JP2665005B2 - 軸流機械の動翼 - Google Patents
軸流機械の動翼Info
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- JP2665005B2 JP2665005B2 JP1274812A JP27481289A JP2665005B2 JP 2665005 B2 JP2665005 B2 JP 2665005B2 JP 1274812 A JP1274812 A JP 1274812A JP 27481289 A JP27481289 A JP 27481289A JP 2665005 B2 JP2665005 B2 JP 2665005B2
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- Japan
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- skew
- axial flow
- wing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
-
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-
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05D2240/301—Cross-sectional characteristics
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば軸流送風機、軸流圧縮機、軸流ポン
プなど流体にエネルギーを与える軸流機械（本明細書で
はこれを軸流機械と称する）の動翼に関する。
プなど流体にエネルギーを与える軸流機械（本明細書で
はこれを軸流機械と称する）の動翼に関する。
第６図は従来の軸流圧縮機の動翼の構造説明図であ
る。同図（ａ）において、１は動翼の翼、２はプラット
フォーム（つば部）、３はねじ部で、動翼は図示しない
ハブにプラットフォーム２とねじ部３とで固着される。
ねじ部３の代わりにダブテールなどによる固着方法でも
よい。翼１のハブ半径方向の断面Ａ〜Ｆにおける各断面
プロフィルは同図（ｂ）に示すようになっており、５は
各断面プロフィルの図心である。従来の動翼の翼１はこ
の各断面プロフィルの図心５が同一の直線上に重なるよ
うになっており、６が図心線で直線をなしハブの半径方
向と一致している。このように各図心５が同一の半径上
に重なるようにする理由は、動翼に作用する遠心力によ
り不要な応力が発生しないようにするためで、仮に図心
５が直線上に重なっていなければ遠心力により半径方向
以外のモーメントが発生し、動翼に曲げ応力が作用す
る。また、図心５が同一の半径上に重なっていれば、理
論的には動翼に引張り応力のみが作用する筈である。
（但し、実際には被圧縮ガスによる曲げ応力や各断面プ
ロフィルの捩れによる捩り応力も発生する。）このよう
に、従来の動翼の構造は強度上の観点からのみ決められ
ている。
る。同図（ａ）において、１は動翼の翼、２はプラット
フォーム（つば部）、３はねじ部で、動翼は図示しない
ハブにプラットフォーム２とねじ部３とで固着される。
ねじ部３の代わりにダブテールなどによる固着方法でも
よい。翼１のハブ半径方向の断面Ａ〜Ｆにおける各断面
プロフィルは同図（ｂ）に示すようになっており、５は
各断面プロフィルの図心である。従来の動翼の翼１はこ
の各断面プロフィルの図心５が同一の直線上に重なるよ
うになっており、６が図心線で直線をなしハブの半径方
向と一致している。このように各図心５が同一の半径上
に重なるようにする理由は、動翼に作用する遠心力によ
り不要な応力が発生しないようにするためで、仮に図心
５が直線上に重なっていなければ遠心力により半径方向
以外のモーメントが発生し、動翼に曲げ応力が作用す
る。また、図心５が同一の半径上に重なっていれば、理
論的には動翼に引張り応力のみが作用する筈である。
（但し、実際には被圧縮ガスによる曲げ応力や各断面プ
ロフィルの捩れによる捩り応力も発生する。）このよう
に、従来の動翼の構造は強度上の観点からのみ決められ
ている。
上記のように従来の例えば軸流圧縮機の動翼において
は、動翼の構造が強度上の観点からのみ決められてお
り、翼１の断面プロフィルの各図心５が同一の半径上に
重なるようになっている。しかしながら、翼１の先端
部、即ちケーシング内面に近い部分にはケーシング内面
の境界層および翼面の境界層の遠心力による吹寄せ、或
いは各動翼間の二次流れなどが集まって乱れた複雑な流
れを形成しており、エネルギーの低い流体が淀みがちで
翼１の作用を劣化させ、翼１の中央部の流れ（主流）よ
りも流れの圧力損失が多い。このため、動翼の効率を低
