JP2017015080A - 二次流の制御及び最適ディフューザ性能のための膨出ノズル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タービンに配置されたタービンノズルは、タービンノズルの長手方向軸線を横断してタービンノズルの前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ長手方向軸線に沿って半径方向でノズルの高さを延びる負圧側面と、負圧側面の反対側に配置され、タービンノズルの前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ半径方向でノズルの高さを延びる正圧側面と、ノズルの負圧側面上に配置され、半径方向及び軸方向の両方に横断する方向で負圧側面の他の部分に対して突出するバルジと、を含む。
【選択図】 図1
Description
y=−0.0000000877x3+0.000161x2−0.00222x+0.819 (式1)
図6から分かるように、第1の環状壁40すなわち点66から半径方向32で移動するときに、バルジ52は、約80%の平均D0でD0を維持している。点68において、バルジ52の中間付近(例えば、ノズルの高さ54の上方約30%)では、バルジ52は後退し始め、D0は、第2の環状壁42すなわち点70での平均D0の約1.3倍になる。このスロートD0の配置は、最終ブレード段20において根元反動を引き起こし、これにより最終ブレード段の効率及びディフューザ性能が改善され、タービンの出力の実質的な増大をもたらすことができる。一部の実施形態においては、1.7MWよりも大きい出力の増大をもたらすことができる。
y=−0.00000000803x4+0.00000224x3−0.000228x2+0.0104x+0.820 (式2)
図7で分かるように、第1の環状壁40すなわち点82から半径方向32で移動すると、Tmaxは、50%スパンでのTmaxの約83%で始まり、次いで、急激に50%スパンTmaxに近づく。35%〜約60%スパンまでは、Tmaxは、50%スパンTmaxと実質的に同じである。点84又は約60%スパンでは、Tmaxは、50%スパンTmaxから逸れて、ノズル22が第2の環状壁42又は点86に達するまで50%スパンTmaxよりも大きいままである。
y=−0.00000000318x4+0.000000875x3−0.0000842x2+2.37x0.322 (式3)
図8から分かるように、第1の環状壁40すなわち点96から半径方向32で移動すると、Tmaxは、従来設計よりも小さい値で始まるが、バルジが点98での従来設計から最大の逸れに達すると、従来設計よりも大きくなる。点98から第2の環状壁42(点100)までは、Tmaxは、従来設計のTmaxに接近する。この最大厚さTmaxの分布は、最終ブレード段20における根元反動を引き起こし、これにより最終ブレード段の効率及びディフューザ性能が改善され、タービンの出力の実質的な増大をもたらすことができる。一部の実施形態においては、1.7MWよりも大きい出力の増大をもたらすことができる。
[実施態様1]
タービンに配置されるよう構成されたタービンノズルであって、
上記タービンノズルの長手方向軸線を横断して上記タービンノズルの前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ上記長手方向軸線に沿って半径方向で上記タービンノズルの高さを延びる負圧側面と、
上記負圧側面の反対側に配置され、上記タービンノズルの前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ半径方向で上記タービンノズルの高さを延びる正圧側面と、
上記タービンノズルの負圧側面上に配置され、上記半径方向及び軸方向の両方に横断する方向で上記負圧側面の他の部分に対して突出するバルジと、
を備える、タービンノズル。
[実施態様2]
上記バルジは、上記ノズルの高さの第1のパーセンテージにある開始高さにて突出し始め、上記ノズルの高さの第2のパーセンテージにて最大突出部に達し、上記ノズルの高さの第3のパーセンテージにある終了高さにて突出が終わる、実施態様1に記載のタービンノズル。
[実施態様3]
上記ノズルの高さの第1のパーセンテージが、上記タービンノズルの高さの0%〜20%の間である、実施態様2に記載のタービンノズル。
[実施態様4]
