JP2015017528A - ターボ機械とその運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の周囲の空間を確保して軸振動計を所望の位置に設置することができ、軸振動を高精度に計測することが可能なターボ機械を提供する。【解決手段】本発明によるターボ機械１は、回転して流体のエネルギーを変換するロータ２１と、軸受室２４に設けられ、ロータ２１を支持する軸受２３と、少なくともロータ２１と軸受２３とを収容するケーシング１２と、ケーシング１２に収容され、ケーシング１２とで流体の流路３を構成するベルマウス１１とを備える。ベルマウス１１は、流路３と軸受室２４とを連通させる開口部２６と、開口部２６に着脱可能に取り付けられた閉塞部材１６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機械とその運用方法に関する。

近年、発電用ガスタービンや航空用ジェットエンジンといったターボ機械におけるエネルギー効率の向上が、以前にも増して重要視されている。例えば、発電用ガスタービンでエネルギー効率を向上するには、圧縮過程を担う圧縮機において圧力比や効率を高くすることが必須となる。一方で、エネルギー効率の向上に伴うコストの増加を抑制するために、段数の削減も要求され、圧縮機の高負荷化が重要な技術課題となる。

このような高負荷のターボ機械では、信頼性を確保する技術が従来にも増して重要である。特に、機械振動による機器の破損を防止するためには、回転体の軸振動を検出することが必須となる。

特許文献１には、タービン発電機の軸振動を検出する技術に関して、「潤滑油の圧力によるプローブの接触子の浮上がりを解消できる振動計プローブ」が開示されている。

特許文献２には、「調整用ボルトを回すだけで、計測部の先端と軸部の外表面との間の距離（隙間）を容易に調整できる」振動計取付機構が開示されている。

実開平６−２１７４号公報 特開２００８−１１５７１９号公報

ターボ機械の回転体（ロータ）の軸振動を高精度に計測するためには、回転体を支持する軸受の近傍に軸振動計を設置する必要がある。また、複数の軸振動計を設置する場合には、軸振動計は、同一平面上に、回転体の回転方向に対して互いに９０度位相を離して設置する必要がある。このように、ターボ機械は、軸振動計の設置個所に制約があるので、軸振動計の取り付け及び取り外し作業を行うための空間を、軸受の周囲に十分に確保する必要がある。しかし、従来の技術では、軸受の周囲の作業空間を確保する方法について考慮されていない。このため、従来のターボ機械では、軸振動計を所望の位置に設置することが困難であり、軸振動を高精度に計測することが難しいという課題を持つ。

本発明の目的は、軸受の周囲の空間を確保して軸振動計を所望の位置に設置することができ、軸振動を高精度に計測することが可能なターボ機械とその運用方法を提供することである。

本発明によるターボ機械は、次のような特徴を備える。回転して流体のエネルギーを変換するロータと、軸受室に設けられ、前記ロータを支持する軸受と、少なくとも前記ロータと前記軸受とを収容するケーシングと、前記ケーシングに収容され、前記ケーシングとで前記流体の流路を構成するベルマウスとを備え、前記ベルマウスは、前記流路と前記軸受室とを連通させる開口部と、前記開口部に着脱可能に取り付けられた閉塞部材とを備える。

本発明によると、軸受の周囲の空間を確保して軸振動計を所望の位置に設置することができ、軸振動を高精度に計測することが可能なターボ機械とその運用方法を提供することができる。

実施例１によるターボ機械の概略を示す子午面断面図である。 実施例１によるターボ機械の閉塞部材と軸振動計を主に示す部分拡大図である。 実施例１によるターボ機械の、軸振動計の設置位置における回転中心軸に垂直な断面図である。 実施例２によるターボ機械の、軸振動計の設置位置における回転中心軸に垂直な断面図である。 実施例３によるターボ機械の閉塞部材と軸振動計を主に示す部分拡大図である。 実施例３によるターボ機械の閉塞部材の周囲を示す、ベルマウスの部分拡大図である。 実施例３によるターボ機械の、軸振動計の設置位置における回転中心軸に垂直な断面図である。 実施例４によるターボ機械の閉塞部材と軸振動計を主に示す部分拡大図である。 実施例４によるターボ機械の閉塞部材の周囲を示す、ベルマウスの部分拡大図である。 実施例４によるターボ機械の、軸振動計の設置位置における回転中心軸に垂直な断面図である。 従来のターボ機械の概略を示す子午面断面図である。

本発明によるターボ機械は、軸受の周囲の空間を確保することができるので、軸振動計を所望の位置に取り付けて軸振動を高精度に計測することができる。このため、軸振動による機器の破損を防止することができ、信頼性を確保することができる。また、軸振動計の保守点検が行いやすくなり、長期に渡って信頼性を維持できる。

