JPH0610610A - タービンブレード組立体 - Google Patents
タービンブレード組立体Info
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- JPH0610610A JPH0610610A JP5131154A JP13115493A JPH0610610A JP H0610610 A JPH0610610 A JP H0610610A JP 5131154 A JP5131154 A JP 5131154A JP 13115493 A JP13115493 A JP 13115493A JP H0610610 A JPH0610610 A JP H0610610A
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- turbine
- fixed blade
- blades
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】在来の直線状の半径方向ブレードを使用するこ
とに比べて、タービン段の効率の向上を実現し、しか
も、ブレードの製造コストの増大をもたらすことのない
固定ブレード組立体を提供すること。 【構成】半径方向内方の内方リング２１と、半径方向外
方の外方リング２２と、各々、内端を内方リングに固定
され、外端を外方リングに固定されており、１列の円周
方向に間隔を置いて整列した固定ブレードから成る形式
の軸流タービンのための固定ブレード組立体であって、
各固定ブレードの後行縁２５は、直線状であり、タービ
ン軸線から該後行縁の内端を通って延長する半径線２８
から離れ、該ブレードの吸引側面２７が面する方向に負
の傾き角度で傾けられており、前記１列のブレードは、
５°〜１２°の範囲の該傾き角を有していることを特徴
とする固定ブレード組立体。
とに比べて、タービン段の効率の向上を実現し、しか
も、ブレードの製造コストの増大をもたらすことのない
固定ブレード組立体を提供すること。 【構成】半径方向内方の内方リング２１と、半径方向外
方の外方リング２２と、各々、内端を内方リングに固定
され、外端を外方リングに固定されており、１列の円周
方向に間隔を置いて整列した固定ブレードから成る形式
の軸流タービンのための固定ブレード組立体であって、
各固定ブレードの後行縁２５は、直線状であり、タービ
ン軸線から該後行縁の内端を通って延長する半径線２８
から離れ、該ブレードの吸引側面２７が面する方向に負
の傾き角度で傾けられており、前記１列のブレードは、
５°〜１２°の範囲の該傾き角を有していることを特徴
とする固定ブレード組立体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンブレード組立
体に関し、特に、半径方向内方の内方リングと、半径方
向外方の外方リングと、各々、内端を内方リングに固定
され、外端を外方リングに固定されており、先行縁と後
行縁と圧力側面と吸引側面を有する１列の円周方向に間
隔を置いて整列した固定ブレード（静翼）から成る形式
の軸流タービンのための固定ブレード組立体に関する。
ここで、「先行縁」とは、流体の流れ方向でみて上流側
に位置するブレード縁のことであり、「後行縁」とは、
流体の流れ方向でみて下流側に位置するブレード縁のこ
とである。
体に関し、特に、半径方向内方の内方リングと、半径方
向外方の外方リングと、各々、内端を内方リングに固定
され、外端を外方リングに固定されており、先行縁と後
行縁と圧力側面と吸引側面を有する１列の円周方向に間
隔を置いて整列した固定ブレード（静翼）から成る形式
の軸流タービンのための固定ブレード組立体に関する。
ここで、「先行縁」とは、流体の流れ方向でみて上流側
に位置するブレード縁のことであり、「後行縁」とは、
流体の流れ方向でみて下流側に位置するブレード縁のこ
とである。
【０００２】
【従来の技術】この種の固定ブレード組立体は、流体の
流れ方向でみて該固定ブレード組立体の下流側でタービ
ンロータに付設された１組の即ち１列の回転ブレード
（動翼）と組合わされてタービン段を構成する。タービ
ン段の設計は、その段を通流する動作流体、例えばスチ
ームのエネルギーをロータの機械的エネルギーに変換す
る効率を左右する。固定ブレードは、回転ブレードへ送
るための流体流れを設定し、流体からのエネルギーの抽
出を最適化するために設けられているが、固定ブレード
自体がある程度の動力学的損失を惹起する。
流れ方向でみて該固定ブレード組立体の下流側でタービ
ンロータに付設された１組の即ち１列の回転ブレード
（動翼）と組合わされてタービン段を構成する。タービ
ン段の設計は、その段を通流する動作流体、例えばスチ
ームのエネルギーをロータの機械的エネルギーに変換す
る効率を左右する。固定ブレードは、回転ブレードへ送
るための流体流れを設定し、流体からのエネルギーの抽
出を最適化するために設けられているが、固定ブレード
自体がある程度の動力学的損失を惹起する。
【０００３】この種の従来周知の固定ブレード組立体
は、通常、タービン軸線の半径線上に位置する直線状の
後行縁を有する直線状固定ブレードを備えている。本出
願人は、各ブレードの直線状の後行縁を流れに対して傾
斜させた固定ブレード組立体を備えたタービンを製造し
販売してきた。即ち、このブレードの直線状の後行縁
は、タービン軸線から該後行縁の内端を通って延長する
半径線から離れ、該ブレードの圧力側面が面している方
