JP2025066360A - Shield member and turbine blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、シールド部材およびタービン動翼に関する。 Embodiments of the present invention relate to shield members and turbine blades.
蒸気タービンにおける一つのタービン段落は、静翼翼列と、この静翼翼列の直下流側の動翼翼列とによって構成されている。蒸気タービンは、複数段のタービン段落をタービンロータの軸方向に備えている。ここで、下流側とは、タービンロータの中心軸方向における、作動流体の主流の流れ方向の下流側を意味する。なお、上流側とは、タービンロータの中心軸方向における、作動流体の主流の流れ方向の上流側を意味する。また、タービンロータの中心軸方向を以下において単に軸方向と称する。 One turbine stage in a steam turbine is composed of a row of stator vanes and a row of rotor blades immediately downstream of the row of stator vanes. A steam turbine has multiple turbine stages in the axial direction of the turbine rotor. Here, the downstream side means the downstream side in the direction of the central axis of the turbine rotor in the main flow direction of the working fluid. The upstream side means the upstream side in the direction of the central axis of the turbine rotor in the main flow direction of the working fluid. The central axis direction of the turbine rotor will be referred to simply as the axial direction below.
一般に、蒸気タービンのタービン段落において、下流段になるほど、蒸気の温度および圧力は低下し、蒸気の体積は膨張する。この膨張した蒸気を導入するため、タービン段落の半径方向の蒸気通路の高さは、下流段になるほど高くなる。そのため、タービン動翼の翼長は、下流段になるほど長くなる。また、回転時にタービン動翼にかかる遠心力は、下流段になるほど大きくなる。なお、半径方向は、タービンロータの中心軸を基点とする、中心軸に垂直な方向である。また、以下において、タービン動翼を単に動翼と称する。 In general, in the turbine stages of a steam turbine, the temperature and pressure of the steam decrease and the volume of the steam expands the further downstream the stage. To introduce this expanded steam, the height of the steam passage in the radial direction of the turbine stage increases the further downstream the stage. Therefore, the blade length of the turbine rotor blades increases the further downstream the stage. Also, the centrifugal force acting on the turbine rotor blades during rotation increases the further downstream the stage. The radial direction is the direction perpendicular to the central axis of the turbine rotor, starting from the central axis. In the following, the turbine rotor blades will be simply referred to as rotor blades.
蒸気タービンの蒸気通路内を流れる蒸気は、下流側のタービン段落において湿り度が高くなり、多量のドレンを含む。このドレンは、水滴として蒸気の主流とともに下流に流れ、粗大水滴となる。粗大水滴となったドレンは、高速で回転している動翼に衝突して、動翼を浸食する。動翼の浸食が進展すると動翼が損傷する。 The steam flowing through the steam passages of a steam turbine becomes highly wet in the downstream turbine stages and contains a large amount of drainage. This drainage flows downstream as water droplets along with the main steam flow and turns into coarse droplets. The coarse droplets collide with the rotor blades rotating at high speed and erode the rotor blades. If the erosion of the rotor blades progresses, the rotor blades will be damaged.
従来の蒸気タービンの動翼として、ドレンによる浸食を抑制するために、浸食を受ける部分が超硬合金で形成された動翼がある。また、従来の蒸気タービンの動翼において、浸食を受ける動翼の前縁部を超硬合金で形成するとともに、前縁部における腹側から背側に亘ってドレン溝が形成された動翼が検討されている。このドレン溝の一部は、動翼が回転した際、動翼にかかる遠心力方向に対して垂直な方向に形成されている。 Conventional steam turbine blades include blades in which the portion susceptible to erosion is made of cemented carbide to suppress erosion by drain. In addition, blades are being considered in which the leading edge of the blade, which is susceptible to erosion, is made of cemented carbide and a drain groove is formed from the pressure side to the suction side of the leading edge. Part of this drain groove is formed in a direction perpendicular to the direction of the centrifugal force acting on the blade when the blade rotates.
これらの従来の動翼は、その動翼自身におけるドレンによる浸食を抑制するために構成された動翼である。そのため、従来の蒸気タービンにおいて、上記した浸食抑制構造は、主として、粗大水滴のドレンによる浸食を受ける最終段の動翼に備えられている。 These conventional rotor blades are configured to suppress erosion of the rotor blade itself by drainage. Therefore, in conventional steam turbines, the above-mentioned erosion suppression structure is mainly provided on the final stage rotor blades that are subject to erosion by drainage of coarse water droplets.
近年の動翼において、長翼化により周速度が増加し、粗大水滴による浸食が顕著になる。そのため、従来の浸食抑制技術によって、最終段の動翼の浸食を抑制することは困難なことがある。 In recent years, the length of blades has increased the peripheral speed, which has led to significant erosion caused by coarse water droplets. As a result, it can be difficult to prevent erosion of the final stage blades using conventional erosion prevention techniques.
上記したように、従来の動翼においては、ドレン溝の一部は、動翼にかかる遠心力方向に対して垂直な方向に形成されている。このような動翼では、浸食による応力集中部となるドレン溝の底部に微細亀裂が生成した場合、遠心力によって亀裂が進展して動翼が損傷することがある。 As mentioned above, in conventional rotor blades, part of the drain groove is formed in a direction perpendicular to the direction of the centrifugal force acting on the rotor blade. In such rotor blades, if microcracks form at the bottom of the drain groove, which is a stress concentration area due to erosion, the cracks may propagate due to centrifugal force, causing damage to the rotor blade.
