JP2009108834A - スキーラ付きタービン動翼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスタービン用のタービン動翼10。タービン動翼のチップ部外縁から半径方向外方にケーシング又はシュラウド近傍まで延び、その内側に凹部を形成する翼形状のスキーラ12を備え、スキーラの背側部分にタービン動翼の背側のみに連通する切欠部14を有する。
【選択図】図2
Description
そのため、特許文献1のタービン翼は、図7に示すように、動翼を冷却するための各吹き出し孔38,39は、上流側開口部38b,39bよりも下流側開口部38a,39aの方が大きい断面積を有して動翼の頂部に形成される。そしてこれらの形状は、テーパ形状T1,T2または段付き形状とされ、より好ましくは下流側開口部38a,39aが上流側開口部38b,39bよりも移動方向に偏心している構成としている。さらに、チップスキーラー37が形成されている場合、この側面をくり抜くように各吹き出し孔38を形成するものである。
しかし、スキーラ付きタービン動翼は、チップ部における高圧側(腹側)と低圧側(背側)をさえぎる壁厚が薄いため、高圧側から低圧側にスキーラ部を介して流れるガス量が増加し、かつそれに伴い漏れガス流の渦強さも強くなり、タービンの効率が低下する問題点があった。
なお、切欠きを複数設けても同様の効果が期待できる。
該タービン動翼のチップ部外縁から半径方向外方にケーシング又はシュラウド近傍まで延び、その内側に凹部を形成する翼形状のスキーラを備え、
該スキーラの背側部分にタービン動翼の背側のみに連通する切欠部を有する、ことを特徴とするスキーラ付きタービン動翼が提供される。
従って、スキーラの背側部分に切欠部を設けることで、翼端漏れガスの渦強さを低減することができ、タービン動翼のロスを低減し、タービンの効率を高めることができる。
なお、切欠きを複数設けても同様の効果が期待できる。
この図において、Xはタービンの軸方向、Zはタービンの半径方向、Yはタービンの周方向を示す直交座標軸である。
図2(A)(B)のガスタービン用のタービン動翼10,1は、いずれもタービン動翼のチップ部外縁から半径方向外方にケーシング又はシュラウド近傍まで延び、その内側に凹部13を形成する翼形状のスキーラ12,2を備える点で共通する。
スキーラ12の高さ(Z方向の寸法)は、タービン動翼10の翼部末端(ルート部)からケーシング又はシュラウドの内面までの半径方向長さ(すなわちスパン)の0.5〜1.5%の範囲であり、その全面がケーシング又はシュラウドに一定の隙間を隔てて対向している。
また、切欠部14の高さ(Z方向の寸法)は、スキーラ12の高さと同一またはこれより低く設定されている。
なお、切欠部14の位置は、後述する実施例から、前縁から45%以上、75%以下の範囲に、1又は複数設けるのがよい。
タービン動翼の背側には翼面に沿って流れる強い主流(図示せず)が形成されているので、漏れガス3は主流にスムースに合流して主流とともに翼面に沿って流れ、渦がほとんど発生しないようにできる。
従って、スキーラ12の背側部分に切欠部14を設けることで、翼端漏れガス3の渦強さを低減することができ、タービン動翼のロスを低減し、タービンの効率を高めることができる。
なお、切欠きを複数設けても同様の効果が期待できる。
タイプ1の切欠部14の位置は、タービン動翼の背側の最も流れが急変する部分に相当する。
タイプ3の切欠部14の位置は、タービン動翼の背側の後縁に近接した位置である。
タイプ2の切欠部14の位置は、タイプ1とタイプ3の中間であり、背側の流れに変化が少ない領域にある。
図4(A)〜図4(C)は、各タイプの漏れガスの流れを示す図である。この図において、各図のそれぞれ左図がCFD解析により得られた漏れガスの流線を示す解析画像であり、右図はそのスケッチ図である。各解析画像における矢印は、切欠部14の位置を示している。
タイプ3のスキーラでは、図4(C)に示すように、タービン動翼の背側の後縁に近いところから流出した漏れガス3により、背側を流れる主流が影響を受けて、中間から後縁付近に渦4が発生している。従って、同様にこの渦4により、チップ部周辺における流れの損失が増大し、タービン動翼のロスが増加することが予測される。
従って、渦によるタービン動翼のロスを低減し、タービンの効率を高めることができることが予測される。
この図から、タイプ1、3のスキーラでは、切欠部のないスキーラよりも損失係数が増大しているが、タイプ2のスキーラでは、切欠部のないスキーラよりも損失係数が減少している。この減少率は、切欠部のないスキーラに対し、約3%減であった。
この図から、タイプ1、3のスキーラでは、切欠部のないスキーラよりもスパン0.7〜1.0の領域で、部分的に損失係数が増大しているが、タイプ2のスキーラでは、スパン0.7〜1.0の領域で、切欠部のないスキーラよりも全体的に損失係数が減少していることがわかる。
従って、本発明によれば、スキーラの背側部分の適切な位置に切欠部を設けることで、翼端漏れガスの渦強さを低減することができ、タービン動翼のロスを低減し、タービンの効率を高めることができる。
10 スキーラ付きタービン動翼、12 スキーラ、14 切欠部
Claims (2)
- ガスタービン用のタービン動翼であって、
該タービン動翼のチップ部外縁から半径方向外方にケーシング又はシュラウド近傍まで延び、その内側に凹部を形成する翼形状のスキーラを備え、
該スキーラの背側部分にタービン動翼の背側のみに連通する切欠部を有する、ことを特徴とするスキーラ付きタービン動翼。 - 前記切欠部は、前記チップ部における前縁から後縁までの軸方向コード長に対し、前縁から45%以上、75%以下の範囲に、1又は複数設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載のスキーラ付きタービン動翼。
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