JP7399043B2 - geothermal turbine - Google Patents
geothermal turbine Download PDFInfo
- Publication number
- JP7399043B2 JP7399043B2 JP2020122019A JP2020122019A JP7399043B2 JP 7399043 B2 JP7399043 B2 JP 7399043B2 JP 2020122019 A JP2020122019 A JP 2020122019A JP 2020122019 A JP2020122019 A JP 2020122019A JP 7399043 B2 JP7399043 B2 JP 7399043B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- geothermal turbine
- rotor shaft
- stator vane
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本開示は、地熱タービンに関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates to geothermal turbines.
従来より、地熱源（生産井）から得られた蒸気により地熱タービンを駆動して発電を行う地熱フラッシュ発電が利用されている。 Geothermal flash power generation has conventionally been used in which steam obtained from a geothermal source (production well) drives a geothermal turbine to generate electricity.
地熱源から噴出する高温の熱水は、カルシウムやシリカ等の物質を多く含むため、これらの物質がセパレータで除去しきれないミストとともに地熱タービンへ運ばれて地熱タービンの初段静翼に付着すると、初段静翼上に炭酸カルシウムや非晶質シリカなどのスケールが析出する。スケールが析出すると、初段静翼間の流路が狭くなり、地熱タービン（蒸気タービン）の性能低下を招く虞がある。 High-temperature hot water ejected from a geothermal source contains many substances such as calcium and silica, so when these substances are carried to the geothermal turbine along with the mist that cannot be removed by the separator and adhere to the first-stage stator blade of the geothermal turbine, Scales such as calcium carbonate and amorphous silica are deposited on the first stage stator blades. When scale precipitates, the flow path between the first-stage stationary blades becomes narrower, which may lead to a decrease in the performance of the geothermal turbine (steam turbine).
特許文献１には、静翼段の翼本体部（プロファイル）の内部に冷却水通路を形成し、冷却水通路を流れる冷却水により、翼本体部を冷却して翼本体部の温度を下げることによって、スケールの付着を防止することが開示されている。
本発明者らの新たな知見によれば、翼本体部の壁面において発達する境界層を流れる蒸気を冷却することで、スケールの付着を効果的に抑制できる。なお、特許文献１のような、翼本体部（プロファイル）の内部に冷却水通路が形成された静翼段は、その構造が複雑なものになり、静翼段の製造費用の高額化を招く虞がある。
According to the new findings of the present inventors, scale adhesion can be effectively suppressed by cooling the steam flowing through the boundary layer that develops on the wall surface of the blade body. In addition, a stator vane stage in which a cooling water passage is formed inside the blade main body (profile) as in
上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、静翼段へのスケールの付着による蒸気流路の閉塞を抑制し、地熱タービンの効率低下を抑制できる地熱タービンを提供することにある。 In view of the above-mentioned circumstances, an object of at least one embodiment of the present disclosure is to provide a geothermal turbine that can suppress blockage of a steam flow path due to scale adhesion to a stationary blade stage and suppress a decrease in efficiency of the geothermal turbine. It is in.
本開示にかかる地熱タービンは、
ロータシャフトと、
前記ロータシャフトを収容するケーシングと、
前記ケーシングの内側に支持された少なくとも１つの静翼段と、
前記少なくとも１つの静翼段の蒸気流路を通過する蒸気を冷却するための少なくとも１つの冷却管であって、前記少なくとも１つの静翼段のスロート部よりも上流側に配置され、且つ、少なくとも一部が前記蒸気流路に露出している少なくとも１つの冷却管と、を備える。
The geothermal turbine according to the present disclosure includes:
rotor shaft and
a casing that accommodates the rotor shaft;
at least one stator vane stage supported inside the casing;
at least one cooling pipe for cooling steam passing through the steam flow path of the at least one stator vane stage, the cooling pipe being disposed upstream of the throat portion of the at least one stator vane stage, and at least at least one cooling pipe, a portion of which is exposed to the vapor flow path.
本開示の少なくとも一実施形態によれば、静翼段へのスケールの付着による蒸気流路の閉塞を抑制し、地熱タービンの効率低下を抑制できる地熱タービンが提供される。 According to at least one embodiment of the present disclosure, a geothermal turbine is provided that can suppress blockage of a steam flow path due to scale adhesion to a stator blade stage and suppress a decrease in efficiency of the geothermal turbine.
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present disclosure, and are merely illustrative examples. do not have.
For example, expressions expressing relative or absolute positioning such as "in a certain direction,""along a certain direction,""parallel,""orthogonal,""centered,""concentric," or "coaxial" are strictly In addition to representing such an arrangement, it also represents a state in which they are relatively displaced with a tolerance or an angle or distance that allows the same function to be obtained.
For example, expressions such as "same,""equal," and "homogeneous" that indicate that things are in an equal state do not only mean that things are exactly equal, but also have tolerances or differences in the degree to which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
For example, expressions expressing shapes such as squares and cylinders do not only refer to shapes such as squares and cylinders in a strict geometric sense, but also include uneven parts and chamfers to the extent that the same effect can be obtained. Shapes including parts, etc. shall also be expressed.
On the other hand, the expressions "comprising,""including," or "having" one component are not exclusive expressions that exclude the presence of other components.
Note that similar configurations may be given the same reference numerals and explanations may be omitted.
（地熱発電システム）
図１は、本開示の一実施形態にかかる地熱タービンを備える地熱発電システムの構成の一例を概略的に示す概略構成図である。
地熱発電システム１０は、地下深部の熱源により高温高圧の熱水および蒸気を発生する生産井１１と、生産井から得られた熱水と蒸気とを分離するセパレータ１２と、セパレータ１２において分離された熱水が戻される還元井１３と、セパレータ１２において分離された蒸気により駆動する地熱タービン（蒸気タービン）１と、地熱タービン１に接続された発電機１４と、地熱タービン１を通過した蒸気を温水化する復水器１５と、復水器１５において生じた温水を冷却する冷却塔１６と、を備える。
(Geothermal power generation system)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an example of the configuration of a geothermal power generation system including a geothermal turbine according to an embodiment of the present disclosure.
The geothermal
（地熱タービン）
図２は、本開示の一実施形態にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。
幾つかの実施形態にかかる地熱タービン１は、図２に示されるように、ロータシャフト２と、ロータシャフト２を収容するケーシング３と、ケーシング３の内側に支持された少なくとも１つの静翼段４と、を少なくとも備える。図示される実施形態では、地熱タービン１は、ロータシャフト２の周りに設けられた少なくとも１つの動翼段５と、少なくとも１つの冷却管６と、をさらに備える。
(geothermal turbine)
FIG. 2 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to an embodiment of the present disclosure.
As shown in FIG. 2, the
図示される実施形態では、少なくとも１つの静翼段４は、複数の静翼段４を含み、少なくとも１つの動翼段５は、複数の動翼段５を含む。複数の動翼段５の夫々は、ロータシャフト２の軸方向において、複数の静翼段４のうちの１つの静翼段４に対して、隙間を介して対向するように配置されている。
In the illustrated embodiment, at least one
以下、ロータシャフト２の軸方向Ｘ、すなわち地熱タービン１の軸方向（軸線ＬＡの延在する方向、図２中左右方向）、における初段の動翼段５（５Ａ）に対して初段の静翼段４（４Ａ）が位置する側（図２中左側）を前方側ＸＦと称し、上記前方側とは反対側（図２中右側）を後方側ＸＲと称することがある。例えば、初段の静翼段４Ａは、初段の動翼段５Ａよりも前方側（上流側）に配置されている。また、複数の静翼段４および複数の動翼段５を通過する蒸気は、軸方向における前方側から後方側に流れるため、上記前方側を上流側と称すことがあり、上記後方側を下流側と称すことがある。また、ロータシャフト２の径方向を単に径方向と称し、ロータシャフト２の周方向を単に周方向と称することがある。
Hereinafter, the stator blade of the first stage with respect to the rotor blade stage 5 (5A) of the first stage in the axial direction X of the
複数の静翼段４の夫々は、複数の翼本体部４１と、複数の翼本体部４１の各々の外周部を支持する外輪４２と、複数の翼本体部４１の各々の内周部を支持する内輪４３と、を含む。
Each of the plurality of
ロータシャフト２は、不図示の軸受を介してケーシング３に回転可能に支持されており、軸線ＬＡ回りに回転可能となっている。図示される実施形態では、ロータシャフト２は、ロータシャフト２の軸線ＬＡに沿って長手方向を有するシャフト部２１と、シャフト部２１の外面２２から径方向における外側に円板状に突出する複数のディスク部２３と、を含む。複数のディスク部２３の夫々は、複数の動翼段５のうちの１つの動翼段５が外周に取り付けられる。
The
ケーシング３は、複数の静翼段４のうちの１つの静翼段４の外輪４２を各々が支持する複数の外輪支持部３１を含む。複数の外輪支持部３１や複数の静翼段４は、ロータシャフト２や複数の動翼段５の回転に連動せずに静止している。ケーシング３の内部には、初段静翼４Ａ（初段静翼段）に蒸気を導入するための吸気室３２が形成されている。吸気室３２には、ケーシング３に形成された不図示の吸気口を通じて、上述したセパレータ１２において分離された蒸気が導入される。吸気室３２に導入された蒸気は、初段静翼４Ａに軸方向における前方側から軸方向に沿って導かれる。ケーシング３の内部には、複数の静翼段４や複数の動翼段５を通過する蒸気が、軸方向における前方側から後方側に流れる蒸気流路４４が形成されている。
The
地熱タービン１は、軸方向における後方側に軸方向に沿って流れて複数の静翼段４および複数の動翼段５を通過する蒸気を作動流体とし、作動流体が有するエネルギーをロータシャフト２の回転エネルギーに変換するように構成されている。複数の静翼段４の夫々は、複数の翼本体部４１がロータシャフト２の周方向に沿って互いに間隔を空けて配設されており、周方向において隣接する２つの翼本体部４１の間に翼間流路４４Ａが形成されている。蒸気流路４４は、翼間流路４４Ａを含む。複数の静翼段４の夫々は、蒸気が翼間流路４４Ａを通過する際に、蒸気を整流する。複数の動翼段５の夫々は、前段の静翼段４により整流された蒸気を受けて、蒸気から受ける力を回転力に変換し、ロータシャフト２を回転させる。ロータシャフト２の回転により、ロータシャフト２に機械的に接続された上述した発電機１４が駆動して発電する。
The
（冷却管）
図３は、第１の実施形態にかかる地熱タービンの初段静翼を軸方向における前方側から視た状態を概略的に示す概略図である。図４は、第１の実施形態にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図５は、第１の実施形態にかかる地熱タービンを説明するための説明図である。図６は、第１の実施形態の第１の変形例にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図７は、第１の実施形態の第１の変形例にかかる地熱タービンを説明するための説明図である。図８は、第１の実施形態の第２の変形例にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図９は、第１の実施形態の第２の変形例にかかる地熱タービンを説明するための説明図である。
(cooling pipe)
FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the first stage stationary blade of the geothermal turbine according to the first embodiment, viewed from the front side in the axial direction. FIG. 4 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of the geothermal turbine according to the first embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the geothermal turbine according to the first embodiment. FIG. 6 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to a first modification of the first embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a geothermal turbine according to a first modification of the first embodiment. FIG. 8 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to a second modification of the first embodiment. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a geothermal turbine according to a second modification of the first embodiment.
