JPH0689646B2 - 軸流タ−ビン回転羽根 - Google Patents

軸流タ−ビン回転羽根

Info

Publication number
JPH0689646B2
JPH0689646B2 JP7099485A JP7099485A JPH0689646B2 JP H0689646 B2 JPH0689646 B2 JP H0689646B2 JP 7099485 A JP7099485 A JP 7099485A JP 7099485 A JP7099485 A JP 7099485A JP H0689646 B2 JPH0689646 B2 JP H0689646B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ventral
exit angle
dimensionless
blade
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP7099485A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61232301A (ja
Inventor
義昭 山崎
哲男 笹田
正平 吉田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7099485A priority Critical patent/JPH0689646B2/ja
Publication of JPS61232301A publication Critical patent/JPS61232301A/ja
Publication of JPH0689646B2 publication Critical patent/JPH0689646B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速回転の長翼用の軸流蒸気タービン回転羽
根に係り、タービンの円周方向に隣接する回転羽根間の
翼列流路を流れる気体の速度を亜音速から超音速に効率
よく遷移させ規定の流出マツハ数を得、かつ流出マツハ
数の低下時のタービン効率の低下を抑制するために好適
な軸流タービンの回転羽根に関する。
〔発明の背景〕
この回転羽根では、主として最終段回転羽根の半径方向
外側先端部における流体の流れの状態が音速を超えてい
る。この回転羽根は蒸気が音速より低い速度で入り、超
音速で出るから遷音速回転羽根と呼ばれている。従来、
この遷音速回転羽根翼形として、米国特許3,333,817号
及び特公昭56-12681号公報に記載されているような翼形
があつた。これらの翼形は翼列流路の最狭部(スロー
ト)以降で末広流路を形成し、設計流出マツハ数に対し
て回転羽根の間を流動する流体の速度を亜音速から超音
速に効率よく遷移させることができる。しかし、設計マ
ツハ数以外、特に設計マツハ数より低い流出マツハ数に
なると、不足膨張のため境界層が厚くなり翼形損失が大
きくなる。一方、比較的低マツハ数の遷音速流ではスロ
ート以降の翼形背面を直線としたストレート・バツク翼
形が良好な性能を示すことが知られている。しかし、前
記した翼形のように、亜音速から超音速へ遷移させるた
めに空気力学的な中細流路を形成しておらず、しばしば
設計マツハ数を高くできなく、翼形損失が急増すること
があつた。
近年、大容量原子力発電プラントの開発が進む反面、中
小容量の火力発電プラントは部分負荷で運転される機会
が多く、最終段長翼の流出マツハ数も定格運転時のマツ
ハ数より低いマツハ数で作動する時間が多くなつてきて
おりこの低いマツハ数での翼形損失も小さくする必要が
ある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、翼列流
路を流れる流体の速度を亜音速から超音速に効率よく遷
移させ規定の流出マツハ数を得ることができ、かつ設計
流出マツハ数よりも低い流出マツハ数での運動エネルギ
ー損失を低減させ得る軸流タービン回転羽根を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明の要旨とするところは、回転羽根の外周部分がス
トレートバック翼形またはこれに準ずる翼形後端部分の
曲率が小さい翼形で形成され、翼形後端部分のほぼ平な
腹面で周方向とでなす腹面出口角を、半径方向の各段面
の周速を音速で無次元化した無次元周速に対して適正に
決定することにより、後縁からの膨張波により隣接する
回転羽根の後縁背面が設計流出マツハ数になるようにし
たものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面により詳しく説明する。
第1図は、隣り合つた2個の回転羽根1及び2を回転羽
根先端近くで切断したところを示す断面図である。この
切断した断面の形を翼形と呼び、翼形は半径方向内側に
向つて形及び向きも変つて行く。各翼形には蒸気の流入
側である前縁3及び流出側である後縁4があり、また矢
印で示した回転羽根の回転方向の面である背面8と、こ
れと反対側の面である腹面7がある。図面の回転羽根2
に示したように前縁側の部分を前端部分5、後縁側の部
分を後端部6と定義ずける。また、第2図に示すように
後端部分6の腹面7と周方向でなす角度を腹面出口角度
