JPH0367001A - Turbine nozzle - Google Patents

Turbine nozzle

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JPH0367001A
JPH0367001A JP20138389A JP20138389A JPH0367001A JP H0367001 A JPH0367001 A JP H0367001A JP 20138389 A JP20138389 A JP 20138389A JP 20138389 A JP20138389 A JP 20138389A JP H0367001 A JPH0367001 A JP H0367001A
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JP
Japan
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nozzle
turbine
diaphragm
flow path
flow
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Application number
JP20138389A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kawagishi
裕之 川岸
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To greatly improve the efficiency of a turbine by way of reducing the secondary flow loss of a nozzle by setting each nozzle so that it inclines against a standard radial line running through the center of the rotation of the turbine within the range of a specific angle in the direction of the intrados of the nozzle. CONSTITUTION:The inclination angle of each nozzle 14 against a standard radial line E, for example, the inclination angle theta of a nozzle rear edge 14a is set within the range of 3 deg.<=theta<=14 deg.. By inclining each nozzle 14 arranged at a circular flow passage 13, a flow passage 13a between nozzle blades formed between the nozzles 14, 14 comes to be an inclined curved pipe, and accordingly, a velocity vector G at the flow passage 13a between nozzle blades is directed to the side of the inner ring 11 of a nozzle diaphragm. In this way, the boundary layer generated adjacent to the inner peripheral wall surface of the inner ring 11 of the nozzle diaphragm is restricted in growth, and the secondary flow is lessened. Consequently, the scale of the secondary vortex caused by the secon dary flow is lessened and the loss of energy by the secondary flow is also reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はターボ機械等に用いられる軸流タービンのター
ビンノズルに係り、特にタービンノズルの環状流路周壁
面に生じる二次流れを抑制し、二次渦流による圧力損失
を低減させたタービンノズルに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a turbine nozzle of an axial flow turbine used in a turbomachine, etc. This invention relates to a turbine nozzle that suppresses flow and reduces pressure loss due to secondary vortex flow.

(従来の技術) 近年、発電プラントの発電効率の改善を図るためにター
ビン性能の向上を図ることが重要な課題となっている。
(Prior Art) In recent years, improving turbine performance has become an important issue in order to improve the power generation efficiency of power plants.

タービン性能の向上を図る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。タービン段落における内部
損失には、翼形損失、二次流れ損失、漏洩損失等がある
が、特にアスペクト比(R高さ/翼コード)が小さく翼
高さが低いタービン段落においては、二次流れによるエ
ネルギ損失の割合が大きく、その損失を低減することが
タービン性能を向上する上で大きな課題となっている。
In order to improve turbine performance, it is necessary to reduce internal losses in each turbine stage. Internal losses in a turbine stage include airfoil loss, secondary flow loss, leakage loss, etc., but especially in a turbine stage with a small aspect ratio (R height/blade code) and a low blade height, the secondary flow The proportion of energy loss caused by this is large, and reducing this loss is a major issue in improving turbine performance.

−殻内な軸流タービンのノズル構成を第7図および第8
図に示す。ノズルダイヤフラム内輪1とノズルダイヤフ
ラム外輪2との間に環状流路3が形成され、この環状流
路3に複数枚のノズル4が所定の間隔をおいて固設され
る。タービン羽根5は、ロータディスク6の外周の周方
向に所定間隔で列状に植設される。
- The nozzle configuration of an in-shell axial turbine is shown in Figures 7 and 8.
As shown in the figure. An annular flow path 3 is formed between a nozzle diaphragm inner ring 1 and a nozzle diaphragm outer ring 2, and a plurality of nozzles 4 are fixedly installed in this annular flow path 3 at predetermined intervals. The turbine blades 5 are arranged in rows at predetermined intervals in the circumferential direction of the outer periphery of the rotor disk 6 .

タービン羽根5の外周端には羽根先端部を固定するため
、および作動流体の漏洩を低減するためのシュラウド7
が取り付けられている。
A shroud 7 is provided at the outer peripheral end of the turbine blade 5 to fix the blade tip and to reduce leakage of working fluid.
is installed.

次に軸流タービンのタービン段落構成においてノズル4
における二次流れの発生機構を説明する。
Next, in the turbine stage configuration of an axial flow turbine, the nozzle 4
The generation mechanism of the secondary flow will be explained below.

第7図は第8図に示すタービンノズルをノズル流出口側
から観察した斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of the turbine nozzle shown in FIG. 8, viewed from the nozzle outlet side.

各ノズルlは、タービンロータの回転中心を通る基準ラ
ジアル線Eに沿って設けられ、ノズルダイヤフラム内輪
1の外周壁面に対して垂直に配設されている。
Each nozzle l is provided along a reference radial line E passing through the rotation center of the turbine rotor, and is arranged perpendicularly to the outer circumferential wall surface of the nozzle diaphragm inner ring 1.