図１０は、第２の実施形態にかかる地熱タービンの初段静翼を軸方向における前方側から視た状態を概略的に示す概略図である。図１１は、第２の実施形態にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図１２は、第２の実施形態にかかる地熱タービンを説明するための説明図である。図１３は、第２の実施形態の第１の変形例にかかる地熱タービンを説明するための説明図である。図１４は、第２の実施形態の第２の変形例にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。 FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a first stage stationary blade of a geothermal turbine according to a second embodiment, viewed from the front side in the axial direction. FIG. 11 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to the second embodiment. FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a geothermal turbine according to the second embodiment. FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a geothermal turbine according to a first modification of the second embodiment. FIG. 14 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to a second modification of the second embodiment.
幾つかの実施形態にかかる地熱タービン１は、図２に示されるように、上述したロータシャフト２と、上述したケーシング３と、上述した少なくとも１つの静翼段４と、を備える。地熱タービン１は、図２～図１４に示されるように、少なくとも１つの静翼段４の蒸気流路４４を通過する蒸気を冷却するための少なくとも１つの冷却管６をさらに備える。少なくとも１つの冷却管６は、少なくとも１つの静翼段４のスロート部４５よりも上流側に配置され、且つ、少なくとも一部が蒸気流路４４に露出している。
As shown in FIG. 2, the
図５、図７、図９、図１２、図１３に示されるように、複数の翼本体部４１の夫々は、前縁４６と後縁４７との間に延在する一面である圧力面４８と、前縁４６と後縁４７との間に延在する他面である負圧面４９と、を含む。圧力面４８は、凹状に湾曲する面を含み、負圧面４９は、凸状に湾曲する面を含む。周方向において互いに隣接する２つの翼本体部４１のうちの、一方の翼本体部４１の隣接側の圧力面４８と、他方の翼本体部４１の隣接側の負圧面４９と、の間に上述した翼間流路４４Ａが形成されている。翼間流路４４Ａのうち、最も流路面積が小さい部分を、上述したスロート部４５という。また、翼間流路４４Ａを蒸気が通過するため、翼本体部４１の壁面４０（圧力面４８および負圧面４９を含む）において、境界層ＢＬが発達する。
5, FIG. 7, FIG. 9, FIG. 12, and FIG. and a suction surface 49 that is the other surface extending between the
図示される実施形態では、例えば、図３、図１０に示されるように、冷却管６は、蒸気を冷却するための冷却水が流通可能な冷却水流路６０が内部に形成されている。地熱タービンは、図３、図１０に示されるように、冷却水流路６０に冷却水を導くための入口流路７１が内部に形成された入口管７２と、冷却水流路６０から冷却水を排出するための出口流路７３が内部に形成された出口管７４と、をさらに備える。入口流路７１は、その一方側に冷却水供給口７５が接続され、その他方側に冷却水流路６０が接続されている。出口流路７３は、その一方側に冷却水排出口７６が接続され、その他方側に冷却水流路６０が接続されている。なお、他の幾つかの実施形態では、冷却管６は、冷却水以外の冷媒を流通させるように構成されていてもよい。また、入口流路７１および出口流路７３の冷却水流路６０との接続形態は、図示例に限定されない。
In the illustrated embodiment, for example, as shown in FIGS. 3 and 10, the
冷却水供給源７７から冷却水供給口７５に冷却水が供給される。冷却水供給口７５を通じて入口流路７１に送られた冷却水は、入口流路７１、冷却水流路６０および出口流路７３を流れた後に、冷却水排出口７６を通じてケーシング３の外部に排出される。冷却水流路６０を流れる冷却水は、蒸気流路４４を流れる蒸気よりも低温である。冷却水流路６０を流れる冷却水に冷却管６を通じて、冷却管６に面する蒸気流路４４を流れる蒸気の熱が伝達されることで、冷却管６に面する蒸気流路４４を流れる蒸気が冷却される。
Cooling water is supplied from the cooling
上記の構成によれば、少なくとも１つの冷却管６は、静翼段４のスロート部４５よりも上流側に配置され、且つ、少なくとも一部が蒸気流路４４に露出している。このため、冷却管６によって、下流側において静翼段４の壁面４０において発達する境界層ＢＬに沿って流れる蒸気を、この蒸気の流れ方向における上流側（スロート部４５よりも上流側）において冷却できる。冷却管６により冷却された蒸気は、境界層ＢＬに沿って下流側に流れて、上記壁面４０を冷却して上記壁面４０の温度を下げる。上記壁面４０の温度を下げることで、壁面４０に付着した水分の蒸発を抑制して壁面４０の湿潤状態を維持できるため、壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。静翼段４へのスケールの付着を抑制することで、蒸気流路４４の閉塞を抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を抑制できる。
According to the above configuration, at least one
また、上記の構成によれば、静翼段４は、翼本体部４１の内部に冷媒（例えば、冷却水）が流れる流路を有しないので、静翼段４の構造を簡単なものにでき、静翼段４を安価なものにすることができる。また、静翼段４は、翼本体部４１の内部に冷媒が流れる流路を有しないので、上記流路に導入される冷媒が静翼段４とケーシング３（外輪支持部３１）の接合部において漏洩するリスクがない。また、少なくとも１つの冷却管６は、静翼段４やケーシング３とは別部材であるため、静翼段４やケーシング３の熱変形の影響を受けにくい。
Further, according to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、上述した少なくとも１つの冷却管６は、少なくとも１つの静翼段４のうちの最上流に配置された初段静翼４Ａの蒸気流路４４（翼間流路４４Ａ）を通過する蒸気を冷却するように構成されている。この場合には、初段静翼４Ａは、蒸気流路４４の上流側に位置するため、スケールが付着し易いが、この初段静翼４Ａへのスケールの付着を抑制できる。
In some embodiments, the at least one
幾つかの実施形態では、上述した少なくとも１つの静翼段４は、圧力面４８および負圧面４９を含む複数の翼本体部４１を含む。図４～図７、図１１～図１４に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、複数の翼本体部４１のうちの少なくとも１つの翼本体部４１の前縁４６に支持されている。
In some embodiments, the at least one
例えば図５に示されるように、複数の翼本体部４１のうちの１つの翼本体部４１の、軸方向における前縁端４６１（前縁４６）から後縁端４７１（後縁４７）までの長さをＬと定義し、軸方向における前縁端４６１（前縁４６）から前縁４６の下流端４６３までの長さをＬ１と定義する。図示される実施形態では、上記長さＬ１は、０．５Ｌよりも短い。好ましくは、上記長さＬ１は、０．４Ｌよりも短く、さらに好ましくは、上記長さＬ１は、０．３Ｌよりも短い。
For example, as shown in FIG. 5, from the leading edge end 461 (leading edge 46) to the trailing edge end 471 (trailing edge 47) in the axial direction of one of the plurality of blade
上記の構成によれば、冷却管６は、複数の翼本体部４１のうちの少なくとも１つの翼本体部４１の前縁４６に支持されている。この場合には、冷却管６によって、下流側において上記境界層ＢＬに沿って流れる蒸気を、上流側の翼本体部４１の前縁４６近傍において冷却できる。
According to the above configuration, the
また、上記の構成によれば、冷却管６は、静翼段４の翼本体部４１の前縁４６に支持されているので、冷却管６を備える地熱タービン１は、冷却管６を支持するための部材を別途設ける必要がない簡単な構造であるため、冷却管６を備える地熱タービン１の高額化を抑制できる。
Further, according to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、図４、図５に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の周方向に沿って延在する周方向延在管６１を含み、周方向延在管６１は、複数の翼本体部４１の前縁４６の外面４６２に取り付けられている。周方向延在管６１は、溶接などにより前縁４６の外面４６２取り付けられることで、前縁４６に支持される。
In some embodiments, as shown in FIGS. 4 and 5, the at least one
図示される実施形態では、周方向延在管６１は、環状管６１Ａを含む。なお、環状管６１Ａは、ロータシャフト２の周方向の全周に亘り設けなくてもよく、周方向の一部が切り欠かれていてもよい。或る実施形態では、環状管６１Ａは、環状管６１Ａが配置された周方向角度の合計が３００°以上になるように構成されている。
In the illustrated embodiment, the
上記の構成によれば、周方向延在管６１により、周方向における周方向延在管６１が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段４の壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。また、上記の構成によれば、周方向延在管６１は、複数の翼本体部４１の前縁４６の外面４６２に取り付けられている。この場合には、静翼段４の翼本体部４１の形状変更や追加工を要することなく周方向延在管６１を設置できるため、周方向延在管６１（冷却管６）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービン１の高額化を抑制できる。
According to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、図６、図７に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の周方向に沿って延在する周方向延在管６１を含み、周方向延在管６１は、複数の翼本体部４１のうちの少なくとも１つの翼本体部４１の前縁４６に形成された第１凹部９１に嵌め込まれている。周方向延在管６１は、第１凹部９１に嵌め込まれることで、前縁４６に支持される。
In some embodiments, as shown in FIGS. 6 and 7, the at least one
図示される実施形態では、周方向延在管６１は、上述した環状管６１Ａを含む。複数の翼本体部４１の夫々の前縁４６に第１凹部９１が形成され、これらの第１凹部９１に環状管６１Ａが嵌め込まれている。
In the illustrated embodiment, the
上記の構成によれば、周方向延在管６１により、周方向における周方向延在管６１が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段４の壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。また、上記の構成によれば、周方向延在管６１は、翼本体部４１の前縁４６に形成された第１凹部９１に嵌め込まれている。この場合には、静翼段４の翼本体部４１に第１凹部９１を設けることで、周方向延在管６１を設置できるため、周方向延在管６１（冷却管６）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービン１の高額化を抑制できる。
According to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、図８、図９に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の周方向に沿って延在する周方向延在管６１を含み、周方向延在管６１は、複数の翼本体部４１のうちの少なくとも１つの翼本体部４１の圧力面４８から負圧面４９まで貫通する貫通孔９２に嵌入されている。貫通孔９２は、スロート部４５よりも上流側に形成されている。周方向延在管６１は、貫通孔９２に嵌入されることで、翼本体部４１に支持される。
In some embodiments, as shown in FIGS. 8 and 9, the at least one
例えば図４に示されるように、複数の翼本体部４１のうちの１つの翼本体部４１の、径方向における外輪４２に接続される外輪側縁４１２から内輪４３に接続される内輪側縁４１１までの最小翼高さをＨと定義し、少なくとも１つの周方向延在管６１の中心Ｃ１の内輪側縁４１１からの距離をＨ１と定義する。
For example, as shown in FIG. 4, an outer
幾つかの実施形態では、少なくとも１つの周方向延在管６１の上記距離Ｈ１は、０．６Ｈよりも大きい。好ましくは、上記距離Ｈ１は、０．７Ｈよりも大きい。さらに好ましくは、上記距離Ｈ１は、０．８Ｈよりも大きい。この場合には、周方向延在管６１を静翼段４におけるスケールが付着し易い外輪４２寄りに配置できるので、外輪４２寄りも壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路４４の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を効果的に抑制できる。
In some embodiments, the distance H1 of at least one circumferentially extending
幾つかの実施形態では、少なくとも１つの周方向延在管６１の上記距離Ｈ１は、０．４Ｈよりも小さい。好ましくは、上記距離Ｈ１は、０．３Ｈよりも小さい。さらに好ましくは、上記距離Ｈ１は、０．２Ｈよりも小さい。この場合には、周方向延在管６１を静翼段４におけるスケールが付着し易い内輪４３寄りに配置できるので、内輪４３寄りの壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路４４の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を効果的に抑制できる。なお、蒸気流路４４（翼間流路４４Ａ）の内輪４３側を流れる蒸気の流速は、外輪４２側を流れる蒸気の流速よりも遅いため、内輪４３側の方が外輪４２側に比べて、スケールが付着し易い傾向がある。
