JP4869974B2 - 軸流タービン - Google Patents
軸流タービン Download PDFInfo
- Publication number
- JP4869974B2 JP4869974B2 JP2007036187A JP2007036187A JP4869974B2 JP 4869974 B2 JP4869974 B2 JP 4869974B2 JP 2007036187 A JP2007036187 A JP 2007036187A JP 2007036187 A JP2007036187 A JP 2007036187A JP 4869974 B2 JP4869974 B2 JP 4869974B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- turbine
- stationary
- stationary blade
- outer peripheral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
図1に示すように、軸流タービンのタービン段落は、作動流体の流れ方向上流側(以下単に上流側と記載する)の高圧部P0と下流側の低圧部p1との間にある。タービン段落は、静止体内壁面6と内周側ダイアフラム外周面7の間に固設された静翼41、及び中心軸21周りに回転するタービンロータ15に設けられた動翼42からなり、作動流体流れ方向に複数段設けられている。各段落において、静翼41の作動流体の流れ方向下流側(以下単に下流側と記載する)に動翼42が対向する。
翼長が長く動翼外周端周速マッハ数が1.0を超える段落の動翼相対流入速度は、点線で示したように動翼の根元部周辺と先端部周辺で1.0を超え易く、動翼の根元部周辺と先端部周辺では相対速度が超音速に達した作動流体が流入する場合がある。動翼相対流入速度が超音速に達すると、動翼の上流側で流れがチョークするために動翼のスロート(周方向に隣接する動翼の最小距離)で流量を決めることができず、設計通りの作動流体の流れを実現することができなくなる。また、動翼前縁上流で形成される離脱衝撃波が翼面境界層と干渉することで大きな損失が生じる。特に動翼先端側では環帯面積が大きく作動流体の流量が大きいため、作動流体が超音速で流入することによる性能低下の割合が動翼根元付近に比べて大きい。以上のように一般的なタービン段落で長翼化を測った場合、動翼に対する作動流体の相対流入速度が超音速に達することにより、段落性能が著しく低下する恐れがある。
図3において、周方向に隣接する静翼41a,41bにより形成される流路を出た作動流体は静翼出口外周部3(図1参照)において流速c1を持つ。流速c1は周方向速度成分である旋回速度ct1と軸方向速度成分である軸流速度cx1とタービン径方向外向き(紙面直交方向手前向き)の速度成分である半径速度cr1(図示せず)とからなる。一方、流速c1で静翼41a,41bを通過した流れは動翼42a,42bの外周側前縁11(図1参照)に流速c2で流入する。流速c2の旋回速度成分をct2とする。
R1×ct1=R2×ct2・・・(式1)
の関係が成立する。
R1<R2・・・(式2)
であるため、(式1)(式2)から
ct1>ct2・・・(式3)
の関係が導かれる。
このように動翼42a,42bの入口における旋回速度ct2は静翼41a,41bの出口における旋回速度ct1に比べて小さくなる。
図4は本発明の一実施の形態に係る軸流タービンの要部構造を表す断面図である。この図において先の各図と同様の部分に相当する箇所には同符号を付して説明を省略する。
図4に示すように、本実施の形態では、静翼外径線4が静翼41の出口部(出口外周部3)を含み且つタービン中心軸21の延伸方向(図4中の左右方向)に伸びる部分60を有するように、静翼41及び静翼外周側静止体壁面6aが形成されている。つまり、静翼出口外周部3から静翼外径線4に沿って距離dだけ上流側にある点をタービン中心軸21に沿って伸びる部分60の始端(上流端)5と定義すると、始端5から静翼出口外周部3までの区間では一定の半径R3の円筒状の環状流路が構成されている。つまり、本実施の形態では、同一のタービン段落において、
R1=R3・・・(式4)
の関係が成立する。
R1=R2・・・(式5)
の関係が成立している。
なお、動翼42の有効長外周部については後に図6や図10でまた触れることにする。
前述したように、動翼42の先端部には周方向に隣り合う動翼同士を連結するカバー12が設けられている。この連結カバー12と動翼42との接合部には過大な応力集中を避けるためにR部(肉盛り部)14が設けられている。この場合、動翼42の先端側からタービン径方向内周側のR部14の高さhの領域は、流体力学的に本来設計された翼形状と異なるため、作動流体のエネルギーを回転動力に変換する機能を果たす有効長に含めるのが妥当でない場合もある。そのため、動翼42の有効長外周部は、連結カバー12のタービン径方向内周側の面の高さ位置とそこからR部14の高さh分だけタービン径方向内周側の位置との間に位置することとする。つまり動翼有効長の外周部は翼根元からタービン半径方向外側に(R2−h)〜R2の間の距離にあると定義することができる。
0≦R2−R1<h・・・(式5’)
で表される範囲に許容される。
−h<R3−R1<h・・・(式4’)
で表される範囲に許容される。この場合、R3はR2との関係では(式5’)から、
0≦R2−R3<2h・・・(式6)
で表される範囲の値となる。
