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JPH10184304A - 軸流タービンのタービンノズルおよびタービン動翼 - Google Patents

軸流タービンのタービンノズルおよびタービン動翼

Info

Publication number
JPH10184304A
JPH10184304A JP8350960A JP35096096A JPH10184304A JP H10184304 A JPH10184304 A JP H10184304A JP 8350960 A JP8350960 A JP 8350960A JP 35096096 A JP35096096 A JP 35096096A JP H10184304 A JPH10184304 A JP H10184304A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
nozzle
turbine
diaphragm
peripheral surface
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.)
Pending
Application number
JP8350960A
Other languages
English (en)
Inventor
Minoru Matsuda
實 松田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8350960A priority Critical patent/JPH10184304A/ja
Priority to CN97129776A priority patent/CN1105226C/zh
Priority to KR1019970074932A priority patent/KR100254284B1/ko
Priority to US08/999,260 priority patent/US6126394A/en
Publication of JPH10184304A publication Critical patent/JPH10184304A/ja
Priority to US09/523,175 priority patent/US6368055B1/en
Pending 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/914—Device to control boundary layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/05—Variable camber or chord length

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造で２次流れ損失の低減を図った軸流
タービンのタービンノズルおよびタービン動翼を提供す
る。 【解決手段】ノズル翼２３とダイアフラム外輪２１、ダ
イアフラム内輪２２で構成されたノズル翼流路におい
て、ノズル翼２３の外周壁および内周壁の形状を凹凸化
し、各々曲率Ｒを有する段差（根元部ｈ1 、先端部ｈ2
）を形成する。ノズル翼２３は、ノズル翼出口端位置
（図示Ｚr ，Ｚp ，Ｚt)がノズル翼中央部で最も下流側
とし、Ｚt ＜Ｚr ＜Ｚp になるように形成させる。動翼
２５においても、上記ノズル翼流路と同様に動翼流路内
に曲率Ｒを有する段差ｈ3 、ｈ4 を形成する。動翼２５
の翼長中央部は、根元部の出口端と先端部の出口端とを
直線で結んだ出口端ラインより下流側に位置するように
形成し、出口端ラインと出口端外周との間の距離Ｚが最
大になる動翼流路とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸流タービンのタ
ービン翼に係り、具体的には軸流タービンのタービンノ
ズルおよびタービン動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に軸流タービンにおいては、性能向
上を目的として内部効率上昇のために種々の技術が採用
されているが、タービン内部損失のうち、特に２次流れ
損失は、タービンの各段落に共通する損失であるため、
その改善策が要望されている。
【０００３】一般的な軸流タービンのノズル翼および動
翼を含む段落部の断面構成を図１９に示している。同図
において、タービンケーシング１に取り付けられたダイ
アフラム外輪２とダイアフラム内輪３とに放射状に複数
枚のノズル翼４が固定され、ノズル翼流路が形成されて
いる。このノズル翼流路の下流側には複数枚の動翼６が
配置されている。動翼６はロータホイール５の外周に周
方向に所定間隔で列状に植設されており、動翼６の外周
端には動翼内における作動流体の漏洩を防止するために
カバー７が装着されている。これらのノズル翼４および
動翼６から形成される作動流体の流路で段落が構成され
ている。
【０００４】上記段落の下流側には急拡大流路を有する
段落があり、この段落はダイアフラム外輪８、ダイアフ
ラム内輪９およびノズル翼１０からなるノズル翼流路
と、ロータホイール１１に植設された動翼１２およびそ
の先端に装着されたカバー１３からなる動翼流路とで形
成されている。この段落はタービンの作動流体が高圧か
ら低圧に膨張することによる比容積の増大に対応するた
め、下流部で通過面積が大きくなるように流路壁を傾斜
させており、前記段落とほぼ同一構成となる。
【０００５】このようなタービンの段落構成において、
ノズル翼４、１０における２次流れの発生機構について
図２０を参照して説明する。
【０００６】高圧蒸気等の作動流体が、ノズル翼間で形
成されたノズル翼流路を流れるとき、図２０に２点鎖線
で示すようにノズル翼流路内で円弧状に転向して流れ
る。このとき、ノズル翼４の翼背面Ｅから翼腹面Ｆ方向
に遠心成分が生じる。この遠心成分とノズル翼流路内の
圧力とが平衡しているため、翼腹面Ｆにおける静圧が高
くなる。
【０００７】一方、翼背面Ｅにおいては、作動流体の流
速が大きいため翼背面Ｅにおける圧力が低下する。その
結果、ノズル翼流路内においては翼腹面Ｆから翼背面Ｅ
にかけて翼腹面Ｆにおける圧力が高く、翼背面Ｅにおけ
る圧力が低いような圧力勾配が生起される。このような
圧力勾配は図２０に示すように、ノズル翼根元部の内壁
側と、ノズル翼先端部の外壁側の流速の遅い層、すなわ
ち境界層においても生起される。この境界層の付近にお
いては、流速が小さく、作用する遠心成分も小さい。そ
のため作動流体の流れはノズル翼４の翼腹面Ｆから翼背
面Ｅの方向に生じている圧力勾配に抗しきれず、図２０
に示す流れｆ1 、ｆ2 に示すように、ノズル翼４の翼腹
面Ｆから翼背面Ｅに向かう流れが生じる。これらの流れ
ｆ1 、ｆ2 はノズル翼４の翼背面Ｅに衝突して巻き上が
り、ノズル翼４の根元部の内壁側、および先端部の外壁
側において２次流れ渦１４ａ、１４ｂが生起される。
【０００８】図２１は、ノズル翼４の下流側に設けられ
ている動翼６の２次流れ渦発生機構について示している
が、これは上記ノズル翼４の２次流れ渦発生機構とほぼ
同じであり、図２０と同一の機能については同一の記号
を付してある。図２２、図２３はノズル翼４、動翼６の
損失について示しているが、２次流れ渦によって渦損失
が発生し、各タービン翼の内壁側および外壁側において
大きな損失となることが判る。
【０００９】このような２次流れ渦１４ａ、１４ｂが生
起されると、作動流体が保有するエネルギーの一部が散
逸され、それに加えて作動流体の不均一な流れが生じ、
ノズル翼および動翼の損失が増大し、段落性能が著しく
低下するという問題がある。
【００１０】ところで上述した段落流路内で発生する２
次流れ渦１４ａ、１４ｂに起因する２次流れ損失を低減
するためには種々の改善技術が研究されている。例え
ば、ノズル翼流路の先端における外壁形状を凹凸化し、
下流側に沿って流路高さを減少させた外壁絞りノズル翼
がある。図２４はこの外壁絞りノズル翼１５を採用した
タービンノズルを示す断面図である。このような外壁絞
りノズル翼１５ではノズル翼１５の外周部における流れ
が壁面に沿って下流側に流れ、ノズル翼流路の内周側
（中心方向）に流線がシフトする（図示ｆt ）。それに
伴ってノズル翼１５の中央部と内周部の流れが外周部と
同様により内周側（中心方向）に流線がシフトする（図
示ｆp ，ｆr ）。その結果、ノズル翼１５の根元付近で
は流線がノズル翼１５の内壁面に流れを押しつけようと
し、内壁面での境界層の発達を抑制し、２次流れ渦によ
る損失の増加を防止することができる。
【００１１】図２５は従来の外壁絞りノズル１５の２次
流れ渦による損失増加の抑制効果を示す損失分布を示し
ているが、同図からノズル翼根元部で損失が極端に減少
していることが判る。タービン段落のオーバオール効率
試験においても性能が向上することが確認されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た外壁絞りノズル翼１５では、段落効率試験で性能向上
が確認されているものの、図２５に示すように、ノズル
翼出口における損失分布において、ノズル翼先端部で急
激な流線シフトにより局部的に流れが剥離し、２次流れ
の改善効果が少ない。
【００１３】また、作動流体の流量分布はノズル翼の根
元側に偏り、ノズル翼の高さ方向に大きな流量変化が存
在する。
【００１４】したがって、外壁絞りノズル翼１５による
段落性能を更に向上させることが可能であり、ノズル翼
先端部での作動流体の流れの剥離や流量変化を改善した
ノズル翼流路を形成することが必要である。
【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、簡単な構造で２次流れ損失の低減を図った軸流
タービンのタービンノズルおよびタービン動翼を提供す
ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、ダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノズル
翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルにおい
て、前記ノズル翼が位置する前記ダイヤフラム外輪の内
周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面とに流路高さが下
流側で減少するように曲率Ｒの段差を設けるとともに、
前記ノズル翼の出口端を翼長中央付近で最も下流側に突
出する湾曲形状とし、かつ前記ノズル翼の入口高さをＬ
1 、出口高さをＬ2 、前記ダイヤフラム内輪の段差をｈ
1 、前記ダイヤフラム外輪の段差をｈ2 としたとき、
【数１０】 に設定するとともに、ダイヤフラム前縁からノズル翼出
口端までの軸方向距離を外周端側でＺt 、内周端側でＺ
r 、中央部でＺp としたとき、
【数１１】Ｚt ＜Ｚr ＜Ｚp に設定したことを特徴とする軸流タービンのタービンノ
ズルを提供する。
【００１７】請求項２の発明は、ロータホイールの外周
部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリング
状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動翼
において、前記ロータホイールの外周面と前記カバーの
内周面とに流路高さが下流側で減少するように曲率Ｒの
段差を設けるとともに、動翼出口端の翼長中央部が根元
出口端と先端出口端とを直線で結んだ出口端ラインより
下流側に突出する湾曲形状とし、かつ動翼入口高さをＬ
3 、動翼出口高さをＬ4 、前記ロータホイールの段差を
ｈ3 、前記カバーの段差をｈ4 としたとき、
【数１２】 に設定するとともに、前記動翼の根元部出口端と先端部
出口端とを結んだ出口端ライン上の各点から動翼出口端
を形成する曲線上の各点までの軸方向距離Ｚを前記動翼
出口端の翼長中央部で最大となるように設定したことを
特徴とする軸流タービンのタービン動翼を提供する。
【００１８】請求項３の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ノズル翼の入口高さＬ1 より出口高さＬ2
を大きくし（Ｌ1 ≦Ｌ2 ）、かつダイヤフラム外輪の内
周面に曲率Ｒの段差を設けて流路高さを減少させた後に
ノズル翼出口付近で逆に流路高さを増加させ、更にノズ
ル翼の出口端を内周端部で最も下流側に、かつ外周端部
で最も上流側に位置するように形成し、前記ダイヤフラ
ム外輪の内周面に設けられる段差は請求項１に記載のタ
ービンノズルと同一規定範囲としたことを特徴とする軸
流タービンのタービンノズルを提供する。
【００１９】請求項４の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤフ
ラム内輪の外周面とをそれぞれ下流側に沿って外周方向
に傾斜させ、前記ダイヤフラム外輪の内周面とダイヤフ
ラム内輪の外周面との出口端付近に曲率Ｒの段差を設け
るとともに、前記ダイヤフラム内輪の外周面の傾斜角を
θ1 、ノズル翼入口部のダイヤフラム外輪の内周面の傾
斜角をθ2 、ノズル翼出口以降のダイヤフラム外輪の内
周面の傾斜角をθ3 としたとき、
【数１３】0 °≦θ1 ＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ダイヤフラム外輪の内周面および前
記ダイヤフラム内輪の外周面の曲率Ｒの段差並びにダイ
ヤフラム前縁からノズル翼出口端までの軸方向距離Ｚが
請求項１に記載のタービンノズルと同一規定範囲である
ことを特徴とする軸流タービンのタービンノズルを提供
する。
【００２０】請求項５の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、ノズル翼入口高さＬ1 よりノズル翼出口高さＬ
2 を大きくし（Ｌ1 ≦Ｌ2 ）、前記ダイヤフラム外輪の
内周面を下流側に沿って外周方向に、かつダイヤフラム
内輪の外周面を下流側に沿って内周方向に各々傾斜さ
せ、前記ダイヤフラム外輪の内周面および前記ダイヤフ
ラム内輪の外周面の出口端付近に曲率Ｒの段差を設ける
とともに、前記ダイヤフラム内輪の外周面の傾斜角をθ
1 、ノズル翼入口部のダイヤフラム外輪の内周面の傾斜
角をθ2 、ノズル翼出口以降のダイヤフラム外輪の内周
面の傾斜角をθ3 としたとき、
【数１４】θ1 ＜0 °＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ダイヤフラム外輪の内周面および前
記ダイヤフラム内輪の外周面の曲率Ｒの段差並びにダイ
ヤフラム前縁からノズル翼出口端までの軸方向距離Ｚが
請求項１に記載のタービンノズルと同一規定範囲である
ことを特徴とする軸流タービンのタービンノズルを提供
する。
【００２１】請求項６の発明は、ロータホイールの外周
部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリング
状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動翼
において、前記動翼が位置する前記カバーの内周面と前
記ロータホイールの外周面とを下流側に沿って外周方向
に傾斜させ、これらカバーの内周面と前記ロータホイー
ルの外周面との動翼出口端付近に曲率Ｒの段差を設ける
とともに、前記ロータホイールの外周面の傾斜角をθ1
、動翼入口部のカバー内周面の傾斜角をθ2 、動翼出
口部以降のカバー内周面の傾斜角をθ3 としたとき、
【数１５】0 °≦θ1 ＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ロータホイールの外周面および前記
カバーの内周面の曲率Ｒの段差並びに出口端ラインから
動翼出口端までの軸方向距離Ｗが請求項２に記載のター
ビン動翼と同一規定範囲であることを特徴とする軸流タ
ービンのタービン動翼を提供する。
【００２２】請求項７の発明は、ロータホイールの外周
部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリング
状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動翼
において、動翼入口高さＬ3 より動翼出口高さＬ4 を大
きくし（Ｌ3 ≦Ｌ4 ）、前記動翼の位置する前記カバー
の内周面を下流側に沿って外周方向に、かつ前記動翼の
位置するロータホイールの外周面を下流側に沿って内周
方向にそれぞれ傾斜させ、前記カバーの内周面および前
記ロータホイールの外周面の出口端付近に曲率Ｒの段差
を設けるとともに、前記ロータホイールの外周面の傾斜
角をθ1 、動翼入口部のカバーの内周面の傾斜角をθ2
、動翼出口部以降のカバーの内周面の傾斜角をθ3 と
したとき、
【数１６】θ1 ＜0 °＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記カバーの内周面および前記ロータホ
イールの外周面の曲率Ｒの段差並びに出口端ラインから
動翼出口端までの軸方向距離Ｗが請求項２に記載のター
ビン動翼と同一規定範囲であることを特徴とする軸流タ
ービンのタービン動翼を提供する。
【００２３】請求項８の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ノズル翼が位置するダイヤフラム外輪の内
周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面とに曲率Ｒの段差
を設け、かつノズル翼の先端部と根元部のノズル翼断面
を前記環状流路の周方向に偏移させ、前記曲率Ｒの段差
を請求項１のタービンノズルと同一規定範囲としたこと
を特徴とする軸流タービンのタービンノズルを提供す
る。
【００２４】請求項９の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ノズル翼が位置するダイヤフラム外輪の内
周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面とに曲率Ｒの段差
を設け、かつノズル翼間で形成されるスロート寸法Ｓを
翼長中央部でＳp 、根元部でＳr 、先端部でＳt とした
とき、
【数１７】Ｓp ≦Ｓr ＜Ｓt に設定し、かつ前記曲率Ｒの段差を請求項１のタービン
ノズルと同一規定範囲としたことを特徴とする軸流ター
ビンのタービンノズルを提供する。
【００２５】請求項１０の発明は、ロータホイールの外
周部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリン
グ状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動
翼において、前記動翼が位置する前記カバーの内周面お
よび前記ロータホイールの外周面に曲率Ｒの段差を設
け、かつ前記動翼の先端部および根元部の動翼断面を前
記ロータホイールの周方向に偏移させ、前記曲率Ｒの段
差を請求項２のタービン動翼と同一規定範囲としたこと
を特徴とする軸流タービンのタービン動翼を提供する。
【００２６】請求項１１の発明は、ロータホイールの外
周部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリン
グ状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動
翼において、前記ロータホイールの外周面と前記カバー
の内周面とに曲率Ｒの段差を設け、かつ前記動翼間で形
成されるスロート寸法Ｓを翼長中央部でＳp 、根元部で
Ｓr 、先端部でＳt としたとき、
【数１８】Ｓr ＞Ｓp ＜Ｓt に設定し、かつ前記曲率Ｒの段差を請求項２のタービン
動翼と同一規定範囲としたことを特徴とする軸流タービ
ンのタービン動翼を提供する。
【００２７】上記構成のタービンノズルあるいはタービ
ン動翼では、ノズル翼あるいは動翼によって流路の外周
側及び内周側に流入した作動流体が流路壁面の段差で絞
られ、翼列間の２次流れ渦が抑制され、２次損失が低減
できる。
【００２８】さらに、ノズル翼出口端と動翼出口端が翼
長中央部で下流側に位置することによってノズル翼及び
動翼内の作動流体が各々、外周側、内周側にその流線が
