JPH10122192A - 軸流圧縮機動翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 翼端隙間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軸流圧縮機動翼を提供する。 【解決手段】 軸流圧縮機動翼１０の翼先端部１１が周
方向負圧側になだらかに傾斜しており、傾斜部１２は、
動翼高さＬの約１０〜３０％であり、傾斜角度αは約２
０°以上かつ約３０°以下になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジェットエンジン
やガスタービンを構成する軸流圧縮機の動翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、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）は動翼のチップ
側からの見た図、（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、その翼先端部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６は、従来の圧縮機
動翼を上流側（図５（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の隙間を流れる隙間流れ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、漏
れ流れＣによるものであり、従来の動翼では、翼端隙間
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】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、翼端
隙間を通過する漏れ流れによる損失を低減することがで
きる軸流圧縮機動翼を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来の軸流圧縮機動翼
は、取付部から翼端部まで曲がりが少なく、ほぼ直線状
に半径方向に伸びた翼構造が用いられてきた。しかし、
かかる従来の動翼では、翼端隙間を通過する漏れ流れが
高速の主流と干渉するために翼先端部（チップ部）での
損失が大きくなる。すなわち、従来の動翼では漏れ流れ
が周方向に広がらずに半径方向内側に広がる渦となるた
め、流路中央部の流速の大きい主流と干渉して大きな損
失が発生していたことが解析の結果明らかになった。本
発明は、かかる新規の知見に基づくものである。

【０００６】すなわち、本発明によれば、翼先端部が周
方向負圧側になだらかに傾斜している、ことを特徴とす
る軸流圧縮機動翼が提供される。本発明の好ましい実施
形態によれば、前記傾斜部は、動翼高さＬの１０〜３０
％であり、傾斜角度は約２０°以上かつ約３０°以下で
ある、ことが好ましい。

【０００７】本発明は、動翼先端部を回転方向とは逆向
きに傾斜させることによって漏れ流れを周方向にスムー
スに拡散させるものである。この構成により、漏れ流れ
は、翼先端部を回転方向の逆向きに通過し、翼先端部が
それと同方向になだらかに傾斜しているのて、漏れ流れ
はよりスムースに周方向に拡散する。翼先端部（チップ
部）の漏れ流れの総量は、隙間の大きさによりほぼ決ま
り、翼先端形状によらずほぼ一定であるから、漏れ流れ
が周方向に拡散することで半径方向の拡散は抑制され
る。この結果、漏れ流れは中央部の主流より速度の遅い
ケーシング内壁付近の境界層部の流れと干渉することに
なり、流速の積に比例する損失を大幅に低減することが
できる。

【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。図１は、本発
明による軸流圧縮機動翼の構成図である。この図におい
て、（Ａ）は本発明の軸流圧縮機動翼１０、（Ｂ）は比
較のために従来の軸流圧縮機動翼を示している。この図
に示すように、本発明の軸流圧縮機動翼１０の翼先端部
１１（チップ部）が周方向負圧側になだらかに傾斜して
いる。

【０００９】図２は、図１の翼高さＬに沿った損失係数
の解析結果である。この図において実線は従来の軸流圧
縮機動翼の特性であり、破線は本発明による軸流圧縮機
動翼の特性（傾斜角３０°の場合）を示している。この
図から明らかなように、損失係数は翼高さＬの約９５％
の位置で最大となり、その前後の８５％以上の範囲で大
きな値となっている。従って、傾斜部１２を動翼高さＬ
の少なくとも１０％以上とし、好ましくは、約３０％程
度にしてなだらかに傾斜させるのがよい。なお、３０％
以上に大きくしても、効果が少ないばかりでなく、遠心
力による曲げ応力が大きくなり、動翼の疲労強度が低下
する問題が生じる。

【００１０】また、傾斜部１２の傾斜角αは約２０°以
上かつ約３０°以下であることが好ましい。傾斜角２０
°以下では、解析の結果、損失係数の低減効果はほとん
ど無いのに対して、傾斜角３０°では、図２に示すよう
に翼先端部１１（チップ部）の損失係数を大幅に低減で
きる。また、傾斜角αが３０°を越えると遠心力により
曲げ応力が大きくなるからである。

【００１１】なお、図２において、翼高さＬの約５％の
位置で損失係数が別の極大値をもっているが、これば前
述したルート部の隅部に生じる剥離流れＡによるもので
ある。

【００１２】図３は、本発明の軸流圧縮機動翼における
翼間の全圧分布図であり、図４は、従来の軸流圧縮機動
翼における図３と同様の図である。図３及び図４は、動
翼を下流側から見た図であり、動翼１，１０は、前縁か
ら後縁の中間部分を肉厚のない曲線で示している。ま
た、各図における閉じた曲線は等圧線を示している。図
３と図４の比較から図１（Ａ）に模式的に示すように、
本発明の軸流圧縮機動翼では、漏れ流れ４が、翼先端部
１１ａを回転方向の逆向きに通過し、翼先端部１１ａが
それと同方向（周方向負圧側）になだらかに傾斜してい
るので、漏れ流れ４はよりスムースに周方向に拡散する
ことがわかる。翼先端部１１ａ（チップ部）の漏れ流れ
の総量は、隙間の大きさによりほぼ決まり、翼先端形状
によらずほぼ一定であるから、漏れ流れ４が周方向に拡
散することで半径方向の拡散は抑制される。この結果、
漏れ流れ４は中央部の主流より速度の遅いケーシング３
の内壁付近の境界層部の流れと干渉することになり、流
速の積に比例する損失を大幅に低減することができ、こ
の結果、図２に示したように、翼先端部１１ａ（チップ
部）の損失係数を大幅に低減することができる。

【００１３】これに対して図１（Ｂ）に示すように、従
来の軸流圧縮機動翼１は、取付部１ｂから翼端部１ａま
で曲がりが少なく、ほぼ直線状に半径方向に伸びた翼構
造が用いられてきた。しかし、かかる従来の動翼１で
は、翼端隙間を通過する漏れ流れ４が高速の主流と干渉
するために翼先端部１ａ（チップ部）での損失が大きく
なる。すなわち、従来の動翼１では漏れ流れ４が周方向
に広がらずに半径方向内側に広がる渦となるため、流路
中央部の流速の大きい主流と干渉して大きな損失が発生
していたことが解析の結果明らかになった。

【００１４】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、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。

【００１５】

【発明の効果】上述したように、本発明の軸流圧縮機動
翼は、翼端隙間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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軸流圧縮機動翼の構成図である。

【図２】翼高さに沿った損失係数の解析結果である。

【図３】本発明の軸流圧縮機動翼における翼間の全圧分
布図である。

【図４】従来の軸流圧縮機動翼における図３と同様の図
である。

【図５】従来の軸流圧縮機動翼の模式図である。

【図６】従来の圧縮機動翼を上流側から見た斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 動翼 １ａ 翼先端部（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 軸流圧縮機動翼 １１ 翼先端部（チップ部） １２ 傾斜部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 翼先端部が周方向負圧側になだらかに傾
   斜している、ことを特徴とする軸流圧縮機動翼。
2. 【請求項２】 前記傾斜部は、動翼高さＬの１０〜３０
   ％であり、傾斜角度は約２０°以上かつ約３０°以下で
   ある、ことを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機動
   翼。