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JP2000104501A - Turbine moving blade, gas turbine and steam turbine - Google Patents

Turbine moving blade, gas turbine and steam turbine

Info

Publication number
JP2000104501A
JP2000104501A JP10273667A JP27366798A JP2000104501A JP 2000104501 A JP2000104501 A JP 2000104501A JP 10273667 A JP10273667 A JP 10273667A JP 27366798 A JP27366798 A JP 27366798A JP 2000104501 A JP2000104501 A JP 2000104501A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
turbine
surface roughness
flowing fluid
pressure
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.)
Pending
Application number
JP10273667A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Segawa
瀬川  清
Yoshiaki Yamazaki
義昭 山崎
Yoshio Kano
芳雄 鹿野
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10273667A priority Critical patent/JP2000104501A/en
Publication of JP2000104501A publication Critical patent/JP2000104501A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress increase in an incident angle loss even when inflow fluid is deviated from a designed inflow angle by setting a mean surface roughness around the front edge of a moving blade to be rougher than those of a pressure face side and a negative pressure face side and setting the surface roughness around the front edge to be rough enough to cause turbulent flow transition. SOLUTION: In a turbine, a plurality of moving blades 1 are arranged in the circumference direction of a rotor 3, while a stationary blade 6 is arranged on the upstream side of steam 2 matchingly with the moving blades 1. In this case, surface roughness k1 of a predetermined area 18 around the moving blade front edge is set to be higher than surface roughness k2 of the other blade surface part 19. In this way, even if fluid flowing into the moving blade 1 is deviated from a designed inflow angle and flows inward from an undesirable direction from a fluid performance viewpoint, the flow adhering to a stagnation point is forcibly transferred to the turbulent flow by the rough surface part 18 in the front edge and strengthened against the following reverse pressure gradient so as to be hardly peeled off, so that the increase of an incident angle loss can be sufficiently suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービン、ガ
スタービンあるいは水車などに採用されるタービン動翼
および軸方向流動流体により作動するタービン動翼を備
えた蒸気タービン、ガスタービンに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steam turbine and a gas turbine provided with a turbine blade used for a steam turbine, a gas turbine or a water turbine, and a turbine blade operated by an axial fluid.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のタービンの効率あるいは性能の
向上を図るには、翼の表面上に発生する流体はく離を抑
制することが重要である。かかるはく離を抑制する従来
のものとしては、例えば特開平8−100601号公報
にも開示されているように、ターボ機械のエーロフォイ
ルの凹形状の圧力面に、アイソスタティックプレス処理
された作用によって生じる表面の不規則部分を有し、特
にこの不規則部分を、タービン動翼の作動時に表面の不
規則部分の空気力学的な効果を最小限にするように、空
気力学的な分離が生じる凹形状圧力面の領域に配置する
ようにしたものがある。なお、この場合、凹形状の圧力
面の他の部分と凸形状の吸引面の全体は、表面の不規則
部分がないように形成されている。
2. Description of the Related Art In order to improve the efficiency or performance of this kind of turbine, it is important to suppress the separation of fluid generated on the surface of a blade. As a conventional device for suppressing such peeling, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-160601, it is produced by the action of isostatic pressing on a concave pressure surface of an airfoil of a turbomachine. A concave shape having irregularities on the surface, especially where the irregularities are created such that the aerodynamic separation of the irregularities on the surface during operation of the turbine blade is minimized. Some are arranged in the area of the pressure surface. In this case, the other part of the concave pressure surface and the whole of the convex suction surface are formed so that there is no irregular part on the surface.

【0003】また、実開平7−35702号公報には、
翼背面側で流体はく離が生じる部分よりも流体上流側に
突起物を設け、突起物によって生じた渦が流体のはく離
を防止する翼列が開示されている。その他、層流はく離
による流体損失の低減策には、主に航空機の翼負圧面側
に対して、トリップワイヤやボルテックスジェネレータ
を使った乱流への強制遷移により、はく離を防止するよ
うにしたものもある。
[0003] In Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. Hei 7-35702,
There is disclosed a cascade in which a projection is provided on the upstream side of the fluid from a portion where fluid separation occurs on the blade rear side, and eddies generated by the projection prevent the fluid from separating. In addition, measures to reduce fluid loss due to laminar flow separation are to prevent separation by forcibly transitioning to turbulent flow using a trip wire or vortex generator, mainly on the wing suction side of the aircraft. There is also.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように形成された
タービン動翼では、ある定まった流動流体の動きの場合
には,入射角損失の増加を抑制することが可能である
が、動翼に流入する流体が設計流入角から外れ、流体性
能上好ましくない方向から流入した場合には、入射角損
失増加を抑制することができず、常に入射角損失の増加
を抑制し得るとは限らない嫌いがあった。
In the turbine rotor blade formed as described above, it is possible to suppress an increase in the incident angle loss in the case of a certain movement of the flowing fluid. If the inflowing fluid deviates from the designed inflow angle and flows in a direction that is not preferable in terms of fluid performance, the increase in the incident angle loss cannot be suppressed, and the increase in the incident angle loss cannot always be suppressed. was there.

【0005】すなわち、静翼および動翼の段落からなる
タービン動翼の場合、相対流入角は、各翼高さ位置の周
速度と静翼流出絶対速度ベクトルとからなる速度三角形
により決定される。勿論、動翼前縁付近翼形状は、この
速度三角形、すなわち動翼相対流入角に適合するように
設計される。しかしながら、段落入口境界層の発達程度
およびこれに影響を受ける静翼出口側壁付近に発達する
二次流れ等により、動翼前縁に流入する流れ方向が一定
でなくなることから、実機動翼相対流入角は、設計時の
速度三角形から外れる可能性がある。
That is, in the case of a turbine rotor blade having a stage of a stationary blade and a moving blade, the relative inflow angle is determined by a velocity triangle formed by a peripheral speed at each blade height position and an absolute velocity vector of a stationary blade. Of course, the blade shape near the blade leading edge is designed to conform to this velocity triangle, that is, the blade relative inflow angle. However, the flow direction into the leading edge of the moving blade is not constant due to the development degree of the paragraph entrance boundary layer and the secondary flow that develops near the exit wall of the stationary blade affected by this. The corners can deviate from the design speed triangle.

【0006】このため、動翼に流入する流体が設計流入
角から外れ、流体性能上好ましくない方向から流入した
場合には、入射角損失が発生し、設計流入角から外れる
ほど損失が急増してしまう。さらに、段落の構成として
翼長方向に三次元スタッキングされた三次元設計静翼を
用いると、直線的にスタッキングされた静翼に比べて、
静翼出口の流出角が偏向し動翼相対流入角も偏向すると
いった問題も生ずる。
For this reason, when the fluid flowing into the rotor blades deviates from the designed inflow angle and flows in a direction unfavorable in terms of fluid performance, an incident angle loss occurs, and the loss sharply increases as the fluid deviates from the designed inflow angle. I will. Furthermore, when a three-dimensional design vane three-dimensionally stacked in the blade length direction is used as a paragraph configuration, compared to a linearly stacked vane,
There also arises a problem that the outflow angle at the stator blade outlet is deflected, and the relative inflow angle of the moving blade is also deflected.

【0007】翼の前縁において、翼輪郭線とキャンバー
線との交点(以下、翼前縁と称す)とよどみ点が一致す
るときの流体の流入角を適正流入角とすると、この流入
角は翼固有の入口角にほぼ等しい。このとき、翼性能的
には良好となる。入射角損失は、この流入角が適正流入
角から外れたときに起こるもので、図3および図4に示
されているように腹打ち流入(i>0)に対しては、翼
負圧面側前縁付近で発生したはく離により、また背打ち
流入(i>0)に対しては、翼圧力面側前縁付近で発生
したはく離により境界層厚さが増大し、流体損失の増加
を伴う。
At the leading edge of the blade, if the intersection point (hereinafter referred to as the blade leading edge) between the blade contour line and the camber line coincides with the stagnation point, the inflow angle of the fluid is defined as an appropriate inflow angle. It is almost equal to the wing-specific inlet angle. At this time, the blade performance is good. The incident angle loss occurs when the inflow angle deviates from the appropriate inflow angle, and as shown in FIGS. 3 and 4, for the swirling inflow (i> 0), the blade suction surface side The boundary layer thickness increases due to the separation occurring near the leading edge, and for backflow inflow (i> 0), the separation occurring near the leading edge on the blade pressure surface side causes an increase in the boundary layer thickness, accompanied by an increase in fluid loss.

