JP2996674B2 - 輻流‐軸流式第１段を備えた軸流タービン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ほぼ外ケーシングと、案内羽根支持体を組
み込まれた内ケーシングと、回転羽根を備えたロータと
から成る軸流タービンであって、タービンの第１段が、
輻流・軸流段として構成されており、輻流案内羽根列が
円環形又は渦巻形の流入ケーシングにより負荷される形
式のものに関する。

従来の技術 蒸気タービンの特に低圧部の軸方向の翼列に対する蒸
気の供給は、円環状のリング室を介して行われる。この
場合の課題は、１つ又は複数の管部材を通つてこのリン
グ室内に入り込んだ蒸気が、可能な限り均一にかつより
大きな損失を回避し乍ら、第１段の羽根リング部に供給
されるようにすることである。供給用の管部材は、その
数が制限されて屡々非対称に配置されているため、上記
課題は充分には達成されていない。輻流の羽根通路が達
成されるようになるまで必要な流れの変向を何回も行う
と、管部材内の流入運動エネルギが何倍にもなるような
損失を招くことになる。このような理由から、リング室
内の平均速度を極力小さくするような努力が払われてき
たが、このことはリング室の寸法を大きくすることを意
味している。軸方向の翼配列に対し予期されるような不
均一な流入であるため、半径方向の流入部分内には輻流
の案内格子が配置されている。この案内格子が出力発生
のため、第１段羽根車内で必要な旋回運動を発生せしめ
ている。この種のタービンは、例へばDE−Ａ第2358160
号明細書に公開されている。

水力タービンの場合に古くから公開されている渦巻状
の流入ケーシングの形状の場合には、大きな損失を伴う
ことなしに、円環状の流入通路の場合に一般的な値の数
倍だけ、平均流入速度を高めることができる。このこと
が可能になるのは、流入方向が入口接続部及び渦巻部に
おいて主に接線方向でタービン回転方向と同一方向にあ
り、該流入方向が仕事発生に直接利用される場合であ
る。１方高い速度によつて増大した摩擦損失は、その重
要性が減少する。その理由は、渦巻部の横断面を適合し
た形状にすることにより、輻流羽根通路に対し均一な流
入が達成されるようになり、そこに配置された輻流案内
格子が流れを弱くするために、損失の少ない変向が可能
になるからである。この種のタービンは、例へばDE−Ａ
第2503493号明細書に公開されている。

運転の際異なつた膨脹に基づく力を受容するため、流
入ケーシングには一般的に補強リブ部が設けられている
か、又は輻流案内翼列の流れの上方の半径方向通路内
に、外周部に亘つて分配されたロツドが設けられてい
る。このことは既に言及したDE−Ａ第2358160号明細書
に公開されている。このような構成にあつては、流れの
抵抗が無視できないことが解るであらう。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は冒頭で述べた形式のタービンを改良し
て、補強リブ部又は補強ピン部のような力受容用の別個
の補助構造物を省くことができるようなタービンを提供
することにある。

課題を解決するための手段 上記課題は本発明によれば、輻流案内羽根の両端に、
脚部プレートが設けられており、該脚部プレートによっ
て輻流案内羽根が、案内羽根支持体のリング状の旋削凹
部内に挿入されており、該旋削凹部が軸方向でみて、軸
方向に延びる２つの側壁と半径方向に延びる１つの底部
とを有しており、脚部プレートの自由端側部が、直線的
に延びる旋削凹部の底部に当て付けるために、球形状に
形成されていることによって、解決された。

発明の効果 しかしUS−Ａ第3,313,517号明細書には、ダブルフロ
ータービンの場合、附加的な固定部材なしに輻流の翼列
を２つの180゜流入渦巻部に配置することが公開されて
いる。しかしこの構成はガスタービンの自己支持作用を
有するケーシングの場合であつて、この場合該ケーシン
グ内は１方では低圧が支配しており、他方では貫流渦巻
部内の開口部を介して外ケーシングに対する圧力平衡が
行われている。しかしこの案内羽根は、力の受容機能は
持ち合わせていない。それはこの案内羽根が調節可能に
形成されていて、制限されたフランジに対しギヤツプを
備えて封止されているからである。

本発明に基く輻流案内羽根は、その変向機能の外に
尚、静力学上の機能も果しているという事実から、次の
ような利点が導かれる。即ち −１方では輻流方向における空間構成は、案内羽根支持
体の輻流貫流部分の長さがより短かく形成されることに
よつて達成されており、 −他方では360゜の流入渦巻部を備へたケーシングにあ
つては、通常のピンを省略することにより完全に１体型
の内ケーシングを設計することができる。

