로부터 외부로 용이하게 배출할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 내륜(19)의 제2 가열실(36)에 설치되는 증기 내륜 입구부(51)와, 제2 가열실(36)에 증기 내륜 입구부(51)에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 내륜 출구부(52)와, 정익(20) 내에 설치되어 상기 증기 외륜 입구부(41)와 증기 내륜 입구부(51)를 연통하는 입구 연통로(61a)와, 정익(20) 내에 설치되어 증기 외륜 출구부(42)와 증기 내륜 출구부(52)를 연통하는 출구 연통로(61b)와, 제2 가열실(36) 내에서 증기 내륜 입구부(51)와 증기 내륜 출구부(52)를 연통하는 제2 증기 통로(53)를 설치하고 있다.

따라서, 증기 외륜 입구부(41)에 공급된 증기는, 입구 연통로(61a)로부터 증기 내륜 입구부(51)로 흐르고, 내륜(19)의 제2 가열실(36) 내에 있는 제2 증기 통로(53)를 통해 증기 내륜 출구부(52)로 흐르고, 출구 연통로(61b)를 통해 증기 외륜 출구부(42)로부터 배출되기 때문에, 증기에 의해 내륜(19)을 가열할 수 있고, 각 정익(20)의 내륜측 단부를 가열할 수 있다. 그 때문에, 증기 통로(21)를 흐르는 습증기는, 함유하는 드레인이 최종단의 내륜(19)이나 정익(20)의 내륜측 단부에 부착되어도, 내륜(19)이나 정익(20)의 내륜측 단부가 가열되어 고온으로 되어 있기 때문에, 부착된 드레인이 증발하여 증기로 되어, 후단의 동익(16)에서의 에로전이 억제된다. 이때, 증기는, 내륜(19)의 제2 가열실(36)이 아니라 제2 증기 통로(53)를 통과하기 때문에, 적은 증기량으로 필요한 개소만 내륜(19)이나 정익(20)을 가열하게 되어, 사용하는 증기량을 저감하고, 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써, 습증기에 의한 에로전을 억제할 수 있음과 함께, 열효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 제2 증기 통로(53)를 내륜(19)의 제2 가열실(36)에 있어서의 외주측을 따라서 배치하고 있다. 따라서, 증기에 의해 내륜(19)의 외주측, 즉, 정익(20)의 내륜측 단부를 가열하게 되고, 증기 통로(21)를 흐르는 증기에 포함되는 드레인이 많이 부착되기 쉬운 개소를 가열하게 되어, 적은 증기량으로 외륜(18)을 적정하게 가열할 수 있다.

본 실시 형태의 정익 유닛에서는, 제2 증기 통로(53)를 튜브에 의해 구성하고 있다. 따라서, 내륜(19)의 제2 가열실(36) 내에 용이하게 제2 증기 통로(53)를 배치할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 이 제2 증기 통로(53)는 중심부를 따라서 설치되는 튜브 본체와, 이 튜브 본체의 외주부에 링 형상을 이루는 복수의 주름부로 구성되어 있다. 따라서, 제2 증기 통로(53)의 표면적을 증가시킴으로써, 내륜(19)을 효율적으로 가열할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 증기 터빈에 있어서는, 케이싱(11)과, 케이싱(11) 내에 회전 가능하게 지지된 로터(12)와, 동익(16)의 기단부가 로터(12)에 지지되어 로터(12)의 주위 방향으로 소정 간격으로 복수 배치되는 복수단의 동익 유닛(14)과, 정익(20)의 기단부와 선단부가 케이싱(11)에 지지되어 로터(12)의 주위 방향으로 소정 간격으로 복수 배치되는 복수단의 정익 유닛(17)을 설치하고, 복수단의 정익 유닛(17) 중 최종단의 정익 유닛(17)으로서 상술한 정익 유닛을 적용하고 있다.

따라서, 증기에 의해 외륜(18)이나 내륜(19), 정익(20)의 외륜측 단부나 내륜측 단부를 가열하기 때문에, 증기 통로(21)를 흐르는 습증기는, 함유하는 드레인이 최종단의 외륜(18)이나 내륜(19), 정익(20)의 외륜측 단부나 내륜측 단부에 부착되어도, 부착된 드레인이 증발하여 증기로 되어, 후단의 동익(16)에서의 에로전이 억제된다. 이때, 증기는, 외륜(18)의 제1 가열실(33)이 아니라 제1 증기 통로(43)를 통과하기 때문에, 적은 증기량으로 필요한 개소만 외륜(18)이나 내륜(19) 및 정익(20)을 가열하게 되어, 사용하는 증기량을 저감하고, 적은 증기를 효율적으로 사용함으로써, 습증기에 의한 에로전을 억제할 수 있음과 함께, 열효율의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서, 증기 외륜 입구부(41) 및 증기 외륜 출구부(42)와, 증기 내륜 입구부(51) 및 증기 내륜 출구부(52)를 4조 설치하고, 일부(8개)의 정익(20) 내에 증기를 흐르게 하였지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 증기 외륜 입구부(41) 및 증기 외륜 출구부(42)와, 증기 내륜 입구부(51) 및 증기 내륜 출구부(52)를 2조 설치하고, 4개의 정익(20) 내에 증기를 흘리거나, 증기 외륜 입구부(41) 및 증기 외륜 출구부(42)와, 증기 내륜 입구부(51) 및 증기 내륜 출구부(52)를 8조 설치하고, 16개의 정익(20) 내에 증기를 흐르게 하거나 해도 되고, 또한, 모든 정익(20) 내에 증기를 흐르게 하거나 해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 각 가열실(33, 36) 내에 배치하는 증기 통로(43, 53)를 튜브로 하였지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 가열실(33, 36) 내에 형성된 오목부(33a, 36a)를 판 부재에 의해 피복함으로써, 증기 통로를 형성해도 되고, 각 가열실(33, 36) 내의 일부 공간을 구획하여 증기 통로를 형성해도 된다. 또한, 증기 통로(43, 53)를 튜브로 하여 복수 설치하였지만, 그 수에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 증기 외륜 입구부(41) 및 증기 외륜 출구부(42)와, 증기 내륜 입구부(51) 및 증기 내륜 출구부(52)로서, 외륜 입구 헤더(46) 및 외륜 출구 헤더와, 내륜 입구 헤더(56) 및 내륜 출구 헤더를 설치하였지만, 증기 통로(43, 53)로서의 튜브를 외륜(18)의 외부까지 연장해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 본 발명의 정익 유닛을 증기 터빈의 최종단의 정익 유닛에 적용하였지만, 그 밖의 정익 유닛에 적용해도 된다.

