JPH03246303A - 軸流タービンの静翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、軸流タービンの回転する動翼上流側に固定
された静翼に関する。

（従来の技術） 軸流タービン動翼の上流側に固定される静翼は、円周方
向に沿って複数設けられ、放射状に形成されている（実
開昭６０−９０５０３号公報参照）。このように複数設
けられな静翼は、例えば第５図に示すように配列されて
いる。ここにおける静翼１は、図示しない動翼直前に形
成さている円筒状のノズル部３に、所定のピッチ角θ２
　（−２π／静翼数）をもって配置されており、ｆ？翼
１の下流側縁部となる後縁５の軸流タービン半径方向中
心側端部である根元部７を含む円周方向断面形状、同外
方側となる先端部９を含む円周方向断面形状、及び根元
部７と先端部９との間の後縁５の中心部１１を含む円周
方向断面形状（第６図）の３つの断面形状における各重
心を結ぶ直線ａが、すべての静翼１において軸流タービ
ンの軸線中心０を通るように各静翼１を重ね合わせてい
る。

この場合、軸流タービンの軸線中心Ｏを通る中心線ｇに
対し、静翼１の根元部７と先端部９とを結んで形成され
る後縁５による直線がなす円周方向の傾斜角度θ、は、
前記各静翼１間のピッチ角θ２に比べると無視できる程
小さい値となっている。

（発明が解決しようとする課題） ところでター、ビン運転中、静翼ｌの後縁らには、第７
図に示すように主流Ｍとは異なった速度分布をもつウェ
ークＷと呼ばれる速度領域が発生するため、静翼１の下
流にある動翼はこのウェークＷを横切るように回転する
ことになり、この結果動翼は、作動流体から受ける力が
変動し加振されることになる。

動翼が作動流体から受ける力りは、流速を■。

密度をρ、動翼の抵抗係数をＣｄとすると、単位体積あ
たり、Ｄ＝（Ｃｄ　　・ρ・Ｖ’）／２で表される。こ
のため、流速が変化すると動翼が受ける力も変化し、例
えば流速が短時間で急速に減少した後、元の速度に戻る
場合、すなわち前記ウェークＷが存在するような場合を
考えると、動翼には衝撃的な力が加わることになる。

前記第７図における静翼後縁５の下流直後の位置Ｓ、で
示されるような急な速度勾配をもつような場所で、動翼
がウェークＷを横切って回転すると、動翼には周期的な
力が働き、その周波数は、［静翼数×動真の１秒あたり
の回転数コで表される。この周波数が動翼の固有振動数
のあるものと共振すると、動翼の振動破壊が起こる場合
がある。

特に、前記第５図に示した静翼１のように、その円周方
向の傾斜角度θ１が静翼１間のピッチ角θ２に比べて無
視できる程小さい場合には、静翼１の後縁５で発生した
ウェークによって動翼がその根元部から先端部に渡って
ほとんど同一時刻において加振されるため、静翼と動翼
との軸方向距離を一定として考えた場合、ウェークによ
り振動破壊の原因となる加振力が極めて大きなものとな
る。

これを防ぐためには、例えばウェークにより受ける周期
的な力に起因する回転による周波数と、動翼の固有振動
数とを適切な値に設定するが、あるいは静翼と動翼との
間の距離を大きくとることで、作動流体の速度変化を小
さくするなどが考えられるが、前者は設計時に完全に評
価し実現することは難しく、後者は性能低下を来す恐れ
がある。

そこでこの発明は、静翼で発生したウェークにより受け
る動翼の加振力を低減させることを目的としている。

［発明の構成］ （Ｂ題を解決するための手段） 前述した課題を解決するためにこの発明は、動翼の上流
側に円周方向に沿って複数配置されて放射状に設けられ
、下流側縁部の半径方向内端部と同外端部とが同心円上
に位置している軸流タービンの静翼において、前記ｎ翼
の下流側縁部の半径方向内端部を含む円の半径をＲ５ｒ
、同半径方向外端部を含む円の半径をＲ５ｔ、各静翼相
互の前記半径方向外端部間の円周方向ピッチをｐｓｔ、
各動翼相互の半径方向外端部間の円周ピッチをｐｒｔ、
前記同心円の半径方向中心線に対する前記静翼の下流側
縁部の周方向傾斜角度をθとすると、θは、Ｐｒｔ≦｜
　　（Ｒｓｔ−Ｒｓｒ）　　・θ｜≦Ｐｓｔを満足する
角度としたものである。

（作用） 静翼の下流側縁部の半径方向中心線に対する傾斜角度θ
を、上記した式を満足するよう設定することで、この傾
斜角度θは各静翼間のピッチ角に比べて無視できる程で
はなく大きなものとなり、この結果静翼の下−流側縁部
にて発生したウェークが動翼の上・流側縁部に達する時
刻は、動翼のタービン軸半径方向中心側の根元部から外
方の先端部にかけて異なったものとなり、動翼が受ける
加振力は小さくなる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示している
。この場合の静翼２１も、従来例同様円筒状に形成され
たノズル部２３に周方向等間隔に複数配置されて放射状
に設けられ、下流側縁部（以下後縁と呼ぶ）２５の半径
方向内端部（以下根元部と呼ぶ）２７と同外端部（以下
先端部と呼ぶ）２つとが同心円上に位置している。静翼
２１の後流側には、各ｎ翼１間を通過したガスにより回
転する図示しない動翼が設けられている。

