JP5010507B2 - Turbine stage of axial flow turbomachine and gas turbine - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン等の軸流式ターボ機械に用いられるタービン段に関する。 The present invention relates to a turbine stage used in an axial turbomachine such as a gas turbine.
ガスタービンやジェットエンジン等、軸流式ターボ機械においては、通常、ロータの外周側に動翼が配列され、かつ当該動翼に対向して静翼がシュラウドの内周側に配列されて、一つのタービン段を構成している。このような軸流式ターボ機械用のタービン段においては、通常、翼の端が結合される部材、いわゆるプラットホームの外壁面(以下、エンドウォールと記す)に凹凸を設けることで、隣り合う翼間の流路におけるガスの流れを改善し、圧力損失等の空力性能を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In an axial-flow turbomachine such as a gas turbine or a jet engine, a moving blade is usually arranged on the outer peripheral side of the rotor, and a stationary blade is arranged on the inner peripheral side of the shroud so as to face the moving blade. There are two turbine stages. In such a turbine stage for an axial-flow turbomachine, a member to which blade ends are joined, that is, a so-called platform outer wall surface (hereinafter referred to as an end wall) is provided with irregularities so that adjacent blades There has been proposed a technique for improving the aerodynamic performance such as pressure loss by improving the gas flow in the flow path (see, for example, Patent Document 1).
下記の特許文献1には、エンドウォールのうち、翼の腹面側(concave pressure side)の前縁に近接した部位には、基準面より外側(流路側)に突出した突出部(bulge)が形成され、且つ翼の背面側(convex suction side)の後縁に近接した部位には、基準面より内側に凹んだ凹部(bowl)が形成されたタービン段が提案されている。 In Patent Document 1 below, a protruding portion (bulge) that protrudes outward (flow channel side) from the reference surface is formed in a portion of the end wall that is close to the leading edge of the wing's abdominal surface (concave pressure side). In addition, a turbine stage has been proposed in which a recess recessed inward from the reference surface is formed in a portion close to the rear edge of the rear side of the blade (convex suction side).
ところで、特許文献1のようなタービン段においては、エンドウォールの形状が、隣り合う翼の間に形成される流路(以下、単に「翼間流路」と記す)における空力性能のみに着目して設定されているため、当該エンドウォールには、局所的に熱伝達率の高い部位が生じることがある。 By the way, in the turbine stage as in Patent Document 1, attention is paid only to the aerodynamic performance in the flow path (hereinafter simply referred to as “flow path between blades”) in which the shape of the end wall is formed between adjacent blades. Therefore, a part having a high heat transfer rate may be locally generated in the end wall.
このように熱伝達率の高い部位の面積が大きいと、翼間流路を流れるガスから当該部位を介してプラットホームや翼に伝達される熱量が増大し、プラットホームや翼が受ける熱的負荷が増大するという問題が生じる。熱的負荷が増大すると、プラットホームや翼を冷却する冷媒の流量を増大させる必要が生じ、タービンとしての効率が低下することがあり、また、上述のエンドウォールの形状を、ガス温度が高温な高圧段に適用することが困難となる。 If the area of the part with a high heat transfer coefficient is large in this way, the amount of heat transferred from the gas flowing through the flow path between the blades to the platform and the wing through the part increases, and the thermal load received by the platform and the wing increases. Problem arises. When the thermal load increases, it becomes necessary to increase the flow rate of the refrigerant that cools the platform and blades, which may reduce the efficiency of the turbine. It becomes difficult to apply to the stage.
したがって、タービン段においては、翼間流路における空力性能を良好なものとしつつ、エンドウォールに熱伝達率の高い部位が広く生じてしまうことを抑制可能なエンドウォールの形状が求められている。 Therefore, in the turbine stage, there is a demand for an end wall shape that can suppress the occurrence of a portion having a high heat transfer coefficient in the end wall while improving the aerodynamic performance in the inter-blade flow path.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プラットホームや翼が受ける熱的負荷を低減可能なタービン段及びガスタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a turbine stage and a gas turbine capable of reducing a thermal load applied to a platform and blades.
