KR100680674B1 - 터빈 동익 - Google Patents

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KR100680674B1
KR100680674B1 KR1020030028488A KR20030028488A KR100680674B1 KR 100680674 B1 KR100680674 B1 KR 100680674B1 KR 1020030028488 A KR1020030028488 A KR 1020030028488A KR 20030028488 A KR20030028488 A KR 20030028488A KR 100680674 B1 KR100680674 B1 KR 100680674B1
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시라이시다까시
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Abstract

본 발명의 과제는 동익 후방 모서리부에서의 흐름의 박리를 방지하여, 흐름의 손실 증가를 방지할 수 있는 터빈 동익을 제공하는 것이다.
동익(2)의 후방 모서리(3)를 블레이드 두께의 중심선(8)으로부터 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a)측에 근접하도록 치우쳐 형성함으로써, 상기 최대 블레이드 두께부(4) 하류의 블레이드면의 전향각이 작아지도록 형성하였다. 동익(2)의 후방 모서리(3)를 이와 같이 형성함으로써, 후방 모서리부(5)에서의 전향각의 급증이 없어진다. 이로 인해, 주류의 부압면 유속(9)에는 종래의 경우와 같은 급상승부(11)나 급감속부(12)가 생기지 않으므로, 후방 모서리부(5)에서의 흐름의 박리 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
Figure 112003016077569-pat00001
터빈 동익, 후방 모서리부, 팁, 허브, 블레이드 두께부

Description

터빈 동익{TURBINE ROTOR BLADE}
도1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 터빈 동익을 도시한 단면도이며, 도1b는 그 A-A 단면을 도시한 단면도.
도2는 후방 모서리가 직선형으로 형성된 터빈 동익을 도시한 단면도.
도3a는 블레이드면 유속을 도시한 설명도이며, 도3b는 그 흐름의 상태를 도시한 설명도.
도4a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 터빈 동익을 도시한 단면도이며, 도4b는 그 B 방향(하류 방향)으로부터 본 설명도.
도5는 후방 모서리가 직선형으로 형성된 터빈 동익을 도시한 단면도.
도6a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 터빈 동익을 도시한 단면도이며, 도6b는 그 C 방향(하류 방향)으로부터 본 설명도.
도7은 종래의 터빈 동익(후방 모서리를 포물선형으로 형성)을 도시한 단면도.
도8은 종래의 터빈 동익(후방 모서리를 직선형으로 형성)을 도시한 단면도.
도9는 도7 또는 도8에 도시한 동익의 D-D 단면에 있어서의 단면도.
도10a는 종래의 블레이드면 유속을 도시한 설명도이고, 도10b는 블레이드 형상에 의거하는 흐름의 박리 상태를 도시한 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 보스
2 : 동익
3 : 후방 모서리
4 : 최대 블레이드 두께부
5 : 후방 모서리부
6 : 부압면
6a : 최대 블레이드 두께부 상류의 부압면의 연장선
7 : 압력면
8 : 블레이드 두께의 중심선
9 : 부압면 유속
t : 블레이드 두께
θ : 전향각
10 : 압력면 유속
14 : 팁
15 : 허브
16 : 주류의 종방향 와류
본 발명은 과급기, 소형 가스 터빈, 팽창 터빈 등에 사용되는 레이디얼 터빈이나 사류 터빈 등에 있어서의 터빈 동익에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동익 후방 모서리부에서의 흐름의 박리를 방지하여, 흐름의 손실 증가를 방지할 수 있는 터빈 동익에 관한 것이다.
도7 및 도8은 종래의 터빈 동익을 도시한 단면도이며, 도9는 도7 또는 도8에 도시한 동익의 D-D 단면에 있어서의 단면도, 도10a는 종래의 블레이드면 유속을 도시한 설명도이며, 도10b는 블레이드 형상에 의거하는 흐름의 박리 상태를 도시한 설명도이다. 그리고, 더욱 상세하게는, 이 도7은 동익의 후방 모서리부를 포물선형으로 형성한 경우를 도시하고, 본원 출원인이 실용신안 등록-2599250호 공보에 개시한 것이다. 또한, 도8은 동익의 후방 모서리부를 직선형으로 형성한 경우를 도시한 것이다.
도7 내지 도9에 도시한 바와 같이, 보스(1)의 주위 방향에 방사형으로 다수 설치된 동익(2)은 후방 모서리(3)를 향해 블레이드 두께(t)가 점차 얇아지도록 형성되어 있고, 이 얇아지기 직전의 블레이드 두께(t)는 통상 최대 블레이드 두께로 설정되는 경우가 많으므로, 설명의 편의상 이 부분을 최대 블레이드 두께부라 부르고, 이 최대 블레이드 두께부(4)보다도 하류를 후방 모서리부(5)라 부르는 것으로 한다.
