JP2013148059A - Steam turbine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steam turbine capable of preventing flow separation or a reverse flow generated in the vicinity of an outer wall surface of a steam passage.SOLUTION: A steam turbine 10 includes: a stationary blade cascade constituted by mounting a plurality of stationary blades 25 in a circumferential direction between a diaphragm outer ring 23 and a diaphragm inner ring 24; and a moving blade cascade constituted by implanting a plurality of moving blades 21 in the circumferential direction of a turbine rotor 22 and provided in an axial direction of the turbine rotor 22 alternately with the stationary blade cascade. An annular flow path 29 constituted between the diaphragm outer ring 23b and the diaphragm inner ring 24b in the final turbine stage is provided with an annular cowling 30 along the diaphragm outer ring 23b with a clearance to the diaphragm outer ring 23b.

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンに関する。   Embodiments of the present invention relate to a steam turbine.

火力発電所などに設置される蒸気タービンの低圧部においては、蒸気の大幅な膨張を得るために、蒸気通路はラッパ状に拡大する構造となっている。このような蒸気通路における蒸気の流れ場では、下流に行くほど圧力が高くなる逆圧力勾配が形成される。強い逆圧力勾配を有する流れでは、蒸気通路の壁面から流れが剥離し、蒸気通路の壁面の近傍で逆流が生じることがある。   In the low pressure part of the steam turbine installed in a thermal power plant or the like, the steam passage has a structure that expands in a trumpet shape in order to obtain significant expansion of the steam. In such a steam flow field in the steam passage, a reverse pressure gradient is formed in which the pressure increases toward the downstream. In a flow having a strong reverse pressure gradient, the flow may separate from the wall surface of the steam passage, and a backflow may occur in the vicinity of the wall surface of the steam passage.

この剥離が生じる要因として、動翼の先端とダイアフラム外輪との間から流出する漏れ流れの流動が挙げられる。この漏れ流れは、動翼の有効部を通過した流れに比べて流速が高い。漏れ流れが、蒸気通路の壁面近傍において急に減速することと、流域の拡大とが相まって剥離の発生を助長する。このような、流れの剥離や逆流の発生は、蒸気タービンにおけるエネルギ損失を増加させる要因の一つである。   As a factor that causes this separation, there is a flow of leakage flow that flows out between the tip of the moving blade and the outer ring of the diaphragm. This leakage flow has a higher flow velocity than the flow that has passed through the effective portion of the rotor blade. The leakage flow suddenly decelerates in the vicinity of the wall surface of the steam passage and the expansion of the basin promotes the occurrence of separation. Such flow separation and the occurrence of backflow are one of the factors that increase energy loss in the steam turbine.

このような剥離の発生を抑制するため、様々な検討がなされている。図４および図５は、従来の蒸気タービン２００、２０１の鉛直方向の子午断面の一部を示す図である。なお、図４および図５には、最終段のタービン段落およびその一段上流のタービン段落の断面が示されている。   Various studies have been made to suppress the occurrence of such peeling. 4 and 5 are views showing a part of the meridional section of the conventional steam turbines 200 and 201 in the vertical direction. FIGS. 4 and 5 show a cross section of the turbine stage at the final stage and the turbine stage upstream by one stage.

図４および図５に示すように、静翼２１０ａ、２１０ｂは、ダイアフラム外輪２１１ａ、２１１ｂとダイアフラム内輪２１２ａ、２１２ｂとの間に支持されている。ダイアフラム外輪２１１ａ、２１１ｂとダイアフラム内輪２１２ａ、２１２ｂとの間には、蒸気通路である環状流路２１６が形成される。ダイアフラム外輪２１１ａ、２１１ｂは、環状流路２１６の外周壁としても機能し、ダイアフラム内輪２１２ａ、２１２ｂは、環状流路２１６の内周壁としても機能している。   As shown in FIGS. 4 and 5, the stationary blades 210a and 210b are supported between the diaphragm outer rings 211a and 211b and the diaphragm inner rings 212a and 212b. Between the diaphragm outer rings 211a and 211b and the diaphragm inner rings 212a and 212b, an annular flow path 216 that is a steam passage is formed. The diaphragm outer rings 211a and 211b also function as outer peripheral walls of the annular flow path 216, and the diaphragm inner rings 212a and 212b also function as inner peripheral walls of the annular flow path 216.

ダイアフラム外輪２１１ａ、２１１ｂは、ケーシング２１３に支持されている。静翼２１０ａ、２１０ｂの直下流側には、タービンロータ２１４に植設された動翼２１５ａ、２１５ｂが配置されている。   The diaphragm outer rings 211 a and 211 b are supported by the casing 213. On the downstream side of the stationary blades 210a and 210b, the moving blades 215a and 215b implanted in the turbine rotor 214 are arranged.

図４に示された蒸気タービンでは、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面は、下流側に向かって直線的に拡大している。このような環状流路においては、流域の急拡大により、静翼２１０ｂの入口の直上流側のダイアフラム外輪２１１ａ近傍で流れの剥離が生じ、逆流２２０が発生する。   In the steam turbine shown in FIG. 4, the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b is linearly expanded toward the downstream side. In such an annular flow path, due to the rapid expansion of the flow area, flow separation occurs in the vicinity of the diaphragm outer ring 211a immediately upstream of the inlet of the stationary blade 210b, and a backflow 220 is generated.

