JP2003269109A

JP2003269109A - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP2003269109A
Application number: JP2002074782A
Authority: JP
Inventors: Tsuguhisa Tajima; 島嗣久田; Naoki Shibukawa; 川直紀渋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル翼および動翼を有し、運転効率の良い
タービンを提供する。【解決手段】タービン２０は、内周壁１ａを有するノ
ズルダイアフラム外輪１と、ノズルダイアフラム外輪１
の内周壁１ａの円周方向に沿って接合された複数のノズ
ル翼３と、ノズルダイアフラム外輪１内に回転自在に配
置された複数の動翼５とを備えている。各ノズル翼３の
後縁３ａにおける内周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘａと
平行する線１ｂとの間の角度はδ３となっている。動翼
５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁１ａに当接した位置
５ｃにおける内周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘａと平行
する線１ｃとの間の角度はδ５となっている。各ノズル
翼３の後縁３ａから各動翼５の前縁５ａの延長線５ｂが
内周壁１ａに当接した位置５ｃまでの間の内周壁１ａと
動翼５の回転軸線Ｘａと平行する線１ｄとの間の勾配Ｇ
ＲＡＤは、ｔａｎ（δ３）＜ＧＲＡＤ＜∞、かつｔａｎ
（δ５）＜ＧＲＡＤ＜∞の関係を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル翼および動
翼を有するタービンに係り、とりわけ運転効率を向上さ
せることができるタービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電プラントの運転経済性を改善
し発電効率の改善を図るために、タービン性能の向上を
図ることが重要な課題となっている。

【０００３】一般にタービンの内部において生じるエネ
ルギー損失としては、翼のプロファイル損失、２次損失
または最終段の排気損失等が存在する。

【０００４】またタービンの動翼先端部とノズルダイア
フラム外輪間の隙間（チップクリアランス部）を通り抜
け、動翼に対して仕事をしない流体の漏洩流量を減少さ
せ、流体（駆動流体）の有する熱エネルギーをあますこ
となくタービンの回転エネルギーに変換することが、効
果的にタービンの効率を向上させるために求められてい
る。

【０００５】図８は、従来の軸流タービンの一段落の断
面図である。従来の軸流タービン２０は、内周壁１ａを
有するノズルダイアフラム外輪１と、ノズルダイアフラ
ム外輪１の内周壁１ａの円周方向に沿って接合された複
数のノズル翼３と、ノズルダイアフラム外輪１内に回転
自在に配置された複数の動翼５とを備えている。またノ
ズル翼３の内周には、ノズルダイアフラム内輪２が設け
られている。

【０００６】ノズルダイアフラム外輪１とノズルダイア
フラム内輪２により、環状の流路１５が形成され、この
流路１５内に複数の上述のノズル翼３がタービン２０の
周方向に配置されている。

【０００７】またノズルダイアフラム外輪１内には、回
転自在に回転軸４が配置され、この回転軸４に上述の動
翼５が固定されている。

【０００８】このうち動翼５は、回転軸４と嵌合する動
翼植込部８と、動翼植込部８に接続された動翼有効部７
と、動翼有効部７に接続されたシュラウド９とを有して
いる。

【０００９】動翼５とノズルダイアフラム外輪１との間
には、動翼５が回転するためのチップクリアランス部
（若干の間隙）６が設けられている。

【００１０】またタービン２０は、高圧側から低圧側に
向かう流体に膨張仕事をさせているので、低圧側に向か
うに従い流体の圧力が低くなり、流体の比容積が増加す
る。このため流体の急激な比容積の増加に対応して、滑
らかに流体が膨脹するように、低圧側に向かってノズル
翼３の翼長および動翼５の翼長を長くして、流路１５の
拡大を図っている。

