(57)【要約】本願発明の目的は、ドレンの排出効率を向上させることを可能とする蒸気タービンを提供することにある。上記目的を達成するために、本発明の蒸気タービンは、静翼列と動翼列とで出力段落が構成される蒸気タービンにおいて、前記静翼列はダイヤフラム外輪（１）内壁に設置されるものであって、前記静翼列より後流側のダイヤフラム外輪（１）内壁に、ドレンを排出するドレン排出孔（１０）をロータの半径方向に対して周方向に傾斜させて形成したことを特徴とする。
2001077499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼列と動翼列とで出力段落が構成される蒸気タービンにおいて、
前記静翼列はダイヤフラム外輪内壁に設置されるものであって、前記静翼列より後流側のダイヤフラム外輪内壁に、ドレンを排出するドレン排出孔をロータの半径方向に対して周方向に傾斜させて形成したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
ダイヤフラム外輪内壁に複数の静翼が前記ダイヤフラム外輪内壁の周方向に配置され構成される静翼列と、タービンロータの周方向に複数の動翼が配置されて構成される動翼列とを備え、該静翼列と動翼列とによって出力段落が形成される蒸気タービンにおいて、
前記静翼列より蒸気流れに対して後流側のダイヤフラム外輪内壁に、ドレンを排出するドレン排出孔を前記ダイヤフラム外輪内壁の周方向に沿って複数設け、該ドレン排出孔はロータの半径方向に対して周方向に傾斜して形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
ダイヤフラム外輪内壁に複数の静翼が前記ダイヤフラム外輪内壁の周方向に配置され構成される静翼列と、タービンロータのディスク外周部に順次係合されて、該タービンロータの周方向に複数の動翼が配置されて構成される動翼列とを備え、該静翼列と動翼列とによって出力段落が形成される蒸気タービンにおいて、
前記動翼はその先端にシュラウドカバーが備えられ、一方の動翼の翼腹側のシュラウドと、隣り合う他方の動翼の翼背側のシュラウドが互いに接触するように設置され、該シュラウドと対向するダイヤフラム外輪内壁にはシール構造が形成されたものであって、前記静翼列より後流側のダイヤフラム外輪内壁に、ドレンを排出するドレン排出孔を、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させて形成していることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】
ダイヤフラム外輪内壁に複数の静翼が前記ダイヤフラム外輪内壁の周方向に配置され構成される静翼列と、タービンロータのディスク外周部に順次係合されて、該タービンロータの周方向に複数の動翼が配置されて構成される動翼列とを備え、該静翼列と動翼列とによって出力段落が形成される蒸気タービンにおいて、
前記動翼はその先端にシュラウドカバーが備えられ、一方の動翼の翼腹側のシュラウドと、隣り合う他方の動翼の翼背側のシュラウドが互いに接触するように設置され、該シュラウドと対向するダイヤフラム外輪内壁にはシール構造が形成されたものであって、該シール構造が構成されたダイヤフラム外輪内壁に、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させたドレン排出孔を設置したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
ダイヤフラム外輪内壁に複数の静翼が前記ダイヤフラム外輪内壁の周方向に配置され構成される静翼列と、タービンロータのディスク外周部に順次係合されて、該タービンロータの周方向に複数の動翼が配置されて構成される動翼列とを備え、該静翼列と動翼列とによって出力段落が形成される蒸気タービンにおいて、
