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JPH07133701A - Axial turbine - Google Patents

Axial turbine

Info

Publication number
JPH07133701A
JPH07133701A JP5281355A JP28135593A JPH07133701A JP H07133701 A JPH07133701 A JP H07133701A JP 5281355 A JP5281355 A JP 5281355A JP 28135593 A JP28135593 A JP 28135593A JP H07133701 A JPH07133701 A JP H07133701A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
turbine
moving blade
axial flow
trailing edge
Prior art date
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Application number
JP5281355A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3319534B2 (en
Inventor
Taro Sakamoto
本 太 郎 坂
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 JP28135593A priority Critical patent/JP3319534B2/en
Publication of JPH07133701A publication Critical patent/JPH07133701A/en
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Publication of JP3319534B2 publication Critical patent/JP3319534B2/en
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸流タービンにおけるエネルギ損失を低減し
タービン性能を向上させること。 【構成】 タービン静翼とタービン動翼によって構成さ
れる軸流タービン段落において、そのタービン段落の根
元部分からタービン段落の先端部分にかけて、タービン
静翼3の後縁7からタービン動翼5の前縁6に至るまで
の軸流方向距離Lをタービン動翼の転向角度に応じて変
化させ、かつタービン動翼の転向角度が大きいほどター
ビン静翼の後縁7からタービン動翼の前縁6に至るまで
の軸流方向距離Lが大きくなるように構成した。
(57) [Abstract] [Purpose] To reduce energy loss in an axial flow turbine and improve turbine performance. In an axial-flow turbine stage composed of a turbine vane and a turbine rotor blade, a trailing edge 7 of the turbine vane 3 to a leading edge of the turbine rotor blade 5 extends from the root of the turbine stage to the tip of the turbine stage. 6, the axial flow direction distance L is changed according to the turning angle of the turbine rotor blade, and the larger the turning angle of the turbine rotor blade, the more the turbine rotor blade trailing edge 7 reaches the turbine rotor blade leading edge 6. The distance L in the axial direction is increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、軸流タービンに係り、
特にタービン静翼とタービン動翼との間で発生するエネ
ルギ損失を低減し、タービン性能を向上し得るようにし
た軸流タービンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an axial flow turbine,
In particular, the present invention relates to an axial flow turbine capable of reducing energy loss generated between a turbine stationary blade and a turbine rotor blade and improving turbine performance.

【0002】[0002]

【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。一般に軸流タービ
ンは、図5に示すように、静翼外輪1と静翼内輪2によ
って固定された静翼3と、回転軸4に固定された動翼5
によって構成され、この段落を軸流方向に一段落または
複数段落組み合わせることにより構成される。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been an important subject to improve turbine performance in order to improve the operating economy of a power plant and improve the power generation efficiency. In general, an axial turbine includes a stationary blade 3 fixed by a stationary blade outer ring 1 and a stationary blade inner ring 2, and a moving blade 5 fixed on a rotating shaft 4, as shown in FIG.
This paragraph is formed by combining one or more paragraphs in the axial direction.

【0003】図6は図5を半径方向より見た図である。
本図に示すように、回転軸径に比べて静翼および動翼の
翼高さが比較的小さい段落においては、静翼3はその根
元から先端までほぼ同一の断面形状を有する。一方、動
翼5は、静翼3より流出される作動流体の流出速度およ
び流出角度および動翼5の任意の断面高さにおける円周
方向回転速度から幾何学的に求められている動翼5への
相対流入角度に対応し、動翼根元部分から動翼先端部分
にかけて連続的に捩れた断面形状を有する。図7(a)
および図7(b)は、各々動翼の先端部分および動翼の
根元部分における転向角度を示す。
FIG. 6 is a view of FIG. 5 seen from the radial direction.
As shown in this figure, in a paragraph in which the blade heights of the stationary blades and the moving blades are relatively small compared to the diameter of the rotating shaft, the stationary blades 3 have substantially the same cross-sectional shape from the root to the tip. On the other hand, the moving blade 5 is geometrically obtained from the outflow speed and the outflow angle of the working fluid flowing out from the stationary blade 3 and the rotational speed in the circumferential direction of the moving blade 5 at an arbitrary sectional height. Corresponding to the relative inflow angle to the blade, the blade has a cross-sectional shape that is continuously twisted from the blade root portion to the blade tip portion. Figure 7 (a)
And FIG.7 (b) shows the turning angle in the front-end | tip part of a moving blade, and the root part of a moving blade, respectively.