【００１１】さらに各ノズル翼３の後縁３ａにおいて内
周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘａと平行する線（平行
線）１ｂとの間に角度（スラント角度）δ３が形成さ
れ、動翼５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁１ａに当接
した位置５ｃにおいて内周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘ
ａと平行する線１ｃとの間に角度（スラント角度）δ５
が形成され、これらの角度δ３、δ５を０°より大きく
することにより流路１５の拡大を図っている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
たタービン２０内の流体Ｋは、ノズル翼３の上流よりノ
ズル翼３内へ流入し、その後動翼５の下流へと流出して
いる。ここで、ノズル翼３を流出した流体Ｋは、動翼５
またはチップクリアランス部６のいずれかを通り動翼５
の下流側へと流出している（図９）。

【００１３】タービン２０の性能向上を図るためには、
動翼５の回転トルクを発生する動翼有効部７に流入する
流体Ｋ３の流量を増加させ、動翼５の回転トルクを発生
しないチップクリアランス部６に流入する流体Ｋ２の流
量を減少させることが望ましい。

【００１４】従来のタービン２０において、ノズル翼３
の後縁３ａから動翼５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁
１ａに当接した位置５ｃまでの間の内周壁１ａは、ノズ
ル翼３の後縁３ａにおいて動翼５の回転軸線Ｘａと平行
する線１ｂとスラント角δ３をなす直線１ｅと、動翼５
の前縁５ａにおいて動翼５の回転軸線Ｘａと平行する線
１ｃとスラント角δ５をなす直線１ｆと、これら各直線
１ｅ、１ｆを結ぶ曲率ρ１および半径Ｒ１の円弧を有す
る曲線とから構成されている（図１０）。

【００１５】従来の簡易３次元設計法おいて、タービン
２０の半径方向の損失分布の予測が困難であることか
ら、単位環状面積あたりの流体Ｋの流量分布が一定にな
るようにノズル翼３の設計が行われている。

【００１６】またノズル翼３の入口部の全圧は、ルート
部３ｃ側からチップ部３ｂ側にかけて略一定となってい
るが、ノズル翼３の出口部の静圧は、ルート部３ｃ側か
らチップ部３ｂ側にかけて増加している。

【００１７】すなわちスロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）を
ノズル翼３のルート部３ｃ側からチップ部３ｂ側まで一
定にした場合、静圧の低いルート部３ｃ側の軸流速度が
増加し、静圧の高いチップ部３ｂ側の軸流速度が減少す
る。したがって従来のタービン２０おいて、ノズル翼３
のルート部３ｃ側からチップ部３ｂ側にかけて単調に増
加するスロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）分布が採用されて
いる（図１１）。

【００１８】ここで、スロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）と
は、各ノズル翼３の後縁端と隣接するノズル翼３の背側
との最短距離をスロートＳとし、各ノズル翼３の後縁と
隣接するノズル翼３の後縁との距離すなわち、ノズル翼
３の回転軸周方向の設置間隔をピッチＴとした場合に、
これらスロートＳとピッチＴの比をいう。

【００１９】また図１１において、縦軸はスロート・ピ
ッチ比を示し、横軸はノズル無次元翼高さ（％）を示し
ている。ここでノズル無次元翼高さとは、ノズル翼３の
ルート部３ｃを０％（ノズル無次元翼高さ）とし、チッ
プ部３ｂを１００％（ノズル無次元翼高さ）とした場合
のタービン２０の半径方向の距離の割合をいう。

【００２０】図１２は、ノズル外輪１の内周壁１ａを図
１０に示すように構成し、図１１に示すようにのノズル
翼３のルート部３ｃ側からチップ部３ｂ側にかけてスロ
ート・ピッチ比が単調に増加するようにノズル翼３を設
計した場合のタービン２０内の流体Ｋの数値解析の結果
（子午面流れの様子）を示す図である。

【００２１】図１２において、ノズル翼３の後縁３ａか
らノズル外輪１の内周壁１ａに沿って流出した流体Ｋ２
は、内周壁１ａを沿って流れ、チップクリアランス部６
に流入する。このチップクリアランス部６に流入した流
体Ｋ２は、チップクリアランス部６を通過し動翼５の下
流へと流出している。

