JPH08226336A - ガスタービンエンジン及びブレード先端の空気流改善方法及びケースとブレードとの結合体 - Google Patents
ガスタービンエンジン及びブレード先端の空気流改善方法及びケースとブレードとの結合体Info
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- JPH08226336A JPH08226336A JP7316214A JP31621495A JPH08226336A JP H08226336 A JPH08226336 A JP H08226336A JP 7316214 A JP7316214 A JP 7316214A JP 31621495 A JP31621495 A JP 31621495A JP H08226336 A JPH08226336 A JP H08226336A
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブレード先端とケースとの間の漏れによって
ストールマージンが低下するのを防止する。 【解決手段】 ガスタービンエンジンのコンプレッサ部
には、タービンブレード１０の外周側にハニカムセル２
８からなるリング状の挿入部材２４が設けられている。
各セル２８は、ブレード１０が通過したときにブレード
先端の流れを強めてストールマージンを高めるべく、複
合角度をもって形成されている。各セル２８は、ブレー
ド１０の翼弦に沿って配設されると共に、その開口部は
ブレード１０の進行方向を向いている。ブレード１０が
セル２８を通過するときに、最初に、各セル２８は、ブ
レード１０の圧力側の高圧空気を受容し、ブレード１０
が通過した後に、ブレード１０の低圧側に高圧空気を放
出し、これにより、ブレード１０間の空気通路の方向に
高速のジェット流を生成する。
ストールマージンが低下するのを防止する。 【解決手段】 ガスタービンエンジンのコンプレッサ部
には、タービンブレード１０の外周側にハニカムセル２
８からなるリング状の挿入部材２４が設けられている。
各セル２８は、ブレード１０が通過したときにブレード
先端の流れを強めてストールマージンを高めるべく、複
合角度をもって形成されている。各セル２８は、ブレー
ド１０の翼弦に沿って配設されると共に、その開口部は
ブレード１０の進行方向を向いている。ブレード１０が
セル２８を通過するときに、最初に、各セル２８は、ブ
レード１０の圧力側の高圧空気を受容し、ブレード１０
が通過した後に、ブレード１０の低圧側に高圧空気を放
出し、これにより、ブレード１０間の空気通路の方向に
高速のジェット流を生成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンに関
し、より詳しくは、ガスタービンエンジンのコンプレッ
サストール特性の改善技術に関する。
し、より詳しくは、ガスタービンエンジンのコンプレッ
サストール特性の改善技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンでは、ケース（エ
ンドウォール）にブレード先端が可及的に近接するよう
にして、多数のコンプレッサブレード（動翼）を回転板
に取り付けている。そして、前方から吸引された空気
は、静翼（ステータベーン）と動翼とが交互に並んだス
テージを通過（各翼間の空気通路を通過）する間に圧縮
されて、燃焼室に流入し、この燃焼ガスによってタービ
ンを回転させる。
ンドウォール）にブレード先端が可及的に近接するよう
にして、多数のコンプレッサブレード（動翼）を回転板
に取り付けている。そして、前方から吸引された空気
は、静翼（ステータベーン）と動翼とが交互に並んだス
テージを通過（各翼間の空気通路を通過）する間に圧縮
されて、燃焼室に流入し、この燃焼ガスによってタービ
ンを回転させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、ブレー
ド先端とケース間との隙間及びブレード先端の「シール
かじり」という不都合な効果を最小化すべく、異なるシ
ール技術が用いられている。コンプレッサブレード先端
とケースとの間の隙間が増大すると、主としてブレード
の圧力側（高圧側）の面と吸込み側（低圧側）の面との
間で生じる漏れのために、ストールマージンが著しく減
少することになる。その圧力面から吸込み面への漏れ
は、全体的な流れの点で、ブレード間の空気通路を通過
する空気の運動量（momentum）を低下させると共に、ブ
レードによる昇圧性能ひいてはコンプレッサのストール
マージンを低下させる。上述の漏れのために、ブレード
の根元から先端にわたる圧力分布は、ブレード先端に向
かうほど全圧力が低下することを示すであろう。前記隙
間の増大に起因するコンプレッサのストールマージンの
損失は、おそらくは、流れの分離（剥離）による流れの
