JPH02119602A - タービン排気室 - Google Patents
タービン排気室Info
- Publication number
- JPH02119602A JPH02119602A JP27067988A JP27067988A JPH02119602A JP H02119602 A JPH02119602 A JP H02119602A JP 27067988 A JP27067988 A JP 27067988A JP 27067988 A JP27067988 A JP 27067988A JP H02119602 A JPH02119602 A JP H02119602A
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- JP
- Japan
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- flow
- guide
- guide vane
- axis
- exhaust
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、蒸気タービンなどの軸流々体機械の最終段落
に発生する排気損失を低減して性能向上を図るものであ
り、特に、運転条件の変化によって増大する排気損失を
低減するためのタービン排気室端造に関する。
に発生する排気損失を低減して性能向上を図るものであ
り、特に、運転条件の変化によって増大する排気損失を
低減するためのタービン排気室端造に関する。
蒸気タービンでは、最終段落で発生する排気損失には、
高負荷時の高速域での排気流路抵抗損失、低負荷時の翼
根元部で発生する逆流現象によるターンアップ損失、及
び、高、低負荷で発生する翼からの流出速度成分の増加
による運動エネルギに相当するリービング損失がある。
高負荷時の高速域での排気流路抵抗損失、低負荷時の翼
根元部で発生する逆流現象によるターンアップ損失、及
び、高、低負荷で発生する翼からの流出速度成分の増加
による運動エネルギに相当するリービング損失がある。
特開昭５７−１２９２０６号、実開昭５７−６３９０２
号公報では最終翼下流の排気流路形状を改良して排気
損失を低減しようとしているが、排気流路における三次
元的な複雑な流れ場の全域にわたって流動状態を変化さ
せることは困難である。実開昭５７−６３９０２号公報
では、排気流路内の全域にわたって流動状態を制御する
ための可動ガイドベーンを備えているが、期待出来る効
果を発揮できるのは、翼からの流出方向がある限られた
範囲内であり、その範囲外ではガイドベーンが流路内の
流れに対して逆効果をもたらすことになるなど十分なも
のではない。さらに、外部駆動装置によってガイドベー
ンの角度を制御する方式であるが、ガイドベーンに作用
する蒸気力に打ち勝ってガイドベーンを操作するには膨
大な操作力を必要とするなどの欠点があった。
号公報では最終翼下流の排気流路形状を改良して排気
損失を低減しようとしているが、排気流路における三次
元的な複雑な流れ場の全域にわたって流動状態を変化さ
せることは困難である。実開昭５７−６３９０２号公報
では、排気流路内の全域にわたって流動状態を制御する
ための可動ガイドベーンを備えているが、期待出来る効
果を発揮できるのは、翼からの流出方向がある限られた
範囲内であり、その範囲外ではガイドベーンが流路内の
流れに対して逆効果をもたらすことになるなど十分なも
のではない。さらに、外部駆動装置によってガイドベー
ンの角度を制御する方式であるが、ガイドベーンに作用
する蒸気力に打ち勝ってガイドベーンを操作するには膨
大な操作力を必要とするなどの欠点があった。
本発明の目的は、排気損失のターンアップ損失とリービ
ング損失との低減に効率的な構造を提供することにある
。
ング損失との低減に効率的な構造を提供することにある
。
前述したように従来技術は、タービン排気室流路で発生
する三次元的な逆流を減少させる構造は消極的であり、
効果と作動範囲に関して欠点をもつ。ここで逆流現象の
流動状況について実験データをもとに概説する。第８図
は蒸気タービン最終段落における逆流の発生状況を示し
たものであるが、静Ｘ１と動翼２で構成される段落にお
いて、動翼２の翼長りからなる環状流路の平均流速（排
気速度）がある限界以下になると動Ｘ２の根元部で逆流
が発生する。この逆流域は、第８図に示すように、翼長
方向にＳ、タービン軸方向にＳａで示すようになり、排
気速度の減少とともに、Ｓ及びＳａが大きくなって、静
翼１の根元部にまで及ぶようになる。このような逆流域
における流動状況を特徴づける流れの角度は、第９図に
示すように、半径方向流れ角φは正側から負側に逆転す
る。
