JP4956277B2 - ノズル翼翼列、動翼翼列および軸流タービン - Google Patents

Description

本発明は、すみ肉が形成されたノズル翼翼列または動翼翼列、およびこれらを備える軸流タービンに関する。

タービンの効率は、ノズル翼や動翼の形状、各翼間を流れる作動流体における圧力損失等によって影響を受けるため、タービンの効率を向上させるためには、ノズル翼翼列および動翼翼列の最適な設計が重要となる。

図９は、一般的な軸流タービンを構成するノズル翼翼列３００を模式的に示す斜視図である。図９に示すように、複数枚のノズル翼３０１は、内壁３０２と外壁３０３との間に周方向に配設されている。図９では、ノズル翼３０１と内壁３０２との交差部分３０４およびノズル翼３０１と外壁３０３との交差部分３０５は直角に交わっている、すなわちすみ肉がない状態で交わっている一例を示している。ここで、すみ肉とは、交差部分３０４、３０５に形成された所定の曲率半径を有するＲ部をいい、例えば、機械加工や溶接接合により形成される。一方、実際のノズル翼翼列や動翼翼列等は、内壁や外壁と一体でけずりだして製作されることがあり、この場合には、図９に示すように、ノズル翼３０１と内壁３０２との交差部分３０４およびノズル翼３０１と外壁３０３との交差部分３０５をすみ肉がない状態に機械加工するのは非常に困難である。

図１０は、ノズル翼３０１と内壁３０２との交差部分３０４をすみ肉がない状態、すなわち直角に加工した場合におけるノズル翼翼列の後縁側の斜視図である。図１１は、ノズル翼３０１と内壁３０２との交差部分３０４をすみ肉がある状態に加工した場合におけるノズル翼翼列の後縁側の斜視図である。図１２は、隣接するノズル翼３０１間の環状ピッチＴとスロート長さＳを説明するための断面図である。

上記したように、ノズル翼３０１と内壁３０２との交差部分３０４およびノズル翼３０１と外壁３０３との交差部分３０５をすみ肉がない状態に機械加工するのは非常に困難であるため、図１１に示すような、すみ肉３１０がある状態に加工されることが多い。また、翼列の基本的な設計パラメータであるスロート長さＳは、図１１に示すような、すみ肉３１０を有するノズル翼翼列では、図１０に示すような、すみ肉がないノズル翼翼列の場合に比べて、局所的に著しく減少する。ここで、図１２に示すように、スロート長さＳとは、隣接するノズル翼との最短距離をいい、これによって作動流体の流出面積が規定される。また、スロート長さＳは、ノズル翼翼列の入口と出口における所望の圧力差、すなわち差圧を確保するための重要なパラメータである。なお、環状ピッチＴは、隣接するノズル翼３０１間の距離である。ここで、図１１に示すようにすみ肉を有する場合でも、所定の曲率の範囲ですみ肉を形成することで、タービン段の効率が向上するとの報告がある（例えば、特許文献１参照。）。

図１３は、ノズル翼間の翼の高さ方向における従来のスロート長さＳの分布を示す図である。なお、図中の破線は設計値であり、実線はすみ肉を考慮したときの値である。図１３に示すように、ノズル翼の高さ方向のスロート長さＳの分布は、設計値の破線に対し、すみ肉加工を考慮すると、すみ肉の曲率半径Ｒに相当する翼の高さ範囲にわたって、スロート長さＳが減少する。また、内径部では、スロート長さＳは最小（例えば、図１１のスロート長さＳ１）となっている。すみ肉の曲率半径Ｒが翼の高さに対して非常に小さい場合は、このすみ肉が形成されることによる流体流出面積の減少分は無視することができるが、高圧タービンなどのように、翼の高さが比較的低い場合には、流体流出面積の減少分が影響し、設計上の圧力比を満たせなくなることがある。さらに、実際のタービンは、複数のノズル翼翼列や動翼翼列による多段落で構成されるため、各段落における流体流出面積の減少分が積算され、タービン全体として設計どおりの圧力比とならないことがある。

図１４は、上記した問題を解決するためになされた、ノズル翼間の翼の高さ方向における従来のスロート長さＳの分布を示す図である。この方法では、図１４に示すように、翼の高さ方向の全域に渡りスロート長さＳを広げて、すみ肉により減少した流体流出面積に相当する面積分を増加させている。
特開平８−７４５０２号公報

