(57)【要約】【課題】動翼の無駄な重量増加や空力効率の低下を抑制しつつ動翼の固有値を高めることができる動翼構造を提供する。【解決手段】インペラブレード１Ｂの振動時に最も大きな力が作用する部位、すなわち、インペラブレード１ＢのＦＥＭ解析により得られた振動変位量に基づいて想定される力の流線のうち、振動変位量の等しい点を結ぶ等変位線Ｌ１〜Ｌｎに垂直であって、振動変位量の最大点を始点Ｐ１としてハブラインＨＬ上の終点Ｐ２に向かって引いた矢印の力の流線である特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼厚が厚く設定されて翼剛性が高く設定されている。このため、インペラブレード１Ｂの１次固有値が効果的に高まると共に、インペラブレード１Ｂの無駄な重量増加や空力効率の低下が抑制される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸体に固定されてその周方向に配列される動翼の構造であって、
前記動翼の振動変位量に基づいて動翼上に想定される力の流線のうち、前記振動変位量の最大点を始点とする特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼剛性が高く設定されていることを特徴とする動翼構造。
【請求項２】
回転軸体に固定されてその周方向に配列される動翼の構造であって、
前記動翼の振動変位量に基づいて動翼上に想定される力の流線のうち、前記振動変位量の最大点を始点とする特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼厚が厚く設定されていることを特徴とする動翼構造。
【請求項３】
前記特定の流線は、前記振動変位量の最大点を始点として、振動変位量の等しい点を結ぶ等変位線に対して垂直に引いた線であることを特徴とする請求項１または２の何れか１つの請求項に記載の動翼構造。
【請求項４】
前記動翼の振動変位量は、動翼のＮ次固有値による振動変位量であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の動翼構造。
【請求項５】
前記動翼の振動変位量は、動翼の１次固有値による振動変位量であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の動翼構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸体に固定されてその周方向に配列される動翼の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転軸体に固定されてその周方向に配列される動翼として、例えば圧縮機のインペラを構成する複数のブレードが一般に知られている。このブレードは、回転軸体であるハブの周方向に配列されてその基端部がハブの外周に固定されたものであり、各ブレードは３次元曲面を有し、各ブレードの基端部とハブの外周面との接合ラインであるハブラインは、通常、３次元的に屈曲している。
【０００３】
ここで、この種の圧縮機における各ブレード（動翼）は、空力性能上の制約から肉厚が薄く設定されているのが通常である。このため、各ブレードは、１次固有値の振動数が回転ｎ次の振動数を下回る傾向にあり、その場合には、各ブレードが大きく振動する虞がある。
【０００４】
そこで、このような各ブレード（動翼）の振動を減少させる構造として、特許文献１には、各ブレードの基端部の厚みを先端部の厚みより厚く設定することで、各ブレードの１次固有値を高める従来技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３２４６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された従来技術のように、各ブレード（動翼）の基端部の厚みを単に全体的に厚くする場合には、各ブレードの重量が大幅に増加し、慣性モーメントの増加により各ブレードの回転レスポンスが低下する。また、各ブレード間の空気流路が狭くなって空力効率の低下も懸念される。
【０００６】
