JP3518088B2 - 圧縮機 - Google Patents
圧縮機Info
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空用、陸舶用ガ
スタービンの圧縮機（ここで言う圧縮機は、ファンを含
む広義の意味で用いるものとする）に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧縮機では回転数を一定とし、流出口を
絞って空気流量を減らしていくと、ある点でローテーテ
ィング・ストールという不安定現象が生じる。この現象
は圧縮機の性能の低下のみならず、翼の激しい振動を伴
う。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来、ローテーティン
グ・ストールの発生を、検知して未然に防ぐ有効な方法
は実用化されておらず、圧縮機は不時の流入空気量低下
によるローテーティング・ストールに備えて充分なマー
ジンをとった作動域で設計・運用されており、圧縮機の
特に低流量能力は充分に生かされていないのが現状であ
る。なお、図４は従来使用されている軸流圧縮機の一般
的な特性を示すものであり、縦軸に圧力、横軸に空気流
量をそれぞれとっている。 【０００４】ところで、本発明者らはローテーティング
・ストールの発生メカニズムついて鋭意研究した結果、
次の知見を得た。すなわち、圧縮機の流出口を絞って空
気流量を少なくすると、図４中Ａに示す時点では、流量
不足分を通路全体で均等に負担せず、一部で流量が極端
に少なくなり（図中、斜線部分が失速領域を示す）、残
りの通路では十分な流量が確保される状況となる。そし
て、失速領域は、ロータ翼端より発生・拡大し、ロータ
回転数の約半分の速度で周方向へ回転する。これが、パ
ートスパン・ローテーティング・ストールである。さら
に、流出口を絞っていくと、図中Ｂに示すように、失速
領域はフルスパンにわたり面積的に著しく拡大し、圧力
特性が突然低下する。つまり、フルスパン・ローテーテ
ィング・ストールとなる。 【０００５】ローテーティング・ストールは一端発生す
ると大きなヒステリシスがあり、流出口の絞りを大きく
開かないと回復せず（図中ＢーＤ参照）、航空用ガスタ
ービンエンジンなどの流出口絞りを自由に制御できない
場合にはエンジンを停止しなければ回復できないスタグ
ネーション・ローテーティング・ストールが発生する場
合もある。 【０００６】本発明は、上記した失速領域がロータ翼端
より発生・拡大するという知見に基づきなされたもので
あり、流出口を絞ったときでもロータ翼端近傍に十分な
空気流量を確保することによって、オリジナルのローテ
ーティング・ストール発生点より低流量域でも安定な作
動が行える圧縮機を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明では、空気流入口の中央のハ
ブ側を遮蔽する遮蔽部材を、空気通路の遮蔽面積を可変
できるように設け、該遮蔽部材による遮蔽面積を流入空
気量に応じて制御する圧縮機であって、前記遮蔽部材
は、空気流入口のノーズコーンに一端を回動可能に連結
されて周方向に並設される複数のフラップによって構成
され、流入空気量に応じ、該流入空気量が少なくなれば
なる程傾斜角度が大きくなるよう、前記複数のフラップ
の傾斜角度を変えるフラップ傾斜角度調整手段を備えて
いることを特徴とする。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【発明の実施の形態】図１は本発明を航空機用ガスター
ビンの圧縮機に適用した形態を示す側断面図である。こ
の図において符号１は軸流圧縮機を示し、この圧縮機１
は静翼１ａとロータ翼（動翼）１ｂからなる。圧縮機１
の前部の空気流入口１Ａに配される固定側のノーズコー
ン２の外周部には複数のフラップ３，…が、それらの内
側に連結された揺動レバー３ａを介して回転可能に設け
られて周方向に並べられて配されている。ここで、揺動
レバー３ａは略中央をノーズコーン２にピン結合され、
後半部を前記フラップ３に連結されるとともに、前端部
を後述するリンクバー４ｂの一端にピン連結されてい
る。また、各フラップ３には、フラップ３の圧縮機回転