前記動翼はその先端にシュラウドカバーが備えられ、一方の動翼の翼腹側のシュラウドと、隣り合う他方の動翼の翼背側のシュラウドが互いに接触するように設置され、該シュラウドと対向するダイヤフラム外輪内壁には、複数枚のシールフィンリングを設置してシールを形成したものであって、蒸気流れに対して１枚目のシールフィンリングより下流側のシールフィンリング間に位置するダイヤフラム外輪内壁に、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させたドレン排出孔を設置したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
前記ドレン排出孔は、半径方向に対して周方向に２０〜７５°の角度範囲に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記ドレン排出孔は、望ましくは、半径方向に対して周方向に３０〜７０°の角度範囲に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の蒸気タービン。
【請求項８】
前記ドレン排出孔は、更に望ましくは、半径方向に対して周方向に４５〜６０°の角度範囲に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の蒸気タービン。
【請求項９】
前記蒸気タービンは、ダイヤフラム外輪内壁にその周方向に沿ってドレン除去溝が形成され、該ドレン除去溝には前記ドレン排出孔の入口部が位置することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の蒸気タービン。
【請求項１０】
前記蒸気タービンは、前記シュラウドカバーと対向する位置であって、前記シールフィンリングの間隙における全周面積の１０％となるように、前記ドレン排出孔の開口部を形成することを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービン。
【請求項１１】
ダイヤフラム外輪内壁に設置される静翼列と、タービンロータに設置される動翼列とで構成される出力段落を複数段備え、前記静翼列より後流側のダイヤフラム外輪内壁に、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させたドレン排出孔を形成したことを特徴とする蒸気タービンの湿分分離構造。
【請求項１２】
ダイヤフラム外輪内壁に設置される静翼列と、タービンロータに設置される動翼列とで構成される出力段落を複数段備え、前記動翼先端部に設置されたシュラウドカバーに対向するダイヤフラム外輪内壁にシール装置を設け、該シール装置が設置されたダイヤフラム外輪内壁に、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させたドレン排出孔を形成したことを特徴とする蒸気タービンの湿分分離構造。
【請求項１３】
ダイヤフラム外輪内壁に設置される静翼列と、タービンロータに設置される動翼列とで構成される出力段落を備えた蒸気タービンの湿分分離構造において、
前記動翼はその先端にシュラウドカバーが備えられ、一方の動翼の翼腹側のシュラウドと、隣り合う他方の動翼の翼背側のシュラウドが互いに接触するように設置され、該シュラウドと対向するダイヤフラム外輪内壁には、複数枚のシールフィンリングを設置してシールを形成し、蒸気流れに対して最上流側のシールフィンリングより下流側であって、最下流側のシールフィンリングより上流側に位置するダイヤフラム外輪内壁に、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させたドレン排出孔を設置したことを特徴とする蒸気タービンの湿分分離構造。
【請求項１４】
前記ドレン排出孔は、半径方向に対して周方向に２０〜７５°の角度範囲に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の蒸気タービンの湿分分離構造。
【請求項１５】
前記ドレン排出孔は、望ましくは、半径方向に対して周方向に３０〜７０°の角度範囲に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の蒸気タービンの湿分分離構造。