高圧蒸気などの作動流体は、隣接するノズル4゜4間に
形威されるノズル翼間流路3aを流れるときにこの翼間
流路3a中で円弧状に曲げられて流れる。このため、ノ
ズル翼間流路3a中の作動流体に働く遠心力によってノ
ズル腹面Fの圧力はノズル背面Bの圧力よりも高いとい
う圧力勾配を生じる。一方、ノズルダイヤフラム内輪1
の壁面近傍では、作動流体の粘性の影響により流速が遅
い境界層が成長している。境界層理論の考え方によれば
、境界層の中の圧力勾配は主流の圧力勾配と同等になる
ため、境界層中の圧力勾配と作動流体に働く遠心力とが
つり合うためには、流速が小さい分だけ流線の曲率が小
さくなる必要がある。このため、ノズル腹面Fからノズ
ル背面Bへ向かう流れ、すなわち二次流れ8が生じる。
When a working fluid such as high-pressure steam flows through the nozzle inter-blade flow path 3a formed between adjacent nozzles 4.about.4, it is bent into an arc shape in this inter-blade flow path 3a. Therefore, due to the centrifugal force acting on the working fluid in the nozzle inter-blade flow path 3a, a pressure gradient is created in which the pressure on the nozzle vent surface F is higher than the pressure on the nozzle back surface B. On the other hand, nozzle diaphragm inner ring 1
A boundary layer with a slow flow rate grows near the wall surface due to the viscosity of the working fluid. According to the concept of boundary layer theory, the pressure gradient in the boundary layer is equivalent to the pressure gradient in the mainstream, so in order for the pressure gradient in the boundary layer to balance the centrifugal force acting on the working fluid, the flow velocity must be small. The curvature of the streamline must be reduced by that amount. Therefore, a flow from the nozzle vent surface F toward the nozzle back surface B, that is, a secondary flow 8 is generated.

この二次流れ8は、ノズル4の背面B側に衝突して巻き
上り、二次渦(二次渦流)9を発生する。
This secondary flow 8 collides with the back surface B side of the nozzle 4 and rolls up to generate a secondary vortex (secondary vortex) 9.

これにより、作動流体が保有するエネルギは、二次渦9
を形成するためにその一部が散逸する。
As a result, the energy held by the working fluid is transferred to the secondary vortex 9
A part of it dissipates to form .

このようにノズル性能を著しく低下させるうえに、下流
側のタービン羽根(動翼)に流入する作動流体のエネル
ギ損失を招き、タービン段落の性能を低下させている。
In addition to significantly reducing the nozzle performance in this way, this also causes energy loss in the working fluid flowing into the turbine blades (rotor blades) on the downstream side, thereby reducing the performance of the turbine stage.

(発明が解決しようとする課題) 従来のタービンノズルにおいては、ノズルダイヤフラム
内輪(の外周壁面近傍に大きな二次渦9を形成するため
に、作動流体の保有するエネルギの一部が散逸し、ター
ビンノズルの性能を著しく低下させるとともに、タービ
ンノズルの下流側に位置するタービン羽根(動翼)に流
入する作動流体を大きく乱すため作動流体の保有するエ
ネルギを有効にタービン羽根に伝達できず、タービン段
落の性能を低下させる問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) In conventional turbine nozzles, a large secondary vortex 9 is formed near the outer circumferential wall surface of the inner ring of the nozzle diaphragm, so a part of the energy held by the working fluid is dissipated, and the turbine In addition to significantly reducing the performance of the nozzle, it also greatly disturbs the working fluid flowing into the turbine blades (rotor blades) located downstream of the turbine nozzle, making it impossible to effectively transmit the energy held by the working fluid to the turbine blades. There was a problem that degraded the performance.

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、タービンノズルの壁面近傍に発生する二次渦によ
るエネルギ損失の低減を可能とし、タービン性能を向上
させたタービンノズルを提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a turbine nozzle that can reduce energy loss due to secondary vortices generated near the wall surface of the turbine nozzle and improve turbine performance. With the goal.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明に係るタービンノズルは、従来技術が有する課題
を解決するために、ノズルダイヤフラム内輪とノズルダ
イヤフラム外輪との間に環状流路を形威し、この環状流
路に複数のノズルを周方向の所定の間隔をおいて列状に
配設したタービンノズルにおいて、前記各ノズルをター
ビンロータの回転中心を通る基準ラジアル線に対してノ
ズル腹面方向に3度ないし14度の範囲で傾斜させてノ
ズルダイヤフラム内輪とノズルダイヤフラム外輪とに固
定したものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the problems of the prior art, the turbine nozzle according to the present invention forms an annular flow path between an inner ring of a nozzle diaphragm and an outer ring of the nozzle diaphragm, In a turbine nozzle in which a plurality of nozzles are arranged in a row at predetermined intervals in the circumferential direction, each of the nozzles is arranged at an angle of 3 to 14 degrees in the direction of the ventral surface of the nozzle with respect to a reference radial line passing through the rotation center of the turbine rotor. The nozzle diaphragm inner ring and the nozzle diaphragm outer ring are fixed to the nozzle diaphragm inner ring and the nozzle diaphragm outer ring with an inclination within a range of 100°.

