(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周囲に形成されるチャンバの入口側に設けられ、周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有して同作動流体を部分送入する調速段ノズルと、前記チャンバの出口側周囲に設けられ、作動流体を全周送入する高圧第１段ノズルとから構成される軸流タービンにおいて、前記高圧第１段ノズル入口の前記非送入部に対応する円周方向位置に案内羽根を設置し、同案内羽根の流入角は入口部では前記非送入部において流入する作動流体の流入角に合わせ、出口部では前記送入部において流入する作動流体の流入角に合わせたことを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
前記案内羽根はタービン翼環に固定されたことを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸気タービンやガスタービンなどで使用される軸流タービンの性能向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸気タービンで使用されている軸流タービンの代表例を図３により説明する。図３において、ボイラから供給される高圧、高温の蒸気は調速段ノズル１０で膨張し、高速流れになり、調速段動翼２０を流れ、仕事を行う。調速段動翼２０を流出した蒸気は調速段後のチャンバ７０で運動エネルギを失いつつ次の高圧第１段ノズル３０へ流入し、更に高圧第１段動翼４０へ流入して仕事を行う。そのあと、蒸気は同様に高圧第２段ノズル５０、高圧第２段動翼６０で膨張し仕事を行う。以下、第３段以降も同様であり、このような蒸気の流れにより、タービン回転軸８０が回転する。
【０００３】
ところで、調速段のノズルは一般に図４に示すように、部分負荷特性を向上させるために、複数個のノズル室から構成されており、設計点では図示の〈１〉〜〈３〉の弁のノズル室が全開となり、〈４〉の弁は全閉である。（本図では４個のノズル室の場合を示す）。すなわち、調速段出口の流れは周方向２７０°だけ流れており、９０°相当分は非送入域となっている。一方、高圧第１段ノズル３０は全周送入となっている。したがって、図５に示すように調速段動翼２０出口から高圧第１段ノズル３０までの流れは旋回を伴いながら、非送入域へ流れる。これから、高圧第１段ノズル３０入口では送入部と非送入部の蒸気の流入方向が異なることが分かる。
【０００４】
図５は上記の送入部と非送入部との翼列展開図であり、送入部の流入パターンを１２０、非送入部の流入パターンを１３０で示しており、蒸気は動翼第１段ノズル３０の入口部において流入パターン１２０と１３０とでは異なって流入する。従って、送入部ではノズルの性能は良いが、非送入部ではミスマッチングのために、ノズルの性能が低下する。この性能低下はタービンが部分送入段と次段の全周送入段から構成される場合にはやむを得ないものと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の軸流タービンの調速段ノズル１０には複数のノズル室を備え、これらノズル室は蒸気の送入部と非送入部とからなり、それぞれ送入部と非送入部とでは高圧第１段ノズル３０に流入する流入方向は異なり、非送入部から高圧第１段ノズル３０に流入する部分では流入方向のミスマッチングのためにノズル性能が低下してしまう。
【０００６】
そこで本発明では、調速段ノズルに蒸気流れの送入部と非送入部を有する軸流タービンにおいて、非送入部からの蒸気流れの方向を高圧第１段ノズル入口においてマッチングさせ、蒸気流れ方向のミスマッチングによる性能低下を防止することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の（１），（２）の手段を提供する。
【０００８】
（１）回転軸周囲に形成されるチャンバの入口側に設けられ、周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有して同作動流体を部分送入する調速段ノズルと、前記チャンバの出口側周囲に設けられ、作動流体を全周送入する高圧第１段ノズルとから構成される軸流タービンにおいて、前記高圧第１段ノズル入口の前記非送入部に対応する円周方向位置に案内羽根を設置し、同案内羽根の流入角は入口部では前記非送入部において流入する作動流体の流入角に合わせ、出口部では前記送入部において流入する作動流体の流入角に合わせたことを特徴とする軸流タービン。
【０００９】
（２）上記（１）の発明において、前記案内羽根はタービン翼環に固定されたことを特徴とする軸流タービン。
【００１０】
