JP2883757B2 - 蒸気タービンノズル - Google Patents
蒸気タービンノズルInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンノズルに係
り、特に中空静翼に貫通スリットを設けて動翼の侵蝕防
止や性能低下を防ぐようにした蒸気タービンノズルに関
する。
り、特に中空静翼に貫通スリットを設けて動翼の侵蝕防
止や性能低下を防ぐようにした蒸気タービンノズルに関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、火力用蒸気タービンの低圧最終
段近傍や地熱タービン、原子力タービンの大部分のター
ビン段落においては、作動流体の蒸気が多数の水滴を含
む湿り蒸気となっている。したがって、このような湿り
蒸気で作動するタービン段落では、蒸気中の水滴が動翼
に衝突するため、動翼が侵蝕を受ける場合がある。特
に、最終段動翼は、翼長が大きく回転速度も高い上、蒸
気湿り度が最も大きい状況下にあるため、水滴による侵
蝕を受け易く、タービンの信頼性の面から問題となる。
段近傍や地熱タービン、原子力タービンの大部分のター
ビン段落においては、作動流体の蒸気が多数の水滴を含
む湿り蒸気となっている。したがって、このような湿り
蒸気で作動するタービン段落では、蒸気中の水滴が動翼
に衝突するため、動翼が侵蝕を受ける場合がある。特
に、最終段動翼は、翼長が大きく回転速度も高い上、蒸
気湿り度が最も大きい状況下にあるため、水滴による侵
蝕を受け易く、タービンの信頼性の面から問題となる。
【０００３】ここで、最終段動翼の侵蝕に大きく関与す
るのは、ノズル通路部内の湾曲面で曲がり切れずにノズ
ル側表面に付着した水滴である。このノズル表面に付着
した水滴は水膜となり、蒸気流によりノズル表面に伝わ
ってノズル後縁部に押し流され、ノズル後縁部より再び
水滴となって蒸気中に流出する。ノズル後縁部より流出
する水滴は、通路部内で形成された水滴と比較して約１
００〜１００００倍程度となり、水滴径としては２０〜
２００μｍ程度にもなる。この粗大化した水滴は、最終
段動翼を侵蝕し、かつノズル後縁から流出した水滴を蒸
気流が加速させることに伴う加速損失や、動翼に衝突す
る水滴が動翼回転方向と逆方向から流入することに伴う
制動損失等を発生させ、タービンの性能を低下させるこ
とになる。
るのは、ノズル通路部内の湾曲面で曲がり切れずにノズ
ル側表面に付着した水滴である。このノズル表面に付着
した水滴は水膜となり、蒸気流によりノズル表面に伝わ
ってノズル後縁部に押し流され、ノズル後縁部より再び
水滴となって蒸気中に流出する。ノズル後縁部より流出
する水滴は、通路部内で形成された水滴と比較して約１
００〜１００００倍程度となり、水滴径としては２０〜
２００μｍ程度にもなる。この粗大化した水滴は、最終
段動翼を侵蝕し、かつノズル後縁から流出した水滴を蒸
気流が加速させることに伴う加速損失や、動翼に衝突す
る水滴が動翼回転方向と逆方向から流入することに伴う
制動損失等を発生させ、タービンの性能を低下させるこ
とになる。
【０００４】そこで一部は、例えば特公昭４９−９５２
２号公報に示されているように、ノズルを中空として内
部を低圧にし、翼面に設けたスリットによりドレンを吸
い込むようにした蒸気タービンノズルが提案されてい
る。
２号公報に示されているように、ノズルを中空として内
部を低圧にし、翼面に設けたスリットによりドレンを吸
い込むようにした蒸気タービンノズルが提案されてい
る。
【０００５】図５は、この種の従来の蒸気タービンノズ
ルを示すもので、図中、符号１は内部に中空部２が形成
されたノズルであり、このノズル１の翼面には、水膜を
吸い込むためのスリット装置３，４が設けられている。
ルを示すもので、図中、符号１は内部に中空部２が形成
されたノズルであり、このノズル１の翼面には、水膜を
吸い込むためのスリット装置３，４が設けられている。
【０００６】各スリット装置３，４は、複数のスリット
３ａ，４ａを径方向に所定間隔をおいて一列状に配した
第１のスリット列と、複数のスリット３ｂ，４ｂを径方
向に所定間隔をおいて一列状に配した第２のスリット列
とから構成されており、第１のスリット列と第２のスリ
ット列との間には、蒸気タービンの軸方向に所定の間隔
が設けられ、かつ第１のスリット列のスリット３ａ，４
