JP2007270838A - 圧縮機用静翼翼形 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機用静翼翼形を提供する。
【解決手段】 圧縮機１０の第１１段１２の静翼１４は、実質的に表１にインチ単位で示されるＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値にしたがった翼２０を含み、前記Ｚ座標値は、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であるとともに前記ＸおよびＹ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値は、Ｘ−Ｙ平面内において前記翼の半径方向空力断面を原点として零から始まる。ＸおよびＹは、各距離Ｚにおいてエーロフォイル翼形を規定する座標値である。Ｘ、ＹおよびＺ値を一定率で増減させて、各静翼１４に関して拡大または縮小された翼断面を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービン用圧縮機に関し、特に圧縮機ブレード、特に第１１段ブレードの静翼翼形に関する。

タービンの高温部により、圧縮機の静翼翼形は、効率と負荷とに関するシステム要件を満たすものであることが必要である。圧縮機の静翼の翼形状は、該圧縮機のその他の段間における相互作用を最適化し、かつ空力効率を達成するとともに、空気力学的寿命目標を最適化するものでなければならない。
米国特許第６，９１０，８６８号公報 米国特許第６，８８４，０３８号公報 米国特許第６，８８１，０３８号公報 米国特許第６，８６６，４７７号公報 米国特許第６，８５７，８５５号公報 米国特許第６，８５４，９６１号公報 米国特許第６，８３２，８９７号公報 米国特許第６，８０８，３６８号公報 米国特許第６，７７９，９８０号公報 米国特許第６，７７９，９７７号公報 米国特許第６，７６９，８７９号公報 米国特許第６，７３９，８３８号公報 米国特許第６，７２２，８５３号公報 米国特許第６，７２２，８５２号公報 米国特許第６，７１５，９９０号公報 米国特許第６，６８５，４３４号公報 米国特許第６，５５８，１２２号公報 米国特許第６，５０３，０５９号公報 米国特許第６，５０３，０５４号公報 米国特許第６，４７４，９４８号公報 米国特許第６，４６１，１１０号公報 米国特許第６，４６１，１０９号公報 米国特許第６，４５０，７７０号公報 米国特許第６，３９８，４８９号公報 米国特許第７，００１，１４７号公報 米国特許第６，９９４，５２０号公報 米国特許第２００６／００５９８９０号公報 米国特許第２００６／００７３０１４号公報

したがって、これらの目標を最適化することができる静翼翼形が必要とされている。

本発明の一例となる実施例において、翼を有する圧縮機用静翼であって、前記翼は、実質的に表１にインチ単位で示されるＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値にしたがった未被覆の公称プロフィルを有し、前記Ｚ座標値は、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であるとともにＸおよびＹ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値は、Ｘ−Ｙ平面内において該翼の半径方向の空力断面を原点として零から始まり、ＸおよびＹは、連続する滑らかな弧により接続されるときに、各距離Ｚにおいて翼形を規定し、前記距離Ｚにおける前記翼形は、互いに滑らかに結ばれて完全な翼形状を形成する圧縮機用静翼を提供する。

本発明のまた他の一例となる実施例において、翼を有する圧縮機用静翼であって、前記翼は、実質的に表１にインチ単位で示されるＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値にしたがった未被覆の公称エーロフォイル翼形を有し、前記Ｚ座標値は、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であるとともにＸおよびＹ値を含む平面からの垂直距離であり、Ｚ値は、Ｘ−Ｙ平面内において該翼の半径方向の空力断面を原点として零から始まり、ＸおよびＹは、連続する滑らかな弧により接続されるときに、各距離Ｚにおいて翼形を規定し、前記距離Ｚにおける前記翼形は、互いに滑らかに結ばれて完全な翼形状を形成し、前記Ｘ、ＹおよびＺ値は、同じ定数または数の関数として一定率で増減されて、拡大または縮小された圧縮機翼が得られる圧縮機用静翼を提供する。