【0008】特に蒸気タービン衝動翼の場合、根元部翼
形の転向角は120度〜140度と非常に大きく、翼間
流路を加速流路に形成したりすることが困難であるた
め、適正流入角から外れた場合、一旦前縁付近で生じた
はく離流れによる境界層厚さの増大や負圧面側スロート
から後縁付近にかけての逆圧力勾配による境界層の発達
を抑制することは非常に難しいものとなる。
Particularly, in the case of a steam turbine impeller, the turning angle of the root airfoil is very large at 120 to 140 degrees, and it is difficult to form an inter-blade flow path as an acceleration flow path. It is very difficult to suppress the increase of the boundary layer thickness due to the separation flow once generated near the leading edge and the development of the boundary layer due to the reverse pressure gradient from the suction surface side throat to the vicinity of the trailing edge when the angle deviates from the inflow angle. It will be.

【0009】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、動翼に流入する流体が設計流入角
から外れ、流体性能上好ましくない方向から流入した場
合であっても、入射角損失の増加を充分抑制することが
できるこの種のタービン動翼およびガスタービン,蒸気
タービンを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to make it possible to prevent the fluid flowing into the moving blade from entering from a design inflow angle that is out of the designed inflow angle and from flowing in a direction unfavorable in fluid performance. An object of the present invention is to provide a turbine rotor blade, a gas turbine, and a steam turbine of this type that can sufficiently suppress an increase in angular loss.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、流動
流体により作動するタービン動翼において、前記動翼の
前縁付近の平均表面粗さを、圧力面側および負圧面側の
平均表面粗さより粗く形成するとともに、その粗さを、
流動流体に乱流遷移を起こさせる粗さに形成するように
なし所期の目的を達成するようにしたものである。
That is, in the present invention, in a turbine moving blade operated by a flowing fluid, the average surface roughness near the leading edge of the moving blade is determined by comparing the average surface roughness on the pressure surface side and the average surface roughness on the suction surface side. While forming coarse, the roughness,
In order to achieve the intended purpose, the fluid is formed to have a roughness that causes a turbulent transition.

【0011】また、流動流体により作動するタービン動
翼において、前記動翼の前縁付近で、かつ動翼の根元前
縁付近の平均表面粗さを、圧力面側および負圧面側の平
均表面粗さより粗く形成するとともに、その粗さを、流
動流体に乱流遷移を起こさせる粗さに形成するようにし
たものである。
Further, in a turbine moving blade operated by a flowing fluid, the average surface roughness in the vicinity of the leading edge of the moving blade and in the vicinity of the root leading edge of the moving blade is determined by calculating the average surface roughness on the pressure side and the suction side. It is formed so as to be coarser and to have a roughness that causes a turbulent transition in the flowing fluid.

【0012】また、この場合、前記流動流体に乱流遷移
を起こさせる粗さの領域を、翼高さ方向に翼根元位置か
ら所定の高さまで分布させるようにしたり、また翼根元
側ほど幅広となるように形成したものである。
In this case, the region of roughness that causes the turbulent transition of the flowing fluid may be distributed from the blade root position to a predetermined height in the blade height direction, or may be wider toward the blade root. It was formed so that it might become.

【0013】また本発明は、流動流体により作動するタ
ービン動翼において、前記動翼への流動流体の流入が腹
打ち流入時に負圧面側に発生する圧力極小点と、流動流
体の流入が背打ち流入時に圧力面側に発生する圧力極小
点を結ぶ翼前縁の範囲に、圧力面側および負圧面側の平
均表面粗さより粗く、かつ翼前縁を流通する流動流体に
乱流遷移を起こさせる粗さの粗面を設けるようにしたも
のである。
Further, according to the present invention, in a turbine moving blade operated by a flowing fluid, the inflow of the flowing fluid into the moving blade is swollen, and the pressure minimum point generated on the negative pressure surface side when the inflow is caused, and the inflow of the flowing fluid is counteracted. A turbulent transition occurs in the flow fluid that is rougher than the average surface roughness on the pressure surface side and suction surface side and that flows through the blade front edge in the range of the blade leading edge connecting the pressure minimum points generated on the pressure surface side at the time of inflow. The rough surface is provided.

【0014】また、流動流体により作動するタービン動
翼において、前記動翼への流動流体の流入が腹打ち流入
時に負圧面側に発生する圧力極小点と、流動流体の流入
が背打ち流入時に圧力面側に発生する圧力極小点を結ぶ
翼前縁の範囲に、圧力面側および負圧面側の平均表面粗
さより粗く、かつ翼前縁を流通する流動流体に乱流遷移
を起こさせる粗さの粗面を散在させるようにしたもので
ある。
Further, in a turbine rotor blade operated by a flowing fluid, a minimum point of pressure generated on the suction surface side when the flowing fluid flows into the rotor blade in an abrupt manner, In the area of the blade leading edge connecting the pressure minimum points generated on the surface side, the roughness that is rougher than the average surface roughness on the pressure side and suction side and causes turbulent transition in the flowing fluid flowing through the blade leading edge The rough surface is scattered.

【0015】また、流動流体により作動するタービン動
翼において、前記動翼への流動流体の流入が腹打ち流入
時に負圧面側に発生する圧力極小点と、流動流体の流入
が背打ち流入時に圧力面側に発生する圧力極小点を結ぶ
翼前縁の平均表面粗さを2〜30ミクロンに形成し、か
つ他の面の平均表面粗さを10分の数ミクロンから数ミ
クロンに形成するようにしたものである。
Further, in the turbine rotor blade operated by the flowing fluid, a minimum point of pressure generated on the suction side when the inflow of the flowing fluid into the rotor blade is abruptly inflow, and a pressure minimum when the inflow of the flowing fluid flows in the backside. The average surface roughness of the leading edge of the blade connecting the pressure minimum points generated on the surface side is set to 2 to 30 microns, and the average surface roughness of the other surfaces is set to several tenths to several microns. It was done.

【0016】また本発明は、軸方向流動流体により作動
するタービン動翼を備えたガスタービンあるいは蒸気タ
ービンにおいて、前記タービン動翼の前縁付近の平均表
面粗さを、圧力面側および負圧面側の平均表面粗さより
粗く形成するとともに、その粗さを、軸方向流動流体に
乱流遷移を起こさせる粗さに形成するようにしたもので
ある。
Further, according to the present invention, in a gas turbine or a steam turbine provided with a turbine moving blade operated by an axial flowing fluid, the average surface roughness near the leading edge of the turbine moving blade can be reduced on the pressure side and the suction side. Is formed so as to be rougher than the average surface roughness, and the roughness is formed so as to cause a turbulent transition in the axially flowing fluid.

