JP2012202393A - Steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、排気室を備える蒸気タービンに関する。 Embodiments described herein relate generally to a steam turbine including an exhaust chamber.
火力発電所などで用いられる蒸気タービンの熱効率の向上は、エネルギ資源の有効利用や、二酸化炭素(CO2)排出量の削減につながる重要な課題となっている。 Improving the thermal efficiency of steam turbines used in thermal power plants and the like is an important issue that leads to effective use of energy resources and reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions.
蒸気タービンの熱効率の向上は、与えられたエネルギを有効に機械仕事に変換することで達成することができ、そのためには様々な内部損失を低減することが必要である。 An improvement in the thermal efficiency of a steam turbine can be achieved by effectively converting the given energy into mechanical work, which requires reducing various internal losses.
蒸気タービンの内部損失には、翼の形状に起因するプロファイル損失、蒸気の二次流れ損失、蒸気の漏洩損失、蒸気の湿り損失などに基づくタービン翼列損失、蒸気弁やクロスオーバー管に代表される翼列以外の通路における通路部損失、タービン排気室によるタービン排気損失などがある。 The internal loss of a steam turbine is typified by the turbine blade row loss based on the profile loss due to the blade shape, steam secondary flow loss, steam leakage loss, steam wetting loss, etc., steam valves and crossover pipes. There are passage portion loss in passages other than the blade row, turbine exhaust loss due to the turbine exhaust chamber, and the like.
これら損失の中で、タービン排気損失は、全内部損失の10〜20%を占める大きな損失である。タービン排気損失は、最終段出口から復水器入口までの間で発生する損失であり、リービング損失、フード損失、環状面積制限損失、ターンナップ損失などにさらに分類される。このうち、フード損失は、排気室から復水器までの圧力損失であり、ディフューザを含めた排気室の形式、形状、サイズに依存する。 Among these losses, the turbine exhaust loss is a large loss that accounts for 10 to 20% of the total internal loss. The turbine exhaust loss is a loss that occurs between the final stage outlet and the condenser inlet, and is further classified into a leaving loss, a hood loss, an annular area limiting loss, a turn-up loss, and the like. Of these, the hood loss is a pressure loss from the exhaust chamber to the condenser, and depends on the type, shape, and size of the exhaust chamber including the diffuser.
一般に、圧力損失は、蒸気の流速の二乗に比例して大きくなるため、許容される範囲で排気室のサイズを大きくして蒸気の流速を低減することが効果的である。しかしながら、排気室のサイズを大きくする際、製造コストや建屋の配置スペースなどからの制約を受ける。フード損失を低減させるために排気室のサイズを大きくする際にも、このような制約を受ける。そのため、限られた排気室のサイズで、圧力損失の小さい形状とすることが重要となる。 In general, the pressure loss increases in proportion to the square of the steam flow velocity. Therefore, it is effective to reduce the steam flow velocity by increasing the size of the exhaust chamber within an allowable range. However, when the size of the exhaust chamber is increased, there are restrictions from the manufacturing cost and the layout space of the building. Such restrictions are also imposed when the size of the exhaust chamber is increased in order to reduce the hood loss. Therefore, it is important to have a shape with a small pressure loss with a limited exhaust chamber size.
排気室における圧力損失を低減するためには、ディフューザにおいて、蒸気の速度を十分に減少させて静圧を回復させ、その下流における圧力損失を低減する必要がある。そのため、タービン排気損失を低減するために様々な検討がなされている。 In order to reduce the pressure loss in the exhaust chamber, it is necessary to sufficiently reduce the steam velocity in the diffuser to restore the static pressure and reduce the pressure loss downstream thereof. For this reason, various studies have been made to reduce turbine exhaust loss.
しかしながら、従来の蒸気タービン、特に最終段動翼の環状面積を大きく取り、大きな蒸気流量に対応できるようにした複流(ダブルフロー)型の蒸気タービンにおける排気室では、膨張しながらタービンロータ軸方向に流出する蒸気をタービンロータ軸の下方に設置された復水器に導入させる過程で、蒸気の流れ方向を大きく転向させる必要が生じる。このような従来の蒸気タービンの排気室においては、十分に静圧が回復される前の速度の速い状態で、流れの向きが強制的に転向されるため、それに起因する大きな圧力損失、いわゆる曲がり損失が発生し、タービン排気損失を十分に低減することは困難であった。 However, in an exhaust chamber of a conventional steam turbine, particularly a double flow type steam turbine which takes a large annular area of the final stage rotor blade and can cope with a large steam flow rate, it expands in the axial direction of the turbine rotor while expanding. In the process of introducing the flowing steam into the condenser installed below the turbine rotor shaft, it is necessary to largely change the flow direction of the steam. In such an exhaust chamber of a conventional steam turbine, the flow direction is forcibly changed at a sufficiently high speed before the static pressure is sufficiently restored. Loss occurred, and it was difficult to sufficiently reduce the turbine exhaust loss.
