JPH01267301A - Blade tip gap control for turbomachinery - Google Patents
Blade tip gap control for turbomachineryInfo
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- JPH01267301A JPH01267301A JP9144388A JP9144388A JPH01267301A JP H01267301 A JPH01267301 A JP H01267301A JP 9144388 A JP9144388 A JP 9144388A JP 9144388 A JP9144388 A JP 9144388A JP H01267301 A JPH01267301 A JP H01267301A
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- casing
- gap
- blade tip
- inner casing
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ロータ、翼、ケーシングより構成されるター
ボ機械に係り、特に起動時に非定常熱変形、遠心変形の
ため翼先端ギャップが大きく変動する高温、高周速ター
ボ機械に好適な、翼先端ギャップコントロールに関する
。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a turbomachine consisting of a rotor, blades, and casing, and in particular, the blade tip gap fluctuates greatly due to unsteady thermal deformation and centrifugal deformation during startup. This invention relates to blade tip gap control suitable for high-temperature, high-speed turbomachinery.
従来のターボ機械の翼先端ギャップコントロールは、特
開昭57−35105号に記載のように、ケーシング外
側に第3図、に示すマニホールド系及び制御弁13を設
け、ガス温度、ケーシング4の温度、動翼2の回転速度
な応じて、制御装置14によって冷却空気を冷却用マニ
ホールド12Aに流したり、バイパス流路12Bに流す
べく制御弁13を作動させるようになっていた。Conventional blade tip gap control for turbomachines, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 57-35105, includes a manifold system and a control valve 13 shown in FIG. Depending on the rotational speed of the rotor blades 2, the control device 14 operates the control valve 13 to cause the cooling air to flow into the cooling manifold 12A or into the bypass flow path 12B.
上記従来技術は、ガス温度、ケーシング温度。 The above conventional technology is based on gas temperature and casing temperature.
ロータの回転速度に応じて、経験をもとにケーシングの
冷却つまり、翼先端ギャップをコントロールするシステ
ムであったが、この方法は、逐次真の翼先端ギャップを
計測し、それに応じてケーシングの冷却をコントロール
しているものではなく。This system used experience to control the casing cooling, that is, the blade tip gap, according to the rotational speed of the rotor, but this method sequentially measures the true blade tip gap and cools the casing accordingly. rather than what controls it.
従来の経験をもとにコントロールプログラミングされた
もので自由度が小さく、種々の起動パターン全てに対し
て適切なるコントロールができない問題があった。また
、動翼の先端、あるいはケーシング内周は、旋回失速、
サージング等の異常運転時に接触し、摩耗するなどして
経時的に変化する可能性があるが、これらの変化に対し
ても充分コントールに反映できない問題があ−った。さ
らに一般のターボ機械のケーシングは厚く、冷却空気を
マニホールドに流すのみで過速的なギャップ変動に対し
て充分追従性のあるコントロールができないという欠点
があった。Since the control programming was done based on conventional experience, the degree of freedom was small, and there was a problem that appropriate control could not be performed for all the various activation patterns. In addition, the tip of the rotor blade or the inner periphery of the casing may cause rotating stall,
There is a possibility that these changes may change over time due to contact during abnormal operation such as surging, wear, etc., but there is a problem that these changes cannot be sufficiently reflected in control. Furthermore, the casing of general turbomachinery is thick, and there is a drawback that it is not possible to control overspeed gap fluctuations with sufficient followability by simply letting cooling air flow through the manifold.
上記目的は、実際に起動中あるいは定常運転中の動翼先
端ギャップを常時ギャップセンサーにより計測し、この
ギャップを目標値(最適値)になるようにケーシング温
度をコントロールするか、外力によってケーシングを変
形させることによって、どのような起動パターンに対し
ても適切なるコントロールができる。また、ケーシング
を二重にし、薄い内側ケーシングのみをコントロールす
ることにより過速的な変形変動に対して充分追従性のあ
るコントロールが達成される。The above purpose is to constantly measure the gap at the tip of the rotor blade during startup or steady operation using a gap sensor, and either control the casing temperature to bring this gap to the target value (optimal value) or deform the casing by external force. By doing so, appropriate control can be achieved for any activation pattern. Moreover, by doubling the casing and controlling only the thin inner casing, control with sufficient followability against excessive deformation fluctuations can be achieved.
