JP3874489B2

JP3874489B2 - Axial flow turbine

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Publication number: JP3874489B2
Application number: JP13868297A
Authority: JP
Inventors: 公一北口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: JPH10331601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流タービンに係り、特にタービンノズルやタービンノズルを支持するダイヤフラム外輪の外周壁に付着した水滴を閉じ込めることにより低圧段落での翼の性能向上を図った軸流タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軸流タービンは、タービンノズルとタービン動翼とを組み合せた段落を、タービン軸の軸方向に沿って複数段に形成し、各段落で作動流体としての蒸気に膨張仕事をさせ、その熱エネルギを機械エネルギに変換させるもので、その例示として図１１に示す構成のものがある。
【０００３】
軸流タービンは、タービン軸１に一体形成のディスク２に植設されたタービン動翼３と、その上流側に配置され、ダイヤフラム外輪５およびダイヤフラム内輪６により支持されたタービンノズル４とで段落７を形成し、この段落７をタービン軸１の軸方向に沿って複数段に備え、各段落で蒸気に膨張仕事をさせ、タービン軸１に回転トルクを与え、他の原動機、例えば発電機等を回転駆動するようになっている。
【０００４】
また、タービンノズル４を支持するダイヤフラム外輪５は、蒸気が各段落で膨張仕事をするに連れ、その熱エネルギが下がって比容積が増すので、その比容積の増加に対応させて滑かな膨張仕事を実現させるためフレア角度をもたせた拡開流路を形成するようになっている。
【０００５】
このように、軸流タービンは、タービン軸１に沿って複数段の段落７を備え、各段落に沿って蒸気が流れる際、その軸流速度を大きく確保することができるので、大出力化に適しており、今日、実用機として数多く適用されている。
【０００６】
しかし、大出力化に適する軸流タービンと言えども、各段落で蒸気の熱エネルギが失われていくため、低圧段落、特に最終段落に近付くに連れて蒸気中に水滴が生成され、この水滴が生成されるが故に翼性能の低下、あるいは翼浸蝕の問題を招来することが認められている。
【０００７】
特に、発電プラントに適用する軸流タービンでは、一つの軸に高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンをパワートレンとして連結し、その中で低圧タービンの段落当りの出力が高圧タービン、中圧タービンに較べきわめて高いことを考慮すると、低圧タービンで発生する上述の問題点を解消することがタービン全体の性能向上、信頼性向上に結び付く重要な意義を備えている。
【０００８】
このような問題点に対処させた軸流タービン、特に低圧タービンでは、図１３に示すように、ダイヤフラム外輪５およびダイヤフラム内輪６により支持されたタービンノズル４の後縁８を、タービン軸１の中心Ｏを通るラジアル線（翼高方向線）Ｘｒに沿うように形成した、いわゆるストレート翼をベースに、図１４に示すように、タービンノズル４の後縁８を、ラジアル線Ｘｒに対し、タービン軸１の回転方向に倒す、いわゆるストレートリーン翼から図１４に示すように、タービンノズル４の後縁８を、ラジアル線Ｘｒに対し、タービン軸１の回転方向に湾曲状に倒す、いわゆるコンパウンドリーン翼へと発展させ、上述のストレート翼に較べ翼性能の向上を図ってきている。
【０００９】
しかし、このような発展を遂げた、低圧タービンであっても、蒸気が各段落を通過する際に生成される水滴を完全無欠にすることができないにしても、その水滴の発生を従来よりもより一層抑制する研究が行われており、現在、模索の段階である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
タービンノズル４には、その前段落で生成された水滴がその前段落のタービン動翼の遠心力により吹き飛ばされて流入する。この場合、水滴の軌跡を子細に観察してみると、図１１に示すように、その粒径の大小関係により三つに分かれる。非常に小さい粒径の水滴Ｐ₁は、蒸気の流れに乗って図示の二点鎖線で示すように、タービンノズル４の翼間流路を通過する。また、比較的小さい粒径の水滴Ｐ₂は、前段落のタービン動翼と次段落のタービンノズル４との間で蒸気の流れに乗るものの、タービンノズル４の翼間流路で蒸気の流れに乗り切れず、図示の一点鎖線で示すように、タービンノズル４に付着する。さらに、比較的大きい粒径の水滴Ｐ₃は、図示の破線で示すように、ダイヤフラム外輪５の後流に向って拡開された外周壁９に付着することが認められている。
【００１１】
このように挙動する水滴Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃に対し、タービンノズル４は、図１５に示すように、タービン軸１の中心Ｏの周方向に沿って複数枚を備え、その中で一方のタービンノズル４ａと隣りタービンノズル４ｂとの間に翼間流路１０を形成し、翼間流路１０を通過する蒸気に膨張仕事をさせるようになっている。
【００１２】
また、翼間流路１０は、一方のタービンノズル４ａの後縁８ａの腹側１１を点ｆとし、この点ｆから隣りのタービンノズル４ｂの背側１２に向って真直ぐに延ばした点を交点ｇとすると、点ｆ、交点ｇ間をスロート（最狭通路）１３として形成している。
【００１３】
このスロート１３から観察した場合、一方のタービンノズル４ａの点ｆと隣りのタービンノズル４ｂとの交点ｇとの翼高さの相対関係は、図１１で示した軸方向（子午面）から観察したタービンノズル４に対応させると、交点ｇからタービン軸１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとし、点ｆからタービン軸１の中心Ｏまでの半径Ｒｆとするとき、交点ｇにおいて、一方のタービンノズル４ａのタービン軸１の中心Ｏまでの半径と、隣りのタービンノズル４ｂのタービン軸１の中心Ｏまでの半径とが同一であっても、隣りのタービンノズル４ｂの交点ｇとその後縁８ｂとを較べると、ダイヤフラム外輪５の外周壁９が拡開しているので、Ｒｆ＞Ｒｇになっている。このため、翼間流路１０は、図１６に示すように、一方のタービンノズル４ａの腹側１１とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₁₁が鋭角になるのに対し、隣りのタービンノズル４ｂの背側１２とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₁₂が約１３０°の鈍角となり、スロート１３を基準にして観察すると空間領域Ｓ₁を形成している。
【００１４】
しかし、タービンノズル４は、翼間流路１０で、隣りのタービンノズル４ｂの背側１２とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₁₂が鈍角になっていると、翼性能をより一層向上させることが難しくなっている。例えば、文献「タービンの翼列流路内の二次流れに関する基本的理解の最近の進歩（Recent Prog- ress in the Understanding of Basic Aspects of Secondary Flows in Turbine Blade Passages；発行 Transaction of ASME，Journal of Engineering for Gas Turbine and Power，Vol.107，248頁〜217頁，１９８５年）によれば、タービン駆動蒸気が翼間流路１０を流れる際、空間領域Ｓ₁の一方のタービンノズル４ａの腹側１１から隣りのタービンノズル４ｂの背側１２に向って、いわゆる二次流れが発生し、この二次流れにより、図１６に示すように、翼間流路１０に二次流れ渦１４と、一方のタービンノズル４ａの腹側１１とダイヤフラム外輪５の外周壁９との鋭角θ₁₁部分に旋回の向きを逆にするコーナ渦１５とが発生すると、報告している。このコーナ渦１５は、一方のタービンノズル４ａの腹側１１やダイヤフラム外輪５のと外周壁９に付着した水滴を閉じ込める機能がある。
【００１５】
しかし、隣りのタービンノズル４ｂの背側１２とダイヤフラム外輪５の外周壁９とは鈍角θ₁₂になっているので、コーナ渦１５が生成できず、このためダイヤフラム外輪５の外周壁９に付着した水滴は、二次流れ渦１４により巻き上げられ、その際、タービン駆動蒸気の流れに乱れを与え、翼性能を向上させることができない原因になっている。なお、図１１、図１２、図１６に示したタービンノズル４は、観察の方向位置を変えただけの同一のものであり、そのプロファイルとしてストレート翼を適用している。
【００１６】
また、図１３て示したストレートリーン翼は、図１５における一方のタービンノズル４ａと隣りのタービンノズル４ｂとの翼高さの相対関係を、スロート１３の方向から観察した場合、図１７に示すように、一方のタービンノズル４ａの腹側１１の点ｆからタービン軸１の中心Ｏまでの半径Ｒｆとし、隣りのタービンノズル４ｂの背側１２の交点ｇからタービン軸１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとするとき、Ｒｆ＞Ｒｇになって空間領域Ｓ₂を形成する。このため、ストレートリーン翼の翼間流路１０も、上述のストレート翼のそれと同様に、一方のタービンノズル４ａの腹側１１とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₂₁が鋭角となりコーナ渦１５を生成するのに対し、隣りのタービンノズル４ｂの背側１２とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₂₂が約１２０°の鈍角となってコーナ渦１５を生成することができず、ダイヤフラム外輪５の外周壁９に付着した水滴を閉じ込めることができず、翼性能をより一層向上させることができない原因になっている。
【００１７】
さらに、図１４で示したコンパウンドリーン翼も、図１８に示すように、Ｒｆ＞Ｒｇの空間領域Ｓ₃を形成し、一方のタービンノズル４ａの腹側１１とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₃₁が鋭角となりコーナ渦１５を生成するのに対し、隣りのタービンノズル４ｂの背側１２とダイヤフラム外輪５の外周壁９とのなす角度θ₃₂が約１４０°の鈍角となってコーナ渦１５を生成することができず、上述と同様に、翼性能を向上させることができない原因になっている。
【００１８】
タービンノズル４の背側１２やダイヤフラム外輪５の外周壁９に付着した水滴が二次流れ渦１４により巻き上げられることを抑制する技術として、例えば特開平４−２４６２０５号公報や特公昭４９−９５２２号公報が既に公表されている。
【００１９】
特開平４−２４６２０５号公報で公表された技術は、図１９に示すように、タービンノズル４の背側１２に水障壁部１６を設け、水障壁部１６とダイヤフラム外輪５の外周壁９との間に水滴を閉じ込めたものであるが、水障壁部１６の存在によりタービン駆動蒸気の流れが乱れ、翼性能をより一層向上させることができない不具合がある。
【００２０】
また、特公昭４９−９５２２号公報で公表された技術は、図２０に示すように、タービンノズル４の腹側１１および背側１２に吸入開孔１７を設け、タービンノズル４内部に水滴を誘引するものであるが、図２１に示すように、前段落の動翼から飛来し、ダイヤフラム外輪５の吸入開口１８の下流側に付着した水滴を除去することができず、このため二次流れ渦の水滴の巻き上げによりタービン駆動蒸気の流れが乱れ、従来以上に翼性能を向上させることが難しい。
【００２１】
本発明は、このような技術的な背景に基づいてなされたもので、翼間流路のコーナ部分がほぼ角度９０°となるように形成する一方、ほぼ角度９０°のコーナ部分にコーナ渦を生成させることにより、タービンノズルやダイヤフラム外輪の外周壁に付着した水滴を閉じ込め、タービンノズルのより一層の翼性能向上を図った軸流タービンを提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、タービンノズルの付着した水滴を確実に取り除いて、タービンノズルのより一層の翼性能向上を図った軸流タービンを提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、ダイヤフラム外輪およびダイヤフラム内輪で支持され、タービン軸の周方向に沿って環状列に配置されたタービンノズルの、その後縁を上記タービン軸の中心を通るラジアル線に沿うようにし、上記ダイヤフラム外輪の外周壁の支持端を上記タービンノズルの前縁から後縁に向って拡開させる接続拡開端線に形成するとともに、上記タービンノズルに対応させて上記タービン軸のディスクに植設したタービン動翼を備えた軸流タービンにおいて、上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズルの前縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径と、隣りのタービンノズルの前縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径とを同一径にするとともに、上記一方のタービンノズルの後縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径と、上記隣りのタービンノズルの後縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径とを同一径にする一方、上記一方のタービンノズルの後縁から上記隣りのタービンノズルの背側に向うスロートの交点の上記タービン軸の中心までの半径を、上記一方のタービンノズルを支持する上記ダイヤフラム外輪の外周壁の接続拡開端線よりも高く設定し、上記外周壁と上記一方のタービンノズルの腹側および上記他方のタービンノズルの背側とによって形成される翼間流路のコーナ部分が、上記スロートにおいてほぼ角度９０度となるように形成したものである。
【００２４】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項２に記載したように、一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンの背側に向うスロートの交点のタービン軸の中心までの半径Ｒｇは、一方のタービンノズルの後縁とダイヤフラム外輪の外周壁との接続端からタービン軸の中心までの半径Ｒｆとし、一方のタービンノズルの後縁と隣りのタービンノズルの後縁とのピッチＴとするとき、
【数４】

