JPH09112203A - タービンノズル - Google Patents
タービンノズルInfo
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- JPH09112203A JPH09112203A JP26664295A JP26664295A JPH09112203A JP H09112203 A JPH09112203 A JP H09112203A JP 26664295 A JP26664295 A JP 26664295A JP 26664295 A JP26664295 A JP 26664295A JP H09112203 A JPH09112203 A JP H09112203A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ノズル出口の流量および流線をコントロールす
ることで２次流れ損失を低減させ、段落性能を向上させ
ること。 【解決手段】ノズル翼１はロータの回転中心を通るラジ
アル線Ｅに対して一定の角度で動翼の回転方向に傾斜し
て配置される。ノズル翼１の高さ方向におけるスロート
幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔが根本部、中央部およ
び先端部で下記不等式で定まるように構成される。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ
ることで２次流れ損失を低減させ、段落性能を向上させ
ること。 【解決手段】ノズル翼１はロータの回転中心を通るラジ
アル線Ｅに対して一定の角度で動翼の回転方向に傾斜し
て配置される。ノズル翼１の高さ方向におけるスロート
幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔが根本部、中央部およ
び先端部で下記不等式で定まるように構成される。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軸流タービンにおい
て、タービンノズルの流線および流量分布をノズルの傾
斜とスロート幅Ｓ／環状ピッチＴ分布によりコントロー
ルすることで、２次流れ損失を低減させ、タービン段落
性能を向上させるようにしたタービンノズルに関するも
のである。
て、タービンノズルの流線および流量分布をノズルの傾
斜とスロート幅Ｓ／環状ピッチＴ分布によりコントロー
ルすることで、２次流れ損失を低減させ、タービン段落
性能を向上させるようにしたタービンノズルに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】タービンの性能向上を目的として、これ
までに多くの技術が採用されている。種々の性能向上技
術のうち内部効率の向上はどのようなサイクルあるいは
流体条件のタービンに対しても適用できるためその応用
範囲は広い。タービン内部損失のうち、２次流れ損失は
タービン段落に共通する損失であるため、その改善策が
タービン効率の向上に寄与する度合いは大きい。
までに多くの技術が採用されている。種々の性能向上技
術のうち内部効率の向上はどのようなサイクルあるいは
流体条件のタービンに対しても適用できるためその応用
範囲は広い。タービン内部損失のうち、２次流れ損失は
タービン段落に共通する損失であるため、その改善策が
タービン効率の向上に寄与する度合いは大きい。
【０００３】一般的な軸流タービンのノズル構成を図１
２に示す。複数枚のノズル翼１がダイアフラム外輪２と
ダイアフラム内輪３との間に形成される環状流路４に配
設される。また、図１３に示すようにノズル翼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
ータディスク６の外周の周方向に所定間隔で列状に設け
られる。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ュラウド７が固
着される。
２に示す。複数枚のノズル翼１がダイアフラム外輪２と
ダイアフラム内輪３との間に形成される環状流路４に配
設される。また、図１３に示すようにノズル翼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
ータディスク６の外周の周方向に所定間隔で列状に設け
られる。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ュラウド７が固
着される。
【０００４】次に上記の段落構成において、ノズル翼１
における２次流れの発生機構を図１２を参照して説明す
る。図１２は図１３に示したノズル翼１をノズル出口側
からみた斜視図である。
における２次流れの発生機構を図１２を参照して説明す
る。図１２は図１３に示したノズル翼１をノズル出口側
からみた斜視図である。
【０００５】高圧蒸気などの作動流体は隣接するノズル
翼１の間で形成した翼間流路を流れるときに、流路内で
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、この遠心力と静圧が
平行しているため、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
低くなる。そのため、流路内では腹面Ｆから背面Ｂに圧
力勾配を生じる。この圧力勾配はダイアフラム外輪２と
ダイアフラム内輪３の周壁面上に形成される流速の遅い
層、すなわち境界層においても同じである。
翼１の間で形成した翼間流路を流れるときに、流路内で
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、この遠心力と静圧が
平行しているため、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
低くなる。そのため、流路内では腹面Ｆから背面Ｂに圧
力勾配を生じる。この圧力勾配はダイアフラム外輪２と
ダイアフラム内輪３の周壁面上に形成される流速の遅い
層、すなわち境界層においても同じである。
【０００６】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側に
向かう流れ、すなわち２次流れ８が生じる。そして、こ
