JPH06173605A - 軸流タービン - Google Patents

軸流タービン

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JPH06173605A
JPH06173605A JP5211880A JP21188093A JPH06173605A JP H06173605 A JPH06173605 A JP H06173605A JP 5211880 A JP5211880 A JP 5211880A JP 21188093 A JP21188093 A JP 21188093A JP H06173605 A JPH06173605 A JP H06173605A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vane
height
blade
guide vane
nozzle guide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5211880A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Elvekjaer
ペーター・エルヴェクヤール
Walter Schreiber
ヴアルター・シユライバー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半径方向と周方向の境界層・圧力偏差と空力
的羽根損失を減らす少なくとも一列の湾曲ノズル案内翼
（７）と少なくとも一列の回転羽根（４）とを有する軸
流タービン。 【構成】 翼の高さにあるノズル案内翼（７）の湾曲部
を弦（Ｓ）に対して垂直方向に選定してあり、ノズル案
内翼をその半径方向に次第に細くしてある。 【効果】 翼の弦に対する垂直方向の湾曲の結果半径方
向に投影された翼面が公知の周方向の湾曲よりも大きく
なる点にある。これによって作動流体に対する半径方向
力も強くなる。この流体は導管壁に押しつけられ、それ
によって境界層の厚さが減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、少なくとも一列の湾
曲ノズル案内翼と少なくとも一列の回転羽根とを有する
軸流タービンに関する。
【０００２】湾曲ノズル案内翼は特に、ノズル案内翼中
の境界層の方向転換によって生じる二次損失を減らすた
めに使用される。
【０００３】
【従来の技術】湾曲ノズル案内翼のあるタービンはたと
えばＤＥ−Ａ−37 43 738 から知られている。そこに開
示された翼は、翼の高さの湾曲がそれぞれ周方向に隣接
するノズル案内翼の圧力側の方に向いている。この公報
からも、翼の高さの湾曲部がそれぞれ周方向に隣接する
ノズル案内翼の吸引側の方へ向けられた翼が知られてい
る。こうして効果的な仕方で半径方向の境界層・圧力偏
差も周方向の境界層・圧力偏差も減少し且つ空力的羽根
損失が減少する。隣接翼のどの側面にこの公知の翼の湾
曲が向いているかに関係なく湾曲はどの場合にも正確に
周方向にある。このことは、開示の円筒状の翼の場合に
は少なくとも翼の高さのその前縁が同じ軸流平面にある
ことを意味している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、初
めに記載した種類の軸方向貫流タービンで前記の欠点を
除去する対策を講じることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の課題はこの発明
で、翼の高さにあるノズル案内翼の湾曲部を弦に対して
垂直方向に選定してあり、ノズル案内翼はその半径方向
に次第に細くなっていることにより達成される。同時に
湾曲をそれぞれ周方向に隣接するノズル案内翼の圧力側
に向けてある。
【０００６】この発明の利点は特に次の点にある。羽根
の弦に対する垂直方向の湾曲の結果半径方向に投影され
た翼面が公知の周方向の湾曲の場合よりも大きい点にあ
る。これによって作動流体に加わる半径方向力が強くな
る。この流体は導管壁に押しつけられ、それによって境
界層の厚さが減少する。
【０００７】ノズル案内翼根部の部分の翼支持部材輪郭
が少なくともほぼ円筒状で案内翼先端の部分のボス輪郭
が円錐状に開いた、たとえば排気ターボ過給機のガスタ
ービンの場合に使用されるような軸流タービンの場合は
案内翼は翼の高さでねじれているのが有利である。湾曲
とねじれの組み合わせにより翼の高さの反作用度が最善
のものになり、その場合案内翼の入口角の分割を大きく
変更する必要はない。更に、一つのタービン段を設計す
る場合従来の案内翼をそのまま使用できるのが有利であ
る。
【０００８】
【実施例】図には軸方向及び半径方向の出口を有する一
段の排気ターボ過給機タービンをもとにこの発明の一実
施例を示した。
【０００９】この発明の理解に重要な要素のみを示し
た。設備のうち示してないのは、たとえば圧縮機部分、
ケーシング、支承部を有するロータ等である。作動流体
の流動方向は矢印で示した。
【００１０】図１に概略を示したガスタービンには作動
流体貫流導管１を限定する壁部で、内側ボス２と外側翼
支持体３がある。後者は適当な仕方で図示してないケー
シングの中にかかっている。ノズル案内翼４の部分では
導管１が内側を回転子板５によって、そして外側を被蓋
６によって仕切られている。翼作用範囲全体ではボス２
は膨張する作動流体の容量増加のために円錐形に形成さ
れて開いている。
【００１１】回転子羽根の上流には固定案内邪魔板を配
設してある。この邪魔板の翼７は数量とピッチＴ対弦Ｓ
