DE102019008225A1

DE102019008225A1 - Schaufel und damit ausgestattete maschine

Info

Publication number: DE102019008225A1
Application number: DE102019008225.7A
Authority: DE
Inventors: Yasuro Sakamoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-08-27
Also published as: US20200270998A1; CN111608735A; CN111608735B; US11326457B2; JP2020133602A; JP7213103B2

Abstract

Eine Schaufel umfasst einen Strömungsprofilabschnitt mit einer Druckoberfläche und einer Saugoberfläche, die sich jeweils zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante entlang einer Spannweitenrichtung erstrecken, und zumindest einem Verbindungsloch, das sich in dem Strömungsprofilabschnitt erstreckt und ein erstes Öffnungsende zu der Druckoberfläche geöffnet hat und ein zweites Öffnungsende zu der Saugoberfläche geöffnet hat. Hierbei befindet sich das erste Öffnungsende an einem ersten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer ersten Position in der Spannweitenrichtung, das zweite Öffnungsende befindet sich an einem zweiten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer zweiten Position in der Spannweitenrichtung, und eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) des ersten Öffnungsendes bezüglich der Vorderkante an dem ersten Querschnitt ist größer als eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) des zweiten Öffnungsendes bezüglich der Vorderkante an dem zweiten Querschnitt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Schaufel und eine damit ausgestattete Maschine.
HINTERGRUND
Bei einer Schaufel, die bei einer Maschine wie einer Rotationsmaschine und einer Fluidmaschine eingesetzt ist, kann ein Fall auftreten, dass ein Verlust aufgrund einer Strömungsablösung und dergleichen in der Umgebung einer Schaufeloberfläche auftritt, was in einer Verschlechterung der Maschinenleistung und der Betriebseffizienz resultiert. In einigen Fällen ist ein Strömungsprofil ausgestaltet, um einen Verlust aufgrund einer Fluidablösung und dergleichen zu verringern.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Turbinenschaufel, in der ein Bypassdurchgang, der von einer Druckseite (Druckoberflächenseite) zu einer Saugseite (Saugoberflächenseite) hindurchgeht, so angeordnet ist, dass er an eine Tragwandoberfläche in der Umgebung eines Teils maximaler Dicke eines Strömungsprofilabschnitts angrenzt. In der Turbinenschaufel ist aufgrund der Tatsache, dass ein Teil des Betriebsfluids von der Druckseite zu der Saugseite durch den Bypassdurchgang an einer Position angrenzend an die Tragwandoberfläche vorbeigeleitet wird, eine Druckdifferenz zwischen der Druckseite und der Saugseite in der Umgebung der Tragwandoberfläche verringert, um eine sekundäre Strömung zu vermindern oder zu verhindern und einen Strömungsfluss zu verringern.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP2005-98203A
ZUSAMMENFASSUNG
In letzter Zeit wurden erforderliche Spezifikationen hinsichtlich der Betriebsbedingungen für Maschinen wie Rotationsmaschinen diversifiziert und in einigen Fällen wird ein Betrieb unter Betriebsbedingungen ausgeführt, die von einem Auslegungspunkt abweichen (zum Beispiel ein Teillastbetrieb). Entsprechend besteht Bedarf an einer Schaufel, die mit geringerer Wahrscheinlichkeit eine Fluidablösung bewirkt, selbst wenn Betriebsbedingungen für eine Maschine von einem Auslegungspunkt abweichen.
In dieser Hinsicht ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Schaufel, die eine Ablösung vermindern oder verhindern kann, die möglicherweise in der Umgebung einer Schaufeloberfläche auftritt, sowie eine damit ausgestattete Maschine bereitzustellen.
(1) Eine Schaufel gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Strömungsprofilabschnitt mit einer Druckoberfläche und einer Saugoberfläche, die sich jeweils zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante entlang einer Spannweitenrichtung erstrecken, und zumindest ein Verbindungsloch, das sich in dem Strömungsprofilabschnitt erstreckt und ein erstes Öffnungsende zu der Druckoberfläche geöffnet hat und ein zweites Öffnungsende zu der Saugoberfläche geöffnet hat. Hierbei befindet sich das erste Öffnungsende an einem ersten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer ersten Position in der Spannweitenrichtung, das zweite Öffnungsende befindet sich an einem zweiten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer zweiten Position in der Spannweitenrichtung, und eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) des ersten Öffnungsendes bezüglich der Vorderkante ist an dem ersten Querschnitt größer als eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) des zweiten Öffnungsendes bezüglich der Vorderkante an dem zweiten Querschnitt.
Gemäß einer Auslegung einer Maschine, bei der die Schaufel eingesetzt wird, ist in einigen Fällen, von einer Position an einer Druckoberfläche und einer Position an einer Saugoberfläche eines Strömungsprofilabschnitts, die beide denselben statischen Druck während des Betriebs der Maschine haben, die Position an der Druckoberfläche näher bei einer Hinterkante in der Sehnenrichtung (Schaufelsehnenrichtung). In dieser Hinsicht ist gemäß der zuvor unter (1) beschriebenen Konfiguration, weil ein Verbindungsloch ausgebildet ist, das ein erstes Öffnungsende und ein zweites Öffnungsende an Positionen angeordnet hat, die möglicherweise denselben statischen Druck während des Betriebs an der Druckoberfläche bzw. der Saugoberfläche haben, möglicherweise eine Druckdifferenz zwischen der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche vorhanden, wenn Betriebsbedingungen der Maschine von einem Auslegungspunkt abweichen. Entsprechend ist es möglich, eine Strömung zu erzeugen, die durch das Verbindungsloch von einem Öffnungsende, von dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende, mit einem relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche (das heißt das Öffnungsende an der Hochdruckseite), zu dem anderen Öffnungsende mit einem relative geringen statischen Druck (das heißt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) hindurchgeht. Somit kann die Strömung durch das Verbindungsloch veranlasst werden, an der Schaufeloberfläche durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite auszutreten (das heißt der Druckoberfläche oder der Saugoberfläche), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet. Aufgrund der Tatsache, dass die Strömung durch das Verbindungsloch austritt, kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofils strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv verhindert oder vermindert werden.
(2) Bei einigen Ausführungsformen beträgt in der zuvor unter (1) beschriebenen Konfiguration ein Maximalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs nicht mehr als fünf Mal einen Minimalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs.
Gemäß der zuvor unter (2) beschriebenen Konfiguration variiert die Querschnittfläche des Verbindungslochs nicht stark von dem ersten Öffnungsende herab zu dem zweiten Öffnungsende. Entsprechend kann ein Druckverlust an dem Verbindungsloch effektiv verhindert oder vermindert werden und eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, kann effektiver vermindert oder verhindert werden.
(2') Bei einigen Ausführungsformen beträgt in der zuvor unter (1) oder (2) beschriebenen Konfiguration, ein Maximalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs in einem Mittelbereich davon zwei Mal oder öfter einen Minimalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs und sie ist alternativ dreifach oder öfter ein Minimalwert davon derselben.
Gemäß der zuvor unter (2') beschriebenen Konfiguration ist die Querschnittfläche des Verbindungslochs groß und eine Strömungsgeschwindigkeit ist in einem Mittelbereich zwischen dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende verringert. Entsprechend kann ein Druckverlust an dem Verbindungsloch effektiv vermindert oder verhindert werden und eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, kann effektiv vermindert oder verhindert werden.
(3) Bei einigen Ausführungsformen liegt bei der zuvor unter (1) oder (2) beschriebenen Konfiguration, an dem ersten Querschnitt oder dem zweiten Querschnitt ein Winkel A1, der eine Bedingung (a) erfüllt, in einem Winkelbereich zwischen -10 Grad und 10 Grad, beide jeweils inklusive, um die Vorderkante als eine Mitte herum liegt, bezüglich einer Verlängerungslinie, erhältlich durch Verlängern einer Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts von der Vorderkante, wobei die Bedingung (a) eine Bedingung ist, dass, wenn der Strömungsprofilabschnitt eine Fluidströmung empfängt, die von einer Richtung des Winkels A1 zu der Vorderkante anströmt, ein statischer Druck an einer Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche gleich einem statischen Druck an einer Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche ist.
Bei der Maschine, bei der die Schaufel eingesetzt wird, soll Fluid, das zu der Schaufel strömt, orientiert sein, um der Verlängerungslinie zu folgen, die erhältlich ist durch Verlängern der Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts von der Vorderkante. In dieser Hinsicht sind gemäß der zuvor unter (3) beschriebenen Konfiguration, da der Winkel A1, der die Bedingung (a) erfüllt, vorhanden ist, statische Drücke an der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsende an der Saugoberfläche dieselben während des Betriebs am Auslegungspunkt der Maschine. Währenddessen neigt eine Druckdifferenz dazu, zwischen der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche aufzutreten, wenn die Betriebsbedingungen der Maschine von dem Auslegungspunkt abweichen. Da nur eine geringe Fluidströmung durch die ersten und zweiten Öffnungsenden auftritt, kann dementsprechend während des Betriebs an dem Auslegungspunkt der Maschine eine aerodynamische Leistung in demselben Ausmaß wie die bei einer Schaufel mit derselben Form ohne ein Verbindungsloch erhalten werden. Wenn aber Betriebsbedingungen der Maschine von dem Auslegungspunkt abweichen, ist es möglich, eine Strömung zu erzeugen, die durch das Verbindungsloch von einem Öffnungsende, von dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende, mit einem relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche (das heißt, das Öffnungsende an der Hochdruckseite), zu dem anderen Öffnungsende mit einem relativ niedrigen statischen Druck (das heißt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) hindurchgeht. Damit kann die Strömung durch das Verbindungsloch an der Schaufeloberfläche austreten (das heißt an der Druckoberfläche oder der Saugoberfläche), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite, selbst wenn Betriebsbedingungen von dem Auslegungspunkt abweichen, während eine Leistungsverschlechterung des Betriebs am Auslegungspunkt vermindert oder verhindert wird. Aufgrund der durch das Verbindungsloch austretenden Strömung kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofilabschnittes strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv vermindert oder verhindert werden.
