JPH0610603A - 応力軽減型輻流インペラブレード - Google Patents
応力軽減型輻流インペラブレードInfo
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- JPH0610603A JPH0610603A JP5117598A JP11759893A JPH0610603A JP H0610603 A JPH0610603 A JP H0610603A JP 5117598 A JP5117598 A JP 5117598A JP 11759893 A JP11759893 A JP 11759893A JP H0610603 A JPH0610603 A JP H0610603A
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Classifications
-
- 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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
- F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
- F01D5/048—Form or construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
- F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/162—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of a centrifugal flow wheel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
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Abstract
(57)【要約】
【目的】遠心応力が軽減され、従って有効寿命の長い改
良された応力軽減型輻流インペラブレードを提供するこ
と。 【構成】この応力軽減型輻流インペラブレードは、ブレ
ードのハブから延長し、軸方向の流体流れのための開口
の一部を画定するブレード縁を有し、該ブレード縁は、
少くともその最外端において、該ブレード縁とブレード
・ハブ連結線との交差点を通る半径線から約２°〜約２
０°軸方向内方へ引込められており、それによって、イ
ンペラの回転中、臨界部位（ブレード縁とブレード・ハ
ブ連結線との交差部）に遠心力を及ぼすブレード材の質
量を少なくしたことを特徴とする。
良された応力軽減型輻流インペラブレードを提供するこ
と。 【構成】この応力軽減型輻流インペラブレードは、ブレ
ードのハブから延長し、軸方向の流体流れのための開口
の一部を画定するブレード縁を有し、該ブレード縁は、
少くともその最外端において、該ブレード縁とブレード
・ハブ連結線との交差点を通る半径線から約２°〜約２
０°軸方向内方へ引込められており、それによって、イ
ンペラの回転中、臨界部位（ブレード縁とブレード・ハ
ブ連結線との交差部）に遠心力を及ぼすブレード材の質
量を少なくしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シュラウド付輻流イン
ペラのブレードに関し、特に、遠心応力が軽減され、従
って有効寿命の長い改良された応力軽減型輻流インペラ
ブレードに関する。
ペラのブレードに関し、特に、遠心応力が軽減され、従
って有効寿命の長い改良された応力軽減型輻流インペラ
ブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】輻流インペラは、圧縮機インペラ又はタ
ービンインペラとして用いられるガスタービンエンジン
の分野や、ガスを冷却するために膨脹させる膨脹機とし
て使用される冷凍プラント又はガス液化プラントの分野
に用途を有する。このような輻流インペラは、設計に当
って空気力学的配慮から構造上の制約を大いに受ける。
輻流タービンインペラにおいては、ガスは半径方向にイ
ンペラ内へ流入し、インペラハブとインペラブレードと
によって画定されるチャンネル内に入る。通常、高い空
気力学的性能を得るために、インペラブレードのチップ
（外周縁）に、流体流れチャンネルの外周壁を画定する
一体のシュラウド（囲い体）が連結されている。ガス
は、インペラ内で膨脹せしめられ、半径方向から軸方向
に偏向されて排出される。従って、インペラの排出端面
は、ほぼ半径方向の平面であり、ブレード縁は半径方向
である。ブレード縁は、膨脹した軸方向の流れを通すた
めの大きな流れ断面積の出口開口を画定する。従って、
そのような大きな流れ断面積を有する開口のことをイン
ペラの「眼」と称し、そのような「眼」を備えた端面の
ことをと称している。大きな流れ断面積を得るために、
ブレード縁の半径方向のスパンが大きくされている。こ
れらのブレード縁は、タービンインペラでは後行縁（ガ
スの流れ方向でみて下流側に位置するブレード縁）であ
るから、良好な空気力学的性能を得るためにはブレード
縁を薄くしなければならない。
ービンインペラとして用いられるガスタービンエンジン
の分野や、ガスを冷却するために膨脹させる膨脹機とし
て使用される冷凍プラント又はガス液化プラントの分野
に用途を有する。このような輻流インペラは、設計に当
って空気力学的配慮から構造上の制約を大いに受ける。
輻流タービンインペラにおいては、ガスは半径方向にイ
ンペラ内へ流入し、インペラハブとインペラブレードと
によって画定されるチャンネル内に入る。通常、高い空
気力学的性能を得るために、インペラブレードのチップ
（外周縁）に、流体流れチャンネルの外周壁を画定する
一体のシュラウド（囲い体）が連結されている。ガス
