JP2020159275A - Turbine stator blade and turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービン静翼、及びタービンに関する。 The present invention relates to turbine vanes and turbines.
ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、を備えている。圧縮機は外部の空気を圧縮して高圧空気を生成する。燃焼器は、この高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービンは、この燃焼ガスによって回転駆動される。タービンの回転力は軸端から取り出されて種々の利用に供される。 The gas turbine includes a compressor, a combustor, and a turbine. The compressor compresses the outside air to produce high pressure air. The combustor produces high-temperature and high-pressure combustion gas by mixing fuel with this high-pressure air and burning it. The turbine is rotationally driven by this combustion gas. The rotational force of the turbine is taken out from the shaft end and used for various purposes.
タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、この回転軸上に軸線方向に沿って配列されたタービン動翼段と、回転軸及びタービン動翼段を外側から覆うケーシングと、ケーシングの内周面に設けられ、上記のタービン動翼段と軸線方向に交互に配列されたタービン静翼段と、を有している。 The turbine includes a rotating shaft that rotates around the axis, a turbine moving blade stage that is arranged along the axis direction on the rotating shaft, a casing that covers the rotating shaft and the turbine moving blade stage from the outside, and an inner peripheral surface of the casing. It has the above-mentioned turbine moving blade stage and a turbine stationary blade stage alternately arranged in the axial direction.
タービン静翼段は、軸線に対する周方向に配列された複数のタービン静翼を有する。各タービン静翼は、軸線に対する径方向に延びている。軸線方向一方側から流れてきた流体(燃焼ガス)は、これらタービン静翼に衝突することで流れの向きが変わり、後続のタービン動翼段に導かれる。ここで、タービン静翼では、径方向における延在長さのうち、チップ側(径方向外側)の部分と、ハブ側(径方向内側)の部分とでは、これらチップ側及びハブ側を除く中央部に比べて、二次流れと呼ばれる流れ成分が生じやすいことが知られている。二次流れとは、タービン静翼の前縁から後縁に向かって旋回しながら進む流れである。二次流れが卓越すると、タービン静翼に沿って流れる主流のエネルギー損失が大きくなってしまう。その結果、タービンの効率が低下する可能性がある。 The turbine vane stage has a plurality of turbine vanes arranged in the circumferential direction with respect to the axis. Each turbine vane extends radially with respect to the axis. The fluid (combustion gas) flowing from one side in the axial direction collides with these turbine blades, changes the direction of flow, and is guided to the subsequent turbine blade stage. Here, in the turbine stationary blade, of the extending length in the radial direction, the portion on the chip side (outer in the radial direction) and the portion on the hub side (inner in the radial direction) are at the center excluding the tip side and the hub side. It is known that a flow component called a secondary flow is more likely to occur than a part. The secondary flow is a flow that travels while turning from the front edge to the trailing edge of the turbine vane. When the secondary flow is dominant, the energy loss of the mainstream flowing along the turbine vane increases. As a result, the efficiency of the turbine can be reduced.
そこで、例えば下記特許文献1に記載された構成が提唱されている。特許文献1に記載されたタービン静翼(ノズル翼)では、翼の後縁を周方向に湾曲させることで、翼高さ方向における中央部でスロートピッチ比を拡大している。これにより、中央部に流れが集中し、二次流れが抑制されるとされている。
Therefore, for example, the configuration described in
しかしながら、上記特許文献1に記載されたタービン静翼では、流速が相対的に大きい後縁を湾曲させていることから、流体とタービン静翼との間の摩擦損失が増大してしまう。その結果、二次流れの抑制効果が摩擦損失によって相殺され、タービンの効率向上が限定的となる可能性がある。
However, in the turbine vane described in
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、二次流れを抑制することで効率がさらに向上したタービン静翼及びタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbine stationary blade and a turbine whose efficiency is further improved by suppressing a secondary flow.