向に一定の角度で傾けられている。即ち、ブレードの直
線状の後行縁は、正の傾き角を有している。このような
構成としたのは、固定ブレードの正の傾き角を有する直
線状の後行縁によって流体が回転ブレードの内端（根
元）のところに誘引され、固定ブレード組立体から、そ
の下流に位置する回転ブレード列の入口への流体の流れ
が増大し、それによってタービン段の効率が高められる
ことを期待したからである。しかしながら、実際には、
期待した効率の改善は達成されなかった。
は、通常、タービン軸線の半径線上に位置する直線状の
後行縁を有する直線状固定ブレードを備えている。本出
願人は、各ブレードの直線状の後行縁を流れに対して傾
斜させた固定ブレード組立体を備えたタービンを製造し
販売してきた。即ち、このブレードの直線状の後行縁
は、タービン軸線から該後行縁の内端を通って延長する
半径線から離れ、該ブレードの圧力側面が面している方
向に一定の角度で傾けられている。即ち、ブレードの直
線状の後行縁は、正の傾き角を有している。このような
構成としたのは、固定ブレードの正の傾き角を有する直
線状の後行縁によって流体が回転ブレードの内端（根
元）のところに誘引され、固定ブレード組立体から、そ
の下流に位置する回転ブレード列の入口への流体の流れ
が増大し、それによってタービン段の効率が高められる
ことを期待したからである。しかしながら、実際には、
期待した効率の改善は達成されなかった。
【０００４】「テプトエネルゲチカ」１９６４年刊行、
第６９−７３頁に掲載された「案内ブレード列の特性に
及ぼす捩れ流れの影響」と題するＧ．Ａ．フィリポフと
バンチュン−ツィの論文において、タービンの流体流れ
が固定ブレード組立体の入口から出口へ流出するように
したこの種の固定ブレード組立体が考察されている。そ
の考察は、直線状の半径方向ブレード、正の傾き角を有
する直線状ブレード、及び正の湾曲面を有するブレード
（即ち、圧力側面が面する方向に外方へ円周方向に湾曲
したブレード）に向けられている。その結果得られた結
論は、更なる実験が必要ではあるが、効率の向上を達成
する最も有望な構成は、上記のように湾曲させたブレー
ドの使用と組合せて、固定ブレード組立体への入口のと
ころに流れの捩れを惹起することである。そして、その
ような流れの捩れは、その前段の回転ブレード及び固定
ブレードの輪郭を所要の形に形成することによって達成
することができることが示唆されている。しかしなが
ら、この示唆について研究を進めることを躊躇させる大
きな要因は、通常の直線状ブレードに比べて湾曲ブレー
ドを製造するには余分のコストを必要とすることである
と考えられる。
第６９−７３頁に掲載された「案内ブレード列の特性に
及ぼす捩れ流れの影響」と題するＧ．Ａ．フィリポフと
バンチュン−ツィの論文において、タービンの流体流れ
が固定ブレード組立体の入口から出口へ流出するように
したこの種の固定ブレード組立体が考察されている。そ
の考察は、直線状の半径方向ブレード、正の傾き角を有
する直線状ブレード、及び正の湾曲面を有するブレード
（即ち、圧力側面が面する方向に外方へ円周方向に湾曲
したブレード）に向けられている。その結果得られた結
論は、更なる実験が必要ではあるが、効率の向上を達成
する最も有望な構成は、上記のように湾曲させたブレー
ドの使用と組合せて、固定ブレード組立体への入口のと
ころに流れの捩れを惹起することである。そして、その
ような流れの捩れは、その前段の回転ブレード及び固定
ブレードの輪郭を所要の形に形成することによって達成
することができることが示唆されている。しかしなが
ら、この示唆について研究を進めることを躊躇させる大
きな要因は、通常の直線状ブレードに比べて湾曲ブレー
ドを製造するには余分のコストを必要とすることである
と考えられる。
【０００５】本出願人の英国特許公報第２１９９３７９
Ａ号も、この種の固定ブレード組立体の効率を考察し、
上記Ｇ．Ａ．フィリポフ他の論文に述べられた正の円周
方向湾曲面を有するブレードに代わるものとして、の円
周方向湾曲面を有するブレード、即ち、吸引側面が面す
る方向に外方へ円周方向に湾曲したブレードを提案して
いる。それによって低運動量の空気流が主空気流に進入
する可能性が少なくされ、それによって二次損失の度合
を少なくすることができると記載されている。更に、同
特許公報には、そのような湾曲ブレードは、該ブレード
の吸引側面が面する方向に傾斜させてもよいと述べられ
ているが、その示唆についてそれ以上のなんらの説明も
考察も与えられていない。やはり、この示唆について研
究を進めることを躊躇させる大きな要因は、通常の直線
状ブレードに比べて湾曲ブレードを製造するには余分の
コストを必要とすることであると考えられる。
Ａ号も、この種の固定ブレード組立体の効率を考察し、
上記Ｇ．Ａ．フィリポフ他の論文に述べられた正の円周
方向湾曲面を有するブレードに代わるものとして、の円
周方向湾曲面を有するブレード、即ち、吸引側面が面す
る方向に外方へ円周方向に湾曲したブレードを提案して
いる。それによって低運動量の空気流が主空気流に進入
する可能性が少なくされ、それによって二次損失の度合
を少なくすることができると記載されている。更に、同
特許公報には、そのような湾曲ブレードは、該ブレード
の吸引側面が面する方向に傾斜させてもよいと述べられ
ているが、その示唆についてそれ以上のなんらの説明も
考察も与えられていない。やはり、この示唆について研
