(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過可能である圧縮機用遠心インペラにして、回転軸（Ａ）と断面が小さい前方部と断面が大きい後方部とを有し、それぞれ前縁（２４Ａ、２５Ａ）と後縁（２４Ｆ、２５Ｆ）とを有する複数のブレード（２４、２５）を備え、インペラ（１８）の回転がインペラの前方部から流体を吸い込み、インペラを通過する流体の軸方向速度が次第に半径方向速度に変換され、流体がブレードの後縁（２４Ｆ、２５Ｆ）でインペラ（１８）の外周を通ってインペラから出るようにし、ブレード（２４、２５）が、前記ブレードの後縁（２４Ｆ、２５Ｆ）を横断する半径方向断面において、インペラの回転方向と反対方向に湾曲しているインペラ（１８）であって、
前記半径方向断面において、流体の流れの向きを半径方向に変えることによって該流体の流れを偏向させる端部フィン（２６、２７）を形成するように、前記ブレード（２４、２５）の後縁部がインペラの回転方向に向け直されていること、および前記端部フィン（２６、２７）は、前記ブレード（２４、２５）の外縁（２４Ｅ、２５Ｅ）に沿って測定したとき、前記外縁（２４Ｅ、２５Ｅ）の全長の２％より長く１０％より短い長さにわたってブレードの後縁（２４Ｆ、２５Ｆ）から延在することを特徴とする遠心インペラ（１８）。
【請求項２】
前記半径方向断面において、前記端部フィン（２６、２７）が、前記端部フィンからすぐ上流側に位置するブレードの部分と、１５５°以上で、１８０°より小さい鈍角（Ｔ）を成す、請求項１に記載の遠心インペラ。
【請求項３】
主ブレード（２４）と、主ブレード間に位置し主ブレードより軸方向に短い任意の中間ブレード（２５）とを有し、前記主ブレード（２４）および／または前記中間ブレード（２５）が、前記端部フィン（２６、２７）を有する、請求項１または２に記載の遠心インペラ。
【請求項４】
主ブレード（２４）が、前記端部フィン（２６）を有する、請求項３に記載の遠心インペラ。
【請求項５】
前記端部フィン（２６）が、主ブレード（２４）の外縁（２４Ｅ）に沿って測定したとき、前記外縁（２４Ｅ）の全長の２％より長く１０％より短い長さにわたって主ブレード（２４）の後縁（２４Ｆ）から延在する、請求項４に記載の遠心インペラ。
【請求項６】
中間ブレード（２５）が、前記端部フィン（２７）を有する、請求項３から５のいずれか一項に記載の遠心インペラ。
【請求項７】
前記端部フィン（２７）が、中間ブレード（２５）の外縁（２５Ｅ）に沿って測定したとき、前記外縁（２５Ｅ）の全長の２％より長く１０％より短い長さにわたって中間ブレード（２５）の後縁（２５Ｆ）から該中間ブレードの外縁（２５Ｅ）に沿って延在する、請求項６に記載の遠心インペラ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心インペラ（１８）を含む圧縮機。
【請求項９】
請求項８に記載の圧縮機を含むターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体、特に、ガスが通過可能である遠心インペラに関する。インペラは、特に、ターボ機械の圧縮機用インペラである。インペラは、定置用または航空機用の任意のタイプのターボ機械、特に、ヘリコプタのタービンエンジンに取り付けられ得る。
【背景技術】
【０００２】
より詳細には、本発明は、回転軸と、断面が小さい前方部と、断面が大きい後方部とを有するタイプの遠心インペラであって、前縁と後縁とを有するブレードを備えるインペラに関する。インペラの回転は、インペラの前方部から流体を吸い込み、インペラを通過する流体の軸方向速度は次第に半径方向速度に変換され、流体はブレードの後縁でインペラの外周を通ってインペラから出る。前記ブレードは、前記ブレードの後縁を横断する半径方向断面において、インペラの回転方向と反対方向に湾曲している。
【０００３】
本出願において、用語「上流側」および「下流側」は、インペラを流れる流体の正常方向に対して定義されている。
【０００４】
また、インペラの回転軸は、もっと簡単に、「インペラ軸」と呼ばれることが多い。軸方向はインペラ軸の方向に対応し、半径方向は前記インペラ軸に垂直で前記軸に交差する方向である。同様に、軸方向面はインペラの軸を含む面であり、半径方向面は前記軸に垂直な面である。副詞「軸方向に」および「半径方向に」は、それぞれ軸方向および半径方向を指す。
【０００５】
別の指定がない限り、形容詞「内側の」および「外側の」は半径方向に対して使用されており、要素の内側部分（すなわち、半径方向内側部分）は、当該要素の外側部分（すなわち、半径方向外側部分）よりインペラ軸に近い。
【０００６】
最後に、別の指定がない限り、形容詞「前方の」および「後方の」は軸方向に対して使用されており、流体はインペラの前方を通って流入する。
【０００７】
