JPS603921Y2 - Diffusion evacuation device with condensing surface - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はタービン装置、特に凝縮面で造ったディフュ
ーザを有するタービン装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a turbine arrangement, particularly a turbine arrangement having a diffuser made of a condensing surface.

蒸気動力発生技術の専門家に良く知られているように、
タービンはケーシング内に配置した複数列の静止羽根と
、環状列の回転羽根が静止羽根の各列と交代するように
設けられた回転子とを備え、動力流体、普通は高温高圧
蒸気をケーシング内に閉じ込めて静止羽根と回転羽根の
交互列上に案内してそれから機械的回転エネルギーを抽
出するようになっている。As is well known to experts in steam power generation technology,
A turbine has a plurality of rows of stationary blades disposed within a casing and a rotor with an annular row of rotating blades alternating with each row of stationary blades to direct a motive fluid, usually high temperature and pressure steam, into the casing. It is designed to extract mechanical rotational energy from it by confining it to and guiding it over alternating rows of stationary and rotating blades.

タービン装置内で膨張することが許される動力蒸気から
より効率的に仕事を抽出することが動力発生技術者の絶
え間なく続く目標である。It is a continuing goal of power generation engineers to more efficiently extract work from the power steam that is allowed to expand within a turbine system.

熱力学の専門家に良く知られているように、入口の静圧
力及び温度に相当する入口エンタルピーを有する蒸気を
それより低い静圧力と温度に相当する出口エンタルピー
に膨張するのを許して得られる仕事量はエントロピーエ
ンタルピー図で定義され、゛膨張線”として知られてい
るものに具体化される。As is well known to thermodynamicists, it is obtained by allowing steam with an inlet enthalpy corresponding to the inlet static pressure and temperature to expand to an outlet enthalpy corresponding to the lower static pressure and temperature. Work is defined in the entropy-enthalpy diagram and is embodied in what is known as the "expansion line."

タービン装置に進む動力流体の入口に於ける静圧力と温
度を一定と仮定すれば、膨張線の長さを増加するために
は、タービンから排出する動力流体の静圧力及び温度を
低下することが必要になる。Assuming constant static pressure and temperature at the inlet of the power fluid entering the turbine system, increasing the expansion line length requires lowering the static pressure and temperature of the power fluid exiting the turbine. It becomes necessary.

従って°゛膨張線゛が長くなる時、即ちタービンの入口
と出口のエンタルピー差が増加する時タービンの仕事出
量が増加する。Therefore, when the expansion line becomes longer, that is, when the enthalpy difference between the inlet and outlet of the turbine increases, the work output of the turbine increases.

また、熱力学専問家に知られているように、適切に製作
したディフューザはその固有の性質として速度エネルギ
ーを静圧力に変換する。Also, as is known to thermodynamicists, a properly constructed diffuser inherently converts velocity energy into static pressure.

タービン動力発生工業ではディフューザ原理を認めてそ
れを利用するために、タービン装置内の回転羽根最終列
の下流側にディフューザを配置して最終列の回転羽根の
直ぐ下流側の静圧力を適切に減少するようにした。In the turbine power generation industry, in order to recognize and utilize the diffuser principle, a diffuser is placed downstream of the last row of rotor blades in a turbine system to appropriately reduce the static pressure immediately downstream of the last row of rotor blades. I decided to do so.

タービンから排出する蒸気流の静圧力を減少すると、タ
ービン全体の効率及び仕事出量が増加する、即ち膨張線
が長くなる。Reducing the static pressure of the steam stream exiting the turbine increases the overall efficiency and work output of the turbine, ie, lengthens the expansion line.

最終列の回転羽根の直ぐ下流側の排出蒸気流の静圧力が
更に減少するならば、装置の効率を高くすることさへ出
来る。The efficiency of the system can be increased if the static pressure of the exhaust steam stream immediately downstream of the last row of rotary vanes is further reduced.

従来はディフューザの効率を増加することにより最終列
の回転羽根の下流側の静圧力を減少することが試みられ
た。Previous attempts have been made to reduce the static pressure downstream of the last row of rotating vanes by increasing the efficiency of the diffuser.

普通は与えられたタービンのディフューザはタービンケ
ーシング内部に配置した流れ案内部材の対応する面と軸
受円錐体の内面とで造られた。Usually, the diffuser of a given turbine is constructed from a corresponding surface of a flow guiding member disposed inside the turbine casing and an inner surface of a bearing cone.

このように造ったディフューザは最終列の回転羽根の下
流側の一点から凝縮器に排出動力流体を導く。The diffuser thus constructed directs the exhaust power fluid to the condenser from a point downstream of the last row of rotating vanes.

良く知られているようにディフューザの出ロ面積対入ロ
面積比即ちディフューザの入口（最終列の回転羽根の丁
度下流側）の横断面積に対するディフューザ出口の横断
面積を１より大きくしてディフューザ効果即ちディフュ
ーザ入口の静圧力を減少するようにしなければならない
。As is well known, by making the ratio of the outlet area to the inlet area of the diffuser, that is, the cross-sectional area of the diffuser outlet to the cross-sectional area of the diffuser inlet (just downstream of the last row of rotating blades), larger than 1, the diffuser effect, that is, Efforts must be made to reduce the static pressure at the diffuser inlet.

従って最終列の回転羽根の下流側に在るディフューザが
入口面積より出口面積が大きい場合、予定の面積比を示
すと、ディフューザの性質のために、最終列の回転羽根
の直ぐ下流側の静圧力が減少する。Therefore, if the outlet area of the diffuser located downstream of the last row of rotary vanes is larger than the inlet area, the static pressure immediately downstream of the last row of rotary vanes will be decreases.

従来はディフューザの効率を種々の方法で増加すること
が試みられた。In the past, attempts have been made to increase the efficiency of diffusers in various ways.

勿論ディフューザを非常に大きく製作した場合は、その
効率が増加して最終列の回転羽根の直ぐ下流側の静圧力
が減少し、従ってタービン装置の効率が増加する。Of course, if the diffuser is made very large, its efficiency will increase and the static pressure immediately downstream of the last row of rotor blades will be reduced, thus increasing the efficiency of the turbine arrangement.

併しこの方法は経済的に不利である。However, this method is economically disadvantageous.

その理由はディフューザに物理的に余計に負荷を加える
と、これに併って必然的に材料及び製作費が増加するか
らである。This is because adding an additional physical load to the diffuser necessarily increases material and manufacturing costs.

ディフューザをより効率率的にすると同時に、現在の物
理的寸法を保つ別の方法はディフューザを造る面の一方
又は両方の曲率半径を増加することである。Another way to make the diffuser more efficient while still maintaining its current physical dimensions is to increase the radius of curvature of one or both of the surfaces from which the diffuser is built.

併しこれを行う時は期待される効率増加が予想される程
大きくない。However, when this is done, the expected efficiency increase is not as large as expected.

これは“ディフューザ不全”（ｄｉｆｂｖｓｅｒ ５ｔ
ａｌｌ）として知られた現象に由来していて、これはデ
ィフューザの流路沿いの境界層の寸法がディフューザの
流路の実効面積をその幾何学的面積より非常に少なく制
限するように大きくなることである。This is “diffuser failure” (difbvser 5t
all), in which the dimensions of the boundary layer along the diffuser flow path become large enough to limit the effective area of the diffuser flow path to much less than its geometric area. It is.

゛デイフユーザ不全゛′は各種因子就中排気流速度及び
最終列の回転羽根の高さ方向の圧力の不均一、ディフュ
ーザ内の自由渦流及びディフューザ内の境界層形成の積
でる。``Diffuser failure'' is the product of various factors, among other things, exhaust flow velocity and pressure non-uniformity across the height of the last row of rotor vanes, free vortex flow within the diffuser, and boundary layer formation within the diffuser.

従ってディフューザの寸法を拡大し又はその曲率半径を
増加することでディフューザ効率を増加するのは有利で
ない。It is therefore not advantageous to increase diffuser efficiency by enlarging the dimensions of the diffuser or increasing its radius of curvature.

ディフューザ装置で第一に性能を向上して最終列の回転
羽根出口の静圧力を低下し、以てタービンの総合効率を
増加し、第二に、長さ、従ってタービンの材料及び製作
費を減少すると同時にディフューザ不全を制御したり除
去したりすることによってタービン装置の効率を大いに
改良することは明らかである。The diffuser device firstly improves the performance and reduces the static pressure at the exit of the last row of rotating blades, thereby increasing the overall efficiency of the turbine, and secondly, reducing the length and therefore the material and manufacturing costs of the turbine. It is clear that controlling or eliminating diffuser failure at the same time greatly improves the efficiency of the turbine system.

この考案は改良したディフューザの流路を明らかにする
ものであって、ディフューザを造る面が凝縮面である。This invention reveals an improved diffuser flow path in which the surface on which the diffuser is constructed is the condensing surface.

ディフューザを通る動力流体、普通は蒸気の一部分を凝
縮することで、ディフューザの実効面積を増加する。Condensing a portion of the power fluid, usually steam, passing through the diffuser increases the effective area of the diffuser.

タービン素子内でディフューザを造る面の内側に設けた
室に水のような冷却流体を導入すると、これら面の温度
が低下し、これによってディフューザの効率が増加し、
それ故に最終列の回転羽根の出口での静圧力を下げる。Introducing a cooling fluid, such as water, into a chamber inside the diffuser surfaces within the turbine element reduces the temperature of these surfaces, thereby increasing the efficiency of the diffuser;
Therefore reducing the static pressure at the exit of the last row of rotating vanes.

その結果、タービン及び全動力装置の総合効率が増加し
、然かもディフューザの寸法が従来のものの物理的寸法
と同一であるが、それより小さくなる。As a result, the overall efficiency of the turbine and total power plant is increased, yet the dimensions of the diffuser are the same as, but smaller than, the physical dimensions of conventional ones.

この考案の目的はより効率的で、タービン装置内の最終
列の回転羽根出口の静圧力が減少し、しかも従来より製
作費が廉く、材料が少なくてよいディフューザを提供す
ることである。The object of this invention is to provide a diffuser that is more efficient, reduces the static pressure at the exit of the last row of rotating blades in a turbine arrangement, and is less expensive to manufacture and requires less material.

この考案のその他の諸量的は推奨実施例に関する以下の
詳細説明から明らかになるであろう。Other aspects of the invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiment.

添付図面に示す推奨実施例に関する以下の詳細説明から
より完全にここの考案は理解されるであろう。A more complete understanding of the present invention may be obtained from the following detailed description of the preferred embodiment, which is illustrated in the accompanying drawings.

以下の説明では全図面を通じて同様な符号で同様な素子
を示す。In the following description, like reference numerals refer to like elements throughout the drawings.

先づ第１図に就いて説明すると、第１図はこの考案を具
体化したディフューザ１２を有する軸流タービン装置１
０の縦断面図である。First, let us explain about FIG. 1. FIG. 1 shows an axial flow turbine device 1 having a diffuser 12 embodying this invention.
FIG.

第１図ではタービン１０がケーシング１４を備え、この
ケーシングはその内部で適当な軸受１８に回転出来るよ
うに取付けた回転子１６を囲む略々円筒形の部材である
。In FIG. 1, turbine 10 includes a casing 14, which is a generally cylindrical member surrounding a rotor 16 which is rotatably mounted within a suitable bearing 18.

複数個の環状列から成る静止羽根２０をケーシング１４
の内部に取付け、回転羽根２２の対応する複数個の環状
列間に交互に介在させる。A stationary vane 20 consisting of a plurality of annular rows is attached to the casing 14.
The rotating blades 22 are attached to the inside of the rotary blades 22 and interposed alternately between a plurality of corresponding annular rows of the rotating blades 22.

ケーシング１４は回転羽根２２と静止羽根２０の交互す
る列上に高温度高圧力の動力流体、普通は蒸気で閉じ込
めて案内味それから回転する機械仕事を抽出するように
する。The casing 14 confines a high temperature, high pressure power fluid, usually steam, over alternating rows of rotating vanes 22 and stationary vanes 20 to extract guidance and rotational mechanical work therefrom.

