JPH04269302A - 蒸気タービンの静翼 - Google Patents

蒸気タービンの静翼

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JPH04269302A
JPH04269302A JP3310710A JP31071091A JPH04269302A JP H04269302 A JPH04269302 A JP H04269302A JP 3310710 A JP3310710 A JP 3310710A JP 31071091 A JP31071091 A JP 31071091A JP H04269302 A JPH04269302 A JP H04269302A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
diameter end
inner ring
weld
outer ring
Prior art date
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Pending
Application number
JP3310710A
Other languages
English (en)
Inventor
Jurek Ferleger
ジュレク・ファールジャー
David H Evans
デイビッド・ハロルド・エヴァンス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/301Cross-sectional characteristics
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/914Device to control boundary layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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】
【0001】
【発明の背景】
【発明の分野】本発明は一般に、蒸気タービン翼もしく
は羽根に関し、特に、改良された性能特性を有する静翼
に関するものである。
【0002】
【関連技術の説明】蒸気タービンの動翼及び静翼は複数
の列もしくは段に配列されている。所定の列の動翼は互
いに同じであり、タービンのロータに設けられている装
着溝内に装着されている。他方、静翼は、ロータを取り
囲む筒体もしくはケーシングに装着される。
【0003】タービンの動翼は、同じ基本的構成要素を
共有するのが典型的である。各動翼は、ロータの装着溝
内に受け入れることができる根部と、該根部の上部末端
でロータの外面上に位置する台部と、該台部から上向き
に延びる翼状部とを有している。
【0004】静翼も翼状部を有しているが、静翼の翼状
部はロータに向かい下向きに延びている。翼状部は、前
縁部、後縁部、凹状表面及び凸状表面を有している。特
定列の静翼に共通な翼状部は、特定のタービン内で1つ
置きの列毎に翼状部形状を異にする。一般に、異なった
設計の2基のタービンが同じ形状の翼状部を共有するこ
とはない。このような翼状部形状の構造上の差異から、
翼の空力特性、応力パターン、運転温度及び固有周波数
に顕著な変動が生ずる。一方、このような変動で、周辺
条件(タービン入口温度、圧力比及び回転速度)内での
タービン使用寿命が決定される。尚、上記周辺条件は一
般に翼状部形状の開発に先立って決定されるものである
【0005】新規な商用発電用蒸気タービンのためのタ
ービンの開発には、完成するのに幾年も要する。新しい
蒸気タービンのための動翼を設計する際には、輪郭設計
者に作業を行うべき或る流れの場(flow fiel
d)が与えられる。この流れの場が、就中、(翼列の隣
接する翼間を通る蒸気に対する)入口角、ゲージング及
び各翼に作用する力を決定する。ここで術語“ゲージン
グ(gauging)”とは、ピッチに対するスロート
の比であり、“スロート(throat)”とは、1つ
の翼の後縁部と隣接の翼の負圧面との間の直線距離であ
り、“ピッチ(pitch)”とは、隣接の翼の後縁部
間の接線方向における間隔である。
【0006】これ等の流れの場のパラメータは、特定列
の翼の長さを含め、多くの因子に依存する。翼の長さは
、蒸気タービンの設計段階の初期に確立され、本質的に
蒸気タービンの総合出力及び当該特定列の出力の関数で
ある。
【0007】
【発明の概要】本発明の目的は、現在のタービンを改装
するのに適し、改良された性能及び製造性を有する改善
された静翼構造を提供することにある。
【0008】本発明の他の目的は、静翼列内の1つの群
の隣接する翼間に、より強固な接続を実現することにあ
る。
【0009】本発明の更に他の目的は、翼の正圧面及び
負圧面に沿う蒸気速度分布を最適化することにある。
【0010】本発明の上述の目的等は、内径端及び外径
端を有する翼状部と、該翼状部の内径端に一体的に形成
された内側リング部と、上記翼状部の外径端に一体的に
形成された外側リング部とを含む蒸気タービンの静翼を
提供することにより達成される。ここで、上記翼状部、
内側リング部及び外側リング部は、単一の棒鋼から包絡
線鍛造され、各翼は、上記内側リング部及び外側リング
部に設けられている溶接部で、実質的に同じ隣接の翼と
円周方向に溶接される。内側リング部は、第1の上流側
の溶接部と、該上流側の溶接部よりも低い第2の下流側
の溶接部とを含む。
【0011】本発明の静翼の上述の特徴及び利点並びに
その他の特徴及び利点は以下の詳細な説明及び図面を参
照することにより一層明らかになるであろう。
【0012】
【好適な実施例の詳細な説明】
本発明の好適な実施例による静翼構造は、3600rp
mの回転速度を有する低圧化石燃料蒸気タービンの第5
番目の静翼列に対する特定的な構造である。本発明によ
る静翼は、既存の内側ケーシングに装着した場合に信頼
性及び効率が改善されるように既存のタービンに改装の
目的で装着される。翼は8.448in(21.458
cm)の長さを有し、セグメント式組立法とは逆にダイ
ヤフラム式組立法に従って構成される。セグメント式組
立の場合には、内側及び外側リングセグメントが翼状部
の内径及び外径部分に溶接される。これに対し、ダイヤ
フラム式製造法は、翼状部と共に形成される内側及び外
側リングセグメントを有する完全な翼を棒鋼から製造し
、次いで、数値制御研削により最終の機械的形状に研削
する方法である。
【0013】この形式の製造法は一般に知られているが
、公知の製造法は、本発明の静翼よりも相当に短い長さ
の翼に関するものである。ダイヤフラム式組立を使用し
易くするために、本発明の静翼は、鍛造エネルギーを最
小にする独特の翼状部を有するように設計されている。 翼状部の詳細について以下に説明する。
【0014】図1を参照するに、本発明による静翼20
は翼状部22、外側リング部24及び内側リング部26
を有している。破線24a及び26aは、ダイヤフラム
式組立の後、研削除去した外側リング部及び内側リング
部の領域を示している。仕上げられた静翼20の一例が
図2に示してあるように、同静翼20は、溶接部30及
び32間で内側リング部26の端に装着されたシール2
8を備えている。溶接部(第1の溶接部)32は、下流
側の第2の溶接部30に対し、食い違いの位置関係にあ
り、下流側の溶接部30は上流側の溶接部32よりも低
い。この配列により、シール28に対する溶接継手の強
度が高められる。ケーシングへの組み付けのため、付加
的な溶接部34が外側リング部24に設けられている。
【0015】翼状部22の内径端は、図1及び図2から
分かるように、半径29.94in(760.48mm
)のところにある。このことは、翼状部の内径端が、ロ
ータの回転軸線から29.94in(760.48mm
)のところにあるという事実を示している。翼状部22
の外径端は、38.388in(975.055mm)
の半径のところにある。外径端と内径端の差は翼状部の
長さが約8.45in(214.63mm)であること
を示している。図2には、翼状部22の内径端と同じ直
径の台部外面36aを有するL−2Rの動翼36の対応
部分が示してある。静翼20が延入する動翼36間の溝
は、3.462in(87.935mm)の深さを有し
ており、この深さは、内側リング部26及びシール28
の合計高さに対応する。
【0016】ダイヤフラム研削後、内側リング部26に
は、他の何らかの同調技術を用いる必要なしに、タービ
ン回転速度(約200Hz)の倍数間にある構造全体の
基本モードに実効的に同調する独特な形状が与えられる
。 また、溶接部30及び32は、構造の強度を高めるため
に従前の溶接部よりも深く形成される。
【0017】図3は、静翼20の翼状部22の一連の断
面線A−A〜E−Eを示している。図4には、断面線A
−A〜E−Eの各断面が示してある。これ等の断面図か
ら、静翼の翼状部がテーパ付きの捩られた輪郭を有する
ことが分かるであろう。図4及び図5に示してある本発
明の1つの特徴は、前縁部及び後縁部の中心が空間内に
直線を形成している点である。翼状部の斜視図である図
5に詳細に示してあるこの特徴によれば、製造は更に簡
略化される。
【0018】下表には、本発明による静翼の形状寸法が
概略的に記載してある。
【0019】
【表1】 断面             E−E    D−D
    C−C    B−B    A−A半径(i
n)        29.9400   31.94
00   34.1630   36.4400   
38.3875    (mm)       760
.476   811.276   867.740 
  925.576   975.042ピッチ   
        2.2395    2.3981 
   2.5554    2.7257    2.
8714幅(in)           1.714
26   1.78185   1.85713   
1.93401   2.00003  (mm)  
        43.542    45.258 
   47.171    49.123    50
.800弦(in)           3.004
2    3.42199   3.89786   
4.39290   4.82024ピッチ/幅   
    1.30640   1.34080   1
.37599   1.40935   1.4356
6ピッチ/弦       0.74540   0.
69816   0.65559   0.62048
   0.59569食い違い角(度)  54.56
409  58.02105  61.00489  
63.37520  64.99626最大厚さ   
      0.44793   0.46287  
 0.50189   0.55821   0.61
890最大厚さ/弦     0.14909   0
.13526   0.12876   0.1270
7   0.12840出口開口(in)     0
.67198   0.63777   0.6029
5   0.57674   0.55710    
    (mm)    17.068    16.
199    15.314    14.649  
  14.150出口開口角      26.602
94  23.28277  20.34495  1
8.66529  17.34476入口夾角    
    62.75663  59.63185  5
5.92893  50.14567  47.173
03出口夾角         6.05101   
6.68777   6.34746   6.306
26   8.10422面積(IN**2)    
 0.75121   0.91433   1.14
569   1.43819   1.73475α(
度)          55.84176  59.
51541  62.44364  64.49169
  66.04618I最小(IN**4)   0.
01511   0.01861   0.2481 
   0.03421   0.04615I最大(I
N**4)   0.34856   0.56503
   0.92310   1.45221   2.
11677ゲージング       0.672   
  0.638     0.603     0.5
77     0.557入口角          
86.12     92.13    103.2 
    115.3     122.3出口角   
       17.5      15.47   
  13.71     12.45     11.
43
【0020】上の表に掲げた数値間の関係が図6〜
図9にグラフで示してある。図6〜図9において、横軸
(X軸)は、ロータの長手方向中心軸線からの半径をi
n単位で表す。従って、図6のグラフ上の第1番目の点
の横座標は、E−E断面の半径方向の距離を表し、この
距離は、上の表では29.94in(76.0476c
m)である。図6の縦軸(Y軸)は、α角を度単位で表
す。このα角は、X−X軸に対する主軸の角度である。 図6に示してあるグラフ上に描いた5個の点でつくられ
る曲線は、図7でつくられる曲線に近似する平滑な曲線
である点に注目されたい。図7は、5つの断面各々にお
ける食い違い角対半径の関係を示す。ここで、食い違い
角とは、X−X軸に対する各断面の弦の角度である。
【0021】図10は、代表的な断面、この例ではC−
C断面を示している。更に、図10には、C−C断面の
ゲージング及びロータの長手方向軸線から外向きに延び
るX−X半径方向平面が示してある。Y−Y平面はロー
タの長手方向軸線を横切る平面である。
【0022】図8及び図9には、半径に対するI MI
N及びI MAX間の関係が示してある。図8及び図9
から判るように、I MIN及びI MAXは双方共に
半径の増加に伴って放物線状に増加する。尚、I MI
N及びI MAXは曲げ抵抗の測定値を表す。
【0023】ここに開示した翼構造によれば、蒸気流入
射角を最小にする等の多くの設計上の考慮を取り入れる
ことにより最適な段効率が達成される。流れの場の解析
を用い理想的な入口角の半径方向分布が得られた。また
、このことは、翼の半径方向長さに沿い独特なゲージン
グ分布が得られることを意味する。
【0024】入口角の独特な半径方向分布により、上流
側の平行側面の翼列から円滑な蒸気流が得られる。本発
明による翼の性能は、翼の正圧面及び負圧面の蒸気速度
分布を最適化することにより更に改善されている。
【0025】また、本発明の静翼構造は、強化型“BB
72”タービンとして知られている化石燃料蒸気タービ
ン、特にL−2C静翼列に対して提示されている。この
L−2C静翼列は、低圧タービン出口側から3番目の静
翼列であり、列毎に84枚の翼が設けられ、そして翼は
、8枚又は9枚のグループに分けられ、従って列毎に1
0のグループが設けられる。
【0026】図11は、蒸気入口40に対するL−2C
静翼列の位置を示している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による静翼の側立面図。
【図2】図1の静翼と共に、対応するロータ部分を断面
で示す側立面図。
【図3】5つの基本的な断面線A−A〜E−Eを示す図
1の静翼の側立面図。
【図4】図3の5つの基本的な断面の各々を示す図。
【図5】図3の5つの基本的な断面の斜視図。
【図6】図1に示した静翼の形状寸法特性及び性能特性
を示すグラフ。
【図7】図1に示した静翼の形状寸法特性及び性能特性
を示すグラフ。
【図8】図1に示した静翼の形状寸法特性及び性能特性
を示すグラフ。
【図9】図1に示した静翼の形状寸法特性及び性能特性
を示すグラフ。
【図10】X−X軸に対する同じ翼列の2つの隣接する
静翼を示す、図1の静翼の代表的な断面図。
【図11】図1に示した静翼列を備える蒸気タービンの
一部分を部分的に断面で示す側立面図。
【符号の説明】
20    静翼 22    翼状部 24    外側リング部 26    内側リング部 30    第2の下流側の溶接部 32    第1の上流側の溶接部 34    外側リングの溶接部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内径端及び外径端を有する翼状部と、
    該翼状部の内径端に一体的に形成された内側リング部と
    、前記翼状部の外径端に一体的に形成された外側リング
    部とを備える蒸気タービンの静翼であって、前記翼状部
    、内側リング部及び外側リング部は、単一の棒鋼から包
    絡線鍛造され、前記静翼は、前記内側リング部及び外側
    リング部に設けられている溶接部で、隣接する実質的に
    同じ静翼と円周方向に溶接され、前記内側リング部の溶
    接部は、第1の上流側の溶接部と、該上流側の溶接部よ
    りも低い第2の下流側の溶接部とを含む蒸気タービンの
    静翼。
JP3310710A 1990-12-06 1991-11-26 蒸気タービンの静翼 Pending JPH04269302A (ja)

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US62436790A 1990-12-06 1990-12-06
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KR (1) KR100227049B1 (ja)
CA (1) CA2057112A1 (ja)

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Publication number Publication date
KR100227049B1 (ko) 1999-10-15
KR920011607A (ko) 1992-07-24
CA2057112A1 (en) 1992-06-07

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