JP2010203250A - Gas turbine blade - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce loss caused by a secondary flow even if sealing air is supplied, and to contribute to the improvement of the efficiency of a turbine. <P>SOLUTION: The gas turbine blade 20 includes a blade body 20 formed into a blade shape having a front end 20b and a rear end 20c and extended along a radial direction of a rotating shaft (L1 direction), and a retreat part 22 formed at the front end and making the front end gradually retreat to the rear end side toward a blade end 20a. The retreating of the retreat part is started from a position P separated from a root side for at least 75% of a blade height H. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスタービンの静翼(ステーターベーン)や動翼(ローターベーン)として機能するガスタービン翼に関するものである。   The present invention relates to a gas turbine blade that functions as a stationary blade (stator vane) or a moving blade (rotor vane) of a gas turbine.

周知のように、ガスタービンエンジンは、エンジンケース内に収容されており、圧縮機と燃焼器とガスタービンとで主に構成されている。このうちガスタービンは、ケーシング内に、回転するシャフトと、複数の動翼及び静翼と、を備えている。
動翼は、ガスタービン翼の1つであり、シャフトの周囲に固定され、シャフトの軸方向に流れる燃焼ガスの圧力を受けてシャフトを回転させる役割を担っている。一方、静翼もやはりガスタービン翼の1つであり、ケーシングの内壁を構成する分割環に固定され、燃焼ガスの流れの方向、圧力や速度を変化させる役割を担っている。
As is well known, a gas turbine engine is housed in an engine case, and is mainly composed of a compressor, a combustor, and a gas turbine. Among these, the gas turbine includes a rotating shaft, a plurality of moving blades, and stationary blades in a casing.
The moving blade is one of gas turbine blades, is fixed around the shaft, and plays a role of rotating the shaft under the pressure of combustion gas flowing in the axial direction of the shaft. On the other hand, the stationary blade is also one of the gas turbine blades, and is fixed to the split ring constituting the inner wall of the casing, and plays a role of changing the flow direction, pressure and speed of the combustion gas.

これら動翼及び静翼は、シャフトとケーシングとの内壁面との間に形成される燃焼ガスの流路に交互に配列され、燃焼器で発生した燃焼ガスを膨張させることで、熱エネルギーを回転エネルギーに変換して動力を発生させている。   These rotor blades and stationary blades are alternately arranged in the combustion gas flow path formed between the shaft and the inner wall surface of the casing, and rotate the combustion gas generated by the combustor to rotate the thermal energy. It is converted into energy to generate power.

ところで、動翼に関してはケーシング内に収容された状態で回転させる必要があるので、構造上、ケーシングと動翼のチップ側端面との間に隙間となるチップクリアランスを設ける必要がある。そのため、ガスタービンの作動中、燃焼ガスの一部がチップクリアランスを通って動翼の後縁側にリークしてしまい、翼端漏れ渦を生じさせてしまうものであった。この翼端漏れ渦は、本来動翼に流れて欲しい主流とは異なる異質な流れである二次流れの1つであり、背面側(負圧側)の正しい流れを乱してタービン効率を低下させる要因とされている。   By the way, since it is necessary to rotate the moving blade while being accommodated in the casing, it is necessary to provide a tip clearance as a gap between the casing and the tip end surface of the moving blade. For this reason, during the operation of the gas turbine, a part of the combustion gas leaks to the trailing edge side of the moving blade through the tip clearance, resulting in a blade tip leakage vortex. This tip leakage vortex is one of the secondary flows that are different from the main flow that the rotor blades originally want to flow, disturbing the correct flow on the back side (negative pressure side) and lowering the turbine efficiency. It is considered as a factor.

そこで、チップクリアランスを通過するリーク量を減らし、翼端漏れ渦の発生を低減させることができる動翼が提供されている(特許文献1参照)。この動翼によれば、クリアランス損失を小さくして、タービン効率を向上させることが可能とされている。   Thus, a moving blade is provided that can reduce the amount of leakage passing through the tip clearance and reduce the generation of blade tip leakage vortices (see Patent Document 1). According to this moving blade, it is possible to reduce the clearance loss and improve the turbine efficiency.

特開平11−62506号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-62506

しかしながら、リーク量を減らすことができるとはいえ、チップクリアランスを完全に塞ぐことは不可能であるので、どうしてもチップクリアランスを通過する漏れ流れが生じてしまう。従って、翼端漏れ渦の問題は依然として残されている。
ところで、ガスタービンを構成する際、通常、燃焼ガスが分割環の繋ぎ目から外部に漏れてしまうことを防止するために、高圧のシール空気を繋ぎ目からケーシングの内部に向けて供給している。
However, although the amount of leakage can be reduced, it is impossible to completely close the tip clearance, and thus a leakage flow that passes through the tip clearance is inevitably generated. Thus, the problem of tip leakage vortices remains.
By the way, when configuring a gas turbine, normally, in order to prevent the combustion gas from leaking from the joint of the split ring to the outside, high-pressure seal air is supplied from the joint to the inside of the casing. .

