(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン車室に支持されたローターと、該ローターの外周に放射方向に取り付けられた複数の動翼と、前記動翼の近傍に配置され、蒸気通路を形成する静翼とを備え、前記蒸気通路から前記動翼に向けて高速蒸気流を吹き当てることにより前記ローターを相対的に回転駆動させるタービンにおいて、
前記静翼は外輪の内側に多数のノズル板を周方向に取付けて形成され、該ノズル板の間には前記蒸気通路が形成され、前記外輪から前記ノズル板の外周に達して形成される錐孔と、該錐孔に続いて前記蒸気通路内に開口するスリットとによって蒸気噴出孔が形成され、かつ蒸気噴出孔の前記スリットは、前記ノズル板の腹部ののど部近傍の上流側に位置して開口するとともに、蒸気噴出孔の導入口は前記外輪の外周部に形成されており、前記静翼から流出する蒸気中の水滴による浸食が前記動翼に発生するのを防止することを特徴とするタービンの静翼。
【請求項２】
前記静翼に流入する前の高圧蒸気は蒸気通路の入口側から前記外輪の外周部が装着されるタービン車室の内部に形成された溝を介して前記蒸気噴出孔の導入口に導かれることを特徴とする請求項１記載のタービンの静翼。
【請求項３】
前記蒸気噴出孔の導入口は、タービン車室に形成された通路に連結されており、該通路に高圧段の蒸気あるいは衛帯蒸気等を導入可能としたことを特徴する請求項１記載のタービンの静翼。
【請求項４】
前記蒸気噴出孔の導入口とタービン車室に形成された通路との連結部には、シールが装着されていることを特徴とする請求項３記載のタービンの静翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタービンの静翼に関し、さらに詳細に言えば、蒸気通路を備え、かつこの蒸気通路から動翼に高圧蒸気を噴出させる、速度エネルギを得た蒸気噴流によって、動翼を駆動させてローターを相対的に回転駆動させる蒸気タービンの静翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気を膨張させて蒸気のもつ熱エネルギーを機械的仕事に変換する蒸気タービンは、大馬力と高速回転が得られるので、発電機用、あるいは化学プラントのコンプレッサ駆動用などに広く用いられている。
そして、蒸気力の作動方式や蒸気の流れ方向などにより幾つかの型式のものに区分することができるが、いずれの型式のタービンにおいても、図８に示すようにボイラ（図示せず）で発生させた高圧高温の蒸気１を噴出させる蒸気通路１０を形成する静翼２と、速度エネルギを得た蒸気噴流を受けて、矢印Ｆで示すような回転力を生じさせる羽根形の断面プロフィルを有する動翼３とからなる一組の段落を単位としている。
【０００３】
図７に示すように、従来のタービンでは、静翼２は断面プロフィルが羽根形をなす多数のノズル板２１を仕切板５に周方向に配置されている。さらにこの仕切板１５はタービン車室１２に固定されている。一方、動翼３はその翼根部６がローター４（図６参照）の外周に放射方向に植設されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来のこの種のタービンでは、以下のような問題があった。すなわち、蒸気通路１０を通過して速度エネルギーを得た蒸気噴流１は動翼３に流入し、ローター４に回転エネルギーを与える。しかし、蒸気雰囲気の湿り度が高く、動翼３の周速が大きい場合には、蒸気通路１０から流出した水滴７により動翼３が浸食されるおそれがあった。
【０００５】
また、水滴７は大きな慣性のために前段で付加された遠心力による半径方向速度ベクトルにより、静翼２の外周側Ａに集積するとともに、蒸気通路１０の曲がりにより静翼２の凹曲面部（腹側）Ｂに集積した。その結果、動翼３に対する水滴７による損傷Ｃは、静翼２の外周側Ａに面する動翼３の外周側の端部近傍に集中して発生した。
【０００６】
さらに、蒸気雰囲気の湿り度の増加を防止するにはタービン内の膨張途中の蒸気を取り出して再熱を行なうことが行なわれているが、再熱のためにボイラへの流路やボイラの再熱器等の設備を要するために構造が複雑となり、コストアップにもなった。
