JPH0861006A - 蒸気タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノズル翼と外壁とのコーナー部にドレン捕獲用
の空隙を設けることにより、ドレンを捕獲排出し、ブレ
ードのエロージョン防止を図る。 【構成】ノズル翼４とスペーサ７とで外壁５に空隙８を
設ける。空隙８と通ずる環状の空間１０とここからドレ
ンを排出する排出穴１１をも設ける。これにより、外壁
やノズル翼表面に付着する水膜を効果的に除去し、ブレ
ードのエロージョンを防止するとともに、ノズル翼と外
壁のコーナー部の渦流を減少でき二次流れ損失を低減す
ることが出来る。 【効果】ブレードのエロージョンが防止できることによ
り信頼性が増す。また二次流れ損失の低減が可能であ
り、効率低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズル翼及び外壁に付
着する水滴を補集するための構造を有する蒸気タービン
に係り、特に水滴を補集するための空隙を外壁に設けた
蒸気タービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、蒸気タービンのノズル翼及び
外壁に付着する水滴を捕獲するための構造は種々提案さ
れてきた。その一つとして、例えば特開昭60−190602号
に記載のものが知られている。この公知のものは、ノズ
ル翼と外輪との付根部分に、ノズル翼の凸面側及び凹面
側に蒸気流の上流側が浅く、蒸気流の下流側に行くに従
って次第に深くなるＶ字形のドレン捕捉溝を設け、この
捕捉溝によりドレンを捕捉するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】蒸気中の水滴によるタ
ービンブレード（動翼）の侵食を防止する目的で、前述
の如く種々の発明，考案がなされているが、従来技術で
は最もドレンが集中する位置から捕獲するという点につ
いては配慮されていないため、ドレンの捕獲が充分でな
く、タービンブレード（動翼）の侵食を完全には防止出
来ていなかった。また、ドレン捕獲時に随伴して蒸気も
捕獲するためタービン効率の低下があった。

【０００４】また、ドレン捕獲と同時に蒸気も随伴蒸気
として捕獲し、仕事をしない蒸気として系外に排出する
ため、タービン効率低下をまねいていた。

【０００５】本発明の目的は、随伴蒸気による効率低下
分を補いつつ、ドレン捕獲するための空隙をドレンが集
中する位置に設けて効率良く水滴を捕獲することができ
る蒸気タービンを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る蒸気タービンの特徴は、ノズル翼と、該
ノズル翼の半径方向の端部をそれぞれ固定する外壁及び
内壁とを有し、前記外壁及び内壁により蒸気流路を形成
するように構成された蒸気タービンにおいて、前記外壁
のノズル翼固定部近傍に、該ノズル翼固定部おけるノズ
ル翼の輪郭形状に沿って形成された空隙を設けたことに
ある。

【０００７】また、前記空隙に連通して水滴を前記蒸気
流路外へ排出する排出穴を更に設けてもよい。

【０００８】

【作用】蒸気中の水滴は遠心力により外壁側に集中しな
がら蒸気とともに下流側に向かって流れていく。外壁側
に集中した水滴はダイヤフラムの外壁に付着し、付着し
た水滴は結合して成長しながら下流側に向かう。また、
外壁側に集中した水滴はノズル翼にも付着し、水滴は結
合して成長しながら下流側，外壁側に向かう。従って、
外壁及びノズル翼に付着した水滴は、外壁のノズル翼固
定部、即ち外壁とノズル翼の交叉するコーナー部に最も
集中することとなる。

【０００９】ダイヤフラムから出た水滴は、後段のブレ
ードに衝突しブレードを侵食する。その侵食度合いは、
衝突する水滴が大きい程、侵食も多くなる為外壁及びノ
ズル翼に付着し成長した水滴（ドレン）を捕獲すれば、
ブレードの侵食を防止出来ることとなる。

【００１０】従って、前述の外壁とノズル翼の交叉する
コーナー部に、ノズル翼固定部におけるノズル翼の輪郭
形状に沿って形成された捕獲用空隙を設ける事により、
ドレン集中部から直接ドレンを捕獲することが可能とな
り、効果的に捕獲が出来ることとなり、後流側のブレー
ドが侵食するのを防止する事が出来る。

【００１１】また、ノズル翼と外壁のコーナー部には渦
流が発生し二次流れ損失が生ずるが、前述の空隙からド
レン捕獲時に随伴蒸気とともに渦流を捕獲することによ
り二次流れ損失を低下することが出来、随伴蒸気捕獲に
よる効率低下分が補えることができる。

【００１２】さらに、ノズル翼と外壁のコーナー部に設
ける空隙は、通常のダイヤフラム製造過程で作る事が出
来るため単純構造で、かつ安価に製造可能となった。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１４】図１は本発明の一実施例に係る蒸気タービ
ンの構造を示す。蒸気タービンは、ノズル翼４と、この
ノズル翼４の半径方向のそれぞれの端部を固定する外壁
５及び内壁２０と、ノズル翼４から流出した上記により
回転されるブレード６とにより構成され、また外壁５及
び内壁２０により蒸気流路を形成している。

【００１５】蒸気１内に存在する水滴２は蒸気１よりも
質量が重い為に、高速回転（通常３０００，３６００又
は、１５００，１８００rpm ）するブレード６の影響
（遠心力）で外周側に集まり、外壁５に付着する。付着
した水滴は、水滴同士が結合し成長しながら下流に向か
って外壁を流れる。

【００１６】ノズル翼４に付着した水滴２は、水滴同士
が結合し成長しながら、上記の外壁と同様に水膜３とな
り外壁５側に向かいながら下流に流れる。そしてこの水
膜を空隙８により捕獲し、空間１０を経由して排出穴１
１により蒸気流路外へ排出されるように構成している。
この詳細な説明は後述するとし、その前に、水膜３の成
長に付いてさらに詳しく図２，図３を用いて説明する。

【００１７】図２は、図１において説明したノズル翼４
の先端部及びその近傍の外壁５の拡大図である。

【００１８】ノズル翼４表面に付着した水滴２は、下流
に流れながら水滴同士が結合し成長する。成長した水膜
３は蒸気の遠心力の影響によりノズル翼表面を伝って外
壁５側に向かう。この水膜３は、外壁のノズル翼固定部
近傍に設けられた空隙８により捕獲され、空間１０に集
められる。

【００１９】図３は、図１のＡ−Ａ断面を示したもので
あるが、外壁５に付着した水滴２は水滴同士が結合し成
長しながら、外壁５を伝って下流に向かうが、蒸気の流
れ１に対して水膜３の流れ方向は、質量が大きい為に蒸
気の流れとは追従せずに慣性力により、タービン軸方向
に流れる。従って、水膜３はノズル翼４の凹側面に殆ど
の水膜が流れ集まることとなる。

【００２０】上記の如く、ノズル翼４及び外壁５に付着
した水滴２はいずれも外壁５とノズル翼４が交叉するコ
ーナー部に集まる。

【００２１】この水膜はノズル翼４及び外壁５を出る
と、ブレード６に衝突し侵食を発生させ、タービンの信
頼性を損なうこととなる。特に、水膜となりブレード６
に衝突する場合はその質量が大きい為に、衝突エネルギ
ーが大きくなり、侵食量も増大することとなる。ノズル
翼４及び外壁５に付着せずに蒸気中に存在したままブレ
ード６に衝突する水滴は質量が小さく、衝突エネルギー
も小さい為にブレード６の侵食に関しては問題とはなら
ない。

【００２２】以上のごとく、ブレード６の侵食を低減す
るには、ノズル翼４及び外壁５に付着し成長した水膜３
をノズル翼４及び外壁５から出る前に捕獲し、蒸気と分
離してしまうことが効果的な方法である。

【００２３】本実施例では、水膜３が最も集中する外壁
のノズル翼固定部、即ちノズル翼４と外壁５とのコーナ
ー部に、図３に示すようなノズル翼固定部おけるノズル
翼の輪郭形状に沿って形成された空隙８を設けて、ここ
で水膜３を捕獲し、スペーサ７と外輪９とで形成した空
間１０に導入し、この空間１０から圧力の低い領域と連
通した排出穴１１を通り主蒸気流の系外に排出する構造
としてある。このように構成することにより、ノズル翼
４及び外壁５に付着する水膜３の大部分を捕獲すること
ができ、ブレード６に衝突する水滴を最小限に抑えるこ
とができる。

