JPS58126499A - タ−ボ機内の流体流れを制御する方法 - Google Patents

タ−ボ機内の流体流れを制御する方法

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JPS58126499A
JPS58126499A JP57234879A JP23487982A JPS58126499A JP S58126499 A JPS58126499 A JP S58126499A JP 57234879 A JP57234879 A JP 57234879A JP 23487982 A JP23487982 A JP 23487982A JP S58126499 A JPS58126499 A JP S58126499A
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JP
Japan
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fluid
rotor
housing
compressor
inlet
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JP57234879A
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English (en)
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ルドルフ・ヘンドリクス
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Thomassen International BV
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Thomassen International BV
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0207Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/0238Details or means for fluid reinjection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0207Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ターボ機の運転においては、特に不安定範囲に対する境
界を越えないでいわゆる安定範囲内にとどまっているよ
うに試みられてきた。この境界線は失速限界としても知
られておシ、実際にはサージラインとよく言われている
。ここでは激しい空気力学的脈動が発生し、この脈動は
ターボ機に機械的損失を与える。ターボ機は、常に、安
定域内で十分に機能するように設計される。しかしなが
ら、ターボ機においては、機械を流れる流体量が減じら
れたときに、安定範囲及び不安定範囲間の境界線を越え
ないようにすることは、不可能な場合がよくある。
斯かる欠点を除去する努力がいままで払われて3− きた。例えば、ターボ機の出口側に、いわゆる吹出しく
づ〇−オフ)弁を配置することが知られている。ターボ
機を流れる流体の一部を吠出すと、ターボ機はその時点
で実際に要求されるよシ多い流量を扱う。しかしこれに
よって、ターボ機は低効率ではあるが安定域内で運転さ
れ続けられるという可能性が提供される。
機械内流体の流れに影響を与える他の方法は、安定及び
不安定範囲間の境界ラインを移動させることである。こ
の方法は、例えば、機械入口に調節可能の室内羽根を設
けるというものである。この効果は原理的には、機械に
対する流体の相対角が流量変化に拘らず一定に保たれる
というものであシ、該一定角度は、ターボ機の設計にお
いて選ばれる値である。この方法は、可変ジオメトリ(
variable geometry )としても知ら
れているが、機構上相当複雑高価となる欠点がある。
本発明の目的は、ターボ機内の流体流れを制御4− する方法にして、流体の変位量及び圧力の増加が、前述
の如き手段を必要とすることなく、少なくとも1つの0
−夕によって達成されるという方法を提供することにあ
る。ガス圧縮機又は液体用ポンプに応用される本発明方
法は、主流量の0.1%から5.0%の量の制御可能な
補給ガスが被圧縮又は被ボンじンタ流体の供給部に環状
に1且つ前記ロータへ向かう、主として半径方向に向け
られた入口流れの中に配列された多数の供給ポイントに
沿って送られ、前記補給流体の運動の実質速度成分は0
−夕回転の接線の方向に向けられていることを特徴とす
る。従って前記入口の流れは、部分的に、一定の接線方
向速度成分を有する〇 前記補給流体の注入はロータ入口径よシ大径部分におい
て行われるので、接線速度成分は、自由渦の原理に基づ
き1人口流れがよシ小径域へすすむにつれて増加する。
最終的には、0−夕入口における流体の流入角は、目的
に適う、運動量(補給流体注入)はわずかであるが、か
なシ影響される。
前記流れに影響を与える目的は、該流れが前記〇−タに