図7に示すように、静翼41a,41bの間には絞り流路102が形成されている。静翼41a,41bの間の距離が最小となる線であるスロート103は翼負圧面105と点104で交差している。この場合、作動流体は静翼41a,41b間に形成される絞り流路102に沿って最小流路幅となるスロート103まで加速され、スロート103を通過した後はほぼ慣性運動によって動翼42に流入する。
図9に示すように、本例ではn段のタービン段落を有する軸流タービンにおいて、タービン最終段(第n段落)を構成する最終段静翼41nのみが、外周部に流路同径部60を有している。先の図4の例でも同様だが、本例のように動翼先端に連結カバーを設けた場合、最終段動翼42nの連結カバー12nの内周面は、最終段静翼41nの流路同径部60と同様に円筒形をなしている。つまり、タービン回転軸21を含む面との交線である外径線13nはタービン中心軸21の延伸方向に延びており、最終段動翼42nの有効長はほぼ一定となっている。
例えば図11に示すように静翼外周側後縁半径R1が動翼外周側前縁半径R2よりも大きい場合、動翼入口11の相対流入速度w3は亜音速に抑えられるが、静翼41の外周部を通過した流れが動翼42の先端部(厳密には連結カバー12の外周部)と動翼側静止体壁面6bとの間に形成されるシール間隙16に向かって流れる。この場合、静翼41の外周部を通過した流れがシール間隙16を通過してしまいタービンロータ15を回転させるために有効に使用されない。このことから、動翼42の有効長を最大限に活かすためには、動翼先端に連結カバーを備える場合は(式5’)及び(式6)を満たすことが好ましく、動翼先端に連結カバーを設けない場合は(式5)を満たすことが好ましい。
図4に示した実施の形態では、図12に実線で表したように、翼長方向中間部分よりも外周側の方が静翼スロートsとピッチtとの比s/tが小さくなるように静翼41にねじりを与えて形成することにより、動翼相対流入速度をさらに低減することができる。
図15に示したように、タービン段落における静翼と動翼との間の静圧は、静翼を通過することで発生した旋回流により外周側で大きく内周側で小さくなる。そのため動翼の周速が遅い内周側では、図16に示したように外周側とは反対に動翼周速U6に対して静翼流出速度c6が大きくなり、動翼相対流入速度w6が超音速となる。
図18において、静翼41は、翼長方向中間部の後縁2が動翼回転方向Wに突出するように湾曲して形成されている。但し、本例において静翼41は湾曲させてあるが、翼長方向中間部の後縁2が動翼回転方向Wに突出するように屈曲して形成しても良い。いずれにしても静翼41の外周側はほぼタービン径方向に延び、タービン径方向に延びる基準線50に対して静翼41の内周側部分がタービン径方向外側に向かって動翼回転方向Wに傾斜している。
図19に示すように、本例では、静翼外径線4が、流路同径部60よりも上流側に、流路同径部60よりもタービン半径方向外側を通り下流側に向かって径方向内側に向かう部分62を有するように静翼41及び静止体内壁面6が形成されている。なお、このタービン径方向内周側に向かう部分62では静翼外周側静止体壁面6aにより形成される環状流路が下流側に向かうほど縮小されるので、以下の説明において、この「部分62」を流路縮径部62と記載する。
R4>R3・・・(式7)
の関係を満たす。その他の構成は図4に示した構成と同様である。
4 静翼外径線
5 流路同径部の始端
6 静止体内壁面
6a 静翼側静止体壁面
6b 動翼側静止体壁面
11 動翼入口外周部
12 連結カバー
14 R部
21 タービン中心軸
41 静翼
41’ 静翼
42 動翼
42’ 動翼
60 流路同径部
61 流路拡径部
62 流路縮径部
103 スロート
103 スロートの動翼負圧面側の点
105 動翼負圧面
h R部の高さ
i 動翼最大厚み
R1 静翼外周後縁半径
R2 動翼外周前縁半径
s 静翼スロート
t 静翼ピッチ
Claims (9)
- 静翼とこの静翼の作動流体流れ方向の下流側に対向した動翼とからなる段落を複数有する軸流タービンにおいて、
最終段静翼は、静翼入口部の半径方向高さに対し静翼出口部の半径方向高さが高く形成され、タービン中心軸を含む面と静翼外周部との交線が静翼出口部を含んでタービン中心軸方向に伸びる部分を有し、
最終段よりも上流側の段落の静翼は、タービン中心軸を含む面と静翼外周部との交線が下流側に向かって半径方向外側に傾斜するように形成されており、
前記タービン中心軸方向に伸びる部分を含む最終段は、動翼先端部の回転周速をこの動翼先端部に流入する作動流体の音速で割った動翼先端周速マッハ数が1.0を超える
ことを特徴とする軸流タービン。 - 請求項1の軸流タービンにおいて、動翼の翼長のうち作動流体のエネルギーを回転動力に変換するのに有効に機能する部分を動翼有効長と定義した場合、前記タービン中心軸方向に伸びる部分の半径方向高さは、同じ段落の動翼の動翼有効長の外周部の半径方向高さに設定されていることを特徴とする軸流タービン。
- 請求項2に記載の軸流タービンにおいて、前記動翼が周方向に隣接する他の動翼と連結する連結カバーを先端に備えている場合、前記動翼の有効長外周部は、前記連結カバーの内周面の高さ位置とそこから前記連結カバー及び動翼の接合部のR部の高さ分だけ半径方向内周側の位置との間に位置することを特徴とする軸流タービン。
- 請求項2に記載の軸流タービンにおいて、前記動翼の先端が自由端である場合、前記動翼の流路有効範囲外周部は前記動翼の先端部であることを特徴とする軸流タービン。
