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JP5644302B2 - Axial compressor and gas turbine engine - Google Patents

Axial compressor and gas turbine engine Download PDF

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JP5644302B2
JP5644302B2 JP2010206765A JP2010206765A JP5644302B2 JP 5644302 B2 JP5644302 B2 JP 5644302B2 JP 2010206765 A JP2010206765 A JP 2010206765A JP 2010206765 A JP2010206765 A JP 2010206765A JP 5644302 B2 JP5644302 B2 JP 5644302B2
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axial
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
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Description

本発明は、空気等のガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機等に関する。   The present invention relates to an axial compressor or the like that compresses and conveys a gas such as air in the axial direction.

ジェットエンジン等のガスタービンエンジンに用いられる軸流圧縮機について、簡単に説明する(特許文献1及び特許文献2参照)。   An axial flow compressor used in a gas turbine engine such as a jet engine will be briefly described (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

一般的な軸流圧縮機は、筒状の圧縮機ケースをベースとして具備しており、この圧縮機ケースは、軸方向へ延びている。また、圧縮機ケースの内側には、空気等のガスを流通(流入)させるための環状のガス流路が形成されている。   A general axial compressor includes a cylindrical compressor case as a base, and the compressor case extends in the axial direction. In addition, an annular gas passage for circulating (inflowing) gas such as air is formed inside the compressor case.

圧縮機ケース内には、複数段の圧縮機ステータが軸方向に沿って設けられている。また、各段の圧縮機ステータは、周方向に等間隔に並んだ複数の静翼を備えており、各静翼は、ガス流路内に位置している。そして、軸流圧縮機の安定作動を図るため、前段側の圧縮機ステータにおける各静翼(各可変静翼)は、径方向の軸心周りに揺動可能(回動可能)になっている。   In the compressor case, a plurality of stages of compressor stators are provided along the axial direction. The compressor stator at each stage includes a plurality of stationary blades arranged at equal intervals in the circumferential direction, and each stationary blade is located in the gas flow path. In order to achieve stable operation of the axial compressor, each stationary blade (each variable stationary blade) in the compressor stator on the front stage is swingable (rotatable) about the axial center in the radial direction. .

圧縮機ケース内には、複数段の圧縮機ロータが軸方向に沿って複数段の圧縮機ステータと交互に設けられている。また、各段の圧縮機ロータは、圧縮機ケース内に軸心周りに回転可能に設けられたディスクを備えており、このディスクの外周面は、ガス流路の径方向内側の壁面の一部を構成するものである。更に、各段の圧縮機ロータにおけるディスクの外周面には、複数の動翼が等間隔に並ぶように配設されており、各動翼は、ガス流路内に位置している。   In the compressor case, a plurality of stages of compressor rotors are provided alternately with the plurality of stages of compressor stators along the axial direction. The compressor rotor at each stage includes a disk provided in the compressor case so as to be rotatable about the axis, and the outer peripheral surface of the disk is a part of the wall surface on the radially inner side of the gas flow path. It constitutes. Further, a plurality of moving blades are arranged at equal intervals on the outer peripheral surface of the disk in the compressor rotor of each stage, and each moving blade is located in the gas flow path.

従って、複数段の圧縮機ロータを回転させることにより、複数段の圧縮機ロータと複数段の圧縮機ステータを協働させて、ガス流路内に取り入れたガスを軸方向へ圧縮して搬送することができる。   Therefore, by rotating the multi-stage compressor rotor, the multi-stage compressor rotor and the multi-stage compressor stator cooperate with each other, and the gas taken into the gas flow path is compressed and conveyed in the axial direction. be able to.

ここで、軸流圧縮機の低回転運転時には、流量が小さく、可変静翼の入口流れ角が大きくなり、それに伴い、各可変静翼を絞る方向(ガス流路を絞る方向)へ揺動させて、可変静翼の入口メタル角を大きくする。一方、軸流圧縮機の高回転運転時には、流量が大きく、可変静翼の入口流れ角が小さくなり、それに伴い、各可変静翼を開く方向(ガス流路を開く方向)へ揺動させて、可変静翼の入口メタル角を小さくする。これにより、軸流圧縮機の低回転運転時及び高回転運転時のいずれの場合も(軸流圧縮機の低回転運転時から高回転運転時にかけて)、可変静翼の入口流れ角と入口メタル角との差であるインシデンスを低減して、ガスの剥離を抑えて、軸流圧縮機の安定作動を図ることができる。   Here, during low-speed operation of the axial compressor, the flow rate is small and the inlet flow angle of the variable stationary blades is increased, and accordingly, the variable stationary blades are swung in the direction of narrowing (the direction of narrowing the gas flow path). Increase the inlet metal angle of the variable stator vane. On the other hand, at the time of high rotation operation of the axial compressor, the flow rate is large and the inlet flow angle of the variable stationary blades is reduced, and accordingly, each variable stationary blade is swung in the opening direction (the gas flow path opening direction). Reduce the inlet metal angle of the variable vane. As a result, the inlet flow angle of the variable stator vane and the inlet metal can be used during both low and high rotation operation of the axial compressor (from low to high rotation operation of the axial compressor). The incidence, which is the difference from the angle, can be reduced, gas separation can be suppressed, and stable operation of the axial compressor can be achieved.

