JP2005155566A - 斜流圧縮機のインペラ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ディフューザ内での流体の逆流を抑制あるいは防止し、斜流圧縮機の高効率化を図ることのできるインペラを提供することを目的とする。
【解決手段】 複数枚のブレード１１と、これら複数枚のブレード１１の根元部Ｒに配置されるハブ１２とを有するとともに、前記複数枚のブレード１１の後縁部が位置する前記本体１２の表面が回転軸を含む平面において回転軸に対して傾斜してなる斜流圧縮機のインペラ１０であって、前記複数枚のブレード１１の後縁ＴＥが、前記ハブ１２の回転軸線Ｃと略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 複数枚のブレード１１と、これら複数枚のブレード１１の根元部Ｒに配置されるハブ１２とを有するとともに、前記複数枚のブレード１１の後縁部が位置する前記本体１２の表面が回転軸を含む平面において回転軸に対して傾斜してなる斜流圧縮機のインペラ１０であって、前記複数枚のブレード１１の後縁ＴＥが、前記ハブ１２の回転軸線Ｃと略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は斜流圧縮機、たとえば航空機用ガスタービンに用いられる斜流圧縮機のインペラに関するものである。
従来の斜流圧縮機に用いられるインペラは、傾斜したハブの表面に対してブレード後縁が略垂直となるように構成されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−３３６４９８号公報（図５（ｂ））
しかしながら、このような従来の斜流圧縮機のインペラでは、ブレードの後縁が傾斜したハブの表面に対して略垂直となるよう設けられているため、ブレードの高さ方向においてインペラを通過した流体の流速に歪み（速度差）が発生してしまうという問題点がある。
すなわち、図３に示すように、インペラの回転軸線からブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラの回転軸線からブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈよりも割合的にかなり大きいため、インペラの出口（ブレード１１の後縁ＴＥ）から流出する流体の流れエネルギーがブレード１１の後縁先端部１１ａとブレード１１の後縁根本部１１ｂとで大きく異なって、流れエネルギーの大きいブレード１１の後縁先端部１１ａで圧力が高く、流れエネルギーの小さいブレード１１の後縁根本部１１ｂで圧力が低くなってしまう。その結果、図３に実線矢印で流速分布を示したように、ディフューザ１３の、ブレード１１の後縁根本部１１ｂに対向する位置で流速が低下して流速歪が発生し、場合によっては逆流が発生して、斜流圧縮機の圧力上昇が妨げられ、圧縮効率が低下してしまうという問題点がある。
すなわち、図３に示すように、インペラの回転軸線からブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラの回転軸線からブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈよりも割合的にかなり大きいため、インペラの出口（ブレード１１の後縁ＴＥ）から流出する流体の流れエネルギーがブレード１１の後縁先端部１１ａとブレード１１の後縁根本部１１ｂとで大きく異なって、流れエネルギーの大きいブレード１１の後縁先端部１１ａで圧力が高く、流れエネルギーの小さいブレード１１の後縁根本部１１ｂで圧力が低くなってしまう。その結果、図３に実線矢印で流速分布を示したように、ディフューザ１３の、ブレード１１の後縁根本部１１ｂに対向する位置で流速が低下して流速歪が発生し、場合によっては逆流が発生して、斜流圧縮機の圧力上昇が妨げられ、圧縮効率が低下してしまうという問題点がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ディフューザ内での流体流速歪やの逆流の発生を抑制あるいは防止し、斜流圧縮機の高効率化を図ることのできるインペラを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の斜流圧縮機のインペラは、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置されるハブとを有するとともに、前記複数枚のブレードの後縁部が位置する前記ハブの表面が回転軸を含む平面において回転軸に対して傾斜してなる斜流圧縮機のインペラであって、前記複数枚のブレードの後縁が、前記ハブの回転軸線と略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする。
このような斜流圧縮機のインペラによれば、当該インペラの回転軸線からブレードの後縁までの距離が、ブレードの高さ方向において略等しくなるため、インペラの出口（ブレードの後縁）から流出する流体の流れエネルギーがブレードの高さ方向において略均一になる。
請求項１に記載の斜流圧縮機のインペラは、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置されるハブとを有するとともに、前記複数枚のブレードの後縁部が位置する前記ハブの表面が回転軸を含む平面において回転軸に対して傾斜してなる斜流圧縮機のインペラであって、前記複数枚のブレードの後縁が、前記ハブの回転軸線と略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする。
