(57)【要約】【課題】タービンノズルおよびタービン動翼の翼間流路内における翼高さ方向の翼根元部と翼中央部との間から翼先端部に向ってより多くの主流を流すとともに、翼根元部の２次流れ損失を低減させ、タービン段落効率をより一層向上させる軸流タービンを提供する。【解決手段】本発明に係る軸流タービンは、ダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３との間に形成される環状流路４の周方向にノズル翼１を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼５を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記ノズル翼１の後縁端とそのノズル翼１に隣接するノズル翼１の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記ノズル翼のピッチをｔとするとき、前記ノズル翼１はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小で、かつ最小にし、この位置から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させる形状に形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数段備える軸流タービンにおいて、前記ノズル翼の後縁端とそのノズル翼に隣接するノズル翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記ノズル翼のピッチをｔとするとき、前記ノズル翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小で、かつ最小にし、この位置から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させる形状に形成することを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
ノズル翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小、かつ最小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って５〜２０％の高さ範囲内であることを特徴とする請求項２記載の軸流タービン。
【請求項３】
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記ノズル翼の後縁端とそのノズル翼に隣接するノズル翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記ノズル翼のピッチをｔとするとき、前記ノズル翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小にし、この位置から翼中央部に向って増加させて極大にし、ここから翼中央部を経て翼先端部に向って減少させる形状に形成することを特徴とする軸流タービン。
【請求項４】
ノズル翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小、かつ最小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って７５〜９５％の高さ範囲内であることを特徴とする請求項３記載の軸流タービン。
【請求項５】
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記動翼の後縁端とその動翼に隣接する動翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記動翼のピッチをｔとするとき、前記動翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小にし、この位置から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させて極大の形状に形成することを特徴とする軸流タービン。
【請求項６】
動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って５〜２５％の高さ範囲内であることを特徴とする請求項５記載の軸流タービン。
【請求項７】
ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記動翼の後縁端とその動翼に隣接する動翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記動翼のピッチをｔとするとき、前記動翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小にし、この位置から翼中央部に向って増加させて極大にし、ここから翼中央部を経て翼先端部に向って減少させて極小で、かつ最小にさせる形状に形成することを特徴とする軸流タービン。
【請求項８】
動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小で、かつ最小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って７５〜９５％の高さ範囲であることを特徴とする請求項７記載の軸流タービン。
【請求項９】
請求項１または３記載の軸流タービンにおけるノズル翼は、テーパ状タイプおよびリーン状タイプのうち、いずれか少なくとも一方のタイプを採り入れたことを特徴とする軸流タービン。
【請求項１０】
