JP2005320973A - タービンブレードユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ブレードを端部ブロックと一体に機械加工又は鋳造し、スロート寸法の0.15〜0.3倍の範囲の曲率を有するすみ肉を形成する。ブレードの根元と先端のところで測定されたスロート寸法を基準にして2つの異なるすみ肉曲率値を用いてもよく、あるいは、ブレードの根元と先端のところで測定されたスロート寸法の平均値を基準にして単一のすみ肉曲率値を用いてもよい。閉塞作用を少なくするために、ブレードの後行縁の下流側のすみ肉を流線形等に「整形」することが好ましい。
【選択図】 図7
Description
本発明は、複数のタービンブレードの環状配列体を有するタービンに関する。本発明は主として蒸気タービンに関連して説明されるが、その他のタービン及び圧縮機にも適用することができる。ここでいう「タービン」とは、エアフォイルブレードを有するタービンを含む。又、本発明は、主としてタービンの固定ブレードに関連して説明されるが、それに限定されるものではない。
図3(a)及び3(b)には、以下のパラメータが示されている。即ち、
スロートtは、ブレード間の通路の最小幅であり、通常、ブレードの圧力面の後行縁から隣接するブレードの吸引面に対して直角に延長する距離である。
スタガー角は、タービンの軸線と、エアフォイル型断面の先行円及び後行円に接触する接線との間の角である。
ブレードの弦長は、スタガー角の接線に沿ってのブレードの長さである。
「日立論評」第27巻第3号1978年
該各ブレードとそれぞれの端部ブロックとは、一体に形成されており、各ブレードのエアフォイル面と前記両端壁との間にすみ肉を形成するように機械加工されており、該すみ肉は、隣接するブレードの間のスロート寸法の0.15〜0.3倍の範囲の曲率を有することを特徴とするタービンが提供される。
ブレードの全高に亙ってのセッティング角の変化は、図5に示されるように放物線状とすることが好ましい。
第2に、曲面を主として先行縁に組み入れることによって、二次流れが発生する先行縁領域に「複合傾き」効果が導入される。この二次流れは、隣接する固定ブレードと固定ブレードの間の端壁の近傍に主流と平行に生じる渦流である。本発明の複合湾曲ブレードを用いることにより、ブレードの全高の半径方向内側半分(即ち、下半分)においてはブレードの圧力面26が半径方向内方に向けられ、ブレードの全高の半径方向外側半分(即ち、上半分)においてはブレードの圧力面26が半径方向外方に向けられる。流体の流れに作用するブレード本体の力は、端壁に作用するより高い静圧によって対抗され、その結果、端壁の近傍では流速が遅くなり、従って摩擦損失が減少される。
図6にみられるように、慣用のプリズム型ブレードの場合は、出口角は、ブレードの根元のところにおける約13°から先端における約15°までほぼ直線的に増大している。出口即ち開口部のこの増大は、ブレードの半径(即ち、高さ)の増大とともに大きくなるブレード間のピッチの増大に単純に対応している。
一方、本発明のこの実施形態の、即ち図5のセッティング角によって規定される形態を有する固定ブレードを組み入れたタービン段においては、出口角は、ブレードの根元のところにおける約9.6°から中間高さのところにおける約15.6°にまで増大し、そこから先端における約12°にまで減少している。この非対称も、やはり、ブレードの半径の変化とともに変化するブレード間のピッチの変化に基因している。なぜなら、ピッチが増大するとともにスロートが上流側(吸引面の側)に移動するからであり、スロートはピッチより速く増大し、出口角はピッチと共に、従って半径とともに増大するからである。根元と先端との間の出口角のこの差は、セッティング角が根元と先端とで同じであるにもかかわらず存在する。
二次流れによる高い効率損失が生じる端壁領域へは比較的低い質量流量の流れが通されるので、本発明の利益は、固定ブレード列のみならず、その下流の可動ブレード列にも得られると考えられる。
(a)すべてのタービン段を通して根元のブレード断面の出口角を約9°に維持する。
(b)ブレードの先端にも根元と同じセッティング角を用いる。即ち、ブレードをその中間高さの部位に関して対称にする。
(c)ブレードの全高の平均スロートを同じ段のプリズム型ブレードのそれと同じに維持するように中間高さの断面のセッティング角を選択する。それによって、タービン段の反動力は、対応する慣用設計のものと同じレベルに維持される。
(d)セッティング角の変化は、本発明の基本設計におけるのと同様にブレード全高に亙って放物線状に規定する。
以上の説明から分かるように、一連のタービン段において、各ブレードの形態は各段のブレードの高さに応じて半径方向に単純に伸長させる。
根元の最適すみ肉曲率rF=0.233×根元開口度
先端の最適すみ肉曲率rF=0.233×先端開口度
rF=0.233×(根元開口度+先端開口度)/2
22:外側端部ブロック(外側リング)
24:先行縁
25:後行縁
26:圧力面