特開2002−5096号公報JP 2002-5096 A 特開平7−317501号公報JP-A-7-317501 特開平10−212974号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-212974

ところで、前述のように、低回転運転時には可変静翼の入口メタル角を大きくすることによってインシデンスを低減できるものの、軸流圧縮機の作動域を高いレベルで低流量側に拡大させるという要請に応じて、各可変静翼を絞る方向に大きく揺動させると、スロート面積を十分に確保することができず、ガスの流通性(吸込み性)を阻害して、軸流圧縮機の作動が不安定になる。つまり、軸流圧縮機の安定作動を図りつつ、軸流圧縮機の作動域を高いレベルで低流量側に拡大することは容易でないという問題がある。   By the way, as mentioned above, although the incidence can be reduced by increasing the inlet metal angle of the variable stationary blade during low-speed operation, it responds to a request to expand the operating range of the axial compressor to a low flow rate side at a high level. If the variable stator blades are swung greatly in the direction of squeezing, the throat area cannot be secured sufficiently and the gas flow (suction) is hindered, resulting in unstable operation of the axial compressor. become. That is, there is a problem that it is not easy to expand the operating range of the axial flow compressor to a low flow rate side at a high level while achieving stable operation of the axial flow compressor.

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の軸流圧縮機等を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an axial flow compressor having a novel configuration that can solve the above-described problems.

本発明の第1の特徴は、ガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機において、前記軸方向へ延びており、内側にガスを流通(流入)させるための環状のガス流路が形成された筒状の圧縮機ケースと、前記圧縮機ケース内に前記軸方向に沿って設けられ、周方向に等間隔に並かつ前記ガス流路内に位置する複数の静翼を備えた複数段の圧縮機ステータと、前記圧縮機ケース内に前記軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ステータと交互に設けられ、外周面が前記ガス流路の径方向内側の壁面の一部を構成しかつ軸心周りに回転可能なディスク、及び前記ディスクの外周面に等間隔に並ぶように 配設されかつ前記ガス流路内に位置する複数の動翼を備えた複数段の圧縮機ロータと、を具備し、前段側の前記圧縮機ステータにおける各静翼は、径方向の軸心周りに揺動可能(回動可能)な第1可変セグメント翼と、前記第1可変セグメント翼の下流側に配設されかつ径方向の軸心周りに前記第1可変セグメント翼と独立して揺動可能(回動可能)な第2可変セグメント翼とに分割されており更に、前記前段側の前記圧縮機ステータにおける複数の前記第1可変セグメント翼を前記第2可変セグメント翼と独立して揺動させる第1揺動機構と、前記前段側の前記圧縮機ステータにおける複数の前記第2可変セグメント翼を前記第1可変セグメント翼と独立して揺動させる第2揺動機構と、を具備し、前段側の前記圧縮機ステータにおける各静翼は、前記第1可変セグメント翼及び前記第2可変セグメント翼が共通の翼形状を呈する合体状態と、前記第1可変セグメント翼及び前記第2可変セグメント翼が独立した翼形状を呈する分離状態とに切替可能に構成されていることを要旨とする。 A first aspect of the present invention, the axial flow compressor for conveying compressed gas into the axial direction, extends to the axial direction, an annular gas passage for circulating gas (inlet) on the inside and formed cylindrical compressor casing, provided along the axial direction in the compressor casing, comprising a plurality of vanes located parallel beauty and the gas flow path at equal intervals in the circumferential direction A plurality of stages of compressor stators and a plurality of stages of compressor stators are alternately provided in the compressor case along the axial direction, and an outer peripheral surface is a part of a radially inner wall surface of the gas flow path. A multi-stage compressor rotor comprising a disk configured and rotatable around an axis, and a plurality of moving blades arranged in the outer circumferential surface of the disk at equal intervals and positioned in the gas flow path Each stator blade in the compressor stator on the front stage side has a diameter A first variable segment blade that is swingable (rotatable) about the axial center of the direction, and the first variable segment blade that is disposed downstream of the first variable segment blade and is about the radial axis. The second variable segment blades are divided into second variable segment blades that are independently swingable (rotatable), and a plurality of the first variable segment blades in the compressor stator on the front stage side are divided into the second variable segment blades. A first swing mechanism that swings independently of the first variable segment blade, and a second swing mechanism that swings the plurality of second variable segment blades in the compressor stator on the front stage independently of the first variable segment blade. Each stator blade in the compressor stator on the front stage side includes a combined state in which the first variable segment blade and the second variable segment blade have a common blade shape, the first variable segment blade, and Second possible It is summarized as a segment wings is switchably configured with separated state exhibiting independent blade shape.

