JPH05113101A - ドラム形ロータを有する衝動蒸気タービン - Google Patents
ドラム形ロータを有する衝動蒸気タービンInfo
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- JPH05113101A JPH05113101A JP4098280A JP9828092A JPH05113101A JP H05113101 A JPH05113101 A JP H05113101A JP 4098280 A JP4098280 A JP 4098280A JP 9828092 A JP9828092 A JP 9828092A JP H05113101 A JPH05113101 A JP H05113101A
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
- F01D5/143—Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
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- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
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- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ドラム形ロータを有する衝動蒸気タービン及
びかかるタービンの改良 【構成】 衝動蒸気タービンは、ロータ(1)とステー
タ(2)とを含んでおり、複数の段(5)を有し、各段
は、静翼列(10)を有する仕切板と、ロータに伴って
回転する翼(8)を含む動翼列(10)とから順次構成
され、前記静翼列(10)が段(5)の圧力降下の85
%以上を与え、動翼(8)がディスクでなくロータ
(1)に直接装着されていることを特徴とする。これら
のタービンは、二次損失を減少させる改良を備え得る。
本発明のタービンによって数%の効率増加が得られる。
びかかるタービンの改良 【構成】 衝動蒸気タービンは、ロータ(1)とステー
タ(2)とを含んでおり、複数の段(5)を有し、各段
は、静翼列(10)を有する仕切板と、ロータに伴って
回転する翼(8)を含む動翼列(10)とから順次構成
され、前記静翼列(10)が段(5)の圧力降下の85
%以上を与え、動翼(8)がディスクでなくロータ
(1)に直接装着されていることを特徴とする。これら
のタービンは、二次損失を減少させる改良を備え得る。
本発明のタービンによって数%の効率増加が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロータとステータと含
んでおり、複数の段を有し、各段が、静翼列とロータに
伴って回転する動翼列とから順次構成され、各段の圧力
降下の85%以上が前記静翼列によって生じる衝動蒸気
タービンに関する。
んでおり、複数の段を有し、各段が、静翼列とロータに
伴って回転する動翼列とから順次構成され、各段の圧力
降下の85%以上が前記静翼列によって生じる衝動蒸気
タービンに関する。
【0002】
【従来の技術】公知の衝動タービンにおいては、ロータ
に一体的に固定されたディスクに動翼が装着されてい
る。
に一体的に固定されたディスクに動翼が装着されてい
る。
【0003】ロータが動的挙動を有するという理由から
は(図1参照)、ロータが十分な剛性を有すること、従
って、ハブがある程度の大きさの適当な直径DRを有す
ることが必要である。効率面からは逆に、ハブができる
だけ小さい直径を有しているのが好ましい。ハブの直径
を小さくすることによって固定部と可動部との間の漏れ
断面積を縮小でき、従って漏れ自体を減少させることが
できるからである。ロータの直径DRは、上記の2つの
要件が折り合うように決定される。
は(図1参照)、ロータが十分な剛性を有すること、従
って、ハブがある程度の大きさの適当な直径DRを有す
ることが必要である。効率面からは逆に、ハブができる
だけ小さい直径を有しているのが好ましい。ハブの直径
を小さくすることによって固定部と可動部との間の漏れ
断面積を縮小でき、従って漏れ自体を減少させることが
できるからである。ロータの直径DRは、上記の2つの
要件が折り合うように決定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ディスクの機械的品質
を低下させずに動翼をロータのディスクに固定できるよ
うにするためには、翼の基部とロータシャフトとの間に
十分なスペースを維持する必要がある。このため、直径
DRが一定のとき、翼の基部直径DBを所定の下限値よ
り小さくすることはできない。
を低下させずに動翼をロータのディスクに固定できるよ
うにするためには、翼の基部とロータシャフトとの間に
十分なスペースを維持する必要がある。このため、直径
DRが一定のとき、翼の基部直径DBを所定の下限値よ
