JP3867812B2 - 軸流圧縮機動翼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンやジェットエンジンに用いられる軸流圧縮機の動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のガスタービンやジェットエンジンに用いられる軸流圧縮機の動翼を示し、（Ａ）が展開図、（Ｂ）は動翼のルート部（付根部）とチップ（先端）部での圧縮機の軸心Ｃに対する角度を示す。（Ａ）に示すようにハブ２に取り付けられた動翼１のルート部４のコード長（翼弦長）とチップ部５のコード長はほぼ同じ長さとなっている。また、（Ｂ）に示すように動翼１は圧縮機軸心Ｃに対してルート部翼型８はθ１，チップ部翼型９はθ２（＞θ１）の角度で取り付けられており、軸心Ｃに対するコード長の投影長さはルート部がＬ１、チップ部がＬ２であり、Ｌ２はＬ１の範囲内に納まっている。チップ部５とケーシング３の間はチップ間隙６を構成する。なお、図６の動翼は高圧圧縮機ＨＰＣを表し、ファンジェットエンジンのファンのような低圧圧縮機ＬＰＣは対象外とする。以下の説明もＨＰＣに対して行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多段軸流圧縮機では流れ場を正しく算出し、それに合わせた翼型を設計するが、流れ場の正確な算出が困難であるため、実際の流れと、設計した翼と、その取り付け角とを完全に適合させることは極めて困難であり、殆ど不可能である。この結果、図５の黒丸で示すように効率が流量によって大きく変化し、特にピーク効率の流量の前後で急激に変化する。このため予定した流量における予定した効率を得られない場合が多い。効率としては、ピーク効率より多少低くても広い範囲の流量にわたり、ほぼ一定となることが望ましい。
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、流量の変動により変化を少なくした軸流圧縮機動翼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の発明では、軸流圧縮機動翼のコード長を付根部より先端部へ向かう途中位置から長くしてゆき、先端コード長の圧縮機軸心への投影長さが付根コード長の圧縮機軸心の投影長さの範囲内とする。
【０００６】
動翼の効率が流量によって急激に変化するのは、動翼のチップ間隙におけるもれ流れによる圧力損失が支配的であることが三次元粘性解析による数値実験で明らかになった。このもれ流れとは圧力の高い翼下面から圧力の低い翼上面に向かう流れで、このもれ流れによる圧力損失を少なくすることにより効率の低下を少なくし、流量の変化による効率の変化を少なくすることができる。もれ流れはチップコード長を大きくすると少なくなることも上述の数値実験で明らかになったので、チップコード長をできるだけ大きくする。この限度としてチップ部コード長を伸ばしても動翼の圧縮機軸方向の長さが長くならない範囲とする。このためルート部コード長の圧縮機の軸心への投影長さの範囲内にチップ部コード長の軸心への投影長が納まる長さとすればよい。動翼のチップ部はルート部に対して図６で示したようにねじれているので、ルート部コード長よりチップ部コード長が長くてもチップ部コード長の軸心への投影範囲をルート部コード長の軸心への投影範囲内に納めることができる。
【０００７】
請求項２の発明では、前記途中位置は動翼の付根を０％、先端を１００％の高さとし、５０％から８０％の範囲とする。チップ部コード長を大きく伸ばす場合は５０％から増大させ、比較的伸ばしが少ない場合は８０％から伸ばすのが適切である。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は実施例の軸流圧縮機動翼の形状を示す図で、（Ａ）は展開図を示し、（Ｂ）は付根部（ルート部）と先端部（チップ部）の翼取付角を示す。（Ａ）に示すように動翼１はハブ２に取り付けられたルート部４からケーシング３近傍のチップ部５まで到る途中の位置からそのコード長が変化している。動翼１の高さをルート部４で０％、チップ部５で１００％とすると、ほぼ５０％までは同一コード長で、それ以上でコード長が増大しチップ部５で最大値となる。（Ｂ）は動翼１が取り付けられる軸流圧縮機の軸心Ｃに対する動翼１の取付角度の一例を示す。軸心Ｃに対し、ルート部翼型８は例えば４０°の角度で取り付けられ、チップ部翼型９は例えば６０°の角度となっている。つまり、チップ部翼型９はルート部翼型８に対して２０°よじれている。チップ部翼型９の軸心Ｃへの投影長Ｌ２はルート部翼型８の軸心Ｃへの投影長Ｌ１の範囲内となっている。これはチップ部翼型９の軸心Ｃへの投影長Ｌ２がルート部翼型８の軸心Ｃへの投影範囲を越えて長くなると、動翼１が圧縮機の軸方向に長くなることになり、圧縮機を軸方向に伸ばす必要が生じる。このため圧縮機の重量も増大し、悪影響も現れるので、動翼１が圧縮機軸方向へ大きくならない範囲内でチップコード長を増大する。
