JPH021962B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH021962B2 JPH021962B2 JP59144599A JP14459984A JPH021962B2 JP H021962 B2 JPH021962 B2 JP H021962B2 JP 59144599 A JP59144599 A JP 59144599A JP 14459984 A JP14459984 A JP 14459984A JP H021962 B2 JPH021962 B2 JP H021962B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- airfoil
- edge
- blade
- blade row
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
- F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/18—Two-dimensional patterned
- F05D2250/183—Two-dimensional patterned zigzag
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/18—Two-dimensional patterned
- F05D2250/184—Two-dimensional patterned sinusoidal
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ガス又は蒸気で運転されるタービン
の軸方向で通流される翼列であつて、翼列の翼形
が、流れを吸引側（負圧側）の翼形上面の大部分
に沿つて狭い通路面積範囲で速度最大量まで加速
しかつこの範囲の下流で翼形後縁まで減速し、こ
れにより翼形境界層を吸引側の翼形長さの大部分
に亘つて層流状にするように、形成されている形
式のものに関する。
の軸方向で通流される翼列であつて、翼列の翼形
が、流れを吸引側（負圧側）の翼形上面の大部分
に沿つて狭い通路面積範囲で速度最大量まで加速
しかつこの範囲の下流で翼形後縁まで減速し、こ
れにより翼形境界層を吸引側の翼形長さの大部分
に亘つて層流状にするように、形成されている形
式のものに関する。
従来の技術
流れの渦流度、流れ方向での圧力こう配の大き
さおよびレイノルズ数、又は翼弦長さｌと翼列の
流出部における動粘性係数∂2と流出速度C2から
成る類似のパラメータに関連しているばあいに
は、境界層は直接又は遷移又は剥離泡を形成して
乱流状態に遷移する。
さおよびレイノルズ数、又は翼弦長さｌと翼列の
流出部における動粘性係数∂2と流出速度C2から
成る類似のパラメータに関連しているばあいに
は、境界層は直接又は遷移又は剥離泡を形成して
乱流状態に遷移する。
低圧タービンにおいては、例えば軸方向で通流
される航空ガスタービンの最終段においては、
50000乃至500000のレイノルズ数が生ずる。この
レイノルズ数レベルは層流／乱流の遷移範囲にあ
る、即ち減速された層流状の境界層は著しい損失
をもたらす遷移又は剥離泡を形成してその流れ状
態を変える。
される航空ガスタービンの最終段においては、
50000乃至500000のレイノルズ数が生ずる。この
レイノルズ数レベルは層流／乱流の遷移範囲にあ
る、即ち減速された層流状の境界層は著しい損失
をもたらす遷移又は剥離泡を形成してその流れ状
態を変える。
従来では、多段式の流れ機械においては、層流
が全く得られないか又は境界層遷移が流れ減速の
ばあい直接的に、即ち剥離泡を形成することなし
に行なわれるような高い乱流度が生ずるものと想
像された。ごく最近の研究ではこれとは反対に、
低圧タービンの加速された流れ範囲において層流
状の境界層状態が維持されること、かつ層流／乱
流遷移もしくは剥離泡と関連して流れ損失によつ
てエネルギ伝達の効率が著しく損なわれることが
明らかとなつた。
が全く得られないか又は境界層遷移が流れ減速の
ばあい直接的に、即ち剥離泡を形成することなし
に行なわれるような高い乱流度が生ずるものと想
像された。ごく最近の研究ではこれとは反対に、
低圧タービンの加速された流れ範囲において層流
状の境界層状態が維持されること、かつ層流／乱
流遷移もしくは剥離泡と関連して流れ損失によつ
てエネルギ伝達の効率が著しく損なわれることが
明らかとなつた。
翼空気力学のための専問書から、層流状の境界
