JPS6340922B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6340922B2 JPS6340922B2 JP17446981A JP17446981A JPS6340922B2 JP S6340922 B2 JPS6340922 B2 JP S6340922B2 JP 17446981 A JP17446981 A JP 17446981A JP 17446981 A JP17446981 A JP 17446981A JP S6340922 B2 JPS6340922 B2 JP S6340922B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling air
- rotor
- rotating body
- introduction hole
- flow
- 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
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
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は中空の回転体の中へ流体を導入する装
置に係り、特にガスタービンの動翼冷却空気を中
空のロータ内へ供給するに好適な回転体の流体導
入装置に関するものである。
置に係り、特にガスタービンの動翼冷却空気を中
空のロータ内へ供給するに好適な回転体の流体導
入装置に関するものである。
第1図は従来一般に用いられているガスタービ
ンの動翼冷却空気の流路を示すための断面図であ
る。
ンの動翼冷却空気の流路を示すための断面図であ
る。
空気圧縮機から抽気された冷却空気60は、タ
ービンケーシング1に設けられた空気導入孔5か
らロータ10とケーシング1との間に形成された
ヘツダ14へ供給される。
ービンケーシング1に設けられた空気導入孔5か
らロータ10とケーシング1との間に形成された
ヘツダ14へ供給される。
ヘツダ14に供給された冷却空気はロータ10
に設けられた冷却空気導入孔15からロータ10
の内部に導かれ、ロータ10の回転軸心Aに向か
う冷却空気流65を生じる。
に設けられた冷却空気導入孔15からロータ10
の内部に導かれ、ロータ10の回転軸心Aに向か
う冷却空気流65を生じる。
上記の冷却空気流65はタービンデイスク2
0,20の間に設けられたスペーサ30の冷却空
気用スリツト25を通り、各冷却動翼45,4
5′に供給される。
0,20の間に設けられたスペーサ30の冷却空
気用スリツト25を通り、各冷却動翼45,4
5′に供給される。
前記の冷却空気の流量はスリツト25で制御さ
れる。従つて、上記冷却空気の流路である冷却空
気導入孔15においては冷却空気60をなるべく
少ない圧力損失で流通させることが望ましい。
れる。従つて、上記冷却空気の流路である冷却空
気導入孔15においては冷却空気60をなるべく
少ない圧力損失で流通させることが望ましい。
上記の空気導入孔15を通る―断面を第2
図に示す。
図に示す。
矢印ωはロータ10の回転方向を示す。前記の
冷却空気導入孔15はロータ10の半径方向
BB′よりもロータ回転方向に角θだけ傾け、冷却
空気がロータ10に対して矢印W方向に流動する
ように工夫されている。しかし、上記の角θは導
入孔15の加工技術並びに強度上の制約により余
り大きくできず、従来においては多くの場合、θ
=0になつている。
冷却空気導入孔15はロータ10の半径方向
BB′よりもロータ回転方向に角θだけ傾け、冷却
空気がロータ10に対して矢印W方向に流動する
ように工夫されている。しかし、上記の角θは導
入孔15の加工技術並びに強度上の制約により余
り大きくできず、従来においては多くの場合、θ
=0になつている。
第3図は前記の導入孔15からロータ内に流入
する冷却空気の速度ベクトル図の一例である。本
例は前記の角θを零としていない場合である。
する冷却空気の速度ベクトル図の一例である。本
例は前記の角θを零としていない場合である。
冷却空気は導入孔15に対して矢印Wの速度で
流入する。然しロータ10が回転しているので、
導入孔15は矢印Uの周速を有している。その結
果、冷却空気の絶対速度は矢印Wと矢印Uとをベ
クトル合成した矢印Vとなり、ロータ10の回転
方向の周速成分V〓を有している。
流入する。然しロータ10が回転しているので、
導入孔15は矢印Uの周速を有している。その結
果、冷却空気の絶対速度は矢印Wと矢印Uとをベ
クトル合成した矢印Vとなり、ロータ10の回転
方向の周速成分V〓を有している。
これを第2図について見れば、冷却空気はロー
タ10に対して前述のように矢印W方向に流入す
るが、ロータ10が矢印ω方向に回転して矢印U
方向の周速を有しているため、ガスタービンの固