本発明のさらに他の一例となる実施例では、圧縮段の一部分を形成する複数個の静翼からなる圧縮機において、翼が、実質的に表１にインチ単位で示されるＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値にしたがった未被覆の公称翼形を有し、前記Ｚ座標値は、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であるとともにＸおよびＹ値を含む平面からの垂直距離であり、Ｚ値は、Ｘ−Ｙ平面内において該翼の半径方向の空力断面を原点として零から始まり、ＸおよびＹは、連続する滑らかな弧により接続されるときに、各距離Ｚにおいて翼形を規定し、前記Ｚ距離における前記翼形は、互いに滑らかに結ばれて完全な翼形状を形成する圧縮機を提供する。

図１を参照すると、一般に１２で示される第１１段を含む多数の段を有する、一般に１０で示される圧縮機の一部分が示されている。各段は、周方向に離間する複数個の静翼１４と、ロータホイール１８上に取り付けられる動翼１６とを含む。第１１段圧縮機ブレード１４は、互いに周方向に離間するとともに、以下に示される特定の翼形状または翼形の翼２０を有する。図２を参照すると、前記翼形状または翼形は、それぞれ前縁部２２および後縁部２４を含む。

次に、図２〜５を参照すると、各々の第１１段静翼１４は、Ｘ、ＹおよびＺ値を有するデカルト座標系により規定されるエーロフォイル翼形を有する。これらの座標値は、以下の表１にインチ単位で示されている。このデカルト座標系は、互いに直交する関係にあるＸ、ＹおよびＺ軸を含み、Ｚ軸は、圧縮機ロータの中心線からの半径に沿って、すなわちＸおよびＹ値を含む平面に対して垂直に延在する。Ｚ距離は、Ｘ−Ｙ平面内において半径方向最外側の空力ブレード断面、すなわち積み重ね軸における翼とＯＤ流路との交点を原点として零から始まる。これは、一般にブレードの付根と呼ばれる。第１１段でのＯＤ零直径（Ｚ＝０）は、圧縮機中心線から約１７．２０５インチの位置にある。ＩＤ流路またはブレード先端部は、前記表において、ＯＤ基準点から約１．５２４インチの距離に示されている。

Ｘ軸は、圧縮機ロータの中心線、すなわち回転軸に対して平行に位置する。Ｘ−Ｙ平面に対して垂直なＺ方向において選択された位置でＸおよびＹ座標値を定めることにより、翼２０の翼形を確定することができる。連続する滑らかな弧を用いてＸおよびＹ値を接続することにより、各距離Ｚにおける各翼形断面が確定される。距離Ｚ間におけるさまざまな面位置での面プロフィルが互いに滑らかに接続されて、翼が形成される。以下の表１に示される表の値は、インチ単位であって、周囲非動作または非高温条件でのエーロフォイル翼形を表すとともに、未被覆の翼に関するものである。符号規約により、Ｚは半径方向内側方向に正の値を、ＸおよびＹ座標値については一般にデカルト座標系において用いられるように正および負値をとることとする。

以下の表１の１２３２個の点は、翼の各断面に関する公称の低温時または室温時翼形である。翼が運転中に昇温すると、応力と温度とが、ＸＹＺの変化を引き起こす。前記のように、以下の表１に示される翼形の値は、公称の翼に関するものである。翼の実際の翼形においては、考慮されなければならない製造公差と被覆とがある。したがって、一般的な製造公差、すなわち±値および被覆厚さは、以下の表１に示されるＸ、Ｙ値に対して加算または減算される。翼形は、翼面上の測定点と以下の表１に列挙される前記点の理想位置との間における変動の範囲である。製造されるブレードにおける実際の翼形は、表１のものとは異なり得、この設計は、こうした変動に対して頑強であり、機械的かつ空力的機能が損なわれないことを意味する。これに関しては、翼形に沿った何らかの面位置に対して垂直な方向の±０．１００インチの距離は、この特定の翼設計および圧縮機の翼形範囲を規定する。

以下の表１に示される座標値は、インチ単位であり、かつ公称翼形範囲となる。一例となる実施例において、表１に示されるベーン翼形は、圧縮機の第１１段ブレードに関するものである。

