JPS6131601A - タ−ビン群翼構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明ハ、蒸気タービン、ガスタービン等の軸流ターボ
機械の回転動翼に係り、特に低圧タービン等に使用され
る長翼に好適なように改良した群翼構造に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

第２図は従来一般に用いられている蒸気タービンの動翼
を示す斜視図である。多数の動翼１が回転車盤４の周囲
に等間隔で配列されて回転翼列を構成しているｄ）この
ような回転動翼１について、特に低圧タービンなどに使
用される翼長の長い翼では、その振動９強度特性を改善
するためにシュラウドカバー２、タイワイヤ３といった
連結部品で数枚の興を連結し、拝具を構成している。こ
のような構造の動翼は、通常第３図に示すように連結部
材２，３を備えた同一形状の単翼１を複数枚構成して、
溶接等により連結するのが一般的である。

さて、上述のような長翼では流体性能を良好にするため
、第３図に示すように翼根元ＩＲがら翼先端ＩＴに向い
、大きく捩れた形状となっている。

このように捩れた翼を回転させると、遠心力の作用で翼
長方向に引張られ、翼の捩れがもどる方向の変形を生じ
る。これはアンツイスト現象として良く知られている。

第４図は、第２図の拝具のＡ−ＡＩ！’ｉ面を示したも
のであるが、アンツイスト現象は、このような拝具にも
発生する。すなわち、第４図（ａ）に示すように、静止
中は等間隔、同一形状に構成されている翼列１−１〜ｌ
−３及び１′−１〜１′−３が、回転中は第４図（ｂ）
に示すように、連結された１群の翼が、拝具ごとに矢印
６．６ノの如く捩れるような変形を生じる。矢印５は蒸
気流を表わしている。

さて、軸流機械の翼列では、航空機のような単独翼と異
なり、個々の翼形状が良好な形状であるばかりでなく、
翼と翼の間に形成される翼間流路の形状が良好に保たれ
ることが、性能上極めて重要である。

ところで、第４図（ｂ）に示したよりな拝具変形が生ず
ると、拝具１と拝具ｌ′の間の流路、づなわち、翼１−
３と翼１′−１の翼間流路は計画きれた流路形状から逸
脱し、連結された翼、例えば翼１−１と１−２の間の流
路のように良好な翼間流路を形成し得す、大きな流体損
失を発生して軸流タービンの効率を著しく低下させる原
因となっている。

一方、この上うな拝具変形は、全ての翼を連結して、全
周を一つの拝具と成す以外に変形を防止する手段は無い
。また全周を一つの拝具とする構造は強度、振動の面か
らいかなる場會扛も適用可能というわけにもいかないた
め、現在でも多くの翼が、複数拝具よりなる構造となっ
ており、上述の理由で効率を低下させる欠点を有してい
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前述のような拝具構造の回転動翼の拝
具間部に発生する捩れ変形に因る流体損失を低減し、軸
流タービンの効率を向上させようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明の原理は、従来の拝具が、全く同一形状の翼から
翼列を構成しているのに対し、拝具の端に位置する翼、
即ち拝具の先頭翼と末尾の翼の形状を拝具の中間に位置
する翼とは異なった形状となし、拝具変形後も良好な翼
間流路形状を保って、流体損失の発生を防止し、翼の効
率を改善するも□　　のである、この原理に基づいて前
記の目的を達成するため、本発明に係るタービン群翼構
造は、３枚、若しくはそれ以上の翼を連結部材で結合し
て拝具を構成するとともに、複数個の上記拝具を回転車
盤に固定した軸流ターボ機械の回転翼列において、各拝
具を構成している翼の内の先頭翼と未尾翼との少なくと
もいずれが一方の形状を中間翼の形状と異ならしめ、か
つ、前記の先頭翼はのど部を形成する翼の最大厚さ寸法
を他の翼よりも大ならしめたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例について第１図、並びに第５図
乃至第８図を参照しつつ説明する。

本実施例は第２図に示した従来のタービン群翼構造に本
発明を適用して改良したものであって、第２図における
と同様に、回転車盤４上に翼１が複数枚配設されて翼列
を構成し、ている。さらに翼１は連結部品２，３によっ
て数枚ずつ結合されて拝具を構成しており、数組の拝具
から全体の円環翼列が構成されている。拝具と拝具との
間は連結されていない。

