KR101891853B1 - 원심 압축기 임펠러 - Google Patents

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마티유 헤란
로렌트 피에르 타르노브스키
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사프란 헬리콥터 엔진스
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Abstract

본 발명은 원심 압축기의 분야에 관한 것으로, 특히 웹(202)과 웹(202)의 전면(203)에서 웹(202)에 고정된 블레이드(205)를 갖는 원심 압축기(3)의 임펠러(201)에 관한 것이다. 트레일링 에지(207)와 블레이드 뿌리(215) 사이의 교차점은 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 뿌리(215)보다 적어도 하나의 웹(202)의 절반 두께만큼 더 전방에 있고, 트레일링 에지(207)와 블레이드 팁(216) 사이의 교차점도 또한 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 팁(216)보다 더 전방에 있다.

Description

원심 압축기 임펠러 {Centrifugal Compressor Impeller}
본 발명은 원심 압축기의 분야에 관한 것이다.
본 발명은 특히 웹과 웹의 전면에서 웹에 고정되되 각각이 리딩 에지와 트레일링 에지를 갖는 블레이드를 가지는 원심 압축기 임펠러에 관한 것이고, 본 발명은 또한 그러한 임펠러를 포함하는 원심 압축기, 및 그러한 원심 압축기를 포함하는 터빈 엔진에 관한 것이다. 이러한 맥락에서, 용어 "터빈 엔진"은 예를 들어 직통(straight-flow) 또는 바이패스 터보제트, 터보프롭, 터보샤프트 엔진 및/또는 터보압축기 등과 같은 기계를 지정한다.
아래의 설명에서, 용어 "상류(upstream)"와 "하류(downstream)"는 압축기를 통한 유체의 정상 흐름 방향에 관하여 정의된다. 용어 "전방(front)", "후방(rear)", "축방향(axial)" 및 "반경방향(radial)"은 임펠러의 회전의 축에 관하여 정의된다.
원심 압축기는 일반적으로 고정부와 "임펠러(impeller)"라 불리고 압축기의 회전 블레이드를 운반하는 회전부를 가지고 있다. 동작 시에, 임펠러는 전형적으로 높은 속도로 회전한다. 따라서, 임펠러는 원심 응력(centrifugal stress)을 받게 된다.
원심 압축기 임펠러의 형상은 압축기를 통한 유체의 흐름에 의해 결정된다. 전형적으로, 이러한 원심 압축기에 있어서는, 유체는 실질적으로 축방향(axial), 즉 임펠러의 회전의 축에 평행한 방향으로 압축기 내로 들어간다. 흐름 통로와 회전 블레이드는, 유체가 임펠러의 회전의 축에 실질적으로 수직한 방향으로 임펠러를 따나는 것과 같은 방식으로 유체를 반경방향으로 바깥쪽으로 보낸다. 따라서, 블레이드는 실질적으로 반경방향인 리딩 에지 및 실질적으로 축방향인 트레일링 에지를 갖되, 임펠러의 회전의 축으로부터 반경방향으로 더 멀리 떨어져 배치되고, 리딩 에지 뒤에 축방향으로 위치된다.
웹은 회전 블레이드를 함께 고정하고, 그것들을 압축기의 샤프트(shaft, 축)에 고정한다. 이를 위해, 각 블레이드는 웹에 고정되어 웹의 전면(front face)에 위치된다. 웹은 또한 임펠러를 통해 유체 흐름 통로의 루트면(root face, 뿌리면)을 정의하는 역할을 한다. 따라서, 웹은 일반적으로 축대칭(axisymmetric)이며, 축방향으로 점진적으로 바깥쪽으로 구부러진다. 웹과 이러한 형상을 갖는 블레이드에 의해서, 원심 가속도(centrifugal acceleration)가 임펠러의 주변을 전방으로 구부리는 경향이 있는 굽힘 모멘트(bending moment)를 임펠러에 발생시킨다. 이 굽힘 모멘트는 임펠러의 주변으로부터 웹과 압축기의 샤프트 사이의 연결을 향해 진행하는 것을 지속적으로 증가시키고, 압축기가 중간 속도로 동작할 때 대량의 여유 공간(clearance)을 유지하는 것이 필요하게 만들어 기계의 성능을 불리하게 만든다. 이 모멘트에 견디기 위해서, 전형적으로 웹과 임펠러를 로터리 샤프트(rotary shaft, 회전 축)에 고정하기 위한 수단을 강화하는 제안이 있었다. 그럼에도 불구하고, 공기 흐름 통로에 근접하여 부가되는 중량이 임펠러의 벌크(bulk)의 증가를 필요로 하기 때문에, 이와 같이 해서 압축기 임펠러의 회전부를 강화하는 것은 아주 현저한 중량의 페널티(penalty)로 이어진다.
