JPH0196401A - タービンノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は軸流タービンのタービンノズルに係り、特にタ
ービンノズルの環状流路周壁面に生じる境界層の発達を
抑制することによって二次流れの発生を防止し、さらに
二次流れが撹乱して発生する二次渦による圧力損失を低
減し、タービン性能を向上し得るタービンノズルに関す
る。

（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。

タービン性能の向上を図るには各タービン段落の圧力損
失を低減する必要がある。タービン段落における内部損
失には、翼形損失、漏洩損失、流出損失などがあるが、
特にノズル調高さが低いタービンにおいては二次流れに
よる二次損失の比率が高く、その翼形損失を低減するこ
とが大きな課題となっている。

一般的な軸流タービンの段落構成を第１０図に示す。複
数枚のノズル翼１が、ノズル外輪２とノズル内輪３との
間に形成される環状流路４に固設される。上記ノズル翼
１に対向して下流側に複数枚の動翼５が配設される。動
（２）５は、ロータディスク６の外周の周方向に所定間
隔で列状に植設される。初ａ５の外周端には動翼端を固
定するため、および作動流体の漏洩を防止するためのシ
ュラウド７が固着される。一方ノズル外輪２には、作動
流体の漏洩損失を防止するためにシュラウド７に対向し
てノズルラビリンス８が装着されている。

次に上記の段落構成においてノズル翼１における二次流
れの発生機構を第１１図を参照して説明する。第１１図
は第１０図に示すタービンノズルをノズル出口側から観
察した斜視図である。

各ノズル翼１は、ロータディスク６の回転中心を通る基
準線Ｅに対して傾斜しておらず、ノズル内輪３の外周面
に対して垂直に配設された例で示している。

高圧蒸気などの作動流体は、Ｆ！ｌ！！設するノズル翼
１．１間の翼間流路を流れるときに、流路中で円弧状に
曲げられて流れる。このときノズル翼１の背面１０から
腹面９方向に遠心力を生じ、この遠心力と静圧とが平衡
しているため、腹面９における静圧が高くなり、一方背
面１０においては作動流体の流速が大きいため静圧が低
い。そのため、流路内では腹面９側から背面１０側に圧
力勾配を生じる。この圧力勾配はノズル外輪２とノズル
内輪３の周壁面上に形成される流速のおそい層、すなわ
ち境界層においても同様である。

ところが、境界層付近においては流速が小さく、作用す
る遠心力も小さいため、腹面９側から背面１０への圧力
勾配に抗しきれずに腹面９ｇ！’ｌがら背面１０側に向
かう流れ、すなわち二次流れ１１が生じる。

そして上記二次流れ１１はノズル翼１の背面１０側に衝
突して巻き上がり、ノズルｖＡ１の内輪側および外輪側
の両接合端において、それぞれ二次渦１２ａ、１２ｂを
発生する。かくして作動流体が保有するエネルギは、二
次渦１２を形成するためにその一部が散逸する。

第１２図は第１１図に示すノズル出口部における全圧力
損失の分布を示すグラフであり、ノズル外輪周壁面Ｃと
ノズル内輪周壁面りと隣設するノズル翼１の翼後縁線１
３とで囲まれた領域の圧力損失分布を示す。図中の数値
は全圧力損失の百分率であり、大きな値はど圧力損失が
大きいことを示す。

第１２図で示す通り、ノズル外輪周壁面Ｃのチップ部お
よびノズル内輪周壁面りのルート部において圧力損失が
大きな境界層が形成され、境界層の近傍に二次製領域Ｂ
が出現することがわかる。

このようにノズル流路内で発生する二次渦１２ａ、１２
ｂは作ｖＪ流体の不均一な流れを生じ、ノズル性能を著
しく低下させるうえに、下流側の動Ｗ５に流入する作動
流体のエネルギ損失を招き、各タービン段落の性能を低
下させている。

上記のノズル流路内で発生する二次′ｆ４１２ａ。

１２ｂに起因する問題点を解決するために種々のタービ
ンノズル構造が研究されている。例えば壁面上の境界層
の発達を抑制するために傾斜したノズル翼を採用したタ
ービンノズルが特開昭６１−１０８８０４号公報に開示
されている。

第１３図は上記の傾斜ノズル翼１ａを採用したタービン
ノズルを示す斜視図である。このタービンノズルの構成
自体は、第１０図および第１１図に示した一般的な軸流
タービンのノズル構成と同一である。但し、ノズル１Ｗ
１ａは、ロータディスクの回転中心を通る基準線Ｅに対
して傾斜角βだけ傾斜して固定されている。

このノズルＨ１ａの傾斜角βは、ノズル翼全長をＨＮ１
ノズル翼の平均配設ピッチをＰＮとした場合に、傾斜度
の指標となる無次元数σが１．３より大きくなるように
設定される。ここで無次元数σは下記（１）式で与えら
れ、傾斜角βはノズル翼１ａの形状、配設ピッチによっ
て制限されている。

（７＝Ｈ−ｔａｎβ／ＰＭ　　　・−・・−（１）第１
４図は上記の傾斜したノズルｌｌｌ１１ａを採用したタ
ービンノズルにおいて、ノズル通路部内の圧力勾配を示
した断面図であり、作動流体の出口側から見た図である
。

各ノズル翼１ａは、その腹面９がノズル内輪周壁面りを
指向するように傾斜角βで傾斜して固定されているため
、腹面９側から背面１０側に流れる作動流体の流路的圧
力勾配Ｆはノズル内輪周壁面り方向を指向する。

そのため、ノズル流路内における作動流体の流線Ｇは第
１５図に示すように形成される。すなわち、作動流体は
傾斜したノズル流路内において上記圧力勾配Ｆの作用に
よってノズル内輪３方向に押圧され、作動流体の流１！
ｊＧはノズル内輪周壁面り方向に大きくシフトする。こ
のためノズル内輪周壁面り近傍のノズル翼接合端（ルー
ト部）では境界層の発達が小さ（、作動流体の流速が減
少することがないため、二次流れが生じにくくなる。

その結果二次渦１２の発生もなくなり、ノズルルート部
における二次損失が大幅に減少する。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の通り、従来の傾斜したノズル翼１ａを採用したタ
ービンノズルにおいては、ノズル翼１ａのノズル内輪３
側のルート部においては、二次損失が低減される効果を
有する。

しかしながら、ノズルｌ１１ａのノズル外輪２側のチッ
プ部においては、逆に二次損失が増大する問題点がある
。すなわち、ノズル外輪周壁面Ｃの近傍では、作動流体
の流量が低減し、圧力勾配もノズル翼１ａのルート方向
に向って減少するため、ノズル外輪周壁面Ｃ近傍におけ
る境界層は発達し易く、境界層が壁面Ｃから離れて作動
流体の主流内に流れ出る、いわゆる剥離現泉が発生し易
い。

その結果、ノズルｍ’＋ａのノズル外輪側の接合端（チ
ップ部）においてはノズルＷ１ａ後方に二次渦１２ｂが
発生し易くなる。

したがってノズル内輪側のルート部およびノズル外輪側
のチップ部における圧力損失の増減量を差し引いたノズ
ルｍ１ａ全体の圧力損失の低減効果は少ない。

第１６図は傾斜したノズルｍ１ａで形成したタービンノ
ズルの出口部における全圧力損失の分布を示すグラフで
あり、第１２図に示したノズル翼１を基準線に沿って垂
直に形成した場合と似た分布を早する。

しかし第１６図からノズルＷ１ａのノズル内輪側のルー
ト部における圧力損失は大幅に低減され、境界層の発達
も抑ＤＩされる上に二次渦領１ａＢの面積も縮小化して
いる。

一方、ノズル翼１ａのノズル外輪側のチップ部において
は逆に境界層が発達し、二次渦領域Ｂも大きく拡大し圧
力損失が著しく増大していることがわかる。

また第３図に従ってノズルＷ１ａの各位置にお０る平均
全圧力損失の分布状況について説明する。

第３図は横軸にタービンノズルの周方向の平均全圧力損
失をとり、一方縦軸は、全高Ｈ８のノズル翼に対する翼
長方向の各位誼Ｈの比で表わした無次元高さを示してい
る。

第３図において、従来の傾斜ノズル５ｌｉ１１ａの平均
全圧力損失曲１！ｉｆと、基準線に沿って垂直に配設さ
れた垂直ノズル翼１の平均全圧力損失曲線Ｊとを比較す
ると、傾斜ノズル翼１ａは、垂直ノズルＮ１と比べ、ノ
ズル９１１ａのルート部においては平均全圧力損失は低
減されている。

しかし、ノズルＷｌａのチップ部においては著しく増大
しており、ノズル翼１ａ全体としては全圧力ｊ０失が逆
に増大し、タービン性能を低下さぼる問題点がある。

さらにノズル１１．１ａの翼長方向の各位置における作
動流体の平均流りが不均一となって動翼５内部において
混合損失を生じ、結果的にタービン段落性能の低下を招
来する問題点もある。

例えば第４図はノズル翼の翼長方向の各位置Ｈにおける
作動流体の流量の分布を示すグラフであり、横軸にはノ
ズル出口全域の平均流ｆｆ１ＧＡに対するノズルの各高
さにおけるノズル出口周方向平均流ｆｆ１Ｇの比をとり
、Ｗｌ軸には全高ＨＮのノズル翼に対する翼長方向の各
位置Ｈの比で表わした無次元高さを示している。

従来の傾斜ノズルＷｌａで構成したタービンノズルのノ
ズル出口周方向平均流量曲線りと、垂直ノズル翼１で構
成したタービンノズルのノズル出口周方向平均流吊曲１
！ｉ１Ｍとを比較すると、傾斜ノズルＭｌａの場合は、
従来の垂直ノズルＴＡ’１の場合と比ベノズルＥＱ１ａ
のルート部で作動流体の流量が著しく増加する一方、チ
ップ部においては極端に流量が減少し、さらにノズル’
ＸＪ１ａの中央部（＝Ｊ近においても流量低下が発生し
てＪ５す、タービンノズル内部において作動流体がルー
ト部にｔ４　Ｅに偏在し、不均一な流れを形成している
ことがわかる。

その結果、第１５図に示したようにタービンノズルの１
１状流路４内において、ノズルルート部方向に偏向した
流線Ｇが動翼５間の通路に導入される際に再び外周方向
に曲げられる。づ−なわち動すぐ５の外周部は作動流体
の密度が小さく、また動翼５によって作動流体に遠心力
が付与されるため、流線Ｇは外周方向に大きくシフ１〜
する。その結果、流線Ｇが大きく乱れ、動翼５の通路内
で混合損失を生じ、各タービン段落の性能低下を引ぎ起
す問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、タービンノズルの環状流路周壁面に生じる境界層
の発達を抑制し、二次渦の発生による圧力損失を低減し
、またノズル翼の翼長方向における作動流体の流量分布
を均一化することによって動翼内における混合損失を低
減し得るタービンノズルを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ノズル内輪とノズル外輪との間に形成される
環状流路の周方向に複数のノズル翼を列状に配設し、各
ノズル翼をノズル内輪側の接合端およびノズル外輪側の
接合端において固定して構成したタービンノズルにおい
て、少なくとも一方の接合端部のノズル翼を、タービン
の回転中心を通る基準線に対して翼列方向に傾斜したこ
とを特徴とする。

（作用） 上記構成のタービンノズルによれば、ノズル翼の接合端
の近傍を流れる作動流体は翼列方向に傾斜したノズル翼
の腹面に沿って流れ、環状流路の周壁面に押圧される圧
力を受ける。そのため周壁面における境界層の発達が効
果的に抑制され、二次渦の発生を防止することができる
。

一方、ノズル翼の中央部は傾斜せずにタービンの回転中
心を通る基準線に沿って垂直に形成されているため、作
動流体に基準線方向に押圧力が作用することがない。し
たがって作動流体主流の流線は周壁面方向にシフトされ
ることがなく、はぼ直線状に保持される。そのためｌｆ
ｉ状流路流路内ける作動流体の流量分布が均一に保持さ
れ、流れの撹乱が少ない。その結果、ノズル翼のチップ
部およびルー（・部の固接合端にお【プる二次挿失ら大
幅に（ｌ（減される。

さらに、動Ｗ間の流路における作動流体の流線の偏向現
象も起らないため、動楕間にＪ３ける混合損失も低減さ
れ、タービン効率を大幅に向上させることができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面第１図〜第６図を参照
して説明する。第１図は本発明に係るタービンノズルの
一実施例（実施例１）を承り斜視図であり、第１１図お
よび第１３図に示す従来例と同一要素には同一符号を付
してその詳細な説明は省略づる。

本実施例のタービンノズルが第１３図に示す傾斜したノ
ズルで構成した従来のタービンノズルと基本的に相違す
る点は、ノズルＭ１ｂのノズル内輪側の接合端部をター
ビンの回転中心を通る基準線Ｅに対して角度βだけ製列
方向に傾斜させ、接合端部の腹面９がノズル内輪３側の
周壁面りを指向するように構成した点である。

また傾斜した接合端部の高さＨｌは、ノズル翼１ｂの仝
高ＨＮに対して０．０５〜０．３５の範囲であり、かつ
５ＦＭ１以上の高さに設定される。また、接合端部傾斜
角βは、タービンの回転中心を通る基準線Ｅに対して２
．５〜２５度に設定される。

なお傾斜した接合端部の背面１０および腹面９の側線は
第１図に示すように直線でもよいが、ある曲率をもった
曲線状に形成してもよい。

本実施例のタービンノズルにおいては、ノズル翼１ｂの
ノズル内輪３側の接合端部が翼列方向に傾斜し、その腹
面がノズル内輪３の周壁側に形成される周壁面りを指向
するように構成されているため、傾斜部に流入した作動
流体は傾斜したノズル象１ｂの腹面に沿って流れ、境界
層方向に押圧される。そのため周壁面における境界層の
発達が抑止され、二次渦の発生が防止される。

一方傾斜した接合端部以外のノズル翼１ｂは傾斜せず基
準線Ｅに沿って垂直に配設されているため、基準線Ｅ方
向に押圧力が作用゛することがなく、ノズル内における
作ｆＪＩ流体の流線および流量分布は均一に保持される
。

その結果、ノズル翼１ｂ全体における圧力損失が防止さ
れ、タービン効率を大幅に向上させることができる。

さらに図面に従って圧力損失の低減効果を説明する。第
２図は第１図に示すタービンノズルの出口部における全
圧力損失の分布を示すグラフである。第１２図に示す垂
直ノズル翼１を使用した従来例と比較すると、本実施例
によればノズル翼１ｂのチップ部からノズル流路中央部
に至る領域の圧力損失分布はほぼ近似している。

しかしノズルルート部から中央部に至る領域の圧力損失
は著しく低減されており、また境界層の厚さも減少し、
さらに二次渦領域Ｂも縮小されることが判明する。

一方第１６図に示す従来の傾斜ノズル１１ａを使用した
従来例と本実施例とを比較すると、ノズルルート部にお
ける圧力損失分布は近似しているが、ノズルチップ部か
らノズル流路中央付近に至る領域においては圧力１０失
が大幅に低減することがわかる。

また第３図は、ノズルＨ１ｂの各位置Ｈにおけるノズル
出口周方向の平均全圧力損失ξを従来例と比較して示す
グラフであり、縦軸はノズル翼１ｂの全高１１８に対す
る位置ト１の比で表した無次元高さを表す。本実施例に
よる平均全圧力損失曲線Ｊと従来の垂直ノズル翼１を採
用した場合の損失曲線にとを比較すると、ノズル翼チッ
プ部においては近似する一方、ノズル翼ルート部におい
ては圧力損失が著しく低減されており、ノズル翼全体と
して圧力損失が大幅に低減される。

一方、傾斜ノズル翼１ａを使用した場合の圧力損失曲Ｉ
！ｉｉｔと比較すると、ノズル翼ルート部において若干
圧力損失が高いものの、ノズル貿チップ部において大幅
に圧力損失が低減しており、ノズル翼全体として従来の
傾斜ノズル翼より優れた特性を発揮する。

次に作動流体の流量分布状況を第４図に従って説明する
。

第４図はノズルＷの各位置における作動流体の流量分布
を従来例と比較して示すグラフであり、縦軸に無次元高
さＨｌＨＮ、横軸にノズル出口周方向平均１ｆｆｉ比Ｇ
／ＧＡをとっている。

本実施例による流量曲線Ｎと、垂直ノズル翼１を使用し
た場合の流量曲線Ｍとを比較すると、本実施例では、ル
ート部において若干多くなり、中央部付近において若干
減少しているもののチップ部においてはほぼ同一である
。

また、傾斜ノズルｖＡ１ａを使用した従来例の流世曲１
！！Ｌと比較すると、本実施例ではノズル流路内部にお
いて翼長方向に作動流体が偏向しておらず、安定した流
れを形成していることがわかる。

すなわち本実施例においては、ノズルｌｂの一部のみが
傾斜しているので、全体的に傾斜したノズルｖｔＪｌａ
の場合に発生するノズル翼１ａの腹面側から背面側に作
用する圧力によって、作動流体の主流がノズル翼ルート
部方向に偏向されることがなく、流量分布はほぼ均一に
保持される。

その結果、第１５図に示すＪ：うな作動流体の流線が翼
長方向に大きく偏位して撹乱され、動翼５内部において
混合損失を生じ、段落性能の低下を招来するという従来
の問題点も解決される。

次に本実施例のノズルＷ１ｂの傾斜した接合端部の高さ
Ｈｌと傾斜部βとを変化させた場合のタービン段落効率
の変化を、従来の垂直ノズル翼を使用したタービンノズ
ルの段落効率と比較して説明する。

第５図は傾斜角βと、従来の段落効率η□に対する本実
施例の段落効率η８の比で表した無次元相対段落効率η
８／η４と、無次元ノズル高さＨ／ＨＮとの関係を示し
たグラフ、第６図はノ［ ズル翼の平均配設ピッチＰＭとノズル翼全高ＨＮとに対
応する最小傾斜角βｍｉｎを示す図表である。

傾斜角βと傾斜した接合端部の高さＨｌとを種々変化さ
せて試験運転を実施した結果、第５図において測定点Ｎ
　Ｐ　Ｑ　ＲＳに囲まれた領域において無次元相対段落
効率ηＢ／ηヶは１．０を超え、この領域の形状条件を
採用すると従来の垂直ノズル翼１を使用する場合と比較
して、段落効率が改善されることが実証された。

ここで特開昭６１−１０８８０４号公報に開示されたノ
ズル翼全高を傾斜させたタービンノズルと、本実施例に
よる部分的に傾斜させたタービンノズルとの比較を行な
う。全体を傾斜させたノズルｉｌａにおいては、前述の
第１式で示づように傾斜度を示す無次元量σが１．３を
超えるにうに傾斜角βが制限された。

そこでノズル翼全高Ｈ８と平均配設ピッチＰＮとを変化
させ、前記第１式の条件を満足する最小の傾斜角すなわ
ちσ−１，３とした場合の最小傾斜角β１０を求めると
、第６図に示す通りとなる。

第６図から明らかなように従来例の全体が傾斜したノズ
ル内１ａの適用範囲においては傾斜度が過大であり、傾
斜していない垂直ノズル翼１の場合よりも段落効率は低
下する。すなわち従来例の傾斜ノズルＸは第５図におい
て、無次元高さＨ１／ＨＮが１．０に対応する部位であ
る。このとき無次元相対段落効率η８／η＾が１．０以
上となるためには、傾斜角をかなり小さく設定する必要
があるが、従来例の傾斜ノズル翼１ａではその範囲に傾
斜角βが含まれない。

反対にσ〉１．３とするには傾斜角βをかなり大きく設
定する必要があるが、その場合第５図において破線で示
すように無次元段落効率が１．０未満となり結果的に傾
斜していない従来の垂直ノズルＩＡ１の場合より段落効
率が低下する。

以上の説明から明らかなように、本実施例に示す接合端
部を部分的に傾斜したノズル翼１ｂで構成したタービン
ノズルの方が、従来の全体的に傾斜したノズル翼１ａで
構成したタービンノズルより段落性能が大幅に優れる。

特に、傾斜角βが２゜５〜２５度の範囲であり、かつ傾
斜した接合端部の高さＨ［がノズル翼１ｂの全高ＨＮに
対して０゜０５〜０．３５の範囲に設定された場合にタ
ービン段落効率の改善度が顕著になる。

次に本発明の他の実施例（実施例２）について第７図を
参照して説明する。第７図はタービンノズルを出口側か
ら観察した斜視図であり、第１図に示す実施例と同一要
素には同一符号を付して説明は省略する。

本実施例のタービンノズルを構成するノズル翼１Ｃはノ
ズル外輪２側の接合端部（チップ部）かり準線Ｅに対し
て翼列方向に所定の傾斜角βだけ傾斜して固設され、ノ
ズルＩ）（１ｃの腹面９がノズル外輪周壁面Ｃを指向す
るように構成される。またノズルＴＡ１Ｃの中央部から
ノズル内輪周壁面りに至る部分は、基準線Ｅに沿ってノ
ズル内輪周壁面に対して垂直に形成される。

なお、ノズルｍｌｃの傾斜部の側線は第７図に示づよう
に翼長方向に直線状に形成してもよいが、ある曲率を持
った曲線状に形成してもよい。

上記構成のノズル翼１Ｃのノズル外輪周壁面Ｃ近傍を通
過する作動流体は、傾斜したノズル翼１Ｃの腹面９によ
ってノズル外輪周壁面Ｃ方向に押圧される。また腹面９
側から背面１０側に流入する作動流体も同様にノズル外
輪周壁面Ｃ側に押圧される。そのためノズル外輪周壁面
Ｃ上に形成される境界層の発達が抑止され、また二次流
れによって形成される二次渦の発生が防止される。その
結果、ノズル外輪周壁面Ｃからノズル流路中央付近に至
る領域における作動流体の圧力損失が大幅に減少する。

一方、ノズル流路中央付近からノズル内輪周壁面りに至
る領域においては、ノズル翼１Ｃは傾斜せず基準線Ｅに
沿ってノズル内輪周壁面りに対して垂直に形成されてい
るため、作動流体の流線が偏向されることがない。その
ためノズルの翼長方向における作動流体の流量分布は均
一に保持され、作動流体の撹乱混合による圧力損失が低
減される。

上記の圧力損失の低減効果を第８図に示す、第８図はノ
ズル出口周方向における平均全圧力損失ξと無次元高さ
Ｈ／ＨＮとの関係を従来例とともに表したグラフであり
、第１３図に示す翼長全体を傾斜させたノズル翼１ａで
構成したタービンノズルの平均全圧力損失曲線Ｉと、第
１図に示すルート部のみを部分的に傾斜させたノズル１
１ｂで構成した場合の圧力損失曲線Ｊと、第７図に示す
チップ部のみを部分的に傾斜したノズルＨ１ｃで構成し
たタービンノズルの圧力損失曲線Ｔとを表わしている。

第８図に示ず通り、本実施例によれば従来例と比較して
ルーＩ・部においてやや圧力損失が増加するがチップ部
における圧力損失の低減効果が大ぎく、タービンノズル
全体として従来例より大幅に圧力損失が低減され、ター
ビンの段落効率が大幅に改善される。

ここでノズル翼１ｃの接合端部の傾斜角βは２゜５〜２
５度に設定し、かつ傾斜した接合端部の高さ１１．はノ
ズルＷＩＣの全高ＨＮに対して０．０５〜０．３５の範
囲にある場合に改善効果が顕著になることが実証されて
いる。

次に本発明のその他の実施例（実施例３）について第９
図を参照して説明する。本実施例のノズル翼１ｄは、そ
のノズル内輪３１１ＩＩＩおよびノズル外輪２側の両側
の接合端部を基準１ｉ１Ｅに対して翼列方向にそれぞれ
傾斜角β　、β　だけ傾斜して固ｒ 股され、チップ部の腹面９がノズル外輪周壁面Ｃを指向
するとともに、ルート部の腹面９がノズル内輪周壁面り
を指向するように構成され、またノズル翼１ｄの中間部
は基準線Ｅに沿って垂直に形成されている。なお、ノズ
ル１１ｄのチップ部およびルート部の傾斜部の側線は、
第９図に示ずように直線状に形成してもよいが、あるい
は曲線状に形成してもよい。

本実施例のタービンノズルにおいては、ノズル翼１ｄの
両端部を流れる作動流体がそれぞれ傾斜した接合端部の
腹面９によってノズル外輪周壁面Ｃおよびノズル内輪周
壁面り側に押圧されるため、チップ部およびルート部に
形成される境界層の発達が抑止され、二次渦の発達も防
止される。そのためタービンノズルにおける圧力損失が
さらに低減され、タービン段落効率は一層向上する。

本実施例のタービンノズルの平均全圧力損失の分布面ｒ
ＪＵを第８図に示す。本実施例によればチップ部および
ルート部共にノズルの平均全圧力損失が低減し、タービ
ン性能をより改善することができる。

なお、チップ部の傾斜角β、と、ルート部の傾斜角β８
およびそれぞれの接合端部の高さＨｌｌ。

ＨＬＲとは、必ずしも同一値ではなく、作動流体の流量
分布特性等を勘案して最適な値が設定される。

またノズルＩｌｂ、ＩＣ，１（ｊはノズル翼仝高ＨＮに
渡り、断面形状を一定にすると、単に曲げ加工によって
傾斜部を容易に成形することが可能であり、従来の直線
状のノズル翼と比較して加工工数が大幅に上昇すること
が回避される。

（発明の効果〕 以上説明の通り、本発明に係るタービンノズルによれば
、ノズル列の接合端部を流れる作動流体は四列方向に傾
斜したノズル翼の腹面に沿って流れ、環状流路の周壁面
に押圧される。そのため周壁面における境５９層の発達
が効果的に抑止され、二次局の発生を防止することがで
きる。

一方、傾斜した接合端部以外のノズル翼は傾斜ぜず、タ
ービンの回転中心を通る基準線に沿って垂直に形成され
ているため、作動流体に基準線方向に押圧力が作用する
ことがない。したがって、作動流体の主流の流線は偏向
することがなく、環状流路内における作動流体の流量分
布は均一に保持され、流れの撹乱混合による圧力損失が
少ない。