は、インペラ内で膨脹せしめられ、半径方向から軸方向
に偏向されて排出される。従って、インペラの排出端面
は、ほぼ半径方向の平面であり、ブレード縁は半径方向
である。ブレード縁は、膨脹した軸方向の流れを通すた
めの大きな流れ断面積の出口開口を画定する。従って、
そのような大きな流れ断面積を有する開口のことをイン
ペラの「眼」と称し、そのような「眼」を備えた端面の
ことをと称している。大きな流れ断面積を得るために、
ブレード縁の半径方向のスパンが大きくされている。こ
れらのブレード縁は、タービンインペラでは後行縁（ガ
スの流れ方向でみて下流側に位置するブレード縁）であ
るから、良好な空気力学的性能を得るためにはブレード
縁を薄くしなければならない。
【０００３】従って、ブレードの後行縁と、ブレード・
ハブ連結線（ブレードとハブとの連結部）との交差部に
応力が集中する。従って、この部位（ブレード縁とブレ
ード・ハブ連結線との交差部）は、亀裂を生じ易く、イ
ンペラのサイクル寿命を決定する上で重要な部位であ
る。ここでは、この部位を「臨界部位」（重要な又は危
険な部位）と称することとする。この臨界部位に生じる
総応力の大部分は、遠心応力である。そして、遠心応力
をもたらす大きな誘因は、外側シュラウド（囲い体）で
ある。他方、シュラウド無しインペラは、この臨界部位
にそのような過酷な応力を受けないが、シュラウド付イ
ンペラに比べて空気力学的性能が相当に劣るという欠点
を有する。
ハブ連結線（ブレードとハブとの連結部）との交差部に
応力が集中する。従って、この部位（ブレード縁とブレ
ード・ハブ連結線との交差部）は、亀裂を生じ易く、イ
ンペラのサイクル寿命を決定する上で重要な部位であ
る。ここでは、この部位を「臨界部位」（重要な又は危
険な部位）と称することとする。この臨界部位に生じる
総応力の大部分は、遠心応力である。そして、遠心応力
をもたらす大きな誘因は、外側シュラウド（囲い体）で
ある。他方、シュラウド無しインペラは、この臨界部位
にそのような過酷な応力を受けないが、シュラウド付イ
ンペラに比べて空気力学的性能が相当に劣るという欠点
を有する。
【０００４】従来技術は、ブレードの幾何学的形状を工
夫することによってこの臨界部位における応力を減少さ
せることを試みてきた。１つの方法は、単に、ブレード
の後行縁を厚くすることであるが、それには空気力学的
性能の低下を伴う。そこで、空気力学的性能の低下を少
なくするために、ブレードの後行縁の厚みをテーパさせ
る、即ち、ブレードのハブからチップに向けて漸次厚み
を薄くする方法も提案されている。その場合、臨界部位
に遠心力を及ぼすブレード材の質量が小さくなるので、
応力が減少される。
夫することによってこの臨界部位における応力を減少さ
せることを試みてきた。１つの方法は、単に、ブレード
の後行縁を厚くすることであるが、それには空気力学的
性能の低下を伴う。そこで、空気力学的性能の低下を少
なくするために、ブレードの後行縁の厚みをテーパさせ
る、即ち、ブレードのハブからチップに向けて漸次厚み
を薄くする方法も提案されている。その場合、臨界部位
に遠心力を及ぼすブレード材の質量が小さくなるので、
応力が減少される。
【０００５】従来技術で用いられているもう１つの技法
は、インペラハブの眼側端面に、ブレードの先行端のと
ころの半径より多少小さい半径のところに環状凹部を設
ける方法である。この環状凹部は、眼側端面におけるブ
レード縁とハブとの連結部に若干の可撓性を付与し、そ
れによって、ブレード縁とブレード・ハブ連結線との交
差部（臨界部位）に作用する応力を減少させる。
は、インペラハブの眼側端面に、ブレードの先行端のと
ころの半径より多少小さい半径のところに環状凹部を設
ける方法である。この環状凹部は、眼側端面におけるブ
レード縁とハブとの連結部に若干の可撓性を付与し、そ
れによって、ブレード縁とブレード・ハブ連結線との交
差部（臨界部位）に作用する応力を減少させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブレー
ドの後行縁の臨界部位（ブレード・ハブ連結線との交差
部）に作用する応力を軽減するための上述した従来の構
成は、十分に満足なものではなかった。従って、本発明
の目的は、ブレードの後行縁の臨界部位に作用する応力
を軽減し、従って、有効寿命を延長することができ、し
かも構造が簡単で、安価に製造することができる、改良
された応力軽減型輻流インペラブレードを提供すること
である。
ドの後行縁の臨界部位（ブレード・ハブ連結線との交差
部）に作用する応力を軽減するための上述した従来の構
成は、十分に満足なものではなかった。従って、本発明
の目的は、ブレードの後行縁の臨界部位に作用する応力
を軽減し、従って、有効寿命を延長することができ、し
かも構造が簡単で、安価に製造することができる、改良
された応力軽減型輻流インペラブレードを提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ハブから突出しており、外側シュラウド
によって囲われた輻流インペラブレードであって、該ブ
レードは、流体に係合するための表面を有し、ハブから
延長して軸方向の流体流れのための開口の一部を画定す
るブレード縁を有し、該ブレード縁は、少くともその最
外端において、該ブレード縁とブレード・ハブ連結線と
の交差点を通る半径線から約２°〜約２０°軸方向内方
へ引込められていることを特徴とする応力軽減型輻流イ
ンペラブレードを提供する。好ましい実施例では、ブレ
ード縁をブレード・ハブ連結線との交差部からブレード
縁の最外端に至るまで漸進的に軸方向にインペラ内へ引
込める、即ち斜切する。
決するために、ハブから突出しており、外側シュラウド
によって囲われた輻流インペラブレードであって、該ブ
レードは、流体に係合するための表面を有し、ハブから
延長して軸方向の流体流れのための開口の一部を画定す