軸に対する傾斜角θを調整するためのフラップ傾斜角度
調整手段４が連設されている。 【００１１】フラップ傾斜角度調整手段４は、例えば、
前記ノーズコーン２の略中央に油圧あるいはエアー圧に
よって作動されるサーボ機構を備えた複数のアクチュエ
ータ４ａが図示せぬブラケットにより支持されて設けら
れ、これらアクチュエータ４ａの出力軸にシンクロナイ
ジングリング２ａが連結され、シンクロナイジングリン
グ２ａに前記リンクバー４ｂの他端側が連結されて構成
される。そして、前記各アクチュエータ４ａは、圧縮機
１の空気通路に配された圧力計あるいは流量計等のセン
サによって同期されながら制御される。なお、アクチュ
エータ４ａの出力軸と前記リンクバー４ｂとの間にシン
クロナイジングリング２ａを介在させたのは、例え、ア
クチュエータの出力軸の動きが同期して動くように制御
されていても、何等かの原因でそれぞれの出力軸の進出
あるいは退入速度が異なる場合があり、この場合には、
各フラップ３の開閉が所望どおりに行えなくなるおそれ
が生じる。このような不具合をなくすよう、各リンクバ
ーを同じ速度で移動させるためである。すなわち、前記
複数のフラップ３は、空気流入口の中央のハブ側を遮蔽
する遮蔽部材として機能し、圧縮機の流入空気量に応じ
て空気流入口の遮蔽面積を変えるものである。 【００１２】次に、上記圧縮機の作用について説明す
る。図３は上記した圧縮機の特性を示すものである。図
４と同様に縦軸に圧力、横軸に空気流量をとっている。
図示しない空気流出側の絞り部による絞り量が少なく、
圧縮機によって所定値以上の空気が流れているときに
は、図１に示すように各フラップ３は開いた状態になっ
ており、空気流入口の中央側を遮蔽することはない。 【００１３】前記空気流出側の絞り部による絞り量が多
くなって、圧縮機に流入する空気流量が一定値以下にな
ると、圧縮機の空気通路に設けられた圧力計等のセンサ
から発せられる検知信号に基づき前記アクチュエーア４
ａが作動され、フラップ３の傾斜角度θが広がるように
制御される。この傾斜角度θは、圧縮機の空気流量が少
なくなればなる程大きくなるように制御される。 【００１４】したがって、前記したように従来では空気
流量が一定値以下になると、ロータ翼端に失速領域がで
きてローテーティング・ストールが生じようとするが、
ここでは、図２中斜線Ｘで示すように、圧縮機の空気通
路の中央のハブ側はフラップ３によって遮蔽されて安定
した失速領域ができる。なお、図３における斜線部分
は、空気流量がＨ，Ｉ，Ｊの各場合における、圧縮機空
気通路の横断面の失速領域を示す。 【００１５】このように流入空気は、圧縮機の空気通路
の外方のファンケース側に偏って流入するため、例え空
気流量が一定値以下に絞られた場合でも、ロータ翼端側
は十分な空気が供給されることとなり、結局、ローテー
ティング・ストールを回避できる。そして、不時の低流
量状態が過ぎると、前記空気通路内に配されたセンサか
らの検知信号に基づき、フラップ３は再び図１に示すよ
うな開いた状態となって、通常のノーズコーン形状を形
成する。 【００１６】なお、本発明の圧縮機は、前記した実施の
形態に限られることなく、空気流入口の中央側を遮蔽す
る遮蔽部材、フラップ３の取付構造、フラップ傾斜角度
調整手段４の構成など具体的構成は、実施にあたり適宜
変更可能である。例えば、前記遮蔽部材は、一端をノー
ズコーンの外周にピン結合された複数の揺動レバー３ａ
に連結されたフラップ３によって離散的に構成されてい
るが、これに限られることなく、隙間が形成されること
なくなく傾斜面積が広がる、例えばカメラの絞りのよう
な構成にしてもよい（なお、カメラの絞りは、逆に中心
側の孔の面積が拡がったり狭まったりする）。また、フ
ラップ傾斜角度調整手段４は、アクチュエータ４ａによ
って構成されているが、これに限られることなく、ステ
ッピングモータを用いてもよい。 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流入空気
量が一定値以下に減少するときでも、遮蔽部材によって
空気流入口の中央のハブ側を遮蔽し、外方のケース側に
十分な空気流量を確保することができ、ローテーティン
グ・ストールの発生を防止できる。この結果、低流量で
