JPH10196303A

JPH10196303A - 高性能翼

Info

Publication number: JPH10196303A
Application number: JP541297A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Watanabe; 英一郎渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】蒸気タービン、ガスタービン等の動翼や静翼
として使用する高性能翼に関し、二次流れの巻き上がり
を低減して、より効率を向上させることのできる高性能
翼を提供する。【解決手段】翼入口部２の翼高さ方向の形状を、翼高
さ中央部が翼１の腹４側に突出した、ラジアル方向に対
して弓形になった湾曲形状にするとともに、翼出口部６
の翼高さ方向の形状を、翼高さ中央部が翼１の背側５に
突出した弓形の湾曲形状にした翼プロフィルとした。こ
れにより、翼入口部２では、チップ壁面８およびベース
壁面９に向う流れが生じ、各壁面８，９が加圧され、二
次流れに起因する渦の発達が抑制され、二次流れ損失が
低減するとともに、翼出口部６では、翼入口部２で発生
する翼高さ方向の圧力勾配が抑制され、圧力勾配に起因
する二次流れの巻き上がりを低減して、二次流れに起因
した流動損失を低減し、タービン効率を向上させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一様流の流れの中
で作動する翼の近傍に配設された側壁面上、および翼面
上を発達する境界層内に発生する二次流れを制御して、
二次流れ損失を低減して、内部効率を向上させるため、
三次元的に形状を変えた三次元翼にし、蒸気タービン、
若しくはガスタービン等の動翼、および又は静翼として
使用するようにした高性能翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】高性能反動翼では、リアクションコント
ロールによって、動翼、静翼共に、三次元設計法による
二次流れ損失の低減が図られている。しかし、従来の翼
の三次元設計法による製作では、翼の内、外径端のチッ
プおよびベースに近接する側壁面では、側壁面上を発達
する境界層内に二次流れが発生し、これが翼の後縁から
渦として流出し、二次流れ損失を発生させるものとなっ
ていた。しかしながら、最近になって、翼の高さ方向の
形状をラジアルラインから傾けることにより、流れを側
壁面に押しつけ、チップおよびベースに近接した側壁面
における渦の発達を押さえて、翼の後縁から流出する渦
を低減して、二次流れ損失の低減を図るようにしたもの
が実用化されてきている。このように、翼の高さ方向の
形状をラジアル方向から傾斜させた高性能翼を、通常完
全三次元翼と称している。

【０００３】図３は、前述した、従来の三次元設計法に
製作された高性能翼を軸方向後流側から見た図で、翼後
縁０２の形状と、翼０１内から流出する流れ０５，０６
を示す概念図である。図に示す、翼後縁０２の形状から
理解できるように、翼高さ方向が、ラジアル方向Ｒに向
う直線状に形成された翼０１を設けるようにした高性能
翼では、三次元設計法による翼０１形状の製作により、
翼面上を発達する境界層内に発生する、二次流れ等によ
る損失の低減は図れるものの、翼０１の内、外径端に対
向して配置されるチップ壁面０３、およびベース壁面０
４上を発達する境界層内の流れに生じる、二次流れの発
生は低減できず、二次流れによって生じ、翼後縁０２か
ら渦として流出することにより生じる二次流れ損失を低
減することはできなかった。

【０００４】このため、高性能翼を軸方向後流側から見
た図で、翼後縁０２′の形状と、翼０１′内から流出す
る流れ０５，０１１を示す図４、図４に示す高性能翼の
斜視図である図５、およびチップ壁面０３とベース壁面
０４との間に配列された高性能翼の斜視図である図６に
示すように、翼高さ方向が、ラジアル方向Ｒに対してチ
ップ面０３およびベース面０４近傍で、翼高さ方向の形
状を相互に反対方向に傾斜させるとともに、翼高さ方向
に連続した弓状の曲線を形成するようにした、完全三次
元翼と称する高性能翼が製作され、使用されるようにな
ってきている。

【０００５】また、この種の高性能翼は、スキュード
（Ｓｋｅｗｅｄ）翼、又はバウ（Ｂｏｗ）翼とも呼ばれ
ることもある。さらに、このような完全三次元翼では、
図５，図６に示すように、ラジアル方向Ｒに対して、翼
０２高さ方向に設ける弓状の湾曲は、前縁近傍の翼入口
部０７および後縁０２′近傍の翼出口部０８とも、翼高
さ方向の中央部を最大突出量にして、翼腹０９側に湾曲
させるように形成されている。すなわち、図５に示すよ
うに、ラジアル方向Ｒに対して、翼高さ方向に矢視長さ
で示される量だけ、前縁から後縁０２′にかけて腹側０
１０へ湾曲させるとともに、互いにラジアル方向Ｒに対
する傾斜角が逆になるチップ側とベース側との間を、滑
らかな曲線でつなぎ弓形を形成するようにしている。