そこで、このような流れの剥離や、逆流２２０の発生を抑制するため、図５に示すように、静翼２１０ｂが備えられるダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面の形状の一部に、緩やかにＳ字状に湾曲させる部分を構成することがある。このＳ字状の湾曲部分は、タービンロータの軸方向に対する半径方向の広がり角度を、一旦急角度で拡大し、その下流において緩やかに拡大するように形成されている。しかしながら、このような構成を備えても、流れの剥離や逆流２２０の発生する位置が下流側となるだけであり、流れの剥離や逆流２２０は生じる。   Therefore, in order to suppress such separation of the flow and the generation of the backflow 220, as shown in FIG. 5, a part of the shape of the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b provided with the stationary blade 210b is gently S-shaped. A portion to be bent may be formed. The S-shaped curved portion is formed so that the radial spread angle with respect to the axial direction of the turbine rotor is temporarily increased at a steep angle and then gradually increased downstream thereof. However, even with such a configuration, the position where the flow separation or the backflow 220 occurs is only on the downstream side, and the flow separation or the backflow 220 occurs.

図６は、従来の蒸気タービン２０１の最終段のタービン段落の所定の断面における半径方向の流速分布を示した図である。図６では、図５に示した蒸気タービン２０１の最終段のタービン段落の点α、点β、点γを通る半径方向の断面の上半側における流速分布が示されている。ここで、点αは、静翼２１０ｂの直上流側、点βは、静翼２１０ｂの前縁と逆流２２０の発生する位置との間、点γは、逆流２２０の発生する位置に対応している。   FIG. 6 is a diagram illustrating a radial flow velocity distribution in a predetermined cross section of the turbine stage at the final stage of the conventional steam turbine 201. FIG. 6 shows a flow velocity distribution on the upper half side of the radial cross section passing through the points α, β, and γ of the turbine stage at the final stage of the steam turbine 201 shown in FIG. Here, the point α corresponds to the upstream side of the stationary blade 210b, the point β corresponds to the position between the leading edge of the stationary blade 210b and the backflow 220, and the point γ corresponds to the position where the backflow 220 occurs. Yes.

図６の縦軸は、点α、点β、点γを通る半径方向の各断面における、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面とダイアフラム内輪２１２ｂの外壁面との間の距離Ｈで、同断面におけるダイアフラム内輪２１２ｂの外壁面からの半径方向の距離ｈを除した値（ｈ／Ｈ）を示している（図５参照）。例えば、ｈ／Ｈが１の場合には、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面上となる、点α、点β、点γの位置をそれぞれ示している。ｈ／Ｈが０の場合には、ダイアフラム内輪２１２ｂの外壁面上の位置をそれぞれ示している。   The vertical axis in FIG. 6 represents the distance H between the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b and the outer wall surface of the diaphragm inner ring 212b in each radial section passing through the points α, β, and γ. A value (h / H) obtained by dividing a radial distance h from the outer wall surface of 212b is shown (see FIG. 5). For example, when h / H is 1, the positions of the points α, β, and γ on the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b are shown. When h / H is 0, the position on the outer wall surface of the diaphragm inner ring 212b is shown.

図６に示すように、点αを通る断面では、動翼２１５ａの先端とダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面との間から流出する漏れ流れにより、ｈ／Ｈが０．９から１近傍の範囲の流速が高くなっている。ｈ／Ｈが０．９７において、流速が最大となっている。また、ｈ／Ｈが０．８より小さい範囲が主流域であり、ｈ／Ｈが０．８〜０．９の範囲は、主流域と高流速域との境界の過渡域である。   As shown in FIG. 6, in the cross section passing through the point α, the flow velocity in the range of h / H in the range of 0.9 to 1 due to the leakage flow that flows out between the tip of the moving blade 215a and the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b. Is high. When h / H is 0.97, the flow velocity is maximum. Further, the range where h / H is smaller than 0.8 is the main flow region, and the range where h / H is 0.8 to 0.9 is a transition region at the boundary between the main flow region and the high flow velocity region.

点βを通る断面では、蒸気が静翼２１０ｂ間で膨張するため、点αを通る断面に比べて全域で流速が高くなる。さらに、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面の近傍の流れが拡散し、ｈ／Ｈが０．７〜１近傍の範囲に高流速域および過渡域が拡大している。ｈ／Ｈが０．９２において、流速が最大となっている。また、点αを通る断面に比べて、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面の近傍の流速は減衰している。   In the cross section passing through the point β, the steam expands between the stationary blades 210b, so that the flow velocity is higher in the entire region than in the cross section passing through the point α. Further, the flow in the vicinity of the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b is diffused, and the high flow velocity region and the transient region are expanded in the range where h / H is in the vicinity of 0.7 to 1. When h / H is 0.92, the flow velocity is maximum. Further, the flow velocity in the vicinity of the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b is attenuated as compared with the cross section passing through the point α.

点γを通る断面では、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面の近傍の流速は、点βを通る断面に比べて減衰し、ダイアフラム外輪２１１ｂの内壁面の直近では流速の値が負となり、逆流していることを示している。   In the cross section passing through the point γ, the flow velocity in the vicinity of the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b is attenuated compared to the cross section passing through the point β, and the flow velocity value becomes negative in the immediate vicinity of the inner wall surface of the diaphragm outer ring 211b. It is shown that.