るブレード縁を有し、該ブレード縁は、少くともその最
外端において、該ブレード縁とブレード・ハブ連結線と
の交差点を通る半径線から約２°〜約２０°軸方向内方
へ引込められていることを特徴とする応力軽減型輻流イ
ンペラブレードを提供する。好ましい実施例では、ブレ
ード縁をブレード・ハブ連結線との交差部からブレード
縁の最外端に至るまで漸進的に軸方向にインペラ内へ引
込める、即ち斜切する。
【０００８】本発明は、又、その別の側面によれば、ハ
ブから突出しており、外側シュラウドによって囲われた
輻流インペラブレードであって、該ブレードは、流体に
係合するための表面を有し、ハブから延長して軸方向の
流体流れのための開口の一部を画定するブレード縁を有
し、該ブレード縁は、該ブレード縁とブレード・ハブ連
結線との交差点を通る半径線に沿って延長しており、該
ブレードは、該半径線から約２°〜約２０°の角度に相
当する部分を除いて前記外側シュラウドによって囲われ
ていることを特徴とする応力軽減型輻流インペラブレー
ドを提供する。
ブから突出しており、外側シュラウドによって囲われた
輻流インペラブレードであって、該ブレードは、流体に
係合するための表面を有し、ハブから延長して軸方向の
流体流れのための開口の一部を画定するブレード縁を有
し、該ブレード縁は、該ブレード縁とブレード・ハブ連
結線との交差点を通る半径線に沿って延長しており、該
ブレードは、該半径線から約２°〜約２０°の角度に相
当する部分を除いて前記外側シュラウドによって囲われ
ていることを特徴とする応力軽減型輻流インペラブレー
ドを提供する。
【０００９】
【作用】本発明の構成によれば、インペラの回転中に臨
界部位（ブレード縁とブレード・ハブ連結線との交差
部）に遠心力を及ぼすブレード材の質量が減少されるの
で、遠心力自体が軽減される。
界部位（ブレード縁とブレード・ハブ連結線との交差
部）に遠心力を及ぼすブレード材の質量が減少されるの
で、遠心力自体が軽減される。
【００１０】
【実施例】図１を参照すると、インペラを軸に固定する
ための中心孔１４を有するインペラハブ（以下、単に
「ハブ」とも称する）１２を備えた本発明の輻流インペ
ラ１０が示されている。ハブ１２から複数のインペラブ
レード（以下、単に「ブレード」とも称する）１６が突
出しており、それらのブレード１６がハブ１２の外周面
と協同して個々の流体流れチャンネルを画定する。各ブ
レード１６とハブ１２との連接部は、ブレード・ハブ連
結線１８と称される。各ブレード１６の表面は、流体に
係合し、流体とインペラとの間でエネルギーを受け渡し
するための主要な手段である。
ための中心孔１４を有するインペラハブ（以下、単に
「ハブ」とも称する）１２を備えた本発明の輻流インペ
ラ１０が示されている。ハブ１２から複数のインペラブ
レード（以下、単に「ブレード」とも称する）１６が突
出しており、それらのブレード１６がハブ１２の外周面
と協同して個々の流体流れチャンネルを画定する。各ブ
レード１６とハブ１２との連接部は、ブレード・ハブ連
結線１８と称される。各ブレード１６の表面は、流体に
係合し、流体とインペラとの間でエネルギーを受け渡し
するための主要な手段である。
【００１１】各ブレード１６のチップ（外周縁）２５と
一体に、円周方向に連続した外側シュラウド（囲い体）
２２が設けられている。外側シュラウド２２は、ブレー
ド１６とハブ１２によって画定される流体流れチャンネ
ル（以下、単に「チャンネル」とも称する）内の流体流
れのための切れ目のない外周壁を構成し、インペラの空
気力学的効率を高める働きをする。外側シュラウド２２
は、ラビリンスシールとして機能する複数の円周方向に
連続した突起２４を有している。ブレードチップ２５
は、ブレード１６と外側シュラウド２２との連結部であ
る。
一体に、円周方向に連続した外側シュラウド（囲い体）
２２が設けられている。外側シュラウド２２は、ブレー
ド１６とハブ１２によって画定される流体流れチャンネ
ル（以下、単に「チャンネル」とも称する）内の流体流
れのための切れ目のない外周壁を構成し、インペラの空
気力学的効率を高める働きをする。外側シュラウド２２
は、ラビリンスシールとして機能する複数の円周方向に
連続した突起２４を有している。ブレードチップ２５
は、ブレード１６と外側シュラウド２２との連結部であ
る。
【００１２】各チャンネルの一端において、ブレード縁
２６は、軸方向の流体流れのための、比較的大きな流れ
断面のチャンネル開口を画定する。先に述べたように、
この一端側のチャンネル開口は、インペラの「眼」と称
され、そのような眼を備えたインペラの端面は、インペ
ラの「眼側端面」と称される。各チャンネルの他端にお
いては、ブレード縁２８は、半径方向の流体流れのため
の、比較的小さな流れ断面のチャンネル開口を画定す
る。これらのチャンネルは、流体の流れを案内し、半径
方向から軸方向へ、又は、軸方向から半径方向へ流れを
偏向させるように一端の開口と他端の開口の間で湾曲し
ている。
２６は、軸方向の流体流れのための、比較的大きな流れ
断面のチャンネル開口を画定する。先に述べたように、
この一端側のチャンネル開口は、インペラの「眼」と称
され、そのような眼を備えたインペラの端面は、インペ
ラの「眼側端面」と称される。各チャンネルの他端にお
いては、ブレード縁２８は、半径方向の流体流れのため
の、比較的小さな流れ断面のチャンネル開口を画定す
る。これらのチャンネルは、流体の流れを案内し、半径
方向から軸方向へ、又は、軸方向から半径方向へ流れを
偏向させるように一端の開口と他端の開口の間で湾曲し
ている。
【００１３】このインペラが圧縮機として使用される場
合は、流体はインペラの眼に流入し、チャンネル内を通
る間に加速される。このインペラがタービンに使用され
る場合は、流体はインペラの他端に開口（流れ断面積の
小さい方の開口）から流入し、チャンネル内を通る間に
減速され、インペラの眼から流出する。
