CN111608735B - 翼及具备该翼的机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制在翼面附近产生的剥离的翼及具备该翼的机械。翼具备：翼型部，具有沿着翼展方向在前缘与后缘之间延伸的正压面及负压面；及至少一个连通孔，在上述翼型部的内部通过，具有在上述正压面开口的第一开口端及在上述负压面开口的第二开口端，上述第一开口端位于在上述翼展方向上的第一位置处与上述翼展方向正交的第一截面上，上述第二开口端位于在上述翼展方向上的第二位置处与上述翼展方向正交的第二截面上，上述第一截面上的以上述前缘为基准的上述第一开口端的无量纲翼弦长度位置(％)大于上述第二截面上的以上述前缘为基准的上述第二开口端的无量纲翼弦长度位置(％)。

Description

翼及具备该翼的机械
技术领域
本公开涉及翼及具备该翼的机械。
背景技术
在应用于旋转机械或流体机械等机械的翼中，会产生翼面附近的流动的剥离等引起的损失，由此机械的性能或运转效率有时会下降。因此，有时以降低流体的剥离等引起的损失的方式设计翼型。
例如，专利文献1公开了在翼型部的最大壁厚部附近设有接近支撑壁面地从腹侧(正压面侧)向背侧(负压面侧)贯通的旁通流路的涡轮翼。在该涡轮翼中，在支撑壁面的接近位置，经由上述旁通流路而使工作流体的一部分从腹侧向背侧绕过，由此减轻支撑壁面附近的腹侧与背侧的压力差，从而减少二次流而减少流动损失。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2005-98203号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，近年来，在旋转机械等机械中，与运转条件相关的要求规格多样化，有时在偏离设计点的运转条件(例如局部负载运转等)下运转。因此，要求即使机械的运转条件偏离设计点也难以产生流体的剥离的翼。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式目的在于提供一种能够抑制在翼面附近产生的剥离的翼及具备该翼的机械。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的翼具备：
翼型部，具有在前缘与后缘之间沿着翼展方向延伸的正压面及负压面；及
至少一个连通孔，在上述翼型部的内部通过，具有在上述正压面开口的第一开口端及在上述负压面开口的第二开口端，
上述第一开口端位于在上述翼展方向上的第一位置处与上述翼展方向正交的第一截面上，
上述第二开口端位于在上述翼展方向上的第二位置处与上述翼展方向正交的第二截面上，
上述第一截面上的以上述前缘为基准的上述第一开口端的无量纲翼弦长度位置(％)大于上述第二截面上的以上述前缘为基准的上述第二开口端的无量纲翼弦长度位置(％)。
在翼所应用的设备的设计上，关于在设备的运转时静压相同的翼型部的正压面上的位置和负压面上的位置，正压面侧的位置有时在翼弦方向(弦向)上靠近后缘。关于这一点，根据上述(1)的结构，在正压面上及负压面上设有具有在运转时处于静压相同的位置的第一开口端及第二开口端的连通孔，因此在设备的运转状态偏离了设计点时，容易在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置之间产生压力差。因此，能够从第一开口端及第二开口端中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔中通过的流动。由此，能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔的流动向该开口端所在的翼面(正压面或负压面)上流出，通过这样流出的来自连通孔的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(2)在几个实施方式中，以上述(1)的结构为基础，
上述连通孔的截面积的最大值为上述连通孔的截面积的最小值的5倍以下。
根据上述(2)的结构，从第一开口端至第二开口端，连通孔的截面积未较大地变化。由此，能够降低连通孔中的压力损失，能够更有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(2’)在几个实施方式中，以上述(1)或(2)的结构为基础，
上述连通孔的中间位置处的截面积的最大值为上述连通孔的截面积的最小值的2倍以上或3倍以上。
根据上述(2’)的结构，从第一开口端至第二开口端，连通孔的截面积在中间部增大，流速变慢。由此，能够降低连通孔中的压力损失，能够更有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体能够在该翼面附近产生的剥离。
(3)在几个实施方式中，以上述(1)或(2)的结构为基础，
在上述第一截面或上述第二截面上，以上述前缘为中心，在以使上述翼型部的中弧线从上述前缘延伸出的延长线为基准的-10度以上且10度以下的角度范围内存在满足条件(a)的角度A1，
上述条件(a)是如下的条件：在上述翼型部受到从上述角度A1的方向朝向上述前缘的方向的流体流时，上述正压面上的上述第一开口端的位置处的静压与上述负压面上的上述第二开口端的位置处的静压相等。
