JP4728192B2 - 軸流タービン及びその入口構造 - Google Patents

Description

本発明はタービンロータの軸方向に作動流体を流通させてエネルギーを得る軸流タービン、及びこの軸流タービンへ作動流体を導入する軸流タービンの入口構造に関する。

軸流タービンは、軸方向に複数の翼列が取り付けられたタービンロータと、このタービンロータの外周に形成された環状流路（環帯部）とを有しており、この環状流路に作動流体を流通させることによってタービンロータ上の複数の翼列と衝突させ軸駆動力を得ている。

軸流タービンの効率を向上させるには上記の環状流路に作動流体を均一に導入することが重要であり、作動流体を環状流路に導く役割を有する軸流タービンの入口構造には様々な工夫が施されている。このような軸流タービンの入口構造にはタービンロータの回転軸心に向かって作動流体を直角に導入するものがある。そして、この種の軸流タービンの入口構造を採用しているものの中には、作動流体が環状流路の入口へ向かう経路に流体を分散させる板（分流板）を設けることにより流れを整え、環状流路に導入される作動流体の流量の均一化を図ってタービン効率を改善したものがある（特許文献１等参照）。

特開平９−１５８７０３号公報

ところが、上記のような技術では、分流板の設置箇所に至るまでに流路中心線と直交する面において作動流体が均一に分布しているとは限らず、その分布が不均一な場合も考慮すると、環状流路へ作動流体を均一に導入するには分流板を設置するだけでは不充分である。また、上流からの作動流体の流れの分布によっては分流板が抵抗として作用して圧力損失が増大し、タービン効率が低下する場合もある。

本発明の目的は環状流路に作動流体を均一に導入することができる軸流タービン及びその入口構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、タービンロータの軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得る軸流タービンにおいて、前記タービンロータの外周側から前記タービンロータを覆い、前記タービンロータとの間に作動流体を流通させる環状流路を形成するケーシングと、前記環状流路に導入される作動流体を流通させる流路である導入管と、この導入管と接続され流路中心線が前記タービンロータの回転軸心と直交する方向に変更されるように形成された曲がり部、及びこの曲がり部と連続して設けられ前記環状流路と接続して前記環状流路に作動流体を分配する分配部を有する分配室とを備え、前記曲がり部は、前記導入管との接続部における流路中心線の方向が当該接続部における前記導入管の流路中心線の方向と一致するように前記導入管と接続されており、前記分配室は、前記分配室の流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から単調に拡大するように形成されているものとする。

本発明によれば、分配室の流路中心線と直交する面において作動流体を均一に分布させることができ作動流体を環状流路に均一に導入することができるので、タービン効率を向上させることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に記載する「平行」、「直角（直交）」及び「対称」という表現は、厳密な平行、直角、対称関係を限定するものではなく、製作公差・設計公差、或いはこれらの累積による誤差等の範囲を許容するものである。

まず、本発明の第１の実施の形態を図１から図６を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態である軸流タービンを備える火力発電プラントのシステムを模式的に示す図であり、図２は図１に示した火力発電プラントにおける低圧タービンの側面図であり、図３は図２に示した低圧タービンにおける初段静翼付近の拡大図である。

図１に示す火力発電プラントは、高圧タービン１と、中圧タービン２と、低圧タービン３とを備えている。低圧タービン３は軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得るタービンロータ４を備えており、高圧タービン１及び中圧タービン２のロータはタービンロータ４と同一軸上に配置されている。

高圧タービン１には作動流体（蒸気）を流通させる導入管５及び導入管６が接続されている。導入管５は作動流体流通方向の上流側において蒸気発生源（図示せず）と接続されており、高圧タービン１に蒸気を導入している。導入管６には高圧タービン１で仕事をした蒸気が排出されており、この導入管６は作動流体流通方向の下流側において高圧タービン１から排出された蒸気を再加熱する再熱器（図示せず）と接続されている。

中圧タービン２には導入管７及び導入管８が接続されている。導入管７は作動流体流通方向の上流側において上記の再熱器と接続されており、再加熱した蒸気を中圧タービン２に導入している。導入管８には中圧タービン２で仕事をした蒸気が排出されており、この導入管８は作動流体流通方向の下流側において低圧タービン３と接続されている。また、この導入管８は、低圧タービン３に至る経路においてその流路中心線がタービンロータ４の回転軸心Ｏと平行に配置される平行部９、及び低圧タービン３と接続して低圧タービン３に作動流体を分配する分配室２０（後述）を有している。

