(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（４）と、固定ベーンホイール（２）および前記固定ベーンホイール（２）の下流に配置される可動ブレードホイール（１）から成る少なくとも１つの圧縮機段と、互いに連通しないように、その内面から前記ケーシングの厚さの中にくり抜かれ、可動ブレード（１）の通過通路に対向して前記ケーシング（４）の円周に互いに平行に配置されるキャビティ（５）とを備えるタービンエンジン用の圧縮機にして、前記キャビティが、主配向方向に細長い形状を有し、それぞれ、上流面によっておよび下流面によって上流側に向かっておよび下流側に向かって閉鎖され、ケーシングと、前記キャビティの上流側の端部および前記キャビティの下流側の他の端部の交差部が、それぞれ上流境界（７）および下流境界（６）をケーシングと形成し、前記キャビティが、可動ブレードホイールの上流側端部を覆いながら、各キャビティの上流側端部が前記ブレードの前縁に対して突出するように、前記キャビティが、前記タービンエンジン用の圧縮機の上流側端部に向かって可動ブレード（１）に対してオフセットされる圧縮機であって、
これらのキャビティ（５）の下流境界（６）が、可動ブレード（１）の先端部で翼弦に平行に方向付けられており、翼弦は、可動ブレード（１）の前縁を可動ブレード（１）の後縁に接合する直線であるとして定義され、キャビティ（５）が、ケーシング（４）の円周にわたって不均等に配置されていることを特徴とする、圧縮機。
【請求項２】
前記キャビティの配向の方向が、可動ブレード（１）の先端部での翼弦の方向と直角である、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮機を備える、タービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、推進の分野、より詳細には推進ユニット（説明の残りの部分でタービンエンジンと呼ばれるターボジェットエンジンまたはターボプロップエンジン）用の軸流圧縮機または軸流−遠心圧縮機の分野、およびより具体的には、高負荷高圧圧縮機の分野である。
【背景技術】
【０００２】
航空タービンエンジンは、主として１つまたは複数の圧縮機から成り、その中で、空気入口を通して吸い込まれた空気は、噴射された燃料が燃焼される燃焼室によって、次に圧縮機または複数の圧縮機を駆動するために燃焼ガスが膨張されるタービンによって、および最後に噴射装置によって圧縮される。航空圧縮機は、エンジンの外側と比べて空気ダクトの気密性を与えるケーシングの内側で回転されるフィンまたはブレードから成る。圧縮機の可動ブレードの端部と空気流ダクトの内壁を形成するケーシングとの間に存在する隙間は、タービンエンジンのエンジンの効率を低下させることが知られている。そのうえ、この隙間は、特に、「サージ」現象が現れるまで圧縮機の機能を改変し低下させる場合があり、これは、ブレードの表面からの空気流の排出から生じる。したがって、ブレードの端部で空気の流れを制御することは、圧縮機の良好な空気力学的効率とサージ現象に対する十分なマージンの両方を得るための最も重要な目的を構成する。
【０００３】
ブレードの端部とケーシングとの間の所望されていない流れの衝撃を制限するために開発されている１つのアプローチは、ブレード通過通路においてケーシングの壁に配置されるキャビティをくり抜くことから成る。これらのキャビティは、問題のブレードの上流のダクトにおいて、ブレードとケーシングとの間の隙間に流れる空気を再噴射させる目的で、エンジンの上流側端部の方向に、ブレードに対向して配置されまたは軸方向に優先的にオフセットされる。この種の実施形態の１つの実施例が、フランス特許出願第２９４０３７４号明細書によって公開された出願人による特許出願に示されている。
【０００４】
この実施形態によって与えられる改良は、単にキャビティの軸方向位置の最適化から生じるに過ぎず、これらのキャビティの他のパラメータに関する最適化の探求が、空気力学的効率および／または現存する圧縮機のサージマージンのさらなる改善を図るために続けられなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９４０３７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、さらに改善された空気力学的性能を有する、キャビティが設けられる圧縮機ケーシングを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ケーシングと、固定ベーンホイールおよび前記固定ベーンホイールの下流に配置される可動ブレードホイールから成る少なくとも１つの圧縮機段と、互いに連通しないように、その内面から前記ケーシングの厚さの中にくり抜かれ、可動ブレードの通過通路に対向して前記ケーシングの円周に互いに平行に配置されるキャビティとを備えるタービンエンジン用の圧縮機にして、前記キャビティが、主配向方向に細長い形状を有し、それぞれ、上流面によっておよび下流面によって上流側に向かっておよび下流側に向かって閉鎖され、ケーシングとのその交差部が、それぞれ上流境界および下流境界を形成し、前記キャビティが、それの上流側端部を覆いながら可動ブレードホイールの上流側に向かって突出するように可動ブレードに対してオフセットされる圧縮機であって、
