(57)【要約】【課題】作動点の変化に応じた静翼クロッキングの最適位置を見つけ、リアルタイムに変更することができ、これにより常に高い効率と許容レベルを超えない振動レベルで運転することができる静翼クロッキング装置とその位置制御方法を提供する。【解決手段】下流静翼列４を周方向へ翼列ピッチ分、スキャンするスキャンステップ（Ｓ１）と、スキャン中、下流静翼列４の前縁部の全圧を計測し、最小全圧位置Ｐ１を検出する全圧計測ステップ（Ｓ２）と、下流静翼列４を最小全圧位置Ｐ１に移動する下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）と、動翼振動レベルを検出し所定の許容レベルＡ１と比較する動翼振動比較ステップ（Ｓ４）と、動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１を超えるときに下流静翼列４を周方向へ所定の距離移動する下流静翼列移動ステップ（Ｓ５）とを備え、ステップ（Ｓ４、Ｓ５）を動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１以下になるまで繰返す。【選択図】　　　図３
2004011458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段軸流タービン又はコンプレッサの静翼クロッキング装置であって、
上流静翼列（２）に対して下流静翼列（４）を周方向へ移動する静翼列移動装置（１２）と、下流静翼列（４）に埋め込まれ前縁部の全圧を計測する前縁全圧センサ（１４）と、上流静翼列と下流静翼列の間の動翼列（３）の振動を計測する振動センサ（１６）と、前縁全圧センサと振動センサの計測値に応じて静翼列移動装置を制御し、下流静翼列を周方向の最適位置へ移動する位置制御装置（１８）と、を備えたことを特徴とする静翼クロッキング装置。
【請求項２】
多段軸流タービン又はコンプレッサの静翼クロッキングの位置制御方法であって、
上流静翼列（２）に対して下流静翼列（４）を周方向へ翼列ピッチ分、スキャンするスキャンステップ（Ｓ１）と、
前記スキャン中、下流静翼列（４）の前縁部の全圧を計測し、最小全圧位置（Ｐ１）を検出する全圧計測ステップ（Ｓ２）と、
下流静翼列（４）を前記最小全圧位置（Ｐ１）に移動する下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）と、
動翼振動レベルを検出し所定の許容レベル（Ａ１）と比較する動翼振動比較ステップ（Ｓ４）と、
動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）を超えるときに下流静翼列（４）を周方向へ所定の距離移動する下流静翼列移動ステップ（Ｓ５）とを備え、
ステップ（Ｓ４、Ｓ５）を動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）以下になるまで繰返す、ことを特徴とする静翼クロッキングの位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流タービン又はコンプレッサの静翼列同士の周方向位置を調整する静翼クロッキング装置とその位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は航空機エンジン５１（ジェットエンジン）の模式的構成図である。この図に示すようにジェットエンジンは、空気を取り入れるファン５２、取り入れた空気を圧縮する圧縮機５３、圧縮した空気により燃料を燃焼させる燃焼器５４、燃焼器５４の燃焼ガスによりファン５２及び圧縮機５３を駆動するタービン５５、推力増大のため再燃焼させるアフタバーナ５６等を備えている。
【０００３】
アフタバーナ５６は、三角形断面等を有し下流に循環領域を形成して保炎を行なうフレームホルダ（保炎器）５７、燃料を噴出させるための燃料ノズル５８、点火栓５９等からなり、アウターダクト６０の内側のライナ６１内を通して排気ノズル６２から噴出させ、推力を増大させるようになっている。
【０００４】
上述したジェットエンジンや産業用ガスタービンにおける多段の軸流圧縮機や軸流タービンでは、その効率向上を目的として動翼を挟む上流側と下流側の静翼列の翼枚数が等しい場合、その周方向位置を調整する必要がある。この静翼列同士の周方向位置を調整することを、「静翼クロッキング」と呼ぶ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
