JP2019120169A - Rotary machine - Google Patents

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茂稔 前田
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Abstract

To provide a rotary machine capable of further suppressing fluttering.SOLUTION: A rotary machine comprises a plurality of blades extending radially and provided at intervals in a circumferential direction. The blade has a belly side surface formed into a concave surface shape and a back side surface formed into a convex surface shape in a cross-sectional view in a radial direction. A position that is a part of the back side surface and at which a flow passage cross sectional area is minimum in a flow passage formed by the belly side surface and the back side surface of the blades adjacent to each other is defined as a primary throat. At a portion corresponding to the primary throat position on the back side surface, a flow disturbance part is provided for disturbing a flow along the back side surface.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、回転機械に関する。   The present invention relates to a rotating machine.

蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、ロータに取り付けられた複数の動翼と、ロータ及び動翼を外側から覆うケーシングと、ケーシングの内面に取り付けられた複数の静翼と、を備えている。軸線方向の一方側から高温高圧の蒸気が流入することで、動翼にエネルギーが付加され、回転軸は回転する。この回転エネルギーによって、蒸気タービンに接続された発電機等が駆動される。   The steam turbine includes a rotor rotating about an axis, a plurality of moving blades attached to the rotor, a casing that covers the rotor and the moving blades from the outside, and a plurality of stationary blades attached to the inner surface of the casing. There is. The high temperature and high pressure steam flows in from one side in the axial direction, energy is added to the moving blades, and the rotating shaft rotates. A generator connected to the steam turbine is driven by the rotational energy.

複数の動翼は、ロータの外周面上で、軸線を中心とする放射状に取り付けられている。それぞれの動翼は、軸線に対する径方向から見て翼型の断面形状を有している。具体的には、動翼は、径方向から見て凹曲面状をなす腹面と、凸曲面状をなす背面と、を有している(例えば下記特許文献1参照)。近年、翼の長径化、軽量化、高出力のための大流量化又は複合材の適用等により、フラッタ発生が懸念される。フラッタ抑制策としては、スタブやシュラウドに摺動部を設け、構造減衰を増加や翼厚を厚くする等により剛性を高くし、無次元振動数を増加させ安定化を図る手法が知られている。   The plurality of moving blades are attached radially around the axis on the outer peripheral surface of the rotor. Each moving blade has a wing-shaped cross-sectional shape as viewed in the radial direction with respect to the axis. Specifically, the moving blade has a belly surface having a concave surface shape as viewed from the radial direction and a rear surface having a convex surface shape (see, for example, Patent Document 1 below). In recent years, there is a concern that flutter may occur due to the increase in blade diameter, reduction in weight, increase in flow rate for high output, application of a composite material, or the like. As a method for suppressing flutter, there is known a method in which a sliding portion is provided on a stub or a shroud to increase rigidity by increasing structural damping or thickening of a blade, and increase non-dimensional frequency to achieve stabilization. .

特開2004−340131号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-340131

しかしながら、これまでのフラッタ抑制策としては、翼の体格向上(翼厚増加等)や、スタブ等による構造減衰の付加が主であり、流れ場に対する改善措置は提唱されていなかった。   However, the main measures for suppressing flutter so far are mainly the improvement of blade size (blade thickness increase and the like) and the addition of structural damping due to stubs and the like, and no improvement measures for flow fields have been proposed.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、フラッタをさらに抑制することが可能な回転機械を提供することを目的とする。   The present invention was made in order to solve the above-mentioned subject, and an object of the present invention is to provide a rotating machine which can further control flutter.

本発明の第一の態様によれば、回転機械は、径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が設けられた翼を備え、前記翼は、径方向における断面視で凹曲面状をなす腹側面及び凸曲面状をなす背側面を有し、前記背側面の一部であって、互いに隣り合う前記翼の腹側面と背側面とによって形成される流路のうち最も流路断面積が小さくなる位置が一次スロート位置とされ、前記背側面における前記一次スロート位置に対応する部分に、該背側面に沿う流れを乱す流れ乱し部が設けられている。   According to the first aspect of the present invention, the rotary machine includes a plurality of wings extending in the radial direction and provided at intervals in the circumferential direction, and the wings have a concave curved shape in a cross sectional view in the radial direction. The flow passage cross-sectional area of the flow passage formed by the flanks and the back side of the wings which are adjacent to each other and which are a part of the back side and have a ventral side and a convexly curved back side. The position where the value of d becomes small is taken as the primary throat position, and a portion of the back surface corresponding to the primary throat position is provided with a flow disturbance portion that disturbs the flow along the back surface.

この構成によれば、流れ乱し部の下流側の領域で、流れの速度分布に乱れが生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。即ち、流れ乱し部がなければ流れが減速される領域で、該流れ乱し部により流れが乱されることで、動翼に作用する周期的な不安定化力を低減させることができる。これにより、動翼にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   According to this configuration, the velocity distribution of the flow is disturbed in the region downstream of the flow disturbing portion. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). That is, in the region where the flow is decelerated if there is no flow disturbing portion, the flow is disturbed by the flow disturbing portion, whereby the periodic destabilizing force acting on the moving blade can be reduced. This can reduce the possibility of fluttering on the blades.

また、本発明の第二の態様によれば、前記流れ乱し部は、前記背側面から前記腹面側に向かって突出する突起であり、径方向から見て該突起は円弧状の断面を有していてもよい。   Further, according to the second aspect of the present invention, the flow disturbing portion is a protrusion that protrudes from the back surface toward the ventral surface side, and when viewed from the radial direction, the protrusion has an arc-shaped cross section. It may be done.

