JPH06200704A - 蒸気タービンノズル室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複流式蒸気タービンの高圧車室蒸気入口部に
おいて、第１段ノズルのベリーバンド（３）とロータ
（２）との間の空間（４）に蒸気が淀んで、ロータ
（２）が過熱されるのを防止すること。 【構成】 第１段ディスク（７）の異なる半径位置に半
径方向に傾斜したバランスホール（２１），（２２）を
設けるとともに、ベリーバンド（３）に蒸気通路孔（２
３）を設ける。また、シールフィン（２７），（２８）
を取付ける。傾斜したバランスホール（２１），（２
２）のポンピング効果により、第１段出口（１０）の低
温の蒸気が、バランスホール（２１），空間（４），蒸
気通路孔（２３），バランスホール（２２）を経て第１
段出口（１０）に戻る。この流れにより、ロータ（２）
が冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複流式蒸気タービンの
高圧車室の蒸気入口部に適用されるロータ冷却構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の蒸気タービンの複流式高圧
車室における蒸気入口部の一例を示す縦断面図である。
この図において、図示されていないボイラから供給され
る高温・高圧の蒸気は、蒸気入口（１）からノズル室へ
導かれ左右の調速段（第１段）ノズル（６）へ流入す
る。第１段ノズル（６）で加速された蒸気は、左右の調
速段（第１段）動翼（８）で仕事をし、圧力・温度とも
低くなる。第１段後の蒸気は、さらに下流の高圧段の左
右の第２段ノズル（１２）および第２段動翼（１３）で
膨張して仕事をし、高圧排気まで圧力・温度が降下す
る。

【０００３】ところで、蒸気入口部のロータ（２）と同
ロータを囲むベリーバンド（３）との間のノズル室下部
空間（４）は、左右の第１段ノズル出口（９）と連通し
ているが、一般にノズル（６）と動翼（８）は左右同一
に設計されているので、左右の第１段ノズル出口（９）
の圧力は互いに等しい。したがって、上記ノズル室下部
空間（４）では、蒸気は流れず、淀むことになる。この
ため、蒸気入口部の高温蒸気から伝導してくる熱などに
よって、この空間（４）内の淀んだ蒸気が加熱されて高
温となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気タービンの
複流式高圧車室の蒸気入口部構造では、蒸気入口部のロ
ータ（２）と同ロータを囲むベリーバンド（３）との間
のノズル室下部空間（４）の蒸気が淀んでいるため、蒸
気入口部の高温蒸気からの熱伝導などによってこの空間
（４）の温度が高温となり、ロータ（２）の材料強度の
面で問題となっている。特に最近の高性能超々臨界圧プ
ラントの高圧タービンでは、蒸気入口温度が高いため、
このノズル室下部空間（４）の温度はますます高温とな
り、ロータ（２）の材料強度の点から、ぜひとも有効な
冷却方法が望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、次のような蒸気タービンノズル室
を提案するものである。

【０００６】１） 複流式蒸気タービンの蒸気入口部ノ
ズル室において、第２段ノズルのゲージングが左右で異
なるとともに、上記ゲージングが大きい側の第１段ディ
スクに動翼の入口側から出口側まで貫通するバランスホ
ールが設けられ、かつ上記ゲージングが小さい側の複数
の第１段ノズルにノズル翼環外周からベリーバンド内周
まで貫通する蒸気通路孔が設けられ、更に第１段動翼の
翼根部と上記ベリーバンド端面との間にシールフィンが
設けられたことを特徴とする蒸気タービンノズル室。

【０００７】２） 複流式蒸気タービンの蒸気入口部ノ
ズル室において、第１段ディスクの異なる半径位置で第
１段動翼の入口側から出口側まで貫通するそれぞれ複数
のバランスホールと、第１段ノズルのベリーバンドの左
右両端面を内周中央部に連通する蒸気通路と、上記ベリ
ーバンドの左右両端面の内周および外周にそれぞれ設け
られたシールフィンとを有するとともに、上記第１段デ
ィスクの小さい半径位置に設けられた上記バランスホー
ルは、第１段動翼の出口側から入口側に向かって半径位
置が大きくなるように傾斜し、上記第１段ディスクの大
きい半径位置に設けられた上記バランスホールは、第１
段動翼の入口側から出口側に向かって半径位置が大きく
なるように傾斜していることを特徴とする蒸気タービン
ノズル室。