シフトすることで翼長方向の流量分布が均一化され、動
翼で有効にエネルギー変換することができる。したがっ
て、これらの機能によってタービン段落の性能の向上が
図れる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図１８を参照して本
発明の実施形態について説明する。
【００３０】第１実施形態（図１〜図３） まず、本発明の第１実施形態を、図１〜図３を参照して
説明する。図１において、ダイアフラム外輪２１とダイ
アフラム内輪２２との間に形成される環状流路に、複数
のノズル翼２３を周方向に所定間隔で列状に配設し、各
ノズル翼２３の先端部および根元部をダイアフラム外輪
２１とダイアフラム内輪２２とに接合することによっ
て、タ−ビンノズルが構成さている。
【００３１】また、ロータホイール２４の外周には、周
方向に所定間隔で列状に植設された動翼２５と、その先
端に設置されたカバー２６とにより、タービン動翼が構
成されている。
【００３２】なお、以下の実施形態においては、ダイヤ
フラム外輪２１の内周面を「ノズル翼の外周壁」、ダイ
ヤフラム内輪２２の外周面を「ノズル翼の内周壁」、ロ
ータホイール２４の外周面を「動翼の内周壁」、カバー
２６の内周面を「動翼の外周壁」と称する。
【００３３】ノズル翼２３とダイアフラム外輪２１およ
びダイアフラム内輪２２によって構成されたノズル翼流
路において、ノズル翼２３の外周壁および内周壁の形状
を凹凸化し、各々曲率Ｒを有する段差（根元部ｈ1 、先
端部ｈ2 ）を形成する。先端部の段差ｈ2 は内周側への
流線シフトを効果的にするため、ノズル翼入口高さＬ1
の約２０％程度が好ましく、それ以上になると段差部で
大きな損失となる。これより、ノズル翼入口高さＬ1 の
0.1〜0.2 倍が最も使用範囲として有効である。
【００３４】さらに、根元部の段差ｈ1 は、ノズル翼流
出速度ベクトルによる外周方向成分があり、ｈ1 を大き
くすると内周壁の曲率で剥離しやすく、ノズル翼入口高
さＬ1 の５％程度が許容値内であり、ノズル翼入口高さ
Ｌ1 の0 .05 倍以下が最も有効である。
【００３５】また、ノズル翼２３は、その外周壁と内周
壁の出口部に形成された曲率Ｒの曲面部での急激な流線
シフトを緩和する目的で、ノズル翼出口端位置（図示Ｚ
r,Ｚp,Ｚt)がノズル翼中央部で最も下流側とし、Ｚt ＜
Ｚr ＜Ｚp になるように形成させる。ノズル出口端をこ
のように構成することによって、ノズル翼外周側の流れ
はノズル翼外周方向へ、ノズル翼内周側の流れはノズル
翼内周方向へ偏向するため、曲率Ｒの段差で剥離しやす
い流れを抑制する効果がある。
【００３６】次に、ノズル翼２３の下流に配置された動
翼２５においても、上記ノズル翼流路と同様に動翼流路
内に曲率Ｒを有する段差ｈ3 、ｈ4 を設置する。この場
合も前述のものと同一の機能がある。動翼２５の先端部
の段差ｈ4 は、動翼入口高さＬ3 の0.1 〜0.2 倍、動翼
２５の根元部の段差ｈ3 は動翼入口高さＬ3 の0.05倍以
下が最も有効である。
【００３７】また、動翼２５の翼長中央部は、根元部の
出口端と先端部の出口端を直線で結んだ出口端ラインよ
り下流側に位置するように形成し、上記出口端ラインと
出口端外周との間の距離Ｚが最大になる動翼流路とし、
曲率Ｒの段差での急激な流線シフトを緩和させる。
【００３８】図２および図３は、ノズル翼流路内の流れ
および損失分布を示している。従来の外壁絞りノズル１
５と本実施形態によるノズル翼２３における作動流体の
流れとの比較を図２を参照して説明する。同図におい
て、従来の外壁絞りノズル翼１５では、外周側の流れj1
が外周壁の曲率Ｒによって根元側に大きく偏っている。
流れｊ2 、ｊ3 も同様に根元側へ偏っている。この流線
シフトによって根元側の２次流れ渦が小さくなっている
が、先端部では流線シフトが大きく、翼長方向の流量分
布が不均一となる。
【００３９】これに対し、本実施形態のノズル翼２３で
は、従来の外壁絞りノズル翼１５に、さらに内周壁に曲
率Ｒの段差が設けてあり、ノズル翼出口端を翼長中央部
で最も下流側に位置させたことによって、外周側の流れ
Ｋ1 がノズル翼出口から流出後、流線が外周方向に戻
る。翼長中央部の流れＫ2 は、ほぼ中央部を流れ、内周
側の流れＫ3 は、壁面の曲率Ｒによる急な流線シフトを
緩和させる。
【００４０】この結果、ノズル翼の外周壁および内周壁
の２次流れ渦を減少できるとともに、曲率Ｒの段差での
剥離を防止できる。図３は、従来のノズル翼と本実施形
態のノズル翼との損失比較を示しているが、本実施形態
のノズル翼２３がその先端部で低い損失となることが判
る。
【００４１】図１に示した動翼２５においても、前記ノ
ズル翼２３と同一機能を有している。このようにノズル
翼および動翼ともに、外周壁と内周壁とに曲率Ｒの段差
を有し、ノズル翼および動翼の出口端の翼長中央部を下
流側に設置するように構成することによって、それらの
外周壁および内周壁での２次流れ損失を低減する効果が
得られ、タービン段落の効率を向上することができる。
【００４２】第２実施形態（図４） 図４は、本発明の第２実施形態を示すノズル翼流路の断
面図である。
【００４３】同図に示すように、この第２実施形態では
ノズル翼流路を、ノズル翼入口高さＬ1 よりノズル翼出
口高さＬ2 を大きく（Ｌ1 ≦Ｌ2 ）している。このノズ
ル翼流路形状において、ノズル翼外周壁をノズル翼流路
内で一旦、凹凸化し、流路高さを減じた後、ノズル出口
部付近で逆に流路高さを増加させる。ノズル翼３３の出
口端は、根元部で最も下流側に、かつ先端部で最も上流
側に位置するように形成する。
【００４４】本実施形態においては、ノズル翼３３の外
周壁の段差を、前記ノズル翼２３と同一規定範囲にする
ことによって第１実施形態と同一の効果が得られる。
【００４５】第３実施形態（図５） 図５は、本発明の第３実施形態を示すノズル翼流路の断
面図である。
【００４６】同図に示すようにこの第３実施形態ではノ
ズル翼流路形状を、ノズル翼の外周壁および内周壁を下
流側に沿って外周方向に傾斜させ、その傾射角の関係に
ついて、 0 °≦（内周壁の傾斜角θ1 ）＜（ノズル翼出口部以後
の外周壁の傾斜角θ3 ）＜（ノズル翼入口部の外周壁の
傾斜角θ2 ） に設定している。
【００４７】これにより、ノズル翼３６の出口端を前記
ノズル翼２３と同一規定範囲にすることによって、第１
実施形態と略同一の効果が得られる。
【００４８】第４実施形態（図６） 図６は、本発明の第４実施形態を示すノズル翼流路の断
面図である。
【００４９】この第４実施形態ではノズル翼流路を、ノ
ズル翼入口高さＬ1 よりノズル翼出口高さＬ 2を大きく
（L1≦Ｌ2 ）し、ノズル翼の外周壁を下流側に沿って外
周方向へ、またノズル翼の内周壁を下流側に沿って内周
方向へそれぞれ傾斜させ、その傾斜角について、 （ノズル翼の内周壁の傾射角θ1 ）＜0 °＜（ノズル翼
出口部以後のダイアフラム外輪３７の傾射角θ3 ）＜
（ノズル翼入口部の外周壁の傾射角θ2 ） に設定したものである。
【００５０】このような構成によれば、ノズル翼３８の
出口端を前記ノズル翼２３と同一規定範囲にすることに
よって、第１の実施形態と略同一の効果が得られる。
【００５１】第５実施形態（図７） 図７は、本発明の第５実施形態を示す動翼流路の断面図
である、同図に示すように、この第５実施形態では、動
翼流路が、動翼４０の外周壁および内周壁を下流側に沿
って外周方向に傾斜させ、その傾射角について、 0 °≦（内周壁の傾射角θ1 ）＜（動翼出口部以後のカ
バーの傾射角θ3 ）＜（動翼入口部の外周壁の傾射角θ
2 ） に設定している。
【００５２】このような構成によれば、動翼４０の出口
端を前記動翼２５と同一規定範囲にすることによって、
第２実施形態と略同一の効果が得られる。
【００５３】第６実施形態（図８） 図８は本発明の第６実施形態を示す動翼流路の断面図で
ある。
【００５４】同図に示すように、この第６実施形態では
動翼流路について、動翼入口高さＬ3 より動翼出口高さ
Ｌ4 を大きく（Ｌ3 ≦Ｌ4 ）している。
【００５５】この動翼流路形状においては、動翼４１を
下流側に沿って外周方向へ、また動翼４１の内周壁を下
流側に沿って内周方向にそれぞれ傾斜させ、その傾斜角
について、 （動翼４１の内周壁の傾射角θ1 ）＜０゜＜（動翼出口
部以後の外周壁の傾射角θ3 ）＜（動翼入口部の外周壁
の傾射角θ2 ） に設定しいる。
【００５６】このような構成によれば、動翼４１の出口
端を前記動翼２５と同一規定範囲にすることによって、
第２実施形態と略同一の効果が得られる。
【００５７】第７実施形態（図９、図１０） 図９および図１０は、本発明の第７実施形態を示すノズ
ル翼流路の断面図である。
【００５８】図９に示すように、この第７実施形態のノ
ズル翼流路はノズル翼４２の出口側の外周壁および内周
壁に曲率Ｒの段差を設けたもので、ノズル翼４２の先端
側および根元側の２次流れ渦を低減させる機能を有して
いる。
【００５９】また、ノズル翼出口側に設けた曲率Ｒの段
差による急激な流線シフトでノズル翼出口部の外周壁と
内周壁での剥離を防ぐため、図１０に示すようにノズル
翼４２は、先端部と根元部のノズル翼断面を周方向に偏
移（図示Ｘ，Ｙだけ）させ、作動流体の流れを壁面側に
押しつけ（流れｍ1 、ｍ2 ）、局部的な剥離の発生を抑
制している。
【００６０】このように構成することにより、第１実施
形態と略同一の効果が得られる。
【００６１】第８実施形態（図１１〜図１３） 図１１は、本発明の第８実施形態を示すノズル翼流路の
断面図である。
【００６２】この第８実施形態のノズル翼流路は、ノズ
ル翼４３の外周壁および内周壁に曲率Ｒの段差を設けた
もので、ノズル翼４３における先端側および根元側の２
次流れ渦を低減させる機能を有している。
【００６３】曲率Ｒの段差による急激な流線シフトでノ
ズル翼出口の外周壁と内周壁での剥離を防ぐため、図１
２に示すノズル翼４３の翼間のスロート寸法（図示Ｓ）
について、
【数１９】ＳP ≦Ｓr ＜Ｓt の範囲とする。
【００６４】このスロート分布を形成することで、図１
３に示すように、従来よりもノズル翼の外周壁および内
周壁で作動流体の流量を大きくすることが可能となる。
そして、この流量制御によって、第１実施形態と略同一