特に、タービンの低圧段Ｌでは前述のように大きな静翼２と動翼３を用いており、低圧段Ｌになると蒸気１は膨張して圧力が低くなるために、水滴７の除去することが特に困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、静翼の外周側の一部に蒸気噴出孔を設け、この蒸気噴出孔から高圧蒸気を噴出させることにより、湿り蒸気中の水滴による浸食が動翼に生ずることを防止するようなタービンの静翼を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本請求項１記載の発明はタービンの静翼であり、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。すなわち、本発明にかかるタービンの静翼は、タービン車室に支持されたローターと、該ローターの外周に放射方向に取り付けられた複数の動翼と、前記動翼の近傍に配置され、蒸気通路を形成する静翼とを備え、前記蒸気通路から前記動翼に向けて高速蒸気流を吹き当てることにより前記ローターを相対的に回転駆動させるタービンにおいて、
前記静翼は外輪の内側に多数のノズル板を周方向に取付けて形成され、該ノズル板の間には前記蒸気通路が形成され、前記外輪から前記ノズル板の外周に達して形成される錐孔と、該錐孔に続いて前記蒸気通路内に開口するスリットとによって蒸気噴出孔が形成され、かつ蒸気噴出孔の前記スリットは、前記ノズル板の腹部ののど部近傍の上流側に位置して開口するとともに、蒸気噴出孔の導入口は前記外輪の外周部に形成されており、前記静翼から流出する蒸気中の水滴による浸食が前記動翼に発生するのを防止することを特徴とする。
ここで静翼の「腹側」とは、蒸気通路を形成する静翼の凹曲面部側であり、「のど部」とは静翼で形成された蒸気通路の幅狭の部分を示す。以下では、単に「腹側」、「のど部」と称する。
【０００９】
本発明では、タービンには衝動タービン、反動タービンのいずれの型式にも適用することができるものである。本発明は低圧段に適用されると好適である。また、静翼の外周側に形成される蒸気噴出孔は、動翼の浸食を防止することができるものであれば、特定の構造に限定されることはない。また、蒸気噴出孔の静翼への設置数も適宜選定することができる。
その他に、静翼は蒸気の熱エネルギを速度エネルギに変換する蒸気通路を形成するものであれば、多数のノズル板を組み込んだ仕切板の他に、機械加工した静翼を組み立てた組立式、溶接式、鋳込み式などにより形成したものを含む。
【００１０】
本請求項２記載の発明はタービンの静翼であり、前記静翼に流入する前の高圧蒸気は蒸気通路の入口側から前記外輪の外周部が装着されるタービン車室の内部に形成された溝を介して前記蒸気噴出孔の導入口に導かれることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本請求項３記載の発明のタービン静翼は、前記蒸気噴出孔の導入口は、タービン車室に形成された通路に連結されており、該通路に高圧段の蒸気あるいは衛帯蒸気等を導入可能としたことを特徴する。
【００１２】
また、本請求項４記載の発明のタービン静翼は、前記蒸気噴出孔の導入口とタービン車室に形成された通路との連結部には、シールが装着されていることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１記載の発明にかかるタービンの静翼によると、蒸気通路内の蒸気圧力と蒸気噴出孔の導入口の蒸気圧力との差により蒸気噴出孔から蒸気が噴出し、蒸気通路に沿って流れる。すると、このドレンは蒸気通路内を流れる蒸気加速流とのせん断力により細分されて蒸気通路から流出する。このために蒸気雰囲気の湿り度が高い場合でも、水滴が静翼の外周側に集積することがなく、動翼が浸食により損傷を受けることはない。
さらに、水滴が静翼の外周側に集積して蒸気通路の曲がりにより静翼の凹曲面部（腹側）に集積することはなく、簡単に排除する。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、静翼の蒸気通路に流入する前の高圧蒸気が、特別な構造を経ることなく蒸気噴出孔の導入口に直ちに導入されて水滴による動翼の浸食を防止する。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、蒸気が膨張して圧力が低くなった低圧段でも、高圧部の段落あるいは衛帯蒸気等が作用して、大きな動翼の水滴による浸食を確実に防止する。
