(57)【要約】【課題】  圧縮機の他の段の間の相互作用、空力効率、空気力学的な寿命目標に優れた固定子羽根エーロフォイルを提供する。【解決手段】  圧縮機の第１０段固定子羽根は、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従ったエーロフォイルプロファイルを具備し、Ｚ座標値が圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つＸ値及びＹ値を含む平面からの垂直距離であり、Ｚ値がＸ，Ｙ平面においてエーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まる。Ｘ及びＹは、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値である。固定子羽根ごとに、スケールアップエーロフォイル部分又はスケールダウンエーロフォイル部分を提供するために、Ｘ値、Ｙ値及びＺ値は、スケーリングされてもよい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１０）の固定子羽根（１３）において、任意のエーロフォイル表面場所に対して垂直な方向に±０．１００インチ以内の包絡面である形状を有するエーロフォイル（１８）を具備し、前記エーロフォイルは、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有し、前記Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つ前記Ｘ値及び前記Ｙ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値が、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、前記Ｚ距離における前記プロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成する固定子羽根。
【請求項２】
圧縮機の第１０段（１２）の一部を形成する請求項１記載の固定子羽根。
【請求項３】
Ｚ＝０値は、前記圧縮機中心線から１７．３２２インチの半径方向距離で始まり、Ｚ値は、表Ｉにおいて、半径方向外側方向に徐々に正に向かう請求項１記載の固定子羽根。
【請求項４】
圧縮機（１０）の固定子羽根（１３）において、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有するエーロフォイル（１８）を具備し、前記Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つ前記Ｘ値及び前記Ｙ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値が、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、前記Ｚ距離における前記プロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成し、スケールアップ圧縮機エーロフォイル又はスケールダウン圧縮機エーロフォイルを提供するために、前記Ｘ値、前記Ｙ値及び前記Ｚ値は、同一の定数又は同一の数の関数としてスケーリングされる固定子羽根。
【請求項５】
前記圧縮機の第１０段（１２）の一部を形成する請求項４記載の固定子羽根。
【請求項６】
Ｚ＝０値は、前記圧縮機中心線から１７．３２２インチの半径方向距離で始まり、Ｚ値は、半径方向外側方向に徐々に正に向かう請求項４記載の固定子羽根。
【請求項７】
圧縮機（１０）において、１つの圧縮機段の一部を形成する複数の固定子羽根（１３）を具備し、前記羽根の各々は、任意のエーロフォイル表面場所に対して垂直な方向に±０．１００インチ以内であるエーロフォイル（１８）の形状を有し、前記エーロフォイルは、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有し、前記Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つ前記Ｘ値及び前記Ｙ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値が、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、前記Ｚ距離における前記プロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成する圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機段は、第１０段（１２）である請求項７記載の圧縮機。
【請求項９】
Ｚ＝０値は、前記圧縮機中心線から１７．３２２インチの半径方向距離で始まり、Ｚ値は、半径方向外側方向に徐々に正に向かう請求項７記載の圧縮機。
【請求項１０】
圧縮機（１０）において、１つの圧縮機段の一部を形成する複数の固定子羽根（１３）を具備し、前記羽根の各々は、任意のエーロフォイル表面場所に対して垂直な方向に±０．１００インチ以内であるエーロフォイル（１８）の形状を有し、前記エーロフォイルは、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有し、前記Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つ前記Ｘ値及び前記Ｙ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値が、前記Ｘ，Ｙ平面において、前記エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、前記Ｚ距離における前記プロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成する圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンの圧縮機に関し、特に、圧縮機羽根、特に第１０段羽根の固定子羽根エーロフォイルプロファイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンの高温ガス流路は、システムの効率条件及び負荷条件に適合する圧縮機エーロフォイル固定子羽根プロファイルを必要とする。圧縮機の固定子羽根のエーロフォイル形状は、圧縮機の他の段の間の相互作用を最適化しなければならず、空力効率を提供する必要があり、更に、空気力学的な寿命目標を最適化しなければならない。従って、それらの目標を最適化する固定子羽根エーロフォイルが必要とされる。