また、本発明のタービンノズルは、上述した課題を解決
するために、各ノズル間に形成されるノズル翼間流路は
、流入口側から流出口側に向って流路高さが漸次絞り込
まれるように、ノズルダイヤフラム外輪の内周壁面を傾
斜または湾曲させたものである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the turbine nozzle of the present invention has a flow path between nozzle blades formed between each nozzle, in which the height of the flow path is gradually narrowed from the inlet side to the outlet side. The inner circumferential wall surface of the nozzle diaphragm outer ring is inclined or curved.

さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る
タービンノズルは、ノズルダイヤフラム内輪とノズルダ
イヤフラム外輪との間に環状流路を形成し、この環状流
路に複数のノズルを周方向に所定の間隔をおいて列状に
配設したタービンノズルにおいて、前記各ノズル間に形
成されるノズル翼間流路は、流入口側から流出口側に向
って流路高さが漸次絞り込まれるように、ノズルダイヤ
フラム外輪の内周壁面をタービンロータの軸方向に対し
3度ないし14度の範囲で傾斜または湾曲させたもので
ある。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, a turbine nozzle according to the present invention forms an annular flow path between a nozzle diaphragm inner ring and a nozzle diaphragm outer ring, and a plurality of nozzles are arranged in the annular flow path at predetermined positions in the circumferential direction. In the turbine nozzles arranged in a row with an interval of , the inner peripheral wall surface of the nozzle diaphragm outer ring is inclined or curved within a range of 3 to 14 degrees with respect to the axial direction of the turbine rotor.

(作用) このタービンノズルは、ノズルダイヤフラム内輪とノズ
ルダイヤフラム外輪との間の環状流路に、周方向に間隔
をおいて配設されるノズルを、タービンロータの回転中
心を通る基準ラジアル線に対して、ノズル腹面方向に、
3度ないし14度の範囲で傾斜させて固定したから、ノ
ズル間に形成されるノズル翼間流路は傾斜した曲管とな
り、ノズル翼間流路における速度ベクトルはノズルダイ
ヤフラム内輪の方向となる。これによりノズルダイヤフ
ラム内輪の内周壁面近傍に発生する二次渦は、その成長
が抑制されるため、ノズルルート部における二次流れ圧
力損失は大幅に減少する。
(Function) This turbine nozzle has nozzles arranged at intervals in the circumferential direction in the annular flow path between the inner ring of the nozzle diaphragm and the outer ring of the nozzle diaphragm, relative to a reference radial line passing through the rotation center of the turbine rotor. Then, toward the ventral surface of the nozzle,
Since the nozzle blades are tilted and fixed in the range of 3 degrees to 14 degrees, the flow path between the nozzle blades formed between the nozzles becomes an inclined curved pipe, and the velocity vector in the flow path between the nozzle blades is in the direction of the inner ring of the nozzle diaphragm. As a result, the growth of secondary vortices generated near the inner circumferential wall surface of the inner ring of the nozzle diaphragm is suppressed, so that the pressure loss of the secondary flow at the nozzle root portion is significantly reduced.

さらにノズル下流側に位置するタービン羽根に流入する
作動流体の乱れは従来のタービンノズルの場合よりも低
減するため、作動流体の保有するエネルギを効率良くタ
ービン羽根に伝達できるようになる。
Furthermore, since the turbulence of the working fluid flowing into the turbine blades located downstream of the nozzle is reduced compared to the case of conventional turbine nozzles, the energy held by the working fluid can be efficiently transmitted to the turbine blades.

また、ノズルを基準ラジアル線に対してノズル腹面方向
に所定角度傾斜させるとともに、各ノズル間に形成され
るノズル翼間流路を流入口側から流出口側にかけて絞り
込むようにノズルダイヤフラム外輪の内周壁面を傾斜ま
たは湾曲させた場には、ノズルルート部における二次流
れの発生をより積極的に防止でき、二次流れに起因して
生じる二次渦による圧力損失を効果的に防止できる。
In addition, the nozzle is inclined at a predetermined angle in the direction of the ventral surface of the nozzle with respect to the reference radial line, and the inner periphery of the nozzle diaphragm outer ring is designed to narrow the flow path between the nozzle blades formed between each nozzle from the inlet side to the outlet side. When the wall surface is inclined or curved, the generation of secondary flow at the nozzle root can be more actively prevented, and pressure loss due to secondary vortices caused by the secondary flow can be effectively prevented.