【００２２】すなわち、ノズル翼３の後縁３ａを流出し
た流体Ｋ２は、ノズル外輪１の内周壁１ａ近傍において
剥離することなく内周壁１ａを沿って下流に向かう。

【００２３】さらに、ノズル翼３の出口部においてター
ビン２０の半径方向に対する流体Ｋの流量の分布が一定
となっている。このことから、動翼５の回転トルクを発
生しないチップクリアランス部６に流入する単位面積当
たりの流体Ｋ２の流量と動翼５の動翼有効部７に流入す
る単位面積当たりの流体Ｋ３の流量は略同一となる。す
なわち、タービン２０の性能を低下させるチップクリア
ランス部６へ流入する流体Ｋ２の流量の低減策が十分な
されておらず、タービン２０の出力を減少させてしま
う。

【００２４】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、ノズル翼の後縁から動翼の前縁の延長線
が内周壁に当接した位置までの間の内周壁の形状を最適
な曲線で構成することにより、タービンの性能の向上を
図ったタービンを提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、内周壁を有す
るノズルダイアフラム外輪と、ノズルダイアフラム外輪
の内周壁の円周方向に沿って接合された複数のノズル翼
と、ノズルダイアフラム外輪内に回転自在に配置された
複数の動翼と、を備え、各ノズル翼の後縁における内周
壁と動翼の回転軸線と平行する線との間でなす角度をδ
３とし、動翼の前縁の延長線が内周壁に当接した位置に
おける内周壁と動翼の回転軸線と平行する線の間でなす
角度をδ５とした場合、各ノズル翼の後縁から各動翼の
前縁の延長線が内周壁に当接した位置までの間の内周壁
と動翼の回転軸線と平行する線との間の勾配ＧＲＡＤ
は、ｔａｎ（δ３）＜ＧＲＡＤ＜∞ かつｔａｎ（δ
５）＜ＧＲＡＤ＜∞の関係を有することを特徴とする蒸
気タービンである。

【００２６】本発明は、各ノズル翼の後縁端と隣接する
ノズル翼の背側との最短距離をＳとし、各ノズル翼の回
転軸周方向における設置間隔Ｔとした場合に、これらの
比Ｓ／Ｔは、ノズル翼のうち内周壁付近において最小と
なることを特徴とする蒸気タービンである。

【００２７】本発明は、動翼は、先端部を有し、先端部
にフィンが設けられたこと特徴とする蒸気タービンであ
る。

【００２８】本発明は、ノズルダイアフラム外輪のノズ
ル外周壁は、動翼と対向する部分にフィンを有すること
を特徴とする蒸気タービンである。

【００２９】本発明によれば、ノズル翼の後縁から動翼
の前縁の延長線が内周壁に当接した位置までの間の内周
壁の形状を最適な曲線で構成することにより、タービン
の性能を向上させることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態以下、図１乃至図５を参照して本発明によるタービンの
第１の実施の形態について説明する。

【００３１】図１は、本発明によるタービンの第１の実
施の形態を示す図である。図１に示すように、本発明に
よるタービン２０は、内周壁１ａを有するノズルダイア
フラム外輪１と、ノズルダイアフラム外輪１の内周壁１
ａの円周方向に沿って接合された複数のノズル翼３と、
ノズルダイアフラム外輪１内に回転自在に配置された複
数の動翼５とを備えている。

【００３２】このうちノズル翼３は、チップ部３ｂと、
ルート部３ｃとを有し、チップ部３ｂに上述のノズルダ
イアフラム外輪１が接続され、ルート部３ｃにはノズル
ダイアフラムダイアフラム内輪２が接続されている。ま
たノズルダイヤフラム内輪２は、内周壁２ｂと、外周壁
２ａとを有し、内周壁２ｂには、複数のフィン２ｃが設
けられている。

【００３３】ノズルダイアフラム外輪１とノズルダイア
フラム内輪２により、環状の流路１５が形成され、この
流路１５内に上述の複数の動翼５が回転自在に配置され
ている。またノズルダイアフラム外輪１内には、回転自
在に回転軸４が配置され、この回転軸４に各動翼５が植
設されている。