ところが、上記シール空気は、動翼の上流にて径方向外方(分割環側)から径方向内方に向けて供給されているので、シャフトの軸方向に向かって基本的に流れている燃焼ガスの流れとは異なる方向に流れる。特に、翼端漏れ渦は、このシール空気の流れに影響され易く、シール空気の流れと合流して向きが変化してしまう。この点について、具体的に図面を参照して説明する。   However, since the sealing air is supplied from the radially outer side (divided ring side) toward the radially inner side upstream of the moving blade, the combustion basically flows in the axial direction of the shaft. It flows in a direction different from the gas flow. In particular, the blade tip leakage vortex is easily affected by the flow of the seal air, and the direction of the vortex leaks is changed by joining the flow of the seal air. This point will be specifically described with reference to the drawings.

まず、一般的な動翼100を図10から図12に示す。なお、図10は動翼100の外観斜視図であり、図11は周方向に配列された状態の動翼100を翼端101a側(チップ側)から見た図であり、図12は動翼100を背面側から見た図である。
各図に示すように、動翼100は、前縁101b及び後縁101cを有する翼型に形成された翼本体101と、動翼100を固定するための根元部102と、で一体的に構成されている。
First, a general moving blade 100 is shown in FIGS. 10 is an external perspective view of the moving blade 100, FIG. 11 is a view of the moving blade 100 arranged in the circumferential direction viewed from the blade tip 101a side (tip side), and FIG. 12 is a moving blade. It is the figure which looked at 100 from the back side.
As shown in each figure, the moving blade 100 is integrally formed of a blade body 101 formed in an airfoil shape having a leading edge 101b and a trailing edge 101c, and a root portion 102 for fixing the moving blade 100. Has been.

次に、このように構成された動翼100を有するガスタービンを作動させる際、シール空気を供給しない場合には、図13に示すように、翼端に流入する流れは矢印R方向から動翼100の翼端101a側の背面側前縁に当たる。その後、この翼端部の流れは、図13及び図14に示すように動翼100の背面に沿って圧力の低い後縁101c側に向かって流れていく。なお、図13は動翼100を翼端101a側から見た図であり、図14は動翼100を背面側から見た図である。   Next, when the gas turbine having the moving blade 100 configured as described above is operated, if no seal air is supplied, the flow flowing into the blade tip starts from the direction of the arrow R as shown in FIG. 100 hits the rear side front edge on the wing tip 101a side. Thereafter, the flow at the blade tip portion flows toward the trailing edge 101c having a low pressure along the back surface of the moving blade 100 as shown in FIGS. 13 is a view of the moving blade 100 as viewed from the blade tip 101a side, and FIG. 14 is a view of the moving blade 100 as viewed from the back side.

一方、シール空気を供給した場合には、図15に示すように、翼端に流入する流れはシール空気の影響を受けて向きが変わり、矢印R方向からではなく矢印N方向から動翼100に当たってしまう。つまり、より背面側に当たるように向きが変わり、背打ち気味の流れとなって動翼100に当たる。すると、動翼100の翼端101a側の背面側前縁に集中的に流れが当たるので、この部分に局所的に圧力が高まった淀み圧Dが生じてしまう。   On the other hand, when the sealing air is supplied, the direction of the flow flowing into the blade tip changes due to the influence of the sealing air as shown in FIG. 15 and hits the moving blade 100 from the arrow N direction instead of the arrow R direction. End up. That is, the direction is changed so as to hit the rear side, and it strikes the moving blade 100 in a back-flowing manner. Then, since the flow is concentrated on the rear side front edge on the blade tip 101a side of the moving blade 100, a stagnation pressure D in which the pressure is locally increased is generated in this portion.

そのため、より背面前縁側に二次流れの起点がシフトしてしまう。よって、図15及び図16に示すように、シール空気が供給されていない場合に比べて、翼端101a側から根元側に向かって二次流れの範囲が広がってしまううえ、二次流れの流れ自体も強くなってしまう。なお、図15は動翼100を翼端101a側から見た図であり、図16は動翼100を背面側から見た図である。   For this reason, the starting point of the secondary flow is shifted further toward the rear front edge side. Therefore, as shown in FIGS. 15 and 16, the range of the secondary flow is widened from the blade tip 101a side to the root side as compared with the case where the seal air is not supplied, and the flow of the secondary flow. It will become stronger. 15 is a view of the moving blade 100 as viewed from the blade tip 101a side, and FIG. 16 is a view of the moving blade 100 as viewed from the back side.

