跨音速叶片制造技术

本发明专利技术的目的在于提供在轴流旋转机械中的跨音速以上的流动场中进行动作的叶片中，同时实现设计点的冲击波损失的降低和失速余量的提高的跨音速叶片。为实现上述目的，本发明专利技术的跨音速叶片用于所通过的气流的整体或者一部分成为跨音速以上的流动场，使叶片的各高度位置中的截面与连接叶片的前边缘（34）和后边缘（35）的叶栅安装线（38）平行地移动，从与旋转机械的旋转轴或者外周侧壳体连接的内周侧截面（31）到在叶片高度方向位于距上述内周侧截面最远位置的外周侧截面（33），使连接在各高度位置的叶片截面的重心位置的积叠线（36）向工作流体的上游侧移动，并且形成为使各高度位置的叶片截面的最大厚度位置从上述内周侧截面（31）到外周侧截面（33）向叶片的后边缘侧移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于流动的整体或者一部分成为跨音速以上的流动场的场合的跨音速叶片、以及使用该跨音速叶片的轴流旋转机械。
技术介绍
以近年来的燃料高价为背景，工业用燃气轮机、喷气式发动机这样的轴流旋转机械的效率提高的重要性越来越高。作为轴流旋转机械的效率提高方法，列举降低叶片的损失。这里，叶片的损失大体分为在叶片的径向截面(叶片形状)发生的剖面损失和其他损失。作为其他损失的例子有冲击波损失、二次流动损失等。在每一级的载荷较大的近年的轴流旋转机中，由于向叶片流入的工作流体的马赫数增加，所以有冲击波损失增加的趋势。也就是，冲击波损失的降低较大地有助于提高旋转机性能。此外，近年来，研究了向燃气轮机的压缩机入口的吸气管道部喷雾细微液滴，利用液滴的蒸发来冷却吸气从而实现性能提高的技术(Water Atomization Cooling, WAC)。再有，关于WAC，例如有专利文献I记载的技术。由于如果实施WAC则压缩机入口温度低下，所以作为燃气轮机整体有压力比增加的趋势。再有，因WAC的蒸发而成为主流空气和水蒸气的混合气体。该混合气体因水蒸气的混合相比空气，音速降低，所以流动的速度和音速的比即马赫数会增加。由此，可预想到跨音速级中的冲击波损失增加。一直以来进行了降低冲击波损失的研究，其中之一有如下研究:改变连接各叶片高度位置中的叶片形状的重心位置的线即积叠线的形状。作为涉及改变积叠线的形状的技术，如专利文献2所示提出了如下的叶片:使从作为内周侧截面和外周侧截面的中间截面的平均直径截面到内周侧截面的各截面以及外周侧截面移动到上游侧从而构成S字形状的积叠线，并且使外周侧截面的移动量最大。根据专利文献2，通过使外周侧移动到上游从而能够降低因冲击波发生的各种损失。另外，如果使外周侧移动到上游侧，则由于在外周侦牝流动快速开始增速，静压降低，因而内周侧的流量流入外周侧而减少，存在内周侧的边界层容易扩展的问题，但在专利文献2中，通过使平均直径截面附近的各叶片截面向下游侧的移动量变小，从而抑制因该内周侧的边界层扩展引起的损失增加。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2000 - 192824号公报专利文献2:日本特开2008 - 115736号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题专利文献2所示的跨音速叶片由于使降低起因于外周侧截面的冲击波的损失和抑制内周侧截面的损失增加并存，相比现有的跨音速叶片能够期待性能提高。再有，由于抑制在内周侧截面的剥离，所以还可以期待对于压力比增加的流动场的失速裕度(失速余量)的增加。但是，在压力比增加的流动场中，形成引起失速这样的较大的剥离区域的部位不限于内周侧截面，所以有对于失速余量的增加的效果被限定的可能性。再有，在专利文献2中，没有记载各高度位置的叶片形状的详细结构，有通过选择适当的叶片形状来实现性能的进一步提闻的可能性。于是，本专利技术的目的在于提供在实现因冲击波引起的损失的降低的同时增加对于整个叶片高度方向位置的失速余量的跨音速叶片。用于解决课题的方法为解决上述问题，本专利技术的跨音速叶片用于通过的气流的整体或一部分成为跨音速以上的流动场，其特征在于，使叶片的各高度位置的截面与连接叶片的前边缘和后边缘的线平行地移动，从与旋转机械的旋转轴或外周侧壳体连接的内周侧截面到在叶片高度方向位于距上述内周侧截面最远位置的外周侧截面，使连接在各高度位置的叶片截面的重心位置的积叠线向工作流体的上游侧移动，并且形成为使各高度位置的叶片截面的最大厚度位置从上述内周侧截面到外周侧截面向叶片的后边缘侧移动。另外，本专利技术的跨音速叶片用于通过的气流的整体或者一部分成为跨音速以上的流动场，其特征在于，使叶片的各高度位置的截面与连接叶片的前边缘和后边缘的线平行地移动，在相比位于与旋转机械的旋转轴或外周侧壳体连接的内周侧截面和位于叶片高度方向中心的平均直径截面之间的、某个叶片高度位置靠内周侧截面侧，使连接在各高度位置的叶片截面的重心位置的积叠线的轴向位置为固定，从上述某个叶片高度位置到外周侧截面侧，上述积叠线向工作流体的上游侧移动，并且形成为使在各高度位置的叶片截面的最大厚度位置从上述内周侧截面到外周侧截面向叶片的后边缘侧移动。本专利技术的效果如下。