ａと第２のスリット列３ｂ，４ｂとは、径方向に位置が
相互にずれている。そして、これらのスリット装置３，
４は、ノズル１の翼面上を流れる水膜を吸い込んで中空
部２に導き、図示しない所定の低圧部に排出するように
なっている。
３ａ，４ａを径方向に所定間隔をおいて一列状に配した
第１のスリット列と、複数のスリット３ｂ，４ｂを径方
向に所定間隔をおいて一列状に配した第２のスリット列
とから構成されており、第１のスリット列と第２のスリ
ット列との間には、蒸気タービンの軸方向に所定の間隔
が設けられ、かつ第１のスリット列のスリット３ａ，４
ａと第２のスリット列３ｂ，４ｂとは、径方向に位置が
相互にずれている。そして、これらのスリット装置３，
４は、ノズル１の翼面上を流れる水膜を吸い込んで中空
部２に導き、図示しない所定の低圧部に排出するように
なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気タービンノ
ズルにおいて、ノズル翼面上を流れる水膜の流動状況に
ついては、例えばM.J.MOORE,P.SCULPHER氏により、“CO
NDITIONS PRODUSINGCONCENTRATED EROSION IN LARGE ST
EAM TURBINS”（Proc Inatn Mech Engrs 1969-1970,Vol
184 Pt3G）中で開示されている。図６はノズル翼面上
の水膜の流動状況を示す。
ズルにおいて、ノズル翼面上を流れる水膜の流動状況に
ついては、例えばM.J.MOORE,P.SCULPHER氏により、“CO
NDITIONS PRODUSINGCONCENTRATED EROSION IN LARGE ST
EAM TURBINS”（Proc Inatn Mech Engrs 1969-1970,Vol
184 Pt3G）中で開示されている。図６はノズル翼面上
の水膜の流動状況を示す。
【０００８】図６に示すように、ノズル１の前縁部に付
着した水膜５は、翼半径方向中央部（ＰＣＤ）近傍位置
から、矢印６，７のように上下両方向に流れる。そのう
ち、ノズル外壁８に向った流れは、ノズル外壁８に沿っ
て下流に流れる水膜５ａと、ズル外壁８に向かう途中で
下流に流れる水膜５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅとに分かれ
る。また、ＰＣＤ部からノズル根元部９に向った流れ
は、その途中で水膜５ｆ，５ｇ，５ｈに分かれて下流に
流れる。
着した水膜５は、翼半径方向中央部（ＰＣＤ）近傍位置
から、矢印６，７のように上下両方向に流れる。そのう
ち、ノズル外壁８に向った流れは、ノズル外壁８に沿っ
て下流に流れる水膜５ａと、ズル外壁８に向かう途中で
下流に流れる水膜５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅとに分かれ
る。また、ＰＣＤ部からノズル根元部９に向った流れ
は、その途中で水膜５ｆ，５ｇ，５ｈに分かれて下流に
流れる。
【０００９】ところで、上記１０の侵蝕が顕著に発生す
る部分は、図６に符号１１で示す背側前縁部である。こ
れは、侵蝕と動翼１０の回転速度とが密接な関係にある
ことを示唆しており、以下、図７を参照してこれを説明
する。
る部分は、図６に符号１１で示す背側前縁部である。こ
れは、侵蝕と動翼１０の回転速度とが密接な関係にある
ことを示唆しており、以下、図７を参照してこれを説明
する。
【００１０】図７は、図６のVII −VII 線断面図であ
り、図中、ノズル１より流出する蒸気は、速度Ｃｓで流
出している。ノズル翼面上を流れる水膜５は、ノズル後
縁部１２にて粗大な水滴１３となって流出する。このと
きの水滴１３の速度は、蒸気速度Ｃｓの約１／１０〜１
／５の速度Ｃｄであり、この速度Ｃｄで流出した水滴１
３は、動翼１０の周速度Ｕとの合成速度Ｗｄにて動翼１
０に流入する。すなわち、水滴速度Ｃｄは小さいため
に、動翼１０に対して周速度Ｕにほぼ等しい速度で動翼
１０の背側前縁部１１に衝突するように流入しているこ
とになる。そして、動翼１０先端部の背側前縁部１１に
侵蝕が顕著に発生する原因は、動翼１０先端部におい
て、周速度Ｕが高く、しかも水滴合成速度Ｗｄも高くな
り、動翼１０に衝突するエネルギが大きくなるなるため
であると考えられる。
り、図中、ノズル１より流出する蒸気は、速度Ｃｓで流