究を進めることを躊躇させる大きな要因は、通常の直線
状ブレードに比べて湾曲ブレードを製造するには余分の
コストを必要とすることであると考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、在来の直線状の半径方向ブレードを使用することに
比べて、タービン段の効率の向上を実現し、しかも、ブ
レードの製造コストの増大をもたらすことのない固定ブ
レード組立体を提供することである。
は、在来の直線状の半径方向ブレードを使用することに
比べて、タービン段の効率の向上を実現し、しかも、ブ
レードの製造コストの増大をもたらすことのない固定ブ
レード組立体を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、一定範囲内
の負の傾き角を有する直線状ブレードを提供することに
よって達成することができる。基本的にいえば、本発明
は、半径方向内方の内方リングと、半径方向外方の外方
リングと、各々、内端を内方リングに固定され、外端を
外方リングに固定されており、先行縁と後行縁と圧力側
面と吸引側面を有する１列の円周方向に間隔を置いて整
列した固定ブレードから成る形式の軸流タービンのため
の固定ブレード組立体であって、前記各ブレードの後行
縁は、直線状であり、タービン軸線から該後行縁の内端
を通って延長する半径線から離れ、該ブレードの吸引側
面が面する方向に一定の傾き角度で傾けられており、前
記１列のブレードは、５°〜１２°の範囲の該傾き角を
有していることを特徴とする固定ブレード組立体を提供
する。本発明の一実施例においては、ブレードを固定す
る前記各リングの形状をブレードの先行縁から後行縁の
方向にタービン軸線から漸次拡開する切頭円錐形とす
る。
の負の傾き角を有する直線状ブレードを提供することに
よって達成することができる。基本的にいえば、本発明
は、半径方向内方の内方リングと、半径方向外方の外方
リングと、各々、内端を内方リングに固定され、外端を
外方リングに固定されており、先行縁と後行縁と圧力側
面と吸引側面を有する１列の円周方向に間隔を置いて整
列した固定ブレードから成る形式の軸流タービンのため
の固定ブレード組立体であって、前記各ブレードの後行
縁は、直線状であり、タービン軸線から該後行縁の内端
を通って延長する半径線から離れ、該ブレードの吸引側
面が面する方向に一定の傾き角度で傾けられており、前
記１列のブレードは、５°〜１２°の範囲の該傾き角を
有していることを特徴とする固定ブレード組立体を提供
する。本発明の一実施例においては、ブレードを固定す
る前記各リングの形状をブレードの先行縁から後行縁の
方向にタービン軸線から漸次拡開する切頭円錐形とす
る。
【０００８】本発明は又、前節に記載した固定ブレード
組立体と、流体の流れ方向でみて該固定ブレード組立体
の下流側で半径方向内方端をタービンロータのディスク
に固定された１列の円周方向に間隔を置いて整列した回
転ブレードとを含む軸流タービン段を提供する。
組立体と、流体の流れ方向でみて該固定ブレード組立体
の下流側で半径方向内方端をタービンロータのディスク
に固定された１列の円周方向に間隔を置いて整列した回
転ブレードとを含む軸流タービン段を提供する。
【０００９】
【実施例】図１を参照すると、本発明が対象とする形式
の固定ブレード組立体を含む在来の「ディスク／ダイア
フラム」型中高圧スチームタービン段の軸方向の概略側
面図が示されている。動作流体即ちスチームの流れ方向
Ｆは、タービンロータ軸線（単に「タービン軸線」とも
称する）Ａにほぼ平行である。ロータ１０は、各タービ
ン段について１つのディスク１１を有している。ディス
ク１１に１組の又は１列の円周方向に間隔を置いて整列
した回転ブレード１２が固定されている。それらの回転
ブレードの半径方向外端にはシュラウド（囲い体）１３
が付設されている。
の固定ブレード組立体を含む在来の「ディスク／ダイア
フラム」型中高圧スチームタービン段の軸方向の概略側
面図が示されている。動作流体即ちスチームの流れ方向
Ｆは、タービンロータ軸線（単に「タービン軸線」とも
称する）Ａにほぼ平行である。ロータ１０は、各タービ
ン段について１つのディスク１１を有している。ディス
ク１１に１組の又は１列の円周方向に間隔を置いて整列
した回転ブレード１２が固定されている。それらの回転
ブレードの半径方向外端にはシュラウド（囲い体）１３
が付設されている。
【００１０】タービンの前端から後端へＦ方向に流れる
スチームのエネルギーは、ロータ１０の機械的エネルギ
ーとして変換される。各タービン段は、１列の回転ブレ
ード１２と、流体の流れ方向でみて該回転ブレード１２
の上流側でタービンステータ２０（即ち、以下に述べる
リング２１と２２）に固定された固定ブレード組立体を
含む。この固定ブレード組立体は、半径方向内方の内方
リング２１と、半径方向外方の外方リング２２と、各
々、内端を内方リング２１に固定され、外端を外方リン
グ２２に固定された１列の円周方向に間隔を置いて整列
した固定ブレード２３から成る。各固定ブレード２３
は、流体の流れに面する先行縁２４と、後行縁２５を有
する。これらの固定ブレード２３と内方及び外方リング
２１，２２との組立体は、「ダイアフラム」と称され
る。
スチームのエネルギーは、ロータ１０の機械的エネルギ
ーとして変換される。各タービン段は、１列の回転ブレ
ード１２と、流体の流れ方向でみて該回転ブレード１２
の上流側でタービンステータ２０（即ち、以下に述べる