層流から乱流状の境界層流へ移行する際の層流状
の剥離泡を避けるために機械的な撹乱部材、例え
ばトリツプワイヤ、突出した縁部、段部又は類似
の障害物を使用することは公知である。翼形表面
にこのような撹乱部材を配置することによつて翼
形の抵抗値が高められかつ高いレイノルズ数レベ
ルに達したばあいには特に明白な損失が生ぜしめ
られること、即ち撹乱部材本来の目的、つまり層
流状の境界層から乱流状の境界層への遷移を促進
するという本来の目的を自から生ぜしめる迅速な
遷移に基づき剥離泡形成なしには最早満せない範
囲で、明白な損失が生ぜしめられることが明らか
となつた。
層流から乱流状の境界層流へ移行する際の層流状
の剥離泡を避けるために機械的な撹乱部材、例え
ばトリツプワイヤ、突出した縁部、段部又は類似
の障害物を使用することは公知である。翼形表面
にこのような撹乱部材を配置することによつて翼
形の抵抗値が高められかつ高いレイノルズ数レベ
ルに達したばあいには特に明白な損失が生ぜしめ
られること、即ち撹乱部材本来の目的、つまり層
流状の境界層から乱流状の境界層への遷移を促進
するという本来の目的を自から生ぜしめる迅速な
遷移に基づき剥離泡形成なしには最早満せない範
囲で、明白な損失が生ぜしめられることが明らか
となつた。
アメリカ合衆国・オハイオ州・デイトン、ドク
メント・サービス・センター（Ducument
Service Center）によつて公開された“層流の流
れから乱流の流れへの遷移について（On
Transition from Laminar to Turbulent
Flow）”タイトルの1956年８月のフランシス・ア
ール・ハーナ、ジエームス・デイ・ロングおよび
ジヨン・シー・ヘガーテイの技術報告書におい
て、平らな板における層流状の境界層流から乱流
状の境界層流への遷移についての水タンク実験が
記載されていて、しかも、層流状の境界層流から
乱流状の境界層流への遷移を生ぜしめるために平
らな板状に接着された波状の線材又は細い三角形
の一列の小板を使用することが提案されている。
空気力学的な翼列に関する言及は上記報告書には
ない。
メント・サービス・センター（Ducument
Service Center）によつて公開された“層流の流
れから乱流の流れへの遷移について（On
Transition from Laminar to Turbulent
Flow）”タイトルの1956年８月のフランシス・ア
ール・ハーナ、ジエームス・デイ・ロングおよび
ジヨン・シー・ヘガーテイの技術報告書におい
て、平らな板における層流状の境界層流から乱流
状の境界層流への遷移についての水タンク実験が
記載されていて、しかも、層流状の境界層流から
乱流状の境界層流への遷移を生ぜしめるために平
らな板状に接着された波状の線材又は細い三角形
の一列の小板を使用することが提案されている。
空気力学的な翼列に関する言及は上記報告書には
ない。
発明が解決しようとする問題点
ターボ機械においては機械的な撹乱部材は従来
使用されていなかつた。むしろドイツ連邦共和国
特許第3043567号明細書から空気力学的な翼形に
おける流れを制御するための装置が公知となつて
いる。このばあい層流状の剥離個所範囲における
流体の吹出しによつて乱流への迅速な遷移が得ら
れひいては層流状の剥離泡の発生が防止される。
このような装置の利点は、いずれにせよ層流状の
剥離泡を最早生ぜしめない高いレイノルズ数レベ
ルの運転範囲において翼形に障害物が存在せずひ
いては附加的な損失を被むらずに済むということ
にある。しかしながら上記公知の装置の欠点は、
前記装置を有する翼形のための製作費用が極めて
高額であるということにある。ターボ機械の翼列
のためには、特にターボ機械が熱的なターボ機械
であるばあいには上記公知の装置は使用できない
か又は極めて制限されてのみ使用できるに過ぎな
い。何故ならば翼に高い機械的なかつ熱的な負荷
が生ずるために吹出される流体を案内するために
適当な流れ通路を配置することが欠点となるから
である。
使用されていなかつた。むしろドイツ連邦共和国
特許第3043567号明細書から空気力学的な翼形に
おける流れを制御するための装置が公知となつて
いる。このばあい層流状の剥離個所範囲における
流体の吹出しによつて乱流への迅速な遷移が得ら
れひいては層流状の剥離泡の発生が防止される。
このような装置の利点は、いずれにせよ層流状の
剥離泡を最早生ぜしめない高いレイノルズ数レベ
ルの運転範囲において翼形に障害物が存在せずひ
いては附加的な損失を被むらずに済むということ