(4) Bei einigen Ausführungsformen ist bei den zuvor unter (1) bis (3) beschriebenen Konfigurationen das zweite Öffnungsende singulär in jedem der Verbindungslöcher enthalten.
Aufgrund der zuvor unter (4) beschriebenen Konfiguration kann, da jedes der Verbindungslöcher nur ein zweites Öffnungsende besitzt, eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsfluidabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv durch die von dem Verbindungsloch mit der einfachen Struktur austretenden Strömung vermindert oder verhindert werden.
(5) Bei einigen Ausführungsformen bei den zuvor unter irgendeinem von (1) bis (4) beschriebenen Konfigurationen befindet sich das erste Öffnungsende näher bei der Vorderkante als ein Punkt an der Druckoberfläche mit einer Tangentiallinie parallel zu einer Sehnenrichtung des Strömungsprofilabschnitts.
Bei einer Maschine, bei der die Schaufel eingesetzt ist, kann, wenn ein Auftreffwinkel (Elevationswinkel) von Fluid zu der Schaufel negativ ist (das heißt wenn eine Fluidströmung so orientiert ist, dass sie mit der Saugoberfläche kollidiert, verglichen mit einem Fall an einem Auslegungspunkt), in der Umgebung der Druckoberfläche, eine Ablösung an einer Position näher bei der Hinterkante als der Punkt an der Druckoberfläche mit der Tangentiallinie parallel zu der Sehnenrichtung auftreten. In dieser Hinsicht kann gemäß der zuvor unter (5) beschriebenen Konfiguration, da das erste Öffnungsende näher bei der Vorderkante angeordnet ist als eine Position, wo eine Ablösung in der Umgebung der Druckoberfläche möglicherweise auftritt, eine Fluidablösung, die dazu neigt, in der Umgebung der Druckoberfläche aufzutreten, wenn der Auftreffwinkel negativ ist, effektiv vermindert oder verhindert werden.
(6) In einigen Ausführungsformen ist bei den zuvor unter irgend einem von (1) bis (5) beschriebenen Konfigurationen das zweite Öffnungsende näher bei der Vorderkante angeordnet als ein Punkt eines Schnitts zwischen der Saugoberfläche und einer geraden Linie, die durch die Vorderkante verläuft und parallel zu einer Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts an der Vorderkante ist.
In einer Maschine, bei der die Schaufel eingesetzt ist, kann, wenn ein Auftreffwinkel (Elevationswinkel) von Fluid zu der Schaufel positiv ist (das heißt wenn eine Fluidströmung so orientiert ist, dass sie mit der Druckoberfläche kollidiert, im Vergleich zu einem Fall an einem Auslegungspunkt), in der Umgebung der Saugoberfläche, eine Ablösung möglicherweise an einer Position auftreten, die näher bei der Vorderkante ist als der Punkt des Schnitts zwischen der Saugoberfläche und der geraden Linie, die durch die Vorderkante verläuft und parallel zu der Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts an der Vorderkante ist. In dieser Hinsicht kann gemäß der zuvor unter (6) beschriebenen Konfiguration, da das zweite Öffnungsende näher bei der Vorderkante angeordnet ist als eine Position, wo eine Ablösung in der Umgebung der Saugoberfläche möglicherweise auftritt, eine Fluidablösung, die dazu neigt, in der Umgebung der Saugoberfläche aufzutreten, wenn der Auftreffwinkel positiv ist, effektiv vermindert oder verhindert werden.
(7) Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich bei den zuvor unter irgendeinem von (1) bis (6) beschriebenen Konfigurationen das Verbindungsloch linear zwischen dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende.
Gemäß der zuvor unter (7) beschriebenen Konfiguration kann, da das Verbindungsloch eine lineare Form besitzt, das Verbindungsloch einfach mit einer maschinellen Bearbeitung ausgebildet werden.
(8) Bei einigen Ausführungsformen ist bei den zuvor unter irgendeinem von (1) bis (7) beschriebenen Konfigurationen ein Winkel zwischen dem Verbindungsloch an dem ersten Öffnungsende und einem Abschnitt einer Tangentiallinie an der Druckoberfläche an dem ersten Öffnungsende, wobei der Abschnitt sich an der Vorderkantenseite von dem ersten Öffnungsende befindet, 45 Grad oder kleiner.
Gemäß der zuvor unter (8) beschriebenen Konfiguration kann, da das Verbindungsloch entlang der Druckoberfläche an der Position des ersten Öffnungsendes ausgebildet ist, wenn eine Strömung von dem Verbindungsloch durch das erste Öffnungsende austritt, ein durch eine Vermischung mit Fluid, das in der Umgebung der Druckoberfläche strömt, bewirkter Verlust effektiv vermindert oder verhindert werden.
(9) Bei einigen Ausführungsformen ist bei den zuvor unter irgend einem von (1) bis (8) beschriebenen Konfigurationen ein Winkel zwischen dem Verbindungsloch an dem zweiten Öffnungsende und einem Abschnitt einer Tangentiallinie an der Saugoberfläche an dem zweiten Öffnungsende, wobei der Abschnitt sich an der Vorderkantenseite von dem zweiten Öffnungsende befindet, 45 Grad oder kleiner.
Gemäß der zuvor unter (9) beschriebenen Konfiguration kann, da das Verbindungsloch entlang der Saugoberfläche an der Position des zweiten Öffnungsendes geformt ist, wenn eine Strömung von dem Verbindungsloch durch das zweite Öffnungsende austritt, ein durch die Vermischung mit in der Umgebung der Saugoberfläche strömendem Fluid verursachter Verlust effektiv vermindert oder verhindert werden.
(10) Bei einigen Ausführungsformen sind bei den zuvor unter irgendeinem von (1) bis (9) beschriebenen Konfigurationen das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende an derselben Position in der Spannweitenrichtung angeordnet.
Gemäß der zuvor unter (10) beschriebenen Konfiguration kann, da das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende sich an derselben Position in der Spannweitenrichtung befinden, das Verbindungsloch relativ einfach an dem Strömungsprofilabschnitt ausgebildet werden.
(11) Bei einigen Ausführungsformen sind bei den zuvor unter irgendeinem von (1) bis (9) beschriebenen Konfigurationen das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende an voneinander verschiedenen Positionen in der Spannweitenrichtung angeordnet.
Gemäß der zuvor unter (11) beschriebenen Konfiguration kann, da das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende sich an voneinander verschiedenen Positionen in der Spannweitenrichtung befinden, wenn statische Drücke an den Positionen an der Schaufeloberfläche äquivalent zueinander sind, eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, durch die durch das Verbindungsloch austretende Strömung effektiv vermindert oder verhindert werden.
(12) Bei einigen Ausführungsformen ist bei den zuvor unter irgend einem von (1) bis (11) beschriebenen Konfigurationen zumindest eines von dem ersten Öffnungsende oder dem zweiten Öffnungsende in einem Schaufel-Spannweitenpositionsbereich zwischen 30% und 70%, beide jeweils inklusive, angeordnet, wobei 0% und 100% Schaufel-Spannweitenpositionen an beiden Enden des Strömungsprofilabschnitts in der Spannweitenrichtung bezeichnen.
Ein Mittelbereich, in dem eine Spannweitenposition 30% oder mehr und 70% oder weniger beträgt, kann für die Leistung in einer Maschine, in der die Schaufel eingesetzt ist, wesentlich sein. In dieser Hinsicht ist gemäß der zuvor unter (12) beschriebenen Konfiguration zumindest eines von dem ersten Öffnungsende oder dem zweiten Öffnungsende in dem Mittelbereich angeordnet. Entsprechend kann in dem für die Leistung wichtigen Bereich in der Spannweitenrichtung eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, durch die durch das Verbindungsloch austretende Strömung effektiv vermindert oder verhindert werden. Das Vorstehende ist somit vorteilhaft für die Leistung der Maschine, bei der die Schaufel eingesetzt wird.