In some embodiments, the distance H1 of at least one circumferentially extending
幾つかの実施形態では、図３、図４、図６、図８に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、複数の上述した環状管６１Ａを含む。複数の環状管６１Ａは、外側環状管６１Ｂと、外側環状管６１Ｂよりも径方向における内側に設けられた内側環状管６１Ｃと、を含む。この場合には、外側環状管６１Ｂおよび内側環状管６１Ｃにより、径方向における内外に亘り、下流側において蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段４の壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。
In some embodiments, as shown in FIGS. 3, 4, 6, and 8, at least one
幾つかの実施形態では、図１０～図１２に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の径方向に沿って延在する径方向延在管６２を含み、径方向延在管６２は、複数の翼本体部４１の前縁４６の外面４６２に取り付けられている。径方向延在管６２は、溶接などにより前縁４６の外面４６２に取り付けられることで、前縁４６に支持される。
In some embodiments, as shown in FIGS. 10-12, the at least one
上記の構成によれば、径方向延在管６２により、径方向における径方向延在管６２が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段４の壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。また、径方向延在管６２は、翼本体部４１の前縁４６の外面４６２に取り付けられる。この場合には、径方向延在管６２が蒸気流路４４を流れる蒸気の流れを阻害しないように配置されるので、冷却管６を設けることによる地熱タービン１の圧力損失の低下を抑制できる。
また、上記の構成によれば、径方向延在管６２は、複数の翼本体部４１の前縁４６の外面４６２に取り付けられている。この場合には、静翼段４の翼本体部４１の形状変更や追加工を要することなく径方向延在管６２を設置できるため、径方向延在管６２（冷却管６）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービン１の高額化を抑制できる。
According to the above configuration, the
Further, according to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、図１３に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の径方向に沿って延在する径方向延在管６２を含み、径方向延在管６２は、複数の翼本体部４１の前縁４６に形成された、径方向に沿って延在する第２凹部９３に嵌め込まれた。
In some embodiments, as shown in FIG. 13, the at least one
上記の構成によれば、径方向延在管６２により、径方向における径方向延在管６２が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段４の壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。また、径方向延在管６２は、翼本体部４１の前縁４６に形成された、径方向に沿って延在する第２凹部９３に嵌め込まれている。この場合には、径方向延在管６２が翼本体部４１の前縁４６の外面４６２に取り付けられる場合に比べて、径方向延在管６２が蒸気流路４４を流れる蒸気の流れを阻害しないように配置されるので、冷却管６を設けることによる地熱タービン１の圧力損失の低下を効果的に抑制できる。
また、上記の構成によれば、径方向延在管６２は、翼本体部４１の前縁４６に形成された第２凹部９３に嵌め込まれている。この場合には、静翼段４の翼本体部４１に第２凹部９３を設けることで、径方向延在管６２を設置できるため、径方向延在管６２（冷却管６）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービン１の高額化を抑制できる。
According to the above configuration, the
Further, according to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、図１０に示されるように、上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の径方向に沿って延在する複数の径方向延在管６２と、複数の径方向延在管６２のうちの周方向において互いに隣接する２つの径方向延在管６２の径方向における内側の端部６２１同士を繋ぐ、ロータシャフト２の周方向に沿って延在する内側周方向延在管６１Ｄ（６１）と、複数の径方向延在管６２のうちの周方向において互いに隣接する２つの径方向延在管６２の径方向における外側の端部６２２同士を繋ぐ、ロータシャフト２の周方向に沿って延在する外側周方向延在管６１Ｅ（６１）と、を含む。外側周方向延在管６１Ｅは、周方向において内側周方向延在管６１Ｄとはずれた位置に設けられている。この場合には、冷却管６が軸方向における前方側から視て連続したＵ字配管になっているため、冷却管６の熱伸びを吸収することができる。これにより、冷却管６の熱による劣化を抑制できる。
In some embodiments, as shown in FIG. An inner circumferential direction extending along the circumferential direction of the
幾つかの実施形態では、図１４に示されるように、上述した少なくとも１つの静翼段４は、圧力面４８および負圧面４９を含む複数の翼本体部４１と、複数の翼本体部４１の各々の外周部を支持する外輪４２と、複数の翼本体部４１の各々の内周部を支持する内輪４３と、を含む。上述した少なくとも１つの冷却管６は、ロータシャフト２の周方向に沿って延在する周方向延在管６１を含み、周方向延在管６１は、外輪４２または内輪４３の少なくとも一方に形成された、周方向に沿って延在する溝部９４（外輪側溝部９４Ａ、内輪側溝部９４Ｂ）に配置されている。なお、周方向延在管６１は、溝部９４内に挿入されていればよく、溝部９４に嵌合していなくてもよい。また、周方向延在管６１の少なくとも一部が溝部９４よりも突出していても良いが、周方向延在管６１は、溝部９４よりも突出しない、すなわち、溝部９４内に収容されることが好ましい。
In some embodiments, as shown in FIG. It includes an
図示される実施形態では、図１４に示されるように、周方向延在管６１は、上述した外側周方向延在管６１Ｅと、上述した内側周方向延在管６１Ｄと、を含む。外側周方向延在管６１Ｅは、外輪４２の翼本体部４１に接続される面を含む壁面４２１に形成された外輪側溝部９４Ａに配置されている。内側周方向延在管６１Ｄは、内輪４３の翼本体部４１に接続される面を含む壁面４３１に形成された内輪側溝部９４Ｂに配置されている。
なお、他の幾つかの実施形態では、周方向延在管６１は、上述した環状管６１Ａを含み、環状管６１Ａが外輪側溝部９４Ａおよび内輪側溝部９４Ｂに配置されていてもよい。
In the illustrated embodiment, as shown in FIG. 14, the
In some other embodiments, the
上記の構成によれば、周方向延在管６１により、周方向における周方向延在管６１が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段４の壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。周方向延在管６１は、外輪４２または内輪４３の少なくとも一方に形成された、周方向に沿って延在する溝部９４（外輪側溝部９４Ａ、内輪側溝部９４Ｂ）に配置されているので、下流側において蒸気流路４４の外輪４２近傍又は内輪４３近傍を流れる蒸気を冷却でき、静翼段４におけるスケールが付着し易い、外輪４２寄り又は内輪４３寄りの壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路４４の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を効果的に抑制できる。
また、上記の構成によれば、周方向延在管６１は、外輪４２または内輪４３の少なくとも一方に形成された、周方向に沿って延在する溝部９４（外輪側溝部９４Ａ、内輪側溝部９４Ｂ）に配置されている。この場合には、周方向延在管６１が蒸気流路４４を流れる蒸気の流れを阻害しないように配置されるので、冷却管６を設けることによる地熱タービン１の圧力損失の低下を抑制できる。
According to the above configuration, the
Further, according to the above configuration, the
（ペルチェ素子）
図１５は、第３の実施形態にかかる地熱タービンを説明するための説明図である。
幾つかの実施形態にかかる地熱タービン１は、図２に示されるように、上述したロータシャフト２と、上述したケーシング３と、上述した少なくとも１つの静翼段４と、を備える。図１５に示されるように、少なくとも１つの静翼段４は、圧力面４８および負圧面４９を含む複数の翼本体部４１を含む。地熱タービン１は、図１５に示されるように、翼本体部４１に取り付けられたペルチェ素子９５であって、翼本体部４１を通過する蒸気から熱を吸熱する吸熱部９５１と、吸熱部９５１が吸熱した熱を翼本体部４１に放熱する放熱部９５２と、を含むペルチェ素子９５、をさらに備える。なお、本実施形態は、上述した幾つかの実施形態と組み合わせてもよいし、独立して実施してもよい。
(Peltier element)
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a geothermal turbine according to the third embodiment.
As shown in FIG. 2, the
図示される実施形態では、ペルチェ素子９５は、初段静翼４Ａに取り付けられている。ペルチェ素子９５は、電力源９６に電線９７を介して電気的に接続されており、電力源９６から電圧（直流電圧）を印可されるように構成されている。ペルチェ素子９５は、電力源９６から電圧が印可されることで、吸熱部９５１および放熱部９５２が動作する。図１５に示される実施形態では、ペルチェ素子９５は、径方向に沿って長手方向を有している。
In the illustrated embodiment, the
上記の構成によれば、翼本体部４１に取り付けられたペルチェ素子９５は、翼本体部４１を通過する蒸気から熱を吸熱する吸熱部９５１を含む。このため、吸熱部９５１によって、下流側において静翼段４付近で発生する境界層ＢＬに沿って流れる蒸気を、上流側において冷却できる。吸熱部９５１により冷却された蒸気は、境界層ＢＬに沿って下流側に流れて、静翼段４の壁面４０を冷却して壁面４０の温度を下げる。静翼段４の壁面４０の温度を下げることで、壁面４０に付着した水分の蒸発を抑制して壁面４０の湿潤状態を維持できるため、壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。静翼段４へのスケールの付着を抑制することで、蒸気流路４４の閉塞を抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を抑制できる。
According to the above configuration, the
また、上記の構成によれば、ペルチェ素子９５は、吸熱部９５１が吸熱した熱を翼本体部４１に放熱する放熱部９５２を含むので、放熱部９５２からの放熱により翼本体部４１が加熱される。放熱部９５２により翼本体部４１を加熱することで、翼本体部４１の内部の温度低下を抑制できるため、地熱タービン１の熱損失を抑制できる。これにより、吸熱部９５１における吸熱による地熱タービン１の効率低下を抑制できる。なお、翼本体部４１の後縁４７側では、吸熱部９５１により冷却の方が放熱部９５２による加熱に比べて影響が大きいため、静翼段４の壁面４０を充分に冷却できる。また、地熱タービン１は、上述した冷却管６や翼本体部４１の内部に形成された冷媒（例えば、冷却水）が流れる流路などを備えていなくても、蒸気流路４４を流れる蒸気を冷却できる。これにより、地熱タービン１は、上記冷媒の漏洩リスクがなく、地熱タービン１の構造を簡単なものにできるため、地熱タービン１や地熱タービン１を備える地熱発電システム１０の設置場所の自由度を高めることができる。
Further, according to the above configuration, the
幾つかの実施形態では、図１５に示されるように、上述したペルチェ素子９５は、翼本体部４１の負圧面４９におけるスロート部４５よりも上流側に取り付けられる。
In some embodiments, as shown in FIG. 15, the above-mentioned
本発明者らの知見によれば、負圧面４９は、圧力面４８に比べてスケールが付着し易い傾向がある。上記の構成によれば、ペルチェ素子９５は、翼本体部４１の負圧面４９におけるスロート部４５よりも上流側に取り付けられるので、負圧面４９付近で発生する境界層ＢＬに沿って流れる蒸気を上流側において冷却できる。これにより、スケールが付着し易い負圧面４９へのスケールの付着を抑制できる。
According to the findings of the present inventors, scale tends to adhere to the negative pressure surface 49 more easily than the pressure surface 48. According to the above configuration, the
（外輪側冷却通路）
図１６は、第４の実施形態にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図１７は、第４の実施形態の変形例にかかる地熱タービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。
幾つかの実施形態にかかる地熱タービン１は、図２に示されるように、上述したロータシャフト２と、上述したケーシング３と、上述した少なくとも１つの静翼段４と、を備える。少なくとも１つの静翼段４は、圧力面４８および負圧面４９を含む複数の翼本体部４１と、複数の翼本体部４１の各々の外周部を支持する外輪４２と、複数の翼本体部４１の各々の内周部を支持する内輪４３と、を含む。図１６、図１７に示されるように、複数の翼本体部４１の各々は、前縁４６（前縁端４６１）の翼高さＨ２よりも後縁４７（後縁端４７１）の翼高さＨ３の方が大きく形成されている。
(Outer ring side cooling passage)
FIG. 16 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to the fourth embodiment. FIG. 17 is a schematic sectional view schematically showing a cross section along the axis of a geothermal turbine according to a modification of the fourth embodiment.