本発明が解決しようとする課題は、排気室おける圧力損失の発生を抑制し、タービン排気損失を低減することができる蒸気タービンを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a steam turbine capable of suppressing generation of pressure loss in an exhaust chamber and reducing turbine exhaust loss.
実施形態の蒸気タービンは、タービン最終段落の下流側に設けられ、スチームガイドと、その内側のベアリングコーンとによって形成された、前記タービン最終段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザを備える。前記ベアリングコーンは、前記タービン最終段落側に位置し、タービンロータの軸方向に平行に設けられた円筒状構成部と、前記円筒状構成部に一端側が接続され、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状構成部と、前記拡大筒状構成部に一端側が接続され、前記環状ディフューザの出口を構成する出口側筒状構成部とを具備する。 The steam turbine according to the embodiment is provided on the downstream side of the turbine final stage, and is formed by a steam guide and a bearing cone on the inner side thereof, and discharges steam that has passed through the turbine final stage toward the radially outer side. With a diffuser. The bearing cone is located on the turbine final stage side, and is connected to the cylindrical component provided in parallel to the axial direction of the turbine rotor, and one end side is connected to the cylindrical component, and is formed in a trumpet shape toward the downstream side. An enlarged cylindrical component that expands, and an outlet-side cylindrical component that is connected to the enlarged cylindrical component at one end and forms an outlet of the annular diffuser.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の蒸気タービン10の鉛直方向の子午断面を示す図である。ここでは、蒸気タービン10として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明する。また、以下において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a meridional section in the vertical direction of a
蒸気タービン10において、外部ケーシング20内には、内部ケーシング21が備えられている。内部ケーシング21内には、動翼22が植設されたタービンロータ23が貫設されている。動翼22を周方向に複数植設されることで動翼翼列を構成し、この動翼翼列をタービンロータ軸方向に複数段備えている。タービンロータ23は、ロータ軸受24によって回転可能に支持されている。
In the
内部ケーシング21の内周には、タービンロータ軸方向に動翼22と交互になるように、ダイヤフラム25a、25bに支持されたノズル26が配設されている。ノズル26を周方向に複数植設されることでノズル翼列を構成し、ノズル翼列と直下流側に位置する動翼翼列とで一つのタービン段落を構成する。なお、内部ケーシング21は、外部ケーシング20によって支持されている。
A
蒸気タービン10の中央には、クロスオーバー管27からの蒸気が導入される吸気室28を備えている。この吸気室28から左右のタービン段落に蒸気を分配して導入する。
In the center of the
最終のタービン段落の下流側には、外周側のスチームガイド30と、その内周側のベアリングコーン40とによって形成された、蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザ50が形成されている。なお、ベアリングコーン40の内部には、ロータ軸受24などが備えられている。
On the downstream side of the final turbine stage, an
環状ディフューザ50を備え下方排気型の排気室の下方(すなわちタービンロータ23の下方)には、復水器(図示しない)が備えられる。 A condenser (not shown) is provided below the lower exhaust type exhaust chamber having the annular diffuser 50 (that is, below the turbine rotor 23).
なお、上記した、外部ケーシング20、内部ケーシング21、スチームガイド30、ベアリングコーン40などは、上下に2つ割り構造で構成されている。例えば、上半側および下半側のスチームガイド30によって筒状のスチームガイド30が構成される。同様に、上半側および下半側のベアリングコーン40よって筒状のベアリングコーン40が構成される。そして、筒状のスチームガイド30と、その内側に設けられた筒状のベアリングコーン40とによって、環状ディフューザ50が構成される。なお、スチームガイド30およびベアリングコーン40における上半側および下半側の構成は同じである。
The
ここで、蒸気タービン10の動作について説明する。
Here, the operation of the