さて、第１図は本考案のタービン翼列構造にっき、第２
図のＡ−Ａ断面相当の構造図を示す。拝具１−１．１−
２．１−３は、タイワイヤ３によって連結されている。

また、隣接する拝具１’−１゜１’−２，１’−３も同
様であＺｏこのうち拝具の中央ｇｉ−２と末尾の翼１−
３とは同一形状の翼であるが、先頭具１−１のみは異な
った翼形状の翼とする。即ち、これ等の翼の断面形状の
詳細は第５図に示すように、背側１ａと腹側１ｂから翼
外形を説明すると、腹側１ｂは翼の前縁ＩＣから後縁１
ｄに向ってほぼ直線ないしは曲率変化のりるい曲線から
なり、一方の背側１ａでは、前縁ＩＣ近傍に凸部１ｅを
有し凸部の終点１ｇから後縁１１でほぼ直線的な形状を
有している。この凸部１ｅの最高点が同時に翼の最大厚
み部である。

さて、第１図の構造では、上述の翼最大厚さ、即ち１０
部の厚さＤが、先頭具１−１のみ他の１−２゜１−３の
翼より厚くなっている。

以上のような構成で１つの拝具が構成されているわけで
あるが、他の拝具１’−１，１’−２゜１′−３におい
ても全く同様に、先頭具１′−１は厚さＤが 中間翼１’−２，未尾翼１−３よりも翼最大、厚い翼形
となっている。本例と異なり、１拝具が３枚でなく、も
つと数多くの翼から構成されている場合も、同様に先頭
具のみ翼最大厚さを厚くした構造とする。

上に述べた実施例の翼列構造による流体損失の低減作用
を第５図及び第６図を用いて説明する。

本実施例の翼は第５図に示すような形状を有しているが
、このような翼の隣接する翼間に構成される流路形状の
特徴は、前縁ＩＣ，１’Ｃから流路中が徐々にせばまり
、翼最大厚み部１ｅ、ｌ’ｅににおいて流路中が最小と
なる。この流路中殻小部８は、のど部と呼ばれる。のど
部８よりも下流側では、流路中は徐々に増大する、即ち
のど部８でせばまり末広流路形状を構成している。この
ようなせばまり末広流路が、翼上流１０では蒸気流５の
速度が亜音速であり、翼下流１１では超音速流となるい
わゆる遷音速流を得るのに好適な流路形状でおることは
、種々の熱・流体関係の工学書に述べられているとおり
である。

さて、上述の遷音速翼の損失特性は、のど部８の流路幅
Ｓと、翼出口での流路幅ｑの寸法ｅによって特性が決定
付けられる。即ち、第６図の遷音速翼の損失特性に示す
ように、成るｓ／ｅの比率を有する翼形には、損失が最
小となる最高効率点１４が存在する。この損失最小点１
４以外では、翼の損失が増大する。一方、第１図の翼１
−１と翼１−２、あるいは翼１−２と翼１−３との間に
形成される翼間流路は、従来構造の欠点として述べた拝
具変形を生じても、翼間流路が大きく形を変えることは
なく、のど部８と出口部９の流路幅比Ｓ／ｅも変わらな
いので、計画された性能を発揮する。これに対し、拝具
と拝具の間の流路、即ち拝具の未尾翼１−３とこれに続
く拝具の先頭具１′−１との間の流路は、第７図に示す
ように拝具変形によって、拝具の中間に位置する翼の流
路形路形状とは異なった流路形状となる。この第７図は
、対比参照のため従来の翼形状（運転時、即ち拝具変形
した状態）を１点鎖線で描いである。

８ｅは従来のタービン拝具におけるのど部を示す。

破線で示した翼形状は上記従来のタービン拝具の休止時
、即ち拝具変形を生じていない状態を示し、８ｆはこの
ときののど部である。

このような従来形の先頭具（鎖線ｉ’＝ｉ）は、稼動中
におけるのど部８ｅと出口部９との流路幅比が、他の翼
と異なることになる。このため、第６図の一点鎖線で示
したカーブ１３のように翼の損失特性がづれて、損失の
大きな部分で作動することになり、効率を低下させる。