さらに請求項４記載の発明によれば、蒸気噴出孔から高圧蒸気が漏れることなく確実に蒸気通路に噴出し、水滴による動翼の浸食を確実に防止する。また、タービン車室と仕切板とのセンタリングが行なわれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタービンの静翼を図面に示される実施形態について更に詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１には本発明の第１の実施形態に係る静翼と動翼の断面を示す。図２は図１のII−II線における蒸気通路部の断面を示す。図３は第２の実施形態に係る静翼と動翼の断面を示す。図４は図３のIV−IV線おける蒸気通路部の断面を示す。図５は第１の実施形態で用いられる静翼を組み込んだ仕切板の部分正面を示し、図６は第２の実施形態で用いられる静翼を組み込んだ仕切板の部分正面を示す。
【００１８】
（第１の実施形態）
まず、図１、２及び図５に基づき第１の実施形態を説明する。タービン車室１２にはローター４が回転自在に支持される。このローター４の外周に翼根部６を放射方向に植設することによって複数の動翼３がローター４に取り付けられる。なお、動翼３の外周にはシュラウドカバー８が取り付けられていて動翼３の先端から蒸気１が漏れるのを防止している。
【００１９】
動翼３の近傍には静翼２が配置されている。この静翼２は多数のノズル板２１を外輪１４の内側に円周方向に取り付けることにより、図２に示すような蒸気通路１０を形成する。また、静翼２の内側は内輪１５に取り付けられていて、静翼２、外輪１４、内輪１５とにより仕切板５が構成される。また、内輪１５は内周にノズルラビリンスが形成され、スキマ２３を存してローター４を囲繞している。
また、仕切板５は図５から明らかなように水平面Ｈ−Ｈで上下に２分割されており、同じく水平面で上下に２分割されているタービン車室１２の内部に溝１７を介して装着される。
【００２０】
図１及び図２に示すように、静翼２の外周側に蒸気噴出孔１６が形成されている。この蒸気噴出孔１６は図１から明らかなように、仕切板５の外輪１４からノズル板２１に達する錐孔１６ａと、この錐孔１６ａに続いて蒸気通路１０内に開口するスリット１６ｂにより形成されている。本実施形態では蒸気噴出孔１６を構成するスリット１６ｂは、静翼２の腹側Ｂののど部Ｄの近傍の上流側に開口している。そして、蒸気噴出孔１６の導入口１６ｃは、静翼２の蒸気通路１０の入口側Ｅから溝１７を経て高圧蒸気１が導入可能に構成されている。
【００２１】
本実施形態のタービンの静翼によれば、先ず、高圧高温の蒸気１を静翼２の蒸気通路１０から噴出させて、その蒸気噴流１を矢印Ｆで示す回転力を動翼３に生じさせ、動翼３を回転させることによりローター４を高速回転させる。その際、蒸気通路１０内の高圧蒸気の圧力と蒸気噴出孔１６の導入口１６ｃの蒸気圧力との差により蒸気噴出孔１６から蒸気が噴出し、ドレンを蒸気通路１０内に吹き飛ばす。
このドレンは蒸気通路１０内を流れる蒸気１の加速流とのせん断力により細分されて蒸気通路１０から流出する。このために蒸気雰囲気の湿り度が高い場合でも、水滴が静翼２の外周側に集積することがなく、動翼３が浸食により損傷を受けるおそれはない。
【００２２】
また、蒸気噴出孔１６の蒸気通路１０内への開口部が静翼２の腹側Ｂののど部Ｄ近傍の上流側に位置しているので、該蒸気噴出孔１６から噴出したドレンは、半径方向速度ベクトルにより静翼２の外周側Ａに集積しようとする水滴を確実に除去する。
また、蒸気噴出孔１６の導入口１６ｃには、静翼２の蒸気通路１０に流入する前の高圧蒸気１が導入されるので、構造が簡単でありながら水滴の排除が確実に行なわれる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
次に、図３、４及び図６に基づいて第２の実施形態にかかるタービンの静翼を説明する。ただし、第１の実施形態と同一構造の部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２４】
タービン車室１２に嵌合された仕切板５には、外輪１４から静翼２を形成するノズル板２１の外周端に向けて錐孔１６ａが穿設され、さらに錐孔１６ａに続いてスリット１６ｂが設けられ、スリット１６ｂが蒸気通路１０に開口している。