低圧タービン３は、分配室２０（後述）を介して導入されてタービンロータ４に対して仕事をした蒸気を復水器（図示せず）へ導入している。なお、図中の矢印１０は復水器への蒸気の流れを示している。

次に、図２を用いて本発明の第１の実施の形態である低圧タービン３の構成を詳しく説明する。図２において、低圧タービン３は、タービンロータ４と、タービンロータ４をその外周側（径方向外側）から覆い、タービンロータ４との間に作動流体を流通させる環状流路（環帯）１１を形成する内ケーシング１２と、内ケーシング１２を外側（タービンロータ４の径方向外側）から覆う隔壁であって、内ケーシング１２との間に真空に保持される空間を形成する外ケーシング１３と、環状流路１１に導入される作動流体を流通させる流路であって、その流路中心線１４がタービンロータ４の回転軸心Ｏと平行に配置された平行部９を有する導入管８と、導入管８の平行部９と接続部１５において接続され流路中心線１６がタービンロータ４の回転軸心Ｏと直交する方向に変更されるように形成された曲がり部１７、曲がり部１６と連続して設けられ環状流路１１と接続して環状流路１１に作動流体を分配する分配部１８、及び分配部１８内に設けられるとともに環状流路１１の作動流体流通方向上流側に配置され環状流路１１に流入する前の作動流体が流通される流路を狭める絞り部１９を有する分配室２０とを備えている。

タービンロータ４は、タービンロータ４の周方向に環状に配列された動翼２１を有しており、このような環状の動翼２１の列である動翼列２２がタービンロータ４の軸方向に所定の間隔を介して複数設けられている。動翼列２２の配置は分配室２０の位置を基準としてタービンロータ４の両端部に向かってそれぞれ対称に形成されており、動翼列２２を構成する動翼２１の長さは分配室２０から離れるにつれて大きくなっている。

環状流路１１内には、上記の動翼２１に加え、動翼２１と対になってタービン段落を形成する静翼２３が内ケーシング１１によって保持されている。静翼２３は動翼２１と同様にタービンロータ４の軸方向に複数の静翼列２４を形成し、静翼列２４はタービンロータ４の軸方向に沿って動翼列２２と交互に設けられている。本実施の形態における初段静翼２３ａは、図２及び図３（ａ）に示すように、環状流路１１の入口近傍にタービンロータ４の回転軸に対して放射状に設けられているが、このような配置に代えて図３（ｂ）に示すように分配室２０内の絞り部１９に初段静翼２３ａを設けても良い。このように構成すると、環状流路１１に流入する直前の作動流体に対して均一な旋回成分を付与することができる。なお、この場合は環状流路１１内における最初の翼は動翼２１ａとなる。

次に図４及び図５を用いて分配室２０について詳しく説明する。
図４は図２に示した低圧タービンにおける分配室付近を示す図であり、図５は図２に示した低圧タービンにおける分配室の斜視図である。図４（ａ）は分配室２０をタービンロータ４の軸方向からみた立面図であり、図４（ｂ）分配室２０の断面をタービンロータ４の軸と直交する方向からみた断面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略し、後の図についても同様とする。

分配室２０は、曲がり部１７及び分配部１８を有し、流路中心線１６に直交する面Ｓとタービンロータ４の回転軸心Ｏに直交する面Ｕの交線Ｌ方向における流路幅Ｗが、曲がり部１７が開始する接続部１５から分配室２０の流路中心線１６の方向に沿って単調に拡大するように形成されている。

流路中心線１６は、分配室２０の曲がり部１７及び分配部１８によって形成される流路の中心に位置する線である。ここで流路中心線１６上の点を接続部１５からタービンロータ４方向に向かって順番に、図５に示すように、Ａ点〜Ｆ点と定義する。流路中心線１６の始点であるＡ点は接続部１５における流路中心点であり、終点であるＦ点は分配室２０の長手方向（図４（ａ）の紙面上における上下方向）において接続部１５と反対側に位置する端部（図４（ａ）の紙面上における下端部）である。

曲がり部１７は、本実施の形態において、導入管８と接続されているＡ点（接続部１５）から開始し、分配部１９と接続されるＥ点で終了している。曲がり部１７は上記のように流路中心線１６がタービンロータ４の回転軸心Ｏと直交する方向に変更されるように形成されているため、Ａ点における流路中心線１６の方向は、導入管８の流路中心線１４と同様に、タービンロータ４の回転軸心Ｏと平行な方向になっており、Ｅ点における流路中心線１６の方向は、分配部１８の流路中心線１６と同様に、タービンロータ４の回転軸心Ｏと直交する方向になっている。