As shown in FIG. 2, the
図１６、図１７に示されるように、上述した外輪４２の内部には、周方向に沿って延在する少なくとも１つの外輪側冷却通路１００であって、ロータシャフト２の軸方向において、少なくとも一部が翼本体部４１と重複する位置に配置される少なくとも１つの外輪側冷却通路１００を形成する外輪側冷却通路形成部１０１が形成されており、外輪側冷却通路形成部１０１は、軸方向における下流端１０４とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｒ１が、軸方向における上流端１０３とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｆ１よりも大きい第１壁面１０２を有する。なお、本実施形態は、上述した幾つかの実施形態と組み合わせてもよいし、独立して実施してもよい。
As shown in FIGS. 16 and 17, inside the above-mentioned
翼本体部４１の外輪側縁４１２および内輪側縁４１１の夫々は、図１６に示されるように、ロータシャフト２の軸線ＬＡに沿った断面において、直線状に形成されていてもよいし、図１７に示されるように、ロータシャフト２の軸線ＬＡに沿った断面において、湾曲形状を有していてもよい。図示される実施形態では、外輪側冷却通路１００は、初段静翼４Ａの外輪４２に形成されている。
Each of the outer
不図示であるが、外輪側冷却通路１００は、図３、図１０に示されるような、入口流路７１および出口流路７３が接続されており、入口流路７１から導入された冷却水が外輪側冷却通路１００を流れた後に、出口流路７３に排出されるようになっている。外輪側冷却通路１００を流れる冷却水は、蒸気流路４４を流れる蒸気よりも低温である。外輪側冷却通路１００を流れる冷却水に外輪側冷却通路形成部１０１（外輪４２）を通じて、蒸気流路４４を流れる蒸気の熱が伝達されることで、蒸気流路４４を流れる蒸気が冷却される。
Although not shown, the outer ring
上記の構成によれば、少なくとも１つの外輪側冷却通路１００は、ロータシャフト２の軸方向において、少なくとも一部が翼本体部４１と重複する位置に配置される。少なくとも１つの外輪側冷却通路１００を形成する外輪側冷却通路形成部１０１は、軸方向における下流端１０４とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｒ１が、軸方向における上流端１０３とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｆ１よりも大きい第１壁面１０２を有する。この場合には、外輪側冷却通路１００を蒸気流路４４の近くに設けることができるため、外輪側冷却通路１００により、下流側において蒸気流路４４の外輪４２近傍を流れる蒸気を冷却でき、静翼段４におけるスケールが付着し易い、外輪４２寄りの壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路４４の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を効果的に抑制できる。
According to the above configuration, at least one outer ring
（内輪側冷却通路）
幾つかの実施形態にかかる地熱タービン１は、図２に示されるように、上述したロータシャフト２と、上述したケーシング３と、上述した少なくとも１つの静翼段４と、を備える。少なくとも１つの静翼段４は、圧力面４８および負圧面４９を含む複数の翼本体部４１と、複数の翼本体部４１の各々の外周部を支持する外輪４２と、複数の翼本体部４１の各々の内周部を支持する内輪４３と、を含む。図１６、図１７に示されるように、複数の翼本体部４１の各々は、前縁４６（前縁端４６１）の翼高さＨ２よりも後縁４７（後縁端４７１）の翼高さＨ３の方が大きく形成されている。
(Inner ring side cooling passage)
As shown in FIG. 2, the
図１６、図１７に示されるように、上述した内輪４３の内部には、周方向に沿って延在する少なくとも１つの内輪側冷却通路１０５であって、ロータシャフト２の軸方向において、少なくとも一部が翼本体部４１と重複する位置に配置される少なくとも１つの内輪側冷却通路１０５を形成する内輪側冷却通路形成部１０６が形成されており、内輪側冷却通路形成部１０６は、軸方向における下流端１０９とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｒ２が、軸方向における上流端１０８とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｆ２よりも小さい第２壁面１０７を有する。図示される実施形態では、内輪側冷却通路１０５は、初段静翼４Ａの内輪４３に形成されている。
As shown in FIGS. 16 and 17, inside the
なお、本実施形態は、上述した幾つかの実施形態と組み合わせてもよいし、独立して実施してもよい。或る実施形態では、図１６、図１７に示されるように、上述した少なくとも１つの静翼段４は、外輪４２の内部に少なくとも１つの外輪側冷却通路１００を形成する外輪側冷却通路形成部１０１が形成され、且つ内輪４３の内部に少なくとも１つの内輪側冷却通路１０５を形成する内輪側冷却通路形成部１０６が形成されている。
Note that this embodiment may be combined with some of the embodiments described above, or may be implemented independently. In an embodiment, as shown in FIGS. 16 and 17, the at least one
不図示であるが、内輪側冷却通路１０５は、図３、図１０に示されるような、入口流路７１および出口流路７３が接続されており、入口流路７１から導入された冷却水が内輪側冷却通路１０５を流れた後に、出口流路７３に排出されるようになっている。内輪側冷却通路１０５を流れる冷却水は、蒸気流路４４を流れる蒸気よりも低温である。内輪側冷却通路１０５を流れる冷却水に内輪側冷却通路形成部１０６（内輪４３）を通じて、蒸気流路４４を流れる蒸気の熱が伝達されることで、蒸気流路４４を流れる蒸気が冷却される。
Although not shown, the inner ring
上記の構成によれば、少なくとも１つの内輪側冷却通路１０５は、ロータシャフト２の軸方向において、少なくとも一部が翼本体部４１と重複する位置に配置される。少なくとも１つの内輪側冷却通路１０５を形成する内輪側冷却通路形成部１０６は、軸方向における下流端１０９とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｒ２が、軸方向における上流端１０８とロータシャフト２の軸線ＬＡとの距離Ｆ２よりも小さい第２壁面１０７を有する。この場合には、内輪側冷却通路１０５を蒸気流路４４の近くに設けることができるため、内輪側冷却通路１０５により、下流側において蒸気流路４４の内輪４３近傍を流れる蒸気を冷却でき、静翼段４におけるスケールが付着し易い、内輪４３寄りの壁面４０へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路４４の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービン１の効率低下を効果的に抑制できる。
According to the above configuration, at least one inner ring
上述した幾つかの実施形態では、上述した地熱タービン１は、静翼段４を通過する蒸気の流れがチョークするように構成されていることが好ましい。図示される実施形態では、地熱タービン１は、図２に示されるように、設計流量において、静翼段４（初段静翼４Ａ）に導入される蒸気の圧力Ｐ１（入口圧力）の、該静翼段４（初段静翼４Ａ）を通過後の蒸気の圧力Ｐ２（出口圧力）に対する圧力比Ｐ１／Ｐ２が、臨界圧力比よりも大きくなるように構成されている。
In some of the embodiments described above, the
上記の構成によれば、地熱タービン１は、設計流量において、圧力比Ｐ１／Ｐ２が、臨界圧力比よりも大きくなるように構成されている。この場合には、設計流量において静翼段４を通過する蒸気の流れがチョークするため、スロート部４５における境界層ＢＬの発達が抑制される。スロート部４５における境界層ＢＬの発達が抑制されることで、スロート部４５よりも上流側の構造物（冷却管６やペルチェ素子９５）による境界層拡大による地熱タービン１の効率低下を招き難くなる。
According to the above configuration, the
また、上記の構成によれば、地熱タービン１は、設計流量において、圧力比Ｐ１／Ｐ２が、臨界圧力比よりも大きくなるように構成されている。この場合には、図１６、図１７に示されるような、複数の翼本体部４１の各々が、前縁４６（前縁端４６１）の翼高さＨ２よりも後縁４７（後縁端４７１）の翼高さＨ３の方が大きく形成されている場合であっても、蒸気流れの壁面４０からの剥離や二次流れの拡大による地熱タービン１の性能低下が抑制される。
Further, according to the above configuration, the
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and also includes forms in which modifications are added to the embodiments described above, and forms in which these forms are appropriately combined.
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。 The contents described in the several embodiments described above can be understood, for example, as follows.
１）本開示の少なくとも一実施形態にかかる地熱タービン（１）は、
ロータシャフト（２）と、
前記ロータシャフトを収容するケーシング（３）と、
前記ケーシングの内側に支持された少なくとも１つの静翼段（４）と、
前記少なくとも１つの静翼段の蒸気流路（４４）を通過する蒸気を冷却するための少なくとも１つの冷却管（６）であって、前記少なくとも１つの静翼段のスロート部（４５）よりも上流側に配置され、且つ、少なくとも一部が前記蒸気流路に露出している少なくとも１つの冷却管（６）と、を備える。
1) A geothermal turbine (1) according to at least one embodiment of the present disclosure,
a rotor shaft (2);
a casing (3) that accommodates the rotor shaft;
at least one stator vane stage (4) supported inside the casing;
at least one cooling pipe (6) for cooling steam passing through the steam flow path (44) of the at least one stator vane stage, the cooling pipe (6) being lower than the throat section (45) of the at least one stator vane stage; at least one cooling pipe (6) disposed on the upstream side and having at least a portion exposed to the steam flow path.