特開平６−３２３１０５号公報JP-A-6-323105

上記したように、蒸気通路における流れの剥離や、逆流の発生を抑制するため、蒸気通路の外周壁の形状を変えるなどの対策を施しても、流れの剥離や逆流の発生を防止することは困難であった。また、近年の蒸気タービンにおける長翼化の傾向から、蒸気通路の、タービンロータの軸方向に対する半径方向への拡大は、さらに増加する傾向にある。そのため、従来の技術では、蒸気通路の外壁面の近傍で生じる流れの剥離や逆流の発生を防止することは困難である。   As described above, even if measures such as changing the shape of the outer peripheral wall of the steam passage are taken in order to suppress the separation of the flow in the steam passage and the occurrence of the backflow, it is possible to prevent the separation of the flow and the occurrence of the backflow. It was difficult. Further, due to the trend toward longer blades in the steam turbine in recent years, the expansion of the steam passage in the radial direction with respect to the axial direction of the turbine rotor tends to further increase. Therefore, with the conventional technology, it is difficult to prevent the separation of the flow and the occurrence of the backflow that occur in the vicinity of the outer wall surface of the steam passage.

本発明が解決しようとする課題は、蒸気通路の外壁面の近傍で生じる流れの剥離や逆流の発生を防止することができる蒸気タービンを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a steam turbine capable of preventing the separation of flow and the occurrence of backflow that occur in the vicinity of the outer wall surface of the steam passage.

実施形態の蒸気タービンは、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に、周方向に複数の静翼を取り付けて構成された静翼翼列、およびタービンロータの周方向に複数の動翼を植設して構成され、前記タービンロータの軸方向に、前記静翼翼列と交互に備えられた動翼翼列を備える。   In the steam turbine according to the embodiment, a stationary blade cascade formed by attaching a plurality of stationary blades in the circumferential direction between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring, and a plurality of moving blades are implanted in the circumferential direction of the turbine rotor. And a moving blade cascade arranged alternately with the stationary blade cascade in the axial direction of the turbine rotor.

また、蒸気タービンは、前記ダイアフラム外輪と前記ダイアフラム内輪との間に構成される環状流路のうちの少なくとも一つの環状流路に、前記ダイアフラム外輪との間に間隔をあけて、前記ダイアフラム外輪に沿って環状導風板を備える。   In addition, the steam turbine has at least one annular flow path formed between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring with a space between the diaphragm outer ring and the diaphragm outer ring. A circular wind guide plate is provided along.

実施の形態の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面を示す図である。It is a figure which shows the meridional section of the perpendicular direction of the steam turbine of embodiment. 実施の形態の蒸気タービンにおける最終段のタービン段落およびこれよりも一段上流のタービン段落の上半部の鉛直方向の子午断面を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the meridional section of the perpendicular direction of the turbine stage of the last stage in the steam turbine of embodiment, and the upper half part of the turbine stage of one upstream of this. 実施の形態の蒸気タービンにおける環状導風板が備えられた静翼翼列を上流側から見たときの斜視図である。It is a perspective view when the stationary blade cascade provided with the annular wind guide plate in the steam turbine of the embodiment is viewed from the upstream side. 従来の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of meridional section of the perpendicular direction of the conventional steam turbine. 従来の蒸気タービンの鉛直方向の子午断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of meridional section of the perpendicular direction of the conventional steam turbine. 従来の蒸気タービンの最終段のタービン段落の所定の断面における半径方向の流速分布を示した図である。It is the figure which showed the flow rate distribution of the radial direction in the predetermined cross section of the turbine stage of the last stage of the conventional steam turbine.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、実施の形態の蒸気タービン１０の鉛直方向の子午断面を示す図である。図２は、実施の形態の蒸気タービン１０における最終段のタービン段落およびこれよりも一段上流のタービン段落の上半部の鉛直方向の子午断面を拡大して示した図である。図３は、実施の形態の蒸気タービン１０における環状導風板３０が備えられた静翼翼列を上流側から見たときの斜視図である。   Drawing 1 is a figure showing the meridional section of the perpendicular direction of steam turbine 10 of an embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of the meridional section in the vertical direction of the upper half of the turbine stage at the final stage and the turbine stage upstream by one stage in the steam turbine 10 of the embodiment. FIG. 3 is a perspective view of the stationary blade cascade provided with the annular air guide plate 30 in the steam turbine 10 of the embodiment when viewed from the upstream side.

図１に示すように、蒸気タービン１０は、ケーシング２０を備え、このケーシング２０内には、動翼２１が植設されたタービンロータ２２が貫設されている。タービンロータ２２には、ロータディスク２２ａが形成され、このロータディスク２２ａに、複数の動翼２１が周方向に植設されている。複数の動翼２１を周方向に備えた動翼翼列は、タービンロータ２２の軸方向に複数段構成されている。なお、タービンロータ２２は、図示しないロータ軸受によって回転可能に支持されている。   As shown in FIG. 1, the steam turbine 10 includes a casing 20, and a turbine rotor 22 in which a moving blade 21 is implanted is provided in the casing 20. A rotor disk 22a is formed on the turbine rotor 22, and a plurality of rotor blades 21 are implanted in the rotor disk 22a in the circumferential direction. A moving blade cascade having a plurality of moving blades 21 in the circumferential direction is formed in a plurality of stages in the axial direction of the turbine rotor 22. The turbine rotor 22 is rotatably supported by a rotor bearing (not shown).