の２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のダイアフラム外輪２および内輪３の
両接合端において、それぞれ２次流れ渦９ａ、９ｂを発
生する。
さく、作用する遠心力も小さいため、腹面Ｆ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側に
向かう流れ、すなわち２次流れ８が生じる。そして、こ
の２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のダイアフラム外輪２および内輪３の
両接合端において、それぞれ２次流れ渦９ａ、９ｂを発
生する。
【０００７】かくして、作動流体が保有するエネルギは
２次流れ渦９ａ、９ｂを形成するためにその一部が散逸
する。このようにノズル流路内で発生する２次流れ渦９
ａ、９ｂは作動流体の不均一な流れを生じ、ノズル性能
を著しく低下させている。これまで、ノズル流路内で発
生する２次流れ渦９ａ、９ｂに起因する２次流れ損失を
低減するために種々のタービンノズルが提案されてい
る。
２次流れ渦９ａ、９ｂを形成するためにその一部が散逸
する。このようにノズル流路内で発生する２次流れ渦９
ａ、９ｂは作動流体の不均一な流れを生じ、ノズル性能
を著しく低下させている。これまで、ノズル流路内で発
生する２次流れ渦９ａ、９ｂに起因する２次流れ損失を
低減するために種々のタービンノズルが提案されてい
る。
【０００８】たとえば、ノズルがロータの回転中心を通
るラジアル線（図１２の符号Ｅ）に対して、ロータの回
転方向に傾斜させて取り付けた形状を採用したタービン
ノズルがある。図１４にこの傾斜ノズルを採用したノズ
ル翼１を示す。傾斜ノズルにおいては翼間流路における
速度ベクトルを根本側ではダイアフラム内輪３に向ける
効果があるため、ダイアフラム内輪３における境界層の
成長を抑制することができる。その結果、図１５に示す
ように根本部における傾斜ノズルの圧力損失（符号Ｃ
２）が従来の圧力損失（符号Ｃ３）に対し、ノズル根本
部で大幅に低減される。しかし、先端部においては速度
ベクトルが外輪側から有効部平均直径（以下ＰＣＤとい
う）へと向くため、先端部における損失は逆に増加する
傾向がある。
るラジアル線（図１２の符号Ｅ）に対して、ロータの回
転方向に傾斜させて取り付けた形状を採用したタービン
ノズルがある。図１４にこの傾斜ノズルを採用したノズ
ル翼１を示す。傾斜ノズルにおいては翼間流路における
速度ベクトルを根本側ではダイアフラム内輪３に向ける
効果があるため、ダイアフラム内輪３における境界層の
成長を抑制することができる。その結果、図１５に示す
ように根本部における傾斜ノズルの圧力損失（符号Ｃ
２）が従来の圧力損失（符号Ｃ３）に対し、ノズル根本
部で大幅に低減される。しかし、先端部においては速度
ベクトルが外輪側から有効部平均直径（以下ＰＣＤとい
う）へと向くため、先端部における損失は逆に増加する
傾向がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の傾斜ノズルでは
速度ベクトルの向きが根本側でダイアフラム内輪３の方
向になるため、図１６に流量分布で示すように、従来の
ノズルの流量（符号Ｇ３）と比較して根本部で流量（符
号Ｃ２）が増加する。根本部壁面近傍では速度ベクトル
が壁面方向を向いているため２次流れ損失は低減できる
が、図１５の圧力損失分布から判るように、先端部での
速度ベクトルが壁面よりＰＣＤ方向に向いているため、
壁面近傍での流れを剥離させる傾向にあり、２次流れ渦
を増長させ、損失を増大させる方向にある。根本部にお
ける損失低減量が先端部における損失増加量に比べて大
きいため、ノズルとしての性能は従来よりもよいが、先
端部での損失増加量が段落効率向上への寄与を損ねてい
る。
速度ベクトルの向きが根本側でダイアフラム内輪３の方
向になるため、図１６に流量分布で示すように、従来の
ノズルの流量（符号Ｇ３）と比較して根本部で流量（符
号Ｃ２）が増加する。根本部壁面近傍では速度ベクトル
が壁面方向を向いているため２次流れ損失は低減できる
が、図１５の圧力損失分布から判るように、先端部での
速度ベクトルが壁面よりＰＣＤ方向に向いているため、
壁面近傍での流れを剥離させる傾向にあり、２次流れ渦
を増長させ、損失を増大させる方向にある。根本部にお
ける損失低減量が先端部における損失増加量に比べて大
きいため、ノズルとしての性能は従来よりもよいが、先
端部での損失増加量が段落効率向上への寄与を損ねてい
る。
【００１０】本発明の目的はノズル出口の流量および流
線をコントロールすることで２次流れ損失を低減させ、
段落性能を向上させるようにしたタービンノズルを提供
することにある。
線をコントロールすることで２次流れ損失を低減させ、
段落性能を向上させるようにしたタービンノズルを提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明はダ
イアフラム外輪とダイアフラム内輪との間の環状流路に
環状列をなすように複数枚のノズル翼を配設してなるタ
ービンノズルにおいて、それぞれ前記ノズル翼をロータ
の回転中心を通るラシアル線に対して一定の角度で動翼
の回転方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向にお
けるスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本
部、中央部および先端部において下記不等式で定めるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
イアフラム外輪とダイアフラム内輪との間の環状流路に
環状列をなすように複数枚のノズル翼を配設してなるタ
ービンノズルにおいて、それぞれ前記ノズル翼をロータ
の回転中心を通るラシアル線に対して一定の角度で動翼
の回転方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向にお
けるスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本
