| 【発明の名称】 |
二分流排気式の蒸気タービン |
| 【発明者】 |
【氏名】大倉 清
【氏名】石坂 浩一
【氏名】中澤 民暁
【氏名】原田 茂
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| 【要約】 |
【課題】騒音の発生を低減した二分流排気式の蒸気タービンを提供することを目的とする。
【解決手段】中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、蒸気供給管１０からの噴流で生じる高流速のポテンシャルコア１内に蒸気入口管３０の管壁が入るのを防ぐため、蒸気入口管３０の狭まり角度αを８°以下とすることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、蒸気供給管からの噴流で生じる高流速のポテンシャルコア内に蒸気入口管の管壁が入るのを防ぐため、蒸気入口管の狭まり角度を８°以下とすることを特徴とする二分流排気式の蒸気タービン。
【請求項２】 中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、蒸気供給管及びタービン入口室と蒸気入口管との接続部で生じる剥離流を低減するため、前記蒸気供給管及びタービン入口室に対する前記蒸気入口管の接続部での曲率が連続となるよう滑らかな形状とすると共に、前記蒸気入口管の曲率半径を下記範囲に設定することを特徴とする二分流排気式の蒸気タービン。
５Ｒ＞ｒ＞０．１５Ｒｒ：蒸気入口管の曲率半径Ｒ：蒸気供給管の半径（＝Ｄ／２）
【請求項３】 中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、内車室の円周上に複数個配置される支持棒の中、蒸気供給管からの噴流で生じるポテンシャルコア内に設置される支持棒の断面形状を長円形断面又は流線型とすることを特徴とする二分流排気式の蒸気タービン。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二分流排気式の蒸気タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】二分流排気式の蒸気タービンの概念図を図６に示す。同図に示す二分流排気式の蒸気タービンは、タービンの主蒸気入口部が板金製であり、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出することができるよう、外車室２０、内車室４０、ロータ７０等が左右対称に配置されている。即ち、図６に示すように、タービン外車室２０内に配置された内車室４０にはロータ７０が回転自在に支持されると共に外車室２０の中央部には蒸気供給管（クロスオーバ管）１０が連結され、この蒸気供給管１０と内車室４０との間には蒸気入口管３０が位置している。
【０００３】内車室４０の中央部には、蒸気入口管３０に接続する円環状の蒸気入口室（タービン入口室）６０が設けられると共に１段静翼及び複数段の静翼４１が径を拡大するように左右対称に配置され、また、前記ロータ７０にはこれら静翼４１の間隙に位置するよう１段動翼及び複数段の動翼７１が配置されている。内車室４０の入口及びタービン入口室６０には内車室４０の形状保持のため支持棒５０が円周上に配置されている。
【０００４】従って、図７に示すように、蒸気供給管１０からタービン外車室２０に流入した蒸気は、蒸気入口管３０により円環状の蒸気入口室６０に供給され、左右に別れ、複数段の動翼７１、静翼４１を経た後、外車室２０内部に排気される。ここで、蒸気入口管３０は、タービン入口室６０の円周上に出来るだけ均等に蒸気を供給するために、図８に示すように、円形の外車室入口から内車室入口まで断面形状を徐々に扁平形状に変化させるような形状となっている。
【０００５】つまり、蒸気入口管３０の外車室入口形状は円形であり、その内車入口形状は長円形をなし、断面は円形から長円形まで直線的に変化する形状となっている。また、図７に示すように、蒸気供給管１０の径Ｄ、内車室４０入口幅Ｂ、及び蒸気入口管３０の長さＨで決まる蒸気入口管３０の狭まり角度αは数十度（例えば、２０ー 〜３０ー ）と大きな角度となっている。そのため、蒸気入口管３０に流入した蒸気は軸方向には管壁によって流れが狭められるが、軸直角方向には殆ど広がらないため、有効流路面積が小さくなり、内車室４０入口部の流速は非常に大きくなる。
【０００６】しかも、蒸気入口管３０は蒸気供給管１０、及びタービン入口室６０との接続部で滑らかに（勾配が連続になるように）接続されていないため、各々の接続部下流で剥離流が生じ、また、蒸気流が内車室４０の入口及びタービン入口室６０に配置されている支持棒５０に当たる。そのため、流体乱れ、及びこれによって発生する流体騒音が大きくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の二分流排気式の蒸気タービンでは、（１）流れ面での形状最適化がなされていない（流路面積が狭く局所的に高流速となっている）、（２）縮小、拡大部が滑らかでない、（３）流路内に支持棒５０（ステーバー）等の補強部材が有る、等の構造のため、蒸気流れの損失が大きく効率の低下、高レベルの騒音発生を招いている。本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、騒音の発生を低減した二分流排気式の蒸気タービンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る二分流排気式の蒸気タービンは、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、蒸気供給管からの噴流で生じる高流速のポテンシャルコア内に蒸気入口管の管壁が入るのを防ぐため、蒸気入口管の狭まり角度αを８°以下とすることを特徴とする。
