JPS6388300A - 軸流圧縮機のサ−ジング監視方法および装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は軸流圧縮機のサージング監視方法に係り、特
に圧縮機内のガス流れを直接検出してサージングを監視
する方法およびそのための装置に関する。

（従来の技術） 近年、ガスタービンの高効率化の要請に答えるべく、タ
ービン入口温度の高温化、軸流圧縮機の高圧力比化が進
んできている。このため、軸流圧縮機においては、段肖
りの圧力比が１．５　　程度のものが出現してきた。こ
の軸流圧縮機の高圧比化は、その安定作動域をせばめ、
ガスタービンの始動性や制御性を悪くしている。

さて、軸流圧縮機の安定作動域を制限する要因で、最も
重要なものとして、サージングが挙げられる。サージン
グは作動流体（通常、空気）に激しい振動が生じて圧縮
機の運転が不能となる現象であり、一般に圧縮機の動静
翼に多大なる損傷を与える。その為、サージング域での
運転は極力回避されねばならず、サージング監視、なら
びにその防止装置を設置することが不可欠となる。

（発明が解決しようとする問題点） これまで、上記圧縮機のサージングを検出する方法とし
て、′圧縮機の吐出温度、軸受振動あるいは異常音等を
監視するものが主として採用されて口 する、しかしながら、サージングが翼の失速に起因する
という観点からすれば、上記の監視方法はいずれもサー
ジングの結果を検出するものにすぎず、そのためこれま
ではサージングに至る前にこれを回避すべく対応するこ
とができなかった。

本発明は、細流圧縮機のサージング発生のみならずその
発生までの余裕を精度よく検出する方法およびそのため
の装置を得ることを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の方法は、軸流圧縮機のサージング原因である翼
列における流れの失速を監視するもので、運転時にガス
通路部におけるガス流の動圧およびマツハ数、さらに翼
後縁部等特定部位における静圧を求め、得られた静圧と
動圧とから前記特定部位における圧力係数を算出し、予
め定められた各マツハ数毎の圧力係数設定値と上記圧力
係数の算出値とを比較するもので、これを実施するため
の装置は、翼面に穿設された開口部を介してガスの静圧
の測定する手段と、ガス通路部におけるガスの動圧およ
びマツハ数を求める手段と、前記静圧および動圧から圧
力係数を算出する手段と、各マツハ数についての圧力係
数設定値を備え上記水められたマツハ数における圧力係
数設定値と前記圧力係数を比較する手段とからなる。

（作　用） 上記の構成において、圧縮機の各運転時におけるマツハ
数および圧力係数が求められ、各マツハ数毎に予め設定
された圧力係数設定値を用いて、その運転時のマツハ数
における圧力係数設定値と求められた圧力係数を比較し
、この比較結果から、圧縮機の運転状態がサージング発
生に対してどの程度の余裕をもつか判定することができ
る。

（実施例） 第１図は軸流圧縮機の軸方向断面を示すもので、多数の
＠翼１を環状に植設して形成された段落を複数備えたロ
ータ２がケーシング３内に回転可能に支承され、このケ
ーシング３の内側に上記動翼１に対向するよう静翼４が
同様に環状に配設されている。上記ケーシング３には、
さらにピトー管５が：ｅ＋翼１と静翼４の間に形成され
たガス通路部に向かって設置されており、また静翼４′
の翼後縁部には翼面に開口部を有する静圧測定孔６が穿
設されている。第２図および第３図はこの詳細を示して
おり、ケーシング３に装着された静！４’には翼後縁部
に一端を開口し他端が翼根先部分からケーシング３の外
側へ延びた静圧測定孔６が穿設されている。これら静圧
測定孔６およびピトー管５にはケーシング３の外部に設
置された圧力計がそれぞれ接続されており、得られた各
圧力信号は圧力変換器７に入力され、さらにこの圧力変
換器７の出力信号は制御装置８に入力されるようになっ
ている。

かかる構成において、圧縮機運転時、ピトー管５により
翼列入口付近の動圧、マツハ数を測定しておき、同時に
静″Ｊｌｃ４’の表面における静圧を静圧測定孔６を介
して測定する。しかして圧力変換器７において得られた
動圧および静圧から圧力係数を算出する。こうして求め
られた圧力係数およびマツハ数は制御装置８に入力され
る。

制御装［８には各マツハ数毎の圧力係数設定値がメモリ
等に収納して内蔵されており、この制御装置８において
上記のように入力されたマツハ数の測定値に対応する圧
力係数設定値が選択され、こうして選択された圧力係数
設定値と入力された圧力係数が比較される。