なお、特許請求の範囲及び明細書において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意であって、同様に、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意である。更に、記軸流圧縮機は、ジェットエンジン等のガスタービンエンジンに用いられるものに限られない。   In addition, in the claims and the specification, “provided” means not only directly provided but also indirectly provided through another member, and similarly , “Arranged” is intended to include being disposed indirectly through another member in addition to being disposed directly. Further, the axial compressor is not limited to that used in a gas turbine engine such as a jet engine.

従って、複数段の前記圧縮機ロータを回転させることにより、複数段の前記圧縮機ロータと複数段の前記圧縮機ステータを協働させて、ガス流路内に取り入れたガスを軸方向へ圧縮して搬送することができる。   Therefore, by rotating the compressor rotors in a plurality of stages, the compressor rotors in a plurality of stages and the compressor stators in a plurality of stages cooperate to compress the gas taken into the gas flow path in the axial direction. Can be transported.

ここで、前記軸流圧縮機の低回転運転時(小流量時)には、各可変静翼を前記合体状態から前記分離状態に切り替える。そして、各可変静翼を前記分離状態に保ちつつ、各第1可変セグメント翼及び各第2可変セグメント翼を絞る方向(前記ガス流路を絞る方向)へ揺動させて、各第1可変セグメント翼及び各第2可変セグメント翼の入口メタル角(各可変静翼の入口メタル角)を大きくする。一方、前記軸流圧縮機の高回転運転時(大流量時)には、各可変静翼を前記分離状態から前記合体状態に切り替える。そして、各可変静翼を前記合体状態に保ちつつ、各第1可変セグメント翼及び各第2可変セグメント翼を開く方向(前記ガス流路を開く方向)へ揺動させて、各可変静翼の入口メタル角を小さくする。これにより、前記軸流圧縮機の低回転運転時及び高回転運転時のいずれの場合も(前記軸流圧縮機の低回転運転時から高回転運転時にかけて)、前記可変静翼の入口流れ角と入口メタル角との差であるインシデンスを低減することができる。 Here, at the time of low rotation operation (at the time of a small flow rate) of the axial flow compressor, each variable stationary blade is switched from the combined state to the separated state. Then, while keeping the variable stator blades in the separated state, the first variable segment blades and the second variable segment blades are swung in the direction in which the first variable segment blades and the second variable segment blades are throttled (in the direction of narrowing the gas flow path). The inlet metal angle of the blade and each second variable segment blade (inlet metal angle of each variable stator blade) is increased. On the other hand, at the time of high rotational operation (at a large flow rate) of the axial flow compressor, each variable stationary blade is switched from the separated state to the combined state. Then, while keeping the variable vanes in the combined state, the first variable segment vanes and the second variable segment vanes are swung in the opening direction (the gas flow path opening direction). Kusuru small inlet metal angle. As a result, the inlet flow angle of the variable stationary blade can be used in both the low-speed operation and the high-speed operation of the axial compressor (from the low-speed operation to the high-speed operation of the axial-flow compressor). And the incidence, which is the difference between the entrance metal angle, can be reduced.

また、各可変静翼が前記第1可変セグメント翼と前記第1可変セグメント翼の下流側に配設された前記第2可変セグメント翼とに分割され、前記第1可変セグメント翼及び前記第2可変セグメント翼が共通の翼形状を呈する前記合体状態と、前記第1可変セグメント翼及び前記第2可変セグメント翼が独立した翼形状を呈する前記分離状態とに切替可能に構成されているため、前記軸流圧縮機の低回転運転時に、各第1可変セグメント翼及び各第2可変セグメント翼を絞方向へ大きく揺動させても、スロート面積を十分に確保することができる。 Each variable stator vane is divided into the first variable segment blade and the second variable segment blade disposed on the downstream side of the first variable segment blade, and the first variable segment blade and the second variable segment blade. Since the segment blades are configured to be switchable between the combined state in which a common blade shape is exhibited and the separated state in which the first variable segment blade and the second variable segment blade have independent blade shapes, the shaft during low speed operation of a flow compressor, also be greatly swung to the first variable segment blades and the second variable segment wings diaphragm that direction, it is possible to sufficiently secure the throat area.

本発明の第2の特徴は、ガスタービンエンジンにおいて、第1の特徴からなる軸流圧縮機を具備したことを要旨とする。   The gist of the second feature of the present invention is that the gas turbine engine includes the axial flow compressor having the first feature.

第2の特徴の特徴によると、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。   According to the feature of the second feature, the same effect as that of the first feature is achieved.

