JPH0196401A - Turbine nozzle - Google Patents
Turbine nozzleInfo
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- JPH0196401A JPH0196401A JP25076487A JP25076487A JPH0196401A JP H0196401 A JPH0196401 A JP H0196401A JP 25076487 A JP25076487 A JP 25076487A JP 25076487 A JP25076487 A JP 25076487A JP H0196401 A JPH0196401 A JP H0196401A
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は軸流タービンのタービンノズルに係り、特にタ
ービンノズルの環状流路周壁面に生じる境界層の発達を
抑制することによって二次流れの発生を防止し、さらに
二次流れが撹乱して発生する二次渦による圧力損失を低
減し、タービン性能を向上し得るタービンノズルに関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a turbine nozzle for an axial flow turbine, and in particular to suppressing the development of a boundary layer that occurs on the peripheral wall surface of an annular flow path of the turbine nozzle. The present invention relates to a turbine nozzle that can improve turbine performance by preventing the generation of secondary flows and reducing pressure loss due to secondary vortices generated when the secondary flows are disturbed.
(従来の技術)
近年、発電プラントの運転経済性を改善し、発電効率の
改善を図るためにタービン性能の向上を図ることが重要
な課題となっている。(Prior Art) In recent years, it has become an important issue to improve turbine performance in order to improve the operational economy of power plants and improve power generation efficiency.
タービン性能の向上を図るには各タービン段落の圧力損
失を低減する必要がある。タービン段落における内部損
失には、翼形損失、漏洩損失、流出損失などがあるが、
特にノズル調高さが低いタービンにおいては二次流れに
よる二次損失の比率が高く、その翼形損失を低減するこ
とが大きな課題となっている。In order to improve turbine performance, it is necessary to reduce pressure loss in each turbine stage. Internal losses in the turbine stage include airfoil loss, leakage loss, outflow loss, etc.
Particularly in turbines with low nozzle adjustment heights, the ratio of secondary loss due to secondary flow is high, and reducing the airfoil loss has become a major issue.
一般的な軸流タービンの段落構成を第10図に示す。複
数枚のノズル翼1が、ノズル外輪2とノズル内輪3との
間に形成される環状流路4に固設される。上記ノズル翼
1に対向して下流側に複数枚の動翼5が配設される。動
(2)5は、ロータディスク6の外周の周方向に所定間
隔で列状に植設される。初a5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。一方ノズル外輪2には、作動
流体の漏洩損失を防止するためにシュラウド7に対向し
てノズルラビリンス8が装着されている。FIG. 10 shows the stage configuration of a typical axial flow turbine. A plurality of nozzle blades 1 are fixedly installed in an annular flow path 4 formed between a nozzle outer ring 2 and a nozzle inner ring 3. A plurality of rotor blades 5 are disposed on the downstream side facing the nozzle blade 1 . The actuators (2) 5 are implanted in rows at predetermined intervals in the circumferential direction of the outer periphery of the rotor disk 6. A shroud 7 is fixed to the outer peripheral end of the first a5 in order to fix the rotor blade tip and to prevent leakage of working fluid. On the other hand, a nozzle labyrinth 8 is attached to the nozzle outer ring 2 so as to face the shroud 7 in order to prevent leakage loss of the working fluid.
次に上記の段落構成においてノズル翼1における二次流
れの発生機構を第11図を参照して説明する。第11図
は第10図に示すタービンノズルをノズル出口側から観
察した斜視図である。Next, a mechanism for generating a secondary flow in the nozzle blade 1 in the above-mentioned paragraph configuration will be explained with reference to FIG. 11. FIG. 11 is a perspective view of the turbine nozzle shown in FIG. 10, viewed from the nozzle outlet side.
各ノズル翼1は、ロータディスク6の回転中心を通る基
準線Eに対して傾斜しておらず、ノズル内輪3の外周面
に対して垂直に配設された例で示している。Each nozzle blade 1 is shown as an example in which it is not inclined with respect to a reference line E passing through the center of rotation of the rotor disk 6, but is disposed perpendicularly to the outer circumferential surface of the nozzle inner ring 3.
高圧蒸気などの作動流体は、F!l!!設するノズル翼
1.1間の翼間流路を流れるときに、流路中で円弧状に
曲げられて流れる。このときノズル翼1の背面10から
腹面9方向に遠心力を生じ、この遠心力と静圧とが平衡
しているため、腹面9における静圧が高くなり、一方背
面10においては作動流体の流速が大きいため静圧が低
い。そのため、流路内では腹面9側から背面10側に圧
力勾配を生じる。この圧力勾配はノズル外輪2とノズル
内輪3の周壁面上に形成される流速のおそい層、すなわ
ち境界層においても同様である。Working fluids such as high-pressure steam are F! l! ! When flowing through the inter-blade flow path between the nozzle blades 1.1 provided, the flow is bent into an arc shape in the flow path. At this time, centrifugal force is generated from the back surface 10 of the nozzle blade 1 in the direction of the ventral surface 9, and since this centrifugal force and static pressure are in balance, the static pressure on the ventral surface 9 increases, while the flow rate of the working fluid on the back surface 10 increases. is large, so the static pressure is low. Therefore, a pressure gradient is generated in the flow path from the ventral surface 9 side to the back surface 10 side. This pressure gradient is the same in the slow flow layer, that is, the boundary layer, formed on the peripheral wall surfaces of the nozzle outer ring 2 and the nozzle inner ring 3.
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9側から背面10への圧力
勾配に抗しきれずに腹面9g!’lがら背面10側に向
かう流れ、すなわち二次流れ11が生じる。However, near the boundary layer, the flow velocity is low and the centrifugal force acting is also small, so the pressure gradient from the ventral surface 9 side to the back surface 10 cannot be resisted, and the ventral surface 9g! A flow toward the back surface 10 side, that is, a secondary flow 11 is generated.
そして上記二次流れ11はノズル翼1の背面10側に衝
突して巻き上がり、ノズルvA1の内輪側および外輪側
の両接合端において、それぞれ二次渦12a、12bを
発生する。かくして作動流体が保有するエネルギは、二
次渦12を形成するためにその一部が散逸する。The secondary flow 11 then collides with the back surface 10 side of the nozzle blade 1 and rolls up, generating secondary vortices 12a and 12b at both the joint ends of the inner ring side and the outer ring side of the nozzle vA1, respectively. The energy possessed by the working fluid is thus partially dissipated to form the secondary vortex 12.
第12図は第11図に示すノズル出口部における全圧力
損失の分布を示すグラフであり、ノズル外輪周壁面Cと
ノズル内輪周壁面りと隣設するノズル翼1の翼後縁線1
3とで囲まれた領域の圧力損失分布を示す。図中の数値
は全圧力損失の百分率であり、大きな値はど圧力損失が
大きいことを示す。FIG. 12 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the nozzle outlet shown in FIG.
The pressure loss distribution in the area surrounded by 3 is shown. The numerical values in the figure are percentages of the total pressure loss, and a large value indicates a large pressure loss.
第12図で示す通り、ノズル外輪周壁面Cのチップ部お
よびノズル内輪周壁面りのルート部において圧力損失が
大きな境界層が形成され、境界層の近傍に二次製領域B
が出現することがわかる。As shown in Fig. 12, a boundary layer with a large pressure loss is formed at the tip of the nozzle outer ring circumferential wall surface C and at the root portion of the nozzle inner ring circumferential wall surface, and a secondary production area B is formed near the boundary layer.
It can be seen that appears.