にある。しかしながら上記公知の装置の欠点は、
前記装置を有する翼形のための製作費用が極めて
高額であるということにある。ターボ機械の翼列
のためには、特にターボ機械が熱的なターボ機械
であるばあいには上記公知の装置は使用できない
か又は極めて制限されてのみ使用できるに過ぎな
い。何故ならば翼に高い機械的なかつ熱的な負荷
が生ずるために吹出される流体を案内するために
適当な流れ通路を配置することが欠点となるから
である。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の軸方向で
通流される翼列において、つまり特にレイノルズ
数レベルに基づいて大きな運転範囲に亘つて層流
が生ぜしめられるような翼列において、層流／乱
流遷移泡に関連して翼形損失が減少されひいては
タービンの全効率が改善されるようにすることに
ある。
通流される翼列において、つまり特にレイノルズ
数レベルに基づいて大きな運転範囲に亘つて層流
が生ぜしめられるような翼列において、層流／乱
流遷移泡に関連して翼形損失が減少されひいては
タービンの全効率が改善されるようにすることに
ある。
問題点を解決するための手段
本発明の構成では冒頭に述べた形式の翼列にお
いて、速度最大量の下流で吸引側（翼形上面）で
しかも減速された流れの範囲で、羽根がぼぼ翼高
さ全体に亘つてのびる一貫した妨害縁部を有して
おり、該妨害縁部が翼形上面に対する接平面内で
のこ歯状に成形されており、更に妨害縁部が、翼
形上面自体内に、又は、通路の横断面変化により
主流に影響を及ぼすことがないような、翼形上面
からわずかだけ突出した高さに配置されている。
いて、速度最大量の下流で吸引側（翼形上面）で
しかも減速された流れの範囲で、羽根がぼぼ翼高
さ全体に亘つてのびる一貫した妨害縁部を有して
おり、該妨害縁部が翼形上面に対する接平面内で
のこ歯状に成形されており、更に妨害縁部が、翼
形上面自体内に、又は、通路の横断面変化により
主流に影響を及ぼすことがないような、翼形上面
からわずかだけ突出した高さに配置されている。
実施例
第１図で図示された翼列では隣接する２つの翼
が符号１０で示されている。上側の翼１０のため
に翼弦ｌ並びに翼弦ｌの方向にのびる座標Ｘが示
されている。翼列に対する流入および流出は矢印
Ｗで示されている。下側の翼１０のために境界層
経過が概略的に示されている。更に図面から明ら
かなように、翼１０の押圧側１３では全長に亘つ
て層流状の境界層が生ずるのに対して、翼１０の
吸引側１１では層流状の境界層は両翼によつて形
成される流れ通路の狭い面積範囲３でほぼ速度最
大量（Manax）までしかのびておらずかつ狭い面
積範囲の下流で矢印によつて示された範囲２にお
いて層流状の剥離泡が生ぜしめられ、この剥離泡
の範囲では境界層は乱流になる。第１Ａ図では無
次元に示された翼形長さｘ：ｌに亘つて翼の表面
に沿つたマツハ数が示されている。速度最大量は
ほぼ狭い面積範囲に、即ちほぼｘ：ｌ＝0.55のと
ころに位置している。著しい損失をもたらす剥離
泡の形成を避けるために、第２図で図示されてい
るように、翼の翼形上面（吸引側）にほぼ翼形高
さ全体に亘つてのびるのこ歯状に切込まれた一貫
した妨害縁部２０が設けられている。
が符号１０で示されている。上側の翼１０のため
に翼弦ｌ並びに翼弦ｌの方向にのびる座標Ｘが示
されている。翼列に対する流入および流出は矢印
Ｗで示されている。下側の翼１０のために境界層
経過が概略的に示されている。更に図面から明ら
かなように、翼１０の押圧側１３では全長に亘つ
て層流状の境界層が生ずるのに対して、翼１０の
吸引側１１では層流状の境界層は両翼によつて形
成される流れ通路の狭い面積範囲３でほぼ速度最
大量（Manax）までしかのびておらずかつ狭い面
積範囲の下流で矢印によつて示された範囲２にお
いて層流状の剥離泡が生ぜしめられ、この剥離泡
の範囲では境界層は乱流になる。第１Ａ図では無
次元に示された翼形長さｘ：ｌに亘つて翼の表面
に沿つたマツハ数が示されている。速度最大量は
ほぼ狭い面積範囲に、即ちほぼｘ：ｌ＝0.55のと
ころに位置している。著しい損失をもたらす剥離
泡の形成を避けるために、第２図で図示されてい
るように、翼の翼形上面（吸引側）にほぼ翼形高
さ全体に亘つてのびるのこ歯状に切込まれた一貫
した妨害縁部２０が設けられている。
軸線８を中心として回転するタービン回転子９
の動翼並びに案内翼は妨害縁部を備えている。案
内翼の図平面において見ることのできない妨害縁
部は断続的に示されている。翼列を介した流れ方
向はすべての図面において矢印Ｗによつて示され