の範囲に設定したものである。
【００２５】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項３に記載したように、ダイヤフラム外輪およびダイヤフラム内輪で支持され、タービン軸の周方向に沿って環状列に配置されたタービンノズルの、その後縁を上記タービン軸の中心を通るラジアル線に対し、その回転方向に向って倒し、上記ダイヤフラム外輪の外周壁の支持端を上記タービンノズルの前縁から後縁に向って拡開させる接続拡開端線に形成するとともに、上記タービンノズルに対応させて上記タービン軸のディスクに植設したタービン動翼を備えた軸流タービンにおいて、上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズルの前縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径と、隣りのタービンノズルの前縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径とを同一径にするとともに、上記一方のタービンノズルの後縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径と、上記隣りのタービンノズルの後縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径とを同一径にする一方、上記一方のタービンノズルの後縁から上記隣りのタービンノズルの背側に向うスロートの交点の上記タービン軸の中心までの半径を、上記一方のタービンノズルを支持する上記ダイヤフラム外輪の外周壁の接続拡開端線よりも高く設定し、上記外周壁と上記一方のタービンノズルの腹側および上記他方のタービンノズルの背側とによって形成される翼間流路のコーナ部分が、上記スロートにおいてほぼ角度９０度となるように形成したものである。
【００２６】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項４に記載したように、一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンノズルの背側に向うスロートの交点のタービン軸の中心までの半径Ｒｇは、一方のタービンノズルの後縁とダイヤフラム外輪の外周壁との接続端からタービン軸の中心までの半径Ｒｆとし、一方のタービンノズルの後縁と隣りのタービンノズルの後縁とのピッチＴとし、スロートのタービン軸の中心に平行な軸線とでなす角度αとし、隣りのタービンノズルの後縁のタービン軸の中心を通るラジアル線とでなす角度βとするとき、
【数５】

の範囲に設定したものである。
【００２７】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項５に記載したように、ダイヤフラム外輪およびダイヤフラム内輪で支持され、タービン軸の周方向に沿って環状列に配置されたタービンノズルの、その後縁を上記タービン軸の中心を通るラジアル線に対し、その回転方向に向って湾曲状に倒し、上記ダイヤフラム外輪の外周壁の支持端を上記タービンノズルの前縁から後縁に向って拡開させる接続拡開端線に形成するとともに、上記タービンノズルに対応させて上記タービン軸のディスクに植設したタービン動翼を備えた軸流タービンにおいて、上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズルの前縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径と、隣りのタービンノズルの前縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径とを同一径にするとともに、上記一方のタービンノズルの後縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径と、上記隣りのタービンノズルの後縁と上記ダイヤフラム外輪の外周壁との接続端から上記タービン軸の中心までの半径とを同一径にする一方、上記一方のタービンノズルの後縁から上記隣りのタービンノズルの背側に向うスロートの交点の上記タービン軸の中心までの半径を、上記一方のタービンノズルを支持する上記ダイヤフラム外輪の外周壁の接続拡開端線よりも高く設定し、上記外周壁と上記一方のタービンノズルの腹側および上記他方のタービンノズルの背側とによって形成される翼間流路のコーナ部分が、上記スロートにおいてほぼ角度９０度となるように形成したものである。
【００２８】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項６に記載したように、一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンノズルの背側に向うスロートの交点のタービン軸の中心までの半径Ｒｇは、一方のタービンノズルの後縁とダイヤフラム外輪の外周壁との接続端からタービン軸の中心までの半径Ｒｆとし、一方のタービンノズルの後縁と隣りのタービンノズルの後縁とのピッチＴとし、スロートのタービン軸の中心に平行な軸線とでなす角度αとし、隣りのタービンノズルの後縁のタービン軸の中心を通るラジアル線とでなす角度βとするとき、
【数６】

の範囲に設定したものである。
【００２９】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項７に記載したように、請求項１乃至６のいずれか１項記載の軸流タービンにおいて、上記タービンノズルの背側に沿って形成する吸入開口を、上記ダイヤフラム外輪の外周壁に設けたものである。
【００３０】
本発明に係る軸流タービンは、上記目的を達成するために、請求項８に記載したように、請求項１乃至７のいずれか１項記載の軸流タービンにおいて、軸流タービンにおいて、上記タービンノズルのうち、一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンノズルの背側に向うスロートに沿って形成する吸入開口を、上記ダイヤフラム外輪の外周壁に設けたものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る軸流タービンの実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３９】
図１は、タービンノズルにストレート翼を適用した本発明に係る軸流タービンの第１実施形態を示す概略図である。なお、図１は、タービン軸の軸方向（子午面）から観察した軸流タービンを示している。
【００４０】
この軸流タービン２０は、タービン軸２１に一体形成のディスク２２に植設されたタービン動翼２３と、その上流側に配置され、ダイヤフラム外輪２４およびダイヤフラム内輪２５により支持されたタービンノズル２６とを備え、これらタービン動翼２３およびタービンノズル２６により段落３４を形成する。この段落３４は、タービン軸２１の軸方向に沿って複数段に形成される。
【００４１】
一方、タービンノズル２６は、図２に示すように、タービン軸２１の中心Ｏから周方向に沿って環状の翼列として配置される。環状の翼列として配置されたタービンノズル２６は、一方のタービンノズル２６ａと隣りのタービンノズル２６ｂとの間に翼間流路２７を形成する。この翼間流路２７は、一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの腹側２９を点ｆとし、この点ｆから隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０に向って真直ぐ延ばした点を交点ｇとすると、点ｆ、交点ｇ間をスロート（最狭通路）３１を形成している。
【００４２】
このスロート３１から観察した場合の一方のタービンノズル２６ａの前縁３２ａとタービンノズル２６ｂの前縁３２ｂとの翼高さの相対関係は、図１で示した軸方向（子午面）から観察したタービンノズル２６に対応させると、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３との交点ｉ、タービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｉとするとき、ともに同一径になっている。
【００４３】
また、一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａと隣りのタービンノズル２６ｂの後縁２８ｂとの翼高さの相対関係は、図１のタービンノズル２６に対応させると、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３との交点ｆからタービン軸２１の中心Ｏまての半径Ｒｆとするとき、ともに同一径になっている。
【００４４】
一方、図２で示した隣りタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇは、図１のタービンノズル２６に対応させると、変動幅ΔＲｇの範囲内に位置するように設定される。この変動幅ΔＲｇの範囲内に位置するスロート３１による交点ｇは、タービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとし、その後縁２８ｂの点ｆからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｆとし、図２で示した一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａと隣りのタービンノズル２６ｂの後縁２８ｂとのピッチＴとするとき、
【数７】

