JPS597701A - ・タ−ビンホイ−ル及びその製造方法 - 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】 本発明はタービンホイール及びその製造方法に係る。

タービンのバケツ１〜やブレードは多数の因子によるＩ
＠耗またはｆ−食を受（Ｊる。例えば蒸気タービン原ｖ
Ｊ機に於ては、運１ｌＩＩ＋彩るブレードＪ、Ｉこはパ
ケットにより水蒸気より吸収され軸の回転運動どして被
駆動装置ｌ！ｔに向えられる力学的］−ネルギは、蒸発
熱領域内へ水蒸気が膨張Ｊることによるものであり、こ
れにより水蒸気のクォリティ（乾き度）が低下する。水
分含有量が多くなって水蒸気のりＡリティが低下するに
つれて、パケットやブレードはより一層侵口され易くな
る。湿った水蒸気は一般に凝縮蒸気タービンの最終段に
関連するものであるが、例えば地熱発電の開発が始めら
れ、まＩこブラントの加熱に飽和水蒸気ボイラが使用さ
れるように（２ってきたことにより、タービンの入口に
低クォリティの飽和水蒸気が供給されるようになってき
た。水蒸気のクォリティは一般に２０％〜１００％であ
る。１１．たブレードの侵食は水分粒子の流速及び衝突
角度の関数である。

本発明は使用される材お１に応じて１０００−・２００
０　ｆｔ／　ｓｅｃ　（約３０５−６１０ｍ　／ｓｅｃ
　）程度の先端速度が司能である中実ホイール構造のＡ
−バハング型タービンに関するものである。Ａ−バハン
グのデザインは通常の介在軸受デザインの場合に一般に
必要どされる軸シールを単純化Ｊるために採用される。

パケットはホイールの外縁部に機械加工される。ノズル
リング構造体はタービンの性能を最大限にづべく膨張ノ
ズルインサー［・を有し入射角の小さい接線り向インフ
ローうｖｌのしのである。バケッ［・のジＡメトリーの
故に、ガス流より遅い速度にて運ｖｊ１−る水滴や固体
粒子は小さい角度にてバケッ［・に衝突し、侵食が大き
く低減される。インレットクーシング及び打１気ケーシ
ングは運動している流体を非常に高い圧力にて部分的に
乃至十分に導入しＩＪるよう単純に構成されている。タ
ービンホイールにはパケットが直接機械加工されており
、従ってパケットの損傷は殆ど発生しない。リム部の幅
が広くその外径が適宜に段定されていることによりホイ
ールは振動し難くされている。一体的なロータ１＃を造
または貫通ボルト構造が採用されて良い。かくして本発
明によればホイールが頑丈な構造になるので、本発明は
過熱水蒸気または飽和水蒸気に拘らず広い範囲のガスに
対し適している。歯車装置を使用することにより最適の
タービン効率にて任意の出力軸速度が１９られ、電気的
調速機を用い該調速機の弁を中心に配向することにより
、ケーシングの歪を小さくすることがＣきる。

本発明の目的は、タービンの中実のホイール及びその製
造方法を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、水分及び粒子による侵食に
対Ｊる耐性が高く、風損が低く、スラスト容ｔｈが小さ
いタービンホイールを提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、高速ＯＬカを有１）こ
れににり熱降下の大きい通常の用途に於てはりエントリ
が不要であるタービンを提供することである。

基本的には中実のホイールのリム部に一様に隔＝５− Ｕされて複数個のパケットが形成される。各パケットは
ホイールに対しほぼ接線方向に延在しており、機械加Ｉ
Ｉ程に於ては隣接覆るパケットとＡ−バラツブの関係を
有し、これにより各パケットの壁は円筒形の側面及び底
面の一部よりなる実質的に半円形のポケットまたは湾曲
部を郭定している。運動する流体は、バケット内の収束
流が湾曲部を郭定する壁の一方の側に沿って流れ、次い
で約１５０〜１８０°方向転換されてそれが湾曲部を郭
定する壁の他方の側に沿って流出する前にホイールに力
学的二［ネルギを伝達するよう、ホイールの中心より軸
線方向に隔置された点より実質的に接線方向に供給され
る。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