翼所应用的设备有时设计成，向翼流入的流体的方向沿着使翼型部的中弧线从前缘延伸出的延长线。关于这一点，根据上述(3)的结构，存在满足上述条件(a)的角度A1，因此在设备的设计点下的运转时，在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置处静压相同，另一方面，在设备的运转状态偏离了设计点时，容易在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置之间产生压力差。因此，在设备的设计点下的运转时，几乎不产生来自第一/第二开口端的流体的流入流出，因此能得到与没有连通孔的同形状的翼相同的程度的空气动力学性能，并且在设备的运转条件偏离了设计点时，能够从第一开口端及第二开口端中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔中通过的流动。由此，抑制设计点下的运转时的性能下降，并且即使在运转条件偏离了设计点的情况下，也能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔的流动向该开口端所在的翼面(正压面或负压面)上流出，通过这样流出的来自连通孔的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(4)在几个实施方式中，以上述(1)至(3)中的任一结构为基础，
各上述连通孔具有一个上述第二开口端。
根据上述(4)的结构，各连通孔仅具有一个第二开口端，因此能够以简单的结构，通过从连通孔流出的流动，适当地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(5)在几个实施方式中，以上述(1)至(4)中任一结构为基础，
上述第一开口端比具有与上述翼型部的翼弦方向平行的切线的上述正压面上的点靠上述前缘侧。
在翼所应用的设备中，在流体相对于翼的入射角(迎角)为负的情况下(即，与设计点相比流体流与负压面碰撞的方向的情况下)，在正压面的附近，在比具有与翼弦方向平行的切线的正压面上的点靠后缘侧的位置有时容易产生剥离。关于这一点，根据上述(5)的结构，在比这样在正压面附近容易产生剥离的位置靠前缘侧处设有第一开口端，因此在上述入射角为负的情况下，能够有效地抑制在正压面附近容易产生的流体的剥离。
(6)在几个实施方式中，以上述(1)至(5)中任一结构为基础，
上述第二开口端比如下的直线与上述负压面的交点靠上述前缘侧，上述直线通过上述前缘并与上述前缘处的上述翼型部的中弧线平行。
在翼所应用的设备中，在流体相对于翼的入射角(迎角)为正的情况下(即，与设计点相比流体流与正压面碰撞的方向的情况下)，在负压面的附近，在比如下的直线与负压面的交点靠后缘侧的位置容易产生剥离，该直线通过前缘并与该前缘处的翼型部的中弧线平行。关于这一点，根据上述(6)的结构，在比这样在负压面附近容易产生剥离的位置靠前缘侧处设有第二开口端，因此在上述入射角为正的情况下，能够有效地抑制在负压面附近容易产生的流体的剥离。
(7)在几个实施方式中，以上述(1)至(6)中任一结构为基础，
上述连通孔在上述第一开口端与上述第二开口端之间呈直线状地延伸。
根据上述(7)的结构，连通孔具有直线状的形状，因此能够容易地通过机械加工形成连通孔。
(8)在几个实施方式中，以上述(1)至(7)中任一结构为基础，
上述第一开口端处的上述正压面的切线中的比上述第一开口端靠前缘侧的部分与上述第一开口端处的上述连通孔所成的角度为45度以下。
根据上述(8)的结构，连通孔在第一开口端的位置具有沿着正压面的形状，因此在来自连通孔的流动从第一开口端流出时，能够降低与在正压面附近流动的流体混合的混合损失。
(9)在几个实施方式中，以上述(1)至(8)中任一结构为基础，
上述第二开口端处的上述负压面的切线中的比上述第二开口端靠前缘侧的部分与上述第二开口端处的上述连通孔所成的角度为45度以下。
根据上述(9)的结构，连通孔在第二开口端的位置具有沿着负压面的形状，因此在来自连通孔的流动从第二开口端流出时，能够降低与在负压面附近流动的流体混合的混合损失。
(10)在几个实施方式中，以上述(1)至(9)中任一结构为基础，
上述第一开口端及上述第二开口端在上述翼展方向上位于同一位置。
根据上述(10)的结构，第一开口端及第二开口端位于翼展方向上的同一位置，因此能够比较容易地在翼型部上形成连通孔。
(11)在几个实施方式中，以上述(1)至(9)中任一结构为基础，
上述第一开口端及上述第二开口端在上述翼展方向上位于不同的位置。
根据上述(11)的结构，第一开口端及第二开口端在翼展方向上位于不同的位置，因此在上述位置处翼面上的静压相等的情况下，通过从连通孔流出的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(12)在几个实施方式中，以上述(1)至(11)中任一结构为基础，
在将上述翼展方向上的上述翼型部的两端的翼展位置设为0％及100％时，
上述第一开口端及述第二开口端中的至少一方位于翼展位置为30％以上且70％以下的区域。
翼展位置为30％以上且70％以下的中央区域在翼所应用的设备中有时是性能上重要的区域。关于这一点，根据上述(12)的结构，在该中央区域设有上述第一开口端或第二开口端中的至少一方，因此在翼展方向上在性能上重要的区域中，通过从连通孔流出的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。由此，在翼所应用的设备的性能上有利。
