JPH08338201A - 非軸対称タービン翼通路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 静翼又は動翼を通過する作動流体のタービン
翼通路に関し、従来、軸対称に形成したタービン翼通路
で発生するタービン翼列の圧力損失により効率が低減す
る不具合があり、この不具合を解消できる装置を提供す
る。 【構成】 円周方向に設けたタービン翼１，１’の内，
外径端の円筒面上で、タービン翼前端腹側３に発生した
渦が、隣接するタービン翼の背側４’へ向けて流れる流
路の内筒２面上に、段差７を設けて、内筒面を非軸対称
にした。この段差の形成により、渦の流れは阻止され
て、背側に到達せず、タービン翼後流側へ流出するか、
少くとも背側への到達点が、タービン翼の後縁側へ移動
する。これにより背側での衝撃波の発生がなくなると共
に、背側への渦の到達により生じる、スロートの後流側
の境界層の肥大が防止でき、タービン翼列の圧力損失を
小さくでき、タービン効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジ
ン、若しくは蒸気タービンのタービン部に適用され、作
動流体が通過するタービン翼通路の横断面形状を、非軸
対称形に形成した非軸対称タービン翼通路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンのタービン部に、
内筒としてのロータディスクの外周面、ロータディスク
に植設された動翼の隣接する腹側および背側、および外
筒としてのケーシング円周面、若しくは内筒としての内
輪の外周面、外筒としての外輪の内周面、および内，外
輪の間に植設された静翼の隣接する腹側および背側、で
区画され、燃焼ガスを通過させるタービン翼通路は、そ
の横断面形状が軸対称形に形成されている。

【０００３】一方、タービン部に流入する燃焼ガスが、
内筒および外筒（以下、内筒を例に説明する）を流れる
面には、必ず壁面境界層０６が発生している。この壁面
境界層０６は、図２に示すように、動翼、又は静翼（以
下タービン翼０１という）の前縁部のよどみ点の静圧上
昇により、内筒０８の外周面から剥れ、タービン翼０１
の腹側０２と背側０３との分岐した渦０４，０５とな
る。これらの渦０４，０５のうち、腹側０２に分岐した
渦は、パッセージボルテックス０４と呼ばれ、前記した
軸対称形に形成されたタービン翼通路０７においては、
タービン翼通路０７で発生している静圧差により、内筒
０８外周面近傍を、腹側０２から背側０３へと流れてい
き、隣接して設けられたタービン翼０１’の背側０３’
に到達する。

【０００４】これにより、隣接するタービン翼０１’の
背側０３’に、損失の大きな（運動量の小さい）流れが
たまり、背側０３’にスロートを発生させ、このスロー
ト下流で発生する減速域で境界層を肥大させ、タービン
翼０１’の翼列の圧力損失を増加させるという不具合が
ある。

【０００５】また、これらのタービン部が高膨張比ター
ビンに使用される場合は、隣接するタービン翼０１’の
背側０３’に到達した、パッセージボルテックス０４に
よるブロッケージの増加により、タービン翼通路０７を
流れる燃焼ガスの流れ０９が局部的に増速し、衝撃波が
発生して、燃焼ガスの流れ０９を急減速し、これによ
り、タービン翼０３’の圧力損失が、急激に増加すると
いう不具合が発生する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内筒および
外筒が軸対称にされ、軸対称に形成された、従来のター
ビン翼通路の上述した不具合を解消するため、前縁腹側
で発生し隣接するタービン翼の背側に流れていく、パッ
セージボルテックスの流れを遮ぎり、隣接するタービン
翼の背側に到達するパッセージボルテックスの到達位置
を、少なくとも下流側に移動させるようにした、非軸対
称タービン翼通路を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の非軸
対称タービン翼通路は、次の手段とした。タービン翼の
内，外径端部に設けられ、タービン翼とともにタービン
翼通路を形成する、円筒面上のタービン翼前縁腹側に発
生し、隣接して設けたタービン翼の背側へ、円筒面に沿
って流れるパッセージボルテックスの通過する円筒面上
に、パッセージボルテックスの流れが向うタービン翼の
背側を高くした段差を設けて、タービン翼通路を形成す
る円筒面形状を非軸対称にし、タービン翼通路の横断面
形状を非軸対称にした。