上記の目的を達成するために、本発明に係るタービン段は、軸流式ターボ機械に用いられ、回転軸の周方向に延びているプラットホームから回転軸の径方向に延びている翼が回転軸の周方向に配列されて、隣り合う翼の間に翼間流路が形成されるタービン段であって、プラットホームの翼間流路側の壁面であるエンドウォールには、回転軸の径方向に凹む凹部が設けられており、凹部は、隣り合う翼のうち一方の翼の腹面の前縁側に沿って延びている腹側凹部と、当該腹面と対向する他方の翼の背面の前縁側に沿って延びている背側凹部と、背側凹部と腹側凹部とを、これらに対して翼間流路の下流側において接続する接続凹部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a turbine stage according to the present invention is used in an axial-flow turbomachine, and a blade extending in a radial direction of a rotating shaft from a platform extending in a circumferential direction of the rotating shaft has a rotating shaft. Are arranged in the circumferential direction of the turbine, and an inter-blade flow path is formed between adjacent blades. The end wall, which is the wall surface of the platform on the inter-blade flow path side, is recessed in the radial direction of the rotating shaft. A recessed portion is provided, and the recessed portion extends along the front edge side of the back surface of the other wing facing the abdominal surface and the abdominal side recessed portion extending along the front edge side of the abdominal surface of one wing of adjacent wings. It has an extending dorsal recess, and a connecting recess for connecting the dorsal recess and the ventral recess to the downstream side of the inter-blade channel .
本発明に係るタービン段において、凹部は、前記背側凹部とは別個に、前縁近傍から背面に沿って延びる前縁側凹部を有するものとすることができる。 The turbine stage which concerns on this invention WHEREIN: A recessed part shall have a front edge side recessed part extended along a back surface from the front edge vicinity separately from the said back side recessed part.
本発明に係るタービン段において、背側凹部と、腹側凹部は、エンドウォールのうち回転軸の周方向に延びている基準面に対して回転軸の径方向に等しい距離を以って凹んでいるものとすることができる。 In the turbine stage according to the present invention, the back-side recess and the ventral-side recess are recessed with an equal distance in the radial direction of the rotating shaft with respect to a reference surface extending in the circumferential direction of the rotating shaft of the end wall. Can be.
また、本発明に係るガスタービンは、燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービンとを備えたガスタービンであって、タービンを構成するタービン段のうち、プラットホームの翼間流路側の壁面であるエンドウォールには、回転軸の径方向に凹む凹部が設けられており、凹部は、隣り合う翼のうち一方の翼の腹面の前縁側に沿って延びている腹側凹部と、当該腹面と対向する他方の翼の背面の前縁側に沿って延びている背側凹部と、背側凹部と腹側凹部とを、これらに対して翼間流路の下流側において接続する接続凹部と、を有することを特徴とする。 A gas turbine according to the present invention is a gas turbine including a compressor that takes in and compresses combustion air, a combustor that burns the compressed air, and a turbine that extracts mechanical power from the combustion gas. Of the turbine stages constituting the turbine, an end wall that is a wall surface on the inter-blade flow path side of the platform is provided with a concave portion that is recessed in the radial direction of the rotating shaft, and the concave portion is one of adjacent blades. A ventral recess extending along the front edge of the abdominal surface of the wing, a back recess extending along the front edge of the back of the other wing facing the abdominal surface, and a back recess and a vent recess And a connection recess connected to these on the downstream side of the flow path between the blades .
本発明に係るタービン段において、凹部は、背側凹部と腹側凹部とを、これらに対して翼間流路の下流側において接続する接続凹部を有するものとすることで、腹側凹部及び背側凹部からの燃焼ガスを合流させて、一方の翼の後縁と、他方の翼の背面との間にある翼間流路の絞り部に向かう燃焼ガスの流れを減速することができ、当該絞り部に面するエンドウォールに熱伝達率の高い領域が生じることを抑制することができる。 In the turbine stage according to the present invention, the concave portion has a connection concave portion that connects the back side concave portion and the ventral side concave portion to the downstream side of the flow path between the blades. Combustion gas from the recesses can be merged to reduce the flow of combustion gas toward the throttle part of the inter-blade channel between the trailing edge of one blade and the back of the other blade. It can suppress that the area | region with a high heat transfer rate arises in the end wall which faces a part.
本発明に係るタービン段において、凹部は、前記背側凹部とは別個に、前縁近傍から背面に沿って延びる前縁側凹部を有するものとすることで、背面の前縁側に向かう燃焼ガスの流れを減速することができ、高速の燃焼ガスの流れが背面のうち前縁側に衝突して、燃焼ガスの流れに乱れが生じることを抑制することができる。 In the turbine stage according to the present invention, the recess has a front edge side recess extending from the vicinity of the front edge along the back surface separately from the back side recess, so that the flow of combustion gas toward the front edge side of the back surface The high-speed combustion gas flow can be prevented from colliding with the front edge side of the rear surface and turbulence in the combustion gas flow.