(13)本发明的至少一实施方式的翼具备：
翼型部，具有沿着翼展方向在前缘与后缘之间延伸的正压面及负压面；及
至少一个连通孔，在上述翼型部的内部通过，具有在上述正压面开口的第一开口端及在上述负压面开口的第二开口端，
上述第一开口端位于在上述翼展方向上的第一位置处与上述翼展方向正交的第一截面上，
上述第二开口端位于在上述翼展方向上的第二位置处与上述翼展方向正交的第二截面上，
在上述第一截面或上述第二截面上，以上述前缘为中心，在以使上述翼型部的中弧线从上述前缘延伸出的延长线为基准的-10度以上且10度以下的角度范围内存在满足条件(a)的角度A1，
上述条件(a)是如下的条件：在上述翼型部受到从上述角度A1的方向朝向上述前缘的方向的流体流时，上述正压面上的上述第一开口端的位置处的静压与上述负压面上的上述第二开口端的位置处的静压相等。
翼所应用的设备有时设计成，向翼流入的流体的方向沿着使翼型部的中弧线从前缘延伸出的延长线。关于这一点，根据上述(13)的结构，存在满足上述条件(a)的角度A1，因此在设备的设计点下的运转时，在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置处静压相同，另一方面，在设备的运转状态偏离了设计点时，容易在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置处之间产生压力差。因此，能够从第一开口端及第二开口端中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔中通过的流动。由此，如上述(1)所述，能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔的流动向该开口端所在的翼面(正压面或负压面)上流出，通过这样流出的来自连通孔的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(14)本发明的至少一实施方式的机械具备上述(1)至(13)中任一项记载的翼。
根据上述(14)的结构，在正压面上及负压面上设置具有在运转时处于静压成为相同的位置的第一开口端及第二开口端的连通孔，因此在设备的运转状态偏离了设计点时，容易在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置之间产生压力差。因此，能够从第一开口端及第二开口端中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔中通过的流动。由此，能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔的流动向该开口端所在的翼面(正压面或负压面)上流出，通过这样流出的来自连通孔的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
(15)在几个实施方式中，以上述(14)的结构为基础，
上述第一开口端及上述第二开口端设于满足条件(b)的位置，
上述条件(b)是如下的条件：在上述机械的额定运转时上述正压面上的上述第一开口端的位置处的静压PS1与上述负压面上的上述第二开口端的位置处的静压PS2之比P1/P2为0.9以上且1.1以下。
根据上述(15)的结构，机械以满足上述条件(b)的方式设计。即，该机械被设计成在额定运转时第一开口端的位置处的静压和第二开口端的位置处的静压比较小。由此，在机械的额定运转时，在正压面上的第一开口端的位置和负压面上的第二开口端的位置处静压成为相同程度，另一方面，在机械的运转状态偏离了额定条件时，容易在正压面上的第一开口端的位置与负压面上的第二开口端的位置之间产生压力差。因此，在设备的设计点下的运转时，几乎不产生来自第一/第二开口端的流体的流入流出，因此能得到与没有连通孔的同形状的翼相同的程度的空气动力学性能，并且在设备的运转条件偏离了设计点时，能够从第一开口端及第二开口端中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔中通过的流动。由此，抑制设计点下的运转时的性能下降，并且即使在运转条件偏离了设计点的情况下，也能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔的流动向该开口端所在的翼面(正压面或负压面)上流出，通过这样流出的来自连通孔的流动，能够有效地抑制沿着翼型部的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能提供一种能够抑制在翼面附近产生的剥离的翼及具备该翼的机械。
附图说明
图1是一实施方式的燃气轮机的概略结构图。
图2是一实施方式的翼的立体图。
图3是一实施方式的翼的立体图。
图4A是示意性地表示第一截面处的翼型部的截面的图。
图4B是示意性地表示第二截面处的翼型部的截面的图。
图5是示意性地表示一实施方式的翼型部的第一截面或第二截面的图。
图6是表示一实施方式的翼的翼面上的静压分布的一例的曲线图。
图7是表示一实施方式的翼的翼面上的静压分布的一例的曲线图。
图8是表示一实施方式的翼的翼面上的静压分布的一例的曲线图。