ここで、蒸気タービンにおいて、蒸気通路内の蒸気の湿り度が高いほど蒸気のエンタルピが低下するため、内部効率が低下する。そのため、蒸気に含まれるドレンを除去した場合には、蒸気の湿り度が低下して蒸気のエンタルピが増大し、内部効率は向上する。 In a steam turbine, the higher the wetness of the steam in the steam passage, the lower the enthalpy of the steam, and therefore the lower the internal efficiency. Therefore, if the drainage contained in the steam is removed, the wetness of the steam decreases, the enthalpy of the steam increases, and the internal efficiency improves.
しかしながら、従来の蒸気タービンでは、最終段の動翼よりも上流側の動翼において積極的に蒸気に含まれるドレンを排出するドレン溝を備える構成は検討されてない。そのため、最終段のタービン段落における内部効率の向上が図れない。また、従来の蒸気タービンでは、最終段のタービン段落への粗大水滴の流入が助長される。 However, in conventional steam turbines, there has been no consideration of a configuration that includes a drain groove for actively discharging drainage contained in steam in the rotor blades upstream of the final stage rotor blade. As a result, it is not possible to improve the internal efficiency of the final turbine stage. Furthermore, conventional steam turbines encourage the inflow of coarse water droplets into the final turbine stage.
本発明が解決しようとする課題は、最終段のタービン段落よりも上流側のタービン段落においてドレンを排出するとともに、最終段の動翼の浸食を抑制することができるシールド部材およびタービン動翼を提供することである。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a shield member and turbine blades that can discharge drainage in a turbine stage upstream of the final stage turbine stage and suppress erosion of the final stage blades.
実施形態のシールド部材は、タービン動翼の前縁部の一部が翼先端に亘って欠如した前縁欠如部の形状に対応した動翼前縁部形状を有し、前記前縁欠如部に固着される。このシールド部材は、前記シールド部材の長手方向に延びるシールド前縁と、前記シールド前縁から前記シールド部材の後方側に延びるとともに、凸状面を有するシールド背面と、前記シールド前縁から前記シールド部材の後方側に延びるとともに、凹状面を有するシールド腹面と、前記シールド背面に前記シールド部材の長手方向に形成され、一端が前記シールド部材の先端まで延設されたドレンを排出するためのシールドドレン溝とを備える。 The shield member of the embodiment has a blade leading edge shape corresponding to the shape of a leading edge missing portion of a turbine blade where a portion of the leading edge of the blade is missing from the blade tip, and is fixed to the leading edge missing portion. This shield member includes a shield leading edge extending in the longitudinal direction of the shield member, a shield back surface extending from the shield leading edge to the rear side of the shield member and having a convex surface, a shield ventral surface extending from the shield leading edge to the rear side of the shield member and having a concave surface, and a shield drain groove formed in the shield back surface in the longitudinal direction of the shield member, one end of which extends to the tip of the shield member for discharging drain.
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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
図１は、実施の形態のシールド部材１０が固着された動翼４０の翼有効部５０の背面を示した平面図である。図２は、実施の形態のシールド部材１０が固着される前縁欠如部６０を有する動翼４０の斜視図である。図３は、実施の形態のシールド部材１０の斜視図である。図４は、実施の形態のシールド部材１０が前縁欠如部６０に固着された動翼４０の斜視図である。なお、図２および図４は、動翼４０の翼先端５１側の一部を示している。