本発明の一態様に係るタービン翼は、軸線に沿って流れる流体の流路中に設けられるタービン静翼であって、前記軸線の径方向に延びるとともに、径方向から見て高圧側となる腹面、及び低圧側となる背面が形成された翼型の断面を有する翼本体を有し、該翼本体は、最も径方向外側に位置するチップ側部と、該チップ側部の径方向内側に設けられた中央部と、該中央部のさらに径方向内側に設けられたハブ側部と、を有し、前記チップ側部、及び前記ハブ側部の少なくとも一方では、前記中央部における前記翼型である基準翼型に対して、上流側の端縁である前縁が前記翼型の翼弦に直交する方向における腹面側に位置し、下流側の端縁である後縁が前記翼弦に直交する方向における背面側に位置するように捻れている。 The turbine airfoil according to one aspect of the present invention is a turbine airfoil provided in a flow path of a fluid flowing along an axis, and extends in the radial direction of the axis and has a ventral surface on the high pressure side when viewed from the radial direction. And has an airfoil body having an airfoil cross section with a back surface formed on the low pressure side, and the airfoil body is provided on the chip side portion located on the outermost radial side and on the radial inner side of the chip side portion. It has a central portion and a hub side portion provided on the inner side in the radial direction of the central portion, and at least one of the chip side portion and the hub side portion is an airfoil in the central portion. For a reference airfoil, the front edge, which is the upstream edge, is located on the ventral side in the direction orthogonal to the airfoil chord, and the trailing edge, which is the downstream edge, is orthogonal to the chord. It is twisted so that it is located on the back side in the direction of
上記構成によれば、チップ側部、及び前記ハブ側部の少なくとも一方では、中央部における翼型である基準翼型に対して、前縁が基準翼型の翼弦に直交する方向における腹面側に位置し、後縁が翼弦に直交する方向における背面側に位置するように捻れている。これにより、チップ側部、及びハブ側部では、軸線方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁側から前縁側にずれる。その結果、前縁から後縁に向かうに従って中央部からチップ側部又はハブ側部に向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをチップ側部又はハブ側部に押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。 According to the above configuration, at least one of the tip side portion and the hub side portion is the ventral side in the direction in which the front edge is orthogonal to the chord of the reference airfoil with respect to the reference airfoil which is the airfoil in the central portion. It is twisted so that the trailing edge is located on the back side in the direction orthogonal to the chord. As a result, in the chip side portion and the hub side portion, the portion having the lowest pressure (static pressure) in the entire area in the axial direction is shifted from the trailing edge side to the front edge side. As a result, a pressure gradient is formed from the central portion to the chip side or the hub side from the front edge to the trailing edge. This pressure gradient allows the secondary flow to be pressed against the chip side or hub side. That is, the loss due to the growth of the secondary flow can be reduced.
上記タービン静翼では、前記チップ側部、及び前記ハブ側部の少なくとも一方における後縁では、前縁に比べて前記基準翼型に対する捻れ量が小さくてもよい。 In the turbine stationary blade, the amount of twist with respect to the reference airfoil may be smaller at the trailing edge of at least one of the tip side portion and the hub side portion than the front edge.
上記構成によれば、前縁に比べて後縁の捻れ量を小さくすることで、後縁側の濡れ面積を小さくすることができる。濡れ面積を小さくすることで、後縁を通過する流体の摩擦損失を抑制することができる。ここで、後縁側では流速が高いため、濡れ面積が増大した場合に摩擦損失が生じやすい。しかしながら、上記の構成によれば、濡れ面積が抑えられていることから、このような摩擦損失を効果的に小さくすることができる。 According to the above configuration, the wet area on the trailing edge side can be reduced by reducing the twist amount of the trailing edge as compared with the leading edge. By reducing the wet area, friction loss of the fluid passing through the trailing edge can be suppressed. Here, since the flow velocity is high on the trailing edge side, friction loss is likely to occur when the wet area increases. However, according to the above configuration, since the wet area is suppressed, such friction loss can be effectively reduced.
上記タービン静翼では、前記軸線に対する周方向から見て、前記中央部では前縁が径方向に延びる直線状をなしていてもよい。 In the turbine stationary blade, when viewed from the circumferential direction with respect to the axis line, the front edge may form a linear shape extending in the radial direction at the central portion.
上記構成によれば、タービン静翼の中央部では、前縁が径方向に延びる直線状をなしている。これにより、例えば前縁の全体が直線状ではなく曲線状である場合に比べて、濡れ面積の増加を抑えることができる。その結果、摩擦損失の増大を抑えることができる。 According to the above configuration, at the central portion of the turbine vane, the front edge forms a linear shape extending in the radial direction. Thereby, for example, the increase in the wet area can be suppressed as compared with the case where the entire front edge is curved instead of straight. As a result, an increase in friction loss can be suppressed.
