JP2017053261A - Pressure loss reduction device for fluid machinery - Google Patents

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孝幸 松沼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase an effect of reduction against a loss of leakage generated at a tip clearance of a fluid machinery up to maximum limit under a minimum requirement of consumption power by setting an optimal applied voltage and frequency in reference to a thickness of insulation layer of a wire-type plasma actuator and also a thickness of an air layer present in the tip clearance.SOLUTION: A wire type plasma actuator 1 for preventing working fluid from being leaked has an inner structure installed in a tip side wall surface of a casing 2 covering an outer circumference of a turbine rotor blade and having insulation covering conductive wires 4 buried in a ring-like insulation material 3. A blade outer end shape as seen from a section surface including a central axis of the blade is a right-angled shape or a curved surface shape at both inlet side and outlet side and at the same time a voltage value and a frequency of a pulse voltage applied to insulation covering conductive wires 4 and a voltage gradient [kV/ms] defined by a blade outer end shape and a thickness of an insulation layer at the insulation covered conductive wire are selected in such a way that a plasma discharge may keep a corona-type discharge.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、流体機械用の圧力損失低減装置に関し、特に、流体機械のチップクリアランスを介して漏洩する作動流体の圧力損失を効果的に低減する圧力損失低減装置に関するものである。   The present invention relates to a pressure loss reduction device for a fluid machine, and more particularly to a pressure loss reduction device that effectively reduces the pressure loss of a working fluid that leaks through the tip clearance of the fluid machine.

航空用ジェットエンジンや発電用ガスタービンなどの流体機械で採用されている圧縮機翼列やタービン翼列においては、各翼の先端とケーシングとの間に、干渉を防止するための隙間(チップクリアランス)が設けられている。このため、翼の正圧面側と負圧面側の圧力差によって、チップクリアランスを通過する漏れ流れが発生し、チップクリアランスを通過した後、主流との干渉により翼負圧面側に巻き上がって渦(以下、漏れ渦という。)を形成し、翼列の空気力学的性能を大きく低下させる原因となる。   In compressor cascades and turbine cascades used in fluid machinery such as aircraft jet engines and power generation gas turbines, there is a gap (tip clearance) between each blade tip and the casing to prevent interference. ) Is provided. For this reason, a leakage flow that passes through the tip clearance occurs due to the pressure difference between the pressure surface side and the suction surface side of the blade, and after passing through the tip clearance, it winds up to the blade suction surface side due to interference with the main flow and vortex ( (Hereinafter referred to as leakage vortex), which causes the aerodynamic performance of the cascade to be greatly reduced.

チップクリアランスを小さくするほど、漏れ渦による損失を低減することができ、高い効率が得られる。しかし、タービン翼列が回転することによる軸偏心や、高温の作動流体による熱膨張も考慮すると、チップクリアランスの大きさは1 mm程度が限度となる。このようなチップクリアランスを経由する漏れ渦による損失は、タービン翼列の場合、全体の損失の20%〜40%にも及ぶ。このため、ブレード上流に平板、翼型、あるいは、キャビティーを設ける等、この損失を低減するための様々な技術が提案されている。   As the tip clearance is reduced, loss due to leakage vortices can be reduced, and high efficiency can be obtained. However, considering the shaft eccentricity caused by the rotation of the turbine blade row and the thermal expansion due to the high temperature working fluid, the size of the tip clearance is limited to about 1 mm. In the case of a turbine cascade, the loss due to the leakage vortex passing through the tip clearance is 20% to 40% of the total loss. For this reason, various techniques for reducing this loss, such as providing a flat plate, an airfoil, or a cavity upstream of the blade, have been proposed.

下記特許文献1には、タービンブレードの端部から圧縮空気をチップクリアランスに向けて噴射させ、ブレードを高温から保護するとともに、漏れ渦を低減するためのプレートを設けることにより、最適なチップクリアランスを維持することが示されている。   In Patent Document 1 below, the optimum tip clearance is obtained by injecting compressed air from the end of the turbine blade toward the tip clearance to protect the blade from high temperatures and providing a plate for reducing leakage vortices. It has been shown to maintain.

下記特許文献2には、タービンブレード先端との間でチップクリアランスを形成するケーシングの内部に、ワイヤ式プラズマアクチュエータを埋設したリング型プラズマアクチュエータを組み込み、パルス電圧を印加し、プラズマ放電に伴って発生する誘起流により、漏れ渦を抑止することが示されている。   In Patent Document 2 below, a ring-type plasma actuator with a wire-type plasma actuator embedded in a casing that forms a tip clearance with the turbine blade tip, a pulse voltage is applied, and a plasma discharge occurs. It has been shown that an induced flow that suppresses leakage vortices.

下記非特許文献1には、チップクリアランス内の流れの可視化と翼列出口での圧力測定によって、タービン翼列の先端にプラズマアクチュエータを設置した場合の効果が示されている。このプラズマアクチュエータによって漏れ渦の発生を抑制し、損失を9%低減できるとしている。   Non-Patent Document 1 below shows the effect of installing a plasma actuator at the tip of a turbine cascade by visualizing the flow in the tip clearance and measuring the pressure at the cascade outlet. This plasma actuator suppresses the generation of leakage vortices and can reduce the loss by 9%.

特許4178545号公報Japanese Patent No. 4178545 特開2014−103094号公報JP 2014-103094 A

Proceeding of ASME Turbo Expo 2008(6月9日〜13日):Power for Land、Sea and Air GT2008-50703 (Daniel K. Van Ness II等)Proceeding of ASME Turbo Expo 2008 (June 9-13): Power for Land, Sea and Air GT2008-50703 (Daniel K. Van Ness II, etc.)

非特許文献1のプラズマアクチュエータは、プラズマアクチュエータをブレード先端に装着して誘起流を発生させることにより、必要最小限のチップクリアランスを維持しながら、漏れ渦の発生を抑止し、圧力損失を効果的に低減することが期待できる。
しかし、航空用ジェットエンジンや発電用ガスタービンなどの流体機械に実装する場合、プラズマアクチュエータを駆動するために、回転するタービン翼列の先端まで電力を供給する必要がある。このため、高温下でも、高速回転に長期にわたって耐え得るロータリースイッチ等を採用せざるを得ず、構造が非常に複雑でコストも高くなるばかりか、故障の際の交換も困難でメンテナンス費用の高騰を招く。
The plasma actuator disclosed in Non-Patent Document 1 suppresses the generation of leakage vortices and effectively reduces pressure loss while maintaining the minimum tip clearance by mounting the plasma actuator on the blade tip and generating an induced flow. It can be expected to be reduced.
However, when mounted on a fluid machine such as an aircraft jet engine or a power generation gas turbine, it is necessary to supply power to the tip of the rotating turbine blade row in order to drive the plasma actuator. For this reason, a rotary switch that can withstand high-speed rotation for a long period of time even at high temperatures has to be adopted, and the structure is very complicated and expensive. In addition, replacement at the time of failure is difficult and the maintenance cost increases. Invite.

