JPS63280801A - 蒸気タ−ビンの静翼 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は蒸気タービンの静翼に係り、特に蒸気中のドレ
ンが動翼の先端に衝突することによって起きる羽根の浸
蝕や性能の低下を防止するのに適する蒸気タービンの静
翼に関する。

（従来の技術） 原子力タービンや地熱タービンの大部分の段落あるいは
火力タービンの低圧部の段落では、作動流体である蒸気
の一部分が凝縮してドレンとなり、静翼の表面を流れ、
これらドレンが下流にある動翼を浸蝕したり、タービン
効率を低下させたりすることは知られている。

静翼の表面で発生したドレンは、成長し集合し後縁へ流
れそこから飛散して蒸気主流の速度に追従できないまま
動翼に衝突する。衝突速度は翼の先端はど速く、ドレン
の発生は翼の外周近くに多い。したがって、動翼先端が
集中的に浸蝕を受ける。また、ドレンの動翼への衝突は
、動翼の回転に対してブレーキとして作用するのでター
ビン効率低下の要因となる。

このような問題を改善するために、従来、第８図、第９
図に示されるような湿分分離装置を備えた蒸気タービン
が提案されている。

第８図において、流路外周壁１と静翼内輪２との間には
溶接や鋳込みなどにより５０枚から１００枚程度の静翼
３が放射状に固設されている。

静翼３の腹側面３ａの下流側には第９図に示すようにド
レン捕獲溝４が形成され、このドレン捕獲溝４は流路外
周壁１側から長手方向に流路中央近くまで延設されてい
る。また、ドレン捕獲溝４は流路外周壁１内に設けられ
たドレン回収室５に連通孔６を介して連通されている。

静翼３の上流側と下流側の流路外周壁１にはドレン吸込
スリット８が設けられ、ドレン回収室５に連通されてい
る。

ドレン回収室５は低圧の復水器（図示せず）などに連通
されている。また、静翼３の下流にはホイール９に植込
まれた動翼１０が配設されている。

主流蒸気は第８図における左方より静翼３に流入しここ
で流れの向きを変えつつ増速されて動翼１０に流入し、
これを回転させる。温度、圧力の低い湿り蒸気が流れて
いる蒸気タービン段落では静翼３や流路外周壁１上で蒸
気の一部が凝縮してドレンが発生する。静翼３の腹側を
流れるドレンはドレン捕獲溝４で捕獲され、連通孔６か
らドレン回収室５に吸込まれ流路外へ排出される。流路
外周壁１上のドレンはドレン吸込スリット８を介して流
路外へ排出される。

（発明が解決しようとする間ｍ点） 静翼３の背側面には上記腹側面と同様にドレンの流れが
存在し、その量は腹側面を流れるドレンの２０％〜１２
０％にも達し、背側面の下流近くで付着し成長するドレ
ンも多い。ドレンの半径方向の分布を見ると流路中央部
から外側に向かってドレンの大部分が集中しており、特
に流路高さの７５％より外側に多く集中している。流路
外周壁１でもドレンは多量にフィルム状になって流れる
。

静Ｗ３の表面に長手方向に上記のようにドレン捕獲溝４
を設けると、ここでドレンは捕獲され、ドレンの主流方
向の速度は無くなり、あとは溝に沿った静圧勾配でより
低圧な方へ流されることが観察されている。

つまり、上記従来技術においては、静翼の背側面を流れ
るドレンは全く捕獲されないばかりか腹側のドレン捕獲
溝４でとらえたドレンも静圧勾配が抵抗となって連通孔
６まで達するものはごく一部に限られ、残りは再度流出
してしまう可能性が大きい。また、外周壁１を流れる多
量のドレンで連通孔６がいっばいになりドレン捕獲溝４
のドレンが逆流する可能性もある。このような現象を防
ぐために連通孔６を大きくすることは可能であるが、ａ
効な仕事をする蒸気までυト出することになりタービン
効率の低下を招くことになる。

そこで、本発明は、上述したような従来の蒸気タービン
静翼のドレン排出上の欠点を解消し、静翼の表面上で発
生するドレンによる動翼の浸蝕を防止すると共に、ター
ビン効率を向上させることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（問題点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、外周側端部を流
路外周壁に、内周側端部を静翼内輪にそれぞれ支持した
静翼を有し、この静翼の背側面または腹側面の少なくと
も一方の而に上記流路外周壁から間隔を隔てた位置より
上記静翼内輪側へ向けて長手方向へ延びるドレン捕Ｓ％
　？？ｎを形成したことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明によれば、静翼の表面を流れるドレンはドレン捕
獲溝に捕えられ、外周壁側における静圧か内輪側におけ
る静圧より高いという上記溝内の静圧勾配によってドレ
ンは内輪側へ流され、静翼の下流に配置された動翼の周
速が充分小さくなる半径方向の位置まで導かれ、上記溝
がなくなる近くでドレンは再び静翼の表面に流れ出して
後縁から飛散する。ここでは動翼の先端近くと異なりそ
の周速が小さいのでドレンの動翼への衝突速度は小さく
、動翼を浸蝕することはなく、ブレーキ作用によるター
ビン効率の低下も小さい。また、ドレン蒸気は流路から
外部へ排出されないので、蒸気の損失も少なくなる。