静翼クロッキングの実際の適用では、（１）上流静翼のウェークの到達位置が作動点により変化すること、（２）効率上最適な位置に設定した場合、動翼の振動が許容値を超過する可能性もあること、等が問題となる。
【０００６】
ガスタービンエンジンの圧縮機、タービンにおけるクロッキングによる効率改善効果については、近年、多くの文献で報告されている（例えば、特表平９−５１２３２０号、特開昭５４−１１４６１８号）。
【０００７】
これら文献ではいずれも上流静翼ウェークが下流静翼前縁にあたる際に効率が最適となるとされている。また静翼クロッキングでは、上流静翼ウェークを下流静翼前縁が被る周方向位置にしたとき効率が最大となることが知られている。更に、多くの場合、効率が最大となる際に、間に挟まれた動翼の振動レベルが増大することも報告されている。
【０００８】
しかし、従来の静翼クロッキングには、以下の問題点があった。
（１）特に航空用のガスタービンでは、作動点の変化によって上流静翼ウェークの流下方向も変化するので、全ての作動状態で最適なクロッキング効果を得ることができず、ある特定の作動状態で配置を設定している。そのため、他の作動条件では効率の改善を図ることができない。
（２）クロッキングによる周方向配置によっては、間に挟まれた動翼の振動レベルが過大となることもあり、効率を最適にした配置では、振動が許容レベルを超えてしまう作動条件もあり得る。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、作動点の変化に応じた静翼クロッキングの最適位置を見つけ、リアルタイムに変更することができ、これにより常に高い効率と許容レベルを超えない振動レベルで運転することができる静翼クロッキング装置とその位置制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、多段軸流タービン又はコンプレッサの静翼クロッキング装置であって、上流静翼列（２）に対して下流静翼列（４）を周方向へ移動する静翼列移動装置（１２）と、下流静翼列（４）に埋め込まれ前縁部の全圧を計測する前縁全圧センサ（１４）と、上流静翼列と下流静翼列の間の動翼列（３）の振動を計測する振動センサ（１６）と、前縁全圧センサと振動センサの計測値に応じて静翼列移動装置を制御し、下流静翼列を周方向の最適位置へ移動する位置制御装置（１８）と、を備えたことを特徴とする静翼クロッキング装置が提供される。
【００１１】
上記本発明の構成によれば、静翼列移動装置（１２）により上流静翼列（２）に対して下流静翼列（４）を周方向へ移動し、前縁全圧センサ（１４）により下流静翼列（４）に埋め込まれ前縁部の全圧を計測し、振動センサ（１６）により上流静翼列と下流静翼列の間の動翼列（３）の振動を計測することができる。
また、位置制御装置（１８）により前縁全圧センサ（１４）と振動センサ（１６）の計測値に応じて静翼列移動装置（１２）を制御し、下流静翼列（２）を周方向の最適位置へ移動することができる。
【００１２】
また本発明によれば、多段軸流タービン又はコンプレッサの静翼クロッキングの位置制御方法であって、上流静翼列（２）に対して下流静翼列（４）を周方向へ翼列ピッチ分、スキャンするスキャンステップ（Ｓ１）と、前記スキャン中、下流静翼列（４）の前縁部の全圧を計測し、最小全圧位置（Ｐ１）を検出する全圧計測ステップ（Ｓ２）と、下流静翼列（４）を前記最小全圧位置（Ｐ１）に移動する下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）と、動翼振動レベルを検出し所定の許容レベル（Ａ１）と比較する動翼振動比較ステップ（Ｓ４）と、動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）を超えるときに下流静翼列（４）を周方向へ所定の距離移動する下流静翼列移動ステップ（Ｓ５）とを備え、ステップ（Ｓ４、Ｓ５）を動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）以下になるまで繰返す、ことを特徴とする静翼クロッキングの位置制御方法が提供される。
【００１３】
この方法により、全圧は上流静翼ウェークの中心で最小となるので、全圧計測ステップ（Ｓ２）で検出した最小全圧位置（Ｐ１）に下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）で下流静翼列（４）を移動することにより、上流静翼ウェークを下流静翼前縁が被る効率最適状態に保つことができる。
【００１４】
従って、動翼振動比較ステップ（Ｓ４）でこの位置の動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）以下であれば、効率が最も高く、かつ許容レベルを超えない振動レベルの最適位置に下流静翼列（４）を位置決めすることができる。