上記静翼２１の後縁２５の軸流タービン中心Ｏを通る中
心線ｐに対する円周方向の傾斜角度θ。

は、第３図に破線で示す動翼の前縁３１と静翼２１の後
縁２５との関係において、根元部２７を含んで軸流ター
ビン中心Ｏを中心とする円の半径をＲｓｒ、先端部２つ
を含んで軸流タービン中心Ｏを中心とする円の半径をＲ
３ｔ、各静翼２１の先端部２つの間のピッチをＰＳＥ、
各動翼の半径方向外端部間のピッチをＰｒ（とすると、 ｐｒｔ≦１（Ｒｓｔ−Ｒｓｒ）　・θ、１≦ｐｓｔを満
足する角度に設定しである。

これにより、後縁２５の中心線ｇに対する傾斜角度θ１
は、各静翼２１間のピッチ角θ２とほぼ同程度に大きな
ものとなる。この結果、動翼前縁３１の根元部と動翼前
縁３１の先端部がウェークを横切る時刻が異なることに
なり、したがって従来に比べて動翼１枚が受ける加振力
は小さいものとなる。特に、上式のように傾斜角度θ、
を設定すると、各靜Ｒ２１の後縁２５にて発生したウェ
ークは、常にタービン軸の半径方向いずれかの位置で動
翼前縁３１に横切られることになり、動翼が根元部から
先端部にわたって同一時刻に加振力を受けるようなこと
はなくなる。例えば、ある半径位置で動翼がウェークを
横切るとき、ミキンング作用によってウェークの速度勾
配は緩和される。

この作用は他の半径位置にも影響を及はし、結局ウェー
クの速度勾配は全半径方向について常に緩和された状態
となる。したがって、従来に比べ大幅に加振力を低減さ
せることが可能となる。

特に、第４図に示すように傾斜角度θ、が、Ｐｓｔ＝　
ｌ　　（Ｒｓｔ）　−Ｒｓｒ）　・θ。

を満足する場合には、全ての動翼は常に前縁３１のいず
れかの位置で、ウェークを横切っていることになるなめ
、動翼に働く不連続な力すなわち加振力は、より一層小
さなものとなる。

なお、傾斜角度θ、をさらに大きくしてＰｓｔ＜　ｌ　
　（Ｒｓｔ−Ｒｓｒ）　　−θ１とした場合には、隣り
合う静翼２１同志の根元部２７と先端部２９とがオーバ
ラップすることになり、２次流れによる損失の増加が考
えられるので、好ましいものではない。

［発明の効果］ 以上説明してきたようにこの発明によれば、動翼の上流
側に円周方向に沿って複数配置されて放射状に設けられ
た静翼が、その下流側縁部の半径方向内端部と同外端部
とが同心円上に位置しており、下流側縁部の半径方向内
端部を含む円の半径をＲｓｒ、同半径方向外端部を含む
円の半径をＲ３ｔ、各静翼相互の前記半径方向外端部間
の円周方向ピッチをｐｓｔ、各動翼相互の半径方向外端
部間の円周ピッチをｐｒｔとした場合、前記同心円の半
径方向中心線に対する前記静翼の下流側縁部の周方向傾
斜角度θは、 Ｐｒｔ≦｜　　（Ｒｓｔ−Ｒｓｒ）　・θ１≦ＰＳｔを
満足する角度としたので、静翼で発生したつ工−りによ
る動翼の加振力が低減し、動翼の振動破壊を防止するこ
とができ、動翼の耐久性、信頼性を大幅に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す軸流タービンの静翼
回りの部分正面図、第２図は同斜視図、第３図は第１図
の模式図、第４図は第３図の変形例を示す模式図、第５
図は従来例を示す静翼回りの部分正面図、第６図は第５
図の静翼における■−Ｖｌ断面図、第７図はｎ翼後流の
速度分布を示す説明図である。 ２１・・・静翼　　２５・・・ｎ翼後縁（下流側縁部）
２７−・静翼根元部（半径方向内端部）２９・・・静翼
先端部（半径方向外端部〉θ、・・・静翼後縁の傾斜角
度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 動翼の上流側に円周方向に沿って複数配置されて放射状
   に設けられ、下流側縁部の半径方向内端部と同外端部と
   が同心円上に位置している軸流タービンの静翼において
   、前記静翼の下流側縁部の半径方向内端部を含む円の半
   径をＲｓｒ、同半径方向外端部を含む円の半径をＲｓｔ
   、各静翼相互の前記半径方向外端部間の円周方向ピッチ
   をＰｓｔ、各動翼相互の半径方向外端部間の円周ピッチ
   をＰｒｔ、前記同心円の半径方向中心線に対する前記静
   翼の下流側縁部の周方向傾斜角度をθとすると、θは、
   Ｐｒｔ≦｜（Ｒｓｔ−Ｒｓｒ）・θ｜≦Ｐｓｔを満足す
   る角度であることを特徴とする軸流タービンの静翼。