合は、流体はインペラの眼に流入し、チャンネル内を通
る間に加速される。このインペラがタービンに使用され
る場合は、流体はインペラの他端に開口（流れ断面積の
小さい方の開口）から流入し、チャンネル内を通る間に
減速され、インペラの眼から流出する。
【００１４】平常運転中は、インペラは、定常的な遠心
荷重、流体圧荷重及び熱荷重を受ける。通常、ブレード
に作用する最大の定常応力は、各ブレード１６とハブ１
２との連接部即ちブレード・ハブ連結線１８に沿って、
又は連結線１８の近傍に生じる。更に、このブレード・
ハブ連結線１８におけるピーク応力は、インペラの眼の
側のブレード縁２６のところ又はそれに近接した部位、
即ちブレード縁２６とブレード・ハブ連結線１８とが交
差する部位３０に生じる。先に述べたように、ピーク応
力が発生する部位３０を「臨界部位」（重要な又は危険
な部位）と称する。膨脹機のインペラであっても、圧縮
機のインペラであっても、眼側のブレード縁２６は、空
気力学的効率を高めるために薄くされる。しかしなが
ら、その結果として、ブレード縁２６の荷重担持のため
の断面が小さくなり、従って高い応力を受けることにな
る。
荷重、流体圧荷重及び熱荷重を受ける。通常、ブレード
に作用する最大の定常応力は、各ブレード１６とハブ１
２との連接部即ちブレード・ハブ連結線１８に沿って、
又は連結線１８の近傍に生じる。更に、このブレード・
ハブ連結線１８におけるピーク応力は、インペラの眼の
側のブレード縁２６のところ又はそれに近接した部位、
即ちブレード縁２６とブレード・ハブ連結線１８とが交
差する部位３０に生じる。先に述べたように、ピーク応
力が発生する部位３０を「臨界部位」（重要な又は危険
な部位）と称する。膨脹機のインペラであっても、圧縮
機のインペラであっても、眼側のブレード縁２６は、空
気力学的効率を高めるために薄くされる。しかしなが
ら、その結果として、ブレード縁２６の荷重担持のため
の断面が小さくなり、従って高い応力を受けることにな
る。
【００１５】上述した定常的な荷重に加えて、インペラ
のチャンネルに流入し、チャンネルから流出する流体
が、インペラに振動を励起し、それによって動荷重を課
する。眼側のブレード縁２６は、ブレードを屈曲させよ
うとする動荷重の励起から最も大きい応力を受ける。こ
のような定常荷重と動荷重との組合せにより、インペラ
の眼側のブレード縁２６とブレード・ハブ連結線１８と
の交差部即ち臨界部位３０に最大応力が発生する。従っ
て、部位３０は、亀裂を発生し易く、その応力状態が、
インペラの有効寿命を決定する上で臨界的な重要性を有
する。
のチャンネルに流入し、チャンネルから流出する流体
が、インペラに振動を励起し、それによって動荷重を課
する。眼側のブレード縁２６は、ブレードを屈曲させよ
うとする動荷重の励起から最も大きい応力を受ける。こ
のような定常荷重と動荷重との組合せにより、インペラ
の眼側のブレード縁２６とブレード・ハブ連結線１８と
の交差部即ち臨界部位３０に最大応力が発生する。従っ
て、部位３０は、亀裂を発生し易く、その応力状態が、
インペラの有効寿命を決定する上で臨界的な重要性を有
する。
【００１６】臨界部位３０における応力の大部分は、遠
心荷重によって惹起される。そして、遠心荷重をもたら
す大きな誘因は、外側シュラウド（囲い体）２２であ
る。シュラウドを備えていないブレードは、遠心荷重に
よる過酷な応力を受けないので、シュラウド付ブレード
に随伴するような過酷な応力の問題を提起しない。シュ
ラウドによって課せられる遠心荷重を減少させるために
シュラウド付ブレードに改変を加えることは、インペラ
の有効寿命を延長する上で特に効果がある。本発明は、
ブレードを独特の形態とすることによってブレードにか
かる遠心荷重の減少を達成する。
心荷重によって惹起される。そして、遠心荷重をもたら
す大きな誘因は、外側シュラウド（囲い体）２２であ
る。シュラウドを備えていないブレードは、遠心荷重に
よる過酷な応力を受けないので、シュラウド付ブレード
に随伴するような過酷な応力の問題を提起しない。シュ
ラウドによって課せられる遠心荷重を減少させるために
シュラウド付ブレードに改変を加えることは、インペラ
の有効寿命を延長する上で特に効果がある。本発明は、
ブレードを独特の形態とすることによってブレードにか
かる遠心荷重の減少を達成する。
【００１７】本発明によれば、図１の上半分に示されて
いるように、インペラの軸方向の流体流れのための開口
を画定するブレード縁２６の、ブレード・ハブ連結線１
８から半径方向外方に離隔した部位（即ち、ブレード縁
２６の最外端２０）をブレード縁２６とブレード・ハブ
連結線１８との交差部（部位３０）よりも軸方向内方へ
（図１でみて右方へ）引込める。それによって、臨界部
位３０に遠心荷重を及ぼす質量を減少させ、従って、臨
界部位３０に生じる遠心応力を軽減する。好ましい実施
例では、図１に示されるように、ブレード縁２６をブレ
ード・ハブ連結線１８との交差部３０からブレード縁の
最外端２０に至るまで漸進的に軸方向にインペラ内へ引
込める、即ち斜切する。製造を容易にするために、ブレ
ード縁２６は、真直ぐな縁とするのが好ましい。このよ
うに斜切したブレード縁２６を「斜切縁」と称する。従
って、インペラの眼側の、ブレード・ハブ連結線１８か
ら半径方向外方に延長したインペラ端面は、インペラの
中心線（中心孔１４を通る中心線）に頂点を有する円錐
体の表面の形状を有する。
いるように、インペラの軸方向の流体流れのための開口
を画定するブレード縁２６の、ブレード・ハブ連結線１
８から半径方向外方に離隔した部位（即ち、ブレード縁
２６の最外端２０）をブレード縁２６とブレード・ハブ
連結線１８との交差部（部位３０）よりも軸方向内方へ
（図１でみて右方へ）引込める。それによって、臨界部
位３０に遠心荷重を及ぼす質量を減少させ、従って、臨
界部位３０に生じる遠心応力を軽減する。好ましい実施