これに対し、特許文献2に示されたワイヤ式プラズマアクチュエータを図1に示す。
ワイヤ式プラズマアクチュエータ1は、タービン動翼の外周を覆うケーシング2のチップ側壁面内に設置されるもので、リング状の絶縁材料3に絶縁被覆導電ワイヤ4を埋め込んだ内部構造を採用している。なお、タービン動翼・軸・ケーシングなどの風洞全体は金属製であり,全体をグランド電極として接地する。これにより、絶縁被覆導電ワイヤ4に高周波・高電圧を加えることによって、絶縁被覆導電ワイヤ4とタービン動翼先端の間のプラズマによって発生する誘起流を利用して、漏れ流れを抑制することができる。
On the other hand, the wire type plasma actuator shown in Patent Document 2 is shown in FIG.
The wire-type plasma actuator 1 is installed in the chip side wall surface of the casing 2 that covers the outer periphery of the turbine rotor blade, and employs an internal structure in which an insulating covering conductive wire 4 is embedded in a ring-shaped insulating material 3. . Note that the entire wind tunnel such as the turbine rotor blade, shaft, and casing is made of metal, and is grounded as a ground electrode. As a result, by applying a high frequency / high voltage to the insulating coated conductive wire 4, the leakage flow can be suppressed by utilizing the induced flow generated by the plasma between the insulating coated conductive wire 4 and the tip of the turbine rotor blade. .

このようなワイヤ式プラズマアクチュエータは、次のような優れた特徴を備えている。
(1)絶縁コーティングされた導電性ワイヤをプラズマアクチュエータの材料として用いることにより、シート状プラズマアクチュエータと比較して、より柔軟で、3次元形状の筺体に装着できる。
(2)装着する筺体が金属の場合、筺体自体を接地側の電極とすることで安全性を確保できるうえ、高電圧を印加する電極は予め絶縁コーティングされているため、短絡の危険性を著しく低減できる。
(3)絶縁コーティングされた導電ワイヤについて、外側を部分的に導電性塗料を塗布するか、プラズマ生成を阻害する絶縁被膜を設置することにより、一方向流れを生成することができる。
(4)筺体とは別に絶縁被覆されていない導電性ワイヤを表面電極として用いれば、3次元空間で様々な場所で噴流を誘起できる。これは絶縁性の筺体にも応用できる。
例えば一部分だけに流れを誘起したい場合は、絶縁コーティングされたワイヤと絶縁被覆されていない導電性ワイヤの距離を最小化することで、誘電体バリア放電を発生させることができる。
一方、誘電体バリア放電及びこれに伴い流れを誘起することが望ましくない場合には、それぞれのワイヤの距離を離すことで解決でき、また結果として静電容量が減少するため、プラズマアクチュエータの駆動電力を低減することも可能になる。
(5)端面には高電圧印加用の電極になっているワイヤが剥き出しになっており、短絡してしまう可能性があるため、端面の絶縁処理が必要であるが、例えばシリコンゴムや絶縁性塗料、レジストなどを端面に塗布するという低コストの処理だけで、短絡を確実に防ぐことができる。
これまでの2次元シート状のプラズマアクチュエータでは、端面は切り取ったエッジの長さになるのに対し、ワイヤ式プラズマアクチュエータでは、導電性ワイヤと絶縁コーティングの断面積だけであり、シートに比べて端面処理を行うべき面積が圧倒的に少ない。
(6)フラッシュマウントを維持するために、電極の埋め込みを考えた場合、面積がきわめて小さいため、絶縁コーティングが容易であり、破損した場合でも容易に交換でき、メンテナンスコストの低減を図ることができる。
Such a wire-type plasma actuator has the following excellent features.
(1) By using an insulating-coated conductive wire as a material for a plasma actuator, it is more flexible than a sheet-like plasma actuator and can be mounted on a three-dimensionally shaped casing.
(2) When the housing to be mounted is a metal, safety can be ensured by using the housing itself as a ground-side electrode, and the electrodes to which a high voltage is applied are pre-insulated, so the risk of short circuit is significantly increased. Can be reduced.
(3) About the electrically conductive wire by which insulation coating was carried out, a one-way flow can be produced | generated by apply | coating a conductive paint partially on the outer side, or installing the insulation film which inhibits plasma generation.
(4) If a conductive wire that is not insulated and coated separately from the housing is used as a surface electrode, jets can be induced in various places in a three-dimensional space. This can also be applied to an insulating housing.
For example, if it is desired to induce a flow in only a portion, a dielectric barrier discharge can be generated by minimizing the distance between the insulating coated wire and the non-insulating conductive wire.
On the other hand, when it is not desirable to induce the dielectric barrier discharge and the accompanying flow, it can be solved by increasing the distance between the wires, and as a result, the electrostatic capacity is reduced. Can also be reduced.
(5) Since the wire which is an electrode for applying a high voltage is exposed on the end face and may be short-circuited, the end face needs to be insulated. For example, silicon rubber or insulating A short circuit can be reliably prevented by only a low-cost process of applying paint, resist, etc. to the end face.
In the conventional two-dimensional sheet-shaped plasma actuator, the end face is the length of the cut edge, whereas in the wire type plasma actuator, only the cross-sectional area of the conductive wire and the insulating coating is compared to the sheet. The area to be processed is overwhelmingly small.
(6) Considering electrode embedding in order to maintain the flush mount, the area is extremely small, so insulating coating is easy, and even if damaged, it can be easily replaced, and maintenance costs can be reduced. .