この比較結果によりサージング発生に至るまでどの程度
余裕があるか判定できるわけであるが、これについて第
４図乃至第６図を用いて説明する第４図はサージング発
生以前の静翼４′付近のガス流れおよび翼背側表面上の
圧力係数分布細看を示しており１図中に示した流体の静
翼４′に対する流入角θを大きくしていくと、第５図に
示すようにサージ発生、すなわち失速した流れとなる。

ここで第４図および第５図の圧力係数分布に着目すると
、後縁部に近いＱ点では第５図に示す失速翼の方が圧力
係数が小さい、これは失速による損失のため、翼面上の
失速域で圧力が十分回復できないためである。このよう
な失速域での圧力係数はガス流れのマツハ数および圧縮
機の運転状態によって異なるが、′Ｒ画面上一定の位置
（例えばＱ点）で各マツハ数においてサージが発生する
ときの圧力係数を求め、これを運転状態に対して表わし
たのが第６図に示す線図である。この第６図では運転状
態として流量を選び、設計点とサージ発生点での値で無
次元化しである。

しかして、第６図のように各マツハ数ごとにサージ発生
時の圧力係数、さらにサージに対して警・　　戒が必要
なときの圧力係数と、実際に圧縮機運転時の圧力係数を
比較すれば、サージ発生に対してどの程度余裕があるか
を知ることができる。しかして前述の制御装置８には上
記第６図に示す各マツハ数ごとの圧力係数設定値が収納
されている。

すなわち、制御装置８において測定して得られたマツハ
数に対応する圧力係数設定値が選択され、これとそのと
きの圧力係数を比較し、その比較により圧力係数が設定
値よりも大きければサージングに対して余裕があると判
断でき、その差が小さくなるにつれてサージ発生に至る
可能性が大きくなり、必要に応じて放風弁調整、可変り
翼駆動等の対応を採ることができることとなる。また、
各マツハ数ごとの圧力係数定値をサージ警告、サージ発
生等についてそれぞれ設定しておけば、測定された圧力
係数が各設定値に至った段階で警報等を表示してより具
体的に監視を行うことができるなお、上記の例では静翼
に外圧測定孔を穿設したが、静翼に代えて動翼に設ける
ことも差支えなく、この場合圧力信号を取出すにはトラ
ンスミッタを装着すればよい、またケーシングに設置し
たピトー管の代わりに、圧力測定用の中空孔を設けた静
翼を利用することも可能である。

さらに、静圧測定孔は一つの翼に複数個設けても、ある
いは円周方向の幾つかの翼に設けてもよく、前者の場合
測定精度を向上することができ、後者の場合には旋回失
速の検出が容易となる（複数箇所あると５ｔａｌｌ　ｃ
ｅｌｌの個数がわかる）。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は翼列中の流れの様子を直接
監視するものであるから、本発明によれば既存の方法に
較べてより精度よく、がっ１１８間遅れもなく圧縮機の
サージを検出できる。またサージングに至る前に、圧縮
機の運転状態がサージに対してどの程度余裕をもつが検
出することができ等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を適用した軸流圧縮機の断面
図、第２図は本発明の一実施例に係るサージング監視装
置の説明図、第３図は第２図のＡ−Ａ線矢視断面図、第
４図および第５図は翼面における流れの圧力係数の変化
を示す説明図、第６図は各マツハ数の運転状態と圧力係
数の関係を示す線図である。 ４・・・Ｄ翼　　　　　　　５・・・ピトー管６・・・
静圧測定孔　　　　　７・・・圧力変換器８・・・制御
装置 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸流圧縮機運転時のガス通路部におけるガス流の
   動圧およびマッハ数、さらに特定部位において静止を求
   め、得られた静止と動圧とから前記特定部位における圧
   力係数を算出し、予め定められた各マッハ数毎の圧力係
   数設定値を用いて、上記運転時のマッハ数における圧力
   係数の設定値と上記圧力係数の算出値とを比較すること
   を特徴とする軸流圧縮機のサージング監視方法。
2. （２）特定部位は翼の後縁部であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の軸流圧縮機のサージング監視
   方法。
3. （３）ガス流の動圧およびマッハ数は静圧を求める翼の
   入口部付近で求めることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の軸流圧縮機のサージング監視方法。
4. （４）翼面に穿設された開口部を介してガスの静圧を測
   定する手段と、ガス通路部におけるガスの動圧およびマ
   ッハ数を求める手段と、前記静圧および動圧から圧力係
   数を算出する手段と、各マッハ数についての圧力係数設
   定値を備え、上記求められたマッハ数における圧力係数
   設定値と前記圧力数を比較する手段を有する軸流圧縮機
   のサージング監視装置。