このようにノズル流路内で発生する二次渦12a、12
bは作vJ流体の不均一な流れを生じ、ノズル性能を著
しく低下させるうえに、下流側の動W5に流入する作動
流体のエネルギ損失を招き、各タービン段落の性能を低
下させている。The secondary vortices 12a, 12 generated in the nozzle flow path in this way
b causes non-uniform flow of the working fluid, which significantly reduces nozzle performance, and also causes energy loss of the working fluid flowing into the downstream working fluid W5, reducing the performance of each turbine stage.
上記のノズル流路内で発生する二次′f412a。The secondary 'f412a generated within the nozzle flow path mentioned above.
12bに起因する問題点を解決するために種々のタービ
ンノズル構造が研究されている。例えば壁面上の境界層
の発達を抑制するために傾斜したノズル翼を採用したタ
ービンノズルが特開昭61−108804号公報に開示
されている。Various turbine nozzle structures have been studied to solve the problems caused by 12b. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 108804/1983 discloses a turbine nozzle that employs inclined nozzle blades to suppress the development of a boundary layer on a wall surface.
第13図は上記の傾斜ノズル翼1aを採用したタービン
ノズルを示す斜視図である。このタービンノズルの構成
自体は、第10図および第11図に示した一般的な軸流
タービンのノズル構成と同一である。但し、ノズル1W
1aは、ロータディスクの回転中心を通る基準線Eに対
して傾斜角βだけ傾斜して固定されている。FIG. 13 is a perspective view showing a turbine nozzle employing the above-described inclined nozzle blade 1a. The configuration of this turbine nozzle itself is the same as the nozzle configuration of a general axial flow turbine shown in FIGS. 10 and 11. However, nozzle 1W
1a is fixed at an angle of inclination β with respect to a reference line E passing through the center of rotation of the rotor disk.
このノズルH1aの傾斜角βは、ノズル翼全長をHN1
ノズル翼の平均配設ピッチをPNとした場合に、傾斜度
の指標となる無次元数σが1.3より大きくなるように
設定される。ここで無次元数σは下記(1)式で与えら
れ、傾斜角βはノズル翼1aの形状、配設ピッチによっ
て制限されている。The inclination angle β of this nozzle H1a is the total length of the nozzle blade HN1
When the average arrangement pitch of the nozzle blades is PN, the dimensionless number σ, which is an index of the degree of inclination, is set to be larger than 1.3. Here, the dimensionless number σ is given by the following equation (1), and the inclination angle β is limited by the shape and arrangement pitch of the nozzle blades 1a.
(7=H−tanβ/PM ・−・・−(1)第1
4図は上記の傾斜したノズルlll11aを採用したタ
ービンノズルにおいて、ノズル通路部内の圧力勾配を示
した断面図であり、作動流体の出口側から見た図である
。(7=H-tanβ/PM ・−・・−(1) 1st
FIG. 4 is a sectional view showing the pressure gradient in the nozzle passage in a turbine nozzle employing the above-mentioned inclined nozzle llll1a, as seen from the working fluid outlet side.
各ノズル翼1aは、その腹面9がノズル内輪周壁面りを
指向するように傾斜角βで傾斜して固定されているため
、腹面9側から背面10側に流れる作動流体の流路的圧
力勾配Fはノズル内輪周壁面り方向を指向する。Each nozzle blade 1a is fixed at an inclination angle β such that its ventral surface 9 is oriented toward the nozzle inner ring peripheral wall surface, so that there is a pressure gradient in the flow path of the working fluid flowing from the ventral surface 9 side to the back surface 10 side. F points in the direction of the nozzle inner ring circumferential wall surface.
そのため、ノズル流路内における作動流体の流線Gは第
15図に示すように形成される。すなわち、作動流体は
傾斜したノズル流路内において上記圧力勾配Fの作用に
よってノズル内輪3方向に押圧され、作動流体の流1!
jGはノズル内輪周壁面り方向に大きくシフトする。こ
のためノズル内輪周壁面り近傍のノズル翼接合端(ルー
ト部)では境界層の発達が小さ(、作動流体の流速が減
少することがないため、二次流れが生じにくくなる。Therefore, the streamline G of the working fluid in the nozzle flow path is formed as shown in FIG. 15. That is, the working fluid is pushed in the nozzle inner ring 3 direction in the inclined nozzle flow path by the action of the pressure gradient F, and the working fluid flows 1!
jG is largely shifted in the direction of the nozzle inner ring circumferential wall surface. Therefore, the boundary layer develops little at the nozzle blade joint end (root part) near the nozzle inner ring peripheral wall surface (the flow velocity of the working fluid does not decrease, making it difficult for secondary flow to occur).
その結果二次渦12の発生もなくなり、ノズルルート部
における二次損失が大幅に減少する。As a result, the generation of secondary vortex 12 is also eliminated, and secondary loss at the nozzle root portion is significantly reduced.
(発明が解決しようとする問題点)
上記の通り、従来の傾斜したノズル翼1aを採用したタ
ービンノズルにおいては、ノズル翼1aのノズル内輪3
側のルート部においては、二次損失が低減される効果を
有する。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the turbine nozzle that employs the conventional inclined nozzle blade 1a, the nozzle inner ring 3 of the nozzle blade 1a
The side root portion has the effect of reducing secondary loss.
しかしながら、ノズルl11aのノズル外輪2側のチッ
プ部においては、逆に二次損失が増大する問題点がある
。すなわち、ノズル外輪周壁面Cの近傍では、作動流体
の流量が低減し、圧力勾配もノズル翼1aのルート方向
に向って減少するため、ノズル外輪周壁面C近傍におけ
る境界層は発達し易く、境界層が壁面Cから離れて作動
流体の主流内に流れ出る、いわゆる剥離現泉が発生し易
い。However, in the tip portion of the nozzle l11a on the nozzle outer ring 2 side, there is a problem in that the secondary loss increases. That is, in the vicinity of the nozzle outer ring circumferential wall surface C, the flow rate of the working fluid decreases and the pressure gradient also decreases toward the root direction of the nozzle blade 1a, so that the boundary layer near the nozzle outer ring circumferential wall surface C tends to develop, and the boundary layer A so-called separation phenomenon, in which the layer separates from the wall surface C and flows out into the main flow of the working fluid, is likely to occur.
その結果、ノズルm’+aのノズル外輪側の接合端(チ
ップ部)においてはノズルW1a後方に二次渦12bが
発生し易くなる。As a result, the secondary vortex 12b is likely to be generated behind the nozzle W1a at the joint end (tip portion) of the nozzle m'+a on the nozzle outer ring side.
したがってノズル内輪側のルート部およびノズル外輪側
のチップ部における圧力損失の増減量を差し引いたノズ
ルm1a全体の圧力損失の低減効果は少ない。Therefore, the effect of reducing the pressure loss of the entire nozzle m1a after subtracting the change in pressure loss at the root portion on the inner ring side of the nozzle and the tip portion on the outer ring side of the nozzle is small.
第16図は傾斜したノズルm1aで形成したタービンノ
ズルの出口部における全圧力損失の分布を示すグラフで
あり、第12図に示したノズル翼1を基準線に沿って垂
直に形成した場合と似た分布を早する。FIG. 16 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of a turbine nozzle formed with an inclined nozzle m1a, which is similar to the case where the nozzle blade 1 shown in FIG. 12 is formed perpendicularly along the reference line. speed up the distribution.
しかし第16図からノズルW1aのノズル内輪側のルー
ト部における圧力損失は大幅に低減され、境界層の発達
も抑DIされる上に二次渦領1aBの面積も縮小化して
いる。However, from FIG. 16, the pressure loss at the root portion of the nozzle inner ring side of the nozzle W1a is significantly reduced, the development of the boundary layer is suppressed DI, and the area of the secondary vortex region 1aB is also reduced.
