(57)【要約】【課題】  本発明は、静翼の高さに係わらずタービン損失を低減できるタービン用ノズルを提供することにある。【解決手段】  本発明は、環状の内輪１と外輪２に跨り、凸曲面状の背面５と凹曲面状の腹面６を有する複数の静翼３に、前記腹面５から前記背面５に貫通する貫通穴１０（１０Ａ〜１０Ｃ）を複数設けたのである。  上記構成とすることで、高さに関係なく静翼３の腹面６側と背面５側を流れる作動流体７に生じる圧力差が緩和される。その結果、静翼３周辺を流れる作動流体７の乱れが抑制されるので、静翼３周辺に発生する流れ剥離や渦等の発生が抑制され、二次流れ損失等のタービン損失を抑制することができるのである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸曲面状の背面と凹曲面状の腹面を有する複数の静翼を、固定された環状の内輪と外輪に跨って放射状に設置して形成したタービン用ノズルにおいて、前記静翼の前記腹面から前記背面に貫通する貫通穴を前記静翼の高さ方向に複数設けたことを特徴とするタービン用ノズル。
【請求項２】
凸曲面状の背面と凹曲面状の腹面を有する複数の静翼を、固定された環状の内輪と外輪に跨って放射状に設置して形成したタービン用ノズルにおいて、前記静翼の前記腹面から前記背面に貫通する貫通穴を前記静翼の高さ方向に複数設けると共に、前記静翼を高さ方向の中間部が隣接する静翼の背面側に突出するように湾曲させたことを特徴とするタービン用ノズル。
【請求項３】
前記貫通穴の前記背面の開口位置は、前記腹面の開口位置よりも作動流体の流通方向の下流側に位置することを請求項１又は２記載の特徴とするタービン用ノズル。
【請求項４】
前記貫通穴は、前記静翼の作動流体の流通方向の下流側となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記載のタービン用ノズル。
【請求項５】
前記貫通穴は、前記静翼の径方向の中間部よりも前記内輪と外輪に接近する側が多くなるように設けられていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のタービン用ノズル。
【請求項６】
前記貫通穴の径は、前記静翼の高さ方向の中間部よりも前記内輪と外輪に接近する側が大きく形成されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のタービン用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンや蒸気タービン等のタービン用ノズルに係り、特に、静翼を改善したタービン用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のタービンにおいて、タービン損失を低減させるために、例えば特許文献１に開示のように、内輪と外輪間に設けられた複数の静翼の高さ方向の中間部を、隣接する静翼の背面側に突出するように湾曲させている。このように静翼を湾曲させることにより、静翼周辺に発生する流れ剥離や渦等の二次流れ損失等のタービン損失を抑制することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３１７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のタービンにおいては、タービン損失の抑制効果はあるが、静翼の高さ（径方向の長さ）によっては、タービン損失の抑制効果を十分に期待できないものが存在した。即ち、静翼の高さが低い場合には、湾曲させることによるタービン損失の抑制効果を期待できない場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、静翼の高さに係わらずタービン損失を低減できるタービン用ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、環状の内輪と外輪との間に跨り、凸曲面状の背面と凹曲面状の腹面を有する複数の静翼に、前記腹面から前記背面に貫通する貫通穴を前記静翼の高さ方向に複数設けたのである。
【０００７】
上記構成とすることで、静翼の高さに関係なく、静翼の腹面側と背面側を流れる作動流体に生じる圧力差が緩和される。その結果、静翼周辺を流れる作動流体に乱れがなくなるので、静翼周辺に発生する流れ剥離や渦等の発生が抑制され、二次流れ損失等のタービン損失を抑制することができるのである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明によれば、静翼の高さに関係なく静翼の周辺に発生する流れ剥離や渦等の発生を抑制することができ、二次流れ損失等のタービン損失を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明によるタービン用ノズルの第１の実施の形態を図１及び図２に示す蒸気タービン用ノズルに基づいて説明する。
【００１０】
上記タービン用ノズルは、固定部材に固定された環状の内輪１と、この内輪１の外周に内輪１に対して等間隔となるように同心的に配置され固定部材に固定された環状の外輪２と、これら内輪１と外輪２とに跨って放射状に設けられた複数の静翼３とで囲まれた空間４である。
【００１１】
前記静翼３は、図２に示すように断面を見ると、凸曲面状をなす背面５と凹曲面状をなす腹面６を有している。そして、隣接する静翼３Ａ，３Ｂの腹面６と背面５とが対向するように、前記内輪１と外輪２間に静翼３の周方向間隔が等しくなるように設置されている。さらに、前記空間４に高温高圧の作動流体７、即ち、蒸気が供給されるのであるが、前記静翼３の作動流体７の上流側（供給側）となる部分、云い代えればタービン用ノズルの入口側となる部分は、円弧状断面部８が形成され、静翼３の作動流体７の下流側となる部分、云い代えればタービン用ノズルの出口側となる部分には、鋭角断面部９が形成されている。
【００１２】
そして、静翼３には、腹面６と背面５とを貫通する貫通穴１０を静翼の高さ方向（径方向長さ）に複数設けられており、腹面６と背面５に沿って流通する作動流体７の圧力差を緩和している。
【００１３】