阻害が生じる可能性を秘めたブレードの吸込み側面の境
界層とケースとの間の相互作用によってもたらされる。
ド先端とケース間との隙間及びブレード先端の「シール
かじり」という不都合な効果を最小化すべく、異なるシ
ール技術が用いられている。コンプレッサブレード先端
とケースとの間の隙間が増大すると、主としてブレード
の圧力側（高圧側）の面と吸込み側（低圧側）の面との
間で生じる漏れのために、ストールマージンが著しく減
少することになる。その圧力面から吸込み面への漏れ
は、全体的な流れの点で、ブレード間の空気通路を通過
する空気の運動量（momentum）を低下させると共に、ブ
レードによる昇圧性能ひいてはコンプレッサのストール
マージンを低下させる。上述の漏れのために、ブレード
の根元から先端にわたる圧力分布は、ブレード先端に向
かうほど全圧力が低下することを示すであろう。前記隙
間の増大に起因するコンプレッサのストールマージンの
損失は、おそらくは、流れの分離（剥離）による流れの
阻害が生じる可能性を秘めたブレードの吸込み側面の境
界層とケースとの間の相互作用によってもたらされる。
【０００４】本発明の目的は、ブレード先端とケースと
の間の隙間の影響の最小化及びブレード先端近傍の流量
特性の改善によって、ストールマージンを向上できるよ
うにしたガスタービンエンジン及びブレード先端の空気
流改善方法及びケースとブレードとの結合体を提供する
ことにある。
の間の隙間の影響の最小化及びブレード先端近傍の流量
特性の改善によって、ストールマージンを向上できるよ
うにしたガスタービンエンジン及びブレード先端の空気
流改善方法及びケースとブレードとの結合体を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、ブレ
ード（またはステータベーン）の回転による高圧の空気
を一時的に受容して、ブレード通過後に該ブレードの低
圧側に向けて高圧空気流を噴射する複数のセルからなる
挿入部材を、ブレードとケースとの間に設けることによ
り、ブレード先端とケースとの間の漏れを低減すること
とした。即ち、本発明に係るガスタービンエンジンの採
用する構成は、ケースとコンプレッサブレードとを有す
るコンプレッサ部を備えたガスタービンエンジンにおい
て、前記ブレードの回転につれて受容したブレードの高
圧側の空気を該ブレードを横切る空気流の方向でブレー
ドの低圧側に噴射する第１の手段を有してなる挿入部材
を、前記ケースとブレード先端との間に設けたことを特
徴としている。
ード（またはステータベーン）の回転による高圧の空気
を一時的に受容して、ブレード通過後に該ブレードの低
圧側に向けて高圧空気流を噴射する複数のセルからなる
挿入部材を、ブレードとケースとの間に設けることによ
り、ブレード先端とケースとの間の漏れを低減すること
とした。即ち、本発明に係るガスタービンエンジンの採
用する構成は、ケースとコンプレッサブレードとを有す
るコンプレッサ部を備えたガスタービンエンジンにおい
て、前記ブレードの回転につれて受容したブレードの高
圧側の空気を該ブレードを横切る空気流の方向でブレー
ドの低圧側に噴射する第１の手段を有してなる挿入部材
を、前記ケースとブレード先端との間に設けたことを特
徴としている。
【０００６】請求項２に係る発明では、前記第１の手段
は、流れ方向の下流側を指向するように接線方向に対し
第１の角度を有するともに、前記ケースに垂直な線に対
して３０°より大きい第２の角度をなすように傾斜され
た複数のセルからなることを特徴としている。
は、流れ方向の下流側を指向するように接線方向に対し
第１の角度を有するともに、前記ケースに垂直な線に対
して３０°より大きい第２の角度をなすように傾斜され
た複数のセルからなることを特徴としている。
【０００７】請求項３に係る発明では、前記第１の手段
は、前記ブレードの回転方向の接線方向に対し第１の角
度を有するともに、前記ケースに垂直な線に対して３０
°より大きい第２の角度を有してブレード先端へ向かっ
て延びた複数のセルからなることを特徴としている。
は、前記ブレードの回転方向の接線方向に対し第１の角
度を有するともに、前記ケースに垂直な線に対して３０
°より大きい第２の角度を有してブレード先端へ向かっ
て延びた複数のセルからなることを特徴としている。
【０００８】請求項４に係る発明では、請求項２の発明
において、前記挿入部材は、それぞれ前記複数のセルを
有する複数のハニカムシートの層を有することを特徴と
している。
において、前記挿入部材は、それぞれ前記複数のセルを
有する複数のハニカムシートの層を有することを特徴と
している。
【０００９】請求項５に係る発明では、請求項３の発明
において、前記挿入部材は、前記複数のセルを有する複
数のハニカムシートの層を有することを特徴としてい
る。
