JP2006138259A - Axial flow turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸流タービンに関し、詳細には、軸流タービンの静動翼列間の構造に関する。 The present invention relates to an axial flow turbine, and more particularly to a structure between stationary blade rows of an axial flow turbine.
図7に、従来の軸流タービンの静動翼列間の軸方向断面の概略図を示す。
図7に示すように、従来の軸流タービン40は、ケーシング41に設けられた静翼プラットホーム42aと内周側の静翼ハブシュラウド42bとの間に支持された複数の静翼43から構成される静翼列44と、中心軸Oを回転中心として回転するロータ45に設けられた動翼プラットホーム46aと外周側の動翼チップシュラウド46bとの間に支持された複数の動翼47から構成される動翼列48とを有しており、複数の静翼列44及び複数の動翼列48が、軸方向に交互に多段に配置されたものである。この部分が、ガスタービンや蒸気タービン等のように高温に晒される場合、ロータ45等の熱伸びを吸収する必要があり、そのため、静翼列44と動翼列48との間には空間が設けられ、キャビティ49、50が形成されている。
FIG. 7 shows a schematic diagram of an axial cross section between stationary blade rows of a conventional axial flow turbine.
As shown in FIG. 7, the conventional
蒸気タービンやガスタービン等に用いられる軸流タービンは、作動流体が軸方向から入り、軸方向に出るものであり、蒸気タービンやガスタービン等のタービン効率をより高くするには、作動流体のエネルギー損失をできるだけ低減させることが望ましい。ところが、図7に示すような、従来の軸流タービン40においては、静翼ハブシュラウド42b下流側のキャビティ49からの漏れ流れB及び動翼チップシュラウド46b下流側のキャビティ50からの漏れ流れCと、主流Aとが干渉し、損失が発生していた。
An axial flow turbine used for a steam turbine, a gas turbine, or the like is one in which a working fluid enters from the axial direction and exits in the axial direction. To increase the turbine efficiency of the steam turbine, the gas turbine, etc., the energy of the working fluid is increased. It is desirable to reduce the loss as much as possible. However, in the conventional
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、主流と漏れ流れの干渉に起因する損失を低減し、タービン効率を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 in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an axial-flow turbine that can reduce loss due to interference between a main flow and a leakage flow and improve turbine efficiency.
上記課題を解決する第1の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第1オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第1オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第2オーバーハング部を設け、
前記第1オーバーハング部は、前記第2オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a first invention for solving the above-described problem is
An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
On the downstream side surface of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row, a first overhang portion is provided along the axial direction, and on the upstream side surface of the moving blade platform of the moving blade row facing the stationary blade hub shroud. Providing a second overhang portion facing the cavity-side surface of the first overhang portion,
The first overhang portion may be extended with a predetermined length in the axial direction with respect to the second overhang portion.
上記課題を解決する第2の発明に係る軸流タービンは、
上記第1の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第3オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第3オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第4オーバーハング部を設け、
前記第3オーバーハング部は、前記第4オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a second invention that solves the above problem is as follows.
In the first invention,
A third overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the rotor blade tip shroud of the rotor blade row, and on the upstream side surface of the stator blade platform of the stator blade row facing the rotor blade tip shroud. Providing a fourth overhang portion facing the cavity side surface of the third overhang portion,
The third overhang portion is extended to overlap the fourth overhang portion by a predetermined length in the axial direction.
上記課題を解決する第3の発明に係る軸流タービンは、
上記第1又は第2の発明において、
前記静翼ハブシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをG1とし、前記第1オーバーハング部と前記第2オーバーハング部とが重なる長さをL1とすると、
前記第1オーバーハング部と前記第2オーバーハング部は、0<L1/G1<0.5の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a third invention for solving the above-described problem is
In the first or second invention,
When the length in the axial direction of the cavity on the downstream side of the stationary blade hub shroud is G1, and the length in which the first overhang portion and the second overhang portion overlap is L1,
The first overhang portion and the second overhang portion are arranged so that a relationship of 0 <L1 / G1 <0.5 is satisfied.
上記課題を解決する第4の発明に係る軸流タービンは、
上記第2又は第3の発明において、
前記動翼チップシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをG2とし、前記第3オーバーハング部と前記第4オーバーハング部とが重なる長さをL2とすると、
前記第3オーバーハング部と前記第4オーバーハング部は、0<L2/G3<0.5の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a fourth invention for solving the above-described problem is
In the second or third invention,
When the length in the axial direction of the cavity on the downstream side of the blade tip shroud is G2, and the length in which the third overhang portion and the fourth overhang portion overlap is L2,
The third overhang portion and the fourth overhang portion are arranged so that a relationship of 0 <L2 / G3 <0.5 is satisfied.