上記タービン静翼では、前記軸線方向から見て、前記チップ側部では、径方向外側に向かうに従って前縁が前記腹面側に向かって傾斜して延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, when viewed from the axial direction, the front edge of the tip side portion may be inclined and extended toward the ventral surface side toward the outer side in the radial direction.
上記構成によれば、チップ側部では、径方向外側に向かうに従って前縁が腹面側に向かって傾斜している。これにより、チップ側部では、軸線方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁側(下流側)から前縁側にずれる。その結果、前縁から当該最も静圧が小さくなる位置に向かうに従って中央部からチップ側部に向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをチップ側部に押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。 According to the above configuration, at the chip side portion, the front edge is inclined toward the ventral surface side toward the outer side in the radial direction. As a result, in the chip side portion, the portion having the lowest pressure (static pressure) in the entire area in the axial direction shifts from the trailing edge side (downstream side) to the front edge side. As a result, a pressure gradient is formed from the central portion to the side portion of the chip toward the position where the static pressure becomes the smallest from the front edge. This pressure gradient allows the secondary flow to be pressed against the side of the chip. That is, the loss due to the growth of the secondary flow can be reduced.
上記タービン静翼では、前記軸線方向から見て、前記ハブ側部では、径方向内側に向かうに従って前縁が前記腹面側に向かって傾斜して延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, when viewed from the axial direction, the front edge of the hub side portion may be inclined and extended toward the ventral surface side toward the inner side in the radial direction.
上記構成によれば、ハブ側部では、径方向内側に向かうに従って前縁が腹面側に向かって傾斜している。これにより、ハブ側部では、軸線方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁側(下流側)から前縁側(上流側)にずれる。その結果、前縁から当該最も静圧が小さくなる位置に向かうに従って中央部からハブ側部に向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをハブ側部に押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。 According to the above configuration, on the hub side, the front edge is inclined toward the ventral surface side toward the inner side in the radial direction. As a result, in the hub side portion, the portion having the lowest pressure (static pressure) in the entire area in the axial direction is shifted from the trailing edge side (downstream side) to the front edge side (upstream side). As a result, a pressure gradient is formed from the central portion to the hub side portion from the front edge toward the position where the static pressure becomes the smallest. This pressure gradient allows the secondary flow to be pressed against the hub side. That is, the loss due to the growth of the secondary flow can be reduced.
上記タービン静翼では、前記軸線方向から見て、前記チップ側部では、径方向外側に向かうに従って後縁が前記背面側に向かって傾斜して延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, when viewed from the axial direction, the trailing edge of the tip side portion may be inclined and extended toward the back surface side toward the outer side in the radial direction.
上記構成によれば、チップ側部では、径方向外側に向かうに従って後縁が背面側に向かって傾斜している。これにより、チップ側部では、軸線方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁側から前縁側(上流側)にずれる。その結果、前縁から当該最も静圧が小さくなる位置に向かうに従って中央部からチップ側部に向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをチップ側部に押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。 According to the above configuration, at the chip side portion, the trailing edge is inclined toward the back surface side toward the outer side in the radial direction. As a result, in the chip side portion, the portion where the pressure (static pressure) is the lowest in the entire area in the axial direction is shifted from the trailing edge side to the front edge side (upstream side). As a result, a pressure gradient is formed from the central portion to the side portion of the chip toward the position where the static pressure becomes the smallest from the front edge. This pressure gradient allows the secondary flow to be pressed against the side of the chip. That is, the loss due to the growth of the secondary flow can be reduced.
上記タービン静翼では、前記軸線方向から見て、前記ハブ側部では、径方向内側に向かうに従って後縁が前記背面側に向かって傾斜して延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, when viewed from the axial direction, the trailing edge of the hub side portion may be inclined and extended toward the back surface side toward the inner side in the radial direction.
上記構成によれば、ハブ側部では、径方向外側に向かうに従って後縁が背面側に向かって傾斜している。これにより、ハブ側部では、軸線方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁側から前縁側(上流側)にずれる。その結果、前縁から当該最も静圧が小さくなる位置に向かうに従って中央部からハブ側部に向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをハブ側部に押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。 According to the above configuration, on the hub side, the trailing edge is inclined toward the back side toward the outer side in the radial direction. As a result, in the hub side portion, the portion where the pressure (static pressure) is the lowest in the entire area in the axial direction is shifted from the trailing edge side to the front edge side (upstream side). As a result, a pressure gradient is formed from the central portion to the hub side portion from the front edge toward the position where the static pressure becomes the smallest. This pressure gradient allows the secondary flow to be pressed against the hub side. That is, the loss due to the growth of the secondary flow can be reduced.
