JPH04311633A - ガスタービンエンジン - Google Patents

ガスタービンエンジン

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Publication number
JPH04311633A
JPH04311633A JP7774191A JP7774191A JPH04311633A JP H04311633 A JPH04311633 A JP H04311633A JP 7774191 A JP7774191 A JP 7774191A JP 7774191 A JP7774191 A JP 7774191A JP H04311633 A JPH04311633 A JP H04311633A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compressor
shroud
gas turbine
turbine engine
air
Prior art date
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Pending
Application number
JP7774191A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichi Sayama
純一 佐山
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP7774191A priority Critical patent/JPH04311633A/ja
Publication of JPH04311633A publication Critical patent/JPH04311633A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンエンジンに
関し、特に運転条件に応じてコンプレッサへの空気流入
を変化させることが可能なガスタービンエンジンに関す
る。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、コンプレッサ
からの高圧空気を燃焼室に導入して燃焼させ、その燃焼
ガスをタービンロータに吹きつけることによりタービン
を回転させ、動力を得るものであって近年、車両駆動用
内燃機関として注目されている。
【0003】ところで一般に、このガスタービンエンジ
ンの効率を高めるためにはコンプレッサの効率を高める
ことが必要不可欠であり、コンプレッサの効率はコンプ
レッサインペラの空気流入側のブレードと空気流入方向
との成す角度(一般にこれを“迎え角”と呼ぶ)が小さ
い程、それだけ良いことが知られている。
【0004】しかしながら一般車両のように低速域から
高速域まで広範囲に亙ってエンジン回転数が変化するよ
うなものに対してガスタービンエンジンを用いる場合、
コンプレッサに取り込まれる空気量は変化するため、コ
ンプレッサインペラの回転速度変化に対して常に一定の
迎え角を以て空気をコンプレッサに取り込むことは不可
能であり、ある運転域で迎え角が最小になるようにマッ
チングしても、この運転域から大きくずれた運転域では
コンプレッサ効率が悪化し、エンジン性能を極端に悪化
することになる。
【0005】このような問題に対し、例えば特開昭63
−97835号公報では、コンプレッサの入口に多数の
可変入口案内翼を設け、この案内翼を駆動することによ
って、コンプレッサへの空気流入方向を空気量に応じて
可変制御し、以て総ての運転域においてコンプレッサの
効率を高めようとしたガスタービンエンジンが開示され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記ガス
タービンエンジンは、コンプレッサへの入口に周状に多
数の可変入口案内翼を配置するため、それ自体の構造も
複雑であるばかりか、これらの案内翼を同時に駆動する
ための機構がかなり複雑となり、製造コストが高く組み
付け自体もかなりの熟練を要するという問題がある。加
えて、この案内翼は通常コンプレッサインペラのブレー
ドの数に応じて多数設けられるために、案内翼の設計に
よっては、これが吸気の抵抗となり、かえってコンプレ
ッサの効率を低下する問題がある。
【0007】本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み、
上記従来技術よりも構造がシンプルであると共に吸気抵
抗を小さくできるガスタービンエンジンを提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によれば、ガスタービンエンジンのコンプレッサ
へ空気を取り込むコンプレッサシュラウドの内側に、該
コンプレッサシュラウドの内径最小値よりも小さな最小
内径部分と、該コンプレッサシュラウドの空気取り入れ
口内径にほぼ等しい内径部分とを有するラッパ管を、コ
ンプレッサインペラと同心状に配置すると共に、上記ラ
ッパ管をコンプレッサの中心軸線方向に移動可能にした
ガスタービンエンジンが提供される。
【0009】
【作用】ラッパ管のコンプレッサの中心軸線方向位置に
よりコンプレッサの空気入口面積を可変とすることがで
き、これによりコンプレッサに取り込まれる空気の流速
が変化し、コンプレッサインペラ翼の迎え角を変化させ
ることができる。ラッパ管はその名の通りコンプレッサ