出している。ノズル翼面上を流れる水膜５は、ノズル後
縁部１２にて粗大な水滴１３となって流出する。このと
きの水滴１３の速度は、蒸気速度Ｃｓの約１／１０〜１
／５の速度Ｃｄであり、この速度Ｃｄで流出した水滴１
３は、動翼１０の周速度Ｕとの合成速度Ｗｄにて動翼１
０に流入する。すなわち、水滴速度Ｃｄは小さいため
に、動翼１０に対して周速度Ｕにほぼ等しい速度で動翼
１０の背側前縁部１１に衝突するように流入しているこ
とになる。そして、動翼１０先端部の背側前縁部１１に
侵蝕が顕著に発生する原因は、動翼１０先端部におい
て、周速度Ｕが高く、しかも水滴合成速度Ｗｄも高くな
り、動翼１０に衝突するエネルギが大きくなるなるため
であると考えられる。
【００１１】このように、動翼１０の侵蝕を促進させる
のは、動翼１０の先端部に衝突する粗大な水滴１３であ
る。そして、この水滴１３を形成するノズル１表面の水
膜５は、図６の水膜５の流動状況からも明らかなよう
に、ＰＣＤ部より上部に位置する水膜５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄ，５ｅである。
のは、動翼１０の先端部に衝突する粗大な水滴１３であ
る。そして、この水滴１３を形成するノズル１表面の水
膜５は、図６の水膜５の流動状況からも明らかなよう
に、ＰＣＤ部より上部に位置する水膜５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄ，５ｅである。
【００１２】このノズル１翼面上での水膜５の流れは、
ノズル１の翼面上の圧力分布とノズル１の翼面上での蒸
気流とに依存している。図８は、ノズル翼面上における
圧力分布を示しており、横軸は軸方向距離、縦軸は翼面
上の圧力分布である。図中、符号Ｉ，IIは破線で示すノ
ズル１の半径方向断面位置を示す。
ノズル１の翼面上の圧力分布とノズル１の翼面上での蒸
気流とに依存している。図８は、ノズル翼面上における
圧力分布を示しており、横軸は軸方向距離、縦軸は翼面
上の圧力分布である。図中、符号Ｉ，IIは破線で示すノ
ズル１の半径方向断面位置を示す。
【００１３】図８に示すように、半径方向Ｉ位置での翼
面圧力は、小さい半径位置であるII位置での翼面圧力に
比較し、ある同軸方向距離の腹側位置において、ΔＰだ
け大きくなっている。すなわち、両者間には、ΔＰの圧
力差が生じている。この圧力差ΔＰは、軸方向位置にお
いて大きさが変化し、軸方向下流にいくに従って、ノズ
ル腹側翼面上を流れる水膜を、より小さい半径方向に向
ける力となる。
面圧力は、小さい半径位置であるII位置での翼面圧力に
比較し、ある同軸方向距離の腹側位置において、ΔＰだ
け大きくなっている。すなわち、両者間には、ΔＰの圧
力差が生じている。この圧力差ΔＰは、軸方向位置にお
いて大きさが変化し、軸方向下流にいくに従って、ノズ
ル腹側翼面上を流れる水膜を、より小さい半径方向に向
ける力となる。
【００１４】一方、ノズル１の翼面上に沿って流れてい
る水膜は、ノズル通路部内を流れる蒸気流により剪断力
を受け、蒸気流れ方向に向う力を受ける。さらに、軸方
向下流にいくに従って蒸気流は速度を増すため、水膜は
より大きな剪断力を受けることになる。この圧力差ΔＰ
と剪断力との合成により、水膜はノズル１の翼面上にお
いて、流れ角を変化させながら軸方向下流側に流出して
いくことになる。
る水膜は、ノズル通路部内を流れる蒸気流により剪断力
を受け、蒸気流れ方向に向う力を受ける。さらに、軸方
向下流にいくに従って蒸気流は速度を増すため、水膜は
より大きな剪断力を受けることになる。この圧力差ΔＰ
と剪断力との合成により、水膜はノズル１の翼面上にお
いて、流れ角を変化させながら軸方向下流側に流出して
いくことになる。
【００１５】一般に、火力用蒸気タービンの低圧最終段
近傍における水膜の流動は、翼高さ位置と蒸気流の速度
とによって決定される。それは、前述のような圧力差Δ
Ｐとの剪断力とにより、水膜が力の平衡状態を保ってい
るからである。このため、観察結果により得られる水膜
の流動状況は有効なデータとなる。
近傍における水膜の流動は、翼高さ位置と蒸気流の速度
とによって決定される。それは、前述のような圧力差Δ
Ｐとの剪断力とにより、水膜が力の平衡状態を保ってい
るからである。このため、観察結果により得られる水膜
の流動状況は有効なデータとなる。