リング２１と２２）に固定された固定ブレード組立体を
含む。この固定ブレード組立体は、半径方向内方の内方
リング２１と、半径方向外方の外方リング２２と、各
々、内端を内方リング２１に固定され、外端を外方リン
グ２２に固定された１列の円周方向に間隔を置いて整列
した固定ブレード２３から成る。各固定ブレード２３
は、流体の流れに面する先行縁２４と、後行縁２５を有
する。これらの固定ブレード２３と内方及び外方リング
２１，２２との組立体は、「ダイアフラム」と称され
る。
【００１１】図１に示されるディスク／ダイアフラム段
は、固定ブレード２３の後行縁２５のところでタービン
軸線Ａに直交する内方リング２１と外方リング２２との
間の空間の断面積が該固定ブレードの先行縁２４のとこ
ろのそれより大きいタイプのものである。更に、図１に
示された例では、各固定ブレード２３を固定する各リン
グ２１，２２の表面は、該ブレードの先行縁２４から後
行縁２５の方向にタービン軸線から漸次拡開した切頭円
錐形である。
は、固定ブレード２３の後行縁２５のところでタービン
軸線Ａに直交する内方リング２１と外方リング２２との
間の空間の断面積が該固定ブレードの先行縁２４のとこ
ろのそれより大きいタイプのものである。更に、図１に
示された例では、各固定ブレード２３を固定する各リン
グ２１，２２の表面は、該ブレードの先行縁２４から後
行縁２５の方向にタービン軸線から漸次拡開した切頭円
錐形である。
【００１２】図２を参照すると、図１に示されるような
タイプのタービン段に組入れることができる本発明の固
定ブレード組立体の一部分の背面図が示されている。こ
の固定ブレード組立体のの固定ブレード２３は、本発明
に従って内方リング２１と外方リング２２に固定されて
いる。図２に示された各固定ブレード２３は、直線状で
ある。即ち、固定ブレード２３のエアフォイル部分は、
タービン軸線からの半径線２８に直交しており、ブレー
ドの半径方向内端から半径方向外端まで同じ形状を有
し、ブレードの根元端（半径方向内端）から先端（半径
方向外端）に至るまで捩られておらず、各ブレードの先
行縁及び後行縁が直線上に整列して重ねられている。各
ブレード２３は、凹面状の圧力側面２６と、凸面状の吸
引側面２７を有している。各ブレード２３は、動作流体
の流れから離れる方向に傾斜している。即ち、ブレード
の直線状の後行縁２５は、タービン軸線から該後行縁２
５の内端を通って延長する半径線２８から離れ、該ブレ
ードの吸引側面２７が面する方向に一定の傾き角度θで
傾けられている。即ち、直線状の後行縁２５は、負の傾
き角θを有する。
タイプのタービン段に組入れることができる本発明の固
定ブレード組立体の一部分の背面図が示されている。こ
の固定ブレード組立体のの固定ブレード２３は、本発明
に従って内方リング２１と外方リング２２に固定されて
いる。図２に示された各固定ブレード２３は、直線状で
ある。即ち、固定ブレード２３のエアフォイル部分は、
タービン軸線からの半径線２８に直交しており、ブレー
ドの半径方向内端から半径方向外端まで同じ形状を有
し、ブレードの根元端（半径方向内端）から先端（半径
方向外端）に至るまで捩られておらず、各ブレードの先
行縁及び後行縁が直線上に整列して重ねられている。各
ブレード２３は、凹面状の圧力側面２６と、凸面状の吸
引側面２７を有している。各ブレード２３は、動作流体
の流れから離れる方向に傾斜している。即ち、ブレード
の直線状の後行縁２５は、タービン軸線から該後行縁２
５の内端を通って延長する半径線２８から離れ、該ブレ
ードの吸引側面２７が面する方向に一定の傾き角度θで
傾けられている。即ち、直線状の後行縁２５は、負の傾
き角θを有する。
【００１３】図３を参照すると、図１を参照して先に説
明したスチームタービンの構成を有するモデルエアター
ビンについて得られたテスト結果の、タービン段の速度
比（Ｕr ／Ｃo ）対段の相対効率（％）のグラフが示さ
れている。Ｕr は、ブレードの根元でのインペラホイー
ルの回転速度、即ちタービン段の回転ブレード１２の根
元（半径方向内端）におけるディスク１１の回転速度で
あり、Ｃo は、スチームの速度、即ち、タービン段を通
る動作流体の速度である。従って、タービン段の速度比
Ｕr ／Ｃo は、その段の負荷の尺度である。図１を参照
して先に説明した「ディスク／ダイアフラム」型のター
ビンの場合は、段の効率、即ち、段を軸方向に通流する
動作流体（例えばスチーム）のエネルギーをロータ１０
の機械的エネルギーに変換する効率は、一般に、Ｕr ／
Ｃo の値が約０．５に等しい場合に最適であると考えら
れている。図３に示された段の相対効率は、半径方向の
固定ブレード、即ち、傾き角が０°（図２に示されるよ
うにθ＝０°）である固定ブレードに関して得られる効
率を０％として、それに対する相対的な値である。図３
のグラフにおいて曲線３１，３２，３３は、それぞれ、
＋２°の傾き（正の傾き角）、−１５°の傾き（負の傾
き角）及び−８°の傾き（負の傾き角）を有する図２に
示されるような直線状固定ブレードについて得られたテ
スト結果を示す。これらの実験を実施する前は、本発明
者らは、正の傾き角を有する固定ブレードは、固定ブレ
ードからその下流に位置する回転ブレードの内端（根
元）における入口への流体の流れを増大させることによ
って、タービン段の効率を高めるであろうと予測してい
た。しかしながら、実際には、＋２°の傾き（正の傾き
角）を有する直線状固定ブレードについて得られたテス