請求項５または７記載の軸流タービンにおける動翼は、テーパ状タイプおよびリーン状タイプのうち、いずれか少なくとも一方のタイプを採り入れたことを特徴とする軸流タービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流タービンに係り、特に、タービンノズルとタービン動翼とを組み合わせてタービン段落を構成するとき、そのタービン段落の段落効率をより一層向上させる軸流タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電プラントに適用する蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンでは、最近、経済的な運転を効果的に行うための熱効率の向上、特に、タービン内部効率の向上が再び見直されている。
【０００３】
タービン内部効率のより一層の向上を図るには、タービン翼に発生する諸損失のうち、特にタービンノズルおよびタービン動翼の２次流れに基づく２次流れ損失をより一層低く抑えることが重要な研究テーマの一つとして採り上げられている。
【０００４】
図９は、軸流タービンに従来から適用されている、いわゆるストレート翼と称するタービンノズルの構成を示す図で、複数枚のノズル翼１がダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３との間に形成される環状流路４のタービン軸（図示せず）の周方向に沿って列状に配置されている。
【０００５】
また、ノズル翼１の下流側には、図７に示すように、ノズル翼１の列状配置に対応させてタービン動翼５が周方向に配置されている。このタービン動翼５は、タービンロータ６ａ上に円板状に設けられたロータディスク６の周方向に沿って植設され、その外周端に作動蒸気または作動ガス（以下、主流と記す）の漏洩等を防止するシュラウド７を備えている。
【０００６】
このような構成を備える軸流タービンにおいて、タービンノズルをノズル翼１の出口側から観察するときの斜視図で示す図９を引用し、ノズル翼１の２次流れの発生メカニズムを詳しく説明する。
【０００７】
主流は、翼間流路を流れるとき、翼外形に沿うように湾曲状に曲げられて流れている。このとき、ノズル翼１の背側Ｂから腹側Ｆ方向に向って遠心力が生じ、この遠心力と静圧がバランスしているので、腹側Ｆの静圧が高くなっている。
【０００８】
これに対し、背側Ｂは主流の流速が速いため静圧が低くなっている。このため、翼間流路内では、腹側Ｆから背側Ｂに向って圧力勾配が生じる。この圧力勾配は、ダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３の周壁面上に形成される境界層においても同じである。
【０００９】
しかし、翼間流路内の境界層では、流速が小さく、遠心力も小さくなっているので、腹側Ｆから背側Ｂへの圧力勾配に抗し切れず、腹側Ｆから背側Ｂに向う流れとなる２次流れ８が生じる。
【００１０】
この２次流れ８は、ノズル翼１の背側Ｂに衝突して巻き上げられ、ノズル翼１を支持するダイアフラム外輪２およびダイアフラム内輪３との接続部分に２次流れ渦９ａ，９ｂを発生させる。
【００１１】
このように、主流の持つエネルギは、２次流れ渦９ａ，９ｂの拡大、拡散や２次流れによる壁面摩擦等の影響を受け、その一部が失われ、タービン内部効率の著しい低下の要因になっている。なお、タービン動翼も、タービンノズルと同様に、２次流れ損失が発生している。
【００１２】
ところで、翼間流路内で発生する２次流れ渦９ａ，９ｂ等に起因する２次流れ損失を低減させる研究や提案が数多く公表されている。
【００１３】
例えば、ノズル翼１の後縁端とそのノズル翼１に隣接するノズル翼１の背側Ｂとの最短距離で定義されるスロートｓと翼間の環状ピッチｔとで表わされるスロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図４（ａ）〜図５（ｂ）のそれぞれにあらわされた点線で示すように、翼高さ中央部分で最大にし、翼根元部および翼先端部で小さくする形状のタービンノズルが公表されている（特開平６−２７２５０４号公報）。
【００１４】
このタービンノズルは、例えば蒸気タービンに従来から適用されている、いわゆるストレート翼（タービン軸の中心を通り、半径方向に真直ぐ延びるラジアル線に沿う翼）と称するタービンノズルやタービン動翼に較べて次に示す利点を持っている。すなわち、いわゆるストレート翼と称するタービンノズルは、翼高さの中央部分で損失が少なく、翼根元部および翼先端部で相対的に損失が大きくなっている。また、いわゆるストレート翼と称するタービン動翼も、翼高さの中央部分で損失が少なく翼根元部および翼先端部で相対的に損失が大きくなっている。
【００１５】
これに対し、スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図４（ａ）〜図５（ｂ）のそれぞれにあらわされた点線で示すように、翼高さ中央部分で最大にし、翼根元部および翼先端部で小さくする形状のタービンノズルは、損失の大きい翼根元部および翼先端部で主流の流量を少なくさせ、損失の少ない翼高さ中央部分で主流の流量を多くさせているので、いわゆるストレート翼と称すタービンノズルに較べて損失が少なくなっている。
【００１６】
また、スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図４（ｂ）の点線で示すように、翼高さ中央部分で最大にし、翼根元部および翼先端部で小さくする形状のタービン動翼も上述のタービンノズルと同様に、いわゆるストレート翼と称するタービン動翼に較べて損失が少なくなっている。
【００１７】
他方、別の研究成果によれば、ノズル翼１をタービン軸の中心を通るラジアル線（図９で示すＥ）に対して湾曲させる、いわゆるコンパウンドリーンタイプと称するタービンノズルが公表されている（特開平１−１０６９０３号公報）。
【００１８】
このコンパウンドリーンタイプと称するタービンノズルは、図６（ａ）に示すように、翼先端部および翼根元部のそれぞれから翼高さの中央部分に向って後縁端を湾曲状に腹側に突き出させて形成し、翼先端部からダイアフラム外輪２に、また翼根元部からダイアフラム内輪３のそれぞれに押圧力を発生させる構成になっている。このため、コンパウンドリーンタイプと称するタービンノズルは、ダイアフラム外輪２およびダイアフラム内輪３のそれぞれに発生する境界層を低く抑えることができるようになっている。