の安定した運転が可能になる。 また、各フラップを閉じ
た時（遮蔽部材として機能させた時）には流入空気の通
過抵抗をできるだけ減少させた状態で空気通路の中央側
を遮蔽することができ、また、フラップを開いたときに
はノーズコーンの軸線方向に沿う延長部分となるため、
この場合でも、空気の通過抵抗を小さくすることができ
る。 さらに、フラップ傾斜角度調整手段によって、流入
空気量に応じ、該流入空気量が少なくなればなる程傾斜
角度が大きくなるよう、前記複数のフラップの傾斜角度
を変えるから、圧縮機性能を最大に維持して運転するこ
とができる。また、複数のフラップをそれぞれ独立して
制御すれば、流入空気の偏りを補正でき、インレットデ
ィストーションによるローテーティング・ストールにも
有効となる。
スタービンの圧縮機（ここで言う圧縮機は、ファンを含
む広義の意味で用いるものとする）に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧縮機では回転数を一定とし、流出口を
絞って空気流量を減らしていくと、ある点でローテーテ
ィング・ストールという不安定現象が生じる。この現象
は圧縮機の性能の低下のみならず、翼の激しい振動を伴
う。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来、ローテーティン
グ・ストールの発生を、検知して未然に防ぐ有効な方法
は実用化されておらず、圧縮機は不時の流入空気量低下
によるローテーティング・ストールに備えて充分なマー
ジンをとった作動域で設計・運用されており、圧縮機の
特に低流量能力は充分に生かされていないのが現状であ
る。なお、図４は従来使用されている軸流圧縮機の一般
的な特性を示すものであり、縦軸に圧力、横軸に空気流
量をそれぞれとっている。 【０００４】ところで、本発明者らはローテーティング
・ストールの発生メカニズムついて鋭意研究した結果、
次の知見を得た。すなわち、圧縮機の流出口を絞って空
気流量を少なくすると、図４中Ａに示す時点では、流量
不足分を通路全体で均等に負担せず、一部で流量が極端
に少なくなり（図中、斜線部分が失速領域を示す）、残
りの通路では十分な流量が確保される状況となる。そし
て、失速領域は、ロータ翼端より発生・拡大し、ロータ
回転数の約半分の速度で周方向へ回転する。これが、パ
ートスパン・ローテーティング・ストールである。さら
に、流出口を絞っていくと、図中Ｂに示すように、失速
領域はフルスパンにわたり面積的に著しく拡大し、圧力
特性が突然低下する。つまり、フルスパン・ローテーテ
ィング・ストールとなる。 【０００５】ローテーティング・ストールは一端発生す
ると大きなヒステリシスがあり、流出口の絞りを大きく
開かないと回復せず（図中ＢーＤ参照）、航空用ガスタ
ービンエンジンなどの流出口絞りを自由に制御できない
場合にはエンジンを停止しなければ回復できないスタグ
ネーション・ローテーティング・ストールが発生する場
合もある。 【０００６】本発明は、上記した失速領域がロータ翼端
より発生・拡大するという知見に基づきなされたもので
あり、流出口を絞ったときでもロータ翼端近傍に十分な
空気流量を確保することによって、オリジナルのローテ
ーティング・ストール発生点より低流量域でも安定な作
動が行える圧縮機を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明では、空気流入口の中央のハ
ブ側を遮蔽する遮蔽部材を、空気通路の遮蔽面積を可変
できるように設け、該遮蔽部材による遮蔽面積を流入空
気量に応じて制御する圧縮機であって、前記遮蔽部材
は、空気流入口のノーズコーンに一端を回動可能に連結
されて周方向に並設される複数のフラップによって構成
され、流入空気量に応じ、該流入空気量が少なくなれば
なる程傾斜角度が大きくなるよう、前記複数のフラップ
の傾斜角度を変えるフラップ傾斜角度調整手段を備えて
いることを特徴とする。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【発明の実施の形態】図１は本発明を航空機用ガスター
ビンの圧縮機に適用した形態を示す側断面図である。こ
の図において符号１は軸流圧縮機を示し、この圧縮機１
