JP2016104972A - 軸流圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】最下流静翼での失速を抑制すること。【解決手段】ケーシングの内側に円周上に複数設けられた固定の静翼と、円周の中心に回転可能に設けられた回転軸に対して円周上に複数設けられた動翼と、を回転軸の軸心方向に交互に複数配置し、回転軸の回転により静翼と動翼とで回転軸の軸心方向に空気を圧縮して送る軸流圧縮機において、最も下流に配置される最下流側静翼１０を上流翼１２と下流翼１１とで構成し、下流翼１１を固定する一方、軸心方向に交差して延在する揺動軸１２Ａを下流翼１１の上流端側に配置して上流翼１２を揺動可能に設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、可変静翼を有する軸流圧縮機に関するものである。

軸流圧縮機の出口において旋回のついた流れが排出される場合、その旋回速度成分はやがて圧縮機下流配管において損失となり、効率低下に繋がる。このため、最終段静翼の出口翼角は、圧縮機出口における旋回速度を軸心方向速度へと転向させるよう設計されることが多い。そして、軸方向速度に転向するために必要な転向量が大きい場合（旋回速度成分が大きい場合）、過転向に流れが追従できず、はく離が発生する場合がある。この対策として、最終段静翼の下流に補助的な出口案内翼（ＯＧＶ：Outlet Guide Vane）を設置し、翼１列あたりの転向量を軽減することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、従来、例えば、特許文献２では、入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）について、前縁翼角と共に後縁翼角も角度を変化させることが示されている。また、例えば、特許文献３では、入口案内翼について、前部固定翼と、この前部固定翼に対して流れ角を変更する方向に移動可能に連設した後部可変翼とにより構成することが示されている。また、例えば、特許文献４では、動翼について、円筒状ケーシング内にモータによって駆動されるように設け、円筒状ケーシングの一端に静翼支持筒を配設し、静翼支持筒の外側に静翼を配設すると共に、静翼支持筒に静翼支持筒内の制御用モータによって回転させられる回転器を回転自在に設け、回転器の回転によって軸方向に摺動して動翼の角度を可変する制御部材を設け、回転器の外周にガイド溝を設け、静翼は支持棒に枢支されて独立して回動する吸込側部分を有し、吸込側部分の突部を前記ガイド溝に挿入し、回転器の回転により角度を可変するように構成してなる可変ピッチ軸流送風機が示されている。

特開２０１３−２４９８１１号公報 特開２００６−６３９８１号公報 特開平４−１２４４９９号公報 特開昭６２−２０６２９３号公報

流量制御のために静翼または動翼の翼角を回転可変とした圧縮機では、翼の出口流出角が設定翼角ごとに変化するため、必ずしも軸方向流出とはならない。特に、最大翼角/最小翼角時（最大風量・最小風量時）には大きな旋回速度が発生し、設計翼角時と比べて顕著な効率低下が生じる場合がある。これを避けるため、例えば、静翼可変機構付き圧縮機では通常、最終段静翼を可変とする一方で出口案内翼は固定翼として、圧縮機出口が必ず軸方向流出となるようにする構成が考えられる。ただし、この場合、最終段静翼の可変（最終段静翼出口流出角の変化）に伴って、出口案内翼の入口流入角が大幅に変化する結果、出口案内翼で失速（前縁はく離）が生じ易くなり、この失速をきっかけとして圧縮機出口から大規模な逆流を伴うサージ現象が生じやすくなる。このため、一般的な技術として、出口案内翼のはく離を防止するために、前方段に比べて最終段静翼の可変角を小さくする(出口流出角の変化を小さくする)ことが多い。ただし、このような対策を行なっても、出口案内翼では失速し難くなる一方で、最終段静翼の可変角が不足することで最終段静翼で失速が生じ易くなり、結果的に最終段失速に起因したサージが生じ易くなる現象を避けることができていない。サージが発生すると、圧縮機の性能が大幅に低下すると共に、圧縮機損傷・破壊に繋がるため、サージ発生状態で圧縮機を運転することはできない。サージは低風量側になるほど低圧力で発生しやすくなり、作動範囲を制限する最大要因である。すなわち、最終段静翼および出口案内翼などの最下流側静翼におけるはく離を抑制することは、圧縮機の作動範囲を広げる（低風量側で発生しやすいサージを抑制する）意味において非常に重要な課題である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、最下流側静翼での失速を抑制することのできる軸流圧縮機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の軸流圧縮機は、ケーシングの内側に円周上に複数設けられた固定の静翼と、前記円周の中心に回転可能に設けられた回転軸に対して円周上に複数設けられた動翼と、を前記回転軸の軸心方向に交互に複数配置し、前記回転軸の回転により前記静翼と前記動翼とで前記回転軸の軸心方向に空気を圧縮して送る軸流圧縮機において、最も下流に配置される最下流側静翼を上流翼と下流翼とで構成し、前記下流翼を固定する一方、前記軸心方向に交差して延在する揺動軸を前記下流翼の上流端側に配置して前記上流翼を揺動可能に設けることを特徴とする。

