JP4511053B2

JP4511053B2 - タービン翼

Info

Publication number: JP4511053B2
Application number: JP2000606874A
Authority: JP
Inventors: フィリップセン・ベント; ママエフ・ボリス; リヤボフ・エブゲニ
Original assignee: アーベーベー・ターボ・ジステムス・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: CN1346424A; EP1163425A1; KR20020004968A; EP1163425B1; TW440653B; US6565324B1; WO2000057029A1; DE50003443D1; CN1237258C; KR100717559B1; JP2002540334A; DE19913269A1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、請求項１の前提部分に記載した、翼端範囲に配置され、翼形から突出するブラケットを備えたタービン翼に関する。
【０００２】
技術水準
特に小型のターボ機械の場合、タービン翼の翼端範囲、すなわち翼端と翼シュラウドの間に発生する隙間漏れは、かなりの割合を有し、はっきりした効率低下を生じる。この隙間漏れの原因は、翼端範囲における圧力側と吸込み側の間の圧力差である。それによって、作動液のオーバーフローが生じる。このオーバーフローは翼端と翼シュラウドの間の摩擦損失を高めることによって減少させることができる。これは隙間漏れの減少、ひいては効率の上昇をもたらす。
【０００３】
タービン翼の隙間漏れを低減し、信頼性を高める公知の方策は、翼形から側方に突出するリブまたはブラケット（いわゆるミニシュラウドまたは小翼）を、翼端範囲に設けることである（“高圧力比小型タービン”をテーマとした“Karman流体力学研究所”の講義シリーズ1987─07の一部としてのUe.Okapuu 講演“小型航空エンジンのための第１段タービンの空気力学的設計”、1987年15-18 の第１〜４頁と図１〜４参照) 。更に、英国特許出願公開第２１５３４４７号公報と英国特許出願公開第２０５０５３０号公報には、吸込み側と圧力側に突出するブラケットを備えた翼本体が開示されている。英国特許出願公開第２０５０５３０号公報は更に、翼本体からあらゆる方向に突出する、吸込み側に配置されたブラケットを備えた翼本体を示している。
【０００４】
しかしながら、このすべての決策は、翼の前縁角度と後縁角度を増大し、それによって効率を低下することになる。
【０００５】
発明の開示
本発明はこれらのすべての欠点を除去せんとするものである。本発明の根底をなす課題は、翼端範囲に配置され、翼形から突出するブラケットを備えたタービン翼において効率を更に改善することである。
【０００６】
この課題は本発明に従い、ブラケットが翼の圧力側においてこの圧力側の表面範囲の一部範囲にのみ形成されていることによって解決される。その際、この所定の表面範囲は、前縁の範囲と後縁の範囲において翼本体の圧力側に接する仮想の弦によって取り囲まれる圧力側の範囲である。
【０００７】
ブラケットを支持する圧力側の一部範囲は、翼本体の圧力側にある２個所の間にかつこの個所から離して形成されている。この場合、第１の個所は前縁の範囲に、第２の個所は後縁の範囲に配置され、仮想の弦は両個所に接している。第１の個所とブラケットの間および第２の個所とブラケットの間にそれぞれ、間隔ａ₁ ，ａ₂ が存在し、この間隔が翼本体の対応する範囲の翼厚ｄ₁ ，ｄ₂ にほぼ一致していると特に合目的であることが判った。
【０００８】
それによって、ブラケットが圧力側の一部分にわたってのみ延びているので、翼本体の両くさび角、すなわち前縁角度と後縁角度を小さくすることができる。所定の間隔ａ₁，ａ₂を選定することにより、くさび角を更に小さくすることができる。その結果、翼本体の前縁範囲の高いマッハ数と、後縁範囲の死水域を回避する尖った翼形状を生じることになる。それによって、隙間漏れの低減が更に保証されると共に、効率の一層の向上が達成される。
【０００９】
ブラケットは、前縁から出発して、翼本体の弦長ｌの３０〜４０％の範囲内に、圧力側の面からの最大高さｈ_max を有する。その際、ブラケットの高さは、翼本体の前縁の方向と後縁の方向の双方に連続的に低下している。ブラケットの最大高さｈ_max は、ブラケットに隣接する、翼端と反対側の翼本体の範囲内にある翼厚ｄ₃ にほぼ一致している。更に、ブラケットが波状に形成されていると有利である。
【００１０】
特にブラケットのこのような形状の場合、最適な流れ案内が達成可能であることをが判った。
【００１１】
図面の簡単な説明
図には、ターボ過給器の排気タービンの動翼に基づく本発明の実施の形態が示してある。
【００１２】
本発明の理解にとって重要な要素だけが示してある。例えば翼シュラウドを含む排気タービンの他の部品は図示していない。
【００１３】
発明の実施の形態
図１に示した、動翼１として形成されたターボ機械翼は、翼の根元２、プラットホーム３および翼本体４からなっている。図示していないタービン翼車の隣接するタービン翼のプラットホームは、互いに直接接触し、流路の内側を画成している。この流路の外側は、同様に図示していない翼シュラウドによって閉鎖されている。翼本体４は前縁５、後縁６、吸込み側７、圧力側８および翼端９を備えている（図２）。
【００１４】
翼端９の範囲において翼本体４の圧力側８には、ブラケット１０が配置されている。このブラケットは圧力側８全体の一部範囲１１にわたって延びている。この一部範囲１１は、仮想の弦１２によって囲まれた、圧力側８の表面範囲１３の一部である。そのために、弦１２は翼本体４の前縁５の範囲内の第１の個所１４に接し、翼本体４の後縁６の範囲内の第２の個所１５に接している。ブラケット１０を収容する部分範囲は、両個所１４，１５の間でこの個所から離隔して形成されている。それによって、部分範囲は弦１２によって囲まれた表面範囲１３よりも小さい。
【００１５】
第１の個所１４とブラケット１０の間には間隔ａ₁ が存在し、この間隔は翼本体４のこの範囲の翼厚ｄ₁ にほぼ一致している。同様に、第２の個所１５とブラケット１０の間には間隔ａ₂ が存在し、この間隔は翼本体４のこの範囲の翼厚ｄ₂ にほぼ一致している。
【００１６】
ブラケット１０は圧力側８の面から最大高さｈ_max を有する。この最大高さは、ブラケット１０に隣接する、翼端９と反対側の翼本体４の範囲内にある翼厚さｄ₃ にほぼ一致している（図２）。この最大高さｈ_max は、翼本体４の弦長の３０〜４０％に相当する、前縁５からの間隔ｂのところに配置されている（図３）。ブラケット１０の高さは、最大高さｈ_max から出発して、翼本体４の前縁５の方向と後縁６の方向に連続的に低くなっている。その際、ブラケット１０の高さは、弦長ｌにわたって波状の外側輪郭を生じるように、両方向に低下している。
【００１７】
ブラケット１０が圧力側８の一部範囲１１にのみ形成され、圧力側８における弦１２の接触個所に対して内側にずらして配置され、その高さが両翼縁の方に連続的に低下しているので、タービン翼１の両くさび角、すなわち前縁角ω₁と後縁角ω₂は、技術水準の場合よりも小さくすることが可能である。
【００１８】
運転中、この尖った翼形状は、翼本体４の前縁５の範囲への流れを改善し、マッハ数を低下させる。同様に尖った翼形状に基づいて、翼本体４の後縁６の範囲における死水域の発生が防止される。これにより、効率の一層の改善が達成される。この場合、隙間漏れの必要な低減は維持される。更に、ブラケット１０の波状の外側輪郭によって、最適な流れ案内が達成される。
【００１９】
翼本体４の圧力側８に設けたブラケット１０に加えて、吸込み側７にもブラケットを配置することができる（図示していない）。それによって、オーバーフローの危険が更に低下し、適当な形状のときに流れ案内をこの範囲でも改善することができる。勿論、このようなブラケット１０は動翼だけでなく、静翼にも設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力側から見た動翼の側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った動翼の断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った動翼の断面図である。
【符号の説明】
１ターボ機械翼、動翼
２翼根元
３プラットホーム
４翼本体
５前縁
６後縁
７吸込み側
８圧力側
９翼端
１０ブラケット
１１一部範囲
１２弦
１３表面範囲
１４第１の個所
１５第２の個所
ａ₁ 間隔
ａ₂ 間隔
ｂ間隔
ｄ₁ 翼本体の翼厚
ｄ₂ 翼本体の翼厚
ｄ₃ 翼本体の翼厚
ｈ_max ブラケットの最大高さ
ｌ翼本体の弦長
ω₁ 翼本体の前縁角度
ω₂ 翼本体の後縁角度

