JPH11117703A - Axial turbine blade - Google Patents

Axial turbine blade

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JPH11117703A
JPH11117703A JP28691597A JP28691597A JPH11117703A JP H11117703 A JPH11117703 A JP H11117703A JP 28691597 A JP28691597 A JP 28691597A JP 28691597 A JP28691597 A JP 28691597A JP H11117703 A JPH11117703 A JP H11117703A
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JP
Japan
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blade
back surface
turbine blade
passage
vortex
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JP28691597A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Hirano
雄一郎 平野
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axial turbine blade which is capable of reducing the friction loss and the pressure loss generated due to a two-dimensional flow produced in the neighborhood of the blade end part of a three-dimensional blade profile constituting a cascade of blades, and thereby improving the turbine efficiency. SOLUTION: With the axial turbine blade, in order to relax the velocity gradient of a working fluid flowing with increasing the flow velocity in the direction crossing a blade back face 5 at right angles, which is brought about by a two-dimensional flow produced in a break away region formed between the blade back face 5 and passage eddies 7 flowing on the blade back face 5 toward the downstream side, and to reduce the friction loss generated by the blade back face 5, riblets 11, the top of each of which is formed into a sharp shape, are provided in the break away region formed between the blade end-wall 2 and the passage eddies 7. Troubles generated in conventional axial turbine blades due to the passage eddies can thus be eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービン及び
ガスタービン等に利用され、翼列を構成する3次元翼型
の翼端部近傍で発生する、2次流れ損失領域で発生する
摩擦損失および圧力損失をそれぞれ低減し、性能を大幅
に向上できる軸流タービン翼に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a steam turbine, a gas turbine, and the like, and has a friction loss generated in a secondary flow loss region and generated near a tip end of a three-dimensional airfoil constituting a cascade. The present invention relates to an axial turbine blade capable of reducing pressure loss and greatly improving performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】翼列を形成する3次元翼型の翼根、若し
くは翼端近傍の翼端壁に発生する、2次流れにより発生
した通路渦が発達して形成される損失領域で生じる摩擦
損失、および圧力損失によって、大きな翼列損失が発生
する軸流タービン翼においては、これらの損失領域で生
じる、これらの翼列損失を低減することが性能向上上重
要である。
2. Description of the Related Art Friction generated in a root region of a three-dimensional airfoil forming a cascade or a blade tip wall near a blade tip, generated in a passage vortex generated by a secondary flow and formed in a loss region. In an axial flow turbine blade in which a large cascade loss occurs due to the loss and the pressure loss, it is important for improving performance to reduce these cascade losses generated in these loss regions.

【0003】図5は、翼列を形成するように、翼端壁に
タービン翼を周方向に立設して設けられた軸流タービン
翼の翼列内部の流れの様子を示す模式図である。図に示
すように、翼列上流の翼端壁2付近を流れる蒸気又は燃
焼ガス等の作動流体Fの流れは、タービン翼1の前縁に
衝突すると、翼端壁2側へ潜り込み、通路渦7を形成す
る。
FIG. 5 is a schematic view showing the flow inside an axial flow turbine blade cascade provided with turbine blades erected in a circumferential direction on a blade end wall so as to form a blade cascade. . As shown in the figure, the flow of the working fluid F such as steam or combustion gas flowing near the blade tip wall 2 upstream of the cascade collides with the leading edge of the turbine blade 1 and sinks into the blade tip wall 2 to form a passage vortex. 7 is formed.

【0004】この通路渦7の渦管は、翼端壁2付近の翼
前縁を取り巻くように形成され、1点鎖線で示すよう
に、その形状から馬蹄渦3と呼ばれている。すなわち、
隣接して配設されたタービン翼1の、一方のタービン翼
1の翼腹面4と他方のタービン翼1の翼背面5とで挟ま
れて形成される翼列内部に形成される翼間流路8内にお
ける翼端壁2付近では、翼腹面4と翼背面5とにそれぞ
れ作用する作動流体Fの圧力差によって、翼腹面4側か
ら翼背面5側に向けて流れる2次流れ6が形成される。
The vortex tube of the passage vortex 7 is formed so as to surround the leading edge of the wing near the wing tip wall 2, and is called a horseshoe vortex 3 because of its shape as shown by a dashed line. That is,
An inter-blade flow path formed in a cascade of turbine blades 1 disposed adjacent to each other and sandwiched between a blade abdominal surface 4 of one turbine blade 1 and a blade back surface 5 of the other turbine blade 1. In the vicinity of the wing tip wall 2 in the inside 8, a secondary flow 6 flowing from the wing apex surface 4 side to the wing back surface 5 side is formed by the pressure difference of the working fluid F acting on the wing apex surface 4 and the wing back surface 5. You.

