KR20180110054A

KR20180110054A - 압축기 로터 블레이드, 압축기, 및 압축기 로터 블레이드를 프로파일 형성하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20180110054A
Application number: KR1020187025646A
Authority: KR
Inventors: 크리스티앙 코넬리우스; 크리스토프 슈타르케
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-10-08
Also published as: CN108603509A; EP3205885A1; EP3390833B1; EP3390833A1; JP2019504962A; KR102206204B1; US20190048880A1; US10837450B2; CN108603509B; WO2017137201A1; JP6715941B2

Abstract

본 발명은 천음속 구획을 갖는 블레이드 프로파일, 및 블레이드 프로파일의 프로파일 구획(21)을 갖는, 축류형 설계의 압축기를 위한 압축기 로터 블레이드에 관한 것이고, 상기 프로파일 구획은 천음속 구획 내에서 연장하고, 그의 흡입 측면(5) 상에서, 오목한 흡입 측면 영역(10) 및 오목한 흡입 측면 영역(10)의 하류에 배열된 볼록한 흡입 측면 영역(11)을 갖고, 그의 압력 측면(4) 상에서, 볼록한 압력 측면 영역(14) 및 볼록한 압력 측면 영역(14)의 하류에 배열된 오목한 압력 측면 영역(13)을 갖고, 프로파일 구획(21)의 압력 측면(4) 상의 곡률 진행(27) 및 프로파일 구획(21)의 흡입 측면(5) 상의 곡률 진행(28)은 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22)에 위에 표시하면 각각의 경우에 일정하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최소 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최대 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하다.

Description

압축기 로터 블레이드, 압축기, 및 압축기 로터 블레이드를 프로파일 형성하기 위한 방법

본 발명은 압축기 로터 블레이드 및 압축기 로터 블레이드를 프로파일 형성(profiling)하기 위한 방법에 관한 것이다.

축류형 설계의 압축기는 작동 매체를 압축하기 위해 복수의 압축기 로터 블레이드를 구비한 적어도 하나의 로터 블레이드 링(rotor blade ring)을 갖는다. 압축기 로터 블레이드는 방사상 내측 아음속 구획을 갖고, 이 안에서 압축이 작동 매체의 유동의 편향에 의해 발생한다. 또한, 압축기 로터 블레이드는 천음속 구획을 갖고, 이 안에서, 압축은 대부분 압축 충격에 의해 발생하고, 이러한 경우에, 작동 매체는 초음속으로부터 아음속 속력으로 지연된다.

천음속 구획 내에서의 작동 매체의 유동의 손실이, 예를 들어, 압축 충격 시에 그리고 압축 충격의 영역 내에서의 압축기 로터 블레이드 상의 경계 층의 발산(shedding)의 결과로서 생성된다. 손실은 압축기의 효율도의 감소를 일으킨다.

그러므로, 본 발명의 목적은 압축기 로터 블레이드를 갖는 압축기의 효율도의 증가를 달성할 수 있는, 압축기 로터 블레이드, 압축기 로터 블레이드를 갖는 압축기, 및 압축기 로터 블레이드를 프로파일 형성하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

축류형 설계의 압축기를 위한 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드는 천음속 구획을 갖는 블레이드 프로파일(blade profile), 및 블레이드 프로파일의 프로파일 구획(profile section)을 갖고, 프로파일 구획은 천음속 구획 내에서 연장하고, 그의 흡입 측면 상에서, 오목한 흡입 측면 영역 및 오목한 흡입 측면 영역의 하류에 배열된 볼록한 흡입 측면 영역을 갖고, 그의 압력 측면 상에서, 볼록한 압력 측면 영역 및 볼록한 압력 측면 영역의 하류에 배열된 오목한 압력 측면 영역을 갖고, 프로파일 구획의 압력 측면 상의 곡률 진행 및 프로파일 구획의 흡입 측면 상의 곡률 진행은 프로파일 구획의 프로파일 현 위에 도시되는 각각의 경우에 일정하고, 곡률 진행들의 최소 값들의 위치들은 프로파일 현의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 곡률 진행들의 최대 값들의 위치들은 프로파일 현의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 프로파일 현의 길이가 승산된 최소 값들은 -1.2 내지 -0.5이고, 프로파일 현의 길이가 승산된 최대 값들은 1.5 내지 4이다.

