JP4315597B2

JP4315597B2 - タービンノズル翼

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Publication number: JP4315597B2
Application number: JP2000553704A
Authority: JP
Inventors: 啓悦渡辺; 英臣原田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: JP2002517666A; DE69921320T2; EP1086298B1; KR20010052802A; KR100566759B1; EP1086298A1; US6491493B1; DE69921320D1; CN1163662C; CN1308706A; WO1999064725A1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、タービンノズルに係り、特にダイヤフラムの内輪と外輪との間に形成される環状流路内に周方向に列状に配列され、ダイヤフラムの内輪と外輪とに固定されるノズル翼を備えたタービンノズルに関するものである。
【０００２】
背景技術
近年、機械駆動のためのエネルギ消費を改善するため、或いは、発電プラントの発電効率の改善を図るために、タービン性能の向上が重要な課題であることが認識されている。
【０００３】
このタービン性能の向上のためには、各タービン段落の内部損失を低減させる必要がある。ここで、各タービン段落の内部損失には、翼形損失、２次流れ損失、漏れ損失などがある。
【０００４】
アスペクト比（翼高さ／翼コード）が小さく、且つ、翼高さが低いタービン段落においては、２次流れ損失の割合が大きい。そのため、２次流れ損失を低減することが、タービン性能を向上する上で有効である。
【０００５】
この２次流れ発生のメカニズムは次の通りである。
【０００６】
添付図面の図１５に示すように、ノズル翼１間に流入する流れＧは、各ノズル翼１の圧力面Ｆから負圧面Ｂに向かう圧力勾配による力を受ける。タービン側壁から離れた主流においては、この圧力勾配による力と流れの転向による遠心力とが釣り合っている。しかし、タービン側壁近くの境界層内の流れは、その運動エネルギが小さいので、符号Ｊで示すように圧力勾配による力によって圧力面Ｆから負圧面Ｂに運ばれる。更に、流路後半では流れが負圧面Ｂに衝突して巻き上り、流路渦Ｗを形成する。この流路渦Ｗによって側壁境界層の低エネルギ流体が集積し、ノズル翼の下流に不均一なエネルギ分布を発生させる。この不均一なエネルギ分布は、ノズル翼の下流において均一化されるが、その均一化の過程で大きなエネルギ損失が発生する。図１５において、Ｅは半径方向線を示し、Ｌはハブ側壁を示す。
【０００７】
従来、上記の２次流れの抑制を目的として、様々な工夫が行われた。
【０００８】
例えば、添付図面の図１６に示すように、翼１を半径方向線Ｅに対して角度θだけ傾けて、翼のハブ側壁近傍の翼間圧力勾配を弱めている。図１６において、符号２は外輪を示し、符号３は内輪を示す。また、添付図面の図１７及び図１８に示すように、ノズル翼１をその両端部で圧力面Ｆが側壁を向くように湾曲させている。図１７において、Ｕは外径面を示す。図１８において、θｔはチップ側壁における翼積み重ね線ｌの接線と半径方向線Ｅとのなす角、θｒはハブ側壁における翼積み重ね線ｌの接線と半径方向線Ｅとのなす角、ｈは翼高さを示している。従来の手法では、翼形は同じであるが、翼積み重ね線の湾曲や傾斜を、側壁近くの翼間圧力勾配を弱める方向に与えて、２次流れを制御して損失を低減している。
【０００９】
なお、その他の従来技術としては、特開平１０−７７８０１号公報に開示されているように、ノズル翼にその高さ全体に亘って傾斜あるいは湾曲面を設けることによって２次流れを制御する技術がある。
【００１０】
