JPH0217720B2 - - Google Patents

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JPH0217720B2
JPH0217720B2 JP61287868A JP28786886A JPH0217720B2 JP H0217720 B2 JPH0217720 B2 JP H0217720B2 JP 61287868 A JP61287868 A JP 61287868A JP 28786886 A JP28786886 A JP 28786886A JP H0217720 B2 JPH0217720 B2 JP H0217720B2
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Tsueeringu Geruharuto
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はガスタービンエンジンの遠心圧縮機
に関し、特に、デイフユーザにおける案内羽根同
士の間の喉エリアを制御するための制御装置に関
するものである。
［従来の技術］ ドイツ連邦共和国特許DE−OS2428969明細書
に開示されている可変遠心圧縮機のデイフユーザ
は、比較的複雑な作動装置を有しており、隣合う
案内羽根間の各流路、即ち喉エリアを、デイフユ
ーザの各案内羽根を湾曲させることなく広げ、圧
縮機の特性範囲を大きくするようにしている。こ
のデイフユーザにおいて、案内羽根は、内側から
見た場合に、くさびの如く均一に広がつた形状を
なし、比較的上流に離れて配置されたジヤーナル
の回りで枢動する。全ての案内羽根は同時に作動
するが、これは、羽根作動用の囲い板によつて達
成される。この囲い板は、各デイフイーザ側板に
沿つて同軸に回転し、また、案内羽根の均一に配
置された複数の出口穴に係合するピンを用いてい
る。
ドイツ連邦共和国特許DE−PS3147334明細書
にも、ガスタービンエンジン用遠心圧縮機のデイ
フユーザの案内羽根間の喉エリアの制御のための
装置が開示されており、この装置においては、、
デイフユーザの案内羽根にその圧力側と吸込み側
との間を連通させるためのバイパス通路が設けら
れている。また、この装置において、バイパス通
路は、案内羽根の内部で持上げと押込みの両動作
によつて移動する閉鎖部材により、開閉されるよ
うになつている。しかし、この装置には、作動装
置が非常に複雑であり、デイフユーザの案内羽根
構造が非常に複雑で過度に高感度である、という
欠点がある。
ドイツ連邦共和国DE−PS961742明細書に開示
されたガスタービンノズル羽根は、圧力側と吸込
み側の外壁部材の材料における熱膨張係数の違い
によつて、その入口角に対して変形されるように
なつている。この場合において、前記変形を可能
とするために、羽根の当該部分は十分な広さのス
ペースを必要とする。この従来装置は、非常に複
雑な作動装置を必要とするタービンノズル羽根に
対する解決手段を提供しているにすぎず、当該発
明の分野である喉エリアの制御を能率化させ簡略
化させる手段については何等教示していない。
［発明が解決しようにする課題］ そこで、本発明の目的は、ガスタービンエンジ
ンの遠心圧縮機のデイフユーザにおける案内羽根
間の喉エリアを制御するための制御装置であつ
て、軽量且つ小型の機械的に簡単な構造であると
共に、正確で信頼性のある制御を確実に行える制
御装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、案内羽
根が圧力側と吸込み側との間を連通させるために
バイパス通路を有し、このバイパス通路が遮断要
素によつて閉鎖可能となつている制御装置におい
て、前記遮断要素は、バイメタル部材の形態をと
り、或は、少なくとも１つのバイメタル部材に連
結され、この遮断要素は温度の作用により弁のよ
うに変形するようになつているデイフユーザにお
ける案内羽根間の喉エリアの制御装置を特徴とし
ている。
尚、バイメタル部材とは、例えば溶接または接
着によつて互いに結合された異なる熱膨張係数の
２枚の金属板の組合せから構成され、温度が変わ
ると湾曲するようになつているものである。
［作用］ 前述したように、案内羽根にバイパス通路を設