また、本発明に係るガスタービンは、タービンを構成するタービン段のうち、プラットホームの翼間流路側の壁面であるエンドウォールには、回転軸の径方向に凹む凹部が設けられており、凹部は、隣り合う翼のうち一方の翼の腹面の前縁側に沿って延びている腹側凹部と、当該腹面と対向する他方の翼の背面の前縁側に沿って延びている背側凹部と、背側凹部と腹側凹部とを、これらに対して翼間流路の下流側において接続する接続凹部と、を有するものとしたので、腹側凹部及び背側凹部からの燃焼ガスを合流させて、一方の翼の後縁と、他方の翼の背面との間にある翼間流路の絞り部に向かう燃焼ガスの流れを減速することができ、当該絞り部に面するエンドウォールに熱伝達率の高い領域が生じることを抑制することができる。 Further, in the gas turbine according to the present invention, a recess recessed in the radial direction of the rotating shaft is provided on an end wall which is a wall surface on the inter-blade flow path side of the platform among the turbine stages constituting the turbine. A ventral recess extending along the front edge of the ventral surface of one of the adjacent wings, a back recess extending along the front edge of the back of the other wing facing the ventral surface, The side recess and the ventral recess are connected to the downstream side of the flow path between the blades , so that the combustion gas from the ventral recess and the back recess is merged, The flow of combustion gas toward the throttle part of the inter-blade channel between the trailing edge of the other blade and the back surface of the other blade can be reduced, and the heat transfer coefficient of the end wall facing the throttle part is reduced. Generation of a high region can be suppressed.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
本実施例に係る軸流式ターボ機械用のタービン段の構成について図1〜図8を用いて説明する。図1は、本実施例に係るタービン段におけるエンドウォールの形状を示す展開図である。図2は、タービン段の構成例を示す斜視図である。図3−1は、図1のA−A線による断面図である。図3−2は、図1のB−B線による断面図である。図3−3は、図1のC−C線による断面図である。図4は、従来技術に係るタービン段の翼間流路における静圧分布を示す図である。図5は、本実施例に係るタービン段の翼間流路における静圧分布を示す図である。図6は、従来技術に係るタービン段のエンドウォールにおける熱伝達率の分布を示す図である。図7は、本実施例に係るタービン段のエンドウォールにおける熱伝達率を示す図である。図8は、本実施例に係るガスタービンの全体構成を示す断面図である。 A configuration of a turbine stage for an axial-flow turbomachine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a development view showing the shape of an end wall in a turbine stage according to the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of the turbine stage. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3-2 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. FIG. 4 is a diagram showing a static pressure distribution in a flow path between blades of a turbine stage according to the related art. FIG. 5 is a diagram illustrating a static pressure distribution in the inter-blade flow path of the turbine stage according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the distribution of heat transfer coefficient in the end wall of the turbine stage according to the prior art. FIG. 7 is a diagram showing the heat transfer coefficient in the end wall of the turbine stage according to this embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the gas turbine according to the present embodiment.
なお、図1、図4〜図7は、軸流式ターボ機械のロータの回転軸の周方向(図に矢印Cで示す)に延びるプラットホームを、直線状に展開した図面となっている。また、図1、図4〜図7において、翼については、その断面である翼形(aerofoil)のみを示している。 1 and 4 to 7 are drawings in which a platform extending in the circumferential direction (indicated by an arrow C in the drawing) of the rotary shaft of the rotor of the axial-flow turbomachine is linearly developed. Moreover, in FIG. 1, FIG. 4-FIG. 7, about the wing | blade, only the airfoil (aerofoil) which is the cross section is shown.
図8に示すように、ガスタービン1は、空気の流れの上流側から下流側に向かって空気取入口2、圧縮機3、燃焼器4及びタービン5が設けられている。空気取入口2から取り込まれた空気は、圧縮機3によって圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器4に給送される。燃焼器4は、その内部に形成された燃焼室において、圧縮空気に天然ガス等の気体燃料、或いは軽油や重油等の液体燃料を供給して燃料を燃焼させて、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼室で生じた高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼器4から、タービン5に向けて噴射される。噴射された燃焼ガスにより、タービン5は回転駆動される。燃焼ガスからタービン5が受けた機械的動力のうち一部は、圧縮機3の回転駆動に用いられ、残りは、発電等に供される。
As shown in FIG. 8, the gas turbine 1 is provided with an air intake 2, a
このようなタービン5は、通常、内周に静翼が配列されたケーシング7(車室)と、外周に動翼が配列されたロータ8とを有しており、当該ロータ8は、燃焼ガスの流れを受けて動翼と一体に回転する。タービン5において、動翼の翼列と、静翼の翼列は、一対となって一つのタービン段(turbine stage)を構成している。つまり、タービン5は、複数のタービン段から構成されている。なお、タービン段を構成する動翼及び静翼のうち一方を、単に「翼」と記す。つまり、タービン段には、動翼の翼列及び静翼の翼列のうち少なくとも一方が含まれている。 Such a turbine 5 usually has a casing 7 (chamber) in which stationary blades are arranged on the inner periphery, and a rotor 8 in which moving blades are arranged on the outer periphery, and the rotor 8 includes combustion gas. In response to this flow, it rotates together with the moving blade. In the turbine 5, the blade row of the moving blades and the blade row of the stationary blades constitute a turbine stage as a pair. That is, the turbine 5 is composed of a plurality of turbine stages. One of the moving blades and the stationary blades constituting the turbine stage is simply referred to as “blade”. That is, the turbine stage includes at least one of a blade row of moving blades and a blade row of stationary blades.