しかし、ワイヤ式プラズマアクチュエータを作動させるには、当然、これを駆動するための電力が必要となり、エネルギー効率をさらに高めるためには、最小の電力で、チップクリアランスで発生する漏れ損失を最大限低減する必要がある。
一方、流体の流れ方向に沿うチップクリアランスの間隙は、タービン動翼のチップ形状により決定されることから、タービン動翼のチップ形状による漏れ損失の影響を考慮する必要がある。タービン動翼のチップ形状としては、図2に示すように、タービン軸を含む断面でみて、a;先端及び後端をともに平坦面が直角に交わる直角形状としたもの(以下、FF型)、b、c;一方を直角形状、他方を曲面形状(以下、FR型あるいはRF型)、d;先端及び後端を曲面形状(以下、RR型)としたものなどが挙げられる。
However, in order to operate the wire type plasma actuator, of course, power is required to drive it, and in order to further improve energy efficiency, the leakage loss generated at the chip clearance is minimized with minimum power. There is a need to.
On the other hand, since the clearance of the tip clearance along the fluid flow direction is determined by the tip shape of the turbine blade, it is necessary to consider the influence of leakage loss due to the tip shape of the turbine blade. As shown in FIG. 2, the tip of the turbine rotor blade has a cross-sectional shape including the turbine shaft, and a: a right-angled shape in which flat surfaces intersect at right angles (hereinafter referred to as FF type) b, c; one having a right-angle shape, the other having a curved surface shape (hereinafter referred to as FR type or RF type), d;

FF型では、タービン軸方向からみてチップクリアランスは、ほぼ不変であるが、曲面形状を含む場合、タービンの先端部側では、下流に沿ってチップクリアランスが徐々に減少し、後端部側では下流に沿ってチップクリアランスが徐々に増大することになる。
プラズマ放電に伴って発生する誘起流の強さや持続性は、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧、周波数、電圧波形で定まる電圧勾配、そして、ワイヤ式プラズマアクチュエータと接地電極間の間隙やその形状、さらにワイヤ式プラズマアクチュエータの絶縁層の厚さ、チップクリアランスに存在する空気層の厚さが強く影響する。
したがって、チップクリアランスの変化に応じて、最適な強さ、持続性を備えた誘起流が得られるよう、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧、周波数を選定することで、必要最小限の電力で、チップクリアランスで発生する漏れ損失を効率よく低減することが可能となる。
In the FF type, the tip clearance is almost unchanged when viewed from the turbine axis direction. However, when a curved surface is included, the tip clearance gradually decreases along the downstream side on the turbine front end side, and the downstream side on the rear end side. The tip clearance gradually increases along the line.
The strength and persistence of the induced flow generated by the plasma discharge is the voltage applied to the wire type plasma actuator, the frequency, the voltage gradient determined by the voltage waveform, and the gap between the wire type plasma actuator and the ground electrode and its shape, Further, the thickness of the insulating layer of the wire type plasma actuator and the thickness of the air layer present in the chip clearance are strongly influenced.
Therefore, by selecting the voltage and frequency to be applied to the wire type plasma actuator so that an induced flow with optimum strength and durability can be obtained according to the change in the tip clearance, the minimum necessary power is required. It is possible to efficiently reduce the leakage loss that occurs in the tip clearance.

そこで、本発明の目的は、こうしたワイヤ式プラズマアクチュエータの優れた特徴を踏まえ、ガスタービン等の流体機械において、チップクリアランスを形成するケーシング側に、ワイヤ式プラズマアクチュエータを配置する際、タービンブレードのチップ形状を選択するとともに、使用するワイヤ式プラズマアクチュエータの絶縁層の厚さも加味して、最適な印加電圧、周波数及び電圧勾配を設定することにより、必要最小限の電力でチップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高めることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a tip of a turbine blade when a wire type plasma actuator is disposed on a casing side that forms a tip clearance in a fluid machine such as a gas turbine, based on the excellent characteristics of such a wire type plasma actuator. In addition to selecting the shape and taking into account the thickness of the insulation layer of the wire type plasma actuator to be used, setting the optimum applied voltage, frequency and voltage gradient allows leakage loss to occur at the chip clearance with the minimum necessary power It is to maximize the reduction effect.

この課題を解決するため、本発明の流体機械用圧力損失低減装置においては、次のような技術的手段を講じた。
すなわち、回転するブレードの外端とケーシング内周面との間に形成されるチップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置であって、前記ケーシング内周面のブレード外端に対向する位置に、曲面状の凹部を設け、凹部に配置した絶縁被覆導電ワイヤにパルス電圧を印加するとともに、前記ブレード外端をアースすることにより、前記絶縁被覆導電ワイヤと前記ブレード外端との間でプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電に伴う誘起気流により、前記チップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置において、前記ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、入口側、出口側の双方において直角形状あるいは曲面形状とするとともに、前記パルス電圧の電圧値、周波数及び電圧波形で定まる電圧勾配(dv/dt)を、ブレード外端形状及び前記絶縁被覆導電ワイヤにおける絶縁層の厚さに基づいて選定し、前記プラズマ放電がストリーマ型放電に遷移する直前の状態でコロナ型放電を維持するようにした。
In order to solve this problem, the following technical means have been taken in the pressure loss reducing apparatus for fluid machinery of the present invention.
That is, a pressure loss reducing device for a fluid machine that prevents the working fluid from leaking through a tip clearance formed between an outer end of a rotating blade and an inner peripheral surface of the casing. A curved concave portion is provided at a position facing the blade outer end of the surface, a pulse voltage is applied to the insulating coated conductive wire disposed in the concave portion, and the blade outer end is grounded. In a pressure loss reducing apparatus for a fluid machine that generates a plasma discharge with the outer end of the blade and prevents a working fluid from leaking through the tip clearance due to an induced airflow accompanying the plasma discharge. The outer edge of the blade as viewed from the cross section including the central axis is a right angle or curved surface on both the inlet and outlet sides. The voltage gradient (dv / dt) determined by the voltage value, frequency and voltage waveform of the pulse voltage is selected based on the outer edge shape of the blade and the thickness of the insulating layer in the insulating coated conductive wire, and the plasma discharge is a streamer type. The corona discharge was maintained in the state immediately before the transition to the discharge.

本発明によれば、ワイヤ式プラズマアクチュエータの優れた特徴を活かした上で、必要最小限の消費電力で、プラズマ放電が臨界的なコロナ型放電を維持することで、チップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高めることが可能になる。   According to the present invention, while taking advantage of the excellent features of the wire type plasma actuator, the leakage loss generated in the chip clearance by maintaining the critical corona discharge with the minimum required power consumption and the plasma discharge. It is possible to maximize the reduction effect.