この軸流圧縮機によれば、最下流側静翼において、入口側である上流翼は、空気の流れ角に合わせて揺動させることができ、出口側である下流翼は、旋回速度を軸心方向速度へと転向させるように固定することができる。この結果、最下流側静翼における失速を抑制することができ、最大可変時（特にクローズ側）における効率低下を防止し、サージが生じ易くなる現象を避けることができる。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼の他の前記静翼が揺動可能に設けられ、前記上流翼と他の前記静翼とを同期して揺動させる静翼同期手段を有することを特徴とする。

この軸流圧縮機によれば、最下流側静翼の上流翼と他の静翼とを同期して揺動させることで、他の静翼および上流翼を空気の流れ角に合わせて揺動させることができる。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記動翼が揺動可能に設けられ、前記上流翼と前記動翼とを同期して揺動させる動翼同期手段を有することを特徴とする。

動翼を揺動可変とした場合、静翼の上流翼の流入角に不釣り合いが生じ、下流の静翼におけるはく離が生じる問題がある。この対策として、動翼および静翼の双方を揺動可変とする例もあるが、この場合も、静翼の可変に伴って圧縮機出口で軸方向流出とならなくなり、圧縮機出口での損失増加に繋がる。従って、この軸流圧縮機によれば、最下流側静翼における失速を抑制することができ、最大可変時（特にクローズ側）における効率低下を防止し、サージが生じ易くなる現象を避けることができる。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼は、前記上流翼と前記下流翼との表面が弾性部材により連続して被覆されることを特徴とする。

上流翼と下流翼との連結部において、翼角の不連続（急変）が生じ、この不連続点を基点としたはく離が生じるおそれがあるが、この軸流圧縮機によれば、下流翼および上流翼の表面が弾性部材で連続して被覆されているため、上流翼が揺動した際に、連結部が滑らかな曲面で維持されるため、はく離の発生を抑制することができる。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼は、前記下流翼が弾性部材により形成され、前記上流翼の表面が前記下流翼をなす弾性部材により前記下流翼から連続して被覆されることを特徴とする。

弾性部材は、下流翼および上流翼の表面を覆うことに限らず、下流翼を兼ねた構造であってもよい。この場合、下流翼の部品が不要となり、部品点数の削減および組み立てに要する手間を低減することができる。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼は、前記上流翼の表面が弾性部材により被覆され、当該弾性部材の一部が前記上流翼と前記下流翼との間を被覆しつつ前記下流翼に固定されることを特徴とする。

