JP3206749B2 - 圧縮機試験装置およびそれによる圧縮機の試験方法 - Google Patents

圧縮機試験装置およびそれによる圧縮機の試験方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機試験装置に関
する。さらに詳しくは、実際の運転状態を模擬できる圧
縮機試験装置に関する。なお、ここにいう圧縮機にはフ
ァンも含むものとする。
【0002】
【従来の技術】従来より、航空機用ジェットエンジンの
圧縮機の試験装置として、図5に示すような圧縮機試験
装置A´が用いられている。図5に示す圧縮機試験装置
A´においては、試験に供される圧縮機(供試体)T
は、テストチャンバーa内にセットされて駆動装置b、
例えばガスタービンやモータにより減速装置cを介して
駆動され、それにより吸気フィルターdおよび吸気サイ
レンサーeを通過してきた空気を圧縮し、この圧縮され
た空気は吐出サイレンサーfを介して大気に放出するよ
うにされている。そして、この圧縮機試験装置A´にお
ける吸気圧力の調整は、テストチャンバーa入口に設け
られた吸込圧力調節弁v1によりなされ、また吐出圧力
の調整は、テストチャンバーa出口に設けられた吐圧力
調節弁v2によりなされる。なお、図5において、符号
3は供試体Tのサージシグを防止するサージ防止弁を
示す。
【0003】しかしながら、かかる従来の圧縮機試験装
置A´では次のような問題を有しているため、充分な試
験がなし得ないという欠点がある。
【0004】(1)供試体Tに供給する空気の圧力を大
気圧以上にすることができない。
【0005】(2)供試体Tに供給する空気の温度を大
気温度以上あるいは以下とすることができない。
【0006】(3)そのため、機速および高度がゼロ付
近の試験に制限され、本来必要とされる高空状態をシミ
ュレーションする試験ができない。
【0007】(4)供試体Tにより圧縮された空気は大
気に放出されているので、空気の持つエネルギーが有効
に利用されていない。
【0008】なお、前記従来の圧縮機試験装置A´を所
望の条件で試験ができるようにするためには、次のよう
な大掛かりな改造を行う必要がある。
【0009】(1)供試体Tに供給する空気の圧力を所
定圧力とするには、空気圧縮機およびそれからの圧力を
調節する圧力調節弁を設ける必要がある。
【0010】(2)高高度条件では吸込空気の温度を極
低温、例えば約−70℃としなければならず、そのため
冷凍機および空気冷却器を設ける必要がある。また、か
かる極低温では空気中の水分が氷結し、その氷結により
生成された氷が供試体Tに吸込まれると供試体Tを損傷
させるおそれがあるので、空気中の水分を除去して露点
を下げるための除湿装置も必要となる。
【0011】(3)高温域、例えば250℃における試
験をするためには、さらに加熱装置が必要となる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、エネルギーロス
を少なくしながら、しかも実際の運転状態を模擬できる
圧縮機試験装置を提供することを主たる目的としてい
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の圧縮機試験装置
は、テストチャンバーと、前記テストチャンバーに所定
温度および所定圧力の窒素ガスを供給するガス供給手段
と、前記テストチャンバーに配設された圧縮機を減速手
段を介して駆動する駆動手段と、前記駆動手段の負荷を
調整する負荷調整手段とを備えてなることを特徴とす
る。
【0014】本発明の圧縮機試験装置においては、前記
ガス供給手段が、液体窒素を気化させて窒素ガスを供給
する第1窒素ガス供給部と、常温の窒素ガスを供給する
第2窒素ガス供給部とを有してなるものとされたり、あ
るいは前記ガス供給手段が、液体窒素を気化させて窒素
ガスを供給する第1窒素ガス供給部と、常温の窒素ガス
を供給する第2窒素ガス供給部と、前記第1窒素ガス供
給部および第2窒素ガス供給部から供給される窒素ガス
の圧力を調整する吸込圧力調整手段とを有してなるもの
とされる。
【0015】本発明の圧縮機試験装置の好ましい形態に
おいては、前記テストチャンバーが前記圧縮機からの窒
素ガスを同テストチャンバー入口に戻す、圧力調節弁を
有する第1ガス循環ラインを備えてなるものとされた
り、あるいは前記テストチャンバーが前記供試体からの
窒素ガスを前記負荷調整手段を経由して同テストチャン
バー入口に戻す第2ガス循環ラインを備えてなるものと
される。