(13) Eine Schaufel gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Strömungsprofilabschnitt mit einer Druckoberfläche und einer Saugoberfläche, die sich jeweils zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante entlang einer Spannweitenrichtung erstrecken, und zumindest ein Verbindungsloch, das sich in dem Strömungsprofilabschnitt erstreckt und ein erstes Öffnungsende zu der Druckoberfläche geöffnet hat und ein zweites Öffnungsende zu der Saugoberfläche geöffnet hat. Hierbei befindet sich das erste Öffnungsende an einem ersten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer ersten Position in der Spannweitenrichtung, das zweite Öffnungsende befindet sich an einem zweiten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer zweiten Position in der Spannweitenrichtung, an dem ersten Querschnitt oder dem zweiten Querschnitt liegt ein Winkel A1, der eine Bedingung (a) erfüllt, in einem Winkelbereich zwischen -10 Grad und 10 Grad, beide jeweils inklusive, um die Vorderkante als eine Mitte herum, bezüglich einer Verlängerungslinie, erhältlich durch Verlängern einer Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts von der Vorderkante, und die Bedingung (a) ist eine Bedingung, dass, wenn der Strömungsprofilabschnitt eine Fluidströmung empfängt, die von einer Richtung des Winkels A1 zu der Vorderkante anströmt, ein statischer Druck an einer Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche gleich einem statischen Druck an einer Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche ist.
Bei der Maschine, bei der die Schaufel eingesetzt ist, ist in einigen Fällen Fluid, das zu der Schaufel strömt, so ausgelegt, dass es orientiert ist, um der Verlängerungsrichtung zu folgen, die erhältlich ist durch Verlängern der Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts von der Vorderkante. In dieser Hinsicht sind gemäß der zuvor unter (13) beschriebenen Konfiguration, da der Winkel A1, der die Bedingung (a) erfüllt, vorhanden ist, statische Drücke an der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche dieselben während des Betriebs an dem Auslegungspunkt der Maschine. Wenn die Betriebsbedingungen der Maschine von dem Auslegungspunkt abweichen, kann eine Druckdifferenz zwischen der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche auftreten. Entsprechend kann eine Strömung erzeugt werden, die durch das Verbindungsloch von einem Öffnungsende von dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende, das einen relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche besitzt (das heißt das Öffnungsende an der Hochdruckseite) zu dem anderen Öffnungsende mit einem relativ geringen statischen Druck (das heißt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) hindurchgeht. Somit kann gemäß der obigen Beschreibung unter (1) die Strömung durch das Verbindungsloch veranlasst werden, an der Schaufeloberfläche (das heißt der Druckoberfläche oder der Saugoberfläche), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite auszutreten. Aufgrund der durch das Verbindungsloch austretenden Strömung kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv vermindert oder verhindert werden.
(14) Eine Maschine gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zuvor unter irgendeinem von (1) bis (13) beschriebene Schaufel.
Gemäß der zuvor unter (14) beschriebenen Konfiguration kann, weil ein Verbindungsloch ausgebildet ist, das ein erstes Öffnungsende und ein zweites Öffnungsende an Positionen angeordnet hat, die möglicherweise denselben statischen Druck während des Betriebs an der Druckoberfläche bzw. der Saugoberfläche haben, eine Druckdifferenz möglicherweise zwischen der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche auftreten, wenn Betriebsbedingen der Maschine von einem Auslegungspunkt abweichen. Entsprechend ist es möglich, eine Strömung zu erzeugen, die durch das Verbindungsloch von einem Öffnungsende, von dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende, mit einem relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche (das heißt das Öffnungsende an der Hochdruckseite), zu dem anderen Öffnungsende mit einem relative geringen statischen Druck (das heißt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) hindurchgeht. Somit kann die Strömung durch das Verbindungsloch veranlasst werden, an der Schaufeloberfläche auszutreten (das heißt der Druckoberfläche oder der Saugoberfläche), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite. Aufgrund der Tatsache, dass die Strömung durch das Verbindungsloch austritt, kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofils strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv verhindert oder vermindert werden.
(15) Bei einigen Ausführungsformen sind bei der zuvor unter (14) beschriebenen Konfiguration das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende an Positionen angeordnet, die eine Bedingung (b) erfüllen, während die Bedingung (b) eine Bedingung ist, dass, während eines Nennbetriebs der Maschine, ein Verhältnis PS1/PS2 von statischem Druck PS1 an einer Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche zu statischem Druck PS2 an einer Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,1, beide jeweils inklusive, liegt.
Gemäß der zuvor unter (15) beschriebenen Konfiguration ist die Maschine ausgelegt, um die Bedingung (b) zu erfüllen. Das heißt, die Maschine ist so ausgelegt, dass, während des Nennbetriebs, eine Differenz zwischen einem statischen Druck an der Position des ersten Öffnungsendes und einem statischen Druck an der Position des zweiten Öffnungsendes verhältnismäßig klein ist. Somit sind während dem Nennbetrieb der Maschine der statische Druck an der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der statische Druck an der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche äquivalent zueinander. Wenn jedoch Betriebsbedingungen der Maschine von Nennbedingungen abweichen, kann eine Druckdifferenz zwischen der Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche und der Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche auftreten. Entsprechend kann während des Betriebs am Auslegungspunkt der Maschine, da eine geringe Fluidströmung durch die ersten und zweiten Öffnungsenden auftritt, eine aerodynamische Leistung in demselben Ausmaß wie die einer Schaufel mit derselben Form ohne ein Verbindungsloch erreicht werden. Wenn Betriebsbedingungen der Maschine von dem Auslegungspunkt abweichen, ist es aber möglich, eine Strömung zu erzeugen, die durch das Verbindungsloch von einem Öffnungsende von dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende, das einen relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche besitzt (das heißt das Öffnungsende an der Hochdruckseite), zu dem anderen Öffnungsende mit einem relativ geringen statischen Druck (das heißt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) hindurchgeht. Somit kann die Strömung durch das Verbindungsloch an der Schaufeloberfläche (das heißt der Druckoberfläche oder der Saugoberfläche), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite austreten, selbst wenn Betriebsbedingungen von dem Auslegungspunkt abweichen, während eine Leistungsverschlechterung aufgrund des Betriebs an dem Auslegungspunkt vermindert oder verhindert wird. Aufgrund der durch das Verbindungsloch hindurch tretenden Strömung kann eine Ablösung von Fluid, die entlang einer Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv vermindert oder verhindert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schaufel, bei der eine Ablösung vermindert oder verhindert werden kann, die möglicherweise in der Umgebung einer Schaufeloberfläche auftritt, sowie eine damit ausgestattete Maschine vorgeschlagen.
Figurenliste

1 ist eine schematische strukturelle Ansicht einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaufel gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Schaufel gemäß einer Ausführungsform.
4A ist eine schematische Querschnittansicht eines Strömungsprofilabschnitts an einem ersten Querschnitt.
4B ist eine schematische Querschnittansicht des Strömungsprofilabschnitts an einem zweiten Querschnitt.
5 eine Ansicht, die den ersten Querschnitt oder den zweiten Querschnitt eines Strömungsprofilabschnitts gemäß einer Ausführungsform schematisch verdeutlicht.
6 ist ein Diagramm, dass ein Beispiel einer statischen Druckverteilung an einer Schaufeloberfläche gemäß einer Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, dass ein Beispiel einer statischen Druckverteilung an einer Schaufeloberfläche gemäß einer Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, dass ein Beispiel einer statischen Druckverteilung an einer Schaufeloberfläche gemäß einer Ausführungsform zeigt.
9 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt senkrecht zu einer Spannweitenrichtung eine Strömungsprofilabschnitts gemäß einer Ausführungsform schematisch verdeutlicht.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Beziehungen zwischen einem Verlustkoeffizienten einer Schaufel und einem Auftreffwinkel verdeutlicht.
11 ist ein Diagramm, dass ein Beispiel von Beziehungen zwischen einem Verlustkoeffizienten einer Schaufel und einem Auftreffwinkel verdeutlicht.
12 ist eine Teil-Querschnittansicht eines Strömungsprofilabschnitts gemäß einer Ausführungsform.
13 ist eine Teil-Querschnittansicht eines Strömungsprofilabschnitts gemäß einer Ausführungsform.
14 ist eine Teil-Querschnittansicht eines Strömungsprofilabschnitts gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sollen jedoch, wenn nicht speziell angegeben, Abmessungen, Materialien, Formen, Relativpositionen und dergleichen von Komponenten, die bei den Ausführungsformen beschrieben werden, nur als Verdeutlichung und nicht im Sinne einer Beschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verstanden werden.
Zuerst wird eine Beschreibung einer Gasturbine als ein Beispiel einer Maschine, bei der eine Schaufel gemäß einigen Ausführungsformen eingesetzt wird, gegeben. Hierbei kann die Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rotationsmaschine wie eine Gasturbine oder eine Fluidmaschine sein, kann aber auch eine andere Maschine als die zuvor Genannten sein.
1 ist eine schematische Strukturansicht einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform. Gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine Gasturbine 1 einen Kompressor 2, der konfiguriert ist, um komprimierte Luft zu erzeugen, eine Brennkammer 4, die konfiguriert ist, um Verbrennungsgas unter Verwendung der komprimierten Luft und von Brennstoff zu erzeugen, und eine Turbine 6, die konfiguriert ist, um durch das Verbrennungsgas gedreht zu werden. Wenn die Gasturbine 1 zur Stromerzeugung dient, ist ein nicht dargestellter Stromgenerator mit der Turbine 6 verbunden.