【０００８】３） 複流式蒸気タービンの蒸気入口部ノ
ズル室において、左右の第１段ディスクを動翼の入口側
から出口側まで貫通する複数のバランスホールと、第１
段動翼の翼根部と第１段ノズルのベリーバンドの左右両
端面との間に設けられたシールフィンとを有するととも
に、上記第１段ディスクの一方を貫通するバランスホー
ルは、動翼出口側開口が動翼入口側開口と比較して、半
径方向については小さい半径位置にあるように、周方向
については回転方向に先行するように傾斜し、かつ上記
動翼出口側開口部に回転方向に開口するスクープ用突起
が設けられ、上記第１段ディスクの他方を貫通するバラ
ンスホールは、動翼入口側開口が動翼出口側開口と比較
して、半径方向については小さい半径位置にあるよう
に、周方向については回転方向に先行するように傾斜
し、かつ上記動翼入口側開口部に回転方向に開口するス
クープ用突起が設けられたことを特徴とする蒸気タービ
ンノズル室。

【０００９】

【作用】本発明によれば次の作用がある。 １） 前記解決手段１）の場合 第２段ノズルのゲージングが左右で異なるので、第２段
の入口圧力（第１段の出口圧力）が左右で異なってく
る。（ゲージングが小さいノズルの入口圧力の方が高
い）。このような左右の第１段出口の圧力差によって、
一方の第１段出口の低温の蒸気が第１段ノズルのノズル
翼環外周からベリーバンド内周まで貫通する蒸気通路孔
を通り、ベリーバンドとロータとの間のノズル室下部空
間を経て、他方の第１段ディスクに設けられたバランス
ホールに流入し、第１段出口へ流出する。この蒸気は、
第１段動翼の翼根部とベリーバンドとの間にシールフィ
ンが設けられているので、第１段ノズルの出口部に漏込
むことはない。こうしてベリーバンドとロータが冷却さ
れる。

【００１０】２） 前記解決手段２）の場合 第１段ディスクに設けられたバランスホールは、傾斜し
ているのでポンピング効果を有する。したがって、第１
段出口の低温の蒸気が内周側のバランスホールを通って
ベリーバンド内周のノズル室下部空間まで流れる。また
ベリーバンドと第１段ディスクとの間で内・外周のフィ
ンで区切られた隙間の蒸気が外周側のバランスホールの
ポンプ作用で第１段出口へ流れる。そして上記ノズル室
下部空間の蒸気は、ベリーバンド内に設けられた蒸気通
路を通って上記隙間に流れる。こうしてベリーバンドと
ロータが冷却される。 ３） 前記解決手段３）の場合 第１段ディスクに設けられたバランスホールは半径方向
と回転方向の２方向に傾斜しているのでポンピング効果
を有する。またそれらバランスホールの回転方向に先行
する開口部に突起が設けられているので、スクープ効果
もある。したがって、一方の第１段動翼出口の低温の蒸
気は、一方のバランスホールを通ってベリーバンドとロ
ータとの間のノズル室下部空間に流れ、更に他方のバラ
ンスホールを通って他方の第１段動翼出口へ流れる。こ
うしてベリーバンドとロータが冷却される。

【００１１】

【第１実施例】図１は本発明の第１実施例を示す縦断面
図である。この図において、前記図６により説明した従
来のものと同様の部分については、冗長になるのを避け
るため、同一の符号を付け詳しい説明を省く。

