JPH0478803B2 - - Google Patents

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JPH0478803B2
JPH0478803B2 JP62263767A JP26376787A JPH0478803B2 JP H0478803 B2 JPH0478803 B2 JP H0478803B2 JP 62263767 A JP62263767 A JP 62263767A JP 26376787 A JP26376787 A JP 26376787A JP H0478803 B2 JPH0478803 B2 JP H0478803B2
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JP
Japan
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nozzle
turbine
nozzle blade
blade
trailing edge
Prior art date
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Application number
JP62263767A
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Japanese (ja)
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JPH01106903A (en
Inventor
Hiroyuki Kawagishi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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
る境界層の発達を抑制することによつて二次流れ
の発生を防止し、さらに二次流れが撹拌して発生
する二次渦による損失を低減し、タービン性能を
向上し得る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 for an axial flow turbine, and in particular to suppressing the development of a boundary layer that occurs on the peripheral wall surface of an annular flow path of the turbine nozzle. The present invention relates to a turbine nozzle that can improve turbine performance by preventing the generation of secondary flows and reducing loss due to secondary vortices generated by agitation of the secondary flows.

(従来の技術) 近年、発電プラントの運転経済性を改善し、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つている。
(Prior Art) In recent years, it has become an important issue to improve turbine performance in order to improve the operating economy of power plants and improve power generation efficiency.

タービン性能の向上を図るには各タービン段落
の損失を低減する必要がある。タービン段落にお
ける内部損失には、翼形損失、漏洩損失、流出損
失などがあるが、特にアスペクト比が小さくノズ
ル翼高さが低いタービン段落においては二次流れ
による二次損失の比率が支配的であり、その二次
損失を低減することがタービン性能を向上する上
で大きな課題となつている。
To improve turbine performance, it is necessary to reduce losses in each turbine stage. Internal losses in turbine stages include airfoil loss, leakage loss, outflow loss, etc., but especially in turbine stages with small aspect ratios and low nozzle blade heights, the ratio of secondary losses due to secondary flow is dominant. Therefore, reducing secondary losses is a major issue in improving turbine performance.

一般的な軸流タービンのノズル構成を第7図に
示す。複数枚のノズル翼1が、ダイヤフラム外輪
2とダイヤフラム内輪3との間に形成される環状
流路4に固設される。また第4図に示すように上
記ノズル翼1に対向して下流側に複数枚の動翼5
が配設される。動翼5は、ロータデイスク6の外
周の周方向に所定間隔で列状に植設される。動翼
5の外周端には動翼端を固定するため、および作
動流体の漏洩を防止するためのシユラウド7が固
着される。
FIG. 7 shows the nozzle configuration of a typical axial flow turbine. A plurality of nozzle blades 1 are fixedly installed in an annular flow path 4 formed between a diaphragm outer ring 2 and a diaphragm inner ring 3. In addition, as shown in FIG.
will be placed. The rotor blades 5 are installed in rows at predetermined intervals in the circumferential direction of the outer periphery of the rotor disk 6. A shroud 7 is fixed to the outer peripheral end of the rotor blade 5 in order to fix the rotor blade tip and to prevent leakage of working fluid.

次に上記の段落構成においてノズル翼1におけ
る二次流れの発明機構を第7図を参照して説明す
る。第7図は第4図に示すタービンノズルをノズ
ル出口側から観察した傾斜図である。
Next, the inventive mechanism of the secondary flow in the nozzle blade 1 in the above paragraph configuration will be explained with reference to FIG. 7. FIG. 7 is an oblique view of the turbine nozzle shown in FIG. 4, viewed from the nozzle outlet side.

各ノズル翼1は、ロータデイスク6の回転中心
を通る基準線Eに対して傾斜しておらず、ダイヤ
フラム内輪3の外周面に対して垂直に配設された
例で示している。
Each nozzle blade 1 is shown as an example in which it is not inclined with respect to a reference line E passing through the center of rotation of the rotor disk 6, but is disposed perpendicularly to the outer peripheral surface of the diaphragm inner ring 3.

高圧蒸気などの作動流体は、隣接するノズル翼
1,1間の翼間流路を流れるときに、流路中で円
弧状に曲げられて流れる。このときノズル翼1の
背面Bから腹面F方向に遠心力を生じ、この遠心
力と静圧とが平衡しているため、腹面Fにおける
静圧が高くなり、一方背面Bにおいては作動流体
の流速が大きいため静圧が低い。そのため、流路
内では腹面F側から背面B側に圧力勾配を生じ
る。この圧力勾配はダイヤフラム外輪2とダイヤ
フラム内輪3の周壁面上に形成される流速のおそ
い層、すなわち境界層においても同様である。
When the working fluid such as high-pressure steam flows through the inter-blade flow path between adjacent nozzle blades 1, 1, it is bent into an arc shape in the flow path. At this time, centrifugal force is generated from the back surface B of the nozzle blade 1 in the direction of the ventral surface F, and since this centrifugal force and static pressure are in balance, the static pressure on the ventral surface F becomes high, while the flow rate of the working fluid on the back surface B is large, so the static pressure is low. Therefore, a pressure gradient is generated in the flow path from the ventral surface F side to the back surface B side. This pressure gradient is the same in the slow flow layer, that is, the boundary layer, formed on the peripheral wall surfaces of the diaphragm outer ring 2 and the diaphragm inner ring 3.

