JPS59155507A - 蒸気タ−ビン - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービン発電プラントに用いられる蒸気
タービンに係り、特に１例えば地熱タービンプラントの
混圧式タービンにおケルタービン羽根の疲労破損防止と
タービン熱効率の向上を図った蒸気タービンに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

地熱タービンプラントに用いられるこの種の混圧式ター
ビン（混圧タービンとも呼ばれる）は、−一 高圧の１次作動流体を蒸気タービン初段落部へ供給し、
また低圧の２次作動流体を中間段落部へ供給して、地熱
タービンプラントにおける発電効率の向上を図っている
。

従来の混圧式タービンは、第１図に示すように構成すれ
、蒸気タービンのタービンケーシング１に１次供給ｑ２
と２次供給管３とが軸方向に適宜離間して接続され、上
記タービンケーシング１内に１次および２次供給管２．
３に連通する周流路４．５が周方向に延びるようにして
形成される。

この流Ｍ４，５は軸方向に延びるタービン通路６に連通
され、このタービン通路６内に複数の静翼（ノズルダイ
アフラム）７，８，９．１０が軸方向に順次配設され、
各静翼の後流側に動翼としてのタービン羽根１１，１２
．１３．１４が設置され、対をなす靜慮および動翼でタ
ービン段落が形成される。

各タービン羽根１１．１２．’　ｌ’３．１４は、ター
ビンケーシング１と同心状に設けられたロータ１５のロ
ータホイール１６に一体的に取付けられ、ロータ軸回シ
に回転するように構成される。

上記混在式タービンにおいて、１次供給管２から流入し
た高温、高圧の１次作動流体Ｇｌは周流路４からタービ
ン通路６に案内され、各静翼７．８゜９、［０の順に通
過し、膨張しながら、タービン羽根１１．１２、ｔ３．
１４を回転させ、仕事をする。一方、２次作動流体Ｇ２
は２次供給管３から同流、路５に流入し、静翼９．１０
の順に案内され、膨藤しながらタービン羽根１３．１４
を回転させるようになっている。

しかして、１次作動流体Ｇ１と２次作動流体Ｇ２とは、
周流路５の出口−付近”６・で合流し、中間段落を構成
する静翼９に導かれる。

通常、混圧式タービンにおいては、１次作動流体Ｇ１と
２次作動流体Ｇ２とのタービン段落流量の流量比ＧＲ（
＝３２／　（誓１十０２））が一定でなく、タービン負
荷や補助機器の運転条件によって変化する。

第２図は従来の混圧式タービンの中間段落における１次
作動流体と２次作動流体との流量比ｑが約５０％であ、
るとき、中間段落内の流れ様相と、静翼９の出口部の流
量分布（半径方向の速度分布）を示している。この場合
、１次および２次作動流体の混合流の流れは静翼９の半
径方向に一様であシ、問題はない。

ところが、２次イ動易体Ｇ２がゼロにな９．１次作動流
体Ｇｌのみが静翼９を流れる（流量比ＧＲ＝０）ときに
は、第３図に示すようにタービン羽根■２がら流出した
１次作動流体Ｇ１が静翼９の近傍で急拡大して流れ角が
変化し、１次作動流体Ｇ１は半径方向外方に拡がって流
れ、逆に静翼９の出口速度は半径方向内方で負となシ逆
流が生じる。これは、静翼９のノズル部の通過面積が２
次作動流体Ｇ２の流量分を考慮して大きな流路面積をと
るように形成されており、かつタービン羽根１２の出口
部流体通路と次段落の静翼９の入口部流体通路との間に
著しい半径方向外方 しかして、静翼９の出口部における半径方向内方部（根
元部）１．中央部、半径方向外方部（先端部）の１次作
動流体Ｇｌの速度分布は第４図に示すように表わされ、
静翼９の根元部の速度分布が不均一で非常に不安、定な
流れになっている。根元部の不安定な流れは、タービン
羽根１３が回転する際、この羽根に流体励振力を付加さ
せるため、タービン羽根の破損事故やタービンロータの
振動発生の要因となっている。また、静翼根元部の逆流
のため、タービン羽根１３に有効なエネルギ変換が行な
われず、タービン熱効率の低下の原因となる・等の問題
があった。

