JPH04124406A - 軸流タービン静翼装置及び軸流タービン - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軸流タービンの静翼の改良に係り。

特に拡大流路内に配置されている静翼の改良に関するも
のである。

〔従来の技術〕

大容量の蒸気タービンにおいては、低圧部での圧力変化
に対する流体の容積変化が大きいことから、一般には、
第５図（ａ）、（ｂ）に示すように急激な拡大流路Ｒと
なる。このような流路に設けられるタービン段落は、拡
大流路に合致した静翼１と動翼２とから構成されるが、
これらの翼を通過した膨張流体は必らず旋回速度成分Ｖ
θをもっているために、Ｙ軸方向に圧力勾配が発生し、
結果的には速度成分として旋回速度成分Ｖθ、軸方向速
度成分ｖ２及び半径方向速度成分Ｖ、からなる三次元の
流れとなり、子午面速度Ｖ、としては第５図（ａ）に示
すように、タービン軸方向（２軸）に対して角度μだけ
傾斜した方向に流動する。

勿論この傾斜角度μは、前述したＹ軸方向の圧力勾配及
び外壁３の拡がり角度φによって相違するものである。

このような環状をなしている拡大流路における膨張流体
の流動状況とタービン段落性能の関係については、古く
から種々の検討が行われており、以下に従来から実施さ
れている技術内容について述べる。

第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第５図の環状流路に
おいて、静翼１の周方向に配置形状の異なる三つの例を
示したもので、（ａ）−は、静翼１をタービン軸中心に
対して半径方向に一致させて配置した、すなわち放射方
向に直立したものであり、（ｂ）は翼先端部■の半径方
向に対してγｔの角度で傾斜させて配置したものである
。また、（ｃ）は、静翼１の傾斜角を根元部■から先端
部Ａに向って順次変化させて、先端部■の傾斜角γｔが
根元部■の傾斜角γ、に対して逆方向になるように弯曲
した形状に静翼を形成配置したものである。

これら（ａ）（ｂＨｃ）の静翼について、翼の半径方向
の傾斜角分布を示すと第７図のようになる。

すなわちこの第７図において、１ａは周方向傾斜なし、
すなわち第６図（、）の場合であり、勿論傾斜角γはＯ
である。２ｂは第６図（ｂ）の形式、すなわち、傾斜角
γは根元部γ、と先端部γ１とがγ「〉γｔの関係で周
方向同一方向に傾斜している場合である。３０は弯曲型
の翼、すなわち第６図（Ｃ）の場合であり、根元部から
先端部に向うにつれて傾斜角γが小さくなり、翼長のあ
る位置で傾斜角γ＝０になって、それより先端側では逆
方向に傾斜するものである。ここで参考までに周方向に
傾斜している翼、すなわち第６図（ｂ）（ｃ）の構成に
おける実体形状を図示すると第８図及び第９図のように
なる。

以上のように形成された翼、すなわち第６図（ａ）（ｂ
）及び（Ｃ）の各翼構成における流体の流動状況を線で
図示すると第１０図（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになり、
径方向流路全域における流線Ｆの形状は夫々相違したも
のとなる。すなわち、第１０図（ａ）は、静翼１が半径
方向に対する傾斜角がない場合（γ＝０）であるが、こ
の場合には半径方向の圧力勾配の関係及び遠心力効果の
関係によって、どうしても翼根光付近の領域（図中Ａ１
部）で流量が少なくなりがちで、逆に翼の先端部では多
くなる傾向を示す。第１０図（ｂ）は、静翼が周方向一
方向に傾斜した場合（第８図参照）であるが、この場合
には前述したような、すなわち第１０図（、）のＡ１部
のような根元部の低流量部分はなくなる６しかしこのも
のでは図示されているように先端部側に低流量部分（Ａ
ｚ部）が発生してしまい、このものでも外壁３の拡り形
状に沿わない流れとなってしまう。このような翼根水及
び翼先端の欠点を解消するための技術として、翼を周方
向に弯曲させる、すなわち第６図（ｃ）及び第９図に示
す弯曲型の静翼が提案されたわけである。

〔発明が解決しようとする課題〕

この周方向に弯曲した翼であると、翼根本部及び翼先端
部が傾斜しているので、その傾斜の角度を選択すること
により、−見翼先端及び翼根本部の流体の低流量は解消
されるように思われる。事実平行流路に弯曲型の静翼を
用いた場合には充分満足できる流線分布が得られている
。しかし前述もしたように流体の流路が拡大流路ともな
ると、理由は後述するが、やはり翼先端近傍に不安定な
低流量域が生じ易く、さらにその弯曲による流体の流れ
が下流側の動翼に悪影響を及ぼし、すなわち動翼に付加
損失を発生せしめてしまうのである。

