JP7216335B2 - turbine rotor blade - Google Patents

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本開示は、タービン動翼に関する。 The present disclosure relates to turbine blades.

例えばターボファンエンジン等のガスタービンエンジンは、主要構成要素として圧縮機、燃焼器及びタービンを含んでいる。 A gas turbine engine, such as a turbofan engine, includes as major components a compressor, a combustor and a turbine.

このうち、燃焼器で生成された燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換する要素であるタービンは、軸方向に配列された1つ又は複数の段を備えており、各段は、それぞれ周方向に等間隔で配置された複数の静翼及び動翼から成っている。 Among these, the turbine, which is an element that converts the thermal energy of the combustion gas generated in the combustor into rotational energy, has one or more stages arranged in the axial direction. It consists of a plurality of stator vanes and rotor blades arranged at regular intervals.

タービン動翼は、通常、径方向外側から順に、翼部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールを備えている。 Turbine blades typically have, in radially outward order, an airfoil portion, a platform, a shank and a dovetail.

翼部は、主流流路(燃焼ガスの流路)を横断して径方向に延びる部位であって、翼型の断面形状(プロファイル)を有しており、燃焼ガスの流れ方向においてそれぞれ上流側及び下流側に位置する前縁及び後縁と、前縁と後縁の間をそれぞれ延びる凹状の正圧面及び凸状の負圧面と、を備えている。翼部は、上流に配置された静翼から流出する燃焼ガスを転向させることにより、燃焼ガスから周方向の反力を受け、この反力によるトルクがタービンロータを回転させる。翼部のチップ部(径方向外側の先端部)は、その径方向外側に配置されて主流流路の径方向外端を画定する部材(円筒状のタービンケーシング、又は、タービンケーシングの内周に環状に配置された複数のシュラウドセグメント)と、微小なクリアランスを介して対向している。 The blade portion is a portion that extends in the radial direction across the mainstream flow path (flow path of the combustion gas) and has an airfoil-shaped cross-sectional shape (profile). and downstream located leading and trailing edges, and a concave pressure side and a convex suction side extending respectively between the leading and trailing edges. The blade section receives a reaction force in the circumferential direction from the combustion gas by deflecting the combustion gas flowing out from the stator blades arranged upstream, and the torque generated by this reaction force rotates the turbine rotor. The tip portion (radially outer tip portion) of the blade portion is a member (cylindrical turbine casing or an inner periphery of the turbine casing) that is arranged radially outwardly of the blade portion and defines the radially outer end of the main flow passage. Circularly arranged shroud segments) are opposed to each other through a small clearance.

プラットフォームは、翼部のハブ部(径方向内側の基端部)に結合された板状の部位であり、主流流路の径方向内端を画定している。 The platform is a plate-like portion coupled to the hub portion (the radially inner proximal end) of the wing and defines the radially inner end of the mainstream flow path.

ダブテールは、動翼の径方向内端の部位であり、シャンクによってプラットフォームと接続されている。ダブテールが、タービンロータを構成するディスクの外周面に設けられた溝に嵌め込まれることにより、動翼はディスクに取り付けられる。 The dovetail is the radially inner end portion of the blade and is connected to the platform by a shank. The moving blade is attached to the disk by fitting the dovetail into a groove provided on the outer peripheral surface of the disk that constitutes the turbine rotor.

なお、主流流路のうち特に高い温度の燃焼ガスが流れる部位(即ち、燃焼器により近い上流側の部位)に配置される動翼は、通常、中空構造とされており、ダブテール及びシャンクを貫く供給通路を経て導入された冷却媒体(通常は、圧縮機から抽出された空気)が翼部の内部に設けられた冷却通路を経て流れることにより、冷却される。 In addition, the rotor blades, which are arranged in the portion of the main flow passage where particularly high-temperature combustion gas flows (that is, the portion on the upstream side closer to the combustor), usually have a hollow structure and pass through the dovetail and the shank. A cooling medium introduced through a supply passage (usually air extracted from a compressor) is cooled by flowing through cooling passages provided inside the blades.

以上のように構成された動翼において、翼部のチップ部にスキーラを設ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 A technique of providing a squealer at the tip portion of the blade portion of the rotor blade configured as described above is known (see, for example, Patent Document 1).

スキーラは、翼部のチップ部に形成された径方向内側へ向かう凹部を取り囲むように、プロファイルの周縁部に沿って配置された薄い板状の部位であり、通常、その厚さは径方向に沿って一定とされる。スキーラは、その外側面(即ち、凹部に臨む内側面とは反対側の側面)が正圧面又は負圧面の一部を成しており、翼部の一部位ではあるが、タービンの運転中に翼部のチップ部がタービンケーシング又はシュラウドセグメントと接触した場合には、その薄い板状の形状ゆえに容易に摩耗することが想定されている。これにより、上述した接触が生じた場合に、タービンケーシング又はシュラウドセグメントが摩耗して翼部のチップ部との間のクリアランスが過剰に拡大し、その結果、タービン動翼、ひいてはタービン及びガスタービンエンジンの性能が低下する、という事態が回避される。 A squealer is a thin plate-like portion disposed along the periphery of the profile so as to surround a radially inwardly directed recess formed in the tip of the wing, and typically has a thickness of constant along the The squealer has an outer surface (i.e., the side opposite to the inner surface facing the recess) that forms part of the pressure or suction surface, and although it is part of the airfoil, it is It is assumed that if the tip of the airfoil comes into contact with the turbine casing or shroud segment, it will wear easily due to its thin plate-like shape. As a result, if the above-described contact occurs, the turbine casing or shroud segment wears and the clearance between the blade tip and the blade becomes excessively wide, resulting in turbine rotor blades, and thus the turbine and gas turbine engine. This avoids a situation in which the performance of the