〔発明の目的〕

′本発明は上述した点を考慮し、１次作動流体のみを流
したときにも−この作動流体を中間段落の静翼内を円滑
かつスムーズに案内して、タービン羽根に作用する流体
励振力を小さく押え、タービン羽根の破損事故や゛ター
ビンロータの振動発生を有効的に防止し、伴せてタービ
ン熱効率を向上させ、タービンの信頼性の向上を確実に
図ることができるようにした蒸気タービンを提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するため、本発明に依る蒸気タービ
ンは、ター、ビンケーシング内に複数段のタービン段落
を収容するとともに、上記タービンケーシングに１次作
動流体を供給する１次供給管と２次作動流体を供給する
２次供給管を設けた蒸気タービンにおいて、上記両供給
管から供給される作動流体が合流する直後のタービン段
落の静翼ノズル部の内周壁面を下流側に向ってタービン
ロータから次第に遠ざかるように湾曲形成し、上記静翼
ノズル部の内周壁と外周壁との距離である流体通路高さ
を静翼出口側でその入口側より減少させたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る蒸気タービンの好ましい実施例につ
いて添付図面を参照して説明する。

−５図は本発明の蒸気タービンの一実施例を示すもので
、この蒸気タービンを地熱タービンプラント、の混圧式
タービンに適用したものである。この混、圧式タービン
は、タービンケーシング頭内にタービンロータ２１が同
心状にかつその軸回りに回転自在に収容される。タービ
ンロータ２１には軸方向に適宜間隔をおいて複数のロー
タホイールｎが一体あるいは一体的に設けられ、上記各
ロータホイールｎにタービン羽根２３．２４．２５．２
６がそれぞれ周方向に列をなして多数植設される。各タ
ービン羽根２３．２４．５、あの上流側にはそれぞｉ対
をなす静翼（ノズルダイアフラム）　２７．２８．２９
．３０が設けられ、タービン段落が構成される。上記静
翼２７．２８．２９．３０は夕、−ピンケーシング加の
内周壁に固定され、各静翼と動翼としてのタービン羽根
とにより、タービンケーシング加内に軸方向に延びるタ
ービン通路３１が形成される。

−カ、２−１７ケ’−’ｙ７ｆ２０工、高２、工の１次
作動流体Ｇ１を供給する１次供給管３２および２次作動
流体を供給する２次供給管３３がそれぞれ′軸方向に適
宜離間して接続され、各供給管３２、おは、周方向に延
びる層流路３４、友に連通される。

各層流路３４およびおはタービンケーシング頭内に形成
され、前記タービシ通路３１にそれぞれ連通される。

しかして、１次作動流体Ｇ１と２次作動流体Ｇ２とが合
流する中間段落の静翼（ノズルダイアフラム）四のノズ
ル部は第６図に示すように構成され、静翼四の半径方向
内方側のノズル部内周壁面２９ａは湾曲形成される。す
なわち、静翼四のノズル部内周壁面２９ａは下流側に向
うに従いタービンロータ２１から遠ざかるように滑らか
な曲面く形成される。

次に、本発明の作用について説明する。

１次供給管３２から供給された高温高圧の１次作動流体
Ｇ１は層流路Ｍからタービン通路３１に案内され、各タ
ービン段落を通る間に次第に膨張しながら、タービンロ
ータ２１のタービン羽根ｎ％２４．５、渓を回転駆動さ
せ、仕事をする。一方、１次作動流体Ｇ１よシ低温、低
圧の２次作動流体Ｇ２は２次供給管おから層流路あを通
りタービン通路３１内に案内され、静翼匹、（９）を通
る間に膨張してタービン羽根５、がを回転させる。

