Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4178545B2 - Rotating machine blade - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4178545B2 - Rotating machine blade - Google Patents

Rotating machine blade Download PDF

Info

Publication number
JP4178545B2
JP4178545B2 JP2002289915A JP2002289915A JP4178545B2 JP 4178545 B2 JP4178545 B2 JP 4178545B2 JP 2002289915 A JP2002289915 A JP 2002289915A JP 2002289915 A JP2002289915 A JP 2002289915A JP 4178545 B2 JP4178545 B2 JP 4178545B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
tip
tip clearance
turbine
downstream
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
Application number
JP2002289915A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004124813A (en
Inventor
玄行 谷光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2002289915A priority Critical patent/JP4178545B2/en
Publication of JP2004124813A publication Critical patent/JP2004124813A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4178545B2 publication Critical patent/JP4178545B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転機械の動翼にかかり、より詳しくはターボ機械を構成するタービン、圧縮機、送風機等の回転機械の動翼に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3はターボジェットエンジンの模式的構成図であり、空気取入口31、ファン32、圧縮機33、燃焼器34、ガスタービン35、ジェットノズル36、等を備えている。かかるターボジェットエンジンでは、空気を空気取入口31からファン32によりエンジン内部に導入し、圧縮機33でこの空気を圧縮し、燃焼器34内で燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでガスタービン35を駆動し、このガスタービン35の動力でファン32および圧縮機33を駆動し、燃焼排ガスをジェットノズル36から後方に噴出することにより推進力を発生するようになっている。
【0003】
図4に高圧縮比のターボファンエンジンのタービン部分の拡大図を示した。このエンジンのタービンは、図示しない圧縮機を駆動するための高圧タービンとファンを駆動するための低圧タービンの2軸式構造を有している。
図に示したように動翼4の先端部(チップ部6)とケーシング2の内周面との間には間隙(チップクリアランスΔ)があり、動翼とケーシングとはそれぞれ熱膨張率が異なるため、このチップクリアランスΔの大きさはエンジンの運転状態によって変化することになる。なお、5は高圧タービン用の静翼である。
【0004】
ここで主流ガスがチップクリアランスを抜けて正圧面側(腹側)から負圧面側(背側)へ漏れることによる損失を防ぐため、低圧タービンの動翼にはシュラウド3が形成されることが多い。このシュラウドとは動翼先端に付けられた小さなセグメントであり、全動翼をタービンディスクに組み付けて隣接するシュラウドをつなぎ合わせると動翼の外周端において環をなすし、これによりチップクリアランスからの主流ガス(燃焼ガス)の漏れを抑制することができる。しかしながら低圧タービンの動翼(5,000rpm程度で回転)に比べ、非常に高速で回転し(20,000rpm程度で回転)、また高温・高圧の状況下で使用される高圧タービンの動翼においては、大きな遠心力が作用することによるクリープの影響等を考慮して一般的にシュラウドが形成されることはない。
【0005】
そこで高圧タービンの動翼4では、チップクリアランスΔからの主流ガスの漏れを抑制するためにアクティブ・クリアランス・コントロール法(ACC法)が採用されている。ACC法とは、コンプレッサから空気を取り出しこれを動翼の内部やケーシングに送り込んでその冷却を行い、熱膨張をコントロールすることによってチップクリアランスΔを狭小化して主流ガスの漏れを抑制する手法である。
【0006】
また近年では、エンジンの軽量化を目的としてタービンの高負荷化が進められている。すなわち、エンジンを軽量化するために翼の枚数を減少させる一方、1枚の翼にさせる仕事量を増加させる取り組みがなされている。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−201092号公報
【特許文献2】
特開昭58−113504号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにシュラウドを形成することができない高圧タービンの動翼では、ACC法によりチップクリアランスを可能な限り狭小化することでチップクリアランスを抜けて翼の正圧面側から負圧面側に流れる主流ガスの渦(「漏れ渦」という。)の影響を抑える努力が行われているが、これには構造的な限界があるため、タービンの高負荷化が進むにつれて漏れ渦によるタービン性能への影響(劣化)が重大な問題となってきている。すなわち、タービンの高負荷化に伴い翼の正圧面側(腹側)と負圧面側(背側)との圧力差が大きくなった結果、チップシュラウドのない高圧タービンの動翼では、ACC法によってもチップ部付近での漏れ渦の影響が大きく、これがタービン性能を著しく劣化させている実情があった。
【0009】
より具体的に説明するために高負荷化されたタービンの動翼の主流ガスの流れを解析した結果を図5にベクトルを用いて示した。この図に示したように、主流ガスは、隣接する動翼4の間を翼面に沿って流れる1次流れの他に、▲1▼ルート部15(翼の根元部分)の隅部に生じる剥離流れA、▲2▼翼面に沿って径方向に流れる径方向流れB、▲3▼チップ部6とケーシング2の内周面とのチップクリアランスを正圧面側(腹側4a)から負圧面側(背側4b)に流れる漏れ流れCなどがあり、これらの影響により動翼4の近傍には主流ガスの1次流れを乱す2次流れが発生していた。
【0010】
かかる2次流れのうち1次流れに与える損失が最も大きいのは漏れ流れCによるものであり、従来の動翼では、チップクリアランスを通過する漏れ流れと高速の1次流れとの干渉(漏れ渦)による損失がガスタービンの性能を劣化させる最大の要因となっていた。
【0011】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、チップクリアランスを通過する漏れ流れを抑制し、漏れ渦によるエネルギ損失を低減することができ、ガスタービンや圧縮機等の高性能化を達成可能とする回転機械の動翼を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、ケーシング(2)の内周面と動翼(4)のチップ部(6)との間に形成されるチップクリアランス(Δ)を通り抜けて腹側(4a)から背側(4b)に流れる主流ガスの漏れ流れを阻害するために、チップ部から腹側に庇状に突起するチップクリアランス渦低減用プレート(8)を形成し、
前記チップクリアランス渦低減用プレートは、第1位置から第2位置まで延びており、
前記第1位置は、前記動翼における最上流位置から所定距離だけ下流側の位置であり、前記第2位置は、前記動翼における最下流位置から所定距離だけ上流側の位置であり、
前記チップクリアランス渦低減用プレート(8)が前記チップ部から腹側に庇状に突起する高さは、前記第1位置と前記第2位置の付近では相対的に小さく、前記第1位置と前記第2位置との間の中央付近では相対的に大きい、ことを特徴とする回転機械の動翼の動翼を提供する。前記第1位置は、前記最上流位置に近い位置であり、前記第2位置は、前記最下流位置に近い位置であってよい。前記最上流位置はチップ部における腹側端部の上流端であり、前記最下流位置はチップ部における腹側端部の下流端であってよい。
【0013】
本発明によれば、チップクリアランスから正圧面側から負圧面側に漏れる主流ガスの漏れ流れを、動翼の腹側(正圧面側)に庇状に突起して形成したチップクリアランス渦低減用プレートにより阻害することにより減少させ、発生する漏れ渦によるエネルギ損失を低減してタービンや圧縮機等の回転機械の性能を向上させることができる。
特に本発明によれば、翼の正圧面側(腹側)と負圧面側(背側)との圧力差が大きく、ACC法によっても未だ十分に抑制することができなかった高圧タービンや高圧圧縮機での漏れ流れを簡易な形状の動翼によって効果的に減少させることができる。
【0014】
ここで、前記チップクリアランス渦低減用プレート(8)は湾曲する腹側(4a)の翼面に弦をなすように形成される、ことが好ましい。