上記タービン静翼では、前記軸線に対する周方向から見て、前記チップ側部では、径方向外側に向かうに従って前縁が上流側に向かって延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, when viewed from the circumferential direction with respect to the axis line, the front edge of the tip side portion may extend toward the upstream side in the radial direction outward.
上記タービン静翼では、前記軸線に対する周方向から見て、前記ハブ側部では、径方向内側に向かうに従って前縁が上流側に向かって延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, the front edge of the hub side portion may extend toward the upstream side in the radial direction when viewed from the circumferential direction with respect to the axis line.
上記タービン静翼では、前記軸線に対する周方向から見て、前記チップ側部では、径方向外側に向かうに従って後縁が下流側に向かって延びていてもよい。 In the turbine vane, the trailing edge of the tip side portion may extend toward the downstream side in the radial direction when viewed from the circumferential direction with respect to the axis.
上記タービン静翼では、前記軸線に対する周方向から見て、前記ハブ側部では、径方向内側に向かうに従って後縁が下流側に向かって延びていてもよい。 In the turbine stationary blade, the trailing edge of the hub side portion may extend toward the downstream side inward in the radial direction when viewed from the circumferential direction with respect to the axis line.
本発明の一態様に係るタービンは、軸線に沿って延びる回転軸と、該回転軸上で軸線方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段と、軸線方向において前記タービン動翼段と交互に配置された上記いずれか一の態様に係る複数のタービン静翼を有する複数のタービン静翼段と、を備える。 The turbine according to one aspect of the present invention includes a rotating shaft extending along an axis, a plurality of turbine blade stages arranged at intervals in the axial direction on the rotating shaft, and the turbine blade stage in the axial direction. A plurality of turbine blade stages having a plurality of turbine blades according to any one of the above aspects arranged alternately with the above.
上記構成によれば、タービン静翼における二次流れの形成が抑制されることで、より効率的に運用することが可能なタービンを提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a turbine that can be operated more efficiently by suppressing the formation of a secondary flow in the turbine stationary blade.
本発明によれば、二次流れを抑制することで効率がさらに向上したタービン静翼及びタービンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a turbine stationary blade and a turbine having further improved efficiency by suppressing a secondary flow.
本発明の第一実施形態について、図1から図6を参照して説明する。本実施形態に係るタービン100は、ヘリコプターに搭載されるターボシャフトエンジンに好適に用いられる。詳しくは図示しないが、ターボシャフトエンジンは、外部の空気を圧縮して高圧空気を生成する圧縮機と、高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスによって回転駆動されるタービン100と、圧縮機及びタービン100を同軸に接続するロータと、を備えている。ロータの回転力は変速装置等を介して外部に取り出され、ヘリコプターの場合にはメインローター・テールローターの回転に用いられる。
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The
次に、タービン100の構成について説明する。図1に示すように、タービン100は、回転軸1と、タービン動翼段2と、タービン静翼段3と、を有している。回転軸1は、軸線Acに沿って延びる円柱状をなしている。タービン動翼段2は、回転軸1の外周面上で軸線Ac方向に間隔をあけて複数(2つ)設けられている。各タービン動翼段2は、軸線Acに対する周方向に配列された複数のタービン動翼20を有している。タービン動翼20は、翼型断面を有する動翼本体21と、この動翼本体21の径方向内側に設けられたプラットフォーム22と、を有している。さらに、動翼本体21の径方向外側の端部には、分割環4が対向している。
