JP2005315178A - Axial flow turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸流タービンに係り、特にタービン翼列に改良を加えた軸流タービンに関する。 The present invention relates to an axial-flow turbine, and more particularly to an axial-flow turbine with an improved turbine cascade.
軸流タービンは、タービンロータ(回転軸)に対し、作動流体の流れ方向の分類から命名されたもので、タービンロータの周方向に沿って配置したタービンノズルの翼列とタービン動翼の翼列とをペアーとして組み合せてタービン段落を構成し、このタービン段落をタービンロータの軸方向に沿って複数段に亘って配置したものである。 The axial flow turbine is named from the classification of the flow direction of the working fluid with respect to the turbine rotor (rotary shaft). The turbine nozzle cascade and the turbine rotor cascade are arranged along the circumferential direction of the turbine rotor. Are combined as a pair to form a turbine stage, and the turbine stage is arranged in a plurality of stages along the axial direction of the turbine rotor.
このような構成を備えた軸流タービンは、より一層の性能向上を求めて種々の流体解析や各種の流力試験に基づく開発と検証が行われてきている。 An axial turbine having such a configuration has been developed and verified based on various fluid analysis and various hydrodynamic tests in order to further improve performance.
最近の軸流タービンの研究成果には、タービン翼を、タービンロータに対し、半径方向あるいは軸方向に湾曲させた形状のものや、半径方向のスロート・ピッチ比分布を変化させる形状などが例えば特開平8−74502号(特許文献1)や特許第3132944号(特許文献2)などに開示されている。 Recent research results on axial turbines include, for example, turbine blades that are curved in the radial direction or axial direction with respect to the turbine rotor, and shapes that change the throat pitch ratio distribution in the radial direction. No. 8-74502 (Patent Document 1) and Japanese Patent No. 3132944 (Patent Document 2).
また、タービン翼の基本パラメータの一つであるコード長さについても、流体の漏洩損失をより一層少なくすることを求めて翼先端部のコードを長くする形状などが、例えば特開平11−62506号公報(特許文献3)に開示されている。 As for the cord length, which is one of the basic parameters of the turbine blade, a shape in which the cord at the blade tip portion is lengthened in order to further reduce the leakage loss of the fluid is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-62506. It is disclosed in the gazette (patent document 3).
また、タービン翼列性能とピッチ・コード比との関係についても、例えば文献「Ainley, D.G., and Mathieson, G.C.R., “A Method of Performance Estimation for Axial Flow Turbines”, Aeronautical Research Council, RandM2974(1957).」(非特許文献1)に古くから公表されている。
軸流タービンに適用するタービンノズルやタービン動翼では、翼の代表長さを示すコード、タービン翼列の通路の最狭部分を示すスロートやタービンロータの周方向に沿って配置した翼間距離を示すピッチの3つの要素が翼性能を究明する上で基本パラメータになっている。 For turbine nozzles and turbine blades applied to axial flow turbines, the code indicating the typical blade length, the throat indicating the narrowest part of the turbine blade row passage, and the interblade distance disposed along the circumferential direction of the turbine rotor The three elements of the pitch shown are basic parameters for investigating blade performance.
軸流タービンのタービン翼列性能は、これら基本パラメータや基本パラメータを組み合わせた無次元パラメータ、具体的にはスロート・ピッチ比、ピッチ・コード比の影響を直接受ける。 The turbine cascade performance of an axial flow turbine is directly affected by these basic parameters and dimensionless parameters combining the basic parameters, specifically, the throat pitch ratio and pitch code ratio.
このため、タービン翼列性能をより一層向上させるには、上述の基本パラメータがタービン性能におよぼす影響を充分に把握して、最適な組合せでタービン翼列を構成することが必要である。 For this reason, in order to further improve the turbine cascade performance, it is necessary to fully understand the influence of the above-mentioned basic parameters on the turbine performance and configure the turbine cascade in an optimal combination.
従来、上述基本パラメータのタービン性能におよぼす影響についての研究は行われていたものの、複数の基本的なパラメータの最適な組み合せについては、明確に設計指針が定められていなかった。 Conventionally, although research has been conducted on the influence of the basic parameters on the turbine performance, a design guideline has not been clearly defined for an optimal combination of a plurality of basic parameters.
本発明は、このような背景技術に基づいてなされたもので、タービン翼列性能に直接的な影響を与える基本パラメータを最適に組み合わせてタービン翼列性能をより一層向上させる軸流タービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such background art, and provides an axial flow turbine that further improves turbine cascade performance by optimally combining basic parameters that directly affect turbine cascade performance. For the purpose.
本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項1に記載したように、タービンロータの周方向に沿って配置したタービンノズルの翼列に隣接し、前記タービンロータの周方向に沿って植設するタービン動翼の翼列を備え、前記タービンノズルの翼列と前記タービン動翼の翼列とを組み合わせてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って複数段を備える軸流タービンにおいて、複数段を備えたタービン段落のうち、少なくとも2つ以上の連続したタービン段落を対象とし、この対象とする連続したタービン段落のうち、上流側のタービン段落から下流側のタービン段落に向うにしたがって前記タービンノズルのスロート・ピッチ比を大きくすることを条件に、前記タービンノズルの翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比の最適値を求め、求めた最適値から前記タービンノズルのピッチとアキシャルコードとを設定したものである。 In order to achieve the above object, an axial turbine according to the present invention is adjacent to a cascade of turbine nozzles arranged along the circumferential direction of the turbine rotor, and A turbine blade cascade arranged along a circumferential direction, and a turbine stage is formed by combining the turbine nozzle cascade and the turbine bucket cascade, and the turbine stage is connected to the turbine rotor shaft. In an axial turbine having a plurality of stages in a direction, at least two or more continuous turbine stages among the turbine stages having a plurality of stages are targeted. On the condition that the throat pitch ratio of the turbine nozzle increases from the turbine stage toward the downstream turbine stage, the turbine nozzle Determine the optimum value of the pitch axial code ratio string loss is minimized, it is from the determined optimum values obtained by setting the pitch and axial code of the turbine nozzle.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項2に記載したように、タービンロータの周方向に沿って配置したタービンノズルの翼列に隣接し、前記タービンロータの周方向に沿って植設するタービン動翼の翼列を備え、前記タービンノズルの翼列と前記タービン動翼の翼列とを組み合わせてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って複数段を備える軸流タービンにおいて、複数段を備えたタービン段落のうち、少なくとも2つ以上の連続したタービン段落を対象とし、この対象とする連続したタービン段落のうち、上流側のタービン段落から下流側のタービン段落に向うにしたがって前記タービンノズルのスロート・ピッチ比を小さくすることを条件に、前記タービンノズルの翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比の最適値を求め、求めた最適値から前記タービンノズルのピッチとアキシャルコードとを設定したものである。 Moreover, in order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention is adjacent to a cascade of turbine nozzles arranged along the circumferential direction of the turbine rotor, and A turbine blade cascade arranged along the circumferential direction of the rotor, and a turbine stage is configured by combining the turbine nozzle cascade and the turbine bucket cascade; In the axial flow turbine having a plurality of stages in the axial direction, at least two or more continuous turbine stages among the turbine stages having a plurality of stages are targeted, and the upstream of the target turbine stages The turbine nozzle is provided on the condition that the throat pitch ratio of the turbine nozzle is reduced from the turbine stage on the side toward the turbine stage on the downstream side. Determine the optimum value of the pitch axial code ratio cascade loss Le is minimized, it is from the determined optimum values obtained by setting the pitch and axial code of the turbine nozzle.