JP2003138906A - 軸流タービン - Google Patents

軸流タービン

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JP2003138906A
JP2003138906A JP2001335514A JP2001335514A JP2003138906A JP 2003138906 A JP2003138906 A JP 2003138906A JP 2001335514 A JP2001335514 A JP 2001335514A JP 2001335514 A JP2001335514 A JP 2001335514A JP 2003138906 A JP2003138906 A JP 2003138906A
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JP
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blade
axial
steam
flow
impeller
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JP2001335514A
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English (en)
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Hideyoshi Isobe
秀義 磯辺
Yukio Umezaki
幸男 梅崎
Yuichiro Hirano
雄一郎 平野
Atsushi Matsuo
淳 松尾
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動翼の翼端を迂回して漏れる作動流体の再流
入を阻止して静翼まわりの流れの乱れをなくすことによ
り、羽根車によって取り出される回転力の損失を少なく
する。 【解決手段】 翼端にシュラウド6を設けた動翼4に、
シュラウド6の外周面から動翼4の翼面に通じる穴10
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば蒸気タービ
ン等の軸流タービンに関し、特に羽根車の翼端における
作動流体の漏れによる性能低下を防止するための技術に
関する。
【0002】
【従来の技術】軸流タービンとは、静翼と動翼とを交互
に設けた構造を有し、羽根車の軸方向に作動流体を流す
ことによって回転力を取り出す装置である。軸流タービ
ンのひとつである蒸気タービンの一例を図8に示す。図
において、符号101はロータ、102はロータ101
を収める車室、103はロータ101を構成する軸、1
04は動翼、105は静翼、106は動翼104の翼端
を繋いで環状をなすシュラウドである。上述したように
静翼105と動翼104とは交互に配設されており、軸
方向に蒸気を流すと、蒸気が静翼105、動翼104を
交互に通り抜ける過程で、動翼104の両翼面間に作用
する圧力差によって軸103に周方向の力を与えてロー
タ101を回転させる仕組みとなっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の蒸
気タービンの場合、車室102とシュラウド106との
間の漏れをシール部材107によって阻止する構造とな
っているが、シュラウド106とシール部材107との
間にはロータ101の回転を許容するべく隙間が設けら
れている。そのため、この隙間を通ってわずかではある
が蒸気が後方に漏れ、動翼104によって流れの方向を
変換されることなく通常の蒸気流路に再流入して後段の
静翼105、特に翼の付け根に近い部分に流れてしま
う。
【0004】この後方に漏れる蒸気は、動翼104の翼
面には作用せずに流れるので、その流れの方向は、動翼
104によって流れの方向を変換されて軸方向後方に向
かう正規の流れに対し、ロータ101の回転方向に向か
う成分をもつことになる。
【0005】正規の流れを考慮して設計された静翼10
5に、ロータ101の回転方向に向かう成分をもった蒸
気が流れると、図9に示すように静翼105の前縁近傍
に剥離が生まれて円滑な流れを阻害する要因となり、結
果的にロータ101によって取り出される回転力の損失
に繋がると考えられる。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、動翼の翼端を迂回して漏れる作動流体の再流入
を阻止して静翼まわりの流れの乱れをなくすことによ
