JPS5810600B2 - 軸流圧縮機のケ−シング - Google Patents

軸流圧縮機のケ−シング

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JPS5810600B2
JPS5810600B2 JP51113560A JP11356076A JPS5810600B2 JP S5810600 B2 JPS5810600 B2 JP S5810600B2 JP 51113560 A JP51113560 A JP 51113560A JP 11356076 A JP11356076 A JP 11356076A JP S5810600 B2 JPS5810600 B2 JP S5810600B2
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vanes
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685—Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービン・エンジンに関し、更に詳細には
ガスタービン・エンジンの圧縮機ケーシングの改良に関
するものである。
従来、遠心圧縮機と軸流圧縮機との両方がガスタービン
・エンジンに用いられたが、最近のガスタービン・エン
ジンは軸流圧縮機を用いるものが多い。
遠心圧縮機は軸流圧縮機に比し、頑丈で、又、製造が容
易であるが、軸流圧縮機は同一の正面面積の遠心圧縮機
よりはるかに多量の空気を吸込むことができる。
又、軸流圧縮機は遠心圧縮機より高い圧縮比に設計する
ことができる。
空気流量はガスタービンエンジンが発生する推力の大き
さを決める重要なファクターであるから、軸流圧縮機は
同一正面面積の遠心圧縮機より推力が大きいことを意味
し、これが現今のガスタービンエンジンに軸流圧縮機が
選択されるゆえんである。
軸流圧縮機は翼型断面の羽根を有する１つ以上のロータ
ー組立体を複数の軸受の間に支持している。
ローター組立体はケーシング内に支持されており、ケー
シング内には静翼も配置されている。
軸流圧縮機は１段の仕事量（圧力増加）が小さいから多
段とし、各段は１列の回転羽根（動翼）と１列の静翼と
から成る。
１段の圧力増加が小さい理由は羽根における空気の剥が
れとそれによる羽根のストールによって起る損失を避け
るには拡散率と羽根の偏向角を制限しなければならない
ことである。
ストール或いはサージと呼ばれる状態は圧縮機を通る滑
らかな空気流が撹乱された時に起る。
２つの用語「ストール」と「サージ」とは屡々同義的に
用いられるが、その差異は主として程度の問題である。
ストールは１つの段又はせいぜい幾つかの段に対して影
響があるに過ぎないが、圧縮機のサージは一般に圧縮機
を通る全部の流れの剥がれを指すものである。
サージが起る空気流量と圧縮比の値を「サージ点」とい
う。
圧縮機は、通常の運転時の空気流量および圧縮比とサー
ジが起る空気流量および圧縮比との間に安全な余裕を有
するように設計しなければならないことは明らかである
。
本発明の目的は圧縮機が「サージ点」に達する前の空気
流量と圧縮比を増大し、圧縮機を高い空気流量と圧縮比
で運転できるようにする手段を軸流圧縮機に設けること
にある。
本発明は、軸流圧縮機のケーシングの少くとも１列の羽
根を担持するローターの該羽根列の回転軸線に対し傾斜
したスロットの少くとも１列を、上記羽根に隣接する上
記ケーシングの円筒内面の円周方向に並べて設け、該ス
ロットの軸方向の長さは上記羽根列の軸方向の長さより
大きく該羽根列の下流で終っている軸流圧縮機のケーシ
ングを提供するものである。
各々の傾斜したスロットの底面は流線形の凹面をなし羽
根列附近で高圧流が該スロットに入り該スロットを流れ
て少くとも１列の羽根の下流に達するのが好ましい。
又、各々の傾斜したスロットは側壁面はケーシングの半
径方向に対し一定の角度で傾斜し、該スロットの、羽根
列回転軸線に対する傾斜角度は少くとも１つの羽根列か
ら出る流体の流出角度と実質的に等しい。
本発明は又、上述の軸流圧縮機ケーシングを有する高圧
圧縮機を備えたガスタービン・エンジンを提供するもの
である。
以下図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する
。
第１図を見ると、ガスタービン・エンジン１０は流れの
順序に、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１３、燃焼装置１
４、高圧タービン１６、低圧タービン１７、および排気
ノズル１８から成る。
低圧圧縮機１２と低圧タービン１７と、又高圧圧縮機１
３と高圧タービン１６とはそれぞれ共軸な軸組立体（図
示せず）に回転可能に取りつけられている。
本発明の実施例の図式的な図を高圧圧縮機ケーシング１
３の破断した部分に示す。
第２図は第１図に図式的に示した部分の詳細断面図であ
り、高圧圧縮機１３の１段の高圧圧縮機羽根１９の一部
を含む。
圧縮機ケーシング２０は高圧圧縮機１３の半径方向外方