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項3に記載したように、スロート・ピッチ比のスロートおよびピッチは、タービンノズルの翼列における翼平均径の位置の値であるものである。 In order to achieve the above object, the axial flow turbine according to the present invention is characterized in that the throat and pitch of the throat / pitch ratio are the positions of the blade average diameter in the blade row of the turbine nozzle. Is the value of.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項4に記載したように、スロート・ピッチ比は、0.19以上の範囲であるものである。 In order to achieve the above object, the axial flow turbine according to the present invention has a throat pitch ratio in the range of 0.19 or more as described in claim 4.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項5に記載したように、ピッチ・アキシャルコード比とスロート・ピッチ比は、ピッチをt、アキシャルコードをCa、スロートをsとするとき、(t/Ca)=0.25×(s/t)+1.05と(t/Ca)=0.25×(s/t)+0.80とで囲まれた領域にあるものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention has a pitch-axial code ratio and a throat pitch ratio, wherein the pitch is t, the axial code is Ca, A region surrounded by (t / Ca) = 0.25 × (s / t) +1.05 and (t / Ca) = 0.25 × (s / t) +0.80, where throat is s It is what.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項6に記載したように、タービンロータの周方向に沿って配置したタービンノズルの翼列に隣接し、前記タービンロータの周方向に沿って植設するタービン動翼の翼列を備え、前記タービンノズルの翼列と前記タービン動翼の翼列とを組み合わせてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って複数段を備える軸流タービンにおいて、複数段を備えたタービン段落のうち、少なくとも2つ以上の連続したタービン段落を対象とし、この対象とする連続したタービン段落のうち、上流側のタービン段落から下流側のタービン段落に向うにしたがって前記タービンノズルのアキシャルコードが一定または大きくすることを条件に、タービンノズルの枚数を減少させる構成にしたものである。 Moreover, in order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention is adjacent to a cascade of turbine nozzles arranged along the circumferential direction of the turbine rotor, and A turbine blade cascade arranged along the circumferential direction of the rotor, and a turbine stage is configured by combining the turbine nozzle cascade and the turbine bucket cascade; In the axial flow turbine having a plurality of stages in the axial direction, at least two or more continuous turbine stages among the turbine stages having a plurality of stages are targeted, and the upstream of the target turbine stages Turbine nozzle axial code is constant or larger from the turbine stage toward the downstream turbine stage. It is obtained by the structure that reduces the number of nozzles.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項7に記載したように、アキシャルコードは、タービンノズルの翼列における翼平均径の位置の値であるものである。 Further, in order to achieve the above object, the axial flow code according to the present invention is the axial code is a value of the position of the blade average diameter in the blade row of the turbine nozzle. is there.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項8に記載したように、タービンロータの周方向に沿って配置したタービンノズルの翼列に隣接し、前記タービンロータの周方向に沿って植設するタービン動翼の翼列を備え、前記タービンノズルの翼列と前記タービン動翼の翼列とを組み合わせてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って複数段を備える軸流タービンにおいて、複数段を備えたタービン段落のうち、少なくとも2つ以上の連続したタービン段落を対象とし、この対象とする連続したタービン段落のうち、上流側のタービン段落から下流側のタービン段落に向うにしたがって前記タービン動翼のスロート・ピッチ比を大きくすることを条件に、前記タービン動翼の翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比の最適値を求め、求めた最適値から前記タービン動翼のピッチとアキシャルコードとを設定したものである。 Moreover, in order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention is adjacent to a cascade of turbine nozzles arranged along the circumferential direction of the turbine rotor, and the turbine A turbine blade cascade arranged along the circumferential direction of the rotor, and a turbine stage is configured by combining the turbine nozzle cascade and the turbine bucket cascade; In the axial flow turbine having a plurality of stages in the axial direction, at least two or more continuous turbine stages among the turbine stages having a plurality of stages are targeted, and the upstream of the target turbine stages The turbine rotor blade is provided on the condition that the throat pitch ratio of the turbine rotor blade increases from the turbine stage toward the downstream turbine stage. Determine the optimum value of the pitch axial code ratio wing column loss is minimized, it is from the determined optimum values obtained by setting the pitch and axial code of the turbine blade.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項9に記載したように、タービンロータの周方向に沿って配置したタービンノズルの翼列に隣接し、前記タービンロータの周方向に沿って植設するタービン動翼の翼列を備え、前記タービンノズルの翼列と前記タービン動翼の翼列とを組み合わせてタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービンロータの軸方向に向って複数段を備える軸流タービンにおいて、複数段を備えたタービン段落のうち、少なくとも2つ以上の連続したタービン段落を対象とし、この対象とする連続したタービン段落のうち、上流側のタービン段落から下流側のタービン段落に向うにしたがって前記タービン動翼のスロート・ピッチ比を小さくすることを条件に、前記タービン動翼の翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比の最適値を求めた最適値から前記タービン動翼のピッチとアキシャルコードとを設定したものである。 Moreover, in order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention is adjacent to a cascade of turbine nozzles arranged along a circumferential direction of a turbine rotor, and A turbine blade cascade arranged along the circumferential direction of the rotor, and a turbine stage is configured by combining the turbine nozzle cascade and the turbine bucket cascade; In the axial flow turbine having a plurality of stages in the axial direction, at least two or more continuous turbine stages among the turbine stages having a plurality of stages are targeted, and the upstream of the target turbine stages The turbine rotor blades on the condition that the throat pitch ratio of the turbine rotor blades decreases from the turbine stage toward the downstream turbine stage. Blade row loss is from the optimum value determined optimum value of the smallest pitch axial code ratio obtained by setting the pitch and axial code of the turbine blade.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項10に記載したように、スロート・ピッチ比のスロートおよびピッチは、タービン動翼の翼列における翼平均径の位置の値であるものである。 In order to achieve the above object, the axial flow turbine according to the present invention is characterized in that the throat and pitch of the throat / pitch ratio are equal to the blade average diameter in the cascade of turbine rotor blades. It is a position value.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項11に記載したように、スロート・ピッチ比は、0.28以上の範囲であるものである。 In order to achieve the above object, the axial turbine according to the present invention has a throat pitch ratio in the range of 0.28 or more as described in claim 11.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項12に記載したように、ピッチ・アキシャルコード比とスロート・ピッチ比は、ピッチをt、アキシャルコードをCa、スロートをsとするとき、(t/Ca)=1.4×(s/t)+0.51と(t/Ca)=1.4×(s/t)+0.11とで囲まれた領域にあるものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention has a pitch-axial code ratio and a throat pitch ratio, wherein the pitch is t, the axial code is Ca, A region surrounded by (t / Ca) = 1.4 × (s / t) +0.51 and (t / Ca) = 1.4 × (s / t) +0.11, where throat is s It is what.