部、中央部および先端部において下記不等式で定めるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
【００１２】（Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ また、請求項２に係る発明はダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複数
枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおいて、
それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラジア
ル線に対して一定の角度で蒸気流出方向に傾斜させ、か
つ該ノズル翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピ
ッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部にお
いて下記不等式で定めるように構成したことを特徴とす
るものである。
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ また、請求項２に係る発明はダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複数
枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおいて、
それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラジア
ル線に対して一定の角度で蒸気流出方向に傾斜させ、か
つ該ノズル翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピ
ッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部にお
いて下記不等式で定めるように構成したことを特徴とす
るものである。
【００１３】（Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ さらに、請求項３に係る発明はダイアフラム外輪とダイ
アフラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複
数枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおい
て、それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラ
ジアル線に対して一定の角度で動翼の回転方向と逆方向
に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向におけるスロー
ト幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部お
よび先端部において下記不等式で定めるように構成した
ことを特徴とするものである。
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ さらに、請求項３に係る発明はダイアフラム外輪とダイ
アフラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複
数枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおい
て、それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラ
ジアル線に対して一定の角度で動翼の回転方向と逆方向
に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向におけるスロー
ト幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部お
よび先端部において下記不等式で定めるように構成した
ことを特徴とするものである。
【００１４】（Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＜（Ｓ／Ｔ）
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ また、請求項４に係る発明はダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複数
枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおいて、
それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラジア
ル線に対して一定の角度で蒸気流入方向に傾斜させ、か
つ該ノズル翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピ
ッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部にお
いて下記不等式で定めるように構成したことを特徴とす
るものである。
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ また、請求項４に係る発明はダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複数
枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおいて、
それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラジア
ル線に対して一定の角度で蒸気流入方向に傾斜させ、か
つ該ノズル翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピ
ッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部にお
いて下記不等式で定めるように構成したことを特徴とす
るものである。
【００１５】（Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＜（Ｓ／Ｔ）
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ さらに、請求項５に係る発明はダイアフラム外輪とダイ
アフラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複
数枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおい
て、それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラ
ジアル線に対して一定の角度で動翼の回転方向かつ蒸気
流出方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向におけ
るスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、
中央部および先端部において下記不等式で定めるように
構成したことを特徴とするものである。
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ さらに、請求項５に係る発明はダイアフラム外輪とダイ
アフラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複
数枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおい
て、それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラ
ジアル線に対して一定の角度で動翼の回転方向かつ蒸気
流出方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向におけ
るスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、
中央部および先端部において下記不等式で定めるように
構成したことを特徴とするものである。
【００１６】（Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ また、請求項６に係る発明はダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複数
枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおいて、
それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラジア
ル線に対して一定の角度で動翼の回転方向と逆方向かつ
蒸気流入方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向に
おけるスロート幅Ｓと環状ピッチとの比Ｓ／Ｔを根本
部、中央部および先端部において下記不等式で定めるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ また、請求項６に係る発明はダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間の環状流路に環状列をなすように複数
枚のノズル翼を配設してなるタービンノズルにおいて、
それぞれ前記ノズル翼をロータの回転中心を通るラジア
ル線に対して一定の角度で動翼の回転方向と逆方向かつ
蒸気流入方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向に
おけるスロート幅Ｓと環状ピッチとの比Ｓ／Ｔを根本
部、中央部および先端部において下記不等式で定めるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
【００１７】（Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＜（Ｓ／Ｔ）
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ
2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ
【００１８】
【発明の実施の形態】請求項１の発明に係るタービンノ
ズルは、図１（ａ）に示すようにダイアフラム外輪２と
ダイアフラム内輪３との間に形成される環状流路４に複
数枚のノズル翼１を周方向に所定間隔をおいて列状に配
設している。各ノズル翼１の先端部および根本部の縁端
はダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３とにラジア
ル線Ｅに対して動翼の回転方向かつ蒸気流出方向に一定
角度傾斜させて接合されている。図１（ｂ）はノズル翼
１の流路部における断面を示す。ノズル出口からの流出
方向と流量を決めるパラメータとして、ノズル流路の最
小通路長さをスロート幅Ｓとし、環状部の円周長さをノ
ズル数で割った環状ピッチＴを用いて本実施の形態の構
成を詳しく説明する。
ズルは、図１（ａ）に示すようにダイアフラム外輪２と
ダイアフラム内輪３との間に形成される環状流路４に複
数枚のノズル翼１を周方向に所定間隔をおいて列状に配
設している。各ノズル翼１の先端部および根本部の縁端
はダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３とにラジア
ル線Ｅに対して動翼の回転方向かつ蒸気流出方向に一定
角度傾斜させて接合されている。図１（ｂ）はノズル翼
１の流路部における断面を示す。ノズル出口からの流出
方向と流量を決めるパラメータとして、ノズル流路の最
小通路長さをスロート幅Ｓとし、環状部の円周長さをノ
ズル数で割った環状ピッチＴを用いて本実施の形態の構
成を詳しく説明する。
【００１９】図２はタービンノズルのスロート幅Ｓと環
状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔの分布を示したものである。図
に示すように本実施の形態ではＳ／Ｔ（符号Ｌ１）は根
本部で小さく、先端部で大きく定め、根本部から中央部
にかけてのＳ／Ｔの変化（Ｔ２−Ｔ１）よりも、中央部
から先端部へのＳ／Ｔの変化（Ｔ３−Ｔ２）を大きくし
ている点に特徴を有する。なお、図２には比較のために
従来の傾斜ノズルのＳ／Ｔ（符号Ｌ２）についても示し
ている。
状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔの分布を示したものである。図
に示すように本実施の形態ではＳ／Ｔ（符号Ｌ１）は根
本部で小さく、先端部で大きく定め、根本部から中央部
にかけてのＳ／Ｔの変化（Ｔ２−Ｔ１）よりも、中央部
から先端部へのＳ／Ｔの変化（Ｔ３−Ｔ２）を大きくし
ている点に特徴を有する。なお、図２には比較のために
従来の傾斜ノズルのＳ／Ｔ（符号Ｌ２）についても示し
ている。
【００２０】本実施の形態においては従来の傾斜ノズル
に対して、Ｓ／Ｔを根本部で小さく、先端部で大きくし
たので、図３の流量分布図に示されるように根本部分で
絞られ、先端部で流量が増加する流量分布（符号Ｇ１）
を得ることができる。比較のために従来の流量分布（符
号Ｇ２）も示している。
に対して、Ｓ／Ｔを根本部で小さく、先端部で大きくし
たので、図３の流量分布図に示されるように根本部分で
絞られ、先端部で流量が増加する流量分布（符号Ｇ１）
を得ることができる。比較のために従来の流量分布（符
号Ｇ２）も示している。
【００２１】図４に示すように、従来技術でも本実施の
形態でもノズルの根本部ではノズルを傾斜させている効
果で流線が内壁面に向けられたままである。このため、
２次流れ渦は抑制され、損失が低減される。また、先端
部においては従来技術においては傾斜により壁面よりＰ
ＣＤ方向に流線が向けられ、壁面での剥離渦を増長さ
せ、傾斜させない場合よりこの部分での損失が大きくな
る。
形態でもノズルの根本部ではノズルを傾斜させている効
果で流線が内壁面に向けられたままである。このため、
２次流れ渦は抑制され、損失が低減される。また、先端
部においては従来技術においては傾斜により壁面よりＰ
ＣＤ方向に流線が向けられ、壁面での剥離渦を増長さ
せ、傾斜させない場合よりこの部分での損失が大きくな
る。
【００２２】これに対し、本実施の形態では先端部での
流量を増加させるようにＳ／Ｔをコントロールしている
ため、先端部壁面での流線は従来の傾斜ノズルの流線に
対して壁面側に偏向されることになる。この流線の偏向
により、先端部壁面での２次流れ損失が抑制される。こ
れらの流線および流量分布の与え方により図５に示すよ
うに先端部では圧力損失Ｃ１が従来技術の圧力損失Ｃ２
と比較して大きく改善されることになる。
流量を増加させるようにＳ／Ｔをコントロールしている
ため、先端部壁面での流線は従来の傾斜ノズルの流線に
対して壁面側に偏向されることになる。この流線の偏向
により、先端部壁面での２次流れ損失が抑制される。こ
れらの流線および流量分布の与え方により図５に示すよ
うに先端部では圧力損失Ｃ１が従来技術の圧力損失Ｃ２
と比較して大きく改善されることになる。
【００２３】このように本実施の形態においてはラジア
ル線に対して動翼の回転方向に一定の角度で傾斜させて
設けた傾斜ノズルにおいて、中央部から先端部にかけて
のＳ／Ｔの変化率を根本部から中央部にかけての領域よ
り大きく定めることで、この部分での流線を壁面側にシ
フトさせることができ、２次流れ渦を抑制することが可
能になる。
ル線に対して動翼の回転方向に一定の角度で傾斜させて
設けた傾斜ノズルにおいて、中央部から先端部にかけて
のＳ／Ｔの変化率を根本部から中央部にかけての領域よ
り大きく定めることで、この部分での流線を壁面側にシ
フトさせることができ、２次流れ渦を抑制することが可
能になる。
【００２４】また、請求項２の発明に係る実施の形態を
図６を参照して説明する。
図６を参照して説明する。
【００２５】本実施の形態はノズル翼１がラジアル線Ｅ
に対して一定の角度で蒸気流出方向に傾斜し、このと
き、ノズルの先端部１１は根本部１０に対して蒸気流出
方向にシフトしている。
に対して一定の角度で蒸気流出方向に傾斜し、このと
き、ノズルの先端部１１は根本部１０に対して蒸気流出
方向にシフトしている。
【００２６】本実施の形態においてもＳ／Ｔは根本部で
小さく、先端部で大きく定め、根本部から中央部にかけ
てのＳ／Ｔの変化よりも、中央部から先端部にかけての
Ｓ／Ｔの変化を大きくしている。
小さく、先端部で大きく定め、根本部から中央部にかけ
てのＳ／Ｔの変化よりも、中央部から先端部にかけての
Ｓ／Ｔの変化を大きくしている。
【００２７】このように構成したものにおいても、請求
項１の発明の実施の形態と同様に流線を壁面側にシフト
させることができ、２次流れ渦の発生を防止することが
できる。
項１の発明の実施の形態と同様に流線を壁面側にシフト
させることができ、２次流れ渦の発生を防止することが
できる。
【００２８】さらに、請求項３に係る発明の実施の形態
を図７を参照して説明する。
を図７を参照して説明する。
【００２９】本実施の形態はラジアル線Ｅに対してノズ
ル翼１が動翼の回転方向と逆方向に傾斜して構成され
る。これは根本部壁面での流線が壁面からＰＣＤ方向に
向くことから、図８にＳ／Ｔ分布Ｌ３で示すように根本
部から中央部にかけてのＳ／Ｔの変化を大きくする。
ル翼１が動翼の回転方向と逆方向に傾斜して構成され
る。これは根本部壁面での流線が壁面からＰＣＤ方向に
向くことから、図８にＳ／Ｔ分布Ｌ３で示すように根本
部から中央部にかけてのＳ／Ｔの変化を大きくする。
【００３０】このように構成することにより、根本部か
ら中央部にかけての領域での流量が増し、２次流れ渦の
発生を抑制することができる。
ら中央部にかけての領域での流量が増し、２次流れ渦の
発生を抑制することができる。
【００３１】また、請求項４に係る発明の実施の形態を
図９を参照して説明する。
図９を参照して説明する。
【００３２】本実施の形態はノズル翼１がラジアル線Ｅ
に対して一定の角度で蒸気流入方向（蒸気流出方向と逆
方向）に傾斜し、このとき、ノズルの先端部１２は蒸気
流入方向にシフトしている。これはノズル根本部での流
線が根本部からＰＣＤ方向に向くことから根本部から中
央部にかけてのＳ／Ｔの変化を大きく定め、その領域で
の流量を増すようにしたものである。
に対して一定の角度で蒸気流入方向（蒸気流出方向と逆
方向）に傾斜し、このとき、ノズルの先端部１２は蒸気
流入方向にシフトしている。これはノズル根本部での流
線が根本部からＰＣＤ方向に向くことから根本部から中
央部にかけてのＳ／Ｔの変化を大きく定め、その領域で
の流量を増すようにしたものである。
【００３３】本実施の形態は請求項３の実施の形態と同
様に、Ｓ／Ｔの変化の大きい領域で２次流れ渦を低減す
ることができる。
様に、Ｓ／Ｔの変化の大きい領域で２次流れ渦を低減す
ることができる。
【００３４】さらに、請求項５に係る発明の実施の形態
を図１０を参照して説明する。
を図１０を参照して説明する。
【００３５】本実施の形態はラジアル線Ｅに対してノズ
ル翼１が動翼の回転方向かつ蒸気流出方向に傾斜して構
成される。ここで、ノズルの先端部１３は根本部１０に
対して動翼回転方向に加えて蒸気流出方向にもシフトし
ている。
ル翼１が動翼の回転方向かつ蒸気流出方向に傾斜して構
成される。ここで、ノズルの先端部１３は根本部１０に
対して動翼回転方向に加えて蒸気流出方向にもシフトし
ている。
【００３６】本実施の形態の特徴は請求項１および２の
発明の実施の形態における特徴を共に備えるもので、中
央部から先端部にかけてのＳ／Ｔの変化率を根本部から
中央部にかけての領域より大きく定めることで、この部
分での流線を壁面側にシフトさせることが可能であり、
２次流れ渦を効果的に抑制することができる。
発明の実施の形態における特徴を共に備えるもので、中
央部から先端部にかけてのＳ／Ｔの変化率を根本部から
中央部にかけての領域より大きく定めることで、この部
分での流線を壁面側にシフトさせることが可能であり、
２次流れ渦を効果的に抑制することができる。
【００３７】また、請求項６に係る発明の実施の形態を
図１１を参照して説明する。
図１１を参照して説明する。
【００３８】本実施の形態はラジアル線に対してノズル
翼１が動翼の回転方向と逆方向かつ蒸気流入方向に傾斜
して構成される。ここで、ノズルの先端部１４は根本部
１０に対して動翼回転方向と逆方向に加えて蒸気流入方
向にシフトしている。
翼１が動翼の回転方向と逆方向かつ蒸気流入方向に傾斜
して構成される。ここで、ノズルの先端部１４は根本部
１０に対して動翼回転方向と逆方向に加えて蒸気流入方
向にシフトしている。
【００３９】つまり、本実施の形態の特徴は請求項３お
よび請求項４の実施の形態の特徴を共に備えるもので、
Ｓ／Ｔの変化は根本部から中央部にかけての領域で大き
く、中央部から先端部にかけての領域で小さくしてい
る。このように構成したものにおいても、根本部から中
央部にかけてのＳ／Ｔの変化が大きく、その領域で流量
が増すことから、２次流れ渦の発生を効果的に抑制する
ことが可能である。
よび請求項４の実施の形態の特徴を共に備えるもので、
Ｓ／Ｔの変化は根本部から中央部にかけての領域で大き
く、中央部から先端部にかけての領域で小さくしてい
る。このように構成したものにおいても、根本部から中
央部にかけてのＳ／Ｔの変化が大きく、その領域で流量
が増すことから、２次流れ渦の発生を効果的に抑制する
ことが可能である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１、請求項
２および請求項５の発明においては中央部から先端部に
かけてのＳ／Ｔ変化率を根本部から中央部にかけての領
域よりも大きくしたので、中央部から先端部にかけての
流線を壁面側にシフトさせることができ、２次流れ渦の
発生を抑制することが可能になる。
２および請求項５の発明においては中央部から先端部に
かけてのＳ／Ｔ変化率を根本部から中央部にかけての領
域よりも大きくしたので、中央部から先端部にかけての
流線を壁面側にシフトさせることができ、２次流れ渦の
発生を抑制することが可能になる。
【００４１】また、請求項３、請求項４および請求項６
の発明においては、根本部から中央部にかけてのＳ／Ｔ
変化率を中央部から先端部にかけての領域よりも大きく
したので、根本部から中央部にかけての領域での流量を
増すことができ、２次流れ渦の発生を抑制することが可
能になる。
の発明においては、根本部から中央部にかけてのＳ／Ｔ
変化率を中央部から先端部にかけての領域よりも大きく
したので、根本部から中央部にかけての領域での流量を
増すことができ、２次流れ渦の発生を抑制することが可
能になる。
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明によるノズルを流体流出
側よりみた斜視図および断面図。
側よりみた斜視図および断面図。
【図２】本発明によるノズルのＳ／Ｔ分布を示す線図。
【図３】本発明によるノズルの半径方向流量分布を示す
線図。
線図。
【図４】本発明によるノズルの出口の流線を示す図。
【図５】本発明によるノズルの半径方向圧力損失を示す
線図。
線図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す模式図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す斜視図。
【図８】本発明の他の実施の形態のＳ／Ｔ分布を示す線
図。
図。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す模式図。
【図１０】本発明の他の実施の形態を示す模式図。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示す模式図。
【図１２】従来技術によるノズルを流体流出側よりみた
斜視図。
斜視図。
【図１３】従来技術による段落を周方向よりみた図。
【図１４】傾斜ノズルを流体流出側よりみた斜視図。
【図１５】従来のノズルの損失分布を示す図。
【図１６】従来のノズルの流量分布を示す図。
１ ノズル翼 ２ ダイアフラム外輪 ３ ダイアフラム内輪 Ｅ ラジアル線 Ｓ、Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 スロート幅 Ｔ ピッチ Ｌ１、Ｌ２ Ｓ／Ｔ分布 Ｇ１、Ｇ２ 流量分布 Ｔ１ 根本部Ｓ／Ｔ Ｔ２ 中央部Ｓ／Ｔ Ｔ３ 先端部Ｓ／Ｔ
Claims (6)
- 【請求項１】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
の間の環状流路に環状列をなすように複数枚のノズル翼