一方、ノズル翼1aのノズル外輪側のチップ部において
は逆に境界層が発達し、二次渦領域Bも大きく拡大し圧
力損失が著しく増大していることがわかる。On the other hand, it can be seen that in the tip portion of the nozzle blade 1a on the side of the nozzle outer ring, the boundary layer is conversely developed, the secondary vortex region B is also greatly expanded, and the pressure loss is significantly increased.
また第3図に従ってノズルW1aの各位置にお0る平均
全圧力損失の分布状況について説明する。Further, according to FIG. 3, the distribution of the average total pressure loss at each position of the nozzle W1a will be explained.
第3図は横軸にタービンノズルの周方向の平均全圧力損
失をとり、一方縦軸は、全高H8のノズル翼に対する翼
長方向の各位誼Hの比で表わした無次元高さを示してい
る。In Figure 3, the horizontal axis shows the average total pressure loss in the circumferential direction of the turbine nozzle, while the vertical axis shows the dimensionless height expressed as the ratio of the height H in the blade span direction for a nozzle blade with a total height H8. There is.
第3図において、従来の傾斜ノズル5li11aの平均
全圧力損失曲1!ifと、基準線に沿って垂直に配設さ
れた垂直ノズル翼1の平均全圧力損失曲線Jとを比較す
ると、傾斜ノズル翼1aは、垂直ノズルN1と比べ、ノ
ズル911aのルート部においては平均全圧力損失は低
減されている。In FIG. 3, the average total pressure loss curve 1! of the conventional inclined nozzle 5li11a! If and the average total pressure loss curve J of the vertical nozzle vane 1 arranged vertically along the reference line, it is found that the inclined nozzle vane 1a has an average total pressure loss curve J at the root of the nozzle 911a compared to the vertical nozzle N1. Total pressure loss is reduced.
しかし、ノズルWlaのチップ部においては著しく増大
しており、ノズル翼1a全体としては全圧力j0失が逆
に増大し、タービン性能を低下さぼる問題点がある。However, the pressure increases significantly at the tip of the nozzle Wla, and the total pressure j0 loss increases for the nozzle blade 1a as a whole, resulting in a problem of deterioration of turbine performance.
さらにノズル11.1aの翼長方向の各位置における作
動流体の平均流りが不均一となって動翼5内部において
混合損失を生じ、結果的にタービン段落性能の低下を招
来する問題点もある。Furthermore, there is a problem in that the average flow of the working fluid at each position in the blade length direction of the nozzle 11.1a becomes non-uniform, causing a mixing loss inside the rotor blade 5, resulting in a decrease in turbine stage performance. .
例えば第4図はノズル翼の翼長方向の各位置Hにおける
作動流体の流量の分布を示すグラフであり、横軸にはノ
ズル出口全域の平均流ff1GAに対するノズルの各高
さにおけるノズル出口周方向平均流ff1Gの比をとり
、Wl軸には全高HNのノズル翼に対する翼長方向の各
位置Hの比で表わした無次元高さを示している。For example, FIG. 4 is a graph showing the distribution of the flow rate of the working fluid at each position H in the span direction of the nozzle blade. The ratio of the average flow ff1G is taken, and the Wl axis shows the dimensionless height expressed as the ratio of each position H in the blade span direction to the nozzle blade with the total height HN.
従来の傾斜ノズルWlaで構成したタービンノズルのノ
ズル出口周方向平均流量曲線りと、垂直ノズル翼1で構
成したタービンノズルのノズル出口周方向平均流吊曲1
!i1Mとを比較すると、傾斜ノズルMlaの場合は、
従来の垂直ノズルTA’1の場合と比ベノズルEQ1a
のルート部で作動流体の流量が著しく増加する一方、チ
ップ部においては極端に流量が減少し、さらにノズル’
XJ1aの中央部(=J近においても流量低下が発生し
てJ5す、タービンノズル内部において作動流体がルー
ト部にt4 Eに偏在し、不均一な流れを形成している
ことがわかる。Nozzle exit circumferential average flow curve of a turbine nozzle configured with a conventional inclined nozzle Wla and nozzle exit circumferential average flow curve 1 of a turbine nozzle configured with vertical nozzle blades 1
! Comparing with i1M, in the case of inclined nozzle Mla,
Compared to the case of the conventional vertical nozzle TA'1, the vertical nozzle EQ1a
While the flow rate of the working fluid increases significantly at the root, the flow rate decreases extremely at the tip.
It can be seen that the flow rate decrease occurs even near the center of XJ1a (=J5), and that the working fluid is unevenly distributed in the root part of the turbine nozzle at t4E, forming an uneven flow.
その結果、第15図に示したようにタービンノズルの1
1状流路4内において、ノズルルート部方向に偏向した
流線Gが動翼5間の通路に導入される際に再び外周方向
に曲げられる。づ−なわち動すぐ5の外周部は作動流体
の密度が小さく、また動翼5によって作動流体に遠心力
が付与されるため、流線Gは外周方向に大きくシフ1〜
する。その結果、流線Gが大きく乱れ、動翼5の通路内
で混合損失を生じ、各タービン段落の性能低下を引ぎ起
す問題点があった。As a result, as shown in FIG.
In the linear flow path 4, when the streamline G that has been deflected toward the nozzle root portion is introduced into the passage between the rotor blades 5, it is again bent toward the outer circumferential direction. In other words, the density of the working fluid is low at the outer periphery of the moving blade 5, and centrifugal force is applied to the working fluid by the moving blades 5.
do. As a result, the streamlines G are greatly disturbed, causing a mixing loss within the passage of the rotor blades 5, resulting in a problem of deterioration of the performance of each turbine stage.
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、タービンノズルの環状流路周壁面に生じる境界層
の発達を抑制し、二次渦の発生による圧力損失を低減し
、またノズル翼の翼長方向における作動流体の流量分布
を均一化することによって動翼内における混合損失を低
減し得るタービンノズルを提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and suppresses the development of a boundary layer that occurs on the peripheral wall surface of the annular flow path of a turbine nozzle, reduces pressure loss due to the generation of secondary vortices, and It is an object of the present invention to provide a turbine nozzle that can reduce mixing loss within a rotor blade by equalizing the flow rate distribution of a working fluid in the blade span direction of the blade.
(問題点を解決するための手段)
本発明は、ノズル内輪とノズル外輪との間に形成される
環状流路の周方向に複数のノズル翼を列状に配設し、各
ノズル翼をノズル内輪側の接合端およびノズル外輪側の
接合端において固定して構成したタービンノズルにおい
て、少なくとも一方の接合端部のノズル翼を、タービン
の回転中心を通る基準線に対して翼列方向に傾斜したこ
とを特徴とする。(Means for solving the problem) The present invention arranges a plurality of nozzle blades in a row in the circumferential direction of an annular flow path formed between a nozzle inner ring and a nozzle outer ring, and each nozzle blade is connected to a nozzle. In a turbine nozzle configured such that the joint end on the inner ring side and the joint end on the nozzle outer ring side are fixed, the nozzle blades at at least one joint end are inclined in the blade row direction with respect to a reference line passing through the rotation center of the turbine. It is characterized by
(作用)
上記構成のタービンノズルによれば、ノズル翼の接合端
の近傍を流れる作動流体は翼列方向に傾斜したノズル翼
の腹面に沿って流れ、環状流路の周壁面に押圧される圧
力を受ける。そのため周壁面における境界層の発達が効
果的に抑制され、二次渦の発生を防止することができる
。(Function) According to the turbine nozzle having the above configuration, the working fluid flowing near the joint end of the nozzle blade flows along the ventral surface of the nozzle blade inclined in the direction of the blade row, and the pressure is applied to the peripheral wall surface of the annular flow path. receive. Therefore, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is effectively suppressed, and the generation of secondary vortices can be prevented.
