JPH0385301A - 蒸気タービンの静翼構造 - 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の静翼構造に係り、特に、静翼翼
面に形成した水膜流を効率よく系外に排出する構造に関
する。

〔従来の技術〕

一般に、火力発電用蒸気タービンの低圧段や原子力ター
ビンは、蒸気中に水滴が存在する湿り蒸気で作動する。

第４図は典型的な蒸気タービンの段落構造の断面図であ
る。図に示すように、作動蒸気中の水滴のうち、比較的
大きな水滴３０は、その慣性力によって、静翼１．ｌ′
の腹面に衝突し、集積して水膜流３１を形成する。この
水膜流３１は蒸気流によって加速されて流下し、翼後縁
端に到達すると蒸気流によるせん断力の作用によって後
縁端から引きちぎられて粗大水滴３２（数十〜数百μｍ
）となって噴出する。この粗大水滴３２は静翼１の後流
中で加速されるが大きな水滴は十分加速されないまま動
翼４に到達する。第４図に蒸気、及び、水滴の速度三角
形を示すが、静翼１の出口部の蒸気絶対速度Ｖに比較し
て、水滴絶対速度ｖ４は遅くなり、このため、動翼４の
周速Ｕを考慮した相対速度場では、蒸気相対速度Ｗに比
べ、水滴相対速度Ｗ、は遠くなり、しかも、入射角が小
さくなるため、水滴３２は動翼４の背面に高速で衝突す
る。このため、動翼４の先端部背面に翼の材料強度を超
える強い衝撃圧力が発生し、二〇−ジョンによる損傷を
受ける。また、水滴３２は動翼４の背面に衝突するため
、動翼４に回転方向と反対方向の力が作用し、制動損失
が増加する。このように、静翼１の後流中に発生する粗
大水滴３２によって、動翼４のエロージョン損傷や制動
損失、あるいは、静翼後縁端から噴出した粗大水滴３２
を微細化して加速する加速損失など各種のエネルギ損失
が発生する。

そこで、粗大水滴によって発生する動翼の二ローション
や各種エネルギ損失を低減するために、従来より静翼翼
面に水膜吸い込み溝や吸い込み孔を設けて、翼面に形成
する水膜流を系外等に排出し、翼後流中に発生する水滴
の量を減少する方法が考案されている。

例えば、実開昭６０−７３８０１号公報は、静翼を中空
構造とし静翼翼面に複数のスリットを形成するとともに
静翼中空部を低圧部と連絡させ、翼面上の水膜を静翼中
空部に吸い込み系外の低圧部へ排出するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術は静翼の翼面に形成した水膜流を静翼の
中空室に吸い込み、翼後縁端から噴出する粗大水滴の発
生を低減することにより、水滴の衝突による動翼のエロ
ージョン損傷や水滴による各種エネルギ損失を低減する
ことが可能であったが、従来の技術では、ロータの回転
中心より上側の静翼で、静翼の中空室に吸い込み中空室
内部に集積したドレンを、ドレン排出部に連絡しである
半径方向外周側のダイヤフランの中空室に導くことにつ
いて考慮がされていなかった。すなわち、ロータの回転
中心より上側の静翼で分離したドレンは、重力の作用に
より、静翼の中空室の底部に集積する。このドレンの量
が増し、ドレンの液面が翼面に形成したスリットの位置
に一致すると、ドレンがスリットより逆流する可能性が
あり、水膜の分離性能が低下するという問題があった。

本発明の目的は、ロータの回転中心より上側の静翼にお
いて、静翼の中空室に集積したドレンを半径方向外側の
ダイヤフラムの中空室に導き、水膜分離性能のよい水膜
分離静翼を実現し、信頼性の高い高性能な蒸気タービン
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は湿り蒸気で作動す
る蒸気タービンの静翼、及び、静翼を支持する半径方向
外周部のダイヤフラムを中空構造に形成し、この静翼の
中空室を形成する壁部材の一部に、中空室と翼間流路に
開口するスリットを形成すると共に、半径方向外周部の
系外のドレン排出部と連通するダイヤフラムの中空室と
、静翼の中空室を隔壁で区別するとともに、これら中空
室を連絡し、しかも、静翼の中空室の半径方向内周側に
延びる連絡管を配置して、スリットで分離したドレンを
静翼の中空室からダイヤフラムの中空室へ、この連絡管
を通して排出するように構成したものである。

