JP2002349201A - タービン動翼 - Google Patents

タービン動翼

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JP2002349201A
JP2002349201A JP2001160909A JP2001160909A JP2002349201A JP 2002349201 A JP2002349201 A JP 2002349201A JP 2001160909 A JP2001160909 A JP 2001160909A JP 2001160909 A JP2001160909 A JP 2001160909A JP 2002349201 A JP2002349201 A JP 2002349201A
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turbine
blade
airfoil
hub
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Ryuma Nogami
龍馬 野上
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空力負荷の高いタービン動翼のハブの翼断面
における全圧損失を低減させることができるタービン動
翼を提供する。 【解決手段】 タービンロータに取り付けられてタービ
ン翼列を形成するタービン動翼(1)であって、上面(6)が
ガス通路面を形成するプラットホーム部(4)と、このプ
ラットフォーム部(4)の上面(6)から上方に延び、プラッ
トホーム部(4)と隣接したハブ(10)が衝動タービン翼型
又は衝動タービンに近い翼型を構成する翼型部(8)と、
を有し、プラットホーム部(4)の上面(6)が、翼型部(8)
のハブ(10)における翼断面全圧損失を低減するような所
定の上向き凸形状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン動翼に係
わり、特に、翼型部のハブが衝動タービン翼型又は衝動
タービンに近い翼型を構成しているタービン動翼に関す
る。
【0002】
【従来の技術】タービンロータに取り付けられてタービ
ン翼列を形成するタービン動翼が知られている。以下、
図7により、このようなタービン動翼の従来例を説明す
る。
【0003】タービン動翼40は、平らな上面42を有
するプラットホーム部44と、プラットホーム部44の
上面42から上方に延びる翼型部46と、を有してい
る。翼型部46は、翼弦方向に凹形状をなす圧力面48
と、翼弦方向に凸形状をなす負圧面50と、翼前縁52
と、翼後縁54とを有し、プラットホーム部44の上面
42と隣接した翼型部46のハブ56は、衝動タービン
又は衝動タービンに近い翼型を構成している。
【0004】図8は、このようなタービン動翼40のハ
ブ56の翼断面における翼面マッハ数を示した図であ
り、ハブ56における負圧面50の翼前縁52から翼後
縁54までの翼面マッハ数をMNで示し、ハブ56にお
ける圧力面48の翼前縁52から翼後縁54までの翼面
マッハ数をMPで示している。図8に示すように、負圧
面50の翼面マッハ数MNは、翼前縁と翼後縁の中間部
で最大翼面マッハ数MMAXを指示し、中間部から翼後縁
にかけて大きく減少している。これは、主流流体が複数
のタービン動翼40によって構成された翼列(図示せず)
の入口から出口にかけて流れるとき、衝動タービン翼型
を構成しているハブ56では、主流流体のガス膨張が行
われないためである。このため、タービン動翼40のハ
ブ56に流入した主流流体は大きく減速し、その圧力損
失も大きくなる。その結果、翼型部46のハブ56の翼
断面における全圧損失が大きくなる。
【0005】このような翼型部46のハブ56の翼断面
における全圧損失を低減するために、翼型部46のハブ
56における負圧面50の凸形状輪郭を変更することが
行われている。これにより、最大翼面マッハ数MMAX
減少させ、主流流体の減速量を減少させることができ
る。その結果、ハブ56の翼断面における全圧損失が低
減される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、翼型部
46のハブ56における負圧面50の凸形状輪郭を変更
することによってハブ56の翼断面における全圧損失を
低減させることは、空力負荷の比較的小さいタービン動
翼に対しては有効であるが、空力負荷の比較的大きいタ
ービン動翼に対しては効果がない。これを、図9を参照
して説明する。図9は、ハブ56における負圧面50の
凸形状輪郭を変更した、空力負荷の比較的大きい典型的
なタービン動翼40のハブ56の翼断面における翼面マ
ッハ数を示した図である。図9に示すように、図9に指
示した最大翼面マッハ数MMAXは、図8に指示した最大
翼面マッハ数MMAXよりも小さくなっているけれども、
負圧面50の翼面マッハ数MNは、翼前縁と翼後縁の中
間部でいったん小さくなり、翼後縁に向って大きくなっ
た後、再び小さくなっている。即ち、翼面マッハ数が減
少する領域が2回存在する。このため、翼前縁52から
翼後縁54にわたる主流流体の減速量の合計は依然とし
て大きく、ハブ56の翼断面における全圧損失を低減さ