第１図乃至第８図に於て、符号１０はタービン１００の
中実のホイールを全体的に示している。

ホイール１０は先ず鍛造品の如き素材として形成される
。パケットが形成される前に、ホイール１０のリム部は
第４図に最も良く示されている如く６− 円弧溝１４が機械加］°されることにより好ましい外形
に形成される。フライス加工に於Ｇノる月利除去が低減
されるにうパケットの幅はその深さよりも大ぎくされて
いるので、溝１／Ｉは楕円の一部を形成する。ホイール
１０の下流側側面１１にはラビリンスシールランド１２
が機械加工される。次いで例えばエンドミルにより横方
向にフライス加工することにより、溝１４に個々のパケ
ット２０が機械加工される。図示の実施例に於ては、フ
ライス加Ｉ　Ｔ、貝３０の直径はホイール１０のリム部
の軸線方向良さよりら小さく、これにより平坦な底面２
２（第４図に最も良く示されている）を有づる半円形の
穴またｔｉｔポケットにて終わるスロワ１へが機械加工
される。平１■な底面２２は円柱の底面の一部をイ１し
ており、壁２４は円柱の側面の一部をなしている。工具
３０は各バケツ１〜の機械加工に際ｊノ第１図に示され
た位置より第４図に示された４ｒｌ置まで移動される。

しかし］］具３０の軸線＜、ｔ、各パケット２０の壁２
４の最も後方の部分の最上点である点へに於て壁２４が
ホイール１０の］６径にス！ｌし１０〜３０６、り１ま
しくは１５°の角痘をな１よう、直打方向には整合され
ていない弦に沿って配置される。イの角度の６１に密な
値はホイールの直径や厚さ、及びタービンの設ｈ１速１
徒及び設削蒸気圧により決定されイ）バケツ１〜の数及
び深さの関数である。しかし第４図（、二級も良く示さ
れている如く、各パケットを中独に児た場合に於１）る
各バケツ［−の位置及び深さは、■貝３０が切削部の最
も深いイＩ装置にある場合に於ても■貝３０の一部がホ
イール１０のリム部を越えて延在するようなイｖ装置及
び深さである。第３図及び第８図に最も良く示されてい
る如く、切削部の形状ｌｅｔ切削が完了した時点に於て
工具３０の軸線に沿って児Ｉこ場合用の主要部に近い形
状になり、隣接するパケットの切削が行ね１１に後には
ほぼ三Ｆ１月形になる。

各パケット２０の深さ、即ら垂直方向良さは、壁２４の
湾曲部の中央に位置ηる点Ａに於て最も小さい。壁２４
の屯直方向長さは点Ａより点ＢＪ：で増大している。熱
（３は垂直へ向長さの最も人さ−い点を示しており、壁
２４の湾曲部がリム部の外周円に出会う点でもある。弧
ＢＡＢはそれが底面２２に平行ではイ【いので楕円の一
部をなしている。

ｇ！２４の垂直方向良さは三日月形の両端部、即ち点Ｃ
に於て零になる。バケツ１−２０が上述の如く形成され
る場合には、各パケットをバックアップＪ−るホイール
のηさはかなり厚いので、パケットの破損ｔｉｔツ１？
と発生しない。

第５図に於て、符＠　１００は本発明の中実のホイール
１０を組込にれた衝撃タービンを示している。タービン
１００はインレフ１−ケーシング４０ど排気渦巻きケー
シング７１４とを含んでいる。インレットクーシング／
ＩＯはでの一方の側にＷＱｔＪられタービンを蒸気源に
接続するためのフランジ部をイ４．−ｄる短いインレッ
トバイブと、他方の側に設（Ｊられフランジ部を有Ｊる
インレットコーン４１とよりシ１っている。イン１ノツ
トケーシング４０は蒸気源とタービンとの間の）Ｂ続手
段とｌノで機能する。Ｊｊｌ気渦巻クーりング／Ｉ　／
ｌ　１．ｔ　ｉノ＋気水蒸気のＩこめの二］レクタ及び
他のタービン構成要素のためのハウジングどして機能す
る。ホイール１０は軸４８−〇− を支持する軸受／Ｉ６によりＡ−バハング式に支持され
ている。ノズルリング５０がホイール１０の半径方向外
方にてタービンクーシング４２により支持されている。