【００１９】
また、タービン動翼も、上述のタービンノズルと同様に、図６（ｂ）に示すように、翼先端部および翼根元部のそれぞれから翼高さの中央部分に向って後縁端を湾曲状に腹側に突き出させて形成し、翼先端部からシュラウド７に、また翼根元部からロータディスク６のそれぞれに押圧力を発生させる形状にして、シュラウド７およびロータディスク６のそれぞれに発生する境界層を低く抑えることができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【００２０】
【特許文献１】
特開平３−１８９３０３号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
いわゆるコンパウンドリーンタイプと称するタービンノズルおよびタービン動翼は、翼先端部からダイアフラム外輪２に向って押圧力を与えるとともに、翼根元部からダイアフラム内輪３に向って押圧力を与え、ダイアフラム外輪２およびダイアフラム内輪３のそれぞれに発生させる境界層を少なくさせ、より多くの主流を流す形状になっている。
【００２２】
しかし、もともと翼先端とダイアフラム外輪２との接続部分および翼根元部とダイアフラム内輪３との接続部は、ともに、損失の大きい領域になっているので、より多くの主流を流しても性能をより一層向上させるには限界がある。
【００２３】
この点、スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、翼高さの中央部分で大きくし、流路面積をより広く確保するタービンノズルおよびタービン動翼の方が、翼高さの中央部分の損失が少ない部分により多くの主流を流すだけに、性能をより一層向上させることができると考えられ、有利である（特開平８−１０９８０３号公報）。
【００２４】
しかし、この形状のタービンノズルおよびタービン動翼は、翼根元部および翼先端部ともに、スロート・ピッチ比ｓ／ｔが小さく、このスロート・ピッチ比ｓ／ｔから算出される幾何学的流出角α＝ｓｉｎ−１（ｓ／ｔ）が小さく、さらに転向角が大きくなる。
【００２５】
一般に、軸流タービンにおけるタービンノズルおよびタービン動翼の幾何学的流出角が小さい場合や転向角が大きい場合、翼面上に境界層が発達し、翼型損失が増加することが知られている。
【００２６】
また、翼間流路内で主流の流れの向きが大きく転向する場合、翼間流路内の腹側Ｆから背側Ｂへの圧力勾配が大きくなり２次流れ８も大きくなる。
【００２７】
また、翼根元部付近や翼先端部付近で発達する翼面境界層内の低エネルギ流体も、翼間流路内の周壁面に形成される境界層内の低エネルギ流体とともに２次流れ８と一緒になって流れ、２次流れ損失をより一層増加させる要因になっている。
【００２８】
特に、翼先端部では、スロート・ピッチ比ｓ／ｔが小さいと、環状ピッチｔが小さいためにスロートｓも小さくなる。スロートｓが小さくなると、後縁端の厚さｔｅは、翼構造上の制約から一定の厚みが要求されているので、スロートｓに占める後縁端の厚さｔｅの比率ｔｅ／ｓが大きくなり、図１０に示すように、翼型損失が急激に増加する。
【００２９】
このように、最近の研究成果の一つとして公表されている翼高さの中央部分のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを大きく採るタービンノズルおよびタービン動翼やいわゆるコンパウンドリーンタイプと称するタービンノズルおよびタービン動翼は、ともに、長所、短所があるので、長所の部分だけを取り出して組み合わせる、いわゆるハイブリット翼の実現がタービン段落効率のより一層の向上につながると考えられる。
【００３０】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、タービンノズルおよびタービン動翼の翼間流路内における翼高さ方向の翼中央部から翼先端部に向ってより多くの主流を流すとともに、翼根元部の２次流れ損失を低減させ、タービン段落効率をより一層向上させる軸流タービンを提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数段備える軸流タービンにおいて、前記ノズル翼の後縁端とそのノズル翼に隣接するノズル翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記ノズル翼のピッチをｔとするとき、前記ノズル翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小で、かつ最小にし、この位置から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させる形状に形成するものである。
【００３２】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、ノズル翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小、かつ最小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って５〜２０％の高さ範囲内であることを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記ノズル翼の後縁端とそのノズル翼に隣接するノズル翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記ノズル翼のピッチをｔとするとき、前記ノズル翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小にし、この位置から翼中央部に向って増加させて極大にし、ここから翼中央部を経て翼先端部に向って減少させる形状に形成するものである。