弾性部材は、下流翼および上流翼の全体の表面を覆うことに限らず、上流翼のみを覆って、その一部により上流翼と下流翼との間を覆った構造であってもよい。この場合、固定する必要のある下流翼を通常の翼と同様の金属材でのみ構成することができるため、組み立てが容易となる。また、弾性部材を上流翼側からはめ込んで取り付けることができ、組み立てが容易となり、経年劣化に伴って弾性部材を交換する際も交換が容易となる。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼は、前記上流翼と前記下流翼との表面が弾性部材を介して連結されることを特徴とする。

この軸流圧縮機によれば、弾性部材の使用を最小限に抑えることができ、組み立ておよび経年劣化に伴う交換も容易である。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼は、前記揺動軸が、全翼コード長の５０％の位置から上流側の範囲に設けられることを特徴とする。

上流翼の可変角が過大（転向角が過大）となると、翼からの空気のはく離が発生し易い傾向になる。この時、翼面境界層の発達する下流側で流れを大きく転向させると、はく離が発生し易い。このため、上流翼の揺動軸は、全翼コード長の５０％の位置から上流側の範囲に、望ましくは３０％位置近傍に設けるのが良い。

また、本発明の軸流圧縮機では、前記最下流側静翼は、前記上流翼と前記下流翼との対向する端部の一方が揺動方向に沿って凸状に形成され、他方が揺動方向に沿って凹状に形成されることを特徴とする。

この軸流圧縮機によれば、上流翼と下流翼との対向する端部間の隙間が小さくなるため、当該隙間に空気が通過することによる効率低下を抑制することができる。

本発明によれば、最下流側静翼での失速を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機の概略図である。 図２は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。 図３は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における静翼可変機構を示す概略図である。 図４は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における他の静翼可変機構を示す概略図である。 図５は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における動翼可変機構を示す概略図である。 図６は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における動翼可変機構を示す概略図である。 図７は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における動翼可変機構を示す概略図である。 図８は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。 図９は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る軸流圧縮機の概略図である。

本実施形態に係る軸流圧縮機１は、例えば、ボイラ用軸流ファンや高炉用軸流ブロワやガスタービン圧縮機に適用される。この軸流圧縮機１は、ケーシング（車室）２と、回転軸（ロータ）３と、静翼４と、動翼５と、を有する。なお、図１において示す軸流圧縮機１は、回転軸３の軸心Ｃを境にした上半部のみを簡略化して示しており、下半部は軸心Ｃを基に対称に構成されている。

回転軸３は、ケーシング２の内部に回転可能に設けられている。静翼４は、ケーシング２の内側に、回転軸３の軸心Ｃを基準とした円周上に複数設けられ、かつ軸心Ｃの延在方向に複数配列されている。動翼５は、回転軸３に対して円周上に複数設けられ、かつ軸心Ｃの延在方向に複数配列されている。これら、静翼４と動翼５は、軸心Ｃの延在方向に交互に複数段配設されている。また、ケーシング２の内部であって、圧縮機の入口側には、入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）６が設けられる。さらに、ケーシング２の内部であって、圧縮機の出口側には、出口案内翼（ＯＧＶ：Outlet Guide Vane）７が設けられる。出口案内翼７は、設けられていない場合もある。なお、静翼４や入口案内翼６や出口案内翼７は、径方向の両端部がリング状の案内環８に支持されている。つまり、案内環８は、静翼４や入口案内翼６や出口案内翼７の径方向の内側端を支持する側と外側端を支持する側とを有し、その間で空気が流れる通路を形成する。ここで、内側の案内環８はハブ側といい、外側の案内環８はケーシング側という。

このように構成された軸流圧縮機１は、回転軸３が回転することで、ケーシング２の入口側から取り込まれた空気が、軸心Ｃの延在方向に沿って複数の静翼４と動翼５を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、ケーシング２の出口側から排出される。

図２は、本実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。図３は、本実施形態に係る軸流圧縮機における静翼可変機構を示す概略図である。図４は、本実施形態に係る軸流圧縮機における他の静翼可変機構を示す概略図である。図５〜図７は、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機における動翼可変機構を示す概略図である。