【００１６】図５に、ＰＣＤ部より上部での水膜の流動
状況を矢印で示すように、水膜５ａは、ノズル外壁８の
傾斜角度θswと同等の角度で軸方向下流側へと流れてい
き、水膜５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、軸方向下流側へ向
かうに連れて流れ角度を変化させ、半径方向位置を変え
ながら流出する。
状況を矢印で示すように、水膜５ａは、ノズル外壁８の
傾斜角度θswと同等の角度で軸方向下流側へと流れてい
き、水膜５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、軸方向下流側へ向
かうに連れて流れ角度を変化させ、半径方向位置を変え
ながら流出する。
【００１７】ここで、ノズル１の翼面上を流れる水膜５
ａ，ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを吸い込むべく設けられたス
リット装置３は、流れ角度の変化の小さな水膜５ａ，５
ｂ，５ｃに関しては吸い込むことができる配列となって
いるが、流れ角度の変化が大きい水膜５ｄ，５ｅに関し
ては、スリット３ａの列とスリット３ｂの列との軸方向
間隙を、図５に示すように通り抜けてしまう。そして、
スリット装置３を通り抜けた水膜５ｄ，５ｅは、ノズル
１の翼面上を通ってノズル後縁１４から粗大な水滴１３
となって、動翼１０（図６参照）へ流出していき、動翼
１０を侵蝕することになる。
ａ，ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅを吸い込むべく設けられたス
リット装置３は、流れ角度の変化の小さな水膜５ａ，５
ｂ，５ｃに関しては吸い込むことができる配列となって
いるが、流れ角度の変化が大きい水膜５ｄ，５ｅに関し
ては、スリット３ａの列とスリット３ｂの列との軸方向
間隙を、図５に示すように通り抜けてしまう。そして、
スリット装置３を通り抜けた水膜５ｄ，５ｅは、ノズル
１の翼面上を通ってノズル後縁１４から粗大な水滴１３
となって、動翼１０（図６参照）へ流出していき、動翼
１０を侵蝕することになる。
【００１８】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、ノズル翼面上を流れる水膜を確実に吸い込ん
で動翼の侵蝕を防止し、タービン性能を向上させること
ができる蒸気タービンノズルを提供することを目的とす
る。
たもので、ノズル翼面上を流れる水膜を確実に吸い込ん
で動翼の侵蝕を防止し、タービン性能を向上させること
ができる蒸気タービンノズルを提供することを目的とす
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る蒸気タービ
ンノズルは、上記課題を解決するためになされたもの
で、内部に、低圧部と連通する中空部を形成するととも
に、翼面に、水膜を吸い込むためのスリット列を翼の前
縁から後縁に向かう軸方向に複数列設け、各スリット列
は、複数のスリットを径方向に所定間隔で一列状に配し
て構成し、かつ前記軸方向に隣接するスリット列の相互
の各スリットを、相互に径方向に位置をずらした蒸気タ
ービンノズルにおいて、互いに隣接するスリット列の軸
方向の間隔をＬとし、この隣接するスリット列の各スリ
ットが径方向に相互に重なり合う部分の長さをｌとした
とき、前縁側にあるスリットの先端部とそれより後縁側
にあり、そのスリット下部側が前記前縁側スリットと重
なり合うスリットの下端部とで成す対角線の傾き角度ｔ
ａｎ-1（ｌ／Ｌ）を、ノズル外壁面の傾き角度の１／２
以上としたものである。
ンノズルは、上記課題を解決するためになされたもの
で、内部に、低圧部と連通する中空部を形成するととも
に、翼面に、水膜を吸い込むためのスリット列を翼の前
縁から後縁に向かう軸方向に複数列設け、各スリット列
は、複数のスリットを径方向に所定間隔で一列状に配し
て構成し、かつ前記軸方向に隣接するスリット列の相互
の各スリットを、相互に径方向に位置をずらした蒸気タ
ービンノズルにおいて、互いに隣接するスリット列の軸
方向の間隔をＬとし、この隣接するスリット列の各スリ
ットが径方向に相互に重なり合う部分の長さをｌとした
とき、前縁側にあるスリットの先端部とそれより後縁側
にあり、そのスリット下部側が前記前縁側スリットと重
