JP2000046688A - Evaluating method and device for compressor stall margin - Google Patents
Evaluating method and device for compressor stall marginInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ジェットエンジン
等の圧縮機のアクティブストール制御に係わり、更に詳
しくは、圧縮機で発生するストールまでのマージンを評
価する圧縮機ストールマージンの評価方法及び装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to active stall control of a compressor such as a jet engine, and more particularly to a method and apparatus for evaluating a compressor stall margin for evaluating a margin up to a stall generated in the compressor. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は、ジェットエンジンを構成する圧
縮機の作動線図である。この図において、横軸は空気流
量Ｑ、縦軸は圧力Ｐであり、図中の破線はストールライ
ン、実線は定常作動線を示している。この図に示すよう
に、定常作動線はストールラインから通常十分離れてお
り、その差をストールマージン又はサージマージンと呼
ぶ。更に、この図において、細い円弧は、等速度線を示
している。エンジンを一定回転速度で回転し、空気流量
を絞っていくと等速度線に沿って圧力Ｐが上昇し、スト
ールラインに近づく。従って、例えば機体の急激な運動
などにより流入空気が減り、作動点がストールラインを
超えると、圧縮機がストールを起こし出力が急低下する
ことがある。2. Description of the Related Art FIG. 3 is an operation diagram of a compressor constituting a jet engine. In this figure, the horizontal axis represents the air flow rate Q, and the vertical axis represents the pressure P. The broken line in the figure indicates a stall line, and the solid line indicates a steady operation line. As shown in this figure, the steady operating line is usually sufficiently far from the stall line, and the difference is called a stall margin or surge margin. Further, in this figure, a thin arc indicates a constant velocity line. When the engine is rotated at a constant rotation speed and the air flow rate is reduced, the pressure P increases along the constant velocity line and approaches the stall line. Therefore, for example, when the inflow air decreases due to sudden movement of the body and the operating point exceeds the stall line, the compressor may be stalled and the output may suddenly decrease.
【０００３】図４は、圧縮機の翼列と空気流の流れとの
関係を示す模式図である。翼列がエンジンの軸心を中心
に周速Ｖ1 で回転し、軸線方向の空気流入速度がＶ2 と
すると、そのベクトル和の速度Ｖ、迎え角α（ｔａｎα
＝Ｖ1 ／Ｖ2 ）の流れが各翼に対して形成される。同一
の周速Ｖ1 において空気流入速度Ｖ2 が小さくなる（流
量が少なくなる）と、迎え角αが大きくなり、翼列の背
側に剥離が生じ、これが激しくなるとストール状態とな
り、場合によっては下流側の圧縮空気が逆流するサージ
ング現象が生じる。FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the cascade of compressors and the flow of airflow. Assuming that the cascade rotates at the peripheral speed V1 around the axis of the engine and the air inflow velocity in the axial direction is V2, the vector sum velocity V and the angle of attack α (tan α)
= V1 / V2) is formed for each wing. At the same peripheral speed V1, when the air inflow speed V2 decreases (the flow rate decreases), the angle of attack α increases, and separation occurs on the back side of the cascade. A surging phenomenon in which compressed air flows backward occurs.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したストールやサ
ージングが起きると、エンジンの出力が急激に低下し特
に飛行中の機体等では推力低下等の危険な状態を引き起
こすおそれがある。そのため、従来のジェットエンジン
では、上述したストールマージンを十分大きく設定し、
定常作動線をストールラインから十分離して設定してい
た。しかし、圧縮機は同一回転速度であれば一般に圧力
比の高いほど効率の高い傾向があり、従って、作動点を
ストールラインに寄せる動機がある。そのため、ストー
ルの兆候を早期に検知してストールを回避する方法が検
討されているが、従来の方法では、兆候を検知してから
実際にストールに陥るまでの時間に回避動作が追いつか
ない問題があった。そこで、運転中の圧縮機のストール
マージンを的確に評価することが、強く要望されてい
る。すなわち、ストールマージンを的確に評価できれ
ば、ストールマージンを常に最小限確保し、ストールを
確実に回避しながら常に高効率で運転することが可能と
なる。When the above-mentioned stall or surging occurs, the output of the engine suddenly decreases, and a dangerous condition such as a decrease in thrust may be caused particularly in an airframe or the like during flight. Therefore, in the conventional jet engine, the above-mentioned stall margin is set sufficiently large,
The steady operation line was set far enough from the stall line. However, the compressor generally tends to be more efficient as the pressure ratio becomes higher at the same rotational speed, and there is a motivation to move the operating point to the stall line. For this reason, methods of detecting stall signs early to avoid stalls are being studied.However, with the conventional method, there is a problem that the avoidance action cannot catch up with the time from when the signs are detected to when the stalls actually occur. there were. Therefore, there is a strong demand to accurately evaluate the stall margin of the compressor during operation. That is, if the stall margin can be accurately evaluated, the stall margin can always be kept at a minimum, and the operation can always be performed with high efficiency while reliably avoiding the stall.
