JP3104395B2 - 軸流圧縮機 - Google Patents
軸流圧縮機Info
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- JP3104395B2 JP3104395B2 JP04123252A JP12325292A JP3104395B2 JP 3104395 B2 JP3104395 B2 JP 3104395B2 JP 04123252 A JP04123252 A JP 04123252A JP 12325292 A JP12325292 A JP 12325292A JP 3104395 B2 JP3104395 B2 JP 3104395B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- arc
- leading edge
- edge side
- connection point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン用あるいは
産業用の軸流圧縮機における性能向上に係り、特に高性
能低損失の軸流圧縮機ブレードに関するものである。
産業用の軸流圧縮機における性能向上に係り、特に高性
能低損失の軸流圧縮機ブレードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、軸流圧縮機の翼には、文献
「ＮＡＳＡ，ＳＰ−３６」に記述されているように、亜
音速用に開発されたＮＡＣＡ６５翼が用いられている。
近年、軸流圧縮機の高圧力比・高効率化の必要性から、
翼列入口流れの高速化が図られており、高亜音速の翼列
に対しては、文献「ポンプ・送風機の理論と応用」JSME
第３４３回講演会（昭４６）に記述されているように、
翼の背側と腹側をそれぞれ単一の円弧で構成した二重円
弧翼が用いられるようになっている。
「ＮＡＳＡ，ＳＰ−３６」に記述されているように、亜
音速用に開発されたＮＡＣＡ６５翼が用いられている。
近年、軸流圧縮機の高圧力比・高効率化の必要性から、
翼列入口流れの高速化が図られており、高亜音速の翼列
に対しては、文献「ポンプ・送風機の理論と応用」JSME
第３４３回講演会（昭４６）に記述されているように、
翼の背側と腹側をそれぞれ単一の円弧で構成した二重円
弧翼が用いられるようになっている。
【０００３】従って、入口流れが高亜音速または超音速
の場合にも、高性能の翼形を開発することは重要であ
る。
の場合にも、高性能の翼形を開発することは重要であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、翼列
入口のマッハ数が１に近くなると衝撃波による損失が非
常に大きくなり、効率が低下するという問題があった。
入口のマッハ数が１に近くなると衝撃波による損失が非
常に大きくなり、効率が低下するという問題があった。
【０００５】本発明はこれにかんがみてなされたもの
で、その目的とするところは、高亜音速または超音速の
入口流れを有する部分の翼形状の改良によって、衝撃波
による損失を低減し、高効率の軸流圧縮機を提供するこ
とにある。
で、その目的とするところは、高亜音速または超音速の
入口流れを有する部分の翼形状の改良によって、衝撃波
による損失を低減し、高効率の軸流圧縮機を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、静翼
または動翼の背側または腹側を、翼弦長の中心より後縁
側で且つ背側スロート位置より後縁側に接続点を持つ少
なくとも２つの円弧で構成し、前記円弧のうち前縁側第
１番目の円弧の曲率半径が第２番目の円弧の曲率半径よ
り大きくなるようにすることによって、所期の目的を達
成するようにしたものである。
または動翼の背側または腹側を、翼弦長の中心より後縁
側で且つ背側スロート位置より後縁側に接続点を持つ少
なくとも２つの円弧で構成し、前記円弧のうち前縁側第
１番目の円弧の曲率半径が第２番目の円弧の曲率半径よ
り大きくなるようにすることによって、所期の目的を達
成するようにしたものである。
【０００７】
【作用】すなわち、軸流圧縮機の静翼または動翼をこの
ように構成すると、翼列に発生する衝撃波面はスロート
より前縁側に移る。また、翼面上の流れについては、腹
側の急減速部分がなくなり、前縁側の増速の割合が小さ
くなり、最大マッハ数も小さくなる。こうした理由から
翼列の損失を低減でき、軸流圧縮機全体の効率が向上す
る。
ように構成すると、翼列に発生する衝撃波面はスロート
より前縁側に移る。また、翼面上の流れについては、腹
側の急減速部分がなくなり、前縁側の増速の割合が小さ