この蒸気タービンにおいて、１次作動流体Ｇ１と２次作
動流体−の流量比Ｇ’Ｒがゼロの場合、すなわち１次作
動流体Ｇのみの場合タービン羽′＆冴から流出した１次
作動流体Ｇ１が次段（中間段落）の静ｌＡ２９に流入す
ると、タービン通路高さが急激に変化するため、１次作
動流体Ｇ１の流れが急拡大゛し、静翼四のノズル部外壁
側（半径方向外方側）に流れが偏位する。また、静翼四
は流体流れを周方向に約７０−８０度程度偏向させるた
め、この偏向力と相まって、静翼四のノズル部外周壁側
に流体が指向され、静翼四のノズル部半径方向内云、（
根元部）では、１次作動流体Ｇ１が流れなくなる。゛こ
のため、従来の蒸気タービンにおいては静翼の根元部の
出口付近で逆流が発生している。しかし、本発明におい
ては、静Ｊ＠四のノズル部内周壁形状を第４図に示すよ
うに下流側に向うに従い半径方向外側に次第に位置され
る滑らかな曲面としたから、静翼四のノズル部の内周壁
と外周壁との距離（流体通。

路高さ）馬が、静翼酋の翼列内で減少し、静翼出口側で
作動流体の流速が増す。このため、タービン羽根あから
流出された１次作動流体Ｇ１が中間段落の静翼四の根元
部を円滑かつスムーズに案内され上下流側に導−かれる
。しかも、静翼酋のノズル部は出口側が最小開口面積を
有するように内周壁面がなめらかな曲面に形成されるか
ら、静翼酋を通る１川に１次作動流体の流れが増速され
る。

そして、・静翼器のノズル部内周壁は曲面に形成され、
静翼根元部を通る作動流体に逆流域を生じさせないので
、逆流の発生を未然にかつ確実に防止することができ、
静翼器の出口部における作動流体の流速分布が半径方向
にわたシ一様となり、かつ、タービン羽根回転方向の不
安定な速度分布を解消することができ、タービン羽根δ
にこの不案定な速度分布による流体励損力の発生を未然
にかつ確実に防止できる。

第６図は本発明の蒸気タービンによシ得られる静翼器の
出口部の速度分布を示す。この図からも、靜Ｒ２９ｉ根
元部、も作動流体力ｉ　Ｚ　Ａ−ヤイ、よれるので、根
元部での逆流発生現象が解消され、作動流体の半径方向
の速度分布が一様化されることがわかる。

今、静翼器の出口部内周壁と入口部内周壁の半径差（ノ
ズル部内周壁の曲面高さ）をＨとし、この半径差Ｈの定
量値に対する実験データを第７図に示す。第７図は縦軸
に不均一な流体流れ部分の半径方向高さと流木通路全体
の高さとの比をとった分布率であシ、横軸はノズル部内
周壁の曲面高さを無次元値”／Ｌｎで表わしたものであ
り、第５図に示すタービン羽根列出口部および静翼器入
口部の流体通路高さをＬｌ）％Ｌ、とし、通”路の拡大
比Ｌｎ／Ｌｂ＝　１．２５〜２．０の範囲でテストした
永のである。第７図は通路の拡大比Ｌｎ／Ｌｂ＝　ｔ、
２ｓ　〜２．０のテスト範囲において、分布率の最小値
が存在することが分かり、この分布率の許容値からＨ／
Ｌｎ＝０．０５〜０．２０が望ましいことがわかった。

したがッテ、１．２５　＜；ｎ／Ｌｂ　＜　２．０にお
いて、０．０５　＜　”／Ｌ　ｎ　＜　０．２０　　の
規定値が望ましい値として決定される。

〔発、明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る蒸気タービンは、１次
作動流体と２次作動流体とが合流する直後のタービン段
落の静翼ノズル部の内周壁面を下流側に向ってタービン
ロータから次第に遠ざかるように湾曲形成し、静翼ノズ
ル部の内周壁と外周壁との距離でおる流体通路・高さを
静翼ｍＯ＃でその入口側より減少させたから、２次作動
流体を全く、ある＾は少量だけ流す場合にも、静翼ノズ
ル部の内周壁面近傍を流れる作動流体を円滑かつスムー
ズに加速させつつ案内することができ、静翼出口部での
逆流の発生を未然に防止することができ、まだその出口
部の流体流速分布を半径方向および回転方向にわたシ一
様化することができるので、静翼の下流に位置するター
ビン羽根に加えられる流体励振力が著しく減少し、ター
ビン羽根を安定的に回転させることができる。したがっ
て、流体励振力作用によるタービン羽根の破損や折損に
伴う事故を有効的に防止することができる。

