KR20060085944A - 사류 압축기의 임펠러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확산기 내에서의 유체의 역류를 억제 혹은 방지하여 사류 압축기의 고효율화를 도모할 수 있는 임펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다. 복수매의 블레이드와, 이들 복수매의 블레이드의 근원부에 배치되는 허브를 갖는 동시에, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리부가 위치하는 상기 본체의 표면이 회전축을 포함하는 평면에 있어서 회전축에 대해 경사져 이루어지는 사류 압축기의 임펠러이며, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리가 상기 허브의 회전축선과 대략 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있다.
블레이드, 허브, 확산기, 회전축선, 후방 모서리, 전방 모서리

Description

사류 압축기의 임펠러{IMPELLER OF MIXED FLOW COMPRESSOR}
본 발명은 사류 압축기, 예를 들어 항공기용 가스 터빈에 이용되는 사류 압축기의 임펠러에 관한 것이다.
종래의 사류 압축기에 이용되는 임펠러는 경사진 허브의 표면에 대해 블레이드 후방 모서리가 대략 수직이 되도록 구성되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2001-336498호 공보[도5의 (b)]
그러나, 이러한 종래의 사류 압축기의 임펠러에서는 블레이드의 후방 모서리가 경사진 허브의 표면에 대해 대략 수직이 되도록 설치되어 있기 때문에, 블레이드의 높이 방향에 있어서 임펠러를 통과한 유체의 유속에 왜곡(속도차)이 발생한다는 문제점이 있다.
즉, 도3에 도시한 바와 같이, 임펠러의 회전축선으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)가, 임펠러의 회전축선으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)보다도 비율적으로 매우 크기 때문에, 임펠러의 출구[블레이드(11)의 후방 모서리(TE)]로부터 유출되는 유체의 유동 에너지가 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)와 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)에서 크게 다르고, 유동 에너지가 큰 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)에서 압력이 높고, 유동 에너지가 작은 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)에서 압력이 낮아진다. 그 결과, 도3에 실선 화살표로 유속 분포를 나타낸 바와 같이, 확산기(13)의 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)에 대향하는 위치에서 유속이 저하되어 유속 왜곡이 발생하고, 경우에 따라서는 역류가 발생하여 사류 압축기의 압력 상승이 방해되어 압축 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 확산기 내에서의 유체의 유속 왜곡이나 역류의 발생을 억제 혹은 방지하여 사류 압축기의 고효율화를 도모할 수 있는 임펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명에 의한 사류 압축기의 임펠러는 복수매의 블레이드와, 이들 복수매의 블레이드의 근원부에 배치되는 허브를 갖는 동시에, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리부가 위치하는 상기 허브의 표면이 회전축을 포함하는 평면에 있어서 회전축에 대해 경사져 이루어지는 사류 압축기의 임펠러이며, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리가 상기 허브의 회전축선과 대략 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있다.
이러한 사류 압축기의 임펠러에 따르면, 상기 임펠러의 회전축선으로부터 블레이드의 후방 모서리까지의 거리가, 블레이드의 높이 방향에 있어서 대략 동등해지기 때문에 임펠러의 출구(블레이드의 후방 모서리)로부터 유출되는 유체의 유동 에너지가 블레이드의 높이 방향에 있어서 대략 균일해진다.
본 발명에 의한 사류 압축기는 상기 임펠러와, 상기 임펠러의 하류측에 설치된 확산기를 갖는 사류 압축기이며, 상기 확산기의 전방 모서리가, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리가 형성하는 선과 대략 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있다.
이러한 사류 압축기에 따르면, 블레이드의 후방 모서리로부터 유출된 유체는, 블레이드의 높이 방향에 있어서 대략 동시에 확산기의 전방 모서리에 도달한 후 확산기를 통과해 간다.
본 발명에 의한 가스 터빈 엔진은 상기 임펠러 또는 상기 사류 압축기를 구비하여 이루어진다.
이러한 가스 터빈 엔진에 따르면, 블레이드의 높이 방향에 있어서 대략 균일한 속도 성분을 갖는 유체가 임펠러로부터 유출되어 오게 된다.
본 발명에 따르면 이하의 효과를 발휘한다.
임펠러로부터 유출되는 유체의 유속을 블레이드의 높이 방향에 걸쳐 대략 균일하게 할 수 있고, 임펠러로부터 유출되는 유체에 유속의 왜곡(속도차)이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 임펠러의 출구(블레이드의 후방 모서리)로부터 유출되는 유체의 유동 에너지를 블레이드의 후방 모서리 선단부로부터 후방 모서리 근본부에 걸쳐 대략 동등하게 할 수 있고, 블레이드의 높이 방향에 걸쳐 임펠러로부터 유출되어 오는 유체의 유동 에너지를 대략 동등하게 할 수 있어, 하류측에 위치하는 확산기 내에서의 유체의 유속 왜곡이나 역류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 사류 압축기의 압력 저하를 방지할 수 있는 동시에 압축 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 가스 터빈 엔진의 압축 효율을 향상시킬 수 있어 고출력화를 도모할 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 임펠러를 구비한 사류 압축기의 주요부 단면도이다.
도2는 도1의 원(A)으로 둘러싸는 부분을 확대한 주요부 확대도이다.
도3은 종래의 임펠러의 출구부를 도시한 주요부 확대도이다.
이하, 본 발명에 의한 사류 압축기의 임펠러의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 임펠러(10)는 복수매의 블레이드(11)와, 이들 블레이드(11)의 근원부(R)에 배치되는 허브(12)를 주된 요소로 하여 구성된 것이다.
블레이드(11)는 각각 허브(12)의 소경측 단부(12a)에 그 전방 모서리(LE)가 위치하는 동시에, 허브(12)의 대경측 단부(12b)에 그 후방 모서리(TE)가 위치하도록 허브(12)의 표면 상에 설치되어 있다.
또한, 각 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)는 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)와, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)가 대략 동등해지도록 형성되어 있다.
도2는 도1의 원(A)으로 둘러싸는 부분을 확대한 주요부 확대도이다. 이 도면으로부터, 본 실시 형태의 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)는 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)가, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)보다도 약간(조금만) 길게 되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)와, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)가 대략 동등해지도록, 즉 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)가 허브(12)의 회전축선(C)과 대략 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있음으로써, 임펠러(10)로부터 유출되는 유체의 유속을 블레이드(11)의 높이 방향에 있어서 대략 균일하게 할 수 있고, 임펠러(10)로부터 유출되는 유체에 유속의 왜곡(속도차)이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
바꾸어 말하면, 임펠러(10)의 출구[블레이드(11)의 후방 모서리(TE)]로부터 유출되는 유체의 유동 에너지가 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)와 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)에서 대략 동등해지고, 블레이드(11)의 높이 방향에 있어서 임펠러(10)를 통과한 유체의 유동 에너지가 대략 동등해져 하류측에 위치하는 확산기 내에서의 유체의 역류를 억제할 수 있다.
또한, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)는, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후 방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)의 1.0배 내지 1.05배 사이인 것이 바람직하다.
또한, 동일한 것을 각도로 규정하는 경우에는, 임펠러(10)의 회전축선(C)에 평행한 선과 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)가 이루는 각(α)이 0°내지 ＋10°사이인 것이 바람직하다. 여기서, 1.0배 및 0°는 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)가, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)와 동등한 상태의 것이고, ＋(플러스)는 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)가, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)보다도 긴 상태의 것이다. 따라서, 도2에 나타내는 α는 ＋의 영역을 나타내고 있게 된다.
임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)까지의 거리(R2s)와, 임펠러(10)의 회전축선(C)으로부터 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)까지의 거리(R2h)가 동등한 경우, 즉 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)가 허브(12)의 회전축선(C)과 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있는 경우에는, 임펠러(10)의 출구[블레이드(11)의 후방 모서리(TE)]로부터 유출되는 유체의 유동 에너지가 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)와 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)에서 동등해지고, 블레이드(11)의 높이 방향에 있어서 임펠러(10)를 통과한 유체의 유동 에너지가 어떠한 장소에서도 동등해져 하류측에 위치하는 확산기 내에서의 유체의 역류를 방지할 수 있다.
도1 및 도2에 있어서의 부호 13은 확산기, 즉 사류 임펠러의 하류 케이싱에 설치된 안내 블레이드(고정 블레이드)이다. 임펠러(10)를 통과한 유체는 이 확산기(13)에 의해 하류측으로 유도되는(안내됨) 동시에, 그 유체가 갖는 운동 에너지가 압력 에너지로 변환된다.
이 확산기(13)의 전방 모서리(LE2)는, 전술한 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)와 대략 평행하게 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 확산기(13)의 전방 모서리(LE2)와 블레이드(11)의 후방 모서리(TE)가 대략 평행하게 되도록 형성되어 있음으로써, 블레이드(11)의 후방 모서리 선단부(11a)로부터 유출된 유체와 블레이드(11)의 후방 모서리 근본부(11b)로부터 유출된 유체가, 대략 동시에 확산기(13)의 전방 모서리(LE2)에 도달한 후 확산기(13)를 통과해 가게 되므로, 유체의 흐름을 혼란시키지 않고 유체를 원활하게 흐르게 할 수 있어, 사류 압축기의 압력 저하를 방지할 수 있는 동시에 압축 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상술한 임펠러(10) 혹은 사류 압축기를 구비한 가스 터빈 엔진은 하류측에 위치하는 확산기에 있어서의 유체의 역류가 억제 혹은 방지되거나, 또는 확산기를 통과할 때의 유체의 혼란이 방지되는 동시에 사류 압축기의 압력 저하가 방지되게 되므로 압축 효율을 향상시킬 수 있어 고출력화를 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. 복수매의 블레이드와, 이들 복수매의 블레이드의 근원부에 배치되는 허브를 갖는 동시에, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리부가 위치하는 상기 허브의 표면이 회전축을 포함하는 평면에 있어서 회전축에 대해 경사져 이루어지는 사류 압축기의 임펠러이며,
    상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리가 상기 허브의 회전축선과 대략 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있는 사류 압축기의 임펠러.
  2. 제1항에 기재된 임펠러와, 상기 임펠러의 하류측에 설치된 확산기를 갖는 사류 압축기이며,
    상기 확산기의 전방 모서리가, 상기 복수매의 블레이드의 후방 모서리가 형성하는 선과 대략 평행하게 되는 선 상에 위치하도록 형성되어 있는 사류 압축기.
  3. 제1항에 기재된 임펠러를 구비하여 이루어지는 가스 터빈 엔진.
  4. 제2항에 기재된 사류 압축기를 구비하여 이루어지는 가스 터빈 엔진.
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