例では、図１に示されるように、ブレード縁２６をブレ
ード・ハブ連結線１８との交差部３０からブレード縁の
最外端２０に至るまで漸進的に軸方向にインペラ内へ引
込める、即ち斜切する。製造を容易にするために、ブレ
ード縁２６は、真直ぐな縁とするのが好ましい。このよ
うに斜切したブレード縁２６を「斜切縁」と称する。従
って、インペラの眼側の、ブレード・ハブ連結線１８か
ら半径方向外方に延長したインペラ端面は、インペラの
中心線（中心孔１４を通る中心線）に頂点を有する円錐
体の表面の形状を有する。
【００１８】図１に示された好ましい実施例の変型とし
て、斜切の開始地点をインペラの眼側端面の、ブレード
・ハブ連結線１８との交差部以外の点を通る円周上にし
てもよい。例えば、チャンネル断面の半径方向の中間点
からシュラウド２２を含むブレードチップ２５にまでブ
レード縁２６を斜切することができる。このようにブレ
ード縁２６を部分的に斜切した場合、図１に示されるよ
うにブレード縁２６の全部を斜切した場合に比べて、空
気力学的効率が多少高くなるが、斜切の開始地点をブレ
ード・ハブ連結線１８との交差部とした場合と同等の応
力減少を達成するには、斜切角度を大きくしなければな
らない。
て、斜切の開始地点をインペラの眼側端面の、ブレード
・ハブ連結線１８との交差部以外の点を通る円周上にし
てもよい。例えば、チャンネル断面の半径方向の中間点
からシュラウド２２を含むブレードチップ２５にまでブ
レード縁２６を斜切することができる。このようにブレ
ード縁２６を部分的に斜切した場合、図１に示されるよ
うにブレード縁２６の全部を斜切した場合に比べて、空
気力学的効率が多少高くなるが、斜切の開始地点をブレ
ード・ハブ連結線１８との交差部とした場合と同等の応
力減少を達成するには、斜切角度を大きくしなければな
らない。
【００１９】図１に示された好ましい実施例の更に別の
変型として、インペラの眼側のブレード縁２６を直線状
ではなく、湾曲させてもよい（図示せず）。ブレード縁
２６を例えば放物線の１線分のような形に斜切した場
合、直線状に斜切した場合に比べて、臨界部位３０にお
ける応力を僅かに小さくすることができる。ただし、そ
のような湾曲斜切の場合は、真直ぐな斜切に比べて、ブ
レード・ハブ連結線１８との交差部から半径方向外方に
向けてのインペラの眼側端面の形状が複雑になり、従っ
て、インペラの製造が比較的困難になる。
変型として、インペラの眼側のブレード縁２６を直線状
ではなく、湾曲させてもよい（図示せず）。ブレード縁
２６を例えば放物線の１線分のような形に斜切した場
合、直線状に斜切した場合に比べて、臨界部位３０にお
ける応力を僅かに小さくすることができる。ただし、そ
のような湾曲斜切の場合は、真直ぐな斜切に比べて、ブ
レード・ハブ連結線１８との交差部から半径方向外方に
向けてのインペラの眼側端面の形状が複雑になり、従っ
て、インペラの製造が比較的困難になる。
【００２０】本発明の更に変型実施例として、図１の下
半分に示されるように、インペラの眼側のブレード縁３
２を半径方向にし（即ち、半径線と一致させ）、インペ
ラの眼側端面から軸方向内方へ僅かな長さ３４だけブレ
ードチップ２５にシュラウド２２を被せないようにす
る。換言すれば、シュラウド２２をブレード縁３２から
軸方向内方へ引込める。ブレードチップ２５の僅かな長
さ３４の部分を除いたブレードチップの残部は、良好な
空気力学的効率が得られるようにシュラウド２２で囲
う。この構成においても、臨界部位３０に作用するブレ
ード材の質量が減少されるので臨界部位３０に課せられ
る遠心荷重が軽減される。ブレード縁から僅かな長さ３
４の部分のブレードチップにシュラウドを被せないこと
による効率の僅かな損失を補償するために、所望なら
ば、この部分に静止シュラウド（図示せず）を設けても
よい。そのような静止シュラウドは、ブレードのチップ
に近接させるが、接触はさせない。
半分に示されるように、インペラの眼側のブレード縁３
２を半径方向にし（即ち、半径線と一致させ）、インペ
ラの眼側端面から軸方向内方へ僅かな長さ３４だけブレ
ードチップ２５にシュラウド２２を被せないようにす
る。換言すれば、シュラウド２２をブレード縁３２から
軸方向内方へ引込める。ブレードチップ２５の僅かな長
さ３４の部分を除いたブレードチップの残部は、良好な
空気力学的効率が得られるようにシュラウド２２で囲
う。この構成においても、臨界部位３０に作用するブレ
ード材の質量が減少されるので臨界部位３０に課せられ
る遠心荷重が軽減される。ブレード縁から僅かな長さ３
４の部分のブレードチップにシュラウドを被せないこと
による効率の僅かな損失を補償するために、所望なら
ば、この部分に静止シュラウド（図示せず）を設けても
よい。そのような静止シュラウドは、ブレードのチップ
に近接させるが、接触はさせない。
【００２１】便宜上、基準角度又は斜切角度は、ブレー
ド・ハブ連結線１８を通るブレード縁の半径線３８と、
ブレード縁とブレード・ハブ連結線１８の交差点とブレ
ード縁の最外端２０とを結ぶ線４０との間の角として定
義することとする。基準角度又は斜切角度３６の採用可
能な範囲は、約２°〜約２０°、好ましくは約３°〜約
１２°、最も好ましくは約３°〜約８°である。先に述
べたように、この場合のインペラ端面は、インペラの中
心線に頂点を有する円錐体の表面の形状を有し、その円
錐体の頂点における頂角の採用可能な範囲は、約１４０
°〜約１７６°である。
ド・ハブ連結線１８を通るブレード縁の半径線３８と、
ブレード縁とブレード・ハブ連結線１８の交差点とブレ
ード縁の最外端２０とを結ぶ線４０との間の角として定
義することとする。基準角度又は斜切角度３６の採用可
能な範囲は、約２°〜約２０°、好ましくは約３°〜約
１２°、最も好ましくは約３°〜約８°である。先に述
べたように、この場合のインペラ端面は、インペラの中
心線に頂点を有する円錐体の表面の形状を有し、その円
