JP2011252457A - 軸流圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで圧損を抑えることが可能な軸流圧縮機を提供する。
【解決手段】軸流圧縮機１Ａは、流体を圧縮する流体圧縮部２０と、圧縮流体が流通するディフューザ３０と、中空円環形状を呈し、圧縮流体が流通する出口ケーシング４０と、出口ケーシング４０から送られた圧縮流体を径方向に排出する圧縮流体排出管５０と、を備え、流体圧縮部２０は、静翼２１ａを有する中央ケーシング２１と、動翼２２ａを有するロータ２２と、を備え、ディフューザ３０は、出口ケーシング２０内のロータ２２とは逆側の端部において、流体が出口ケーシング４０の径方向外側へと流れる形状を呈し、出口ケーシング４０内には、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０とが接続された部位のロータ２２の回転方向上流側から、ロータ２２の回転方向に進むにつれて断面積が小さくなる環状のホーン状部材６０Ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸流圧縮機に関する。

圧縮機において、圧縮された空気が流通する出口ケーシングを、圧縮空気の合流に応じて順次大きくなっていく形状とすることが行われている（特許文献１参照）。かかる圧縮機は、圧縮空気の流れをスムーズにし、圧損を抑えることができる。

実開平３−１２３９０６号公報

一方、軸流圧縮機においては、圧縮された空気が流通する出口ケーシングの形状が、一定の大きさに設計されているものが一般的であり、かかる軸流圧縮機に特許文献１に記載された技術を適用しようとすると、出口ケーシングを取り替える必要が生じてしまう。一般的に大型なものが多い軸流圧縮機において出口ケーシングを取り替えるとなると、新たな出口ケーシングの設計、製造にコストがかかる上、取り替えが大変であり、さらには、不要となった既存の出口ケーシングが廃棄物となってしまうという問題がある。

本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、低コストで圧損を抑えることが可能な軸流圧縮機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の軸流圧縮機は、流体が流入する入口ケーシングと、前記入口ケーシングから送られた前記流体を圧縮する流体圧縮部と、前記流体圧縮部によって圧縮された前記流体が流通するディフューザと、中空円環形状を呈し、前記ディフューザから送られた前記流体が流通する出口ケーシングと、前記出口ケーシングに接続され、前記出口ケーシングから送られた前記流体を前記出口ケーシングの径方向外側に排出する圧縮流体排出管と、を備え、前記流体圧縮部は、内面に立設された静翼を有する中央ケーシングと、前記中央ケーシング内に設けられ、外面に立設された動翼を有するロータと、を備える軸流圧縮機であって、前記ディフューザは、前記出口ケーシング内の前記ロータとは逆側の端部において、前記流体が前記出口ケーシングの径方向外側へと流れる形状を呈し、前記出口ケーシング内には、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側から、前記ロータの回転方向に進むにつれて断面積が小さくなる環状のホーン状部材が設けられていることを特徴とする。

かかる構成によると、既存の軸流圧縮機の出口ケーシング内にホーン状部材を設けることによって圧縮空気の流れをスムーズにし、低コストで圧損を抑えることができる。

前記軸流圧縮機は、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側において、前記流体が前記出口ケーシングの周方向に流れるのを遮断するように前記ホーン状部材と前記出口ケーシングとの間を塞ぐ仕切部材をさらに備える構成であってもよい。

また、前記ホーン状部材は、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側において、前記流体が前記出口ケーシングの周方向に流れるのを遮断するように前記出口ケーシングを塞ぐ形状を呈する構成であってもよい。

また、前記課題を解決するため、本発明の軸流圧縮機は、流体が流入する入口ケーシングと、前記入口ケーシングか送られた前記流体を圧縮する流体圧縮部と、前記流体圧縮部によって圧縮された前記流体が流通するディフューザと、中空円環形状を呈し、前記ディフューザから送られた前記流体が流通する出口ケーシングと、前記出口ケーシングに接続され、前記出口ケーシングから送られた前記流体を前記出口ケーシングの径方向外側に排出する圧縮流体排出管と、を備え、前記流体圧縮部は、内面に立設された静翼を有する中央ケーシングと、前記中央ケーシング内に設けられ、外面に立設された動翼を有するロータと、を備える軸流圧縮機であって、前記ディフューザは、前記出口ケーシング内の前記ロータとは逆側の端部において、前記流体が前記出口ケーシングの径方向外側へと流れる形状を呈し、前記出口ケーシング内には、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側において、前記流体が前記出口ケーシングの周方向に流れるのを遮断するように前記出口ケーシングを塞ぐ仕切部材が設けられていることを特徴とする。