り小さくすることはできない。
【0005】また、効率を改良するためには(図2参
照)、細長比Z(翼頂端の直径Dsと翼基部の直径DB
との比)を大きくするのが有利である。実際、(翼幅が
所与の値のとき)Zの値が大きいほど二次流(e)によ
る損失が少ない。しかしながら、蒸気流の通過断面積は
機械の作動条件を設定することによって決まり、その値
はDB2(Z2−1)に比例する。従って、効率を改良す
るためには、DBをできるだけ引き下げ、下限値に近い
値にすることが必要である。
照)、細長比Z(翼頂端の直径Dsと翼基部の直径DB
との比)を大きくするのが有利である。実際、(翼幅が
所与の値のとき)Zの値が大きいほど二次流(e)によ
る損失が少ない。しかしながら、蒸気流の通過断面積は
機械の作動条件を設定することによって決まり、その値
はDB2(Z2−1)に比例する。従って、効率を改良す
るためには、DBをできるだけ引き下げ、下限値に近い
値にすることが必要である。
【0006】更に、効率を向上させるために、固定部と
可動部との間の漏れ(f、f’)をできるだけ減らすよ
うにすることも必要である。
可動部との間の漏れ(f、f’)をできるだけ減らすよ
うにすることも必要である。
【0007】特に、静翼列の下方を通る蒸気漏れ
(f’)は効率を大幅に低下させる。その理由は、第一
にこの蒸気が有効仕事量を供給しないからであり、第二
に静翼列の下流にディスクが存在するのでこの蒸気が主
流中にラジアル方向で侵入し主流の品質を低下させるか
らである。
(f’)は効率を大幅に低下させる。その理由は、第一
にこの蒸気が有効仕事量を供給しないからであり、第二
に静翼列の下流にディスクが存在するのでこの蒸気が主
流中にラジアル方向で侵入し主流の品質を低下させるか
らである。
【0008】最後に、いくつかの場合には、ロータ及び
動翼列に作用する比較的小さい圧力(p)に対する対策
として、DRをやや上回る直径の釣合いピストンを機械
の頂部に配備する必要が生じ、これもまた、多少の効率
低下につながる。
動翼列に作用する比較的小さい圧力(p)に対する対策
として、DRをやや上回る直径の釣合いピストンを機械
の頂部に配備する必要が生じ、これもまた、多少の効率
低下につながる。
【0009】他方、段の圧力降下を段の静翼列と動翼列
との間で実質的に等しい2つの部分に分配する所謂「反
動」蒸気タービンも公知である。
との間で実質的に等しい2つの部分に分配する所謂「反
動」蒸気タービンも公知である。
【0010】反動タービンにおいて、動翼はロータシャ
フトに直接固定されている。翼の基部の直径DBはシャ
フトの直径DRに近い値を有する(ドラム形ロータ)。
フトに直接固定されている。翼の基部の直径DBはシャ
フトの直径DRに近い値を有する(ドラム形ロータ)。
【0011】動翼列において圧力降下が生じるので、動
翼列に対するスラストが極めて大きい。従って、このス
ラストの釣合いをとるために、DS(動翼の頂端の直
径)に達するような大きさの大直径の釣合いピストンを
機械の頂部に配備する必要があり、これはかなりの効率
低下を生じさせる。
翼列に対するスラストが極めて大きい。従って、このス
ラストの釣合いをとるために、DS(動翼の頂端の直
径)に達するような大きさの大直径の釣合いピストンを
機械の頂部に配備する必要があり、これはかなりの効率
低下を生じさせる。
【0012】また、釣合いピストンが大直径であること
は漏れの原因にもなる。結局、スラストの問題が反動タ
ービンの極度の効率低下の原因となる。
は漏れの原因にもなる。結局、スラストの問題が反動タ
ービンの極度の効率低下の原因となる。
【0013】反動タービンにおいては、漏れを減少させ
るために基部直径DBを縮小することはできない。
るために基部直径DBを縮小することはできない。
【0014】実際、特に高圧モジュールの場合、基部直
径を縮小すると段数が増加し、この増加は、特定の該当
モジュールのコスト及び長手方向寸法の見地から許容で
きない程度になる。
径を縮小すると段数が増加し、この増加は、特定の該当
モジュールのコスト及び長手方向寸法の見地から許容で
きない程度になる。
【0015】最後に、反動式機械、即ちドラム形ロータ
を有する機械の場合には、衝動式機械、即ちディスク形
ロータを有する機械と違って、静翼の下方を通る漏れが
妨害作用を与えないことに注目しなければならない。
を有する機械の場合には、衝動式機械、即ちディスク形
ロータを有する機械と違って、静翼の下方を通る漏れが
妨害作用を与えないことに注目しなければならない。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、動翼を
固定するためのディスクを使用せず、反動タービンの場
合のように動翼をロータ自体に直接固定することによっ
て衝動タービンの基部直径DBが縮小される。
固定するためのディスクを使用せず、反動タービンの場
合のように動翼をロータ自体に直接固定することによっ
て衝動タービンの基部直径DBが縮小される。