に位置する。
圧縮機ケーシング２０の円筒形の内面には円周方向に並
ぶ傾斜した一連のスロット２１が設けられている。
スロット２１は軸方向の長さが高圧圧縮機羽根１９の隣
接部のそれより大きく、該圧縮機羽根１９の下流迄延び
ている。
傾斜したスロットの螺旋角は高圧圧縮機羽根１９のガス
出口角度の角度と実質的に同じである。
ガス出口角度とは圧縮ガスが圧縮機羽根１９から出る角
度であり、この角度は普通約４５°である。
この角度は隣接する下流の静翼のガス入口角度と同じ角
度でもあることは明らかである。
第２図かられかるように、スロット２１の底面２３はガ
スが通る滑らかに連続しだ流路を作る凹面の流線形のも
のである。
第４図は第３図の４−４視断面図でありスロット２１の
側壁面半径方向に対し一定の角度で傾斜していることを
示している。
スロット２１の側壁面の傾斜は高圧圧縮機羽根１９から
加圧ガスを受取るためである。
高圧圧縮機羽根の移動方向は矢印２４で示す。
圧縮機の１つの段例えば１９の作動が満足なものである
ためには、該段とその隣接段（図示せず）は注意深くマ
ツチングを行う必要があることは周知である。
各々の段は個々に独自の空気流特性を有するからである
。
従って、例えば航空機用エンジンの広範囲の運転条件の
全てについて満足な作動を行うように圧縮機を設計する
ことは極めて困難である。
設計条件外では羽根のまわりのガス流はひどい乱流とな
り易く、各段を通る流線パターンは滑らかでない。
圧縮機を通るガス流は悪化するのが普通であり、ストー
ルしたガス流は１つ又は多数の圧縮機羽根段の翼端のま
わりに加圧ガスの高速回転する環となる。
圧縮機の全部の段を通る流れに完全な中断が生じ、例え
ば圧縮機羽根の全ての段に「ストール」が生じると圧縮
機は「サージ」する。
「ストール」から「サージ」への転移は極めて速く、認
知し得ない程である場合もあり、他方「ストール」は非
常に弱く僅かな振動を生じたり加減速特性が少し悪くな
る程度に過ぎない場合もある。
タービンガスの温度が上昇するともつとひどいストール
が圧縮機に認められ、又圧縮機の振動が起る。
サージはエンジン圧縮機から発する種々の程度の衝撃音
やタービンガス温度の上昇でわかる。
高圧ケーシング２０に設けたスロット２１は「ストール
」を或程度制御することはもちろん全く解消することが
でき、従って「サージ」が起る可能性を大幅に減じるこ
とができることがわかった。
高圧圧縮機１３の運転時に羽根１９の段が設計条件外で
作動すると、軽いサージが起り、加圧ガスの回転する環
が羽根１９の翼端のまわりにできるが、スロット２１が
螺旋状に傾斜し互生径方向に対しても傾斜しているから
、空気の環はスロットの中へ導かれ、その段の圧縮機羽
根の下流でスロットから排出され圧縮機を通る主ガス流
に戻され、かくして「サージ」を減じ或いは解消する。
羽根１９を「非ストール」条件の下で作動させると圧縮
機を通る主ガス流の一部は圧縮機ケーシング２０に設け
たスロット２１に流入し、従って圧縮機に縦方向の渦が
生じるが、これは圧縮機の運転効率にあまり悪い影響が
ないと認められる。
【図面の簡単な説明】
第１図は圧縮機ケーシングの一部を破断し本発明の１実
施例を開示するガスタービンの側面図。 第２図は第１図の実施例の一部の拡大詳細断面図。 第３図は第２図の矢印３の方向に視た図。 第４図は第３図の４−４視断面図。 １３・・・・・・ケーシング、１９・・・・・・高圧圧
縮機羽根、２１・・・・・・スロット、２２・・・・・
・円筒内面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 軸流圧縮機のケーシングにおいて、該ケーシングに
    は少くとも１列の羽根を担持するローターを取付け、又
    上記羽根列の回転軸線に対し傾斜したスロットの少くと
    も１列が上記少くとも１列の羽根に隣接する上記ケーシ
    ングの円筒内面の円周方向に並び、該スロットは、軸方
    向の長さが羽根列の軸方向の長さより大きく、羽根列の
    下流で終っている軸流圧縮機のケーシング。 ２、特許請求の範囲第１項のケーシングにおいて、上記
    各スロットの側壁面がケーシングの半径方向に対して一
    定の角度で傾斜しているもの。 ３ 特許請求の範囲第１項のケーシングにおいて、上記
    スロットの羽根列回転軸線に対する傾斜角は少くとも１
    列の羽根から出る流体の流出角度と実質的に等しいもの
    。
JP51113560A 1975-09-25 1976-09-21 軸流圧縮機のケ−シング Expired JPS5810600B2 (ja)

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JPS5240809A JPS5240809A (en) 1977-03-30
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FR (1) FR2325830A1 (ja)
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