【特許文献１】米国特許第６，９１０，８６８号公報
【特許文献２】米国特許第６，８８４，０３８号公報
【特許文献３】米国特許第６，８８１，０３８号公報
【特許文献４】米国特許第６，８６６，４７７号公報
【特許文献５】米国特許第６，８５７，８５５号公報
【特許文献６】米国特許第６，８５４，９６１号公報
【特許文献７】米国特許第６，８３２，８９７号公報
【特許文献８】米国特許第６，８０８，３６８号公報
【特許文献９】米国特許第６，７７９，９８０号公報
【特許文献１０】米国特許第６，７７９，９７７号公報
【特許文献１１】米国特許第６，７６９，８７９号公報
【特許文献１２】米国特許第６，７３９，８３８号公報
【特許文献１３】米国特許第６，７２２，８５３号公報
【特許文献１４】米国特許第６，７２２，８５２号公報
【特許文献１５】米国特許第６，７１５，９９０号公報
【特許文献１６】米国特許第６，６８５，４３４号公報
【特許文献１７】米国特許第６，５５８，１２２号公報
【特許文献１８】米国特許第６，５０３，０５９号公報
【特許文献１９】米国特許第６，５０３，０５４号公報
【特許文献２０】米国特許第６，４７４，９４８号公報
【特許文献２１】米国特許第６，４６１，１１０号公報
【特許文献２２】米国特許第６，４６１，１０９号公報
【特許文献２３】米国特許第６，４５０，７７０号公報
【特許文献２４】米国特許第６，３９８，４８９号公報
【特許文献２５】米国特許第７，００１，１４７号公報
【特許文献２６】米国特許第６，９９４，５２０号公報
【特許文献２７】米国特許出願公開第２００６／００５９８９０号
【特許文献２８】米国特許出願公開第２００６／００７３０１４号
【特許文献２９】米国特許出願第１１／２１４，４９９号
【特許文献３０】米国特許出願第１１／３４０，５３２号
【特許文献３１】米国特許出願第１１／３９２，５１４号
【発明の開示】
【０００３】
本発明の好適な一実施形態においては、圧縮機の固定子羽根（ステータベーン）であって、任意のエーロフォイル表面場所に対して垂直な方向に±０．１００インチ以内の包絡面である形状を有するエーロフォイルを具備し、エーロフォイルは、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有し、Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つＸ値及びＹ値を含む平面からの垂直距離であり、Ｚ値が、Ｘ，Ｙ平面において、エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、Ｚ距離におけるプロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成する固定子羽根が提供される。
【０００４】
本発明の別の好適な実施形態においては、圧縮機の固定子羽根であって、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有するエーロフォイルを具備し、Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つＸ値及びＹ値を含む平面からの垂直距離であり、Ｚ値が、Ｘ，Ｙ平面において、エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、Ｚ距離におけるプロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成し、スケールアップ圧縮機エーロフォイル又はスケールダウン圧縮機エーロフォイルを提供するために、Ｘ値、Ｙ値及びＺ値は、同一の定数又は同一の数の関数としてスケーリングされる固定子羽根が提供される。
【０００５】
本発明の更に別の好適な実施形態においては、圧縮機であって、１つの圧縮機段の一部を形成する複数の固定子羽根を具備し、前記羽根の各々は、任意のエーロフォイル表面場所に対して垂直な方向に±０．１００インチ以内であるエーロフォイルの形状を有し、エーロフォイルは、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有し、前記Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つ前記Ｘ値及び前記Ｙ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値が、前記Ｘ，Ｙ平面において、エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値であり、前記Ｚ距離における前記プロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成する圧縮機が提供される。
【０００６】
本発明の別の好適な実施形態においては、圧縮機であって、１つの圧縮機段の一部を形成する複数の固定子羽根を具備し、前記羽根の各々は、任意のエーロフォイル表面場所に対して垂直な方向に±０．１００インチ以内であるエーロフォイルの形状を有し、エーロフォイルは、表Ｉにインチ単位で記載されるＸ、Ｙ及びＺのデカルト座標値にほぼ従った未被覆公称プロファイルを有し、前記Ｚ座標値が、圧縮機中心線からの半径に対して垂直であり且つ前記Ｘ値及び前記Ｙ値を含む平面からの垂直距離であり、前記Ｚ値が、前記Ｘ，Ｙ平面において、エーロフォイルの半径方向空力部分を０として始まり、Ｘ及びＹが、滑らかな連続する弧により結合されたとき、各距離Ｚにおけるエーロフォイルプロファイルを定義する座標値でり、前記Ｚ距離における前記プロファイルは、互いに滑らかに接合されて、完全なエーロフォイル形状を形成する圧縮機が提供される。