上記１）の構成によれば、少なくとも１つの冷却管は、静翼段のスロート部よりも上流側に配置され、且つ、少なくとも一部が蒸気流路に露出している。このため、冷却管によって、下流側において静翼段の壁面（４０）において発達する境界層（ＢＬ）に沿って流れる蒸気を、この蒸気の流れ方向における上流側（スロート部よりも上流側）において冷却できる。冷却管により冷却された蒸気は、境界層に沿って下流側に流れて、静翼段の壁面を冷却して壁面の温度を下げる。静翼段の壁面の温度を下げることで、壁面に付着した水分の蒸発を抑制して壁面の湿潤状態を維持できるため、壁面へのスケールの付着を抑制できる。静翼段へのスケールの付着を抑制することで、蒸気流路の閉塞を抑制できるため、地熱タービンの効率低下を抑制できる。 According to configuration 1) above, at least one cooling pipe is disposed upstream of the throat portion of the stator vane stage, and at least a portion thereof is exposed to the steam flow path. Therefore, the steam flowing along the boundary layer (BL) that develops on the wall surface (40) of the stator vane stage on the downstream side is controlled by the cooling pipe on the upstream side (upstream side of the throat part) in the flow direction of this steam. Can be cooled. The steam cooled by the cooling pipe flows downstream along the boundary layer, cools the wall surface of the stator vane stage, and lowers the temperature of the wall surface. By lowering the temperature of the wall surface of the stator vane stage, the evaporation of moisture adhering to the wall surface can be suppressed and the wall surface can be maintained in a moist state, thereby suppressing the adhesion of scale to the wall surface. By suppressing the adhesion of scale to the stator blade stages, blockage of the steam flow path can be suppressed, thereby suppressing a decrease in the efficiency of the geothermal turbine.
また、上記１）の構成によれば、静翼段は、翼本体部の内部に冷媒（例えば、冷却水）が流れる流路を有しないので、静翼段の構造を簡単なものにでき、静翼段を安価なものにすることができる。また、静翼段は、翼本体部の内部に冷媒が流れる流路を有しないので、上記流路に導入される冷媒が静翼段とケーシングの接合部において漏洩するリスクがない。また、少なくとも１つの冷却管は、静翼段やケーシングとは別部材であるため、静翼段やケーシングの熱変形の影響を受けにくい。 Further, according to the configuration 1), the stator vane stage does not have a flow path through which a coolant (for example, cooling water) flows inside the blade main body, so the structure of the stator vane stage can be simplified. The stator vane stage can be made inexpensive. Further, since the stator vane stage does not have a flow path through which the refrigerant flows inside the blade main body, there is no risk that the refrigerant introduced into the flow path leaks at the joint between the stator vane stage and the casing. Furthermore, since at least one cooling pipe is a separate member from the stator vane stage and the casing, it is less susceptible to thermal deformation of the stator vane stage and the casing.
２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記少なくとも１つの静翼段（４）の内の最上流に配置された初段静翼（４Ａ）の蒸気流路（４４）を通過する蒸気を冷却するように構成された。
2) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 1) above,
The at least one cooling pipe (6) cools the steam passing through the steam flow path (44) of the first stage stator vane (4A) disposed at the most upstream of the at least one stator vane stage (4). It was configured as follows.
上記２）の構成によれば、初段静翼は、蒸気流路の上流側に位置するため、スケールが付着し易いが、この初段静翼へのスケールの付着を抑制できる。 According to the configuration 2), the first-stage stator vane is located on the upstream side of the steam flow path, and therefore scale tends to adhere thereto, but it is possible to suppress the scale from adhering to the first-stage stator vane.
３）幾つかの実施形態では、上記１）又は２）に記載の地熱タービン（２）であって、
前記少なくとも１つの静翼段（４）は、圧力面（４８）および負圧面（４９）を含む複数の翼本体部（４１）を含み、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記複数の翼本体部のうちの少なくとも１つの翼本体部の前縁（４７）に支持された。
3) In some embodiments, the geothermal turbine (2) described in 1) or 2) above,
the at least one stator vane stage (4) includes a plurality of vane body portions (41) including a pressure surface (48) and a suction surface (49);
The at least one cooling pipe (6) was supported on a leading edge (47) of at least one of the plurality of wing body sections.
上記３）の構成によれば、冷却管は、複数の翼本体部のうちの少なくとも１つの翼本体部の前縁に支持されている。この場合には、冷却管によって、下流側において上記境界層に沿って流れる蒸気を、上流側の翼本体部の前縁近傍において冷却できる。
また、上記３）の構成によれば、冷却管は、静翼段の翼本体部の前縁に支持されているので、冷却管を備える地熱タービンは、冷却管を支持するための部材を別途設ける必要がない簡単な構造であるため、冷却管を備える地熱タービンの高額化を抑制できる。
According to configuration 3) above, the cooling pipe is supported by the leading edge of at least one of the plurality of wing main bodies. In this case, the cooling pipe can cool the steam flowing along the boundary layer on the downstream side near the leading edge of the blade main body on the upstream side.
Furthermore, according to configuration 3) above, the cooling pipe is supported by the leading edge of the blade main body of the stator blade stage, so a geothermal turbine equipped with the cooling pipe requires a separate member to support the cooling pipe. Since it has a simple structure that does not require installation of cooling pipes, it is possible to suppress the increase in cost of geothermal turbines equipped with cooling pipes.
４）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記ロータシャフト（２）の周方向に沿って延在する周方向延在管（６１）を含み、
前記周方向延在管（６１）は、前記複数の翼本体部（４１）の前縁（４６）の外面（４６２）に取り付けられた。
4) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 3) above,
The at least one cooling pipe (6) includes a circumferentially extending pipe (61) extending along the circumferential direction of the rotor shaft (2),
The circumferentially extending tube (61) was attached to the outer surface (462) of the leading edge (46) of the plurality of wing main bodies (41).
上記４）の構成によれば、周方向延在管により、周方向における周方向延在管が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段の壁面へのスケールの付着を抑制できる。
また、上記４）の構成によれば、周方向延在管は、複数の翼本体部の前縁の外面に取り付けられている。この場合には、静翼段の翼本体部の形状変更や追加工を要することなく周方向延在管を設置できるため、周方向延在管（冷却管）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービンの高額化を抑制できる。
According to configuration 4) above, the circumferentially extending tube can cool the steam flowing through the steam flow path on the downstream side over the range in which the circumferentially extending tube extends in the circumferential direction, and the steam flowing through the steam flow path of the stator vane stage can be cooled. It can suppress the adhesion of scale to the wall surface.
Further, according to configuration 4) above, the circumferentially extending tube is attached to the outer surface of the leading edge of the plurality of blade main bodies. In this case, the circumferentially extending tubes can be installed without changing the shape of the vane main body of the stator vane stage or requiring additional machining, so it is possible to suppress the high cost of installing the circumferentially extending tubes (cooling pipes). In turn, it is possible to suppress the increase in the cost of geothermal turbines.
５）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記ロータシャフト（２）の周方向に沿って延在する周方向延在管（６１）を含み、
前記周方向延在管（６１）は、前記複数の翼本体部（４１）のうちの少なくとも１つの翼本体部（４１）の前縁（４６）に形成された第１凹部（９１）に嵌め込まれた。
5) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 3) above,
The at least one cooling pipe (6) includes a circumferentially extending pipe (61) extending along the circumferential direction of the rotor shaft (2),
The circumferentially extending tube (61) is fitted into a first recess (91) formed in the leading edge (46) of at least one wing body part (41) of the plurality of wing body parts (41). It was.
上記５）の構成によれば、周方向延在管により、周方向における周方向延在管が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段の壁面へのスケールの付着を抑制できる。
また、上記５）の構成によれば、周方向延在管は、翼本体部の前縁に形成された第１凹部に嵌め込まれている。この場合には、静翼段の翼本体部に第１凹部を設けることで、周方向延在管を設置できるため、周方向延在管（冷却管）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービンの高額化を抑制できる。
According to configuration 5) above, the circumferentially extending tube can cool the steam flowing through the steam flow path on the downstream side over the range in which the circumferentially extending tube extends in the circumferential direction, and the steam flowing through the steam flow path on the downstream side can be cooled by the circumferentially extending tube. It can suppress the adhesion of scale to the wall surface.
Furthermore, according to configuration 5) above, the circumferentially extending tube is fitted into the first recess formed in the leading edge of the blade main body. In this case, by providing the first recess in the blade main body of the stator vane stage, the circumferentially extending tube can be installed, so it is possible to suppress the increase in installation cost of the circumferentially extending tube (cooling pipe). In turn, the increase in the cost of geothermal turbines can be suppressed.
６）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記ロータシャフト（２）の径方向に沿って延在する径方向延在管（６２）を含み、
前記径方向延在管（６２）は、前記複数の翼本体部（４１）の前縁（４６）の外面（４６２）に取り付けられた。
6) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 3) above,
The at least one cooling pipe (6) includes a radially extending pipe (62) extending along the radial direction of the rotor shaft (2),
The radially extending tube (62) was attached to the outer surface (462) of the leading edge (46) of the plurality of wing body parts (41).
上記６）の構成によれば、径方向延在管により、径方向における径方向延在管が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段の壁面へのスケールの付着を抑制できる。また、径方向延在管は、翼本体部の前縁の外面に取り付けられる。この場合には、径方向延在管が蒸気流路を流れる蒸気の流れを阻害しないように配置されるので、冷却管を設けることによる地熱タービンの圧力損失の低下を抑制できる。
また、上記６）の構成によれば、径方向延在管は、複数の翼本体部の前縁の外面に取り付けられている。この場合には、静翼段の翼本体部の形状変更や追加工を要することなく径方向延在管を設置できるため、径方向延在管（冷却管）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービンの高額化を抑制できる。
According to configuration 6) above, the radially extending pipe can cool the steam flowing through the steam flow path on the downstream side over the range in which the radially extending pipe extends in the radial direction, and the steam flowing through the steam flow path on the downstream side can be cooled. It can suppress the adhesion of scale to the wall surface. The radially extending tube is also attached to the outer surface of the leading edge of the wing body. In this case, since the radially extending pipe is arranged so as not to obstruct the flow of steam flowing through the steam flow path, it is possible to suppress a decrease in pressure loss of the geothermal turbine due to the provision of the cooling pipe.
Further, according to configuration 6) above, the radially extending tube is attached to the outer surface of the leading edge of the plurality of blade main bodies. In this case, the radially extending pipes can be installed without changing the shape of the vane main body of the stator vane stage or requiring additional machining, so it is possible to suppress the high cost of installing the radially extending pipes (cooling pipes). In turn, it is possible to suppress the increase in the cost of geothermal turbines.
７）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記ロータシャフト（２）の径方向に沿って延在する径方向延在管（６２）を含み、
前記径方向延在管（６２）は、前記複数の翼本体部（４１）の前縁（４６）に形成された、前記径方向に沿って延在する第２凹部（９３）に嵌め込まれた。
7) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 3) above,
The at least one cooling pipe (6) includes a radially extending pipe (62) extending along the radial direction of the rotor shaft (2),
The radially extending tube (62) is fitted into a second recess (93) extending along the radial direction, which is formed in the leading edge (46) of the plurality of wing main bodies (41). .