上述した従来構成によって圧力勾配を制御するためには、ノズル翼を大きく傾けたり、湾曲させたりしなければならず、このような要求を満足しようとすると、ノズル翼の製造工程において、あるいはノズル翼の強度において、不具合が生じるような事態が多い。
【００１１】
更に、このような湾曲翼又は傾斜翼では、翼の出口における流れ分布が、湾曲、傾斜のない翼の流れ分布と比べて大きく異なってしまう場合がある。
【００１２】
例えば、添付図面の図１９は、横軸に翼の高さ方向の位置を、縦軸に周方向速度Ｖｔ、子午面方向速度Ｖｍをとったグラフであり、翼の高さ方向の位置は高さｈに対して無次元化した比として表されており、周方向速度Ｖｔ及び子午面方向速度Ｖｍは速度絶対値Ｖ（＝（Ｖｔ^２＋Ｖｍ^２）^０．５）に対して無次元化した比として表されている。図１９に示されるグラフは、通常翼（実線で示される）と湾曲翼（破線で示される）との流速分布が、翼の両端で相違していることを表している。
【００１３】
ノズル翼を湾曲形状とし、ノズル翼の下流に配置された従来の動翼と組み合わせた場合には、ノズル翼からの流れが動翼にマッチせず、湾曲ノズル翼が効果的でない場合がある。そのような場合には、湾曲ノズル翼の出口からの流れに対応できる動翼が新たに必要となり、広範な用途には適用できない事態が生じてしまう。
【００１４】
発明の開示
従って、本発明は、２次流れ損失を低減し、出口流れが通常翼からの出口流れと変わらず、タービンノズルの後流に配置された動翼に悪影響を与えることのないタービンノズルを提供することを目的としている。
【００１５】
本発明の一態様によれば、タービンノズルは、ダイヤフラムの内輪と外輪との間に形成される環状流路（４）内の周方向に列状に配列され、上記ダイヤフラムの上記内径面及び外径面に固定されるノズル翼（１）と、相隣る上記ノズル翼の圧力面（Ｆ）と負圧面（Ｂ）との間に形成される流路とを備え、上記流路の断面は、内径面及び外径面（ハブ側壁及びチップ側壁）から翼高さ方向に沿った所定の範囲においては曲線で形成され、他の範囲においては概略直線で形成されている。
【００１６】
圧力面及び負圧面の所定の範囲における流路の断面は、曲線で形成されている領域と概略直線で形成される領域とを含むので、本発明に係るタービンノズルは特開平１０−７７８０１号公報に開示されたノズル翼とは構成において明らかに相違する。
【００１７】
本発明の他の一態様によれば、タービンノズルは、ダイヤフラムの内輪と外輪との間に形成される環状流路（４）内の周方向に列状に配列され、上記ダイヤフラムの上記内輪及び外輪に固定されるノズル翼（１）を備え、上記各ノズル翼における圧力面（Ｆ）が、上記ノズル翼の子午面方向における所定の範囲で、且つ、上記チップ側壁と翼のミッドスパンとの間の所定の範囲において上記タービンダイヤフラムの上記チップ側壁に面し、上記ハブ側壁と上記翼のミッドスパンとの間の所定の範囲において上記タービンダイヤフラムの上記ハブ側壁に面し、上記各ノズル翼における負圧面（Ｂ）が、上記ノズル翼の子午面方向における所定の範囲で、且つ、上記チップ側壁と上記翼のミッドスパンとの間の所定の範囲において上記タービンダイヤフラムの上記ハブ側壁に面し、上記ハブ側壁と前記翼のミッドスパンとの間の所定の範囲において上記ダイヤフラムの上記チップ側壁に面している。
【００１８】
ここで、上記所定の範囲を、子午面方向（ｘ）において、ノズル翼の前縁（１ｆ）から上記ノズル翼の子午面方向幅（Ｃｘ）の少なくとも３０％に対応する範囲としてもよい。上記所定の範囲は、ノズル翼（１）のハブ側壁（Ｌ）から翼高さ（ｈ）の２０〜４０％に対応する範囲と、ノズル翼（１）のチップ側壁（Ｕ）から翼高さ（ｈ）の２０〜４０％に対応する範囲とを含むこととしてもよい。
【００１９】