このような斜流圧縮機のインペラによれば、当該インペラの回転軸線からブレードの後縁までの距離が、ブレードの高さ方向において略等しくなるため、インペラの出口（ブレードの後縁）から流出する流体の流れエネルギーがブレードの高さ方向において略均一になる。
請求項２に記載の斜流圧縮機は、請求項１に記載のインペラと、該インペラの下流側に設けられたディフューザとを有する斜流圧縮機であって、前記ディフューザの前縁が、前記複数枚のブレードの後縁が形成する線と略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする。
このような斜流圧縮機によれば、ブレードの後縁から流出した流体は、ブレードの高さ方向において略同時にディフューザの前縁に達した後、ディフューザを通過していく。
このような斜流圧縮機によれば、ブレードの後縁から流出した流体は、ブレードの高さ方向において略同時にディフューザの前縁に達した後、ディフューザを通過していく。
請求項３に記載のガスタービンエンジンは、請求項１に記載のインペラまたは請求項２に記載の斜流圧縮機を具備してなることを特徴とする。
このようなガスタービンエンジンによれば、ブレードの高さ方向において略均一な速度成分を有する流体がインペラから流出してくることとなる。
このようなガスタービンエンジンによれば、ブレードの高さ方向において略均一な速度成分を有する流体がインペラから流出してくることとなる。
本発明によれば、以下の効果を奏する。
インペラから流出する流体の流速を、ブレードの高さ方向にわたって略均一にすることができ、インペラから流出する流体に流速の歪み（速度差）が発生することを抑制することができる。すなわち、インペラの出口（ブレードの後縁）から流出する流体の流れエネルギーを、ブレードの後縁先端部から後縁根本部にかけて略等しくすることができ、ブレードの高さ方向にわたってインペラから流出してくる流体の流れエネルギーを略等しくすることができて、下流側に位置するディフューザ内での流体の流速歪や逆流の発生を抑制することができる。
また、斜流圧縮機の圧力低下を防止することができるとともに圧縮効率の低下を防止することができる。
さらに、ガスタービンエンジンの圧縮効率を向上させることができて、高出力化を図ることができる。
インペラから流出する流体の流速を、ブレードの高さ方向にわたって略均一にすることができ、インペラから流出する流体に流速の歪み（速度差）が発生することを抑制することができる。すなわち、インペラの出口（ブレードの後縁）から流出する流体の流れエネルギーを、ブレードの後縁先端部から後縁根本部にかけて略等しくすることができ、ブレードの高さ方向にわたってインペラから流出してくる流体の流れエネルギーを略等しくすることができて、下流側に位置するディフューザ内での流体の流速歪や逆流の発生を抑制することができる。
また、斜流圧縮機の圧力低下を防止することができるとともに圧縮効率の低下を防止することができる。
さらに、ガスタービンエンジンの圧縮効率を向上させることができて、高出力化を図ることができる。
以下、本発明による斜流圧縮機のインペラの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るインペラ１０は、複数枚のブレード１１と、これらブレード１１の根元部Ｒに配置されるハブ１２とを主たる要素として構成されたものである。
ブレード１１はそれぞれ、ハブ１２の小径側端部１２ａにその前縁ＬＥが位置するとともに、ハブ１２の大径側端部１２ｂにその後縁ＴＥが位置するようにハブ１２の表面上に設けられている。
図１に示すように、本実施形態に係るインペラ１０は、複数枚のブレード１１と、これらブレード１１の根元部Ｒに配置されるハブ１２とを主たる要素として構成されたものである。
ブレード１１はそれぞれ、ハブ１２の小径側端部１２ａにその前縁ＬＥが位置するとともに、ハブ１２の大径側端部１２ｂにその後縁ＴＥが位置するようにハブ１２の表面上に設けられている。
また、各ブレード１１の後縁ＴＥは、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓと、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈとが略等しくなるように形成されている。
図２は、図１の円Ａで囲む部分を拡大した要部拡大図である。この図から、本実施形態のブレード１１の後縁ＴＥは、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈよりも若干（少しだけ）長くなっていることがわかる。
図２は、図１の円Ａで囲む部分を拡大した要部拡大図である。この図から、本実施形態のブレード１１の後縁ＴＥは、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈよりも若干（少しだけ）長くなっていることがわかる。
このように、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓと、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈとが略等しくなるように、すなわち、ブレード１１の後縁ＴＥが、ハブ１２の回転軸線Ｃと略平行となる線上に位置するように形成されていることにより、インペラ１０から流出する流体の流速を、ブレード１１の高さ方向において略均一にすることができ、インペラ１０から流出する流体に流速の歪み（速度差）が発生することを抑制することができる。
言い換えれば、インペラ１０の出口（ブレード１１の後縁ＴＥ）から流出する流体の流れエネルギーがブレード１１の後縁先端部１１ａとブレード１１の後縁根本部１１ｂとで略等しくなり、ブレード１１の高さ方向においてインペラ１０を通過した流体の流れエネルギーが略等しくなって、下流側に位置するディフューザ内での流体の逆流を抑制することができる。