そこで、本発明は、動翼の無駄な重量増加や空力効率の低下を抑制しつつ動翼の固有値を高めることができる動翼構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る動翼構造は、回転軸体に固定されてその周方向に配列される動翼の構造であって、動翼の振動変位量に基づいて動翼上に想定される力の流線のうち、振動変位量の最大点を始点とする特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼剛性が高く設定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、他の発明に係る動翼構造は、回転軸体に固定されてその周方向に配列される動翼の構造であって、動翼の振動変位量に基づいて動翼上に想定される力の流線のうち、振動変位量の最大点を始点とする特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼厚が厚く設定されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、特定の流線は、動翼の振動変位量の最大点を始点として、振動変位量の等しい点を結ぶ等変位線に対して垂直に引いた線である。また、動翼の振動変位量は、Ｎ次固有値による振動変位量であり、好ましくは１次固有値による振動変位量である。
【００１０】
本発明に係る動翼構造では、動翼の振動時に最も大きな力が作用する部位、すなわち、動翼の振動変位量の最大点を始点として動翼上に想定される特定の流線上の部位の翼剛性が他の部位の翼剛性よりも高く設定されているため、動翼の固有値が効果的に高まると共に、動翼の無駄な重量増加や空力効率の低下が抑制される。
【００１１】
同様に、他の発明に係る動翼構造では、動翼の振動時に最も大きな力が作用する部位である特定の流線上の部位の翼厚が他の部位の翼厚よりも厚く設定されているため、動翼の固有値が効果的に高まると共に、動翼の無駄な重量増加や空力効率の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る動翼構造によれば、動翼の振動時に最も大きな力が作用する部位である特定の流線上の部位の翼剛性が他の部位の翼剛性よりも高く設定されているため、動翼の無駄な重量増加や空力効率の低下を抑制しつつ動翼の固有値を高めることができる。
【００１３】
同様に、他の発明の動翼構造によれば、動翼の振動時に最も大きな力が作用する部位である特定の流線上の部位の翼厚が他の部位の翼厚よりも厚く設定されているため、動翼の無駄な重量増加や空力効率の低下を抑制しつつ動翼の固有値を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る動翼構造の最良の実施形態を説明する。ここで、参照する図面において、図１は本発明の一実施形態に係る動翼構造が適用された遠心圧縮機のインペラの外観を示す斜視図、図２は図１に示したインペラブレードの部分拡大斜視図である。
【００１５】
一実施形態に係る動翼構造は、例えば図１に示すインペラ１のハブ（回転軸体）１Ａに固定されてその周方向に配列される複数のインペラブレード１Ｂに適用される。なお、インペラ１は、例えば図示しないガスタービンエンジンのケーシング内に回転自在に組み込まれて遠心圧縮機を構成するものである。
【００１６】
各インペラブレード１Ｂは、３次元曲面を有するように屈曲して形成されており、各インペラブレード１Ｂの基端部とハブ１Ａの外周面との接合ラインであるハブラインはＨＬは３次元的に屈曲している。これらのインペラブレード１Ｂは、空力性能上の制約から翼厚が基本的に薄く設定されているが、振動を減少させるため、ハブラインＨＬ側の基端部の厚みが先端部の厚みより若干厚く設定されている。
【００１７】
ここで、各インペラブレード１Ｂは、図２に矢印で示す特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼厚が厚く設定されて翼剛性が高く設定されている。この矢印で示す特定の流線は、各インペラブレード１Ｂの１次固有値による振動変位量の有限要素法（ＦＥＭ（Finite  Element  Method））による解析結果から求められる。
【００１８】
すなわち、特定の流線は、ＦＥＭ解析により得られた振動変位量に基づいて各インペラブレード１Ｂ上に想定される力の流線のうち、振動変位量の等しい点を結ぶ等変位線Ｌ１〜Ｌｎに垂直であって、振動変位量の最大点を始点Ｐ１としてハブラインＨＬ上の終点Ｐ２に向かって引いた矢印の力の流線として求められる。
【００１９】