上記した、翼の高さ方向の全域に渡りスロート長さＳを広げてすみ肉により減少した流体流出面積に相当する面積分を増加させる従来の方法では、流体流出面積については同一となるが、内壁面や外壁面付近で局所的にスロート長さＳが急激に減少する分布形状となることについては改善されない。スロート長さＳの分布は、ノズル翼翼列の出口における翼列の高さ方向の出口流量分布を決定する重要なパラメータであり、上記した従来の方法では、流体流出面積が同一であっても、設計に対応した出口流量分布等が得られないという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ノズル翼または動翼と壁面との交差部分にすみ肉が形成されたノズル翼翼列または動翼翼列の出口において、すみ肉により減少した流体流出面積に相当する面積分を増加させるとともに、すみ肉形成部分における流体流出面積の急激な減少を回避し、設計に対応した出口流量分布等が得られるノズル翼翼列、動翼翼列および軸流タービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のノズル翼翼列は、内部環状流路にノズル翼が周方向に複数配設され、前記ノズル翼の内径側および外径側を支持する環状壁面とノズル翼端面との交差部分に所定の曲率半径を有するすみ肉が形成されたノズル翼翼列であって、前記すみ肉が形成された領域であり、前記環状壁面から前記ノズル翼の高さ方向に前記所定の曲率半径に対応した長さに相当する部分に亘る前記ノズル翼の後縁端を、前記すみ肉が形成されることで減少した、隣接するノズル翼の背面との間の距離に対応させて、該隣接するノズル翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とする。

このノズル翼翼列によれば、すみ肉が形成された領域のノズル翼の後縁端を広げることで、ノズル翼翼列の出口において、スロート長さを局所的に減少することなく、すみ肉が形成されないときと同一の流体流出面積を維持することができる。

また、本発明のノズル翼翼列は、内部環状流路にノズル翼が周方向に複数配設され、前記ノズル翼の内径側および外径側を支持する環状壁面とノズル翼端面との交差部分に所定の曲率半径Ｒを有するすみ肉が形成されたノズル翼翼列であって、前記環状壁面における、前記ノズル翼の後縁端と前記ノズル翼に隣接するノズル翼の背面との設計最短距離Ｓ０が、前記すみ肉を形成することでＳ１となる場合において、前記環状壁面における前記隣接するノズル翼の背面との間の距離を増加距離ΔＳ（０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１）の範囲で増加させ、かつ前記環状壁面から前記ノズル翼の高さ方向に、高さＨ（Ｈ＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／ΔＳ、かつＨは前記ノズル翼の高さ以下）に亘って前記ノズル翼の後縁端を、前記増加距離ΔＳを線形的に減少させながら、該隣接するノズル翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とする。

このノズル翼翼列によれば、すみ肉が形成された領域のノズル翼の後縁端を、ノズル翼の高さ方向に高さＨに亘って緩やかに広げることで、スロート長さを局所的に減少することなく、すみ肉が形成されないときと同一の流体流出面積を維持することができる。

本発明の動翼翼列は、内部環状流路に動翼が周方向に複数配設され、前記動翼の内径側および外径側を支持する環状壁面と動翼端面との交差部分に所定の曲率半径を有するすみ肉が形成された動翼翼列であって、前記すみ肉が形成された領域であり、前記環状壁面から前記動翼の高さ方向に前記所定の曲率半径に対応した長さに相当する部分に亘る前記動翼の後縁端を、前記すみ肉が形成されることで減少した、隣接する動翼の背面との間の距離に対応させて、該隣接する動翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とする。

この動翼翼列によれば、すみ肉が形成された領域の動翼の後縁端を広げることで、動翼翼列の出口において、スロート長さを局所的に減少することなく、すみ肉が形成されないときと同一の流体流出面積を維持することができる。

また、本発明の動翼翼列は、内部環状流路に動翼が周方向に複数配設され、前記動翼の内径側および外径側を支持する環状壁面と動翼端面との交差部分に所定の曲率半径Ｒを有するすみ肉が形成された動翼翼列であって、前記環状壁面における、前記動翼の後縁端と前記動翼に隣接する動翼の背面との設計最短距離Ｓ０が、前記すみ肉を形成することでＳ１となる場合において、前記環状壁面における前記隣接する動翼の背面との間の距離を増加距離ΔＳ（０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１）の範囲で増加させ、かつ前記環状壁面から前記動翼の高さ方向に、高さＨ（Ｈ＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／ΔＳ、かつＨは前記動翼の高さ以下）に亘って前記動翼の後縁端を、前記増加距離ΔＳを線形的に減少させながら、該隣接する動翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とする。