Figure 1 is a plan view showing the back surface of the blade
図１に示すように、シールド部材１０は、動翼４０（タービン動翼）の前縁部の一部に形成された前縁欠如部６０に固着される。シールド部材１０は、動翼４０における翼有効部５０の前縁部の所定位置から翼先端５１に亘って設けられている。なお、翼有効部５０の翼基端５２側には、動翼４０をタービンロータに植設するための翼根部（図示しない）を備える。
As shown in FIG. 1, the
まず、前縁欠如部６０を有する動翼４０の構成について説明する。
First, we will explain the configuration of the
図２に示すように、動翼４０は、翼有効部５０を備える。翼有効部５０は、動翼の高さ方向に延びる前縁５３および後縁５４を備える。前縁５３は蒸気の流れ方向の上流側に位置し、後縁５４は、蒸気の流れ方向の下流側に位置する。翼有効部５０は、前縁５３と後縁５４との間に、凸状面を形成する背面５５と、この背面５５に対向して凹状面を形成する腹面５６とを備える。このように、翼有効部５０は、前縁５３、後縁５４、背面５５、腹面５６を備えた翼型構成を備える。
As shown in FIG. 2, the
図２に示すように、翼有効部５０の前縁部は、前縁欠如部６０を有する。前縁欠如部６０は、翼有効部５０の所定の翼高さ位置から翼先端５１に亘って形成されている。前縁欠如部６０は、後縁側の端面６１と、翼基端側の端面６２とを有する。前縁欠如部６０は、翼有効部５０の前縁部の一部を所定の翼高さ位置から翼先端５１に亘って、例えば、削り取ることで構成される。なお、前縁欠如部６０は、翼有効部５０を削り取ることで構成されることに限られない。例えば、動翼４０を鋳造等で形成する際、前縁欠如部６０を有するように形成されてもよい。
As shown in FIG. 2, the leading edge of the blade
ここでは、図１および図２に示すように、前縁欠如部６０の端面６２が所定の翼高さ位置において翼高さ方向に垂直な面で構成される一例を示している。なお、端面６２の構成は、この構成に限られない。前縁欠如部６０の端面６２は、例えば、前縁５３に向かって翼基端５２側に傾斜する傾斜面で構成されてもよい。この場合、傾斜面は、例えば、平面で構成されても、翼基端５２側に凸の湾曲面で構成されてもよい。
Here, as shown in Figures 1 and 2, an example is shown in which the
次に、シールド部材１０の構成について説明する。
Next, the configuration of the
図３に示すように、シールド部材１０は、前縁欠如部６０の形状に対応した動翼前縁部形状を有する。前縁欠如部６０にシールド部材１０を固着することで、前縁欠如部６０は埋め尽くされ、翼有効部５０は、本来の翼有効部５０の形状となる。
As shown in FIG. 3, the
シールド部材１０は、前縁１１と、背面１２と、腹面１３と、ドレン溝１４とを備える。なお、前縁１１は、シールド前縁として機能し、背面１２は、シールド背面として機能し、腹面１３は、シールド腹面として機能し、ドレン溝１４は、シールドドレン溝として機能する。
The
また、シールド部材１０は、前縁欠如部６０の端面６１と接合される端面１５と、前縁欠如部６０の端面６２と接合される端面１６とを備える。さらに、シールド部材１０は、シールド部材１０の一端（先端）に端面１７を備える。なお、端面１７は、シールド部材１０が前縁欠如部６０に固着された際、翼有効部５０の翼先端５１とともに翼有効部５０の翼先端を構成する。このように、シールド部材１０は、動翼前縁部形状を有する柱体状の形状を有する。
The
前縁１１は、シールド部材１０の長手方向に延びる縁を構成する。前縁１１は、図４に示すように、シールド部材１０を前縁欠如部６０に固着した際、翼有効部５０（動翼４０）の高さ方向に延びるとともに、翼有効部５０の前縁５３に連続する。換言すると、前縁１１は、翼有効部５０の本来の前縁を形成するように前縁５３に対して滑らかに連続する縁を形成するように構成される。なお、滑らかに連続するとは、段差なく連続した表面を形成することを意味する。これによって、前縁１１と前縁５３とによって、翼有効部５０の本来の前縁を構成する。なお、シールド部材１０の長手方向は、シールド部材１０を前縁欠如部６０に固着した際における翼有効部５０（動翼４０）の高さ方向に相当する。
The leading
背面１２は、前縁１１からシールド部材１０の後方側である端面１５側へ延びるとともに、凸状面を有する。背面１２は、図４に示すように、シールド部材１０を前縁欠如部６０に固着した際、前縁１１から翼有効部５０（動翼４０）の後縁側に延びるとともに、翼有効部５０の背面５５に連続する凸状面を有する。換言すると、背面１２は、翼有効部５０の本来の背面を形成するように背面５５に対して滑らかに連続する凸状面を形成するように構成される。これによって、背面１２と背面５５とによって、翼有効部５０の本来の背面を構成する。なお、シールド部材１０の後方側は、シールド部材１０を前縁欠如部６０に固着した際における翼有効部５０（動翼４０）の後縁側に相当する。
The
腹面１３は、前縁１１からシールド部材１０の後方側である端面１５側へ延びるとともに、凹状面を有する。腹面１３は、背面１２に対向して形成される。腹面１３は、図４に示すように、シールド部材１０を前縁欠如部６０に固着した際、前縁１１から翼有効部５０（動翼４０）の後縁側に延びるとともに、翼有効部５０の腹面５６に連続する凹状面を有する。換言すると、腹面１３は、翼有効部５０の本来の腹面を形成するように腹面５６に対して滑らかに連続する凹状面を形成するように構成される。これによって、腹面１３と腹面５６とによって、翼有効部５０の本来の腹面を構成する。
The
ドレン溝１４は、シールド部材１０の背面１２に付着した水滴（ドレン）を排出するための溝である。ドレン溝１４は、背面１２にシールド部材１０の長手方向に形成されている。ドレン溝１４は、図４に示すように、シールド部材１０を前縁欠如部６０に固着した際、背面１２に翼有効部５０（動翼４０）の高さ方向に形成されている。ドレン溝１４は、背面１２に形成された凹状の溝である。なお、ドレン溝１４の断面形状は特に限定されない。ドレン溝１４の一端１４ａ（端面１７側の端部）は、シールド部材１０の先端である端面１７まで延設されている。すなわち、ドレン溝１４の一端１４ａは、端面１７に開口している。
