蒸汽轮机的制作方法

1.本发明涉及蒸汽轮机。
2.本技术基于2020年2月25日在日本技术的特愿2020
‑
029441号主张优先权，并将其内容援引于此。


背景技术：

3.例如，如专利文献1所示，蒸汽轮机具备以轴线为中心旋转的转子、以及覆盖该转子的壳体。转子具有以轴线为中心沿轴向延伸的转子轴、以及固定于转子轴的外周并沿轴向排列的多个动叶栅。蒸汽轮机具有固定于壳体的内周、且配置于多列动叶栅的各列的上游侧的静叶栅。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开平9
‑
242502号公报
7.然而，在降低蒸汽轮机的动叶栅的转速时，动叶的圆周速度相对于喷嘴出口的蒸汽速度的比即速度比变小。这样，蒸汽的反动度变低，一组静叶栅和动叶栅的前后的蒸汽的压力差变小。在反动度低于0(负)时，静叶栅和动叶栅的上游侧的压力比下游侧的压力低，其结果是，产生蒸汽的逆流。


技术实现要素：

8.本发明提供一种即使动叶栅的转速变低，也能够抑制反动度降低从而抑制蒸汽的逆流的蒸汽轮机。
9.本发明的蒸汽轮机具备：转子轴，其能够以轴线为中心旋转；动叶栅，其固定于以所述轴线为基准的径向上的所述转子轴的外侧，且在所述轴线延伸的轴向上隔开间隔地配置有多个；壳体，其覆盖所述转子轴及多个所述动叶栅，在内部形成有能够供流体流通的主流路；多个静叶栅，其固定于所述径向上的所述壳体的内侧，相对于多个所述动叶栅分别配置于所述轴向的第一侧；以及引导构件，其配置于第一动叶栅与第二静叶栅之间，将所述流体从所述第一动叶栅朝向所述第二静叶栅引导，所述第一动叶栅在多个所述动叶栅之中在所述轴向上配置于最靠第一侧的位置，所述第二静叶栅相对于所述第一动叶栅配置于所述轴向的第二侧，所述动叶栅具备：多个动叶主体，其配置于所述主流路；护罩，其对应于各所述动叶主体配置于所述径向上的所述动叶主体的外侧；以及平台，其对应于各所述动叶主体配置于所述径向上的所述动叶主体的内侧，所述静叶栅具备：多个静叶，其配置于所述主流路；环状的外侧环，其配置于所述径向上的所述静叶的外侧；以及环状的内侧环，其配置于所述径向上的所述静叶的内侧，在从以所述轴线为中心的周向观察时，所述第二静叶栅的所述内侧环的外周面配置于比所述第一动叶栅的所述平台的外周面靠所述径向的内侧的位置，所述引导构件具有引导面，所述引导面以从所述第一动叶栅的所述护罩的外周面朝向所述第二静叶栅的所述外侧环的内周面的方式、且以随着从所述轴向的第一侧朝向第
二侧而朝向所述径向的内侧的方式倾斜地延伸。
10.根据本发明的蒸汽轮机，即使动叶栅的转速变低，也能够抑制反动度降低从而抑制蒸汽的逆流。
附图说明
11.图1是示出本发明的实施方式的蒸汽轮机的上半部的剖视图。
12.图2是示出上述蒸汽轮机的第一级和第二级的结构的剖视图。
13.附图标记说明：
14.1...蒸汽轮机；
15.10...壳体；
16.15...蒸汽主流路(主流路)；
17.18...空间部；
18.20...转子；
19.21...转子轴；
20.22...轴芯部；
21.23...圆盘部；
22.31...动叶栅；
23.31a...第一动叶栅；
24.31b...第二动叶栅；
25.32...动叶；
26.33...动叶主体；
27.33a...叶内端部；
28.33b...叶外端部；
29.33c...中间部；
30.34...护罩；
31.341...护罩内周面；
32.342...护罩外周面；
33.35...平台；
34.351...平台外周面；
35.41...静叶栅；
36.41a...第一静叶栅；
37.41b...第二静叶栅；
38.42...静叶；