この動翼翼列によれば、すみ肉が形成された領域の動翼の後縁端を、動翼の高さ方向に高さＨに亘って緩やかに広げることで、スロート長さを局所的に減少することなく、すみ肉が形成されないときと同一の流体流出面積を維持することができる。

また、上記したノズル翼翼列および／または動翼翼列を備えた軸流タービンを構成してもよい。

本発明のノズル翼翼列、動翼翼列および軸流タービンによれば、ノズル翼または動翼と壁面との交差部分にすみ肉が形成されたノズル翼翼列または動翼翼列の出口において、すみ肉により減少した流体流出面積に相当する面積分を増加させるとともに、すみ肉形成部分における流体流出面積の急激な減少を回避し、設計に対応した出口流量分布等が得られる軸流タービンを提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るノズル翼翼列１５および動翼翼列３５を備えた軸流タービン１００の一部の断面を示す図である。図２は、すみ肉２０が形成された領域を含んで、環状壁面１１に水平なノズル翼翼列１５の断面を示す図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係るノズル翼間の翼の高さ方向におけるスロート長さＳの分布を示す図である。

図１に示すように、軸流タービン１００において、ケーシング１１０内にはタービンロータ１１１が貫設されている。また、ケーシング１１０の内周面にはノズルダイヤフラム外輪１１２が多段に接続され、各ノズルダイヤフラム外輪１１２に対応してノズルダイヤフラム内輪１１３が設けられている。また、ノズルダイヤフラム外輪１１２とノズルダイヤフラム内輪１１３との間には、ノズル翼１０が周方向に複数配設され、ノズル翼翼列１５を構成している。また、各ノズル翼翼列１５に対応して、各ノズル翼翼列１５の下流側には、動翼３０が周方向に複数配設された動翼翼列３５が配設されている。この動翼翼列３５は、タービンロータ１１１のホイール部１１４に、周方向に複数の動翼３０を植設することで構成されている。また、ノズルダイヤフラム内輪１１３のタービンロータ１１１側の面には、ノズルラビリンス１１５が設けられ、蒸気の漏洩を抑制している。

例えば、高圧タービンや中圧タービンなどの軸流タービン１００内に流入した蒸気は、図示しないノズルボックスを介してノズル翼翼列１５に導かれる。ノズル翼翼列１５を通過した蒸気は、動翼翼列３５に導かれ、膨張仕事によりタービンロータ１１１を回転させる。

次に、ノズル翼翼列１５の構成について説明する。

上記したように、ノズル翼１０は、内部環状流路を構成する、ノズルダイヤフラム外輪１１２とノズルダイヤフラム内輪１１３との間に周方向に所定の環状ピッチＴで複数配設される。

図２〜図４に示すように、第１の実施の形態に係るノズル翼翼列１５は、ノズル翼１０の内径側および外径側を支持する環状壁面１１（ノズルダイヤフラム外輪１１２やノズルダイヤフラム内輪１１３の壁面）とノズル翼端面との交差部分に曲率半径Ｒを有するすみ肉２０が形成されている。そして、すみ肉２０が形成された領域であり、環状壁面１１からノズル翼１０の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さに相当する部分Ｈ１に亘るノズル翼１０の後縁端２１を、すみ肉２０が形成されることで減少した、隣接するノズル翼１０ａの背面との間の距離に対応させて、該隣接するノズル翼１０ａの背面との間の距離が増加する方向（図２の矢印の方向）に広げ、出口における流体流出面積を増加させている。なお、図２および図３には、ノズル翼１０の後縁端２１を広げる前の位置を破線で示している。また、図４には、設計値を破線で示し、横軸の内径側端面は、ノズル翼の内径側の翼端面と環状壁面（ノズルダイヤフラム内輪１１３の壁面）との接面を意味し、横軸の外径側端面は、ノズル翼の外径側の翼端面と環状壁面（ノズルダイヤフラム外輪１１２の壁面）との接面を意味する。