下させている。
は、動翼の構造が強度上の観点からのみ決められてお
り、翼１の断面プロフィルの各図心５が同一の半径上に
重なるようになっている。しかしながら、翼１の先端
部、即ちケーシング内面に近い部分にはケーシング内面
の境界層および翼面の境界層の遠心力による吹寄せ、或
いは各動翼間の二次流れなどが集まって乱れた複雑な流
れを形成しており、エネルギーの低い流体が淀みがちで
翼１の作用を劣化させ、翼１の中央部の流れ（主流）よ
りも流れの圧力損失が多い。このため、動翼の効率を低
下させている。
本発明に係る軸流機械の動翼は上記課題の解決を目的
にしており、先端部の前縁が上流側に前傾するとともに
回転方向に前進していて上記先端部の先端面から該先端
面の翼弦長の1/2だけ中央部寄りの断面との間の上記先
端部の前縁の形状が、上記先端部の前縁が回転方向に前
進するスキュー方向の角度Ｓと上記先端部の前縁が上流
側に前傾する有効スキュー量θs effとが下記の４点A,
B,C,Dが囲む範囲内にある翼を備えた構成を特徴として
いる。
にしており、先端部の前縁が上流側に前傾するとともに
回転方向に前進していて上記先端部の先端面から該先端
面の翼弦長の1/2だけ中央部寄りの断面との間の上記先
端部の前縁の形状が、上記先端部の前縁が回転方向に前
進するスキュー方向の角度Ｓと上記先端部の前縁が上流
側に前傾する有効スキュー量θs effとが下記の４点A,
B,C,Dが囲む範囲内にある翼を備えた構成を特徴として
いる。
〔作用〕 即ち、本発明に係る軸流機械の動翼においては、特に
翼の先端部における高い圧力損失を減らして動翼の効率
を向上させるため、実験により翼の先端部の形状を求め
て翼の先端部の前縁の形状が上記の範囲内にあるよう
に、翼の先端部の前縁を上流側に前傾させるとともに回
転方向に前進させており、翼の先端部に停滞しがちな低
エネルギーの流体を停滞させずに下流に押し流してやる
ようにしている。
翼の先端部における高い圧力損失を減らして動翼の効率
を向上させるため、実験により翼の先端部の形状を求め
て翼の先端部の前縁の形状が上記の範囲内にあるよう
に、翼の先端部の前縁を上流側に前傾させるとともに回
転方向に前進させており、翼の先端部に停滞しがちな低
エネルギーの流体を停滞させずに下流に押し流してやる
ようにしている。
第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係る軸流圧縮
機の動翼の構造説明図、第４図はこれらの作用説明図、
第５図は本発明の他の実施例に係る軸流圧縮機の動翼の
構造説明図である。第１図において、本実施例に係る軸
流圧縮機の動翼は特に翼11の先端部における高い圧力損
失を減らして動翼の効率を向上させるため、翼11の先端
部に停滞しがちな低エネルギーの流体を停滞させずに下
流に押してやるようにしており、図に示すように翼11の
先端部の前縁を軸流圧縮機の主軸方向前方、即ち上流側
に前傾させるとともに、回転方向に前進させた形状にし
ている。即ち、同図（ａ）において２は翼11のプラット
フォーム（つば部）、３は動翼をロータ軸に固定するた
めのねじ部である。そして、同図（ｂ），（ｃ）に示す
ように翼11の先端部は中央部から次第に前方に曲がりな
がら突出している。なお、翼11の下部も前方に突出して
いるが、これは翼軸Ｘ−Ｘに関して翼11の各断面プロフ
ィールの遠心力によるモーメントのバランスをとるため
で、特に本動翼の効率を向上させるためではない。
機の動翼の構造説明図、第４図はこれらの作用説明図、
第５図は本発明の他の実施例に係る軸流圧縮機の動翼の
構造説明図である。第１図において、本実施例に係る軸
流圧縮機の動翼は特に翼11の先端部における高い圧力損
失を減らして動翼の効率を向上させるため、翼11の先端
部に停滞しがちな低エネルギーの流体を停滞させずに下
流に押してやるようにしており、図に示すように翼11の
先端部の前縁を軸流圧縮機の主軸方向前方、即ち上流側
に前傾させるとともに、回転方向に前進させた形状にし
ている。即ち、同図（ａ）において２は翼11のプラット
フォーム（つば部）、３は動翼をロータ軸に固定するた
めのねじ部である。そして、同図（ｂ），（ｃ）に示す
ように翼11の先端部は中央部から次第に前方に曲がりな
がら突出している。なお、翼11の下部も前方に突出して
いるが、これは翼軸Ｘ−Ｘに関して翼11の各断面プロフ
ィールの遠心力によるモーメントのバランスをとるため
で、特に本動翼の効率を向上させるためではない。
第２図は動翼の模式図である。図において、11は本動
翼の翼、１は従来の動翼の翼、21,24は翼面における静
圧の等圧線、点線の矢印は等圧線21,24が上昇して行く
方向、太線の矢印は翼面に付着した境界層が遠心力によ
り外側に押し出される方向で、境界層は半径方向外側に
