JP2003239704A - 高圧部と低圧部とを備えた流体機械 - Google Patents

高圧部と低圧部とを備えた流体機械

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クラウス ゲルハルト
Ingo Stephan
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３つの翼部位（４、５＋６、７）を備えたロ
ータ（３）が外部車室（２）内に回転可能に支持され、
その翼部位の１つが内側翼部位（５＋６）であり、残り
が両外側翼部位（４、７）であり、運転中に各翼部位
が、流れ媒体で各流れ方向に貫流され、内側翼部位（５
＋６）が両外側翼部位（４、７）によりロータ（３）に
沿って閉じ込められた流体機械（１）において、その単
車室形流体機械を、熱効率を高めるための封じ蒸気の帰
還が不要であるように改良する。 【解決手段】 両外側翼部位（４、７）における流れ方
向が、互いに逆向きにされ、内側翼部位（５＋６）から
離れる方向に向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流れ技術的に互い
に接続された３つの翼部位を備えたロータが外部車室内
に回転可能に支持された流体機械に関する。また本発明
は、蒸気タービンとして形成された流体機械の運転方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】高圧と低圧の蒸気部を持つ公知の流体機
械は、単車室又は二分割車室構造に構成される。この種
流体機械、特に蒸気タービンは、特許文献１で公知であ
る。二分割車室構造は本発明の分野に属さない故、ここ
では触れない。単車室構造は２つの単流翼部位を備えた
ロータから成り、該部位は各々反対側の車室端に向いて
いる。その一方の翼部位は高圧蒸気翼部位、他方の翼部
位は低圧蒸気翼部位として形成される。主蒸気は軸方向
に、まず高圧蒸気翼部位の翼部位を貫流する。そして部
分的に膨張した蒸気が、そこから配管を経て中圧蒸気部
に送られる。
【０００３】質量流量が一定なら、高・中圧部で比体積
が膨張過程中にごく僅か増大する。中圧と低圧（約２〜
３バール）の移行範囲から、比蒸気体積が大きく増え、
この結果体積流、従ってそのために必要な流れ断面積が
同様に増大する。該断面積の実現は、物理的限界（例え
ば強度）に突き当たり、大きな構造費を要する。
【０００４】高圧膨張範囲を備えたこの公知の形態は、
タービン片側端の内部に高温蒸気が存在する欠点があ
る。外部車室とロータ間でタービンから流出する蒸気を
減少すべく、複数段の軸封装置が配置される。それら各
装置の段間でエネルギが豊富な封じ蒸気が部分的に熱効
率を高めるべく、翼部位に低い温度で戻される。その際
翼部位への封じ蒸気の導入は、車室を円周方向で非対称
的に加熱し、結果的に熱応力と熱変形が生じ、即ち車室
がゆがみ、時に翼が車室に接触してしまう。
【０００５】
【特許文献１】１９９７Ｐ０３０１２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、単車
室形流体機械を、熱効率を高めるための封じ蒸気の帰還
が不要であるように改良することにある。また、それに
適した蒸気タービンの運転方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】流体機械についての課題
は、本発明に基づき、３つの翼部位を備えたロータが外
部車室内に回転可能に支持され、その翼部位の１つが内
側翼部位であり、残りが両外側翼部位であり、運転中に
各翼部位が流れ媒体で各流れ方向に貫流され、内側翼部
位が両外側翼部位によってロータに沿って閉じ込められ
た流体機械において、両外側翼部位における流れ方向
が、互いに逆向きにされ、内側翼部位から離れる方向に
向けられることにより解決される。
【０００８】この構成により、まず第１に、本発明に基
づく翼部位の配列に伴い、外部車室の両側端から流れ媒
体が圧力、温度、体積流のような特性量がほぼ同じ状態
で各々流出するという利点が生ずる。車室両側端におけ
る蒸気の出口温度が低いのに伴い、翼部位に封じ蒸気を
帰還させる形式の軸封装置を配置する必要がない。従っ
て、封じ蒸気の導入による車室の円周にわたる非対称的
な加熱が防止できる。
【０００９】流体機械のコンパクトな構成は、材料と時
間を節約できる製造上の利点を生ずる。その材料と時間
の節約は、特に部品が小形になることに基づく。材料が
少ないため、小質量の部品を生じ、これによって、良好
な始動特性と運転特性を得、特にここでは、最終翼段が
小形になる利点がある。
【００１０】小質量に伴い、ロータの慣性モーメントが
低下し、始動時間を短縮できる。
【００１１】本発明の有利な実施態様では、流れ媒体を
内側翼部位の貫流後に、２つの部分流に分割する。その
一方の部分流は逆転路を通して流れる。
【００１２】逆転路に熱膨張を補償するアキシャル補償
器を設けるとよい。これに伴い、外部車室の熱応力が防
げる。アキシャル補償器は、例えばベローズ等で構成す
