JP3836050B2 - タービン動翼 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過給機、小型ガスタービン、膨張タービン等に使用されるラジアルタービンや斜流タービン等におけるタービン動翼に関し、さらに詳しくは、動翼後縁部での流れの剥離を防止し、流れの損失の増加を防止できるタービン動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７および図８は、従来のタービン動翼を示す断面図であり、図９は、図７または図８に示した動翼のＤ−Ｄ断面における断面図、図１０は、従来の翼面流速（ａ）と翼形状に基づく流れの剥離状態（ｂ）を示す説明図である。そして、さらに詳しくは、この図７は、動翼の後縁を放物線状に形成した場合を示し、本願出願人が実登録−２５９９２５０号公報に開示したものである。また図８は、動翼の後縁を直線状に形成した場合を示すものである。
【０００３】
図７〜図９に示すように、ボス１の周方向に放射状に多数設けられた動翼２は、後縁３に向かって翼厚ｔが次第に薄くなるように形成されており、この薄くなる直前の翼厚ｔは、通常、最大翼厚に設定されることが多いため、説明の便宜上この部分を最大翼厚部と呼び、この最大翼厚部４よりも下流を後縁部５と呼ぶこととする。
【０００４】
そして、最大翼厚部４上流の負圧面６の延長線６ａと、最大翼厚部４上流の圧力面７の延長線７ａと、翼厚ｔの中心線８とを想定する。このとき、従来の後縁部５の後縁３は、この中心線８上に位置するように計画されている。
【０００５】
後縁部５付近の断面がこのように形成されているのは、従来、翼形状が上記中心線８によって計画され、この中心線８に対して直角方向に翼厚ｔの１／２を負圧面６と圧力面７とに振り分けて翼厚ｔが設定されているためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のタービン動翼は、後縁３が上記のように形成されているので、図１０に示すように、主流の負圧面流速９は、最大翼厚部４下流での流れの転向角θの急増により急上昇部１１が生じるとともに、後縁３にかけて急減速部１２が生じる。このため、負圧面６の後縁部５で流れの剥離部１３が生じ、流れの損失が増加してしまうという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動翼後縁部での流れの剥離を防止し、流れの損失の増加を防止できるタービン動翼を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の請求項１にかかるタービン動翼は、ラジアルタービン又は斜流タービンにおけるタービン動翼において、当該動翼の後縁のチップ側を、最大翼厚部上流の負圧面の延長線上に位置させて形成し、または翼厚の中心線から当該延長線側に近づくように偏倚させて形成すると共に、当該動翼の後縁のハブ側を圧力面側に近づくように偏倚させて形成することにより、当該最大翼厚部下流のチップ側翼面の転向角を小さく形成したものである。
【０００９】
これにより、後縁部での転向角の急増がなくなり、主流の負圧面流速には、従来の場合のような急上昇や急減速が生じないので、後縁部での流れの剥離の発生を防止できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００１０】
また、この発明の請求項２にかかるタービン動翼は、動翼の後縁を翼高さ全体にわたって負圧面側に近づくように偏倚させて形成したものである。
【００１１】
これにより、後縁部での翼高さ全体にわたって流れの剥離の発生を防止できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００１２】
また、この発明の請求項３にかかるタービン動翼は、動翼の後縁を、チップ側では負圧面側に近づくように偏倚させて形成するとともに、ハブ側では圧力面側に近づくように偏倚させて形成したものである。
【００１３】
これにより、主流の縦渦が顕著な場合に、チップ側とハブ側での流れをそれぞれ効果的に制御できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるタービン動翼の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかるタービン動翼を示す断面図（ａ）およびそのＡ−Ａ断面を示す断面図（ｂ）であり、後縁を放物線状に形成された動翼に適用した例である。図２は、後縁を直線状に形成されたタービン動翼を示す断面図、図３は、翼面流速（ａ）と流れの状態（ｂ）を示す説明図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００１６】
図１に示すように、動翼２の後縁３を、翼厚の中心線８から最大翼厚部４上流の負圧面６の延長線６ａ側に近づくように偏倚させて形成することにより、当該最大翼厚部４下流の翼面の転向角が小さくなるように形成してある。なお、後縁３を直線状に形成した動翼２（図２参照）についても、上記と同様に形成することができる。
【００１７】
動翼２の後縁３をこのように形成したことにより、後縁部５での転向角の急増がなくなる。このため、図３に示すように、主流の負圧面流速９には、従来の場合のような急上昇部１１や急減速部１２（図１０参照）が生じないので、後縁部５での流れの剥離の発生を防止できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１にかかるタービン動翼によれば、後縁部５での流れの剥離を防止し、流れの損失の増加を防止できるので、タービン効率を向上させることができる。
【００１９】
なお、上記実施の形態１においては、動翼２の後縁３を、翼厚の中心線８から最大翼厚部４上流の負圧面６の延長線６ａ側に近づくように偏倚させて形成するものとして説明したが、これに限定されず、後縁３を、最大翼厚部４上流の負圧面６の延長線６ａ上に位置させて形成してもよい。この場合も上記と同様の効果を期待できる。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２にかかるタービン動翼を示す断面図（ａ）およびそのＢ方向（下流方向）から見た説明図（ｂ）であり、後縁を放物線状に形成された動翼に適用した例である。図５は、後縁を直線状に形成されたタービン動翼を示す断面図である。