39.43...外侧环；
40.431...环内周面；
41.46...内侧环；
42.461...环外周面；
43.50...级；
44.50a...调速级；
45.50b...第二级；
46.60...引导构件；
47.61...引导面；
48.611...前端；
49.612...后端；
50.ar...轴线；
51.da...轴向；
52.dau...第一侧；
53.dad...第二侧；
54.dc...周向；
55.dr...径向；
56.dri...内侧；
57.dro...外侧；
58.p1...压力；
59.p2...压力；
60.r...反动度；
61.s...蒸汽。
具体实施方式
62.以下，参照附图对用于实施本发明的蒸汽轮机的方式进行说明。但是，本发明并不仅限于该实施方式。
63.(蒸汽轮机的结构)
64.如图1所示，本实施方式的蒸汽轮机1具有以轴线ar为中心旋转的转子20、以及壳体10。
65.需要说明的是，为了方便以下的说明，将轴线ar延伸的方向简称为轴向da，将以轴线ar为基准的后述的轴芯部22的径向简称为径向dr，将以轴线ar为中心的轴芯部22的周向简称为周向dc。另外，轴向da的第一侧(一侧)dau是壳体10内的蒸汽(流体)s的流动方向的上游侧。轴向da的第二侧(另一侧)dad是壳体10内的蒸汽s的流动方向的下游侧。
66.(转子的结构)
67.转子20具有转子轴21和动叶栅31。转子轴21能够相对于壳体10以轴线ar为中心旋转。转子轴21具有轴芯部22和多个圆盘部23。轴芯部22以轴线ar为中心呈圆柱状的方式沿轴向da延伸。多个圆盘部23在轴向da上相互隔开间隔地配置。各圆盘部23以从轴芯部22向径向dr的外侧dro展开的方式与轴芯部22一体地形成。
68.(动叶栅的结构)
69.动叶栅31在径向dr上固定于转子轴21的外侧dro。动叶栅31沿着转子轴21的轴向da隔开间隔地配置有多个。在本实施方式的情况下，动叶栅31设置有7列。因此，在本实施方式的情况下，作为动叶栅31，设置有从第一级到第7级的动叶栅31。
70.各列的动叶栅31具有沿周向dc隔开间隔排列的多个动叶32。如图2所示，以第一级和第二级的动叶栅31为例，动叶32安装于作为转子轴21的外周部分的圆盘部23的外周。各
动叶32具有动叶主体33、护罩34和平台35。
71.动叶主体33沿周向dc隔开间隔配置有多个。各动叶主体33沿径向dr延伸。从轴向da观察时，各动叶主体33从径向dr的内侧dri朝向外侧dro而在周向dc上向转子20的旋转方向倾斜地延伸。也可以是，从轴向da观察时，各动叶主体33以径向dr的内侧dri的叶内端部33a与径向dr的外侧dro的叶外端部33b之间在周向dc上向转子20的旋转方向凹陷的方式呈弓形地弯曲。
72.护罩34和平台35与各动叶主体33对应地配置。护罩34在径向dr上配置于动叶主体33的外侧dro。平台35在径向dr上配置于动叶主体33的内侧dri。
73.对于护罩34，在朝向径向dr的内侧的面即护罩内周面341连接有作为径向dr上的动叶主体33的前端的叶外端部33b。对于平台35，在朝向径向dr的外侧的面即平台外周面351连接有作为径向dr上的动叶主体33的根部即叶内端部33a。因此，动叶主体33分别固定于护罩34和平台35。护罩34与平台35之间形成有在壳体10内供蒸汽s流动的蒸汽主流路(主流路)15的一部分。因此，动叶主体33配置于蒸汽主流路15。蒸汽主流路15以跨越多个动叶栅31和静叶栅41的方式在壳体10的内部沿轴向da延伸。蒸汽主流路15在转子20的周围形成环状。
74.(壳体的结构)