Der Kompressor 2 umfasst eine Vielzahl von Statorflügeln 16, die an einer Seite eines Kompressorsgehäuses 10 befestigt sind, und eine Vielzahl von Rotorschaufeln 18, die an dem Rotor 8 angeordnet sind, und zwar in einer Anordnung abwechselnd bezüglich den Statorflügeln 16.
Durch einen Lufteinlass 12 eingebrachte Luft wird dem Kompressor 2 zugeführt und zu komprimierter Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck, indem sie beim Passieren durch die Statorflügel 16 und die Rotorschaufeln 18 komprimiert wird.
Brennstoff und an dem Kompressor 2 erzeugte komprimierte Luft werden der Brennkammer 4 zugeführt. Brennstoff verbrennt in der Brennkammer 4 und Verbrennungsgas als Betriebsfluid der Turbine 6 wird erzeugt. Gemäß der Darstellung in 1 umfasst die Gasturbine 1 eine Vielzahl der Brennkammern 4 in einem Gehäuse 20 entlang der Umfangsrichtung um einen Rotor 8 angeordnet.
Die Turbine 6 umfasst einen Verbrennungsgasdurchgang 28, der durch ein Turbinengehäuse 22 gebildet ist, und eine Vielzahl von Statorflügel 24 und eine Vielzahl von Rotorschaufeln 26, die an dem Verbrennungsgasdurchgang 28 angeordnet sind. Die Statorflügel 24 und die Rotorschaufeln 26 der Turbine 6 sind an der stromabwärtigen Seite der Brennkammer 4 bezüglich der Strömung des Verbrennungsgases angeordnet.
Die Statorflügel 24 sind an der Seite des Turbinengehäuses 22 befestigt. Die Statorflügel 24, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 8 angeordnet sind, bilden eine Statorflügelreihe. Die Rotorschaufeln 26 sind an dem Rotor 8 angeordnet. Die Rotorschaufeln 26, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 8 angeordnet sind, bilden eine Rotorschaufelreihe. Die Statorflügelreihe und die Rotorschaufelreihe sind abwechselnd in der Axialrichtung des Rotors 8 angeordnet.
In der Turbine 6 wird der Rotor 8 gedreht, weil Verbrennungsgas, das in den Verbrennungsgasdurchgang 28 von der Brennkammer 4 eingeströmt ist, durch die Statorflügel 24 und die Rotorschaufeln 26 passiert, und dadurch wird der mit dem Rotor 8 verbundene Sromgenerator angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen. Das Verbrennungsgas wird nach dem Antreiben der Turbine 6 durch eine Austragkammer 30 zur Außenseite ausgetragen.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Schaufeln gemäß einigen Ausführungsformen. Schaufeln bei einigen Ausführungsformen werden bei einer Rotationsmaschine eingesetzt und sie können um einen Rotor einer Rotationsmaschine herum angeordnet werden. Beispielsweise kann der Statorflügel 24 oder die Rotorschaufel 26 der Turbine 6 der zuvor beschriebenen Gasturbine 1 eine Schaufel 32 sein, die im Folgenden beschrieben wird. Schaufeln bei einigen Ausführungsformen können außerdem Komponenten wie Streben mit einer schaufelartigen Querschnittform sein. Im Folgenden wird eine Beschreibung anhand der Rotorschaufel 26 der Turbine 6 als ein Beispiel für die Schaufel 32 gegeben.
Die 2 und 3 sind jeweils perspektivische Ansichten der Schaufel 32 gemäß einer Ausführungsform. Gemäß der Darstellung in 2 und 3 umfasst die Schaufel 32 einen Strömungsprofilabschnitt 40, der sich zwischen einem Basisende 43 und einem Außenende 44 in einer Spannweitenrichtung erstreckt. Das Basisende 43 des Strömungsprofilabschnitts 40 ist mit einer Plattform 38 verbunden. Der Strömungsprofilabschnitt 40 umfasst eine Druckoberfläche 45 und eine Saugoberfläche 46, die sich jeweils zwischen einer Vorderkante 41 und einer Hinterkante 42 entlang der Spannweitenrichtung erstrecken. In Richtung der Spannweitenrichtung betrachtet besitzt die Druckoberfläche 45 eine konkave Form, konkav ausgeformt zu einer Innenseite des Strömungsprofilabschnitts 40, und die Saugoberfläche 46 hat eine konvexe Form, vorstehend nach außen von der inneren Seite des Strömungsprofilabschnitts 40.
Ein Verbindungsloch 50, das sich in dem Strömungsprofilabschnitt 40 erstreckt, ist an dem Strömungsprofilabschnitt 40 ausgebildet. Das Verbildungsloch 50 hat ein erstes Öffnungsende 52, das zu der Druckoberfläche 45 geöffnet ist, und ein zweites Öffnungsende 54, das zu der Saugoberfläche 46 geöffnet ist. Bei den in den 2 und 3 dargestellten beispielhaften Ausführungsformen hat der Strömungsprofilabschnitt 40 ein Verbindungsloch 50. Bei anderen Ausführungsformen kann der Strömungsprofilabschnitt 40 jedoch eine Vielzahl von Verbindungslöchern 50 wie später beschrieben haben.
Das erste Öffnungsende 52, das sich zu der Druckoberfläche 45 öffnet, befindet sich an einem ersten Querschnitt S1 senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer ersten Position in der Spannweitenrichtung. Das zweite Öffnungsende 54, das sich zu der Saugoberfläche 46 öffnet, befindet sich an einem zweiten Querschnitt S2 senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer zweiten Position in der Spannweitenrichtung.
Bei der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind in der Spannweitenrichtung die erste Position, wo sich der erste Querschnitt S1 befindet, und die zweite Position, wo sich der zweite Querschnitt S2 befindet, dieselbe Position. Das heißt, das erste Öffnungsende 52 und das zweite Öffnungsende 54 befinden sich an demselben Querschnitt (der erste Querschnitt S1 und der zweite Querschnitt S2). Bei der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die erste Position, wo sich der erste Querschnitt S1 befindet, näher bei dem Außenende 44 in der Spannweitenrichtung als die zweite Position, wo sich der zweite Querschnitt S2 befindet. Das heißt, dass erste Öffnungsende 52 öffnet sich zu der Druckoberfläche 45 an einer Position näher bei dem Außenende 44 in der Spannweitenrichtung als das zweite Öffnungsende 54, das sich zu der Saugoberfläche 46 öffnet.
Bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (dimensionslose Sehnenlängenposition) X1(%) des ersten Öffnungsendes 52 bezüglich der Vorderkante 41 an dem ersten Querschnitt S1 größer als eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition X2(%) des zweiten Öffnungsendes 54 bezüglich der Vorderkante 41 an dem zweiten Querschnitt S2.
Die 4A ist eine schematische Querschnittansicht des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem ersten Querschnitt S1. Die 4B ist eine schematische Querschnittansicht des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem zweiten Querschnitt S2. In den 4A und 4B ist, zum Zwecke der Erläuterung, die Querschnittform des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem ersten Querschnitt S1 verschieden von der Querschnittform des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem zweiten Querschnitt S2. In dem Fall jedoch, dass der erste Querschnitt S1 und der zweite Querschnitt S1 sich an derselben Position in der Spannweitenrichtung befinden (das heißt in dem Fall der in 2 gezeigten Ausführungsform) sind die Querschnittform des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem ersten Querschnitt S1 und die Querschnittform des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem zweiten Querschnitt S2 dieselben.
Bei der vorliegenden Beschreibung gibt in einem Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) bezüglich der Vorderkante 41 eine Position (%) an, unter der Annahme, dass, in der Sehnenrichtung (Schaufelsehnenrichtung: Richtung, welche die Vorderkante 41 und die Hinterkante 42 verbindet) an einem entsprechenden Querschnitt die Position der Vorderkante 41 durch 0(%) und die Position der Hinterkante 42 durch 100(%) angegeben ist.
Beispielsweise beträgt gemäß der Darstellung in 4A an dem ersten Querschnitt S1, wenn die Länge des Strömungsprofilabschnitts 40 in der Sehnenrichtung C_S1 ist und eine Länge in der Sehnenrichtung von der Vorderkante 41 zu dem ersten Öffnungsende 52 C_PS ist, die dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition X1(%) des ersten Öffnungsendes 52 bezüglich der Vorderkante 41 an dem ersten Querschnitt S1 C_PS/C_S1. Ferner beträgt gemäß der Darstellung in 4B an dem zweiten Querschnitt S2, wenn eine Länge des Strömungsprofilabschnitts 40 in der Sehnenrichtung C_S2 ist und eine Länge in der Sehnenrichtung von der Vorderkante 41 zu dem zweiten Öffnungsende 54 Css ist, die dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition X2(%) des zweiten Öffnungsendes 54 bezüglich der Vorderkante 41 an dem zweiten Querschnitt S2 C_SS/C_S2.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind, da der erste Querschnitt S1 und der zweite Querschnitt S2 sich an derselben Position befinden und der Strömungsprofilabschnitt 40 dieselbe Form daran hat, die Länge C_S1 des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem ersten Querschnitt S1 in der Sehnenrichtung und die Länge C_S2 des Strömungsprofilabschnitts 40 an dem zweiten Querschnitt S2 in der Sehnenrichtung dieselben.