従って、図17に示すように、シール空気が有る場合(点線)と無い場合(実線)とで動翼100の全圧損失係数を比較すると、シール空気が有る場合の方が、損失が大きくなってしまう。具体的には、動翼100の根元側から翼高さの50%〜90%程度の範囲に亘って損失が顕著に発生してしまう。   Therefore, as shown in FIG. 17, when the total pressure loss coefficient of the moving blade 100 is compared between the case where the seal air is present (dotted line) and the case where the seal air is present (solid line), the loss is greater when the seal air is present. End up. Specifically, a loss occurs remarkably over a range of about 50% to 90% of the blade height from the root side of the moving blade 100.

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、シール空気が供給されていたとしても二次流れによる損失を低減することができ、タービン効率の向上化に貢献することができるガスタービン翼を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to reduce the loss due to the secondary flow even if the seal air is supplied, and contribute to the improvement of the turbine efficiency. It is to provide a gas turbine blade that can.

本発明は、前記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を提供する。
本発明に係るガスタービン翼は、回転軸の周方向に複数配列されるガスタービン翼であって、前縁及び後縁を有する翼型に形成され、前記回転軸の径方向に沿って延在した翼本体と、前記前縁に形成され、該前縁を翼端に向かって前記後縁側に漸次後退させる後退部と、を備え、前記後退部が、根元側から翼高さの少なくとも75%離間した位置から後退が開始されていることを特徴とする。
The present invention provides the following means in order to solve the problems and achieve the object.
A gas turbine blade according to the present invention is a plurality of gas turbine blades arranged in a circumferential direction of a rotating shaft, and is formed into an airfoil having a leading edge and a trailing edge, and extends along a radial direction of the rotating shaft. A wing body formed on the leading edge, and a receding portion that gradually recedes the leading edge toward the trailing edge toward the wing tip, wherein the receding portion is at least 75% of the wing height from the root side. The backward movement is started from the separated position.

この発明に係るガスタービン翼においては、後退部によって翼本体の前縁が翼端(チップ)に向かって後縁側に漸次後退している。そのため、シール空気の影響を受けて背打ち気味に流れの向きが変わった翼端部の流れが、翼端側の背面側前縁付近に当たると、局所的に圧力が高まった淀み圧が背面側に生じるが、そのポイントが従来に比べて下流側(後縁側)にシフトする。
従って、二次流れの起点が下流側にシフトするので、従来に比べて翼端側から根元側に向かって広がる流れの範囲を狭めることができる。また、前縁が翼端に向かって後縁側に漸次後退しているので、翼端でのインシデンス角度(入射角度)及びスタッガー角度(前縁と後縁とを結んだ線と回転軸の軸線とのなす角度)を増大させることができる。よって、背打ち気味に流れの向きが変わった翼端部の流れを背面に沿って流し易くすることができ、背打ち気味の流れに対応した翼型とすることができる。従って、従来に比べて淀み圧自体を緩和することができ、二次流れを弱めることができる。
In the gas turbine blade according to the present invention, the leading edge of the blade body gradually retreats toward the trailing edge toward the blade tip (tip) by the retreating portion. For this reason, if the flow at the tip of the blade, which has changed its flow direction under the influence of sealing air, hits the vicinity of the front edge of the rear side of the blade tip side, the stagnation pressure that locally increased the pressure on the back side However, the point shifts to the downstream side (rear edge side) compared to the conventional case.
Therefore, since the starting point of the secondary flow is shifted to the downstream side, the range of the flow that spreads from the blade tip side toward the root side can be narrowed compared to the conventional case. In addition, since the leading edge gradually recedes toward the trailing edge toward the wing tip, the incidence angle (incident angle) and stagger angle at the wing tip (the line connecting the leading edge and the trailing edge and the axis of the rotation axis) Can be increased. Therefore, it is possible to facilitate the flow of the blade tip portion whose flow direction has changed to the back strike direction along the back surface, and to obtain an airfoil shape corresponding to the flow of the back strike appearance. Therefore, the stagnation pressure itself can be relaxed compared to the conventional case, and the secondary flow can be weakened.

このように、従来に比べて二次流れ自体を弱めることができるうえ、二次流れの範囲を狭めることができるので、損失を低減させることができ、タービン効率の向上化に貢献することができる。
しかも、後退部は、根元側から後退が開始しているのではなく、根元側から翼高さの少なくとも75%離れた位置から後退が始まっている。従って、翼本体を流れる気体の主流を妨げることなく、上述した作用効果を期待することができる。
As described above, the secondary flow itself can be weakened as compared to the conventional case, and the range of the secondary flow can be narrowed, so that the loss can be reduced and the turbine efficiency can be improved. .
Moreover, the retreating portion does not start retreating from the base side, but starts retreating from a position at least 75% of the blade height from the base side. Therefore, the above-described effects can be expected without disturbing the main flow of the gas flowing through the wing body.