かかる構成によると、既存の軸流圧縮機の出口ケーシング内に仕切部材を設けることによって圧縮空気の流れをスムーズにし、低コストで圧損を抑えることができる。

本発明によれば、既存の軸流圧縮機を活かし、低コストで圧損を抑えることができる。

本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機を模式的に示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内に設けられたホーン状部材及び仕切部材を説明するための図であり、（ａ）は一部破断斜視図、（ｂ）は図１のＸ１方向から見た断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第一の実施形態に係る出口ケーシング内の断面形状を説明するための図であり、（ａ）は図２のＸ２方向から見た断面図、（ｂ）は図２のＸ３方向から見た断面図、（ｃ）は図２のＸ４方向から見た断面図である。（ｄ）は、比較例に係る出口ケーシング内の断面形状を説明するための図である。 本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内における圧縮流体の流れを説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内に設けられた仕切部材を説明するための図であり、（ａ）は仕切部材を示す斜視図、（ｂ）は図１のＸ１方向から見た断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内における圧縮流体の流れを説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内に設けられたホーン状部材を説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るホーン状部材の固定手法を説明するための図であり、図２のＸ２方向から見た断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る仕切部材の変形例を説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

＜第一の実施形態＞
まず、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機について、図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内に設けられたホーン状部材及び仕切部材を説明するための図であり、（ａ）は一部破断斜視図、（ｂ）は図１のＸ１方向から見た断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第一の実施形態に係る出口ケーシング内の断面形状を説明するための図であり、（ａ）は図２のＸ２方向から見た断面図、（ｂ）は図２のＸ３方向から見た断面図、（ｃ）は図２のＸ４方向から見た断面図である。図３（ｄ）は、比較例に係る出口ケーシング内の断面形状を説明するための図である。図４は、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内における圧縮流体の流れを説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。なお、図２及び図４において、ディフューザ３０は省略されている。

≪軸流圧縮機１Ａの基本構成≫
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、入口ケーシング１０と、流体圧縮部２０と、ディフューザ３０と、出口ケーシング４０と、圧縮流体排出管５０と、を備える。

入口ケーシング１０は、圧縮すべき流体が流入する中空部材であり、入口スクロールとも呼ばれる。入口ケーシング１０を流通した流体は、流体圧縮部２０へ送られる。

流体圧縮部２０は、入口ケーシング１０から送られた流体を圧縮し、圧縮流体を生成する。生成された圧縮流体は、ディフューザ３０へ送られる。より詳細には、流体圧縮部２０は、中央ケーシング２１と、ロータ２２と、を備える。

中央ケーシング２１は、中空円筒形状を呈しており、その内面には、複数の静翼２１ａが立設されている。中央ケーシング２１の上流側端部は、入口ケーシング１０に接続されており、中央ケーシング２１の下流側端部は、ディフューザ３０を介して出口ケーシング４０に接続されている。

ロータ２２は、中央ケーシング２１内に設けられており、円柱形状を呈している。その外面には、複数の動翼２２ａが立設されている。複数の動翼２２ａと前記した複数の静翼２１ａは、互いに対向するように交互に設けられており、入口ケーシング１０から送られた流体は、これら静翼２１ａと動翼２２ａとの間を流通する。かかるロータ２２は、制御装置（図示せず）の制御によって駆動されて回転する。動翼２２ａを有するロータ２２が回転することにより、静翼２１ａと動翼２２ａとの間を流通する流体が圧縮され、圧縮流体が生成される。圧縮流体の圧縮の程度は、制御装置が静翼可変機構（図示せず）を駆動制御して静翼２１ａを変位させることにより制御される。生成された圧縮流体は、ディフューザ３０へ送られる。

ディフューザ３０は、生成された圧縮流体が流通する部材である。かかるディフューザ３０は、出口ケーシング４０の径方向内側に設けられており、出口ケーシング４０内のロータ２２とは逆側の端部において、圧縮流体が出口ケーシング４０の径方向外側へと流れる形状を呈する。すなわち、ディフューザ３０は、上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状を呈する部材である。ディフューザ３０を流通した圧縮流体は、出口ケーシング４０へ送られる。

出口ケーシング４０は、中空円環形状を呈し、ディフューザ３０から送られた圧縮流体が流通する部材であり、出口スクロールとも呼ばれる。出口ケーシング４０を流通した圧縮流体は、圧縮流体排出管５０へ送られる。

圧縮流体排出管５０は、円筒形状を呈する管であって、出口ケーシング４０に接続され、出口ケーシング４０から送られた圧縮流体を出口ケーシング４０の径方向外側に排出する管である。本実施形態において、圧縮流体排出管５０は、出口ケーシング４０の下端部に接続され、出口ケーシング４０から送られた圧縮流体を下方に排出する。

≪ホーン状部材６０Ａ及び仕切部材７０≫
図１及び図２に示すように、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、ホーン状部材６０Ａと、仕切部材７０と、をさらに備える。

