JP2005233057A

JP2005233057A - 遷音速流体用の圧縮機

Info

Publication number: JP2005233057A
Application number: JP2004042436A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Mito; 良介三戸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】流通の対象が遷音速の流体であっても、高い性能を発揮できる遷音速流体用の圧縮機を提供する。
【解決手段】遷音速流体用の圧縮機は、複数の主翼１０を有する羽根車３が軸回転し、主翼１０の前縁１１から遷音速の流体を受け入れてこの流体を主翼１０の後縁１２から送り出す。ここで主翼１０の前縁１１は、子午面において、チップ側の端１１ａから一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点ＰＭ１が、ハブ側の端１１ｂからチップ側の端１１ａに至る直線長さＬＭ１に対してハブ側の端１１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、遷音速の流体を受け入れてこれを圧縮しながら送り出す遠心圧縮機や斜流圧縮機といった遷音速流体用の圧縮機に関する。

この種の圧縮機は、主として小型・高圧力比のエンジン・発電機などに搭載されるものであって、複数の翼を有する羽根車が高速で軸回転することで、この翼の前縁から遷音速の流体（空気）を軸方向前方より受け入れて、この流体を各翼相互の間を流通させながら圧縮し、この圧縮流体を翼の後縁から送り出すようになっている。この圧縮機には、高圧で高エネルギーの流体を送り出す性能が要求されることから、遠心型や斜流型が適用される。

従来の一般的な圧縮機について、斜流圧縮機を例に挙げて、図１１〜図１４を参照しながら説明する（例えば、特許文献１参照）。圧縮機は、大きくは、外形を構成するケーシング１と、このケーシング１内で軸回転可能に支持された主軸２と、この主軸２の前端に一体的に取り付けられた羽根車３とより成る。ケーシング１には、羽根車３の軸方向前方に相当する位置に、流体を取り入れるための口広がり状の取入口１ａが形成されている。羽根車３は後方に向けて滑らか拡径されていく周面を有しており、この周面には、複数の主翼１０が突設され、更に各主翼１０相互の間に補助翼２０が突設されている。

このような構成のもと、不図示の駆動源から主軸２へ駆動力が与えられ、主軸２と共に羽根車３が軸回転する。遷音速の流体は、取入口１ａよりケーシング１内に取り込まれて、主翼１０の前縁１１より各主翼１０相互の間に流入し、次いで補助翼２０の前縁２１より各主翼１０と各補助翼２０との間に流入する。そして、主翼１０の後縁１２及び補助翼２０の後縁２２より流出する。その際、流体には、軸回転する主翼１０及び補助翼２０によって遠心力と揚力が与えられ、これにより、高圧で高エネルギーを有する流体となる。なお、図１１〜図１４では、流体の流れを太実線矢印で示し、軸回転の方向を太破線矢印で示している。

ここで、主翼１０の形状については、図１２に示すように、子午面において、その前縁１１は回転軸Ｘ（主軸２）に対して直角な直線状であり、その後縁１２はチップ側（径方向外側）が上流側に前進した直線状である。そのチップ側の側縁（いわゆるチップ端）１３はケーシング１の内面に沿ってこれと近接し、そのハブ側（径方向内側）の側縁（いわゆるハブ端）１４は羽根車３の周面に沿って存する。一方、前方からの軸方向視においては、図１４に示すように、前縁１１は径方向に直線状である。

また、補助翼２０の形状については、図１３に示すように、子午面において、その前縁２１は直線状で主翼１０の前縁１１よりも下流側に位置されており、その後縁２２は主翼１０の後縁１２と共通する。そのチップ側の側縁（いわゆるチップ端）２３は、主翼１０のチップ端１３と同じく、ケーシング１の内面に沿ってこれと近接し、そのハブ側の側縁（いわゆるハブ端）２４も、主翼１０のハブ端１４と同じく、羽根車３の周面に沿って存する。つまり、補助翼２０は、主翼１０の下流側の形状がそのまま反映されたものであり、前縁２１が下流側に位置された分主翼１０よりも全体の長さが短くなっている。