錐体の頂点における頂角の採用可能な範囲は、約１４０
°〜約１７６°である。
【００２２】例 本発明の原理に従ってて製造されたインペラの具体例を
以下に示す。膨脹機用のインペラを７１７５−Ｔ７４ア
ルミニウムで製造した。半径方向の流体入口は、インペ
ラの直径の１３．２ｃｍのところに配置した。ブレード
と一体の外側シュラウドには、ラビリンスシールを構成
するための突起を設けた。インペラの眼側の軸方向の流
体出口の内径（ブレード・ハブ連結線のところの直径）
は、３．３ｃｍとし、流体出口のシュラウドを含む外径
は、８．８９ｃｍとした。インペラの眼側のブレード縁
は、図１の上半分に示された本発明の好ましい実施例に
従って、ブレード縁をブレード・ハブ連結線との交差部
からブレード縁の最外端に至るまで斜切した。作動にお
いて、空気を２１．０９Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）の圧
力、４４０°Ｒの温度でこのインペラに流入させたとこ
ろ、空気は５．６２Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）の圧力、３
００°Ｒの温度で流出しインペラを５５，０００ｒｐｍ
の速度で回転させた。
以下に示す。膨脹機用のインペラを７１７５−Ｔ７４ア
ルミニウムで製造した。半径方向の流体入口は、インペ
ラの直径の１３．２ｃｍのところに配置した。ブレード
と一体の外側シュラウドには、ラビリンスシールを構成
するための突起を設けた。インペラの眼側の軸方向の流
体出口の内径（ブレード・ハブ連結線のところの直径）
は、３．３ｃｍとし、流体出口のシュラウドを含む外径
は、８．８９ｃｍとした。インペラの眼側のブレード縁
は、図１の上半分に示された本発明の好ましい実施例に
従って、ブレード縁をブレード・ハブ連結線との交差部
からブレード縁の最外端に至るまで斜切した。作動にお
いて、空気を２１．０９Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）の圧
力、４４０°Ｒの温度でこのインペラに流入させたとこ
ろ、空気は５．６２Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）の圧力、３
００°Ｒの温度で流出しインペラを５５，０００ｒｐｍ
の速度で回転させた。
【００２３】
【発明の効果】図２において、曲線Ｂは、図１の上半分
に示された本発明の好ましい実施例による輻流インペラ
ブレードの臨界部位３０（即ち、インペラの眼側のブレ
ード縁２６とブレード・ハブ連結線１８との交差部又は
それに近接した部位）における応力を斜切角度の関数と
して示す。曲線Ａは、図１の下半分に示された本発明の
変型実施例に従ってシュラウド２２の先端部分を除去し
た場合の輻流インペラブレードの臨界部位３０における
応力をインペラの眼側端面（この実施例ではブレード縁
３２と合致している）からの基準角度（外側シュラウド
２２の除去度合）の関数として示す。これらの２つの実
施例のいずれにおいても相当な応力軽減が実現される。
５°の斜切角度でブレード縁を斜切すること、又は、基
準角度５°に相当する部分のシュラウドを切除すること
によってもたらされる空気力学的効率の損失は、０．２
５％であると算定される。効率の損失は、斜切角度又は
基準角度が増大するにつれて増大する。しかしながら、
５°という中庸の斜切角度とした場合、効率損失は僅か
０．２５％であり、しかも、臨界部位における応力は、
１１９５Ｋｇ／ｃｍ2 （１７，０００ ｌｂ／ｉｎ2 ）
から７０３Ｋｇ／ｃｍ2 （１０，０００ ｌｂ／ｉｎ
2 ）まで４１％も軽減される（図２のグラフの曲線Ｂ参
照）。この応力軽減の結果として、同一の作動条件下で
インペラの有効寿命を１０9サイクルから１０12サイク
ルにまで延長する。このように、本発明は、顕著な利点
を提供する。
に示された本発明の好ましい実施例による輻流インペラ
ブレードの臨界部位３０（即ち、インペラの眼側のブレ
ード縁２６とブレード・ハブ連結線１８との交差部又は
それに近接した部位）における応力を斜切角度の関数と
して示す。曲線Ａは、図１の下半分に示された本発明の
変型実施例に従ってシュラウド２２の先端部分を除去し
た場合の輻流インペラブレードの臨界部位３０における
応力をインペラの眼側端面（この実施例ではブレード縁
３２と合致している）からの基準角度（外側シュラウド
２２の除去度合）の関数として示す。これらの２つの実
施例のいずれにおいても相当な応力軽減が実現される。
５°の斜切角度でブレード縁を斜切すること、又は、基
準角度５°に相当する部分のシュラウドを切除すること
によってもたらされる空気力学的効率の損失は、０．２
５％であると算定される。効率の損失は、斜切角度又は
基準角度が増大するにつれて増大する。しかしながら、
５°という中庸の斜切角度とした場合、効率損失は僅か
０．２５％であり、しかも、臨界部位における応力は、
１１９５Ｋｇ／ｃｍ2 （１７，０００ ｌｂ／ｉｎ2 ）
から７０３Ｋｇ／ｃｍ2 （１０，０００ ｌｂ／ｉｎ
2 ）まで４１％も軽減される（図２のグラフの曲線Ｂ参
照）。この応力軽減の結果として、同一の作動条件下で
インペラの有効寿命を１０9サイクルから１０12サイク
ルにまで延長する。このように、本発明は、顕著な利点
を提供する。
【００２４】比較対照として、図２のグラフの曲線Ｃ
は、図１に示されたブレードと同じ形状であるが、シュ
ラウド無しのブレードの臨界部位における応力を示す。
このシュラウド無しブレードにおいては、本発明による
改変を適用しない場合（即ち、斜切角度０°の場合）の
臨界部位の応力は、シュラウド付ブレードで斜切角度又
は基準角度の場合（曲線Ａ及びＢ参照）に比べて低く、
シュラウド付ブレードに随伴する先に述べた問題を提起
しない。しかし、シュラウド無しブレードにおいても、