を配設してなるタービンノズルにおいて、それぞれ前記
ノズル翼をロータの回転中心を通るラシアル線に対して
一定の角度で動翼の回転方向に傾斜させ、かつ該ノズル
翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの
比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部において下記不
等式で定めるように構成したことを特徴とするタービン
ノズル。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ - 【請求項２】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
の間の環状流路に環状列をなすように複数枚のノズル翼
を配設してなるタービンノズルにおいて、それぞれ前記
ノズル翼をロータの回転中心を通るラジアル線に対して
一定の角度で蒸気流出方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼
の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの比
Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部において下記不等
式で定めるように構成したことを特徴とするタービンノ
ズル。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ - 【請求項３】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
の間の環状流路に環状列をなすように複数枚のノズル翼
を配設してなるタービンノズルにおいて、それぞれ前記
ノズル翼をロータの回転中心を通るラジアル線に対して
一定の角度で動翼の回転方向と逆方向に傾斜させ、かつ
該ノズル翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピッ
チＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部におい
て下記不等式で定めるように構成したことを特徴とする
タービンノズル。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＜（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ - 【請求項４】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
の間の環状流路に環状列をなすように複数枚のノズル翼
を配設してなるタービンノズルにおいて、それぞれ前記
ノズル翼をロータの回転中心を通るラジアル線に対して
一定の角度で蒸気流入方向に傾斜させ、かつ該ノズル翼
の高さ方向におけるスロート幅Ｓと環状ピッチＴとの比
Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端部において下記不等
式で定めるように構成したことを特徴とするタービンノ
ズル。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＜（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ - 【請求項５】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
の間の環状流路に環状列をなすように複数枚のノズル翼
を配設してなるタービンノズルにおいて、それぞれ前記
ノズル翼をロータの回転中心を通るラジアル線に対して
一定の角度で動翼の回転方向かつ蒸気流出方向に傾斜さ
せ、かつ該ノズル翼の高さ方向におけるスロート幅Ｓと
環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部および先端
部において下記不等式で定めるように構成したことを特
徴とするタービンノズル。 （Ｓ／Ｔ）3 −（Ｓ／Ｔ）2 ＞（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／
Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ - 【請求項６】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
の間の環状流路に環状列をなすように複数枚のノズル翼
を配設してなるタービンノズルにおいて、それぞれ前記
ノズル翼をロータの回転中心を通るラジアル線に対して
一定の角度で動翼の回転方向と逆方向かつ蒸気流入方向
に傾斜させ、かつ該ノズル翼の高さ方向におけるスロー
ト幅Ｓと環状ピッチとの比Ｓ／Ｔを根本部、中央部およ
び先端部において下記不等式で定めるように構成したこ
とを特徴とするタービンノズル。 （Ｓ／Ｔ）3 −
（Ｓ／Ｔ）2 ＜（Ｓ／Ｔ）2 −（Ｓ／Ｔ）1 ここで、（Ｓ／Ｔ）1 …ノズル根本部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）2 …ノズル中央部Ｓ／Ｔ （Ｓ／Ｔ）3 …ノズル先端部Ｓ／Ｔ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26664295A JP3773565B2 (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | タービンノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26664295A JP3773565B2 (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | タービンノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09112203A true JPH09112203A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3773565B2 JP3773565B2 (ja) | 2006-05-10 |