クロスオーバー管27を経て蒸気タービン10内の吸気室28に流入した蒸気は、左右のタービン段落に分岐して流れる。そして、各タービン段落のノズル26、動翼22を備える蒸気流路を膨張仕事をしながら通過し、タービンロータ23を回転させる。膨張仕事をした蒸気は、流速が減じられ、静圧を回復しながら、環状ディフューザ50を通過し、タービンロータ23の下方に設置された復水器(図示しない)に導かれる。
The steam that flows into the
このような複流排気(ダブルフロー)型の低圧タービンを用いる場合、タービンロータ軸方向の中央から流入させた蒸気を両端部に向けて二方向に流すことで蒸気の流量を多くすることができ、単流排気(シングルフロー)型の低圧タービンの最終段動翼の環状面積も大きくすることができる。しかしながら、このように複流排気型の低圧タービンとする場合、タービンからの排気蒸気をタービンロータ軸方向にそのまま流出させることは困難であり、通常、復水器をタービンロータ23の下方に設置するとともに排気室を下方排気型とする。
When such a double-flow exhaust (double flow) type low-pressure turbine is used, the flow rate of the steam can be increased by flowing the steam introduced from the center in the turbine rotor axial direction in two directions toward both ends, The annular area of the last stage rotor blade of the single-flow exhaust (single flow) type low-pressure turbine can also be increased. However, when a double-flow exhaust type low-pressure turbine is used in this way, it is difficult to cause the exhaust steam from the turbine to flow out as it is in the axial direction of the turbine rotor. Normally, a condenser is installed below the
次に、環状ディフューザ50を構成するスチームガイド30およびベアリングコーン40の構成について詳しく説明する。
Next, the configuration of the
図2は、本発明に係る第1の実施の形態の蒸気タービン10における排気室の鉛直方向の子午断面を示す図である。図3は、本発明に係る第1の実施の形態の蒸気タービン10における排気室の上半部を拡大したときの鉛直方向の子午断面を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a meridional section in the vertical direction of the exhaust chamber in the
図2および図3に示すように、最終のタービン段落の下流側には、スチームガイド30と、その内側のベアリングコーン40とによって形成された、最終のタービン段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザ50が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, on the downstream side of the final turbine stage, steam that has passed through the final turbine stage formed by the
ベアリングコーン40は、図3に示すように、円筒状構成部41、拡大筒状構成部42、出口側筒状構成部43の3つの構成部で構成されている。なお、上記したように、ベアリングコーン40は、一体として筒状に構成されているものではなく、半筒状の形状の上半側および下半側を組み立てることで筒状となる。また、後述するスチームガイド30においてもベアリングコーン40の場合と同様に、半筒状の形状の上半側および下半側を組み立てることで筒状となる。ここでは、上下に2つ割り構造で構成されるベアリングコーン40やスチームガイド30について、上半側および下半側を組み立てた後の筒状の構造に基づいて説明する。
As shown in FIG. 3, the bearing
ベアリングコーン40において、円筒状構成部41、拡大筒状構成部42、出口側筒状構成部43は、それぞれが結合されて一体的に構成されていてもよい。また、それぞれ別個に構成され、それぞれを接触させて固定することでベアリングコーン40を構成してもよい。さらに、例えば、拡大筒状構成部42と出口側筒状構成部43とを一体的に構成し、これを円筒状構成部41と接触させて固定することでベアリングコーン40を構成してもよい。なお、いずれの場合においても、各接続部は、外壁面側(蒸気と接触する面側(蒸気流路側))が連続的に滑らかになるように接続されている。
In the bearing
円筒状構成部41は、最終のタービン段落側に位置し、タービンロータ23の軸方向に平行に設けられている。すなわち、円筒状構成部41は、タービンロータ23を包囲するようにタービンロータ23の軸方向に平行に設けられ、直円筒状に構成されている。
The
円筒状構成部41のタービンロータ軸方向の長さL1(図3参照)は、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0の1/7倍〜1/3倍とすることが好ましい。また、より好ましくは、円筒状構成部41のタービンロータ軸方向の長さL1は、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0の1/6倍〜1/4倍である。
The length L1 (see FIG. 3) of the
長さL1を長さL0の1/7倍〜1/3倍とすることで、円筒状構成部41と、後述するスチームガイド30の拡大筒状構成部31との間で、蒸気の速度を十分に低減し、静圧を回復することができる。そのため、タービン排気損失を低減することができる。
By setting the length L1 to be 1/7 times to 1/3 times the length L0, the steam speed is changed between the