ブレード縁を斜切すれば、応力の軽減が達成されるが、
曲線Ｃにみられるように、斜切角度の増大とともに得ら
れる応力軽減の増大割合はシュラウド付ブレードの場合
に比べてはるかに低い。
は、図１に示されたブレードと同じ形状であるが、シュ
ラウド無しのブレードの臨界部位における応力を示す。
このシュラウド無しブレードにおいては、本発明による
改変を適用しない場合（即ち、斜切角度０°の場合）の
臨界部位の応力は、シュラウド付ブレードで斜切角度又
は基準角度の場合（曲線Ａ及びＢ参照）に比べて低く、
シュラウド付ブレードに随伴する先に述べた問題を提起
しない。しかし、シュラウド無しブレードにおいても、
ブレード縁を斜切すれば、応力の軽減が達成されるが、
曲線Ｃにみられるように、斜切角度の増大とともに得ら
れる応力軽減の増大割合はシュラウド付ブレードの場合
に比べてはるかに低い。
【００２５】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図１】図１は、タービンインペラの断面図であり、上
半分と下半分にそれぞれ異る実施例を示す。
半分と下半分にそれぞれ異る実施例を示す。
【図２】図２は、本発明の輻流インペラブレードの臨界
部位における応力を斜切角度の関数として示し、本発明
の変型実施例に従ってシュラウドの先端部分を除去した
場合の輻流インペラブレードの臨界部位における応力を
インペラの眼側端面からの基準角度（外側シュラウドの
除去度合）の関数として示すグラフである。
部位における応力を斜切角度の関数として示し、本発明
の変型実施例に従ってシュラウドの先端部分を除去した
場合の輻流インペラブレードの臨界部位における応力を
インペラの眼側端面からの基準角度（外側シュラウドの
除去度合）の関数として示すグラフである。
１０：インペラ １２：ハブ １６：ブレード １８：ブレード・ハブ連結線 ２０：ブレード縁の最外端 ２２：外側シュラウド ２４：突起 ２５：ブレードチップ ２６：ブレード縁 ３０：臨界部位 ３２：半径方向のブレード縁 ３６：基準角度又は斜切角度 ３８：半径方向の線
Claims (10)
- 【請求項１】ハブから突出しており、外側シュラウドに
よって囲われた輻流インペラブレードであって、該ブレ
ードは、流体に係合するための表面を有し、ハブからか
ら延長して軸方向の流体流れのための開口の一部を画定
するブレード縁を有し、該ブレード縁は、少くともその
最外端において、該ブレード縁とブレード・ハブ連結線
との交差点を通る半径線から約２°〜約２０°軸方向内
方へ引込められていることを特徴とする応力軽減型輻流
インペラブレード。 - 【請求項２】前記ブレード縁は、少くともその最外端に
おいて、該ブレード縁とブレード・ハブ連結線との交差
点を通る半径線から約３°〜約１２°軸方向内方へ引込
められていることを特徴とする請求項１に記載の応力軽
減型輻流インペラブレード。 - 【請求項３】前記ブレード縁は、約２°〜約２０°の角
度で斜切されていることを特徴とする請求項１に記載の
応力軽減型輻流インペラブレード。 - 【請求項４】ハブから突出しており、外側シュラウドに
よって囲われた輻流インペラブレードであって、該ブレ
ードは、流体に係合するための表面を有し、ハブからか
ら延長して軸方向の流体流れのための開口の一部を画定
するブレード縁を有し、該ブレード縁は、該ブレード縁
とブレード・ハブ連結線との交差点を通る半径線に沿っ
て延長しており、該ブレードは、該半径線から約２°〜
約２０°の角度に相当する部分を除いて前記外側シュラ
ウドによって囲われていることを特徴とする応力軽減型
輻流インペラブレード。 - 【請求項５】該ブレードの厚さは、半径方向外方にテー
パしており、それによって該ブレードの質量がブレード
の外周縁に近づくにつれて半径方向に減少していること
を特徴とする請求項１に記載の力軽減型輻流インペラブ
レード。 - 【請求項６】輻流インペラブであって、軸方向の流体流
れのための開口を有するインペラの端面は、該インペラ
の中心軸線上に頂点を有する円錐体の表面の形状であ
り、該頂点における頂角は、約１４０°〜約１７６であ
ることを特徴とする遠心応力軽減型輻流インペラ。 - 【請求項７】輻流インペラブレードにおいて、軸方向の
流体流れのための開口の一部を画定するブレード縁とブ
レード・ハブ連結線との交差部における遠心応力を軽減
するための方法であって、該ブレード縁の少くとも最外
端を、該ブレード縁とブレード・ハブ連結線との交差点
を通る半径線から約２°〜約２０°軸方向内方へ引込め
ることを特徴とする遠心応力軽減方法。 - 【請求項８】前記ブレード縁の少くとも最外端を、該ブ
レード縁とブレード・ハブ連結線との交差点を通る半径
線から約３°〜約１２°軸方向内方へ引込めることを特
徴とする請求項７に記載の遠心応力軽減方法。 - 【請求項９】前記ブレード縁を約２°〜約２０°の角度
で斜切することを特徴とする請求項７に記載の遠心応力
軽減方法。 - 【請求項１０】輻流インペラブレードにおいて、ブレー
ド・ハブ連結線との交差点を通る半径線に沿って延長し
ており、軸方向の流体流れのための開口の一部を画定す
るブレード縁と該ブレード・ハブ連結線との交差部にお
ける遠心応力を軽減するための方法であって、該半径線
から約２°〜約２０°の角度に相当する部分を除いて該
ブレードを囲う外側シュラウドを設けることを特徴とす
る応力軽減方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US87234592A | 1992-04-23 | 1992-04-23 | |