の範囲内に設定される。
【００４５】
本実施形態では、一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの腹側２９から隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０に向うスロート３１による交点ｇのタービン軸２１の中心Ｏを通る半径Ｒｇを上式（１）の範囲内に設定したので、図１に示すように、一方のタービンノズル２６ａをダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に接続する接続拡開端線Ｓｐが図示の破線で形成され、また、隣りのタービンノズル２６ｂをダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に接続する接続拡開端線Ｓｓが図示の一点鎖線で形成され、隣りのタービンノズル２６ｂにおける接続拡開端線Ｓｓが一方のタービンノズル２６ａにおける接続拡開端線Ｓｐより高く形成される。
【００４６】
上式（１）は、以下の理由に基づいて設定される。
【００４７】
図４は、翼列損失比（ζ／ζ_0.25）とタービンノズル２６およびダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に付着した水滴が二次流れ渦により巻き上げられる水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）とを翼列風洞試験で求めたグラフである。このグラフは、縦軸に翼列損失比（ζ／ζ_0.25）、巻き上げ水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）を、また横軸に、スロート３１による交点ｇを変動させた場合のパラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）／Ｔをそれぞれ示す。なお、翼列損失比および巻き上げ水滴量比中、ζ_0.25，Ｇ_0.25は、従来のタービンノズルのデータを示し、また添字０．２５は、従来のタービンノズルにおいて、タービン軸の中心を通り、一方のタービンノズルの後縁までの半径Ｒｆとし、一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンノズルの背側に向うスロートによる交点ｇの半径Ｒｇとし、各タービンノズルの後縁間のピッチＴとするときの（Ｒｆ−Ｒｇ）／Ｔ＝０．２５のデータを基準としている。
【００４８】
今、従来のタービンノズルの（Ｒｆ−Ｒｇ）／Ｔ＝０．２５を基準値としてパラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）／ＴのＲｇを増加させると、巻き上げ水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）は低くなる。この巻き上げ水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）が低くなるのは、図３に示すように、一点鎖線で示すダイヤフラム外輪２４の外周壁３３と隣りのタービンノズル２６ｂのスロート３１による交点ｇとのなす角度θｇが徐々に９０°に近付いて翼間流路２７に二次流れ渦３５に伴う背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７が生成され、これら背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７によりダイヤフラム外輪２４の外周壁３３等に付着した水滴を閉じ込めることを意味する。なお、実線で示すダイヤフラム外輪２４の外周壁３３の位置は、一方のタービンノズル２６ａの点ｆからタービン軸２１の中心Ｏを通る半径Ｒｆと、隣りのタービンノズル２６ｂのスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏを通る半径Ｒｇとがほぼ同一径になったときである。
【００４９】
一方、従来のタービンノズルの翼列損失ζ_0.25＝１．０とした場合、これを基準にパラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）／ＴのＲｇを増加させて行くと、これに伴って翼列損失比（ζ／ζ_0.25）も低くなり、パラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）Ｔ＝０〜０．０５の範囲、つまり隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇのＲｇが一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆの半径Ｒｆとほぼ同一径に近付くと、その比（ζ／ζ_0.25）は極小値になる。
【００５０】
しかし、Ｒｇをさらに増加させ、パラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）Ｔ＝−０．０５にすると、翼列損失比（ζ／ζ_0.25）は、従来のタービンノズルの翼列損失ζ_0.25＝１を超えて悪くなる。
【００５１】
翼列損失比（ζ／ζ_0.25）が従来のタービンノズルの翼列損失ζ_0.25＝１を超えて悪くなるのは、Ｒｇを増加させ、パラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）Ｔ＝−０．０５まで翼間流路２７に背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７の両方が生成され水滴を閉じ込めていたのに対し、Ｒｇをさらに増加させると、今度は一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆとダイヤフラム外輪２４の外周壁３３とのなす角度が鈍角になって腹側コーナ渦３７を生成できなくなり、水滴を閉じ込めておくことができなくなったものと考えられる。つまり、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に対し、一方のタービンノズル２６ａの腹側２９の後縁２８ａの点ｆと、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇとの関係は、一方が鋭角であれば、他方は鈍角になり、逆に他方が鋭角であれば一方は鈍角になる相関関係に起因すると考えられる。このため、本実施形態では、翼列損失比（ζ／ζ_0.25）および巻き上げ水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）の両方の効果的な適正値を勘案して、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇの半径Ｒｇを上式（１）に設定したものである。
【００５２】
したがって、本実施形態によれば、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇの半径Ｒｇを上式（１）の範囲に設定し、翼間流路２７に背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７の両方を生成させて水滴を閉じ込めタービン駆動蒸気の流れの乱れを少なくさせたので、翼性能を従来よりも一層向上させることができる。
【００５３】
図５は、タービンノズルにストレートリーン翼を適用した本発明に係る軸流タービンの第２実施形態を示す概略図である。なお、図１および図２の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００５４】
本実施形態に係る軸流タービン２０は、タービンノズル２６にストレートリーン翼を適用しているので、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとするとき、その半径Ｒｇが変動幅ΔＲｇの範囲内に設定され、その変動幅ΔＲｇの範囲が第１実施形態のそれと異なっている。すなわち、ストレートリーン翼を適用するタービンノズル２６は、図６に示すように、一方のタービンノズル２６ａと隣りのタービンノズル２６ｂとがタービン軸２１（タービン軸２１はもともと一つであるが、説明の便宜上、半径を表示する毎にタービン軸２１を複数表示する）の中心Ｏを通るラジアル線Ｘｒに対し、角度βでタービン軸２１の回転方向に傾斜しているので、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３も一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆからタービン軸２１の横断方向に平行な仮想線Ｈに対し、傾斜している。このため、本実施形態に係る軸流タービン２０では、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇを設定するにあたり、上式（１）にダイヤフラム外輪２４の外周壁３３が仮想線Ｈに対して傾斜した分だけ補正値として減算する必要がある。
【００５５】
この補正値は、タービンノズル２６の幾何学的形状から次のように算出される。
【００５６】
今、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇを延長させ、仮想線Ｈと交差する点ｈ₁とするとき、この点ｈ₁と一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆとの距離は、図２で示したスロート３１のタービン軸２１の中心Ｏに平行な軸線ｍとでなす角度αとするときのＴsin αに対応させることができる。
【００５７】
一方、タービン軸２１の中心Ｏを通るラジアル線Ｘｒを交点ｇから延長させ、仮想線Ｈと交差する点ｈ₂とするとき、この交点ｈ₂のスロート３１による交点ｇに対する高さは、Ｔ sinα sin β cosβとして求めることができる。このＴ sinα sin β cosβは、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３が仮想線Ｈに対し下り傾斜した分の補正値となる。
【００５８】
したがって、本実施形態に係る軸流タービン２０では、一方のタービンノズルノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｆとし、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとするとき、その半径Ｒｇを上式（１）から上述の補正値を減算した分として次式で設定することができる。つまり下り傾斜分だけ上式（１）よりも低い範囲になる。
【００５９】
【数８】

上式（２）は、タービンノズル２６がタービン軸２１の中心Ｏを通るラジアル線Ｘｒに対して傾斜するストレートリーン翼を適用しているため、その傾斜分を補正値として求めて上式（１）を修正したものであるから、第１実施形態で適用したタービンノズルと実質同一として扱うことができ、図４で示した翼列損失比（ζ／ζ_0.25）および巻き上げ水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）のデータをそのまま適用することができる。
【００６０】
図４で示したパラメータ（Ｒｆ−Ｒｇ）／Ｔは、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｇを増加させた場合、翼間流路２７に背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７の両方を生成できる限界を定めているから、その半径Ｒｇを上式（２）の範囲内に設定すれば背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７の両方を確実に生成することができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇの半径Ｒｇを上式（２）の範囲内に設定し、翼間流路２７に背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７の両方を生成させて水滴を閉じ込めタービン駆動蒸気の流れの乱れを少なくさせることができるので、ストレートリーン翼も第１実施形態に係るストレート翼と同様に、翼性能を従来よりも一層向上させることができる。
【００６２】
図７は、タービンノズルにコンパウンドリーン翼を適用した本発明に係る軸流タービンの第３実施形態を示す概略図である。なお、図１および図２の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６３】
本実施形態に係る軸流タービン２０は、タービンノズル２６にコンパウンドリーン翼を適用しているので、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとするとき、その半径Ｒｇが変動幅ΔＲｇの範囲内に設定され、その変動幅ΔＲｇの範囲が第１実施形態および第２実施形態のそれと異なっている。すなわち、コンパウンドリーン翼を適用するタービンノズル２６は、図８に示すように、一方のタービンノズル２６ａと隣りのタービンノズル２６ｂとがタービン軸２１（タービン軸２１はもともと一つであるが、説明の便宜上、半径を表示する毎にタービン軸２１を複数表示する）の中心Ｏを通るラジアル線Ｘｒに対し、角度βでタービン軸２１の回転方向と逆方向に傾斜しているので、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３も一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆからタービン軸２１の横断方向に平行な仮想線Ｈに対し、傾斜している。このため、本実施形態に係る軸流タービン２０では、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇを設定するにあたり、上式（１）にダイヤフラム外輪２４の外周壁３３が仮想線Ｈに対して傾斜した分だけ補正値として加算する必要がある。
【００６４】
この補正値は、第２実施形態の補正値と絶対値を同じくして符号が反対になる。
【００６５】
今、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０が仮想線Ｈと交差する点ｈ₁とするとき、この点ｈ₁と一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆとの距離は、図２で示したスロート３１のタービン軸２１の中心Ｏに平行な軸線ｍとでなす角度αとするときのＴ sinαに対応させることができる。
【００６６】
一方、タービン軸２１の中心Ｏを通るラジアル線Ｘｒを点ｈ₁から延長させ、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｆと同一径になる位置を点ｈ₂とするとき、この点ｈ₂の仮想線Ｈに対する高さは、Ｔ sinα sinβ cosβとして求めることができる。このＴ sinα sinβ cosβは、第２実施形態と同様に、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３が仮想線Ｈに対し上り傾斜した分の補正値となる。
【００６７】
したがって、本実施形態に係る軸流タービン２０では、一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｆとし、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇからタービン軸２１の中心Ｏまでの半径Ｒｇとするとき、その半径Ｒｇを上式（１）から上述の補正値を加算した分として次式で設定することができる。つまり、上り傾斜分だけ上式（１）よりも高い範囲になる。
【００６８】
【数９】