さらにまた、前記表に開示の翼は、幾何学的に拡大または縮小されて、その他の同様の圧縮機設計に用いられうることが理解されよう。このため、表１に示される座標値を一定率で増加または減少させて、翼形の形状が変化しないままに保たれるようにすることができる。表１の座標を一定率で増減させたものは、Ｘ、ＹおよびＺ座標値と同じ定数または数との積または商によって表される。

現在において最も実際的かつ好適な実施例であると考えられる実施例に関連して本発明を説明したが、本発明は、開示の実施例に制限されるものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるさまざまな改変と同等な構成とを網羅することを意図しているものであると理解されるべきである。

第１１段を含むさまざまな段を示す、圧縮機の部分断面図である。 前記圧縮機の第１１段のブレードの斜視図である。 前記ブレードの側面図である。 一般に図３の線４−４における前記ブレードの断面図である。 ブレード先端部から半径方向外方に見たときの前記第１１段圧縮機ブレードの端面図である。

符号の説明

１０ 圧縮機
１２ 第１１段
１４ 静翼
１６ 動翼
１８ ロータホイール
２０ 翼
２２、２４ 前縁部および後縁部

Claims (10)

1. 翼（２０）を有する圧縮機（１０）用静翼（１４）において、前記翼（２０）は、実質的に表１にインチ単位で示されるＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値にしたがった未被覆の公称翼形を有し、前記Ｚ座標値は、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であるとともに前記ＸおよびＹ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値は、Ｘ−Ｙ平面内において該翼の半径方向の空力断面を原点として零から始まり、ＸおよびＹは、連続する滑らかな弧により接続されるときに、各距離Ｚにおいて翼形を規定し、前記距離Ｚにおける前記翼形は、互いに滑らかに結ばれて完全な翼形状を形成する圧縮機（１０）用静翼（１４）。
2. 前記翼（２０）は、何らかの翼面位置に対して垂直な方向に±０．１００以下の範囲内の形状を有する請求項１に記載の静翼。
3. Ｚ＝０の値は、前記圧縮機中心線から約１７．２０５インチの半径距離を起点とし、前記Ｚ値は、表１において半径方向外側方向に漸増する正値である請求項１に記載の静翼。
4. 前記Ｘ、ＹおよびＺ値を同じ定数または数の関数として一定率で増減させて、拡大または縮小された圧縮機翼が得られる請求項１に記載の静翼。
5. 前記圧縮機（１０）の第１１段（１２）の一部分を形成する請求項１に記載の静翼。
6. 圧縮段（１２）の一部分を形成する複数個の静翼（１４）からなる圧縮機（１０）において、各々の前記静翼は、実質的に表１にインチ単位で示されるＸ、ＹおよびＺのデカルト座標値にしたがった未被覆の公称翼形を有する翼（２０）の形状をなし、前記Ｚ座標値は、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であるとともに前記ＸおよびＹ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値は、Ｘ−Ｙ平面内において該翼の半径方向の空力断面を原点として零から始まり、ＸおよびＹは、連続する滑らかな弧により接続されるときに、各距離Ｚにおいて翼形を規定し、前記Ｚ距離における前記翼形は、互いに滑らかに結ばれて完全な翼形状を形成する圧縮機（１０）。
7. 前記圧縮段は、第１１段（１２）である請求項６に記載の圧縮機。
8. 前記翼（２０）は、何らかの翼面位置に対して垂直な方向に±０．１００以下の範囲内の形状を有する請求項６に記載の圧縮機。
9. Ｚ＝０の値は、前記圧縮機中心線から約１７．２０５インチの半径距離を起点とし、前記Ｚ値は、半径方向外側方向に漸増する正値である請求項６に記載の圧縮機。
10. 前記Ｘ、ＹおよびＺ値を同じ定数または数の関数として一定率で増減させて、拡大または縮小された圧縮機翼が得られる請求項６に記載の圧縮機。