(57)【要約】【課題】段落圧力比が非常に大きく、作動媒体の体積流量が非常に小さな設計条件に対して、実用的な段落効率を有するタービン翼列形式を得る。【解決手段】ラジアル・タービン翼列において、回転円板の最外周部に第１列動翼としてラジアル翼列を配置し、第１列動翼の内周側にラジアル静止翼列を配置し、さらにラジアル静止翼列の内周側に、第１列動翼を配置した回転円板と同一の円板上に半径方向内向きに流入し軸方向に流出するラジアル翼列を第２列動翼として配置する衝動式の速度複式形式とする。また回転円板の外周側にノズルを配置する。また円周上の一部にノズルおよび静止ラジアル翼列を配置する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転円板の最外周部に第１列動翼としてラジアル翼列を配置し、第１列動翼の内周側にラジアル静止翼列を配置し、さらにラジアル静止翼列の内周側に、第１列動翼を配置した回転円板と同一の円板上に半径方向内向きに流入し軸方向に流出するラジアル翼列を第２列動翼として配置する速度複式形式のラジアル・タービン翼列
【請求項２】
【請求項１】
において、回転円板の外周側にノズルを配置する翼列
【請求項３】
【請求項２】
において、円周上の一部にのみノズルおよび静止ラジアル翼列を配置する翼列
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小容量のタービンの翼列に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタービン翼列は流れの大きな向きによって軸流型とラジアル型に分類される。軸流型は圧力複式と速度複式に分れる。ラジアル型は外周に向って流れるアウトフロー方式と内周に向って流れるインフロー方式に分れる。大容量・中容量のタービンには軸流型が一般的であり、以前にアウトフロー方式のラジアル型が用いられたこともある。
小容量のタービンにはインフロー方式のラジアル型がしばしば用いられる。インフロー方式のラジアル型では段落の反動度を上げ、動翼の入口圧力を出口圧力より高くする反動式設計が一般的である。その場合に円周上の一部にのみ作動流体を流す部分送入方式を採用すると、段落内部の漏洩が増し、段落効率が著しく低下する。よって従来のインフロー型ラジアルタービンでは全周送入方式が用いられている。
【図２】にインフロー型ラジアルタービンの代表的な回転部構造を示す。インフロー型ラジアルタービンの場合、回転円板に対し最高仕様の材料を適用し、その周速度を上げても実用的な一段落当りの圧力比は高々４程度であり、それ以上の圧力比では急激に段落効率が低下する。
また、圧力が高く、体積流量の小さな気体を作動媒体とする場合には、通常の全周送入方式のインフロー型ラジアルタービンでは翼高さが極端に小さくなり段落効率の低下を招く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は段落圧力比が非常に大きく、作動媒体の体積流量が非常に小さな設計条件に対して、実用的な段落効率を有するタービン翼列形式を新たに提案することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として新たに【請求項１】、【請求項２】、【請求項３】に示す構造を提案する。【図１】は【請求項１】、【請求項２】、【請求項３】に示す構造を表し、符合１は回転円板、符号２は第１列動翼、符号３はラジアル静止翼列、符号４は第２列動翼、符号５はノズルを示す。
特開２００１−２７１６１１の図７における例では背圧蒸気タービン段落の入口圧は３．４６４５ＭＰａ、出口圧は０．５８９６Ｍｐａであり、その段落圧力比は約５．９である。この設計条件で本発明方式を用いた場合と、代表的な従来方式を用いた場合について、それぞれの速度三角形を
【図３】に示す。ここでｃは絶対速度、ｗは相対速度、ｕは周速度を示し、添字１は回転体入口すなわち動翼（本発明方式では第１列動翼符号２）の入口を示し、添字４は段落出口すなわち動翼（本発明方式では第２列動翼符号４）の出口を示す。添字２は本発明方式の第１列動翼符号２の出口すなわちラジアル静止翼列符号３の入口を示す。添字３は本発明方式のラジアル静止翼列符号３の出口すなわち第２列動翼符号４の入口を示す。