【００１５】
また、この位置で動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）を超える場合でも、下流静翼列（４）で動翼振動レベルが所定の許容レベル（Ａ１）以下になるまで周方向へ所定の距離づつ移動するので、振動レベルが許容レベルを超えず、かつ最も高い効率の位置に下流静翼列（４）を位置決めすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の静翼クロッキング装置の構成図である。この図において、本発明の静翼クロッキング装置は、静翼列移動装置１２、前縁全圧センサ１４、振動センサ１６及び位置制御装置１８を備える。なおこの例において、本発明の静翼クロッキング装置は、多段コンプレッサの静翼クロッキング装置であるが、軸流タービン用にも適用できる。
【００１８】
静翼列移動装置１２は、ギア１２ａ、モータ１２ｂ、アクチュエータシステム１２ｃ等からなり、上流静翼列２に対して下流静翼列４を周方向へ移動できるようになっている。
前縁全圧センサ１４は、下流静翼列４の静翼の一部に埋め込まれており、下流静翼列４の前縁部の全圧を計測するようになっている。
振動センサ１６は、ケーシング壁に取り付けた例えば光学式の振動センサであり、上流静翼列２と下流静翼列４の間の動翼列３の振動を計測する。
位置制御装置１８は、前縁全圧センサ１４と振動センサ１６の計測値に応じて静翼列移動装置１２を制御し、下流静翼列４を周方向の最適位置へ移動する。
【００１９】
図２は、本発明の静翼クロッキングの位置制御方法の模式図であり、図３は、本発明の静翼クロッキングの位置制御方法のフロー図である。
【００２０】
図２及び図３に示すように、本発明の静翼クロッキングの位置制御方法は、多段軸流タービン又はコンプレッサの静翼クロッキングの位置制御方法であり、スキャンステップ（Ｓ１）、全圧計測ステップ（Ｓ２）、下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）、動翼振動比較ステップ（Ｓ４）及び下流静翼列移動ステップ（Ｓ５）を備える。
【００２１】
運転中、例えばジェットエンジンの作動点（回転数、絞り）が変更される（Ｓ０）と、本発明の方法が開始される。
スキャンステップ（Ｓ１）では、静翼列移動装置１２により上流静翼列２に対して下流静翼列４を周方向へ翼列のピッチ分、スキャンする。
このスキャン中、全圧計測ステップ（Ｓ２）では、前縁全圧センサ１４により下流静翼列４の前縁部の全圧を計測し、最小全圧位置Ｐ１を検出する。
下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）では、静翼列移動装置１２により下流静翼列４を既に求めた最小全圧位置Ｐ１に移動する。
動翼振動比較ステップ（Ｓ４）では、振動センサ１６により動翼振動レベルを検出し所定の許容レベルＡ１と比較する。この所定の許容レベルＡ１は、ジェットエンジン等の運転に支障のない範囲で決定する。
【００２２】
この比較で動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１を超えるときは、下流静翼列移動ステップ（Ｓ５）において、静翼列移動装置１２により下流静翼列４を周方向へ所定の距離ΔＬ移動する。この所定の距離ΔＬは、翼列のピッチの１／１００乃至１／１０程度とする。
ステップ（Ｓ４、Ｓ５）を動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１以下になるまで繰返し、所定の許容レベルＡ１以下になった場合にはその位置に静翼位置を決定する（Ｓ６）。
【００２３】
なお、スキャンステップ（Ｓ１）〜下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）の間に並行して振動センサ１６により動翼振動レベルを監視し、これをメモリ等に記憶してもよい。
また、この場合、下流静翼列移動ステップ（Ｓ５）における移動方向をこの記憶に基づいて決定してもよい。
【００２４】
図４は、本発明の装置及び方法の実施例である。この図において、横軸は、翼列ピッチを１００％とする下流静前縁の移動位置であり、縦軸は上流翼ウェーク、効率、加振力（動翼振動レベル）である。
この図から、全圧は上流静翼ウェークの中心で最小となるので、この位置Ｐ１に下流静翼４を移動させれば、上流静翼ウェークを下流静翼前縁が被る効率最適状態に保つことができることがわかる。