그 단점을 극복하기 위해, 미국 특허 제 4 060 337 호는 임펠러 웹의 많은 부분을 제거하고 단지 베이스(base)와 주변에서 블레이드를 연결하는 것을 제안하고 있다. 그럼에도 불구하고, 그 압축기는 압력 측으로부터 각 블레이드의 흡입 측으로의 흐름의 결과로 임펠러의 공기 역학적 성능에 현저한 감소를 받고 있다.
영국 특허출원 GB 2 472 621 A에는, 단지 임펠러 상의 물질의 존재를 그 기능 영역으로 제한하기 위해 축방향 오프셋이 있는 2개의 림(rim)을 통해 회전 축에 임펠러를 연결하는 제안이 있었다. 미국 특허출원 US 2010/0098546 A1은 임펠러의 주변 중량이 제한되어 최적으로 위치되도록 그 주변에서 임펠러의 웹을 비게 만듦으로써 압축기가 최적화되도록 하는 것을 제안하고 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 두 가지 방법에서 얻어질 수 있는 중량 감소는 최종의 단일 조각 부품을 제조할 때의 어려움에 의해 불리하게 된다.
독일 특허 DE 906 975는 웹이 임펠러의 중간 직경에서보다 그 주변에서 축방향으로 더 진행하는 임펠러를 제안하고 있다. 그럼에도 불구하고, 당해 웹도 중량을 제한하는 것이 중요한 우선 순위인 기존의 압축기 또는 항공 엔진에 채용하기 어려울 수 있는 축방향에서의 임펠러의 주변의 변형을 제한하기 위해, 블레이드 팁에 고정되어야 할 보강 디스크를 필요로 한다. 미국 특허출원 US 2017/0077147 A1 및 영국 특허 GB 553 747은 주변에서 진행되지만 그럼에도 불구하고 빠른 속도에서의 임펠러의 축방향 변형의 문제를 해결하기 위해 제안되어 있지 않은 웹을 갖춘 다른 임펠러를 나타내고 있다..
본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
제1 국면에서는, 트레일링 에지와 블레이드 뿌리 사이의 교차점은 임펠러의 중간 직경의 블레이드 뿌리보다 더 전방에 있다. 특히, 적어도 하나의 웹의 절반 두께만큼 더 전방에 있을 수 있다. 게다가, 트레일링 에지와 블레이드 팁 사이의 교차점도 또한 임펠러의 중간 직경에서 블레이드 팁보다 더 전방에 있다. 이와 같이 해서, 임펠러의 주변에서 굽힘 모멘트가 반전되어 그 최대 절대값이 더 작아지게 되고, 그에 따라 양호한 공기 역학적 효율을 유지하면서 축방향으로의 임펠러의 변형을 제한한다.
제2 국면에서는, 임펠러의 주변에서, 전면이 실질적으로 반경방향의 방향으로 배향된다. 이것은, 임펠러로부터 출구에서 유체의 흐름을 평탄케 하는 역할을 하고, 따라서 임펠러로부터 통상적인 반경방향 확산기 다운스트림을 이용하는 것이 가능하게 된다.