【0017】すなわちこのように形成されたタービン動
翼であると、動翼の前縁付近の平均表面粗さが、圧力面
側および負圧面側の平均表面粗さより粗く形成され、ま
たその粗さが、流動流体に乱流遷移を起こさせる粗さに
形成されていることから、すなわち層流はく離が起こる
前の動翼前縁付近の表面粗さが粗く形成されていること
から、よどみ点に付着した流れが、この表面粗さの領域
を通過し強制的に乱流遷移するため、境界層はその後の
逆圧力勾配に対して強くなり、はく離しにくくなり、し
たがって動翼に流入する流体が流体性能上好ましくない
方向から流入した場合であっても、入射角損失の増加を
充分抑制することができるのである。
That is, in the turbine rotor blade thus formed, the average surface roughness near the leading edge of the rotor blade is formed to be larger than the average surface roughness on the pressure side and the suction side, and the roughness However, the stagnation point is formed because of the roughness formed to cause turbulent transition in the flowing fluid, that is, the surface roughness near the leading edge of the bucket before laminar separation occurs. The adhering flow is forced into a turbulent transition through this area of surface roughness, so that the boundary layer becomes stronger against the subsequent reverse pressure gradient and is less likely to peel off, so that the fluid flowing into the rotor blades Even when the fluid flows in a direction that is not preferable in terms of fluid performance, an increase in the incident angle loss can be sufficiently suppressed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図1には、そのタービン動翼お
よびそのタービン動翼を備えたタービンの要部が示され
ている。図中、1は動翼(ブレード)、2はボイラで発
生した蒸気、3はロータ、4は動翼1をロータ3に固定
するディスク、5は外部ケーシング、6は動翼1に蒸気
2を誘導する静翼(ノズル)、7は静翼6の内周端部を
拘束する環状の内輪、8は静翼6の外周端部を外部ケー
シング5に固定する環状の外輪である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows the turbine rotor blade and a main part of a turbine provided with the turbine rotor blade. In the figure, 1 is a moving blade (blade), 2 is steam generated by a boiler, 3 is a rotor, 4 is a disk for fixing the moving blade 1 to the rotor 3, 5 is an outer casing, and 6 is steam 2 on the moving blade 1. A guiding vane (nozzle), 7 is an annular inner ring that restrains the inner peripheral end of the stationary blade 6, and 8 is an annular outer ring that fixes the outer peripheral end of the stationary blade 6 to the outer casing 5.

【0019】動翼1は、ロータ3の円周方向(回転方
向)に対して複数枚配置され、静翼6は、動翼1に対し
て蒸気2の上流側に動翼に対応して配置される。一般に
は、この動翼1と静翼6との組み合わせを「タービン段
落」と称している。かかるタービン段落は、ロータ3の
軸方向に対して、複数段配置される。蒸気2の流れの下
流に向かうにつれて、動翼1の翼長は大きくなる。静翼
6により誘導された蒸気2は、動翼1を介してロータ3
を回転させる。ロータ3の端部には発電機が設けられて
おり、その発電機で、回転エネルギーを、電気エネルギ
ーに変換して発電を行う。
A plurality of moving blades 1 are arranged in the circumferential direction (rotation direction) of the rotor 3, and the stationary blades 6 are arranged upstream of the steam 2 with respect to the moving blade 1 so as to correspond to the moving blades. Is done. Generally, the combination of the moving blade 1 and the stationary blade 6 is referred to as a “turbine stage”. Such turbine stages are arranged in a plurality of stages in the axial direction of the rotor 3. The blade length of the moving blade 1 increases toward the downstream of the flow of the steam 2. The steam 2 guided by the stationary blade 6 is transferred to the rotor 3 via the rotor blade 1.
To rotate. A generator is provided at an end of the rotor 3, and the generator converts rotational energy into electric energy to generate power.

【0020】タービン段は、作動原理上、「衝動段」と
「反動段」とに分類される。動翼1内での熱落差(エン
タルピーの変化量)とタービン段の全熱落差との比を反
動度といい、反動度がほぼ0.5の場合を反動段とい
う。一方、反動度が0の場合を衝動段という。動翼1
は、翼根元から翼先端にわたって反動度が大きく変化す
ることから、衝動段においても、一般的に数〜30%程
度の反動度を与える。衝動段においては、圧力差の大部
分を静翼6で速度エネルギーに変換し、主として動翼1
に働く衝動力でロータ3にトルクを与える。よって、衝
動段の動翼の転向角は、反動段の動翼の転向角に比較し
て大きい。
[0020] Turbine stages are classified into "impulse stages" and "reaction stages" in terms of operation principle. The ratio of the heat drop (the amount of change in enthalpy) in the rotor blade 1 to the total heat drop of the turbine stage is called a reaction degree, and a case where the reaction degree is approximately 0.5 is called a reaction stage. On the other hand, the case where the degree of recoil is 0 is called an impulsive stage. Bucket 1
Since the degree of reaction greatly changes from the root of the blade to the tip of the blade, the degree of reaction generally ranges from several to 30% even at the impulse stage. In the impulse stage, most of the pressure difference is converted to velocity energy by the stationary blade 6 and
Torque is applied to the rotor 3 by the impulse acting on the rotor 3. Therefore, the turning angle of the impeller stage rotor blade is larger than the turning angle of the reaction stage rotor blade.

【0021】図2を用いて、タービン動翼に関わる記号
の説明を行う。図中、9は翼前縁で蒸気2に対して動翼
1の各切断面の翼形の最上流に位置する。10は蒸気2
に対して動翼1の各切断面の翼形の最下流に位置する後
縁、11は前縁9におけるキャンバー線の接線、12は
翼列軸(ロータ3の円周方向線)、13は後縁10にお
けるキャンバー線の接線、dはロータ軸方向の翼幅が示
されている。なお、動翼の輪郭線は、翼の前縁から後縁
にかけて複数の円を連ねてできた包絡線で表すことがで
き、キャンバー線とは、その円の中心を結んだ線をい
い、翼形断面の翼の中心線をいう。
The symbols related to the turbine blade will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 9 denotes a leading edge of the blade, which is located at the uppermost stream of the airfoil of each cut surface of the bucket 1 with respect to the steam 2. 10 is steam 2
, A trailing edge located at the most downstream of an airfoil of each cutting surface of the rotor blade 1, 11 is a tangent to a camber line at a leading edge 9, 12 is a cascade axis (a circumferential line of the rotor 3), and 13 is The tangent to the camber line at the trailing edge 10 and d indicates the blade width in the rotor axial direction. The contour of the rotor blade can be represented by an envelope formed by connecting multiple circles from the leading edge to the trailing edge of the blade, and the camber line is a line connecting the centers of the circles. Refers to the center line of the wing of a cross section

【0022】動翼1は、翼根元から翼先端にわたってね
じれていても良いし、ねじれていなくても良い。ここ
で、接線11と翼列軸12とのなす角(翼入口角)をε
1、接線13と翼列軸12とのなす角(翼出口角)をε2
とすると、転向角εは、ε=180−(ε1+ε2)で示
される。また、動翼1に流入する蒸気2の方向は、迎え
角i=0度のときを基準に、i=+iのときを腹打ち流
入といい、i=−iのときを背打ち流入という。任意の
切断面の翼形における適正流入角(翼形損失の最小点)
は、経験的にi=0度付近である。
The moving blade 1 may be twisted from the blade root to the blade tip, or may not be twisted. Here, the angle between the tangent 11 and the cascade axis 12 (blade inlet angle) is ε
1 , the angle between the tangent 13 and the cascade axis 12 (blade exit angle) is ε 2
Then, the turning angle ε is expressed by ε = 180− (ε 1 + ε 2 ). With respect to the direction of the steam 2 flowing into the bucket 1, when i = + i with respect to the angle of attack i = 0 degrees, it is referred to as belly flow, and when i = -i, as back flow. Appropriate inflow angle for airfoil of any cut surface (minimum point of airfoil loss)
Is empirically around i = 0 degrees.

