(57)【要約】【課題】  タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローを低減させ、エンドウォール近傍の流出角度増大を抑制し、複数翼列を有するタービン全体の性能の向上を図ること。【解決手段】  ０％Ｃａｘを軸方向におけるタービン翼Ｂの前縁位置、１００％Ｃａｘを軸方向におけるタービン翼Ｂの後縁位置とし、０％ピッチをタービン翼Ｂの腹面における位置、１００％ピッチを前記タービン翼Ｂの腹面と対向するタービン翼Ｂの背面における位置とした場合に、一のタービン翼Ｂと、このタービン翼Ｂに隣接配置されたタービン翼Ｂとの間で、少なくとも略２０％Ｃａｘから略５０％Ｃａｘの範囲にわたってなだらかに隆起した第１の凸部１１が設けられており、かつ、該第１の凸部１１の略２０％Ｃａｘにおける頂点が、３０％ピッチから７０％ピッチの範囲に設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に配列された複数のタービン翼のハブ側および／またはチップ側に位置するタービン翼列エンドウォールであって、
０％Ｃａｘを軸方向におけるタービン翼の前縁位置、１００％Ｃａｘを軸方向におけるタービン翼の後縁位置とし、０％ピッチをタービン翼の腹面における位置、１００％ピッチを前記タービン翼の腹面と対向するタービン翼の背面における位置とした場合に、
一のタービン翼と、このタービン翼に隣接配置されたタービン翼との間で、少なくとも略２０％Ｃａｘから略５０％Ｃａｘの範囲にわたってなだらかに隆起した第１の凸部が設けられており、かつ、該第１の凸部の略２０％Ｃａｘにおける頂点が、３０％ピッチから７０％ピッチの範囲に設けられていることを特徴とするタービン翼列エンドウォール。
【請求項２】
前記第１の凸部の略５０％Ｃａｘにおける頂点が、前記第１の凸部の略２０％Ｃａｘにおける頂点よりもそのピッチ位置において前記タービン翼の背面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタービン翼列エンドウォール。
【請求項３】
前記第１の凸部のよりも後縁側で、かつ隣接するタービン翼の腹面側に第２の凸部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン翼列エンドウォール。
【請求項４】
前記第１の凸部のよりも後縁側で、かつ隣接するタービン翼の背面側に凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれ一項に記載のタービン翼列エンドウォール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のタービン翼列エンドウォールを備えてなることを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン翼列エンドウォールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体の運動エネルギーを回転運動に変えて動力を得る動力発生装置としてのタービンにおけるタービン翼列エンドウォール上では、一のタービン翼の腹側から隣接するタービン翼の背側に向かって、いわゆる「クロスフロー（二次流れ）」が発生する。
タービン性能の向上を図るには、このクロスフローを低減させるとともに、このクロスフローに伴って発生する二次流れ損失を低減させる必要がある。
【０００３】
そこで、このようなクロスフローに伴う二次流れ損失を低減させて、タービン性能の向上を図るものとして、タービン翼列エンドウォール上に、非軸対称に形成された凹凸を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第６２８３７１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献に開示されているタービン翼列エンドウォールには、一のタービン翼の腹側後縁側に凹部が形成され、隣接するタービン翼の背側後縁側に凸部が形成されている。
しかしながら、背側後縁側に形成された凸部では、そこで静圧が低下し、翼出口の流出角度が増大してしまい、凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能を悪化させ、複数の翼列を有するタービン全体の性能を返って低下させてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローを低減させることができるとともに、凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能向上を図りつつ、凹凸を有する対象翼列のタービン背面に発生する過度な巻き上がりを抑制することで、複数の翼列を有するタービン全体の性能向上の利点を得ることができるタービン翼列エンドウォールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、環状に配列された複数のタービン翼のハブ側および／またはチップ側に位置するタービン翼列エンドウォールであって、０％Ｃａｘを軸方向におけるタービン翼の前縁位置、１００％Ｃａｘを軸方向におけるタービン翼の後縁位置とし、０％ピッチをタービン翼の腹面における位置、１００％ピッチを前記タービン翼の腹面と対向するタービン翼の背面における位置とした場合に、一のタービン翼と、このタービン翼に隣接配置されたタービン翼との間で、少なくとも略２０％Ｃａｘから略５０％Ｃａｘの範囲にわたってなだらかに隆起した第１の凸部が設けられており、かつ、該第１の凸部の略２０％Ｃａｘにおける頂点が、３０％ピッチから７０％ピッチの範囲に設けられていることを特徴とする。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、第１の凸部近傍における静圧が低下し、作動流体の軸方向への流れが増加して、クロスフローが低減することとなる。