축류형 설계의 작동 매체를 압축하기 위한 압축기 - 압축기는 압축기 로터 블레이드를 구비한 로터 블레이드 열을 갖고, 압축기 로터 블레이드는 천음속 구획을 구비한 블레이드 프로파일을 가짐 - 를 위한 압축기 로터 블레이드를 프로파일 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계들을 갖는다: 블레이드 프로파일의 기하학적 모델을 제공하는 단계 - 블레이드 프로파일은 천음속 구획 내에서 연장하는 프로파일 구획을 갖고, 로터 블레이드 열은 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에, 압축기 충격이 설정되도록 설치되고, 이러한 경우에 작동 매체는 초음속 속력으로부터 아음속 속력으로 지연됨 -; 블레이드 둘레에서 유동하며 공칭 작동 조건의 경우에 발생하는 유동에 대한 경계 조건을 결정하는 단계; 흡입 측면이 오목한 흡입 측면 영역 및 오목한 흡입 측면 영역의 하류에 배열된 볼록한 흡입 측면 영역을 갖고, 압력 측면이 볼록한 압력 측면 영역 및 볼록한 압력 측면 영역의 하류에 배열된 오목한 압력 측면 영역을 갖는 방식으로 프로파일 구획을 변화시키는 단계 - 프로파일 구획의 압력 측면 상의 곡률 진행 및 프로파일의 구획의 흡입 측면 상의 곡률 진행은 프로파일 구획의 프로파일 현 위에 도시된 각각의 경우에 일정하고, 곡률 진행들의 최소 값들의 위치들은 프로파일 현의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 곡률 진행들의 최대 값들의 위치들은 프로파일 현의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 프로파일 현의 길이가 승산된 최소 값들은 -1.2 내지 -0.5이고, 프로파일 현의 길이가 승산된 최대 값들은 1.5 내지 4이고, 볼록한 흡입 측면 영역은 경계 조건의 경우에 압축기 내에서 설정되는 유동이 갖는 압축 충격의 적어도 부분적으로 상류에 배열되고, 이 결과, 프로파일 현의 길이에 관련하여, 압축 충격은 프로파일 구획이 변화되기 이전의 기하학적 모델의 경우에 그리고 공칭 작동 조건의 경우에 설정되는 유동이 갖는 압축 충격의 하류에 배열됨 -.

본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드를 갖고 그리고/또는 본 발명에 따른 방법에 의해 프로파일 형성된 압축기 로터 블레이드를 갖는 압축기는 종래의 압축기 로터 블레이드를 갖는 압축기보다, 적어도 동일한 작동 범위의 경우에 더 높은 효율도를 갖는 것이 발견되었다. 또한, 압축 충격의 상류의 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드의 흡입 측면 상의 마하(Mach) 수는 종래의 압축기 로터 블레이드의 흡입 측면 상에서보다 더 낮다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드의 흡입 측면 상의 유동의 발산은 종래의 압축기 로터 블레이드의 경우에서보다 가능성이 더 낮다. 또한, 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드는 효율도의 손실 또는 작동 범위의 감소가 없이, 종래의 압축기 로터 블레이드의 경우에서보다 그의 프로파일 현의 더 짧은 길이를 구비하여 구성될 수 있다.

프로파일 현의 길이가 승산된 곡률 진행은 볼록한 흡입 측면 영역 내에서 2 내지 4인 최대 값을 갖고, 프로파일 현의 길이가 승산된 곡률 진행은 오목한 압력 측면 영역 내에서 1.5 내지 2.5인 최대 값을 갖는 것이 바람직하다.