一方、本発明の翼（実線１’−１）では、変形後に他の
拝具と同一寸法ののど部８ｇと出口部９の流路幅比を構
成するよう、翼ののど部を構成する最大厚み部１　ｅ／
の厚さを増加させであるので、運転中の拝具変形後も、
第６図のカーブ１２の如く損失最小の最高効率点で作動
するので、従来翼のような効率低下は無く、相対的に効
率を改善することができる。

第８図は前記と異なる実施例を示し、第２図のＡ−Ａ断
面に相当する図である。本実施例では、拝具を構成する
翼１のうち、先頭具１−１及び１’、−１と末尾の翼１
−３及び１′−３との形状が、中間翼１−２と異なる形
状をしている。なお中間翼の枚数は、本図の如く１枚の
みでなく何枚あっても良い。本実施例（第８図）は、第
２図に示した実施例のように、翼背側１ａがのど部８を
形成するような凸部１ｅ、ｌ’ｅを有し、これよりも下
流側では、流路幅が末広がりになるような背側１ａの形
状を有するのみならず、第９図にその詳細を示すように
、腹側１ｂ上で、隣接する翼１′の最大厚み部１　／　
ｅ　に相対してのど部８を形成する一点１ｆから後縁１
ｄまでの部分が背側に向って傾斜し、背側、腹側の両側
でのど部８以降の末広流路を形成するような翼形で、先
頭翼１−１と中間翼１−２とを構成する。このような翼
形は、前述の第１図の実施例の翼とくらべて、相対的に
短い長さで大きな流路の広がり率が得られる。このため
、翼の重量が強度的に問題となり、なおかつ運転時の蒸
気流出速度により高速を要求される回転数の高い長大具
用として好適である。そして、本実施例においては、第
８図及び第１０図に実線で示したように末尾の翼１−３
のみ、実線形状で示したように、腹側ｉｂが直線ないし
は、ゆるやかな曲線からなっており、のど部８から出口
に向って、腹側を傾斜させない翼形とする。

第１０図は、本実施例での拝具と拝具間の流路形状と変
形挙動を示したものであり、本図を用いて本実施例の利
点を説明する。

説明の便宜上、対比するために、一点１ｆを設けた翼形
状の拝具変形していない状態を破線で示す。

末尾の翼１−３と隣接する拝具の先頭翼１′−１とは、
運転中の拝具変形により一点鎖線で示したような状態と
なる。この際、一点鎖線で示した従来例、即ち全ての翼
が同一形状の翼の場合は、第１Ｏ図から容易に理解でき
るように、先頭翼１’　−１の最大厚み部１　／　ｅに
よって絞られた流路断面８ａと、未尾翼１−３の一点１
ｆによって絞られた流路断面８ｂとの２個所においての
ど部を有するような形状となる。

高速流領域で使用される遷音速翼形では、このような流
路形状のくずれは、流れの剥離をひきおこして極めて大
きな流体損失を発生させる。そこで、実線に示す本実施
例では、未尾翼の１−３のみ、腹側の一点１ｆを設けず
、はぼ直線的な形としであるので、のど部は先頭翼１′
−１の最大厚み部１′ｅで絞られた８ａのみとなるので
流れの剥離も発生せず、翼効率を高めることができる。

このような翼構造では、種々の回転数で運転されるよう
なタービンで、拝具変形が一定でなく、のど部の位置が
常に移動するような翼列に適用するに好適である。

第１１図は更に異なる実施例を示す。この実施例が第８
図乃至第９図に示した実施例と異なる点は、未尾翼１−
３も、先頭翼１′−１や、中間翼１−２と同様、腹側に
一点１ｆを有した形状と、し、かつ、未尾翼のみ一点１
ｆの位置、即ち出口端からの距離ｔが他の翼より大きく
、一点１ｆが上流側に位置しており、実線で示した拝具
変形後の状態において、のど部８が未尾翼１−３の一点
１ｆと、これに隣接する先頭翼１′−１の最大厚み部１
′ｅ　との間に形成され、正常な翼間流路が構成される
ようにしたものである３、本実施例は、定速運転されて
、拝具変形が常に一定であるような翼列に適用するに好
適である。