【0017】本発明の衝動タービンの特徴は、動翼がロ
ータに直接装着されることであり、その結果として、基
部直径DBとシャフト直径DRとの差が極めて小さい値
になる。
ータに直接装着されることであり、その結果として、基
部直径DBとシャフト直径DRとの差が極めて小さい値
になる。
【0018】本発明のタービンにおいては、膨張ゾーン
において蒸気通路が極めて良好に延長されるので、その
空気力学的効率を改良し得る。
において蒸気通路が極めて良好に延長されるので、その
空気力学的効率を改良し得る。
【0019】このことは、機械の頂部における質量対体
積比が小さい衝動タービンのすべての蒸気通路、特に、
質量流量が小さい亜臨界タービンの高圧蒸気通路、及び
質量流量にかかわりなく超臨界タービンの高圧蒸気通路
で重要である。
積比が小さい衝動タービンのすべての蒸気通路、特に、
質量流量が小さい亜臨界タービンの高圧蒸気通路、及び
質量流量にかかわりなく超臨界タービンの高圧蒸気通路
で重要である。
【0020】本発明のタービンにおいて、基部直径DB
を縮小するときには段数を増加させる必要がある。
を縮小するときには段数を増加させる必要がある。
【0021】しかしながら、段数の増加に伴って蒸気通
路の延長が生じないことに注目されたい。
路の延長が生じないことに注目されたい。
【0022】その理由としては、 −動翼が(等価の応力レベルで)同じ幅を維持してい
る、 −Δp及び力の作用面積が減少するので仕切板が薄くな
っている、 −ロータのディスクが削除されており、ディスクに動翼
を固定するための開孔形成に必要であった軸方向延長部
が不要である、 −ディスクと仕切板との間に必要であった間隙が不要で
ある、などがある。
る、 −Δp及び力の作用面積が減少するので仕切板が薄くな
っている、 −ロータのディスクが削除されており、ディスクに動翼
を固定するための開孔形成に必要であった軸方向延長部
が不要である、 −ディスクと仕切板との間に必要であった間隙が不要で
ある、などがある。
【0023】更に、蒸気通路の基部の直径が縮小される
のでモジュール全体の横寸法が小さくなると考えられ
る。
のでモジュール全体の横寸法が小さくなると考えられ
る。
【0024】この縮小の利点は、高圧モジュールの場合
ほど大きく、ステータ部の必要な機械的強度が容易に得
られる。
ほど大きく、ステータ部の必要な機械的強度が容易に得
られる。
【0025】
【実施例】添付図面に示す非限定実施例に基づいて本発
明をより詳細に以下に説明する。
明をより詳細に以下に説明する。
【0026】図1及び図2に示す従来の衝動タービン
は、ロータ1と、内部ステータ3と外部ステータ4とを
有するステータ2とを含んでおり、複数の段5を有す
る。各段5は、内部ステータ3に一体的に固定された仕
切板6と動翼列7とから順次構成されている。
は、ロータ1と、内部ステータ3と外部ステータ4とを
有するステータ2とを含んでおり、複数の段5を有す
る。各段5は、内部ステータ3に一体的に固定された仕
切板6と動翼列7とから順次構成されている。
【0027】動翼列7はロータ1と一体的なディスク9
に固定された動翼8を含む。
に固定された動翼8を含む。
【0028】仕切板6は、動翼8に向き合って配置され
た静翼20から成る静翼列10を含む。静翼列20はロ
ータ1のシャフトとの間の気密性を確保するグランド1
2を備えたリング11を支持している。
た静翼20から成る静翼列10を含む。静翼列20はロ
ータ1のシャフトとの間の気密性を確保するグランド1
2を備えたリング11を支持している。
【0029】また、ロータ/ステータ間の気密性を確保
するグランド13が動翼8の頂端に備えられている。こ
のグランドはステータを熱防護する機能も果たす。
するグランド13が動翼8の頂端に備えられている。こ
のグランドはステータを熱防護する機能も果たす。
【0030】動翼8の付根は、ピン15によってディス
ク9に固定されたフィンガ14を備えている。
ク9に固定されたフィンガ14を備えている。
【0031】ロータ1のシャフトの直径DRは、ロータ
が剛性を維持するための十分に大きい値と、漏れを減少
させるための十分に小さい値とを折り合わせた値に決定
される。
が剛性を維持するための十分に大きい値と、漏れを減少
させるための十分に小さい値とを折り合わせた値に決定
される。
【0032】ディスク9の機械的品質を損なわないよう
にして翼8をディスク9に固定するために、ロータシャ
フト1と翼8の付根との間に十分なスペースを維持する
必要がある。これらの条件下にDRを決めると、DB
(翼の基部の直径)も決まる。
にして翼8をディスク9に固定するために、ロータシャ
フト1と翼8の付根との間に十分なスペースを維持する
必要がある。これらの条件下にDRを決めると、DB
(翼の基部の直径)も決まる。
【0033】衝動タービンにおいては、静翼列10が1
つの段の基部での圧力降下の85%〜95%を与える。
残りの圧力降下は動翼列7によって与えられる。
つの段の基部での圧力降下の85%〜95%を与える。
残りの圧力降下は動翼列7によって与えられる。