これらのキャビティの下流境界が、可動ブレードのヘッドで翼弦に平行に方向付けられることを特徴とする、圧縮機に関する。
【０００８】
キャビティの下流境界とブレードの翼弦との間の平行性により、キャビティの下流領域全体に同時に生み出されるスラスト効果を生じることによって、ブレードの通過に伴うクリアランス渦の減少が生じ、サージマージンの増加、および圧縮機段の効率の僅かな改善が提供される。
【０００９】
前記キャビティの配向の方向は、可動ブレードの翼弦の方向と直角であることが有利である。キャビティの実質的に略平行六面体の形状により、上で示したスラスト効果を完全に使用することができる。
【００１０】
特定の実施形態においては、キャビティは、ケーシングの円周にわたって均等に配置される。
【００１１】
もう１つの実施形態においては、キャビティは、ケーシングの円周にわたって不均等に配置される。
【００１２】
また、本発明は、上で説明した圧縮機を備えるタービンエンジンに関する。
【００１３】
本発明は、添付の概略図面を参照して、単に例証となる非限定的な例示として与えられる本発明の実施形態の次の詳細な説明記述を通じてよりよく理解されるであろうし、本発明の他の目的、詳細、特徴、および利点がより明らかに現れるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】圧縮機段の概略断面図であり、そのケーシングがブレードとケーシングとの間を流れる空気を再循環させるためのキャビティを有する図である。
【図２】先行技術によるロータブレードおよびケーシングの概略平面図である。
【図３】本発明の実施形態によるロータブレードおよびケーシングの概略平面図である。
【図４】本発明および先行技術におけるキャビティおよびブレードの配置の比較上の概略図である。
【図５】先行技術によるロータのキャビティおよびブレードの斜視図である。
【図６】本発明によるロータのキャビティおよびブレードの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照すると、ディスク３に取り付けられる（または、一体型ベーン付きディスク技術と呼ばれる技術によりこのディスクに直接取り付けられる）ロータブレード、または可動ブレード１の上流に配置されるステータベーン、または固定ベーン２を備える圧縮機段を見ることができる。固定ベーンは、圧縮機ケーシング４に固定されることによって所定の位置に保持され、この圧縮機ケーシング４は、可動ブレード１を取り囲み、予め定められた隙間を可動ブレード１に残しておく。
【００１６】
ケーシング４には、その内面から、互いに連通しない複数のキャビティ５がくり抜かれ、このキャビティ５は、可動ブレード１の通過通路に対向してその円周に均等に配置される。これらのキャビティは、およそ、半径方向にケーシングに食い込まされる直角をなす平行六面体から成り、軸方向平面の横断面において、丸まった角を持っている矩形の形状を有する。それらの形状は、ケーシング４の円周に接する平面の横断面において、２つの大きな辺に沿って延在し、かつ上流に向かっておよび下流に向かっていわゆる上流境界７および下流境界６を形成する２つの小さな辺を備える、それ自体実質的に細長い矩形の形状である。これらの２つの境界は、従来、直線のセグメントである。
【００１７】
図１に見ることができるように、キャビティは、可動ブレード１の前縁に対してエンジンの上流側端部に向かってオフセットされる。しかしキャビティの上流側７がブレードの前縁１１に対して突出する長さは、可動ブレードホイール１と固定ベーンホイール２との間に存在する空間によって制限される。これらのキャビティのため、漂遊空気がブレードの翼弦のあるパーセンテージで吸い込まれ、ブレードの上流のダクトに再噴射される。この構成により、ブレード１とケーシング４との間の隙間を通過する空気の再循環が可能になり、この隙間は、実際には、さまざまな段の間で流れの構成を狂わせることになる激しい乱れの部位である場合があり、したがって、これは、圧縮機の性能の低下を生じ、あるいは極端には、いわゆる「サージ」または「シェディング」現象を生じることもある。この種の現象は、圧縮比の瞬時低下、および圧縮機を通過する空気の流れの一時的な反転によって特徴付けられ、この場合、これは圧縮機の上流側端部を通して現れる。
【００１８】
図２および図３を参照すると、ケーシング４に沿って位置合わせされた一連のキャビティ５の円周方向位置を見ることができる。キャビティの数は、圧縮機段の可動ホイールを構成するブレード１の数よりも非常に大きい。この数は、実際には、可動ブレード１の数の２倍と４倍の間にある。図に示されるように、キャビティの円周方向分布は、均一な配置であり、そのうえ、これは、特にケーシングを構成する２つのハーフシェルのそれぞれの端部において、これらのキャビティによって生じることがあるブレーディングに対して空気力学的励振を終了させるためにこの配置を不規則にすることを既に提案している。
【００１９】
先行技術を示す図２においては、これらのキャビティの軸線は、可動ホイール１の回転軸線として定義され、かつ図の矢印によって示される、エンジンの長手方向に対して僅かに傾斜される。他方では、本発明に実施形態を示す図３においては、キャビティ５は、図２よりもかなり接線方向に、それらの大きな辺の主配向で配置され、これは、可動ブレード１の翼弦に直角な設定角によって特徴付けられる。ブレードの翼弦は、その前縁をその後縁に接合する直線であるとして定義される。そして、示された実施例においては、キャビティは、実質的に略平行六面体の形状を有するので、キャビティ５の下流境界６は、可動ブレードのこの翼弦と位置合わせされる。