け、該バイパス通路の入口部を開閉することは従
来から知られている。このバイパス通路は、第３
図から理解されるように、符号７で示す喉エリア
の大きさに関係し、バイパス通路８の入口部を閉
じると、喉エリアは小さくなり（図では符号７の
長さが短くなる）、入口部を開くと、喉エリアが
大きくなる。これにより、案内羽根間を流れる空
気の流量を可変とするのである。また、このバイ
パス通路８を開とした場合、境界層がそこを通る
ため、空気の流れが安定するという効果も得られ
る。
第１２図はデイフユーザの特性図であるが、点
Ａは設計通常運転（部分負荷運転）時の状態を示
し、また、点Ｖは全負荷運転時を示すものであ
る。入口圧力P1と出口圧力P2の比は、流量及び
デイフユーザ内の空気流れの平均温度により基づ
いており、図から明らかなように、全負荷運転時
では流量は点Ａの設計通常運転時に比して少な
く、空気流れの平均温度は全負荷運転時の方が設
計通常運転時よりも高くなる。流量が小の場合に
は喉エリアを狭め、逆に流量が大の場合には喉エ
リアを広げると、良好なデイフユーザ効率が得ら
れることが分かつている。そこで、この発明で
は、バイパス通路の開閉を行う遮断要素に、温度
に応じて変形するバイメタル部材を利用すること
とした。即ち、デイフユーザ内の空気流れの温度
が全負荷運転時の温度T2となつた場合に、バイ
メタル部材の変形によりバイパス通路が全開とな
るようにすれば、最適のデイフユーザ効率が得ら
れることとなる。勿論、この温度の設定は、本装
置が適用される圧縮機の運転の態様に応じて、適
宜選択可能である。
尚、第１２図において、Ｂは運転範囲、Stは安
定運転範囲、Ｐは圧縮機始動時、K′は危険運転
範囲である。
この発明の他の目的や利点等は、以下の添付図
面に沿つての説明から明らかとなろう。
［実施例］ 第１図には、遠心圧縮機の第１段目の概略的な
配列が示されており、ロータ１と、そこに取り付
けられた回転羽根２とを有している。ロータ１の
出口の直後には、案内羽根４を有する遠心デイフ
ユーザ３があり、遠心デイフユーザ３は、その出
口端部が、渦巻き型ハウジング６と連通している
管状湾曲部５に臨んでおり、ガスタービンエンジ
ンの熱焼室（図示しない）に圧縮空気を排出する
ようになつている。遠心圧縮機のロータ１は、軸
に外部から与えられる入力エネルギを、ガスの位
置エネルギおよび運動エネルギに変える。案内羽
根４を有するデイフユーザ３において、運動エネ
ルギは、減速され、その一部が位置エネルギ（圧
力）に変換される、このような減速は、デイフユ
ーザ３の案内羽根４の外形によつて制御される。
流量はデイフユーザ３の喉エリア７（第２図）に
よつて制限される。前述したように、バイパス通
路８が開いている場合、各喉エリア７は広げら
れ、流量は増加される。
第３図および第４図を参照すると、バイパス通
路８の遮断要素９はバイメタル部材から成り、こ
れは、第１の位置（部分負荷の位置／バイパス通
路８が完全に開いている位置）において、案内羽
根４の前方部分の凹所に完全に収容されている。
第２の位置（全負荷の位置／バイパス通路８が完
全に閉じられている位置）において、遮断要素９
は、案内羽根４の吸込み側を、同一平面形状で閉
じるようになつている。運転時において、デイフ
ユーザ３の喉エリア７は、所定の変形温度、即ち
遷移温度に対応して連続的に制御される。従つ
て、部分負荷の位置から全負荷の位置（点線で示
されている）への遮断要素９は、デイフユーザ３
に入る圧縮機の空気Ｌが、前以て選ばれた温度の
限界値を越えた際に変形される。次いで、空気Ｌ
の温度が前以て選ばれた限界値以下に下がつた場
合、遮断要素９は、第１の位置、即ち部分負荷の
位置となるように再度変形される。
第４図によれば、鋳造によるデイフユーザ３の
場合、遮断要素９は、変形によつて影響を受けな
い前部の端部１０にて、両側に突出している突起
部分１１，１２により、隣接の構造ケーシング部
分またはデイフユーザ３の案内側板部分１３，１
４と一体成形することができる。また、組立式の
デイフユーザ３の場合においては、遮断要素９
は、部分的に嵌合することによつて、案内側板部
分１３，１４に固定することができる。従つて、
本明細書では、遮断要素９は、端部１０の面と平