ている。
の動翼並びに案内翼は妨害縁部を備えている。案
内翼の図平面において見ることのできない妨害縁
部は断続的に示されている。翼列を介した流れ方
向はすべての図面において矢印Ｗによつて示され
ている。
最もわずかな翼形損失は、妨害縁部が翼の吸引
側で速度最大量の下流0.01乃至0.1l（ｌ＝翼の翼弦
長さ）に位置決めされるばあいに得られる。
側で速度最大量の下流0.01乃至0.1l（ｌ＝翼の翼弦
長さ）に位置決めされるばあいに得られる。
第３図で示された翼１０の部分横断面から明ら
かなように、妨害縁部は本発明の前記第１実施例
のばあい翼の翼形上面に固定された帯材１５から
形成されている。帯材１５は平らな薄板から切り
抜かれかつ溶接によつて翼の翼形上面に固定でき
る。翼形上面から突出する帯材１５の高さひいて
は妨害縁部の高さは符号ｋで示されている。更に
帯材１５の幾何学的な構成は選択的な２つの実施
例で第４ａ図および第４ｂ図に図示されている。
第４ａ図および第４ｂ図による両実施例は、第４
ａ図による実施例ではそれぞれのこ歯形状の上流
側に位置する歯頂２１が丸みを付けられていてか
つ歯底２２が尖つて形成されているのに対して、
第４ｂ図による実施例では歯頂が尖つた頂部を形
成していてかつ歯底２２が丸みを付けられている
ことが異なつている。のこ歯形状のピツチｔは
0.05乃至0.15lである。のこ歯形状の開放角αは図
示の実施例では90゜である。帯材１５の幅ｂはほ
ぼ0.01乃至0.03lである。妨害縁部、即ち到達する
流れＷに向けて方向付けられた帯材上縁はへりを
鋭く形成されている。このことは第５図、第８
図、第１０図および第１２図で示された妨害縁部
の実施例にも当て嵌る。歯頂および歯底に交互に
丸みを付けた第４ａ図および第４ｂ図で図示され
た妨害縁部の代りに、歯頂並びに歯底に丸みを付
けるか又は両個所で先を尖らせることもできる。
かなように、妨害縁部は本発明の前記第１実施例
のばあい翼の翼形上面に固定された帯材１５から
形成されている。帯材１５は平らな薄板から切り
抜かれかつ溶接によつて翼の翼形上面に固定でき
る。翼形上面から突出する帯材１５の高さひいて
は妨害縁部の高さは符号ｋで示されている。更に
帯材１５の幾何学的な構成は選択的な２つの実施
例で第４ａ図および第４ｂ図に図示されている。
第４ａ図および第４ｂ図による両実施例は、第４
ａ図による実施例ではそれぞれのこ歯形状の上流
側に位置する歯頂２１が丸みを付けられていてか
つ歯底２２が尖つて形成されているのに対して、
第４ｂ図による実施例では歯頂が尖つた頂部を形
成していてかつ歯底２２が丸みを付けられている
ことが異なつている。のこ歯形状のピツチｔは
0.05乃至0.15lである。のこ歯形状の開放角αは図
示の実施例では90゜である。帯材１５の幅ｂはほ
ぼ0.01乃至0.03lである。妨害縁部、即ち到達する
流れＷに向けて方向付けられた帯材上縁はへりを
鋭く形成されている。このことは第５図、第８
図、第１０図および第１２図で示された妨害縁部
の実施例にも当て嵌る。歯頂および歯底に交互に
丸みを付けた第４ａ図および第４ｂ図で図示され
た妨害縁部の代りに、歯頂並びに歯底に丸みを付
けるか又は両個所で先を尖らせることもできる。
第２図、第３図および第４図に相応して形成さ
れた、翼弦長さ（ｌ＝35mm）を有するガスタービ
ンジエツト推進器の低圧タービン翼のために、
10.7Km高度で飛行マツハ数Ma＝0.8のばあい、即
ちレイノルズ数Re2100000のばあい、本発明で
は0.06乃至0.12mmの高さｋが得られた。相応に装
備されたジエツト推進器のばあい、周知のように
民間機用の飛行時間の最長部分を占める巡行飛行
において燃料消費はほぼ１％だけ下げることがで
きるということが比較実験で得られた。
れた、翼弦長さ（ｌ＝35mm）を有するガスタービ
ンジエツト推進器の低圧タービン翼のために、
10.7Km高度で飛行マツハ数Ma＝0.8のばあい、即
ちレイノルズ数Re2100000のばあい、本発明で
は0.06乃至0.12mmの高さｋが得られた。相応に装
備されたジエツト推進器のばあい、周知のように
民間機用の飛行時間の最長部分を占める巡行飛行
において燃料消費はほぼ１％だけ下げることがで
きるということが比較実験で得られた。
第５図、第６図および第７図では第２の妨害縁
部構成が示されている。第５図による翼の部分横
断面図から明らかのように、本実施例では妨害縁
部３０は翼形上面１２から形成された流れ方向に
突出した段部の自由縁部である。妨害縁部のこの
