JP2004092533A

JP2004092533A - 回転機械の動翼、回転機械の固定壁、及び、回転翼構造

Info

Publication number: JP2004092533A
Application number: JP2002255589A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Hisama; 久間　喜美; Hirotaka Higashimori; 東森　弘高
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】性能の劣化を招かずに動翼の形状変化を防止すること。
【解決手段】固定壁面９に近接して対向する自由側端縁７が固定壁面９に対して凸面１３に形成されている。凸面１３は固定壁面９に接触する場合に、その接触面積が狭小であり、その凸面形成部位の変形力は小さく、凸面１３と固定壁面９との間の損傷の程度が緩和され、性能劣化を抑制することができる。動翼３の自由側端縁７に近接して対向する固定壁面９が凹凸面１４に形成されている。凹凸面１４は自由側端縁７に接触する場合に、その接触面積が狭小であり、その凹凸面形成部位の変形力は小さく、凹凸面１４と自由側端縁７との間の損傷の程度が緩和され、性能劣化を抑制することができる。固定壁面９には自由側端縁７との間の相対的流体作用に起因する流線に対応する流線対応形状溝面１４が形成されて凹凸面に形成されている。流線対応形状溝面１４の形成は、その接触面積を低減し、且つ、流体抵抗を低減することができる。
【選択図】　　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機械の動翼、回転機械の固定壁、及び、回転翼構造に関し、特に、圧縮機、タービン、エキスパンダのような回転機械の動翼、回転機械の固定壁、及び、回転翼構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機、タービン、エキスパンダのような高速回転機械は、高速に回転する回転翼を構成し、その回転翼は円周方向に配列される多数の自由側端縁を構成している。動翼は、その端縁が固定壁に沿って回転する。その端縁と固定壁面との間には微妙な隙間が設計的に設けられている。激しく回転する動翼とシュラウド壁との接触は、動翼と固定壁の損傷を招く恐れがある。損傷に至らない場合でも、動翼の磨耗に起因する形状変化を招いて性能低下を惹起する可能性がある。動翼と固定壁の接触の防止のためにそれらの間の隙間幅の設計を変更することは回転機械の効率を低減する。
【０００３】
性能の劣化を招かずに動翼の形状変化を防止することが求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、効率の劣化を招かずに動翼の形状変化を防止することができる回転機械の動翼、回転機械の固定壁、及び、回転翼構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００６】
本発明による回転機械の動翼は、固定壁面（９）に近接して対向する自由側端縁（７）が固定壁面（９）に対して凸面（１３）に形成されている。凸面（１３）は固定壁面（９）に接触する場合に、その接触面積が狭小であり、その凸面形成部位の変形力は小さく、凸面（１３）と固定壁面（９）との間の損傷の程度が緩和され、性能劣化を抑制することができる。
【０００７】
このような効果は、動翼の自由端縁（７）に溝面（１５）を形成することによっても得られる。
【０００８】
本発明による回転機械の固定壁は、動翼（３）の自由側端縁（７）に近接して対向する固定壁面（９）が凹凸面（１４）に形成されている。凹凸面（１４）は自由側端縁（７）に接触する場合に、その接触面積が狭小であり、自由端縁部位の変形力は小さく、凹凸面（１４）と自由側端縁（７）との間の損傷の程度が緩和され、性能劣化を抑制することができる。
【０００９】
固定壁面（９）には自由側端縁（７）との間の相対的流体作用に起因する流線に対応する流線対応形状溝面（１４）が形成されて凹凸面に形成されている。流線対応形状溝面（１４）の形成は、流体抵抗を低減しつつ、その接触面積を低減する。
【００１０】
本発明による回転翼構造は、円周方向に配列される多数の動翼要素（３）を含む動翼群と、動翼群の回転領域を形成する固定壁（８）とを構成し、固定壁（８）の固定壁面（９）に近接して対向する動翼要素（３）の自由側端縁（７）は固定壁面（９）に対して凸面（１３）に形成され、且つ、固定壁面（９）は凹凸面（１４）に形成されている。固定壁面（９）には、自由側端縁（７）との間の相対的流体作用に起因する流線に対応する流線対応形状溝面（１４）が形成されて凹凸面に形成されてもよい。また、動翼の自由側端縁（７）に溝面（１５）を形成してもよい。両面（１３，９），（１５，９）は、損傷の発生を更に相乗的に抑制し、且つ、性能劣化を相乗的に抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による回転翼構造は、回転翼構造が固定壁とともに設けられている。その回転翼構造１は、図１に示されるように、回転軸心線Ｌを持つ回転軸基体（ハブ）２と動翼群３とを形成している。動翼群３は、円周方向に回転軸基体２に配列される複数の動翼要素の集合である。以下、動翼要素は動翼要素３で表現される。動翼要素３は、固着側端縁４と、入口側端縁（前縁）５と、出口側端縁６と、自由側端縁７とで囲まれる捻り曲面形成羽根である。
【００１２】
動翼要素３の自由側端縁７は、固定ハウジングを形成する固定壁８の曲面状内周面９が形成する環状空間１０の中で回転する。動翼要素３が回転すれば、曲面状内周面９が形成する遠心流形成環状空間１０の出口側に流れ１１が生起し、その環状空間の入口側環状空間に流れ１２が生起する。曲面状内周面９は、回転軸心線Ｌを軸心線とし、動翼自由端面７に沿って形成される。