案内羽根が、流入ケーシングの膨脹によつて発生する
圧力負荷を受けても座屈しないようにするために、輻流
案内羽根の脚プレートの円弧状の外周面が、羽根支持体
のリング状旋削凹部に対し遊びを有するように割り当て
られていると有利である。この円弧状の外周面を旋削凹
部内で規定されたように当て付けるため、脚部プレート
は互いに回転させられている。この対策は脚部プレート
の球状の端面部との協働作業で、場所的に規定された力
線を発生しており、該力線は常に羽根輪郭の内部を延び
ている。

両脚部プレートがその円弧状の外周面にリング溝を有
している場合は特に有利であり、この場合該リング溝は
旋削凹部の歯と係合している。従つてこの場合は、案内
羽根を明瞭に案内していることは勿論のこと引張力も
亦、案内羽根を介して案内羽根支持体内に案内されてい
る。

実施例 本発明の種々の実施例を図面に示し、次にこれを詳し
く説明する。図面では同一部材は同一符号で表わされて
おり、流れ方向は矢印で示されている。

第１図に図示の蒸気タービンは、作動形式を理解する
のに重要な部材のみを符号で表わしている。主要構成部
材は外ケーシング１、内ケーシング２及びロータ３であ
る。外ケーシング１は詳細には図示してない多数の部材
から成り、該部材は一般的に、設置場所に於て互いに螺
着されるか又は溶接される。鋳造品の内ケーシング２
は、360゜の渦巻の形をした流入ケーシング４とそれに
接続する案内羽根支持体５とから成り、該支持体５には
案内羽根６が装着されている。図示の場合案内羽根支持
体５は、渦巻ケーシングとねじによつて結合されてい
る。しかも本発明は既に述べたように、内ケーシング２
を１体形に製作する可能性を有している。しかし此処で
言う１体形とは、勿論渦巻ケーシングと羽根支持体とが
水平に分割され、かつ図示なしの分割フランジで互いに
螺着されるものと理解して頂き度い。この分割フランジ
の平面内で内ケーシング２は、支持腕により外ケーシン
グ内で支持されている。

回転羽根７が装着されているロータ３は、軸デイスク
部と、組み込まれたカツプリングフランジ付の軸端部と
から溶接されている。ロータ３は軸受ケーシング８内の
滑り軸受によつて支持されている。

蒸気の通路は蒸気流入導管９から、外ケーシング１内
の蒸気貫流部を介して内ケーシング２内に案内されてい
る。渦巻部は、蒸気が旨く導かれて翼列の両通路に到達
できるように形成されている。最適の効率は半径方向に
配置された第１段の翼列10によつて達成される。蒸気は
ロータ３にエネルギを伝達した後、リング状のデイフユ
ーザ11を介して外ケーシング１の蒸気室12内に到達し、
その後（図面上で）下方に向つて復水器に流出する。軸
方向を貫いている軸封止部13は、外ケーシング内のロー
タ貫通部で蒸気の漏洩を防止している。

第２図はダブルフロータービンであつて、輻流案内羽
根10が流入通路４の輻流部材内に掛止されている状況を
示している。羽根は両端部に、夫々脚部プレートを有し
ている。左側の脚部プレート14aは、タービンの軸方向
においてつまり輻流羽根の長手方向において、その長さ
が右側の脚部プレート14bのそれよりも短かく割り当て
られている。脚部プレートは夫々、リング状の旋削凹部
15a及び15b内に位置している。規定された案内ができる
ようにするために、右側の脚部プレート14bには溝16が
設けられており、該溝16と、旋削凹部15b内に起立する
リング形の歯17とが係合している。外周面18a乃至は18b
は菱形脚部プレートの内側及び外側で円弧状に面取りさ
れており（第4a図、第5a図）、その際夫々の円弧半径は
附属の旋削凹部の半径に一致している。

両脚部プレートの自由端側部19は、旋削凹部の半径方
向底部に当て付けられるように、球状に設計されてい
る。その際曲率は当付け点が常に羽根輪郭の内部に位置
する直線上にくるように選択される。このことが総ての
運転状態において保証されるようにするため、円弧状の
外周面18と旋削凹部15の対応する壁部との間には、規定
された遊び20が設けられている。従つて流入ケーシング
とこれに固定された羽根支持体５とが温度によつて膨脹
する際、旋削凹部の半径方向底部は脚部プレートの球状
の端部を介して転動することができる。発生した圧力負
荷は、羽根を座屈することなしに羽根によつて受容され
る。このことは第１図の360゜の渦巻部の場合に特に重
要である。それはこの種の渦巻部は、膨脹が外周部に亘
つて一様に行われないからである。若しこの種の自由な
膨脹が許容されないならば、例へば旋削凹部内の、余り
にも強固なかつ遊びのない脚部プレートの締付力によ
り、輻流翼列が過負荷状態になる可能性がある。それは
圧力負荷に加えて曲げ応力をも受容せざるを得ないよう
になるからである。