また、本発明に係るガスタービン翼は、上記本発明のガスタービン翼において、前記後退部の後退量が前記翼本体の軸コードの25%以下とされていることを特徴とする。   The gas turbine blade according to the present invention is characterized in that, in the gas turbine blade according to the present invention, the retracted amount of the retracted portion is 25% or less of the shaft cord of the blade body.

本発明に係るガスタービン翼においては、後退部の後退量が翼本体の軸コード(回転軸の軸方向に沿った長さ)の25%以下とされているので、翼端の軸コードが過度に短くなることを防ぐことができる。仮に、翼端の軸コードが過度に短い場合には、残された翼端のみで燃焼ガスの圧力を受ける為、翼端漏れ渦等の二次流れが強くなる恐れがある。しかしながら、後退量を上記のように規定しているので、確実に二次流れを弱めることができる。   In the gas turbine blade according to the present invention, the retracted amount of the retracted portion is 25% or less of the shaft code of the blade body (the length along the axial direction of the rotating shaft). Can be prevented from becoming shorter. If the shaft code of the blade tip is excessively short, the pressure of the combustion gas is received only by the remaining blade tip, which may increase the secondary flow such as blade tip leakage vortex. However, since the retraction amount is defined as described above, the secondary flow can be surely weakened.

また、本発明に係るガスタービン翼は、上記本発明のガスタービン翼において、前記翼本体の翼端側が、下流側に後退するように湾曲形成されていることを特徴とする。   The gas turbine blade according to the present invention is characterized in that, in the gas turbine blade according to the present invention, the blade tip side of the blade body is curved so as to recede to the downstream side.

本発明に係るガスタービン翼においては、後退部を含む翼本体の翼端側が下流側に後退するように湾曲しているので、翼端部前縁を後退させた場合と同様の効果が軸コードを短縮することなく得られ、二次流れを弱めることができる。そのため、損失をさらに低減させることができる。   In the gas turbine blade according to the present invention, since the blade tip side of the blade body including the retracted portion is curved so as to retract backward, the same effect as when the blade leading edge is retracted is the axial cord. Can be obtained without reducing the secondary flow. Therefore, loss can be further reduced.

本発明に係るガスタービン翼によれば、シール空気が供給されていたとしても二次流れによる損失を低減することができ、タービン効率の向上化に繋げることができる。   According to the gas turbine blade according to the present invention, loss due to the secondary flow can be reduced even if the seal air is supplied, and the efficiency of the turbine can be improved.

本発明に係る一実施形態を示すガスタービンエンジンの簡略構成図である。It is a simplified lineblock diagram of a gas turbine engine showing one embodiment concerning the present invention. 図1に示すガスタービンを構成する動翼の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the moving blade which comprises the gas turbine shown in FIG. 図2に示す動翼が周方向に並んだ状態を翼端側から見た図である。It is the figure which looked at the state where the moving blade shown in FIG. 2 was located in the circumferential direction from the blade end side. 図3に示す動翼を背面側から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade shown in FIG. 3 from the back side. 図2に示す動翼の翼端部に対してシール空気の影響を受けた流れが当たり、その際に生じる二次流れを表した図であって、翼端側から動翼を見た図である。FIG. 3 is a diagram showing a secondary flow generated when a flow affected by seal air hits the blade tip of the blade shown in FIG. 2, and shows the blade from the blade tip side. is there. 図5に示す動翼を背面側から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade shown in FIG. 5 from the back side. シール空気の影響を受けた翼端部の流れに起因する二次流れによって損失がどの程度あるかを従来の動翼と図2に示す動翼とで比較した図であって、根元から翼端に亘って全圧損失係数がどのように変化したかをグラフ化した図である。FIG. 3 is a diagram comparing the degree of loss due to the secondary flow caused by the flow at the blade tip affected by the sealing air between the conventional blade and the blade shown in FIG. It is the figure which graphed how the total pressure loss coefficient changed over time. 本発明に係る変形例を示す図であって、翼端側が下流側に後退するように湾曲形成された動翼の外観斜視図である。It is a figure which shows the modification which concerns on this invention, Comprising: It is an external appearance perspective view of the moving blade curvedly formed so that a blade end side might reverse | retreat to a downstream side. 図8に示す動翼を背面側から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade shown in FIG. 8 from the back side. 従来のガスタービンを構成する動翼の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the moving blade which comprises the conventional gas turbine. 図10に示す動翼が周方向に並んだ状態を翼端側から見た図である。It is the figure which looked at the state where the moving blade shown in FIG. 10 was located in the circumferential direction from the blade end side. 図11に示す動翼を背面側から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade shown in FIG. 11 from the back side. 図11に示す動翼に対して流れが当たり、その際に生じる二次流れを表した図であって、翼端側から動翼を見た図である。FIG. 12 is a diagram showing a secondary flow generated when a flow hits the moving blade shown in FIG. 11 and is a view of the moving blade viewed from the blade tip side. 図13に示す動翼を背面側から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade shown in FIG. 13 from the back side. 図10に示す動翼の翼端部に対してシール空気の影響を受けた流れが当たり、その際に生じる二次流れを表した図であって、翼端側から動翼を見た図である。FIG. 11 is a diagram showing a secondary flow generated when the flow affected by the seal air hits the blade tip of the blade shown in FIG. 10, and shows the blade from the blade tip side. is there. 図15に示す動翼を背面側から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade shown in FIG. 15 from the back side. シール空気の有無によって、翼端部の流れに起因する二次流れによる損失がどの程度変化するかを比較した図であって、根元から翼端に亘って全圧損失係数がどのように変化したかをグラフ化した図である。It is a diagram comparing how much the loss due to the secondary flow caused by the flow at the tip of the blade changes depending on the presence or absence of sealing air, and how the total pressure loss coefficient changed from the root to the tip of the blade FIG.