【0034】本発明の衝動タービンを図3及び図4に示
す。図1及び図2の素子に対応する素子を同じ参照符号
で示す。
す。図1及び図2の素子に対応する素子を同じ参照符号
で示す。
【0035】従ってこのタービンは、順次に配置された
静翼列10と動翼列7とを含み、静翼列10が1つの段
の基部での圧力降下の85%〜95%を確保し、残りの
圧力降下が動翼列7によって確保される。
静翼列10と動翼列7とを含み、静翼列10が1つの段
の基部での圧力降下の85%〜95%を確保し、残りの
圧力降下が動翼列7によって確保される。
【0036】動翼8はディスクに固定される代わりに、
ロータ1(ドラム形ロータ)に直接固定される。その結
果として、DB’(翼8の基部の直径)はDR’(ロー
タシャフトの直径)に極めて近い値になる。DB’がD
Bよりも小さいので、蒸気通路の高さHが増加し、この
衝動タービンの効率が改良される。
ロータ1(ドラム形ロータ)に直接固定される。その結
果として、DB’(翼8の基部の直径)はDR’(ロー
タシャフトの直径)に極めて近い値になる。DB’がD
Bよりも小さいので、蒸気通路の高さHが増加し、この
衝動タービンの効率が改良される。
【0037】静翼列10の高さが増加するにもかかわら
ず、圧力の作用をうける仕切板の面積は、従来のタービ
ンの同様の面積よりもはるかに小さい(内側リング1
1’は簡単な帯状リングになり、リングの外径が顕著に
縮小される)。
ず、圧力の作用をうける仕切板の面積は、従来のタービ
ンの同様の面積よりもはるかに小さい(内側リング1
1’は簡単な帯状リングになり、リングの外径が顕著に
縮小される)。
【0038】更に、この技術では段の数が増加するの
で、仕切板における圧力降下Δpが減少している。
で、仕切板における圧力降下Δpが減少している。
【0039】従って、従来の技術に比べて仕切板を薄く
することが可能である。
することが可能である。
【0040】従来のタービンで必要であったディスクの
開孔形成用の軸方向延長部はもはや不要である。また、
仕切板の撓みを許容するために必要であった仕切板とデ
ィスクとの間のスペースも不要である。従って間隙J1
を縮小できる。
開孔形成用の軸方向延長部はもはや不要である。また、
仕切板の撓みを許容するために必要であった仕切板とデ
ィスクとの間のスペースも不要である。従って間隙J1
を縮小できる。
【0041】図1と図3との比較から分かるように、ロ
ータシャフトの直径DR’及びDRは実質的に等しい。
ータシャフトの直径DR’及びDRは実質的に等しい。
【0042】これに反して、DB’はDBよりも小さ
い。本発明のタービンの段の数は比(DB)2/(D
B’)2だけ増加するが、このように段の数が増加して
も、上記のごとき理由から段の数の増加に伴ってタービ
ン長さは延長されないので、各モジュールの全長は変わ
らない。
い。本発明のタービンの段の数は比(DB)2/(D
B’)2だけ増加するが、このように段の数が増加して
も、上記のごとき理由から段の数の増加に伴ってタービ
ン長さは延長されないので、各モジュールの全長は変わ
らない。
【0043】基部の直径DB’がDBよりも小さいの
で、内部ステータの直径DI’及び外部ステータの直径
DE’は、従来の衝動タービンの対応する直径DI及び
DEよりも小さい。
で、内部ステータの直径DI’及び外部ステータの直径
DE’は、従来の衝動タービンの対応する直径DI及び
DEよりも小さい。
【0044】従って、本発明のタービンは従来のタービ
ンに比較して構造的に多大な利点を有する。
ンに比較して構造的に多大な利点を有する。
【0045】本発明のタービンを用いて得られる効率増
加は、スーパークリティカルタービンのHPモジュール
の場合には5%に達し、サブクリティカルタービンのH
Pモジュールに場合には3.5%である。
加は、スーパークリティカルタービンのHPモジュール
の場合には5%に達し、サブクリティカルタービンのH
Pモジュールに場合には3.5%である。
【0046】図5に示す本発明の改良によれば、グラン
ド12を通る漏れが主流内に実質的に軸方向で注入され
るように、動翼8のヒール16(ロータ1の外部に突出
した付根14’の部分)及びこれらに向き合う仕切板6
の下部帯状リング11’が面取りされている。これらの
条件下では、漏れが主流をあまり妨害しないので、効率
が更に増加する。
ド12を通る漏れが主流内に実質的に軸方向で注入され
るように、動翼8のヒール16(ロータ1の外部に突出
した付根14’の部分)及びこれらに向き合う仕切板6
の下部帯状リング11’が面取りされている。これらの
条件下では、漏れが主流をあまり妨害しないので、効率
が更に増加する。
【0047】面取り部17が存在しても間隙を増大する
必要がない。従って間隙は図4のタービンの間隙J1に
等しい。
必要がない。従って間隙は図4のタービンの間隙J1に
等しい。
【0048】図6に示す本発明の別の改良によれば、ロ
ータ1の軸に平行な開孔18が各動翼8のヒール16に
設けられている。