分配部１９は、Ｅ点において曲がり部１７と接続されており、その流路中心線１６はタービンロータ４の回転軸心Ｏと直交している。分配部１８にはタービンロータ４が貫通しており、タービンロータ４の径方向外側には所定の間隔を介して環状に絞り部１９が設けられている。絞り部１９からタービンロータ４の径方向内側に続く環状の流路は、流路面積が絞り部１９の流路面積より拡大されており、絞り部１９を通過した作動流体の速度を低減させて作動流体を環状流路１１へ均一に導入するように構成されている。

面Ｓは、流路中心線１６上の位置に応じて個別に定義される面である。以下において、流路中心線１６上に上記のように定義した各点（図５のＡ点〜Ｆ点）における面Ｓを表す際には、例えばＡ点における面は面Ｓａというように、各点を示す符号の小文字をＳの添字にして示す。

交線Ｌは、面Ｓと面Ｕの交線によって定義され、本実施の形態においてはタービンロータ４の回転軸心Ｏと流路中心線１６を含む面に直交する線として一義的に決定される。ここで、図５において、Ｅ点における面Ｓｅ、面Ｕ、及び交線Ｌを例示する。なお、厳密には接続部１５（Ａ点）において流路中心線１６に直交する面Ｓａと面Ｕは同一となるので交線Ｌは形成されないが、この場合も他の場合と同じ方向を交線Ｌの方向とする。

流路幅Ｗは分配室２０の交線Ｌ方向における流路幅である。流路幅Ｗについても、面Ｓと同様に、流路中心線１６上に定義した各点（図５のＡ点〜Ｆ点）における流路幅Ｗを表す際には、各点を示す符号の小文字をＷの添字にして示す。本実施の形態における流路幅Ｗは、流路中心線１６上のＡ点（接続部１５）における流路幅Ｗａ（導入管８の流路径）を最小値として、流路中心線１６に沿ってＢ点、Ｃ点と進むごとに徐々に拡大し、タービンロータ４の回転軸心Ｏを含む面において最大値となっている。このように最大値となった流路幅Ｗは、更に流路中心線１６の終点であるＦ点の方向（接続部１５と反対の方向）に向かうにつれて、最大値からゼロになるまで徐々に縮小する。このように、本実施の形態における分配室２０は、流路中心線１６に直交しかつ回転軸心Ｏを含む面より下方に位置する下半部において、流路中心線１６の終点を頂点とした下に凸状の曲面を形成している。

また、本実施の形態における分配室２０の流路断面の形状（面Ｓの形状）は、接続部１５（Ａ点）において導入管８の断面形状と同じ円形状（第１断面形状）となっている一方で、タービンロータ４近傍のＥ点においては矩形（第２断面形状）となっており、流路中心線１６上のＡ点とＥ点で断面形状を比較するとその変化は著しい。このように分配室２０の上流側と下流側で断面形状の変化が激しい場合には、流路中心線１６の方向において連続的に断面形状を変化させることによって、流路中心１６方向における形状変化の割合を和らげると良い。このように断面形状の変化の割合を和らげると、急激な断面形状の変化が緩和されて、作動流体による圧力損失が流路内で発生することが抑制されるので、作動流体を効率よく環状流路１１に導くことができる。

ところで、このような面Ｓの形状を決定する１つの手段として、いわゆる超楕円を利用する方法がある。ここで、流路中心線１６上の任意の点Ｐにおける面Ｓｐを考え、そのＰ点における交線Ｌ方向にｘ軸を設定し、面Ｓｐ上に含まれ交線Ｌと直交する直線方向にｙ軸を設定し、流路幅Ｗｐを２ａ，流路幅Ｗｐと直交する流路幅を２ｂ（ａ≧ｂ）とすると、超楕円は下記の式（１）で表すことができる。

上記式（１）は、指数ｎが「ｎ＝２」のときは楕円を表し、「ｎ→ ∞（無限大）」のときは矩形を表す。したがって、この式（１）を利用して、面Ｓａから面Ｓｅへ向かうに伴って指数ｎを２から無限大まで増加することにより断面形状を決定すれば、円から矩形への形状変換を滑らかに行うことができる。なお、断面形状を決定する方法は上記の超楕円を利用するのみに限られず、例えば、いわゆるＣＡＤ等を用いてコンピュータによって求めることも勿論可能である。