ここで、すみ肉２０が形成されることで減少した、隣接するノズル翼１０ａの背面との間の距離とは、すみ肉２０が形成されない場合のノズル翼１０の後縁端２１とこのノズル翼１０に隣接するノズル翼１０ａの背面との設計最短距離（すなわち、設計上のスロート長さ）から、すみ肉２０が形成された場合のノズル翼１０の後縁端２１とこのノズル翼１０に隣接するノズル翼１０ａの背面との最短距離（すなわち、実際のスロート長さ）を減じた値である。なお、ノズル翼１０の高さ方向における位置によって、これらの距離の差は変化するため、この距離の差に対応させて、ノズル翼１０の後縁端２１を該隣接するノズル翼１０ａの背面との間の距離が増加する方向に広げている。

例えば、図３に示すように、環状壁面１１において、すみ肉２０が形成されないときのノズル翼１０の後縁端２１とこのノズル翼１０に隣接するノズル翼１０ａの背面との設計最短距離をＳ０とし、すみ肉２０が形成されたときのノズル翼１０の後縁端２１とこのノズル翼１０に隣接するノズル翼１０ａの背面との最短距離をＳ１とした場合には、すみ肉２０が形成されることで減少した、隣接するノズル翼１０ａの背面との間の距離は、「Ｓ０−Ｓ１」となる。すなわち、環状壁面１１（ノズル翼の高さ方向に０の位置）では、この減少した距離（Ｓ０−Ｓ１）分、ノズル翼１０の後縁端２１は、隣接するノズル翼１０ａの背面との間の距離が増加する方向（図２の矢印の方向）に広げられる（図４の横軸の内径側端面または外径側端面を参照）。

上記したように、第１の実施の形態のノズル翼翼列１５では、すみ肉２０が形成された領域である、環状壁面１１からノズル翼１０の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さに相当する部分Ｈ１に亘るノズル翼１０の後縁端２１を広げることで、ノズル翼翼列１５の出口において、スロート長さを局所的に減少することなく、すみ肉２０が形成されないときと同一の流体流出面積を維持することができる。これによって、ノズル翼翼列１５の入口と出口における所望の圧力差、すなわち差圧を確保することができる。さらに、第１の実施の形態のノズル翼翼列１５を備えることで、軸流タービン全体として所定の圧力比を維持することができ、タービンの効率を維持することができる。また、設計に対応した出口流量分布等を得ることができる。

なお、ここでは、ノズル翼翼列１５について説明したが、動翼翼列３５についてもノズル翼翼列１５と同様の構成を採用することができる。また、ノズル翼翼列１５と同様の構成を採用することで、動翼翼列３５において上記したノズル翼翼列１５における効果と同様の効果を得ることができる。また、動翼翼列３５の場合には、環状壁面として、内径側は動翼３０が植設される、タービンロータ１１１のホイール部１１４の壁面が、外径側は動翼３０の先端に設けられるシュラウドの壁面が機能する。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るノズル翼間の翼の高さ方向におけるスロート長さＳの分布を示す図である。図６は、環状壁面においてノズル翼の後縁端を広げる増加距離と段落性能向上量との関係を示す図である。図７は、図２のＡ−Ａ断面に対応する位置、すなわちノズル翼の後縁端のすみ肉最先端部をとおり隣接するノズル翼の背面と最短距離となる位置における、第２の実施の形態に係るノズル翼翼列の断面を示す図である。なお、第１の実施の形態に係るノズル翼翼列と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。

図６に示すように、流体流出面積欠損分（図５の斜線で示した部分）と等価面積分を補うように、環状壁面においてノズル翼の後縁端を広げる増加距離ΔＳを０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１の範囲で変化させた場合、段落性能向上量は上に凸の分布となる。ここで、図６の横軸の左端は、増加距離ΔＳが０の場合、すなわち図１１に示すような、すみ肉が形成されるときでも、ノズル翼の後縁端を広げて流路の調整をしない場合を意味し、この場合の段落性能向上量を０としている。図６に示す関係から、第１の実施の形態で説明した、環状壁面からノズル翼の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さに相当する部分Ｈ１に亘るノズル翼の後縁端を、該隣接するノズル翼の背面との間の距離が増加する方向に広げる場合（図６の横軸が「Ｓ０−Ｓ１」の場合）においても段落性能向上量は向上するが、さらに好適な増加距離を設定することができる。具体的には、環状壁面からノズル翼の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さに相当する部分Ｈ１に亘るようにノズル翼の後縁端を広げるよりも、環状壁面からノズル翼の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さ以上の長さを有する部分に亘ようにノズル翼の後縁端を広げる方が好適となることがある。