上記７）の構成によれば、径方向延在管により、径方向における径方向延在管が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段の壁面へのスケールの付着を抑制できる。また、径方向延在管は、翼本体部の前縁に形成された、径方向に沿って延在する第２凹部に嵌め込まれている。この場合には、径方向延在管が翼本体部の前縁の外面に取り付けられる場合に比べて、径方向延在管が蒸気流路を流れる蒸気の流れを阻害しないように配置されるので、冷却管を設けることによる地熱タービンの圧力損失の低下を効果的に抑制できる。
また、上記７）の構成によれば、径方向延在管は、翼本体部の前縁に形成された第２凹部に嵌め込まれている。この場合には、静翼段の翼本体部に第２凹部を設けることで、径方向延在管を設置できるため、径方向延在管（冷却管）の設置費用の高額化を抑制でき、ひいては地熱タービンの高額化を抑制できる。
According to configuration 7) above, the radially extending pipe can cool the steam flowing through the steam flow path on the downstream side over the range in which the radially extending pipe extends in the radial direction, and the steam flowing through the steam flow path in the stator vane stage can be cooled. It can suppress the adhesion of scale to the wall surface. Further, the radially extending tube is fitted into a second recess formed in the leading edge of the blade main body and extending in the radial direction. In this case, compared to the case where the radially extending tube is attached to the outer surface of the leading edge of the blade body, the radially extending tube is arranged so as not to obstruct the flow of steam flowing through the steam flow path. , it is possible to effectively suppress the decrease in pressure loss of the geothermal turbine due to the provision of the cooling pipe.
Furthermore, according to configuration 7) above, the radially extending tube is fitted into the second recess formed in the leading edge of the wing main body. In this case, by providing the second recess in the blade main body of the stator vane stage, the radially extending pipe can be installed, so it is possible to suppress the increase in the installation cost of the radially extending pipe (cooling pipe). In turn, the increase in the cost of geothermal turbines can be suppressed.
８）幾つかの実施形態では、上記１）又は２）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの静翼段（４）は、
圧力面（４８）および負圧面（４９）を含む複数の翼本体部（４１）と、
前記複数の翼本体部（４１）の各々の外周部を支持する外輪（４２）と、
前記複数の翼本体部（４１）の各々の内周部を支持する内輪（４３）と、を含み、
前記少なくとも１つの冷却管（６）は、前記ロータシャフト（２）の周方向に沿って延在する周方向延在管（６１）を含み、
前記周方向延在管（６１）は、前記外輪（４２）または前記内輪（４３）の少なくとも一方に形成された、前記周方向に沿って延在する溝部（９４、外輪側溝部９４Ａ、内輪側溝部９４Ｂ）に配置された。
8) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 1) or 2) above,
The at least one stator vane stage (4) comprises:
a plurality of blade body portions (41) including a pressure surface (48) and a suction surface (49);
an outer ring (42) that supports an outer peripheral portion of each of the plurality of wing main body portions (41);
an inner ring (43) that supports an inner circumferential portion of each of the plurality of wing main bodies (41);
The at least one cooling pipe (6) includes a circumferentially extending pipe (61) extending along the circumferential direction of the rotor shaft (2),
The circumferentially extending pipe (61) is formed in at least one of the outer ring (42) and the inner ring (43) and includes a groove (94, an
上記８）の構成によれば、周方向延在管により、周方向における周方向延在管が延在する範囲に亘り、下流側において蒸気流路を流れる蒸気を冷却でき、且つ静翼段の壁面へのスケールの付着を抑制できる。周方向延在管は、外輪または内輪の少なくとも一方に形成された、周方向に沿って延在する溝部に配置されているので、下流側において蒸気流路の外輪近傍又は内輪近傍を流れる蒸気を冷却でき、静翼段におけるスケールが付着し易い、外輪寄り又は内輪寄りの壁面へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービンの効率低下を効果的に抑制できる。
また、上記８）の構成によれば、周方向延在管は、外輪または内輪の少なくとも一方に形成された、周方向に沿って延在する溝部に配置されている。この場合には、周方向延在管が蒸気流路を流れる蒸気の流れを阻害しないように配置されるので、冷却管を設けることによる地熱タービンの圧力損失の低下を抑制できる。
According to the configuration 8) above, the circumferentially extending tube can cool the steam flowing through the steam flow path on the downstream side over the range in which the circumferentially extending tube extends in the circumferential direction, and the steam flowing through the steam flow path on the downstream side can be cooled by the circumferentially extending tube. It can suppress the adhesion of scale to the wall surface. The circumferentially extending pipe is disposed in a circumferentially extending groove formed in at least one of the outer ring or the inner ring, so that it prevents steam flowing near the outer ring or the inner ring of the steam flow path on the downstream side. It can be cooled, and it is possible to suppress the adhesion of scale to the wall surfaces near the outer ring or the inner ring, where scale tends to adhere in the stator vane stage. Thereby, blockage of the steam flow path can be effectively suppressed, so that a decrease in efficiency of the geothermal turbine can be effectively suppressed.
Furthermore, according to configuration 8) above, the circumferentially extending tube is disposed in a groove extending in the circumferential direction and formed in at least one of the outer ring and the inner ring. In this case, since the circumferentially extending pipe is arranged so as not to obstruct the flow of steam flowing through the steam flow path, it is possible to suppress a decrease in pressure loss of the geothermal turbine due to the provision of the cooling pipe.
９）幾つかの実施形態では、上記１）～８）の何れか１項に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの静翼段（４）は、圧力面（４８）および負圧面（４９）を含む複数の翼本体部（４１）を含み、
前記地熱タービン（１）は、前記翼本体部（４１）に取り付けられたペルチェ素子（９５）であって、前記翼本体部（４１）を通過する蒸気から熱を吸熱する吸熱部（９５１）と、前記吸熱部（９５１）が吸熱した熱を前記翼本体部（４１）に放熱する放熱部（９５２）と、を含むペルチェ素子（９５）、をさらに備える。
9) In some embodiments, the geothermal turbine (1) according to any one of 1) to 8) above,
the at least one stator vane stage (4) includes a plurality of vane body portions (41) including a pressure surface (48) and a suction surface (49);
The geothermal turbine (1) includes a Peltier element (95) attached to the blade body (41), and a heat absorption part (951) that absorbs heat from steam passing through the blade body (41). , a Peltier element (95) including a heat radiating part (952) that radiates heat absorbed by the heat absorbing part (951) to the wing main body part (41).
上記９）の構成によれば、翼本体部に取り付けられたペルチェ素子は、翼本体部を通過する蒸気から熱を吸熱する吸熱部を含む。このため、吸熱部によって、下流側において静翼段付近で発生する境界層に沿って流れる蒸気を、上流側において冷却できる。吸熱部により冷却された蒸気は、境界層に沿って下流側に流れて、静翼段の壁面を冷却して壁面の温度を下げる。静翼段の壁面の温度を下げることで、壁面に付着した水分の蒸発を抑制して壁面の湿潤状態を維持できるため、壁面へのスケールの付着を抑制できる。静翼段へのスケールの付着を抑制することで、蒸気流路の閉塞を抑制できるため、地熱タービンの効率低下を抑制できる。 According to configuration 9) above, the Peltier element attached to the wing main body includes a heat absorption part that absorbs heat from steam passing through the wing main body. Therefore, the heat absorption section can cool the steam flowing along the boundary layer generated near the stationary blade stage on the downstream side on the upstream side. The steam cooled by the heat absorption section flows downstream along the boundary layer, cools the wall surface of the stator vane stage, and lowers the temperature of the wall surface. By lowering the temperature of the wall surface of the stator vane stage, the evaporation of moisture adhering to the wall surface can be suppressed and the wall surface can be maintained in a moist state, thereby suppressing the adhesion of scale to the wall surface. By suppressing the adhesion of scale to the stator blade stages, blockage of the steam flow path can be suppressed, thereby suppressing a decrease in the efficiency of the geothermal turbine.
また、上記９）の構成によれば、上記ペルチェ素子は、吸熱部が吸熱した熱を翼本体部に放熱する放熱部を含むので、放熱部からの放熱により翼本体部が加熱される。放熱部により翼本体部を加熱することで、翼本体部の内部の温度低下を抑制できるため、地熱タービンの熱損失を抑制できる。これにより、吸熱部における吸熱による地熱タービンの効率低下を抑制できる。なお、翼本体部の後縁側では、吸熱部により冷却の方が放熱部による加熱に比べて影響が大きいため、静翼段の壁面を充分に冷却できる。また、上記地熱タービンは、上述した冷却管や翼本体部の内部に形成された冷媒（例えば、冷却水）が流れる流路などを備えていなくても、蒸気流路を流れる蒸気を冷却できる。これにより、地熱タービンは、上記冷媒の漏洩リスクがなく、地熱タービンの構造を簡単なものにできるため、地熱タービンや地熱タービンを備える地熱発電プラントの設置場所の自由度を高めることができる。 Furthermore, according to configuration 9), the Peltier element includes a heat radiating section that radiates heat absorbed by the heat absorbing section to the wing main body, so that the wing main body is heated by heat radiation from the heat radiating section. By heating the blade body by the heat radiating section, it is possible to suppress a decrease in the temperature inside the blade body, thereby suppressing heat loss of the geothermal turbine. Thereby, it is possible to suppress a decrease in efficiency of the geothermal turbine due to heat absorption in the heat absorption part. Note that on the trailing edge side of the blade main body, cooling by the heat absorbing part has a greater influence than heating by the heat radiating part, so the wall surface of the stator blade stage can be sufficiently cooled. Furthermore, the geothermal turbine can cool the steam flowing through the steam flow path even without the above-mentioned cooling pipe or flow path formed inside the blade main body through which a refrigerant (for example, cooling water) flows. Thereby, the geothermal turbine does not have the risk of leakage of the refrigerant, and the structure of the geothermal turbine can be simplified, so that the degree of freedom in the installation location of the geothermal turbine or the geothermal power generation plant including the geothermal turbine can be increased.
１０）幾つかの実施形態では、上記９）に記載の地熱タービン（１）であって、
前記ペルチェ素子（９５）は、前記翼本体部（４１）の前記負圧面（４９）における前記スロート部（４５）よりも上流側に取り付けられた。
10) In some embodiments, the geothermal turbine (1) described in 9) above,
The Peltier element (95) was attached to the suction surface (49) of the blade main body (41) upstream of the throat portion (45).
本発明者らの知見によれば、負圧面は、正圧面に比べてスケールが付着し易い傾向がある。上記１０）の構成によれば、ペルチェ素子は、翼本体部の負圧面におけるスロート部よりも上流側に取り付けられるので、負圧面付近で発生する境界層に沿って流れる蒸気を上流側において冷却できる。これにより、スケールが付着し易い負圧面へのスケールの付着を抑制できる。 According to the findings of the present inventors, scale tends to adhere to the negative pressure surface more easily than the positive pressure surface. According to configuration 10), the Peltier element is attached upstream of the throat section on the suction surface of the blade body, so that steam flowing along the boundary layer generated near the suction surface can be cooled on the upstream side. . Thereby, it is possible to suppress the adhesion of scale to the negative pressure surface where scale is likely to adhere.