【0004】両図からもわかるように、動翼根元部分の
転向角度εr は、動翼先端部分の転向角度εt よりも大
きい。図8は動翼の根元部分から動翼の先端部分までの
転向角度を示したものであり、動翼の転向角度εは動翼
根元部分から動翼先端部分にかけて連続的に小さくな
る。この動翼5の翼断面形状は、タービン運転中の遠心
応力を低減するために動翼根元から動翼先端にかけて翼
断面積が連続的に減少するように構成されている。この
ため動翼の前縁6の位置は動翼根元部分から動翼先端部
分にかけて、連続的に軸流方向下流に位置した形状とな
る。一方、静翼の後縁7は静翼根元部分から静翼先端部
分にかけて軸流方向にほぼ同じ位置にある。従って、静
翼の後縁7から動翼の前縁6に至る軸流方向距離は、図
9に示すように、段落根元部分から段落先端部分にかけ
て連続的に増加する。
As can be seen from both figures, the turning angle εr of the blade root portion is larger than the turning angle εt of the blade tip portion. FIG. 8 shows the turning angle from the root portion of the moving blade to the tip portion of the moving blade, and the turning angle ε of the moving blade continuously decreases from the moving blade root portion to the moving blade tip portion. The blade cross-sectional shape of the moving blade 5 is configured such that the blade cross-sectional area continuously decreases from the moving blade root to the moving blade tip in order to reduce centrifugal stress during turbine operation. Therefore, the position of the leading edge 6 of the moving blade is such that it is continuously located downstream in the axial direction from the moving blade root portion to the moving blade tip portion. On the other hand, the trailing edge 7 of the vane is located at substantially the same position in the axial direction from the vane root portion to the vane tip portion. Therefore, the axial direction distance from the trailing edge 7 of the stationary blade to the leading edge 6 of the moving blade continuously increases from the root portion to the tip portion of the paragraph, as shown in FIG.

【0005】段落の根元部分と段落の先端部分を例にと
ると、動翼の転向角度の大きい段落根元部分の静翼の後
縁から動翼の前縁に至るまでの軸流方向距離をLr と
し、動翼の転向角度の小さい段落先端部分の静翼の後縁
から動翼の前縁に至るまでの軸流方向距離をLt とした
とき、 Lr <Lt (1) となるように構成されている。
Taking the root part of the paragraph and the tip part of the paragraph as an example, the axial flow direction distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade in the root part of the paragraph where the turning angle of the moving blade is large is Lr. Lt <Lt (1), where Lt is the axial flow distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade at the tip of the moving blade with a small turning angle. ing.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】タービン性能向上を図
るには、上記のように構成されたタービン段落において
内部エネルギ損失を極力低減することが重要である。し
かし、(1)式の如く構成された従来のタービン段落で
は、タービン静翼とタービン動翼との間で発生するエネ
ルギ損失を十分低減できるものではなかった。
In order to improve turbine performance, it is important to reduce internal energy loss as much as possible in the turbine stage constructed as described above. However, the conventional turbine stage configured as in the formula (1) cannot sufficiently reduce the energy loss generated between the turbine stationary blade and the turbine moving blade.

【0007】すなわち、タービン静翼後縁からタービン
動翼前縁に至る軸流方向距離が影響を及ぼすエネルギ損
失は、静翼からのウェークにより増加する動翼の翼形損
失と、静翼からのウェークの混合による混合損失に分類
することができる。
That is, the energy loss that is affected by the axial distance from the trailing edge of the turbine vane to the leading edge of the turbine vane is increased by the wake from the vane, and the airfoil loss of the vane and the energy loss from the vane are increased. It can be classified as mixing loss due to mixing of wakes.

【0008】まず第1に、静翼からのウェークにより増
加する動翼の翼形損失について説明する。図10は、軸
流タービン運転中の静翼より下流の流れを示す図であ
る。本図に示すように、タービン運転中、静翼3の後縁
7には主流の速度C2 より小さい速度分布をもつウェー
クWと呼ばれる速度領域が発生する。動翼5は、図中D
で示される方向に回転するので、静翼3の下流にある動
翼5はこのウェークWを横切るように回転することにな
る。動翼5への流入角度は、通常主流の速度C2に対し
て設計される。すなわち、動翼5への設計流入角度β2
は、静翼3からの流体の流出角度α2 、主流の速度C2
および動翼5の円周方向回転速度Uを用いて幾何学的な
関係から求められる。しかるに、静翼からのウェークW
の作動流体の流出速度C2'と静翼3から流出される流体
の流出角度α2 および動翼5の円周方向回転速度Uから
幾何学的に求められる動翼5への流入角度β2'は、主流
部分での動翼5への設計流入角度β2 とは大幅に相違す
る。このため動翼5が静翼からのウェークを通過する際
の作動流体の設計翼流入角度との差Δβは幾何学的な関
係から、 △β=β2'−β2 (2) となる。
First, the airfoil loss of the moving blade, which is increased by the wake from the stationary blade, will be described. FIG. 10 is a diagram showing the flow downstream of the stationary blade during the operation of the axial turbine. As shown in the figure, during turbine operation, a velocity region called a wake W having a velocity distribution smaller than the velocity C2 of the main flow is generated at the trailing edge 7 of the stationary blade 3. The moving blade 5 is D in the figure.
Since the rotor blade 5 rotates in the direction indicated by, the rotor blade 5 downstream of the stationary blade 3 rotates so as to cross the wake W. The inflow angle to the rotor blade 5 is usually designed for the velocity C2 of the main flow. That is, the design inflow angle β2 into the rotor blade 5
Is the outflow angle α2 of the fluid from the vane 3 and the velocity C2 of the main flow.
And the rotational speed U in the circumferential direction of the rotor blade 5 are used to obtain the geometrical relationship. However, the wake W from the stationary wings
The working fluid outflow velocity C2 ′, the outflow angle α2 of the fluid outflowing from the stationary blade 3, and the inflow angle β2 ′ into the moving blade 5 geometrically determined from the circumferential rotational speed U of the moving blade 5 are It is significantly different from the design inflow angle β2 into the rotor blade 5 in the mainstream portion. Therefore, the difference Δβ from the design blade inflow angle of the working fluid when the moving blade 5 passes through the wake from the stationary blade is Δβ = β2′−β2 (2) due to the geometrical relationship.