上記課題を解決する第5の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第1オーバーハング部を設け、
前記第1オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a fifth invention for solving the above-described problem is as follows.
An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
A first overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row,
The first overhang portion is extended to a position where static pressure generated downstream of the stationary blade row is substantially constant in a circumferential direction of the stationary blade row.
上記課題を解決する第6の発明に係る軸流タービンは、
上記第5の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第3オーバーハング部を設け、
前記第3オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a sixth invention for solving the above-described problem is
In the fifth invention,
A third overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the blade tip shroud of the blade row,
The third overhang portion is extended to a position where a static pressure generated downstream of the blade row becomes substantially constant in a circumferential direction of the blade row.
上記課題を解決する第7の発明に係る軸流タービンは、
上記第1又は第2の発明において、
前記第1オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。
つまり、第1オーバーハング部は、第2オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設される。
An axial turbine according to a seventh invention for solving the above-described problem is
In the first or second invention,
The first overhang portion is extended to a position where static pressure generated downstream of the stationary blade row is substantially constant in a circumferential direction of the stationary blade row.
That is, the first overhang portion is disposed so as to overlap the second overhang portion, and is extended to a position where the static pressure becomes substantially constant in the circumferential direction.
上記課題を解決する第8の発明に係る軸流タービンは、
上記第2の発明において、
前記第3オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。
つまり、第3オーバーハング部は、第4オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設される。
An axial turbine according to an eighth invention for solving the above-described problem is
In the second invention,
The third overhang portion is extended to a position where a static pressure generated downstream of the blade row becomes substantially constant in a circumferential direction of the blade row.
That is, the third overhang portion is disposed so as to overlap the fourth overhang portion, and is extended to a position where the static pressure is substantially constant in the circumferential direction.
上記課題を解決する第9の発明に係る軸流タービンは、
上記第5乃至第7のいずれかの発明において、
前記静翼のコード長をC1とし、前記静翼の後縁から前記第1オーバーハング部の先端までに長さをL3とすると、
前記第1オーバーハング部は、L3/C1>0.25の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a ninth invention for solving the above-described problems is
In any one of the fifth to seventh inventions,
When the cord length of the stationary blade is C1, and the length from the trailing edge of the stationary blade to the tip of the first overhang portion is L3,
The first overhang portion is extended so that a relationship of L3 / C1> 0.25 is established.
上記課題を解決する第10の発明に係る軸流タービンは、
上記第6乃至第8のいずれかの発明において、
前記動翼のコード長をC2とし、前記動翼の後縁から前記第3オーバーハング部の先端までの長さをL4とすると、
前記第3オーバーハング部又は前記第6オーバーハング部は、L4/C2>0.25の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a tenth aspect of the invention for solving the above problem is as follows.
In any one of the sixth to eighth inventions,
When the cord length of the moving blade is C2, and the length from the trailing edge of the moving blade to the tip of the third overhang portion is L4,
The third overhang portion or the sixth overhang portion is extended so that a relationship of L4 / C2> 0.25 is established.
上記課題を解決する第11の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第1オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第1オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第2オーバーハング部を設け、
前記第1オーバーハング部は、前記第2オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。
An axial turbine according to an eleventh invention for solving the above-described problem is
An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
On the downstream side surface of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row, a first overhang portion is provided along the axial direction, and on the upstream side surface of the moving blade platform of the moving blade row facing the stationary blade hub shroud. Providing a second overhang portion facing the cavity-side surface of the first overhang portion,
The first overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side of the axial turbine with respect to the second overhang portion.
上記課題を解決する第12の発明に係る軸流タービンは、
上記第11の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第3オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第3オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第4オーバーハング部を設け、
前記第3オーバーハング部は、前記第4オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a twelfth aspect of the invention for solving the above-described problem is
In the eleventh aspect,
A third overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the rotor blade tip shroud of the rotor blade row, and on the upstream side surface of the stator blade platform of the stator blade row facing the rotor blade tip shroud. Providing a fourth overhang portion facing the cavity side surface of the third overhang portion,
The third overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side of the axial turbine with respect to the fourth overhang portion.
上記課題を解決する第13の発明に係る軸流タービンは、
上記第1、第2、第5、第6、第7のいずれかの発明において、
前記第1オーバーハング部は、前記第2オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。
つまり、第1オーバーハング部は、第2オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設され、更に、第2オーバーハング部に対して、所定段差を持って配置される。
An axial turbine according to a thirteenth invention for solving the above-described problems is
In any one of the first, second, fifth, sixth and seventh inventions,
The first overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side of the axial turbine with respect to the second overhang portion.