旋削凹部内の遊びのために羽根がルーズに挿着される
のを防止するため、両脚部プレート14a及び14bは、例へ
ば0.5゜のような所定の角度だけ互いに旋回せしめられ
る。このことにより羽根取付けの際、外周面を旋削凹部
内で明確に当て付けることができるようになり、その状
況は第4a図及び第5a図に明瞭に示されている通りであ
る。

第３図は案内羽根固定の変化態様を示すもので、この
形式は、引張力のみならず圧縮力を受容用にも適合して
いる。この場合羽根の両側には夫々同一の脚部プレート
14cが設けられており、該脚部プレート14cは、それ自体
は公知の形式でハンマヘツド状に取り付けられている。
その際円弧状の外周面18cには溝16が、内方のみならず
外方のプレート側にも設けられており、該溝16と、対応
して割り当てられた旋削凹部15cの歯17とが係合してい
る。

第４図には、リング状乃至は円環状に組み込まれた輻
流翼列の配置が概略的に図示されている。ここでは支配
的な流れ関係に基づいて、第4a図のような案内羽根用の
羽根輪郭が、外周部を介して強く変化する流れ方向の影
響を、比較的受けにくいように選択されている。

最後に第５図には、２個の180゜渦巻部から成る流入
ケーシングを備えた場合の、流入関係が図示されてい
る。この場合は第5a図のように、格子は僅かの変向を行
うだけであり、従つて変向に対しては極く小量の損失が
発生するに過ぎない。

本発明は勿論、此処に図示して説明した実施例に限定
されるものではない。第１図から第３図までに図示のダ
ブルフロータービンと異なつて、本発明をシングルフロ
ータービンの流入ケーシングに利用しても、これが輻流
第１段翼列を有している限りは成果を収めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は360゜の
渦巻部を備えたダブルフロー低圧タービン部の軸方向断
面図、第２図は圧力負荷用の輻流案内羽根構成を有する
第１段の部分断面図、第３図は圧力負荷用及び引張り負
荷用の輻流案内羽根構成を有する第１段の部分断面図、
第４図及び第4a図は円環状の流入通路の正面概略図及び
輻流案内翼列の部分図、第５図及び第5a図は２個の180
゜の渦巻部を備えた流入ケーシングの正面概略図及び輻
流案内翼列の部分図である。 １……外ケーシング、２……内ケーシング、３……ロー
タ、４……流入ケーシング、５……案内羽根支持体、６
……案内羽根、７……回転羽根、８……軸受ケーシン
グ、９……蒸気流入導管、10……輻流案内羽根列又は翼
列、11……デイフユーザ、12排気室、13……軸封止部、
14a,b,c……脚プレート、15a,b,c……旋削凹部、16……
溝、17……歯、18a,b,c……外周面、19……端側部、20
……遊び

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−271903（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−4722（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−1446（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3313517（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01D 9/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ外ケーシング（１）と、案内羽根支持
   体（５）を組み込まれた内ケーシング（２）と、回転羽
   根（７）を備えたロータ（３）とから成る軸流タービン
   であって、タービンの第１段が、輻流・軸流段として構
   成されており、輻流案内羽根列（10）が円環形又は渦巻
   形の流入ケーシング（４）により負荷される形式のもの
   において、輻流案内羽根（10）の両端に、脚部プレート
   （14）が設けられており、該脚部プレートによって輻流
   案内羽根（10）が、案内羽根支持体（５）のリング状の
   旋削凹部（15）内に挿入されており、該旋削凹部（15）
   が軸方向でみて、軸方向に延びる２つの側壁と半径方向
   に延びる１つの底部とを有しており、脚部プレート（1
   4）の自由端側部（19）が、直線的に延びる旋削凹部（1
   5）の底部に当て付けるために、球形状に形成されてい
   ることを特徴とする、輻流・軸流式第１段を備えた軸流
   タービン。
2. 【請求項２】輻流案内羽根（10）の脚部プレート（14）
   の円弧状の外周面（18）が、該外周面が案内羽根支持体
   （５）のリング状の旋削凹部（15）に対して遊び（20）
   を有するように、設計されており、円弧状の外周面を規
   定通り当て付けるために、脚部プレート（14）が旋削凹
   部（15）内で互いにねじられていることを特徴とする、
   請求項１記載のタービン。
3. 【請求項３】輻流案内羽根（10）の両脚部プレート（1
   4）の円弧状の外周面（18）に、溝（16）が設けられて
   いて、該溝内に、旋削凹部（15）の歯（17）が係合して
   いることを特徴とする、請求項１記載のタービン。