The
ここで、例えば、動翼４０において、翼有効部５０の翼先端５１にインテグラルカバーを備える場合、インテグラルカバーは、ドレン溝１４の一端１４ａを塞がないように設けられる。インテグラルカバーは、例えば、翼有効部５０の翼先端５１にドレン溝１４の一端１４ａを塞がないように設けられる。
Here, for example, in the case where an integral cover is provided at the
なお、ドレン溝１４の他端１４ｂ（端面１６側の端部）は、例えば、端面１６まで延設されている。すなわち、ここでは、ドレン溝１４の他端１４ｂが、端面１６に開口する一例を示している。
The
ドレン溝１４は、シールド部材１０の長手方向に形成されている。ドレン溝１４は、例えば、翼有効部５０（動翼４０）の高さ方向に形成されている。すなわち、動翼４０をタービンロータに植設した場合、ドレン溝１４は、タービンロータの中心軸方向に対して垂直な方向である径方向に形成されている。ドレン溝１４は、例えば、直線状に形成される。
The
ここで、動翼４０において、一般的に、翼先端５１から翼基端５２に向かうにつれて、前縁と後縁との間の距離である翼弦長は長くなる。このような翼弦長に対応して、例えば、ドレン溝１４は、翼先端５１から翼基端５２に向かって湾曲するように形成されてもよい。
Here, in the
上記した方向にドレン溝１４を形成することで、例えば、動翼４０の回転によって遠心力が生じる場合でも、ドレン溝１４の形成方向に対して垂直な方向に遠心力はかからない。そのため、例えば、ドレン溝１４の底部に微細亀裂が生成した場合においても、遠心力によって亀裂が進展することはない。これによって、ドレン溝１４に及ぼす遠心力の影響は問題とならない。
By forming the
ここでは、３つのドレン溝１４を備えた一例を示しているが、これに限られない。ドレン溝１４は、少なくとも一つ備えられていればよい。２つまたは４つ以上のドレン溝１４が備えられてもよい。
Here, an example with three
シールド部材１０は、図４に示すように、例えば、溶接などによって前縁欠如部６０に固着される。この際、前述したように、端面１５は、前縁欠如部６０の端面６１と接合され、端面１６は、前縁欠如部６０の端面６２と接合される。
As shown in FIG. 4, the
シールド部材１０は、耐食性に優れた材料で形成される。シールド部材１０は、例えば、超硬合金材料などで形成される。シールド部材１０は、例えば、ステライト（登録商標）などで形成される。
The
ここで、図５は、蒸気タービンにおいて静翼８０から動翼９０に流れる蒸気の主流の流れを説明するための速度三角形を示している。図６は、蒸気タービンにおいて静翼８０から動翼９０に流れる粗大水滴の流れを説明するための速度三角形を示している。図７は、蒸気タービンの動翼９０の入口において粗大水滴が衝突する範囲を模式的に示した図である。
Here, FIG. 5 shows a velocity triangle to explain the main flow of steam flowing from the
図５に示すように、蒸気の主流の流れは、静翼８０の出口における絶対速度Ｃと動翼９０の周速度Ｕとで定まる相対流入速度Ｗが動翼９０の入口形状に合う方向に流入するよう設計されている。
As shown in FIG. 5, the main flow of steam is designed so that the relative inflow velocity W, determined by the absolute velocity C at the outlet of the
一方、粗大水滴の質量は大きいため、図６に示すように、静翼８０の出口における粗大水滴の絶対速度Ｃａは、蒸気の主流の絶対速度Ｃより小さくなる。そのため、動翼９０へ流入する流入速度Ｗａの方向は、図７に示すように、動翼９０の前縁部の背面に衝突する方向となる。なお、図７において、前縁部の背面において粗大水滴が衝突する領域を破線で示している。
On the other hand, since the mass of the coarse water droplets is large, the absolute velocity Ca of the coarse water droplets at the outlet of the
例えば、再生可能エネルギの有効活用として地熱による蒸気タービン発電が増加している。地熱による蒸気タービンにおいては、蒸気の湿り度が高い傾向がある。また、近年におけるタービン翼の長翼化により、動翼の周速度が増加している。このようなことから、タービン段落の最終段よりも上流段の動翼においても、図７に示すように、粗大水滴が動翼９０の前縁部の背面に衝突する状況にある。
For example, geothermal steam turbine power generation is on the rise as an effective way of utilizing renewable energy. In geothermal steam turbines, the steam tends to be highly wet. Furthermore, the circumferential speed of the rotor blades has increased in recent years as turbine blades have become longer. For this reason, even in rotor blades upstream of the final stage of a turbine stage, large water droplets collide with the back surface of the leading edge of the
そこで、本実施の形態のシールド部材１０では、図４に示すように、動翼４０の前縁欠如部６０に固着された際、ドレン溝１４が翼有効部５０（動翼４０）の前縁部の背面１２に位置するようにドレン溝１４が形成されている。
Therefore, in the