くなり、最大マッハ数も小さくなる。こうした理由から
翼列の損失を低減でき、軸流圧縮機全体の効率が向上す
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１，２を用いて
説明する。図２は本発明を実施した多段軸流圧縮機の部
分横断面図を示すもので、図１は図２の断面ＡＡにおけ
る動翼列４の円筒断面図である。多段軸流圧縮機は図２
に示すようにケーシング１とロータ５により構成される
環状流路２内のケーシング内面に取り付けられた静翼３
と動翼４を配置して回転するロータ５を有して構成さ
れ、ロータ５は別置のモータやタービンなどにより駆動
される。ロータ５の周りに取り付けられた動翼４の円筒
断面ＡＡでの形状は、図１に示すように回転方向６に対
して隣りあう翼と同一であり、背側４ａと腹側４ｂと前
縁部分４ｃと後縁部分４ｄとから構成されている。矢印
７は回転軸の方向を示し、矢印２０は翼列入口での相対
的な流れの方向を示す。前記背側４ａ及び腹側４ｂはそ
れぞれ、滑らかに接続される二つの円弧９ａ，９ｂ及び
１０ａ，１０ｂとから構成されており、その接続点は翼
弦長の中心８より後縁側で且つスロート１４の背側位置
１４ａより後縁側に位置している。また、前縁側の円弧
の方が後縁側の円弧より曲率半径が大きくなっている。
静翼３については、回転しないという点以外は動翼４と
同様の構成になっているので、以下説明を省略する。
説明する。図２は本発明を実施した多段軸流圧縮機の部
分横断面図を示すもので、図１は図２の断面ＡＡにおけ
る動翼列４の円筒断面図である。多段軸流圧縮機は図２
に示すようにケーシング１とロータ５により構成される
環状流路２内のケーシング内面に取り付けられた静翼３
と動翼４を配置して回転するロータ５を有して構成さ
れ、ロータ５は別置のモータやタービンなどにより駆動
される。ロータ５の周りに取り付けられた動翼４の円筒
断面ＡＡでの形状は、図１に示すように回転方向６に対
して隣りあう翼と同一であり、背側４ａと腹側４ｂと前
縁部分４ｃと後縁部分４ｄとから構成されている。矢印
７は回転軸の方向を示し、矢印２０は翼列入口での相対
的な流れの方向を示す。前記背側４ａ及び腹側４ｂはそ
れぞれ、滑らかに接続される二つの円弧９ａ，９ｂ及び
１０ａ，１０ｂとから構成されており、その接続点は翼
弦長の中心８より後縁側で且つスロート１４の背側位置
１４ａより後縁側に位置している。また、前縁側の円弧
の方が後縁側の円弧より曲率半径が大きくなっている。
静翼３については、回転しないという点以外は動翼４と
同様の構成になっているので、以下説明を省略する。
【０００９】図３に、図１のように構成された動翼４の
翼列性能を評価するための一つの指標である全圧損失係
数を実験結果を用いて示す。グラフの横軸には翼列入口
でのマッハ数（Ｍ１）を取り、縦軸にはＭ１＝０．８で
の全圧損失係数を１とした場合の値を取っている。翼列
入口のマッハ数Ｍ１が高くなると、全圧損失が増大し、
Ｍ１＝０.８ における全圧損失係数に対して、Ｍ１＝
１.０では１.３倍、Ｍ１＝１.１ では２倍の値になる。
一方、翼の背側４ａと腹側４ｂをそれぞれ単一の円弧で
構成した二重円弧翼（図７の細い実線）の場合、Ｍ１＝
１.０では７.８倍、Ｍ１＝１.１では１１.８倍になる。
翼列性能を評価するための一つの指標である全圧損失係
数を実験結果を用いて示す。グラフの横軸には翼列入口
でのマッハ数（Ｍ１）を取り、縦軸にはＭ１＝０．８で
の全圧損失係数を１とした場合の値を取っている。翼列
入口のマッハ数Ｍ１が高くなると、全圧損失が増大し、
Ｍ１＝０.８ における全圧損失係数に対して、Ｍ１＝
１.０では１.３倍、Ｍ１＝１.１ では２倍の値になる。
一方、翼の背側４ａと腹側４ｂをそれぞれ単一の円弧で
構成した二重円弧翼（図７の細い実線）の場合、Ｍ１＝
１.０では７.８倍、Ｍ１＝１.１では１１.８倍になる。
【００１０】次にこの原因について説明する。翼列の入
口マッハ数Ｍ１が１.０５ の場合の翼の背側，腹側に於
けるマッハ数分布の測定結果を図４に示す。グラフの横
軸は前縁を０、後縁を１として無次元化した場合の翼面
位置で、縦軸は各翼面位置でのマッハ数である。実験値
を表す点については、本発明の翼は黒丸が背側で、白抜
きの丸が腹側であり、二重円弧翼は黒く塗りつぶした四
角が背側で、白抜きの四角が腹側である。本発明による
翼の場合は、腹側の分布は平坦になっており、背側の前
縁側の増速の割合は小さく、急減速部の減速の程度も小
さい。一方、二重円弧翼の場合は、背側，腹側共に大き
な減速部分があり、前縁側の増速の割合が大きく、最大
マッハ数も高い。この違いを、図５に示す背側の曲率半
径の分布図によって示す。グラフの横軸は前縁を０後縁