프로파일 구획의 프로파일 현 상으로의 수직 투영의 경우에 최소 곡률을 구비한 오목한 흡입 측면 영역의 지점은 상기 프로파일 현 상의 투영 지점을 형성하고, 투영 지점은 프로파일 현의 길이의 40% 내지 80%, 특히 60% 내지 75%만큼 프로파일 구획의 전방 모서리로부터 이격되는 것이 바람직하다. 프로파일 구획의 프로파일 현 상으로의 수직 투영의 경우에 최대 곡률을 구비한 볼록한 흡입 측면 영역의 지점은 상기 프로파일 현 상의 투영 지점을 형성하고, 투영 지점은 프로파일 현의 길이의 70% 내지 95%, 특히 80% 내지 90%만큼 프로파일 구획의 전방 모서리로부터 이격되는 것이 바람직하다. 압축기의 효율도는 각각의 상기 조치에 의해 추가로 증가될 수 있다.

프로파일 현에 대해 직교하는 프로파일 구획의 모든 지점에서의 프로파일 구획의 두께는 프로파일 현의 길이의 2.5%보다 더 짧은 것이 바람직하다.

작동 매체를 압축하기 위한 본 발명에 따른 압축기는 압축기 로터 블레이드를 갖는 로터 블레이드 열을 갖고, 로터 블레이드 열은 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에, 작동 매체의 예비 압축이 작동 매체가 초음속 속력으로부터 아음속 속력으로 지연되는 압축 충격의 상류에서 그리고 2개의 인접한 압축기 로터 블레이드에 의해 형성된 유동 덕트의 상류에서 발생하도록 설치된다.

프로파일 구획은 축이 압축기의 축과 일치하는 원통형 표면 상에, 축이 압축기의 축과 일치하는 원추형 표면 상에, 압축기의 S₁ 유동 표면 상에, 또는 압축기의 접선 평면 내에 놓이는 것이 바람직하다. S₁ 유동 표면은 축류 유동 기계의 원주 방향 및 축방향으로 연장하고, 이상화된 유동이 따르는 표면을 설명한다.

프로파일 구획의 캠버 선은 바람직하게는 상기 프로파일 구획이 변화될 때 변위되고, 특히 캠버 선만이 변위된다. 이는 유리하게는 덕트의 폭이 로터 블레이드 링 내에서 인접하여 배열된 2개의 압축기 로터 블레이드들 사이에서 변화하지 않고 유지되는 상황을 달성한다. 프로파일 구획의 변화 이전의 기하학적 모델은 상기 프로파일 구획의 압력 측면 상에서 전적으로 오목한 구성이고 그리고/또는 상기 프로파일 구획의 흡입 측면 상에서 전적으로 볼록한 구성인 것이 바람직하다.

프로파일 구획은 곡률의 진행이 볼록한 흡입 측면 영역 내에서 최대 값을 갖는 방식으로 변화되고, 최대 값은 종래의 압축기 로터 블레이드의 대응하는 영역 내의 곡률의 진행의 최대 값보다 더 큰 것이 바람직하다. 프로파일 구획은 바람직하게는 프로파일 현의 길이가 승산된 곡률의 진행이 볼록한 흡입 측면 영역 내에서 2 내지 4인 최대 값을 갖고, 프로파일 현의 길이가 승산된 곡률의 진행이 오목한 압력 측면 영역 내에서 1.5 내지 2.5인 최대 값을 갖는 방식으로, 변화된다. 로터 블레이드 열은 그가 공칭 작동 조건의 경우에, 1.4, 특히 최대 1.3의 최대 등엔트로피 전방 충격 마하 수를 갖는 방식으로 설계되는 것이 바람직하다. 프로파일 구획은 프로파일 구획의 프로파일 현 상으로의 수직 투영의 경우에 최소 곡률을 구비한 오목한 흡입 측면 영역의 지점이 상기 프로파일 현 상의 투영 지점을 형성하는 방식으로 변화되고, 투영 지점은 프로파일 현의 길이의 40% 내지 80%만큼 프로파일 구획의 전방 모서리로부터 이격되는 것이 바람직하다. 압축기의 효율도는 각각의 상기 조치에 의해 추가로 증가될 수 있다.