上述した所定の範囲においては、ノズル翼（１）の圧力面（Ｆ）を、チップ側壁側ではチップ側壁に面する、即ち、チップ側壁に面するように湾曲するように形成し、ハブ側壁側ではハブ側壁に面する、即ち、ハブ側壁に面するように湾曲するように形成すると共に、ノズル翼（１）の負圧面（Ｂ）を、チップ側壁側ではハブ側壁に面する、即ち、ハブ側壁に面するように湾曲するように形成し、ハブ側壁側ではチップ側壁に面する、即ち、チップ側壁に面するように湾曲するように形成する。
【００２０】
ノズル翼（１）の高さ方向に沿った圧力面上の線（１ｐ）及び負圧面上の線（１ｓ）は、ノズル翼（１）の高さ（ｈ）方向に沿ってハブ側壁（Ｌ）から２０〜４０％に対応する範囲（Ｃ１）と、ノズル翼（１）の高さ（ｈ）方向に沿ってチップ側壁（Ｕ）から２０〜４０％に対応する範囲（Ｃ２）とを除いて、好ましくは概略直線で形成される中央部分（Ｓ）を有する。即ち、ノズル翼の子午面方向幅（Ｃｘ）に沿ったノズル翼の前縁（１ｆ）から少なくとも３０％の範囲において、任意の子午面方向位置における流路の断面における圧力面（Ｆ）上の線及び負圧面（Ｂ）上の線は、ノズル翼（１）の高さ（ｈ）方向に沿ってハブ側壁（Ｌ）から２０〜４０％に対応する範囲（Ｃ１）と、ノズル翼（１）の高さ（ｈ）方向に沿ってチップ側壁（Ｕ）から２０〜４０％に対応する範囲（Ｃ２）とを除いて、好ましくは概略直線で形成される中央部分（Ｓ）を有する。
【００２１】
流路の断面は、ノズル翼（１）の子午面方向幅（Ｃｘ）に沿って、ノズル翼（１）の前縁（１ｆ）から少なくとも３０％の範囲内の子午面方向位置においては、圧力面（Ｆ）上の線と負圧面（Ｂ）上の線とによって形成され、各線はノズル翼の中央領域では概略直線を有する。
【００２２】
圧力面又は負圧面上の線（Ｃ１）とハブ側壁（Ｌ）との交点（Ｐｔ１）から、概略直線で形成される圧力面又は負圧面上の中央部分（Ｓ）の延長線（ＳＥ１）とハブ側壁（Ｌ）との交点（Ｐｃ１）までの距離（Ｓｈ）、及び、圧力面又は負圧面上の線（Ｃ２）とチップ側壁（Ｕ）との交点（Ｐｔ２）から、上記中央部分（Ｓ）の延長線（ＳＥ２）とチップ側壁（Ｕ）との交点（Ｐｃ２）までの距離（Ｓｔ）が、ノズル翼の前縁（１ｆ）で最大値を有し、且つ、ノズル翼の前縁から子午面方向幅の３０％の位置で翼高さ（ｈ）の少なくとも４％の値である。
【００２３】
ノズル翼（１）の前縁（１ｆ）における距離（Ｓｈ、Ｓｔ）の最大値は翼高さ（ｈ）の５〜１５％の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
ノズル翼の前縁（１ｆ）から子午面方向幅の５５〜６５％の位置までにおける上記交点間の距離をＳｈ又はＳｔ、ノズル高さをｈ、ノズル翼の前縁（１ｆ）からの子午面方向距離の翼幅（Ｃｘ）に対する比をΛで表すと、次の等式が成立することが好ましい。
Ｓｔ／ｈ，Ｓｈ／ｈ＝ΣＡｎ・Λ^ｎ
ここで、Ａｎは係数、ｎは０以上の整数である。
【００２５】
上記等式において、ほとんどゼロとなる高次項は無視する。換言すれば、ｎは無視できる程度に小さくはない高次項をすべて含む数値となるような０以上の整数となる。
【００２６】
本発明の上記及びそれ以外の目的、特徴、効果は、好ましい実施の形態として例示した添付図面と共に以下の説明を読めば明らかになるであろう。
【００２７】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態におけるタービンノズルを図面を参照して説明する。
【００２８】
図１に示すように、本発明に係るタービンノズルは、ダイヤフラムの内輪３と外輪２との間に形成された環状流路４内の周方向（ｙ）に列状に配列されたノズル翼を備えている。ノズル翼１は、内輪３の外径面（チップ側壁）と外輪２の内径面（ハブ側壁）とにそれぞれ固定されるハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕを両端に備えている。なお、図１はタービンノズルの斜視図であり、タービンノズルの上流側から見ている。各ノズル翼１は、その断面が翼形に形成されており、圧力面Ｆと負圧面Ｂとを有している。