【００１２】本実施例においては、左右の第２段ノズル
（１２ａ），（１２ｂ）のうち一方（例えば図の左側の
ノズル（１２ａ））のゲージング（喉部の幅とピッチと
の比）が他方のノズル（１２ｂ）のゲージングよりも大
きい。そしてそのゲージングが大きい側（左側）の第１
段ディスク（７ａ）に動翼（８ａ）の入口（９ａ）側か
ら出口（１０ａ）側まで貫通するバランスホール（１
６）が設けられている。また、上記ゲージングが小さい
側（右側）の第１段ノズル（６ｂ）複数にノズル翼環
（５）外周からベリーバンド（３）内周まで貫通する蒸
気通路孔（１７）が設けられる。更に、第１段動翼（８
ａ），（８ｂ）の翼根部と第１段ノズル（６ａ），（６
ｂ）のベリーバンド（３）端面との間にシールフィン
（１８ａ），（１８ｂ）が、上記ゲージングが大きい側
（左側）の第２段ノズル（１２ａ）の翼環（１１ａ）と
第１段ノズルの翼環（５）との間にシールフィン（１
９）が、それぞれ設けられる。

【００１３】本実施例においては、右側の第２段ノズル
（１２ｂ）のゲージングが左側の第２段ノズル（１２
ａ）のゲージングよりも小さいので、右側の第１段出口
（１０ｂ）の圧力が左側の第１段出口（１０ａ）の圧力
よりも大きい。すなわち、第１段の左右の流量は同一
で、第２段ノズルのゲージングが異なると、 √（圧力差）×喉部面積＝流量 という関係式から、ゲージングが小さい方ではノズルの
圧力差が大きくなる。したがって第２段ノズル入口（第
１段出口）（１０ｂ）の圧力が大きいことになる。ノズ
ル出口側の圧力は同一と考えられる。

【００１４】このように左右の第１段出口に圧力差があ
り、また右側の第１段ノズル（６ｂ）には蒸気通路孔
（１７），左側の第１段ディスク（７ａ）にはバランス
ホール（１６）がそれぞれ設けられているので、右側の
第１段出口（１０ｂ）の蒸気は、矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示さ
れるように、この蒸気通路孔（１７）を経てロータ
（２）とベリーバンド（３）とで囲まれたノズル室下部
空間（４）を流れ、更に矢印Ｄのようにバランスホール
（１６）を通過して、左側の第１段出口（１０ａ）へ流
出する。第１段出口（１０ｂ）の蒸気は、第１段で仕事
をしているので、温度が低い。この低温の蒸気がノズル
室下部空間（４）を流れるので、ベリーバンド（３）お
よびロータ（２）が冷却される。その結果、ベリーバン
ド（３），ロータ（２）等の材料強度の問題を解決する
ことができる。

【００１５】なおシールフィン（１８ａ），（１８
ｂ），（１９）は、右側の第１段出口（１０ｂ）から左
側の第１段出口（１０ａ）に至る蒸気の流れが、蒸気通
路孔（１７），ノズル室下部空間（４），バランスホー
ル（１６）を経由する上記コースから外れて例えば第１
段ノズル（６ａ），（６ｂ）の出口（９ａ），（９ｂ）
等へ漏込んだりしないように、シールする役割を果たし
ている。したがって、右側の第１段出口（１０ｂ）から
左側の第１段出口（１０ａ）へ流れる蒸気の量を低減で
き、バランスホール（１６）を通過する流量を確実に確
保することができる。もしこれらのシールフィンがない
と、バランスホール（１６）に蒸気が流れなくなる可能
性がある。

【００１６】

【第２実施例】図２は本発明の第２実施例を示す縦断面
図である。この図においても、前記図１または図６によ
り説明されたものと同様の部分については、同一の符号
を付けて詳しい説明を省く。

【００１７】本実施例においては、第１段ディスク
（７）の異なる半径位置で第１段動翼（８）の入口
（９）側から出口（１０）までそれぞれ複数のバランス
ホール（２１），（２２）が貫通している。そして小さ
い方の半径位置（内周側）に設けられたバランスホール
（２１）は、第１段動翼（８）の出口（１０）側から入
口（９）側に向かって半径位置が大きくなるように傾斜
し、大きい方の半径位置（外周側）に設けられたバラン
スホール（２２）は、第１段動翼（８）の入口（９）側
から出口（１０）側に向かって、半径位置が大きくなる
ように傾斜している。