但し、補助翼２０の前縁２１の位置については、子午面において、以下の条件を満たすように設定される。主翼１０のチップ側における前縁１１の端１１ａから後縁１２の端１２ａに至る長さＡ（以下、「主翼のチップ側子午面長さ」と記すことがある）、チップ側における主翼１０の前縁１１の端１１ａから補助翼２０の前縁２１の端２１ａに至る長さＢ（以下、「補助翼位置のチップ側子午面長さ」と記すことがある）、主翼１０のハブ側における前縁１１の端１１ｂから後縁１２の端１２ｂに至る長さＣ（以下、「主翼のハブ側子午面長さ」と記すことがある）、及び、ハブ側における主翼１０の前縁１１の端１１ｂから補助翼２０の前縁２１の端２１ｂに至る長さＤ（以下、「補助翼位置のハブ側子午面長さ」と記すことがある）に関して、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じである。

なお、主翼１０については、子午面において、チップ側が上流側に前進した前縁１１を有するもの（図１５参照）や、チップ側が下流側に後退した前縁１１を有するもの（図１６参照）もある。
特開２００１−２４８５９５号公報

しかし、上記した従来の圧縮機では、遷音速の流体を流通の対象とすることから、特に羽根車３への流体の入口となる主翼１０の前縁１１付近で衝撃波が発生し、この衝撃波と境界層との干渉により、二次流れによる低エネルギー流体域が拡大する。これにより、羽根車３からの流体の出口となる主翼１０の後縁１２（補助翼２０の後縁２２）付近で速度歪みが大きくなり、その下流での混合損失が増大する。その結果、圧縮機の性能が低下してしまう。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、流通の対象が遷音速の流体であっても、高い性能を発揮できる遷音速流体用の圧縮機を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明による圧縮機は、複数の翼を有する羽根車が軸回転し、翼の前縁から遷音速の流体を受け入れてこの流体を翼の後縁から送り出す遷音速流体用の圧縮機であって、以下の点を特徴とする。

第１の発明では、子午面において、翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存することを特徴とする。

第２の発明では、子午面において、翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であることを特徴とする。

第３の発明では、軸方向視において、翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存することを特徴とする。

第４の発明では、軸方向視において、翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であることを特徴とする。

いずれの発明においても、特に羽根車への遷音速の流体の入口となる翼の前縁が、独特な形状であるため、その付近での衝撃波の発生が緩和され、これに伴い二次流れによる低エネルギー流体域の拡大が抑制される。従って、羽根車からの流体の出口となる翼の後縁付近での速度歪みが抑えられ、混合損失の増大を防止できる。

また、上記した各発明に関して、前記翼が主翼であり、前記羽根車が各主翼相互の間に補助翼を有している場合、以下のように構成することが好ましい。補助翼においても、衝撃波の不用意な発生が緩和されるからである。

例えば、子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合よりも大きいようにする。

又は、子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、子午面において、補助翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようにする。

又は、子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、子午面において、補助翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であるようにする。

又は、子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、軸方向視において、補助翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようにする。

又は、子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、軸方向視において、補助翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であるようにする。

本発明の圧縮機では、流通の対象が遷音速の流体であっても、衝撃波の発生を緩和できることから、最終的に混合損失の増大を防止でき、ひいては高い性能を発揮することが可能になる。

本発明者は、圧縮機における衝撃波の発生個所が、遷音速の流体の入口となる主翼の前縁付近であることに着眼し、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics：数値流体力学）解析技術を活用してその前縁形状を種々変形させた基礎試験により、主翼の前縁形状と衝撃波の発生個所やその度合いとの関連を解明し、本発明を成すに至った。その基礎試験の結果を図１に示す。

図１は本発明の圧縮機に至るにあたっての基礎試験結果を示す図であって、主翼の子午面形状と衝撃波の発生個所を示している。なお、図中で図１２と同じ名称の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１（ａ）では、主翼１０の形状の一態様として、子午面において、その前縁１１がチップ側の端１１ａとハブ側の端１１ｂを支点に下流側に湾曲している。つまり、この前縁１１は、ほぼ中央に湾曲部分の頂点を有し、チップ側とハブ側がほぼ対称的に共に上流側に前進した形状である。一方、図１（ｂ）では、図１（ａ）とは異なる態様として、子午面において、その前縁１１がチップ側の端１１ａとハブ側の端１１ｂを支点に上流側に湾曲している。つまり、この前縁１１は、図１（ａ）の前縁１１と同じくほぼ中央に湾曲部分の頂点を有し、チップ側とハブ側がほぼ対称的に共に下流側に後退した形状である。