【請求項１６】
前記ドレン排出孔は、更に望ましくは、半径方向に対して周方向に４５〜６０°の角度範囲に傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の蒸気タービンの湿分分離構造。
【請求項１７】
前記蒸気タービンの湿分分離構造は、ダイヤフラム外輪内壁にその周方向に沿ってドレン除去溝が形成され、該ドレン除去溝には前記ドレン排出孔の入口部が位置することを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の蒸気タービンの湿分分離構造。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、原子力、地熱或は火力発電プラント等に用いられる蒸気タービン及びその湿分分離構造に関する。
背景技術
一般に、軸流タービンを備えた発電プラントでは、復水器を設置して、タービン出口の蒸気圧力を真空に近い圧力まで下げるようにしている。このため、タービン入口蒸気温度が高く、過熱蒸気となる火力タービンにおいてでは、出口に近い低圧段落では湿り蒸気で駆動される。また、入口蒸気温度が低い原子力や地熱タービンにあっては、その大半の段落が湿り蒸気中で駆動されることになる。
このような湿り蒸気中で作動されるタービン段落では、乾き蒸気の場合と比べて損失が大きくなるため性能の低下を招くだけでなく、湿り蒸気中の液滴（ドレン）が動翼に衝突することによりエロージョンが発生してしまい、タービンの信頼性を損ねてしまう可能性があった。
このため、前述したような湿り損失やエロージョンの発生を抑制する技術としては従来より種々のものが提案されており、例えば実開昭５９−１１６５０２号公報には、蒸気タービンのノズルダイヤフラム外輪に備えられたドレン穴の総開口面積を、ノズル部の出口部総開口面積の０．１％乃至０．７％に形成したものが、また特開平４−２５９６０４号公報には、ハニカム形シール装置であって、複数列のハニカムセルに、各ハニカムセルに集められた水分を筒体に設置された水分排水路に連絡する穴を形成したものが記載されている。
ところで、タービン段落において静翼から流出した蒸気流（ドレン流）は、タービン軸方向に対しておよそ７０〜８０°の旋回角度をもって動翼に流入する。これに対して、従来技術、例えば前述した実開昭５９−１１６５０２号公報に記載のドレン穴は、ダイヤフラム外輪内壁に沿って半径方向へ放射状に設置しているため、旋回角度を有しているドレン流がドレン穴に流入する際に流れに乱れが生じ、ドレン流の流れに対する抵抗が大きくなり、この結果、排出しようとするドレンの効率低下を招いてしまっていた。
本発明の目的は、ドレンの排出効率を向上させることを可能とする蒸気タービンおよび湿分分離構造を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明は以下の蒸気タービン及びその湿分分離装置を提供する。
すなわち、本発明の蒸気タービンは、静翼列と動翼列とで出力段落が構成される蒸気タービンにおいて、前記静翼列はダイヤフラム外輪内壁に設置されるものであって、前記静翼列より後流側のダイヤフラム外輪内壁に、ドレンを排出するドレン排出孔をロータの半径方向に対して周方向に傾斜させて形成したことを特徴とするものである。
また、本発明の湿分分離構造は、ダイヤフラム外輪内壁に設置される静翼列と、タービンロータに設置される動翼列とで構成される出力段落を複数段備え、前記静翼列より後流側のダイヤフラム外輪内壁に、ロータの半径方向に対して周方向に傾斜させたドレン排出孔を形成したことを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第１図は、本発明の一実施例である蒸気タービンの部分断面図を示したものである。第１図に示す蒸気タービンは、静翼３と、静翼３の半径方向のそれぞれの端部を固定するダイヤフラム外輪１及びダイヤフラム内輪２と、蒸気７の流路方向からみて静翼３の後流側に設置される動翼５とを備えており、これらの構成により段落構造が形成される。また、動翼５の翼根部はロータ４の図示しないディスク部に固定され、さらに動翼５の翼先端部にはシュラウドカバー６が設置され、複数枚設置された隣り合う動翼５同士をシュラウドカバー６によって連結されている。