【００２０】
結果として、図４に見ることができるように、キャビティの軸方向寸法は、（図では破線で示される）先行技術に対してかなり縮小される。この構成の有益な因果関係の中に、第１に、キャビティと合致したケーシングの厚みを付けることによる付加質量がより小さいことがある。実際には、ケーシングの機械的強度に関するそれらの影響を考慮するために、これらのキャビティ５と合致してケーシング４を強化することが必要である。第２に、可動ホイール１に先んずる固定ブレード２とのキャビティ５の空気力学的相互作用の危険性の低減が見い出され、この種の相互作用は、キャビティによって与えられる性能の改善を減少させる効果がある。
【００２１】
図５および図６は、それぞれ、先行技術におけるおよび本発明による可動ブレードホイール１に関してキャビティ５の相対位置を斜視図で凹みをつけて示している。これまでどおり、本発明は、可動ブレード１の翼弦の方向と直角であるキャビティ５の主方向の配向によって特徴付けられるということが理解できる。図に示されるように、キャビティ５が丸まった形状を有する直角の平行六面体の形でない場合を考慮に入れるために、本発明の最も主要な特徴は、主として、キャビティ５の下流境界６とブレード１の翼弦との間の平行性として定義される。キャビティの下流境界は、これが直線でない場合、それ自体ケーシング４の内壁とのキャビティの交差部を形成する大きな辺の下流末端点を接続する直線セグメントとして定義される。
【００２２】
次に、本発明の寄与が、それの厚さの中にキャビティ５を埋め込むことによるケーシングのトリートメントの動作原理をまず第１に述べることによって説明される。２つの空気力学的効果が組み合わされ、すなわち、第１に、ロータの頂部において前縁で空気を吸い込むことにより、ロータとケーシングとの間のクリアランス渦の成長を阻止することができ、それにより、効率、およびサージの現象に対する安定限界が増やされ、第２に、可動ホイールの上流の空気の再噴射により、制限層の再活性化を通して、安定限界およびしたがってサージマージンを増やすことができる。
【００２３】
一般に、キャビティ５の組み込みによるケーシングトリートメントで最良の結果を得るために３つの特定のパラメータを考慮に入れることが必要であるということが考えられる。第１は、キャビティの下流側端部の軸方向位置に関係し、これは、空気が吸い込まれる点を規定し、第２は、キャビティの上流側端部の軸方向位置に関係し、これは、空気が再噴射される点を規定し、第３は、キャビティの容積に関係し、これは、取り出され、再噴射される空気の量、およびしたがって、ケーシングトリートメントの効力を決定する。
【００２４】
本発明は、まず第１に、キャビティの軸方向延長部を低減するように努めており、このため、圧縮機の性能に対するこれらの設定の影響を分析している。この設定を増加することによるキャビティの軸方向輪郭線の減少は、キャビティの下流側および前縁１１の再噴射点の両方をまとめることになるが、これは、ここにキャビティの容積を保つことによって行われ、それにより、キャビティの埋め込みを通してケーシングトリートメントに伴う効力を維持することができる。
【００２５】
次いで、本発明は、キャビティの設定のための最適傾斜角を決定することを目指す。これは、過度に大きな角度はブレードの前縁に近づき過ぎる取り出し点をもたらし、したがって圧力面と吸込み面との間の圧力差がまだ大きくない点でこれを行う傾向があるためであり、これは、クリアランス渦がさらに少し下流で成長することを防止しないことになる。同様に、空気の再噴射は、前縁に近づき過ぎることになり、主要な上流空気と（接線方向に）再噴射される空気との間の混合が、ブレードの前縁でまだ確立されていないことになり、これは、流れの安定性の観点から有害であろう。最後に、過度に傾斜されたキャビティは、空気の再噴射の過度に大きな角度を、すなわち低過ぎる再噴射空気の軸方向速度をもたらすことになり、その結果、それの効力を損なう。
【００２６】
キャビティの最適な設定角は、それにより可動ブレード１の設定と位置合わせされたキャビティ５の下流境界６を有することができることであるということが分かっている。この最適の説明は、ブレードがキャビティの上を通過する場合に、ブレードが空気流をキャビティに「押し込む」ということによって与えられ得る。下流境界をブレードの設定と位置合わせさせると、キャビティの下流領域全体に同時に生み出されるこの第１の効果を有することができる。これは、ブレードがキャビティの下流側において通過する場合に、最適なモーメントでより有効なスラストを生じ、このスラスト効果により、ブレードの通過に伴うクリアランス渦が減少する。
【００２７】
最後に、本発明は、第１にケーシングトリートメントの効力を確保するようにキャビティの十分な容積の維持に関連する、ブレードの前縁に関してキャビティの開始および終端の軸方向位置の最適化、および、第２にキャビティの軸方向寸法の縮小を示し、その効果は、これらの一体化に必要なケーシングの過度の厚さの制限である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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