【0015】
正圧面と負圧面との圧力差が大きく、従来多くの漏れが発生していた曲率が大きなチップ部の1次流れ方向中央付近での突起を大きく、曲率が小さく漏れ流れも少ないチップ部での突起を小さく形成することによって、漏れ流れを効果的に減少させることができると同時に、動翼の重量増加および重量増加に伴う遠心力の影響を最小限に抑えることができる。
【0016】
なお、本発明では動翼の腹側にチップクリアランス渦低減用プレートを形成することとしているが、腹側に加え背側にチップクリアランス渦低減用プレートを形成することを禁止することを意図したものではない。
【0017】
また好ましい実施例によれば、前記チップクリアランス渦低減用プレート(8)は径方向外側に向かい突起する高さを漸増するテーパー形状を有している。
【0018】
チップクリアランス渦低減用プレートの突起する高さを翼端に向かい漸増するテーパー形状とすることにより、後述するように、翼面に沿って径方向に流れる径方向流れによりチップクリアランスを抜けようとする漏れ流れを効果的に阻害し、1次流れに損失を最も大きく与える漏れ流れを減少させて回転機械の性能を向上させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を用いて説明する。なお、各図において従来例と共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【0020】
本実施例のタービンは軸流タービンであり、路断面積を徐々に広げる気体流路を内部に有するケーシングと、燃焼器出口近傍の気体流路に設けられた高速回転する高圧タービン用の静翼列5および動翼列4と、その下流側の比較的低速回転する低圧タービン用の複数段の静翼列7および動翼列9と、動翼4、9が取り付けられたローター11等を備えている(図4参照)。このタービンはエンジンの軽量化を目的として、翼の枚数を減少させる一方、1枚の翼にさせる仕事量を増加させた高負荷化されたタービンである。
【0021】
図1にこの高圧タービン動翼の本実施例の動翼の下流側から見た斜視図(a)および(a)のZ−Z断面図(b)を示した。動翼は、ハブ13に周方向に等間隔に複数枚取り付けられており、また、軸心に対してチップ部では捩れ角が大きく、ルート部15では捩れ角が小さくなった形状を有している。更に、(b)に示すように、動翼の回転方向上流側(図で左側)が正圧面側4a(腹側)、回転方向下流側(図で右側)が負圧面側4b(背側)であり、動翼の回転により、正圧面側の静圧が高く、負圧面側の静圧が低くなっている。またこの高圧タービンは通常の高圧タービンに比べ特に正圧面側と負圧面側との圧力差が大きく高負荷化されたタービンである。
【0022】
この動翼4は図2(a)に示すように中空構造を有しており、図示しないコンプレッサから取り出した圧縮空気をここに送り込んで動翼4の内部から冷却を行うとともに、圧縮空気を動翼4に形成した細孔17から噴出して動翼外周面をフィルム冷却することにより燃焼室を出た直後の高温の燃焼ガスから動翼を保護している。またケーシングも同様に圧縮空気により冷却されてその熱膨張が制御され、ケーシングの内周面と動翼のチップ部との間に形成されるチップクリアランスが狭小となるようにコントロールされおり、チップクリアランスからの燃焼ガス(主流ガス)の漏れを可能な限り少なくする工夫がなされている(アクティブ・クリアランス・コントロール法)。
【0023】
また図1及び図2(a)に示すように、この動翼4のチップ部には、湾曲した腹側4aの翼面に弦をなすように庇状に突起するチップクリアランス渦低減用プレート8が形成されている。
【0024】
高負荷化されたタービン動翼においては、図5に示したように動翼の正圧面側4a(腹側)から負圧面側4b(背側)にチップクリアランスを通り抜けて流れる漏れ流れの抑制がACC法によっても未だ十分に達成できないため、正圧面側からチップクリアランスに流れ込む漏れ流れをこのチップクリアランス渦低減用プレート8により阻害するようになっている。この動翼によれば、低廉に形成可能なチップクリアランス渦低減用プレート8を用いて効果的に漏れ流れを減少させることができ、特に高負荷化された高圧タービンの運転効率を飛躍的に向上させることができる。
【0025】
なおチップクリアランス渦低減用プレート8を動翼4の腹側4aの翼面に弦をなすように突起する形状としたのは、横軸を無次元コード(X/XB)、縦軸を無次元圧力(P/PT)として表したタービン動翼の翼面静圧分布図である図2(b)からも分かるように、曲率が大きくそのため正圧面側と負圧面側との圧力差が大きくなる部分、すなわち動翼の1次流れ方向中央付近(X/XBが0.5付近)の突起を大きく、曲率が小さくそのため正圧面側と負圧面側との圧力差が小さな部分、すなわち動翼の1次流れ方向上流側及び下流側の突起を小さく形成することにより、正圧面を径方向外側に進行しチップクリアランスを抜けて負圧面側に流れ込もうとする漏れ流れを効果的に減少させることができると同時に、動翼の重量増加を最小限に抑えるためである。
【0026】
ここで本実施例のチップクリアランス渦低減用プレート8は図1(b)に示したように、その突起する高さを翼端に向かい漸増するテーパー形状を有している。動翼4の腹側4a翼面に沿って径方向外側に流れる径方向流れBは、チップ部6近傍でチップクリアランス渦低減用プレート8の傾斜に沿ってタービンの回転方向と反対側にその進行方向を変え、ケーシング2内周面に沿ってチップクリアランスに向かう漏れ流れCと衝突しその進入を阻害する。
【0027】
上述したように本実施例の動翼4によれば、従来、径方向流れBおよび漏れ流れCのいずれもがチップクリアランスに進入して漏れ渦を発生させ、タービンの性能を劣化させていたところを、径方向流れBを漏れ流れCの阻害に利用することで両流れを相殺し、チップクリアランスを抜け2次流れを形成する漏れ流れを減少させて回転機械の性能を向上させることができる。
【0028】
なお、上述した実施例は高負荷化された高圧タービンについてのものであるが本発明はこれに限定されず、回転機械の動翼であればガスタービンの他に圧縮機や送風機等にも適用可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその適用範囲等を種々変更できることは勿論である。
【0029】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の回転機械の動翼によれば、チップクリアランスを通過する漏れ流れを抑制し、漏れ渦によるエネルギ損失を低減することで、ガスタービンや圧縮機等の高性能化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の高圧タービンの動翼を表した図である。
【図2】冷却翼断面図(a)および翼面静圧分布図(b)である。
【図3】ターボジェットエンジンの模式的構成図である。
【図4】ターボファンエンジンのタービン部分の拡大図である。
【図5】高負荷化されたタービンの動翼の主流ガスの流れをベクトルを用いて示した図である。
【符号の説明】
2 ケーシング
4 動翼
4a 腹側(正圧面側)
4b 背側(負圧面側)
5 高圧タービン用の静翼
6 チップ部
7 低圧タービン用静翼列
8 チップクリアランス渦低減用プレート
9 低圧タービン用動翼列
11 タービンディスク
13 ハブ
15 ルート部
17 細孔
31 空気取入口
32 ファン
33 圧縮機
34 燃焼器
35 ガスタービン
36 ジェットノズル
A 剥離流れ
B 径方向流れ
C 漏れ流れ
Δ チップクリアランス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating blade of a rotating machine, and more particularly to a rotating blade of a rotating machine such as a turbine, a compressor, or a blower that constitutes a turbomachine.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a turbojet engine, which includes an air inlet 31, a fan 32, a compressor 33, a combustor 34, a gas turbine 35, a jet nozzle 36, and the like. In such a turbojet engine, air is introduced into the engine from the air intake 31 by a fan 32, the air is compressed by a compressor 33, fuel is combusted in the combustor 34, and high-temperature combustion gas is generated. The gas turbine 35 is driven by the generated combustion gas, the fan 32 and the compressor 33 are driven by the power of the gas turbine 35, and the combustion exhaust gas is ejected rearward from the jet nozzle 36 to generate propulsive force. ing.