【０００９】
次にこのようにチップ部５のコード長をルート部４のコード長より大きくした動翼１の性能について説明する。図２は図１の動翼の形状を三次元で表示したものである。図３は図２に示した動翼１のコード長さを表す図である。コード長はハブ２から５０％程度まではほぼ同じ長さで、５０％を越えると長くなっている。
【００１０】
図４は図２に示した１段の動翼の三次元粘性解析による数値実験結果で、流量に対する圧力比を示す。白丸が図２に示す動翼を示し、黒丸はコード長さがほぼ一定の従来の動翼を示す。両者はほぼ同一の曲線となり、チップ部コード長を長くしても圧力比には殆ど影響を及ぼさないことを示している。
【００１１】
図５は図２に示した１段の動翼の三次元粘性解析による数値実験結果で、流量に対する断熱効率を示す。白丸が図２に示す動翼を示し、黒丸はコード長さがほぼ一定の従来の動翼を示す。従来の動翼では流量によって断熱効率が変化し、ピーク値を有するが、図２に示す動翼では、断熱効率は流量が変化してもほぼ一定の値となっている。この一定値は従来の動翼のピーク値よりも小さいが、ピーク値近傍以外では従来の動翼よりも断熱効率が高くなっており、本実施例の動翼は流量の広い範囲にわたり、高い断熱効率を維持することがわかる。
【００１２】
図２に示した動翼ではチップ部コード長が大きいのでコード長の増大はハブ２から５０％を越えた位置から行ったが、チップ部コード長がそれ程大きくない場合は、ハブ２から８０％程度の位置からコード長を増大させても図５に示すように流量の広い範囲に対し断熱効率を高い値で一定とすることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、軸流圧縮機の動翼のコード長をチップ部へ近づくにつれて大きくしてゆくことにより、従来の動翼に比べて流量の広い範囲にわたって、ほぼ一定の高い効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の動翼の形状を示し、（Ａ）は展開図、（Ｂ）は軸流圧縮機の軸心に対する付根部と先端部の翼角度の一例を示す図である。
【図２】性能解析に用いた動翼の三次元表示図を示す。
【図３】図２に示す動翼のコード長さを示す図である。
【図４】図２に示す動翼の圧力比を従来の動翼と比較した図である。
【図５】図２に示す動翼の断熱効率を従来の動翼と比較した図である。
【図６】従来の動翼の形状を示し、（Ａ）は展開図、（Ｂ）は軸流圧縮機の軸心に対する付根部と先端部の翼角度を示す図である。
【符号の説明】
１ 動翼
２ ハブ
３ ケーシング
４ ルート部
５ チップ部
６ チップ間隙
８ ルート部翼型
９ チップ部翼型
Ｃ 圧縮機軸心
Ｌ１ 圧縮機軸心Ｃに対するルート部コード長の投影長さ
Ｌ２ 圧縮機軸心Ｃに対するチップ部コード長の投影長さ
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンやジェットエンジンに用いられる軸流圧縮機の動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のガスタービンやジェットエンジンに用いられる軸流圧縮機の動翼を示し、（Ａ）が展開図、（Ｂ）は動翼のルート部（付根部）とチップ（先端）部での圧縮機の軸心Ｃに対する角度を示す。（Ａ）に示すようにハブ２に取り付けられた動翼１のルート部４のコード長（翼弦長）とチップ部５のコード長はほぼ同じ長さとなっている。また、（Ｂ）に示すように動翼１は圧縮機軸心Ｃに対してルート部翼型８はθ１，チップ部翼型９はθ２（＞θ１）の角度で取り付けられており、軸心Ｃに対するコード長の投影長さはルート部がＬ１、チップ部がＬ２であり、Ｌ２はＬ１の範囲内に納まっている。チップ部５とケーシング３の間はチップ間隙６を構成する。なお、図６の動翼は高圧圧縮機ＨＰＣを表し、ファンジェットエンジンのファンのような低圧圧縮機ＬＰＣは対象外とする。以下の説明もＨＰＣに対して行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多段軸流圧縮機では流れ場を正しく算出し、それに合わせた翼型を設計するが、流れ場の正確な算出が困難であるため、実際の流れと、設計した翼と、その取り付け角とを完全に適合させることは極めて困難であり、殆ど不可能である。この結果、図５の黒丸で示すように効率が流量によって大きく変化し、特にピーク効率の流量の前後で急激に変化する。このため予定した流量における予定した効率を得られない場合が多い。効率としては、ピーク効率より多少低くても広い範囲の流量にわたり、ほぼ一定となることが望ましい。
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、流量の変動により変化を少なくした軸流圧縮機動翼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の発明では、軸流圧縮機動翼のコード長を付根部より先端部へ向かう途中位置から長くしてゆき、先端コード長の圧縮機軸心への投影長さが付根コード長の圧縮機軸心の投影長さの範囲内とする。
