JP2009243395A - Turbine blade - Google Patents

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JP2009243395A JP2008092506A JP2008092506A JP2009243395A JP 2009243395 A JP2009243395 A JP 2009243395A JP 2008092506 A JP2008092506 A JP 2008092506A JP 2008092506 A JP2008092506 A JP 2008092506A JP 2009243395 A JP2009243395 A JP 2009243395A
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Kosuke Sudo
浩輔 須藤
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IHI Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine blade capable of preventing a crack or breakage even when resonance occurs. <P>SOLUTION: This turbine blade 1 is the turbine blade of a radial turbine having an inlet of fluid in a radial direction and an outlet of the fluid in an axial direction, and blade thickness distribution is set so that a blade surface extended to the front and rear sides of the maximum blade thickness part forms a protrusion. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、タービン翼の構造に関し、特に、過給機等に使用されるラジアルタービンのタービン翼の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a turbine blade, and more particularly to a structure of a turbine blade of a radial turbine used for a supercharger or the like.

過給機(ターボチャージャ)等の流体機械に使用されるラジアルタービンは、径方向から排気ガス等の流体が供給されてタービン翼車が回転されることにより、流体のエネルギーを回収して回転軸に動力を出力し、仕事を終えた流体を軸方向に排出する装置である。ここで、図6は、一般的なラジアルタービンの構成部品を示す図であり、(A)はタービン翼車の正面図、(B)はタービン翼の側面図である。図6(A)に示すように、ラジアルタービンのタービン翼車は、複数のタービン翼61と、末広がりに拡径されたタービンディスク62と、を有し、タービンディスク62上にタービン翼61が立設されている。タービン翼61は、図6(B)に示すように、入口側の前縁端部を構成するリーディングエッジ61aと、出口側の後縁端部を構成するトレーリングエッジ61bと、を有し、一般に、タービンディスク62に近い側をハブ面61c、タービンハウジング(図示せず)に近い側をチップ面61dと称する。   A radial turbine used for a fluid machine such as a turbocharger (turbocharger) recovers fluid energy by supplying fluid such as exhaust gas from the radial direction and rotating a turbine impeller to rotate a rotating shaft. This is a device that outputs power to the cylinder and discharges the finished fluid in the axial direction. Here, FIG. 6 is a figure which shows the component of a general radial turbine, (A) is a front view of a turbine impeller, (B) is a side view of a turbine blade. As shown in FIG. 6 (A), the turbine wheel of the radial turbine has a plurality of turbine blades 61 and a turbine disk 62 having an enlarged diameter at the end, and the turbine blade 61 stands on the turbine disk 62. It is installed. As shown in FIG. 6 (B), the turbine blade 61 includes a leading edge 61a that constitutes a front edge end portion on the inlet side, and a trailing edge 61b that constitutes a rear edge end portion on the outlet side. Generally, the side close to the turbine disk 62 is referred to as a hub surface 61c, and the side close to a turbine housing (not shown) is referred to as a tip surface 61d.

かかるタービン翼61は、タービン翼車の回転により、リーディングエッジ61a側から供給される流体と順に衝突することになるため、タービン翼61は振動を生じ易い。この振動が、タービン翼61の固有振動数と一致した場合には、タービン翼61は共振し、亀裂が生じたり、破損したりする原因となる。特に、タービン翼61のトレーリングエッジ61b及びチップ面61dに近い部分、例えば、図6(B)の破線で囲った領域αにおいて、亀裂や破損を生じ易い。タービン翼61の振動には、特許文献1に記載されたように、1次モードと2次モードとが存在していることが知られている。一般に、固有振動数を有する振動部材の設計において、共振点を避ける手法又は共振に耐える手法のいずれかが採用される。特許文献1に記載された手法は、低い1次モードの振動数を高い2次モードの振動数に近づけるように設計しており、共振点を避ける手法に属する。   Since the turbine blade 61 collides in sequence with the fluid supplied from the leading edge 61a side by the rotation of the turbine impeller, the turbine blade 61 is likely to vibrate. When this vibration coincides with the natural frequency of the turbine blade 61, the turbine blade 61 resonates and causes cracking or breakage. In particular, a portion near the trailing edge 61b and the tip surface 61d of the turbine blade 61, for example, a region α surrounded by a broken line in FIG. It is known that the vibration of the turbine blade 61 includes a primary mode and a secondary mode as described in Patent Document 1. Generally, in the design of a vibration member having a natural frequency, either a technique for avoiding a resonance point or a technique for withstanding resonance is employed. The technique described in Patent Document 1 is designed to make the frequency of the low primary mode close to the frequency of the high secondary mode, and belongs to the technique of avoiding the resonance point.

