(57)【要約】【課題】二次流れを低減し、作動流体が有するエネルギーを効率よく活用する、高いタービン性能の軸流タービンを提供すること。【解決手段】本発明の軸流タービンは、ケーシング１２と、ケーシング１２内に、回転自在に配置されたロータ１３と、ケーシング１２に設けられるとともに、ダイアフラム外輪１７と、ダイアフラム内輪１６と、ダイアフラム外輪１７及びダイアフラム内輪１６の間に設けられた複数のノズル翼１とを有するタービンノズル３１と、タービンノズル３１の下流側であって、ロータ１３の周方向に列状に植設された複数の動翼５を有するタービン動翼３５とを備えている。ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が最大となっている。当該領域で、タービンノズルにおける二次元性能が最高となっている。【選択図】図１
2008014270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
ケーシング内に、回転軸周りに回転自在に配置されたロータと、
ケーシングに設けられるとともに、外径側に設けられたダイアフラム外輪と、内径側に配置されたダイアフラム内輪と、ダイアフラム外輪及びダイアフラム内輪の間であって、その周方向に列状に設けられた複数のノズル翼とを有するタービンノズルと、
タービンノズルの下流側であって、ロータの周方向に列状に植設された複数の動翼を有するタービン動翼とを備え、
ノズル翼のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接するノズル翼間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が最大となることを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
ケーシングと、
ケーシング内に、回転軸周りに回転自在に配置されたロータと、
ケーシングに設けられるとともに、外径側に設けられたダイアフラム外輪と、内径側に配置されたダイアフラム内輪と、ダイアフラム外輪及びダイアフラム内輪の間であって、その周方向に列状に設けられた複数のノズル翼とを有するタービンノズルと、
タービンノズルの下流側であって、ロータの周方向に列状に植設された複数の動翼を有するタービン動翼とを備え、
動翼のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接する動翼間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が最大となることを特徴とする軸流タービン。
【請求項３】
動翼のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接する動翼間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が最大となることを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
【請求項４】
隣接するノズル翼間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）は、ノズル翼の根元部における値が、ノズル翼の先端部における値よりも小さくなることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
【請求項５】
隣接する動翼間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）は、動翼の先端部における値が、動翼の根元部における値よりも小さくなることを特徴とする請求項２に記載の軸流タービン。
【請求項６】
ノズル翼の下流側の後縁は、ロータの回転軸の中心を通る基準線に対して、傾斜又は湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
【請求項７】
動翼の下流側の後縁は、ロータの回転軸の中心を通る基準線に対して、傾斜又は湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高いタービン性能を有する軸流タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
軸流タービンのタービン性能を向上させるには、タービン段落における損失を改善する必要がある。タービン段落における損失には、様々なものがあり、翼型形状そのものに起因するプロファイル損失と、翼列間を流れる流体力に起因する二次流れ損失と、作動流体が翼列から外部へ漏洩することによる外部漏洩損失に分けることができる。特に、アスペクト比（翼高さ／翼コード長）が小さく、翼高さが低いタービンにおいては、二次流れ損失の割合が大きく、この損失を低減することがタービン性能を向上する上で大きな課題となっている。
【０００４】