熱学的の専問家に知られているように、タービン装置か
ら抽出する仕事量は第２図のエントロピーエンタルピー
図に示すように、入口静圧力及び入口温度で定義する入
口エンタルピーと出口静圧力及び出口温度で定義する出
口エンタルピーとの間の゛膨張線゛の長さに依存してい
る。As is known to thermal experts, the amount of work extracted from a turbine device is determined by the inlet enthalpy and outlet static pressure defined by the inlet static pressure and inlet temperature, as shown in the entropy-enthalpy diagram in Figure 2. and the exit enthalpy defined by the exit temperature.

入口静圧力はタービン装置即ち全動力発生装置の入口に
於ける圧力であることが出来、出口静圧力は回転羽根２
２の最終列の直ぐ下流側の圧力として定義される。The inlet static pressure can be the pressure at the inlet of the turbine device, i.e. the total power generating device, and the outlet static pressure can be the pressure at the inlet of the turbine device, i.e. the total power generating device, and the outlet static pressure can be the pressure at the inlet of the turbine device, i.
is defined as the pressure immediately downstream of the last row of 2.

最終列のタービン回転羽根出口の静圧力が減少すると、
動力流体から抽出した仕事量を示す膨張線は第２図に示
すように長くなり、従ってタービン即ち動力発生装置の
総合効率を増加する。When the static pressure at the outlet of the last row of turbine rotor blades decreases,
The expansion line, which represents the amount of work extracted from the power fluid, is lengthened as shown in FIG. 2, thus increasing the overall efficiency of the turbine or power generator.

最終列の回転羽根出口の静圧力を減少するために、従来
は回転羽根２２の最終列の出口の直ぐ下流側にディフュ
ーザ１２を配置した。In order to reduce the static pressure at the outlet of the last row of rotary vanes, the diffuser 12 has conventionally been placed immediately downstream of the outlet of the last row of rotary vanes 22.

第１図及び第３図ではケーシング１４の内面と軸受円錐
体２８の内面に取付けた流れ案内２６でディフューザ１
２を造る。1 and 3, the diffuser 1 is connected to a flow guide 26 mounted on the inner surface of the casing 14 and on the inner surface of the bearing cone 28.
Build 2.

ディフューザ１２は最終列の回転羽根２２から排出した
動力流体を凝縮器（図示しない）に導く。The diffuser 12 directs the power fluid discharged from the last row of rotary vanes 22 to a condenser (not shown).

第１図及び第３図に１２で示すようにディフューザ１２
はそれ自体の性質のために、出口面積と入口面積の比が
１より大きい場合、その入口即ち最終列の回転羽根の直
ぐ下流側の静圧力を減少する。A diffuser 12 as shown at 12 in FIGS.
By its own nature, it reduces the static pressure immediately downstream of its inlet, i.e., the last row of rotating vanes, when the ratio of outlet area to inlet area is greater than 1.

従ってディフューザ１２の出口面積即ち第３図の線Ａ−
Ａ上の横断面積がディフューザ１２の入口即ち第３図の
線Ｂ−Ｂ上の横断面積より大きいと、ディフューザ入口
（最終列回転羽根出口）の静圧力が減少し、従ってター
ビン装置の総合効率が増加する。Therefore, the exit area of the diffuser 12, that is, the line A- in FIG.
If the cross-sectional area on A is larger than the cross-sectional area at the inlet of the diffuser 12, ie, the cross-sectional area on line B-B in FIG. To increase.

効率が高い従来のタービン装置にディフューザ１２を設
けるために、従来数種の仕方が試みられた。Several approaches have been attempted in the past to provide diffusers 12 in conventional high efficiency turbine systems.

ディフューザを大きくすると、効率が勿論増加するが、
その寸法の増加に伴う材料費及び製作費が禁止的なもの
になる。Of course, increasing the size of the diffuser increases efficiency, but
The material and manufacturing costs associated with the increase in size become prohibitive.