即ち、空間４に供給される作動流体の流速は、凸曲面状の背面５のほうが凹曲面状の腹面６に比べて大きく、したがって、圧力は背面５のほうが腹面６に比べて低い。そのために、本来なら、この圧力差によって、隣接する静翼３Ａの腹面６に沿って流れる作動流体７の一部が、図２の２点差線矢印ａで示すように、圧力の低い隣接する静翼３Ｂの背面５側に向かう流れによる渦が生じ、さらには、静翼３Ａの鋭角断面部９においては、２点差線矢印ｂに示すように、腹面６から背面５側へ向かう渦が発生する。
【００１４】
しかしながら、上述のように、静翼３に設けた貫通穴１０によって腹面６と背面５との圧力差が緩和されていることから、２点差線矢印ａで示す流れ剥離や２点差線矢印ｂに示す渦の発生は抑制されるので、タービン損失を低減することができる。
【００１５】
このように貫通穴１０を設けることによって、静翼３の背面５と腹面６との圧力差を緩和でき、その結果、静翼３の高さの高低に係わらずタービン損失を低減できることである。
【００１６】
ところで、ノズルの入口側では隣接静翼３Ａ，３Ｂの表面形状がほぼ作動流体の流通方向に沿う形状をしているので、前記作動流体７はその表面形状に沿って乱れなく流れる。しかし、背面５の凸曲面状や腹面６の凹曲面状に沿って作動流体７の流通方向が変化するノズルの下流側では隣接静翼３Ａ，３Ｂ間に圧力差が生じるので、その圧力差を緩和するために前記貫通穴１０は静翼３の下流側に設けることが望ましい。
【００１７】
さらに、前記貫通穴１０の開口位置は、入口１０Ｉよりも下流側に出口１０Ｅを開口させることで、２点鎖線矢印ｃに示すように、背面５側を流れる作動流体が腹面６側の作動流体を貫通穴１０を通して吸引するので、出口１０Ｅ周辺に乱流を起こすことなく背面５と腹面６との圧力差を緩和することができる。また、貫通穴１０の入口１０Ｉを腹面６の凹曲面の底部近傍に開口させることで、凹曲面の底部近傍で方向変換される作動流体７の一部を無理なく貫通穴１０導入することができ、効率良く背面５と腹面６との圧力差を緩和することができる。
【００１８】
図３は、本発明によるタービン用ノズルの第２の実施の形態を示す。第１の実施の形態と異なる点は、貫通穴１０の穴径を静翼の高さ方向で変化させたことである。
【００１９】
即ち、図１に示すタービン用ノズルは、内輪１と接続される静翼根元部１１Ａ及び外輪２と接続される静翼先端部１１Ｂが境界層の増大により作動流体７の乱れが最も大きくなる。そのため図３に示す第２の実施の形態のように、静翼３の高さ方向に複数設けた貫通穴１０のうち、中間部の貫通穴１０Ａを差圧を緩和できる大きさに形成し、この貫通穴１０Ａの両側に位置する貫通穴１０Ｂを貫通穴１０Ａよりやや大きく、さらに静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂに接近する貫通穴１０Ｃを最も大きくなるように形成したのである。
【００２０】
以上のように貫通穴１０の穴径を、中間部から静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂに接近するにしたがって大きく形成することで、最も乱れが生じやすい静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂの近傍の背面５と腹面６間の圧力を接近させることができ、その結果、境界層の増大を抑制して作動流体７の乱れをなくすことができる。
【００２１】
ところで、第２に実施の形態においては、貫通穴１０の径を変化させたものであるが、穴径を変化させず、貫通穴１０の数を静翼３の高さ方向中間部よりも静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂの近傍で密となるように配設するようにしてもよい。さらに、貫通穴１０の穴径を変えることと数を変えることを組み合わせて用いてもよい。結果的に、貫通穴１０が分散されて貫通穴１０の合計面積が高さ方向中間部よりも静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂの近傍で大きくなるようにすればよい。
【００２２】
図４は、本発明によるタービン用ノズルの第３の実施の形態を示す。
【００２３】
本実施の形態は、静翼３の背面５側に貫通させた貫通穴１０を、図２の実施の形態に比べて、さらに下流側の鋭角断面部９先端側に開口させたのである。このような背面５側の位置に貫通穴１０を開口させることにより、作動流体７の流通方向に対する貫通穴１０の出口部の角度を小さくすることができる。その結果、貫通穴１０から流出する作動流体と背面５に沿って流通する作動流体との干渉を最小限とすることができ、流れの乱れを極力抑えることができる。
【００２４】
ところで、上記各実施の形態による蒸気タービン用ノズルは、静翼３が径方向に直線状に形成されたものであるが、上記各実施の形態による静翼３の高さ方向の中間部を隣接する静翼３Ａ，３Ｂの背面５側に突出するように湾曲させることにより、さらにタービン損失の低減を図ることができる。
【００２５】
さらに、上記各実施の形態は蒸気タービン用ノズルについて説明したが、基本構成が類似するガスタービン用ノズルにも適用できることは云うまでもない。
【００２６】
以上説明したように本発明による実施の形態によれば、貫通穴１０を設けることで、静翼３の高さ寸法に係わらず、背面５と腹面６間の圧力差を緩和することができ、圧力差によって生じていた二次流れ損失を抑制することができる。
【００２７】
さらに、貫通穴１０の合計面積を高さ方向中間部よりも静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂの近傍で大きくしたので、静翼３の静翼根元部１１Ａ及び静翼先端部１１Ｂの近傍での二次流れ損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるタービン用ノズルの第１の実施の形態を示す概略斜視図。
【図２】図１に示す静翼の断面図。
【図３】本発明によるタービン用ノズルの第２の実施の形態を示す静翼の斜視図。
【図４】本発明によるタービン用ノズルの第３の実施の形態を示す静翼の断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１…内輪、２…外輪、３（３Ａ，３Ｂ）…静翼、５…背面、６…腹面、７…作動流体、１０（１０Ａ〜１０Ｃ）…貫通穴、１１Ａ…静翼根元部、１１Ｂ…静翼先端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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