図１２に示すように、従来の軸流タービンは、ケーシング１２と、ケーシング１２内に、回転自在に配置されたロータ１３と、ケーシング１２に固定されるとともに、外径側に設けられたダイアフラム外輪１７と、内径側に配置されたダイアフラム内輪１６と、ダイアフラム外輪１７及びダイアフラム内輪１６の間の環状空間部に、その周方向に列状に設けられた複数のノズル翼１とを有するタービンノズル３１と、タービンノズル３１の下流側であって、ロータ１３の周方向に列状に植設された複数の動翼５を有するタービン動翼３５とを備えている。なお、タービンノズル３１とタービン動翼３５からタービン段落４０が構成されている。
【０００５】
ここで、図１１を用いて、タービンノズル３１のノズル翼１で発生する二次流れについて説明する。なお、図１１は、タービンノズル３１を出口側から見た斜視図である。
【０００６】
図１１に示すように、蒸気などの作動流体ＳＴは、隣接するノズル翼１の間の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。このため、ノズル翼１の間を流れる作動流体ＳＴに働く遠心力によって、ノズル翼１の腹面１Ｆに加わる圧力は、背面１Ｂに加わる圧力よりも高い圧力勾配をもつ。一方、図１１及び図１２において、ノズル翼１の先端部１ｔが連結されたダイアフラム外輪１７、及びノズル翼１の根元部１ｒが連結されたダイアフラム内輪１６近傍では、作動流体ＳＴの粘性の影響により流速が遅い境界層が生じる。
【０００７】
このような境界層の中には、作動流体ＳＴの主流の静圧が浸透するため、境界層の中の圧力勾配は、主流の圧力勾配と同等になる。このため、作動流体ＳＴに働く遠心力が、境界層中の圧力勾配と釣り合うためには、境界層における流速が小さい分だけ、流線の曲率を小さくする必要がある。このため、ノズル翼１の腹面１Ｆから背面１Ｂへ向かう流れ、すなわち二次流れ９が生じる。
【０００８】
この二次流れ９は、ノズル翼１の背面１Ｂ側に衝突して巻き上がり、ダイアフラム内輪１６に連結したノズル翼１の根元部１ｒ近傍と、ダイアフラム外輪１７に連結したノズル翼１の先端部１ｔ近傍において、二次渦１０ａ、１０ｂを発生させる。このような二次渦１０ａ、１０ｂが発生すると、作動流体ＳＴは不均一に流れてしまい、タービンノズル３１の性能を著しく低下させる。なお、図１２に示すタービン動翼３５の動翼５についても、上述したタービンノズル３１と同様に、二次流れ９や二次渦１０ａ，１０ｂが発生し、タービン動翼３５の性能を低下させている。
【０００９】
上記の通り、従来の軸流タービンでは、ノズル翼１及び動翼５の根元部１ｒ，５ｒ近傍や、ノズル翼１及び動翼５の先端部１ｔ，５ｔ近傍で、作動流体ＳＴの粘性の影響を受けて、流速の遅い境界層を抑制することができない。このため、境界層中の圧力勾配が作動流体ＳＴの遠心力と釣り合わなくなり、ノズル翼１及び動翼５の根元部１ｒ，５ｒ近傍や、ノズル翼１及び動翼５の先端部１ｔ，５ｔ近傍で、二次流れ９や二次渦１０ａ，１０ｂによる二次流れ損失が発生してしまう。このため、流路内で作動流体ＳＴが不均一に流れてしまい、作動流体ＳＴが保有するエネルギーを有効に活用することができず、軸流タービンのタービン効率が低下してしまっている。
【００１０】
一方で、二次流れを低減する方法として、翼根元部より翼先端部までの翼断面を拡大又は縮小することによって、隣接する翼間の最短距離Ｓと環状ピッチＴとの比Ｓ／Ｔを翼の高さ方向に沿って変化させることによって、翼のプロファイル損失が増加することを抑制するとともに、二次流れ損失の大きな領域で流量をコントロールして、二次流れ損失が増加することを抑制する方法が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１記載の発明においては、二次流れ損失の起因となる翼列の圧力差（翼の背面と腹面における圧力差）を制御せずに、二次流れが発生した後の状態で二次流れ損失を抑制する方法である。このため、期待したほど、二次流れ損失を低減することができない。
【００１２】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、二次流れを低減し、作動流体が有するエネルギーを効率よく活用することによって、高いタービン性能の軸流タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ケーシングと、ケーシング内に、回転軸周りに回転自在に配置されたロータと、ケーシングに設けられるとともに、外径側に設けられたダイアフラム外輪と、内径側に配置されたダイアフラム内輪と、ダイアフラム外輪及びダイアフラム内輪の間であって、その周方向に列状に設けられた複数のノズル翼とを有するタービンノズルと、タービンノズルの下流側であって、ロータの周方向に列状に植設された複数の動翼を有するタービン動翼とを備え、ノズル翼のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接するノズル翼間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が最大となることを特徴とする軸流タービンである。
【００１４】