【0005】このため、特に、作動流体Fがタービン翼
1の前縁に衝突して生じる馬蹄渦3のうち、翼腹面4側
へ流れる馬蹄渦3は、作動流体Fによって翼間流路8内
を下流側へ流されるとともに、この2次流れ6により、
翼間流路8尚を翼背面5側へと流されながら、通路渦7
と呼ばれる大きな渦に発達する。この通路渦7の渦管
は、下流へのびるにつれ翼背面5と翼端壁2に挟まれる
翼間流路8のコーナ部を横切り、翼背面5に沿って翼高
さ中央方向へ移動していく。図6は、従来の軸流タービ
ン翼列の内部流れのうち、タービン翼1の翼背面5の翼
端壁2近傍の流れの詳細を示すための断面図である。図
において、7は作動流体Fの流れに垂直な断面で見た通
路渦であり、図に示すように、翼背面5側へ2次流れ6
で流された通路渦7は、翼背面5に沿って下流側へ流れ
ていく。
[0005] Therefore, among the horseshoe vortices 3 generated when the working fluid F collides with the leading edge of the turbine blade 1, the horseshoe vortex 3 flowing toward the blade abdominal surface 4 is caused by the working fluid F in the inter-blade flow path 8. Through the secondary flow 6
While flowing through the inter-blade flow path 8 toward the blade back surface 5, the passage vortex 7
It develops into a large vortex called. The vortex tube of the passage vortex 7 crosses the corner of the inter-blade flow path 8 sandwiched between the blade back surface 5 and the blade tip wall 2 as it extends downstream, and moves along the blade back surface 5 toward the center of the blade height. Go. FIG. 6 is a cross-sectional view showing details of the flow near the blade tip wall 2 of the blade back surface 5 of the turbine blade 1 among the internal flow of the conventional axial flow turbine cascade. In the figure, reference numeral 7 denotes a passage vortex viewed in a cross section perpendicular to the flow of the working fluid F, and as shown in FIG.
The path vortex 7 flowed downstream along the blade back surface 5 flows downstream.

【0006】このため、この通路渦7は、翼端壁2およ
び翼背面5から離れた位置を流れている作動流体Fを加
速した高速流体9を翼背面5付近へ巻き込むことにな
る。この結果、翼背面5上の翼端壁2から通路渦7にか
けての剥離領域Sでは、翼背面5に垂直な方向の高速流
体9の速度勾配が急になり、翼背面5で生じる壁面摩擦
による高速流体9の運動量の損失が急激に大きくなる。
For this reason, the passage vortex 7 entrains the high-speed fluid 9 which accelerates the working fluid F flowing at a position distant from the blade tip wall 2 and the blade back surface 5 near the blade back surface 5. As a result, in the separation region S from the wing tip wall 2 on the wing back surface 5 to the passage vortex 7, the velocity gradient of the high-speed fluid 9 in the direction perpendicular to the wing back surface 5 becomes steep, and due to wall friction generated on the wing back surface 5 The momentum loss of the high-speed fluid 9 increases rapidly.

【0007】しかも、こうして大きな運動量を損失し、
発生した圧力損失の大きくなった圧損流体10は、さら
に通路渦7の回転運動によってタービン翼1の高さ中央
方向へ掃き出されながら下流側へ流れるため、翼端壁2
と通路渦7に挟まれる剥離領域7のタービン翼1の翼幅
方向の高さが大きくなり、換言すれば、翼背面5の大き
な部分が常に高速流体9にさらされていることになり、
大きな圧力損失の発生源となり、タービン効率が大幅に
低下するという不具合があった。
Moreover, a large amount of momentum is thus lost,
The generated pressure loss fluid 10 having a large pressure loss flows downstream while being swept toward the center of the height of the turbine blade 1 by the rotational motion of the passage vortex 7, so that the blade tip wall 2
The height of the separation region 7 sandwiched between the passage vortex 7 and the turbine blade 1 in the blade width direction increases, in other words, a large portion of the blade back surface 5 is always exposed to the high-speed fluid 9,
There is a problem that it becomes a source of a large pressure loss and the turbine efficiency is greatly reduced.