また、第１の凸部近傍における静圧が低下することにより、図３（ｂ）に示すように、前縁上流キャビティーからの低温ガス（漏れ空気）が、エンドウォールの表面に沿ってより広い範囲（領域）に流れるようになり、エンドウォールがより効果的に冷却されることとなる。
【０００７】
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、前記第１の凸部の略５０％Ｃａｘにおける頂点が、前記第１の凸部の略２０％Ｃａｘにおける頂点よりもそのピッチ位置において前記タービン翼の背面側に設けられていることを特徴とする。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、第１の凸部の略５０％Ｃａｘにおける頂点近傍における静圧が低下することにより、図４に示すように、タービン翼の背面に発生する巻き上がりの開始位置が、図中の実線から破線のようにタービン翼の後縁側に移動し、巻き上がり（背面の二次流れ）が抑制されることとなる。
なお、０％Ｃａｘとは、軸方向におけるタービン翼の前縁位置のことを指し、１００％Ｃａｘとは、軸方向におけるタービン翼の後縁位置のことを指している。また、０％ピッチとは、タービン翼の腹面における位置のことを指し、１００％ピッチとは、タービン翼の背面における位置のことを指している。
【０００８】
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、前記第１の凸部のよりも後縁側で、かつ隣接するタービン翼の腹面側に第２の凸部が設けられている。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、第２の凸部近傍における静圧が低下し、流出角度の増大を抑制することができる。
【０００９】
本発明によるタービン翼列エンドウォールは、前記第１の凸部のよりも後縁側で、かつ隣接するタービン翼の背面側に凹部が設けられている。
このようなタービン翼列エンドウォールによれば、凹部近傍における静圧が増加し、流出角度の増大を抑制することができる。
【００１０】
本発明によるタービンは、タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローが低減され、かつ流出角度の増大を抑制し、かつタービン翼の背面に発生する過度な巻き上がりが抑制されるタービン翼列エンドウォールを備えている。
このようなタービンによれば、凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能向上を図りつつ、かつ、クロスフローに伴う二次流れ及び巻き上がり(背面の二次流れ)伴って発生する二次流れ損失の増大が抑制され、複数の翼列を有するタービン全体の性能向上が図られることとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、タービン翼列エンドウォール上に発生するクロスフローを低減させることができるとともに、流出角度の増大を抑制し、かつタービン翼の背面に発生する過度な巻き上がりが抑制されるタービン翼列エンドウォールを備えており、複数の翼列を有するタービン全体の性能向上が図られる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明によるタービン翼列エンドウォールの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態によるタービン翼列エンドウォール（以下、「ハブエンドウォール」という）１０は、一のタービン翼（本実施形態ではタービン動翼）Ｂと、このタービン翼Ｂに隣接配置されたタービン翼Ｂとの間に、第１の凸部１１と、第２の凸部１２と、凹部１３とをそれぞれ有するものである。なお、図２中のハブエンドウォール１０上に描いた実線は等高線を示している。
【００１３】
第１の凸部１１は、略２０％Ｃａｘの位置において略０％ピッチ〜略８０％ピッチの範囲に、そして、略５０％Ｃａｘの位置においてピッチ方向の略全体にわたってなだらかに（滑らかに）隆起した部分である。
ここで、０％Ｃａｘとは、軸方向におけるタービン翼Ｂの前縁位置のことを指し、１００％Ｃａｘとは、軸方向におけるタービン翼Ｂの後縁位置のことを指している。また、０％ピッチとは、タービン翼Ｂの腹面における位置のことを指し、１００％ピッチとは、タービン翼Ｂの背面における位置のことを指している。
【００１４】
第１の凸部１１の前縁側の頂点は、略２０％Ｃａｘの位置において略３０％ピッチ〜略７０％ピッチの範囲内（本実施形態では、約５０ピッチ（ミッドピッチ）の位置）に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Ｂの背面に沿って（平行に）第１の稜線が略０％Ｃａｘのところまで延びている。また、この第１の凸部１１の前縁側の頂点の高さ（凸量）は、略２０％Ｃａｘの位置におけるピッチ（すなわち、一のタービン翼Ｂの腹面から隣接するタービン翼Ｂの背面までの距離）の約１０％とされている。
【００１５】
一方、第１の凸部１１の後縁側の頂点は、略５０％Ｃａｘの位置（本実施形態では、約４５％Ｃａｘの位置）において略５０％ピッチ〜略９５％ピッチの範囲内（本実施形態では、約６０ピッチ（ミッドピッチ）の位置、すなわち、ピッチ位置において第１の凸部１１の前縁側の頂点よりも隣接するタービン翼Ｂの背面側）に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Ｂの背面に向かって第２の稜線が略６０％Ｃａｘのところまで延びている。また、この第１の凸部１１の後縁側の頂点の高さ（凸量）は、略５０％Ｃａｘの位置（本実施形態では、約４５％Ｃａｘの位置）の位置におけるピッチの約１０％とされている。
