JP2003301798A - 圧縮機及びガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流入流量変化に対して、圧縮機の運転回転数
を変えることなく吐出口の圧力を一定に保つことがで
き、吸込口圧力が大気圧以下となっても、外部空気の混
入を防ぐことができるようにする。 【解決手段】 筐体１１と、筐体１１に回転自在に設け
られた回転軸１２と、回転軸１２に固定された複数のイ
ンペラ１３と、回転軸１２及びインペラ１３の周囲に各
インペラ１３との間に連続した複数の作動室１４a、１
４bを形成するように配置されたダイヤフラム１５とを
備え、回転軸１２及びインペラ１３を回転させて、吸入
口１６から作動室１４a、１４bへ流体を流入させ、作動
室１４a、１４bで流体を圧縮し、吐出口１７から圧縮流
体を得る圧縮機１０において、作動室１４a又は作動室
１４bからの流体を通過させる経路の前段に戻す戻し流
路２０と、戻し流路２０に介装され戻し流路２０内の流
体流量を調節する可変絞り弁２１とを備えることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体を所要の圧力
に圧縮する圧縮機及び該圧縮機を備えたガスタービンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ガスタービンは、供給さ
れた空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐
出された空気と燃料とが混合燃焼される燃焼器と、該燃
焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービンとを備えた構
成になっている。このガスタービンに用いられる圧縮機
としては、匡体内にインペラを備えた回転軸を配設し、
空気を圧縮する作動室を形成するようにダイヤフラムを
配設し、前記回転軸及びインペラを回転させることによ
り、吸込口から流入した空気を前記作動室を通過させて
圧縮し、吐出口に出力させるものが一般的である。

【０００３】従来、上記の形式の圧縮機としては、図３
から図５に示すものが知られている。これらの図におい
て、右半部と左半部は同一の構成であるので、左半部の
みに符号を付してある。図３に示す圧縮機５０は、筐体
５１と、筐体５１に回転自在に支持された回転軸５２
と、回転軸５２に固定された複数のインペラ５３と、回
転軸５２及びインペラ５３の周囲に各インペラ５３との
間に連続した複数の作動室５４を形成するように配置さ
れたダイヤフラム５５とを備え、筐体５１には、流体が
流入する吸込口５６と、流出する吐出口５７とが設けら
れ、流体が回転軸５２に沿って筐体５１外部へ流出する
のを防止するシール５８が設けられている。また、吸込
口５６とインペラ５３との間に入口案内羽根５９が設け
られている。

【０００４】この圧縮機５０は、外部から回転力が回転
軸５２に伝達され、インペラ５３が回転する。流体は吸
込口５６から流入し、入口案内羽根５９によってインペ
ラ５３への流入方向を整えられ、作動室５４内で回転す
るインペラ５３により圧縮され、吐出口５７より流出さ
れる。流入する流体流量が変化すると、吐出口５７の流
体圧力を一定に保つように、回転軸５２の回転数は変更
される。

【０００５】図４に示す圧縮機７０は、筐体５１と、回
転軸５２と、インペラ５３と、作動室５４と、ダイヤフ
ラム５５とを備え、その基本的構成は図３に示すものと
同様である。図３に示すものと異なるのは吸込口５６の
形態である。図４において、図３の構成要素と同一部分
については同一符号を付し、その説明を省略する。図４
において、圧縮機７０の吸込口７１には、可変絞り弁７
２が備えられている。

【０００６】上記の構成によれば、圧縮機７０は図３の
圧縮機５０と同様に、流体は吸込口７１から流入し、イ
ンペラ５３で圧縮され、吐出口５７から流出する。流入
する流体流量が変化すると、吐出口５７の圧力が一定に
なるように、流体流量は吸込口７１に設けられている可
変絞り弁７２によって調節される。また、可変絞り弁７
２を吐出口５７に設けても同様に吐出口５７の圧力は一
定に調節される。

【０００７】図５に示す圧縮機９０は、筐体５１と、回
転軸５２と、インペラ５３と、作動室５４と、ダイヤフ
ラム５５とを備え、その基本的構成は図３に示すものと
同様である。図３に示すものと異なるのは吸込口５６と
入口案内羽根５９との形態である。図５において、図３
の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その
説明を省略する。図５において、圧縮機９０の可変入口
案内羽根９１は吸込口９２とインペラ５３との間に配置
されている。