図１（ａ）に示す形状の前縁１１では、そのほぼ中央における下流側の広範な領域Ｗ１に強い衝撃波が生じる。一方、図１（ｂ）に示す形状の前縁１１では、そのチップ側における上流側の局所的な領域Ｗ２に強い衝撃波が生じる。なお、図１（ｂ）に示す形状の前縁１１では、ハブ側における下流側の広範な領域Ｗ３に境界層の剥離が生じる。

以上の基礎試験の結果に基づく本発明の実施形態について、図面を参照しながら以下に詳述する。先ず、本発明の第１実施形態である遷音速流体用の圧縮機について説明する。図２は第１実施形態の圧縮機における主翼の子午面形状を示す図である。なお、図中で図１、及び図１１〜図１５と同じ名称の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図中では、太実線矢印は流体の流れを示し、太破線矢印は軸回転の方向を示している。後述する第２〜第９実施形態においても同様とする。

本第１実施形態での主翼１０における前縁１１は、図２に示すように、子午面において、チップ側の端１１ａから一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲してハブ側の端１１ｂに至っている。ここで本実施形態では、チップ側の湾曲部分の頂点ＰＭ１が、ハブ側の端１１ｂからチップ側の端１１ａに至る直線長さＬＭ１に対して、ハブ側の端１１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。ちなみに、直線長さＬＭ１に対しては、ハブ側の端１１ｂが０％、チップ側の端１１ａが１００％となる。

子午面において、羽根車３への遷音速の流体の入口となる主翼１０の前縁１１をこのような独特な形状にすると、丁度、チップ側では、局部的に図１（ａ）に示す前縁１１の形状が活かされ、ハブ側から中央部に亘っては、図１（ｂ）に示す前縁１１の形状が活かされた態様となるため、図１（ａ）、（ｂ）に示すような領域Ｗ１、Ｗ２での衝撃波の発生が確実に緩和され、これに伴い二次流れによる低エネルギー流体域の拡大が抑制される。従って、羽根車３からの流体の出口となる主翼１０の後縁１２付近での速度歪みが抑えられ、混合損失の増大を防止できる。その結果、流通の対象が遷音速の流体であっても、高い性能を発揮できる圧縮機となる。

なお、本実施形態の場合、前縁１１のハブ側の湾曲部分を上流側に前進させ過ぎると、図１（ｂ）に示すような領域Ｗ３での境界層の剥離が生じることから、その前進の程度は極力抑えることに留意が必要である。

次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は第２実施形態の圧縮機における主翼の子午面形状を示す図である。

本第２実施形態での主翼１０における前縁１１は、図３に示すように、子午面において、チップ側の端１１ａから下流側に湾曲してハブ側の端１１ｂに至っている。ここで本実施形態では、湾曲部分の頂点ＰＭ１が、第１実施形態と同様に、ハブ側の端１１ｂからチップ側の端１１ａに至る直線長さＬＭ１に対して、ハブ側の端１１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。更に、主翼１０の前縁１１が、ハブ側の端１１ｂから直線長さＬＭ１に対する６０％の範囲で直線状になっている。

子午面において、主翼１０の前縁１１をこのような独特な形状にすると、丁度、チップ側では局部的に、ハブ側では広範に、図１（ａ）に示す前縁１１の形状が活かされ、中央部では、図１（ｂ）に示す前縁１１の形状が一応は活かされた態様となるため、図１（ａ）に示すような領域Ｗ１での衝撃波の発生が確実に緩和されるし、図１（ｂ）に示すような領域Ｗ２での衝撃波の発生も、第１実施形態と比較して若干劣るものの一応は緩和される。従って、本実施形態でも、第１実施形態と同様、最終的に混合損失の増大を防止でき、ひいては高い性能を発揮できる圧縮機となる。

なお、本実施形態は、第１実施形態と比較して、図１（ｂ）に示すような領域Ｗ３での境界層の剥離が生じない点で有効である。

次に、本発明の第３実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は第３実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図である。

本第３実施形態での主翼１０における前縁１１は、図４に示すように、軸方向視において、チップ側の端１１ａから一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲してハブ側の端１１ｂに至っている。ここで本実施形態では、チップ側の湾曲部分の頂点ＰＭ２が、ハブ側の端１１ｂからチップ側の端１１ａに至る直線長さＬＭ２に対して、ハブ側の端１１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。ちなみに、直線長さＬＭ２に対しては、ハブ側の端１１ｂが０％、チップ側の端１１ａが１００％となる。

