JPS60192900A - 凹所を持つ圧縮機ケ−シング - Google Patents

凹所を持つ圧縮機ケ−シング

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JPS60192900A
JPS60192900A JP60020184A JP2018485A JPS60192900A JP S60192900 A JPS60192900 A JP S60192900A JP 60020184 A JP60020184 A JP 60020184A JP 2018485 A JP2018485 A JP 2018485A JP S60192900 A JPS60192900 A JP S60192900A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広義にはガスタービンエンジンに関し、さらに
詳しくは圧縮機動翼先端すき聞損を減らす手段に関する
。
関連出願の提示 本発明は、１９８４年２月６日出願の米国特許出願用５
７７．３９８号に開示された発明と関連している。
発　明　の　背　景 １９７０年代を通しての燃料価格の高・騰の結果として
、航空機エンジンの設翳１者は設計製品の効率を改良し
ようと努めてきた。検討を加えられたガスタービンエン
ジンの区域の一つは圧縮機である。基本的には、圧縮機
は多数の動翼（＝Ｊさ゛圧縮機ディスクよりなり、これ
らのディスクが高速で回転し、圧縮機を通過する空気流
の圧力を増す。圧縮機から出てくる高圧空気を燃焼器内
で燃料と混合して燃焼させる。次に排気ガスはタービン
翼車を通過しながら膨張し、ここで流れから仕事を抽出
する。
圧縮機を通る空気流は、大まかに２つの領域に分けられ
る。すなわち、粘稠な境界層効果および動翼／静翼先端
効果が支配的であるケーシングおよびハブに近い端壁流
れ領域と、上記効果が小さいか無視できる圧縮機の中心
部分に位置する中心流れ領域とに分けられる。全圧縮ｍ
損失の大体５０％が端壁領域で生じる。
この１（１失を生じさせ、従って圧縮機の効率を下げる
１つの条件は、端壁領域において通常圧縮機動翼の端と
周囲のケーシングとの間にあるすき間によるものである
。回転刃る動翼で圧縮された空気は、このすぎ間を通っ
てロータ先端を越えて逆流または漏洩し、先端すき間過
を生じる傾向がある。この渦はケーシング壁の境界層と
相り作用し、先端損失を生じる。
この洩れを抑制しようとりる代表的な方法は、ロータ先
端と周囲のケーシングとの間のすき間を最小にすること
であった。しかし、圧縮機ケーシングも圧縮機動翼もエ
ンジンの運転期間中半径方向に膨張する。動翼とケーシ
ングとの接触を避けるために、平常のエンジン運転中に
十分なすき間を残して、過渡運転状態の間の膨張差を吸
収できるようにしなければならない。代りの方法は、こ
ずれを予想して、ケーシングに摩耗性ストリップを設け
るか動翼に摩耗性先端を設けて、・ある程度の制御され
たこずれを許４ものである。
動翼先端を横切る洩れを減らず別の方法としては、ケー
シングの壁に凹所を展成し、動翼を元のケーシング壁ど
ほとんど同一線上にくるように延長する。このような凹
所はエンジン運転の一部またはすべてのＪＩＪ間中動翼
先端を受容れる。圧縮Ｉ幾ケーシングから凹所への移行
領域は、典型的には滑らかなケーシング壁から急激に変
化するように形成されている。これらの急激な移行領域
が凹所の前端と後端の両方に存在する。例えば、凹所と
して長方形断面の溝が知られてＪ３す、この場合の移行
領域は直角に形成されている。試験結果から、このよう
な溝はよく見ても効率をほんの僅か向上するだけで、条
件によっては実際に性能をそこなうことがわかった。
発　明　の　目　的 本発明の目的は、新しい改良された凹所を持つ圧縮機ケ
ーシングを提供することにある。
本発明の他の目的は、圧縮機ロータ先端損を減らす新し
い改良された凹所を持つ圧縮機ケーシングを提供づるこ