【００２９】
また、相隣るノズル翼１の圧力面Ｆと負圧面Ｂとの間に形成される流路は、子午面方向の任意位置において断面４ａを有している。断面４ａは、圧力面Ｆ上の線１ｐによって形成される側端と、負圧面Ｂ上の線１ｓによって形成される反対側の側端とを有している。各ノズル翼１は、その子午面方向（ｘ）において幅Ｃｘを有している。図１において、ｚは半径方向を示している。
【００３０】
各ノズル翼１において、前縁１ｆから子午面方向（ｘ）における幅Ｃｘの少なくとも３０％の位置までの領域では、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕから内方に向かって（即ち、ハブ側壁Ｌからチップ側壁Ｕに向かう方向及びチップ側壁Ｕからハブ側壁Ｌに向かう方向に沿って）翼高さの２０〜４０％に対応する範囲Ｌｈ、Ｌｔ（図２参照）において、断面４ａを形成する圧力面Ｆ上の線１ｐ及び負圧面Ｂ上の線１ｓが、それぞれ、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕに面するような直線又は曲線Ｃ１、Ｃ２で形成されている。線１ｐ、１ｓのうち、範囲Ｌｈ、Ｌｔ以外の部分、即ち線１ｐ、１ｓの中央部分は、直線Ｓで形成されている。
【００３１】
従って、図２に示すように、相隣るノズル翼１の圧力面Ｆと負圧面Ｂとの間の流路４ａにおいては、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕから内方に向かって翼高さｈの２０〜４０％に対応する範囲Ｌｎ、Ｌｔが、圧力面Ｆから負圧面Ｂの方向に端部Ｌ、Ｕ側に傾いた直線又は曲線Ｃ（Ｃ１、Ｃ２：図示の例では放物線）で形成されている。
【００３２】
そして、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕにおける直線部Ｓからの移動量、即ち、傾斜線Ｃ１とハブ側壁Ｌとの交点Ｐｔ１から、直線部Ｓの延長線ＳＥ１（図２では点線で示す）とハブ側壁Ｌとの交点Ｐｃ１までの距離Ｓｈ、及び、傾斜線Ｃ２とチップ側壁Ｕとの交点Ｐｔ２から、直線部Ｓの延長線ＳＥ２（図２では点線で示す）と外径面Ｕとの交点Ｐｃ２までの距離Ｓｔは、ノズル翼の前縁１ｆで最大値を有し、ノズル翼の後縁に向かって次第に減少する。
【００３３】
次に、傾斜部Ｃ１、Ｃ２を付加したことによる子午面方向範囲の影響について述べる。
【００３４】
図３において、距離Ｓｔ、Ｓｈを子午面方向（ｘ）に対して変化させた場合の種々の例が、特性曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、及び（ｆ）で示されている。図３において、横軸はｘ／Ｃｘを示し、縦軸はＳｈ／ｈ、Ｓｔ／ｈを示す。ここで、ｘ／Ｃｘは、前縁からの子午面方向距離を子午面方向翼幅Ｃｘで無次元化したものとして定義される。これらの特性曲線（ａ）〜（ｆ）で示される例においては、前縁１ｆにおける距離Ｓｈ（＝Ｓｔ）の翼高さに対する比は、特性曲線（ａ）の場合を除き、Ｓｈ／ｈ＝０．０９となるようにしている。範囲Ｌｈ、Ｌｔの翼高さｈに対する比は、Ｌｈ／ｈ＝Ｌｔ／ｈ＝０．２５となるようにしている。
【００３５】
特性曲線（ａ）に関して、距離Ｓｈ、Ｓｔは、ノズル翼の内部全体でＳｈ＝０、Ｓｔ＝０となっており、従来のノズル翼形を示している。
【００３６】
従来のノズル翼（特性曲線（ａ）で示される）に関して、子午面方向における流路断面の変化は図４Ａ乃至図４Ｄに示されている。本発明のノズル翼（特性曲線（ｅ）で示される）に関して、子午面方向における流路断面の変化は図５Ａ乃至図５Ｄに示されている。
【００３７】
図６は、特性曲線（ａ）〜（ｆ）で示されるノズル翼の全圧損失を粘性流れ解析で計算した結果を、子午面方向距離ｘ／Ｃｘ＝０．３における距離Ｓｈに関して、比較して示したものである。
【００３８】