本発明は、ケーシングと、ケーシング内に、回転軸周りに回転自在に配置されたロータと、ケーシングに設けられるとともに、外径側に設けられたダイアフラム外輪と、内径側に配置されたダイアフラム内輪と、ダイアフラム外輪及びダイアフラム内輪の間であって、その周方向に列状に設けられた複数のノズル翼とを有するタービンノズルと、タービンノズルの下流側であって、ロータの周方向に列状に植設された複数の動翼を有するタービン動翼とを備え、動翼のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接する動翼間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が最大となることを特徴とする軸流タービンである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で、隣接する翼間の環状ピッチ（ｔｎ，ｔｍ）とコード長（ｃｎ，ｃｍ）との比（ｔｎ／ｃｎ，ｔｍ／ｃｍ）を最大とすることによって、二次流れを低減し、作動流体が有するエネルギーを効率よく活用する、高いタービン性能の軸流タービンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る軸流タービンの第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図５は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、軸流タービンは、ケーシング１２と、ケーシング１２内に、回転軸（図示せず）周りに回転自在に配置されたロータ１３と、ケーシング１２に設けられたタービンノズル３１と、タービンノズル３１の下流側に設けられたタービン動翼３５とを備えている。なお、タービンノズル３１とタービン動翼３５によって、タービン段落４０を構成している。
【００１８】
このうち、タービンノズル３１は、図１に示すように、外径側に設けられたダイアフラム外輪１７と、内径側に配置されたダイアフラム内輪１６と、ダイアフラム外輪１７及びダイアフラム内輪１６の間であって、その周方向に列状に設けられた複数のノズル翼１とを有している。すなわち、図１に示すように、ノズル翼１の先端部１ｔには、ダイアフラム外輪１７が設けられ、ノズル翼１の根元部１ｒには、ダイアフラム内輪１６が設けられている。
【００１９】
また、図１に示すように、タービン動翼３５は、動翼植込み１９を介して、ロータ１３の周縁に設けられたロータディスク２１に列状に植設されるとともに、外周端にシュラウド２０が設けられた複数の動翼５を有している。なお、タービン動翼３５のシュラウド２０は、作動流体ＳＴの漏洩を防止するために設けられている。
【００２０】
また、図１に示すように、ダイアフラム内輪１６とロータ１３の間には、作動流体ＳＴの漏洩を減らすラビリンスパッキン１８が設けられ、このラビリンスパッキン１８は、ダイアフラム内輪１６側に取り付けられている。
【００２１】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）は、ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で最大となっている。
【００２２】
なお、「高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域」とは、ノズル翼１の根元部１ｒから先端部１ｔまでの距離を全体とし、１００％としたときに、ノズル翼１の根元部１ｒから先端部１ｔに向かって、全体の３０％〜７０％の距離にある領域のことを意味している。また、図２（ａ）において、ノズル翼１の高さ方向の距離とは、ノズル翼１の根元部１ｒから先端部１ｔに向かった距離のことを意味しており、根元部１ｒでは０％となり、先端部１ｔでは１００％となる。ところで、これらの文言は、動翼５や他の図面についても同様の意味で用いられている。
【００２３】
また、図２（ａ）に示すように、このように、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が最大になる領域で、タービンノズル３１における二次元性能が最高になっている（最適ｔｎ／ｃｎになっている）。
【００２４】
なお、図６に示すように、高さ方向に沿った中央部近傍におけるノズル翼１のコード長（ｃｎ）を、ノズル翼１の根元部１ｒや先端部１ｔにおけるコード長（ｃｎ）よりも小さくすることによって、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が最大になる領域で、タービンノズル３１における二次元性能を最高にすることができる。
【００２５】
また、タービンノズル３１の二次元性能とは、タービンノズル３１の形状そのものに起因する性能であり、より具体的には、タービンノズル３１の断面形状（図２（ｂ）参照）に起因する性能を意味する。
【００２６】
また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）は、動翼５のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で最大となっている。
【００２７】
また、図４（ａ）に示すように、このように、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が最大になる領域で、タービン動翼３５における二次元性能が最高になっている（最適ｔｍ／ｃｍになっている）。
【００２８】