【０００７】
いずれの場合にも、圧縮機エーロフォイルは、その周囲のエーロフォイルと関連して動作するように特定して設計される。個々のエーロフォイルは、上流側の羽根列から空気を受け取る。この独特な入口状態において、エーロフォイルは、圧縮機の総効率及び圧力上昇能力を最大限にする所定の圧力上昇を実現するために、所期の量だけ流れを方向転換する。１つのエーロフォイルが意図の通りに動作しない場合、その周囲の全てのエーロフォイルの空力的釣合いが損なわれ、圧縮機は意図の通りに動作しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、圧縮機１０の一部が示される。圧縮機１０は、全体を図中符号１２により示される第１０段を含む複数の段を有する。各段は、周囲方向に互いに離間して配置された複数の固定子羽根１３と、回転子１６に装着されたバケット１４とを含む。第１０段圧縮機羽根１３は、互いに周囲方向に離間して配置され、以下に指定されるような特定のエーロフォイル形状又はエーロフォイルプロファイルのエーロフォイル１８を有する。図２を参照すると、エーロフォイル形状又はエーロフォイルプロファイルは、前縁部２０及び後縁部２２を含む。図示される第１０段圧縮機固定子羽根の好適な実施形態においては、第１０段を形成する羽根は１１３枚ある。
【０００９】
次に図２〜図７を参照すると、第１０段固定子羽根の各々は、Ｘ値、Ｙ値及びＺ値を有するデカルト座標系により定義されるエーロフォイルプロファイルを有する。座標値は、以下に示される表Ｉにインチ単位で記載される。デカルト座標系は、互いに直交する関係にあるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含み、Ｚ軸は、圧縮機の回転子の中心線から半径方向に沿って、すなわち、Ｘ値及びＹ値を含む平面に対して垂直に延出する。Ｚ距離は、Ｘ，Ｙ平面において、半径方向最も外側の空力羽根部分を０として始まる。このＺ距離、すなわち、Ｚ＝０は、圧縮機中心線から半径１７．３２２インチの場所にある。Ｘ軸は、圧縮機の回転子中心線、すなわち、回転軸と平行である。Ｘ，Ｙ平面に対して垂直なＺ方向に複数の選択された場所でＸ座標値及びＹ座標値を定義することにより、エーロフォイル１８のプロファイルを確定できる。滑らかな連続する弧によってＸ値とＹ値とを結合することにより、各距離Ｚにおけるプロファイル部分が固定される。複数の距離Ｚ間の様々な表面場所における表面プロファイルは、互いに滑らかに結合されて、エーロフォイルを形成する。以下の表Ｉに示される数値はインチ単位であり、周囲条件、非動作条件又は非高温条件におけるエーロフォイルプロファイルを表し、未被覆エーロフォイルに関する。符号規約は、デカルト座標系において通常使用されているように、半径方向内側に向かう方向に正の値Ｚを割当て、Ｘ座標値及びＹ座標値に対して正の値及び負の値を割当てる。
【００１０】
エーロフォイルの横断面ごとに、１，２３２個のポイントが公称低温又は室温プロファイルである。
【００１１】
エーロフォイルの実際のプロファイルにおいて考慮されなければならない典型的な製造許容差及び被覆膜がある。従って、表Ｉに示されるプロファイルの値は、公称エーロフォイルに関する値である。そのため、以下の表Ｉに示されるＸ値及びＹ値に対して、典型的な製造許容差、すなわち、±値及び被覆膜厚さが加算されるか又は減算されることが理解される。従って、エーロフォイルプロファイルに沿った任意の表面場所に対して垂直な方向の±０．１００インチの距離は、この特定のエーロフォイル構造及び圧縮機に関するエーロフォイルプロファイル包絡面を定義する。好適な一実施形態においては、以下の表Ｉに示される羽根エーロフォイルプロファイルは、圧縮機の第１０段羽根に関する。
【００１２】
以下の表Ｉに示される座標値はインチ単位であり、好適な公称プロファイル包絡面を規定する。
【００１３】
【表１】
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また、上記の表において開示されるエーロフォイルは、他の類似する圧縮機構造において使用するために、幾何学的にスケールアップ又はスケールダウンされてもよいことが理解される。すなわち、エーロフォイルのプロファイル形状が変わらないように、表Ｉに記載される座標値をスケールアップするか又はスケールダウンしてもよい。表Ｉの座標のスケーリングバージョンは、同一の定数又は同一の数を乗算されるか、あるいは同一の定数又は同一の数で除算されたＸ座標値、Ｙ座標値及びＺ座標値により表現されるであろう。
【００１４】
現時点で最も実用的で好適な実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されてはならず、添付の特許請求の範囲の趣旨の範囲内に含まれる種々の変形及び等価の構成を含むことが意図されていると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１０段を含む圧縮機の種々の段を示した圧縮機の部分横断面図である。
【図２】圧縮機の第１０段の羽根を示した斜視図である。
【図３】圧縮機の第１０段の羽根を示した側面図である。
【図４】第１０段圧縮機羽根を示した接線方向後斜視図である。
【図５】羽根先端部から半径方向外側に見た第１０段圧縮機羽根の端面図である。
【図６】図２に類似する斜視図である。
【図７】ほぼ図６の線７‐７に関する圧縮機羽根の横断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０…圧縮機、１２…第１０段、１３…固定子羽根、１８…エーロフォイル
【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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【図７】
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