ところが、境界層付近においては流速が小さ
く、作用する遠心力も小さいため、腹面F側から
背面Bへの圧力勾配に抗しきれずに腹面F側から
背面B側へ向かう流れ、すなわち二次流れ8が生
じる。
However, near the boundary layer, the flow velocity is low and the centrifugal force acting is small, so the flow from the ventral surface F side to the back surface B side, that is, the secondary flow 8, cannot resist the pressure gradient from the ventral surface F side to the back surface B side. arise.

そして上記二次流れ8はノズル翼1の背面B側
に衝突して巻き上がり、ノズル翼1の内輪側およ
び外輪側の両接合端において、それぞれ二次渦9
a,9bを発生する。かくして作動流体が保有す
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。
Then, the secondary flow 8 collides with the back surface B side of the nozzle blade 1 and rolls up, and at both the joint ends of the inner ring side and the outer ring side of the nozzle blade 1, a secondary vortex 9 is created.
Generate a, 9b. The energy possessed by the working fluid is thus partially dissipated to form the secondary vortex 9.

このようにノズル流路内で発生する二次渦9
a,9bは作動流体の不均一な流れを生じ、ノズ
ル性能を著しく低下させるうえに、下流側の動翼
5に流入する作動流体のエネルギ損失を招き、各
タービン段落の性能を低下させている。
The secondary vortex 9 generated in the nozzle flow path in this way
a and 9b cause non-uniform flow of the working fluid, which not only significantly reduces nozzle performance but also causes energy loss of the working fluid flowing into the rotor blade 5 on the downstream side, reducing the performance of each turbine stage. .

上記のノズル流路内で発生する二次渦9a,9
bに起因する二次損失を低減するために種々のタ
ービンノズル構造が研究されている。
Secondary vortices 9a, 9 generated within the nozzle flow path described above
Various turbine nozzle structures have been investigated to reduce the secondary losses caused by b.

例えば環状流路の周壁面に発達する境界層の暑
さを低減するタービンノズルの構成が特開昭53−
90502号公報に開示されている。第8図aはその
従来例を示すタービンノズルを示す断面図であ
り、ノズル翼1の上流側の境界層生成領域に境界
層制御棒10を配置した例を示す。この境界層制
御棒10によつて、周壁面上に発達する境界層の
厚さを薄くして二次流れによる損失を低減するこ
とを企画したものである。
For example, a turbine nozzle structure that reduces the heat of the boundary layer that develops on the peripheral wall surface of an annular flow path was disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-
It is disclosed in Publication No. 90502. FIG. 8a is a cross-sectional view of a conventional turbine nozzle, in which a boundary layer control rod 10 is arranged in a boundary layer generation region upstream of a nozzle blade 1. This boundary layer control rod 10 is designed to reduce the thickness of the boundary layer that develops on the peripheral wall surface and reduce losses due to secondary flow.

また第9図は特開昭52−54809号公報に開示さ
れたタービンノズルの従来例を示す断面図であ
り、ノズル翼1の腹面F側の接合端に吸込孔11
を設ける一方、背面B側の接合端に吹出孔12を
設けて、吸込孔11から吹出孔12に抜ける連通
孔13を形成している。
FIG. 9 is a sectional view showing a conventional example of a turbine nozzle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-54809, in which a suction hole 11 is provided at the joint end on the ventral surface F side of the nozzle blade 1.
On the other hand, a blow-off hole 12 is provided at the joint end on the back side B side, and a communication hole 13 passing from the suction hole 11 to the blow-off hole 12 is formed.

環状流路の周壁面近傍を流れる作動流体を連通
孔13を経由して逃がすようにして、隣接したノ
ズル翼1,1間において、腹面F側から背面B側
に流れる二次流れを極力低減するようにしたもの
である。
The working fluid flowing near the circumferential wall of the annular flow path is allowed to escape via the communication hole 13 to reduce as much as possible the secondary flow flowing from the ventral surface F side to the back surface B side between adjacent nozzle blades 1, 1. This is how it was done.

さらに第10図は、実開昭52−148802号公報に
開示されたタービンノズルであり、ダイヤフラム
外輪2またはダイヤフラム内輪3の周壁面上で隣
接されるノズル翼1,1間に邪魔板14を配設し
た従来例である。
Furthermore, FIG. 10 shows a turbine nozzle disclosed in Japanese Utility Model Application No. 52-148802, in which a baffle plate 14 is arranged between adjacent nozzle blades 1 on the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring 2 or the diaphragm inner ring 3. This is a conventional example.

発生が予想される作動流体の壁面境界層の厚さ
を越える高さを有する邪魔板14によつて、二次
流れ8を抑止するものである。
The secondary flow 8 is suppressed by the baffle plate 14 having a height exceeding the thickness of the wall boundary layer of the working fluid that is expected to occur.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら第8図aに示す従来のタービンノ
ズルにおいては、環状流路の周壁近傍に境界層制
御棒10を配設したことにより、周壁面上に発達
する二次流れはある程度抑止することが可能とな
る。しかし、第8図bに示すように、タービン作
動流体の速度分布Gが乱れ、境界層制御棒10の
2次側において、作動流体主流に大きな速度欠損
をもたらし、タービン性能を抜本的に改善する手
段にはなり得ていない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional turbine nozzle shown in FIG. The subsequent flow can be suppressed to some extent. However, as shown in FIG. 8b, the velocity distribution G of the turbine working fluid is disturbed, causing a large velocity deficit in the main flow of the working fluid on the secondary side of the boundary layer control rod 10, which drastically improves the turbine performance. It cannot be used as a means.