向かって押し出されるのであるが、従来の動翼の場合は
等圧線21がほゞ半径方向を向いており、この境界層が押
し出される二次流れの動きの妨げにならず、二次流れは
翼１の先端部に向かい境界層が蓄積され易い。これに対
して、本動翼の場合は翼11の先端部を前進させており、
等圧線24は翼11の先端部に向かって前傾した分布となっ
ている。このため、翼面に付着した境界層が遠心力によ
って押し出される二次流れは、半径方向外側に向かって
増加している静圧に妨げられて下流に向き、翼11の先端
部には低エネルギーの流体が停滞せず、下流に向かって
押し出される。これにより翼11の先端部の作動環境が改
善され、動翼の効率が向上する。
翼の翼、１は従来の動翼の翼、21,24は翼面における静
圧の等圧線、点線の矢印は等圧線21,24が上昇して行く
方向、太線の矢印は翼面に付着した境界層が遠心力によ
り外側に押し出される方向で、境界層は半径方向外側に
向かって押し出されるのであるが、従来の動翼の場合は
等圧線21がほゞ半径方向を向いており、この境界層が押
し出される二次流れの動きの妨げにならず、二次流れは
翼１の先端部に向かい境界層が蓄積され易い。これに対
して、本動翼の場合は翼11の先端部を前進させており、
等圧線24は翼11の先端部に向かって前傾した分布となっ
ている。このため、翼面に付着した境界層が遠心力によ
って押し出される二次流れは、半径方向外側に向かって
増加している静圧に妨げられて下流に向き、翼11の先端
部には低エネルギーの流体が停滞せず、下流に向かって
押し出される。これにより翼11の先端部の作動環境が改
善され、動翼の効率が向上する。
第３図は動翼の外観図で、矢印は動翼の回転方向を示
す。33は本動翼の先端面の位置に示しており、本動翼の
平面図である。本動翼の先端面33は従来の動翼の先端面
32に対して軸流圧縮機の主軸の方向に角度Ｓだけ回転方
向にずらされている。これがスキュー方向で、角度Ｓは
翼11の先端部の前縁が回転方向に前進した角度、34はス
キュー方向線である。スキュー参照面とはこのスキュー
方向線34を通る平面で、翼11の高さ方向にほゞ沿う面を
称し、１′,11′はこのスキュー参照面に各動翼を投影
したもので、前進の無い従来の翼１を実線で示し、本動
翼の翼11を二点鎖線で示す。
す。33は本動翼の先端面の位置に示しており、本動翼の
平面図である。本動翼の先端面33は従来の動翼の先端面
32に対して軸流圧縮機の主軸の方向に角度Ｓだけ回転方
向にずらされている。これがスキュー方向で、角度Ｓは
翼11の先端部の前縁が回転方向に前進した角度、34はス
キュー方向線である。スキュー参照面とはこのスキュー
方向線34を通る平面で、翼11の高さ方向にほゞ沿う面を
称し、１′,11′はこのスキュー参照面に各動翼を投影
したもので、前進の無い従来の翼１を実線で示し、本動
翼の翼11を二点鎖線で示す。
ltは本動翼の先端面33の翼弦長を表わしている。スキ
ュー量を規定するため、二次流れの関係する影響範囲と
して動翼の先端面とそこからlt/2だけ中央部に寄った断
面35との間の翼の先端部の範囲を考える。点37はスキュ
ー参照面における本動翼のこの断面35の断面プロフィル
の前縁の位置である。点36は同じくスキュー参照面にお
ける本動翼の先端面33の前縁の位置を示す。スキュー参
照面上におけるこれらの前縁の位置を示す点36,37の両
点を結ぶ直線、即ち有効スキュー線38がスキュー参照面
における軸流圧縮機の主軸に垂直な直線39となす角を、
ここでは有効スキュー量θs effと称することにする。
実際に各断面プロフィルの前縁を結ぶ前縁線40は直線を
なすとは限らないが、このように定義された有効スキュ
ー量θs effは翼11の先端部の前縁が上流側に前傾した
平均的な角度であり、スキュー参照面における前記のよ
うに定義されたスキュー方向の角度Ｓとスキュー量θs
effとの２つで概ね二次流れの影響度を調べることがで
きる。
ュー量を規定するため、二次流れの関係する影響範囲と
して動翼の先端面とそこからlt/2だけ中央部に寄った断
面35との間の翼の先端部の範囲を考える。点37はスキュ
ー参照面における本動翼のこの断面35の断面プロフィル
の前縁の位置である。点36は同じくスキュー参照面にお
ける本動翼の先端面33の前縁の位置を示す。スキュー参
照面上におけるこれらの前縁の位置を示す点36,37の両
点を結ぶ直線、即ち有効スキュー線38がスキュー参照面
における軸流圧縮機の主軸に垂直な直線39となす角を、
ここでは有効スキュー量θs effと称することにする。
実際に各断面プロフィルの前縁を結ぶ前縁線40は直線を
なすとは限らないが、このように定義された有効スキュ
ー量θs effは翼11の先端部の前縁が上流側に前傾した
平均的な角度であり、スキュー参照面における前記のよ
うに定義されたスキュー方向の角度Ｓとスキュー量θs
effとの２つで概ね二次流れの影響度を調べることがで
きる。
第４図は本動翼に関して行った実験のデータである。
図において、本グラフはスキュー方向の角度Ｓを横軸
に、有効スキュー量θs effを縦軸にとり、各点におけ
る段ピーク効率の向上量を％単位で記入し、全体として
の傾向を効率の向上量の等高線で描いている。図におい
て、効率の向上量が０％以上の領域が本動翼11の効率が
改善された範囲であるが、この向上量が０％の等高線を
直線で近似したものが次の４点A,B,C,Dで囲まれる範囲
である。
図において、本グラフはスキュー方向の角度Ｓを横軸
に、有効スキュー量θs effを縦軸にとり、各点におけ
る段ピーク効率の向上量を％単位で記入し、全体として
の傾向を効率の向上量の等高線で描いている。図におい
て、効率の向上量が０％以上の領域が本動翼11の効率が
改善された範囲であるが、この向上量が０％の等高線を
直線で近似したものが次の４点A,B,C,Dで囲まれる範囲
である。
従って、本動翼の効率を向上させるためには本動翼の先
端面とそこからlt/2だけ中央部に寄った断面との間にお
ける先端部の前縁の形状が、上記のスキュー方向の角度
Ｓと有効スキュー量θs effとが上記の４点A,B,C,Dが囲
む範囲内にあるようにする。なお、1t/2以上の中央部か
らハブに至る範囲の翼11の形状はこの影響範囲の形状を
スムーズに継続するようにし、例えば第５図（ａ）に示
すような直立型、或いは同図（ｂ）に示すようは反転
型、或いは同図（ｃ）に示すような傾斜型などとしても
よい。また、一般に軸流圧縮機の段効率ηは90％を越え
ており、従って本動翼における効率の向上量Δη＝0.8
％は改善の可能性のある量の（0.8/10）×100＝８％、
つまり残る僅かな損失の内の８％を低減したことにな
り、非常に大きいと考えられる。
端面とそこからlt/2だけ中央部に寄った断面との間にお
ける先端部の前縁の形状が、上記のスキュー方向の角度
Ｓと有効スキュー量θs effとが上記の４点A,B,C,Dが囲
む範囲内にあるようにする。なお、1t/2以上の中央部か
らハブに至る範囲の翼11の形状はこの影響範囲の形状を
スムーズに継続するようにし、例えば第５図（ａ）に示
すような直立型、或いは同図（ｂ）に示すようは反転
型、或いは同図（ｃ）に示すような傾斜型などとしても
よい。また、一般に軸流圧縮機の段効率ηは90％を越え
ており、従って本動翼における効率の向上量Δη＝0.8
％は改善の可能性のある量の（0.8/10）×100＝８％、
つまり残る僅かな損失の内の８％を低減したことにな
り、非常に大きいと考えられる。
なお、本発明に係る軸流機械の動翼は上記の実施例の
みに限定されるものではなく、軸流圧縮機以外の例えば
軸流送風機、軸流ポンプなどにも適用が可能なものであ
る。
みに限定されるものではなく、軸流圧縮機以外の例えば
軸流送風機、軸流ポンプなどにも適用が可能なものであ
る。
本発明に係る軸流機械の動翼は前記の通り構成されて
おり、翼の先端部に停滞しがちな低エネルギーの流体が
停滞せずに下流に押し流されるので、動翼の効率が向上
する。
おり、翼の先端部に停滞しがちな低エネルギーの流体が
停滞せずに下流に押し流されるので、動翼の効率が向上
する。
第１図（ａ）は本発明の一実施例に係る軸流圧縮機の動
翼の側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は断面
図、第２図（ａ）はその模式図、同図（ｂ）は従来の軸
流圧縮機の動翼の模式図、第３図は上記の実施例および
従来の軸流圧縮機の動翼の外観図、第４図は上記の実施
例に係る軸流圧縮機の動翼の作用説明図、第５図は本発
明の他の実施例に係る軸流圧縮機の動翼の側面図、第６
図（ａ）は従来の軸流圧縮機の動翼の側面図、同図
（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は断面図である。 1,11…翼、21,24…等圧線、32,33…先端面、34…スキュ
ー方向線、36,37…前縁の位置を示す点、38…有効スキ
ュー線、39…主軸に垂直な直線、40…前縁線。
翼の側面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は断面
図、第２図（ａ）はその模式図、同図（ｂ）は従来の軸
流圧縮機の動翼の模式図、第３図は上記の実施例および
従来の軸流圧縮機の動翼の外観図、第４図は上記の実施
例に係る軸流圧縮機の動翼の作用説明図、第５図は本発
明の他の実施例に係る軸流圧縮機の動翼の側面図、第６
図（ａ）は従来の軸流圧縮機の動翼の側面図、同図
（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は断面図である。 1,11…翼、21,24…等圧線、32,33…先端面、34…スキュ
ー方向線、36,37…前縁の位置を示す点、38…有効スキ
ュー線、39…主軸に垂直な直線、40…前縁線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−282198（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−114300（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−24136（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭34−9936（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】先端部の前縁が上流側に前傾するとともに
回転方向に前進していて上記先端部の先端面から該先端
面の翼弦長の1/2だけ中央部寄りの断面との間の上記先
端部の前縁の形状が、上記先端部の前縁が回転方向に前
進するスキュー方向の角度Ｓと上記先端部の前縁が上流
側に前傾する有効スキュー量θs effとが下記の４点A,
B,C,Dが囲む範囲内にある翼を備えたことを特徴とする
軸流機械の動翼。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1274812A JP2665005B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 軸流機械の動翼 |
| AU64685/90A AU615851B2 (en) | 1989-10-24 | 1990-10-16 | Rotor blade of axial-flow machines |
| DE69012275T DE69012275T2 (de) | 1989-10-24 | 1990-10-16 | Laufschaufel für Axialströmungsmaschine. |
| ES90119854T ES2058718T3 (es) | 1989-10-24 | 1990-10-16 | Paleta rotorica de maquinas de flujo axial. |
| EP90119854A EP0425889B1 (en) | 1989-10-24 | 1990-10-16 | Rotor blade of axial-flow machines |
| CN90108596.0A CN1019596B (zh) | 1989-10-24 | 1990-10-23 | 轴流式机械的动叶 |
| US07/601,857 US5131815A (en) | 1989-10-24 | 1990-10-24 | Rotor blade of axial-flow machines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1274812A JP2665005B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 軸流機械の動翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03138491A JPH03138491A (ja) | 1991-06-12 |
| JP2665005B2 true JP2665005B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17546911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1274812A Expired - Lifetime JP2665005B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 軸流機械の動翼 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5131815A (ja) |
| EP (1) | EP0425889B1 (ja) |
| JP (1) | JP2665005B2 (ja) |
| CN (1) | CN1019596B (ja) |
| AU (1) | AU615851B2 (ja) |
| DE (1) | DE69012275T2 (ja) |
| ES (1) | ES2058718T3 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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