그리고, 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a)과, 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 압력면(7)의 연장선(7a)과, 블레이드 두께(t)의 중심선(8)을 상정한다. 이 때, 종래의 후방 모서리부(5)의 후방 모서리(3)는 이 중심선(8) 상에 위치하도록 계획되어 있다.
후방 모서리부(5) 부근의 단면이 이와 같이 형성되어 있는 것은, 종래 블레이드 형상이 상기 중심선(8)에 의해 계획되고, 이 중심선(8)에 대하여 직각 방향으로 블레이드 두께(t)의 1/2을 부압면(6)과 압력면(7)으로 양분하여 블레이드 두께(t)가 설정되어 있기 때문이다.
그러나, 종래의 터빈 동익은 후방 모서리(3)가 상기한 바와 같이 형성되어 있으므로, 도10a, 도10b에 도시한 바와 같이 주류의 부압면 유속(9)은 최대 블레이드 두께부(4) 하류에서의 흐름 전향각(θ)의 급증에 의해 급상승부(11)가 생기는 동시에, 후방 모서리(3)에 걸쳐서 급감속부(12)가 생긴다. 이로 인해, 부압면(6)의 후방 모서리부(5)에서 흐름의 박리부(13)가 생겨, 흐름의 손실이 증가해 버린다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것으로서, 동익 후방 모서리부에서의 흐름의 박리를 방지하여, 흐름 손실의 증가를 방지할 수 있는 터빈 동익을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구항 1에 관한 터빈 동익은 레디얼 터빈 또는 사류 터빈에 이용되고, 허브와 동익을 갖는 터빈 동익이며, 상기 동익은 허브측에서 상기 허브에 고정되고 이 허브측에 대향하는 팁측에 팁을 갖는 동시에, 상기 팁의 근방이면서, 또한, 후방 모서리부의 근방에서 최대 블레이드 두께부를 갖고, 상기 동익의 후방 모서리부를 상기 최대 블레이드 두께부 상류의 부압면의 연장선 상에 위치시켜 형성하는 동시에, 블레이드 두께의 중심선으로부터 상기 연장선측에 근접하도록 치우쳐 형성함으로써 상기 최대 블레이드 두께부 하류의 블레이드면의 전향각을 작게 형성한 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 후방 모서리부에서의 전향각의 급증이 없어지고, 주류의 부압면 유속에는 종래의 경우와 같은 급상승이나 급감속이 생기지 않으므로, 후방 모서리부에서의 흐름의 박리 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 흐름 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 청구항 2에 관한 터빈 동익은 상기 동익의 회전축과 평행한 면에서의 단면내에서 상기 팁측에 있어서, 상기 후방 모서리는 가상 중심선상에 있고, 상기 허브측과 상기 팁측 사이의 높이를 동익의 높이로 하였을 때에, 상기 동익의 높이 방향에 있어서 상기 팁측과 허브측 사이에서는 상기 후방 모서리가 상기 블레이드 두께의 중심선과 상기 부압면의 연장선 사이에 있고, 상기 동익의 후방 모서리는 직선 형상으로 연장되는 동시에, 상기 동익의 후방 모서리를 블레이드 높이 전체에 걸쳐서 부압면측에 근접하도록 치우쳐 형성한 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 후방 모서리부에서의 블레이드 높이 전체에 걸쳐서 흐름의 박리 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 청구항 3에 관한 터빈 동익은 상기 동익의 회전축과 평행한 면에서의 단면내에서 팁측에 있어서, 상기 후방 모서리는 가상 중심선 상에 있고, 상기 허브측과 팁측 사이의 높이를 동익의 높이로 하였을 때에 상기 동익의 높이 방향에 있어서 상기 팁측과 허브측의 사이에서는 상기 후방 모서리가 상기 허브측으로부터 소정의 높이의 위치에서 상기 블레이드 두께의 중심선과 교차하고, 상기 동익의 후방 모서리는 상기 동익의 높이 방향에 있어서 상기 팁측과 허브측 사이에서 부압면측으로 볼록 형상이 되도록 형성하고, 상기동익의 후방 모서리를 팁측에서는 부압면측에 근접하도록 치우쳐 형성하는 동시에, 허브측에서는 압력면측에 근접하도록 치우쳐 형성한 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 주류의 종방향 와류가 현저한 경우에, 팁측과 허브측에서의 흐름을 각각 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 터빈 동익의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해, 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시 형태)
도1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 터빈 동익을 도시한 단면도이고, 도1b는 그 A-A 단면을 도시한 단면도이며, 후방 모서리가 포물선형으로 형성된 동익에 적용한 예이다. 도2는 후방 모서리가 직선형으로 형성된 터빈 동익을 도시한 단면도, 도3a는 블레이드면 유속을 도시한 설명도이며, 도3b는 그 흐름의 상태를 도시한 설명도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 이미 설명한 부재와 동일 혹은 상당하는 부재에는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략 또는 간략화한다.