【００１６】
さらに、第１の凸部１１の頂部中央部（すなわち、前縁側の頂点と後縁側の頂点との間に位置する領域）は、前縁側の頂点と後縁側の頂点とを滑らかにつなぐような湾曲面とされている。
【００１７】
第２の凸部１２は、略７０％Ｃａｘ（あるいはスロート近傍）〜略１２０％Ｃａｘの範囲内で、かつ略０％ピッチ〜略５０％ピッチ（本実施形態では０％ピッチ〜約３０％ピッチ）の範囲内においてなだらかに（滑らかに）隆起した部分である。
第２の凸部１２の前縁側の頂点は、約８５％Ｃａｘの位置において約１５ピッチの位置に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Ｂの背面に沿って（平行に）第４の稜線が略７０％Ｃａｘのところまで延びている。また、この第２の凸部１２の高さ（凸量）は、略８５％Ｃａｘの位置におけるピッチの約１０％とされている。
【００１８】
一方、第２の凸部１２の後縁側の頂点は、略１００％Ｃａｘの位置において略１５％ピッチの位置に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Ｂの背面に沿って（平行に）第５の稜線が略１２０％Ｃａｘのところまで延びている。また、この第２の凸部１２の後縁側の高さ（凸量）は、前述した第２の凸部１２の前縁側の高さ（凸量）と略同じ高さとなっている。
【００１９】
凹部１３は、略７０％Ｃａｘ（あるいはスロート近傍）〜略１２０％Ｃａｘの範囲内で、かつ略５０％ピッチ〜略１００％ピッチ（本実施形態では約３０％ピッチ〜約１００％ピッチ）の範囲内においてなだらかに（滑らかに）陥没した部分である。
凹部１３の前縁側の底点は、約８５％Ｃａｘの位置において約６５ピッチの位置に形成されており、この位置から約６０％Ｃａｘの位置でかつ約３５％の位置に向かって略直線状に第１の谷線が延びている。また、この凹部１３の深さ（凹量）は、略８５％Ｃａｘの位置におけるピッチの約１０％とされている。
【００２０】
一方、凹部１３の後縁側の底点は、略１００％Ｃａｘの位置において略７０％ピッチの位置に形成されており、この位置から隣接するタービン翼Ｂの背面に沿って（平行に）第２の谷線が略１２０％Ｃａｘのところまで延びている。また、この凹部１３の後縁側の深さ（凹量）は、前述した凹部１３の前縁側の深さ（凸量）と略同じ深さとなっている。
【００２１】
本実施形態によるハブエンドウォール１０によれば、第１の凸部１１近傍の静圧を低下させることができ、作動流体の軸方向への流れを増加させることができるので、クロスフローを低減させることができるとともに、クロスフローに伴う二次流れ損失を低減させることができて、タービン性能の向上を図ることができる。
【００２２】
また、第１の凸部１１近傍の静圧を低下させることにより、図３（ｂ）に示すように、前縁上流キャビティーからの低温ガス（漏れ空気）を、ハブエンドウォール１０の表面に沿ってより広い範囲（領域）に流すことができるようになり、ハブエンドウォール１０の冷却効果を向上させることができる。なお、図３（ａ）は、第１の凸部１１が形成されていないハブエンドウォール１０ａの表面における限界流線を示す図である。
【００２３】
さらに、第１の凸部１１近傍の静圧を低下させることにより、図４に示すように、タービン翼の背面に発生する巻き上がりの開始位置を、図中の実線から破線のようにタービン翼Ｂの後縁側に遅らせることができるので、巻き上がり（背面の二次流れ）を抑制することができるとともに、タービン翼の背面に発生する巻き上がりに伴う二次流れ損失を低減させることができて、タービン性能の向上を図ることができる。なお、図４において符号１４はチップエンドウォールを示している。
【００２４】
さらにまた、第２の凸部１２および／または凹部１３を設けることにより流出角度の増大を抑制することができる。このことは凹凸を有する対象翼列の下流に位置する翼列における性能を改善し、複数の翼列を有するタービン全体の性能を向上できる。
【００２５】
なお、上述した実施形態においては、エンドウォール１０としてタービン動翼のハブエンドウォールを例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、タービン静翼のハブエンドウォールや、あるいはタービン動翼のチップエンドウォール、もしくはタービン静翼のチップエンドウォールに第１の凸部１１、第２の凸部１２、および凹部１３を設けるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるタービン翼列エンドウォールの一実施形態を示す図であって、タービン翼の後縁側から見た概略斜視図である。
【図２】図１に示すタービン翼列エンドウォールの要部平面図である。
【図３】タービン翼列エンドウォールの表面における限界流線を示す図であって、（ａ）は第１の凸部を有しない従来のもの、（ｂ）は第１の凸部を有する本発明によるものを示している。
【図４】図１または図２に示すタービン翼の背面を側方から見た図であって、タービン翼の背面に発生する巻き上がりの開始位置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ハブエンドウォール（タービン翼列エンドウォール）
１１  第１の凸部
１２  第２の凸部
１３  凹部
Ｂ  タービン翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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