【００３４】動翼５は回転軸４と嵌合する動翼植込部８
と、動翼植込部８に接続された動翼有効部７と、動翼有
効部７に接続されたシュラウド９とを有している。この
うち動翼植込部８は、フォーク状に形成されているが鞍
型状に形成されていても、また他の植込部形状でもよ
い。

【００３５】上述のように構成されたタービン２０の一
段落において、ノズル翼３は、圧力および温度の高い上
流側から圧力および温度の低い下流側に向かう流体Ｋに
膨張仕事をさせ、流体Ｋの有する熱エネルギーを速度エ
ネルギーに変換している。

【００３６】動翼５は、流体Ｋを転向させて次段落に案
内する際、実質的な仕事（回転トルクを発生する）を行
っている。

【００３７】また動翼５とノズルダイアフラム外輪１と
の間には、動翼５が回転するために必要なチップクリア
ランス部（若干の間隙）６が設けられている。

【００３８】上述したようにタービン２０の一段落は、
ノズルダイアフラム外輪１の内周壁１ａの円周方向に沿
って接合された複数のノズル翼３からなるタービンノズ
ルと、タービンノズルの後方に位置し、ノズルダイアフ
ラム外輪１内に回転自在に配置された複数の動翼５とか
ら構成されている。そしてタービン２０は、この一段落
が動翼５の回転軸線Ｘａに一段落または複数段落組み合
わされることにより構成されている。

【００３９】ノズル翼３の後縁３ａから動翼５の前縁５
ａの延長線５ｂが内周壁１ａに当接した位置５ｃまでの
間の内周壁１ａの形状は、最適な曲線で構成されてい
る。

【００４０】すなわち、各ノズル翼３の後縁３ａにおけ
る内周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘａと平行する線１ｂ
との間の角度をδ３とし、動翼５の前縁５ａの延長線５
ｂが内周壁１ａに当接した位置５ｃにおける内周壁１ａ
と動翼５の回転軸線Ｘａと平行する線１ｃとの間の角度
をδ５とした場合、各ノズル翼３の後縁３ａから各動翼
５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁１ａに当接した位置
５ｃまでの間の内周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘａと平
行する線１ｄとの間の勾配ＧＲＡＤは、ｔａｎ（δ３）＜ＧＲＡＤ＜∞ かつｔａｎ（δ５）＜ＧＲＡＤ＜∞ の関係を有している。

【００４１】ここで、各ノズル翼３の後縁３ａから各動
翼５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁１ａに当接した位
置５ｃまでの間の内周壁１ａと動翼５の回転軸線Ｘａと
平行する線１ｄとの間の角度（スラント角度）をδＧと
した場合、δＧとＧＲＡＤはδＧ＝ａｔａｎ（ＧＲＡ
Ｄ）の関係を有している。

【００４２】また、各ノズル翼３の後縁３ａから各動翼
５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁１ａに当接した位置
５ｃまでの間の内周壁１ａは、連続する滑らかな曲線で
形成されている。

【００４３】図２は、勾配ＧＲＡＤに対するスラント角
度δＧ（δＧ＝ａｔａｎ（ＧＲＡＤ））とタービンの段
落効率との関係を示し、モデルタービンによる試験結果
を示している。

【００４４】図２において、縦軸はタービンの段落効率
ηを示し、横軸はノズル外周壁のスラント角度δＧを示
している。

【００４５】図２に示すように、段落効率ηの最大値η
_ｍａｘ（段落効率が最も良い値）に対応するスラント角
度δ（δＧの最適値）は、δ３＜δＧ＜９０°かつδ５
＜δＧ＜９０°の範囲に存在している。

【００４６】すなわちＧＲＡＤの最適値は、ｔａｎ（δ
３）＜ＧＲＡＤ＜∞、かつｔａｎ（δ５）＜ＧＲＡＤ＜
∞の範囲に存在する。

【００４７】ここで、δＧが９０°より大きくなると、
ノズル外輪１の内周壁１ａ付近で流体Ｋが内周壁１ａか
ら剥離し、渦流れＫ１を生じることからエネルギー損失
が増加し、タービンの段落効率が低下する（図３）。