75.壳体10以覆盖转子轴21和多个动叶栅31、即转子20的方式设置。在壳体10内形成有蒸汽主流路15。在径向dr上的壳体10的内侧dri固定有静叶栅41。静叶栅41沿轴向da隔开间隔配置有多个。在本实施方式的情况下，对于静叶栅41的列数，与动叶栅31同样地设置有7列。因此，在本实施方式的情况下，作为静叶栅41，设置有从第一级到第7级的静叶栅41。多个静叶栅41相对于多列动叶栅31分别排列配置于轴向da的第一侧dau。
76.(静叶栅的结构)
77.如图1和图2所示，静叶栅41具有静叶42、外侧环43和内侧环46。静叶42沿周向dc隔开间隔配置有多个。外侧环43形成为以轴线ar为中心的环状。外侧环43在径向dr上配置于多个静叶42的外侧dro。内侧环46形成为以轴线ar为中心的环状。内侧环46在径向dr上配置于多个静叶42的内侧dri。因此，多个静叶42在径向dr上配置于外侧环43与内侧环46之间。对于外侧环43，在朝向径向dr的内侧的面即环内周面431连接有径向dr上的静叶42的前端。对于内侧环46，在朝向径向dr的外侧的面即环外周面461连接有径向dr上的静叶42的根部。因此，静叶42分别固定于外侧环43和内侧环46。环内周面431与环外周面461之间的环状的空间形成蒸汽主流路15的一部分。因此，静叶42配置于蒸汽主流路15。
78.(级的说明)
79.在此，对于多个动叶栅31和多个静叶栅41，将各动叶栅31和在第一侧dau与该动叶栅31相邻的静叶栅41的组称为级50。
80.在蒸汽轮机1中，构成在轴向da上位于最靠第一侧dau的第一级的级50的第一静叶栅41a和第一动叶栅31a成为调速级50a。调速级50a调节向轴向da的第二侧dad的级50输送的蒸汽s的流动来调整转子20的转速。第一静叶栅41a在多个静叶栅41之中在轴向da上配置于最靠第一侧dau的位置。第一动叶栅31a以比第一静叶栅41a接近轴向da的第二侧dad的方式与该第一静叶栅41a排列配置。因此，第一动叶栅31a在多个动叶栅31之中在轴向da上配置于最靠第一侧dau的位置。
81.调速级50a和在第二侧dad与调速级50a相邻的第二级50b以隔开空间部18的方式配置，该空间部18在轴向da上具有规定尺寸。空间部18形成蒸汽主流路15的一部分。第二级50b由第二静叶栅41b和第二动叶栅31b构成。第二静叶栅41b相对于第一动叶栅31a隔开空间部18地配置于轴向da的第二侧dad。第二动叶栅31b以比第二静叶栅41b接近轴向da的第二侧dad的方式与该第二静叶栅41b排列配置。
82.(第一级的动叶栅与第二级的静叶栅的位置关系)
83.如图2所示，在以与轴向da正交的方式从周向dc观察时，构成第二级50b的第二静叶栅41b配置于比构成调速级50a的第一动叶栅31a靠径向dr的内侧dri的位置。具体而言，在从周向dc观察时，第二静叶栅41b的内侧环46的外周面即环外周面461配置于比第一动叶栅31a的平台35的外周面即平台外周面351靠径向dr的内侧dri的位置。
84.另外，在从周向dc观察时，第二静叶栅41b的外侧环43的内周面即环内周面431配置于比第一动叶栅31a的护罩34的内周面即护罩内周面341靠径向dr的内侧dri的位置。进一步而言，优选的是，在从周向dc观察时，第二静叶栅41b的环内周面431配置于比第一动叶栅31a的动叶主体33的径向dr上的中间部33c靠径向dr的内侧dri的位置。在本发明的实施方式中，在从周向dc观察时，第二静叶栅41b的环内周面431配置于比第一动叶栅31a的平台35的外周面即平台外周面351靠径向dr的内侧dri的位置。
85.(引导构件的结构)