また、同時に中間の動翼の振動を、ケーシング壁に取り付けた振動センサで監視しておき、下流静翼の移動により、翼振動レベルが、予めコントローラに設定した許容レベルＡ１を超過した場合は、下流静翼を周方向に微動させる（Ｐ２、Ｐ３）ことにより、どの作動条件でもクロッキングによる効率改善効果が得られ、かつ翼振動過大による破損をきたさないようにできることがわかる。
【００２５】
図５は、図４の実施例に対応する流れ場の図である。この図において（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、それぞれ０％、２５％、５０％、７５％における各クロッキング位置での流れ場を等エントロピー線で表示している。
この図から、２５％の位置において、上流翼ウェークが下流翼前縁に衝突し、図４の位置Ｐ１で、上流静翼ウェークを下流静翼前縁が被る効率最適状態に保つことができることがわかる。
なた、７５％の位置では、上流翼ウェークが下流翼の間を通過するため、図４において加振力（動翼振動レベル）が最小となるが、効率も最小となることがわかる。
【００２６】
上述した本発明の構成によれば、静翼列移動装置１２により上流静翼列２に対して下流静翼列４を周方向へ移動し、前縁全圧センサ１４により下流静翼列４に埋め込まれ前縁部の全圧を計測し、振動センサ１６により上流静翼列と下流静翼列の間の動翼列３の振動を計測することができる。
また、位置制御装置１８により前縁全圧センサ１４と振動センサ１６の計測値に応じて静翼列移動装置１２を制御し、下流静翼列２を周方向の最適位置へ移動することができる。
【００２７】
また、本発明の方法により、全圧は上流静翼ウェークの中心で最小となるので、全圧計測ステップ（Ｓ２）で検出した最小全圧位置Ｐ１に下流静翼列位置決めステップ（Ｓ３）で下流静翼列４を移動することにより、上流静翼ウェークを下流静翼前縁が被る効率最適状態に保つことができる。
【００２８】
従って、動翼振動比較ステップ（Ｓ４）でこの位置の動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１以下であれば、効率が最も高く、かつ許容レベルを超えない振動レベルの最適位置に下流静翼列４を位置決めすることができる。
【００２９】
また、この位置で動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１を超える場合でも、下流静翼列４で動翼振動レベルが所定の許容レベルＡ１以下になるまで周方向へ所定の距離づつ移動するので、振動レベルが許容レベルを超えず、かつ最も高い効率の位置に下流静翼列４を位置決めすることができる。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、（１）振動上許容される範囲で、全ての作動点で最適なクロッキング位置を保持することができ、効率の改善を達成でき、かつ（２）事前（設計時）には予測の難しい、クロッキングによる動翼振動レベルの増大幅をリアルタイムで監視して抑制できることで、運用上の安全も確保できる。
【００３２】
従って、本発明の静翼クロッキング装置とその位置制御方法は、作動点の変化に応じた静翼クロッキングの最適位置を見つけ、リアルタイムに変更することができ、これにより常に高い効率と許容レベルを超えない振動レベルで運転することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静翼クロッキング装置の構成図である。
【図２】本発明の静翼クロッキングの位置制御方法の模式図である。
【図３】本発明の静翼クロッキングの位置制御方法のフロー図である。
【図４】本発明の装置及び方法の実施例である。
【図５】図４の実施例に対応する流れ場の図である。
【図６】従来のジェットエンジンの構成図である。
【符号の説明】
２　上流静翼列、３　動翼列、４　下流静翼列、
１２　静翼列移動装置、１４　前縁全圧センサ、
１６　振動センサ、１８　位置制御装置、
５１　航空機エンジン（ジェットエンジン）、
５２　ファン、５３　圧縮機、５４　燃焼器、
５５　タービン、５６　アフタバーナ、
５７　フレームホルダ（保炎器）、
５８　燃料ノズル、５９　点火栓、
６０　アウターダクト、６１　ライナ、
６２　排気ノズル
【図１】
2004011458.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004011458.tif 000007
【図６】
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