初めに、図１１を用いて従来のターボ機械の概要を説明する。

図１１は、従来のターボ機械の概略を示す子午面断面図（回転中心軸に沿う断面図）である。図１１では、ターボ機械５１のうち、回転中心軸２２より上側を主に示しており、下側は省略している。ターボ機械５１は、ダクト部２、ベルマウス１１、ケーシング１２、複数のストラット１３、複数の静翼１４、複数の動翼１５、ロータ２１、及び軸受２３を備える。ケーシング１２は、外周構造物であり、ベルマウス１１、ストラット１３、静翼１４、動翼１５、ロータ２１、及び軸受２３を収容する。ストラット１３は、ケーシング１２を支持するために、ベルマウス１１に設けられる。静翼１４は、ケーシング１２に設けられる。動翼１５は、ロータ２１に設けられる。軸受２３は、ベルマウス１１とロータ２１との間に形成される空間である軸受室２４に設けられ、ロータ２１を支持する。以下では、ターボ機械５１として、軸流式の圧縮機を例に挙げて説明する。

ダクト部２と、ベルマウス１１と、ケーシング１２と、ロータ２１により、ターボ機械の内部流路３が構成される。ケーシング１２とロータ２１とで、環状の内部流路３が形成される。内部流路３には、作動流体が流れる。静翼１４と動翼１５は、回転中心軸２２に沿って交互に配置される。ロータ２１は、同一の回転軸に接続された電動モータやタービン等の駆動源（図示しない）により駆動され、回転中心軸２２の周りに回転する。

作動流体は、ダクト部２を通って内部流路３へ流入する。なお、図１１では、作動流体が流れ方向４に沿って上方から内部流路３へ流入する場合を想定しているが、例えば、作動流体が横方向や下方向から内部流路３へ流入してもよい。作動流体のエネルギーは、ロータ２１の回転によって変換される。ターボ機械５１が圧縮機の場合には、回転する動翼１５で作動流体に運動エネルギーを与え、静翼１４で流れを減速させる。作動流体の運動エネルギーは、圧力エネルギーに変換され、昇圧される。

ロータ２１の周囲には、ロータ２１の軸振動を計測するために、複数の軸振動計３１が設置される。軸振動計３１は、ケーシング１２に収容され、軸受ケーシング（軸受２３を覆う部材）に固定されてロータ２１の周囲に設けられる。軸振動計３１の数は、限定しないが、実用上は２つが好ましい。軸振動計３１には、例えば渦電流式非接触変位計を用いることができる。複数の軸振動計３１は、同一平面上に、ロータ２１の回転方向に対して互いに９０度位相を離して設置する。

軸振動計３１により、ターボ機械５１の運転時には、ロータ２１の軸振動が所定の振幅以下になるように監視することができる。この監視は、機械振動（軸振動）による機器破損を未然に防止するためである。軸振動を高精度に計測するためには、ロータ２１を支持する軸受２３になるべく近い位置に、軸振動計３１を設置するのが望ましい。軸振動計３１は、軸受２３に近いほど、高精度に軸振動を計測することができる。高精度に軸振動を計測できれば、ターボ機械５１の信頼性を確保することができる。

しかし、ターボ機械５１が小型の場合には、軸受室２４において、軸受２３の周囲の空間が狭くなる傾向がある。このような場合には、軸受２３の周囲の空間に作業者の手が入りにくく、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業が困難である。このため、軸振動計３１を所望の位置（例えば、軸受２３の近傍）に取り付けられない場合があり、高精度に軸振動を計測できず、ターボ機械５１の信頼性が著しく低下する恐れがある。

本発明によるターボ機械は、軸受２３の周囲の空間を確保することができるので、軸振動計３１を所望の位置に取り付けて軸振動を高精度に計測することができ、信頼性を確保することができる。

以下、本発明の実施例によるターボ機械について説明する。なお、以下に示す図１〜図１０において、図１１と同一の符号は、図１１のターボ機械５１と同一のまたは対応する構成要素を示し、これらの構成要素についての説明は省略する。

本発明の実施例１によるターボ機械を、図１〜図３を用いて説明する。

図１は、本実施例によるターボ機械１の概略を示す子午面断面図である。図１では、図１１と同様に、ターボ機械１のうち、回転中心軸２２より上側を主に示しており、下側は省略している。本実施例のターボ機械１は、図１１を用いて説明したターボ機械５１とほぼ同一の構成であるが、ベルマウス１１の一部に設けられた開口部２６と、この開口部２６に着脱可能に取り付けられた閉塞部材１６とをさらに備える。閉塞部材１６は、開口部２６に取り付けられると、開口部２６を塞ぐことができる。