γと定義ずける。各回転羽根の前端部分5は、隣接回
転羽根の後端部分6に重つて伸び、両羽根間に先細ノズ
ル部を形成する。
第3図は、後端部分の蒸気の膨張特性を示す。すなわ
ち、先細流路のスロート0で蒸気流速は音速すなわち
“マツハ数=1"となり、蒸気はスロート0以降でさらに
膨張する。ここで、腹面7側の後縁4では上記したよう
にマツハ数1に相当する圧力までしか膨張していない
が、後述するように背面圧力はさらに低くなつており、
腹面7に沿つて流れて来た蒸気は背面圧力まで急膨張し
背面8方向にνだけ転向する。この流れの転向角νは、
膨張した時のマツハ数Mに対して、次式に示すプラント
ル・マイヤー函数νの値となる。
ここで、kは気体の断熱指数であり、νはラジアンで表
わした値である。しかし一般的にはラジアンを度に変換
して度で表わすことが多く、以下では度として取扱うこ
とにする。
このように、後縁4で腹面7側の蒸気が急膨張すると扇
状の膨張波が発生し、破線で示すマツハ線9ができる。
マツハ線上では、反射波ない単一波の領域では流れは一
様、すなわちマツハ数や流れの方向も等しくなるが、反
射波が干渉する領域は特性曲線法で取扱う必要がある。
しかし、高マツハ数のマツハ線9hは低マツハ数の反射波
の影響は小さく近似的に単一波、すなわち直線と見なす
ことができる。
また、腹面7側の流れと背面8側の流れが衝突して互に
流れが圧縮されて衝撃波10及び10が発生する。そし
て衝撃波後の気体の流れ角は腹側の流れと背側の流れが
衝突す前の流れ角の平均値とみなすことができる。
本発明では、隣接翼の後縁端に達する高マツハ数のマツ
ハ線9hのマツハ数の値を設計マツハ数になるようにする
ものである。
次に、第2図はタービン回転羽根の後端部の設計法を示
す。この図により、タービン回転羽根の設計法すなわち
隣接翼の後縁に達するマツハ線を設計マツハ数にする方
法について述べる。
タービン回転羽根の後縁4のエツジ厚さδは0.8〜1.2mm
程度になり、この場合後縁4の直後の場所12の圧力P
は翼列後流の圧力Pより低くなることが知られてい
る。第4図はこの場合の実験結果の1例であり、横軸は
翼列後流の圧力Pと翼列入口全圧の比であり、縦軸は後
縁4の直後の場所12の圧力Pと翼列入口全圧との比で
ある。このようにPの圧力がPより低くなると後縁
部で局所的にマツハ数が大きくなる。そのマツハ数M
と翼列後流のマツハ数Mを比較したのが第5図であり、
後縁部での局所マツハ数Mが翼列後流のマツハ数Mよ
り約0.2大きくなる。したがつて、第2図に示すように
腹面7側の蒸気は後縁4で前記局所マツハ数Mに対す
るプラントルマイヤー函数νだけ転向する。
次に、設計マツハ数に対するマツハ線の角度は腹面7側
の流体が後縁で転向した流れ方向11に対して、次式のマ
ツハ角μの方向となる。
この結果、第2図から明らかなように、隣接回転羽根の
後縁に達すマツハ線のマツハ角μとプラントル・マイヤ
ー函数νと腹面出口角γとの間には次式の関係が成
立つ。
γ=μ−ν ……(3) 従つて、腹面出口角γは設計マツハ数に対して(3)式
で求められる値より小さい値に設計しないと、翼列出口
圧力をいくら低くしても翼列流路出口の圧力は低下せ
ず、翼列出口で規定の流出マツハ数を得ることができな
い。
一方、腹面7側の流れと背面8側の流れが衝突して、衝
撃波が発生した後の流体の流れ角は、後縁4の後では同
じマツハ数の流れが衝突するので、衝突後は腹面7側の
転向後の流れ方向11と腹面8側の転向後の流れ方向13と
の平均と見なすことができる。ここで、腹面側の流れ方
向11はν+γであり、背面側の流れ方向13は背面出
口角γから設計マツハ数Mと前記の局所マツハ数M
のプラントル・マイヤー函数の差で求められ、γ
(ν−ν)となる。ゆえに、衝突後の流体の流れ角α
となる。
第6図は、回転羽根出口の速度三角形であり、Vが回転
羽根出口の相対速度、Uが絶対速度、Wが周速である。
最終段回転羽根では、同一流量を流した時、流出蒸気の
持去る運動エネルギーを最小にするために、絶対速度U
は通常図のように軸方向に流れるように設計される。ま
たαが(4)式で与えられる翼列後の流れ角である。
前記したように、腹面出口角γは規定の流出マツハ数
を得るためには、一定値より小さくする必要あるが、反
面(4)式から明らかなようにあまり小さくすると流出角
が小さくなり設計流量が流れなくなる。絶対速度Uは軸
流タービンの回転羽根を流れる流量に比例する値であ
り、通常の軸流タービンでは音速aで無次元化した で0.5以上で用いられる。また、腹面出口角γと背面
出口角γの差で示される後縁角εは、回転羽根の強度
から通常4゜以上に設計される。この ε=4゜を下限条件とすると、その時の設計マツハ数に
対して流出角αが速度三角形の関係より決まり背面出口
角を(4)式より求めることができる。
第7図は、設計マツハ数Mに対して、乾き飽和蒸気(k
=1.135)について(3)式より求めた上限の腹面出口角14
と、前記下限条件により(4)式より求めた下限の腹面出
口角15の値である。設計流出マツハ数Mに対して斜線で
示した範囲が本発明の使用範囲となる。この結果、本発
明による回転羽根の最大設計マツハ数は1.62となる。
第8図は、第7図に示した限界腹面出口角γの時、各
流出マツハ数における(4)式より求まる流出角αと、第
6図に示した速度三角形より定まる流出角αを等しくす
るように求めた と限界腹面出口角の関係を示す。すなわち、 は次式により決定される。
この結果、無次元周速が大きくなると腹面出口角は小さ
くなり、規定の設計マツハ数を得るための上限値も16、
規定の流量を流すための下限値17も無次元周速に対して
ほぼ直線的に変化する。したがつて、本発明による回転
羽根の腹面出口角γは遷音速流で流出する半径方向外
周部の各段面の無次元周速に対して、無次元周速が0.9
で腹面出口角が41゜なる点と無次元周速が1.58で腹面出
口角が10゜なる両点を結ぶ直線より小さく、無次元周速
が0.9で腹面出口角が31゜なる点と無次元周速が1.54で
腹面出口角が10゜なる両点を結ぶ直線より大きい。ま
た、無次元周速は半径方向外側が大きく、内側になるに
従つて小さくなるので、腹面出口角γは回転羽根の先
端部から根元部に向つてほぼ直線的に大きくなる。
なお、 が0.6〜0.7の設計を行う場合、上限マツハ数が次第に小
さくなるので、先端部は上限の腹面出口角として、途中
から を作る場合もある。
第10図は本発明による回転羽根の1段面の翼形の2次元
翼列実験による運動エネルギー損失18を、従来の先細流
路のストレート・バツク翼形の損失19の最小損失を1と
して比較して示した値である。このように本発明によれ
ば、従来の先細流路の翼形のように設計マツハ数で損失
が急増することもなく、また中細ノズル形遷音速翼形の
損失20のように設計マツハ数より低いマツハ数に対して
も良好な翼列性能を達成することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、超音速で流出する翼列出口のマツハ数
を、膨張波であるマツハ線で設計流出マツハ数にするこ
とができる。また、先細流路を持つ翼であり、低マツハ
数でも良好な性能の回転羽根とすることができ、遷音速
流段落を持つ軸流蒸気タービンの効率向上、特に部分負
荷運転時の効率を大幅に向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における隣り合つた2つの回転羽根の横
断面図、第2図は第1図後縁端部の拡大図、第3図は後
縁部分の形状と蒸気の膨張特性を示す横断面図、第4図
は翼列後流の圧力と後縁直後の圧力の差を示す実験値、
第5図は同様のマツハ数の差を示す実験値、第6図は回
転羽根から流出する蒸気の速度三角形、第7図は設計流
出マツハ数に対する腹面出口角の範囲を示す計算値、第
8図は回転羽根の半径方向断面の周速を音速で無次元し
た無次元周速と腹面出口角の範囲を示す計算値、第9図
は先行技術による回転羽根と本発明による回転羽根のエ
ネルギー損失のマツハ数に対する特性を示す。 1……回転羽根、2……回転羽根、3……前縁、4……
後縁、5……前端部分、6……後端部分、7……腹面、
8……背面、9……マツハ線、γ……腹面出口角、O
……スロート、ν……プラントル・マイヤー函数、μ…
…マツハ角、δ……エツジ厚さ、12……後縁直後部分、
……翼列後流圧力、P……後縁直後部圧力、P01
……翼列入口全圧、M……後縁直後の局所マツハ数、
M……設計マツハ数、W……周速、a……流体の音速、
U……絶対速度。
フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭50−687(JP,B2) 特公 昭60−48602(JP,B2) 特公 昭62−29604(JP,B2) 特公 昭62−59203(JP,B2) 特公 平2−5882(JP,B2)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転羽根翼列を持つ軸流タービンであっ
    て、回転羽根翼列流路が回転羽根の前端部分から後端部
    分にかけて先細流路を形成する回転羽根を有する軸流タ
    ービン回転羽根において、 後端部分の翼面の背面及び腹面がほぼ平となっていて、
    該腹面と周方向とでなす腹面出口角度を一方の座標軸
    に、回転羽根の各断面の周速を音速で無次元した無次元
    周速を他の座標軸にとった座標上で、 無次元周速が0.9で腹面出口角度が41゜なる点と無次元
    周速が1.58で腹面出口角度が10゜なる点とを通る直線よ
    り小さく、無次元周速が0.9で腹面出口角度が31゜なる
    点と無次元周速が1.54で腹面出口角度が10゜なる点とを
    通る直線より大なる領域にあるように無次元周速に対し
    て前記腹面出口角度を設定したことを特徴とする軸流タ
    ービン回転羽根。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記腹面
    出口角度を、半径方向外側から半径方向内側になるに従
    って、ほぼ直線的に大きくしたことを特徴とする軸流タ
    ービン回転羽根。
JP7099485A 1985-04-05 1985-04-05 軸流タ−ビン回転羽根 Expired - Lifetime JPH0689646B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7099485A JPH0689646B2 (ja) 1985-04-05 1985-04-05 軸流タ−ビン回転羽根