また、静翼３の一端を保持するダイヤフラム外輪１は、その外周側に設置されるケーシング１１に固定されている。さらに、ダイヤフラム外輪１の内周部１ａには、シュラウドカバー６に対向する位置にシールフィンリング９を複数枚設置してシールを形成し、ダイヤフラム外輪１とシュラウドカバー６との間の円筒空間から、作動流体である蒸気７が漏れることを抑制をしている。また、本実施例ではダイヤフラム外輪１の内壁円周上であって、シールフィンリング９の１枚目より下流側のシールフィンリング間（第１図の例では２枚目と３枚目の間）にドレンを排出するドレン排出孔１０を設置している。この排出孔１０は、ダイヤフラム外輪１の内壁から、ダイヤフラム外輪１とケーシング１１との間に形成された外部空間１２まで連通するように形成されている。なお、ドレン排出孔１０によって外部空間１２に導かれたドレンは、外部空間１１と図示しない抽気管によって連通された給水加熱器等に供給される。また、第１図ではドレン排出孔１０は動翼先端のシュラウドカバー６に対向するダイヤフラム外輪の内周壁、換言すれば、複数枚が設置されたシールフィンリング９間に形成されているが、これより蒸気流れに対して上流側の位置、つまりシールフィンリング９より上流側に形成しても良い。
第２図は、第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本実施例では、ダイヤフラム外輪１の内壁円周上に設けられた排出孔１０を、ダイヤフラム外輪１（ロータ３）の半径方向に対して周方向に傾斜した角度を持つように形成している。このように、排出孔１０を周方向に傾斜させることで、静翼３から流出した旋回角度を有する蒸気流から効率良くドレンを回収することが可能となる。詳細については、以下図面を用いて説明する。
第３図は、静翼・動翼間の蒸気流れを示した図、第４図は、排出孔を周方向に傾斜させていない場合における出力段落部の蒸気流れを示した図、第５図は、第４図に示す排出孔の蒸気流れを示した図である。
第３図に示すように、静翼３の後縁部から流出する蒸気流は、軸方向に対して所定の旋回角度、例えば７０〜８０°の角度を有しており、この旋回角度を有する蒸気流が動翼５の前縁部に導かれることになる。このとき、排出孔１０に傾斜を設けていない従来技術では、第４図および第５図に示すように、ドレンの排出流と排出孔１０との角度が不一致であるため、効果的にドレンの排出を行うことができない。すなわち、排出孔１０の蒸気流れの詳細を示した第５図にあるように、特に、排出孔１０の入口部では蒸気流の乱れにより強い渦が発生してしまっている。このため、ドレンの回収を効率的に行うことができず、エロージョンの発生を招いてしまう可能性があった。
次に、排出孔１０を周方向に傾斜させた本実施例の蒸気流れについて、第６図および第７図を用いて説明する。第６図は、本実施例における出力段落部の蒸気流れを示した図、第７図は、本実施例の排出孔の蒸気流れを示した図である。なお、第６図および第７図では排出孔１０を周方向に４５°傾斜させたものについて図示している。
本実施例では、旋回角度を有する流入蒸気を考慮して、前述したように排出孔１０を周方向に傾斜させた構造に形成している。この結果、第４図及び第５図に示した排出孔１０を周方向に傾斜させていない構造と比べて、本実施例では効果的にドレンの排出を行うことが可能となった。例えば、第５図では排出孔１０の入口部で蒸気流の乱れにより渦が発生していたが、本実施例では排出孔１０の周方向への傾斜角度を蒸気（ドレン）の流入角度と一致させるように形成しているので、シュラウドカバー６とシールフィンリング９との間隙から排出孔１０に導かれるドレン流の抵抗を低減することが可能となる。また、第７図から明らかなように、ドレン排出孔１０の入口部ではドレン流が乱れることなく、渦の発生を抑制することができる。従って、本実施例によれば効率的にドレンの回収を行うことができ、エロージョンの発生を低減することが可能となった。