ケーシング２０の内周には、ダイアフラム外輪２３が設置され、このダイアフラム外輪２３の内側には、ダイアフラム内輪２４が設置されている。また、ダイアフラム外輪２３とダイアフラム内輪２４との間には、周方向に複数の静翼２５が配置され、静翼翼列を構成している。この静翼翼列は、タービンロータ２２の軸方向に動翼翼列と交互に複数段備えられている。そして、静翼翼列と、その直下流側に位置する動翼翼列とで一つのタービン段落を構成している。   A diaphragm outer ring 23 is installed on the inner periphery of the casing 20, and a diaphragm inner ring 24 is installed inside the diaphragm outer ring 23. A plurality of stationary blades 25 are arranged in the circumferential direction between the diaphragm outer ring 23 and the diaphragm inner ring 24 to constitute a stationary blade cascade. The stationary blade cascade is provided in a plurality of stages alternately with the moving blade cascade in the axial direction of the turbine rotor 22. The turbine blade cascade and the rotor blade cascade located on the downstream side thereof constitute one turbine stage.

ダイアフラム外輪２３とダイアフラム内輪２４との間には、主蒸気が流れる蒸気通路である環状流路２９が形成されている。すなわち、ダイアフラム外輪２３は、環状流路２９の外周壁としても機能し、ダイアフラム内輪２４は、環状流路２９の内周壁としても機能している。   Between the diaphragm outer ring | wheel 23 and the diaphragm inner ring | wheel 24, the cyclic | annular flow path 29 which is a steam path through which main steam flows is formed. That is, the diaphragm outer ring 23 also functions as an outer peripheral wall of the annular flow path 29, and the diaphragm inner ring 24 also functions as an inner peripheral wall of the annular flow path 29.

タービンロータ２２とケーシング２０との間には、蒸気の外部への漏洩を防止するために、グランドシール部２６が設けられている。また、タービンロータ２２とダイアフラム内輪２４との間には、この間を蒸気が下流側へ通過するのを防止するために、シール部２７が設けられている。   A ground seal portion 26 is provided between the turbine rotor 22 and the casing 20 to prevent leakage of steam to the outside. In addition, a seal portion 27 is provided between the turbine rotor 22 and the diaphragm inner ring 24 in order to prevent the steam from passing downstream between the turbine rotor 22 and the diaphragm inner ring 24.

また、蒸気タービン１０には、クロスオーバ管２８からの蒸気を蒸気タービン１０の内部に蒸気を導入するための蒸気入口管（図示しない）がケーシング２０を貫通して設けられている。最終段のタービン段落の下流側には、タービン段落において膨張仕事をした蒸気を排気するための排気室（図示しない）が設けられ、この排気室を介して蒸気が蒸気タービン１０の外部に排気される。   Further, the steam turbine 10 is provided with a steam inlet pipe (not shown) through which the steam from the crossover pipe 28 is introduced into the steam turbine 10 through the casing 20. An exhaust chamber (not shown) for exhausting steam that has expanded in the turbine stage is provided downstream of the turbine stage at the final stage, and the steam is exhausted to the outside of the steam turbine 10 through the exhaust chamber. The

最終段のタービン段落における環状流路２９には、ダイアフラム外輪２３との間に間隔をあけて、環状導風板３０が備えられている。環状導風板３０は、環状流路２９の全周に亘って備えられている。   The annular flow passage 29 in the final stage turbine stage is provided with an annular air guide plate 30 with a space between it and the diaphragm outer ring 23. The annular air guide plate 30 is provided over the entire circumference of the annular flow path 29.

ここで、環状導風板３０の構成について、図２および図３を参照して説明する。なお、図２および図３においては、説明の便宜上、最終段のタービン段落の構成部品には、図１で示した対応する符号に「ｂ」を加えて示し、それよりも一段上流のタービン段落の構成部品には、図１で示した対応する符号に「ａ」を加えて示している。   Here, the configuration of the annular air guide plate 30 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In FIG. 2 and FIG. 3, for convenience of explanation, the components of the last stage turbine stage are indicated by adding “b” to the corresponding reference numerals shown in FIG. These components are indicated by adding “a” to the corresponding reference numerals shown in FIG.

環状導風板３０は、図２および図３に示すように、タービンロータ２２の回転軸を中心とし、環状流路２９と同心円の環状の板部材で構成されている。環状導風板３０は、例えば、図３に示すように、最終段のタービン段落の静翼２５ｂに、溶接などにより接合され、静翼翼列に亘って周方向に設置される。なお、設置方法は、これに限られるものではなく、最終段のタービン段落における環状流路２９に環状導風板３０を設置できる方法であればよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, the annular air guide plate 30 is composed of an annular plate member that is concentric with the annular flow path 29 around the rotation axis of the turbine rotor 22. For example, as shown in FIG. 3, the annular air guide plate 30 is joined to the stationary blade 25 b of the turbine stage at the final stage by welding or the like, and is installed in the circumferential direction across the stationary blade cascade. The installation method is not limited to this, and any method may be used as long as the annular air guide plate 30 can be installed in the annular flow passage 29 in the final turbine stage.