の比（図２）に関して流動工学的にみて全負荷を最善と
する。 翼７は回転子羽根に入るのに必要な回転を流れ
に与える。図と異なってこの案内翼は通常その内・外の
境界壁部毎全体として形成される。それはたとえば一体
構成の閉鎖式ノズルリングで、従って本来羽根先端或い
は羽根根部についてのこととすることはできない。
【００１２】図１と図３から明らかなように、羽根が湾
曲している結果案内翼の入口縁９も出口縁８も同一軸方
向平面にはないことが分かる。翼の湾曲は弦に対して垂
直方向にあり、このことは周方向と軸方向の断面輪郭の
ずれによって実現される。
【００１３】湾曲は連続的な弧によって形成される。こ
の弧は翼支持体３と共に鋭角αｚを形成し、ボス２と共
に鋭角αｎを形成する。この場合外径の角度αｚが内径
の角度αｎより小さい。図１に示した角度は軸方向平面
の角ではなく、羽根の弦平面に対して垂直である。
【００１４】案内翼は半径方向内側へ向かって細くな
る。この細まりは、案内翼が外側の半径から翼高さのほ
ぼ半分まではピッチに対する弦の比が大きくなり、翼の
半分の高さから内側の半径まではピッチに対する弦の比
がほぼ一定になるように選定される。翼の輪郭は翼高さ
ではほぼ不変である。
【００１５】湾曲と細小化の尺度及び翼輪郭は図４から
明瞭である。即ち翼高さ上で半径方向からみて少なくと
もほぼ等間隔の５個の断面輪郭を示してある。Ｚで外
径、即ち円筒に沿って記載した輪郭、Ｎで内径、即ちボ
スに沿った輪郭、Ｖで翼高さの半分の所の輪郭、更にＵ
とＷで高さの１／４〜３／４の２個の輪郭を示してあ
る。
【００１６】これらの対策により辺縁帯域の所望の脱負
荷に寄与する。湾曲と細小化の他に案内翼の羽根の長さ
に翼羽根のもう１つの捩じれを形成し、導管の高さの案
内翼に続く回転羽根の周速度の変化を計算に入れる。図
４には異なる食違い角度βＮとβＷのねじれを示してあ
る。このねじれは周方向の対応輪郭ＮとＷの弦を成立さ
せる。案内翼のねじれがないと回転羽根の流入角は案内
翼の流出角に合わせなければならない。これはまたター
ビンの呑み込み能力の望ましくない変化を生じる結果と
なる。
【００１７】図２の円筒断面はタービンの観察された部
分の翼の設計の拡大寸法図である。通常排ガスは約１５
〜２０度の角度で全負荷の案内羽根から出て行く。この
図から分かるように外側の導管壁の所の境界層の影響を
受けてガス出口角が羽根の内縁部の出口角と特に異な
る。
【００１８】辺縁帯域脱負荷のこの状況を図６に示して
ある。この図で横座標上に度で出口角を、縦座標上に％
で案内翼・後縁の領域にある導管の高さを示してある。
従来の円筒状の案内翼と、この発明の基準に従って湾曲
させた三次元翼の導管高さ上のガス流出角σＧと翼出口
角σＳを比較してある。鎖線値は円筒状の翼について示
したものである。明らかに分かるのは翼出口角σＳが一
定であると翼高さにあるガス流出角σＧの分割は非常に
不規則になることである。翼間隔が細かいボス領域の曲
線の経過中の屈曲部はそこでは強い超音速の流れに原因
がある。湾曲翼を表す実線は翼の高さの比較的一定のガ
ス流出角σＧを示している。翼がケーシングとボスの所
でひねってあるにもかかわらず、即ちより小さな翼出口
角σＳであると、辺縁帯域で基準となるガス流出角σＧ
は翼中心部でより大きい。ボスの所の前記過速度はこの
新規な対策を講じれば生じない。
【００１９】この辺縁帯域免荷の結果、図５に示すよう
に経線は半径方向外側の翼支持壁と半径方向内側のボス
壁部の方へ押し退けられる。従って流れに影響を与える
半径方向成分は目的通り流れをボスと円筒へ押しつける
ことになる。
【００２０】案内翼の出口縁８は同一軸平面にはないの
で、後流窪み（reciprocal depres-sion) も半径方向に
は経過しない。これは場合によっては下流に配設された
案内翼４の振動励起に有利に影響することがある。
【００２１】横座標上にタービン圧力比をバールで、縦
座標上に圧力損失減少をパーセントで示した図７には圧
力比が大きくなるとこの対策が有利に作用することを示
してある。
【００２２】無論この発明は前記の実施例に限定される
ものではない。これと別に案内翼の湾曲をそれぞれ周方
向に隣接する案内翼の吸引側へ向けておくこともでき
る。そうなると円筒とボスの所の境界層が加速される前
記の解決策とは反対に境界層には影響せず、湾曲は確実
に芯部流動に影響する。
【００２３】
【発明の効果】この発明の利点は、特に、翼の弦に対す
る垂直方向の湾曲の結果半径方向に投影された翼面が公
知の周方向の湾曲よりも大きくなる点にある。これによ
って作動流体に対する半径方向力も強くなる。この流体
は導管壁に押しつけられ、それによって境界層の厚さが
減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】タービンの部分縦断面図である。
【図２】図１の貫流導管の外径上の円筒断面の部分展開
図である。
【図３】湾曲案内翼の骨組みの斜視図である。
【図４】湾曲案内翼の輪郭断面図である。
【図５】経線の軸方向断面図である。
【図６】導管高さのガス流出角と羽根出口角の比較図で
ある。
【図７】タービン圧力比の関数で表した損失減少の概観
図である。
【符号の説明】
１ 導管 ２ ボス ３ 翼支持部材 ４ 回転羽根 ５ 回転子板 ６ 被蓋部 ７ 案内翼 ８ ４の出口縁 ９ ４の入口縁 Ｎ 内径部輪郭 Ｓ 案内翼の弦 Ｔ 案内翼のピッチ Ｚ 外径部輪郭 αＮ ボスの所の羽根の湾曲角 αＺ 円筒の所の羽根の湾曲角 βＮ 食違い角 βＷ 食違い角 σＧ ガス流出角 σＳ 羽根出口角