ここで、各インペラブレード１Ｂの基端部のハブラインＨＬにおける翼厚は、ハブラインＨＬのスタート位置Ａを０％と表示し、エンド位置Ｂを１００％と表示した図３のグラフにおいて、丸点プロットの太線グラフＧ１に示すように、１０％付近のＣ位置が最大に設定され、このＣ位置から０％のスタート位置Ａおよび１００％のエンド位置Ｂに向かって漸次減少するように設定されている。
【００２０】
すなわち、各インペラブレード１Ｂの基端部のハブラインＨＬ上での翼厚は、図２に矢印で示した特定の流線上の終点Ｐ２に対応するＣ位置で最大に設定され、このＣ位置からハブラインＨＬのスタート位置Ａおよびエンド位置Ｂに向かって漸次減少するように設定されている。
【００２１】
以上のように構成されたインペラ１の各インペラブレード１Ｂは、振動時に最も大きな力が作用する部位、すなわち、図２に示したように、各インペラブレード１Ｂの振動変位量の最大点を始点Ｐ１として各インペラブレード１Ｂ上に想定される特定の流線上の部位では、他の部位よりも翼厚が厚く設定されて翼剛性が高く設定されている。
【００２２】
ことに、各インペラブレード１Ｂの基端部のハブラインＨＬ上での翼厚は、矢印で示した特定の流線上の終点Ｐ２に対応するハブラインＨＬ上のＣ位置、すなわち、図３の丸点プロットの太線グラフＧ１に示したように、ハブラインＨＬ上の１０％付近のＣ位置で最大に設定されている。
【００２３】
このため、各インペラブレード１Ｂの１次固有値は、図４に符号Ｃで示すように、例えば２０００Ｈｚ程度に上昇する。また、各インペラブレード１Ｂは、図２に矢印で示した特定の流線上の部位でのみ翼厚が厚く設定されているため、無駄な重量増加や空力効率の低下が抑制される。
【００２４】
これに対し、図３の四角点プロットの細線グラフＧ２に示すように、ハブラインＨＬ上の３５％付近のＤ位置で基端部の翼厚が最大に設定される比較用のインペラブレードでは、その１次固有値は、図４に符号Ｄで示すように、例えば１３００Ｈｚ程度に低下する。
【００２５】
なお、図３の三角点プロットの細線グラフＧ３に示すように、ハブラインＨＬ上の０％付近のＡ位置で基端部の翼厚が最大に設定される比較用のインペラブレードでは、その１次固有値は、図４に符号Ａで示すように、符号Ｃで示した２０００Ｈｚ程度より若干低下する。
【００２６】
このように、ハブラインＨＬ上の３５％付近のＤ位置で基端部の翼厚が最大に設定される比較用のインペラブレードでは、その１次固有値が例えば１３００Ｈｚ程度であるのに対し、ハブラインＨＬ上の１０％付近のＣ位置で基端部の翼厚が最大に設定されている本発明の一実施形態に係る各インペラブレード１Ｂでは、その１次固有値が例えば２０００Ｈｚ程度に効果的に上昇する。
【００２７】
従って、本発明の一実施形態に係る各インペラブレード１Ｂによれば、無駄な重量増加や空力効率の低下を抑制しつつ各インペラブレード１Ｂの１次固有値を高めることができる。その結果、図５に示すように、ガスタービンエンジンの定格回転数における各インペラブレード１Ｂの１次固有値を回転ｎ次の周波数よりも上昇させて各インペラブレード１Ｂの振動の発生を確実に減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る動翼構造が適用された遠心圧縮機のインペラの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示したインペラブレードの部分拡大斜視図である。
【図３】図２に示したインペラブレードのハブライン上での翼厚の変化を比較用のインペラブレードのハブライン上での翼厚の変化と共に示すグラフである。
【図４】図３に示した特性で翼厚が変化する各インペラブレードの最大翼厚位置と１次固有値との関係を示すグラフである。
【図５】図２示したインペラブレードの１次固有値と回転ｎ次の周波数との関係をガスタービンエンジンの回転数を横軸として示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１…インペラ、１Ａ…ハブ、１Ｂ…インペラブレード、２…、３…、ＨＬ…ハブライン、Ｌ１〜Ｌｎ…等変位量線、Ｐ１…特定の流線の始点、Ｐ２…特定の流線の終点、Ａ…ハブラインのスタート位置、Ｂ…ハブラインのエンド位置、Ｃ…特定の流線の終点に対応するハブライン上の位置。
【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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