上式（３）も第２実施形態と同様にラジアル線Ｘｒに対して上り傾斜分を補正値として求めて上式（１）を修正したものであるから、第１実施形態で適用したタービンノズルと実質同一として扱うことができ、図４で示した翼列損失比（ζ／ζ_0.25）および巻き上げ水滴量比（Ｇ／Ｇ_0.25）のデータをそのまま適用することができる。
【００６９】
したがって、本実施形態は、隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０のスロート３１による交点ｇの半径Ｒｇを上式（３）の範囲内に設定し、翼間流路２７の背側コーナ渦３６および腹側コーナ渦３７の両方を生成させて水滴を閉じ込めタービン駆動蒸気の流れの乱れを少なくさせることができるので、コンパウンドリーン翼も第１実施形態に係るストレート翼および第２実施形態に係るストレートリーン翼と同様に、翼性能を従来よりも一層向上させることができる。
【００７０】
図９は、タービンノズルにストレート翼、ストレートリーン翼およびコンパウンドリーン翼のいずれかを適用した本発明に係る軸流タービンの第４実施形態を示す一部切欠概略平面図である。なお、図１および図２の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７１】
本実施形態に係る軸流タービン２０は、ダイヤフラム外輪２４の外周壁３３と、一方のタービンノズル２６ａおよび隣りのタービンノズル２６ｂとが接続する接続拡開端線Ｓｓの外周壁３３に、各タービンノズル２６ａ，２６ｂの背側３０ａ，３０ｂに沿って吸入開口３８ａ，３８ｂをそれぞれ設けたものである。
【００７２】
本実施形態では、タービン駆動蒸気の膨張仕事中に生成される水滴がダイヤフラム外輪２４の外周壁３３と各タービンノズル２６ａ，２６ｂの背側３０ａ，３０ｂとのコーナ部分に比較的多く集まることに着目したもので、接続拡開端線Ｓｓの外周壁３３に吸入開口３８ａ，３８ｂを設けることにより、より多くの水滴を取り除くことができる。
【００７３】
したがって、本実施形態によれば、接続拡開端線Ｓｓの外周壁３３の周辺に付着する水滴を吸入開口３８ａ，３８ｂで取り除き、二次流れに伴う二次流れ渦による水滴の巻き上げを抑制し、タービン駆動蒸気の流れを安定化させたので、翼性能を従来よりもより一層向上させることができる。
【００７４】
図１０は、タービンノズルにストレート翼、ストレートリーン翼およびコンパウンドリーン翼のいずれかを適用した本発明に係る軸流タービンの第５実施形態を示す一部切欠概略平面図である。なお、図１および図２の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７５】
本実施形態に係る軸流タービン２０では、前段落のタービン動翼の遠心力で次段落の各タービンノズル２６ａ，２６ｂの後縁２８ａ，２８ｂ側に飛来する水滴を取り除くために、一方のタービンノズル２６ａの後縁２８ａの点ｆから隣りのタービンノズル２６ｂの背側３０ｂに向って真直ぐに延びる交点ｇとで形成するスロート３１に沿ってダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に吸入開口３９を設けたものである。
【００７６】
したがって、本実施形態によれば、各タービンノズル２６ａ，２６ｂの後縁２８ａ，２８ｂに比較的多く集まる水滴を除去する吸入開口３９をスロート３１に沿ってダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に設け、二次流れに伴う二次流れ渦による後縁２８ａ，２８ｂ側の外周壁３３に付着する水滴の巻き上げ防止を図ってタービン駆動蒸気の流れの乱れを少なくしたので、翼性能を従来よりもより一層向上させることができる。なお、本実施形態は、吸入開口３９をスロート３１に沿ってダイヤフラム外輪２４の外周壁３３に設けたことで説明したが、これに限らず、例えば図９で示した各タービンノズル２６ａ，２６ｂの背側３０ａ，３０ｂに沿って設けた吸入開口３８ａ，３８ｂと組み合せると水滴をより一層多く取り除くことができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係る軸流タービンは、タービン軸の周方向に沿って配置した複数のタービンノズルの、一方のタービンノズルの前縁および隣りのタービンノズルの前縁のタービン軸の中心からの半径を同一径にするとともに、一方のタービンノズルの後縁および隣りのタービンノズルの後縁のタービン軸の中心からの半径を同一径にし、一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンノズルの背側に向うスロートの、そのスロートの交点を、一方のタービンノズルの後縁のタービン軸の中心までの半径よりも高く設定し、一方のタービンノズルと隣りのタービンノズルとで形成する翼間流路のコーナ部分が上記スロートにおいてほぼ角度９０度となるように形成し、コーナ渦を生成させ、コーナ渦によりダイヤフラム外輪の外周壁等に付着する水滴を閉じ込めてタービン駆動蒸気の流れの乱れを少なくさせる構成にしたので、タービンノズルにストレート翼、ストレートリーン翼およびコンパウンドリーン翼のいずれをも適用しても翼性能を従来よりもより一層向上させることができる。
【００７８】
また、本発明に係る軸流タービンは、タービン軸の周方向に沿って配置した複数のタービンノズルの背側に沿ってダイヤフラム外輪の外周壁に設けた吸入開口および一方のタービンノズルの後縁から隣りのタービンノズルの背側に向うスロートに沿ってダイヤフラム外輪の外周壁に設けた吸入開口の少なくとも一方を備えているので、タービン駆動蒸気の膨張仕事中に生成される水滴を確実に取り除くことができ、タービン駆動蒸気の流れを安定化させて翼性能を従来よりも一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タービンノズルにストレート翼を適用した本発明に係る軸流タービンの第１実施形態を示す概略図。
【図２】図１のＣ−Ｃ矢視方向から切断したタービンノズルの概略平面図。
【図３】図２のタービンノズルのスロート側から観察した模式図。
【図４】本発明に係る軸流タービンの翼列損失非およびその巻き上げ水滴量比を示すグラフ。
【図５】タービンノズルにストレートリーン翼を適用した本発明に係る軸流タービンの第２実施形態を示す概略図。
【図６】図５のタービンノズルのスロート側から観察した模式図。
【図７】タービンノズルにコンパウンドリーン翼を適用した本発明に係る軸流タービンの第３実施形態を示す概略図。
【図８】図７のタービンノズルのスロート側から観察した模式図。
【図９】本発明に係る軸流タービンの第４実施形態を示す一部切欠概略平面図。
【図１０】本発明に係る軸流タービンの第５実施形態を示す一部切欠概略平面図。
【図１１】従来の軸流タービンの実施形態を示す概略図。
【図１２】タービンノズルにストレート翼を適用した従来の軸流タービンの後縁側から観察した概略断面図。
【図１３】タービンノズルにストレートリーン翼を適用した従来の軸流タービンの後縁側から観察した概略断面図。
【図１４】タービンノズルにコンパウンドリーン翼を適用した従来の軸流タービンの後縁側から観察した概略断面図。
【図１５】図１のＡ−Ａ矢視方向から切断したタービンノズルの概略平面図。
【図１６】タービンノズルにストレート翼を適用した場合、図１５のタービンノズルのスロート側から観察した模式図。
【図１７】タービンノズルにストレートリーン翼を適用した場合、図１５のタービンノズルのスロート側から観察した模式図。
【図１８】タービンノズルにコンパウンドリーン翼を適用した場合、図１５のタービンノズルのスロート側から観察した模式図。
【図１９】従来の軸流タービンの別の実施形態を示す一部切欠部分断面図。
【図２０】従来の軸流タービンのさらに別の実施形態を示す一部切欠概略斜視図。
【図２１】図２０のＢ−Ｂ矢視方向から切断したタービンノズルの概略平面図。
【符号の説明】
１タービン軸
２ディスク
３タービン動翼
４タービンノズル
５ダイヤフラム外輪
６ダイヤフラム内輪
７段落
８後縁
９外周壁
１０翼間流路
１１腹側
１２背側
１３スロート
１４二次流れ渦
１５コーナ渦
１６水障壁部
１７吸入開孔
１８吸入開口
２０軸流タービン
２１タービン軸
２２ディスク
２３タービン動翼
２４ダイヤフラム外輪
２５ダイヤフラム内輪
２６タービンノズル
２７翼間流路
２８ａ，２８ｂ後縁
２９腹側
３０背側
３１スロート
３２ａ，３２ｂ前縁
３３外周壁
３４段落
３５二次流れ渦
３６背側コーナ渦
３７腹渦
３８ａ，３８ｂ吸入開口
３９吸入開口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an axial-flow turbine, and more particularly to an axial-flow turbine that improves performance of blades in a low-pressure stage by confining water droplets attached to an outer peripheral wall of a turbine nozzle and a diaphragm outer ring that supports the turbine nozzle.
[0002]
[Prior art]
In general, in an axial flow turbine, a paragraph in which a turbine nozzle and a turbine rotor blade are combined is formed in a plurality of stages along the axial direction of the turbine shaft. The energy is converted into mechanical energy. As an example, there is a structure shown in FIG.
[0003]
The axial flow turbine is composed of a turbine rotor blade 3 implanted in a disk 2 integrally formed with the turbine shaft 1 and a turbine nozzle 4 disposed upstream thereof and supported by a diaphragm outer ring 5 and a diaphragm inner ring 6. The paragraph 7 is provided in a plurality of stages along the axial direction of the turbine shaft 1, the expansion work is applied to the steam in each paragraph, rotational torque is applied to the turbine shaft 1, and other prime movers such as a generator are installed. It is designed to rotate.
[0004]
Further, the diaphragm outer ring 5 that supports the turbine nozzle 4 has a specific volume that increases as the thermal energy decreases as the steam expands in each stage. In order to realize this, an expanded flow path having a flare angle is formed.
[0005]
As described above, the axial turbine includes a plurality of stages 7 along the turbine shaft 1, and when the steam flows along each stage, a large axial flow speed can be secured, so that the output can be increased. It is suitable and is used in many practical applications today.
[0006]
However, even in an axial turbine suitable for high output, the thermal energy of steam is lost in each stage, so water droplets are generated in the steam as it approaches the low pressure stage, especially the final stage. It is recognized that it can cause blade performance degradation or blade erosion problems.
[0007]
In particular, in an axial flow turbine applied to a power plant, a high pressure turbine, an intermediate pressure turbine, and a low pressure turbine are connected to one shaft as a power train, and the output per stage of the low pressure turbine is connected to the high pressure turbine and the intermediate pressure turbine. Considering that it is extremely high, it is important to eliminate the above-mentioned problems occurring in the low-pressure turbine to improve the performance and reliability of the entire turbine.
[0008]
In an axial turbine, particularly a low pressure turbine, which has coped with such a problem, the rear edge 8 of the turbine nozzle 4 supported by the diaphragm outer ring 5 and the diaphragm inner ring 6 is arranged at the center of the turbine shaft 1 as shown in FIG. Based on a so-called straight blade formed along a radial line (blade height direction line) Xr passing through O, as shown in FIG. 14, the trailing edge 8 of the turbine nozzle 4 is connected to the radial axis Xr with respect to the radial axis Xr. As shown in FIG. 14, a so-called compound lean blade that tilts the trailing edge 8 of the turbine nozzle 4 in a curved shape in the rotational direction of the turbine shaft 1 with respect to the radial line Xr as shown in FIG. The blade performance has been improved compared to the straight wing described above.
[0009]
However, even in a low-pressure turbine that has achieved such development, even if it is impossible to completely eliminate the water droplets generated when steam passes through each stage, the generation of water droplets is less than before. More research is underway and is currently in the search stage.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The water droplets generated in the preceding paragraph are blown off and flown into the turbine nozzle 4 by the centrifugal force of the turbine rotor blade in the preceding paragraph. In this case, when the trajectory of the water droplet is closely observed, it is divided into three according to the size relationship of the particle diameters as shown in FIG. Water droplet P with very small particle size ₁ Rides on the flow of steam and passes through the inter-blade flow path of the turbine nozzle 4 as shown by the two-dot chain line in the figure. Also, water droplets P having a relatively small particle diameter ₂ Although the steam flows between the turbine rotor blade in the preceding paragraph and the turbine nozzle 4 in the next paragraph, the steam flow cannot be overcome in the flow path between the blades of the turbine nozzle 4, as shown by the dashed line in the figure. To the turbine nozzle 4. Furthermore, water droplets P having a relatively large particle diameter _Three As shown by the broken line in the figure, it is recognized that it adheres to the outer peripheral wall 9 expanded toward the wake of the diaphragm outer ring 5.
[0011]
Water drop P behaving in this way ₁ , P ₂ , P _Three On the other hand, as shown in FIG. 15, the turbine nozzle 4 includes a plurality of blades along the circumferential direction of the center O of the turbine shaft 1, and a blade between one turbine nozzle 4 a and the adjacent turbine nozzle 4 b among them. An inter-flow channel 10 is formed, and expansion work is performed on the steam passing through the inter-blade flow channel 10.
[0012]
Further, the inter-blade channel 10 has a point f at the ventral side 11 of the trailing edge 8a of one turbine nozzle 4a and a point extending straight from the point f toward the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4b. Assuming g, the point f and the intersection point g are formed as a throat (narrowest path) 13.
[0013]
When observed from the throat 13, the relative blade height relationship between the point f of one turbine nozzle 4 a and the intersection g of the adjacent turbine nozzle 4 b was observed from the axial direction (meridional plane) shown in FIG. 11. When corresponding to the turbine nozzle 4, a radius Rg from the intersection point g to the center O of the turbine shaft 1 is set, and a radius Rf from the point f to the center O of the turbine shaft 1 is set at one of the turbine nozzles 4 a at the intersection point g. Even if the radius to the center O of the turbine shaft 1 and the radius to the center O of the turbine shaft 1 of the adjacent turbine nozzle 4b are the same, the intersection point g of the adjacent turbine nozzle 4b and the rear edge 8b are compared. Since the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 is expanded, Rf> Rg. For this reason, as shown in FIG. 16, the inter-blade channel 10 is formed by an angle θ between the ventral side 11 of one turbine nozzle 4 a and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5. ₁₁ Is an acute angle, the angle θ formed between the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4b and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 ₁₂ Becomes an obtuse angle of about 130 °, and when observed with reference to the throat 13, the spatial region S ₁ Is forming.
[0014]
However, the turbine nozzle 4 is an inter-blade channel 10, and an angle θ formed between the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4 b and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5. ₁₂ When the angle becomes obtuse, it is difficult to further improve the blade performance. For example, the article “Recent Prog-ress in the Understanding of Basic Aspects of Secondary Flows in Turbine Blade Passages” published by Transaction of ASME, Journal of Engineering. for Gas Turbine and Power, Vol.107, pp.248-217, 1985), when the turbine-driven steam flows through the inter-blade channel 10, the space region S ₁ A so-called secondary flow is generated from the abdomen side 11 of one of the turbine nozzles 4a toward the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4b, and as shown in FIG. And the acute angle θ between the secondary flow vortex 14, the ventral side 11 of one turbine nozzle 4 a and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5. ₁₁ It is reported that a corner vortex 15 that reverses the direction of swirling occurs in the part. The corner vortex 15 has a function of confining water droplets adhering to the outer peripheral wall 9 and the ventral side 11 of the one turbine nozzle 4a or the diaphragm outer ring 5.
[0015]
However, the obtuse angle θ between the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4b and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 is ₁₂ Therefore, the corner vortex 15 cannot be generated, so that the water droplets adhering to the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 are wound up by the secondary flow vortex 14, and the flow of the turbine driven steam is disturbed at this time. This is the reason why the blade performance cannot be improved. The turbine nozzle 4 shown in FIGS. 11, 12, and 16 is the same with only the observation direction position changed, and a straight blade is applied as its profile.
[0016]
Further, when the straight lean blade shown in FIG. 13 is observed from the direction of the throat 13 in relation to the blade height of one turbine nozzle 4a and the adjacent turbine nozzle 4b in FIG. Further, a radius Rf from a point f on the ventral side 11 of one turbine nozzle 4a to the center O of the turbine shaft 1 and a radius Rg from an intersection point g on the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4b to the center O of the turbine shaft 1 are set. When Rf> Rg, the spatial region S ₂ Form. For this reason, the inter-blade flow path 10 of the straight lean blade also has an angle θ formed by the ventral side 11 of one turbine nozzle 4a and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 in the same manner as that of the straight blade described above. _{twenty one} Becomes an acute angle to generate a corner vortex 15, whereas an angle θ formed between the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4 b and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5. _{twenty two} However, the corner vortex 15 cannot be generated due to an obtuse angle of about 120 °, water droplets adhering to the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 cannot be confined, and the blade performance cannot be further improved. It has become.
[0017]
Further, the compound drain wing shown in FIG. 14 also has a spatial region S of Rf> Rg as shown in FIG. _Three And an angle θ formed between the ventral side 11 of one turbine nozzle 4a and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 ₃₁ Becomes an acute angle to generate a corner vortex 15, whereas an angle θ formed between the back side 12 of the adjacent turbine nozzle 4 b and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5. ₃₂ However, it becomes an obtuse angle of about 140 ° and the corner vortex 15 cannot be generated, and the blade performance cannot be improved as described above.
[0018]
As a technique for preventing water droplets adhering to the back side 12 of the turbine nozzle 4 and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 from being wound up by the secondary flow vortex 14, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-246205 and Japanese Patent Publication No. 49-9522. A gazette has already been published.
[0019]
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-246205, as shown in FIG. 19, a water barrier portion 16 is provided on the back side 12 of the turbine nozzle 4, and the water barrier portion 16 and the outer peripheral wall 9 of the diaphragm outer ring 5 are provided. Although water droplets are confined between them, the presence of the water barrier portion 16 disturbs the flow of the turbine-driven steam, and there is a problem that the blade performance cannot be further improved.
[0020]
Further, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 49-9522, as shown in FIG. 20, as shown in FIG. 20, suction apertures 17 are provided on the ventral side 11 and the back side 12 of the turbine nozzle 4 to attract water droplets inside the turbine nozzle 4. However, as shown in FIG. 21, it is not possible to remove water droplets flying from the moving blades of the previous paragraph and adhering to the downstream side of the suction opening 18 of the diaphragm outer ring 5, so that the secondary flow vortex is removed. The flow of the water droplets disturbs the flow of turbine-driven steam, making it difficult to improve blade performance more than before.
[0021]
The present invention has been made on the basis of such a technical background. The corner portion of the flow path between the blades is formed to have an angle of approximately 90 °, while the corner vortex is formed at the corner portion of the angle of approximately 90 °. It is an object of the present invention to provide an axial turbine in which water droplets adhering to the outer peripheral wall of a turbine nozzle or a diaphragm outer ring are confined by the generation, and the blade performance of the turbine nozzle is further improved.
[0022]
Another object of the present invention is to provide an axial flow turbine in which water droplets adhered to the turbine nozzle are reliably removed to further improve the blade performance of the turbine nozzle.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an axial turbine according to the present invention is a turbine that is supported by a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring and arranged in an annular row along the circumferential direction of the turbine shaft. The nozzle has a trailing edge that extends along a radial line passing through the center of the turbine shaft, and a connecting widening end line that widens the support end of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring from the leading edge of the turbine nozzle toward the trailing edge. An axial flow turbine having a turbine rotor blade formed on a turbine shaft disk corresponding to the turbine nozzle, wherein the turbine nozzle has a leading edge of one turbine nozzle and an outer periphery of the diaphragm outer ring. Radius from the connecting end to the wall to the center of the turbine shaft, the front edge of the adjacent turbine nozzle, and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring A radius from the connecting end of the turbine shaft to the center of the turbine shaft, and a radius from the connecting end of the rear edge of the one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, The radius from the connecting end of the rear edge of the adjacent turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft is the same, while the rear edge of the one turbine nozzle is adjacent to the adjacent turbine nozzle. The radius to the center of the turbine shaft at the intersection of the throat toward the back of the turbine is set to be higher than the connection widening end line of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring that supports the one turbine nozzle. The corner portion of the inter-blade channel formed by the outer peripheral wall, the ventral side of the one turbine nozzle, and the back side of the other turbine nozzle is formed at an angle of approximately 90 degrees in the throat. Is.
[0024]
In order to achieve the above object, according to the axial flow turbine of the present invention, as described in claim 2, the center of the turbine shaft at the intersection of the throat from the rear edge of one turbine nozzle toward the back side of the adjacent turbine is provided. Is a radius Rf from the connecting end of the rear edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and the rear edge of one turbine nozzle and the rear edge of the adjacent turbine nozzle When the pitch T is
[Expression 4]

