(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密鋳造により製造され内部に外形に沿って中空部が設けられた翼身と、該翼身の背面におけるシュラウドに近い位置とベースに近い位置とに各々１個ずつ開口し上記背面における境界層の蒸気を上記中空部内に吸込む吸込み孔と、上記翼身のベースまたはシュラウドに開口し上記中空部内に吸込まれた蒸気をロータの軸方向に排出する吹出し孔とを備えたことを特徴とする蒸気タービンの動翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電などに適用される蒸気タービンの動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は火力発電などに使用されている従来の蒸気タービンの動翼の説明図である。図において、従来の蒸気タービンの動翼は翼身２の内部が総て中実構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の蒸気タービンの動翼は翼身２の内部が総て中実構造になっており、内部が中実構造の動翼は回転した場合に動翼を支えるロータ軸に遠心力による多大な負担が加わるため、運転温度を低く抑えるか、高価な材料を用いることなどを余儀なくされている。
【０００４】
また、従来の蒸気タービンの動翼において、動翼の翼列を通過する蒸気の主流は主流が持つ速度エネルギにより発生する遠心力と翼身２の腹面側と背面側との圧力差とバランスしているが、壁近傍の境界層内部の蒸気は主流の速度が小さく、従って遠心力が小さいために翼身２の腹面側と背面側との圧力差とバランスすることができず、その低エネルギの蒸気が腹面側と背面側との圧力差により圧力の高い腹面側から圧力の低い背面側に翼列内を移動する二次流れ（クロスフロー）が発生する。
【０００５】
従来の蒸気タービンの動翼においては、この翼列内を移動する二次流れが動翼の翼身２の後縁端から渦となって二次流れ損失となり、大きな動力損失の原因になっている。この翼列内を移動する二次流れによる二次流れ損失を低減させるには、翼身２の背面にこの二次流れの吸込み手段を設けることが有効であるが、従来の蒸気タービンの動翼においては翼身２の内部が総て中実構造になっているため、構造的に翼身２に吸込み手段を設けることができない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る蒸気タービンの動翼は上記課題の解決を目的にしており、精密鋳造により製造され内部に外形に沿って中空部が設けられた翼身の背面におけるシュラウドに近い位置とベースに近い位置とに各々１個ずつ吸込み孔が開口し上記背面における境界層の蒸気を上記中空部内に吸込むとともに、上記翼身のベースまたはシュラウドに吹出し孔が開口し上記中空部内に吸込まれた蒸気をロータの軸方向に排出するようになっている。
【０００７】
このように、本発明に係る蒸気タービンの動翼においては、精密鋳造により製造され翼身の内部が中空構造になっており、翼身の内部を外形に沿って中空構造にすることにより動翼が軽量化される。
【０００８】
また、翼身の内部に中空部を設けるとともに、この翼身の背面におけるシュラウドに近い位置とベースに近い位置とに各々１個ずつ吸込み孔を設けて背面の境界層における蒸気を中空部内に吸込み、この蒸気を翼身のベースまたはシュラウドに開口した吹出し孔からロータの軸方向に排出することにより境界層の厚さを薄くして翼列間に発生する二次流れを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態に係る蒸気タービンの動翼の説明図である。図において、本実施の形態に係る蒸気タービンの動翼は火力発電などに使用される蒸気タービンの動翼で、同図（ａ）に示すようにシュラウドの下端からベースの上部にかけて動翼の翼身が中空構造になっている。この翼身の背面には翼身の背面から蒸気を翼身の中空部へ導入する吸込み孔が設けられており、この吸込み孔から吸込んだ蒸気をベースまたはシュラウドに設けた吹出し孔から排出して翼身の背面における境界層の厚さを薄くするとともに、動翼を軽量化している。図における符号２は本蒸気タービンの動翼の翼身、１は翼身２のシュラウド、３は翼身２の翼根、４は翼根３に穿設されたピン孔、５は翼根３をロータ７に固定するストレートピン、６は翼身２の内部に設けられた中空部、７は蒸気タービンのロータ、８は翼身２の背面に開口した吸込み孔、９はベース１０に開口した吹出し孔、１０は本蒸気タービンの動翼のベースである。
【００１０】
即ち、本蒸気タービンの動翼は同図（ｂ）に示すように、精密鋳造により翼身２の内部を中空構造とし、３枚の動翼が１つのブロックを形成するように構成されている。動翼とロータ７との接続は、翼身２の下部に設けられている翼根３にピン孔４を設け、このピン穴４にストレートピン５をロータ７と共にくし刺し状に挿入することにより行われる。翼身２の背面には吸込み孔８が設けられており、この吸込み孔８から中空部６へ翼身２背面の境界層の蒸気を吸込むことにより、動翼の翼列間を通過する蒸気の二次流れを低減させるようにしている。
【００１１】