ような構成は翼の新規製作のためにのみ適してい
る。第６図平面図および第７図による適当に形成
された翼の斜視図から明らかなように、のこ歯形
状の歯頂はそれぞれ尖つて形成されているのに対
して、歯底範囲は丸みを付けられている。ピツチ
ｔおよび開放角αは第３図および第４図による実
施例と関連して記載されているのと同じ大きさで
ある。
部構成が示されている。第５図による翼の部分横
断面図から明らかのように、本実施例では妨害縁
部３０は翼形上面１２から形成された流れ方向に
突出した段部の自由縁部である。妨害縁部のこの
ような構成は翼の新規製作のためにのみ適してい
る。第６図平面図および第７図による適当に形成
された翼の斜視図から明らかなように、のこ歯形
状の歯頂はそれぞれ尖つて形成されているのに対
して、歯底範囲は丸みを付けられている。ピツチ
ｔおよび開放角αは第３図および第４図による実
施例と関連して記載されているのと同じ大きさで
ある。
第８図および第９図では第５図、第６図および
第７図の変化実施例が示されており、このばあい
同様に段付けされた翼形上面１２設けられてお
り、このばあい第５図、第６図および第７図によ
る構成とは異なつて妨害縁部４０は流れ方向に引
込まれた段部の自由縁が成している。
第７図の変化実施例が示されており、このばあい
同様に段付けされた翼形上面１２設けられてお
り、このばあい第５図、第６図および第７図によ
る構成とは異なつて妨害縁部４０は流れ方向に引
込まれた段部の自由縁が成している。
第８図および第９図による実施例でものこ歯形
状の歯底４１は丸みを付けられているのに対し
て、歯頂は尖つた頂点を形成している。
状の歯底４１は丸みを付けられているのに対し
て、歯頂は尖つた頂点を形成している。
別の妨害縁部構成は第１０図、第１１図および
第１２図で示されている。この実施例では妨害縁
部は翼１０の翼形上面内に段部を沈めることによ
つて生ぜしめられる。このような沈下範囲は翼形
上面に対して3゜乃至6゜の傾斜角βを成してテーパ
状にのびている。このばあい翼形上面１２から沈
下範囲の移行は連続的に行なわれる。選択的に妨
害縁部は流れに向けて方向付けられた段部（妨害
縁部５０）によつて形成できるか（第１０図参
照）、又は、妨害縁部を流れ方向でみて下流に方
向付けることができる（第１１図参照）。のこ歯
形状の幾何学形状は第３図、第４図、第５図、第
６図、第７図、第８図および第９図における妨害
縁部構成と相応する形式で行なわれ、このばあい
歯頂および歯底に丸みを付けた第１１図による構
成が有利である。
第１２図で示されている。この実施例では妨害縁
部は翼１０の翼形上面内に段部を沈めることによ
つて生ぜしめられる。このような沈下範囲は翼形
上面に対して3゜乃至6゜の傾斜角βを成してテーパ
状にのびている。このばあい翼形上面１２から沈
下範囲の移行は連続的に行なわれる。選択的に妨
害縁部は流れに向けて方向付けられた段部（妨害
縁部５０）によつて形成できるか（第１０図参
照）、又は、妨害縁部を流れ方向でみて下流に方
向付けることができる（第１１図参照）。のこ歯
形状の幾何学形状は第３図、第４図、第５図、第
６図、第７図、第８図および第９図における妨害
縁部構成と相応する形式で行なわれ、このばあい
歯頂および歯底に丸みを付けた第１１図による構
成が有利である。
発明の作用効果
本発明により構成された翼列においては、層流
状の剥離泡を形成することなしに翼の吸引側で層
流状の境界層流から乱流状の境界層流への迅速な
遷移が行なわれる。このばあい最良の結果は、妨
害縁部が翼吸引側で速度最大量の下流0.01乃至
0.1lに位置決めされているばあいに得られる。こ
のばあいｌは翼弦の長さを意味している。
状の剥離泡を形成することなしに翼の吸引側で層
流状の境界層流から乱流状の境界層流への迅速な
遷移が行なわれる。このばあい最良の結果は、妨
害縁部が翼吸引側で速度最大量の下流0.01乃至
0.1lに位置決めされているばあいに得られる。こ
のばあいｌは翼弦の長さを意味している。
最に本発明の実施態様では選択的に妨害縁部
を、翼形上面に隆起して配置された帯材から形成
するか又は翼形上面から形成された流れ方向に突
出した段部の自由縁部が形成することができる。
を、翼形上面に隆起して配置された帯材から形成
するか又は翼形上面から形成された流れ方向に突
出した段部の自由縁部が形成することができる。
更に有利には翼形上面を越える妨害縁部の高さ
ｋは、妨害縁部のすぐ上流の個所での境界層のパ
ルス損失厚さδ2と、この個所のために高さｋおよ
び壁間隔における速度および流体の粘性によつて