[0003]
FIG. 4 shows an enlarged view of the turbine portion of a turbofan engine with a high compression ratio. The engine turbine has a two-shaft structure of a high-pressure turbine for driving a compressor (not shown) and a low-pressure turbine for driving a fan.
As shown in the figure, there is a gap (tip clearance Δ) between the tip portion (tip portion 6) of the moving blade 4 and the inner peripheral surface of the casing 2, and the thermal expansion coefficient differs between the moving blade and the casing. Therefore, the magnitude of the tip clearance Δ varies depending on the operating state of the engine. Reference numeral 5 denotes a stationary blade for a high-pressure turbine.
[0004]
Here, a shroud 3 is often formed on the moving blade of the low-pressure turbine in order to prevent loss due to mainstream gas leaking from the pressure clearance side (abdominal side) to the negative pressure surface side (back side) through the tip clearance. . This shroud is a small segment attached to the tip of the rotor blade. When all the rotor blades are assembled to the turbine disk and adjacent shrouds are joined together, they form a ring at the outer peripheral edge of the rotor blade. Gas (combustion gas) leakage can be suppressed. However, in comparison with low-pressure turbine blades (rotating at about 5,000 rpm), they rotate at a very high speed (rotating at about 20,000 rpm), and in high-pressure turbine blades used under high-temperature and high-pressure conditions. In general, a shroud is not formed in consideration of the effect of creep caused by the action of a large centrifugal force.
[0005]
Accordingly, the active clearance control method (ACC method) is employed in the moving blade 4 of the high pressure turbine in order to suppress leakage of the mainstream gas from the tip clearance Δ. The ACC method is a method of taking out air from the compressor, sending it into the rotor blades or casing, cooling it, and controlling the thermal expansion to narrow the tip clearance Δ and suppress mainstream gas leakage. .
[0006]
In recent years, the load of the turbine has been increased for the purpose of reducing the weight of the engine. That is, in order to reduce the weight of the engine, efforts are being made to reduce the number of blades while increasing the amount of work to be performed on one blade.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-201092 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-113504
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a moving blade of a high-pressure turbine that cannot form a shroud, the mainstream gas that flows from the pressure surface side to the suction surface side of the blade through the tip clearance by narrowing the tip clearance as much as possible by the ACC method. Efforts to reduce the effects of vortices (called “leakage vortices”) are being made, but due to structural limitations, the impact of leakage vortices on turbine performance as turbines increase in load ( Deterioration) has become a serious problem. That is, as the turbine load increases, the pressure difference between the pressure surface side (abdominal side) and the suction surface side (back side) of the blade increases. As a result, the ACC method is used for moving blades of high-pressure turbines without tip shrouds. However, the influence of leakage vortices in the vicinity of the tip part was large, and there was a situation in which this significantly deteriorated the turbine performance.
[0009]
In order to explain more concretely, the result of analyzing the flow of the mainstream gas of the rotor blade of the turbine subjected to a high load is shown in FIG. 5 using vectors. As shown in this figure, the mainstream gas is generated at the corner of the root portion 15 (the root portion of the blade) in addition to the primary flow flowing along the blade surface between the adjacent blades 4. Separation flow A, (2) radial flow B flowing radially along the blade surface, (3) tip clearance between the tip portion 6 and the inner peripheral surface of the casing 2 from the pressure surface side (abdominal side 4a) to the suction surface There is a leakage flow C flowing on the side (back side 4b), and a secondary flow that disturbs the primary flow of the mainstream gas is generated in the vicinity of the rotor blade 4 due to these effects.