【００１３】
自由側端縁７は、図２に示されるように、円周方向成分として幅を持つ凸面（以下、壁面摺動的凸面といわれる）１３に形成されている。公知のその壁面摺動的面は、図３に示されるように、円筒面（近似的平面）１０１に形成されている。ここで、凸は、図２に示されるように、曲面状内周面９に対して凸であることを意味する。
【００１４】
図４は、回転翼構造１の立体的構造を示している。回転する回転翼構造１の動翼群の個々の動翼要素３は、その円周方向線に交叉する正圧面とその裏面の負圧面とに円周方向流に対応する気流が発生し、その気流は入口側端縁５から出口側端縁６に向かう流れとなる。そのような流れは、曲面状内周面９と自由側端縁７との間の隙間で複雑な流線を形成し、その流線形状は厳密に流体解析計算機により解析されて求められている。そのような固定壁面側回転系流線が流体解析計算機により求められて曲面状内周面９に仮想的に描かれている。
【００１５】
曲面状内周面９には、図５に示されるように、そのような固定壁面側回転系流線が形象化された細密な固定壁面側流線形象化溝１４が形成されている。図５のＶＩ−ＶＩ線断面を示す図２に示されるように、動翼要素３の自由側端縁７は、既述の通りに、壁面摺動的凸面１３に形成されている。図２に示される壁面摺動的凸面１３は、円周方向に隣り合い互いに交叉して凸状化する２つの両側平面で形成されているが、図６に示される壁面摺動的凸面１３は、片側斜面で形成されている。図７に示される壁面摺動的凸面１３は、円周方向に対称化されている滑らかな曲面で凸状化されている。図８に示される壁面摺動的凸面１３は、曲面状内周面９に向かって立ち上がり動翼要素３に差し込まれている曲面上内周面９と接触しても損傷を引き起こさない材質の凸部材１３’の面が壁面摺動的凸面１３として形成されている。動翼自由端面には、図９に示されるように溝面１５が形成されている。
【００１６】
動翼要素３の自由側端縁７が曲面状内周面９に接触する場合に、曲面状内周面９に接触する自由側端縁７の凸面状の壁面摺動的凸面１３の接触面積は、公知のそれに比べて格段に狭く、接触に起因する重大な損傷の発生が効果的に抑制され、接触による磨耗量は少なく、結果的に性能劣化を効果的に抑制することができる。動翼自由端面７に溝１５を形成すると、更にその接触面積が少なく、性能劣化を効果的に抑制する。
【００１７】
曲面状内周面９に形成されている固定壁面側溝１４は、接触時の接触面積を狭くすることにより、曲面状内周面９が動翼要素３に与える衝撃を緩和し、接触に起因する重大な損傷の発生が効果的に抑制され、接触による磨耗量は少なく、結果的に性能劣化を効果的に抑制することができる。固定壁面側流線形象化溝１４が形成され曲面状内周面９は、接触に起因する衝撃を緩和し、且つ、流線が模倣された固定壁面側流線形象化溝１４は動翼要素３に対する乱流的流体抵抗を低減して振動発生を抑制し、振動発生抑制に基づいて接触を積極的に抑制して、性能劣化を効果的に抑制する。固定壁面側流線形象化溝１４と動翼側溝１５とは相乗的に性能劣化を抑制し、且つ、損傷の発生を抑制する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による回転機械の動翼、回転機械の固定壁、及び、回転翼構造は、性能劣化を招かずに動翼の損傷の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による回転翼構造の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による回転翼の実施の形態の動翼を示す側面図である。
【図３】図３は、公知の動翼を示す側面図である。
【図４】図４は、本発明による回転翼構造の実施の形態の固定壁を示す立体図である。
【図５】図５は、本発明による名称の実施の形態の固定壁を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明による回転翼構造の実施の形態の更に他の動翼を示す側面図である。
【図７】図７は、本発明による名称の実施の形態の更に他の動翼を示す側面図である。
【図８】図８は、本発明による回転翼構造の実施の形態の更に他の動翼を示す側面図である。
【図９】図９は、本発明による回転翼構造の実施の形態の更に他の動翼を示す側面図である。
【符号の説明】
３…動翼要素
７…自由側端縁
８…固定壁
９…固定壁面
１３…凸面
１４…凹凸面（流線対応形状溝面）
１５…線対応形状溝面

Claims

固定壁面に近接して対向する自由側端縁が前記固定壁面に対して凸面に形成されている
回転機械の動翼。
前記固定壁面に近接して対向する自由端縁に溝面が形成されている
請求項１の回転機械の動翼。
動翼の自由側端縁に近接して対向する固定壁面が凹凸面に形成されている
回転機械の固定壁。
前記固定壁面には、前記自由側端縁との間の相対的流体作用に起因する流線に対応する流線対応形状溝面が形成されて前記凹凸面に形成されている
請求項３の回転機械の固定壁。
円周方向に配列される多数の動翼要素を含む動翼群と、
前記動翼群の回転領域を形成する固定壁とを構成し、
前記固定壁の固定壁面に近接して対向する前記動翼要素の自由側端縁は前記固定壁面に対して凸面に形成され、且つ、前記固定壁面は凹凸面に形成されている
回転翼構造。
前記固定壁面には、前記自由側端縁との間の相対的流体作用に起因する流線に対応する流線対応形状溝面が形成されて前記凹凸面に形成されている
請求項５の回転翼構造。
前記凸面には前記固定壁面との間に溝面が形成されている
請求項６の回転翼構造。