【００３４】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、ノズル翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小、かつ最小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って７５〜９５％の高さ範囲内であることを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記動翼の後縁端とその動翼に隣接する動翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記動翼のピッチをｔとするとき、前記動翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小にし、この位置から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させて極大の形状に形成するものである。
【００３６】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って５〜２０％の高さ範囲内であることを特徴とするものである。
【００３７】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、ダイアフラム外輪とダイアフラム内輪との間に形成される環状流路の周方向にノズル翼を列状に配置するタービンノズルと、このタービンノズルの下流側に配置され、タービン軸の周方向に動翼を列状に植設するタービン動翼とでタービン段落を構成し、このタービン段落を前記タービン軸の軸方向に複数備える軸流タービンにおいて、前記動翼の後縁端とその動翼に隣接する動翼の背側との最短距離をｓとし、列状に配置する前記動翼のピッチをｔとするとき、前記動翼はスロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との間で極小にし、この位置から翼中央部に向って増加させて極大にし、ここから翼中央部を経て翼先端部に向って減少させて極小で、かつ最小にさせる形状に形成するものである。
【００３８】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔの極小で、かつ最小の位置は、翼根元部から翼高さ方向に向って７５〜９５％の高さ範囲であることを特徴とするものである。
【００３９】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、請求項１または２記載の軸流タービンにおけるノズル翼は、テーパ状タイプおよびリーン状タイプのうち、いずれか少なくとも一方のタイプを採り入れたことを特徴とするものである。
【００４０】
また、本発明に係る軸流タービンは、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、請求項３または５記載の軸流タービンにおける動翼は、テーパ状タイプおよびリーン状タイプのうち、いずれか少なくとも一方のタイプに採り入れたことを特徴とするものである。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る軸流タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４２】
図１は、本発明に係る軸流タービンに適用するタービンノズルを後縁端の出口側から観察する斜視図である。
【００４３】
図１において、ダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３との間に形成する環状流路４に複数のノズル翼１を周方向に一定間隔をおいて列状に配置し、各ノズル翼１の翼先端部および翼根元部の接続部分をダイアフラム外輪２とダイアフラム内輪３に接続することによってタービンノズルが構成されている。
【００４４】
また、図２は、タービンノズルの下流側に配置する動翼５を示す斜視図であり、翼先端部をシュラウド７で支持させるとともに、翼植込み部（翼根元部）をロータディスク６に植設させている。
【００４５】
また、図３は、ノズル翼１および動翼５の流路部における断面を示すもので、ノズル翼１または動翼５の後縁端とそのノズル翼１あるいは動翼５に隣接する別のノズル翼１または動翼５の背側との最短距離、つまり流路の最小通路幅をスロートｓとし、タービン軸（図示せず）に沿う環状の円周長さをノズル枚数または動翼枚数で割った数を環状ピッチｔとする場合、そのスロート・ピッチ比ｓ／ｔをノズル出口または動翼出口からの流出方向と流量を決めるパラメータとしている。そして、そのパラメータを用いて、図４（ａ）に示した実線ではノズル翼１のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを翼高さ方向分布として表わし、また図４（ｂ）に示した実線では、動翼５のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを翼高さ方向分布としてそれぞれ表わしている。
【００４６】
本実施形態に係る軸流タービンに適用するタービンノズルは、図４（ａ）の実線で示すように、スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、翼高さ方向における翼中央部から翼根元部に向って徐々に減少させて極小値で、かつ最小値にし、ここから翼根元部に向って増加させるとともに、翼中央部から翼先端部に向って徐々に増加させた後、翼先端部に向って徐々に減少させている。そして、この極小値かつ最小値をとる位置は、翼根元部から翼高さ方向５〜２５％の位置としている。また、このスロート・ピッチ比ｓ／ｔは、翼中央部を通過するとき、未だ増加の状態にさせている。なお、図４（ａ）中、破線は、従来のタービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔを示す分布線図である。
【００４７】
