JP2006291889A - Turbine blade train end wall - Google Patents
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Description
本発明は、タービン翼列エンドウォールに関するものである。 The present invention relates to a turbine blade cascade endwall.
流体の運動エネルギーを回転運動に変えて動力を得る動力発生装置としてのタービンにおけるタービン翼列エンドウォール上では、一のタービン翼の腹側から隣接するタービン翼の背側に向かって、いわゆる「クロスフロー(二次流れ)」が発生する。
タービン性能の向上を図るには、このクロスフローを低減させるとともに、このクロスフローに伴って発生する二次流れ損失を低減させる必要がある。
On a turbine cascade end wall in a turbine as a power generation device that obtains power by converting kinetic energy of fluid into rotational motion, a so-called “cross” is formed from the ventral side of one turbine blade toward the back side of the adjacent turbine blade. Flow (secondary flow) "occurs.
In order to improve the turbine performance, it is necessary to reduce the cross flow and reduce the secondary flow loss generated with the cross flow.
そこで、このようなクロスフローに伴う二次流れ損失を低減させて、タービン性能の向上を図るものとして、タービン翼列エンドウォール上に、非軸対称に形成された凹凸を有するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献に開示されているタービン翼列エンドウォールには、一のタービン翼の腹側後縁側に凹部が形成され、隣接するタービン翼の背側後縁側に凸部が形成されている。
しかしながら、背側後縁側に形成された凸部では、そこで静圧が低下し、翼出口の流出角度が増大してしまい、凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能を悪化させ、複数の翼列を有するタービン全体の性能を返って低下させてしまう恐れがある。
In the turbine blade cascade endwall disclosed in the above patent document, a concave portion is formed on the ventral rear edge side of one turbine blade, and a convex portion is formed on the rear rear edge side of the adjacent turbine blade.
However, in the convex part formed on the back side rear edge side, the static pressure is reduced there, the outflow angle of the blade outlet is increased, and the performance in the blade row located downstream of the target blade row having irregularities is deteriorated. There is a risk that the performance of the entire turbine having a plurality of blade rows may be reduced.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローを低減させることができるとともに、凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能向上を図りつつ、凹凸を有する対象翼列のタービン背面に発生する過度な巻き上がりを抑制することで、複数の翼列を有するタービン全体の性能向上の利点を得ることができるタービン翼列エンドウォールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the crossflow generated on the turbine blade cascade endwall and improve the performance of the blade cascade located downstream of the target blade row having irregularities. A turbine cascade endwall capable of obtaining the advantage of improving the performance of the entire turbine having a plurality of cascades by suppressing excessive winding that occurs on the rear surface of the turbine of the target cascade having irregularities. The purpose is to provide.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、環状に配列された複数のタービン翼のハブ側および/またはチップ側に位置するタービン翼列エンドウォールであって、0%Caxを軸方向におけるタービン翼の前縁位置、100%Caxを軸方向におけるタービン翼の後縁位置とし、0%ピッチをタービン翼の腹面における位置、100%ピッチを前記タービン翼の腹面と対向するタービン翼の背面における位置とした場合に、一のタービン翼と、このタービン翼に隣接配置されたタービン翼との間で、少なくとも略20%Caxから略50%Caxの範囲にわたってなだらかに隆起した第1の凸部が設けられており、かつ、該第1の凸部の略20%Caxにおける頂点が、30%ピッチから70%ピッチの範囲に設けられていることを特徴とする。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、第1の凸部近傍における静圧が低下し、作動流体の軸方向への流れが増加して、クロスフローが低減することとなる。
また、第1の凸部近傍における静圧が低下することにより、図3(b)に示すように、前縁上流キャビティーからの低温ガス(漏れ空気)が、エンドウォールの表面に沿ってより広い範囲(領域)に流れるようになり、エンドウォールがより効果的に冷却されることとなる。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The turbine cascade endwall according to the present invention is a turbine cascade endwall located on the hub side and / or tip side of a plurality of turbine blades arranged in an annular shape, and 0% Cax in front of the turbine blade in the axial direction. When the edge position, 100% Cax is the rear edge position of the turbine blade in the axial direction, 0% pitch is the position on the abdominal surface of the turbine blade, and 100% pitch is the position on the back surface of the turbine blade that faces the abdominal surface of the turbine blade. In addition, there is provided a first convex portion that gently rises over a range of at least about 20% Cax to about 50% Cax between one turbine blade and a turbine blade disposed adjacent to the turbine blade. And the apex in about 20% Cax of this 1st convex part is provided in the range of 30% pitch to 70% pitch. To.