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項13に記載したように、請求項1,2,6に記載のタービンノズルのうち、少なくとも1つ以上と、請求項7,9記載のタービン動翼のうち、少なくとも1つ以上とを組み合わせたものである。
Moreover, in order to achieve the above-mentioned object, the axial turbine according to the present invention includes at least one of the turbine nozzles according to
本発明に係る軸流タービンは、複数段のタービン段落のうち、少なくとも2つ以上の連続したタービン段落を対象とし、対象となったタービン段落のうち、上流側のタービン段落から下流側のタービン段落に向ってスロート・ピッチ比を大きくすることを条件に、実験データでタービンノズルの翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比の最適値を求め、求めた最適値からピッチおよびアキシャルコードのそれぞれを設定したので、タービンノズル翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 The axial turbine according to the present invention targets at least two or more continuous turbine stages among a plurality of stages of turbine stages, and among the target turbine stages, the turbine stage downstream from the upstream turbine stage. On the condition that the throat / pitch ratio is increased toward the target, the optimum value of the pitch / axial code ratio that minimizes the turbine nozzle cascade loss is obtained from the experimental data, and the pitch and axial code are calculated from the obtained optimum values. Therefore, turbine performance can be improved by further reducing the turbine nozzle cascade loss.
以下、本発明に係る軸流タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。 Hereinafter, embodiments of an axial flow turbine according to the present invention will be described with reference to the drawings and reference numerals attached to the drawings.
図1は、本発明に係る軸流タービンの第1実施形態を説明する際に使用するタービン段落を示す概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a turbine stage used in explaining a first embodiment of an axial turbine according to the present invention.
なお、本実施形態に係る軸流タービンは、タービンケーシング1の中央に収容されたタービンロータ2の周方向に沿って配置されたタービンノズル3a1、3b1、3c1と、このタービンノズル3a1、3b1、3c1の翼列の下流側に対設し、タービンロータ2に植設するタービン動翼4a1、4b1、4c1の翼列とをペアーとして組み合わせた複数のタービン段落のうち、例えば、3つの連続したタービン段落を適用対象とするとともに、3つの連続したタービン段落のうち、タービンノズル3a1、3b1、3c1を適用対象としている。また、3つの連続したタービン段落は、説明の便宜上、作動流体の流れ方向に沿って順に、タービン上流段落Na、タービン中間段落Nb、タービン下流段落Ncと以後記す。
The axial turbine according to this embodiment includes turbine nozzles 3a 1 , 3b 1 , 3c 1 arranged along the circumferential direction of the turbine rotor 2 housed in the center of the
一般に、タービンノズル3a1、3b1、3c1のタービン翼列性能を考察する際、最も基本的なファクター(因子)は、図2に示すように、一方のノズル翼エレメント5aと隣接する他方のノズル翼エレメント5bとのピッチ(t)、スロート(s)、翼コード(c)、翼アキシャルコード(Ca)を挙げることができる。
In general, when considering the turbine cascade performance of the turbine nozzles 3a 1 , 3b 1 , 3c 1 , the most basic factor is that, as shown in FIG. A pitch (t) with the
これら基本的なファクターを組み合わせたスロート・ピッチ比(s/t)、ピッチ・コード比(t/c)およびピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)は、タービンノズル翼列負荷やタービンノズル翼列性能に直接影響を与える重要なパラメータになっている。 The throat pitch ratio (s / t), pitch code ratio (t / c) and pitch / axial code ratio (t / Ca) combining these basic factors are the turbine nozzle cascade load and turbine nozzle cascade. It is an important parameter that directly affects performance.
図3は、スロート・ピッチ比(s/t)およびピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)を用いて実験データから求めたタービンノズル翼列損失線図である。なお、図中、タービン上流段落Naのスロート・ピッチ比(s/t)Na、タービン中間段落Nbのスロート・ピッチ比(s/t)Nbおよびタービン下流段落Ncのスロート・ピッチ比(s/t)Ncとの関係では、(s/t)Na<(s/t)Nb<(s/t)Ncにしている。 FIG. 3 is a turbine nozzle cascade loss diagram obtained from experimental data using the throat pitch ratio (s / t) and the pitch / axial code ratio (t / Ca). In the drawing, the throat pitch ratio (s / t) Na of the turbine upstream stage Na, the throat pitch ratio (s / t) Nb of the turbine intermediate stage Nb, and the throat pitch ratio (s / t) of the turbine downstream stage Nc. ) In relation to Nc, (s / t) Na <(s / t) Nb <(s / t) Nc.
図3に示したタービンノズル翼列損失線図から、タービン上流段落Naにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Na、タービン中間段落Nbにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Nbおよびタービン下流段落Ncにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Ncのそれぞれにタービンノズル翼列損失の最小値が存在しており、また、これら最小値はタービン各段落Na、Nb、Ncにおける各スロート・ピッチ比(s/t)Na、(s/t)Nb、(s/t)Ncの大小によっても変化することがわかった。 From the turbine nozzle cascade row loss diagram shown in FIG. 3, the pitch-axial code ratio (t / Ca) Na in the turbine upstream stage Na, the pitch-axial code ratio (t / Ca) Nb in the turbine intermediate stage Nb, and the turbine downstream There is a minimum value of the turbine nozzle cascade loss in each of the pitch / axial code ratio (t / Ca) Nc in the paragraph Nc, and these minimum values are the throat pitches in the turbine paragraphs Na, Nb, and Nc. It was found that the ratio changed depending on the size of the ratio (s / t) Na, (s / t) Nb, and (s / t) Nc.
なお、タービン各段落Na、Nb、Ncにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Na、(s/t)Nb、(s/t)Ncは、タービン各段落Na、Nb、Nc毎の負荷配分や反動度の設定によってタービン各段落毎に変化するとともに、タービンノズル3a1、3b1、3c1の高さ方向(半径方向)にもタービン性能向上の意図からいろいろな分布を与える場合がある。 It should be noted that the throat pitch ratio (s / t) Na, (s / t) Nb, (s / t) Nc in each turbine stage Na, Nb, Nc is the load distribution for each turbine stage Na, Nb, Nc. Depending on the setting of the reaction degree, it varies for each stage of the turbine, and various distributions may be given in the height direction (radial direction) of the turbine nozzles 3a 1 , 3b 1 , 3c 1 from the intention of improving the turbine performance.