る。
【００１３】回転翼部位への流れ媒体の衝突により、軸
方向に作用する力を生ずる。この力はスラストと呼ばれ
る。このスラストを補償すべく、本発明の有利な実施態
様では、第１翼部位の前に釣合い軸段部を設ける。この
場合、車室内での単純で安価な統合により、大きな利点
が生ずる。
【００１４】外部車室端とロータとの間の漏れを減少す
べく、ラビリンスパッキン等を備えた軸封装置を配置す
る。
【００１５】流体機械は、好適には流れ媒体の入口範囲
を有し、この範囲で、流れ媒体は続く膨張範囲で制御段
を経て膨張する。膨張範囲内の流れ媒体の圧力は、制御
段により翼車室内圧迄膨張する。この制御方式により、
流体機械の迅速且つ精確な制御性が生じ、良好な運転性
能を生ずる。
【００１６】本発明の有利な実施態様では、流体機械は
蒸気タービンとして構成される。
【００１７】その流体機械は、軸流圧縮機として形成す
るとよい。
【００１８】方法に関する課題は、本発明に基づき、３
つの翼部位を備えたロータを外部車室内に回転可能に支
持し、該部位の１つが内側翼部位、残りが両外側翼部位
であり、運転中に各翼部位を、流れ媒体で各流れ方向に
貫流させ、内側翼部位を両外側翼部位によりロータに沿
って閉じ込めた蒸気タービンの運転方法において、流れ
媒体を内側翼部位の貫流後に２つの部分流に分割し、該
第１部分流で片側の外側翼部位を、第２部分流で反対側
の外側翼部位を貫流させることで解決される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下図示の実施例を参照し、本発
明を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符
号を付している。
【００２０】図１は、外部車室２と、複数の静翼ホルダ
１１、１２、１６、２１と、ロータ３を備える流体機械
１を概略断面図で示す。ロータ３上に４つの翼部位４〜
７が存在する。これら翼部位は、本実施例では、２つの
内側翼部位５、６と両外側翼部位４、７に分割してあ
る。両外側翼部位４、７を互いに逆向きに配置し、内側
翼部位５、６から離れる方向に向けている。外部車室
に、第１内側翼部位５の前に入口開口８が存在する。入
口開口８から出発して第１内側翼部位５に向けて、制御
段９を配置している。制御段９の後ろに、第１内側翼部
位５の方向に膨張範囲３１が続く。この実施例では、第
１内側翼部位５において静翼ホルダ（内部車室）１１に
静翼１０を設けている。第１内側翼部位５にもう１つの
（第２）内側翼部位６が続く。該部位６で、静翼ホルダ
１２に静翼１３を設けている。第２内側翼部位６と片側
外側翼部位７の間に、１つ或いは複数の出口開口１４が
存在する。その外側翼部位７で、静翼ホルダ１６に静翼
１５を固定している。
【００２１】反対側の外側翼部位４と入口開口８との間
の外部車室２に、流れ技術的に逆転路１９を介して出口
開口１４に接続された入口開口３２が存在する。外側翼
部位４の範囲で、静翼ホルダ２１には静翼２０を取着し
てある。
【００２２】逆転路１９と外部車室２との熱応力を補償
する目的で、逆転路１９にアキシャル補償器２２を設け
ている。
【００２３】ロータ３のスラストを補償すべく、ロータ
３に釣合い軸段部２３が存在する。
【００２４】流体機械からの漏れを減らすため、ロータ
３と外部車室２の間に軸封装置２４ａ、２４ｂを配置し
ている。
【００２５】運転中、流れ媒体が入口開口８を経て流体
機械１に流入する。媒体は次に制御段９に達し、そこで
翼車室内圧迄膨張する。流れ媒体は続いて、第１内側翼
部位５を貫流する。図示の実施例では、流れ媒体は続い
て第２内側翼部位６を貫流する。第２内側翼部位６の貫
流後、１つ又は複数の開口１４で流れ媒体を２つの部分
流１８、３３に分割する。一方の部分流３３は片側の外
側翼部位７を貫流し、他方の部分流１７は逆転路１９を
経て入口開口３２に流入する。部分流１７はそこから反
対側の外側翼部位４を貫流する。これら両部分流１７、
３３は両外側翼部位４、５の貫流後、各々出口開口１７
ａ、１７ｂを経て流体機械１から出る。
【００２６】流れ媒体の両部分流１８、３３への分割
と、翼部位４、５、６、７の図示の配列で、流れ媒体の
各部分流は、両外側翼部位４、７に、圧力、温度、体積
流等の特性量は略同じ状態で到達する。それによる利点
は、車室を対称に加熱することにある。両外側翼部位で
の流れ媒体の低い状態量により、小さな熱変形が生じ、
これは流体機械の運転安全性を高める。漏れを減少すべ
く外部車室とロータの間の軸封装置は、翼部位間に封じ
蒸気を帰還することなく、有利に形成できる。
【００２７】コンパクトな単車室形式に伴い、製造上お
よび始動性能、運転性能に関し利点が生ずる。その場
合、材料が節約できる。特に、最終翼段を小形に作れ
る。
【００２８】図２は、本発明に基づく流体機械１の作用
原理を示す。この流体機械は、一方では蒸気タービン、
他方では軸流圧縮機として働く。
【００２９】蒸気タービンとして構成する場合、作用原
理は次のようになる。高温蒸気２６がボイラ２５から入
口管２７を経て蒸気タービン内部室２８に到達する。高