33:エアフォイル型断面
35:根元
37:先端
A:タービン軸線
p:ピッチ
t:スロート寸法
α:出口角度
ψ:スタガー角
Claims (18)
- 内側端部ブロックと外側端部ブロックの間に取り付けられた複数のエアフォイル型ブレードの環状配列体を有し、隣接するブレードの間の動作流体の流路が該端部ブロックによって画定される両端壁によって閉鎖されているタービンであって、
該各ブレードとそれぞれの両端部ブロックとは、一体に形成されており、各ブレードのエアフォイル面と前記両端壁との間にすみ肉を形成するように機械加工されており、該すみ肉は、隣接するブレードの間のスロート寸法の0.15〜0.3倍の範囲の曲率を有することを特徴とするタービン。 - 前記すみ肉は、ブレードの根元と先端のところで測定された隣接するブレード間のスロート寸法の平均値の0.15〜0.3倍の範囲の曲率を有することを特徴とする請求項1に記載のタービン。
- 前記すみ肉は、ブレードの根元又は先端のところで測定された隣接するブレード間のスロート寸法の0.15〜0.3倍の範囲の曲率を有することを特徴とする請求項1に記載のタービン。
- 前記すみ肉の曲率の乗算係数は、0.2〜0.25の範囲であることを特徴とする請求項2又は3に記載のタービン。
- 前記すみ肉の曲率の乗算係数は、ほぼ0.23であることを特徴とする請求項2又は3に記載のタービン。
- 前記すみ肉は、前記各ブレードの後行縁の後へ延長されており、該後部領域のすみ肉は、凹面形状であり、対応する後行縁の下流地点において対応する端壁に連結していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のタービン。
- タービンの動作流体の環状流路内に配列される複数のブレードの環状配列体を有するタービンであって、該各ブレードは、半径方向内端の根元から半径方向外端の先端まで少くともほぼ一定のエアフォイル型断面形状を有し、該ブレードの圧力面が該根元と先端の間で半径方向に凸面状となるように該根元と先端との間で実質的に対称的に湾曲されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のタービン。
- 前記各ブレードの前記根元と先端のエアフォイル型断面が、それら自身の平面内において該ブレードの中間高さのところの断面に対して5°±2°の範囲内の角度だけ回転されていることを特徴とする請求項7に記載のタービン。
- 前記各ブレードの前記根元と先端のエアフォイル型断面が、それら自身の平面内において該ブレードの中間高さのところの断面に対して5°±1°の範囲内の角度だけ回転されていることを特徴とする請求項8に記載のタービン。
- 前記各ブレードのエアフォイル型断面は、前記根元と先端の間で放物線上に位置していることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のタービン。
- 前記各ブレードの後行縁は、前記根元から先端まで直線状であり、前記圧力面の半径方向の凸面状曲面は、前記エアフォイル型断面を該直線状後行縁を中心として回転変位させることによって形成されたものであることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載のタービン。
- 前記ブレードは、固定ブレードであることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載のタービン。
- 隣接する前記固定ブレード間のピッチに対するスロート寸法の比率が、該ブレードの根元における7°〜11°の範囲の出口角度(α)の正弦を構成することを特徴とする請求項12に記載のタービン。
- 前記出口角度は、8°〜10°の範囲であることを特徴とする請求項13に記載のタービン。
- 前記各固定ブレードの中間高さのところの断面のセッティング角は、前記根元の出口角度と相俟って、同じスタガー角のプリズム型ブレードを有するタービンの総スロート面積に等しい総スロート面積を提供するように定められていることを特徴とする請求項13又は14に記載のタービン。
- 動作流体の流体密度を減少させるように構成された一連のタービン段を有し、各ブレードの根元の出口角は、該一連のタービン段のすべての段を通して一定であり、各ブレードの中間高さのところのエアフォイル型断面のセッティング角は、各タービン段のブレードの所定のスロート面積を維持するように定められていることを特徴とする請求項7〜15のいずれかに記載のタービン。
- 前記所定のスロート面積は、ブレード以外の点では同様の慣用のタービンの対応するタービン段におけるプリズム型ブレードによって提供される面積に等しい面積であることを特徴とする請求項16に記載のタービン。
- 蒸気タービンであることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載のタービン。
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