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JP2002540334A - タービン翼 - Google Patents

タービン翼

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JP2002540334A
JP2002540334A JP2000606874A JP2000606874A JP2002540334A JP 2002540334 A JP2002540334 A JP 2002540334A JP 2000606874 A JP2000606874 A JP 2000606874A JP 2000606874 A JP2000606874 A JP 2000606874A JP 2002540334 A JP2002540334 A JP 2002540334A
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bracket
area
wing
wing body
pressure side
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ママエフ・ボリス
リヤボフ・エブゲニ
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アーベーベー・ターボ・ジステムス・アクチエンゲゼルシヤフト
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明の課題は、翼尖端範囲に配置され翼形から突出するブラケットを備えたタービン翼の効率を一層改善することである。そのために、ブラケット（１０）が、前縁（５）の範囲と後縁（６）の範囲において翼本体（４）の圧力側（８）に接する仮想の弦（１２）によって取り囲まれる圧力側（８）の表面範囲（１３）の一部範囲（１１）にのみ形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、請求項１の前提部分に記載した、翼端範囲に配置され、翼形から突
出するブラケットを備えたタービン翼に関する。
【０００２】 技術水準 特に小型のターボ機械の場合、タービン翼の翼端範囲、すなわち翼端と翼シュ
ラウドの間に発生する隙間漏れは、かなりの割合を有し、はっきりした効率低下
を生じる。この隙間漏れの原因は、翼端範囲における圧力側と吸込み側の間の圧
力差である。それによって、作動液のオーバーフローが生じる。このオーバーフ
ローは翼端と翼シュラウドの間の摩擦損失を高めることによって減少させること
ができる。これは隙間漏れの減少、ひいては効率の上昇をもたらす。
【０００３】 タービン翼の隙間漏れを低減し、信頼性を高める公知の方策は、翼形から側方
に突出するリブまたはブラケット（いわゆるミニシュラウドまたは小翼）を、翼
端範囲に設けることである（“高圧力比小型タービン”をテーマとした“Karman
流体力学研究所”の講義シリーズ1987─07の一部としてのUe.Okapuu 講演“小型
航空エンジンのための第１段タービンの空気力学的設計”、1987年15-18 の第１
〜４頁と図１〜４参照) 。
【０００４】 しかしながら、このような解決策は、翼の前縁角度と後縁角度を増大し、それ
によって効率を低下することになる。
【０００５】 発明の開示 本発明はこれらのすべての欠点を除去せんとするものである。本発明の根底を
なす課題は、翼端範囲に配置され、翼形から突出するブラケットを備えたタービ
ン翼において効率を更に改善することである。
【０００６】 この課題は本発明に従い、請求項１の前提部分に記載した装置において、ブラ
ケットが圧力側の表面範囲の一部範囲にのみ形成されていることによって解決さ
れる。その際、この所定の表面範囲は、前縁の範囲と後縁の範囲において翼本体
の圧力側に接する仮想の弦によって取り囲まれる圧力側の範囲である。
【０００７】 それによって、ブラケットが圧力側の一部分にわたってのみ延びているので、
翼本体の両くさび角、すなわち前縁角度と後縁角度を小さくすることができる。
その結果、翼本体の前縁範囲の高いマッハ数と、後縁範囲の死水域を回避する尖
った翼形状を生じることになる。それによって、隙間漏れの低減が更に保証され
ると共に、効率の一層の低減が達成される。
【０００８】 ブラケットを支持する圧力側の一部範囲が、翼本体の圧力側にある２個所の間
にかつこの個所から離して形成されていると有利である。この場合、第１の個所
は前縁の範囲に、第２の個所は後縁の範囲に配置され、仮想の弦は両個所に接し
ている。第１の個所とブラケットの間および第２の個所とブラケットの間にそれ
ぞれ、間隔ａ1 ，ａ2 が存在し、この間隔が翼本体の対応する範囲の翼厚ｄ1 ，
ｄ2 にほぼ一致していると特に合目的であることが判った。
【０００９】 これにより、翼本体の前縁または後縁に対するブラケットの大きな間隔が得ら
れるので、そのくさび角は更に小さくすることができる。 ブラケットは、前縁から出発して、翼本体の弦長ｌの３０〜４０％の範囲内に
、圧力側の面からの最大高さｈmax を有する。その際、ブラケットの高さは、翼
本体の前縁の方向と後縁の方向の双方に連続的に低下している。ブラケットの最
大高さｈmax は、ブラケットに隣接する、翼端と反対側の翼本体の範囲内にある