定部分を基準にすると冷却空気は矢印Vのように
半径方向BB′に対して斜に流入する。
タ10に対して前述のように矢印W方向に流入す
るが、ロータ10が矢印ω方向に回転して矢印U
方向の周速を有しているため、ガスタービンの固
定部分を基準にすると冷却空気は矢印Vのように
半径方向BB′に対して斜に流入する。
斜に流入した冷却空気はロータ10の回転中心
軸に向かつて矢印CのごとくrV〓=一定の自由渦
流れとなる。但し、rはロータ軸心からの半径、
V〓は前記の周速成分である。
軸に向かつて矢印CのごとくrV〓=一定の自由渦
流れとなる。但し、rはロータ軸心からの半径、
V〓は前記の周速成分である。
このため、冷却空気流が回転中心軸に近づいて
rが小さくなると周速成分V〓が非常に大きくな
る。
rが小さくなると周速成分V〓が非常に大きくな
る。
一方、タービンデイスク20の中心部に設けら
れた冷却空気通路である内孔22の壁面は半径r
とロータ角速度ωとで決まる周速rωで回転して
いるので、前述のように冷却空気流の周速成分
V〓が大きくなつて内孔22の周速rωとの間に大
きい速度差を生じると、冷却空気流は内孔22と
の相対的な旋回流動の摩擦により大きい圧力損失
を生じる。
れた冷却空気通路である内孔22の壁面は半径r
とロータ角速度ωとで決まる周速rωで回転して
いるので、前述のように冷却空気流の周速成分
V〓が大きくなつて内孔22の周速rωとの間に大
きい速度差を生じると、冷却空気流は内孔22と
の相対的な旋回流動の摩擦により大きい圧力損失
を生じる。
デイスク内孔22において大きい圧力損失を生
じると動翼45,45′の入口における冷却空気
圧力が低くなり、主流ガス50との圧力差が小さ
くなるので、冷却空気流量が所要量よりも小さく
なつて充分の冷却効果を生じない。従つて動翼の
過熱および過熱による損傷を生じる虞れがある。
じると動翼45,45′の入口における冷却空気
圧力が低くなり、主流ガス50との圧力差が小さ
くなるので、冷却空気流量が所要量よりも小さく
なつて充分の冷却効果を生じない。従つて動翼の
過熱および過熱による損傷を生じる虞れがある。
本発明は上述の事情に鑑みて為され、前記のロ
ータ軸のように中空の回転体の中へ、その外周壁
に穿たれた導入孔から流体を導入する場合、導入
孔付近において流体に与える周速成分(上例にお
けるV〓)をなるべく小さくして而も導入孔付近
での圧力損失が小さい流体導入装置を提供しよう
とするものである。
ータ軸のように中空の回転体の中へ、その外周壁
に穿たれた導入孔から流体を導入する場合、導入
孔付近において流体に与える周速成分(上例にお
けるV〓)をなるべく小さくして而も導入孔付近
での圧力損失が小さい流体導入装置を提供しよう
とするものである。
上記の目的を達成するため、本発明は、中空回
転体の外周壁に設けた導入孔の内壁面に流体の流
動を回転方向と反対に誘導するように流出角偏向
板を取りつけることを特徴とする。
転体の外周壁に設けた導入孔の内壁面に流体の流
動を回転方向と反対に誘導するように流出角偏向
板を取りつけることを特徴とする。
次に本発明の一実施例を第4図について説明す
る。
る。
10はロータ、15は冷却空気導入孔である。
本実施例における上記の冷却空気導入孔は、ロー
タ10の外周面に垂直に穿つた円形の透孔であ
る。
本実施例における上記の冷却空気導入孔は、ロー
タ10の外周面に垂直に穿つた円形の透孔であ
る。
フランジを備えた円筒状の支持部材4を冷却空
気導入孔15に嵌合し、適宜の固定手段(例えば
取付ボルトなど・図示せず)を用いて固定する。
気導入孔15に嵌合し、適宜の固定手段(例えば
取付ボルトなど・図示せず)を用いて固定する。
上記支持部材の図示上端はロータ10の外部の
側であり冷却空気の流入側である。また図示下端
はロータ10の内側であり、導入孔15を通過す
る冷却空気の流出側である。
側であり冷却空気の流入側である。また図示下端
はロータ10の内側であり、導入孔15を通過す
る冷却空気の流出側である。
前記支持部材4のロータ外部側に、その回転方
向後側に掻き込み板2の一端を固着し、その自由
端を回転方向前方に向けて斜に開いた姿勢とす
る。また、支持部材4のロータ内部側に、その回
転方向前側に流出角偏向板3の一端を固着し、そ
の自由端を回転方向後方に向けて斜に開いた姿勢
とする。
向後側に掻き込み板2の一端を固着し、その自由
端を回転方向前方に向けて斜に開いた姿勢とす
る。また、支持部材4のロータ内部側に、その回
転方向前側に流出角偏向板3の一端を固着し、そ
の自由端を回転方向後方に向けて斜に開いた姿勢
とする。
第5図は前記の支持部材4と、これに固着した
掻き込み板2及び流出角偏向板3とを抽出して描
いた斜視図である。
掻き込み板2及び流出角偏向板3とを抽出して描
いた斜視図である。
支持部材4と掻き込み板2の側縁との間に金属
