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公開番号2021021353
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210218
出願番号2019136990
出願日20190725
発明の名称動翼翼列
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人特許業務法人サクラ国際特許事務所
主分類F01D 5/22 20060101AFI20210122BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】減衰特性の向上、および、信頼性の向上を容易に実現可能な動翼翼列を提供する。
【解決手段】実施形態の動翼翼列は、翼有効部にカバーが一体的に設けられている複数の動翼がタービンロータの回転方向に配置されており、タービンロータの回転軸に沿った軸方向に作動媒体が流れることによってタービンロータが回転したときに、複数の動翼にアンツイスト力が発生する。動翼翼列は、回転方向に隣接して並ぶカバーが接触する接触面を有し、接触面は、タービンロータが回転しない状態であるときに、軸方向に沿った部分を含む。
【選択図】図3A
特許請求の範囲【請求項1】
翼有効部にカバーが一体的に設けられている複数の動翼がタービンロータの回転方向に配置されており、前記タービンロータの回転軸に沿った軸方向に作動媒体が流れることによって前記タービンロータが回転したときに、前記複数の動翼にアンツイスト力が発生する動翼翼列であって、
前記回転方向に隣接して並ぶ前記カバーが接触する接触面を有し、
前記接触面は、前記タービンロータが回転しない状態であるときに、前記軸方向に沿った部分を含む、
動翼翼列。
続きを表示(約 490 文字)【請求項2】
前記カバーは、
前記翼有効部の背側に設けられている背側カバー部と
前記翼有効部の腹側に設けられている腹側カバー部と、
を有する、
請求項1に記載の動翼翼列。
【請求項3】
前記カバーは、
前記回転方向に沿った側面を有する、
請求項1または2に記載の動翼翼列。
【請求項4】
前記カバーは、前記翼有効部の翼断面の全体を被覆するように構成されている、
請求項1から3のいずれかに記載の動翼翼列。
【請求項5】
第1タービン部と、前記第1タービン部に導入される作動媒体よりも圧力が低い作動媒体が導入される第2タービン部とを少なくとも含むタービンにおいて、前記第2タービン部に設けられている、
請求項1から4のいずれかに記載の動翼翼列。
【請求項6】
前記第2タービン部は、複数のタービン段落を含み、
前記複数のタービン段落のうち、最も下流側に位置する最終段のタービン段落に設けられている、
請求項5に記載の動翼翼列。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、動翼翼列に関する。
続きを表示(約 5,500 文字)【背景技術】
【0002】
タービンにおいて、動翼は、タービンロータの回転方向(周方向)に複数が配置されており、動翼翼列を構成している。動翼翼列は、高い信頼性が要求されている。たとえば、蒸気タービンを構成する低圧タービン部の動翼翼列では、動翼の翼有効長が長く、遠心力の影響が大きい。このため、動翼翼列は、強度が十分であって、優れた耐振性を備えることが求められている。特に、最終段のタービン段落を構成する動翼翼列は、上記の影響以外に、排気室の圧力変化の影響を受けるために、耐振性等の特性の向上が更に要求されている。
【0003】
上記の要求に対応するために、さまざまな技術が提案されている。たとえば、捻れ翼である翼有効部にカバーが一体的に設けられている複数の動翼が回転方向に配置された動翼翼列であって、「全周一群綴り構造」で構成された動翼翼列が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第4105528号
特開2001−55902号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
関連技術に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21に関して、図7Aおよび図7Bを用いて説明する。
【0006】
図7Aおよび図7Bにおいて、縦方向は、回転方向Rであって、上側が前方側FWであり、下側が後方側BWである。横方向は、タービンロータ(図示省略)の回転軸に沿った軸方向(蒸気の流れ方向)であって、左側が上流側USであり、右側が下流側DSである。そして、紙面に対して直交する方向が、径方向に相当する。図7Aおよび図7Bでは、たとえば、最終段のタービン段落を構成する動翼翼列であって、たとえば、翼長が1m以上である長翼を動翼21として備える動翼翼列を示している。
【0007】
図7Aにおいては、タービン停止時の様子を示している。これに対して、図7Bにおいては、タービン回転時の様子を示している。
【0008】
図7Aおよび図7Bに示すように、動翼21は、翼有効部(図示省略)において翼先端42が位置する先端側にカバー61が一体的に削り出しで形成されている。
【0009】
カバー61は、背側カバー部611と腹側カバー部612とを含む。
