JP2006138259A - 軸流タービン - Google Patents

Abstract

【課題】 主流と漏れ流れの干渉に起因する損失を低減し、タービン効率を向上させる軸流タービンを提供する。
【解決手段】 静翼列５と動翼列９が軸方向に交互に多段に配置され、静翼列５と動翼列９との間にキャビティ１４、１５が形成された軸流タービンにおいて、静翼ハブシュラウド３ｂの下流側側面に軸方向に沿って設けられたオーバーハング部１０を、動翼プラットホーム７ａの上流側側面に設けられたオーバーハング部１１に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設し、又、動翼チップシュラウド７ｂの下流側側面に軸方向に沿って設けられたオーバーハング部１２を、静翼プラットホーム３ａの上流側側面に設けられたオーバーハング部１３に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸流タービンに関し、詳細には、軸流タービンの静動翼列間の構造に関する。

図７に、従来の軸流タービンの静動翼列間の軸方向断面の概略図を示す。
図７に示すように、従来の軸流タービン４０は、ケーシング４１に設けられた静翼プラットホーム４２ａと内周側の静翼ハブシュラウド４２ｂとの間に支持された複数の静翼４３から構成される静翼列４４と、中心軸Ｏを回転中心として回転するロータ４５に設けられた動翼プラットホーム４６ａと外周側の動翼チップシュラウド４６ｂとの間に支持された複数の動翼４７から構成される動翼列４８とを有しており、複数の静翼列４４及び複数の動翼列４８が、軸方向に交互に多段に配置されたものである。この部分が、ガスタービンや蒸気タービン等のように高温に晒される場合、ロータ４５等の熱伸びを吸収する必要があり、そのため、静翼列４４と動翼列４８との間には空間が設けられ、キャビティ４９、５０が形成されている。

特開２００４−４４４９６号公報

蒸気タービンやガスタービン等に用いられる軸流タービンは、作動流体が軸方向から入り、軸方向に出るものであり、蒸気タービンやガスタービン等のタービン効率をより高くするには、作動流体のエネルギー損失をできるだけ低減させることが望ましい。ところが、図７に示すような、従来の軸流タービン４０においては、静翼ハブシュラウド４２ｂ下流側のキャビティ４９からの漏れ流れＢ及び動翼チップシュラウド４６ｂ下流側のキャビティ５０からの漏れ流れＣと、主流Ａとが干渉し、損失が発生していた。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、主流と漏れ流れの干渉に起因する損失を低減し、タービン効率を向上させる軸流タービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第１オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第１オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第２オーバーハング部を設け、
前記第１オーバーハング部は、前記第２オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る軸流タービンは、
上記第１の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第３オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第３オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第４オーバーハング部を設け、
前記第３オーバーハング部は、前記第４オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る軸流タービンは、
上記第１又は第２の発明において、
前記静翼ハブシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをＧ１とし、前記第１オーバーハング部と前記第２オーバーハング部とが重なる長さをＬ１とすると、
前記第１オーバーハング部と前記第２オーバーハング部は、０＜Ｌ１／Ｇ１＜０．５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る軸流タービンは、
上記第２又は第３の発明において、
前記動翼チップシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをＧ２とし、前記第３オーバーハング部と前記第４オーバーハング部とが重なる長さをＬ２とすると、
前記第３オーバーハング部と前記第４オーバーハング部は、０＜Ｌ２／Ｇ３＜０．５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第１オーバーハング部を設け、
前記第１オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る軸流タービンは、
上記第５の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第３オーバーハング部を設け、
前記第３オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る軸流タービンは、
上記第１又は第２の発明において、
前記第１オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。
つまり、第１オーバーハング部は、第２オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設される。

上記課題を解決する第８の発明に係る軸流タービンは、
上記第２の発明において、
前記第３オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする。
つまり、第３オーバーハング部は、第４オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設される。