軸方向視において、主翼１０の前縁１１をこのような独特な形状にすると、チップ側では、局部的に図１（ａ）に示す前縁１１の形状が間接的に活かされ、ハブ側から中央部に亘っては、図１（ｂ）に示す前縁１１の形状が間接的に活かされた態様となるため、図１（ａ）、（ｂ）に示すような領域Ｗ１、Ｗ２での衝撃波の発生が確実に緩和される。従って、本実施形態でも、第１実施形態と同様、最終的に混合損失の増大を防止でき、ひいては高い性能を発揮できる圧縮機となる。

なお、本実施形態の場合も、第１実施形態と同様、前縁１１のハブ側の湾曲部分を上流側に前進させ過ぎると、図１（ｂ）に示すような領域Ｗ３での境界層の剥離が生じることから、その前進の程度は極力抑えることに留意が必要である。

次に、本発明の第４実施形態について、図５を参照しながら説明する。図５は第４実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図である。

本第４実施形態での主翼１０における前縁１１は、図５に示すように、軸方向視において、チップ側の端１１ａから下流側に湾曲してハブ側の端１１ｂに至っている。ここで本実施形態では、湾曲部分の頂点ＰＭ２が、第３実施形態と同様に、ハブ側の端１１ｂからチップ側の端１１ａに至る直線長さＬＭ２に対して、ハブ側の端１１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。更に、主翼１０の前縁１１が、ハブ側の端１１ｂから直線長さＬＭ２に対する６０％の範囲で直線状になっている。

軸方向視において、主翼１０の前縁１１をこのような独特な形状にすると、チップ側では局部的に、ハブ側では広範に、図１（ａ）に示す前縁１１の形状が間接的に活かされ、中央部では、図１（ｂ）に示す前縁１１の形状が間接的に一応は活かされた態様となるため、図１（ａ）に示すような領域Ｗ１での衝撃波の発生が確実に緩和されるし、図１（ｂ）に示すような領域Ｗ２での衝撃波の発生も、第３実施形態と比較して若干劣るものの一応は緩和される。従って、本実施形態でも、第３実施形態と同様、最終的に混合損失の増大を防止でき、ひいては高い性能を発揮できる圧縮機となる。

なお、本実施形態も、第１実施形態と第２実施形態との関係と同じように、第３実施形態と比較して、図１（ｂ）に示すような領域Ｗ３での境界層の剥離が生じない点で有効である。

次に、本発明の第５実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６は第５実施形態の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図である。本第５実施形態の特徴は、第１〜第４実施形態の各圧縮機において、羽根車３が各主翼１０相互の間に補助翼２０を有するものを想定し、この補助翼２０においても、衝撃波の不用意な発生の緩和を図った点にある。後述する第６〜第９実施形態においても同様である。なお、図中では第１実施形態における主翼１０の形状（図２参照）を代表して示しているが、第２〜第４実施形態における主翼１０の形状であっても構わない。後述する第６及び第７実施形態においても同様の図面表記とする。

本第５実施形態での補助翼２０における前縁２１は、図６に示すように、子午面において、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合よりも大きいように設定されている。

一般に、従来のように、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じである場合、補助翼２０の前縁２１に達する流体は、ハブ側よりもチップ側でマッハ数（音速に対する流速の比）が高く、そのチップ側で衝撃波が生じかねない。そこで、子午面において、補助翼２０の前縁２１を上記のような独特の形状にすると、ハブ側よりもチップ側で前縁２１への流体の到達が遅れ、これによりチップ側でもマッハ数が低下した状態で前縁２１へ流入するため、補助翼２０の前縁２１付近での衝撃波の不用意な発生を緩和できるわけである。

次に、本発明の第６実施形態について、図７を参照しながら説明する。図７は第６実施形態の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図である。

本第６実施形態での補助翼２０における前縁２１は、図７に示すように、子午面において、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じように設定されている。