の効果が得られる。
【００６５】第９実施形態（図１４、図１５） 図１４は本発明の第９実施形態を示す動翼流路の断面図
である。
【００６６】この第９実施形態の動翼流路は、動翼外周
壁と内周壁に曲率Ｒの段差を設けたもので、動翼４４の
先端側および根元側の２次流れ渦を低減させる機能を有
している。曲率Ｒの段差による急激な流線シフトで発生
する動翼出口の外周壁と内周壁での剥離を防ぐため、図
１５に示すように、動翼４４の翼断面重心をラジアル線
に対し、周方向に偏移（図示Ｘ，Ｙだけ）させ、作動流
体の流れを壁面側に押しつけ（流れｎ1 、ｎ2 ）、局部
的な剥離の発生を抑制している。
【００６７】このような構成によって、第２実施形態と
略同一の効果が得られる。
【００６８】第１０実施形態（図１６〜図１８） 図１６〜図１８は、本発明の第１０実施形態を示す動翼
流路の断面図である。この第１０実施形態の動翼流路
は、動翼４５の外周壁と内周壁に曲率Ｒの段差を設けた
もので、動翼４５の先端側および根元側の２次流れ渦を
低減させる機能を有している。
【００６９】曲率Ｒの段差による急激な流線シフトで発
生する動翼出口の外周壁および内周壁での剥離を防ぐた
め、図１７に示す動翼４５の翼間のスロート寸法（図示
Ｓ）を、図１８に示すように、
【数２０】Ｓr ＞ＳP ＜Ｓt の範囲に設定する。
【００７０】このようなスロート分布を形成すること
で、従来よりも動翼４５の外周壁および内周壁で作動流
体の流量を大きくすることが可能となり、この流量制御
によって、動翼４５の外周壁と内周壁の局部的な剥離の
発生を抑制することができ、第２実施形態と略同一の効
果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、ノズル翼および動翼の外周壁および内周壁に曲率Ｒ
の段差を設け、ノズル翼出口端と動翼出口端を翼長中央
部において最も下流側に位置させるようにノズル翼流路
および動翼流路を形成することにで、２次流れ渦の低減
と翼長方向における作動流体の流量分布の均一化が図れ
る。
【００７２】また、上述したノズル翼および動翼の外周
壁、内周壁形状において、ノズル翼と動翼とをそれぞれ
湾曲させ、あるいはノズル翼間および動翼間における根
元部および先端部のスロートをそれぞれ大きくすること
によって、タービン段落の効率の向上が図れる。
【００７３】
【図１】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第１
実施形態を示す断面図。
【００７４】
【図２】図１に示した段落構造のノズル翼流路内におけ
る作動流体の流れを示す説明図。
【００７５】
【図３】図１に示した段落構造のノズル翼流路内におけ
る損失分布を従来例との比較において示した特性図。
【００７６】
【図４】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第２
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【００７７】
【図５】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第３
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【００７８】
【図６】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第４
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【００７９】
【図７】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第５
実施形態を示す動翼流路の断面図。
【００８０】
【図８】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第６
実施形態を示す動翼流路の断面図。
【００８１】
【図９】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第７
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【００８２】
【図１０】図９におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【００８３】
【図１１】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第
８実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【００８４】
【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【００８５】
【図１３】図１２におけるノズル翼間のスロート寸法を
示す説明図。
【００８６】
【図１４】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第
９実施形態を示す動翼流路の断面図。
【００８７】
【図１５】図１４におけるＣ−Ｃ矢視断面図。
【００８８】
【図１６】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第
１０実施形態を示す動翼流路の断面図。
【００８９】
【図１７】図１６におけるＤ−Ｄ矢視断面図。
【００９０】
【図１８】図１７における動翼間のスロート寸法を示す
説明図。
【００９１】
【図１９】従来の軸流タービンのノズル翼および動翼の
段落構造を示す断面図。
【００９２】
【図２０】ノズル翼間における２次流れ発生機構を示す
説明図。
【００９３】
【図２１】動翼間における２次流れ発生機構を示す説明
図。
【００９４】
【図２２】ノズル翼における２次流れ損失のノズル翼高
さ方向についての損失分布を示す説明図。
【００９５】
【図２３】動翼における２次流れ損失の動翼高さ方向に
ついての損失分布を示す説明図。
【００９６】
【図２４】従来の外壁絞りノズル翼流路の断面図。
【００９７】
【図２５】従来のノズル翼流路の損失分布を示す説明
図。
【００９８】
【符号の説明】
１ タービン車室 ２ ダイアフラム外輪 ３ ダイアフラム内輪 ４ ノズル翼 ５ ロータホイール ６ 動翼 ７ カバー ８ ダイアフラム外輪 ９ ダイアフラム内輪 １０ ノズル翼 １１ ロータホイール １２ 動翼 １３ カバー １５ 外壁絞りノズル ２１ ダイアフラム外輪 ２２ ダイアフラム内輪 ２３ ノズル翼 ２４ ロータホイール ２５ 動翼 ２６ カバー ３１ ダイアフラム外輪 ３２ ダイアフラム内輪 ３３ ノズル翼 ３４ ダイアフラム外輪 ３５ ダイアフラム内輪 ３６ ノズル翼 ３７ ダイアフラム外輪 ３８ ダイアフラム内輪 ３９ ノズル翼 ４０ 動翼 ４１ 動翼 ４２ ノズル翼 ４３ ノズル翼 ４４ 動翼 ４５ 動翼
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年３月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸流タービンのタ
ービン翼に係り、具体的には軸流タービンのタービンノ
ズルおよびタービン動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に軸流タービンにおいては、性能向
上を目的として内部効率上昇のために種々の技術が採用
されているが、タービン内部損失のうち、特に２次流れ
損失は、タービンの各段落に共通する損失であるため、
その改善策が要望されている。
【０００３】一般的な軸流タービンのノズル翼および動
翼を含む段落部の断面構成を図１９に示している。同図
において、タービンケーシング１に取り付けられたダイ
アフラム外輪２とダイアフラム内輪３とに放射状に複数
枚のノズル翼４が固定され、ノズル翼流路が形成されて
いる。このノズル翼流路の下流側には複数枚の動翼６が
配置されている。動翼６はロータホイール５の外周に周
方向に所定間隔で列状に植設されており、動翼６の外周
端には動翼内における作動流体の漏洩を防止するために
カバー７が装着されている。これらのノズル翼４および
動翼６から形成される作動流体の流路で段落が構成され
ている。
【０００４】上記段落の下流側には急拡大流路を有する
段落があり、この段落はダイアフラム外輪８、ダイアフ
ラム内輪９およびノズル翼１０からなるノズル翼流路
と、ロータホイール１１に植設された動翼１２およびそ
の先端に装着されたカバー１３からなる動翼流路とで形
成されている。この段落はタービンの作動流体が高圧か
ら低圧に膨張することによる比容積の増大に対応するた
め、下流部で通過面積が大きくなるように流路壁を傾斜
させており、前記段落とほぼ同一構成となる。
【０００５】このようなタービンの段落構成において、
ノズル翼４、１０における２次流れの発生機構について
図２０を参照して説明する。
【０００６】高圧蒸気等の作動流体が、ノズル翼間で形
成されたノズル翼流路を流れるとき、図２０に２点鎖線
で示すようにノズル翼流路内で円弧状に転向して流れ
る。このとき、ノズル翼４の翼背面Ｅから翼腹面Ｆ方向
に遠心成分が生じる。この遠心成分とノズル翼流路内の
圧力とが平衡しているため、翼腹面Ｆにおける静圧が高
くなる。
【０００７】一方、翼背面Ｅにおいては、作動流体の流
速が大きいため翼背面Ｅにおける圧力が低下する。その
結果、ノズル翼流路内においては翼腹面Ｆから翼背面Ｅ
にかけて翼腹面Ｆにおける圧力が高く、翼背面Ｅにおけ
る圧力が低いような圧力勾配が生起される。このような
圧力勾配は図２０に示すように、ノズル翼根元部の内壁
側と、ノズル翼先端部の外壁側の流速の遅い層、すなわ
ち境界層においても生起される。この境界層の付近にお
いては、流速が小さく、作用する遠心成分も小さい。そ
のため作動流体の流れはノズル翼４の翼腹面Ｆから翼背
面Ｅの方向に生じている圧力勾配に抗しきれず、図２０
に示す流れｆ1 、ｆ2 に示すように、ノズル翼４の翼腹
面Ｆから翼背面Ｅに向かう流れが生じる。これらの流れ
ｆ1 、ｆ2 はノズル翼４の翼背面Ｅに衝突して巻き上が