すなわち、ケーシングを外ケーシングと内ケーシングの
二重としその内ケーシングをヒータ、あるいは圧電素子
などによって変形させ、起動時に翼先端がケーシングに
接触することなく定常状態での翼先端ギャップを最小に
するべくコントロールすることを特徴とする。この場合
、翼先端のギャップを常にギャップセンサーにより監視
し、この量が常にある目標値にするべくコータへの電流
圧電素子への電圧を閉ループ制御することが好ましい。In other words, the casing is made up of an outer casing and an inner casing, and the inner casing is deformed by a heater or a piezoelectric element, in order to minimize the blade tip gap in a steady state without the blade tip touching the casing during startup. Characterized by control. In this case, it is preferable that the gap at the tip of the blade is constantly monitored by a gap sensor, and the current to the coater and the voltage to the piezoelectric element are controlled in a closed loop so that this amount is always kept at a certain target value.
ケーシングを二重構造とし、構造全体としての負荷、外
力は外ケーシングで受け、翼先端ギャップコントロール
に対する対応を、薄く剛性の低い内ケーシングによって
行なうようにすることにより、制御速度の速いコントロ
ールが可能となる。The casing has a double structure, and the load and external forces of the entire structure are received by the outer casing, while the thinner and less rigid inner casing handles wing tip gap control, making it possible to control speeds at high speeds. Become.
また、ギャップセンサーを取り付け、翼先端ギャップを
常に監視することにより、種々の起動パターン、外部温
度の変動に対して自由に追加できる閉ループ制御が可能
となる。In addition, by installing a gap sensor and constantly monitoring the blade tip gap, closed-loop control that can be freely added to various startup patterns and external temperature fluctuations becomes possible.
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
ケーシングは外ケーシング3と内ケーシング4に分割さ
れており、両者は支持バネ7により結合されている。内
ケーシング外周にはヒータ5が設けられており、ギャッ
プセンサー6によって常時計測している内ケーシング内
周と動翼2の先端とのギャップが、あらかじめシステム
に入力しである目標値8になるように比較器9.サーボ
アンプ10を介してそのヒータの電流を制御する。1は
ロータである。The casing is divided into an outer casing 3 and an inner casing 4, which are connected by a support spring 7. A heater 5 is provided on the outer periphery of the inner casing, and the gap between the inner periphery of the inner casing and the tip of the rotor blade 2, which is constantly measured by a gap sensor 6, is set to a target value of 8, which is input into the system in advance. Comparator 9. The current of the heater is controlled via the servo amplifier 10. 1 is a rotor.
第2図は他の実施例であり、内ケーシングの変形を、圧
電素子5′によって与えようとしたものである。FIG. 2 shows another embodiment in which the inner casing is deformed by a piezoelectric element 5'.
本実施例によれば、ギャップセンサー6を多数設け、そ
れぞれに対して独立その近傍の圧電素子を駆動すること
により、ケーシングの楕円あるいは玉子型などのいびつ
な変形に対しても充分対応できるギャップコントロール
が可能となる。According to this embodiment, by providing a large number of gap sensors 6 and independently driving the piezoelectric elements in the vicinity of each gap sensor, gap control can sufficiently cope with irregular deformations of the casing such as an ellipse or an egg shape. becomes possible.
一般にターボ機械の翼先端ギャップは、第4図。 Generally, the blade tip gap of turbomachines is shown in Figure 4.
第5図に示す如く、起動待大幅に減少23し、その後増
大する。そのためこの3点で翼先端とケーシング21が
接触しないための充分の初期設計ギャップ24を与える
と定常時の翼先端ギャップ25が大きくなり、定常状態
での性能が充分でなくなってしまう。As shown in FIG. 5, the startup time decreases significantly 23 and then increases. Therefore, if a sufficient initial design gap 24 is provided to prevent the blade tip from contacting the casing 21 at these three points, the blade tip gap 25 in the steady state will become large, and the performance in the steady state will not be sufficient.
