JPH1018804A - タービンノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノズル翼の前縁で主流が衝突により発生する二
次流れ渦をより一層低く抑えることにより翼効率の向上
を図ったタービンノズルを提供する。 【解決手段】外周壁２１と内周壁２２とで環状の流路２
３を形成し、流路２３内にノズル翼２０を列状に配列し
たタービンノズルにおいて、上記ノズル翼２０の前縁２
４からスロート２５までを、上記外周壁２１および内周
壁２２の接続端３７のそれぞれに、腹側２６に向いかつ
タービン軸の中心を通るラジアル線に対して傾斜する直
線状の基線Ａ1 ，Ａ2 を設け、各基線Ａ1 ，Ａ2 間を腹
側２６に向う湾曲状曲線の中間基線Ａ3 で接続する一
方、上記ノズル翼２０のスロート２５から後縁２７まで
を、上記外周壁２１および内周壁２２の接続端３７のそ
れぞれに背側２８に向いかつタービン軸の中心を通るラ
ジアル線に対して傾斜する直線状の基線Ａ4 ，Ａ5 を設
け、各基線Ａ4 ，Ａ5 間を背側２８に向う湾曲状曲線の
中間基線Ａ6 で接続したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンノズルに
係り、特にノズル翼の流路内に発生する二次流れ渦に伴
う二次流れ損失を効果的に抑制し、翼効率の向上を図っ
たタービンノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電プラントにおいては、経済的
な運転を行なうために発電効率の改善、特にタービン性
能の向上を図ることが重要な課題になっている。

【０００３】タービン性能の向上を図るにはタービン
翼、特にタービンノズルに発生する諸損失を低減する必
要がある。タービンノズルに発生する諸損失には、ノズ
ル翼の流路内を通過する作動流体（以下主流と記す）が
ノズル翼の湾曲状曲面に沿って流れる際に発生する翼型
損失、流路の境界層が遠心力により吹き上げられる吹上
げ損失、主流が翼間流路を通過する際、主流に交差して
翼から隣接翼に向って流れる二次流れに伴う二次流れ損
失などがある。特に、翼高さが比較的低く、アスペクト
比が小さいタービンノズルにおいていは、二次流れ損失
が翼効率を改善する上で隘路になっており、その二次流
れ損失を低減することがでタービン性能を飛躍的に向上
させる要因になっている。

【０００４】二次流れ損失は、図９に示すように、境界
層１を持った主流２がノズル翼３の前縁４に衝突したと
きにできる二次流れ渦５（カウンターボルテックス）に
より発生する。この二次流れ渦５は、ノズル翼３の背側
６と腹側７に向って分れる。背側６に向う二次流れ渦５
は、反時計方向に回転しながらノズル翼３の湾曲状曲面
に沿って流れ、後縁１０に至る間にそのエネルギを失っ
て弱められる。

【０００５】ところが、腹側７に向う二次流れ渦５は、
時計方向に回転しながら流路９を通過する間に腹側７か
らの押圧力により次第に隣接するノズル翼３の背側６に
移動して行く。二次流れ渦５は、隣接するノズル翼３の
背側６に移動する間に流路９の境界層を巻き上げ流路渦
８（パッセージボルテックス）となって大きく成長す
る。この流路渦８は、ノズル翼３の腹側７の押圧力の影
響を受けて発生するものであるが、この押圧力はノズル
翼３の腹側７と背側６とでは腹側７の方が圧力（静圧）
が高いことが原因になっている。

【０００６】このように、従来のタービンノズルでは、
二次流れ渦５の発生と成長により、主流２がノズル翼３
を通過する間にエネルギの一部を失い、またその流線に
変動が生じ、タービン性能を飛躍的に向上させることが
できない要因になっていた。

