JP6145372B2 - Steam turbine blade and steam turbine using the same - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気タービンの動翼に関する。   The present invention relates to a moving blade of a steam turbine.

一般に、蒸気タービンは、静翼と動翼で構成される段落をタービンロータの軸方向に複数段有しており、その下流に排気室が設置されている。作動蒸気は、絞り流路となっている静翼で加速して運動エネルギーを増し、動翼で運動エネルギーを回転運動に変換することにより動力を発生させている。   In general, a steam turbine has a plurality of stages including a stationary blade and a moving blade in the axial direction of the turbine rotor, and an exhaust chamber is installed downstream thereof. The working steam is accelerated by a stationary blade serving as a throttle channel to increase kinetic energy, and power is generated by converting the kinetic energy into rotational motion by the moving blade.

このような蒸気タービンにおいて、低圧タービン最終段のタービン翼長を増加させると、流路有効面積が大きくなり、蒸気の運動エネルギーが減少するため、発電に利用されずに排気される運動エネルギーが減少し、タービン効率が向上する。そのため昨今は、動翼翼長の延伸が図られているが、翼長の増加に伴い、動翼周速が増加し、動翼流入マッハ数が1を超えるものもある。蒸気の翼への流入速度が音速を超えると、翼先端の上流側に衝撃波が発生する流れとなり、衝撃波損失によって却ってタービン効率が低下するおそれもある。   In such a steam turbine, increasing the turbine blade length in the final stage of the low-pressure turbine increases the effective flow path area and decreases the kinetic energy of the steam, thus reducing the kinetic energy exhausted without being used for power generation. As a result, the turbine efficiency is improved. Therefore, the blade length has been extended recently. However, as the blade length increases, the blade peripheral speed increases and the blade inflow Mach number exceeds one. When the inflow speed of steam into the blade exceeds the speed of sound, a shock wave is generated on the upstream side of the blade tip, and the turbine efficiency may be reduced due to shock wave loss.

従来、衝撃波損失を低減する手法としては、例えば動翼に流入する流れのフローパターンを制御することによって、動翼への流入速度の上昇を抑制する手法などが考案されている(特許文献1参照)。   Conventionally, as a technique for reducing shock wave loss, for example, a technique for suppressing an increase in inflow velocity into a moving blade by controlling a flow pattern of a flow flowing into the moving blade has been devised (see Patent Document 1). ).

特開2007−127132号公報JP 2007-127132 A

しかしながら、近年動翼のさらなる長翼化により、動翼への蒸気流入速度が音速を超えることが避けがたくなってきている。動翼への流入速度が音速を超え、超音速となるタービン動翼において、蒸気が超音速流入する部分の翼型は、翼前縁部が先鋭な超音速翼型を有する。蒸気が超音速流入する場合、翼の上流には衝撃波が発生するが、翼前縁部が先鋭な超音速翼においては、翼上流の衝撃波は、翼前縁端に付着し、翼下流側に向かって、斜め衝撃波を形成する。   However, in recent years, due to the longer blades, it has become unavoidable that the velocity of steam flow into the blade exceeds the speed of sound. In the turbine rotor blade in which the inflow speed to the rotor blade exceeds the sonic speed and becomes supersonic, the blade shape of the portion into which the steam flows in supersonic has a supersonic wing shape with a sharp blade leading edge. When steam flows in at supersonic speed, a shock wave is generated upstream of the blade.However, in a supersonic blade with a sharp blade leading edge, the shock wave upstream of the blade adheres to the blade leading edge and flows downstream of the blade. An oblique shock wave is formed.

ところで、蒸気タービンの低圧タービン最終段の作動蒸気は、湿り蒸気である。動翼上流側に設置された静翼の後端から放出された液膜が、静翼から流出する蒸気により加速・細分化され、動翼先端に衝突する。この液滴の衝突により、動翼先端は、破壊・損傷なきように設計されている。例えば、壊食に対して翼母材強度が不足するようであれば、翼前縁部に耐壊食性の高い、強固なシールド材が適用される。しかしながら、液滴衝突による壊食を完璧に防ぐことは難しく、ある程度壊食が進んでも、翼が破壊に至らないように、動翼は設計される。   By the way, the working steam in the final stage of the low-pressure turbine of the steam turbine is wet steam. The liquid film discharged from the rear end of the stationary blade installed on the upstream side of the rotor blade is accelerated and subdivided by the steam flowing out from the stator blade, and collides with the tip of the rotor blade. The tip of the rotor blade is designed so as not to be destroyed or damaged by the collision of the droplet. For example, if the blade base material strength is insufficient with respect to erosion, a strong shield material having high erosion resistance is applied to the blade leading edge. However, it is difficult to completely prevent erosion due to droplet collision, and the rotor blade is designed so that the blade does not break even if erosion progresses to some extent.