【0008】なお、通路渦7のうち、当該通路渦7を発
生させた前縁を設けたタービン翼1の背面側5へ流れる
通路渦7は、2次流れによって当該タービン翼1の背面
側5に押しつけられた状態で下流側へ流れるため、この
通路渦7の渦管は、下流にのびるにつれ翼間流路8へ移
動することがなく、従って、当該タービン翼1の背面側
5の翼高さ中央方向へ移動することが少なく、後述する
ような、隣接するタービン翼1の背面側5へ向けてのび
る通路渦7によって発生する不具合は殆んど生じない。
[0008] Of the passage vortex 7, the passage vortex 7 flowing to the back side 5 of the turbine blade 1 provided with the leading edge that generated the passage vortex 7 is generated by the secondary flow. As a result, the vortex tube of the passage vortex 7 does not move to the inter-blade flow path 8 as it extends downstream, and therefore the blade height of the rear side 5 of the turbine blade 1 is reduced. In addition, there is little movement toward the center, and almost no problems occur due to the passage vortex 7 extending toward the rear side 5 of the adjacent turbine blade 1 as described later.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した現
状に鑑み、3次元翼型の翼端部で生じる2次流れ損失領
域において生じる摩擦損失および圧力損失を低減し、大
幅なタービン翼の性能向上を図ることができるようにし
た、軸流タービン翼を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned situation, the present invention reduces the friction loss and the pressure loss occurring in the secondary flow loss region generated at the tip of a three-dimensional airfoil, thereby achieving a large turbine blade. It is an object to provide an axial turbine blade capable of improving performance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このため、本発明の軸流
タービン翼は、次の手段とした。 (1)翼端壁と翼端壁に周方向に立設された翼列を形成
するタービン翼の翼背面上に沿って下流側へ流れていく
通路渦との間に形成される剥離領域に発生する2次流れ
によって誘起されて、翼背面に直交する方向の流速を増
大して流れるようになる作動流体の速度勾配を緩和し、
翼背面で発生する摩擦損失を低減するために、翼端壁と
翼列内に発生する通路渦とで挟まれて形成される剥離領
域のタービン翼の翼背面上に、頂部に尖った形状を形成
したリブレットを設けた。なお、リブレットは、尖った
形状を複数頂部に設けるとともに、尖った形状が同一翼
幅方向を翼背面に作動流体の流れの方向に沿って形成さ
れるものにすることが好ましい。
Therefore, the axial flow turbine blade of the present invention has the following means. (1) A separation region formed between a blade tip wall and a passage vortex flowing downstream along a blade back surface of a turbine blade forming a blade row erected in a circumferential direction on the blade tip wall. The velocity gradient of the working fluid, which is induced by the generated secondary flow and increases by increasing the flow velocity in the direction perpendicular to the back surface of the wing, is reduced,
In order to reduce the friction loss generated at the blade back, a pointed shape is formed on the blade back of the turbine blade in the separation area formed between the blade tip wall and the passage vortex generated in the cascade. The formed riblets were provided. Preferably, the riblets are provided with a plurality of pointed shapes at the tops, and the pointed shapes are formed in the same blade width direction on the blade back surface along the flow direction of the working fluid.

【0011】本発明の軸流タービン翼は、上述(1)の
手段により、(a)タービン翼前縁で発生して翼背面上
に移動した通路渦は、翼背面から離れた位置にある高速
流体を、従来の軸流タービン翼と同様に翼背面付近へ巻
き込むが、この高速流体が直接に翼背面に接触するの
は、剥離領域のタービン翼の翼背面上に設けたリブレッ
トの頂部の尖った領域のみとなる。さらに、通路渦によ
って巻き込まれ加速される高速流体は、リブレットによ
り減速され、速度勾配が小さくなる。
According to the axial flow turbine blade of the present invention, (a) the path vortex generated at the leading edge of the turbine blade and moved to the rear surface of the blade by the above-mentioned means (1) is a high-speed vortex at a position away from the rear surface of the blade. The fluid is entrained near the blade back like a conventional axial-flow turbine blade, but this high-speed fluid directly contacts the blade back due to the sharp point at the top of the riblet provided on the turbine blade back in the separation area. Area only. Further, the high-speed fluid that is entrained and accelerated by the passage vortex is decelerated by the riblets, and the velocity gradient decreases.

【0012】これにより、翼背面で生じる壁面摩擦を小
さくすることができ、高速流体の運動等の損失を小さく
できる。また、リブレットとの摩擦により発生した圧力
損失の大きい圧損流体は、翼高さ中央方向へ掃き出され
ずに、リブレットに沿って下流側へ流れるため、通路渦
によって壁面付近へ巻き込まれた高速流体は、翼背面と
の間に圧力損失の大きな流体を介して流れることにな
る。このように、翼背面の翼端壁付近の翼背面の垂直な
方向の速度勾配は、緩和され、翼背面における壁面摩擦
による損失の発生を抑制することができる。
As a result, the wall friction generated on the back surface of the blade can be reduced, and the loss such as the movement of the high-speed fluid can be reduced. In addition, since the pressure-loss fluid having a large pressure loss caused by friction with the riblets flows downstream along the riblets without being swept toward the center of the blade height, the high-speed fluid entrained near the wall surface by the passage vortex Will flow through the fluid having a large pressure loss between the blade and the back of the blade. As described above, the velocity gradient in the vertical direction of the wing rear surface in the vicinity of the wing tip wall on the wing rear surface is moderated, and loss due to wall friction on the wing rear surface can be suppressed.