上記バルジの最大突出部が、上記ノズルの高さの0.5%〜10.0%の間である、実施態様2に記載のタービンノズル。
[実施態様5]
上記バルジの最大突出部が、上記ノズルの高さの0.5%〜5.0%の間である、実施態様2に記載のタービンノズル。
[実施態様6]
上記ノズルの高さの第2のパーセンテージが、20%と40%の間である、実施態様2に記載のタービンノズル。
[実施態様7]
上記ノズルの高さの第3のパーセンテージが、50%と60%の間である、実施態様2に記載のタービンノズル。
[実施態様8]
上記バルジが、上記前縁と上記後縁との間の上記負圧側面の長さの少なくとも半分よりも多く延びる、実施態様1に記載のタービンノズル。
[実施態様9]
上記バルジが、上記負圧側面の長さ全体に沿って延びる、実施態様1に記載のタービンノズル。
[実施態様10]
上記ノズルが、上記半径方向で上記タービンの回転軸線から延びる平面に対して上記正圧側面への傾斜を有する、実施態様1に記載のタービンノズル。
[実施態様11]
上記正圧側面への傾斜が、0度よりも大きく、5度以下である、実施態様10に記載のタービンノズル。
[実施態様12]
第1の環状壁と、第2の環状壁と、回転軸線の周りで上記第1及び第2の環状壁(40,42)の間に環状に配置された複数のノズルを含む最終段と、を含むタービンを備えたシステムであって、
上記複数のノズルの各ノズルが、
上記第1及び第2の環状壁間に延びる高さと、
前縁と、
上記前縁の下流側に配置される後縁と、
上記前縁と上記後縁との間に軸方向に延び且つ半径方向で上記ノズルの高さを延びる負圧側面と、
上記負圧側面の反対側に配置され、上記ノズルの前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ半径方向で上記ノズルの高さを延びる正圧側面と、
上記タービンノズルの負圧側面上に配置され、上記回転軸線から延びる半径方向平面に横断する方向で突出するバルジと、
を含む、システム。
[実施態様13]
上記前縁及び上記後縁が、上記半径方向で上記回転軸線から延びる半径方向平面に対して上記正圧側面に向う傾斜を有する、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様14]
上記複数のノズルの各ノズルが、上記半径方向平面に対して上記正圧側面へ3度の角度が付けられている、実施態様13に記載のシステム。
[実施態様15]
上記バルジの最大突出部が、上記ノズルの高さの0.5%〜5.0%の間である、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様16]
上記バルジの最大突出部が、上記ノズルの高さの20%と40%の間で生じる、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様17]
スロート(D0)分布の無次元表現が、近似的に次式、
y=−0.0000000877x3+0.000161x2−0.00222x+0.819
であり、ここでxは対向する環状壁間のスパン位置、yは無次元スロート(D0)分布である、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様18]
上記複数のノズルの各ノズルの最大厚さ(Tmax)の無次元表現が、近似的に次式、
y=−0.00000000803x4+0.00000224x3−0.000228x2+0.0104x+0.820
であり、ここでxは対向する環状壁間のスパン位置、yは、スパン位置での最大厚さ(Tmax)を50%スパンでの最大厚さ(Tmax)で除算したものである、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様19]
上記複数のノズルの各ノズルの最大厚さ(Tmax)を軸方向翼弦で除算したものの無次元表現が、近似的に次式、
y=−0.00000000318x4+0.000000875x3−0.0000842x2+2.37x0.322
であり、ここでxは対向する環状壁間のスパン位置、yは、スパン位置での最大厚さ(Tmax)を軸方向翼弦で除算したものであり、上記軸方向翼弦は、上記軸方向28において上記複数のノズルの各ノズルの深さである、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様20]
タービンと、第1の環状壁と、第2の環状壁と、回転軸線の周りで上記第1及び第2の環状壁の間に環状に配置された複数のノズルを含む最終段と、を備えたシステムであって、