する三次元的な逆流を減少させる構造は消極的であり、
効果と作動範囲に関して欠点をもつ。ここで逆流現象の
流動状況について実験データをもとに概説する。第８図
は蒸気タービン最終段落における逆流の発生状況を示し
たものであるが、静Ｘ１と動翼２で構成される段落にお
いて、動翼２の翼長りからなる環状流路の平均流速（排
気速度）がある限界以下になると動Ｘ２の根元部で逆流
が発生する。この逆流域は、第８図に示すように、翼長
方向にＳ、タービン軸方向にＳａで示すようになり、排
気速度の減少とともに、Ｓ及びＳａが大きくなって、静
翼１の根元部にまで及ぶようになる。このような逆流域
における流動状況を特徴づける流れの角度は、第９図に
示すように、半径方向流れ角φは正側から負側に逆転す
る。
また、周方向流れ角δは、軸方向速度成分がＶ ａ ｈ
からＶａｚのように小さくなって＋δから一δへと大き
く変化し、ついには軸方向速度成分が−Ｖａａのように
なってしまう。
からＶａｚのように小さくなって＋δから一δへと大き
く変化し、ついには軸方向速度成分が−Ｖａａのように
なってしまう。
本発明では、このような条件を満たすための風向追尾が
可能なガイドベーンを排気流路内に設けるものであり、
第１図はその構造例を示した。第１図において、静翼１
１と動翼１２とで構成される最終段落下流の内壁１３と
外壁１４とからなる環状排気流路１５内に、逆流の発生
が予想される範囲にわたって動翼根元から翼長方向に可
動ベーン１６を設ける構造である。可動ベーン１６は内
壁１３とこれと同心円状にサポート１７で固定されたリ
ングガイド１８との環状流路内に回転軸１９で支持され
ている。可動ベーン１６の断面形状は反りのない平板形
状を基本としており、上流端（前Ｂ）側に回転軸１９、
下流端（後縁）側にガイドピン２０が、それぞれ、設け
られている。
可能なガイドベーンを排気流路内に設けるものであり、
第１図はその構造例を示した。第１図において、静翼１
１と動翼１２とで構成される最終段落下流の内壁１３と
外壁１４とからなる環状排気流路１５内に、逆流の発生
が予想される範囲にわたって動翼根元から翼長方向に可
動ベーン１６を設ける構造である。可動ベーン１６は内
壁１３とこれと同心円状にサポート１７で固定されたリ
ングガイド１８との環状流路内に回転軸１９で支持され
ている。可動ベーン１６の断面形状は反りのない平板形
状を基本としており、上流端（前Ｂ）側に回転軸１９、
下流端（後縁）側にガイドピン２０が、それぞれ、設け
られている。
このような構造をＰ−Ｐ親図で見ると、リングガイド１
８に挿入された回転軸１９を中心として、回転すること
ができ、その回転範囲はリングガイド１８に回転軸１９
と同心円の円弧状のガイド溝２１の設けられた範囲であ
り、これを規制するためにガイドピン２ｏはガイド溝２
１内に挿入されて、可動範囲０の両境界でリングガイド
１８と接触し、ストッパとして作用する。従って、可動
ベーン１６は駆動装置をもっていないため可動範囲θの
範囲内では、第９図に示した周方向の流れ角δの方向に
流体力によって追尾して流れを矯正する作用はないが、
ガイドピン２０がストッパとなる可動範囲θの境界では
、可動ベーン１６が固定されることになるので、これ以
上流れが周方向に変化した場合には、流れをガイドして
方向を矯正する作用が実行される。すなわち、本発明の
可動ガイドベーン構造は、動翼からの流出方向が排気損
失に悪影響を及ぼさない範囲では風向追尾して流れに影
響を与えないようにし、排気損失が増大するような流出
方向になった場合に、流れをガイドして排気損失を低減
し、広範囲な運転条件に対して高性能化を達成するもの
である。
８に挿入された回転軸１９を中心として、回転すること
ができ、その回転範囲はリングガイド１８に回転軸１９
と同心円の円弧状のガイド溝２１の設けられた範囲であ
り、これを規制するためにガイドピン２ｏはガイド溝２
１内に挿入されて、可動範囲０の両境界でリングガイド
１８と接触し、ストッパとして作用する。従って、可動
ベーン１６は駆動装置をもっていないため可動範囲θの
範囲内では、第９図に示した周方向の流れ角δの方向に
流体力によって追尾して流れを矯正する作用はないが、
ガイドピン２０がストッパとなる可動範囲θの境界では
、可動ベーン１６が固定されることになるので、これ以
上流れが周方向に変化した場合には、流れをガイドして
方向を矯正する作用が実行される。すなわち、本発明の
可動ガイドベーン構造は、動翼からの流出方向が排気損
失に悪影響を及ぼさない範囲では風向追尾して流れに影
響を与えないようにし、排気損失が増大するような流出
方向になった場合に、流れをガイドして排気損失を低減
し、広範囲な運転条件に対して高性能化を達成するもの
である。