この構成によれば、突起に流れが衝突することで、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   According to this configuration, the collision of the flow with the projection causes disturbance in the flow velocity distribution. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering on the blades.

また、本発明の第三の態様によれば、前記流れ乱し部は、前記背側面から凹むように形成され、径方向に延びる溝であってもよい。   Further, according to the third aspect of the present invention, the flow disturbing portion may be a groove which is formed so as to be recessed from the back side surface and which extends in the radial direction.

この構成によれば、溝に流れの一部の成分が入り込むことで、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   According to this configuration, a partial component of the flow enters the groove to cause disturbance in the flow velocity distribution. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering on the blades.

また、本発明の第四の態様によれば、前記流れ乱し部は、前記背側面における他の領域よりも粗度が高い粗面であってもよい。   Further, according to the fourth aspect of the present invention, the flow disturbing portion may be a rough surface whose roughness is higher than that of the other region on the back side.

この構成によれば、粗面を通過する際の摩擦力によって、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   According to this configuration, friction in passing through the rough surface causes disturbance in the velocity distribution of the flow. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering on the blades.

また、本発明の第五の態様によれば、前記流れ乱し部は、前記背側面から凹むように形成された複数のディンプルであってもよい。   Further, according to the fifth aspect of the present invention, the flow disturbing portion may be a plurality of dimples formed to be recessed from the back surface.

この構成によれば、ディンプルに流れの一部の成分が入り込むことで、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   According to this configuration, a partial component of the flow enters the dimple to cause disturbance in the flow velocity distribution. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering on the blades.

また、本発明の第六の態様によれば、前記流れ乱し部は、前記一次スロート位置を基準として、前記翼のコード長の±20%の範囲内にあってもよい。   Further, according to the sixth aspect of the present invention, the flow disturbing portion may be within ± 20% of the cord length of the wing based on the first throat position.

ここで、流れの速度が減少する領域(減速流れが発生する領域)は、一次スロート位置を基準として、翼のコード長の±20%の範囲内であることが知られている。即ち、この領域では、空力負減衰が増加しやすい。しかしながら、上記の構成によれば、減速流れが発生する領域に流れ乱し部が設けられることで、より効果的にフラッタを抑制することができる。   Here, it is known that the area where the flow velocity decreases (the area where the decelerating flow occurs) is within ± 20% of the chord length of the wing, based on the primary throat position. That is, in this region, aerodynamic negative damping tends to increase. However, according to the above configuration, by providing the flow disturbance portion in the area where the decelerating flow occurs, flutter can be suppressed more effectively.

また、本発明の第七の態様によれば、前記流れ乱し部は、前記翼の径方向外側の端部から、該翼の径方向における長さの50%以下の領域にのみ設けられていてもよい。   Further, according to the seventh aspect of the present invention, the flow disturbance portion is provided only in a region of 50% or less of the radial length of the wing from the radial outer end portion of the wing. May be

ここで、流れの速度が減少する領域(減速流れが発生する領域)は、翼の径方向外側の端部から翼の径方向における長さの50%以下の領域であることが知られている。即ち、この領域では、空力負減衰が増加しやすい。しかしながら、上記の構成によれば、減速流れが発生する領域に流れ乱し部が設けられることで、より効果的にフラッタを抑制することができる。   Here, it is known that the area where the flow velocity decreases (the area where the decelerating flow occurs) is an area from the radial outer end of the blade to 50% or less of the radial length of the blade. . That is, in this region, aerodynamic negative damping tends to increase. However, according to the above configuration, by providing the flow disturbance portion in the area where the decelerating flow occurs, flutter can be suppressed more effectively.

本発明によれば、フラッタをさらに抑制することが可能な回転機械を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a rotary machine capable of further suppressing flutter.

本発明の第一実施形態に係る回転機械(蒸気タービン)の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the rotary machine (steam turbine) which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る動翼を径方向から見た断面図である。It is a sectional view which looked at a bucket concerning a first embodiment of the present invention from a diameter direction. 本発明の第一実施形態に係る動翼を径方向に交差する方向から見た図である。It is the figure which looked at the moving blade which concerns on 1st embodiment of this invention from the direction which intersects radial direction. 本発明の第一実施形態に係る動翼の特性を示すグラフであって、(a)は翼面速度分布を示し、(b)は翼面における減衰の分布を示す。It is a graph which shows the characteristic of the moving blade which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: (a) shows blade surface velocity distribution, (b) shows distribution of attenuation in a blade surface. 本発明の第一実施形態の比較例に係る動翼を径方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the moving blade which concerns on the comparative example of 1st embodiment of this invention from radial direction. 本発明の第一実施形態の比較例に係る動翼の特性を示すグラフであって、(a)は翼面速度分布を示し、(b)は翼面における減衰の分布を示す。It is a graph which shows the characteristic of the moving blade which concerns on the comparative example of 1st embodiment of this invention, Comprising: (a) shows blade surface velocity distribution, (b) shows distribution of attenuation | damping in a blade surface. 本発明の第二実施形態に係る動翼を径方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the moving blade which concerns on 2nd embodiment of this invention from radial direction. 本発明の第三実施形態に係る動翼を径方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the moving blade which concerns on 3rd embodiment of this invention from radial direction. 本発明の第四実施形態に係る動翼を径方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the moving blade which concerns on 4th embodiment of this invention from radial direction.

[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。図1に示すように、蒸気タービン1(回転機械)は、軸線O方向に沿って延びる蒸気タービンロータ3と、蒸気タービンロータ3を外周側から覆う蒸気タービンケーシング2と、蒸気タービンロータ3の軸端11を軸線O回りに回転可能に支持するジャーナル軸受4、及びスラスト軸受5と、を備えている。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the steam turbine 1 (rotary machine) includes a steam turbine rotor 3 extending along the direction of the axis O, a steam turbine casing 2 covering the steam turbine rotor 3 from the outer peripheral side, and a shaft of the steam turbine rotor 3 A journal bearing 4 rotatably supporting the end 11 about an axis O and a thrust bearing 5 are provided.