以下、本発明に係る一実施形態を、図1から図9を参照して説明する。
図1に示すように、ガスタービンエンジン1は、圧縮機2と燃焼器3とガスタービン4とで主に構成されており、圧縮機2とガスタービン4とがシャフト(回転軸)5によって連結され、圧縮機2とガスタービン4との間に燃焼器3が配設されている。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the gas turbine engine 1 is mainly composed of a compressor 2, a combustor 3, and a gas turbine 4, and the compressor 2 and the gas turbine 4 are connected by a shaft (rotary shaft) 5. The combustor 3 is disposed between the compressor 2 and the gas turbine 4.

圧縮機2は、多量の空気をその内部に取り入れて圧縮する役割を担っている。燃焼器3は、圧縮機2で圧縮された高圧空気に燃料を混合して燃焼させ、ガスタービン4に繋がる流路6に燃焼ガスGを送っている。ガスタービン4は、圧縮機2に繋がるシャフト5と、複数の動翼(ガスタービン翼)10と、複数の静翼(ガスタービン翼)11と、これらを収容するケーシング12と、で主に構成されている。   The compressor 2 plays a role of taking in and compressing a large amount of air. The combustor 3 mixes and burns fuel with the high-pressure air compressed by the compressor 2, and sends the combustion gas G to the flow path 6 connected to the gas turbine 4. The gas turbine 4 is mainly composed of a shaft 5 connected to the compressor 2, a plurality of moving blades (gas turbine blades) 10, a plurality of stationary blades (gas turbine blades) 11, and a casing 12 for housing them. Has been.

動翼10は、シャフト5の周囲に複数配列された状態で該シャフト5に固定されており、シャフト5の軸方向(L1方向)に流れる燃焼ガスGの圧力を受けてシャフト5を回転させる役割を担っている。一方、静翼11は、シャフト5の周囲に複数配列された状態でケーシング12の内壁を構成する図示しない分割環に固定されており、燃焼ガスGの流れの方向、圧力や速度を変化させる役割を担っている。   The moving blades 10 are fixed to the shaft 5 in a state of being arranged around the shaft 5, and rotate the shaft 5 by receiving the pressure of the combustion gas G flowing in the axial direction (L1 direction) of the shaft 5. Is responsible. On the other hand, a plurality of stationary blades 11 are fixed to a not-shown split ring constituting the inner wall of the casing 12 in a state of being arranged around the shaft 5, and the role of changing the flow direction, pressure and speed of the combustion gas G is changed. Is responsible.

これら動翼10及び静翼11は、シャフト5とケーシング12の内壁面との間に形成された燃焼ガスGの流路に交互に配列され、燃焼器3で発生した燃焼ガスGを膨張させながら下流に流すことで、熱エネルギーを機械仕事の回転エネルギーに変換して動力を発生させている。この動力は、圧縮機2の動力として利用されると共に、一般的には発電プラントの発電機等の動力として利用される。   The rotor blades 10 and the stationary blades 11 are alternately arranged in the flow path of the combustion gas G formed between the shaft 5 and the inner wall surface of the casing 12, while expanding the combustion gas G generated in the combustor 3. By flowing downstream, heat energy is converted into rotational energy of mechanical work to generate power. This power is used as power for the compressor 2 and is generally used as power for a generator of a power plant.