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7099485A JPH0689646B2 (ja) 1985-04-05 1985-04-05 軸流タ−ビン回転羽根

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61232301A JPS61232301A (ja) 1986-10-16
JPH0689646B2 true JPH0689646B2 (ja) 1994-11-09

Family

ID=13447609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7099485A Expired - Lifetime JPH0689646B2 (ja) 1985-04-05 1985-04-05 軸流タ−ビン回転羽根

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0689646B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6730245B2 (ja) 2017-11-17 2020-07-29 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービンノズル及びこのタービンノズルを備える軸流タービン
CN109977593A (zh) * 2019-04-09 2019-07-05 重庆水轮机厂有限责任公司 超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61232301A (ja) 1986-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0775249B1 (en) Flow directing assembly for the compression section of a rotary machine
US6338609B1 (en) Convex compressor casing
EP1152122B1 (en) Turbomachinery blade array
US7753652B2 (en) Aero-mixing of rotating blade structures
JP2753217B2 (ja) ガスタービンエンジン用の翼
JP6001999B2 (ja) エーロフォイル、圧縮機、ベーン、ガスタービンエンジン、およびステータの列
US9051839B2 (en) Supersonic turbine moving blade and axial-flow turbine
US20020197156A1 (en) Aerofoil for an axial flow turbomachine
JPH0610604A (ja) 蒸気タービン、蒸気タービンの動翼列及び蒸気流の膨張方法
EP1260674B1 (en) Turbine blade and turbine
GB2270348A (en) Axial-flow turbine.
JP2007120494A (ja) 可変幾何学形状インレットガイドベーン
JPH0783196A (ja) 軸流圧縮機
JP2002138801A (ja) 軸流型タービンのタービン翼型、タービン翼およびタービン翼列
JPH03138404A (ja) 蒸気タービン用の羽根
WO2018219611A1 (en) Compressor stator vane for axial compressors having a corrugated tip contour
JPH0689646B2 (ja) 軸流タ−ビン回転羽根
JPS6139482B2 (ja)
JP2004263602A (ja) 軸流タービンのノズル翼、動翼およびタービン段落
JP3005839B2 (ja) 軸流タービン
JP2000104501A (ja) タービン動翼及びガスタービン及び蒸気タービン
JP2000204903A (ja) 軸流型タ―ビン
JPH0893404A (ja) タービンノズルおよびタービン動翼
JPH11173104A (ja) タービン動翼
JPH03267506A (ja) 軸流タービンの静翼