次に、上記のように構成される本実施の形態の軸流タービンの作用及び効果を説明する。

まず、本実施の形態の効果の理解を容易にするために、本実施の形態と異なる構造を有する２種類の軸流タービンについて図６を用いて説明する。
図６は本発明の第１の実施の形態の比較例である２種類の軸流タービンの分配室付近を示す図である。

図６（ａ）に示す分配室６０は、本実施の形態の第１の比較例であり、本実施の形態同様、タービンロータ４の回転軸心Ｏに向かって作動流体を導入している。この分配室６０は、作動流体が環状流路１１へ向かう経路に作動流体を分散させる複数の分流板６１を有しており、この分流板６１により作動流体の流れを整え、環状流路１１に導入される作動流体の流量の均一化を図っている。ところが、この種の技術では、分流板６１の設置箇所に至るまでに流路中心線６２と直交する面上において作動流体が均一に分布しているとは限らず、その分布が不均一な場合も考慮すると、環状流路１１へ作動流体を均一に導入するには分流板６１を設置するだけでは不充分である。また、上流からの作動流体の流れの分布によっては分流板６１が抵抗として作用して圧力損失が増大し、タービン効率が低下する場合もある。また、環状流路１１に導入される流量が均一になるように分流板６１を適宜成形し、それを軸流タービンの分配室６０に取り付ける手間も生じてしまう。

また、図６（ｂ）に示す分配室７０は本実施の形態の第２の比較例であり、本実施の形態と異なり、タービンロータ４の回転軸心Ｏと異なる位置に作動流体を導入している。この分配室７０は、その流路中心線７２がタービンロータ４の回転軸心Ｏからずれるように取り付けられた導入管７１を有しており、この構造により分配室７０内の作動流体に回転軸心Ｏを中心とした旋回流れを与え、作動流体を環状流路１１へ均一に導入することを図っている。しかし、この種の導入方式は、分配室７０内を旋回するための速度成分を作動流体に与えるので、図６（ａ）に示した方式と比較して環状流路１１への作動流体の流入速度が速くなる傾向があり、環状流路１１へ流入する際に生じる圧力損失を低減するには流入速度の制御に充分配慮する必要が生じる。また、図に示すように作動流体は環状流路１１の接線に対して入射角αをもって環状流路１１へ流入するため、流入の際に流路を構成する部材との摩擦が生じて圧力損失は更に大きくなってしまう。

これらの比較例に対し、本実施の形態の軸流タービンは、流路中心線１６がタービンロータ４の回転軸心Ｏと直交する方向に変更されるように形成された曲がり部１７、及びこの曲がり部１７と連続して設けられ環状流路１１に作動流体を分配する分配部１８を有し、流路中心線１６に直交する面Ｓとタービンロータ４の回転軸心Ｏに直交する面Ｕの交線Ｌ方向における流路幅Ｗが、流路中心線１６の方向に沿って曲がり部１７から単調に拡大するように形成される分配室２０を備えている。

このように交線Ｌ方向における流路幅Ｗが曲がり部１７が開始されるＡ点から流路中心線１６の終点の方向に向かって単調に拡大するように分配室２０を形成すると、曲がり部１７で生じる２次流れ渦４０（図５中の各面Ｓ上に示した矢印参照）によって流路幅Ｗ方向に作動流体が拡散するので、作動流体を面Ｓ上に均一に分布させることができる。このように面Ｓ上に均一に分布された作動流体は、分配室２０内を分散しながら環状流路１１へ導入されるので、上記の図６（ａ）に示した比較例のような構成から成る軸流タービンと比較して作動流体をより均一に環状流路１１へ導入することができる。従って、本実施の形態の軸流タービンは図６（ａ）に示したものと比較してタービン効率が向上する。

また、本実施の形態の軸流タービンは、分流板６１のような特別な部材を分配室２０内に取り付けることなくその効果を奏するので、そのような部材による圧力損失が発生することはなく、その製造も容易である。更に、図６（ｂ）に示した導入方式を採用した軸流タービンのように、回転軸心Ｏ周りに旋回させるための速度成分は作動流体に積極的に付与されないので、作動流体の速度増大等によって圧力損失が発生することも抑制することができる。