第６図及び第７図に最も良く示されている如く、ノズル
リング５０は互いに一様に隔置され実質的に接線方向に
延在する複数個の通路５２を有しており、各通路のイン
１ノツ１へ側端部にはノズル５４が設けられている。更
にノズルリング５０は交換＋’ｉＪ　ｔｌｔｔイｒ　ｒ
ｉｌｌ磨可１１１；なシール５６を支持しており、シー
ル５６はパケット２０をイン１ノツ［・部分どアラ［・
レット部分どに分Ｍｌ　ｌ、でいる。

０．０３０〜０．０４５インチ（０，７６へ・１゜１４
ｎｎｌ程度の通常の運転クリアランスにより衝撃段のだ
めの所要の好ましいシールが与えられる。

衝撃タービンに於て一般的である如く、水蒸気はインレ
ッ［・ケーシング４０を紅てタービン１００へ供給され
、イン１ノット］−ン／１１及びイン１ノツトガイドベ
ーン（図示Ｕず）によりノズルリング５０１＼導かねる
。次いで水蒸気はノズル５７′ｌを通過して通路５２内
へ流入し、バケツし・２０内へ１０− 接線方向に流入Ｊる。水蒸気（ま各パケット内へその−
ｈの側Ｊ、り流入し、壁２７′Ｉにより１５０〜１８０
°方向転換され、バフラ１への他方の側を経てバフラ１
〜Ｊ−り流出し、１ｊ１気渦巻クーシング／ｌ／ｌ内へ
流入Ｊる。水蒸気（，１バケツ１へ２０内を通過し方向
転換される際に、ホイール１０に力学的二［ネルギを与
え、これにより軸４８及びそれに接続された発電装置（
図示ｌず）とＪＬにホイールを回転駆動覆る。この衝撃
タービンの作動は従来の衝撃タービンの作動と大ぎく異
るものではない。しかし本発明によるタービンホイール
のパケットの構造にＪ、す、タービンが低りオリディの
水蒸気、即ち澗っだ水蒸気また１、１汚れたガスとの関
連で使用される揚台には、多数の利点がＪ５えられる。

前’ｒｌＡの如（、バフラＦ−２０の壁２４に衝突する
水蒸気はホイール１０に力学的■ネルギを与え、これに
より水蒸気が１バ給される方向と同一の方向にホイール
を回転駆動りる。ホイールが運転速度にある肋に於ける
ホイールの先端速度【まノズル５４により供給される水
蒸気の速度の約７′ｌＯ〜６０％である。

西一つだ水蒸気の場合には、水滴の速度は水蒸気及びホ
イール１０の速１良よりも道かに小さいので、ホイール
は水滴に衝突りる。従来の構造のパケットに於ては、バ
フラし・の＋Ｖｊ　ｔＪ”ｘが作用していない上流側リ
ーディング１−ツジは水滴に衝突しこれにＪ：り侵食さ
れる。しかしパケット２０が本発明に従ってＮＩＪ成さ
れている場合には従来のバフラ１〜のリーディングエツ
ジ部分に相当１６部分がなく、従って９０°の角度にて
水滴が衝突することによる浸食を受番Ｊること４；Ｌ　
ａい。第８図に於て、矢印９０にＪ−り示されてる如く
、水蒸気は成る相対速度にて運？Ｊ＋　しているバフラ
１へ２０へ流入し、壁２４に治って流れ、バフラ１〜２
０より流出Ｊるボｔに１５０〜１８０°方向転換される
。水蒸気内に含Ｊ、れている水滴は、第８図に於て矢印
９１により示されている如く、バフラ１へ２０に対し角
の相対速度を有しており、従って回転しているホイール
１０により捕えられ、これにＪニリ水滴は侵食を誘発１
にどのない非常に小さい入用角にでバフラ１−２０の平
Ｉ１１＠−底而２２に衝突する。底面２２に衝突した水
滴はパケット２０のエツジを越えて流れ。

