DE112016000685T5

DE112016000685T5 - Turbine und gasturbine

Info

Publication number: DE112016000685T5
Application number: DE112016000685.3T
Authority: DE
Inventors: Norifumi Hirata; Koichiro Iida
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-02-11
Also published as: US20180030835A1; KR20170102532A; US10655471B2; DE112016000685B4; KR101941807B1; JP6366207B2; CN107208486B; JPWO2016129628A1; WO2016129628A1; CN107208486A

Abstract

Eine Strömungspfadbreite an einer Nabenendwand (21) eines Schaufelhauptkörpers (20) verringert sich von einem vorderen Rand (25) zu einer Minimalbreite und erhöht sich von der Minimalbreite zu einem hinteren Rand (26), wobei sich die Strömungspfadbreite an einer Referenz-Schaufelhöhe (S), die von der Nabenendwand (21) des Schaufelhauptkörpers (20) zu einer Außenendseite (22) getrennt ist, allmählich von dem vorderen Rand (25) zu dem hinteren Rand (26) verringert, und wobei sich eine axiale Profilsehnenlängsposition der Minimalwert-Strömungspfadbreiten an einer jeweiligen Schaufelhöhe von der Nabenendwand (21) zu der Außenendseite (22) des Schaufelhauptkörpers (20) zu der hinteren Randseite (26) verschiebt und sich mit dem hinteren Rand (26) an der Referenz-Schaufelhöhen (S) deckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbine und eine Gasturbine.
Priorität wird von der am 10. Februar 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-024441 , deren Inhalt durch Bezug hierin inbegriffen ist, beansprucht.
Stand der Technik
Vorzugsweise erhöht bzw. vergrößert sich eine Profildicke in der Nähe der Mitte einer Nabenendwand eines Schaufelhauptkörpers in einer Strömungsrichtung, um die Festigkeit bzw. Stärke einer rotierenden Turbinenschaufel (auf welche eine Zentrifugalkraft einwirkt) zu verbessern, was in einem Anstieg der Effizienz und der Temperatur einer Gasturbine resultiert. Patentdokument 1 offenbart beispielsweise eine Schaufelstruktur, bei welcher ein Kehl- bzw. Ausrundungsabschnitt („fillet portion”) zum Verbessern der Festigkeit eines Schaufelhauptkörpers an einer Nabenendwand angeordnet ist.
Generell verringert sich bei Turbinen die Breite bzw. die Weite eines Strömungspfads zwischen benachbarten Schaufelhauptkörpern monoton zu einer stromabwärtigen Seite und ist an hinteren Rändern von Schaufeln für ein Verbrennungsgas, das durch den Strömungspfad zwischen den Hauptkörpern von benachbarten Schaufeln zu beschleunigen ist, minimiert bzw. minimal.
Stand der Technik Dokument

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung erste Publikationsnummer 2010-203259

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Fall, wo die Profildicke in der Nähe der Mitte der Nabenendwand des Schaufelhauptkörpers in der Strömungsrichtung wie oben beschrieben erhöht ist, befindet sich eine Position, wo die Strömungspfadbreite minimal ist, stromaufwärts des hinteren Rands an der Nabenendwand. In diesem Fall erfährt die Strömungspfadbreite einen Übergang von einer Verkleinerung bzw. Verengung zu einer Vergrößerung bzw. Expansion in der Nähe der Mitte in der Strömungsrichtung an der Nabenendseite, und dies führt hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an einer Schaufelfläche zu einer Verschlechterung. Genauer gesagt tritt eine plötzliche Verlangsamung in der Mitte einer Schaufelrückseite (einer saugseitigen Fläche) auf, und resultiert in einem Leistungsrückgang.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht solcher Umstände gemacht, und eine Aufgabe davon ist es, eine Turbine, die einen Effizienzrückgang vermeiden kann, während eine Festigkeit verbessert ist, und eine die Turbine umfassende Gasturbine vorzuschlagen.
Technische Lösung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Turbine eine Vielzahl von Schaufeln mit Schaufelhauptkörpern, die sich von einer Achse radial nach außen erstrecken, einen Strömungspfad, der zwischen den benachbarten Schaufelhauptkörpern durch Anordnen der Schaufeln in einer Umfangsrichtung der Achse ausgebildet ist, wobei sich eine Breite bzw. Weite des Strömungspfads an einer Nabenendwand des Schaufelhauptkörpers von einem vorderen Rand zu einer Minimalbreite bzw. -weite verringert und sich von der Minimalbreite zu einem hinteren Rand erhöht, und sich die Minimalbreite zwischen dem vorderen Rand und dem hinteren Rand befindet, wobei sich die Strömungspfadbreite an einer Referenz-Schaufelhöhe, die von der Nabenendwand zu einer Außenendseite beabstandet ist, allmählich von dem vorderen Rand zu dem hinteren Rand verringert, und wobei sich eine axiale Profilsehnenlängsposition der Minimal-Strömungspfadbreiten an einer jeweiligen Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite des Schaufelhauptkörpers zu der hinteren Randseite verschiebt und sich mit dem hinteren Rand an der Referenz-Schaufelhöhe deckt.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Strömungspfadbreite an der hinteren Randseite der Referenz-Schaufelhöhe verschmälert und die Strömungspfadbreite expandiert an der hinteren Randseite der Nabenendwand. Folglich wird an der hinteren Randseite eine dreidimensionale Strömungsratenumverteilung für eine von der Referenz-Schaufelhöhe der Seite der Nabenendwand zuzuführende Strömung durchgeführt. Weil die Strömung wie oben beschrieben der Nabenendwand zugeführt wird, kann ein plötzlicher Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit an einer Schaufelrückseite an der Seite der Nabenendwand vermieden werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sich bei der Turbine gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt die Referenz-Schaufelhöhe zwischen 5% und 25% einer Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite befinden.