一方、空力性能の向上を目的として、翼部をスパン方向(長手方向)において弓状に湾曲させる技術が知られている。 On the other hand, for the purpose of improving aerodynamic performance, there is known a technique of curving a wing in a span direction (longitudinal direction) in a bow shape.

例えば、特許文献2が開示するタービン動翼においては、翼部がハブ部からチップ部へ向かうにつれて正圧面から負圧面へ向かう方向に弓状に湾曲しており、これにより、翼部のチップ部とタービンケーシング又はシュラウドセグメントの間のクリアランスを経て正圧面側から負圧面側へ漏れる燃焼ガスの量が抑制され、当該燃焼ガスの漏れに起因する全圧損失が低減される。 For example, in the turbine rotor blade disclosed in Patent Literature 2, the blade portion is curved in a bow shape in the direction from the pressure surface to the suction surface as it goes from the hub portion to the tip portion. The amount of combustion gas leaking from the pressure side to the suction side through the clearance between the turbine casing and the shroud segment is suppressed, and the total pressure loss caused by the leakage of the combustion gas is reduced.

特開2016-211556号公報JP 2016-211556 A 米国特許第5525038号明細書U.S. Pat. No. 5,525,038

スキーラは、鋳造等の方法により製造された翼部のチップ部に機械加工を施して凹部を設けることにより形成される。即ち、当該機械加工の結果として凹部の周囲に残される薄い板状の部位が、スキーラとなる。 The squealer is formed by machining a tip portion of a wing manufactured by a method such as casting to provide a recess. That is, the thin plate-like portion left around the recess as a result of the machining becomes the squealer.

ここで、上述したように翼部がハブ部からチップ部へ向かうにつれて正圧面から負圧面へ向かう方向に弓状に湾曲している場合、径方向に沿って一定の厚さを有するスキーラを形成しようとすると、翼部の正圧面側については、スキーラの内側面と凹部の底面との成す角を鋭角とする必要がある。即ち、当該鋭角を成す隅部は、径方向外側から見て死角に入り、機械加工用の工具を径方向内側へ向かって送るだけでは、加工できない。 Here, as described above, when the wing portion is curved in the direction from the pressure surface to the suction surface as it goes from the hub portion to the tip portion, a squealer having a constant thickness along the radial direction is formed. To do so, it is necessary to form an acute angle between the inner surface of the squealer and the bottom surface of the recess on the pressure surface side of the wing. That is, the corner forming the acute angle is a blind spot when viewed from the radially outer side, and cannot be machined simply by feeding the machining tool radially inwardly.

このように、空力性能の向上を目的としてスパン方向において弓状に湾曲した翼部に、タービンケーシング又はシュラウドセグメントの摩耗の軽減を目的としてスキーラを設けることは、従来においては困難又は不可能であった。 Thus, it has been difficult or impossible in the past to provide a squealer for the purpose of reducing the wear of the turbine casing or shroud segment on the blade curved in a bow shape in the span direction for the purpose of improving aerodynamic performance. rice field.

本開示は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、空力性能の向上と、タービンケーシング又はシュラウドセグメントの摩耗軽減のためのスキーラの加工性維持とを両立し得るタービン動翼を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the problems described above, and provides a turbine rotor blade capable of achieving both improved aerodynamic performance and maintenance of workability of a squealer for reducing wear of a turbine casing or shroud segment. intended to provide