Claims

翼本体（４）を備え、この翼本体が前縁（５）、後縁（６）、翼端（９）、凸状の吸込み側（７）および凹状の圧力側（８）を備え、翼本体（４）の一方の側において翼端（９）の範囲にブラケット（１０）が配置され、ブラケットが前縁（５）と後縁（６）の間においてこの前縁と後縁から離して表面の一部範囲（１１）にわたって延びている、タービン翼において、
ブラケット（１０）が、翼本体（４）の圧力側（８）の表面範囲（１３）内に配置され、ブラケット（１０）と前縁（５）の間の間隔（ａ₁）またはブラケット（１０）と後縁（６）の間の間隔（ａ₂）が仮想の弦（１２）によって決定され、この弦が前縁（５）の範囲において翼本体（４）の圧力側（８）の第１の個所（１４）に接し、後縁（６）の範囲において第２の個所（１５）に接し、第１の個所（１４）とブラケット（１０）の間および第２の個所（１５）とブラケットの間にそれぞれ、間隔（ａ₁，ａ₂）が存在し、この間隔が翼本体（４）の対応する範囲の翼厚（ｄ₁，ｄ₂）に一致していることを特徴とするタービン翼。
ブラケット（１０）が、前縁（５）から出発して、翼本体（４）の弦長（ｌ）の３０〜４０％の範囲内に、圧力側（８）の面からの最大高さ（ｈ_max ）を有し、ブラケット（１０）の高さが、翼本体（４）の前縁（５）の方向と後縁（６）の方向の双方向に連続的に低下していることを特徴とする請求項１記載のタービン翼。
ブラケット（１０）の最大高さ（ｈ_max）が、ブラケット（１０）に隣接する、翼端（９）と反対側の翼本体（４）の範囲内にある翼厚（ｄ₃）に一致していることを特徴とする請求項２記載のタービン翼。
ブラケット（１０）が波状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のタービン翼。