しかし、本実施形態では、タービン各段落Na、Nb、Ncのスロート・ピッチ比(s/t)Na、(s/t)Nb、(s/t)Ncの代表値としてタービンノズル翼高さ方向の中央位置に対応する翼平均径PCD−a、PCD−b、PCD−cにおける値にしている。 However, in the present embodiment, the turbine nozzle blade height direction as a representative value of the throat pitch ratio (s / t) Na, (s / t) Nb, (s / t) Nc of each paragraph Na, Nb, Nc of the turbine The blade average diameters PCD-a, PCD-b, and PCD-c are set to values corresponding to the center position.
このように、本実施形態は、タービン上流段落Naにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Na、タービン中間段落Nbにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Nbおよびタービン下流段落Ncにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Ncの関係を(s/t)Na<(s/t)Nb<(s/t)Ncにし、この関係式から図3に示した実験データを用いてタービン各段落Na、Nb、Ncのそれぞれにおける翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Na、(t/Ca)Nb、(t/Ca)Ncのそれぞれの最適値を求め、求めた最適値からタービン各段落Na、Nb、Ncのタービンノズル3a1、3b1、3c1の翼列におけるピッチ(t)、アキシャルコード(Ca)のそれぞれを設定したので、タービンノズル翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。
Thus, in the present embodiment, the throat pitch ratio (s / t) Na in the turbine upstream stage Na, the throat pitch ratio (s / t) Nb in the turbine intermediate stage Nb, and the throat pitch ratio in the turbine downstream stage Nc. The relationship of (s / t) Nc is set to (s / t) Na <(s / t) Nb <(s / t) Nc, and each paragraph Na of the turbine is obtained using the experimental data shown in FIG. The optimum values of the pitch / axial code ratio (t / Ca) Na, (t / Ca) Nb, and (t / Ca) Nc that minimize the cascade loss in each of Nb and Nc are obtained. turbine each paragraph Na, Nb,
図4〜図5は、本発明に係る軸流タービンの第2実施形態を説明する際に使用するタービン段落を示す概念図である。 4 to 5 are conceptual diagrams showing turbine stages used when describing the second embodiment of the axial turbine according to the present invention.
また、図6は、本発明に係る軸流タービンのスロート・ピッチ比(s/t)およびピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)を用いて実験によって得られたタービンノズル翼列損失線図である。 FIG. 6 is a turbine nozzle cascade loss diagram obtained by experiments using the throat pitch ratio (s / t) and pitch / axial code ratio (t / Ca) of the axial flow turbine according to the present invention. is there.
なお、第1実施形態に示す構成部分と同一または対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as or corresponds to the component shown in 1st Embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.
本実施形態に係る軸流タービンは、タービン上流段落Naのスロート・ピッチ比(s/t)Na、タービン中間段落Nbのスロート・ピッチ比(s/t)Nbおよびタービン下流段落Ncのスロート・ピッチ比(s/t)Ncとの関係を、(s/t)Na>(s/t)Nb>(s/t)Ncにし、この関係式に図6に示した実験データであるタービンノズル翼列損失線図から、タービン各段落Na、Nb、Ncのそれぞれのピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Na、(t/Ca)Nb、(t/Ca)Ncの最小値を求めたものである。 The axial turbine according to the present embodiment includes a throat pitch ratio (s / t) Na of the turbine upstream stage Na, a throat pitch ratio (s / t) Nb of the turbine intermediate stage Nb, and a throat pitch ratio of the turbine downstream stage Nc. The relationship with the ratio (s / t) Nc is (s / t) Na> (s / t) Nb> (s / t) Nc, and this relational expression is the turbine nozzle blade which is the experimental data shown in FIG. The minimum value of pitch / axial code ratio (t / Ca) Na, (t / Ca) Nb, (t / Ca) Nc of each paragraph Na, Nb, Nc of the turbine is obtained from the column loss diagram. is there.
従来、軸流タービンは、運転中、タービン動翼の流体流出角が変化するので、この変化に対応させてタービンノズルのスロート・ピッチ比(s/t)をタービン上流段落Naで大きくし、タービン中間段落Nbからタービン下流段落Ncに向って順次小さくするタービン設計手法を採る場合がある。 Conventionally, in an axial turbine, the fluid outflow angle of the turbine rotor blade changes during operation. Accordingly, the throat pitch ratio (s / t) of the turbine nozzle is increased at the turbine upstream stage Na in response to this change. There is a case where a turbine design method is adopted in which the size is gradually reduced from the intermediate paragraph Nb toward the turbine downstream paragraph Nc.
本実施形態は、このようなタービン設計手法を考慮してなされたもので、タービン上流段落Naのスロート・ピッチ比(s/t)Na、タービン中間段落Nbのスロート・ピッチ比(s/t)Nbおよびタービン下流段落Ncのスロート・ピッチ比(s/t)Ncとの関係を、(s/t)Na>(s/t)Nb>(s/t)Ncとし、この関係式から図6に示した実験データを用いてタービン各段落Na、Nb、Ncにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Na、(t/Ca)Nb、(t/Ca)Ncのそれぞれの最小値を求めたものである。 The present embodiment has been made in consideration of such a turbine design technique, and the throat pitch ratio (s / t) Na of the turbine upstream stage Na and the throat pitch ratio (s / t) of the turbine intermediate stage Nb. The relationship between Nb and the throat pitch ratio (s / t) Nc of the turbine downstream stage Nc is (s / t) Na> (s / t) Nb> (s / t) Nc. The minimum values of the pitch / axial code ratios (t / Ca) Na, (t / Ca) Nb, and (t / Ca) Nc in each paragraph Na, Nb, and Nc of the turbine were obtained using the experimental data shown in FIG. Is.
このように、本実施形態は、図6に示した実験データからタービン各段落Na、Nb、Ncのタービンノズル3a1、3b1、3c1のそれぞれにおける翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Na、(t/Ca)Nb、(t/Ca)Ncのそれぞれの最適値を求め、求めた各最適値からタービン各段落Na、Nb、Ncのタービンノズル3a1、3b1、3c1におけるピッチ(t)、アキシャルコード(Ca)のそれぞれを設定したので、タービンノズル翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 As described above, in the present embodiment, the pitch axial code that minimizes the blade row loss in each of the turbine nozzles 3a 1 , 3b 1 , 3c 1 of each turbine stage Na, Nb, Nc is obtained from the experimental data shown in FIG. The optimum values of the ratios (t / Ca) Na, (t / Ca) Nb, and (t / Ca) Nc are obtained, and the turbine nozzles 3a 1 , 3b of the turbine stages Na, Nb, Nc are obtained from the obtained optimum values. Since the pitch (t) and the axial code (Ca) in 1 and 3c 1 are set, the turbine nozzle cascade loss can be further reduced and the turbine performance can be improved.
