(57)【要約】  本発明は、軸流型タービンに関し、ロータ装着部と、前記ロータ装着部を取り囲む流体供給部が備えられたハウジングと、前記ハウジングに設けられた回転軸に設けられ、ロータ装着部に位置し、円周方向に複数のブレードが装着されたロータと、前記ロータ装着部を取り囲む流体供給部に設けられ、前記ブレードに高圧の流体を噴射するための複数の噴射ノズルとを備えており、前記ロータに装着されたブレードの流体衝突面が、回転中心軸の法線方向軸に対してロータの回転方向側に傾斜するように形成され、前記流体供給部に形成された噴射ノズルは、ブレードの流体衝突面の法線方向と平行な角度で設けられる。前記したように構成された本発明は、ブレードの流体衝突面の角度を最適化し、流体の流れを円滑にするとともに、タービンの回転率を最大限に高める効果を提供する。
2018508696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ装着部と、前記ロータ装着部を取り囲む流体供給部が備えられたハウジングと、
前記ハウジングに設けられた回転軸に設けられ、ロータ装着部に位置し、円周方向に複数のブレードが装着されたロータと、前記ロータ装着部を取り囲む流体供給部に設けられ、前記ブレードに高圧の流体を噴射するための複数の噴射ノズルとを備えており、
前記ロータに装着されたブレードの流体衝突面が、回転中心軸の法線方向軸に対してロータの回転方向側に傾斜するように形成され、前記流体供給部に形成された噴射ノズルは、ブレードの流体衝突面の法線方向と平行な角度で設けられたことを特徴とする軸流型タービン。
【請求項２】
前記ハウジングの流体供給部から回転軸方向に延長された支持部には、前記ロータに設けられたブレードと回転軸との間に設けられて流体をガイドする固定ブレードが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の軸流型タービン。
【請求項３】
前記ロータに設けられたブレードの流体衝突面は、ロータの回転中心軸に対して所定の角度で傾斜するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の軸流型タービン。
【請求項４】
前記ブレードの流体衝突面は、回転中心軸に対する法線方向軸に対してロータの回転方向側に傾斜した傾斜角が５度ないし４５度であり、前記流体衝突面は、ロータの回転中心軸に対して所定の角度で傾斜するように形成された傾斜角度が０〜６５度であることを特徴とする請求項３に記載の軸流型タービン。
【請求項５】
上部に少なくとも１つの流体流入口が形成され、内部にロータ装着部が形成されたハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に設けられ、ロータ装着部を貫通する回転軸と、前記回転軸に設けられたもので、縁部に複数のロータ回転力発生部が形成されたロータとを備えており、前記ロータに形成されたロータ回転力発生部は、上面から回転方向に形成される流体誘導部と、前記流体誘導部から半径方向に形成されており、ロータの回転中心軸に直角方向である法線方向軸に対して回転方向に傾斜するように形成され、流体が衝突するブレード形成部と、前記ブレード形成部からロータの外周面に形成された誘導排出部とを備えたことを特徴とする軸流型タービン。
【請求項６】
前記誘導排出部は、前記ブレード形成部から回転方向の逆方向に形成され、これと対応するハウジングの内周面には流体誘導抵抗突起が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の軸流型タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流型タービンに関し、さらに詳しくはロータのブレードの角度が改善された軸流型タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電プラントなどに用いられるガスタービンや蒸気タービンは、その作動流体の流れの方向によって、タービンの回転軸方向に流体が流れる軸流タービン、回転軸から斜めに広がるように流体が流れる斜流タービン、回転直径方向に流体が流れるラジアルタービンなどがある。このうち、特に軸流タービンは、中大容量の発電プラントに好適で、大型火力発電所での蒸気タービンなどに広く用いられている。
【０００３】
このような軸流タービンは、経済性の向上と環境負荷の低減の観点から、発電プラントのより一層の発電効率の向上が求められており、タービンについての高性能化が重要な課題となっている。タービンの性能を支配する要因として、短絡損失、排気損失、機械損失などが挙げられるが、特に短絡損失を低減することが性能向上に有効であると認識されている。この短絡損失の形態は様々であるが、大別すると、ブレードの形状のそのものに起因する翼型損失、ブレード間の流路を横断する流れに起因する２次流れ損失、作動流体がブレード間の流路の外に漏れることによって発生する漏れ損失などがある。このうち漏れ損失は、漏れ流れとして主流以外の経路を流れることによって蒸気が有するエネルギが有効に利用できなくなるバイパス損失、主流から外れた漏れ流れが再び主流に流入する時に発生する混合損失、および再び流入された漏れ流れが下流翼列と干渉することによって発生する干渉損失などからなる。よって、これらの漏れ損失を低減するためには、漏れ流れ量を低減するとともに、漏れ流れを損失なく主流に復帰させることが重要になる。