すなわちこの理由はこの度の実験の結果明らかとなった
ことであるが、次のような理由による、すなわちこの弯
曲型、静翼の径方向各位置における傾斜角度は種々検討
され選定されるわけであるが、一般には流路の形状まで
考慮されていないことによるものである。すなわち第１
１図において、実際のタービンでは、静翼１のタービン
軸方向幅が根元部Ｂｒから先端部Ｂに拡大すること、先
端部は外壁３が拡大する形状であるために、静翼１の出
口端（翼後縁）の先端半径はｒｔｏであるが、静翼ｌの
入口先端（翼前縁）側の半径はｒｔｔで、両者の関係は
ｒｔｏ＞ｒｔｔの関係になっているということである。

したがって、翼先端部における傾斜角は、０点と０点と
で相違することになり、静翼１の出口端４では０点が入
口側の０点に相当する傾斜角となる。これを図示すると
、第７図の■。

■及び０点であり、■の傾斜角は■の傾斜角よりも小さ
くなる。この結果として、流体の流動方向もこの傾斜角
にならうことになり、弯曲型の静翼形状は、第１０図（
ｃ）のＡ３部のように拡大流路形状に適合した流動状況
が達成出来ないのである。

本発明はこれにかんがみなされたもので、その目的とす
るところは、たとえ静翼が拡大流路内に配置された場合
であっても、タービン段落内の流れを正常化し、高性能
が発揮されるこの種の静翼を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、静翼の各位置における弯曲傾斜角を
、拡大流路の拡がり角の原点から放射状に引かれ、静翼
の出入口を横切っている線分上で夫々等しくなるように
形成して所期の目的を達成するようにしたものである。

〔作用〕

すなわちこのように形成すると、流体の膨張流動する方
向における静翼の弯曲傾斜角が、静翼の長手方向すべて
の点で夫々等しくなる、すなわち流体の流動方向におけ
る線分上では、静翼の出入口の弯曲傾斜角が等しいので
、流体の径方向移動に関与する作用力が夫々同程度とな
り、拡大流路内の流体の流れが均一な分布となる。した
がって静翼部における流体損失を減することができるの
である。

〔実施例〕

以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図には蒸気タービンに採用されている段落部周囲が
断面で示されている。この段落部は、拡大流路Ｒを形成
しているタービンケーシング５、この拡大流路内に配置
された静翼１、及びこの静翼の下流側に配置された動翼
２を備えている。

静翼１は、その先端部が幅広に形成され、すなわち先端
部１１Ｂｔが根元部幅Ｂｒより広く形成され、かつその
先端部はケーシングの拡大内壁３に合致した形状、すな
わち下流側へ向うにしたがい翼長が大きくなるように形
成されている。

又この静翼１は、この図では表われないが、周方向（紙
面に対して前後方向）に弯曲した形状をなしている。第
２図はその弯曲状態を斜視図で表わしている。

静翼１はこのように周方向に弯曲形成されているわけで
あるが、この弯曲傾斜角（γｔＯ，γＲＯ＋７１１１　
γＲ１）が特に次のように形成されている。

すなわち第１図に戻り、拡大流路Ｒの拡がり角の原点の
から放射状に＠Ｑを引いたとき、この線が横切る静翼の
入口１ａと出口１ｂとのその同−線分上では弯曲傾斜角
が等しくなるように形成されているのである。すなわち
図中■と◎、■と◎。

［Ｆ］ｔ（ｆ）とは同一弯曲傾斜角に形成されるという
ことである。

第２図に基づき云い方を変えて説明すると、静翼１は、
外壁３の静翼入口部半径γ、ｌよりも静翼出口部半径γ
、０が大きい流路形状である場合に、内壁３ａにおいて
は、γＲ１”γＲＯであることから、傾斜角がγＲ１”
γＲＯとなるように形成され、一方、外壁３においては
、静翼入口部の傾斜角γｔｌと出口部の傾斜角γｔｏと
が同一となるように、内壁３ａ側より外壁３側に向って
静翼１の傾斜角γを順次変化させるように構成されてい
る。このような傾斜角の変化を翼長と合わせて詳細に示
すと、第３図のようになる。すなわち第３図において、
記号■、◎、■、■、［Ｆ］及び◎は第１図におけるそ
れぞれの流路広がり角の原点から引かれた線分上の位置
記号に対応するものである。したがって。

第１図の静翼入口部１ａの傾斜角は第３図の曲線１ａの
ようになり、又静翼出口部１ｂの傾斜角は曲線１ｂのよ
うになっており、静翼の幅Ｂｒ及びＢｔの中間において
は、第３図の曲線１ｃ、ｌｄのような傾斜角になるよう
に形成されている。この結果、この静翼形状は、第２図
に示すように。

