JPH10331791A - 軸流圧縮機用翼およびその翼を適用する軸流圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】端壁損失を低減し、かつ翼負荷を高め、さらに
信頼性の向上を図った軸流圧縮機用翼およびその翼を適
用する軸流圧縮機を提供する。 【解決手段】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、ケーシン
グ側およびハブ側に、作動流体の上流側に向って突き出
した突き出し翼部２２を連続一体に形成した主幹翼部２
１を備えたものである。また、本発明に係る軸流圧縮機
は、静翼２９と動翼２０を組み合せて段落を軸方向に配
置し、上記動翼を、ケーシング側およびハブ側に、作動
流体の上流側に向って突き出した突き出し翼部２２を連
続一体に形成する主幹翼部２１を構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸流圧縮機用翼お
よびその翼を適用する軸流圧縮機に係り、特に回転軸の
軸方向に沿って配列される翼列が作動流体通過の際、発
生する二次流れ損失を抑制し、その翼列効率の向上を図
った軸流圧縮機用翼およびその翼を適用する軸流圧縮機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、軸流圧縮機翼等の軸流流体機械
は、流体エネルギを機械エネルギに変換する原動機であ
る。この軸流圧縮機は、駆動機から与えられる動力で回
転し、その際、吸い込んだ大気を圧縮して高圧空気とい
う形で流体エネルギに変換する。このエネルギ変換には
当然のことながら損失を伴なう。機械エネルギと流体エ
ネルギ間の変換率を軸流流体機械の効率と称し、この効
率を向上させること、すなわち損失を低減することが重
要な課題となっている。

【０００３】図２５は、軸流圧縮機の構成を示す例示で
ある。軸流圧縮機の静翼１は、ケーシング２に取り付け
られると共に、動翼３は回転部であるディスク４に取り
付けられている。このディスク４は、回転軸５と共に回
転することにより、動翼３を介し、回転エネルギを高圧
流体というエネルギに変換する。動翼３と静翼１により
構成される通路部は、ケーシング２とディスク４で形成
される壁に囲まれており、この部分を端壁（エンドウォ
ール）と呼ぶ。

【０００４】また、別の軸流圧縮機には、図２６に示す
ように、静翼１の先端にフィン６と内輪７とを備え、作
動流体の漏洩を防止すると共に、静翼自身の剛性を高め
たものがある。

【０００５】一般的に、軸流機械の翼列は、端壁が存在
することにより、端壁損失が翼列損失の主要な部分を占
めている。

【０００６】この端壁損失の主因は、翼列内部に発生す
る二次流れによる渦とそれが引き起こす翼負圧面端壁の
剥離、および端壁境界層内の速度分布に起因する翼の入
口角と、実際の作動流体の流入角のミスマッチである。

【０００７】ここで典型的な例として、図２７を用いて
翼列内における二次流れの発生機構を説明する。なお、
図中、端壁８は，具体的にはケーシングを指す。隣接す
る翼９ａ，９ｂ間の翼間流路を作動流体が流れるとき
に、端壁８の近傍において流入する低エネルギ流体であ
る入口境界層１０ａ，１０ｂは、翼９ａ，９ｂの前縁１
１ａ，１１ｂに衝突して背側馬蹄型渦１２ａ，１２ｂと
腹側馬蹄型渦１３ａ，１３ｂとに分かれる。背側馬蹄型
渦１２ａ，１２ｂは翼負圧面ＳＳと端壁８の境界層の発
達により次第に成長しながら下流側へ流出していく。一
方、腹側馬蹄型渦１３ａ，１３ｂは翼正圧面ＰＳと翼負
圧面ＳＳとの圧力差により腹側から背側に向かう流路渦
１４へと成長する。これらの背側馬蹄型渦１２ａ，１２
ｂと流路渦１４は二次流れ渦と称されている。これらの
渦の形成のために作動流体の持つエネルギは散逸され、
さらに剥離を生じることになりこれが損失となる。

【０００８】図２８は軸流圧縮機の翼を示す。軸流圧縮
機の翼型は、その翼正圧面ＰＳと翼負圧面ＳＳとの間を
内接する円１５とその中心線を連ねた反り線（キャンバ
線）１６からなり、翼型の流入側端部を前縁ＬＥ、流出
側端部を後縁ＴΕと称している。ここで前縁ＬＥにおけ
る反り線１６の接線と軸方向のなす角を翼入口角b1、ま
た、後縁ＴＥにおける反り線１６の接線と軸方向のなす
角を翼出口角βb2と称している。これら翼入口角βb1お
よび翼出口角βb2は、翼の幾何学的形状から決まるパラ
メータであるが、実際の作動流体の流れから定義される
ものに翼の流入角βf1、翼の流出角βf2がある。それぞ
れ、作動流体の翼に入る角度および作動流体の翼から出
る角度を、軸方向を基準とし定義したものである。ま
た、翼の前縁ＬＥと後縁ＴＥとの距離を弦長ｌ，翼の取
付角度を軸方向から定義したものをスタガ角ζと呼ぶ。

【０００９】軸流圧縮機のような減速翼列の場合、端壁
に限らず、図２９に示すように、その損失の大きさは、
翼のインシデンスｉ、つまり翼の流入角βf1と翼の入口
角βb1の差（βf1−βb1）に大きく依存する。またイン
シデンスｉを増大していくと、損失が増大すると共に、
翼負圧面ＳＳでの流れが大きく剥離し失速する。この点
を正の失速点と呼ぶ。この剥離が成長し、他の段落にま
で伝播するとサージという大きな流体加振力を生ずる現
象を引き起こすことになり、それは翼の破損という重大
事態に至る。一般的に、翼は、設計作動点から失速点ま
での範囲を失速マージンと呼んでいる。つまり、この失
速マージンは翼の性能との関係で重要な要素である。

【００１０】前述した損失を低減する手段には、端壁の
翼断面のスタガ角ζを調整し、端壁境界層内の速度分布
に翼の入口角を合わせることにより端壁損失の低減を図
る技術がある。今、この技術を従来技術ａと呼ぶ。

【００１１】この従来技術ａは、軸流圧縮機の静翼に適
用したもので、その軸流速度Ｃｘの分布は、図３０に示
すように、ケーシング側およびハブ側の翼の両端部でゼ
ロになっている。ケーシング側およびハブ側の翼の両端
部で軸流速度Ｃｘがゼロになるのは、作動流体の粘性の
影響を受けていると考えられる。

【００１２】また従来技術ａの静翼は、図３１に示すよ
うに、翼中間部で翼型ａが流入角α、スタガ角ζ1 、流
出角α2 になっているのに対し、ケーシング側およびハ
ブ側の翼端部で翼型ｂが流入角α10、スタガ角ζ10、流
出角α20になっており、ケーシング側およびハブ側の翼
端部の翼型ｂの方をより大きく形成している。なお、図
３２で示す翼型ａは図３１で示す静翼１の翼中間部分
に、また翼型ｂは、図３１で示すハブ側の翼端部にそれ
ぞれ対応させたものである。

【００１３】また、翼中間部の翼型ａの速度三角形は、
図３２に示すように、軸流速度Ｃｘが大きくなっている
のに対し、ケーシング側およびハブ側の翼端部の翼型ｂ
の速度三角形は、図３３に示すように軸流速度Ｃｘが相
対的に小さくなっている。なお、Ｕは周速を、またＣ1
およびＣ10は作動流体の絶対速度をそれぞれ示す。

【００１４】このように、従来技術ａにおける軸流圧縮
機の静翼では、作動流体の粘性に伴う境界層の流れに合
せてケーシング側およびハブ側の翼端部の翼型ｂの流入
角α10を設定し、これに伴ってスタガ角ζ10を調整し、
インシデンスｉを適正範囲に設定することにより、翼列
損失を低減させ、また失速マージンの範囲を大きく確保
できるように図っている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術ａ
では、ケーシング側およびハブ側の翼端部で、翼入口角
を翼流入角に合せるよう、翼のスタガ角ζを変えるため
に、図３４に示すように、前縁ＬＥのみならず翼厚みの
薄い後縁ＴＥでも逆方向にひねりが増大することにな
る。その結果として遠心力ＣＦおよび流体力ＧＦによる
後縁ＴＥでの高応力部分ＨＳが発生し後縁ＴＥの変位が
増大する。特に、動翼においては、その後縁ＴＥにおけ
る高応力部分ＨＳが発生し、また変位の増大による静止
部との接触（ラビング）を生ずるという大きな問題点が
ある。

【００１６】また、この従来技術ａの場合、境界層内の
流れに合わせるために翼のスタガ角ζを変更しており、
翼入口角の増大に伴い翼出口角が増大し、従来の設計に
比べ翼端部での負荷が減少している。すなわち、実際の
流人角α１０と流出角α20との差で表される転向角は、
従来技術ａの場合、小さくなる。よって、ケーシング側
およびハブ側の翼端部での負荷が減少し、翼全体の負荷
も減少することになり、所定の圧力比がとれない場合が
あるという問題点がある。さらに、負荷の低下により、
低いエネルギ流体領域が翼端部に形成され、境界層の成
長が促進され、効率向上の効果は少ない。

【００１７】端壁損失の低減を図った別の技術として
は、図３５に示すように主幹翼部１６のケーシング側お
よびハブ側に、作動流体流れ方向に向って突き出した突
き出し翼部１７，１８を一体形成した静翼１が提案され
ている。この技術を従来技術ｂと呼ぶ。この従来技術ｂ
は、翼端部の２次流れを抑制する技術である。この従来
技術ｂによる静翼１は、その翼の前縁ＬＥを作動流体が
流れ上流方向に延ばし、突き出し翼部１７，１８の翼弦
長ｌｅを主幹翼部１６の翼弦長ｌｍに対し大きくしたこ
とを特徴としたものである。図中の翼面静圧力分布に示
すように、突き出し翼部１７，１８は、その翼弦長ｌｅ
を、主幹翼部１６の翼弦長ｌｍに対し大きくしたことに
より、ケーシング側およびハブ側の翼端部と主幹翼部１
６の翼負圧面静圧分布にずれが生じ、前縁ＬＥでは主幹
翼部１６と翼端部とに圧力差ΔΡが生じる。この圧力差
ΔＰにより、主幹翼部１６から翼端部へ向かう押圧力Ｆ
が生じ、作動流体の流れがケーシング側およびハブ側の
翼端部に引き込まれ、翼端部が活性化されることにな
り、翼端部の２次流れ渦の成長を抑える。この作用によ
り翼端部損失を低減させ、かつ失速マージンを大きくす
る効果を持つ。しかしながら、従来技術ｂによる静翼１
の翼入口角分布は、ケーシング側およびハブ側の翼端部
の翼型が従来のままであるために、前述したように、翼
端部においてインシデンスが大となり、それに起因する
損失は依然大きく、翼端部での失速マージン改善効果が
少ないという問題点があった。

【００１８】本発明は、これら従来技術の欠点を改良す
るためになされたもので、翼端部損失を低減し、かつ翼
負荷を高め、さらに信頼性の向上を図った軸流圧縮機用
翼およびその翼を適用する軸流圧縮機を提供することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る軸流圧縮機
用翼は、上記目的を達成するために、請求項１に記載し
たように、ケーシング側およびハブ側に、作動流体の上
流側に向って突き出した突き出し翼部を連続一体に形成
した主幹翼部を備え、上記突き出し翼部の弦長を上記主
幹翼部の弦長よりも長く延ばすとともに、上記ケーシン
グ側およびハブ側の少なくとも一方の突き出し翼部の翼
入口角を上記主幹翼部の翼入口角よりも大きく形成した
ものである。

【００２０】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、上記目的
を達成するために、請求項２に記載したように、ケーシ
ング側およびハブ側に、作動流体に向って突き出した突
き出し翼部を連続一体に形成した主幹翼部は、静翼およ
び動翼の少なくとも一方に適用したものである。

【００２１】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、上記目的
を達成するために、請求項３に記載したように、ケーシ
ング側およびハブ側の突き出し翼部の翼高さをＥｃ，Ｅ
ｈとし、ケーシング側からハブ側までの全翼高さをＬ0
とするとき、上記ケーシング側およびハブ側の突き出し
翼部の翼高さに対する全翼高さの翼高比Ｅｃ／Ｌ0 ，Ｅ
ｈ／Ｌ0 は、

【数３】Ｅｃ／Ｌ0 ＞１／６ Ｅｈ／Ｌ0 ＞１／６ の範囲に設定したものである。

【００２２】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、上記目的
を達成するために、請求項４に記載したように、ケーシ
ング側およびハブ側に、作動流体の上流側および下流側
に向って突き出した突き出し翼部を連続一体に形成した
主幹翼部を備え、上記突き出し翼部の弦長を上記主幹翼
部の弦長よりも長く延ばすとともに、上記ケーシング側
およびハブ側の少なくとも一方の突き出し翼部の翼入口
側を上記主幹翼部の翼入口角よりも大きく形成したもの
である。

【００２３】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、上記目的
を達成するために、請求項５に記載したように、ケーシ
ング側およびハブ側に、作動流体の上流側および下流側
に向って突き出した突き出し翼部を連続一体に形成した
主幹翼部は、静翼および動翼の少なくとも一方に適用し
たものである。

【００２４】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、上記目的
を達成するために、請求項６に記載したように、静翼と
動翼を組み合せた段落を軸方向に沿って配列した軸流圧
縮機において、上記動翼は、ケーシング側およびハブ側
に作動流体の上流側に向って突き出した突き出し翼部を
連続一体に形成した主幹翼部を備えたものである。

【００２５】本発明に係る軸流圧縮機用翼は、上記目的
を達成するために、請求項７に記載したように、動翼
は、突き出し翼部の主幹翼部の前縁からの長さをｌeaと
し、主幹翼部の弦長をｌｍとするとき、突き出し翼部の
長さに対する主幹翼部の弦長に対する長さ比ｌea／ｌｍ
を

【数４】０．１＜ｌea／ｌｍ＜０．４ の範囲に設定したものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る軸流圧縮機用
翼およびその翼を適用する軸流圧縮機の実施形態を図面
を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明に係る軸流圧縮機用翼を動
翼に適用した第１実施形態の概略図である。

【００２８】動翼２０は、主幹翼部２１と突き出し翼部
２２とを備えた構成になっている。この突き出し翼部２
２は、主幹翼部２１の前縁ＴＥのケーシング側およびハ
ブ側の両端部に連続一体的に形成される。

【００２９】また、突き出し翼部２２は、主幹翼部２１
に対し、作動流体の流れ方向に向って長く延びており、
動翼２０の後縁ＴＥを基準にして主幹翼部２１の前縁Ｌ
Ｅまでの弦長をｌｍとし、突き出し翼部２２の前縁ＬＥ
までの弦長をｌｅとするとき、ｌｅ＞ｌｍになってい
る。なお、ｌｅ＞ｌｍの関係は、翼高さ方向に向って表
わすと、図３に示す分布形状になる。

【００３０】一方、ケーシング側の主幹翼部２１は、図
１に示すように、軸方向を基準にして翼入口角βｂ1eで
捩られているのに対し、ケーシング側の突き出し翼部２
２は、軸方向を基準にして翼入口角βｂ1eで捩られてお
り、突き出し翼部２２の翼入口角βｂ1eと主幹翼部２１
の翼入口角度βｂ1mとの関係では、βｂ1e＞βｂ1mにな
るように形成される。

【００３１】なお、このβｂ1e＞βｂ1mの関係は、翼高
さ方向に向って表わすと、図２に示す分布形状になる。

【００３２】また、ハブ側の主幹翼部２１および突き出
し翼部２２は、ともに軸方向を基準に翼入口角βｂ1mと
して同一に捩られている。なお、後縁ＴＥの主幹翼部２
１は軸方向を基準に翼出口角βb2とするとき、ケーシン
グ側およびハブ側ともに同一に形成される。

【００３３】他方、主幹翼部２１の前縁ＬＥのケーシン
グ側およびハブ側に連続一体に形成された突き出し翼部
２２は、図１に示すように、動翼２０の高さをＬ0 と
し、ケーシング側の突き出し翼部２２の高さをＥｃと
し、ハブ側の突き出し翼部２０の高さをＥｈとすると
き、各突き出し翼部２２，２２の高さ比Ｅｃ／Ｌ0 ，Ｅ
ｈ／Ｌ0 は、

【数５】１／６＜Ｅｃ／Ｌ0 ……（１）

【数６】１／６＜Ｅｈ／Ｌ0 ……（２） に設定される。

【００３４】各突き出し翼部２２，２２の高さ比Ｅｃ／
Ｌ0 ，Ｅｈ／Ｌ0 を上式（１），（２）の範囲に設定し
たのは、図４に示す風胴試験のデータに基づく。

【００３５】図４は、縦軸に従来の翼の損失を１．０と
した場合の損失比を、また横軸に各突き出し翼部２２，
２２の高さＥｈ，Ｅｃに対する動翼２０の高さＬ0 の翼
高比を示している。

【００３６】図４に示す試験結果では、各突き出し翼部
２２，２２の翼高比Ｅｃ／Ｌ0 ，Ｅｈ／Ｌ0 が１／６以
上になると、各損失が従来の翼の損失１．０に較べて少
なくなっていることが認められる。

【００３７】したがって、本実施形態では、各突き出し
翼部２２の翼高比Ｅｃ／Ｌ0 ，Ｅｈ／Ｌ0 を上式
（１），（２）の範囲に設定したものである。

【００３８】図５は、作動流体が本実施形態に係るケー
シング側の突き出し翼部２２に流入する速度成分の分布
を示す図である。

【００３９】作動流体がケーシング側の突き出し翼部２
２に流入する周方向θの速度成分は、ケーシング側で動
翼２０の周速Ｕと同一である。また、作動流体の軸方向
ｘの速度成分は、ケーシング側でゼロとなり、捩り境界
層になっている。このため、作動流体の翼流入角はβｆ
1mからβｆ1eに変化することになり、主幹翼部２１の翼
入口角βｂ1mに対し、ケーシング側の突き出し翼部２２
の翼入口角βｂ1eを大きく設定する必要がある。

【００４０】ここで、作動流体の軸方向速度成分をゼロ
にするためには、突き出し翼部２２の入口角βｂ1eを９
０°に設定すると、突き出し翼部２２の捩れが大きくな
り過ぎるため、実際の設計では、流入角βｆ1eを境界層
排除厚さ等の値に設定すればよい。

【００４１】また、突き出し翼部２２の翼入口角βｂ1e
と主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mとは異なっているの
で、これらを滑かに連続一体に形成する必要があるが、
この場合の連続一体の滑面は、乱流境界層内での速度分
布の法則である１／７乗則等に基づいて変化させればよ
い。

【００４２】一方、ハブ側の突き出し翼部２２では、図
６に示すように、作動流体の周方向θの速度成分、およ
び半径方向ｒの速度成分ともにゼロであるから、突き出
し翼部２２に流入する作動流体の速度成分がゼロに近付
くものの、その流入角βｆ1eの変化は少ない。このた
め、ハブ側の突き出し翼部２２の翼入口角βｂ1mは、主
幹翼部２１のそれと同じにすることができる。

【００４３】図７および図８は、動翼２０の背側２３に
沿って流れる背側馬蹄型渦２４の抑制度合を、本実施形
態に係る動翼２０と従来技術ａに係る動翼２５とを対比
させた図である。

【００４４】図７は、本実施形態に係る動翼２０の背側
馬蹄型渦２４の流れを、また図８は従来技術ａに係る動
翼２５の背側馬蹄型渦２４を、それぞれ示している。

【００４５】本実施形態に係る動翼２０は、主幹翼部２
１に対し、例えばケーシング等の壁面２６に向って突き
出し翼部２２を備えているので、主幹翼部２１から突き
出し翼部２２に向って押圧力Ｆが働く。このため、本実
施形態に係る動翼２０では、入口境界層２７が動翼２０
の前縁ＬＥに衝突し、ここから発生した背側馬蹄型渦２
４が作動流体２８とともに背側２３に沿って流れても、
押圧力Ｆにより背側馬蹄型渦２４に伴って発生する境界
層厚さδb を低く抑えることができる。これに対し、従
来技術ａに係る動翼２０では、図８に示すように、押圧
力が発生していないので、背側馬蹄型渦２４が背側２３
に沿って後流側に流れる間に大きく成長し、境界層厚さ
δb が大きくなる。

【００４６】このように、本実施形態に係る動翼２０で
は、押圧力Ｆにより背側馬蹄型渦２４の境界層厚δb を
低く抑えているので、従来技術ａに較べて翼性能を向上
させることができる。

【００４７】図９は、流量（Ｑ）−翼効率（η）を示す
線図で、本発明ｄに係る動翼と、従来技術ａ，ｂ，ｃに
係る動翼とを対比させたＱ−ηカーブである。

【００４８】本発明ｄに係る動翼２０は、主幹翼部２１
のケーシング側およびハブ側に突き出し翼部２２，２２
を連続一体に形成し、この突き出し翼部２２，２２を主
幹翼部２１の前縁ＬＥから作動流体の流れ方向に向って
長く延ばし、かつケーシング側の突き出し翼部２２の翼
入口角βｂ1eを主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも大
きく設定したので、従来技術ａ，ｂ，ｃに係る動翼に較
べ翼効率（η）を高くすることができる。

【００４９】図１０は、流量（Ｑ）−圧力（Ｐ）を示す
線図で、本発明ｄに係る動翼と、従来技術ａ，ｂ，ｃに
係る動翼とを対比させた、Ｑ−Ｐカーブである。

【００５０】本発明ｄに係る動翼は、突き出し翼部２
２，２２の弦長を主幹翼部２１のそれよりも長く延ばす
とともに、突き出し翼部２２，２２の翼入口角を主幹翼
部２１のそれよりも大きく形成しているので、作動流体
の圧力上昇を高くすることができる。このため、本発明
ｄに係る動翼では、従来技術ａ，ｂ，ｃに係る動翼より
も失速点の範囲を大きくすることができ、軸流圧縮機の
安全運転を行わせることができる。

【００５１】このように、本実施形態に係る動翼によれ
ば、ケーシング側およびハブ側の両翼端の損失を従来に
較べ低減できるから、翼列性能が向上し、しかも失速マ
ージンが拡大でき、さらに段落あたりの圧力上昇も増大
する。この結果、より少ない段落で軸流圧縮機を構成で
きるので、コスト低減と相俟って軸受スパンを短かくし
て危険速度域が少なくなるという信頼性が向上する。ま
た、後縁での翼捩れがケーシング側からハブ側まで連続
一体になるので、後縁の応力集中が緩和され、ラビング
を回避することができる。

【００５２】図１１は、本発明に係る軸流圧縮機用翼を
動翼に適用した第２実施形態の概略図である。なお、第
１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同
一符号を付す。

【００５３】本実施形態に係る動翼２０は、第１実施形
態と同様に、主幹翼部２１のケーシング側およびハブ側
に突き出し翼部２２，２２を備え、突き出し翼部２２，
２２の弦長ｌｅを主幹翼部２１の弦長ｌｍよりも作動流
体の流れ方向に向って長く延ばすとともに、突き出し翼
部２２，２２の翼入口角βｂ1eのケーシング側およびハ
ブ側とともに主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも大き
く設定したものである。この場合、突き出し翼部２２，
２２の弦長ｌｅおよび主幹翼部２１の弦長ｌｍは、翼高
さ方向に対し、図１３に示すようになっている。また、
突き出し翼部２２，２２の翼入口角βｂ1eを主幹翼部２
１の翼入口角βｂ1mより大きく設定した場合の作動流体
の各速度成分は、図１４に示すようになり、またハブ側
の突き出し翼部２２の翼入口角βｂ1eを主幹翼部２１の
翼入口角βｂ1mより大きく形成し場合の作動流体の各速
度成分は、図１５に示すようになっている。

【００５４】このように、本実施形態では、ケーシング
側およびハブ側の突き出し翼部２２，２２の弦長ｌｅを
主幹翼部２１の弦長ｌｍよりも作動流体の流れ方向に向
って長く延ばすとともに、ケーシング側およびハブ側の
突き出し翼部２２，２２の翼入口角βｂ1eを主幹翼部２
１の翼入口角βｂ1mよりも大きく設定したので、主幹翼
部２１からケーシング側の突き出し翼部２２およびハブ
側の突き出し翼部２２に押圧力を発生させることがで
き、また作動流体の境界層厚みを従来よりも、より一層
少なくし、圧力上昇等従来よりもより一層向上させるこ
とができる。

【００５５】したがって、本実施形態によれば、従来の
較べ翼性能の向上、段落あたりの圧力上昇の向上等を図
ることができる。

【００５６】図１６は、本発明に係る軸流圧縮機用翼を
静翼に適用した第３実施形態の概略図である。なお、第
１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同
一符号を付す。

【００５７】本実施形態に係る静翼２９は、第３実施形
態と同様に、主幹翼部２１のケーシング側およびハブ側
に突き出し翼部２２，２２を備え、突き出し翼部２２，
２２の弦長ｌｅを主幹翼部２１の弦長ｌｍよりも作動流
体の流れ方向に向って長く延ばすとともに、突き出し翼
部２２，２２の翼入口角βｂ1eのケーシング側およびハ
ブ側とともに主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも大き
く形成したものである。

【００５８】また、ケーシング側の突き出し翼部２２の
翼入口角βｂ1eを主幹翼部２１の翼入口角度βｂ1mより
大きく形成した場合の作動流体の各速度成分は、図１７
に示すように、またハブ側の突き出し翼部２２の翼入口
角βｂ1eを主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mより大きく形
成した場合の作動流体の各成分は、図１８に示すように
なっている。

【００５９】本実施形態に係る静翼２９では、ケーシン
グ側およびハブ側の突き出し翼部２２，２２の弦長ｌｅ
を主幹翼部２１の弦長ｌｍよりも作動流体の流れ方向に
向って長く延ばすとともに、ケーシング側およびハブ側
の突き出し翼部２２，２２の翼入口角βｂ1eを主幹翼部
２１の翼入口角βｂ1mよりも大きく設定したので、主幹
翼部２１からケーシング側の突き出し翼部２２およびハ
ブ側の突き出し翼部２２に押圧力を発生させることがで
き、また作動流体の境界層厚みを従来よりも、より一層
少なくし、圧力上昇等従来よりもより一層向上させるこ
とができる。

【００６０】したがって、本実施形態によれば、従来の
較べ翼性能の向上、段落あたりの圧力上昇の向上等を図
ることができる。

【００６１】図１９は、本発明に係る軸流圧縮機用翼を
動翼に適用した第４実施形態の概略図である。なお、第
１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同
一符号を付す。

【００６２】本実施形態に係る動翼２０は、主幹翼部２
１の弦長ｌｍに対し、ケーシング側およびハブ側の突き
出し翼部２２，２２とともに、主幹翼部２１の前縁ＬＥ
から作動流体の流れ方向に向って延ばし、かつ主幹翼部
２１の後縁ＴＥから後流側に向って延ばし、その弦長ｌ
ｅを、主幹翼部２１の弦長ｌｍより長くしたもので、ｌ
ｅ＞ｌｍの関係になっている。このため、本実施形態に
係る動翼２０では、図示の翼面静圧力分布で示すよう
に、前縁ＬＥおよび後縁ＴＥにおける主幹翼部２１と突
き出し翼部２２との間に、ケーシング側およびハブ側の
それぞれに向って圧力差ΔＰが発生する。この圧力差Δ
Ｐは、ケーシング側およびハブ側に向う押圧力Ｆとして
働く。

【００６３】また、本実施形態に係る動翼２０は、突き
出し翼部２２，２２の翼入口角βｂ1eのケーシング側
を、主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも多く設定した
ものである。なお、ハブ側の突き出し翼部２２の翼入口
角βｂ1eと主幹翼部２１の翼入口角とは同一である。

【００６４】このように、本実施形態に係る動翼２０で
は、前縁ＬＥおよび後縁ＴＥにおけるケーシング側およ
びハブ側に向って押圧力Ｆが発生するので、この押圧力
によりケーシング側およびハブ側に発生する二次流れに
伴う二次流れ渦を低く抑えることができる。

【００６５】したがって、本実施形態によれば、翼性能
を従来よりも一層向上させることができる。

【００６６】図２０は、本発明に係る軸流圧縮機用翼を
動翼に適用した第５実施形態の概略図である。なお、第
１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同
一符号を付す。

【００６７】本実施形態に係る動翼２０は、主幹翼部２
１の弦長ｌｍに対し、ケーシング側およびハブ側の突き
出し翼部２２，２２とともに、主幹翼部２１の前縁ＬＥ
から作動流体の流れ方向に向って延ばし、かつ主幹翼部
２１の後縁ＴＥから後流側に向って延ばし、その弦長ｌ
ｅを、主幹翼部２１の弦長ｌｍより長くする一方、突き
出し翼部２２，２２の翼入口角βｂ1eのケーシング側お
よびハブ側を、主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも大
きく形成したものである。

【００６８】このように、本実施形態では、ケーシング
側およびハブ側ともに、突き出し翼部２２の翼入口角β
ｂ1eを主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも大きく設定
したので、ケーシング側およびハブ側の翼端部の損失を
低くすることができ、失速マージンの範囲を大きくする
ことができる。

【００６９】図２１は、本発明に係る軸流圧縮機用翼を
静翼に適用した第６実施形態の概略図である。なお、第
１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同
一符号を付す。

【００７０】本実施形態に係る動翼２９は、第５実施形
態と同様に、主幹翼部２１の弦長ｌｍに対し、ケーシン
グ側およびハブ側の突き出し翼部２２，２２とともに、
主幹翼部２１の後縁ＴＥから後流側に向って延ばし、そ
の弦長ｌｅを、主幹翼部２１の弦長ｌｍより長くする一
方、突き出し翼部２２，２２の翼入口角βｂ1eのケーシ
ング側およびハブ側を、主幹翼部２１の翼入口角βｂ1m
よりも大きく設定したものである。

【００７１】このように、本実施形態では、ケーシング
側およびハブ側ともに、突き出し翼部２２の翼入口角β
ｂ1eを主幹翼部２１の翼入口角βｂ1mよりも大きく設定
したので、ケーシング側およびハブ側の翼端部の損失を
低くすることができ、段落あたりの圧力上昇を大きくす
ることができる。

【００７２】図２２は、いわゆるストレート翼と称して
従来から使用されている静翼２９に、主幹翼部２１のケ
ーシング３０側およびディスク３１のハブ側に、突き出
し翼部２２，２２を連続一体に形成した動翼２０を組み
合せた本発明に係る軸流圧縮機の第１実施形態を示す概
略図である。

【００７３】従来、軸流圧縮機は、内輪３２およびフィ
ン３３を備えた静翼２９と動翼２０とを組み合せた段落
を構成し、この段落を軸方向に多段に配置していた。こ
の場合の静翼２９と動翼２０との隙間は、ケーシング側
からハブ側までほぼ一定値になっていたが、主幹翼部２
１の弦長ｌｍよりも長い突き出し翼部２２，２２の弦長
ｌｅの動翼２０を適用すると、中間部分の隙間ｄｍに較
べてケーシング側およびハブ側の隙間ｄｔは短くなる。
このため、ケーシング側およびハブ側の隙間ｄｔは、適
正値に設定しておかないと、境界層、ウェーク等の混合
により翼列損失が大きくなる。

【００７４】本実施形態は、図２３に示すように、突き
出し翼部２２の長さをｌeaとし、主幹翼部２１の弦長ｌ
ｍとするとき、その長さ比の範囲を

【数７】０．１＜ｌea／ｌｍ＜０．４ ……（３） に設定したものである。

【００７５】この長さ比ｌea／ｌｍを上式（３）の範囲
に設定したのは、図２４に示す損失のデータに基づく。
図２４は、縦軸に従来の翼の損失を１．０としたときの
損失比を、また横軸に突き出し翼部２２の長さｌeaに対
する主幹翼部２１の弦長ｌｍの長さ比ｌea／ｌｍをそれ
ぞれ示している。図２４において、長さ比ｌea／ｌｍは
上式（３）の範囲で、軸方向隙間損失ζaxが従来に較べ
高くなっているものの、二次流れ損失ζｃおよび翼列損
失ζｓともに従来に較べ低くなっていることが認められ
る。したがって、長さ比ｌea／ｌｍは上式（３）の範囲
に設定するのが適当である。

【００７６】このように、本実施形態では、長さ比ｌea
／ｌｍを上式（３）の範囲に設定したから、軸流圧縮機
に段落効率の高い運転を行わせることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る軸流圧縮
機用翼は、主幹翼部のケーシング側およびハブ側に主幹
翼部の弦長よりも長い突き出し翼部を形成するととも
に、突き出し翼部の翼入口角を主幹翼部の翼入口角より
も大きく設定したので、動翼の翼性能を従来より向上さ
せることができ、失速マージンの範囲を大きくすること
ができる。

【００７８】また、本発明に係る軸流圧縮機は、上述の
形状の静翼と動翼とを組み合せることにより、段落あた
りの圧力比を従来よりも上昇させることができ、従来の
段落よりも少ない段落の軸流圧縮機を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸流圧縮機用翼を動翼に適用した
第１実施形態の概略図。

【図２】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第１実施形態に
おいて、翼高さ方向の翼入口角の分布を説明する図。

【図３】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第１実施形態に
おいて、翼高さ方向の弦長の分布を説明する図。

【図４】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第１実施形態に
おいて、損失比を示す線図。

【図５】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第１実施形態に
おいて、ケーシング側の作動流体の速度成分を示す図。

【図６】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第１実施形態に
おいて、ハブ側の作動流体の速度成分を示す図。

【図７】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第１実施形態に
おいて、背側馬蹄型渦の流れを説明する図。

【図８】従来の軸流圧縮機用翼において、背側馬蹄型渦
の流れを説明する図。

【図９】本発明の翼効率と従来の翼効率とを比較した翼
効率（η）−流量（Ｑ）線図。

【図１０】本発明の圧力と従来の圧力とを比較した圧力
（Ｐ）−流量（Ｑ）線図。

【図１１】本発明に係る軸流圧縮機用翼を動翼に適用し
た第２実施形態の概略図。

【図１２】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第２実施形態
において、翼高さ方向の翼入口角の分布を説明する図。

【図１３】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第２実施形態
において、翼高さ方向の弦長の分布を説明する図。

【図１４】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第２実施形態
において、ケーシング側の作動流体の速度成分を示す
図。

【図１５】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第２実施形態
において、ハブ側の作動流体の速度成分を示す図。

【図１６】本発明に係る軸流圧縮機用翼を静翼に適用し
た第３実施形態の概略図。

【図１７】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第３実施形態
において、ケーシング側の作動流体の速度成分を示す
図。

【図１８】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第３実施形態
において、ハブ側の作動流体の速度成分を示す図。

【図１９】本発明に係る軸流圧縮機用翼を動翼に適用す
る第４実施形態の概略図。

【図２０】本発明に係る軸流圧縮機用翼を動翼に適用す
る第５実施形態の概略図。

【図２１】本発明に係る軸流圧縮機用翼を静翼に適用す
る第６実施形態の概略図。

【図２２】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第７実施形態
の概略図。

【図２３】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第７実施形態
において、主幹翼部の弦長と突き出し翼部の長さを説明
する図。

【図２４】本発明に係る軸流圧縮機用翼の第２実施形態
において、損失比を示す線図。

【図２５】従来の軸流圧縮機用翼の実施形態を示す概略
断面図。

【図２６】従来の軸流圧縮機用翼の別の実施形態を示す
概略断面図。

【図２７】翼列間を流れる作動流体の渦の発生過程を説
明する図。

【図２８】従来の軸流圧縮機用翼の翼型を説明する図。

【図２９】インシデンスの変化に対する損失を示すグラ
フ。

【図３０】従来の軸流圧縮機用翼における作動流体の軸
流速度成分の分布を示す図。

【図３１】従来の軸流圧縮機用翼における翼中間部の翼
型と翼端部の翼型とを重ね合せた図。

【図３２】従来の軸流圧縮機用翼において、翼中間部を
通る作動流体の速度三角形を示す図。

【図３３】従来の軸流圧縮機用翼において、翼端部を通
る作動流体の速度三角形を示す図。

【図３４】従来の軸流圧縮機用翼に発生する外力に対
し、後縁の応力を説明する図。

【図３５】従来の別の軸流圧縮機用翼の実施形態を示す
図。

【符号の説明】

１ 静翼 ２ ケーシング ３ 動翼 ４ ディスク ５ 回転軸 ６ フィン ７ 内輪 ８ 端壁 ９ａ，９ｂ 翼 １０ａ，１０ｂ 入口境界層 １１ａ，１１ｂ 前縁 １２ａ，１２ｂ 背側馬蹄型渦 １３ａ，１３ｂ 腹側馬蹄型渦 １４ 流路渦 １５ 円 １６ 主幹翼部 １７，１８ 突き出し翼部 ２０ 動翼 ２１ 主幹翼部 ２２ 突き出し翼部 ２３ 背側 ２４ 背側馬蹄型渦 ２５ 動翼 ２６ 壁面 ２７ 入口境界層 ２８ 作動流体 ２９ 静翼 ３０ ケーシング ３１ ディスク ３２ 内輪 ３３ フィン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング側およびハブ側に、作動流体
   の上流側に向って突き出した突き出し翼部を連続一体に
   形成した主幹翼部を備え、上記突き出し翼部の弦長を上
   記主幹翼部の弦長よりも長く延ばすとともに、上記ケー
   シング側およびハブ側の少なくとも一方の突き出し翼部
   の翼入口角を上記主幹翼部の翼入口角よりも大きく形成
   したことを特徴とする軸流圧縮機用翼。
2. 【請求項２】 ケーシング側およびハブ側に、作動流体
   に向って突き出した突き出し翼部を連続一体に形成した
   主幹翼部は、静翼および動翼の少なくとも一方に適用し
   たことを特徴とする請求項１記載の軸流圧縮機用翼。
3. 【請求項３】 ケーシング側およびハブ側の突き出し翼
   部の翼高さをＥｃ，Ｅｈとし、ケーシング側からハブ側
   までの全翼高さをＬ0 とするとき、上記ケーシング側お
   よびハブ側の突き出し翼部の翼高さに対する全翼高さの
   翼高比Ｅｃ／Ｌ0 ，Ｅｈ／Ｌ0 は、 【数１】Ｅｃ／Ｌ0 ＞１／６ Ｅｈ／Ｌ0 ＞１／６ の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の軸流
   圧縮機用翼。
4. 【請求項４】 ケーシング側およびハブ側に、作動流体
   の上流側および下流側に向って突き出した突き出し翼部
   を連続一体に形成した主幹翼部を備え、上記突き出し翼
   部の弦長を上記主幹翼部の弦長よりも長く延ばすととも
   に、上記ケーシング側およびハブ側の少なくとも一方の
   突き出し翼部の翼入口側を上記主幹翼部の翼入口角より
   も大きく形成したことを特徴とする軸流圧縮機用翼。
5. 【請求項５】 ケーシング側およびハブ側に、作動流体
   の上流側および下流側に向って突き出した突き出し翼部
   を連続一体に形成した主幹翼部は、静翼および動翼の少
   なくとも一方に適用したことを特徴とする請求項４記載
   の軸流圧縮機用翼。
6. 【請求項６】 静翼と動翼を組み合せた段落を軸方向に
   沿って配列した軸流圧縮機において、上記動翼は、ケー
   シング側およびハブ側に作動流体の上流側に向って突き
   出した突き出し翼部を連続一体に形成した主幹翼部を備
   えたことを特徴とする軸流圧縮機。
7. 【請求項７】 動翼は、突き出し翼部の主幹翼部の前縁
   からの長さをｌeaとし、主幹翼部の弦長をｌｍとすると
   き、突き出し翼部の長さに対する主幹翼部の弦長に対す
   る長さ比ｌea／ｌｍを 【数２】０．１＜ｌea／ｌｍ＜０．４ の範囲に設定したことを特徴とする請求項６記載の軸流
   圧縮機。