【０００８】上記の構成によれば、圧縮機９０は図３の
圧縮機５０と同様に、流体は吸込口９２から流入し、イ
ンペラ５３で圧縮され、吐出口５７から流出する。流入
する流体流量が変化すると、吐出口５７の圧力が一定に
なるように、インペラ５３への流れ角は可変入口案内羽
根９１によって調節される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の図３
に示す圧縮機５０においては、流体の流入流量が増減す
ると、吐出口５７の圧力は流入流量の変化に影響を受け
変動する。したがって、この圧縮機５０の吐出口５７の
圧力変動は、圧縮機５０の運転回転数を変化させること
で制御されうるが、圧縮機５０の駆動源が一定速駆動源
の場合対応できないという問題があった。

【００１０】また、上記の図４に示す圧縮機７０におい
ては、流体の流入流量の増減による吐出口５７の圧力の
変動は、流入流量を吸込口７１に備えられた可変絞り弁
７２で調節することで制御されうるが、流量によっては
可変絞り弁７２の大きさが大となる可能性があるという
問題があった。吐出口５７に可変絞り弁７２を設けた場
合でも同様に流量によっては可変絞り弁７２が大となる
可能性があるという問題があった。

【００１１】また、上記の図５に示す圧縮機９０におい
ては、流体の流入流量の増減による吐出口５７の圧力変
動は、インペラ５８への流れ角を可変入口案内羽根９１
で調節することで制御されうるが、可変入口案内羽根９
１の可変機構トラブルが起きる可能性があるという問題
があった。

【００１２】さらに、上記の図３から図５に示す圧縮機
５０、７０、９０全てにおいては、吸込口の圧力が大気
圧以下になったとき、作動室においても圧力が大気圧以
下となる部分が発生し、シール５６には設計と逆方向の
圧力が加わり、シール性が低下し外部の空気がシール５
６部より圧縮機５０、７０、９０内に入り、圧縮流体に
混入する可能性があるという問題があった。

【００１３】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、その目的は、一定回転運転時において、
流体の流入流量が変化しても吐出口の圧力は一定に保た
れ、かつ、吸込口の圧力が大気圧以下でも外部の空気の
作動室内への混入を防ぐことができる圧縮機を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の圧縮機では、上
記課題を解決するため以下の手段を採用した。請求項１
にかかる発明は、前記いずれかの作動室からの流体を、
該流体を通過させる経路の前段に戻す戻し流路と、該戻
し流路に介装されて該戻し流路内の流体流量を調節する
可変絞り弁とを備えることを特徴とする。この発明にか
かる圧縮機によれば、流入流量変化に応じて、該戻し流
路に介装された該可変絞り弁の絞り量を変え、該作動室
内流体を前段に戻す流量を調節することにより、該圧縮
機の運転回転数を変えることなく該吐出口の圧力を一定
に保つことができる。

【００１５】請求項２にかかる発明は、請求項１記載の
圧縮機において、前記戻し流路は、その一端が前記吸込
口に接続され、他端が前記作動室に接続されていること
を特徴とする。この発明にかかる圧縮機によれば、流入
流量変化に応じて、該戻し流路に介装された該可変絞り
弁の絞り量を変え、該作動室内流体を該吸込口に戻す流
量を調節することにより、該圧縮機の運転回転数を変え
ることなく該吐出口の圧力を一定に保つことができ、ま
た該吸込口の圧力が大気圧以下であっても、該作動室内
流体を該戻し流路で該吸込口に戻すことにより、該吸込
口の圧力を上昇させ該作動室への外部空気の混入を防ぐ
ことができる。

【００１６】請求項３にかかる発明は、請求項１又は２
記載の圧縮機において、前記吐出口内の流体圧力を検出
するセンサと、該センサの検出出力に基いて前記可変絞
り弁を制御する制御部とを備えてなることを特徴とす
る。この発明にかかる圧縮機によれば、該吐出口の圧力
を該センサで検出し該制御部で該戻し流路に介装された
該可変絞り弁の絞り量を制御し、該作動室内流体を前段
部又は該吸込口に戻す流量を調節し、該圧縮機の運転回
転数を変えることなく自動的に該吐出口の圧力を一定に
保つことができる。