【０００７】最近、ノズル翼３の流路９内に発生する二
次流れ渦５に伴う二次流れ損失を低減するタービンノズ
ルが数多く提案されている。

【０００８】例えば、図１０に示すように、両端を外周
壁１１と内周壁１２とで固設されたノズル翼３の後縁１
０を、腹側７の方向に湾曲状曲面に形成し、外周壁１１
および内周壁１２で発生する二次流れ渦５を、湾曲状曲
面の押圧力により抑制した、いわゆるリーンノズルや、
図１１に示すように、ノズル翼３に腹側７の吸込口１３
と背側６の吹出口１４とを結ぶ連通路１５を設け、腹側
７を通過する主流２を吸い込んで圧力（静圧）を下げ、
吸い込んだ主流２を背側６から吹き出すことにより背側
６を通過する主流２の圧力を高めて腹側７および背側６
を互いに圧力バランスさせ、二次流れ渦５の低減を図っ
たものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１０で示す従来のリ
ーンノズルでは、ノズル翼３の前縁４で発生した二次流
れ渦５を、腹側７の湾曲状曲面から外周壁１１および内
周壁１２に向う押圧力により抑制できる優れた利点を備
えているため、翼効率が従来に比べ高くなっている。

【００１０】しかし、発電プラントの高出力化に伴って
主流２の流量が増加してくると、限られた翼高さのリー
ンノズルでは、より一層曲率を増して湾曲状曲面に形成
することが難しく、それに伴って湾曲状曲面からの押圧
力を増加させることに限界がある。このため、ノズル翼
３の前縁４で発生した二次流れ渦５のうち、一部抑制で
きなかった二次流れ渦５は、二次流れとともに、ノズル
翼３の腹側７から隣接するノズル翼３の背側６に移動
し、この間、流路９の境界層を巻き上げて流路渦８がで
き、この流路渦８のために設計とおりの翼効率にできな
い問題点を抱えていた。

【００１１】一方、図１１で示す従来のタービンノズル
では、ノズル翼３の腹側７に吸込口１３を、その背側６
に吹出口１４をそれぞれ設け、ノズル翼３の横断面が湾
曲状曲面になっているために必然的に発生する腹側７と
背側６との圧力アンバランスを解決する点で期待されて
いるが、何分にも吸込口１３で主流２を吸い込むと、腹
側７の主流２の流線が乱れ、また吹出口１４から吸い込
んだ主流２を吹き出すと背側６の主流２の流線が乱れ、
このため翼効率の向上が期待できない。

【００１２】最近の発電プラントでは、図１０の一点鎖
線で示すスロート１６（ノズル翼と隣接するノズル翼と
の最小流路幅）からノズル３の前縁４側にかけて主流２
に交差する二次流れ渦５の存在のために翼効率が向上で
きない点に着目してノズル翼３の翼形状に改善を加える
研究が進められている。と同時に、ノズル翼３の外周壁
１１、内周壁１２に発達する境界層を極力少なくし、ノ
ズル翼３の湾曲状曲面から外周壁１１、内周壁１２に向
って与えられる押圧力を充分に活用し、前縁４で発生す
る二次流れ渦５を外周壁１１、内周壁１２に向って押圧
させることにより従来よりもより一層二次流れ渦５を抑
制する検討が進められている。いずれも現在、模索中で
ある。

【００１３】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、主流の前縁での衝突により発生する二次流
れ渦をより一層低く抑えることにより翼効率の向上を図
ったタービンノズルを提供することを目的とする。

【００１４】また、本発明の他の目的は、ノズル翼の外
周壁、内周壁に発達する主流による境界層を、各周壁内
に閉じ込めることにより境界層の厚みを薄くし、ノズル
翼の湾曲状曲面から外周壁、内周壁に向う押圧力を充分
に活用して翼効率を向上を図ったタービンノズルを提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るタービンノ
ズルは、上記目的を達成するために、請求項１に記載し
たように、外周壁と内周壁とで環状の流路を形成し、流
路内にノズル翼を列状に配列したタービンノズルにおい
て、上記ノズル翼の前縁からスロートまでを、上記外周
壁および内周壁の接続端のそれぞれに、腹側に向いかつ
タービン軸の中心を通るラジアル線に対して傾斜する直
線状の基線を設け、各基線間を腹側に向う湾曲状曲線の
中間基線で接続する一方、上記ノズル翼のスロートから
後縁までを、上記外周壁および内周壁の接続端のそれぞ
れに背側に向いかつタービン軸の中心を通るラジアル線
に対して傾斜する直線状の基線を設け、各基線間を背側
に向う湾曲状曲線の中間基線で接続したものである。