また、静翼根元部で発生する恐れのある逆流現象を未然
にかつ完全に防止できるので、静翼の下流側のタービン
羽根へのエネルギ伝達がスムーズに行なわれ、タービン
の熱効率を向上を図ることができる。また、タービン羽
根を安定的にスムーズに回転駆動庵せることかできるの
で、タービン性能を向上させ、タービンの信頼性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気タービンとして、地熱タービンプラ
ントに用いられる混圧式タービンを示す部分断面図、第
２図は１次および２次作動流体がタービン段落内に流入
したときの作動流体、の流れの様相と静翼出口部におけ
る作動流体の半、径方向の速度分布を示す図、第３図は
１次作動流体のみがタービン段落内に流入したときの作
動流体Ω流れの様相と静翼出口部における１次作動流体
の半径方向の速度分布を示す図、第４図は１次作動流体
の与”を流したとき、静翼出口部各部の流速分布を示す
グラフ、第５図は本発明に係る蒸気タービンの一実施例
を示すもので、この蒸気タービンを地熱タービンプラン
トの混圧式タービンとして適用した場合の部分断面図、
第６図は、第５図に示す混圧式タービンに１次作動流体
のみを流した場合における作動流体の流れの様相と静翼
出口部の半径方向速度分布を示す図、第７図は本発明に
係る蒸気タービンの静翼内周壁の曲面高さと作動流体の
半径方向の速度分布率の関係を示すグラフである。 加・・・タービンケーシング、２１−・・タービンロー
タ、ｎ・・・ロータホイール、２３．２４．２５．２６
・・・タービン羽根、　２７．２８．２９．。（９）・
・・静翼（ノズルダイアフラム）、３１・・・タービン
通路、３２・・・１次供給管、あ・・・２次供給管、ア
、３５・−・層流路、Ｇ１−・・１次作動流体、由・・
・２次作動流体、２９ａ・・・静翼ノズ〃部の内周壁面
。 出願人代理人　　波　多　野　　　次 第１図 第２図 箪４　図 用山度　ｅ　（１） 第５　図 ス２ 第６図 第７図 ｍ−。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンケーシング内に複数段のタービン段落を収
   容するとともに、上記タービンケーシングに１次作動流
   体を供給する１次供給管と２次作動流体を供給する２次
   供給管を設けた蒸気タービンにおいて、上記両供給菅か
   ら供給される作動流体が合流する直後のタービン段落の
   静翼ノズル部の内周壁面を下流側に向ってターピノロー
   タから次第に遠ざかるように湾曲形成し、上記静翼ノズ
   ル部の内周壁と外周壁との距離である流体通路高さを辞
   典出口側がそめ入口側より減少せしめられたことを特徴
   とする蒸気タービン。 ２．１次作動流体と２次作動流体とが合流する直前のタ
   ービン段落のタービン羽根出口の流体通路高さをＬｂ１
   合流直後のタービン段落の静翼入口の流体通路高さをＬ
   ｎとしたとき、流体通−路の拡大比Ｌｂ／Ｌｎは１．２
   ５〜２．０である特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タ
   ービン。 ３、合流直後の静翼ノズル部の出口内周壁面の半径と入
   口内周壁面の半径との最大差Ｈは静翼ノズル部内周壁面
   の曲面高さに相当し、上の高さＨと静翼入口部の流体通
   路高さＬｎとの比Ｈ／Ｌｎが０．０５〜０．２０である
   特許請求の範囲第２項に記載の蒸気タービン。