【００２１】
上記実施の形態１では、動翼２の後縁３を、翼厚の中心線８から最大翼厚部４上流の負圧面６の延長線６ａ側に近づくように偏倚させて形成したが、本実施の形態２では、さらにこの後縁３の翼高さ方向の分布を指定するものである。すなわち、図４（ｂ）に示すように、後縁３を翼高さ全体にわたって負圧面６側に近づくように偏倚させて形成したものである。なお、後縁３を直線状に形成した動翼２（図５参照）についても、上記と同様に形成することができる。
【００２２】
後縁３をこのように形成したことにより、後縁部５での転向角の急増がなくなり、主流の負圧面流速には、従来の場合のような急上昇部１１や急減速部１２が生じないので、後縁部５での流れの剥離の発生を防止できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態２にかかるタービン動翼によれば、後縁部５での流れの剥離を防止し、流れの損失の増加を防止できるので、タービン効率を向上させることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３にかかるタービン動翼を示す断面図（ａ）およびそのＣ方向（下流方向）から見た説明図（ｂ）であり、後縁を放物線状に形成された動翼に適用した例である。
【００２５】
上記実施の形態１では、動翼２の後縁３を、翼厚の中心線８から最大翼厚部４上流の負圧面６の延長線６ａ側に近づくように偏倚させて形成したが、本実施の形態２では、さらにこの後縁３の翼高さ方向の分布を指定するものである。
【００２６】
すなわち、図６（ｂ）に示すように主流の縦渦１６が顕著な場合には、ハブ１５側では流れが負圧面６に向かって流れようとするため、翼形状の転向角によらずに流れが負圧面６に沿って流れるようになり、ハブ１５側では流れの剥離が生じない場合がある。
【００２７】
このような場合に、動翼２の後縁３を、チップ１４側では負圧面６側に近づくように偏倚させて形成するとともに、ハブ１５側では圧力面７側に近づくように偏倚させて形成したものである。なお、後縁３を直線状に形成した動翼２（図５参照）についても、上記と同様に形成することができる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態３にかかるタービン動翼によれば、主流の縦渦１６が顕著な場合に、チップ１４側とハブ１５側での流れをそれぞれ効果的に制御できるため、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるタービン動翼（請求項１）によれば、タービン動翼において、当該動翼の後縁を、最大翼厚部上流の負圧面の延長線上に位置させて形成し、または翼厚の中心線から当該延長線側に近づくように偏倚させて形成することにより当該最大翼厚部下流の翼面の転向角を小さく形成したので、後縁部での転向角の急増がなくなり、主流の負圧面流速には、従来の場合のような急上昇や急減速が生じず、後縁部での流れの剥離の発生を防止できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００３０】
また、この発明にかかるタービン動翼（請求項２）によれば、動翼の後縁を翼高さ全体にわたって負圧面側に近づくように偏倚させて形成したので、後縁部での翼高さ全体にわたって流れの剥離の発生を防止できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【００３１】
また、この発明にかかるタービン動翼（請求項３）によれば、動翼の後縁を、チップ側では負圧面側に近づくように偏倚させて形成するとともに、ハブ側では圧力面側に近づくように偏倚させて形成したので、主流の縦渦が顕著な場合に、チップ側とハブ側での流れをそれぞれ効果的に制御できる。したがって、流れの損失を低減することができ、タービン効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるタービン動翼を示す断面図（ａ）およびそのＡ−Ａ断面を示す断面図（ｂ）である。
【図２】後縁を直線状に形成されたタービン動翼を示す断面図である。
【図３】翼面流速（ａ）と流れの状態（ｂ）を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２にかかるタービン動翼を示す断面図（ａ）およびそのＢ方向（下流方向）から見た説明図（ｂ）である。
【図５】後縁を直線状に形成されたタービン動翼を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３にかかるタービン動翼を示す断面図（ａ）およびそのＣ方向（下流方向）から見た説明図（ｂ）である。
【図７】従来のタービン動翼（後縁を放物線状に形成）を示す断面図である。
【図８】従来のタービン動翼（後縁を直線状に形成）を示す断面図である。
【図９】図７または図８に示した動翼のＤ−Ｄ断面における断面図である。
【図１０】従来の翼面流速（ａ）と翼形状に基づく流れの剥離状態（ｂ）を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ボス
２ 動翼
３ 後縁
４ 最大翼厚部
５ 後縁部
６ 負圧面
６ａ 最大翼厚部上流の負圧面の延長線
７ 圧力面
８ 翼厚の中心線
９ 負圧面流速
ｔ 翼厚
θ 転向角
１０ 圧力面流速
１４ チップ
１５ ハブ
１６ 主流の縦渦

Claims (1)

  1. ラジアルタービン又は斜流タービンにおけるタービン動翼において、当該動翼の後縁のチップ側を、最大翼厚部上流の負圧面の延長線上に位置させて形成し、または翼厚の中心線から当該延長線側に近づくように偏倚させて形成すると共に、当該動翼の後縁のハブ側を圧力面側に近づくように偏倚させて形成することにより、当該最大翼厚部下流のチップ側翼面の転向角を小さく形成したことを特徴とするタービン動翼。
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