壊食に至った超音速翼型の前縁部は、鈍頭形状へ変形する。超音速流が鈍頭形状の翼前縁部に衝突すると超音速翼型の前縁端から離脱した位置に、衝撃波が形成される。この離脱衝撃波は、斜め衝撃波よりも作動蒸気流れ方向に鉛直に形成される。そのため、離脱衝撃波は隣接する動翼の圧力面側の境界層と干渉し、流れ場が不安定になり、動翼から蒸気流れがはく離するポテンシャルが高くなる。翼面に接する衝撃波のパターンが非定常的に変化すると、作動蒸気が翼に与える流体力も非定常に変化する。翼の振動特性によっては、共振する可能性もあるが、翼先端の損傷程度であれば、離調されるよう設計される。しかしながら、不測の状況に備え、このような、翼振動ポテンシャルは、可能な限り低減することが望ましい。   The leading edge of the supersonic airfoil that has eroded is deformed into a blunt shape. When the supersonic flow collides with the blunt-shaped blade front edge, a shock wave is formed at a position separated from the front edge of the supersonic airfoil. This separation shock wave is formed perpendicular to the working steam flow direction than the oblique shock wave. For this reason, the separation shock wave interferes with the boundary layer on the pressure surface side of the adjacent moving blade, the flow field becomes unstable, and the potential for separating the steam flow from the moving blade increases. When the pattern of the shock wave in contact with the blade surface changes unsteadily, the fluid force applied to the blade by the working steam also changes unsteadily. Depending on the vibration characteristics of the blade, there is a possibility of resonance, but if the blade tip is damaged, it is designed to be detuned. However, in preparation for unforeseen circumstances, it is desirable to reduce the blade vibration potential as much as possible.

そこで、本発明の目的は、湿り蒸気が超音速流入する蒸気タービン動翼翼列において、動翼上流側の衝撃波に起因する、動翼の振動発生ポテンシャルを低減することにある。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the vibration generation potential of a moving blade caused by a shock wave upstream of the moving blade in a steam turbine moving blade cascade in which wet steam flows in at supersonic speed.

上記課題を解決するため、本発明の蒸気タービン動翼は、作動蒸気が超音速で流入する翼高さ位置の翼圧力面側、かつ翼圧力面側に隣り合って設けられた動翼の前縁部先端から、翼圧力面へ降ろした垂線と翼圧力面の交点よりも翼前縁側に、渦発生器を備えていることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the steam turbine rotor blade of the present invention is provided in front of a rotor blade provided adjacent to the blade pressure surface side at the blade height position where the working steam flows in at supersonic speed and adjacent to the blade pressure surface side. It is characterized in that a vortex generator is provided on the blade leading edge side from the intersection of the perpendicular drawn from the edge tip to the blade pressure surface and the blade pressure surface.

本発明によれば、湿り蒸気が超音速流入する蒸気タービン動翼翼列において、動翼上流側の衝撃波に起因する、動翼の振動発生ポテンシャルを低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration generation potential of a moving blade resulting from the shock wave upstream of a moving blade can be reduced in the steam turbine moving blade cascade in which wet steam flows in at supersonic speed.

蒸気タービンの低圧タービン最終段に適用される動翼の斜視図である。It is a perspective view of the moving blade applied to the low pressure turbine last stage of a steam turbine. 従来の低圧タービン最終段動翼の先端部の翼断面を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the blade cross section of the front-end | tip part of the conventional low pressure turbine final stage moving blade. 翼前縁端が壊食した時の低圧タービン最終段動翼の先端翼断面を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the front-end | tip blade cross section of the low pressure turbine last stage moving blade when a blade front-edge edge has eroded. 本発明の第1の実施例におけるタービン動翼先端部の要部を説明した斜視図である。It is the perspective view explaining the principal part of the turbine rotor blade front-end | tip part in 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例におけるタービン動翼に設けられる渦発生器の拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the vortex generator provided in the turbine rotor blade in the 1st example of the present invention. 本発明の第1の実施例における渦発生器の設置位置を説明した説明図である。It is explanatory drawing explaining the installation position of the vortex generator in 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例におけるタービン動翼を適用した翼列構造における蒸気の流れを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the flow of the steam in the cascade structure to which the turbine rotor blade in the 1st Example of this invention is applied. 本発明の第1の実施例の応用例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the application example of the 1st Example of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について、適宜、図を参照して詳細に説明する。なお、各図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付してある。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the equivalent component through each drawing.