【0013】また、本発明の軸流タービン翼は、次の手
段とした。 (2)翼端壁に周方向に立設され翼列を形成するタービ
ン翼の翼背面側に沿って下流側へ流れていく、通路渦の
タービン翼前縁から翼背面上への移動を抑制し、翼背面
上での圧力損失低減、および通路渦自体の弱体化による
圧力損失低減を行うために、翼端壁近傍のタービン翼の
前縁で発生し、翼列内の隣接するタービン翼の翼背面側
にのびて流れる通路渦が、下流側へ流れて翼背面を横切
る位置からタービン翼の前縁部に、翼腹面から翼背面へ
貫通するバイパス通路を設けた。なお、バイパス通路は
コード方向に単数若しくは複数設けるようにしても良
く、、さらに翼幅方向に多段にわたって設けるようにし
ても良い。
The axial turbine blade of the present invention employs the following means. (2) The passage vortex is prevented from moving from the leading edge of the turbine blade to the rear surface of the turbine blade, which flows downstream along the blade rear surface of the turbine blade forming the cascade in the circumferential direction on the blade tip wall. In order to reduce the pressure loss on the blade back surface and the pressure loss by weakening the passage vortex itself, it is generated at the leading edge of the turbine blade near the blade tip A bypass passage is provided at the leading edge of the turbine blade from a position where the vortex flowing toward the blade rear side flows downstream and crosses the blade rear surface, and penetrates from the blade abdominal surface to the blade rear surface. One or more bypass passages may be provided in the cord direction, or may be provided in multiple stages in the spanwise direction.

【0014】本発明の軸流タービン翼は、上述(2)の
手段により、タービン翼の前縁で発生する通路渦は、タ
ービン翼に翼腹面から翼背面へ貫通するバイパス通路が
設けられており、バイパス通路内には、圧力差によっ
て、翼腹面から翼背面へ流れるバイパス流れが発生する
ので、翼背面側への移動が抑制されるとともに、渦強度
も弱められる。
In the axial turbine blade of the present invention, by means of the above (2), a passage vortex generated at the leading edge of the turbine blade is provided with a bypass passage penetrating from the blade abdominal surface to the blade back surface. In the bypass passage, a bypass flow that flows from the blade abdominal surface to the blade back surface is generated by the pressure difference, so that the movement to the blade back side is suppressed and the vortex strength is also weakened.

【0015】すなわち、バイパス流れの向きは、翼端壁
付近における翼ピッチ方向の成分でみると、2次流れの
方向及び通路渦の渦管の方向と逆向きとなることから、
バイパス流れは、通路渦の発達と通路渦の翼背面上への
移動を抑制することとなる。これによって、通路渦がタ
ービン翼前縁の翼端壁上から隣接して配置されたタービ
ン翼の翼背面上への移動は、翼背面の下流側へ移動する
ため、翼背面において、通路渦が高速流体を翼背面付近
へ巻き込むことにより発生する翼背面における壁面摩擦
の大きい領域は小さくなり、摩擦抵抗が低減し、これに
伴い作動流体の圧力損失の低減が達成される。さらに、
バイパス流れによる通路渦自体の渦強度も弱体化され、
これによっても、翼背面上における摩擦損失および圧力
損失は低減される。
That is, the direction of the bypass flow is opposite to the direction of the secondary flow and the direction of the vortex tube of the passage vortex when viewed in terms of components in the blade pitch direction near the blade tip wall.
The bypass flow suppresses the development of the passage vortex and the movement of the passage vortex onto the back surface of the blade. As a result, the passage vortex moves from the blade tip wall at the leading edge of the turbine blade to the rear surface of the turbine blade adjacently arranged, and moves downstream of the blade rear surface. The region where the wall friction is large on the blade back surface generated by entraining the high-speed fluid near the blade back surface is reduced, and the frictional resistance is reduced, thereby reducing the pressure loss of the working fluid. further,
The vortex strength of the passage vortex itself due to the bypass flow is also weakened,
This also reduces the friction and pressure losses on the wing back.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の軸流タービン翼の
実施の一形態を図面にもとづき説明する。図1は本発明
の軸流タービン翼の実施の第1形態を示す部分斜視図、
図2は図1に示す実施の第1形態に関わる軸流タービン
翼列内部流れの断面図である。なお、前述した図5、図
6に示す軸流タービン翼と同一部材、若しくは類似の部
材には同一符号を付して説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an axial turbine blade according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial perspective view showing a first embodiment of an axial flow turbine blade of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view of the flow inside the axial turbine cascade according to the first embodiment shown in FIG. The same or similar members as those of the axial turbine blade shown in FIGS. 5 and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0017】図1、図2において、11は流れに平行に
多数段設けられたリブレット、高速流体9の流れの方向
に平行に0.05mm程度のV字形などのノッチをつけ
たものであり、翼背面5上にのびる通路渦7と翼端壁2
によって囲まれ、タービン翼1の後縁側に形成される三
角形の剥離領域Sに設置される。
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 11 denotes a plurality of riblets provided in parallel with the flow, and a notch such as a V-shape of about 0.05 mm parallel to the flow direction of the high-speed fluid 9; Passage vortex 7 and wing tip wall 2 extending on wing back surface 5
And is disposed in a triangular separation area S formed on the trailing edge side of the turbine blade 1.