温蒸気３６は、蒸気タービン内部室２８内における上述
の翼部位４、５、６、７を膨張しながら貫流した後、出
口管２９を経て復水器３０に到達する。ロータ３の回転
は電気エネルギを発生するために利用される。
【００３０】軸流圧縮機として構成する場合、作用原理
は次のようになる。ロータ３の回転により、大気等が入
口３０ａから入口管２９ａを経て軸流圧縮機内部室２８
ａに流入する。その大気を、軸流圧縮機内部室２８ａ内
で、ロータ３、従って上述の翼部位４、５、６、７の蒸
気タービンにおけるのと逆向きの回転で圧縮し、圧縮空
気として配管２７ａを経て出口２５ａに導く。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく流体機械の概略断面図。
【図２】タービンおよび軸流圧縮機の作動原理図。
【符号の説明】
１ 流体機械 ２ 外部車室 ３ ロータ ４、７ 外側翼部位 ５、６ 内側翼部位 ８、３２ 入口開口 ９ 制御段 １０、１３、１５、２０ 静翼 １１、１２、１６、２１ 静翼ホルダ １４、１７ａ、１７ｂ 出口開口 １８、３３ 部分流 １９ 逆転路 ２２ アキシャル補償器 ２３ 釣合い軸段部 ２４ａ、ｂ 軸封装置 ２５ ボイラ ２６ 高温蒸気 ２７ 入口管 ２８ 蒸気タービン内部室 ２９ 出口管 ３０ 復水器 ３１ 膨張範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 27/00 Ｆ０４Ｄ 27/00 Ｚ 29/10 29/10 Ａ 29/32 29/32 Ａ (72)発明者 インゴ シュテファン ドイツ連邦共和国 02826 ゲルリッツ カール‐フォン‐オシエツキ‐シュトラー セ 30 Ｆターム(参考） 3H021 BA10 DA18 3H022 AA03 BA04 BA06 CA22 DA20 3H033 AA02 BB03 BB08 BB17 CC01 DD06 EE16 EE19

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３つの翼部位を備えたロータが外部車室
    内に回転可能に支持され、その翼部位の１つが内側翼部
    位であり、残りが両外側翼部位であり、運転中において
    各翼部位が流れ媒体で各流れ方向に貫流され、内側翼部
    位が両外側翼部位によりロータに沿って閉じ込められた
    流体機械において、両外側翼部位における流れ方向が互
    いに逆向きにされ、内側翼部位から離れる方向に向けら
    れたことを特徴とする流体機械。
  2. 【請求項２】 流れ媒体が内側翼部位の貫流後に逆転路
    で、流れ媒体の第１部分流が片側の外側翼部位を貫流
    し、第２部分流が反対側の外側翼部位を貫流するよう、
    ２つの部分流に分割されたことを特徴とする請求項１記
    載の流体機械。
  3. 【請求項３】 逆転路に、熱膨張を補償するアキシャル
    補償器が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記
    載の流体機械。
  4. 【請求項４】 ロータのスラストを補償すべく、内側翼
    部位の前に釣合い軸段部が設けられたことを特徴とする
    請求項１から３の１つに記載の流体機械。
  5. 【請求項５】 流体機械からの漏れを減少すべく、ロー
    タと車室の間に軸封装置が設けられたことを特徴とする
    請求項１から４の１つに記載の流体機械。
  6. 【請求項６】 流れ媒体の少なくとも１つの入口範囲
    と、該範囲に続く膨張範囲とを備えた流体機械におい
    て、膨張範囲で流れ媒体が、制御段により翼車室内圧迄
    膨張することを特徴とする請求項１から５の１つに記載
    の流体機械。
  7. 【請求項７】 蒸気タービンとして形成されたことを特
    徴とする請求項１から６の１つに記載の流体機械。
  8. 【請求項８】 軸流圧縮機として形成されたことを特徴
    とする請求項１から６の１つに記載の流体機械。
  9. 【請求項９】 ３つの翼部位を備えたロータを外部車室
    内に回転可能に支持し、該部位の１つが内側翼部位であ
    り、残りが両外側翼部位であり、運転中に各翼部位を流
    れ媒体で各流れ方向に貫流させ、内側翼部位を両外側翼
    部位によりロータに沿って閉じ込める蒸気タービンの運
    転方法において、流れ媒体を内側翼部位の貫流後に２つ
    の部分流に分割し、第１の部分流で片側の外側翼部位
    を、第２の部分流で反対側の外側翼部位を各々貫流させ
    ることを特徴とする方法。
JP2003021454A 2002-02-06 2003-01-30 高圧部と低圧部とを備えた流体機械 Pending JP2003239704A (ja)

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EP (1) EP1335110B1 (ja)
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