【００１７】請求項４にかかる発明は、請求項１から３
のいずれか記載の圧縮機を有するガスタービンにおい
て、供給された空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧
縮機から吐出された空気と燃料とが混合燃焼される燃焼
器と、該燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービンと
を備えてなることを特徴とする。この発明にかかるガス
タービンによれば、供給される空気の流量が変化しても
該圧縮機からの吐出空気圧が一定になるので、該ガスタ
ービンの運転は安定し、出力を安定させることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、この発明の
実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施
形態を示す図であり、この図において、右半部と左半部
は同一の構成であるので、左半部のみに符号を付してあ
る。図１において圧縮機１０は、筐体１１と、回転軸１
２と、複数のインペラ１３と、複数の作動室１４a、１
４bと、ダイヤフラム１５とを備え、筐体１１には、吸
込口１６と、吐出口１７と、シール１８とが設けられ、
吸込口１６とインペラ１３の間に入口案内羽根１９が設
けられている。この構成は、前述した図３に示すものと
同じである。

【００１９】この圧縮機１０が図３に示すものと異なる
のは以下の点である。作動室１４aから流体を吸込口１
６に戻す戻し流路２０が設けられ、この戻し流路２０に
可変絞り弁２１が介装されている。吐出口１７には流体
圧力を検出するセンサ２２が備えられ、センサ２２の検
出出力に基づいて可変絞り弁２１を制御する制御部２３
が備えられている。

【００２０】上記の構成からなる圧縮機１０において
は、図１に示すように、流体は吸込口１６から流入し、
入口案内羽根１９によってインペラ１３への流入方向を
整えられ、インペラ１３とダイヤフラム１５の間の作動
室１４aに導かれ、回転するインペラ１３により圧縮さ
れ、所定の割合で圧縮された流体は次段の作動室１４b
に導かれる。作動室１４bに送られた流体は、再度回転
するインペラ１３によってさらに圧縮される。その圧縮
流体は吐出口１７に送られ、出力として供給される。こ
の動作において、作動室１４aと吸込口１６との間に戻
し流路２０が形成されているので、作動室１４aで圧縮
された流体は前述したように作動室１４bに行く一方、
戻し流路２０にも導かれる。そして、戻し流路２０に介
装された可変絞り弁２１の絞り量は吐出口１７内にある
圧力を検知するセンサ２２に基づいて制御部２３に制御
される。

【００２１】上記の構成によれば、圧縮機１０への流体
の流入流量が変動して吐出口１７の圧力が変化すると、
吐出口１７の圧力変化は吐出口１７に備えられたセンサ
２２によって検出される。検出出力は制御部２３に入力
され、制御部２３は戻し流路２０に介装された可変絞り
弁２１の絞り量を吐出口１７の圧力が一定になるように
変更し、作動室１４aから吸込口１６へ戻される圧縮流
体の流量を制御する。その結果圧縮機１０の吸込口１６
の流量と圧力は変化し、圧縮機１０の運転回転数を変え
ることなく吐出口１７の圧力を一定に保つことができ
る。

【００２２】また、吸込口１６の圧力が大気圧以下であ
っても、大気圧以上に圧縮された作動室１４a内流体を
戻し流路２０で吸込口１６に戻すことにより、吸込口１
６の圧力を上昇させ圧縮機１０内の大気圧以下の領域を
なくし、外部空気の圧縮機１０内への混入を防ぐことが
できる。なお、上記の実施例においては、吸込口１６へ
戻す流体を作動室１４aから導いていたが、作動室１４b
から導いてもよい。しかし、流体を圧縮の度合いが高い
作動室１４bから導くと、作動室１４aから導いたときよ
り吸込口１６へ戻す流体の温度が高くなって、吸込口１
６の流体温度も高くなり圧縮機１０の効率が低下する。
したがって、吸込口１６へ戻す流体を作動室１４aから
導いた方が、作動室１４bから導くより圧縮機１０の効
率は良い。