上記課題を解決する第９の発明に係る軸流タービンは、
上記第５乃至第７のいずれかの発明において、
前記静翼のコード長をＣ１とし、前記静翼の後縁から前記第１オーバーハング部の先端までに長さをＬ３とすると、
前記第１オーバーハング部は、Ｌ３／Ｃ１＞０．２５の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１０の発明に係る軸流タービンは、
上記第６乃至第８のいずれかの発明において、
前記動翼のコード長をＣ２とし、前記動翼の後縁から前記第３オーバーハング部の先端までの長さをＬ４とすると、
前記第３オーバーハング部又は前記第６オーバーハング部は、Ｌ４／Ｃ２＞０．２５の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１１の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第１オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第１オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第２オーバーハング部を設け、
前記第１オーバーハング部は、前記第２オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１２の発明に係る軸流タービンは、
上記第１１の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第３オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第３オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第４オーバーハング部を設け、
前記第３オーバーハング部は、前記第４オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１３の発明に係る軸流タービンは、
上記第１、第２、第５、第６、第７のいずれかの発明において、
前記第１オーバーハング部は、前記第２オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。
つまり、第１オーバーハング部は、第２オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設され、更に、第２オーバーハング部に対して、所定段差を持って配置される。

上記課題を解決する第１４の発明に係る軸流タービンは、
上記第２、第６、第７、第８のいずれかの発明において、
前記第３オーバーハング部は、前記第４オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする。
つまり、第３オーバーハング部は、第４オーバーハング部と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設され、更に、第４オーバーハング部に対して、所定段差を持って配置される。

上記課題を解決する第１５の発明に係る軸流タービンは、
上記第１１〜第１３のいずれかの発明において、
前記動翼の翼の高さをＨ１とし、前記第２オーバーハング部に対する前記第１オーバーハング部の段差をＨ２とすると、
前記第１オーバーハング部は、Ｈ２／Ｈ１＜０．０５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１６の発明に係る軸流タービンは、
上記第１２〜第１４のいずれかの発明において、
前記静翼の翼の高さをＨ３とし、前記第４オーバーハング部に対する前記第３オーバーハング部の段差をＨ４とすると、
前記第３オーバーハング部は、Ｈ４／Ｈ３＜０．０５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１７の発明に係る軸流タービンは、
複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第１傾斜部を設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１８の発明に係る軸流タービンは、
上記第１７の発明において、
前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第２傾斜部を設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第１９の発明に係る軸流タービンは、
上記第１７又は第１８の発明において、
前記第１傾斜部における軸方向の長さをＬ５とし、軸方向に垂直な方向の高さをＨ５とすると、
前記第１傾斜部は、Ｈ５／Ｌ５＜１．０の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする。

上記課題を解決する第２０の発明に係る軸流タービンは、
上記第１８又は第１９の発明において、
前記第２傾斜部における軸方向の長さをＬ６とし、軸方向に垂直な方向の高さをＨ６とすると、
前記第２傾斜部は、Ｈ６／Ｌ６＜１．０の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする。

第１〜第４の発明によれば、静翼列と動翼列のキャビティ部分に、互いに重なり合うオーバーハング部を静翼列、動翼列に設けたので、主流への漏れ流れ量が低減して、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。

第５〜第１０の発明によれば、静翼列、動翼列下流に形成する静圧が周方向に略一定になる位置まで、静翼列、動翼列の下流側にオーバーハング部を延設したので、主流への漏れ流れが周方向に一様となるため、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。

第１１〜第１６の発明によれば、下流側のオーバーハング部に対して、上流側のオーバーハング部を主流側に所定段差を持って配置したので、主流に対する漏れ流れの流入角度が０°となり、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。

第１７〜第２０の発明によれば、静翼列、動翼列の下流側に、キャビティ側から主流側に傾斜する傾斜部を設けたので、主流に対する漏れ流れの流入角度を小さくして、キャビティからの漏れ流れと主流との干渉に起因する損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。

本発明は、主流と漏れ流れの干渉による損失を低減するため、主流に対して、漏れ流れの流入量を小さくする、漏れ流れの周方向分布を一様化する、漏れ流れの流入角度を小さくするという３つの観点に基づいて、軸流タービンを構成したものである。そこで、本発明に係る軸流タービンの実施形態例を、図１〜図６を参照して説明する。

図１は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の一例を示す軸方向断面の概略図である。

図１に示すように、本実施例における軸流タービン１は、ケーシング２に設けられた静翼プラットホーム３ａと内周側の静翼ハブシュラウド３ｂとの間に支持された複数の静翼４から構成される静翼列５と、中心軸Ｏを回転中心として回転するロータ６に設けられた動翼プラットホーム７ａと外周側の動翼チップシュラウド７ｂとの間に支持された複数の動翼８から構成される動翼列９とを有しており、複数の静翼列５及び複数の動翼列９が軸方向に交互に多段に配置されたものである。ガスタービンや蒸気タービン等のように、軸流タービンが高温に晒される場合、タービン主軸（図示せず）やロータ等の熱伸びを吸収する必要があり、そのため、静翼列５と動翼列９との間には空間が設けられ、キャビティ１４、１５が形成されている。