り、羽根車によって取り出される回転力の損失を少なく
することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次のような構成の軸流タービンを採用
する。すなわち本発明に係る請求項1記載の軸流タービ
ンは、動翼の翼端にシュラウドを設けられた羽根車に、
前記シュラウドの外周面から前記動翼の翼面に通じる第
1の穴を形成したことを特徴とする。
【0008】本発明においては、動翼の翼端を迂回して
漏れた作動流体が、第1の穴に流れ込んで翼面から排出
されるので、再流入する作動流体が少なくなり、これを
原因とする静翼まわりの流れの乱れが低減される。さら
に、翼面の圧力は翼端の圧力よりも低くなることから、
作動流体が翼面側に吸い出される作用が生まれることも
特記すべき点である。
【0009】請求項2記載の軸流タービンは、静翼の外
方の基端を支持する仕切部に、動翼の翼端に設けられた
シュラウドと車室とで区画される空間から、前記仕切部
を挟んで羽根車の軸方向後方に離間するもうひとつの前
記空間に通じる第2の穴を形成したことを特徴とする。
【0010】本発明においては、動翼の翼端を迂回して
漏れた作動流体が、第2の穴に流れ込んで後方の空間に
流れるので、再流入する作動流体が少なくなり、これを
原因とする静翼まわりの流れの乱れが低減される。
【0011】請求項3記載の軸流タービンは、請求項2
記載の軸流タービンにおいて、前記空間から前記羽根車
側に流れようとする作動流体を堰き止める張出部を、前
記第2の穴の流入口に隣接して前記仕切部に設けたこと
を特徴とする。
【0012】本発明においては、張出部によって堰き止
められた作動流体が、空間に留まるうちに第2の穴に流
れ込むので、第2の穴による効果がさらに高められる。
【0013】請求項4記載の軸流タービンは、静翼の外
方の基端における翼弦が羽根車の軸方向に対してなす角
を、同静翼のスパン方向中央における翼弦が前記軸方向
に対してなす角よりも大きくしたことを特徴とする。
【0014】本発明においては、動翼の翼端を迂回して
再流入した作動流体の流れに対し、静翼の外方の基端が
適切な迎え角をもつことになるので、作動流体が静翼の
前縁近傍に剥離を生じることなく円滑に流れるようにな
る。
【0015】請求項5記載の軸流タービンは、動翼の翼
端における翼弦が羽根車の軸方向に対してなす角を、同
動翼のスパン方向中央における翼弦が前記軸方向に対し
てなす角よりも小さくしたことを特徴とする。
【0016】本発明においては、静翼の翼端から後方に
生じる作動流体の流れが、動翼の翼端を迂回して再流入
した作動流体の流れを変向し、静翼の前縁に向かう流れ
を矯正することになるので、作動流体が静翼の前縁近傍
に剥離を生じることなく円滑に流れるようになる。
【0017】請求項6記載の軸流タービンは、請求項1
ないし5のいずれか記載の軸流タービンにおいて、作動
流体に蒸気を用いることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明に係る軸流タービンの第1
の実施形態を図1ないし図3に示して説明する。図1に
は軸流タービンのひとつである蒸気タービンの構造を示
す。図において、符号1はロータ、2はロータ1を収め
る車室、3はロータ1を構成する軸、4は動翼、5は静
翼、6は動翼4の翼端を繋いで環状をなすシュラウドで
ある。
【0019】動翼4には、シュラウド6の外周面から動
翼4の翼面に通じる穴(第1の穴)10が形成されてい
る。動翼4の翼端を詳細に示すと、穴10は、図2、図
3に示すようにシュラウド6の外周面から動翼4のスパ
ン方向に開設され、あるところで折曲して積極動翼4の
翼面(より高圧が生じる面)4aに通じている。
【0020】上記のような特徴を有する蒸気タービンに
おいては、動翼4の翼端すなわちシュラウド6を迂回し
て漏れた蒸気が、穴10に流れ込んで翼面4aから排出
されるので、動翼4と静翼5とを交互に通過する通常の
蒸気流路に再流入して正常な流れを乱す余計な蒸気が少
なくなり、後段に控える静翼5まわりの流れの乱れが低
減される。
【0021】さらに、翼面4aの圧力は翼端(シュラウ
ド6の外側)の圧力よりも低くなることから、シュラウ
ド6の外側の蒸気が積極的に翼面4a側に吸い出される
作用が生まれ、蒸気流路に再流入しようとする余計な蒸
気がさらに少なくなる。
【0022】上記の蒸気タービンによれば、静翼5まわ
りの流れの乱れが低減されることにより、静翼5から後
方に向かう蒸気の流れに衰えが生じ難くなり、後段の動
翼4に対して有効に仕事をするので、ロータ1によって