【００２４】次に、空隙８の作り方について、図４を用
いて説明する。

【００２５】図４は、本発明に適用されるダイヤフラム
の製造方法を説明するフローチャートである。

【００２６】ノズル翼４とスペーサ７をスペーサ７に加
工したノズル翼挿入穴７１にノズル翼４を嵌め込み組み
立てる。ノズル翼挿入穴７１はノズル翼４の輪郭形状よ
り空隙８だけ大きくしておく。次に、スペーサ７とノズ
ル翼４とを溶接４０などにて固定する。この時溶接する
範囲はノズル翼４の蒸気入口側のみ、又は入口側と出口
側、又は、ノズル翼４の凸側、あるいはノズル翼４の中
央部分のみ等とする。本例では蒸気入口側のみの溶接と
している。ノズル翼４とスペーサ７を組立、一体化固定
したノズルリングを、あらがじめ準備した外輪９と内輪
９１に組立溶接４１し固定する。外輪９には空間１０を
作るための溝１０ａを加工しておく。以上でドレン捕獲
のための空隙８とこれに連通する空間１０が形成され
る。ここまでの製造フローは特別にドレン捕獲構造とす
る為のものでは無く、通常のダイヤフラム製造となんら
変わる事は無い。本発明の特徴の一つは、従来のダイヤ
フラム製造方法に着目し、ノズル翼挿入穴７１をノズル
翼４の輪郭形状より空隙８分大きくして、ここにドレン
捕獲用の空隙を設けることにより、従来は複雑な加工を
要求していたドレン捕獲構造を、容易に且つ安価に提供
出来ることでもある。又、ノズル翼４と外壁５とのコー
ナー部は蒸気の渦流が発生しており、二次流れ損失とし
て知られている。本発明によれば、この渦流の発生する
位置からドレンとともに随伴蒸気として渦流を捕獲し排
出しているため、二次流れ損失を低減できることとな
る。

【００２７】図５は、本発明の効果の一つである二次流
れ損失低減に重点を置いた他の実施例である。空隙８及
び空間１０は図１と同じである。空間１０から捕獲した
ドレン及び随伴蒸気を排出する排出穴１１ａが配管２１
を介して例えば復水器（図示せず）等の真空度の高い領
域とつなぎ、空間１０から強力に吸い込む事により、渦
流をより多く捕獲出来、二次流れ損失を低減可能とな
る。無論ドレンの捕獲量が増加することとなる。

【００２８】図６は、本発明の他の実施例であり、捕獲
したドレンを空隙８に直結した排出穴１１で排出する構
造である。本構造であっても本発明の効果は同じように
期待できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果を奏する。

【００３０】ノズル翼と外壁とのコーナー部にドレン捕
獲用空隙を設けた事により、ドレンが最も集中する位置
からドレンを捕獲することができ、ドレンの衝突による
ブレードのエロージョン防止が図れ、蒸気タービンの信
頼性を向上できる。また、二次流れ損失を発生させる渦
流を捕獲することにより、タービン効率の向上が期待で
きる。さらに、製造方法が通常のダイヤフラムとなんら
変わるかとが無いことから、加工が容易で安価なドレン
捕獲構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る蒸気タービンの部分断
面図。

【図２】図１において説明したノズル翼４の先端部及び
その近傍の外壁５の拡大図。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図であり外壁の水膜成長を示
す。

【図４】本発明に適用されるダイヤフラムの製造方法の
フローチャート。

【図５】蒸気タービンの湿り段の断面図であり本発明の
他の実施例。

【図６】蒸気タービンの湿り段の断面図であり本発明の
他の実施例。

【符号の説明】

４…ノズル翼、５…外壁、７…スペーサ、８…空隙、１
０…空間、１１…排出穴。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズル翼と、該ノズル翼の半径方向の端部
   をそれぞれ固定する外壁及び内壁とを有し、前記外壁及
   び内壁により蒸気流路を形成するように構成された蒸気
   タービンにおいて、 前記外壁のノズル翼固定部近傍に、該ノズル翼固定部に
   おけるノズル翼の輪郭形状に沿って形成された空隙を設
   けたことを特徴とする蒸気タービン。
2. 【請求項２】ノズル翼と、該ノズル翼の半径方向の端部
   をそれぞれ固定する外壁及び内壁とを有し、前記外壁及
   び内壁により蒸気流路を形成するように構成された蒸気
   タービンにおいて、 前記外壁のノズル翼固定部近傍に、該ノズル翼固定部お
   けるノズル翼の輪郭形状に沿って形成され、前記ノズル
   翼及び前記外壁に付着する水滴を補集する空隙を設け、
   更に該空隙に連通して水滴を前記蒸気流路外へ排出する
   排出穴を設けたことを特徴とする蒸気タービン。