特開平8−246801号公報JP-A-8-246801

しかしながら、共振点を避ける手法では、振動部材の使用条件等によっては共振点を避けきれない場合や、完全に共振点を避ける設計をすること自体が困難な場合もある。したがって、共振点を避ける手法により設計されたタービン翼では、共振に弱く、一度共振してしまうとその振動に耐え切れずに亀裂や破損を生じてしまうという問題がある。   However, in the method of avoiding the resonance point, there are cases where the resonance point cannot be avoided depending on the use conditions of the vibrating member or the design itself that completely avoids the resonance point may be difficult. Therefore, turbine blades designed by a technique that avoids the resonance point are vulnerable to resonance, and once resonated, there is a problem that cracks and breakage occur without being able to withstand the vibration.

本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、共振した場合であっても亀裂や破損を生じ難いタービン翼を提供することを目的とする。   The present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a turbine blade that is less likely to crack or break even when resonating.

本発明によれば、径方向に流体の入口を有し軸方向に流体の出口を有するラジアルタービンのタービン翼であって、最大翼厚部の前後に渡る翼表面が凸部を形成するように翼厚分布を設定した、ことを特徴とするタービン翼が提供される。   According to the present invention, a turbine blade of a radial turbine having a fluid inlet in a radial direction and a fluid outlet in an axial direction, the blade surface extending before and after the maximum blade thickness portion forms a convex portion. A turbine blade characterized by setting a blade thickness distribution is provided.

前記凸部は、翼高さの15%〜80%の範囲に形成されていてもよいし、翼高さの50%〜80%の範囲に形成されていてもよい。   The convex portion may be formed in a range of 15% to 80% of the blade height, or may be formed in a range of 50% to 80% of the blade height.

前記タービン翼は、前記最大翼厚部よりも入口側に変曲点が配置されていることが好ましい。例えば、前記タービン翼の出口側を0とし入口側を1として翼長方向位置を翼長比率で表現した場合に、前記変曲点は、0.6〜0.9の範囲に配置される。   In the turbine blade, an inflection point is preferably arranged on the inlet side of the maximum blade thickness portion. For example, in the case where the outlet side of the turbine blade is 0 and the inlet side is 1, and the position in the blade length direction is expressed as a blade length ratio, the inflection point is arranged in the range of 0.6 to 0.9.

前記翼厚分布は、前記タービン翼の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として前記翼厚分布を翼厚比率で表現した場合に、前記翼厚比率が0.5以上となる部分が翼長の80%以下の割合となるように設定してもよい。また、前記翼厚分布は、前記翼厚比率が0.6以上となる部分が70%以下の割合となるように設定してもよいし、前記翼厚比率が0.7以上となる部分が60%以下の割合となるように設定してもよいし、前記翼厚比率が0.8以上となる部分が50%以下の割合となるように設定してもよいし、前記翼厚比率が0.9以上となる部分が40%以下の割合となるように設定してもよい。   The blade thickness distribution is such that when the minimum blade thickness of the turbine blade is 0 and the maximum blade thickness is 1 and the blade thickness distribution is expressed as a blade thickness ratio, the blade thickness ratio is 0.5 or more. You may set so that it may become a ratio of 80% or less of length. Further, the blade thickness distribution may be set so that a portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more is a ratio of 70% or less, or a portion where the blade thickness ratio is 0.7 or more. It may be set so that the ratio is 60% or less, the part where the blade thickness ratio is 0.8 or more may be set so that the ratio is 50% or less, and the blade thickness ratio is You may set so that the part which becomes 0.9 or more may be a ratio of 40% or less.

上述した本発明のタービン翼によれば、最大翼厚部の前後に渡る翼表面が凸部を形成するように翼厚分布を設定したことにより、共振に強いタービン翼を得ることができ、タービン翼が共振した場合であっても亀裂や破損を生じ難くすることができる。また、前記凸部を翼高さの所定の範囲に形成することにより、効果的に共振に強いタービン翼を得ることができる。また、所定の位置に変曲点を配置することにより、効果的に前記凸部を形成することができる。また、所定の翼厚比率を満たす部分が所定の割合となるように翼厚分布を設定することにより、効果的に前記凸部を形成することができる。   According to the turbine blade of the present invention described above, the blade thickness distribution is set so that the blade surface extending before and after the maximum blade thickness portion forms a convex portion, whereby a turbine blade resistant to resonance can be obtained. Even when the wings resonate, cracks and breakage can be made difficult to occur. Further, by forming the convex portion within a predetermined range of the blade height, a turbine blade that is effectively resistant to resonance can be obtained. Moreover, the said convex part can be effectively formed by arrange | positioning an inflection point in a predetermined position. Moreover, the said convex part can be effectively formed by setting blade | wing thickness distribution so that the part which satisfy | fills a predetermined | prescribed blade | wing thickness ratio becomes a predetermined | prescribed ratio.

以下、本発明の実施形態について図1〜図5を用いて説明する。ここで、図1は、本発明に係るタービン翼を示す図であり、(A)は第一実施形態、(B)は第二実施形態を示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a figure which shows the turbine blade which concerns on this invention, (A) is 1st embodiment, (B) has shown 2nd embodiment.