図1は、本実施例の蒸気タービンの低圧タービン最終段落に適用されるタービン動翼を表す斜視図である。なお、図1では、ロータ周方向に複数固定された動翼列の一部を抜き出して図示している。   FIG. 1 is a perspective view showing a turbine rotor blade applied to the final stage of the low-pressure turbine of the steam turbine of this embodiment. In FIG. 1, a part of the moving blade row fixed in the circumferential direction of the rotor is extracted and illustrated.

低圧タービン最終段落に適用される動翼1の主たる構成要素は、翼根元から翼先端にわたってねじれた翼部2、翼先端部に設けられたインテグラルカバー部3、翼中間部の翼背側に突出するタイボス4、翼部2を支持するプラットフォーム5である。プラットフォーム5の外周面は蒸気流路の半径方向内周側の流路壁面を形成する。プラットフォーム下部(タービン半径方向内周側)には、動翼1をロータに嵌合する、植込み部7が形成されている。   The main components of the moving blade 1 applied to the final stage of the low-pressure turbine are the wing portion 2 twisted from the blade root to the blade tip, the integral cover portion 3 provided at the blade tip portion, and the blade back side of the blade intermediate portion. A projecting tie boss 4 and a platform 5 for supporting the wing 2 are shown. The outer peripheral surface of the platform 5 forms a channel wall surface on the radially inner peripheral side of the steam channel. An implanted portion 7 that fits the rotor blade 1 to the rotor is formed at the lower portion of the platform (inner side in the turbine radial direction).

ロータのディスク部6には、動翼1の植込み部7を嵌め合わせて、動翼1をロータに固定させるためのディスク溝8がロータ周方向に複数、形成されている。ディスク溝8は、ディスク部6のタービン軸方向の一方の端面側よりもう一方の端面側に向かって真っ直ぐ切られた溝であって、タービン軸方向に沿って、あるいはタービン軸方向に対してタービン周方向に傾斜して形成されている。   A plurality of disk grooves 8 are formed in the rotor circumferential direction in the disk portion 6 of the rotor to fit the implanted portion 7 of the blade 1 and fix the blade 1 to the rotor. The disk groove 8 is a groove that is straightly cut from one end surface side of the disk portion 6 in the turbine axial direction toward the other end surface side, and is a turbine along the turbine axial direction or with respect to the turbine axial direction. Inclined in the circumferential direction.

動翼1の植込み部7をディスク溝8に挿入し、動翼1とロータを係合する。ロータ回転時に動翼1に作用する遠心力はロータに支えられる。ロータの回転数の上昇に伴い、翼部2には、翼根元から翼先端に向かって遠心力が作用する。翼部2がねじれて形成されているため、遠心力によって、翼部2にアンツイストが発生する。アンツイストによる、翼の捩じり戻りのために、インテグラルカバー3およびタイボス4は、それぞれ隣接する動翼のインテグラルカバーおよびタイボスと連結する構造となっている。図1では、例えば動翼1bは、タービン周方向両側に隣接する動翼1aおよび動翼1cとそれぞれインテグラルカバー3およびタイボス4で連結されている。   The implanted portion 7 of the moving blade 1 is inserted into the disk groove 8 to engage the moving blade 1 and the rotor. Centrifugal force acting on the rotor blade 1 when the rotor rotates is supported by the rotor. As the rotational speed of the rotor increases, centrifugal force acts on the blade portion 2 from the blade root toward the blade tip. Since the wing part 2 is twisted, untwisting occurs in the wing part 2 due to centrifugal force. The integral cover 3 and the tie boss 4 are connected to the integral cover and the tie boss of the adjacent moving blades, respectively, in order to twist back the blades by untwisting. In FIG. 1, for example, the moving blade 1b is connected to the moving blade 1a and the moving blade 1c adjacent to both sides in the turbine circumferential direction by an integral cover 3 and a tie boss 4, respectively.