【0023】図3および図4は、タービン動翼前縁付近
の拡大図で、動翼に流入する流れ場の模式図を表したも
のである。図3は、腹打ち流入の場合を示したもので、
図のSpがよどみ点を表している。このよどみ点Spか
ら境界層が負圧面側および圧力面側にそれぞれ発達す
る。蒸気タービン高中圧段では、動翼翼弦長を基準にし
たレイノルズ数は約106〜108のオーダーとなる。こ
のレイノルズ数範囲では、動翼表面の境界層は翼前縁付
近を除き、ほとんどの領域で乱流状態にあると考えられ
る。したがって、適正流入角で入射した場合、境界層は
翼前縁付近の層流状態から次第に不安定になり、最終的
には乱流に遷移する、といった発達の過程をとる。
FIGS. 3 and 4 are enlarged views of the vicinity of the leading edge of the turbine rotor blade, and show schematic views of a flow field flowing into the rotor blade. FIG. 3 shows the case of a belly flow.
Sp in the figure represents a stagnation point. From this stagnation point Sp, a boundary layer develops on the suction side and the pressure side, respectively. The steam turbine high-intermediate pressure stage, Reynolds number relative to the rotor blade chord length on the order of about 10 6 to 10 8. In this Reynolds number range, the boundary layer on the blade surface is considered to be in a turbulent state in almost all regions except the vicinity of the blade leading edge. Therefore, when entering at an appropriate inflow angle, the boundary layer takes a development process in which the laminar flow state near the leading edge of the blade gradually becomes unstable, and finally transitions to turbulent flow.

【0024】図3に示すような腹打ち流入の場合、翼前
縁より若干圧力面側下流によどみ点Spが形成され、翼
負圧面側に向かう流れは翼前縁を加速して通過し、点X
sで流速が極大(圧力が極小値)となり、その後急速に
減速し、壁面近くの流体ははく離点17から剥がれ、は
く離渦16を形成する。このときはく離に伴い境界層厚
さが増大する。
In the case of the bellows inflow as shown in FIG. 3, a stagnation point Sp is formed slightly downstream of the blade front edge on the pressure side, and the flow toward the blade suction side accelerates through the blade front edge and passes therethrough. Point X
At s, the flow velocity becomes maximum (the pressure becomes a minimum value), then rapidly decelerates, and the fluid near the wall surface peels off from the separation point 17 to form a separation vortex 16. At this time, the thickness of the boundary layer increases with the separation.

【0025】一方、図4に示すような背打ち流入の場
合、翼前縁より若干負圧面側下流によどみ点Spが形成
され、翼圧力面側に向かう流れは翼前縁を加速して通過
し、点Xpで流速が極大(圧力が極小値)となり、その
後急速に減速し、壁面近くの流体ははく離点17から剥
がれ、はく離渦16を形成する。このときも図3の場合
と同様、はく離に伴い境界層厚さが増大する。
On the other hand, in the case of a backflow inflow as shown in FIG. 4, a stagnation point Sp is formed slightly downstream of the blade leading edge on the suction side, and the flow toward the blade pressure surface accelerates through the blade leading edge and passes therethrough. Then, at the point Xp, the flow velocity becomes a maximum (the pressure becomes a minimum value), then rapidly decelerates, and the fluid near the wall surface peels off from the separation point 17 to form a separation vortex 16. At this time, similarly to the case of FIG. 3, the thickness of the boundary layer increases with the separation.

【0026】次に、この図3および図4の流れ場を翼面
圧力分布の観点から説明する。図5および図6は、翼面
静圧を入口全圧で無次元化した翼面圧力分布を表してい
る。図5は腹打ち流入の場合を示しており、翼負圧面側
ではよどみ点Spからの急加速により前述のXsで圧力
が極小となり、その後の逆圧力勾配によりはく離が生じ
る。図6は背打ち流入の場合を示しており、翼圧力面側
ではよどみ点Spからの急加速により前述のXpで圧力
が極小となり、その後の逆圧力勾配によりはく離が生じ
る。いずれの場合も、一旦はく離が生じると境界層厚さ
が増大するので流体損失が増加する。
Next, the flow fields of FIGS. 3 and 4 will be described from the viewpoint of the blade surface pressure distribution. FIG. 5 and FIG. 6 show the blade surface pressure distribution in which the blade surface static pressure is made dimensionless by the inlet total pressure. FIG. 5 shows the case of inflow into the wing, in which the pressure is minimized at the aforementioned Xs on the blade negative pressure side due to the rapid acceleration from the stagnation point Sp, and then the separation occurs due to the reverse pressure gradient. FIG. 6 shows the case of backflow inflow. On the blade pressure surface side, the pressure is minimized at the above-mentioned Xp due to the rapid acceleration from the stagnation point Sp, and then the separation occurs due to the reverse pressure gradient. In either case, once the separation occurs, the boundary layer thickness increases, so that the fluid loss increases.

【0027】以上より、かかる前縁付近の層流はく離に
よる流体損失を抑制するために、図3および図4に示す
はく離点17以前に、翼面に発達した境界層に対して何
らかの改善をする必要がある。本発明では、層流はく離
が起こる前の動翼前縁付近の表面粗さを所定量の粗さ、
すなわち流動流体に乱流遷移を起こさせる粗さ(勿論、
翼腹部および翼背部の平均表面粗さより粗い)の部分を
設け、これにより、よどみ点Spに付着した流れがこの
表面粗さの領域を通過し強制的に乱流遷移するため、境
界層はその後の逆圧力勾配に対して強くなり、はく離し
にくくなるのである。
As described above, in order to suppress the fluid loss due to the laminar flow separation near the leading edge, some improvement is made to the boundary layer developed on the wing surface before the separation point 17 shown in FIGS. There is a need. In the present invention, the surface roughness near the leading edge of the blade before laminar flow separation occurs, a predetermined amount of roughness,
That is, the roughness that causes a turbulent transition in the flowing fluid (of course,
(The surface roughness is larger than the average surface roughness of the blade abdomen and the blade back), whereby the flow adhering to the stagnation point Sp passes through this surface roughness region and forcibly transitions to turbulence. , And becomes difficult to peel off.

【0028】蒸気タービン高中圧段の場合、作動流体に
さらされる動翼部分の翼表面仕上げは、平均表面粗さR
a(以下、表面粗さと略す)で10分の数ミクロンから
数ミクロン程度の鏡面仕上げとなっている。
In the case of the steam turbine high-to-medium pressure stage, the blade surface finish of the rotor blade portion exposed to the working fluid has an average surface roughness R
a (hereinafter abbreviated as surface roughness) is a mirror finish of several tenths to several microns.

【0029】本発明の動翼の翼断面の前縁付近の拡大図
を図7に示す。この図に示されているように、動翼前縁
付近の所定の範囲18において、表面粗さがk1(ミク
ロン)であり、その他の翼表面部分19では表面粗さが
k2(ミクロン)となっている。k1とk2の関係はk
1>k2とし、動翼前縁付近の表面粗さの方が大きくな
る。図7以降説明する図面において、前縁付近にみられ
る小さい円弧形状が表面粗さk1の領域を他と区別して
描いている。
FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the leading edge of the blade section of the rotor blade of the present invention. As shown in this figure, the surface roughness is k1 (micron) in a predetermined range 18 near the blade leading edge, and the surface roughness is k2 (micron) in the other blade surface portions 19. ing. The relationship between k1 and k2 is k
1> k2, the surface roughness near the leading edge of the bucket becomes larger. In the drawings described from FIG. 7 onward, a small arc shape seen near the front edge distinguishes the region with the surface roughness k1 from the others.

【0030】図8および図9に、本発明による動翼の斜
視図および翼断面図が示されている。図中、前縁付近の
斜線部分18は前記表面粗さがk1の部分、その他の翼
表面部分19は表面粗さがk2の部分に対応しており、
20は前縁9を翼高さ方向に結んだ線、21は後縁10
を翼高さ方向に結んだ線、Hは翼長を表している。本発
明では、動翼の翼高さ方向全体にわたり、動翼前縁付近
の所定の範囲18において、表面粗さがk1であり、そ
の他の翼表面部分19では表面粗さがk2となってい
る。だたし、k1とk2の関係はk1>k2である。
FIGS. 8 and 9 are a perspective view and a sectional view of a blade according to the present invention. In the figure, the hatched portion 18 near the leading edge corresponds to the portion having the surface roughness k1 and the other wing surface portions 19 correspond to the portion having the surface roughness k2.
20 is a line connecting the leading edge 9 in the wing height direction, and 21 is a trailing edge 10
, A line connecting the blades in the blade height direction, and H represents the blade length. In the present invention, the surface roughness is k1 in a predetermined range 18 near the leading edge of the moving blade over the entire blade height direction, and the surface roughness of the other blade surface portion 19 is k2. . However, the relationship between k1 and k2 is k1> k2.