In other words, the first overhang portion is disposed so as to overlap the second overhang portion, extends to a position where the static pressure is substantially constant in the circumferential direction, and further, has a predetermined step with respect to the second overhang portion. Is arranged.
上記課題を解決する第14の発明に係る軸流タービンは、
上記第2、第6、第7、第8のいずれかの発明において、
前記第3オーバーハング部は、前記第4オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。
つまり、第3オーバーハング部は、第4オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設され、更に、第4オーバーハング部に対して、所定段差を持って配置される。
An axial turbine according to a fourteenth aspect of the invention for solving the above-described problem is
In any of the second, sixth, seventh and eighth inventions,
The third overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side of the axial turbine with respect to the fourth overhang portion.
That is, the third overhang portion is disposed so as to overlap the fourth overhang portion, extends to a position where the static pressure is substantially constant in the circumferential direction, and further, has a predetermined step with respect to the fourth overhang portion. Is arranged.
上記課題を解決する第15の発明に係る軸流タービンは、
上記第11〜第13のいずれかの発明において、
前記動翼の翼の高さをH1とし、前記第2オーバーハング部に対する前記第1オーバーハング部の段差をH2とすると、
前記第1オーバーハング部は、H2/H1<0.05の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a fifteenth aspect of the present invention for solving the above problem is
In any one of the above 11th to 13th inventions,
When the height of the blade of the moving blade is H1, and the step of the first overhang portion with respect to the second overhang portion is H2,
The first overhang portion is arranged so that a relationship of H2 / H1 <0.05 is established.
上記課題を解決する第16の発明に係る軸流タービンは、
上記第12〜第14のいずれかの発明において、
前記静翼の翼の高さをH3とし、前記第4オーバーハング部に対する前記第3オーバーハング部の段差をH4とすると、
前記第3オーバーハング部は、H4/H3<0.05の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a sixteenth aspect of the present invention for solving the above problems is
In any one of the twelfth to fourteenth inventions,
When the height of the vane of the stationary blade is H3, and the step of the third overhang portion with respect to the fourth overhang portion is H4,
The third overhang portion is arranged so that a relationship of H4 / H3 <0.05 is satisfied.
上記課題を解決する第17の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第1傾斜部を設けたことを特徴とする。
An axial turbine according to a seventeenth invention for solving the above-described problems is
An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
A first inclined portion that is inclined from the cavity side to the main flow side of the axial turbine is provided on the downstream side of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row.
上記課題を解決する第18の発明に係る軸流タービンは、
上記第17の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第2傾斜部を設けたことを特徴とする。
An axial turbine according to an eighteenth aspect of the invention for solving the above-described problem is
In the seventeenth aspect of the invention,
A second inclined portion that is inclined from the cavity side to the main flow side of the axial turbine is provided on the downstream side of the blade tip shroud of the moving blade row.
上記課題を解決する第19の発明に係る軸流タービンは、
上記第17又は第18の発明において、
前記第1傾斜部における軸方向の長さをL5とし、軸方向に垂直な方向の高さをH5とすると、
前記第1傾斜部は、H5/L5<1.0の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a nineteenth aspect of the present invention for solving the above problem is
In the seventeenth or eighteenth invention,
When the length in the axial direction of the first inclined portion is L5 and the height in the direction perpendicular to the axial direction is H5,
The first inclined portion is formed so as to satisfy a relationship of H5 / L5 <1.0.
上記課題を解決する第20の発明に係る軸流タービンは、
上記第18又は第19の発明において、
前記第2傾斜部における軸方向の長さをL6とし、軸方向に垂直な方向の高さをH6とすると、
前記第2傾斜部は、H6/L6<1.0の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする。
An axial turbine according to a twentieth invention for solving the above-described problems is
In the eighteenth or nineteenth invention,
When the length in the axial direction of the second inclined portion is L6 and the height in the direction perpendicular to the axial direction is H6,
The second inclined portion is formed so as to satisfy a relationship of H6 / L6 <1.0.
第1〜第4の発明によれば、静翼列と動翼列のキャビティ部分に、互いに重なり合うオーバーハング部を静翼列、動翼列に設けたので、主流への漏れ流れ量が低減して、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。 According to the first to fourth inventions, since the overhang portions overlapping each other are provided in the stationary blade row and the moving blade row in the cavity portions of the stationary blade row and the moving blade row, the amount of leakage flow into the main stream is reduced. Thus, loss due to interference between the leakage flow from the cavity and the main flow can be reduced, and the turbine efficiency can be improved.