なり合うスリットの下端部とで成す対角線の傾き角度ｔ
ａｎ-1（ｌ／Ｌ）を、ノズル外壁面の傾き角度の１／２
以上としたものである。
【００２０】
【作用】本発明に係る蒸気タービンノズルにおいては、
隣接するスリット列の軸方向の間隔をＬ、隣接するスリ
ット列の相互のスリットが径方向に重なり合う長さを
ｌ、ノズルの外壁面の傾き角度をθswとしたときに、 t
an-1ｌ／Ｌの値が、傾き角度θswの値の１／２以上に設
定されている。このため、隣接するスリット列の軸方向
間隙を通り抜ける水膜を、ノズルの中空部内に確実に吸
い込むことができ、動翼の侵蝕防止およびタービンの性
能低下を防止することが可能となる。
隣接するスリット列の軸方向の間隔をＬ、隣接するスリ
ット列の相互のスリットが径方向に重なり合う長さを
ｌ、ノズルの外壁面の傾き角度をθswとしたときに、 t
an-1ｌ／Ｌの値が、傾き角度θswの値の１／２以上に設
定されている。このため、隣接するスリット列の軸方向
間隙を通り抜ける水膜を、ノズルの中空部内に確実に吸
い込むことができ、動翼の侵蝕防止およびタービンの性
能低下を防止することが可能となる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図４を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００２２】図１は、本発明に係る蒸気タービンノズル
の一例を示すもので、図中、符号１は内部に中空部２が
形成されたノズルであり、このノズル１の翼面には、水
膜を吸い込むためのスリット装置３，４がそれぞれ設け
られている。
の一例を示すもので、図中、符号１は内部に中空部２が
形成されたノズルであり、このノズル１の翼面には、水
膜を吸い込むためのスリット装置３，４がそれぞれ設け
られている。
【００２３】各スリット装置３，４は、図１に示すよう
に、複数のスリット３ａ，４ａを径方向に所定間隔で一
列状に配した第１のスリット列と、複数のスリット３
ｂ，４ｂを径方向に所定間隔で一列状に配した第２のス
リット列とから構成される。第１のスリット列と第２の
スリット列との間には、図２に示すように、軸方向に所
定の間隔Ｌが設けられ、かつ第１のスリット列のスリッ
ト３ａ，４ａと第２のスリット列のスリット３ｂ，４ｂ
とは、径方向に位置がずれている。そして、スリット３
ａ，４ａとスリット３ｂ，４ｂとは、図２に示すように
長さｌで径方向に重なり合っている。
に、複数のスリット３ａ，４ａを径方向に所定間隔で一
列状に配した第１のスリット列と、複数のスリット３
ｂ，４ｂを径方向に所定間隔で一列状に配した第２のス
リット列とから構成される。第１のスリット列と第２の
スリット列との間には、図２に示すように、軸方向に所
定の間隔Ｌが設けられ、かつ第１のスリット列のスリッ
ト３ａ，４ａと第２のスリット列のスリット３ｂ，４ｂ
とは、径方向に位置がずれている。そして、スリット３
ａ，４ａとスリット３ｂ，４ｂとは、図２に示すように
長さｌで径方向に重なり合っている。
【００２４】中空部２は、図示しないタービン段落出口
や復水器等のノズル１出口よりも圧力の低い部分と接続
されており、ノズル１の翼面上を流れる水膜５は、スリ
ット装置３，４から吸い込まれて中空部２に導かれ、前
記低圧部に排出されるようになっている。
や復水器等のノズル１出口よりも圧力の低い部分と接続
されており、ノズル１の翼面上を流れる水膜５は、スリ
ット装置３，４から吸い込まれて中空部２に導かれ、前
記低圧部に排出されるようになっている。
【００２５】図１および図２において、符号８はノズル
外壁であり、その傾き角度はθswに設定されている。そ
して、間隔Ｌと長さｌとで求められる対角線傾き角度
と、この傾き角度θswとは、次式の関係が成立するよう
に設定される。
外壁であり、その傾き角度はθswに設定されている。そ
して、間隔Ｌと長さｌとで求められる対角線傾き角度
と、この傾き角度θswとは、次式の関係が成立するよう
に設定される。
【００２６】
【数１】１／２・θsw≦ tan-1ｌ／Ｌ 本実施例においては、対角線傾き角度 tan-1ｌ／Ｌは、
水膜５の流れ角度θよりも大きな角度に設定されてい
る。
水膜５の流れ角度θよりも大きな角度に設定されてい
る。