とにある。
本発明の別の目的は、ガスタービンエンジンの圧縮ｔｉ
の空気力学的効率を改良する新しい改良された手段を提
供することにある。
０の 本発明は、半径方向に位置する表面に対して相対的に回
転可能な第１翼と、この第１翼より後方にあって、上記
表面に対して固定された第２翼とを右する軸流ターボＩ
幾関の圧縮機の改良である。
上記表面が後方へ流れる流体の流路を形成する。
本発明によれば、第１！７！とＩ−記入面との間にすき
間を与えるように、第１および第２岡に対して半径方向
に位置し且つ円周方向に延在づる凹所を上記表面に設け
る。この凹所は概して後向きの壁と、概して軸方向に伸
びる壁と、概して前向きの壁とを含む。後向きの壁はす
き閣内の流体の面方への流れに対りる障壁を構成りる向
さに配置され゛（いる。前向きの壁は凹所から流路へ空
気力学的に滑らかな移行を与える向きに配置されている
。
本発明の特定実施例では、凹所の後向きの壁が上記表面
に対してほず直角である。前向きの壁はケーシング表面
に対して１０°以下の角度をなげ。
３、発明の詳細な説明 本発明はあらゆる軸流ターボＩ幾関の圧縮機に使用でき
る。具体的に例示するために、本発明をガスタービンエ
ンジンについて説明する。
第１図に、本発明によるガスタービンエンジンの圧縮機
の一部を示ザ。圧縮（幾１０は、動翼列１２おＪ：び静
翼列１４を有する。動翼列１２はエンジン中心線１６の
まわりに回転し得る多数の翼すなわち動ｒｌＪ１８を有
する。静翼列１４は中心線１６に関して固定された多数
の翼すなわち静ｍ１９を右する。空気の移動する流路２
０が圧縮機の軸方向に延在している。流路２０は、半径
方向内向きの表面２４を有する外側ケーシング２２と、
半径方向外向きの表面２８を有する内壁２６とにより形
成される。各動翼１８は半径方向外端ずなわち動翼先端
８０を有する。外側ケーシング２２力（各動翼列１２を
円周方向に包囲している。回転する動翼先端８０と静止
した外側ケーシング２２との間に寸き間５０を緒持して
、両者のこづ−り合いを防止する必要がある。
各静翼１９がその半径方向に位置する表面２８に対して
相対的に回転可能であることは、各動翼１８がその半径
方向に位置する表面２４に対して相対的に回転可能であ
ることと同様であることが明らかである。ざらに、静翼
１９は表面２４に対して固定され、動翼１８は表面２８
に対して固定されている。
動翼１８が中心線１６のまわりを回転するにつれて、流
路２０内の空気は全体的に後方へ移動する。同時に、各
ｆｌＩｍ列１２を通過する際に空気は圧縮され、その圧
力を増加する。その結果、動翼列１２の後方には、この
動翼列１２の前方の相対的に低圧の領域３４に対して相
対的に高圧の領域３２が生じる。第１図の３−３方向１
ＩＪｉ面である第３図に示すように、矢印５２で示され
る方向に回転する各！ｅ翼１８は加圧表面５４と吸引表
面５６を有する。加圧表面５４側の圧力（ま吸引表面５
６側の圧力より高い。相対的に高圧の空気が、第２図に
示されるようにすき間５０を通って第３図の矢印５８で
示されるように相対的に低圧の領域に逃げる傾向があり
、これが動翼１８の先端８０の半径方向外端近くに形成
される先端リ−き間過の形態の損失を生じさせる。
この損失を生じざＵる一囚としては、半径方向内向きの
表面２／Ｉ近くの境界層空気が全体的に後方に移動して
いて、先端リ−ぎ間５０を通って前方へ流れようとづる
空気と相Ｕ作用することによる。
本発明は先端り−ぎ間の空気流の前方への移動を阻止し
、後方に移動する主空気流が障害なして通過できるにう
にり−る。
第２図に本発明の′１実施例に従った動９２１８、静翼
１９および外側ケーシング２２を示づ°。外側ケーシン
グ２２に設けられた円周方向に延在する凹所７２が、！
Ｉ！Ｉｌ翼１８および静翼１１〕に対して？１′径方向
に位置する。凹所７２は概して後向きの壁７４、概して
前向きの壁７６および（［Ｌ、て軸方向に伸びる壁７８