根据本专利技术，能够提供在实现因冲击波引起的损失的降低的同时增加对于整个叶片高度方向位置的失速余量的跨音速叶片。附图说明图1是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片的立体图。图2是组装本专利技术的第一实施例的轴流旋转机械的循环构成图。图3是本专利技术的第一实施例的轴流旋转机械的子午面截面图。图4是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片的外周侧截面放大图。图5是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片和基准叶片的形状比较图。图6是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片和基准叶片的积叠线的比较图。图7是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片和基准叶片的最大叶片厚度位置的叶片高度方向分布的比较图。图8是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片和基准叶片的轴向截面积分布的比较图。图9是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片和基准叶片的叶片高度方向损失分布的比较图。图10是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片和基准叶片的叶片面上马赫数分布的比较图。图11是本专利技术的第一实施例的跨音速叶片、基准叶片、以及S字扫掠(sweep)叶片的冲击波位置的比较图。图12是本专利技术的第二实施例的跨音速叶片和基准叶片、以及本专利技术的第一实施例和变形例的跨音速叶片的积叠线的比较图。具体实施例方式本实施例的跨音速叶片是如下的跨音速叶片，具备:与旋转机械的旋转轴或者外周侧壳体连接的内周侧截面；位于与上述旋转轴垂直方向的叶片高度方向的中心位置的平均直径截面；在上述叶片高度方向上位于距内周侧截面最远位置的外周侧截面；位于工作流体流动方向的上游侧的前边缘；以及位于工作流体流动方向的下游侧的后边缘，并且，通过叶片的流动的整体或者一部分成为跨音速以上的流动，其中，使上述跨音速叶片的各高度方向的截面与连接上述前边缘和上述后边缘的方向平行地连续移动，再有，成为连接上述内周侧截面、平均直径截面、外周侧截面的各重心位置的积叠线的轴向位置随着叶片高度方向位置的增加而减少的形状，并且，构成上述跨音速叶片的各高度方向的截面中的最大厚度的轴向位置构成为，随着叶片高度方向位置的增加而增加。另外，一种跨音速叶片，具备:与旋转机械的旋转轴或者外周侧壳体连接的内周侧截面；位于与上述旋转轴垂直方向的叶片高度方向的中心位置的平均直径截面；在上述叶片高度方向上位于距内周侧截面最远位置的外周侧截面；位于工作流体流动方向的上游侧的前边缘；以及位于工作流体流动方向的下游侧的后边缘，并且通过叶片的流动的整体或者一部分成为跨音速以上的流动，其中，使上述跨音速叶片的各高度方向的截面与连接上述前边缘和上述后边缘的方向平行地连续移动，再有，构成为连接上述内周侧截面、平均直径截面、外周侧截面的各重心位置的积叠线的轴向位置直到位于内周侧截面和平均直径截面之间的叶片高度位置为止是固定的，并且从上述叶片高度位置到外周侧截面侧随着叶片高度方向位置的增加而减少的形状，而且，构成上述跨音速叶片的各高度方向的截面中的最大厚度的轴向位置构成为，随着叶片高度方向位置的增加而增加。此外，期望是，作为跨音速叶片的各高度位置的截面形状包括:构成上述前边缘部的圆弧；构成上述后边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种跨音速叶片，用于通过的气流的整体或者一部分成为跨音速以上的流动场，其特征在于， 使叶片的各高度位置的截面与连接叶片的前边缘和后边缘的线平行地移动， 从与旋转机械的旋转轴或外周侧壳体连接的内周侧截面到在叶片高度方向位于距上述内周侧截面最远位置的外周侧截面，使连接在各高度位置的叶片截面的重心位置的积叠线向工作流体的上游侧移动，并且 形成为使各高度位置的叶片截面的最大厚度位置从上述内周侧截面到外周侧截面向叶片的后边缘侧移动。2.一种跨音速叶片，用于通过的气流的整体或者一部分成为跨音速以上的流动场，其特征在于， 使叶片的各高度位置的截面与连接叶片的前边缘和后边缘的线平行地移动， 在相比某个叶片高度位置靠内周侧截面侧，使连接在各高度位置的叶片截面的重心位置的积叠线的轴向位置为固定，从上述某个叶片高度位置到外周侧截面侧，上述积叠线向工作流体的上游侧移动，其中，上述某个叶片高度位置位于与旋转机械的旋转轴或外周侧壳体连接的内周侧截面、和位于叶片高度方向的中心的平均直径截面之间，并且 形成为使在各高度位置的叶片截面的最大厚度位置从上述内周侧截面到外周侧截面向叶片的后边缘侧移动。3.根据权利要求1所述的跨音速...

【专利技术属性】
技术研发人员：明连千寻，高桥康雄，圆岛信也，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：
国别省市：