翼厚ｄ3 にほぼ一致している。更に、ブラケットが波状に形成されていると有利
である。
【００１０】 特にブラケットのこのような形状の場合、最適な流れ案内が達成可能であるこ
とをが判った。
【００１１】 図面の簡単な説明 図には、ターボ過給器の排気タービンの動翼に基づく本発明の実施の形態が示
してある。
【００１２】 本発明の理解にとって重要な要素だけが示してある。例えば翼シュラウドを含
む排気タービンの他の部品は図示していない。
【００１３】 発明の実施の形態 図１に示した、動翼１として形成されたターボ機械翼は、翼の根元２、プラッ
トホーム３および翼本体４からなっている。図示していないタービン翼車の隣接
するタービン翼のプラットホームは、互いに直接接触し、流路の内側を画成して
いる。この流路の外側は、同様に図示していない翼シュラウドによって閉鎖され
ている。翼本体４は前縁５、後縁６、吸込み側７、圧力側８および翼端９を備え
ている（図２）。
【００１４】 翼端９の範囲において翼本体４の圧力側８には、ブラケット１０が配置されて
いる。このブラケットは圧力側８全体の一部範囲１１にわたって延びている。こ
の一部範囲１１は、仮想の弦１２によって囲まれた、圧力側８の表面範囲１３の
一部である。そのために、弦１２は翼本体４の前縁５の範囲内の第１の個所１４
に接し、翼本体４の後縁６の範囲内の第２の個所１５に接している。ブラケット
１０を収容する部分範囲は、両個所１４，１５の間でこの個所から離隔して形成
されている。それによって、部分範囲は弦１２によって囲まれた表面範囲１３よ
りも小さい。
【００１５】 第１の個所１４とブラケット１０の間には間隔ａ1 が存在し、この間隔は翼本
体４のこの範囲の翼厚ｄ1 にほぼ一致している。同様に、第２の個所１５とブラ
ケット１０の間には間隔ａ2 が存在し、この間隔は翼本体４のこの範囲の翼厚ｄ 2 にほぼ一致している。
【００１６】 ブラケット１０は圧力側８の面から最大高さｈmax を有する。この最大高さは
、ブラケット１０に隣接する、翼端９と反対側の翼本体４の範囲内にある翼厚さ
ｄ3 にほぼ一致している（図２）。この最大高さｈmax は、翼本体４の弦長の３
０〜４０％に相当する、前縁５からの間隔ｂのところに配置されている（図３）
。ブラケット１０の高さは、最大高さｈmax から出発して、翼本体４の前縁５の
方向と後縁６の方向に連続的に低くなっている。その際、ブラケット１０の高さ
は、弦長ｌにわたって波状の外側輪郭を生じるように、両方向に低下している。
【００１７】 ブラケット１０が圧力側８の一部範囲１１にのみ形成され、圧力側８における
弦１２の接触個所に対して内側にずらして配置され、その高さが両翼縁の方に連
続的に低下しているので、タービン翼１の両くさび角、すなわち前縁角ω1 と後
縁角ω2 は、技術水準の場合よりも小さすることが可能である。
【００１８】 運転中、この尖った翼形状は、翼本体４の前縁５の範囲への流れを改善し、マ
ッハ数を低下させる。同様に尖った翼形状に基づいて、翼本体４の後縁６の範囲
における死水域の発生が防止される。これにより、効率の一層の改善が達成され
る。この場合、隙間漏れの必要な低減は維持される。更に、ブラケット１０の波
状の外側輪郭によって、最適な流れ案内が達成される。
【００１９】 翼本体４の圧力側８に設けたブラケット１０に加えて、吸込み側７にもブラケ
ットを配置することができる（図示していない）。それによって、オーバーフロ
ーの危険が更に低下し、適当な形状のときに流れ案内をこの範囲でも改善するこ
とができる。勿論、このようなブラケット１０は動翼だけでなく、静翼にも設け
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧力側から見た動翼の側面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った動翼の断面図である。
【図３】 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った動翼の断面図である。
【符号の説明】
１ ターボ機械翼、動翼 ２ 翼根元 ３ プラットホーム ４ 翼本体 ５ 前縁 ６ 後縁 ７ 吸込み側 ８ 圧力側 ９ 翼端 １０ ブラケット １１ 一部範囲 １２ 弦 １３ 表面範囲 １４ 第１の個所 １５ 第２の個所 ａ1 間隔 ａ2 間隔 ｂ 間隔 ｄ1 翼本体の翼厚 ｄ2 翼本体の翼厚 ｄ3 翼本体の翼厚 ｈmax ブラケットの最大高さ ｌ 翼本体の弦長 ω1 翼本体の前縁角度 ω2 翼本体の後縁角度
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年５月７日（２０００．５．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】 タービン翼の隙間漏れを低減し、信頼性を高める公知の方策は、翼形から側方
に突出するリブまたはブラケット（いわゆるミニシュラウドまたは小翼）を、翼
端範囲に設けることである（“高圧力比小型タービン”をテーマとした“Karman
流体力学研究所”の講義シリーズ1987─07の一部としてのUe.Okapuu 講演“小型
航空エンジンのための第１段タービンの空気力学的設計”、1987年15-18 の第１
〜４頁と図１〜４参照) 。更に、英国特許出願公開第２１５３４４７号公報と英