【0018】図2において、詳細に示すように、リブレ
ット11の頂部は、鋭く尖った形状が複数形成されると
ともに、鋭く尖った形状は翼幅方向の略一定位置毎に等
ピッチに配置されるようにして複数本、翼背面5の剥離
領域に設けるようにしている。また、リブレット11に
挟まれてなる溝(ノッチ)内には、圧力損失の大きくな
った圧損流体10が存在し、リブレット11と平行に後
流側へ流す。
In FIG. 2, as shown in detail, the top of the riblet 11 is formed with a plurality of sharply pointed shapes, and the sharply pointed shapes are arranged at equal pitches at substantially constant positions in the spanwise direction. In this way, a plurality of blades are provided in the separation area of the blade back surface 5. Further, in a groove (notch) sandwiched between the riblets 11, a pressure-loss fluid 10 having a large pressure loss exists, and flows to the downstream side in parallel with the riblets 11.

【0019】本実施の形態の軸流タービン翼によれば、
従来の軸流タービン翼と同様に翼背面5へのびる通路渦
7は、翼端壁2および翼背面5壁面から離れた位置にあ
る高速流体9を翼背面5上付近に巻き込むが、巻込みに
より加速されて、速度勾配が大きくなった高速流体9
が、直接に翼背面5に接触するのはリブレット11頂部
の尖った領域のみとなり、高速流体9の翼背面との摩擦
による壁面摩擦は小さくでき、高速流体9の運動量の損
失を小さくできる。
According to the axial turbine blade of the present embodiment,
As in the case of the conventional axial flow turbine blade, the passage vortex 7 extending to the blade back surface 5 entrains the high-speed fluid 9 at a position away from the blade tip wall 2 and the blade back surface 5 near the blade back surface 5. High-speed fluid 9 that has been accelerated and has a large velocity gradient
However, only the sharp region at the top of the riblet 11 comes into direct contact with the blade back surface 5, the wall friction due to the friction of the high-speed fluid 9 with the blade back surface can be reduced, and the loss of momentum of the high-speed fluid 9 can be reduced.

【0020】すなわち、翼背面5の翼端壁2付近に発生
する、翼背面5に垂直な方向の速度勾配は、リブレット
11により緩和されるとともに、接触面積を小さくする
ことにより、翼背面5における壁面摩擦を低減すること
により、高速流体9の圧力損失の発生を抑制することが
できる。
That is, the velocity gradient in the direction perpendicular to the wing back surface 5 generated near the wing end wall 2 of the wing back surface 5 is alleviated by the riblets 11, and the contact area is reduced, so that the velocity gradient in the wing back surface 5 is reduced. By reducing the wall friction, the occurrence of pressure loss of the high-speed fluid 9 can be suppressed.

【0021】また、リブレット11との摩擦により発生
した圧力損失の大きい圧損流体10は、翼高さ中央方向
へ掃き出されずに、リブレット11のノッチ内に沿って
下流へ流れるため、通路渦7によって壁面付近へ巻き込
まれた高速流体9は、圧損流体10と混合することが抑
制され、高速流体9は、翼背面5との間に圧損流体10
を介して流れるため、圧力損失を生じることなく、下流
側へ流出する。
The pressure loss fluid 10 having a large pressure loss caused by friction with the riblet 11 flows downstream along the notch of the riblet 11 without being swept toward the center of the blade height. The high-speed fluid 9 caught in the vicinity of the wall is suppressed from being mixed with the pressure-loss fluid 10.
, And flows out downstream without pressure loss.

【0022】このように、本実施の形態の軸流タービン
翼では、翼背面5上の翼端壁2と通路渦7に挟まれる剥
離領域Sにリブレット11を設けることにより、剥離領
域において、2次流れ渦によって誘起される翼背面に垂
直な方向の高速流体9の速度勾配を緩和し、壁面摩擦に
よる損失の発生を抑制することができるとともに、高速
流体9と圧損流体10との混合を抑制し、高速流体9の
圧力損失を低減し、タービン効率の大幅な向上を図るこ
とができる。
As described above, in the axial flow turbine blade according to the present embodiment, the riblet 11 is provided in the separation region S sandwiched between the blade end wall 2 and the passage vortex 7 on the blade back surface 5, so that the separation region 2 The velocity gradient of the high-speed fluid 9 in the direction perpendicular to the blade back surface induced by the next flow vortex is alleviated, the loss due to wall friction can be suppressed, and the mixing of the high-speed fluid 9 and the pressure-loss fluid 10 is suppressed. However, the pressure loss of the high-speed fluid 9 can be reduced, and the turbine efficiency can be greatly improved.

【0023】次に、図3は本発明の軸流タービン翼の実
施の第2形態を示す部分斜視図、図4は図3に示す実施
の第2形態に関わる軸流タービン翼列内部流れの断面図
である。
Next, FIG. 3 is a partial perspective view showing a second embodiment of the axial flow turbine blade of the present invention, and FIG. 4 is a flow chart showing the flow inside the axial turbine blade cascade according to the second embodiment shown in FIG. It is sectional drawing.