ータ1の軸に平行な開孔18が各動翼8のヒール16に
設けられている。
【0049】仕切板6の下方を通る漏れと主流の極く一
部分との双方の流量が通過できるように開孔18の通過
断面積は十分に大きい。その結果として、二次流の妨害
が阻止され、これに伴う損失も回避される。
部分との双方の流量が通過できるように開孔18の通過
断面積は十分に大きい。その結果として、二次流の妨害
が阻止され、これに伴う損失も回避される。
【0050】動翼8のヒール16の開孔18は容易に形
成でき、また、動翼列7の各々毎に最適の開孔口径を採
用し得る。これに反して、ディスクを有する衝動タービ
ンにおいては(図7)、ディスクの穴あけが難しく、シ
ャフトの直径またはフィンガの深さ次第では必ずしも穴
あけができるとは限らない。後者の場合にはまた、1つ
の穴あけバイトで全部のディスクの開孔を形成するの
で、全部の開孔が同じ口径を有することになり、開孔寸
法の最適化ができない。
成でき、また、動翼列7の各々毎に最適の開孔口径を採
用し得る。これに反して、ディスクを有する衝動タービ
ンにおいては(図7)、ディスクの穴あけが難しく、シ
ャフトの直径またはフィンガの深さ次第では必ずしも穴
あけができるとは限らない。後者の場合にはまた、1つ
の穴あけバイトで全部のディスクの開孔を形成するの
で、全部の開孔が同じ口径を有することになり、開孔寸
法の最適化ができない。
【0051】更に、穴あけの技術から考察して、開孔1
8の寸法が大きくなり易い。従って、入口の最適な丸み
付け(R/Φ;R=開孔とディスク面との間の接続半
径、Φ=開孔口径)、最適なL/Φ比(L=開孔の長
さ)を与えることもできない。
8の寸法が大きくなり易い。従って、入口の最適な丸み
付け(R/Φ;R=開孔とディスク面との間の接続半
径、Φ=開孔口径)、最適なL/Φ比(L=開孔の長
さ)を与えることもできない。
【0052】実際、開孔の流量係数を流体の入射角から
ほぼ独立させるためには、R/Φ比が0.5を上回る
値、L/Φ比が2を上回る値になるように選択する必要
がある。
ほぼ独立させるためには、R/Φ比が0.5を上回る
値、L/Φ比が2を上回る値になるように選択する必要
がある。
【0053】更に、これらの開孔18の存在によって気
流が変化し、従ってディスクにかかる圧力分布が変化す
る。(翼の上流側と下流側との間の圧力差が翼の基部で
正確に決定されているときでも)開孔の上流端と下流端
との間の圧力差を正確に設定することができない。圧力
差のこのような不確かさは、開孔を通る流量及びディス
クに作用するスラストの双方にも反映する。
流が変化し、従ってディスクにかかる圧力分布が変化す
る。(翼の上流側と下流側との間の圧力差が翼の基部で
正確に決定されているときでも)開孔の上流端と下流端
との間の圧力差を正確に設定することができない。圧力
差のこのような不確かさは、開孔を通る流量及びディス
クに作用するスラストの双方にも反映する。
【0054】これらの条件下では、釣合い用開孔18の
最適寸法を決めることは極めて難しい。従って実際に
は、得られる効率増加は、理論的に予想できる最大値よ
りもはるかに少ない。
最適寸法を決めることは極めて難しい。従って実際に
は、得られる効率増加は、理論的に予想できる最大値よ
りもはるかに少ない。
【0055】上記と対照的に本発明の動翼列は以下のご
とき利点を有し得る: −入口の丸み付けが最適である(R/Φは約1)、 −入口の蒸気の入射角が既知の値であり、更に、開孔を
通る蒸気の流量にほとんど影響を与えない、 −(翼の基部における反動の程度によって決まる)開孔
の上流端と下流端との間の圧力差が完全に所定の値であ
る、 −比L/Φが最適である。
とき利点を有し得る: −入口の丸み付けが最適である(R/Φは約1)、 −入口の蒸気の入射角が既知の値であり、更に、開孔を
通る蒸気の流量にほとんど影響を与えない、 −(翼の基部における反動の程度によって決まる)開孔
の上流端と下流端との間の圧力差が完全に所定の値であ
る、 −比L/Φが最適である。
【0056】これらの条件下では釣合い用開孔の寸法を
何の困難もなく決定でき、得られる効率増加は理論的に
予想される最大値に近い値である。
何の困難もなく決定でき、得られる効率増加は理論的に
予想される最大値に近い値である。
【0057】更に、エンドスラストに関する不確かさが
増加しない。
増加しない。
【0058】最後に、行なったすべての実験において、
必要な開孔の寸法は、開孔18の形成によって翼8のヒ
ール16の機械的品質が低下しないような大きさである
ことが判明した。
必要な開孔の寸法は、開孔18の形成によって翼8のヒ
ール16の機械的品質が低下しないような大きさである
ことが判明した。
【0059】図8〜10に示す本発明の別の改良によれ
ば、各静翼に開孔19が設けられ、開孔19の延長上
に、周縁リング内を軸方向に延びる開孔19’が設けら
れている。その結果として、段内にP1>P2>P3>
P4>P5で存在する圧力段階を利用して、漏れ蒸気を
仕切板6のグランド12の第1チャンバ21から取り出