形成されたレイノルズ数Rekとに関連して規定さ
れた範囲の値を有しており、このばあい50＜Rek
＜200のために1.5＜Ｋ／δ2＜3.5が当て嵌り、 δ2＝１／U2・0∞ ∫ ｕ（Ｕ−ｕ）dy ｙ＝壁間隔座標 ｕ＝ｆ（ｙ）＝翼形上面に対して接線方向での速
度成分 Ｕ＝摩擦によつて妨げられない流れの速度 Rek＝uk・ｋ／vｋ vｋ＝個所ｋにおける流体の動粘性 この規定に基づいて生ぜしめられる妨害縁部の
段部高さは、該妨害縁部が層流から乱流への遷移
を生ぜしめるための手段として最早不必要である
高いレイノルズ数のばあいでも最小の損失しか受
けないようにわずかである。
ｋは、妨害縁部のすぐ上流の個所での境界層のパ
ルス損失厚さδ2と、この個所のために高さｋおよ
び壁間隔における速度および流体の粘性によつて
形成されたレイノルズ数Rekとに関連して規定さ
れた範囲の値を有しており、このばあい50＜Rek
＜200のために1.5＜Ｋ／δ2＜3.5が当て嵌り、 δ2＝１／U2・0∞ ∫ ｕ（Ｕ−ｕ）dy ｙ＝壁間隔座標 ｕ＝ｆ（ｙ）＝翼形上面に対して接線方向での速
度成分 Ｕ＝摩擦によつて妨げられない流れの速度 Rek＝uk・ｋ／vｋ vｋ＝個所ｋにおける流体の動粘性 この規定に基づいて生ぜしめられる妨害縁部の
段部高さは、該妨害縁部が層流から乱流への遷移
を生ぜしめるための手段として最早不必要である
高いレイノルズ数のばあいでも最小の損失しか受
けないようにわずかである。
特に流れ抵抗の少ない特に効果的な乱流発生部
材の前記利点は特許請求の範囲第６項および第７
項による実施態様によつて得られる。このばあ
い、剥離泡の発生を阻止するために、特許請求の
範囲第８項に記載されているように、段部にいく
らか大きな高さを与えることができる。
材の前記利点は特許請求の範囲第６項および第７
項による実施態様によつて得られる。このばあ
い、剥離泡の発生を阻止するために、特許請求の
範囲第８項に記載されているように、段部にいく
らか大きな高さを与えることができる。
有利にはいずれのばあいでも妨害縁部はへりを
鋭く形成できる。妨害縁部ののこ歯形状は歯頂お
よび歯底において尖つて又は丸みを付けて形成で
きる。しかしながら歯頂および歯底が交互に丸み
を付けられてかつ尖つて形成されると有利であ
る。更にこの組合わせによつて妨害縁部の最小高
さで極めて効果的な境界層遷移が得られることが
明らかとなつた。のこ歯形状の幾何学的な構成は
45゜乃至120゜の開放角αによつてかつ翼弦長さの
５％乃至15％のピツチによつて規定される。妨害
縁部を形成するために妨害帯材が使用されるばあ
いには、妨害帯材の幅ｂは妨害縁部に対して直角
に測定して0.05乃至0.1lである。特許請求の範囲
第７項による妨害縁部が翼形上面内に段部を沈め
ることによつて形成されるばあいには、この沈下
範囲は翼形上面に対して3゜乃至6゜の傾斜角βを以
つてのびている。
鋭く形成できる。妨害縁部ののこ歯形状は歯頂お
よび歯底において尖つて又は丸みを付けて形成で
きる。しかしながら歯頂および歯底が交互に丸み
を付けられてかつ尖つて形成されると有利であ
る。更にこの組合わせによつて妨害縁部の最小高
さで極めて効果的な境界層遷移が得られることが
明らかとなつた。のこ歯形状の幾何学的な構成は
45゜乃至120゜の開放角αによつてかつ翼弦長さの
５％乃至15％のピツチによつて規定される。妨害
縁部を形成するために妨害帯材が使用されるばあ
いには、妨害帯材の幅ｂは妨害縁部に対して直角
に測定して0.05乃至0.1lである。特許請求の範囲
第７項による妨害縁部が翼形上面内に段部を沈め
ることによつて形成されるばあいには、この沈下
範囲は翼形上面に対して3゜乃至6゜の傾斜角βを以
つてのびている。
本発明による翼列用の翼の製作は有利には、第
１の方法段階でのこ歯形状の帯材を有利にはワイ
ヤ腐食によつて薄板から切り抜き、かつ第２の方
法段階で翼形上面に有利には溶接によつて取り付
けることによつて行なわれる。
１の方法段階でのこ歯形状の帯材を有利にはワイ
ヤ腐食によつて薄板から切り抜き、かつ第２の方
法段階で翼形上面に有利には溶接によつて取り付
けることによつて行なわれる。
翼列の本発明による構成は著しく傷付いた翼の
ばあいでもどんな困難性もなしに応用できるの
で、すでに使用された翼を本発明による形式で後
装備することができる。このために有利には翼列
用の滑らかな翼形上面に妨害帯材を、マスク噴射
又は蒸着方法によつて取付けるか又はろう接膜に
よつて取付けるか、又は、妨害縁部の取付けのた