内壁３ａから外壁３にわたる静翼１の翼長全域で滑らか
な傾斜角の変化を有する三次元的な静翼形状となる。な
お、第２図に鎖線で示す静翼形状は、従来の翼の形状を
参考までにあげ、本発明と比較したものであり、従来の
翼は外壁３における静翼入口部における傾斜角が、第３
図に示す静翼出口部傾斜角の曲線１ｂ上の０点であり、
静翼出口部の◎及び本発明の静翼入口部の■よりも小さ
な傾斜角となっているということである。

尚以上の説明では弯曲型の翼で、翼長方向中央部が周方
向に突出したものについて説明してきたが、第１２図に
示すように翼先端側が周方向にずれ（Ｚ）でいる弯曲翼
に採用してもよく、又第１３図に示すように静翼１の先
端幅Ｂｔと根元幅Ｂ、とが等しいものに採用しても同様
な効果が得られることは云うまでもない。

次に第４図により、従来の静翼と本発明の静翼とを、そ
の実験結果より効率の点で比較してみる。

この図は静翼の翼長方向中央部における効率の関係を表
わしたもので、供試段落としては一般に大容量機用とい
われるもので、流路の拡大角が４０°、静翼の長さが６
６０＋＋ｏ、静翼の平均幅が１２０ｍ＋、動翼の長さが
６００ｍ、動翼の平均幅が９０■、のものが選ばれた。

この図の曲線Ｘ１〜Ｘ８は従来の静翼であり、曲線Ｙは
本発明の静翼である。

図からも明らかなように、従来のものでは曲線Ｘ８が最
も効率がよい、すなわち第６図（ｃ）の弯曲型の静翼が
効率がよい。この曲線Ｘ３の静翼と本発明の静翼、すな
わち曲線Ｙとを比較してみるに、翼長方向中央部分にお
いては、従来のもの（曲線Ｘ３）も本発明のものも大差
はないが、翼端特に翼の先端部においては本発明のもの
の方が明らかに高効率を示している。数度の実験の結果
では段落効率の平均値で２〜３％は確実に改善されてい
ることが明らかとなっている。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明は静翼の径方向各位置
における弯曲傾斜角を、拡大流路の拡がり角の原点から
放射状に引かれ、静翼の出入口を横切っている線分上で
夫々等しくなるように形成したので、たとえ拡大流路内
に配置された静翼であっても、静翼の径方向各位置にお
ける流体の径方向移動に関与する作用力が夫々同程度と
なり、したがって拡大流路内の流体の流れが均一な分布
となり流体損失の少ないこの種静翼を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