を１として無次元化した場合の翼面位置で、縦軸は各翼
面位置での曲率半径であり、基準値としての二重円弧翼
の曲率半径を破線で表し、本発明の翼の曲率半径は実線
で表しており、曲率半径が大きく変わる部分が円弧の接
続点に相当する。本発明の翼の前縁側の円弧の曲率半径
は、二重円弧翼の円弧の曲率半径に対して大きくなって
いるので、前縁側の増速の割合が小さくなる。また、円
弧の接続点がスロート１４の背側位置１４ａより後縁側
にあるので、スロート１４より前縁側で増速の割合が大
きくなることはない。これらの理由から本発明による翼
の方が、最大マッハ数が低く、減速の程度も小さい。
口マッハ数Ｍ１が１.０５ の場合の翼の背側，腹側に於
けるマッハ数分布の測定結果を図４に示す。グラフの横
軸は前縁を０、後縁を１として無次元化した場合の翼面
位置で、縦軸は各翼面位置でのマッハ数である。実験値
を表す点については、本発明の翼は黒丸が背側で、白抜
きの丸が腹側であり、二重円弧翼は黒く塗りつぶした四
角が背側で、白抜きの四角が腹側である。本発明による
翼の場合は、腹側の分布は平坦になっており、背側の前
縁側の増速の割合は小さく、急減速部の減速の程度も小
さい。一方、二重円弧翼の場合は、背側，腹側共に大き
な減速部分があり、前縁側の増速の割合が大きく、最大
マッハ数も高い。この違いを、図５に示す背側の曲率半
径の分布図によって示す。グラフの横軸は前縁を０後縁
を１として無次元化した場合の翼面位置で、縦軸は各翼
面位置での曲率半径であり、基準値としての二重円弧翼
の曲率半径を破線で表し、本発明の翼の曲率半径は実線
で表しており、曲率半径が大きく変わる部分が円弧の接
続点に相当する。本発明の翼の前縁側の円弧の曲率半径
は、二重円弧翼の円弧の曲率半径に対して大きくなって
いるので、前縁側の増速の割合が小さくなる。また、円
弧の接続点がスロート１４の背側位置１４ａより後縁側
にあるので、スロート１４より前縁側で増速の割合が大
きくなることはない。これらの理由から本発明による翼
の方が、最大マッハ数が低く、減速の程度も小さい。
【００１１】さらに図６，７を用いて、可視化実験より
得られた衝撃波面（超音速から亜音速へ急減速する面）
の位置１３の比較を示す。図６に示すように、本発明の
翼列に発生する衝撃波面１３はスロート１４より前縁側
にあり、また背側４ａのみに付着している。これは図４
の背側のみに急減速部分が存在することに相当する。一
方、図７に示す二重円弧翼の場合は衝撃波面１３はスロ
ート１４より後縁側にあり、背側４ａ，腹側４ｂの両方
に付着している。
得られた衝撃波面（超音速から亜音速へ急減速する面）
の位置１３の比較を示す。図６に示すように、本発明の
翼列に発生する衝撃波面１３はスロート１４より前縁側
にあり、また背側４ａのみに付着している。これは図４
の背側のみに急減速部分が存在することに相当する。一
方、図７に示す二重円弧翼の場合は衝撃波面１３はスロ
ート１４より後縁側にあり、背側４ａ，腹側４ｂの両方
に付着している。
【００１２】以上の説明のごとく、本発明は従来のもの
に比べ、翼面上の流れの前縁側の増速の割合が小さくな
り、最大マッハ数を低減でき、さらに翼列に発生する衝
撃波面１３がスロート１４より前縁側に移り、腹側の急
減速部分がなくるので、衝撃波による損失を低減でき、
軸流圧縮機の効率を向上できる。
に比べ、翼面上の流れの前縁側の増速の割合が小さくな
り、最大マッハ数を低減でき、さらに翼列に発生する衝
撃波面１３がスロート１４より前縁側に移り、腹側の急
減速部分がなくるので、衝撃波による損失を低減でき、
軸流圧縮機の効率を向上できる。
【００１３】前記実施例において、２つの円弧の接続点
１１または１２を翼長方向の先端側から根元側に向かっ
て前縁側に徐々に移動させてもよい。図８は本実施例に
よる動翼４で、矢印１５は翼長方向を表し、上が先端
側、下が根元側である。また左が翼列の入口側すなわち
前縁側である。破線１６は背側の円弧の接続点１１を翼
長方向に連ねた曲線を表しており、入口マッハ数の高い
先端側では接続点１１を後縁側にし、マッハ数が低くな
る根元側にいくにつれて、接続点１１を前縁側に徐々に
移動させている。腹側の接続点１２についても同様の変
化をさせているので、以下説明を省略する。
１１または１２を翼長方向の先端側から根元側に向かっ
て前縁側に徐々に移動させてもよい。図８は本実施例に
よる動翼４で、矢印１５は翼長方向を表し、上が先端
側、下が根元側である。また左が翼列の入口側すなわち
前縁側である。破線１６は背側の円弧の接続点１１を翼
長方向に連ねた曲線を表しており、入口マッハ数の高い
先端側では接続点１１を後縁側にし、マッハ数が低くな
る根元側にいくにつれて、接続点１１を前縁側に徐々に
移動させている。腹側の接続点１２についても同様の変
化をさせているので、以下説明を省略する。
【００１４】このように円弧の接続点を変化させる理由
について、図９を用いて説明する。図９は翼列の流れ計
算結果をもとに、入口マッハ数をパラメータとし円弧の
接続点１１の位置を変化させた時の全圧損失係数を比較
したものである。グラフの横軸には円弧の接続点の位置
をとり、前縁を０、後縁を１として無次元化している。
縦軸は入口マッハ数Ｍ１＝０.８ の場合に円弧の接続点
を変化させたときに得られた全圧損失係数の最小値を１
としている。グラフ中の実線はそれぞれ、各入口マッハ
数Ｍ１において円弧の接続点を変化させたときの値を示
す。また最小値となる点には印を施しており、Ｍ１＝
０.７，０.８，０.９，１.０，１.１ の順にそれぞれ、
黒丸，四角，三角，罰点，白抜きの丸で表している。翼
列入口のマッハ数Ｍ１が低くなるにつれて、全圧損失係
数が最小となるような接続点の位置が後縁側から前縁側
にずれていくことから、入口マッハ数に応じて最適な点
を採用することによって翼全体としての損失を低くする
ことができる。
について、図９を用いて説明する。図９は翼列の流れ計
算結果をもとに、入口マッハ数をパラメータとし円弧の
接続点１１の位置を変化させた時の全圧損失係数を比較
したものである。グラフの横軸には円弧の接続点の位置
をとり、前縁を０、後縁を１として無次元化している。
縦軸は入口マッハ数Ｍ１＝０.８ の場合に円弧の接続点
を変化させたときに得られた全圧損失係数の最小値を１
としている。グラフ中の実線はそれぞれ、各入口マッハ
数Ｍ１において円弧の接続点を変化させたときの値を示
す。また最小値となる点には印を施しており、Ｍ１＝
０.７，０.８，０.９，１.０，１.１ の順にそれぞれ、
黒丸，四角，三角，罰点，白抜きの丸で表している。翼
列入口のマッハ数Ｍ１が低くなるにつれて、全圧損失係
数が最小となるような接続点の位置が後縁側から前縁側
にずれていくことから、入口マッハ数に応じて最適な点
を採用することによって翼全体としての損失を低くする
ことができる。
【００１５】前記実施例において、前記静翼または動翼
の根元側の入り口マッハ数が低い範囲の翼形として二重
円弧翼またはＮＡＣＡ６５翼を用いてもよい。図１０は
本実施例による動翼４を図８と同様の方向から見たもの
である。入口マッハ数の高い先端側では本発明の翼形を
用い、根元側では二重円弧翼を用いている。図中の一点
鎖線１９が本発明の翼と二重円弧翼の接続部分である。
本発明翼の二重円弧翼との接続部分近くでは、２つの円
弧の接続点は翼弦長の中心付近にあり、円弧の曲率半径
も殆ど同じにしているので、接続は滑らかである。この
ように翼を構成することの利点は入口マッハ数が低い部
分で従来技術を使うことによって、設計や製作のコスト
を節約できることにある。
の根元側の入り口マッハ数が低い範囲の翼形として二重
円弧翼またはＮＡＣＡ６５翼を用いてもよい。図１０は
本実施例による動翼４を図８と同様の方向から見たもの
である。入口マッハ数の高い先端側では本発明の翼形を
用い、根元側では二重円弧翼を用いている。図中の一点
鎖線１９が本発明の翼と二重円弧翼の接続部分である。
本発明翼の二重円弧翼との接続部分近くでは、２つの円
弧の接続点は翼弦長の中心付近にあり、円弧の曲率半径
も殆ど同じにしているので、接続は滑らかである。この
ように翼を構成することの利点は入口マッハ数が低い部
分で従来技術を使うことによって、設計や製作のコスト
を節約できることにある。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、以上説明してきたように、静
翼または動翼の背側または腹側を、翼弦長の中心より後
縁側で且つ背側スロート位置より後縁側に接続点を持つ
少なくとも２つの円弧で構成することによって、翼列に
発生する衝撃波面をスロートより前縁側に移し、また翼
面上の流れについては腹側のマッハ数分布を平滑化し、
背側面の前縁側の増速の割合を抑制し、最大マッハ数を
下げるようにしたので、入口流れが高亜音速から超音速
の場合にも翼列の損失を低減でき、軸流圧縮機の効率を
向上することができる。
翼または動翼の背側または腹側を、翼弦長の中心より後
縁側で且つ背側スロート位置より後縁側に接続点を持つ
少なくとも２つの円弧で構成することによって、翼列に
発生する衝撃波面をスロートより前縁側に移し、また翼
面上の流れについては腹側のマッハ数分布を平滑化し、
背側面の前縁側の増速の割合を抑制し、最大マッハ数を
下げるようにしたので、入口流れが高亜音速から超音速
の場合にも翼列の損失を低減でき、軸流圧縮機の効率を
向上することができる。
【図１】図２の断面ＡＡにおける動翼列４の円筒断面
図。
図。
【図２】本発明を実施した多段軸流圧縮機の部分横断面
図。
図。
【図３】翼列入口マッハ数に対する全圧損失係数の比
較。
較。
【図４】Ｍ１＝１.０５ の時の翼面マッハ数分布。
【図５】背側の曲率半径分布図。
【図６】本発明翼列の可視化実験による図。
【図７】二重円弧翼の場合の可視化図。
【図８】本発明の翼の背側面の子午面射影図。
【図９】円弧の接続点の位置が全圧損失に及ぼす影響。
【図１０】本発明の翼形と二重円弧翼を組み合わせた場
合の子午面射影図。
合の子午面射影図。
１…ケーシング、２…環状流路、３…静翼、４…動翼、
５…ロータ、６…動翼回転方向、７…回転軸方向、８…
翼弦長中心、９ａ…背側の前縁側円弧、９ｂ…背側の後
縁側円弧、１０ａ…腹側の前縁側円弧、１０ｂ…腹側の
後縁側円弧、１１…背側の円弧の接続点、１２…腹側の
円弧の接続点、１３…衝撃波面、１４…スロート、１４
ａ…スロートの背側位置、１５…翼長方向、１９…本発
明の翼と二重円弧翼の接続部分、２０…翼列入口での流
れの方向。
５…ロータ、６…動翼回転方向、７…回転軸方向、８…
翼弦長中心、９ａ…背側の前縁側円弧、９ｂ…背側の後
縁側円弧、１０ａ…腹側の前縁側円弧、１０ｂ…腹側の
後縁側円弧、１１…背側の円弧の接続点、１２…腹側の
円弧の接続点、１３…衝撃波面、１４…スロート、１４
ａ…スロートの背側位置、１５…翼長方向、１９…本発
明の翼と二重円弧翼の接続部分、２０…翼列入口での流
れの方向。
Claims (3)
- 【請求項１】環状流路を構成するケーシング内面に取り
付けられた複数の静翼列と、動翼列を配置して回転する
軸流圧縮機において、前記静翼列または動翼列の少なく
とも１列の翼の背側または腹側を、翼弦長の中心より後
縁側で且つ背側スロート位置より後縁側に接続点を持つ
少なくとも２つの円弧で構成し、前記円弧のうち前縁側
第１番目の円弧の曲率半径を第２番目の円弧の曲率半径
より大きくしたことを特徴とする軸流圧縮機。 - 【請求項２】請求項１において、前記接続点を翼先端断
面から翼根元断面に向かって前縁側に徐々に移動させた
ことを特徴とする軸流圧縮機。 - 【請求項３】請求項１において、前記静翼または動翼の
根元側の入り口マッハ数が低い範囲の翼形として二重円
弧翼形を用いたことを特徴とする軸流圧縮機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04123252A JP3104395B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 軸流圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04123252A JP3104395B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 軸流圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05321896A JPH05321896A (ja) | 1993-12-07 |
| JP3104395B2 true JP3104395B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=14855976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04123252A Expired - Lifetime JP3104395B2 (ja) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | 軸流圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104395B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3564420B2 (ja) | 2001-04-27 | 2004-09-08 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン |
-
1992
- 1992-05-15 JP JP04123252A patent/JP3104395B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05321896A (ja) | 1993-12-07 |
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