めに電気化学的又は火花腐食的な加工を行なうこ
とができる。
ばあいでもどんな困難性もなしに応用できるの
で、すでに使用された翼を本発明による形式で後
装備することができる。このために有利には翼列
用の滑らかな翼形上面に妨害帯材を、マスク噴射
又は蒸着方法によつて取付けるか又はろう接膜に
よつて取付けるか、又は、妨害縁部の取付けのた
めに電気化学的又は火花腐食的な加工を行なうこ
とができる。
図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は低圧タービンの軸方向で通流される翼列の
横断面図、第１Ａ図は表面マツハ数および境界層
経過を示した図、第２図は翼が本発明による妨害
縁部を備えた低圧タービンの２つの段の子午線断
面図、第３図は第２図−線に沿つて断面した
拡大図、第４ａ図および第４ｂ図はそれぞれ異な
る２つののこ歯形状を示す第３図矢印の方向で
見た図、第５図は突出した段部を備えた翼の横断
面図、第６図は第５図矢印の方向でみた平面
図、第７図は第５図の実施例の斜視図、第８図は
引込まれた段部を備えた翼の横断面図、第９図は
第８図による翼を矢印の方向でみた図、第１０
図は翼形上面内に沈められた段部によつて妨害縁
部が形成される第２図−線に沿つて断面した
図、第１１図は第１０図矢印XIの方向でみた図、
第１２図は沈められた段部を有する第８図に相応
する図である。 ２……範囲、３……狭い面積範囲、８……軸
線、９……タービン回転子、１０……翼、１１…
…吸引側、１２……翼形上面、１３……押圧側、
１５……帯材、２０，３０，４０……妨害縁部、
２１，３１，４１……歯頂、２２，３２，４２…
…歯底、α……開放角、β……傾斜角、ｂ……
幅、ｋ……高さ、ｔ……ピツチ、Manax……最大
速度量。
１図は低圧タービンの軸方向で通流される翼列の
横断面図、第１Ａ図は表面マツハ数および境界層
経過を示した図、第２図は翼が本発明による妨害
縁部を備えた低圧タービンの２つの段の子午線断
面図、第３図は第２図−線に沿つて断面した
拡大図、第４ａ図および第４ｂ図はそれぞれ異な
る２つののこ歯形状を示す第３図矢印の方向で
見た図、第５図は突出した段部を備えた翼の横断
面図、第６図は第５図矢印の方向でみた平面
図、第７図は第５図の実施例の斜視図、第８図は
引込まれた段部を備えた翼の横断面図、第９図は
第８図による翼を矢印の方向でみた図、第１０
図は翼形上面内に沈められた段部によつて妨害縁
部が形成される第２図−線に沿つて断面した
図、第１１図は第１０図矢印XIの方向でみた図、
第１２図は沈められた段部を有する第８図に相応
する図である。 ２……範囲、３……狭い面積範囲、８……軸
線、９……タービン回転子、１０……翼、１１…
…吸引側、１２……翼形上面、１３……押圧側、
１５……帯材、２０，３０，４０……妨害縁部、
２１，３１，４１……歯頂、２２，３２，４２…
…歯底、α……開放角、β……傾斜角、ｂ……
幅、ｋ……高さ、ｔ……ピツチ、Manax……最大
速度量。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガス又は蒸気で運転されるタービンの軸方向
で通流される翼列であつて、翼列の翼形が、流れ
を吸引側（負圧側）の翼形上面の大部分に沿つて
狭い通路面積範囲で速度最大量まで加速しかつこ
の範囲の下流で翼形後縁まで減速し、これにより
翼形境界層を吸引側の翼形長さの大部分に亘つて
層流状にするように、形成されている形式のもの
において、速度最大量（Manax）の下流で吸引側
（翼形上面）でしかも減速された流れの範囲で翼
１０がほぼ翼高Ｈ全体に亘つてのびる一貫した妨
害縁部２０，３０，４０，５０，６０を有してお
り、該妨害縁部が翼形上面に対する接平面内での
こ歯状に形成されており、更に妨害縁部が、翼形
上面自体内に、又は、通路の横断面変化により主
流に影響を及ぼすことがないような、翼形上面か
らわずかだけ突出した高さに配置されていること
を特徴とするガス又は蒸気で運転されるタービン
の軸方向で通流される翼列。 ２ 妨害縁部２０が翼形上面１２に隆起して配置
された帯材１５から形成されている特許請求の範
囲第１項記載の翼列。 ３ 妨害縁部３０が翼形上面から形成された流れ
方向に突出した段部の自由縁によつて形成されて
いる特許請求の範囲第１項記載の翼列。 ４ 妨害縁部の高さｋが、妨害縁部２０，３０の
すぐ上流の個所での吸引側の境界層のパルス損失
厚さδ2と、この個所のために高さｋ及び壁間隔に
おける速度および液体の粘性によつて形成された
レイノルズ数Rekとに関連して規定された範囲の