제3 국면에서, 임펠러는 또한 웹의 후면에 연결되어 로터리 샤프트에 고정되기에 적합한 림(rim)을 포함하고 있다. 특히, 림은 반경방향 패스너 디스크를 포함할 수 있다. 이것은, 임펠러가 중량 면에서 효과적이고 비교적 가볍게 하는 방식으로 압축기의 로터리 샤프트에 고정되는 것이 가능하게 한다.
제4 국면에서, 원심 압축기는 또한 블레이드의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이의 유체 흐름 통로를 정의하기 위해 웹과 협력하도록 블레이드를 커버하는 커버(cover, 덮개)를 가지고 있다. 따라서, 이와 같이 해서 압력 측으로부터 각 블레이드의 흡입 측으로 넘쳐흐르는 유체를 제한함으로써 원심 압축기의 공기 역학적 손실은 현저히 저감될 수 있다. 특히, 이 경우에 커버는 임펠러 블레이드의 리딩 에지보다 임펠러 블레이드의 트레일링 에지에 더 근접한 적어도 하나의 패스너 포인트를 포함할 수 있다. 고속에서의 임펠러의 반경방향 주변의 축방향 모멘트가 웹의 전면에 의해 형성되는 곡선의 축방향에서의 논바이젝션(non-bijection)에 의해 제한될 수 있기 때문에, 커버의 축방향 체결은 임펠러의 주변에 근접하여 위치될 수 있고, 따라서 중간 속도로 임펠러의 주변에서 커버와 임펠러의 블레이드 사이의 여유 공간을 제한하는 것이 가능하게 되며, 그에 따라 공기 역학적 효율성을 증가시킨다. 또한, 커버는 닫힌 임펠러를 형성하기 위해 블레이드에 고정될 수 있다.
본 발명은 잘 이해될 수 있고, 그 이점은 비제한적인 예에 의해 주어진 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽을 때에 잘 나타난다. 그 설명은 첨부도면을 참조한다:
도 1은 원심 압축기를 포함하는 터빈 엔진의 개략적인 종단면도이다;
도 2는 종래기술의 원심 압축기용의 임펠러의 종단면도이다;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서의 원심 압축기의 종단면도이다; 및
도 4는 본 발명의 제2 실시예에서의 원심 압축기용의 임펠러의 종단면도이다.
터빈 엔진, 더 구체적으로는 터보샤프트 엔진(1)은, 도 1에서 설명의 방법으로 도식적으로 나타내어져 있다. 작동 유체(working fluid)의 흐름 방향에 있어서, 터보샤프트 엔진(1)은 축방향 압축기(axial compressor; 2), 원심 압축기(3), 연소실(4), 제1 축방향 터빈(5), 및 제2 축방향 터빈(6)을 구비하고 있다. 게다가, 터보샤프트 엔진(1)은 제1 로터리 샤프트(rotary shaft; 7) 및 제1 로터리 샤프트(7)와 동축의 제2 로터리 샤프트(8)를 가지고 있다.
제2 로터리 샤프트(8)는, 연소실(4)로부터 하류의 제1 축방향 터빈(5)을 통한 작동 유체의 팽창이 연소실(4)로부터 상류의 압축기(2, 3)를 구동하는 역할을 하도록, 축방향 압축기(2) 및 원심 압축기(3)를 제1 축방향 터빈(5)에 연결한다. 제1 로터리 샤프트(7)는, 제1 축방향 터빈(5)으로부터 하류에 있는 제2 축방향 터빈(6)에서의 작동 유체의 계속되는 팽창이 전원 콘센트(power outlet; 9)를 구동하는 역할을 하도록 하는 방식으로 제2 축방향 터빈(6)을 엔진의 하류 및/또는 상류에 위치된 전원 콘센트(9)에 연결한다.