86.如图2所示，引导构件60配置于第一动叶栅31a与第二静叶栅41b之间。引导构件60将蒸汽s从第一动叶栅31a朝向第二静叶栅41b引导。本实施方式的引导构件60固定于第二静叶栅41b的外侧环43。引导构件60形成为筒状，且从外侧环43朝向轴向da的第一侧dau延伸。在引导构件60形成有朝向径向dr的内侧dri的引导面61。
87.引导面61以随着从轴向da的第一侧dau朝向第二侧dad而朝向径向dr的内侧dri的方式倾斜地延伸。引导面61以从护罩34中的朝向径向dr的外侧的面即护罩外周面342朝向第二静叶栅41b的环内周面431的方式倾斜地延伸。由此，引导构件60的内径从第一侧dau向第二侧dad逐渐缩小。因此，在第一动叶栅31a与第二静叶栅41b之间，在形成于引导面61与转子轴21的轴芯部22的外周面之间的圆环状的空间部18中，与轴线ar正交的截面积(空间部18的流路截面积)从第一侧dau朝向第二侧dad逐渐变小。需要说明的是，引导面61在沿轴向da的剖视观察下，从第一侧dau的前端611向第二侧dad的后端612，可以直线状地延伸，也可以弯曲。
88.另外，轴向da上的引导面61的前端611相对于第一动叶栅31a的护罩34配置于径向dr的外侧dro。由此，从径向dr观察时，引导面61与护罩34相互重合。另外，引导面61的前端611和护罩34优选尽量减小径向dr的间隔，从而抑制蒸汽从它们之间漏出。轴向da上的引导面61的前端611相对于第一动叶栅31a的护罩34配置于径向dr的外侧dro。轴向da上的引导面61的后端612配置于径向dr的位置与第二静叶栅41b的环内周面431相同的位置。
89.(蒸汽从第一级向第二级的流动)
90.穿过第一静叶栅41a的外侧环43与内侧环46之间、以及第一动叶栅31a的各动叶32的护罩34与平台35之间的蒸汽s在引导构件60的引导面61的作用下以随着朝向第二侧dad而朝向径向dr的内侧dri的方式流动。然后，到达第二静叶栅41b的蒸汽s穿过第二静叶栅41b的外侧环43与内侧环46之间、以及第二动叶栅31b的各动叶32的护罩34与平台35之间。
91.在此，对反动度进行说明。
92.反动度r是指级50中的动叶32的热降相对于级50中的热降的比。换言之，反动度r是指在每个级50的总焓的变化量之中，动叶32中的静焓的变化量所占的比例。或者，反动度是指级50中的动叶32的压力差相对于级50中的压力差的比。
93.因此，在将第二静叶栅41b的上游侧的蒸汽s的压力设为p1，将第二静叶栅41b的下游侧且第二动叶栅31b的上游侧的蒸汽s的压力设为p2，以及将第二动叶栅31b的下游侧的压力设为p3的情况下，第二级50b中的反动度r由下式所示。
94.r＝(p2
‑
p3)/(p1
‑
p3)
95.需要说明的是，在反动度为0的情况下，没有动叶32中的压力变化。另一方面，在反动度不为0的情况下，动叶32中的压力下降，而动叶32中的蒸汽s的流速上升。因此，在反动度不为0的情况下，蒸汽s在通过动叶32过程中膨胀。由该膨胀产生的反作用力作用于动叶32。在反动度为0的情况下，仅蒸汽s的冲动作用成为蒸汽s对动叶32的功，但在反动度不为0的情况下，除了蒸汽s的冲动作用之外，反动作用也成为蒸汽对动叶32的功。因此，反动度越大，叶片性能基本越高。
96.在各列的动叶栅31中，动叶栅31与转子轴21一起绕轴线ar旋转，由此，对动叶栅31的下游侧的蒸汽s的流动作用向径向dr的外侧dro的离心力。因此，在各静叶42处，蒸汽s的流动容易偏向靠近径向dr的外侧dro的外侧环43的位置。针对于此，通过了第一动叶栅31a的蒸汽s被引导构件60的引导面61引导，从而在第二静叶栅41b处朝向径向dr的内侧dri的内侧环46流动。由此，在静叶42处，能够抑制蒸汽s的流动偏向径向dr的外侧dro的外侧环43附近。其结果是，在静叶42处，能够提高径向dr的内侧dri的内侧环46附近的蒸汽s的压力。这样，通过提高第二静叶栅41b中的静叶42的内侧环46附近的蒸汽s的压力，能够抑制反动度r的降低。