なお、上記においては、特に顕著な効果を発揮する実施の形態として、分配室２０の曲がり部１７が導入管８の平行部９と接続されている軸流タービンを例に挙げて説明してきたが、上記のような効果が得られる実施の形態はこれのみに限られない。即ち、タービンロータ４の回転軸心Ｏと流路中心線１６を含む平面上に流路中心線を有する導入管を設け、この導入管と分配室２０を曲がり部１７を介して接続すれば、曲がり部１７で曲がりながら流路幅Ｗが拡大される分配室が構成されるので、上記の実施の形態と同じ原理を作動流体に作用させることができる。従って、作動流体を面Ｓ上に均一に分布させることができ、タービン効率を向上させることが可能である。

また、本実施の形態の分配室２０は、回転軸心Ｏにおいて流路幅Ｗが最大となるように構成されているが、流路幅Ｗが最大値をとる位置が回転軸心Ｏと異なるように分配室２０を構成しても、流路中心線１６に直交する面において作動流体を均一に分布させることができる。

さらに、上記の説明においては、火力発電プラントにおいて最終段タービンを構成するタービン（いわゆる低圧タービン）に本発明を適用した場合について説明してきたが、プラント内で低圧タービンの作動流体流通方向の上流側に設けられる他のタービン（いわゆる、高圧タービンや中圧タービン等）の分配室にも適用することができる。

次に、分配室２０の流路面積の変化に着目した実施の形態を本発明の第１の実施の形態の第１変形例及び第２変形例とし、これらについて説明する。

まず初めに、第１変形例を図７を用いて説明する。

本実施の形態における分配室２０は、流路中心線１６に直交する面Ｓの流路面積が、接続部１５（Ａ点）から流路中心線１６の終点（Ｆ点）方向に向かうにつれて拡大するように形成されている。なお、他の部分は第１の実施の形態の軸流タービンと同じように構成されており、各部分の説明は省略する。

図７は本実施の形態の分配室２０の流路面積の変化を表す図である。図の縦軸は面積の大きさを示し、流路中心線１６上のＡ点における面Ｓａの面積を１とした場合の比で面積を表している。また、図の横軸は流路中心線１６上におけるＡ点からの距離を示し、横軸上に付した符号は流路中心線１６上の各点（Ａ点〜Ｅ点）に対応している。

図７において、分配室２０の流路面積は、Ａ点から下流側に向かって拡大するように変化しており、下流側に向かうにつれてその拡大率が低減している。このように流路面積が変化するように分配室２０を構成すると、環状流路１１へ向かう作動流体の流速を徐々に低減することができ、環状流路１１近傍における作動流体の運動量を小さくすることができる。これにより作動流体が環状流路１１に流入する際に回転軸心Ｏ周りに旋回させるような速度成分が付与されることが低減でき、作動流体が環状流路１１に均一に導入され易くなるので、タービン効率をさらに向上させることができる。

次に、第２変形例を図８を用いて説明する。

本実施の形態は、上記の第１変形例を改良したものであり、分配室２０の流路断面積の値以外は第１変形例と同じ構成から成り立っている。本実施の形態における分配室２０は、流路中心線１６に直交する面Ｓの流路面積が、曲がり部１７が始まる接続部１５から流路中心線１６に沿って絞り部１９に至るまでに絞り部１９における流路面積Ｔになるように形成されている。ここで、絞り部１９における流路面積Ｔとは、絞り部１９においてタービンロータ４の回転軸心Ｏ回りに形成することができる円筒形状の流路の面積である。

図８は本実施の形態の原理を示す図である。図８において、Ｇ点は流路中心線１６上の点であり、絞り部１９はこのＧ点で形成される面Ｓｇと接している。図８（ａ）に示す分配室２０Ａは、Ａ点からＧ点に至るまでに面Ｓの面積が絞り部１９の流路面積Ｔに満たないように構成されており、図８（ｂ）に示す分配室２０Ｂは、Ａ点からＧ点に至るまでに面Ｓの面積が絞り部１９の流路面積Ｔに達するように構成されている。

分配室２０Ａのように流路を構成すると、環状流路１１に至る直前の流路面積が絞り部１９の流路面積Ｔより小さくなるので、Ｇ点から下流に向かうほど作動流体が小さい角度で環状流路１１に流入する傾向が強くなり、環状流路１１に均一に流入することを抑制してしまう。これに対して、分配室２０Ｂのように流路を構成すると、環状流路１１に至る直前の流路面積が絞り部１９の流路面積Ｔより大きくなるので、作動流体が環状流路１１に流入する際に回転軸心Ｏに向かって流入する傾向（大きい角度で流入する傾向）が強くなり、環状流路１１に均一に流入することを促進する。