【０００９】上記目的を達成する本発明の請求項２に係る二分流排気式の蒸気タービンは、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、蒸気供給管及びタービン入口室と蒸気入口管との接続部で生じる剥離流を低減するため、前記蒸気供給管及びタービン入口室に対する前記蒸気入口管の接続部での曲率が連続となるよう滑らかな形状とすると共に、前記蒸気入口管の曲率半径を下記範囲に設定することを特徴とする。
５Ｒ＞ｒ＞０．１５Ｒｒ：蒸気入口管の曲率半径Ｒ：蒸気供給管の半径（＝Ｄ／２）
【００１０】上記目的を達成する本発明の請求項３に係る二分流排気式の蒸気タービンは、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、内車室の円周上に複数個配置される支持棒の中、蒸気供給管からの噴流で生じるポテンシャルコア内に設置される支持棒の断面形状を長円形断面又は流線型とすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕一般に円管１から自由空間中に噴出する気体噴流の形状は、図１に示すように、管内の流速が維持され一様な流速分布を有する円錐状のポテンシャルコア２と、外部静止流体との間で剪断流が生じて乱れの大きな混合層３とに分けられる。ポテンシャルコア２の長さは、経験的に円管径の略４倍といわれており、円管軸とポテンシャルコア表面とのなす角度はtanh-1［（１／２Ｄ）／（４Ｄ）］≒８°となる。
【００１２】このため、図２に示すように、蒸気供給管１０からの噴流で生じる高流速のポテンシャルコア２内に蒸気入口管３０の管壁が入るのを防ぐため、車室入口幅Ｂを狭まり角度αが８度以下となるように設定する。本実施例では、蒸気供給管１０からの噴流で生じる高流速のポテンシャルコア２内に蒸気入口管３０の管壁が入らないため、流れ損失が低減すると共に、内車室４０入口部の流速が低減し、発生騒音を大幅に低減することが出来る。
【００１３】〔実施例２〕蒸気入口管３０において、蒸気供給管１０及びタービン入口室６０との接続部で生じる剥離流を低減するため、図３に示すように、蒸気供給管１０及びタービン入口室６０に対する接続部での曲率が連続となるよう滑らかな形状とすると共に、各部の曲率半径を下記範囲に設定する。
【００１４】５Ｒ＞ｒ＞０．１５Ｒｒ：蒸気入口管３０の曲率半径Ｒ：蒸気供給管１０の半径（＝Ｄ／２）
ここで、蒸気入口管３０の曲率半径ｒの上限値（ｒ／Ｒ＝５）及び下限値（ｒ／Ｒ＝０．１５）は、数値解析及び実験により経験的に求めたものである。本実施例では、蒸気入口管３０を上記範囲に属するような滑らかな形状としたため、蒸気供給管１０及びタービン入口室６０との接続部で生じる剥離流が低減され、剥離が抑制され発生騒音が低減されるという効果を奏する。
【００１５】〔実施例３〕図４に示すように、内車室４０の円周上に複数個配置される支持棒５０の中、蒸気供給管１０からの噴流で生じるポテンシャルコア２内に設置される支持棒５０の断面形状を下記の通り、長円形断面又は流線型とする。
（１）長円形断面図５（ａ）に示すように、支持棒５０の断面形状を下式の範囲に入るような長円形とする。
ｂ≧２．５ａａ：長円形断面の短辺ｂ：長円形断面の長辺ここで、長円形断面の短辺ａと長辺ｂの比（ｂ／ａ＝２．５）は、数値解析及び実験により経験的に求めたものである。
【００１６】（２）流線型断面図５（ｂ）に示すように、支持棒５０の断面形状を下式の範囲に入るような流線型とする。
ｃ≧２．５ｄｄ：流線型断面の短辺ｃ：流線型断面の長辺ここで、流線型断面の短辺ｄと長辺ｃの比（ｃ／ｄ＝２．５）は、数値解析及び実験により経験的に求めたものである。本実施例では、支持棒５０の断面形状を長円形又は流線型としたため、高流速中に設置される支持棒５０の損失が円柱断面形状等に比し、１／２以下に低減されるため発生騒音も低減する。
【００１７】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の請求項１に係る二分流排気式の蒸気タービンは、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、蒸気入口管の狭まり角度を８°以下とするため、蒸気供給管からの噴流で生じる高流速のポテンシャルコア内に蒸気入口管の管壁が入るのを防ぐことができ、発生騒音も低減する。
【００１８】また、本発明の請求項２に係る二分流排気式の蒸気タービンは、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、前記蒸気供給管及びタービン入口室に対する前記蒸気入口管の接続部での曲率が連続となるよう滑らかな形状とすると共に、前記蒸気入口管の曲率半径を、５Ｒ＞ｒ＞０．１５Ｒ（但し、ｒ：蒸気入口管の曲率半径、Ｒ：蒸気供給管の半径（＝Ｄ／２）に設定するため、蒸気供給管及びタービン入口室と蒸気入口管との接続部で生じる剥離流を低減することができ、発生騒音も低減する。
【００１９】また、本発明の請求項３に係る二分流排気式の蒸気タービンは、中央部に供給された蒸気を軸方向両端部から排出する二分流排気式の蒸気タービンにおいて、内車室の円周上に複数個配置される支持棒の中、蒸気供給管からの噴流で生じるポテンシャルコア内に設置される支持棒の断面形状を長円形断面又は流線型とするため、高流速中に設置される支持棒の損失が円柱断面形状等に比し、１／２以下に低減され、発生騒音も低減する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２８日（２０００．１１．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８４９９
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 俊郎 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６１７０６（Ｐ２００２−１６１７０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６０７９８（Ｐ２０００−３６０７９８） |
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