【００１８】また、第１段ノズル（６）のベリーバンド
（３）には、円周方向複数個所で軸方向に貫通して両端
面（２４）に開口するとともに内周面中央部（２５）に
も開口する蒸気通路孔（２３）が設けられている。した
がってベリーバンド（３）と第１段ディスク（７）との
間の隙間（２６）が、ベリーバンド（３）とロータ
（２）で挟まれたノズル室下部空間（４）の中央部に連
通している。この蒸気通路孔（２３）の両端面開口（２
４）は、前記外周側のバランスホール（２２）の開口と
ほぼ向き合う半径位置になっている。

【００１９】更に、ベリーバンド（３）と第１段ディス
ク（７）との隙間（２６）には、内周側シールフィン
（２７）と外周側シールフィン（２８）が設けられる。
内周側シールフィン（２７）は、内周側バランスホール
（２１）の開口と外周側バランスホール（２２）の開口
との中間で、かつ蒸気通路孔（２３）の開口（２４）よ
りも内周側に設置される。また外周側シールフィン（２
８）は、外周側バランスホール（２２）の開口および蒸
気通路孔（２３）の開口（２４）のいずれよりも外周側
に設置される。

【００２０】上記バランスホール（２１），（２２）
は、半径方向に傾斜しているので、ポンピング効果を有
する。したがって、内周側のバランスホール（２１）の
ポンピング効果により、第１段出口（１０）の蒸気は内
周側のバランスホール（２１）を通過して、上記ノズル
室下部空間（４）へ流れる。この蒸気はベリーバンド
（３）に設けられた開口部（２５）から蒸気通路孔（２
３）を経て開口部（２４）へ流れ、ベリーバンド（３）
と第１段ディスク（７）との間の隙間（２６）を満た
す。この蒸気は更に、第１段ディスク（７）に設けられ
た外周側のバランスホール（２２）のポンピング効果に
よって、第１段出口（１０）へ流れる。

【００２１】こうして、第１段出口（１０）の蒸気は内
周側バランスホール（２１）からノズル室下部空間
（４），蒸気通路孔（２３），外周側バランスホール
（２２）を経て、第１段出口（１０）へ戻る。このよう
に本実施例においては、第１段で仕事をした温度の低い
蒸気が、冷却蒸気としてノズル室下部空間（４）を流れ
るので、ベリーバンド（３）およびロータ（２）の表面
を適度に冷却することができる。その結果、ベリーバン
ドとロータの強度が確保され、タービンの信頼性が向上
する。

【００２２】ここで、内周側シールフィン（２７）の作
用により、第１段出口（１０）の冷却蒸気は確実にノズ
ル室下部空間（４）へ流れる。また、外周側シールフィ
ン（２８）は第１段ノズル出口（９）の蒸気がベリーバ
ンド（３）と第１段ディスク（７）との間の隙間（２
６）へ流入することを防止し、冷却蒸気の温度上昇を防
ぐ作用をする。

【００２３】

【第３実施例】図３は本発明の第３実施例を示す縦断面
図、図４は図３のIV−IV矢視拡大断面図、図５は図３の
Ｖ−Ｖ矢視拡大断面図である。これらの図においても、
前記と同様の部分については同一の符号を付け、詳しい
説明を省く。

【００２４】本実施例においては、左右の第１段ディス
ク（７ａ），（７ｂ）を第１段動翼入口（９ａ），（９
ｂ）側から第１段動翼出口（１０ａ），（１０ｂ）側ま
で、それぞれ複数のバランスホール（３１ａ），（３１
ｂ）が貫通している。

【００２５】そして、一方（図示例では左側）の第１段
ディスク（７ａ）を貫通するバランスホール（３１ａ）
は、第１段動翼出口（１０ａ）側の開口が、第１段動翼
入口（９ａ）側の開口と比較して、半径方向については
図３に示されるとおり小さい半径位置にあるように、周
方向については図４に示されるとおり回転方向（３４）
に先行するように、傾斜している。更に上記第１段動翼
出口（１０ａ）側の開口部に、回転方向（３４）に開口
（３３ａ）を有する筒状のスクープ用突起（３２ａ）が
設けられている。