製の扇形波板6,6を固着し、上記扇形波板6,
6の弾力によつて掻き込み板2が開閉方向に動き
得るようにする。また、流体偏向板3は弾性を有
する金属板で形成して開閉方向に撓み変形ができ
るようにする。
製の扇形波板6,6を固着し、上記扇形波板6,
6の弾力によつて掻き込み板2が開閉方向に動き
得るようにする。また、流体偏向板3は弾性を有
する金属板で形成して開閉方向に撓み変形ができ
るようにする。
上記の掻き込み板2および流出角偏向板3はロ
ータ10の回転に伴つて遠心力を受けるので、回
転速度の変化に応じて遠心力と弾性的復元力との
バランスにより開閉角度が変わる。即ち、低速回
転時には掻き込み板2は実線で示した2a位置と
なり、この時の開き角はαaである。ロータ10が
高速で回転すると開き角がαbに増加し、掻き込み
板2は破線で示した2b位置となる。
ータ10の回転に伴つて遠心力を受けるので、回
転速度の変化に応じて遠心力と弾性的復元力との
バランスにより開閉角度が変わる。即ち、低速回
転時には掻き込み板2は実線で示した2a位置と
なり、この時の開き角はαaである。ロータ10が
高速で回転すると開き角がαbに増加し、掻き込み
板2は破線で示した2b位置となる。
同様に、低速回転時は流出角偏向板3は開き角
βaの実線位置3a、高速回転時は開き角βbの破線
位置3bとなる。
βaの実線位置3a、高速回転時は開き角βbの破線
位置3bとなる。
本実施例は以上のように構成してあるので、ロ
ータ10が回転しているとき、ロータ10を基準
にとして見ると冷却空気流65は掻き込み板2及
び流出角偏向板3によつて形成される流路に従つ
て、ロータ10の回転方向矢印ωと反対方向の周
速成分を与えられる。
ータ10が回転しているとき、ロータ10を基準
にとして見ると冷却空気流65は掻き込み板2及
び流出角偏向板3によつて形成される流路に従つ
て、ロータ10の回転方向矢印ωと反対方向の周
速成分を与えられる。
実線で示した矢印65aはロータ10が低速で
回転し、掻き込み板2が実線位置2a、流出角偏
向板3が実線位置3aのときの冷却空気流線であ
る。
回転し、掻き込み板2が実線位置2a、流出角偏
向板3が実線位置3aのときの冷却空気流線であ
る。
破線で示した矢印65bはロータ10が高速で
回転し、掻き込み板2が破線位置2b、流出角偏
向板3が破線位置3bのときの冷却空気流線であ
る。
回転し、掻き込み板2が破線位置2b、流出角偏
向板3が破線位置3bのときの冷却空気流線であ
る。
上述のように、高速回転時は掻き込み板2の開
き角が大きくなつて冷却空気を有効に導入孔15
内に導くとともに、流出向偏向板3の開き角が小
さくなつて冷却空気流65に大きい周速方向成分
(ロータ回転の反対方向)を与える。第6図は上
記実施例の速度ベクトルを示す。実線矢印Uaは
低速時の、破線矢印Ubは高速時の導入孔15の
周速である。実線矢印Waは低速時の、破線矢印
Wbは高速時の導入孔に対する冷却空気の流速で
ある。実線矢印Vaは低速時の、破線矢印は高速
時の冷却空気の絶対流速である。
き角が大きくなつて冷却空気を有効に導入孔15
内に導くとともに、流出向偏向板3の開き角が小
さくなつて冷却空気流65に大きい周速方向成分
(ロータ回転の反対方向)を与える。第6図は上
記実施例の速度ベクトルを示す。実線矢印Uaは
低速時の、破線矢印Ubは高速時の導入孔15の
周速である。実線矢印Waは低速時の、破線矢印
Wbは高速時の導入孔に対する冷却空気の流速で
ある。実線矢印Vaは低速時の、破線矢印は高速
時の冷却空気の絶対流速である。
上記ベクトル図により、導入孔周速Uの増減に
応じて冷却空気の流出速度W(ロータに関する相
対速度)の反ロータ回転方向の周速成分が増加
し、矢印Uと矢印Wとの合成である冷却空気絶対
速度Vの周速成分がほとんど零であること、即
ち、導入孔15を通過した冷却空気が半径方向
BB′に、渦巻き流とならずに導入されることが理
解される。
応じて冷却空気の流出速度W(ロータに関する相
対速度)の反ロータ回転方向の周速成分が増加
し、矢印Uと矢印Wとの合成である冷却空気絶対
速度Vの周速成分がほとんど零であること、即
ち、導入孔15を通過した冷却空気が半径方向
BB′に、渦巻き流とならずに導入されることが理
解される。
上述のように、導入孔15から流出する冷却空
気に反ロータ回転方向の周速を与えて冷却空気流
を半径方向BB′に沿つて導入するという効果は、
導入孔15のロータ内部側に流出角偏向板3を設
けることによつて得られる。
気に反ロータ回転方向の周速を与えて冷却空気流
を半径方向BB′に沿つて導入するという効果は、
導入孔15のロータ内部側に流出角偏向板3を設
けることによつて得られる。
そして、導入孔15のロータ外部側に掻き込み
板2を設けることによつて冷却空気流の半径方向
流速成分を増加せしめることができる。
板2を設けることによつて冷却空気流の半径方向