- 請求項1の軸流タービンにおいて、前記動翼が周方向に隣接する他の動翼と連結する連結カバーを先端に備えている場合、前記タービン中心軸方向に伸びる部分は、当該部分が前記連結カバーの内周面の高さ位置とそこから前記連結カバー及び動翼の接合部のR部の高さ分だけ半径方向内周側の位置との間に収まる範囲で傾きを有していることを特徴とする軸流タービン。
- 請求項1の軸流タービンにおいて、前記静翼は、タービン中心軸を含む面と静翼外周部との交線が、前記タービン中心軸方向に伸びる部分よりも上流側に、下流側に向かって半径方向外周側に傾斜した部分を有するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
- 請求項6の軸流タービンにおいて、前記静翼は、タービン中心軸を含む面と静翼外周部との交線が、前記タービン中心軸方向に伸びる部分よりも半径方向外側を通り、前記タービン中心軸方向に伸びる部分に向かって流路を縮小させる部分を有するように形成されていることを特徴とする軸流タービン。
- 請求項1の軸流タービンにおいて、周方向に隣接する静翼同士の最小間隙を当該静翼の周方向間隔で割った値が、当該静翼の翼長方向中間部分よりも外周側で小さくなるように当該静翼が形成されていることを特徴とする軸流タービン。
- 請求項1の軸流タービンにおいて、前記静翼は、半径方向外周側に向かって動翼回転方向に傾斜し、翼長方向中間部が動翼回転方向に突出するように湾曲又は屈曲して形成されていることを特徴とする軸流タービン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007036187A JP4869974B2 (ja) | 2005-03-31 | 2007-02-16 | 軸流タービン |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005101371 | 2005-03-31 | ||
JP2005101371 | 2005-03-31 | ||
JP2007036187A JP4869974B2 (ja) | 2005-03-31 | 2007-02-16 | 軸流タービン |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006087699A Division JP4515404B2 (ja) | 2005-03-31 | 2006-03-28 | 軸流タービン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007127132A JP2007127132A (ja) | 2007-05-24 |
JP4869974B2 true JP4869974B2 (ja) | 2012-02-08 |
Family
ID=38149953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007036187A Active JP4869974B2 (ja) | 2005-03-31 | 2007-02-16 | 軸流タービン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4869974B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11015449B2 (en) | 2018-12-07 | 2021-05-25 | Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation | Steam turbine blade and steam turbine |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010216321A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンの動翼及びそれを用いた蒸気タービン |
JP2010265770A (ja) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン翼の遠心応力模擬試験方法及び装置 |
EP2434094A3 (en) * | 2010-09-28 | 2018-02-21 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Steam turbine stator vane and steam turbine |
WO2012131905A1 (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | 株式会社日立製作所 | タービン静翼、およびそれを用いた蒸気タービン設備、タービン静翼の設計方法 |
JP6030853B2 (ja) | 2011-06-29 | 2016-11-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | タービン動翼及び軸流タービン |
JP6145372B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-06-14 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 蒸気タービン動翼、及びそれを用いた蒸気タービン |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5185008A (ja) * | 1975-01-22 | 1976-07-26 | Hitachi Ltd | Jikuryutaabinnoryutairyurokozo |