It is set in the range.
[0025]
In order to achieve the above object, an axial turbine according to the present invention is a turbine supported by a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring and arranged in an annular row along the circumferential direction of the turbine shaft. The rear edge of the nozzle is tilted in the direction of rotation with respect to a radial line passing through the center of the turbine shaft, and the support end of the outer peripheral wall of the outer ring diaphragm is expanded from the front edge of the turbine nozzle toward the rear edge. An axial flow turbine having a turbine rotor blade that is formed on a connection widened end line and that is fitted to a disk of the turbine shaft so as to correspond to the turbine nozzle, wherein the leading edge of one of the turbine nozzles And the radius from the connecting end of the outer ring wall of the diaphragm to the center of the turbine shaft, the front edge of the adjacent turbine nozzle, and the diaphragm The radius from the connecting end of the outer peripheral wall of the ram outer ring to the center of the turbine shaft is made the same diameter, and the connecting end of the rear edge of the one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring is connected to the turbine shaft. The radius to the center and the radius from the connecting end of the rear edge of the adjacent turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft are the same, while the rear edge of the one turbine nozzle The radius from the intersection of the throat toward the back side of the adjacent turbine nozzle to the center of the turbine shaft is set to be higher than the connection open end line of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring supporting the one turbine nozzle. The corner portion of the inter-blade channel formed by the outer peripheral wall, the ventral side of the one turbine nozzle, and the back side of the other turbine nozzle is formed at an angle of approximately 90 degrees in the throat. Is.
[0026]
In order to achieve the above object, according to the axial flow turbine of the present invention, as described in claim 4, the turbine shaft at the intersection of the throats from the trailing edge of one turbine nozzle toward the back side of the adjacent turbine nozzle is provided. The radius Rg to the center is a radius Rf from the connection end of the rear edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and the rear edge of one turbine nozzle and the rear edge of the adjacent turbine nozzle And the angle α formed with the axis parallel to the center of the turbine axis of the throat, and the angle β formed with the radial line passing through the center of the turbine shaft at the trailing edge of the adjacent turbine nozzle,
[Equation 5]