图9是示意性地表示一实施方式的翼型部的与翼展方向正交的剖面的图。
图10是表示翼的损失系数与入射角之间的关系的一例的曲线图。
图11是表示翼的损失系数与入射角之间的关系的一例的曲线图。
图12是一实施方式的翼型部的局部剖视图。
图13是一实施方式的翼型部的局部剖视图。
图14是一实施方式的翼型部的局部剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式记载的或附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对性的配置等不是将本发明的范围限定于此的意思，只不过为说明例。
首先，对作为几个实施方式的翼所应用的机械的一例的燃气轮机进行说明。另外，本发明的机械可以是例如燃气轮机等旋转机械或流体机械，或者可以是除此以外的机械。
图1是一实施方式的燃气轮机的概略结构图。如该图所示，燃气轮机1具备：用于生成压缩空气的压缩机2；用于使用压缩空气及燃料而产生燃烧气体的燃烧器4；及由燃烧气体驱动而旋转的涡轮6。在发电用的燃气轮机1的情况下，在涡轮6上连接未图示的发电机。
压缩机2包括：固定于压缩机机室10侧的多个静翼16；及以相对于静翼16而交替排列的方式植设于转子8的多个动翼18。
从空气取入口12取入的空气向压缩机2输送，该空气在多个静翼16及多个动翼18中通过而被压缩，从而成为高温高压的压缩空气。
向燃烧器4供给燃料和通过压缩机2生成的压缩空气，在该燃烧器4中，燃料燃烧，生成作为涡轮6的工作流体的燃烧气体。如图1所示，燃气轮机1在壳体20内具有以转子8为中心而沿着周向配置有多个的燃烧器4。
涡轮6具有由涡轮机室22形成的燃烧气体通路28，包括设于该燃烧气体通路28的多个静翼24及动翼26。涡轮6的静翼24及动翼26关于燃烧气体的流动而设于燃烧器4的下游侧。
静翼24固定于涡轮机室22侧，沿着转子8的周向排列的多个静翼24构成静翼列。另外，动翼26植设于转子8，沿着转子8的周向排列的多个动翼26构成动翼列。静翼列与动翼列在转子8的轴向上交替地排列。
在涡轮6中，向燃烧气体通路28流入的来自燃烧器4的燃烧气体在多个静翼24及多个动翼26中通过，从而驱动转子8旋转，由此，与转子8连接的发电机被驱动而生成电力。驱动了涡轮6之后的燃烧气体经由排气室30而向外部排出。
接下来，对几个实施方式的翼进行说明。几个实施方式的翼是应用于旋转机械的翼，也是绕着旋转机械的转子排列的翼。例如，上述燃气轮机1的涡轮6的静翼24或动翼26也可以是以下说明的翼32。另外，几个实施方式的翼也可以是具有翼型的截面形状的支撑件等部件。以下，作为翼32的一例，使用涡轮6的动翼26来进行说明。
图2及图3分别是一实施方式的翼32的立体图。如图2及图3所示，翼32具有在翼展方向上在基端43与前端44之间延伸的翼型部40。翼型部40的基端43与平台38连接。翼型部40具有沿着翼展方向而在前缘41与后缘42之间延伸的正压面45及负压面46。在沿着翼展方向观察时，正压面45具有向翼型部40的内侧凹陷的凹形状，负压面具有从翼型部40的内侧向外侧突出的凸形状。
在翼型部40设有在翼型部40的内部通过的连通孔50。连通孔50具有向正压面45开口的第一开口端52和向负压面46开口的第二开口端54。另外，在图2及图3所示的例示性的实施方式中，在翼型部40上设有一个连通孔50，但是在其他实施方式中，如后所述，也可以在翼型部40上设有多个连通孔50。
在正压面45开口的第一开口端52在翼展方向上的第一位置处位于与翼展方向正交的第一截面S1上。而且，在负压面46开口的第二开口端54在翼展方向上的第二位置处位于与翼展方向正交的第二截面S2上。
在图2所示的例示性的实施方式中，在翼展方向上，第一截面S1所在的第一位置与第二截面S2所在的第二位置为同一位置，即，第一开口端52及第二开口端54位于同一剖面(第一截面S1及第二截面S2)上。在图3所示的例示性的实施方式中，第一截面S1所在的第一位置与第二截面S2所在的第二位置相比在翼展方向上位于前端44侧，即，第一开口端52比在负压面46开口的第二开口端54在翼展方向上在前端44侧的位置处在正压面45开口。
并且，在图2及图3所示的实施方式中，第一截面S1上的以前缘41为基准的第一开口端52的无量纲翼弦长度位置(无量纲弦长位置)X1(％)大于上述第二截面上的以上述前缘为基准的上述第二开口端54的无量纲翼弦长度位置X2(％)。
在此，图4A是示意性地表示第一截面S1处的翼型部40的剖面的图，图4B是示意性地表示第二截面S2处的翼型部40的剖面的图。另外，在图4A及图4B中，为了说明而将第一截面S1上的翼型部40的截面形状与第二截面S2上的翼型部40的截面形状设为不同的形状，但是在翼展方向上第一截面S1与第二截面处于同一位置的情况下(例如图2所示的实施方式)，第一截面S1处的翼型部40的截面形状与第二截面S2处的翼型部40的截面形状为同一形状。
在本说明书中，在与翼展方向正交的某截面处，以前缘41为基准的无量纲翼弦长度位置(％)是指将该剖面上的翼弦方向(弦向；连结前缘41与后缘42的方向)上的前缘41的位置设为0％，后缘42的位置设为100％时的位置(％)。
