JP3592824B2 - 軸流タービン翼列 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン及びガスタービン等における翼ブレンドアールを有する軸流タービン翼列に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のものを、図５及び図６に基づいて説明する。図５に従来のブレンドアール付翼列の立体図を、また図６に従来のブレンドアールと翼列損失の関係を示す。
【０００３】
図５に示すように、通常ブレンドアール１は翼端壁２及び翼プロファイル３を滑らかに接続して、応力の集中を回避するために設けられている。このブレンドアール１は、翼幅に応じ２〜３ｍｍより１０数ｍｍまでの値をとり、図６に示すようにスロート幅４とブレンドアール１との比率が大きくなるに従いタービン段落の損失は増加傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したようにブレンドアールとスロート幅の比率が大きくなると、即ち、ブレンドアールが大きくなるとタービン性能は低下傾向にある。従って、ブレンドアールを小さくすればよいのであるが、小さなブレンドアールは、加工に多くの時間を要するため製作コストが高くなり、コスト削減のためにはブレンドアールの拡大が好ましいこととなる。
【０００５】
そこで、コストと性能を両立させるブレンドアールの大きさが求められることとなるが、十分なコストダウン効果を有するブレンドアールの拡大は性能劣化を伴うため、実現し難いという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解消し、コストと性能を両立させた、新規なブレンドアールを備えた軸流タービン翼列を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するべくなされたもので、翼プロファイルと翼端壁とをつなぐブレンドアールを翼プロファイル周り全周に設け、同ブレンドアールの形状は、翼通路長に沿って翼後縁からスロートまでの第１区間と、同スロートから分岐点までの第２区間と、同分岐点から翼前縁までの第３区間とで大きさをそれぞれ異らせ、前記ブレンドアールの曲率半径Ｒと翼スロート巾Ｏの無次元値Ｒ／Ｏを、前記第１区間ではほぼ０．４に維持し、前記第２区間ではほぼ０．４〜０．７と連続的に変化させ、前記第３区間ではほぼ０．７に維持して形成した軸流タービン翼列を提供する。
【０００８】
本発明の発明者等は、度重なる翼列試験を繰り返した結果、前記構成の翼列により損失の要因となるボルテックスコアの減少とウォールバウンダリィの増加抑制を行って、製作コストを低く抑えてかつ高性能を維持した翼列を得ることができたものである。
【０００９】
なお、本発明において第２区間を規制する分岐点とは、スロートより計って、ほぼスロート長の距離上流側の位置を指すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１ないし図４に基づいて説明する。なお、従来の技術として先に説明したものと同一の部分については同一の符号を付して示し、必要に応じて従来の技術も適宜参照しつつ重複する説明はできるだけ省略した。
【００１１】
図１は、翼の前縁を省略し、上流側から分岐点、及びスロートを経て後縁に至るブレンドアールの形状を立体的に示したものである。
【００１２】
図１のものを図２と対応させ、また図５を参照して説明すれば、翼プロファイル３の後縁１ａからスロート４までの区間Ａ（これを第１区間という）は、ブレンドアールの曲率半径Ｒとスロート巾Ｏとの無次元値Ｒ／Ｏは、ほぼ０．４の値を維持して形成され、同スロート４から上流側へ向って、スロート長とほぼ等距離の分岐点７までの区間Ｂ（これを第２区間という）は、ブレンドアールの曲率半径Ｒとスロート巾Ｏとの無次元値Ｒ／Ｏをほぼ０．４からほぼ０．７へ連続して直線的に変化させて形成し、さらに同分岐点７から翼プロファイル３の前縁３ａまでの区間Ｃ（これを第３区間という）では、ブレンドアールの曲率半径Ｒとスロート巾Ｏとの無次元値Ｒ／Ｏをほぼ０．７に維持して全体のブレンドアールが形成されている。
【００１３】
前記第１区間Ａ、第２区間Ｂ、及び第３区間Ｃにおける各ブレンドアールを夫々アールＡ、アールＢ、及びアールＣとして翼列損失との関係を図３に示した。
【００１４】
図３においてアールＡに対しアールＣは大きなアールをもつ。たとえば、アールＡとアールＣの大きさは図４に示すようにアールＣはアールＡに対し約１．５〜２倍の大きさを有するものとする。この場合、図３のように損失分布は、翼中央より壁の間で２次流れによりヴォルテックスコア５と呼ばれる２次流渦、及びウォールバウンダリィ６と呼ばれる壁側の境界層により構成される。
【００１５】
アール値の小さなアールＡの場合、ヴォルテックスコア５は大きいがウォールバウンダリィ６は小さい。一方、アール値の大きなアールＣではヴォルテックスコア５が小さくなりウォールバウンダリィ５が厚く発達している。
【００１６】
アール値が大きくなるに従いウォールバウンダリィ６が厚くなる理由は、図５を参照して示せば、アール１を有する後縁端１ａの厚さが増加することにより、後流側での混合損失が増加するためである。
【００１７】
また、アール値が大きくなるに従いヴォルテックスコア５が減少する理由は、アール１により翼腹背面の圧力分布が翼端で滑らかに変化することにより、損失の翼背面側への集中が回避できるためである。
【００１８】
このような理由により、ブレンドアールを拡大しても後縁近傍をある程度小さなアール値にしておけば、ヴォルテックスコアの減少とウォールバウンダリィの増加抑制効果により高性能が期待できる。
【００１９】
なお図３に以上述べたような異なる２種のアールＡ，Ｃを組合せたアールＢの損失分布を示すが、ヴォルテックスコア５がアールＣ並みに減少し、ウォールバウンダリィ６はアールＡレベルになっており、高性能化が図られている。
【００２０】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、図４に大小２種のアールＡ，Ｃ及びＡ，Ｃを組合せたアールＢの翼列損失を示すように、アールＡに対しアールＣは損失が大きいが、アールＡ，Ｃを組合せたアールＢをもつ翼列にすればヴォルテックスコアに代表される２次流れ損失低減によりアールＡ，Ｃのいずれよりも高性能となり、その量は効率にして０．２〜０．３％となる。
【００２２】
このような性能向上を図ると共にアールを拡大（Ａ→Ｃ）することにより加工費を削減できるなど、本発明は高性能とコストダウンを両立させる効果を奏することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る翼ブレンドアールを示す立体図。
【図２】図１のブレンドアールの翼通路長に沿う変化を示す説明図。
【図３】図２の各ブレンドアールのものの翼高さ方向損失分布関係を示す説明図。
【図４】図１のもののブレンドアールと翼列損失増加関係を示す説明図。
【図５】従来のブレンドアールを示す翼立体図。
【図６】従来のブレンドアールと翼列損失増加関係を示す説明図。
【符号の説明】
１ ブレンドアール
１ａ 後縁
２ 翼端壁
３ 翼プロファイル
３ａ 前縁
４ スロート
７ 分岐点

Claims (1)

1. 翼プロファイルと翼端壁とをつなぐブレンドアールを翼プロファイル周り全周に設け、同ブレンドアールの形状は、翼通路長に沿って翼後縁からスロートまでの第１区間と、同スロートから分岐点までの第２区間と、同分岐点から翼前縁までの第３区間とで大きさをそれぞれ異らせ、前記ブレンドアールの曲率半径Ｒと翼スロート巾Ｏの無次元値Ｒ／Ｏを、前記第１区間ではほぼ０．４に維持し、前記第２区間ではほぼ０．４〜０．７と連続的に変化させ、前記第３区間ではほぼ０．７に維持して形成したことを特徴とする軸流タービン翼列。

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