(57)【要約】【課題】  コヒーレント非定常負荷の発生を防ぐことによって旋回失速空気力をミスチューンさせる方法を提供する。【解決手段】  圧縮機空気を非対称周方向パターンで抽出する（１６）。非対称抽気パターンは、旋回失速セル（１０）回転パターンを乱して、コヒーレント空力励振の形成を防止する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機内の空気流を制御する方法であって、圧縮機の所定の軸方向部分（２０）の近傍又は下流からケーシング（１８）を通して高圧空気を、旋回失速のような流れの擾乱を打ち消す周方向非対称パターンで抽出する段階（１６）を含む方法。
【請求項２】
前記高圧空気の抽出が、圧縮機のケーシング（１８）の外周に非対称に配設された複数の孔又はスロット（１６）を通して行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ケーシングが分割ケーシングであり、前記高圧空気の抽出が分割ケーシングのトップケーシング部に配設された複数の孔又はスロットを通して行われる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
所要流量及び旋回失速形成の性状によって定まる円弧Θａｒｃ内に配設された複数の孔又はスロットを通して高圧空気を抽出することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記孔又はスロット（１６）が円弧Θａｒｃ内に非対称に配設される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記抽出を所定の期間後に終了する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記抽出をその開始後に徐々に減少させる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
圧縮機内の空気流を制御する方法であって、圧縮機空気の抽出（１６）を、旋回失速のような擾乱を打ち消すように圧縮機のケーシング（１８）の外周で非対称に作動させることを含む方法。
【請求項９】
高圧空気の抽出が、圧縮機のケーシング（１８）の外周の円弧Θａｒｃ内に配設された複数の孔又はスロット（１６）を通して行われ、該円弧が所要流量及び旋回失速形成の性状によって定まる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ケーシングが分割ケーシングであり、前記高圧空気の抽出が分割ケーシングのトップケーシング部に配設された複数の孔又はスロットを通して行われる、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非対称式圧縮機抽気法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電産業用軸流ガスタービンは、一定の回転速度及び出力で最適に作動するように設計さる。加えて、従来の産業用軸流ガスタービン圧縮機は可変翼段及び抽気部が限られている。こうした定速度運転、限られた可変翼段及び限られた抽気部という３つの要因は、始動及び停止操作時に著しい非設計（off-design）空力条件を生じる。軸流圧縮機ではこうした非設計運転時に旋回失速を起こす。
【０００３】
旋回失速は、ホイール速度の約半分で回転する局所的な失速セルとして現れる。これらの失速セルは、動翼及び静翼の双方にコヒーレント非定常空力負荷を与える。ロータの速度が変わると、失速セル数が変化して、異なる節直径が設定される。旋回失速空力負荷による動翼及び静翼の振動応答は、翼の通常損傷に対する感受性を高め、早期破損を招きかねない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、旋回失速に起因するコヒーレント空気力を解消又は低減することによって軸流圧縮機動翼及び静翼の耐久性を高める。具体的には、本発明は、旋回失速空気力をミスチューン（mistune）させてコヒーレント非定常負荷の形成を防ぐ方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、圧縮機内の空気流を制御する方法であって、部品速度又は非設計運転によって発生する流れの擾乱に対して、圧縮機の所定の軸方向部分における一連の周方向に非対称に離隔した位置で流れを抽出して、流れの擾乱を打ち消す抽気パターンを生じさせることを含む方法として具体化される。
【０００６】
本発明は、圧縮機内の空気流を制御する方法であって、圧縮機空気の抽出を、旋回失速のような擾乱を打ち消すように圧縮機のケーシングの外周で非対称に作動させることを含む方法としても具体化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発電産業用軸流ガスタービンは、一定の回転速度及び出力で最適に作動するように設計さる。加えて、従来の産業用軸流ガスタービン圧縮機は可変翼段及び抽気部が限られている。こうした３つの要因は、始動及び停止操作時に著しい非設計空力条件を生じる。軸流圧縮機ではこうした非設計運転時に旋回失速を起こしかねない。
【０００８】
図１に図式的に示した旋回失速は、ホイール速度の約半分で回転する局所的な失速セル１０（ωｓｔａｌｌ  ｃｅｌｌｓ〜１／２ωｅｎｇｉｎｅ）として現れる。これらの失速セルは、動翼及び静翼１２の双方にコヒーレント非定常空力負荷を与える。ロータの速度が変わると、失速セル数が変化して異なる励振特性（節直径として知られる）が設定される。旋回失速空力負荷による動翼及び静翼の振動応答は、翼の通常損傷に対する感受性を高め、早期破損を招きかねない。
