蒸気タービン長翼用高反動度型超音速タービン翼列の設計法

摘要

蒸気タービンの高効率化，大容量化のためには，最終段の環帯面積(軸方向下流側から見た流路面積)を大きくすることが有効である．最終段を出た蒸気の運動エネルギーは，排気室のディフューザによって一部静圧回復するが，残りは回転エネルギーに使えない損失となる．そのため，環帯面積を大きくして，最終段から排気される運動エネルギーを最小化することが，タービン効率の向上に有効である．本研究の目的は，蒸気タービン最終段動翼の先端側に適用する，高反動度型の超音速タービン翼列の設計法を開発することである．流入速度が亜音速で，流出速度が超音速の翼列では，翼間に最小流路幅部を形成し，流れをチョークさせ流量を決め，その下流の超音速流部を特性曲線法による拡大流路とすることで，強い衝撃波を回避できる．それに対し，流入速度も超音速となる超音速タービン翼列の場合，翼上流衝撃波の発生を回避することは難しい．この上流衝撃波は，損失増加だけでなく，翼間流路入口流れに不均一分布を生じさせ，翼間流路設計を難しくする．圧縮機も含む，超音速翼列の流体力学的な特性は，LichtfussとStarkenにより，体系的にまとめられているが，翼設計法に関する詳細な記述はない．