Next, the configuration of the
タービン静翼段3は、軸線Ac方向において上記のタービン動翼段2と交互に配置されている。具体的には、各タービン静翼段3は、各タービン動翼段2の下流側に配置されている。タービン静翼段3は、軸線Acに対する周方向に配列された複数のタービン静翼30を有している。各タービン静翼30は、翼型断面を有する静翼本体31(翼本体)と、静翼本体31の径方向外側の端部に設けられたチップシュラウド32と、径方向内側の端部に設けられたハブシュラウド33と、を有している。詳しくは図示しないが、チップシュラウド32はケーシングの内周面に対して固定されている。
The turbine blade stages 3 are arranged alternately with the turbine blade stages 2 in the axial direction Ac. Specifically, each
上記のタービン100の上流側には、燃焼器の尾筒5が接続されている。尾筒5を流れてきた燃焼ガスは、タービン静翼段3を通過する際に整流され、タービン動翼段2に衝突する。これにより、回転軸1に回転力が与えられる。
The
次いで、図2から図4を参照して、タービン静翼30の構成について説明する。図2は、タービン静翼30を軸線O方向から見た図である。図2に示すように、タービン静翼30は、径方向外側から内側に向かって、上記のチップシュラウド32と、静翼本体31と、ハブシュラウド33と、を有している。静翼本体31は、径方向外側から内側に向かって、チップ側部31Aと、中央部31Bと、ハブ側部31Cと、を有している。チップ側部31Aの径方向外側の端部はチップシュラウド32に接続されている。チップ側の径方向内側のシュラウドは中央部31Bの径方向外側の端部に一体に接続されている。ハブ側部31Cの径方向外側の端部は中央部31Bの径方向内側の端部に一体に接続されている。ハブ側部31Cの径方向内側の端部はハブシュラウド33に接続されている。
Next, the configuration of the turbine
図3に示すように、チップ側部31A、中央部31B、及びハブ側部31Cは、いずれも翼型の断面形状を有している。より具体的には、この翼型は、径方向から見て高圧側となる腹面S1と、低圧側となる背面S2と、を有している。腹面S1は下流側に向かって凹んでいる。背面S2は、下流側に向かって膨らんでいる。腹面S1及び背面S2の接続部のうち、上流側を臨む端縁は前縁6とされ、下流側を望む端縁は後縁7とされている。前縁6を含む端部は腹面S1側から背面S2側にかけて滑らかな曲面状をなしている。後縁7を含む端部では、腹面S1と背面S2とが鋭角をなして交差している。
As shown in FIG. 3, the
図3中において実線はチップ側部31A、及びハブ側部31Cの翼型断面を示し、鎖線は中央部31Bの翼型断面を示している。ここで、中央部31Bの翼型を基準翼型Wcと呼ぶ。さらに、基準翼型Wcの前縁6cと後縁7cとを結ぶ直線を基準翼弦線Chと呼び、この基準翼弦線Chに直交する方向を直交方向Dcと呼ぶ。この場合、図3に示すように、チップ側部31A、及びハブ側部31Cでは、前縁6dが基準翼型Wcに対して、直交方向Dcにおける腹面S1側に位置している。一方で、後縁7dは基準翼型Wcに対して、直交方向Dcにおける背面S2側に位置している。つまり、チップ側部31A、及びハブ側部31Cの翼型は、基準翼型Wcに対して、径方向外側から見て、反時計回りに捻れている。さらに、チップ側部31A、及びハブ側部31Cでは、基準翼型Wcに対する捻れ量が前縁6d側で相対的に大きく、後縁7d側で相対的に小さくなっている。なお、チップ側部31A、及びハブ側部31Cにおける捻れ量は互いに同等である。なお、ハブ側部31Cでは、静翼本体31の径方向高さ5%〜30%程度以下の領域で上記前縁6d、及び後縁7cに捻れが形成されていることが望ましく、チップ側部31Aでは径方向高さの70〜95%程度以上の領域で捻れが形成されていることが望ましい。
In FIG. 3, the solid line shows the airfoil cross section of the
これにより、軸線O方向から見た場合、図2に示すように、チップ側部31A及びハブ側部31Cでは、前縁6dと後縁7dとが下流側に向かって斜めに延びている。具体的には、チップ側部31Aでは、径方向内側から外側に向かうに従って前縁6dと後縁7dとが下流側に向かって傾斜している。ハブ側部31Cでは、径方向外側から内側に向かうに従って前縁6dと後縁7dとが下流側に向かって傾斜している。一方で、中央部31Bの前縁6cと後縁7cとは、径方向に直線状に延びている。このような構成を有することにより、斜めの方向から当該タービン静翼30を見た場合、図4に示すような形状を呈している。
As a result, when viewed from the axis O direction, as shown in FIG. 2, in the
なお、タービン静翼を腹面側(周方向の腹面側)から見た場合(図3の下側から見た場合)、チップ側部31Aでは、径方向外側に向かうに従って前縁6dが上流側に向かって延びている。さらに、ハブ側部31Cでは、径方向内側に向かうに従って前縁6dが上流側に向かって延びている。また、チップ側部31Aでは、径方向外側に向かうに従って後縁7dが下流側に向かって延びている。さらに、ハブ側部31Cでは、径方向内側に向かうに従って後縁7dが下流側に向かって延びている。
When the turbine stationary blade is viewed from the ventral side (ventral side in the circumferential direction) (when viewed from the lower side in FIG. 3), the