【０００６】
動翼の効率が流量によって急激に変化するのは、動翼のチップ間隙におけるもれ流れによる圧力損失が支配的であることが三次元粘性解析による数値実験で明らかになった。このもれ流れとは圧力の高い翼下面から圧力の低い翼上面に向かう流れで、このもれ流れによる圧力損失を少なくすることにより効率の低下を少なくし、流量の変化による効率の変化を少なくすることができる。もれ流れはチップコード長を大きくすると少なくなることも上述の数値実験で明らかになったので、チップコード長をできるだけ大きくする。この限度としてチップ部コード長を伸ばしても動翼の圧縮機軸方向の長さが長くならない範囲とする。このためルート部コード長の圧縮機の軸心への投影長さの範囲内にチップ部コード長の軸心への投影長が納まる長さとすればよい。動翼のチップ部はルート部に対して図６で示したようにねじれているので、ルート部コード長よりチップ部コード長が長くてもチップ部コード長の軸心への投影範囲をルート部コード長の軸心への投影範囲内に納めることができる。
【０００７】
請求項２の発明では、前記途中位置は動翼の付根を０％、先端を１００％の高さとし、５０％から８０％の範囲とする。チップ部コード長を大きく伸ばす場合は５０％から増大させ、比較的伸ばしが少ない場合は８０％から伸ばすのが適切である。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は実施例の軸流圧縮機動翼の形状を示す図で、（Ａ）は展開図を示し、（Ｂ）は付根部（ルート部）と先端部（チップ部）の翼取付角を示す。（Ａ）に示すように動翼１はハブ２に取り付けられたルート部４からケーシング３近傍のチップ部５まで到る途中の位置からそのコード長が変化している。動翼１の高さをルート部４で０％、チップ部５で１００％とすると、ほぼ５０％までは同一コード長で、それ以上でコード長が増大しチップ部５で最大値となる。（Ｂ）は動翼１が取り付けられる軸流圧縮機の軸心Ｃに対する動翼１の取付角度の一例を示す。軸心Ｃに対し、ルート部翼型８は例えば４０°の角度で取り付けられ、チップ部翼型９は例えば６０°の角度となっている。つまり、チップ部翼型９はルート部翼型８に対して２０°よじれている。チップ部翼型９の軸心Ｃへの投影長Ｌ２はルート部翼型８の軸心Ｃへの投影長Ｌ１の範囲内となっている。これはチップ部翼型９の軸心Ｃへの投影長Ｌ２がルート部翼型８の軸心Ｃへの投影範囲を越えて長くなると、動翼１が圧縮機の軸方向に長くなることになり、圧縮機を軸方向に伸ばす必要が生じる。このため圧縮機の重量も増大し、悪影響も現れるので、動翼１が圧縮機軸方向へ大きくならない範囲内でチップコード長を増大する。
【０００９】
次にこのようにチップ部５のコード長をルート部４のコード長より大きくした動翼１の性能について説明する。図２は図１の動翼の形状を三次元で表示したものである。図３は図２に示した動翼１のコード長さを表す図である。コード長はハブ２から５０％程度まではほぼ同じ長さで、５０％を越えると長くなっている。
【００１０】
図４は図２に示した１段の動翼の三次元粘性解析による数値実験結果で、流量に対する圧力比を示す。白丸が図２に示す動翼を示し、黒丸はコード長さがほぼ一定の従来の動翼を示す。両者はほぼ同一の曲線となり、チップ部コード長を長くしても圧力比には殆ど影響を及ぼさないことを示している。
【００１１】
図５は図２に示した１段の動翼の三次元粘性解析による数値実験結果で、流量に対する断熱効率を示す。白丸が図２に示す動翼を示し、黒丸はコード長さがほぼ一定の従来の動翼を示す。従来の動翼では流量によって断熱効率が変化し、ピーク値を有するが、図２に示す動翼では、断熱効率は流量が変化してもほぼ一定の値となっている。この一定値は従来の動翼のピーク値よりも小さいが、ピーク値近傍以外では従来の動翼よりも断熱効率が高くなっており、本実施例の動翼は流量の広い範囲にわたり、高い断熱効率を維持することがわかる。
【００１２】
図２に示した動翼ではチップ部コード長が大きいのでコード長の増大はハブ２から５０％を越えた位置から行ったが、チップ部コード長がそれ程大きくない場合は、ハブ２から８０％程度の位置からコード長を増大させても図５に示すように流量の広い範囲に対し断熱効率を高い値で一定とすることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、軸流圧縮機の動翼のコード長をチップ部へ近づくにつれて大きくしてゆくことにより、従来の動翼に比べて流量の広い範囲にわたって、ほぼ一定の高い効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の動翼の形状を示し、（Ａ）は展開図、（Ｂ）は軸流圧縮機の軸心に対する付根部と先端部の翼角度の一例を示す図である。
【図２】性能解析に用いた動翼の三次元表示図を示す。
【図３】図２に示す動翼のコード長さを示す図である。
