JPH0861002A - 蒸気タービンのダイヤフラム - Google Patents

蒸気タービンのダイヤフラム

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JPH0861002A
JPH0861002A JP19947094A JP19947094A JPH0861002A JP H0861002 A JPH0861002 A JP H0861002A JP 19947094 A JP19947094 A JP 19947094A JP 19947094 A JP19947094 A JP 19947094A JP H0861002 A JPH0861002 A JP H0861002A
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JP
Japan
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nozzle
diaphragm
moving blade
wake
exciting force
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP19947094A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Fuchigami
光二 渕上
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ノズルウェーク振動数を動翼の固有振動数か
ら離れたものにして、動翼に作用するノズルウェーク励
振力を低減し、若しくは動翼とノズルウェークとの共振
が発生しない特に、高周波の固有振動数を持つ短い動翼
を備える蒸気タービンのダイヤフラムを提供する。 【構成】 ダイヤフラムの円周方向に配設されるノズル
4,5,6を、複数の異るピッチA,B,Cの組合せに
して、配列し、ダイヤフラムに取り付けることにより、
ノズル後縁の蒸気流れの遅い部分によって生じるノズル
ウェークが上記ピッチの違いによる振動数の混在したも
のとなり、一定周波数のノズルウェーク励振力が発生し
ないようにして、動翼の固有振動数と共振するのを防止
した。これにより蒸気タービンの耐振強度設計において
は、ノズルウェーク励振力の1/10の励振力しかな
い、ハーモニック励振力のみを考慮すれば良く、設計が
きわめて容易になった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は原動機製品の蒸気タービ
ンに適用され、蒸気の熱エネルギを運動エネルギに変換
するノズル(静翼)を動翼(ブレード)の上流側の適正
な位置に設置するとともに、蒸気タービン段落間の圧力
差を維持するための蒸気タービンのダイヤフラム(仕切
板、diaphragm)に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸気を加速するノズルを、蒸気の熱エネ
ルギを回転エネルギに変換する動翼の上流側の適正な位
置に配置するとともに、タービン段落間の圧力差を維持
するためのダイヤフラム01は、図2に示すように、車
室内部の溝に挿入されて車室軸方向の位置決めを行う外
輪010、ロータとの間隙からの蒸気漏洩を低減するラ
ビリンスパッキンを内周面に具える内輪011とからな
り、外輪010の内周面と内輪011の外周面との間
に、動翼02に対して適正な配置になるようノズル03
をセットするようにしている。ダイヤフラム01へのノ
ズル03の配置は、従来、図2の矢視A−Aの円周方向
の展開図である、図3に示されるように、ノズル03が
円周方向に同一のピッチAで配設されている。
【0003】このため、ノズル03で加速される蒸気に
より動翼02に作用する励振力は、円周方向の蒸気の不
均一流れによるハーモニック励振力のほか、ノズル数で
定まる振動数のノズルウェーク励振力が作用することと
なる。
【0004】特に、固有振動数の高い短翼の動翼02に
ついて、ノズルウェーク励振力についての耐振強度設計
を行う場合、従来、動翼02の或るモードの固有振動数
と、ノズルウェーク励振力との共振を避けるために、ノ
ズル03の配設ピッチAを小さく、あるいは大きくし
て、ノズルウェークの振動数を動翼02の固有振動数か
ら離れた振動数に変えたり、動翼02の翼巾を大きなも
のとしたり、隣接する動翼02の先端を連結するシュラ
ウドの厚さを厚くしたり、又はつづり枚数を変える等に
より耐振強度を増し、ノズルウェーク励振力に耐える、
安全率の大きい頑丈なものにすることが行われている。
また、動翼02を強度上必要な安全率を有する状態とす
るためには、いくつかのくり返し計算が必要であり、そ