蒸気タービンロータ3は複数の動翼30を有している。蒸気タービンロータ3の周方向に一定の間隔をもって複数の動翼30が配列される。軸線O方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼30の列が配列される。動翼30は、翼本体31と、動翼シュラウド34(シュラウド)と、を有している。翼本体31は、蒸気タービンロータ3の外周面から径方向外側に向かって突出している。翼本体31は、径方向から見て翼型の断面を有する。翼本体31の先端部(径方向外側の端部)には、動翼シュラウド34が設けられている。   The steam turbine rotor 3 has a plurality of moving blades 30. A plurality of moving blades 30 are arrayed at regular intervals in the circumferential direction of the steam turbine rotor 3. Also in the direction of the axis O, the rows of the plurality of moving blades 30 are arranged at constant intervals. The blade 30 has a blade body 31 and a blade shroud 34 (shroud). The wing body 31 protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the steam turbine rotor 3. The wing body 31 has a wing-shaped cross section as viewed in the radial direction. A moving blade shroud 34 is provided at the tip end (radially outer end) of the wing body 31.

蒸気タービンケーシング2は、蒸気タービンロータ3を外周側から覆う略筒状をなしている。蒸気タービンケーシング2の軸線O方向一方側には、蒸気を取り込む蒸気供給管12が設けられている。蒸気タービンケーシング2の軸線O方向他方側には、蒸気を排出する蒸気排出管13が設けられている。以降の説明では、蒸気排出管13から見て蒸気供給管12が位置する側を上流側と呼び、蒸気供給管12から見て蒸気排出管13が位置する側を下流側と呼ぶ。   The steam turbine casing 2 has a substantially cylindrical shape covering the steam turbine rotor 3 from the outer peripheral side. A steam supply pipe 12 for taking in steam is provided on one side in the direction of the axis O of the steam turbine casing 2. On the other side of the steam turbine casing 2 in the direction of the axis O, a steam discharge pipe 13 for discharging steam is provided. In the following description, the side where the steam supply pipe 12 is located as viewed from the steam discharge pipe 13 is referred to as the upstream side, and the side where the steam discharge pipe 13 is located as viewed from the steam supply pipe 12 is referred to as the downstream side.

蒸気タービンケーシング2の内周面25に沿って複数の静翼21が設けられている。静翼21は、静翼台座24を介して蒸気タービンケーシング2の内周面25に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼21の先端部(径方向内側の端部)には、静翼シュラウド22が設けられている。動翼30と同様に、静翼21は内周面25の周方向及び軸線O方向に沿って複数配列される。動翼30は、隣り合う複数の静翼21の間の領域に入り込むようにして配置される。   A plurality of stator blades 21 are provided along the inner circumferential surface 25 of the steam turbine casing 2. The stationary blade 21 is a blade-like member connected to the inner circumferential surface 25 of the steam turbine casing 2 via the stationary blade pedestal 24. Further, a vane shroud 22 is provided at a tip end (a radially inner end) of the vane 21. Similar to the moving blades 30, a plurality of the stationary blades 21 are arranged along the circumferential direction of the inner circumferential surface 25 and the direction of the axis O. The moving blade 30 is disposed to enter an area between the plurality of adjacent stationary blades 21.

蒸気タービンケーシング2の内部において、静翼21と動翼30が配列された領域は、作動流体である蒸気Sが流通する主流路20を形成する。蒸気タービンケーシング2の内周面25と動翼シュラウド34との間には、軸線Oに対する径方向外側に向かって凹む凹部50が周方向全域にわたって形成されている。   In the inside of the steam turbine casing 2, a region in which the stationary blades 21 and the moving blades 30 are arranged forms a main flow passage 20 through which the steam S, which is a working fluid, flows. Between the inner circumferential surface 25 of the steam turbine casing 2 and the blade shroud 34, a recess 50 that is recessed radially outward with respect to the axis O is formed over the entire circumferential direction.

蒸気Sは、上流側の蒸気供給管12を介して、上述のように構成された蒸気タービン1に供給される。その後、蒸気タービンロータ3の回転に伴って静翼21と動翼30の列を通過し、やがて下流側の蒸気排出管13を通じて後続の装置(不図示)に向かって排出される。   The steam S is supplied via the upstream steam supply pipe 12 to the steam turbine 1 configured as described above. Thereafter, as the steam turbine rotor 3 rotates, it passes through the row of the stationary blades 21 and the moving blades 30 and is eventually discharged toward the subsequent device (not shown) through the downstream steam discharge pipe 13.

ジャーナル軸受4は、軸線Oに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受4は、蒸気タービンロータ3の両端に1つずつ設けられている。スラスト軸受5は、軸線O方向への荷重を支持する。スラスト軸受5は、蒸気タービンロータ3の上流側の端部にのみ設けられている。   The journal bearing 4 supports a load in the radial direction with respect to the axis O. One journal bearing 4 is provided at each end of the steam turbine rotor 3. The thrust bearing 5 supports a load in the direction of the axis O. The thrust bearing 5 is provided only at the upstream end of the steam turbine rotor 3.

