蒸气涡轮的水分除去装置及狭缝孔的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够将蒸气涡轮的湿润蒸气流中包含的水分高效率地除去的水分除去装置、及在静叶片叶片面上形成用于将附着于静叶片叶片面的水分取入的狭缝孔的方法。
【背景技术】
[0002]在蒸气涡轮的最终级附近，蒸气流的湿润度成为8%以上。由于从该湿润蒸气流产生的水滴而产生湿润损失，涡轮效率下降。而且，从该湿润蒸气产生的水滴与以高速旋转的动叶片碰撞而引起浸蚀现象。在湿润蒸气流中包含的水滴附着于静叶片表面而形成水膜。该水膜由湿润蒸气流施力，成为水膜流而向静叶片后缘侧流动。并且，在静叶片后缘撕碎，在静叶片的下游侧形成粗大水滴。该粗大水滴成为引起动叶片的腐蚀的较大的原因之一。
[0003]图16示出蒸气涡轮中的蒸气流的流动部位。静叶片100连接在设于转子轴(图示省略)侧的隔膜104与设于尖端侧的支承环106之间。湿润蒸气流s中包含的微小水滴dw较多地附着于静叶片100的表面、尤其是与静叶片背面bs相比面向湿润蒸气s的静叶片腹面fs，在静叶片叶片面处集聚而形成朝向静叶片后缘侧的水膜流sw。静叶片叶片面的水膜流SW从静叶片前缘fe侧向静叶片后缘re侧流动，在静叶片后缘re处撕碎而成为粗大水滴cw，粗大水滴cw与下游侧的动叶片发生碰撞而浸蚀动叶片表面。
[0004]图17示出静叶片出口部的湿润蒸气流s的速度三角形。与静叶片出口部的湿润蒸气流s的绝对速度Vs相比，粗大水滴cw的绝对速度Vcw减小。因此，在考虑了动叶片102的周速U的相对速度场中，与湿润蒸气流s的相对速度Ws相比，粗大水滴cw的相对速度Wcw增大，入射角减小而以高速与动叶片102的叶片面碰撞。由此，在动叶片102的尤其是周速大的叶片前端部附近容易受到粗大水滴cw产生的浸蚀。而且，由于粗大水滴cw的碰撞而动叶片102的制动损失增加。
[0005]因此，为了除去附着于静叶片表面的水滴，以往进行了形成在静叶片表面开口的狭缝孔，将附着于静叶片表面的水滴从该狭缝孔取入，并从蒸气流的流动部位中除去的方法。专利文献1及2公开了形成有上述狭缝孔的静叶片的结构。
[0006]图18?图21示出形成有上述狭缝孔的静叶片的例子。在图18中，静叶片100的轴向两端连接在设于转子轴108侧且与转子轴108分体的隔膜104和尖端侧的支承环106上。动叶片102经由轮盘转子110而与转子轴108—体形成。在静叶片腹面fs沿静叶片100的轴向形成有多个狭缝孔112，在静叶片背面bs沿静叶片100的轴向形成有多个狭缝孔114。在支承环106的内部形成有中空部106a。
[0007]如图19及图20所示，在静叶片100的内部形成有中空部100a。中空部100a经由形成于支承环106的孔106b而与中空部106a连通。中空部100a经由孔106c而与低压区域连通。附着于静叶片表面且朝向后缘流动的水膜流sw从狭缝孔112及114向中空部100a取入。在支承环106的后端也形成有狭缝槽116，狭缝槽116与低压区域连通。所述低压区域相对于蒸气流的流动部位，只要存在从狭缝孔112及114吸入水膜流sw并能够将吸入的水分向中空部106a排出的差压即可。
[0008]图20示出形成有在静叶片腹面开口的狭缝孔112的以往的例子。形成于静叶片腹面fs的水膜流SW越从静叶片前缘fe向静叶片后缘re行进，越聚集水滴而集聚量越增大。因此，在静叶片腹面fs形成狭缝孔的情况下，为了增多水分除去量，在能够与中空部100a连通的范围内，尽可能地形成在静叶片后缘侧。
[0009]而且，如图21所示，以往，形成于静叶片腹面fs的狭缝孔112的静叶片后缘侧壁面112a及静叶片前缘侧壁面112b如专利文献1公开那样，静叶片腹面fs相对于前缘侧基准面的倾斜角度A形成得大于90°。其理由是，与狭缝孔112的狭缝宽度h相比，稍扩宽狭缝孔112的入口开口 e及出口开口 f的宽度，并且通过使狭缝孔112朝向湿润蒸气流s的流动方向，而湿润蒸气流s容易进入狭缝孔。由此，将湿润蒸气流s向狭缝孔112积极地取入，伴随着湿润蒸气流s而将水膜流sw向狭缝孔112取入。
[0010]【在先技术文献】
[0011]【专利文献】
[0012]【专利文献1】日本特开平64-080705号公报
[0013]【专利文献2】日本特开平09-025803号公报
【发明内容】
[0014]【发明要解決的课题】
[0015]在图21所示的以往的狭缝孔112中，将大量的蒸气与水分一起取入，因此，蒸气流的泄漏损失增加，存在涡轮效率下降这样的问题。
[0016]本发明鉴于上述的问题点而作出，其目的在于通过静叶片的简单的加工，提高形成在静叶片叶片面上的水膜流的除去效率，并抑制蒸气流的泄漏损失，由此能够抑制涡轮效率的下降。
[0017]【用于解决课题的方案】
[0018]为了实现所述目的，本发明的蒸气涡轮的水分除去装置具备:水分除去流路，形成在静叶片的内部；及狭缝孔，在静叶片叶片面开口，与水分除去流路连通，且沿着与蒸气流交叉的方向延伸。并且，所述狭缝孔包括:相对于静叶片叶片面具有高低差的凹部；及与该凹部的底面和水分除去流路连通的一个以上的贯通孔。此外，在将狭缝孔的截面向静叶片高度方向投影后的投影面上，在凹部的底面开口的贯通孔的入口开口的区域占据凹部的投影宽度的一部分。
[0019]在本发明中，形成所述凹部而扩宽狭缝孔的入口开口(水分采取面积)，由此能够提高水分除去效率。另一方面，缩小与水分除去流路连通的贯通孔的截面积，由此能抑制作为能量存在利用价值的蒸气流的泄漏，并能够除去水分。
[0020]而且，在将狭缝孔的截面向静叶片高度方向投影后的投影面上，向凹部的底面开口的贯通孔的入口开口的区域占据凹部的投影宽度的一部分，由此在贯通孔的周围能够形成相对于静叶片叶片面具有高低差的凹部底面。从静叶片叶片面将水膜流先取入该凹部底面，之后，使水膜流流入贯通孔，由此能够提高从蒸气流的水分的分离效果。
[0021]贯通孔的形状可以采用各种形状。例如，贯通孔的轴向可以与凹部的底面垂直，或者可以与凹部的底面倾斜，根据设计条件能够适当地设定。而且，贯通孔的截面形状可以是例如圆形或方形，或者可以将贯通孔呈狭缝状地形成得细长。例如，若将入口开口侧区域形成为倒梯形形状的截面，则容易取入水分。
[0022]作为本发明的一方案，可以将狭缝孔的贯通孔形成在静叶片叶片面的尖端侧区域。在蒸气流动部位中，静叶片的轮毂侧区域比尖端侧区域的压力高。因此，若在叶片高度方向整个区域形成狭缝孔，则从形成于轮毂侧区域的贯通孔流入水分除去流路的蒸气形成从形成于尖端侧区域的贯通孔向蒸气流动部位逆流的循环流，水分除去效率可能会下降。因此，通过将贯通孔形成于尖端侧区域，能够消除上述循环流的形成。
[0023]作为本发明的一方案，可以是，使狭缝孔在静叶片叶片面开口，并使贯通孔的入口开口向与水分除去流路的后缘侧端部对应的静叶片叶片面侧开口，并使狭缝孔的出口开口与狭缝孔的后缘侧端部连通。形成于静叶片叶片面的水膜流通过蒸气流而朝向静叶片后缘流动，因此随着向静叶片后缘行进而水量增大。尤其是如前所述，形成于静叶片腹面的水膜流越从静叶片前缘向静叶片后缘行进，越聚集水滴而集聚量越增大。因此，将向静叶片腹面开口的狭缝在能够与水分除去流路连通的范围内尽可能形成于静叶片后缘侧，由此能够增加水分除去量。因此，在设有向静叶片腹面开口的狭缝孔的情况下，能够特别地增加水分除去量。
[0024]而且，在所述结构的基础上，可以使狭缝孔的轴向相对于静叶片叶片面的前缘侧基准面成为锐角。
[0025]需要说明的是，本说明书中，“静叶片叶片面的前缘侧基准面”在表现构成狭缝孔的壁面相对于静叶片叶片面的倾斜角的情况下，以比该壁面靠静叶片前缘侧的静叶片叶片面为基准。
[0026]通过所述结构，能够将与水分除去流路连通的贯通孔的出口开口向静叶片前缘侧配置，相应地能够将狭缝孔的入口开口向水分总集聚比例大的静叶片后端侧配置。因此，能够增大狭