また第9図に示すようにノズル翼1基部に連通
孔13を設けた従来のタービンノズルでは、隣設
されたノズル翼1,1間の流路において、一方の
ノズル翼1の腹面F側から、他方のノズル翼1の
背面B側に生じる二次流れは大幅に低減すること
ができる。しかし腹面F側から吸込んだ流れを背
面Bに吹出すため、作動流体主流の流線を大きく
撹乱するおそれがあり、損失が逆に増大する場合
がある。
Furthermore, as shown in FIG. 9, in a conventional turbine nozzle in which a communication hole 13 is provided at the base of the nozzle blade 1, in the flow path between the adjacent nozzle blades 1, from the ventral surface F side of one nozzle blade 1. , the secondary flow generated on the back surface B side of the other nozzle blade 1 can be significantly reduced. However, since the flow sucked in from the ventral surface F side is blown out to the rear surface B, there is a risk that the flow line of the main flow of the working fluid will be greatly disturbed, and the loss may conversely increase.

また、この従来例によると、連通孔13の構造
が複雑であり、その加工精度を高く設定する必要
があるため、加工製作費が高騰する問題点があ
る。
Further, according to this conventional example, the structure of the communicating hole 13 is complicated, and the machining accuracy must be set to be high, so there is a problem that the machining and manufacturing cost increases.

さらに第10図に示すようにノズル翼1,1間
に邪魔板14を配設した従来のタービンノズルに
おいては、環状流路4の周壁面上に邪魔板14が
設けられているため、周壁面近傍においてノズル
翼間を横断する流れはある程度低減されるもの
の、ノズル翼1の腹面F側から邪魔板14に至る
二次流れ8または、邪魔板14から隣設されるノ
ズル翼1の背面B側に至る二次流れ8は、解消さ
れず残存するため、二次損失の大幅の低減には直
結しない問題点があつた。
Furthermore, as shown in FIG. 10, in a conventional turbine nozzle in which a baffle plate 14 is provided between the nozzle blades 1, 1, the baffle plate 14 is provided on the peripheral wall surface of the annular flow path 4, so that the peripheral wall surface Although the flow that crosses between the nozzle blades in the vicinity is reduced to some extent, the secondary flow 8 from the ventral surface F side of the nozzle blade 1 to the baffle plate 14 or the back side B side of the nozzle blade 1 adjacently installed from the baffle plate 14 Since the secondary flow 8 leading to the above remains unresolved, there is a problem that it does not directly lead to a significant reduction in secondary loss.

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、簡素な構造を有し、タービンノズ
ルの環状流路周壁面上に生じる境界層の発達を抑
止し、二次流れに起因する二次渦の発生による損
失の低減を可能とし、タービン性能を向上し得る
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 to solve the above problems, has a simple structure, suppresses the development of a boundary layer that occurs on the peripheral wall surface of the annular flow path of a turbine nozzle, and suppresses the development of a boundary layer caused by secondary flow. It is an object of the present invention to provide a turbine nozzle that can reduce loss due to the generation of secondary vortices and improve turbine performance.

〔発生の構成〕[Composition of occurrence]

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明は、ダイヤフラ
ム内輪とダイヤフラム外輪との間に形成される環
状流路の周方向に複数のノズル翼を列状に配設
し、各ノズル翼をダイヤフラム内輪側の接合端お
よびダイヤフラム外輪側の接合端において固定し
て構成したタービンノズルにおいて、ノズル翼の
両接合端部における後縁線を直線状に形成し、か
つ上記後縁線がタービンの回転中心を通る基準線
に対してノズル翼の腹面方向に傾斜するように接
合端を接合するとともに、ノズル翼の中間部にお
ける後縁線は腹面方向に彎曲するように形成して
なり、ノズル翼の高さをhとし、ノズル翼の両接
合端部における直線状にして傾斜させた上記後縁
線のタービンの回転中心を通る基準線に対する傾
斜角をθr,θtとし、また上記ノズル翼の両接合端
部における直線状にして傾斜させた上記後縁線の
高さをlr,ltとするとき、 2.5゜≦θrおよびθt≦25゜ 0.05≦lr/hおよびlt/h≦0.35 の関係式を満たすように構成することを特徴とす
る。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention arranges a plurality of nozzle blades in a row in the circumferential direction of an annular flow path formed between a diaphragm inner ring and a diaphragm outer ring. , in a turbine nozzle in which each nozzle blade is fixed at a joint end on the inner ring side of the diaphragm and a joint end on the outer ring side of the diaphragm, the trailing edge line at both joint ends of the nozzle blade is formed into a straight line, and the trailing edge The joint end is joined so that the line is inclined toward the ventral surface of the nozzle blade with respect to a reference line passing through the center of rotation of the turbine, and the trailing edge line at the middle part of the nozzle blade is formed to be curved toward the ventral surface. The height of the nozzle blade is h, and the inclination angles of the linear and inclined trailing edge line at both joint ends of the nozzle blade with respect to a reference line passing through the rotation center of the turbine are θ r and θ t , Further, when the heights of the straight and inclined trailing edge lines at both joint ends of the nozzle blade are l r and l t , 2.5°≦θ r and θ t ≦25° 0.05≦l r / h and l t /h≦0.35.