ホーン状部材６０Ａは、出口ケーシング４０内のディフューザ３０の出口近傍に配設されており、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０とが接続された部位のロータ２２の回転方向Ｒの上流側から、ロータ２２の回転方向Ｒに進むにつれて断面積が小さくなる環状部材である。かかるホーン状部材６０Ａは、例えば、仕切部材７０上に載置されるとともに、ディフューザ３０に対してボルトによって固定される。

仕切部材７０は、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０とが接続された部位のロータ２２の回転方向Ｒの上流側において、圧縮流体が出口ケーシング４０の周方向に流れるのを遮断するようにホーン状部材６０Ａと出口ケーシング４０との間を塞ぐ板状部材である。かかる仕切部材７０は、例えば、出口ケーシング４０に対して溶接によって固定される。

なお、ホーン状部材６０Ａが設けられていない場合には、図３（ｄ）に示すように、ディフューザ３０から出口ケーシング４０へと送られた圧縮空気（図３（ｄ）の矢印）が、ディフューザ３０の出口近傍（図３（ｄ）の網掛け部分）において渦流を発生させてしまい、圧損が生じてしまう。これに対して、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、ホーン状部材６０Ａを備えているので、ディフューザ３０の出口近傍における渦流の発生を防ぎ、圧損を抑えることができる。

図４における点線は、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａの出口ケーシング４０内における圧縮流体の流れである。本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、ホーン状部材６０Ａを備えており、出口ケーシング４０内の圧縮流体の流路形状は、ロータ２２の回転方向Ｒに進むにつれて断面積が大きくなるように構成されている。すなわち、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、ロータ２２の回転方向Ｒに進むにつれて合流していく圧縮空気の量に合わせて圧縮空気の流路形状が大きくなっていくため、圧縮空気の流れをスムーズにし、圧損を抑えることができる。

また、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、仕切部材７０を備えているので、圧縮空気排出管５０へ図４の左右両側から圧縮空気が流れ込むことを防ぎ、圧損を抑えることができる。

また、本発明の第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａは、既存の軸流圧縮機の出口ケーシング４０内にホーン状部材６０Ａ及び仕切部材７０を設けることによって実現可能であるため、低コストで圧損を抑えることができる。

＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機について、図５及び図６を参照し、第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａとの相違点を中心に説明する。図５は、本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内に設けられた仕切部材を説明するための図であり、（ａ）は仕切部材を示す斜視図、（ｂ）は図１のＸ１方向から見た断面図である。図６は、本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内における圧縮流体の流れを説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。なお、図５（ｂ）及び図６において、ディフューザ３０は省略されている。

図５に示すように、本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｂは、ホーン状部材６０Ａ及び仕切部材７０に代えて、仕切部材８０を備える。仕切部材８０は、出口ケーシング４０内に設けられており、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０とが接続された部位のロータ２２の回転方向上流側において、圧縮流体が出口ケーシング４０の周方向に流れるのを遮断するように出口ケーシング４０を塞ぐ部材である。かかる仕切部材８０は、例えば、出口ケーシング４０に対して溶接によって固定される。

仕切部材８０は、ロータ２２の軸線視で径方向内側から径方向外側に向かって広がるテーパ形状を呈する。仕切部材８０の径方向内側端部８１は、ディフューザ３０の下端部に当接し、仕切部材８０の径方向外側端部の一方８２は、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０との接続部位に当接している。また、仕切部材８０の径方向内側端部８１と径方向外側端部の一方８２とを結ぶ辺、及び、仕切部材８０の径方向内側端部８１と径方向外側端部の他方８３とを結ぶ辺は、それぞれ凹形状を呈する。仕切部材８０の両辺をかかる形状とすることにより、圧縮空気の出口ケーシング４０の周方向への流れ及び圧縮流体排出管５０への流れをスムーズにすることができる。

図６における点線は、本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｂの出口ケーシング４０内における圧縮流体の流れである。本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｂは、仕切部材８０を備えているので、圧縮空気排出管５０へ図６の左右両側から圧縮空気が流れ込むことを防ぎ、圧損を抑えることができる。

また、本発明の第二の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｂは、既存の軸流圧縮機の出口ケーシング４０内に仕切部材８０を設けることによって実現可能であるため、低コストで圧損を抑えることができる。

＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係る軸流圧縮機について、図７を参照し、第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａとの相違点を中心に説明する。図７は、本発明の第三の実施形態に係る軸流圧縮機の出口ケーシング内に設けられたホーン状部材を説明するための図であり、図１のＸ１方向から見た断面図である。なお、図７において、ディフューザ３０は省略されている。

図７に示すように、本発明の第三の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｃは、ホーン状部材６０Ａ及び仕切部材７０に代えて、ホーン状部材６０Ｃを備える。ホーン状部材６０Ｃは、第一の実施形態に係るホーン状部材６０Ａと異なり、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０とが接続された部位のロータ２２の回転方向Ｒの上流側において、圧縮流体が出口ケーシング４０の周方向に流れるのを遮断するように出口ケーシング４０を塞ぐ形状を呈する。かかるホーン状部材６０Ｃは、例えば、ディフューザ３０に対してボルトによって固定される。