値を有しており、このばあい50＜Rek＜200のた
めに1.5＜Ｋ／δ2＜3.5が当て嵌り、 δ2＝１／U2・0∞ ∫ ｕ（Ｕ−ｕ）dy ｙ＝壁間隔座標 ｕ＝ｆ（ｙ）＝翼形上面に対して接線方向の速度
成分 Ｕ＝摩擦によつて妨げられない流れの速度 Rek＝uk・ｋ／vｋ vｋ＝個所ｋでの流体の動粘性 である特許請求の範囲第１項から第３項までのい
ずれか１項記載の翼列。 ５ 妨害縁部４０が翼形上面から形成された流れ
方向に引込まれた段部の自由縁である特許請求の
範囲第１項記載の翼列。 ６ 妨害縁部が翼形上面内に沈められた段部によ
つて形成されている特許請求の範囲第１項記載の
翼列。 ７ 妨害縁部が翼形上面内に沈められた段部によ
つて形成されており、更に翼形上面内の段部の高
さｋが、妨害縁部のすぐ上流の個所での境界層の
パルス損失厚さδ2と、この個所のために高さｋお
よび壁間隔における速度および液体の粘性によつ
て形成されたレイノルズ数Rekとに関連して規定
された範囲の値を有しており、このばあい200＜
Rek＜500のために２＜ｋ／δ2＜4.5が当て嵌り、 δ2＝１／U2・0∞ ∫ ｕ（Ｕ−ｕ）dy ｙ＝壁間隔座標 ｕ＝ｆ（ｙ）＝翼形上面に対して接線方向での速
度成分 Ｕ＝摩擦によつて妨げられない流れの速度 Rek＝uk・ｋ／vｋ vｋ＝個所ｋにおける流体の動粘性 である特許請求の範囲第５項記載の翼列。 ８ 妨害縁部２０，３０，４０，５０，６０がへ
りを鋭くして形成されている特許請求の範囲第１
項から第７項までのいずれか１項記載の翼列。 ９ 妨害縁部ののこ歯形状が歯頂並びに歯底で尖
つて形成されている特許請求の範囲第１項から第
８項までのいずれか１項記載の翼列。 １０ 妨害縁部ののこ歯形状が歯頂並びに歯底で
丸みを付けられている特許請求の範囲第１項から
第９項までのいずれか１項記載の翼列。 １１ 妨害縁部ののこ歯形状が歯頂および歯底で
交互に尖らしかつ丸みを付けて形成されている特
許請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１
項記載の翼列。 １２ 妨害縁部ののこ歯形状が45゜乃至120゜の開
放角αおよび翼弦長さｌの５％乃至15％のピツチ
ｔを有している特許請求の範囲第１項から第１１
項までのいずれか１項記載の翼列。 １３ 妨害帯材の幅ｂが妨害縁部に対して直角に
測定して0.05乃至0.1lである特許請求の範囲第１
２項記載の翼列。 １４ 妨害縁部を形成する沈下範囲が翼形上面１
２に対して3゜乃至6゜の傾斜角βでのびている特許
請求の範囲第７項から第１３項までのいずれか１
項記載の翼列。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3325663.2 | 1983-07-15 | ||
| DE3325663A DE3325663C2 (de) | 1983-07-15 | 1983-07-15 | Axial durchströmtes Schaufelgitter einer mit Gas oder Dampf betriebenen Turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036701A JPS6036701A (ja) | 1985-02-25 |
| JPH021962B2 true JPH021962B2 (ja) | 1990-01-16 |
Family
ID=6204120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59144599A Granted JPS6036701A (ja) | 1983-07-15 | 1984-07-13 | ガス又は蒸気で運転されるタービンの軸方向で通流される翼列 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4822249A (ja) |
| EP (1) | EP0132638B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6036701A (ja) |
| AT (1) | ATE25419T1 (ja) |
| DE (2) | DE3325663C2 (ja) |
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1986
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