JPS63212704A - ターボ流体機械のエーロフォイル - Google Patents

ターボ流体機械のエーロフォイル

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JPS63212704A
JPS63212704A JP62325637A JP32563787A JPS63212704A JP S63212704 A JPS63212704 A JP S63212704A JP 62325637 A JP62325637 A JP 62325637A JP 32563787 A JP32563787 A JP 32563787A JP S63212704 A JPS63212704 A JP S63212704A
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JP
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airfoil
suction side
turbofluid
vane
turbine
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JP62325637A
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English (en)
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ブレンド・アレン・グレゴリイ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/914—Device to control boundary layer

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は航空機推進装置、更に具体的に云えば、境界
層の半径方向及び円周方向の圧力勾配を下げ、こうして
空気力学的な２次損失の大きさを減少するのに有効な新
規で改良された曲線エーロフオイルに関する。
発明の背景 一般的にガスタービン機関は、機関を通る空気を圧縮す
る回転子及び固定子段を持つ圧縮機、燃料をこの圧縮空
気と混合し、それを点火して高圧　　゛ネルギのガス流
を形成する燃焼器、及び少なくとも１つの回転子及び固
定子段を持っていて、圧縮機を駆動するタービンとを持
っている。一般的に、圧縮機は、回転子に取付けられた
回転子羽根、及びケーシングに対して固定された、ベー
ンと呼ばれる固定子羽根の交互の列を持っている。圧縮
機が空気を圧縮し、その空気が燃焼器に送られ、そこで
一部分を使って燃料を燃焼させ、それが残りの空気及び
燃焼生成物を加熱し、それをタービンに流す。この後、
タービンが作業流体から有効なエネルギを取出して、圧
縮機、付属装置及び使う場合はファンに動力を供給する
。一般的にタービンは、回転子に取付けられた回転子羽
根及びケーシングに対して固定された、ベーンと呼ばれ
る固定子羽根との少なくとも１列が交互に配置されて構
成されている。タービンの回転子羽根が回転子に接続さ
れていて、燃焼器より後方でガス流路内に配置され、ガ
ス流から有効なエネルギを抽出する。抽出エネルギ量を
最適にする為に、タービン羽根の間には、内側及び外側
シュラウドの間に円周方向に位置ぎめされ且つ半径方向
に取付けられたベーンの配列を配置する。然し、ベーン
の幾何学的な特性の為、個々のベーンの間の流路には大
きな圧力勾配が存在する。こういう勾配は、羽根の表面
の速度差の為に円周方向に存在すると共に、流れの温性
の為に、機関の中心線に対して半径方向に存在する。こ
ういう大きな圧力勾配の結果として、ベーンの端壁の内
面に沿って存在する一層圧力の高い境界空気が、タービ
ンを通過する滑かな空気力学的な主流の空気流に入込ん
で、それを乱す。こういう擾乱は大きくなって、それを
生じた圧力勾配の大きさに比例して損失を発生すること
がある。この発明は、若干の又は全ての静止ベーンを除
き、反対廻りの段を持つ反対廻りのガスタービン機関に
も適用し得る。この場合、圧縮機にある交互の段の回転
子羽根が作業流体を圧縮し、タービンでは、作業流体か
ら仕事を取出す。
従来、この問題を解決する為に種々の方式が提案されて
いる。１つの提案は、円周方向にベーンを傾斜させるこ
とである。別の提案は、ベーンの圧力側又は凹側か向く
方向に、円周方向外向きにベーンにフレアをつけること