１１）幾つかの実施形態では、上記１）～１０）の何れか１項に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの静翼段（４）は、
圧力面（４８）および負圧面（４９）を含む複数の翼本体部（４１）と、
前記複数の翼本体部（４１）の各々の外周部を支持する外輪（４２）と、
前記複数の翼本体部（４１）の各々の内周部を支持する内輪（４３）と、を含み、
前記複数の翼本体部（４１）の各々は、前縁（４６）の翼高さ（Ｈ２）よりも後縁（４７）の翼高さ（Ｈ３）の方が大きく形成されており、
前記外輪（４２）の内部には、前記周方向に沿って延在する少なくとも１つの外輪側冷却通路（１００）であって、前記ロータシャフト（２）の軸方向において、少なくとも一部が前記翼本体部（４１）と重複する位置に配置される少なくとも１つの外輪側冷却通路（１００）を形成する外輪側冷却通路形成部（１０１）が形成されており、
前記外輪側冷却通路形成部（１０１）は、前記軸方向における下流端（１０４）と前記ロータシャフト（２）の軸線（ＬＡ）との距離Ｒ１が、前記軸方向における上流端（１０３）と前記ロータシャフト（２）の前記軸線（ＬＡ）との距離Ｆ１よりも大きい第１壁面（１０２）を有する。
11) In some embodiments, the geothermal turbine (1) according to any one of 1) to 10) above,
The at least one stator vane stage (4) comprises:
a plurality of blade body portions (41) including a pressure surface (48) and a suction surface (49);
an outer ring (42) that supports an outer peripheral portion of each of the plurality of wing main body portions (41);
an inner ring (43) that supports an inner circumferential portion of each of the plurality of wing main bodies (41);
Each of the plurality of wing body parts (41) is formed such that the wing height (H3) of the trailing edge (47) is larger than the wing height (H2) of the leading edge (46),
Inside the outer ring (42), there is at least one outer ring side cooling passage (100) extending along the circumferential direction, and in the axial direction of the rotor shaft (2), at least a portion is connected to the blade. An outer ring side cooling passage forming part (101) is formed that forms at least one outer ring side cooling passage (100) arranged at a position overlapping with the main body part (41),
The outer ring side cooling passage forming portion (101) has a distance R1 between the downstream end (104) in the axial direction and the axis (LA) of the rotor shaft (2), and a distance R1 between the upstream end (103) in the axial direction and the axis (LA) of the rotor shaft (2). It has a first wall surface (102) that is larger than the distance F1 from the axis (LA) of the rotor shaft (2).
上記１１）の構成によれば、少なくとも１つの外輪側冷却通路は、ロータシャフトの軸方向において、少なくとも一部が翼本体部と重複する位置に配置される。少なくとも１つの外輪側冷却通路を形成する外輪側冷却通路形成部は、軸方向における下流端とロータシャフトの軸線との距離Ｒ１が、軸方向における上流端とロータシャフトの軸線との距離Ｆ１よりも大きい第１壁面を有する。この場合には、外輪側冷却通路を蒸気流路の近くに設けることができるため、外輪側冷却通路により、下流側において蒸気流路の外輪近傍を流れる蒸気を冷却でき、静翼段におけるスケールが付着し易い、外輪寄りの壁面へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービンの効率低下を効果的に抑制できる。 According to configuration 11) above, at least one outer ring side cooling passage is arranged at a position where at least a portion thereof overlaps with the blade main body portion in the axial direction of the rotor shaft. The outer ring side cooling passage forming portion that forms at least one outer ring side cooling passage has a distance R1 between the downstream end in the axial direction and the axis of the rotor shaft that is longer than a distance F1 between the upstream end and the axis of the rotor shaft in the axial direction. It has a large first wall surface. In this case, since the outer ring side cooling passage can be provided near the steam flow path, the steam flowing near the outer ring of the steam flow path on the downstream side can be cooled by the outer ring side cooling passage, and the scale in the stator vane stage can be reduced. It is possible to suppress the adhesion of scale to the wall surface near the outer ring, which tends to adhere. Thereby, blockage of the steam flow path can be effectively suppressed, so that a decrease in efficiency of the geothermal turbine can be effectively suppressed.
１２）幾つかの実施形態では、上記１）～１１）の何れか１項に記載の地熱タービン（１）であって、
前記少なくとも１つの静翼段（４）は、
圧力面（４８）および負圧面（４９）を含む複数の翼本体部（４１）と、
前記複数の翼本体部（４１）の各々の外周部を支持する外輪（４２）と、
前記複数の翼本体部（４１）の各々の内周部を支持する内輪（４３）と、を含み、
前記複数の翼本体部（４１）の各々は、前縁（４６）の翼高さ（Ｈ２）よりも後縁（４７）の翼高さ（Ｈ３）の方が大きく形成されており、
前記内輪（４３）の内部には、前記周方向に沿って延在する少なくとも１つの内輪側冷却通路（１０５）であって、前記ロータシャフト（２）の軸方向において、少なくとも一部が前記翼本体部（４１）と重複する位置に配置される少なくとも１つの内輪側冷却通路（１０５）を形成する内輪側冷却通路形成部（１０６）が形成されており、
前記内輪側冷却通路形成部（１０６）は、前記軸方向における下流端（１０９）と前記ロータシャフト（２）の軸線（ＬＡ）との距離Ｒ２が、前記軸方向における上流端（１０８）と前記ロータシャフト（２）の前記軸線（ＬＡ）との距離Ｆ２よりも小さい第２壁面（１０７）を有する。
12) In some embodiments, the geothermal turbine (1) according to any one of 1) to 11) above,
The at least one stator vane stage (4) comprises:
a plurality of blade body portions (41) including a pressure surface (48) and a suction surface (49);
an outer ring (42) that supports an outer peripheral portion of each of the plurality of wing main body portions (41);
an inner ring (43) that supports an inner circumferential portion of each of the plurality of wing main bodies (41);
Each of the plurality of wing body parts (41) is formed such that the wing height (H3) of the trailing edge (47) is larger than the wing height (H2) of the leading edge (46),
Inside the inner ring (43), there is at least one inner ring side cooling passage (105) extending along the circumferential direction, and in the axial direction of the rotor shaft (2), at least a part of the inner ring side cooling passage is connected to the blade. An inner ring side cooling passage forming part (106) is formed to form at least one inner ring side cooling passage (105) disposed at a position overlapping with the main body part (41),
The inner ring side cooling passage forming portion (106) has a distance R2 between the downstream end (109) in the axial direction and the axis (LA) of the rotor shaft (2), and the distance R2 between the upstream end (108) in the axial direction and the axis (LA) of the rotor shaft (2). It has a second wall surface (107) that is smaller than the distance F2 from the axis (LA) of the rotor shaft (2).
上記１２）の構成によれば、少なくとも１つの内輪側冷却通路は、ロータシャフトの軸方向において、少なくとも一部が翼本体部と重複する位置に配置される。少なくとも１つの内輪側冷却通路を形成する内輪側冷却通路形成部は、軸方向における下流端とロータシャフトの軸線との距離Ｒ２が、軸方向における上流端とロータシャフトの軸線との距離Ｆ２よりも小さい第２壁面を有する。この場合には、内輪側冷却通路を蒸気流路の近くに設けることができるため、内輪側冷却通路により、下流側において蒸気流路の内輪近傍を流れる蒸気を冷却でき、静翼段におけるスケールが付着し易い、内輪寄りの壁面へのスケールの付着を抑制できる。これにより、蒸気流路の閉塞を効果的に抑制できるため、地熱タービンの効率低下を効果的に抑制できる。 According to configuration 12) above, at least one inner ring side cooling passage is arranged at a position where at least a portion thereof overlaps with the blade main body portion in the axial direction of the rotor shaft. The inner ring side cooling passage forming portion that forms at least one inner ring side cooling passage has a distance R2 between the downstream end and the axis of the rotor shaft in the axial direction that is longer than a distance F2 between the upstream end and the axis of the rotor shaft in the axial direction. It has a small second wall surface. In this case, since the inner ring side cooling passage can be provided near the steam flow path, the steam flowing near the inner ring of the steam flow path on the downstream side can be cooled by the inner ring side cooling passage, and the scale in the stator vane stage can be reduced. It is possible to suppress the adhesion of scale to the wall surface near the inner ring, where it is easy to adhere. Thereby, blockage of the steam flow path can be effectively suppressed, so that a decrease in efficiency of the geothermal turbine can be effectively suppressed.
１ 地熱タービン
２ ロータシャフト
２１ シャフト部
２２ 外面
２３ ディスク部
３ ケーシング
３１ 外輪支持部
３２ 吸気室
４ 静翼段
４Ａ 初段静翼
４０ 壁面
４１ 翼本体部
４２ 外輪
４３ 内輪
４４ 蒸気流路
４４Ａ 翼間流路
４５ スロート部
４６ 前縁
４７ 後縁
４８ 圧力面
４９ 負圧面
５，５Ａ 動翼段
６ 冷却管
６０ 冷却水流路
６１ 周方向延在管
６２ 径方向延在管
１０ 地熱発電システム
１１ 生産井
１２ セパレータ
１３ 還元井
１４ 発電機
１５ 復水器
１６ 冷却塔
７１ 入口流路
７２ 入口管
７３ 出口流路
７４ 出口管
７５ 冷却水供給口
７６ 冷却水排出口
７７ 冷却水供給源
９１ 第１凹部
９２ 貫通孔
９３ 第２凹部
９４ 溝部
９４Ａ 外輪側溝部
９４Ｂ 内輪側溝部
９５ ペルチェ素子
９５１ 吸熱部
９５２ 放熱部
９６ 電力源
９７ 電線
１００ 外輪側冷却通路
１０１ 外輪側冷却通路形成部
１０２ 第１壁面
１０５ 内輪側冷却通路
１０６ 内輪側冷却通路形成部
１０７ 第２壁面
ＢＬ 境界層
ＬＡ 軸線
Ｐ１，Ｐ２ 圧力
Ｘ 軸方向
ＸＦ （軸方向の）前方側
ＸＲ （軸方向の）後方側
1
Claims (12)
前記ロータシャフトを収容するケーシングと、
前記ケーシングの内側に支持された少なくとも１つの静翼段と、
前記少なくとも１つの静翼段の蒸気流路を通過する蒸気を冷却するための少なくとも１つの冷却管であって、前記少なくとも１つの静翼段のスロート部よりも上流側に配置され、且つ、少なくとも一部が前記蒸気流路に露出している少なくとも１つの冷却管と、を備える
地熱タービン。 rotor shaft and
a casing that accommodates the rotor shaft;
at least one stator vane stage supported inside the casing;
at least one cooling pipe for cooling steam passing through the steam flow path of the at least one stator vane stage, the cooling pipe being disposed upstream of the throat portion of the at least one stator vane stage, and at least at least one cooling pipe having a portion exposed to the steam flow path.