を含む。図示の実施例では、概して後向きの壁７４が内
向きの表面２４に対してはず直角である。前向きの壁７
６は内向きの表面２４に対して鋭角αをなす。軸方向に
伸びる壁７８は、動翼１，８より前方の点８２で後向き
の壁７４と交差し、動翼１８より後方の点８４で前向き
の壁７６と交差する。
第２図に示した形状は、ケーシング表面２４からｖ７７
１へ交点８６で急激な変化を生じ、また壁７６からケー
シング表面２４へ交点８８で急激でない、リーなわら比
較的滑らかな移行を生じるにうにしたものである。交点
８Ｇでの急激な移行は、後方へ流れている境界層空気を
表面２４から良好に分離し、同時に壁７４の形のｌ’Ｑ
壁を４１４成して先端ずき間過からの前向きの流れを最
小限に抑えると考えられる。さらに、交点８８　Ｆの壁
７Ｇから表面２４への急激でない移行は、凹所７２から
流路２０へ流れる空気を空気力学的に）ｌらかに移行ま
たは流れさせると考えられる。
ここまで説明すれば、これらの条件を満たすのに種々の
形状の凹所７２を設計でさ゛ることが適業゛者には分る
であろう。例えば、壁７６は、交点８８で表面２４に対
して急激でない移行を生じるような種々の比較的滑らか
な曲線に形成することかできる。第２図に示づ実施例で
は、壁７６により形成される曲線は、実質的にケーシン
グ表面２４に対して交差角αをなす直線である。好適実
施例では、角度αは人体１０’以下である。しかし、こ
の角度は凹所７２の深さ、交点８７Ｉと８８どの間の軸
方向距離および壁７６の形状によって決まる。　好適実
施例では、ｉＩ！ｌ１ｖＡ先端８０は壁７８ど幾何学的
に相似または合致する形状を持つ。従って、動翼先端８
０は壁７８に実質的に平行な直線を形成する。従って、
先端８０上の各点は壁７８までの半径方向距離が実質的
に同一である。従来の動翼先端を用いて、先端８０の輪
郭を定めるのに必要どなる機械加工の積を減らすのが有
利である。さらに、この構成により！ＩＪ１１８が軸方
向たわみを受けるときに先端すき間を一定に保つことが
できる。
凹所７２に対する動翼先端８０の半径方向および軸方向
位置は、エンジン運転中、動翼１８が遠心力によりたわ
んだり弾性変形するか、もしくはケーシング２２とは異
なる熱膨張を呈するので、変化−リ′る。第２図は、動
翼先端８０の定常運転状態での凹所７２に対する位置を
図示している。この運転状態での重要な寸法は、動５１
１ｇと壁７４との間の軸り面距離４９Ｊ３よび先端８０
ど壁７８との間の半径方向距離づなわら先端すさ・間５
０て゛ある。距１１１ｔ４９は、動翼の材料や形状を含
む幾つかの因子に依存する。好適実施例では、距離４９
は動翼の円周方向間隔の１０％程麿である。距離５０も
動翼の材料および形状の関数である。一般的に、この距
１１５０は、エンジンの過渡動作期間中の膨張差を吸収
できるように設計する。好適実施例では、この距離は動
翼列１２の直径の約０゜１０％である。
距離４９および５０が本発明の範囲からはずれることな
く特定の用途に従って変えることが出来ることは当業者
には明らかであろう。さらに、凹所７２の壁７４または
７８に摩耗性ライナを用いたり、動翼１８に摩耗性先端
を用いたり、これら両方を用いることも本発明の範囲内
に入る。いずれの場合にも、当業界で周知のように距１
ｉＳｌ１５０および４９は変えることができろ。
第１図および第５図に示す本発明の他の実施例によれば
、凹所９ｏが内壁２６の半径方向外向ぎの表面２８に設
りられて、静翼列１４および動翼列１２に対して半径方
向に隔った位置に配置される。ケーシングの凹所７２の
場合と同じく、凹所９０は３つの壁９２．９４．９６で
形成されている。壁９２は概して後向きであって、交点
９８で表面２８から急激に変化する。壁９６は概して前
向きであって、交点１００で表面２８がら相対的に急激
でない変化をなしている。概して軸方向に伸びる壁９４
は、静翼列１４より前方の点１０２で壁９２と交差し、