遠心式または軸流遠心式の航空機ターボ機械（例えば、ヘリコプタのタービンエンジン）の圧縮機は、上述のタイプの遠心インペラ（遠心ホイールまたはロータとも呼ばれる）を有する一段または複数段の圧縮段を含み、ケーシングが外側でインペラのブレードを囲撓し、１つまたは複数のディフューザがインペラから下流側に位置する。ガス（通常は、空気）の流体は、このような圧縮機を通過する。
【０００８】
インペラ内では、ガスの絶対速度は遠心加速度により速くなり、ガスの圧力はインペラのブレード間に画定されるチャネルの末広がり断面により高くなる。したがって、ガスはブレードの下流側端部、すなわち、ブレードの後縁から非常に速い速度で流出する。
【０００９】
圧縮機用遠心インペラの知られている例は、米国特許第３９７３８７２号明細書に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３９７３８７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、所与の幾何学的寸法および補正流量に対して、上述のタイプのインペラの性能（すなわち、全圧力比および等エントロピー効率）を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的は、インペラブレードの後縁を横断する前記半径方向断面において、流体の流れの向きを半径方向に変えることでこの流れを偏向させることができるそれぞれの端部フィンを形成するように、ブレードの後縁部（すなわち、ブレードの後方部分の外側端に位置する部分）の向きがインペラの回転方向に変えられるインペラによって達成される。
【００１３】
一般に、このような流体流れを偏向させることにより、インペラの等エントロピー効率を下げずに全圧力比を大きくすることができる。
【００１４】
さらに、このような偏向をより十分に制御することで、温度を上昇させずに全圧力比を大きくすることができる。したがって、全圧力比が大きくなると、多かれ少なかれ、インペラの等エントロピー効率を高めることにもなる。
【００１５】
つまり、端部フィンは、インペラの性能を向上させるのに役立つ。
【００１６】
このような圧縮機用遠心インペラは、いわゆる「主」ブレードと、いわゆる「中間」ブレードとの２つのタイプのブレードを有する場合がある。任意の中間ブレードは、主ブレード間に配置され、軸方向に短いという点で主ブレードとは異なり、該中間ブレードは、短い前方部を有し、中間ブレードの前縁が主ブレードの後縁に対して後退している（すなわち、後方にある）。
【００１７】
一実施形態では、インペラは、主ブレードのみを有し（すなわち、中間ブレードがない）、主ブレードは上述のタイプの端部フィンを有する。
【００１８】
別の実施形態では、インペラは、主ブレードと中間ブレードとを有する。このような状況で、主ブレードのみが上述のタイプの端部フィンを有するブレードであるか、中間ブレードのみが上述のタイプの端部フィンを有するブレードである、または主ブレードと中間ブレードの両方が上述のタイプの端部フィンを有する。
【００１９】
一実施形態では、インペラのブレードの後縁を横断する前記半径方向断面において、前記端部フィンは、そのすぐ上流側に位置するブレードの部分と１５５°以上で、１８０°より真に小さい鈍角を成すために働く。
【００２０】
一実施形態では、インペラの主ブレードが端部フィンを有する場合、端部フィンは、インペラの主ブレードの後縁から、主ブレードの（曲線）外縁に沿って測定した時に、前記外縁の全長の１５％未満、特に、前記外縁の全長の２％より長く１０％より短い長さにわたって延在する。
【００２１】
一実施形態では、インペラの中間ブレードが端部フィンを有する場合、前記端部フィンは、中間ブレードの後縁から、中間ブレードの外縁に沿って測定した時に、前記外縁の全長の１５％未満、特に、前記外縁の全長の２％より長く１０％より短い長さにわたって延在する。
【００２２】
上述した角度値およびフィンの長さの範囲は、個々に、またはそれらを組み合わせて、インペラの性能をさらに向上させることができる。
【００２３】
本発明はさらに、本発明の遠心インペラを含む圧縮機に関する。それは、遠心式の圧縮機、すなわち、遠心インペラが取り付けられた少なくとも一段の圧縮段を有する圧縮機、または軸流遠心式の圧縮機、すなわち、軸流インペラが取り付けられた少なくとも一段の圧縮段および遠心インペラが取り付けられた少なくとも一段の圧縮段を有する圧縮機とすることができる。
【００２４】
また、本発明は、ターボ機械、より詳細には、本発明の圧縮機を含むヘリコプタのタービンエンジンに関する。
【００２５】
本発明および本発明の利点は、限定的でない例として挙げられた本発明の一実施形態の以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解される。添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の遠心インペラを含む圧縮機を有するヘリコプタタービンエンジンの部分軸方向断面図である（遠心インペラとエンジンのタービンは断面図でなく、側面図である）。