遭遇する速度を軸方向からロータの周速度方向:以下「
同回転」、又は〇−タ周速度方向とは反対の方向二以下
「反対回転」へ逸らせ、相対流入速度が、サージライン
のオリジナル位置に従って許されるよシも少流量で安定
運転を可能にする方向を有するようにすることにある。
渦制御と名付けうろこの新規な方法は、圧縮機の軸方向
入口にエヤーを注入する方法と混同してはいけない。何
故なら、斯かる公知の方法においては、本発明方法にお
けるように供給流体流れの接線速度成分についての流体
注入部位とロータ入口部位間の径の差による補強効果を
何等用いていないからである。本発明は、また、タービ
ンの熱負荷を、出発サイクルの間、減することができる
本発明は、また、前述の方法を用いたターボ機に関1−
でおり、との々−ボ墳は、λ目方rC出口か有するハウ
ジングと、前記ハウジンク内に配置された羽根を有し、
流体を前記ハウジング内で前記入口から変位させて圧力
上昇させ、最後に前記出口から吐出する少なくとも1つ
の被駆動〇−夕と、前記〇−夕へ向かう流れに前記補給
流体を前記方向で供給するための前記へウジンク入口域
に配置された装置とを備えている。本発明によれば、斯
かるターボ機は、前記補給流体供給のだめの装置が、実
質上前記〇−夕の回転中心線を中心とする円上に配列さ
れたノズルから成っていることを特徴とする。
前記ハウジングの入口部分は、しばしば、気流を横切る
方向に配置された多数の支柱を備えている。この場合に
は、ノズルは、圧縮機又はポンプの出口部に連結された
フィードコンジットの開口部によって形成され、該開口
部は前記支柱より小さい(内側の)円上に、且つ該支柱
に並行に配列される。更に、場合によってはノズルを備
えた中7− 全支柱を用い(この中空支柱を圧縮機出口部に連結する
ことも可能である。
以下に本発明の一実施例を添附図面を参照しつつ説明す
る。
第1図はガスタービンに用いた場合の動作ライン(1)
及びづロ七ス用圧縮機として用いた場合の動作ライy 
(If)を示しておシ、全負荷におけるいわゆる設計点
で始まっている。曲線(2)、(3)、(4)は、従来
の圧縮機の全負荷時、部分負荷(±50%)時、及び部
分負荷(120%)時における特性を示している。圧縮
比は縦軸(5)に、流量は横軸(6)にとられている。
このグラフは失速境界(stallingbounda
ry  )を示す破線(7)を含んでいる。ライン(7
)は実際にはサージ、ラインとしても知られている。
第1図のグラフからは、流量が75%まで減じると失速
限界に達することが分かる。本発明によれば、サージラ
イン(7)の曲線は、ターボ機の動作ライv (1)及
び(I[)から極端に離れることなく、該う8− インの左側に常時とどまるように制御される(図2参照
)。これはごく少量の補給流体をロータに通ずる入口流
れに供給することによって達成される。この供給は、僅
かの補助運動量が接線方向において入口部流れに与えら
れるように行われる。
これは入口部流れと同方向、反対方向のいずれにも行わ
れることができ、この結果は第2図においてライン(8
)及び(9)によりそれぞれ示されている。
第3図及び第4図は、これを達成する方法を示している
。これらの図は、入口αつ及び出口@を有するハウジン
グ(10を備えたエヤ圧縮機の態様のターボ機を示して
いる。ハウジングαり内には、羽根α→を備えた被駆動
0−タ(至)が設けられておシ、との0−夕によって流
体は入口(ロ)からハラジングミQ内へ変位せしめられ
、ついで圧力上昇せしめられ、最後には出口(6)から
排出される(第4図8照)。
入口αη域には、0−タα埠への流れに補給流体をれて
いる。このために中空のフィードコンジットαQが用い
られる。これらコンジットは気流と交わる円上に、且つ
支柱αηと平行に配列されている。
これら中空フィートコ2ノシツトOQは、一定の流出角
を有するガス用ノズル04を有して形成されている。フ
ィードコンジットmは0−夕(至)の回転中心線01を
中心とする円上に配列されている。コンジットQGへの
ガス供給は、本実施例(圧縮機)の場合、ターボ機の出
口(ロ)に接続した接続部(図示せず)を介して行われ
る。
第5図は第3図及び第4図に示す圧縮機の入口α℃側に
おける測定結果に基いた計算結果を示している。これら
の測定は、ピッチ円周に沿って行われ、フロー角はガス
注入のある場合とない場合において測定された。この2
つの値の差がアンクルオフセット(angle off
set )  を提供すル。主流量の1%から2%の量
のガスを注入することによが得られることが分かった。
水柱800ミリメートルの超過圧力が用いられた。ガス
タービシの一部を形成する圧縮機の場合、第5図は、ま
た、圧縮機の動作ライン(1)及び設計点(1)を示し
ている。表示(0°)はガス注入のない場合のサージラ
インを示している。表示(5°)、(15°)及び(2
5°)は関連する大きさの(associated m
tqnitudt )  Q°ライシに対し、“同回転
”が得られるラインを示している。表示(−5°)は前
記0°ラインに対し“反対回転”が得られるラインを示
している。これら表示は、前記じツチ円径におけるロー
タへの流入状態に基いている。関連回転(associ