【００４８】なお、各スラント角度δの最適値は、実験
等結果から次の値が望ましい。すなわち、０°＜δ５＜
３０°、０°＜δ３＜４５°、δ３＜δＧ＜９０°を満
たすものが、段落効率の上、および製作上の制約等か
ら、望ましい。

【００４９】図１に示すように、各ノズル翼３の後縁３
ａから各動翼５の前縁５ａの延長線５ｂが内周壁１ａに
当接した位置５ｃまでの間の内周壁１ａと平行線１ｄと
の間の勾配ＧＲＡＤが、ｔａｎ（δ３）＜ＧＲＡＤ＜∞
かつｔａｎ（δ５）＜ＧＲＡＤ＜∞の関係を有している
場合、ノズル翼３の後縁３ａおいてノズルダイアフラム
外輪１の内周壁１ａを沿う流体Ｋ４の一部Ｋ５は、内周
壁１ａの急激な角度変化に追従できずに動翼５の動翼有
効部７の先端にそのまま流入する。このことから、チッ
プクリアランス部６に流入する流体Ｋ２の流量が減少
し、チップクリアランス部６に流入する流体Ｋ２による
損失（チップリーク損失）を低下させることができる。
それにより、より多くのタービン２０の回転トルクを発
生することが可能となる。

【００５０】次にスロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）につい
て詳細に説明する。図４は、ノズル翼３の任意の高さに
おける断面（タービンの径方向から見た図）を示してい
る。

【００５１】図４においてスロートＳとは、ノズル翼３
の背側３ｄと隣接するノズル翼３の腹側３ｅとの間で形
成される流路３ｆにおいて、ノズル翼３の背側３ｄと隣
接するノズル翼３の後縁端３ａとの間の最短距離いう。
またピッチＴとは、ノズル翼３の背側３ｄと隣接するノ
ズル翼３の腹側３ｅとの間で形成される流路３ｆにおい
て、ノズル翼３の後縁３ａと隣接するノズル翼３の後縁
３ａとの距離（すなわちタービンの周方向の設置間隔）
をいう。

【００５２】すなわちスロート・ピッチ比Ｓ／Ｔとは、
ノズル翼３の背側３ｄと隣接するノズル翼３の後縁端３
ａとの最短距離をスロートＳとし、ノズル翼３の後縁３
ａと隣接するノズル翼３の後縁３ａとの距離をピッチＴ
とした場合に、これらスロートＳとピッチＴとの比をい
うなおスロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）は、ノズル翼３の
ルート部３ｃからチップ部３ｂ方向において各位置の断
面において、ノズル翼３を重心まわりに捩って調整され
ているが、ノズル翼３の背側３ｄのスロート付近３ｇか
ら後縁３ａにかけての背側３ｄの曲率を変化させること
によって調整してもよい。

【００５３】スロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）は、タービ
ン２０の大きさによらない空力パラメータであり、ノズ
ル翼３の流出角αとα＝ｓｉｎ^−１（Ｓ／Ｔ）の関係を
有している。

【００５４】すなわちスロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）を
大きくすると、ノズル翼３の流出角αは大きくなり、ノ
ズル翼３からの流体Ｋの流出速度を一定とすれば、流体
Ｋの軸流速度成分（動翼５の回転軸線Ｘａ方向の速度成
分）が大きくなり、ノズル翼３から流出する流体Ｋの流
量は増加する。

【００５５】逆に、スロート・ピッチ比（Ｓ／Ｔ）を小
さくすると、ノズル翼３の流出角αは小さくなり、ノズ
ル翼３からの流体Ｋの流出速度を一定とすれば、流体Ｋ
の軸流速度成分が大きくなり、ノズル翼３から流出する
流体Ｋの流量は減少する。

【００５６】図５は、ノズル無次元翼高さとスロート・
ピッチ比（Ｓ／Ｔ）との関係を示す図である。

【００５７】図５において、縦軸はスロート・ピッチ比
を示し、横軸はノズル無次元翼高さを示している。また
ノズル無次元翼高さとは、ノズル翼３のルート部３ｃを
０％（ノズル無次元翼高さ）とし、チップ部３ｂを１０
０％（ノズル無次元翼高さ）とした場合のタービン２０
の半径方向の距離の割合をいう。