【０００６】このような従来の完全三次翼では、翼高さ
の中央部を腹側０９に弓状に湾曲させているので、チッ
プ壁面０３およびベース壁面０４近傍の背側０１０に
は、図４に矢視で示すような、これらの壁面０３，０４
に向う押し付け流れ０１１がそれぞれ発生し、チップ壁
面０３およびベース壁面０４上の圧力を上昇させ、これ
らの壁面０３，０４上に発達する、境界層内に発生する
クロスフローを低減させることによって、二次流れ損失
の低減を図ることはできる。

【０００７】しかしながら、このように、チップ壁面０
３およびベース壁面０４近傍の圧力を上昇させること
は、これらの壁面０３，０４近傍から翼高さ方向、いわ
ゆるラジアル方向Ｒへ圧力勾配が生ずることとなり、こ
の圧力勾配によって、これらの壁面０３，０４の境界層
内に発生する、二次流れのラジアル方向Ｒへの巻き上が
りが増大することとなり、この二次流れの巻き上がりに
より、翼０１′内を通過する主流０５の流れが乱され、
流動損失を大きくして、段落効率が低下するという不具
合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の高性
能翼、特にチップ壁面およびベース壁面近傍の圧力を上
昇させ、これらの壁面上で発達する境界層内で発生する
クロスフローを低減させ、二次流れ損失を低減するよう
にした、従来の完全三次元翼の特性は、そのまま維持す
るようにするとともに、従来の完全三次元翼で発生す
る、チップ壁面上およびベース壁面上から翼高さ方向に
形成される圧力勾配によって発生する、二次流れの巻き
上がりによる効率の低下を防止するため、翼出口部で、
このチップ壁面およびベース壁から翼高さ中央部に向け
て形成される圧力勾配の大きさを抑制して、二次流れの
巻き上がりを低減することによって、段落効率の低下を
少くした高性能翼を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため本発明の高性能
翼は、次の手段とした。三次元設計法により、一様流の
流れの中で作動する翼のチップ近傍に配設されたチップ
壁面、および翼のベース近傍に配設されたベース壁面近
傍の圧力を上昇させ、これらの壁面上で発達する境界層
内のクロスフローを低減させ、二次流れ損失を低減する
ようにした、完全三次元翼に製作された高性能翼におい
て、翼プロフィルを、翼入口部が翼高さ中央部で腹側に
弓状に湾曲させると共に、翼出口部が、逆に翼高さ中央
部で背側に弓状に湾曲させた翼形状にした。

【００１０】本発明の高性能翼は、上述の手段により、
従来の完全三次元翼と同様に、翼入口部の腹側への弓状
の湾曲により、翼内外径端のチップおよびベース壁面と
翼面における境界層内の二次流れを低減し、これらの面
から発生する渦の発達をおさえ、翼の後縁から流出する
渦の強さを低減して、二次流れ損失を低減することがで
きる。

【００１１】また、これに加えて、翼出口部が翼入口部
の弓状の湾曲とは逆の背側へ突出する弓状の湾曲にした
ことより、翼入口部で流れを壁面側に押し付け、チップ
壁面およびベース壁面から翼高さ中央部に向けて圧力低
下が生じていた、ラジアル方向の圧力勾配が、翼入口部
から翼出口部にかけて徐々に小さくなり、翼背面での二
次流れの半径方向への巻き上がりを低減し、二次流れ損
失を低減することとなり、従来の完全三次元翼で発生し
ていた、翼内を通過する主流の乱れが少くなり、段落効
率を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高性能翼の実施の
一形態を、図面にもとづき説明する。図１は本発明の高
性能翼の実施の第１形態を示す図で、翼高さ方向に設け
る弓状の湾曲形状を示すための斜視図、図２は図１に示
す高性能翼を、チップ壁面とベース壁面との間に配置し
たものを示すための斜視図である。