例如如图4A所示，当在第一截面S1上，翼型部40的翼弦方向长度为CS1，从前缘41至第一开口端52的弦向长度为CPS的情况下，第一截面S1上的以前缘41为基准的第一开口端52的无量纲翼弦长度位置X1(％)为(CPS/CS1)。另外，如图4B所示，当在第二截面S2上，翼型部40的翼弦方向长度为CS2，从前缘41至第二开口端54的翼弦方向长度为CSS的情况下，第二截面S2上的以前缘41为基准的第二开口端54的无量纲翼弦长度位置X2(％)为(CSS/CS2)。
另外，在图2所示的实施方式中，第一截面S1及第二截面S2在翼展方向上处于同一位置，两剖面上的翼型部40的形状相同，因此第一截面S1上的翼型部40的翼弦方向长度CS1与第二截面S2上的翼型部40的翼弦方向长度CS2相同。
另外，通过使用上述无量纲翼弦长度位置，即使在翼展方向上翼型部40的截面形状不同时或翼型部40扭转时等，也能够对第一截面S1上的第一开口端52的翼弦方向位置与第二截面S2上的第二开口端54的翼弦方向位置适当地进行比较。
另外，图2及图3所示的翼32具有以下所述的特征。在此，图5是示意性地表示与翼展方向正交的翼型部40的第一截面S1或第二截面S2的图。
关于图2及图3所示的翼32，在翼展方向上在第一开口端52所在的第一截面S1或第二开口端54所在的第二截面S2中，以前缘41为中心，在以使翼型部40的中弧线CL从前缘41延伸出的延长线为基准的-10度以上且10度以下的角度范围内(参照图5)存在满足下述条件(a)的角度A1。在此，条件(a)是如下的条件，在翼型部40受到从角度A1的方向朝向前缘41的方向的流体流(图5中的箭头F)时，正压面45上的第一开口端52的位置处的静压与负压面46上的第二开口端54的位置处的静压相等。另外，上述“延长线”是通过前缘41并与前缘41处的中弧线CL平行的直线(具有前缘41处的中弧线CL的斜度的直线)Lcam中的比前缘41靠前方的部分(隔着前缘41而与后缘42相反一侧的部分)。
另外，流体的流动方向是以翼32为基准的相对性的方向。即，在翼32与旋转机械的转子一起旋转的情况下，上述流体的流动方向依赖于翼32的周速和流体的流速。
在以下的说明中，将朝向翼32的流体流的以运转条件为设计点时的方向(典型的是中弧线CL的上述延长线)为基准的角度称为入射角(迎角)。即，在设计点下的运转条件的情况下，入射角为0度。另外，关于入射角，以前缘41为中心，与设计点的情况相比与正压面45相向的方向为正。即，在图5中，入射角以前缘41为中心，逆时针旋转为正的方向，顺时针旋转为负的方向。
另外，在燃气轮机1(参照图1)的情况下，在与设计点下的运转条件相比为低负载的运转的情况下，流体相对于作为翼32的动翼26的入射角存在成为负的趋势，在与设计点下的运转条件相比为高负载的运转的情况下，上述入射角存在成为正的趋势。
图6～图8分别是表示一实施方式的翼32的、不同的运转条件下的翼面上(即，正压面45及负压面46上)的静压分布的一例的曲线图。其中，图6是设计点的运转条件(即，入射角0度)的情况。另外，图7及图8分别是运转条件偏离了设计点时的情况，图7是流体的入射角为负时的情况，图8是流体的入射角为正时的情况。
设计点的运转条件(即入射角为0度)下的翼面上的静压分布典型地具有图6的曲线图所示那样的形状，存在静压相同的正压面45上的位置和负压面46上的位置。例如，在图6的曲线图中，负压面上的位置S1与正压面上的位置P1a、P1b、P1c在设计点下静压相同。另外，负压面上的位置S2与正压面上的位置P2、及负压面上的位置S3与正压面上的位置P3分别在设计点下的运转条件下成为同一压力。
在使用了具有这样的特征的翼32的旋转机械等机械中，在运转条件偏离了设计点，朝向翼32的流体的入射角与设计点相比向负的方向偏离时，流体的流动容易与负压面46碰撞，并且在正压面45附近容易产生流动的剥离。
此时，如图7所示，关于翼面上的静压分布，在设计点下的运转条件下为相同压力的正压面45上的位置及负压面46上的位置产生压力差，负压面46侧成为比较高的压力。具体而言，例如，负压面46上的位置S1的静压高于正压面45上的位置P1a～P1c的静压。由此，例如，通过设置在正压面45上的位置P1a具有第一开口端52且在负压面46上的位置S1具有第二开口端54的连通孔50，而在朝向翼32的流体的入射角与设计点相比向负的方向偏离时，从比较高压的第二开口端54向比较低压的第一开口端52地产生在连通孔50中通过的流动。并且，该流动经由第一开口端52向正压面45上流出，由此能够抑制可能在正压面45附近产生的剥离。
相同地，在负压面46上的位置S1和正压面45上的位置P1b、负压面46上的位置S1和正压面45上的位置P1c、负压面46上的位置S2和正压面45上的位置P2、或负压面46上的位置S3和正压面45上的位置P3分别设置具有第二开口端54及第一开口端52的连通孔50的情况下，也能够得到相同的效果。
另外，在上述旋转机械等机械中，在运转条件偏离了设计点，朝向翼32的流体的入射角与设计点相比向正的方向偏离时，流体的流动容易与正压面45碰撞，并且在负压面46附近容易产生流动的剥离。
此时，如图8所示，关于翼面上的静压分布，在设计点下的运转条件下为相同压力的正压面45上的位置及负压面46上的位置产生压力差，正压面45侧成为比较高的压力。具体而言，例如，正压面45上的位置P1a～P1c的静压高于负压面46上的位置S1的静压。由此，例如，通过设置在正压面45上的位置P1a具有第一开口端52并在负压面46上的位置S1具有第二开口端54的连通孔50，而在朝向翼32的流体的入射角与设计点相比向正的方向偏离时，从比较高压的第一开口端52朝向比较低压的第二开口端54地产生在连通孔50中通过的流动。并且，该流动经由第二开口端54而向负压面46上流出，由此能够抑制可能在负压面46附近产生的剥离。