다음의 문단에서, 본 발명은 첨부된 도면 및 컴퓨터에 의해 결정된 데이터를 사용하여 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 컴퓨터에 의해 결정된 유동장과 함께, 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드를 도시한다.
도 2는 종래의 압축기 로터 블레이드 상의 마하 수 진행 및 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드 상의 마하 수 진행을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드의 프로파일 구획을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 압축기 로터 블레이드 상의 곡률 진행을 도시한다.
도 5는 프로파일 현의 표준화된 길이와 함께 도 2로부터의 마하 수 진행을 도시한다.

도 1 및 도 3으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 축류형 설계의 압축기를 위한 압축기 로터 블레이드(1)는 블레이드 프로파일을 갖는다. 블레이드 프로파일은 방사상 내측 아음속 구획 및 방사상 외측 천음속 구획을 갖고, 천음속 구획만이 도 1 및 도 3에 도시되어 있다. 블레이드 프로파일은 천음속 구획 내에서 연장하는 프로파일 구획(21)을 갖는다. 예를 들어, 프로파일 구획(21)은 축이 압축기의 축과 일치하는 원통형 표면 상에, 축이 압축기의 축과 일치하는 원추형 표면 상에, 압축기의 S₁ 유동 표면 상에, 또는 압축기의 접선 평면 내에 놓인다.

프로파일 구획(21)은 전방 모서리(2), 후방 모서리(3), 압력 측면(4), 및 흡입 측면(5)을 갖는다. 도 3에서, 프로파일 현(22)이 도시되어 있고, 또한, 프로파일 현은 전방 모서리(2)로부터 직선으로서 후방 모서리(3)까지 연장한다. 또한, 도 3은 전방 모서리(2)로부터 후방 모서리(3)까지 연장하며, 프로파일 현(22)에 대해 직교하는 방향으로 압력 측면(4)과 흡입 측면(5) 사이에서 항상 중심에 위치되는 캠버 선(23)을 도시한다.

도 1은 압축기의 영역 내에서, 압축기 내에서 유동하는 작동 매체의 2차원 유동 분포를 도시한다. 도 1은 압축기 로터 블레이드(1)를 갖는 로터 블레이드 열(15), 로터 블레이드 열(15)의 하류에 있는 안내 블레이드 열(16), 및 로터 블레이드 열(15)의 상류에 있는 안내 블레이드 열(17)을 도시한다. 프로파일 구획(21)은 그의 흡입 측면(5) 상에서, 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에 압축기 내에서 설정되는 유동이 갖는 압축 충격(18)의 적어도 부분적으로 상류에 배열된 오목한 흡입 측면 영역(10)을 갖는다. 도 1에서, 압축 충격(18)은 마하 수가 1 초과로부터 1 미만으로 감소하는, 유동의 영역 내에 배열된다. 또한, 도 1은 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에, 작동 매체의 예비 압축이 압축 충격(18)의 상류에서 그리고 2개의 인접한 압축기 로터 블레이드(1)에 의해 형성되는 유동 덕트의 상류에서 발생하는 것을 도시한다.

오목한 흡입 측면 영역의 결과로서, 압축 충격(18)은 프로파일 현(22)의 길이에 관련하여, 흡입 측면(5) 상에서 전적으로 볼록한 구성인 점에서 압축기 로터 블레이드(1)와 상이할 수 있는 종래의 압축기 로터 블레이드의 경우에 그리고 공칭 작동 조건의 경우에 설정되는 유동이 갖는 압축 충격의 하류에 배열된다.

도 2는 압축기 로터 블레이드(1) 상의 마하 수 진행과 종래의 압축기 로터 블레이드 상의 마하 수 진행의 비교를 도시한다. 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22) 상의 지점이 수평 축(19) 상에 도시되고, 마하 수는 수직 축(20) 상에 도시된다. 도면 부호 6은 종래의 압축기 로터 블레이드의 압력 측면 상의 마하 수 진행을 표시하고, 도면 부호 7은 종래의 압축기 로터 블레이드의 흡입 측면 상의 마하 수 진행을 도시하고, 도면 부호 8은 압축기 로터 블레이드(1)의 압력 측면(4) 상의 마하 수 진행을 표시하고, 도면 부호 9는 압축기 로터 블레이드(1)의 흡입 측면(5) 상의 마하 수 진행을 표시한다.