따라서, 축방향 및 원심 압축기(2, 3)에서의 작동 유체의 연속적인 압축에 이어 연소실(4)의 작동 유체의 가열이 뒤따르고, 제2 축방향 터빈(6)에서의 그 확장에 의해 연소실(4)에서의 연소에 의해 얻어지는 열 에너지의 일부를 전원 콘센트(9)를 매개로 하여 추출되는 기계 작업으로 변환하는 역할을 한다. 도시된 터빈 엔진에서는, 구동 유체는 연소실(4)에 부가되어 연소실(4)에서 탄 연료를 포함하고 있는 공기로서, 여기서 연료는 예를 들어 탄화수소일 수 있다.
동작 시에, 로터리 샤프트(7, 8)는 대략 5000 rpm(revolution per minute) 내지 60,000 rpm의 속도로 회전한다. 따라서 압축기(2, 3) 및 터빈(5, 6)의 회전 부분은 높은 레벨의 원심력을 받는다. 도 2를 참조하면, 이들 원심력이 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 기존의 원심 압축기의 임펠러(101)에 어떻게 작용하는지를 알 수 있다. 임펠러(101)는 전면(103)과 후면(104)을 제공하는 실질적으로 축대칭 웹(102)을 가지고 있다. 블레이드(105)는 웹(102)의 전면(103)에 블레이드 뿌리(blade root; 115)를 통해 고정된다. 또한, 각 블레이드(105)는 블레이드 뿌리(115)로부터 멀리 떨어진 블레이드 팁(116), 실질적으로 반경 방향으로 배향되어 있는 리딩 에지(leading edge; 106), 및 실질적으로 축방향으로 배향되어 있고 반경 방향 외부에 그리고 리딩 에지(106) 뒤에 축방향으로 위치된 트레일링 에지(107)를 제공한다. 따라서, 동작 시에, 작동 유체는 임펠러(101)의 전방(108)으로 흡인되고, 웹(102)에 의해 내부에 그리고 블레이드 팁(116)에 근접하여 위치되어 있는 원심 압축기의 비회전식 커버(110)에 의해 외부에 정의된 유체 흐름 경로에 따라 임펠러(101)의 주변(109)을 향해 블레이드(105)에 의해 보내진다.
그 후면에서, 웹(102)은 로터리 샤프트에 고정하기 위한 디스크를 갖는 림(rim; 111)에 고정되어 있다. 따라서, 림(111) 및 디스크는 임펠러(101)로부터 로터리 샤프트로 반경방향 힘을 전송하기 위한 평면(A)을 정의한다. 임펠러(101)의 회전이 고속이기 때문에, 임펠러(101)에 가해지는 원심력은 이들 반경 방향 힘의 주요 부분을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 식 ω2r의 응용에 있어서 원심력(FC)은 회전 각속도의 제곱에 임펠러(101)의 회전의 축(X)으로부터의 거리를 곱한 값에 비례하기 때문에, 임펠러(101)의 주변(109)에 가해지는 원심력이 압도적이다. 따라서, 도시된 바와 같은 기존의 임펠러(101)에서는, 임펠러(101)의 주변(109)에 작용하는 원심력(FC)은 임펠러(101)의 주변(109)이 전방으로 기울어지도록 하는 경향이 있는 굽힘 모멘트(MF)를 임펠러(101)에 생성한다. 이 굽힘 모멘트(MF)는 임펠러(101)의 주변(109)으로부터 웹(102)과 림(111) 사이의 접합부(junction)로 지속적으로 증가한다. 임펠러(101)의 구부러짐(bending)을 제한하기 위해서, 웹(102), 림(111), 디스크는 강화될 필요가 있고, 그에 따라 임펠러(101)의 총 중량의 상당한 증가로 이어진다. 