In dem Bereich, der unter 5% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite fällt, ist eine Profildicke in der Nähe der Mitte einer axialen Profilsehnenlänge, um die Festigkeit der Schaufel sicherzustellen, erhöht. Dementsprechend ist die Referenz-Schaufelhöhe in dem Bereich von zumindest 5% der Schaufelhöhe. Wenn sich die Referenz-Schaufelhöhe in dem 25% der Schaufelhöhe übersteigenden Bereich befindet, wird die Referenz-Schaufelhöhe übermäßig von der Nabenendwand getrennt. Dann ist eine effektive Strömungszuführung von der Referenz-Schaufelhöhe zu der Nabenendwand unmöglich.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Referenz-Schaufelhöhe jedoch innerhalb des oben beschriebenen Bereiches festgelegt bzw. gewählt und somit kann die Festigkeit der Schaufel sichergestellt sein und eine Zuführung einer Strömung zu der Nabenendwand kann zur selben Zeit effizient durchgeführt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der Turbine gemäß dem ersten oder zweiten oben beschriebenen Aspekt, die Schaufelhöhe an einer Übergangsposition in einem Bereich innerhalb von 10% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite positioniert sein, wenn die Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhe an dem hinteren Rand des Schaufelhauptkörpers als eine Hinterrand-Strömungspfadbreite definiert ist, die Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhe an der axialen Position, welche ein Teil bzw. eine Fraktion der axialen Profilsehne ist, dieselbe ist, wie der Teil der axialen Profilsehne, welche die Minimalbreite an der Nabenendwand wiedergibt, als eine Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite definiert sein, ein Verhältnis der Hinterrand-Strömungspfadbreite zu der Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhe als ein Strömungspfadbreitenverhältnis definiert sein, und die Schaufelhöhe, wo ein Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses, das sich allmählich von einer Nabenseite zu der Außenendseite verringert, 1 erreicht, als die Übergangsposition definiert sein.
An einer Schaufelhöhe, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses 1 übersteigt, erweitert bzw. expandiert sich die hintere Randseite und somit wird die Strömungsrate zum Beibehalten der Strömungsgeschwindigkeit an der hinteren Randseite unzureichend. An einer Schaufelhöhe, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses unter 1 fällt, verringert sich die hintere Randseite und somit ist die Strömungsrate an der hinteren Randseite ausreichend. Dementsprechend kann an der hinteren Randseite die Strömung an der Schaufelhöhe, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses unter 1 fällt, der Schaufelhöhe zugeführt wird, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses 1 übersteigt. Durch die Schaufelhöhe an der Übergangsposition, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses 1 ist, der in einem Bereich innerhalb von 10% der Schaufelhöhe eingestellt ist, kann die Strömung effektiv der Schaufelhöhe zugeführt werden, wo die Strömungsrate an der hinteren Randseite unzureichend ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der Turbine gemäß dem dritten oben beschriebenen Aspekt eine Beziehung von |β-1| > |α-1| erreicht sein, wenn ein Maximalwert des Strömungspfadbreitenverhältnisses in dem Bereich innerhalb von 10% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite als das Maximalströmungspfadbreitenverhältnis α definiert ist, und der Minimalwert des Strömungspfadbreitenverhältnisses innerhalb eines Bereiches von 20% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite als das Minimalströmungspfadbreitenverhältnis β definiert ist
Durch den absoluten Wert des Unterschieds zwischen dem minimalen Strömungspfadbreitenverhältnisses β und 1, das den absoluten Wert des Unterschieds zwischen dem maximalen Strömungspfadbreitenverhältnisses α und 1 übersteigt, kann die Strömung effektiv der Schaufelhöhe zugeführt werden, wo die Strömungsrate an der hinteren Randseite unzureichend ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der Turbine gemäß dem dritten oder vierten oben beschriebenen Aspekt, eine Beziehung von B > A zwischen A und B erreicht sein, wenn eine Kurve betreffend eine Änderung des Strömungspfadbreitenverhältnisses erzeugt ist, mit einer horizontalen Achse X betreffend das Strömungspfadbreitenverhältnis und mit einer vertikalen Achse Y betreffend eine prozentuale Distanz bzw. einen prozentualen Abstand der Schaufelhöhe [%] hinsichtlich der Schaufelhöhe von der Nabenseite zu der Außenendseite, und A eine Fläche eines ersten Bereichs ist, der von der Kurve X = 1 und Y = 0% umgeben ist, und B eine Fläche eines zweiten Bereichs ist, der von der Kurve X = 1 und Y = 20% umgeben ist.
Durch diese erfüllte Beziehung kann die Strömung effizient der Schaufelhöhe an der hinteren Randseite zugeführt werden, wo die Strömungsrate unzureichend ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine einen Verdichter, der verdichtete Luft durch Verdichten von Luft erzeugt, eine Brennkammer, die ein Verbrennungsgas durch Verbrennen der verdichteten Luft mit einem Brennstoff erzeugt, und die Turbine gemäß einem des ersten bis fünften Aspekts, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
Gemäß einem achten [verbessert: siebten] Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet eine Turbinenschaufel eine Vielzahl von Turbinenschaufeln, die einen Strömungspfad zwischen den benachbarten Turbinenschaufeln durch Anordnen der Turbinenschaufeln in einer Umfangsrichtung eines Rotors bildet, wobei sich eine Breite des Strömungspfads an einer Nabenendwand der Turbinenschaufel von einem vorderen Rand zu einer Minimalbreite verringert und sich von der Minimalbreite zu einem hinteren Rand vergrößert, und sich die Minimalbreite zwischen dem vorderen Rand und dem hinteren Rand befindet, wobei sich die Strömungspfadbreite an einer Referenz-Schaufelhöhe, die von der Nabenendwand der Turbinenschaufel zu einer Außenendseite getrennt ist, allmählich von dem vorderen Rand zu dem hinteren Rand verringert, und wobei sich eine axiale Profilsehnenlängsposition der Minimal-Strömungspfadbreiten an einer jeweiligen Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite der Turbinenschaufel zu der hinteren Randseite verschiebt und sich mit dem hinteren Rand an der Referenz-Schaufelhöhenrichtungsposition deckt.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Strömungspfadbreite an der hinteren Randseite der Referenz-Schaufelhöhe verschmälert und die Strömungspfadbreite erweitert sich an der hinteren Randseite der Nabenendwand. Folglich ist an der hinteren Randseite eine dreidimensionale Strömungsratenumverteilung für eine von der Seite der Referenz-Schaufelhöhe der Seite der Nabenendwand zuzuführende Strömungsrate durchgeführt. Weil die Strömung wie oben beschrieben der Nabenendwand zugeführt wird, kann ein plötzlicher Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit an einer Schaufelrückseite an der Seite der Nabenendwand vermieden werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung kann ein Rückgang einer Effizienz, durch Vermeiden einer plötzlichen Verlangsamung an einer Schaufelrückseite einer Nabenseitenendfläche, vermieden werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Gesamtdiagramm einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Seitenansicht eines Schaufelhauptkörpers einer Schaufel der Turbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Schnittansicht, die einen Strömungspfad zwischen den benachbarten Schaufeln der Turbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welche orthogonal zu einer Schaufelhöhenrichtung ist.