であった。更に別の提案は、各々のベーンの圧力側又は
凹側が端壁ケーシングの方に曲り、こうしてｒＳＪ字形
曲線を描く様に、ベーンを弯曲させることであった。こ
の「Ｓ」字形曲線により、円周方向の圧力勾配が°低下
し、こうして運動量の小さい高圧空気が流路の高圧側か
ら低圧側に向って主流の空気流の中へ流れる可能性が制
限される。この弯曲ベーンは、円周方向の圧力勾配を下
げるのに有効であるが、半径方向の圧力勾配をかなり強
める。
発明の目的 この発明の主な目的は、ターボ流体機械に対する新規で
改良されたエーロフオイルを提供することである。
この発明の別の目的は、ガスタービン機関に対する新規
で改良されたタービン・ベーン集成体を提供することで
ある。
この発明の別の目的は、空気流を改善した新規で改良さ
れたベーンを提供することである。
この発明の別の目的は、半径方向及び円周方向の圧力勾
配を小さくした新規で改良されたベーンを提供すること
である。
この発明の別の目的は、境界空気の漏れに帰因する性能
低下を小さくした、新規で改良されたベーンを提供する
ことである。
この発明の上記並びにその他の目的、特徴及び利点は、
以下図面について詳しく説明する所から明らかになろう
。該当する場合、図面全体にわたって同様な部分には同
じ参照数字を用いている。
発明の要約 この発明はターボ流体機械に使うエーロフオイルを提供
する。このエーロフオイルは圧力側及び吸込み側を持ち
、吸込み側が向く方向に円周方向外向きに弯曲している
。
この発明の別の実施例は、内側及び外側シュラウドと、
その間に取付けられたエーロフォイルとを持つガスター
ビン機関のベーン集成体である。
エーロフオイルは、吸込み側が向く方向に円周方向外向
きに弯曲している。
この発明の更に特定の実施例は、内側及び外側シュラウ
ドとその間に取付けられたエーロフォイルを持つタービ
ン・ベーン集成体である。エーロフォイルは吸込み側が
向く方向に円周方向外向きに弯曲し且つ傾斜を持ってい
る。
この発明自体並びにその他の目的及び利点は、以下図面
について更に具体的に説明する。
発明の詳細な説明 第１図に示すガスタービン機関８は機関の中心線１０を
取巻いていて、ファン１２）圧縮機１４、燃焼器１６、
高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。タービ
ン羽根の列２２の間にタービン・ベーン集成体２３が介
在配置されており、これらの集成体は、エーロフォイル
を含んでおり、こういうエーロフォイルを特にタービン
−ベーン２４と呼ぶ。
第２図には、流路２８によって隔てられたタービン・ベ
ーン２４を含むタービン・ベーン集成体２３が更に詳し
く示されている。この発明の１形式では、各々のベーン
２４が圧力側３０及び吸込み側３２を含む。更に、各々
のベーン２４が半径方向外側の端３４、半径方向内側の
端３６及び中央スパン４２を持っている。更に各々のベ
ーン集成体２３が外側シュラウド３８及び内側シュラウ
ド４０を持ち、それらの内面が、タービン２０を通る流
路の外側及び内側の境界を限定する。
この発明では、流路２８内にある圧力勾配は、吸込み側
３２が向くのと同じ方向に、円周方向外向きにベーンを
弯曲させることにより、ベーン２４の設：１°に実質的
な譲歩をせずに、好ましい形で変更することが出来る。
弯曲ベーン２４の形は全体的に連続的な円弧であって、
夫々プラットフォーム３８．４０に対して鋭角４４．４
５を成す。
ベーン２４の弯曲の効果として、主流の空気流２６の一
部分２６ａをベーンの圧力側３０で半径方向内向き及び
外向きの方向に差向ける。ベーン２４が前縁４６及び後
縁４７を持ち、これらはベーンの動作にとって重要であ
ると共に、ベーンの空気力学的な形を定めるのに役立つ
。
第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図は、従来の２つのベー
ンの形とこの発明の形に対し、ベーンの前縁４６（第２
図）から１％の所にある、流れの渦によって半径方向に
出来た圧力勾配を示すグラフである。更にベーン集成体
の後側から前側を見た夫々のベーンの相対的な弯曲の見
取図も示されている。第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図
は、圧力側が向く方向に円周方向外向きに弯曲した従来
のエーロフォイル、円周方向に全く弯曲していない従来
のエーロフォイル、及び以下節１の方向と呼ぶ、吸込み