従って、本実施の形態のように、面Ｓの流路面積が曲がり部１７が始まる接続部１５から流路中心線１６に沿って絞り部１９に至るまでに絞り部１９における流路面積Ｔになるように分配室２０を形成すると、タービン効率を一層向上させることができる。なお、Ａ点からＧ点に至るまでの面Ｓの面積は絞り部１９の流路面積Ｔより大きければ大きいほど好ましく、面Ｓの面積が大きくなればなるほど環状流路１１に対して均一に作動流体を導入することができる。

続いて、本発明の第２の実施の形態を図９及び図１０を用いて説明する。

本実施の形態は、第１の実施の形態と異なり、原子力発電プラントの軸流タービンに本発明を適用したものである。

図９は本発明の第２の実施の形態である軸流タービンを備える原子力発電プラントのシステムを模式的に示す図であり、図１０は図９に示した原子力発電プラントにおける低圧タービンの分配室付近を示す図である。

図９に示す原子力発電プラントは、高圧タービン８１と、２つの低圧タービン８２ａ，８２ｂと、これらタービン８１，８２ａ，８２ｂを中心として両側に配置される２つの湿分分離加熱器８３ａ，８３ｂとを備えている。低圧タービン８２ａは軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得るタービンロータ８４ａを備えており、高圧タービン８１及び低圧タービン８２ｂのロータはタービンロータ８４ａと同一軸上に配置されている。

高圧タービン８１には作動流体（蒸気）を流通させる導入管８５及び２つの導入管８６ａ，８６ｂが接続されている。導入管８５は、作動流体流通方向の上流側において蒸気発生源（図示せず）と接続されており、高圧タービン８１に蒸気を導入している。導入管８６ａ，８６ｂには高圧タービン８１で仕事をした蒸気が排出されており、この２つ導入管８６ａ，８６ｂは作動流体流通方向の下流側においてそれぞれ湿分分離加熱器８３ａ，８３ｂと接続されている。

湿分分離加熱器８３ａには作動流体を流通させる導入管８７ａ及び導入管８８ａが接続されており、これと同様に、湿分分離加熱器８３ｂには導入管８７ｂ及び導入管８８ｂが接続されている。湿分分離加熱器８３ａ，８３ｂは、導入管８６ａ，８６ｂによって供給された作動流体に含まれている湿分を分離して作動流体から湿分を除去し、この湿分が除去された作動流体を加熱している。このように加熱された作動流体は、導入管８７ａ，８７ｂ及び導入管８８ａ，８８ｂを介して低圧タービン８２ａ，８２ｂに導入される。

低圧タービン８２ａには導入管８７ａ，８７ｂが接続されており、これと同様に、低圧タービン８２ｂには導入管８８ａ，８８ｂが接続されている。導入管８７ａ，８７ｂは、湿分分離加熱器８３ａ，８３ｂから低圧タービン８２ａに至る経路においてその流路中心線がタービンロータ８４ａの回転軸心と平行に配置される平行部９０ａ，９０ｂを有している。平行部９０ａ，９０ｂは、それぞれ、タービンロータ８４ａの回転軸心Ｏに対して線対称になるように分配室１００ａと接続されている。また、導入管８８ａ，８８ｂは、導入管８７ａ，８７ｂと同様に、平行部９２ａ，９２ｂを有しており、この平行部９２ａ，９２ｂを介して分配室１００ｂと接続されている。

図１０において、分配室１００ａは、２つの導入管８７ａ，８７ｂと接続されており、タービンロータ８４ａの回転軸心Ｏに対してその形状が線対称になるように第１の実施の形態における分配室２０を２つ結合させたような形状から構成されている。

また、この分配室１００ａは、導入管８７ａ，８７ｂの平行部９０ａ，９０ｂと接続部９４ａ，９４ｂにおいて接続され流路中心線９５ａ，９５ｂがタービンロータ８４ａの回転軸心Ｏと直交する方向に変更されるように形成された曲がり部９１ａ，９１ｂ、曲がり部９１ａ，９１ｂと連続して設けられ環状流路１１と接続して環状流路１１に作動流体を分配する分配部９６ａ，９６ｂ、及び分配部９６ａ，９６ｂ内に設けられるとともに環状流路１１の作動流体流通方向上流側に配置され環状流路１１に流入する前の作動流体が流通される流路を狭める絞り部１９を有しており、これら構成要素によって、接続部９４ａ，９４ｂからそれぞれ環状流路１１に接続して環状流路１１に作動流体を分配する２つの流路であって、タービンロータ８４ａの周辺で互いに結合している２つの流路９８ａ，９８ｂを形成している。