第5〜第10の発明によれば、静翼列、動翼列下流に形成する静圧が周方向に略一定になる位置まで、静翼列、動翼列の下流側にオーバーハング部を延設したので、主流への漏れ流れが周方向に一様となるため、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。 According to the fifth to tenth inventions, the overhang portion is provided on the downstream side of the stationary blade row and the moving blade row until the static pressure formed downstream of the stationary blade row and the moving blade row becomes substantially constant in the circumferential direction. Since it is extended, the leakage flow into the main flow is uniform in the circumferential direction, so that loss due to interference between the leakage flow from the cavity and the main flow can be reduced, and the turbine efficiency can be improved.
第11〜第16の発明によれば、下流側のオーバーハング部に対して、上流側のオーバーハング部を主流側に所定段差を持って配置したので、主流に対する漏れ流れの流入角度が0°となり、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。 According to the 11th to 16th inventions, the upstream overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side with respect to the downstream overhang portion, so that the inflow angle of the leakage flow with respect to the main flow is 0 °. Thus, the loss due to the interference between the leakage flow from the cavity and the main flow can be reduced, and the turbine efficiency can be improved.
第17〜第20の発明によれば、静翼列、動翼列の下流側に、キャビティ側から主流側に傾斜する傾斜部を設けたので、主流に対する漏れ流れの流入角度を小さくして、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。 According to the seventeenth to twentieth inventions, since the inclined portion inclined from the cavity side to the mainstream side is provided on the downstream side of the stationary blade row and the moving blade row, the inflow angle of the leakage flow with respect to the mainstream is reduced, Loss caused by interference between the leakage flow from the cavity and the main flow can be reduced, and the turbine efficiency can be improved.
本発明は、主流と漏れ流れの干渉による損失を低減するため、主流に対して、漏れ流れの流入量を小さくする、漏れ流れの周方向分布を一様化する、漏れ流れの流入角度を小さくするという3つの観点に基づいて、軸流タービンを構成したものである。そこで、本発明に係る軸流タービンの実施形態例を、図1〜図6を参照して説明する。 In order to reduce loss due to interference between the main flow and the leak flow, the present invention reduces the inflow amount of the leak flow with respect to the main flow, uniforms the circumferential distribution of the leak flow, and reduces the inflow angle of the leak flow. The axial flow turbine is configured based on the three viewpoints. An embodiment of an axial turbine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の一例を示す軸方向断面の概略図である。 FIG. 1 is a schematic view of an axial section showing an example of an embodiment of an axial turbine according to the present invention.
図1に示すように、本実施例における軸流タービン1は、ケーシング2に設けられた静翼プラットホーム3aと内周側の静翼ハブシュラウド3bとの間に支持された複数の静翼4から構成される静翼列5と、中心軸Oを回転中心として回転するロータ6に設けられた動翼プラットホーム7aと外周側の動翼チップシュラウド7bとの間に支持された複数の動翼8から構成される動翼列9とを有しており、複数の静翼列5及び複数の動翼列9が軸方向に交互に多段に配置されたものである。ガスタービンや蒸気タービン等のように、軸流タービンが高温に晒される場合、タービン主軸(図示せず)やロータ等の熱伸びを吸収する必要があり、そのため、静翼列5と動翼列9との間には空間が設けられ、キャビティ14、15が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
本実施例においては、漏れ流れの量を小さくするべく、静翼ハブシュラウド3bと動翼プラットホーム7aに、図1に示すようなオーバーハング部10(第1オーバーハング部)、オーバーハング部11(第2オーバーハング部)を、静翼列5、動翼列9の周方向に設け、オーバーハング部10、11が互いに軸方向の長さL1だけ、接触することなく重なり合うように配置している。オーバーハング部10、オーバーハング部11の重なり合う長さL1は、キャビティ14の間隔をG1とすると、0.0<L1/G1<0.5とすることが望ましい。従って、最適なオーバーラップ長さL1とすることにより、図7に示した漏れ流れBの量を低減して、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
In the present embodiment, in order to reduce the amount of leakage flow, the stationary
又、本実施例では、動翼チップシュラウド7bと静翼プラットホーム3aにおいても、漏れ流れの量を小さくするべく、図1に示すようなオーバーハング部12(第3オーバーハング部)、オーバーハング部13(第4オーバーハング部)を設け、オーバーハング部12、13が互いに軸方向に長さL2だけ、接触することなく重なり合うように配置している。オーバーハング部12、13の重なり合う長さL2は、キャビティ15の間隔をG2とすると、0.0<L2/G2<0.5とすることが望ましい。従って、最適なオーバーラップ長さL2とすることにより、漏れ流れCの量を低減して、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
In the present embodiment, also in the blade tip shroud 7b and the stationary blade platform 3a, an overhang portion 12 (third overhang portion), an overhang portion as shown in FIG. 13 (fourth overhang portion) is provided, and the
図2は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例を示す軸方向断面の概略図である。
なお、本実施例を含めた下記の実施例においては、実施例1に示した構成と同等のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the axial direction showing another example of the embodiment of the axial turbine according to the present invention.