本発明の実施例は第１図に示すような構造であるが、第
１図に関して構造上の説明を行ったので、以下動作状態
について説明する。
１図に関して構造上の説明を行ったので、以下動作状態
について説明する。
第２図において、（ａ）は負荷が変化した場合の動翼３
１の速度三角形を示し、（ｂ）は逆流発生時の速度三角
形を示す、（ａ）の中間負荷時の可動ベーンの状態は（
ｃ）のようになり、可動ベーンが絶対速度Ｃ２に追従す
る状態なので、絶対速度の流れ角γと可動ベーンの方向
ηとは同じ状態となる。（ａ）の負荷が増加して絶対速
度の流れ角がγ′になった場合には、可動ベーンの位置
が（ｄ）に示すように、方向がη′の状態で可動範囲の
限界となって固定される。この状態ではη′くγ′とな
るように可動範囲を設定することによって、絶対速度０
２′ の方向を軸方向に修正することが出来る０次に、
負荷が減少して（ａ）の絶対速度の流れ角がγ′となっ
た場合には、可動ベーンが（ｅ）のようにη′の方向で
可動範囲の限界に達して固定される。ここで、η′〉γ
′となるように可動範囲を設定しておくことによって、
絶対速度Ｃｚ’ の方向を軸方向に修正することが可
能である。逆流が発生した状態では、可動ベーン５１の
位置が（ｅ）の状態となり、絶対速度−０２が−γの方
向から流入することになるので、可動ベーン５１はη′
＋１−γ１＜９０＠の範囲で逆流を防止し、流れを下流
側へ押し戻す位置となる。
１の速度三角形を示し、（ｂ）は逆流発生時の速度三角
形を示す、（ａ）の中間負荷時の可動ベーンの状態は（
ｃ）のようになり、可動ベーンが絶対速度Ｃ２に追従す
る状態なので、絶対速度の流れ角γと可動ベーンの方向
ηとは同じ状態となる。（ａ）の負荷が増加して絶対速
度の流れ角がγ′になった場合には、可動ベーンの位置
が（ｄ）に示すように、方向がη′の状態で可動範囲の
限界となって固定される。この状態ではη′くγ′とな
るように可動範囲を設定することによって、絶対速度０
２′ の方向を軸方向に修正することが出来る０次に、
負荷が減少して（ａ）の絶対速度の流れ角がγ′となっ
た場合には、可動ベーンが（ｅ）のようにη′の方向で
可動範囲の限界に達して固定される。ここで、η′〉γ
′となるように可動範囲を設定しておくことによって、
絶対速度Ｃｚ’ の方向を軸方向に修正することが可
能である。逆流が発生した状態では、可動ベーン５１の
位置が（ｅ）の状態となり、絶対速度−０２が−γの方
向から流入することになるので、可動ベーン５１はη′
＋１−γ１＜９０＠の範囲で逆流を防止し、流れを下流
側へ押し戻す位置となる。
第３図は可動ベーン５１の作動状態における流れの状況
を示したものであり、（ａ）、、（ｂ）の場合はη′と
γ′及びη′とγ′との差に応じて流れを軸方向に修正
されることを示している。
を示したものであり、（ａ）、、（ｂ）の場合はη′と
γ′及びη′とγ′との差に応じて流れを軸方向に修正
されることを示している。
（Ｑ）に示す逆流状態では、逆流流量が減少し。
動翼と可動ベーンとの空間の圧力が低下することによっ
て、逆流領域が減少するために動翼で発生する損失動力
が大幅に低減する。
て、逆流領域が減少するために動翼で発生する損失動力
が大幅に低減する。
次に、第１図では翼長りの範囲の根元部に本発明の可動
ベーン５１を設置した場合を示したが、最終段落の長翼
では負荷条件によって翼方向に流出方向が分布する場合
があるため、他の実施例として第４図のように１本発明
の可動ベーン５１の構造を翼長全体を複数個に分割して
適用することが可能である。
ベーン５１を設置した場合を示したが、最終段落の長翼
では負荷条件によって翼方向に流出方向が分布する場合
があるため、他の実施例として第４図のように１本発明
の可動ベーン５１の構造を翼長全体を複数個に分割して
適用することが可能である。
このように本発明の構造と動作によって、排気損失に与
える影響について説明する。一般に排気損失特性は、最
終段落出口の環状流路における速度（排気速度）との関
係で表現される。第５図は排気損失特性を示す。排気損
失は、リービング損失、ターンアップ損失及び流路損失
の三種類の損失が加算されたものとなっている。このう
ち、本発明の構造と作用による排気損失の低減は、ター
ンアップ損失と流路損失とが減少することによって達成
される。すなわち、排気速度の小さい範囲では逆流の発
生するターアップ損失は、ＬＴｏｃ？ ・Ｄ−ＨＮａ ここに、ＬＴ＝損失動力 γ ＝流体の比重量 Ｄ＝Ｄｒ＋Ｈ Ｄｒ”翼根光直径 Ｈ＝逆流域の半径方向長さ （第８図のＳ） Ｎ ＝回転数 の関係がある。本発明の逆流長さＨは、第６図に示すよ
うに、約半分に減少させることができるため、損失動力
ＬＴは約半分になって第５図の排気速度の小さい範囲で