[0010]
Of the secondary flows, the loss given to the primary flow is the largest due to the leakage flow C. In the conventional rotor blade, the interference between the leakage flow passing through the tip clearance and the high-speed primary flow (leakage vortex) ) Was the biggest factor that deteriorated the performance of the gas turbine.
[0011]
The present invention has been made to solve such problems. That is, it is an object of the present invention to suppress the flow of leakage through the chip clearance, reduce energy loss due to leakage vortices, and achieve the performance of a rotating machine that can achieve high performance such as a gas turbine or a compressor. To provide wings.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object passes through the tip clearance (Δ) formed between the inner peripheral surface of the casing (2) and the tip portion (6) of the rotor blade (4) from the ventral side (4a). In order to inhibit the leakage flow of the mainstream gas flowing to the back side (4b), the tip clearance vortex reduction plate (8) protruding in a bowl shape from the tip portion to the ventral side is formed ,
The tip clearance vortex reduction plate extends from a first position to a second position;
The first position is a position downstream by a predetermined distance from the most upstream position in the moving blade, and the second position is a position upstream by a predetermined distance from the most downstream position in the moving blade,
The height at which the tip clearance vortex reduction plate (8) protrudes from the tip portion to the ventral side is relatively small in the vicinity of the first position and the second position, and the first position and the Provided is a rotor blade for a rotating machine blade characterized by being relatively large near the center between the second position . The first position may be a position close to the most upstream position, and the second position may be a position close to the most downstream position. The most upstream position may be an upstream end of the ventral end portion in the tip portion, and the most downstream position may be a downstream end of the ventral end portion in the tip portion.
[0013]
According to the present invention, a chip clearance vortex reduction plate formed by projecting a mainstream gas leakage flow leaking from the pressure clearance side to the suction pressure side from the tip clearance in a bowl shape on the ventral side (positive pressure surface side) of the moving blade. It is possible to improve the performance of a rotating machine such as a turbine or a compressor by reducing the energy loss due to the leaked vortex generated.
In particular, according to the present invention, the pressure difference between the pressure surface side (abdominal side) and the suction surface side (back side) of the blade is large, and the high pressure turbine and the high pressure compression that have not been sufficiently suppressed even by the ACC method. Leakage flow in the machine can be effectively reduced by a moving blade having a simple shape.
[0014]
Here, it is preferable that the tip clearance vortex reducing plate (8) is formed so as to form a string on the curved blade surface (4a).
[0015]
The pressure difference between the positive pressure surface and the negative pressure surface is large, and there is a large protrusion at the center of the primary flow direction of the tip portion with a large curvature, where a large amount of leakage has occurred in the past. By making the protrusions small, the leakage flow can be effectively reduced, and at the same time, the weight of the moving blade and the influence of the centrifugal force accompanying the weight increase can be minimized.
[0016]
In the present invention, the tip clearance vortex reduction plate is formed on the ventral side of the rotor blade, but it is intended to prohibit the formation of the tip clearance vortex reduction plate on the dorsal side in addition to the ventral side. is not.
[0017]