請求項１に記載の地熱タービン。 The geothermal system according to claim 1, wherein the at least one cooling pipe is configured to cool steam passing through a steam flow path of a first stage stator vane disposed at the most upstream of the at least one stator vane stage. turbine.
前記少なくとも１つの冷却管は、前記複数の翼本体部のうちの少なくとも１つの翼本体部の前縁に支持された、
請求項１又は２に記載の地熱タービン。 the at least one stator vane stage includes a plurality of vane body portions including a pressure surface and a suction surface;
The at least one cooling pipe is supported on a leading edge of at least one of the plurality of wing body parts.
The geothermal turbine according to claim 1 or 2.
前記周方向延在管は、前記複数の翼本体部の前縁の外面に取り付けられた、
請求項３に記載の地熱タービン。 The at least one cooling pipe includes a circumferentially extending pipe extending along the circumferential direction of the rotor shaft,
The circumferentially extending tube is attached to the outer surface of the leading edge of the plurality of wing main bodies,
A geothermal turbine according to claim 3.
前記周方向延在管は、前記複数の翼本体部のうちの少なくとも１つの翼本体部の前縁に形成された第１凹部に嵌め込まれた、
請求項３に記載の地熱タービン。 The at least one cooling pipe includes a circumferentially extending pipe extending along the circumferential direction of the rotor shaft,
The circumferentially extending tube is fitted into a first recess formed in a leading edge of at least one of the plurality of wing main bodies.
A geothermal turbine according to claim 3.
前記径方向延在管は、前記複数の翼本体部の前縁の外面に取り付けられた、
請求項３に記載の地熱タービン。 The at least one cooling pipe includes a radially extending pipe extending along a radial direction of the rotor shaft,
The radially extending tube is attached to the outer surface of the leading edge of the plurality of wing body parts,
A geothermal turbine according to claim 3.
前記径方向延在管は、前記複数の翼本体部の前縁に形成された、前記径方向に沿って延在する第２凹部に嵌め込まれた、
請求項３に記載の地熱タービン。 The at least one cooling pipe includes a radially extending pipe extending along a radial direction of the rotor shaft,
The radially extending tube is fitted into a second recess extending along the radial direction and formed at the leading edge of the plurality of wing main bodies.
A geothermal turbine according to claim 3.
圧力面および負圧面を含む複数の翼本体部と、
前記複数の翼本体部の各々の外周部を支持する外輪と、
前記複数の翼本体部の各々の内周部を支持する内輪と、を含み、
前記少なくとも１つの冷却管は、前記ロータシャフトの周方向に沿って延在する周方向延在管を含み、
前記周方向延在管は、前記外輪または前記内輪の少なくとも一方に形成された、前記周方向に沿って延在する溝部に配置された、
請求項１又は２に記載の地熱タービン。 The at least one stator vane stage includes:
a plurality of wing body sections including a pressure surface and a suction surface;
an outer ring that supports the outer periphery of each of the plurality of wing main bodies;
an inner ring that supports an inner circumferential portion of each of the plurality of wing main bodies,
The at least one cooling pipe includes a circumferentially extending pipe extending along the circumferential direction of the rotor shaft,
The circumferentially extending tube is disposed in a groove extending along the circumferential direction and formed in at least one of the outer ring and the inner ring.
The geothermal turbine according to claim 1 or 2.
前記地熱タービンは、前記翼本体部に取り付けられたペルチェ素子であって、前記翼本体部を通過する蒸気から熱を吸熱する吸熱部と、前記吸熱部が吸熱した熱を前記翼本体部に放熱する放熱部と、を含むペルチェ素子、をさらに備える、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の地熱タービン。 the at least one stator vane stage includes a plurality of vane body portions including a pressure surface and a suction surface;
The geothermal turbine is a Peltier element attached to the blade body, and includes a heat absorption part that absorbs heat from steam passing through the blade body, and a heat absorption part that radiates the heat absorbed by the heat absorption part to the blade body. and a Peltier element including a heat dissipation section,
A geothermal turbine according to any one of claims 1 to 8.
請求項９に記載の地熱タービン。 The Peltier element is attached to the negative pressure surface of the blade main body on the upstream side of the throat portion.
A geothermal turbine according to claim 9.
圧力面および負圧面を含む複数の翼本体部と、
前記複数の翼本体部の各々の外周部を支持する外輪と、
前記複数の翼本体部の各々の内周部を支持する内輪と、を含み、
前記複数の翼本体部の各々は、前縁の翼高さよりも後縁の翼高さの方が大きく形成されており、
前記外輪の内部には、前記周方向に沿って延在する少なくとも１つの外輪側冷却通路であって、前記ロータシャフトの軸方向において、少なくとも一部が前記翼本体部と重複する位置に配置される少なくとも１つの外輪側冷却通路を形成する外輪側冷却通路形成部が形成されており、
前記外輪側冷却通路形成部は、前記軸方向における下流端と前記ロータシャフトの軸線との距離Ｒ１が、前記軸方向における上流端と前記ロータシャフトの前記軸線との距離Ｆ１よりも大きい第１壁面を有する、
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の地熱タービン。 The at least one stator vane stage includes:
a plurality of wing body sections including a pressure surface and a suction surface;
an outer ring that supports the outer periphery of each of the plurality of wing main bodies;
an inner ring that supports an inner circumferential portion of each of the plurality of wing main bodies,
Each of the plurality of wing body portions is formed such that the height of the blade at the trailing edge is greater than the height of the blade at the leading edge,
Inside the outer ring, there is at least one outer ring side cooling passage extending along the circumferential direction, and in the axial direction of the rotor shaft, at least a portion thereof is arranged at a position overlapping with the blade main body. an outer ring side cooling passage forming portion forming at least one outer ring side cooling passage;
The outer ring side cooling passage forming portion has a first wall surface in which a distance R1 between the downstream end in the axial direction and the axis of the rotor shaft is larger than a distance F1 between the upstream end in the axial direction and the axis of the rotor shaft. has,
A geothermal turbine according to any one of claims 1 to 10.
圧力面および負圧面を含む複数の翼本体部と、
前記複数の翼本体部の各々の外周部を支持する外輪と、
前記複数の翼本体部の各々の内周部を支持する内輪と、を含み、
前記複数の翼本体部の各々は、前縁の翼高さよりも後縁の翼高さの方が大きく形成されており、
前記内輪の内部には、前記周方向に沿って延在する少なくとも１つの内輪側冷却通路であって、前記ロータシャフトの軸方向において、少なくとも一部が前記翼本体部と重複する位置に配置される少なくとも１つの内輪側冷却通路を形成する内輪側冷却通路形成部が形成されており、
前記内輪側冷却通路形成部は、前記軸方向における下流端と前記ロータシャフトの軸線との距離Ｒ２が、前記軸方向における上流端と前記ロータシャフトの前記軸線との距離Ｆ２よりも小さい第２壁面を有する、
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の地熱タービン。 The at least one stator vane stage includes:
a plurality of wing body sections including a pressure surface and a suction surface;
an outer ring that supports the outer periphery of each of the plurality of wing main bodies;
an inner ring that supports an inner circumferential portion of each of the plurality of wing main bodies,
Each of the plurality of wing body portions is formed such that the height of the blade at the trailing edge is greater than the height of the blade at the leading edge,
Inside the inner ring, there is at least one inner ring side cooling passage extending along the circumferential direction, and in the axial direction of the rotor shaft, at least a part thereof is arranged at a position overlapping with the blade main body part. an inner ring side cooling passage forming portion forming at least one inner ring side cooling passage;
The inner ring side cooling passage forming portion has a second wall surface in which a distance R2 between the downstream end in the axial direction and the axis of the rotor shaft is smaller than a distance F2 between the upstream end in the axial direction and the axis of the rotor shaft. has,
A geothermal turbine according to any one of claims 1 to 11.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020122019A JP7399043B2 (en) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | geothermal turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020122019A JP7399043B2 (en) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | geothermal turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022018709A JP2022018709A (en) | 2022-01-27 |
| JP7399043B2 true JP7399043B2 (en) | 2023-12-15 |
Family
ID=80203961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020122019A Active JP7399043B2 (en) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | geothermal turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7399043B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018127985A (en) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Geothermal Turbine |
| US20200018172A1 (en) | 2018-07-13 | 2020-01-16 | Honeywell International Inc. | Airfoil with leading edge convective cooling system |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04119303U (en) * | 1991-04-09 | 1992-10-26 | 三菱重工業株式会社 | nozzle |
| JP3046907B2 (en) * | 1994-04-07 | 2000-05-29 | 三菱重工業株式会社 | Method for manufacturing scale adhesion preventing nozzle plate cooling water passage |
| JP6049565B2 (en) * | 2013-07-31 | 2016-12-21 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Geothermal turbine |
-
2020
- 2020-07-16 JP JP2020122019A patent/JP7399043B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018127985A (en) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Geothermal Turbine |
| US20200018172A1 (en) | 2018-07-13 | 2020-01-16 | Honeywell International Inc. | Airfoil with leading edge convective cooling system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022018709A (en) | 2022-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9476315B2 (en) | Axial flow turbine | |
| CN107476833B (en) | The self cooled magnetic suspension turbine expansion generator of zero leakage and System and method for | |
| US7101144B2 (en) | Steam turbine rotor, steam turbine and method for actively cooling a steam turbine rotor and use of active cooling | |
| JP5433183B2 (en) | Steam turbine and steam turbine plant system | |
| US8727713B2 (en) | Rotor oscillation preventing structure and steam turbine using the same | |
| US20160341058A1 (en) | Seal structure and rotating machine | |
| JP4527824B2 (en) | Turbine rotor bearing cooling system | |
| CN106715864B (en) | Supercharger | |
| US11015452B2 (en) | Gas turbine blade | |
| JP2010190092A (en) | Turbocharger | |
| JP2014141912A (en) | Rotary machine | |
| JP2011106474A (en) | Axial flow turbine stage and axial flow turbine | |
| US8425181B2 (en) | Axial-flow turbine with flow extraction means | |
| JP2011052645A (en) | Turbine | |
| RU2567524C2 (en) | System and method of work fluid extraction from internal volume of turbine machine, and turbine machine with such system | |
| JP7399043B2 (en) | geothermal turbine | |
| JP2014066247A (en) | Cooling method and system for cooling blades of at least one blade row in rotary flow machine | |
| JP2018132027A (en) | Steam turbine plant | |
| CN109210961B (en) | Liquid radiator for aircraft engine | |
| WO2014115706A1 (en) | Seal mechanism and rotating machine provided with seal mechanism | |
| JP3901828B2 (en) | Steam cooled gas turbine | |
| WO2021131647A1 (en) | Rotating machine and refrigeration device using same | |
| JP2008202419A (en) | Steam turbine casing structure | |
| JP2015028323A (en) | Steam turbine system and steam turbine power generation plant | |
| EP2488728B1 (en) | Turbine for converting energy and method for operating the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20220125 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230529 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231124 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231128 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231205 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7399043 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |