JPH06323105A - 軸流型ターボ機械の漏れ流れ流路構造 - Google Patents

軸流型ターボ機械の漏れ流れ流路構造

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JPH06323105A
JPH06323105A JP11136993A JP11136993A JPH06323105A JP H06323105 A JPH06323105 A JP H06323105A JP 11136993 A JP11136993 A JP 11136993A JP 11136993 A JP11136993 A JP 11136993A JP H06323105 A JPH06323105 A JP H06323105A
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JP
Japan
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flow
blade
annular
stream
fin
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JP11136993A
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English (en)
Inventor
Yoshio Kano
芳雄 鹿野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】軸流型ターボ機械の性能向上を図るための漏れ
流れ流路を実現すること。 【構成】先端部では、環状分離板を上部ダイヤフラムと
間隙を有するように設置し、この分離板は複数個の貫通
孔を有する先端シールフィンに接合される。また、根元
部においては、動翼の根元半径を静翼下部ダイヤフラム
半径よりも大きくし、動翼根元部上流側ディスクに環状
の突起を設ける。また、動翼を取り付けるディスクに
は、複数個の作動流体漏洩孔を設け、更に、静翼下部ダ
イヤフラムに設けられた突起とディスクに設けられた突
起により構成される根元フィンを、前記のディスクに設
けた複数個の作動流体漏洩孔の半径位置よりも小さな半
径位置に設ける。 【効果】動翼へ流入する流れは、入射角の小さい流れと
なり、動翼流れの入射角損失及び二次流れ損失を低減す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービン,ガスタ
ービンなどの軸流型ターボ機械の段落流れにおける漏れ
流れの流路構造に関する。
【0002】
【従来の技術】軸流型ターボ機械の段落流れにおける漏
れ流れの流路構造変更により、流れの改善を図っている
従来技術には、例えば、静翼を固定している上下ダイヤ
フラムの静翼出口部にスリット孔を設け、境界層を吸い
込んで動翼へ流入する流れを整流する試みがなされてい
る。これについては、例えば、特開昭59−51104 号公報
に記載されている。また、環状の分離板を用いてダイヤ
フラムに発達する境界層流れと主流流れを分離し、動翼
へ流入する流れを整流する試みもなされている。これに
ついては、例えば、特開昭57−56609 号公報に記載され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、軸流型ターボ
機械の内部流れでは、作動流体の粘性に起因して、固体
壁上に、流速の遅い境界層が発達する。静翼ダイヤフラ
ム上にもこの境界層が発達し、動翼へ流入するが、動翼
へ流入する相対速度の流れ方向は、流速が遅いために、
動翼に対して大きな入射角を有することになる。そのた
め、動翼内の流れが乱され、大きな損失が発生すると同
時に、動翼内の二次流れ渦を成長させる要因ともなり、
損失はますます増大する。この様子を示したのが図2で
ある。図2には、根元部での流れの状況のみを示してい
るが、図2−(a)に示すように、静翼出口における下
部ダイヤフラム上には、速度の遅い境界層が発達し主流
に接続している。このような流れが動翼に流入する場合
の様子を速度三角形で示したのが図2−(b)である。
境界層部をA−A断面,主流部をB−B断面で代表さ
せ、絶対速度をV,相対速度をW,動翼回転速度をUと
し、下添字A,Bは各々の断面に対応している。主流部
断面であるB−B断面においては、静翼出口の絶対速度
B は大きく、動翼へ流入する相対速度WB は動翼に対
して入射角のほとんどない良好な流れとなる。一方、境
界層流れ断面であるA−A断面においては、静翼出口の
絶対速度VA は小さく、そのために、動翼へ流入する相
対速度WAは動翼に対して大きな入射角を有する流れと
なり、損失発生の要因となる。このような流動状態は、
先端部でも同様に発生する。また、このような流速の遅
い流れが動翼の根元部、及び先端部に流入すると、翼高