し、動翼8のグランド13の入口で軸方向に注入し得
る。
ば、各静翼に開孔19が設けられ、開孔19の延長上
に、周縁リング内を軸方向に延びる開孔19’が設けら
れている。その結果として、段内にP1>P2>P3>
P4>P5で存在する圧力段階を利用して、漏れ蒸気を
仕切板6のグランド12の第1チャンバ21から取り出
し、動翼8のグランド13の入口で軸方向に注入し得
る。
【0060】これらの条件下に、仕切板6の基部の漏れ
の一部が動翼8の頂端に注入され、その結果として、動
翼列7内で作用する流体の主流の流量から差し引かれる
流量が全体として減少する。これもまた効率増加につな
がる。
の一部が動翼8の頂端に注入され、その結果として、動
翼列7内で作用する流体の主流の流量から差し引かれる
流量が全体として減少する。これもまた効率増加につな
がる。
【0061】更に、このシステムは、いくつかの機械の
場合には決定的ともいえる利点を有する。実際、現行の
機械では、動力の増加が、単一ロータによって得られる
ので、全負荷に到達する前に不安定になり易い。これら
の不安定生は、固定部と可動部との間の流体の漏れによ
って発生し且つ翼の周縁に作用する横方向の力に起因す
る(図9参照)。
場合には決定的ともいえる利点を有する。実際、現行の
機械では、動力の増加が、単一ロータによって得られる
ので、全負荷に到達する前に不安定になり易い。これら
の不安定生は、固定部と可動部との間の流体の漏れによ
って発生し且つ翼の周縁に作用する横方向の力に起因す
る(図9参照)。
【0062】試験機及び実用機(遠心圧縮機及びタービ
ン)の双方において、これらの力は、グランドに侵入す
る流体がかなりの回転成分(F)を有するときには不安
定性を誘発するが、流体がグランドに軸方向(F’)に
侵入するときには安定性を維持することが判明した。
ン)の双方において、これらの力は、グランドに侵入す
る流体がかなりの回転成分(F)を有するときには不安
定性を誘発するが、流体がグランドに軸方向(F’)に
侵入するときには安定性を維持することが判明した。
【0063】この改良によって、蒸気は、グランド13
の入口で静翼に対して流出角αを形成することなく軸方
向に流れる。
の入口で静翼に対して流出角αを形成することなく軸方
向に流れる。
【0064】従って、動翼の封じグランド13に侵入す
る流体流の大部分は回転成分を有していない。この改良
の結果として、不安定性を誘発し易い漏れが安定性を維
持し得る。
る流体流の大部分は回転成分を有していない。この改良
の結果として、不安定性を誘発し易い漏れが安定性を維
持し得る。
【0065】ドラム形ロータはディスク形ロータよりも
大きい曲げモーメントを有している上に、前記のごとき
改良によって更に、特に超臨界機械の場合のHPモジュ
ールの安定性の裕度がかなり増加する。
大きい曲げモーメントを有している上に、前記のごとき
改良によって更に、特に超臨界機械の場合のHPモジュ
ールの安定性の裕度がかなり増加する。
【0066】図11及び図12に示す本発明の別の改良
によれば、仕切板6の封じグランド12の最終チャンバ
23のうちの1つのチャンバと各群の連続する静翼20
の狭搾部24との間に傾斜ダクト22を設ける。圧力差
があるので、静翼列の漏れ全部が蒸気チャネル25に再
注入される。
によれば、仕切板6の封じグランド12の最終チャンバ
23のうちの1つのチャンバと各群の連続する静翼20
の狭搾部24との間に傾斜ダクト22を設ける。圧力差
があるので、静翼列の漏れ全部が蒸気チャネル25に再
注入される。
【0067】この結果、動翼列の上流で静翼列10と動
翼列7との間の間隙に少量の蒸気流が吸引される。
翼列7との間の間隙に少量の蒸気流が吸引される。
【0068】これらの条件下に、仕切板6の基部の漏れ
は主流を妨害せず、(境界層を吹出すことによって)静
翼列10のチャネル内の流れの品質を改良し得る。
は主流を妨害せず、(境界層を吹出すことによって)静
翼列10のチャネル内の流れの品質を改良し得る。
【0069】このシステムは図12に示すようにチャネ
ル25内のP1>P2>P3>P4の圧力段階を利用す
る。
ル25内のP1>P2>P3>P4の圧力段階を利用す
る。
【0070】図5、図6、図8、図10及び図11に示
す改良を別々に使用することが可能である。また、特に
以下の組み合わせで同時に使用することも可能である:
図5及び図8の改良、図6及び図8の改良、図8及び図
11の改良。
す改良を別々に使用することが可能である。また、特に
以下の組み合わせで同時に使用することも可能である:
図5及び図8の改良、図6及び図8の改良、図8及び図
11の改良。
【0071】亜臨界(180バール)及び超臨界(>2
00バール)な衝動タービンのHPモジュールの場合に
は、本発明によって以下のごとき利点が得られる。
00バール)な衝動タービンのHPモジュールの場合に
は、本発明によって以下のごとき利点が得られる。
【0072】ドラム形ロータを使用するだけで(図13
参照)、考察中のHP蒸気通路の空気力学的効率を、
