JPS5857100A - 翼端すきま調整式の軸流圧縮機 - Google Patents

翼端すきま調整式の軸流圧縮機

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JPS5857100A
JPS5857100A JP15366781A JP15366781A JPS5857100A JP S5857100 A JPS5857100 A JP S5857100A JP 15366781 A JP15366781 A JP 15366781A JP 15366781 A JP15366781 A JP 15366781A JP S5857100 A JPS5857100 A JP S5857100A
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JP
Japan
Prior art keywords
blade
casing
tip clearance
inner casing
flow compressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP15366781A
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English (en)
Inventor
Atsushi Nakama
中間 敦司
Ryoichiro Oshima
大島 亮一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS5857100A publication Critical patent/JPS5857100A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/16Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

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】 本発明は、軸流圧縮機に係り、特に、陸用ガスタービン
に好唾な翼端すきま調整式の軸流圧縮機に関する。
従来、軸流圧縮機の性能向上のため、各種の対策が、は
どこされている中で、翼端すきま流による損失を減少さ
せる試みがなされ、ある程度、実用化されている技術の
一つの例として、「ケーシングトリートメント」と呼ば
れている方法がある。
これは、軸流圧縮機のケーシングに例えば切り溝等の特
別な加工を施し、翼端すき1流に変化を与え、性能アッ
プを計っているものであり、航空用ターボジェットのフ
ァンに実用化されている。しかし、多段の細流圧縮機に
ついては、ケーシングトリートメントの効果について明
確ではなく、現在、各国の研究所で研究がすすめられて
いる状況であり、多段の軸流圧縮機においては、未だ実
用化されていない。翼端すき1流れによる損失を減らす
ための、その他の方法には、 (1)翼端に、特殊な加工を適す (2)  翼端すき首を減らす。
があげられる。翼端に特殊な刀ロエを施す方法はケーシ
ングに特殊な加工を施す−のと同様に、その効果が明確
ではなく、実用化されていない。しかし、翼端すき′1
を減らす方法については、すきまが減少すると、翼端す
きま流が減るために、性能に与える効果は明確であシ、
榊造的に可能ならば実用化され得るものである。
本発明の目的は、ケーシングとの翼端すきまを調整する
ことにより、性能の良い軸流圧縮機を提供するにある。
この発明の基本的な考え方は、2つのポイントに分ける
ことができる。っ捷り、 (a)  翼端す@捷の効率におよぼす幼果Φ) ケー
シングのメタル温度の変化による先端すきまの調整 である。
(1)の翼端すき1が効率におよぼす影響は、一般に、
ηを効率とし、gを翼端すきまとして、次の式で表わさ
れる。
η”=f+(g)     ・旧・・・1旧・川・・・
・・・・(1)ここで、関数f、V′i、翼端すき1g
に対して、単調減少である。つまり、翼端すきまgが、
大きくなれば々るほど、翼圧力面側より翼負圧面−1j
に向う翼端すきま流れが多くなり、効率ηは、減少し、
注目ヒが悪くなる。
つぎに、翼端すきまgは、ケーシングおよびロータの変
形により、起動より定格負荷に1.nffvる筺での間
に変化する。変形をもたらすものけ、回転による遠心力
、空気力、および温式変化による熱変形である。ケーシ
ングについては、熱変形が支配的でめり、ケーシングメ
タル温度Tcと翼端すきまgについては、 g二f2(TC)     ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(2)ここで、関数f2は、温度の上昇と
ともに、金属は、膨張するからメタル温度Tcに対して
、単調増力口である。
したがって式(1)および(2)から η=f+(f2(Tc))   ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(3)となり、メタル温度Tc を変
化させて、効率を制御することができる。
ケーシングメタル温度T。は、ケーシングの外周に、冷
却′g!Lを流し熱交換により制御される。
以下、本発明の一実施例を第1,2図を用いて説明する
第1図は、軸流圧縮機の断面図である。車軸lに、動翼
2が取りつけられ、回転体(以下、ロータと称す。)を
構成する。車軸1が回転するとき、動翼2によってなさ