図9は、本発明に係る軸流タービンのタービンノズルにおける翼列損失をより一層少なくするためのピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の適用範囲とスロート・ピッチ比(s/t)の適用範囲とを示す線図である。 FIG. 9 shows the application range of the pitch / axial code ratio (t / Ca) and the application of the throat pitch ratio (s / t) for further reducing blade row loss in the turbine nozzle of the axial flow turbine according to the present invention. It is a diagram which shows a range.
従来、タービンノズルのタービン翼列損失を少なくさせるスロート・ピッチ比(s/t)の適用範囲は、図7に示すように、スロート・ピッチ比(s/t)≧0.19としていた。 Conventionally, the application range of the throat pitch ratio (s / t) for reducing the turbine blade row loss of the turbine nozzle is set to throat pitch ratio (s / t) ≧ 0.19 as shown in FIG.
これは、タービン各段落Na、Nb、Ncのスロート・ピッチ比(s/t)がタービン各段落Na、Nb、Nc毎の負荷配分や反動後の設定いかんによって変化するものであり、あまり小さな値を設定すると、タービンノズルの流出角が小さくなり、タービン翼列損失を著しく増加させることに基づき、経験上から損失制限値として定めたものである。 This is because the throat pitch ratio (s / t) of each turbine stage Na, Nb, Nc varies depending on the load distribution for each turbine stage Na, Nb, Nc and the setting after the reaction, which is a very small value. Is set as a loss limit value based on experience based on the fact that the outflow angle of the turbine nozzle is reduced and the turbine blade row loss is remarkably increased.
一方、タービンノズルのピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)とタービンノズル翼列損失との関係は、図6からもわかるように、タービンノズル翼列損失の制限値以下となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適範囲が存在する。 On the other hand, the relationship between the pitch / axial code ratio (t / Ca) of the turbine nozzle and the turbine nozzle cascade loss is, as can be seen from FIG. 6, the pitch / axial code ratio that is below the limit value of the turbine nozzle cascade loss. There is an optimal range of (t / Ca).
今、スロート・ピッチ比(s/t)を、s/t=0.19としたとき、ピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適範囲(損失制限値範囲)を、図8から0.85≦(t/Ca)≦1.10として求めることができる。 Now, assuming that the throat pitch ratio (s / t) is s / t = 0.19, the optimum range (loss limit value range) of the pitch / axial code ratio (t / Ca) is shown in FIG. It can be determined as 85 ≦ (t / Ca) ≦ 1.10.
図8から求めたピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適範囲は、スロート・ピッチ比(s/t)の大小によって変化するので、このスロート・ピッチ比(s/t)をパラメータとして広範囲に変化させ試験データと解析結果から、図9に示すように最適範囲を定めた。 Since the optimum range of the pitch / axial code ratio (t / Ca) obtained from FIG. 8 varies depending on the size of the throat pitch ratio (s / t), the throat pitch ratio (s / t) is used as a parameter over a wide range. From the test data and analysis results, the optimum range was determined as shown in FIG.
すなわち、ピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)とスロート・ピッチ比(s/t)とが、2つの関係式(t/Ca)=0.25×(s/t)+1.05と(t/Ca)=0.25×(s/t)+0.80で挟まれた範囲内のある場合、タービンノズル翼列損失を制限値以下に抑えることができる。 That is, the pitch-axial chord ratio (t / Ca) and the throat pitch ratio (s / t) are expressed by two relational expressions (t / Ca) = 0.25 × (s / t) +1.05 (t /Ca)=0.25×(s/t)+0.80, the turbine nozzle cascade loss can be suppressed below the limit value.
このように、本実施形態では、タービンノズルのピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)を、0.25×(s/t)+0.80≦(t/Ca)≦0.25×(s/t)+1.05の範囲に定め、この定めた範囲内でピッチ(t)、アキシャルコード(Ca)、スロート(s)のそれぞれを設定するので、タービンノズル翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 Thus, in this embodiment, the pitch / axial code ratio (t / Ca) of the turbine nozzle is 0.25 × (s / t) + 0.80 ≦ (t / Ca) ≦ 0.25 × (s / t) +1.05, and the pitch (t), the axial code (Ca), and the throat (s) are set within the determined range, so that the turbine nozzle cascade loss is further reduced and the turbine is reduced. Performance can be improved.
図10〜図11は、本発明に係る軸流タービンの第3実施形態を説明する際に使用するタービン段落を示す概念図である。 FIGS. 10-11 is a conceptual diagram which shows the turbine stage used when describing 3rd Embodiment of the axial flow turbine which concerns on this invention.
また、図12は、本発明に係る軸流タービンのうち、タービン上流段落、タービン中間段落、タービン下流段落のそれぞれにおけるタービンノズル枚数を示すグラフである。 FIG. 12 is a graph showing the number of turbine nozzles in each of the turbine upstream stage, turbine intermediate stage, and turbine downstream stage of the axial flow turbine according to the present invention.
なお、第1実施形態に示す構成部分と同一または対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as or corresponds to the component shown in 1st Embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.
本実施形態に係る軸流タービンは、図13に示すように、タービン上流段落Naのタービンノズル3a1、タービン中間段落Nbのタービンノズル3b1、タービン下流段落Ncのタービンノズル3c1のそれぞれの根元部(ルート部)の反動度を一定値にする設計法で、翼高さが高くなるタービン上流段落Na、タービン中間段落Nbやタービン下流段落Ncの翼平均径PCD−a、PCD−b、PCD−cにおける反動度は増加する。
Axial turbine according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
反動度が増加すると、タービン各段落圧力降下に対するタービンノズルにおける圧力降下の割合が減少する。つまり、タービンノズル通路部における絞りが減少することに対応するため、タービンノズルのスロート・ピッチ比(s/t)は、図14に示すように増加する。したがって、ピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適値は、図15に示すように増加する。 As the degree of reaction increases, the ratio of the pressure drop at the turbine nozzle to the turbine stage pressure drop decreases. In other words, the throat pitch ratio (s / t) of the turbine nozzle increases as shown in FIG. 14 in order to cope with the reduction of the restriction in the turbine nozzle passage portion. Therefore, the optimum value of the pitch / axial code ratio (t / Ca) increases as shown in FIG.