本実施例においては、漏れ流れの量を小さくするべく、静翼ハブシュラウド３ｂと動翼プラットホーム７ａに、図１に示すようなオーバーハング部１０（第１オーバーハング部）、オーバーハング部１１（第２オーバーハング部）を、静翼列５、動翼列９の周方向に設け、オーバーハング部１０、１１が互いに軸方向の長さＬ１だけ、接触することなく重なり合うように配置している。オーバーハング部１０、オーバーハング部１１の重なり合う長さＬ１は、キャビティ１４の間隔をＧ１とすると、０．０＜Ｌ１／Ｇ１＜０．５とすることが望ましい。従って、最適なオーバーラップ長さＬ１とすることにより、図７に示した漏れ流れＢの量を低減して、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

又、本実施例では、動翼チップシュラウド７ｂと静翼プラットホーム３ａにおいても、漏れ流れの量を小さくするべく、図１に示すようなオーバーハング部１２（第３オーバーハング部）、オーバーハング部１３（第４オーバーハング部）を設け、オーバーハング部１２、１３が互いに軸方向に長さＬ２だけ、接触することなく重なり合うように配置している。オーバーハング部１２、１３の重なり合う長さＬ２は、キャビティ１５の間隔をＧ２とすると、０．０＜Ｌ２／Ｇ２＜０．５とすることが望ましい。従って、最適なオーバーラップ長さＬ２とすることにより、漏れ流れＣの量を低減して、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

図２は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例を示す軸方向断面の概略図である。
なお、本実施例を含めた下記の実施例においては、実施例１に示した構成と同等のものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例は、静翼ハブシュラウド３ｂと動翼プラットホーム７ａにおいて、オーバーハング部１０、１１を設け、又、動翼チップシュラウド７ｂと静翼プラットホーム３ａにおいても、オーバーハング部１２、１３を設けており、この点では、実施例１と同様である。しかしながら、本実施例においては、オーバーハング部１０、１２の長さに着目し、静翼４、動翼８下流に生成される静圧が周方向に略一定になる位置（静圧ポテンシャルが無くなる位置）まで、オーバーハング部１０、１２の長さを長く設定し、漏れ流れの周方向分布が一様となるようにしたものである。

具体的には、静翼ハブシュラウド３ｂのオーバーハング部１０においては、静翼４のコード長をＣ１とする場合、静翼４の後縁からオーバーハング部１０の先端までの長さＬ３を、Ｌ３／Ｃ１＞０．２５とすることで、静翼４により生成されるポテンシャルが無くなる位置の長さとし、漏れ流れＢの周方向の不均一流出を低減し、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

又、同様に、動翼チップシュラウド７ｂのオーバーハング部１２においても、動翼４のコード長をＣ２とする場合、動翼８の後縁からオーバーハング部１２の先端までの長さを、Ｌ４／Ｃ２＞０．２５とすることで、動翼８により生成されるポテンシャルが無くなる位置の長さとし、漏れ流れＣの周方向の不均一流出を低減し、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

上述したオーバーハング部１０、１２の長さＬ３、Ｌ４の設定条件は、翼間の静圧の変化から求めることができる。そこで、図３に、軸流タービンにおける翼間の静圧分布を示し、図４に、周方向位置及び流れ方向位置における静圧の変化を示し、これらの図を用いて説明を行う。

図３は、図２を参照すると、図２のＳ−Ｓ線断面部分の静圧分布を示したものである。なお、動翼８はＲ方向に回転している。
図３に示すように、例えば、静翼４の翼前縁では、流入流れの衝突により流れの淀み点ができ、この部分の静圧が局所的に上昇し、主流は、流れの動圧分だけ、淀み点より静圧が低くなる。従って、翼前縁付近では、周方向に静圧の高い部分と低い部分が形成され、周方向に変化幅の大きい静圧分布が形成される。同様に、静翼４の後縁付近についても、周方向に静圧の高い部分と低い部分が形成され、周方向に変化幅の大きい静圧分布が形成される。キャビティ１４、１５の近辺には、この不均一な静圧分布が存在するため、キャビティからの漏れ流れ量も、周方向に非一様な分布となってしまう。