図2は、従来のタービン動翼の先端部の翼断面図である。図2に示した動翼の翼型は、作動蒸気の動翼流入速度が超音速となる場合に用いられる超音速翼型であり、断面が先鋭な翼前縁部を有することを特徴とする。図2に示したように、超音速翼型を有する動翼の上流には、衝撃波11が発生する。先鋭な翼前縁部を有する超音速翼において、翼列上流の衝撃波11は、翼前縁部先端に付着し、作動蒸気流れ方向下流側に向かって斜め衝撃波を形成する。   FIG. 2 is a blade cross-sectional view of a tip portion of a conventional turbine blade. The blade shape of the moving blade shown in FIG. 2 is a supersonic blade shape used when the moving blade inflow velocity of the working steam becomes supersonic, and has a blade leading edge having a sharp cross section. . As shown in FIG. 2, a shock wave 11 is generated upstream of a moving blade having a supersonic blade shape. In a supersonic blade having a sharp blade leading edge, the shock wave 11 upstream of the blade row adheres to the tip of the blade leading edge and forms an oblique shock wave toward the downstream side in the working steam flow direction.

図3は、図2に示したタービン動翼が、液滴によって壊食に至った場合を示した図である。作動蒸気が湿り蒸気である低圧タービンの最終段落では、静翼から放出された液滴が蒸気流に乗って動翼前縁部に衝突する。液滴の衝突によって壊食に至った超音速翼型の先端部は、先鋭形状から徐々に鈍頭形状へ変形していく。超音速流が鈍頭形状の翼前縁部に衝突すると、翼型の先端から離脱した位置に、衝撃波11が形成される。この離脱衝撃波は、斜め衝撃波よりも、作動蒸気流れ方向に鉛直に形成されるため、破線で囲んだ円A内に示したように隣接する動翼の圧力面9側の境界層と干渉し、そのため流れ場が不安定になり、流れのはく離が発生するポテンシャルが高くなる。また、翼面に接する衝撃波11のパターンが非定常的に変化すると、作動蒸気が翼に与える流体力も非定常に変化し、翼の振動発生ポテンシャルを高める要因となる。   FIG. 3 is a diagram showing a case where the turbine rotor blade shown in FIG. 2 is eroded by droplets. In the final stage of the low pressure turbine where the working steam is wet steam, the droplets discharged from the stationary blades ride on the steam flow and collide with the moving blade leading edge. The tip portion of the supersonic airfoil that has been eroded by the collision of the droplet gradually deforms from a sharp shape to a blunt shape. When the supersonic flow collides with the blunt-shaped blade leading edge, a shock wave 11 is formed at a position separated from the tip of the airfoil. Since this separation shock wave is formed more perpendicular to the working steam flow direction than the oblique shock wave, it interferes with the boundary layer on the pressure surface 9 side of the adjacent moving blade as shown in a circle A surrounded by a broken line, As a result, the flow field becomes unstable and the potential for flow separation increases. Further, when the pattern of the shock wave 11 in contact with the blade surface changes unsteadyly, the fluid force applied to the blade by the working steam also changes unsteadyly, which becomes a factor for increasing the vibration generation potential of the blade.

次に、本実施例について説明する。図4に、図1に示した本実施例におけるタービン動翼の先端部の斜視図を示す。本実施例では、動翼先端部の圧力面9に、翼面上に微小の縦渦を起こす渦発生器12を有する。渦発生器12は、翼高さ方向に複数箇所、一定間隔で設けられている。   Next, this embodiment will be described. FIG. 4 shows a perspective view of the tip of the turbine rotor blade in the present embodiment shown in FIG. In this embodiment, the pressure surface 9 at the tip of the moving blade has a vortex generator 12 that generates a minute vertical vortex on the blade surface. The vortex generator 12 is provided at a plurality of locations at regular intervals in the blade height direction.