仕切板５の外輪１４には内部に閉じられた弧状の空間１８が形成されており、この空間１８には連結孔１９が設けられるとともに、この空間１８は適宜数の蒸気噴出孔１６に連通する。この連結孔１９の導入口１６ｃはタービン車室１２に穿設された通路２１と連結され、かつ連結孔１９と通路２１との連結部にはピストンリング２２が装着されていて、該連結部がシールされている。さらに通路２１は適宜の高圧段や衛帯蒸気に接続している。
【００２５】
本実施形態によれば、タービン車室１２に穿設された通路２１から、適切な高圧部の段落からの蒸気、あるいは衛帯蒸気が蒸気噴出孔１６の錐孔１６ａを経てスリット１６ｂから蒸気通路１０内に噴出する。すると、ドレンは静翼２の表面を流れる蒸気１の流れの内部へ確実に吹き出し、湿り蒸気中の水滴が静翼２の外周面Ａに堆積するのを防止する。
【００２６】
さらに、蒸気噴出孔１６の導入口１６ｃと通路２１との連結部がシールされているので、蒸気噴出孔１６とタービン車室１２の通路２１との密着性が確保されて、高圧蒸気の洩れを確実に防止するばかりでなく、仕切板５とタービン車室１２とのセンタリングが行なわれ、低圧側端面とタービン車室との密着性が確保される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本請求項１記載の発明のタービンの静翼によれば、蒸気噴出孔から噴出した蒸気によって、半径方向速度ベクトルにより静翼２の外周側Ａに集積しようとする水滴を確実に除去し、水滴による動翼の浸食を確実に防止することができる。
又、動翼に生ずる浸食は翼頂部に遍在しているために、浸食防止のための蒸気噴出孔を設けるのは静翼の外周側でよく、静翼の剛性を損なうことはなく、性能に及ぼす影響はほとんどみられない。
さらに、蒸気噴出孔の蒸気通路内への開口部は、水滴が集積しやすい静翼の腹側ののど部近傍の上流側に位置しているので、水滴の集積を確実に防止することができる。
【００２８】
本請求項２記載の発明のタービンの静翼によれば、蒸気噴出孔の導入口には、静翼の蒸気通路に流入する前の高圧蒸気が導入されるので、構造が簡単でありながら水滴の排除を確実に行なうことができる。
【００２９】
本請求項３記載の発明のタービンの静翼によれば、蒸気噴出孔の導入口を、タービン車室の形成された通路に連結することにより、適切な段の高圧蒸気あるいは衛帯蒸気を導くことにより、水滴の堆積除去を確実にする。特に大型の静翼や動翼を備えている低圧段において、顕著な効果がある。
【００３０】
本請求項４記載の発明のタービンの静翼によれば、蒸気噴出孔の導入口とタービン車室に形成された通路との連結部にシールを装着することによって、蒸気噴出孔とタービン車室の通路との密着性が確保されて、高圧蒸気の洩れを確実に防止することができる。また、静翼とタービン車室とのセンタリングが行なわれて、低圧側端面とタービン車室との密着性の良い高精度なタービンの組立みが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る静翼と動翼の部分断面図である。
【図２】  図１のII−II線における蒸気通路及び動翼の断面図である。
【図３】  本発明の第２の実施形態に係る静翼と動翼の部分断面図である。
【図４】  図３のIV−IV線おける蒸気通路部及び動翼の断面図である。
【図５】  第１の実施形態で用いられる静翼を組み込んだ仕切板の部分正面図である。
【図６】  第２の実施形態で用いられる静翼を組み込んだ仕切板の部分正面図である。
【図７】  従来のタービンの静翼と動翼の部分断面図である。
【図８】  図７のＶ−Ｖ線における蒸気通路及び動翼の断面図である。
【符号の説明】
１    蒸気
２    静翼
３    動翼
４    ローター
７    水滴
１０  蒸気通路
１２  タービン車室
１６  蒸気噴出孔
１６ａ  錐孔
１６ｂ  スリット
１６ｃ  導入口
１９  連結孔
２０  タービン
２１  通路
Ａ    静翼の外周側
Ｂ    腹側
Ｄ    のど部
Ｅ    蒸気通路の入口側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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