り、ノズル翼４の根元部の内壁側、および先端部の外壁
側において２次流れ渦１４ａ、１４ｂが生起される。
【０００８】図２１は、ノズル翼４の下流側に設けられ
ている動翼６の２次流れ渦発生機構について示している
が、これは上記ノズル翼４の２次流れ渦発生機構とほぼ
同じであり、図２０と同一の機能については同一の記号
を付してある。図２２、図２３はノズル翼４、動翼６の
損失について示しているが、２次流れ渦によって渦損失
が発生し、各タービン翼の内壁側および外壁側において
大きな損失となることが判る。
【０００９】このような２次流れ渦１４ａ、１４ｂが生
起されると、作動流体が保有するエネルギーの一部が散
逸され、それに加えて作動流体の不均一な流れが生じ、
ノズル翼および動翼の損失が増大し、段落性能が著しく
低下するという問題がある。
【００１０】ところで上述した段落流路内で発生する２
次流れ渦１４ａ、１４ｂに起因する２次流れ損失を低減
するためには種々の改善技術が研究されている。例え
ば、ノズル翼流路の先端における外壁形状を凹凸化し、
下流側に沿って流路高さを減少させた外壁絞りノズル翼
がある。図２４はこの外壁絞りノズル翼１５を採用した
タービンノズルを示す断面図である。このような外壁絞
りノズル翼１５ではノズル翼１５の外周部における流れ
が壁面に沿って下流側に流れ、ノズル翼流路の内周側
（中心方向）に流線がシフトする（図示ｆt ）。それに
伴ってノズル翼１５の中央部と内周部の流れが外周部と
同様により内周側（中心方向）に流線がシフトする（図
示ｆp ，ｆr ）。その結果、ノズル翼１５の根元付近で
は流線がノズル翼１５の内壁面に流れを押しつけようと
し、内壁面での境界層の発達を抑制し、２次流れ渦によ
る損失の増加を防止することができる。
【００１１】図２５は従来の外壁絞りノズル１５の２次
流れ渦による損失増加の抑制効果を示す損失分布を示し
ているが、同図からノズル翼根元部で損失が極端に減少
していることが判る。タービン段落のオーバオール効率
試験においても性能が向上することが確認されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た外壁絞りノズル翼１５では、段落効率試験で性能向上
が確認されているものの、図２５に示すように、ノズル
翼出口における損失分布において、ノズル翼先端部で急
激な流線シフトにより局部的に流れが剥離し、２次流れ
の改善効果が少ない。
【００１３】また、作動流体の流量分布はノズル翼の根
元側に偏り、ノズル翼の高さ方向に大きな流量変化が存
在する。
【００１４】したがって、外壁絞りノズル翼１５による
段落性能を更に向上させることが可能であり、ノズル翼
先端部での作動流体の流れの剥離や流量変化を改善した
ノズル翼流路を形成することが必要である。
【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、簡単な構造で２次流れ損失の低減を図った軸流
タービンのタービンノズルおよびタービン動翼を提供す
ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、ダイアフラム外輪とダイア
フラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノズル
翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルにおい
て、前記ノズル翼が位置する前記ダイヤフラム外輪の内
周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面とに流路高さが下
流側で減少するように曲率Ｒの段差を設けるとともに、
前記ノズル翼の出口端を翼長中央付近で最も下流側に突
出する湾曲形状とし、かつ前記ノズル翼の入口高さをＬ
1 、出口高さをＬ2 、前記ダイヤフラム内輪の段差をｈ
1 、前記ダイヤフラム外輪の段差をｈ2 としたとき、
【数１０】 に設定するとともに、ダイヤフラム前縁からノズル翼出
口端までの軸方向距離を外周端側でＺt 、内周端側でＺ
r 、中央部でＺp としたとき、
【数１１】Ｚt ＜Ｚr ＜Ｚp に設定したことを特徴とする軸流タービンのタービンノ
ズルを提供する。
【００１７】請求項２の発明は、ロータホイールの外周
部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリング
状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動翼
において、前記ロータホイールの外周面と前記カバーの
内周面とに流路高さが下流側で減少するように曲率Ｒの
段差を設けるとともに、動翼出口端の翼長中央部が根元
出口端と先端出口端とを直線で結んだ出口端ラインより
下流側に突出する湾曲形状とし、かつ動翼入口高さをＬ
3 、動翼出口高さをＬ4 、前記ロータホイールの段差を
ｈ3 、前記カバーの段差をｈ4 としたとき、
【数１２】 に設定するとともに、前記動翼の根元部出口端と先端部
出口端とを結んだ出口端ライン上の各点から動翼出口端
を形成する曲線上の各点までの軸方向距離Ｚを前記動翼
出口端の翼長中央部で最大となるように設定したことを
特徴とする軸流タービンのタービン動翼を提供する。
【００１８】請求項３の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ノズル翼の入口高さＬ1 より出口高さＬ2
を大きくし（Ｌ1 ≦Ｌ2 ）、かつダイヤフラム外輪の内
周面に曲率Ｒの段差を設けて流路高さを減少させた後に
ノズル翼出口付近で逆に流路高さを増加させ、更にノズ
ル翼の出口端を内周端部で最も下流側に、かつ外周端部
で最も上流側に位置するように形成し、前記ダイヤフラ
ム外輪の内周面に設けられる段差は請求項１に記載のタ
ービンノズルと同一規定範囲としたことを特徴とする軸
流タービンのタービンノズルを提供する。
【００１９】請求項４の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤフ
ラム内輪の外周面とをそれぞれ下流側に沿って外周方向
に傾斜させ、前記ダイヤフラム外輪の内周面とダイヤフ
ラム内輪の外周面との出口端付近に曲率Ｒの段差を設け
るとともに、前記ダイヤフラム内輪の外周面の傾斜角を
θ1 、ノズル翼入口部のダイヤフラム外輪の内周面の傾
斜角をθ2 、ノズル翼出口以降のダイヤフラム外輪の内
周面の傾斜角をθ3 としたとき、
【数１３】0 °≦θ1 ＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ダイヤフラム外輪の内周面および前
記ダイヤフラム内輪の外周面の曲率Ｒの段差並びにダイ
ヤフラム前縁からノズル翼出口端までの軸方向距離Ｚが
請求項１に記載のタービンノズルと同一規定範囲である
ことを特徴とする軸流タービンのタービンノズルを提供
する。
【００２０】請求項５の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、ノズル翼入口高さＬ1 よりノズル翼出口高さＬ
2 を大きくし（Ｌ1 ≦Ｌ2 ）、前記ダイヤフラム外輪の
内周面を下流側に沿って外周方向に、かつダイヤフラム
内輪の外周面を下流側に沿って内周方向に各々傾斜さ
せ、前記ダイヤフラム外輪の内周面および前記ダイヤフ
ラム内輪の外周面の出口端付近に曲率Ｒの段差を設ける
とともに、前記ダイヤフラム内輪の外周面の傾斜角をθ
1 、ノズル翼入口部のダイヤフラム外輪の内周面の傾斜
角をθ2 、ノズル翼出口以降のダイヤフラム外輪の内周
面の傾斜角をθ3 としたとき、
【数１４】θ1 ＜0 °＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ダイヤフラム外輪の内周面および前
記ダイヤフラム内輪の外周面の曲率Ｒの段差並びにダイ
ヤフラム前縁からノズル翼出口端までの軸方向距離Ｚが
請求項１に記載のタービンノズルと同一規定範囲である
ことを特徴とする軸流タービンのタービンノズルを提供
する。
【００２１】請求項６の発明は、ロータホイールの外周
部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリング
状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動翼
において、前記動翼が位置する前記カバーの内周面と前
記ロータホイールの外周面とを下流側に沿って外周方向
に傾斜させ、これらカバーの内周面と前記ロータホイー
ルの外周面との動翼出口端付近に曲率Ｒの段差を設ける
とともに、前記ロータホイールの外周面の傾斜角をθ1
、動翼入口部のカバー内周面の傾斜角をθ2 、動翼出
口部以降のカバー内周面の傾斜角をθ3 としたとき、
【数１５】0 °≦θ1 ＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ロータホイールの外周面および前記
カバーの内周面の曲率Ｒの段差並びに出口端ラインから
動翼出口端までの軸方向距離Ｗが請求項２に記載のター
ビン動翼と同一規定範囲であることを特徴とする軸流タ
ービンのタービン動翼を提供する。
【００２２】請求項７の発明は、ロータホイールの外周
部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリング
状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動翼
において、動翼入口高さＬ3 より動翼出口高さＬ4 を大
きくし（Ｌ3 ≦Ｌ4 ）、前記動翼の位置する前記カバー
の内周面を下流側に沿って外周方向に、かつ前記動翼の
位置するロータホイールの外周面を下流側に沿って内周
方向にそれぞれ傾斜させ、前記カバーの内周面および前
記ロータホイールの外周面の出口端付近に曲率Ｒの段差
を設けるとともに、前記ロータホイールの外周面の傾斜
角をθ1 、動翼入口部のカバーの内周面の傾斜角をθ2
、動翼出口部以降のカバーの内周面の傾斜角をθ3 と
したとき、
【数１６】θ1 ＜0 °＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記カバーの内周面および前記ロータホ