【００２６】また他方（図示例では右側）の第１段ディ
スク（７ｂ）を貫通するバランスホール（３１ｂ）は、
第１段動翼入口（９ｂ）側の開口が、第１段動翼出口
（１０ｂ）側の開口と比較して、半径方向については図
３に示されるとおり小さい半径位置にあるように、周方
向については図５に示されるとおり回転方向（３４）に
先行するように、傾斜している。更に上記第１段動翼入
口（９ｂ）側の開口部に、回転方向（３４）に開口（３
３ｂ）を有する筒状のスクープ用突起（３２ｂ）が設け
られている。そして第１段ノズルのベリーバンド（３）
の左右端面外周近傍と左右の第１段ディスク（７ａ），
（７ｂ）との間隙部に、アクシャルフィン（３５ａ），
（３５ｂ）が設けられている。ここにはラジアルフィン
を用いることもできる。

【００２７】一方（図示例では左側）の第１段ディスク
（７ａ）に設けられた複数のバランスホール（３１ａ）
の、第１段動翼出口（１０ａ）側に設けられた突起（３
２ａ）は、回転方向（３４）に開口しているので、ディ
スクの回転に伴って突起（３２ａ）の開口部（３３ａ）
に生じる蒸気の動圧によって、温度が低下した第１段出
口（１０ａ）部の蒸気の一部がスクープされ、バランス
ホール（３１ａ）内に第１段動翼出口（１０ａ）側から
第１段動翼入口（９ａ）側に向かう蒸気の流れが生じ
る。この場合バランスホール（３１ａ）は、第１段動翼
出口（１０ａ）側の開口部が第１段動翼入口（９ａ）側
よりも回転方向（３４）に先行するように回転軸を含む
平面に対して傾斜しているので、バランスホール（３１
ａ）内を第１段動翼出口（１０ａ）側から第１段動翼入
口（９ａ）側に向かう蒸気の流れが効果的に得られる。
更に上記バランスホール（３１ａ）は、回転軸を含む平
面内でも軸方向に対して傾斜しているため、ポンピング
効果によって、更に効果的にバランスホール（３１ａ）
内の蒸気の流れが確保される。

【００２８】また、他方（図示例では右側）の第１段デ
ィスク（７ｂ）に設けられた複数のバランスホール（３
１ｂ）では、上記と同様の作用により、バランスホール
（３１ｂ）内を第１段動翼入口（９ｂ）側から第１段動
翼出口（１０ｂ）側に向かう蒸気の流れが効果的に得ら
れる。

【００２９】上記のように、左右の第１段ディスク（７
ａ），（７ｂ）にそれぞれ複数設けられたバランスホー
ル（３１ａ），（３１ｂ）内に生じる流れに誘起され
て、一方（図示例では左側）の第１段動翼出口（１０
ａ）部から、バランスホール（３１ａ）を通り、タービ
ン入口部のロータ（２）と同ロータ（２）を囲むベリー
バンド（３）との間のノズル室下部空間（４）を経由し
て、更に他方（図示例では右側）の第１段ディスク（７
ｂ）に設けられたバランスホール（３１ｂ）を通り、右
側の第１段動翼出口（１０ｂ）側に向かう、一方向の流
れが得られる。こうして、上記ノズル室下部空間（４）
を、一方の第１段動翼出口（１０ａ）部の温度の低下し
た蒸気が流動して、他方の第１段動翼出口（１０ｂ）部
に抜ける結果、タービン入口部のベリーバンド（３）と
ロータ（２）部が冷却され、それらの材料強度上の問題
が解決される。

【００３０】なお、蒸気入口部のロータを囲むベリーバ
ンド（３）の左右の端面外周近傍と、左右の第１段ディ
スク（７ａ），（７ｂ）との間の間隙部に設けられたア
クシャルフィン（３５ａ），（３５ｂ）により、上記左
右の間隙部を経由して流れるショートカット流が阻止さ
れ、一方の第１段ディスクの出口（１０ａ）側から、他
方の第１段ディスク出口（１０ｂ）へ向って流れる前記
の一方向蒸気流が確保される。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、第１段出口の低温蒸気
の一部がベリーバンドとロータとの間のノズル室下部空
間に流れるので、ベリーバンドとロータが冷却され、材
料強度面の問題が解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例を示す縦断面図であ
る。