【０００８】なお、円筒面上に設ける段差は、パッセー
ジボルテックスの通過する部分に限定して設け、その高
さを低くするとともに、作動流体の流れ方向に配設し
て、作動流体の流れを乱さないようにすることが好まし
い。

【０００９】

【作用】本発明の非軸対称タービン翼通路は、上述の手
段により、タービン翼の前縁腹側の円筒面上で発生し、
隣接するタービン翼の背側に向かって流れるパッセージ
ボルテックスは、円筒面上に形成された段差によって、
行く手を阻まれ、隣接するタービン翼の背側に到達でき
ないか、少くとも背側への到達位置が、段差を設けない
場合より下流側に移動する。

【００１０】パッセージボルテックスが背側へ到達でき
ない場合は、パッセージボルテックスによるブロッケー
ジ増加に伴う、背側での衝撃波の発生をなくし、タービ
ン翼通路を流れる作動流体の急減速をなくすることがで
きるとともに、タービン翼後縁側の作動流体減速域で
の、パッセージボルテックスによる境界層の肥大をなく
すことができる。

【００１１】また、隣接するタービン翼の背側へのパッ
セージボルテックスの到達位置がより下流になる場合
は、パッセージボルテックスが到達することにより、運
動量の小さい流れが溜り、スロートを形成するタービン
翼の背側の位置よりも、下流側の減速域を低減できると
ともに、この減速域に、パッセージボルテックスにより
生じる境界層の肥大を減少させることができる。

【００１２】このように、いずれの場合もタービン翼の
翼列の圧力損失を低減することができ、タービン効率を
向上させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の非軸対称タービン翼通路の実
施例を図面にもとづき説明する。図１は本発明の非軸対
称タービン翼通路の一実施例を示す図で、図１（ａ）は
斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ａ−Ａ横断面図
である。

【００１４】図に示すように、タービン翼１，１’が動
翼の場合、動翼がその周方向に植設されるロータディス
クである、また静翼の場合、静翼を外輪との間に設ける
内輪である、内筒２の外周面と、タービン翼１の腹側
３、タービン翼１’の背側４’、およびタービン翼１，
１’が動翼の場合、タービンを被包するケーシングであ
る、また静翼の場合、外輪である、図示しない外筒の内
周面で、タービン翼通路５が形成され、作動流体として
の、燃焼ガス６を通過させるようにしている。

【００１５】また、タービン翼通路５の内筒２外周面
の、タービン翼１の腹側３と隣接するタービン翼１’の
背側の間には、段差７が設けられている。この段差７
は、横断面図である図１（ｂ）に示すように、タービン
翼１の腹側３から隣接するタービン翼１’の背側４’に
向けて、傾斜を設けるとともに、傾斜の背側４’の終端
は、内筒２の半径方向の段違いを設けている。この段差
７は、図１（ａ）に示すように、タービン翼通路５を通
過する燃焼ガス６の流れを乱さない様に、タービン翼
１，１’と同様のそりを持たせ、かつ高さは５m/m 程度
に低くするとともに、長さはタービン翼１，１’の翼弦
長の２５％程度にしている。また、段差７を設けない内
筒２の外周面となめらかにつながる様な形状としてあ
る。

【００１６】従って、本実施例のタービン翼通路５の横
断面を全体として見た場合、段差７を設けた円筒２部分
の非軸対称のため、非軸対称形のタービン翼通路５に形
成されている。

