JPH0925802A

JPH0925802A - タービンの静翼列

Info

Publication number: JPH0925802A
Application number: JP8173980A
Authority: JP
Inventors: Said Havakechian; ハヴァケチアンサイド; Rainer Gut; グートライナー
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1995-07-08
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1997-01-28
Also published as: DE19524984A1

Abstract

(57)【要約】【課題】公知のブレード形態をそのまま維持しなが
ら、タービン静翼列のところでの２次流による損失を低
減させる。【解決手段】ブレード基部５及び／又はシュラウド７
が、ブレード３の側に、軸方向でのシュラウドの縦の延
びの、流入側から見て１０〜５０％の区域に、それぞれ
１個以上の吸入路１６，１９の入口１７，２０を有する
ようにし、これらの吸入路が、斜めにブレード基部５及
び／又はシュラウド７を貫通して延びており、更に、こ
れらの吸入路１６，１９が、静翼１の流出側で１個以上
の出口１８，２１で終るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸流タービンの静
翼列、それも、各静翼が、実質的に１個のブレードから
成り、このブレードの基部が、タービンケーシングに固
定され、また、その先端が、タービンロータに対するシ
ールを形成するシュラウドで終っている形式の静翼列に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】タービンの静翼列には、２次流による損
失が生じる。この損失により、１つの静翼列と１つの動
翼列とから実質的に成るタービン段の効率が低下する。

【０００３】その場合、２次流は、特に、側壁の境界層
流にさらされる翼列によって助長される。側壁とは、こ
こでは、シュラウドと基板との、ブレードに向いた側を
指す。２次流は、静翼列の前縁前方のこれら側壁のとこ
ろに、小さい渦として形成される。次いで、この渦は、
静翼の圧縮側と吸入側のところで、いわゆるＵ字渦とし
て付着する。吸入側のＵ字渦は、流れ方向には、ほとん
ど大きさと強さを増さないが、圧縮側のＵ字渦は増大し
続ける。この原因は、圧縮側・吸入側間の圧力差にあ
る。この圧力差により、作動流体は、側壁境界層流から
引き離され、圧縮側から吸入側へ流される。この作動流
体は、圧縮側のＵ字渦に吸収される。このためＵ字渦は
増大し、渦自体が吸入側へ移動し、その増大のゆえにダ
クト渦とも呼ばれる。この場合、このダクト渦は、静翼
流の内部に流れ損失を生じさせると同時に、流出側に続
く動翼列内にも別の損失を生じさせる。２次流によるこ
れらの損失を低減するために、アメリカ合衆国特許第５
２４９９２２号明細書及びヨーロッパ特許公開第０５７
０１０６号明細書に提案されている対策は、側壁境界層
流内の作動流体の圧力勾配を減少させることである。

【０００４】前記アメリカ合衆国特許第５２４９９２２
号により公知のタービン静翼列の静翼は、作動流体の流
れ方向に対して直角方向に湾曲している。加えて、これ
らの静翼のブレードは、それらのシュラウド及び基板の
ところに、半径方向のタービン平面に対し傾斜角をなし
て配置されている。

【０００５】また、前記ヨーロッパ特許公開第０５７０
１０６号による静翼列の直線状ブレードは、半径方向タ
ービン平面に対し５°〜１２°の傾斜負角をなして配置
されている。このことは、ブレードの背面が隣接ブレー
ドの凹み側に傾斜していることを意味している。

【０００６】前記の２つの発明は、ブレードの側壁境界
層流内の作動流体の圧力勾配を減少させることができ
る。それにより、２次流による損失が低減され、タービ
ン段の効率も向上する。しかし、従来のブレード形態及
びブレード配列と異なることによって、言うまでもな
く、新しいブレード配置の設計費及び製造費が高額にな
り、出費が増大する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、公知のブレード形態をそのまま維持しながら、タ
ービン静翼列のところでの２次流による損失を低減する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決する手段】この課題は、次のようにするこ
とにより解決された。すなわち、ブレード基部及び／又
はシュラウドが、ブレードに向いた側に、軸方向のシュ
ラウドの縦の延びの、流入側から見て１０〜５０％の区
域に、それぞれ１個以上の吸入路入口を有しており、こ
れらの吸入路が、斜めにブレードの基部及び／又はシュ
ラウドを貫通して延びており、更に、これらの吸入路
が、静翼の流出側で１個以上の出口で終わるようにした
のである。

【０００９】

【発明の効果】静翼列の基板とシュラウドとの内部の吸
入路を特殊な配置にすることによって、従来の反動ブレ
ード配列の流れ方向での圧力差を活用して、作動流体の
側壁境界層流ないしはＵ字渦自体が解消される。これに
よって、ダクト渦の発生と、それに起因する損失を低減
でき、しかもブレードの設計変更を要しない。

【００１０】本発明による吸入路の有利な一実施例によ
れば、ブレード基板及びシュラウドのところに、渦状の
作動流体を流れ易くする流入補助手段が設けられてい
る。流入補助手段としては、有利には、特に、基板及び
シュラウドを傾斜させることにより、流路輪郭が円錐形
に先細になるようにするか、又は基板及びシュラウドを
成形するかしておく。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下で、本発明の複数実施例を、
図示の軸流タービン段について説明する。

【００１２】図面には、本発明の理解に必要な部材以外
は示されていない。作動流体の流れ方向は、矢印で示し
てある。

【００１３】図１に示したタービン段は、実質的に、複
数の静翼１と動翼２とから成っている。図には、静翼と
動翼とが、それぞれ１個示されている。静翼１は、この
場合、基板４とシュラウド７との間にブレード３を有
し、タービンケーシング６内にブレード基部５が固定さ
れている。シュラウド７とタービンロータ９との間のラ
ビリンスシール８により、作動流体１５の望ましくない
流出が防止される。

【００１４】静翼１の流出側には、タービンロータ９内
のブレード基部１２に、動翼２が配置されている。この
動翼２は、基板１３とシュラウド１１とを有するブレー
ド１０により構成されている。タービンケーシング６と
シュラウドの間には、ラビリンスシール１４が配置さ
れ、作動流体１５の、不都合な流出を防止している。

【００１５】静翼１と動翼２とを有する前記のタービン
段は、作動流体が、流出側より流入側で高い圧力を有す
る膨張段である。

【００１６】静翼１のブレード３に向いた、シュラウド
７の面には、吸入路１６への入口１７が設けられてい
る。この場合、入口１７は、軸方向でのシュラウド７の
縦の延びの、静翼１の流入側から見て１０％〜５０％の
区域に設けられている。

【００１７】吸入路１６は、斜めにタービンロータ９の
方向へシュラウド板を貫通して延び、静翼１の流出側の
出口１８で終っている。

【００１８】この吸入路１６の配置と似た形式で、別の
吸入路１９が、静翼１のブレード基部５を貫通して延び
ている。この吸入路１９は、基板４に入口２０を有して
いる。この入口２０は、同じように、軸方向での基板４
の縦の延びの、流入側から見て１０％〜５０％の区域に
設けられている。吸入路１９は、斜めにタービンケーシ
ング６の方向へブレード基部５を貫通して延び、静翼１
の流出側の出口２１で終わっている。吸入路１６，１９
の役割は、基板４及びシュラウド７との作動流体１５の
摩擦部分を吸入することにより、２次流の効果的な抑止
及び／又は除去を行なうことである。この過程を、次に
詳説する。

【００１９】原則として、ここで確認しておかねばなら
ない点は、タービン内での作動流体１５の流れは、２部
分に分けられるという点である。２部分とは、 −摩擦のないポテンシャル流れ（Potentialstroemung）
と仮定される部分と、 −作動流体１５が接触するタービンのあらゆる構成部分
に沿った、摩擦を有する側壁境界層（reibungsbehaftet
e Seitenwandgrenzschicht）と仮定される別の部分と、
である。

【００２０】摩擦を有する側壁境界層は、同時に、ター
ビン段に損失を生じさせる２次流の原因でもある。特
に、静翼１の基板４及びシュラウド７のところの側壁境
界層は、とりわけ渦流を発生させ、これら渦流が、いわ
ゆるＵ字渦ないしダクト渦として、主要な流れに重な
る。このようにして、ダクト渦が、そうでなければ摩擦
のない、したがって損失を生じないと仮定されるポテン
シャル流れに損失を生じさせる。加えて、このダクト渦
は、静翼列２２の流出側にも損失を生じさせる。

【００２１】吸入路１６，１９は、それらの出口１８，
２１が、静翼１の流出側で最も低圧の区域に位置するよ
うに、配置されている。したがって、吸入路１６，１９
内部の圧力は、基板４及びシュラウド７に沿った側壁境
界層の圧力より低圧である。より低圧の、この圧力ポテ
ンシャルにより、境界層は、入口１７，２０から吸入さ
れるため、２次流による損失は発生しない。

【００２２】以下で、吸入路１６，１９の入口１７，２
０の種々の変化形を、図２〜図７について説明する。こ
れら図２〜図７は、静翼列２２の部分展開図である。こ
の場合、これらの図が、基板４の図か、シュラウド７の
図かは重要ではない。入口１７，２０の配置は、双方の
吸入路１６，１９に当てはまるからである。

【００２３】図２には、吸入路１６，１９のスロット状
の入口１７，２０が示されている。入口１７，２０は、
作動流体の流れ方向１５と直角に、静翼ブレード３の凹
み側２６と、隣接ブレード３の背側２７との間に設けら
れている。

【００２４】図３には、複数のスロット状入口１７，２
０が示してある。これらの入口は、並列配置され、同じ
く作動流体の流れ方向１５と直角に設けられている。

【００２５】図４には、図２同様のスロット状入口１
７，２０が示してあるが、この場合は、静翼のブレード
３の凹み側２６と、隣接ブレード３の背側２７との全間
隔にわたっては延びていない。

【００２６】図５には、図３同様の複数の入口１７，２
０の類似の配置が示してあるが、この場合も、同じく入
口１７，２０は、凹み側２６と背側２７との全間隔にわ
たっては延びていない。

【００２７】図６及び図７に示した入口１７，２０は、
作動流体の流れ方向と直角には配置されていない。これ
ら入口１７，２０の方向は、この場合、流れ方向に対し
て６０°〜１２０°の角度をなしている。

【００２８】図２〜図７の入口１７，２０及び吸入路１
６，１９の異なる数に応じて、出口１８，２１の数も変
化する。その場合、それらの配置は、静翼１の流出側で
は、不変のままである。

【００２９】出入口を有する吸入路の複数の異なる実施
例は、すべて流れ損失の低減目的に役立つものであり、
しかも個々の変化形は、所属静翼段の特徴に応じて選択
され、適応せしめられる。

【００３０】図８は、静翼１の基板４とシュラウド７と
の特別な配置を示したものである。この場合、基板４
の、ブレード３に向いた側と、シュラウド７の、ブレー
ド３に向いた側とを斜めに形成することによって、流れ
方向１５に円錐形に先細の流路輪郭が形成される。この
目的のために、基板４は、流れ方向に対し時計回り方向
に最大２０°の角度で傾斜配置され、他方、シュラウド
７は、流れ方向に対し逆時計回り方向に最大２０°の角
度で、傾斜配置される。

【００３１】この流路輪郭は、基板４とシュラウド７の
ところの側壁境界層を吸込み易くする流入補助手段であ
る。この先細の流路輪郭によって、側壁境界層が、直接
に吸入路１６，１９内へ流入する。

【００３２】図９の場合は、基板４及びシュラウド７が
成形されており、この成形が、静翼１の側壁境界層の流
入補助手段の別形式となっている。この場合、基板４
は、入口２０前方の流入側凹所２３によって、側壁境界
層の流入が容易になるように成形されている。これによ
って、側壁境界層が、凹所２３を流れ方向に通過した
後、直接に入口２０に到達する。

【００３３】シュラウド７のところでは、側壁境界層に
対する吸入特性が、隆起部２４によって改善される。こ
の隆起部２４は、既述の、円錐形に先細にされ流路輪郭
と類似の作用を側壁境界層に及ぼすものである。側壁境
界層は、この場合も直接に吸入路１６内へ流入する。

【００３４】言うまでもなく、本発明は、以上説明した
図示の実施例に限定されるものではない。したがって、
本発明の枠内で、流れ方向１５で前後に複数の入口１
７，２０を配置することも考えられる。これらの入口
は、流れ方向１５に対して直角位置又は傾斜位置にして
おく。

【図面の簡単な説明】

【図１】各１個の静翼列と動翼列とから成るタービン段
の部分縦断面図である。

【図２】吸入路の入口を有する静翼列の部分展開図であ
る。

【図３】図２に示した吸入路の入口の実施例の変化形を
示した図である。

【図４】図２に示した吸入路の入口の実施例の別の変化
形を示した図である。

【図５】図２に示した吸入路の入口の実施例の更に別の
変化形を示した図である。

【図６】図２に示した吸入路の入口の実施例の更に別の
変化形を示した図である。

【図７】図２に示した吸入路の入口の実施例の更に別の
変化形を示した図である。

【図８】吸入路のための流入補助手段を設けたタービン
段の部分縦断面図である。

【図９】吸入路のための別の流入補助手段を設けたター
ビン段の部分縦断面図である。

【符号の説明】

１静翼２動翼３，１０ブレード４，１３基板５，１２ブレード基部６タービンケーシング７シュラウド８，１４ラビリンスシール９タービンロータ１５流れ方向１６，１９吸入路１７，２０入口１８，２１出口２２静翼列２３凹所２４隆起部２５動翼列２６凹み側ないし圧力側２７背側ないし吸入側

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸流タービンの静翼列（２２）であっ
て、各静翼（１）が、実質的に１個のブレード（３）か
ら成り、ブレード（３）の基部（５）が、タービンケー
シング（６）に固定され、また、ブレードの先端が、シ
ュラウド（７）で終っており、このシュラウド（７）
が、タービンロータ（９）に対するシールを形成してい
る形式のものにおいて、ブレード基部（５）及び／又はシュラウド（７）が、ブ
レード（３）側に、軸方向でのブレードの縦の延びの、
流入側から見て１０〜５０％の区域に、それぞれ１個以
上の、吸入路（１６，１９）の入口（１７，２０）を有
しており、これらの吸入路が、斜めにブレードの基部
（５）及び／又はシュラウド（７）を貫通して延びてお
り、更に、これらの吸入路（１６，１９）が、静翼
（１）の流出側で、１個以上の出口（１８，２１）で終
っていることを特徴とする、タービンの静翼列。
【請求項２】吸入路（１６，１９）が、スロット状の
入口（１７，２０）を有し、これら入口が、作動流体の
流れ方向（１５）に対し直角又は斜めに、６０°〜１２
０°の角度で設けられていることを特徴とする、請求項
１記載の静翼列。
【請求項３】ブレード基部（５）及び／又はシュラウ
ド（７）が、ブレード（３）側に、吸入路（１６，１
９）のための流入補助手段（２３，２４）を有すること
を特徴とする、請求項１記載の静翼列。
【請求項４】ブレード基部（５）及びシュラウド
（７）の、ブレード（３）に向いた側が、斜めに延びる
ようにされ、しかも、基板（４）が、流れ方向（１５）
に対して最大２０°だけタービンロータ（９）方向に傾
斜して延び、かつシュラウド（７）が、流れ方向（１
５）に対して最大２０°だけタービンケーシング（６）
方向に傾斜していることにより、作動流体の流路が円錐
形に先細の流路輪郭を有するようにされていることを特
徴とする、請求項３記載の静翼列。
【請求項５】ブレード基部（５）及びシュラウド
（７）の、ブレード（３）に向いた側が、成形されてい
ることを特徴とする、請求項３記載の静翼列。
【請求項６】ブレード基部（５）が、その入口（２
０）の流入側に凹所（２３）を有し、かつまた、シュラ
ウド（７）が、その入口（１７）の流出側に隆起部（２
４）を有していることを特徴とする、請求項５記載の静
翼列。