図5は、渦発生器12の拡大斜視図である。渦発生器12は、上流側に向かって絞られる形状をしており、翼前縁側に向かって底面kの幅wおよび前方長辺jと翼圧力面の間の距離である高さhが減少する、楔形状の突起である。図示の通り、渦発生器の前方長辺jが流れに平行になるように設置される。翼面近傍の流れは、渦発生器12で、主流側に転向される。主流側に転向する最大角度は、渦発生器楔角iである。渦発生器楔角iは、渦発生器12により、転向した後の作動蒸気マッハ数も超音速でありうる角度に設計される。よって、楔角は、数度から、せいぜい、十数度のオーダーであり、転向部に発生する斜め衝撃波による損失増加も、軽微である。渦発生器側面lを通過した作動蒸気は、渦発生器後方から、作動蒸気流れ方向下流に流れる。この時、渦発生器背面mの下流は、剥離流となり、渦発生器下流に流出した作動蒸気は、縦渦を形成する。この縦渦により、翼面境界層上の作動蒸気は、翼面鉛直方向に混合され、運動量を供給されて活性化される。その結果、渦発生器12の作動蒸気流れ方向下流の蒸気流れの剥離を抑制することができる。   FIG. 5 is an enlarged perspective view of the vortex generator 12. The vortex generator 12 has a shape that is narrowed toward the upstream side, and the width w of the bottom surface k and the height h, which is the distance between the front long side j and the blade pressure surface, decrease toward the blade leading edge. This is a wedge-shaped projection. As shown, the front long side j of the vortex generator is installed so as to be parallel to the flow. The flow in the vicinity of the blade surface is turned to the mainstream side by the vortex generator 12. The maximum angle turning to the mainstream side is the vortex generator wedge angle i. The vortex generator wedge angle i is designed by the vortex generator 12 at an angle at which the working steam Mach number after turning can be supersonic. Therefore, the wedge angle is on the order of several degrees to at most ten degrees, and the increase in loss due to the oblique shock wave generated in the turning portion is also slight. The working steam that has passed through the vortex generator side face l flows downstream from the vortex generator in the working steam flow direction. At this time, the downstream of the vortex generator rear surface m becomes a separated flow, and the working steam flowing out downstream of the vortex generator forms a vertical vortex. By this vertical vortex, the working steam on the blade boundary layer is mixed in the vertical direction of the blade surface, supplied with momentum, and activated. As a result, separation of the steam flow downstream of the vortex generator 12 in the working steam flow direction can be suppressed.

なお、渦発生器側面l、渦発生器背面m、翼圧力面が互いに交わる結合部位にフィレット、すなわち滑らかな曲面を形成しても良い。フィレットを設ける場合は、フィレット部位を除いた範囲で高さhは翼前縁部に向かって減少する。   Note that a fillet, that is, a smooth curved surface, may be formed at a joint portion where the vortex generator side surface l, the vortex generator back surface m, and the blade pressure surface intersect each other. In the case where a fillet is provided, the height h decreases toward the leading edge of the blade in a range excluding the fillet region.

次に、図6を用いて渦発生器12の設置位置を説明する。基本的には、超音速流入となる翼高さ位置の圧力面9側に設置する。圧力面上の位置としては、圧力面側に隣接する動翼(図6の場合、動翼1c) の翼前縁先端から、圧力面9と垂直に交わるように圧力面9へおろした垂線nと圧力面9の交点pよりも上流側に、渦発生器12を設置すれば、境界層活性化により、離脱衝撃波と隣接する圧力面上の境界層が干渉することにより翼力が非定常的に変化するポテンシャルを低下させることができる。   Next, the installation position of the vortex generator 12 will be described with reference to FIG. Basically, it is installed on the pressure surface 9 side at the blade height position where supersonic inflow occurs. The position on the pressure surface is a perpendicular line n down to the pressure surface 9 so as to intersect the pressure surface 9 perpendicularly from the tip of the leading edge of the blade adjacent to the pressure surface (the blade 1c in the case of FIG. 6). If the vortex generator 12 is installed upstream of the intersection point p between the pressure surface 9 and the pressure surface 9, the boundary layer activation causes the blade force to be unsteady due to interference between the separation shock wave and the boundary layer on the adjacent pressure surface. The potential that changes to can be reduced.