上記課題を解決するために、本開示のタービン動翼は、ハブ部からチップ部までスパン方向に延びる翼部を備え、前記翼部のうち、スパン方向においてスキーラ基端位置から前記チップ部までの範囲には、スキーラが形成されており、前記翼部は、前記ハブ部から前記スキーラ基端位置までの範囲において、ベース翼部と同一の形状を有しており、前記ベース翼部は、各スパン方向位置におけるプロファイルの重心を連ねるスタッキングラインが、前記ハブ部から前記チップ部へ向かうにつれて、前記ハブ部における前記プロファイルの重心を通る径方向の直線を基準として、正圧面から負圧面へ向かう方向に徐々に遠ざかるような形状を有しており、前記ベース翼部の各スパン方向位置における前記プロファイルは、前縁を含む前縁部曲線と、後縁を含む後縁部曲線と、前記正圧面側において前記前縁部曲線と前記後縁部曲線とを接続する正圧側曲線と、前記負圧面側において前記前縁部曲線と前記後縁部曲線とを接続する負圧側曲線とから成り、また、前記正圧側曲線は、前記前縁側の前方正圧側曲線と前記後縁側の後方正圧側曲線とから成っており、各スパン方向位置における前記前縁部曲線、前記後縁部曲線、前記前方正圧側曲線、前記後方正圧側曲線、前記負圧面曲線のそれぞれを、前記ハブ部から前記チップ部まで積み重ねることにより形成される前記ベース翼部の翼面を、それぞれ前縁部ベース翼面、後縁部ベース翼面、前方正圧側ベース翼面、後方正圧側ベース翼面、負圧側ベース翼面と称するとき、前記スキーラ基端位置から前記チップ部までの範囲における前記翼部の翼面は、同範囲における前記負圧側ベース翼面及び前記後縁部ベース翼面とそれぞれ同一の曲面である負圧側翼面及び後縁部翼面と、前記スキーラ基端位置における前記前方正圧側曲線を前記チップ部まで径方向に積み重ねることにより形成される前方正圧側翼面と、前記前方正圧側翼面と前記負圧側翼面とを、その曲率の符号が全面に亘って前記前縁部ベース翼面の曲率の符号と同一であるような態様で滑らかに接続する前縁部翼面と、前記前方正圧側翼面と前記後縁部翼面とを、その曲率の符号が全面に亘って前記後方正圧側ベース翼面の曲率の符号と同一であるような態様で滑らかに接続する後方正圧側翼面と、から成っている。 In order to solve the above problems, a turbine rotor blade of the present disclosure includes a blade portion extending in a span direction from a hub portion to a tip portion, and the blade portion extends from a squealer base end position to the tip portion in the span direction. A squealer is formed in the range, and the wing has the same shape as the base wing in the range from the hub to the squealer base end position. A stacking line connecting the center of gravity of the profile at the spanwise position is the direction from the pressure surface to the suction surface with reference to a straight line in the radial direction passing through the center of gravity of the profile in the hub portion as it goes from the hub portion to the tip portion. and the profile at each spanwise location of the base wing comprises a leading edge curve including the leading edge, a trailing edge curve including the trailing edge, and the pressure surface a pressure side curve connecting said leading edge curve and said trailing edge curve on said side; and a suction side curve connecting said leading edge curve and said trailing edge curve on said suction side, and , the pressure side curve comprises a forward pressure side curve on the leading edge side and a rear pressure side curve on the trailing edge side; The blade surfaces of the base blade formed by stacking the pressure side curve, the aft pressure side curve, and the suction surface curve, respectively, from the hub portion to the tip portion are referred to as a leading edge base blade surface and a trailing edge, respectively. When referred to as the front pressure side base blade surface, the rear pressure side base blade surface, and the suction side base blade surface, the blade surfaces of the blade portions in the range from the squealer base end position to the tip portion are the same. The suction side blade surface and the trailing edge blade surface, which are the same curved surfaces as the suction side base blade surface and the trailing edge base blade surface, respectively, and the forward pressure side curve at the squealer proximal position are defined by the tip portion. The front pressure side blade surface, the front pressure side blade surface and the suction side blade surface are formed by radially stacking up to the curvature of the leading edge base blade surface. and the forward pressure side blade surface and the trailing edge blade surface in such a manner that the sign of curvature thereof is the same as the sign of the aft pressure side over the entire surface. and an aft pressure side surface that smoothly connects in a manner that is identical to the sign of curvature of the base surface.

本開示によれば、空力性能の向上と、タービンケーシング又はシュラウドセグメントの摩耗軽減のためのスキーラの加工性維持とを両立することができるという、優れた効果を得ることができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to obtain an excellent effect that both improvement in aerodynamic performance and maintenance of squealer workability for reducing wear of a turbine casing or shroud segment can be achieved.

本開示の実施形態のタービン動翼の外観を示す概略説明図であり、(A)は全体斜視図(軸方向前側かつ周方向正圧面側から見た図)、(B)は翼部のうちスキーラが形成されたチップ部の近傍の部位の拡大斜視図である。1 is a schematic explanatory diagram showing the appearance of a turbine rotor blade according to an embodiment of the present disclosure, where (A) is an overall perspective view (viewed from the front side in the axial direction and the side of the pressure side in the circumferential direction), and (B) is the blade portion. FIG. 4 is an enlarged perspective view of a portion near the tip portion where a squealer is formed; ベース翼部をベースとして本開示の実施形態のタービン動翼の翼部を得るためのプロセスを示す概略説明図であり、(A)はベース翼部のスキーラ基端位置におけるプロファイルを構成する曲線を、(B)はスキーラ基端位置からチップ部までの範囲におけるベース翼部の翼面と翼部の翼面との関係を、それぞれ示している。FIG. 4A is a schematic explanatory diagram showing a process for obtaining the airfoil portion of the turbine rotor blade of the embodiment of the present disclosure based on the base airfoil portion, and (A) shows a curve forming the profile of the base airfoil portion at the squealer proximal end position; , (B) respectively show the relationship between the wing surface of the base wing portion and the wing surface of the wing portion in the range from the base end position of the squealer to the tip portion.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本開示の実施形態のタービン動翼の外観を示す概略説明図であり、(A)は全体斜視図(軸方向前側かつ周方向正圧面側から見た図)、(B)は翼部のうちスキーラが形成されたチップ部の近傍の部位の拡大斜視図である。なお、図1(A)においては、タービンの径方向、軸方向、周方向を、それぞれ矢印R、Z、Cで示している。 1A and 1B are schematic explanatory diagrams showing the appearance of a turbine rotor blade according to an embodiment of the present disclosure, in which (A) is an overall perspective view (viewed from the front side in the axial direction and the side of the pressure side in the circumferential direction), and (B) is a FIG. 4 is an enlarged perspective view of a portion of the wing near the tip portion where the squealer is formed. In FIG. 1A, arrows R, Z, and C indicate the radial direction, axial direction, and circumferential direction of the turbine, respectively.