また、本実施形態に係る軸流タービンに適用するタービン動翼は、図４（ｂ）の実線で示すように、スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、翼高さ方向における翼中央部から翼根元部に向って徐々に減少させて極小値にし、その後翼根元部に向って増加させるとともに、その極小値の位置を翼高さ方向における翼根元部の５〜２５％の範囲内に設定する一方、翼中央部から翼先端部に向って徐々に増加させ極大値にし、ここから徐々に減少させて極小にした後、ここから根元部側に向って徐々に増加させている。また、このスロート・ピッチ比ｓ／ｔは、翼中央部を通過するとき、漸増状態にさせている。なお、図４（ｂ）中、破線は、従来のタービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを示す分布線図である。
【００４８】
このようにタービンノズルおよびタービン動翼ともに、スロート・ピッチ比ｓ／ｔの分布を翼高さにおける翼中央部から翼先端部に向う方向に、極大または最大にし、翼中央部から翼根元部に向う方向に、極小または最小の翼型にする形状は、例えば、翼型に捩りを加えるか、あるいは翼断面形状を成形加工して変形することによって容易に実現することができる。
【００４９】
ところで、従来のタービンノズルおよびタービン動翼は、ともに翼高さ方向における翼中央部で圧力損失が少なく、翼先端部および翼根元部に向って圧力損失が大きくなることが知られている。
【００５０】
本実施形態は、このような現象に着目したもので、タービンノズルおよびタービン動翼ともに、スロート・ピッチ比ｓ／ｔの分布を翼高さ方向における翼根元部と翼中央部との間から翼先端部に向って極大または最大にし、翼先端部をより有効に活用してスロート・ピッチ比ｓ／ｔを拡大させ、拡大させたスロート・ピッチ比ｓ／ｔの比較的圧力損失の少ない領域により多くの主流を流し、圧力損失の比較的大きい翼根元部に向う領域に主流を少なくさせているので、タービン段落効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態は、タービンノズルおよびタービン動翼ともに、翼根元部のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを比較的大きくさせることにより主流の幾何学的流出角α＝ｓｉｎ−１（ｓ／ｔ）を大きくし、転向角を小さくさせたので、２次流れ損失をより一層少なくさせることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、タービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図４（ａ）に示すように、翼高さ方向における翼中央部から翼先端部に向うに従って増加させるとともに、タービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図４（ｂ）に示すように、翼根元部と翼中央部との間から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させ、タービンノズル、タービン動翼ともに翼先端部もスロート・ピッチ比ｓ／ｔの拡大に利用したが、この例に限らず、タービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図５（ａ）に示すように、翼根元部と翼中央部との間から翼中央部に向って増加させ、翼中央部から翼先端部に向って減少させるとともに、タービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔを、図５（ｂ）に示すように、翼根元部と翼中央部との間から翼中央部に向って増加させ、翼中央部から翼先端部に向って減少させ、タービンノズル、タービン動翼ともにスロート・ピッチ比ｓ／ｔを、翼中央部から翼先端部に向って減少させた分、翼根元部から翼中央部に向う領域を巧みに利用してスロート・ピッチ比ｓ／ｔを拡大させてもよい。いずれの場合も翼中央部ではスロート・ピッチ比ｓ／ｔが減少方向にある。
【００５３】
その際、タービンノズルおよびタービン動翼とともに、翼中央部から翼先端部に向って減少させたスロート・ピッチ比ｓ／ｔのうち、極小値で、かつ最小値を翼高さにおける翼先端部の７５〜９５％の範囲内に設定することが望ましい。
【００５４】
また、本実施形態は、タービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔが図４（ａ）に示すように、翼高さ方向における翼根元部と翼中央部との間から翼先端部に向う方向に増加させる形状にするとともに、タービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔが図４（ｂ）に示すように、翼根元部と翼中央部との間から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させる形状を持つスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布を、図６（ａ），（ｂ）に示した従来の、いわゆるコンパウンドリーンタイプまたはストレートリーンタイプのタービンノズルおよびタービン動翼に採り入れてもよい。ここで、リーンタイプとは、翼周方向に向って膨出部を形成させたタイプをいう。この場合も、タービンノズルおよびタービン動翼の翼断面に捩りを加えるか、翼断面を機械加工すれば容易にその翼形状を実現することができる。
【００５５】
このように、タービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔが図４（ａ）に示すように、翼高さ方向における翼根元部と翼中央部との間から翼先端部に向って増加させるとともに、タービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔが図４（ｂ）に示すように、翼根元部と翼中央部との間から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させた分布を持つスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布を、図６（ａ），（ｂ）に示した従来の、いわゆるコンパウンドリーンタイプまたはストレートリーンタイプのタービンノズルおよびタービン動翼に採り入れることにより、図７に示すように、ノズル翼１および動翼５を流れる主流の流線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のうち、流線Ｇ１が翼根元部に向って流れるとともに、流線Ｇ３が翼先端部に向って流れるので、２次流れの発生を低く抑することができる。