相同地，在负压面46上的位置S1和正压面45上的位置P1b、负压面46上的位置S1和正压面45上的位置P1c、负压面46上的位置S2和正压面45上的位置P2、或负压面46上的位置S3和正压面45上的位置P3分别设置具有第二开口端54及第一开口端52的连通孔50的情况下，也能够得到相同的效果。
根据以上的说明可知，在上述实施方式中，存在满足上述条件(a)的角度A1，因此在设备(燃气轮机1等)的设计点下的运转时，如参照图6说明的那样，在正压面45上的第一开口端52的位置与负压面46上的第二开口端54的位置处静压相同，另一方面，如参照图7及图8说明的那样，在设备的运转状态偏离了设计点时，在正压面45上的第一开口端52的位置与负压面46上的第二开口端54的位置之间产生压力差。
因此，在设备的设计点下的运转时，几乎不会产生从第一/第二开口端的流体的流入流出，因此在得到与没有连通孔的同形状的翼相同程度的空气动力学性能并且在设备的运转条件偏离了设计点时，能够从第一开口端52及第二开口端54中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔50中通过的流动。由此，能够抑制设计点下的运转时的性能下降，并且即使在运转条件偏离了设计点的情况下，也能够经由低压侧的开口端使来自连通孔50的流动向该开口端所在的翼面(正压面45或负压面46)上流出，通过这样流出的来自连通孔50的流动，能够有效地抑制沿着翼型部40的表面流动的流体的在该翼面(正压面45或负压面46)附近产生的剥离。
另外，如图6所示，关于在设计点下的运转条件下静压成为相同的正压面45上及负压面46上的位置，在翼弦方向上，正压面45上的位置(P1a～P3)分别比负压面46上的位置(S1～S3)靠近后缘42。
由此，通过如上述实施方式那样以使第一截面S1上的以前缘41为基准的第一开口端52的无量纲翼弦长度位置X1大于第二截面S2上的以前缘41为基准的第二开口端54的无量纲翼弦长度位置X2的方式设置连通孔50，能得到上述效果。即，在运转条件偏离了设计点时，能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔50的流动向该开口端所在位置的翼面(正压面45或负压面46)上流出，通过这样流出的来自连通孔50的流动，能够有效地抑制沿着翼型部40的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
图9是示意性地表示一实施方式的翼型部40的与翼展方向正交的剖面的图。图9中的P1a～P3及S1～S3分别表示图6～图8中的正压面45上的位置P1a～P3及负压面46上的位置S1～S3。另外，在图9中标注附图标记50a～50e的虚线分别表示连通孔50的路径。
如参照图6来说明的例子那样，与负压面46上的位置S1对应的正压面45上的位置有时存在多个(在图6所示的例子中，这样的正压面45上的位置为P1a、P1b、P1c这三个)。
关于这一点，在位置S1具有第二开口端54的连通孔50的第一开口端52可以位于位置P1a、P1b、P1c中的任一个。即，在位置S1具有第二开口端54的连通孔50可以为连通孔50a～50c中的任一个。或者，也可以是翼型部40具有多个在负压面46上的位置S1具有第二开口端54的连通孔50，这多个连通孔50的第一开口端52分别位于正压面45上的位置P1a、P1b、P1c。即，在位置S1具有第二开口端54的连通孔50可以为连通孔50a～50c中的两个以上。
另外，在翼型部40，上述连通孔50a～50e根据需要可以仅设置一个，也可以设置两个以上。
在几个实施方式中，翼32设于机械(燃气轮机1等)，连通孔50的第一开口端52及第二开口端54设于满足下述条件(b)的位置。在此，条件(b)是如下的条件：在机械的额定运转时正压面45上的第一开口端52的位置处的静压PS1与负压面46上的第二开口端54的位置处的静压PS2之比P1/P2为0.9以上且1.1以下。
在上述条件(b)下，机械被设计成在额定运转时第一开口端52的位置处的静压与第二开口端54的位置处的静压成为相同程度。由此，在机械的额定运转时，在正压面45上的第一开口端52的位置与负压面46上的第二开口端54的位置处静压相同，另一方面，在机械的运转状态偏离了额定条件时，容易在正压面45上的第一开口端52的位置与负压面46上的第二开口端54的位置之间产生压力差。因此，能够从第一开口端52及第二开口端54中的其位置处的翼面的静压比较高的一方的开口端(高压侧的开口端)朝向静压比较低的另一方的开口端(低压侧的开口端)地产生在连通孔50中通过的流动。由此，能够经由低压侧的开口端而使来自连通孔50的流动向该开口端所在的翼面(正压面45或负压面46)上流出，通过这样流出的来自连通孔50的流动，能够有效地抑制沿着翼型部40的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
在几个实施方式中，例如如图5所示，正压面45上的第一开口端52比具有与翼弦方向平行的切线LTP的正压面上的点PA靠前缘41侧。