ここで、図２に示すように、ダイアフラム外輪２３ｂの上流側の端面４０のタービンロータ２２の軸方向の位置をＸ０、静翼２５ｂの前縁４１および後縁４２のタービンロータ２２の軸方向の位置をそれぞれＸ１、Ｘ２と示す。また、ダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３とダイアフラム内輪２４ｂの外壁面４４との間の半径方向の距離をＨと示す。なお、上記した半径方向は、タービンロータ２２の軸方向に垂直な方向である。   Here, as shown in FIG. 2, the axial position of the turbine rotor 22 on the upstream end face 40 of the diaphragm outer ring 23b is X0, and the front edge 41 and the rear edge 42 of the stationary blade 25b are in the axial direction of the turbine rotor 22. The positions are denoted as X1 and X2, respectively. A radial distance between the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b and the outer wall surface 44 of the diaphragm inner ring 24b is denoted by H. The radial direction described above is a direction perpendicular to the axial direction of the turbine rotor 22.

環状導風板３０の上流側の端面４５のタービンロータの軸方向の位置Ｘｕは、Ｘ０およびＸ１を含む位置Ｘ０と位置Ｘ１との間に位置することが好ましい。すなわち、タービンロータの軸方向の下流側に向かう方向を正の向きとすると、Ｘ０≦Ｘｕ≦Ｘ１の関係が成立することが好ましい。   The position Xu in the axial direction of the turbine rotor of the upstream end face 45 of the annular air guide plate 30 is preferably located between the position X0 and the position X1 including X0 and X1. That is, it is preferable that the relationship X0 ≦ Xu ≦ X1 is satisfied when the direction toward the downstream side in the axial direction of the turbine rotor is a positive direction.

次に、Ｘｕを上記した範囲とすることが好ましい理由を説明する。   Next, the reason why Xu is preferably set in the above range will be described.

蒸気の流れは、図６の点βの速度分布で示したように、静翼２５ｂ間では、高流速域が主流側へ拡散するため、環状導風板３０の上流側の端面４５は、静翼２５ｂの前縁４１の位置であるＸ１よりも上流側に位置することが好ましい。   As shown by the velocity distribution at the point β in FIG. 6, the high flow velocity region diffuses between the stationary blades 25b toward the main flow side, so that the upstream end face 45 of the annular air guide plate 30 It is preferable to be located on the upstream side of X1 which is the position of the leading edge 41 of the blade 25b.

また、静翼２５ｂ間に流入する前の高速流の拡散の度合いは、例えば、環状流路２９を構成するダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３の形状、一段上流のタービン段落の動翼２１ａの先端とダイアフラム外輪２３ａの内壁面５０との間隔などの形状的要素、蒸気条件によっても異なる。そのため、動翼２１ａの先端とダイアフラム外輪２３ａの内壁面５０との間隙から流出した、拡散する前の漏れ流れ６０を、環状導風板３０とダイアフラム外輪２３ｂとの間に導くには、環状導風板３０の端面４５は、動翼２１ａの近くに位置することが好ましい。   The degree of diffusion of the high-speed flow before flowing between the stationary blades 25b is determined by, for example, the shape of the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b constituting the annular flow path 29, the tip of the rotor blade 21a of the turbine stage upstream by one stage. It also differs depending on geometrical factors such as the distance from the inner wall surface 50 of the diaphragm outer ring 23a and the steam conditions. Therefore, in order to guide the leakage flow 60 that has flowed out of the gap between the tip of the moving blade 21a and the inner wall surface 50 of the diaphragm outer ring 23a before being diffused between the annular air guide plate 30 and the diaphragm outer ring 23b, an annular guide The end face 45 of the wind plate 30 is preferably located near the rotor blade 21a.

しかしながら、環状導風板３０の端面４５をＸ０よりも上流側に突出させると、蒸気タービンの組立時における他の構成部品との干渉や、運転中における動翼２１ａとの接触などを生じることがある。また、ダイアフラム外輪２３ａとダイアフラム外輪２３ｂとの間から蒸気を抽気する場合には、抽気の抵抗となることがある。このような理由から、Ｘｕの範囲を上記した範囲とした。   However, if the end face 45 of the annular air guide plate 30 protrudes upstream of X0, interference with other components during assembly of the steam turbine, contact with the moving blade 21a during operation, or the like may occur. is there. Further, when steam is extracted from between the diaphragm outer ring 23a and the diaphragm outer ring 23b, resistance to extraction may occur. For these reasons, the Xu range is set to the above range.

また、環状導風板３０の下流側の端面４６のタービンロータ２２の軸方向の位置Ｘｄは、Ｘ１およびＸ２を含むＸ１とＸ２との間に位置することが好ましい。すなわち、タービンロータ２２の軸方向の下流側に向かう方向を正の向きとすると、Ｘ１≦Ｘｄ≦Ｘ２の関係が成立することが好ましい。   Further, the position Xd in the axial direction of the turbine rotor 22 of the downstream end face 46 of the annular air guide plate 30 is preferably located between X1 and X2 including X1 and X2. That is, if the direction toward the downstream side in the axial direction of the turbine rotor 22 is a positive direction, it is preferable that the relationship X1 ≦ Xd ≦ X2 is satisfied.