ここで、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0は、円筒状構成部41の最終のタービン段落側の端縁から、外部ケーシング20の垂直壁20aに接触する出口側筒状構成部43の端縁までのタービンロータ軸方向の長さである。垂直壁20aは、タービンロータ軸方向に垂直な方向に形成され、外部ケーシング20のタービンロータ軸方向の端部を構成している。
Here, the length L0 of the bearing
拡大筒状構成部42は、円筒状構成部41に一端側が接続され、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状に構成されている。換言すると、拡大筒状構成部42は、タービン排気方向でかつタービンロータ軸方向(図2および図3では右方向)に行くに伴い、半径方向外側に広がりながらラッパ状に拡大する。図3に示した断面図において、拡大筒状構成部42の外壁面(蒸気と接触する側(蒸気流路側)の面)は、半径R1の円弧で形成されている。
The enlarged
出口側筒状構成部43は、拡大筒状構成部42に一端側が接続され、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状に構成されている。また、出口側筒状構成部43は、環状ディフューザ50の出口を構成する部分であり、他端部は、外部ケーシング20の垂直壁20aに接合されている。換言すると、出口側筒状構成部43は、タービン排気方向でかつタービンロータ軸方向(図2および図3では右方向)に行くに伴い、半径方向外側に広がりながらラッパ状に拡大する。図3に示した断面図において、出口側筒状構成部43の外壁面(蒸気と接触する側(蒸気流路側)の面)は、半径R2の円弧で形成されている。
The outlet side
ここで、出口側筒状構成部43の円弧の半径R2は、拡大筒状構成部42の円弧の半径R1よりも大きいことが好ましい。半径R2を半径R1よりも大きく構成することで、拡大筒状構成部42において半径方向外側に流れの方向が変えられた蒸気を、さらに半径方向外側に向けて緩やかに流れの方向を変えながら流すことができる。そのため、曲がり損失の発生を抑制することができる。
Here, it is preferable that the radius R2 of the arc of the outlet side
また、拡大筒状構成部42の円弧の半径R1の値は、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0の値以下であり、かつ出口側筒状構成部43の円弧の半径R2は、拡大筒状構成部42の円弧の半径R1の1.5倍以上であることが好ましい。また、より好ましくは、出口側筒状構成部43の円弧の半径R2は、拡大筒状構成部42の円弧の半径R1の1.5倍〜2倍である。
Further, the value of the radius R1 of the arc of the enlarged
ここで、半径R1の値を長さL0の値以下とすることが好ましいのは、環状ディフューザ50の内部で、流れの方向をタービンロータ23の軸方向からタービンロータ23の軸方向に垂直な方向へと完全に転向することが望ましいからである。半径R2を半径R1の1.5倍以上とすることが好ましいのは、半径R2を半径R1よりも大きく構成する理由と同じである。
Here, it is preferable to set the value of the radius R1 to be equal to or less than the value of the length L0, and the direction of the flow is a direction perpendicular to the axial direction of the
また、拡大筒状構成部42のタービンロータ軸方向の長さL2は、拡大筒状構成部42の内部で、可能な限り流れの方向をタービンロータ23の軸方向からタービンロータ23の軸方向に垂直な方向に近い角度まで転向させておくことが好ましいという理由から、出口側筒状構成部43のタービンロータ軸方向の長さL3の0.6倍〜4倍程度とすることが好ましい。
Further, the length L2 of the enlarged
スチームガイド30は、図3に示すように、第2の拡大筒状構成部として機能する拡大筒状構成部31、第3の拡大筒状構成部として機能する拡大筒状構成部32の2つの構成部で構成されている。
As shown in FIG. 3, the
拡大筒状構成部31は、最終のタービン段落側に位置し、下流側に向けて直線的に拡開する拡大筒状に構成されている。換言すると、拡大筒状構成部31は、タービン排気方向でかつタービンロータ軸方向(図2および図3では右方向)に行くに伴い、半径方向外側に直線的に拡大する。そのため、図3に示した断面図において、拡大筒状構成部31における内壁面(蒸気と接触する側(蒸気流路側)の面)は、タービンロータ軸方向に対して傾斜する傾斜直線となる。
The expansion
拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向の長さL4は、ベアリングコーンのタービンロータ軸方向の長さL0の1/7倍〜1/3倍であることが好ましい。また、拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向の長さL4は、ベアリングコーンのタービンロータ軸方向の長さL0の1/6倍〜1/4倍であることがさらに好ましい。
The length L4 of the enlarged
長さL4を長さL0の1/7倍〜1/3倍とすることで、拡大筒状構成部31と、前述した円筒状構成部41との間で、蒸気の速度を十分に低減し、静圧を回復することができる。そのため、タービン排気損失を低減することができる。
By setting the length L4 to be 1/7 times to 1/3 times the length L0, the steam velocity is sufficiently reduced between the enlarged
拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θは、7〜27度であることが好ましい。また、拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θは、14度〜20度であることがさらに好ましい。
The inclination angle θ of the enlarged