ディフューザを現在の寸法に維持し、現在の材料費及び
製作費を維持するために、流れ案内２６又は軸受円錐体
２８の内面の曲率半径を増加してディフューザ１２の面
積比を増加することが出来る。To maintain the diffuser at its current dimensions and maintain current material and manufacturing costs, the radius of curvature of the inner surface of the flow guide 26 or bearing cone 28 can be increased to increase the area ratio of the diffuser 12. .

しかし、この変型ディフューザの効率増加は予想した程
大きくないことが実験で明らかになった。However, experiments revealed that the efficiency increase of this modified diffuser was not as large as expected.

この異常な結果に各種の理由がある。There are various reasons for this unusual result.

例えばディフューザ内の渦流及びディフューザ内の境界
層分離の外に、排出する蒸気速度が不均一であり且つ最
終列の回転羽根の高さ方向の圧力が不均一であるために
、案内路の実効横断面積が減少し、従って効率が幾何学
寸法で予想される効率より低下する。For example, in addition to the vortices in the diffuser and the boundary layer separation in the diffuser, the effective traverse of the guideway is affected by non-uniform exiting steam velocities and non-uniform pressures across the height of the last row of rotary vanes. The area is reduced and therefore the efficiency is less than that expected by the geometric dimensions.

ディフューザ壁土の境界層分離は“°デイフユーザ不全
゛として当業者に知られている現象になり、その影響で
ディフューザの実効面積を幾何学面積より小さい値に制
限する。Boundary layer separation of the diffuser walls results in a phenomenon known to those skilled in the art as "diffuser failure", the effect of which is to limit the effective area of the diffuser to a value less than the geometric area.

この考案の目的は従来のタービンディフューザの物理的
寸法より小さい物理的寸法を有すると同時に、尚そのよ
うに製作したディフューザの効率を増加するディフュー
ザを提供することである。The object of this invention is to provide a diffuser having physical dimensions smaller than those of conventional turbine diffusers, while still increasing the efficiency of the diffuser so constructed.

第１図では改良したディフューザ１２を従来のように流
れ案内２６と軸受円錐体２８の内面で製作するが、従来
のものとの相違は流れ案内２６の内部及び軸受円錐体２
８の内部の設備である。In FIG. 1, an improved diffuser 12 is conventionally constructed with a flow guide 26 and an inner surface of a bearing cone 28;
This is the internal equipment of 8.

こ）に説明する適当な装置３４で冷却流体普通は水を供
給し、流れ案内２６及びもう一つの流れ案内を形成する
軸受円錐体２８の内部に在る室３０及び３２に導入する
。A suitable device 34 as described above supplies a cooling fluid, usually water, which is introduced into the chambers 30 and 32 located inside the flow guide 26 and the bearing cone 28 forming the further flow guide.

ディフューザ１２の表面の温度を低下することで、これ
らの表面上で排出動力流体流を凝縮することが出来る。Reducing the temperature of the surfaces of diffuser 12 allows the exhaust power fluid stream to condense on those surfaces.

排出蒸気をこのように凝縮すると、境界層分離を減少し
たり、実質上除去したりするから、ディフューザ１２内
の拡散不全が排除される。This condensation of exhaust vapor reduces or substantially eliminates boundary layer separation and thus eliminates diffusion failure within the diffuser 12.

ディフューザ不全の減少又は除去は勿論ディフューザの
効率を増加し、従って最終列の回転羽根２２の出口に於
ける静圧力を低下する。Reducing or eliminating diffuser failure will of course increase the efficiency of the diffuser and thus reduce the static pressure at the exit of the last row of rotating vanes 22.

流れ案内２６及び軸受円錐体２８内に造られた室３０及
び３２に導入する冷却流体を第３図に示す外部冷却系統
３４で供給する。Cooling fluid introduced into the chambers 30 and 32 formed in the flow guide 26 and the bearing cone 28 is provided by an external cooling system 34 shown in FIG.

水を凝縮機冷却水源（図示しない）から直接取出したり
、中間冷神器に通したりして環状室３０及び３２に導入
する前の水温度を低下することが出来る。The water can be drawn directly from a condenser cooling water source (not shown) or passed through an intermediate cooling device to reduce the temperature of the water before it is introduced into the annular chambers 30 and 32.

適当なポンプ及び流れ調節装置３６が流れ案内２６及び
軸受円錐体２８内の室３０及び３２に冷却流体を送込む
。Appropriate pumps and flow conditioning devices 36 pump cooling fluid into chambers 30 and 32 within flow guide 26 and bearing cone 28.

閉じた帰管路を設けて冷却流体回路３４を完成する。A closed return line is provided to complete the cooling fluid circuit 34.

この考案を具体化した改良型ディフューザ１２の冷却し
た表面で凝縮した水をディフューザ１２の表面に沿って
凝縮器（図示しない）に流し込み、従ってこの考案を具
体化したディフューザ１２では水の逆流又は小液滴のタ
ービン装置１０内への進入は許されない。The water that condenses on the cooled surface of the improved diffuser 12 embodying this invention flows along the surface of the diffuser 12 into a condenser (not shown), so that the diffuser 12 embodying this invention has no backflow or small flow of water. Droplets are not allowed to enter the turbine device 10.

ディフューザ不全を除去することで、ディフューザ１２
は一層効率的に作動し、従って最終列の回転羽根出口（
第２図）の静圧力は従来のディフューザのものより低下
し、従ってタービン装置即ち動力装置の゛°膨膨張゛を
延長して、系統の仕事出量を増加し、その効率を増加す
る。By removing diffuser failure, diffuser 12
operates more efficiently and therefore the last row of rotating vane outlets (
The static pressure of FIG. 2) is lower than that of a conventional diffuser, thus prolonging the "expansion" of the turbine or power plant, increasing the work output of the system and increasing its efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は軸流タービン装置の縦断面図、第２図は典型的
軸流タービン装置のエンタルピーとエントロピーの関係
を示すグラフ、第３図はこの考案を具体化したディフュ
ーザの第１図■−■線の拡大縦断面図である。 図面に於て、１２はディフューザ、１４はケーシング、
１６は回転子、２２は回転羽根、３０及び３２は流れ案
内２６及び軸受円錐体２８の内部に在る環状室である。Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view of an axial flow turbine system, Figure 2 is a graph showing the relationship between enthalpy and entropy of a typical axial flow turbine system, and Figure 3 is the first diagram of a diffuser embodying this idea. ■It is an enlarged vertical cross-sectional view of the line. In the drawing, 12 is a diffuser, 14 is a casing,
16 is a rotor, 22 is a rotating blade, and 30 and 32 are annular chambers located inside the flow guide 26 and the bearing cone 28.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 少なくとも一列の回転羽根２２を有する回転子１６と、
上記回転子を囲み内部に流れ案内２６を有するケーシン
グ１４とを備え上記流れ案内は内部に室３０を有し、上
記ケーシング内の流れ案内は上記回転羽根列の下流側に
ディフューザを造り、上記ディフューザを造る上記ケー
シングの流れ案内の温度を減少する装置を設け、上記温
度を減少する装置は、上記流れ案内の内部の上記室内に
冷却流体を導入する装置を有し、上記流れ案内の内部の
室内に冷却流体を導入することにより流れ案内の温度を
減少するようにし、上記流れ案内の温度の減少により上
記流れ案内に隣接する上記ディフューザを通過する弾性
流体の流れの一部分を凝縮し易くするようになっている
軸流弾性流体タービン装置。a rotor 16 having at least one row of rotating blades 22;
a casing 14 surrounding the rotor and having a flow guide 26 therein, the flow guide having a chamber 30 therein, the flow guide in the casing forming a diffuser downstream of the rotary vane row; a device is provided for reducing the temperature of the flow guide of the casing, the device for reducing the temperature having a device for introducing a cooling fluid into the chamber inside the flow guide; reducing the temperature of the flow guide by introducing a cooling fluid into the flow guide, the reduction in the temperature of the flow guide facilitating condensation of a portion of the flow of elastic fluid passing through the diffuser adjacent to the flow guide; This is an axial flow elastohydrodynamic turbine device.