において、前記挿入部材は、前記複数のセルを有する複
数のハニカムシートの層を有することを特徴としてい
る。
【００１０】請求項６に係る発明では、請求項５の発明
において、前記複数のセルは、実質的に前記ブレードの
厚さ寸法と等しい径寸法及び該径寸法よりも小さくない
深さ寸法を備えた多角形であることを特徴としている。
において、前記複数のセルは、実質的に前記ブレードの
厚さ寸法と等しい径寸法及び該径寸法よりも小さくない
深さ寸法を備えた多角形であることを特徴としている。
【００１１】請求項７に係る発明では、請求項４の発明
において、前記複数のセルは、実質的に前記ブレードの
厚さ寸法と等しい径寸法及び該径寸法よりも小さくない
深さ寸法を備えた多角形であることを特徴としている。
において、前記複数のセルは、実質的に前記ブレードの
厚さ寸法と等しい径寸法及び該径寸法よりも小さくない
深さ寸法を備えた多角形であることを特徴としている。
【００１２】請求項８に係る発明では、請求項６の発明
において、 前記セルの深さ寸法は、その径寸法よりも
大きいことを特徴としている。
において、 前記セルの深さ寸法は、その径寸法よりも
大きいことを特徴としている。
【００１３】請求項９に係る発明では、請求項７の発明
において、 前記セルの深さ寸法は、その径寸法よりも
大きいことを特徴としている。
において、 前記セルの深さ寸法は、その径寸法よりも
大きいことを特徴としている。
【００１４】請求項１０に係るブレード先端の空気流を
改善する方法が採用する構成は、ケースに対して相対回
転するブレード先端の空気流を改善する方法であって、
前記ブレードが前記ケースに対して相対回転するにつれ
て受容したブレードの高圧側の空気を該ブレードを横切
る空気流の方向でブレードの低圧側に噴射する第１の手
段を有してなる挿入部材を、前記ケースとブレード先端
との間に挿入する工程を設けたことを特徴としている。
改善する方法が採用する構成は、ケースに対して相対回
転するブレード先端の空気流を改善する方法であって、
前記ブレードが前記ケースに対して相対回転するにつれ
て受容したブレードの高圧側の空気を該ブレードを横切
る空気流の方向でブレードの低圧側に噴射する第１の手
段を有してなる挿入部材を、前記ケースとブレード先端
との間に挿入する工程を設けたことを特徴としている。
【００１５】請求項１１に係る発明では、前記挿入部材
は、前記ブレードの翼弦に沿ってブレードの先端をそれ
ぞれ指向すると共に、ブレードの回転方向の接線方向か
ら１０°よりも大きい角度でそれぞれ指向する複数のセ
ルからなることを特徴としている。
は、前記ブレードの翼弦に沿ってブレードの先端をそれ
ぞれ指向すると共に、ブレードの回転方向の接線方向か
ら１０°よりも大きい角度でそれぞれ指向する複数のセ
ルからなることを特徴としている。
【００１６】請求項１２に係る発明では、前記挿入部材
は、セル軸が前記ブレードの翼弦に沿う成分を有するよ
うな第１の角度と前記ケースに垂直なブレードから３０
°よりも大きい第２の角度とで傾斜した複数のセルから
構成したことを特徴としている。
は、セル軸が前記ブレードの翼弦に沿う成分を有するよ
うな第１の角度と前記ケースに垂直なブレードから３０
°よりも大きい第２の角度とで傾斜した複数のセルから
構成したことを特徴としている。
【００１７】請求項１３に係るケースとブレードとの結
合体が採用する構成は、ケースと、該ケースに対して相
対回転するブレードとを備えてなるケースとブレードと
の結合体において、前記ブレードがケースに対して相対
回転するにつれて受容したブレード先端の高圧側の空気
を該ブレード先端を横切る空気流の方向でブレードの低
圧側に噴射する第１の手段を有してなる挿入部材を、前
記ケースとブレード先端との間に設けたことを特徴とし
ている。
合体が採用する構成は、ケースと、該ケースに対して相
対回転するブレードとを備えてなるケースとブレードと
の結合体において、前記ブレードがケースに対して相対
回転するにつれて受容したブレード先端の高圧側の空気
を該ブレード先端を横切る空気流の方向でブレードの低
圧側に噴射する第１の手段を有してなる挿入部材を、前
記ケースとブレード先端との間に設けたことを特徴とし
ている。
【００１８】請求項１４に係るケースとブレードとの結
合体が採用する構成は、ケースと、該ケースに対して相
対回転するブレードとを備えてなるケースとブレードと
の結合体において、前記ブレードの相対回転方向に対し
複合角度を有し、前記ブレードがケースに対して相対回
転するにつれて前記ブレードの高圧側及び低圧側の圧力
にさらされる複数のセルからなる挿入部材を、前記ケー
スとブレード先端との間に設けたことを特徴としてい
る。
合体が採用する構成は、ケースと、該ケースに対して相
対回転するブレードとを備えてなるケースとブレードと
の結合体において、前記ブレードの相対回転方向に対し