【０００５】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、圧縮
機のストールマージンを的確に評価することができる圧
縮機ストールマージンの評価方法及び装置を提供するこ
とにある。The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for evaluating a compressor stall margin capable of accurately evaluating a stall margin of a compressor.
【０００６】[0006]
【問題点を解決するための手段】本発明によれば、圧縮
機の動翼列下流の流速又は圧力を計測し、所定のしきい
値を越える流速又は圧力の比率からストールマージンを
評価する、ことを特徴とする圧縮機ストールマージンの
評価方法が提供される。また、本発明によれば、圧縮機
の動翼列直後の流速又は圧力を小さなサンプリング間隔
で非定常計測し、予め設定したしきい値を越える計測点
数と全計測点数との比率からストールマージンを評価す
る、ことを特徴とする圧縮機ストールマージンの評価方
法が提供される。更に、本発明によれば、圧縮機の動翼
列に近接して設けられ、その動翼列直後の流速又は圧力
を計測するセンサと、そのセンサの出力値に基づいて所
定のしきい値を超える流速又は圧力の比率を演算し、そ
の比率に基づいてストールマージンを評価する演算処理
装置と、を備えたことを特徴とする圧縮機ストールマー
ジンの評価装置が提供される。According to the present invention, a flow rate or a pressure downstream of a moving blade row of a compressor is measured, and a stall margin is evaluated from a ratio of a flow rate or a pressure exceeding a predetermined threshold value. A method for evaluating a compressor stall margin is provided. Further, according to the present invention, the flow velocity or pressure immediately after the rotor blade row of the compressor is unsteadyly measured at a small sampling interval, and the stall margin is calculated from the ratio of the number of measurement points exceeding a preset threshold value to the total number of measurement points. A method for evaluating a compressor stall margin is provided. Furthermore, according to the present invention, a sensor is provided in close proximity to the rotor blade row of the compressor, and measures a flow velocity or a pressure immediately after the rotor blade row, and a predetermined threshold value is set based on an output value of the sensor. A compressor stall margin evaluation device, comprising: a calculation processing device that calculates a ratio of a flow velocity or a pressure exceeding the ratio and evaluates a stall margin based on the ratio.
【０００７】図４に例示したように、迎え角αが大きく
なると翼列の背側に剥離が生じ、この剥離領域では、圧
縮機の動翼列下流の流速が低くなる。また、迎え角αが
更に大きくなり、ストール状態に近づくほど剥離領域が
広がり、流速の低い領域が広がる。従って、上述した本
発明の方法及び装置により、動翼列下流の流速・圧力を
十分に小さなサンプリング間隔で継続的に計測すること
により、その分布から所定のしきい値を越える流速の比
率を例えば計測点数と全計測点数との比率として求め、
これからストールマージンを評価することができる。ま
た、流速の代わりに全圧を計測してその分布からも同様
にストールマージンを評価することができる。As illustrated in FIG. 4, when the angle of attack α increases, separation occurs on the back side of the cascade, and in this separation region, the flow velocity downstream of the moving blade row of the compressor decreases. Further, as the angle of attack α further increases and approaches the stall state, the separation region expands, and the region where the flow velocity is low expands. Therefore, by continuously measuring the flow velocity / pressure downstream of the rotor blade row at a sufficiently small sampling interval by the above-described method and apparatus of the present invention, the ratio of the flow velocity exceeding a predetermined threshold from the distribution can be determined, for example. Determined as the ratio of the number of measurement points to the total number of measurement points,
From this, the stall margin can be evaluated. Further, the total pressure is measured instead of the flow velocity, and the stall margin can be similarly evaluated from the distribution.