さらに、ノズルを基準ラジアル線方向に配設した場合で
も、各ノズル間に形成されるノズル翼間流路を流入口側
から流出口側に向って絞り込むように、ノズルダイヤフ
ラム外輪の内周壁面をタービンロータの軸方向に対し3
度ないし14度の範囲で傾斜または湾曲させても、ノズ
ルルート部に発生する二次流れによる二次渦の発生を抑
制することができ、二次渦による圧力損失の軽減を図る
ことができる。
Furthermore, even when the nozzles are arranged in the direction of the reference radial line, the inner circumferential wall surface of the nozzle diaphragm outer ring is adjusted so that the flow path between the nozzle blades formed between each nozzle is narrowed from the inlet side to the outlet side. 3 in the axial direction of the turbine rotor
Even if the nozzle is tilted or curved in the range of 14 degrees to 14 degrees, it is possible to suppress the generation of a secondary vortex due to the secondary flow generated in the nozzle root portion, and it is possible to reduce the pressure loss due to the secondary vortex.

本発明によれば、ノズルの二次流れ損失が低減され、ま
たタービン羽根に有効にエネルギが伝達されるため、タ
ービンの効率を大幅に向上させることができる。
According to the present invention, the secondary flow loss of the nozzle is reduced and energy is effectively transmitted to the turbine blades, so that the efficiency of the turbine can be significantly improved.

(実施例) 本発明に係るタービンノズルの一実施例について添付図
面を参照して説明する。
(Example) An example of a turbine nozzle according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図および第2図は、ターボ機械等に用いられる軸流
タービンのノズル構成を示す。軸流タービンのノズルダ
イヤフラム10は静翼として構成される。このノズルダ
イヤフラム10は、ノズルダイヤフラム内輪11とノズ
ルダイヤフラム外輪12との間に環状流路13が形成さ
れ、この環状流路13に複数枚のノズル14が周方向に
所定の間隔をおいて列状に固設される。各ノズル14の
ルート部およびチップ部はノズルダイヤフラム内輪11
およびノズルダイヤフラム内輪12にそれぞれ接合され
、固定される。各ノズル14の翼断面は従来のノズルと
同様に形成され、流線形の外表面を有する。
FIG. 1 and FIG. 2 show the nozzle configuration of an axial flow turbine used in a turbomachine or the like. The nozzle diaphragm 10 of the axial turbine is configured as a vane. This nozzle diaphragm 10 has an annular flow path 13 formed between a nozzle diaphragm inner ring 11 and a nozzle diaphragm outer ring 12, and a plurality of nozzles 14 arranged in a row at predetermined intervals in the circumferential direction in this annular flow path 13. will be permanently installed. The root portion and tip portion of each nozzle 14 are connected to the nozzle diaphragm inner ring 11.
and are respectively joined and fixed to the nozzle diaphragm inner ring 12. The blade cross-section of each nozzle 14 is shaped like a conventional nozzle and has a streamlined outer surface.

各ノズル14に対向する下流側には、複数枚のタービン
羽根15が配設される。タービン羽根15は軸流タービ
ンの動翼を構成し、タービンロータを構成するロータデ
ィスク16の外周に周方向に所定の間隔をおいて植設さ
れる。タービン羽根15の外周端には羽根先端部を固定
するシュラウド17が取り付けられ、このシュラウド1
7で作動流体の漏洩を低減させている。
A plurality of turbine blades 15 are arranged on the downstream side facing each nozzle 14 . The turbine blades 15 constitute rotor blades of an axial flow turbine, and are implanted at predetermined intervals in the circumferential direction on the outer periphery of a rotor disk 16 that constitutes a turbine rotor. A shroud 17 that fixes the tip of the blade is attached to the outer peripheral end of the turbine blade 15.
7 to reduce leakage of working fluid.

また、各ノズル14はロータディスク16の回幅中心を
通る基準ラジアル線Eに対してノズル腹面Fの方向に傾
斜して固定される。各ノズル14の基準ラジアル線Eに
対する傾き角、例えばノズル後縁14aの傾き角θは、
第3図に示すように、3°≦θ≦14°の範囲に設定さ
れる。
Further, each nozzle 14 is fixed so as to be inclined in the direction of the nozzle ventral surface F with respect to a reference radial line E passing through the rotation center of the rotor disk 16. The inclination angle of each nozzle 14 with respect to the reference radial line E, for example, the inclination angle θ of the nozzle trailing edge 14a, is
As shown in FIG. 3, the angle is set within the range of 3°≦θ≦14°.