ところで、静翼11の翼端には、シャフト5との隙間を塞ぐシール機構13が設けられている。一方、動翼10の翼端とケーシング12との間には、チップクリアランスKと呼ばれる僅かな隙間が確保された状態となっている。また、ケーシング12内を流れる燃焼ガスGが静翼11を固定している分割環の繋ぎ目から外部に漏れてしまうことを防止するため、繋ぎ目からケーシング12の径方向内方に向けて高圧のシール空気Aを供給することができるように構成されている。   By the way, the blade tip of the stationary blade 11 is provided with a seal mechanism 13 that closes the gap with the shaft 5. On the other hand, a slight gap called a tip clearance K is secured between the blade tip of the rotor blade 10 and the casing 12. Further, in order to prevent the combustion gas G flowing in the casing 12 from leaking to the outside from the joint of the split ring fixing the stationary blade 11, a high pressure is applied from the joint toward the inside in the radial direction of the casing 12. The seal air A can be supplied.

次に、静翼11及び動翼10の構成についてより詳細に説明する。なお、静翼11及び動翼10の構成は同一であるので、ここでは動翼10を例に挙げて説明する。
動翼10は、図2から図4に示すように、翼本体20と根元部21とで一体的に構成されている。なお、図2は動翼10の外観斜視図であり、図3は周方向に配列された状態の動翼10を翼端20a側(チップ側)から見た図であり、図4は動翼10を背面側から見た図である。
Next, the configuration of the stationary blade 11 and the moving blade 10 will be described in more detail. In addition, since the structure of the stationary blade 11 and the moving blade 10 is the same, it demonstrates taking the moving blade 10 as an example here.
As shown in FIGS. 2 to 4, the moving blade 10 is configured integrally with a blade body 20 and a root portion 21. 2 is an external perspective view of the moving blade 10, FIG. 3 is a view of the moving blade 10 arranged in the circumferential direction as viewed from the blade tip 20a side (tip side), and FIG. 4 is a moving blade. It is the figure which looked at 10 from the back side.

根元部21は、動翼10を固定するための部分であり、クリスマスツリー状の鍵型に形成されている。翼本体20は、前縁20b及び後縁20cを有する翼型に形成され、シャフト5の径方向(L2方向)に沿って根元側から翼端20a側(チップ側)に延在するように形成されている。
翼本体20の前縁20bには、該前縁20bを翼端20aに向かって後縁20c側に漸次後退させる後退部22が形成されている。この後退部22は、翼本体20の根元側から翼高さHの少なくとも75%離間した位置から後退が開始されている。本実施形態では、根元側から翼高さHの90%離間した位置Pから後退が開始されている。また、後退部22の後退量は、翼本体20の軸コードC、即ち、シャフト5の軸方向(L1方向)沿った長さの25%以下に収まる程度で後退している。本実施形態では、軸コードCの10%の距離だけ後退するように形成されている。
The root portion 21 is a portion for fixing the moving blade 10 and is formed in a Christmas tree-like key shape. The wing body 20 is formed in an airfoil shape having a leading edge 20b and a trailing edge 20c, and extends from the root side to the wing tip 20a side (tip side) along the radial direction (L2 direction) of the shaft 5. Has been.
The front edge 20b of the wing body 20 is formed with a retreating portion 22 that gradually retreats the front edge 20b toward the wing tip 20a toward the rear edge 20c. The retreating part 22 starts retreating from a position at least 75% of the blade height H from the base side of the blade body 20. In the present embodiment, the retreat is started from a position P that is 90% apart from the root side by 90% of the blade height H. Further, the retreating amount of the retreating portion 22 is retreated so that it is within 25% or less of the axial code C of the blade body 20, that is, the length along the axial direction (L1 direction) of the shaft 5. In this embodiment, it is formed so as to recede by a distance of 10% of the axis code C.