側が向く方向に円周方向外向きに弯曲しているこの発明
のみ一ロフォイルを夫々示す。
流線４８ａ、４８ｂ、４８ｃが、運動量の小さい境界層
の空気流の相対的な半径方向の動きを示す。
第３Ｃ図の流線４８ｃで示す様に、この発明によって得
られたベーン間の圧力勾配によって発生される渦の空気
流が、主流の空気流の中に引張り込まれる程度は、従来
の設計よりもかなり少ない。
第４Ａ図、第４Ｂ図及び第４Ｃ図は、圧力側が向く方向
に円周方向外向きに弯曲した従来のエーロフオイルと、
全く円周方向に弯曲していない従来のエーロフォイルと
、吸込み側が向く方向に円周方向外向きに弯曲したこの
発明のエーロフォイルとを夫々示す。流線５０ａ、５０
ｂ、５０ｃが、運動量の小さい境界層の空気流の相対的
な円周方向の動きを示している。第４Ｃ図の流線５０ｃ
で示す様に、この発明で得られる運動量の小さい境界層
の空気流の動きは、タービンを通過する滑かな空気力学
的な主流の空気流に入ってそれを乱す程度が、従来の設
計よりもずっと少ない。
圧力側が向く方向に円周方向外向きに弯曲したこの発明
のベーンは、従来の設計に比べて、（第３Ｃ図及び第４
Ｃ図に示す様に）半径方向にも円周方向にも、圧力勾配
を減少する。こうして、運動口の小さい空気流が主流の
空気流に入る可能性を少なくし、こうして２次損失の大
きさを小さくする。
タービン・ベーン２４の様な羽根の円周方向の曲率は第
５図に示す重ね線５０の形によって定められる。好まし
い実施例では、重ね線が第２図の後縁４７と一致する。
重ね線は、エーロフオイルの断面４９をその前後に引く
又は向ける様な設計パラメータである。第２図では、ベ
ーン２４がベーンの長さにわたって一定の断面を持つも
のとして示されている。第５図に示すこの発明の１形式
は、円弧の半径５６と原点５４とによって定められた円
弧状の重ね線５０を持ち、中央スパン４２に対して引い
た半径５６が、円弧状重ね線５０の弦５２を２等分する
。この形では、ベーン２４は弯曲しているが傾斜してお
らず、この為弦５２は、機関の中心線１０から、重ね線
５０と内側シュラウド４０の交点６２を通る様に引いた
第１の機関半径６０と一直線上にある。第６図に示すこ
の発明の別の形では、ベーン２４′が吸込み側３２′が
向く方向に傾斜している。円弧状重ね線５０′の弦５２
′が第２の機関半径７０’　と−直線」二にはない。第
２の機関半径７０′　は、機関の中心線１０′から、重
ね線５０′と内側シュラウド４Ｏ′の交点６２′を通っ
て外側シュラウド３８′まで引いてあり、こうして第２
の機関半径７０′と鋭角をなす。
当業者には、この発明がニーに説明し且つ図面に示した
特定の実施例に制限されないことは明らかであろう。更
にこの発明はタービンの固定子にも制限されない。むし
ろこの発明はターボ流体機械に使われる回転子及び固定
子に同じ様に用いられる。
図面に示した寸法、割合及び構造関係は例に過ぎず、こ
れらの例が、この発明のベーンで使われる実際の寸法、
割合又は構造関係を示すものと解してはならないことを
承知されたい。
特許請求の範囲によって定められたこの発明の範囲を逸
脱せずに、いろいいろな変更、変形、全面的な及び部分
的な均等物を用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は高圧及び低圧タービンを持つガスタービン機関
の簡略断面図、 第２図はこの発明のタービン・ベーン集成体の部分的な
図、 第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図は、圧力側が向く方向
に円周方向外向きに弯曲した従来のベーン、円周方向に
全く弯曲していない従来のベーン、及び吸込み側が向く
方向に円周方向外向きに弯曲したこの発明のベーンに対
する吸込み側の流線を示すグラフ、 第４Ａ図、第４Ｂ図及び第４Ｃ図は、圧力側が向く方向
に円周方向外向きに弯曲した従来のベーン、円周方向に
全く弯曲していない従来のベーン、及び吸込み側が向く
方向に円周方向外向きに弯曲したこの発明のベーンの外
壁ケーシングの流線を示す半径方向の略図、 第５図は後側から見たタービン・ベーン集成体、特に弯
曲した重ね線を持つタービン・ベーンを示す部分的な断
面図、 第６図は後側から見た別の実施例のタービン・ベーン集
成体、特に傾斜もつけである弯曲した重ね線を持つター
ビン・ベーンを示す部分的な断面図である。 主な符号の説明 ２４：タービン・ベーン ３０：圧力側 ３２：吸込み側