明細書の浄書（内容に変更なし） 第１図は本発明の静翼周辺を示す縦断側面図、第２図は
本発明の静翼を示す斜視図、第３図は本発明の静翼にお
ける傾斜角と径方向位置の関係を表す曲線図、第４図は
翼長と効率の関係を表わす曲線図、第５図（ａ）は静翼
周辺を示す縦断側面図、第５図（ｂ）は拡大流路におけ
る流体の流線を示す斜視図、第６図（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）は従来の静翼を示す正面図、第７図は従来静翼の翼
長と効率の関係を表わす曲線図、第８図及び第９図は従
来の静翼を示す斜視図、第１０図（ａ）、（ｂ）。 （ｃ）は夫々従来の静翼における流体の動きを表わす縦
断側面図、第１１図は静翼の変形を説明するための静翼
周辺の縦断側面図、第１２図は本発明の他の実施例を示
す静翼の正面図、第１３図はさらに本発明の他の実施例
を示す静翼周辺の縦断側面図である。 １・・・静翼、２・・・動翼、３・・・外壁、５・・・
タービンケ第 図 第 図 第 図 第 図 η／ηｗａｘ 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図 第 図 第 図 （ａ） 第 図 第 図 第 図 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 軸流タービン靜翼装置及び軸流タービン補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　＄１．　＋５１０１殊式会社　日 立 製 作 所 居 帽〒１０１］東京都千代田区丸の内−丁目５番１号おル （内容に震災なし）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、膨張流体が流れる拡大流路を形成している流路壁部
   と、 該拡大流路壁部に固定保持され、かつ膨張流体の流通方
   向と直角な方向に弯曲している静翼と、 を備えた軸流タービン静翼装置において、 前記膨張流体の膨張流動する方向に対応している静翼の
   前縁部と後縁部の弯曲傾斜角を、相等しく形成するよう
   にした ことを特徴とする軸流タービン静翼装置。 ２、膨張流体が流通する拡大流路を備えたタービンケー
   シングと、 前記拡大流路の壁部に固定保持され、かつ膨張流体の流
   通方向と直角な方向に弯曲している静翼と、 を備えた軸流タービン静翼装置において、 前記静翼の弯曲傾斜角が、 前記膨張流体の膨張流動する方向に対応している前縁部
   と後縁部とでそれぞれ等しく形成されている ことを特徴とする軸流タービン静翼装置。 ３、前記静翼が、 径方向外方に向うにしたがい翼幅が次第に大きくなるよ
   うに形成されている ことを特徴とする請求項２記載の軸流タービン静翼装置
   。 ４、膨張流体が流通する拡大流路を形成している流路壁
   部と、 該拡大流路内に配置され、かつ膨張流体の流通方向と直
   角な方向に弯曲している静翼と、を備えた軸流タービン
   静翼装置において、 前記静翼の後縁側の弯曲傾斜角を、 静翼に入射する流体の径方向入射角度と静翼から排出さ
   れる流体の径方向排出角度が相等しくなるように、 形成した ことを特徴とする軸流タービン静翼装置。 ５、軸方向下流に向うにしたがい拡大している流路内に
   配置され、かつ周方向に弯曲している軸流タービンの静
   翼において、 前記静翼の出入口部の径方向各位置における弯曲傾斜角
   が、 前記拡大流路の拡がり角の原点から放射状に引かれ、静
   翼の出入口を横切つている線分上で夫々等しくなるよう
   に形成した ことを特徴とする軸流タービンの静翼。 ６、流体の下流側に向うにしたがい拡大している流路の
   内部に配置され、かつ周方向に弯曲している軸流タービ
   ンの静翼において、 前記静翼の前縁側と後縁側の傾斜角を、 前記拡大流路の拡がり角の原点から放射状に引かれ、静
   翼を横切つている線分上で、 等しくなるように形成した ことを特徴とする軸流タービン静翼。 ７、流体が膨張流動する拡大流路を形成しているケーシ
   ングと、 前記拡大流路内に配置され、かつ周方向に弯曲している
   静翼と、 を備えた軸流タービン静翼装置において、 前記静翼の出入口部の径方向各位置における弯曲傾斜角
   を、 前記拡大流路の拡がり角の原点から放射状に引かれ、静
   翼の出入口を横切つている線分上で、夫々等しくなるよ
   うに形成した ことを特徴とする軸流タービン静翼装置。 ８、膨張流体が流れる円環状の拡大流路を形成している
   ケーシングと、 該拡大流路内に周方向に所定の間隔をもつて配置され、
   かつ周方向に弯曲している複数個の静翼と、 を備えた軸流タービン静翼装置において、 前記膨張流体が、前記静翼間を通過するに際し、静翼間
   入口部及び出口部における流体の径方向角度が、それぞ
   れ等しくなるように前記静翼の前後縁部の弯曲傾斜角度
   を選定した ことを特徴とする軸流タービン静翼装置。 ９、前記静翼が、周方向に弯曲形成されるとともに周方
   向に傾斜して設けられていることを特徴とする請求項８
   記載の軸流タービン静翼装置。 １０、前記静翼の傾斜は、静翼の弯曲方向であることを
   特徴とする請求項９記載の軸流タービン静翼装置。 １１、下流へ向うにしたがい次第にその断面積が拡大す
   る円環状の拡大流体路を有するタービンケーシングと、 前記拡大流体路内に配置され、周方向に弯曲している複
   数個の静翼と、 を備えた軸流タービン静翼装置において、 前記静翼の前縁部と後縁部における弯曲傾斜角を、 前記膨張流体の膨張流動する方向に対応している部分で
   は相等しく形成し、 膨張流体の静翼間への流入角（径方向）と静翼間からの
   流出角（径方向）とが等しくなるようにした、 ことを特徴とする軸流タービン静翼装置。 １２、流体が膨張流動する拡大流路を有するケーシング
   と、 該ケーシングの拡大流路内に配置され、かつ周方向に弯
   曲した形状に形成されるとともに、その前縁部分と後縁
   部分との弯曲傾斜角が、前記流体の膨張流動する方向に
   対応している部分で相等しく形成されている静翼と、 該静翼の下流側に配置され、かつ垂直翼形をなした動翼
   と、 を備えてなる軸流タービン。 １３、流体が膨張流動する環状拡大路内に、周方向に突
   出弯曲した複数個の静翼を備えた軸流タービンにおいて
   、 前記流体の静翼間への径方向流入角と静翼間からの径方
   向流出角とが等しく形成されなる軸流タービン。