の結果によっては、例えば、翼巾をさらに大きなものと
する必要が生じたりしていたため、これらの検討に要す
る時間を多く必要とし、また翼巾の耐振強度の増強等の
ためには、材料費が多額になる不具合があった。
【0005】なお、固有振動数が1000〜1500Hz
以上の、高い振動数の動翼02に対する励振力は、ハー
モニック励振力に比べノズルウェーク励振力の方が格段
に大きいため、この励振力を低減することが特に望まれ
ていた。
【0006】また、耐振強度設計が確立したといわれる
現在においても、ノズルウェーク励振力によるものとみ
られる、動翼の損傷トラブルが希に発生しており、より
確実な回避策の実現が望まれているのが現状である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の不具
合を解消するため、ノズルウェーク振動数を動翼の固有
振動数から離れたものにして、動翼に作用するノズルウ
ェーク励振力を低減し、若しくは動翼とノズルウェーク
との共振が発生しない蒸気タービンのダイヤフラムを提
供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の蒸気
タービンのダイヤフラムは、次の手段とした。・ダイヤ
フラムの円周方向に配設されるノズルを複数の異るピッ
チで配設した。
【0009】ここで「複数の異るピッチでノズルを配設
する」とは、例えば円周方向に配設するノズルの、隣接
するノズルとの間隔であるピッチに、A,B,Cの3つ
の異るピッチで採用した場合、(1)A,B,C、又は
A,C,Bの繰返しでノズルを配設し、異るピッチが同
数になるようにしても良く、(2)A,B,C,B,
A、又はA,C,B,C,A、若しくはA,B,A,
C,Aの繰返しでノズルを配設し、異るピッチが同数に
ならないような、ノズル配列にしても良いものである。
【0010】
【作用】本発明の蒸気タービンのダイヤフラムは、上述
の手段により、ノズル後縁の蒸気流れの遅い部分によっ
て生じるノズルウェークは、ノズルを配設したピッチの
違いによる振動数の混在したものとなり、一定のノズル
ウェーク振動数の励振力が作用しなくなるため、動翼の
固有振動数との共振が発生しなくなる。これにより、ハ
ーモニック励振力に比べ、約10倍もの励振力で動翼に
過大な振動応力を発生させていたノズルウェーク励振力
を考慮することなく、耐振強度設計ができ、設計が容易
となり、これらの要する時間を短縮できるとともに、動
翼の耐振強度の増強のために要していた材料費を低減で
きる。
【0011】また、高い固有振動数の高圧段に使用され
る短い動翼の損傷トラブルを確実に回避できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の蒸気タービンのダイヤフラム
の実施例を図面にもとづき説明する。
【0013】図1は、図3と同様にノズルを切断して円
周方向に展開した、本発明の蒸気タービンのダイヤフラ
ムの一実施例を示す展開図である。
【0014】本実施例は、蒸気タービンの衝動式段落に
おいて、回転数の整数倍(ハーモニック励振力)とのTu
ningが困難な短翼(有効部翼長が約200mm以下)とな
る全ての段落に実施するもので、130MWクラスの再熱
蒸気タービンの高中圧タービン全段落、および全ての中
小型蒸気タービンに実施されるものである。
【0015】図に示すように、本実施例は異ったピッチ
A,B,Cを有するノズル4,5,6を、ダイヤフラム
1の外輪内周と内輪外周との間の円周上に適当に配列し
て、一定の振動数で動翼に作用するノズルウェーク励振
力による共振の発生を解消したものである。
【0016】この場合、ノズル4,5,6の配列は基準
ピッチを中心に前後ピッチが振り分けられるように配列
すれば、段落効率への影響を無くすることができる。
【0017】また、ノズル4,5,6のピッチの違いを
必要とする標準ノズルは、2〜3種類でよく、従来のよ
うな励振々動数を倍または半分とするための多くの種類
の標準ピッチノズルを必要としない。
【0018】本実施例のように、ダイヤフラム1の円周
方向に異なったピッチでノズルを配置することにより、
ピッチAで配置されたノズル4、およびノズル5の間を
通過した蒸気は、(Dm×π)/Aの振動数NFW1の
ノズルウェークをピッチBで配置されたノズル5および
ノズル6の間を通過した蒸気は、(Dm×π)/Bの振
動数NFW2のノズルウェークを、さらにピッチCで配
置されたノズル6とノズル5の間を通過した蒸気は、
(Dm ×π)/Cの振動数NFW3のノズルウェークを
それぞれのノズルの後流側に発生する。但し、Dm はノ
ズルの平均直径を示す。
【0019】従って、本実施例のノズル配列では1円周
上にNFW1、またはNFW2、またはNFWHzの3種