【００１６】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項２に記載したように、
ノズル翼の前縁からスロートまでにおける外周壁の接続
端に設けた基線の高さＨoeは、外周壁の直径をＤoe、上
記基線のラジアル線に対する傾斜角θoe、上記ノズル翼
の枚数をＮとするとき、

【数７】 の範囲に設定する一方、ノズル翼の前縁からスロートま
でにおける内周壁の接続端に設けた基線の高さＨieは、
内周壁の直径をＤie、上記基線のラジアル線に対する傾
斜角θie、上記ノズル翼の枚数をＮとするとき、

【数８】 の範囲に設定したものである。

【００１７】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項３に記載したように、
ノズル翼のスロートから後縁までにおける外周壁の接続
端に設けた基線の高さＨoiは、外周壁の直径をＤoe、上
記基線のラジアル線に対する傾斜角をθoi、上記ノズル
翼の枚数をＮとするとき、

【数９】 の範囲に設定する一方、ノズル翼のスロートから後縁ま
でにおける内周壁の接続端に設けた輝線の高さＨiiは、
内周壁の直径をＤie、上記基線のラジアル線に対する傾
斜角をθii、上記ノズル翼の枚数をＮとするとき、

【数１０】 の範囲に設定したものである。

【００１８】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項４に記載したように、
外周壁と内周壁とで環状の流路を形成し、流路内にノズ
ル翼を列状に配列したタービンノズルにおいて、上記ノ
ズル翼の前縁から後縁までを、上記外周壁および内周壁
の接続端のそれぞれに、背側に向いかつタービン軸の中
心を通るラジアル線に対して傾斜する直線状の基線を設
け、各基線間を背側に向う湾曲状曲線の中間基線で接続
したものである。

【００１９】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項５に記載したように、
外周壁と内周壁とで環状の流路を形成し、流路内にノズ
ル翼を列状に配列したタービンノズルにおいて、上記外
周壁および内周壁のそれぞれに凹陥部を設けたものであ
る。

【００２０】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項６に記載したように、
外周壁に設けた凹陥部の深さＬo は、外周壁に発達する
境界層の厚みをδo 、ノズル翼間のピッチをＴo 、流路
幅をＳo とするとき、

【数１１】Ｌo ≧δo ×（Ｔo −Ｓo ）／Ｓo の範囲に設定したものである。

【００２１】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項８に記載したように、
外周壁および内周壁のそれぞれ設けた凹陥部は、ノ請求
項７に記載したように、内周壁に設けた凹陥部の深さＬ
i は、内周壁に発達する境界層の厚みをδi 、ノズル翼
間のピッチをＴi 、流路幅をＳi とするとき、

【数１２】Ｌi ≧δi ×（Ｔo −Ｓo ）／Ｓo の範囲に設定したものである。

【００２２】また、本発明に係るタービンノズルは、上
記目的を達成するために、請求項８に記載したように、
外周壁および内周壁のそれぞれ設けた凹陥部は、ノズル
翼の前縁から後縁までの翼弦長よりも長く形成したもの
である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るタービンノズ
ルの一実施形態について添付図を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明に係るタービンノズルの概
略斜視図であり、ノズル翼の後縁から観察した例を示
す。タービンノズルは、外周壁２１と内周壁２２との間
に形成される環状の流路２３に複数のノズル翼２０をタ
ービン軸（図示せず）の周方向に沿って列として構成す
る。ノズル翼２０は、前縁２４からスロート２５（スロ
ートとは、一方のノズル翼と隣接する他方のノズル翼と
の最小流路幅をいうが、説明の便宜上、他方のノズル翼
の後縁から一方のノズル翼の背側に垂直線として画した
部分を、以下スロートと記す）までを腹側２６に向って
凸状に膨出する湾曲状曲面３４に形成する一方、スロー
ト２５から後縁２７までを背側２８に向って凸状に膨出
する湾曲状曲面３５に形成し、スロート２５を境に互い
に軸対称になっている。

【００２５】前縁２４からスロートまでの湾曲状曲面３
４は、図２に示すように、外周壁２１および内周壁２２
の接続端３７のそれぞれに、腹側２６に向いかつタービ
ン軸の中心を通るラジアル線Ｏに対して傾斜する直線状
の基線Ａ1 ，Ａ2 を設け、各基線Ａ1 ，Ａ2 間を腹側２
６に向う曲率Ｒ1 の中間基線Ａ3 で接続する。

【００２６】また、ノズル翼２０の基線Ａ1 および基線
Ａ2 のそれぞれは、外周壁２１および内周壁２２の接続
端３２からの高さをそれぞれＨoe，Ｈieとし、基線Ａ1
および基線Ａ2 のラジアル線に対する傾斜角（基線Ａ1
，Ａ2 とタービン軸の回転中心を通るラジアル線Ｏと
の交差角）のそれぞれをθoe，θieとし、外周壁２１お
よび内周壁２２の直径をそれぞれＤoe，Ｄieとし、翼枚
数をＮとした場合、各基線Ａ1 ，Ａ2 の高さＨoe，Ｈie
は、

【数１３】 の範囲に設定される。このような範囲に設定しておかな
いと、各基線Ａ1 ，Ａ2の二次流れ渦に対する押圧力は
充分に活用できなくなる。

【００２７】一方、スロートから後縁までの湾曲状曲面
３５は、図３に示すように、外周壁２１および内周壁２
２の接続端３７のそれぞれに、背側２８に向いかつター
ビン軸の中心を通るラジアル線Ｏに対して傾斜する直線
状の基線Ａ4 ，Ａ5 を設け、各基線Ａ4 ，Ａ5 間を背側
２８に向かう曲率Ｒ2 の中間基線Ａ6 で接続する。

【００２８】また、ノズル翼２０の基線Ａ4 および基線
Ａ5 のそれぞれは、外周壁２１および内周壁２２の接続
端３７からの高さをそれぞれＨoi，Ｈiiとし、基線Ａ4
および基線Ａ5 のラジアル線に対する傾斜角（基線Ａ4
，Ａ5 とタービン軸の回転中心を通るラジアル線Ｏと
の交差角）のそれぞれをθoi，θiiとし、外周壁２１お
よび内周壁２２の直径をそれぞれＤoe，Ｄieとし、翼枚
数をＮとした場合、各基線Ａ4 ，Ａ5 の高さＨoi，Ｈii
は、

【数１４】 の範囲に設定される。各基線Ａ4 ，Ａ5 の高さＨoi，Ｈ
iiを、上式の範囲に設定しておかないと、各基線Ａ4 ，
Ａ5 の二次流れ渦に対する押圧力が不足し、二次流れ渦
を充分に抑制できなくなる。

【００２９】次に作用を説明する。

【００３０】主流２９が流路２３に流入し、ノズル翼２
０の前縁２４に衝突すると、二次流れ渦３０が発生す
る。この二次流れ渦３０は、腹側２６と背側２８とにそ
れぞれ分かれる。腹側２６に廻った二次流れ渦３０は、
二次流れに伴って隣接するノズル翼２０における背側２
８のスロート２５に向って移動し、流路２３の境界層を
巻き上げて大きく成長し、流路渦３１になろうとする。
このとき、前縁２４からスロート２５に亘って設けた直
線状の基線Ａ1 ，Ａ2 には外周壁２１および内周壁２２
に向って押圧力が作用しているので、この押圧力により
二次流れ渦３０を抑制することができる。

【００３１】一方、背側２８に廻ったエネルギとしては
低い二次流れ渦３０は、背側２８に沿って流れるが、ス
ロート２５から後縁２７に亘って設けた直線状の基線Ａ
4 ，Ａ5 の押圧力により外周壁２１および内周壁２２に
押圧されて抑制される。また、腹側２６に廻った二次流
れ渦３０が上述基線Ａ1 ，Ａ2 で抑制できなかった場
合、残りの二次流れ渦３０は、隣接するノズル翼２０の
スロート２５に移動するが、このときも上述基線Ａ4 ，
Ａ5 の押圧力により外周壁２１および内周壁２２に押圧
されて抑制される。なお、中間基線Ａ3 ，Ａ6 のそれぞ
れは、曲率Ｒ1 ，Ｒ2 の湾曲状曲面３４，３５になって
いるので、ノズル翼２０の中間部を通過する主流２９
は、擾乱の少ない、圧力損失の少ない安定流にして動翼
に流すことができる。

【００３２】このように、本実施形態は、前縁２４から
スロート２５までを、外周壁２１および内周壁２２の接
続端３７のそれぞれから腹側２６に向って直線状の基線
Ａ1，Ａ2 を設け、これら基線Ａ1 ，Ａ2 間を曲率Ｒ1
の中間基線Ａ3 で接続する一方、スロート２５から後縁
２７までを、外周壁２１および内周壁２２の接続端３７
のそれぞれから背側２８に向って直線状の基線Ａ4 ，Ａ
5 を設け、これら基線Ａ4 ，Ａ5 間を曲率Ｒ2 の中間基
線Ａ6 で接続しているので、基線Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ4 ，Ａ
5 の押圧力により二次流れ渦３０を抑制することがで
き、中間基線Ａ3，Ａ6 の湾状曲面３４，３５により主
流２９を圧力損失の少ない安定流にすることができる。

【００３３】したがって、本実施形態では、基線Ａ1 ，
Ａ2 ，Ａ4 ，Ａ5 の押圧力により二次流れ渦を抑制で
き、また中間基線Ａ3 ，Ａ6 の湾曲状曲面３４，３５に
より主流２９を圧力損失の少ない安定流にすることがで
きるので、発電プラントの高出力化に伴って流量が増加
しても充分に対処でき、翼効率を従来以上に向上させる
ことができる。

【００３４】図４は、本発明に係るタービンノズルの第
２実施形態を示す概略斜視図である。なお、第１実施形
態の構成部品と同一部分には同一符号を付す。

【００３５】本実施形態は、ノズル翼２０の前縁２４か
ら後縁２７までを、背側２８に向って湾曲状曲面３６に
形成したものである。

【００３６】湾曲状曲面３６は、図５に示すように、外
周壁２１および内周壁２２の接続端３７のそれぞれに、
背側２８に向い、タービン軸の中心を通るラジアル線Ｏ
に対して傾斜する直線状の基線Ｂ1 ，Ｂ2 を設け、各基
線Ｂ1 ，Ｂ2 間を背側２８に向う曲率Ｒ3の中間基線Ｂ3
で接続する。

【００３７】このように、本実施形態は、外周壁２１お
よび内周壁２２の接続端３７のそれぞれから背側２８に
向い、かつラジアル線Ｏに対して傾斜する直線状の基線
Ｂ1，Ｂ2 から外周壁２１および内周壁２２のそれぞれ
に押圧力が作用するよう図っているので、主流２９が前
縁２４に衝突し、発生した二次流れ渦３０のうち、背側
２８に廻り込む二次流れ渦３０を、その押圧力により外
周壁２１および内周壁２２のそれぞれに押圧する。ま
た、前縁２４で発生した二次流れ渦３０のうち、腹側２
６に廻り込む二次流れ渦３０は、流路渦３１に成長して
隣接するノズル翼２０の背側２８に移動するが、ここで
も直線状の基線Ｂ1 ，Ｂ2 の押圧力が外周壁２１および
内周壁２２のそれぞれに向って流路渦３１を押圧する。

【００３８】また、本実施形態は、外周壁２１および内
周壁２２の接続端３７のそれぞれに設けた直線状の基線
Ｂ1 ，Ｂ2 間を曲率Ｒ3 の中間基線Ｂ3 で接続し、ノズ
ル翼２０の中間部を湾曲状曲面３６に形成しているた
め、主流２９の流れを圧力損失の少ない安定流にするこ
とができる。

【００３９】したがって、本実施形態では、第１実施形
態と同様に、二次流れ渦の抑制と主流の安定流化を図る
ことができ、翼効率を従来以上に向上させることができ
る。

【００４０】図６および図７は、本発明に係るタービン
ノズルの第３実施形態を示す概略図である。なお、第１
実施形態の構成部品と同一部分には同一符号を付す。

【００４１】本実施形態は、外周壁２１および内周壁２
２のそれぞれに凹陥部３２を設け、凹陥部３２によりノ
ズル翼２０と隣接するノズル翼２０とで形成される流路
２３内に発達する境界層を低く抑えたものである。

【００４２】従来のタービンノズルでは、図８に示すよ
うに、主流２９には粘性があるため、外周壁２１および
内周壁２２を通過する際、ある任意の速度分布をもった
境界層３３が外周壁２１および内周壁２２の軸方向に沿
って発達する。このため、主流２９がノズル翼２０に流
入する際、前縁２４で衝突して発生した二次流れ渦３０
のうち、腹側２６に廻り込んだ二次流れ渦３０は、二次
流れに伴って主流２９に交差して隣接するノズル翼に移
動するとき、流路２３に滞留している境界層３３を巻き
上げて流路渦３１として大きく成長し、主流９２の流線
を乱し、翼効率を低下させる原因になっている。

【００４３】本実施形態は、二次流れ渦３０が境界層３
３を巻き上げて流路渦３１として大きく成長することを
抑えるため、図６に示すように、外周壁２１および内周
壁２２のそれぞれに凹陥部３２を設けたものである。こ
の場合、凹陥部３２のそれぞれの深さのうち、外周壁２
１の凹陥部３２の深さＬo 、外周壁２１に発達する境界
層３３の厚みをδo 、ノズル翼２０間のピッチをＴo 、
流路幅をＳo とするとき、外周壁２１の凹陥部３２の深
さＬo は、

【数１５】Ｌo ≧δo ×（Ｔo −Ｓo ）／Ｓo の範囲に設定される。凹陥部３２の深さＬo を上式の範
囲に設定しておかないと、二次流れ渦３０に伴う流路渦
３１の抑制ができなくなるからである。

【００４４】また、内周壁２２の凹陥部３２の深さをＬ
i 、内周壁２２に発達する境界層３３の厚みをδi 、ノ
ズル翼２０間のピッチをＴo 、流路幅をＳo とすると
き、

【数１６】Ｌi ≧δi ×（Ｔo −Ｓo ）／Ｓo の範囲に設定される。凹陥部３２の深さＬi を上式の範
囲に設定することにより、二次流れ渦３０に伴う流路渦
３１の成長を抑制することができる。

【００４５】また、外周壁２１および内周壁２２のそれ
ぞれに設けた凹陥部３２の軸方向の長さＬo は、図６に
示すように、ノズル翼２０の翼弦長Ｌ1 よりも長く延ば
し、主流２９がノズル翼２０に流入する際、その擾乱が
発生しないよう図っている。

【００４６】このように、本実施形態は、外周壁２１お
よび内周壁２２のそれぞれに凹陥部３２を設け、外周壁
２１および内周壁２２に発達する境界層３３を凹陥部３
２に閉じ込めるので、二次流れ渦３０が隣接するノズル
翼２０に移動する際、流路渦３１として大きく成長させ
ることがない。

【００４７】また、凹陥部３２の軸方向の長さＬo は、
ノズル翼２０の翼弦長Ｌ1 よりも長くしているので、ノ
ズル翼２０の流入の際の主流２９の擾乱を低く抑するこ
とができる。