【０００４】
このような点に鑑みて日本特許公開第２０１１−１０６４７４号には、同一のブレード端部の漏れ流れ流路部に、漏れ流れを案内する案内板を設ける技術が提案されている。この案内板によって漏れ流れの流出方向を前記した同一のブレードから流出された主流の方向に一致させることにより、漏れ流れと主流の合流時における混合損失を低減することができる。
【０００５】
しかしながら、このような従来の軸流タービンは、流体がブレードに衝突することによって発生する主流から外れる損失、および漏れ損失と短絡損失を最小化することが難しい。
【０００６】
韓国公開特許１０−０５５０３６６号には、軸流型多段タービンが開示されている。
［発明の詳細な説明]
【発明の概要】
【技術的課題】
【０００７】
本発明の解決しようとする技術的課題は、流体の流れによるエネルギ損失である主流損失と、漏れ損失及び混合損失を減らすことができ、ひいては、タービンの効率を相対的に高めることのできる軸流型タービンを提供することにある。
【課題の解決手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するための本発明の軸流型タービンは、ロータ装着部と、前記ロータ装着部を取り囲む流体供給部を有するハウジングと、
【０００９】
前記ハウジングに設けられた回転軸に設けられ、ロータ装着部に位置し、円周方向に複数のブレードが装着されたロータと、前記ロータ装着部を取り囲む流体供給部に設けられ、前記ブレードの流体衝突面に高圧の流体を噴射するための複数の噴射ノズルとが備えられており、
【００１０】
前記ロータに装着されたブレードの流体衝突面が、回転中心軸の法線方向軸に対してロータの回転方向側に傾斜するように形成され、前記流体供給部に形成された噴射ノズルは、ブレードの流体衝突面の法線方向と平行な角度で設けられたことをその特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記ハウジングの流体供給部から回転軸への方向に延長された支持部には、前記ロータに設けられたブレードと回転軸との間に設けられて流体をガイドする固定ブレードが設けられる。
【００１２】
前記ロータに設けられたブレードの流体衝突面は、ロータの回転中心側に対して所定の角度で傾斜するように形成される。
【００１３】
前記技術的課題を解決するための本発明の軸流型タービンは、上部に少なくとも１つの流体流入口が形成され、内部にロータ装着部が形成されたハウジングと、
【００１４】
前記ハウジングに回転可能に設けられ、ロータ装着部を貫通する回転軸と、前記回転軸に設けられたもので、縁部に複数のロータ回転力発生部が形成されたロータとを備えており、前記ロータに形成されたロータ回転力発生部は、上面から回転方向に形成される流体誘導部と、前記流体誘導部から半径方向に形成されており、ロータの回転中心軸に直角方向である法線方向軸に対して回転方向に傾斜するように形成され、流体が衝突するブレード形成部と、前記ブレード形成部からロータの外周面に形成された誘導排出部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記誘導排出部は、前記ブレード形成部から回転方向の逆方向に形成され、これと対応するハウジングの内周面には流体誘導抵抗突起が形成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の軸流型タービンは、流体作用の翼の角度と流体がぶつかって回転作用を引き起こすブレードの流体衝突面の角度とを調整して流体の流れを円滑にするとともに、噴射ノズルから噴射される流体が各ブレードに衝突する際に発生され得る短絡損失と漏れ損失を減らすことができ、タービンの回転率を高める効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の軸流型タービンの一実施例を示した一部切除断面図。
【００１８】
【図２】本発明に係る軸流型タービンの一部切除斜視図。
【００１９】
【図３】図１に示した軸流タービンの横断面図。
【００２０】
【図４】本発明に係るロータを抜粋して示した一部切除斜視図。
【００２１】
【図５】本発明に係る軸流型タービンの他の実施例を示した断面図。
【００２２】
【図６】図５に示したロータを抜粋して示した一部切除斜視図。
【００２３】
【図７】本発明に係る軸流型タービンと従来の軸流タービンとのスチーム速度と回転数との関係を示したグラフ。
【発明の実施のための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る軸流型タービンの一実施例を図１ないし図４に示した。