次に、ドレン排出孔の傾斜角度とドレン流との関係について第８図及び第９図を用いて説明する。第８図は、排出孔の傾斜角度によるドレン排出流の状態を示した図、第９図は、ドレン排出孔の傾斜角度とドレン排出効率の関係を示した図である。
第８図中に示す点線は、タービンロータ中心からの半径方向１７を表しており、この半径方向１７に対するタービンロータの周方向への傾斜角度をαで表す。傾斜角度αは、点線で示す半径方向１７を基準として、蒸気（ドレン）の旋回流方向と同方向（図中右方向）を正方向としている。なお、図中（Ａ）〜（Ｅ）は排出孔１０の傾斜角度αが、−３０°，０°，３０°，４５°，６０°に形成された場合におけるドレン排出流の状態を示したものである。
まず、図中（Ａ）に示す構成について説明する。（Ａ）は排出孔１０の傾斜角度αを−３０°、つまりドレン流の旋回角度と逆方向に傾斜させた状態を示したものである。このように、（Ａ）の構成では、排出孔１０の傾斜角度αが排出されるべきドレンの流れ８を大きく妨げる状態となることから、極めてドレンの排出効率が悪い状態にあると言える。また、図中（Ｂ）は排出孔１０の傾斜角度αを０°、つまりタービンロータ軸と垂直方向に排出孔１０が形成されたものである。（Ｂ）のように、排出孔１０を周方向に傾斜させずに、タービンロータと垂直方向に形成した構成の場合では、前述した第５図と同様に、蒸気流の乱れにより排出孔１０の入口部で渦が発生してしまうため、効率的にドレンの排出を行なえるものとは言えない。
第８図（Ｃ）〜（Ｅ）は、排出孔１０の傾斜角度αを周方向に傾斜させて形成した場合のドレン流状態を示した図である。（Ｃ）は排出孔１０の傾斜角度αを３０°、（Ｄ）は傾斜角度αを４５°、（Ｅ）は傾斜角度αを６０°に形成している。（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、排出孔１０の周方向への傾斜角度を大きくする、つまり排出孔１０をドレン流の旋回成分と同方向に傾斜させるほど、排出孔１０入口部やその近傍での渦の発生、或いはドレン流の乱れの発生を抑制することができ、効果的にドレンの排出を行なうことが可能になる。
第９図は、第８図の（Ａ）〜（Ｅ）各図に示した構成におけるドレン排出効率の解析結果を示したものである。第９図に示すように、ドレン排出孔の傾斜角度αが負の場合（α＜０°）には、第８図（Ａ）のように排出孔１０がドレンの流れを妨げる方向に傾斜していることになるため、傾斜角度αが正（α＜０°）の場合と比べて、極端にドレンの排出効率が低下してしまう。
一方、傾斜角度αを正とした場合には、本図からも分かるように傾斜角度αが約２０°を超えたあたりからドレン排出効率が著しく向上している。そして、傾斜角度αが約４５°を超えて約６０°付近までが最も排出効率が向上している。なお、傾斜角度αが約７５°を超えると、周方向に対して角度が鋭角になり過ぎるため、逆に排出孔１０に流入するドレン流の流れを阻害してしまい、排出効率を低下させてしまう。
また、動翼の先端径や回転数にもよるが、本実施例の構造を採用するような一般的なタービンの中間段落では、動翼先端部のドレン排出孔１０付近における漏洩流の周方向の速度成分は１００ｍ／ｓから２００ｍ／ｓ程度、同じく半径方向の速度成分は５０ｍ／ｓから１５０ｍ／ｓ程度である。この速度成分の合成から、一般的なドレン流の半径方向に対する傾斜角度は、およそ３０〜７５°程度である。さらに、実際に製造する場合、ドレン排出孔１０を工具により穴あけ加工する際、傾斜角度αがあまりにも大きい場合には、加工面に対して十分な角度がとれなくなりその加工作業が困難になることや、ダイヤフラム外輪の内壁から外壁までの穴あけ加工距離が非常に長くなることから、ドレン排出孔の傾斜角度αの上限はおよそ７０°となる。
以上述べたように、先ずドレン排出の効率面から考慮すると、ドレン排出孔の傾斜角度は、半径方向を基準としてタービンロータの周方向、つまりドレン流（旋回流）の速度成分と同一の方向となるように、２０〜７５°の角度範囲内になるように形成すれば良い。