せる効果はほとんどない。
【0007】従って、本発明は、空力負荷の高いタービ
ン動翼のハブの翼断面における全圧損失を低減させるこ
とができるタービン動翼を提供することを目的としてい
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるタービン動翼は、タービンロータに取
り付けられてタービン翼列を形成するタービン動翼であ
って、上面がガス通路面を形成するプラットホーム部
と、このプラットフォーム部の上面から上方に延び、プ
ラットホーム部と隣接したハブが衝動タービン翼型又は
衝動タービンに近い翼型を構成する翼型部と、を有し、
プラットホーム部の上面が、翼型部のハブにおける翼断
面全圧損失を低減するような所定の上向き凸形状に形成
されていることを特徴としている。
【0009】このように構成されたタービン動翼は、プ
ラットホーム部の上面に隣接したハブが衝動タービン又
は衝動タービンに近い翼型を有しているので、翼型部に
沿って流れる主流流体は減速され、翼型部の負圧面にお
けるマッハ数は翼後縁にかけて減少する。一方、プラッ
トホーム部の上面が所定上向き凸形状を有しているの
で、プラットホーム部の上面に沿って翼前縁から翼後縁
に流れる主流流体はいったん上方に差し向けられる。こ
のため、翼型部に沿って流れる主流流体の減速は抑制さ
れ、翼型部の負圧面におけるマッハ数の減少も小さくな
る。その結果、翼型部のハブの翼断面における全圧損失
を低減させることができる。
【0010】本発明のタービン動翼は、好ましくは、プ
ラットフォーム部の上面の所定の上向き凸形状は、翼型
部の前縁を0%とし後縁を100%としたとき、上向き
凸形状の頂点が10%から60%の範囲内になるように
形成されている。
【0011】又、本発明のタービン動翼は、好ましく
は、翼型部のチップが反動タービン翼型を有している。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
タービン動翼の実施形態を説明する。
【0013】図1は、本発明の実施形態に基づくタービ
ン動翼の斜視図である。タービン動翼1は、タービン動
翼1をタービンロータ(図示せず)に取付けるためのタブ
テール形翼根部2と、この翼根部2の上に配置されたプ
ラットホーム部4と、プラットホーム部4の上面6から
上方に延びる翼型部8と、を有している。
【0014】翼型部8は、プラットホーム部4の上面6
に隣接したハブ(根元)10と、先端に位置するチップ
(先端)12とを構成し、翼弦方向に凹形状をなす圧力
面(腹面)14と、翼弦方向に凸形状をなす負圧面(背面)
16と、翼前縁18と、翼後縁20とを有している。タ
ービン動翼1での膨張仕事を翼型部8の上下方向にわた
って均等にするために、翼型部8のハブ10は、衝動タ
ービン又は衝動タービンに近い翼型を有し、翼型部8の
チップ12は、反動タービンの翼型を有しているおり、
タービン動翼1は、いわゆる反動衝動タービン動翼を構
成している。図2は、このような翼型部8の断面図の一
例であり、便宜上、ハブ10の翼断面を斜線で示してい
る。
【0015】次に、図3及び図4を参照して、プラット
ホーム部4の上面6の形状を説明する。このプラットホ
ーム部4の上面6は、ガスの通路を構成しており、この
上面形状を変えることにより、翼型部8のハブ10の周
りの流れが変わり、ハブ10における翼面マッハ数を変
えることができる。図3は、タービン動翼1の正面図で
あり、以下の説明のために、座標軸を付与してある。座
標軸は、水平右方向をX方向とし、半径方向外方即ち上
方向をR方向としている。翼型部8の翼前縁18とプラ
ットホーム部4の上面6との交点をAとし、そのR方向
座標を0とし、翼型部8の翼後縁20とプラットホーム
部4の上面6との交点をBとする。図3に示すように、
プラットホーム部4の上面6は、全体的には、水平右方
向(X方向)に進むにつれて下方に傾斜しており、翼前縁
18と翼後縁20との間で、上方向(R方向)に突出し、
凸形状をなしている。図4は、プラットホーム部4の上
面形状輪郭の詳細図である。プラットホーム部4の上面
6を示す曲線LPは、交点Aから交点Bまで滑らかに延
びている。曲線LPは、交点Aからいったん上方向(R方
向)に延び、交点AとBとを結んだ直線L1と平行な線
L2に接する点C(この点を「頂点」という。)に達した
後、下方向(−R方向)に延びて、交点Bに達している。
翼前縁18のX座標を0%とし、翼後縁20のX座標を
100%とすれば、点CのX座標は10%乃至60%で
あるのが好ましい。直線L1とL2との間の距離及び交
点Aから交点Bに至るプラットホーム部4の上面形状輪
郭は、設計すべきタービンの空力設計条件に基づいて、
最適になるように選択される。
【0016】このように構成されたタービン動翼1で
は、タービン動翼1に向って流入した主流流体は、翼前
縁18から流入し、翼型部8の負圧面16、圧力面14
又はプラットホーム部4の上面6に沿って流れ、翼後縁
20から流出する。プラットホーム部4の上面6に隣接
したハブ10が衝動タービン又は衝動タービンに近い翼
型を有しているので、翼型部8に沿って流れる主流流体
は減速され、翼型部8の負圧面16におけるマッハ数は
翼後縁20にかけて減少する。一方、プラットホーム部