【0010】
背側カバー部611は、翼有効部の前方側FW(前縁側)において背側表面から軸方向へ突出している。背側カバー部611は、回転方向Rにおいて前方側FWに位置する前方側接触面S611と、軸方向において下流側DSに位置する下流側側面S611bとを含む。
【0011】
これに対して、腹側カバー部612は、翼有効部の後方側BW(後縁側)において腹側表面から軸方向へ突出している。腹側カバー部612は、回転方向Rにおいて後方側BWに位置する後方側接触面S612と、軸方向において上流側USに位置する上流側側面S612bとを含む。
【0012】
図7Aに示すように、タービン停止時には、回転方向Rに隣接して並ぶカバー61の間に隙間Gが介在している。
【0013】
具体的には、回転方向Rの前方側FWに位置する動翼21(21a)においてカバー61を構成する腹側カバー部612の後方側接触面S612と、回転方向Rの後方側BWに位置する他の動翼21(21b)においてカバー61を構成する背側カバー部611の前方側接触面S611との間に、隙間Gが介在している。
【0014】
図7Bに示すように、タービン回転時には、動翼に遠心力が作用するため、アンツイスト力(反時計回りの矢印)が翼有効部に発生する。ここでは、翼有効部の前縁が上流側USに移動し、翼有効部の後縁が下流側DSに移動するように、アンツイスト中心を回転中心として反時計回りに回転して捻れる。その結果、回転方向Rに隣接して並ぶカバー61同士が、非接触状態から接触状態になって連結する。
【0015】
具体的には、回転方向Rの前方側FWに位置する動翼21(21a)においてカバー61を構成する腹側カバー部612の後方側接触面S612と、回転方向Rの後方側BWに位置する他の動翼21(21b)においてカバー61を構成する背側カバー部611の前方側接触面S611とが、接触状態になる。
【0016】
関連技術において、回転方向Rに隣接して並ぶカバー61が接触する接触面(S611,S612)は、回転軸に沿った軸方向(横方向)に対して傾斜している。具体的には、接触面(S611,S612)は、上流側USが下流側DSよりも回転方向Rの後方側BWに位置するように、回転軸に沿った軸方向に対して傾斜している。接触面(S611,S612)同士が十分な接触力で接触するように、接触面(S611,S612)が回転軸AXに沿った軸方向に対して傾斜する傾斜角度は、たとえば、10°から50°になっている。
【0017】
また、関連技術では、回転数が低い状態で接触面(S611,S612)同士が接触しないように、タービン停止時には、対向する接触面(S611,S612)の間に隙間Gが介在している。これにより、回転数が高くなったときに接触面(S611,S612)同士が接触するので、接触面(S611,S612)同士が過大な接触力で接触することを抑制している。
【0018】
上記のように、関連技術では、接触面(S611,S612)の傾斜角度、および、対向する接触面(S611,S612)の間に介在する隙間Gの幅などを調整することによって、接触面(S611,S612)に印加される接触力を制御している。
【0019】
しかしながら、上記の関連技術では、接触力を制御することが容易でない。その結果、接触力が過大である場合には、「全周一群綴り構造」による減衰特性が低下し、振動によって動翼21が損傷する可能性が高まるために、信頼性が低下する場合がある。特に、低圧蒸気タービンにおいて、最終段のタービン段落を構成する動翼翼列は、動翼21を構成する翼有効部が長く、アンツイスト力が大きいので、信頼性の向上を実現することが容易でない。
【0020】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、減衰特性の向上、および、信頼性の向上を容易に実現可能な動翼翼列を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0021】
実施形態の動翼翼列は、翼有効部にカバーが一体的に設けられている複数の動翼がタービンロータの回転方向に配置されており、タービンロータの回転軸に沿った軸方向に作動媒体が流れることによってタービンロータが回転したときに、複数の動翼にアンツイスト力が発生する。動翼翼列は、回転方向に隣接して並ぶカバーが接触する接触面を有し、接触面は、タービンロータが回転しない状態であるときに、軸方向に沿った部分を含む。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1は、第1実施形態に係るタービンについて、要部を模式的に示す図である。
図2は、第1実施形態に係るタービンにおいて、動翼翼列の一部を模式的に示す斜視図である。
図3Aは、第1実施形態に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図3Bは、第1実施形態に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図4は、第1実施形態に係るタービンの動翼翼列において、動翼21に加わる接触力と、タービンロータ22の回転数との関係を示す図である。