タービン動翼RBは、図1(A)に示すように、翼部AF、プラットフォームPM、シャンクSK及びダブテールDTを備えている。なお、これらの各部位の機能は、背景技術欄で説明した従来のタービン動翼におけるものと同様であるため、ここでは説明を省略する。 The turbine rotor blade RB, as shown in FIG. 1(A), has a blade portion AF, a platform PM, a shank SK and a dovetail DT. Note that the functions of these parts are the same as those in the conventional turbine rotor blade described in the background art section, so descriptions thereof will be omitted here.

翼部AFは、ハブ部HBからチップ部TPまでスパン方向(長手方向)に延びており、燃焼ガスの流れ方向においてそれぞれ上流側及び下流側に位置する前縁LE及び後縁TEと、前縁LEと後縁TEの間をそれぞれ延びる凹状の正圧面PS及び凸状の負圧面SSと、を備えている。 The blade portion AF extends in the span direction (longitudinal direction) from the hub portion HB to the tip portion TP. A concave pressure surface PS and a convex suction surface SS extend respectively between LE and trailing edge TE.

また、翼部AFのチップ部TPには、図1(B)に示すように、径方向内側へ向かう凹部(チップキャビティ)TCが形成されており、当該凹部TCを取り囲むように、翼部AFの周縁部に沿って薄い板状のスキーラSQが形成されている。ここで、スキーラSQの外側面(即ち、チップキャビティTCに臨む内側面とは反対側の側面)は、正圧面PS及び負圧面SSの一部を成している。なお、図示された実施例においては、スキーラSQが、翼部AFの周縁部の全周に亘って、厚さ及び高さ(径方向の寸法)が一様な板状の部位として形成されているが、スキーラSQは、翼部AFの周縁部の一部において途切れていてもよく、また、その厚さ及び高さが一様でなくてもよい。 Further, as shown in FIG. 1B, the tip portion TP of the wing portion AF is formed with a concave portion (tip cavity) TC extending radially inward. A thin plate-like squealer SQ is formed along the periphery of the . Here, the outer surface of the squealer SQ (that is, the side surface opposite to the inner surface facing the chip cavity TC) forms part of the pressure surface PS and the suction surface SS. In the illustrated embodiment, the squealer SQ is formed as a plate-like portion having uniform thickness and height (dimensions in the radial direction) along the entire periphery of the wing portion AF. However, the squealer SQ may be interrupted at a part of the peripheral edge of the wing AF, and its thickness and height may not be uniform.

本開示のタービン動翼RBは、翼部AFのうちスキーラSQが形成されたチップ部TPの近傍の部位の形状に特徴があり、当該翼部AFは、後述するベース翼部AFのチップ部の近傍の部位の形状を変更することにより得られる。これについて、以下で詳述する。 The turbine rotor blade RB of the present disclosure is characterized by the shape of the portion of the blade portion AF in the vicinity of the tip portion TP where the squealer SQ is formed. is obtained by changing the shape of the part in the vicinity of . This will be explained in detail below.

ベース翼部AFは、上述したとおり、本開示のタービン動翼RBの翼部AFを得るためのベースとなる翼部であって、以下の特徴を有するものである。
(1)全高が、翼部AFの全高(ハブ部HBからチップ部TPまでの高さ;Span)と同一である。
(2)形状は、各スパン方向位置におけるプロファイルの重心を連ねるスタッキングラインが、ハブ部からチップ部へ向かうにつれて、ハブ部におけるプロファイルの重心を通る径方向の直線を基準として、正圧面から負圧面へ向かう方向に徐々に遠ざかるような態様のものである。
As described above, the base airfoil portion AF B is a base airfoil portion for obtaining the airfoil portion AF of the turbine rotor blade RB of the present disclosure, and has the following characteristics.
(1) The total height is the same as the total height of the blade portion AF (the height from the hub portion HB to the tip portion TP; Span).
(2) The stacking line, which connects the centers of gravity of the profiles at each spanwise position, moves from the pressure surface to the suction surface with respect to the straight line in the radial direction passing through the center of gravity of the profile in the hub portion as it goes from the hub portion to the tip portion. It is in the form of gradually moving away in the direction toward.

換言すれば、ベース翼部AFは、翼部AFと同一の全高を有する負圧面側へ湾曲した翼部であるといえる。なお、ベース翼部AFは、上述した特徴を有するものであればどのようなものであってもよく、新規に設計されたものでも既存のものでもよい。 In other words, it can be said that the base airfoil AF B is a airfoil curved toward the suction side and having the same overall height as the airfoil AF. The base wing AF B may be of any type as long as it has the features described above, and may be newly designed or existing.

ベース翼部AFのうち、形状変更の対象となる部位は、翼部AFのうちスキーラSQが形成されるべき部位である。一実施例において、この部位は、スパン方向において95~100%Spanの範囲である。ここで、%Spanは、ハブ部HBから計った高さを全高(Span)で除した無次元値のパーセンテージである。 A portion of the base wing portion AF B whose shape is to be changed is a portion of the wing portion AF where the squealer SQ is to be formed. In one embodiment, this region ranges from 95-100% Span in the span direction. Here, %Span is the dimensionless percentage of the height measured from the hub portion HB divided by the total height (Span).

上述した実施例において、95%Spanは、チップ部TPに形成されたチップキャビティTCを取り囲むように、当該チップキャビティTCの底面から径方向外側へ突出するスキーラSQの基端部(径方向内側端部)に相当するスパン方向位置であり、これをスキーラ基端位置SRと称することにする。 In the above-described embodiment, the 95% Span is the base end portion (radial inner end) of the squealer SQ protruding radially outward from the bottom surface of the chip cavity TC so as to surround the chip cavity TC formed in the tip portion TP. ), which will be referred to as a squealer proximal position SR.

翼部AFは、ハブ部HBからスキーラ基端位置SRまでの範囲(上述した実施例では、0~95%Spanの範囲)においては、ベース翼部AFと同一の形状を有している。一方、スキーラ基端位置SRからチップ部TPまでの範囲(上述した実施例では、95~100%Spanの範囲)において、翼部AFはベース翼部AFとは異なる形状を有している。スキーラ基端位置SRからチップ部TPまでの範囲における翼部の形状変更の方法について、図2を参照しながら以下で詳述する。 The wing portion AF has the same shape as the base wing portion AF B in the range from the hub portion HB to the squealer base end position SR (the range of 0 to 95% Span in the above embodiment). On the other hand, in the range from the squealer base end position SR to the tip portion TP (the range of 95 to 100% Span in the above embodiment), the wings AF have a shape different from that of the base wings AFB. A method of changing the shape of the wing in the range from the squealer proximal position SR to the tip TP will be described in detail below with reference to FIG.

図2は、ベース翼部AFをベースとして本開示の実施形態のタービン動翼RBの翼部AFを得るためのプロセスを示す概略説明図であり、(A)はベース翼部AFの各スパン方向位置におけるプロファイルを構成する曲線を、(B)はスキーラ基端位置SRからチップ部TPまでの範囲におけるベース翼部AFの翼面と翼部AFの翼面との関係を、それぞれ示している。ただし、図2(B)においては、スキーラSQの図示を省略している。 FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing a process for obtaining the airfoil portion AF of the turbine rotor blade RB of the embodiment of the present disclosure based on the base airfoil portion AF B ; (B) shows the relationship between the wing surface of the base wing portion AF B and the wing surface of the wing portion AF in the range from the squealer base end position SR to the tip portion TP. ing. However, illustration of the squealer SQ is omitted in FIG. 2(B).

図2(A)に示すように、各スパン方向位置におけるベース翼部AFのプロファイルPFは、前縁部曲線CL、後縁部曲線CT、正圧側曲線CP及び負圧側曲線CSの4つの曲線から成る閉曲線である。 As shown in FIG. 2(A), the profile PF B of the base airfoil portion AF B at each spanwise position has four curves: a leading edge curve CL, a trailing edge curve CT, a pressure side curve CP, and a suction side curve CS. It is a closed curve consisting of curved lines.

前縁部曲線CLは、正圧側曲線前端FCPから前縁LEを経て負圧側曲線前端FCSに至る曲率の大きな曲線である。 The leading edge curve CL is a curve with a large curvature from the pressure side curve front end FCP to the suction side curve front end FCS via the leading edge LE.

後縁部曲線CTは、正圧側曲線後端RCPから後縁TEを経て負圧側曲線後端RCSに至る曲率の大きな曲線である。 The trailing edge curve CT is a curve with a large curvature that extends from the pressure side curve trailing end RCP to the suction side curve trailing end RCS via the trailing edge TE.

正圧側曲線CPは、正圧面PS側において前縁部曲線CLと後縁部曲線CTとを接続する曲線であり、正圧側曲線前端FCPから正圧側曲線後端RCPまで延びている。 The pressure side curve CP is a curve that connects the leading edge curve CL and the trailing edge curve CT on the pressure surface PS side, and extends from the pressure side curve front end FCP to the pressure side curve rear end RCP .

負圧側曲線CSは、負圧面SS側において前縁部曲線CLと後縁部曲線CTとを接続する曲線であり、負圧側曲線前端FCSから負圧側曲線後端RCSまで延びている。 The suction side curve CS is a curve that connects the leading edge curve CL and the trailing edge curve CT on the side of the suction surface SS, and extends from the suction side curve front end FCS to the suction side curve rear end RCS .