流路９８ａは、その流路中心線９６ａに直交する面Ｓとタービンロータ８４ａの回転軸心Ｏに直交する面の交線Ｌ方向における流路幅Ｗが、流路中心線９６ａの方向に沿って曲がり部９１ａから単調に拡大するように形成されている。ここで、流路９８ｂは流路９８ａと同様に構成されているのでその説明は省略する。なお、分配室１００ｂは、上記において説明した分配室１００ａと同様に構成されており、各部分の説明は省略する。

このように軸流タービンを構成すれば、本発明は上記のように分配室に導入管が２つ接続されている場合にも適用可能であり、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施の形態の第１及び第２変形例で説明したように軸流タービンを構成すれば、それらと同様の効果が得られることは言うまでもない。

なお、本実施の形態では導入管が２つ接続されているものを取り上げて説明したが、分配室に３つ以上の導入管が接続されている場合にも本発明は適用可能である。このような場合には、分配室に導入管が接続する位置を回転軸心Ｏを基準として点対称に配置し、各導入管との接続部から曲がり部を介して環状流路１１へ向かって流路幅が単調に拡大するように各流路を形成し、このように形成した各流路をタービンロータ付近で結合させて分配室を構成すれば良い。

本発明の第１の実施の形態である軸流タービンを備える火力発電プラントのシステムを模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態である軸流タービンの側面図である。 図２に示した軸流タービンにおける初段静翼付近の拡大図である。 図２に示した軸流タービンにおける分配室付近を示す図である。 図２に示した軸流タービンにおける分配室付近の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の比較例である２種類の軸流タービンの分配室付近を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の第１変形例である軸流タービンの分配室２０の流路面積の変化を表す図である。 本発明の第１の実施の形態の第２変形例の原理を示す図である。 本発明の第２の実施の形態である軸流タービンを備える原子力発電プラントのシステムを模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態である軸流タービンの分配室付近を示す図である。

符号の説明

Ｌ 面Ｓと面Ｕの交線
Ｏ 回転軸心
Ｓ 流路中心線１６に直交する面
Ｔ 絞り部１９における流路面積
Ｕ 回転軸心Ｏに直交する面
Ｗ 交線Ｌ方向における流路幅
３ 低圧タービン
４ タービンロータ
８ 導入管
９ 平行部
１１ 環状流路
１３ 外ケーシング
１４ 流路中心線
１５ 接続部
１６ 流路中心線
１７ 曲がり部
１８ 分配部
１９ 絞り部
２０ 分配室
２２ 動翼列
２４ 静翼列
８２ 低圧タービン
８７ 導入管
９０ 平行部
９１ 曲がり部
９５ 流路中心線
９６ 分配部
９８ 流路
１００ 分配室

Claims (12)