上記複数のノズルの各ノズルが、
上記第1及び第2の環状壁間に延びる高さと、
前縁と、
上記前縁の下流側に配置される後縁と、
上記前縁と上記後縁との間に軸方向に延び且つ半径方向で上記ノズルの高さを延びる負圧側面と、
上記負圧側面の反対側に配置され、上記ノズルの前縁と後縁との間に軸方向に延び且つ半径方向で上記ノズルの高さを延びる正圧側面と、
上記タービンノズルの負圧側面上に配置され、上記回転軸線から延びる半径方向平面に横断する方向で突出するバルジと、
を含み、上記複数のノズルの各ノズルが、上記正圧側面に向って上記半径方向平面に対して角度が付けられる、システム。
12 圧縮機
14 燃焼器
16 タービン
18 段
20 最終段
22 最終段ステータ(ノズル)
24 最終段ロータ(ブレード)
26 回転軸
28 軸方向
30 半径方向平面
32 半径方向
34 円周方向
36 ノズル
38 通路
40 第1の環状壁
42 第2の環状壁
44 前縁
46 後縁
48 正圧側面
50 負圧側面
52 バルジ
54 ノズル高さ
56 軸方向翼弦
58 プロット
60 曲線
62 縦軸
64 横軸
66 点
68 点
70 点
72 プロット
74 曲線(本発明のノズル)
76 曲線(従来設計)
78 縦軸
80 横軸
82 点
84 点
86 プロット
88 曲線
90 曲線(従来設計)
92 縦軸
94 横軸
96 点
98 点
100 点
102 半径方向スタック負圧側壁
104 最大バルジ幅
106 半径方向スタック翼形部
108 傾斜
110 半径方向スタック翼形部の長手方向軸線
112 ノズルの長手方向軸線
114 交差部
Claims (20)
- タービン(16)に配置されるよう構成されたタービンノズル(36)であって、
前記タービンノズル(36)の長手方向軸線(112)を横断して前記タービンノズル(36)の前縁(44)と後縁(46)との間に軸方向(28)に延び且つ前記長手方向軸線(112)に沿って半径方向(32)で前記タービンノズル(36)の高さ(54)を延びる負圧側面(50)と、
前記負圧側面(50)の反対側に配置され、前記タービンノズル(36)の前縁(44)と後縁(46)との間に軸方向(28)に延び且つ半径方向(32)で前記タービンノズル(36)の高さ(54)を延びる正圧側面(48)と、
前記タービンノズル(36)の負圧側面(50)上に配置され、前記半径方向(32)及び軸方向(28)の両方に横断する方向で前記負圧側面(50)の他の部分に対して突出するバルジ(52)と、
を備える、タービンノズル(36)。 - 前記バルジ(52)は、前記ノズル(36)の高さ(54)の第1のパーセンテージにある開始高さにて突出し始め、前記ノズル(36)の高さ(54)の第2のパーセンテージにて最大突出部(104)に達し、前記ノズル(36)の高さ(54)の第3のパーセンテージにある終了高さにて突出が終わる、請求項1に記載のタービンノズル(36)。
- 前記ノズル(36)の高さ(54)の第1のパーセンテージが、前記タービンノズル(36)の高さの0%〜20%の間である、請求項2に記載のタービンノズル(36)。
- 前記バルジ(52)の最大突出部(104)が、前記ノズル(36)の高さ(54)の0.5%〜10.0%の間である、請求項2に記載のタービンノズル(36)。
- 前記バルジ(52)の最大突出部(104)が、前記ノズル(36)の高さ(54)の0.5%〜5.0%の間である、請求項2に記載のタービンノズル(36)。
- 前記ノズル(36)の高さ(54)の第2のパーセンテージが、20%と40%の間である、請求項2に記載のタービンノズル(36)。
- 前記ノズル(36)の高さ(54)の第3のパーセンテージが、50%と60%の間である、請求項2に記載のタービンノズル(36)。
- 前記バルジ(52)が、前記前縁(44)と前記後縁(46)との間の前記負圧側面(50)の長さの少なくとも半分よりも多く延びる、請求項1に記載のタービンノズル(36)。
- 前記バルジ(52)が、前記負圧側面(50)の長さ全体に沿って延びる、請求項1に記載のタービンノズル(36)。
- 前記ノズル(36)が、前記半径方向(32)で前記タービン(16)の回転軸線(26)から延びる平面(30)に対して前記正圧側面(48)への傾斜(108)を有する、請求項1に記載のタービンノズル(36)。
- 前記正圧側面(48)への傾斜(108)が、0度よりも大きく、5度以下である、請求項10に記載のタービンノズル(36)。