但し、子午面において、チップ側の端２１ａから一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲してハブ側の端２１ｂに至っている。ここで本実施形態では、チップ側の湾曲部分の頂点ＰＳ１が、ハブ側の端２１ｂからチップ側の端２１ａに至る直線長さＬＳ１に対して、ハブ側の端２１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。ちなみに、直線長さＬＳ１に対しては、ハブ側の端２１ｂが０％、チップ側の端２１ａが１００％となる。

子午面において、補助翼２０への流体の入口となる前縁２１をこのような独特な形状にすると、丁度、第１実施形態における主翼１０の前縁１１と同様の作用が生じるため、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じであっても、補助翼２０の前縁２１付近での衝撃波の不用意な発生を緩和できることになる。

次に、本発明の第７実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８は第７実施形態の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図である。

本第７実施形態での補助翼２０における前縁２１は、図８に示すように、子午面において、第６実施形態と同様、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じように設定されている。

但し、子午面において、チップ側の端２１ａから下流側に湾曲してハブ側の端２１ｂに至っている。ここで本実施形態では、湾曲部分の頂点ＰＳ１が、第６実施形態と同様に、ハブ側の端２１ｂからチップ側の端２１ａに至る直線長さＬＳ１に対して、ハブ側の端２１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。更に、補助翼２０の前縁２１が、ハブ側の端２１ｂから直線長さＬＳ１に対する６０％の範囲で直線状になっている。

子午面において、補助翼２０の前縁２１をこのような独特な形状にすると、丁度、第２実施形態における主翼１０の前縁１１と同様の作用が生じるため、第６実施形態と同様、補助翼２０の前縁２１付近での衝撃波の不用意な発生を緩和できることになる。

次に、本発明の第８実施形態について、図９を参照しながら説明する。図９は第８実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図である。なお、図中では第３実施形態における主翼１０の形状（図４参照）を代表して示しているが、第１、第２、第４実施形態における主翼１０の形状であっても構わない。後述する第９実施形態においても同様の図面表記とする。

本第８実施形態での補助翼２０における前縁２１は、図９に示すように、子午面において、第６、第７実施形態と同様、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じように設定されている。

但し、軸方向視において、チップ側の端２１ａから一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲してハブ側の端２１ｂに至っている。ここで本実施形態では、チップ側の湾曲部分の頂点ＰＳ２が、ハブ側の端２１ｂからチップ側の端２１ａに至る直線長さＬＳ２に対して、ハブ側の端２１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。ちなみに、直線長さＬＳ２に対しては、ハブ側の端２１ｂが０％、チップ側の端２１ａが１００％となる。

軸方向視において、補助翼２０の前縁２１をこのような独特な形状にすると、丁度、第３実施形態における主翼１０の前縁１１と同様の作用が生じるため、補助翼２０の前縁２１付近での衝撃波の不用意な発生を緩和できることになる。

次に、本発明の第９実施形態について、図１０を参照しながら説明する。図１０は第９実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図である。

本第９実施形態での補助翼２０における前縁２１は、図１０に示すように、子午面において、第６〜第８実施形態と同様、主翼のチップ側子午面長さＡに対する補助翼位置のチップ側子午面長さＢの割合が、主翼のハブ側子午面長さＣに対する補助翼位置のハブ側子午面長さＤの割合と同じように設定されている。

但し、軸方向視において、チップ側の端２１ａから下流側に湾曲してハブ側の端２１ｂに至っている。ここで本実施形態では、湾曲部分の頂点ＰＳ２が、第８実施形態と同様に、ハブ側の端２１ｂからチップ側の端２１ａに至る直線長さＬＳ２に対して、ハブ側の端２１ｂを起点とした７０％〜９０％の範囲に存するようになっている。更に、補助翼２０の前縁２１が、ハブ側の端２１ｂから直線長さＬＳ２に対する６０％の範囲で直線状になっている。

軸方向視において、補助翼２０の前縁２１をこのような独特な形状にすると、丁度、第４実施形態における主翼１０の前縁１１と同様の作用が生じるため、第８実施形態と同様、補助翼２０の前縁２１付近での衝撃波の不用意な発生を緩和できることになる。

その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、主翼１０の前縁１１の形状については、第１実施形態に第３又は第４実施形態を組み合わせてもよいし、第２実施形態に第３又は第４実施形態を組み合わせてもよい。同様に、補助翼２０の前縁２１の形状については、第６実施形態に第８又は第９実施形態を組み合わせてもよいし、第７実施形態に第８又は第９実施形態を組み合わせてもよい。