シュラウドの形状に類似してその内側に延びるため、吸
気通路に多数の障害物(案内翼)を置く従来装置よりも
吸気抵抗が少なく、また単一部品であるためその駆動機
構もシンプル化が図れる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明の一実施例としてのガスタービンエ
ンジンのコンプレッサ部分の断面を示しており、1は図
示しないタービンロータより延びるロータ軸、2はこの
コンプレッサ軸1に固定されて回転駆動されるコンプレ
ッサインペラ、3はコンプレッサインペラ2を取り囲み
圧縮前後の通気通路を画成するコンプレッサシュラウド
、4はロータ軸1を支持する軸受(図示せず)のベアリ
ングホルダでありコンプレッサシュラウド3と共に静止
部品である。又、1点鎖線Aはコンプレッサの中心軸線
である。
【0011】コンプレッサシュラウド3はコンプレッサ
インペラ2に対して多くの空気を取り込めるように、コ
ンプレッサインペラ2の吸気上流側の端部2aが位置す
る箇所で最小内径値を有し、これより吸気上流側に向か
って徐々にその内径値を増加させると共に、吸気下流側
に対してもその内径値を増加してコンプレッサインペラ
2の外形に相補する形状を有している。
【0012】以上のように構成されるガスタービンエン
ジンのコンプレッサ部において、本実施例によれば、コ
ンプレッサシュラウド3の内側であってコンプレッサイ
ンペラ2の吸気上流側には、コンプレッサシュラウド3
の内周輪郭形状にほぼ類似する形状のラっパ管5が中心
軸線Aの延びる方向から見てコンプレッサインペラ2と
同心状に設けられる。
【0013】このラッパ管5は、上述したコンプレッサ
シュラウド3の最小内径値Ismin.よりも更に小さ
な値Irmin.を最小内径値とする端部5aを有して
おり、この端部5aから吸気上流側(図で右方向)にか
けて徐々にその内径値を増やし、他方の端部5bにおい
てはコンプレッサシュラウド3の空気取り入れ口内径値
Ismax.にほぼ等しい値Irmax.(厳密には、
ラッパ管5の管厚みを差し引いた値)を有するように形
成される。即ち、本実施例におけるラッパ管5は、図示
するようにその縦断面で見て、コンプレッサシュラウド
3の最小内径部分から空気取り入れ口部分にかけての内
周曲率よりも大きな曲率を持つように形成される。
【0014】加えて、本実施例によればこのラッパ管5
には、ロッドやプレート等の適当な支持部材6が連結さ
れ、例えば油圧シリンダ等のアクチュエータ機構7によ
って、コンプレッサインペラ2の中心軸線Aに沿って(
即ち、コンプレッサ軸1の延びる方向に)、移動可能な
ように設置される。更に、このアクチュエータ機構7は
、ガスタービンエンジンを搭載する車両の運転条件によ
って制御回路8からの駆動信号によりその駆動を制御さ
れるようになっており、運転条件全般に渡ってコンプレ
ッサ効率を高めるため、例えばエンジンがアイドル運転
状態にある時は図1に示すような位置をラッパ管5が占
め、エンジンが定格時(エンジン出力が100%の状態
)にある時は図2に示すように、図1の位置よりも吸気
上流側へラッパ管5が変位するように制御される。
【0015】これは図3(a)に示すように、移動する
コンプレッサインペラ2の各翼に対する空気の流入角度
、即ち迎え角Δiが小さければ、それだけインペラ翼回
転に対する抵抗が小さくなり、その結果コンプレッサの
効率が高められるという原理を根本とするものである。
【0016】即ち具体的に説明すれば、図3(b)に示
すように、1つのインペラ翼に着目した場合、迎え角Δ
iは、インペラ翼の周速ベクトルとこれに対して直角を
成して流入する空気流ベクトルとによって決定される空
気の相対的流入ベクトル(インペラ翼から見た空気の流
入ベクトル)と、インペラ翼中心線の先端における接線
tとの成す角度となり、例えば図4に示すように、エン
ジン出力が 100%となる定格時において、コンプレ
ッサインペラ入口の迎え角Δiが出来るだけ小さくなる
ようにコンプレッサシュラウドやインペラ翼を設計する
と、これよりエンジン出力が小さくなるような運転時に
おいては、エンジン出力が減少するにつれ、インペラ翼
の周速も空気流速も共に減少するが、インペラ翼周速の
減少率よりも空気の流速減少率が大きいために、相対的
に迎え角Δiが大きくなりそれだけコンプレッサ効率が
低下する(図3の点線を参照)。
【0017】従って、最もコンプレッサ効率が小さくな
るようなアイドル運転時において、図1に示すようにラ
ッパ管5の吸気上流側の端部5aがコンプレッサシュラ
ウド3の空気取り入れ口に接触するようにラッパ管5に
位置決めをすると、その最小内径値Irmin .はコ
ンプレッサシュラウド3の最小内径値Ismin.より
も小さく形成されているために絞り効果によって空気流
速が増加することとなり、迎え角Δiが減少してコンプ
レッサ効率を高めることができる(図3の点(ア)参照
)。
【0018】このアイドル時のコンプレッサ効率の向上
は、少ない燃料消費量を以て所定のアイドル回転を達成
することを意味しており、従って燃費が改善され、アイ
ドル時の排気温度も低く抑えることができ、排気による
ガスタービンエンジン部品への熱害を防ぐことができる
。また、コンプレッサシュラウド3の内側に設けられる
ラッパ管5は、図からも明らかなようにシュラウド3の
内周輪郭形状に類似してこれを相補する形状を有するた
め、シュラウド内部に多数の可変案内翼を周状に配置す
る構造に比較して吸気抵抗が格段に低減でき、加えてそ