次に、Ｘｄを上記した範囲とすることが好ましい理由を説明する。   Next, the reason why Xd is preferably set in the above range will be described.

流れの剥離や逆流が発生する位置は、例えば、環状流路２９を構成するダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３の形状、一段上流のタービン段落の動翼２１ａの先端とダイアフラム外輪２３ａの内壁面５０との間隔などの形状的要素、蒸気条件によっても異なる。そのため、流れの剥離や逆流が、図４に示したように、静翼２５ｂ間に流入する前に発生したり、図５に示したように、静翼２５ｂ間で発生することがある。また、図５に示した、緩やかにＳ字状に湾曲された内壁面４３は、静翼２５ｂ間において形成される。これらのことから、環状導風板３０の端面４６は、静翼２５ｂ間に位置することが好ましい。このような理由から、Ｘｄの範囲を上記した範囲とした。   The position where the flow separation or the backflow occurs is, for example, the shape of the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b constituting the annular flow path 29, the tip of the moving blade 21a of the turbine stage upstream by one stage, and the inner wall surface 50 of the diaphragm outer ring 23a. It varies depending on the geometrical factors such as the interval and the steam conditions. Therefore, flow separation or reverse flow may occur before flowing between the stationary blades 25b as shown in FIG. 4, or may occur between the stationary blades 25b as shown in FIG. Further, the inner wall surface 43 gently curved in an S shape shown in FIG. 5 is formed between the stationary blades 25b. For these reasons, the end face 46 of the annular air guide plate 30 is preferably located between the stationary blades 25b. For these reasons, the Xd range is set to the above range.

ダイアフラム内輪２４ｂの外壁面４４と環状導風板３０の上流側の端面４５の外周端との間の半径方向の距離ｈを、これと同じタービンロータ２２の軸方向の位置における、上記した距離Ｈで除した値（ｈ／Ｈ）は、０．８〜０．９であることが好ましい。   The distance h in the radial direction between the outer wall surface 44 of the diaphragm inner ring 24b and the outer peripheral end of the upstream end face 45 of the annular air guide plate 30 is the distance H described above at the same axial position of the turbine rotor 22 as this. The value (h / H) divided by is preferably 0.8 to 0.9.

次に、ｈ／Ｈを上記した範囲とすることが好ましい理由を説明する。   Next, the reason why it is preferable to set h / H in the above range will be described.

蒸気の流れは、図６に示したように、特に静翼２５ｂ間において、高流速域が主流側へ拡散する。環状導風板３０の上流側の端面４５が位置する範囲では、例えば図６の点αを通る断面に示すように、高流速域と主流域との境界にある過渡域は、ｈ／Ｈが０．８〜０．９の範囲に存在する。そのため、高流速域の主流側への拡散を抑止するためには、過渡域に環状導風板３０の上流側の端面４５が位置することが好ましい。このような理由から、ｈ／Ｈの範囲を上記した範囲とした。   As shown in FIG. 6, the high flow velocity region of the steam flow is diffused to the mainstream side, particularly between the stationary blades 25b. In the range where the upstream end face 45 of the annular air guide plate 30 is located, for example, as shown in the cross section passing through the point α in FIG. 6, the transition region at the boundary between the high flow velocity region and the main flow region is h / H. It exists in the range of 0.8-0.9. Therefore, in order to suppress the diffusion of the high flow velocity region to the mainstream side, it is preferable that the upstream end face 45 of the annular air guide plate 30 be located in the transition region. For these reasons, the h / H range is set to the above range.

また、ダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３上の任意の点Ｐと、この点Ｐにおけるダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３の接線に垂直かつ点Ｐを通る直線と環状導風板３０の外周面４７とが交わる点Ｑとの距離Ｌが、タービンロータの軸方向に亘って一定であることが好ましい。   Also, an arbitrary point P on the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b, a straight line passing through the point P perpendicular to the tangent to the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b at this point P, and the outer peripheral surface 47 of the annular air guide plate 30 The distance L to the intersecting point Q is preferably constant over the axial direction of the turbine rotor.

次に、距離Ｌをタービンロータの軸方向に亘って一定とすることが好ましい理由を説明する。   Next, the reason why the distance L is preferably constant over the axial direction of the turbine rotor will be described.

距離Ｌが環状導風板３０の下流方向に小さくなると、環状導風板３０とダイアフラム外輪２３ｂとの間を流れる漏れ流れ６０の圧力損失が増加する。一方、距離Ｌが環状導風板３０の下流方向に大きくなると、主蒸気の流路断面積が減少し、主蒸気の流れの圧力損失が増加する。このような理由から、距離Ｌが、タービンロータの軸方向に亘って一定とした。   When the distance L decreases in the downstream direction of the annular air guide plate 30, the pressure loss of the leakage flow 60 flowing between the annular air guide plate 30 and the diaphragm outer ring 23b increases. On the other hand, when the distance L increases in the downstream direction of the annular air guide plate 30, the cross-sectional area of the main steam passage decreases, and the pressure loss of the main steam flow increases. For this reason, the distance L is constant over the axial direction of the turbine rotor.