According to such a turbine blade cascade end wall, the static pressure in the vicinity of the first convex portion is reduced, the flow of the working fluid in the axial direction is increased, and the cross flow is reduced.
Further, as the static pressure in the vicinity of the first convex portion decreases, as shown in FIG. 3 (b), the low temperature gas (leakage air) from the leading edge upstream cavity is further spread along the surface of the end wall. It flows in a wide range (region), and the end wall is cooled more effectively.
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、前記第1の凸部の略50%Caxにおける頂点が、前記第1の凸部の略20%Caxにおける頂点よりもそのピッチ位置において前記タービン翼の背面側に設けられていることを特徴とする。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、第1の凸部の略50%Caxにおける頂点近傍における静圧が低下することにより、図4に示すように、タービン翼の背面に発生する巻き上がりの開始位置が、図中の実線から破線のようにタービン翼の後縁側に移動し、巻き上がり(背面の二次流れ)が抑制されることとなる。
なお、0%Caxとは、軸方向におけるタービン翼の前縁位置のことを指し、100%Caxとは、軸方向におけるタービン翼の後縁位置のことを指している。また、0%ピッチとは、タービン翼の腹面における位置のことを指し、100%ピッチとは、タービン翼の背面における位置のことを指している。
In the turbine cascade endwall according to the present invention, the apex of the first convex portion at about 50% Cax is closer to the back side of the turbine blade at the pitch position than the apex of the first convex portion at about 20% Cax. It is provided in.
According to such a turbine blade cascade end wall, the static pressure in the vicinity of the apex of the first convex portion at approximately 50% Cax decreases, and as shown in FIG. Is moved from the solid line in the figure to the trailing edge side of the turbine blade as indicated by the broken line, and curling up (secondary flow on the back surface) is suppressed.
Note that 0% Cax refers to the position of the leading edge of the turbine blade in the axial direction, and 100% Cax refers to the position of the trailing edge of the turbine blade in the axial direction. The 0% pitch refers to the position on the abdominal surface of the turbine blade, and the 100% pitch refers to the position on the back surface of the turbine blade.
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、前記第1の凸部のよりも後縁側で、かつ隣接するタービン翼の腹面側に第2の凸部が設けられている。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、第2の凸部近傍における静圧が低下し、流出角度の増大を抑制することができる。
In the turbine blade cascade endwall according to the present invention, the second convex portion is provided on the rear edge side of the first convex portion and on the abdominal surface side of the adjacent turbine blade.
According to such a turbine blade cascade end wall, the static pressure in the vicinity of the second convex portion is reduced, and an increase in the outflow angle can be suppressed.
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、前記第1の凸部のよりも後縁側で、かつ隣接するタービン翼の背面側に凹部が設けられている。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、凹部近傍における静圧が増加し、流出角度の増大を抑制することができる。
The turbine blade cascade endwall according to the present invention is provided with a recess on the rear edge side of the first protrusion and on the back side of the adjacent turbine blade.
According to such a turbine blade cascade end wall, the static pressure in the vicinity of the concave portion is increased, and an increase in the outflow angle can be suppressed.
本発明によるタービンは、タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローが低減され、かつ流出角度の増大を抑制し、かつタービン翼の背面に発生する過度な巻き上がりが抑制されるタービン翼列エンドウォールを備えている。
このようなタービンによれば、凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能向上を図りつつ、かつ、クロスフローに伴う二次流れ及び巻き上がり(背面の二次流れ)伴って発生する二次流れ損失の増大が抑制され、複数の翼列を有するタービン全体の性能向上が図られることとなる。
In the turbine according to the present invention, the turbine blade cascade end in which the cross flow generated on the turbine blade cascade end wall is reduced, the increase in the outflow angle is suppressed, and the excessive winding generated on the rear surface of the turbine blade is suppressed. It has a wall.
According to such a turbine, while improving the performance of the blade row located downstream of the target blade row having irregularities, it is generated with the secondary flow and the roll-up (secondary flow on the back surface) accompanying the cross flow. Thus, the increase in the secondary flow loss is suppressed, and the performance of the entire turbine having a plurality of blade rows is improved.
本発明によれば、タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローを低減させることができるとともに、流出角度の増大を抑制し、かつタービン翼の背面に発生する過度な巻き上がりが抑制されるタービン翼列エンドウォールを備えており、複数の翼列を有するタービン全体の性能向上が図られる効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to reduce the crossflow generate | occur | produced on a turbine blade cascade end wall, the increase in the outflow angle is suppressed, and the excessive winding which generate | occur | produces in the back surface of a turbine blade is suppressed. The blade end wall is provided, and an effect of improving the performance of the entire turbine having a plurality of blade rows is achieved.