図2に示すように、タービン段10において、翼20が結合される部材であるプラットホーム14は、図に矢印Aで示すように、ロータ回転軸(以下、単に「回転軸」と記す)の軸方向に幅を有しており、且つ回転軸の周方向(図に矢印Cで示す)に延びている。プラットホーム14には、回転軸の周方向に所定の間隔を空けて、同一形状の翼が全周に亘って配列されている。すなわち、タービン段10には、ロータ回転軸の周方向に列をなす翼列が設けられている。
As shown in FIG. 2, in the
各翼20の外表面は、前縁22と後縁28を境界にして、タービン段10に流入する燃焼ガス(流動方向を図に矢印Gで示す)からの圧力を受ける腹面24と、腹面24と対向して形成された背面26で構成されている。つまり、翼20は、腹面24と背面26で囲まれて、その翼形が規定されている。各翼20の端は、プラットホーム14に結合されて回転軸の周方向に配列されている。
The outer surface of each
このようにして隣り合う翼20の間には、燃焼ガスが流れる流路(以下、翼間流路と記す)30が形成されている。以下の説明において、プラットホーム14のうち翼間流路30側の壁面を「エンドウォール」と記して符号15で示す。なお、図2の下部には、エンドウォール15と翼20の腹面24及び背面26との交線、すなわち翼形を二点鎖線で示している。
Thus, a flow path (hereinafter referred to as a flow path between blades) 30 through which combustion gas flows is formed between
また、以下の説明において、図に矢印Aで示す回転軸の軸方向のうち、燃焼ガスの流動方向の上流側を「前方」と記す。これに対して、燃焼ガスの流動方向の下流側を「後方」と記す。 In the following description, the upstream side in the flow direction of the combustion gas in the axial direction of the rotating shaft indicated by the arrow A in the figure is referred to as “front”. On the other hand, the downstream side in the flow direction of the combustion gas is described as “rear”.
タービン段10において、エンドウォール15は、回転軸の周方向(図に矢印Cで示す)に延びている。エンドウォール15には、回転軸から径方向に等しい距離に位置している面(以下、基準面と記す)15aに対して、回転軸の径方向を内側に凹んでいる凹み(以下、凹部と記す)50が形成されている。なお、図において、回転軸の径方向は、矢印Aで示す軸方向と矢印Cで示す周方向の双方に直交する方向である。凹部50は、隣り合う翼20の間に設けられており、回転軸の周方向に全周に亘って配列されている。
In the
図1及び図2に示すように、一方の翼20の腹面24と、当該翼20の腹面24と対向する他方の翼20の背面26との間には、翼間流路30が形成されており、凹部50は、エンドウォール15のうち翼間流路30に対応して設けられている。凹部50は、回転軸の軸方向Aのうち前縁22側すなわち前方を上にし、後縁28側すなわち後方を下にした略V字形状をなしている。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
なお、翼間流路30において燃焼ガスの流動方向の上流側すなわち前縁22側を、単に「上流側」と記す。これに対して、燃焼ガスの流動方向の下流側すなわち後縁28側を、単に「下流側」と記す。また、翼間流路30において、一方の翼20の後縁28と、他方の翼20の背面26との間に形成される最も流路幅の狭い部位を、以下に「絞り部」と記して符号33で示す。
In the
また、図1において、凹部50のうち回転軸から径方向に等距離に位置している基準面15aに対して回転軸の径方向に凹む距離(以下、「深さ」と記す)が等しい部位を、同一の線で結んでいる。各線には、それぞれ深さを示す任意の指数(0〜3)を付与している。指数0(ゼロ)は、基準面15aを示し、指数が大きくなるに従って深さが大きく(深く)なることを示している。なお、凹部50のうち最も深い部位で4〜6mm程度である。
Further, in FIG. 1, a portion of the