第１２図は更に異なる実施例を示す。第１３図は対比参
照の為に示した従来装置を示す。これらの第１２図、第
１３図は第２図のＢ−Ｂ面に相当する面で切断しである
。従来は第３図に示すような、連結部材、即ちシュラウ
ドカバー２やタイワイヤ３を含めて、革具状態で全く同
一形状に製作された翼を、溶接にて連結する。したがっ
て第１３図に示すように、拝具の端に位置する翼１−１
゜１−３には、連結されないタイワイヤ３ａ、３ｂが突
出している。本実施例では、第１２図に示すように、先
頭翼１−１と末尾の翼１−３とは、タイワイヤ３が突出
していない形状としている。これにより、翼連結のみが
目的のタイワイヤが、流路中に突出しているために発生
する流体損失を防止して翼効率を高めることが可能でお
る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のタービン群翼構造は、３
枚又はそれ以上の翼と連結部材で結合して拝具を構成す
るとともに、複数個の上記拝具を回転車盤に固定した軸
流ターボ機械の回転翼列において、各拝具を構成してい
る翼の内の先頭翼と未尾翼との少なくともいずれか一方
の形状を中間翼の形状と異ならしめ、かつ、前記の先頭
翼はのど部を形成する翼の最大厚さ寸法を他の翼よりも
大きくすることにより、回転動翼の拝具間に発生する捩
れ変形に因る流体損失を低減し、軸流ター予ンの効率を
向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタービン群翼構造の１実施例の翼列の
展開図である。第２図は従来のタービン翼の全体構造の
斜視図、第３図は学独翼状態のタービン翼を示す斜視図
、第４図は第２図のＡ−Ａ断面を示す展開図である。第
５図は前記実施例の翼断面形状を示し、第１図の一部詳
細図でおる。 第６図は遷音速翼の損失特性を示す図表である。 第７図は第１図の一部詳細図で、拝具の端の部分金示す
説明図である。第８図は前記と異なる実施例の翼列を示
す展開図、第９図及び第１０図は第８図の部分詳細図で
ある。第１１図は及び第１２図はそれぞれ更に異なる実
施例の説明図でおる。 第１３図は対比の為に示した従来装置の拝具構造の断面
図である。 １・・・動翼、１ａ・・・翼背側、１ｂ・・・翼腹側、
１ｃ・・・翼前縁、１ｄ・・・翼後縁、１ｅ・・・翼最
大厚み部、１ｆ・・・腹側のど部または、曲点、１ｇ・
・・背側出口流路幅部、ｌ−１・・・拝具の先頭翼、１
−２・・・拝具の中間翼、１−３・・・拝具の未尾翼、
２・・・シュラウドカバー、３・・・タイワイヤ、４・
・・回転車盤、訃・・蒸気流、６・・・拝具変形方向、
７・・・回転方向、８・・・のど部、９・・・出口流路
部、１０・・・翼上流領域、１１・・・翼下光領域、１
２・・・中間翼及び本考案翼の損失曲線、１３・・・従
来の拝具端部の翼の損失曲線、１４・・・最高効率点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３枚若しくはそれ以上の翼を連結部材で結合して群
   翼を構成するとともに、複数個の上記群翼を回転車盤に
   固定した軸流ターボ機械の回転翼列において、各群翼を
   構成している翼の内の先頭翼と未尾翼との少なくともい
   ずれか一方の形状を中間翼の形状と異ならしめ、かつ、
   前記の先頭翼はのど部を形成する翼の最大厚さ寸法を他
   の翼よりも大ならしめたことを特徴とするタービン群翼
   構造。 ２、前記ののど部は、タービン翼の最大厚み部の背側の
   膨出部と、該膨出部に対向する隣接タービン翼の腹側の
   曲点部の間に形成され、かつ、上記腹側の曲点部から翼
   後縁に向かう腹側の形状は、未尾翼のみほぼ直線状をな
   し先頭翼及び中間翼はその翼後縁の付近に作動流体の下
   流に向かつて拡開せしめる方向の傾斜を付したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のタービン群翼構
   造。 ３、前記の翼は、それぞれ腹側に凸形の曲点を有する形
   状とし、かつ、未尾翼における上記の曲点と翼後縁との
   間の距離を、先頭翼及び中間翼における曲点と翼後縁と
   の間の距離よりも大きくしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項若しくは同第２項に記載のタービン群翼構
   造。 ４、前記の連結部材はタイワイヤを含み、かつ、上記の
   タイワイヤは先頭翼が隣接翼群に対向する面から突出し
   ないように切断除去するとともに、未尾翼が隣接翼群に
   対向する面から突出しないように切断除去したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のタービン群翼構
   造。