According to a preferred embodiment, the chip clearance vortex reducing plate (8) has a tapered shape that gradually increases the height of the protrusion protruding outward in the radial direction.
[0018]
By making the protruding height of the tip clearance vortex reducing plate gradually increase toward the blade tip, as will be described later, it tries to escape the tip clearance by the radial flow flowing in the radial direction along the blade surface. The performance of the rotating machine can be improved by effectively inhibiting the leakage flow and reducing the leakage flow that causes the largest loss to the primary flow.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected and used for the part which is common in a prior art example.
[0020]
The turbine of the present embodiment is an axial turbine, and has a casing having a gas flow passage that gradually widens the cross-sectional area of the inside, and a stationary blade for a high-pressure turbine that rotates at a high speed provided in the gas flow passage near the combustor outlet. A row 5 and a moving blade row 4, a plurality of stationary blade rows 7 and a moving blade row 9 for a low-pressure turbine rotating at a relatively low speed downstream thereof, a rotor 11 to which the moving blades 4 and 9 are attached, and the like. (See FIG. 4). This turbine is a high-load turbine in which the number of blades is decreased and the amount of work to be performed by one blade is increased in order to reduce the weight of the engine.
[0021]
FIG. 1 shows a perspective view (a) of the high-pressure turbine rotor blade as viewed from the downstream side of the rotor blade of this embodiment and a ZZ cross-sectional view (b) of FIG. A plurality of blades are attached to the hub 13 at equal intervals in the circumferential direction, and the tip portion has a larger twist angle and the root portion 15 has a smaller twist angle with respect to the axial center. Yes. Further, as shown in (b), the upstream side in the rotational direction (left side in the figure) of the rotor blade is the pressure surface side 4a (belly side), and the downstream side in the rotational direction (right side in the figure) is the suction side 4b (back side). The static pressure on the pressure surface side is high and the static pressure on the suction surface side is low due to the rotation of the moving blade. Further, this high-pressure turbine is a turbine in which the pressure difference between the pressure surface side and the suction surface side is larger than that of a normal high-pressure turbine and the load is increased.
[0022]
The moving blade 4 has a hollow structure as shown in FIG. 2 (a). The compressed air taken out from a compressor (not shown) is fed into the moving blade 4 to cool the moving blade 4, and the compressed air is moved. The blade is protected from the high-temperature combustion gas immediately after leaving the combustion chamber by ejecting from the pore 17 formed in the blade 4 and film cooling the outer peripheral surface of the blade. Similarly, the casing is also cooled by compressed air to control its thermal expansion, and the tip clearance formed between the inner peripheral surface of the casing and the tip portion of the rotor blade is controlled to be narrow. Has been devised to reduce the leakage of combustion gas (mainstream gas) as much as possible (active clearance control method).
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2A, the tip portion of the moving blade 4 has a tip clearance vortex reduction plate 8 that protrudes in a hook shape so as to form a string on the curved blade surface of the ventral side 4a. Is formed.
[0024]
In the turbine blade having a high load, as shown in FIG. 5, the leakage flow flowing through the tip clearance from the pressure surface side 4a (abdominal side) to the suction surface side 4b (back side) of the blade is suppressed. Since the ACC method cannot be achieved sufficiently, the leakage flow flowing into the chip clearance from the pressure surface side is inhibited by the chip clearance vortex reduction plate 8. According to this rotor blade, the leakage flow can be effectively reduced by using the chip clearance vortex reduction plate 8 that can be formed at low cost, and the operating efficiency of a high-pressure turbine with a particularly high load is dramatically improved. Can be made.