の駆動機構の比較においても、本実施例のラッパ管5は
単一部品であるため、上記従来構造によりもシンプル化
が図れ、製造コストも低減する。
【0019】尚、その他の運転状態におけるラッパ管5
の軸方向位置決めに関しては、前述したように、少なく
ともエンジン定格時において、図2に示すような位置を
ラッパ管5が占めることが好ましい。これは、ラッパ管
5の吸気上流側の端部5bをコンプレッサシュラウド3
の空気取り入れ口端部3aよりも吸気上流側に離反させ
ることにより、ラッパ管5の外壁5cとシュラウド内壁
面3bとの間からも空気がコンプレッサに取り込まれる
ようにし、空気量を増加させて、コンプレッサ効率を、
効率最大となるようにマッチングされた定格時の状態(
ラッパ管なしと同様)に出来るだけ近くまで回復させる
ためである。尚、アイドル時と定格時との間の運転域に
おいては、例えば検出されるエンジン出力に応じて図1
のラッパ管位置と図3のラッパ管位置との間で連続的な
位置を占めるようにアクチュエータ機構をリニアに駆動
制御することが好ましい。
【0020】本実施例は、上述したコンプレッサ効率向
上効果に加え、車両加速時等に代表されるような過渡時
において発生し易いサージング現象(コンプレッサイン
ペラの回転に対して空気流量が小さいために起こる不安
定な運転現象)を抑制できる効果がある。
【0021】即ちこのサージング現象は、一般にインペ
ラの周速が大きいほど発生し易く、換言すればインペラ
入口部においてはその外周部位に近い程発生し易い傾向
となるため、例えば加速時においては、図5に示すよう
にラッパ管5を定格時の位置よりも更に吸気上流側に変
位させる。この結果、ラッパ管外壁5c、コンプレッサ
シュラウド内壁3b間の空気通路9は、その入口面積が
増大した分、定格時よりも更に絞られることになり(出
口面積はそれほど増加しないため)、コンプレッサシュ
ラウド内壁3b近傍を流れる空気の流速Veは、ラッパ
管5の内部を通る空気流速Viよりも大きく、また定格
時におけるコンプレッサシュラウド内壁近傍の空気流速
よりも増加することになるため、これに伴う空気流量増
加によりサージングの発生傾向を低めることが可能とな
るのである。
【0022】尚、上述した実施例でラッパ管5を軸方向
に移動する手段に関しては、支持部材6を介するアクチ
ュエータ機構7としたが、本発明はこの実施例に限定さ
れるものではなく、例えば他にはベアリングホルダ4(
図1)の内部に機構を設けて、ラッパ管5を駆動するよ
うにしたり、或はコンプレッサシュラウド3の裏側より
シュラウド3を貫通する形でラッパ管5を駆動しても良
く、その具体的機構は吸気抵抗を極端に増加するもので
なけらばいかなる機構でも良い。
【0023】
【発明の効果】このように本発明によれば、コンプレッ
サシュラウドの内側にシュラウド形状に類似するラッパ
管を設け、これを外部からアクチュエータ機構によって
駆動する構造としたため、シュラウド内部の構造は、多
数の可変案内翼を配置する従来のガスタービンエンジン
に比ベシンプルとなり、また吸気抵抗も格段と低減でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガスタービンエンジンのコンプレ
ッサ部分であって、アイドル時のラッパ管位置を示す断
面図である。
【図2】図1に類似し、定格時のラッパ管位置を示すコ
ンプレッサ部分断面図である。
【図3】本発明による解決原理を説明するものであって
、(a)はコンプレッサインペラ翼とコンプレッサに流
入する空気との位置関係モデルを示し、(b)はインペ
ラ入口の速度三角形を示す図である。
【図4】エンジン出力変化に対応する迎え角とコンプレ
ッサ効率の変化を本発明と従来とで比較した図である。
【図5】図1、図2に類似し、サージング現象の発生を
抑制する際のラッパ管位置を示し、空気流速を矢印の大
きさで示したコンプレッサ部分断面図である。
【符号の説明】
1…ロータ軸 2…コンプレッサインペラ 3…コンプレッサシュラウド 5…ラッパ管 A…コンプレッサの中心軸線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ガスタービンエンジンのコンプレッサ
    へ空気を取り込むコンプレッサシュラウドの内側に、該
    コンプレッサシュラウドの内径最小値よりも小さな最小
    内径部分と、該コンプレッサシュラウドの空気取り入れ
    口内径にほぼ等しい内径部分とを有するラッパ管を、コ
    ンプレッサインペラと同心状に配置すると共に、上記ラ
    ッパ管をコンプレッサの中心軸線方向に移動可能にした
    ガスタービンエンジン。
JP7774191A 1991-04-10 1991-04-10 ガスタービンエンジン Pending JPH04311633A (ja)

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JP7774191A JPH04311633A (ja) 1991-04-10 1991-04-10 ガスタービンエンジン

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JP7774191A JPH04311633A (ja) 1991-04-10 1991-04-10 ガスタービンエンジン

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