【図２】エンジンの残りの部分から切り離された図１の遠心インペラの図である。
【図３】図１の遠心インペラの２つのブレードの後方部分を示した部分斜視図である。
【図４】図３のブレードの一方の後方部分の部分図で、ブレードの後縁を横断する半径方向断面（図２の断面ＩＶ−ＩＶ）における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示されている例のヘリコプタタービンエンジン１０は、一段の圧縮段を有する遠心タイプの圧縮機１６を備える。圧縮機１６は、本発明の遠心インペラ１８と、インペラ１８のブレード２４、２５の外側を囲撓するケーシング１５とを備える。ディフューザ１９は、インペラ１８から下流側に位置する。
【００２８】
エンジン１０は、空気取入口１２を有し、空気は前記取入口１２を通って圧縮機１６に達する。回転軸Ａを中心としたインペラ１８の回転は、インペラの前方部から空気を吸い込み、インペラ１８を通過する流体の軸方向速度は次第に半径方向速度に変換され、流体はインペラ１８の外周を通ってインペラ１８から出る。空気は、図１の断面図の矢印Ｆ１で示されるように、インペラ１８の回転軸Ａにほぼ平行な方向に向かってインペラ１８に入り込み、矢印Ｆ２で示されるように、軸Ａにほぼ垂直な方向に向かってインペラ１８から出る。
【００２９】
インペラ１８から出た空気は、燃焼室２０に達する前に、ディフューザ１９を通過する。燃焼室２０から出た燃焼ガスは、高圧タービン２２および低圧タービン２３を駆動する。
【００３０】
インペラ１８は、高圧タービン２２によって回転駆動されるシャフト２１に取り付けられる。
【００３１】
図２を参照すると、インペラ１８は、断面が小さい前方部と断面が大きい後方部とを有する。インペラ１８は、インペラ１８の前面１８Ａからインペラ１８の後方部に位置する半径方向プレート１７まで軸方向に延在し、インペラのハブからインペラの外周まで半径方向に延在する複数の主ブレード２４を有する。主ブレード２４のそれぞれは、インペラ１８の前端部に位置する前縁２４Ａと、半径方向プレート１７のすぐ前方のインペラ１８の外周に位置する後縁２４Ｆとを有する。
【００３２】
インペラ１８はさらに、主ブレード２４間に配置され、軸方向に短いという点で主ブレードとは異なる中間ブレード２５を含み、これらのブレード２５の前縁２５Ａは主ブレード２４の前縁２４Ａに対して後退している（すなわち、後方にある）。一方、中間ブレード２５の後縁２５Ｆは、軸Ａからブレード２４の後縁２４Ｆと同じ半径方向間隔離間して位置する。
【００３３】
図３は、インペラ１８の主ブレード２４および中間ブレード２５の後方部分を詳細に示した斜視図である。
【００３４】
インペラ１８のブレード２４、２５の後縁２４Ｆ、２５Ｆを横断する、例えば、図２の断面ＩＶ−ＩＶなどの、半径方向断面（すなわち、軸Ａに垂直な面）において、ブレード２４、２５はインペラの回転方向と反対方向に湾曲しており、インペラ１８の回転方向は図３および図４の矢印Ｒで示される。
【００３５】
この同じ半径方向断面において、後縁部が空気流の向きを半径方向に変えることで空気流を偏向させる端部フィン２６、２７を形成するように、前記ブレード２４、２５の後縁部の向きはインペラの回転方向に変えられる。
【００３６】
この半径方向断面において、端部フィン２６、２７は、前記フィン２６、２７からすぐ上流側に位置するブレード２４、２５の部分と、１５５°以上で、１８０°より真に小さい鈍角を成すために働く。この角度Ｔは、図２の半径方向断面ＩＶ−ＩＶにおける主ブレード２４の断面図の図４に示されている。
【００３７】
図示されている例では、主ブレード２４および中間ブレード２５の両方が端部フィン２６、２７を有する。図示されていない他の実施形態では、主ブレード２４のみ、または中間ブレード２５のみが、このような端部フィンを有する。
【００３８】
一実施形態では、端部フィン２６が主ブレード２４にある場合、前記ブレード２４の曲線外縁２４Ｅに沿って測定された各端部フィン２６の長さ（曲線の横軸）は、前記外縁２４Ｅの全長の１５％未満である。例えば、端部フィンの長さは、外縁２４Ｅの全長の少なくとも２％であり、１０％未満である。
【００３９】
一実施形態では、端部フィン２７が中間ブレード２５にある場合、前記ブレード２５の曲線外縁２５Ｅに沿って測定された各端部フィン２７の長さ（曲線の横軸）は、前記外縁２５Ｅの全長の１５％未満である。特に、端部フィンの長さは、外縁２５Ｅの全長の少なくとも２％であり、１０％未満である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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