以下、本発明によるタービン翼列エンドウォールの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態によるタービン翼列エンドウォール(以下、「ハブエンドウォール」という)10は、一のタービン翼(本実施形態ではタービン動翼)Bと、このタービン翼Bに隣接配置されたタービン翼Bとの間に、第1の凸部11と、第2の凸部12と、凹部13とをそれぞれ有するものである。なお、図2中のハブエンドウォール10上に描いた実線は等高線を示している。
Hereinafter, an embodiment of a turbine cascade endwall according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, a turbine blade cascade endwall (hereinafter referred to as “hub endwall”) 10 according to the present embodiment includes one turbine blade (turbine blade in the present embodiment) B and this turbine. Between the turbine blades B arranged adjacent to the blades B, the
第1の凸部11は、略20%Caxの位置において略0%ピッチ〜略80%ピッチの範囲に、そして、略50%Caxの位置においてピッチ方向の略全体にわたってなだらかに(滑らかに)隆起した部分である。
ここで、0%Caxとは、軸方向におけるタービン翼Bの前縁位置のことを指し、100%Caxとは、軸方向におけるタービン翼Bの後縁位置のことを指している。また、0%ピッチとは、タービン翼Bの腹面における位置のことを指し、100%ピッチとは、タービン翼Bの背面における位置のことを指している。
The
Here, 0% Cax refers to the position of the leading edge of the turbine blade B in the axial direction, and 100% Cax refers to the position of the trailing edge of the turbine blade B in the axial direction. The 0% pitch refers to the position on the abdominal surface of the turbine blade B, and the 100% pitch refers to the position on the back surface of the turbine blade B.
第1の凸部11の前縁側の頂点は、略20%Caxの位置において略30%ピッチ〜略70%ピッチの範囲内(本実施形態では、約50ピッチ(ミッドピッチ)の位置)に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Bの背面に沿って(平行に)第1の稜線が略0%Caxのところまで延びている。また、この第1の凸部11の前縁側の頂点の高さ(凸量)は、略20%Caxの位置におけるピッチ(すなわち、一のタービン翼Bの腹面から隣接するタービン翼Bの背面までの距離)の約10%とされている。
The apex on the front edge side of the
一方、第1の凸部11の後縁側の頂点は、略50%Caxの位置(本実施形態では、約45%Caxの位置)において略50%ピッチ〜略95%ピッチの範囲内(本実施形態では、約60ピッチ(ミッドピッチ)の位置、すなわち、ピッチ位置において第1の凸部11の前縁側の頂点よりも隣接するタービン翼Bの背面側)に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Bの背面に向かって第2の稜線が略60%Caxのところまで延びている。また、この第1の凸部11の後縁側の頂点の高さ(凸量)は、略50%Caxの位置(本実施形態では、約45%Caxの位置)の位置におけるピッチの約10%とされている。
On the other hand, the apex on the rear edge side of the
さらに、第1の凸部11の頂部中央部(すなわち、前縁側の頂点と後縁側の頂点との間に位置する領域)は、前縁側の頂点と後縁側の頂点とを滑らかにつなぐような湾曲面とされている。 Further, the top central portion of the first convex portion 11 (that is, the region located between the apex on the front edge side and the apex on the rear edge side) smoothly connects the apex on the front edge side and the apex on the rear edge side. It is a curved surface.