続いて、図5と図6を参照して、本実施形態に係るタービン静翼30の挙動について説明する。図5は、タービン静翼30の背面S2における流体の静圧分布(等圧線)を示し、図示左方を前縁6側とし、右方を後縁7側としている。また、図示上方はチップ側部31Aであり、下方はハブ側部31Cである。同図に示すように、背面S2上では、前縁6側から後縁7側に向かって静圧が次第に低くなるように圧力勾配が形成される(図5中の鎖線矢印)。さらに、チップ側部31Aの近傍、及びハブ側部31Cの近傍では、等圧線の間隔が狭くなるとともに、等圧線の端部が中央部31Bに比べて前縁6側に位置している。即ち、図6に示すように、翼弦線方向において、チップ側部31A及びハブ側部31Cで最も静圧が小さくなる位置P1は、中央部31Bで最も静圧が小さくなる位置P2よりも前縁6側に位置することとなる。
Subsequently, the behavior of the turbine
ここで、タービン静翼30では、径方向における延在長さのうち、チップ側部31A、及びハブ側部31Cとでは、中央部31Bに比べて、二次流れと呼ばれる流れ成分が生じやすいことが知られている。二次流れとは、タービン静翼30の前縁6から後縁7に向かって旋回しながら進む流れである。二次流れが卓越すると、タービン静翼30に沿って流れる主流のエネルギー損失が大きくなってしまう。その結果、タービン100の効率が低下する可能性がある。
Here, in the turbine
しかしながら、上記構成によれば、チップ側部31A、及び前記ハブ側部31Cの少なくとも一方では、中央部31Bにおける翼型である基準翼型Wcに対して、前縁6dが基準翼型Wcの翼弦に直交する方向における腹面S1側に位置し、後縁7dが翼弦に直交する方向における背面S2側に位置するように捻れている。これにより、チップ側部31A、及びハブ側部31Cでは、軸線Ac方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁7d側から前縁6d側にずれる。その結果、前縁6dから最も圧力(静圧)が小さくなる位置P1に向かうに従って中央部31Bからチップ側部31A又はハブ側部31Cに向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをチップ側部31A又はハブ側部31Cに押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。その結果、タービン100の効率を向上させることができる。
However, according to the above configuration, at least one of the
さらに、上記構成によれば、チップ側部31A、及びハブ側部31Bにおいて、前縁6dに比べて後縁7dの捻れ量を小さくすることで、後縁7d側の濡れ面積を小さくすることができる。濡れ面積を小さくすることで、後縁7dを通過する流体の摩擦損失を抑制することができる。ここで、後縁7d側では前縁6d側に比べて流速が高いため、濡れ面積が増大した場合に摩擦損失が生じやすい。しかしながら、上記の構成によれば、濡れ面積が抑えられていることから、このような摩擦損失を効果的に小さくすることができる。
Further, according to the above configuration, in the
加えて、上記構成によれば、タービン静翼30の中央部31Bでは、前縁6cが径方向に延びる直線状をなしている。これにより、例えば前縁6の全体が直線状ではなく曲線状である場合に比べて、濡れ面積の増加を抑えることができる。その結果、摩擦損失の増大を抑えることができる。
In addition, according to the above configuration, in the
さらに加えて、上記構成によれば、チップ側部31Aでは、径方向外側に向かうに従って前縁6dが腹面S1側に向かって傾斜するとともに、後縁7dが背面S2側に向かって傾斜している。これにより、チップ側部31Aでは、軸線Ac方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、後縁7d側から前縁6d側にずれる。その結果、前縁6dから、最も静圧が小さくなる位置P1に向かうに従って中央部31Bからチップ側部31Aに向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをチップ側部31Aに押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。
Further, according to the above configuration, in the
さらに、上記構成によれば、ハブ側部31Cでは、径方向内側に向かうに従って前縁6dが腹面S1側に向かって傾斜するとともに、後縁7dが背面S2側に向かって傾斜している。これにより、ハブ側部31Cでは、軸線Ac方向における全域のうち、圧力(静圧)が最も低くなる部分が、前縁6d側にずれる。その結果、前縁6dから、最も静圧が小さくなる位置P1に向かうに従って中央部31Bからハブ側部31Cに向かう圧力勾配が形成される。この圧力勾配によって、二次流れをハブ側部31Cに押さえ付けることできる。即ち、二次流れの成長による損失を低減することができる。
Further, according to the above configuration, in the
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、チップ側部31A、及びハブ側部31Cの両方で、基準翼型Wcに対して捻れを形成した例について説明した。しかしながら、図7又は図8に示すように、チップ側部31A、及びハブ側部31Cのうち、いずれか一方のみに捻れを形成した構成を採ることも可能である。この場合、図9に示すように、タービン静翼30の内部に冷却流路を形成するためのインサート部材90を備える構成を採る際に、捻れが形成されていない方の端部から当該インサート部材90を容易に挿入することができる。