【0016】本発明の圧縮機試験装置のさらに好ましい
形態においては、前記負荷調整手段が、タービンなどの
負荷吸収手段および圧縮機などの負荷消費手段のいずれ
としても機能するように構成されている。
【0017】本発明の圧縮機の試験方法の第1形態は、
前記圧縮機試験装置を用いた圧縮機の試験方法であっ
て、駆動手段と負荷調整手段の合計出力により圧縮機の
試験をなすことを特徴とする。
【0018】本発明の圧縮機の試験方法の第2形態は、
前記圧縮機試験装置を用いた圧縮機の試験方法であっ
て、駆動手段により圧縮機および負荷調整手段を駆動し
て圧縮機の試験をなすことを特徴とする。
【0019】
【作用】本発明は、前記の如く構成されているので、圧
縮機試験装置の大型化を招来することなく、供試体を実
際の飛行条件を模擬した状態で試験がなし得る。
【0020】本発明の好ましい形態においては、負荷調
整手段を試験状態に応じて圧縮機などの負荷消費手段と
したり、あるいはタービンなどの負荷回収手段としたり
しているので、駆動手段を定格負荷内で駆動させること
ができる。そして、負荷調整手段をタービンなどの負荷
吸収手段として利用した場合は、供試体により昇圧され
たガスのエネルギーを有効に利用できる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。
【0022】本発明の一実施形態に係る圧縮機試験装置
を図1にブロック図で示し、この圧縮機試験装置Aは、
試験に供される圧縮機(供試体)Tがセットされるテス
トチャンバー10と、このテストチャンバー10に試験
用のガスを供給するガス供給手段20と、前記供試体T
を減速手段40を介して駆動する駆動手段30と、この
供試体Tにより圧縮されたガスが供給可能とされている
負荷調整手段50と、制御手段(図示省略)とを主要構
成要素として備えてなる。
【0023】テストチャンバー10は、テストチャンバ
ー本体11と、供試体Tのサージを防止するサージ防止
ライン12と、供試体Tからの排気をテストチャンバー
本体11入口に戻す第1ガス循環ライン13と、供試体
Tからの排気を負荷調整手段50に送気する送気ライン
14と、負荷調整手段50からの排気をテストチャンバ
ー本体11入口に戻す第2ガス循環ライン15とを備え
てなるものとされる。
【0024】サージ防止ライン12にはサージ防止弁1
21が介装されている。第1ガス循環ライン13には圧
力調節弁131が介装されている。送気ライン14には
圧力調節弁141が介装され、またこの圧力調節弁14
1の下流には大気への放出ライン16が分岐形成され、
この放出ライン16にはまた放出圧力を調節する圧力調
節弁161が介装されている。第2ガス循環ライン15
には負荷調整手段50の背圧を調整する背圧調節弁15
1が介装され、この第2ガス循環ライン15の負荷調整
手段50の出口と背圧調節弁151との間には吸込弁1
71を有する吸込ライン17が接続されている。
【0025】なお、テストチャンバー本体11は、従来
のものと略同様に構成されている。
【0026】ガス供給手段20は、第1窒素ガス供給部
21と第2窒素ガス供給部22と吸込圧力調節部23と
を備えてなるものとされる。なお、空気の主成分は窒素
であるため、ガス供給手段20から供給されるガスを窒
素ガスとしても試験結果に重大な影響を与えることはな
い。また、試験結果を空気に対する値に修正する場合の
修正も容易である。
【0027】第1窒素ガス供給部21は、液体窒素を貯
蔵している液体窒素貯蔵タンク211と、この液体窒素
タンク211からの液体窒素を蒸発させる蒸発器212
と、テストチャンバー本体11に供給する窒素ガス量を
調節する流量調節弁213とを有するものとされる。
【0028】第2窒素ガス供給部22は、常温の窒素ガ
スを貯蔵している窒素ガス貯蔵タンク221と、テスト
チャンバー本体11に供給する窒素ガス量を調節する流
量調節弁222とを有するものとされる。
【0029】吸込圧力調節部23は、真空ポンプ231
と、この真空ポンプ231により排気される排気圧を調
節する圧力調節弁232とを有するものとされる。
【0030】しかして、第1窒素ガス供給部21および
第2窒素ガス供給部22からの窒素ガス量を適宜調節す
ることにより、テストチャンバー本体11に供給される
ガスの温度が大気温度以下の所望温度の調節される。一
方、ガス温度を大気温度以上とする場合は、第1ガス循
環ライン13において循環ガスを断熱圧縮し、その圧縮
度を適宜調節することにより、大気温度以上の所望温
度、例えば250℃とできる。この場合、第1ガス循環