It is set in the range.
[0027]
In order to achieve the above object, an axial turbine according to the present invention is as described in claim 5, Diaphragm outer ring And the turbine nozzles supported by the inner ring of the diaphragm and arranged in an annular row along the circumferential direction of the turbine shaft, the trailing edge thereof is bent in a curved shape toward the rotational direction with respect to a radial line passing through the center of the turbine shaft. The support end of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring is formed as a connection widening end line that widens from the front edge to the rear edge of the turbine nozzle, and is installed in the disk of the turbine shaft so as to correspond to the turbine nozzle. In the axial flow turbine provided with the turbine rotor blade, a radius from the connection end of the front edge of one of the turbine nozzles to the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft among the turbine nozzles, and the adjacent turbine While making the radius from the connecting edge of the front edge of the nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft the same diameter, The radius from the connection end between the rear edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and the connection end between the rear edge of the adjacent turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring The radius to the center of the turbine shaft is made the same diameter, while the radius from the rear edge of the one turbine nozzle to the center of the turbine shaft at the intersection of the throat toward the back side of the adjacent turbine nozzle is Set higher than the connection open end line of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring that supports one turbine nozzle The corner portion of the inter-blade channel formed by the outer peripheral wall, the ventral side of the one turbine nozzle, and the back side of the other turbine nozzle is formed at an angle of approximately 90 degrees in the throat. Is.
[0028]
In order to achieve the above object, according to the axial flow turbine of the present invention, as described in claim 6, the turbine shaft at the intersection of the throat from the trailing edge of one turbine nozzle toward the back side of the adjacent turbine nozzle is provided. The radius Rg to the center is a radius Rf from the connection end of the rear edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and the rear edge of one turbine nozzle and the rear edge of the adjacent turbine nozzle And the angle α formed with the axis parallel to the center of the turbine axis of the throat, and the angle β formed with the radial line passing through the center of the turbine shaft at the trailing edge of the adjacent turbine nozzle,
[Formula 6]

It is set in the range.
[0029]
In order to achieve the above object, an axial turbine according to the present invention provides, as described in claim 7, The axial turbine according to any one of claims 1 to 6, A suction opening formed along the back side of the turbine nozzle is provided on the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring.
[0030]
In order to achieve the above object, an axial turbine according to the present invention provides, as described in claim 8, The axial flow turbine according to any one of claims 1 to 7, In the axial turbine, a suction opening formed along the throat from the rear edge of one turbine nozzle to the back side of the adjacent turbine nozzle is provided in the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring. .
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an axial turbine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an axial turbine according to the present invention in which straight blades are applied to a turbine nozzle. FIG. 1 shows an axial flow turbine observed from the axial direction of the turbine shaft (the meridian plane).
[0040]
This axial flow turbine 20 includes a turbine rotor blade 23 implanted in a disk 22 formed integrally with a turbine shaft 21, and a turbine nozzle 26 disposed on the upstream side thereof and supported by a diaphragm outer ring 24 and a diaphragm inner ring 25. The turbine blades 23 and the turbine nozzle 26 form a paragraph 34. The paragraph 34 is formed in a plurality of stages along the axial direction of the turbine shaft 21.
[0041]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the turbine nozzle 26 is arranged as an annular blade row from the center O of the turbine shaft 21 along the circumferential direction. The turbine nozzle 26 arranged as an annular blade row forms a blade-to-blade channel 27 between one turbine nozzle 26a and the adjacent turbine nozzle 26b. The inter-blade channel 27 has a point f at the ventral side 29 of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a, and a point extending straight from the point f toward the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is an intersection point g. Then, a throat (narrowest path) 31 is formed between the point f and the intersection point g.
[0042]
The blade height relative relationship between the front edge 32a of one turbine nozzle 26a and the front edge 32b of the turbine nozzle 26b when observed from the throat 31 is the turbine observed from the axial direction (meridian plane) shown in FIG. When corresponding to the nozzle 26, both the intersection i with the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 and the radius Ri to the center O of the turbine shaft 21 have the same diameter.
[0043]
Further, if the relative height relationship between the rear edge 28a of one turbine nozzle 26a and the rear edge 28b of the adjacent turbine nozzle 26b corresponds to the turbine nozzle 26 of FIG. 1, the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 When the radius Rf is from the intersection point f to the center O of the turbine shaft 21, both have the same diameter.
[0044]
On the other hand, the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b shown in FIG. 2 is set so as to be located within the range of the fluctuation range ΔRg when corresponding to the turbine nozzle 26 of FIG. The intersection point g by the throat 31 positioned within the range of the fluctuation range ΔRg is a radius Rg to the center O of the turbine shaft 21, and a radius Rf from the point f of the trailing edge 28b to the center O of the turbine shaft 21, and FIG. When the pitch T between the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a and the trailing edge 28b of the adjacent turbine nozzle 26b shown in FIG.
[Expression 7]

Is set within the range.
[0045]
In the present embodiment, a radius Rg passing through the center O of the turbine shaft 21 at the intersection g by the throat 31 from the ventral side 29 of the rear edge 28a of one turbine nozzle 26a toward the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is expressed by the above formula ( 1), the connection widening end line Sp connecting one turbine nozzle 26a to the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 is formed by a broken line as shown in FIG. A connection widening end line Ss that connects the turbine nozzle 26b to the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 is formed by an alternate long and short dashed line, and a connection widening end line Ss in the adjacent turbine nozzle 26b is a connection widening end line in one turbine nozzle 26a. It is formed higher than Sp.
[0046]
The above equation (1) is set based on the following reason.
[0047]
FIG. 4 shows the blade row loss ratio (ζ / ζ _0.25 ) And the water droplet amount ratio (G / G) by which the water droplets adhering to the outer peripheral wall 33 of the turbine nozzle 26 and the diaphragm outer ring 24 are rolled up by the secondary flow vortex. _0.25 ) In the cascade wind tunnel test. This graph shows cascade loss ratio (ζ / ζ _0.25 ), Water drop volume ratio (G / G _0.25 ), And the horizontal axis represents the parameter (Rf−Rg) / T when the intersection point g by the throat 31 is varied. In the cascade loss ratio and the roll-up water drop ratio, ζ _0.25 , G _0.25 Indicates the data of a conventional turbine nozzle, and the suffix 0.25 is a radius Rf from the center of the turbine shaft to the trailing edge of one turbine nozzle in the conventional turbine nozzle, and after one turbine nozzle. Based on the data of (Rf−Rg) /T=0.25 when the radius Rg of the intersection g by the throat from the edge toward the back side of the adjacent turbine nozzle and the pitch T between the rear edges of each turbine nozzle Yes.
[0048]
Now, when the Rg of the parameter (Rf−Rg) / T is increased with (Rf−Rg) /T=0.25 of the conventional turbine nozzle as a reference value, the rolled water droplet amount ratio (G / G _0.25 ) Is lower. This roll-up water drop ratio (G / G _0.25 3), as shown in FIG. 3, the angle θg formed between the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 indicated by the alternate long and short dash line and the intersection g of the throat 31 of the adjacent turbine nozzle 26b gradually approaches 90 °. A back side corner vortex 36 and a ventral side corner vortex 37 associated with the secondary flow vortex 35 are generated in the inter-blade channel 27, and the back side corner vortex 36 and the ventral side corner vortex 37 are formed on the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24. It means that the attached water droplets are confined. The position of the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 indicated by a solid line is determined from the radius Rf passing through the center O of the turbine shaft 21 from the point f of one turbine nozzle 26a and the intersection g by the throat 31 of the adjacent turbine nozzle 26b. This is when the radius Rg passing through the center O of the shaft 21 is substantially the same.
[0049]
On the other hand, conventional turbine nozzle cascade loss ζ _0.25 = 1.0, when the Rg of the parameter (Rf−Rg) / T is increased based on this, the cascade loss ratio (ζ / ζ _0.25 ) Is also low, and the range of the parameter (Rf−Rg) T = 0 to 0.05, that is, the Rg of the intersection g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is the value of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a. When approaching the same diameter as the radius Rf of the point f, the ratio (ζ / ζ _0.25 ) Is a local minimum.
[0050]
However, when Rg is further increased and the parameter (Rf−Rg) T = −0.05, the cascade loss ratio (ζ / ζ _0.25 ) Cascade loss ζ of conventional turbine nozzle _0.25 = Worse than 1
[0051]
Cascade loss ratio (ζ / ζ _0.25 ) Is the blade loss ζ of the conventional turbine nozzle _0.25 What worsens above = 1 is that Rg is increased and both the dorsal corner vortex 36 and ventral corner vortex 37 are generated in the inter-blade channel 27 until the parameter (Rf−Rg) T = −0.05. If Rg is further increased while water droplets are confined, the angle formed by the point f of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a and the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 becomes an obtuse angle and the ventral corner It is considered that the vortex 37 cannot be generated and the water droplet cannot be confined. That is, with respect to the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24, the relationship between the point f on the rear edge 28a of the ventral side 29 of one turbine nozzle 26a and the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is If one is an acute angle, the other is obtuse, and conversely, if the other is an acute angle, one is obtuse. For this reason, in this embodiment, the cascade loss ratio (ζ / ζ _0.25 ) And roll-up water drop ratio (G / G _0.25 ), The radius Rg of the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is set in the above equation (1).
[0052]
Therefore, according to the present embodiment, the radius Rg of the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is set in the range of the above equation (1), and the back side corner vortex 36 is set in the inter-blade channel 27. Further, since both the turbulent corner vortex 37 and the water droplets are confined to reduce the disturbance of the turbine-driven steam flow, the blade performance can be further improved.
[0053]
FIG. 5 is a schematic view showing a second embodiment of the axial turbine according to the present invention in which straight lean blades are applied to the turbine nozzle. Parts that are the same as or correspond to the components shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0054]
In the axial turbine 20 according to the present embodiment, straight lean blades are applied to the turbine nozzle 26, so that the radius from the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26 b to the center O of the turbine shaft 21. When Rg is set, the radius Rg is set within the range of the fluctuation range ΔRg, and the range of the fluctuation range ΔRg is different from that of the first embodiment. That is, as shown in FIG. 6, the turbine nozzle 26 to which straight lean blades are applied has one turbine nozzle 26 a and the adjacent turbine nozzle 26 b in the turbine shaft 21 (the turbine shaft 21 is originally one, For convenience, each time the radius is displayed, a plurality of turbine shafts 21 are displayed) with respect to the radial line Xr passing through the center O in the rotational direction of the turbine shaft 21 at an angle β. Inclined Therefore, the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 is also inclined with respect to a virtual line H parallel to the transverse direction of the turbine shaft 21 from the point f of the rear edge 28a of one turbine nozzle 26a. For this reason, in the axial flow turbine 20 according to the present embodiment, when setting the intersection g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b, the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 is represented by the phantom line in the above equation (1). It is necessary to subtract as a correction value the amount inclined with respect to H.
[0055]
This correction value is calculated from the geometric shape of the turbine nozzle 26 as follows.
[0056]
Now, the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is extended and intersects the virtual line H ₁ When this point h ₁ 2 and the point f of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a corresponds to Tsin α when the angle α is formed with the axis m parallel to the center O of the turbine shaft 21 of the throat 31 shown in FIG. Can be made.
[0057]
On the other hand, a radial line Xr passing through the center O of the turbine shaft 21 is extended from the intersection point g and intersects the virtual line H. ₂ When this intersection h ₂ Can be obtained as T sinα sin β cosβ. This T sinα sin β cosβ is a correction value corresponding to the inclination of the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 with respect to the virtual line H.
[0058]
Therefore, in the axial flow turbine 20 according to the present embodiment, the radius Rf from the point f of the trailing edge 28a of one turbine nozzle nozzle 26a to the center O of the turbine shaft 21 is set, and the throat on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is used. When the radius Rg from the intersection point g by 31 to the center O of the turbine shaft 21 is set, the radius Rg can be set by the following equation as the amount obtained by subtracting the correction value from the above equation (1). That is, it becomes a range lower than the above equation (1) by the downward inclination.
[0059]
[Equation 8]