（実施例） 以下、本発明による蒸気タービンの静翼の一実施例を第
１図乃至第３図を参照して説明する。なお、第８図と同
一部分には同一符号を付して示し説明を省略する。

第１図において、静翼３の背側面及び腹側面の後縁近く
には、静翼３の長手方向に沿ってドレン捕獲溝４が形成
されている。この溝４は流路外周ｕｌ側に開口しない形
状になっており、本実施例においては、溝４の外周側端
部と流路外周壁１との距離りが約３ｍｍ以上隔てられて
いる。一方、溝４の内周側端部は、静翼内輪２の外周面
を基準とする静翼高さの７５％より内輪２側に近くなる
よう形成されている。

静翼３の背側面の溝４は、後縁近くに後縁とほぼ平行に
なるように形成され、静翼３の腹側面の１ｇ４は、外周
側端部がプロフィル前縁側にかつ内周側端部がプロフィ
ル後縁側に近付くよう形成されている。

次に、本発明における蒸気タービンの静翼の作用を説明
する。

湿り蒸気が流れる蒸気タービンにおいては、蒸気が静翼
３の間を流れるときに、蒸気中の湿分が流れ方向の速度
変化に追従できず静翼３の表面に衝突したり、静翼３の
表面に沿って流れるうちに凝縮したりして静′Ａ３表面
にドレンが発生する。

静翼３の■−■−■及びＩＶ−ＩＶ断面（第１図参照）
のプロフィル表面静圧分布は第３図に示すような関係に
あり、外周側の■−■断面断面刃が内周側のＩＶ−ＩＶ
断面部より圧力は高い。従って、ドレン捕獲溝４を形成
すると背・腹側両面とも外周側で高く内周側で低いとい
う圧力差が溝４に沿って生じる。第３図ではこの圧力差
を腹側、背側についてそれぞれ△Ｐ　、△Ｐ２で示して
いる。た■ だし背側では溝４を後縁に平行にするだけで十分な圧力
差が生ずるが、腹側では第３図から明らかなように、そ
れだけでは不十分なので溝４の外周側端部をプロフィル
前縁寄りに、かつ内周側端部をプロフィル後縁寄りにな
るよう形成することによって圧力差を大きくしている。

静翼３表面のドレンは翼の表面上を流れるうちにドレン
捕獲溝４に捕えられ、溝４内の静圧勾配によって内周側
に流され、溝４がなくなる部位の近くで再び流出して静
翼３の後縁まで流される。

この間のドレンの経路は第１図に符号Ｆｄで示されてい
る。後縁に到達したドレンはそこから飛散して動翼７に
衝突するが、前記ドレン捕獲溝４は充分に長く、ドレン
が衝突する位置の半径は充分小さくなっているので、ド
レンの衝突速度は充分小さい。

一方、実験によって流路外周壁１上をフィルム状になっ
て流れるドレンはその量も多いことがわかっているが、
ドレン捕獲溝４と流路外周壁１との間には３ｍｍ以上の
間隔りがあり、外周壁１上のドレンが溝４に流れ込むこ
とはなく、外周壁１上のドレンは静翼３の下流のドレン
吸込スリット８に効率良く吸込まれる。

通常、２６インチ程度までの最終段動翼では先端から７
５％高さまでの範囲がドレンとの衝突速度か大きく浸蝕
か激しい。本実施例では、ドレン捕獲溝４を形成するこ
とによってこの範囲は少なくとも保護される。

上記のようにして、動翼に衝突するときの衝突速度が充
分小さくなる内周側の部分に静翼３の表面で発生するド
レンを導くことによって、動翼の浸蝕は大幅に低減でき
、信頼性が向上すると共にタービンの補修費用を減らす
ことができる。また、動翼への衝突損失は小さくなるの
で、タービンの段落効率が向上する。本実施例では、ド
レン及び蒸気を流路外へ流出することがないので、蒸気
の損失もなくなる。

さらに、最終段静翼では静翼流出蒸気速度は内周側にな
ればなるほど大きくなるので、ドレンを内周側に導いて
から流出させることは静翼後縁から飛散するドレン粒子
をより微細化することになり、動翼の浸蝕をさらに低減
できるという効果が得られる。

本発明によれば、静翼３の表面に溝を設けるだけの簡単
な構造であるので、湿り蒸気を作動流体とするタービン
のコストを低減できるばかりでなく、既存設備にも簡単
に適用でき動翼の浸蝕防止及び性能向上を安価に実現す
ることができる。

次に、本発明の他の実施例について第４図及び第５図を
参照して説明する。なお、第５図は第４図に示した静翼
３の■−■断面図である。

第４図において、静翼３の背・腹側両面には複数のドレ
ン捕獲溝４が形成されている。すべての溝４の外周側端
部は流路外周壁１から第１図と同様にして距離りだけ隔
てられており、溝４の長さは下流に位置するものほど短
くなるように、かつ背・腹側含めてすべての溝４の内周
側端部の半径方向位置が異なるように形成されている。