行に延びる平面に部分的に固定されていることと
し、よつて、この平面に関して、遮断要素９は、
例えば流入する圧縮機の空気Ｌの、変形を起こす
上限または下限の温度の作用により与えられる連
続的な制御動作と一致して、弁のように選択的に
変形される。
また、遮断要素９の端部１０全体を案内羽根４
に固定することも、簡単にできる（第４図）。
一般に、遮断要素９（第３図および第４図）
は、ガスタービンエンジンにおける圧縮機の空気
温度の一定の変化に対して、変形で反応するよう
に設計することができる。例えば、前述したよう
に、全負荷運転時と通常運転時とにおける空気流
れの温度の違いに応じて、変形を行わせるように
することができる。
第５図と第６図は、この発明の別の実施例であ
る。遮断要素９の変形を起こさせる上限または下
限の温度は、デイフユーザ内を流れる空気流れ自
体の温度でなくても良く、遮断要素９を電気的に
加熱する手段によつても良い。実線で示された部
分負荷の位置における遮断要素９は、図面から明
らかなように、互いに異なる熱膨張係数の符号１
５，１６で表された２枚の金属板を有している。
電気的に加熱するために、例えば、各遮断要素９
（第６図）の一方の金属板に電熱コイル１７が張
り付けられている。より詳細には、図示されてい
るように、電気的に絶縁された電熱コイル１７
が、極端に低い熱膨張係数となつている金属板１
６の外側に取り付けられている。また、電熱コイ
ル１７は、遮断要素９内に一体化させることも容
易にできる。
本明細書で開示したような電熱コイル１７の代
わりに、同様な変形のための機構として、電気的
に加熱する電熱棒を使用することもできる。この
電熱棒は、それぞれ、ジヤーナルまたはジヤーナ
ル延長部の軸線方向の穴に設けることができる。
この構成においては、遮断要素９は、“真”に枢
動化能な弁の如く作動することとなる。
第７図および第８図は更に有効な変形例を示し
ており、ジヤーナル部分またはジヤーナル延長部
１７′は、バイメタル部材から構成され、ジヤー
ナルの端部１８は、デイフユーザ３のケーシング
または他のケーシング部分１９に固着され、その
他のジヤーナル部分２０，２１は、案内側板部分
１３，１４に枢支されている。第８図はまた、各
ジヤーナル延長部１７′の回りに、螺旋状に均一
に巻き付けられた電熱コイル１７″を示している。
バイメタル製のジヤーナル延長部１７′は、温度
変化によりねじり負荷を受けるように設計されて
おり、従つて電熱コイル１７″によつてこれを加
熱すると、遮蔽要素９はジヤーナル延長部１７′
からトルクを受け、バイパス通路を閉とすべく回
動する。
第９図のものも同様に、ジヤーナル部分または
ジヤーナル延長部１７′がバイメタル部材から構
成されている。しかし、第７，８図のものと異な
り、各ジヤーナル延長部１７′は、全てのジヤー
ナルに共通して設けられた環状室、または、各ジ
ヤーナルに対応する独立室２２に配置されてお
り、環状室または各独立室２２は、所望の変形遷
移点に適合する空気であつて空気循環系統から取
り出された空気を通すことによつて、加熱され
る。遮断要素９は、ジヤーナル部分２０，２１に
よりデイフユーザ３の案内側板部分１３，１４に
枢支され、ジヤーナル延長部１７′の端部１８は、
ケーシング部分１９に固定されているので、室２
２内が加熱されるとジヤーナル延長部１７′が変
形し、遮蔽要素９にトルクが作用してバイパス通
路８が開く。
尚、前記環状室または独立室２２（第９図）
は、エンジンの中心線と同軸に配置されるとよ
い。
更に、室２２が独立の場合、第９図に示すよう
に、各ジヤーナルの中心線２３に対して回転対称
に配置するのが良い。
第１０図および第１１図は更に別の変形例を示
している。尚、本質的に同様な部材は第８図およ
び第９図と同一符号を用いることとする。この変
形例において、バイメタル部材はジヤーナルまた
はジヤーナル延長部１７′を囲むコイル２４であ
り、このコイル２４の一端はジヤーナル延長部１
７′に取り付けられ、他端は、ケーシングによつ
て形成された独立室２５内の点２６に取り付けら
れている（第１１図）。第１０図によれば、遮断
要素９は、ジヤーナル部分２０，２１によつてデ
イフユーザ３の案内側板部分１３，１４に枢支さ
れ、ジヤーナルの一方の端部１８は、独立室２５
が形成されているケーシング本体（第１０図）に