11 : 케이싱
12 : 로터
13 : 베어링
14 : 동익 유닛
15 : 로터 디스크
16 : 동익
17 : 정익 유닛
18 : 외륜
19 : 내륜
20 : 정익
21 : 증기 통로
33 : 제1 가열실(공동부)
34 : 제1 드레인 배출실(드레인 배출부)
36 : 제2 가열실(공동부)
37 : 제2 드레인 배출실(드레인 배출부)
41 : 증기 외륜 입구부
42 : 증기 외륜 출구부
43 : 제1 증기 통로
44, 45 : 입구 구획판
46 : 외륜 입구 헤더
47 : 증기 공급구
48 : 증기 공급구
49 : 고정 금속 부재
50 : 증기 배출구
51 : 증기 내륜 입구부
52 : 증기 내륜 출구부
53 : 제2 증기 통로
54, 55 : 입구 구획판
56 : 내륜 입구 헤더
57 : 증기 공급구
59 : 고정 금속 부재
61 : 중공부
61a : 입구 연통로
61b : 출구 연통로
71 : 드레인 배출 통로

Claims

외륜과 내륜이 주위 방향으로 소정 간격으로 배치되는 복수의 정익에 의해 연결되는 정익 유닛에 있어서,
상기 외륜의 공동부에 설치되는 증기 외륜 입구부와,
상기 외륜의 공동부에 상기 증기 외륜 입구부에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 외륜 출구부와,
상기 외륜의 공동부 내에서 상기 증기 외륜 입구부와 상기 증기 외륜 출구부를 연통하는 제1 증기 통로를 갖는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 증기 통로는, 상기 외륜의 공동부에 있어서의 내주측을 따라서 배치되는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 증기 통로는 튜브에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증기 외륜 입구부는, 상기 공동부의 일부가 한 쌍의 입구 구획판에 의해 구획되는 외륜 입구 헤더와, 상기 외륜에 설치되어 상기 외륜 입구 헤더에 연통하는 증기 공급구를 갖고, 상기 증기 외륜 출구부는, 상기 공동부의 일부가 한 쌍의 출구 구획판에 의해 구획되는 외륜 출구 헤더와, 상기 외륜에 설치되어 상기 외륜 출구 헤더에 연통하는 증기 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제4항에 있어서,
상기 외륜의 공동부에 상기 외륜 입구 헤더 및 상기 외륜 출구 헤더에 인접하여 드레인 배출부가 설치되고, 상기 드레인 배출부가 상기 정익의 중공부에 연통되는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내륜의 공동부에 설치되는 증기 내륜 입구부와, 상기 내륜의 공동부에 상기 증기 내륜 입구부에 주위 방향으로 이격하여 설치되는 증기 내륜 출구부와, 상기 정익 내에 설치되어 상기 증기 외륜 입구부와 상기 증기 내륜 입구부를 연통하는 입구 연통로와, 상기 정익 내에 설치되어 상기 증기 외륜 출구부와 상기 증기 내륜 출구부를 연통하는 출구 연통로와, 상기 내륜의 공동부 내에서 상기 증기 내륜 입구부와 상기 증기 내륜 출구부를 연통하는 제2 증기 통로가 설치되는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제6항에 있어서,
상기 제2 증기 통로는, 상기 내륜의 공동부에 있어서의 외주측을 따라서 배치되는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제2 증기 통로는 튜브에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 정익 유닛.
케이싱과,
상기 케이싱 내에 회전 가능하게 지지된 로터와,
동익의 기단부가 상기 로터에 지지되어 상기 로터의 주위 방향으로 소정 간격으로 복수 배치되는 복수단의 동익 유닛과,
정익의 기단부와 선단부가 상기 케이싱에 지지되어 상기 로터의 주위 방향으로 소정 간격으로 복수 배치되는 복수단의 정익 동익 유닛을 갖고,
상기 복수단의 정익 유닛 중 최종단의 정익 유닛으로서 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 정익 유닛이 적용되는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈.