JPH11350905A - タービンの静翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静翼の外周側の一部に蒸気噴出孔を設け、こ
の蒸気噴出孔から高圧蒸気を噴出させることにより湿り
蒸気中の水滴による浸食が動翼に生ずることを防止する
ようなタービンの静翼を提供する 【解決手段】 タービン車室１２にローター４を支持
し、このローター４に放射方向に複数の動翼２を取り付
ける。静翼２には蒸気通路１０を形成するとともに、動
翼３の近傍に配置する。蒸気通路１０から動翼３に向け
て高速蒸気流を吹き当てることによりローター４を相対
的に回転駆動させるタービン２０であり、静翼３の外周
側に蒸気噴出孔１６を形成し、蒸気噴出孔１６を蒸気通
路１０内に開口させる。このようにして、静翼２から流
出する蒸気中の水滴７により動翼３に浸食による損傷Ｃ
の発生を防止する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はタービンの静翼に関
し、さらに詳細に言えば、蒸気通路を備え、かつこの蒸
気通路から動翼に高圧蒸気を噴出させる、速度エネルギ
を得た蒸気噴流によって、動翼を駆動させてローターを
相対的に回転駆動させる蒸気タービンの静翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気を膨張させて蒸気のもつ熱エネルギ
ーを機械的仕事に変換する蒸気タービンは、大馬力と高
速回転が得られるので、発電機用、あるいは化学プラン
トのコンプレッサ駆動用などに広く用いられている。そ
して、蒸気力の作動方式や蒸気の流れ方向などにより幾
つかの型式のものに区分することができるが、いずれの
型式のタービンにおいても、図８に示すようにボイラ
（図示せず）で発生させた高圧高温の蒸気１を噴出させ
る蒸気通路１０を形成する静翼２と、速度エネルギを得
た蒸気噴流を受けて、矢印Ｆで示すような回転力を生じ
させる羽根形の断面プロフィルを有する動翼３とからな
る一組の段落を単位としている。

【０００３】図７に示すように、従来のタービンでは、
静翼２は断面プロフィルが羽根形をなす多数のノズル板
２１を仕切板５に周方向に配置されている。さらにこの
仕切板１５はタービン車室１２に固定されている。一
方、動翼３はその翼根部６がローター４（図６参照）の
外周に放射方向に植設されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来のこの種のタービンでは、以下のような問題があっ
た。すなわち、蒸気通路１０を通過して速度エネルギー
を得た蒸気噴流１は動翼３に流入し、ローター４に回転
エネルギーを与える。しかし、蒸気雰囲気の湿り度が高
く、動翼３の周速が大きい場合には、蒸気通路１０から
流出した水滴７により動翼３が浸食されるおそれがあっ
た。

【０００５】また、水滴７は大きな慣性のために前段で
付加された遠心力による半径方向速度ベクトルにより、
静翼２の外周側Ａに集積するとともに、蒸気通路１０の
曲がりにより静翼２の凹曲面部（腹側）Ｂに集積した。
その結果、動翼３に対する水滴７による損傷Ｃは、静翼
２の外周側Ａに面する動翼３の外周側の端部近傍に集中
して発生した。

【０００６】さらに、蒸気雰囲気の湿り度の増加を防止
するにはタービン内の膨張途中の蒸気を取り出して再熱
を行なうことが行なわれているが、再熱のためにボイラ
への流路やボイラの再熱器等の設備を要するために構造
が複雑となり、コストアップにもなった。特に、タービ
ンの低圧段Ｌでは前述のように大きな静翼２と動翼３を
用いており、低圧段Ｌになると蒸気１は膨張して圧力が
低くなるために、水滴７の除去することが特に困難であ
った。

【０００７】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、静翼の外周側の一部に蒸
気噴出孔を設け、この蒸気噴出孔から高圧蒸気を噴出さ
せることにより、湿り蒸気中の水滴による浸食が動翼に
生ずることを防止するようなタービンの静翼を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本請求項１記載の発明は
タービンの静翼であり、前述した技術的課題を解決する
ために以下のように構成されている。すなわち、本発明
にかかるタービンの静翼は、タービン車室に支持された
ローターと、該ローターの外周に放射方向に取り付けら
れた複数の動翼と、前記動翼の近傍に配置され、蒸気通
路を形成する静翼とを備え、前記蒸気通路から前記動翼
に向けて高速蒸気流を吹き当てることにより前記ロータ
ーを相対的に回転駆動させるタービンにおいて、前記静
翼の外周側に蒸気噴出孔が形成され、かつ該蒸気噴出孔
は前記蒸気通路内に開口しており、前記静翼から流出す
る蒸気中の水滴により浸食が前記動翼に発生するのを防
止することを特徴とする。

【０００９】本発明では、タービンには衝動タービン、
反動タービンのいずれの型式にも適用することができる
ものである。本発明は低圧段に適用されると好適であ
る。また、静翼の外周側に形成される蒸気噴出孔は、動
翼の浸食を防止することができるものであれば、特定の
構造に限定されることはない。また、蒸気噴出孔の静翼
への設置数も適宜選定することができる。その他に、静
翼は蒸気の熱エネルギを速度エネルギに変換する蒸気通
路を形成するものであれば、多数のノズル板を組み込ん
だ仕切板の他に、機械加工した静翼を組み立てた組立
式、溶接式、鋳込み式などにより形成したものを含む。

【００１０】本請求項２記載の発明にかかるタービンの
静翼は、蒸気噴出孔の蒸気通路内への開口部は、静翼の
腹部ののど部近傍の上流側に位置していることを特徴と
する。ここで静翼の「腹側」とは、蒸気通路を形成する
静翼の凹曲面部側であり、「のど部」とは静翼で形成さ
れた蒸気通路の幅狭の部分を示す。以下では、単に「腹
側」、「のど部」と称する。

【００１１】さらに、本請求項３記載の発明のタービン
静翼は、蒸気噴出孔の導入口を静翼の蒸気通路の入口側
に位置しており、静翼に流入する前の高圧蒸気を導入口
から導入可能であることを特徴とする。

【００１２】また、本請求項４記載の発明のタービン静
翼は、蒸気噴出孔の導入口をタービン車室に形成された
通路に連結し、この通路に高圧段の蒸気あるいは衛帯蒸
気等を導入可能であることを特徴とする。この場合、請
求項５記載の発明のように蒸気噴出孔の導入口とタービ
ン車室に形成された通路との連結部に、シールを装着す
ることが好ましい。また、前記のシールにはピストンリ
ング、Ｏリングなどの適当なシール材を用いることがで
きる。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明にかかるタービンの静翼に
よると、蒸気通路内の蒸気圧力と蒸気噴出孔の導入口の
蒸気圧力との差により蒸気噴出孔から蒸気が噴出し、蒸
気通路に沿って流れる。すると、このドレンは蒸気通路
内を流れる蒸気加速流とのせん断力により細分されて蒸
気通路から流出する。このために蒸気雰囲気の湿り度が
高い場合でも、水滴が静翼の外周側に集積することがな
く、動翼が浸食により損傷を受けることはない。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、水滴が静翼
２の外周側Ａに集積して蒸気通路の曲がりにより静翼２
の凹曲面部（腹側）Ｂに集積することはなく、簡単に排
除する。請求項３記載の発明によれば、静翼の蒸気通路
に流入する前の高圧蒸気が、特別な構造を経ることなく
蒸気噴出孔の導入口に直ちに導入されて水滴による動翼
の浸食を防止する。

【００１５】請求項４記載の発明によれば、蒸気が膨張
して圧力が低くなった低圧段でも、高圧部の段落あるい
は衛帯蒸気等が作用して、大きな動翼の水滴による浸食
を確実に防止する。さらに請求項５記載の発明によれ
ば、蒸気噴出孔から高圧蒸気が漏れることなく確実に蒸
気通路に噴出し、水滴による動翼の浸食を確実に防止す
る。また、タービン車室と仕切板とのセンタリングが行
なわれる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のタービンの静翼を
図面に示される実施形態について更に詳細に説明する。
ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸
法、材質、形状、その相対的配置などは特に特定的な記
載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【００１７】図１には本発明の第１の実施形態に係る静
翼と動翼の断面を示す。図２は図１のII−II線における
蒸気通路部の断面を示す。図３は第２の実施形態に係る
静翼と動翼の断面を示す。図４は図３のIV−IV線おける
蒸気通路部の断面を示す。図５は第１の実施形態で用い
られる静翼を組み込んだ仕切板の部分正面を示し、図６
は第２の実施形態で用いられる静翼を組み込んだ仕切板
の部分正面を示す。

【００１８】（第１の実施形態）まず、図１、２及び図
５に基づき第１の実施形態を説明する。タービン車室１
２にはローター４が回転自在に支持される。このロータ
ー４の外周に翼根部６を放射方向に植設することによっ
て複数の動翼３がローター４に取り付けられる。なお、
動翼３の外周にはシュラウドカバー８が取り付けられて
いて動翼３の先端から蒸気１が漏れるのを防止してい
る。

【００１９】動翼３の近傍には静翼２が配置されてい
る。この静翼２は多数のノズル板２１を外輪１４の内側
に円周方向に取り付けることにより、図２に示すような
蒸気通路１０を形成する。また、静翼２の内側は内輪１
５に取り付けられていて、静翼２、外輪１４、内輪１５
とにより仕切板５が構成される。また、内輪１５は内周
にノズルラビリンスが形成され、スキマ２３を存してロ
ーター４を囲繞している。また、仕切板５は図５から明
らかなように水平面Ｈ−Ｈで上下に２分割されており、
同じく水平面で上下に２分割されているタービン車室１
２の内部に溝１７を介して装着される。

【００２０】図１及び図２に示すように、静翼２の外周
側に蒸気噴出孔１６が形成されている。この蒸気噴出孔
１６は図１から明らかなように、仕切板５の外輪１４か
らノズル板２１に達する錐孔１６ａと、この錐孔１６ａ
に続いて蒸気通路１０内に開口するスリット１６ｂによ
り形成されている。本実施形態では蒸気噴出孔１６を構
成するスリット１６ｂは、静翼２の腹側Ｂののど部Ｄの
近傍の上流側に開口している。そして、蒸気噴出孔１６
の導入口１６ｃは、静翼２の蒸気通路１０の入口側Ｅか
ら溝１７を経て高圧蒸気１が導入可能に構成されてい
る。

【００２１】本実施形態のタービンの静翼によれば、先
ず、高圧高温の蒸気１を静翼２の蒸気通路１０から噴出
させて、その蒸気噴流１を矢印Ｆで示す回転力を動翼３
に生じさせ、動翼３を回転させることによりローター４
を高速回転させる。その際、蒸気通路１０内の高圧蒸気
の圧力と蒸気噴出孔１６の導入口１６ｃの蒸気圧力との
差により蒸気噴出孔１６から蒸気が噴出し、ドレンを蒸
気通路１０内に吹き飛ばす。このドレンは蒸気通路１０
内を流れる蒸気１の加速流とのせん断力により細分され
て蒸気通路１０から流出する。このために蒸気雰囲気の
湿り度が高い場合でも、水滴が静翼２の外周側に集積す
ることがなく、動翼３が浸食により損傷を受けるおそれ
はない。

【００２２】また、蒸気噴出孔１６の蒸気通路１０内へ
の開口部が静翼２の腹側Ｂののど部Ｄ近傍の上流側に位
置しているので、該蒸気噴出孔１６から噴出したドレン
は、半径方向速度ベクトルにより静翼２の外周側Ａに集
積しようとする水滴を確実に除去する。また、蒸気噴出
孔１６の導入口１６ｃには、静翼２の蒸気通路１０に流
入する前の高圧蒸気１が導入されるので、構造が簡単で
ありながら水滴の排除が確実に行なわれる。

【００２３】（第２の実施の形態）次に、図３、４及び
図６に基づいて第２の実施形態にかかるタービンの静翼
を説明する。ただし、第１の実施形態と同一構造の部分
は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００２４】タービン車室１２に嵌合された仕切板５に
は、外輪１４から静翼２を形成するノズル板２１の外周
端に向けて錐孔１６ａが穿設され、さらに錐孔１６ａに
続いてスリット１６ｂが設けられ、スリット１６ｂが蒸
気通路１０に開口している。仕切板５の外輪１４には内
部に閉じられた弧状の空間１８が形成されており、この
空間１８には連結孔１９が設けられるとともに、この空
間１８は適宜数の蒸気噴出孔１６に連通する。この連結
孔１９の導入口１６ｃはタービン車室１２に穿設された
通路２１と連結され、かつ連結孔１９と通路２１との連
結部にはピストンリング２２が装着されていて、該連結
部がシールされている。さらに通路２１は適宜の高圧段
や衛帯蒸気に接続している。

【００２５】本実施形態によれば、タービン車室１２に
穿設された通路２１から、適切な高圧部の段落からの蒸
気、あるいは衛帯蒸気が蒸気噴出孔１６の錐孔１６ａを
経てスリット１６ｂから蒸気通路１０内に噴出する。す
ると、ドレンは静翼２の表面を流れる蒸気１の流れの内
部へ確実に吹き出し、湿り蒸気中の水滴が静翼２の外周
面Ａに堆積するのを防止する。

【００２６】さらに、蒸気噴出孔１６の導入口１６ｃと
通路２１との連結部がシールされているので、蒸気噴出
孔１６とタービン車室１２の通路２１との密着性が確保
されて、高圧蒸気の洩れを確実に防止するばかりでな
く、仕切板５とタービン車室１２とのセンタリングが行
なわれ、低圧側端面とタービン車室との密着性が確保さ
れる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本請求項１記載の
発明のタービンの静翼によれば、蒸気噴出孔から噴出し
た蒸気によって、半径方向速度ベクトルにより静翼２の
外周側Ａに集積しようとする水滴を確実に除去し、水滴
による動翼の浸食を確実に防止することができる。又、
動翼に生ずる浸食は翼頂部に遍在しているために、浸食
防止のための蒸気噴出孔を設けるのは静翼の外周側でよ
く、静翼の剛性を損なうことはなく、性能に及ぼす影響
はほとんどみられない。

【００２８】本請求項２記載の発明のタービンの静翼に
よれば、蒸気噴出孔の蒸気通路内への開口部は、水滴が
集積しやすい静翼の腹側ののど部近傍の上流側に位置し
ているので、水滴の集積を確実に防止することができ
る。本請求項３記載の発明のタービンの静翼によれば、
蒸気噴出孔の導入口には、静翼の蒸気通路に流入する前
の高圧蒸気が導入されるので、構造が簡単でありながら
水滴の排除を確実に行なうことができる。

【００２９】本請求項４記載の発明のタービンの静翼に
よれば、蒸気噴出孔の導入口を、タービン車室の形成さ
れた通路に連結することにより、適切な段の高圧蒸気あ
るいは衛帯蒸気を導くことにより、水滴の堆積除去を確
実にする。特に大型の静翼や動翼を備えている低圧段に
おいて、顕著な効果がある。

【００３０】本請求項５記載の発明のタービンの静翼に
よれば、蒸気噴出孔の導入口とタービン車室に形成され
た通路との連結部にシールを装着することによって、蒸
気噴出孔とタービン車室の通路との密着性が確保され
て、高圧蒸気の洩れを確実に防止することができる。ま
た、静翼とタービン車室とのセンタリングが行なわれ
て、低圧側端面とタービン車室との密着性の良い高精度
なタービンの組立みが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る静翼と動翼の
部分断面図である。

【図２】 図１のII−II線における蒸気通路及び動翼の
断面図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態に係る静翼と動翼の
部分断面図である。

【図４】 図３のIV−IV線おける蒸気通路部及び動翼の
断面図である。

【図５】 第１の実施形態で用いられる静翼を組み込ん
だ仕切板の部分正面図である。

【図６】 第２の実施形態で用いられる静翼を組み込ん
だ仕切板の部分正面図である。

【図７】 従来のタービンの静翼と動翼の部分断面図で
ある。

【図８】 図７のＶ−Ｖ線における蒸気通路及び動翼の
断面図である。

【符号の説明】

１ 蒸気 ２ 静翼 ３ 動翼 ４ ローター ７ 水滴 １０ 蒸気通路 １２ タービン車室 １６ 蒸気噴出孔 １６ａ 錐孔 １６ｂ スリット １６ｃ 導入口 １９ 連結孔 ２０ タービン ２１ 通路 Ａ 静翼の外周側 Ｂ 腹側 Ｄ のど部 Ｅ 蒸気通路の入口側

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン車室に支持されたローターと、
   該ローターの外周に放射方向に取り付けられた複数の動
   翼と、前記動翼の近傍に配置され、蒸気通路を形成する
   静翼とを備え、前記蒸気通路から前記動翼に向けて高速
   蒸気流を吹き当てることにより前記ローターを相対的に
   回転駆動させるタービンにおいて、 前記静翼の外周側に蒸気噴出孔が形成され、かつ該蒸気
   噴出孔は前記蒸気通路内に開口しており、前記静翼から
   流出する蒸気中の水滴による浸食が前記動翼に発生する
   のを防止することを特徴とするタービンの静翼。
2. 【請求項２】 前記蒸気噴出孔の蒸気通路内への開口部
   は、静翼の腹部ののど部近傍の上流側に位置しているこ
   とを特徴とする請求項１記載のタービンの静翼。
3. 【請求項３】 前記蒸気噴出孔の導入口は、前記静翼の
   蒸気通路の入口側に開口しており、静翼に流入する前の
   高圧蒸気が前記導入口から導入可能であることを特徴と
   する請求項１又は２記載のタービンの静翼。
4. 【請求項４】 前記蒸気噴出孔の導入口は、タービン車
   室に形成された通路に連結されており、該通路に高圧段
   の蒸気あるいは衛帯蒸気等を導入可能としたことを特徴
   する請求項１、２又は３記載のタービンの静翼。
5. 【請求項５】 前記蒸気噴出孔の導入口とタービン車室
   に形成された通路との連結部には、シールが装着されて
   いることを特徴とする請求項４記載のタービンの静翼。