傾斜角度θを上記した範囲とすることが好ましいのは、拡大筒状構成部31と、前述した円筒状構成部41との間で、蒸気の速度を十分に低減し、静圧を回復することができるからである。
It is preferable to set the inclination angle θ in the above-described range in that the steam speed is sufficiently reduced and the static pressure is restored between the enlarged
拡大筒状構成部32は、拡大筒状構成部31に一端側が接続され、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状に構成されている。換言すると、拡大筒状構成部32は、タービン排気方向でかつタービンロータ軸方向(図2および図3では右方向)に行くに伴い、半径方向外側に広がりながらラッパ状に拡大する。図3に示した断面図において、拡大筒状構成部32の内壁面(蒸気と接触する側(蒸気流路側)の面)は、半径R3の円弧で形成されている。半径R3は、特に限定されるものではないが、拡大筒状構成部32が、拡大筒状構成部42および出口側筒状構成部43とともにスムーズな流路断面を形成することが望ましいという理由から、半径R1よりも大きく半径R2よりも小さい範囲で設定されることが好ましい。
The enlarged
また、環状ディフューザ50の出口においては、蒸気の流れが半径方向外側の方向に流れるように、例えば、拡大筒状構成部32の出口側の端縁は、出口側筒状構成部43の出口側の端縁と水平方向位置が同じとなるように構成されることが好ましい。すなわち、拡大筒状構成部32の出口側の端縁のタービンロータ軸からの半径方向の距離と、出口側筒状構成部43の出口側の端縁のタービンロータ軸からの半径方向の距離とが等しく構成されることが好ましい。
In addition, at the outlet of the
次に、環状ディフューザ50内における蒸気流れについて説明する。
Next, the steam flow in the
最終のタービン段落から環状ディフューザ50内に流入した蒸気は、円筒状構成部41と拡大筒状構成部31との間に形成される直線状ディフューザ部を減速され、静圧を回復しながら流れる。この際、流れの向きは変更されないため、曲がり損失は生じず、静圧を十分に回復することができる。
The steam that has flowed into the
速度が低減された蒸気は、拡大筒状構成部42と拡大筒状構成部32との間に導かれ、半径方向外側に流れの方向が変えられる。この際、蒸気は減速されているため、曲がり損失の発生を小さく抑えることができる。
The steam whose velocity is reduced is guided between the enlarged
続いて、蒸気は、出口側筒状構成部43と拡大筒状構成部32との間に導かれ、さらに半径方向外側に向けて緩やかに流れの方向が変えられる。出口側筒状構成部43の円弧の半径R2は、前述したように半径R1よりも大きく構成されているため、曲がり損失の発生を小さく抑えることができる。また、環状ディフューザ50の出口においては、半径方向外側の方向、換言すれば、タービンロータ23の軸方向に垂直な方向に整流された蒸気の流れが得られる。
Subsequently, the steam is guided between the outlet side
環状ディフューザ50から流出した蒸気は、整流されているため、流れが大きく乱れることなく復水器(図示しない)に導かれる。そのため、環状ディフューザ50と復水器との間における圧力損失の発生も抑制される。
Since the steam flowing out from the
上記したように、第1の実施の形態の蒸気タービン10によれば、排気室の環状ディフューザ50におけるタービン排気損失を低減することができる。さらに、環状ディフューザ50の出口における蒸気の流れを整流することができるため、環状ディフューザ50と復水器との間におけるタービン排気損失を低減することができる。
As described above, according to the
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の蒸気タービン11は、ベアリングコーン40の出口側筒状構成部43の構成以外は、第1の実施の形態の蒸気タービン10の構成と同じであるため、ここでは、この異なる構成について主に説明する。
(Second Embodiment)
The
図4は、本発明に係る第2の実施の形態の蒸気タービン11における排気室の上半部を拡大したときの鉛直方向の子午断面を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a meridional section in the vertical direction when the upper half portion of the exhaust chamber in the
図4に示すように、最終のタービン段落の下流側には、スチームガイド30と、その内側のベアリングコーン40とによって形成された、最終のタービン段落を通過した蒸気を半径方向外側に向かって排出する環状ディフューザ50が形成されている。
As shown in FIG. 4, on the downstream side of the final turbine stage, steam formed by a
ベアリングコーン40は、図4に示すように、円筒状構成部41、拡大筒状構成部42、出口側筒状構成部43の3つの構成部で構成されている。なお、円筒状構成部41および拡大筒状構成部42の構成は、第1の実施の形態の蒸気タービン10における構成と同じである。
As shown in FIG. 4, the bearing
ここで、拡大筒状構成部42の円弧の半径R1の値は、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0の値以下であることが好ましい。半径R1の値を長さL0の値以下とすることが好ましいのは、環状ディフューザ50の内部で流れの方向をタービンロータ23の軸方向からタービンロータ23の軸方向に垂直な方向へと完全に転向することが望ましいからである。
Here, the value of the radius R1 of the arc of the enlarged