4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem prozentualen Abstand einer axialen Profilsehne und einer Strömungspfadbreite an einem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 0% der Turbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem prozentualen Abstand der axialen Profilsehne und der Strömungspfadbreite an einem prozentualen Abstand einer Schaufelhöhe von 25% (Referenz-Schaufelhöhe) der Turbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Graph, der Geschwindigkeitsverteilungen einer saugseitigen und einer druckseitigen Fläche der Schaufel der Turbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Hinterrand-Strömungspfadbreite und einem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe in einem Strömungspfad einer Turbine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite und dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe in dem Strömungspfad der Turbine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Strömungspfadbreitenverhältnis und dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe in dem Strömungspfad der Turbine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Gasturbine mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben, die mit einer Turbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Wie in 1 dargestellt ist eine Gasturbine 1 mit einem Verdichter 3, einer Brennkammer 4, einer Turbine 5 und einem Rotor 2 versehen. Der Verdichter 3 erzeugt verdichtete Luft durch Eintragen und Verdichten von Luft. Die Brennkammer 4 erzeugt ein Verbrennungsgas durch Mischen eines Brennstoffs mit der durch den Verdichter 3 erzeugten verdichteten Luft, und Verbrennen des Gemischs. Das durch die Brennkammer 4 erzeugte Verbrennungsgas wird in die Turbine 5 hinein eingetragen und die Turbine 5 wird durch die in Rotationsenergie umgewandelte thermische Energie des Verbrennungsgases angetrieben bzw. gedreht. Der Rotor 2, welcher um eine Achse O drehbar ist, trägt die die Turbine 5 antreibende Kraft zu der Außenseite aus und treibt den Verdichter 3 durch Übertragen eines Teils der Kraft auf den Verdichter 3 drehend an.
Die Turbine 5 wandelt die thermische Energie des Verbrennungsgases in die mechanische Rotationsenergie um und erzeugt Kraft durch Aufbringen des Verbrennungsgases auf Schaufeln 10 (Turbinenlaufschaufeln), die an dem Rotor 2 angeordnet sind. Die Turbine 5 ist nicht nur mit der Vielzahl von Schaufeln 10 an der Seite des Rotors 2 versehen, sondern auch mit einer Vielzahl von Leitschaufeln 7 an einer Seite eines Gehäuses 6 der Turbine 5. Die Schaufeln 10 und die Leitschaufeln 7 sind abwechselnd in einer Axialrichtung des Rotors 2 angeordnet.
Die Schaufeln 10 erlauben dem Rotor 2 sich als Reaktion auf den Druck des Verbrennungsgases, das in der Richtung der Achse O des Rotors 2 strömt, um die Achse O zu drehen. Die dem Rotor 2 gegebene Rotationsenergie wird nach dem Austragen aus einem axialen Ende verwendet bzw. genutzt.
Im Folgenden werden die Schaufeln 10 der Turbine 5 detaillierter beschrieben.
Wie in 2 dargestellt hat die Schaufel 10 einen Schaufelhauptkörper 20, der sich von dem Rotor 2 in einer Radialrichtung der Achse O nach außen erstreckt. Eine Plattform (nicht dargestellt) und ein Schaufelfuß (nicht dargestellt) sind an einer Basisendseite des Schaufelhauptkörpers 20 angeordnet, also an der Seite des Rotors 2. Die Schaufel 10 ist durch den Schaufelfuß, der in eine Scheibe (nicht dargestellt) eingesetzt ist, die integral mit dem Rotor 2 gebildet ist, fest an dem Rotor 2 befestigt.
Im Folgenden wird ein innerer Endabschnitt des Schaufelhauptkörpers 20 in seiner Radialrichtung (mit der Plattform verbundener Abschnitt) als eine Nabenendwand 21 bezeichnet und ein äußerer Endabschnitt des Schaufelhauptkörpers 20 in seiner Radialrichtung wird als eine Außenseite 22 bezeichnet. Bei dem Schaufelhauptkörper 20 ist die maximale Dimension bzw. der maximale Abstand in der Radialrichtung der Achse O von der Nabenendwand 21 zu der Außenseite 22 eine Schaufelhöhe H. Zudem ist jede Position bei dem Schaufelhauptkörper 20 in seiner Radialrichtung eine Schaufelhöhe. Bei der folgenden Beschreibung wird die Schaufelhöhe des Schaufelhauptkörpers 20 zu einer Zeit, wenn die Schaufelhöhe an der Nabenendwand 21 0% ist und die Schaufelhöhe an der äußersten Durchmesserdimension der Außenseite 22 100% ist, als ein prozentualer Abstand der Schaufelhöhe bezeichnet. Gemäß dieser Definition hat die Schaufelhöhe also beispielsweise genau in der Mitte zwischen der Nabenendwand 21 und der Außenseite 22 des Schaufelhauptkörpers 20 einen prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 50%.