【００２７】なお、図１において、符号５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄ，５ｅは、ノズル前縁部に付着した水膜５が下
流に分散して流れる際の方向を示すもので、符号５ａ
は、ノズル外壁８に沿って下流に流れる水膜を、また符
号５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅはノズル外壁８に向かう途中
で下流に流れる水膜をそれぞれ示している。次に、本実
施例の作用について説明する。まず、ノズル１の翼面上
を流れる水膜５の流れ角度θと対角線傾き角度との関係
を、図３および図４を参照して説明する。
ｃ，５ｄ，５ｅは、ノズル前縁部に付着した水膜５が下
流に分散して流れる際の方向を示すもので、符号５ａ
は、ノズル外壁８に沿って下流に流れる水膜を、また符
号５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅはノズル外壁８に向かう途中
で下流に流れる水膜をそれぞれ示している。次に、本実
施例の作用について説明する。まず、ノズル１の翼面上
を流れる水膜５の流れ角度θと対角線傾き角度との関係
を、図３および図４を参照して説明する。
【００２８】図３は、ノズル１の翼面上の圧力Ｐの分布
を示すものである。ノズル１の内部に中空部２を形成
し、この中空部２を所定の低圧部と連通した場合、中空
部２の内部圧力はＰｉとなる。ノズル１の翼面上の圧力
分布は、図３に曲線で示されている。このノズル１の翼
面上の圧力と、中空部２の内部圧力Ｐｉとの圧力差によ
り水膜を中空部２の内部に吸い込むためには前記圧力差
がある程度以上必要となり、また必要以上の圧力差があ
ると蒸気も一緒に吸い込み、タービン性能が低下するた
め、上限の圧力差も限定される。
を示すものである。ノズル１の内部に中空部２を形成
し、この中空部２を所定の低圧部と連通した場合、中空
部２の内部圧力はＰｉとなる。ノズル１の翼面上の圧力
分布は、図３に曲線で示されている。このノズル１の翼
面上の圧力と、中空部２の内部圧力Ｐｉとの圧力差によ
り水膜を中空部２の内部に吸い込むためには前記圧力差
がある程度以上必要となり、また必要以上の圧力差があ
ると蒸気も一緒に吸い込み、タービン性能が低下するた
め、上限の圧力差も限定される。
【００２９】ここで、下限の圧力差ΔＰｂを確保する圧
力Ｐｂを有する翼面上の軸方向距離をＡｂ、上限の圧力
差ΔＰｔを確保する圧力Ｐｔを有する翼面上の軸方向距
離をＡｔとしたとき、ノズル１の翼面上に設けられるス
リットは、翼面上の軸方向距離ＡｂからＡｔの間に存在
する。
力Ｐｂを有する翼面上の軸方向距離をＡｂ、上限の圧力
差ΔＰｔを確保する圧力Ｐｔを有する翼面上の軸方向距
離をＡｔとしたとき、ノズル１の翼面上に設けられるス
リットは、翼面上の軸方向距離ＡｂからＡｔの間に存在
する。
【００３０】一方、図１の翼面上を流動する水膜は、図
１に符号５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅで示すように、
半径方向位置や軸方向位置の変化に伴い、流れ角度で変
化する。
１に符号５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅで示すように、
半径方向位置や軸方向位置の変化に伴い、流れ角度で変
化する。
【００３１】図４は、ノズル翼面上の水膜の流動状況の
観察結果をグラフ化したものであり、横軸に流れ角度θ
とノズル外壁の傾き角度θswとの比（流れ角度比）をと
り、縦軸にノズル半径方向の中央部（ＰＣＤ）より高い
翼高さ方向位置Ｈをとって示している。また、軸方向位
置の相違による流れ角度θの変化を示すために、パラメ
ータとしてスリットの存在する軸方向距離位置Ａｂ，Ａ
ｔをとっている。
観察結果をグラフ化したものであり、横軸に流れ角度θ
とノズル外壁の傾き角度θswとの比（流れ角度比）をと
り、縦軸にノズル半径方向の中央部（ＰＣＤ）より高い
翼高さ方向位置Ｈをとって示している。また、軸方向位
置の相違による流れ角度θの変化を示すために、パラメ
ータとしてスリットの存在する軸方向距離位置Ａｂ，Ａ
ｔをとっている。
【００３２】ここで、水膜の流動状況を説明すると、水
膜は、翼高さ位置が高いほど流れ角度比も大きく、翼高
さ位置が低い程小さくなっている（流れ角度比の正負
は、図２中に示す＋，−の向きの流れ角度を持っている
