JP2010150954A - 軸流圧縮装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直径が減少する曲り流路内に気体を圧縮するための翼列12を有する軸流圧縮装置であって、翼列を構成する翼13または翼16の重心軸14が、回転軸に直交する方向から後傾し、ハブ側通路面11aに対し垂直または垂直に対し−10度から+10度の範囲に延びる。
【選択図】図1
Description
特許文献1の「多段圧縮機」は、各段が高い効率を有しかつ小型軽量で大流量の多段圧縮機を目的とし、図8に示すように、回転駆動される単一のシャフト52に同軸に取付けられた複数のインペラ54、56と、シャフトを回転可能に支持しかつ複数のインペラを囲むケーシング58とを備えた多段圧縮機である。この多段圧縮機が備える複数のインペラのうち、少なくとも第1段のインペラ54は、子午面流れが回転軸に対して傾斜して流出する傾斜インペラとされている。また、ケーシング58は、斜流インペラの回転により遠心圧縮された気体を隣接するインペラの半径方向内方に導く流路58aを有するものである。
一方で、図9に例示するように、低圧圧縮機などでは、回転軸に近づく流路、すなわち傾斜流路に動翼および静翼が配置される場合がある。
特に、傾斜角度が大きく、流れ方向において軸に接近する傾斜流路に位置する翼(例えば上述した高バイパス比ファンエンジンの動翼及び静翼)に適用することにより大きな効果が得られ、軸流圧縮装置の高ストールマージン化および高効率化が可能となり、ジェットエンジンの作動範囲を拡大でき、また、ジェットエンジンの流れの効率を改善することにより、燃料消費率改善ができるという、2つの大きな効果を奏する。
また、図1において符号16は、動翼13の下流側に位置する静翼である。そして、静翼16も、動翼13と同様に、重心軸14が、回転軸1に直交する方向よりもハブ側通路面11a(傾斜流路の軸側の壁面)に対する垂直方向側に傾斜されている。
なお、動翼及び静翼の重心軸とは、動翼及び静翼を回転軸と平行な方向に切断した切断面における重心を連続することによって得られる線分で示される軸である。
その結果、図3に示す理由により、翼後端の背側に剥離しやすい領域が現れ、空力性能の低下を起こしていた。
つまり、図3(A)に示すように、翼周りの流れは、翼の背側の流速が速く、翼の腹側の流速が遅いため背側、腹側で速度差が生じ、翼周りに渦度が発生する。既存技術では、速度差の渦度成分表示を、渦度ベクトルωで表示すると、図3(B)に示すように、ハブ側通路面に対して重心軸が角度θに設定された翼周りには、図3(B)および図3(C)に示すように、2次流れ成分ωsinθが発生する。この2次流れ成分ωsinθにより、3次元翼後端の背側に剥離しやすい領域が現れる。
つまり、図4(A)に示すように、渦度ベクトルωと流速ベクトルuがある場合、流体には、渦度ベクトルωと流速ベクトルuに起因する力Vortex Force:f=u×ω(ベクトル積)が働く。
そして、図4(B)および図4(C)に示すように翼の翼根部を傾け、翼面背側のVortex Force:fの向きを翼中心部に向けて斜め方向にすることで、図4(D)に示すように翼端の流れを中心寄りに集め、翼端の流量を減少させることで流れの剥離を抑制する効果がある。
図5は、上述した本実施形態の軸流圧縮装置を高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機に適用した具体例を説明するための模式図であり、(A)が既存技術(従来の高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機)を示し、(B)が本実施形態の軸流圧縮装置を適用した高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機を示す。
なお、図6は、動翼形状を説明するための図であり、(A)が既存技術(従来の高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機)の動翼を示し、(B)が本実施形態の軸流圧縮装置を適用した高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機の動翼を示す。なお、図6において、(a)が翼斜視図であり、(b)が翼積重図である。
図7(A)から、既存技術の高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機の動翼では、ハブ側の後縁付近に等高線が乱れた箇所があり、この部分で剥離が発生していることがわかる。
これに対して、図7(B)から、本実施形態の軸流圧縮装置を適用した高バイパス比ファンエンジンの低圧圧縮機の動翼では、ハブ側の後縁付近の等高線も乱れが少なく、剥離がないことがわかる。
また、動翼に限定されず静翼においても、重心軸を鉛直方向からハブ側通路面11aの垂直方向側に傾斜させることによって同様の効果が得られる。
Claims (5)
- 軸に沿って流れる流体を、該流体の流路に配置される翼を介して送り出す軸流圧縮装置であって、
前記軸に対して離間あるいは接近する方向に傾斜して延在する前記流体の流路である傾斜流路と、
該傾斜流路に配置され、重心軸が前記軸に直交する方向よりも前記傾斜流路の軸側の壁面に対する垂直方向側に傾斜されている前記翼と
を有することを特徴とする軸流圧縮装置。 - 前記傾斜流路に配置される前記翼の前記重心軸は、前記傾斜流路の軸側の壁面の垂直方向に対して−10°〜+10°の範囲で傾斜されていることを特徴とする請求項1記載の軸流圧縮装置。
- 前記傾斜流路に配置される前記翼の前記重心軸は、前記傾斜流路の前記軸側の壁面に対して垂直であることを特徴とする請求項1記載の軸流圧縮装置。
- 前記傾斜流路が前記軸に接近する方向に傾斜され、前記傾斜流路の前記軸側の壁面の軸に対する傾斜角度が10°以上60°未満に設定されていることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の軸流圧縮装置。
- 流体に働く渦度ベクトルと流速ベクトルに起因する力が翼中心部に向けて斜め方向となるように前記翼の翼根部が傾いていることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の軸流圧縮装置。
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US9869276B2 (en) | 2012-07-26 | 2018-01-16 | Ihi Corporation | Engine duct and aircraft engine |
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