本実施形態の軸流圧縮機１では、図２に示すように、最下流側静翼１０を有している。ここで、出口案内翼７が設けられている場合は、この出口案内翼７が最下流側静翼１０になり、出口案内翼７が設けられていない場合は、最終段の静翼４が最下流側静翼１０になる。最下流側静翼１０は、回転軸３の軸心Ｃを基準とした円周上に複数設けられている。

最下流側静翼１０は、軸心Ｃの延在方向（軸心方向）に沿う空気の流れの上流側の上流翼１２と下流側の下流翼１１とで構成される。下流翼１１は、圧縮された空気の最も下流側に配置され、案内環８のケーシング側またはハブ側の少なくとも一方に固定されている。上流翼１２は、軸心方向に対して交差して延在する揺動軸１２Ａを有し、この揺動軸１２Ａを下流翼１１の上流端側に配置して案内環８のケーシング側またはハブ側の少なくとも一方に設け、当該揺動軸１２Ａの廻りに揺動可能に設けられている。下流翼１１は、揺動のために、案内環８のケーシング側の面およびハブ側の面に対して一定の隙間（クリアランス）を有する。

本実施形態において、上流翼１２は、図３に示す静翼可変機構１３により揺動される。上流翼１２は、揺動軸１２Ａに固定されている。揺動軸１２Ａは、自身が設けられた側に対して回転可能に支持されている。揺動軸１２Ａは、翼可変アーム１３Ａの基端が固定されている。翼可変アーム１３Ａは、その先端が翼可変環１３Ｂに連結されている。翼可変環１３Ｂは、リング状に形成されてケーシング側に円周上に沿って摺動可能に設けられており、図示しないアクチュエータなどにより円周方向に往復移動するように構成されている。翼可変環１３Ｂが円周方向に往復移動することで、翼可変アーム１３Ａが揺動軸１２Ａを中心に揺動し、これに伴って上流翼１２が揺動してピッチ角が調節される。円周上に複数設けられた最下流側静翼１０の上流翼１２は、それぞれに翼可変アーム１３Ａが設けられて翼可変環１３Ｂに連結されているため、連動して共に揺動する。この静翼可変機構１３は、スライドによる往復移動で上流翼１２を揺動させることから、例えば、歯車の噛合により揺動させる構成と比較し、揺動動作を円滑に行うことができる。

最下流側静翼１０を除く他の静翼４も、上流翼１２と同様に揺動可能に設けられていてもよい。この場合、回転軸３の軸心Ｃに沿って翼可変環１３Ｂが複数設けられ、各段に設けられた可変環１３Ｂがリンクして動くように、例えば、図３のようにリング１３Ｂが周方向に可動する場合、リング１３Ｂが同一のクランク軸（図示せず）に接続され、図示しないアクチュエータなどによりクランク軸を回転させることで、最下流側静翼１０の上流翼１２および他の静翼４が同期して揺動する。このように、最下流側静翼１０の翼可変環１３Ｂと他の段の翼可変環１３Ｂとが連動して動く構造であれば良い。この構成を静翼同期手段という。この静翼同期手段は、翼可変環１３Ｂの移動量（ストローク量）は一定とし、それに連結された翼可変アーム１３Ａの長さを変えることで、軸心方向に配列された静翼ごとに翼角変化量を設定することができる。

また、上流翼１２は、図４に示す他の静翼可変機構１４により揺動される。上流翼１２は、揺動軸１２Ａに固定されている。揺動軸１２Ａは、自身が設けられた側に対して回転可能に支持されている。揺動軸１２Ａは、翼可変アーム１４Ａの基端が固定されている。翼可変アーム１４Ａは、その先端が翼可変環１４Ｂに連結されている。翼可変環１４Ｂは、リング状に形成されてケーシング側またはハブ側に円周上に沿って摺動可能に設けられており、図示しないアクチュエータなどにより回転軸３の軸心Ｃに沿って往復移動するように構成されている。翼可変環１４Ｂが軸心方向に往復移動することで、翼可変アーム１４Ａが揺動軸１２Ａを中心に揺動し、これに伴って上流翼１２が揺動する。円周上に複数設けられた最下流側静翼１０の上流翼１２は、それぞれに翼可変アーム１４Ａが設けられて翼可変環１４Ｂに連結されているため、連動して共に揺動する。この静翼可変機構１４は、スライドによる往復移動で上流翼１２を揺動させることから、例えば、歯車の噛合により揺動させる構成と比較し、揺動動作を円滑に行うことができる。