なお、ノズル翼１と同様に（図６参照）、高さ方向に沿った中央部近傍における動翼５のコード長（ｃｍ）を、動翼５の根元部５ｒや先端部５ｔにおけるコード長（ｃｍ）よりも小さくすることによって、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が最大になる領域で、タービン動翼３５における二次元性能を最高にすることができる（図１参照）。
【００２９】
また、タービン動翼３５の二次元性能とは、タービン動翼３５の形状そのものに起因する性能であり、より具体的には、タービン動翼３５の断面形状（図４（ｂ）参照）に起因する性能を意味する。
【００３０】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用効果について述べる。
【００３１】
まず、ケーシング１２内に上流側から流入する作動流体ＳＴは、タービンノズル３１を通ってタービン動翼３５に入り、下流側へ流れる。このように流れる作動流体ＳＴによって、タービン動翼３５が回転する。
【００３２】
次に、この間のタービンノズル３１の作用効果について述べる。
【００３３】
一般的に、ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域は、ノズル翼１の根元部１ｒに設けられたダイアフラム内輪１６、及びノズル翼１の先端部１ｔに設けられたダイアフラム外輪１７から離れているので（図１参照）、作動流体ＳＴは、流速が遅い境界層を形成することはない。このため、ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域では、二次流れが発生しにくい。
【００３４】
また、このように、ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域は、ノズル翼１の根元部１ｒに設けられたダイアフラム内輪１６、及びノズル翼１の先端部１ｔに設けられたダイアフラム外輪１７から離れているので（図１参照）、当該領域を流れる作動流体ＳＴは、ダイアフラム内輪１６やダイアフラム外輪１７で発生した二次流れによる影響を受けにくく、二次元性能が低下しにくい。
【００３５】
このため、本実施の形態のように、ノズル翼１のうち、高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置し、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が最大になる領域を、タービンノズル３１において、その二次元性能が最高になるように構成することによって、タービンノズル３１の性能を向上させることができる。
【００３６】
また、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が、ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で最大となっているので、図２（ａ）に示すように、ダイアフラム内輪１６に連結されたノズル翼１の根元部１ｒ近傍と、ダイアフラム外輪１７に連結されたノズル翼１の先端部１ｔ近傍では、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が、小さくなっている。
【００３７】
このように、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）が小さくなるということは、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）が小さくなったり、ノズル翼１のコード長（ｃｎ）が大きくなったりすることを意味するため、ノズル翼１に沿った単位長さ当たりの負荷が減る。この結果、図３に示すように、ノズル翼１の背面１Ｂ（図２（ｂ）参照）に加わる圧力とノズル翼１の腹面１Ｆ（図２（ｂ）参照）に加わる圧力との差が、従来のノズル翼における値と比べ小さくなる。
【００３８】
なお図３は、本実施の形態のノズル翼１及び従来のノズル翼について、上流側の前縁１ｕから後縁１ｌまでの翼面に沿った距離と、腹面１Ｆと背面１Ｂにかかる圧力との関係を示したものである（図１及び図２（ｂ）参照）。
【００３９】
ところで、ダイアフラム内輪１６に連結されたノズル翼１の根元部１ｒ近傍や、ダイアフラム外輪１７に連結されたノズル翼１の先端部１ｔ近傍で発生する境界層では、作動流体ＳＴの流速が小さいため、その遠心力も小さくなっている。
【００４０】
このため、上述のように、ダイアフラム内輪１６に連結されたノズル翼１の根元部１ｒ近傍と、ダイアフラム外輪１７に連結されたノズル翼１の先端部１ｔ近傍で、ノズル翼１の背面１Ｂに加わる圧力とノズル翼１の腹面１Ｆに加わる圧力との差（圧力差）が小さくなることによって、当該圧力差と作動流体ＳＴの遠心力とが、不釣り合いになることを防止することができる。このため、タービンノズル３１において、二次流れの発生を抑制することができる。
【００４１】
次に、タービン動翼３５の作用効果について述べる。
【００４２】
本実施の形態によるタービン動翼３５によって達成される作用効果は、上述したタービン動翼３５と略同一となっている。
【００４３】