の排気損失は、線■のようになる。また、流路損失に関
しては旋回速度成分による流路圧力損失の増加によって
発生するものであり、この関係は、 ｇ ここに、ΔＰ＝排気流路の圧力損失 Ｃ＝圧力損失係数（周方向流れ角γの によって変化する。） Ｖ ａ ｎ ”排気速度 γ＝流体の比重量 ｇ＝重力の加速度 であり、圧力損失係数Ｃは第７図のように周方向流れ角
γによって変化する特性があるが、γ＝３０＠をγ＝２
０＠まで修正すると、Ｃは３０〜４０％程度減少するこ
とになるので、第５図で高排気速度側の排気損失は線■
のように低減する。
える影響について説明する。一般に排気損失特性は、最
終段落出口の環状流路における速度（排気速度）との関
係で表現される。第５図は排気損失特性を示す。排気損
失は、リービング損失、ターンアップ損失及び流路損失
の三種類の損失が加算されたものとなっている。このう
ち、本発明の構造と作用による排気損失の低減は、ター
ンアップ損失と流路損失とが減少することによって達成
される。すなわち、排気速度の小さい範囲では逆流の発
生するターアップ損失は、ＬＴｏｃ？ ・Ｄ−ＨＮａ ここに、ＬＴ＝損失動力 γ ＝流体の比重量 Ｄ＝Ｄｒ＋Ｈ Ｄｒ”翼根光直径 Ｈ＝逆流域の半径方向長さ （第８図のＳ） Ｎ ＝回転数 の関係がある。本発明の逆流長さＨは、第６図に示すよ
うに、約半分に減少させることができるため、損失動力
ＬＴは約半分になって第５図の排気速度の小さい範囲で
の排気損失は、線■のようになる。また、流路損失に関
しては旋回速度成分による流路圧力損失の増加によって
発生するものであり、この関係は、 ｇ ここに、ΔＰ＝排気流路の圧力損失 Ｃ＝圧力損失係数（周方向流れ角γの によって変化する。） Ｖ ａ ｎ ”排気速度 γ＝流体の比重量 ｇ＝重力の加速度 であり、圧力損失係数Ｃは第７図のように周方向流れ角
γによって変化する特性があるが、γ＝３０＠をγ＝２
０＠まで修正すると、Ｃは３０〜４０％程度減少するこ
とになるので、第５図で高排気速度側の排気損失は線■
のように低減する。
この結果、本発明を適用した場合、高負荷域から低負荷
域まで排気損失の変化が少ないタービンが実現出来るこ
とになり、発電運用面からの負荷変化に対して高性能化
が達成される。また、本発明の作用効果は、海水を冷熱
源とする通常の発電用タービンの負荷に対応するものに
限定されるものではなく、大気を冷熱源とする発電用タ
ービンにおいて、大気温度が季節によって変化し、負荷
とは無関係に排気圧力が変化して排気速度の大幅に変動
するプラントでも有効である。
域まで排気損失の変化が少ないタービンが実現出来るこ
とになり、発電運用面からの負荷変化に対して高性能化
が達成される。また、本発明の作用効果は、海水を冷熱
源とする通常の発電用タービンの負荷に対応するものに
限定されるものではなく、大気を冷熱源とする発電用タ
ービンにおいて、大気温度が季節によって変化し、負荷
とは無関係に排気圧力が変化して排気速度の大幅に変動
するプラントでも有効である。
本発明によれば、タービンの排気損失を低減させ、ター
ビンプラントの効率向上を図ることができる。
ビンプラントの効率向上を図ることができる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
動作説明図、第３図は本発明における流れ状況説明図、
第４図は本発明の他の実施例の断面図、第５図は排気損
失特性図、第６図は逆流域特性図、第７図は流路の圧力
損失係数特性図、第８図は流れ状況説明図、第９図は流
れの角度変化説明図である。 （Ｃ）中−Ｉ折 竿３０ （αン 茅５０ ！＝リーヒ°°〉７桶尺 ｔ−クーシアフブネ―り（ ｌρθ ａｔｙｒ 排気１／！ （’Ｌ／Ｓ ） 等 ｍ８問走表角と （彦） 芋 茅 図 ＣＱ） （Ｉ）
動作説明図、第３図は本発明における流れ状況説明図、
第４図は本発明の他の実施例の断面図、第５図は排気損
失特性図、第６図は逆流域特性図、第７図は流路の圧力
損失係数特性図、第８図は流れ状況説明図、第９図は流
れの角度変化説明図である。 （Ｃ）中−Ｉ折 竿３０ （αン 茅５０ ！＝リーヒ°°〉７桶尺 ｔ−クーシアフブネ―り（ ｌρθ ａｔｙｒ 排気１／！ （’Ｌ／Ｓ ） 等 ｍ８問走表角と （彦） 芋 茅 図 ＣＱ） （Ｉ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、軸流ターボ機械の最終段落の動翼下流排気流路の環
状流路内の周方向に軸と直角方向に複数枚のガイドベー
ンを配置し、前記ガイドベーンがタービン軸と直角方向
の軸まわりに回転可能なように前縁部に回転中心軸を設
け、後縁部の前記ガイドベーンの端面には凸状のガイド