そして、一般的なドレン流の半径方向の傾斜角度が３０°以上であること、またドレン排出孔の加工作業性といった製造面から考慮すると、ドレン排出孔の傾斜角度の上限は７０°であることから、ドレン排出孔の傾斜角度αを３０°〜７０°の範囲に形成することが望ましい。
さらに、ドレン排出の効率を最も高くする観点から考えれば、ドレン排出孔の傾斜角度αを４５°〜６０°の範囲に形成することが最も効果的である。
以上説明した本実施例によれば、旋回角度をもって流入してくる漏洩蒸気流に合せて、ドレン排出孔を周方向に傾けて形成した構造とすることにより、例えば第１図の例では、シュラウドカバーとシールフィンリングとの間隙から流入したドレン流が、ドレンを排出するドレン排出孔に流入する際の抵抗を低減することが可能となり、この結果、ドレンの排出効率を向上させることが可能となる。また、ドレン排出孔入口部での流れの乱れが少なくなるため、この乱れによるエロージョンが低減できる。
第１０図は、動翼先端部及びシールフィンリング部のドレン滞留例を示した図である。本実施例のシュラウドカバー６は、動翼５の翼先端側に設けられ、シュラウドカバー外周面の中央部６ｂが端部６ａよりもその径が大きくなるように、段差部を有する形状に形成されている。
次に、シール構造について説明する。第１０図に示す本実施例では、シュラウドカバー６の蒸気流れに対して上流側及び下流側端部６ａに対向するダイヤグラム外輪１にシールフィンリング９ａ，９ｂを設置している。さらに、このシールフィンリング９ａ，９ｂ間であって、シュラウドカバー端部６ａより大径に形成されたシュラウドカバー中央部６ｂに対向する位置のダイヤグラム外輪１にシールフィンリング９ｃ，９ｄを設置している。また、シールフィンリング９ｃ，９ｄはシュラウドカバー端部６ａ側に設置されるシールフィンリング９ａ，９ｂより小径に形成されている。このように、本実施例ではマルチプルフィンシール構造を採用したシール構造となっている。
以上説明したマルチプルフィンシール構造は、動翼先端部の漏洩蒸気量を大幅に低減できることから、効率向上の観点から火力用蒸気タービン等の乾き蒸気域で運転され、動翼先端にスラント角度を持たない中間段落部分に採用されている。しかし、原子力用蒸気タービン等の湿り蒸気域で運転されるタービン段落では、前述したように径が異なるシールフィンリングが組み合わされ、シュラウドカバーに段差部が形成されているという構成上、通常のシール構造に比べて、第１０図に図示しているように、シールフィンリング間にドレン１６が滞留しやすくなるという性質があった。また、シールフィンリング間に大量のドレンが滞留することによって、シールフィンリング９自体にエロージョンが発生する虞があった。
これに対して、本実施例では前述した第１図に示したように、シュラウドカバー６に対向するダイヤグラム外輪１に設置されたシールフィンリング９間に、ドレン排出孔１０を周方向に傾けて形成している。すなわち、第１図に示す例では、蒸気流れに対して軸方向上流側から２枚目と３枚目のシールフィンリング間（第１０図では、９ｃと９ｄの間の位置）であって、ダイヤフラム外輪１の内壁円周上にドレン排出孔１０が複数個設置される。
以上のように構成することにより、第１０図を用いて説明したシールドフィンリング間に滞留するドレン１６は、ドレン排出孔１０からその大部分を除去できるため、シールフィンリング９自体にエロージョンが発生することを抑制することが可能となる。
従って、湿り蒸気域で運転されるタービン段落であっても、本実施例で説明したマルチプルフィンシール構造のシュラウドカバー外周軸方向の上流及び下流端部のシールフィンリング間に前述のドレン排出孔を設置することにより、シールフィンリング間に滞留するドレンの大部分を除去することが可能となり、シールフィンリング間に大量のドレンが滞留し、シールフィンリング自体のエロージョンが懸念される従来の課題を解決できる。よって、湿り蒸気域で運転されるタービン段落であっても、漏洩蒸気の低減効果が著しいマルチプルフィンシール構造を採用することが可能となる。この結果、上述したドレン排出孔を備えていない従来技術のシールフィン構造に比べて、約２０％の漏洩蒸気の低減を図れるという効果を奏することができる。
