遷音速遠心圧縮機のサージ限界

ターボ圧縮機の圧力比が単段で4を超えると羽根車への相対流れやディフューザへの流れは超音速となり、一般に運転できる流量範囲は狭い。圧縮機の最少流量はサージで定まる。サージは圧縮機を含む管路系全体の不安定現象であるが、その限界流量は羽根車またはディフューザ内で流れがはく離し始めるときと密接に関連している。本研究では、衝撃波が発生するインデューサ部のシュラウド面圧力分布及びディフューザ翼間ならびに翼列入口羽根なしディフューザ部の圧力分布を詳細に計測するとともに、レーザ流速計による流れ計測および二次流れの可視化計測等を行い、サージの原因を解明しようとするものである。得られた主な知見は以下の通りである。1.ディフューザ入口、翼列翼間及び翼列喉部に変動圧力測定孔を設けるとともに、圧力の高速・同時計測システムを開発した。2.圧縮機の最大流量点より流量を順次減少させ、サージに至るまでの圧力波形をインデューサ部及びディフューザ部を同時に記録した。その結果、サージが発生する場所は回転パラメータによって変わること、及び圧力波形がサージ限界の解析に有効な手段であることを明らかにした。3.半導体L2Fを用いてインデューサ部の衝撃波を捉えた。その結果、圧力波形との比較よりサージ限界に近づく程衝撃波が上流に移動し、その強度が増大することを確認した。4.ディフーザ翼列翼間のレーザ計測用観測窓を利用して液注入法による側壁二次流れの観察を行った。その結果、流量の減少とともに二次流れ発生点が上流に移動すること、及びサージ状態では完全に逆流していることを確認した。5.ディフューザ部では衝撃波の移動に基づく圧力変動が大きく、羽根車出口流れによる流れの非定常性が大きいことを確認した。

ターボ圧縮機の圧力比が単段で4を超えると羽根車への相対流れやディフューザへの流れは超音速となり、一般に運転できる流量範囲は狭い。圧縮機の最少流量はサージで定まる。サージは圧縮機を含む管路系全体の不安定現象であるが、その限界流量は羽根車またはディフューザ内で流れがはく離し始めるときと密接に関連している。本研究では、衝撃波が発生するインデューサ部のシュラウド面圧力分布及びディフューザ翼間ならびに翼列入口羽根なしディフューザ部の圧力分布を詳細に計測するとともに、レーザ流速計による流れ計測および二次流れの可視化計測等を行い、サージの原因を解明しようとするものである。得られた主な知見は以下の通りである。1.ディフューザ入口、翼列翼間及び翼列喉部に変動圧力測定孔を設けるとともに、圧力の高速・同時計測システムを開発した。2.圧縮機の最大流量点より流量を順次減少させ、サージに至るまでの圧力波形をインデューサ部及びディフューザ部を同時に記録した。その結果、サージが発生する場所は回転パラメータによって変わること、及び圧力波形がサージ限界の解析に有効な手段であることを明らかにした。3.半導体L2Fを用いてインデューサ部の衝撃波を捉えた。その結果、圧力波形との比較よりサージ限界に近づく程衝撃波が上流に移動し、その強度が増大することを確認した。4.ディフーザ翼列翼間のレーザ計測用観測窓を利用して液注入法による側壁二次流れの観察を行った。その結果、流量の減少とともに二次流れ発生点が上流に移動すること、及びサージ状態では完全に逆流していることを確認した。5.ディフューザ部では衝撃波の移動に基づく圧力変動が大きく、羽根車出口流れによる流れの非定常性が大きいことを確認した。