次に、図2を参照して、動翼30の構成について説明する。同図に示すように、本実施形態に係る動翼30は、径方向から見て翼型の断面を有している。具体的には、動翼30は、凹曲面状をなす腹側面30aと、凸曲面状をなす背側面30bと、を有している。さらに、動翼30の厚さ寸法は、上流側の端部である前縁30Lから、下流側の端部である後縁30Tに向かうにしたがって小さくなっている。   Next, the configuration of the moving blade 30 will be described with reference to FIG. As shown to the same figure, the moving blade 30 which concerns on this embodiment has a wing-shaped cross section seeing from radial direction. Specifically, the moving blade 30 has a ventral side surface 30a in the form of a concave surface and a back surface 30b in the form of a convex surface. Furthermore, the thickness dimension of the moving blade 30 decreases from the leading edge 30L, which is the upstream end, toward the trailing edge 30T, which is the downstream end.

複数の動翼30は、軸線Oに対する周方向に間隔をあけて配列されている。即ち、互いに隣り合う一対の動翼30,30の背側面30bと腹側面30a同士は互いに周方向に対向している。互いに対向する背側面30bと腹側面30aとの間の空間は、翼間流路Fとされている。翼間流路Fを作動流体が流通する際に腹側面30aに流れが衝突することで、動翼30に運動エネルギーが付加される。   The plurality of moving blades 30 are arranged at intervals in the circumferential direction with respect to the axis O. That is, the back side 30 b and the ventral side 30 a of the pair of moving blades 30, 30 adjacent to each other face each other in the circumferential direction. A space between the back surface 30 b and the ventral surface 30 a facing each other is an inter-blade flow path F. When the working fluid flows through the inter-blade flow path F, kinetic energy is added to the moving blades 30 by the flow colliding with the ventral surface 30a.

ここで、上述の翼間流路Fの中途で、径方向から見て腹側面30aと背側面30bの離間距離が最も小さくなる位置を一次スロート位置T1と呼ぶ(図2中の鎖線で図示)。即ち、一次スロート位置T1では、翼間流路Fの流路断面積が最も小さくなっている。この一次スロート位置T1に対応する背側面30b上には、流れ乱し部90としての突起91が設けられている。   Here, in the middle of the above-described inter-blade flow path F, the position at which the distance between the inner and outer surfaces 30a and 30b is the smallest when viewed from the radial direction is referred to as the primary throat position T1 (shown by a chain line in FIG. 2). . That is, at the primary throat position T1, the flow passage cross-sectional area of the inter-blade flow passage F is the smallest. On the back side 30b corresponding to the primary throat position T1, a protrusion 91 as a flow disturbing portion 90 is provided.

突起91は、背側面30bに沿う流れを乱すために設けられている。突起91は、背側面30bから腹面側に向かって突出している。径方向から見て、突起91は円弧状の断面を有している。なお、突起91は、背側面30b上で、一次スロート位置T1を基準として、動翼30のコード長の±20%の範囲内にあることが望ましい。突起91は、コード長の±10%の範囲内にあることがさらに望ましく、最も望ましくは、突起91は、コード長の±5%の範囲内に設けられる。なお、ここで言うコード長とは、動翼30の前縁30Lと後縁30Tとを結ぶ直線の長さを指す。   The protrusion 91 is provided to disturb the flow along the back surface 30b. The protrusion 91 protrudes from the dorsal surface 30 b toward the ventral side. Seen from the radial direction, the projection 91 has an arc-shaped cross section. It is desirable that the projection 91 be within ± 20% of the cord length of the moving blade 30 on the back side surface 30b with reference to the primary throat position T1. It is further desirable that the projections 91 be within ± 10% of the cord length, and most preferably, the projections 91 be within ± 5% of the cord length. Here, the cord length refers to the length of a straight line connecting the front edge 30L and the rear edge 30T of the moving blade 30.

突起91が設けられていることにより、動翼30としてのスロート位置(二次スロート位置T2)は上記の一次スロート位置T1から変化する。図2の例では、一次スロート位置T1と二次スロート位置T2とが一致している場合を示している。突起91が一次スロート位置T1を基準として、コード長の±20%の範囲内であって、一次スロート位置T1とは異なる位置に設けられている場合には、突起91が設けられている位置が二次スロート位置T2となる。   The provision of the projection 91 changes the throat position (secondary throat position T2) of the moving blade 30 from the above-mentioned primary throat position T1. In the example of FIG. 2, the case where primary throat position T1 and secondary throat position T2 correspond is shown. When the projection 91 is within ± 20% of the cord length with respect to the primary throat position T1 and is provided at a position different from the primary throat position T1, the position at which the projection 91 is provided is It becomes the secondary throat position T2.

さらに、図3に示すように、突起91は、動翼30の径方向外側の端部30Rから、動翼30の径方向における長さの50%以下の領域に設けられている。即ち、突起91は、動翼30の50〜100%Htの領域にのみ設けられている。なお、動翼シュラウドを有しないフリースタンディング翼の場合には、突起91は、動翼30の80〜100%Htの領域にのみ設けられることが望ましい。   Furthermore, as shown in FIG. 3, the protrusion 91 is provided in a region of 50% or less of the radial length of the moving blade 30 from the radially outer end portion 30R of the moving blade 30. That is, the projections 91 are provided only in the region of 50 to 100% Ht of the moving blade 30. In the case of a free standing wing not having a moving blade shroud, it is desirable that the projection 91 be provided only in the region of 80 to 100% Ht of the moving blade 30.