【００１３】図１に示すように、翼１の翼入口部２にお
いては、チップ側およびベース側から、徐々に腹４側へ
の突出量を大きくして、翼高さ中央部で腹４側に最も突
出させた曲線状の弓状に湾曲した形状が、翼高さ方向に
形成されている。すなわち、翼入口部２の最上流端であ
る前縁３においては、ラジアル方向Ｒから、矢視で示す
腹４方向に、矢視の長さで示す大きさだけ突出した弓状
の湾曲が形成されている。

【００１４】また、翼１の翼出口部６においては、チッ
プ側およびベース側から徐々に背側５へ突出量を大きく
して、翼高さ中央部で最大突出量になる曲線状の弓状の
湾曲が形成されている。すなわち、翼出口部６の最下流
端である後縁７においては、ラジアル方向Ｒから矢視で
示す背側５方向に、矢視の長さで示す大きさだけ突出さ
せた弓状の湾曲が形成されている。また、これらの翼高
さ方向に設けられる弓状の湾曲は、翼入口部２から翼出
口部６に向けても、不連続点のない滑めらかな曲線にさ
れて連ながれている。

【００１５】本発明の高性能翼は、上述のように構成さ
れているので、翼入口部２のラジアル方向に設けた弓状
の曲がりによって、翼入口部２においては、図２に示す
翼１のチップ側に設けられるチップ壁面８、翼１のベー
ス側に設けられるベース壁面９に向う、図４に示した押
し付け流れ０１１と同様の流れが発生し、チップ壁面８
上およびベース壁面９上の圧力を上昇させ、これら壁面
８，９上で発達する境界層内の二次流れを、これらの圧
力上昇で低減し、壁面８，９のそれぞれから発生する渦
の発達をおさえ、翼１の後縁７から流出する渦の強さを
低減して、二次流れ損失を、従来の完全三次翼と同様に
低減することができる。

【００１６】また、翼出口部６が、翼入口部２に形成さ
れた弓状の湾曲と逆の、背側５へ凸面を形成した弓状の
湾曲にしたことより、翼入口部２で、流れをチップ壁面
８、およびベース壁面９側に押し付け、チップ壁面８お
よびベース壁面９から翼高さ中央部に向けて圧力低下が
生じる、ラジアル方向の圧力勾配が、腹側４に突出した
弓形の形状から、背側に突出した弓形の形状に変化す
る、翼入口部２から翼出口部６にかけての弓形の形状の
変化により、徐々に小さくなり、翼出口部６では全んど
なくなる。このチップ壁面８上、およびベース壁面９上
から翼高さ中央部に向けて低減する圧力勾配の消滅によ
り、従来の完全三次元翼で発生していた、翼１背面での
二次流れの半径方向への巻き上がりを低減し、二次流れ
損失が低減することとなり、従来の完全三次元翼で発生
していた、翼内を通過する整流の乱れが少くなり、段落
効率を向上させることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明になる高性
能翼によれば特許請求の範囲に示す構成により、従来の
三次元設計法により製作された高性能翼を改善した完全
三次元翼に比べ、チップ壁面上およびベース壁面上か
ら、それぞれ翼高さ方向へ変化する圧力勾配の発生が抑
制され、それに伴う、二次流れの半径方向への巻き上が
りも抑制され、この二次流れに起因した流動損失が大巾
に低減されて、タービン効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高性能翼の実施の第１形態を示す図
で、翼高さ方向に設ける弓状の湾曲形状を示すための斜
視図、

【図２】図１に示す高性能翼をチップ壁面とベース壁面
の間に配置したものを示すための斜視図、

【図３】従来の三次元設計法に製作された高性能翼を軸
方向後流側から見た図で、翼後縁の形状と、翼内から流
出する流れを示す概念図、

【図４】図３に示す高性能翼を改善した従来の完全三次
元翼を軸方向後流側から見た図で、翼後縁の形状と、翼
内から流出する流れを示す概念図、

【図５】図４に示す完全三次元翼の斜視図、

【図６】図５に示す完全三次元翼をチップ壁面およびベ
ース壁面の間に配列した部分斜視図である。

【符号の説明】１翼２翼入口部３前縁４（翼の）腹５（翼の）背６翼出口部７後縁８チップ壁面９ベース壁面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気タービン、若しくはガスタービンの
動翼、および静翼として使用される高性能翼において、
翼入口部が、翼高さ中央部を腹側に突出させた弓状の湾
曲形状に形成されるとともに、翼出口部が、翼高さ中央
部を背側に突出させた弓状の湾曲形状に形成されている
ことを特徴とする高性能翼。