図1(A)及び(B)に示した本発明に係るタービン翼1は、径方向に流体の入口を有し軸方向に流体の出口を有するラジアルタービンのタービン翼であって、最大翼厚部の前後に渡る翼表面が凸部を形成するように翼厚分布が設定されている。前記タービン翼1は、タービンディスク2上に立設されており、入口側の前縁端部を構成するリーディングエッジ1aと、出口側の後縁端部を構成するトレーリングエッジ1bと、タービンディスク2に立設された面であるハブ面1cと、タービンハウジング(図示せず)に対峙したチップ面1dと、を有する。   A turbine blade 1 according to the present invention shown in FIGS. 1A and 1B is a turbine blade of a radial turbine having a fluid inlet in a radial direction and a fluid outlet in an axial direction, and has a maximum blade thickness. The blade thickness distribution is set so that the blade surface extending before and after the portion forms a convex portion. The turbine blade 1 is erected on a turbine disk 2, and includes a leading edge 1a constituting a front edge end portion on the inlet side, a trailing edge 1b constituting a rear edge end portion on the outlet side, and a turbine disk. 2 has a hub surface 1c which is a surface erected on 2 and a tip surface 1d facing a turbine housing (not shown).

図1(A)に示した第一実施形態は、前記凸部を翼高さ方向の広い範囲に形成したものである。なお、本発明において「翼高さ」とは、ハブ面1cに垂線を立てた場合のハブ面1cからチップ面1dまでのスパンSを意味する。一般に、タービン翼1の最大翼厚部は、図の破線で囲まれた領域T1の範囲(例えば、タービン翼1の出口側を0とし入口側を1として翼長方向位置を翼長比率で表現した場合の0.3〜0.5の範囲)に設定されることが多い。そして、第一実施形態における領域T1は、最大翼厚部における翼高さ(スパンS)の15%〜80%の範囲を含むように設定されており、領域T1の部分が凸部となるように翼厚分布が設定されている。なお、ここでは、領域T1を円形状に示したが、楕円形状や多角形状に設定してもよいし、ハブ面1c及びチップ面1dに沿う形状に設定してもよい。このように、領域T1の範囲に凸部を形成することにより、共振に強いタービン翼を得ることができる。   In the first embodiment shown in FIG. 1A, the convex portion is formed in a wide range in the blade height direction. In the present invention, the “blade height” means a span S from the hub surface 1c to the tip surface 1d when a perpendicular is made to the hub surface 1c. In general, the maximum blade thickness portion of the turbine blade 1 is a range of a region T1 surrounded by a broken line in the figure (for example, the outlet side of the turbine blade 1 is 0 and the inlet side is 1, and the blade length direction position is expressed by the blade length ratio. In many cases, it is set within the range of 0.3 to 0.5. The region T1 in the first embodiment is set so as to include a range of 15% to 80% of the blade height (span S) in the maximum blade thickness portion, and the portion of the region T1 becomes a convex portion. Has a blade thickness distribution. Here, the region T1 is shown in a circular shape, but may be set in an elliptical shape or a polygonal shape, or may be set in a shape along the hub surface 1c and the chip surface 1d. In this way, by forming the convex portion in the range of the region T1, a turbine blade resistant to resonance can be obtained.

図1(B)に示した第二実施形態は、前記凸部を翼高さ方向の狭い範囲に形成したものである。第二実施形態における領域T2は、最大翼厚部における翼高さ(スパンS)の50%〜80%の範囲を含むように設定されており、領域T2の部分が凸部となるように翼厚分布が設定されている。なお、ここでは、領域T1を楕円形状に示したが、円形状や多角形状に設定してもよいし、ハブ面1c及びチップ面1dに沿う形状に設定してもよい。一般に、タービン翼は、ハブ面1c側が厚く、チップ面1d側が薄く形成されているため、比較的薄く形成されている領域T2に凸部を形成することにより、共振に強いタービン翼を効果的に形成することができる。   In the second embodiment shown in FIG. 1B, the convex portion is formed in a narrow range in the blade height direction. The region T2 in the second embodiment is set so as to include a range of 50% to 80% of the blade height (span S) in the maximum blade thickness portion, and the region T2 has a convex portion. The thickness distribution is set. Here, although the region T1 is shown as an elliptical shape, it may be set in a circular shape or a polygonal shape, or may be set in a shape along the hub surface 1c and the chip surface 1d. In general, since the turbine blade is thick on the hub surface 1c side and thin on the tip surface 1d side, by forming a convex portion in the region T2 formed relatively thin, the turbine blade resistant to resonance can be effectively formed. Can be formed.