次に、このように構成されたガスタービンエンジン1を作動させ、その際のガスタービン4内の燃焼ガスGの流れについて説明する。
ガスタービン4の作動中、燃焼ガスGは静翼11及び動翼10の間を交互に流れながら下流側に進み、その間に静翼11及び動翼10によって適宜膨張、減圧されている。これにより、燃焼ガスGの熱エネルギーは、回転エネルギーに変換されている。
ところで、燃焼ガスGの一部は、上述した本来の主流の流れとは別に、動翼10の翼端20aとケーシング12との間に開いたチップクリアランスKを通って動翼10の後縁20c側にリークしてしまい、翼端漏れ渦を発生させてしまう。この際、分割環の繋ぎ目から供給されているシール空気Aの影響を受けて流れの向きが動翼10の背打ち気味に変化し、図5に示すように矢印N方向から動翼10の翼端20a側の背面側前縁付近に当たる。これにより、図6に示すように、局所的に圧力が高まった淀み圧Dが背面側に生じる。
Next, the flow of the combustion gas G in the gas turbine 4 at the time of operating the gas turbine engine 1 configured as described above will be described.
During the operation of the gas turbine 4, the combustion gas G advances downstream while alternately flowing between the stationary blades 11 and the moving blades 10, and is expanded and depressurized as appropriate by the stationary blades 11 and the moving blades 10. Thereby, the thermal energy of the combustion gas G is converted into rotational energy.
By the way, apart from the original mainstream flow described above, a part of the combustion gas G passes through the tip clearance K opened between the blade tip 20a of the moving blade 10 and the casing 12, and the trailing edge 20c of the moving blade 10. Leaks to the side, and a wing tip leakage vortex is generated. At this time, under the influence of the seal air A supplied from the joint of the split ring, the flow direction changes to the backlash of the moving blade 10, and as shown in FIG. It hits the vicinity of the rear side front edge on the blade tip 20a side. Thereby, as shown in FIG. 6, the stagnation pressure D where the pressure increased locally is generated on the back side.

ところが、本実施形態の動翼10は、後退部22によって前縁20bが翼端20aに向かって後縁20c側に漸次後退している。そのため、淀み圧Dの位置が従来に比べて下流側(後縁20c側)にシフトする。従って、二次流れの起点が下流側にシフトするので、従来に比べて翼端20a側から根元側に向かって広がる二次流れの範囲(領域S)を狭めることができる。   However, in the moving blade 10 of the present embodiment, the leading edge 20b gradually retreats toward the trailing edge 20c toward the blade tip 20a by the retreating portion 22. Therefore, the position of the stagnation pressure D is shifted to the downstream side (rear edge 20c side) as compared with the conventional case. Therefore, since the starting point of the secondary flow is shifted to the downstream side, the range (region S) of the secondary flow that spreads from the blade tip 20a side to the root side can be narrowed compared to the conventional case.

また、前縁20bが翼端20aに向かって後縁20c側に漸次後退しているので、図3に示すように、翼端20aでのインシデンス角度(入射角度)及びスタッガー角度θ(前縁20bと後縁20cとを結んだ線Mとシャフト5の軸線Oとのなす角度)を増大させることができる。よって、背打ち気味に流れの向きが変わった翼端漏れ渦を背面に沿って流し易くすることができ、背打ち気味の流れに対応した翼型とすることができる。従って、従来に比べて淀み圧Dを緩和することができ、二次流れを弱めることができる。   Further, since the leading edge 20b gradually retreats toward the trailing edge 20c toward the blade tip 20a, as shown in FIG. 3, the incidence angle (incident angle) and stagger angle θ at the blade tip 20a (the leading edge 20b) And the angle between the line M connecting the trailing edge 20c and the axis O of the shaft 5) can be increased. Therefore, it is possible to easily cause the blade tip leakage vortex, whose flow direction has changed to the backlash direction, to flow along the back surface, and to obtain an airfoil shape corresponding to the backflow-like flow. Therefore, the stagnation pressure D can be relaxed compared to the conventional case, and the secondary flow can be weakened.

このように、従来に比べて二次流れを弱めることができるうえ、二次流れの範囲を狭めることができるので、損失を低減させることができる。この点、図7に示すように、従来の動翼と本実施形態の動翼10とで全圧損失係数を比較した図を参照すると、全く同じ条件下で、特に根元側から翼高さHの70%〜100%離間した範囲において損失が低減することが確認できた。   As described above, the secondary flow can be weakened compared to the conventional case, and the range of the secondary flow can be narrowed, so that the loss can be reduced. In this regard, as shown in FIG. 7, referring to a diagram comparing the total pressure loss coefficient between the conventional moving blade and the moving blade 10 of the present embodiment, the blade height H particularly from the root side under exactly the same conditions. It was confirmed that the loss was reduced in a range of 70% to 100% apart.

上述したように、本実施形態の動翼10によれば、従来に比べて損失を低減させることができ、タービン効率の向上化に貢献することができる。しかも、後退部22は、根元側から後退が開始しているのではなく、根元側から翼高さHの90%離れた位置Pから後退が始まっている。従って、翼本体20を流れる燃焼ガスGの主流を妨げることなく、上述した作用効果を期待することができる。   As described above, according to the moving blade 10 of the present embodiment, the loss can be reduced as compared with the conventional one, which can contribute to the improvement of the turbine efficiency. Moreover, the retreating portion 22 does not start retreating from the root side, but starts retreating from a position P that is 90% away from the root side of the blade height H. Therefore, the above-described effects can be expected without disturbing the main flow of the combustion gas G flowing through the blade body 20.