Wie in 3 dargestellt ist eine Fläche des Schaufelhauptkörpers 20 zu der Rückseite in einer Rotationsrichtung U des Rotors 2 eine druckseitige Fläche 23, die zu der Vorderseite in der Rotationsrichtung U gebogen bzw. geneigt ist. Eine Fläche des Schaufelhauptkörpers 20 zu der Vorderseite in der Rotationsrichtung U des Rotors 2 ist eine saugseitige Fläche 24, die zu der Vorderseite in der Rotationsrichtung U gebogen bzw. geneigt ist. Der Schaufelhauptkörper 20 hat eine Schaufelform, so dass die druckseitige Fläche 23 und die saugseitige Fläche 24 an einem vorderen Rand 25 und an einem hinteren Rand 26 des Schaufelhauptkörpers miteinander verbunden sind. Sowohl die Breite bzw. Weite der druckseitigen Fläche 23 in der Richtung der Achse O als auch die Breite bzw. Weite der saugseitigen Fläche 24 in der Richtung der Achse O verringern sich allmählich von der Nabenendseite 21 zu der Außenseite 22. Der sich über eine gesamte Schaufelhöhenrichtung erstreckende vordere Rand 25 ist eine Gratlinie („ridgeline”), die durch die druckseitige Fläche 23 und die saugseitige Fläche 24, die miteinander an einer stromaufwärtigen Seite in der Richtung der Achse O miteinander verbunden sind, gebildet ist, und der sich über die gesamte Schaufelhöhenrichtung erstreckende hintere Rand 26 ist eine Gratlinie, die durch die druckseitige Fläche 23 und die saugseitige Fläche 24, die an einer stromabwärtigen Seite in der Richtung der Achse O miteinander verbunden sind, gebildet ist.
Bei diesem Schaufelhauptkörper 20 ist ein Zwischenraum bzw. Spalt zwischen dem vorderen Rand 25 und dem hinteren Rand 26 in der Richtung der Achse O eine axiale Profilsehnenlänge C. Jede Position bei dem Schaufelhauptkörper 20 in der Richtung der Achse O ist eine axiale Profilsehnenlängsposition. In der folgenden Beschreibung wird die axiale Profilsehnenlängsposition des Schaufelhauptkörpers 20 zu einer Zeit, wenn die axiale Profilsehnenlängsposition an dem vorderen Rand 25 0% ist und die axiale Sehnenlängsposition an dem hinteren Rand 26 100% ist an jeder Schaufelhöhe als ein prozentualer Abstand der axialen Profilsehne bezeichnet. Entsprechend dieser Definition hat die axiale Profilsehnenlängsposition beispielsweise genau in der Mitte zwischen dem vorderen Rand 25 und dem hinteren Rand 26 des Schaufelhauptkörpers 20 also einen prozentualen Abstand der axialen Profilsehne von 50%.
Die Vielzahl von Schaufeln 10, die diese Schaufelhauptkörper 20 aufweisen, ist in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung der Achse O angeordnet. Wie in 3 dargestellt ist ein Strömungspfad F zwischen den Schaufelhauptkörper 20 von benachbarten Schaufeln 10 definiert und das Verbrennungsgas strömt von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite durch den Strömungspfad F.
Wie in 3 dargestellt ändert sich eine Strömungspfadbreite bzw. -weite W, welche die Breite bzw. Weite des Strömungspfads F ist, der zwischen den Schaufelhauptkörpern 20 gebildet ist, über eine axiale Profilsehnenlängsrichtung. In einem Fall, wo ein virtueller Kreis, der zu jeweils der druckseitigen Fläche 23 und der saugseitigen Fläche 24 der in der Umfangsrichtung zueinander benachbarten Schaufelhauptkörper 20 tangential ist gezeichnet ist, ist die Strömungspfadbreite W äquivalent zu dem Durchmesser des virtuellen Kreises. Die axiale Profilsehnenlängsposition und die Strömungspfadbreite W sind miteinander in einer korrespondierenden Beziehung so assoziiert, dass der Durchmesser des virtuellen Kreises an der axialen Profilsehnenlängsposition an einem Kontaktpunkt zwischen der druckseitigen Fläche 23 und des virtuellen Kreises die Strömungspfadbreite W an einer axialen Profilsehnenlängsposition an diesem Kontaktpunkt ist. Dementsprechend ist der Durchmesser des virtuellen Kreises, der zu dem hinteren Rand 26 der druckseitigen Fläche 23 tangential ist, die Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26, das heißt die Strömungspfadbreite W an dem prozentualen Abstand der axialen Profilsehne von 100% wie in 3 dargestellt.
Der Strömungspfad F erstreckt sich so, dass sich seine Form über die Radialrichtung der Achse O des Schaufelhauptkörpers 20 kontinuierlich ändert, das heißt über die gesamte Schaufelhöhenrichtung des Schaufelhauptkörpers 20. Die Strömungspfadbreite W an dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 0%, also die Strömungspfadbreite W an der Nebenendwand 21, ändert sich in der Form der in 4 dargestellten Kurve. Mit anderen Worten verringert sich die Strömungspfadbreite W an der Nabenendwand 21 monoton von dem vorderen Rand 25 (prozentualer Abstand der axialen Profilsehne von 0%), wenn sich der prozentuale Abstand der axialen Profilsehne erhöht, und zeigt einen Infinitesimalwert (Minimalwert) in der Nähe des prozentualen Abstands der axialen Profilsehne von 30%. Dann erhöht sie sich monoton, wenn sich der prozentuale Abstand der axialen Profilsehne erhöht, und erreicht den hinteren Rand 26 (prozentualer Abstand der axialen Profilsehne von 100%). Die Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26 ist kleiner als die Strömungspfadbreite W an dem vorderen Rand 25. Die Änderung der Strömungspfadbreite W an der Nabenendwand 21 ist nicht auf die oben beschriebene monotone Verringerung und Vergrößerung begrenzt und in der Mitte kann ein Bereich ohne Änderung vorhanden sein. Alternativ kann sie sich nach dem Zeigen eines Infinitesimalwerts erhöhen und einzig in der Nähe des hinteren Rands 26 wieder verringern.