第2の凸部12は、略70%Cax(あるいはスロート近傍)〜略120%Caxの範囲内で、かつ略0%ピッチ〜略50%ピッチ(本実施形態では0%ピッチ〜約30%ピッチ)の範囲内においてなだらかに(滑らかに)隆起した部分である。
第2の凸部12の前縁側の頂点は、約85%Caxの位置において約15ピッチの位置に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Bの背面に沿って(平行に)第4の稜線が略70%Caxのところまで延びている。また、この第2の凸部12の高さ(凸量)は、略85%Caxの位置におけるピッチの約10%とされている。
The second
The apex on the front edge side of the
一方、第2の凸部12の後縁側の頂点は、略100%Caxの位置において略15%ピッチの位置に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Bの背面に沿って(平行に)第5の稜線が略120%Caxのところまで延びている。また、この第2の凸部12の後縁側の高さ(凸量)は、前述した第2の凸部12の前縁側の高さ(凸量)と略同じ高さとなっている。
On the other hand, the apex on the rear edge side of the
凹部13は、略70%Cax(あるいはスロート近傍)〜略120%Caxの範囲内で、かつ略50%ピッチ〜略100%ピッチ(本実施形態では約30%ピッチ〜約100%ピッチ)の範囲内においてなだらかに(滑らかに)陥没した部分である。
凹部13の前縁側の底点は、約85%Caxの位置において約65ピッチの位置に形成されており、この位置から約60%Caxの位置でかつ約35%の位置に向かって略直線状に第1の谷線が延びている。また、この凹部13の深さ(凹量)は、略85%Caxの位置におけるピッチの約10%とされている。
The
The bottom point on the front edge side of the
一方、凹部13の後縁側の底点は、略100%Caxの位置において略70%ピッチの位置に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Bの背面に沿って(平行に)第2の谷線が略120%Caxのところまで延びている。また、この凹部13の後縁側の深さ(凹量)は、前述した凹部13の前縁側の深さ(凸量)と略同じ深さとなっている。
On the other hand, the bottom point on the rear edge side of the
本実施形態によるハブエンドウォール10によれば、第1の凸部11近傍の静圧を低下させることができ、作動流体の軸方向への流れを増加させることができるので、クロスフローを低減させることができるとともに、クロスフローに伴う二次流れ損失を低減させることができて、タービン性能の向上を図ることができる。
According to the
また、第1の凸部11近傍の静圧を低下させることにより、図3(b)に示すように、前縁上流キャビティーからの低温ガス(漏れ空気)を、ハブエンドウォール10の表面に沿ってより広い範囲(領域)に流すことができるようになり、ハブエンドウォール10の冷却効果を向上させることができる。なお、図3(a)は、第1の凸部11が形成されていないハブエンドウォール10aの表面における限界流線を示す図である。
Further, by reducing the static pressure in the vicinity of the first
さらに、第1の凸部11近傍の静圧を低下させることにより、図4に示すように、タービン翼の背面に発生する巻き上がりの開始位置を、図中の実線から破線のようにタービン翼Bの後縁側に遅らせることができるので、巻き上がり(背面の二次流れ)を抑制することができるとともに、タービン翼の背面に発生する巻き上がりに伴う二次流れ損失を低減させることができて、タービン性能の向上を図ることができる。なお、図4において符号14はチップエンドウォールを示している。
Further, by reducing the static pressure in the vicinity of the first
さらにまた、第2の凸部12および/または凹部13を設けることにより流出角度の増大を抑制することができる。このことは凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能を改善し、複数の翼列を有するタービン全体の性能を向上できる。
Furthermore, an increase in the outflow angle can be suppressed by providing the second
なお、上述した実施形態においては、エンドウォール10としてタービン動翼のハブエンドウォールを例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、タービン静翼のハブエンドウォールや、あるいはタービン動翼のチップエンドウォール、もしくはタービン静翼のチップエンドウォールに第1の凸部11、第2の凸部12、および凹部13を設けるようにすることもできる。
In the embodiment described above, the hub end wall of the turbine rotor blade has been described as an example of the
10 ハブエンドウォール(タービン翼列エンドウォール)
11 第1の凸部
12 第2の凸部
13 凹部
B タービン翼
10 Hub endwall (turbine cascade endwall)
11 1st
Claims (5)
0%Caxを軸方向におけるタービン翼の前縁位置、100%Caxを軸方向におけるタービン翼の後縁位置とし、0%ピッチをタービン翼の腹面における位置、100%ピッチを前記タービン翼の腹面と対向するタービン翼の背面における位置とした場合に、
一のタービン翼と、このタービン翼に隣接配置されたタービン翼との間で、少なくとも略20%Caxから略50%Caxの範囲にわたってなだらかに隆起した第1の凸部が設けられており、かつ、該第1の凸部の略20%Caxにおける頂点が、30%ピッチから70%ピッチの範囲に設けられていることを特徴とするタービン翼列エンドウォール。 A turbine cascade endwall located on a hub side and / or a tip side of a plurality of turbine blades arranged in an annular shape,
0% Cax is the leading edge position of the turbine blade in the axial direction, 100% Cax is the trailing edge position of the turbine blade in the axial direction, 0% pitch is the position on the abdominal surface of the turbine blade, and 100% pitch is the abdominal surface of the turbine blade. When the position is at the back of the opposite turbine blade,
A first convex portion is provided between the one turbine blade and the turbine blade disposed adjacent to the turbine blade, and the first convex portion gently protrudes over a range of at least about 20% Cax to about 50% Cax; and The turbine blade cascade endwall is characterized in that the apex at approximately 20% Cax of the first convex portion is provided in a range of 30% pitch to 70% pitch.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080701 |