【0024】これらの図においても、前述した図5、図
6に示す軸流タービン翼と同一部材、若しくは類似の部
材には同一符号を付して説明は省略する。図3、図4に
おいて、12はバイパス通路、13はバイパス流れであ
る。バイパス通路は、タービン翼1の前縁から発生し
て、2次流れ6によって隣接するタービン翼1の翼背面
5上へのびる通路渦7の渦管が、翼端壁2と翼背面5と
の交線を横切る位置からタービン翼1への前縁にかけ
て、翼腹面4から翼背面5へタービン翼1を貫通するよ
う、翼端壁2付近に翼弦方向に1個以上設けるようにし
ている。
Also in these figures, the same members as those of the axial flow turbine blades shown in FIGS. 5 and 6 or similar members are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. 3 and 4, reference numeral 12 denotes a bypass passage, and reference numeral 13 denotes a bypass flow. The bypass passage is formed from the leading edge of the turbine blade 1, and the vortex tube of the passage vortex 7 extending onto the blade back surface 5 of the adjacent turbine blade 1 by the secondary flow 6 forms a vortex tube between the blade end wall 2 and the blade back surface 5. From the position crossing the line of intersection to the leading edge to the turbine blade 1, one or more chords are provided near the blade tip wall 2 in the chord direction so as to penetrate the turbine blade 1 from the blade abdominal surface 4 to the blade back surface 5.

【0025】図4に示すように、バイパス通路12を設
ける部分を流出する通路渦7は、略翼端壁2上にあり、
タービン翼1に翼腹面4から翼背面5へ貫通させて設け
た、バイパス通路12内には、翼腹面4と翼背面5との
間の圧力差によって、バイパス流れ13が発生する。バ
イパス流れ13の向きは、翼端壁2付近における翼ピッ
チ方向の成分でみると、2次流れ6の方向及び通路渦7
の渦管の方向と逆向きとなることから、バイパス流れ1
3は、通路渦7の渦強さを弱めて、通路渦7の発達を抑
制するとともに、隣接するタービン翼1の前縁で発生し
た通路渦7の翼背面5上への移動を抑制する。
As shown in FIG. 4, the passage vortex 7 flowing out of the portion where the bypass passage 12 is provided is substantially on the wing end wall 2,
A bypass flow 13 is generated in the bypass passage 12 provided in the turbine blade 1 so as to penetrate from the blade front surface 4 to the blade rear surface 5 due to a pressure difference between the blade front surface 4 and the blade rear surface 5. The direction of the bypass flow 13 is, in terms of components in the blade pitch direction near the blade tip wall 2, the direction of the secondary flow 6 and the passage vortex 7
Of the bypass flow 1
Numeral 3 reduces the vortex strength of the passage vortex 7, suppresses the development of the passage vortex 7, and suppresses the movement of the passage vortex 7 generated at the leading edge of the adjacent turbine blade 1 onto the blade back surface 5.

【0026】これによって、タービン翼1の前縁の翼端
壁2で発生して、隣接して配置されたタービン翼1の翼
背面5上へ移動する通路渦7は、翼幅方向、すなわち翼
高さ中央方向へ移動せずに、翼背面5の翼端壁2近くを
下流側へ移動することとなり、翼背面5において、通路
渦7が前述した高速流体9を翼背面5付近へ巻き込むこ
とにより発生する、翼背面における壁面摩擦の大きくな
る剥離領域Sは小さくなり、摩擦損失が低減し、これに
伴い、作動流体Fの圧力損失の低減が達成される。さら
に、前述したバイパス流れ13による通路渦7自体の渦
強度の弱体化によっても、翼背面5上における摩擦損失
および圧力損失は低減され、高速流体9の圧力損失を低
減し、タービン効率の大幅な向上を図ることができる。
As a result, the passage vortex 7, which is generated on the blade tip wall 2 at the leading edge of the turbine blade 1 and moves onto the blade back surface 5 of the turbine blade 1 disposed adjacently, is in the blade width direction, that is, in the blade width direction. Instead of moving toward the center of height, the blade moves toward the downstream side near the wing tip wall 2 of the wing back surface 5. At the wing back surface 5, the passage vortex 7 entrains the high-speed fluid 9 described above near the wing back surface 5. As a result, the separation area S where the wall friction at the blade back surface becomes large is reduced, and the friction loss is reduced. As a result, the pressure loss of the working fluid F is reduced. Further, the weakening of the vortex strength of the passage vortex 7 itself due to the above-mentioned bypass flow 13 also reduces the friction loss and the pressure loss on the blade back surface 5, reduces the pressure loss of the high-speed fluid 9, and greatly increases the turbine efficiency. Improvement can be achieved.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の軸流タ
ービン翼によれば、翼端壁と翼背面上を下流側へ流れて
いく通路渦との間に形成される剥離領域に発生する2次
流れによって誘起されて、翼背面に直交する方向の流速
を増大して流れる作動流体が加速された高速流体の速度
勾配を緩和し、翼背面で発生する摩擦損失を低減するた
めに、翼端壁と通路渦とで挟まれて形成される剥離領域
に、頂部に尖った形状を形成したリブレットを設ける構
成にした。
As described above, according to the axial flow turbine blade of the present invention, the axial flow turbine blade is generated in the separation region formed between the blade tip wall and the passage vortex flowing downstream on the blade back surface. In order to reduce the velocity gradient of the high-speed fluid accelerated by the working fluid flowing by increasing the flow velocity in the direction orthogonal to the blade back surface induced by the secondary flow to reduce the friction loss generated at the blade back surface, A riblet having a sharpened top is provided in a separation region formed between the blade tip wall and the passage vortex.