Darüber hinaus übertrifft der Grad der Änderung der Strömungspfadbreite W während der monotonen Verringerung, die dem Zeigen des Infinitesimalwerts vorausgeht, den Grad der Änderung, der auf das Zeigen des Infinitesimalwerts folgt. Wie oben beschrieben erreicht die Strömungspfadbreite W an der Nabenendwand 21 den hinteren Rand 26, während sie sich erweitert nachdem die Strömungspfadbreite W zu der Seite des hinteren Rands 26 von der Seite des vorderen Rands 25 kleiner wird und zeitweise den Minimalwert zeigt.
An dem prozentualen Abstand der axialen Profilsehne, wo die Strömungspfadbreite W klein ist, erhöht sich eine Profildicke im selben Umfang. Die Nabenendwand 21 hat einen Teil, wo die Profildicke zwischen dem vorderen Rand 25 und dem hinteren Rand 26 um die Festigkeit des Schaufelhauptkörpers 20 zu erhöhen, groß ist. Dementsprechend befindet sich ein Teil, wo die Strömungspfadbreite W infinitesimal ist (d. h. eine minimale Breite) zwischen dem vorderen Rand 25 und dem hinteren Rand 26.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erfährt die axiale Profilsehnenlängsposition, wo die Strömungspfadbreite W den Minimalwert zeigt (Minimallinie-Strömungspfadbreitenposition m, die in 2 gezeigt ist), einen Übergang zu der Seite des hinteren Rands 26 von der Nabenendwand 21 zu der Außenseite 22, das heißt wenn der prozentuale Abstand der Schaufelhöhe sich erhöht. Dann erreicht die axiale Profilsehnenlängsposition, wo die Strömungspfadbreite W den Minimalwert zeigt 100% an einer vorbestimmten Schaufelhöhe, das heißt die axiale Profilsehnenlängsposition deckt sich mit dem hinteren Rand 26. In der folgenden Beschreibung wird die Schaufelhöhe, wo sich die Profilsehnenlängsrichtungsposition in der axialen Richtung, wo die Strömungspfadbreite W den Minimalwert zeigt, mit dem hinteren Rand 26 das erste Mal deckt, nachdem sie den Übergang zu der Seite des hinteren Rands 26 mit der Erhöhung des prozentualen Abstands der Schaufelhöhe erfährt, als eine Referenz-Schaufelhöhe S bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenz-Schaufelhöhe S die Position mit dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 25%.
Die Strömungspfadbreite W an einem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 25% (d. h. die Strömungspfadbreite W an der Referenz-Schaufelhöhe S) ändert sich in der Form der in 5 dargestellten Kurve. Mit anderen Worten verringert sich die Strömungspfadbreite W an der Referenz-Schaufelhöhe S zu dem hinteren Rand 26 (prozentualer Abstand der axialen Profilsehne von 100%) von dem vorderen Rand 25 (Prozentualer Abstand der axialen Profilsehne von 0%) nur monoton und zeigt keinen Infinitesimalwert. Dementsprechend zeigt die Strömungspfadbreite W an der Referenz-Schaufelhöhe S ihren Minimalwert an dem hinteren Rand 26. Dementsprechend ist die Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26 kleiner als die Strömungspfadbreite W an dem vorderen Rand 25. Die Strömungspfadbreite W verringert sich leicht bis zu einem prozentualen Abstand der axialen Profilsehne von annähernd 40% und erreicht dann den hinteren Rand 26 mit einem erhöhten Änderungsgrad.
Die Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26 ist in einem Bereich, in welchem der prozentuale Abstand der Schaufelhöhe näher an der Seite des Außenendes 22 ist als die Referenz-Schaufelhöhe S an ihrem Minimum.
Effekte der Turbine 5 werden unten beschrieben. Während dem Antreiben der Turbine 5 verringert sich die Strömungspfadbreite W zeitweise, zeigt ihren Minimalwert und erhöht ihren Durchmesser in der Nähe der Nabenendwand 21 des Strömungspfads F zwischen den Schaufelhauptkörpern 20 von benachbarten Schaufeln 10. Folglich treten abrupte Strömungsgeschwindigkeits- und Druckschwankungen auf. Die Strömungspfadbreite W an der Referenz-Schaufelhöhe S verringert sich und somit entsteht eine Form, bei welcher die Seite des hinteren Rands 26 verschmälert bzw. eingeengt ist. Dementsprechend weist die Strömung an der saugseitigen Fläche 24 des Schaufelhauptkörpers 20 eine ausreichende Strömungsrate auf.
Folglich wird eine Strömung von der Seite der Referenz-Schaufelhöhe S der Seite der Nabenendwand 21 an der Seite des hinteren Rands 26 (siehe Pfeil R in 2) zugeführt. Mit anderen Worten ist eine dreidimensionale Strömungsratenumverteilung für eine Strömung, die von dem schmalen Strömungspfad F an der Referenz-Schaufelhöhe S zu dem breiten Strömungspfad F an der Nabenendwand 21 zuzuführen ist, durchgeführt. Dementsprechend erhöht sich die Strömungsrate an der Seite des hinteren Rands 26 der Nabenendwand 21 und somit kann ein rapider Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit an der saugseitigen Fläche 24 an der Nabenendwand 21 vermieden sein.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erfährt die Minimallinie-Strömungspfadbreitenposition m den Übergang zu der Seite des hinteren Rands 26 von der Nabenendwand 21 zu der Referenz-Schaufelhöhe S und somit ist die oben beschriebene dreidimensionale Strömungsratenumverteilung in dem gesamten Bereich des Strömungspfadbreiten-Minimalpositionsübergangs durchgeführt. Folglich kann die Strömung in dem gesamten Übergangsbereich optimiert sein und ein rapider Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit an der saugseitigen Fläche 24 in dem Bereich an der Seite der Nabenendwand 21 kann effektiv vermieden sein.
6 zeigt die Resultate von Analysen von jeweiligen adiabatischen Mach-Zahlen der druckseitigen Flächen 23 und der saugseitigen Flächen 24 des Schaufelhauptkörpers 20, der eine konventionelle Form aufweist und des Schaufelhauptkörpers 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die gepunktete Linie zeigt das Analyseergebnis hinsichtlich der konventionellen Form und die durchgezogene Linie zeigt das Analyseergebnis hinsichtlich der vorliegenden Ausführungsform.