より、好ましくは、圧力面側の隣接翼先端から、圧力面9へ降ろした垂線nと圧力面9の交点pよりも圧力面上流側に、圧力面が直線状に形成された直線部qを設け、交点pから、垂線nの長さ、すなわち隣接する動翼の翼前縁先端と圧力面の最短距離と同等の距離だけ前縁側に離れた地点から、圧力面直線部qの前縁側端までの間に、渦発生器12を備え付けている。この位置に渦発生器12を設けるのが好ましいのは、衝撃波と境界層が干渉する位置と渦発生器の間が凸型に湾曲していると、作動蒸気は、加速され、渦発生器で形成された縦渦は、整流され、境界層活性化の効果が弱められるためである。また、衝撃波と境界層が干渉し、翼面にはく離が生じると、はく離域は上流に広がる。この時、渦発生器12がはく離域に包含されると、境界層活性化の効果が弱められることもあるためである。   More preferably, a straight line portion q in which the pressure surface is formed in a straight line is formed on the upstream side of the pressure surface from the intersection p of the perpendicular line n and the pressure surface 9 dropped from the adjacent blade tip on the pressure surface side to the pressure surface 9. The leading edge side end of the pressure surface straight line portion q from a point separated from the intersection p by the length of the perpendicular n, that is, a distance equivalent to the shortest distance between the blade leading edge tip of the adjacent moving blade and the pressure surface. In the meantime, the vortex generator 12 is provided. It is preferable to provide the vortex generator 12 at this position. When the space between the shock wave and the boundary layer interferes with the vortex generator and the vortex generator is curved in a convex shape, the working steam is accelerated. This is because the formed vertical vortex is rectified and the effect of boundary layer activation is weakened. Further, when the shock wave and the boundary layer interfere with each other and separation occurs on the blade surface, the separation region spreads upstream. At this time, if the vortex generator 12 is included in the separation region, the effect of the boundary layer activation may be weakened.

次に図7を用いて本実施例の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of this embodiment will be described with reference to FIG.

図7(a)は、第一の実施例における、壊食前の、翼前縁が先鋭な状態のタービン動翼の翼断面を示す図である。本実施例において、蒸気の動翼流入マッハ数は1.0を超えて、超音速であり、動翼前方に、衝撃波11aが発生している。図示する翼型は、前縁が先鋭な超音速翼形状となっているため、翼前方の衝撃波11aは、翼前縁から離脱することなく、前縁に付着し、前縁を起点にその下流側に斜め衝撃波を形成している。また、楔形状である渦発生器12の転向部からも斜め衝撃波11bが発生している。   FIG. 7A is a view showing a blade cross section of a turbine blade having a sharp blade leading edge before erosion in the first embodiment. In this embodiment, the moving blade inflow Mach number of steam exceeds 1.0, is supersonic, and a shock wave 11a is generated in front of the moving blade. Since the airfoil shown in the figure has a supersonic blade shape with a sharp leading edge, the shock wave 11a in front of the blade adheres to the leading edge without detaching from the leading edge of the blade, and starts downstream from the leading edge. An oblique shock wave is formed on the side. Further, an oblique shock wave 11b is also generated from the turning portion of the vortex generator 12 having a wedge shape.

図7(b)は、第一の実施例における、壊食などにより、翼前縁が鈍頭化した時の、翼断面を示す図である。翼前縁が鈍頭形状であるため、翼前方の衝撃波11aは、翼前縁から離脱する。この離脱衝撃波は、隣接翼の圧力面側に、ほぼ垂直で衝突する。本実施例では、離脱衝撃波と圧力面の交点の上流側に渦発生器12を設けていることにより、渦発生器12から縦渦流13が発生している。縦渦流13が有する縦渦により、圧力面9上の境界層が活性化するため、衝撃波と圧力面境界層の干渉する部位が安定化する。そのため離脱衝撃波11aと圧力面境界層の干渉による非定常なはく離等は抑制され、翼力が非定常に変動するポテンシャルが低減され、翼に作用する力は、一定に保たれる。よって、動翼の振動発生ポテンシャルを低減することができる。   FIG. 7B is a diagram showing the blade cross section when the leading edge of the blade is blunted due to erosion or the like in the first embodiment. Since the blade leading edge has a blunt shape, the shock wave 11a in front of the blade leaves the blade leading edge. This separation shock wave collides with the pressure surface side of the adjacent wing substantially perpendicularly. In this embodiment, the vortex generator 12 is provided on the upstream side of the intersection of the separation shock wave and the pressure surface, so that the longitudinal vortex 13 is generated from the vortex generator 12. Since the boundary layer on the pressure surface 9 is activated by the longitudinal vortex of the longitudinal vortex 13, the site where the shock wave and the pressure surface boundary layer interfere with each other is stabilized. Therefore, unsteady separation due to interference between the separation shock wave 11a and the pressure surface boundary layer is suppressed, the potential of the blade force fluctuating unsteadyly is reduced, and the force acting on the blade is kept constant. Therefore, the vibration generation potential of the moving blade can be reduced.

なお、渦発生器12の前方長辺に沿った流れも超音速流となるように渦発生器の前方長辺角度を形成するため、渦発生器の楔角度は、最大十数度のオーダーであり、斜め衝撃波11bによる損失も小さい。   In addition, since the front long side angle of the vortex generator is formed so that the flow along the front long side of the vortex generator 12 also becomes a supersonic flow, the wedge angle of the vortex generator is on the order of a maximum of tens of degrees. There is also a small loss due to the oblique shock wave 11b.