nる仕事によって、気体は圧縮される。本発明における
ケーシングは、内ケーシング3、外ケーシング4、およ
び、静翼5よりrA成さnる。静翼5は、内ケーシング
3に取りつけられ、内ケーシングは、外ケーシングに対
して、芯を保持した!捷、自由に変形でさる(4造とす
る。
内ケーシングと外ケーシングとの間には、冷却液が循環
している。これにより、内ケーシングの温度が制御され
る。第2図は、冷却液の値環系統全示している。冷却液
としては、水を使う。水タック6よりポングアによって
吸い上げら几た水は内ケーシングと外ケーシングとの間
に導びかれる。
水タンクへのもどり配管の途中には、熱交換器8が置か
れている。水タンク6円の水の温度を一定に保つため、
熱交換器出口温度を温度センサー9によって計測し、温
度に応じて、熱交換器へ熱父換量を制御している。
つぎに、翼端すきま調整システムについては基本的には
、冷却水流量によって、内ケーシングのメタル温度が変
化し、翼端すき捷が制御さnる機、溝になっている。
ギャップセ/サ−10は、翼端すきまを、運転中常時監
視し、翼端すき捷が、異常に少なくなった場合、冷却水
循環ポンプ7を止め、内ケーシングと動翼とのすれ合い
を防止する機能を持ってい譬 る。また、センサーIOにより検出されたギャップgは
、軸流圧縮機の回転数によって設定されたgSet と
比較され、ポンプ7の回転数が変化し、流量を変化させ
、Jth!端すきまの調整?する。
ケーシングに冷却水を循環させることによる付那的な効
果としては、2つの効果がある。一つは粘性定数が、温
度がドがゐことで減少し、粘性による性目巨低下がおさ
えられること、他の一つは、中間冷却(interco
oling )  の効果である。特に粘性定数の低下
つまり空気力学的には、レイノルズ故の増7JI]は、
翼面および、壁面の境界層の発達tおさえるため性能を
悪化させ、圧縮機として最も危険なサージングをもたら
す流れのはぐり(5eperation )が起こりに
くくなる。したがって、サージングのマージンを広げる
ことが、ある程度可能でるる。
本発明によれば、細流圧縮機の性M’F5 、効率を向
止させる幼果金持っている。以下、具体1列をあげて説
明する。
先端すき−まgの効率ηに与える影響は1.空力設計の
相違によって、I4なってくるノζめ、−畝に亦べbこ
とができないが、ある速の軸流圧縮機で、解析した例で
は、効率ηを#T熱効率で表わした場合には、10チ翼
端すきまを広くした場合、2係程度の効率が悪くなった
解析tllがある。近似的にΔη=η−ηo ” 0.
2 ×(1g/ go )  −−(4)と表わす。こ
こで、η01よ、翼端すきまg。の場合の断熱効率であ
る。
つぎに、内ケーシングのメタル製置の制御による翼端す
きまの調整について述べると、出口圧が10気圧程度の
空気軸流圧縮機では、出口空気温度は、ISO標準大気
条件で、300C程度に達する。軸流圧縮機出口部のケ
ーシングの平均温IJITcは、ケーシング冷却構造を
持たない軸流圧縮1表では、ケーシング外周の大気製置
を50r程度とすると、ケーシング内面は、強制対流熱
伝達でのるのに対して、ケーシング外面は、自然対流熱
伝達であるので、ケーシング内面が、熱抵抗は小さい、
ケーシング内外面での熱抵抗の比を、1対4程度とする
と、 Tc  キ(300X4+50X1)15=2500と
なる。ケーシングが本発明のよう・を二重ケーシングの
冷却構造の4合には、内ケーシング外面は、水による強
制対流熱伝達であるので熱伝達率が大きくなり、内ケー
シングの平均高度T6ば、冷却水の温度を400とし、
内外面での熱抵抗を同じとすると、 ’rg = (300+40)/2=t70tZ’とな
り、冷却構造とした場合は、ケーシングの温度は、80
CJ度の違いがめると予想される。しk がって、鉄ノ
線膨vi率a ハ、1.OX 10−’ (1/′c)
程度であるため、内ケーシングの内径をD (ran 
)つすると、先端すきまgの変化量Δg(mm)はΔg
−α(Tc −Te ) D/ 2D=1000間とす
ると、Δg=0.4問となシ、組立時の先端すきま設定
値g。が、通常1陥程度にとられるため、先端すきまの
調整が本発明の方法により、十分達成さnる。′例えば
、go、ニー1mm。
を先端すきまA整により、g=0.9+imとしたとき
効率の上昇η−η。は、式(4)から η−η。=0.2X (1−0,9)=0.02となり
、2チ程度、効率が上昇する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の細流圧縮機の断面図、第2図は本発明
のケーシング冷却液の循環系統図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 ロータおよびケーシングより構成される軸流圧縮
    機において、前記ケーシングを、内ケーシング、および
    外ケーシングの2重構造として、その間に冷却水を満た
    し、前記内ケーシングの熱による変形を制御することに
    より、前記内ケーシングと前記ロータの翼端とのすきま
    を調整可能とした4造を特徴とする翼輝すきま調整式の
    @流圧縮機。
JP15366781A 1981-09-30 1981-09-30 翼端すきま調整式の軸流圧縮機 Pending JPS5857100A (ja)

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