In the following embodiments including the present embodiment, the same components as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本実施例は、静翼ハブシュラウド3bと動翼プラットホーム7aにおいて、オーバーハング部10、11を設け、又、動翼チップシュラウド7bと静翼プラットホーム3aにおいても、オーバーハング部12、13を設けており、この点では、実施例1と同様である。しかしながら、本実施例においては、オーバーハング部10、12の長さに着目し、静翼4、動翼8下流に生成される静圧が周方向に略一定になる位置(静圧ポテンシャルが無くなる位置)まで、オーバーハング部10、12の長さを長く設定し、漏れ流れの周方向分布が一様となるようにしたものである。
In the present embodiment,
具体的には、静翼ハブシュラウド3bのオーバーハング部10においては、静翼4のコード長をC1とする場合、静翼4の後縁からオーバーハング部10の先端までの長さL3を、L3/C1>0.25とすることで、静翼4により生成されるポテンシャルが無くなる位置の長さとし、漏れ流れBの周方向の不均一流出を低減し、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
Specifically, in the
又、同様に、動翼チップシュラウド7bのオーバーハング部12においても、動翼4のコード長をC2とする場合、動翼8の後縁からオーバーハング部12の先端までの長さを、L4/C2>0.25とすることで、動翼8により生成されるポテンシャルが無くなる位置の長さとし、漏れ流れCの周方向の不均一流出を低減し、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
Similarly, in the
上述したオーバーハング部10、12の長さL3、L4の設定条件は、翼間の静圧の変化から求めることができる。そこで、図3に、軸流タービンにおける翼間の静圧分布を示し、図4に、周方向位置及び流れ方向位置における静圧の変化を示し、これらの図を用いて説明を行う。
The setting conditions of the lengths L3 and L4 of the
図3は、図2を参照すると、図2のS−S線断面部分の静圧分布を示したものである。なお、動翼8はR方向に回転している。
図3に示すように、例えば、静翼4の翼前縁では、流入流れの衝突により流れの淀み点ができ、この部分の静圧が局所的に上昇し、主流は、流れの動圧分だけ、淀み点より静圧が低くなる。従って、翼前縁付近では、周方向に静圧の高い部分と低い部分が形成され、周方向に変化幅の大きい静圧分布が形成される。同様に、静翼4の後縁付近についても、周方向に静圧の高い部分と低い部分が形成され、周方向に変化幅の大きい静圧分布が形成される。キャビティ14、15の近辺には、この不均一な静圧分布が存在するため、キャビティからの漏れ流れ量も、周方向に非一様な分布となってしまう。
FIG. 3 shows a static pressure distribution of the cross-section portion of FIG. The moving
As shown in FIG. 3, for example, at the leading edge of the
そこで、静翼4の後縁付近において、静翼4の後縁から流れ方向に任意の距離離れた位置における周方向の無次元静圧(静翼出口平均静圧で無次元化)の変化を、図4(a)のグラフに示してみた。図4(a)に示すように、静翼4のコード長(軸方向長さ)をC1とすると、静翼4の後縁、つまり、X=0.00C1においては、周方向に平均静圧の約5%の静圧変化幅がある。そして、静翼4の後縁から流れ方向遠方に離れるに従い(図4(a)中、X=0.06C1〜X=0.25C1のプロットを参照)、静圧変化幅が小さくなり、X=0.25C1においては、静圧変化幅が極めて小さくなっている。そして、静翼4の後縁からの流れ方向位置X/Cを横軸に、各流れ方向位置における周方向の静圧変化幅を縦軸に取ってプロットしたものが図4(b)である。このグラフからも明らかなように、X=0.25C1においては、静圧変化幅が極めて小さくなっており、静翼4の後縁から少なくともX=0.25C1以上の位置においては、周方向の静圧変化幅が小さく、略均一な周方向の静圧分布が得られ、静翼4により生成されるポテンシャルが無くなる位置であることが分かる。
Therefore, in the vicinity of the trailing edge of the
つまり、静翼4の後縁から少なくともX=0.25C1まで、静翼ハブシュラウド3bのオーバーハング部10を延設すれば、漏れ流れBの周方向の不均一流出を低減して、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。これは、動翼8についても同様であり、動翼8のコード長をC2とすると、動翼8の後縁から少なくともX=0.25C2まで、動翼ハブシュラウド7bのオーバーハング部12を延設すれば、漏れ流れCの周方向の不均一流出を低減して、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
That is, if the
ここで、図4(a)のグラフにおいて、無次元静圧とは、翼出口での周方向平均静圧に対する局所静圧の比、つまり、(無次元静圧)=(局所静圧)/(翼出口での周方向平均静圧)であり、図4(b)おいては、図4(a)における周方向の無次元静圧の比の変動幅を流れ方向にプロットしている。 Here, in the graph of FIG. 4A, the non-dimensional static pressure is the ratio of the local static pressure to the circumferential average static pressure at the blade outlet, that is, (non-dimensional static pressure) = (local static pressure) / In FIG. 4 (b), the fluctuation range of the ratio of the dimensionless static pressure in the circumferential direction in FIG. 4 (a) is plotted in the flow direction.