In the above equation (2), since the straight lean blade in which the turbine nozzle 26 is inclined with respect to the radial line Xr passing through the center O of the turbine shaft 21 is applied, the inclination is obtained as a correction value and the above equation (1) is obtained. ) Is corrected, it can be treated as substantially the same as the turbine nozzle applied in the first embodiment, and the cascade loss ratio (ζ / ζ) shown in FIG. _0.25 ) And roll-up water drop ratio (G / G _0.25 ) Data can be applied as it is.
[0060]
The parameter (Rf−Rg) / T shown in FIG. 4 is obtained when the radius Rg from the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26 b to the center O of the turbine shaft 21 is increased. Since the limit that can generate both the dorsal corner vortex 36 and the ventral corner vortex 37 is determined in the path 27, if the radius Rg is set within the range of the above equation (2), the dorsal corner vortex 36 and the ventral side are set. Both corner vortices 37 can be reliably generated.
[0061]
Thus, in the present embodiment, the radius Rg of the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is set within the range of the above formula (2), and the back side corner vortex is added to the inter-blade channel 27. Since both the 36 and the ventral corner vortex 37 are generated to confine water droplets and the turbulence of the turbine-driven steam flow can be reduced, the straight-lean blade has the same blade performance as the straight blade according to the first embodiment. This can be improved further than before.
[0062]
FIG. 7 is a schematic view showing a third embodiment of the axial-flow turbine according to the present invention in which compound drain blades are applied to the turbine nozzle. Parts that are the same as or correspond to the components shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0063]
In the axial flow turbine 20 according to the present embodiment, since the compound drain blade is applied to the turbine nozzle 26, the radius from the intersection g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26 b to the center O of the turbine shaft 21. When Rg is set, the radius Rg is set within the range of the fluctuation range ΔRg, and the range of the fluctuation range ΔRg is different from that of the first embodiment and the second embodiment. That is, in the turbine nozzle 26 to which the compound drain blade is applied, as shown in FIG. 8, one turbine nozzle 26a and the adjacent turbine nozzle 26b are the turbine shaft 21 (the turbine shaft 21 is originally one. For convenience, each time the radius is displayed, a plurality of turbine shafts 21 are displayed) and the radial line Xr passing through the center O is inclined at an angle β in the direction opposite to the rotational direction of the turbine shaft 21. The outer peripheral wall 33 is also inclined with respect to a virtual line H parallel to the transverse direction of the turbine shaft 21 from the point f of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a. For this reason, in the axial flow turbine 20 according to the present embodiment, when setting the intersection g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b, the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 is represented by the phantom line in the above equation (1). It is necessary to add as a correction value the amount inclined with respect to H.
[0064]
This correction value has the same absolute value as the correction value of the second embodiment, but has the opposite sign.
[0065]
Now, the point h at which the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b intersects the imaginary line H ₁ When this point h ₁ And the point f of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a corresponds to T sinα when the angle α is formed with the axis m parallel to the center O of the turbine shaft 21 of the throat 31 shown in FIG. Can be made.
[0066]
On the other hand, a radial line Xr passing through the center O of the turbine shaft 21 is point h. ₁ A position where the same diameter as the radius Rf from the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b to the center O of the turbine shaft 21 is indicated by a point h. ₂ When this point h ₂ Can be obtained as T sinα sinβ cosβ. This T sinα sinβ cosβ is a correction value corresponding to the upward inclination of the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 with respect to the virtual line H, as in the second embodiment.
[0067]
Therefore, in the axial turbine 20 according to the present embodiment, the radius Rf from the point f of the trailing edge 28a of one turbine nozzle 26a to the center O of the turbine shaft 21 is set, and the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b. When the radius Rg from the intersection point g to the center O of the turbine shaft 21 is used, the radius Rg can be set by the following equation as the sum of the above correction values from the above equation (1). That is, it becomes a range higher than the above equation (1) by the upward inclination.
[0068]
[Equation 9]

Similarly to the second embodiment, the above equation (3) is obtained by correcting the above equation (1) by obtaining the upward inclination as a correction value with respect to the radial line Xr. Therefore, the turbine nozzle applied in the first embodiment And the cascade loss ratio (ζ / ζ) shown in FIG. _0.25 ) And roll-up water drop ratio (G / G _0.25 ) Data can be applied as it is.
[0069]
Therefore, in the present embodiment, the radius Rg of the intersection point g by the throat 31 on the back side 30 of the adjacent turbine nozzle 26b is set within the range of the above equation (3), and the back side corner vortex 36 of the inter-blade channel 27 and Since both the ventral corner vortex 37 can be generated to confine the water droplets and the disturbance of the flow of the turbine-driven steam can be reduced, the compound lean blade is also the straight blade according to the first embodiment and the straight lean according to the second embodiment. Like the wing, the wing performance can be further improved as compared with the conventional wing.
[0070]
FIG. 9 is a partially cutaway schematic plan view showing a fourth embodiment of the axial-flow turbine according to the present invention in which any of straight blades, straight lean blades and compound lean blades is applied to the turbine nozzle. Parts that are the same as or correspond to the components shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0071]
In the axial turbine 20 according to the present embodiment, each turbine nozzle 26a is connected to the outer peripheral wall 33 of the connection expanded end line Ss that connects the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 with one turbine nozzle 26a and the adjacent turbine nozzle 26b. 26b are provided with

suction openings

38a and 38b along the back sides 30a and 30b, respectively.
[0072]
In the present embodiment, attention is paid to the fact that a relatively large amount of water droplets generated during the expansion work of the turbine-driven steam are collected at the corner portions of the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 and the back sides 30a, 30b of the turbine nozzles 26a, 26b. Thus, by providing the

suction openings

38a and 38b on the outer peripheral wall 33 of the connection expanded end line Ss, more water droplets can be removed.
[0073]
Therefore, according to the present embodiment, the water droplets adhering to the periphery of the outer peripheral wall 33 of the connection expanded end line Ss are removed by the

suction openings

38a and 38b, and the rolling of the water droplets by the secondary flow vortex accompanying the secondary flow is suppressed, Since the flow of turbine-driven steam is stabilized, the blade performance can be further improved as compared with the conventional one.
[0074]
FIG. 10 is a partially cutaway schematic plan view showing a fifth embodiment of an axial turbine according to the present invention in which any one of a straight blade, a straight lean blade, and a compound drain blade is applied to a turbine nozzle. Parts that are the same as or correspond to the components shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0075]
In the axial-flow turbine 20 according to the present embodiment, one turbine nozzle is used to remove water droplets flying to the

rear edges

28a and 28b of the turbine nozzles 26a and 26b in the next stage by the centrifugal force of the turbine rotor blade in the previous stage. A suction opening 39 is provided on the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 along the throat 31 formed by the intersection point g extending straight from the point f of the rear edge 28a of the blade 26a toward the back side 30b of the adjacent turbine nozzle 26b. It is.
[0076]
Therefore, according to the present embodiment, the suction opening 39 for removing water droplets collected at the

rear edges

28a and 28b of the turbine nozzles 26a and 26b is provided in the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 along the throat 31. Turbine-driven steam flow turbulence is reduced by preventing water droplets adhering to the outer peripheral wall 33 on the side of the trailing