〔作用〕

前述したように構成した本発明の静翼構造における作用
について、第１図を用いて説明する。第１図に示した半
径方向の外周側のダイヤフラム２の中空室８は、例えば
、復水器（図示せず）などの低圧部と連絡しであるため
、その圧力Ｐ１は、静翼ｌの翼面の圧力Ｐ３に比較して
低く、蒸気タービンの低圧段の場合、ＰｌはＰ３の臨界
圧力よりも極めて小さくなる。翼面に形成したスリット
６の断面積は、水膜分離性能や水膜を吸い込む際に漏洩
する蒸気の損失などによって決まるものであり、このス
リット６の断面積Ａ３より連絡管９の断面積Ａ２を大き
く形成すると、静翼中空室７の圧力Ｐ２は翼面圧力Ｐ３
に比較して低くなり、Ｐ２もＰ３の臨界圧力よりも小さ
くすることができる。従って、静翼１の翼面を流下する
水膜流は、スリット６から翼面圧力Ｐ３と静翼中空室７
の圧力Ｐ２の差圧によって静翼中空室７に吸い込まれる
。静翼中空室７に吸い込まれたドレン１０は。

重力の作用する方向に流下して集積する。すなわち、デ
ィスクロータ５の回転中心より上側の静翼で中空室７に
吸い込まれたドレン１０は、静翼中空室７の半径方向内
周側に集積する。静翼中空室７でドレン１０の液面が連
絡管９の端部に到達すると、ドレン１０はダイヤフラム
中空室８の圧力ＰＩと静翼中空室７の圧力Ｐ２の差圧に
よって、半径方向外周側のダイヤフラム２の中空室８に
吸い上げられ、静翼中空室７に停滞することがない。

一方、ディスクロータ５の回転中心より下側の静翼で中
空室７に吸い込まれたドレン１０は、重力の作用する方
向が、半径方向外周側となるため、連絡管９が不要なの
は言うまでもなく、ダイヤフラム中空室８と静翼中空室
７を連絡する連線孔を形成すればよい。

このように、半径方向外周側のダイヤフラム中空室８に
集積したドレンは、最終的にはダイヤフラム中空室８に
形成したドレン排出管より低圧部へ導かれるので、水滴
による動翼、４のエロージョン損傷や水滴による各種の
エネルギ損失を低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。

第１図は典型的な蒸気タービンの一段落に本発明を適用
した例であり、静翼１とそれを複数枚支持するダイヤフ
ラム２，３、及び、動翼４とそれを複数枚固定して回転
するディスクロータ５などの主要構成部品は従来例と同
様である。本実施例では静翼１を中空構造にし、中空室
７を形成する。

中空室７を形成する腹側部の壁部材の翼後縁部に中空室
７と翼間流路に開孔し、半径方向に延びるスリット６を
形成する。さらに、半径方向外周側のダイヤフラム２を
中空構造とし、中空室８を形成し、このダイヤフラム中
空室８と静翼中空室７を連絡し、静翼中空室７の半径方
向内周側に延びる連絡管９を設置し、ダイヤフラム中空
室８とドレン排出部を連絡するように構成した。

静翼翼面に形成するスリット６の位置は、動翼４のエロ
ージョン損傷が発生する半径方向外周部で、且つ、水膜
水量が多くなる翼腹面の後縁端近傍が適しており、その
数は複数でもよい。静′Ｒ１に形成する中空室８はスリ
ット６よりも、半径方向内周側に深く形成する。

静翼１に形成するスリット６、及び、中空室７の加工方
法について説明する。まず、従来の中実構造の静翼の半
径方向外周側端面より、ドリル、あるいは、エンドミル
などの機械加工、または、放電加工などにより中空室７
を形成する。その後、スリット６を機械加工、あるいは
、放電加工によって形成する。本加工方法によれば、従
来の中実構造の静翼から比較的容易な方法でスリットを
穿いた中空構造の静翼を形成することができる。