一方、ノズル翼の中央部は傾斜せずにタービンの回転中
心を通る基準線に沿って垂直に形成されているため、作
動流体に基準線方向に押圧力が作用することがない。し
たがって作動流体主流の流線は周壁面方向にシフトされ
ることがなく、はぼ直線状に保持される。そのためlf
i状流路流路内ける作動流体の流量分布が均一に保持さ
れ、流れの撹乱が少ない。その結果、ノズル翼のチップ
部およびルー(・部の固接合端にお【プる二次挿失ら大
幅に(l(減される。On the other hand, since the center portion of the nozzle blade is not inclined but is formed perpendicularly along the reference line passing through the rotation center of the turbine, no pressing force is applied to the working fluid in the direction of the reference line. Therefore, the flow line of the main flow of the working fluid is not shifted in the direction of the peripheral wall surface, and is maintained in a substantially straight line. Therefore lf
The flow rate distribution of the working fluid within the i-shaped channel is maintained uniformly, and there is little disturbance of the flow. As a result, the secondary insertion loss at the fixed joint end of the tip and loop portions of the nozzle blades is significantly reduced.
さらに、動W間の流路における作動流体の流線の偏向現
象も起らないため、動楕間にJ3ける混合損失も低減さ
れ、タービン効率を大幅に向上させることができる。Furthermore, since the deflection phenomenon of the working fluid streamline in the flow path between the dynamic ellipses does not occur, the mixing loss in the dynamic ellipse J3 is also reduced, and the turbine efficiency can be significantly improved.
(実施例)
以下本発明の一実施例を添付図面第1図〜第6図を参照
して説明する。第1図は本発明に係るタービンノズルの
一実施例(実施例1)を承り斜視図であり、第11図お
よび第13図に示す従来例と同一要素には同一符号を付
してその詳細な説明は省略づる。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is a perspective view of one embodiment (Embodiment 1) of a turbine nozzle according to the present invention, and the same elements as those of the conventional example shown in FIGS. 11 and 13 are given the same reference numerals and details thereof. Further explanations will be omitted.
本実施例のタービンノズルが第13図に示す傾斜したノ
ズルで構成した従来のタービンノズルと基本的に相違す
る点は、ノズルM1bのノズル内輪側の接合端部をター
ビンの回転中心を通る基準線Eに対して角度βだけ製列
方向に傾斜させ、接合端部の腹面9がノズル内輪3側の
周壁面りを指向するように構成した点である。The basic difference between the turbine nozzle of this embodiment and the conventional turbine nozzle configured with inclined nozzles shown in FIG. It is configured so that it is inclined in the row manufacturing direction by an angle β with respect to E, and the ventral surface 9 of the joint end is oriented toward the peripheral wall surface on the nozzle inner ring 3 side.
また傾斜した接合端部の高さHlは、ノズル翼1bの仝
高HNに対して0.05〜0.35の範囲であり、かつ
5FM1以上の高さに設定される。また、接合端部傾斜
角βは、タービンの回転中心を通る基準線Eに対して2
.5〜25度に設定される。Further, the height Hl of the inclined joint end is in a range of 0.05 to 0.35 with respect to the height HN of the nozzle blade 1b, and is set to a height of 5FM1 or more. Also, the joint end inclination angle β is 2 with respect to the reference line E passing through the rotation center of the turbine.
.. It is set between 5 and 25 degrees.
なお傾斜した接合端部の背面10および腹面9の側線は
第1図に示すように直線でもよいが、ある曲率をもった
曲線状に形成してもよい。Note that the side lines of the back surface 10 and the ventral surface 9 of the inclined joint end may be straight lines as shown in FIG. 1, but they may also be formed in a curved shape with a certain curvature.
本実施例のタービンノズルにおいては、ノズル翼1bの
ノズル内輪3側の接合端部が翼列方向に傾斜し、その腹
面がノズル内輪3の周壁側に形成される周壁面りを指向
するように構成されているため、傾斜部に流入した作動
流体は傾斜したノズル象1bの腹面に沿って流れ、境界
層方向に押圧される。そのため周壁面における境界層の
発達が抑止され、二次渦の発生が防止される。In the turbine nozzle of this embodiment, the joint end of the nozzle blade 1b on the nozzle inner ring 3 side is inclined in the blade row direction, and its belly surface is oriented toward the peripheral wall surface formed on the peripheral wall side of the nozzle inner ring 3. Because of this structure, the working fluid that has flowed into the inclined portion flows along the ventral surface of the inclined nozzle image 1b and is pushed toward the boundary layer. Therefore, the development of a boundary layer on the peripheral wall surface is suppressed, and the generation of secondary vortices is prevented.
一方傾斜した接合端部以外のノズル翼1bは傾斜せず基
準線Eに沿って垂直に配設されているため、基準線E方
向に押圧力が作用゛することがなく、ノズル内における
作fJI流体の流線および流量分布は均一に保持される
。On the other hand, the nozzle blades 1b other than the inclined joint end are not inclined and are arranged perpendicularly along the reference line E, so that no pressing force is applied in the direction of the reference line E, and the movement within the nozzle fJI Fluid streamlines and flow distribution remain uniform.
その結果、ノズル翼1b全体における圧力損失が防止さ
れ、タービン効率を大幅に向上させることができる。As a result, pressure loss across the nozzle blade 1b is prevented, and turbine efficiency can be significantly improved.
さらに図面に従って圧力損失の低減効果を説明する。第
2図は第1図に示すタービンノズルの出口部における全
圧力損失の分布を示すグラフである。第12図に示す垂
直ノズル翼1を使用した従来例と比較すると、本実施例
によればノズル翼1bのチップ部からノズル流路中央部
に至る領域の圧力損失分布はほぼ近似している。Furthermore, the effect of reducing pressure loss will be explained according to the drawings. FIG. 2 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of the turbine nozzle shown in FIG. Compared to the conventional example using the vertical nozzle blade 1 shown in FIG. 12, according to this embodiment, the pressure loss distribution in the region from the tip of the nozzle blade 1b to the center of the nozzle flow path is almost similar.
しかしノズルルート部から中央部に至る領域の圧力損失
は著しく低減されており、また境界層の厚さも減少し、
さらに二次渦領域Bも縮小されることが判明する。However, the pressure loss in the region from the nozzle root to the center has been significantly reduced, and the thickness of the boundary layer has also been reduced.
Furthermore, it turns out that the secondary vortex region B is also reduced.
一方第16図に示す従来の傾斜ノズル11aを使用した
従来例と本実施例とを比較すると、ノズルルート部にお
ける圧力損失分布は近似しているが、ノズルチップ部か
らノズル流路中央付近に至る領域においては圧力10失
が大幅に低減することがわかる。On the other hand, when comparing the present example with the conventional example using the conventional inclined nozzle 11a shown in FIG. It can be seen that the pressure 10 loss is significantly reduced in the region.
また第3図は、ノズルH1bの各位置Hにおけるノズル
出口周方向の平均全圧力損失ξを従来例と比較して示す
グラフであり、縦軸はノズル翼1bの全高118に対す
る位置ト1の比で表した無次元高さを表す。本実施例に
よる平均全圧力損失曲線Jと従来の垂直ノズル翼1を採
用した場合の損失曲線にとを比較すると、ノズル翼チッ
プ部においては近似する一方、ノズル翼ルート部におい
ては圧力損失が著しく低減されており、ノズル翼全体と
して圧力損失が大幅に低減される。Further, FIG. 3 is a graph showing the average total pressure loss ξ in the circumferential direction of the nozzle exit at each position H of the nozzle H1b in comparison with the conventional example, and the vertical axis is the ratio of the position H1 to the total height 118 of the nozzle blade 1b. represents the dimensionless height expressed as . Comparing the average total pressure loss curve J according to this example with the loss curve when a conventional vertical nozzle blade 1 is used, it is found that while the loss curve is similar at the nozzle blade tip, the pressure loss is significant at the nozzle blade root. The pressure loss of the nozzle blade as a whole is significantly reduced.
