(57)【要約】【課題】従来のガスタービンでは、圧力損失が大きく、タービン効率が低下する。【解決手段】前縁インクルーディング角θｃ１、θｓ１を大きくすることにより、インシデンス角ｉｃ１、ｉｓ１と圧力損失との相対関係の曲線が緩やかになる。また、入口メタル角βｃ１、βｓ１を小さくすることにより、インシデンス角ｉｃ１、ｉｓ１を小さくすることができる。この結果、圧力損失を小さくすることができるので、タービン効率を向上させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに円環に配列された静翼と、ロータに円環に配列された動翼とを備え、前記動翼のチップと前記ケーシングとの間にはクリアランスを有するガスタービンにおいて、
チップクリアランスを有する前記動翼の後段側の前記静翼であって、前記静翼のチップ部の前縁インクルーディング角が前記静翼のチップ部以外の部分の前縁インクルーディング角よりも大であり、また、前記静翼のチップ部の入口メタル角が前記静翼のチップ部以外の部分の入口メタル角よりも小である、ことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスタービンに係り、特に、圧力損失を小さく抑えることにより、タービン効率の向上が図られるガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンについて、図６を参照して説明する。ガスタービンは、一般に、ケーシング（翼環ないし車室など）１に円環に配列された複数段の静翼２、３と、ロータ（ハブないしベースなど）４に円環に配列された複数段の動翼５とを備える。なお、図６は、ある段の動翼５と、その動翼５と同段（燃焼ガス６の流入側）の静翼２と、その動翼５の次段（燃焼ガス６の流出側）の静翼３とが図示されている。
【０００３】
そして、前記ガスタービンにおいては、圧力損失が大きいと、タービン効率が低下するので、圧力損失を小さく抑えて、タービン効率を向上させることが重要である。
【０００４】
ところが、図６に示すように、ある段の動翼５においては、その動翼５のチップ７とケーシング１との間にクリアランス８を有する、いわゆる、フリースタンディング動翼の場合がある。このフリースタンディング動翼５の場合には、下記の課題がある。
【０００５】
すなわち、図７に示すように、燃焼ガス６の主流（図７中、実線矢印にて示す）は、動翼５と動翼５との間を通過して、次段の静翼３側に流れる。一方、動翼５のチップ７とケーシング１との間のクリアランス８においては、燃焼ガス６の主流と別個の漏れ流れ９（図７中、破線矢印にて示す）が発生している。
【０００６】
前記漏れ流れ９が発生するメカニズムは、動翼５の腹面１０側の圧力が動翼５の背面１１側の圧力よりも高いので、この圧力差により、腹面１０側から背面１１側への漏れ流れ９が発生するのである。
【０００７】
前記漏れ流れ９は、図７に示すように、次段の静翼３のチップ部前縁１２において背面１３側にインシデンス角ｉｃ（漏れ流れ９の流入角と後記の入口メタル角βｃとからなる角）で流れる。この漏れ流れ９は、静翼３の腹面１４側に流れる燃焼ガス６の主流と逆の流れとなる。
【０００８】
このために、静翼３のチップ部前縁１２の腹面１４側においては、渦流１５（図７中、実線螺旋矢印にて示す）が発生する。この渦流１５が発生すると、圧力損失となる。燃焼ガス６の主流が静翼３の腹面１４側から剥離する場合もある。なお、図７中において、符号２２は静翼３のチップ部前縁１２とチップ部後縁２３を結ぶキャンバー線である。同じく、符号２４は動翼５のハブ部前縁１７とハブ部後縁２５を結ぶキャンバー線である。同じく、符号βｃは静翼３のチップ部における入口メタル角（キャンバー線２２とロータ４の軸とのなす角）である。同じく、符号θｃは静翼３のチップ部における前縁インクルーディング角（チップ部前縁１２の円弧と背面１３および腹面１４との接続点における２接線のなす角）である。また、図７中の白抜き矢印方向は、ロータ４の回転方向を示す。
【０００９】
前記漏れ流れ９のインシデンス角ｉｃと圧力損失とは、図８中の実線の曲線で示す相対関係にある。なお、図８中の実線の曲線は、図７に示す静翼３のチップ部の前縁インクルーディング角θｃの場合におけるものである。
【００１０】
ここで、圧力損失が最低（図８中の点Ｐ１を参照）となるように、静翼３のチップ部の前縁インクルーディング角θｃが設計されている。しかしながら、上記のように、漏れ流れ９が発生し、その漏れ流れ９のインシデンス角ｉｃが大きいと、圧力損失も大きくなる（図８中の点Ｐ２を参照）。この圧力損失が大きくなると、その分、タービン効率が低下することとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明が解決しようとする問題点は、従来のガスタービンでは、圧力損失が大きく、タービン効率が低下するという点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明（請求項１にかかる発明）は、チップクリアランスを有する動翼の後段側の静翼であって、その静翼のチップ部の前縁インクルーディング角を、その静翼のチップ部以外の部分の前縁インクルーディング角よりも大きくし、また、その静翼のチップ部の入口メタル角を、その静翼のチップ部以外の部分の入口メタル角よりも小さくした、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービンは、前縁インクルーディング角を大きくすることにより、インシデンス角と圧力損失との相対関係の曲線が緩やかになる（図８中の破線の曲線を参照）。