게다가, 임펠러(101)의 주변(109)에서 전방 이동(forward movement)을 수용하기 위해서, 일반적으로는 최대 속도보다 작은 속도에서 동작하고 있는 동안에 블레이드 팁(105b)과 커버(110) 사이의 임펠러(101)의 주변에 대량의 여유 공간(clearance; dp)을 마련(arrange)할 필요가 있고, 이것은 높은 레벨의 공기 역학 손실로 이어지거나, 또는 커버(110)가 압축기의 속도의 증가와 더불어 전방으로 이동하도록 할 목적으로 커버(110)에 대해 상당히 복잡한 패스너 구조를 마련할 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 임펠러(201)를 갖춘 원심 압축기(3)를 나타낸다. 이 임펠러(201)는 마찬가지로 전면(203)과 후면(204)을 갖는 실질적으로 축대칭 웹(202)을 가지고 있다. 도 2에 나타낸 임펠러에서와 마찬가지로, 블레이드(205)는 웹(202)의 전면(203)에 블레이드 뿌리(215)를 매개로 하여 고정되는데, 각 블레이드는 또한 블레이드 뿌리(215)로부터 멀리 떨어진 블레이드 팁(216), 실질적으로 반경 방향 배향의 리딩 에지(206), 및 실질적으로 축방향 배향이면서 반경 방향 외부에 그리고 리딩 에지(206) 뒤에 축방향으로 위치된 트레일링 에지(207)를 제공한다. 임펠러(201)의 주위에서, 압축기(3)는 가이드 베인(guide vane; 213)을 갖는 기존의 반경방향 확산기(diffuser; 212)를 가지고 있다. 따라서, 동작 시에, 작동 유체는 임펠러(201)의 전방(208)으로 흡인되고, 반경방향 확산기(212) 각각을 위해 웹(202)에 의해 내부에 그리고 비회전식 커버(210)에 의해 외부에 정의된 유체 흐름 경로에 따라 임펠러(201)의 주변(209)을 향해 블레이드(205)에 의해 보내진다.
그 후면에서, 웹(202)도 또한 로터리 샤프트에 고정하기 위한 디스크를 갖는 림(211)에 고정되어 있다. 그럼에도 불구하고, 이 임펠러(201)에서는, 웹(202)은 이 웹(202)의 주변 세그먼트(peripheral segment)가 중간 직경(Di)으로부터 전방으로 기울어지도록 구부러지고, 그에 따라 오목한 전면(203)을 제공한다. 그 결과, 임펠러(201)의 주변(209)에서, 이 전면(203)은 중간 직경(Di)에 비례하여 거리(L)를 통해 전방으로 이동한다. 이 거리(L)는 상당한바, 특히 임펠러(201)의 주변(209)에서 웹(202)의 두께(d)의 절반보다 크다. 따라서, 원심력(FC)은, 주변 세그먼트(202c)가 전방이 아니지만 반대 방향, 즉 후방으로 구부러지도록 하는 경향이 있는 굽힘 모멘트(MF)를 전방으로 향한 주변 세그먼트(202c)에 발생시킨다. 이 굽힘 모멘트(MF)의 크기는 주변(209)으로부터 국부적인 최대에 도달하는 중간 직경(Di)으로 가면서 증가한다. 그 후, 이것은 아마도 굽힘 모멘트(MF)의 방향을 반대로 할 정도로 감소한다. 따라서, 굽힘 모멘트(MF)가 주변(209)으로부터 웹(202)의 림(211)과의 접합부로 지속적으로 증가하지 않기 때문에, 이것은 종래 기술의 임펠러(101)에서보다 현저히 작은 레벨에 도달하고, 그에 따라 림(211) 및 패스너 디스크는 중량이 더 가벼운 것을 사용할 수 있다. 게다가, 임펠러(201)의 주변(209)의 축방향 이동이 더 작아지기 때문에, 임펠러(201)의 주변(209)에서 블레이드(205)의 팁과 커버(210) 사이의 여유 공간(dp)도 더 작게 만들 수 있고, 커버(210)는 커버(210)의 후방, 따라서 커버(210)의 전방 및 리딩 에지(206)보다 트레일링 에지(207)에 더 근접한 패스너 포인트(214)에 비교적 엄격한 방식으로 고정될 수 있다.