イールの外周面の曲率Ｒの段差並びに出口端ラインから
動翼出口端までの軸方向距離Ｗが請求項２に記載のター
ビン動翼と同一規定範囲であることを特徴とする軸流タ
ービンのタービン動翼を提供する。
【００２３】請求項８の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ノズル翼が位置するダイヤフラム外輪の内
周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面とに曲率Ｒの段差
を設け、かつノズル翼の先端部と根元部のノズル翼断面
を前記環状流路の周方向に偏移させ、前記曲率Ｒの段差
を請求項１のタービンノズルと同一規定範囲としたこと
を特徴とする軸流タービンのタービンノズルを提供す
る。
【００２４】請求項９の発明は、ダイアフラム外輪とダ
イアフラム内輪との間に形成される環状流路に複数のノ
ズル翼を配設してなる軸流タービンのタービンノズルに
おいて、前記ノズル翼が位置するダイヤフラム外輪の内
周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面とに曲率Ｒの段差
を設け、かつノズル翼間で形成されるスロート寸法Ｓを
翼長中央部でＳp 、根元部でＳr 、先端部でＳt とした
とき、
【数１７】Ｓp ≦Ｓr ＜Ｓt に設定し、かつ前記曲率Ｒの段差を請求項１のタービン
ノズルと同一規定範囲としたことを特徴とする軸流ター
ビンのタービンノズルを提供する。
【００２５】請求項１０の発明は、ロータホイールの外
周部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリン
グ状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動
翼において、前記動翼が位置する前記カバーの内周面お
よび前記ロータホイールの外周面に曲率Ｒの段差を設
け、かつ前記動翼の先端部および根元部の動翼断面を前
記ロータホイールの周方向に偏移させ、前記曲率Ｒの段
差を請求項２のタービン動翼と同一規定範囲としたこと
を特徴とする軸流タービンのタービン動翼を提供する。
【００２６】請求項１１の発明は、ロータホイールの外
周部に複数の動翼を配設し、その動翼の外周端部にリン
グ状のカバーを取付けてなる軸流タービンのタービン動
翼において、前記ロータホイールの外周面と前記カバー
の内周面とに曲率Ｒの段差を設け、かつ前記動翼間で形
成されるスロート寸法Ｓを翼長中央部でＳp 、根元部で
Ｓr 、先端部でＳt としたとき、
【数１８】Ｓr ＞Ｓp ＜Ｓt に設定し、かつ前記曲率Ｒの段差を請求項２のタービン
動翼と同一規定範囲としたことを特徴とする軸流タービ
ンのタービン動翼を提供する。
【００２７】上記構成のタービンノズルあるいはタービ
ン動翼では、ノズル翼あるいは動翼によって流路の外周
側及び内周側に流入した作動流体が流路壁面の段差で絞
られ、翼列間の２次流れ渦が抑制され、２次損失が低減
できる。
【００２８】さらに、ノズル翼出口端と動翼出口端が翼
長中央部で下流側に位置することによってノズル翼及び
動翼内の作動流体が各々、外周側、内周側にその流線が
シフトすることで翼長方向の流量分布が均一化され、動
翼で有効にエネルギー変換することができる。したがっ
て、これらの機能によってタービン段落の性能の向上が
図れる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図１８を参照して本
発明の実施形態について説明する。
【００３０】第１実施形態（図１〜図３） まず、本発明の第１実施形態を、図１〜図３を参照して
説明する。図１において、ダイアフラム外輪２１とダイ
アフラム内輪２２との間に形成される環状流路に、複数
のノズル翼２３を周方向に所定間隔で列状に配設し、各
ノズル翼２３の先端部および根元部をダイアフラム外輪
２１とダイアフラム内輪２２とに接合することによっ
て、タ−ビンノズルが構成さている。
【００３１】また、ロータホイール２４の外周には、周
方向に所定間隔で列状に植設された動翼２５と、その先
端に設置されたカバー２６とにより、タービン動翼が構
成されている。
【００３２】なお、以下の実施形態においては、ダイヤ
フラム外輪２１の内周面を「ノズル翼の外周壁」、ダイ
ヤフラム内輪２２の外周面を「ノズル翼の内周壁」、ロ
ータホイール２４の外周面を「動翼の内周壁」、カバー
２６の内周面を「動翼の外周壁」と称する。
【００３３】ノズル翼２３とダイアフラム外輪２１およ
びダイアフラム内輪２２によって構成されたノズル翼流
路において、ノズル翼２３の外周壁および内周壁の形状
を凹凸化し、各々曲率Ｒを有する段差（根元部ｈ1 、先
端部ｈ2 ）を形成する。先端部の段差ｈ2 は内周側への
流線シフトを効果的にするため、ノズル翼入口高さＬ1
の約２０％程度が好ましく、それ以上になると段差部で
大きな損失となる。これより、ノズル翼入口高さＬ1 の
0.1〜0.2 倍が最も使用範囲として有効である。
【００３４】さらに、根元部の段差ｈ1 は、ノズル翼流
出速度ベクトルによる外周方向成分があり、ｈ1 を大き
くすると内周壁の曲率で剥離しやすく、ノズル翼入口高
さＬ1 の５％程度が許容値内であり、ノズル翼入口高さ
Ｌ1 の0 .05 倍以下が最も有効である。
【００３５】また、ノズル翼２３は、その外周壁と内周
壁の出口部に形成された曲率Ｒの曲面部での急激な流線
シフトを緩和する目的で、ノズル翼出口端位置（図示Ｚ
r,Ｚp,Ｚt)がノズル翼中央部で最も下流側とし、Ｚt ＜
Ｚr ＜Ｚp になるように形成させる。ノズル出口端をこ
のように構成することによって、ノズル翼外周側の流れ
はノズル翼外周方向へ、ノズル翼内周側の流れはノズル
翼内周方向へ偏向するため、曲率Ｒの段差で剥離しやす
い流れを抑制する効果がある。
【００３６】次に、ノズル翼２３の下流に配置された動
翼２５においても、上記ノズル翼流路と同様に動翼流路
内に曲率Ｒを有する段差ｈ3 、ｈ4 を設置する。この場
合も前述のものと同一の機能がある。動翼２５の先端部
の段差ｈ4 は、動翼入口高さＬ3 の0.1 〜0.2 倍、動翼
２５の根元部の段差ｈ3 は動翼入口高さＬ3 の0.05倍以
下が最も有効である。
【００３７】また、動翼２５の翼長中央部は、根元部の
出口端と先端部の出口端を直線で結んだ出口端ラインよ
り下流側に位置するように形成し、上記出口端ラインと
出口端外周との間の距離Ｚが最大になる動翼流路とし、
曲率Ｒの段差での急激な流線シフトを緩和させる。
【００３８】図２および図３は、ノズル翼流路内の流れ
および損失分布を示している。従来の外壁絞りノズル１
５と本実施形態によるノズル翼２３における作動流体の
流れとの比較を図２を参照して説明する。同図におい
て、従来の外壁絞りノズル翼１５では、外周側の流れj1
が外周壁の曲率Ｒによって根元側に大きく偏っている。
流れｊ2 、ｊ3 も同様に根元側へ偏っている。この流線
シフトによって根元側の２次流れ渦が小さくなっている
が、先端部では流線シフトが大きく、翼長方向の流量分
布が不均一となる。
【００３９】これに対し、本実施形態のノズル翼２３で
は、従来の外壁絞りノズル翼１５に、さらに内周壁に曲
率Ｒの段差が設けてあり、ノズル翼出口端を翼長中央部
で最も下流側に位置させたことによって、外周側の流れ
Ｋ1 がノズル翼出口から流出後、流線が外周方向に戻
る。翼長中央部の流れＫ2 は、ほぼ中央部を流れ、内周
側の流れＫ3 は、壁面の曲率Ｒによる急な流線シフトを
緩和させる。
【００４０】この結果、ノズル翼の外周壁および内周壁
の２次流れ渦を減少できるとともに、曲率Ｒの段差での
剥離を防止できる。図３は、従来のノズル翼と本実施形
態のノズル翼との損失比較を示しているが、本実施形態
のノズル翼２３がその先端部で低い損失となることが判
る。
【００４１】図１に示した動翼２５においても、前記ノ
ズル翼２３と同一機能を有している。このようにノズル
翼および動翼ともに、外周壁と内周壁とに曲率Ｒの段差
を有し、ノズル翼および動翼の出口端の翼長中央部を下
流側に設置するように構成することによって、それらの
外周壁および内周壁での２次流れ損失を低減する効果が
得られ、タービン段落の効率を向上することができる。
【００４２】第２実施形態（図４） 図４は、本発明の第２実施形態を示すノズル翼流路の断
面図である。
【００４３】同図に示すように、この第２実施形態では
ノズル翼流路を、ノズル翼入口高さＬ1 よりノズル翼出
口高さＬ2 を大きく（Ｌ1 ≦Ｌ2 ）している。このノズ
ル翼流路形状において、ノズル翼外周壁をノズル翼流路
内で一旦、凹凸化し、流路高さを減じた後、ノズル出口
部付近で逆に流路高さを増加させる。ノズル翼３３の出
口端は、根元部で最も下流側に、かつ先端部で最も上流
側に位置するように形成する。
【００４４】本実施形態においては、ノズル翼３３の外
周壁の段差を、前記ノズル翼２３と同一規定範囲にする
ことによって第１実施形態と同一の効果が得られる。
【００４５】第３実施形態（図５） 図５は、本発明の第３実施形態を示すノズル翼流路の断
面図である。
【００４６】同図に示すようにこの第３実施形態ではノ
ズル翼流路形状を、ノズル翼の外周壁および内周壁を下
流側に沿って外周方向に傾斜させ、その傾射角の関係に
ついて、 0 °≦（内周壁の傾斜角θ1 ）＜（ノズル翼出口部以後
の外周壁の傾斜角θ3 ）＜（ノズル翼入口部の外周壁の
傾斜角θ2 ） に設定している。
【００４７】これにより、ノズル翼３６の出口端を前記
ノズル翼２３と同一規定範囲にすることによって、第１
実施形態と略同一の効果が得られる。
【００４８】第４実施形態（図６） 図６は、本発明の第４実施形態を示すノズル翼流路の断
面図である。
【００４９】この第４実施形態ではノズル翼流路を、ノ
ズル翼入口高さＬ1 よりノズル翼出口高さＬ 2を大きく
（L1≦Ｌ2 ）し、ノズル翼の外周壁を下流側に沿って外
周方向へ、またノズル翼の内周壁を下流側に沿って内周
方向へそれぞれ傾斜させ、その傾斜角について、 （ノズル翼の内周壁の傾射角θ1 ）＜0 °＜（ノズル翼
出口部以後のダイアフラム外輪３７の傾射角θ3 ）＜