流速成分を増加せしめることができる。
更に、前記の掻き込み板2及び流出角偏向板3
の取付角度(上記実施例における開き角度)をロ
ータ回転速度に応じて変化させることにより、広
い範囲の回転速度においてロータの周速と冷却空
気流に与えた周速成分を相殺せしめてその絶対速
度をロータ半径方向とほぼ等しい方向に維持させ
ることができる。
の取付角度(上記実施例における開き角度)をロ
ータ回転速度に応じて変化させることにより、広
い範囲の回転速度においてロータの周速と冷却空
気流に与えた周速成分を相殺せしめてその絶対速
度をロータ半径方向とほぼ等しい方向に維持させ
ることができる。
第7図は前記と異なる実施例を示す。前記実施
例においては冷却空気導入孔15を円形透孔と
し、支持部材4をこれに嵌合する円筒状(フラン
ジ付き)としたが、前記の冷却空気導入孔15を
方形透孔(図示せず)とし、支持部材を第7図の
4′のように四角筒状(フランジ付き)とするこ
ともできる。この場合、掻き込み板2′および流
出角偏向板3′の形状は任意に設定することがで
きるが、本図に示すように支持部材4′に適合す
る方形とすることも一案である。
例においては冷却空気導入孔15を円形透孔と
し、支持部材4をこれに嵌合する円筒状(フラン
ジ付き)としたが、前記の冷却空気導入孔15を
方形透孔(図示せず)とし、支持部材を第7図の
4′のように四角筒状(フランジ付き)とするこ
ともできる。この場合、掻き込み板2′および流
出角偏向板3′の形状は任意に設定することがで
きるが、本図に示すように支持部材4′に適合す
る方形とすることも一案である。
第8図は第6図に示した速度ベクトルを分解し
て模式的にロータ10に当てはめた説明図で、従
来装置における第2図に対応する図であり、ロー
タ10の低速回転の場合を例示している。
て模式的にロータ10に当てはめた説明図で、従
来装置における第2図に対応する図であり、ロー
タ10の低速回転の場合を例示している。
導入孔15を基準として見ると、冷却空気は矢
印Waのようにロータ10の回転方向(矢印ω)
と反対の周速を与えられる。ところが導入孔15
は矢印ω方向に回転していて矢印Uaの周速を有
しているので流入空気の絶対速度は矢印Vaのよ
うにロータ10の回転中心軸に向かうものとな
る。
印Waのようにロータ10の回転方向(矢印ω)
と反対の周速を与えられる。ところが導入孔15
は矢印ω方向に回転していて矢印Uaの周速を有
しているので流入空気の絶対速度は矢印Vaのよ
うにロータ10の回転中心軸に向かうものとな
る。
矢印Vaのように半径BB′にほぼ沿つた方向に流
入した空気は自由渦流れを生じない。このため、
第1図において冷却空気流65がタービンデイス
ク20の内孔22を通過する際に大きい圧力損失
を生じる虞れが無く、動翼45,45′に所要量
の冷却空気を供給することができる。
入した空気は自由渦流れを生じない。このため、
第1図において冷却空気流65がタービンデイス
ク20の内孔22を通過する際に大きい圧力損失
を生じる虞れが無く、動翼45,45′に所要量
の冷却空気を供給することができる。
以上説明したように、本発明は、中空の回転体
の外周壁に設けた導入孔の回転体の内側に流体の
流動を回転方向と反対に誘導する流出角偏向板を
取付けることにより、導入流体に対し導入孔に関
して回転方向と反対の周速を与え、導入流体の絶
対速度の周速成分を著しく小ならしめることがで
き、その上、導入孔付近においては別段の圧力損
失を生じる虞れが無い。
の外周壁に設けた導入孔の回転体の内側に流体の
流動を回転方向と反対に誘導する流出角偏向板を
取付けることにより、導入流体に対し導入孔に関
して回転方向と反対の周速を与え、導入流体の絶
対速度の周速成分を著しく小ならしめることがで
き、その上、導入孔付近においては別段の圧力損
失を生じる虞れが無い。
第1図は冷却動翼を備えたガスタービンの冷却
空気流路を説明するための断面図、第2図は従来
形の流体導入装置の断面図、第3図は同ベクトル
図、第4図は本発明に係る流体導入装置の一実施
例におけるタービンロータの断面図、第5図は同
要部を抽出した斜視図、第6図は上記実施例にお
けるベクトル図、第7図は上記と異なる実施例を
示し上記実施例における第5図に対応する図、第
8図は第6図のベクトル図を分解して模式的にロ
ータ断面図に当てはめた説明図である。 2…掻き込み板、2a…同低速回転時位置、2
b…同高速回転時位置、3…流出角偏向板、3a
…同低速回転時位置、3b…同高速回転時位置、
5,15…冷却空気の導入孔、6…扇形波板、1
0…ロータ、20…タービンデイスク、22…デ
イスク内孔、45,45′…冷却動翼、60…冷
却空気、65…冷却空気流。
空気流路を説明するための断面図、第2図は従来
形の流体導入装置の断面図、第3図は同ベクトル
図、第4図は本発明に係る流体導入装置の一実施