次に、本発明に係るタービン翼の翼厚分布について説明する。ここで、図2は、本発明に係るタービン翼の翼厚分布を示す図であり、(A)は変曲点の位置を示し、(B)は翼厚比率が0.6以上の部分の翼長に対する割合を示している。各図において、縦軸は翼厚比率を示し、横軸は翼長比率を示し、図示した翼厚分布は翼高さ50%の位置の翼厚分布を示している。なお、「翼厚比率」とは、タービン翼1の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として翼厚を比率で表現したものであり、「翼長比率」とは、タービン翼1の出口側(トレーリングエッジ1b)を0とし入口側(リーディングエッジ1a)を1として翼長方向位置を比率で表現したものである。   Next, the blade thickness distribution of the turbine blade according to the present invention will be described. Here, FIG. 2 is a view showing the blade thickness distribution of the turbine blade according to the present invention, (A) shows the position of the inflection point, and (B) shows the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more. The ratio to the wing length is shown. In each figure, the vertical axis indicates the blade thickness ratio, the horizontal axis indicates the blade length ratio, and the illustrated blade thickness distribution indicates the blade thickness distribution at a position where the blade height is 50%. The “blade thickness ratio” is the ratio of the blade thickness expressed as a ratio, where the minimum blade thickness of the turbine blade 1 is 0 and the maximum blade thickness is 1, and the “blade length ratio” is the outlet of the turbine blade 1. The blade length direction position is expressed as a ratio, with 0 on the side (trailing edge 1b) and 1 on the inlet side (leading edge 1a).

図2(A)に示すように、従来例の翼厚分布を●と破線で示し、本発明に係る実施例1を□と実線で示し、実施例2を△と実線で示している(図2(B)以降も同じ)。また、変曲点は○と×を組み合わせた印で表現されており、実施例1の変曲点をP1、実施例2の変曲点をP2とする。なお、実施例1及び実施例2の翼厚分布は、図1に示した第一実施形態及び第二実施形態のそれぞれに適用し得るものである。   As shown in FIG. 2A, the blade thickness distribution of the conventional example is indicated by ● and a broken line, Example 1 according to the present invention is indicated by □ and a solid line, and Example 2 is indicated by Δ and a solid line (FIG. 2). The same applies to 2 (B) and thereafter. The inflection point is expressed by a mark combining ◯ and x, and the inflection point of Example 1 is P1, and the inflection point of Example 2 is P2. In addition, the blade thickness distribution of Example 1 and Example 2 can be applied to each of the first embodiment and the second embodiment shown in FIG.

図2(A)に示すように、従来例、実施例1及び実施例2の翼厚分布は、翼長比率0.4の位置に最大翼厚部を有する。そして、従来例の翼厚分布は、翼長比率0〜1の範囲において変曲点を有さない上に凸な曲線で表現される。一方、実施例1及び実施例2の翼厚分布は、最大翼厚部(翼長比率0.4)よりも入口側に変曲点P1及びP2が配置されている。具体的には、実施例1の変曲点P1は翼長比率が約0.7の位置に配置されており、実施例2の変曲点P2は翼長比率が約0.85の位置に配置されている。これらの実施例のように、最大翼厚部と入口側との間(ここでは、翼長比率0.4〜1.0の範囲)に変曲点P1,P2を配置することにより、入口側と変曲点P1,P2との間に下に凸な曲線を描くことができ、最大翼厚部の前後に渡る翼表面に凸部を形成することができる。かかる凸部を効果的に形成するためには、図の一点鎖線で囲まれた領域Uに変曲点P1,P2を配置することが好ましい。具体的には、変曲点P1,P2は、翼長比率0.6〜0.9の範囲に配置されることが好ましい。また、前記凸部を効果的に形成するために、最大翼厚部から出口側の部分の翼厚分布を直線的に漸減するように設定してもよい。   As shown in FIG. 2A, the blade thickness distributions of the conventional example, the first embodiment, and the second embodiment have the maximum blade thickness portion at a position where the blade length ratio is 0.4. The blade thickness distribution of the conventional example is expressed by an upwardly convex curve having no inflection point in the range of the blade length ratio 0-1. On the other hand, in the blade thickness distribution of Example 1 and Example 2, the inflection points P1 and P2 are arranged on the inlet side of the maximum blade thickness part (blade length ratio 0.4). Specifically, the inflection point P1 of Example 1 is arranged at a position where the blade length ratio is about 0.7, and the inflection point P2 of Example 2 is located at a position where the blade length ratio is about 0.85. Is arranged. As in these embodiments, by arranging the inflection points P1 and P2 between the maximum blade thickness portion and the inlet side (here, the blade length ratio is in the range of 0.4 to 1.0), the inlet side And inflection points P1 and P2, a downward convex curve can be drawn, and a convex portion can be formed on the blade surface across the front and rear of the maximum blade thickness portion. In order to effectively form such a convex portion, it is preferable to arrange the inflection points P1 and P2 in a region U surrounded by a one-dot chain line in the figure. Specifically, the inflection points P1 and P2 are preferably arranged in the range of the blade length ratio 0.6 to 0.9. Further, in order to effectively form the convex portion, the blade thickness distribution in the portion on the outlet side from the maximum blade thickness portion may be set to be gradually decreased linearly.