本発明の第三の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｃは、出口ケーシング４０と圧縮流体排出管５０とが接続された部位のロータ２２の回転方向Ｒの最上流部において出口ケーシング４０を塞ぐホーン状部材６０Ｃを備えるので、仕切部材７０が不要であり、部品点数を減らしつつ第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａと同様の効果を奏することができる。

また、本発明の第三の実施形態に係る軸流圧縮機１Ｃは、既存の軸流圧縮機の出口ケーシング４０内にホーン状部材６０Ｃを設けることによって実現可能であるため、低コストで圧損を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記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適宜設計変更可能である。例えば、第一の実施形態に係る軸流圧縮機１Ａにおいて仕切部材７０を省略することができる。また、ホーン状部材６０Ａ，６０Ｃ及び仕切部材７０，８０の材料は適宜変更可能である。また、ホーン上部材６０Ａ，６０Ｃに関しては、軽量化のため、中空状とすることもできる。

なお、ホーン状部材６０Ａのディフーザ３０に対する固定手法に関しては、図８に示すように、ホーン状部材６０Ａの形状をディフューザ３０の端部に沿うような形状とし、ディフューザ３０に形成された貫通孔を介してホーン状部材６０Ａに形成されたネジ穴にボルトＢを螺合させることによって、ホーン状部材６０Ａをディフーザ３０に固定することができる。

また、仕切部材８０に関しては、図９に示すように、曲面形状を呈する２枚の板状部材８０ａ，８０ｂを組み合わせることによって図５に示す仕切部材８０と同様の外形を構成してもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 軸流圧縮機
１０ 入口ケーシング
２０ 流体圧縮部
２１ 中央ケーシング
２１ａ 静翼
２２ ロータ
２２ａ 動翼
３０ ディフューザ
４０ 出口ケーシング
５０ 圧縮流体排出管
６０Ａ，６０Ｃ ホーン状部材
７０，８０ 仕切部材

Claims (4)

1. 流体が流入する入口ケーシングと、
   前記入口ケーシングから送られた前記流体を圧縮する流体圧縮部と、
   前記流体圧縮部によって圧縮された前記流体が流通するディフューザと、
   中空円環形状を呈し、前記ディフューザから送られた前記流体が流通する出口ケーシングと、
   前記出口ケーシングに接続され、前記出口ケーシングから送られた前記流体を前記出口ケーシングの径方向外側に排出する圧縮流体排出管と、
   を備え、
   前記流体圧縮部は、内面に立設された静翼を有する中央ケーシングと、前記中央ケーシング内に設けられ、外面に立設された動翼を有するロータと、を備える軸流圧縮機であって、
   前記ディフューザは、前記出口ケーシング内の前記ロータとは逆側の端部において、前記流体が前記出口ケーシングの径方向外側へと流れる形状を呈し、
   前記出口ケーシング内には、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側から、前記ロータの回転方向に進むにつれて断面積が小さくなる環状のホーン状部材が設けられている
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
2. 前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側において、前記流体が前記出口ケーシングの周方向に流れるのを遮断するように前記ホーン状部材と前記出口ケーシングとの間を塞ぐ仕切部材をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機。
3. 前記ホーン状部材は、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側において、前記流体が前記出口ケーシングの周方向に流れるのを遮断するように前記出口ケーシングを塞ぐ形状を呈する
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機。
4. 流体が流入する入口ケーシングと、
   前記入口ケーシングか送られた前記流体を圧縮する流体圧縮部と、
   前記流体圧縮部によって圧縮された前記流体が流通するディフューザと、
   中空円環形状を呈し、前記ディフューザから送られた前記流体が流通する出口ケーシングと、
   前記出口ケーシングに接続され、前記出口ケーシングから送られた前記流体を前記出口ケーシングの径方向外側に排出する圧縮流体排出管と、
   を備え、
   前記流体圧縮部は、内面に立設された静翼を有する中央ケーシングと、前記中央ケーシング内に設けられ、外面に立設された動翼を有するロータと、を備える軸流圧縮機であって、
   前記ディフューザは、前記出口ケーシング内の前記ロータとは逆側の端部において、前記流体が前記出口ケーシングの径方向外側へと流れる形状を呈し、
   前記出口ケーシング内には、前記出口ケーシングと前記圧縮流体排出管とが接続された部位の前記ロータの回転方向上流側において、前記流体が前記出口ケーシングの周方向に流れるのを遮断するように前記出口ケーシングを塞ぐ仕切部材が設けられている
   ことを特徴とする軸流圧縮機。

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