これによって、シールド部材１０が固着された動翼４０を備える蒸気タービンにおいて、動翼の前縁部の背面に付着した粗大水滴を含む水滴は、ドレン溝１４に流れ込む。ドレン溝１４に流れ込んだ水滴は、動翼４０の回転によって生じる遠心力によりドレン溝１４を半径方向外側に流れる。そして、水滴は、ドレン溝１４の一端１４ａから蒸気通路の外部に排出される。
As a result, in a steam turbine equipped with a
このように、シールド部材１０を備える動翼４０は、蒸気通路を流れる粗大水滴をドレン溝１４を介して外部に排出することで、最終段の動翼に粗大水滴が衝突するのを抑制する。すなわち、シールド部材１０を備える動翼４０は、最終段の動翼が粗大水滴によって浸食されることを抑制する。そのため、本実施の形態のシールド部材１０を備えた動翼４０は、最終段の動翼４０よりも上流側の動翼に適用される。例えば、シールド部材１０を備えた動翼４０は、最終段の動翼４０よりも１段上流の動翼、または最終段の動翼４０よりも１段および２段上流の動翼に適用される。
In this way, the
ここで、図８は、実施の形態のシールド部材１０が前縁欠如部６０に固着された動翼４０を翼先端５１から見たときの平面図である。図８を参照して、ドレン溝１４が形成される範囲について説明する。
Here, FIG. 8 is a plan view of a
図８に示すように、背面１２においてドレン溝１４が形成される、背面１２に沿う前縁１１から後縁５４に向かう方向の範囲をドレン溝形成範囲Ａとする。なお、ドレン溝形成範囲Ａは、シールドドレン溝形成範囲として機能する。このドレン溝形成範囲Ａ内にドレン溝１４が形成されている。複数のドレン溝１４を備える場合においても、すべてのドレン溝１４は、ドレン溝形成範囲Ａ内に形成される。なお、図８に示されたドレン溝形成範囲Ａは、動翼４０の翼高さが同じ位置における背面１２に沿う範囲である。
As shown in FIG. 8, the range along the
ここで、図８に示すように、背面１２、５５に沿う、前縁１１から後縁５４までの長さをＬとする。ドレン溝形成範囲Ａは、前縁１１と、前縁１１から後縁５４に向かって長さＬの１５％の位置との間の範囲内にあることが好ましい。すなわち、ドレン溝形成範囲Ａは、前縁１１と、背面１２に沿う前縁１１から０．１５Ｌの位置との間に位置することが好ましい。また、ドレン溝形成範囲Ａは、背面１２に沿う前縁１１から０．０３Ｌの位置と、背面１２に沿う前縁１１から０．１２Ｌの位置との間に位置することがより好ましい。
As shown in FIG. 8, the length from the leading
なお、前述したように、ドレン溝１４を直線状に形成する場合、ドレン溝１４を翼先端５１から翼基端５２に向かって湾曲するように形成する場合のずれにおいても、動翼４０の各翼高さにおいて、ドレン溝形成範囲Ａは、上記した範囲に位置する。
As mentioned above, even when the
ここで、シールド部材１０は、シールド部材１０の背面１２にドレン溝形成範囲Ａを含むように設計される。これによって、耐食性に優れた材料で形成されたシールド部材１０において、粗大水滴との衝突、粗大水滴の回収および排出が可能となる。
The
また、シールド部材１０は、動翼４０における翼有効部５０の前縁部の所定位置から翼先端５１に亘って設けられている。この所定位置は、前縁欠如部６０の端面６２の位置に相当する。また、シールド部材１０を備える動翼４０においては、この所定位置は、シールド部材１０の端面１６にも相当する。
The
図１に示すように、動翼４０の翼有効部５０の翼高さをＨ１とする。また、翼有効部５０の翼先端５１から前縁欠如部６０の端面６２までの翼高さ方向の高さ、換言すると、シールド部材１０の端面１７からシールド部材１０の端面１６までの翼高さ方向の高さをＨ２とする。
As shown in FIG. 1, the blade height of the blade
ここで、高さＨ２は、翼高さＨ１の１０～５０％であることが好ましい。すなわち、高さＨ２は、０．１Ｈ１～０．５Ｈ１であることが好ましい。また、高さＨ２は、０．１５Ｈ１～０．３５Ｈ１であることがより好ましい。 Here, it is preferable that the height H2 is 10 to 50% of the blade height H1. In other words, it is preferable that the height H2 is 0.1H1 to 0.5H1. It is even more preferable that the height H2 is 0.15H1 to 0.35H1.
ここで、例えば、前縁欠如部６０の端面６２が前縁５３に向かって翼基端５２側に傾斜する傾斜面で構成された場合、シールド部材１０の端面１６の形状は、前縁欠如部６０の端面６２の形状に対応した形状となる。この場合、シールド部材１０の端面１７からシールド部材１０の端面１６までの翼高さ方向の高さは、前縁１１側へ向かって高くなる。このような端面６２が傾斜面で構成された場合、上記した高さＨ２は、最も翼高さ方向の高さが高くなる前縁１１における翼高さ方向の高さを適用する。
Here, for example, if the
上記したドレン溝形成範囲Ａおよび高さＨ２の範囲は、蒸気タービンを作動させる際、大量の粗大水滴が付着する領域である。そして、この範囲は、付着した大量の粗大水滴が、動翼４０の回転によって生じる遠心力により半径方向外側に流れる領域でもある。そのため、これらの背面１２の範囲にドレン溝１４を形成することで、付着した大量の粗大水滴をドレン溝１４を介して蒸気通路の半径方向外側に排出することができる。
The drain groove formation range A and the range of height H2 described above are areas where large amounts of coarse water droplets adhere when the steam turbine is in operation. This range is also the area where the large amount of coarse water droplets that adhere flow radially outward due to the centrifugal force generated by the rotation of the