【０００８】更に、前記センサが１つであるのがよい。
このセンサにより、動翼列の１回転分の計測データを計
測してメモリに記憶し、新たな計測データで記憶した１
回転分のデータを常時更新する。これにより、常に、そ
の時々のストールマージンを評価することができる。Further, it is preferable that the number of the sensors is one.
With this sensor, measurement data for one rotation of the bucket row was measured and stored in the memory, and stored as new measurement data.
The data for the rotation is constantly updated. Thus, the stall margin at that time can always be evaluated.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を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て重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の原理図であり、（Ａ）はセンサー
の取り付け位置、（Ｂ）は計測された流速分布を模式的
に示している。図１（Ａ）に示すように、本発明によれ
ば、圧縮機の動翼列１の下流側に翼列に近接してセンサ
２を設ける。この近接位置は、動翼で発生した剥離領域
を直接計測できるように、下流側の静翼列よりも上流側
であり、かつ動翼の翼端付近であるのがよい。また、こ
のセンサ２の前を動翼列が通過するので、センサ２は例
えば圧縮機のケーシングに１つ取り付ければ足りること
は本発明の特徴である。このセンサ２は、動翼列の翼端
付近の流速又は圧力を検知する流速計又は圧力計であ
る。流速計には、例えば熱線流速計を用いることがで
き、圧力計には例えばピエゾ型圧電素子を用いることが
できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. 1A and 1B are principle diagrams of the present invention, in which FIG. 1A schematically shows a sensor mounting position, and FIG. 1B schematically shows a measured flow velocity distribution. As shown in FIG. 1 (A), according to the present invention, a sensor 2 is provided on the downstream side of a rotor blade row 1 of a compressor and close to the blade row. This close position is preferably upstream of the downstream stationary blade row and near the blade tip of the moving blade so that the separation region generated by the moving blade can be directly measured. Further, since the rotor blade row passes in front of this sensor 2, it is a feature of the present invention that it is sufficient that one sensor 2 is attached to, for example, a casing of a compressor. The sensor 2 is a current meter or a pressure gauge that detects the flow velocity or the pressure near the blade tip of the bucket row. For example, a hot-wire anemometer can be used for the anemometer, and a piezo-type piezoelectric element can be used for the pressure gauge, for example.
【００１０】例えば、動翼列１が１ピッチ通過する間に
２０点計測するとして５０枚の動翼をもつ圧縮機の場合
には１０００点／回転のサンプリング間隔が求められ、
これに対応できるセンサの応答性があれば、１つのセン
サにより、その計測時点において剥離領域又は正常な速
度場を計測することができる。For example, assuming that 20 points are measured while the moving blade row 1 passes one pitch, a sampling interval of 1000 points / rotation is obtained in the case of a compressor having 50 moving blades.
If there is a response of the sensor that can cope with this, the separation area or the normal velocity field can be measured by one sensor at the measurement time.
【００１１】次に、本発明によれば、予め設定したしき
い値を越える計測点数と全計測点数との比率からストー
ルマージンを評価する。図１（Ａ）に模式的に示すよう
に、剥離領域がほとんどなく（Ａ）、従ってストールマ
ージンが十分に大きい場合には、翼の直後に生成するウ
ェークを除き、図１（Ｂ）の最上図に示すように翼間の
通過流れが頻繁に計測される。従って、しきい値を越え
る点数が多く、その全計測点数に対する比率は大きくな
る。Next, according to the present invention, the stall margin is evaluated from the ratio of the number of measurement points exceeding a preset threshold value to the total number of measurement points. As schematically shown in FIG. 1 (A), when there is almost no peeling area (A) and therefore the stall margin is sufficiently large, except for the wake generated immediately after the wing, the top of FIG. As shown in the figure, the flow passing between the blades is frequently measured. Therefore, the number of points exceeding the threshold value is large, and the ratio of the points to the total number of measured points is large.