【0009】この作動流体の設計流入角度との差△β
は、動翼における翼形損失に大きな影響を与える。設計
された翼流入角度に対して実際の作動流体の流入角度が
相違すると翼形損失が増大することは一般的に知られて
いる。特に動翼は、前縁部が尖角であるため、静翼と比
較して顕著な増加となる。また、翼入口から翼出口まで
の流体の転向角度が大きい程翼形損失が大きいことも一
般的に知られている。図7(a)および図7(b)から
もわかるように、動翼根元部分の転向角度εr は、動翼
先端部分の転向角度εt よりも大きい。すなわち、動翼
における翼形損失ζb と作動流体の設計翼流入角度との
差△βとの関係は、図11に示すように動翼根元部分の
翼型損失ζbrが、動翼先端部分の翼型損失ζbtよりも大
きくなる。また図8に示したように、動翼の転向角度
は、動翼根元部分から動翼先端部分に至るまで連続的に
小さくなるので、動翼の根元部分と動翼の先端部分との
間(以下、動翼中間部分と称する)の翼型損失は、動翼
根元部分の翼型損失ζbrと動翼先端部分の翼型損失ζbt
との中間の値となる。以降の説明では、動翼の転向角度
が最も大きい場合、すなわち動翼根元部分と、動翼の転
向角度が最も小さい場合、すなわち動翼先端部分とを例
にとって説明する。
Difference from the design inflow angle of this working fluid Δβ
Greatly affects the airfoil loss in the rotor blade. It is generally known that the airfoil loss increases when the actual working fluid inflow angle differs from the designed airfoil inflow angle. In particular, since the leading edge of the moving blade has a sharp angle, it is significantly increased as compared with the stationary blade. It is also generally known that the larger the turning angle of the fluid from the blade inlet to the blade outlet, the larger the airfoil loss. As can be seen from FIGS. 7A and 7B, the turning angle εr of the blade root portion is larger than the turning angle εt of the blade tip portion. That is, the relationship between the airfoil loss ζb in the moving blade and the difference Δβ between the working fluid and the design blade inflow angle is as shown in FIG. It is larger than the mold loss ζbt. Further, as shown in FIG. 8, the turning angle of the moving blade continuously decreases from the moving blade root portion to the moving blade tip portion, so that between the moving blade root portion and the moving blade tip portion ( Hereinafter, the airfoil loss of the moving blade middle portion) is determined by the blade blade loss ζbr at the blade root portion and the blade blade loss ζbt at the blade tip portion.
It becomes an intermediate value between and. In the following description, the case where the turning angle of the moving blade is largest, that is, the root portion of the moving blade and the turning angle of the moving blade is smallest, that is, the tip portion of the moving blade will be described as an example.

【0010】動翼根元部分および動翼先端部分の翼型損
失は、△β=0のとき、すなわち作動流体が各々の設計
翼流入角度β2 で流入したときに各々の最小値ζbrmin
およびζbtmin となる。図12(a)および図12
(b)は、動翼5が静翼3の1ピッチ分の流路を通過す
る際の、動翼5の翼型損失の変化を示したものである。
図12(a)に示すように、動翼5は静翼3の円周方向
1ピッチ分の流路Xを通過する際に必ず静翼3からのウ
ェークWを横切ることになる。回転方向Dに移動する動
翼5が、ある円周方向位置にあるときの動翼根元部分の
翼型損失ζbrおよび動翼先端部分の翼形損失ζbtは、図
12(b)のようになる。すなわち、動翼が主流の領域
にあるときは作動流体が設計翼流入角度で流入するの
で、△β=0となり、図11からもわかるように、動翼
根元部分の翼型損失ζbrは最小値ζbrmin と等しくな
り、動翼先端部分の翼型損失ζbtは最小値ζbtmin と等
しくなる。これに対して、動翼がウェークWの領域に入
ると、△β≠0となるので、図11からもわかるよう
に、動翼根元部分の翼型損失ζbrはζbrmin よりも大き
くなり、動翼先端部分の翼型損失ζbtはζbtmin よりも
大きくなる。その結果、動翼根元部分の翼形損失1ピッ
チ平均値ξb rはζbrmin よりも大きくなり、動翼先端
部分の翼形損失1ピッチ平均値ξbtはζbtmin よりも大
きくなる。また動翼の転向角度は、図8からもわかるよ
うに、動翼根元部分のほうが動翼先端部分よりも大きい
ので、動翼根元部分の翼形損失の1ピッチ平均値ξbrは
動翼先端部分の翼形損失の1ピッチ平均値ξbtよりも大
きくなる。
The airfoil loss at the blade root portion and the blade tip portion is the minimum value ζbrmin when Δβ = 0, that is, when the working fluid flows in at each design blade inflow angle β2.
And ζ btmin. 12 (a) and 12
(B) shows a change in the airfoil loss of the moving blade 5 when the moving blade 5 passes through the flow path of one pitch of the stationary blade 3.
As shown in FIG. 12A, the moving blade 5 always crosses the wake W from the stationary blade 3 when passing through the flow path X for one pitch in the circumferential direction of the stationary blade 3. When the moving blade 5 moving in the rotation direction D is at a certain circumferential position, the blade-shaped loss ζbr of the blade root portion and the blade-shaped loss ζbt of the blade tip portion are as shown in FIG. 12 (b). . That is, when the moving blade is in the main flow region, the working fluid flows in at the design blade inflow angle, so Δβ = 0, and as can be seen from FIG. 11, the blade type loss ζbr at the root portion of the moving blade has a minimum value. It becomes equal to ζ brmin, and the airfoil loss ζ bt at the blade tip becomes equal to the minimum value ζ bt min. On the other hand, when the rotor blade enters the area of the wake W, Δβ ≠ 0. Therefore, as can be seen from FIG. 11, the blade type loss ζbr of the rotor blade root portion becomes larger than ζbrmin, and Airfoil loss ζbt at the tip is larger than ζbtmin. As a result, the airfoil loss 1 pitch average value ξbr of the blade root portion becomes larger than ζbrmin, and the blade loss 1 pitch average value ξbt of the blade tip portion becomes larger than ζbtmin. Further, as can be seen from FIG. 8, the turning angle of the moving blade is larger at the root portion of the moving blade than at the tip portion of the moving blade. Therefore, the 1-pitch average value ξbr of the airfoil loss at the root portion of the moving blade is Of the airfoil loss of 1 pitch is larger than ξbt.