環状流路13に配設される各ノズル14を傾斜させるこ
とにより、各ノズル14.14間に形成されるノズル翼
間流路13aは傾斜した曲管(曲り流路)となるため、
ノズル翼間流路13aにおける速度ベクトルGはノズル
ダイヤフラム内輪1工側に指向される。これにより、ノ
ズルダイヤフラム内輪11の内周壁面近傍に発生した境
界層はその成長が抑制され、二次流れも小さくなる。こ
の結果、二次流れに起因して生じる二次渦(二次渦流)
の規模は小さくなり二次流れによるエネルギ損失も低減
する。
By inclining each nozzle 14 arranged in the annular flow path 13, the nozzle inter-blade flow path 13a formed between each nozzle 14.14 becomes an inclined curved pipe (curved flow path).
The velocity vector G in the nozzle inter-blade flow path 13a is directed toward the nozzle diaphragm inner ring 1 side. As a result, the growth of the boundary layer generated near the inner circumferential wall surface of the nozzle diaphragm inner ring 11 is suppressed, and the secondary flow is also reduced. As a result, a secondary vortex (secondary vortex) is generated due to the secondary flow.
The scale of the flow is reduced, and energy loss due to secondary flow is also reduced.

さらに、第4図を参照してタービンノズルの性能の目安
となる圧力損失の低減効果を説明する。
Furthermore, with reference to FIG. 4, the effect of reducing pressure loss, which is a measure of turbine nozzle performance, will be explained.

第4図は第1図に示すタービンノズルの流出口部におけ
る全圧力損失の分布曲線Aを従来例と比較して示すグラ
フである。破線Bで示す従来例はノズルが回転中心を通
る基準ラジアル線Eに対して傾斜していない第7図に示
すタービンノズルの場合を示している。本実施例と従来
例とを比較すると、ノズル14のルート部付近の圧力損
失は本実施例の場合が従来例よりも大きく低減している
のがわかる。
FIG. 4 is a graph showing a distribution curve A of total pressure loss at the outlet portion of the turbine nozzle shown in FIG. 1 in comparison with a conventional example. The conventional example indicated by a broken line B is a turbine nozzle shown in FIG. 7 in which the nozzle is not inclined with respect to a reference radial line E passing through the center of rotation. Comparing this example with the conventional example, it can be seen that the pressure loss near the root portion of the nozzle 14 is significantly reduced in this example than in the conventional example.

これは、本実施例で示すタービンノズルの場合、ノズル
ルート部近傍の二次流れ損失が大きく低減しているため
である。ノズルチップ部付近の圧力損失は本実施例の方
が従来例よりも大きくなっている。しかし、その増加量
はノズルルート部付近の低減量と比較すると微少である
This is because, in the case of the turbine nozzle shown in this example, the secondary flow loss near the nozzle root portion is greatly reduced. The pressure loss near the nozzle tip is larger in this embodiment than in the conventional example. However, the amount of increase is minute compared to the amount of decrease near the nozzle root.

第4図において、従来タービンノズルの圧力損失がノズ
ルチップ部付近よりもノズルルート部付近の方で大きい
のは、次の理由による。すなわち、従来のタービンノズ
ルをノズル流出口側より観察した第9図において、ルー
ト部付近の後縁よりほぼ直角に流出する流れHrは曲率
を持つノズルルート内壁面によって離れ易い状態となり
、二次渦の発達を助長する。これに対してノズルチップ
部付近ではノズルダイヤフラム外輪の壁面形状がノズル
後縁より流出する流れHtに伴う二次渦の発達を抑制す
る方向に働くので、圧力損失はノズルルート部付近より
小さくなる。
In FIG. 4, the pressure loss of the conventional turbine nozzle is larger near the nozzle root than near the nozzle tip for the following reason. In other words, in FIG. 9, which shows a conventional turbine nozzle observed from the nozzle outlet side, the flow Hr flowing out from the trailing edge near the root at a nearly right angle is easily separated by the inner wall surface of the nozzle root, which has curvature, and a secondary vortex is created. encourage the development of On the other hand, near the nozzle tip, the wall shape of the outer ring of the nozzle diaphragm acts in a direction to suppress the development of secondary vortices associated with the flow Ht flowing out from the trailing edge of the nozzle, so the pressure loss is smaller than near the nozzle root.