Wie es aus den Analyseergebnissen ersichtlich ist, tritt bei der konventionellen Form ein rapider Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit an der saugseitigen Fläche 24 auf und resultiert in einer Verschlechterung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung. Bei der Form gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbessert sich dagegen die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der saugseitigen Fläche 24 und kein rapider Rückgang der Strömungsrate tritt auf. Weil also eine Strömung von der Seite des Außenendes 22 zu der Nabenendwand 21 an der Seite des hinteren Rands 26 wie oben beschrieben zugeführt wird und folglich ein Fluid, das durch die minimale Strömungspfadbreite W an der Nebenendwand 21 hindurchtritt, keine rapide Verlangsamung erfährt und seine Strömungsgeschwindigkeit stabilisiert ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Strömungsgeschwindigkeit an der Nabenendwand 21 stabilisiert sein, selbst in einem Fall, wo ein Abschnitt der Profildicke wie oben beschrieben erhöht ist, um die Festigkeit sicherzustellen. Dementsprechend kann ein Rückgang der Effizienz der Turbine 5 als Gesamtes vermieden werden. Folglich kann die Turbine 5 ein hohes Effizienzlevel bzw. Effizienzniveau aufweisen, während ihre Festigkeit bei einem hohen Level bzw. Niveau beibehalten ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenz-Schaufelhöhe S an der Position mit dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 25% eingestellt bzw. gewählt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Die Referenz-Schaufelhöhe S kann in einem Bereich eines prozentualen Abstands der Schaufelhöhe von 5% bis 25% eingestellt sein.
In dem Bereich, der unter 5% der Schaufelhöhe zu der Außenendseite 22 von der Nabenendwand fällt, ist die Profildicke in der Nähe der Mitte der axialen Profilsehnenlänge C erhöht, um die Festigkeit der Schaufel 10 sicherzustellen. Dementsprechend ist die Referenz-Schaufelhöhe S in dem Bereich von zumindest 5% der Schaufelhöhe H. Wenn die Referenz-Schaufelhöhe S in dem Bereich positioniert ist, der 25% der Schaufelhöhe überschreitet, wird die Referenz-Schaufelhöhe S übermäßig von der Nabenendwand 21 getrennt. Dann wird die effektive Strömungszuführung von der Referenz-Schaufelhöhe S zu der Nabenendwand 21 unmöglich.
Dementsprechend kann die Festigkeit der Schaufel 10 sichergestellt sein und eine Zufuhr einer Strömung zu der Nabenendwand 21 kann zur selben Zeit durch die Referenz-Schaufelhöhe S, die innerhalb des Bereichs der prozentualen Schaufelhöhe von 5% bis 25% eingestellt ist, effektiv durchgeführt werden.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7 bis 9 beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform indem die Form des Schaufelhauptkörpers 20 bei der zweiten Ausführungsform, welche dieselbe Ausgestaltung mit der ersten Ausführungsform teilt, spezifiziert ist.
7 zeigt eine Beziehung zwischen dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe und der Strömungspfadbreite W des Strömungspfads F an dem hinteren Rand 26 bei der Turbine 5 gemäß der zweiten Ausführungsform (im Folgenden einfach als die Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26 bezeichnet). 7 zeigt einen Bereich des prozentualen Abstands der Schaufelhöhe von 0 bis 50% hinsichtlich dieser Beziehung. Wie in 7 dargestellt erhöht sich die Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26 leicht, während sie bis zu dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 20% von der Nabenendwand 21 (prozentualer Abstand der Schaufelhöhe von 0%) eine geringe Änderung zeigt. Dann erreicht sie einen prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 50% mit ihrer erhöhten Änderungsrate.
8 zeigt eine Beziehung zwischen dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe und einer Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite in dem Strömungspfad F der Turbine 5 gemäß der zweiten Ausführungsform. 8 zeigt einen Bereich des prozentualen Abstands der Schaufelhöhe von 0 bis 50% hinsichtlich dieser Beziehung.
Die Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite bedeutet die Strömungspfadbreite W an derselben axialen Profilsehnenlängsverhältnisposition an jeder Schaufelhöhenposition hinsichtlich der axialen Profilsehnenlängsverhältnisposition, wo die Strömungspfadbreite W ihren Minimalwert an der Nabenendwand 21 des Schaufelhauptkörper 20 zeigt. Wie in 2 dargestellt erstreckt sich eine Linie der Nabenverengungsposition L, welche einen Übergang der Position der Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite zeigt, zu der Schaufelhöhenrichtung von der Position, wo die Strömungspfadbreite W an der Nabenendwand 21 ihren Minimalwert zeigt. In einem Fall, wo die axiale Profilsehnenlängsverhältnisposition, wo die Strömungspfadbreite W an der Nabenendwand 21 ihren Minimalwert zeigt, beispielsweise 30% ist, ist die Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite die Strömungspfadbreite W an der Position, wo die axiale Profilsehnenlängsverhältnisposition an jeder Schaufelhöhenposition 30% ist.
Wie in 8 dargestellt erhöht sich die Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite von der Nabenendwand 21 zu der Schaufelhöhenrichtung monoton und erreicht einen prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 50%.
9 zeigt eine Beziehung zwischen dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe und des Strömungspfadbreitenverhältnisses in dem Strömungspfad F der Turbine 5 gemäß der zweiten Ausführungsform. 9 zeigt einen Bereich des prozentualen Abstands der Schaufelhöhe von 0 bis 50% hinsichtlich dieser Beziehung.
Das Strömungspfadbreitenverhältnis bedeutet das Verhältnis der Strömungspfadbreite W an dem hinteren Rand 26 (Hinterrand-Strömungspfadbreite) zu der Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhenposition (Hinterrand-Strömungspfadbreite/Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite).