なお、図4に示す渦発生器12の配置において、渦発生器12の前方長辺jと翼圧力面がなす渦発生器楔角iが、内周側に配置された渦発生器ほど小さくなるように形成しても良い。
渦発生器12は、衝撃波と境界層の干渉により、翼力の非定常な変動を抑制することを目的としており、渦発生器楔角i、渦発生器楔高さhは、大きいほど、その効果が大きい。しかしながら、渦発生器楔角i、渦発生器楔高さhを大きくすると、渦発生器12自体によって発生する衝撃波によるエントロピー増加や境界層の混合により、損失が増加するため、これらは、無制限に大きくするわけにはいかない。動翼流入マッハ数に応じて、渦発生器楔角iを適正化し、翼力の非定常変動の抑制と損失増加のバランスをとるべきである。
In the arrangement of the vortex generator 12 shown in FIG. 4, the vortex generator wedge angle i formed by the front long side j of the vortex generator 12 and the blade pressure surface is smaller as the vortex generator is arranged on the inner peripheral side. You may form as follows.
The vortex generator 12 is intended to suppress unsteady fluctuations in blade force due to the interference between the shock wave and the boundary layer. The larger the vortex generator wedge angle i and the vortex generator wedge height h, the more Great effect. However, if the vortex generator wedge angle i and the vortex generator wedge height h are increased, loss increases due to entropy increase due to shock waves generated by the vortex generator 12 itself and mixing of the boundary layer. I can't make it bigger. Depending on the blade inflow Mach number, the vortex generator wedge angle i should be optimized to balance unsteady fluctuations in blade force and increased loss.

動翼への流入マッハ数は、周速の大きい外周側ほど、大きくなる傾向にある。流入マッハ数が小さい内周側では、離脱衝撃波が、隣接圧力面と垂直に形成されるが、衝撃波前後の圧力比が小さくなるため、衝撃波と境界層の干渉は軽微である。よって、翼力の非定常変動の抑制に対し、内周側の渦発生器は、渦発生器楔角iを小さくしても、外周側の渦発生器と同等の効果を得ることができる。むしろ、損失が低減する分、トータル的には、翼の特性向上に貢献できる。   The inflow Mach number to the moving blade tends to increase as the outer peripheral side having a higher peripheral speed. On the inner circumference side where the inflow Mach number is small, the separation shock wave is formed perpendicular to the adjacent pressure surface, but the pressure ratio before and after the shock wave is small, so the interference between the shock wave and the boundary layer is slight. Therefore, for suppressing unsteady fluctuations in blade force, the inner vortex generator can obtain the same effect as the outer vortex generator even if the vortex generator wedge angle i is reduced. Rather, as much as the loss is reduced, it can contribute to improving the characteristics of the blade.

また、図8に示したように、渦発生器12は、高さ方向に、3列、千鳥状に配置しもよい。渦発生器12を径方向に一列に配した図4に対し、境界層が活性化されるため、衝撃波と境界層の干渉による、翼力の非定常な変動を抑制する効果が高まる。   Further, as shown in FIG. 8, the vortex generators 12 may be arranged in a zigzag pattern in three rows in the height direction. In contrast to FIG. 4 in which the vortex generators 12 are arranged in a row in the radial direction, the boundary layer is activated, so that the effect of suppressing unsteady fluctuations in blade force due to interference between the shock wave and the boundary layer is enhanced.

なお、図8の例でも、渦発生器12の前方長辺jと翼圧力面がなす渦発生器楔角iが、内周側に配置された渦発生器ほど小さくなるように形成しても良い。   In the example of FIG. 8 as well, the vortex generator wedge angle i formed by the front long side j of the vortex generator 12 and the blade pressure surface may be formed to be smaller as the vortex generator arranged on the inner peripheral side. good.

また、本実施例では、渦発生器12は楔形状の突起として説明したが、突起の形状としては必ずしも楔形状に限定されるものではない。   In the present embodiment, the vortex generator 12 is described as a wedge-shaped protrusion, but the shape of the protrusion is not necessarily limited to the wedge shape.