[0025]
The tip clearance vortex reduction plate 8 is shaped so as to form a chord on the blade surface on the ventral side 4a of the rotor blade 4. The horizontal axis is a dimensionless code (X / XB) and the vertical axis is dimensionless. As can be seen from FIG. 2 (b), which is a blade surface static pressure distribution diagram of the turbine rotor blade expressed as pressure (P / PT), the curvature is large, and therefore the pressure difference between the pressure surface side and the suction surface side becomes large. The portion, that is, the protrusion near the center of the primary flow direction of the moving blade (X / XB is around 0.5) is large and the curvature is small, so that the pressure difference between the pressure surface side and the suction surface side is small, that is, the blade surface By forming the protrusions on the upstream and downstream sides in the primary flow direction small, it is possible to effectively reduce the leakage flow that proceeds to the pressure side of the pressure surface and exits the tip clearance and flows into the suction surface side. At the same time, minimizing the weight increase of the blade It is to suppress to.
[0026]
Here, as shown in FIG. 1B, the tip clearance vortex reduction plate 8 of the present embodiment has a tapered shape in which the protruding height gradually increases toward the blade tip. The radial flow B flowing radially outward along the blade side 4a blade surface of the moving blade 4 travels in the vicinity of the tip portion 6 along the inclination of the tip clearance vortex reduction plate 8 on the opposite side of the turbine rotation direction. The direction is changed, and it collides with the leakage flow C toward the tip clearance along the inner peripheral surface of the casing 2 and inhibits its entry.
[0027]
As described above, according to the moving blade 4 of the present embodiment, conventionally, both the radial flow B and the leakage flow C enter the tip clearance to generate a leakage vortex, which deteriorates the performance of the turbine. By using the radial flow B for the inhibition of the leakage flow C, both flows can be offset, and the leakage flow that forms the secondary flow through the tip clearance can be reduced to improve the performance of the rotating machine.
[0028]
In addition, although the Example mentioned above is a thing about the high pressure turbine made high load, this invention is not limited to this, If it is a moving blade of a rotary machine, it is applied also to a compressor, an air blower, etc. besides a gas turbine. Needless to say, the scope of application and the like can be variously changed without departing from the gist of the present invention.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the rotor blade of the rotating machine of the present invention, the leakage flow passing through the tip clearance is suppressed, and the energy loss due to the leakage vortex is reduced, thereby improving the performance of the gas turbine, the compressor, and the like. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a moving blade of a high-pressure turbine according to the present embodiment.
FIG. 2 is a sectional view of a cooling blade (a) and a blade surface static pressure distribution diagram (b).
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a turbojet engine.
FIG. 4 is an enlarged view of a turbine portion of a turbofan engine.
FIG. 5 is a diagram showing the flow of mainstream gas in a moving blade of a turbine subjected to high load using vectors.
[Explanation of symbols]
2 Casing 4 Rotor blade 4a Ventral side (positive pressure side)
4b Back side (negative pressure side)
5 High pressure turbine stationary blade 6 Tip portion 7 Low pressure turbine stationary blade row 8 Tip clearance vortex reduction plate 9 Low pressure turbine blade row 11 Turbine disk 13 Hub 15 Route portion 17 Fine hole 31 Air intake 32 Fan 33 Compression Machine 34 Combustor 35 Gas turbine 36 Jet nozzle A Separation flow B Radial flow C Leakage flow Δ Chip clearance