本発明によれば、前記軸流圧縮機の低回転運転時及び高回転運転時のいずれの場合も、インシデンスを低減すると共に、前記軸流圧縮機の低回転運転時に、各第1可変セグメント翼及び各第2可変セグメント翼を絞方向へ大きく揺動させても、スロート面積を十分に確保できるため、前記軸流圧縮機の安定作動を図りつつ、前記軸流圧縮機の作動域を高いレベルで低流量側に拡大することできる。 According to the present invention, both the first and second variable segment blades are capable of reducing the incidence and the low-speed operation of the axial compressor during both the low-speed operation and the high-speed operation of the axial-flow compressor. and even significant swung the second variable segment wings diaphragm that direction, it is possible to sufficiently ensure the throat area, while achieving a stable operation of the axial compressor, high an operation range of the axial compressor it can be expanded to the low flow rate side level.

図1は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機の要部を示す模式的な子午断面図(側断面図)であって、高回転運転時の場合を示している。FIG. 1 is a schematic meridional sectional view (side sectional view) showing a main part of an axial compressor according to an embodiment of the present invention, and shows a case during high-speed operation. 図2は、図1における矢視部IIを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the arrow II in FIG. 図3は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機の要部を示す模式的な子午断面図であって、低回転運転時の場合を示している。FIG. 3 is a schematic meridional cross-sectional view showing the main part of the axial flow compressor according to the embodiment of the present invention, and shows a case of low-speed operation. 図4は、図3における矢視部IVを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the arrow IV in FIG. 図5(a)(b)は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における前段側の圧縮機ステータの模式的な部分展開図(径方向外側から見た図)であって、図5(a)は、高回転運転時の場合を示しており、図5(b)は、低回転運転時の場合を示している。5 (a) and 5 (b) are schematic partial development views (viewed from the outside in the radial direction) of the compressor stator on the front stage side in the axial compressor according to the embodiment of the present invention. (A) has shown the case at the time of high rotation driving | operation, FIG.5 (b) has shown the case at the time of low rotation driving | operation.

本発明の実施形態について図1から図5(a)(b)を参照して説明する。なお、図中、「F」は、前方向(上流方向)、「R」は、後方向(下流方向)を指している。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5A and 5B. In the figure, “F” indicates the forward direction (upstream direction), and “R” indicates the backward direction (downstream direction).

図1から図4に示すように、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機1は、ジェットエンジン(ガスタービンエンジンの一例)に用いられ、ガス(本発明の実施形態にあっては、空気)を軸方向(後方向)へ圧縮して搬送するものである。そして、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機1の具体的な構成は、次のようになる。   As shown in FIGS. 1 to 4, an axial compressor 1 according to an embodiment of the present invention is used in a jet engine (an example of a gas turbine engine) and gas (in the embodiment of the present invention, air ) Is compressed in the axial direction (rearward direction) and conveyed. And the specific structure of the axial flow compressor 1 which concerns on embodiment of this invention is as follows.

軸流圧縮機1は、筒状の圧縮機ケース3をベースとして具備しており、この圧縮機ケース3は、軸方向(前後方向)へ延びている。また、圧縮機ケース3の内側には、ガスを流通(流入)させるための環状のガス流路Pが形成されている。   The axial flow compressor 1 includes a cylindrical compressor case 3 as a base, and the compressor case 3 extends in the axial direction (front-rear direction). In addition, an annular gas flow path P for allowing gas to flow (inflow) is formed inside the compressor case 3.

圧縮機ケース3内には、複数段(図1中には前段側の2段のみ図示)の圧縮機ステータ5が軸方向に沿って設けられている。また、各圧縮機ステータ5は、圧縮機ケース3内に配設された環状のバンド部材7を備えており、このバンド部材7の外周面は、ガス流路Pの径方向内側の流路面Paの一部を構成するものである。更に、バンド部材7の外周面には、複数の静翼9が周方向に等間隔に並ぶように配設されており、各静翼9は、ガス流路P内に位置している。   In the compressor case 3, a plurality of stages (only two stages on the front stage are shown in FIG. 1) of compressor stators 5 are provided along the axial direction. Each compressor stator 5 includes an annular band member 7 disposed in the compressor case 3, and an outer peripheral surface of the band member 7 is a flow path surface Pa on the radially inner side of the gas flow path P. It constitutes a part of Further, a plurality of stationary blades 9 are arranged on the outer peripheral surface of the band member 7 so as to be arranged at equal intervals in the circumferential direction, and each stationary blade 9 is located in the gas flow path P.