(作用) 上記構成のタービンノズルによれば、ノズル翼
の両接合端部における後縁線を直線状に形成し、
かつ上記後縁線がタービンの回転中心を通る基準
線に対して、ノズル翼の腹面方向に傾斜している
ため、ダイヤフラム内輪の周壁面近傍に流入した
作動流体はダイヤフラム内輪側の周壁面に押圧さ
れる一方、ダイヤフラム外輪の周壁面近傍に流入
した作動流体はダイヤフラム外輪側の周壁面に押
圧される。そのため両周壁面における境界層の発
達が効果的に抑制され、さらに二次流れによつて
各ノズル翼の背面側に発生する二次渦の成長が抑
止される。
(Function) According to the turbine nozzle having the above configuration, the trailing edge line at both joint ends of the nozzle blade is formed into a straight line,
In addition, since the trailing edge line is inclined toward the ventral surface of the nozzle blade with respect to the reference line passing through the rotation center of the turbine, the working fluid flowing into the vicinity of the peripheral wall surface of the diaphragm inner ring is pressed against the peripheral wall surface on the diaphragm inner ring side. On the other hand, the working fluid that has flowed into the vicinity of the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring is pressed against the peripheral wall surface on the diaphragm outer ring side. Therefore, the development of a boundary layer on both peripheral wall surfaces is effectively suppressed, and furthermore, the growth of secondary vortices generated on the back side of each nozzle blade by the secondary flow is suppressed.

また各ノズル翼の中間部における後縁線は腹面
方向に彎曲するように形成しているため、両接合
端部から翼長方向の中間部に平行に分布する作動
流体の流線は、滑らかに変化し、大きな撹拌が生
じることがない。そのため作動流体が動翼に流入
した場合においても、動翼間における損失が少な
い。
In addition, since the trailing edge line at the middle part of each nozzle blade is curved toward the ventral surface, the working fluid streamlines distributed parallel to the middle part in the span direction from both joint ends are smooth. change and large agitation does not occur. Therefore, even when the working fluid flows into the rotor blades, there is little loss between the rotor blades.

上記のように本発明によれば各ノズル翼の両接
合端部における二次損失が低減され、また動翼間
における損失も少ないため、タービン効率を大幅
に向上させることができる。
As described above, according to the present invention, the secondary loss at both joint ends of each nozzle blade is reduced, and the loss between the rotor blades is also small, so that turbine efficiency can be significantly improved.

(実施例) 次に本発明の一実施例について、添付図面第1
図〜第6図を参照して説明する。第1図は本発明
に係るタービンノズルの構造を示す傾斜図であ
り、ノズル出口側より観察した例を示す。また第
2図は、ノズル翼1の形状を示すものでノズル出
口側より見た図であり、第7図に示す従来例と同
一要素には同一符号を付してその説明は省略す
る。
(Example) Next, regarding an example of the present invention, attached drawing No. 1
This will be explained with reference to FIGS. FIG. 1 is an oblique view showing the structure of a turbine nozzle according to the present invention, and shows an example observed from the nozzle outlet side. FIG. 2 shows the shape of the nozzle blade 1 as seen from the nozzle outlet side, and the same elements as those in the conventional example shown in FIG. 7 are given the same reference numerals and their explanation will be omitted.

本実施例に係るタービンノズルは、ダイヤフラ
ム外輪2と、ダイヤフラム内輪3との間に形成さ
れる環状流路4に複数のノズル翼1aを周方向に
所定間隔をおいて列状に配設して構成する。各ノ
ズル翼1aのチツプ側およびルート側の接合端は
それぞれダイヤフラム外輪2とダイヤフラム内輪
3とに接合されている。
The turbine nozzle according to this embodiment has a plurality of nozzle blades 1a arranged in a row at predetermined intervals in the circumferential direction in an annular flow path 4 formed between a diaphragm outer ring 2 and a diaphragm inner ring 3. Configure. The tip-side and root-side joint ends of each nozzle blade 1a are joined to a diaphragm outer ring 2 and a diaphragm inner ring 3, respectively.

各ノズル翼1aは第2図に示すように、その両
接合端部における後縁線α1,α2が直線状に形成さ
れ、かつ上記後縁線α1,α2がタービンの回転中心
を通る基準線Eに対して、それぞれ角度θr,θt
けノズル翼1aの腹面方向に傾斜するように接合
端が接合されている。またノズル翼1aの中間部
における後縁線α3は傾斜部の両後縁線α1,α2に滑
らかに接続し、腹面方向に彎曲するように形成さ
れる。
As shown in FIG. 2, each nozzle blade 1a has trailing edge lines α 1 and α 2 formed in straight lines at both joint ends thereof, and the trailing edge lines α 1 and α 2 point at the center of rotation of the turbine. The joint ends are joined so as to be inclined toward the ventral surface of the nozzle blade 1a by angles θ r and θ t , respectively, with respect to the reference line E passing therethrough. Further, the trailing edge line α 3 at the intermediate portion of the nozzle blade 1a is formed so as to smoothly connect to both trailing edge lines α 1 and α 2 of the inclined portion and curved toward the ventral surface.