取り出される回転力の損失を少なくすることができる。
【0023】次に、本発明に係る軸流タービンの第2の
実施形態を図4および図5に示して説明する。なお、本
実施形態でも軸流タービンの一例として蒸気タービンを
例に挙げることとし、上記実施形態において既に説明し
た構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実
施形態においては、図4に示すように、静翼5の外方の
基端を支持する仕切部20に、車室2とシュラウド6と
で区画される空間21aから、仕切部20を挟んでの軸
方向後方に離間するもうひとつの空間21bに通じる穴
(第2の穴)22が形成されている。穴22はひとつで
はなく、周方向に離間して複数設けられている。
【0024】仕切部20には、仕切板20の内周面にな
らってロータ1まわりに周をなし、その先端をシュラウ
ド6の後縁に臨むように形成された張出部23が、穴2
2の流入口に隣接して設けられている。
【0025】上記のような特徴を有する蒸気タービンに
おいては、図5に示すように、動翼4の翼端すなわちシ
ュラウド6を迂回して漏れた蒸気が、穴22に流れ込ん
で後方の空間21bに流れるので、通常の蒸気流路に再
流入する余計な蒸気が少なくなり、後段に控える静翼5
まわりの流れの乱れが低減される。なお、穴22を流れ
る蒸気は通常の蒸気流路に流れ込むことなく、次々に後
方の空間に移っていき、最後には通常の蒸気流路を経た
蒸気と一緒になって排出される。
【0026】上記の蒸気タービンによっても、静翼5ま
わりの流れの乱れが低減されることにより、静翼5から
後方に向かう蒸気の流れに衰えが生じ難くなり、後段の
動翼4に対して有効に仕事をするので、ロータ1によっ
て取り出される回転力の損失を少なくすることができ
る。
【0027】さらに、張出部23を設けたことにより、
空間21aからロータ1側(通常の蒸気流路)に流れ込
もうとする蒸気の一部が堰き止められ、その堰き止めら
れた作動流体が、空間21aに留まるうちに穴22に流
れ込むので、穴22による効果がさらに高められる。こ
れは空間21bやさらにその後段に存在する空間につい
ても同様である。
【0028】次に、本発明に係る軸流タービンの第3の
実施形態を図6に示して説明する。なお、本実施形態で
も軸流タービンの一例として蒸気タービンを例に挙げる
こととし、上記実施形態において既に説明した構成要素
には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態にお
いては、静翼5の外方の基端における翼弦Lsがロータ
1の軸方向に対してなす角をαとし、同じ静翼5のスパ
ン方向中央もしくはその近傍における翼弦Lcが同じく
軸方向に対してなす角をβとすると、角αが角βよりも
大きくなるように、静翼5の外方の基端に、その他の部
分とは異なる形状が与えられている。
【0029】上記のような特徴を有する蒸気タービンに
おいては、シュラウド6の外側面を迂回して通常の蒸気
流路に再流入した蒸気の流れに対し、静翼5の外方の基
端が適切な迎え角をもつことになり、蒸気が静翼5の前
縁近傍に剥離を生じることなく円滑に流れるので、後段
に控える静翼5まわりの流れの乱れが、基端の近傍にお
いても低減される。
【0030】上記の蒸気タービンによっても、静翼5ま
わりの流れの乱れが低減されることにより、静翼5から
後方に向かう蒸気の流れに衰えが生じ難くなり、後段の
動翼4に対して有効に仕事をするので、ロータ1によっ
て取り出される回転力の損失を少なくすることができ
る。
【0031】次に、本発明に係る軸流タービンの第4の
実施形態を図7に示して説明する。なお、本実施形態で
も軸流タービンの一例として蒸気タービンを例に挙げる
こととし、上記実施形態において既に説明した構成要素
には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態にお
いては、動翼4の翼端における翼弦lsがロータ1の軸
方向に対してなす角をγとし、同じ動翼4のスパン方向
中央もしくはその近傍における翼弦lcが同じく軸方向
に対してなす角をδとすると、角γが角δよりも小さく
なるように、動翼4の翼端に、その他の部分とは異なる
形状が与えられている。
【0032】上記のような特徴を有する蒸気タービンに
おいては、静翼4の翼端(翼弦lsに角γが与えられた
部分)から後方に生じる蒸気の流れが、シュラウド6の
外側面を迂回して通常の蒸気流路に再流入した蒸気の流
れを変向し、静翼5の前縁に向かう流れを矯正すること
になり、蒸気が静翼5の前縁近傍に剥離を生じることな