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一列の湾曲ノズル案内翼
    （７）と少なくとも一列の回転羽根（４）とを有する軸
    流タービンにおいて、翼の高さにあるノズル案内翼
    （７）の湾曲部を弦（Ｓ）に対して垂直方向に選定して
    あり、ノズル案内翼をその半径方向に次第に細くしてあ
    ることを特徴とする軸流タービン。
  2. 【請求項２】 ノズル案内翼の湾曲部をそれぞれ周方向
    に隣接するノズル案内翼の圧力側面の方へ向けてあるこ
    とを特徴とする請求項１の軸流タービン。
  3. 【請求項３】 ノズル案内翼の細小化を、案内翼が外側
    半径から翼の高さのほぼ半分までピッチ（Ｔ）対弦
    （Ｓ）の比が増し、翼の高さのほぼ半分から内部の半径
    までピッチ（Ｔ）対弦（Ｓ）の比がほぼ一定になるよう
    に選定することを特徴とする請求項１の軸流タービン。
  4. 【請求項４】 ノズル案内翼先端の部分にあるボス部
    （２）が円錐形に開いた請求項１の軸流タービンにおい
    て、ノズル案内翼が翼の高さの上でねじれていることを
    特徴とする軸流タービン。
JP5211880A 1992-08-29 1993-08-26 軸流タービン Withdrawn JPH06173605A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4228879:7 1992-08-29
DE4228879A DE4228879A1 (de) 1992-08-29 1992-08-29 Axialdurchströmte Turbine

Publications (1)

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JPH06173605A true JPH06173605A (ja) 1994-06-21

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US (1) US5342170A (ja)
JP (1) JPH06173605A (ja)
KR (1) KR940005867A (ja)
CN (1) CN1086579A (ja)
CH (1) CH688867A5 (ja)
CZ (1) CZ285003B6 (ja)
DE (1) DE4228879A1 (ja)
GB (1) GB2270348B (ja)
PL (1) PL299621A1 (ja)
RU (1) RU2109961C1 (ja)

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