추가적인 장점은, 임펠러(201)의 더 작은 축방향 크기, 특히 임펠러(201)의 전방에서 작동 유체에 대한 입구와 임펠러(201)의 주변(209)에서 그 출구 사이의 더 작은 축방향 거리에 있다. 특히, 도 1에 나타낸 터보샤프트 엔진(1)과 같은 터빈 엔진에서는, 이것이 압축기의 하류 요소를 중대한 정도로 전방으로 이동시키는 것을 가능하게 만들고, 즉 도시된 실시예에서 연소실(4)과 제1 및 제2 축방향 터빈(5, 6) 등과 같은 뜨거운 부분이 전방으로 이동될 수 있으며, 그에 따라 터빈 엔진의 전체적인 축방향 크기를 축소시킨다.
도 3에 도시된 실시예에서는, 웹(202)의 주변 세그먼트(202c)의 외부 에지는 웹(202)의 전면(203)을 반경 방향으로 다시 보내도록 구부러지고, 그에 따라 도시된 바와 같이 기존의 반경방향 확산기(212)를 사용하는 것을 가능하게 만들기 위하여 유체 흐름 통로가 반경 방향으로 리턴되는 것을 보증한다. 그럼에도 불구하고, 각각의 등가 요소에 도 3에서와 동일한 참조 번호가 부여된 도 4에 나타낸 바와 같은 다른 실시예에서는, 임펠러로부터 하류에 있는 확산기가 정합(match)하도록 변형될 필요가 있다고 하더라도, 유체 흐름 통로가 반경 방향으로 회복되지 않고, 그에 따라 임펠러를 생산하는 것을 더 쉽게 만든다.
도 3 및 도 4에 도시된 종류의 임펠러(201)를 갖춘 원심 압축기가 도 1에 나타낸 터보샤프트 엔진(1)과 같은 터빈 엔진에 있어서 다른 용도 사이에서 사용될 수 있지만, 직통(straight-flow) 또는 바이패스 터보제트에서, 터보프롭에서, 터보샤프트 엔진에서 및/또는 터보압축기에서 사용될 수 있다. 그 더 작은 중량 때문에, 조종사(pilot)가 있거나 없거나, 그들이 공기보다 가벼운지 또는 공기보다 무거운지 여부에 관계없이 예를 들어 프로펠링 고정 날개 및/또는 로터리 샤프트 항공기 등과 같은 항공 응용에 특히 유용하다. 그럼에도 불구하고, 에어 쿠션 차량, 발전업(generating electricity), 펌프장(pumping station) 및/또는 기타 산업용 응용을 포함하는 예를 들어 프로펠링 지상 및/또는 워터본(waterbourne) 용기 등과 같은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 비항공 응용도 또한 예상할 수 있다. 이러한 원심 압축기는, 압축 시스템의 스테이지(stage)만 또는 축, 원심 또는 혼합된 축과 원심일 수 있는, 즉 적어도 하나의 원심 스테이지 및 축방향이거나 또는 혼합된 스테이지를 갖는 스테이지를 내포하는 멀티 스테이지 압축기(multi-stage compressor, 다단 압축기)의 하나 이상의 스테이지를 구성할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 상세히 설명했지만, 다양한 변형 및 변경이 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 발명의 일반적인 범위를 벗어나지 않고 그들 실시예에 적용될 수 있음은 명백하다. 특히, 도시된 각종 실시예의 개별적인 특징들은 추가적인 실시예를 산출하기 위해 결합될 수도 있다. 따라서, 설명 및 도면은 오히려 제한하기 위한 것이라기보다 설명하기 위한 것으로 간주되어야 한다.