【図４】図２に示す動翼の圧力比を従来の動翼と比較した図である。
【図５】図２に示す動翼の断熱効率を従来の動翼と比較した図である。
【図６】従来の動翼の形状を示し、（Ａ）は展開図、（Ｂ）は軸流圧縮機の軸心に対する付根部と先端部の翼角度を示す図である。
【符号の説明】
１ 動翼
２ ハブ
３ ケーシング
４ ルート部
５ チップ部
６ チップ間隙
８ ルート部翼型
９ チップ部翼型
Ｃ 圧縮機軸心
Ｌ１ 圧縮機軸心Ｃに対するルート部コード長の投影長さ
Ｌ２ 圧縮機軸心Ｃに対するチップ部コード長の投影長さ
Claims (2)
- 軸流圧縮機動翼のコード長を付根部より先端部へ向かう途中位置から長くしてゆき、先端コード長の圧縮機軸心への投影長さが付根コード長の圧縮機軸心の投影長さの範囲内となっていることを特徴とする軸流圧縮機動翼。
- 前記途中位置は動翼の付根を０％、先端を１００％の高さとし、５０％から８０％の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の軸流圧縮機動翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17976095A JP3867812B2 (ja) | 1995-07-17 | 1995-07-17 | 軸流圧縮機動翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17976095A JP3867812B2 (ja) | 1995-07-17 | 1995-07-17 | 軸流圧縮機動翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0932501A JPH0932501A (ja) | 1997-02-04 |
| JP3867812B2 true JP3867812B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=16071411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17976095A Expired - Lifetime JP3867812B2 (ja) | 1995-07-17 | 1995-07-17 | 軸流圧縮機動翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3867812B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1582695A1 (de) * | 2004-03-26 | 2005-10-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaufel für eine Strömungsmaschine |
| US7497664B2 (en) * | 2005-08-16 | 2009-03-03 | General Electric Company | Methods and apparatus for reducing vibrations induced to airfoils |
| DE112006002658B4 (de) * | 2005-10-11 | 2021-01-07 | General Electric Technology Gmbh | Turbomaschinenschaufel |
| DE102008031781B4 (de) * | 2008-07-04 | 2020-06-10 | Man Energy Solutions Se | Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine und Strömungsmaschine mit einem solchen Schaufelgitter |
| EP2299124A1 (de) * | 2009-09-04 | 2011-03-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Verdichterlaufschaufel für einen Axialverdichter |
| CN115717552A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-28 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种透平动叶片 |
-
1995
- 1995-07-17 JP JP17976095A patent/JP3867812B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0932501A (ja) | 1997-02-04 |
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