すなわち、一般的に、動翼５のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域は、動翼５の根元部５ｒに設けられた動翼植込み１９、及び動翼５の先端部５ｔに設けられたシュラウド２０から離れているので（図１参照）、作動流体ＳＴは、流速が遅い境界層を形成しない。このため、動翼５のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域では、二次流れが発生しにくい。
【００４４】
また、このように、動翼５のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域は、動翼５の根元部５ｒに設けられた動翼植込み１９、及び動翼５の先端部５ｔに設けられたシュラウド２０から離れているので（図１参照）、当該領域を流れる作動流体ＳＴは、動翼植込み１９やシュラウド２０で発生した二次流れによる影響を受けにくく、二次元性能が低下しにくい。
【００４５】
このため、本実施の形態のように、動翼５のうち、高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置し、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が最大になる領域を、タービン動翼３５において、その二次元性能が最高になるように構成することによって、タービン動翼３５の性能を向上させることができる。
【００４６】
また、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が、動翼５のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で最大となっているので、図４（ａ）に示すように、動翼植込み１９に連結された動翼５の根元部５ｒ近傍と、シュラウド２０に連結された動翼５の先端部５ｔ近傍では、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が、小さくなっている。
【００４７】
このように、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）が小さくなるということは、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）が小さくなったり、動翼５のコード長（ｃｍ）が大きくなったりすることを意味するため、動翼５に沿った単位長さ当たりの負荷が減る。この結果、図５に示すように、動翼５の背面５Ｂ（図４（ｂ）参照）に加わる圧力と動翼５の腹面５Ｆ（図４（ｂ）参照）に加わる圧力との差が、従来のノズル翼における値と比べ小さくなる。
【００４８】
なお図３は、本実施の形態の動翼５及び従来の動翼について、上流側の前縁５ｕから後縁５ｌまでの翼面に沿った距離と、腹面５Ｆと背面５Ｂにかかる圧力との関係を示したものである（図１及び図２（ｂ）参照）。
【００４９】
ところで、動翼植込み１９に連結された動翼５の根元部５ｒ近傍や、シュラウド２０に連結された動翼５の先端部５ｔ近傍で発生する境界層では、作動流体ＳＴの流速が小さいため、その遠心力も小さくなっている。
【００５０】
このため、上述のように、動翼植込み１９に連結された動翼５の根元部５ｒ近傍と、シュラウド２０に連結された動翼５の先端部５ｔ近傍で、動翼５の背面５Ｂに加わる圧力と動翼５の腹面５Ｆに加わる圧力との差（圧力差）が小さくなる。このことによって、当該圧力差と作動流体ＳＴの遠心力とが不釣り合いになることを防止することができる。このため、タービン動翼３５において、二次流れの発生を抑制することができる。
【００５１】
上述のように、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）と、ノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）を、ノズル翼１のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で最大とし、当該領域で、タービンノズル３１における二次元性能が最高になるような構成にすることによって、タービンノズル３１における二次流れを低減し、作動流体ＳＴが有するエネルギーを効率よく活用することができるので、タービンノズル３１のタービン性能を向上させることができる。
【００５２】
また、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と、動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）を、動翼５のうち高さ方向に沿う３０％〜７０％に位置する領域で最大とし、当該領域で、タービン動翼３５における二次元性能が最高になるような構成にすることによって、タービン動翼３５における二次流れを低減し、作動流体ＳＴが有するエネルギーを効率よく活用することができるので、タービン動翼３５のタービン性能を向上させることができる。
【００５３】
第２の実施の形態