は静翼１ａとロータ翼（動翼）１ｂからなる。圧縮機１
の前部の空気流入口１Ａに配される固定側のノーズコー
ン２の外周部には複数のフラップ３，…が、それらの内
側に連結された揺動レバー３ａを介して回転可能に設け
られて周方向に並べられて配されている。ここで、揺動
レバー３ａは略中央をノーズコーン２にピン結合され、
後半部を前記フラップ３に連結されるとともに、前端部
を後述するリンクバー４ｂの一端にピン連結されてい
る。また、各フラップ３には、フラップ３の圧縮機回転
軸に対する傾斜角θを調整するためのフラップ傾斜角度
調整手段４が連設されている。 【００１１】フラップ傾斜角度調整手段４は、例えば、
前記ノーズコーン２の略中央に油圧あるいはエアー圧に
よって作動されるサーボ機構を備えた複数のアクチュエ
ータ４ａが図示せぬブラケットにより支持されて設けら
れ、これらアクチュエータ４ａの出力軸にシンクロナイ
ジングリング２ａが連結され、シンクロナイジングリン
グ２ａに前記リンクバー４ｂの他端側が連結されて構成
される。そして、前記各アクチュエータ４ａは、圧縮機
１の空気通路に配された圧力計あるいは流量計等のセン
サによって同期されながら制御される。なお、アクチュ
エータ４ａの出力軸と前記リンクバー４ｂとの間にシン
クロナイジングリング２ａを介在させたのは、例え、ア
クチュエータの出力軸の動きが同期して動くように制御
されていても、何等かの原因でそれぞれの出力軸の進出
あるいは退入速度が異なる場合があり、この場合には、
各フラップ３の開閉が所望どおりに行えなくなるおそれ
が生じる。このような不具合をなくすよう、各リンクバ
ーを同じ速度で移動させるためである。すなわち、前記
複数のフラップ３は、空気流入口の中央のハブ側を遮蔽
する遮蔽部材として機能し、圧縮機の流入空気量に応じ
て空気流入口の遮蔽面積を変えるものである。 【００１２】次に、上記圧縮機の作用について説明す
る。図３は上記した圧縮機の特性を示すものである。図
４と同様に縦軸に圧力、横軸に空気流量をとっている。
図示しない空気流出側の絞り部による絞り量が少なく、
圧縮機によって所定値以上の空気が流れているときに
は、図１に示すように各フラップ３は開いた状態になっ
ており、空気流入口の中央側を遮蔽することはない。 【００１３】前記空気流出側の絞り部による絞り量が多
くなって、圧縮機に流入する空気流量が一定値以下にな
ると、圧縮機の空気通路に設けられた圧力計等のセンサ
から発せられる検知信号に基づき前記アクチュエーア４
ａが作動され、フラップ３の傾斜角度θが広がるように
制御される。この傾斜角度θは、圧縮機の空気流量が少
なくなればなる程大きくなるように制御される。 【００１４】したがって、前記したように従来では空気
流量が一定値以下になると、ロータ翼端に失速領域がで
きてローテーティング・ストールが生じようとするが、
ここでは、図２中斜線Ｘで示すように、圧縮機の空気通
路の中央のハブ側はフラップ３によって遮蔽されて安定
した失速領域ができる。なお、図３における斜線部分
は、空気流量がＨ，Ｉ，Ｊの各場合における、圧縮機空
気通路の横断面の失速領域を示す。 【００１５】このように流入空気は、圧縮機の空気通路
の外方のファンケース側に偏って流入するため、例え空
気流量が一定値以下に絞られた場合でも、ロータ翼端側
は十分な空気が供給されることとなり、結局、ローテー
ティング・ストールを回避できる。そして、不時の低流
量状態が過ぎると、前記空気通路内に配されたセンサか
らの検知信号に基づき、フラップ３は再び図１に示すよ
うな開いた状態となって、通常のノーズコーン形状を形
成する。 【００１６】なお、本発明の圧縮機は、前記した実施の
形態に限られることなく、空気流入口の中央側を遮蔽す
る遮蔽部材、フラップ３の取付構造、フラップ傾斜角度
調整手段４の構成など具体的構成は、実施にあたり適宜
変更可能である。例えば、前記遮蔽部材は、一端をノー
ズコーンの外周にピン結合された複数の揺動レバー３ａ
に連結されたフラップ３によって離散的に構成されてい
るが、これに限られることなく、隙間が形成されること
なくなく傾斜面積が広がる、例えばカメラの絞りのよう
な構成にしてもよい（なお、カメラの絞りは、逆に中心
側の孔の面積が拡がったり狭まったりする）。また、フ