【００５８】図５において、（１）ノズル無次元翼高さが、約３０％のときスロート
・ピッチ比が最大（Ｓ／Ｔ）_ＭＡＸとなるようにノズル
翼３の形状が決定されている。

【００５９】（２）ノズル無次元翼高さが約３０％から
約１００％まで増加すると、スロート・ピッチ比が減少
するようにノズル翼３の形状は決定されている。

【００６０】（３）ノズル無次元翼高さが約１００％の
ときスロート・ピッチ比が最小（Ｓ／Ｔ）_ＴＩＰとなる
ようにノズル翼３の形状が決定されている。すなわちノ
ズル翼３のうち内周壁１ａ付近においてスロート・ピッ
チ比（Ｓ／Ｔ）が最小となるようにノズル翼３の形状が
決定されている。

【００６１】なお、スロート・ピッチ比の最大値（Ｓ／
Ｔ）_ＭＡＸは、０．２３＜（Ｓ／Ｔ）_ＭＡＸ＜０．３３
となっており、スロート・ピッチ比の最小値（Ｓ／Ｔ）
_ＴＩ _Ｐは０．１８＜（Ｓ／Ｔ）_ＴＩＰ＜０．２８となっ
ている。

【００６２】上述の（１）、（２）および（３）となる
ようにノズル翼３の形状を決定することにより、従来の
スロート・ピッチ比Ｓ／Ｔ分布を採用したノズル翼３に
比べて、ノズル翼３の後縁３ａにおいて内周壁１ａ近傍
を流出する流体Ｋ４（図１）の流量を減少させることが
できる。

【００６３】それにより、チップクリアランス部６に流
入する流体Ｋ２の流量が減少させることができ、タービ
ン２０のチップリーク損失を減少させて、より多くター
ビン２０の回転トルクを発生させ、タービン効率および
信頼性を向上させることができる。

【００６４】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、ノズル翼３の後縁３ａから動翼５の前縁５ａの延長
線５ｂが内周壁１ａに当接した位置５ｃまでの間の内周
壁１ａの形状を最適な曲線で構成することにより、チッ
プクリアランス部６に流入する流体Ｋ２の流量を減少さ
せることができる。

【００６５】また、図３に示すように、流体Ｋが壁面の
急な角度変化に追従できずに渦流れＫ１を生じるのを防
止することができ、これにより動翼５の動翼有効部７を
通過する流体Ｋ３の流量を増加させることができる。

【００６６】さらに、スロートピッチ比Ｓ／Ｔは、ノズ
ル翼３のうちノズルダイアフラム外輪１の内周壁１ａ付
近において最小となるように設定されている。それによ
りチップクリアランス部６に流入する流体Ｋ２の流量を
減少させることができ、動翼５の動翼有効部７を通過す
る流体Ｋ３の流量を増加させることができる。

【００６７】第２の実施の形態次に図６により本発明の第２の実施の形態について説明
する。図６は、本発明によるタービンの第２の実施の形
態を示している。図６において動翼５は、先端部（シュ
ラウド）９を有し、先端部９に内周壁１ａに向かって立
設した一つのフィン１０が設けられているが、先端部９
にいくつフィン１０が設けられていてもよい。

【００６８】図６において、他の構成は図１に示す第１
の実施の形態と略同一である。図６において、図１に示
す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を符して
詳細な説明は省略する。

【００６９】本実施の形態によれば、内周壁１ａに向か
って立設したフィン１０を動翼５の先端部９に設けたこ
とによりチップクリアランス部６をより狭くすることが
でき、チップクリアランス部６を通過する流体Ｋ２の流
量をさらに減少させることができる。それにより、チッ
プリーク損失が減少し、より多くタービン２０の回転ト
ルクを発生させることができ、タービン効率および信頼
性を向上させることができる。