Wie in 9 dargestellt zeigt das Strömungspfadbreitenverhältnis einen 1 übersteigenden Wert an der Nabenendwand 21 (prozentualer Abstand der Schaufelhöhe 0%) verringert sich monoton zu der Schaufelhöhenrichtung, zeigt 1 direkt vor dem prozentualen Abstand der Schaufelhöhe 10%, um genau zu sein annähernd von 8% bis 9%, und erreicht den prozentualen Abstand der Schaufelhöhe von 50% nach einem weiteren monotonen Verringern zu der Schaufelhöhenrichtung. In der folgenden Beschreibung wird der prozentuale Abstand der Schaufelhöhe, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis 1 ist, als eine Übergangsposition N bezeichnet. Diese Übergangsposition N ist nicht auf die 8% bis 9% des prozentualen Abstands der Schaufelhöhe begrenzt und kann jeden Wert innerhalb eines prozentualen Abstands der Schaufelhöhe von 10% aufweisen.
An der Schaufelhöhe, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses 1 übersteigt, erweitert sich der hintere Rand 26 und somit wird die Strömungsrate an der Seite des hinteren Rands 26 unzureichend. An einer Schaufelhöhe, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses unter 1 fällt, wird die Seite des hinteren Rands 26 kleiner und somit ist die Strömungsrate an der Seite des hinteren Rands 26 Seite ausreichend. Dementsprechend wird an der Seite des hinteren Rands 26 die Strömung an der Schaufelhöhe, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses unter 1 fällt, der Schaufelhöhe zugeführt, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses 1 übersteigt. Durch die Schaufelhöhe an der Übergangsposition N, wo der Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses 1 ist, die in einem Bereich innerhalb von 10% der Schaufelhöhe eingestellt bzw. gewählt ist, kann die Strömung effektiv der Schaufelhöhe zugeführt werden, wo die Strömungsrate an der Seite des hinteren Rands 26 unzureichend ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass eine Beziehung von |β-1| > |α-1| erfüllt ist, wenn der Maximalwert des Strömungspfadbreitenverhältnisses in dem Bereich, wo der prozentuale Abstand der Schaufelhöhe innerhalb von 10% ist, als das Maximalströmungspfadbreitenverhältnis α definiert ist und der Minimalwert des Strömungspfadbreitenverhältnisses in dem Bereich, wo der prozentuale Abstand der Schaufelhöhe innerhalb von 20% ist, als das Minimumströmungspfadbreitenverhältnis β definiert ist.
Die geometrische Bedeutung von |α-1| > |β-1| in 9 wird im Folgenden beschrieben.
Wenn die horizontale Achse (Strömungspfadbreitenverhältnis) in 9 als eine X-Achse bezeichnet ist und die vertikale Achse (prozentualer Abstand der Schaufelhöhe) in 9 als eine Y-Achse bezeichnet ist, ist das maximale Strömungspfadbreitenverhältnis α ein Schnittpunkt zwischen der Kurve in 9 und Y = 0[%]. Dementsprechend ist |α-1| der Abstand bzw. die Distanz zwischen diesem Schnittpunkt und X = 1.
Das minimale Strömungspfadbreitenverhältnis β ist ein Schnittpunkt zwischen der Kurve in 9 und Y = 20[%]. Dementsprechend ist |β-1| der Abstand zwischen dem Schnittpunkt und X = 1.
In dem Bereich, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis 1 überschreitet, ist die Strömungsrate unzureichend und somit korreliert der Wert von |α-1| mit dem Fehlbetrag der Strömungsrate in dem Bereich der Schaufelhöhenrichtung. In dem Bereich, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis unter 1 fällt, ist die Strömungsrate unzureichend und somit korreliert |β-1| mit dem Überschuss der Strömungsrate. Dementsprechend bedeutet die Erfüllung der Beziehung von |β-1| > |α-1|, dass die Strömungsrate, die zugeführt werden kann, den Fehlbetrag der Strömungsrate übersteigt. Dementsprechend kann, wenn die Beziehung einmal erfüllt ist, eine Strömung effektiv der Schaufelhöhe an der Seite des hinteren Rands 26 zugeführt werden, wo die Strömungsrate unzureichend ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es ebenfalls zu bevorzugen, dass eine Beziehung von B > A zwischen der Fläche A eines ersten Bereichs, der durch die Kurve X = 1 und Y = 0[%] in 9 umgeben ist, und der Fläche B eines zweiten Bereichs, der durch die Kurve X = 1 und Y = 20[%] in 9 umgeben ist, erfüllt ist.
In dem Bereich, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis 1 übersteigt, ist die Strömungsrate unzureichend und somit korreliert die Fläche A, die einen Abschnitt des Bereichs einnimmt, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis 1 übersteigt, mit dem Fehlbetrag der Strömungsrate in dem Bereich der Schaufelhöhenrichtung. In dem Bereich, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis unter 1 fällt, ist die Strömungsrate unzureichend und somit korreliert die Fläche B, die einen Abschnitt des Bereichs einnimmt, wo das Strömungspfadbreitenverhältnis unter 1 fällt, mit dem Überschuss der Strömungsrate. Dementsprechend bedeutet das Erfüllen der Beziehung von B > A, dass die Strömungsrate, die zugeführt werden kann, den Fehlbetrag der Strömungsrate übersteigt. Dementsprechend kann, wenn die Beziehung einmal erfüllt ist, eine Strömung weiter effektiv der Schaufelhöhe an der Seite des hinteren Rands 26 zugeführt werden, wo die Strömungsrate unzureichend ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und kann geeignet modifiziert werden ohne den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise kann die Schaufel 10 bei jeder anderen Stufe der Turbine 5, als der letzten Stufe angewendet sein, obwohl es zu bevorzugen ist, dass die Schaufel 10 bei der letzten Stufe angewendet ist. Selbst in diesem Fall kann ein Rückgang der Effizienz der Turbine 5 wie oben beschrieben vermieden werden.
Die Beispiele, die oben beschrieben worden sind nehmen die Anwendung der Schaufel 10 bei der Turbine 5 in der Gasturbine 1 an. Die Turbine 5 kann bei einer anderen Rotationsmaschine als der Gasturbine 1 angewendet sein.