（ノズル翼入口部の外周壁の傾射角θ2 ） に設定したものである。
【００５０】このような構成によれば、ノズル翼３８の
出口端を前記ノズル翼２３と同一規定範囲にすることに
よって、第１の実施形態と略同一の効果が得られる。
【００５１】第５実施形態（図７） 図７は、本発明の第５実施形態を示す動翼流路の断面図
である、同図に示すように、この第５実施形態では、動
翼流路が、動翼４０の外周壁および内周壁を下流側に沿
って外周方向に傾斜させ、その傾射角について、 0 °≦（内周壁の傾射角θ1 ）＜（動翼出口部以後のカ
バーの傾射角θ3 ）＜（動翼入口部の外周壁の傾射角θ
2 ） に設定している。
【００５２】このような構成によれば、動翼４０の出口
端を前記動翼２５と同一規定範囲にすることによって、
第２実施形態と略同一の効果が得られる。
【００５３】第６実施形態（図８） 図８は本発明の第６実施形態を示す動翼流路の断面図で
ある。
【００５４】同図に示すように、この第６実施形態では
動翼流路について、動翼入口高さＬ3 より動翼出口高さ
Ｌ4 を大きく（Ｌ3 ≦Ｌ4 ）している。
【００５５】この動翼流路形状においては、動翼４１を
下流側に沿って外周方向へ、また動翼４１の内周壁を下
流側に沿って内周方向にそれぞれ傾斜させ、その傾斜角
について、 （動翼４１の内周壁の傾射角θ1 ）＜０゜＜（動翼出口
部以後の外周壁の傾射角θ3 ）＜（動翼入口部の外周壁
の傾射角θ2 ） に設定しいる。
【００５６】このような構成によれば、動翼４１の出口
端を前記動翼２５と同一規定範囲にすることによって、
第２実施形態と略同一の効果が得られる。
【００５７】第７実施形態（図９、図１０） 図９および図１０は、本発明の第７実施形態を示すノズ
ル翼流路の断面図である。
【００５８】図９に示すように、この第７実施形態のノ
ズル翼流路はノズル翼４２の出口側の外周壁および内周
壁に曲率Ｒの段差を設けたもので、ノズル翼４２の先端
側および根元側の２次流れ渦を低減させる機能を有して
いる。
【００５９】また、ノズル翼出口側に設けた曲率Ｒの段
差による急激な流線シフトでノズル翼出口部の外周壁と
内周壁での剥離を防ぐため、図１０に示すようにノズル
翼４２は、先端部と根元部のノズル翼断面を周方向に偏
移（図示Ｘ，Ｙだけ）させ、作動流体の流れを壁面側に
押しつけ（流れｍ1 、ｍ2 ）、局部的な剥離の発生を抑
制している。
【００６０】このように構成することにより、第１実施
形態と略同一の効果が得られる。
【００６１】第８実施形態（図１１〜図１３） 図１１は、本発明の第８実施形態を示すノズル翼流路の
断面図である。
【００６２】この第８実施形態のノズル翼流路は、ノズ
ル翼４３の外周壁および内周壁に曲率Ｒの段差を設けた
もので、ノズル翼４３における先端側および根元側の２
次流れ渦を低減させる機能を有している。
【００６３】曲率Ｒの段差による急激な流線シフトでノ
ズル翼出口の外周壁と内周壁での剥離を防ぐため、図１
２に示すノズル翼４３の翼間のスロート寸法（図示Ｓ）
について、
【数１９】ＳP ≦Ｓr ＜Ｓt の範囲とする。
【００６４】このスロート分布を形成することで、図１
３に示すように、従来よりもノズル翼の外周壁および内
周壁で作動流体の流量を大きくすることが可能となる。
そして、この流量制御によって、第１実施形態と略同一
の効果が得られる。
【００６５】第９実施形態（図１４、図１５） 図１４は本発明の第９実施形態を示す動翼流路の断面図
である。
【００６６】この第９実施形態の動翼流路は、動翼外周
壁と内周壁に曲率Ｒの段差を設けたもので、動翼４４の
先端側および根元側の２次流れ渦を低減させる機能を有
している。曲率Ｒの段差による急激な流線シフトで発生
する動翼出口の外周壁と内周壁での剥離を防ぐため、図
１５に示すように、動翼４４の翼断面重心をラジアル線
に対し、周方向に偏移（図示Ｘ，Ｙだけ）させ、作動流
体の流れを壁面側に押しつけ（流れｎ1 、ｎ2 ）、局部
的な剥離の発生を抑制している。
【００６７】このような構成によって、第２実施形態と
略同一の効果が得られる。
【００６８】第１０実施形態（図１６〜図１８） 図１６〜図１８は、本発明の第１０実施形態を示す動翼
流路の断面図である。この第１０実施形態の動翼流路
は、動翼４５の外周壁と内周壁に曲率Ｒの段差を設けた
もので、動翼４５の先端側および根元側の２次流れ渦を
低減させる機能を有している。
【００６９】曲率Ｒの段差による急激な流線シフトで発
生する動翼出口の外周壁および内周壁での剥離を防ぐた
め、図１７に示す動翼４５の翼間のスロート寸法（図示
Ｓ）を、図１８に示すように、
【数２０】Ｓr ＞ＳP ＜Ｓt の範囲に設定する。
【００７０】このようなスロート分布を形成すること
で、従来よりも動翼４５の外周壁および内周壁で作動流
体の流量を大きくすることが可能となり、この流量制御
によって、動翼４５の外周壁と内周壁の局部的な剥離の
発生を抑制することができ、第２実施形態と略同一の効
果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、ノズル翼および動翼の外周壁および内周壁に曲率Ｒ
の段差を設け、ノズル翼出口端と動翼出口端を翼長中央
部において最も下流側に位置させるようにノズル翼流路
および動翼流路を形成することにで、２次流れ渦の低減
と翼長方向における作動流体の流量分布の均一化が図れ
る。
【００７２】また、上述したノズル翼および動翼の外周
壁、内周壁形状において、ノズル翼と動翼とをそれぞれ
湾曲させ、あるいはノズル翼間および動翼間における根
元部および先端部のスロートをそれぞれ大きくすること
によって、タービン段落の効率の向上が図れる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第１
実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示した段落構造のノズル翼流路内におけ
る作動流体の流れを示す説明図。
【図３】図１に示した段落構造のノズル翼流路内におけ
る損失分布を従来例との比較において示した特性図。
【図４】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第２
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【図５】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第３
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【図６】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第４
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【図７】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第５
実施形態を示す動翼流路の断面図。
【図８】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第６
実施形態を示す動翼流路の断面図。
【図９】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第７
実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【図１０】図９におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図１１】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第
８実施形態を示すノズル翼流路の断面図。
【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１３】図１２におけるノズル翼間のスロート寸法を
示す説明図。
【図１４】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第
９実施形態を示す動翼流路の断面図。
【図１５】図１４におけるＣ−Ｃ矢視断面図。
【図１６】本発明に係る軸流タービンのタービン翼の第
１０実施形態を示す動翼流路の断面図。
【図１７】図１６におけるＤ−Ｄ矢視断面図。
【図１８】図１７における動翼間のスロート寸法を示す
説明図。
【図１９】従来の軸流タービンのノズル翼および動翼の
段落構造を示す断面図。
【図２０】ノズル翼間における２次流れ発生機構を示す
説明図。
【図２１】動翼間における２次流れ発生機構を示す説明
図。
【図２２】ノズル翼における２次流れ損失のノズル翼高
さ方向についての損失分布を示す説明図。
【図２３】動翼における２次流れ損失の動翼高さ方向に
ついての損失分布を示す説明図。
【図２４】従来の外壁絞りノズル翼流路の断面図。
【図２５】従来のノズル翼流路の損失分布を示す説明
図。
【符号の説明】 １ タービン車室 ２ ダイアフラム外輪 ３ ダイアフラム内輪 ４ ノズル翼 ５ ロータホイール ６ 動翼 ７ カバー ８ ダイアフラム外輪 ９ ダイアフラム内輪 １０ ノズル翼 １１ ロータホイール １２ 動翼 １３ カバー １５ 外壁絞りノズル ２１ ダイアフラム外輪 ２２ ダイアフラム内輪 ２３ ノズル翼 ２４ ロータホイール ２５ 動翼 ２６ カバー ３１ ダイアフラム外輪 ３２ ダイアフラム内輪 ３３ ノズル翼 ３４ ダイアフラム外輪 ３５ ダイアフラム内輪 ３６ ノズル翼 ３７ ダイアフラム外輪 ３８ ダイアフラム内輪 ３９ ノズル翼 ４０ 動翼 ４１ 動翼 ４２ ノズル翼 ４３ ノズル翼 ４４ 動翼 ４５ 動翼

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
    の間に形成される環状流路に複数のノズル翼を配設して
    なる軸流タービンのタービンノズルにおいて、前記ノズ
    ル翼が位置する前記ダイヤフラム外輪の内周面と前記ダ
    イヤフラム内輪の外周面とに流路高さが下流側で減少す
    るように曲率Ｒの段差を設けるとともに、前記ノズル翼
    の出口端を翼長中央付近で最も下流側に突出する湾曲形