次に図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）により本発明の第２の実施の形態について説明する。図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）に示す第２の実施の形態は、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）のノズル翼１の根元部１ｒにおける値が、ノズル翼１の先端部１ｔにおける値よりも小さくなっているものである（図１参照）。また、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）の動翼５の先端部５ｔにおける値が、動翼５の根元部５ｒにおける値よりも小さくなっているものである（図１参照）。その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００５４】
に図７（ａ）（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）に示す第２の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５５】
一般的に、図１に示すようなタービン段落４０の流路は、フリーボルテックス設計法が採用されている。このため、タービン段落４０内を通過する作動流体ＳＴは、ノズル翼１の翼列で旋回流れを作り、動翼５では、この旋回流れから回転力を得て回転する。旋回流れの半径平衡式によると、ノズル翼１における旋回流れは旋回流れに働く遠心力と釣り合うため、静圧は旋回の中心に向かって降下する。
【００５６】
このため、タービンノズル３１では、ノズル翼１の下流側の出口の根元部１ｒで、静圧が低くなり、逆に、ノズル翼１の下流側の出口の先端部１ｔで、静圧が高くなる。これに対して、ノズル翼１の上流側の入口における全圧は、根元部１ｒから先端部１ｔにかけて一定になっている。従って、図８（ａ）に示すように、翼列の前後差圧（入口全圧と出口静圧の差圧）は、ノズル翼１の根元部１ｒ近傍で大きくなり、ノズル翼１の先端部１ｔ近傍では、小さくなる。
【００５７】
他方、タービン動翼３５では、動翼５が旋回流れから動力を得て回転するため、動翼５の下流側の出口では、旋回流れがなくなる。このため、動翼５の下流側の出口における静圧は、動翼５の根元部５ｒから先端部５ｔにかけて一定になる。これに対して、動翼５の上流側の入口における全圧は、ノズル翼１の下流側の出口における旋回流れに対応するため、動翼５の根元部１ｒで低くなり、逆に、動翼５の先端部１ｔで高くなる。従って、図８（ｂ）に示すように、動翼５の翼列の前後差圧（入口全圧と出口静圧の差圧）は、動翼５の根元部５ｒ近傍で小さくなり、動翼５の先端部５ｔ近傍で大きくなる。
【００５８】
この結果、ノズル翼１の根元部１ｒでは、ノズル翼１の先端部１ｔに比べ、背面１Ｂと腹面１Ｆの差圧が大きくなるので、作動流体ＳＴの遠心力との不釣合いも大きくなる。他方、動翼５の先端部５ｔでは、動翼５の根元部５ｒに比べ、背面５Ｂと腹面５Ｆの差圧が大きくなるので、作動流体ＳＴの遠心力との不釣合いも大きくなる。
【００５９】
本発明によれば、図７（ａ）示すにように、ノズル翼１の根元部１ｒにおける、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）を、ノズル翼１の先端部１ｔにおける、隣接するノズル翼１間の環状ピッチ（ｔｎ）とノズル翼１のコード長（ｃｎ）との比（ｔｎ／ｃｎ）よりも小さくすることによって、ノズル翼１の根元部１ｒの翼面における最大差圧を減らすことができる。このため、二次流れをさらに低減し、作動流体ＳＴが有するエネルギーを効率よく活用することができるので、より高いタービン性能を実現することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、図７（ｂ）示すにように、動翼５の先端部５ｔにおける、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）を、動翼５の根元部５ｒにおける、隣接する動翼５間の環状ピッチ（ｔｍ）と動翼５のコード長（ｃｍ）との比（ｔｍ／ｃｍ）よりも小さくすることによって、動翼５の先端部５ｔの翼面における最大差圧を減らすことができる。このため、二次流れをさらに低減し、作動流体ＳＴが有するエネルギーを効率よく活用することができるので、より高いタービン性能を実現することができる。
【００６１】
第３の実施の形態
次に図９及び図１０により本発明の第３の実施の形態について説明する。図９及び図１０に示す第３の実施の形態は、ノズル翼１の下流側の後縁１ｌが、ロータ１３の回転軸（図示せず）の中心を通る基準線Ｅ１に対して、湾曲しているものである（図１参照）。また、動翼５の下流側の後縁５ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ２に対して、湾曲しているものである（図１参照）。その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６２】
図９及び図１０に示す第３の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６３】