Auch in dem Fall, in dem die Querschnittform des Strömungsprofilabschnitts 40 in der Spannweitenrichtung variiert, indem der Strömungsprofilabschnitt 40 verdreht ist, oder dergleichen, können die Position des ersten Öffnungsendes 52 in der Sehnenrichtung an dem ersten Querschnitt S1 und die Position des zweiten Öffnungsendes 54 in der Sehnenrichtung an dem zweiten Querschnitt S2 in geeigneter Weise verglichen werden, indem die zuvor beschriebene dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition verwendet wird.
Darüber hinaus besitzen die in den 2 und 3 gezeigten Schaufeln 32 die folgenden Eigenschaften. 5 ist eine Ansicht, die den Strömungsprofilabschnitt 40 an dem ersten Querschnitt S1 oder dem zweiten Querschnitt S2 senkrecht zu der Spannweitenrichtung schematisch verdeutlicht.
Hinsichtlich der in 2 und 3 gezeigten Schaufeln 32 liegt ein Winkel A1 an dem ersten Querschnitt S1, wo das erste Öffnungsende 52 angeordnet ist, oder an dem zweiten Querschnitt S2, wo das zweite Öffnungsende 54 in der Spannweitenrichtung angeordnet ist, der eine Bedingung (a) erfüllt, die im Folgenden beschrieben wird, in einem Winkelbereich zwischen -10 Grad und 10 Grad, beide inklusive (siehe 5), um die Vorderkante 41 als Mitte herum, bezüglich einer Erweiterungslinie, die durch Verlängern einer Wölbungslinie (engl: „camber line“) CL des Strömungsprofilabschnitts 40 von der Vorderkante 41 erhalten wird. Hierbei ist die Bedingung (a) eine Bedingung, dass, wenn der Strömungsprofilabschnitt 40 eine Fluidströmung empfängt, die von einer Richtung des Winkels A1 zu der Vorderkante 41 anströmt (Pfeil F in 5), ein statischer Druck an der Position des ersten Öffnungsendes 52 an der Druckoberfläche 45 gleich einem statischen Druck an der Position des zweiten Öffnungsendes 54 an der Saugoberfläche 46 ist. Hierbei ist die zuvor beschriebene Erweiterungslinie ein Liniensegment an der Vorderseite der Vorderkante 41 (das heißt ein Liniensegment an der Seite gegenüber der Hinterkante 42 über der Vorderkante 41) von einer Linie Lcam, die parallel zu der Wölbungslinie CL an der Vorderkante 41 ist und durch die Vorderkante 41 verläuft (das heißt eine gerade Linie mit einer Neigung der Wölbungslinie CL an der Vorderkante 41).
Außerdem ist die Fluidströmungsrichtung eine relative Richtung bezüglich der Schaufel 32. Das heißt, wenn die Schaufel 32 zusammen mit dem Rotor 8 der Rotationsmaschine gedreht wird, hängt die Strömungsrichtung von einer Umfangsgeschwindigkeit der Schaufel 32 und einer Fluidgeschwindigkeit ab.
In der folgenden Beschreibung wird ein Winkel der Fluidströmungsrichtung zu der Schaufel 32 bezüglich einer Richtung unter Betriebsbedingungen, die an einem Auslegungspunkt vorliegen (typischerweise die zuvor erwähnte Erweiterungslinie der Wölbungslinie CL) durch einen Auftreffwinkel (Elevationswinkel) angegeben. Das heißt, der Auftreffwinkel unter Betriebsbedingungen an dem Auslegungspunkt ist Null. Hierbei ist ein Auftreffwinkel positiv bei einem Winkel einer Richtung, die der Druckoberfläche 45 zugewandt ist, im Vergleich zu einem Fall an dem Auslegungspunkt, wobei die Vorderkante 41 die Mitte ist. In 5 ist also ein Auftreffwinkel positiv in der Gegenuhrzeigerrichtung von der Vorderkante 41 und er ist negativ in der Uhrzeigerrichtung davon.
In dem Fall der Gasturbine 1 (siehe 1) ist der Auftreffwinkel von Fluid auf die Rotorschaufel 26 als die Schaufel 32 im Betrieb, bei dem die Last geringer ist als Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt, eher negativ, und er ist eher positiv im Betrieb, bei dem die Last höher ist als Betriebsbedingungen an dem Auslegungspunkt.
Die 6 bis 8 sind Diagramme, die Beispiele von einer statischen Druckverteilung unter unterschiedlichen Bedingungen an einer Schaufeloberfläche der Schaufel 32 (das heißt an der Druckoberfläche 45 und der Saugoberfläche 46) gemäß Ausführungsformen verdeutlichen. Hierbei ist 6 ein Diagramm unter Betriebsbedingungen an dem Auslegungspunkt (das heißt der Auftreffwinkel ist Null). 7 und 8 sind Diagramme unter Betriebsbedingungen, die von dem Auslegungspunkt abweichen, während der Auftreffwinkel von Fluid in 7 negativ ist und der Auftreffwinkel in 8 positiv ist.
Typischerweise besitzt die statische Druckverteilung an einer Schaufeloberfläche dann, wenn Betriebsbedingungen an dem Auslegungspunkt sind (das heißt der Auftreffwinkel Null ist) Eigenschaften wie die, die durch das Diagramm von 6 dargestellt sind. Hierbei gibt es eine Position an der Druckoberfläche 45 und eine Position an der Saugoberfläche 46, an der die statischen Drücke die gleichen sind. Beispielsweise ist in 6 unter Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt ein statischer Druck an einer Position S1 an der Saugoberfläche 46 derselbe wie statische Drücke an Position P1a, P1b, P1c an der Druckoberfläche 45. In ähnlicher Weise sind unter Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt statische Drücke die gleichen an einer Position S2 an der Saugoberfläche 46 und einer Position P2 an der Druckoberfläche 45 und statische Drücke sind die gleichen an einer Position S3 an der Saugoberfläche 46 und einer Position P3 an der Druckoberfläche 45.
In einer Maschine wie einer Rotationsmaschine, die die Schaufel 32 mit den oben beschriebenen Eigenschaften verwendet, neigt eine Fluidströmung dazu, wenn ein Auftreffwinkel von Fluid zu der Schaufel 32 zu einer negativen Seite von einem Auslegungspunkt abweicht, während Betriebsbedingungen von dem Auslegungspunkt abweichen, mit der Saugoberfläche 46 zu kollidieren und eine Strömungsablösung kann in der Umgebung der Druckoberfläche 45 auftreten.
Hierbei ist gemäß der Darstellung in 7 der statische Druck an der Seite der Saugoberfläche 46 relativ hoch in der statischen Druckverteilung an der Schaufeloberfläche mit einer Druckdifferenz, die zwischen der Position an der Druckoberfläche 45 und der Position an der Saugoberfläche 46 auftritt, an der die statischen Drücke unter Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt die gleichen waren. Beispielsweise ist ein statischer Druck an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 insbesondere höher als statische Drücke an den Position P1a bis P1c an der Druckoberfläche 45. Entsprechend tritt aufgrund der Tatsache, dass ein Verbindungsloch 50 vorgesehen ist, das das erste Öffnungsende 52 an der Position P1a an der Druckoberfläche 45 hat und das zweite Öffnungsende 54 an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 hat, eine durch das Verbindungsloch 50 passierende Strömung von dem zweiten Öffnungsende 54 mit einem relativ hohem Druck zu dem ersten Öffnungsende 52 mit einem relativ niedrigen Druck auf, wenn der Auftreffwinkel von Fluid, das zu der Schaufel 32 strömt, zu der negativen Seite von dem Auslegungspunkt abweicht. Diese Strömung tritt durch das erste Öffnungsende 52 zu der Druckoberfläche 45 aus und verhindert oder vermindert eine Ablösung, die möglicherweise in der Umgebung der Druckoberfläche 45 auftritt.
Ähnliches gilt in dem Fall, dass das Verbindungsloch 50 mit dem zweiten Öffnungsende 54 und dem ersten Öffnungsende 52 jeweils an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 und der Position P1b an der Druckoberfläche 45, an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 und der Position P1c an der Druckoberfläche 45, an der Position S2 an der Saugoberfläche 46 und der Position P2 an der Druckoberfläche 45, oder an der Position S3 an der Saugoberfläche 46 und der Position P3 an der Druckoberfläche 45 angeordnet hat, wobei ein ähnlicher Effekt erreicht werden kann.
Wenn darüber hinaus bei der Maschine wie der Rotationsmaschine ein Auftreffwinkel von Fluid zu der Schaufel 32 von dem Auslegungspunkt zu einer positiven Seite unter Betriebsbedingungen abweichend von dem Auslegungspunkt abweicht, neigt eine Fluidströmung dazu, mit der Druckoberfläche 45 zu kollidieren und eine Strömungsablösung kann in der Umgebung der Saugoberfläche 46 auftreten.