そこで、静翼４の後縁付近において、静翼４の後縁から流れ方向に任意の距離離れた位置における周方向の無次元静圧（静翼出口平均静圧で無次元化）の変化を、図４（ａ）のグラフに示してみた。図４（ａ）に示すように、静翼４のコード長（軸方向長さ）をＣ１とすると、静翼４の後縁、つまり、Ｘ＝０．００Ｃ１においては、周方向に平均静圧の約５％の静圧変化幅がある。そして、静翼４の後縁から流れ方向遠方に離れるに従い（図４（ａ）中、Ｘ＝０．０６Ｃ１〜Ｘ＝０．２５Ｃ１のプロットを参照）、静圧変化幅が小さくなり、Ｘ＝０．２５Ｃ１においては、静圧変化幅が極めて小さくなっている。そして、静翼４の後縁からの流れ方向位置Ｘ／Ｃを横軸に、各流れ方向位置における周方向の静圧変化幅を縦軸に取ってプロットしたものが図４（ｂ）である。このグラフからも明らかなように、Ｘ＝０．２５Ｃ１においては、静圧変化幅が極めて小さくなっており、静翼４の後縁から少なくともＸ＝０．２５Ｃ１以上の位置においては、周方向の静圧変化幅が小さく、略均一な周方向の静圧分布が得られ、静翼４により生成されるポテンシャルが無くなる位置であることが分かる。

つまり、静翼４の後縁から少なくともＸ＝０．２５Ｃ１まで、静翼ハブシュラウド３ｂのオーバーハング部１０を延設すれば、漏れ流れＢの周方向の不均一流出を低減して、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。これは、動翼８についても同様であり、動翼８のコード長をＣ２とすると、動翼８の後縁から少なくともＸ＝０．２５Ｃ２まで、動翼ハブシュラウド７ｂのオーバーハング部１２を延設すれば、漏れ流れＣの周方向の不均一流出を低減して、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

ここで、図４（ａ）のグラフにおいて、無次元静圧とは、翼出口での周方向平均静圧に対する局所静圧の比、つまり、（無次元静圧）＝（局所静圧）／（翼出口での周方向平均静圧）であり、図４（ｂ）おいては、図４（ａ）における周方向の無次元静圧の比の変動幅を流れ方向にプロットしている。

なお、本実施例においては、実施例１におけるオーバーハング部１０〜１３の構成条件も満たすように構成することができ、この場合、例えば、オーバーハング部１０は、オーバーハング部１１と重なるように配置されると共に、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設されることとなる。

図５は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例を示す軸方向断面の概略図である。

本実施例も、静翼ハブシュラウド２１ｂと動翼プラットホーム２３ａにおいて、オーバーハング部２５（第１オーバーハング部）、オーバーハング部２６（第２オーバーハング部）を設け、又、動翼チップシュラウド２３ｂと静翼プラットホーム２１ａにおいても、オーバーハング部２７（第３オーバーハング部）、オーバーハング部２８（第４オーバーハング部）を設けており、この点では、実施例１と同様である。しかしながら、本実施例においては、オーバーハング部２５、２６間の高さ、オーバーハング部２７、２８間の高さに着目し、主流Ａに対して、漏れ流れＢ、Ｃのミキシング角度θ＝０にするような高さに設定し、漏れ流れの角度を極めて小さくしたものである。

具体的には、動翼プラットホーム２３ａの高さ位置に対して、静翼ハブシュラウド２１ｂのオーバーハング部２５の高さを高さＨ２だけ段差を付けて設けており、動翼８の翼の高さをＨ１とする場合、静翼ハブシュラウド２１ｂのオーバーハング部２５の高さＨ２を、Ｈ２／Ｈ１＜０．０５とするように構成している。上記構成により、漏れ流れＢのミキシング角度θ＝０として、下流側の動翼８に流入させることができ、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

又、同様に、動翼チップシュラウド２３ｂのオーバーハング部２７においても、静翼プラットホーム２１ａの高さ位置に対して、動翼チップシュラウド２３ｂのオーバーハング部２７の高さを高さＨ４だけ段差を付けて設け、静翼４の翼の高さをＨ３とする場合、動翼チップシュラウド２３ｂのオーバーハング部２７の高さＨ４を、Ｈ４／Ｈ３＜０．０５としている。上記構成により、漏れ流れＣのミキシング角度θ＝０として、下流側の静翼４に流入させることができ、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。

なお、本実施例においても、実施例１、２におけるオーバーハング部１０〜１３の構成条件も満たすように構成することができ、例えば、オーバーハング部１０は、オーバーハング部１１と重なるように配置され、静圧が周方向に略一定になる位置まで延設され、更に、オーバーハング１１部に対して、所定段差を持って配置されることとなる。

図６は、本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例を示す軸方向断面の概略図である。

本実施例は、静翼ハブシュラウド３１ｂと動翼チップシュラウド３３ｂにおいて、傾斜部３２、３４を設けており、傾斜部３２、３４により、主流Ａに対する漏れ流れＢ、Ｃのミキシング角度が小さくなるように構成したものである。

具体的には、静翼ハブシュラウド３１ｂの下流側角部を切り欠いて傾斜部３２（第１傾斜部）を設けており、翼の高さ方向の傾斜部３２の高さをＨ５とし、翼の軸方向の傾斜部３２の長さをＬ５とすると、傾斜部３２の傾斜がＨ５／Ｌ５＜１．０となるように構成している。上記構成により、主流Ａに対する漏れ流れＢのミキシング角度を小さくし、漏れ流れＢの半径方向成分の速度を極力小さくして、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。なお、傾斜部３２の傾斜は、漏れ流れＢのミキシング角度をできるだけ小さくすることが望ましい。

又、同様に、動翼チップシュラウド３３ｂにおいても、動翼チップシュラウド３３ｂの下流側角部を切り欠いて傾斜部３４（第２傾斜部）を設けており、翼の高さ方向の傾斜部３４の高さをＨ６とし、翼の軸方向の傾斜部３４の長さをＬ６とすると、傾斜部３４の傾斜がＨ６／Ｌ６＜１．０以下となるように構成している。上記構成により、主流Ａに対する漏れ流れＣのミキシング角度を小さくし、漏れ流れＣの半径方向成分の速度を極力小さくして、主流Ａに対するミキシング損失を低減することができる。なお、傾斜部３４の傾斜も、漏れ流れＣのミキシング角度をできるだけ小さくすることが望ましい。

本発明は、軸流タービンが用いられるガスタービン、蒸気タービン等に適用可能である。

本発明に係る軸流タービンの実施形態の一例（実施例１）を示す概略図である。 本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例（実施例２）を示す概略図である。 軸流タービンにおける翼間の静圧分布を示す図である。 軸流タービンにおける翼間の無次元静圧の変化を示すものであり、（ａ）は、任意の流れ方向位置における周方向の無次元静圧の変化を示すグラフであり、（ｂ）は、周方向における無次元圧力変化量を、流れ方向位置に対してプロットしたグラフである。 本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例（実施例３）を示す概略図である。 本発明に係る軸流タービンの実施形態の他の一例（実施例４）を示す概略図である。 従来の軸流タービンにおける問題点を説明する図である。

符号の説明

１、２０、３０ 軸流タービン
２ ケーシング
３a、２１ａ、３１ａ 静翼プラットホーム
３ｂ、２１ｂ、３１ｂ 静翼ハブシュラウド
４ 静翼
５ 静翼列
６ ロータ
７ａ、２３ａ、３３ａ 動翼プラットホーム
７ｂ、２３ｂ、３３ｂ 動翼チップシュラウド
８ 動翼
９ 動翼列
１０、１１、１２、１３ オーバーハング部
１４、１５ キャビティ
２５、２６、２７、２８ オーバーハング部
３２、３４ 傾斜部

Claims (20)