またノズル翼1aの傾斜した接合端部の高さ
lr,ltはノズル翼1aの全高hに対して0.05〜
0.35hの範囲に設定される。
Also, the height of the inclined joint end of the nozzle blade 1a
l r and l t are 0.05 to 0.05 to the total height h of the nozzle blade 1a.
Set to a range of 0.35h.

また接合端部の傾斜角度θr,θtは基準線Eに対
して2.5〜25度に設定される。
Further, the inclination angles θ r and θ t of the joint ends are set to 2.5 to 25 degrees with respect to the reference line E.

本実施例に係るタービンノズルにおいて、ダイ
ヤフラム外輪2側の傾斜部に流入した作動流体
は、傾斜したノズル翼1aの腹面Fに沿つて流
れ、ダイヤフラム外輪2の周壁面に押圧される。
そのため周壁面における境界層の発達が抑止さ
れ、二次渦の発生が防止される。
In the turbine nozzle according to this embodiment, the working fluid that has flowed into the inclined portion on the side of the diaphragm outer ring 2 flows along the inclined abdominal surface F of the nozzle blade 1a and is pressed against the peripheral wall surface of the diaphragm outer ring 2.
Therefore, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is suppressed, and the generation of secondary vortices is prevented.

一方、ダイヤフラム内輪3側の傾斜部に流入し
た作動流体は同様にダイヤフラム内輪3の周壁面
に押圧されるため、周壁面における境界層の発達
が抑止され該部における二次渦による損失が低減
される。
On the other hand, since the working fluid that has flowed into the inclined part on the side of the diaphragm inner ring 3 is similarly pressed against the peripheral wall surface of the diaphragm inner ring 3, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is suppressed and loss due to secondary vortices in this part is reduced. Ru.

またノズル翼1aの中間部においては、その後
縁線α3が腹面方向に滑らかな彎曲形状を呈するよ
うに形成されているため、作動流体主流の流線が
大きく撹拌されることがなく、作動流体の動翼5
間における混合損失も抑制される。
In addition, in the middle part of the nozzle blade 1a, the trailing edge line α 3 is formed so as to have a smooth curved shape in the direction of the ventral surface, so that the mainstream flow line of the working fluid is not stirred to a large extent, and the working fluid moving blade 5
Mixing loss between the two is also suppressed.

その結果、ノズル翼1a全体における損失が低
減され、タービン効率を大幅に向上させることが
できる。
As a result, loss in the entire nozzle blade 1a is reduced, and turbine efficiency can be significantly improved.

さらに第3図を参照して、損失の低減効果を説
明する。第3図は第1図に示すタービンノズルの
出口部における全圧損失の分布を従来例と比較し
て示すグラフである。第7図に示す従来のタービ
ンノズルの全圧損失と比較すると、本実施例によ
ればノズル翼1aの中間部領域における圧力損失
分布はほぼ近似している。一方、ノズル翼1aの
ルート側およびチツプ側の両接合端部における圧
力損失は従来例と比較して著しく低減されてい
る。
Furthermore, with reference to FIG. 3, the loss reduction effect will be explained. FIG. 3 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of the turbine nozzle shown in FIG. 1 in comparison with the conventional example. Compared to the total pressure loss of the conventional turbine nozzle shown in FIG. 7, according to this embodiment, the pressure loss distribution in the middle region of the nozzle blade 1a is almost similar. On the other hand, the pressure loss at both the joint ends on the root side and the tip side of the nozzle blade 1a is significantly reduced compared to the conventional example.

また第4図を参照して本実施例のタービンノズ
ルを流れる作動流体の流線変化を説明する。第4
図は子午平面から観察したタービン段落の流線図
である。破線で示す従来例のタービンノズルにお
ける流線はほぼ平行に形成され、半径方向への偏
位は観察されない。
Further, with reference to FIG. 4, changes in streamlines of the working fluid flowing through the turbine nozzle of this embodiment will be explained. Fourth
The figure is a streamline diagram of the turbine stage observed from the meridional plane. The streamlines in the conventional turbine nozzle shown by broken lines are formed approximately parallel, and no deviation in the radial direction is observed.

一方実線で示す本実施例のタービンノズルにお
ける流線Kはダイヤフラム外輪2およびダイヤフ
ラム内輪3近傍においてやや半径方向に偏位して
いる。この偏位はノズル翼1aの両接合端部を傾
斜して構成したことによつて、作動流体がそれぞ
れ周壁面に押圧されるためである。この押圧力に
よつて周壁面における境界層の発達が抑止され、
二次渦の生成が防止される。
On the other hand, the streamline K in the turbine nozzle of this embodiment shown by a solid line is slightly deviated in the radial direction near the diaphragm outer ring 2 and the diaphragm inner ring 3. This deviation is caused by the fact that both joint ends of the nozzle blade 1a are configured to be inclined, so that the working fluid is pressed against the respective peripheral wall surfaces. This pressing force suppresses the development of a boundary layer on the peripheral wall surface,
Generation of secondary vortices is prevented.

また、ノズル翼1aの中間部を通過する作動流
体の流線Kは、ノズル翼1a中間部の後縁線が滑
らかに彎曲形成されているため、大きな撹乱が発
生せず、従来例とほぼ近似している。従つて、動
翼5間に流路においても作動流体の混合による損
失が少ない。
In addition, the streamline K of the working fluid passing through the middle part of the nozzle blade 1a is almost similar to that of the conventional example, since the trailing edge line of the middle part of the nozzle blade 1a is smoothly curved, and no large disturbance occurs. are doing. Therefore, there is little loss due to mixing of the working fluid in the flow path between the rotor blades 5 as well.