ライン13はガス供給手段20の一部を構成することに
なる。そして、圧力調節弁232による真空ポンプ23
1の排気圧を適宜調節することによりテストチャンバー
本体11の吸込圧力を所望圧力とすることができる。
【0031】駆動手段30は、具体的にはガスタービン
とされる。
【0032】減速手段40は、例えば入力軸41と第1
出力軸42および第2出力軸43とを有する歯車機構と
され、その入力軸41は前記ガスタービンの出力軸に接
続される一方、第1出力軸42は供試体Tに接続され、
また第2出力軸43はクラッチ44を介して負荷調整手
段50に接続されている。
【0033】負荷調整手段50は、供試体Tの負荷が不
足する場合はその不足する負荷を補うとともに、駆動手
段30の出力が不足する場合はその不足する出力を補う
機能を有するものであって、例えば、遠心圧縮機あるい
はラジアルタービンとして機能する羽根車51と、この
羽根車51を遠心圧縮機あるいはラジアルタービンとし
て機能させる可変式ベーン52とを主要構成要素として
なる(図2および図3参照)。つまり、負荷調整手段5
0は、負荷消費手段および負荷吸収手段のいずれとして
も機能するようにされている。
【0034】制御手段は、例えば後述動作を制御するた
めのプログラム等が格納されたマイコンとされる。
【0035】次に、かかる構成とされている圧縮機試験
装置Aの動作について説明する。
【0036】まず、第2窒素ガス供給部22から窒素ガ
スを所定時間供給し、テストチャンバー10内、負荷調
整手段50内および配管系を窒素ガスにより置換する。
【0037】ついで、第1窒素ガス供給部21および第
2窒素ガス供給部22からの窒素ガス量を適宜混合しな
がら、吸込圧力調節部23を作動させてテストチャンバ
ー本体11内を所望温度および圧力とした後、駆動手段
30を駆動して供試体Tの試験を行う。
【0038】この供試体Tにより昇圧された窒素ガス
は、圧力調節弁141により圧力調節された後に負荷調
整手段50に送気されて負荷調整手段50を駆動し、つ
いで背圧調節弁151により圧力調節されて第2ガス循
環ライン15を介してテストチャンバー10に戻され
る。この場合、負荷調整手段50はラジアルタービンと
して機能する(図2参照)。この負荷調整手段50によ
り生成された動力は減速手段40に供給され、供試体T
の駆動に利用される。これにより、供試体Tにより圧縮
された窒素ガスのエネルギーが有効に回収されて駆動手
段30の消費動力が低減される。また、負荷調整手段5
0をラジアルタービンとして機能させることにより、駆
動手段30と負荷調整手段50の合計出力による試験が
なし得る。すなわち、駆動手段30の出力範囲を超えた
試験がなし得る。なお、この場合における圧力調節は主
として圧力調節弁141により行い、また圧力の微調節
は可変式ベーン52の角度を調節することにより行う。
【0039】一方、例えば高高度試験のように供試体T
の負荷が非常に小さく、そのため所要動力が駆動手段3
0の最低出力を下回る場合は、供試体Tからの排気を第
1ガス循環ライン13において圧力調節弁131により
圧力調節した後にテストチャンバー10に戻しながら、
吸込弁171を開として負荷調整手段50に空気を供給
して供試体Tにおいて不足する負荷を補い、駆動手段3
0を所定動力範囲内で駆動できるようにする。すなわ
ち、この場合、負荷調整手段30は遠心圧縮機として機
能する(図3参照)。そして、負荷調整手段30により
昇圧された空気は、圧力調節弁161により圧力調節さ
れた後に大気放出される。なお、この場合の圧力調節は
主として圧力調節弁171により行い、また圧力の微調
節は可変ベーン52の角度を調節することにより行う。
【0040】このように、この実施形態の圧縮機試験装
置Aによれば、圧縮機試験装置Aの大型化を招来するこ
となく、供試体Tを実際の飛行条件を模擬した状態、具
体的には図4に斜線で示す範囲内で試験がなし得る。ま
た、負荷調整手段50を備えるとともに、その負荷調整
手段50を試験状態に応じて圧縮機としたり、あるいは
タービンとしたりしているので、駆動装置30を定格負
荷内で駆動させることができる。そして、負荷調整手段
50をタービンとして利用した場合には、供試体Tによ
り昇圧された空気のエネルギーを有効に利用できる。
【0041】以上、本発明を実施形態に基づいて説明し
てきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるも
のではなく、種々改変が可能である。例えば、この実施