以上、上述の実施例では、低圧タービンの最終段落に適用した場合について説明したが、最終段落よりも上流側の段落であっても、外周端に流入する蒸気の音速で前記動翼の入口外周部の回転周速を割った動翼外周端周速マッハ数が1.0を超える段落であれば、おおよそ適用可能である。   As described above, in the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the final stage of the low-pressure turbine has been described. If the rotor blade peripheral speed Mach number divided by the rotational peripheral speed of the section exceeds 1.0, it is roughly applicable.

1 動翼
2 翼部
3 インテグラルカバー部
4 タイボス
5 プラットフォーム
6 ディスク部
7 植え込み部
8 ディスク溝
9 圧力面
10 負圧面
11 衝撃波
12 渦発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating blade 2 Blade | wing part 3 Integral cover part 4 Thai boss 5 Platform 6 Disc part 7 Implanted part 8 Disc groove 9 Pressure surface 10 Negative pressure surface 11 Shock wave 12 Vortex generator

Claims (8)

翼高さ方向の一部範囲で蒸気の動翼流入マッハ数が1.0を超える、蒸気タービン動翼であって、
動翼流入マッハ数が1.0を超える翼高さ位置の翼圧力面側、かつ、翼圧力面側に隣り合って設けられた動翼の前縁部先端から、前記翼圧力面へ降ろした垂線と前記翼圧力面の交点よりも翼前縁側に、渦発生器が設けられていることを特徴とする蒸気タービン動翼。
A steam turbine rotor blade whose steam blade inflow Mach number exceeds 1.0 in a partial range in the blade height direction,
A normal line descending from the tip of the leading edge of the blade provided adjacent to the blade pressure surface side at the blade height position where the blade inflow Mach number exceeds 1.0 and the blade pressure surface side. A steam turbine rotor blade comprising a vortex generator on a blade leading edge side with respect to an intersection of the blade pressure surfaces.
請求項1に記載の蒸気タービン動翼において、
前記翼圧力面は、前記交点よりも前縁側に、翼前縁部に向かって直線状に形成された直線部を有し、
前記渦発生器は、前記直線部に設けられていることを特徴とする蒸気タービン動翼。
The steam turbine blade according to claim 1,
The blade pressure surface has a straight portion formed linearly toward the blade leading edge on the leading edge side of the intersection,
The steam turbine rotor blade according to claim 1, wherein the vortex generator is provided in the straight portion.
請求項2に記載の蒸気タービン動翼において、
前記渦発生器は、前記交点から、前記翼圧力面に沿って前記垂線長さと同等の距離よりも前縁側の前記直線部に設けられていることを特徴とする蒸気タービン動翼。
The steam turbine rotor blade according to claim 2,
The steam turbine rotor blade according to claim 1, wherein the vortex generator is provided in the straight portion on the leading edge side from the intersection point along the blade pressure surface with a distance equal to the perpendicular length.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蒸気タービン動翼において、
前記渦発生器は、翼前縁側に向かって幅および高さが減少する楔形の突起であって、
翼高さ方向に複数設けられ、
楔形状をなす前記渦発生器の前方長辺と前記翼圧力面がなす渦発生器楔角が、翼高さ方向根元側に設けられた渦発生器ほど小さくなるように形成されていることを特徴とする蒸気タービン動翼。
In the steam turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 3,
The vortex generator is a wedge-shaped protrusion whose width and height decrease toward the blade leading edge side,
A plurality of blade heights are provided.
The vortex generator wedge angle formed by the front long side of the vortex generator having a wedge shape and the blade pressure surface is formed to be smaller as the vortex generator provided on the base side in the blade height direction. A characteristic steam turbine blade.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蒸気タービン動翼において、
前記渦発生器は、翼高さ方向に複数設けられ、縦2列以上かつ千鳥状に配置されていることを特徴とする蒸気タービン動翼。
In the steam turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of the vortex generators are provided in the blade height direction and are arranged in two or more rows and in a staggered manner.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の蒸気タービン動翼において、
前記蒸気は湿り蒸気であることを特徴とする蒸気タービン動翼。
In the steam turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 5,
The steam turbine blade according to claim 1, wherein the steam is wet steam.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の蒸気タービン動翼において、
前記蒸気タービン動翼は、低圧タービン最終段落に適用される動翼であることを特徴とする蒸気タービン動翼。
The steam turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 6,
The steam turbine rotor blade is a rotor blade applied to a final stage of a low-pressure turbine.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の蒸気タービン動翼を備えることを特徴とする蒸気タービン。   A steam turbine comprising the steam turbine blade according to any one of claims 1 to 6.
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