さらに動翼間における混合による圧力損失も低減される
ため、タービン効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタービンノズルの一実施例を示す
斜視図、第２図は第１図のタービンノズルの出口部にお
ける全圧力損失の分布を示すグラフ、第３図はノズル翼
の各位置における平均全圧力損失を従来例と比較して示
すグラフ、第４図はノズル翼の各位置における作動流体
の流量分布を従来例と比較して示すグラフ、第５図は傾
斜した接合端部の高さと傾斜角を変化させた場合の段落
効率の変化を従来例と比較して示すグラフ、第６図はノ
ズル翼の平均配設ピッチとノズル翼全高とに対応する最
小傾斜角を示す図表、第７図はノズル列のノズル外輪側
の接合端部を傾斜させた伯の実施例を示す斜視図、第８
図は本実施例におけるノズル出口周方向平均全圧力損失
と無次元高さとの関係を従来例と比較して示すグラフ、
第９図はノズル列の両接合端部を傾斜させたその他の実
施例を示す斜視図、第１０図は一般的な軸流タービンの
段落構成を示す部分断面図、第１１図はノズル翼におけ
る二次流れの発生状態を示す斜視図、第１２図は従来の
タービンノズル出口部における全圧力損失の分布を示す
グラフ、第１３図は傾斜ノズル翼を採用したタービンノ
ズルを示す斜視図、第１４図は傾斜ノズル翼を採用した
タービンノズルの通路部内の圧力勾配を示す断面図、第
１５図は傾斜ノズル翼で形成した通路部を流れる作動流
体の流線を示す断面図、第１６図は第１３図に示すター
ビンノズルの出口部における全圧力損失の分布を示すグ
ラフである。 １　、１　ａ、　１　ｂ、　１　ｃ、　１　ｄ・ｉス）
ＬｔＴｔＪ、２・・・ノズル外輪、３・・・ノズル内輪
、４０６．環状流路、５・・・動翼、６・・・ロータデ
ィスク、７・・・シュラウド、８・・・ノズルラビリン
ス、９・・・腹面、１０・・・背面、１１・・・二次流
れ、１２，１２ａ、１２ｂ・、：次局、１３・・・央後
縁線、Ａ・・・動翼回転方向、Ｂ・・・二次局領域、Ｃ
・・・ノズル外輪周壁面、Ｄ・・・ノズル内輪周壁面、
Ｅ・・・回転中心を通るｌｔｌ！−線、Ｆ・・・流路内
圧力勾配、Ｇ・・・流線、β・・・傾斜角、β１ｎ・・
・最小傾斜角、Ｈ，・・・ノズル翼全高、Ｈ・・・ノズ
ル翼位置、ＰＮ・・・ノズル翼の平均配設ピッチ、Ｈｌ
・・・傾斜した接合端部の高さ、１．Ｊ、に、Ｔ、Ｌｌ
・・・平均全圧力損失曲線、Ｌ、Ｍ、Ｎ・・・ノズル出
口周方向平均流量曲線、ξ・・・平均全圧力損失、η１
．η、・・・段落効率。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久Ｈ／ＨＮ ÷均企工１屓夫　　　　　　　−ξ　（九）第３　固 め・ 羊４已 −＋ｇ姻森ン嘱演− 第７図 ／′／／／−７Ｎ 平均全圧力項欠　□　　− ５（％） 第６図 第９呂 第１０図 茶Ｉ２呂 σ 第！４　図 第ｆ５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズル内輪とノズル外輪との間に形成される環状流
   路の周方向に複数のノズル翼を列状に配設し、各ノズル
   翼をノズル内輪側の接合端およびノズル外輪側の接合端
   において固定して構成したタービンノズルにおいて、少
   なくとも一方の接合端部のノズル翼を、タービンの回転
   中心を通る基準線に対して翼列方向に傾斜したことを特
   徴とするタービンノズル。 ２、ノズル翼は、ノズル内輪側の接合端部の腹面がノズ
   ル内輪側の周壁面を指向するように傾斜した特許請求の
   範囲第１項記載のタービンノズル。 ３、ノズル翼は、ノズル外輪側の接合端部の腹面がノズ
   ル外輪側の周壁面を指向するように傾斜した特許請求の
   範囲第１項記載のタービンノズル。 ４、ノズル翼は、ノズル外輪側の接合端部の膜面がノズ
   ル外輪側の周壁面を指向するように傾斜する一方、ノズ
   ル内輪側の接合端部の膜面がノズル内輪側の周壁面を指
   向するように傾斜した特許請求の範囲第１項記載のター
   ビンノズル。 ５、傾斜した接合端部の高さはノズル翼全高に対して０
   ．０５〜０．３５に設定するとともに、タービンの回転
   中心を通る基準線に対する接合端部の傾斜角度を２．５
   〜２５度に設定した特許請求の範囲第２項ないし第４項
   いずれか１項に記載のタービンノズル。 ６、ノズル翼は、ノズル翼全高に渡って断面形状を一定
   に形成した特許請求の範囲第１項ないし第５項いずれか
   １項に記載のタービンノズル。