(機械の動力及び選択された熱動力学的サイクル次第
で)1%〜4%の量(A)だけ改良し得る。
参照)、考察中のHP蒸気通路の空気力学的効率を、
(機械の動力及び選択された熱動力学的サイクル次第
で)1%〜4%の量(A)だけ改良し得る。
【0073】ドラム形ロータでは、前記のごとくロータ
1の直径DR’で生じ動翼列の上流に再注入される蒸気
の漏れに起因する空気力学的損失を減少させ得る装置を
容易に配置し得る(ノズル羽根の穿孔、下部帯状リング
の穿孔、釣合い用開孔の形成、下部帯状リングの面取
り)。衝動タービンでは静翼列の圧力降下が大きいの
で、漏れの再注入に起因する空気力学的損失が極めて大
きく、モジュールの効率の1%〜2%に達し得る。本発
明によって提案された装置はこの損失のほぼ70%の量
(B)を削除し得る(図12参照)。
1の直径DR’で生じ動翼列の上流に再注入される蒸気
の漏れに起因する空気力学的損失を減少させ得る装置を
容易に配置し得る(ノズル羽根の穿孔、下部帯状リング
の穿孔、釣合い用開孔の形成、下部帯状リングの面取
り)。衝動タービンでは静翼列の圧力降下が大きいの
で、漏れの再注入に起因する空気力学的損失が極めて大
きく、モジュールの効率の1%〜2%に達し得る。本発
明によって提案された装置はこの損失のほぼ70%の量
(B)を削除し得る(図12参照)。
【0074】ドラム形ロータでは、蒸気力に起因するロ
ータの不安定性を減少させ得る装置(仕切板の穿孔)を
容易に配置し得る(図9及び図10参照)。
ータの不安定性を減少させ得る装置(仕切板の穿孔)を
容易に配置し得る(図9及び図10参照)。
【0075】また、モジュールの横寸法及び重量が低減
できる。
できる。
【0076】更に、ステータ部の耐圧性の確保が容易で
ある。
ある。
【0077】上記の利点と同時に、モジュールの長手方
向寸法は維持されている。
向寸法は維持されている。
【0078】最後に、ドラム形ロータの使用及び衝動タ
ービンの原理の使用の双方によって以下の利点が与えら
れる。
ービンの原理の使用の双方によって以下の利点が与えら
れる。
【0079】ロータの長さが所与の値のとき(双方とも
ドラム形ロータ)、衝動機械の基部の直径が反動機械の
基部の直径よりも小さい。前記のごとく、蒸気通路自体
で効率増加が得られることに加えて、衝動タービンで
は、ロータにかかるスラストが極めて小さいので、釣合
いピストンの直径が反動タービンの釣合いピストンの直
径よりもはるかに小さい。このことが更に効率増加に導
き、極めて高圧力のいくつかの機械の場合には効率増加
が2%に達する。
ドラム形ロータ)、衝動機械の基部の直径が反動機械の
基部の直径よりも小さい。前記のごとく、蒸気通路自体
で効率増加が得られることに加えて、衝動タービンで
は、ロータにかかるスラストが極めて小さいので、釣合
いピストンの直径が反動タービンの釣合いピストンの直
径よりもはるかに小さい。このことが更に効率増加に導
き、極めて高圧力のいくつかの機械の場合には効率増加
が2%に達する。
【図1】ドラム形ロータを有する従来の衝動タービンの
断面図である。
断面図である。
【図2】図1のタービンの1つの段の説明図である。
【図3】ドラム形ロータを有する本発明の衝動タービン
の断面図である。
の断面図である。
【図4】図3のタービンの1つの段の説明図である。
【図5】第1の改良を備えた本発明の衝動タービンの1
つの段の断面図である。
つの段の断面図である。
【図6】第2の改良を備えた本発明の衝動タービンの1
つの段の断面図である。
つの段の断面図である。
【図7】図6と同じ改良を備えた従来の衝動タービンの
断面図である。
断面図である。
【図8】第3の改良を備えた本発明の衝動タービンの1
つの段の断面図である。
つの段の断面図である。
【図9】静翼列の出口に由来する動翼列の頂部の漏れ
(傾斜角度α1のベクトル)を有するディスク形ロータ
の上の衝動タービンの1つの段を示す斜視図である。
(傾斜角度α1のベクトル)を有するディスク形ロータ
の上の衝動タービンの1つの段を示す斜視図である。
【図10】仕切板の基部から軸方向開孔を介して動翼の
頂部に達する漏れを示すドラム形ロータ上の図8の段を
示す斜視図である。
頂部に達する漏れを示すドラム形ロータ上の図8の段を
示す斜視図である。
【図11】第4の改良を備えた本発明の衝動タービンの
1つの段の断面図である。
1つの段の断面図である。
【図12】図11の円筒面の断面図である。
【図13】本発明によって得られる効率増加を示すグラ
フである。
フである。
1 ロータ 2 ステータ 3 内部ステータ 4 外部ステータ 5 段 6 仕切板 7 動翼列 8 動翼 9 ディスク 10 静翼列 11’ 帯状リング 12、13 封じグランド 16 ヒール 18、19、19’ 開孔 20 静翼 21、23 チャンバ 22、25 チャネル
Claims (5)
- 【請求項1】 ロータとステータとを含んでおり、複数
の段を有し、各段が、静翼列を有する仕切板とロータに
伴って回転する翼を有する動翼列とから順次構成され、