Claims (9)

  1. 웹(202)과 웹(202)의 전면(203)에서 웹(202)에 고정된 블레이드(205)를 구비하되, 각 블레이드가 블레이드 뿌리(215), 블레이드 팁(216), 리딩 에지(206) 및 트레일링 에지(207)를 포함하는 원심 압축기(3)용의 임펠러(201)로서,
    트레일링 에지(207)와 블레이드 뿌리(215) 사이의 교차점은 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 뿌리(215)에 대해 적어도 하나의 웹(202)의 절반 두께만큼 더 전방에 있고, 트레일링 에지(207)와 블레이드 팁(216) 사이의 교차점도 또한 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 팁(216)에 대해 더 전방에 있으며,
    임펠러(201)의 주변(209)에서 블레이드 뿌리(215)는 반경 방향으로 배향되어 있고,
    상기 웹(202)은, 오목한 전면 세그먼트를 갖되 상기 중간 직경(Di)으로부터 상기 임펠러(201)의 주변을 향해 연장되는 제1의 구부러진 주변 세그먼트와, 볼록한 전면 세그멘트를 갖되 상기 제1의 구부러진 주변 세그먼트로부터 상기 임펠러(201)의 상기 주변을 향해 연장되는 제2의 구부러진 주변 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3)용의 임펠러(201).
  2. 제1항에 있어서, 웹(202)의 후면(204)에 연결되고 로터리 샤프트에 고정되는 림(211)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3)용의 임펠러(201).
  3. 웹(202)과 웹(202)의 전면(203)에서 웹(202)에 고정된 블레이드(205)를 포함하되, 각 블레이드가 블레이드 뿌리(215), 블레이드 팁(216), 리딩 에지(206) 및 트레일링 에지(207)를 포함하는 임펠러(201)를 구비한 원심 압축기(3)로서,
    트레일링 에지(207)와 블레이드 뿌리(215) 사이의 교차점은 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 뿌리(215)에 대해 적어도 하나의 웹(202)의 절반 두께만큼 더 전방에 있고, 트레일링 에지(207)와 블레이드 팁(216) 사이의 교차점도 또한 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 팁(216)에 대해 더 전방에 있으며,
    임펠러(201)의 주변(209)에서 블레이드 뿌리(215)는 반경 방향으로 배향되어 있고,
    상기 웹(202)은, 오목한 전면 세그먼트를 갖되 상기 중간 직경(Di)으로부터 상기 임펠러(201)의 주변을 향해 연장되는 제1의 구부러진 주변 세그먼트와, 볼록한 전면 세그멘트를 갖되 상기 제1의 구부러진 주변 세그먼트로부터 상기 임펠러(201)의 상기 주변을 향해 연장되는 제2의 구부러진 주변 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3).
  4. 제3항에 있어서, 블레이드(205)의 리딩 에지(206)와 트레일링 에지(207) 사이의 유체 흐름 통로를 정의하기 위해 웹(202)과 협력하도록 블레이드(205)를 커버하는 커버(210)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3).
  5. 제4항에 있어서, 커버(210)가 임펠러(201)의 블레이드(205)의 리딩 에지(206)보다 임펠러(201)의 블레이드(205)의 트레일링 에지(207)에 더 근접한 적어도 하나의 패스너 포인트(214)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3).
  6. 제3항에 있어서, 상기 웹(202)은, 원심력이 상기 웹(202)의 제1 및 제2의 구부러진 주변 세그먼트에 가해지면, 원심력이 제1 및 제2의 구부러진 주변 세그먼트가 후방으로 구부러지게 하는 굽힘 모멘트를 발생시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3).
  7. 제6항에 있어서, 상기 굽힘 모멘트는 상기 임펠러(201)의 주변으로부터 상기 중간 직경(Di)까지 증가하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3).
  8. 제7항에 있어서, 상기 굽힘 모멘트는 상기 중간 직경(Di)에서 국부적인 최대에 도달하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기(3).