- タービン(16)と、第1の環状壁(40)と、第2の環状壁(42)と、回転軸線(26)の周りで前記第1及び第2の環状壁(40,42)の間に環状に配置された複数のノズル(36)を含む最終段(20)と、を備えたシステムであって、
前記複数のノズルの各ノズル(36)が、
前記第1及び第2の環状壁(40,42)間に延びる高さ(54)と、
前縁(44)と、
前記前縁(44)の下流側に配置される後縁(46)と、
前記前縁(44)と前記後縁(46)との間に軸方向(28)に延び且つ半径方向(32)で前記ノズル(36)の高さ(54)を延びる負圧側面(50)と、
前記負圧側面(50)の反対側に配置され、前記ノズル(36)の前縁(44)と後縁(46)との間に軸方向(28)に延び且つ半径方向(32)で前記ノズル(36)の高さ(54)を延びる正圧側面(48)と、
前記タービンノズル(36)の負圧側面(50)上に配置され、前記回転軸線(26)から延びる半径方向平面(30)に横断する方向で突出するバルジ(52)と、
を含む、システム。 - 前記前縁(44)及び前記後縁(46)が、前記半径方向(32)で前記回転軸線(26)から延びる半径方向平面(30)に対して前記正圧側面(48)に向う傾斜(108)を有する、請求項12に記載のシステム。
- 前記複数のノズルの各ノズル(36)が、前記半径方向平面(30)に対して前記正圧側面(48)へ3度の角度が付けられている、請求項13に記載のシステム。
- 前記バルジ(52)の最大突出部(104)が、前記ノズル(36)の高さ(54)の0.5%〜5.0%の間である、請求項12に記載のシステム。
- 前記バルジ(52)の最大突出部(104)が、前記ノズル(36)の高さ(54)の20%と40%の間で生じる、請求項12に記載のシステム。
- スロート(D0)分布の無次元表現が、近似的に次式、
y=−0.0000000877x3+0.000161x2−0.00222x+0.819
であり、ここでxは対向する環状壁(40,42)間のスパン位置、yは無次元スロート(D0)分布である、請求項12に記載のシステム。 - 前記複数のノズル(36)の各ノズル(36)の最大厚さ(Tmax)の無次元表現が、近似的に次式、
y=−0.00000000803x4+0.00000224x3−0.000228x2+0.0104x+0.820
であり、ここでxは対向する環状壁(40,42)間のスパン位置、yは、スパン位置での最大厚さ(Tmax)を50%スパンでの最大厚さ(Tmax)で除算したものである、請求項12に記載のシステム。 - 前記複数のノズル(36)の各ノズル(36)の最大厚さ(Tmax)を軸方向翼弦(56)で除算したものの無次元表現が、近似的に次式、
y=−0.00000000318x4+0.000000875x3−0.0000842x2+2.37x0.322
であり、ここでxは対向する環状壁(40,42)間のスパン位置、yは、スパン位置での最大厚さ(Tmax)を軸方向翼弦(56)で除算したものであり、前記軸方向翼弦(56)は、前記軸方向28において前記複数のノズルの各ノズル(36)の深さである、請求項12に記載のシステム。 - タービン(16)と、第1の環状壁(40)と、第2の環状壁(42)と、回転軸線(26)の周りで前記第1及び第2の環状壁(40,42)の間に環状に配置された複数のノズル(36)を含む最終段(20)と、を備えたシステムであって、
前記複数のノズルの各ノズル(36)が、
前記第1及び第2の環状壁(40,42)間に延びる高さ(54)と、
前縁(44)と、
前記前縁(44)の下流側に配置される後縁(46)と、
前記前縁(44)と前記後縁(46)との間に軸方向(28)に延び且つ半径方向(32)で前記ノズル(36)の高さ(54)を延びる負圧側面(50)と、
前記負圧側面(50)の反対側に配置され、前記ノズル(36)の前縁(44)と後縁(46)との間に軸方向(28)に延び且つ半径方向(32)で前記ノズル(36)の高さ(54)を延びる正圧側面(48)と、
前記タービンノズル(36)の負圧側面(50)上に配置され、前記回転軸線(26)から延びる半径方向平面(30)に横断する方向で突出するバルジ(52)と、
を含み、前記複数のノズルの各ノズル(36)が、前記正圧側面(48)に向って前記半径方向平面(30)に対して角度が付けられる、システム。
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