一方、傾斜ノズル翼1aを使用した場合の圧力損失曲I
!iitと比較すると、ノズル翼ルート部において若干
圧力損失が高いものの、ノズル貿チップ部において大幅
に圧力損失が低減しており、ノズル翼全体として従来の
傾斜ノズル翼より優れた特性を発揮する。On the other hand, the pressure loss curve I when using the inclined nozzle blade 1a
! Compared to IIT, although the pressure loss is slightly higher at the nozzle blade root, the pressure loss is significantly reduced at the nozzle tip, and the nozzle blade as a whole exhibits superior characteristics than conventional inclined nozzle blades.
次に作動流体の流量分布状況を第4図に従って説明する
。Next, the flow rate distribution of the working fluid will be explained with reference to FIG.
第4図はノズルWの各位置における作動流体の流量分布
を従来例と比較して示すグラフであり、縦軸に無次元高
さHlHN、横軸にノズル出口周方向平均1ffi比G
/GAをとっている。FIG. 4 is a graph showing the flow rate distribution of the working fluid at each position of the nozzle W in comparison with a conventional example, where the vertical axis is the dimensionless height HlHN, and the horizontal axis is the nozzle exit circumferential average 1ffi ratio G.
/I am taking GA.
本実施例による流量曲線Nと、垂直ノズル翼1を使用し
た場合の流量曲線Mとを比較すると、本実施例では、ル
ート部において若干多くなり、中央部付近において若干
減少しているもののチップ部においてはほぼ同一である
。Comparing the flow rate curve N according to this example with the flow rate curve M when vertical nozzle blades 1 are used, it is found that in this example, the flow rate is slightly higher at the root, and slightly decreased near the center, but at the tip. are almost the same.
また、傾斜ノズルvA1aを使用した従来例の流世曲1
!!Lと比較すると、本実施例ではノズル流路内部にお
いて翼長方向に作動流体が偏向しておらず、安定した流
れを形成していることがわかる。In addition, the conventional example Ryuseikoku 1 using the inclined nozzle vA1a
! ! When compared with L, it can be seen that in this example, the working fluid is not deflected in the blade span direction inside the nozzle flow path, and a stable flow is formed.
すなわち本実施例においては、ノズルlbの一部のみが
傾斜しているので、全体的に傾斜したノズルvtJla
の場合に発生するノズル翼1aの腹面側から背面側に作
用する圧力によって、作動流体の主流がノズル翼ルート
部方向に偏向されることがなく、流量分布はほぼ均一に
保持される。That is, in this embodiment, since only a part of the nozzle lb is inclined, the nozzle vtJla is inclined as a whole.
Due to the pressure generated in this case that acts from the ventral side to the back side of the nozzle blade 1a, the main flow of the working fluid is not deflected toward the nozzle blade root portion, and the flow rate distribution is maintained substantially uniform.
その結果、第15図に示すJ:うな作動流体の流線が翼
長方向に大きく偏位して撹乱され、動翼5内部において
混合損失を生じ、段落性能の低下を招来するという従来
の問題点も解決される。As a result, the streamlines of the working fluid shown in FIG. 15 are greatly deviated and disturbed in the blade length direction, causing mixing loss inside the rotor blades 5, which is the conventional problem of causing a reduction in stage performance. points are also resolved.
次に本実施例のノズルW1bの傾斜した接合端部の高さ
Hlと傾斜部βとを変化させた場合のタービン段落効率
の変化を、従来の垂直ノズル翼を使用したタービンノズ
ルの段落効率と比較して説明する。Next, we will compare the change in turbine stage efficiency when the height Hl of the inclined joint end and the slope β of the nozzle W1b of this example are changed with respect to the stage efficiency of a turbine nozzle using a conventional vertical nozzle blade. Compare and explain.
第5図は傾斜角βと、従来の段落効率η□に対する本実
施例の段落効率η8の比で表した無次元相対段落効率η
8/η4と、無次元ノズル高さH/HNとの関係を示し
たグラフ、第6図はノ[
ズル翼の平均配設ピッチPMとノズル翼全高HNとに対
応する最小傾斜角βminを示す図表である。Figure 5 shows the dimensionless relative stage efficiency η expressed as the slope angle β and the ratio of the stage efficiency η8 of this example to the conventional stage efficiency η□.
8/η4 and the dimensionless nozzle height H/HN. This is a diagram.
傾斜角βと傾斜した接合端部の高さHlとを種々変化さ
せて試験運転を実施した結果、第5図において測定点N
P Q RSに囲まれた領域において無次元相対段落
効率ηB/ηヶは1.0を超え、この領域の形状条件を
採用すると従来の垂直ノズル翼1を使用する場合と比較
して、段落効率が改善されることが実証された。As a result of carrying out test runs with various changes in the angle of inclination β and the height Hl of the inclined joint end, the measurement point N in Fig. 5 was
The dimensionless relative stage efficiency ηB/η exceeds 1.0 in the region surrounded by P It has been demonstrated that this can be improved.
ここで特開昭61−108804号公報に開示されたノ
ズル翼全高を傾斜させたタービンノズルと、本実施例に
よる部分的に傾斜させたタービンノズルとの比較を行な
う。全体を傾斜させたノズルilaにおいては、前述の
第1式で示づように傾斜度を示す無次元量σが1.3を
超えるにうに傾斜角βが制限された。Here, a comparison will be made between the turbine nozzle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-108804 in which the total height of the nozzle blades is inclined, and the turbine nozzle in which the total height of the nozzle blades is partially inclined according to the present embodiment. In the nozzle ila whose entire structure is inclined, the inclination angle β is limited so that the dimensionless quantity σ indicating the degree of inclination exceeds 1.3, as shown in the first equation described above.
そこでノズル翼全高H8と平均配設ピッチPNとを変化
させ、前記第1式の条件を満足する最小の傾斜角すなわ
ちσ−1,3とした場合の最小傾斜角β10を求めると
、第6図に示す通りとなる。Therefore, by changing the total nozzle blade height H8 and the average arrangement pitch PN, we find the minimum inclination angle β10 that satisfies the conditions of the first equation, that is, σ-1, 3, as shown in Fig. 6. It will be as shown in.
第6図から明らかなように従来例の全体が傾斜したノズ
ル内1aの適用範囲においては傾斜度が過大であり、傾
斜していない垂直ノズル翼1の場合よりも段落効率は低
下する。すなわち従来例の傾斜ノズルXは第5図におい
て、無次元高さH1/HNが1.0に対応する部位であ
る。このとき無次元相対段落効率η8/η^が1.0以
上となるためには、傾斜角をかなり小さく設定する必要
があるが、従来例の傾斜ノズル翼1aではその範囲に傾
斜角βが含まれない。As is clear from FIG. 6, the degree of inclination is excessive in the application range of the nozzle interior 1a where the whole of the conventional example is inclined, and the stage efficiency is lower than in the case of vertical nozzle blades 1 which are not inclined. That is, in FIG. 5, the conventional inclined nozzle X corresponds to a dimensionless height H1/HN of 1.0. At this time, in order for the dimensionless relative stage efficiency η8/η^ to be 1.0 or more, it is necessary to set the inclination angle to be quite small, but in the conventional example of the inclined nozzle blade 1a, the inclination angle β is included in this range. Not possible.