次に、この静翼の水膜分離動作について説明する。本実
施例のような蒸気タービンの段落構造では、前述したよ
うに、静翼１の翼表面、特に、腹側に多量の水滴が付着
し、それらが集積して水膜流を形成する。この水膜流は
蒸気流によって加速され後縁側に流下し、翼後縁端から
噴出して、翼後流中に粗大水滴が発生し、動翼４が粗大
水滴の衝突によって二ローション損傷を受ける。

しかし、本実施例では、静翼１の中空室７がダイヤフラ
ム中空室８を介して、復水器などの低圧部と連通しであ
るため、静翼中空室７の内部の圧力Ｐ２は、静翼ｌの翼
面の圧力Ｐ３に比較して低くなる。従って、静翼１の翼
面に形成した水膜流は、静翼中空室７の内部圧力Ｐｚと
翼面圧力Ｐ３の差圧の作用によって、スリット６から静
翼中空室７へ吸い込まれる。このため、翼後縁端から噴
出する水膜水量を低減することができ、動翼４のエロー
ジョン損傷を低減することができる。静翼中空室７に吸
い込まれた水膜流、すなわち、ドレンエＯは、静翼中空
室７の壁面などに付着し、やがて、重力の作用する方向
に流れて集積する。ディスクロータ５の回転中心より上
側の静翼１では、重力の作用する方向が半径方向内周側
になるため、ドレン１０は静翼中空室７の半径方向内周
側の底部に集積する。ドレン１０が連絡管９の端部に到
達すると、その瞬間、静翼ｌの中空室７の圧力Ｐ２は上
昇し、ＰＬとＰ２の差圧が大きくなり。

この差圧の作用によってドレン１０をダイヤフラム中空
室８に吸い上げる。そして、ドレンｌＯの水位が下がる
と静翼中空室７とダイヤフラム中空室８が連絡し、静翼
中空室７の圧力Ｐ２が低下し、翼表面を流下する水膜流
を積極的に静翼中空室７に吸い込む。従って、本実施例
によれば、第２図に示すように、ロータ５の回転中心よ
りも上側の静翼の中空室７に吸い込んだドレン１０も半
径方向外周側のダイヤフラム２の中空室８に導くことが
できるため、静翼の中空室７に吸い込んだドレン１０が
スリット６より逆流することなく、効率よく系外に排出
することが可能となり、動翼４のエロージョン損傷を低
減し、水滴によるエネルギ損失を低減することができる
。

また、第２図に示すように、ロータ５の回転中心よりも
上側の静翼では、ドレン１０の集積する位置が各静翼の
位置によって、若干、異なるが、これは静翼中空室７に
配置する連絡管９のドレン吸い込み端口をドレン１０の
集積する位置に配置することにより解決することができ
る。

また、前述したように、ロータ５の回転中心よりも下側
の静翼では、重力の作用する方向が半径方向外周側にな
るため、ドレン１０は半径方向外周側のダイヤフラム中
空室＆に流下して集積するため、連絡管９は不要となり
、静翼中空室７とダイヤフラム中空室８が連絡する孔が
あればよい。

次に１本発明による第二の実施例を第３図を用いて説明
する。第二の実施例は、第一の実施例の構造に静翼中空
室７と半径方向外周側のダイヤフラム２の中空室８を連
絡する連通孔１２を隔壁上に穿いたものであり、この場
合、スリットの開孔面積Ａ３と連絡孔の開孔面積Ａｌを
等しいか、それ以下にするのが望ましい。

前述したように、蒸気タービンの低圧段では、静翼の翼
面圧力Ｐ３に比較して、復水器と連絡したダイヤフラム
中空室８の圧力Ｐｚは非常に低く、圧力比Ｐｓ／Ｐｘは
臨界圧力比以下となる。一方、水膜分離量は差圧が大き
いほどその量が増加することから、水膜分離効率を向上
するためには、静翼中空室の圧力Ｐｚと翼面圧力Ｐ８の
差圧を大きくすることが重要である。