【0011】ところでウェークの作動流体は、図13に
示すようにS1、S2、S3と静翼3の後縁7から下流
方向に離れるに従って、主流部分の作動流体と混合され
る。すなわちウェークWの速度C2'は静翼5の後縁7か
ら下流方向に離れるに従って主流の速度C2 に近付いて
くる。このため、同図に示すように作動流体の設定動翼
流入角度との差△βは、静翼5の後縁7から下流方向に
離れるに従って小さくなる。
By the way, the working fluid of the wake is mixed with the working fluid of the mainstream portion as it goes away from the trailing edge 7 of S1, S2 and S3 and the stationary blade 3 in the downstream direction as shown in FIG. That is, the velocity C2 'of the wake W approaches the velocity C2 of the main flow as it moves away from the trailing edge 7 of the stationary blade 5 in the downstream direction. Therefore, as shown in the figure, the difference Δβ between the working fluid and the set moving blade inflow angle becomes smaller as the distance from the trailing edge 7 of the stationary blade 5 becomes further downstream.

【0012】以上より、静翼の後縁から動翼の前縁まで
の軸流方向距離Lと動翼の翼形損失の1ピッチ平均値ξ
b との関係は、図14に示すようになる。図12(b)
からも分かるように、動翼根元部分の翼型損失の1ピッ
チ平均値ξbrのほうが、動翼先端部分の翼型損失の1ピ
ッチ平均値ξbtよりも大きくなる。また、静翼の後縁か
ら動翼の前縁までの軸流方向距離Lが大きくなると、動
翼根元部分の翼型損失の1ピッチ平均値ξbrおよび動翼
先端部分の翼型損失の1ピッチ平均値ξbtは、各々ζbr
min およびζbtmin に漸近的に近付く。
From the above, the one-pitch average value ξ of the axial flow direction distance L from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade and the airfoil loss of the moving blade
The relationship with b is as shown in FIG. Figure 12 (b)
As can be seen from the above, the one-pitch average value ξbr of the blade type loss at the root portion of the blade is larger than the one-pitch average value ξbt of the blade type loss at the blade tip portion. When the axial flow direction distance L from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade becomes large, one pitch average value ξbr of the airfoil loss at the root portion of the moving blade and one pitch of the airfoil loss at the tip portion of the moving blade. The average value ξbt is ζbr
Asymptotically approach min and ζbtmin.

【0013】次に、静翼からのウェークの混合による混
合損失について説明する。上記のように、静翼の後縁か
ら動翼の前縁に至る間、ウェークの流体は主流部分の作
動流体と混合されるために、作動流体の粘性に基づく熱
が発生し、流体のエネルギが失われ、混合損失が発生す
る。図15は、縦軸に混合損失の1ピッチ平均値ξm
を、横軸に静翼の後縁から動翼の前縁までの軸流方向か
ら動翼の前縁までの軸流方向距離Lが大きくなるに従っ
て、ウェークの混合が促進され、混合損失の1ピッチ平
均値ξm も大きくなる。
Next, the mixing loss due to the mixing of the wakes from the stationary blade will be described. As described above, during the period from the trailing edge of the vane to the leading edge of the rotor blade, the fluid of the wake is mixed with the working fluid in the main stream, so heat is generated based on the viscosity of the working fluid, and the energy of the fluid is generated. Is lost and mixing loss occurs. In FIG. 15, the vertical axis represents the average value of mixing loss for one pitch ξm
As the distance L in the axial flow direction from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade to the leading edge of the moving blade increases along the horizontal axis, wake mixing is promoted, and mixing loss of 1 The average pitch value ξm also increases.