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）圧力側及び吸込み側を持つターボ流体機械のエーロ
    フォイルに於て、該エーロフォイルが第１の方向に円周
    方向外向きに弯曲しており、該第１の方向は前記吸込み
    側が向く方向であるターボ流体機械のエーロフォイル。 ２）特許請求の範囲１）に記載したターボ流体機械のエ
    ーロフォイルに於て、エーロフォイルが前記第１の方向
    に傾斜をも持つターボ流体機械のエーロフォイル。 ３）圧力側、吸込み側及びエーロフォイルの輪郭を定め
    る重ね線を有するターボ流体機械のエーロフォイルに於
    て、前記重ね線が第１の方向に円周方向外向きに弯曲し
    ており、該第１の方向が前記吸込み側が向く方向である
    ターボ流体機械のエーロフォイル。 ４）特許請求の範囲３）に記載したターボ流体機械のエ
    ーロフォイルに於て、前記重ね線が円弧状であるターボ
    流体機械のエーロフォイル。 ５）特許請求の範囲４）に記載したターボ流体機械のエ
    ーロフォイルに於て、該エーロフォイルが前記第１の方
    向に傾斜をも持つターボ流体機械のエーロフォイル。 ６）特許請求の範囲４）に記載したターボ流体機械のエ
    ーロフォイルに於て、エーロフォイルが中央スパンを持
    ち、該中央スパンでは、円弧状の重ね線が、前記中央ス
    パンに於ける円弧の接線に対する垂線上に原点を持つ半
    径によって定められているターボ流体機械のエーロフォ
    イル。 ７）内側シュラウド、外側シュラウド、該シュラウドの
    間に取付けられていて、圧力側及び吸込み側を持つター
    ビン・ベーンを持つタービン・ベーン集成体に於て、前
    記ベーンが第１の方向に円周方向外向きに弯曲しており
    、該第１の方向が前記吸込み側が向く方向であるタービ
    ン・ベーン集成体。 ８）内側シュラウド、外側シュラウド、及び該シュラウ
    ドの間に取付けられていて、圧力側、吸込み側及び重ね
    線を持つタービン・ベーンを有するタービン・ベーン集
    成体に於て、前記重ね線が前記第１の方向に円周方向外
    向きに弯曲しているタービン・ベーン集成体。 ９）特許請求の範囲８）に記載したタービン・ベーン集
    成体に於て、前記重ね線が円弧状であるタービン・ベー
    ン集成体。 １０）特許請求の範囲９）に記載したタービン・ベーン
    集成体に於て、前記エーロフォイルが前記第１の方向に
    傾斜をも持っているタービン・ベーン集成体。
JP62325637A 1986-12-29 1987-12-24 ターボ流体機械のエーロフォイル Pending JPS63212704A (ja)

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US06/947,457 US4826400A (en) 1986-12-29 1986-12-29 Curvilinear turbine airfoil
US947,457 1986-12-29

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JP (1) JPS63212704A (ja)
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FR (1) FR2609106A1 (ja)
GB (1) GB2199379A (ja)

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