도1a, 도1b에 도시한 바와 같이, 동익(2)의 후방 모서리(3)를 블레이드 두께의 중심선(8)으로부터 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a)측에 근접하도록 치우쳐 형성함으로써, 상기 최대 블레이드 두께부(4) 하류의 블레이드면의 전향각이 작아지도록 형성되어 있다. 또한, 후방 모서리(3)를 직선형으로 형성한 동익(2)(도2 참조)에 대해서도, 상기와 같이 형성할 수 있다.
동익(2)의 후방 모서리(3)를 이와 같이 형성함으로써, 후방 모서리부(5)에서의 전향각의 급증이 없어진다. 이로 인해, 도3a, 도3b에 도시한 바와 같이 주류의 부압면 유속(9)에는 종래의 경우와 같은 급상승부(11)나 급감속부(12)(도10a, 도10b 참조)가 생기지 않으므로, 후방 모서리부(5)에서의 흐름의 박리 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 제1 실시 형태에 관한 터빈 동익에 따르면, 후방 모서리부(5)에서의 흐름의 박리를 방지하고, 흐름의 손실 증가를 방지할 수 있으므로, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 실시 형태에 있어서는 동익(2)의 후방 모서리(3)를 블레이드 두께의 중심선(8)으로부터 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a)측에 근접하도록 치우쳐 형성하는 것으로서 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 후방 모서리(3)를 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a) 상에 위치시켜 형성해도 좋다. 이 경우도 상기와 동일한 효과를 기대할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도4a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 터빈 동익을 도시한 단면도이고, 도4b는 그 B 방향(하류 방향)으로부터 본 설명도이며, 후방 모서리부가 포물선형으로 형성된 동익에 적용한 예이다. 도5는 후방 모서리부가 직선형으로 형성된 터빈 동익을 도시한 단면도이다.
상기 제1 실시 형태에서는, 동익(2)의 후방 모서리(3)를 블레이드 두께의 중심선(8)으로부터 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a)측에 근접하도록 치우쳐 형성하였지만, 본 제2 실시 형태에서는, 또한 이 후방 모서리(3)의 블레이드 높이 방향의 분포를 지정하는 것이다. 즉, 도4b에 도시한 바와 같이 후방 모서리(3)를 블레이드 높이 전체에 걸쳐서 부압면(6)측에 근접하도록 치우쳐 형성한 것이다. 또한, 후방 모서리(3)를 직선형으로 형성한 동익(2)(도5 참조)에 대해서도, 상기와 같이 형성할 수 있다.
후방 모서리(3)를 이와 같이 형성함으로써, 후방 모서리부(5)에서의 전향각의 급증이 없어지고, 주류의 부압면 유속에는 종래의 경우와 같은 급상승부(11)나 급감속부(12)가 생기지 않으므로, 후방 모서리부(5)에서의 흐름의 박리 발생을 방 지할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 제2 실시 형태에 관한 터빈 동익에 따르면, 후방 모서리부(5)에서의 흐름의 박리를 방지하여, 흐름의 손실 증가를 방지할 수 있으므로, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
(제3 실시 형태)
도6a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 터빈 동익을 도시한 단면도이고, 도6b는 그 C 방향(하류 방향)으로부터 본 설명도이며, 후방 모서리가 포물선형으로 형성된 동익에 적용한 예이다.
상기 제1 실시 형태에서는 동익(2)의 후방 모서리(3)를 블레이드 두께의 중심선(8)으로부터 최대 블레이드 두께부(4) 상류의 부압면(6)의 연장선(6a)측에 근접하도록 치우쳐 형성하였지만, 본 제3 실시 형태에서는 또한 후방 모서리(3)의 블레이드 높이 방향의 분포를 지정하는 것이다.
즉, 도6b에 도시한 바와 같이 주류의 종방향 와류(16)가 현저한 경우에는, 허브(15)측에서는 흐름이 부압면(6)을 향해 흐르려고 하기 때문에, 블레이드 형상의 전향각에 따르지 않고 흐름이 부압면(6)에 따라서 흐르게 되어, 허브(15)측에서는 흐름의 박리가 생기지 않는 경우가 있다.