例におけるタービンロータの断面図、第5図は同
要部を抽出した斜視図、第6図は上記実施例にお
けるベクトル図、第7図は上記と異なる実施例を
示し上記実施例における第5図に対応する図、第
8図は第6図のベクトル図を分解して模式的にロ
ータ断面図に当てはめた説明図である。 2…掻き込み板、2a…同低速回転時位置、2
b…同高速回転時位置、3…流出角偏向板、3a
…同低速回転時位置、3b…同高速回転時位置、
5,15…冷却空気の導入孔、6…扇形波板、1
0…ロータ、20…タービンデイスク、22…デ
イスク内孔、45,45′…冷却動翼、60…冷
却空気、65…冷却空気流。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 中空の回転体の外周壁に導入孔を設けて回転
体の外部の流体を回転体内部に導入する装置にお
いて、上記導入孔の回転体の内側に流体の流動を
回転方向と反対に誘導する流出角偏向板を取付け
たことを特徴とする回転体の流体導入装置。 2 上記の導入孔は、その回転体の外側に流体の
流動を回転方向と反対に誘導する掻き込み板を取
付けたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の流体導入装置。 3 上記の流動角偏向板および掻き込み板は、回
転体の速度に応じて回転体に対する取付角度が自
動的に変化するものであることを特徴とする特許
請求の範囲第2項に記載の回転体の流体導入装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17446981A JPS5877127A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 回転体の流体導入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17446981A JPS5877127A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 回転体の流体導入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5877127A JPS5877127A (ja) | 1983-05-10 |
| JPS6340922B2 true JPS6340922B2 (ja) | 1988-08-15 |
Family
ID=15979022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17446981A Granted JPS5877127A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 回転体の流体導入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5877127A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0315513U (ja) * | 1989-06-27 | 1991-02-15 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5054996A (en) * | 1990-07-27 | 1991-10-08 | General Electric Company | Thermal linear actuator for rotor air flow control in a gas turbine |
| FR2884867B1 (fr) | 2005-04-21 | 2007-08-03 | Snecma Moteurs Sa | Dispositif de regulation du debit d'air circulant dans un arbre rotatif d'une turbomachine |
| US9359902B2 (en) | 2013-06-28 | 2016-06-07 | Siemens Energy, Inc. | Turbine airfoil with ambient cooling system |
-
1981
- 1981-11-02 JP JP17446981A patent/JPS5877127A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0315513U (ja) * | 1989-06-27 | 1991-02-15 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5877127A (ja) | 1983-05-10 |
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