続いて、本実施形態に係る蒸気タービン1の動作について説明する。蒸気タービン1を運転するに当たっては、外部の蒸気供給源(不図示)から、高温高圧の蒸気が蒸気供給管12を通じて蒸気タービンケーシング2の内部(主流路20)に供給される。蒸気は、主流路20に沿って、上流側から下流側に向かって流れる流れ(主蒸気)を形成する。主蒸気は、静翼21と動翼30とに交互に衝突することで、動翼30を介して蒸気タービンロータ3に回転力を与える。蒸気タービンロータ3の回転は軸端から取り出されて、発電機等(不図示)の外部機器を駆動する。   Subsequently, an operation of the steam turbine 1 according to the present embodiment will be described. When operating the steam turbine 1, high temperature and high pressure steam is supplied from the external steam supply source (not shown) to the inside (main flow passage 20) of the steam turbine casing 2 through the steam supply pipe 12. The steam forms a flow (main steam) flowing from the upstream side to the downstream side along the main flow passage 20. The main steam alternately collides with the stationary blades 21 and the moving blades 30 to apply rotational force to the steam turbine rotor 3 via the moving blades 30. The rotation of the steam turbine rotor 3 is taken out from the shaft end to drive an external device such as a generator (not shown).

蒸気タービン1が稼動している状態において、動翼30の周囲では、腹側面30aに沿う蒸気の流れと、背側面30bに沿う蒸気の流れが生じる。腹側面30a上、背側面30b上ともに、蒸気は上流側から下流側に向かうに従って周方向一方側から他方側に向かって流れる。ここで、図5に比較例として示すように、背側面30b上に何らの構造物も設けられていない場合、背側面30bに沿う流れでは、当該背側面30b上で速度の減少が生じる(減速流れが形成される。)。より具体的には、図6(a)のグラフに示すような速度分布を呈する。図6(a)のグラフでは、横軸は前縁30Lから後縁30Tにかけての位置を示し、縦軸は速度を示している。また、鎖線は背側面30bにおける速度分布を示し、実線は腹側面30aにおける速度分布を示している。同グラフに示すように、背側面30bでは、位置Pよりも後縁30T側の領域において、速度が減少している(減速流れが発生している。)   When the steam turbine 1 is in operation, a flow of steam along the ventral surface 30a and a flow of steam along the back surface 30b occur around the moving blade 30. The vapor flows from one side to the other side in the circumferential direction from the upstream side to the downstream side on both the ventral surface 30a and the dorsal surface 30b. Here, as shown in FIG. 5 as a comparative example, in the case where no structure is provided on the back surface 30b, the flow along the back surface 30b causes a decrease in speed on the back surface 30b (deceleration A flow is formed). More specifically, the velocity distribution as shown in the graph of FIG. 6 (a) is exhibited. In the graph of FIG. 6 (a), the horizontal axis indicates the position from the leading edge 30L to the trailing edge 30T, and the vertical axis indicates the velocity. Further, the chain line indicates the velocity distribution on the dorsal surface 30b, and the solid line indicates the velocity distribution on the ventral surface 30a. As shown in the graph, in the back surface 30b, the velocity decreases in the region on the trailing edge 30T side of the position P (decelerating flow is generated).

一方で、図6(b)のグラフは、動翼30における流体に付加される減衰力の分布を示している。図6(b)のグラフでは、横軸は前縁30Lから後縁30Tにかけての位置を示し、縦軸は減衰力を示している。また、鎖線は背側面30bにおける減衰力分布を示し、実線は腹側面30aにおける減衰力分布を示している。同グラフに示すように、減速流れが発生する位置Pよりも後縁30T側では、減衰力が大きく負の値を取っていることが分かる。この負減衰の増加により、動翼30にフラッタを生じる可能性がある。   On the other hand, the graph of FIG. 6 (b) shows the distribution of damping force applied to the fluid in the moving blade 30. In the graph of FIG. 6B, the horizontal axis indicates the position from the leading edge 30L to the trailing edge 30T, and the vertical axis indicates the damping force. Further, the chain line indicates the damping force distribution on the dorsal surface 30b, and the solid line indicates the damping force distribution on the abdominal surface 30a. As shown in the graph, it can be seen that the damping force has a large negative value on the trailing edge 30T side of the position P where the decelerating flow occurs. This increase in negative damping can cause flutter on the blades 30.

これに対して、本実施形態に係る蒸気タービン1では、動翼30の背側面30b上に突起91(流れ乱し部90)が設けられている。突起91が設けられている場合、翼表面における速度分布、及び減衰力分布は、図4(a)、図4(b)の状態となる。図4(a)に示すように、背側面30bにおいて減速流れが発生する位置Pよりも下流側の領域では、減速の程度が図6(a)の場合と比べて緩和されていることが分かる。さらに、図4(b)に示すように、減速流れが発生する位置Pよりも後縁30T側では、減衰力の減少が小さくなっていることが分かる。即ち、図6(b)の場合と比べて、負減衰力の増加が減少していることが分かる。これは、突起91がなければ流れが減速される領域で、該突起91により流れが乱されることで、動翼に作用する周期的な不安定化力を低減させることができるためである。これにより、動翼30におけるフラッタの発生を抑制することができる。   On the other hand, in the steam turbine 1 according to the present embodiment, the projections 91 (the flow disturbing portions 90) are provided on the back surface 30b of the moving blade 30. When the projections 91 are provided, the velocity distribution and the damping force distribution on the blade surface are in the states shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). As shown in FIG. 4 (a), it can be seen that in the region downstream of the position P where the decelerating flow occurs on the back surface 30b, the degree of deceleration is relaxed as compared with the case of FIG. 6 (a) . Furthermore, as shown in FIG. 4B, it can be seen that the decrease in damping force is smaller on the trailing edge 30T side than the position P where the decelerating flow occurs. That is, it can be seen that the increase in negative damping force is reduced as compared with the case of FIG. 6 (b). This is because, in the region where the flow is decelerated without the projection 91, the flow is disturbed by the projection 91, whereby the periodic destabilizing force acting on the moving blade can be reduced. Thereby, the occurrence of flutter in the moving blades 30 can be suppressed.