図６によれば、ｘ／Ｃｘ＝０．３における距離Ｓｈの値が増加するにつれて、Ｓｈ／ｈ＝０．０４６まで損失は減少していき、Ｓｈ／ｈ＞０．０４６である特性曲線（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）では損失はほとんど変わらなくなることが分かる。
【００３９】
製造上の簡便さを考慮した場合、特性曲線（ｆ）で示されるように、長手方向幅の全体に亘ってＳｈが一定であり、傾斜部Ｃ１、Ｃ２が子午面方向幅の全体に亘って存在するようなノズル翼よりも、特性曲線（ｄ）、（ｅ）で示されるように、図３に示されるｘ／Ｃｘ＝０．６における距離Ｓｈがほとんどゼロにまで減少するようなノズル翼の方が、流路がより簡単になるので好ましい。
【００４０】
次に、傾斜部Ｃ１、Ｃ２を付加したことによる翼高さの範囲Ｌｈ、Ｌｔの影響について述べる。
【００４１】
図７は、図３において特性曲線（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で示されるような、距離Ｓｈ、Ｓｔの分布が、ｘ／Ｃｘ＝０．６でほとんどゼロにまで減少しており、且つ、ノズル翼の前縁においてＳｈ／ｈが０．０９であるようなノズル翼に関して、傾斜部Ｃ１、Ｃ２が付加された翼高さの範囲Ｌｈ、Ｌｔの損失に対する影響を示している。
【００４２】
図７から、本発明に係るノズル翼は、範囲Ｌｈ、Ｌｔの大きさに関わらず従来のノズル翼よりも損失が減少し、特に、０．２＜Ｌｈ／ｈ、Ｌｔ／ｈ＜０．４の範囲では、損失が最小となることが理解できる。
【００４３】
次に、ノズル翼の前縁における距離Ｓｈ、Ｓｔの影響について述べる。
【００４４】
図８は、特性曲線（ａ）〜（ｅ）で示され、且つ、ノズル翼の前縁における距離Ｓｈ、Ｓｔが異なるノズル翼を示しており、図９は、これらのノズル翼の全圧損失を粘性流れ解析により計算した結果を示している。なお、図９の横軸は、ノズル翼の入口におけるＳｈ／ｈ（＝Ｓｔ／ｈ）を表している。
【００４５】
図８から明らかなように、特性曲線（ｂ）〜（ｅ）によって示される各ノズルにおいて、meridional距離における距離Ｓｈ、Ｓｔの分布は、ｘ／Ｃｘ＝０．６ではほとんどゼロまで減少している。
【００４６】
図９から明らかなように、ノズル翼の前縁におけるＳｈ／ｈが０．１６程度までの、特性曲線（ｂ）〜（ｅ）で示されるノズル翼は、すべて従来のノズル翼より損失が減少している。特性曲線（ｂ）〜（ｄ）で示されるノズル翼は、特に、０．０５＜Ｓｈ／ｈ＜０．１５の範囲で損失が最小となるので好ましい。
【００４７】
図１０乃至図１３は、従来の通常ノズル翼及び本発明に係るノズル翼の解析計算の詳細な結果を示している。
【００４８】
図１０は、前縁においてＳｈ／ｈ＝０．０９、Ｓｔ／ｈ＝０．１０６、Ｌｈ／ｈ＝Ｌｔ／ｈ＝０．２５であり、且つノズル翼の子午面方向における距離Ｓｈ、Ｓｔの分布がｘ／Ｃｘ＝０．６でほとんどゼロまで減少しているような従来のノズル翼及び本発明に係るノズル翼の翼出口の断面における損失分布を粘性流れ解析によって計算した結果を比較して示している。
【００４９】
図１０から、通常ノズル翼（実線で示される）においては、ハブ側壁及びチップ側壁の近傍に２次流れによる損失ピークが存在し、翼の下流において混合、拡散されるときに大きな損失を発生する不均一な流れが生じていることが理解でき、また、本発明のノズル翼（破線で示される）においては、ハブ側壁の近傍の２次流れによる損失ピークが通常ノズル翼に対して約３０％減少していることが理解できる。
【００５０】
図１１は翼のミッドスパンにおける翼面の静圧分布を示しており、図１２はタービンダイヤフラムのハブ側壁における翼面の静圧分布を示している。図１１及び図１２において、横軸はｘ／Ｃｘを表しており、縦軸はＰ／ＰｓＯ（面圧をノズル入口の静圧で無次元化したもの）を表している。図１１及び図１２から、本発明の翼（破線で示される）及び通常翼（実線で示される）の静圧は翼のミッドスパンにおいて同じであるが、本発明の翼のハブ側壁における翼負荷（圧力面と負圧面の圧力差）が翼入口側で小さくなっていることが理解できる。
