[發明專利]跨音速葉片

有效

• 申請號: 201080069662.4
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN103180617A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 明連千尋;高橋康雄;圓島信也
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F01D5/14;F01D9/02;F04D21/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 張敬強;嚴星鐵

技術領域

本發明涉及用于流動的整體或者一部分成為跨音速以上的流動場的場合的跨音速葉片、以及使用該跨音速葉片的軸流旋轉機械。

背景技術

以近年來的燃料高價為背景，工業用燃氣輪機、噴氣式發動機這樣的軸流旋轉機械的效率提高的重要性越來越高。作為軸流旋轉機械的效率提高方法，列舉降低葉片的損失。這里，葉片的損失大體分為在葉片的徑向截面（葉片形狀）發生的剖面損失和其他損失。作為其他損失的例子有沖擊波損失、二次流動損失等。在每一級的載荷較大的近年的軸流旋轉機中，由于向葉片流入的工作流體的馬赫數增加，所以有沖擊波損失增加的趨勢。也就是，沖擊波損失的降低較大地有助于提高旋轉機性能。

此外，近年來，研究了向燃氣輪機的壓縮機入口的吸氣管道部噴霧細微液滴，利用液滴的蒸發來冷卻吸氣從而實現性能提高的技術（Water?Atomization?Cooling，WAC）。再有，關于WAC，例如有專利文獻1記載的技術。由于如果實施WAC則壓縮機入口溫度低下，所以作為燃氣輪機整體有壓力比增加的趨勢。再有，因WAC的蒸發而成為主流空氣和水蒸氣的混合氣體。該混合氣體因水蒸氣的混合相比空氣，音速降低，所以流動的速度和音速的比即馬赫數會增加。由此，可預想到跨音速級中的沖擊波損失增加。

一直以來進行了降低沖擊波損失的研究，其中之一有如下研究：改變連接各葉片高度位置中的葉片形狀的重心位置的線即積疊線的形狀。作為涉及改變積疊線的形狀的技術，如專利文獻2所示提出了如下的葉片：使從作為內周側截面和外周側截面的中間截面的平均直徑截面到內周側截面的各截面以及外周側截面移動到上游側從而構成Ｓ字形狀的積疊線，并且使外周側截面的移動量最大。根據專利文獻2，通過使外周側移動到上游從而能夠降低因沖擊波發生的各種損失。另外，如果使外周側移動到上游側，則由于在外周側，流動快速開始增速，靜壓降低，因而內周側的流量流入外周側而減少，存在內周側的邊界層容易擴展的問題，但在專利文獻2中，通過使平均直徑截面附近的各葉片截面向下游側的移動量變小，從而抑制因該內周側的邊界層擴展引起的損失增加。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000－192824號公報

專利文獻2：日本特開2008－115736號公報

發明內容

發明所要解決的課題

專利文獻2所示的跨音速葉片由于使降低起因于外周側截面的沖擊波的損失和抑制內周側截面的損失增加并存，相比現有的跨音速葉片能夠期待性能提高。再有，由于抑制在內周側截面的剝離，所以還可以期待對于壓力比增加的流動場的失速裕度（失速余量）的增加。但是，在壓力比增加的流動場中，形成引起失速這樣的較大的剝離區域的部位不限于內周側截面，所以有對于失速余量的增加的效果被限定的可能性。再有，在專利文獻2中，沒有記載各高度位置的葉片形狀的詳細結構，有通過選擇適當的葉片形狀來實現性能的進一步提高的可能性。

于是，本發明的目的在于提供在實現因沖擊波引起的損失的降低的同時增加對于整個葉片高度方向位置的失速余量的跨音速葉片。

用于解決課題的方法

為解決上述問題，本發明的跨音速葉片用于通過的氣流的整體或一部分成為跨音速以上的流動場，其特征在于，使葉片的各高度位置的截面與連接葉片的前邊緣和后邊緣的線平行地移動，從與旋轉機械的旋轉軸或外周側殼體連接的內周側截面到在葉片高度方向位于距上述內周側截面最遠位置的外周側截面，使連接在各高度位置的葉片截面的重心位置的積疊線向工作流體的上游側移動，并且形成為使各高度位置的葉片截面的最大厚度位置從上述內周側截面到外周側截面向葉片的后邊緣側移動。

另外，本發明的跨音速葉片用于通過的氣流的整體或者一部分成為跨音速以上的流動場，其特征在于，使葉片的各高度位置的截面與連接葉片的前邊緣和后邊緣的線平行地移動，在相比位于與旋轉機械的旋轉軸或外周側殼體連接的內周側截面和位于葉片高度方向中心的平均直徑截面之間的、某個葉片高度位置靠內周側截面側，使連接在各高度位置的葉片截面的重心位置的積疊線的軸向位置為固定，從上述某個葉片高度位置到外周側截面側，上述積疊線向工作流體的上游側移動，并且形成為使在各高度位置的葉片截面的最大厚度位置從上述內周側截面到外周側截面向葉片的后邊緣側移動。

本發明的效果如下。

根據本發明，能夠提供在實現因沖擊波引起的損失的降低的同時增加對于整個葉片高度方向位置的失速余量的跨音速葉片。

附圖說明