Hierbei ist gemäß der Darstellung in 8 der statische Druck an der Seite der Druckoberfläche 45 relativ hoch in der Verteilung des statischen Drucks an der Schaufeloberfläche, wobei eine Druckdifferenz, die zwischen der Position an der Druckoberfläche 45 und der Position an der Saugoberfläche 46 auftritt, relativ groß ist, an der die statischen Drücke unter Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt dieselben waren. Beispielsweise sind die statischen Drücke an den Positionen P1a bis P1c an der Druckoberfläche 45 insbesondere höher als ein statischer Druck an der Position S1 an der Saugoberfläche 46. Entsprechend tritt, beispielsweise aufgrund der Tatsache, dass ein Verbindungsloch 50 angeordnet ist, das das erste Öffnungsende 52 an der Position P1a an der Druckoberfläche 45 hat und das zweite Öffnungsende 54 an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 hat, eine durch das Verbindungsloch 50 passierende Strömung von dem ersten Öffnungsende 52 mit einem relativ hohen Druck zu dem zweiten Öffnungsende 54 mit einem relativ geringen Druck auf, wenn der Auftreffwinkel von Fluid, das zu der Schaufel 32 strömt, von dem Auslegungspunkt zu der positiven Seite hin abweicht. Diese Strömung tritt durch das zweite Öffnungsende 54 auf die Saugoberfläche 46 aus und verringert bzw. verhindert eine Ablösung, die möglicherweise in der Umgebung der Saugoberfläche 46 auftritt.
Ähnliches gilt in dem Fall, dass das Verbindungsloch 50ausgebildet ist und das zweite Öffnungsende 54 und das erste Öffnungsende 52 jeweils an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 und der Position P1b an der Druckoberfläche 45 angeordnet hat, an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 und der Position P1c an der Druckoberfläche 45 angeordnet hat, an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 und der Position P2 an der Druckoberfläche 45 angeordnet hat, oder an der Position S3 an der Saugoberfläche 46 und der Position P3 an der Druckoberfläche 45 angeordnet hat, und die ähnliche Wirkung kann damit erreicht werden.
Aus der obigen Beschreibung geht klar hervor, dass bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, da der Winkel A1, der die Bedingung (a) erfüllt, vorhanden ist, wie im Zusammenhang mit 6 beschrieben wurde, statische Drücke an der Position des ersten Öffnungsendes 52 an der Druckoberfläche 45 und der Position des zweiten Öffnungsendes 54 an der Saugoberfläche 46 während des Betriebs an dem Auslegungspunkt der Maschine (z.B. die Gasturbine 1) dieselben sind. Wie mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben wurde tritt eine Druckdifferenz zwischen der Position des ersten Öffnungsendes 52 an der Druckoberfläche 45 und der Position des zweiten Öffnungsendes 54 an der Saugoberfläche 46 auf, wenn die Betriebsbedingungen der Maschine von dem Auslegungspunkt abweichen.
Während des Betriebs an dem Auslegungspunkt der Maschine kann, da nur eine geringe Fluidströmung durch die ersten und zweiten Öffnungsenden 52, 54 auftritt, eine aerodynamische Leistung in demselben Ausmaß wie mit einer Schaufel mit derselben Form ohne ein Verbindungsloch erhalten werden. Wenn Betriebsbedingungen der Maschine von dem Auslegungspunkt abweichen, ist es aber möglich, eine Strömung zu erzeugen, die durch das Verbindungsloch 50 von einem Öffnungsende von dem ersten Öffnungsende 52 und dem zweiten Öffnungsende 54, das einen relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche hat (das heißt das Öffnungsende an der Hochdruckseite) zu dem anderen Öffnungsende mit einem relativ geringen statischen Druck (das hießt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) erzeugt werden. Somit kann die Strömung durch das Verbindungsloch 50 an der Schaufeloberfläche (das heißt der Druckoberfläche 45 oder der Saugoberfläche 46), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite austreten, selbst wenn Betriebsbedingungen von dem Auslegungspunkt abweichen, während eine Leistungsverringerung aufgrund eines Betriebs an dem Auslegungspunkt verringert oder verhindert wird. Aufgrund der durch das Verbindungsloch 50 austretenden Strömung kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts 40 strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche (die Druckoberfläche 45 oder die Saugoberfläche 46) auftritt, effektiv verringert oder verhindert werden.
Hierbei sind gemäß der Darstellung in 6 hinsichtlich der Position an der Druckoberfläche 45, an der der statische Druck derselbe ist wie der an der entsprechenden Position an der Saugoberfläche 46 unter Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt die Positionen (P1a bis P3) an der Druckoberfläche 45 jeweils näher bei der Hinterkante 42 in der Sehnenrichtung als die entsprechenden Positionen (S1 bis S3) an der Saugoberfläche 46.
Somit können die zuvor beschriebenen Wirkungen erhalten werden, indem das Verbindungsloch 50 so angeordnet wird, dass die dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition X1 des ersten Öffnungsendes 52 bezüglich der Vorderkante 41 an dem ersten Querschnitt S1 größer ist als die dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition des zweiten Öffnungsendes 54 bezüglich der Vorderkante 41 an dem zweiten Querschnitt S2, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Entsprechend dem zuvor Gesagten kann die Strömung durch das Verbindungsloch 50 veranlasst werden, auf die Schaufeloberfläche (das heißt die Druckoberfläche 45 oder die Saugoberfläche 46), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite auszutreten, wenn Betriebsbedingungen von dem Auslegungspunkt abweichen. Aufgrund der durch das Verbindungsloch 50 austretenden Strömung kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts 40 strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv verringert oder verhindert werden.
9 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung des Strömungsprofilabschnitts 40 gemäß einer Ausführungsform schematisch zeigt. Referenzen P1a bis P3 und S1 bis S3 in 9 entsprechen jeweils den Positionen P1a bis P3 an der Druckoberfläche 45 und die Positionen S1 bis S3 an der Saugoberfläche 46 in 6 bis 8. Unterbrochene Linien, die jeweils mit Bezugszeichen 50a bis 50e in 9 versehen sind, stellen Wege der Verbindungslöcher 50 dar.
Wie bei dem anhand der 6 beschriebenen Beispiel entsprechen in einigen Fällen eine Vielzahl von Positionen an der Druckoberfläche 45 der Position S1 an der Saugoberfläche 46. In dem in 6 gezeigten Beispiel entsprechen drei Positionen P1a, P1b, P1c den Positionen auf der Druckoberfläche 45. In dieser Hinsicht kann das erste Öffnungsende 52 des Verbindungslochs 50 mit dem zweiten Öffnungsende 54 an der Position S1 an irgendeiner der Positionen P1a, P1b, P1c angeordnet sein. Das Verbindungsloch 50 mit dem zweiten Öffnungsende 54 an der Position S1 kann irgendeines der Verbindungslöcher 50a bis 50c sein. Alternativ kann der Strömungsprofilabschnitt 40 mit einer Vielzahl von Verbindungslöchern 50 versehen sein, die jeweils das zweite Öffnungsende 54 an der Position S1 an der Saugoberfläche 46 haben und jeweils das erste Öffnungsende 52 an einer entsprechenden Position P1a, P1b, P1c an der Druckoberfläche 45 haben. Es können also zwei oder mehr der Verbindungslöcher 50a bis 50c als die Verbindungslöcher 50 vorgesehen sein, die jeweils das zweite Öffnungsende 54 an der Position S1 haben.
Ferner kann nur eines oder es können zwei oder mehr der Verbindungslöcher 50a bis 50e gemäß obiger Beschreibung sofern notwendig an dem Strömungsprofilabschnitt 40 angeordnet sein.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Schaufel 32 an einer Maschine (z.B. der Gasturbine 1) angeordnet und das erste Öffnungsende 52 und das zweite Öffnungsende 54 des Verbindungsloch 50 sind an Positionen angeordnet, die eine unten beschriebene Bedingung (b) erfüllen. Hierbei ist die Bedingung (b) eine Bedingung, dass, während eines Nennbetriebs der Maschine, ein Verhältnis PS1/PS2 eines statischen Drucks PS1 an der Position des ersten Öffnungsendes 52 an der Druckoberfläche 45 zu einem statischen Druck PS2 an der Position des zweiten Öffnungsendes 54 an der Saugoberfläche 46 in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,1, beide inklusive, liegt.
Unter der Bedingung (b) ist die Maschine so ausgelegt, dass ein statischer Druck an der Position des ersten Öffnungsendes 52 äquivalent ist zu einem statischen Druck an der Position des zweiten Öffnungsendes 54 während des Nennbetriebs. Somit sind während des Nennbetriebs der Maschine der statische Druck an der Position des ersten Öffnungsendes 52 an der Druckoberfläche 45 und der statische Druck an der Position des zweiten Öffnungsendes 54 an der Saugoberfläche 46 dieselben. Wenn Betriebsbedingungen der Maschine aber von den Nennbedingungen abweichen, kann eine Druckdifferenz zwischen der Position des ersten Öffnungsendes 52 an der Druckoberfläche 45 und der Position des zweiten Öffnungsendes 54 an der Saugoberfläche 46 auftreten. Entsprechend kann eine Strömung erzeugt werden, die durch das Verbindungsloch 50 von einem Öffnungsende von dem ersten Öffnungsende 52 und dem zweiten Öffnungsende 54, das einen relativ hohen statischen Druck an der Position an der Schaufeloberfläche hat (das heißt das Öffnungsende an der Hochdruckseite) zu dem anderen Öffnungsende mit einem relativ geringen statischen Druck (das heißt das Öffnungsende an der Niederdruckseite) hindurchgeht. Somit kann die Strömung durch das Verbindungsloch 50 auf die Schaufeloberfläche (das heißt die Druckoberfläche 45 oder die Saugoberfläche 46), an der sich das entsprechende Öffnungsende befindet, durch das Öffnungsende an der Niederdruckseite austreten. Aufgrund der durch das Verbindungsloch 50 austretenden Strömung kann eine Ablösung von Fluid, das entlang einer Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts 40 strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv verringert oder verhindert werden.