上述した実施例1及び実施例2の翼厚分布は、翼厚比率を用いて定義することもできる。図2(B)は、翼厚比率が0.6以上の部分の翼長に対する割合を示している。ここで、従来例において翼厚比率が0.6以上の部分の長さをLP、実施例1において翼厚比率が0.6以上の部分の長さをL1、実施例2において翼厚比率が0.6以上の部分の長さをL2とする。従来例のタービン翼においては、全体的に上に凸に翼厚分布が設定されているため、翼厚比率が0.6以上の部分の長さLPが長くなりやすく、翼長比率が約0.06〜約0.83の範囲に渡り、翼長に対して77%の割合を占めている。一方、実施例1及び実施例2のタービン翼では、最大翼厚部の前後に渡る翼表面に凸部を形成するように翼厚分布が設定されているため、翼厚比率が0.6以上の部分の長さL1,L2が短く設定される。具体的には、実施例1における翼厚比率が0.6以上の部分の長さL1は、翼長比率が約0.11〜約0.66の範囲に渡り、翼長に対して約55%の割合を占めている。また、実施例2における翼厚比率が0.6以上の部分の長さL2は、翼長比率が約0.13〜約0.73の範囲に渡り、翼長に対して約60%の割合を占めている。これらの実施例1,2と従来例の翼厚分布を比較すれば、翼厚比率が0.6以上となる部分が翼長に対して70%以下の割合、好ましくは約60%以下の割合となるように翼厚分布を設定することにより、共振に強いタービン翼を得ることができる。   The blade thickness distribution of the first and second embodiments described above can also be defined using the blade thickness ratio. FIG. 2 (B) shows the ratio of the blade thickness ratio to the blade length in the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more. Here, in the conventional example, the length of the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more is LP, in Example 1, the length of the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more is L1, and in Example 2, the blade thickness ratio is The length of the portion of 0.6 or more is L2. In the turbine blade of the conventional example, since the blade thickness distribution is set to be convex upward as a whole, the length LP of the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more tends to be long, and the blade length ratio is about 0. It accounts for 77% of the blade length over the range of .06 to about 0.83. On the other hand, in the turbine blades of Example 1 and Example 2, since the blade thickness distribution is set so that convex portions are formed on the blade surface over the front and rear of the maximum blade thickness portion, the blade thickness ratio is 0.6 or more. The lengths L1 and L2 of the portion are set to be short. Specifically, the length L1 of the portion having the blade thickness ratio of 0.6 or more in the first embodiment is about 55 to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.11 to about 0.66. % Accounted for. Further, the length L2 of the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more in the embodiment 2 is a ratio of about 60% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.13 to about 0.73. Accounted for. Comparing the blade thickness distributions of Examples 1 and 2 and the conventional example, the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more is 70% or less, preferably about 60% or less of the blade length. By setting the blade thickness distribution so as to be, a turbine blade strong against resonance can be obtained.

上述した実施例1及び実施例2の翼厚分布は、他の翼厚比率を用いて定義することもできる。ここで、図3は、本発明に係るタービン翼の翼厚分布を示す図であり、(A)は翼厚比率が0.5以上の部分の翼長に対する割合を示し、(B)は翼厚比率が0.7以上の部分の翼長に対する割合を示している。また、図4は、本発明に係るタービン翼の翼厚分布を示す図であり、(A)は翼厚比率が0.8以上の部分の翼長に対する割合を示し、(B)は翼厚比率が0.9以上の部分の翼長に対する割合を示している。   The blade thickness distribution of the first and second embodiments described above can also be defined using other blade thickness ratios. Here, FIG. 3 is a view showing the blade thickness distribution of the turbine blade according to the present invention, wherein (A) shows the ratio of the blade thickness ratio to a blade length of 0.5 or more, and (B) shows the blade thickness. The ratio with respect to the blade length of the part whose thickness ratio is 0.7 or more is shown. FIG. 4 is a view showing the blade thickness distribution of the turbine blade according to the present invention, where (A) shows the ratio of the blade thickness ratio to the blade length of the portion of 0.8 or more, and (B) shows the blade thickness. The ratio with respect to the blade length of the part whose ratio is 0.9 or more is shown.

図3(A)に示すように、従来例のタービン翼においては、翼厚比率が0.5以上の部分の長さLPは、翼長比率が約0.05〜約0.86の範囲に渡り、翼長に対して81%の割合を占めている。また、実施例1における翼厚比率が0.5以上の部分の長さL1は、翼長比率が約0.06〜約0.71の範囲に渡り、翼長に対して約65%の割合を占めている。また、実施例2における翼厚比率が0.5以上の部分の長さL2は、翼長比率が約0.11〜約0.77の範囲に渡り、翼長に対して約66%の割合を占めている。これらの実施例1,2と従来例の翼厚分布を比較すれば、翼厚比率が0.5以上となる部分が翼長に対して80%以下の割合、好ましくは約70%以下の割合となるように翼厚分布を設定することにより、共振に強いタービン翼を得ることができる。   As shown in FIG. 3A, in the conventional turbine blade, the length LP of the portion where the blade thickness ratio is 0.5 or more is in the range of the blade length ratio of about 0.05 to about 0.86. It accounts for 81% of the wing length. Further, the length L1 of the portion where the blade thickness ratio in the first embodiment is 0.5 or more is a ratio of about 65% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.06 to about 0.71. Accounted for. Further, the length L2 of the portion having the blade thickness ratio of 0.5 or more in Example 2 is a ratio of about 66% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.11 to about 0.77. Accounted for. Comparing the blade thickness distributions of Examples 1 and 2 and the conventional example, the portion where the blade thickness ratio is 0.5 or more is 80% or less, preferably about 70% or less of the blade length. By setting the blade thickness distribution so as to be, a turbine blade strong against resonance can be obtained.