【0031】図8に示す動翼の一断面図を、図10から
図13に示す。図10に、本発明による動翼の前縁付近
の拡大図が示されている。ここで、表面粗さがk1であ
る範囲18は、前縁9をはさんで圧力面側および負圧面
側双方に連続的に分布しており、前縁9からそれぞれL
pおよびLsの範囲内にある。その他の翼表面部分19
では表面粗さがk2となっている。
FIGS. 10 to 13 are sectional views of the moving blade shown in FIG. FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of the leading edge of the bucket according to the present invention. Here, the range 18 in which the surface roughness is k1 is continuously distributed on both the pressure side and the suction side with the front edge 9 interposed therebetween.
are in the range of p and Ls. Other wing surface part 19
Has a surface roughness of k2.

【0032】また、図11には、本発明による動翼の前
縁付近のもう一つの例が示されている。ここで、表面粗
さがk1である範囲18は、前縁9のごく近傍を除き、
前縁9をはさんで圧力面側および負圧面側の2カ所に分
布し、前縁9からそれぞれLpおよびLsの範囲内にあ
る。その他の翼表面部分19では表面粗さがk2となっ
ている。この図では、表面粗さがk1である範囲18
は、圧力面側および負圧面側でそれぞれ1カ所である
が、前縁9からLpおよびLsの範囲内であれば、複数
カ所存在しても良い。
FIG. 11 shows another example near the leading edge of the bucket according to the present invention. Here, the range 18 in which the surface roughness is k1 except for the very vicinity of the leading edge 9,
It is distributed in two places on the pressure surface side and the suction surface side with the leading edge 9 interposed therebetween, and lies within the range of Lp and Ls from the leading edge 9 respectively. The surface roughness of the other wing surface portions 19 is k2. In this figure, a range 18 where the surface roughness is k1
Is one at the pressure surface side and one at the suction surface side, but may exist at a plurality of positions within the range of Lp and Ls from the leading edge 9.

【0033】図12に、本発明による動翼の前縁付近の
拡大図が示されている。ここで、表面粗さは単独の粗さ
k1からなり、前縁9に位置している。単独の粗さk1
以外の範囲19では表面粗さがk2となっている。
FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the leading edge of the bucket according to the present invention. Here, the surface roughness consists of a single roughness k 1 and is located at the leading edge 9. Single roughness k1
In the other range 19, the surface roughness is k2.

【0034】図13は、本発明による動翼の前縁付近の
拡大図である。ここで、表面粗さは単独の粗さk1から
なり、前縁9からそれぞれ圧力面側にLp、負圧面側に
Lsの範囲内にそれぞれ1カ所ずつ存在している。単独
の粗さk1以外の範囲19では表面粗さがk2となって
いる。図12および図13で示した単独の粗さk1は、
トリッピングワイヤのような突起物でもよい。
FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of the leading edge of the bucket according to the present invention. Here, the surface roughness is made up of a single roughness k1, and one surface roughness exists from the leading edge 9 in the range of Lp on the pressure surface side and Ls on the negative pressure surface side. In the range 19 other than the single roughness k1, the surface roughness is k2. The single roughness k1 shown in FIG. 12 and FIG.
A protrusion such as a tripping wire may be used.

【0035】図14および図15には、本発明による動
翼の前縁付近の拡大図が示されている。ここで、表面粗
さがk1である範囲18は、図14では前縁9から負圧
面側にLsの範囲、図15では前縁9から圧力面側にL
pの範囲内にそれぞれ1個所ずつ存在している。その他
の翼表面部分19では表面粗さがk2となっている。本
実施例は、腹打ち側の損失特性の改善に特に効果がある
のは図14の場合であり、背打ち側の損失特性の改善に
特に効果があるのは図15の場合である。
FIGS. 14 and 15 are enlarged views of the vicinity of the leading edge of the bucket according to the present invention. Here, the range 18 in which the surface roughness is k1 is the range of Ls from the leading edge 9 to the negative pressure surface side in FIG. 14, and the range Ls from the leading edge 9 to the pressure surface side in FIG.
There is one each in the range of p. The surface roughness of the other wing surface portions 19 is k2. In the present embodiment, the case of FIG. 14 is particularly effective in improving the loss characteristics on the belly side, and the case of FIG. 15 is particularly effective in improving the loss characteristics on the back side.

【0036】図14および図15では、表面粗さがk1
である範囲18はある分布長さを持っているが、トリッ
ピングワイヤのような単独の粗さk1から成り立ってい
ても良い。
In FIGS. 14 and 15, the surface roughness is k1
Range 18 has a distribution length, but may consist of a single roughness k1 such as a tripping wire.

【0037】図7および図9から図15では、表面粗さ
は直径k1の円弧状断面のものを示したが、粗さの高さ
がk1であれば、どんな形状の粗さを用いても良い。ま
た、表面粗さの高さk1は、2〜30ミクロン程度であ
れば、本発明の効果が最も期待できる。また、これまで
蒸気タービン高中圧段動翼について本発明を適用した場
合について述べてきたが、蒸気タービン低圧段動翼につ
いても本発明の技術思想をそのまま適用できる。このと
き、動翼翼弦長を基準にしたレイノルズ数は約105
106のオーダーとなる。このレイノルズ数範囲でも、
動翼表面の境界層は翼前縁付近を除き、ほとんどの領域
で乱流状態にあると考えられる。したがって、低圧段動
翼翼表面上に発達する境界層厚さは、高中圧段動翼のそ
れより厚くなるため、表面粗さの高さk1が数十ミクロ
ンから数ミクロンのオーダーであれば、本発明の効果が
最も期待できる。
In FIGS. 7 and 9 to 15, the surface roughness is an arc-shaped cross section having a diameter of k1, but if the height of the roughness is k1, any shape of roughness may be used. good. If the height k1 of the surface roughness is about 2 to 30 microns, the effect of the present invention can be most expected. Although the case where the present invention is applied to the steam turbine high- and medium-pressure stage moving blades has been described above, the technical idea of the present invention can be applied to a steam turbine low-pressure stage moving blade as it is. In this case, the Reynolds number relative to the rotor blade chord length from about 10 5 to
A 10 6 order of. Even in this Reynolds number range,
It is considered that the boundary layer on the blade surface is in turbulent state in most areas except near the leading edge of the blade. Therefore, the boundary layer thickness that develops on the surface of the low-pressure stage blade is larger than that of the high- and medium-pressure stage blade. The effect of the invention can be expected most.

【0038】図16および図17に、本発明による動翼
の斜視図が示されている。図8と異なる点は、表面粗さ
がk1である範囲18が、翼長方向に根元から所定の距
離hまで分布していることである。本実施例は、特に境
界層や二次流れの発達している根元から所定の距離hに
着目し、この範囲に重点的に本発明を適用した例であ
る。さらに、図16では表面粗さがk1である範囲18
の翼弦方向範囲が、翼高さ方向に一定であるが、図17
に示されているように、根元から所定の距離hの位置
で、表面粗さの翼弦方向範囲が零で、翼根元に向かうに
従い増加し、翼根元部で最大となるような翼高さ方向分
布をしていても良い。
FIGS. 16 and 17 are perspective views of a bucket according to the present invention. The difference from FIG. 8 is that the range 18 in which the surface roughness is k1 is distributed from the root to a predetermined distance h in the blade length direction. This embodiment is an example in which the present invention is focused on a predetermined distance h from the root where the boundary layer and the secondary flow develop, and the present invention is applied to this range. Further, in FIG. 16, the range 18 where the surface roughness is k1 is shown.
17 is constant in the blade height direction.
As shown in the figure, at a position at a predetermined distance h from the root, the blade height is such that the chord direction range of the surface roughness is zero, increases toward the blade root, and becomes maximum at the blade root. It may have a directional distribution.