凹部50は、図1及び図3−1〜図3−3に示すように、一方の翼20の腹面24の前縁22側の部位に沿って延びている腹側凹部54と、他方の翼20の背面26の前縁22側の部位に沿って延びている背側凹部56と、これら腹側凹部54及び背側凹部56を、当該腹側凹部54及び背側凹部56に対して翼間流路30の下流側において接続する接続凹部58とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 3-1 to 3-3, the
腹側凹部54は、図1、図3−1及び図3−2に示すように、翼20の腹面24に沿って延びており、且つ当該腹面24には被らないように、すなわち腹側凹部54により腹面24に凹凸が形成されないように構成されている。腹側凹部54における軸方向Aの前方の端54aは、前縁22に比べて僅かに前方に設定されている。このように構成された腹側凹部54は、エンドウォール15に沿って翼間流路30に流入する燃焼ガスのうち、翼20の腹面24に向かう燃焼ガスの流速を減速させることが可能となっている。
As shown in FIGS. 1, 3-1, and 3-2, the
一方、背側凹部56は、腹側凹部54と同様に、一方の翼20と隣り合う他方の翼20の背面26に沿って延びている。背側凹部56は、当該背面26には被らないように、すなわち背側凹部56により背面26に凹凸が形成されないように構成されている。背側凹部56における軸方向Aの前方の端56aは、前縁22に比べて僅かに前方に設定されている。このように構成された背側凹部56は、エンドウォール15に沿って翼間流路30に流入する燃焼ガスのうち、翼20の背面26に向かう燃焼ガスの流速を減速させることが可能となっている。
On the other hand, the
これら背側凹部56と腹側凹部54は、図3−1及び図3−2に示すように、エンドウォール15の基準面15a(図に破線で示す)に対して、回転軸の径方向(図に矢印Rで示す)に等しい距離を以って凹んでいる。すなわち、背側凹部56の底56cと、腹側凹部54の底54cは、基準面15aから回転軸径方向に同一の距離に位置するよう設定されている。腹側凹部54及び背側凹部56に対して軸方向Aの後方すなわち翼間流路30の下流側すなわち後縁28側には、接続凹部58が設けられており、腹側凹部54と背側凹部56は、当該接続凹部58を介して接続されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the back-side
接続凹部58は、図1及び図3−3に示すように、一方の翼20の腹面24と他方の翼20の背面26との間に形成される翼間流路30に沿って延びており、接続凹部58の軸方向Aの後方の端58aは、翼20の後縁28の近傍に設定されている。このように構成された接続凹部58は、腹側凹部54及び背側凹部56からの燃焼ガスを合流させて、一方の翼20の後縁28と、他方の翼20の背面26との間にある翼間流路30の絞り部33に導くことが可能となっており、また、翼間流路30を前縁22側から絞り部33に向かう燃焼ガスの流れを減速することが可能となっている。
As shown in FIGS. 1 and 3-3, the
次に、本実施例に係るタービン段の翼間流路における静圧分布について、凹部が形成されていないタービン段と比較して図4及び図5を用いて説明する。図4及び図5において、静圧が等しい部位を同一の線(圧力等高線)で結んでいる。各線には、それぞれ静圧を示す任意の指数(2〜11)を付与しており、指数が大きくなるに従って静圧が高くなることを示している。なお、静圧が最も低い部位で約90kPaである。 Next, the static pressure distribution in the inter-blade flow path of the turbine stage according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 in comparison with a turbine stage in which no recess is formed. In FIG.4 and FIG.5, the part with equal static pressure is connected with the same line (pressure contour line). Each line is given an arbitrary index (2 to 11) indicating a static pressure, and indicates that the static pressure increases as the index increases. In addition, it is about 90 kPa in the site | part where static pressure is the lowest.