edges

28a, 28b due to the secondary flow vortex accompanying the next flow, thereby improving blade performance further than before. Can be made. In the present embodiment, the suction opening 39 is provided in the outer peripheral wall 33 of the diaphragm outer ring 24 along the throat 31. However, the present invention is not limited to this. For example, the turbine nozzles 26a and 26b shown in FIG. When combined with the

suction openings

38a and 38b provided along the back sides 30a and 30b, more water droplets can be removed.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, the axial turbine according to the present invention is the center of the turbine shaft at the front edge of one turbine nozzle and the front edge of the adjacent turbine nozzle of the plurality of turbine nozzles arranged along the circumferential direction of the turbine shaft. Of the turbine shaft at the trailing edge of one turbine nozzle and the trailing edge of the adjacent turbine nozzle. center The throat from the trailing edge of one turbine nozzle to the back side of the adjacent turbine nozzle, and the intersection of the throats from the radius to the center of the turbine shaft at the trailing edge of one turbine nozzle. The corner part of the inter-blade channel formed by one turbine nozzle and the adjacent turbine nozzle Is formed at an angle of approximately 90 degrees in the throat, Since the corner vortex is generated and water droplets adhering to the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring are confined by the corner vortex, the turbine drive steam flow is less disturbed. Even if any of these is applied, the blade performance can be further improved as compared with the conventional case.
[0078]
The axial turbine according to the present invention includes a suction opening provided on the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring along the back side of the plurality of turbine nozzles arranged along the circumferential direction of the turbine shaft, and a rear edge of one turbine nozzle. Since at least one of the suction openings provided in the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring is provided along the throat toward the back side of the adjacent turbine nozzle, water drops generated during the expansion work of the turbine-driven steam can be surely removed. In addition, the flow of the turbine-driven steam can be stabilized and the blade performance can be further improved as compared with the conventional art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an axial turbine according to the present invention in which straight blades are applied to a turbine nozzle.
FIG. 2 is a schematic plan view of a turbine nozzle cut from the direction of arrows CC in FIG.
3 is a schematic diagram observed from the throat side of the turbine nozzle of FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a graph showing non-blade loss of the axial flow turbine according to the present invention and the ratio of the amount of water droplets rolled up.
FIG. 5 is a schematic view showing a second embodiment of an axial turbine according to the present invention in which straight lean blades are applied to a turbine nozzle.
6 is a schematic view of the turbine nozzle of FIG. 5 observed from the throat side.
FIG. 7 is a schematic view showing a third embodiment of the axial-flow turbine according to the present invention in which compound drain blades are applied to the turbine nozzle.
8 is a schematic view of the turbine nozzle of FIG. 7 observed from the throat side.
FIG. 9 is a partially cutaway schematic plan view showing a fourth embodiment of an axial turbine according to the present invention.
FIG. 10 is a partially cutaway schematic plan view showing a fifth embodiment of an axial turbine according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing an embodiment of a conventional axial turbine.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view observed from the trailing edge side of a conventional axial flow turbine in which straight blades are applied to a turbine nozzle.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view observed from the trailing edge side of a conventional axial flow turbine in which straight lean blades are applied to the turbine nozzle.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view observed from the trailing edge side of a conventional axial-flow turbine in which compound drain blades are applied to a turbine nozzle.
15 is a schematic plan view of a turbine nozzle cut from the direction of arrows AA in FIG.
16 is a schematic diagram observed from the throat side of the turbine nozzle of FIG. 15 when straight blades are applied to the turbine nozzle.
17 is a schematic diagram observed from the throat side of the turbine nozzle of FIG. 15 when a straight lean blade is applied to the turbine nozzle.
18 is a schematic diagram observed from the throat side of the turbine nozzle of FIG. 15 when a compound drain blade is applied to the turbine nozzle.
FIG. 19 is a partially cutaway partial cross-sectional view showing another embodiment of a conventional axial flow turbine.
FIG. 20 is a partially cutaway schematic perspective view showing still another embodiment of a conventional axial-flow turbine.
FIG. 21 is a schematic plan view of the turbine nozzle cut from the direction of arrows BB in FIG. 20;
[Explanation of symbols]
1 Turbine shaft
2 discs
3 Turbine blade
4 Turbine nozzle
5 Diaphragm outer ring
6 Diaphragm inner ring
7 paragraph
8 trailing edge
9 Outer wall
10 Flow path between blades
11 Ventral side
12 Dorsal side
13 Throat
14 Secondary flow vortex
15 Corner vortex
16 Water barrier
17 Suction opening
18 Suction opening
20 Axial flow turbine
21 Turbine shaft
22 discs
23 Turbine blade
24 Diaphragm outer ring
25 Diaphragm inner ring
26 Turbine nozzle
27 Flow path between blades
28a, 28b trailing edge
29 Ventral
30 dorsal side
31 Throat
32a, 32b leading edge
33 outer wall
34 paragraphs
35 Secondary flow vortex
36 Dorsal corner vortex
37 stomach vortex
38a, 38b Suction opening
39 Suction opening

Claims

Turbine nozzles supported by the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring and arranged in an annular row along the circumferential direction of the turbine shaft so that the trailing edge thereof is along a radial line passing through the center of the turbine shaft, the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring The support end of the turbine nozzle is formed as a connection widening end line that widens from the front edge to the rear edge of the turbine nozzle, and a turbine rotor blade is installed in the turbine shaft disk corresponding to the turbine nozzle. In the axial flow turbine, of the turbine nozzles, a radius from a connecting end of the front edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, a front edge of the adjacent turbine nozzle, and the diaphragm The radius from the connection end with the outer peripheral wall of the outer ring to the center of the turbine shaft is the same, and A radius from the connection end of the rear edge of the bin nozzle to the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and from the connection end of the rear edge of the adjacent turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the turbine shaft. A radius to the center of the turbine shaft at the intersection of the throat from the rear edge of the one turbine nozzle to the back side of the adjacent turbine nozzle is set to the same radius as the radius to the center. Between the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring supporting the diaphragm, and the inter-blade flow path formed by the outer peripheral wall, the ventral side of the one turbine nozzle, and the back side of the other turbine nozzle An axial-flow turbine characterized in that the corner portion of the throat is formed at an angle of approximately 90 degrees in the throat .

The radius Rg from the rear edge of one turbine nozzle to the center of the turbine shaft at the intersection of the throat toward the back side of the adjacent turbine is from the connecting end of the rear edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the turbine shaft. And the pitch T between the trailing edge of one turbine nozzle and the trailing edge of an adjacent turbine nozzle,

The axial turbine according to claim 1, wherein the axial flow turbine is set in a range of

The turbine nozzles supported by the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring and arranged in an annular row along the circumferential direction of the turbine shaft, the rear edge of the turbine nozzle is tilted in the rotational direction with respect to a radial line passing through the center of the turbine shaft, The support end of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring is formed as a connection widening end line that widens from the front edge to the rear edge of the turbine nozzle, and is implanted in the turbine shaft disk corresponding to the turbine nozzle. In the axial flow turbine including turbine rotor blades, a radius from a connection end between the front edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft among the turbine nozzles, and the adjacent turbine nozzle If the radius from the connecting end of the front edge of the diaphragm and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft is the same, In addition, the radius from the connecting end of the rear edge of the one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and the rear edge of the adjacent turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring While the radius from the connecting end to the center of the turbine shaft is the same, the radius from the rear edge of the one turbine nozzle to the center of the turbine shaft at the intersection of the throats toward the back side of the adjacent turbine nozzle Is set higher than the connection widening end line of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring that supports the one turbine nozzle, and the outer peripheral wall, the ventral side of the one turbine nozzle, and the back side of the other turbine nozzle An axial-flow turbine characterized in that a corner portion of a formed inter-blade channel is formed at an angle of approximately 90 degrees in the throat .

The radius Rg from the rear edge of one turbine nozzle to the center of the turbine shaft at the intersection of the throat toward the back side of the adjacent turbine nozzle is determined from the connection end of the rear edge of one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the turbine. The radius Rf to the center of the shaft, the pitch T between the trailing edge of one turbine nozzle and the trailing edge of the adjacent turbine nozzle, the angle α formed with the axis parallel to the center of the turbine shaft of the throat, and the adjacent turbine When an angle β formed with a radial line passing through the center of the turbine shaft at the trailing edge of the nozzle,

The axial flow turbine according to claim 3, wherein the axial flow turbine is set in a range of

Turbine nozzles supported by the outer ring of the diaphragm and the inner ring of the diaphragm and arranged in an annular row along the circumferential direction of the turbine shaft are curved in the rotational direction with respect to a radial line passing through the center of the turbine shaft. The support end of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring is formed into a connection widening end line that widens from the front edge to the rear edge of the turbine nozzle, and the disk of the turbine shaft corresponding to the turbine nozzle is formed. In the axial flow turbine including the implanted turbine rotor blade, a radius from a connection end between the front edge of one of the turbine nozzles and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft is adjacent to the turbine nozzle. The radius from the connecting edge between the front edge of the turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft is the same diameter And the radius from the connecting end of the rear edge of the one turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring to the center of the turbine shaft, and the rear edge of the adjacent turbine nozzle and the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring. While the radius from the connecting end to the center of the turbine shaft is the same, the radius from the rear edge of the one turbine nozzle to the center of the turbine shaft at the intersection of the throats toward the back side of the adjacent turbine nozzle Is set higher than the connection widening end line of the outer peripheral wall of the diaphragm outer ring that supports the one turbine nozzle, and the outer peripheral wall, the ventral side of the one turbine nozzle, and the back side of the other turbine nozzle corners of the blade between the channel formed is axial flow turbine, characterized in that it has formed to be substantially the angle of 90 degrees in the throat .

The axial turbine according to claim 5, wherein the axial flow turbine is set in a range of

The axial flow turbine according to any one of claims 1 to 6, wherein a suction opening formed along a back side of the turbine nozzle is provided in an outer peripheral wall of the diaphragm outer ring.

The axial flow turbine according to any one of claims 1 to 7, wherein a suction opening formed along a throat from a rear edge of one turbine nozzle toward a back side of an adjacent turbine nozzle among the turbine nozzles. An axial flow turbine provided on an outer peripheral wall of the diaphragm outer ring.