最下流側静翼１０を除く他の静翼４も、上流翼１２と同様に揺動可能に設けられていてもよい。この場合、軸心Ｃに沿って翼可変環１４Ｂが複数設けられ、各段に設けられた可変環１４Ｂがリンクして動くように、例えば、図４のようにリング１４Ｂが軸心Ｃに沿って可動する場合、各リング１４Ｂが一体構造とされ、図示しないアクチュエータなどにより軸心方向にスライドさせて往復移動させることで、最下流側静翼１０の上流翼１２および他の静翼４が同期して揺動する。このように、最下流側静翼１０の翼可変環１４Ｂと他の段の翼可変環１４Ｂとが連動して動く構造であれば良い。この構成を静翼同期手段という。この静翼同期手段は、翼可変環１４Ｂの移動量（ストローク量）は一定とし、それに連結された翼可変アーム１４Ａの長さを変えることで、軸心方向に配列された静翼ごとに翼角変化量を設定することができる。

また、本実施形態の軸流圧縮機１では、図５〜図７に示すように、動翼５が動翼可変機構１５により揺動する構成であってもよい。なお、図５は、動翼５を側面から視ており、図６は、動翼５を軸心方向から視ている。

動翼５は、上述したように回転軸３に設けられている。図５および図６に示すように、動翼５は、揺動軸５Ａに固定されている。一方、回転軸３は、その外周に回転軸３の軸心Ｃを中心としたリング状の翼車１５Ａが一体に設けられている。揺動軸５Ａは、回転軸３の径方向内側に延在しつつ、当該径方向に翼車１５Ａに対して貫通し、軸受１５Ｂにより径方向に延在する軸心廻りに回転可能に支持されている。また、揺動軸５Ａは、その延在端が回転軸３の軸心Ｃを中心としたリング状の支持環１５Ｃが有する軸穴１５Ｄに対して挿入される。支持環１５Ｃは、翼車１５Ａにおいて軸受１５Ｂの径方向内側に固定されている。揺動軸５Ａは、軸穴１５Ｄに挿入される延在端に翼可変アーム１５Ｅが固定されている。翼可変アーム１５Ｅは、その一端部が揺動軸５Ａの端部と共に軸穴１５Ｄに挿入され、この軸穴１５Ｄに対して揺動軸５Ａの軸心廻りに回転可能に設けられている。すなわち、翼可変アーム１５Ｅが回転移動することで、揺動軸５Ａが回転し、これにより動翼５が揺動する。翼可変アーム１５Ｅは、その他端部が円周方向および径方向内側に延在し、リング状の案内環１５Ｆに設けられた案内溝１５Ｇ内に軸受１５Ｈを介して支持されている。

なお、翼可変アーム１５Ｅは、一端部と他端部の軸芯は平行となっており、その位置は図６に矢印で示す回転軸３の回転方向において、所定の距離だけ位置がずらされている。このため、案内環１５Ｆが回転軸３の軸芯方向に往復移動すると、翼可変アーム１５Ｅによって動翼５の揺動軸５Ａが自身の軸芯廻りに回転し、これに伴って動翼５が揺動してピッチ角が調節される。