Bei einigen Ausführungsformen, beispielsweise gemäß der Darstellung in 5, ist das erste Öffnungsende 52 an der Druckoberfläche 45 näher bei der Vorderkante 41 angeordnet als ein Punkt P_A an der Druckoberfläche 45, der eine Tangentiallinie LT_P parallel zu der Sehnenrichtung hat.
Bei der Maschine (z.B. der Gasturbine 1), bei der die Schaufel 32 eingesetzt ist, kann, wenn ein Auftreffwinkel von Fluid zu der Schaufel 32 negativ ist (das heißt wenn eine Fluidströmung so orientiert ist, dass sie dazu neigt, mit der Saugoberfläche 46 im Vergleich zu einem Fall unter Betriebsbedingungen am Auslegungspunkt zu kollidieren), in der Umgebung der Druckoberfläche 45, eine Ablösung an einer Position näher bei der Hinterkante 42 als an dem Punkt P_A an der Druckoberfläche 45, der die Tangentiallinie LT_P parallel zu der Sehnenrichtung hat, auftreten. Da das erste Öffnungsende 52 näher bei der Vorderkante 41 als eine Position angeordnet ist, wo eine Ablösung dazu neigt, in der Umgebung der Druckoberfläche 45 aufzutreten, kann in dieser Hinsicht bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine Fluidablösung, die dazu neigt, in der Umgebung der Druckoberfläche 45 aufzutreten, wenn der Auftreffwinkel negativ ist, effektiv verringert oder verhindert werden.
Wenn das Verbindungsloch 50 gemäß obiger Beschreibung angeordnet ist, kann, gemäß der Darstellung in 10, ein Verlustkoeffizient der Schaufel 32 in einem Bereich verringert werden, wo der Auftreffwinkel negativ ist, im Vergleich zu einem Fall ohne das Verbindungsloch 50. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Beziehungen von einem Verlustkoeffizienten der Schaufel 32 und einem Auftreffwinkel zeigt und das einen Vergleich zwischen einem Verlustkoeffizienten 102 der Schaufel 32 mit dem Verbindungsloch 50 und einem Verlustkoeffizienten 101 der Schaufel 32 ohne das Verbindungsloch 50 zeigt.
Bei einigen Ausführungsformen, beispielsweise gemäß der Darstellung in 5, ist das zweite Öffnungsende 54 an der Saugoberfläche 46 näher bei der Vorderkante 41 angeordnet als ein Punkt eines Schnitts P_B zwischen der Saugoberfläche 46 und einer geraden Linie L_cam, die durch die Vorderkante 41 verläuft und parallel zu einer Wölbungslinie CL des Strömungsprofilabschnitts 40 an der Vorderkante 41 ist.
Bei der Maschine (z.B. der Gasturbine 1), bei der die Schaufel 32 eingesetzt ist, kann, wenn ein Auftreffwinkel von Fluid zu der Schaufel 32 positiv ist (das heißt wenn eine Fluidströmung so orientiert ist, dass sie dazu neigt, mit der Druckoberfläche 45 zu kollidieren, im Vergleich zu einem Fall unter Betriebsbedingungen an dem Auslegungspunkt), in der Umgebung der Saugoberfläche 46 eine Ablösung an einer Position auftreten, die näher bei der Vorderkante 42 ist als der Punkt des Schnittpunkts P_B zwischen der Saugoberfläche 46 und der geraden Linie L_cam, die durch die Vorderkante 41 passiert und die parallel zu der Wölbungslinie CL des Strömungsprofilabschnitts 40 an der Vorderkante 41 ist. Da das zweite Öffnungsende 54 näher bei der Vorderkante 41 angeordnet ist als eine Position, wo eine Ablösung dazu neigt, in der Umgebung der Saugoberfläche 46 aufzutreten, kann in dieser Hinsicht bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine Fluidablösung, die dazu neigt, in der Umgebung der Saugoberfläche 46 aufzutreten, wenn der Auftreffwinkel positiv ist, effektiv verringert oder verhindert werden.
Wenn das Verbindungsloch 50 gemäß obiger Beschreibung angeordnet ist, kann gemäß der Darstellung in 11 ein Verlustkoeffizient der Schaufel 32 in einem Bereich verringert werden, wo der Auftreffwinkel positiv ist, im Vergleich zu einem Fall ohne das Verbindungsloch 50. 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Beziehungen zwischen einem Verlustkoeffizienten der Schaufel 32 und einem Auftreffwinkel verdeutlicht und das einen Vergleich zwischen einem Verlustkoeffizienten 104 der Schaufel 32 mit dem Verbindungsloch 50 und einem Verlustkoeffizienten 103 der Schaufel 32 ohne das Verbindungsloch 50 zeigt.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest eines von dem ersten Öffnungsende 52 und dem zweiten Öffnungsende 54 in einem Schaufel-Spannweitenpositionsbereich zwischen 30% und 70%, beide inklusive, angeordnet, wobei 0% und 100% Schaufel-Spannweitenpositionen an beiden Enden (dem Basisende 43 und dem Außenende 44) des Strömungsprofilabschnitts 40 in der Spannweitenrichtung angeben.
Ein Mittelbereich, in dem eine Spannweitenposition 30% oder mehr und 70% oder weniger beträgt, kann für die Leistung in einer Maschine (z.B. der Gasturbine 1), bei der die Schaufel 32 eingesetzt ist, wichtig sein. In dieser Hinsicht ist gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform zumindest eines von dem ersten Öffnungsende 52 und dem zweiten Öffnungsende 54 in dem Mittelbereich angeordnet. Entsprechend kann in dem Bereich, der für die Leistung in der Spannweitenrichtung wichtig ist, eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts 40 strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, effektiv verhindert oder verringert werden durch die durch das Verbindungsloch 50 austretende Strömung. Das Vorstehende ist daher vorteilhaft für die Leistung der Maschine, bei der die Schaufel 32 eingesetzt ist.
Jede der 12 bis 14 ist eine Querschnittansicht des Strömungsprofilabschnitts 40 gemäß einer Ausführungsform und zeigt eine Form des Verbindungslochs 50.
Bei einigen Ausführungsformen, beispielsweise gemäß der Darstellung in 12, erstreckt sich das Verbindungsloch 50 linear zwischen dem ersten Öffnungsende 52 und dem zweiten Öffnungsende 54.
Da das Verbindungsloch eine lineare Form hat, kann in diesem Fall das Verbindungsloch 50 einfach mit maschineller Bearbeitung ausgebildet werden.
Bei einigen Ausführungsformen, beispielsweise gemäß der Darstellung in 12 bis 14, ist hinsichtlich des Verbindungslochs 50 ein Winkel θ1, θ2, θ3 zwischen dem Verbindungsloch 50 an dem ersten Öffnungsende 52 (entsprechend einer Richtung einer geraden Linie L1, L2, L3 in 12 bis 14) und einem Abschnitt einer Tangentiallinie LT1, LT2, LT3 an der Druckoberfläche 45 an dem ersten Öffnungsende 52, wobei der Abschnitt sich an der Seite der Vorderkante 41 von dem ersten Öffnungsende 52 befindet, 45 Grad oder kleiner. Alternativ kann der Winkel θ1, θ2, θ3 30 Grad oder weniger betragen.
Bei den in den 12 bis 14 gezeigten Ausführungsformen entspricht die Richtung von jeder der geraden Linien L1, L2, L3 der Richtung, in der sich das Verbindungsloch 50 an dem ersten Öffnungsende 52 erstreckt.
In dem obigen Fall kann, da das Verbindungsloch 50 entlang der Druckoberfläche 45 an der Position des ersten Öffnungsendes 52 geformt ist, wenn eine Strömung von dem Verbindungsloch 50 durch das erste Öffnungsende 52 austritt, ein Verlust, der durch Vermischung mit Fluid, das in der Umgebung der Druckoberfläche 45 strömt, bewirkt wird, effektiv verringert oder verhindert werden.
Bei einigen Ausführungsformen, beispielsweise gemäß der Darstellung in 14, ist hinsichtlich des Verbindungslochs 50 ein Winkel θ4 zwischen dem Verbindungsloch 50 an dem zweiten Öffnungsende 54 (entsprechend einer Richtung einer geraden Linie L4 in 14) und einem Abschnitt einer Tangentiallinie LT4 an der Saugoberfläche 46 an dem zweiten Öffnungsende 54, wobei der Abschnitt an der Seite der Vorderkante 41 von dem zweiten Öffnungsende 54 liegt, 45 Grad oder kleiner. Alternativ kann der Winkel θ4 30 Grad oder weniger betragen.