国特許出願公開第２０５０５３０号公報には、吸込み側と圧力側に突出するブラ
ケットを備えた翼本体が開示されている。英国特許出願公開第２０５０５３０号
公報は更に、翼本体からあらゆる方向に突出する、吸込み側に配置されたブラケ
ットを備えた翼本体を示している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】 しかしながら、このすべての決策は、翼の前縁角度と後縁角度を増大し、それ
によって効率を低下することになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】 この課題は本発明に従い、ブラケットが翼の圧力側においてこの圧力側の表面
範囲の一部範囲にのみ形成されていることによって解決される。その際、この所
定の表面範囲は、前縁の範囲と後縁の範囲において翼本体の圧力側に接する仮想
の弦によって取り囲まれる圧力側の範囲である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】 ブラケットを支持する圧力側の一部範囲は、翼本体の圧力側にある２個所の間
にかつこの個所から離して形成されている。この場合、第１の個所は前縁の範囲
に、第２の個所は後縁の範囲に配置され、仮想の弦は両個所に接している。第１
の個所とブラケットの間および第２の個所とブラケットの間にそれぞれ、間隔ａ 1 ，ａ2 が存在し、この間隔が翼本体の対応する範囲の翼厚ｄ1 ，ｄ2 にほぼ一
致していると特に合目的であることが判った。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】 それによって、ブラケットが圧力側の一部分にわたってのみ延びているので、
翼本体の両くさび角、すなわち前縁角度と後縁角度を小さくすることができる。
所定の間隔ａ1 ，ａ2 を選定することにより、くわび角を更に小さくすることが
できる。その結果、翼本体の前縁範囲の高いマッハ数と、後縁範囲の死水域を回
避する尖った翼形状を生じることになる。それによって、隙間漏れの低減が更に
保証されると共に、効率の一層の低減が達成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】 ブラケットは、前縁から出発して、翼本体の弦長ｌの３０〜４０％の範囲内に
、圧力側の面からの最大高さｈmax を有する。その際、ブラケットの高さは、翼
本体の前縁の方向と後縁の方向の双方に連続的に低下している。ブラケットの最
大高さｈmax は、ブラケットに隣接する、翼端と反対側の翼本体の範囲内にある
翼厚ｄ3 にほぼ一致している。更に、ブラケットが波状に形成されていると有利
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リヤボフ・エブゲニ ロシア国、サマラ、クラインヤヤ・ストラ ーセ、４

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 翼本体（４）を備え、この翼本体が前縁（５）、後縁（６）
    、吸込み側（７）および圧力側（８）を備え、翼本体が翼端（９）を備え、翼本
    体（４）の圧力側（８）において翼端（９）の範囲にブラケット（１０）が配置
    されている、タービン翼において、ブラケット（１０）が、前縁（５）の範囲と
    後縁（６）の範囲において翼本体（４）の圧力側（８）に接する仮想の弦（１２
    ）によって取り囲まれる圧力側（８）の表面範囲（１３）の一部範囲（１１）に
    のみ形成されていることを特徴とするタービン翼。
  2. 【請求項２】 仮想の弦（１２）が前縁（５）の範囲において翼本体（４）
    の圧力側（８）の第１の個所（１４）に接し、後縁（６）の範囲において第２の
    個所（１５）に接し、ブラケット（１０）を収容する一部範囲（１１）が両個所
    （１４，１５）の間にこの両個所から離して形成されていることを特徴とする請
    求項１記載のタービン翼。
  3. 【請求項３】 第１の個所（１４）とブラケット（１０）の間および第２の
    個所（１５）とブラケットの間にそれぞれ、間隔（ａ1 ，ａ2 ）が存在し、この
    間隔が翼本体（４）の対応する範囲の翼厚（ｄ1 ，ｄ2 ）にほぼ一致しているこ
    とを特徴とする請求項２記載のタービン翼。
  4. 【請求項４】 ブラケット（１０）が、前縁（５）から出発して、翼本体（
    ４）の弦長（ｌ）の３０〜４０％の範囲内に、圧力側（８）の面からの最大高さ
    （ｈmax ）を有し、ブラケット（１０）の高さが、翼本体（４）の前縁（５）の
    方向と後縁（６）の方向の双方向に連続的に低下していることを特徴とする請求
    項２または３記載のタービン翼。
  5. 【請求項５】 ブラケット（１０）の最大高さ（ｈmax ）が、ブラケット（
    １０）に隣接する、翼端（９）と反対側の翼本体（４）の範囲内にある翼厚（ｄ 3 ）にほぼ一致していることを特徴とする請求項４記載のタービン翼。
  6. 【請求項６】 ブラケット（１０）が波状に形成されていることを特徴とす
    る請求項５記載のタービン翼。
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