静翼列１４より後方の点１゜４で壁９６と交差する。
静翼列１４自身は動かないが、その内壁２Ｇとの関係は
、動翼列１２と外側ケーシング２２との関係に似ている
。静翼列及び動翼列は、それぞれ、半径方向に位置する
表面に対して相対的に回転可能な翼の列をもつ。さらに
、各羅列を通って後方へ通過する空気はその圧力を増加
する。この結果、空気は翼先端を横切って相対的に高圧
の領域から相対的に低圧の領域に移行する傾向をも６゜
第４図に矢印７０でそのような空気の移行を示す。
上述した通りの凹所７２の形状についての別の実施例が
凹所９０にし同等に成り立つ。圧縮機は、外側ケーシン
グ２２のみに凹所７２を設（）るか、内壁２６のみに凹
所９０を設（）るか、またはケーシング２２と内壁２６
両ブＪに同じかまたは異なる輪郭の凹所を設りる設計ど
リ−ることかできることは明らかである。
本発明がここで説明し図示した特定の実施例に限定され
ないことは当業者に明らかであろう。本発明は、ここに
広したよう４ｃ特定の直線輪郭の圧縮機ケーシングの凹
所にも内壁の凹所にも限定されない。先端づき間過から
の前方への流れを百１止し月つ境界層空気を良好に分−
■づる任危の形状の後向きの壁、並びに流路２０へ空気
を清らかに移行させる（■危の形状の前向きの壁は、本
発明の範囲内に入る、。
図面に示した寸法、ｌｌ’ｌ　込の比例関係は例示の１
．−めのみに示したもので、これらのμ体側を本発明の
圧縮機ケーシングの凹所に用いる実際の刈払もしくは１
ｍ　Ｊｕの比例関係ととるべきではない。
第１図に示した圧縮１１１０の一部は、相対的に回転可
能な翼、相対的に固定された翼、半径方向に位置する表
面およびそのような表面に設けた凹所の関係を例示する
ことを目的どしたものである。
流路２０並びに流路を形成づ°る外側ケーシングおよび
内壁の表面は、軸方向にエンジン中心線１６と整合して
いる。しかし、用途によっては、これらの表面および流
路をエンジン中心線に対して傾斜させることができる。
従って、ここで使用する用語「軸方向」は、エンジン中
心線、流路および流路形成用の表面のいずれか一つに実
ｖ１的に平行な方向と定：？ｉｌする。
本発明は、特許請求の範囲によって限定きれ、その要旨
を逸脱り”ることなく多数の変形、変更をなし、そし・
て全体的および部分的均等物をとることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例に従うガスタービンエンジン
の圧縮１幾の一部の断面図、第２図は第１図に示づ一圧
縮歴の動翼、静翼おＪ、びケーシングの拡大図、第３図
は第１図の３−３腺方向に見た断面図、第４図は第１図
の４．−ｉ線方向に見た断面図、そして第５図は第１図
に示づ圧縮（幾の動翼、静翼および内壁の拡大図である
。 １０・・・Ｌ「縮機、１２・・・動翼列、１４・・・静
翼列、１６・・・エンジン中心線、１８・・・動翼、　
１９・・・静翼、 ２０・・・流路、　２２・・・外側ケーシング、２４・
・・内向きの表面、２Ｇ・・・内壁、２８・・・外向ぎ
の表面、５０・・・づさ間、７２．９０・・・凹所、７
４．９２・・・後向きの壁、７６．９６・・・前向きの
壁、 ７８．９４・・・軸方向の壁、８０・・・先端、８２．
８４．８Ｇ、８８．９８、′１００．１０２．１０／Ｉ
・・・交点。 特許出願人 げネラル・エレクトリック・カンパニイ（７６３０）　
牛　沼　１：た　ニ Ｂｊｌ 画２

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半径り向に位置する表面に対して相対的に回転可能
    な第１岡と、この第１翼より後方に位置しでいて上記表
    面に対して固定された第２翼とを有し、上記表面が後方
    へ流れる流体の流路を形成する構成のＨ流ターボ機関の
    圧縮機において、上記第１間と上記表面との間にすき間
    を形成するように上記第１および第２翼に対して半径方
    向に位置し且つ円周方向に延在する凹所を上記表面に設