なお、本実施例においては、実施例1におけるオーバーハング部10〜13の構成条件も満たすように構成することができ、この場合、例えば、オーバーハング部10は、オーバーハング部11と重なるように配置されると共に、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設されることとなる。
In addition, in a present Example, it can comprise so that the structural conditions of the overhang parts 10-13 in Example 1 may also be satisfy | filled. In this case, for example, the
図5は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例を示す軸方向断面の概略図である。 FIG. 5 is a schematic view of an axial cross section showing another example of the embodiment of the axial turbine according to the present invention.
本実施例も、静翼ハブシュラウド21bと動翼プラットホーム23aにおいて、オーバーハング部25(第1オーバーハング部)、オーバーハング部26(第2オーバーハング部)を設け、又、動翼チップシュラウド23bと静翼プラットホーム21aにおいても、オーバーハング部27(第3オーバーハング部)、オーバーハング部28(第4オーバーハング部)を設けており、この点では、実施例1と同様である。しかしながら、本実施例においては、オーバーハング部25、26間の高さ、オーバーハング部27、28間の高さに着目し、主流Aに対して、漏れ流れB、Cのミキシング角度θ=0にするような高さに設定し、漏れ流れの角度を極めて小さくしたものである。
Also in this embodiment, the stationary
具体的には、動翼プラットホーム23aの高さ位置に対して、静翼ハブシュラウド21bのオーバーハング部25の高さを高さH2だけ段差を付けて設けており、動翼8の翼の高さをH1とする場合、静翼ハブシュラウド21bのオーバーハング部25の高さH2を、H2/H1<0.05とするように構成している。上記構成により、漏れ流れBのミキシング角度θ=0として、下流側の動翼8に流入させることができ、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
Specifically, the height of the overhanging
又、同様に、動翼チップシュラウド23bのオーバーハング部27においても、静翼プラットホーム21aの高さ位置に対して、動翼チップシュラウド23bのオーバーハング部27の高さを高さH4だけ段差を付けて設け、静翼4の翼の高さをH3とする場合、動翼チップシュラウド23bのオーバーハング部27の高さH4を、H4/H3<0.05としている。上記構成により、漏れ流れCのミキシング角度θ=0として、下流側の静翼4に流入させることができ、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。
Similarly, in the
なお、本実施例においても、実施例1、2におけるオーバーハング部10〜13の構成条件も満たすように構成することができ、例えば、オーバーハング部10は、オーバーハング部11と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設され、更に、オーバーハング11部に対して、所定段差を持って配置されることとなる。
In this embodiment, the
図6は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例を示す軸方向断面の概略図である。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view in the axial direction showing another example of the embodiment of the axial turbine according to the present invention.
本実施例は、静翼ハブシュラウド31bと動翼チップシュラウド33bにおいて、傾斜部32、34を設けており、傾斜部32、34により、主流Aに対する漏れ流れB、Cのミキシング角度が小さくなるように構成したものである。
In this embodiment,
具体的には、静翼ハブシュラウド31bの下流側角部を切り欠いて傾斜部32(第1傾斜部)を設けており、翼の高さ方向の傾斜部32の高さをH5とし、翼の軸方向の傾斜部32の長さをL5とすると、傾斜部32の傾斜がH5/L5<1.0となるように構成している。上記構成により、主流Aに対する漏れ流れBのミキシング角度を小さくし、漏れ流れBの半径方向成分の速度を極力小さくして、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。なお、傾斜部32の傾斜は、漏れ流れBのミキシング角度をできるだけ小さくすることが望ましい。
Specifically, the inclined portion 32 (first inclined portion) is provided by notching the downstream corner of the stationary
又、同様に、動翼チップシュラウド33bにおいても、動翼チップシュラウド33bの下流側角部を切り欠いて傾斜部34(第2傾斜部)を設けており、翼の高さ方向の傾斜部34の高さをH6とし、翼の軸方向の傾斜部34の長さをL6とすると、傾斜部34の傾斜がH6/L6<1.0以下となるように構成している。上記構成により、主流Aに対する漏れ流れCのミキシング角度を小さくし、漏れ流れCの半径方向成分の速度を極力小さくして、主流Aに対するミキシング損失を低減することができる。なお、傾斜部34の傾斜も、漏れ流れCのミキシング角度をできるだけ小さくすることが望ましい。
Similarly, the blade tip shroud 33b is also provided with an inclined portion 34 (second inclined portion) by notching a downstream corner portion of the blade tip shroud 33b, and an
本発明は、軸流タービンが用いられるガスタービン、蒸気タービン等に適用可能である。 The present invention is applicable to a gas turbine, a steam turbine, or the like in which an axial flow turbine is used.