【0014】以上説明した2つの損失から、タービン静
翼後縁からタービン動翼前縁に至る軸流方向距離が影響
を及ぼすエネルギ損失を総合的に評価すると、図16の
如くなる。本図において、縦軸は静翼後縁から動翼前縁
に至る軸流方向距離が影響を及ぼすエネルギ損失ζ(=
ξb +ξm )を、横軸は静翼の後縁から動翼の前縁に至
るまでの軸流方向距離Lを示す。本図より、静翼の後縁
から動翼の前縁に至るまでの軸流方向距離Lには、段落
根元部分および段落先端部分各々について、上記エネル
ギ損失ζr 、(=ξbr+ξm )およびζt (=ξbt+ξ
m )が最小となる静翼の後縁から動翼の前縁に至る軸流
方向距離が存在することがわかる。
From the above-described two losses, a comprehensive evaluation of the energy loss affected by the axial flow direction distance from the turbine vane trailing edge to the turbine rotor blade leading edge is shown in FIG. In this figure, the vertical axis represents the energy loss ζ (=, which is influenced by the axial flow distance from the stationary blade trailing edge to the moving blade leading edge.
ξ b + ξ m) and the horizontal axis represents the axial flow direction distance L from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade. From this figure, in the axial flow direction distance L from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade, the energy loss ζr, (= ξbr + ξm) and ζt (= ξbt + ξ
It can be seen that there is an axial distance from the trailing edge of the vane to the leading edge of the blade, where m) is the smallest.

【0015】同じ静翼の後縁から動翼の前縁に至るまで
の軸流方向距離Lにおいては、転向角度の大きい動翼根
元部分における動翼の翼型損失ξbrが転向角度の小さい
動翼先端部分における動翼の翼型損失ξbtよりも大き
い。また動翼根元部分における翼型損失ξbrが一定値に
近付くまでの静翼の後縁から動翼の前縁に至るまでの軸
流方向距離のほうが、動翼先端部分におけるξbtが一定
値に近付くまでの静翼の後縁から動翼の前縁に至るまで
の軸流方向距離よりも大きい。従って、上記エネルギ損
失ζが最小となる段落根元部分の静翼後縁から動翼前縁
に至る軸流方向距離(以下、段落根元部分の最適軸流方
向距離と称する)をLro、段落先端部分の静翼後縁から
動翼前縁に至る軸流方向距離(以下、段落先端部分の最
適軸流方向距離と称する)をLtoとすると、 Lro>Lto (3) の関係が成立することがわかる。
At the axial flow direction distance L from the trailing edge of the same vane to the leading edge of the moving blade, the blade shape loss ξbr of the moving blade at the root portion of the moving blade having a large turning angle is the moving blade having a small turning angle. It is larger than the airfoil loss ξbt of the blade at the tip. In addition, the axial distance in the axial direction from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the blade until the airfoil loss ξbr near the blade root approaches a certain value, the ξbt at the blade tip approaches a certain value. Is greater than the axial distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade. Therefore, the axial distance in the axial direction from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade in the root portion of the paragraph where the energy loss ζ is the minimum (hereinafter, referred to as the optimum axial distance in the root portion of the paragraph) is Lro, and the tip of the paragraph If the distance in the axial direction from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade (hereinafter referred to as the optimum axial flow distance at the tip of the paragraph) is Lto, then the relationship of Lro> Lto (3) is established. .

【0016】以上、動翼の転向角度の大きい場合として
動翼の根元部分を、動翼の転向角度の小さい場合として
動翼の先端部分を例にとって説明したが、動翼の中間部
分についても同様に上記エネルギ損失を最小にする静翼
後縁から動翼前縁に至る軸流方向距離が存在する。前述
したように動翼中間部分の動翼の翼型損失が、動翼根元
部分の翼型損失と動翼先端部分の翼型損失との間の値と
なるので、動翼中間部分において上記エネルギ損失を最
小にする最適軸流方向距離は、段落根元部分の最適軸流
方向距離Lroから段落先端部分の最適軸流方向距離Lto
まで連続的に変化する。図17は、動翼の高さ位置と、
最適軸流方向距離の関係を示したものである。本図から
もわかるように、動翼の高さ位置が大きいほど、最適軸
流距離は小さくなる。
The root portion of the moving blade has been described as an example when the turning angle of the moving blade is large, and the tip portion of the moving blade has been described as an example when the turning angle of the moving blade is small. Exists in the axial direction distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade that minimizes the energy loss. As described above, the blade airfoil loss in the moving blade middle portion becomes a value between the blade root loss portion and the blade tip loss portion, so that the energy in the moving blade middle portion is The optimum axial flow distance that minimizes loss is from the optimum axial flow distance Lro at the root of the paragraph to the optimum axial flow distance Lto at the tip of the paragraph.
Changes continuously until. FIG. 17 shows the height position of the moving blade,
It shows the relationship of the optimum axial flow distance. As can be seen from this figure, the greater the height position of the moving blade, the smaller the optimum axial flow distance.