本発明によれば、この翼先端ギャップを常にセンサーで
監視し、このギャップが目標値を確保するべく、ケーシ
ングを変形させるので、どのような起動パターンに対し
ても、起動時に翼先端ケーシングが接触することなく、
定常時に充分な効果がある。According to the present invention, this blade tip gap is constantly monitored by a sensor, and the casing is deformed so that this gap maintains the target value, so that no matter what the starting pattern, the blade tip casing will not come into contact at the time of starting. without doing,
It has sufficient effect during steady state.
第1図、第2図は夫々本発明の実施例を示す回路付きの
部分断面、第3図は従来技術の回路付き部分断面図、第
4図は一般のターボ機械の翼先端ギャップ部分の側面図
、第5図はギャップの起動後の変動を示す特性図である
。
1・・・ロータ、2・・・動翼、3・・・外ケーシング
、4・・・内ケーシング、5・・・ヒータ、5′・・・
圧電素子、6・・・ギャップセンサー、8・・・目標ギ
ャップ入力、9・・・比較器、10・・・サーボアンプ
。
不 1 図
1−シーロ−76−−〜゛ヤツ7′セユ′ブーZ−hl
7−−−内ケー沁フ゛支将ノ聾3−シ
ー外ケー97 9−一νで、奉に是【4−−−1内ブ一
シ;7” /θ−−−サーホ゛了>7′5−−−ヒ
ー7一
第 Z 図
1−m−ロータ 乙−シー代′亭ンフ1ン°
フ′−5−−−斤電壽壬
第 3 図
木1 and 2 are partial cross sections with circuits showing embodiments of the present invention, FIG. 3 is a partial cross section with circuits of the prior art, and FIG. 4 is a side view of the blade tip gap portion of a general turbomachine. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the fluctuation of the gap after starting. 1... Rotor, 2... Moving blade, 3... Outer casing, 4... Inner casing, 5... Heater, 5'...
Piezoelectric element, 6... Gap sensor, 8... Target gap input, 9... Comparator, 10... Servo amplifier. No 1 Figure 1-Shilo-76--~゛7'Seyu'Boo Z-hl
7----Inner case 3-C Outer case 97 In 9-1ν, please contact [4--1 Inner case; 7'' /θ---Serho completed>7' 5--Heat 7-1st Z Figure 1-m-Rotor O-Sheet 1st position
Fu'-5----Kyoden Jujimi 3rd drawing
Claims (1)
て、ケーシングを外ーシンクと内ケーシングの二重とし
、その内ケーシングをヒータ、あるいは圧電素子などに
憤妻変形させ、起動時に翼先端がケーシングに接触する
ことなく定常状態での翼先端ギャップを最小にするべく
コントロールできることを特徴とするターボ機械の翼先
端ギャップコントロール。1. In a turbomachine consisting of a rotor, blades, and casing, the casing is double-layered with an outer sink and an inner casing, and the inner casing is deformed into a heater or piezoelectric element, so that the blade tip contacts the casing at startup. A blade tip gap control for a turbomachine characterized by being able to control the blade tip gap in a steady state to minimize it without causing any problems.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9144388A JPH01267301A (en) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Blade tip gap control for turbomachinery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9144388A JPH01267301A (en) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Blade tip gap control for turbomachinery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01267301A true JPH01267301A (en) | 1989-10-25 |
Family
ID=14026512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9144388A Pending JPH01267301A (en) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Blade tip gap control for turbomachinery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01267301A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996017156A1 (en) * | 1994-11-25 | 1996-06-06 | United Technologies Corporation | Turbine blade tip clearance control system with piezoelectric actuator |
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EP1550791A3 (en) * | 2003-12-30 | 2012-12-05 | General Electric Company | Method and system for active tip clearance control in turbines |
EP2466075A3 (en) * | 2010-12-16 | 2013-06-26 | Rolls-Royce plc | Clearance control arrangement for a gas turbine engine |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP9144388A patent/JPH01267301A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5545007A (en) * | 1994-11-25 | 1996-08-13 | United Technologies Corp. | Engine blade clearance control system with piezoelectric actuator |
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US8894358B2 (en) | 2010-12-16 | 2014-11-25 | Rolls-Royce Plc | Clearance control arrangement |
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