反対にσ〉1.3とするには傾斜角βをかなり大きく設
定する必要があるが、その場合第5図において破線で示
すように無次元段落効率が1.0未満となり結果的に傾
斜していない従来の垂直ノズルIA1の場合より段落効
率が低下する。On the other hand, in order to set σ>1.3, it is necessary to set the inclination angle β to be quite large, but in that case, the dimensionless stage efficiency becomes less than 1.0, resulting in an inclination, as shown by the broken line in Figure 5. The stage efficiency is lower than in the case of the conventional vertical nozzle IA1 that does not have the above structure.
以上の説明から明らかなように、本実施例に示す接合端
部を部分的に傾斜したノズル翼1bで構成したタービン
ノズルの方が、従来の全体的に傾斜したノズル翼1aで
構成したタービンノズルより段落性能が大幅に優れる。As is clear from the above description, the turbine nozzle in which the joint end shown in this embodiment is constructed with a partially inclined nozzle blade 1b is better than the conventional turbine nozzle constructed with a wholly inclined nozzle blade 1a. The paragraph performance is significantly better.
特に、傾斜角βが2゜5〜25度の範囲であり、かつ傾
斜した接合端部の高さH[がノズル翼1bの全高HNに
対して0゜05〜0.35の範囲に設定された場合にタ
ービン段落効率の改善度が顕著になる。In particular, the inclination angle β is in the range of 2°5 to 25°, and the height H of the inclined joint end is set in the range of 0°05 to 0.35 with respect to the total height HN of the nozzle blade 1b. The degree of improvement in turbine stage efficiency becomes significant when
次に本発明の他の実施例(実施例2)について第7図を
参照して説明する。第7図はタービンノズルを出口側か
ら観察した斜視図であり、第1図に示す実施例と同一要
素には同一符号を付して説明は省略する。Next, another embodiment (Embodiment 2) of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view of the turbine nozzle viewed from the outlet side, and the same elements as those in the embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals and explanations will be omitted.
本実施例のタービンノズルを構成するノズル翼1Cはノ
ズル外輪2側の接合端部(チップ部)かり準線Eに対し
て翼列方向に所定の傾斜角βだけ傾斜して固設され、ノ
ズルI)(1cの腹面9がノズル外輪周壁面Cを指向す
るように構成される。またノズルTA1Cの中央部から
ノズル内輪周壁面りに至る部分は、基準線Eに沿ってノ
ズル内輪周壁面に対して垂直に形成される。The nozzle blades 1C constituting the turbine nozzle of this embodiment are fixedly installed at a joint end (tip portion) on the side of the nozzle outer ring 2 at a predetermined inclination angle β in the blade row direction with respect to the directrix E. I) (Constructed so that the ventral surface 9 of 1c is oriented toward the nozzle outer ring circumferential wall surface C. Also, the portion from the center of the nozzle TA1C to the nozzle inner ring circumferential wall surface is oriented toward the nozzle inner ring circumferential wall surface along the reference line E. It is formed perpendicularly to the
なお、ノズルmlcの傾斜部の側線は第7図に示づよう
に翼長方向に直線状に形成してもよいが、ある曲率を持
った曲線状に形成してもよい。Note that the side line of the inclined portion of the nozzle mlc may be formed in a straight line in the blade span direction as shown in FIG. 7, but it may also be formed in a curved line with a certain curvature.
上記構成のノズル翼1Cのノズル外輪周壁面C近傍を通
過する作動流体は、傾斜したノズル翼1Cの腹面9によ
ってノズル外輪周壁面C方向に押圧される。また腹面9
側から背面10側に流入する作動流体も同様にノズル外
輪周壁面C側に押圧される。そのためノズル外輪周壁面
C上に形成される境界層の発達が抑止され、また二次流
れによって形成される二次渦の発生が防止される。その
結果、ノズル外輪周壁面Cからノズル流路中央付近に至
る領域における作動流体の圧力損失が大幅に減少する。The working fluid passing near the nozzle outer ring peripheral wall surface C of the nozzle blade 1C having the above configuration is pressed toward the nozzle outer ring peripheral wall surface C by the inclined ventral surface 9 of the nozzle blade 1C. Also ventral surface 9
The working fluid flowing from the side to the back surface 10 side is similarly pressed toward the nozzle outer ring circumferential wall surface C side. Therefore, the development of a boundary layer formed on the peripheral wall surface C of the nozzle outer ring is suppressed, and the generation of a secondary vortex formed by the secondary flow is also prevented. As a result, the pressure loss of the working fluid in the region from the nozzle outer ring circumferential wall surface C to the vicinity of the center of the nozzle flow path is significantly reduced.
一方、ノズル流路中央付近からノズル内輪周壁面りに至
る領域においては、ノズル翼1Cは傾斜せず基準線Eに
沿ってノズル内輪周壁面りに対して垂直に形成されてい
るため、作動流体の流線が偏向されることがない。その
ためノズルの翼長方向における作動流体の流量分布は均
一に保持され、作動流体の撹乱混合による圧力損失が低
減される。On the other hand, in the region from near the center of the nozzle flow path to the nozzle inner ring circumferential wall surface, the nozzle blades 1C are not inclined but are formed perpendicular to the nozzle inner ring circumferential wall surface along the reference line E, so that the working fluid The streamlines are not deflected. Therefore, the flow rate distribution of the working fluid in the span direction of the nozzle is maintained uniform, and pressure loss due to turbulent mixing of the working fluid is reduced.
上記の圧力損失の低減効果を第8図に示す、第8図はノ
ズル出口周方向における平均全圧力損失ξと無次元高さ
H/HNとの関係を従来例とともに表したグラフであり
、第13図に示す翼長全体を傾斜させたノズル翼1aで
構成したタービンノズルの平均全圧力損失曲線Iと、第
1図に示すルート部のみを部分的に傾斜させたノズル1
1bで構成した場合の圧力損失曲線Jと、第7図に示す
チップ部のみを部分的に傾斜したノズルH1cで構成し
たタービンノズルの圧力損失曲線Tとを表わしている。The above pressure loss reduction effect is shown in Fig. 8. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the average total pressure loss ξ in the circumferential direction of the nozzle exit and the dimensionless height H/HN together with a conventional example. Average total pressure loss curve I of a turbine nozzle configured with nozzle blades 1a whose entire blade length is inclined as shown in Fig. 13, and nozzle 1 whose only root portion is partially inclined shown in Fig. 1.
1b, and a pressure loss curve T of the turbine nozzle shown in FIG. 7, in which only the tip portion is constructed with a partially inclined nozzle H1c.
第8図に示ず通り、本実施例によれば従来例と比較して
ルーI・部においてやや圧力損失が増加するがチップ部
における圧力損失の低減効果が大ぎく、タービンノズル
全体として従来例より大幅に圧力損失が低減され、ター
ビンの段落効率が大幅に改善される。As shown in FIG. 8, according to this embodiment, the pressure loss increases slightly in the loop I section compared to the conventional example, but the effect of reducing pressure loss in the tip section is large, and the turbine nozzle as a whole is compared with the conventional example. Pressure loss is further reduced, and the stage efficiency of the turbine is significantly improved.
ここでノズル翼1cの接合端部の傾斜角βは2゜5〜2
5度に設定し、かつ傾斜した接合端部の高さ11.はノ
ズルWICの全高HNに対して0.05〜0.35の範
囲にある場合に改善効果が顕著になることが実証されて
いる。Here, the inclination angle β of the joint end of the nozzle blade 1c is 2°5 to 2
Height of the joint end set at 5 degrees and inclined 11. It has been demonstrated that the improvement effect becomes significant when HN is in the range of 0.05 to 0.35 with respect to the total height HN of the nozzle WIC.