Bei der in 14 gezeigten Ausführungsform entspricht die Richtung der geraden Linie L4 der Richtung, in der sich das Verbindungsloch 50 an dem zweiten Öffnungsende 54 erstreckt.
Da das Verbindungsloch 50 entlang der Saugoberfläche 46 an der Position des zweiten Öffnungsendes 54 geformt ist, kann in dem obigen Fall, wenn eine Strömung von dem Verbindungsloch 50 durch das zweite Öffnungsende 54 austritt, ein durch Vermischung mit dem in der Umgebung der Saugoberfläche 46 strömenden Fluid effektiv verringert oder verhindert werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist ein Maximalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs 50 nicht mehr als fünf Mal ein Minimalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs 50 und er ist alternativ nicht mehr als vier Mal der Minimalwert davon.
In diesem Fall variiert die Querschnittfläche des Verbindungslochs 50 nicht stark von dem ersten Öffnungsende 52 hinab zu dem zweiten Öffnungsende 54. Entsprechend kann ein Druckverlust an dem Verbindungsloch 50 effektiv verringert oder verhindert werden und eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts 40 strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, kann effektiver verringert oder verhindert werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist ein Maximalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs 50 an einem Mittelbereich davon zwei Mal oder mehr ein Minimalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs 50 und sie ist alternativ dreimal oder öfter ein Minimalwert davon.
In diesem Fall ist die Querschnittfläche des Verbindungslochs 50 groß und eine Strömungsgeschwindigkeit ist in dem Mittelbereich zwischen dem ersten Öffnungsende 52 und dem zweiten Öffnungsende 54 verringert. Entsprechend kann ein Druckverlust an dem Verbindungsloch 50 effektiv verringert oder verhindert werden und eine Ablösung von Fluid, das entlang der Oberfläche des Strömungsprofilabschnitts 40 strömt, die möglicherweise in der Umgebung der entsprechenden Schaufeloberfläche auftritt, kann effektiver verringert oder verhindert werden.
Zuvor wurde eine Beschreibung anhand der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst Modifikationen der Ausführungsformen und geeignete Kombinationen derselben.
Bei der vorliegenden Anmeldung soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht als Angabe nur der Anordnung in einem strengen wörtlichen Sinne interpretiert werden, sondern umfasst auch einen Zustand, wo die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder eine Distanz abweicht, wodurch dieselbe Funktion erreicht werden kann.
Beispielsweise soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „gleich“, „derselbe“ und „gleichmäßig“ nicht als Angabe nur des Zustands verstanden werden, bei dem das Merkmal im strikten Sinne gleich ist, sondern umfasst auch einen Zustand, bei dem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, die immer noch dieselbe Funktion erreichen kann.
Bei der vorliegenden Erfindung soll ein Ausdruck einer Form wie einer rechteckigen Form oder einer zylindrischen Form nicht im Sinne nur der geometrisch strengen Form verstanden werden, sondern umfasst auch eine Form mit Ungleichmäßigkeiten oder abgeschrägten bzw. abgerundeten Ecken innerhalb des Bereichs, indem derselbe Effekt erreicht werden kann.
Außerdem soll bei der vorliegenden Anmeldung ein Ausdruck wie „umfassen“, „enthalten“ und „haben“ andere Komponenten nicht ausschließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005098203 A [0004]

Claims

Eine Schaufel mit: einem Strömungsprofilabschnitt mit einer Druckoberfläche und einer Saugoberfläche, die sich jeweils zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante entlang einer Spannweitenrichtung erstrecken, und zumindest einem Verbindungsloch, das sich in dem Strömungsprofilabschnitt erstreckt und ein erstes Öffnungsende zu der Druckoberfläche geöffnet hat und ein zweites Öffnungsende zu der Saugoberfläche geöffnet hat, wobei das erste Öffnungsende sich an einem ersten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer ersten Position in der Spannweitenrichtung befindet, wobei das zweite Öffnungsende sich an einem zweiten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer zweiten Position in der Spannweitenrichtung befindet, und wobei eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) des ersten Öffnungsendes bezüglich der Vorderkante an dem ersten Querschnitt größer ist als eine dimensionslose Schaufel-Sehnenlängenposition (%) des zweiten Öffnungsendes bezüglich der Vorderkante an dem zweiten Querschnitt.
Die Schaufel gemäß Anspruch 1, wobei ein Maximalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs nicht mehr als fünfmal ein Minimalwert einer Querschnittfläche des Verbindungslochs ist.
Die Schaufel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei an dem ersten Querschnitt oder dem zweiten Querschnitt ein Winkel A1, der eine Bedingung (a) erfüllt, in einem Winkelbereich zwischen -10 Grad und 10 Grad, beide jeweils inklusive, um die Vorderkante als eine Mitte herum liegt, bezüglich einer Verlängerungslinie, erhältlich durch Verlängern einer Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts von der Vorderkante, und wobei die Bedingung (a) eine Bedingung ist, dass, wenn der Strömungsprofilabschnitt eine Fluidströmung empfängt, die von einer Richtung des Winkels A1 zu der Vorderkante anströmt, ein statischer Druck an einer Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche gleich einem statischen Druck an einer Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche ist.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Öffnungsende singulär in jedem der Verbindungslöcher enthalten ist.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Öffnungsende sich näher bei der Vorderkante befindet als ein Punkt an der Druckoberfläche, der eine Tangentiallinie parallel zu einer Sehnenrichtung des Strömungsprofilabschnitts besitzt.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Öffnungsende sich näher bei der Vorderkante befindet als ein Punkt eines Schnitts zwischen der Saugoberfläche und einer geraden Linie, die durch die Vorderkante verläuft und die parallel zu einer Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts an der Vorderkante ist.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verbindungsloch sich linear zwischen dem ersten Öffnungsende und dem zweiten Öffnungsende erstreckt.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Winkel zwischen dem Verbindungsloch an dem ersten Öffnungsende und einem Abschnitt einer Tangentiallinie an der Druckoberfläche an dem ersten Öffnungsende, wobei der Abschnitt sich an der Vorderkantenseite von dem ersten Öffnungsende befindet, 45 Grad oder weniger beträgt.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Winkel zwischen dem Verbindungsloch an dem zweiten Öffnungsende und einem Abschnitt einer Tangentiallinie an der Saugoberfläche an dem zweiten Öffnungsende, wobei der Abschnitt sich an der Vorderkantenseite von dem zweiten Öffnungsende befindet, 45 Grad oder weniger beträgt.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende sich an derselben Position in der Spannweitenrichtung befinden.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende sich an voneinander verschiedenen Positionen in der Spannweitenrichtung befinden.
Die Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest eines von dem ersten Öffnungsende oder dem zweiten Öffnungsende sich in einem Schaufel-Spannweitenpositionsbereich zwischen 30% und 70%, beide jeweils inklusive, befindet, wobei 0% und 100% Schaufel-Spannweitenpositionen an beiden Enden des Strömungsprofilabschnitts in der Spannweitenrichtung bezeichnen.
Eine Schaufel mit: einem Strömungsprofilabschnitt mit einer Druckoberfläche und einer Saugoberfläche, die sich jeweils zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante entlang einer Spannweitenrichtung erstrecken, und zumindest einem Verbindungsloch, das sich in dem Strömungsprofilabschnitt erstreckt und ein erstes Öffnungsende zu der Druckoberfläche geöffnet hat und ein zweites Öffnungsende zu der Saugoberfläche geöffnet hat, wobei das erste Öffnungsende sich an einem ersten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer ersten Position in der Spannweitenrichtung befindet, wobei das zweite Öffnungsende sich an einem zweiten Querschnitt senkrecht zu der Spannweitenrichtung an einer zweiten Position in der Spannweitenrichtung befindet, wobei an dem ersten Querschnitt oder dem zweiten Querschnitt ein Winkel A1, der eine Bedingung (a) erfüllt, in einem Winkelbereich zwischen -10 Grad und 10 Grad, beide jeweils inklusive, um die Vorderkante als eine Mitte herum liegt, bezüglich einer Verlängerungslinie, erhältlich durch Verlängern einer Wölbungslinie des Strömungsprofilabschnitts von der Vorderkante, und wobei die Bedingung (a) eine Bedingung ist, dass, wenn der Strömungsprofilabschnitt eine Fluidströmung empfängt, die von einer Richtung des Winkels A1 zu der Vorderkante anströmt, ein statischer Druck an einer Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche gleich einem statischen Druck an einer Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche ist.
Eine Maschine mit der Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Die Maschine gemäß Anspruch 14, wobei das erste Öffnungsende und das zweite Öffnungsende sich an Positionen befinden, die eine Bedingung (b) erfüllen, und wobei die Bedingung (b) eine Bedingung ist, dass, während eines Nennbetriebs der Maschine ein Verhältnis PS1/PS2 eines statischen Drucks PS1 an einer Position des ersten Öffnungsendes an der Druckoberfläche zu einem statischen Druck PS2 an einer Position des zweiten Öffnungsendes an der Saugoberfläche in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,1, beide inklusive, liegt.