場合で区別している。すなわち、流れ角度比が正の場合
は上向き、負の場合は下向きとなっている）。
膜は、翼高さ位置が高いほど流れ角度比も大きく、翼高
さ位置が低い程小さくなっている（流れ角度比の正負
は、図２中に示す＋，−の向きの流れ角度を持っている
場合で区別している。すなわち、流れ角度比が正の場合
は上向き、負の場合は下向きとなっている）。
【００３３】また、ノズル外壁近傍においては、水膜は
外壁に沿って上向きで流れており、ＰＣＤ近傍における
水膜は、下向きの方向に流れながら下流に向かうに従っ
て徐々に軸方向に流れ角が向いている。
外壁に沿って上向きで流れており、ＰＣＤ近傍における
水膜は、下向きの方向に流れながら下流に向かうに従っ
て徐々に軸方向に流れ角が向いている。
【００３４】このような観察結果により、従来ノズルに
おいて、隣接するスリット軸方向間隔を抜けていく水膜
を、スリットに吸い込むためには、隣接するスリット軸
方向間隔と径方向の重なり合う部分の長さとから求めら
れる対角線の傾き角度を、水膜の流れ角度より大きくす
ることにより達成できることは明らかである。
おいて、隣接するスリット軸方向間隔を抜けていく水膜
を、スリットに吸い込むためには、隣接するスリット軸
方向間隔と径方向の重なり合う部分の長さとから求めら
れる対角線の傾き角度を、水膜の流れ角度より大きくす
ることにより達成できることは明らかである。
【００３５】したがって、従来ノズルにおいて吸い込め
なかった水膜の翼高さ位置は、水膜の流れ角度の変化の
大きいＰＣＤ近傍であるため、隣接するスリットの対角
線傾き角度は、図４に示す流れ角度比の分布より、−
０．５以下の値となるように設定すればよいことにな
る。
なかった水膜の翼高さ位置は、水膜の流れ角度の変化の
大きいＰＣＤ近傍であるため、隣接するスリットの対角
線傾き角度は、図４に示す流れ角度比の分布より、−
０．５以下の値となるように設定すればよいことにな
る。
【００３６】換言すれば、隣接するスリット列の軸方向
の間隔をＬ、両スリット列のスリット相互の径方向の重
なり合う長さをｌとした場合、スリット端を結ぶ対角線
の傾き角度 tan-1ｌ／Ｌを、ノズル外壁の傾き角度θsw
の１／２以上の大きさとすればよいことになる。
の間隔をＬ、両スリット列のスリット相互の径方向の重
なり合う長さをｌとした場合、スリット端を結ぶ対角線
の傾き角度 tan-1ｌ／Ｌを、ノズル外壁の傾き角度θsw
の１／２以上の大きさとすればよいことになる。
【００３７】しかして、スリット端を結ぶ対角線の傾き
角度 tan-1ｌ／Ｌは、図１に符号５ｄ，５ｅで示す水膜
の流れ角度よりも大きくなり、したがって、これらの水
膜５ｄ，５ｅも確実にスリット３ａ，３ｂに導くことが
でき、水膜５ｄ，５ｅがスリット３ａ，３ｂ間を通り抜
けるのを防止することができる。
角度 tan-1ｌ／Ｌは、図１に符号５ｄ，５ｅで示す水膜
の流れ角度よりも大きくなり、したがって、これらの水
膜５ｄ，５ｅも確実にスリット３ａ，３ｂに導くことが
でき、水膜５ｄ，５ｅがスリット３ａ，３ｂ間を通り抜
けるのを防止することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、隣
接するスリット列の軸方向の間隔と隣接するスリット列
の相互のスリットが径方向に重なり合う長さとから求め
られる対角線の傾き角度を、ノズル外壁面の傾き角度の
１／２以上としたので、ノズル翼面上を流れる水膜を確
実にスリットに吸い込むことができ、動翼の侵蝕防止お
よびタービンの性能低下を防止することができる。
接するスリット列の軸方向の間隔と隣接するスリット列
の相互のスリットが径方向に重なり合う長さとから求め
られる対角線の傾き角度を、ノズル外壁面の傾き角度の
１／２以上としたので、ノズル翼面上を流れる水膜を確
実にスリットに吸い込むことができ、動翼の侵蝕防止お
よびタービンの性能低下を防止することができる。
【図１】本発明に係る蒸気タービンノズルの一実施例を
示す要部構成図。
示す要部構成図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】ノズル翼面の圧力分布を示すグラフ。
【図４】ノズル翼面上を流動する水膜の動きを示すグラ
フ。
フ。
【図５】従来の蒸気タービンノズルを示す要部構成図。