【0039】図16および図17で示した実施例におい
て、表面粗さがk1である翼高さ方向範囲hは、蒸気タ
ービン等の動翼では20〜50mm程度である。また、
動翼各断面において表面粗さk1の分布する範囲は、図
10から図15に示した実施例をそのまま適用できる。
In the embodiment shown in FIGS. 16 and 17, the blade height direction range h where the surface roughness is k1 is about 20 to 50 mm for a moving blade such as a steam turbine. Also,
In the range in which the surface roughness k1 is distributed in each section of the moving blade, the embodiment shown in FIGS. 10 to 15 can be applied as it is.

【0040】以上説明した全ての実施例において、ター
ビン出力や蒸気状態(流速、温度、圧力等)の異なる複
数の蒸気タービンに、本発明の動翼を採用すれば、動翼
前縁付近の表面粗さをその他の翼表面部分の表面粗さよ
り粗くすることにより、動翼に流入する流体が設計流入
角から外れ、流体性能上好ましくない方向から流入した
場合にも、入射角損失の増加を抑制したタービン動翼を
提供できる。
In all the embodiments described above, if the moving blade of the present invention is applied to a plurality of steam turbines having different turbine outputs and steam conditions (flow velocity, temperature, pressure, etc.), the surface near the leading edge of the moving blade can be obtained. By making the roughness coarser than the surface roughness of other blade surface parts, even if the fluid flowing into the moving blade deviates from the designed inflow angle and flows from an unfavorable fluid performance direction, the increase in incident angle loss is suppressed. The turbine blade can be provided.

【0041】図18に、翼形損失係数と入射角との関係
図(入射角特性図)が示されている。図中、転向角大と
は、一般に転向角εが大きい翼根元側を示し、転向角小
とは、一般に転向角εが小さい翼先端側が示されてい
る。また、従来例とは、動翼表面粗さが至る所、10分
の数ミクロンから数ミクロン程度の表面仕上げとなって
いる動翼をいい、本発明とは、前縁付近の動翼表面粗さ
が2〜30ミクロン程度、その他の翼表面部分の表面粗
さが10分の数ミクロンから数ミクロン程度の表面仕上
げとなっている動翼をいう。図18によれば、従来例に
対して本発明は、入射角iが−iから+iの範囲で、翼
形損失の度合いを示す翼形損失係数の変化がフラットで
ある。すなわち、本発明の動翼1は、蒸気2の流入方向
が適正流入角(i≒0)から外れても、翼形損失が急激
に増加することはない。
FIG. 18 shows a relationship diagram (incident angle characteristic diagram) between the airfoil loss coefficient and the incident angle. In the drawing, a large turning angle generally indicates a blade root side having a large turning angle ε, and a small turning angle generally indicates a blade tip side having a small turning angle ε. Further, the conventional example refers to a moving blade having a surface finish of several tenths to several microns of every tenths where the surface roughness of the moving blade is everywhere, and the present invention refers to the moving surface of the moving blade near the leading edge. A rotor blade having a surface finish of about 2 to 30 microns and a surface roughness of other blade surfaces of several tenths to several microns. According to FIG. 18, in the present invention, the change of the airfoil loss coefficient indicating the degree of the airfoil loss is flat when the incident angle i is in the range of −i to + i, as compared with the conventional example. That is, in the rotor blade 1 of the present invention, even when the inflow direction of the steam 2 deviates from the appropriate inflow angle (i ≒ 0), the airfoil loss does not increase sharply.

【0042】以下、本発明の他の実施例について説明す
る。図19は、高中・低圧段から構成される蒸気タービ
ンコンポーネントに、本発明の技術思想を適用した場合
が示されている。この図は主要構成機器のみ記載してい
る。図中、22は高圧タービンコンポーネント、23は
中圧タービンコンポーネント、24は低圧タービンコン
ポーネントが示されている。25はタービン軸、26は
ボイラ、27は発電機、28は復水器、29はボイラか
ら高圧初段に供給される蒸気、30は高圧タービンから
ボイラに供給される蒸気、31はボイラから中圧タービ
ンに供給される再熱蒸気、32は中圧タービンから低圧
タービンに供給される蒸気、33は低圧タービンから復
水器に供給される蒸気、34は復水器からボイラに供給
される給水が示されている。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 19 shows a case in which the technical concept of the present invention is applied to a steam turbine component including high, middle, and low pressure stages. This figure shows only the main components. In the figure, 22 indicates a high-pressure turbine component, 23 indicates a medium-pressure turbine component, and 24 indicates a low-pressure turbine component. 25 is a turbine shaft, 26 is a boiler, 27 is a generator, 28 is a condenser, 29 is steam supplied from the boiler to the high pressure first stage, 30 is steam supplied from the high pressure turbine to the boiler, 31 is medium pressure from the boiler. Reheat steam supplied to the turbine, 32 is steam supplied from the medium-pressure turbine to the low-pressure turbine, 33 is steam supplied from the low-pressure turbine to the condenser, and 34 is water supplied from the condenser to the boiler. It is shown.

【0043】高圧タービンコンポーネント22あるいは
中圧タービンコンポーネント23内の各タービン段落を
構成する動翼を35とし網掛けで示す。同様に、低圧タ
ービンコンポーネント24内の各タービン段落を構成す
る動翼を36とし網掛けで示す。蒸気タービン高中圧段
では、動翼翼弦長を基準にしたレイノルズ数は約106
〜108のオーダー、低圧段では約105〜106のオー
ダーとなるため、動翼表面に発達する境界層厚さは高中
圧タービン内の動翼35の方が薄い。したがって、動翼
表面粗さ(範囲18)の高さk1は、低圧タービン内の
動翼36より高・中圧タービン内の動翼35の方が低
い。
The blades constituting each turbine stage in the high-pressure turbine component 22 or the medium-pressure turbine component 23 are indicated by shaded portions 35. Similarly, blades constituting each turbine stage in the low-pressure turbine component 24 are indicated by 36 and are shaded. In the high-to-medium pressure stage of the steam turbine, the Reynolds number based on the blade chord length is about 10 6
Since the order of about 10 to 10 8 and the order of about 10 5 to 10 6 at the low pressure stage, the boundary layer thickness developed on the moving blade surface is smaller in the moving blade 35 in the high-medium pressure turbine. Accordingly, the height k1 of the moving blade surface roughness (range 18) is lower in the moving blade 35 in the high / medium pressure turbine than in the moving blade 36 in the low pressure turbine.

【0044】なお、以上の実施例においては、蒸気ター
ビンを例にタービン動翼を示したが、本発明の技術思想
は、ガスタービンや水車等の他のタービン動翼において
も同様に効果を奏する。
In the above embodiment, the turbine rotor blade is shown by taking a steam turbine as an example. However, the technical idea of the present invention can be similarly applied to other turbine rotor blades such as a gas turbine and a water turbine. .

【0045】図20に、蒸気タービン、ガスタービンお
よび水車に本発明を適用した場合の、動翼前縁付近の表
面粗さk1をレイノルズ数に対してプロットしたものが
示されている。蒸気タービンでは、前述のように高中圧
タービン動翼前縁付近の表面粗さは、低圧タービンのそ
れより小さくなっている。ガスタービンおよび水車では
大概図のレイノルズ数範囲で運転される。したがって、
ガスタービン動翼および水車のランナ前縁付近の表面粗
さはk1は、数十ミクロンから100ミクロンのオーダ
ーであれば、本発明の効果が最も期待できる。特にガス
タービン動翼では、k1は15〜50ミクロン程度、水
車ランナでは、10〜100ミクロン程度が望ましい。
FIG. 20 shows a plot of the surface roughness k1 near the leading edge of the moving blade against the Reynolds number when the present invention is applied to a steam turbine, a gas turbine, and a water turbine. As described above, in the steam turbine, the surface roughness near the leading edge of the high- and medium-pressure turbine blade is smaller than that of the low-pressure turbine. The gas turbine and the water turbine are operated in the Reynolds number range shown in the diagram. Therefore,
The effect of the present invention can be most expected if the surface roughness k1 of the gas turbine blade and the runner near the runner leading edge is in the order of several tens of microns to 100 microns. In particular, k1 is preferably about 15 to 50 microns for a gas turbine blade, and about 10 to 100 microns for a water turbine runner.