枢支されている。
この発明は、運転範囲が変化する航空機等のタ
ービンエンジンに適用した場合に特に有効であ
り、その場合、喉エリア７（第２図）の制御は、
空気供給装置または加熱装置から得られる変形遷
移温度によつて制御される。
この制御装置は、一方がニツケル−マンガン鋼
（高熱膨張）で、他方がニツケル鋼（低熱膨張）
から作られたバイメタル部材を用いた場合に、特
に効果的で有効に作用する。
第５図〜第８図において、例えば、弁状の遮断
要素９（第５，６図）、または、ここでは各ジヤ
ーナル延長部１７′によつて代表されている作動
部材（第８図）は、各端部１０にて、隣接の案内
側板部分１３，１４（第６図）またはケーシング
部分１９（第８図）に一体的に連結できる。しか
し、制御または遮断作用を果たす遮断要素９の一
端を関連の案内羽根４に一体的に連結するか否か
は、自由に選択できるのが通常である。
以上から類推できるように、制御機能を果たす
遮断要素９は、各装置が組み立てられた時には既
に、内燃機関または圧縮機のケーシングの隣接す
る構造物に一体成形されてもよく、変形される遮
断要素に沿う〓間を最小とすることができ、所望
の量の変形を得ることができる。
［発明の効果］ このように、この発明は、従来の非常に複雑な
デイフユーザ制御装置を有しているものと比較し
た場合に、飛躍的に進歩している。
ドイツ連邦共和国特許DE−PS3147334明細書
に開示されている従来技術は、デイフユーザの案
内羽根を適切に作るため、そして、弁と閉鎖部材
の組立体を案内羽根内に一体化させるために、極
めて正確で且つ高度に精密な、費用のかかる“時
計製造”型式の組立工程を必要とする。これに対
して、この発明は、バイメタルによる弁によつて
各バイパス通路を選択的に開閉する、という最も
単純な手段を提供している。これは、構造が極め
て単純で、軽量化、省スペース化を可能とすると
共に、信頼性の高い正確な制御を得ることができ
る。
また、遮断要素が各羽根部分内に完全に収容さ
れることも有利である。即ち、この位置におい
て、遮断要素は、バイパス通路の内壁を滑らかで
段のない面とすることができ、遮断位置におい
て、案内羽根の吸込み側は、同一平面形状で閉じ
られる。従つて、これら両位置（バイパス開位
置／バイパス閉位置）のいずれにおいても、遮断
要素は流れに乱れを形成することがない。
【図面の簡単な説明】
第１図は遠心圧縮機とデイフユーザの軸線に沿
つての断面図、第２図は第１図の圧縮機とデイフ
ユーザの軸線に垂直に断面した部分図、第３図
は、第２図に示されているようなデイフユーザの
案内羽根（入口角は異なる）の入口端部と、第１
および第２の位置のバイメタルの遮断要素を示す
説明図、第４図は第３図の矢印Ａから見たデイフ
ユーザの矢視図、第５図はバイメタルの遮断要素
が加熱されている場合の第３図と同様な図、第６
図は第５図の矢印Ａから見たデイフユーザの矢視
図、第７図は遮断要素がジヤーナルで支持されて
いる型式の第３図および第５図と同様な図、第８
図は第７図の矢印Ａから見たデイフユーザの矢視
図であり、バイメタルのジヤーナル部分の一端が
ケーシングに固定されると共に電熱コイルによつ
て囲まれているところを示す図、第９図はバイメ
タルのジヤーナル部分の一端がケーシングに固定
されると共に独立室内に配置されているところを
示す第８図と同様な図、第１０図はジヤーナルが
ケーシングに枢支されると共に、その端部が円盤
状の空間内でバイメタルのコイルと連結している
ところを示す第８図と同様な図、第１１図は第１
０図のＢ−Ｂ線に沿つて見た断面図、第１２図は
デイフユーザの特性を概略的に示す図である。図
中、 ３：デイフユーザ、４：案内羽根、７：喉エリ
ア、８：バイパス通路、９：遮断要素、１３，１
４：案内側板部分、１７，１７：電熱コイル、１
７：ジヤーナル延長部、１９：ケーシング部分、
２２：独立室、２４：コイル、２５：独立室。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンエンジンの遠心圧縮機のデイフ
    ユーザにおける案内羽根間の喉エリアを制御する
    ための制御装置であつて、前記案内羽根は圧力側
    と吸込み側との間を連通させるためにバイパス通