図９に示すように、ノズル翼１の下流側の後縁１ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ１に対して、湾曲している（具体的には、ノズル翼１の下流側の後縁１ｌが、ノズル翼１の先端部１ｔの後縁端１ｔｌと、ノズル翼１の根元部１ｒの後縁端１ｒｌとを結ぶ基準線Ｅ１に対して、湾曲している）。このため、ノズル翼１の根元部１ｒ近傍では、ダイアフラム内輪１６側へ作動流体ＳＴを導くことができ、ノズル翼１の先端部１ｔ近傍では、ダイアフラム外輪１７側へ作動流体ＳＴを導くことができる。
【００６４】
この結果、ダイアフラム内輪１６に連結したノズル翼１の根元部１ｒ近傍と、ダイアフラム外輪１７に連結したノズル翼１の先端部１ｔ近傍で、境界層が成長することを抑制することができ、二次流れの発生を減らすことができる。このため、二次流れをさらに低減し、作動流体ＳＴが有するエネルギーを効率よく活用することができ、これにより、より高いタービン性能を実現することができる。
【００６５】
また、図１０に示すように、動翼５の下流側の後縁５ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ２に対して、湾曲しているので、動翼５の根元部５ｒ近傍では、ロータディスク２１側へ作動流体ＳＴを導くことができ、これにより、動翼５の先端部５ｔ近傍では、シュラウド２０側へ作動流体ＳＴを導くことができる。
【００６６】
この結果、ロータディスク２１に連結した動翼５の根元部５ｒ近傍と、シュラウド２０に連結した動翼５の先端部５ｔ近傍で、境界層が成長することを抑制することができ、二次流れの発生を減らすことができる。このため、二次流れをさらに低減し、より高いタービン性能を実現することができる。
【００６７】
なお、上記では、ノズル翼１の下流側の後縁１ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ１に対して、湾曲している態様を用いて説明したが、これに限ることなく、ノズル翼１の下流側の後縁１ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ１に対して、傾斜しているものを用いても良い。
【００６８】
また、上記では、動翼５の下流側の後縁５ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ２に対して、湾曲している態様を用いて説明したが、これに限ることなく、動翼５の下流側の後縁５ｌが、ロータ１３の回転軸の中心を通る基準線Ｅ２に対して、傾斜しているものを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による軸流タービンの第１の実施の形態を示す側方断面図。
【図２】本発明による軸流タービンの第１の実施の形態における隣接するノズル翼間の環状ピッチとノズル翼のコード長との関係を示す図。
【図３】本発明による軸流タービンの第１の実施の形態のノズル翼及び従来のノズル翼について、上流側の前縁から後縁までの翼面に沿った距離と、腹面と背面にかかる圧力との関係を示したグラフ図。
【図４】本発明による軸流タービンの第１の実施の形態における隣接する動翼間の環状ピッチと動翼のコード長との関係を示す図。
【図５】本発明による軸流タービンの第１の実施の形態の動翼及び従来の動翼について、上流側の前縁から後縁までの翼面に沿った距離と、腹面と背面にかかる圧力との関係を示したグラフ図。
【図６】本発明による軸流タービンの第１の実施の形態におけるノズル翼の高さ方向に沿った断面図。
【図７】本発明による軸流タービンの第２の実施の形態における翼の高さ方向の距離と、隣接するノズル翼間の環状ピッチとノズル翼のコード長との比との関係を示したグラフ図。
【図８】本発明による軸流タービンの第２の実施の形態における翼の高さ方向の距離と、入口全圧−出口静圧との関係を示したグラフ図。
【図９】本発明による軸流タービンの第３の実施の形態におけるタービンノズルを示す斜視図。
【図１０】本発明による軸流タービンの第３の実施の形態におけるタービン動翼を示す斜視図。
【図１１】従来の軸流タービンのタービンノズルを示す斜視図。
【図１２】従来の軸流タービンを示す側方断面図
【符号の説明】
【００７０】
１    ノズル翼
１ｌ  ノズル翼の下流側の後縁
１ｒ  ノズル翼の根元部
１ｔ  ノズル翼の先端部
１ｒｌ  ノズル翼の根元部の後縁端
１ｔｌ  ノズル翼の先端部の後縁端
５    動翼
５ｌ  動翼の下流側の後縁
５ｒ  動翼の根元部
５ｔ  動翼の先端部
１２  ケーシング
１３  ロータ
１６  ダイアフラム内輪
１７  ダイアフラム外輪
２１  ロータディスク
３１  タービンノズル
３５  タービン動翼
ｔｎ  隣接するノズル翼間の環状ピッチ
ｃｎ  ノズル翼のコード長
ｔｍ  隣接する動翼間の環状ピッチ
ｃｍ  動翼のコード長
Ｅ１  ノズル翼の下流側の後縁に対して、ロータの回転軸の中心を通る基準線
Ｅ２  動翼の下流側の後縁に対して、ロータの回転軸の中心を通る基準線
【図１】
2008014270.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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