도 5는 프로파일 현(22)의 길이에 관련된 도 2로부터의 마하 수 진행을 도시한다. 이러한 목적으로, 압축기 로터 블레이드(1)의 마하 수 진행은 압축기 로터 블레이드(1)의 전방 모서리(2) 및 후방 모서리(3)가 종래의 압축기 로터 블레이드의 전방 모서리 및 후방 모서리와 일치하는 방식으로 스케일링(scaling)된다.

압축 충격(18)의 바로 상류의 압축기 로터 블레이드(1)의 흡입 측면(5) 상의 마하 수 진행(9)은 압축 충격의 바로 상류의 종래의 압축기 로터 블레이드의 흡입 측면 상의 마하 수 진행(7)보다 더 낮은 초음속 마하 수를 갖는 것을 도 2로부터 볼 수 있다. 상기 더 낮은 초음속 마하 수는 종래의 압축기 로터 블레이드의 경우에서보다 프로파일 현(22)을 따른 더 긴 범위에 걸쳐 유지된다. 손실은 압축 충격(18)의 상류의 더 낮은 초음속 마하 수의 결과로서 감소된다. 초음속 마하 수가 더 긴 범위에 걸쳐 유지되는 사실에 의해, 압력 측면(4) 및 흡입 측면(5) 상의 마하 수의 차이와 상관되는 전체 프로파일 부하는 종래의 압축기 로터 블레이드의 경우에서와 같이, 압축 충격(18)의 하류의 아음속 영역 내에서 상대적으로 높다. 또한, 압축 충격(18)은 비스듬하게 배열되는 것을 도 1로부터 볼 수 있고, 이는 압축 충격(18)이 흡입 측면(5)으로부터의 간격이 증가함에 따라 하류로 이동함을 의미한다. 이는 유사하게 손실의 감소로 이어진다. 또한, 압축 충격(18)의 하류의 압축기 로터 블레이드(1)의 경우의 프로파일 부하는 종래의 압축기 로터 블레이드의 경우에서보다 상당히 더 높은 것이 도 2로부터 이해될 수 있다. 감소된 손실의 결과로서 그리고 아음속 영역 내의 더 높은 프로파일 부하의 결과로서, 더 높은 효율도가 종래의 압축기 로터 블레이드에 의해서보다 압축기 로터 블레이드(1)에 의해 달성될 수 있다. 더 높은 효율도의 결과로서, (도 2에 도시된 바와 같은) 압축기 로터 블레이드(1)는 종래의 압축기 로터 블레이드보다 더 짧은 구성일 수 있고, 이 결과, 압축기 로터 블레이드(1) 상에서의 작동 매체의 마찰에 의한 손실이 감소될 수 있다.

도 4는 압력 측면(4)을 따른 곡률 진행(27) 및 흡입 측면(5)을 따른 곡률 진행(28)을 도시한다. 2개의 곡률 진행(27, 28)은 일정하다. 프로파일 현(22)의 길이는 수평 축(25) 상에 도시되고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률(k)은 수직 축(26) 상에 도시된다. 곡률(k)은 다음과 같이 정의된다:

여기서, Δs는 원호의 길이이고, Δα는 원호의 단부점들에서의 접선들 사이의 차등각이다.

오목한 흡입 측면 영역 및 볼록한 압력 측면 영역은 곡률 앞의 음의 부호에 의해 구분된다. 볼록한 흡입 측면 영역 및 오목한 압력 측면 영역은 곡률 앞의 양의 부호에 의해 구분된다.

오목한 흡입 측면 영역(10) 내에서, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률의 진행은 -1.2 내지 -0.5인 최소 값을 갖는다. 프로파일 구획(21)은 그의 흡입 측면(5) 상에서, 오목한 흡입 측면 영역(10)의 하류에 배열된 제1 볼록한 흡입 측면 영역(11)을 갖는다. 프로파일 구획(21)은 그의 흡입 측면(5) 상에서, 오목한 흡입 측면 영역(10)의 상류에 배열된 제2 볼록한 흡입 측면 영역(12)을 갖는다. 볼록한 흡입 측면 영역(11) 내에서, 곡률의 진행은 종래의 압축기 로터 블레이드의 대응하는 영역 내의 곡률의 진행의 최대 값보다 더 큰 최대 값을 갖고; 특히, 볼록한 흡입 측면 영역(11) 내에서, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률의 진행은 2 내지 4인 최대 값을 갖는다.

프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22) 상으로의 수직 투영의 경우에 최소 곡률을 구비한 오목한 흡입 측면 영역(10)의 지점은 상기 프로파일 현 상의 투영 지점(24)을 형성하고, 투영 지점은 프로파일 현(22)의 길이의 40% 내지 80%만큼 프로파일 구획(21)의 전방 모서리로부터 이격된다. 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22) 상으로의 수직 투영의 경우에 최대 곡률을 구비한 볼록한 흡입 측면 영역(11)의 지점은 상기 프로파일 현 상의 투영 지점(24)을 형성하고, 투영 지점은 프로파일 현(22)의 길이의 80% 내지 100%만큼 프로파일 구획(21)의 전방 모서리로부터 이격된다. 프로파일 구획(21)은 그의 압력 측면(4) 상에서, 오목한 흡입 측면 영역(10)에 대향하여 놓이도록 배열된 영역 내에 배열된 볼록한 압력 측면 영역(14)을 갖는다.

압축기 로터 블레이드(1)는 예시적으로 다음과 같이 프로파일 형성되어야 한다: 블레이드 프로파일의 기하학적 모델의 제공 - 블레이드 프로파일은 천음속 구획 내에서 연장하며, 축이 압축기의 축과 일치하는 회전 표면 상에, 축이 압축기의 축과 일치하는 원추형 표면 상에, 압축기의 S₁ 유동 표면 상에, 또는 압축기의 접선 평면 내에 놓이는 프로파일 구획(21)을 갖고, 로터 블레이드 열(15)은 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에, 압축 충격(18)이 설정되도록 설치되고, 이러한 경우에 작동 매체는 초음속 속력으로부터 아음속 속력으로 지연됨 -; 블레이드(14, 15) 둘레에서 유동하며 공칭 작동 조건의 경우에 발생하는 유동에 대한 경계 조건의 결정; 단순히 캠버 선이 변위되는 방식으로의 프로파일 구획(21)의 변화 - 흡입 측면(5)은 오목한 흡입 측면 영역(10) 및 오목한 흡입 측면 영역(10)의 하류에 배열된 볼록한 흡입 측면 영역(11)을 갖고, 그의 압력 측면(4)은 볼록한 압력 측면 영역(14) 및 볼록한 압력 측면 영역(14)의 하류에 배열된 오목한 압력 측면 영역(13)을 갖고, 프로파일 구획(21)의 압력 측면(4) 상의 곡률 진행(27) 및 프로파일 구획(21)의 흡입 측면(5) 상의 곡률 진행(28)은 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22) 위에서 도시된 각각의 경우에 일정하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최소 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최대 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 최소 값들은 -1.2 내지 -0.5이고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 최대 값들은 1.5 내지 4이고, 볼록한 흡입 측면 영역(11)은 경계 조건의 경우에 압축기 내에서 설정되는 유동이 갖는 압축 충격(18)의 적어도 부분적으로 상류에 배열되고, 이 결과 프로파일 현(22)의 길이에 관련하여, 압축 충격(18)은 프로파일 구획이 변화되기 이전의 기하학적 모델의 경우에 그리고 공칭 작동 조건의 경우에 설정되는 유동이 갖는 압축 충격의 하류에 배열됨 -.

압축 충격(18)이 프로파일 구획의 변화의 결과로서 하류로 변위하는 지가 컴퓨터에 의해, 특히 유한 체적법에 의해, 또는 실험적으로 결정될 수 있다.

본 발명이 바람직한 예시적인 실시예에 의해 더 명확하게 도시되고 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 개시되는 예로 제한되지 않고, 다른 변경예가 본 발명의 보호 범위로부터 벗어남이 없이 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다.

Claims

천음속 구획을 갖는 블레이드 프로파일, 및 블레이드 프로파일의 프로파일 구획(21)을 갖는, 축류형 설계의 압축기를 위한 압축기 로터 블레이드이며,
상기 프로파일 구획은 천음속 구획 내에서 연장하고, 그의 흡입 측면(5) 상에서, 오목한 흡입 측면 영역(10) 및 오목한 흡입 측면 영역(10)의 하류에 배열된 볼록한 흡입 측면 영역(11)을 갖고, 그의 압력 측면(4) 상에서, 볼록한 압력 측면 영역(14) 및 볼록한 압력 측면 영역(14)의 하류에 배열된 오목한 압력 측면 영역(13)을 갖고, 프로파일 구획(21)의 압력 측면(4) 상의 곡률 진행(27) 및 프로파일 구획(21)의 흡입 측면(5) 상의 곡률 진행(28)은 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22)에 위에 표시하면 각각의 경우에 일정하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최소 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최대 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 최소 값들은 -1.2 내지 -0.5이고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 최대 값들은 1.5 내지 4인, 압축기 로터 블레이드.
제1항에 있어서, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률 진행(28)은 볼록한 흡입 측면 영역(11) 내에서 2 내지 4인 최대 값을 갖고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률 진행(27)은 오목한 압력 측면 영역(13) 내에서 1.5 내지 2.5인 최대 값을 갖는, 압축기 로터 블레이드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22) 상으로의 수직 투영의 경우에 최소 곡률을 갖는 오목한 흡입 측면 영역(10)의 지점은 상기 프로파일 현 상의 투영 지점(24)을 형성하고, 투영 지점은 프로파일 현(22)의 길이의 40% 내지 80%만큼 프로파일 구획(21)의 전방 모서리(2)로부터 이격되는, 압축기 로터 블레이드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 현(22)에 대해 직교하는 프로파일 구획의 두께는 프로파일 현(22)의 길이의 2.5%보다 더 짧은, 압축기 로터 블레이드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 압축기 로터 블레이드(1)를 갖는 로터 블레이드 열(15)을 갖는, 작동 매체를 압축하기 위한 압축기이며, 로터 블레이드 열(15)은 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에, 작동 매체의 예비 압축이 작동 매체가 초음속 속력으로부터 아음속 속력으로 지연되는 압축 충격(18)의 상류에서 그리고 2개의 인접한 압축기 로터 블레이드(1)에 의해 형성된 유동 덕트의 상류에서 발생하는 방식으로 설치되는, 압축기.
축류형 설계의 작동 매체를 압축하기 위한 압축기를 위한 압축기 로터 블레이드(1)를 프로파일 형성하기 위한 방법이며,
압축기는 압축기 로터 블레이드(1)를 구비한 로터 블레이드 열(15)을 갖고, 압축기 로터 블레이드(1)는 천음속 구획을 구비한 블레이드 프로파일을 갖고,
방법은,
- 블레이드 프로파일의 기하학적 모델을 제공하는 단계 - 블레이드 프로파일은 천음속 구획 내에서 연장하는 프로파일 구획(21)을 갖고, 로터 블레이드 열(15)은 압축기의 공칭 작동 조건의 경우에, 작동 매체가 초음속 속력으로부터 아음속 속력으로 지연되는 압축 충격(18)이 설정되도록 설치됨 -;
- 블레이드(14, 15) 둘레에서 유동하며, 공칭 작동 조건의 경우에 발생하는 유동에 대한 경계 조건을 결정하는 단계;
- 흡입 측면(5)이 오목한 흡입 측면 영역(10) 및 오목한 흡입 측면 영역(10)의 하류에 배열된 볼록한 흡입 측면 영역(11)을 갖고, 그의 압력 측면(4)이 볼록한 압력 측면 영역(14) 및 볼록한 압력 측면 영역(14)의 하류에 배열된 오목한 압력 측면 영역(13)을 갖는 방식으로 프로파일 구획(21)을 변화시키는 단계 - 프로파일 구획(21)의 압력 측면(4) 상의 곡률 진행(27) 및 프로파일 구획(21)의 흡입 측면(5)의 곡률 진행(28)은 프로파일 구획(21)의 프로파일 현(22) 위에 표시되면 각각의 경우에 일정하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최소 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 곡률 진행(27, 28)들의 최대 값들의 위치들은 프로파일 현(22)의 길이의 10% 이하만큼 서로로부터 상이하고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 최소 값들은 -1.2 내지 -0.5이고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 최대 값들은 1.5 내지 4이고, 볼록한 흡입 측면 영역(11)은 경계 조건의 경우에 압축기 내에서 설정되는 유동이 갖는 압축 충격(18)의 적어도 부분적으로 상류에 배열되고, 이 결과, 프로파일 현(22)의 길이에 관련하여, 압축 충격(18)은 프로파일 구획이 변화되기 이전의 기하학적 모델의 경우에 그리고 공칭 작동 조건의 경우에 설정되는 유동이 갖는 압축 충격의 하류에 배열됨 -
를 포함하는, 프로파일 형성 방법.
제6항에 있어서, 프로파일 구획(21)은 축이 압축기의 축과 일치하는 원통형 표면 상에, 축이 압축기의 축과 일치하는 원추형 표면 상에, 압축기의 S₁ 유동 표면 상에, 또는 압축기의 접선 평면 내에 놓이는, 프로파일 형성 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 프로파일 구획(21)의 캠버 선(23)은 상기 프로파일 구획이 변화될 때 변위되고, 특히 캠버 선(23)만이 변위되는, 프로파일 형성 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 구획(21)의 변화 이전의 기하학적 모델은 상기 프로파일 구획의 압력 측면(4) 상에서 전적으로 오목한 구성이고, 그리고/또는 상기 프로파일 구획의 흡입 측면(5) 상에서 전적으로 볼록한 구성인, 프로파일 형성 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 구획(21)은 곡률의 진행이 볼록한 흡입 측면 영역(11) 내에서 최대 값을 갖는 방식으로 변화되고, 최대 값은 종래의 압축기 로터 블레이드의 대응하는 영역 내의 곡률의 진행의 최대 값보다 더 큰, 프로파일 형성 방법.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 구획은 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률의 진행이 볼록한 흡입 측면 영역(11) 내에서 2 내지 4인 최대 값을 갖고, 프로파일 현(22)의 길이가 승산된 곡률의 진행이 오목한 압력 측면 영역(13) 내에서 1.5 내지 2.5인 최대 값을 갖는 방식으로 변화되는, 프로파일 형성 방법.
제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 구획(21)은 프로파일 구획의 프로파일 현 상으로의 수직 투영의 경우에 최소 곡률을 구비한 오목한 흡입 측면 영역(10)의 지점이 상기 프로파일 현 상의 투영 지점(24)을 형성하는 방식으로 변화되고, 투영 지점은 프로파일 현(22)의 길이의 40% 내지 80%만큼 프로파일 구획의 전방 모서리로부터 이격되는, 프로파일 형성 방법.
제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 로터 블레이드 열(15)은 그가 공칭 작동 조건의 경우에, 1.4, 특히 최대 1.3의 최대 등엔트로피 마하 수를 갖는 방식으로 설계되는, 프로파일 형성 방법.
제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일 구획은 프로파일 현(22)에 대해 직교하는 프로파일 구획의 두께가 프로파일 현(22)의 길이의 2.5%보다 더 짧은 방식으로 설계되는, 프로파일 형성 방법.