このように構成することによって、一本の溝４だけでは
捕獲しきれなかったドレンや一本目の溝４の下流で新た
に発生したドレンを確実に捕獲でき、ドレンが流出する
半径方向の位置を分散させ低速といえども集中して動翼
にドレンが衝突するのを防止することができる。

また、第６図及び第゛７図を参照して他の実施例につい
て説明する。なお、第７図は第６図の静翼のｖｔ−ｖｔ
断面図である。

この静翼３は中空構造であり、その内部は空洞１１にな
っており、表面圧力がほぼ等しい背側前縁近くと腹側後
縁近くには、外部と空洞１１とを連通ずるドレン吸込ス
リット１０が形成されている。スリット１０は静翼３の
長手方向に沿いかつ流れに直交するように形成され、静
翼３の強度を低下させないように３つに分割されている
（第６図参照）。空洞１１に連通するドレン回収室５は
流路外周壁１の内部に設けられ、この回収室５はより低
圧なたとえば復水器などの部分へつながっている。また
、静翼３の後縁近くの背側面上には後縁と平行にドレン
捕獲溝４が形成されている。

このように構成した蒸気タービン静翼においては、翼の
表面上を流れるドレンは上記ドレン吸込スリット１０が
ら空洞１１内に吸込まれ、ドレン回収室５を経て、」二
記低圧の部分へ排出される。

ところで背側の静翼ドレン吸込スリット１０は前縁近く
に形成されているので、例えここですべてのドレンを吸
込んだとしてもその下流では凝縮によってドレンが発生
する。このドレンを背側後縁近くのドレン捕獲溝４が捕
えて半径方向の位置が充分小さい位置までドレンを導く
。本実施例では、ドレンの吸込みと溝４によるドレンの
移動を併用するので、特に湿り度が高くドレンの多いタ
ービン段落に有効であり、従来の吸込スリットだけの中
空状静翼では防止できなかった背側下流に発生するドレ
ンによる浸蝕を有効に防止することかできる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、静翼
の背側面または腹側面の少なくとも一方の而に形成され
たドレン捕獲溝を介して静翼の表面−りのドレンを動翼
に浸蝕を与えない半径方向の位置まで導くようにしたの
で、動翼の浸蝕を防ＩＪ二できると共に、タービン段落
の効率を向−１ニさせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す蒸気タービン最終段の
縦断面図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図は第
１図の■−■断面とＩＶ−ＩＶ断面における静翼のプロ
フィル表面静圧分布図、第４図は他の実施例を示す蒸気
タービン最終段静翼の縦断面図、第５図は第４図のＶ−
■断面図、第６図は他の実施例を示す蒸気タービン最終
段の縦断面図、第７図は第６図の■−■断面図、第８図
は従来の蒸気タービン最終段の縦断面図、第９図は第８
図のＩＸ−ＩＸ断面図である。 １・・・流路外周壁、２・・・静翼内輪、３・・・静翼
、４・・・ドレン捕獲溝、５・・・ドレン回収空洞、６
・・・連通孔、７・・・動翼、８・・・ドレン吸込スリ
ット、］０・・・静翼ドレン吸込スリット、１１・・・
静翼空洞、Ｆｄ・・・ドレンの流れ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 躬　１　図 躬４　図 躬５図 嘉６図 躬８図 佑９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周側端部を流路外周壁に、内周側端部を静翼内輪
   にそれぞれ支持した静翼を有し、この静翼の背側面また
   は腹側面の少なくとも一方の面に上記流路外周壁から間
   隔を隔てた位置より上記静翼内輪側へ向けて長手方向へ
   延びるドレン捕獲溝を形成したことを特徴とする蒸気タ
   ービンの静翼。 ２、上記溝は、溝の外周側端部が上記流路外周壁より少
   なくとも３ｍｍ以上隔てられ、溝の内周側端部が上記静
   翼内輪の外周面を基準とする静翼高さの７５％以下の位
   置へ達するよう形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の蒸気タービンの静翼。 ３、上記溝は背側面の後縁近くに後縁とほぼ平行に形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の蒸気タービンの静翼。 ４、上記溝は溝の外周側端部がプロフィル前縁寄りに、
   かつ溝の内周側端部がプロフィル後縁寄りに位置するよ
   う形成され、上記外周側端部から上記内周側端部へ向か
   って上記溝内の静圧が低くなるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービンの静翼。 ５、上記静翼の背側面または腹側面の同一面内に２本以
   上の溝を並列状に形成し、溝の長さは後縁近くにある溝
   ほど短くなるよう形成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の蒸気タービンの静翼。 ６、上記静翼は中空構造に形成し、蒸気圧力が同じにな
   る背側面内のプロフィル前縁側と腹側面内のプロフィル
   後縁側とに上記静翼の長手方向に沿いかつ蒸気の流れに
   直交するスリット状のドレン吸込口を形成すると共に、
   上記背側面の後縁の近くには上記溝を後縁とほぼ平行に
   形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   蒸気タービンの静翼。