  9. 축방향 압축기;
    원심 압축기(3);
    연소실; 및
    적어도 하나의 축방향 터빈을 구비하되,
    상기 원심 압축기(3)가, 웹(202)과 웹(202)의 전면(203)에서 웹(202)에 고정된 블레이드(205)를 포함하되, 각 블레이드가 블레이드 뿌리(215), 블레이드 팁(216), 리딩 에지(206) 및 트레일링 에지(207)를 포함하고,
    트레일링 에지(207)와 블레이드 뿌리(215) 사이의 교차점은 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 뿌리(215)에 대해 적어도 하나의 웹(202)의 절반 두께만큼 더 전방에 있고, 트레일링 에지(207)와 블레이드 팁(216) 사이의 교차점도 또한 임펠러(201)의 중간 직경(Di)에서 블레이드 팁(216)에 대해 더 전방에 있으며,
    임펠러(201)의 주변(209)에서 블레이드 뿌리(215)는 반경 방향으로 배향되어 있고,
    상기 웹(202)은, 오목한 전면 세그먼트를 갖되 상기 중간 직경(Di)으로부터 상기 임펠러(201)의 주변을 향해 연장되는 제1의 구부러진 주변 세그먼트와, 볼록한 전면 세그멘트를 갖되 상기 제1의 구부러진 주변 세그먼트로부터 상기 임펠러(201)의 상기 주변을 향해 연장되는 제2의 구부러진 주변 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 엔진.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014214649A (ja) * 2013-04-24 2014-11-17 トヨタ自動車株式会社 多段圧縮機
JP2014234729A (ja) * 2013-05-31 2014-12-15 株式会社Ihi 遠心圧縮機及びガスタービンエンジン
FR3007086B1 (fr) * 2013-06-18 2015-07-03 Cryostar Sas Roue centrifuge
FR3018114B1 (fr) 2014-03-03 2016-03-25 Turbomeca Dispositif pour le positionnement d'un outil d'inspection
JP2016061223A (ja) * 2014-09-18 2016-04-25 株式会社Ihi ターボ回転機械
US9970452B2 (en) * 2015-02-17 2018-05-15 Honeywell International Inc. Forward-swept impellers and gas turbine engines employing the same
CN110985436A (zh) * 2019-12-24 2020-04-10 苏州苏磁智能科技有限公司 一种高速离心叶轮流体力平衡结构
US11795821B1 (en) * 2022-04-08 2023-10-24 Pratt & Whitney Canada Corp. Rotor having crack mitigator

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1447916A (en) * 1920-12-18 1923-03-06 American Blower Co Centrifugal fan
GB553747A (en) * 1940-12-17 1943-06-03 Johann Fullemann Improvements in and relating to impellers for blowers
US2543923A (en) * 1948-04-13 1951-03-06 Ward T Mixsell Radial air compressor
DE906975C (de) * 1950-05-03 1954-03-18 Licentia Gmbh Laufrad fuer radiale Turbokompressoren
US3365892A (en) * 1965-08-10 1968-01-30 Derderian George Turbomachine
SU367286A1 (ru) * 1971-05-21 1973-01-23 Полуоткрытое рабочее колесо турбомашины
FR2230229A5 (ko) 1973-05-16 1974-12-13 Onera (Off Nat Aerospatiale)
US4060337A (en) 1976-10-01 1977-11-29 General Motors Corporation Centrifugal compressor with a splitter shroud in flow path
SU769104A1 (ru) * 1977-12-12 1980-10-07 Казанский Химико-Технологический Институт Им.С.М.Кирова Рабочее колесо центробежного компрессора
JPS57112100U (ko) * 1980-12-27 1982-07-10
US5020971A (en) * 1985-01-08 1991-06-04 Super Stream, Inc. Rotatable assembly
JP2004353607A (ja) * 2003-05-30 2004-12-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遠心圧縮機
JP4209362B2 (ja) * 2004-06-29 2009-01-14 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機
US20060263214A1 (en) * 2005-05-19 2006-11-23 Matheny Alfred P Centrifugal impeller with forward and reverse flow paths
US7476081B2 (en) 2005-10-03 2009-01-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Centrifugal compressing apparatus
EP2090788A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-19 Napier Turbochargers Limited Impeller and turbocharger
US8241005B2 (en) 2008-10-16 2012-08-14 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Gas turbine engine centrifugal impeller
GB2472621A (en) 2009-08-13 2011-02-16 Rolls Royce Plc Impeller hub
CN101922459B (zh) * 2010-07-28 2012-06-13 康跃科技股份有限公司 电动复合多级离心压气机装置

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