また、静翼出口から旋回成分をもつ蒸気流と混合されて、動翼先端部へと流れていくドレンは、動翼先端部のシールフィンリングとシュラウドカバーとの極小間隙流路を流れる漏洩蒸気と混合され二相流となり、ドレン排出孔１０より外部空間に排出される。このとき、ドレンの排出に随伴して外部空間に排出される漏洩蒸気は、動翼先端部のシールフィンを流れる漏洩蒸気である為、動翼先端部のシール構造の前にドレン排出孔を設けている実開昭５９−１１６５０２号公報に記載の従来技術のように、段落の主流蒸気を余分に漏洩する必要はなく、このドレン排出に伴う漏洩蒸気量の低減効果により、効率向上を図ることが可能となる。
さらに、動翼先端部のシール構造の前にドレン排出孔を設けたものでは、集積したドレンを蒸気流に随伴させてドレン排出孔から排出させているのに対して、本実施例では、シールフィンリングとシュラウドカバーとで形成される極小な間隙流路を蒸気とドレンの二相の混合気体が通過する為に、ドレンを加速するためのエネルギー消費が大きくなる。この結果、シールドフィンリングとシュラウドカバーとの間隙流路を蒸気のみが通過する場合よりも流動抵抗が大きくなり、蒸気漏洩量が少なくなるので、タービンの段落効率の向上に寄与することができる。
また、前述した特開平４−２５９６０４号公報で提案されているハニカム形シール構造のように、１つ１つが微小な膨張空間しか持たないハニカムセルで構成されるようなシール構造ではなく、本実施例のように複数枚のシールフィンリングにて構成され、シールフィンリング間の全周で十分な大きさの熱膨張空間が確保された構造とすることにより、シールフィンリング前で飽和状態にあるドレンと蒸気の混合流が、シールフィンリングとシュラウドカバーとで形成される極小な間隙流路を通過し、シールフィンリング下流の熱膨張空間に流入する際、シールフィンリング下流側で減圧してフラッシングが生じ、漏洩流体が熱膨張空間内で急膨張する。このとき、シール部を通過する体積流量が増加することから流動抵抗が大きくなり、蒸気漏洩量が少なくなることによってもタービン段落効率が向上する。
第１１図は、本発明の他の実施例である蒸気タービンの部分断面図、第１２図は、第１１図に示すドレン除去溝の詳細図である。本実施例では、シールフィンリング間に堆積するドレンの集積効果をさらに向上させるために、シールフィンリング間のダイヤフラム外輪１にドレン除去溝１５を形成している。そして、このドレン除去溝１５は第１２図に示すように、ダイヤフラム外輪１の内壁円周上に周方向に沿って、その内壁円周上に設けられた複数個のドレン排出孔１０の入口部分にドレンを導くように傾斜面、あるいは段差部が形成されている。
すなわち、第１１図および第１２図に示すドレン除去溝１５は、ドレン排出孔１０から見て上流側に設置されたシールフィンリング９ｃと、同じく下流側に設置されたシールフィンリング９ｄから、ドレン排出孔１０側に向かってダイヤフラム外輪１の内壁を傾斜させた形状に構成している。なお、第１１図ではドレン除去溝１５は傾斜した形状であるが、段差部を形成しても良い。このように、ダイヤフラム外輪内面に周方向に沿ってドレン除去溝１５を形成することにより、ダイヤフラム外輪１の内面上を流れるドレンの集積を促進させる効果がある。
第１３図は、ドレン除去溝の他の実施形態を示した図である。第１１図では、ドレン除去溝１５はダイヤフラム外輪内壁上に周方向に沿って形成されていたが、本図に示す実施例では、動翼先端部分の漏洩蒸気の旋回成分を考慮して、ダイヤフラム外輪１の内壁上に、周方向に対して角度を持たせた形状にドレン除去溝１５を形成している。さらに、本実施例では堆積したドレンを最も効率良く排出させるように、蒸気流れに対してドレン除去溝１５の軸方向下流側にドレン排出孔１０を設けている。
以上の構成により、旋回成分を有する翼先端漏洩流８は、この旋回成分と同方向になるように形成されたドレン除去溝１５により、ダイヤフラム外輪１の内面上を流れるドレンの集積を容易にすることが可能となる。さらには、ドレン除去溝１５の下流側にドレン排出孔１０を設置したことにより、ドレン除去溝１５で集積したドレンを最も効率良く排出することができる。