4の上面6が上述した所定上向き凸形状を有しているの
で、プラットホーム部4の上面6に沿って翼前縁18か
ら翼後縁20に流れる主流流体はいったん上方に差し向
けられる。このため、翼型部8に沿って流れる主流流体
の減速は抑制され、翼型部8の負圧面16におけるマッ
ハ数の減少も小さくなる。その結果、翼型部8のハブ1
0の翼断面における全圧損失を低減させることができ
る。
【0017】図5は、翼型部8のハブ10における翼面
マッハ数である。ハブ10における負圧面16の翼前縁
18から翼後縁20までの翼面マッハ数をMNで示し、
ハブ10における圧力面14の翼前縁18から翼後縁2
0までの翼面マッハ数をMPで示している。又、図9に
示す従来技術のタービン動翼の翼型部の負圧面の翼面マ
ッハ数を点線で示している。図5に示すように、ハブ1
0における負圧面16の最大翼面マッハ数MMAXは、図
9に示した従来技術の最大翼面マッハ数MMAXと同様、
図8に示した従来技術の最大翼面マッハ数MMAXよりも
小さくなっている。更に、図5の翼面マッハ数MNは、
破線で示した従来技術の場合と異なり、翼面マッハ数が
減少する領域は1回だけである。このため、翼前縁18
から翼後縁20にわたる主流流体の流速を大きく減少さ
せることができ、その結果、ハブ10の翼断面における
全圧損失を低減させることができる。
【0018】図6は、翼型部8の上下方向にわたる翼断
面の全圧損失を示す図である。従来技術では、破線で示
すように、ハブにおいて、特に顕著な翼断面全圧損失が
見られたが、本実施形態では、実線で示すように、ハブ
10の翼断面における全圧損失が低減され、翼型部8の
上下方向にわたってより均一な全圧損失が達成されてい
る。このことは、翼型部の上下方向にわたってより均等
な膨張仕事が達成されていることを意味し、それによ
り、タービン効率、蒸気タービンの効率を向上させ、ガ
スタービンの燃費を削減することができる。
【0019】本発明は上記実施形態に限らず、特許請求
の範囲に基づいて当業者が容易に想到し得る実施形態は
本発明の範囲内にある。
【0020】例えば、本実施形態では、翼型部とタービ
ンディスクとが別々に形成されたタービン動翼を説明し
たが、翼型部とタービンディスクとが一体に形成された
ブリスク型タービン動翼であっても良い。
【0021】又、本実施形態では、プラットホーム部の
上面の形状を所定上向き凸型形状としたが、更に、従来
技術のように、翼型部の負圧面の形状を変更しても良
い。又、本実施形態では、プラットホーム部の上面は、
全体的には、水平右方向に進むにつれて下方に傾斜して
いるが、水平であっても良いし、上方に傾斜していても
良い。又、プラットホーム上面の翼前縁上流部と翼後縁
下流部の形状は任意であり、本実施形態は、上記形状に
よる制約を受けることはない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるター
ビン動翼は、空力負荷が高くても、ハブの翼断面におけ
る全圧損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるタービン動翼の斜視図
である。
【図2】図1のタービン動翼の翼型部の平面図である。
【図3】図1のタービン動翼の正面図である。
【図4】図3に示したタービン動翼のプラットホーム部
の上面の詳細図である。
【図5】本発明の実施形態であるタービン動翼のハブに
おける翼面マッハ数を示す図である。
【図6】本発明の実施形態であるタービン動翼のハブか
らチップにわたる翼断面における全圧損失を示す図であ
る。
【図7】従来技術のタービン動翼の斜視図である。
【図8】従来技術のタービン動翼のハブにおける翼面マ
ッハ数を示す図である。
【図9】従来技術のタービン動翼のハブにおける翼面マ
ッハ数を示す図である。
【符号の説明】
1 タービン動翼 4 プラットホーム部 6 上面 8 翼型部 10 ハブ 12 チップ 18 翼前縁 20 翼後縁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タービンロータに取り付けられてタービ
    ン翼列を形成するタービン動翼であって、 上面がガス通路面を形成するプラットホーム部と、この
    プラットフォーム部の上面から上方に延び、上記プラッ
    トホーム部と隣接したハブが衝動タービン翼型又は衝動
    タービンに近い翼型を構成する翼型部と、を有し、 上記プラットホーム部の上面が、上記翼型部のハブにお
    ける翼断面全圧損失を低減するような所定の上向き凸形
    状に形成されていることを特徴とするタービン動翼。
  2. 【請求項2】 上記プラットフォーム部の上面の所定の
    上向き凸形状は、上記翼型部の前縁を0%とし後縁を1
    00%としたとき、上向き凸形状の頂点が10%から6
    0%の範囲内になるように形成されている請求項1記載
    のタービン動翼。
  3. 【請求項3】 上記翼型部のチップが反動タービン翼型
    を有する、請求項1又は2のいずれか1項に記載のター
    ビン動翼。
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Effective date: 20080805