次に、ノズル翼1aの傾斜部分の高さlr,lt
よび傾斜角度θr,θtを変化させた場合に、タービ
ン段落効率ηに及ぼす影響について説明する。第
5図は、ノズル翼1aの傾斜部の傾斜角度θr,θt
と、タービン段落効率ηとの関係を示すグラフで
あり、縦軸には、第7図に示す従来例のタービン
ノズルを使用した場合のタービン段落効率η0に対
する本実施例によるタービン段落効率η1の比
(η1/η0)を表示する。第5図から傾斜角度θr,θt
が 2.5〜25度の範囲においてタービン段落効率比が
1.0を越え、従来例より優れた効果を発揮するこ
とが判明する。このように、傾斜角度θr,θtに従
来技術よりも段落効率が優位になる最適範囲が存
在するのは、傾斜角度θr,θtが大きくなりすぎる
とノズル出口周壁面における損失が低減する反
面、その周壁面近傍の作動流体の流量が増加し、
本来性能の良い翼中央部付近の流量が減少し、全
体の段落効率としては、むしろ低下することがそ
の一因といえる。
Next, the effect on the turbine stage efficiency η when the heights l r , l t and the inclination angles θ r , θ t of the inclined portion of the nozzle blade 1a are changed will be explained. FIG. 5 shows the inclination angles θ r and θ t of the inclined part of the nozzle blade 1a.
7 is a graph showing the relationship between the turbine stage efficiency η and the turbine stage efficiency η, where the vertical axis shows the turbine stage efficiency η 1 according to the present example with respect to the turbine stage efficiency η 0 when the conventional example turbine nozzle shown in FIG. 7 is used. The ratio (η 10 ) is displayed. From Figure 5, the inclination angles θ r and θ t
In the range of 2.5 to 25 degrees, the turbine stage efficiency ratio is
It is clear that the value exceeds 1.0 and exhibits a better effect than the conventional example. In this way, the reason why there is an optimal range for the inclination angles θ r and θ t in which the stage efficiency is superior to that of the conventional technology is because if the inclination angles θ r and θ t become too large, the loss at the nozzle exit peripheral wall surface is reduced. On the other hand, the flow rate of the working fluid near the surrounding wall increases,
One of the reasons for this is that the flow rate near the center of the blade, which originally has good performance, decreases, and the overall stage efficiency actually decreases.

また第6図はノズル翼1aの傾斜部の高さlr
ltとタービン段階効率η1との関係を従来例と比較
して示すグラフであり、横軸にはノズル翼1aの
全高hに対する傾斜部高さlr,ltの比(lr/h,
lt/h)で表わした無次元値を表示する一方、縦
軸には従来例によるタービン段落効率η0に対する
本実施例によるタービン段落効率η1との比(η1/η0
) を表示する。
In addition, FIG. 6 shows the height l r of the inclined part of the nozzle blade 1a,
This is a graph showing the relationship between l t and turbine stage efficiency η 1 in comparison with a conventional example . ,
The vertical axis shows the ratio of the turbine stage efficiency η 1 according to the present example to the turbine stage efficiency η 0 according to the conventional example (η 10 ) .
) is displayed.

第6図から、傾斜部の高さlr,ltをノズル翼1
aの全高hに対して0.05〜0.35hの範囲に設定す
ると、従来例と比較してタービン段落効率η1が改
善されることが実証される。このように、傾斜部
の高さlr,ltに従来技術よりも段落効率が優位に
なる最適範囲が存在するのは、傾斜部の高さlr
ltが大きくなりすぎると、翼中央部付近の彎曲部
の曲率が小さくなるため、ノズル翼形状の急激な
変化による諸損失が増加するといえる。
From Figure 6, the heights of the slope parts l r and l t are determined by the nozzle blade 1.
It is demonstrated that when the total height h of a is set in the range of 0.05 to 0.35h, the turbine stage efficiency η 1 is improved compared to the conventional example. In this way, the reason why there is an optimal range for the heights l r and l t of the slope part in which the stage efficiency is superior to the conventional technology is that the height l r , l t of the slope part exists.
If l t becomes too large, the curvature of the curved portion near the center of the blade becomes small, so it can be said that various losses due to sudden changes in the nozzle blade shape increase.

なお、第2図に示すようにノズル翼1aの傾斜
部の高さlr,ltおよび傾斜角度θr,θtは必ずしも両
接合端部において、同一値である必要はなく、
2.5゜≦θr,θ≦25゜および0.05≦lr/h,lt/h≦0.
35の 範囲にあれば作動流体の流量分布特性等を勘案し
て、相互に異なる値を設定してもよい。
Note that, as shown in FIG. 2, the heights l r , l t and the inclination angles θ r , θ t of the inclined portion of the nozzle blade 1a do not necessarily have to be the same value at both joint ends;
2.5゜≦θ r , θ≦25゜ and 0.05≦l r /h, l t /h≦0.
As long as they are within the range of 35, different values may be set taking into consideration the flow rate distribution characteristics of the working fluid.