出口側筒状構成部43は、拡大筒状構成部42に一端側が接続され、拡大筒状構成部42の接続端縁における接線方向に下流側に向けて直線的に拡開する拡大筒状に構成されている。換言すると、出口側筒状構成部43は、タービン排気方向でかつタービンロータ軸方向(図4では右方向)に行くに伴い、半径方向外側に直線的に拡大する。そのため、図4に示した断面図において、出口側筒状構成部43における外壁面(蒸気と接触する側(蒸気流路側)の面)は、タービンロータ軸方向に対して傾斜する傾斜直線となる。
The outlet-side
また、出口側筒状構成部43は、環状ディフューザの出口を構成する部分でもあり、他端部は、外部ケーシング20の垂直壁20aに接合されている。
Further, the outlet-side
拡大筒状構成部42のタービンロータ軸方向の長さL2は、拡大筒状構成部42の内部で可能な限り流れの方向をタービンロータ23の軸方向からタービンロータ23の軸方向に垂直な方向に近い角度まで転向させておくことが好ましいという理由から、出口側筒状構成部43のタービンロータ軸方向の長さL3の0.6倍〜4倍程度とすることが好ましい。
The length L2 of the enlarged
スチームガイド30の構成は、第1の実施の形態の蒸気タービン10における構成と同じである。
The configuration of the
次に、環状ディフューザ50内における蒸気流れについて説明する。
Next, the steam flow in the
最終のタービン段落から環状ディフューザ50内に流入した蒸気は、円筒状構成部41と拡大筒状構成部31との間に形成される直線状ディフューザ部を減速され、静圧を回復しながら流れる。この際、流れの向きは変更されないため、曲がり損失は生じず、静圧を十分に回復することができる。
The steam that has flowed into the
速度が低減された蒸気は、拡大筒状構成部42と拡大筒状構成部32との間に導かれ、半径方向外側に流れの方向が変えられる。この際、蒸気は減速されているため、曲がり損失の発生を小さく抑えることができる。
The steam whose velocity is reduced is guided between the enlarged
続いて、蒸気は、出口側筒状構成部43と拡大筒状構成部32との間に導かれ、さらに半径方向外側に向けて緩やかに流れの方向が変えられる。そのため、曲がり損失の発生を小さく抑えることができる。また、環状ディフューザ50の出口においては、半径方向外側の方向、換言すれば、タービンロータ23の軸方向に垂直な方向に整流された蒸気の流れが得られる。
Subsequently, the steam is guided between the outlet side
環状ディフューザ50から流出した蒸気は、整流されているため、流れが大きく乱れることなく復水器(図示しない)に導かれる。そのため、環状ディフューザ50と復水器との間における圧力損失の発生も抑制される。
Since the steam flowing out from the
上記したように、第2の実施の形態の蒸気タービン11によれば、排気室の環状ディフューザ50におけるタービン排気損失を低減することができる。さらに、環状ディフューザ50の出口における蒸気の流れを整流することができるため、環状ディフューザ50と復水器との間におけるタービン排気損失を低減することができる。
As described above, according to the
なお、上記した実施の形態では、蒸気タービン10、11として、下方排気型の排気室を備えた複流排気型の低圧タービンを例示して説明したが、本実施の形態は、例えば、単流形の低圧タービンに適用することもできる。
In the above-described embodiment, the
(タービン排気損失の評価)
ここでは、(1)ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0と円筒状構成部41のタービンロータ軸方向の長さL1との比(L0/L1)、(2)出口側筒状構成部43の円弧の半径R2と拡大筒状構成部42の円弧の半径R1との比(R2/R1)、(3)ベアリングコーンのタービンロータ軸方向の長さL0と拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向の長さL4の比(L0/L4)、(4)拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θについて、タービン排気損失との関係を評価した。なお、ここでは、出口側筒状構成部43として、第1の実施の形態で示した、半径方向外側に広がりながらラッパ状に拡大する拡大筒状の構成とした。
(Evaluation of turbine exhaust loss)
Here, (1) the ratio (L0 / L1) between the length L0 of the bearing
(1)ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0と円筒状構成部41のタービンロータ軸方向の長さL1との比(L0/L1)
図5は、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0と円筒状構成部41のタービンロータ軸方向の長さL1との比(L0/L1)とタービン排気損失との関係を示す図である。この関係は、実機において得られた結果である。この際、半径R2と半径R1との比(R2/R1)を1.5、長さL0と長さL4の比(L0/L4)を5、傾斜角度θを17度とした。
(1) Ratio between the length L0 of the bearing
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ratio (L0 / L1) between the length L0 of the bearing
なお、図5では、長さL0と長さL1との比(L0/L1)で示しているため、前述した実施の形態において好ましい範囲として示した長さL1と長さL0との比(L1/L0)の逆数になっている。 In FIG. 5, the ratio (L0 / L1) between the length L0 and the length L1 is shown, and therefore the ratio (L1) between the length L1 and the length L0 shown as a preferable range in the above-described embodiment. / L0).