The embodiment of the present invention has been described above. It should be noted that various changes and modifications can be made to the above configuration as long as the gist of the present invention is not deviated. For example, in the above embodiment, an example in which the
さらに、上記実施形態では、ヘリコプターに搭載されるターボシャフトエンジンにタービン静翼30を適用した例について説明した。しかしながら、タービン静翼30の適用対象はターボシャフトエンジンに限定されない。他の適用例として、構造の簡素化やコスト低減のために翼列の段数削減、高負荷・低アスペクト比翼が要求されるエンジンであれば、いかなるものにも上記のタービン静翼30を適用することが可能である。より具体的には、垂直離着陸機、飛昇体、ドローン等の航空機用エンジンに上記のタービン静翼30を好適に用いることが可能である。なお、上述のアスペクト比とは,翼のコード長に対する翼高さの比のことを指す。コード長とは,前縁6と後縁7を結ぶ線分の長さである。例えば、このアスペクト比が1以下の場合、低アスペクト比であると言える。
Further, in the above embodiment, an example in which the
100…タービン
1…回転軸
2…タービン動翼段
3…タービン静翼段
4…分割環
5…尾筒
6,6c,6d…前縁
7,7c,7d…後縁
20…タービン動翼
21…動翼本体
22…プラットフォーム
30…タービン静翼
31…静翼本体
32…チップシュラウド
33…ハブシュラウド
31A…チップ側部
31B…中央部
31C…ハブ側部
Ac…軸線
Ch…基準翼弦線
Dc…直交方向
S1…腹面
S2…背面
Wc…基準翼型
100 ...
Claims (12)
前記軸線の径方向に延びるとともに、径方向から見て高圧側となる腹面、及び低圧側となる背面が形成された翼型の断面を有する翼本体を有し、
該翼本体は、
最も径方向外側に位置するチップ側部と、
該チップ側部の径方向内側に設けられた中央部と、
該中央部のさらに径方向内側に設けられたハブ側部と、
を有し、
前記チップ側部、及び前記ハブ側部の少なくとも一方では、前記中央部における前記翼型である基準翼型に対して、上流側の端縁である前縁が前記基準翼型の翼弦に直交する方向における腹面側に位置し、下流側の端縁である後縁が前記翼弦に直交する方向における背面側に位置するように捻れているタービン静翼。 A turbine vane provided in the flow path of fluid flowing along the axis.
It has a wing body that extends in the radial direction of the axis and has an airfoil-shaped cross section in which a ventral surface on the high pressure side and a back surface on the low pressure side when viewed from the radial direction are formed.
The wing body
The chip side located on the outermost radial direction and
A central portion provided on the inner side in the radial direction of the chip side portion, and a central portion.
A hub side portion provided on the inner side in the radial direction of the central portion, and
Have,
At least one of the tip side portion and the hub side portion has a front edge, which is an upstream end edge, orthogonal to the chord of the reference airfoil with respect to the reference airfoil, which is the airfoil in the central portion. A turbine airfoil that is located on the ventral side in the direction of airfoil and is twisted so that the trailing edge, which is the edge on the downstream side, is located on the back side in the direction orthogonal to the chord.
該回転軸上で軸線方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段と、
軸線方向において前記タービン動翼段と交互に配置された請求項1から11のいずれか一項に記載の複数のタービン静翼を有する複数のタービン静翼段と、
を備えるタービン。 A rotation axis that extends along the axis and
A plurality of turbine blade stages arranged at intervals in the axial direction on the rotation axis,
A plurality of turbine blade stages having a plurality of turbine blades according to any one of claims 1 to 11 arranged alternately with the turbine blade stages in the axial direction.
A turbine equipped with.
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