このため、図12に示すように、タービン上流段落Naからタービン下流段落Ncに向ってタービン各段落Na、Nb、Ncにおける翼平均径PCD−a、PCD−b、PCD−cのアキシャルコードが一定または大きくなる場合、ピッチ(t)の最適値が大きくなり、タービン各段落Na、Nb、Ncのタービンノズル枚数na、nb、ncが徐々に少なくなる。 For this reason, as shown in FIG. 12, the axial codes of the blade average diameters PCD-a, PCD-b, and PCD-c in each turbine stage Na, Nb, Nc are constant from the turbine upstream stage Na to the turbine downstream stage Nc. Or when it becomes larger, the optimum value of the pitch (t) becomes larger, and the number of turbine nozzles na, nb, nc of the turbine stages Na, Nb, Nc gradually decreases.
なお、タービン上流段落Naに較べてタービン中間段落Nb、タービン下流段落Ncになるほど翼平均径PCD−b、PCD−cは大きくなり、同じタービンノズル枚数na、nb、ncでもタービン下流段落Nb、Ncほどピッチ(t)が大きくなるが、その影響以上にピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適値の変化は大きい。 The blade average diameters PCD-b and PCD-c increase as the turbine intermediate stage Nb and the turbine downstream stage Nc become larger than the turbine upstream stage Na. As the pitch (t) increases, the optimum value of the pitch-axial code ratio (t / Ca) changes more than the influence.
また、タービン各段落Na、Nb、Ncの翼平均径PCD−a、PCD−b、PCD−cの反動度を一定値に保つ設計法の場合、タービン各段落Na、Nb、Ncのスロート・ピッチ比(s/t)はほぼ一定となるため、ピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適値も一定となる。この場合、アキシャルコード(Ca)が大きくなると、タービンノズル枚数na、nb、ncが減少し、タービン翼列損失を減少させる。 Further, in the case of a design method in which the reaction degrees of the blade average diameters PCD-a, PCD-b, and PCD-c of each turbine stage Na, Nb, and Nc are kept constant, the throat pitch of each turbine stage Na, Nb, and Nc Since the ratio (s / t) is substantially constant, the optimum value of the pitch / axial code ratio (t / Ca) is also constant. In this case, when the axial code (Ca) increases, the number of turbine nozzles na, nb, and nc decreases, and the turbine blade row loss decreases.
このように、本実施形態は、タービン翼列の性能に直接影響を与えるパラメータの1つであるアキシャルコード(Ca)に適したタービンノズル枚数を選択するので、タービン翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 Thus, in this embodiment, the number of turbine nozzles suitable for the axial code (Ca), which is one of the parameters that directly affects the performance of the turbine cascade, is selected, so that the turbine cascade loss can be further reduced. Turbine performance can be improved.
図16は、本発明に係る軸流タービンの第4実施形態を説明する際に使用するタービン段落を示す概念図である。 FIG. 16 is a conceptual diagram showing a turbine stage used when explaining the fourth embodiment of the axial turbine according to the present invention.
なお、本実施形態に係る軸流タービンは、タービンケーシング1の中央に収容されたタービンロータ2の周方向に沿って配置されたタービンノズル3a2、3b2、3c2と、このタービンノズル3a2、3b2、3c2の翼列の下流側に対設し、タービンロータ2に植設するタービン動翼4a2、4b2、4c2の翼列とをペアーとして組み合わせた複数のタービン段落のうち、例えば、3つの連続したタービン段落を適用対象とするとともに、3つの連続したタービン段落のうち、タービン動翼4a2、4b2、4c2を適用対象としている。また、3つの連続したタービン段落は、説明の便宜上、作動流体の流れ方向に沿って順に、タービン上流段落Ba、タービン中間段落Bb、タービン下流段落Bcと、以後、記す。
The axial turbine according to this embodiment includes turbine nozzles 3a 2 , 3b 2 , 3c 2 arranged along the circumferential direction of the turbine rotor 2 housed in the center of the
一般に、タービン動翼4a2、4b2、4c2のタービン翼列性能を考察する際、最も基本的なファクター(因子)は、図17に示すように、一方のタービン動翼エレメント6aと隣接する他方のタービン動翼エレメント6bとのピッチ(t)、スロート(s)、翼コード(c)、翼アキシャルコード(Ca)を挙げることができ、タービンノズルの場合と同様である。
In general, when considering the turbine cascade performance of the turbine blades 4a 2 , 4b 2 , 4c 2 , the most basic factor is adjacent to one
これら基本的なファクターを組み合わせたスロート・ピッチ比(s/t)、ピッチ・コード比(t/c)およびピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)は、タービン動翼翼列負荷やタービン動翼翼列性能に直接影響を与える重要なパラメータになっている。 The throat pitch ratio (s / t), pitch code ratio (t / c) and pitch / axial code ratio (t / Ca) combined with these basic factors are the turbine blade cascade load and turbine blade cascade. It is an important parameter that directly affects performance.
図18は、スロート・ピッチ比(s/t)およびピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)を用いて実験データから求めたタービン動翼翼列損失線図である。図中、タービン上流段落Baにおけるタービン動翼4a2の同一翼列上のスロート・ピッチ比(s/t)Ba、タービン中間段落Bbにおけるタービン動翼4b2の同一翼列上のスロート・ピッチ比(s/t)Bb、タービン下流段落Bcにおける4c2の同一翼列上のスロート・ピッチ比(s/t)Bcは、それぞれを、ともに一定とし、タービン上流段落Baのスロート・ピッチ比(s/t)Ba、タービン中間段落Bbのスロート・ピッチ比(s/t)Bbおよびタービン下流段落Bcのスロート・ピッチ比(s/t)Bcとの関係では、(s/t)Ba<(s/t)Bb<(s/t)Bcにしている。 FIG. 18 is a turbine rotor blade cascade loss diagram obtained from experimental data using the throat pitch ratio (s / t) and the pitch / axial code ratio (t / Ca). In the figure, the throat pitch ratio (s / t) Ba on the same blade row of the turbine rotor blade 4a 2 in the turbine upstream stage Ba, and the throat pitch ratio on the same blade row of the turbine rotor blade 4b 2 in the turbine intermediate stage Bb. (S / t) Bb and the throat pitch ratio (s / t) Bc on the same blade row of 4c 2 in the turbine downstream stage Bc are both constant, and the throat pitch ratio (s / T) Ba, the throat pitch ratio (s / t) Bb of the turbine intermediate stage Bb and the throat pitch ratio (s / t) Bc of the turbine downstream stage Bc, (s / t) Ba <(s / T) Bb <(s / t) Bc.
図18に示したタービン動翼翼列損失線図から、タービン上流段落Baにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)、タービン中間段落Bbにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Bbおよびタービン下流段落Bcにおけるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Bcのそれぞれのタービン動翼翼列損失の最小値が存在しており、また、これら最小値はタービン各段落Ba、Bb、Bcにおける各スロート・ピッチ比(s/t)Ba、(s/t)Bb、(s/t)Bcの大小によって変化することがわかった。 From the turbine rotor blade cascade loss diagram shown in FIG. 18, the pitch / axial code ratio (t / Ca) in the turbine upstream stage Ba, the pitch / axial code ratio (t / Ca) Bb in the turbine intermediate stage Bb, and the turbine downstream stage There is a minimum value of the turbine blade cascade loss of each pitch-axial code ratio (t / Ca) Bc in Bc, and these minimum values are the respective throat pitch ratios in each turbine stage Ba, Bb, Bc. It turned out that it changes with the magnitude of (s / t) Ba, (s / t) Bb, and (s / t) Bc.