そこで、本発明の第２の実施の形態では、すみ肉を設けることで、ノズル翼および動翼の後縁端で減少する流体流出面積欠損分（図５の斜線で示した部分）と等価面積分を、環状壁面からノズル翼の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さ以上の長さを有する部分Ｈ２に亘るノズル翼の後縁端において補う構成を備えるノズル翼翼列および動翼翼列について説明する。ここでも、上記した第１の実施の形態の場合と同様に、ノズル翼翼列を例に説明する。

図７に示すように、第２の実施の形態に係るノズル翼翼列４５は、ノズル翼４０の内径側および外径側を支持する環状壁面１１（ノズルダイヤフラム外輪１１２やノズルダイヤフラム内輪１１３の壁面）とノズル翼端面との交差部分に曲率半径Ｒを有するすみ肉２０が形成されている。そして、環状壁面１１における、ノズル翼４０の後縁端５０とノズル翼４０に隣接するノズル翼４０ａの背面との設計最短距離Ｓ０が、すみ肉２０を形成することでＳ１となる場合において、環状壁面１１における隣接するノズル翼４０ａの背面との間の距離を増加距離ΔＳ（０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１）の範囲で増加させ、かつ環状壁面１１からノズル翼４０の高さ方向に、高さＨ２（Ｈ２＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／ΔＳ、かつＨ２はノズル翼４０の高さ以下）に亘ってノズル翼４０の後縁端５０を、増加距離ΔＳを線形的に減少させながら、該隣接するノズル翼４０ａの背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させている。なお、図７には、ノズル翼４０の後縁端５０を広げる前の位置を破線で示している。

ここで、増加距離ΔＳを０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１の範囲に設定したのは、増加距離ΔＳが０以下であると、環状壁面１１における隣接するノズル翼４０ａの背面との間の距離を増加することができないため、すみ肉２０を形成することで生じるノズル翼翼列４５の出口における流体流出面積の減少分を補うことができないからである。また、増加距離ΔＳが「Ｓ０−Ｓ１」を超えると、ノズル翼翼列４５の出口における流体流出面積が設計面積よりも大きくなり、設計流体流出面積を維持できないからである。また、増加距離ΔＳを線形的に減少させるとは、図５に示すように、増加距離ΔＳを、環状壁面１１からノズル翼４０の高さ方向に向かって直線的に減少させることを意味している。なお、図５には、設計値を破線で示し、横軸の内径側端面は、ノズル翼の内径側の翼端面と環状壁面（ノズルダイヤフラム内輪１１３の壁面）との接面を意味し、横軸の外径側端面は、ノズル翼の外径側の翼端面と環状壁面（ノズルダイヤフラム外輪１１２の壁面）との接面を意味する。

また、上記したように、第２の実施の形態に係るノズル翼翼列４５では、ノズル翼４０の後縁端５０で減少する流体流出面積欠損分（図５の斜線で示した部分）と等価面積分を、環状壁面からノズル翼の高さ方向に曲率半径Ｒに対応した長さ以上の長さを有する部分Ｈ２に亘るノズル翼４０の後縁端５０において補う構成を備えるものである。ここで、内径側端面および外径側端面における流体流出面積欠損分を三角形に近似し、これらの部分の面積Ｍは、それそれ次の式（１）で算出される。
Ｍ＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／２ …式（１）

また、環状壁面１１における隣接するノズル翼４０ａの背面との間の距離を増加距離ΔＳとした場合に、この面積Ｍと等しくなるように、Ｈ２は、それぞれ次の式（２）で近似的に算出される。
Ｈ２＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／ΔＳ …式（２）
なお、Ｈ２は、ノズル翼４０の高さ以下とする。