圧縮機ケース3内には、複数段(図1には1段のみ図示)の圧縮機ロータ11が軸方向に沿って複数段の圧縮機ステータ5と交互に設けられており、複数段の圧縮機ロータ11は、ジェットエンジンのタービン(図示省略)における複数段のタービンロータ(図示省略)に一体的に連結されてある。また、各圧縮機ロータ11は、圧縮機ケース3内に軸心周りに回転可能に設けられたディスク13を備えており、このディスク13の外周面は、ガス流路Pの径方向内側の流路面Pa一部を構成するものである。更に、各段の圧縮機ロータ11におけるディスク13の外周面には、複数の動翼15が等間隔に並ぶように配設されており、各動翼15は、ガス流路P内に位置している。   In the compressor case 3, a plurality of stages of compressor rotors 11 (only one stage is shown in FIG. 1) are provided alternately with the plurality of stages of compressor stators 5 along the axial direction. The machine rotor 11 is integrally connected to a plurality of turbine rotors (not shown) in a jet engine turbine (not shown). Each compressor rotor 11 is provided with a disk 13 provided in the compressor case 3 so as to be rotatable about an axis, and the outer peripheral surface of the disk 13 is a flow inside the gas flow path P in the radial direction. It constitutes a part of the road surface Pa. Further, a plurality of moving blades 15 are arranged at equal intervals on the outer peripheral surface of the disk 13 in each stage of the compressor rotor 11, and each moving blade 15 is located in the gas flow path P. ing.

続いて、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機1の要部について説明する。   Then, the principal part of the axial flow compressor 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.

前段側の圧縮機ステータ5における各静翼(各可変静翼)9Aは、径方向の軸心周りに揺動可能(回動可能)な第1可変セグメント翼17と、第1可変セグメント翼17の下流側(後側)に配設されかつ径方向の軸心周りに揺動可能(回動可能)な第2可変セグメント翼19とに分割されている。ここで、各第1可変セグメント翼17の径方向外側のスピンドル(翼軸)17eは、圧縮機ケース3のボス穴に回転自在に支持されており、各第1可変セグメント翼17の径方向内側のスピンドル(翼軸)17iは、バンド部材7の支持穴に回転自在に支持されている。同様に、各第2可変セグメント翼19の径方向外側のスピンドル(翼軸)19eは、圧縮機ケース3のボス穴に回転自在に支持されており、各第2可変セグメント翼19の径方向内側のスピンドル19iは、バンド部材7の支持穴に回転自在に支持されている。なお、各第1可変セグメント翼17の径方向外側のスピンドル17e及び各第2可変セグメント翼19の径方向外側のスピンドル19eには、二面取り部が形成されている。   Each stator vane (each variable stator vane) 9A in the compressor stator 5 on the front stage side is swingable (rotatable) about a radial axis, and a first variable segment blade 17 and a first variable segment blade 17. The second variable segment blade 19 is arranged on the downstream side (rear side) and swingable (rotatable) around the radial axis. Here, the radially outer spindle (blade shaft) 17e of each first variable segment blade 17 is rotatably supported in the boss hole of the compressor case 3, and the first variable segment blade 17 is radially inner. The spindle (blade shaft) 17 i is rotatably supported in the support hole of the band member 7. Similarly, a radially outer spindle (blade shaft) 19e of each second variable segment blade 19 is rotatably supported by a boss hole of the compressor case 3, and a radially inner side of each second variable segment blade 19 is provided. The spindle 19 i is rotatably supported in the support hole of the band member 7. A double chamfered portion is formed on the radially outer spindle 17 e of each first variable segment blade 17 and the radially outer spindle 19 e of each second variable segment blade 19.

圧縮機ケース3の外側には、前段側の各圧縮機ステータ5における各第1可変セグメント翼(複数の第1可変セグメント翼)17を揺動させる第1揺動機構21が配設されている。具体的には、圧縮機ケース3の外側には、第1駆動リング23が周方向へ移動可能に配設されており、圧縮機ケース3の外側の適宜位置には、第1駆動リング23を周方向へ移動させる第1シリンダ等の第1アクチュエータ25(図5(a)(b)参照)が設けられている。また、各第1可変セグメント翼17の径方向外側のスピンドル17eには、第1連結レバー27の一端部が固定ナット29等を介して回転不能に連結されており、各第1連結レバー27の他端部は、第1駆動リング23の適宜位置にピン31等を介して揺動可能(回転可能)に連結されている。   Outside the compressor case 3, a first swinging mechanism 21 that swings each first variable segment blade (a plurality of first variable segment blades) 17 in each compressor stator 5 on the front stage side is disposed. . Specifically, a first drive ring 23 is disposed on the outer side of the compressor case 3 so as to be movable in the circumferential direction, and the first drive ring 23 is disposed at an appropriate position on the outer side of the compressor case 3. A first actuator 25 (see FIGS. 5A and 5B) such as a first cylinder that moves in the circumferential direction is provided. In addition, one end portion of the first connecting lever 27 is connected to the spindle 17e on the radially outer side of each first variable segment blade 17 through a fixing nut 29 and the like so as not to rotate. The other end is connected to an appropriate position of the first drive ring 23 via a pin 31 or the like so as to be swingable (rotatable).