Bezugszeichenliste

1: Gasturbine
2: Rotor
3: Verdichter
4: Brennkammer
5: Turbine
6: Gehäuse
7: Leitschaufel
10: Schaufel
20: Schaufelhauptkörper
21: Nabenendseite
22: Außenende
23: Druckseitige Fläche
24: Saugseitige Fläche
25: Vorderer Rand
26: Hinterer Rand
H: Schaufelhöhe
C: Axiale Profilsehnenlänge
S: Referenz-Schaufelhöhenrichtungsposition
m: Minimallinie der Strömungspfadbreitenposition
L: Linie der Nabenverengungsposition
N: Übergangsposition
O: Achse
U: Rotationsrichtung
R: Pfeil
W: Strömungspfadbreite
X: Die Position der Verengung in dem prozentualen Abstand oder axialen Profilsehne an der Nabenendwand

Claims

Eine Turbine umfassend: eine Vielzahl von Schaufeln mit Schaufelhauptkörpern, die sich von einer Achse radial nach außen erstrecken, einen Strömungspfad, der zwischen den benachbarten Schaufelhauptkörpern durch Anordnen der Schaufeln in einer Umfangsrichtung der Achse ausgebildet ist, wobei sich eine Breite bzw. Weite des Strömungspfads an einer Nabenendwand des Schaufelhauptkörpers von einem vorderen Rand zu einer Minimalbreite bzw. -weite verringert und sich von der Minimalbreite zu einem hinteren Rand erhöht, und sich die Minimalbreite zwischen dem vorderen Rand und dem hinteren Rand befindet, wobei sich die Strömungspfadbreite an einer Referenz-Schaufelhöhe, die von der Nabenendwand zu einer Außenendseite beabstandet ist, allmählich von dem vorderen Rand zu dem hinteren Rand verringert, und wobei sich eine axiale Profilsehnenlängsposition der Minimal-Strömungspfadbreiten an einer jeweiligen Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite des Schaufelhauptkörpers zu der hinteren Randseite verschiebt und sich mit dem hinteren Rand an der Referenz-Schaufelhöhe deckt.
Die Turbine gemäß Anspruch 1, wobei sich die Referenz-Schaufelhöhe zwischen 5% und 25% einer Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite befindet.
Die Turbine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaufelhöhe an einer Übergangsposition in einem Bereich innerhalb von 10% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite positioniert ist, wenn die Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhe an dem hinteren Rand des Schaufelhauptkörpers als eine Hinterrand-Strömungspfadbreite definiert ist, wobei die Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhe an der axialen Position, deren Anteil bzw. Fraktion zu der axialen Profilsehne derselbe ist wie der Anteil bzw. die Fraktion der axialen Profilsehne, welche die Minimalbreite an der Nabenendwand wiedergibt, als eine Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite definiert ist, wobei ein Verhältnis der Hinterrand-Strömungspfadbreite zu der Nabenverengungspositions-Strömungspfadbreite an jeder Schaufelhöhe als ein Strömungspfadbreitenverhältnis definiert ist, und wobei die Schaufelhöhe, wo ein Wert des Strömungspfadbreitenverhältnisses, das sich allmählich von einer Nabenseite zu der Außenendseite verringert, 1 erreicht, als die Übergangsposition definiert ist.
Die Turbine gemäß Anspruch 3, wobei eine Beziehung von |β-1| > |α-1| erreicht ist, wenn ein Maximalwert des Strömungspfadbreitenverhältnisses in dem Bereich innerhalb von 10% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite als das Maximalströmungspfadbreitenverhältnis α definiert ist, und der Minimalwert des Strömungspfadbreitenverhältnisses innerhalb eines Bereiches von 20% der Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite als das Minimalströmungspfadbreitenverhältnis β definiert ist.
Die Turbine gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei eine Beziehung von B > A zwischen A und B erreicht ist, wenn eine Kurve betreffend einer Änderung des Strömungspfadbreitenverhältnisses erzeugt ist, mit einer horizontalen Achse X betreffend das Strömungspfadbreitenverhältnis und mit einer vertikalen Achse Y betreffend eine prozentuale Distanz bzw. einen prozentualen Abstand der Schaufelhöhe [%] hinsichtlich der Schaufelhöhe von der Nabenseite zu der Außenendseite, und wobei A eine Fläche eines ersten Bereichs ist, der von der Kurve X = 1 und Y = 0% umgeben ist, und B eine Fläche eines zweiten Bereichs ist, der von der Kurve X = 1 und Y = 20% umgeben ist.
Eine Gasturbine umfassend: einen Verdichter, der verdichtete Luft durch Verdichten von Luft erzeugt, eine Brennkammer, die ein Verbrennungsgas durch Verbrennen der verdichteten Luft mit einem Brennstoff erzeugt, und die Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die durch das Verbrennungsgas angetrieben ist.
Eine Turbinenschaufel, die eine Vielzahl von Turbinenschaufeln bildet, die einen Strömungspfad zwischen den benachbarten Turbinenschaufeln durch Anordnen der Turbinenschaufeln in einer Umfangsrichtung eines Rotors bildet, wobei sich eine Breite des Strömungspfads an einer Nabenendwand der Turbinenschaufel von einem vorderen Rand zu einer Minimalbreite verringert und sich von der Minimalbreite zu einem hinteren Rand vergrößert, und sich die Minimalbreite zwischen dem vorderen Rand und dem hinteren Rand befindet, wobei sich die Strömungspfadbreite an einer Referenz-Schaufelhöhe, die von der Nabenendwand der Turbinenschaufel zu einer Außenendseite getrennt ist, allmählich von dem vorderen Rand zu dem hinteren Rand verringert, und wobei sich eine axiale Profilsehnenlängsposition der Minimal-Strömungspfadbreiten an einer jeweiligen Schaufelhöhe von der Nabenendwand zu der Außenendseite der Turbinenschaufel zu der hinteren Randseite verschiebt und sich mit dem hinteren Rand an der Referenz-Schaufelhöhenrichtungsposition deckt.