【0028】これにより、翼背面上に移動した通路渦
は、翼背面から離れた位置を流れる作動流体が加速され
た高速流体を、翼背面付近へ巻き込むが、この高速流体
が直接に翼背面に接触するのは、剥離領域のタービン翼
の翼背面上に設けたリブレットの頂部の尖った領域のみ
となり、また、通路渦によって加速される高速流体は、
リブレットにより減速され、速度勾配が小さくなる。従
って、翼背面で生じる壁面摩擦を小さくすることができ
る、高速流体の運動量の損失を小さくできる。
As a result, the passage vortex that has moved onto the back of the wing entrains the high-speed fluid, in which the working fluid flowing away from the back of the wing is accelerated, near the back of the wing. The only contact is in the sharpened area of the top of the riblet provided on the blade back surface of the turbine blade in the separation area, and the high-speed fluid accelerated by the passage vortex is
The speed is reduced by the riblets, and the speed gradient is reduced. Therefore, it is possible to reduce the wall friction generated on the back surface of the blade, and to reduce the loss of the momentum of the high-speed fluid.

【0029】また、リブレットとの摩擦により発生した
圧力損失の大きい圧損流体は、翼高さ中央方向へ掃き出
されずに、リブレットに沿って下流側へ流れ、通路渦に
よって壁面付近へ巻き込まれた高速流体は、翼背面との
間に、圧力損失の大きな流体を介して流れることにな
る。この翼背面の翼端壁付近の、翼背面に垂直な方向の
速度勾配の緩和、および翼背面における壁面摩擦による
損失の発生を抑制することにより、タービン効率を向上
させることができる。
The pressure loss fluid having a large pressure loss caused by friction with the riblets flows downstream along the riblets without being swept toward the center of the blade height, and is drawn into the vicinity of the wall surface by the passage vortex. The high-speed fluid flows through the fluid having a large pressure loss between the high-speed fluid and the blade back surface. The turbine efficiency can be improved by alleviating the velocity gradient in the direction perpendicular to the blade rear surface near the blade tip wall on the blade rear surface and suppressing the loss due to wall friction at the blade rear surface.

【0030】また、本発明の軸流タービン翼によれば、 (2)タービン翼の翼背面側に沿って下流側へ流れてい
く、通路渦のタービン翼前縁から翼背面上への移動を抑
制し、翼背面上での圧力損失低減、および通路渦自体の
弱体化による圧力損失低減を行うために、翼端壁近傍の
タービン翼の前縁から、翼列内の翼背面側にのびて流れ
る通路渦が、下流側へ流れてタービン翼の翼背面を横切
る位置にかけて、翼腹面から翼背面へ貫通するバイパス
通路を設けた。このように、タービン翼に翼腹面から翼
背面へ貫通するバイパス通路が設けられ、バイパス通路
内には、翼腹面から翼背面へ流れるバイパス流れが発生
するので、通路渦の翼背面側への移動が抑制されるとと
もに、渦強度も弱められる。
According to the axial flow turbine blade of the present invention, (2) the passage vortex flowing downstream from the leading edge of the turbine blade to the downstream side along the back surface of the blade is prevented from moving. In order to reduce the pressure loss on the backside of the blade and reduce the pressure loss by weakening the passage vortex itself, extend from the leading edge of the turbine blade near the blade tip wall to the backside of the blade in the cascade. A bypass passage penetrating from the blade abdominal surface to the blade back surface is provided at a position where the flowing passage vortex flows downstream and crosses the blade back surface of the turbine blade. As described above, the bypass passage is provided in the turbine blade from the blade abdominal surface to the blade back surface, and a bypass flow flowing from the blade abdominal surface to the blade back surface is generated in the bypass passage, so that the passage vortex moves to the blade back side. And the vortex intensity is also reduced.