【００１２】また、剥離領域がわずかに発生し（Ｂ）、
ストールマージンが小さくなると、センサ２が剥離領域
に位置する割合が高くなるので、図１（Ｂ）の中間図に
示すように、計測される速度は翼のセンサが剥離領域に
位置する時に低くなる。従って、しきい値を越える点数
が減り、その全計測点数に対する比率が減少する。更
に、ストールマージンがほとんどなく、ストールが実際
に起きる或いはその直前には、図１（Ｃ）に示すよう
に、センサ２はほとんど剥離領域に位置し、図１（Ｂ）
の最下図に示すように、ほとんどの計測点で低い速度が
計測される。従って、しきい値を越える点数が極端に減
り、その全計測点数に対する比率が大幅に減少する。Further, a peeling area is slightly generated (B),
As the stall margin decreases, the rate at which the sensor 2 is located in the separation region increases, so that the measured speed decreases as the blade sensor is positioned in the separation region, as shown in the intermediate diagram of FIG. . Therefore, the number of points exceeding the threshold value is reduced, and the ratio of the number to the total number of measured points is reduced. Further, there is almost no stall margin, and just before the stall actually occurs or immediately before the stall, as shown in FIG. 1 (C), the sensor 2 is almost located in the peeling area, and FIG.
As shown in the bottom diagram of FIG. 7, a low speed is measured at almost all measurement points. Therefore, the number of points exceeding the threshold value is extremely reduced, and the ratio of the points to the total number of measured points is greatly reduced.
【００１３】従って、しきい値を越える計測点数と全計
測点数との比率からストールマージンを評価することが
できる。言い換えれば、上述した構成により、十分小さ
なサンプリング間隔で圧縮機動翼列下流の流速あるいは
圧力を非定常計測し、所定のしきい値を越える流速又は
全圧の比率からストールマージンを評価することができ
る。Accordingly, the stall margin can be evaluated from the ratio of the number of measurement points exceeding the threshold value to the total number of measurement points. In other words, with the above-described configuration, the flow velocity or the pressure downstream of the compressor rotor cascade is measured in an unsteady manner at sufficiently small sampling intervals, and the stall margin can be evaluated from the ratio of the flow velocity or the total pressure exceeding a predetermined threshold value. .
【００１４】また、上述した方法で動翼列１の１回転分
の計測データを記憶するメモリを備え、新たな計測ポイ
ントを検出する毎にそれを最も古いポイントと置き換
え、常に最新の１回転分のデータに更新するのがよい。
この方法により、常に、その時々のストールマージンを
評価することができる。Further, a memory for storing measurement data for one rotation of the rotor blade row 1 by the above-described method is provided. Each time a new measurement point is detected, it is replaced with the oldest point. It is better to update the data.
With this method, the stall margin at each time can be always evaluated.
【００１５】図２は、本発明の方法の実施例を示す図で
ある。上述した本発明の構成により、動翼先端部におけ
る下流側の速度分布を計測した。図２において、（Ａ）
は設計点、（Ｂ）はストール直前を示し、各図におい
て、横軸は計測点、縦軸は計測された絶対流速である。
なお、測定は、動翼列１の１回転につき、１０００点を
計測し、そのうちの３００点を表示している。あらかじ
め絶対流速のあるしきい値を設定して、図２（Ａ）の設
計点では、５７０／１０００の比率でしきい値を超えて
おり、逆に図２（Ｂ）のストール直前では、その比率が
１４４／１０００まで低下している。FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the method of the present invention. With the configuration of the present invention described above, the velocity distribution on the downstream side at the blade tip was measured. In FIG. 2, (A)
Indicates a design point, and (B) indicates a state immediately before a stall. In each of the figures, the horizontal axis is a measurement point, and the vertical axis is a measured absolute flow velocity.
In the measurement, 1000 points were measured per rotation of the bucket row 1, and 300 points were displayed. A certain threshold value of the absolute flow velocity is set in advance, and exceeds the threshold value at a ratio of 570/1000 at the design point in FIG. 2A. On the contrary, immediately before the stall in FIG. The ratio has dropped to 144/1000.
【００１６】従って、図２の結果から、しきい値を予め
設定し、設定したしきい値を越える計測点数と全計測点
数との比率（この例では５７０／１０００，１４４／１
０００）からストールマージンを評価することができる
ことがわかる。従って、この比率を基に、例えば、スト
ールマージンを所定の範囲に保持するように、ジェット
エンジンを制御して、ストールを確実に回避しながら常
に高効率で運転することができる。Therefore, based on the results of FIG. 2, the threshold value is set in advance, and the ratio of the number of measurement points exceeding the set threshold value to the total number of measurement points (570/1000, 144/1 in this example)
000) indicates that the stall margin can be evaluated. Therefore, based on this ratio, for example, the jet engine can be controlled so as to keep the stall margin in a predetermined range, so that the jet engine can always be operated with high efficiency while reliably avoiding the stall.
