2.2.2V型パワータービンの研究
a)V型パワータービンの可変段試験
1)目的
ガスタービンは、部分負荷運転における効率(燃料消費率)が急激に悪化する特性が有り、舶用としての広い普及のためには、この改善が望まれる。再生ガスタービンでは、パワータービンの容量と熱交換器入口ガス温度を出力レベルに合わせ調整することにより、部分負荷での効率を向上させることが可能となる。このパワータービン容量の調整は、第1段静翼の取付角度を変化させ、ノズル最小面積を変化させることにより行うことができるが、部分負荷での高効率を維持するためには可変タービン特有の課題、すなわち、可変静翼部の翼両端クリアランス損失の定量的予測、及びエンジン定格点から部分負荷までの広い範囲で作動する可変段動翼のオフデザインインシデンスロス予測を解決する必要がある。
平成10年度上期においては、V型パワータービンの実機翼設計に先立ち、上述の2つの課題を解決し、実機タービン設計での性能予測へ反映させるために可変段試験を実施した。
2)方法
2.1)可変段静翼クリアランス損失データ取得試験
平成9年度のV型パワータービン基本設計の結果から可変段静翼の平均転向角及び平均ソリディティをシミュレートした2次元タービン翼設計を実施し、その翼両端のクリアランス量を3種類変化させた試験供試体を設計製作した。2次元タービン翼断面形状を図2.2.2-1に、可変段試験装置断面図を図2.2.2-2に示す。図2.2.2-3に平成10年度に製作した供試翼写真を示す。
試験条件は、翼出口のマッハ数を基本設計値に一致させた条件で実施した。計測は翼出口3ピッチ分を半径方向および周方向に3孔ヨーメータを用いて実施した。
2.2)可変段動翼オフデザインインシデンスロス試験
可変段動翼のエンジン定格点から部分負荷までの性能予測をするうえで重要なインシデンスロスのデータを取得するため、既存タービン試験装置を用いインシデンスロスデータを取得した。タービン動翼にはV型パワータービン翼に近い翼形状を有するものを使用している。試験は、動翼回転数、及び膨張比をパラメトリックに変化させ、平成9年度の基本設計で得られた可変動翼の流入角度変化に相当する状態を模擬しデータを取得した。計測は動翼出口平均径の半径方向1点について行い動翼のロス係数を求めた。
3)結果
3.1)可変段静翼クリアランス損失データ取得試験結果
試験の結果得られた翼の半径方向損失分布の比較を図2.2.2-4に、それらを半径方向に流量平均した値の各クリアランスに対する変化を図2.2.2-5に示す。
これら試験データは実機翼と平均的には等価な速度三角形のもとで得られたものであり、この試験データをそのまま用い実機可変静翼のクリアランス損失予測を行うことができる。