図5に示すように、(L0/L1)の値が5程度で最高静圧回復量となり、そこから外れると、静圧回復量が低下し、タービン排気損失が増加している。これは、円筒状構成部41と拡大筒状構成部31との間に形成される直線ディフューザ部のタービンロータ軸方向の長さが短すぎると、蒸気が十分に減速されず、静圧が十分に回復されないことを示している。一方、直線ディフューザ部のタービンロータ軸方向の長さが長すぎると、その下流においてタービンロータ軸方向の距離が十分に得られないために、流れが急激に半径方向外側に曲げられ、タービン排気損失が増加することを示している。
As shown in FIG. 5, when the value of (L0 / L1) is about 5, the maximum static pressure recovery amount is reached, and when the value deviates from that, the static pressure recovery amount decreases and the turbine exhaust loss increases. This is because if the length of the linear diffuser formed between the
ここで通常のタービン設計基準では、最高静圧回復量から20%の低下した静圧回復量までを許容する。図5には、最高静圧回復量から20%の低下した静圧回復量を破線で示している。そのため、(L0/L1)の値を3〜7の範囲に設定することで、上記したタービン設計基準値以上の静圧回復量を得ることができ、タービン排気損失を低減することができる。 Here, in the normal turbine design standard, a static pressure recovery amount reduced by 20% from the maximum static pressure recovery amount is allowed. In FIG. 5, the static pressure recovery amount reduced by 20% from the maximum static pressure recovery amount is indicated by a broken line. Therefore, by setting the value of (L0 / L1) in the range of 3 to 7, it is possible to obtain a static pressure recovery amount equal to or greater than the turbine design reference value described above, and to reduce turbine exhaust loss.
(2)出口側筒状構成部43の円弧の半径R2と拡大筒状構成部42の円弧の半径R1との比(R2/R1)
図6は、出口側筒状構成部43の円弧の半径R2と拡大筒状構成部42の円弧の半径R1との比(R2/R1)とタービン排気損失との関係を示す図である。この関係は、実機において得られた結果である。この際、長さL0と長さL1との比(L0/L1)を5、長さL0と長さL4の比(L0/L4)を5、傾斜角度θを17度とした。
(2) Ratio of the radius R2 of the arc of the outlet side
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ratio (R2 / R1) between the radius R2 of the arc of the outlet-side
図6に示すように、(R2/R1)の値が1.5までは、(R2/R1)の減少に伴って、タービン排気損失が急激に減少している。これは、(R2/R1)の値が小さい場合には、出口側筒状構成部43の円弧の半径R2に比べて、拡大筒状構成部42の円弧の半径R1が大きくなる。そのため、流れが急激に半径方向外側に曲げられ、曲がり損失が発生するとともに、整流効果が得られず、タービン排気損失が増加することを示している。
As shown in FIG. 6, when the value of (R2 / R1) is up to 1.5, the turbine exhaust loss rapidly decreases as (R2 / R1) decreases. This is because when the value of (R2 / R1) is small, the radius R1 of the arc of the enlarged
この結果から、(R2/R1)の値を1.5以上に設定することによって、タービン排気損失を抑制できることがわかる。 From this result, it is understood that the turbine exhaust loss can be suppressed by setting the value of (R2 / R1) to 1.5 or more.
(3)ベアリングコーンのタービンロータ軸方向の長さL0と拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向の長さL4の比(L0/L4)
図7は、ベアリングコーン40のタービンロータ軸方向の長さL0と拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向の長さL4の比(L0/L4)とタービン排気損失との関係を示す図である。この関係は、実機において得られた結果である。この際、長さL0と長さL1との比(L0/L1)を5、半径R2と半径R1との比(R2/R1)を1.5、傾斜角度θを17度とした。
(3) Ratio between the length L0 of the bearing cone in the turbine rotor axial direction and the length L4 of the enlarged
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio (L0 / L4) of the length L0 of the bearing
なお、図7では、長さL0と長さL4との比(L0/L4)で示しているため、前述した実施の形態において好ましい範囲として示した長さL4と長さL0との比(L4/L0)の逆数になっている。 In addition, in FIG. 7, since it has shown by ratio (L0 / L4) of length L0 and length L4, ratio (L4) of length L4 shown as a preferable range in embodiment mentioned above. / L0).
図7に示すように、(L0/L4)の値が5程度で最高静圧回復量となり、そこから外れると、静圧回復量が低下し、タービン排気損失が増加している。これは、円筒状構成部41と拡大筒状構成部31との間に形成される直線ディフューザ部のタービンロータ軸方向の長さが短すぎると、蒸気が十分に減速されず、静圧が十分に回復されないことを示している。一方、直線ディフューザ部のタービンロータ軸方向の長さが長すぎると、その下流においてタービンロータ軸方向の距離が十分に得られないために、流れが急激に半径方向外側に曲げられ、タービン排気損失が増加することを示している。
As shown in FIG. 7, when the value of (L0 / L4) is about 5, the maximum static pressure recovery amount is reached, and when deviating from this, the static pressure recovery amount decreases and the turbine exhaust loss increases. This is because if the length of the linear diffuser formed between the
ここで通常のタービン設計基準では、最高静圧回復量から20%の低下した静圧回復量までを許容する。図5には、最高静圧回復量から20%の低下した静圧回復量を破線で示している。そのため、(L0/L4)の値を3〜7の範囲に設定することで、上記したタービン設計基準値以上の静圧回復量を得ることができ、タービン排気損失を低減することができる。 Here, in the normal turbine design standard, a static pressure recovery amount reduced by 20% from the maximum static pressure recovery amount is allowed. In FIG. 5, the static pressure recovery amount reduced by 20% from the maximum static pressure recovery amount is indicated by a broken line. Therefore, by setting the value of (L0 / L4) in the range of 3 to 7, it is possible to obtain a static pressure recovery amount equal to or greater than the turbine design reference value described above, and to reduce turbine exhaust loss.