図1は、タービンブレードの外周を覆うケーシングに設けたワイヤ式プラズマアクチュエータの構造を示す図である。FIG. 1 is a view showing the structure of a wire type plasma actuator provided in a casing covering the outer periphery of a turbine blade. 図2は、タービンブレードのチップ形状のバリエーションを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing variations in the tip shape of the turbine blade. 図3は、基礎実験装置の概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an outline of the basic experiment apparatus. 図4は、ワイヤ式プラズマアクチュエータ非作動時における各先端形状での絶対速度分布を示す。FIG. 4 shows an absolute velocity distribution at each tip shape when the wire type plasma actuator is not operated. 図5は、ワイヤ式プラズマアクチュエータ非作動時における絶対速度の垂直方向(z軸方向)分布を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a vertical direction (z-axis direction) distribution of absolute velocity when the wire-type plasma actuator is not operated. 図6は、印加電圧Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzで、ワイヤ式プラズマアクチュエータを作動させた場合の各先端形状での絶対速度分布をに示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the absolute velocity distribution at each tip shape when the wire type plasma actuator is operated at an applied voltage Vp-p of 12.8 kV and an input frequency of 14 kHz. 図7は、印加電圧Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzで、ワイヤ式プラズマアクチュエータを作動させた場合のチップクリアランス出口下流における絶対速度分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an absolute velocity distribution downstream of the tip clearance outlet when the wire type plasma actuator is operated at an applied voltage Vp-p of 12.8 kV and an input frequency of 14 kHz. 図8は、ワイヤ式プラズマアクチュエータへの入力周波数を16kHzまで上昇させた場合の各先端形状での絶対速度分布を図8に示す。FIG. 8 shows the absolute velocity distribution at each tip shape when the input frequency to the wire type plasma actuator is increased to 16 kHz. 図9は、ワイヤ式プラズマアクチュエータへの入力周波数を16kHzまで上昇させた場合のチップクリアランス出口下流における絶対速度分布を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an absolute velocity distribution downstream of the tip clearance outlet when the input frequency to the wire type plasma actuator is increased to 16 kHz. 図10は、流れ方向速度成分を積分して算出した漏れ流れの流量を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the flow rate of the leak flow calculated by integrating the flow direction velocity component. 図11は、FF型チップ形状におけるプラズマ発生状態を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a plasma generation state in the FF type chip shape. 図12は、RR型チップ形状におけるプラズマ発生状態を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a plasma generation state in the RR type chip shape. 図13は、中間部に複数の凹部を形成したブレード外端形状のバリエーションを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a variation of the blade outer end shape in which a plurality of concave portions are formed in the intermediate portion. 図14は、フィードバック制御を行うための制御システムを示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a control system for performing feedback control.

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
ワイヤ式プラズマアクチュエータの構成自体は図1と同様である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The configuration of the wire type plasma actuator itself is the same as that shown in FIG.

まず、チップクリアランス形状とワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧及び周波数の関係を調べるため、平板を用いた基礎実験装置の概要を図3に示す。吹き出し式小型風洞に接続されたアクリル製の測定部5(流路の幅200mm × 高さ200mm × 長さ500mm)の中央にアルミ平板6を設置し、下側に1mmの隙間を空けて、チップクリアランスを通る漏れ流れを再現する。
なお、流路面積が少なすぎて風洞の流れが不安定になることを防止するため、平板上流の上側にスリット7を設けて流れをバイパスさせている。
送風機の回転数を900rpmに設定し、チップクリアランスを通過する流速10 m/s程度の漏れ流れを作り出す。
First, in order to investigate the relationship between the chip clearance shape and the voltage and frequency applied to the wire plasma actuator, an outline of a basic experimental apparatus using a flat plate is shown in FIG. An aluminum flat plate 6 is installed at the center of the acrylic measuring unit 5 (flow path width 200mm x height 200mm x length 500mm) connected to a blow-out type small wind tunnel, with a 1mm gap at the bottom, and the chip Reproduce the leak flow through the clearance.
In addition, in order to prevent the flow path area from being too small and the flow of the wind tunnel from becoming unstable, a slit 7 is provided on the upper side upstream of the flat plate to bypass the flow.
Set the rotation speed of the blower to 900 rpm and create a leak flow with a flow rate of about 10 m / s passing through the tip clearance.

下側の壁面には、外径1.3mmの絶縁被覆導電ワイヤを流れ方向に100本ほど埋め込んだワイヤ式プラズマアクチュエータ8(設置面積140mm × 140mm)を設置する。高電圧高周波パルス電源(PSI製、PG-1040F)を用い、ワイヤ式プラズマアクチュエータ8とアルミ平板6の先端との間にプラズマを生成する。
印加するパルス電圧(ピーク値からピーク値までの振幅)Vp-pを12.8kVに固定し、周波数をf = 10kHz 〜 16kHzの範囲で変化することで、投入電力を増加させる。
On the lower wall surface, a wire type plasma actuator 8 (installation area 140 mm × 140 mm) in which about 100 insulation coated conductive wires having an outer diameter of 1.3 mm are embedded in the flow direction is installed. Plasma is generated between the wire-type plasma actuator 8 and the tip of the aluminum plate 6 using a high-voltage, high-frequency pulse power supply (PSI, PG-1040F).
The applied voltage is increased by fixing the applied pulse voltage (amplitude from peak value to peak value) Vp-p at 12.8 kV and changing the frequency in the range of f = 10 kHz to 16 kHz.

平板先端付近のx-z平面の速度場を、粒子画像流速測定法(PIV)により計測する。PIV計測は、風洞上流から注入したオイルミストを、測定部下流に設置したダブルパルスYAGレーザー(Litron Lasers製、NANO S 30-15 PIV、15mJ/pulse)により可視化し、測定部上部に設置したクロスコリレーションカメラ9(TSI製、PIV CAM 13-8)により撮影する。瞬時速度分布を200回測定して、平均値を算出する。   The velocity field in the x-z plane near the plate tip is measured by particle image velocimetry (PIV). For PIV measurement, oil mist injected from the upstream of the wind tunnel is visualized by a double pulse YAG laser (manufactured by Litron Lasers, NANO S 30-15 PIV, 15 mJ / pulse) installed downstream of the measurement unit, and a cross installed at the top of the measurement unit Take a picture with a correlation camera 9 (TSI PIV CAM 13-8). The instantaneous velocity distribution is measured 200 times and the average value is calculated.