【００２５】
図面を参照すると、本発明に係る軸流型タービン１０は、内部にロータ装着部２１が備えられ、該ロータ装着部２１と区画隔壁２３によって区画される流体供給部２２が形成されたハウジング２０と、前記ハウジング２０に設けられた回転軸３０に設けられてロータ装着部２１に設けられたもので、円周方向に複数のブレード４１が装着されたロータ４０と、前記区画隔壁２３に設けられ、前記流体供給部２２に供給された流体を前記ブレード４１の流体衝突面４２に噴射してロータ４０を回転させるための複数の噴射ノズル５０とを備える。
【００２６】
前記ハウジング２０のロータ装着部２１は、ハウジング２０の内部に回転軸３０の垂直方向に複数積層される構造で設けることができ、各ロータ装着部２１にはロータ４０が設けられる。また、最上部側に位置するロータ装着部２１の外周面に区画隔壁２３によって円周方向に区画された流体供給部２２は、上面または側面に設けられる少なくとも１つの流体供給管２４を介して流体が供給される。
【００２７】
また、軸方向で下部側に位置する流体供給部２２’は、上部側のロータ装着部２１とロータ装着部２１の流体が流入できるように連通する構造を有する。
【００２８】
前記のロータ４０に装着されたブレード４１の流体衝突面４２は、図３および図４に示したように、回転中心軸Ｃの法線方向軸Ｂに対してロータ４０の回転方向側に傾斜するように形成される。この傾斜角ａは５度ないし４５度に形成することが好ましい。前記傾斜角を５度以下にする場合、ブレード４１の衝突面に流体の衝突が断続される短絡損失が相対的に大きくなり、４５度以上に形成する場合、主流による衝突損失、すなわち主流方向に対する分力が大きくなる。
【００２９】
また、前記流体供給部２２から供給される流体をブレードの流体衝突面４２に噴射するための噴射ノズル５０は、ブレード４１の流体衝突面４２の法線方向と平行な角度で設けられる。前記噴射ノズル５０の噴射口は、流体衝突面４２の中心に一致するように設けることが好ましい。また、前記噴射ノズル５０は、管内の損失を減らすために、図示していないが、噴射ノズル５０の噴射口から流体供給部２２に行くほど内径が次第に広くなるように形成することが好ましい。
【００３０】
一方、前記ロータ４０に設けられたブレード４１の流体衝突面４２は、ロータ４０の回転中心軸Ｃに対して所定の角度で傾斜するように形成される。前記流体衝突面４２は、ブレードの形状またはブレードの設置角度と関係なく傾斜するように形成されるが、該流体衝突面４２の傾斜角度ｄは０〜６５度の範囲内にすることが好ましい。前記流体衝突面４２の回転中心軸Ｃに対する傾斜角度ｂを６５度以上に形成する場合、相対的に主流方向に対する分力が大きくなり、漏れ損失の発生が相対的に大きくなる。
【００３１】
また、前記ハウジング２０の区画隔壁２３の下部側には、流体供給部側から回転軸方向に所定の長さで延長された支持部２５が形成される。該支持部には、ブレード４１の流体衝突面４２に衝突された流体が下部側の流体供給部２２側に円滑に流動できるように貫通孔２６が形成されている。
【００３２】
また、前記支持部２５の端部側には、前記ブレード４１の内側端部側と近接されてブレード４１と流体が衝突された後、回転するブレード４１に干渉されないように流体をガイドする固定ブレード４５が所定の間隔で設けられる。前記固定ブレードは、ロータ４０の回転方向側に傾斜するように形成することが好ましい。
【００３３】
図５および図６には、本発明に係る軸流型タービンの他の実施例を示した。本実施例において、前記実施例と同一の構成要素は同一の図面符号で示している。
【００３４】
図面を参照すると、本発明に係る軸流型タービン７０は、上部に少なくとも１つの流体供給管２４が形成され、内部に単一のロータ装着部２１が形成されたハウジング２０と、前記ハウジング２０に回転可能に設けられ、ロータ装着部２１を貫通する回転軸３０と、前記回転軸３０には、縁部に複数のロータ回転力発生部８０が形成された複数のロータ９０を備える。
【００３５】
前記のロータ９０は、円板状で形成されており、その縁部に沿って形成されて流体の衝突によってロータ９０に回転力を提供するロータ回転力発生部８０は、前記ロータ９０の上面から回転方向に形成される流体誘導部８１と、前記流体誘導部８１から半径方向に形成されており、ロータ９０の回転中心軸Ｃに直角方向である法線方向軸Ｂに対して回転方向に傾斜するように形成され、前記流体誘導部８１を介して流入される流体が衝突されるブレード形成部８２と、前記ブレード形成部８２からロータの外周面に突出する誘導排出部８３とを備える。前記誘導排出部８３は、前記ブレード形成部８２から回転方向の逆方向に傾斜するように形成されており、これと対応するハウジングの内周面には、流体誘導抵抗突起２７が形成される。
【００３６】
前記ロータ回転力発生部８０のブレード形成部８２の傾斜角度ａは、図６に示したように、回転中心軸Ｃの法線方向軸Ｂに対して５度ないし４５度に形成することが好ましい。また、前記ロータ９０に設けられたブレード形成部８２の流体衝突面８５は、ロータ９０の回転中心軸Ｃに対して所定の角度で傾斜するように形成される。該流体衝突面８５の傾斜角度は０〜６５度の範囲内にすることが好ましい。