さ中央部近傍の流速の大きい流れに比べ、動翼の転向に
よる遠心力に大きな差が発生し、強い二次流れ渦の発生
原因にもなり、これによっても大きな損失が発生する。
【0004】本発明の目的は、このような静翼ダイヤフ
ラム上の境界層による動翼内部の損失を低減し、高性能
な軸流型ターボ機械を実現するため、既存の漏れ流れに
境界層流れを転用できる漏れ流れ流路を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は、環状流
路に複数個配置された静翼と動翼で構成される軸流型タ
ーボ機械の段落において、静翼上部ダイヤフラムに発達
する境界層流れと主流流れを分離する環状の分離板を設
置し、該分離板と先端シールフィンを接合し、接合部よ
り半径大なる位置の先端シールフィンに複数個の貫通孔
を設け、静翼上部ダイヤフラム近傍の流体を先端シール
フィン間間隙へ導く流路を構成したことを特徴とする。
【0006】本発明の第二は、動翼先端位置を、本発明
の第一で設置した環状の分離板の半径位置にしたことを
特徴とする。
【0007】本発明の第三は、環状流路に複数個配置さ
れた静翼と動翼で構成される軸流型ターボ機械の段落に
おいて、動翼根元半径を静翼根元半径より大きくし、動
翼根元部上流側ディスクに静翼下部ダイヤフラムに発達
する境界層流れと主流流れを分離する環状の突起を設置
したことを特徴とする。
【0008】本発明の第四は、動翼ディスクに設けた複
数個の作動流体漏洩孔と根元フィンの位置関係を根元フ
ィンが作動流体漏洩孔よりも半径小なる位置にあること
を特徴とする。
【0009】
【作用】初めに、先端部に設けた環状分離板と分離板に
接合された複数個の貫通孔を有する先端シールフィンの
作用について述べる。環状分離板は静翼上部ダイヤフラ
ムより小径とし、ダイヤフラムと環状分離板で環状流路
を形成するように設置され、接合された複数個の貫通孔
を有する先端シールフィンに接合することで、先端シー
ルフィン間間隙の低圧部と前記のダイヤフラムと環状分
離板で形成された環状流路は一つの流路を形成する。し
たがって、静翼上部ダイヤフラム上に発達した境界層
は、前記流路を通り、先端シールフィン間間隙の低圧部
へと導かれる。その結果、動翼へ流入する流体は高速部
のみとなり、所定の流れ角を持って動翼へ流入する。一
方、先端シールフィン間間隙の低圧部へと導かれた境界
層の流れは、先端シールフィンを通り動翼出口方向へ向
かうと同時に、静翼出口の主流が先端シールフィンへ流
れるのを阻止する役割を果たす。この流動状態を更に有
効にするために、前記高速の主流が動翼へ流入する際、
動翼先端位置を環状分離板の半径位置と同じくすれば、
動翼先端位置が静翼上部ダイヤフラム半径位置、あるい
はそれ以上の従来の場合に比べて、流路拡大がないた
め、主流が減速されることなく動翼へ流入し、良好な段
落流れが得られる。したがって、動翼内での損失発生を
低減でき、高性能な軸流型ターボ機械が実現できる。
【0010】次に、根元部近傍の流路構造の作用を述べ
る。動翼根元半径を静翼下部ダイヤフラム半径よりも大
きくし、動翼根元部上流側ディスクに環状の突起を設け
ることにより、前記突起は静翼下部ダイヤフラムに発達
する境界層流れと主流流れを分離することができる。こ
の分離された境界層の流れは、静翼下部ダイヤフラムと
ディスク間の間隙を通り、ディスクに設けた複数個の作
動流体漏洩孔を通ってディスク下流側へと流れる。した
がって、前記動翼根元部上流側ディスクに環状に設けら
れた突起は、先端部の分離板と同様な作用効果を有す
る。この結果、動翼根元部には高速の主流部が流入する
ことになり、動翼への流れは入射角の小さい良好な流れ
となる。この効果をより一層高めるために、静翼下部ダ
イヤフラムの突起とディスクに設けた突起で構成される
根元フィンを、前記のディスクに設けた複数個の作動流
体漏洩孔の半径位置よりも小さな半径位置に設けること
で、軸シールからの漏れ流れを少なくし、吸い込んだ境
界層流れを積極的に作動流体漏洩孔に導くことができ
る。
【0011】以上に述べたような漏れ流れ流路を構成す
ることで、従来の漏れ流れの流体の大部分を境界層の流
れから導くことができ、動翼を通る大部分の流体は、高
速の主流流れとすることができる。この結果、動翼へ流
入する流れは、入射角の小さい高速の流れとなり、動翼
流れの入射角損失及び二次流れ損失を低減することがで
きる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図1により説
明する。図1は、本発明の子午面での断面を示す図であ
る。初めに、先端部の構造について述べる。静翼出口部
の境界層流れと主流流れを分離する環状分離板を上部ダ
イヤフラムと間隙を有するように設置する。この分離板
は複数個の貫通孔を有する先端シールフィンに接合さ
れ、上部ダイヤフラムと環状分離板、及び先端シールフ
ィンの複数個の貫通孔によって、静翼出口部から最上流