同様に、圧縮機ケース3の外側には、前段側の各圧縮機ステータ5における各第2可変セグメント翼(複数の第2可変セグメント翼)19を揺動させる第2揺動機構33が配設されている。具体的には、圧縮機ケース3の外側には、第2駆動リング35が周方向へ移動可能に配設されており、圧縮機ケース3の外側の適宜位置には、第2駆動リング35を周方向へ移動させる第2シリンダ等の第2アクチュエータ37(図5(a)(b)参照)が設けられている。また、各第2可変セグメント翼19の径方向外側のスピンドル19eには、第2連結レバー39の一端部が固定ナット41等を介して回転不能に連結されており、各第2連結レバー39の他端部は、第2駆動リング35の適宜位置にピン43等を介して揺動可能(回転可能)に連結されている。   Similarly, on the outside of the compressor case 3, a second swing mechanism 33 that swings each second variable segment blade (a plurality of second variable segment blades) 19 in each compressor stator 5 on the front stage side is disposed. Has been. Specifically, the second drive ring 35 is disposed on the outer side of the compressor case 3 so as to be movable in the circumferential direction, and the second drive ring 35 is disposed at an appropriate position on the outer side of the compressor case 3. A second actuator 37 (see FIGS. 5A and 5B) such as a second cylinder that moves in the circumferential direction is provided. Further, one end portion of the second connecting lever 39 is connected to the spindle 19e on the radially outer side of each second variable segment blade 19 through a fixing nut 41 or the like so as not to rotate. The other end is connected to an appropriate position of the second drive ring 35 via a pin 43 or the like so as to be swingable (rotatable).

そして、各可変静翼9Aは、各第1可変セグメント翼17及び各第2可変セグメント翼19を独立して揺動させることによって、第1可変セグメント翼17及び第2可変セグメント翼19が共通の翼形状を呈する合体状態(図5(a)参照)と、第1可変セグメント翼17及び第2可変セグメント翼19が独立した翼形状を呈する分離状態(図5(b)参照)とに切替可能に構成されている。   Each variable stator vane 9A causes the first variable segment vane 17 and the second variable segment vane 19 to be shared by independently swinging each first variable segment vane 17 and each second variable segment vane 19. Switchable between a combined state (see FIG. 5 (a)) having a blade shape and a separated state (see FIG. 5 (b)) in which the first variable segment blade 17 and the second variable segment blade 19 have independent blade shapes. It is configured.

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.

ジェットエンジンの燃焼器(図示省略)から燃焼ガスの膨張によってタービンを駆動させて、複数段のタービンロータを回転させることにより、複数段の圧縮機ロータ11を複数段のタービンロータと一体的に回転させる。これにより、複数段の圧縮機ロータ11と複数段の圧縮機ステータ5を協働させて、ガス流路P内に取り入れたガスを軸方向へ圧縮して搬送することができる。   A turbine is driven by expansion of combustion gas from a combustor (not shown) of a jet engine to rotate a multi-stage turbine rotor, thereby rotating the multi-stage compressor rotor 11 integrally with the multi-stage turbine rotor. Let Thereby, the gas taken in the gas flow path P can be compressed and conveyed in the axial direction by cooperating the multi-stage compressor rotor 11 and the multi-stage compressor stator 5.

軸流圧縮機1の低回転運転時(小流量時)には、各可変静翼9Aを前記合体状態から前記分離状態に切り替える。そして、各可変静翼9Aを前記分離状態に保ちつつ、第1アクチュエータ及び第2アクチュエータによって各第1可変セグメント翼17及び各第2可変セグメント翼19を絞る方向(ガス流路Pを絞る方向)へ揺動させて、各第1可変セグメント翼17及び各第2可変セグメント翼19の入口メタル角(可変静翼9Aの入口メタル角)を大きくする。一方、軸流圧縮機1の高回転運転時(大流量時)には、各可変静翼9Aを前記分離状態から前記合体状態に切り替える。そして、各可変静翼9Aを前記合体状態に保ちつつ、第1アクチュエータ及び第2アクチュエータによって各第1可変セグメント翼17及び各第2可変セグメント翼19を開く方向(ガス流路Pを開く方向)へ揺動させて、各可変静翼9Aの入口メタル角を小さくする。これにより、軸流圧縮機1の低回転運転時及び高回転運転時のいずれの場合も(軸流圧縮機1の低回転運転時から高回転運転時にかけて)、可変静翼9Aの入口流れ角と入口メタル角との差であるインシデンスを低減することができる。 When the axial flow compressor 1 is operated at a low speed (at a small flow rate), each variable stationary blade 9A is switched from the combined state to the separated state. A direction in which the first variable segment blades 17 and the second variable segment blades 19 are throttled by the first actuator and the second actuator while the variable stator vanes 9A are kept in the separated state (direction in which the gas flow path P is throttled). To increase the inlet metal angle of each first variable segment blade 17 and each second variable segment blade 19 (inlet metal angle of the variable stator blade 9A). On the other hand, when the axial flow compressor 1 is operated at a high speed (at a large flow rate), each variable stationary blade 9A is switched from the separated state to the combined state. And the direction which opens each 1st variable segment wing | blade 17 and each 2nd variable segment wing | blade 19 by a 1st actuator and a 2nd actuator (direction which opens gas flow path P), keeping each variable stator blade 9A in the said union | combined state is swung to, small inlet metal angle of the variable stator vanes 9A Kusuru. As a result, the inlet flow angle of the variable stator vane 9A in both cases of the low-speed operation and the high-speed operation of the axial compressor 1 (from the low-speed operation to the high-speed operation of the axial compressor 1). And the incidence, which is the difference between the entrance metal angle, can be reduced.