案内環１５Ｆは、回転軸３に連動して回転軸３と共に回転するように回転軸３に取り付けられている。この案内環１５Ｆは、回転軸３の軸芯方向に沿ってスライド移動するように支持されている。また、案内環１５Ｆは、その径方向内側に設けられたスライダ１５Ｉに係合されている。スライダ１５Ｉは、図７に示すように、軸心Ｃに沿って延在する駆動軸１５Ｊに接続されている。駆動軸１５Ｊは、軸心方向にスライド移動可能に設けられ、アクチュエータ１５Ｋによりスライダ１５Ｉと共に往復移動される。すなわち、スライダ１５Ｉの往復移動に伴って案内環１５Ｆが往復移動することで、動翼５が揺動される。

なお、駆動軸１５Ｊおよびアクチュエータ１５Ｋは、回転軸３の回転に追従しないように設けられ、スライダ１５Ｉと駆動軸１５Ｊとが軸心Ｃ廻りに相対的に回転可能に設けられている。このため、スライダ１５Ｉ、案内環１５Ｆ、翼可変アーム１５Ｅ、支持環１５Ｃ、揺動軸５Ａおよび動翼５が回転軸３の回転に伴って軸心Ｃ廻りに回転するが、駆動軸１５Ｊおよびアクチュエータ１５Ｋは回転しない。また、スライダ１５Ｉも回転軸３の回転に追従しないように設けられていてもよい。この場合は、スライダ１５Ｉと案内環１５Ｆとが軸心Ｃ廻りに相対的に回転可能に設けられ、案内環１５Ｆ、翼可変アーム１５Ｅ、支持環１５Ｃ、揺動軸５Ａおよび動翼５が回転軸３の回転に伴って軸心Ｃ廻りに回転し、スライダ１５Ｉ、駆動軸１５Ｊおよびアクチュエータ１５Ｋは回転しない。

そして、本実施形態の軸流圧縮機１は、動翼５を揺動させる動翼可変機構１５に同期して、最下流側静翼１０の上流翼１２を揺動するように構成されている。図７に示すように、最下流側静翼１０は、最終段の動翼５が揺動可能に設けられ、この動翼５の下流側の静翼４に相当する。出口案内翼７は設けられていない。最下流側静翼１０の上流翼１２は、上述したように揺動軸１２Ａに固定されている。揺動軸１２Ａは、ハブ側の案内環８を貫通して回転可能に設けられ、先端に翼可変アーム１５Ｅが固定されている。そして、上述したように、翼可変アーム１５Ｅが案内環１５Ｆに支持され、案内環１５Ｆがスライダ１５Ｉに係合され、スライダ１５Ｉが駆動軸１５Ｊに接続され、駆動軸１５Ｊがアクチュエータ１５Ｋによりスライダ１５Ｉと共に軸心方向に往復移動される。従って、案内環１５Ｆが軸芯方向に往復移動することになり、翼可変アーム１５Ｅによって揺動軸１２Ａが自身の軸芯廻りに回転し、これに伴って上流翼１２が同期して揺動する。この構成を動翼同期手段という。なお、上述した、駆動軸１５Ｊおよびアクチュエータ１５Ｋの構成、またはスライダ１５Ｉ、駆動軸１５Ｊおよびアクチュエータ１５Ｋの構成により、回転軸３の回転は、上流翼１２に伝達されない。この動翼可変機構１５は、スライドによる往復移動で上流翼１２を揺動させることから、例えば、歯車の噛合により揺動させる構成と比較し、揺動動作を円滑に行うことができる。

このように、本実施形態の軸流圧縮機１は、ケーシング２の内側に円周上に複数設けられた固定の静翼４と、円周の中心に回転可能に設けられた回転軸３に対して円周上に複数設けられた動翼５と、を回転軸３の軸心方向に交互に複数配置し、回転軸３の回転により静翼４と動翼５とで回転軸３の軸心方向に空気を圧縮して送るものである。この軸流圧縮機１は、最も下流に配置される最下流側静翼１０を上流翼１２と下流翼１１とで構成し、下流翼１１が固定される一方、軸心方向に交差して延在する揺動軸１２Ａを下流翼１１の上流端側に配置して上流翼１２が揺動可能に設けられる。