図3(B)に示すように、従来例のタービン翼においては、翼厚比率が0.7以上の部分の長さLPは、翼長比率が約0.1〜約0.77の範囲に渡り、翼長に対して67%の割合を占めている。また、実施例1における翼厚比率が0.7以上の部分の長さL1は、翼長比率が約0.15〜約0.62の範囲に渡り、翼長に対して約47%の割合を占めている。また、実施例2における翼厚比率が0.7以上の部分の長さL2は、翼長比率が約0.17〜約0.67の範囲に渡り、翼長に対して約50%の割合を占めている。これらの実施例1,2と従来例の翼厚分布を比較すれば、翼厚比率が0.7以上となる部分が翼長に対して60%以下の割合、好ましくは約50%以下の割合となるように翼厚分布を設定することにより、共振に強いタービン翼を得ることができる。   As shown in FIG. 3B, in the conventional turbine blade, the length LP of the portion where the blade thickness ratio is 0.7 or more is in the range of the blade length ratio of about 0.1 to about 0.77. It accounts for 67% of the wing length. Further, the length L1 of the portion where the blade thickness ratio is 0.7 or more in Example 1 is a ratio of about 47% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.15 to about 0.62. Accounted for. Further, the length L2 of the portion where the blade thickness ratio is 0.7 or more in the embodiment 2 is a ratio of about 50% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.17 to about 0.67. Accounted for. Comparing the blade thickness distributions of Examples 1 and 2 and the conventional example, the portion where the blade thickness ratio is 0.7 or more is 60% or less, preferably about 50% or less of the blade length. By setting the blade thickness distribution so as to be, a turbine blade strong against resonance can be obtained.

図4(A)に示すように、従来例のタービン翼においては、翼厚比率が0.8以上の部分の長さLPは、翼長比率が約0.13〜約0.73の範囲に渡り、翼長に対して60%の割合を占めている。また、実施例1における翼厚比率が0.8以上の部分の長さL1は、翼長比率が約0.2〜約0.57の範囲に渡り、翼長に対して約37%の割合を占めている。また、実施例2における翼厚比率が0.8以上の部分の長さL2は、翼長比率が約0.22〜約0.63の範囲に渡り、翼長に対して約41%の割合を占めている。これらの実施例1,2と従来例の翼厚分布を比較すれば、翼厚比率が0.8以上となる部分が翼長に対して50%以下の割合、好ましくは約45%以下の割合となるように翼厚分布を設定することにより、共振に強いタービン翼を得ることができる。   As shown in FIG. 4A, in the conventional turbine blade, the length LP of the portion where the blade thickness ratio is 0.8 or more is in the range of the blade length ratio of about 0.13 to about 0.73. It accounts for 60% of the wing length. Further, the length L1 of the portion where the blade thickness ratio is 0.8 or more in Example 1 is a ratio of about 37% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.2 to about 0.57. Accounted for. Further, the length L2 of the portion where the blade thickness ratio is 0.8 or more in Example 2 is a ratio of about 41% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.22 to about 0.63. Accounted for. Comparing the blade thickness distributions of Examples 1 and 2 and the conventional example, the portion where the blade thickness ratio is 0.8 or more is a ratio of 50% or less with respect to the blade length, preferably a ratio of about 45% or less. By setting the blade thickness distribution so as to be, a turbine blade strong against resonance can be obtained.

図4(B)に示すように、従来例のタービン翼においては、翼厚比率が0.9以上の部分の長さLPは、翼長比率が約0.2〜約0.65の範囲に渡り、翼長に対して45%の割合を占めている。また、実施例1における翼厚比率が0.9以上の部分の長さL1は、翼長比率が約0.25〜約0.52の範囲に渡り、翼長に対して約27%の割合を占めている。また、実施例2における翼厚比率が0.9以上の部分の長さL2は、翼長比率が約0.27〜約0.56の範囲に渡り、翼長に対して約29%の割合を占めている。これらの実施例1,2と従来例の翼厚分布を比較すれば、翼厚比率が0.9以上となる部分が翼長に対して40%以下の割合、好ましくは約30%以下の割合となるように翼厚分布を設定することにより、共振に強いタービン翼を得ることができる。   As shown in FIG. 4B, in the conventional turbine blade, the length LP of the portion where the blade thickness ratio is 0.9 or more is in the range of the blade length ratio of about 0.2 to about 0.65. It accounts for 45% of the wing length. In addition, the length L1 of the portion where the blade thickness ratio is 0.9 or more in Example 1 is a ratio of about 27% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.25 to about 0.52. Accounted for. Further, the length L2 of the portion where the blade thickness ratio is 0.9 or more in Example 2 is a ratio of about 29% with respect to the blade length over the range of the blade length ratio of about 0.27 to about 0.56. Accounted for. Comparing the blade thickness distributions of Examples 1 and 2 and the conventional example, the portion where the blade thickness ratio is 0.9 or more is 40% or less, preferably about 30% or less of the blade length. By setting the blade thickness distribution so as to be, a turbine blade strong against resonance can be obtained.