各段の基部における圧力降下の85%以上が前記静翼列
によって与えられる衝動蒸気タービンであって、動翼列
がロータに直接装着されていることを特徴とする衝動蒸
気タービン。 - 【請求項2】 仕切板の基部に漏れを含み、前記漏れが
実質的に軸方向で主流内に注入されることを特徴とする
請求項1に記載の蒸気タービン。 - 【請求項3】 ロータに固定された各翼のヒールは、ロ
ータの軸に実質的に平行でヒールの両側を互いに連通さ
せる開孔を備えており、前記開孔の入口は、仕切板の基
部の近傍に位置していることを特徴とする請求項1に記
載の蒸気タービン。 - 【請求項4】 仕切板の基部が、複数の直列チャンバを
有する封じグランドを含んでおり、動翼の頂端が封じグ
ランドを含んでおり、静翼及び仕切板が、仕切板の基部
のグランドの第1チャンバから漏れ蒸気を吸引し且つ動
翼のグランドの入口で該蒸気を軸方向に注入する開孔を
備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項
に記載の蒸気タービン。 - 【請求項5】 静翼の付根が装着された仕切板の帯状リ
ングが、複数の直列チャンバから成る封じグランドを含
んでおり、仕切板の基部の漏れが、静翼列の連続する2
つの翼によって形成されたチャネルに接線方向で再導入
されるように、前記帯状リングが、最終チャンバの1つ
と主流とを接続する傾斜チャネルを含むことを特徴とす
る請求項1に記載の蒸気タービン。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9104855 | 1991-04-19 | ||
FR9104855A FR2675536B1 (fr) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Turbine a action a rotor tambour et perfectionnement a ces turbines. |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05113101A true JPH05113101A (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=9412055
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JP4098280A Pending JPH05113101A (ja) | 1991-04-19 | 1992-04-17 | ドラム形ロータを有する衝動蒸気タービン |
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---|---|
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EP (1) | EP0509921B1 (ja) |
JP (1) | JPH05113101A (ja) |
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CN (1) | CN1034525C (ja) |
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CA (1) | CA2066318A1 (ja) |
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DE (1) | DE69210462T2 (ja) |
DK (1) | DK0509921T3 (ja) |
ES (1) | ES2086681T3 (ja) |
FR (1) | FR2675536B1 (ja) |
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RU (1) | RU2058494C1 (ja) |
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CN100340740C (zh) * | 2004-09-17 | 2007-10-03 | 北京全三维动力工程有限公司 | 一种超高压冲动式汽轮机 |
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-
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- 1991-04-19 FR FR9104855A patent/FR2675536B1/fr not_active Expired - Fee Related
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1992
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-
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