    路を有し、該バイパス通路は遮断要素によつて閉
    鎖可能となつている前記制御装置において、前記
    遮断要素９は、バイメタル部材から作られ、或
    は、少なくとも１つのバイメタル部材１７′に連
    結され、該遮断要素は温度の作用により弁のよう
    に変形するようになつているデイフユーザにおけ
    る案内羽根間の喉エリアの制御装置。 ２ 遮断要素９は、遠心圧縮機の温度の所定の変
    動によつて変化されることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の制御装置。 ３ 各遮断要素９を変形させるために、電熱コイ
    ル１７が、前記各遮断要素に巻き付けられ、或
    は、該遮断要素内に一体化されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 ４ ジヤーナル部分またはジヤーナル延長部１
    ７′はバイメタル部材であり、ジヤーナルの一方
    の端部１８がケーシングに固着され、他方の端部
    ２０が前記ケーシングに枢支されることを特徴と
    する特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に
    記載の制御装置。 ５ 電熱棒が、ジヤーナルまたはジヤーナル延長
    部の軸線方向の穴に配置されることを特徴とする
    特許請求の範囲第４項記載の制御装置。 ６ 各ジヤーナル延長部１７′は、全てのジヤー
    ナルに共通の環状室内に、或は、該各ジヤーナル
    延長部に関連の独立室２２内に配置され、前記環
    状室または前記独立室は、所望の変形遷移点に適
    合する温度の空気であつて循環過程から取り出さ
    れた前記空気を通すことによつて、加熱されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の制御
    装置。 ７ バイメタル部材はジヤーナルまたはジヤーナ
    ル延長部１７′を囲むコイル２４であり、各遮断
    要素９はその両端部で２０，２１にて枢支され、
    前記コイル２４の一端は前記ジヤーナル延長部１
    ７に連結され、他端は該コイル２４を収容する独
    立室２５内の或る点に配置されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項または第２項記載の制御
    装置。 ８ 各遮断要素９は、バイパス通路が広く開く第
    １の位置において、デイフユーザの案内羽根４の
    前方部分の中に完全に収容され、且つ、前記バイ
    パス通路が完全に閉じる第２の位置において、前
    記案内羽根の吸込み側を同一平面形状に閉じるた
    めに変形されるように、配置され設計されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれ
    か１項に記載の制御装置。 ９ 変形遷移温度を誘起する空気または加熱装置
    は、エンジンの制御装置によつて制御されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜８項のいずれ
    か１項に記載の制御装置。 １０ 遮断要素９は、鋳造によるデイフユーザの
    場合に、制御時の変形によつて影響を受けない一
    方の端部１０にて、隣接の構造ケーシング部材ま
    たはデイフユーザ３の案内側板部分１３，１４と
    一体成形され、組立式のデイフユーザの場合に、
    部分的に嵌合することによつて前記構造ケーシン
    グ部材または前記案内側板部分に固着されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜９項のいずれ
    か１項に記載の制御装置。 １１ バイメタル部材は、一方がニツケル−マン
    ガン鋼、他方がニツケル鋼から作られていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜１０項のいず
    れか１項に記載の制御装置。
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