上記したように、第２の実施の形態のノズル翼翼列４５では、すみ肉２０が形成された領域のノズル翼４０の後縁端５０を、ノズル翼４０の高さ方向に亘って緩やかに広げることで、スロート長さが局所的に減少することがなく、ノズル翼翼列４５の出口における環状壁面１１近傍の流体流出面積を緩やかに増加させることができる。さらに、ノズル翼翼列４５の出口において、すみ肉２０が形成されないときと同一の流体流出面積を維持することができる。これらによって、性能劣化を回避することができ、段落性能向上量をさらに向上させることができる。また、ノズル翼翼列４５の入口と出口における所望の圧力差、すなわち差圧を確保することができる。さらに、第２の実施の形態のノズル翼翼列４５を備えることで、軸流タービン全体として所定の圧力比を維持することができ、タービンの効率を維持することができる。

なお、ここでは、ノズル翼翼列４５について説明したが、動翼翼列３５についてもノズル翼翼列４５と同様の構成を採用することができる。また、ノズル翼翼列４５と同様の構成を採用することで、動翼翼列３５において上記したノズル翼翼列４５における効果と同様の効果を得ることができる。また、動翼翼列３５の場合には、環状壁面として、内径側は動翼３０が植設される、タービンロータ１１１のホイール部１１４の壁面が、外径側は動翼３０の先端に設けられるシュラウドの壁面が機能する。

以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記した本発明に係るノズル翼翼列や動翼翼列の構成は、他の手段によりノズル翼翼列や動翼翼列の性能の向上が図られた、すみ肉を有するノズル翼翼列や動翼翼列にも採用することができる。なお、ここでもノズル翼翼列を例に説明するが、上記同様、動翼翼列にも適用でき、さらに同様の効果を得ることができる。

図８には、ノズル翼の出口面積がノズル翼の高さ方向の中央部で最大となるノズル翼翼列に本発明を適用したときの、ノズル翼間の翼の高さ方向におけるスロート長さＳの分布を示す図である。図８の縦軸は、スロート長さＳを環状ピッチＴで除した値（Ｓ／Ｔ）を示している。また、図８には、設計値を破線で示し、横軸の内径側端面は、ノズル翼の内径側の翼端面と環状壁面（ノズルダイヤフラム内輪１１３の壁面）との接面を意味し、横軸の外径側端面は、ノズル翼の外径側の翼端面と環状壁面（ノズルダイヤフラム外輪１１２の壁面）との接面を意味する。

このノズル翼翼列は、上記した第１および２の実施の形態に係るノズル翼翼列と同様に、ノズル翼の内径側および外径側を支持する環状壁面とノズル翼端面との交差部分に曲率半径Ｒを有するすみ肉が形成されている。また、図８に示すように、このノズル翼翼列では、上記したＳ／Ｔ値がノズル翼の高さ方向の中央部で最大となるように形成することで、良好な出口流量分布が得られている。しかしながら、このノズル翼翼列においても、すみ肉を備えることで、図８に点線で示した設計Ｓ／Ｔ分布に比べ、図示はしていないが、ノズル翼の内径側端面および外形側端面の近傍でＳ／Ｔが著しく減少する。

そこで、このようなノズル翼翼列に、上記した本発明の構成を採用し、図８に実線で示すＳ／Ｔとすることで、ノズル翼の内径側端面および外形側端面の近傍における出口断面積の減少が回避され、ノズル翼翼列の入口において所望の流量分布を実現することができる。

本発明に係るノズル翼翼列および動翼翼列を備えた軸流タービンの一部の断面を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る、すみ肉が形成された領域を含んで、環状壁面に水平なノズル翼翼列の断面を示す図。 図２のＡ−Ａ断面を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係るノズル翼間の翼の高さ方向におけるスロート長さＳの分布を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係るノズル翼間の翼の高さ方向におけるスロート長さＳの分布を示す図。 環状壁面においてノズル翼の後縁端を広げる増加距離と段落性能向上量との関係を示す図。 図２のＡ−Ａ断面に対応する位置における第２の実施の形態に係るノズル翼翼列の断面を示す図。 ノズル翼の出口面積がノズル翼の高さ方向の中央部で最大となるノズル翼翼列に本発明を適用したときの、ノズル翼間の翼の高さ方向におけるスロート長さＳの分布を示す図。 一般的な軸流タービンを構成するノズル翼翼列を模式的に示す斜視図。 ノズル翼と内壁との交差部分をすみ肉がない状態、すなわち直角に加工した場合におけるノズル翼翼列の後縁側の斜視図。 ノズル翼と内壁との交差部分をすみ肉がある状態に加工した場合におけるノズル翼翼列の後縁側の斜視図。 隣接するノズル翼間の環状ピッチＴとスロート長さＳを説明するための断面図。 ノズル翼間の翼の高さ方向における従来のスロート長さＳの分布を示す図。 ノズル翼間の翼の高さ方向における従来のスロート長さＳの分布を示す図。

