JP5591142B2 - 回転機械の抽気構造 - Google Patents
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すなわち、本発明に係る回転機械の抽気構造は、複数の回転翼を有するロータと、前記ロータの周囲に設けられ、作動流体の主流の流路を前記ロータと共に画定するステータと、前記ステータの仕切壁を介在させて前記流路に隣接して設けられ、前記仕切壁に形成された抽気連通部を介して、前記主流から抽気された前記作動流体が導入される抽気室と、を有する回転機械の抽気構造であって、前記抽気室内における前記抽気連通部の下流側のみには、前記ロータの円周方向に互いに間隔をあけて複数の案内翼が配列され、互いに隣り合う前記案内翼の間に形成された案内流路の流路断面積が、前記作動流体の入口側から出口側に向かって大きくなるように設定されていることを特徴とする。
このようにすれば、案内流路の流路断面積が、作動流体の入口側から出口側に向かって大きくなるように設定されているので、作動流体が抽気連通部を通過した後に作動流体の動圧が静圧に変換される。これにより、抽気連通部を作動流体の動圧が静圧に殆ど変換されずに通過したとしても、動圧を十分に静圧に変換することができる。従って、抽気室の圧力を高めることができる。
このようにすれば、案内流路の入口が、抽気連通部を通過する作動流体の流れ方向に向けられて開口しているので、案内流路の入口近傍において作動流体の流れに剥離が生じ難くなる。これにより、案内流路入口における圧力損失を防止することができる。
このようにすれば、案内流路の出口が、ロータの主半径方向に向けられているので、作動流体が案内流路の出口に至るまでに、作動流体の動圧の円周方向成分を静圧に変換させることができる。特に、抽気連通部を通過する作動流体の動圧は、主半径方向成分に比べて円周方向成分が大きくなるが、この作動流体の動圧の円周方向成分を十分に静圧に変換することが可能となる。
このようにすれば、案内翼が前縁側から後縁側に向かうに従って、ロータの円周方向に対する角度を大きくするように延在しているので、作動流体が後縁側に向かうに従って作動流体の動圧の円周方向成分を静圧と主半径方向成分とに変換される。これにより、作動流体の動圧の円周方向成分の少なくとも一部を主半径方向成分に変換させた後に、静圧に変換することができる。
このようにすれば、複数の案内翼の前縁側がステータの仕切壁に当接するように設けられているので、抽気連通部を通過した作動流体に圧力損失を生じさせないで直ちに案内流路に流入させることができる。
このようにすれば、抽気連通部がロータの回転翼に対向しているので、動圧が高い状態で作動流体が抽気されることとなるが、この作動流体の動圧を効果的に静圧にすることができる。
このようにすれば、抽気連通部がロータの円周方向に延びるスリットであるので、回転機械の製造容易性とコスト性を向上させることができる。
このようにすれば、抽気連通部がロータの円周方向に間隔をあけて複数形成された貫通孔であるので、構造上の制約により貫通孔のみで作動流体の動圧を十分に静圧に変換することができなかったとしても、案内流路によって動圧の静圧への変換を補うことができる。
このようにすれば、貫通孔が案内流路の入口に連通するように形成するので、貫通孔を通過する作動流体を、スムーズに案内流路に流入させることができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係る遠心式圧縮機(回転機械)Cの要部を拡大した子午断面図である。この遠心式圧縮機Cは、航空機用のものであって高圧の空気(作動流体)Aを生成して燃焼器(不図示)に供給する。
図1に示すように、遠心式圧縮機Cは、ロータ1と、ロータ1の周囲に設けられたステータ2とを有している。
ロータシャフト11は、ロータシャフト11の中心軸P周りに回転自在に、不図示の軸受Sに支持されている。なお、以下の説明においては、中心軸Pの延在方向を「主軸方向」と、ロータシャフト11の周方向を「円周方向」、ロータシャフト11の半径方向を「主半径方向」という。
ハブ13は、主軸方向の一方側から他方側に進むに従って、延在方向が次第に主軸方向から主半径方向に変化する案内面13aを有している。このハブ13は、ロータシャフト11に同軸状に取り付けられている。
回転翼14は、案内面13aの法線方向に向けて案内面13aから延出しており、円周方向に間隔を空けて複数設けられている。回転翼14は、図1に示すように、子午断面において、その先端(チップ)14aが主軸方向から主半径方向の外周側に向きを変えるように延びている。
ケーシング21は、中心軸P周りに延びてロータ1の周囲を囲っている。ケーシング21は、図1に示すように、主軸方向の一方側から中心軸Pに沿って円筒状に延びる上流円筒部21pと、上流円筒部21pに続いて形成され、回転翼14の先端に沿うように拡径して端部を主半径方向の外周側に向けるシュラウド(仕切壁)21aと、シュラウド21aに続いて形成され、主半径方向において外周側に向けて延びた後に屈曲し、再び中心軸Pに沿って軸方向他方側に向けて円筒状に延びる下流円筒部21qとを有している。
抽気室3は、シュラウド21aと、このシュラウド21aに接続されてシュラウド21aと共に閉断面を形成する隔壁21bとで画定されており、円周方向において円環状に延びている。換言すれば、この抽気室3は、シュラウド21aを介在させて流路25aに隣接している。
図2に示すように、抽気室3の、スリット21dの下流側には、円周方向に互いに間隔をあけて複数の案内翼30が配列されている。
図2に示すように、案内翼30は、翼型が湾曲状であり、その前縁30a側が円周方向の一方に傾斜するように主半径方向の中心側に向けられる一方、その後縁30b側が主半径方向の外周側に向けられている。
なお、案内翼30は、案内流路31を流れる空気Aに剥離が生じないように設計するのが望ましい。
スリット21dから流出した空気Aは、流出直後に、入口31aから案内流路31に流入する。この際、案内流路31の入口31aが空気Aの流れ方向に向けられていることから、案内流路31の入口31a近傍において空気Aの流れに剥離が生じ難い。
例えば、上述した実施形態においては、案内流路31の幅寸法を入口31aから出口31bに向けて漸次大きくすることによって流路断面積を大きくする構成にしたが、案内流路31の軸方向寸法を大きくする構成にしてもよい。
さらに、貫通孔21eを形成する場合には、各貫通孔21eの出口と、各案内流路31の入口31aが連通するようにするとよい。このようにすれば、貫通孔21eを通過する空気Aを、剥離させることなくスムーズに案内流路31に流入させることができる。
また、本実施形態においては、案内翼30を、シュラウド21a、板状体33a,33bに対して溶接で接合したが、これら案内翼30とシュラウド21aと板状体33a,33bとを一体的に形成してもよい。
2…ステータ
3…抽気室
14…回転翼
21a…シュラウド(仕切壁)
21d…スリット(抽気連通部)
21e…貫通孔(抽気連通部)
25(25a,25b)…流路
30…案内翼
30a…前縁
30b…後縁
31…案内流路
31a…入口
31b…出口
A…空気(作動流体)
C…遠心式圧縮機(回転機械)
Claims (9)
- 複数の回転翼を有するロータと、
前記ロータの周囲に設けられ、作動流体の主流の流路を前記ロータと共に画定するステータと、
前記ステータの仕切壁を介在させて前記流路に隣接して設けられ、前記仕切壁に形成された抽気連通部を介して、前記主流から抽気された前記作動流体が導入される抽気室と、を有する回転機械の抽気構造であって、
前記抽気室内における前記抽気連通部の下流側のみには、前記ロータの円周方向に互いに間隔をあけて複数の案内翼が配列され、
互いに隣り合う前記案内翼の間に形成された案内流路の流路断面積が、前記作動流体の入口側から出口側に向かって大きくなるように設定されていることを特徴とする回転機械の抽気構造。 - 複数の回転翼を有するロータと、
前記ロータの周囲に設けられ、作動流体の主流の流路を前記ロータと共に画定するステータと、
前記ステータの仕切壁を介在させて前記流路に隣接して設けられ、前記仕切壁に形成された抽気連通部を介して、前記主流から抽気された前記作動流体が導入される抽気室と、を有する回転機械の抽気構造であって、
前記抽気室内における前記抽気連通部の下流側には、前縁側が前記ステータの仕切壁の外表面に当接する案内翼が、前記ロータの円周方向に互いに間隔をあけて複数配列され、
互いに隣り合う前記案内翼の間に形成された案内流路の流路断面積が、前記作動流体の入口側から出口側に向かって大きくなるように設定されている回転機械の抽気構造。 - 前記案内流路は、前記作動流体の入口が、前記抽気連通部を通過する前記作動流体の流れ方向に向けられて開口していることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転機械の抽気構造。
- 前記案内流路は、前記作動流体の出口が、前記ロータの主半径方向に向けられていることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の回転機械の抽気構造。
- 前記案内翼は、前縁側から後縁側に向かうに従って、前記ロータの円周方向に対する角度を大きくするように延在していることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の回転機械の抽気構造。
- 前記仕切壁の抽気連通部は、前記ロータの回転翼に対向していることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載の回転機械の抽気構造。
- 前記抽気連通部は、前記ロータの円周方向に延びるスリットであることを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の回転機械の抽気構造。
- 前記抽気連通部は、前記ロータの円周方向に間隔をあけて複数形成された貫通孔であることを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の回転機械の抽気構造。
- 前記貫通孔は、前記案内流路の入口に連通するように形成されていることを特徴とする請求項8に記載の回転機械の抽気構造。
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