이와 같은 경우에, 동익(2)의 후방 모서리(3)를 팁(14)측에서는 부압면(6)측에 근접하도록 치우쳐 형성하는 동시에, 허브(15)측에서는 압력면(7)측에 근접하도록 치우쳐 형성한 것이다. 또한, 후방 모서리(3)를 직선형으로 형성한 동익(2)(도5 참조)에 대해서도, 상기와 마찬가지로 형성할 수 있다.
이상과 같이, 이 제3 실시 형태에 관한 터빈 동익에 따르면, 주류의 종방향 와류(16)가 현저한 경우에, 팁(14)측과 허브(15)측에서의 흐름을 각각 효과적으로 제어할 수 있으므로, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 터빈 동익(청구항 1)에 따르면, 터빈 동익에 있어서, 상기 동익의 후방 모서리를 최대 블레이드 두께부 상류의 부압면의 연장선 상에 위치시켜 형성하고, 또는 블레이드 두께의 중심선으로부터 상기 연장선측에 근접하도록 치우쳐 형성함으로써 상기 최대 블레이드 두께부 하류의 블레이드면의 전향각을 작게 형성하였으므로, 후방 모서리부에서의 전향각의 급증이 없어지고, 주류의 부압면 유속에는 종래의 경우와 같은 급상승이나 급감속이 생기지 않아, 후방 모서리부에서의 흐름의 박리 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 터빈 동익(청구항 2)에 따르면, 동익의 후방 모서리를 블레이드 높이 전체에 걸쳐서 부압면측에 근접하도록 치우쳐 형성하였으므로, 후방 모서리부에서의 블레이드 높이 전체에 걸쳐서 흐름의 박리 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 터빈 동익(청구항 3)에 따르면, 동익의 후방 모서리를 팁측에서는 부압면측에 근접하도록 치우쳐 형성하는 동시에, 허브측에서는 압력면측에 근접하도록 치우쳐 형성하였으므로, 주류의 종방향 와류가 현저한 경우에, 팁측과 허브측에서의 흐름을 각각 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 흐름의 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 레디얼 터빈 또는 사류 터빈에 이용되고, 허브와 동익을 갖는 터빈 동익에있어서, 상기 동익은 허브측에서 상기 허브에 고정되고 이 허브측에 대향하는 팁측에 팁을 갖는 동시에, 상기 팁의 근방이면서, 또한, 후방 모서리부의 근방에서 최대 블레이드 두께부를 갖고, 상기 동익의 후방 모서리부를 상기 최대 블레이드 두께부 상류의 부압면의 연장선 상에 위치시켜 형성하는 동시에, 블레이드 두께의 중심선으로부터 상기 연장선측에 근접하도록 치우쳐 형성함으로써 상기 최대 블레이드 두께부 하류의 블레이드면의 전향각을 작게 형성한 것을 특징으로 하는 터빈 동익.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동익의 회전축과 평행한 면에서의 단면내에서 상기 팁측에 있어서, 상기 후방 모서리는 가상 중심선상에 있고, 상기 허브측과 상기 팁측 사이의 높이를 동익의 높이로 하였을 때에, 상기 동익의 높이 방향에 있어서 상기 팁측과 허브측 사이에서는 상기 후방 모서리가 상기 블레이드 두께의 중심선과 상기 부압면의 연장선 사이에 있고, 상기 동익의 후방 모서리는 직선 형상으로 연장되는 동시에, 상기 동익의 후방 모서리를 블레이드 높이 전체에 걸쳐서 부압면측에 근접하도록 치우쳐 형성한 것을 특징으로 하는 터빈 동익.
  3. 제1항에 있어서, 상기 동익의 회전축과 평행한 면에서의 단면내에서 팁측에 있어서, 상기 후방 모서리는 가상 중심선 상에 있고, 상기 허브측과 팁측 사이의 높이를 동익의 높이로 하였을 때에 상기 동익의 높이 방향에 있어서 상기 팁측과 허브측의 사이에서는 상기 후방 모서리가 상기 허브측으로부터 소정의 높이의 위치에서 상기 블레이드 두께의 중심선과 교차하고, 상기 동익의 후방 모서리는 상기 동익의 높이 방향에 있어서 상기 팁측과 허브측 사이에서 부압면측으로 볼록 형상이 되도록 형성하고, 상기동익의 후방 모서리를 팁측에서는 부압면측에 근접하도록 치우쳐 형성하는 동시에, 허브측에서는 압력면측에 근접하도록 치우쳐 형성한 것을 특징으로 하는 터빈 동익.
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