1. 複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
   前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第１オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第１オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第２オーバーハング部を設け、
   前記第１オーバーハング部は、前記第２オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする軸流タービン。
2. 請求項１に記載の軸流タービンにおいて、
   前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第３オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第３オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第４オーバーハング部を設け、
   前記第３オーバーハング部は、前記第４オーバーハング部に対して、軸方向に所定長さ重なるように延設されたことを特徴とする軸流タービン。
3. 請求項１又は請求項２に記載の軸流タービンにおいて、
   前記静翼ハブシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをＧ１とし、前記第１オーバーハング部と前記第２オーバーハング部とが重なる長さをＬ１とすると、
   前記第１オーバーハング部と前記第２オーバーハング部は、０＜Ｌ１／Ｇ１＜０．５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。
4. 請求項２又は請求項３に記載の軸流タービンにおいて、
   前記動翼チップシュラウドの下流側のキャビティの軸方向の長さをＧ２とし、前記第３オーバーハング部と前記第４オーバーハング部とが重なる長さをＬ２とすると、
   前記第３オーバーハング部と前記第４オーバーハング部は、０＜Ｌ２／Ｇ３＜０．５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。
5. 複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
   前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第１オーバーハング部を設け、
   前記第１オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。
6. 請求項５に記載の軸流タービンにおいて、
   前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第３オーバーハング部を設け、
   前記第３オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。
7. 請求項１又は請求項２に記載の軸流タービンにおいて、
   前記第１オーバーハング部は、前記静翼列下流に生成される静圧が前記静翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。
8. 請求項２に記載の軸流タービンにおいて、
   前記第３オーバーハング部は、前記動翼列下流に生成される静圧が前記動翼列の周方向に略一定になる位置まで、延設されたことを特徴とする軸流タービン。
9. 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の軸流タービンにおいて、
   前記静翼のコード長をＣ１とし、前記静翼の後縁から前記第１オーバーハング部の先端までの長さをＬ３とすると、
   前記第１オーバーハング部は、Ｌ３／Ｃ１＞０．２５の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする軸流タービン。
10. 請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の軸流タービンにおいて、
    前記動翼のコード長をＣ２とし、前記動翼の後縁から前記第３オーバーハング部の先端までの長さをＬ４とすると、
    前記第３オーバーハング部又は前記第６オーバーハング部は、Ｌ４／Ｃ２＞０．２５の関係が成り立つように、延設されたことを特徴とする軸流タービン。
11. 複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
    前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第１オーバーハング部を設けるともに、前記静翼ハブシュラウドに対向する前記動翼列の動翼プラットホームの上流側側面に、前記第１オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第２オーバーハング部を設け、
    前記第１オーバーハング部は、前記第２オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。
12. 請求項１１に記載の軸流タービンにおいて、
    前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側側面に、軸方向に沿って第３オーバーハング部を設けるともに、前記動翼チップシュラウドに対向する前記静翼列の静翼プラットホームの上流側側面に、前記第３オーバーハング部のキャビティ側の面に対向する第４オーバーハング部を設け、
    前記第３オーバーハング部は、前記第４オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。
13. 請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、請求項７のいずれかに記載の軸流タービンにおいて、
    前記第１オーバーハング部は、前記第２オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。
14. 請求項２、請求項６、請求項７、請求項８のいずれかに記載の軸流タービンにおいて、
    前記第３オーバーハング部は、前記第４オーバーハング部に対して、該軸流タービンの主流側に所定段差を持って配置されたことを特徴とする軸流タービン。
15. 請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の軸流タービンにおいて、
    前記動翼の翼の高さをＨ１とし、前記第２オーバーハング部に対する前記第１オーバーハング部の段差をＨ２とすると、
    前記第１オーバーハング部は、Ｈ２／Ｈ１＜０．０５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。
16. 請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の軸流タービンにおいて、
    前記静翼の翼の高さをＨ３とし、前記第４オーバーハング部に対する前記第３オーバーハング部の段差をＨ４とすると、
    前記第３オーバーハング部は、Ｈ４／Ｈ３＜０．０５の関係が成り立つように、配置されたことを特徴とする軸流タービン。
17. 複数の静翼を有する静翼列と複数の動翼を有する動翼列が、軸方向に交互に多段に配置され、静翼列と動翼列との間にキャビティが形成された軸流タービンにおいて、
    前記静翼列の静翼ハブシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第１傾斜部を設けたことを特徴とする軸流タービン。
18. 請求項１７に記載の軸流タービンにおいて、
    前記動翼列の動翼チップシュラウドの下流側に、キャビティ側から該軸流タービンの主流側に傾斜する第２傾斜部を設けたことを特徴とする軸流タービン。
19. 請求項１７又は請求項１８に記載の軸流タービンにおいて、
    前記第１傾斜部における軸方向の長さをＬ５とし、軸方向に垂直な方向の高さをＨ５とすると、
    前記第１傾斜部は、Ｈ５／Ｌ５＜１．０の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする軸流タービン。
20. 請求項１８又は請求項１９に記載の軸流タービンにおいて、
    前記第２傾斜部における軸方向の長さをＬ６とし、軸方向に垂直な方向の高さをＨ６とすると、
    前記第２傾斜部は、Ｈ６／Ｌ６＜１．０の関係が成り立つように、形成されたことを特徴とする軸流タービン。

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