また第2図においては、各ノズル翼1aの後縁
線α1,α2が基準線Eとダイヤフラム内外輪2,3
との交点を起点として接合されているが、内輪側
と外輪側とで異なる基準線との交点を起点として
もよい。
In addition, in FIG. 2, the trailing edge lines α 1 and α 2 of each nozzle blade 1a are connected to the reference line E and the inner and outer rings 2 and 3 of the diaphragm.
Although the starting point is the intersection with the reference line, the starting point may be the intersection with different reference lines for the inner ring side and the outer ring side.

以上説明の通り本実施例のタービンノズルによ
れば、両接合端部におけるノズル翼1aの後縁線
α1,α2を直線状に形成し、かつ上記後縁線α1,α2
が基準線に対してノズル翼1aの腹面F方向に傾
斜しているため、環状流路4の周壁面近傍に流入
した作動流体は、傾斜した腹面Fに沿つて案内さ
れ周壁面方向に押圧される。そのため両周壁面に
おける境界層の発達が効果的に抑止され、さらに
二次流れによつて各ノズル翼1aの背面側に発生
する二次渦9a,9bの成長が抑止されるため、
作動流体のタービンノズルにおける損失が低下す
る。
As explained above, according to the turbine nozzle of this embodiment, the trailing edge lines α 1 and α 2 of the nozzle blade 1a at both joint ends are formed into straight lines, and the trailing edge lines α 1 and α 2 are formed in straight lines.
is inclined in the direction of the ventral surface F of the nozzle blade 1a with respect to the reference line, so the working fluid that has flowed into the vicinity of the circumferential wall surface of the annular flow path 4 is guided along the inclined ventral surface F and is pressed in the direction of the circumferential wall surface. Ru. Therefore, the development of the boundary layer on both peripheral wall surfaces is effectively suppressed, and furthermore, the growth of secondary vortices 9a and 9b generated on the back side of each nozzle blade 1a by the secondary flow is suppressed.
Loss of working fluid in the turbine nozzle is reduced.

特に、ノズル翼1aの傾斜部の傾斜角度θr,θt
が2.5〜25度の範囲に設定され、また傾斜部の高
さlr,ltが翼1aの全高hに対して0.05〜0.35hの
範囲に設定された場合にタービン段落効率の改善
度が顕著となる。
In particular, the inclination angles θ r and θ t of the inclined part of the nozzle blade 1a
is set in the range of 2.5 to 25 degrees, and the heights of the inclined parts l r and l t are set in the range of 0.05 to 0.35 h relative to the total height h of the blade 1a, the degree of improvement in turbine stage efficiency is It becomes noticeable.

また各ノズル翼1aの中間部における後縁線α3
を腹面方向に滑らかに彎曲形成しているため、作
動流体の流線は大きな撹乱作用を受けない。その
ため、作動流体が動翼5内に流入した場合におい
ても、損失が少ない。すなわちタービン段落全体
における損失が低減されるため、タービン効率を
大幅に改善することができる。
Also, the trailing edge line α 3 at the middle part of each nozzle blade 1a
Since it is smoothly curved in the ventral direction, the working fluid streamlines are not subject to large disturbances. Therefore, even when the working fluid flows into the rotor blade 5, there is little loss. That is, losses in the entire turbine stage are reduced, so that turbine efficiency can be significantly improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明の通り、本発明に係るタービンノズル
によれば各ノズル翼の両接合端部がノズル翼の腹
面方向に傾斜して構成されているため、周壁面近
傍に流入した作動流体は、それぞれダイヤフラム
内外輪側の周壁面方向に押圧される。そのため周
壁面における境界層の発達が阻止され、二次流れ
および二次渦の発生が効果的に抑止される。
As explained above, according to the turbine nozzle according to the present invention, both joint ends of each nozzle blade are configured to be inclined in the direction of the ventral surface of the nozzle blade, so that the working fluid flowing into the vicinity of the peripheral wall surface is directed to the diaphragm. It is pressed in the direction of the peripheral wall surface on the inner and outer ring sides. Therefore, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is prevented, and the generation of secondary flows and secondary vortices is effectively suppressed.

またノズル翼の中間部における後縁線が腹面方
向に彎曲するように形成されているため、作動流
体の流線は撹乱されることが少なく、動翼間流路
における作動流体の損失も少ない。すなわちター
ビン段階全体における損失を大幅に低減すること
ができるため、タービン効率を大幅に向上させる
ことができる。
Furthermore, since the trailing edge line at the intermediate portion of the nozzle blade is formed to be curved toward the ventral surface, the flow line of the working fluid is less likely to be disturbed, and there is less loss of the working fluid in the flow path between the rotor blades. In other words, losses throughout the turbine stage can be significantly reduced, and thus turbine efficiency can be significantly improved.