なお、タービン各段落Ba、Bb、Bcにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Ba、(s/t)Bb、(s/t)Bcは、タービン各段落Ba、Bb、Bc毎の負荷配分や反動度の設定によってタービン各段落毎に変化するとともに、タービン動翼4a2、4b2、4c2の高さ方向(半径方向)にもタービン性能向上の意図からいろいろな分布を与える場合がある。 Note that the throat pitch ratio (s / t) Ba, (s / t) Bb, (s / t) Bc in each turbine stage Ba, Bb, Bc is the load distribution for each turbine stage Ba, Bb, Bc. Depending on the setting of the reaction degree, it varies for each stage of the turbine, and various distributions may be given in the height direction (radial direction) of the turbine rotor blades 4a 2 , 4b 2 , 4c 2 from the intention of improving the turbine performance.
しかし、本実施形態では、タービン各段落Ba、Bb、Bcのスロート・ピッチ比(s/t)Ba、(s/t)Bb、(s/t)Bcの代表値としてタービン動翼翼高さ方向の中央位置に対応する翼平均径PCD−a、PCD−b、PCD−cにおける値にしている。 However, in this embodiment, the turbine blade height direction as a representative value of the throat pitch ratio (s / t) Ba, (s / t) Bb, and (s / t) Bc of each stage Ba, Bb, and Bc of the turbine. The blade average diameters PCD-a, PCD-b, and PCD-c are set to values corresponding to the center position.
このように、本実施形態は、一つのタービン段落のスロート・ピッチ比(s/t)を一定にするとともに、タービン上流段落Baにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Ba、タービン中間段落Bbにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Bbおよびタービン下流段落Bcにおけるスロート・ピッチ比(s/t)Bcの関係を、(s/t)Ba<(s/t)Bb<(s/t)Bcにし、この関係式から図18に示した実験データを用いてタービン各段落Ba、Bb、Bcのタービン動翼4a2,4b2,4c2のそれぞれにおける翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Ba、(t/Ca)Bb、(t/Ca)Bcのそれぞれの最適値を求め、求めた各最適値からタービン各段落Ba、Bb、Bcのタービン動翼4a2、4b2、4c2の翼列におけるピッチ(t)、アキシャルコード(Ca)のそれぞれを設定したので、タービン動翼翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 As described above, in the present embodiment, the throat pitch ratio (s / t) of one turbine stage is made constant, the throat pitch ratio (s / t) Ba in the turbine upstream stage Ba, and the turbine intermediate stage Bb. The relationship between the throat pitch ratio (s / t) Bb and the throat pitch ratio (s / t) Bc in the turbine downstream stage Bc is expressed as (s / t) Ba <(s / t) Bb <(s / t) Bc. From this relational expression, using the experimental data shown in FIG. 18, the pitch-axial code that minimizes the cascade loss in each of the turbine rotor blades 4a 2 , 4b 2 , 4c 2 of the turbine paragraphs Ba, Bb, Bc Optimum values of the ratios (t / Ca) Ba, (t / Ca) Bb, and (t / Ca) Bc are determined, and the turbine blades of the turbine paragraphs Ba, Bb, and Bc are determined from the determined optimal values. a 2, 4b 2, 4c 2 pitch in the blade row (t), since the set each axial code (Ca), can be a turbine moving blade cascade loss more by further reduced to improve the turbine performance.
図19〜図20は、本発明に係る軸流タービンの第5実施形態を説明する際に使用するタービン段落を示す概念図である。 19-20 is a conceptual diagram which shows the turbine stage used when describing 5th Embodiment of the axial flow turbine which concerns on this invention.
また、図21は、本発明に係る軸流タービンの実験によって得られたタービン動翼翼列損失線図である。 FIG. 21 is a turbine rotor blade cascade loss diagram obtained through an experiment on the axial turbine according to the present invention.
なお、第4実施形態に示す構成部分と同一または対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as or corresponds to the component shown in 4th Embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.
本実施形態に係る軸流タービンは、タービン上流段落Baのスロート・ピッチ比(s/t)Ba、タービン中間段落Bbのスロート・ピッチ比(s/t)Bbおよびタービン下流段落Bcのスロート・ピッチ比(s/t)Bcとの関係を、(s/t)Ba>(s/t)Bb>(s/t)Bcにし、この関係式に図21に示した実験データであるタービン動翼翼列損失線図から、タービン各段落Ba、Bb、Bcのタービン動翼4a2,4b2,4c2のそれぞれにおける翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Ba、(t/Ca)Bb、(t/Ca)Bcの最適値を求めたものである。 The axial turbine according to the present embodiment includes a throat pitch ratio (s / t) Ba of the turbine upstream stage Ba, a throat pitch ratio (s / t) Bb of the turbine intermediate stage Bb, and a throat pitch ratio of the turbine downstream stage Bc. The relationship with the ratio (s / t) Bc is (s / t) Ba> (s / t) Bb> (s / t) Bc, and the turbine rotor blade, which is the experimental data shown in FIG. From the row loss diagram, the pitch / axial code ratio (t / Ca) Ba, (t where the blade row loss in each of the turbine rotor blades 4a 2 , 4b 2 , 4c 2 of each turbine stage Ba, Bb, Bc is minimized. / Ca) Bb, (t / Ca) Bc optimum values are obtained.
本実施形態は、タービン各段落Na,Nb,Ncのタービンノズル3a1,3b1,3c1と同様に、タービン上流段落Baのスロート・ピッチ比(s/t)Ba、タービン中間段落Bbのスロート・ピッチ比(s/t)Bcおよびタービン下流段落Bcのスロート・ピッチ比(s/t)Bcとの関係を、(s/t)Ba>(s/t)Bb>(s/t)Bcとし、この関係式から図21に示した実験データを用いてタービン各段落Ba、Bb、Bcにおける翼列損失が最小となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)Ba、(t/Ca)Bb、(t/Ca)Bcのそれぞれの最適値を求め、求めた各最適値からタービン各段落Ba、Bb、Bcのタービン動翼4a2、4b2、4c2におけるピッチ(t)、アキシャルコード(Ca)のそれぞれを設定したので、タービン動翼翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 This embodiment is similar to the turbine nozzles 3a 1 , 3b 1 , 3c 1 of the turbine stages Na, Nb, Nc, and has a throat pitch ratio (s / t) Ba of the turbine upstream stage Ba, and a throat of the turbine intermediate stage Bb. The relationship between the pitch ratio (s / t) Bc and the throat pitch ratio (s / t) Bc of the turbine downstream stage Bc is expressed as (s / t) Ba> (s / t) Bb> (s / t) Bc From this relational expression, the pitch-axial code ratio (t / Ca) Ba, (t / Ca) Bb that minimizes the cascade loss in each stage Ba, Bb, Bc of the turbine using the experimental data shown in FIG. , (T / Ca) Bc, and the pitch (t) in the turbine blades 4a 2 , 4b 2 , 4c 2 of the turbine paragraphs Ba, Bb, Bc, and the axial code ( C Since each of a) is set, the turbine blade cascade loss can be further reduced and the turbine performance can be improved.