【００７０】第３の実施の形態次に図７により本発明の第３の実施の形態について説明
する。図７は、本発明によるタービンの第３の実施の形
態を示している。図７において、ノズルダイアフラム外
輪１の内周壁１ａは、動翼５の先端部９と対向する部分
１ｆに動翼５のシュラウト部９に向かって立設した４つ
のフィン１１を有しているが、動翼５の先端部９と対向
する部分１ｆにはいくつフィン１１を有していてもよ
い。

【００７１】図７において、他の構成は図１に示す第１
の実施の形態と略同一である。図７において、図１に示
す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を符して
詳細な説明は省略する。

【００７２】本実施の形態によれば、フィン１１をノズ
ルダイアフラム外輪１の内周壁１ａのうち動翼５の先端
部９と対向する部分１ｆに設けたことによりチップクリ
アランス部６をより狭くすることができ、チップクリア
ランス部６を通過する流体Ｋ２の流量を減少させること
ができる。それにより、チップリーク損失が減少し、よ
り多くタービン２０の回転トルクを発生させることがで
き、タービン効率および信頼性を向上させることができ
る。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、各ノズル翼の後縁から
各動翼の前縁の延長線が内周壁に当接した位置までの間
の内周壁の形状を適切な曲線で構成することにより、チ
ップクリアランス部に流れ込む流体の流量を減少させる
ことができる。それにより動翼の動翼有効部を通過する
流体の流量を増加させることができ、流体のエネルギー
をタービンの回転エネルギーに効率的に変換することが
できることから、タービンの性能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタービンの第１の実施の形態を示
す全体構成図。

【図２】スラント角度と段落効率の関係を示す図。

【図３】渦流れを示す図。

【図４】スロート・ピッチ比を示す図。

【図５】ノズル無次元翼高さとスロート・ピッチ比との
関係を示す図。

【図６】本発明によるタービンの第２の実施の形態を示
す全体構成図。

【図７】本発明によるタービンの第３の実施の形態を示
す全体構成図。

【図８】従来のタービンを示す図。

【図９】タービン内の流体を示す図。

【図１０】ノズル外輪の内周壁を示す図。

【図１１】ノズル無次元翼高さとスロート・ピッチ比と
の関係を示す図。

【図１２】チップクリアランス部における流体を示す
図。

【符号の説明】

１ノズルダイアフラム外輪１ａ内周壁１ｂ平行線１ｃ平行線１ｄ平行線２ノズルダイアフラム内輪３ノズル翼３ａ後縁４回転軸５動翼５ａ前縁７動翼有効部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周壁を有するノズルダイアフラム外輪
と、ノズルダイアフラム外輪の内周壁の円周方向に沿って接
合された複数のノズル翼と、ノズルダイアフラム外輪内に回転自在に配置された複数
の動翼と、を備え、各ノズル翼の後縁における内周壁と動翼の回転軸線と平
行する線との間でなす角度をδ３とし、動翼の前縁の延
長線が内周壁に当接した位置における内周壁と動翼の回
転軸線と平行する線の間でなす角度をδ５とした場合、
各ノズル翼の後縁から各動翼の前縁の延長線が内周壁に
当接した位置までの間の内周壁と動翼の回転軸線と平行
する線との間の勾配ＧＲＡＤは、ｔａｎ（δ３）＜ＧＲＡＤ＜∞ かつｔａｎ（δ５）＜ＧＲＡＤ＜∞ の関係を有することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】各ノズル翼の背側と隣接するノズル翼の後
縁端との最短距離をＳとし、各ノズル翼の後縁と隣接するノズル翼の後縁との回転方
向設置距離をＴとした場合に、これらの比Ｓ／Ｔは、ノズル翼のうち内周壁付近におい
て最小となることを特徴とする請求項１記載の蒸気ター
ビン。
【請求項３】動翼は、先端部を有し、先端部にフィンが
設けられたこと特徴とする請求項１または２に記載の蒸
気タービン。
【請求項４】ノズル外輪の内周壁は、動翼と対向する部
分にフィンを有することを特徴とする請求項１または２
に記載の蒸気タービン。