1、20、30 軸流タービン
2 ケーシング
3a、21a、31a 静翼プラットホーム
3b、21b、31b 静翼ハブシュラウド
4 静翼
5 静翼列
6 ロータ
7a、23a、33a 動翼プラットホーム
7b、23b、33b 動翼チップシュラウド
8 動翼
9 動翼列
10、11、12、13 オーバーハング部
14、15 キャビティ
25、26、27、28 オーバーハング部
32、34 傾斜部
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第1オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第1オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第2オーバーハング部を設け、
前記第1オーバーハング部は、前記第2オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする軸流タービン。 An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
On the downstream side surface of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row, a first overhang portion is provided along the axial direction, and on the upstream side surface of the moving blade platform of the moving blade row facing the stationary blade hub shroud. Providing a second overhang portion facing the cavity-side surface of the first overhang portion,
The axial turbine according to claim 1, wherein the first overhang portion extends so as to overlap a predetermined length in the axial direction with respect to the second overhang portion.
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第3オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第3オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第4オーバーハング部を設け、
前記第3オーバーハング部は、前記第4オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to claim 1,
A third overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the rotor blade tip shroud of the rotor blade row, and on the upstream side surface of the stator blade platform of the stator blade row facing the rotor blade tip shroud. Providing a fourth overhang portion facing the cavity side surface of the third overhang portion,
The axial-flow turbine, wherein the third overhang portion extends so as to overlap a predetermined length in the axial direction with respect to the fourth overhang portion.
前記静翼ハブシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをG1とし、前記第1オーバーハング部と前記第2オーバーハング部とが重なる長さをL1とすると、
前記第1オーバーハング部と前記第2オーバーハング部は、0<L1/G1<0.5の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial flow turbine according to claim 1 or 2,
When the length in the axial direction of the cavity on the downstream side of the stationary blade hub shroud is G1, and the length in which the first overhang portion and the second overhang portion overlap is L1,
The axial-flow turbine, wherein the first overhang portion and the second overhang portion are arranged so that a relationship of 0 <L1 / G1 <0.5 is satisfied.
前記動翼チップシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをG2とし、前記第3オーバーハング部と前記第4オーバーハング部とが重なる長さをL2とすると、
前記第3オーバーハング部と前記第4オーバーハング部は、0<L2/G3<0.5の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。 In the axial turbine according to claim 2 or 3,
When the length in the axial direction of the cavity on the downstream side of the blade tip shroud is G2, and the length in which the third overhang portion and the fourth overhang portion overlap is L2,
The axial-flow turbine, wherein the third overhang portion and the fourth overhang portion are arranged so that a relationship of 0 <L2 / G3 <0.5 is satisfied.
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第1オーバーハング部を設け、
前記第1オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。 An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
A first overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row,
The axial flow turbine, wherein the first overhang portion is extended to a position where a static pressure generated downstream of the stationary blade row is substantially constant in a circumferential direction of the stationary blade row.
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第3オーバーハング部を設け、
前記第3オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to claim 5, wherein
A third overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the blade tip shroud of the blade row,
The axial turbine according to claim 3, wherein the third overhang portion is extended to a position where a static pressure generated downstream of the moving blade row is substantially constant in a circumferential direction of the moving blade row.
前記第1オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial flow turbine according to claim 1 or 2,
The axial flow turbine, wherein the first overhang portion is extended to a position where a static pressure generated downstream of the stationary blade row is substantially constant in a circumferential direction of the stationary blade row.
前記第3オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to claim 2,
The axial turbine according to claim 3, wherein the third overhang portion is extended to a position where a static pressure generated downstream of the moving blade row is substantially constant in a circumferential direction of the moving blade row.
前記静翼のコード長をC1とし、前記静翼の後縁から前記第1オーバーハング部の先端までの長さをL3とすると、
前記第1オーバーハング部は、L3/C1>0.25の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial flow turbine according to any one of claims 5 to 7,
If the cord length of the stationary blade is C1, and the length from the trailing edge of the stationary blade to the tip of the first overhang portion is L3,
The axial flow turbine is characterized in that the first overhang portion is extended so that a relationship of L3 / C1> 0.25 is established.