ト結果（曲線３１）は、マイナスの相対効率を示した。
そして、意外にも、−１５°の傾き（負の傾き角）及び
−８°の傾き（負の傾き角）を有する直線状固定ブレー
ドについて得られたテスト結果（曲線３２及び３３）
は、プラスの相対効率を示した。そして、−８°の傾き
を有する直線状固定ブレードの方が、−１５°の傾きを
有する直線状固定ブレードよりも良好な効率を示した。
明したスチームタービンの構成を有するモデルエアター
ビンについて得られたテスト結果の、タービン段の速度
比（Ｕr ／Ｃo ）対段の相対効率（％）のグラフが示さ
れている。Ｕr は、ブレードの根元でのインペラホイー
ルの回転速度、即ちタービン段の回転ブレード１２の根
元（半径方向内端）におけるディスク１１の回転速度で
あり、Ｃo は、スチームの速度、即ち、タービン段を通
る動作流体の速度である。従って、タービン段の速度比
Ｕr ／Ｃo は、その段の負荷の尺度である。図１を参照
して先に説明した「ディスク／ダイアフラム」型のター
ビンの場合は、段の効率、即ち、段を軸方向に通流する
動作流体（例えばスチーム）のエネルギーをロータ１０
の機械的エネルギーに変換する効率は、一般に、Ｕr ／
Ｃo の値が約０．５に等しい場合に最適であると考えら
れている。図３に示された段の相対効率は、半径方向の
固定ブレード、即ち、傾き角が０°（図２に示されるよ
うにθ＝０°）である固定ブレードに関して得られる効
率を０％として、それに対する相対的な値である。図３
のグラフにおいて曲線３１，３２，３３は、それぞれ、
＋２°の傾き（正の傾き角）、−１５°の傾き（負の傾
き角）及び−８°の傾き（負の傾き角）を有する図２に
示されるような直線状固定ブレードについて得られたテ
スト結果を示す。これらの実験を実施する前は、本発明
者らは、正の傾き角を有する固定ブレードは、固定ブレ
ードからその下流に位置する回転ブレードの内端（根
元）における入口への流体の流れを増大させることによ
って、タービン段の効率を高めるであろうと予測してい
た。しかしながら、実際には、＋２°の傾き（正の傾き
角）を有する直線状固定ブレードについて得られたテス
ト結果（曲線３１）は、マイナスの相対効率を示した。
そして、意外にも、−１５°の傾き（負の傾き角）及び
−８°の傾き（負の傾き角）を有する直線状固定ブレー
ドについて得られたテスト結果（曲線３２及び３３）
は、プラスの相対効率を示した。そして、−８°の傾き
を有する直線状固定ブレードの方が、−１５°の傾きを
有する直線状固定ブレードよりも良好な効率を示した。
【００１４】図４は、図３に示されたテスト結果から、
単一の速度比Ｕr ／Ｃo ＝０．５に関して作成した固定
ブレードの傾き角対タービン段の相対効率のグラフであ
る。図４のグラフは、−８°の傾き角で＋０．５％のプ
ラスの相対効率が得られることを示し、この効率は、−
５°から−１２°の傾き角の範囲内では僅かに０．１％
しか低下しないことを示している。この−５°から−１
２°の傾き角の範囲内では僅か０．１％しか効率が低下
しないことに鑑みて、−５°〜−１２°の傾き角を本発
明による規定範囲として選択した。
単一の速度比Ｕr ／Ｃo ＝０．５に関して作成した固定
ブレードの傾き角対タービン段の相対効率のグラフであ
る。図４のグラフは、−８°の傾き角で＋０．５％のプ
ラスの相対効率が得られることを示し、この効率は、−
５°から−１２°の傾き角の範囲内では僅かに０．１％
しか低下しないことを示している。この−５°から−１
２°の傾き角の範囲内では僅か０．１％しか効率が低下
しないことに鑑みて、−５°〜−１２°の傾き角を本発
明による規定範囲として選択した。
【００１５】直線状固定ブレードの傾き角をここに規定
した負の傾き角の範囲とすることによってタービン段の
効率の改善がなぜ達成されるのかその論理的な理由はま
だ解明されていない。しかしながら、この改良を説明す
る実験上の理由が図５に示されている。図５は、図３に
関連して説明したブレードの３つの異なる傾き角（＋２
°、−１５°及び−８°）に関してみた内方リング２１
と外方リング２２（図１及び２参照）の間の環状空間の
高さ対固定ブレードの出口における流体の比質量流量の
グラフである。比質量流量は、図３及び４に関連して説
明した上記実験結果を示したのと同じモデル空気タービ
ンの固定ブレード組立体の固定ブレード２３の後行縁２
５から流出する空気、従ってその下流の回転ブレード１
２に流入する空気のｌｂ／ｓ・ｆｔ2 として表されてい
る。環状空間の高さは、各固定ブレード２３の後行縁２
５の内端（根元）が固定されている内方リング２１のと
ころを０とし、固定ブレード２３の後行縁２５の外端
（先端）が固定されている外方リング２２のところを１
として両者の間を１の分数で表されている。
した負の傾き角の範囲とすることによってタービン段の
効率の改善がなぜ達成されるのかその論理的な理由はま
だ解明されていない。しかしながら、この改良を説明す
る実験上の理由が図５に示されている。図５は、図３に
関連して説明したブレードの３つの異なる傾き角（＋２
°、−１５°及び−８°）に関してみた内方リング２１
と外方リング２２（図１及び２参照）の間の環状空間の
高さ対固定ブレードの出口における流体の比質量流量の
グラフである。比質量流量は、図３及び４に関連して説
明した上記実験結果を示したのと同じモデル空気タービ
ンの固定ブレード組立体の固定ブレード２３の後行縁２
５から流出する空気、従ってその下流の回転ブレード１