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

第1図は本発明に係るタービンノズルの一実施
例を示す傾斜図、第2図は本発明に係るタービン
ノズルのノズル出口側より観察したノズル翼の形
状を示す図、第3図は本実施例のタービンノズル
の全圧損失分布を従来例と比較して示すグラフ、
第4図は本実施例のタービンノズルにおける作動
流体の流線を従来例と比較して示す断面図、第5
図はノズル翼の傾斜角度とタービン段落効率比と
の関係を示すグラフ、第6図はノズル翼の傾斜部
の高さとタービン段落効率比との関係を示すグラ
フ、第7図は従来のタービンノズルの構造を示す
斜視図、第8図aは境界層制御棒を配設した従来
のタービンノズルを示す断面図、第8図bは第8
図aに示すタービンノズルにおける作動流体の速
度分布を示す断面図、第9図はノズル翼接合部に
連通孔を設けた従来のタービンノズルを示す平断
面図、第10図はノズル翼間に邪魔板を設けた従
来のタービンノズルを示す平断面図である。 1,1a……ノズル翼、2……ダイヤフラム外
輪、3……ダイヤフラム内輪、4……環状流路、
5……動翼、6……ロータデイスク、7……シユ
ラウド、8……二次流れ、9,9a,9b……二
次渦、10……境界層制御棒、11……吸込孔、
12……吹出孔、13……連通孔、14……邪魔
板、B……背面、F……腹面、G……作動流体の
速度分布、E……タービンの回転中心を通る基準
線、K……流線、α1,α2,α3……後縁線、h……
ノズル翼全高、θr,θt……傾斜角度、lr,lt……傾
斜部高さ、η,η0,η1……タービン段落効率。
FIG. 1 is an inclined view showing one embodiment of the turbine nozzle according to the present invention, FIG. 2 is a view showing the shape of the nozzle blade observed from the nozzle outlet side of the turbine nozzle according to the present invention, and FIG. A graph showing the total pressure loss distribution of the example turbine nozzle in comparison with the conventional example,
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the streamlines of the working fluid in the turbine nozzle of this embodiment in comparison with the conventional example;
The figure is a graph showing the relationship between the nozzle blade inclination angle and the turbine stage efficiency ratio, Figure 6 is a graph showing the relationship between the height of the nozzle blade slope and the turbine stage efficiency ratio, and Figure 7 is a graph showing the relationship between the nozzle blade inclination angle and the turbine stage efficiency ratio. FIG. 8a is a sectional view showing a conventional turbine nozzle equipped with a boundary layer control rod, and FIG. 8b is a perspective view showing the structure of a conventional turbine nozzle.
Figure a is a cross-sectional view showing the velocity distribution of the working fluid in the turbine nozzle, Figure 9 is a plan cross-sectional view showing a conventional turbine nozzle in which a communicating hole is provided in the nozzle blade joint, and Figure 10 is a cross-sectional view showing the flow of air between the nozzle blades. FIG. 2 is a plan cross-sectional view showing a conventional turbine nozzle provided with a plate. 1, 1a... Nozzle blade, 2... Diaphragm outer ring, 3... Diaphragm inner ring, 4... Annular flow path,
5... Moving blade, 6... Rotor disk, 7... Shroud, 8... Secondary flow, 9, 9a, 9b... Secondary vortex, 10... Boundary layer control rod, 11... Suction hole,
12...Blowout hole, 13...Communication hole, 14...Baffle plate, B...Back surface, F...Blind surface, G...Velocity distribution of working fluid, E...Reference line passing through the center of rotation of the turbine, K ...streamline, α 1 , α 2 , α 3 ... trailing edge line, h ...
Nozzle blade total height, θ r , θ t ...Inclination angle, l r , l t ... Inclined part height, η, η 0 , η 1 ...Turbine stage efficiency.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ダイヤフラム内輪とダイヤフラム外輪との間
に形成される環状流路の周方向に複数のノズル翼
を列状に配設し、各ノズル翼をダイヤフラム内輪
側の接合端およびダイヤフラム輪側の接合端にお
いて固定して構成したタービンノズルにおいて、
ノズル翼の両接合端部における後縁線を直線状に
形成し、かつ上記後縁線がタービンの回転中心を
通る基準線に対してノズル翼の腹面方向に傾斜す
るように接合端を接合するとともに、ノズル翼の
中間部における後縁線は腹面方向に彎曲するよう
に形成してなり、ノズル翼の高さをhとし、ノズ
ル翼の両接合端部における直線状にして傾斜させ
た上記後縁線のタービンの回転中心を通る基準線
に対する傾斜角度をθr,θtとし、また上記ノズル
翼の両接合端部における直線状にして傾斜させた
上記後縁線の高さをlr,ltとするとき、 2.5゜≦θrおよびθt≦25゜ 0.05≦lr/hおよびlt/h≦0.35 の関係式を満たすように構成することを特徴とす
るタービンノズル。
[Scope of Claims] 1. A plurality of nozzle blades are arranged in a row in the circumferential direction of an annular flow path formed between a diaphragm inner ring and a diaphragm outer ring, and each nozzle blade is connected to a joint end on the diaphragm inner ring side and a diaphragm. In a turbine nozzle configured to be fixed at the joint end on the ring side,
The trailing edge lines at both joining ends of the nozzle blade are formed into a straight line, and the joining ends are joined so that the trailing edge line is inclined toward the ventral surface of the nozzle blade with respect to a reference line passing through the rotation center of the turbine. At the same time, the trailing edge line at the middle part of the nozzle blade is formed to be curved in the ventral direction, and the height of the nozzle blade is h, and the trailing edge line at the both joint ends of the nozzle blade is straight and inclined. The inclination angle of the edge line with respect to the reference line passing through the rotation center of the turbine is θ r , θ t , and the height of the straight and inclined trailing edge line at both joint ends of the nozzle blade is l r , A turbine nozzle characterized in that it is configured to satisfy the following relational expressions: 2.5°≦θ r , θ t ≦25°, 0.05≦l r /h, and l t /h≦0.35, where l t .
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