【００５１】
次に、このような翼の負荷分布の変化、即ち本発明の翼の翼負荷が従来の翼よりも翼入口側で小さくなっていることをノズルの流路の断面４ａ内での静圧分布の変化に基づいて説明する。
【００５２】
従来のノズル翼及び本発明のノズル翼における流路の断面４ａにおける静圧の等高線を図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。従来のノズル翼では、静圧の等高線は圧力面Ｆ上の線１ｐ及び負圧面Ｂ上の線１ｓと略平行に分布している。負圧面Ｂ上の線１ｓの近傍では、翼高さの中央における静圧とハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕにおける静圧は、ほぼ同じになっている。
【００５３】
本発明のノズル翼では、負圧面Ｂ上の線１ｓの近傍の翼高さ方向の静圧分布は、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕの近傍では、翼高さの中央（図２で示される直線部Ｓの領域）よりもＳｈ、Ｓｔの分だけ大きくなる。このため、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕの近傍では、負圧面Ｂ上の線１ｓの近傍で静圧が上昇するので、翼負荷が減少する。
【００５４】
図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、破線矢印ＳＦ１、ＳＦ２は、流路の断面４ａにおいて圧力面Ｆ上の線１ｐから負圧面Ｂ上の線１ｓに向かう両側壁近傍の２次流れを表している。
【００５５】
２次流れＳＦ１、ＳＦ２は、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕの近傍における圧力面Ｆと負圧面Ｂとの圧力差（翼負荷）によって発生し、２次流れＳＦ１、ＳＦ２の強さは翼負荷の大きさに比例する。そのため、ハブ側壁Ｌ及びチップ側壁Ｕの近傍での翼負荷を従来のノズル翼よりも小さくすることができる本発明のノズル翼では、従来のノズル翼に比較して２次流れの発生が抑制され、２次流れによる損失を減少することができる。
【００５６】
更に、図１５乃至図１８に示される従来の２次流れ制御ノズルでは、図１９に示されるように、ノズル出口での速度分布が大きく変化してしまう。
【００５７】
これに対して、本発明に係るノズル翼では、図１３に示されるように、翼出口での速度分布（周方向速度Ｖｔ、子午面方向速度Ｖｍ、いずれも速度絶対値Ｖ＝（Ｖｔ^２＋Ｖｍ^２）^０．５に関して無次元化した比として表されている）は通常ノズル翼とほとんど変わらない。
【００５８】
このため、従来のタービン段落においてノズル翼だけを本発明に係るノズル翼に置き換えた場合にも、タービンノズルが、タービン段落の後流に配置された動翼に悪影響を与えることがない。
【００５９】
以上説明したように、本発明に係るタービンノズルによれば、ノズル翼の端部における２次流れの発生を抑制して、２次流れによる損失を減少させることができる。更に、本発明に係るタービンノズルによれば、ノズル出口の速度分布は通常ノズル翼と変わらない速度分布となって、タービンノズルの後流に配置される動翼に悪影響を与えることがない。
【００６０】
産業上の利用可能性
本発明は、発電プラントにおける発電機などの様々な機械を駆動するために用いられるタービンに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態におけるタービンノズルの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されるタービンノズルにおける流路の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係るノズル翼の距離Ｓｈ、Ｓｔの子午面方向分布を示す図である。