第5図は、本発明におけるノズル14の傾き角、例えば
ノズル後縁線14aの傾き角θの範囲を規定したもので
ある。第5図において横軸は回転中心を通る基準ラジア
ル線Eとノズルダイヤフラム内輪11側のノズル後縁線
とのなす角度(傾き角)θ、縦軸は本発明のタービンノ
ズルを使用した場合の段落効率ηと従来形のタービンノ
ズルを使用した場合の段落効率η との比を示す。第5
図よす、従来の段落効率η より段落効率ηが優れるθ
の範囲は3°≦θ≦14°である。このように傾き角θ
に効率が良い範囲が存在するのは、θ〈3°では従来形
タービンノズルのフローパターンとほぼ同等であること
、θ〉14°ではノズルチップ部付近の圧力損失の増大
量がノズルルート部付近の圧力損失低下量よりも大きく
なることによる。
FIG. 5 defines the range of the inclination angle of the nozzle 14 in the present invention, for example, the inclination angle θ of the nozzle trailing edge line 14a. In FIG. 5, the horizontal axis is the angle (tilt angle) θ between the reference radial line E passing through the center of rotation and the nozzle trailing edge line on the inner ring 11 side of the nozzle diaphragm, and the vertical axis is the paragraph when the turbine nozzle of the present invention is used. The ratio between the efficiency η and the stage efficiency η when using a conventional turbine nozzle is shown. Fifth
As shown in the figure, the stage efficiency η is superior to the conventional stage efficiency η θ
The range is 3°≦θ≦14°. In this way, the tilt angle θ
The reason why there is a high efficiency range is that at θ<3°, the flow pattern is almost the same as that of a conventional turbine nozzle, and at θ>14°, the increase in pressure loss near the nozzle tip is greater than the flow pattern near the nozzle root. This is because the amount of pressure drop decrease is greater than the amount of pressure drop.

第6図は本発明に係るタービンノズルの他の実施例を示
す。
FIG. 6 shows another embodiment of the turbine nozzle according to the invention.

この実施例では、ノズルダイヤフラム外輪Aのノズル1
4が基準ラジアル線Eに対してノズル腹面方向に傾斜し
ている特徴の他に、ノズル14の高さが、作動流体の流
入口側から流出口側に向って小さくなるように、ノズル
ダイヤフラム外輪12の内周壁面12aを傾斜させたも
のである。このノズルダイヤフラム外輪12の内周壁面
12aの傾斜により、各ノズル14間に形成される翼間
流路13aはノズルダイヤフラム外輪12側が絞り込ま
れ、第4図に示したノズルチップ部付近の圧力損失を低
減させることができる。これは、作動流体の翼間流路1
3aを半径方向に絞り込むことにより、ノズルチップ部
付近の境界層の成長を抑制して二次流れを抑え、二次渦
による圧力損失を低減できるためである。なお、第6図
に示す実施例ではノズルダイヤフラム外輪12の内周壁
面]、 2 aが直線的に変化する場合について示した
が、必ずしも直線である必要はなく、滑らかな曲線状に
湾曲させても同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the nozzle 1 of the nozzle diaphragm outer ring A
4 is inclined toward the ventral surface of the nozzle with respect to the reference radial line E. In addition, the nozzle diaphragm outer ring is arranged so that the height of the nozzle 14 decreases from the inlet side to the outlet side of the working fluid. The inner circumferential wall surface 12a of No. 12 is inclined. Due to this inclination of the inner circumferential wall surface 12a of the nozzle diaphragm outer ring 12, the interblade flow passage 13a formed between each nozzle 14 is narrowed on the nozzle diaphragm outer ring 12 side, reducing the pressure loss near the nozzle tip shown in FIG. can be reduced. This is the working fluid flow path 1 between the blades.
This is because by constricting 3a in the radial direction, growth of the boundary layer near the nozzle tip can be suppressed, secondary flow can be suppressed, and pressure loss due to secondary vortices can be reduced. In addition, in the embodiment shown in FIG. 6, a case is shown in which the inner circumferential wall surface of the nozzle diaphragm outer ring 12 changes linearly, but it does not necessarily have to be a straight line and may be curved into a smooth curve. You can also get the same effect.

なお、この場合の傾き角θの範囲もタービンロータの軸
方向に対し3°≦θ≦14°の範囲であることが好まし
い。
Note that the range of the inclination angle θ in this case is also preferably within the range of 3°≦θ≦14° with respect to the axial direction of the turbine rotor.