複合角度を有し、前記ブレードがケースに対して相対回
転するにつれて前記ブレードの高圧側及び低圧側の圧力
にさらされる複数のセルからなる挿入部材を、前記ケー
スとブレード先端との間に設けたことを特徴としてい
る。
【００１９】請求項１５に係る発明では、前記ブレード
の翼弦に沿ってブレード先端を指向すると共に、前記ブ
レードの相対回転方向の接線から１０°よりも大きい角
度を有し、かつ前記ブレードの厚さ寸法と実質的に等し
い径寸法及び少なくとも該径寸法に等しい深さ寸法を有
する複数のセルから前記挿入部材を構成したことを特徴
としている。
の翼弦に沿ってブレード先端を指向すると共に、前記ブ
レードの相対回転方向の接線から１０°よりも大きい角
度を有し、かつ前記ブレードの厚さ寸法と実質的に等し
い径寸法及び少なくとも該径寸法に等しい深さ寸法を有
する複数のセルから前記挿入部材を構成したことを特徴
としている。
【００２０】本発明によれば、流れの運動量の強化と壁
流（ケース近傍の流れ：エンドウォールフロー）の効率
的な混合との点でブレード先端の流れを強める（energi
zes）特有の空気力学的構造がブレード先端とケースと
の間に形成される。
流（ケース近傍の流れ：エンドウォールフロー）の効率
的な混合との点でブレード先端の流れを強める（energi
zes）特有の空気力学的構造がブレード先端とケースと
の間に形成される。
【００２１】本発明によれば、複合角度（コンパウンド
アングル）で傾けられた有底のハニカムセルからなる挿
入部材（シュラウドインサート）をコンプレッサブレー
ドの外周側でケースに設けることができる。前記複合角
度を構成する第１の角度はブレードの回転方向の接線に
関し、また、第２の角度はブレードの通常の半径方向
（高さ方向）の角度に関する。ブレードの圧力側の面が
前進すると、ハニカムセルにはブレードの圧力側の空気
が充填され、ブレードが各セルを通過すると、該各セル
は、内部に充填された空気を一時的な高速のジェット流
としてブレードの吸込み側の面に向けて噴射し、これに
より、ケース近傍の流れが強められる。
アングル）で傾けられた有底のハニカムセルからなる挿
入部材（シュラウドインサート）をコンプレッサブレー
ドの外周側でケースに設けることができる。前記複合角
度を構成する第１の角度はブレードの回転方向の接線に
関し、また、第２の角度はブレードの通常の半径方向
（高さ方向）の角度に関する。ブレードの圧力側の面が
前進すると、ハニカムセルにはブレードの圧力側の空気
が充填され、ブレードが各セルを通過すると、該各セル
は、内部に充填された空気を一時的な高速のジェット流
としてブレードの吸込み側の面に向けて噴射し、これに
より、ケース近傍の流れが強められる。
【００２２】ハニカムセルの複合角度は、二つの主な目
的を達成すべく、選択される。セルは、ブレードの回転
によって生じる動圧を受容するために、その開口部がブ
レードの圧力側の面に向けられる。これにより、有効な
ジェット流の噴射に効果的な空気を充填したセルを得る
ことができ、圧力比を誘起することができる。また、セ
ルの配設方向はブレードの翼弦に沿っており、その結
果、ジェット流の噴射方向は、空気流の流動方向におい
て重要な成分を有し、空気流の運動量を高める。このよ
うな所定の複合角度をもってセルから噴射された高速の
ジェット流は、主流を乱すことなく、最も外側のケース
の壁流（安定衝撃領域：the stability impacting regi
on）の効率的な混合を生じさせ、損失率を最小化する。
流れにおけるジェット流の成分は、流れの運動量を向上
させ、その状態はブレード先端領域における全圧力の増
大によって証明される。
的を達成すべく、選択される。セルは、ブレードの回転
によって生じる動圧を受容するために、その開口部がブ
レードの圧力側の面に向けられる。これにより、有効な
ジェット流の噴射に効果的な空気を充填したセルを得る
ことができ、圧力比を誘起することができる。また、セ
ルの配設方向はブレードの翼弦に沿っており、その結
果、ジェット流の噴射方向は、空気流の流動方向におい
て重要な成分を有し、空気流の運動量を高める。このよ
うな所定の複合角度をもってセルから噴射された高速の
ジェット流は、主流を乱すことなく、最も外側のケース
の壁流（安定衝撃領域：the stability impacting regi
on）の効率的な混合を生じさせ、損失率を最小化する。
流れにおけるジェット流の成分は、流れの運動量を向上
させ、その状態はブレード先端領域における全圧力の増
大によって証明される。
【００２３】本発明によれば、ハニカムセルの大きさ
は、セルからの空気の放出時定数がブレードの通過周期
の分数（fraction）となるように選択される。セルの径
（セル軸に垂直な寸法）は、ほぼブレードの厚さ寸法と
等しく、セルの深さ（セル軸に沿った寸法）は、ブレー
ドの厚さ寸法の１倍から７倍の範囲に設定される。
は、セルからの空気の放出時定数がブレードの通過周期
の分数（fraction）となるように選択される。セルの径
（セル軸に垂直な寸法）は、ほぼブレードの厚さ寸法と
等しく、セルの深さ（セル軸に沿った寸法）は、ブレー
ドの厚さ寸法の１倍から７倍の範囲に設定される。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜図
８に基づいて説明する。
８に基づいて説明する。
【００２５】図１には、ケース１６を備え、複数のコン
プレッサブレード１０がそれぞれ設けられたコンプレッ
サディスク１４が示されている。これらのブレード１０
及びディスク１４は、図８に示す通常のガスタービンエ
ンジンにおけるコンプレッサ部の一部分をなすものであ
る。ステータベーン（静翼）１８は、ブレード１０の上
流側で吸入空気流２０に対面するようにして設けられて
いる。環状シート２２は、図２の拡大図にも示すハニカ
ムセル２８の層からなるリング状挿入部材２４を収容す
るために、ケース１６の内面側に形成されている。ここ
で、図中に示す矢示ＲＴは、ブレード１０の回転方向を
示し、コンプレッサに吸い込まれる空気は、吸入空気流
２０として示すように、コンプレッサの軸方向に流入す
る。図１には、図５に示すハニカムセル２８の層Ｌから
なるリング状の挿入部材２４が示されているが、これら
の各ハニカムセル２８は、第１の角度θ及び第２の角度
φという複合角度で傾けられて形成されている点に注意
すべきである。第１の角度θは、図２中に矢印ＲＴで示
す如く、ブレード１０の回転方向の接線からセル軸３０
までの角度として定義される。第２の角度φは、図３に
も示す如く、ブレード１０の垂直軸（半径方向）２９か
らセル軸３０までの角度として定義される。図３に示す
如く、セル軸３０は、セル２８の開口部が矢示ＲＴで示
すブレード１０の進行方向に向くように、傾斜して設定
されている。また、これらセル２８は、図２に示す如
く、ブレード１０の翼弦方向に沿って配設されている。
これらの特徴的構成については以下に述べる。
プレッサブレード１０がそれぞれ設けられたコンプレッ
サディスク１４が示されている。これらのブレード１０
及びディスク１４は、図８に示す通常のガスタービンエ
ンジンにおけるコンプレッサ部の一部分をなすものであ
る。ステータベーン（静翼）１８は、ブレード１０の上
流側で吸入空気流２０に対面するようにして設けられて
いる。環状シート２２は、図２の拡大図にも示すハニカ
ムセル２８の層からなるリング状挿入部材２４を収容す
るために、ケース１６の内面側に形成されている。ここ
で、図中に示す矢示ＲＴは、ブレード１０の回転方向を
示し、コンプレッサに吸い込まれる空気は、吸入空気流
２０として示すように、コンプレッサの軸方向に流入す
る。図１には、図５に示すハニカムセル２８の層Ｌから
なるリング状の挿入部材２４が示されているが、これら
の各ハニカムセル２８は、第１の角度θ及び第２の角度
φという複合角度で傾けられて形成されている点に注意
すべきである。第１の角度θは、図２中に矢印ＲＴで示
す如く、ブレード１０の回転方向の接線からセル軸３０
までの角度として定義される。第２の角度φは、図３に
も示す如く、ブレード１０の垂直軸（半径方向）２９か
らセル軸３０までの角度として定義される。図３に示す
如く、セル軸３０は、セル２８の開口部が矢示ＲＴで示
すブレード１０の進行方向に向くように、傾斜して設定
されている。また、これらセル２８は、図２に示す如
く、ブレード１０の翼弦方向に沿って配設されている。
これらの特徴的構成については以下に述べる。
【００２６】ブレード１０が各セル２８上を掃くように
して通過すると、これら各セル２８は、ブレード１０の
位置に応じて異なる圧力状態にさらされる。例えば、図
２中に示すブレード１０、セル２８のうち、ある時刻ｔ
0におけるブレード３８と、このブレード３８の進行方
向前方に位置するセル３６及び後方に位置するセル４０
とについて検討する。セル３６は、時刻ｔ0ではブレー
ド３８の圧力側（高圧側）に位置しているが、ブレード
３８が矢示ＲＴ方向に移動すると、時刻ｔ+1後には図中
に示すセル４０の如く、短時間のうちに低圧にさらされ
る。図３に示す如く、ブレード回転速度のうち、図２中
の３−３線に沿った方向の成分である矢示Ｒtcを参照す
れば、より明確になるであろう。
して通過すると、これら各セル２８は、ブレード１０の
位置に応じて異なる圧力状態にさらされる。例えば、図
２中に示すブレード１０、セル２８のうち、ある時刻ｔ
0におけるブレード３８と、このブレード３８の進行方
向前方に位置するセル３６及び後方に位置するセル４０
とについて検討する。セル３６は、時刻ｔ0ではブレー
ド３８の圧力側（高圧側）に位置しているが、ブレード
３８が矢示ＲＴ方向に移動すると、時刻ｔ+1後には図中
に示すセル４０の如く、短時間のうちに低圧にさらされ
る。図３に示す如く、ブレード回転速度のうち、図２中
の３−３線に沿った方向の成分である矢示Ｒtcを参照す
れば、より明確になるであろう。
【００２７】図７に示す如く、他方のセル４０は、時刻
ｔ0の初期状態では、セル３６のように、ブレード３８
の圧力側に位置して加圧されているが、時刻ｔ+1後に
は、ブレード３８がセル４０の上を通過して低圧状態に
おかれるため、該ブレード３８の低圧側（吸込み側）に
向けてジェット空気流４１を噴射する。このようにセル
２８がブレードつまり“エアフォイル面もしくは揚力
面”に向けられていることに加えて、各セル２８は、ブ
レード１０の厚さ寸法をｄとした場合、セル２８の短径
寸法が少なくともｄと等しくなり、セル２８の深さ寸法
Ｌ1が好ましくはｄの４倍の値となっている。これらの
各比率は、セル２８の充填および噴射に関する時定数を
制御するために重要である。（複合角度によって）ブレ
ード通過方向に沿った速度成分を有する短時間のジェッ
ト流は、ブレード１０の先端側で勢いのある流れを生成
して、効率的な混合を生じさせ、これにより、ケース１
６側の領域で流れの剥離が防止される。
ｔ0の初期状態では、セル３６のように、ブレード３８
の圧力側に位置して加圧されているが、時刻ｔ+1後に
は、ブレード３８がセル４０の上を通過して低圧状態に
おかれるため、該ブレード３８の低圧側（吸込み側）に
向けてジェット空気流４１を噴射する。このようにセル
２８がブレードつまり“エアフォイル面もしくは揚力
面”に向けられていることに加えて、各セル２８は、ブ
レード１０の厚さ寸法をｄとした場合、セル２８の短径
寸法が少なくともｄと等しくなり、セル２８の深さ寸法
Ｌ1が好ましくはｄの４倍の値となっている。これらの
各比率は、セル２８の充填および噴射に関する時定数を
制御するために重要である。（複合角度によって）ブレ
ード通過方向に沿った速度成分を有する短時間のジェッ
ト流は、ブレード１０の先端側で勢いのある流れを生成
して、効率的な混合を生じさせ、これにより、ケース１
６側の領域で流れの剥離が防止される。
【００２８】前記第１の角度θ及び第２の角度φの値
は、コンプレッサの設計仕様によって定まるものである
が、セル２８に正しく充填され、かつブレード１０の低
圧側に向けて正しくジェット流を噴射できるようにする
こと、が重要である。前記各角度の一例を挙げると、第
１の角度θは３４°、第２の角度φは６０°である。
は、コンプレッサの設計仕様によって定まるものである
が、セル２８に正しく充填され、かつブレード１０の低
圧側に向けて正しくジェット流を噴射できるようにする
こと、が重要である。前記各角度の一例を挙げると、第
１の角度θは３４°、第２の角度φは６０°である。
【００２９】本発明によれば、ケース１６近傍の流れ領
域（endwall flow field）を効果的に強めることによ
り、効率の損失を最小にし、コンプレッサのストールマ
ージンを向上することができる。また実験によれば、セ
ル２８が傾斜していることにより、挿入部材２４を良好
な摩耗性シール（abradable seal）とすることができ
る。これは、研磨用チップを備えたブレード（従来技術
である）が挿入部材２４に接触したときに、ブレードを
摩耗させることなく、傾斜したセル２８が容易に削り取
られるためである。
域（endwall flow field）を効果的に強めることによ
り、効率の損失を最小にし、コンプレッサのストールマ
ージンを向上することができる。また実験によれば、セ
ル２８が傾斜していることにより、挿入部材２４を良好
な摩耗性シール（abradable seal）とすることができ
る。これは、研磨用チップを備えたブレード（従来技術
である）が挿入部材２４に接触したときに、ブレードを
摩耗させることなく、傾斜したセル２８が容易に削り取
られるためである。
【００３０】なお、本発明による流れの強化の効果は、
タービンブレードの回転によってセルが加圧されるとい
う重要な違いはあるが、同様のハニカムセルからなる挿
入部材をタービンブレードの外周側に設けることによ
り、ガスタービンエンジンのタービン部にも適用するこ
とができる。上述のコンプレッサの実施例では、セル
は、最初ブレードの圧力側の高圧にさらされ、次にブレ
ードの吸込み側の低圧にさらされる。タービン部に適用
した場合、セルは最初低圧にさらされ、セル内の圧力が
低下し、タービンブレードが通過すると、この低圧のセ
ル内に排気流が流れ込む。これにより、タービンブレー
ド先端とケースとの間の漏洩は減少し、タービン効率が
向上する。
タービンブレードの回転によってセルが加圧されるとい
う重要な違いはあるが、同様のハニカムセルからなる挿
入部材をタービンブレードの外周側に設けることによ
り、ガスタービンエンジンのタービン部にも適用するこ
とができる。上述のコンプレッサの実施例では、セル
は、最初ブレードの圧力側の高圧にさらされ、次にブレ
ードの吸込み側の低圧にさらされる。タービン部に適用
した場合、セルは最初低圧にさらされ、セル内の圧力が
低下し、タービンブレードが通過すると、この低圧のセ
ル内に排気流が流れ込む。これにより、タービンブレー
ド先端とケースとの間の漏洩は減少し、タービン効率が
向上する。
【００３１】また、揚力面先端とケース１６との間の揚
力特性を改善することもできる。例えば、コンプレッサ
のステータ部に適用する場合は、ブレードを取り付ける
回転ドラムに、セルからなる挿入部材をステータベーン
１８の先端側を向くようにして取り付けることができ
る。従って、この場合は、ブレードを取り付ける回転ド
ラムが「ケース」となり、ステータベーンが「ブレー
ド」となる。
力特性を改善することもできる。例えば、コンプレッサ
のステータ部に適用する場合は、ブレードを取り付ける
回転ドラムに、セルからなる挿入部材をステータベーン
１８の先端側を向くようにして取り付けることができ
る。従って、この場合は、ブレードを取り付ける回転ド
ラムが「ケース」となり、ステータベーンが「ブレー
ド」となる。
【００３２】なお、当業者であれば、本発明の趣旨及び
範囲を逸脱することなく、上述した実施例を部分的ある
いは全体的に変形して、本発明の利益を得ることができ
るであろう。
範囲を逸脱することなく、上述した実施例を部分的ある
いは全体的に変形して、本発明の利益を得ることができ
るであろう。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、静
止または回転しているケースの近傍の流れ領域を強める
ことにより、圧縮効率の損失を最小としつつ、ストール
マージンを高めることができる。
止または回転しているケースの近傍の流れ領域を強める
ことにより、圧縮効率の損失を最小としつつ、ストール
マージンを高めることができる。
【図１】図８中のガスタービンエンジンを１−１線で見
た部分拡大断面図である。
た部分拡大断面図である。
【図２】ケースの内周面側を部分的に示す説明図であ
る。
る。
【図３】図２中の３−３線に沿った断面図である。
【図４】図２中の４−４線に沿った断面図である。
【図５】セルからなる２個の層の分解斜視図である。
【図６】いくつかのセルを拡大して示す斜視図である。
【図７】ブレードの先端及びセルの状態を拡大して示す
説明図である。
説明図である。
【図８】本発明が適用されるガスタービンエンジンの全
体を示す断面図である。
体を示す断面図である。
１０…コンプレッサブレード（ブレード） １４…回転ディスク １６…ケース（エンドウォール） ２０…吸入空気流 ２４…挿入部材 ２８…セル ３０…セル軸 Ｌ…セルの層 ＲＴ…コンプレッサブレードの回転方向 θ…第１の角度 φ…第２の角度
Claims (15)
- 【請求項１】 ケースとコンプレッサブレードとを有す
るコンプレッサ部を備えたガスタービンエンジンにおい
て、 前記ブレードの回転につれて受容したブレードの高圧側
の空気を該ブレードを横切る空気流の方向でブレードの
低圧側に噴射する第１の手段を有してなる挿入部材を、
前記ケースとブレード先端との間に設けたことを特徴と
するガスタービンエンジン。 - 【請求項２】 前記第１の手段は、流れ方向の下流側を
指向するように接線方向に対し第１の角度を有するとと
もに、前記ケースに垂直な線に対して３０°より大きい
第２の角度をなすように傾斜された複数のセルからなる
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジ
ン。 - 【請求項３】 前記第１の手段は、前記ブレードの回転
方向の接線方向に対し第１の角度を有するとともに、前
記ケースに垂直な線に対して３０°より大きい第２の角
度を有してブレード先端へ向かって延びた複数のセルか
らなることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン
エンジン。 - 【請求項４】 前記挿入部材は、それぞれ前記複数のセ
ルを有する複数のハニカムシートの層を有することを特
徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項５】 前記挿入部材は、前記複数のセルを有す
る複数のハニカムシートの層を有することを特徴とする
請求項３に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項６】 前記複数のセルは、実質的に前記ブレー
ドの厚さ寸法と等しい径寸法及び該径寸法よりも小さく
ない深さ寸法を備えた多角形であることを特徴とする請
求項５に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項７】 前記複数のセルは、実質的に前記ブレー
ドの厚さ寸法と等しい径寸法及び該径寸法よりも小さく
ない深さ寸法を備えた多角形であることを特徴とする請
求項４に記載のガスタービンエンジン。 - 【請求項８】 前記セルの深さ寸法は、その径寸法より
も大きいことを特徴とする請求項６に記載のガスタービ
ンエンジン。 - 【請求項９】 前記セルの深さ寸法は、その径寸法より
も大きいことを特徴とする請求項７に記載のガスタービ
ンエンジン。 - 【請求項１０】 ケースに対して相対回転するブレード
先端の空気流を改善する方法であって、前記ブレードが
前記ケースに対して相対回転するにつれて受容したブレ
ードの高圧側の空気を該ブレードを横切る空気流の方向
でブレードの低圧側に噴射する第１の手段を有してなる
挿入部材を、前記ケースとブレード先端との間に挿入す
る工程を設けたことを特徴とするブレード先端の空気流
改善方法。 - 【請求項１１】 前記挿入部材は、前記ブレードの翼弦
に沿ってブレードの先端をそれぞれ指向すると共に、ブ
レードの回転方向の接線方向から１０°よりも大きい角
度でそれぞれ指向する複数のセルからなることを特徴と
する請求項１０に記載のブレード先端の空気流改善方
法。 - 【請求項１２】 前記挿入部材は、セル軸が前記ブレー
ドの翼弦に沿う成分を有するような第１の角度と前記ケ
ースに垂直なブレードから３０°よりも大きい第２の角
度とで傾斜した複数のセルから構成したことを特徴とす
る請求項１１に記載のブレード先端の空気流改善方法。 - 【請求項１３】 ケースと、該ケースに対して相対回転
するブレードとを備えてなるケースとブレードとの結合
体において、 前記ブレードがケースに対して相対回転するにつれて受
容したブレード先端の高圧側の空気を該ブレード先端を
横切る空気流の方向でブレードの低圧側に噴射する第１
の手段を有してなる挿入部材を、前記ケースとブレード
先端との間に設けたことを特徴とするケースとブレード
との結合体。 - 【請求項１４】 ケースと、該ケースに対して相対回転
するブレードとを備えてなるケースとブレードとの結合
体において、 前記ブレードの相対回転方向に対し複合角度を有し、前
記ブレードがケースに対して相対回転するにつれて前記
ブレードの高圧側及び低圧側の圧力にさらされる複数の
セルからなる挿入部材を、前記ケースとブレード先端と
の間に設けたことを特徴とするケースとブレードとの結
合体。 - 【請求項１５】 前記ブレードの翼弦に沿ってブレード
先端を指向すると共に、前記ブレードの相対回転方向の
接線から１０°よりも大きい角度を有し、かつ前記ブレ
ードの厚さ寸法と実質的に等しい径寸法及び少なくとも
該径寸法に等しい深さ寸法を有する複数のセルから前記
挿入部材を構成したことを特徴とする請求項１４に記載
のケースとブレードとの結合体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/350,208 US5520508A (en) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | Compressor endwall treatment |
| US08/350208 | 1994-12-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08226336A true JPH08226336A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3894970B2 JP3894970B2 (ja) | 2007-03-22 |
Family
ID=23375684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31621495A Expired - Fee Related JP3894970B2 (ja) | 1994-12-05 | 1995-12-05 | ガスタービンエンジン及びブレード先端の空気流改善方法及びケースとブレードとの結合体 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5520508A (ja) |
| EP (1) | EP0716218B1 (ja) |
| JP (1) | JP3894970B2 (ja) |
| KR (1) | KR100389797B1 (ja) |
| CN (1) | CN1097176C (ja) |
| DE (1) | DE69515814T2 (ja) |
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1995
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