また、上記の各実施形態では、圧縮機として斜流型を例に挙げて説明したが、遠心型にも勿論適用が可能である。

本発明は、遠心圧縮機や斜流圧縮機といった遷音速流体用の圧縮機に有用である。

本発明の各実施形態の圧縮機に至るにあたっての基礎試験結果を示す図。本発明の第１実施形態の圧縮機における主翼の子午面形状を示す図。本発明の第２実施形態の圧縮機における主翼の子午面形状を示す図。本発明の第３実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図。本発明の第４実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図。本発明の第５実施形態の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図。本発明の第６実施形態の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図。本発明の第７実施形態の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図。本発明の第８実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図。本発明の第９実施形態の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図。本発明にも適用される一般的な圧縮機の一例である斜流圧縮機の子午面での断面図。従来の圧縮機における主翼の子午面形状を示す図。従来の圧縮機における補助翼の子午面形状を示す図。従来の圧縮機における羽根車の軸方向視での平面図。従来の圧縮機における主翼の子午面形状の変形例を示す図。従来の圧縮機における主翼の子午面形状の変形例を示す図。

符号の説明

１ケーシング
２主軸
３羽根車
１０主翼
１１主翼の前縁
１１ａ主翼の前縁におけるチップ側の端
１１ｂ主翼の前縁におけるハブ側の端
１２主翼の後縁
１２ａ主翼の後縁におけるチップ側の端
１２ｂ主翼の後縁におけるハブ側の端
１３主翼のチップ端
１４主翼のハブ端
２０補助翼
２１補助翼の前縁
２１ａ補助翼の前縁におけるチップ側の端
２１ｂ補助翼の前縁におけるハブ側の端
２２補助翼の後縁
２３補助翼のチップ端
２４補助翼のハブ端

Claims

複数の翼を有する羽根車が軸回転し、翼の前縁から遷音速の流体を受け入れてこの流体を翼の後縁から送り出す遷音速流体用の圧縮機であって、
子午面において、翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存することを特徴とする遷音速流体用の圧縮機。
複数の翼を有する羽根車が軸回転し、翼の前縁から遷音速の流体を受け入れてこの流体を翼の後縁から送り出す遷音速流体用の圧縮機であって、
子午面において、翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であることを特徴とする遷音速流体用の圧縮機。
複数の翼を有する羽根車が軸回転し、翼の前縁から遷音速の流体を受け入れてこの流体を翼の後縁から送り出す遷音速流体用の圧縮機であって、
軸方向視において、翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存することを特徴とする遷音速流体用の圧縮機。
複数の翼を有する羽根車が軸回転し、翼の前縁から遷音速の流体を受け入れてこの流体を翼の後縁から送り出す遷音速流体用の圧縮機であって、
軸方向視において、翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であることを特徴とする遷音速流体用の圧縮機。
前記翼が主翼であり、前記羽根車が各主翼相互の間に補助翼を有していて、
子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遷音速流体用の圧縮機。
前記翼が主翼であり、前記羽根車が各主翼相互の間に補助翼を有していて、
子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、
子午面において、補助翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遷音速流体用の圧縮機。
前記翼が主翼であり、前記羽根車が各主翼相互の間に補助翼を有していて、
子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、
子午面において、補助翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遷音速流体用の圧縮機。
前記翼が主翼であり、前記羽根車が各主翼相互の間に補助翼を有していて、
子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、
軸方向視において、補助翼の前縁がチップ側の端から一旦下流側に湾曲しつつ上流側に湾曲しており、このうちでチップ側の湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遷音速流体用の圧縮機。
前記翼が主翼であり、前記羽根車が各主翼相互の間に補助翼を有していて、
子午面において、主翼のチップ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、チップ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合が、主翼のハブ側における前縁の端から後縁の端に至る長さに対する、ハブ側における主翼の前縁の端から補助翼の前縁の端に至る長さの割合と同じであって、
軸方向視において、補助翼の前縁が下流側に湾曲しており、この湾曲部分の頂点がハブ側の端からチップ側の端に至る直線長さに対してハブ側の端を起点とした７０％〜９０％の範囲に存するとともに、その前縁がハブ側の端から前記直線長さに対する６０％の範囲で直線状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遷音速流体用の圧縮機。