【0017】しかるに、従来の軸流タービン段落では、
図8に示すように、動翼の転向角度の大きい段落根元部
分から動翼の転向角度の小さい段落先端部分にかけて、
静翼の後縁から動翼の前縁に至る軸流方向距離が大きく
なるので、段落の根元部分から段落の先端部分にかけて
静翼後縁から動翼前縁に至るまでの軸流方向距離が最適
軸流方向距離となることは不可能であり、上記エネルギ
損失が最小となっていないという問題があった。
However, in the conventional axial flow turbine paragraph,
As shown in FIG. 8, from the root part of the paragraph where the turning angle of the rotor blade is large to the tip of the paragraph where the turning angle of the rotor blade is small,
Since the axial distance in the axial direction from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade is large, the axial distance in the axial direction from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade extends from the root of the paragraph to the leading edge of the paragraph. It is impossible to achieve the optimum axial flow distance, and there is a problem that the energy loss is not minimized.

【0018】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、軸流タービンにおける上記エネルギ
損失を低減しタービン性能を向上し得る軸流タービンを
提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an axial flow turbine capable of reducing the energy loss in the axial flow turbine and improving the turbine performance.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、タービン静翼とタービン動翼によって構
成される軸流タービン段落において、タービン段落の根
元部分からタービン段落の先端部分にかけて、タービン
静翼の後縁からタービン動翼の前縁に至るまでの軸流方
向距離をタービン動翼の転向角度に応じて変化させ、か
つタービン動翼の転向角度が大きいほどタービン静翼の
後縁からタービン動翼の前縁に至るまでの軸流方向距離
が大きくなるように構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to an axial flow turbine stage constituted by a turbine vane and a turbine rotor blade, from the root part of the turbine stage to the tip part of the turbine stage. , The axial flow direction distance from the trailing edge of the turbine blade to the leading edge of the turbine blade is changed according to the turning angle of the turbine blade, and the larger the turning angle of the turbine blade is, It is characterized in that the axial distance from the edge to the leading edge of the turbine rotor blade is increased.

【0020】[0020]

【作用】段落根元部分から段落先端部分にかけてタービ
ン静翼後縁からタービン動翼前縁に至る軸流方向距離が
影響を及ぼすエネルギ損失(=静翼からのウェークによ
り増加する動翼の翼形損失+静翼からのウェークの混合
による混合損失)を最小にすることができ、従来技術の
軸流タービンに比べてタービン性能を大幅に向上させる
ことができる。
[Function] Energy loss from the trailing edge of the turbine vane to the leading edge of the turbine blade from the root to the leading edge of the paragraph is affected by energy loss (= blade airfoil loss increased by wake from the vane) (Mixing loss due to the mixing of wakes from the vanes) can be minimized, and the turbine performance can be significantly improved as compared with the conventional axial flow turbine.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。また、同一部材には同一符号を付す。図1
は、本発明に係る軸流タービンの段落を示す断面図であ
る。本図において、静翼外輪1と静翼内輪2によって固
定された静翼3と、回転軸4に固定された動翼5によっ
て構成されている。本実施例においては、静翼3は従来
技術と同様であり、動翼5の前縁6の軸流方向位置を段
落先端部分から段落根元部分にかけて、静翼3の後縁7
から動翼5の前縁7に至る軸流方向距離がLtからLr
まで連続的に大きくなるように配設したものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Further, the same reference numerals are given to the same members. Figure 1
FIG. 3 is a sectional view showing a paragraph of an axial flow turbine according to the present invention. In this figure, a stationary blade 3 is fixed by a stationary vane outer ring 1 and a stationary vane inner ring 2, and a moving blade 5 fixed to a rotating shaft 4. In this embodiment, the stationary blade 3 is similar to that of the prior art, and the position of the front edge 6 of the moving blade 5 in the axial flow direction extends from the tip of the paragraph to the root of the paragraph.
The axial distance from the rotor to the leading edge 7 of the rotor blade 5 is from Lt to Lr.
It is arranged so that it continuously increases.

【0022】図2は、動翼の転向角と最適軸流距離の実
際的な関係を示したものである。実験結果等により、動
翼の転向角度εが50度〜150度の範囲では、動翼の
転向角度εと最適軸流距離Lopt との間には経験的にL
opt /te =a・ε+bの関係が成立する。ここで、t
e は静翼の後縁の厚さであり、静翼の後縁から発生する
ウェークの大きさに関係するパラメータである。この動
翼の転向角度εの範囲では、定数aを0.29とし、定
数bを−4.6〜+3.3の範囲で選定すると、実機に
適用して好適となる。本図に示す範囲で動翼の任意の翼
高さ位置での静翼後縁から動翼前縁までの軸流方向距離
をその翼高さ位置での転向角度に応じて選定すれば、段
落根元部分から段落先端部分に至るまで、タービン静翼
後縁からタービン動翼前縁に至る軸流方向距離が影響を
及ぼすエネルギ損失(=静翼からのウェークにより増加
する動翼の翼形損失+静翼からのウェークの混合による
混合損失)を段落の任意の高さ位置で最小にすることが
でき、段落全体としてタービン静翼後縁からタービン動
翼前縁に至る軸流方向距離が影響を及ぼすエネルギ損失
を低減できる。
FIG. 2 shows a practical relationship between the turning angle of the moving blade and the optimum axial flow distance. From the experimental results and the like, when the turning angle ε of the moving blade is in the range of 50 degrees to 150 degrees, L is empirically calculated between the turning angle ε of the moving blade and the optimum axial flow distance Lopt.
The relationship of opt / te = a · ε + b is established. Where t
e is the thickness of the trailing edge of the vane, and is a parameter related to the size of the wake generated from the trailing edge of the vane. In the range of the turning angle ε of the moving blade, if the constant a is 0.29 and the constant b is selected in the range of -4.6 to +3.3, it is suitable for application to an actual machine. If the axial flow direction distance from the stationary blade trailing edge to the moving blade leading edge at any blade height position within the range shown in this figure is selected according to the turning angle at that blade height position, From the root to the tip of the paragraph, the energy loss affected by the axial flow distance from the turbine vane trailing edge to the turbine blade leading edge (= blade airfoil loss that increases due to wake from the vane + (Mixing loss due to wake mixing from the vane) can be minimized at any height in the paragraph, and the axial flow distance from the turbine vane trailing edge to the turbine blade leading edge affects the overall paragraph. The resulting energy loss can be reduced.