符号の説明

１０，１０ａ…ノズル翼、１１…環状壁面、１５…ノズル翼翼列、２０…すみ肉、２１…後縁端、３０…動翼、３５…動翼翼列、１００…軸流タービン、１１０…ケーシング、１１１…タービンロータ、１１２…ノズルダイヤフラム外輪、１１３…ノズルダイヤフラム内輪、１１４…ホイール部。

Claims (7)

1. 内部環状流路にノズル翼が周方向に複数配設され、前記ノズル翼の内径側および外径側を支持する環状壁面とノズル翼端面との交差部分に所定の曲率半径を有するすみ肉が形成されたノズル翼翼列であって、
   前記すみ肉が形成された領域であり、前記環状壁面から前記ノズル翼の高さ方向に前記所定の曲率半径に対応した長さに相当する部分に亘る前記ノズル翼の後縁端を、前記すみ肉が形成されることで減少した、隣接するノズル翼の背面との間の距離に対応させて、該隣接するノズル翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とするノズル翼翼列。
2. 内部環状流路にノズル翼が周方向に複数配設され、前記ノズル翼の内径側および外径側を支持する環状壁面とノズル翼端面との交差部分に所定の曲率半径Ｒを有するすみ肉が形成されたノズル翼翼列であって、
   前記環状壁面における、前記ノズル翼の後縁端と前記ノズル翼に隣接するノズル翼の背面との設計最短距離Ｓ０が、前記すみ肉を形成することでＳ１となる場合において、前記環状壁面における前記隣接するノズル翼の背面との間の距離を増加距離ΔＳ（０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１）の範囲で増加させ、かつ前記環状壁面から前記ノズル翼の高さ方向に、高さＨ（Ｈ＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／ΔＳ、かつＨは前記ノズル翼の高さ以下）に亘って前記ノズル翼の後縁端を、前記増加距離ΔＳを線形的に減少させながら、該隣接するノズル翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とするノズル翼翼列。
3. 内部環状流路に動翼が周方向に複数配設され、前記動翼の内径側および外径側を支持する環状壁面と動翼端面との交差部分に所定の曲率半径を有するすみ肉が形成された動翼翼列であって、
   前記すみ肉が形成された領域であり、前記環状壁面から前記動翼の高さ方向に前記所定の曲率半径に対応した長さに相当する部分に亘る前記動翼の後縁端を、前記すみ肉が形成されることで減少した、隣接する動翼の背面との間の距離に対応させて、該隣接する動翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とする動翼翼列。
4. 内部環状流路に動翼が周方向に複数配設され、前記動翼の内径側および外径側を支持する環状壁面と動翼端面との交差部分に所定の曲率半径Ｒを有するすみ肉が形成された動翼翼列であって、
   前記環状壁面における、前記動翼の後縁端と前記動翼に隣接する動翼の背面との設計最短距離Ｓ０が、前記すみ肉を形成することでＳ１となる場合において、前記環状壁面における前記隣接する動翼の背面との間の距離を増加距離ΔＳ（０＜ΔＳ≦Ｓ０−Ｓ１）の範囲で増加させ、かつ前記環状壁面から前記動翼の高さ方向に、高さＨ（Ｈ＝（Ｓ０−Ｓ１）Ｒ／ΔＳ、かつＨは前記動翼の高さ以下）に亘って前記動翼の後縁端を、前記増加距離ΔＳを線形的に減少させながら、該隣接する動翼の背面との間の距離が増加する方向に広げ、出口における流体流出面積を増加させたことを特徴とする動翼翼列。
5. 請求項１または２記載のノズル翼翼列を備えたことを特徴とする軸流タービン。
6. 請求項３または４記載の動翼翼列を備えたことを特徴とする軸流タービン。
7. 請求項１または２記載のノズル翼翼列、および請求項３または４記載の動翼翼列を備えたことを特徴とする軸流タービン。

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