その分、圧力損失を小さくすることができる（図８中の点Ｐ３を参照）ので、タービン効率を向上させることができる。また、この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービンは、入口メタル角を小さくすることにより、インシデンス角を小さくすることができる（図８中の点Ｐ４を参照）。その分、圧力損失を小さくすることができるので、タービン効率を向上させることができる。この結果、この発明（請求項１にかかる発明）のガスタービンは、インシデンス角と圧力損失の相対関係の曲線が緩やかになる作用と、インシデンス角を小さくすることができる作用との相乗作用により、さらに、圧力損失を小さくすることができ（図８中の点Ｐ５を参照）、タービン効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明にかかるガスタービンの実施例のうちの１例を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
図中、図６〜図８と同符号は同一のものもしくは同一の名称を示す。この実施例にかかるガスタービンは、チップクリアランスを有する動翼の後段側の静翼３にかかるものである。すなわち、この実施例にかかるガスタービンは、静翼３のチップ部（チップ部断面）の前縁インクルーディング角θｃ１を、その静翼３のチップ部以外の部分（ハブ〜ミーン部断面）の前縁インクルーディング角よりも大きくする。たとえば、約５°以上大きくする。
【００１６】
また、この実施例にかかるガスタービンは、静翼３のチップ部（チップ部断面）の入口メタル角βｃ１を、その静翼３のチップ部以外の部分（ハブ〜ミーン部断面）の入口メタル角よりも小さくする。すなわち、前記静翼３のチップ部断面の入口メタル角βｃ１を、ハブ〜ミーン部断面の入口メタル角と比較して、たとえば約１０°背面１３側に向ける。
【００１７】
この実施例にかかるガスタービンは、チップクリアランスを有する動翼の後段側の静翼３のチップ部において、前縁インクルーディング角θｃ１を大きくすることにより、図８中の破線の曲線に示すように、インシデンス角と圧力損失との相対関係の曲線が緩やかになる。その結果、図８中の点Ｐ３に示すように、圧力損失を小さくすることができるので、タービン効率を向上させることができる。
【００１８】
また、この実施例にかかるガスタービンは、チップクリアランスを有する動翼の後段側の静翼３のチップ部において、入口メタル角βｃ１を小さくすることにより、図１８中の点Ｐ４に示すように、インシデンス角ｉｃ１を小さくすることができる。この結果、圧力損失を小さくすることができるので、タービン効率を向上させることができる。
【００１９】
この結果、この実施例にかかるガスタービンは、図８中の破線の曲線に示すように、インシデンス角と圧力損失の相対関係の曲線が緩やかになる作用と、インシデンス角ｉｃ１を小さくすることができる作用との相乗作用により、図８中の点Ｐ５に示すように、さらに、圧力損失を小さくすることができ、タービン効率を向上させることができる。
【００２０】
以下、実施例以外の例について説明する。この発明にかかるガスタービンは、図５（Ａ）に示すように、チップ部１８に中空部２８を有する冷却動翼２９にも適用できる。また、この発明にかかるガスタービンは、図１５（Ｂ）に示すように、チップ部１８がケーシング１のテーパに沿ったテーパ３０を有する動翼３１にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明にかかるガスタービンの実施例を示す静翼のチップ部の断面説明図である。
【図２】同じく、静翼のチップ部を示す断面説明図である。
【図３】同じく、静翼のチップ部を示す断面説明図である。
【図４】同じく、静翼を示す斜視図である。
【図５】同じく、冷却動翼やテーパを有する動翼を示す説明図である。
【図６】従来のガスタービンを示す動翼および静翼の説明図である。
【図７】同じく、動翼および静翼を示す断面説明図である。
【図８】インシデンス角と圧力損失との相対関係を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ケーシング
２、３  静翼
４  ロータ
５  動翼
６  燃焼ガス
７  動翼のチップ
８  クリアランス
９  漏れ流れ
１０  動翼の腹面
１１  動翼の背面
１２  静翼のチップ部前縁
１３  静翼の背面
１４  静翼の腹面
１５  渦流
１７  動翼のハブ部前縁
１８  動翼のチップ部
１９  動翼のチップ部の後縁
２０  境界層
２１  動翼のチップ部の前縁
２２  静翼のキャンバー線
２３  静翼のチップ部後縁
２４  動翼のキャンバー線
２５  動翼のハブ部後縁
２８  中空部
２９  冷却動翼
３０  テーパ
３１  テーパ動翼
ｉｃ１  静翼のインシデンス角
βｃ１  静翼の入口メタル角
θｃ１  静翼のインクルーディン角
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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