次に本発明のその他の実施例(実施例3)について第9
図を参照して説明する。本実施例のノズル翼1dは、そ
のノズル内輪311IIIおよびノズル外輪2側の両側
の接合端部を基準1i1Eに対して翼列方向にそれぞれ
傾斜角β 、β だけ傾斜して固r
股され、チップ部の腹面9がノズル外輪周壁面Cを指向
するとともに、ルート部の腹面9がノズル内輪周壁面り
を指向するように構成され、またノズル翼1dの中間部
は基準線Eに沿って垂直に形成されている。なお、ノズ
ル11dのチップ部およびルート部の傾斜部の側線は、
第9図に示ずように直線状に形成してもよいが、あるい
は曲線状に形成してもよい。Next, another example (Example 3) of the present invention will be described in the ninth section.
This will be explained with reference to the figures. The nozzle blades 1d of this embodiment are rigidly stratified so that the joining ends on both sides of the nozzle inner ring 311III and the nozzle outer ring 2 are inclined in the blade cascade direction by angles of inclination β and β, respectively, with respect to the reference 1i1E, and the tips are The ventral surface 9 of the root section is oriented toward the nozzle outer ring circumferential wall surface C, and the ventral surface 9 of the root section is oriented toward the nozzle inner ring circumferential wall surface. It is formed. Note that the side lines of the tip portion and the sloped portion of the root portion of the nozzle 11d are as follows:
It may be formed in a straight line as shown in FIG. 9, or it may be formed in a curved line.
本実施例のタービンノズルにおいては、ノズル翼1dの
両端部を流れる作動流体がそれぞれ傾斜した接合端部の
腹面9によってノズル外輪周壁面Cおよびノズル内輪周
壁面り側に押圧されるため、チップ部およびルート部に
形成される境界層の発達が抑止され、二次渦の発達も防
止される。そのためタービンノズルにおける圧力損失が
さらに低減され、タービン段落効率は一層向上する。In the turbine nozzle of this embodiment, the working fluid flowing through both ends of the nozzle blade 1d is pressed against the nozzle outer ring circumferential wall surface C and the nozzle inner ring circumferential wall surface side by the inclined ventral surfaces 9 of the joint ends, so that the tip portion The development of a boundary layer formed at the root portion is suppressed, and the development of secondary vortices is also prevented. Therefore, the pressure loss in the turbine nozzle is further reduced, and the turbine stage efficiency is further improved.
本実施例のタービンノズルの平均全圧力損失の分布面r
JUを第8図に示す。本実施例によればチップ部および
ルート部共にノズルの平均全圧力損失が低減し、タービ
ン性能をより改善することができる。Distribution surface r of average total pressure loss of the turbine nozzle of this example
JU is shown in FIG. According to this embodiment, the average total pressure loss of the nozzle is reduced in both the tip portion and the root portion, and the turbine performance can be further improved.
なお、チップ部の傾斜角β、と、ルート部の傾斜角β8
およびそれぞれの接合端部の高さHll。In addition, the inclination angle β of the tip part and the inclination angle β8 of the root part
and the height Hll of each joint end.
HLRとは、必ずしも同一値ではなく、作動流体の流量
分布特性等を勘案して最適な値が設定される。The HLR is not necessarily the same value, and an optimal value is set in consideration of the flow rate distribution characteristics of the working fluid.
またノズルIlb、IC,1(jはノズル翼仝高HNに
渡り、断面形状を一定にすると、単に曲げ加工によって
傾斜部を容易に成形することが可能であり、従来の直線
状のノズル翼と比較して加工工数が大幅に上昇すること
が回避される。In addition, if the cross-sectional shape of the nozzle Ilb, IC, 1 (j is constant over the nozzle blade height HN), it is possible to easily form the sloped part simply by bending, and it is possible to form the sloped part easily by simply bending. In comparison, a significant increase in the number of machining steps can be avoided.
(発明の効果〕
以上説明の通り、本発明に係るタービンノズルによれば
、ノズル列の接合端部を流れる作動流体は四列方向に傾
斜したノズル翼の腹面に沿って流れ、環状流路の周壁面
に押圧される。そのため周壁面における境59層の発達
が効果的に抑止され、二次局の発生を防止することがで
きる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the turbine nozzle of the present invention, the working fluid flowing through the joint end of the nozzle rows flows along the ventral surface of the nozzle blades inclined in the direction of the four rows, and the working fluid flows through the annular flow path. It is pressed against the peripheral wall surface.Therefore, the development of the boundary 59 layer on the peripheral wall surface is effectively suppressed, and the occurrence of secondary holes can be prevented.
一方、傾斜した接合端部以外のノズル翼は傾斜ぜず、タ
ービンの回転中心を通る基準線に沿って垂直に形成され
ているため、作動流体に基準線方向に押圧力が作用する
ことがない。したがって、作動流体の主流の流線は偏向
することがなく、環状流路内における作動流体の流量分
布は均一に保持され、流れの撹乱混合による圧力損失が
少ない。On the other hand, the nozzle blades other than the inclined joint end are not inclined and are formed perpendicularly along the reference line passing through the rotation center of the turbine, so there is no pressing force acting on the working fluid in the direction of the reference line. . Therefore, the mainstream flow line of the working fluid is not deflected, the flow rate distribution of the working fluid within the annular flow path is maintained uniformly, and pressure loss due to turbulent mixing of the flows is reduced.
さらに動翼間における混合による圧力損失も低減される
ため、タービン効率を大幅に向上させることができる。Furthermore, since pressure loss due to mixing between the rotor blades is also reduced, turbine efficiency can be significantly improved.
第1図は本発明に係るタービンノズルの一実施例を示す
斜視図、第2図は第1図のタービンノズルの出口部にお
ける全圧力損失の分布を示すグラフ、第3図はノズル翼
の各位置における平均全圧力損失を従来例と比較して示
すグラフ、第4図はノズル翼の各位置における作動流体
の流量分布を従来例と比較して示すグラフ、第5図は傾
斜した接合端部の高さと傾斜角を変化させた場合の段落
効率の変化を従来例と比較して示すグラフ、第6図はノ
ズル翼の平均配設ピッチとノズル翼全高とに対応する最
小傾斜角を示す図表、第7図はノズル列のノズル外輪側
の接合端部を傾斜させた伯の実施例を示す斜視図、第8
図は本実施例におけるノズル出口周方向平均全圧力損失
と無次元高さとの関係を従来例と比較して示すグラフ、
第9図はノズル列の両接合端部を傾斜させたその他の実
施例を示す斜視図、第10図は一般的な軸流タービンの
段落構成を示す部分断面図、第11図はノズル翼におけ
る二次流れの発生状態を示す斜視図、第12図は従来の
タービンノズル出口部における全圧力損失の分布を示す
グラフ、第13図は傾斜ノズル翼を採用したタービンノ
ズルを示す斜視図、第14図は傾斜ノズル翼を採用した
タービンノズルの通路部内の圧力勾配を示す断面図、第
15図は傾斜ノズル翼で形成した通路部を流れる作動流
体の流線を示す断面図、第16図は第13図に示すター
ビンノズルの出口部における全圧力損失の分布を示すグ
ラフである。
1 、1 a、 1 b、 1 c、 1 d・iス)
LtTtJ、2・・・ノズル外輪、3・・・ノズル内輪
、406.環状流路、5・・・動翼、6・・・ロータデ
ィスク、7・・・シュラウド、8・・・ノズルラビリン
ス、9・・・腹面、10・・・背面、11・・・二次流
れ、12,12a、12b・、:次局、13・・・央後
縁線、A・・・動翼回転方向、B・・・二次局領域、C
・・・ノズル外輪周壁面、D・・・ノズル内輪周壁面、
E・・・回転中心を通るltl!−線、F・・・流路内
圧力勾配、G・・・流線、β・・・傾斜角、β1n・・
・最小傾斜角、H,・・・ノズル翼全高、H・・・ノズ
ル翼位置、PN・・・ノズル翼の平均配設ピッチ、Hl
・・・傾斜した接合端部の高さ、1.J、に、T、Ll
・・・平均全圧力損失曲線、L、M、N・・・ノズル出
口周方向平均流量曲線、ξ・・・平均全圧力損失、η1
.η、・・・段落効率。
出願人代理人 波 多 野 久H/HN
÷均企工1屓夫 −ξ (九)第3 固
め・
羊4已
−+g姻森ン嘱演−
第7図
/′///−7N
平均全圧力項欠 □ −
5(%)
第6図
第9呂
第10図
茶I2呂
σ
第!4 図
第f5 図FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a turbine nozzle according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of the turbine nozzle in FIG. 1, and FIG. 3 is a graph showing each of the nozzle blades. A graph showing the average total pressure loss at each position in comparison with the conventional example. Fig. 4 is a graph showing the flow rate distribution of the working fluid at each position of the nozzle blade in comparison with the conventional example. Fig. 5 shows the sloped joint end. Figure 6 is a graph showing the change in stage efficiency when changing the height and angle of inclination compared to the conventional example. , FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment in which the joint end of the nozzle outer ring side of the nozzle row is inclined;
The figure is a graph showing the relationship between the circumferential average total pressure loss at the nozzle exit and the dimensionless height in this embodiment compared to the conventional example.