【００５６】
また、本実施形態は、タービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔが図４（ａ）に示すように、翼高さ方向における翼根元部と翼中央部との間から翼先端部に向う方向に増加させる形状にするとともに、タービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔが図４（ｂ）に示すように、翼根元部と翼中央部との間から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させる形状を持つスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布を、いわゆるテーパ状タイプのタービンノズルおよびタービン動翼に採り入れることができる。
【００５７】
この、いわゆるテーパ状タイプのタービンノズルは、図８に示すように、ラジアル線Ｅを基準にして観察する場合、翼弦長Ｃを翼根元部から翼先端部に向って大きくする形状になっており、翼高さ方向に向う各翼断面の翼型損失が少なくなるように翼弦長Ｃと環状ピッチｔとの比を設定している。
【００５８】
ここで、いわゆるテーパ状タイプにおけるテーパ率とは、テーパ率をαとし、翼根元部の主流の軸流速度をＣｔｒとし、翼先端部の軸理由速度をＣｔｔとするとき、
【数１】
2004263679.tif 000003
と定義される。
【００５９】
このように、いわゆるテーパ状タイプのタービンノズルに、図４（ａ）に示すスロート・ピッチ比ｓ／ｔを持つ形状にするとともに、タービン動翼に、図４（ｂ）に示すスロート・ピッチ比ｓ／ｔを持つ形状にしたものを採り入れても２次流れの発生を低く抑えてタービン段落効率を向上させることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る軸流タービンは、スロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との中間で形成された極小で、かつ最小の位置から翼中央部を経て翼先端部に向って増加させる形状に形成したスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布を、タービンノズルに採り入れるとともに、スロート・ピッチ比ｓ／ｔが翼根元部と翼中央部との中間で形成された極小で、この位置から翼中央部を経て翼先端部に向って極大する形状に形成したスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布を、タービン動翼に採り入れ、翼中央部から翼先端部に向ってより多くの主流を流す構成にするので、タービン段落の段落効率をより一層向上させてタービン段落当りの出力をより一層増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸流タービンに適用するタービンノズルを主流の出口側から観察する斜視図。
【図２】本発明に係る軸流タービンに適用するタービン動翼を主流の出口側から観察する斜視図。
【図３】本発明に係る軸流タービンに適用するタービンノズルおよびタービン動翼のそれぞれの流路部を説明するために用いる断面図。
【図４】スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、従来と本発明とで対比させる第１実施形態におけるスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布線図で、（ａ）はタービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布線図、（ｂ）はタービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布線図。
【図５】スロート・ピッチ比ｓ／ｔを、従来と本発明とで対比させる第２実施形態におけるスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布線図で、（ａ）はタービンノズルのスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布線図、（ｂ）はタービン動翼のスロート・ピッチ比ｓ／ｔ分布線図。
【図６】従来の軸流タービンに適用するタービン翼を主流の出口から観察する斜視図で（ａ）はタービンノズルの斜視図、（ｂ）はタービン動翼の斜視図。
【図７】本発明に係る軸流タービンに適用するタービンノズルおよびタービン動翼を流れる主流の流線を説明するために用いる概念図。
【図８】従来の軸流タービンに適用される別のタービンノズルを主流の出口側から観察する斜視図。
【図９】従来の軸流タービンに適用されるタービンノズルを主流の流れを説明するために用いる概念図。
【図１０】従来の軸流タービンに適用されるタービンノズルの後縁端における損失を示す損失分布線図。
【符号の説明】
１  ノズル翼
２  ダイアフラム外輪
３  ダイアフラム内輪
４  環状流路
５  動翼
６  ロータディスク
６ａ  タービンロータ
７  シュラウド
８  ２次流れ
９  ２次流れ渦
【図１】
2004263679.tif 000004
【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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