ラップ傾斜角度調整手段４は、アクチュエータ４ａによ
って構成されているが、これに限られることなく、ステ
ッピングモータを用いてもよい。 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流入空気
量が一定値以下に減少するときでも、遮蔽部材によって
空気流入口の中央のハブ側を遮蔽し、外方のケース側に
十分な空気流量を確保することができ、ローテーティン
グ・ストールの発生を防止できる。この結果、低流量で
の安定した運転が可能になる。 また、各フラップを閉じ
た時（遮蔽部材として機能させた時）には流入空気の通
過抵抗をできるだけ減少させた状態で空気通路の中央側
を遮蔽することができ、また、フラップを開いたときに
はノーズコーンの軸線方向に沿う延長部分となるため、
この場合でも、空気の通過抵抗を小さくすることができ
る。 さらに、フラップ傾斜角度調整手段によって、流入
空気量に応じ、該流入空気量が少なくなればなる程傾斜
角度が大きくなるよう、前記複数のフラップの傾斜角度
を変えるから、圧縮機性能を最大に維持して運転するこ
とができる。また、複数のフラップをそれぞれ独立して
制御すれば、流入空気の偏りを補正でき、インレットデ
ィストーションによるローテーティング・ストールにも
有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】同形態の作用を示す縦断面図
【図３】同形態の特性を示す図。
【図４】従来の圧縮機の特性を示す図。
【符号の説明】
１ 圧縮機
１ａ 静翼
１ｂ ロータ翼
２ ノーズコーン
３ フラップ（遮蔽部材）
４ フラップ傾斜角度調整手段
４ａ アクチュエータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−58203（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F04D 29/56
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 空気流入口（１Ａ）の中央のハブ側を遮
蔽する遮蔽部材（３）を、空気通路の遮蔽面積を可変で
きるように設け、該遮蔽部材による遮蔽面積を流入空気
量に応じて制御する圧縮機であって、 前記遮蔽部材は、空気流入口のノーズコーン（２）に一
端を回動可能に連結されて周方向に並設される複数のフ
ラップによって構成され、流入空気量に応じ、該流入空
気量が少なくなればなる程傾斜角度が大きくなるよう、
前記複数のフラップの傾斜角度を変えるフラップ傾斜角
度調整手段（４）を備えている ことを特徴とする圧縮
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23449695A JP3518088B2 (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23449695A JP3518088B2 (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0979195A JPH0979195A (ja) | 1997-03-25 |
| JP3518088B2 true JP3518088B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=16971945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23449695A Expired - Fee Related JP3518088B2 (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3518088B2 (ja) |
-
1995
- 1995-09-12 JP JP23449695A patent/JP3518088B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0979195A (ja) | 1997-03-25 |
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