    け、 上記凹所が概して後向きの壁と、概して軸方向に伸びる
    壁と、概して前向きの壁とを含み、上記後向きの壁が上
    記すき量的の流体の前方への流れに対して障壁を構成す
    る向きに配置されているとどもに、上記前向きの壁が上
    記凹所がら上記流路へ空気力学的に滑らかな移行を与え
    る向きに配置されていることを特徴とする圧縮機。 ２、半径方向に位置する表面に対して相対的に回転可能
    な第１要と、この第１翼より後方に位置していて上記表
    面に対して固定された第２翼とを有し、上記表面が後方
    へ流れる流体の流路を形成する構成のす１１流タ一ボ機
    関の圧縮□において、上記第１および第２舅に対して半
    径方向に位置し且つ円周方向に延在づる凹所を上記表面
    に設け、上記凹所が概して後向きの壁と、概して軸方向
    に伸びる壁と、概して前向ぎの壁とを含み、上記後向き
    の壁が上記表面に対しては望直角であり、上記前向きの
    壁が上記表面に対して約１０°以上の角度をなすことを
    特徴とする圧縮機。 ３、上記軸方向に伸びる壁が上記第１翼より前方の点で
    上記後向きの壁と交差するとともに、上記第１翼より後
    方の点で上記前向ぎの壁ど交差する特許請求の範囲第２
    項記載の圧縮機。 ４、回転づ“る圧縮機動翼、この動翼より軸方向後方に
    ある固定された圧縮機静岡、および環状ケーシングを具
    え、上記ケーシングが後方へ流れる空気の流路を形成す
    るとともに、上記動翼および静翼を円周方向に包囲し、
    且つ半径方向内向きの表面を有しＣいる構成のガスター
    ビンエンジンにおいて、 上記動翼と上記表面との間にすき間を形成するように上
    記動’Ａ　Ｊ５よび静岡に対して半径方向に位置し且つ
    円周方向に延在する凹所を上記表面に設け、 上記凹所が概して後向きの壁と、概して軸方向に伸びる
    壁と、概して前向きの壁とを含み、上記後向きの壁が上
    記すき量的の空気の前方への流れに対して障壁を構成す
    る向きに配置されているとともに、上記前向きの壁が上
    記凹所から上記流路へ空気力学的に滑らかな移行を与え
    る向きに配置されていることを特徴とするガスタービン
    エンジン。 ５、回転する圧縮Ｉ幾動翼、固定した圧縮機静翼、およ
    び上記動翼および静翼を円周方向に包囲する環状ケーシ
    ングを具え、上記ケーシングが半径方向内向きの表面を
    有するガスタービンエンジンにおいて、 上記表面に円周方向に延在する凹所を設け、上記凹所が
    概して後向ぎの壁と、概して軸方向に伸びる壁と、概し
    て前向きの壁とを有し、上記後向きの壁が上記ケーシン
    グ表面に対してほず直角であり、上記前向きの壁が上記
    ケーシング表面に対して約１０°以下の角度をなずこと
    を特徴とするガスタービンエンジン。 ６、」上記軸方向に伸びる壁が上記動翼より前方の点で
    上記後向きの壁と交差するとともに、上記動翼より後方
    の点で上記前向きの壁と交差する特許請求の範囲第５項
    記載のガスタービンエンジン。
JP60020184A 1984-02-06 1985-02-06 凹所を持つ圧縮機 Expired - Lifetime JPH0631640B2 (ja)

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JPH0631640B2 JPH0631640B2 (ja) 1994-04-27

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IT (1) IT1184143B (ja)

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