ated rotation )の結果、サージライン
(6)は、例えば、関連ライン(7)中の折曲部(a 
brea& )によって示されるように移動する。
第5図は、また、カスターじンにおける使用の場合、本
発明による方法は、ガスタービン出力の75%以下の部
分負荷運転で使われなければならず、(20°)の“同
回転”が20%出力にて要求されることを示している。
テストの結果、サージライン(7)をタラフ中左又は右
へ動かすために要求される“同回転”又は“反対回転”
は圧縮機圧縮比が高いほどそれだけ効果的であることが
分かった。
また、本発明方法は流量が変化する場合でも一定圧力を
得ることが求められる圧縮機についても用いることがで
きることに注目されたい。本発明は、また−液体、気体
のいずれに対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は圧縮機特性を示すクララ1第3図は
第4図に示すラジアル圧縮機のI[[−111線に沿う
概略断面図、第4図はラジアル圧縮機の一部の概略縦断
面図、第5図は第3図及び第4図に示す圧縮機の一部の
静止上デルについての計測に基づく計算結果を表わすグ
ラフである。 α1・・・ハウジング  αυ・・・ハウジンク入口(
イ)・・・ハウジンク出口 (2)・・・〇−タα◆・
・・羽根     (至)・・・補給流体供給装置αQ
・・・フィードコンジット α力・・・支柱     (ト)・・・ノズルαす・・
・ロータ回転中心線 C以 上)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ ターボ機内の流体流れを制御する方法にして、該流
    体の変位量と圧力の増加が少くとも1つの%から5.0
    %にあたる制御可能の補給流体が、被圧縮又は被ボンじ
    ンク流体の供給部に環状に、且つ前記ロータへ向かう主
    として半径方向に向けられた前記供給部の流れの中に配
    列された多数の供給ポイントに沿い送られ、前記補給流
    体の運動の実質速度成分はロータ回転に対する接線の方
    向に向けられていることを特徴とする方法。 ■ 入口及び出口を備えたハウジングと、前記ハウジン
    グ内に配置された羽根を有し、流体を前記ハウジング内
    で前記入口から変位させて圧力上昇させ、最後に前記出
    口から吐出する少なくとも1つの被駆動ロータと、前記
    ロータへ向かう流れに前記補給流体を前記方向で供給す
    るための前記ハウジンク入口域に配置された装置とを備
    えたターボ機にして、前記補給流体供給装置が、実質上
    前記ロータの回転中心線を中心とする円上に配列された
    ノズルから成ることを特徴とするターボ機。 ■ 多数の支柱が前記ハウジングの入口部分における流
    れを横切る方向に配置されている圧縮機又はポンプにし
    て前記ノズルが、前記ハウジングの入口部に連結され鴬
    塾だフィードコシジットの開口部であって、前記支柱と
    並行に且つ前記支柱よシ内側の円上に配列された該開口
    部により形成されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第2項に記載の圧縮機又はボンづ。 ■ 前記ノズルが、一定の流体流出角を有している特許
    請求の範囲第3項記載の圧縮機又はボーノプ。 ■ 前記圧縮機がガスターじンの一部を形成している特
    許請求の範囲第2項をら第4項のいずれかに記載のガス
    圧縮機。
JP57234879A 1981-12-22 1982-12-22 タ−ボ機内の流体流れを制御する方法 Pending JPS58126499A (ja)

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NL8105790 1981-12-22
NL8105790A NL8105790A (nl) 1981-12-22 1981-12-22 Werkwijze voor het verbeteren van het deellastgedrag van een stromingsmachine, alsmede compressor of pomp in gericht voor het toepassen van deze werkwijze.

Publications (1)

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EP (1) EP0082578B1 (ja)
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AT (1) ATE26745T1 (ja)
AU (1) AU556904B2 (ja)
BR (1) BR8207459A (ja)
CA (1) CA1227141A (ja)
DE (1) DE3276129D1 (ja)
ES (1) ES8308618A1 (ja)
NL (1) NL8105790A (ja)
NO (1) NO823735L (ja)
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