    状とし、かつ前記ノズル翼の入口高さをＬ1 、出口高さ
    をＬ2 、前記ダイヤフラム内輪の段差をｈ1 、前記ダイ
    ヤフラム外輪の段差をｈ2 としたとき、 【数１】 に設定するとともに、ダイヤフラム前縁からノズル翼出
    口端までの軸方向距離を外周端側でＺt 、内周端側でＺ
    r 、中央部でＺp としたとき、 【数２】Ｚt ＜Ｚr ＜Ｚp に設定したことを特徴とする軸流タービンのタービンノ
    ズル。
  2. 【請求項２】 ロータホイールの外周部に複数の動翼を
    配設し、その動翼の外周端部にリング状のカバーを取付
    けてなる軸流タービンのタービン動翼において、前記ロ
    ータホイールの外周面と前記カバーの内周面とに流路高
    さが下流側で減少するように曲率Ｒの段差を設けるとと
    もに、動翼出口端の翼長中央部が根元出口端と先端出口
    端とを直線で結んだ出口端ラインより下流側に突出する
    湾曲形状とし、かつ動翼入口高さをＬ3 、動翼出口高さ
    をＬ4 、前記ロータホイールの段差をｈ3 、前記カバー
    の段差をｈ4 としたとき、 【数３】 に設定するとともに、前記動翼の根元部出口端と先端部
    出口端とを結んだ出口端ライン上の各点から動翼出口端
    を形成する曲線上の各点までの軸方向距離Ｚを前記動翼
    出口端の翼長中央部で最大となるように設定したことを
    特徴とする軸流タービンのタービン動翼。
  3. 【請求項３】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
    の間に形成される環状流路に複数のノズル翼を配設して
    なる軸流タービンのタービンノズルにおいて、前記ノズ
    ル翼の入口高さＬ1 より出口高さＬ2 を大きくし（Ｌ1
    ≦Ｌ2 ）、かつダイヤフラム外輪の内周面に曲率Ｒの段
    差を設けて流路高さを減少させた後にノズル翼出口付近
    で逆に流路高さを増加させ、更にノズル翼の出口端を内
    周端部で最も下流側に、かつ外周端部で最も上流側に位
    置するように形成し、前記ダイヤフラム外輪の内周面に
    設けられる段差は請求項１に記載のタービンノズルと同
    一規定範囲としたことを特徴とする軸流タービンのター
    ビンノズル。
  4. 【請求項４】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
    の間に形成される環状流路に複数のノズル翼を配設して
    なる軸流タービンのタービンノズルにおいて、前記ダイ
    ヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤフラム内輪の外周面
    とをそれぞれ下流側に沿って外周方向に傾斜させ、前記
    ダイヤフラム外輪の内周面とダイヤフラム内輪の外周面
    との出口端付近に曲率Ｒの段差を設けるとともに、前記
    ダイヤフラム内輪の外周面の傾斜角をθ1 、ノズル翼入
    口部のダイヤフラム外輪の内周面の傾斜角をθ2 、ノズ
    ル翼出口以降のダイヤフラム外輪の内周面の傾斜角をθ
    3 としたとき、 【数４】0 °≦θ1 ＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ダイヤフラム外輪の内周面および前
    記ダイヤフラム内輪の外周面の曲率Ｒの段差並びにダイ
    ヤフラム前縁からノズル翼出口端までの軸方向距離Ｚが
    請求項１に記載のタービンノズルと同一規定範囲である
    ことを特徴とする軸流タービンのタービンノズル。
  5. 【請求項５】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
    の間に形成される環状流路に複数のノズル翼を配設して
    なる軸流タービンのタービンノズルにおいて、ノズル翼
    入口高さＬ1 よりノズル翼出口高さＬ2 を大きくし（Ｌ
    1 ≦Ｌ2 ）、前記ダイヤフラム外輪の内周面を下流側に
    沿って外周方向に、かつダイヤフラム内輪の外周面を下
    流側に沿って内周方向に各々傾斜させ、前記ダイヤフラ
    ム外輪の内周面および前記ダイヤフラム内輪の外周面の
    出口端付近に曲率Ｒの段差を設けるとともに、前記ダイ
    ヤフラム内輪の外周面の傾斜角をθ1 、ノズル翼入口部
    のダイヤフラム外輪の内周面の傾斜角をθ2 、ノズル翼
    出口以降のダイヤフラム外輪の内周面の傾斜角をθ3 と
    したとき、 【数５】θ1 ＜0 °＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ダイヤフラム外輪の内周面および前
    記ダイヤフラム内輪の外周面の曲率Ｒの段差並びにダイ
    ヤフラム前縁からノズル翼出口端までの軸方向距離Ｚが
    請求項１に記載のタービンノズルと同一規定範囲である
    ことを特徴とする軸流タービンのタービンノズル。
  6. 【請求項６】 ロータホイールの外周部に複数の動翼を
    配設し、その動翼の外周端部にリング状のカバーを取付
    けてなる軸流タービンのタービン動翼において、前記動
    翼が位置する前記カバーの内周面と前記ロータホイール
    の外周面とを下流側に沿って外周方向に傾斜させ、これ
    らカバーの内周面と前記ロータホイールの外周面との動
    翼出口端付近に曲率Ｒの段差を設けるとともに、前記ロ
    ータホイールの外周面の傾斜角をθ1 、動翼入口部のカ
    バー内周面の傾斜角をθ2 、動翼出口部以降のカバー内
    周面の傾斜角をθ3 としたとき、 【数６】0 °≦θ1 ＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記ロータホイールの外周面および前記
    カバーの内周面の曲率Ｒの段差並びに出口端ラインから
    動翼出口端までの軸方向距離Ｗが請求項２に記載のター
    ビン動翼と同一規定範囲であることを特徴とする軸流タ
    ービンのタービン動翼。
  7. 【請求項７】 ロータホイールの外周部に複数の動翼を
    配設し、その動翼の外周端部にリング状のカバーを取付
    けてなる軸流タービンのタービン動翼において、動翼入
    口高さＬ3 より動翼出口高さＬ4 を大きくし（Ｌ3 ≦Ｌ
    4 ）、前記動翼の位置する前記カバーの内周面を下流側
    に沿って外周方向に、かつ前記動翼の位置するロータホ
    イールの外周面を下流側に沿って内周方向にそれぞれ傾
    斜させ、前記カバーの内周面および前記ロータホイール
    の外周面の出口端付近に曲率Ｒの段差を設けるととも
    に、前記ロータホイールの外周面の傾斜角をθ1 、動翼
    入口部のカバーの内周面の傾斜角をθ2 、動翼出口部以
    降のカバーの内周面の傾斜角をθ3 としたとき、 【数７】θ1 ＜0 °＜θ3 ＜θ2 に設定し、かつ前記カバーの内周面および前記ロータホ
    イールの外周面の曲率Ｒの段差並びに出口端ラインから
    動翼出口端部までの軸方向距離Ｗが請求項２に記載のタ
    ービン動翼と同一規定範囲であることを特徴とする軸流
    タービンのタービン動翼。
  8. 【請求項８】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
    の間に形成される環状流路に複数のノズル翼を配設して
    なる軸流タービンのタービンノズルにおいて、前記ノズ
    ル翼が位置するダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤ
    フラム内輪の外周面とに曲率Ｒの段差を設け、かつノズ
    ル翼の先端部と根元部のノズル翼断面を前記環状流路の
    周方向に偏移させ、前記曲率Ｒの段差を請求項１のター
    ビンノズルと同一規定範囲としたことを特徴とする軸流
    タービンのタービンノズル。
  9. 【請求項９】 ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪と
    の間に形成される環状流路に複数のノズル翼を配設して
    なる軸流タービンのタービンノズルにおいて、前記ノズ
    ル翼が位置するダイヤフラム外輪の内周面と前記ダイヤ
    フラム内輪の外周面とに曲率Ｒの段差を設け、かつノズ
    ル翼間で形成されるスロート寸法Ｓを翼長中央部でＳp
    、根元部でＳr 、先端部でＳt としたとき、 【数８】Ｓp ≦Ｓr ＜Ｓt に設定し、かつ前記曲率Ｒの段差を請求項１のタービン
    ノズルと同一規定範囲としたことを特徴とする軸流ター
    ビンのタービンノズル。
  10. 【請求項１０】 ロータホイールの外周部に複数の動翼
    を配設し、その動翼の外周端部にリング状のカバーを取
    付けてなる軸流タービンのタービン動翼において、前記
    動翼が位置する前記カバーの内周面および前記ロータホ
    イールの外周面に曲率Ｒの段差を設け、かつ前記動翼の
    外周部および内周部の動翼断面を前記ロータホイールの
    周方向に移動させ、前記曲率Ｒの段差を請求項２のター
    ビン動翼と同一規定範囲としたことを特徴とする軸流タ
    ービンのタービン動翼。
  11. 【請求項１１】 ロータホイールの外周部に複数の動翼
    を配設し、その動翼の外周端部にリング状のカバーを取
    付けてなる軸流タービンのタービン動翼において、前記
    ロータホイールの外周面と前記カバーの内周面とに曲率
    Ｒの段差を設け、かつ前記動翼間で形成されるスロート
    寸法Ｓを翼長中央部でＳp 、根元部でＳr 、先端部でＳ
    t としたとき、 【数９】Ｓr ＞Ｓp ＜Ｓt に設定し、かつ前記曲率Ｒの段差を請求項２のタービン
    動翼と同一規定範囲としたことを特徴とする軸流タービ
    ンのタービン動翼。
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