本実施例では連絡孔１２の開孔面積Ａ１とスリット６の
開孔面積Ａ３の関係をＡ１≦Ａ３としており、また、ダ
イヤフラム中空室８と静翼中空室７は連絡管９によって
も連絡されているため、連絡管９の開孔面積Ａｚと連通
孔１２の面積ＡｔをＡ　１＋　Ａ　ｚ　＞　Ａ　３の関
係とする。このため、前述したような圧力条件下では、
スリット６の開孔部で吸い込み流量がチョークし、静翼
の翼面圧力Ｐ３と静翼中空室圧力Ｐ２の差圧が大きくな
り、水膜分離効率が向上する。スリット６から吸い込ま
れた、ドレンと蒸気の挙動について説明すると、蒸気は
連絡孔１２、及び、連絡管９を通りダイヤフラム中空室
８に流れる。一方、ドレン１０は、前述したように、静
翼中空室７の底部に集積する。

集積したドレン１０が連絡管９のドレン吸い込み端口に
到達すると、ダイヤフラム中空室８と静翼中空室７を連
絡するのは連絡孔１２だけとなり、ダイヤフラム中空室
８と静翼中空室７を連絡する連絡孔１２の開孔面積Ａｘ
と、静翼中空室７と翼間流路を連絡するスリット６の開
孔面積Ａ３の関係からダイヤフラム中空室の圧力Ｐｚ　
と静翼中空室の圧力Ｐ２の圧力比Ｐ２／Ｐｉと、静翼中
空室の圧力Ｐ２と静翼翼面の圧力Ｐ３の圧力比Ｐ３／Ｐ
２はそれぞれ臨界圧力比以下にすることが可能である。

従って、Ｐｓ／Ｐｘが臨界圧力比以下になることによっ
て、翼表面を流下する水膜流を強い差圧で吸い込むため
、水膜分離量を多くすることが出来、水膜分離効率が向
上する。また、Ｐｚ／Ｐ工が臨界圧力比以下になるため
、静翼中空室の圧力Ｐ２とダイヤフラム中空室の圧力Ｐ
ｚ　とに、ある圧力差以上の圧力差を発生することがで
きるので、静翼中空室７の底部に集積したドレン１０を
容易に半径方向外周側のダイヤフラム中空室８に吸い上
げることができるため、第一の実施例と同等以上の効果
がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、湿り蒸気で作動する蒸気タービンの段
落において、静翼に形成した水膜流を効率よくタービン
系外に排出することができ、静翼後縁端から噴出する粗
大水滴の量を減少させ、動翼に発生するエロージョン、
及び、水滴の流動に伴って発生する各種の損失を低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は第１図の
■−■断補図、第３図は本発明の第二の実施例を示す断
面図、第４図は典型的な蒸気タービンの一段落の説明図
である。 １・・・静翼、２，３・・・ダイヤフラム、４・・・動
翼、５・・・ディスクロータ、６・・・スリット、７・
・・静翼中空杭 図 第 図 第３図 ２ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、湿り蒸気で作動する蒸気タービンの静翼、及び、静
   翼を支持する半径方向外周側のダイヤフラムを中空構造
   に形成し、前記静翼の中空室を形成する壁部材の一部に
   、前記中空室と翼間流路に開口するスリットを形成する
   と共に、半径方向外周部のダイヤフラムの中空室と、前
   記静翼の中空室とを連絡し、前記静翼の中空室の半径方
   向内周側に延びる連絡管を配置し、半径方向外周側のダ
   イヤフラムの中空室と系外のドレン排出部を連絡するよ
   うに構成したことを特徴とする蒸気タービンの静翼構造
   。 ２、請求項１において、前記スリットを形成する半径方
   向位置は、前記静翼の下流側に位置する動翼にエロージ
   ヨンが発生しやすい外周部とし、前記静翼に形成する中
   空室をスリットの形成位置より半径方向内周側まで形成
   すると共に、前記静翼の中空室のドレンが集積する底部
   とスリットの最も半径方向内周側の位置の間に連絡管を
   配置したことを特徴とする蒸気タービンの静翼構造。 ３、請求項１または２において、半径方向外周側のダイ
   ヤフラムの中空室と前記静翼の中空室間に設けられた隔
   壁にこれらの中空室を連通する連通孔を設けたことを特
   徴とする蒸気タービンの静翼構造。 ４、請求項１において、連絡管を設置する範囲を、ロー
   タの回転中心より上側の静翼としたことを特徴とする蒸
   気タービンの静翼構造。