上記したように、実施の形態のシールド部材１０は、動翼４０の前縁欠如部６０に固着されることで、粗大水滴を含む大量の水滴と衝突する動翼前縁部を構成する。大量の粗大水滴と衝突する、シールド部材１０の背面１２にドレン溝１４を備えることで、付着した大量の粗大水滴を蒸気通路の半径方向外側に排出することができる。
As described above, the
大量の粗大水滴を蒸気通路から除去することで、このシールド部材１０を備えた動翼４０を有するタービン段落よりも下流のタービン段落における内部効率を向上させることができる。さらに、下流のタービン段落の動翼における粗大水滴による浸食も抑制することができる。また、最終段の動翼への粗大水滴の衝突が抑制され、最終段の動翼の粗大水滴による浸食が抑制される。
By removing large amounts of coarse water droplets from the steam passage, the internal efficiency of the turbine stage downstream of the turbine stage having the
（その他の実施の形態）
図９は、実施の形態のシールド部材１０が固着された動翼４０の他の構成を示す斜視図である。図１０は、実施の形態のシールド部材１０が固着された動翼４０の他の構成における翼有効部５０の背面を示した平面図である。図１１は、図１０のＡ－Ａ断面を示した図である。なお、その他の実施の形態において、前述した実施の形態の構成をと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。
Other Embodiments
Fig. 9 is a perspective view showing another configuration of the
その他の実施の形態においては、翼有効部５０の背面５５にもドレン溝１００を備える。その他の構成は、前述した実施の形態のシールド部材１０が固着された動翼４０の構成と同じである。そのため、ここでは、ドレン溝１００の構成について主に説明する。
In other embodiments, the
図９および図１０に示すように、翼有効部５０（動翼４０）の背面５５に、シールド部材１０のドレン溝１４と連通するドレン溝１００が形成されている。なお、ドレン溝１００は、動翼ドレン溝として機能する。ドレン溝１００は、ドレン溝１４と同様に、翼有効部５０（動翼４０）の前縁部の背面５５に位置するように形成されている。
As shown in Figures 9 and 10, a
ドレン溝１００は、シールド部材１０に形成されるドレン溝１４に対応して設けられている。例えば、３つのドレン溝１４が形成されている場合には、それぞれのドレン溝１４に対応する３つのドレン溝１００が形成される。
The
ドレン溝１００は、背面５５に翼有効部５０（動翼４０）の高さ方向に形成されている。ドレン溝１００は、ドレン溝１４と同様に、凹状の溝である。なお、ドレン溝１００の断面形状は特に限定されない。ドレン溝１００の一端１００ａ（前縁欠如部６０側の端部）は、前縁欠如部６０の端面６２まで延設されている。すなわち、ドレン溝１００の一端１００ａは、端面６２に開口している。また、ドレン溝１００の一端１００ａは、ドレン溝１４の他端１４ｂと連結して、翼有効部５０の高さ方向に連続するドレン溝を構成する。
The
図１０に示すように、シールド部材１０の端面１７からシールド部材１０の端面１６までの翼高さ方向の高さをＨ２とし、ドレン溝１００の翼高さ方向の高さをＨ３とする。そして、高さＨ２に高さＨ３を加えた高さをＨ４とする。なお、図１０に示すシールド部材１０において、シールド部材１０の端面１７からシールド部材１０の端面１６までの翼高さ方向の高さＨ２は、ドレン溝１４の翼高さ方向の高さに相当する。また、高さＨ３は、翼高さ方向における、ドレン溝１００の一端１００ａからドレン溝１００の他端１００ｂまでの翼高さ方向の高さである。すなわち、高さＨ４は、ドレン溝１４の翼高さ方向の高さとドレン溝１００の翼高さ方向の高さを合算した高さである。
As shown in FIG. 10, the height in the wing height direction from the
ここで、高さＨ４は、翼高さＨ１の１５～８０％であることが好ましい。すなわち、高さＨ４は、０．１５Ｈ１～０．８Ｈ１であることが好ましい。また、高さＨ４は、０．３５Ｈ１～０．８Ｈ１であることがより好ましい。なお、高さＨ４がいずれの範囲の場合においても、前述したように、高さＨ２は、０．１Ｈ１～０．５Ｈ１であることが好ましい。また、高さＨ２は、０．１５Ｈ１～０．３５Ｈ１であることがより好ましい。例えば、高さＨ４が０．１５Ｈ１～０．８Ｈ１の場合、高さＨ２が０．１Ｈ１～０．５Ｈ１であることが好ましい。また、高さＨ４が０．３５Ｈ１～０．８Ｈ１の場合、高さＨ２が０．１５Ｈ１～０．３５Ｈ１であることがより好ましい。 Here, it is preferable that the height H4 is 15 to 80% of the blade height H1. In other words, it is preferable that the height H4 is 0.15H1 to 0.8H1. It is more preferable that the height H4 is 0.35H1 to 0.8H1. In any range of the height H4, as mentioned above, it is preferable that the height H2 is 0.1H1 to 0.5H1. It is more preferable that the height H2 is 0.15H1 to 0.35H1. For example, when the height H4 is 0.15H1 to 0.8H1, it is preferable that the height H2 is 0.1H1 to 0.5H1. It is more preferable that the height H2 is 0.15H1 to 0.35H1 when the height H4 is 0.35H1 to 0.8H1.