図5Aは、第2実施形態に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図5Bは、第2実施形態に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図6Aは、第3実施形態に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図6Bは、第3実施形態に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図7Aは、関連技術に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
図7Bは、関連技術に係るタービンの動翼翼列において、回転方向Rに並ぶ複数の動翼21の一部を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
<第1実施形態>
[タービンの構成]
本実施形態に係るタービンの要部に関して図1を用いて説明する。図1では、鉛直面(yz面)に沿った断面を示している。
【0024】
図1に示すように、タービン1は、蒸気タービンであって、蒸気が作動媒体として供給されることによって、タービンロータ22が回転するように構成されている。タービン1は、軸流タービンであって、タービンロータ22の回転軸AXに沿った軸方向(水平方向y)を流れ方向として蒸気が流れる。タービン1は、多段式であって、動翼21と静翼25とで構成されたタービン段落が回転軸AXに沿った軸方向に複数段並んでおり、蒸気が複数のタービン段落のそれぞれにおいて仕事を行う。これにより、タービン1においてタービンロータ22が回転する。
【0025】
以下より、タービン1を構成する各部について説明する。
【0026】
タービン1において、ケーシング20は、内部にタービンロータ22を収容している。タービンロータ22は、例えば、回転軸AXが水平方向yに沿うように軸受(図示省略)によって回転可能に支持されており、回転軸AXを中心にして回転する。タービンロータ22は、一端が発電機(図示省略)に連結されており、タービンロータ22の回転によって、発電機が駆動して発電が行われる。タービンロータ22においては、ロータディスク221が外周面に複数設けられている。ロータディスク221の外周面には、動翼21が設置されている。動翼21は、タービンロータ22の外周面を囲うように、複数がタービンロータ22の回転方向Rにおいて間を隔てて配置されており、動翼翼列を構成している。動翼翼列は、複数段であって、複数段の動翼翼列のそれぞれは、タービンロータ22の回転軸AXに沿って並んでいる。複数段の動翼翼列では、蒸気の流れ方向において上流側USから下流側DSに向かうに伴って、動翼21の翼長(径方向の長さ)が順次長くなるように構成されている。
【0027】
ケーシング20の内部には、ノズルダイアフラム10が設置されている。ノズルダイアフラム10は、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24と静翼25とによって構成されている。ノズルダイアフラム10のうち、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24との間は、蒸気が作動流体として流れる蒸気流路であって、蒸気の流れ方向において上流側USから下流側DSに向かうに伴って蒸気流路が広くなるように構成されている。
【0028】
ノズルダイアフラム10において、ダイアフラム外輪23は、ケーシング20の内周面に設置されている。ダイアフラム外輪23は、上流側USから下流側DSに向かうに伴って内径が大きくなるように形成されている。ダイアフラム内輪24は、ダイアフラム外輪23の内側にダイアフラム外輪23から間を隔てて設置されている。
【0029】
静翼25は、ダイアフラム外輪23とダイアフラム内輪24との間に複数が設置されている。ここでは、複数の静翼25は、タービンロータ22の外周面を囲うように回転方向Rに間を隔てて配置されており、静翼翼列を構成している。静翼翼列は、動翼翼列と同様に、複数段であって、複数段の静翼翼列がタービンロータ22の回転軸AXに沿って並ぶように設けられている。複数段の静翼翼列においては、蒸気の流れ方向において上流側USから下流側DSに向かうに伴って、静翼25の翼長が順次長くなるように構成されている。
【0030】
タービン1においては、蒸気入口管28がケーシング20の入口を貫通しており、その蒸気入口管28を介して、蒸気がケーシング20の内部に作動流体として導入される。そして、その作動流体として導入された蒸気は、ケーシング20の内部において、複数のタービン段落を順次流れる。つまり、蒸気は、初段のタービン段落から最終段のタービン段落を順次流れ、それぞれのタービン段落において膨張して仕事を行う。これにより、ケーシング20の内部において、タービンロータ22が回転軸AXを中心にして回転する。そして、蒸気は、最終段のタービン段落を流れた後に、ケーシング20の出口から排気流路(図示省略)を介して排気される。排気流路は、たとえば、復水器に連通しており、排気流路に排気された蒸気は、復水器において凝縮される。
(【0031】以降は省略されています)

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