２に流入する空気のｌｂ／ｓ・ｆｔ2 として表されてい
る。環状空間の高さは、各固定ブレード２３の後行縁２
５の内端（根元）が固定されている内方リング２１のと
ころを０とし、固定ブレード２３の後行縁２５の外端
（先端）が固定されている外方リング２２のところを１
として両者の間を１の分数で表されている。
【００１６】図５のグラフの曲線５１，５２，５３は、
それぞれ、＋２°の傾き（正の傾き角）、−１５°の傾
き（負の傾き角）及び−８°の傾き（負の傾き角）を有
する図２に示されるような直線状固定ブレードについて
得られたテスト結果を示す。曲線５１は、＋２°の傾き
を有する固定ブレードの場合は、ブレードの根元のとこ
ろで流れが最も多く、ブレードの先端にいくにつれて急
激に減少しており、先端では流れが極めて少なく、従っ
て、先端では非常に大きな効率の損失があることを示し
ている。曲線５２は、−１５°の傾きを有する固定ブレ
ードの場合は、ブレードの根元のところで流れが非常に
少なく、ブレードの先端において非常に多くなってお
り、固定ブレードの出口から回転ブレードの入口への流
れがブレードの根元と先端の間で非常に不均一であるこ
とを示している。曲線５３は、−８°の傾きを有する固
定ブレードの場合は、＋２°の傾きを有する固定ブレー
ドに比べて、又、おそらく傾き角度０の在来の固定ブレ
ードに比べても、ブレードの根元のところでは流れが若
干減少しているが、ブレードの先端においては増大して
おり、しかも、ブレードの根元から先端に至るまで実質
的に均一であることを示している。図２において、矢印
Ｆ１は、固定ブレードの後行縁からの流出流体のうち該
ブレードの半径方向外端に向け偏向される成分を示す。
固定ブレードからの出口における、従ってそれに続く回
転ブレードへの入口における比質量流量のこの均一性
は、それらの回転ブレードへの流れの分配を最適にし、
回転ブレードの先行縁への流入流れの進入角度を最少限
にし、その結果として、タービン段の相対効率の改善を
達成すると考えられる。換言すれば、本発明によるター
ビン段の効率の改善は、主として固定ブレードではなく
回転ブレードにおける損失を減少させることによって達
成されると考えられる。即ち、「ドミノ効果」がある。
それぞれ、＋２°の傾き（正の傾き角）、−１５°の傾
き（負の傾き角）及び−８°の傾き（負の傾き角）を有
する図２に示されるような直線状固定ブレードについて
得られたテスト結果を示す。曲線５１は、＋２°の傾き
を有する固定ブレードの場合は、ブレードの根元のとこ
ろで流れが最も多く、ブレードの先端にいくにつれて急
激に減少しており、先端では流れが極めて少なく、従っ
て、先端では非常に大きな効率の損失があることを示し
ている。曲線５２は、−１５°の傾きを有する固定ブレ
ードの場合は、ブレードの根元のところで流れが非常に
少なく、ブレードの先端において非常に多くなってお
り、固定ブレードの出口から回転ブレードの入口への流
れがブレードの根元と先端の間で非常に不均一であるこ
とを示している。曲線５３は、−８°の傾きを有する固
定ブレードの場合は、＋２°の傾きを有する固定ブレー
ドに比べて、又、おそらく傾き角度０の在来の固定ブレ
ードに比べても、ブレードの根元のところでは流れが若
干減少しているが、ブレードの先端においては増大して
おり、しかも、ブレードの根元から先端に至るまで実質
的に均一であることを示している。図２において、矢印
Ｆ１は、固定ブレードの後行縁からの流出流体のうち該
ブレードの半径方向外端に向け偏向される成分を示す。
固定ブレードからの出口における、従ってそれに続く回
転ブレードへの入口における比質量流量のこの均一性
は、それらの回転ブレードへの流れの分配を最適にし、
回転ブレードの先行縁への流入流れの進入角度を最少限
にし、その結果として、タービン段の相対効率の改善を
達成すると考えられる。換言すれば、本発明によるター
ビン段の効率の改善は、主として固定ブレードではなく
回転ブレードにおける損失を減少させることによって達
成されると考えられる。即ち、「ドミノ効果」がある。
【００１７】本発明の上述した固定ブレード組立体は、
図１を参照して説明した「ディスク／ダイアフラム」型
タービン段、特に、中高圧シリンダに用いられる低根元
反動型軸流スチームタービン段、及び、低圧シリンダの
最初の方の段に組入れることを企図したものである。
「低根元反動」とは、当業者には周知のように、回転ブ
レードの内端（即ち、根元）を通しての加速が比較的低
いことをいう。本発明が特に企図する用途においては、
各回転ブレードは、その半径方向内端（根元）から半径
方向外端（先端）にかけて捩られている。ただし、固定
ブレード及び回転ブレードの形状は二義的な作用を有す
るに過ぎず、本発明に従って規定された上記範囲内の角
度の負の傾きを有する直線状固定ブレードによって得ら
れる利点は、固定ブレード及び回転ブレードの形状がど
のようなものであっても達成されるものと考えられる。
従って、本発明によってよって得られる利点は、固定ブ
レードの形状を、図２を参照して説明されたものから多
少改変しても、達成されるものと考えられる。例えば、
固定ブレードは、僅かにテーパさせてもよい。即ち、各
固定ブレードの先行縁又は後行縁を軸方向に僅かに斜め
にすることによって固定ブレードの軸方向の幅をその根
元から先端まで異る幅にすることができる。又、各固定
ブレードの根元から先端にかけて僅かに捩れた形とする
こともできる。ただし、いずれの場合にも、固定ブレー