高さＨ３は、高さＨ４および高さＨ２に基づいて設定される。すなわち、高さＨ３は、高さＨ４から高さＨ２を減じた高さに設定される。動翼４０が備えられるタービン段落によって、粗大水滴が付着する領域が異なる。そのため、動翼４０が備えられるタービン段落によって、粗大水滴が付着する動翼４０の翼高さ方向の範囲に基づいて、高さＨ２、高さＨ３および高さＨ４は設定される。
Height H3 is set based on height H4 and height H2. In other words, height H3 is set to height H4 minus height H2. The area to which coarse water droplets adhere varies depending on the turbine stage to which
高さＨ２、高さＨ３および高さＨ４は、例えば、次のように設定される。粗大水滴が付着する動翼４０の翼高さ方向の範囲に基づいて、高さＨ４が設定される。この設定された高さＨ４の範囲でも多量の粗大水滴が付着する領域にはシールド部材１０を備えることが好ましい。そして、高さＨ４の範囲における、多量の粗大水滴が付着する翼高さ方向の範囲に基づいて、高さＨ２が設定される。そして、高さＨ４から高さＨ２を減算して高さＨ３が設定される。
Heights H2, H3 and H4 are set, for example, as follows. Height H4 is set based on the range in the blade height direction of the
例えば、動翼４０において、粗大水滴が付着する高さＨ４が０．８Ｈ１の範囲、高さＨ４の内シールド部材１０を備える高さＨ２が０．５Ｈ１の範囲の場合、高さＨ３は、高さＨ４から高さＨ２を減算した値（高さ）である０．３Ｈ１となる。このように、動翼４０が備えられるタービン段落に応じて、前述した範囲で高さＨ４および高さＨ２が適宜設定される。そして、設定された高さＨ４および高さＨ２に基づいて、高さＨ３が設定される。
For example, in the
ここで、図１１に示すように、背面５５においてドレン溝１００が形成される、背面５５に沿う前縁５３から後縁５４に向かう方向の範囲をドレン溝形成範囲Ａ１とする。なお、ドレン溝形成範囲Ａ１は、動翼ドレン溝形成範囲として機能する。ドレン溝１００は、ドレン溝１４と同様に、ドレン溝形成範囲Ａ１内に形成される。なお、図１１に示されたドレン溝形成範囲Ａ１は、動翼４０の翼高さが同じ位置における背面５５に沿う範囲である。
As shown in FIG. 11, the range along the
ここで、図１１に示すように、背面５５に沿う、前縁５３から後縁５４までの長さをＬ１とする。ドレン溝形成範囲Ａ１は、前縁５３と、前縁５３から後縁５４に向かって長さＬ１の１５％の位置との間の範囲内にあることが好ましい。すなわち、ドレン溝形成範囲Ａ１は、前縁５３と、背面５５に沿う前縁５３から０．１５Ｌの位置との間に位置することが好ましい。また、ドレン溝形成範囲Ａ１は、背面５５に沿う前縁５３から０．０３Ｌ１の位置と、背面５５に沿う前縁５３から０．１２Ｌ１の位置との間に位置することがより好ましい。
As shown in FIG. 11, the length from the leading
なお、前述したように、ドレン溝１００を直線状に形成する場合、ドレン溝１００を一端１００ａから他端１００ｂに向かって湾曲するように形成する場合のずれにおいても、動翼４０の各翼高さにおいて、ドレン溝形成範囲Ａ１は、上記した範囲に位置する。
As mentioned above, even when the
上記した方向にドレン溝１００を形成することで、例えば、動翼４０の回転によって遠心力が生じる場合でも、ドレン溝１００の形成方向に対して垂直な方向に遠心力はかからない。そのため、例えば、ドレン溝１００の底部に微細亀裂が生成した場合においても、遠心力によって亀裂が進展することはない。これによって、ドレン溝１００に及ぼす遠心力の影響は問題とならない。
By forming the
上記したドレン溝形成範囲Ａ１および高さＨ４の範囲は、蒸気タービンを作動させる際、粗大水滴が付着する領域である。そして、この範囲は、付着した粗大水滴が、動翼４０の回転によって生じる遠心力により半径方向外側に流れる領域でもある。また、高さＨ３の範囲は、シールド部材１０を備える範囲に比べると付着する粗大水滴の量は少ないが、粗大水滴が付着することもある領域である。そのため、背面５５における、ドレン溝形成範囲Ａ１および高さＨ３の範囲にドレン溝１００を形成することで、付着した粗大水滴をドレン溝１００およびドレン溝１４を介して蒸気通路の半径方向外側に排出することができる。
The drain groove formation range A1 and the range of height H4 described above are areas where coarse water droplets adhere when the steam turbine is operated. This range is also an area where the adhered coarse water droplets flow radially outward due to the centrifugal force generated by the rotation of the
上記したように、その他の実施の形態においても、シールド部材１０の背面１２にドレン溝１４を備えることによる作用効果は、前述したとおりである。
As mentioned above, in other embodiments, the effect of providing the
また、他の実施の形態においては、翼有効部５０の背面５５にドレン溝１００を備えることで、シールド部材１０を備える範囲よりも翼基端５２側に付着した粗大水滴を蒸気通路の半径方向外側に排出することができる。
In another embodiment, a
以上説明した実施形態によれば、最終段のタービン段落よりも上流側のタービン段落においてドレンを排出するとともに、最終段の動翼の浸食を抑制することが可能となる。 According to the embodiment described above, it is possible to discharge drainage at a turbine stage upstream of the final turbine stage and suppress erosion of the final stage rotor blades.
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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
１０…シールド部材、１１、５３…前縁、１２、５５…背面、１３、５６…腹面、１４、１００…ドレン溝、１４ａ、１００ａ…一端、１４ｂ、１００ｂ…他端、１５、１６、１７、６１、６２…端面、４０、９０…動翼、５０…翼有効部、５１…翼先端、５２…翼基端、５４…後縁、６０…前縁欠如部、８０…静翼、Ａ、Ａ１…ドレン溝形成範囲。 10...Shield member, 11, 53...leading edge, 12, 55...back surface, 13, 56...ventral surface, 14, 100...drain groove, 14a, 100a...one end, 14b, 100b...other end, 15, 16, 17, 61, 62...end surface, 40, 90...moving blade, 50...effective blade portion, 51...blade tip, 52...blade base, 54...trailing edge, 60...leading edge missing portion, 80...stationary blade, A, A1...drain groove forming area.