ここで、蒸気タービン１０の動作について説明する。   Here, the operation of the steam turbine 10 will be described.

クロスオーバ管２８を経て蒸気タービン１０内に流入した主蒸気は、各タービン段落の静翼２５、動翼２１を備える蒸気流路を膨張仕事をしながら通過し、タービンロータ２２を回転させる。   The main steam flowing into the steam turbine 10 through the crossover pipe 28 passes through the steam flow path including the stationary blade 25 and the moving blade 21 of each turbine stage while performing expansion work, and rotates the turbine rotor 22.

最終段のタービン段落よりも一段上流のタービン段落の動翼２１ａの先端とダイアフラム外輪２３ａとの間隔を流出した漏れ流れ６０は、拡散せずに、高速を維持して、環状導風板３０とダイアフラム外輪２３ｂとの間に流入する。環状導風板３０とダイアフラム外輪２３ｂとの間に流入した漏れ流れ６０は、流れの剥離や逆流を生じることなく、この間を通過して、下流の動翼２１ｂに導入される。   The leakage flow 60 flowing out from the tip of the rotor blade 21a of the turbine stage upstream of the last stage turbine stage and the diaphragm outer ring 23a does not diffuse and maintains a high speed, and the annular wind guide plate 30 and It flows in between the diaphragm outer ring 23b. The leakage flow 60 flowing between the annular air guide plate 30 and the diaphragm outer ring 23b passes through the flow without being separated or backflowed and is introduced into the downstream moving blade 21b.

そして、最終段のタービン段落を通過した蒸気は、排気流路（図示しない）を通過し、復水器（図示しない）に導かれる。   And the steam which passed the turbine stage of the last stage passes through an exhaust passage (not shown), and is led to a condenser (not shown).

上記したように、実施の形態の蒸気タービン１０によれば、環状導風板３０を備えることで、漏れ流れ６０の主流側への拡散が抑止され、漏れ流れ６０は、高速を維持した状態で、環状導風板３０とダイアフラム外輪２３ｂとの間に流れる。そのため、漏れ流れ６０の減速や、逆圧力勾配の発生が抑制され、蒸気通路の外壁面の近傍で生じる流れの剥離や逆流の発生を防止することができる。   As described above, according to the steam turbine 10 of the embodiment, the provision of the annular air guide plate 30 prevents the leakage flow 60 from diffusing to the mainstream side, and the leakage flow 60 is maintained at a high speed. And flows between the annular air guide plate 30 and the diaphragm outer ring 23b. Therefore, deceleration of the leakage flow 60 and generation of a reverse pressure gradient are suppressed, and flow separation and backflow occurring near the outer wall surface of the steam passage can be prevented.

ここでは、最終段のタービン段落における環状流路２９に環状導風板３０を備えた一例を示したが、これに限られるものではない。環状導風板３０は、例えば、ダイアフラム外輪２３の内壁面の近傍で流れの剥離や逆流を生じるタービン段落の環状流路２９に備えることができる。そのため、例えば、複数のタービン段落の環状流路２９に環状導風板３０を備えることもできる。   Here, an example in which the annular flow guide plate 30 is provided in the annular flow passage 29 in the turbine stage of the final stage is shown, but the present invention is not limited to this. The annular air guide plate 30 can be provided, for example, in the annular passage 29 of the turbine stage that causes separation or reverse flow in the vicinity of the inner wall surface of the diaphragm outer ring 23. Therefore, for example, the annular air guide plate 30 can be provided in the annular flow passages 29 of the plurality of turbine stages.

また、ここでは、最終段のタービン段落の静翼２５ｂが備えられるダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３の一部が、緩やかにＳ字状に湾曲された壁面で構成された一例を示したが、これに限られるものではない。例えば、最終段のタービン段落におけるダイアフラム外輪２３ｂの内壁面４３が、図４に示すように、下流側に向かって直線的に拡大する場合にも、本実施の形態の構成を適用することができる。この場合においても、上記した作用効果と同様の作用効果が得られる。   In addition, here, an example is shown in which a part of the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b provided with the stationary blade 25b of the turbine stage of the final stage is configured by a wall surface gently curved in an S shape. It is not limited to. For example, the configuration of the present embodiment can be applied even when the inner wall surface 43 of the diaphragm outer ring 23b in the last turbine stage linearly expands toward the downstream side as shown in FIG. . Even in this case, the same effects as those described above can be obtained.

さらに、ここでは、蒸気タービン１０として、単流排気式の低圧タービンを例示して説明したが、複流排気式の低圧タービンであってもよい。   Furthermore, although the single-flow exhaust type low-pressure turbine has been described as an example of the steam turbine 10 here, a double-flow exhaust type low-pressure turbine may be used.