形態では駆動手段30はガスタービンとされていが、モ
ータとされてもよい。
【0042】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
圧縮機試験装置の大型化を招来することなく、供試体を
実際の飛行条件を模擬した状態で試験がなし得るという
優れた効果が得られる。
【0043】また、本発明の好ましい形態においては、
負荷調整手段を試験状態に応じて圧縮機などの負荷消費
手段としたり、あるいはタービンなどの負荷吸収手段と
したりしているので、駆動手段を定格負荷内で駆動させ
ることができるという優れた効果も得られる。そして、
負荷調整手段をタービンなどの負荷吸収手段として利用
した場合には、供試体により昇圧されたガスのエネルギ
ーを有効に利用できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る圧縮機試験装置のブ
ロック図である。
【図2】負荷調整手段がラジアルタービンとして機能し
ている状態の説明図である。
【図3】負荷調整手段が遠心圧縮機として機能している
状態の説明図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る圧縮機試験装置にお
ける可能試験範囲を示すグラフである。
【図5】従来の圧縮機試験装置のブロック図である。
【符号の説明】
10 テストチャンバー 11 テストチャンバー本体 12 サージ防止ライン 13 第1ガス循環ライン 14 送気ライン 15 第2ガス循環ライン 17 吸込みライン 20 ガス供給手段 21 第1窒素ガス供給部 22 第2窒素ガス供給部 23 吸込圧力調節部 30 駆動手段 40 減速手段 50 負荷調整手段 51 羽根車 52 可変ベーン A 圧縮機試験装置 T 供試体

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テストチャンバーと、前記テストチャン
    バーに所定温度および所定圧力の窒素ガスを供給するガ
    ス供給手段と、前記テストチャンバーに配設された圧縮
    機を減速手段を介して駆動する駆動手段と、前記駆動手
    段の負荷を調整する負荷調整手段とを備えてなることを
    特徴とする圧縮機試験装置。
  2. 【請求項2】 前記ガス供給手段が、液体窒素を気化さ
    せて窒素ガスを供給する第1窒素ガス供給部と、常温の
    窒素ガスを供給する第2窒素ガス供給部とを有してなる
    ことを特徴とする請求項1記載の圧縮機試験装置。
  3. 【請求項3】 前記ガス供給手段が、液体窒素を気化さ
    せて窒素ガスを供給する第1窒素ガス供給部と、常温の
    窒素ガスを供給する第2窒素ガス供給部と、前記第1窒
    素ガス供給部および第2窒素ガス供給部から供給される
    窒素ガスの圧力を調整する吸込圧力調整手段とを有して
    なることを特徴とする請求項1記載の圧縮機試験装置。
  4. 【請求項4】 前記テストチャンバーが前記供試体から
    の窒素ガスを同テストチャンバー入口に戻す、圧力調節
    弁を有する第1ガス循環ラインを備えてなることを特徴
    とする請求項1記載の圧縮機試験装置。
  5. 【請求項5】 前記テストチャンバーが前記圧縮機から
    の窒素ガスを前記負荷調整手段を経由して同テストチャ
    ンバー入口に戻す第2ガス循環ラインを備えてなること
    を特徴とする請求項1または4記載の圧縮機試験装置。
  6. 【請求項6】 前記負荷調整手段が、負荷吸収手段およ
    び負荷消費手段のいずれとしても機能するように構成さ
    れてなることを特徴とする請求項1記載の圧縮機試験装
    置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし請求項6に記載された圧
    縮機試験装置を用いた圧縮機の試験方法であって、 駆動手段と負荷調整手段の合計出力により圧縮機の試験
    をなすことを特徴とする圧縮機の試験方法。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし請求項6に記載された圧
    縮機試験装置を用いた圧縮機の試験方法であって、 駆動手段により圧縮機および負荷調整手段を駆動して圧
    縮機の試験をなすことを特徴とする圧縮機の試験方法。
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