なお、第6図においては、ノズル14を基準ラジアル線
Eに対してノズル腹面方向に傾斜させるとともに、ノズ
ルダイヤフラム外輪12の内周壁面を傾斜または湾曲さ
せた例を示したが、ノズルダイヤフラム外輪12の内周
壁面12aを傾斜または湾曲させるだけでもよい。この
場合には、ノズルダイヤフラム内輪11とノズルダイヤ
フラム外輪12との間の環状流路13aに配列される各
ノズル14は従来のノズルと同様、基準ラジアル線Eに
沿って設置すればよい。
Although FIG. 6 shows an example in which the nozzle 14 is inclined toward the ventral surface of the nozzle with respect to the reference radial line E, and the inner circumferential wall surface of the nozzle diaphragm outer ring 12 is inclined or curved, the nozzle diaphragm outer ring 12 The inner peripheral wall surface 12a may be simply sloped or curved. In this case, the nozzles 14 arranged in the annular flow path 13a between the nozzle diaphragm inner ring 11 and the nozzle diaphragm outer ring 12 may be installed along the reference radial line E, like conventional nozzles.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明に係るタービンノズルにお
いては、回転中心を通る基準ラジアル線Eに対してノズ
ル腹面方向に3度ないし14度の範囲で傾斜させて各ノ
ズルを取り付けているため、ノズル間に形成される翼間
流路は傾斜した曲管となり、翼間流路における速度ベク
トルはノズルダイヤフラム内輪の方向となる。これによ
り、ノズルダイヤフラム内輪の壁面近傍に発生する二次
渦は、その成長が抑制されるため、ノズルルート部付近
における二次流れによる圧力損失は大幅に減少する。
As explained above, in the turbine nozzle according to the present invention, each nozzle is attached at an angle of 3 to 14 degrees in the direction of the ventral surface of the nozzle with respect to the reference radial line E passing through the center of rotation. The inter-blade flow path formed between the blades is an inclined curved pipe, and the velocity vector in the inter-blade flow path is in the direction of the inner ring of the nozzle diaphragm. As a result, the growth of the secondary vortex generated near the wall surface of the inner ring of the nozzle diaphragm is suppressed, so that the pressure loss due to the secondary flow near the nozzle root portion is significantly reduced.

また、ノズルを基準ラジアル線に対してノズル腹面方向
に所定角度傾斜させるとともに、各ノズル間に形成され
るノズル翼間流路を流入口側から流出口側にかけて絞り
込むようにノズルダイヤフラム外輪の内周壁面を傾斜ま
たは湾曲させた場には、ノズルルート部における二次流
れの発生をより積極的に防止でき、二次流れに起因して
生じる二次渦による圧力損失を効果的に防止できる。
In addition, the nozzle is inclined at a predetermined angle in the direction of the ventral surface of the nozzle with respect to the reference radial line, and the inner periphery of the nozzle diaphragm outer ring is designed to narrow the flow path between the nozzle blades formed between each nozzle from the inlet side to the outlet side. When the wall surface is inclined or curved, the generation of secondary flow at the nozzle root can be more actively prevented, and pressure loss due to secondary vortices caused by the secondary flow can be effectively prevented.

さらに、ノズルを基準ラジアル線方向に配設した場合で
も、各ノズル間に形成されるノズル翼間流路を流入口側
から流出口側に向って絞り込むように、ノズルダイヤフ
ラム外輪の内周壁面をタビンロータの軸方向に対し3度
ないし14度の範囲で傾斜または湾曲させても、ノズル
ルート部に発生する二次流れによる二次渦の発生を抑制
することができ、二次渦による圧力損失の低減を図るこ
とができる。
Furthermore, even when the nozzles are arranged in the direction of the reference radial line, the inner circumferential wall surface of the nozzle diaphragm outer ring is adjusted so that the flow path between the nozzle blades formed between each nozzle is narrowed from the inlet side to the outlet side. Even if the tabin rotor is tilted or curved in the range of 3 to 14 degrees with respect to the axial direction, it is possible to suppress the generation of secondary vortices due to secondary flow generated at the nozzle root, and reduce pressure loss due to secondary vortices. It is possible to reduce the