【００４８】したがって、本実施形態では、二次流れ渦
３０の成長を低く抑え、主流２９の擾乱を低く抑えるの
で、従来以上に翼効率を向上させることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係るタービ
ンノズルは、ノズル翼の前縁からスロートまでを、外周
壁および内周壁の接続端のそれぞれから腹側に向って傾
斜された直線状の基線をそれぞれ設け、各基線間を湾曲
状曲線の中間基線で接続する一方、スロートから後縁ま
でを、外周壁および内周壁の接続端のそれぞれから背側
に向って傾斜させた直線状の基線をそれぞれ設け、各基
線間を湾曲状曲線の中間基線で接続したので、主流が前
縁で衝突し、腹側に廻り混む二次流れ渦に対し、上記腹
側に向って傾斜させた直線状の基線が外周壁および内周
壁のそれぞれに向って押圧する。その結果、各基線の押
圧力により腹側に廻り込む二次流れ渦を抑制することが
できる。

【００５０】また、主流が前縁で衝突し、背側に廻り込
む二次流れ渦は、スロートから後縁までに設けた直線状
の基線の押圧力により抑制することができる。

【００５１】また、ノズル翼の中間部は、直線状の各基
線間を湾曲状曲線の中間基線で接続しているので、ノズ
ル翼の中間部を通過する主流に乱れが少なく、圧力損失
を低く抑えることがてきる。

【００５２】また、本発明に係るタービンノズルは、ノ
ズル翼の前縁から後縁までを、外周壁および内周壁の接
続端のそれぞれから背側に向って傾斜させた直線状の基
線をそれぞれ設け、各基線間を湾曲状曲線の中間基線で
接続したので、各基線の押圧力により背側に廻り込んだ
二次流れ渦を抑制することができ、さらに前段のノズル
翼の腹側から幅広く移動してくる二次流れ渦をその押圧
力で抑制することができる。

【００５３】また、本発明に係るタービンノズルは、ノ
ズル翼の外周壁および内周壁のそれぞれに凹陥部を設
け、外周壁および内周壁のそれぞれに発達した境界層を
凹陥部に閉じ込めるよう図っているので、前段のノズル
翼の腹側から移動してくる二次流れ渦の成長を低く抑え
ることができる。

【００５４】このように、本発明に係るタービンノズル
では、二次流れ渦の抑制と、主流の流れの擾乱防止を図
っているので、翼効率を飛躍的に向上させることがで
き、発電プラントの高出力化に充分に対処することがで
きる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタービンノズルの第１実施形態を
示す概略斜視図。

【図２】図１のノズル翼の前縁の形状を後縁側から観察
した模式図。

【図３】図１のノズル翼の後縁の形状を後縁側から観察
した模式図。

【図４】本発明に係るタービンノズルの第２実施形態を
示す概略斜視図。

【図５】図４のノズル翼の後縁の形状を後縁側から観察
した模式図。

【図６】本発明に係るタービンノズルの第３実施形態を
示す概略斜視図。

【図７】図６のノズル翼を前縁側から観察した概略断面
図。

【図８】ノズル翼に流入する主流の境界層の発達と、二
次流れ渦の発生を説明する模式図。

【図９】ノズル翼で発生する二次流れ渦の挙動を説明す
る模式図。

【図１０】従来のタービンノズルの第１実施形態を示す
概略斜視図。

【図１１】従来のタービンノズルの第２実施形態を示す
模式図。

【符号の説明】

１ 境界層 ２ 主流 ３ ノズル翼 ４ 前縁 ５ 二次流れ渦 ６ 背側 ７ 腹側 ８ 流路渦 ９ 流路 １０ 後縁 １１ 外周壁 １２ 内周壁 １３ 吸込口 １４ 吹出口 １５ 連通路 １６ スロート ２０ ノズル翼 ２１ 外周壁 ２２ 内周壁 ２３ 流路 ２４ 前縁 ２５ スロート ２６ 腹側 ２７ 後縁 ２８ 背側 ２９ 主流 ３０ 二次流れ渦 ３１ 流路渦 ３２ 凹陥部 ３３ 境界層 ３４，３５，３６ 湾曲状曲面 ２７ 背端 Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ4 ，Ａ5 基線 Ａ3 ，Ａ6 中間基線 Ｂ1 ，Ｂ2 基線 Ｂ3 中間基線 Ｌo 凹陥部の長さ Ｌ1 翼弦長