ドの後行縁は直線状とし、それらの固定ブレードは、先
に述べた英国特許公報第２１９９３７９Ａ号及びＧ．
Ａ．フィリポフ他の論文に記載された態様に円周方向に
湾曲させない。
図１を参照して説明した「ディスク／ダイアフラム」型
タービン段、特に、中高圧シリンダに用いられる低根元
反動型軸流スチームタービン段、及び、低圧シリンダの
最初の方の段に組入れることを企図したものである。
「低根元反動」とは、当業者には周知のように、回転ブ
レードの内端（即ち、根元）を通しての加速が比較的低
いことをいう。本発明が特に企図する用途においては、
各回転ブレードは、その半径方向内端（根元）から半径
方向外端（先端）にかけて捩られている。ただし、固定
ブレード及び回転ブレードの形状は二義的な作用を有す
るに過ぎず、本発明に従って規定された上記範囲内の角
度の負の傾きを有する直線状固定ブレードによって得ら
れる利点は、固定ブレード及び回転ブレードの形状がど
のようなものであっても達成されるものと考えられる。
従って、本発明によってよって得られる利点は、固定ブ
レードの形状を、図２を参照して説明されたものから多
少改変しても、達成されるものと考えられる。例えば、
固定ブレードは、僅かにテーパさせてもよい。即ち、各
固定ブレードの先行縁又は後行縁を軸方向に僅かに斜め
にすることによって固定ブレードの軸方向の幅をその根
元から先端まで異る幅にすることができる。又、各固定
ブレードの根元から先端にかけて僅かに捩れた形とする
こともできる。ただし、いずれの場合にも、固定ブレー
ドの後行縁は直線状とし、それらの固定ブレードは、先
に述べた英国特許公報第２１９９３７９Ａ号及びＧ．
Ａ．フィリポフ他の論文に記載された態様に円周方向に
湾曲させない。
【００１８】本発明によって達成される相対効率の改善
は、回転ブレードにシュラウドが設けられていなくて
も、あるいは、タービンの流路部が図１に示されるよう
に固定ブレード組立体の入口から出口へ開口していなく
ても、得られると考えられる。
は、回転ブレードにシュラウドが設けられていなくて
も、あるいは、タービンの流路部が図１に示されるよう
に固定ブレード組立体の入口から出口へ開口していなく
ても、得られると考えられる。
【００１９】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図１】図１は、本発明が対象とする形式の固定ブレー
ド組立体を含む在来の「ディスク／ダイアフラム」型中
高圧スチームタービン段の軸方向の概略側面図である。
ド組立体を含む在来の「ディスク／ダイアフラム」型中
高圧スチームタービン段の軸方向の概略側面図である。
【図２】図２は、図１に示されるようなタービン段に組
入れることができる本発明の固定ブレード組立体の一部
分の背面図である。
入れることができる本発明の固定ブレード組立体の一部
分の背面図である。
【図３】図３は、ブレードの３つの異なる傾き角に関し
てみたタービン段の速度比対効率を示すグラフである。
てみたタービン段の速度比対効率を示すグラフである。
【図４】図４は、単一の速度比に関してみたブレードの
傾き角対タービン段の効率を示すグラフである。
傾き角対タービン段の効率を示すグラフである。
【図５】図５は、ブレードの３つの異なる傾き角に関し
てみた内方リングと外方リングの間の環状空間の高さ対
固定ブレードの出口における空気の比質量流量のグラフ
である。
てみた内方リングと外方リングの間の環状空間の高さ対
固定ブレードの出口における空気の比質量流量のグラフ
である。
１０：ロータ １１：ディスク １２：回転ブレード ２０：ステータ ２１：内方リング ２２：外方リング ２３：固定ブレード ２４：先行縁 ２５：後行縁 ２６：凹面状圧力側面 ２７：凸面状吸引側面 ２８：半径線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ジョージ アンスワァース 英国 ダブリュ13 ０エヌイー，チェシ ア，リム，ウィッチウッド アヴェニュ ９ (72)発明者 ジェフリ ロイド マーチャント パーカ ー 英国 シーヴイ８ １ディビー，ウォリッ クシア，ケニルウァース，プライアズフィ ールド ロード ８
Claims (7)
- 【請求項１】半径方向内方の内方リングと、半径方向外
方の外方リングと、各々、内端を内方リングに固定さ
れ、外端を外方リングに固定されており、先行縁と後行
縁と圧力側面と吸引側面を有する１列の円周方向に間隔
を置いて整列した固定ブレードから成る形式の軸流ター
ビンのための固定ブレード組立体であって、 前記各ブレードの後行縁は、直線状であり、タービン軸
線から該後行縁の内端を通って延長する半径線から離
れ、該ブレードの吸引側面が面する方向に一定の傾き角
度で傾けられており、前記１列のブレードは、５°〜１
２°の範囲の該傾き角を有していることを特徴とする固
定ブレード組立体。 - 【請求項２】前記ブレードの後行縁のところでタービン
軸線に直交する前記内方リングと外方リングとの間の空
間の断面積は、前記ブレードの先行縁のところのそれよ
り大きいことを特徴とする請求項１に記載の固定ブレー
ド組立体。 - 【請求項３】前記各ブレードを固定する前記各リングの
表面は、該ブレードの先行縁から後行縁の方向にタービ
ン軸線から漸次拡開した切頭円錐形であることを特徴と
する請求項２に記載の固定ブレード組立体。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載され固定ブ