(4)拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θ
図8は、拡大筒状構成部31のタービンロータ軸方向に対する傾斜角度θとタービン排気損失との関係を示す図である。この関係は、実機において得られた結果である。この際、長さL0と長さL1との比(L0/L1)を5、半径R2と半径R1との比(R2/R1)を1.5、長さL0と長さL4の比(L0/L4)を5とした。
(4) Inclination angle θ of the enlarged
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the inclination angle θ of the enlarged
図8に示すように、傾斜角度θが14〜19度程度で最高静圧回復量となり、そこから外れると、静圧回復量が低下し、タービン排気損失が増加している。これは、円筒状構成部41と拡大筒状構成部31との間に形成される直線ディフューザ部における流路の拡大が小さいと、蒸気が十分に減速されず、静圧が十分に回復されないことを示している。一方、直線ディフューザ部における流路の拡大が大きすぎると、流れが剥離して拡大損失と呼ばれる圧力損失が発生し、タービン排気損失が増加することを示している。
As shown in FIG. 8, when the inclination angle θ is about 14 to 19 degrees, the maximum static pressure recovery amount is reached. This is because if the expansion of the flow path in the linear diffuser formed between the
ここで通常のタービン設計基準では、最高静圧回復量から20%の低下した静圧回復量までを許容する。図8には、最高静圧回復量から20%の低下した静圧回復量を破線で示している。そのため、傾斜角度θを7〜27度の範囲に設定することで、上記したタービン設計基準値以上の静圧回復量を得ることができ、タービン排気損失を低減することができる。 Here, in the normal turbine design standard, a static pressure recovery amount reduced by 20% from the maximum static pressure recovery amount is allowed. In FIG. 8, the static pressure recovery amount reduced by 20% from the maximum static pressure recovery amount is indicated by a broken line. Therefore, by setting the inclination angle θ in the range of 7 to 27 degrees, it is possible to obtain a static pressure recovery amount equal to or greater than the turbine design reference value described above, and to reduce turbine exhaust loss.
以上説明した実施形態によれば、排気室おける圧力損失の発生を抑制し、タービン排気損失を低減することが可能となる。 According to the embodiment described above, generation of pressure loss in the exhaust chamber can be suppressed, and turbine exhaust loss can be reduced.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
10、11…蒸気タービン、20…外部ケーシング、20a…垂直壁、21…内部ケーシング、22…動翼、23…タービンロータ、24…ロータ軸受、25a、25b…ダイヤフラム、26…ノズル、27…クロスオーバー管、28…吸気室、30…スチームガイド、31、32、42…拡大筒状構成部、40…ベアリングコーン、41…円筒状構成部、43…出口側筒状構成部、50…環状ディフューザ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ベアリングコーンが、
前記タービン最終段落側に位置し、タービンロータの軸方向に平行に設けられた円筒状構成部と、
前記円筒状構成部に一端側が接続され、下流側に向けてラッパ状に拡開する拡大筒状構成部と、
前記拡大筒状構成部に一端側が接続され、前記環状ディフューザの出口を構成する出口側筒状構成部と
を具備することを特徴とする蒸気タービン。 The steam turbine is provided with an annular diffuser that is provided on the downstream side of the final stage of the turbine and is formed by a steam guide and a bearing cone inside thereof, and discharges the steam that has passed through the final stage of the turbine radially outward. And
The bearing cone is
A cylindrical component located on the turbine final stage side and provided parallel to the axial direction of the turbine rotor;
One end side is connected to the cylindrical component, and an expanded cylindrical component that expands in a trumpet shape toward the downstream side;
One end side is connected to the said expansion | swelling cylindrical structure part, The exit side cylindrical structure part which comprises the exit of the said annular diffuser is comprised, The steam turbine characterized by these.
前記タービン最終段落側に位置し、下流側に向けて直線的に拡開する第2の拡大筒状構成部と、
前記第2の拡大筒状構成部に一端側が接続され、下流側に向けてラッパ状に拡開する第3の拡大筒状構成部と
を具備することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の蒸気タービン。 The steam guide is
A second enlarged cylindrical component located on the turbine last paragraph side and linearly expanding toward the downstream side;
One end side is connected to the said 2nd expansion cylindrical structure part, The 3rd expansion cylindrical structure part which expands in a trumpet shape toward the downstream is comprised, The any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. The steam turbine according to claim 1.
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