1. タービンロータの軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得る軸流タービンにおいて、
   前記タービンロータの外周側から前記タービンロータを覆い、前記タービンロータとの間に作動流体を流通させる環状流路を形成するケーシングと、
   前記環状流路に導入される作動流体を流通させる流路である導入管と、
   この導入管と接続され流路中心線が前記タービンロータの回転軸心と直交する方向に変更されるように形成された曲がり部、及びこの曲がり部と連続して設けられ前記環状流路と接続して前記環状流路に作動流体を分配する分配部を有する分配室とを備え、
   前記曲がり部は、前記導入管との接続部における流路中心線の方向が当該接続部における前記導入管の流路中心線の方向と一致するように前記導入管と接続されており、
   前記分配室は、前記分配室の流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から単調に拡大するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
2. タービンロータの軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得る軸流タービンにおいて、
   前記タービンロータの外周側から前記タービンロータを覆い、前記タービンロータとの間に作動流体を流通させる環状流路を形成するケーシングと、
   前記環状流路に導入される作動流体を流通させる流路であって、その流路中心線がタービンロータの回転軸心と平行に配置された平行部を有する導入管と、
   この導入管の平行部と接続され流路中心線が前記タービンロータの回転軸心と直交する方向に変更されるように形成された曲がり部、及びこの曲がり部と連続して設けられ前記環状流路と接続して前記環状流路に作動流体を分配する分配部を有する分配室とを備え、
   前記曲がり部は、前記導入管との接続部における流路中心線の方向が当該接続部における前記導入管の流路中心線の方向と一致するように前記導入管と接続されており、
   前記分配室は、前記分配室の流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から単調に拡大するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
3. タービンロータの軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得る軸流タービンにおいて、
   前記タービンロータの外周側から前記タービンロータを覆い、前記タービンロータとの間に作動流体を流通させる環状流路を形成するケーシングと、
   前記環状流路に導入される作動流体を流通させる流路である導入管と、
   この導入管と接続され流路中心線が前記タービンロータの回転軸心と直交する方向に変更されるように形成された曲がり部、この曲がり部と連続して設けられ前記環状流路と接続して前記環状流路に作動流体を分配する分配部、及びこの分配部内に設けられ前記環状流路の作動流体流通方向上流側に配置された絞り部を有する分配室とを備え、
   前記曲がり部は、前記導入管との接続部における流路中心線の方向が当該接続部における前記導入管の流路中心線の方向と一致するように前記導入管と接続されており、
   前記分配室は、前記分配室の流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から単調に拡大し、かつ、前記分配室の流路中心線に直交する面の流路面積が前記曲がり部から前記絞り部に至るまでに前記絞り部における流路面積になるように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
4. 請求項１記載の軸流タービンにおいて、
   前記分配室は、前記分配室の流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から前記タービンロータの回転軸心に至るまで単調に拡大するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
5. 請求項１記載の軸流タービンにおいて、
   前記分配室の流路中心線に直交する面の流路面積は、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から前記タービンロータの回転軸心に至るまで、連続して拡大することを特徴とする軸流タービン。
6. 請求項１記載の軸流タービンにおいて、
   前記分配室を流路中心線に直交する面で切断したときの断面形状は、前記導入管との接続部における第１断面形状と、当該接続部よりも前記タービンロータ軸心側における第２断面形状とで異なっており、
   前記分配室は、前記断面形状が流路中心線に沿って前記第１断面形状から前記第２断面形状へ徐々に変化するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
7. 請求項１記載の軸流タービンにおいて、
   前記導入管は複数備えられていることを特徴とする軸流タービン。
8. 請求項７記載の軸流タービンにおいて、
   前記複数の導入管は前記タービンロータの回転軸心に対してそれぞれ対称になるように前記分配室と接続されており、
   前記分配室は、前記複数の導入管との各接続部から前記環状流路に接続する複数の流路であって、前記環状流路に作動流体を分配する複数の流路を前記タービンロータの周りに形成しており、
   前記複数の流路は、それぞれ、各流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から単調に拡大するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
9. 請求項１記載の軸流タービンにおいて、
   前記タービンロータの回転軸心は他のタービンロータの回転軸心と同一線上に配置されていることを特徴とする軸流タービン。
10. 請求項９記載の軸流タービンにおいて、
    前記タービンロータは最終段タービンを構成していることを特徴とする軸流タービン。
11. 請求項１記載の軸流タービンにおいて、
    前記タービンロータは前記分配室の位置を基準として前記タービンロータの両端部に向かってそれぞれ対称に形成される複数の翼列を有していることを特徴とする軸流タービン。
12. タービンロータの軸方向に作動流体を流通させて回転動力を得る軸流タービンの入口構造において、
    前記タービンロータの外周側から前記タービンロータを覆い、前記タービンロータとの間に作動流体を流通させる環状流路を形成するケーシングと、
    前記環状流路に導入される作動流体を流通させる流路である導入管と、
    この導入管と接続され流路中心線が前記タービンロータの回転軸心と直交する方向に変更されるように形成された曲がり部、及びこの曲がり部と連続して設けられ前記環状流路と接続して前記環状流路に作動流体を分配する分配部を有する分配室とを備え、
    前記曲がり部は、前記導入管との接続部における流路中心線の方向が当該接続部における前記導入管の流路中心線の方向と一致するように前記導入管と接続されており、
    前記分配室は、前記分配室の流路中心線に直交する面と前記タービンロータの回転軸心に直交する面の交線方向における流路幅が、前記分配室の流路中心線の方向に沿って前記曲がり部における前記導入管との接続部から単調に拡大するように形成されていることを特徴とする軸流タービンの入口構造。

Images