図24は、本発明に係る軸流タービンのタービン動翼における翼列損失をより一層少なくするためのピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の適用範囲とスロート・ピッチ比(s/t)の適用範囲とを示す線図である。 FIG. 24 shows the application range of the pitch / axial code ratio (t / Ca) and the throat pitch ratio (s / t) for further reducing cascade loss in the turbine rotor blade of the axial flow turbine according to the present invention. It is a diagram which shows an application range.
従来、タービン動翼のタービン翼列損失を少なくさせるスロート・ピッチ比(s/t)の適用範囲は、図22に示すように、スロート・ピッチ比(s/t)≧0.28としていた。 Conventionally, the application range of the throat pitch ratio (s / t) for reducing the turbine blade row loss of the turbine rotor blade is set as throat pitch ratio (s / t) ≧ 0.28 as shown in FIG.
これは、タービン各段落Ba、Bb、Bcのスロート・ピッチ比(s/t)がタービン各段落Ba、Bb、Bc毎の負荷配分や反動度の設定いかんによって変化するものであり、あまり小さな値を設定すると、タービン動翼の流出角が小さくなり、タービン動翼翼列損失を著しく増加させることに基づき、経験上から損失制限値として定めたものである。 This is because the throat pitch ratio (s / t) of each turbine stage Ba, Bb, Bc varies depending on the load distribution and reaction degree setting for each turbine stage Ba, Bb, Bc, and it is a very small value. Is set as a loss limit value based on experience based on the fact that the outflow angle of the turbine rotor blade is reduced and the turbine rotor blade cascade loss is remarkably increased.
一方、タービン動翼のピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)とタービン動翼翼列損失との関係は、図21からもわかるように、タービン動翼の翼列のスロート・ピッチ比(s/t)の一定値に対し、タービン動翼翼列損失の制限値以下となるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適範囲が存在する。 On the other hand, the relationship between the pitch / axial code ratio (t / Ca) of the turbine blade and the turbine blade cascade loss is, as can be seen from FIG. 21, the throat pitch ratio (s / t) of the turbine blade cascade. ), There is an optimum range of the pitch / axial code ratio (t / Ca) that is not more than the limit value of the turbine blade cascade loss.
今、スロート・ピッチ比(s/t)を、s/t=0.28としたとき、ピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)の最適範囲(損失制限値範囲)を、図23から0.50≦(t/Ca)≦0.90として求めることができる。 Now, assuming that the throat pitch ratio (s / t) is s / t = 0.28, the optimum range (loss limit value range) of the pitch / axial code ratio (t / Ca) is shown in FIG. 50 ≦ (t / Ca) ≦ 0.90.
図23から求めたピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)をパラメータとして広範囲に変化させ、試験データと解析結果から、図24に示すように最適範囲を定めた。 The pitch / axial code ratio (t / Ca) obtained from FIG. 23 was varied over a wide range as a parameter, and the optimum range was determined as shown in FIG. 24 from the test data and analysis results.
すなわち、ピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)とスロート・ピッチ比(s/t)とが、2つの関係式(t/Ca)=1.4×(s/t)+0.51と(t/Ca)=1.4×(s/t)+0.11で挟まれた範囲内にある場合、タービン動翼翼列損失を制限値以下に抑えることができる。 That is, the pitch-axial chord ratio (t / Ca) and the throat pitch ratio (s / t) are expressed by two relational expressions (t / Ca) = 1.4 × (s / t) +0.51 (t /Ca)=1.4×(s/t)+In the range between 0.11, the turbine rotor blade cascade loss can be suppressed to a limit value or less.
このように、本実施形態では、タービン動翼のピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)を、1.4×(s/t)+0.11≦(t/Ca)=1.4×(s/t)+0.51の範囲に定め、この定めた範囲内でピッチ(t)、アキシャルコード(Ca)、スロート(s)のそれぞれを設定するので、タービン動翼翼列損失をより一層少なくさせてタービン性能を向上させることができる。 Thus, in this embodiment, the pitch-axial code ratio (t / Ca) of the turbine rotor blade is 1.4 × (s / t) + 0.11 ≦ (t / Ca) = 1.4 × (s /T)+0.51, and the pitch (t), axial code (Ca), and throat (s) are set within the determined range, so that the turbine blade cascade loss can be further reduced. Turbine performance can be improved.
なお、本発明に係る軸流タービンは、タービンノズル翼列性能向上と、タービン動翼翼列性能向上とを別々に検討、考察して改良を加えてきたが、タービンノズルとタービン動翼と組み合わせて一緒に取扱って検討・考察しても同じ効果が得られる。 The axial flow turbine according to the present invention has been studied and considered separately for improving the performance of the turbine nozzle cascade and improving the performance of the turbine bucket cascade, but in combination with the turbine nozzle and the turbine bucket. The same effect can be obtained even if they are handled and examined together.
その際、無次元パラメータの1つであるピッチ・アキシャルコード比(t/Ca)は、翼コード(C)をファクター(因子)とするピッチ・翼コード比(t/c)に置き換えても同じ特性および効果が得られる。 At that time, the pitch / axial code ratio (t / Ca), which is one of dimensionless parameters, is the same even if the pitch / blade code ratio (t / c) with the blade code (C) as a factor is replaced. Properties and effects are obtained.
また、本発明に係る軸流タービンは、連続する3つのタービン段落を適用対象としてきたが、この例に限らず、任意に選択した連続する段落であれば、2段落あるいは4段落以上のものであってもよい。 Further, the axial turbine according to the present invention has been applied to three continuous turbine stages. However, the present invention is not limited to this example, and any two or more paragraphs may be selected as long as they are arbitrarily selected. There may be.
1 タービンケーシング
2 タービンロータ
3a1、3a2、3b1、3b2、3c1、3c2 タービンノズル
4a1、4a2、4b1、4b2、4c1、4c2 タービン動翼
5a、5b ノズル翼エレメント
6a、6b タービン動翼エレメント
1 turbine casing 2 turbine rotor 3a 1, 3a 2, 3b 1 , 3b 2,
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