【００３７】
前記ロータ９０の外周面に対向するハウジング２０の内周面に形成された流体誘導抵抗突起２７は、流体誘導排出部８３から排出された流体を下方に誘導するとともに、流体の衝突による反力がロータに作用できるように、ロータ９０の流体誘導排出部８３と対応する少なくとも１つの面（図示せず）を有する。
【００３８】
上述したように構成された本発明に係る軸流型タービンの作用効果を説明すると、次の通りである。
【００３９】
先ず、本発明は、流体作用の翼面の角度を最適化し、流体の流れを円滑にするとともに、タービンの回転率を最大限に高める効果を提供する。図１ないし図４に示した軸流タービン１０は、ハウジング２０の流体供給管２４を介して高圧の流体が前記流体供給部２２に流入する。
【００４０】
また、流体供給部２２に流入された高温高圧の流体は、噴射ノズル５０を介して高圧で噴射され、噴射ノズル５０と対応するブレード４１の流体衝突面４２に衝突することにより、ロータ４０を高速で回転させるようになる。
【００４１】
このような過程で、前記固定ブレード４５は、流体の進行方向を回転軸が貫通する貫通孔２６側に誘導してロータ４０のブレード４１の干渉が発生しないようにすることにより、ブレード４１の流体衝突面４２と衝突される流体と再び混合されることが防止できるため、流体の混合損失を最小化することができる。
【００４２】
特に、本発明に係るロータ４０のブレード４１の流体衝突面４２は、回転中心軸Ｃの法線方向軸Ｂに対してロータ４０の回転方向側に傾斜するように形成されているため、噴射ノズルから噴射される流体の衝突面を相対的に広く確保することができ、ブレード４１の回転時に後続して噴射ノズル５０側に流入する流体に対するブレードの干渉抵抗を減らすことができる。これで流体がロータ４０のブレード４１に連続衝突する効果が得られ、噴射ノズル５０から噴射される流体は短絡損失を相対的に減らすことができる。
【００４３】
本発明者の実験によると、図７に示したように、本発明に係る軸流型タービンは、低い速度の流体、すなわち相対的に低いスチーム速度で高い回転数が得られることが分かった。このことをさらに詳しく説明すると、同じ回転数を得るために、従来の軸流型タービンに比べて本願発明の軸流型タービンは低い流体噴射速度を有する。これで本発明に係る軸流タービンの効率が相対的に高いことが分かる。
【００４４】
一方、本発明の図５および図６に示した本発明に係る軸流型タービン７０は、高温高圧の流体により、ロータ９０の回転時にロータ９０に作用と反作用が同時に作用するようになる。すなわち、ロータ回転力発生部８０の流体誘導部８１に流入された流体は、ブレード形成部８２に衝突されながらロータ９０の回転力として１次的に作用するようになり、前記回転方向と逆方向に形成された流体誘導排出部８３を介して排出されながら２次的に作用するようになる。特に、流体誘導排出部８３を介して排出される流体が、流体誘導抵抗突起２７に衝突しながら反作用を起こして、ロータ９０の回転力を増加させることができる。
【００４５】
特に、前記ブレード形成部８２は、回転中心軸Ｃの法線方向軸Ｂに対してロータ４０の回転方向側に傾斜するように形成されているため、噴射ノズルから噴射される流体の衝突面を相対的に広く確保することができ、流体の抵抗を減らすことができる。
【００４６】
本発明は、前記した構成部を適用することにおいて、様々に変形されることができ、様々な形態をとることができる。
【００４７】
また、本発明は、前記した詳細な説明で言及される特別な形態に限定されるものではないと理解しなければならず、むしろ添付した請求の範囲によって定義される本発明の精神と範囲内にあるあらゆる変形物と均等物および代替物を含むものとして理解しなければならず、また、本発明の翼面及び翼は、発明の範囲である翼や翼角度の範囲から逸脱しない範囲内で現場の状況や流体の種類に応じて様々な形態や模様をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の軸流型タービンの技術的思想は、実際に同一な結果を繰り返して実施可能なもので、特に、このような本願発明は、各種の発電施設、産業用の動力源として利用可能である。
【００４９】
【００５０】
【図１】
2018508696.tif 000003
【図２】
2018508696.tif 000004
【図３】
2018508696.tif 000005
【図４】
2018508696.tif 000006
【図５】
2018508696.tif 000007
【図６】
2018508696.tif 000008
【図７】
2018508696.tif 000009
【国際調査報告】
2018508696.tif 000010
2018508696.tif 000011
2018508696.tif 000012
2018508696.tif 000013