本発明の（１）では、調速段ノズルの送入部から流入し、調速段動翼を流出した作動流体、例えば蒸気はチャンバ内を旋回しながら高圧第１段ノズルへ流入する。この場合の蒸気の流入パターンは送入部から流入する流入角と非送入部から流入する流入角とは異なっている。しかし、高圧第１段ノズル入口の非送入部に相当する部分には、（２）の発明のように案内羽根を固定しており、この案内羽根により、流入した蒸気は送入部での流入パターンと同じ流入角となって流出し、高圧第１段ノズルに流入する。従って、従来の案内羽根のない軸流タービンで発生した非流入部における高圧第１段ノズル入口部でのミスマッチングがなくなり、高圧第１段ノズル全周で送入部の流入パターンで流入するので損失がなくなり、タービン性能が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る軸流タービンの断面図である。図において、調速段ノズル１０、調速段動翼２０、高圧第１段ノズル３０、高圧第１段動翼４０、高圧第２段ノズル５０、高圧第２段動翼６０、チャンバ７０、タービン回転軸８０は図３に示す従来例と同じ機能を有するので同一符号を用い、そのまま引用して説明するが、本発明の特徴部分は符号１００で示す静止翼環に設けられた案内羽根であり、以下に詳しく説明する。
【００１２】
図１において、案内羽根１００は高圧第１段ノズル３０の入口部の非送入部に相当する周方向に複数枚を所定間隔で配置し、流入する蒸気の流れ方向を送入部の流れ方向と同じ方向に変えて全周送入の高圧第１段ノズルに流入させるようにする。
【００１３】
図２は調速段ノズル１０と高圧第１段動翼４０との間の翼列展開図であり、調速段動翼２０から流出する蒸気流れは図示のように調速段ノズルの送入部では流入パターン１２０となり、非送入部では流入パターン１３０となって全周送入の高圧第１段ノズル３０に流入する。これら流入パターン１２０，１３０は図示のように異なっており、非送入部の流入パターン１３０は従来例で説明したように高圧第１段ノズル３０の流入方向とは整合していない。
【００１４】
高圧第１段ノズル３０直前の非送入部に相当する周方向位置には、図示のように複数枚の案内羽根１００が設置されている。この案内羽根１００は入口角度が小さく、出口角度が大きないわゆるディフューザとして設計されている。なお、設計点によっては、調速段の出口蒸気流出方向は異なる場合があるが、その場合には、この案内羽根１００の形状は高圧第１段ノズル３０に蒸気が流出しやすくなる形状に適宜変更する。
【００１５】
上記のような案内羽根１００により、非送入部の流入パターン１３０は、その流入方向がスムーズに変更され、送入部の流入パターン１２０の流れ方向とほぼ同じになり、高圧第１段ノズル３０に流入し、全周送入部の高圧第１段ノズル３０では全周において同じ流入パターンとなる。
【００１６】
上記構成の軸流タービンにおいて、調速段動翼２０を流出する蒸気はチャンバ７０内で旋回しながら、高圧第１段ノズル３０へ流入するが、送入部の流入パターン１２０と非送入部の流入パターン１３０とは異なる。しかし、非送入部に設けた案内羽根１００により、案内羽根出口では非送入部の流入パターン１３０は前述のようにほぼ送入部の流入パターン１２０と同じになることが予想される。その結果、従来構造で発生していた非送入部における高圧第１段ノズル３０の入口部のミスマッチングによる損失が発生しなくなり、タービン性能が向上する。
【００１７】
なお、上記の実施の形態においては、作動流体として蒸気を用いる例、即ち、蒸気タービンの例で説明したが、本発明は作動流体がガス、即ちガスタービンにおいても適用されることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の（１）の軸流タービンは、回転軸周囲に形成されるチャンバの入口側に設けられ、周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有して同作動流体を部分送入する調速段ノズルと、前記チャンバの出口側周囲に設けられ、作動流体を全周送入する高圧第１段ノズルとから構成される軸流タービンにおいて、前記高圧第１段ノズル入口の前記非送入部に対応する円周方向位置に案内羽根を設置し、同案内羽根の流入角は入口部では前記非送入部において流入する作動流体の流入角に合わせ、出口部では前記送入部において流入する作動流体の流入角に合わせたことを特徴としており、本発明の（２）は、（１）の発明において、前記案内羽根はタービン翼環に固定されたことを特徴としている。このような構成により調速段ノズルから流出し、調速段動翼を通りチャンバから高圧第１段ノズルに流入する作動流体の流入パターンを全周にわたり送入部の流入パターンとほぼ同じにすることができるので、高圧第１段ノズル入口部のミスマッチングによる損失がなくなり、タービン性能が向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る軸流タービンの断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る軸流タービンの翼列展開図である。
【図３】従来の軸流タービンの断面図である。
【図４】本発明及び従来の軸流タービンの調速段ノズルの配置図である。
【図５】従来の軸流タービンの翼列展開図である。
【符号の説明】
１０      調速段ノズル
２０      調速段動翼
３０      高圧第１段ノズル
４０      高圧第１段動翼
５０      高圧第２段ノズル
６０      高圧第２段動翼
７０      チャンバ
８０      タービン回転軸
１００    案内羽根
１２０    送入部流入パターン
１３０    非送入部流入パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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