【図２】図２は本発明の第２実施例を示す縦断面図であ
る。

【図３】図３は本発明の第３実施例を示す縦断面図であ
る。

【図４】図４は図３のIV−IV矢視拡大断面図である。

【図５】図５は図３のＶ−Ｖ矢視拡大断面図である。

【図６】図６は従来の複流式蒸気タービンの高圧車室に
おける蒸気入口部の一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

(1) 蒸気入口 (2) ロータ (3) ベリーバンド (4) ノズル室下部空間 (5) 第１段ノズル翼環 (6),(6a),(6b) 第１段ノズル (7),(7a),(7b) 第１段ディスク (8),(8a),(8b) 第１段動翼 (9),(9a),(9b) 第１段ノズル出口（第１段動翼入
口） (10),(10a),(10b) 第１段動翼出口（第１段出口） (11a) 第２段ノズル翼環 (12),(12a),(12b) 第２段ノズル (13) 第２段動翼 (16) バランスホール (17) 蒸気通路孔 (18a),(18b),(19) シールフィン (21),(22) バランスホール (23) 蒸気通路孔 (24),(25) 開口 (26) 隙間 (27),(28) シールフィン (31a),(31b) バランスホール (32a),(32b) スクープ用突起 (33a),(33b) スクープ用突起開口部 (34) 回転方向 (35a),(35b) アクシャルフィン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複流式蒸気タービンの蒸気入口部ノズル
   室において、第２段ノズルのゲージングが左右で異なる
   とともに、上記ゲージングが大きい側の第１段ディスク
   に動翼の入口側から出口側まで貫通するバランスホール
   が設けられ、かつ上記ゲージングが小さい側の複数の第
   １段ノズルにノズル翼環外周からベリーバンド内周まで
   貫通する蒸気通路孔が設けられ、更に第１段動翼の翼根
   部と上記ベリーバンド端面との間にシールフィンが設け
   られたことを特徴とする蒸気タービンノズル室。
2. 【請求項２】 複流式蒸気タービンの蒸気入口部ノズル
   室において、第１段ディスクの異なる半径位置で第１段
   動翼の入口側から出口側まで貫通するそれぞれ複数のバ
   ランスホールと、第１段ノズルのベリーバンドの左右両
   端面を内周中央部に連通する蒸気通路と、上記ベリーバ
   ンドの左右両端面の内周および外周にそれぞれ設けられ
   たシールフィンとを有するとともに、上記第１段ディス
   クの小さい半径位置に設けられた上記バランスホール
   は、第１段動翼の出口側から入口側に向かって半径位置
   が大きくなるように傾斜し、上記第１段ディスクの大き
   い半径位置に設けられた上記バランスホールは、第１段
   動翼の入口側から出口側に向かって半径位置が大きくな
   るように傾斜していることを特徴とする蒸気タービンノ
   ズル室。
3. 【請求項３】 複流式蒸気タービンの蒸気入口部ノズル
   室において、左右の第１段ディスクを動翼の入口側から
   出口側まで貫通する複数のバランスホールと、第１段動
   翼の翼根部と第１段ノズルのベリーバンドの左右両端面
   との間に設けられたシールフィンとを有するとともに、
   上記第１段ディスクの一方を貫通するバランスホール
   は、動翼出口側開口が動翼入口側開口と比較して、半径
   方向については小さい半径位置にあるように、周方向に
   ついては回転方向に先行するように傾斜し、かつ上記動
   翼出口側開口部に回転方向に開口するスクープ用突起が
   設けられ、上記第１段ディスクの他方を貫通するバラン
   スホールは、動翼入口側開口が動翼出口側開口と比較し
   て、半径方向については小さい半径位置にあるように、
   周方向については回転方向に先行するように傾斜し、か
   つ上記動翼入口側開口部に回転方向に開口するスクープ
   用突起が設けられたことを特徴とする蒸気タービンノズ
   ル室。