また、各可変静翼9Aが第1可変セグメント翼17と第1可変セグメント翼17の下流側に配設された第2可変セグメント翼19とに分割され、第1可変セグメント翼17及び第2可変セグメント翼19が共通の翼形状を呈する合体状態と、第1可変セグメント翼17及び第2可変セグメント翼19が独立した翼形状を呈する分離状態とに切替可能に構成されているため、軸流圧縮機1の低回転運転時に、各第1可変セグメント翼17及び各第2可変セグメント翼19を絞方向へ大きく揺動させても、スロート面積を十分に確保することができる。 Each variable stator blade 9A is divided into a first variable segment blade 17 and a second variable segment blade 19 disposed downstream of the first variable segment blade 17, and the first variable segment blade 17 and the second variable segment blade 17 are separated. Since the segment blades 19 are configured to be switchable between a combined state in which a common blade shape is exhibited and a separated state in which the first variable segment blade 17 and the second variable segment blade 19 have independent blade shapes, axial flow compression is possible. during low speed operation of the machine 1, also be greatly swung to the first variable segment vanes 17 and the second variable segment wings 19 a diaphragm that direction, it is possible to sufficiently secure the throat area.

従って、本発明の実施形態によれば、軸流圧縮機1の低回転運転時及び高回転運転時のいずれの場合も、インシデンスを低減すると共に、軸流圧縮機1の低回転運転時に、各第1可変セグメント翼17及び各第2可変セグメント翼19を絞方向へ大きく揺動させても、スロート面積を十分に確保できるため、軸流圧縮機1の安定作動を図りつつ、軸流圧縮機1の作動域を高いレベルで低流量側に拡大することできる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, in both cases of the low-speed operation and the high-speed operation of the axial flow compressor 1, the incidence is reduced and each time the low-speed operation of the axial flow compressor 1 is performed, also be greatly swung to the first variable segment vanes 17 and the direction that the diaphragm of each second variable segment wings 19, it is possible to sufficiently ensure the throat area, while achieving a stable operation of the axial flow compressor 1, an axial flow compressor the operational range of the machine 1 at a high level can be expanded to the low flow rate side.

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、ガスタービンエンジンに用いられる軸流圧縮機1をそれ以外の軸流圧縮機に適用する等、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、軸流圧縮機1だけでなく、軸流圧縮機1を具備したガスタービンエンジンにも及ぶものである。   The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment, and can be implemented in various modes, such as applying the axial flow compressor 1 used in a gas turbine engine to other axial flow compressors. is there. The scope of rights encompassed by the present invention extends not only to the axial flow compressor 1 but also to a gas turbine engine equipped with the axial flow compressor 1.

P ガス流路
Pa ガス流路の流路面
1 軸流圧縮機
3 圧縮機ケース
5 圧縮機ステータ
7 バンド部材
7 圧縮機ステータ
9 静翼
9A 可変静翼
11 圧縮機ロータ
13 ディスク
15 動翼
17 第1可変セグメント翼
17e 第1可変セグメント翼の径方向外側のスピンドル
17i 第1可変セグメント翼の径方向内側のスピンドル
19 第2可変セグメント翼
19e 第2可変セグメント翼の径方向外側のスピンドル
19i 第2可変セグメント翼の径方向内側のスピンドル
21 第1揺動機構
23 第1駆動リング
25 第1アクチュエータ
27 第1連結レバー
33 第2揺動機構
35 第2駆動リング
37 第2アクチュエータ
39 第2連結レバー
P Gas channel Pa Gas channel surface 1 Axial compressor 3 Compressor case 5 Compressor stator 7 Band member 7 Compressor stator 9 Stator blade 9A Variable stator blade 11 Compressor rotor 13 Disc 15 Rotor blade 17 First blade Variable segment blade 17e Radial outer spindle 17i of first variable segment blade Radial inner spindle 19 of first variable segment blade Second variable segment blade 19e Radial outer spindle 19i of second variable segment blade Second variable segment Spindle 21 radially inward of blade 1st swing mechanism 23 first drive ring 25 first actuator 27 first connection lever 33 second swing mechanism 35 second drive ring 37 second actuator 39 second connection lever

Claims (3)

ガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機において、
前記軸方向へ延びており、内側にガスを流通させるための環状のガス流路が形成された筒状の圧縮機ケースと、
前記圧縮機ケース内に前記軸方向に沿って設けられ、周方向に等間隔に並かつ前記ガス流路内に位置する複数の静翼を備えた複数段の圧縮機ステータと、
前記圧縮機ケース内に前記軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ステータと交互に設けられ、外周面が前記ガス流路の径方向内側の壁面の一部を構成しかつ軸心周りに回転可能なディスク、及び前記ディスクの外周面に等間隔に並ぶように 配設されかつ前記ガス流路内に位置する複数の動翼を備えた複数段の圧縮機ロータと、を具備し、
前段側の前記圧縮機ステータにおける各静翼は、径方向の軸心周りに揺動可能な第1可変セグメント翼と、前記第1可変セグメント翼の下流側に配設されかつ径方向の軸心周りに前記第1可変セグメント翼と独立して揺動可能な第2可変セグメント翼とに分割されており
更に、前記前段側の前記圧縮機ステータにおける複数の前記第1可変セグメント翼を前記第2可変セグメント翼と独立して揺動させる第1揺動機構と、
前記前段側の前記圧縮機ステータにおける複数の前記第2可変セグメント翼を前記第1可変セグメント翼と独立して揺動させる第2揺動機構と、を具備し、
前段側の前記圧縮機ステータにおける各静翼は、前記第1可変セグメント翼及び前記第2可変セグメント翼が共通の翼形状を呈する合体状態と、前記第1可変セグメント翼及び前記第2可変セグメント翼が独立した翼形状を呈する分離状態とに切替可能に構成されていることを特徴とする軸流圧縮機。
In an axial compressor that compresses and transports gas in the axial direction,
Extends to the axial direction, an annular gas passage is formed tubular compressor case for circulating the gas on the inside,
Provided along the axial direction in the compressor casing, a compressor stator a plurality of stages having a plurality of vanes positioned at equal intervals in the circumferential direction in parallel beauty and the gas flow path,
The compressor case is provided alternately with the compressor stator of a plurality of stages along the axial direction in the compressor case, and the outer peripheral surface constitutes a part of the radially inner wall surface of the gas flow path and rotates around the axis. And a plurality of compressor rotors provided with a plurality of moving blades arranged in the gas flow path so as to be arranged at equal intervals on the outer peripheral surface of the disk,
Each stationary blade in the compressor stator on the front stage side is provided with a first variable segment blade that can swing around a radial axis, a downstream axis of the first variable segment blade, and a radial axis. is divided into a second variable segment wing swingable independently of the first variable segment wings around,
A first swing mechanism that swings the plurality of first variable segment blades in the compressor stator on the front stage side independently of the second variable segment blade;
A second swing mechanism that swings the plurality of second variable segment blades in the compressor stator on the front stage side independently of the first variable segment blade;
The stator blades in the compressor stator on the front stage side are a united state in which the first variable segment blade and the second variable segment blade have a common blade shape, and the first variable segment blade and the second variable segment blade. The axial flow compressor is configured to be switchable to a separated state exhibiting an independent blade shape.
前記第1揺動機構は、前記圧縮機ケースの外側に配設されかつ周方向へ移動可能な第1駆動リング、前記第1駆動リングを周方向へ移動させる第1アクチュエータ、及び一端部が前記前段側の前記圧縮機ステータにおける各第1可変セグメント翼の径方向外側のスピンドルに連結されかつ他端部が前記第1駆動リングに連結された第1連結レバーを備え、
前記第2揺動機構は、前記圧縮機ケースの外側に配設されかつ周方向へ移動可能な第2駆動リング、前記第2駆動リングを周方向へ移動させる第2アクチュエータ、及び一端部が前記前段側の前記圧縮機ステータにおける各第2可変セグメント翼の径方向外側のスピンドルに連結されかつ他端部が前記第2駆動リングに連結された第2連結レバーを備えていることを特徴とする請求項に記載の軸流圧縮機。
The first swing mechanism includes a first drive ring disposed outside the compressor case and movable in the circumferential direction, a first actuator that moves the first drive ring in the circumferential direction, and one end portion of the first drive ring. A first coupling lever coupled to a radially outer spindle of each first variable segment blade in the compressor stator on the front side and having the other end coupled to the first drive ring;
The second swing mechanism includes a second drive ring disposed outside the compressor case and movable in the circumferential direction, a second actuator that moves the second drive ring in the circumferential direction, and one end portion of the second drive ring. The compressor stator on the front side includes a second connecting lever connected to a spindle on the radially outer side of each second variable segment blade and connected to the second drive ring at the other end. The axial flow compressor according to claim 1 .
請求項1又は請求項に記載の軸流圧縮機を具備したことを特徴とするガスタービンエンジン。 Gas turbine engine characterized by comprising the axial compressor according to claim 1 or claim 2.
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