【００１７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
【００１８】[0018]
【発明の効果】上述したように、本発明の圧縮機ストー
ルマージンの評価方法及び装置は、圧縮機のストールマ
ージンを的確に評価することができ、これにより、回避
動作等を必要とすることなく、例えば、ストールマージ
ンを常に最小限確保し、ストールを確実に回避しながら
常に高効率で運転することができる、等の優れた効果を
有する。As described above, the method and apparatus for evaluating a compressor stall margin according to the present invention can accurately evaluate a stall margin of a compressor, thereby eliminating the need for an avoidance operation or the like. For example, there is an excellent effect that the stall margin is always kept to a minimum and the operation can always be performed with high efficiency while avoiding the stall.
【図１】本発明の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.
【図２】本発明の方法及び装置の実施例を示す図であ
る。FIG. 2 illustrates an embodiment of the method and apparatus of the present invention.
【図３】圧縮機の作動線図である。FIG. 3 is an operation diagram of the compressor.
【図４】圧縮機の翼列と空気流の流れとの関係を示す模
式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between a cascade of compressors and an airflow.
１ 動翼列 ２ センサ Ｑ 流量 Ｐ 圧力 α 迎え角 Ｖ1 動翼の周速 Ｖ2 軸線方向の空気流入速度 Ｖ 実際の空気流入速度 Ｂ，Ｃ 剥離 Reference Signs List 1 rotor row 2 sensor Q flow rate P pressure α attack angle V1 peripheral velocity of rotor blade V2 air inflow velocity in axial direction V actual air inflow velocity B, C separation
Claims (4)
測し、所定のしきい値を越える流速又は圧力の比率から
ストールマージンを評価する、ことを特徴とする圧縮機
ストールマージンの評価方法。An evaluation of a compressor stall margin characterized by measuring a flow velocity or a pressure downstream of a rotor blade row of a compressor and evaluating a stall margin from a ratio of a flow velocity or a pressure exceeding a predetermined threshold value. Method.
さなサンプリング間隔で非定常計測し、予め設定したし
きい値を越える計測点数と全計測点数との比率からスト
ールマージンを評価する、ことを特徴とする圧縮機スト
ールマージンの評価方法。2. An unsteady measurement of a flow velocity or a pressure immediately after a rotor blade row of a compressor at a small sampling interval, and evaluating a stall margin from a ratio of a number of measurement points exceeding a preset threshold value to a total number of measurement points. A method for evaluating a compressor stall margin.
の動翼列直後の流速又は圧力を計測するセンサと、その
センサの出力値に基づいて所定のしきい値を超える流速
又は圧力の比率を演算し、その比率に基づいてストール
マージンを評価する演算処理装置と、を備えたことを特
徴とする圧縮機ストールマージンの評価装置。3. A sensor provided in close proximity to a rotor blade row of a compressor and measuring a flow velocity or pressure immediately after the rotor blade row, and a flow rate or a pressure exceeding a predetermined threshold value based on an output value of the sensor. An arithmetic processing device for calculating a pressure ratio and evaluating a stall margin based on the ratio, and a compressor stall margin evaluation device.
載の圧縮機ストールマージンの評価装置。4. The apparatus for evaluating a compressor stall margin according to claim 3, wherein the number of the sensors is one.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10212168A JP2000046688A (en) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Evaluating method and device for compressor stall margin |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10212168A JP2000046688A (en) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Evaluating method and device for compressor stall margin |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000046688A true JP2000046688A (en) | 2000-02-18 |
Family
ID=16618041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10212168A Pending JP2000046688A (en) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Evaluating method and device for compressor stall margin |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000046688A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005291184A (en) * | 2004-04-05 | 2005-10-20 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Vane oscillation control device for compressor, vane oscillation control device for fan, compressor, and fan |
| JP2008163947A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | General Electric Co <Ge> | Operating line control of compression system with flow recirculation |
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-
1998
- 1998-07-28 JP JP10212168A patent/JP2000046688A/en active Pending
Cited By (4)
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