97.(作用效果)
98.在上述结构的蒸汽轮机1中，通过了第一动叶栅31a的蒸汽s被引导构件60的引导面61引导，而被送入第二静叶栅41b的静叶42的内侧环46附近。其结果是，静叶42的内侧环46附近的蒸汽s的压力升高。由此，能够增大第二静叶栅41b及第二动叶栅31b的上游侧与下游侧的压力差。因此，即使第一动叶栅31a的转速降低，也能够抑制反动度降低从而抑制蒸汽s的逆流。
99.另外，在位于最靠轴向da的第一侧dau的所谓的调速级50a即第一动叶栅31a与位于其下游侧的第二静叶栅41b之间，将蒸汽s的流动向径向dr的内侧dri引导，从而即使调速级50a的动叶栅31的转速变低，也能够抑制反动度降低从而抑制蒸汽s的逆流。
100.另外，引导构件60的前端611配置于第一动叶栅31a的护罩34的径向dr的外侧dro。由此，能够抑制从第一动叶栅31a向下游侧流出的蒸汽向护罩34的径向dr的外侧dro漏出。其结果是，能够向第二静叶栅41b高效地引导蒸汽。
101.另外，由引导面61引导至径向dr的内侧dri的蒸汽s的流动被引导到配置于比第一动叶栅31a的护罩34靠径向dr的内侧dri的第二静叶栅41b的外侧环43的径向dr的内侧dri。由此，能够可靠地提高第二静叶栅41b中的蒸汽s的压力。
102.进而，由引导面61引导至径向dr的内侧dri的蒸汽s的流动被引导到配置于比第一动叶栅31a的动叶主体33的径向dr上的中间部靠径向dr的内侧dri的第二静叶栅41b的外侧
环43的径向dr的内侧dri。由此，能够进一步可靠地提高第二静叶栅41b中的蒸汽s的压力。
103.此外，由引导面61引导至径向dr的内侧dri的蒸汽s的流动被引导到配置于比第一动叶栅31a的平台外周面351靠径向dr的内侧dri的第二静叶栅41b的外侧环43的环内周面431的径向dr的内侧dri。由此，能够更进一步提高第二静叶栅41b中的蒸汽s的压力。
104.(其他实施方式)
105.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体结构不限于该实施方式，还包含在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。
106.需要说明的是，引导构件60只要是将蒸汽s从第一动叶栅31a朝向第二静叶栅41b引导的结构即可。因此，引导构件60不限于固定于第二静叶栅41b的外侧环43。例如，引导构件60也可以固定于壳体10。
107.另外，对于蒸汽轮机1的各部的结构，可以适当变更。
108.<附注>
109.实施方式所记载的蒸汽轮机1例如如以下那样进行掌握。
110.(1)第一方案的蒸汽轮机1具备：转子轴21，其能够以轴线ar为中心旋转；动叶栅31，其固定于以所述轴线ar为基准的径向dr上的所述转子轴21的外侧dro，且在所述轴线ar延伸的轴向da上隔开间隔配置地有多个；壳体10，其覆盖所述转子轴21及多个所述动叶栅31，在内部形成有能够供流体流通的主流路；多个静叶栅41，其固定于所述径向dr上的所述壳体10的内侧dri，相对于多个所述动叶栅31分别配置于所述轴向da的第一侧dau；以及引导构件60，其配置于第一动叶栅31a与第二静叶栅41b之间，将所述流体从所述第一动叶栅31a朝向所述第二静叶栅41b引导，所述第一动叶栅31a在多个所述动叶栅31之