レード組立体と、流体の流れ方向でみて該固定ブレード
組立体の下流側で半径方向内方端をタービンロータのデ
ィスクに固定された１列の円周方向に間隔を置いて整列
した回転ブレードとを含む軸流タービン段。 - 【請求項５】前記回転ブレードは、それらの半径方向外
端においてシュラウドで囲われていることを特徴とする
請求項４に記載の軸流タービン段。 - 【請求項６】前記各回転ブレードは、その内端から外端
にかけて捩れていることを特徴とする請求項４又は５に
記載の軸流タービン段。 - 【請求項７】低根元反動型軸流スチームタービンである
請求項４〜６のいずれかに記載の軸流タービン段。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9210421.5 | 1992-05-15 | ||
| GB929210421A GB9210421D0 (en) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | Turbine blade assembly |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610610A true JPH0610610A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=10715539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5131154A Pending JPH0610610A (ja) | 1992-05-15 | 1993-05-07 | タービンブレード組立体 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5575620A (ja) |
| EP (1) | EP0570106B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0610610A (ja) |
| DE (1) | DE69319497T2 (ja) |
| ES (1) | ES2118189T3 (ja) |
| GB (2) | GB9210421D0 (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2011074804A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンのノズル |
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- 1993-04-05 ES ES93302658T patent/ES2118189T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-05 EP EP93302658A patent/EP0570106B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-05 DE DE69319497T patent/DE69319497T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-05 GB GB9307104A patent/GB2266931B/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-07 JP JP5131154A patent/JPH0610610A/ja active Pending
-
1995
- 1995-12-29 US US08/580,792 patent/US5575620A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011074804A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンのノズル |
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| US9951648B2 (en) | 2012-04-16 | 2018-04-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Guide blade ring for an axial turbomachine and method for designing the guide blade ring |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0570106A1 (en) | 1993-11-18 |
| DE69319497T2 (de) | 1998-11-12 |
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| DE69319497D1 (de) | 1998-08-13 |
| US5575620A (en) | 1996-11-19 |
| EP0570106B1 (en) | 1998-07-08 |
| ES2118189T3 (es) | 1998-09-16 |
| GB9210421D0 (en) | 1992-07-01 |
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