壁２４に沿って下方へ流れ、次いで矢印９０により示さ
れでいる如く水蒸気内に再麿捕捉され、バフラｔ−２０
Ｊ：り流出ηる。第９図は水蒸気（ガス）及び水滴の流
れの速度線図である。この第９図に於て、ホイールの速
度ｕ、パケット２０に流入するガスの相対速ｒｔＪ−Ｗ
　＋及びノズルより出るガスの絶対速ＩＪｔ　ＣＩはガ
スの流れを承り三角形を形成している。またホイールの
速度０１水滴の絶対速度Ｃ２、バフラ１〜の底面２２に
衝突Ｊ−る水滴の相対速度Ｗ２が水滴の流れを示Ｊ第二
の三角形を形成しており、第９図に於てはそれらの三角
形が重ね合されている。

以−１に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
イ１く、本発明の範囲内にて秤々の実施例が可能である
ことＬｉ当業音にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って形成された中実のホイ１３− 一部を一部破断して示す正面図である。 第２図は第１図の線ＩＴ　−ＴＩに上る断面図である。 第３図は第１図に示されたホイールの平面図である。 第４図は機械加エエ稈を示す拡大部分断面図ぐある。 第５図はタービンの断面図である。 第６図はホイール及びノズルリングを一部破断して示す
前回である。 第７図は第６図の線７丁［−＼／　ｒ［にょる部分断面
図である。 第８図はパケット内の流れを示Ｊ−前回的斜視図である
。 第９図は速度線図である。 １０・・・ホイール、１１・・・下流側側面、１２・・
・ラビリンスシールランド、１４・・・Ｍ、２０・・・
バフッ′ト、２２・・・底面、２４・・・壁、３０・・
・工員、４０・・・インレットケーシング、／１１・・
・イン１ノツ［・コーン。 ４２・・・タービンケーシング、４４・・・排気渦巻ケ
ーシング、４６・・・軸受、４８・・・軸、５０・・・
ノズルリ１４− ング、５２・・・通路、５／ｌ・・・ノズル、５６・・
・シール特許出願人　玉りＡット・ターボマシナリー・
カンパニー・イン］−ボレイデッド 代　　理　　人　　弁　　理　　士　　　　　明　　石
　　昌　　毅１５− ＩＧ　２ ０ Ｆ／θ３ Ｆ／θ５

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）成る所定の幅を右Ｊるリム部を有する中実のホイ
   ールと、 前記り１８部に一様に隔置されロオーバラップしく形成
   された複数個のパケットと、 前記パケットのそれぞれは前記所定の幅よりも小さい直
   径を右りる円筒形の一部を郭定ｌノており且軸線方向長
   さが変化している側部を含んでおり、該側部はそのＲ’
   ６後方の部分の最上点に於て前記ホイールの半径に対し
   １０°〜３０°の角度をなしていることと、 を含むホイール。
2. （２）入口と出口とそれらの間に設（）られた流路とノ
   ズルリングと前記流路の一部を構成するタービンホイー
   ルとをイコし、前記ｉ［−イールは成る所定の幅を有づ
   るリム部を有しており、前記リム部に【ま一様に隔置さ
   れＪＬ４−バラツブして複数個のパケットが形成されて
   おり、前記パケットのぞれソバれは前記所定の幅よりも
   小さい直径を右する円筒形の一部を郭定しており月軸線
   方向長さが変化している側部を含んでおり、該側部はそ
   の最も後方の部分の最上点に於て６ｉ＋記ホイールの半
   径に対し１０°〜３０°の角度をなしていることを特徴
   と１６衝撃タービン。
3. （３）成る所定の幅のリム部を有し該リム部に対称的に
   溝が形成されている如き素材よりタービンホイールを製
   造スる方法にして、 パケットが前記リム部の前記所定の幅よりも小さい直径
   を有する円筒形の側面及び底面の一部をなし目前記円筒
   形の側面及び底面の残りの部分の少くとも一部が前記累
   月を越えて延在りるよう、前記素材の前記リム部にパケ
   ットを形成１ろ過程と、 これと同様の要領にて一様に隔置しＡ−バラツブして複
   数個のパケットを順次形成する過程と、を含んでいるこ
   とを特徴とする方法。