凹部50を有しないタービン段100においては、図4に示すように、翼間流路30において前縁22側から絞り部33に向けて静圧が緩やかに低下している。特に、絞り部33の上流側において、指数8〜指数4で示すように、略均等な圧力勾配で静圧が低下している。
In the
一方、凹部50が形成されたタービン段10においては、図5に示すように、凹部50を有しないタービン段100に比べて、指数8〜指数4の圧力等高線が密になっており、絞り部33の直上流側における圧力勾配が急峻なものとなっている。その分、翼間流路30のうち上流側(前縁22側)においては、圧力勾配が緩やかなものとなり、翼間流路30に流入した燃焼ガスの流れが、腹面24又は背面26に衝突して、乱れた流れ(以下、二次流れと記す)が生じてしまうことを抑制することができる。
On the other hand, in the
次に、本実施例に係るタービン段のエンドウォールにおける熱伝達率の分布について、凹部が形成されていないタービン段と比較して図6及び図7を用いて説明する。図6及び図7において、熱伝達率[W/(m2・K)]が等しい部位を同一の線(等熱伝達率線)で結んでいる。各線には、それぞれ熱伝達率を示す任意の指数(1〜5)を付与しており、指数が大きくなるに従って熱伝達率が高くなることを示している。 Next, the distribution of the heat transfer coefficient in the end wall of the turbine stage according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 in comparison with the turbine stage in which no recess is formed. In FIG.6 and FIG.7, the part with the same heat transfer coefficient [W / (m < 2 > * K)] is connected with the same line (isothermal transfer coefficient line). Each line is given an arbitrary index (1 to 5) indicating the heat transfer coefficient, indicating that the heat transfer coefficient increases as the index increases.
凹部を有しないタービン段100においては、図6に示すように、翼間流路30のうち絞り部33において、他に比べて熱伝達率が特に高い領域、例えば、指数5で示す等熱伝達率線で囲まれた領域が生じている。当該部位は、絞り部33から背面26に沿って延びている。このような熱伝達率の高い領域がエンドウォール15に広い面積に亘って生じると、翼間流路30を流れる燃焼ガスの熱が当該部位からプラットホーム14に伝達され、プラットホーム14や、これに結合される翼20が受ける熱的負荷が増大するという問題が生じてしまう。
In the
一方、本実施例に係るタービン段10においては、エンドウォール15に凹部50が形成されているため、図7に示すように、翼間流路30の絞り部33において、凹部50を有しないタービン段100に比べて、指数5の等熱伝達率線により囲まれた熱伝達率の高い領域の面積が減少している。また、翼間流路30において、指数3や指数2の等熱伝達率線で囲まれた領域も減少しており、その分、指数1の等熱伝達率線により囲まれた領域が増加している。
On the other hand, in the
このようにして、凹部50が形成されたタービン段10は、翼間流路30に対応するエンドウォール15において、凹部50を有しないタービン段100に比べて熱伝達率の高い領域を縮小している。これにより、タービン段10は、翼間流路30を流れる燃焼ガスから、エンドウォール15を介してプラットホーム14に伝達される熱量を低減することができ、当該プラットホーム14や、これに結合された翼20の熱的負荷を低減することができる。
In this way, the
以上に説明したように本実施例に係るタービン段10は、プラットホーム14の翼間流路30側の壁面であるエンドウォール15には、回転軸の径方向Rに凹む凹部50が周方向Cに配列されており、当該凹部50は、隣り合う翼20のうち一方の翼の腹面24のうち前縁22側に沿って延びている腹側凹部54と、当該腹面24と対向する他方の翼の背面26のうち前縁22側に沿って延びている背側凹部56と、を有している。
As described above, in the
タービン段10において、エンドウォール15に沿って翼間流路30に流入する燃焼ガスのうち、翼20の背面26に向かう燃焼ガスの流速を背側凹部56が減速させると共に、翼20の腹面24に向かう燃焼ガスの流速を腹側凹部54が減速させる。これにより、タービン段10は、翼間流路30に面するエンドウォール15において熱伝達率の高い領域が生じることを、凹部50を有しないタービン段100に比べて減少させることができ、翼間流路30を流れる燃焼ガスから翼20及びプラットホーム14が受ける熱的負荷を低減することができる。
In the
また、本実施例に係るタービン段10は、凹部50は、背側凹部56と腹側凹部54とを、これらに対して翼間流路30の下流側において接続する接続凹部58を有するものとしたので、腹側凹部54及び背側凹部56からの燃焼ガスを合流させて、一方の翼20の後縁28と、他方の翼20の背面26との間にある翼間流路30の絞り部33に向かう燃焼ガスの流れを減速することができる。当該絞り部30に面するエンドウォール15に熱伝達率の高い領域が生じることを抑制することができる。
Further, in the
なお、本実施例に係るタービン段10は、背側凹部56と腹側凹部54は、エンドウォール15のうち回転軸の周方向Cに延びている基準面15aに対して回転軸の径方向Rに等しい距離を以って凹んでいるものとしたが、これに限定されるものではない。背側凹部56と腹側凹部54が回転軸の径方向に凹む距離は、翼間流路における空力性能等に応じて任意の値に設定することができる。
In the
また、本実施例に係るガスタービン1は、燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機3と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器4と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービン5とを備えたガスタービン1であって、タービン5を構成するタービン段10のうち、プラットホーム14の翼間流路30側の壁面であるエンドウォール15には、回転軸の径方向に凹む凹部50が設けられている。凹部50は、隣り合う翼20のうち一方の翼20の腹面24の前縁22側に沿って延びている腹側凹部54と、当該腹面24と対向する他方の翼の背面26の前縁22側に沿って延びている背側凹部56と、を有している。タービン段10において、エンドウォール15に沿って翼間流路30に流入する燃焼ガスのうち、翼20の背面26に向かう燃焼ガスの流速を背側凹部56が減速させると共に、翼20の腹面24に向かう燃焼ガスの流速を腹側凹部54が減速させる。これにより、タービン段10は、翼間流路30に面するエンドウォール15において熱伝達率の高い領域が生じることを、凹部50を有しないタービン段100に比べて減少させることができ、翼間流路30を流れる燃焼ガスから翼20及びプラットホーム14が受ける熱的負荷を低減することができる。