在翼32所应用的设备(燃气轮机1等)中，在流体相对于翼32的入射角为负的情况下(即，与设计点下的运转条件相比流体的流动容易与负压面46碰撞的方向的情况下)，在正压面45的附近，在比具有与翼弦方向平行的切线LTP的正压面45上的点PA靠后缘42侧的位置处有时容易产生剥离。关于这一点，在上述实施方式中，在比这样容易在正压面45附近产生剥离的位置靠前缘41侧处设有第一开口端52，因此在上述入射角为负的情况下，能够有效地抑制容易在正压面45附近产生的流体的剥离。
因此，如图10所示，在设有上述连通孔50的情况下，在入射角为负的区域中，与未设置连通孔50的情况相比，能够降低翼32的损失系数。另外，图10是表示翼32的损失系数与入射角之间的关系的一例的曲线图，是将设有连通孔50的翼32的损失系数102与未设置连通孔50的情况下的翼32的损失系数101进行比较来表示的图。
在几个实施方式中，例如如图5所示，负压面46上的第二开口端54比直线Lcam与负压面46的交点PB靠前缘41侧，上述直线Lcam通过前缘41且与前缘41处的翼型部40的中弧线CL平行。
在翼32所应用的设备(燃气轮机1等)中，在流体相对于翼32的入射角为正的情况下(即，与设计点下的运转条件相比流体的流动与正压面45发生碰撞的方向的情况下)，在负压面46附近，容易在比直线Lcam与负压面46的交点PB靠后缘42侧的位置产生剥离，上述直线Lcam通过前缘41并与该前缘41处的翼型部40的中弧线CL平行。关于这一点，在上述实施方式中，在比这样容易在负压面46附近产生剥离的位置靠前缘41侧处设有第二开口端54，因此在上述入射角为正的情况下，能够有效地抑制容易在负压面46附近产生的流体的剥离。
因此，如图11所示，在设有上述连通孔50的情况下，在入射角为正的区域中，与未设置连通孔50的情况相比，能够降低翼32的损失系数。另外，图11是表示翼32的损失系数与入射角之间的关系的一例的曲线图，是对设有连通孔50的翼32的损失系数104与未设置连通孔50的情况下的翼32的损失系数103进行比较来表示的图。
在几个实施方式中，在将翼展方向上的翼型部40的两端(基端43及前端44)的翼展位置设为0％及100％时，第一开口端52或第二开口端54中的至少一方位于翼展位置为30％以上且70％以下的区域。
翼展位置为30％以上且70％以下的中央区域在翼32所应用的设备(燃气轮机1等)中有时是性能上重要的区域。关于这一点，根据上述实施方式，上述第一开口端52或第二开口端54中的至少一方位于该中央区域，因此在翼展方向上在性能上重要的区域中，通过从连通孔50流出的流动，能够有效地抑制沿着翼型部40的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。由此，在翼32所应用的设备的性能上有利。
图12～图14分别是一实施方式的翼型部40的局部剖视图，是用于说明连通孔50的形状的图。
在几个实施方式中，例如如图12所示，连通孔50在第一开口端52与第二开口端54之间呈直线状地延伸。
在该情况下，连通孔50具有直线状的形状，因此能够容易通过机械加工来形成连通孔50。
在几个实施方式中，例如如图12～图14所示，连通孔50的第一开口端52的正压面45的切线LT1、LT2、LT3中的比第一开口端52靠前缘41侧的部分与第一开口端52的连通孔50(图中的直线L1、L2、L3的方向)所成的角度θ1、θ2、θ3为45度以下。或者，上述角度θ1、θ2、θ3可以为30度以下。
另外，在图12～图14所示的实施方式中，连通孔50的第一开口端52的延伸方向是直线L1、L2、L3的方向。
在该情况下，连通孔50在第一开口端52的位置具有沿着正压面45的形状，因此在来自连通孔50的流动从第一开口端52流出时，能够有效地降低与在正压面45附近流动的流体混合的混合损失。
在几个实施方式中，例如如图14所示，连通孔50的第二开口端54处的负压面46的切线LT4中的比第二开口端54靠前缘侧的部分与第二开口端54处的连通孔50(图中的直线L4的方向)所成的角度θ4为45度以下。或者，上述角度θ4也可以为30度以下。
另外，在图14所示的实施方式中，连通孔50的第二开口端54的延伸方向为直线L4的方向。
在该情况下，连通孔50在第二开口端54的位置具有沿着负压面46的形状，因此在来自连通孔50的流动从第二开口端54流出时，能够有效地降低与在负压面46附近流动的流体混合的混合损失。
在几个实施方式中，连通孔50的截面积的最大值为该连通孔50的截面积的最小值的5倍以下或4倍以下。
在该情况下，从第一开口端52至第二开口端54，连通孔50的截面积未较大地变化。由此，能够有效地降低连通孔50的压力损失，能够更有效地抑制沿着翼型部40的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
在几个实施方式中，连通孔50的截面积的中间部的最大值为该连通孔50的截面积的最小值的2倍以上或3倍以上。
在该情况下，从第一开口端52至第二开口端54，连通孔50的截面积在中间部增大而流速下降。由此，能够有效地降低连通孔50的压力损失，能够更有效地抑制沿着翼型部40的表面流动的流体可能在该翼面附近产生的剥离。
以上，虽然说明了本发明的实施方式，但是本发明不限定于上述实施方式，也包括对上述实施方式施加了变形的方式或将这些方式适当组合的方式。