なお、正圧側曲線CPは、翼弦方向(前縁LE及び後縁TEを通る直線の方向)のほぼ中間に位置する正圧側曲線中間点MCPを境界として、前縁LE側の前方正圧側曲線CPと後縁TE側の後方正圧側曲線CPとから成っている。 The pressure-side curve CP is defined on the front pressure side of the leading edge LE side with the pressure-side curve midpoint MCP located approximately midway in the chord direction (the direction of a straight line passing through the leading edge LE and the trailing edge TE) as a boundary. It consists of a curve CPF and a rear pressure side curve CPR on the trailing edge TE side.

ベース翼部AFの翼面は、上述した各曲線をハブ部HBからチップ部TPまで積み重ねることにより形成されている。ここでは、前縁部曲線CL、後縁部曲線CT、前方正圧側曲線CP、後方正圧側曲線CP、負圧側曲線CSにより形成される翼面を、それぞれ、前縁部ベース翼面FL、後縁部ベース翼面FT、前方正圧側ベース翼面FPFB、後方正圧側ベース翼面FPRB、負圧側ベース翼面FSと称することにする。 The wing surface of the base wing portion AF B is formed by stacking each curve described above from the hub portion HB to the tip portion TP. Here, the blade surfaces formed by the leading edge curve CL, the trailing edge curve CT, the forward pressure side curve CPF , the rear pressure side curve CPR , and the suction side curve CS are respectively defined as the leading edge base blade surface FL B , trailing edge base surface FT B , forward pressure side base surface FP FB , aft pressure side base surface FP RB , suction side base surface FS B .

本開示のタービン動翼RBの翼部AFは、上述したように、スキーラ基端位置SRからチップ部TPまでの範囲において、ベース翼部AFとは異なる形状を有している。この範囲における翼部AFの翼面は、以下の(1)~(5)の翼面から成っている(図2(B)参照)。
(1)上記範囲における負圧側ベース翼面FSと同一の曲面である負圧側翼面FS
(2)上記範囲における後縁部ベース翼面FTと同一の曲面である後縁部翼面FT
(3)スキーラ基端位置SRにおける前方正圧側曲線CPをチップ部TPまで径方向に積み重ねることにより形成される前方正圧側翼面FP
(4)前方正圧側翼面FPと負圧側翼面FSとを、その曲率の符号が全面に亘って前縁部ベース翼面FLの曲率の符号と同一であるような態様で滑らかに接続する前縁部翼面FL
(5)前方正圧側翼面FPと後縁部翼面FTとを、その曲率の符号が全面に亘って後方正圧側ベース翼面FPRBの曲率の符号と同一であるような態様で滑らかに接続する後方正圧側翼面FP
As described above, the blade portion AF of the turbine rotor blade RB of the present disclosure has a shape different from that of the base blade portion AF B in the range from the squealer base end position SR to the tip portion TP. The blade surface of the blade portion AF in this range consists of the following (1) to (5) blade surfaces (see FIG. 2(B)).
(1) Suction side blade surface FS which is the same curved surface as suction side base blade surface FS B in the above range
(2) Trailing edge blade surface FT that is the same curved surface as trailing edge base blade surface FT B in the above range
(3) A forward pressure side blade surface FP F formed by radially stacking the forward pressure side curve CPF at the squealer base end position SR up to the tip portion TP.
(4) Smooth the front pressure side FP F and the suction side FS in such a manner that the sign of the curvature is the same as the sign of the curvature of the leading edge base wing surface FL B over the entire surface. Connecting leading edge blade surface FL
(5) Smooth the forward pressure side surface FP F and the trailing edge surface FT in such a manner that the sign of curvature thereof is the same as the sign of curvature of the aft pressure side base surface FP RB over the entire surface. Aft pressure side blade surface FP R connected to

なお、(5)の後方正圧側翼面FPを、(3)の前方正圧側翼面FPと同様に、スキーラ基端位置SRにおける後方正圧側曲線CPをチップ部TPまで径方向に積み重ねることにより形成していないのは、そのようにすると、後縁TEの近傍の翼厚さが大きくなりすぎ、空力性能の低下を招く虞があるためである。 It should be noted that the rear pressure side blade surface FPR of (5) is radially extended from the rear pressure side curve CPR at the squealer base end position SR to the tip portion TP in the same manner as the front pressure side blade surface FPR of (3). The reason why the blades are not formed by stacking is that if such a blade is formed, the blade thickness in the vicinity of the trailing edge TE becomes too large, which may lead to deterioration of the aerodynamic performance.