ピンを設け、流路内の流れが適正な範囲では前記回転中
心軸のまわりに回転して風向追尾し、これ以上の風向に
対しては、前記ガイドピンが前記ガイドベーンの前記回
転中心軸を固定する部材と係合して前記ガイドベーンの
回転角を規制し、流れ方向と一致しないように角定して
、流れをガイドする風向追尾方式のガイドベーンを設け
たことを特徴とするタービン排気室。 ２、特許請求の範囲第１項において、 最終翼長の全域にわたつて複数個に分割し、それぞれの
前記ガイドベーンが独自に風向追尾が可能な構造とした
ことを特徴とするタービン排気室。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27067988A JPH02119602A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | タービン排気室 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27067988A JPH02119602A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | タービン排気室 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119602A true JPH02119602A (ja) | 1990-05-07 |
Family
ID=17489436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27067988A Pending JPH02119602A (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | タービン排気室 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02119602A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011058498A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Alstom Technology Ltd | 軸流タービン及び軸流タービンから流れを排出するための方法 |
| JP2011220125A (ja) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Toshiba Corp | 軸流タービン |
| JP2019510984A (ja) * | 2016-02-15 | 2019-04-18 | インクラインド、ラブズ、アクチボラグＩｎｃｌｉｎｅｄ Ｌａｂｓ Ａｂ | 人間飛行のための風洞 |
| US10895169B2 (en) | 2017-02-14 | 2021-01-19 | Mitsubishi Power, Ltd. | Exhaust casing, and steam turbine provided with same |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP27067988A patent/JPH02119602A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011058498A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Alstom Technology Ltd | 軸流タービン及び軸流タービンから流れを排出するための方法 |
| JP2011220125A (ja) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Toshiba Corp | 軸流タービン |
| JP2019510984A (ja) * | 2016-02-15 | 2019-04-18 | インクラインド、ラブズ、アクチボラグＩｎｃｌｉｎｅｄ Ｌａｂｓ Ａｂ | 人間飛行のための風洞 |
| JP2022111115A (ja) * | 2016-02-15 | 2022-07-29 | インクラインド、ラブズ、アクチボラグ | 人間飛行のための風洞 |
| US10895169B2 (en) | 2017-02-14 | 2021-01-19 | Mitsubishi Power, Ltd. | Exhaust casing, and steam turbine provided with same |
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