【図３】が示すように、段落出口において従来方式では絶対速度ｃ４が６６６ｍ／ｓであるのに対し、本発明方式では２６４ｍ／ｓとなり、その二乗に比例する流出速度エネルギーは格段に小さくなる。そのために排気損失が大幅に減少し、本発明方式の総合効率は従来方式に比べて非常に向上する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明を、ガスタービン装置と排熱ボイラ装置と背圧タービン装置を用いた熱サイクル動力発生装置の背圧蒸気タービン（特開２００１−２７１６１１における符号８）に適用する場合の装置の組立て断面図を
【図４】に示す。ここで符号１は回転円板、符号２は第１列動翼、符号３はラジアル静止翼列、符号４は第２列動翼、符号５はノズル、符号６、７はタービンケーシング、符号８は蒸気取入口、符号９は蒸気タービン段落の蒸気排出口、符号１０は空気圧縮機段落、符号１１は給水ポンプ、符号１２は燃焼器、符号１３はタービン段落を示す。本発明方式の構造が動力発生装置全体のなかで効果的に収められている。
【０００６】
【発明の効果】
【図５】はインフロー型ラジアルタービンの性能曲線を示す。縦軸はラジアルタービンの段落効率を示す。横軸の速度比は回転円板の外周の周速度とタービンの段落断熱熱落差に対応する段落理論速度の比を示す。曲線▲１▼は本発明方式による効率を示し、曲線▲２▼は代表的な従来方式による効率を示す。速度比が０．２５より０．４５の範囲において本発明方式は従来方式に比べて効率が優れている。特開２００１−２７１６１１の図７に掲げる例では、その速度比は約０．４であり、本発明方式を適用すれば従来方式に比べ、段落効率は約１５％優れる。
回転部入口の速度ｃ１を得る手段として、小容量インフロー型ラジアル・タービンではケーシング入口部にノズルを設置したスクロールケーシングがしばしば用いられる。しかしかかる方法では反動度を小さくすると、作動流体に対し広い接触面積をもつスクロール内での気体の速度すなわち速度ｃ１が大きくなり、スクロール内壁面での摩擦損失が増大し段落効率を著しく悪化させる。
それに対して本発明方式のように反動度がゼロまたはゼロに近い衝動式の速度複式形式においては、
【図１】が示すように第１列動翼符号２の入口直前に
【請求項２】に述べるノズル符号５を配置すると、高速域の接触面積が小さくなり摩擦損失を著しく小さくすることが可能になる。
圧力が高く、体積流量の小さい気体を作動媒体とする場合には、通常の反動度の高い全周送入方式のインフロー型ラジアルタービンでは翼高さが極端に小さくなり段落効率の悪化を招く。これに対して衝動式の速度複式形式をもつ本発明方式の場合には、
【請求項３】に述べ、
【図１】に示すような部分送入方式の採用によって、内部漏洩損失の大きな増加を招くことなく、翼高さが極端に小さくなるのを回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の
【特許の請求範囲】
【請求項１】、
【請求項２】、
【請求項３】を示すインフロー型ラジアルタービン回転部の切断外観図
【図２】従来のインフロー型ラジアルタービン回転部の外観図
【図３】本発明方式と代表的な従来方式の速度三角形の比較
【図４】本発明をガスタービン装置と排熱ボイラ装置を用いた熱サイクル動力発生装置の背圧タービン装置に適用する場合の装置全体の組立て断面図
【図５】インフロー型ラジアルタービンの性能曲線図
【符号の説明】
１は回転円板、２は第１列動翼、３はラジアル静止翼列、４は第２列動翼、５はノズル、６、７はタービン・ケーシング、８は蒸気取入口、９は蒸気タービン段落の蒸気排出口、１０は空気圧縮機段落、１１は給水ポンプ、１２は燃焼器、１３はタービン段落を示す。
ｃは絶対速度、ｗは相対速度、ｕは周速度を示し、添字１は回転体入口すなわち動翼（本発明方式では第１列動翼符号２）の入口を示し、添字４は段落出口すなわち動翼（本発明方式では第２列動翼符号４）の出口を示す。添字２は本発明方式の第１列動翼符号２の出口すなわちラジアル静止翼列符号３の入口を示す。添字３は本発明方式のラジアル静止翼列符号３の出口すなわち第２列動翼符号４の入口を示す。
【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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