以上、説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン1では、流れ乱し部90としての突起91の下流側の領域で、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼30にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   As described above, in the steam turbine 1 according to the present embodiment, the velocity distribution of the flow is disturbed in the region downstream of the projection 91 as the flow disturbing portion 90. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering of the moving blades 30.

ここで、流れの速度が減少する領域(減速流れが発生する領域)は、一次スロート位置T1を基準として、翼のコード長の±20%の範囲内であることが知られている。即ち、この領域では、空力負減衰が増加しやすい。しかしながら、上記の構成によれば、減速流れが発生する領域に流れ乱し部90が設けられることで、より効果的にフラッタを抑制することができる。   Here, it is known that the area where the flow velocity decreases (the area where the decelerating flow occurs) is within ± 20% of the chord length of the wing with reference to the first throat position T1. That is, in this region, aerodynamic negative damping tends to increase. However, according to the above configuration, by providing the flow disturbance portion 90 in the area where the decelerating flow occurs, flutter can be suppressed more effectively.

さらに、流れの速度が減少する領域(減速流れが発生する領域)は、翼の径方向外側の端部から翼の径方向における長さの50%以下の領域であることが知られている。即ち、この領域では、空力負減衰が増加しやすい。しかしながら、上記の構成によれば、減速流れが発生する領域に流れ乱し部90が設けられることで、より効果的にフラッタを抑制することができる。   Furthermore, it is known that the area in which the flow velocity decreases (the area in which the decelerating flow occurs) is an area of 50% or less of the radial length of the wing from the radially outer end of the wing. That is, in this region, aerodynamic negative damping tends to increase. However, according to the above configuration, by providing the flow disturbance portion 90 in the area where the decelerating flow occurs, flutter can be suppressed more effectively.

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、第一実施形態では、蒸気タービン1の動翼30を例に説明した。しかしながら、本発明の適用対象は蒸気タービン1の動翼30に限定されず、静翼に適用することも可能である。また、軸流圧縮機のブレードに本発明を適用することも可能である。   The first embodiment of the present invention has been described above. Note that various changes and modifications can be made to the above-described configuration without departing from the scope of the present invention. For example, in the first embodiment, the moving blade 30 of the steam turbine 1 has been described as an example. However, the application object of the present invention is not limited to the moving blades 30 of the steam turbine 1, and may be applied to a stationary blade. It is also possible to apply the invention to blades of axial compressors.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図7を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、動翼30の背側面30b上に、流れ乱し部90としての溝92が形成されている。この溝92は、径方向からみて、背側面30bから腹側面30a側に向かって矩形状に凹んでいる。溝92は、背側面30b上で、一次スロート位置T1を基準として、動翼30のコード長の±20%の範囲内にあることが望ましい。溝92は、コード長の±10%の範囲内にあることがさらに望ましく、最も望ましくは、溝92は、コード長の±5%の範囲内に設けられる。なお、ここで言うコード長とは、動翼30の前縁30Lと後縁30Tとを結ぶ直線の長さを指す。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the structure similar to the said 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. As shown to the same figure, in this embodiment, the groove | channel 92 as the flow disturbance part 90 is formed on the back surface 30b of the moving blade 30. As shown in FIG. The groove 92 is recessed in a rectangular shape from the back surface 30 b toward the ventral surface 30 a as viewed in the radial direction. The groove 92 is preferably within ± 20% of the cord length of the moving blade 30 on the back surface 30b with reference to the primary throat position T1. The groove 92 is more preferably in the range of ± 10% of the cord length, and most preferably the groove 92 is in the range of ± 5% of the cord length. Here, the cord length refers to the length of a straight line connecting the front edge 30L and the rear edge 30T of the moving blade 30.

溝92が形成されていることにより、動翼30としてのスロート位置(二次スロート位置T2)は上記の一次スロート位置T1から変化する。図2の例では、一次スロート位置T1と二次スロート位置T2とが一致している場合を示している。   Due to the formation of the groove 92, the throat position (secondary throat position T2) as the moving blade 30 changes from the above-mentioned primary throat position T1. In the example of FIG. 2, the case where primary throat position T1 and secondary throat position T2 correspond is shown.

さらに、溝92は、動翼30の径方向外側の端部から、動翼30の径方向における長さの50%以下の領域に設けられている。即ち、溝92は、動翼30の50〜100%Htの領域にのみ設けられている。なお、動翼シュラウドを有しないフリースタンディング翼の場合には、溝92は、動翼30の80〜100%Htの領域にのみ設けられることが望ましい。   Furthermore, the groove 92 is provided in a region of 50% or less of the radial length of the moving blade 30 from the radially outer end of the moving blade 30. That is, the groove 92 is provided only in the region of 50 to 100% Ht of the moving blade 30. In the case of a free standing blade not having a moving blade shroud, it is desirable that the groove 92 be provided only in the region of 80 to 100% Ht of the moving blade 30.

以上、説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン1では、流れ乱し部90としての溝92の下流側の領域で、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼30にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   As described above, in the steam turbine 1 according to the present embodiment, the velocity distribution of the flow is disturbed in the region downstream of the groove 92 as the flow disturbing portion 90. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering of the moving blades 30.

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、第二実施形態では、蒸気タービン1の動翼30を例に説明した。しかしながら、本発明の適用対象は蒸気タービン1の動翼30に限定されず、静翼に適用することも可能である。また、軸流圧縮機のブレードに本発明を適用することも可能である。   The second embodiment of the present invention has been described above. Note that various changes and modifications can be made to the above-described configuration without departing from the scope of the present invention. For example, in the second embodiment, the moving blade 30 of the steam turbine 1 has been described as an example. However, the application object of the present invention is not limited to the moving blades 30 of the steam turbine 1, and may be applied to a stationary blade. It is also possible to apply the invention to blades of axial compressors.