本発明に係るタービン翼の翼厚分布について、実施例1及び実施例2に基づいて翼厚比率を用いて定義した場合に、各翼厚比率の条件を満たす部分の翼長に対する割合が少な過ぎると、凸部が顕著に形成されてしまい、翼表面における流体の流れを阻害するおそれがあるため、例えば、図4(B)において翼長比率が0.3〜0.5の範囲に長さL1が含まれないようにすることが好ましい。したがって、各翼厚比率の条件を満たす部分の翼長に対する割合の下限は、例えば、20%に設定される。   When the blade thickness distribution of the turbine blade according to the present invention is defined by using the blade thickness ratio based on Example 1 and Example 2, the ratio of the portion satisfying the conditions of each blade thickness ratio to the blade length is too small. For example, in FIG. 4 (B), the blade length ratio is in the range of 0.3 to 0.5 because the protrusions are formed remarkably and the fluid flow on the blade surface may be hindered. It is preferable not to include L1. Therefore, the lower limit of the ratio with respect to the blade length of the portion satisfying the condition of each blade thickness ratio is set to 20%, for example.

最後に、本発明に係るタービン翼の効果について説明する。ここで、図5は、上述した従来例と実施例1の翼厚分布を有するタービン翼を用いて振動応力解析を行った結果を示す図である。図5において、縦軸は振動応力比を示している。なお、「振動応力比」とは、従来例における最大振動応力値を1として、実施例1における最大振動応力値を比率で表現したものである。   Finally, the effect of the turbine blade according to the present invention will be described. Here, FIG. 5 is a diagram showing a result of vibration stress analysis using the turbine blades having the blade thickness distribution of the conventional example and the first embodiment described above. In FIG. 5, the vertical axis indicates the vibration stress ratio. The “vibration stress ratio” represents the maximum vibration stress value in the first embodiment as a ratio with the maximum vibration stress value in the conventional example being 1.

図5に示すように、従来例の最大振動応力値を1とした場合、実施例1の最大振動応力値は0.838であった。すなわち、実施例1における振動応力の低減値ΔFは、0.162であり、16.2%の低減効果があったことが確認できた。なお、最大振動応力値とは、従来例及び実施例1の各タービン翼をそれぞれの固有振動数で振動させたときに生じる応力の最大値を意味する。   As shown in FIG. 5, when the maximum vibration stress value of the conventional example is 1, the maximum vibration stress value of Example 1 is 0.838. That is, the vibration stress reduction value ΔF in Example 1 was 0.162, and it was confirmed that there was a 16.2% reduction effect. The maximum vibration stress value means the maximum value of stress generated when the turbine blades of the conventional example and the first embodiment are vibrated at their natural frequencies.

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係るタービン翼を示す図であり、(A)は第一実施形態、(B)は第二実施形態を示している。It is a figure which shows the turbine blade which concerns on this invention, (A) is 1st embodiment, (B) has shown 2nd embodiment. 本発明に係るタービン翼の翼厚分布を示す図であり、(A)は変曲点の位置を示し、(B)は翼厚比率が0.6以上の範囲を示している。It is a figure which shows the blade thickness distribution of the turbine blade which concerns on this invention, (A) shows the position of an inflection point, (B) has shown the range whose blade thickness ratio is 0.6 or more. 本発明に係るタービン翼の翼厚分布を示す図であり、(A)は翼厚比率が0.5以上の部分の翼長に対する割合を示し、(B)は翼厚比率が0.7以上の部分の翼長に対する割合を示している。It is a figure which shows the blade thickness distribution of the turbine blade which concerns on this invention, (A) shows the ratio with respect to the blade length of the part whose blade thickness ratio is 0.5 or more, (B) is a blade thickness ratio of 0.7 or more. The ratio with respect to the wing length is shown. 本発明に係るタービン翼の翼厚分布を示す図であり、(A)は翼厚比率が0.8以上の部分の翼長に対する割合を示し、(B)は翼厚比率が0.9以上の部分の翼長に対する割合を示している。It is a figure which shows the blade thickness distribution of the turbine blade which concerns on this invention, (A) shows the ratio with respect to the blade length of the part whose blade thickness ratio is 0.8 or more, (B) is a blade thickness ratio of 0.9 or more. The ratio with respect to the wing length is shown. 従来例と実施例1の翼厚分布を有するタービン翼を用いて振動応力解析を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the vibration stress analysis using the turbine blade which has a blade thickness distribution of a prior art example and Example 1. FIG. 一般的なラジアルタービンの構成部品を示す図であり、(A)はタービン翼車の正面図、(B)はタービン翼の側面図である。It is a figure which shows the component of a general radial turbine, (A) is a front view of a turbine impeller, (B) is a side view of a turbine blade.