在本说明书中，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等的表示相对性的或绝对性的配置的表述不仅是严格地表示这样的配置，而且也表示具有公差或能得到相同功能的程度的角度或距离而相对地位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均质”等的表示事物相等的状态的表述不仅严格地表示相等的状态，而且也表示存在公差或能得到相同功能的程度的差的状态。
另外，在本说明书中，四边形形状或圆筒形状等的表示形状的表述不仅表示几何学上严格的意思下的四边形形状或圆筒形状等形状，而且也表示在得到相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状。
另外，在本说明书中，“具备”、“包含”或“具有”一构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性的表述。
附图标记说明
1 燃气轮机
2 压缩机
4 燃烧器
6 涡轮
8 转子
10 压缩机机室
12 空气取入口
16 静翼
18 动翼
20 壳体
22 涡轮机室
24 静翼
26 动翼
28 燃烧气体通路
30 排气室
32 翼
38 平台
40 翼型部
41 前缘
42 后缘
43 基端
44 前端
45 正压面
46 负压面
50、50a～50e 连通孔
52 第一开口端
54 第二开口端
101～104 损失系数
CL 中弧线
LT1～LT4 切线
LTP切线
S1 第一截面
S2 第二截面
X1、X2 无量纲翼弦长度位置

Claims (12)

1.一种翼，具备：
翼型部，具有在前缘与后缘之间沿着翼展方向延伸的正压面及负压面；及
至少一个连通孔，在所述翼型部的内部通过，具有在所述正压面开口的第一开口端及在所述负压面开口的第二开口端，
所述第一开口端位于在所述翼展方向上的第一位置处与所述翼展方向正交的第一截面上，
所述第二开口端位于在所述翼展方向上的第二位置处与所述翼展方向正交的第二截面上，
所述第一截面上的以所述前缘为基准的所述第一开口端的无量纲翼弦长度位置(％)大于所述第二截面上的以所述前缘为基准的所述第二开口端的无量纲翼弦长度位置(％)，以使得在所述翼所应用的设备的设计点下的运转时，在所述正压面上的所述第一开口端的位置与所述负压面上的所述第二开口端的位置处静压相同。
2.根据权利要求1所述的翼，其中，
所述连通孔的截面积的最大值为所述连通孔的截面积的最小值的5倍以下。
3.根据权利要求1或2所述的翼，其中，
在所述第一截面或所述第二截面上，以所述前缘为中心，在以使所述翼型部的中弧线从所述前缘延伸出的延长线为基准的-10度以上且10度以下的角度范围内存在满足条件(a)的角度A1，
所述条件(a)是如下的条件：在所述翼型部受到从所述角度A1的方向朝向所述前缘的方向的流体流时，所述正压面上的所述第一开口端的位置处的静压与所述负压面上的所述第二开口端的位置处的静压相等。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的翼，其中，
各所述连通孔具有一个所述第二开口端。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的翼，其中，
所述第一开口端比具有与所述翼型部的翼弦方向平行的切线的所述正压面上的点靠所述前缘侧。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的翼，其中，
所述第二开口端比如下的直线与所述负压面的交点靠所述前缘侧，所述直线通过所述前缘并与所述前缘处的所述翼型部的中弧线平行。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的翼，其中，
所述连通孔在所述第一开口端与所述第二开口端之间呈直线状地延伸。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的翼，其中，
所述第一开口端处的所述正压面的切线中的比所述第一开口端靠前缘侧的部分与所述第一开口端处的所述连通孔所成的角度为45度以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的翼，其中，
所述第二开口端处的所述负压面的切线中的比所述第二开口端靠前缘侧的部分与所述第二开口端处的所述连通孔所成的角度为45度以下。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的翼，其中，
所述第一开口端及所述第二开口端在所述翼展方向上位于同一位置。
11.根据权利要求1～9中任一项所述的翼，其中，
所述第一开口端及所述第二开口端在所述翼展方向上位于不同的位置。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的翼，其中，
在将所述翼展方向上的所述翼型部的两端的翼展位置设为0％及100％时，
所述第一开口端及述第二开口端中的至少一方位于翼展位置为30％以上且70％以下的区域。
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