このように、本開示のタービン動翼RBの翼部AFのうちスキーラ基端位置SRからチップ部TPまでの部位の翼面は、以下のような特徴を有している。
(1A)負圧側翼面FS及び後縁部翼面FTは、ベース翼部AFの負圧側ベース翼面FS及び後縁部ベース翼面FTと同様に、負圧面SS側へ湾曲している。
(1B)前縁部翼面FLは、径方向に延びる前方正圧側翼面FPとの接続部を除き、ベース翼部AFの前縁部ベース翼面FLと比較してその度合いは小さいものの、負圧面SS側へ湾曲している。
(2A)ベース翼部AFの前方正圧側ベース翼面FPFBが負圧面SS側へ湾曲しているのに対して、前方正圧側翼面FPは径方向に延びている。
(2B)後方正圧側翼面FPは、前方正圧側翼面FPとの接続部を除いて径方向には延びていないものの、ベース翼部AFの後方正圧側ベース翼面FPRBと比較すると、負圧面SS側への湾曲の度合いが小さい。
As described above, the blade surface of the portion of the blade portion AF of the turbine rotor blade RB of the present disclosure from the squealer base end position SR to the tip portion TP has the following characteristics.
(1A) The suction side blade surface FS and the trailing edge blade surface FT are curved toward the suction surface SS in the same manner as the suction side base blade surface FS B and the trailing edge base blade surface FT B of the base blade portion AF B. ing.
(1B) The leading edge airfoil FL , except for the connecting portion with the radially extending front pressure side airfoil FPF, is less than the leading edge base airfoil FL B of the base airfoil AF B. Although small, it curves toward the suction surface SS.
(2A) The forward pressure side base blade surface FPFB of the base blade portion AFB is curved toward the suction surface SS side, whereas the forward pressure side blade surface FPF extends radially.
(2B) The rear pressure side blade surface FP R does not extend in the radial direction except for the connecting portion with the front pressure side blade surface FPF, but the rear pressure side base blade surface FP RB of the base blade portion AF B does not extend in the radial direction. By comparison, the degree of curvature toward the suction surface SS is small.

上述した特徴(1A)及び(1B)を有していることにより、本開示のタービン動翼RBの翼部AFは、負圧面SS側へ湾曲していない翼部と比較して、空力性能を向上させることができる。また、上述した特徴(2A)及び(2B)を有していることにより、本開示のタービン動翼RBの翼部AFは、正圧面PSがスパン方向の全域に亘って負圧面SS側へ湾曲している翼部と比較して、スキーラSQの加工性を向上させることができる。 By having the features (1A) and (1B) described above, the airfoil portion AF of the turbine rotor blade RB of the present disclosure has improved aerodynamic performance compared to airfoil portions that are not curved toward the suction surface SS side. can be improved. In addition, due to having the features (2A) and (2B) described above, the airfoil portion AF of the turbine rotor blade RB of the present disclosure has the pressure surface PS curved toward the suction surface SS over the entire span direction. The workability of the squealer SQ can be improved as compared with the wing portion having the squealer.

このように、本開示のタービン動翼RBによれば、空力性能の向上と、タービンケーシング又はシュラウドセグメントの摩耗軽減のためのスキーラの加工性維持とを両立することができるという、優れた効果を得ることができる。 Thus, according to the turbine rotor blade RB of the present disclosure, it is possible to achieve both an improvement in aerodynamic performance and maintenance of workability of the squealer for reducing wear of the turbine casing or shroud segment. Obtainable.

なお、以上の説明では、スキーラ基端位置SRとして95%Spanを例示したが、スキーラ基端位置SRは他の適宜の位置に設定することができる。 In the above description, 95% span was exemplified as the squealer proximal position SR, but the squealer proximal position SR can be set at other appropriate positions.

また、各スパン方向位置におけるベース翼部AFのプロファイルPFを構成する曲線のうち、前方正圧側曲線CPと後方正圧側曲線CPとの接続点である正圧側曲線中間点MCPの位置は、例えば30~70%Chordとすることができる。ここで、%Chordは、前縁LEから正圧側曲線中間点MCPまで翼弦方向に計った距離を、翼弦長(前縁LEと後縁TEを結ぶ線分の長さ)で除した無次元値のパーセンテージである。 In addition, among the curves forming the profile PF B of the base blade portion AF B at each span direction position, the pressure side curve midpoint MCP , which is the connection point between the front pressure side curve CPF and the rear pressure side curve CPR , The position can be, for example, 30-70% Chord. Here, %Chord is the distance measured in the chord direction from the leading edge LE to the pressure side curve midpoint MCP divided by the chord length (the length of the line segment connecting the leading edge LE and the trailing edge TE). It is a dimensionless percentage.

AF 翼部
AF ベース翼部
CL 前縁部曲線
CP 正圧側曲線
CP 前方正圧側曲線
CP 後方正圧側曲線
CS 負圧側曲線
CT 後縁部曲線
FL 前縁部翼面
FL 前縁部ベース翼面
FP 前方正圧側翼面
FPFB 前方正圧側ベース翼面
FP 後方正圧側翼面
FPRB 後方正圧側ベース翼面
FS 負圧側翼面
FS 負圧側ベース翼面
FT 後縁部翼面
FT 後縁部ベース翼面
HB ハブ部
LE 前縁
PF プロファイル
PS 正圧面
RB タービン動翼
SQ スキーラ
SR スキーラ基端位置
SS 負圧面
TE 後縁
TP チップ部
AF Airfoil AF B Base Airfoil CL Leading Edge Curve CP Pressure Side Curve CP F Forward Pressure Side Curve CP R Rear Positive Pressure Side Curve CS Suction Side Curve CT Trailing Edge Curve FL Leading Edge Blade Surface FL B Leading Edge Base Blade surface FP F Forward pressure side blade surface FP FB Forward pressure side base blade surface FP R Rear pressure side blade surface FP RB Rear positive pressure side base blade surface FS Suction side blade surface FS B Suction side base blade surface FT Trailing edge blade surface FT B trailing edge base blade surface HB Hub LE Leading edge PF B profile PS Pressure surface RB Turbine rotor blade SQ Squealer SR Squealer base position SS Suction surface TE Trailing edge TP Tip