[第三実施形態]
続いて、本発明の第三実施形態について、図8を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図8に示すように、本実施形態では、動翼30の背側面30b上に、流れ乱し部90としての粗面93が形成されている。粗面93は、背側面30bにおける他の領域よりも粗度が高い。粗面93を構成する手段としては、背側面30b上にコーティングを施す方法や、カーボン粒子を付着させる方法などが考えられる。
Third Embodiment
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the structure similar to said each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, a rough surface 93 as a flow disturbance portion 90 is formed on the back surface 30 b of the moving blade 30. The rough surface 93 is higher in roughness than the other regions on the dorsal surface 30b. As means for forming the rough surface 93, a method of applying a coating on the back surface 30b, a method of attaching carbon particles, and the like can be considered.

粗面93は、背側面30b上で、一次スロート位置T1を基準として、動翼30のコード長の±20%の範囲内にあることが望ましい。粗面93は、コード長の±10%の範囲内にあることがさらに望ましく、最も望ましくは、粗面93は、コード長の±5%の範囲内に設けられる。なお、ここで言うコード長とは、動翼30の前縁30Lと後縁30Tとを結ぶ直線の長さを指す。   It is desirable that the rough surface 93 be within ± 20% of the cord length of the moving blade 30 on the back surface 30b with reference to the primary throat position T1. The rough surface 93 is more preferably within ± 10% of the cord length, and most preferably the rough surface 93 is within ± 5% of the cord length. Here, the cord length refers to the length of a straight line connecting the front edge 30L and the rear edge 30T of the moving blade 30.

さらに、粗面93は、動翼30の径方向外側の端部から、動翼30の径方向における長さの50%以下の領域に設けられている。即ち、粗面93は、動翼30の50〜100%Htの領域にのみ設けられている。なお、動翼シュラウドを有しないフリースタンディング翼の場合には、粗面93は、動翼30の80〜100%Htの領域にのみ設けられることが望ましい。   Furthermore, the rough surface 93 is provided in a region of 50% or less of the radial length of the moving blade 30 from the radial outer end of the moving blade 30. That is, the rough surface 93 is provided only in the region of 50 to 100% Ht of the moving blade 30. In the case of a free standing wing not having a moving blade shroud, it is desirable that the rough surface 93 be provided only in the region of 80 to 100% Ht of the moving blade 30.

以上、説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン1では、流れ乱し部90としての粗面93が形成されていることで、粗面93を通過する際に摩擦力が生じ、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼30にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   As described above, in the steam turbine 1 according to the present embodiment, the rough surface 93 as the flow disturbing portion 90 is formed, whereby a frictional force is generated when passing through the rough surface 93, and The velocity distribution is disturbed. Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering of the moving blades 30.

以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、第三実施形態では、蒸気タービン1の動翼30を例に説明した。しかしながら、本発明の適用対象は蒸気タービン1の動翼30に限定されず、静翼に適用することも可能である。また、軸流圧縮機のブレードに本発明を適用することも可能である。   The third embodiment of the present invention has been described above. Note that various changes and modifications can be made to the above-described configuration without departing from the scope of the present invention. For example, in the third embodiment, the moving blade 30 of the steam turbine 1 has been described as an example. However, the application object of the present invention is not limited to the moving blades 30 of the steam turbine 1, and may be applied to a stationary blade. It is also possible to apply the invention to blades of axial compressors.

[第四実施形態]
続いて、本発明の第四実施形態について、図9を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図9に示すように、本実施形態では、動翼30の背側面30b上に、流れ乱し部90としてのディンプル領域94が形成されている。ディンプル領域94には、背側面30b上に形成された複数のディンプル95を有している。各ディンプル95は、背側面30bから腹側面30a側に向かってわずかに凹んでいる。
Fourth Embodiment
Subsequently, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the structure similar to said each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 9, in the present embodiment, a dimple area 94 as a flow disturbance portion 90 is formed on the back surface 30 b of the moving blade 30. The dimple area 94 has a plurality of dimples 95 formed on the back surface 30 b. Each dimple 95 is slightly recessed from the dorsal surface 30 b toward the ventral surface 30 a.

ディンプル領域94は、背側面30b上で、一次スロート位置T1を基準として、動翼30のコード長の±20%の範囲内にあることが望ましい。ディンプル領域94は、コード長の±10%の範囲内にあることがさらに望ましく、最も望ましくは、ディンプル領域94は、コード長の±5%の範囲内に設けられる。なお、ここで言うコード長とは、動翼30の前縁30Lと後縁30Tとを結ぶ直線の長さを指す。   The dimple area 94 is preferably within ± 20% of the cord length of the moving blade 30 on the back surface 30b with reference to the primary throat position T1. The dimple area 94 is more preferably within ± 10% of the cord length, and most preferably, the dimple area 94 is within ± 5% of the cord length. Here, the cord length refers to the length of a straight line connecting the front edge 30L and the rear edge 30T of the moving blade 30.

さらに、ディンプル領域94は、動翼30の径方向外側の端部から、動翼30の径方向における長さの50%以下の領域に設けられている。即ち、ディンプル領域94は、動翼30の50〜100%Htの領域にのみ設けられている。なお、動翼シュラウドを有しないフリースタンディング翼の場合には、ディンプル領域94は、動翼30の80〜100%Htの領域にのみ設けられることが望ましい。   Furthermore, the dimple region 94 is provided from the radial outer end of the moving blade 30 to a region of 50% or less of the radial length of the moving blade 30. That is, the dimple region 94 is provided only in the region of 50 to 100% Ht of the moving blade 30. In the case of a free standing blade not having a moving blade shroud, it is desirable that the dimple region 94 be provided only in the region of 80 to 100% Ht of the moving blade 30.