| US872345 | 2001-06-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610603A true JPH0610603A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=25359397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5117598A Withdrawn JPH0610603A (ja) | 1992-04-23 | 1993-04-22 | 応力軽減型輻流インペラブレード |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0567123A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0610603A (ja) |
| KR (1) | KR930021927A (ja) |
| CN (1) | CN1084614A (ja) |
| BR (1) | BR9301625A (ja) |
| CA (1) | CA2094624A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2148304A2 (en) | 1999-04-12 | 2010-01-27 | Fujitsu Limited | Image measurement method, image measurement apparatus and image measurement program storage medium |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003903024A0 (en) * | 2003-06-16 | 2003-07-03 | Weir Warman Ltd | Improved pump impeller |
| FR2943035B1 (fr) * | 2009-03-11 | 2012-09-28 | Snecma | Dispositif d'entrainement d'une paire d'helices contrarotives par un train epycycloidal |
| US8556584B2 (en) * | 2011-02-03 | 2013-10-15 | General Electric Company | Rotating component of a turbine engine |
| CN108730222A (zh) * | 2017-04-14 | 2018-11-02 | 开利公司 | 用于离心压缩机的密封组件及具有其的离心压缩机 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB628052A (en) * | 1947-04-29 | 1949-08-22 | Havilland Engine Co Ltd | Improvements in or relating to rotary compressors |
| CH372418A (de) * | 1958-11-29 | 1963-10-15 | Demag Ag | Laufrad für Turbomaschinen |
| JPS58150099A (ja) * | 1983-02-07 | 1983-09-06 | Hitachi Ltd | 遠心羽根車 |
| JPS59211795A (ja) * | 1983-05-18 | 1984-11-30 | Hitachi Ltd | 遠心流体機械の羽根車 |
| JPS6153402A (ja) * | 1984-08-23 | 1986-03-17 | Toyota Motor Corp | 内燃機関用タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンホイ−ル構造 |
-
1993
- 1993-04-22 EP EP93106559A patent/EP0567123A1/en not_active Withdrawn
- 1993-04-22 BR BR9301625A patent/BR9301625A/pt not_active Application Discontinuation
- 1993-04-22 KR KR1019930006762A patent/KR930021927A/ko not_active Withdrawn
- 1993-04-22 CA CA002094624A patent/CA2094624A1/en not_active Abandoned
- 1993-04-22 CN CN93104927A patent/CN1084614A/zh active Pending
- 1993-04-22 JP JP5117598A patent/JPH0610603A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2148304A2 (en) | 1999-04-12 | 2010-01-27 | Fujitsu Limited | Image measurement method, image measurement apparatus and image measurement program storage medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1084614A (zh) | 1994-03-30 |
| BR9301625A (pt) | 1993-10-26 |
| EP0567123A1 (en) | 1993-10-27 |
| KR930021927A (ko) | 1993-11-23 |
| CA2094624A1 (en) | 1993-10-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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