【0046】また、上記本発明の実施の形態において
は、後縁線21が直線的にスタッキングされるタービン
動翼を示したが、本発明の技術思想は、Bow翼やコン
パウンドリーン翼と称される翼高さ方向に3次元スタッ
キングした、湾曲するタービン動翼においても同様に効
果を奏する。
In the above-described embodiment of the present invention, the turbine blade in which the trailing edge line 21 is linearly stacked is shown. However, the technical idea of the present invention is referred to as a Bow blade or a compound-lean blade. The same effect can be obtained with a curved turbine rotor blade that is three-dimensionally stacked in the blade height direction.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、動翼の前縁付近に、翼腹部および翼背部の平均表面
粗さより粗い平均表面粗さの部分を設け、かつこの粗さ
を、流動流体に乱流遷移を起こさせる粗さに形成するよ
うにしたので、動翼に流入する流体が設計流入角から外
れ、流体性能上好ましくない方向から流入した場合であ
っても、この前縁における粗い表面部分により、よどみ
点に付着した流れが、強制的に乱流遷移し、境界層はそ
の後の逆圧力勾配に対して強くなり、はく離しにくくな
り、したがって入射角損失の増加を充分抑制することが
できるこの種のタービン動翼を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a portion having an average surface roughness greater than the average surface roughness of the blade abdomen and the blade back is provided near the leading edge of the moving blade, and this roughness is reduced. Even if the fluid flowing into the rotor blades deviates from the design inflow angle and flows in a direction unfavorable for fluid performance, Due to the rough surface at the edge, the flow attached to the stagnation point is forced to make a turbulent transition, and the boundary layer becomes more resistant to the subsequent reverse pressure gradient and is less likely to peel off. This kind of turbine blade that can be suppressed can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のタービン動翼を備えたタービンの要部
を示す縦断側面図およびそのタービン動翼の一実施例を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a main part of a turbine provided with a turbine rotor blade of the present invention, and a perspective view showing one embodiment of the turbine rotor blade.

【図2】本発明のタービン動翼の一実施例を示す横断平
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional plan view showing one embodiment of the turbine blade of the present invention.

【図3】従来のタービン動翼の腹打ち流入の場合の前縁
付近の流れ場の模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of a flow field near a leading edge in the case of a conventional inflow of turbine blades.

【図4】従来のタービン動翼の背打ち流入の場合の前縁
付近の流れ場の模式図である。
FIG. 4 is a schematic view of a flow field near a leading edge in the case of a backflow inflow of a conventional turbine blade.

【図5】従来のタービン動翼の腹打ち流入の場合の翼面
圧力分布図である。
FIG. 5 is a blade surface pressure distribution diagram in the case of a bellows inflow of a conventional turbine blade.

【図6】従来のタービン動翼の背打ち流入の場合の翼面
圧力分布図である。
FIG. 6 is a blade surface pressure distribution diagram in the case of a backflow inflow of a conventional turbine blade.

【図7】本発明によるタービン動翼の前縁付近の表面粗
さの模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of the surface roughness near the leading edge of the turbine blade according to the present invention.

【図8】本発明によるタービン動翼の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a turbine bucket according to the present invention.

【図9】図8の平面図である。FIG. 9 is a plan view of FIG.

【図10】本発明によるタービン動翼の他の実施例を示
す前縁付近の表面粗さの模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a surface roughness near a leading edge showing another embodiment of the turbine bucket according to the present invention.

【図11】本発明によるタービン動翼の他の実施例を示
す前縁付近の表面粗さの模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a surface roughness near a leading edge showing another embodiment of the turbine rotor blade according to the present invention.

【図12】本発明によるタービン動翼の他の実施例を示
す前縁付近の表面粗さの模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram of the surface roughness near the leading edge showing another embodiment of the turbine bucket according to the present invention.

【図13】本発明によるタービン動翼の他の実施例を示
す前縁付近の表面粗さの模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of a surface roughness near a leading edge showing another embodiment of the turbine bucket according to the present invention.

【図14】本発明によるタービン動翼の他の実施例を示
す前縁付近の表面粗さの模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram of the surface roughness near the leading edge showing another embodiment of the turbine bucket according to the present invention.

【図15】本発明によるタービン動翼の他の実施例を示
す前縁付近の表面粗さの模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram of a surface roughness near a leading edge showing another embodiment of the turbine blade according to the present invention.

【図16】本発明のタービン動翼の他の実施例を示す斜
視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing another embodiment of the turbine bucket of the present invention.

【図17】本発明のタービン動翼の他の実施例を示す斜
視図である。
FIG. 17 is a perspective view showing another embodiment of the turbine blade of the present invention.

【図18】タービン動翼の翼形損失係数と入射角との関
係図である。
FIG. 18 is a relationship diagram between an airfoil loss coefficient of a turbine rotor blade and an incident angle.

【図19】本発明のタービン動翼を備えた蒸気タービン
プラントを示す系統線図である。
FIG. 19 is a system diagram showing a steam turbine plant provided with a turbine blade of the present invention.

【図20】本発明による動翼前縁付近の表面粗さとレイ
ノルズ数との関係図である。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the surface roughness near the blade leading edge and the Reynolds number according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…動翼、2…蒸気、3…ロータ、4…ディスク、5…
外部ケーシング、6…静翼、7…内輪、8…外輪、9…
前縁、10…後縁、11…前縁におけるキャンバー線の
接線、12…翼列軸、13…後縁におけるキャンバー線
の接線、14…作動流体の流入方向、15…境界層外
縁、16…はく離渦、17…はく離点、18…平均表面
粗さRaがk1(ミクロン)の翼表面、19…平均表面
粗さRaがk2(ミクロン)の翼表面、20…前縁9を
翼高さ方向に結んだ線、21…後縁10を翼高さ方向に
結んだ線、22…高圧タービンコンポーネント、23…
中圧タービンコンポーネント、24…低圧タービンコン
ポーネント、25…タービン軸、26…ボイラ、27…
発電機、28…復水器、29…ボイラから高圧初段に供
給される蒸気、30…高圧タービンからボイラに供給さ
れる蒸気、31…ボイラから中圧タービンに供給される
再熱蒸気、32…中圧タービンから低圧タービンに供給
される蒸気、33…低圧タービンから復水器に供給され
る蒸気、34…復水器からボイラに供給される給水、3
5…高圧タービンコンポーネント22あるいは中圧ター
ビンコンポーネント23内の各タービン段落を構成する
動翼、36…低圧タービンコンポーネント24内の各タ
ービン段落を構成する動翼、Sp…よどみ点、Xp…圧
力面側翼前縁付近で流速が極大(圧力が極小値)となる
点、Xs…負圧面側翼前縁付近で流速が極大(圧力が極
小値)となる点、Lp…前縁9とXsの距離、Ls…前
縁9とXpの距離、k1…平均表面粗さ18の粗さ(ミ
クロン)、k2…平均表面粗さ19の粗さ(ミクロ
ン)。
1 ... rotor blade, 2 ... steam, 3 ... rotor, 4 ... disk, 5 ...
Outer casing, 6 ... Static blade, 7 ... Inner ring, 8 ... Outer ring, 9 ...
Leading edge, 10 ... Trailing edge, 11 ... Tangent line of camber line at leading edge, 12 ... Cascade line, 13 ... Tangent line of camber line at trailing edge, 14 ... Inflow direction of working fluid, 15 ... Outer edge of boundary layer, 16 ... Peeling vortex, 17 ... Peeling point, 18 ... Blade surface with average surface roughness Ra of k1 (micron), 19 ... Blade surface with average surface roughness Ra of k2 (micron), 20 ... Leading edge 9 in blade height direction , A line connecting the trailing edge 10 in the blade height direction, 22 ... a high-pressure turbine component, 23 ...
Medium pressure turbine component, 24 ... low pressure turbine component, 25 ... turbine shaft, 26 ... boiler, 27 ...
Generator, 28 ... condenser, 29: steam supplied from the boiler to the high pressure first stage, 30 ... steam supplied from the high pressure turbine to the boiler, 31 ... reheat steam supplied from the boiler to the medium pressure turbine, 32 ... Steam supplied from the medium pressure turbine to the low pressure turbine, 33 ... Steam supplied from the low pressure turbine to the condenser, 34 ... Feed water supplied to the boiler from the condenser, 3
Reference numeral 5: a moving blade constituting each turbine stage in the high-pressure turbine component 22 or the intermediate-pressure turbine component 23; 36, a moving blade constituting each turbine stage in the low-pressure turbine component 24; Sp: stagnation point; Xp: pressure surface side blade A point where the flow velocity becomes maximum (the pressure becomes a minimum value) near the leading edge, Xs: a point where the flow velocity becomes a maximum (the pressure becomes a minimum value) near the leading edge of the suction surface side blade, Lp: a distance between the leading edge 9 and Xs, Ls ... distance between the leading edge 9 and Xp, k1 ... roughness (micron) with an average surface roughness of 18 and k2 ... roughness (micron) with an average surface roughness 19.