以上、説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン1では、流れ乱し部90としてのディンプル領域94が形成されていることで、ディンプル領域94を通過する際に、流れの速度分布に乱れを生じる。これにより、当該領域における空力減衰が小さくなり過ぎること(空力負減衰の増加)を抑制することができる。これにより、動翼30にフラッタが生じる可能性を低減することができる。   As described above, in the steam turbine 1 according to the present embodiment, when the dimple region 94 as the flow disturbance portion 90 is formed, the velocity distribution of the flow is disturbed when passing through the dimple region 94. Produces Thereby, it can suppress that the aerodynamic damping in the said area becomes small too much (increase of aerodynamic negative damping). This can reduce the possibility of fluttering of the moving blades 30.

以上、本発明の第四実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、第四実施形態では、蒸気タービン1の動翼30を例に説明した。しかしながら、本発明の適用対象は蒸気タービン1の動翼30に限定されず、静翼に適用することも可能である。また、軸流圧縮機のブレードに本発明を適用することも可能である。   The fourth embodiment of the present invention has been described above. Note that various changes and modifications can be made to the above-described configuration without departing from the scope of the present invention. For example, in the fourth embodiment, the moving blades 30 of the steam turbine 1 have been described as an example. However, the application object of the present invention is not limited to the moving blades 30 of the steam turbine 1, and may be applied to a stationary blade. It is also possible to apply the invention to blades of axial compressors.

1…蒸気タービン
2…蒸気タービンケーシング
3…蒸気タービンロータ
4…ジャーナル軸受
5…スラスト軸受
11…軸端
12…蒸気供給管
13…蒸気排出管
20…主流路
24…静翼台座
25…内周面
30…動翼
30a…腹側面
30b…背側面
30L…前縁
30T…後縁
31…翼本体
34…動翼シュラウド
50…凹部
90…流れ乱し部
91…突起
92…溝
93…粗面
94…ディンプル領域
95…ディンプル
F…翼間流路
T1…一次スロート位置
T2…二次スロート位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... steam turbine 2 ... steam turbine casing 3 ... steam turbine rotor 4 ... journal bearing 5 ... thrust bearing 11 ... shaft end 12 ... steam supply pipe 13 ... steam discharge pipe 20 ... main flow path 24 ... stator blade pedestal 25 ... inner peripheral surface 30: moving blade 30a: belly side 30b: back side 30L: leading edge 30T: trailing edge 31: wing main body 34: moving blade shroud 50: recessed portion 90: flow disturbing portion 91: projection 92: groove 93: rough surface 94: rough surface 94 Dimple area 95: Dimple F: Flow path between wings T1: Primary throat position T2: Secondary throat position

Claims (7)

径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が設けられた翼を備え、
前記翼は、径方向における断面視で凹曲面状をなす腹側面及び凸曲面状をなす背側面を有し、
前記背側面の一部であって、互いに隣り合う前記翼の腹側面と背側面とによって形成される流路のうち最も流路断面積が小さくなる位置が一次スロート位置とされ、
前記背側面における前記一次スロート位置に対応する部分に、該背側面に沿う流れを乱す流れ乱し部が設けられている回転機械。
A plurality of radially extending and circumferentially spaced apart vanes,
The wing has an anti-lateral side forming a concave surface and a back surface forming a convex surface in a cross-sectional view in the radial direction,
Of the channels formed by the ventral surface and the back surface of the wings that are part of the back surface, the position where the channel cross-sectional area is the smallest is taken as the primary throat position,
A rotating machine provided with a flow disturbing portion which disturbs the flow along the back side surface in a portion corresponding to the primary throat position in the back side surface.
前記流れ乱し部は、前記背側面から前記腹面側に向かって突出する突起であり、径方向から見て該突起は円弧状の断面を有している請求項1に記載の回転機械。   The rotary machine according to claim 1, wherein the flow disturbing portion is a protrusion that protrudes from the back surface toward the abdominal surface side, and the protrusion has an arc-shaped cross section when viewed from the radial direction. 前記流れ乱し部は、前記背側面から凹むように形成され、径方向に延びる溝である請求項1に記載の回転機械。   The rotary machine according to claim 1, wherein the flow disturbing portion is a groove which is formed to be recessed from the back surface and extends radially. 前記流れ乱し部は、前記背側面における他の領域よりも粗度が高い粗面である請求項1に記載の回転機械。   The rotary machine according to claim 1, wherein the flow disturbing portion is a rough surface having a roughness higher than that of the other region on the back surface. 前記流れ乱し部は、前記背側面から凹むように形成された複数のディンプルである請求項1に記載の回転機械。   The rotary machine according to claim 1, wherein the flow disturbing portion is a plurality of dimples formed to be recessed from the back surface. 前記流れ乱し部は、前記一次スロート位置を基準として、前記翼のコード長の±20%の範囲内にある請求項1から5のいずれか一項に記載の回転機械。   The rotary machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow disturbing portion is within a range of ± 20% of a cord length of the wing based on the primary throat position. 前記流れ乱し部は、前記翼の径方向外側の端部から、該翼の径方向における長さの50%以下の領域にのみ設けられている請求項1から6のいずれか一項に記載の回転機械。   The said flow disturbance part is provided in the area | region of 50% or less of the length in the radial direction of this wing | blade from the radial outer end of the said blade, It is described in any one of Claim 1 to 6 Rotary machine.
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