【0023】図3は、本発明の他の実施例を示すタービ
ンの断面図である。本実施例においては、動翼5は従来
技術と同様であり、静翼3の後縁7の軸流方向位置を段
落先端部分から段落根元部分にかけて、静翼3の後縁7
から動翼5の前縁6に至る軸流方向距離がLt からLr
まで連続的に大きくなるように配設したものである。ま
た図4は、本発明の他の実施例を示すタービンの断面図
である。本実施例においては、静翼3の後縁7および動
翼5の前縁6の軸流方向位置を段落先端部分から段落根
元部分にかけて、静翼3の後縁7から動翼5の前縁6に
至る軸流方向距離がLt からLr まで連続的に大きくな
るように従来の軸流タービン段落から変更して配設した
ものである。
FIG. 3 is a sectional view of a turbine showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the moving blade 5 is similar to that of the prior art, and the trailing edge 7 of the stationary blade 3 extends from the front end of the paragraph to the root portion of the rear edge 7 of the stationary blade 3.
The axial distance from the rotor to the leading edge 6 of the rotor blade 5 is from Lt to Lr.
It is arranged so that it continuously increases. FIG. 4 is a sectional view of a turbine showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the positions of the trailing edge 7 of the stationary blade 3 and the leading edge 6 of the moving blade 5 in the axial direction are set from the tip of the paragraph to the root of the paragraph, and the trailing edge 7 of the stationary blade 3 to the leading edge of the moving blade 5 are arranged. It is arranged by changing from the conventional axial flow turbine stage so that the axial flow distance to 6 continuously increases from Lt to Lr.

【0024】図3および図4に示した実施例において
も、図2に示す範囲で静翼後縁から動翼前縁までの軸流
方向距離を選定すれば、段落根元部分から段落先端部分
に至るまで、タービン静翼後縁からタービン動翼前縁に
至る軸流方向距離が影響を及ぼすエネルギ損失を段落の
任意の高さ位置で最小にすることができ、段落全体とし
てタービン静翼後縁からタービン動翼前縁に至る軸流方
向距離が影響を及ぼすエネルギ損失を低減できる。
Also in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, if the axial flow direction distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade is selected within the range shown in FIG. Up to this point, the energy loss affected by the axial flow distance from the turbine vane trailing edge to the turbine blade leading edge can be minimized at any height position in the paragraph. It is possible to reduce the energy loss that is influenced by the axial distance from the turbine to the turbine rotor blade leading edge.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、タービ
ン段落の根元部分からタービン段落の先端部分にかけ
て、タービン静翼の後縁からタービン動翼の前縁に至る
までの軸流方向距離をタービン動翼の転向角度に応じて
変化させ、かつタービン動翼の転向角度が大きいほどタ
ービン静翼の後縁からタービン動翼の前縁に至るまでの
軸流方向距離が大きくなるように構成したので、段落根
元部分から段落先端部分にかけてタービン静翼後縁から
タービン動翼前縁に至る軸流方向距離が影響を及ぼすエ
ネルギ損失(=静翼からのウェークにより増加する動翼
の翼形損失+静翼からのウェークの混合による混合損
失)を最小にすることができ、従来技術の軸流タービン
に比べてタービン性能を大幅に向上させることができ
る。
As described above, according to the present invention, the axial distance in the axial direction from the trailing edge of the turbine vane to the leading edge of the turbine rotor blade is measured from the root portion of the turbine stage to the tip portion of the turbine stage. It was changed according to the turning angle of the turbine rotor blade, and the larger the turning angle of the turbine rotor blade, the greater the axial distance from the trailing edge of the turbine stator blade to the leading edge of the turbine rotor blade. Therefore, the energy loss affected by the axial flow direction distance from the turbine vane trailing edge to the turbine blade leading edge from the root portion to the tip portion of the paragraph (= airfoil loss of the blade that increases due to wake from the vane + (Mixing loss due to mixing of wakes from the vanes) can be minimized, and turbine performance can be significantly improved over prior art axial flow turbines.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す軸流タービンの断面図。FIG. 1 is a sectional view of an axial flow turbine showing an embodiment of the present invention.

【図2】動翼の転向角度の最適軸流方向距離との関係を
示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a turning angle of a moving blade and an optimum axial flow direction distance.