吸込み孔８から流入する境界層の蒸気は翼身２の内部に設けられた中空部６を通り、動翼のベース１０に設けられた吹出し孔９からロータ７の軸方向に排出される。なお、吹出し孔９は翼身２のシュラウド１にロータ７の軸方向に向けて設けてもよい。吸込み孔８は円形で、翼身２の背面におけるシュラウド１に近い位置とベース１０に近い位置とに各１個ずつ設けられている。翼身２内部の中空部６は翼身２の外形に沿って形成され、シュラウド１の下端からベース１０上部の吹出し孔９に連通可能な深さにまで空間を形成している。
【００１２】
同図（ｃ）は本蒸気タービンの動翼における蒸気の流れを示す。同図（ｃ）に示すように、翼身２背面の境界層の蒸気は翼身２の背面に設けた吸込み孔８から翼身２の内部の中空部６内へ入り、翼身２の中空部６を経て吹出し孔９から外部へ排出される。このように、翼身２背面の境界層の蒸気の吸込み手段を設けることにより、翼列内を移動する二次流れ（クロスフロー）が防止されて翼身２の後縁端に発生する渦が解消される。また、精密鋳造により翼身２の内部を中空構造とすることにより、製造コストの大幅な削減と動翼の軽量化が図られる。
【００１３】
従来の蒸気タービンの動翼は翼身の内部が総て中実構造になっており、内部が中実構造の動翼は回転した場合に動翼を支えるロータ軸に遠心力による多大な負担が加わるため、運転温度を低く抑えるか、高価な材料を用いることなどを余儀なくされている。また、従来の蒸気タービンの動翼において、動翼の翼列を通過する蒸気の主流は主流が持つ速度エネルギにより発生する遠心力と翼身の腹面側と背面側との圧力差とバランスしているが、壁近傍の境界層内部の蒸気は主流の速度が小さく、従って遠心力が小さいために翼身の腹面側と背面側との圧力差とバランスすることができず、その低エネルギの蒸気が腹面側と背面側との圧力差により圧力の高い腹面側から圧力の低い背面側に翼列内を移動する二次流れ（クロスフロー）が発生する。従来の蒸気タービンの動翼においては、この翼列内を移動する二次流れが動翼の翼身の後縁端から渦となって二次流れ損失となり、大きな動力損失の原因になっている。この翼列内を移動する二次流れによる二次流れ損失を低減させるには、翼身の背面にこの二次流れの吸込み手段を設けることが有効であるが、従来の蒸気タービンの動翼においては翼身の内部が総て中実構造になっているため、構造的に翼身に吸込み手段を設けることができない。
【００１４】
これに対し、本蒸気タービンの動翼においては、優れた高温特性を有する新しい精密鋳造材料を用いて精密鋳造により動翼を製造しており、これにより鍛鋼材料を切削加工して製造する従来の蒸気タービンの動翼と比較して製造工数を大幅に低減して製造工期の短縮を可能にするとともに、製造コストを大幅に削減して信頼性の高い蒸気タービンの動翼を得ることが可能である。また、精密鋳造により翼身２の内部を中空構造にすることにより動翼を軽量化することができ、ロータ７に加わる負担を軽減することが可能である。また、翼身２の内部に外形に沿って中空部を設けるとともに、翼身２の背面におけるシュラウド１に近い位置とベース１０に近い位置とに各々１個ずつ吸込み孔８を設けることにより、翼身２背面の境界層の蒸気を吸込み、吸込まれた蒸気を吹出し孔９からロータ７の軸方向に排出することができ、これにより境界層の厚さを薄くして翼列内を移動する二次流れを防止し、二次流れによる二次流れ損失を低減させて蒸気タービンの動翼の性能向上を図ることが可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る蒸気タービンの動翼は前記のように構成されており、精密鋳造により製造され翼身の内部を中空構造にすることにより、製造工数を大幅に低減して製造工期の短縮を可能にするとともに、製造コストを大幅に削減して信頼性の高い蒸気タービンの動翼を得ることが可能である。また、動翼が軽量化されるので、ロータ軸に遠心力により加わる負担を軽減することが可能になる。
【００１６】
また、翼身の内部に外形に沿って中空部を設けるとともに、この翼身の背面におけるシュラウドに近い位置とベースに近い位置とに各々1個ずつ吸込み孔を設けて背面における境界層の蒸気を中空部内に吸込み、この蒸気を吹出し孔からロータの軸方向に排出することにより境界層の厚さを薄くして翼列間に発生する二次流れを防止することができるので、二次流れ損失が低減されて動翼の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の一形態に係る蒸気タービンの動翼の正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、同図（ｃ）はその作用説明図である。
【図２】図２（ａ）は従来の蒸気タービンの動翼の平面図、同図（ｂ）はその作用説明図である。
【符号の説明】
１      シュラウド
２      翼身
３      翼根
４      ピン孔
５      ストレートピン
６      翼身の中空部
７      ロータ
８      吸込み孔
９      吹出し孔
１０    ベース
【図１】
0003676051.tif 000002
【図２】
0003676051.tif 000003