【図６】ノズル翼面上を流動する水膜の動きを示す説明
図。
図。
【図７】図６のVII −VII 線拡大断面図。
【図８】ノズル翼面上の圧力分布を示すグラフ。
１ ノズル ２ 中空部 ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ スリット ５ 水膜 ８ ノズル外壁
Claims (1)
- 【請求項１】 内部に、低圧部と連通する中空部を形成
するとともに、翼面に、水膜を吸い込むためのスリット
列を翼の前縁から後縁に向かう軸方向に複数列設け、各
スリット列は、複数のスリットを径方向に所定間隔で一
列状に配して構成し、かつ前記軸方向に隣接するスリッ
ト列の相互の各スリットを、相互に径方向に位置をずら
した蒸気タービンノズルにおいて、互いに隣接するスリ
ット列の軸方向の間隔をＬとし、この隣接するスリット
列の各スリットが径方向に相互に重なり合う部分の長さ
をｌとしたとき、前縁側にあるスリットの先端部とそれ
より後縁側にあり、そのスリット下部側が前記前縁側ス
リットと重なり合うスリットの下端部とで成す対角線の
傾き角度ｔａｎ-1（ｌ／Ｌ）を、ノズル外壁面の傾き角
度の１／２以上としたことを特徴とする蒸気タービンノ
ズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26667291A JP2883757B2 (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | 蒸気タービンノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26667291A JP2883757B2 (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | 蒸気タービンノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05106405A JPH05106405A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2883757B2 true JP2883757B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=17434093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26667291A Expired - Fee Related JP2883757B2 (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | 蒸気タービンノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883757B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5919123B2 (ja) * | 2012-07-30 | 2016-05-18 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 蒸気タービン、および蒸気タービンの静翼 |
| JP5956286B2 (ja) * | 2012-08-23 | 2016-07-27 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 蒸気タービンの静翼構造及び蒸気タービン |
| JP5968173B2 (ja) * | 2012-09-14 | 2016-08-10 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 蒸気タービン静翼及び蒸気タービン |
-
1991
- 1991-10-16 JP JP26667291A patent/JP2883757B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05106405A (ja) | 1993-04-27 |
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Legal Events
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