なお、複数個が設置されるドレン排出孔１０の総面積は、シールフィンリング９とシュラウドカバー６の間隙における全周面積の約１０％が性能的に最も効率的である。
第１４図は、段落蒸気漏洩量と動翼先端部の圧力差との関係を示した図である。なお、図中に斜線で示した領域が本実施例による効果を示している。段落蒸気漏洩量は動翼先端部の圧力差に比例して大きくなるが、本図から明らかなように、前述したドレン排出孔を用いた本実施例のマルチプルフィンシール構造を適用することで、従来技術と比較して蒸気漏洩量を３０〜４０％程度低減することが可能となった。
また、実開昭５９−１１６５０２号公報に記載の従来技術では、飛散した水滴の大部分をドレン排出孔から外部空間に排出することは可能であるが、動翼先端部のシール構造の前にドレン排出孔を設けているため、ドレンの排出と同時に段落内を流れる主流蒸気をも大量に外部空間に漏洩させてしまう。このドレン排出に伴う蒸気漏洩は、本来タービン段落内部においてロータを回転させることに有効に働くべきである蒸気が、仕事をせずに外部に漏洩することになり、タービン効率の低下要因となる。このように、従来のドレン排出構造は、ドレン排出により段落中の湿り成分を除去し、段落の湿り損失を低減させることはできるが、それに伴い主流蒸気の漏洩により段落効率の低下を招いてしまっていた。
これに対して、本実施例では、１枚目のシールフィンリングより下流側にドレン排出孔を設けているため、主流蒸気の漏洩量の低減を図ることができ、前述のドレン排出効率の向上と合せると、タービン段落の効率を１．０％向上させることが可能となった。
産業上の利用可能性
本発明の蒸気タービン及びその湿分分離装置は、発生蒸気によりタービンを駆動して発電する分野に使用する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例である蒸気タービンの部分断面図を示す。
第２図は、第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図を示す。
第３図は、静翼・動翼間の蒸気流れを示す。
第４図は、出力段落部の蒸気流れを示す。
第５図は、第４図に示す排出孔の蒸気流れを示す。
第６図は、本実施例における出力段落部の蒸気流れを示す。
第７図は、本実施例におけるドレン排出孔内の蒸気流れを示す。
第８図は、ドレン排出孔の傾斜角度とドレン流との関係を示す。
第９図は、ドレン排出孔の傾斜角度とドレン排出効率の関係を示す。
第１０図は、シールフィンリング部のドレン滞留例を示す。
第１１図は、本発明の他の実施例である蒸気タービンの部分断面図を示す。
第１２図は、第１１図に示すドレン除去溝の詳細図を示す。
第１３図は、ドレン除去溝の他の実施形態を示す。
第１４図は、段落蒸気漏洩量と動翼先端部の圧力差との関係を示す。
【図１】
2001077499.tif 000003
【図２】
2001077499.tif 000004
【図３】
2001077499.tif 000005
【図４】
2001077499.tif 000006
【図５】
2001077499.tif 000007
【図６】
2001077499.tif 000008
【図７】
2001077499.tif 000009
【図８】
2001077499.tif 000010
【図９】
2001077499.tif 000011
【図１０】
2001077499.tif 000012
【図１１】
2001077499.tif 000013
【図１２】
2001077499.tif 000014
【図１３】
2001077499.tif 000015
【図１４】
2001077499.tif 000016
【国際調査報告】
2001077499.tif 000017
2001077499.tif 000018
2001077499.tif 000019
2001077499.tif 000020