言い換えれば、インペラ１０の出口（ブレード１１の後縁ＴＥ）から流出する流体の流れエネルギーがブレード１１の後縁先端部１１ａとブレード１１の後縁根本部１１ｂとで略等しくなり、ブレード１１の高さ方向においてインペラ１０を通過した流体の流れエネルギーが略等しくなって、下流側に位置するディフューザ内での流体の逆流を抑制することができる。
なお、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓは、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈの１．０倍〜１．０５倍の間であることが好ましい。
また、同じことを角度で規定する場合には、インペラ１０の回転軸線Ｃに平行な線とブレード１１の後縁ＴＥとのなす角αが、０゜〜＋１０゜の間であることが好ましい。ここで、１．０倍及び０°とはインペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈと等しい状態のことであり、＋（プラス）とはインペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈよりも長い状態のことである。したがって、図２に示すαは＋の領域を示していることになる。
また、同じことを角度で規定する場合には、インペラ１０の回転軸線Ｃに平行な線とブレード１１の後縁ＴＥとのなす角αが、０゜〜＋１０゜の間であることが好ましい。ここで、１．０倍及び０°とはインペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈと等しい状態のことであり、＋（プラス）とはインペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓが、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈよりも長い状態のことである。したがって、図２に示すαは＋の領域を示していることになる。
インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁先端部１１ａまでの距離Ｒ２ｓと、インペラ１０の回転軸線Ｃからブレード１１の後縁根本部１１ｂまでの距離Ｒ２ｈとが等しい場合、すなわち、ブレード１１の後縁ＴＥが、ハブ１２の回転軸線Ｃと平行となる線上に位置するように形成されている場合には、インペラ１０の出口（ブレード１１の後縁ＴＥ）から流出する流体の流れエネルギーがブレード１１の後縁先端部１１ａとブレード１１の後縁根本部１１ｂとで等しくなり、ブレード１１の高さ方向においてインペラ１０を通過した流体の流れエネルギーがいずれの場所でも等しくなって、下流側に位置するディフューザ内での流体の逆流を防止することができる。
図１および図２における符号１３はディフューザ、すなわち斜流インペラの下流ケーシングに設けられた案内翼（静翼）である。インペラ１０を通過した流体は、このディフューザ１３により下流側に導かれる（案内される）とともに、その流体の有する運動エネルギーが圧力エネルギーに変換される。
このディフューザ１３の前縁ＬＥ２は、前述したブレード１１の後縁ＴＥと略平行になるように形成されていることが望ましい。
このディフューザ１３の前縁ＬＥ２は、前述したブレード１１の後縁ＴＥと略平行になるように形成されていることが望ましい。
このようにディフューザ１３の前縁ＬＥ２とブレード１１の後縁ＴＥとが、略平行になるように形成されていることにより、ブレード１１の後縁先端部１１ａから流出した流体とブレード１１の後縁根本部１１ｂから流出した流体とが、略同時にディフューザ１３の前縁ＬＥ２に達した後、ディフューザ１３を通過していくこととなるので、流体の流れを乱すことなく流体をスムースに流すことができて、斜流圧縮機の圧力低下を防止することができるとともに圧縮効率の低下を防止することができる。
また、上述したインペラ１０あるいは斜流圧縮機を具備したガスタービンエンジンでは、下流側に位置するディフューザにおける流体の逆流が抑制あるいは防止されたり、またはディフューザを通過する際の流体の乱れが防止されるとともに斜流圧縮機の圧力低下が防止されることとなるので、圧縮効率を向上させることができて、高出力化を図ることができる。
１０ インペラ
１１ ブレード
１２ ハブ
１３ ディフューザ
Ｃ 回転軸線
Ｒ 根元部
ＬＥ 前縁
ＬＥ２ 前縁
ＴＥ 後縁
１１ ブレード
１２ ハブ
１３ ディフューザ
Ｃ 回転軸線
Ｒ 根元部
ＬＥ 前縁
ＬＥ２ 前縁
ＴＥ 後縁
Claims (3)
- 複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置されるハブとを有するとともに、前記複数枚のブレードの後縁部が位置する前記ハブの表面が回転軸を含む平面において回転軸に対して傾斜してなる斜流圧縮機のインペラであって、
前記複数枚のブレードの後縁が、前記ハブの回転軸線と略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする斜流圧縮機のインペラ。 - 請求項１に記載のインペラと、該インペラの下流側に設けられたディフューザとを有する斜流圧縮機であって、
前記ディフューザの前縁が、前記複数枚のブレードの後縁が形成する線と略平行となる線上に位置するように形成されていることを特徴とする斜流圧縮機。 - 請求項１に記載のインペラまたは請求項２に記載の斜流圧縮機を具備してなることを特徴とするガスタービンエンジン。
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