以上説明した実施形態によれば、蒸気通路の外壁面の近傍で生じる流れの剥離や逆流の発生を防止することが可能となる。   According to the embodiment described above, it is possible to prevent the separation of the flow and the occurrence of the backflow that occur in the vicinity of the outer wall surface of the steam passage.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０…蒸気タービン、２０…ケーシング、２１，２１ａ，２１ｂ…動翼、２２…タービンロータ、２２ａ…ロータディスク、２３，２３ａ，２３ｂ…ダイアフラム外輪、２４，２４ａ，２４ｂ…ダイアフラム内輪、２５，２５ａ，２５ｂ…静翼、２６…グランドシール部、２７…シール部、２８…クロスオーバ管、２９…環状流路、３０…環状導風板、４０，４５，４６…端面、４１…前縁、４２…後縁、４３，５０…内壁面、４４…外壁面、４７…外周面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steam turbine, 20 ... Casing, 21, 21a, 21b ... Rotor blade, 22 ... Turbine rotor, 22a ... Rotor disc, 23, 23a, 23b ... Diaphragm outer ring, 24, 24a, 24b ... Diaphragm inner ring, 25, 25a, 25b ... stationary blade, 26 ... ground seal part, 27 ... seal part, 28 ... crossover pipe, 29 ... annular flow path, 30 ... annular air guide plate, 40, 45, 46 ... end face, 41 ... front edge, 42 ... Rear edge, 43, 50 ... inner wall surface, 44 ... outer wall surface, 47 ... outer peripheral surface.

Claims (5)

ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に、周方向に複数の静翼を取り付けて構成された静翼翼列、およびタービンロータの周方向に複数の動翼を植設して構成され、前記タービンロータの軸方向に、前記静翼翼列と交互に備えられた動翼翼列を備える蒸気タービンであって、
前記ダイアフラム外輪と前記ダイアフラム内輪との間に構成される環状流路のうちの少なくとも一つの環状流路に、前記ダイアフラム外輪との間に間隔をあけて、前記ダイアフラム外輪に沿って環状導風板を備えたことを特徴とする蒸気タービン。 A stationary blade cascade composed of a plurality of stationary blades attached in the circumferential direction between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring, and a plurality of moving blades implanted in the circumferential direction of the turbine rotor, A steam turbine comprising axially moving blade cascades alternately arranged with the stationary blade cascades,
An annular air guide plate along the diaphragm outer ring with a space between the diaphragm outer ring and at least one annular channel among the annular channels configured between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring A steam turbine characterized by comprising: 前記環状導風板が備えられる前記環状流路において、
前記ダイアフラム外輪の上流側の端面のタービンロータの軸方向の位置を位置Ｘ０、静翼の前縁および後縁のタービンロータの軸方向の位置をそれぞれ位置Ｘ１、位置Ｘ２、前記ダイアフラム外輪の内壁面と前記ダイアフラム内輪の外壁面との間の半径方向の距離を距離Ｈとした場合、
前記環状導風板の上流側の端面のタービンロータの軸方向の位置Ｘｕが、前記位置Ｘ０および前記位置Ｘ１を含む前記位置Ｘ０と前記位置Ｘ１との間に位置し、
前記環状導風板の下流側の端面のタービンロータの軸方向の位置Ｘｄが、前記位置Ｘ１および前記位置Ｘ２を含む前記位置Ｘ１と前記位置Ｘ２との間に位置し、
前記ダイアフラム内輪の外壁面と前記環状導風板の上流側の端面の外周端との間の半径方向の距離ｈを、これと同じタービンロータの軸方向の位置における前記距離Ｈで除した値（ｈ／Ｈ）が０．８〜０．９であることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン。 In the annular flow path provided with the annular air guide plate,
The position of the upstream end face of the diaphragm outer ring in the axial direction of the turbine rotor is the position X0, the position of the front and rear edges of the stationary blade in the axial direction of the turbine rotor is the position X1, the position X2, respectively, and the inner wall surface of the diaphragm outer ring When the distance in the radial direction between the inner wall of the diaphragm and the outer wall surface of the diaphragm is a distance H,
A position Xu in the axial direction of the turbine rotor on the upstream end face of the annular air guide plate is located between the position X0 and the position X1 including the position X0 and the position X1.
A position Xd in the axial direction of the turbine rotor on the downstream end face of the annular air guide plate is located between the position X1 and the position X2 including the position X1 and the position X2.
A value obtained by dividing the radial distance h between the outer wall surface of the inner ring of the diaphragm and the outer peripheral end of the upstream end face of the annular air guide plate by the distance H at the same axial position of the turbine rotor ( The steam turbine according to claim 1, wherein h / H) is 0.8 to 0.9. 前記ダイアフラム外輪の内壁面上の任意の点と、この点における前記ダイアフラム外輪の内壁面の接線に垂直かつ前記点を通る直線と前記環状導風板の外周面とが交わる点との距離が、タービンロータの軸方向に亘って一定であることを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン。   The distance between an arbitrary point on the inner wall surface of the diaphragm outer ring and a point where a straight line passing through the point and tangent to the inner wall surface of the diaphragm outer ring intersects with the outer peripheral surface of the annular air guide plate at this point, The steam turbine according to claim 2, wherein the steam turbine is constant over the axial direction of the turbine rotor. 前記環状導風板が、前記静翼翼列に設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the annular air guide plate is installed in the stationary blade cascade. 前記環状導風板が、少なくとも最終段のタービン段落における前記環状流路に備えられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン。   The steam turbine according to any one of claims 1 to 4, wherein the annular air guide plate is provided in the annular flow path in at least a final turbine stage.
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