中在所述轴向da上配置于最靠第一侧dau的位置，所述第二静叶栅41b相对于所述第一动叶栅31a配置于所述轴向da的第二侧dad，所述动叶栅31具备：多个动叶主体33，其配置于所述主流路；护罩34，其对应于各所述动叶主体33配置于所述径向dr上的所述动叶主体33的外侧dro；以及平台35，其对应于各所述动叶主体33配置于所述径向dr上的所述动叶主体33的内侧dri，所述静叶栅41具备：多个静叶42，其配置于所述主流路；环状的外侧环43，其配置于所述径向dr上的所述静叶42的外侧dro；以及环状的内侧环46，其配置于所述径向dr上的所述静叶42的内侧dri，在从所述周向dc观察时，所述第二静叶栅41b的所述内侧环46的外周面配置于比所述第一动叶栅31a的所述平台35的外周面靠所述径向dr的内侧dri的位置，所述引导构件60具有引导面61，所述引导面61以从所述第一动叶栅31a的所述护罩34的外周面朝向所述第二静叶栅41b的所述外侧环43的内周面的方式、且以随着从所述轴向da的第一侧dau朝向第二侧dad而朝向所述径向dr的内侧dri的方式倾斜地延伸。
111.在该蒸汽轮机1中，通过了第一动叶栅31a的蒸汽s被引导构件60的引导面61引导，而被送入到第二静叶栅41b的静叶42的内侧环46附近。其结果是，静叶42的内侧环46附近的蒸汽s的压力升高。由此，能够增大第二静叶栅41b及第二动叶栅31b的上游侧与下游侧的压力差。因此，即使第一动叶栅31a的转速变低，也能够抑制反动度降低从而抑制蒸汽s的逆流。
112.(2)第二方案的蒸汽轮机1在(1)的蒸汽轮机1的基础上，所述轴向da上的所述引导面61的第一侧dau的前端相对于所述第一动叶栅31a的所述护罩34配置于所述径向dr的外侧dro。
113.由此，能够抑制从第一动叶栅31a向下游侧流出的蒸汽向护罩34的径向dr的外侧dro漏出。其结果是，能够向第二静叶栅41b高效地引导蒸汽。
114.(3)第三方案的蒸汽轮机1在(1)或(2)的蒸汽轮机1的基础上，所述第二静叶栅41b的所述外侧环43的内周面相对于第一动叶栅31a的所述护罩34配置于所述径向dr的内侧dri。
115.由此，由引导面61引导至径向dr的内侧dri的蒸汽s的流动被引导到配置于比第一动叶栅31a的护罩34靠径向dr的内侧dri的第二静叶栅41b的外侧环43的径向dr的内侧dri。由此，能够可靠地提高第二静叶栅41b中的蒸汽s的压力。
116.(4)第四方案的蒸汽轮机1在(3)的蒸汽轮机1的基础上，所述第二静叶栅41b的所述外侧环43的所述内周面配置于比第一动叶栅31a的所述动叶主体33的所述径向dr上的中间部靠所述径向dr的内侧dri的位置。
117.由此，由引导面61引导至径向dr的内侧dri的蒸汽s的流动被引导到配置于比第一动叶栅31a的动叶主体33的径向dr上的中间部靠径向dr的内侧dri的第二静叶栅41b的外侧环43的径向dr的内侧dri。由此，能够进一步可靠地提高第二静叶栅41b中的蒸汽s的压力。
118.(5)第五方案的蒸汽轮机1在(4)的蒸汽轮机1的基础上，所述第二静叶栅41b的所述外侧环43的所述内周面配置于比第一动叶栅31a的所述平台35的所述外周面靠所述径向dr的内侧dri的位置。
119.由此，由引导面61引导至径向dr的内侧dri的蒸汽s的流动被引导到配置于比第一动叶栅31a的外周面靠径向dr的内侧dri的第二静叶栅41b的外侧环43的内周面的径向dr的内侧dri。由此，能够更进一步提高第二静叶栅41b中的蒸汽s的压力。
120.产业上的可利用性
121.根据本发明的蒸汽轮机，即使动叶栅的转速变低，也能够抑制反动度降低从而抑制蒸汽的逆流。