側の先端シールフィンとその下流側の先端シールフィン
によって構成される間隙部への流路を形成する。最上流
側の先端シールフィンとその下流側の先端シールフィン
によって構成される間隙部の圧力は、静翼出口部よりも
低圧であり、したがって、静翼出口部の上部ダイヤフラ
ム上に発達した境界層流れを、前記の最上流側の先端シ
ールフィンとその下流側の先端シールフィンによって構
成される間隙部へ導くことができる。この間隙部へ導か
れた流体は、下流側へ流れると同時に、主流流れが最上
流側の先端シールフィンを通ってシール部へ流入するの
を防止する役割を果たす。一方、静翼出口部からの主流
を乱すことなく動翼部へ流入させるために、動翼先端半
径位置は、前記の環状分離板と同じ半径となるように構
成する。
【0013】次に、根元部近傍の流路構造について述べ
る。動翼の根元半径は静翼下部ダイヤフラム半径よりも
大きくし、動翼根元部上流側ディスクに環状の突起を設
ける。また、動翼を取り付けるディスクには、複数個の
作動流体漏洩孔を設け、更に、静翼下部ダイヤフラムに
設けられた突起とディスクに設けられた突起により構成
される根元フィンを、前記のディスクに設けた複数個の
作動流体漏洩孔の半径位置よりも小さな半径位置に設け
る。以上の構成により下部ダイヤフラム上に発達した境
界層流れは、下部ダイヤフラムとディスク間間隙、及び
作動流体漏洩孔を通り、ディスク下流側へと導かれる。
また、根元フィンを、前記のディスクに設けた複数個の
作動流体漏洩孔の半径位置よりも小さな半径位置に設け
ることで、軸シールからの漏れ流れを少なくすることが
できる。
【0014】本発明の第2の実施例を図3に示す。静翼
ダイヤフラム出口端から動翼シュラウドまでの距離が大
きい場合には、環状分離板と先端シールフィンを連結す
る部分を直線として、第1の実施例に比べて流動抵抗の
少ない流路を構成するものである。
【0015】
【発明の効果】以上に述べたような先端部、及び根元部
の漏れ流れ流路を構成することで、従来の漏れ流れの流
体の大部分を、動翼流れに悪影響を及ぼす静翼ダイヤフ
ラム上の境界層の流れから導くことができ、動翼を通る
大部分の流体は、設計通りの高速の主流流れとすること
ができる。この結果、動翼へ流入する流れは、入射角の
小さい流れとなり、動翼流れの入射角損失及び二次流れ
損失を低減することができる。また、漏れ流れ流量は従
来のものと大差ないため、漏洩損失が増加することはな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の子午面における断面図
である。
【図2】根元近傍の流動状態の説明図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】 1…静翼、2…動翼、3…上部ダイヤフラム、4…下部
ダイヤフラム、5…環状分離板、6…シールフィン貫通
孔、7…シールフィン、8…シュラウド、9…環状突
起、10…作動流体漏洩孔、11…根元フィン、12…
軸シール、13…ディスク、14…静翼出口の速度分
布、15…ステー。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】環状流路に複数個配置された静翼と動翼で
    構成される軸流型ターボ機械の段落において、静翼上部
    ダイヤフラムに発達する境界層流れと主流流れを分離す
    る環状の分離板を設置し、該分離板と先端シールフィン
    を接合し、接合部より半径大なる先端シールフィンの位
    置に複数個の貫通孔を設け、静翼上部ダイヤフラム近傍
    の流体を先端シールフィン間間隙へ導く流路を構成した
    ことを特徴とする軸流型ターボ機械の漏れ流れ流路構
    造。
  2. 【請求項2】請求項1において、動翼先端位置を、環状
    の分離板の半径位置にしたことを特徴とした軸流型ター
    ボ機械の漏れ流れ流路構造。
  3. 【請求項3】環状流路に複数個配置された静翼と動翼で
    構成される軸流型ターボ機械の段落において、動翼根元
    半径を静翼根元半径より大きくし、動翼根元部上流側デ
    ィスクに静翼下部ダイヤフラムに発達する境界層流れと
    主流流れを分離する環状の突起を設置したことを特徴と
    した軸流型ターボ機械の漏れ流れ流路構造。
  4. 【請求項4】動翼ディスクに設けた複数個の作動流体漏
    洩孔と根元フィンの位置関係を根元フィンが作動流体漏
    洩孔よりも半径小なる位置にあることを特徴とした軸流
    型ターボ機械の漏れ流れ流路構造。
JP11136993A 1993-05-13 1993-05-13 軸流型ターボ機械の漏れ流れ流路構造 Pending JPH06323105A (ja)

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