この軸流圧縮機１によれば、最下流側静翼１０において、入口側である上流翼１２は、空気の流れ角に合わせて揺動させることができ、出口側である下流翼１１は、旋回速度を軸心方向速度へと転向させるように固定することができる。この結果、最下流側静翼１０における失速を抑制することができ、最大可変時（特にクローズ側）における効率低下を防止し、サージが生じ易くなる現象を避けることができる。

また、本実施形態の軸流圧縮機１は、最下流側静翼１０の他の静翼４が揺動可能に設けられ、上流翼１２と他の静翼４とを同期して揺動させる静翼同期手段を有する。

この軸流圧縮機１によれば、最下流側静翼１０の上流翼１２と他の静翼４とを同期して揺動させることで、他の静翼４および上流翼１２を空気の流れ角に合わせて揺動させることができる。

また、本実施形態の軸流圧縮機１は、動翼５が揺動可能に設けられ、上流翼１２と動翼５とを同期して揺動させる動翼同期手段を有する。

動翼５を揺動可変とした場合、静翼４の上流翼１２の流入角に不釣り合いが生じ、下流の静翼４におけるはく離が生じる問題がある。この対策として、動翼５および静翼４の双方を揺動可変とする例もあるが、この場合も、静翼４の可変に伴って圧縮機出口で軸方向流出とならなくなり、圧縮機出口での損失増加に繋がる。従って、この軸流圧縮機１によれば、最下流側静翼１０における失速を抑制することができ、最大可変時（特にクローズ側）における効率低下を防止し、サージが生じ易くなる現象を避けることができる。

図８〜図１２は、本実施形態に係る軸流圧縮機における最下流側静翼を示す概略図である。

図８に示す最下流側静翼１０は、下流翼１１および上流翼１２の表面を弾性部材１６で連続して被覆したものである。弾性部材１６は、ケーシング２の内部温度に耐えうるゴム材などで形成される。

上流翼１２と下流翼１１との連結部において、翼角の不連続（急変）が生じ、この不連続点を基点としたはく離が生じるおそれがあるが、この軸流圧縮機１によれば、下流翼１１および上流翼１２の表面が弾性部材１６で連続して被覆されているため、上流翼１２が揺動した際に、連結部が滑らかな曲面で維持されるため、はく離の発生を抑制することができる。

図９に示す最下流側静翼１０は、下流翼１１を弾性部材１６により形成し、上流翼１２の表面を弾性部材１６で被覆したものである。

弾性部材１６は、下流翼１１および上流翼１２の表面を覆うことに限らず、下流翼１１を兼ねた構造であってもよい。この場合、下流翼１１の部品が不要となり、部品点数の削減および組み立てに要する手間を低減することができる。

図１０に示す最下流側静翼１０は、上流翼１２の表面を弾性部材１６により被覆し、この弾性部材１６の一部により上流翼１２と下流翼１１との間を被覆しつつ下流翼１１にボルト１７などで固定したものである。

弾性部材１６は、下流翼１１および上流翼１２の全体の表面を覆うことに限らず、上流翼１２のみを覆って、その一部により上流翼１２と下流翼１１との間を覆った構造であってもよい。この場合、案内環８に固定する必要のある下流翼１１を通常の翼と同様の金属材でのみ構成することができるため、組み立てが容易となる。また、弾性部材１６を上流翼１２側からはめ込んで取り付けることができ、組み立てが容易となり、経年劣化に伴って弾性部材１６を交換する際も交換が容易となる。

図１１に示す最下流側静翼１０は、上流翼１２と下流翼１１との表面を弾性部材１８を介して連結したものである。

弾性部材１８は、弾性部材１６と同様にケーシング２の内部温度に耐えうるゴム材などをシート状に形成したものでもよく、弾性を有する金属材をシート状に形成したものであってもよい。この場合、弾性部材の使用を最小限に抑えることができ、組み立ておよび経年劣化に伴う交換も容易である。