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周壁と内周壁とで環状の流路を形成
   し、流路内にノズル翼を列状に配列したタービンノズル
   において、上記ノズル翼の前縁からスロートまでを、上
   記外周壁および内周壁の接続端のそれぞれに、腹側に向
   いかつタービン軸の中心を通るラジアル線に対して傾斜
   する直線状の基線を設け、各基線間を腹側に向う湾曲状
   曲線の中間基線で接続する一方、上記ノズル翼のスロー
   トから後縁までを、上記外周壁および内周壁の接続端の
   それぞれに、背側に向いかつタービン軸の中心を通るラ
   ジアル線に対して傾斜する直線状の基線を設け、各基線
   間を背側に向う湾曲状曲線の中間基線で接続したことを
   特徴とするタービンノズル。
2. 【請求項２】 ノズル翼の前縁からスロートまでにおけ
   る外周壁の接続端に設けた基線の高さＨoeは、外周壁の
   直径をＤoe、上記基線のラジアル線に対する傾斜角θo
   e、上記ノズル翼の枚数をＮとするとき、 【数１】 の範囲に設定する一方、ノズル翼の前縁からスロートま
   でにおける内周壁の接続端に設けた基線の高さＨieは、
   内周壁の直径をＤie、上記基線のラジアル線に対する傾
   斜角θie、上記ノズル翼の枚数をＮとするとき、 【数２】 の範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載のタ
   ービンノズル。
3. 【請求項３】 ノズル翼のスロートから後縁までにおけ
   る外周壁の接続端に設けた基線の高さＨoiは、外周壁の
   直径をＤoe、上記基線のラジアル線に対する傾斜角をθ
   oi、上記ノズル翼の枚数をＮとするとき、 【数３】 の範囲に設定する一方、ノズル翼のスロートから後縁ま
   でにおける内周壁の接続端に設けた輝線の高さＨiiは、
   内周壁の直径をＤie、上記基線のラジアル線に対する傾
   斜角をθii、上記ノズル翼の枚数をＮとするとき、 【数４】 の範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載のタ
   ービンノズル。
4. 【請求項４】 外周壁と内周壁とで環状の流路を形成
   し、流路内にノズル翼を列状に配列したタービンノズル
   において、上記ノズル翼の前縁から後縁までを、上記外
   周壁および内周壁の接続端のそれぞれに、背側に向いか
   つタービン軸の中心を通るラジアル線に対して傾斜する
   直線状の基線を設け、各基線間を背側に向う湾曲状曲線
   の中間基線で接続したことを特徴とするタービンノズ
   ル。
5. 【請求項５】 外周壁と内周壁とで環状の流路を形成
   し、流路内にノズル翼を列状に配列したタービンノズル
   において、上記外周壁および内周壁のそれぞれに凹陥部
   を設けたことを特徴とするタービンノズル。
6. 【請求項６】 外周壁に設けた凹陥部の深さＬo は、外
   周壁に発達する境界層の厚みをδo 、ノズル翼間のピッ
   チをＴo 、流路幅をＳo とするとき、 【数５】Ｌo ≧δo ×（Ｔo −Ｓo ）／Ｓo の範囲に設定したことを特徴とする請求項５に記載のタ
   ービンノズル。
7. 【請求項７】 内周壁に設けた凹陥部の深さＬi は、内
   周壁に発達する境界層の厚みをδi 、ノズル翼間のピッ
   チをＴi 、流路幅をＳi とするとき、 【数６】Ｌi ≧δi ×（Ｔo −Ｓo ）／Ｓo の範囲に設定したことを特徴とする請求項５に記載のタ
   ービンノズル。
8. 【請求項８】 外周壁および内周壁のそれぞれ設けた凹
   陥部は、ノズル翼の前縁から後縁までの翼弦長よりも長
   く形成したことを特徴とする請求項５に記載のタービン
   ノズル。