また、後退部22は、後退量が翼本体20の軸コードCの10%とされているので、翼端20aの軸コードCが過度に短くなることがない。仮に、翼端20aの軸コードCが過度に短い場合には、残された翼端20aのみで燃焼ガスGの圧力を受ける為、翼端漏れ渦等の二次流れが強くなってしまう恐れがある。しかしながら、後退量を上記のように規定しているので、確実に二次流れを弱めることができる。   Further, since the retracting amount of the retracting portion 22 is 10% of the axis code C of the blade body 20, the axis code C of the blade tip 20a is not excessively shortened. If the shaft code C of the blade tip 20a is excessively short, the pressure of the combustion gas G is received only by the remaining blade tip 20a, and the secondary flow such as blade tip leakage vortex may become strong. is there. However, since the retraction amount is defined as described above, the secondary flow can be surely weakened.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、後退部22の開始位置Pを根元側から翼高さの90%離れた位置としたが、この場合に限られず、少なくとも75%離れた位置から開始させても構わない。この場合でも同様に、損失を低減してタービン効率の向上化に貢献することができる。また、後退部22の後退量を翼本体20の軸コードCの10%としたが、この場合に限られず、25%以下であれば構わない。この場合でも同様の作用効果を奏することができる。   For example, in the embodiment described above, the start position P of the retreating portion 22 is set to a position that is 90% away from the root side of the blade height. . Even in this case, the loss can be reduced and the turbine efficiency can be improved. Further, although the retraction amount of the retreating portion 22 is 10% of the axis code C of the blade body 20, it is not limited to this case and may be 25% or less. Even in this case, the same effect can be obtained.

また、上記実施形態において、図8及び図9に示すように、後退部22を含む翼本体20の翼端20a側を下流側に後退するように湾曲させても構わない。このように構成した場合には、翼端部前縁を後退させた場合と同様の効果が軸コードCを短縮することなく得られ、二次流れをさらに弱めることができる。そのため、損失をさらに低減することが可能であるので、より好ましい。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG.8 and FIG.9, you may make it curve so that the wing | blade tip 20a side of the wing | blade main body 20 containing the retreat part 22 may reverse | retreat to a downstream side. When configured in this manner, the same effect as that obtained when the leading edge of the blade tip is retracted can be obtained without shortening the shaft cord C, and the secondary flow can be further weakened. Therefore, the loss can be further reduced, which is more preferable.

また、本発明に係るガスタービン翼は、動翼10に限定されず、静翼11でも構わない。静翼11の場合でも同様の作用効果を奏することができる。   Further, the gas turbine blade according to the present invention is not limited to the moving blade 10 and may be the stationary blade 11. Even in the case of the stationary blade 11, the same effect can be obtained.

C…軸コード
5…シャフト(回転軸)
10…動翼(ガスタービン翼)
11…静翼(ガスタービン翼)
20…翼本体
20a…翼端
20b…前縁
20c…後縁
22…後退部
C ... Axis code 5 ... Shaft (Rotating shaft)
10 ... Rotor blade (gas turbine blade)
11 ... Static blade (gas turbine blade)
20 ... wing body 20a ... wing tip 20b ... front edge 20c ... rear edge 22 ... retracted part

Claims (3)

回転軸の周方向に複数配列されるガスタービン翼であって、
前縁及び後縁を有する翼型に形成され、前記回転軸の径方向に沿って延在した翼本体と、
前記前縁に形成され、該前縁を翼端に向かって前記後縁側に漸次後退させる後退部と、を備え、
前記後退部は、根元側から翼高さの少なくとも75%離間した位置から後退が開始されていることを特徴とするガスタービン翼。
A plurality of gas turbine blades arranged in the circumferential direction of the rotation shaft,
A wing body formed in an airfoil having a leading edge and a trailing edge, and extending along a radial direction of the rotating shaft;
A receding portion that is formed on the leading edge and gradually recedes the leading edge toward the trailing edge toward the wing tip,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein the retreating portion starts retreating from a position at least 75% of the blade height from the root side.
請求項1に記載するガスタービン翼において、
前記後退部は、後退量が前記翼本体の軸コードの25%以下とされていることを特徴とするガスタービン翼。
The gas turbine blade according to claim 1,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein the retracting portion has a retracting amount of 25% or less of the shaft code of the blade body.
請求項1又は2に記載するガスタービン翼において、
前記翼本体の翼端側は、下流側に後退するように湾曲形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
In the gas turbine blade according to claim 1 or 2,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein a blade tip side of the blade body is curved so as to recede toward the downstream side.
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