【0031】これによって、通路渦がタービン翼前縁の
翼端壁上から翼背面上への移動は、翼背面の下流側へ移
動するため、翼背面において、通路渦が高速流体を翼背
面付近へ巻き込むことにより発生する、翼背面における
壁面摩擦の大きくなる剥離領域は、小さくなり、摩擦損
失が低減し、これに伴い作動流体の圧力損失の低減が達
成される。さらに、バイパス流れによる通路渦自体の渦
強度も弱体化され、これによっても、翼背面上における
摩擦損失および圧力損失は低減される。このように摩擦
損失、圧力損失の低減によりタービン効率を向上させる
ことができる。
As a result, the passage vortex moves from above the blade tip wall at the leading edge of the turbine blade to the back of the blade, and moves downstream of the back of the blade. The separation area where the wall friction at the blade back surface, which is generated by entrainment, becomes smaller, and the friction loss is reduced, whereby the pressure loss of the working fluid is reduced. Furthermore, the vortex strength of the passage vortex itself due to the bypass flow is also weakened, which also reduces the friction loss and pressure loss on the blade back surface. Thus, the turbine efficiency can be improved by reducing the friction loss and the pressure loss.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の軸流タービン翼の実施の第1形態を示
す部分斜視図、
FIG. 1 is a partial perspective view showing a first embodiment of an axial flow turbine blade of the present invention,

【図2】図1に示す実施の第1形態に関わる軸流タービ
ン翼列内部流れの断面図、
FIG. 2 is a cross-sectional view of the flow inside the axial turbine cascade according to the first embodiment shown in FIG. 1,

【図3】本発明の軸流タービン翼の実施の第2形態を示
す部分斜視図、
FIG. 3 is a partial perspective view showing a second embodiment of the axial flow turbine blade of the present invention,

【図4】図3に示す実施の第2形態に関わる軸流タービ
ン翼列内部流れの断面図、
FIG. 4 is a cross-sectional view of the flow inside the axial turbine cascade according to the second embodiment shown in FIG. 3;

【図5】翼端壁にタービン翼を周方向に立設して設けら
れた、従来の軸流タービン翼の翼列内部の流れの様子を
示す模式図、
FIG. 5 is a schematic view showing a state of a flow inside a cascade of conventional axial flow turbine blades provided on a blade tip wall with turbine blades erected in a circumferential direction;

【図6】図5に示す従来の軸流タービン翼列の内部流れ
のうち、タービン翼の翼背面の翼端壁近傍の流れの詳細
を示すための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing details of a flow near a blade tip wall on a back surface of a turbine blade among internal flows of the conventional axial flow turbine cascade shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タービン翼 2 翼端壁 3 馬蹄渦 4 翼腹面 5 翼背面 6 2次流れ 7 通路渦 8 翼間通路 9 高速流体 10 圧損流体 11 リブレット 12 バイパス通路 13 バイパス流れ F 作動流体 S 剥離領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine blade 2 Blade end wall 3 Horseshoe vortex 4 Blade surface 5 Blade back surface 6 Secondary flow 7 Passage vortex 8 Blade passage 9 High-speed fluid 10 Pressure loss fluid 11 Riblet 12 Bypass passage 13 Bypass flow F Working fluid S Separation area

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周方向に翼列を形成するように、翼端壁
にタービン翼を立設して設けられた軸流タービン翼にお
いて、前記翼端壁と前記翼列内に形成され、流出する通
路渦とで挟まれた前記タービン翼の翼背面上の剥離領域
に、前記剥離領域に発生する2次流れ渦によって誘起さ
れて、前記翼背面に直交して流れる作動流体の速度勾配
を緩和し、前記翼背面で発生する摩擦損失を低減するよ
うな頂部を尖った形状にしたリブレットを設けたことを
特徴とする軸流タービン翼。
1. An axial flow turbine blade provided with a turbine blade standing upright on a blade tip wall so as to form a blade row in a circumferential direction. The velocity gradient of the working fluid flowing perpendicular to the blade back surface, induced by the secondary flow vortex generated in the separation region, is reduced in the separation region on the blade back surface of the turbine blade sandwiched by the passage vortex An axial flow turbine blade provided with a riblet having a pointed top so as to reduce frictional loss generated at the blade rear surface.
【請求項2】 周方向に翼列を形成するように、翼端壁
にタービン翼を立設して設けられた軸流タービン翼にお
いて、前記翼端壁近傍の前記タービン翼の前縁で形成さ
れ前記翼列内を流出する通路渦が、前記タービン翼の翼
背面を横切る位置より前方の前縁部に、前記通路渦の前
記翼背面上への移動を抑制し、前記翼背面上での圧力損
失低減、および前記通路渦自体を弱体化して圧力損失を
低減するとともに摩擦損失を低減させる、翼腹面から前
記翼背面へ貫通させたバイパス通路を設けたことを特徴
とする軸流タービン翼。
2. An axial flow turbine blade provided with a turbine blade standing upright on a blade tip wall so as to form a blade row in a circumferential direction, formed at a leading edge of the turbine blade near the blade tip wall. The passage vortex that flows out of the cascade and suppresses the movement of the passage vortex onto the back surface of the blade at a front edge portion ahead of a position crossing the back surface of the turbine blade. An axial flow turbine blade provided with a bypass passage that penetrates from a blade abdominal surface to the blade back surface to reduce pressure loss and to weaken the passage vortex itself to reduce pressure loss and reduce friction loss.
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