図１２に示す最下流側静翼１０は、図８〜図１１の形態も含み、上流翼１２の揺動軸１２Ａが、全翼コード長Ｌの５０％の位置から上流側の範囲に設けられている。つまり、揺動軸１２Ａを基準とした上流翼１２の翼コード長Ｌ２に対して下流翼１１の翼コード長Ｌ１が長く形成されている。

上流翼１２の可変角が過大（転向角が過大）となると、翼からの空気のはく離が発生し易い傾向になる。この時、翼面境界層の発達する下流側で流れを大きく転向させると、はく離が発生し易い。このため、上流翼の揺動軸１２Ａは、全翼コード長の５０％の位置から上流側の範囲に、望ましくは３０％位置近傍に設けるのが良い。

また、図２に示すように、最下流側静翼１０は、上流翼１２と下流翼１１との対向する端部の一方が揺動方向に沿って凸状に形成され、他方が揺動方向に沿って凹状に形成されている。

このように、上流翼１２と下流翼１１との対向する端部の一方を揺動方向に沿って凸状に形成し、他方を揺動方向に沿って凹状に形成すると、上流翼１２と下流翼１１との対向する端部がより近くに配置される。この結果、上流翼１２と下流翼１１との対向する端部間の隙間が小さくなるため、当該隙間に空気が通過することによる効率低下を抑制することができる。

１ 軸流圧縮機
２ ケーシング
３ 回転軸
４ 静翼
５ 動翼
５Ａ 揺動軸
７ 出口案内翼
１０ 最下流側静翼
１１ 下流翼
１２ 上流翼
１２Ａ 揺動軸
１３ 静翼可変機構
１４ 静翼可変機構
１５ 動翼可変機構
１６ 弾性部材
１８ 弾性部材

Claims (9)

1. ケーシングの内側に円周上に複数設けられた固定の静翼と、前記円周の中心に回転可能に設けられた回転軸に対して円周上に複数設けられた動翼と、を前記回転軸の軸心方向に交互に複数配置し、前記回転軸の回転により前記静翼と前記動翼とで前記回転軸の軸心方向に空気を圧縮して送る軸流圧縮機において、
   最も下流に配置される最下流側静翼を上流翼と下流翼とで構成し、前記下流翼を固定する一方、前記軸心方向に交差して延在する揺動軸を前記下流翼の上流端側に配置して前記上流翼を揺動可能に設けることを特徴とする軸流圧縮機。
2. 前記最下流側静翼の他の前記静翼が揺動可能に設けられ、前記上流翼と他の前記静翼とを同期して揺動させる静翼同期手段を有することを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機。
3. 前記動翼が揺動可能に設けられ、前記上流翼と前記動翼とを同期して揺動させる動翼同期手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の軸流圧縮機。
4. 前記最下流側静翼は、前記上流翼と前記下流翼との表面が弾性部材により連続して被覆されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の軸流圧縮機。
5. 前記最下流側静翼は、前記下流翼が弾性部材により形成され、前記上流翼の表面が前記下流翼をなす弾性部材により前記下流翼から連続して被覆されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の軸流圧縮機。
6. 前記最下流側静翼は、前記上流翼の表面が弾性部材により被覆され、当該弾性部材の一部が前記上流翼と前記下流翼との間を被覆しつつ前記下流翼に固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の軸流圧縮機。
7. 前記最下流側静翼は、前記上流翼と前記下流翼との表面が弾性部材を介して連結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の軸流圧縮機。
8. 前記最下流側静翼は、前記揺動軸が、全翼コード長の５０％の位置から上流側の範囲に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の軸流圧縮機。
9. 前記最下流側静翼は、前記上流翼と前記下流翼との対向する端部の一方が揺動方向に沿って凸状に形成され、他方が揺動方向に沿って凹状に形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の軸流圧縮機。

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