く円滑に流れるので、後段に控える静翼5まわりの流れ
の乱れが、基端の近傍においても低減される。
【0033】上記の蒸気タービンによっても、静翼5ま
わりの流れの乱れが低減されることにより、静翼5から
後方に向かう蒸気の流れに衰えが生じ難くなり、後段の
動翼4に対して有効に仕事をするので、ロータ1によっ
て取り出される回転力の損失を減らすことができる。
【0034】ところで、上記の各実施形態では蒸気ター
ビンを例に本発明を説明したが、本発明は蒸気タービン
に限らず、その他の軸流タービンに適用可能な技術であ
る。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る軸流
タービンによれば、静翼まわりの作動流体の流れの乱れ
が低減されることにより、静翼から後方に向かう蒸気の
流れに衰えが生じ難くなり、後段の動翼に対して有効に
仕事をするので、羽根車によって取り出される回転力の
損失を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る軸流タービンの第1の実施形態
を示す図であって、軸流タービンのひとつである蒸気タ
ービンの内部構造を示す断面図である。
【図2】 図1に示した蒸気タービンの要部拡大図であ
る。
【図3】 図1におけるIII−III線矢視断面図である。
【図4】 本発明に係る軸流タービンの第2の実施形態
を示す図であって、軸流タービンのひとつである蒸気タ
ービンの内部構造を示す断面図である。
【図5】 図4に示した蒸気タービンの要部拡大図であ
る。
【図6】 本発明に係る軸流タービンの第3の実施形態
を示す図であって、軸流タービンを構成する動翼と静翼
の配列を示す断面図である。
【図7】 本発明に係る軸流タービンの第4の実施形態
を示す図であって、軸流タービンを構成する動翼と静翼
の配列を示す断面図である。
【図8】 従来の蒸気タービンの内部構造を示す断面図
である。
【図9】 図8におけるIX−IX線矢視断面図である。
【符号の説明】
1 ロータ 2 車室 3 軸 4 動翼 5 静翼 6 シュラウド 10 穴(第1の穴) 20 仕切部 21a,21b 空間 22 穴(第2の穴) 23 張出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01D 11/08 F01D 11/08 25/24 25/24 G (72)発明者 平野 雄一郎 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 松尾 淳 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Fターム(参考) 3G002 BA03 BB01 DA02 GA07 GA17 GB05 HA04

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動翼の翼端にシュラウドを設けられた羽
    根車に、前記シュラウドの外周面から前記動翼の翼面に
    通じる第1の穴を形成したことを特徴とする軸流タービ
    ン。
  2. 【請求項2】 静翼の外方の基端を支持する仕切部に、
    動翼の翼端に設けられたシュラウドと車室とで区画され
    る空間から、前記仕切部を挟んで羽根車の軸方向後方に
    離間するもうひとつの前記空間に通じる第2の穴を形成
    したことを特徴とする軸流タービン。
  3. 【請求項3】 前記空間から前記羽根車側に流れようと
    する作動流体を堰き止める張出部を、前記第2の穴の流
    入口に隣接して前記仕切部に設けたことを特徴とする請
    求項2記載の軸流タービン。
  4. 【請求項4】 静翼の外方の基端における翼弦が羽根車
    の軸方向に対してなす角を、同静翼のスパン方向中央に
    おける翼弦が前記軸方向に対してなす角よりも大きくし
    たことを特徴とする軸流タービン。
  5. 【請求項5】 動翼の翼端における翼弦が羽根車の軸方
    向に対してなす角を、同動翼のスパン方向中央における
    翼弦が前記軸方向に対してなす角よりも小さくしたこと
    を特徴とする軸流タービン。
  6. 【請求項6】 作動流体に蒸気を用いることを特徴とす
    る請求項1ないし5のいずれか記載の軸流タービン。
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Cited By (3)

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