Claims (1)

ハブ部からチップ部までスパン方向に延びる翼部を備えるタービン動翼であって、
前記翼部のうち、スパン方向においてスキーラ基端位置から前記チップ部までの範囲には、スキーラが形成されており、
前記翼部は、前記ハブ部から前記スキーラ基端位置までの範囲において、ベース翼部と同一の形状を有しており、
前記ベース翼部は、各スパン方向位置におけるプロファイルの重心を連ねるスタッキングラインが、前記ハブ部から前記チップ部へ向かうにつれて、前記ハブ部における前記プロファイルの重心を通る径方向の直線を基準として、正圧面から負圧面へ向かう方向に徐々に遠ざかるような形状を有しており、
前記ベース翼部の各スパン方向位置における前記プロファイルは、前縁を含む前縁部曲線と、後縁を含む後縁部曲線と、前記正圧面側において前記前縁部曲線と前記後縁部曲線とを接続する正圧側曲線と、前記負圧面側において前記前縁部曲線と前記後縁部曲線とを接続する負圧側曲線とから成り、また、前記正圧側曲線は、前記前縁側の前方正圧側曲線と前記後縁側の後方正圧側曲線とから成っており、
各スパン方向位置における前記前縁部曲線、前記後縁部曲線、前記前方正圧側曲線、前記後方正圧側曲線、前記負圧面曲線のそれぞれを、前記ハブ部から前記チップ部まで積み重ねることにより形成される前記ベース翼部の翼面を、それぞれ前縁部ベース翼面、後縁部ベース翼面、前方正圧側ベース翼面、後方正圧側ベース翼面、負圧側ベース翼面と称するとき、
前記スキーラ基端位置から前記チップ部までの範囲における前記翼部の翼面は、
同範囲における前記負圧側ベース翼面及び前記後縁部ベース翼面とそれぞれ同一の曲面である負圧側翼面及び後縁部翼面と、
前記スキーラ基端位置における前記前方正圧側曲線を前記チップ部まで径方向に積み重ねることにより形成される前方正圧側翼面と、
前記前方正圧側翼面と前記負圧側翼面とを、その曲率の符号が全面に亘って前記前縁部ベース翼面の曲率の符号と同一であるような態様で滑らかに接続する前縁部翼面と、
前記前方正圧側翼面と前記後縁部翼面とを、その曲率の符号が全面に亘って前記後方正圧側ベース翼面の曲率の符号と同一であるような態様で滑らかに接続する後方正圧側翼面と、
から成っている、タービン動翼。
A turbine rotor blade comprising a blade portion extending in a span direction from a hub portion to a tip portion,
A squealer is formed in a range from a squealer base end position to the tip portion in the span direction of the wing portion,
The wing has the same shape as the base wing in the range from the hub to the squealer base end position,
In the base wing portion, a stacking line connecting the center of gravity of the profile at each spanwise position is positive with respect to a radial straight line passing through the center of gravity of the profile at the hub portion as it goes from the hub portion to the tip portion. It has a shape that gradually recedes in the direction from the pressure surface to the suction surface,
The profile at each spanwise location of the base airfoil includes a leading edge curve including the leading edge, a trailing edge curve including the trailing edge, and on the pressure side, the leading edge curve and the trailing edge curve. and a suction side curve connecting the leading edge curve and the trailing edge curve on the suction side, and the pressure side curve is a front positive edge on the leading edge side. comprising a pressure side curve and a back pressure side curve on the trailing edge side;
Each of said leading edge curve, said trailing edge curve, said forward pressure side curve, said aft pressure side curve and said suction side curve at each spanwise position is formed by stacking each of said curves from said hub to said tip. When the wing surfaces of the base wing portions are respectively referred to as a leading edge base wing surface, a trailing edge base wing surface, a forward pressure side base wing surface, an aft pressure side base wing surface, and a suction side base wing surface,
The wing surface of the wing portion in the range from the squealer base end position to the tip portion is
a suction side blade surface and a trailing edge blade surface that are curved surfaces identical to the suction side base blade surface and the trailing edge base blade surface in the same range, respectively;
a forward pressure side airfoil formed by radially stacking the forward pressure side curve at the squealer proximal position to the tip;
a leading edge smoothly connecting the forward pressure side airfoil and the suction side airfoil in such a manner that the sign of curvature of the forward airfoil is the same as the sign of the curvature of the leading edge base airfoil over the entire surface; a wing surface;
an aft positive surface that smoothly connects the forward pressure side blade surface and the trailing edge blade surface in such a manner that the sign of curvature thereof is the same as the sign of curvature of the aft pressure side base blade surface over the entire surface; a pressure side wing surface;
Turbine rotor blades, which consist of
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