いずれの場合にも、二次流れの発生を抑制し、二次流れ
に起因する二次渦の成長が抑えられるから、ノズル下流
側に位置するタービン羽根に流入する作動流体の乱れは
従来のタービンノズルの場合よりも低減するため、作動
流体の保有するエネルギを効率良くタービン羽根に伝達
できるようになる。すなわち、本発明によれば、ノズル
の二次流れ損失が低減され、またタービン羽根に有効に
エネルギが伝達されるため、細流タービンの効率を大幅
に向上させることができる。
In either case, the generation of secondary flows is suppressed and the growth of secondary vortices caused by secondary flows is suppressed, so the turbulence of the working fluid flowing into the turbine blades located downstream of the nozzle is reduced compared to conventional turbines. This is lower than in the case of a nozzle, so the energy held by the working fluid can be efficiently transmitted to the turbine blades. That is, according to the present invention, the secondary flow loss of the nozzle is reduced and energy is effectively transmitted to the turbine blades, so that the efficiency of the trickle turbine can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るタービンノズルの一実施例を示す
斜視図、第2図は上記タービンノズルを備えたタービン
段落の説明図、第3図は第1図のタービンノズルをノズ
ル流出口側より観察した概略図、第4図は本発明に係る
タービンノズルの圧力損失分布を従来のタービンノズル
の圧力損失分布と比較して示すグラフ、第5図はノズル
の傾き角とタービン段落効率比との関係を示すグラフ、
第6図は本発明に係るタービンノズルの他の実施例を示
す図、第7図は従来のタービンノズルを示す図、第8図
は従来のタービンノズルを備えたタービン段落を示す図
、第9図は従来のタービンノズルをノズル流出口側から
観察した概略図である。 10、IOA・・・ノズルダイヤフラム、11・・・ノ
ズルダイヤフラム内輪、12・・・ノズルダイヤフラム
外輪、13・・・環状流路、13a・・・ノズル翼間流
路、13・・・ノズル、14a・・・ノズル後縁、15
・・・タービン羽根、16・・・タービンロータ、E・
・・基準ラジアル線。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a turbine nozzle according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a turbine stage equipped with the turbine nozzle, and FIG. 3 shows the turbine nozzle of FIG. 1 on the nozzle outlet side. Fig. 4 is a graph showing the pressure loss distribution of the turbine nozzle according to the present invention in comparison with the pressure loss distribution of a conventional turbine nozzle, and Fig. 5 is a graph showing the relationship between the nozzle inclination angle and the turbine stage efficiency ratio. A graph showing the relationship between
6 is a diagram showing another embodiment of the turbine nozzle according to the present invention, FIG. 7 is a diagram showing a conventional turbine nozzle, FIG. 8 is a diagram showing a turbine stage equipped with a conventional turbine nozzle, and FIG. The figure is a schematic diagram of a conventional turbine nozzle observed from the nozzle outlet side. 10, IOA... Nozzle diaphragm, 11... Nozzle diaphragm inner ring, 12... Nozzle diaphragm outer ring, 13... Annular flow path, 13a... Nozzle inter-blade flow path, 13... Nozzle, 14a ... Nozzle trailing edge, 15
...Turbine blade, 16...Turbine rotor, E.
・Reference radial line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ノズルダイヤフラム内輪とノズルダイヤフラム外輪
との間に環状流路を形成し、この環状流路に複数のノズ
ルを周方向の所定の間隔をおいて列状に配設したタービ
ンノズルにおいて、前記各ノズルをタービンロータの回
転中心を通る基準ラジアル線に対してノズル腹面方向に
3度ないし14度の範囲で傾斜させてノズルダイヤフラ
ム内輪とノズルダイヤフラム外輪とに固定したことを特
徴とするタービンノズル。 2、各ノズル間に形成されるノズル翼間流路は、流入口
側から流出口側に向って流路高さが漸次絞り込まれるよ
うに、ノズルダイヤフラム外輪の内周壁面を傾斜または
湾曲させた請求項1記載のタービンノズル。 3、ノズルダイヤフラム内輪とノズルダイヤフラム外輪
との間に環状流路を形成し、この環状流路に複数のノズ
ルを周方向に所定の間隔をおいて列状に配設したタービ
ンノズルにおいて、前記各ノズル間に形成されるノズル
翼間流路は、流入口側から流出口側に向って流路高さが
漸次絞り込まれるように、ノズルダイヤフラム外輪の内
周壁面をタービンロータの軸方向に対し3度ないし14
度の範囲で傾斜または湾曲させたことを特徴とするター
ビンノズル。
[Claims] 1. An annular flow path is formed between the inner ring of the nozzle diaphragm and the outer ring of the nozzle diaphragm, and a plurality of nozzles are arranged in a row at predetermined intervals in the circumferential direction in this annular flow path. The turbine nozzle is characterized in that each of the nozzles is tilted at an angle of 3 to 14 degrees in the direction of the ventral surface of the nozzle with respect to a reference radial line passing through the center of rotation of the turbine rotor, and fixed to the inner ring of the nozzle diaphragm and the outer ring of the nozzle diaphragm. turbine nozzle. 2. The inner peripheral wall surface of the nozzle diaphragm outer ring is sloped or curved so that the flow path between the nozzle blades formed between each nozzle is gradually narrowed in height from the inlet side to the outlet side. The turbine nozzle according to claim 1. 3. In a turbine nozzle in which an annular flow path is formed between a nozzle diaphragm inner ring and a nozzle diaphragm outer ring, and a plurality of nozzles are arranged in a row at predetermined intervals in the circumferential direction, each of the above-mentioned The nozzle blade-to-nozzle flow path formed between the nozzles is such that the inner wall surface of the nozzle diaphragm outer ring is set at 3 degrees in the axial direction of the turbine rotor so that the height of the flow path is gradually narrowed from the inlet side to the outlet side. degree to 14
A turbine nozzle characterized by being inclined or curved in a range of degrees.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100404886B1 (en) * 2001-05-28 2003-11-07 두산중공업 주식회사 Method Of Generation For Section Of Steam Turbin Blade
JP2017015080A (en) * 2015-07-01 2017-01-19 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Bulged nozzle for control of secondary flow and optimal diffuser performance

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KR100404886B1 (en) * 2001-05-28 2003-11-07 두산중공업 주식회사 Method Of Generation For Section Of Steam Turbin Blade
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