類のノズルウェーク振動数が発生することとなり、一定
の振動数のノズルウェークが動翼に作用しなくなるた
め、動翼の固有振動数との共振は発生しないこととな
る。
【0020】従って、動翼に作用する励振力は、円周上
の蒸気のアンバランス流れによって生じるハーモニック
ス励振力(ハーモニックス数は1回転につき1回から最
大はノズルの数だけ存在する)だけとなり、衝動翼耐振
強度計算が励振力の小さいハーモニック励振力について
のみでよいこととなり、設計が容易となり、これに要す
る時間の短縮ができる。
【0021】しかも、高サイクル振動域での励振力の大
きさで比較すると、ハーモニックス励振力はノズルウェ
ーク励振力の1/10と極端に小さく、高圧段の動翼々
巾は全て20mm巾とすればよく、また、中圧段の動翼々
巾は全て30mm巾でよいため、動翼々巾の減小によりデ
ィスク巾も小さく出来、ロータ全長も短くなり、蒸気タ
ービン全長も短くなり蒸気タービンのコストダウンを図
ることができる。
【0022】また、製作結果により、動翼の固有振動数
が予想値から大巾にズレた場合においても、ノズルウェ
ーク励振々動数が存在しないため、共振による動翼の損
傷トラブルは完全に無くなる。
【0023】さらに、既設機の動翼損傷事故対策におい
ても、本実施例のダイヤフラムと取替えることにより、
根本原因のノズルウェークが除去でき問題は解消する。
【0024】なお、本実施例では、基準ピッチを中心に
前後に振り分けた3種類の異なるピッチA,B,Cノズ
ル4,5,6をダイヤフラム1の円周方向に配設するよ
うにしたが、必ずしも3種類のピッチである必要はな
い。
【0025】また、ピッチA,B,Cの配列も、図1の
左側からA,B,C,B,Aの繰返しにしているが、
A,B,C又はA,C,Bの繰返しでノズルを配置し、
異るピッチのものが円周上に同数になるように配置して
も良いものである。
【0026】要は、ダイヤフラム1円周上の蒸気のアン
バランス流れが甚しくならないようにすれば良い。
【0027】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明の蒸気ター
ビンのダイヤフラムによれば、特許請求の範囲に示す構
成により、一定の振動数のノズルウェーク励振力が動翼
に作用しなくなり、ノズルウェーク励振力による動翼の
固有振動数との共振が発生しなくなる。これにより、動
翼に過大な振動応力を発生させていたノズルウェーク励
振力を考慮することなく、耐振強度設計ができ、設計が
容易となり、これらの要する時間を短縮できるととも
に、安全率を過大にとり、動翼の耐振強度の増強のため
に要していた材料費を低減できる。
【0028】また、高い固有振動数の高圧段に使用され
ている短い動翼の損傷トラブルを確実に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は、本発明の蒸気タービンのダイヤフラ
ムの第1実施例を示す円周方向にダイヤフラムを展開し
たときのノズル配列図。
【図2】蒸気タービンの衝動段落のダイヤフラム、動
翼、ノズルを示す図。
【図3】従来の蒸気タービンのダイヤフラムを示すた
め、円周方向にダイヤフラムを展開したときのノズル配
列図である。
【符号の説明】
1 ダイヤフラム 4,5,6 ノズル A,B,C ピッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円周方向に配設されたノズルを動翼の上
    流側に配置するとともに、蒸気タービン段落間の圧力差
    を維持するための蒸気タービンのダイヤフラムにおい
    て、前記ノズルが複数の異るピッチで円周方向に配設さ
    れていることを特徴とする蒸気タービンのダイヤフラ
    ム。
JP19947094A 1994-08-24 1994-08-24 蒸気タービンのダイヤフラム Withdrawn JPH0861002A (ja)

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JPH0861002A true JPH0861002A (ja) 1996-03-05

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ID=16408343

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Cited By (5)

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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20011106