The gas turbine 1 according to this embodiment includes a
本実施例に係る軸流式ターボ機械用のタービン段の構成について図9を用いて説明する。図9は、本実施例に係るタービン段におけるエンドウォールの形状を示す展開図である。本実施例に係るタービン段において、凹部は、上述の背側凹部とは別個に、翼の前縁近傍から背面に沿って延びる前縁側凹部を有している点で、実施例1と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例1と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 The configuration of the turbine stage for the axial-flow turbomachine according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a development view showing the shape of the end wall in the turbine stage according to the present embodiment. In the turbine stage according to the present embodiment, the recess is different from the first embodiment in that the recess has a front edge side recess extending along the back surface from the vicinity of the front edge of the blade, separately from the above-described back side recess. Details will be described below. In addition, about the structure substantially common with Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
なお、図9は、軸流式ターボ機械のロータの回転軸の周方向(図に矢印Cで示す)に延びるプラットホームを、直線状に展開した図面となっている。また、図9において、翼については、その断面である翼形(aerofoil)のみを示している。 FIG. 9 is a diagram in which a platform extending in the circumferential direction (indicated by an arrow C in the drawing) of the rotating shaft of the rotor of the axial-flow turbomachine is developed linearly. Moreover, in FIG. 9, about the wing | blade, only the airfoil (aerofoil) which is the cross section is shown.
図9に示すように、本実施例に係るタービン段10Bにおいて、プラットホーム(図示せず)の翼間流路30側の壁面であるエンドウォールには、回転軸(軸方向を図に矢印Aで示す)の径方向に凹む凹部50Bが、回転軸の周方向(図に矢印Cで示す)に配列されている。
As shown in FIG. 9, in the
凹部50Bは、一方の翼20の腹面24の前縁22側の部位に沿って延びている腹側凹部54Bと、翼20の腹面24側に設けられた他方の翼20の背面26のうち略中央に設けられた背側凹部56Bと、これら腹側凹部54Bと背側凹部56Bを、翼間流路30の下流側で接続する接続凹部58とを有している。
The
腹側凹部54Bにおける軸方向Aの前方の端54Baは、前縁22に比べて僅かに後方に設定されている。同様に、背側凹部56Bにおける軸方向Aの前方の端56Baは、前縁22に比べて僅かに後方に設定されている。つまり、本実施例に係る腹側凹部54Bと背側凹部56Bは、上述の実施例1に係る腹側凹部54及び背側凹部56に比べて翼間流路30の上流側が短く構成されている。
The
凹部50Bは、腹側凹部54B、及び背側凹部56Bとは別個に、前縁22の近傍から背面26に沿って延びる前縁側凹部57を有している。前縁側凹部57は、翼間通路30の下流側の端57cが、背側凹部56Bの前方の端56Baに近接して延びている。
The
このように構成された前縁側凹部57は、図に矢印Giで示すように、背面26の前縁22側に向かう燃焼ガスの流れを減速することが可能となっている。これにより、タービン段10Bは、凹部50Bにより翼間流路30、特に、絞り部33のエンドウォール15において熱伝達率の高い領域が生じることを抑制しつつ、高速の燃焼ガスの流れが背面26のうち前縁22側の部位に衝突して、乱れた流れ(二次流れ)が生じることを抑制することができる。
The front
以上に説明したように本実施例に係るタービン段10Bにおいて、凹部50Bは、前記背側凹部54Bとは別個に、前縁22近傍から背面26に沿って延びる前縁側凹部57を有するものとしたので、背面26の前縁22側に向かう燃焼ガスの流れを減速することができ、高速の燃焼ガスの流れが背面26のうち前縁22側に衝突して、燃焼ガスの流れに乱れが生じることを抑制することができる。
As described above, in the
なお、上述の各実施例において説明した凹部50;50Bが形成されるエンドウォールは、動翼の翼列が結合されるプラットホームのエンドウォールに限定されるものではない。エンドウォールは、翼が結合されるプラットホームの翼間流路側の壁面であれば良く、凹部50;50Bは、例えば、静翼の翼列が内周に結合されるプラットホームであるケーシング(車室)のエンドウォールや、静翼の翼列が外周に結合される翼根リングのエンドウォールに形成することができる。
In addition, the end wall in which the recessed
以上のように、本発明は、軸流式ターボ機械に有用であり、特にガスタービンに適している。 As described above, the present invention is useful for an axial-flow turbomachine, and is particularly suitable for a gas turbine.