今回の実験で用いた平板の先端形状は、図2(a)〜(d)と同様に、FF型、FR型、RF型、RR型方の4種類を用いた。
アルミ平板6の厚みはいずれも10mmで、隙間は1mmである。
これまでの実験から、直角端(F)の角には電界が集中して強いプラズマが発生することが分かっている。曲面端(R)には、丸みのために電界の集中が緩和されて弱いプラズマができると考えられる。
Four types of FF type, FR type, RF type, and RR type were used for the tip shape of the flat plate used in this experiment, as in FIGS. 2 (a) to 2 (d).
The thickness of each aluminum flat plate 6 is 10 mm, and the gap is 1 mm.
From the experiments so far, it has been found that the electric field is concentrated at the corner of the right end (F) and a strong plasma is generated. At the curved surface end (R), it is considered that the electric field concentration is relaxed due to roundness and weak plasma is generated.

まず、先端形状自体が漏れ流れに及ぼす影響を明らかにする。図4(a)〜(d)にワイヤ式プラズマアクチュエータ4を非作動とした状態における各先端形状での絶対速度分布を示す。
チップクリアランス出口からx = 15mm付近までの範囲では、速度勾配が大きい剪断流れのためPIV測定の信頼性が低い。x = 20mmより下流では、どの先端形状でも、流速10 m/s程度の漏れ流れが徐々に広がっていく様子が観察される。
先端形状の違いによる変化を定量的に観察するため、チップクリアランス出口から28.6mm下流(図4において矢印で示した地点)における絶対速度の垂直方向(z軸方向)分布を図5に示す。
First, the effect of the tip shape itself on the leakage flow will be clarified. 4A to 4D show the absolute velocity distribution at each tip shape in a state in which the wire type plasma actuator 4 is not operated.
In the range from the tip clearance exit to around x = 15 mm, the reliability of PIV measurement is low due to the shear flow with a large velocity gradient. Downstream from x = 20 mm, it can be observed that the leakage flow with a flow velocity of about 10 m / s gradually spreads at any tip shape.
In order to quantitatively observe the change due to the difference in the tip shape, FIG. 5 shows the absolute velocity vertical direction (z-axis direction) distribution 28.6 mm downstream from the tip clearance exit (point indicated by the arrow in FIG. 4).

白抜きの丸で示すFF型と、黒塗りの三角で示すRR型の速度分布はほぼ同じで、最大流速はともに8.3m/sである。
黒塗りの正方形で示すFR型の漏れ流れは、他の分布よりも、下側壁面近くの流速が、最大流速8.9m/sと高くなり、垂直方向位置z = 0.6 〜 4mmでの流速は低く、上側への広がりが少ない。
白抜きの正方形で示すRF型の漏れ流れは、他よりもz = 1.5 〜 4.5mmでの流速が高く、上側への広がりが大きい。
速度を垂直方向に積分して得られた流量は、FF型とRR型を基準とすると、FR型が7%少なく、FR型が8%多くなっている。
以上の結果から、ワイヤ式プラズマアクチュエータ4を非作動とした場合、先端形状の違いが漏れ流れに及ぼす影響は全体的に少なく、特に上流側と下流側が同形のFF型とRR型では、ほぼ同じ漏れ流れが得られている。
The velocity distributions of the FF type indicated by a white circle and the RR type indicated by a black triangle are almost the same, and the maximum flow velocity is 8.3 m / s.
The FR type leak flow indicated by the black square has a higher flow velocity near the lower wall than the other distributions, with a maximum flow velocity of 8.9 m / s, and a low flow velocity at the vertical position z = 0.6 to 4 mm. , Less upward spread.
The RF-type leakage flow indicated by the white square has a higher flow velocity at z = 1.5 to 4.5 mm than the others, and has a larger upward spread.
The flow rate obtained by integrating the velocity in the vertical direction is 7% less for the FR type and 8% more for the FR type, based on the FF type and the RR type.
From the above results, when the wire type plasma actuator 4 is not operated, the influence of the difference in the tip shape on the leakage flow is little overall, especially in the FF type and the RR type having the same shape on the upstream side and the downstream side. Leakage flow is obtained.

次にVp-p 12.8kV、入力周波数14kHzで、ワイヤ式プラズマアクチュエータ4を作動させ、漏れ流れ制御を行った場合の各先端形状での絶対速度分布を図6(a)〜(d)に示す。
図6(a)に示すように、FF型での実験では、この周波数で最も高い制御効果が得られている。次に漏れ低減効果があるのは、図6(d)のRR型であり、図6(b)のFR型、図5(c)のFR型では、Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzの条件下で大きな効果が得られていない。
Next, the absolute velocity distribution at each tip shape when the wire type plasma actuator 4 is operated at Vp-p 12.8 kV and the input frequency is 14 kHz and leakage flow control is performed is shown in FIGS. .
As shown in FIG. 6A, the highest control effect is obtained at this frequency in the FF type experiment. Next, the RR type shown in FIG. 6D has the effect of reducing leakage. The FR type shown in FIG. 6B and the FR type shown in FIG. 5C have Vp-p 12.8 kV and an input frequency of 14 kHz. The big effect is not acquired under the condition.

図7に、チップクリアランス出口から28.6mm下流(図6において矢印で示した地点)での絶対速度分布を示す。なお、図中の黒丸でプロットしたものは、FF型で制御なし場合の速度分布である。
FF型での制御では、最大流速を8.3m/sから1.4m/sまで抑制できている(83%の減少)。RR型では最大流速が66%減少するが、FR型とFR型では50%程度の減少にとどまっている。
この結果から、Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzの条件下では、FF型やRR型のように、上流側と下流側で先端形状を同形にしたほうが、FR型やFR型のように、先端形状が異なるより、より高い漏れ低減効果が得られることが分かる。さらに、RR型のように丸い形状よりも、FF型のように角のある形状のほうが高い効果を得られる。
FIG. 7 shows the absolute velocity distribution 28.6 mm downstream from the tip clearance exit (point indicated by the arrow in FIG. 6). In addition, what was plotted with the black circle in a figure is speed distribution in case of no control by FF type.
In the FF type control, the maximum flow velocity can be suppressed from 8.3 m / s to 1.4 m / s (83% reduction). In the RR type, the maximum flow velocity is reduced by 66%, but in the FR type and the FR type, the reduction is only about 50%.
From this result, under the conditions of Vp-p 12.8kV and input frequency 14kHz, it is better to have the same tip shape on the upstream side and downstream side, like FF type and RR type, like FR type and FR type, It can be seen that a higher leakage reduction effect can be obtained than when the tip shapes are different. In addition, a cornered shape such as the FF type is more effective than a round shape such as the RR type.

一方、ワイヤ式プラズマアクチュエータへの入力周波数を16kHzまで上昇させた場合の各先端形状での絶対速度分布を図8に示す。この周波数では、使用した電源の出力が限界に近い条件になっている。
この条件では、図8(d)のRR型で、最も顕著な制御効果が得られ、漏れ流れをほぼ完全に止めることに成功している。
図8(a)のFF型では、14kHzの時よりも制御効果が低下している。さらに、図8(b)のFR型と図8(c)のFR型でも、14kHzのときより制御効果がわずかに減っている。
On the other hand, FIG. 8 shows the absolute velocity distribution at each tip shape when the input frequency to the wire type plasma actuator is increased to 16 kHz. At this frequency, the output of the power supply used is near the limit.
Under this condition, the most remarkable control effect is obtained with the RR type shown in FIG. 8D, and the leakage flow is successfully stopped almost completely.
In the FF type of FIG. 8A, the control effect is lower than that at 14 kHz. Further, in the FR type of FIG. 8B and the FR type of FIG. 8C, the control effect is slightly reduced as compared with 14 kHz.

図9に、チップクリアランス出口から28.6mm下流(図8において矢印で示した地点)
での絶対速度分布を示す。RR型での制御では、最大流速を0.4m/sまで抑制し、95%の低減効果が得られている。FF型では最大流速が3.2m/s、62%の低減効果が得られており、14kHzでの83%低減と比べて、低減効果が低下している。
一方、FR型とRF型ではともに、低減効果が47%程度であり、14kHzのときよりも数%低減効果が低下している。
In Fig. 9, 28.6mm downstream from the tip clearance exit (point indicated by arrow in Fig. 8)
The absolute velocity distribution at is shown. In the control with the RR type, the maximum flow velocity is suppressed to 0.4 m / s, and a reduction effect of 95% is obtained. In the FF type, the maximum flow velocity is 3.2 m / s and a reduction effect of 62% is obtained, and the reduction effect is lower than the 83% reduction at 14 kHz.
On the other hand, in both the FR type and the RF type, the reduction effect is about 47%, and the reduction effect is lower by several% than at 14 kHz.

図10に、x = 28.6mmでの流れ方向速度成分を積分して算出した漏れ流れの流量をまとめる。図中の破線は、基準となるFF型でワイヤ式プラズマアクチュエータ非作動の場合の流量である。入力周波10kHzでは、FF型では流量が約20%減少するが、他では制御効果がみられない。
一方、14kHzまでは、どの形状でも周波数の増加とともに流量が減少するが、FF型が最も効果が高く、14kHzでは流量が80%減少する。
その他は、RR型では54%減少、FR型とRF型では35%の減少である。
FIG. 10 summarizes the flow rate of the leakage flow calculated by integrating the flow direction velocity components at x = 28.6 mm. A broken line in the figure is a flow rate when the FF type serving as a reference and the wire type plasma actuator is not operated. At an input frequency of 10 kHz, the flow rate is reduced by about 20% in the FF type, but no control effect is observed in other cases.
On the other hand, up to 14 kHz, the flow rate decreases with increasing frequency in any shape, but the FF type is most effective, and at 14 kHz, the flow rate is reduced by 80%.
Others are a 54% decrease for the RR type and a 35% decrease for the FR and RF types.

周波数が15kHzに高まると、流量が増加し、ワイヤ式プラズマアクチュエータが漏れ流れ低減効果が弱くなる。
さらに周波数が高い16kHzでの流量は、FF型では少し増加、FR型とRF型では横ばいなのに対し、RR型では大幅に減少し(流量96%減少)、漏れ流れをほぼ完全に抑えている。FR型とRF型は、どの周波数でも漏れ流れ低減効果が低めである。
この理由は、入口側と出口側の端面の形が異なる場合には、入口側あるいは出口側に位置する、角のある端面(F側)にプラズマが集中して発生し、曲面形状側ではプラズマが発生せず、流れ方向からみてプラズマにより発生する誘起流が局所的となり、漏れ流れ抑制効果を十分に発揮できなかったことが挙げられる。
When the frequency is increased to 15 kHz, the flow rate is increased and the effect of reducing the leakage flow of the wire type plasma actuator is weakened.
Furthermore, the flow rate at 16 kHz, which is higher in frequency, is slightly increased in the FF type and leveled off in the FR type and the RF type, but is greatly reduced in the RR type (the flow rate is reduced by 96%), and the leakage flow is almost completely suppressed. The FR type and the RF type have a low leakage flow reduction effect at any frequency.
This is because when the shape of the end face on the inlet side and the outlet side is different, the plasma is concentrated on the end face with a corner (F side) located on the inlet side or the outlet side, and the plasma is generated on the curved surface side. In other words, the induced flow generated by the plasma is localized as viewed from the flow direction, and the leakage flow suppressing effect cannot be sufficiently exhibited.

また、FF型で14kHzを超えると漏れ流れ低減効果が弱まる理由として、放電モードの変化が挙げられる。電極間のプラズマ放電では、印加電圧のピーク値、周波数及び印加電圧の波形で定まる電圧勾配、そして、電極間の距離及び絶縁層の厚さにより、放電の態様が変化する。
すなわち、印加電圧のピーク値、周波数、電圧勾配が増大するにつれ、そして、電極間の距離、絶縁層の厚さが減少するにつれ、プラズマ放電は、持続的で安定したコロナ型放電から断続的で不安定なストリーマ型放電に遷移する。
したがって、プラズマ放電をストリーマ型放電に遷移する直前の状態に維持することで、最も強力で、持続的なコロナ放電を維持することが可能となり、最も効率よく、強力な誘起流を持続的に発生させることが可能となる。
なお、電圧勾配は、電圧波形が正弦波の場合、ピーク電圧値、周波数に比例し、矩形波や三角波などでは、電圧勾配を回路設計により、調整することができるものである。
一般的なシート型プラズマアクチュエータの数値解析で、電圧一定で周波数を増加させていくと、電圧勾配が300kV/msを超える付近で、正電圧時のプラズマがコロナ型放電からストリーマ型放電に遷移し、誘起される流体力が一時的に減少することが報告されている。電圧Vp-p = 12.8kV、周波数f = 14kHzでの電圧勾配を推算すると約350kV/msとなり、放電現象がストリーマ型放電に遷移したことに伴って、生成された荷電粒子が電界から受ける力(流体力)が減少し、漏れ流れ低減効果が低下したものと推測される。
なお、16kHzの高周波数で、FF型よりもRR型のほうが高い効果が得られた理由としては、角のある形状よりも丸い形状のほうが、コロナ型放電モードからストリーマ型放電へ緩やかに遷移し、安定した強い放電を得られることが分かる。
In addition, a change in the discharge mode can be cited as a reason why the leakage flow reduction effect is weakened when the frequency exceeds 14 kHz in the FF type. In plasma discharge between electrodes, the discharge mode changes depending on the peak value of the applied voltage, the voltage gradient determined by the frequency and the waveform of the applied voltage, the distance between the electrodes, and the thickness of the insulating layer.
That is, as the peak value, frequency, and voltage gradient of the applied voltage increases, and as the distance between the electrodes and the thickness of the insulating layer decrease, the plasma discharge is intermittent from a stable and stable corona discharge. Transition to unstable streamer type discharge.
Therefore, maintaining the plasma discharge in the state immediately before the transition to the streamer type discharge makes it possible to maintain the strongest and lasting corona discharge and generate the most efficient and strong induced flow continuously. It becomes possible to make it.
The voltage gradient is proportional to the peak voltage value and the frequency when the voltage waveform is a sine wave, and the voltage gradient can be adjusted by circuit design for a rectangular wave or a triangular wave.
In a numerical analysis of a general sheet-type plasma actuator, when the frequency is increased at a constant voltage, the plasma at the positive voltage transitions from corona-type discharge to streamer-type discharge when the voltage gradient exceeds 300 kV / ms. It has been reported that the induced fluid force is temporarily reduced. The voltage gradient at voltage Vp-p = 12.8kV and frequency f = 14kHz is estimated to be about 350kV / ms. As the discharge phenomenon transitions to the streamer type discharge, the force that the generated charged particles receive from the electric field ( It is presumed that the fluid flow) is reduced and the leakage flow reduction effect is reduced.
The reason why the RR type is more effective than the FF type at a high frequency of 16 kHz is that the round shape rather than the corner shape makes a gentle transition from the corona type discharge mode to the streamer type discharge. It can be seen that a stable and strong discharge can be obtained.

以上の実験結果から、タービン動翼のチップ形状については、図11に示すようなFF型、あるいは、図12に示すようなRR型を選択する。
前述のように、FF型はRR型に比べて、低い周波数、すなわち、緩やかな電圧勾配で高い漏れ流れ低減効果が得られるので、反動タイプのタービン翼のようにブレードの曲率が小さく、漏れ流れが比較的少ないタービン翼に好適である。
一方、RR型で高い漏れ流れ低減効果を得るためには、FF型に比べて周波数を高くして電圧勾配を急峻にする必要となるが、衝動タイプのタービン翼のように、ブレードの曲率が大きく、漏れ流れが比較的多いタービン翼に適用すれば、ワイヤ式プラズマアクチュエータに消費する電力と比較しても高いエネルギー効率を得ることができる。
From the above experimental results, as the tip shape of the turbine rotor blade, the FF type as shown in FIG. 11 or the RR type as shown in FIG. 12 is selected.
As described above, the FF type has a low frequency, that is, a high leakage flow reduction effect with a gentle voltage gradient, compared to the RR type. Is suitable for a turbine blade having a relatively small amount of.
On the other hand, in order to obtain a high leakage flow reduction effect with the RR type, it is necessary to increase the frequency and make the voltage gradient steeper than that of the FF type. When applied to a turbine blade that is large and has a relatively large leakage flow, high energy efficiency can be obtained even when compared with the power consumed by the wire type plasma actuator.

さらに、図13に示すように、ガスタービンやジェットエンジンなどの仕様に応じて、FF型あるいはRR型をベースに、先端側と後端側の間に、凹部を複数形成した上で、最適な電圧勾配を選定するようにしてもよい。
すなわち、図13(a)、(b)は、FF型をベースに、中間部に、直角状端面を有する凹部を2段、3段形成したものであり、図13(c)、(d)は、RR型をベースに、中間部に、曲面状の端面を有する凹部を2段、3段形成したものである。
このような構造を採用することにより、漏れ流れ方向に沿ってチップクリアランスに複数の直角端、あるいは、曲面を形成することができ、流れ方向からみて、コロナ型放電を維持したプラズマ放電により、発生する強力な誘起流を複数段発生させ、漏れ流れ低減効果をさらに高めることが可能となる。
なお、ガスタービンやジェットエンジンなどの仕様によっては、FF型に曲面状の中間凹部、RR型に直角状端面の中間凹部を組み合わせるようにしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 13, according to the specifications of the gas turbine, jet engine, etc., the optimum is obtained by forming a plurality of recesses between the front end side and the rear end side based on the FF type or the RR type. A voltage gradient may be selected.
13 (a) and 13 (b) show the FF type as a base with two or three concave portions having right-angled end faces formed in the middle, and FIGS. 13 (c) and 13 (d). Is a RR type base with two or three concave portions having curved end surfaces formed in the intermediate portion.
By adopting such a structure, it is possible to form a plurality of right-angled ends or curved surfaces in the chip clearance along the leakage flow direction, and it is generated by plasma discharge that maintains corona discharge as viewed from the flow direction. It is possible to generate a plurality of stages of powerful induced flow to further enhance the leakage flow reduction effect.
Depending on the specifications of the gas turbine or jet engine, a curved intermediate concave portion may be combined with the FF type, and an intermediate concave portion with a right-angled end face may be combined with the RR type.

以上のように、ガスタービンやジェットエンジンなどの仕様に応じて、ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、FF型、RR型をベースに、図11〜図13のように選定し、それぞれに対し、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧値、周波数を選定し、それぞれについて、実機に基づく出力特性から、最大効率が得られる最適な電圧勾配を設定する。   As described above, according to the specifications of the gas turbine, jet engine, etc., the blade outer end shape viewed from the cross section including the central axis of the blade is selected as shown in FIGS. 11 to 13 based on the FF type and the RR type. For each of them, the voltage value and frequency to be applied to the wire type plasma actuator are selected, and the optimum voltage gradient for obtaining the maximum efficiency is set for each from the output characteristics based on the actual machine.

ところで、ガスタービンやジェットエンジンなどでは,運転状況を把握するために、エンジン内部の各所で圧力や温度をモニタリングしている。
そこで、本発明を適用するにあたっては、予め、風洞実験により、ガスタービン、ジェットエンジンそれぞれの定格運転に合わせて、最適なブレード外端形状を選択する。その上で、図14に示すように、タービン動翼の入口と出口の圧力値の差分(差圧)などの計測データを用いて、差圧が最小となり、エネルギー効率が最大となるよう、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧値、周波数、印加電圧の電圧波形の少なくともひとつを制御器により調整する。もちろん、実稼働中に制御器により随時フィードバック制御を行ってもよい。
これにより、ワイヤ式プラズマアクチュエータの消費電力とエネルギー効率改善を最適値にバランスさせることが可能となる。
By the way, in a gas turbine, a jet engine, and the like, pressure and temperature are monitored at various locations inside the engine in order to grasp the operation status.
Therefore, when applying the present invention, an optimum blade outer end shape is selected in advance according to the rated operation of each of the gas turbine and the jet engine by a wind tunnel experiment. Then, as shown in FIG. 14, using the measurement data such as the difference (differential pressure) between the pressure values at the inlet and outlet of the turbine blade, the wire is set to minimize the differential pressure and maximize the energy efficiency. The controller adjusts at least one of the voltage value, frequency, and voltage waveform of the applied voltage applied to the plasma actuator. Of course, feedback control may be performed at any time by the controller during actual operation.
Thereby, it becomes possible to balance power consumption and energy efficiency improvement of a wire type plasma actuator to an optimal value.

以上説明したように、本発明の流体機械用圧力損失低減装置によれば、ワイヤ式プラズマアクチュエータの優れた特徴を活かした上で、必要最小限の消費電力で、プラズマ放電がコロナ型放電を維持して、チップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高めることが可能となるので、ガスタービンやジェットエンジンを始めとして、遠心圧縮機、ラジアルタービンなどの遠心型ターボ機械等の流体機械に広く採用されることが期待できる。   As described above, according to the pressure loss reducing device for fluid machinery of the present invention, the plasma discharge maintains the corona discharge with the minimum necessary power consumption while taking advantage of the excellent features of the wire type plasma actuator. As a result, it is possible to maximize the effect of reducing the leakage loss caused by the tip clearance, so that it can be applied to fluid machinery such as gas turbines and jet engines, as well as centrifugal turbomachines such as centrifugal compressors and radial turbines. It can be expected to be widely adopted.

1:ワイヤ式プラズマアクチュエータ
2:ケーシング
3:リング状絶縁材料
4:絶縁被覆導電ワイヤ
5:アクリル製測定部
6:アルミ平板
7:スリット
8:ワイヤ式プラズマアクチュエータ(基礎実験用)
9:クロスコリレーションカメラ
1: Wire-type plasma actuator 2: Casing 3: Ring-shaped insulating material 4: Insulation-coated conductive wire 5: Acrylic measuring part 6: Aluminum flat plate 7: Slit 8: Wire-type plasma actuator (for basic experiments)
9: Cross-correlation camera

Claims (3)

回転するブレードの外端とケーシング内周面との間に形成されるチップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置であって、
前記ケーシング内周面のブレード外端に対向する位置に、曲面状の凹部を設け、凹部に配置した絶縁被覆導電ワイヤにパルス電圧を印加するとともに、前記ブレード外端をアースすることにより、前記絶縁被覆導電ワイヤ内部の導線と前記ブレード外端との間でプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電に伴う誘起気流により、前記チップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置において、
前記ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、入口側、出口側の双方において直角形状あるいは曲面形状とするとともに、前記パルス電圧の電圧値、周波数及び電圧波形で定まる電圧勾配(dv/dt)を、ブレード外端形状及び前記絶縁被覆導電ワイヤにおける絶縁層の厚さに基づいて選定し、前記プラズマ放電がストリーマ型放電に遷移する直前の状態でコロナ型放電を維持するようにしたことを特徴とする流体機械用圧力損失低減装置。
A pressure loss reducing device for a fluid machine that prevents a working fluid from leaking through a tip clearance formed between an outer end of a rotating blade and a casing inner peripheral surface,
A curved concave portion is provided at a position facing the outer edge of the blade on the inner peripheral surface of the casing, and a pulse voltage is applied to the insulating coated conductive wire disposed in the concave portion, and the outer edge of the blade is grounded, thereby Pressure loss for fluid machinery that generates a plasma discharge between the conductive wire inside the coated conductive wire and the outer edge of the blade, and prevents leakage of working fluid via the tip clearance due to an induced air flow accompanying the plasma discharge In the reduction device,
The blade outer end shape seen from a cross section including the central axis of the blade is a right-angled shape or a curved shape on both the inlet side and the outlet side, and a voltage gradient (dv) determined by the voltage value, frequency, and voltage waveform of the pulse voltage. / dt) is selected based on the shape of the outer edge of the blade and the thickness of the insulating layer in the insulation-coated conductive wire so that the corona discharge is maintained in the state immediately before the plasma discharge transitions to the streamer discharge. A pressure loss reducing device for a fluid machine.
前記ブレードの曲率形状に応じて、前記ブレード外端形状を直角形状あるいは曲面形状としたことを特徴とする請求項1に記載の流体機械用圧力損失低減装置。   The pressure loss reducing device for a fluid machine according to claim 1, wherein the outer end shape of the blade is a right-angled shape or a curved surface shape according to a curvature shape of the blade. 前記パルス電圧の電圧値、周波数及び電圧勾配の少なくともひとつを、前記ブレードの入口側、出口側の差圧が最小となるようにフィードバックする制御器を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の流体機械用圧力損失低減装置。   2. The controller according to claim 1, further comprising a controller that feeds back at least one of the voltage value, frequency, and voltage gradient of the pulse voltage so that a differential pressure between the inlet side and the outlet side of the blade is minimized. Item 3. The pressure loss reducing device for fluid machine according to Item 2.
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