【００１７】本実施例の非軸対称タービン翼通路は、上
述のように構成されているため、タービン翼通路５に流
入する燃焼ガス６の、内筒２表面に発達する壁面境界層
が、例えば、タービン翼１の前縁部で剥離して生じたパ
ッセージボルテックス０４は、図２に示すように、内筒
２表面に沿って、タービン翼１に隣接して設けたタービ
ン翼１’の背側３’に向って流れる。しかし、このパッ
セージボルテックス０４の流れは、段差７に阻止され
て、背側３’に到達せず、タービン翼１’の後流側に流
れ去るか、又は背側３’に到着するとしても、到達点が
段差７を設けない場合に比較して、後流側に移動すると
ともに、パッセージボルテックス０４の強さも、段差７
によって弱められる。

【００１８】これにより、パッセージボルテックス０４
が背側３’に到達できない場合は、パッセージボルテッ
クス０４の背側３’への到達によって、背側３’に生じ
るスロートによる、流れのブロッケージ増加に伴う、背
側３’での衝撃波の発生がなくなり、タービン翼通路５
を流れる作動流体６の急減速をなくすることができる。
また、タービン翼１’後縁側の作動流体減速域での、パ
ッセージボルテックスによる境界層の肥大をなくするこ
とができる。

【００１９】また、隣接するタービン翼１’の背側３’
へのパッセージボルテックス０４の到達位置が、より下
流になる場合は、背側１’に形成されるスロート下流側
の減速域を低減できるとともに、この減速域にパッセー
ジボルテックスにより生じる境界層の肥大を減少させる
ことができる。

【００２０】このように、いずれの場合においてもター
ビン翼１，１’の翼列の圧力損失を低減することがで
き、タービン効率を向上させることができる。

【００２１】さらに、本実施例においては、内筒２に傾
斜を設けて段差７を設けるようにし、内筒２を非軸対称
にし、タービン翼通路５を非軸対称になるようにしたの
で、内筒２の表面にフェンスを設けて、パッセージボル
テックス０４の背側３’への流れを阻止するようにした
場合に比較して、作動流体６の流れを乱さないという利
点がある。すなわち、フェンスを設ける場合、パッセー
ジボルテックス０４の流れを阻止する効果がある反面、
フェンスにより新たに渦が発生し、パッセージボルテッ
クス０４の流れの阻止による効果が少くなるのに対し
て、本実施例の場合、渦の発生が起り難いため、段差７
による効果をそのまま享受できる利点がある。

【００２２】また、本実施例では、段差７の高さを低く
するとともに、段差７の方向を作動流体６の流れの方向
に沿うように、タービン翼１，１’と同等のそりを持た
せ、しかも、段差７を設けない内筒２外周面と滑らかに
連がるようにして、パッセージボルテックス０４の通過
する部分にだけ、設けるようにしたので、段差７の設置
により作動流体６が乱されることもない。なお、本実施
例は、内筒について説明したが、本発明は外筒について
も、当然適用できるものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非軸対称
タービン翼通路によれば、特許請求の範囲に示す簡素な
構成により、タービン翼の背側に発生することのある、
衝撃波の発生をなくし、作動流体の急減速をなくするこ
とができるとともに、タービン翼後縁側の作動流体減速
域での、境界層肥大をなくすることができ、タービン翼
列で発生する圧力損失を低下させ、タービン効率が向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明非軸対称タービン翼通路の一実施例を示
す図で、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）
に示す矢視Ａ−Ａにおける横断面図。

【図２】従来の軸対称タービン翼通路の斜視図である。

【符号の説明】

１，１’ タービン翼 ２ 内筒 ３，３’ （タービン翼）腹側 ４，４’ （タービン翼）背側 ５ タービン翼通路 ６ 燃焼ガス（作動流体） ７ 段差

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒面の周方向に植設されたタービン翼
   の間に形成されるタービン翼通路において、前記タービ
   ン翼の前縁腹側の前記円筒面上で発生して、隣接する前
   記タービン翼の背側に流れるパッセージボルテックス
   が、通過する前記円筒面に、前記背側を高くした段差を
   設けて非軸対称にしたことを特徴とする非軸対称タービ
   ン翼通路。