フロントページの続き (72)発明者 鹿野 芳雄 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 Fターム(参考) 3G002 BA02 BB01 Continued on the front page (72) Inventor Yoshio Kano 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in the Electric Power & Electronics Development Division, Hitachi, Ltd. 3G002 BA02 BB01

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流動流体により作動するタービン動翼に
おいて、 前記動翼の前縁付近の平均表面粗さを、圧力面側および
負圧面側の平均表面粗さより粗く形成するとともに、そ
の粗さを、流動流体に乱流遷移を起こさせる粗さに形成
したことを特徴とするタービン動翼。
1. A turbine blade operated by a flowing fluid, wherein an average surface roughness near a leading edge of the blade is formed larger than an average surface roughness on a pressure side and a suction side, and the roughness is reduced. A turbine rotor blade formed to have a roughness that causes a turbulent transition in a flowing fluid.
【請求項2】 流動流体により作動するタービン動翼に
おいて、 前記動翼の前縁付近で、かつ動翼の根元前縁付近の平均
表面粗さを、圧力面側および負圧面側の平均表面粗さよ
り粗く形成するとともに、その粗さを、流動流体に乱流
遷移を起こさせる粗さに形成したことを特徴とするター
ビン動翼。
2. A turbine blade operated by a flowing fluid, wherein an average surface roughness near a leading edge of the rotor blade and near a root leading edge of the rotor blade is determined by calculating an average surface roughness on a pressure side and a suction side. A turbine rotor blade characterized by being formed coarser and having a roughness that causes a turbulent transition in a flowing fluid.
【請求項3】 前記流動流体に乱流遷移を起こさせる粗
さの領域が、翼高さ方向に翼根元位置から所定の高さま
で分布させるようにした請求項1または2記載のタービ
ン動翼。
3. The turbine rotor blade according to claim 1, wherein the region of roughness causing the turbulent flow transition in the flowing fluid is distributed from a blade root position to a predetermined height in a blade height direction.
【請求項4】 前記流動流体に乱流遷移を起こさせる粗
さの領域が、翼根元側ほど幅広となるように形成した請
求項1,2または3記載のタービン動翼。
4. The turbine rotor blade according to claim 1, wherein a region of roughness that causes a turbulent transition in the flowing fluid is formed to be wider toward a blade root side.
【請求項5】 流動流体により作動するタービン動翼に
おいて、 前記動翼への流動流体の流入が腹打ち流入時に負圧面側
に発生する圧力極小点と、流動流体の流入が背打ち流入
時に圧力面側に発生する圧力極小点を結ぶ翼前縁の範囲
に、圧力面側および負圧面側の平均表面粗さより粗く、
かつ翼前縁を流通する流動流体に乱流遷移を起こさせる
粗さの粗面を設けるようにしたことを特徴とするタービ
ン動翼。
5. A turbine blade operated by a flowing fluid, wherein a minimum point of pressure generated on a suction surface side when the flowing fluid flows into the moving blade in a bellows flow, and a pressure minimum when the flowing fluid flows in a backflow. In the area of the blade leading edge connecting the pressure minimum points generated on the surface side, it is rougher than the average surface roughness on the pressure side and suction side,
A turbine rotor blade having a rough surface that causes a turbulent flow transition in a fluid flowing through a leading edge of the blade.
【請求項6】 流動流体により作動するタービン動翼に
おいて、 前記動翼への流動流体の流入が腹打ち流入時に負圧面側
に発生する圧力極小点と、流動流体の流入が背打ち流入
時に圧力面側に発生する圧力極小点を結ぶ翼前縁の範囲
に、圧力面側および負圧面側の平均表面粗さより粗く、
かつ翼前縁を流通する流動流体に乱流遷移を起こさせる
粗さの粗面を散在させるようにしたことを特徴とするタ
ービン動翼。
6. A turbine blade operated by a flowing fluid, wherein a minimum point of pressure generated on a suction surface side when the flowing fluid flows into the moving blade in a bellows flow, and a pressure minimum when the flowing fluid flows in a backflow direction. In the area of the blade leading edge connecting the pressure minimum points generated on the surface side, it is rougher than the average surface roughness on the pressure side and suction side,
A turbine rotor blade characterized in that a rough surface having a roughness that causes turbulent flow transition is scattered in a flowing fluid flowing through a leading edge of the blade.
【請求項7】 流動流体により作動するタービン動翼に
おいて、 前記動翼への流動流体の流入が腹打ち流入時に負圧面側
に発生する圧力極小点と、流動流体の流入が背打ち流入
時に圧力面側に発生する圧力極小点を結ぶ翼前縁の平均
表面粗さを2〜30ミクロンに形成し、かつ他の面の平
均表面粗さを10分の数ミクロンから数ミクロンに形成
するようにしたことを特徴とするタービン動翼。
7. A turbine blade driven by a flowing fluid, wherein a minimum point of pressure generated on the suction side when the flowing fluid flows into the moving blade in a bellows flow, and a pressure minimum when the flowing fluid flows in a backflow direction. The average surface roughness of the leading edge of the blade connecting the pressure minimum points generated on the surface side is set to 2 to 30 microns, and the average surface roughness of the other surfaces is set to several tenths to several microns. A turbine blade characterized by the following.
【請求項8】 軸方向流動流体により作動するタービン
動翼を備えたガスタービンにおいて、 前記タービン動翼の前縁付近の平均表面粗さを、圧力面
側および負圧面側の平均表面粗さより粗く形成するとと
もに、その粗さを、軸方向流動流体に乱流遷移を起こさ
せる粗さに形成したことを特徴とするガスタービン。
8. A gas turbine provided with a turbine moving blade operated by an axial flowing fluid, wherein an average surface roughness near a leading edge of the turbine moving blade is larger than an average surface roughness on a pressure side and a suction side. A gas turbine, wherein the gas turbine is formed to have a roughness that causes a turbulent transition in an axial flowing fluid.
【請求項9】 軸方向流動流体により作動するタービン
動翼を備えた蒸気タービンにおいて、 前記タービン動翼の前縁付近の平均表面粗さを、圧力面
側および負圧面側の平均表面粗さより粗く形成するとと
もに、その粗さを、軸方向流動流体に乱流遷移を起こさ
せる粗さに形成したことを特徴とする蒸気タービン。
9. A steam turbine having a turbine moving blade operated by an axial flowing fluid, wherein an average surface roughness near a leading edge of the turbine moving blade is larger than an average surface roughness on a pressure side and a suction side. A steam turbine, wherein the roughness is formed so as to cause turbulent transition in an axial flowing fluid.
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