JPS5314206A (en) * | 1976-07-27 | 1978-02-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Axial-flow turbine nozzle |
JPS5467805A (en) * | 1977-11-11 | 1979-05-31 | Hitachi Ltd | Side wall structure for axial-flow turbine wing row |
JPS5990704A (ja) * | 1982-11-17 | 1984-05-25 | Hitachi Ltd | 軸流流体機械用ダイヤフラムリング |
JPH0689651B2 (ja) * | 1986-01-24 | 1994-11-09 | 株式会社日立製作所 | 軸流流体機械 |
JPS62279202A (ja) * | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Hitachi Ltd | 蒸気タ−ビンのダイヤフラム外輪 |
JPH0692723B2 (ja) * | 1990-03-19 | 1994-11-16 | 株式会社日立製作所 | 軸流流体機械 |
JPH06323105A (ja) * | 1993-05-13 | 1994-11-22 | Hitachi Ltd | 軸流型ターボ機械の漏れ流れ流路構造 |
JP3910648B2 (ja) * | 1994-10-13 | 2007-04-25 | 株式会社東芝 | タービンノズル、タービン動翼及びタービン段落 |
JP3883245B2 (ja) * | 1997-02-26 | 2007-02-21 | 株式会社東芝 | 軸流タービン |
JP2000204903A (ja) * | 1999-01-06 | 2000-07-25 | Hitachi Ltd | 軸流型タ―ビン |
JP2003020904A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-24 | Toshiba Corp | 軸流タービン翼および軸流タービン段落 |
JP2003269109A (ja) * | 2002-03-18 | 2003-09-25 | Toshiba Corp | 蒸気タービン |
-
2007
- 2007-02-16 JP JP2007036187A patent/JP4869974B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11015449B2 (en) | 2018-12-07 | 2021-05-25 | Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation | Steam turbine blade and steam turbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007127132A (ja) | 2007-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7429161B2 (en) | Axial turbine | |
JP4869974B2 (ja) | 軸流タービン | |
US9051839B2 (en) | Supersonic turbine moving blade and axial-flow turbine | |
JP4691002B2 (ja) | 斜流タービンまたはラジアルタービン | |
WO2018179100A1 (ja) | 遠心圧縮機及びターボチャージャ | |
JP5592326B2 (ja) | 蒸気タービンの静翼、及びそれを用いた蒸気タービン | |
JP4515404B2 (ja) | 軸流タービン | |
JP5023125B2 (ja) | 軸流タービン | |
JP6268315B2 (ja) | タービン動翼及び蒸気タービン | |
EP3998397B1 (en) | Steam turbine with diffuser | |
JP2009036112A (ja) | 回転機械の翼 | |
JP4869099B2 (ja) | ノズル翼および軸流タービン | |
JP2016079919A (ja) | 動翼及び軸流タービン | |
KR20190116516A (ko) | 가스 터빈 | |
JP6684593B2 (ja) | 軸流タービン | |
JP4782625B2 (ja) | 軸流タービン | |
JP2015175336A (ja) | タービン動翼および蒸気タービン |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110315 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110714 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111115 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111116 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4869974 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |