JPH11201092A - 回転機械の動翼 - Google Patents
回転機械の動翼Info
- Publication number
- JPH11201092A JPH11201092A JP10000076A JP7698A JPH11201092A JP H11201092 A JPH11201092 A JP H11201092A JP 10000076 A JP10000076 A JP 10000076A JP 7698 A JP7698 A JP 7698A JP H11201092 A JPH11201092 A JP H11201092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- negative pressure
- pressure side
- clearance
- taper
- Prior art date
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- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 チップクリアランスを通過する漏れ流れによ
る損失を低減することができる回転機械の動翼を提供す
る。 【解決手段】 翼端面１１の中央部が外側に突出した山
形に形成され、これにより正圧側と負圧側のクリアラン
スが大きく中間部のクリアランスが小さく構成されてい
る。山形は、正圧側と負圧側のテーパ面１１ａ，１１ｂ
とその間の平面１１ｃとからなる。また、山形は、中間
部が高く正圧側と負圧側が低い曲面であってもよい。正
圧面側に設けたテーパ面１１ａ（又はテーパ曲面）が、
縮流位置１４を負圧面側に移動させ、これにより、縮流
位置１４と負圧面の距離が短くなるのでミキシングを抑
えることができる。更に、負圧面側に設けたテーパ面１
１ｂ（又はテーパ曲面）により、翼端面１１の位置が内
側に移動するので、再付着を確実に防止することができ
る。従ってこれらの相乗効果により、翼厚が相対的に厚
い翼列におけるチップクリアランス流量の増加を防ぐこ
とができ、その結果、圧損を従来形状より低減すること
ができる。
る損失を低減することができる回転機械の動翼を提供す
る。 【解決手段】 翼端面１１の中央部が外側に突出した山
形に形成され、これにより正圧側と負圧側のクリアラン
スが大きく中間部のクリアランスが小さく構成されてい
る。山形は、正圧側と負圧側のテーパ面１１ａ，１１ｂ
とその間の平面１１ｃとからなる。また、山形は、中間
部が高く正圧側と負圧側が低い曲面であってもよい。正
圧面側に設けたテーパ面１１ａ（又はテーパ曲面）が、
縮流位置１４を負圧面側に移動させ、これにより、縮流
位置１４と負圧面の距離が短くなるのでミキシングを抑
えることができる。更に、負圧面側に設けたテーパ面１
１ｂ（又はテーパ曲面）により、翼端面１１の位置が内
側に移動するので、再付着を確実に防止することができ
る。従ってこれらの相乗効果により、翼厚が相対的に厚
い翼列におけるチップクリアランス流量の増加を防ぐこ
とができ、その結果、圧損を従来形状より低減すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ機械を構成
する圧縮機、タービン、送風機等の回転機械の動翼に関
する。
する圧縮機、タービン、送風機等の回転機械の動翼に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、チップクリアランスを有するジ
ェットエンジンやガスタービンを構成する従来の軸流圧
縮機の動翼を示している。この図において、（Ａ）は側
面図、（Ｂ）は動翼の翼端側から見た図、（Ｃ）は下流
側から見た図である。動翼１は、ハブ２に周方向に間隔
を隔てて取り付けられており、その翼端部１ａをチップ
部，翼根元部１ｂをルート部と呼ぶ。また、（Ｂ）に示
すように、動翼１は圧縮機軸心Ｚに対してチップ部１ａ
では角度θが大きく，ルート部１ｂでは角度θが小さく
なっている。更に、（Ｃ）に示すように、動翼１の回転
方向上流側（図で左側）を正圧側（又は腹側）、回転方
向下流側（図で右側）を負圧側（又は背側）と呼ぶ。動
翼１の回転により、正圧側の静圧が高く，負圧側の静圧
が低くなる。
ェットエンジンやガスタービンを構成する従来の軸流圧
縮機の動翼を示している。この図において、（Ａ）は側
面図、（Ｂ）は動翼の翼端側から見た図、（Ｃ）は下流
側から見た図である。動翼１は、ハブ２に周方向に間隔
を隔てて取り付けられており、その翼端部１ａをチップ
部，翼根元部１ｂをルート部と呼ぶ。また、（Ｂ）に示
すように、動翼１は圧縮機軸心Ｚに対してチップ部１ａ
では角度θが大きく，ルート部１ｂでは角度θが小さく
なっている。更に、（Ｃ）に示すように、動翼１の回転
方向上流側（図で左側）を正圧側（又は腹側）、回転方
向下流側（図で右側）を負圧側（又は背側）と呼ぶ。動
翼１の回転により、正圧側の静圧が高く，負圧側の静圧
が低くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５は、従来の圧縮機
動翼を上流側（図４（Ｃ）の反対側）から見た斜視図で
ある。この図に模式的に示すように、圧縮機動翼の損失
には、ルート部１ｂの隅部に生じる剥離流れＡ、翼
面に沿って半径方向に流れる半径方向流れＢ、及びチ
ップ部とケーシング３の隙間（クリアランス）を流れる
クリアランス流れＣに起因する３種がある。このうち、
損失が最も大きいのは、クリアランス流れＣによるもの
であり、従来の動翼では、チップクリアランスを通過す
る漏れ流れと高速の主流との干渉で発生する損失によっ
て効率向上が妨げられていた。
動翼を上流側（図４（Ｃ）の反対側）から見た斜視図で
ある。この図に模式的に示すように、圧縮機動翼の損失
には、ルート部１ｂの隅部に生じる剥離流れＡ、翼
面に沿って半径方向に流れる半径方向流れＢ、及びチ
ップ部とケーシング３の隙間（クリアランス）を流れる
クリアランス流れＣに起因する３種がある。このうち、
損失が最も大きいのは、クリアランス流れＣによるもの
であり、従来の動翼では、チップクリアランスを通過す
る漏れ流れと高速の主流との干渉で発生する損失によっ
て効率向上が妨げられていた。
【０００４】上述したように、従来の回転機械の動翼で
は、翼端面は平面であり、翼列の先端（チップ）におけ
る翼厚がチップクリアランスに対して相対的に厚くなる
と、縮流位置の下流で再付着とミキシングが起こり、そ
の影響でクリアランス流量が増加し、クリアランスによ
る圧損が増大する。しかし、翼厚は構造的に決まるもの
であるので、従来、翼厚が相対的に厚い翼列形状であっ
てもこの影響を許容せざるを得なかった。
は、翼端面は平面であり、翼列の先端（チップ）におけ
る翼厚がチップクリアランスに対して相対的に厚くなる
と、縮流位置の下流で再付着とミキシングが起こり、そ
の影響でクリアランス流量が増加し、クリアランスによ
る圧損が増大する。しかし、翼厚は構造的に決まるもの
であるので、従来、翼厚が相対的に厚い翼列形状であっ
てもこの影響を許容せざるを得なかった。
【０００５】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、チッ
プクリアランスを通過する漏れ流れによる損失を低減す
ることができる回転機械の動翼を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、チッ
プクリアランスを通過する漏れ流れによる損失を低減す
ることができる回転機械の動翼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、翼端面
の中央部が外側に突出した山形に形成され、これにより
正圧側と負圧側のクリアランスが大きく中間部のクリア
ランスが小さく構成されている、ことを特徴とする回転
機械の動翼が提供される。本発明の好ましい実施形態に
よれば、前記山形は、正圧側と負圧側のテーパ面とその
間の平面とからなる。また、前記山形は、中間部が高く
正圧側と負圧側が低い曲面であってもよい。
の中央部が外側に突出した山形に形成され、これにより
正圧側と負圧側のクリアランスが大きく中間部のクリア
ランスが小さく構成されている、ことを特徴とする回転
機械の動翼が提供される。本発明の好ましい実施形態に
よれば、前記山形は、正圧側と負圧側のテーパ面とその
間の平面とからなる。また、前記山形は、中間部が高く
正圧側と負圧側が低い曲面であってもよい。
【０００７】本発明によれば、翼端面の中央部が外側に
突出した山形に形成され、これにより正圧側と負圧側の
クリアランスが大きく中間部のクリアランスが小さく構
成されているので、正圧面側に設けたテーパ面（又はテ
ーパ曲面）が、縮流の位置を負圧面側に移動させ、これ
により、縮流の位置と負圧面の距離が短くなるのでミキ
シングを抑えることができる。更に、負圧面側に設けた
テーパ面（又はテーパ曲面）が再付着を防止する。これ
らの効果により、翼厚が相対的に厚い翼列におけるチッ
プクリアランス流量の増加を防ぐことができ、その結
果、圧損が従来形状より低減される。
突出した山形に形成され、これにより正圧側と負圧側の
クリアランスが大きく中間部のクリアランスが小さく構
成されているので、正圧面側に設けたテーパ面（又はテ
ーパ曲面）が、縮流の位置を負圧面側に移動させ、これ
により、縮流の位置と負圧面の距離が短くなるのでミキ
シングを抑えることができる。更に、負圧面側に設けた
テーパ面（又はテーパ曲面）が再付着を防止する。これ
らの効果により、翼厚が相対的に厚い翼列におけるチッ
プクリアランス流量の増加を防ぐことができ、その結
果、圧損が従来形状より低減される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。回転機械の動
翼におけるクリアランス流れのモデルとして、ある単純
なモデルが提案されその実用性も報告されている（例え
ば、"An Investigation of the flow within the clear
ance space of a compressor blade tip", ISABE 1991
）。図１は、鋭角オリフィス（すなわち翼端クリアラ
ンス）を流れるポテンシャル流れを示す図であり、図２
は、混合を伴う同様のポテンシャル流れのモデル図であ
る。また、図１で、Ａはオリフィスの面積、σは縮流の
収縮係数である。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。回転機械の動
翼におけるクリアランス流れのモデルとして、ある単純
なモデルが提案されその実用性も報告されている（例え
ば、"An Investigation of the flow within the clear
ance space of a compressor blade tip", ISABE 1991
）。図１は、鋭角オリフィス（すなわち翼端クリアラ
ンス）を流れるポテンシャル流れを示す図であり、図２
は、混合を伴う同様のポテンシャル流れのモデル図であ
る。また、図１で、Ａはオリフィスの面積、σは縮流の
収縮係数である。
【０００９】このモデルでは、次の２つの仮定を設けて
いる。 チップに垂直な圧力勾配は、チップに平行な圧力勾配
に比べてはるかに大きく、従って、漏れ流れは、側壁に
垂直な面内の二次元流れである。 流れは非圧縮性であり、レイノルズ数が十分に大き
く、粘性の影響を無視できる。
いる。 チップに垂直な圧力勾配は、チップに平行な圧力勾配
に比べてはるかに大きく、従って、漏れ流れは、側壁に
垂直な面内の二次元流れである。 流れは非圧縮性であり、レイノルズ数が十分に大き
く、粘性の影響を無視できる。
【００１０】この仮定の下で、クリアランス流れは、矩
形オリフィスを通る二次元ポテンシャル流れとみなすこ
とができる。もし、入口のエッジが鋭っていれば、図１
に示すような流れとなり、オリフィスを通る流量Ｑは、
（式１）で表すことができる。ここで、Ａはオリフィス
の断面積、ΔＰはオリフィスを通しての圧力差、Ｃｄは
流量係数、ρは密度である。
形オリフィスを通る二次元ポテンシャル流れとみなすこ
とができる。もし、入口のエッジが鋭っていれば、図１
に示すような流れとなり、オリフィスを通る流量Ｑは、
（式１）で表すことができる。ここで、Ａはオリフィス
の断面積、ΔＰはオリフィスを通しての圧力差、Ｃｄは
流量係数、ρは密度である。
【００１１】
【数１】
【００１２】図１に示す理想的な非粘性流れでは、流量
係数Ｃｄと収縮係数σは共に同じ値０．６１となる。し
かし、実際には、図２に示すように、粘性の影響により
再付着(reattachment)と圧力回復により、流量係数Ｃｄ
は収縮係数σよりも大きくなる。縮流の下流で再付着が
あり、完全混合によりチップクリアランスの出口（混合
領域）で均一流が形成される場合には、流量係数Ｃｄは
０．８４となる。従って、再付着と圧力回復により、翼
チップの同一の差圧において、流量係数が０．６１から
０．８４に増大し、漏れ流れが約３８％増大することに
なる。本発明はかかる新規の知見に基づくものであり、
縮流下流における再付着とミキシングを抑制して、流量
係数の増大を抑制するものである。
係数Ｃｄと収縮係数σは共に同じ値０．６１となる。し
かし、実際には、図２に示すように、粘性の影響により
再付着(reattachment)と圧力回復により、流量係数Ｃｄ
は収縮係数σよりも大きくなる。縮流の下流で再付着が
あり、完全混合によりチップクリアランスの出口（混合
領域）で均一流が形成される場合には、流量係数Ｃｄは
０．８４となる。従って、再付着と圧力回復により、翼
チップの同一の差圧において、流量係数が０．６１から
０．８４に増大し、漏れ流れが約３８％増大することに
なる。本発明はかかる新規の知見に基づくものであり、
縮流下流における再付着とミキシングを抑制して、流量
係数の増大を抑制するものである。
【００１３】図３は、本発明による回転機械の動翼の構
成図である。この図において、（Ａ）（Ｂ）は本発明の
回転機械の動翼１０、（Ｃ）は比較のために従来の回転
機械の動翼を示している。この図に示すように、本発明
の回転機械の動翼１０の翼端面１１の中央部が外側に突
出した山形に形成され、これにより正圧側と負圧側のク
リアランスが大きく中間部のクリアランスが小さく構成
されている。
成図である。この図において、（Ａ）（Ｂ）は本発明の
回転機械の動翼１０、（Ｃ）は比較のために従来の回転
機械の動翼を示している。この図に示すように、本発明
の回転機械の動翼１０の翼端面１１の中央部が外側に突
出した山形に形成され、これにより正圧側と負圧側のク
リアランスが大きく中間部のクリアランスが小さく構成
されている。
【００１４】すなわち、（Ａ）の第１実施形態では、山
形は、正圧側と負圧側のテーパ面１１ａ，１１ｂとその
間の平面１１ｃとからなる。また、（Ｂ）の第２実施形
態では、山形は、中間部が高く正圧側と負圧側が低い曲
面からなる。これに対して、従来の回転機械の動翼で
は、（Ｃ）に示すように、翼端面は平面のままに形成さ
れていた。なお、この図で、１２は側壁（ケーシン
グ）、１３は縮流を示す流線、１４は縮流位置、１５は
混合領域（ミキシングゾーン）である。
形は、正圧側と負圧側のテーパ面１１ａ，１１ｂとその
間の平面１１ｃとからなる。また、（Ｂ）の第２実施形
態では、山形は、中間部が高く正圧側と負圧側が低い曲
面からなる。これに対して、従来の回転機械の動翼で
は、（Ｃ）に示すように、翼端面は平面のままに形成さ
れていた。なお、この図で、１２は側壁（ケーシン
グ）、１３は縮流を示す流線、１４は縮流位置、１５は
混合領域（ミキシングゾーン）である。
【００１５】上述した構成によれば、翼端面１１の中央
部が外側に突出した山形に形成され、これにより図３
（Ａ）（Ｂ）に示すように、正圧側と負圧側のクリアラ
ンスが大きく中間部のクリアランスが小さく構成されて
いるので、正圧面側に設けたテーパ面１１ａ（又はテー
パ曲面）が、縮流位置１４を負圧面側に移動させ、これ
により、縮流位置１４と負圧面の距離が短くなるのでミ
キシングを抑えることができる。すなわち、流線１３が
翼端面１１に再付着すると、図３（Ｃ）に示すように、
縮流位置１４より下流側にミキシングゾーン１５が形成
され、流量係数が増大する要因となるが、図３（Ａ）
（Ｂ）のように、縮流位置１４を負圧面側に移動させて
再付着を防止することにより、ミキシングゾーン１５の
形成を防ぎ、流量係数を低く抑えることができる。
部が外側に突出した山形に形成され、これにより図３
（Ａ）（Ｂ）に示すように、正圧側と負圧側のクリアラ
ンスが大きく中間部のクリアランスが小さく構成されて
いるので、正圧面側に設けたテーパ面１１ａ（又はテー
パ曲面）が、縮流位置１４を負圧面側に移動させ、これ
により、縮流位置１４と負圧面の距離が短くなるのでミ
キシングを抑えることができる。すなわち、流線１３が
翼端面１１に再付着すると、図３（Ｃ）に示すように、
縮流位置１４より下流側にミキシングゾーン１５が形成
され、流量係数が増大する要因となるが、図３（Ａ）
（Ｂ）のように、縮流位置１４を負圧面側に移動させて
再付着を防止することにより、ミキシングゾーン１５の
形成を防ぎ、流量係数を低く抑えることができる。
【００１６】更に、負圧面側に設けたテーパ面１１ｂ
（又はテーパ曲面）により、翼端面１１の位置が内側に
移動するので、再付着を確実に防止することができる。
従ってこれらの相乗効果により、翼厚が相対的に厚い翼
列におけるチップクリアランス流量の増加を防ぐことが
でき、その結果、圧損を従来形状より低減することがで
きる。
（又はテーパ曲面）により、翼端面１１の位置が内側に
移動するので、再付着を確実に防止することができる。
従ってこれらの相乗効果により、翼厚が相対的に厚い翼
列におけるチップクリアランス流量の増加を防ぐことが
でき、その結果、圧損を従来形状より低減することがで
きる。
【００１７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、同様のチップクリアランスを有するタービン、送
風機等の動翼にも適用できる等、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更できることは勿論である。
れず、同様のチップクリアランスを有するタービン、送
風機等の動翼にも適用できる等、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】上述したように、本発明の回転機械の動
翼は、翼端クリアランスを通過する漏れ流れによる損失
を低減することができる優れた効果を有する。
翼は、翼端クリアランスを通過する漏れ流れによる損失
を低減することができる優れた効果を有する。
【図１】鋭角オリフィスを流れるポシャル流れを示す図
である。
である。
【図２】混合を伴うポシャル流れのモデル図である。
【図３】本発明による回転機械の動翼の構成図である。
【図４】従来の回転機械の動翼の模式図である。
【図５】従来の圧縮機動翼を上流側から見た斜視図であ
る。
る。
１ 動翼 １ａ 翼端部（チップ部） １ｂ 翼根元部（ルート部） ２ ハブ ３ ケーシング ４ 漏れ流れ １０ 回転機械の動翼 １１ 翼端面 １１ａ，１１ｂ テーパ面 １１ｃ 平面 １２ ケーシング １３ 縮流流線 １４ 縮流位置 １５ 混合領域（ミキシングゾーン）
Claims (3)
- 【請求項１】 翼端面の中央部が外側に突出した山形に
形成され、これにより正圧側と負圧側のクリアランスが
大きく中間部のクリアランスが小さく構成されている、
ことを特徴とする回転機械の動翼。 - 【請求項２】 前記山形は、正圧側と負圧側のテーパ面
とその間の平面とからなる、ことを特徴とする請求項１
に記載の回転機械の動翼。 - 【請求項３】 前記山形は、中間部が高く正圧側と負圧
側が低い曲面からなる、ことを特徴とする請求項１に記
載の回転機械の動翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10000076A JPH11201092A (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 回転機械の動翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10000076A JPH11201092A (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 回転機械の動翼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201092A true JPH11201092A (ja) | 1999-07-27 |
Family
ID=11464087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10000076A Pending JPH11201092A (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 回転機械の動翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11201092A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140124196A (ko) * | 2013-04-16 | 2014-10-24 | 엘지전자 주식회사 | 터보팬 및 이를 사용한 천정형 공기조화기 |
| US9353632B2 (en) | 2010-10-21 | 2016-05-31 | Rolls-Royce Plc | Aerofoil structure |
| EP2559853A3 (en) * | 2011-08-18 | 2017-09-06 | United Technologies Corporation | Gasturbine engine airfoil seal |
| US9803495B2 (en) | 2014-06-10 | 2017-10-31 | Rolls-Royce Plc | Assembly |
| WO2018092875A1 (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 三菱重工業株式会社 | 圧縮機、及びそのブレードの製造方法 |
-
1998
- 1998-01-05 JP JP10000076A patent/JPH11201092A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9353632B2 (en) | 2010-10-21 | 2016-05-31 | Rolls-Royce Plc | Aerofoil structure |
| EP2559853A3 (en) * | 2011-08-18 | 2017-09-06 | United Technologies Corporation | Gasturbine engine airfoil seal |
| KR20140124196A (ko) * | 2013-04-16 | 2014-10-24 | 엘지전자 주식회사 | 터보팬 및 이를 사용한 천정형 공기조화기 |
| US9803495B2 (en) | 2014-06-10 | 2017-10-31 | Rolls-Royce Plc | Assembly |
| WO2018092875A1 (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 三菱重工業株式会社 | 圧縮機、及びそのブレードの製造方法 |
| CN109964044A (zh) * | 2016-11-18 | 2019-07-02 | 三菱重工业株式会社 | 压缩机及其叶片的制造方法 |
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