【図3】本発明の他の実施例を示す軸流タービンの断面
図。
FIG. 3 is a sectional view of an axial flow turbine showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のさらに他の実施例を示す軸流タービン
の断面図。
FIG. 4 is a sectional view of an axial flow turbine showing still another embodiment of the present invention.

【図5】従来の軸流タービンの断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional axial flow turbine.

【図6】従来の軸流タービンを半径方向から見た図。FIG. 6 is a view of a conventional axial flow turbine as viewed from a radial direction.

【図7】(a),(b)は動翼の転向角度説明図。7A and 7B are explanatory views of turning angles of moving blades.

【図8】動翼の転向角度変化説明図。FIG. 8 is an explanatory view of a turning angle change of a moving blade.

【図9】従来の軸流タービンの動翼高さ位置と静翼後縁
から動翼前縁までの軸流方向距離との関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a moving blade height position of a conventional axial flow turbine and an axial flow direction distance from a stationary blade trailing edge to a moving blade leading edge.

【図10】静翼のウェークにより動翼への流体の流入角
度が変化することを説明する図。
FIG. 10 is a diagram for explaining that the inflow angle of the fluid into the moving blade changes due to the wake of the stationary blade.

【図11】動翼の翼型損失を説明する図。FIG. 11 is a diagram for explaining airfoil loss of a moving blade.

【図12】(a),(b)はそれぞれ静翼のウェークに
より動翼の翼型損失が変化することを説明する図。
12A and 12B are views for explaining that the airfoil loss of the moving blade changes due to the wake of the stationary blade.

【図13】静翼からのウェークの変化を説明する図。FIG. 13 is a diagram for explaining a change of the wake from the stationary blade.

【図14】動翼の翼型損失が静翼の後縁から動翼の前縁
に至る軸流方向距離により変化することを説明する図。
FIG. 14 is a diagram for explaining that the airfoil loss of the moving blade changes depending on the axial flow direction distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade.

【図15】静翼からのウェークの混合損失を説明する
図。
FIG. 15 is a diagram for explaining wake mixing loss from the stationary blade.

【図16】静翼の後縁から動翼の前縁に至る損失説明
図。
FIG. 16 is an explanatory diagram of loss from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade.

【図17】動翼高さ位置と最適軸流方向距離との関係を
示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a blade height position and an optimum axial flow direction distance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 静翼外輪 2 静翼内輪 3 静翼 5 動翼 6 動翼の前縁 7 静翼の後縁 L 静翼の後縁から動翼の前縁に至るまでの軸流方向距
離 Lr 段落根元部分の静翼の後縁から動翼の前縁に至る
までの軸流方向距離 Lt 段落先端部分の静翼の後縁から動翼の前縁に至る
までの軸流方向距離
1 stationary vane outer ring 2 stationary vane inner ring 3 stationary vane 5 moving blade 6 leading edge of moving blade 7 stationary blade trailing edge L axial distance from trailing edge of stationary blade to leading edge of moving blade Lr paragraph root part Axial distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade Lt Axial distance from the trailing edge of the stationary blade to the leading edge of the moving blade

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】タービン静翼とタービン動翼によって構成
される軸流タービン段落において、そのタービン段落の
根元部分からタービン段落の先端部分にかけて、タービ
ン静翼の後縁からタービン動翼の前縁に至るまでの軸流
方向距離をタービン動翼の転向角度に応じて変化させ、
かつタービン動翼の転向角度が大きいほどタービン静翼
の後縁からタービン動翼の前縁に至るまでの軸流方向距
離が大きくなるように構成したことを特徴とする軸流タ
ービン。
1. In an axial flow turbine stage composed of a turbine vane and a turbine rotor blade, from the root of the turbine stage to the tip of the turbine stage, from the trailing edge of the turbine vane to the leading edge of the turbine rotor. Axial flow direction distance is changed according to the turning angle of the turbine blade,
An axial flow turbine characterized in that the axial flow direction distance from the trailing edge of the turbine stationary blade to the leading edge of the turbine moving blade increases as the turning angle of the turbine moving blade increases.
【請求項2】タービン静翼の後縁からタービン動翼の前
縁に至るまでの軸流方向距離Lとし、タービン静翼の後
縁の厚さをtとし、タービン動翼の転向角度をεとする
と、L/t=a・ε+b(a、bは定数)となるように
構成したことを特徴とする請求項1記載の軸流タービ
ン。
2. The axial flow direction distance L from the trailing edge of the turbine vane to the leading edge of the turbine blade, the thickness of the trailing edge of the turbine vane is t, and the turning angle of the turbine blade is ε. Then, the axial flow turbine according to claim 1, characterized in that L / t = a · ε + b (a and b are constants).
【請求項3】前記定数aを0.29、定数bを−4.6
〜+3.3の範囲で選定したことを特徴とする請求項1
記載の軸流タービン。
3. The constant a is 0.29 and the constant b is -4.6.
To +3.3 are selected in the range.
The described axial flow turbine.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016505754A (en) * 2012-12-13 2016-02-25 ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータNuovo Pignone S.R.L. Turbomachine blade, corresponding turbomachine, and method of manufacturing a turbine blade

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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