Claims (5)

ケーシング(2)の内周面と動翼(4)のチップ部(6)との間に形成されるチップクリアランス(Δ)を通り抜けて腹側(4a)から背側(4b)に流れる主流ガスの漏れ流れを阻害するために、チップ部から腹側に庇状に突起するチップクリアランス渦低減用プレート(8)を形成し、
前記チップクリアランス渦低減用プレートは、第1位置から第2位置まで延びており、
前記第1位置は、前記動翼における最上流位置から所定距離だけ下流側の位置であり、前記第2位置は、前記動翼における最下流位置から所定距離だけ上流側の位置であり、
前記チップクリアランス渦低減用プレート(8)が前記チップ部から腹側に庇状に突起する高さは、前記第1位置と前記第2位置の付近では相対的に小さく、前記第1位置と前記第2位置との間の中央付近では相対的に大きい、ことを特徴とする回転機械の動翼。
Mainstream gas flowing from the ventral side (4a) to the back side (4b) through the tip clearance (Δ) formed between the inner peripheral surface of the casing (2) and the tip portion (6) of the rotor blade (4). In order to inhibit the leakage flow of the tip, a tip clearance vortex reduction plate (8) projecting in a bowl shape from the tip part to the ventral side is formed ,
The tip clearance vortex reduction plate extends from a first position to a second position;
The first position is a position downstream by a predetermined distance from the most upstream position in the moving blade, and the second position is a position upstream by a predetermined distance from the most downstream position in the moving blade,
The height at which the tip clearance vortex reduction plate (8) protrudes from the tip portion to the ventral side is relatively small in the vicinity of the first position and the second position, and the first position and the A rotating blade of a rotating machine, characterized in that it is relatively large near the center between the second position .
前記チップクリアランス渦低減用プレート(8)は湾曲する腹側(4a)の翼面に弦をなすように形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の回転機械の動翼。  The blade of a rotary machine according to claim 1, wherein the tip clearance vortex reducing plate (8) is formed to form a chord on the curved blade surface (4a). 前記チップクリアランス渦低減用プレート(8)は径方向外側に向かい突起する高さを漸増するテーパー形状を有している、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の回転機械の動翼。  The rotor blade of a rotary machine according to claim 1 or 2, wherein the tip clearance vortex reduction plate (8) has a tapered shape that gradually increases the height of the tip clearance vortex. 前記第1位置は、前記最上流位置に近い位置であり、前記第2位置は、前記最下流位置に近い位置である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転機械の動翼。The first position is a position close to the most upstream position, and the second position is a position close to the most downstream position. Rotor blades for rotating machinery. 前記最上流位置はチップ部における腹側端部の上流端であり、前記最下流位置はチップ部における腹側端部の下流端である、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転機械の動翼。The most upstream position is an upstream end of a ventral end portion in the tip portion, and the most downstream position is a downstream end of the ventral end portion in the tip portion. A rotating blade of a rotating machine according to the item.
JP2002289915A 2002-10-02 2002-10-02 Rotating machine blade Expired - Lifetime JP4178545B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002289915A JP4178545B2 (en) 2002-10-02 2002-10-02 Rotating machine blade