1 ガスタービン
3 圧縮機
4 燃焼器
5 タービン
10,10B タービン段
14 プラットホーム
15 エンドウォール
20 翼
22 前縁
24 腹面
26 背面
28 後縁
30 翼間流路
33 絞り部
50,50B 凹部
54,54B 腹側凹部
56,56B 背側凹部
57 前縁側凹部
58 接続凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
プラットホームの翼間流路側の壁面であるエンドウォールには、回転軸の径方向に凹む凹部が設けられており、
凹部は、
隣り合う翼のうち一方の翼の腹面の前縁側に沿って延びている腹側凹部と、
当該腹面と対向する他方の翼の背面の前縁側に沿って延びている背側凹部と、
背側凹部と腹側凹部とを、これらに対して翼間流路の下流側において接続する接続凹部と、
を有することを特徴とするタービン段。 Used in an axial-flow turbomachine, blades extending in the radial direction of the rotating shaft from a platform extending in the circumferential direction of the rotating shaft are arranged in the circumferential direction of the rotating shaft, and the inter-blade flow between adjacent blades A turbine stage in which a path is formed,
The end wall, which is the wall surface on the side of the flow path between the blades of the platform, is provided with a recess that is recessed in the radial direction of the rotating shaft.
The recess
A ventral recess extending along the front edge of the ventral surface of one of the adjacent wings;
A dorsal recess extending along the front edge side of the back surface of the other wing facing the abdominal surface;
A connection recess for connecting the back side recess and the ventral side recess to the downstream side of the flow path between the blades, and
A turbine stage characterized by comprising:
凹部は、
前記背側凹部とは別個に、前縁近傍から背面に沿って延びる前縁側凹部を有することを特徴とするタービン段。 The turbine stage according to claim 1 ,
The recess
A turbine stage having a front edge side recess extending along the back surface from the vicinity of the front edge separately from the back side recess.
背側凹部と、腹側凹部は、エンドウォールのうち回転軸の周方向に延びている基準面に対して回転軸の径方向に等しい距離を以って凹んでいる
ことを特徴とするタービン段。 In the turbine stage according to claim 1 or 2 ,
The back-side recess and the abdomen-side recess are recessed at an equal distance in the radial direction of the rotating shaft with respect to a reference surface extending in the circumferential direction of the rotating shaft in the end wall. .
タービンを構成するタービン段のうち、プラットホームの翼間流路側の壁面であるエンドウォールには、回転軸の径方向に凹む凹部が設けられており、
凹部は、
隣り合う翼のうち一方の翼の腹面の前縁側に沿って延びている腹側凹部と、
当該腹面と対向する他方の翼の背面の前縁側に沿って延びている背側凹部と、
背側凹部と腹側凹部とを、これらに対して翼間流路の下流側において接続する接続凹部と、
を有することを特徴とするガスタービン。 A gas turbine comprising: a compressor that takes in and compresses combustion air; a combustor that combusts compressed air; and a turbine that extracts mechanical power from combustion gas,
Of the turbine stages constituting the turbine, the end wall, which is the wall surface on the side of the flow path between the blades of the platform, is provided with a recess that is recessed in the radial direction of the rotating shaft,
The recess
A ventral recess extending along the front edge of the ventral surface of one of the adjacent wings;
A dorsal recess extending along the front edge side of the back surface of the other wing facing the abdominal surface;
A connection recess for connecting the back side recess and the ventral side recess to the downstream side of the flow path between the blades, and
A gas turbine comprising:
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