Fig. 9 is a perspective view showing another embodiment in which both joint ends of the nozzle row are inclined, Fig. 10 is a partial sectional view showing the stage configuration of a general axial flow turbine, and Fig. 11 is a perspective view of the nozzle blade. FIG. 12 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of a conventional turbine nozzle. FIG. 13 is a perspective view showing a turbine nozzle employing inclined nozzle blades. The figure is a cross-sectional view showing the pressure gradient in the passage of a turbine nozzle that employs inclined nozzle blades, Figure 15 is a cross-sectional view showing the streamlines of the working fluid flowing through the passage formed by the inclined nozzle blades, and Figure 16 is the 14 is a graph showing the distribution of total pressure loss at the outlet of the turbine nozzle shown in FIG. 13. 1, 1 a, 1 b, 1 c, 1 d・i)
LtTtJ, 2... Nozzle outer ring, 3... Nozzle inner ring, 406. Annular flow path, 5... Moving blade, 6... Rotor disk, 7... Shroud, 8... Nozzle labyrinth, 9... Ventral surface, 10... Back surface, 11... Secondary flow , 12, 12a, 12b., : Next station, 13... Center trailing edge line, A... Rotating blade rotation direction, B... Secondary station area, C
... Nozzle outer ring circumferential wall surface, D... Nozzle inner ring circumferential wall surface,
E...ltl passing through the center of rotation! - line, F...pressure gradient in the flow path, G...streamline, β...angle of inclination, β1n...
・Minimum inclination angle, H,...Total height of nozzle blade, H...Nozzle blade position, PN...Average arrangement pitch of nozzle blade, Hl
...height of the inclined joint end, 1. J, Ni, T, Ll
... Average total pressure loss curve, L, M, N ... Nozzle exit circumferential direction average flow rate curve, ξ ... Average total pressure loss, η1
.. η, ...paragraph efficiency. Applicant's agent Hisashi Hatano H/HN ÷ Hitoshi Kikko 1 person - ξ (9) 3rd Kataken Hitsuji 4 times - + g Mori N's performance - Figure 7 /'///-7N Average total Pressure term missing □ - 5 (%) Figure 6 Figure 9 Ro Figure 10 Tea I2 Ro σ No.! 4 Figure f5
Claims (1)
路の周方向に複数のノズル翼を列状に配設し、各ノズル
翼をノズル内輪側の接合端およびノズル外輪側の接合端
において固定して構成したタービンノズルにおいて、少
なくとも一方の接合端部のノズル翼を、タービンの回転
中心を通る基準線に対して翼列方向に傾斜したことを特
徴とするタービンノズル。 2、ノズル翼は、ノズル内輪側の接合端部の腹面がノズ
ル内輪側の周壁面を指向するように傾斜した特許請求の
範囲第1項記載のタービンノズル。 3、ノズル翼は、ノズル外輪側の接合端部の腹面がノズ
ル外輪側の周壁面を指向するように傾斜した特許請求の
範囲第1項記載のタービンノズル。 4、ノズル翼は、ノズル外輪側の接合端部の膜面がノズ
ル外輪側の周壁面を指向するように傾斜する一方、ノズ
ル内輪側の接合端部の膜面がノズル内輪側の周壁面を指
向するように傾斜した特許請求の範囲第1項記載のター
ビンノズル。 5、傾斜した接合端部の高さはノズル翼全高に対して0
.05〜0.35に設定するとともに、タービンの回転
中心を通る基準線に対する接合端部の傾斜角度を2.5
〜25度に設定した特許請求の範囲第2項ないし第4項
いずれか1項に記載のタービンノズル。 6、ノズル翼は、ノズル翼全高に渡って断面形状を一定
に形成した特許請求の範囲第1項ないし第5項いずれか
1項に記載のタービンノズル。[Claims] 1. A plurality of nozzle blades are arranged in a row in the circumferential direction of the annular flow path formed between the nozzle inner ring and the nozzle outer ring, and each nozzle blade is connected to the joint end on the nozzle inner ring side and A turbine nozzle configured to be fixed at a joint end on the outer ring side of the nozzle, wherein a nozzle blade at at least one joint end is inclined in the direction of the blade row with respect to a reference line passing through the rotation center of the turbine. nozzle. 2. The turbine nozzle according to claim 1, wherein the nozzle blade is inclined such that the ventral surface of the joint end on the inner ring side of the nozzle is oriented toward the peripheral wall surface on the inner ring side of the nozzle. 3. The turbine nozzle according to claim 1, wherein the nozzle blade is inclined such that the ventral surface of the joint end on the nozzle outer ring side faces the peripheral wall surface on the nozzle outer ring side. 4. The nozzle blade is inclined so that the membrane surface at the joint end on the nozzle outer ring side is oriented toward the peripheral wall surface on the nozzle outer ring side, while the membrane surface at the joint end on the nozzle inner ring side is oriented toward the peripheral wall surface on the nozzle inner ring side. 2. A turbine nozzle according to claim 1, which is tilted to direct. 5. The height of the inclined joint end is 0 relative to the total height of the nozzle blade.
.. 05 to 0.35, and set the inclination angle of the joint end to 2.5 with respect to the reference line passing through the rotation center of the turbine.
The turbine nozzle according to any one of claims 2 to 4, wherein the angle is set to 25 degrees. 6. The turbine nozzle according to any one of claims 1 to 5, wherein the nozzle blade has a constant cross-sectional shape over the entire height of the nozzle blade.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25076487A JPH0196401A (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Turbine nozzle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25076487A JPH0196401A (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Turbine nozzle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0196401A true JPH0196401A (en) | 1989-04-14 |
Family
ID=17212694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25076487A Pending JPH0196401A (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Turbine nozzle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0196401A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008157246A (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | General Electric Co <Ge> | Gas turbine engine including inclined stator vane and method for assembling the same |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP25076487A patent/JPH0196401A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008157246A (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | General Electric Co <Ge> | Gas turbine engine including inclined stator vane and method for assembling the same |
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