【００２３】次に、上記の圧縮機を備えたガスタービン
について説明する。図２に示すガスタービン１００は、
図１に示す圧縮機１０を備えたガスタービン１００の構
成を示すものである。ガスタービン１００は、供給され
た空気を圧縮して吐出する圧縮機１０と、圧縮機１０か
ら吐出された空気と燃料とが混合燃焼される燃焼器１１
０と、燃焼器１１０の燃焼ガスにより駆動されるタービ
ン１２０を備えてなる。

【００２４】上記の構成のガスタービン１００によれ
ば、供給される空気の流量に変化があっても、圧縮機１
０は空気の流量に依らず吐出口の圧力を一定の圧力に調
節することができるため、ガスタービン１００は安定に
運転され、出力も安定させることができる。なお、この
発明における圧縮機は、上記のようにガスタービンに適
用するだけでなく各種の機器に適用できるものである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、流入流量変化に応じて、該戻し流路に介装
された該可変絞り弁の絞り量を変え、該作動室内流体を
前段に戻す流量を調節することにより、該圧縮機の運転
回転数を変えることなく該吐出口の圧力を一定に保つと
いう効果を奏する。

【００２６】また、請求項２に係る発明よれば、流入流
量変化に応じて、該戻し流路に介装された該可変絞り弁
の絞り量を変え、該作動室内流体を該吸込口に戻す流量
を調節することにより、該圧縮機の運転回転数を変える
ことなく該吐出口の圧力を一定に保つことができ、また
該吸込口の圧力が大気圧以下であっても、該作動室内流
体を該戻し流路で該吸込口に戻すことにより、該吸込口
の圧力を上昇させ該作動室への外部空気の混入を防ぐと
いう効果を奏する。

【００２７】また、請求項３に係る発明によれば、該吐
出口の圧力を該センサで検出し該制御部で該戻し流路に
介装された該可変絞り弁の絞り量を制御し、該作動室内
流体を前段部又は該吸込口に戻す流量を調節し、該圧縮
機の運転回転数を変えることなく自動的に該吐出口の圧
力を一定に保つという効果を奏する。

【００２８】また、請求項４に係る発明によれば、供給
される空気の流量が変化しても圧縮機からの吐出空気圧
が一定になるので、ガスタービンの運転は安定し、出力
を安定させるという効果を奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による圧縮機の一実施形態の概略構成
を示す縦断面図である。

【図２】 本発明によるガスタービンの実施形態の概略
構成を示す図である。

【図３】 従来の圧縮機の概略構成を示す縦断面図であ
る。

【図４】 別の従来の圧縮機の概略構成を示す縦断面図
である。

【図５】 別の従来の圧縮機の概略構成を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１０ 圧縮機 １１ 筐体 １２ 回転軸 １３ インペラ １４a、１４b 作動室 １５ ダイヤフラム １６ 吸込口 １７ 吐出口 ２０ 戻し通路 ２１ 可変絞り弁 ２２ センサ ２３ 制御部 １００ ガスタービン １１０ 燃焼器 １２０ タービン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体と、該筐体に回転自在に設けられた
   回転軸と、該回転軸に固定された複数のインペラと、該
   回転軸及びインペラの周囲に前記各インペラとの間に連
   続した複数の作動室を形成するように配置されたダイヤ
   フラムとを備え、前記回転軸及びインペラを回転させる
   ことにより、吸入口から前記作動室へ流体を流入させ、
   該作動室を通過させ、吐出口から圧縮流体を得るように
   した圧縮機において、 前記いずれかの作動室からの流体を、該流体を通過させ
   る経路の前段に戻す戻し流路と、該戻し流路に介装され
   て該戻し流路内の流体流量を調節する可変絞り弁とを備
   えることを特徴とする圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧縮機において、 前記戻し流路は、その一端が前記吸込口に接続され、他
   端が前記作動室に接続されていることを特徴とする圧縮
   機。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の圧縮機において、 前記吐出口内の流体圧力を検出するセンサと、該センサ
   の検出出力に基づいて前記可変絞り弁を制御する制御部
   とを備えてなることを特徴とする圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項１から３記載のいずれか記載の圧
   縮機と、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合燃
   焼される燃焼器と、該燃焼器の燃焼ガスにより駆動され
   るタービンとを備えてなることを特徴とするガスタービ
   ン。