【図４】図４Ａ乃至図４Ｄは、従来のタービンノズルのノズル翼における流路の断面の子午面方向における変化の様子を示す図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｄは、本発明の実施形態におけるタービンノズルのノズル翼における流路の断面の子午面方向における変化の様子を示す図である。
【図６】図６は、ｘ／Ｃｘ＝０．３での距離Ｓｈ、Ｓｔと損失との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、高さＬｈ、Ｌｔと損失との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の実施形態におけるノズル翼の距離Ｓｈ、Ｓｔの子午面方向分布を示す図である。
【図９】図９は、前縁における距離Ｓｈ、Ｓｔと損失との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明に係る翼と従来の翼との出口における損失分布を比較して示したグラフである。
【図１１】図１１は、翼のミッドスパンでの翼面の静圧の分布を示すグラフである。
【図１２】図１２は、タービンダイヤフラムのハブ側壁での翼面の静圧の分布を示すグラフである。
【図１３】図１３は、翼出口での速度の分布を示すグラフである。
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、ぞれぞれ、従来のノズル翼と本発明に係るノズル翼との流路の断面における静圧の等高線の分布を比較して示す図である。
【図１５】図１５は、従来のタービンノズルにおける流れを説明する断片斜視図である。
【図１６】図１６は、２次流れを低減するための傾斜翼を有する従来のノズルの断片正面図である。
【図１７】図１７は、２次流れを低減するための湾曲翼を有する従来のノズルの断片斜視図である。
【図１８】図１８は、図１７に示されるノズルの断片正面図である。
【図１９】図１９は、通常翼と湾曲翼との流速分布を比較して示すグラフである。

Claims

内輪のハブ側壁と外輪のチップ側壁との間に形成される環状流路内の周方向に列状に配列され、前記ハブ側壁及びチップ側壁に固定されるノズル翼と、
相隣る前記ノズル翼の圧力面と負圧面との間に形成される流路とを備え、
ノズル翼の前縁から子午面方向における所定の領域内の前記流路の断面は、前記ハブ側壁及びチップ側壁から内方に向かう翼高さのそれぞれ２０〜４０％に対応する範囲内における前記圧力面及び前記負圧面上の曲線と、他の範囲における前記圧力面及び前記負圧面上の直線とを含み、
前記圧力面上の曲線はチップ側壁側においては前記チップ側壁に面するように湾曲し、ハブ側壁側においては前記ハブ側壁に面するように湾曲して形成され、かつ、前記負圧面上の曲線はチップ側壁側においては前記ハブ側壁に面するように湾曲し、ハブ側壁側においては前記チップ側壁に面するように湾曲して形成されていることを特徴とするタービンノズル。
前記所定の領域が、前記ノズル翼の前記前縁から子午面方向における翼幅の少なくとも３０％の位置までの領域である請求項１に記載のタービンノズル。
圧力面又は負圧面上の線と前記ハブ側壁との交点から、前記直線の延長線と前記ハブ側壁との交点までの距離、及び、圧力面又は負圧面上の線と前記チップ側壁との交点から、前記直線の延長線と前記チップ側壁との交点までの距離が、前記ノズル翼の前縁で最大値を有する請求項１に記載のタービンノズル。
前記最大値が前記翼高さの５〜１５％の範囲にある請求項３に記載のタービンノズル。
前記ノズル翼の前記前縁における前記距離が、前記翼高さの５〜１５％の範囲にあり、前記ノズル翼の前記前縁から子午面方向における翼幅の少なくとも３０％の位置までの領域内において、前記翼高さの少なくとも４％である請求項３に記載のタービンノズル。