符号の説明Explanation of symbols

1 タービン翼
1a リーディングエッジ
1b トレーリングエッジ
1c ハブ面
1d チップ面
2 タービンディスク
61 タービンディスク
62 タービン翼
62a リーディングエッジ
62b トレーリングエッジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine blade 1a Leading edge 1b Trailing edge 1c Hub surface 1d Tip surface 2 Turbine disk 61 Turbine disk 62 Turbine blade 62a Leading edge 62b Trailing edge

Claims (10)

径方向に流体の入口を有し軸方向に流体の出口を有するラジアルタービンのタービン翼であって、
最大翼厚部の前後に渡る翼表面が凸部を形成するように翼厚分布を設定した、ことを特徴とするタービン翼。
A turbine blade of a radial turbine having a fluid inlet in a radial direction and a fluid outlet in an axial direction,
A turbine blade characterized in that a blade thickness distribution is set so that a blade surface extending before and after the maximum blade thickness portion forms a convex portion.
前記凸部は、翼高さの15%〜80%の範囲に形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   The turbine blade according to claim 1, wherein the convex portion is formed in a range of 15% to 80% of the blade height. 前記凸部は、翼高さの50%〜80%の範囲に形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   The turbine blade according to claim 1, wherein the convex portion is formed in a range of 50% to 80% of the blade height. 前記最大翼厚部よりも入口側に変曲点が配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   The turbine blade according to claim 1, wherein an inflection point is disposed on an inlet side of the maximum blade thickness portion. 前記変曲点は、前記タービン翼の出口側を0とし入口側を1として翼長方向位置を翼長比率で表現した場合に、0.6〜0.9の範囲に配置されている、ことを特徴とする請求項4に記載のタービン翼。   The inflection point is arranged in the range of 0.6 to 0.9 when the outlet side of the turbine blade is 0 and the inlet side is 1, and the blade length direction position is expressed in blade length ratio. The turbine blade according to claim 4. 前記翼厚分布は、前記タービン翼の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として前記翼厚分布を翼厚比率で表現した場合に、前記翼厚比率が0.5以上となる部分が翼長の80%以下の割合となるように設定される、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   The blade thickness distribution is such that when the minimum blade thickness of the turbine blade is 0 and the maximum blade thickness is 1 and the blade thickness distribution is expressed as a blade thickness ratio, the blade thickness ratio is 0.5 or more. The turbine blade according to claim 1, wherein the turbine blade is set to have a ratio of 80% or less of the length. 前記翼厚分布は、前記タービン翼の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として前記翼厚分布を翼厚比率で表現した場合に、前記翼厚比率が0.6以上となる部分が70%以下の割合となるように設定される、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   The blade thickness distribution is such that when the minimum blade thickness of the turbine blade is 0 and the maximum blade thickness is 1, and the blade thickness distribution is expressed as a blade thickness ratio, the portion where the blade thickness ratio is 0.6 or more is 70. 2. The turbine blade according to claim 1, wherein the turbine blade is set to have a ratio of not more than%. 前記翼厚分布は、前記タービン翼の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として前記翼厚分布を翼厚比率で表現した場合に、前記翼厚比率が0.7以上となる部分が60%以下の割合となるように設定される、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   In the blade thickness distribution, when the minimum blade thickness of the turbine blade is 0 and the maximum blade thickness is 1 and the blade thickness distribution is expressed as a blade thickness ratio, the portion where the blade thickness ratio is 0.7 or more is 60. 2. The turbine blade according to claim 1, wherein the turbine blade is set to have a ratio of not more than%. 前記翼厚分布は、前記タービン翼の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として前記翼厚分布を翼厚比率で表現した場合に、前記翼厚比率が0.8以上となる部分が50%以下の割合となるように設定される、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   In the blade thickness distribution, when the minimum blade thickness of the turbine blade is 0 and the maximum blade thickness is 1 and the blade thickness distribution is expressed as a blade thickness ratio, the blade thickness ratio is 50 or more. 2. The turbine blade according to claim 1, wherein the turbine blade is set to have a ratio of not more than%. 前記翼厚分布は、前記タービン翼の最小翼厚を0とし最大翼厚を1として前記翼厚分布を翼厚比率で表現した場合に、前記翼厚比率が0.9以上となる部分が40%以下の割合となるように設定される、ことを特徴とする請求項1に記載のタービン翼。   In the blade thickness distribution, when the minimum blade thickness of the turbine blade is 0 and the maximum blade thickness is 1 and the blade thickness distribution is expressed as a blade thickness ratio, the portion where the blade thickness ratio is 0.9 or more is 40. 2. The turbine blade according to claim 1, wherein the turbine blade is set to have a ratio of not more than%.
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