【０００９】
旋回失速に起因するコヒーレント空気力を解消又は低減することによって軸流圧縮機ブレードの耐久性が向上する。このような空力振動負荷の低減によって、翼先端の摩擦、腐食、前縁の異物損傷のような通常運転損傷に対する翼の損傷耐性が高まる。
【００１０】
本発明は、旋回失速による軸流圧縮機動翼及び静翼での空力励振を解消又は低減することによって、軸流圧縮機動翼及び静翼の耐久性を向上させる。具体的には、本発明は、コヒーレント非定常負荷の発生を防ぐことによって旋回失速空気力をミスチューンさせる方法を提供する。
【００１１】
そこで具体的には、圧縮機内の旋回失速のような擾乱を解消又は低減する新規な方法について提案する。例えば１以上の所定の軸方向位置（段）において一連の周方向に離隔した位置で、圧縮機空気を、振動源に応じて周方向に選択的に、旋回失速の流れの擾乱を打ち消すように非対称に選択的に抽気する。このような場合に、抽気プロセスが開始され、空気の非対称抽出によって旋回失速状態又は潜在的な失速状態が打ち消される。これは作動状態（部品速度及び／又は部品負荷）によって定まる現象であるので、センサは必要ない。
【００１２】
図２及び図３に図式的に示したような本発明の例示的な実施形態では、圧縮機空気は、外径流路壁１８に設けられた一連の一般形状の孔又はスロットを通して非対称な周方向パターンで抽出される。抽気パターンは、旋回失速節直径パターン及びセルの空力強度の関数として決まる。非対称多段抽気パターンは、旋回失速セルの回転パターンを乱して、コヒーレント空力励振の形成を防ぐ。
【００１３】
図３は、本発明の例示的な実施形態による一般形状の抽気孔又はスロットを備えた軸流圧縮機を図式的に示す。一般形状の抽気孔又はスロット１６は、圧縮機空気を圧縮機ケーシングを通して選択的に抽気するように規定される。入口は、抽出空気を除去し必要又は所望に応じて抽出空気を再循環するための高速遮断弁（図示せず）を解して導管（図示せず）によって補正される。何カ所かの軸方向位置に同様の抽気孔が設けている場合には、２以上の軸方向位置で周方向に対応する抽気管は同じ制御弁を共有していてもよい。周方向の抽気孔又はスロット列を通常同時に作動させる場合には、周方向の抽気管列を共通の制御弁に接続してもよい。高圧空気の抽出を節約するため、失速セルが抑制されたら、制御装置で１以上の弁を閉鎖すべきである。ある例示的な実施形態では、抽出は所定期間継続した後、終了する。別の例示的な実施形態では、抽気量は、抽出開始後に徐々に減少される。必要又は所望に応じて、その他の抽出プロトコルを採用してもよい。
【００１４】
上述のように、コヒーレント非定常負荷の形成を防いで旋回失速空気力をミスチューンするため、本発明は、図２の実施例に示すように、外径流路壁１８上の一連の一般形状の孔又はスロット１６を通して非対称周方向パターンで圧縮機空気を抽出するアセンブリを提供する。抽気パターンは、旋回失速節直径パターン及びセルの空力強度の関数として実験又は解析で求めることができる。これらの抽気部は、旋回失速の性状、必要な抽気流量及びエンジン構成の制約条件に応じて単一の軸方向位置又は複数の軸方向位置に配設し得る。図３にみられるように、この例示的な実施形態は、２つの軸方向位置での非対称抽出配置を表す。軸方向位置の数、周方向円弧の長さ、抽気孔の形状及び数は、旋回失速の性状に基づいて規定される。非対称多段抽気パターンは、旋回失速セルの回転パターンを乱して、図２に概念的に示すようにコヒーレント空力励振の形成を防止する。
【００１５】
以上の説明から明らかであろうが、非対称抽気機構は、圧縮機ケーシング１８の各々の所定の軸方向位置２０において所定の円周位置の所定の円弧長Θａｒｃの範囲内に、必要な総抽気流量をもたらす所定の抽出形状を有する非対称に離隔した抽気部１６を含む。例示的な実施形態では、円弧長Θａｒｃは約９０度である。
【００１６】
分割ケーシング用途では、抽気部１６はトップハーフケーシングに配設され、現場で容易に改造でき、抽気マニホルド及び配管（図示せず）へのアクセスの改善が得られる。以上の説明から明らかな通り、多段抽気では、ユニットから流れ送るために抽気マニホルドが必要となろう。
【００１７】
従って、本発明では、１）翼でのコヒーレント非定常空力励振の低減／解消、２）既存エンジンの分割ケーシング設計での改造が可能であること、３）最新型の空力翼で実現できること、４）翼先端での摩擦、腐食孔及び前縁損傷に対する損傷耐性の増大による圧縮機翼耐久性の向上、という利点が得られる。
【００１８】
現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成を包括するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】旋回失速の概略図。
【図２】本発明の例示的な実施形態による非対称式圧縮機抽気の概略図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による非対称式圧縮機抽気に適合化させた圧縮機の概略斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
１０  失速セル
１２  翼
１６  抽気孔又はスロット
１８  圧縮機ケーシング／壁
２０  軸方向位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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