Claims (8)
前記シールド部材の長手方向に延びるシールド前縁と、
前記シールド前縁から前記シールド部材の後方側に延びるとともに、凸状面を有するシールド背面と、
前記シールド前縁から前記シールド部材の後方側に延びるとともに、凹状面を有するシールド腹面と、
前記シールド背面に前記シールド部材の長手方向に形成され、一端が前記シールド部材の先端まで延設されたドレンを排出するためのシールドドレン溝と
を具備することを特徴とするシールド部材。 A shield member having a rotor blade leading edge shape corresponding to a leading edge missing portion in which a part of a leading edge of a turbine rotor blade is missing over a blade tip, the shield member being fixed to the leading edge missing portion,
a shield leading edge extending in a longitudinal direction of the shield member;
a shield rear surface extending from the shield front edge toward the rear side of the shield member and having a convex surface;
a shield ventral surface extending from the shield front edge toward the rear side of the shield member and having a concave surface;
a shield drain groove formed on a rear surface of the shield in a longitudinal direction of the shield member, one end of the shield drain groove extending to a tip of the shield member for discharging drain.
前記前縁欠如部に固着された請求項１または２記載のシールド部材と
を備え、
前記シールド前縁が、前記翼有効部の翼高さ方向に延びるとともに、前記翼有効部の前記前縁に連続し、
前記シールド背面が、前記シールド前縁から前記翼有効部の後縁側に延びるとともに、前記翼有効部の前記背面に連続し、
前記シールド腹面が、前記シールド前縁から前記翼有効部の後縁側に延びるとともに、前記翼有効部の前記腹面に連続し、
前記シールドドレン溝が、前記シールド背面に前記翼有効部の翼高さ方向に形成されていることを特徴とするタービン動翼。 an effective wing portion including a leading edge, a trailing edge, a back surface forming a convex surface between the leading edge and the trailing edge, and a pressure surface forming a concave surface between the leading edge and the trailing edge, the effective wing portion having a leading edge missing portion in which a part of the leading edge portion is missing over a wing tip;
and the shield member according to claim 1 or 2, which is fixed to the leading edge notch portion;
The shield leading edge extends in a wing height direction of the wing effective portion and is continuous with the leading edge of the wing effective portion,
The shield back surface extends from the shield leading edge toward the trailing edge side of the wing effective portion and is continuous with the back surface of the wing effective portion,
The shield ventral surface extends from the shield leading edge toward the trailing edge side of the wing effective portion and is continuous with the ventral surface of the wing effective portion,
2. A turbine rotor blade, comprising: a shield drain groove formed on a rear surface of the shield in a blade height direction of the effective blade portion.
前記シールド背面および前記翼有効部の前記背面に沿う、前記シールド前縁から前記翼有効部の前記後縁までの長さをＬとするとき、
前記シールドドレン溝形成範囲は、前記シールド前縁と、前記シールド前縁から前記翼有効部の前記後縁に向かって長さＬの１５％の位置との間の範囲内にあることを特徴とする請求項３記載のタービン動翼。 The shield drain groove is formed in a shield drain groove forming area of the rear surface of the shield,
When the length from the leading edge of the shield to the trailing edge of the wing effective portion along the rear surface of the shield and the rear surface of the wing effective portion is L,
4. The turbine blade according to claim 3, wherein the shield drain groove forming area is within a range between the leading edge of the shield and a position 15% of a length L from the leading edge of the shield toward the trailing edge of the blade effective portion.
高さＨ２は、翼高さＨ１の１０～５０％であることを特徴とする請求項３記載のタービン動翼。 When the wing height of the effective wing portion is H1 and the height of the shield member in the wing height direction is H2,
4. The turbine blade according to claim 3, wherein the height H2 is 10 to 50% of the blade height H1.
前記翼有効部の前記背面に沿う、前記翼有効部の前記前縁から前記翼有効部の前記後縁までの長さをＬ１とするとき、
前記動翼ドレン溝形成範囲は、前記翼有効部の前記前縁と、前記翼有効部の前記前縁から前記翼有効部の前記後縁に向かって長さＬ１の１５％の位置との間の範囲内にあることを特徴とする請求項６記載のタービン動翼。 the rotor blade drain groove is formed in a rotor blade drain groove forming range of the back surface of the blade effective portion,
When the length from the leading edge of the wing effective portion to the trailing edge of the wing effective portion along the back surface of the wing effective portion is L1,
7. The turbine blade according to claim 6, wherein the blade drain groove forming range is within a range between the leading edge of the blade effective portion and a position 15% of a length L1 from the leading edge of the blade effective portion toward the trailing edge of the blade effective portion.
高さＨ４は、翼高さＨ１の１５～８０％であり、
高さＨ２は、翼高さＨ１の１０～５０％であることを特徴とする請求項６記載のタービン動翼。 When the blade height of the effective blade portion is H1, the height of the shield member in the blade height direction is H2, the height of the rotor blade drain groove in the blade height direction is H3, and the sum of the heights H2 and H3 is H4,
The height H4 is 15 to 80% of the wing height H1,
7. The turbine rotor blade according to claim 6, wherein the height H2 is 10 to 50% of the blade height H1.
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