Family
ID=17433670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26664295A Expired - Lifetime JP3773565B2 (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | タービンノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3773565B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009531593A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-03 | アルストム テクノロジー リミテッド | 流体機械、特に蒸気タービンの案内ブレード |
| US7625181B2 (en) | 2003-10-31 | 2009-12-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Turbine cascade structure |
| WO2011040241A1 (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-07 | 株式会社日立製作所 | タービン静翼の設計方法、タービン静翼、およびそれを用いた蒸気タービン装置 |
| WO2014007994A1 (en) | 2012-07-02 | 2014-01-09 | United Technologies Corporation | Airfoil for improved flow distribution with high radial offset |
| CN106321156A (zh) * | 2015-07-01 | 2017-01-11 | 通用电气公司 | 用于控制二次流和最佳扩散器性能的膨胀喷嘴 |
| CN106907188A (zh) * | 2015-12-18 | 2017-06-30 | 通用电气公司 | 涡轮机及其涡轮喷嘴 |
| CN106948865A (zh) * | 2015-11-09 | 2017-07-14 | 通用电气公司 | 用于最佳扩散器性能的末级翼型件设计 |
| US9719354B2 (en) | 2011-03-30 | 2017-08-01 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Gas turbine with improved blade and vane and flue gas diffuser |
| DE102012104240B4 (de) | 2011-05-17 | 2023-07-06 | General Electric Company | Hybridströmungs-Schaufeldesigns |
-
1995
- 1995-10-16 JP JP26664295A patent/JP3773565B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7625181B2 (en) | 2003-10-31 | 2009-12-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Turbine cascade structure |
| JP2009531593A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-03 | アルストム テクノロジー リミテッド | 流体機械、特に蒸気タービンの案内ブレード |
| WO2011040241A1 (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-07 | 株式会社日立製作所 | タービン静翼の設計方法、タービン静翼、およびそれを用いた蒸気タービン装置 |
| US9719354B2 (en) | 2011-03-30 | 2017-08-01 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Gas turbine with improved blade and vane and flue gas diffuser |
| DE102012104240B4 (de) | 2011-05-17 | 2023-07-06 | General Electric Company | Hybridströmungs-Schaufeldesigns |
| WO2014007994A1 (en) | 2012-07-02 | 2014-01-09 | United Technologies Corporation | Airfoil for improved flow distribution with high radial offset |
| EP2867510A4 (en) * | 2012-07-02 | 2015-10-14 | United Technologies Corp | SHOVEL FOR IMPROVED FLOW DISTRIBUTION WITH HIGH RADIALS |
| CN106321156A (zh) * | 2015-07-01 | 2017-01-11 | 通用电气公司 | 用于控制二次流和最佳扩散器性能的膨胀喷嘴 |
| CN106948865A (zh) * | 2015-11-09 | 2017-07-14 | 通用电气公司 | 用于最佳扩散器性能的末级翼型件设计 |
| CN106907188A (zh) * | 2015-12-18 | 2017-06-30 | 通用电气公司 | 涡轮机及其涡轮喷嘴 |
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|---|---|
| JP3773565B2 (ja) | 2006-05-10 |
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