前記動翼のコード長をC2とし、前記動翼の後縁から前記第3オーバーハング部の先端までの長さをL4とすると、
前記第3オーバーハング部又は前記第6オーバーハング部は、L4/C2>0.25の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial flow turbine according to any one of claims 6 to 8,
When the cord length of the moving blade is C2, and the length from the trailing edge of the moving blade to the tip of the third overhang portion is L4,
The third overhang portion or the sixth overhang portion is extended so that a relationship of L4 / C2> 0.25 is established.
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第1オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第1オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第2オーバーハング部を設け、
前記第1オーバーハング部は、前記第2オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。 An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
On the downstream side surface of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row, a first overhang portion is provided along the axial direction, and on the upstream side surface of the moving blade platform of the moving blade row facing the stationary blade hub shroud. Providing a second overhang portion facing the cavity side surface of the first overhang portion,
The axial flow turbine is characterized in that the first overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side of the axial flow turbine with respect to the second overhang portion.
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第3オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第3オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第4オーバーハング部を設け、
前記第3オーバーハング部は、前記第4オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to claim 11,
A third overhang portion is provided along the axial direction on the downstream side surface of the rotor blade tip shroud of the rotor blade row, and on the upstream side surface of the stator blade platform of the stator blade row facing the rotor blade tip shroud. Providing a fourth overhang portion facing the cavity side surface of the third overhang portion,
The axial flow turbine is characterized in that the third overhang portion is disposed with a predetermined step on the main flow side of the axial flow turbine with respect to the fourth overhang portion.
前記第1オーバーハング部は、前記第2オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。 In the axial turbine according to any one of claims 1, 2, 5, 6, and 7,
The axial flow turbine is characterized in that the first overhang portion is arranged with a predetermined step on the main flow side of the axial flow turbine with respect to the second overhang portion.
前記第3オーバーハング部は、前記第4オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to any one of claims 2, 6, 7, and 8,
The axial flow turbine is characterized in that the third overhang portion is disposed with a predetermined step on the main flow side of the axial flow turbine with respect to the fourth overhang portion.
前記動翼の翼の高さをH1とし、前記第2オーバーハング部に対する前記第1オーバーハング部の段差をH2とすると、
前記第1オーバーハング部は、H2/H1<0.05の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial flow turbine according to any one of claims 11 to 13,
When the height of the blade of the moving blade is H1, and the step of the first overhang portion with respect to the second overhang portion is H2,
The axial flow turbine is characterized in that the first overhang portion is arranged so that a relationship of H2 / H1 <0.05 is established.
前記静翼の翼の高さをH3とし、前記第4オーバーハング部に対する前記第3オーバーハング部の段差をH4とすると、
前記第3オーバーハング部は、H4/H3<0.05の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to any one of claims 12 to 14,
When the height of the vane of the stationary blade is H3, and the step of the third overhang portion with respect to the fourth overhang portion is H4,
The axial turbine according to claim 3, wherein the third overhang portion is arranged so that a relationship of H4 / H3 <0.05 is established.
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第1傾斜部を設けたことを特徴とする軸流タービン。 An axial turbine in which a stator blade row having a plurality of stator blades and a rotor blade row having a plurality of rotor blades are alternately arranged in multiple stages in the axial direction, and a cavity is formed between the stator blade row and the rotor blade row In
An axial flow turbine characterized in that a first inclined portion inclined from the cavity side to the main flow side of the axial turbine is provided on the downstream side of the stationary blade hub shroud of the stationary blade row.
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第2傾斜部を設けたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to claim 17,
An axial flow turbine characterized in that a second inclined portion inclined from the cavity side to the main flow side of the axial flow turbine is provided on the downstream side of the moving blade tip shroud of the moving blade row.
前記第1傾斜部における軸方向の長さをL5とし、軸方向に垂直な方向の高さをH5とすると、
前記第1傾斜部は、H5/L5<1.0の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする軸流タービン。 The axial turbine according to claim 17 or 18,
When the length in the axial direction of the first inclined portion is L5 and the height in the direction perpendicular to the axial direction is H5,
The axial flow turbine is characterized in that the first inclined portion is formed so that a relationship of H5 / L5 <1.0 is satisfied.
前記第2傾斜部における軸方向の長さをL6とし、軸方向に垂直な方向の高さをH6とすると、
前記第2傾斜部は、H6/L6<1.0の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする軸流タービン。 An axial turbine according to claim 18 or claim 19,
When the length in the axial direction of the second inclined portion is L6 and the height in the direction perpendicular to the axial direction is H6,
The axial flow turbine is characterized in that the second inclined portion is formed so that a relationship of H6 / L6 <1.0 is established.
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