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002289915A JP4178545B2 (en) 2002-10-02 2002-10-02 Rotating machine blade

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004124813A JP2004124813A (en) 2004-04-22
JP4178545B2 true JP4178545B2 (en) 2008-11-12

Family

ID=32281948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002289915A Expired - Lifetime JP4178545B2 (en) 2002-10-02 2002-10-02 Rotating machine blade

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4178545B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014024590A1 (en) 2012-08-08 2014-02-13 独立行政法人産業技術総合研究所 Surface plasma actuator
US11041505B2 (en) 2016-03-31 2021-06-22 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Rotary machine blade, supercharger, and method for forming flow field of same
US11525457B2 (en) 2017-10-11 2022-12-13 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Impeller for centrifugal turbomachine and centrifugal turbomachine

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7281894B2 (en) * 2005-09-09 2007-10-16 General Electric Company Turbine airfoil curved squealer tip with tip shelf
US8632311B2 (en) 2006-08-21 2014-01-21 General Electric Company Flared tip turbine blade
US8480372B2 (en) * 2008-11-06 2013-07-09 General Electric Company System and method for reducing bucket tip losses
KR101277304B1 (en) * 2011-01-21 2013-06-20 금오공과대학교 산학협력단 A winglet for the plane tip of gas turbine rotor blade
US10107108B2 (en) 2015-04-29 2018-10-23 General Electric Company Rotor blade having a flared tip
EP3530957B1 (en) 2017-02-08 2021-05-12 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Compressor and turbocharger
CN109026186B (en) * 2018-09-13 2023-07-21 中国科学院工程热物理研究所 A Multivariate Coupling Passive Control Technology for Suppressing Blade Tip Clearance Flow Loss in Radial Turbine
CN114718659B (en) * 2022-03-24 2023-05-23 西北工业大学 Turbine blade tip clearance flow control method coupling radial ribs and circumferential grooves
CN117905725B (en) * 2024-01-10 2025-02-07 中国航发燃气轮机有限公司 Rotor blade, compressor and wet compression method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014024590A1 (en) 2012-08-08 2014-02-13 独立行政法人産業技術総合研究所 Surface plasma actuator
US9951800B2 (en) 2012-08-08 2018-04-24 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Surface plasma actuator
US11041505B2 (en) 2016-03-31 2021-06-22 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Rotary machine blade, supercharger, and method for forming flow field of same
US11525457B2 (en) 2017-10-11 2022-12-13 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Impeller for centrifugal turbomachine and centrifugal turbomachine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004124813A (en) 2004-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3789131B2 (en) Rotor blade with controlled tip leakage flow
US7500824B2 (en) Angel wing abradable seal and sealing method
US6609884B2 (en) Cooling of gas turbine engine aerofoils
US7967559B2 (en) Stator-rotor assembly having surface feature for enhanced containment of gas flow and related processes
EP2851511B1 (en) Turbine blades with tip portions having converging cooling holes
US7665964B2 (en) Turbine
US8727735B2 (en) Rotor assembly and reversible turbine blade retainer therefor
US9249687B2 (en) Turbine exhaust diffusion system and method
JP7237441B2 (en) System for Cooling Seal Rails of Turbine Blade Tip Shrouds
US8016552B2 (en) Stator—rotor assemblies having surface features for enhanced containment of gas flow, and related processes
US9145788B2 (en) Retrofittable interstage angled seal
US8573925B2 (en) Cooled component for a gas turbine engine
US8312729B2 (en) Flow discouraging systems and gas turbine engines
US11933193B2 (en) Turbine engine with an airfoil having a set of dimples
JP4178545B2 (en) Rotating machine blade
US11199099B2 (en) Gas turbine engines with improved airfoil dust removal
JP7237458B2 (en) rotor blade tip
CN114718656A (en) System for controlling blade clearance within a gas turbine engine
JP5010507B2 (en) Turbine stage of axial flow turbomachine and gas turbine
US10247013B2 (en) Interior cooling configurations in turbine rotor blades
JP5770970B2 (en) Turbine nozzle for gas turbine engine
EP4296473A1 (en) Augmented cooling for blade tip clearance optimization
US20170211407A1 (en) Flow alignment devices to improve diffuser performance
KR102738377B1 (en) Turbine nozzle assembly and gas turbine including the same
US11629601B2 (en) Turbomachine rotor blade with a cooling circuit having an offset rib

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050921

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080331

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080804

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080817

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4178545

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120905

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120905

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130905

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term