図２は、図１に示したターボ機械１のうち、閉塞部材１６と軸振動計３１を主に示す部分拡大図である。閉塞部材１６は、ベルマウス１１の一部に設けられた開口部２６を塞ぐことができ、ベルマウス１１に対して着脱可能に設けられる。ターボ機械１の運転時には、閉塞部材１６は、ベルマウス１１の開口部２６を閉塞し、作動流体がベルマウス１１から漏れないようにする。開口部２６は、軸振動計３１の設置箇所から径方向外側（図２の矢印５で示す方向）の位置に、ベルマウス１１の一部に設けられ、内部流路３と軸受室２４とを連通させる。「径方向」とは、ロータ２１の回転の径方向のことであり、以下の説明でもこの意味で用いる。開口部２６の大きさは、少なくとも軸振動計３１が通り抜けられる大きさとする。すなわち、開口部２６は、ベルマウス１１のうち軸振動計３１の設置箇所から径方向外側の部分を少なくとも含むように設けられる。閉塞部材１６は、作動流体がベルマウス１１から漏れないように開口部２６を塞ぐことができる大きさと形状である。

ベルマウス１１の開口部２６は、ベルマウス１１のうち軸振動計３１の設置箇所から径方向外側の部分を含み、内部流路３と軸受室２４とを連通するので、閉塞部材１６を開口部２６から取り外すと、軸振動計３１と軸受２３の周囲の空間を拡張することができる。このため、本実施例によるターボ機械１では、閉塞部材１６を開口部２６から取り外すと、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業を容易に行うことができ、軸振動計３１を軸受２３の近傍に取り付けることができるので、軸振動を高精度に計測して信頼性を確保することができる。また、閉塞部材１６を開口部２６から取り外すと、例えば、軸振動計３１を、開口部２６を通して内部流路３から軸受室２４へ移動させ、所望の位置に取り付けることや、軸受ケーシングから取り外した軸振動計３１を、開口部２６を通して軸受室２４から内部流路３へ移動させることが可能である。

図３は、ターボ機械１の、軸振動計３１の設置位置における回転中心軸２２に垂直な断面図である。図３では、作動流体の流れの上流側から見た断面図を示している。本実施例のターボ機械１には、２つの軸振動計３１が設けられるものとする。したがって、ベルマウス１１に設けられた開口部２６と、この開口部２６を塞ぐ閉塞部材１６も、それぞれ２つずつ設けられる。また、本実施例のターボ機械１は、ストラット１３が周方向に６本、すなわち６０度間隔で設けられている。なお、ストラット１３の数と設置位置は、これに限定されない。

ベルマウス１１の開口部２６は、軸振動計３１の設置箇所から径方向外側の位置に設けられる。したがって、閉塞部材１６は、軸振動計３１の設置箇所から径方向外側に位置し、ベルマウス１１の開口部２６を塞ぐ。なお、開口部２６は、ストラット１３が設けられた位置と異なる位置に、ベルマウス１１に設けるのが望ましい。すなわち、閉塞部材１６の位置が、ストラット１３の位置と重ならないようにするのが望ましい。

２つの軸振動計３１は、同一平面上に、ロータ２１の回転方向に対して互いに９０度位相が離れた位置に設置する。本実施例では、図３の破線６で示された鉛直方向から時計周りと反時計回りに４５度離れた位置に、それぞれ軸振動計３１を設置する。なお、軸振動計３１の数と設置位置は、これに限定されない。

ターボ機械１をこのように構成することで、閉塞部材１６をベルマウス１１の開口部２６から取り外すと、内部流路３と軸受室２４とが連通し、軸振動計３１を径方向に移動させるための空間を確保できる。したがって、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業が行いやすくなり、軸振動計３１を所望の位置に取り付けることができる。軸振動計３１を所望の位置に取り付けることによって、軸振動を高精度に計測することができ、ターボ機械１の信頼性を確保できる。

また、ロータ２１の軸振動の計測精度を高めるため、軸振動計３１は、できるだけ軸受２３の近傍の位置に、可能であれば軸受２３に隣接する位置に取り付けることが望ましい。軸受室２４が狭い場合でも、ベルマウス１１の開口部２６を軸受２３から径方向外側の位置に設けることによって、軸受２３の近傍や軸受２３に隣接する位置に軸振動計３１を取り付けることが可能である。軸振動計３１が異常な軸振動を検知したら、機器停止等の措置を取り、ターボ機械１の破損を防止できる。高精度に軸振動を計測することは、ターボ機械１の破損を防止し、信頼性を向上させる効果がある。

さらに、ベルマウス１１の開口部２６の大きさを、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業に必要な最小の大きさとすれば、ベルマウス１１の構造信頼性を低下させない。本実施例によるターボ機械１は、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業では、軸振動計３１の周囲の構造物を分解する必要がなく、ベルマウス１１の開口部２６から閉塞部材１６を取り外すだけで作業ができるため、作業期間の短縮とコストの低減という効果がある。また、軸受室２４が小さい小型のターボ機械１の場合でも、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業を行う空間を確保できるため、ターボ機械１を小型化でき、設計の自由度が上がるという効果もある。ターボ機械１の流れ性能向上のため、ベルマウス１１の曲率を変えて、ベルマウス１１を軸受２３の近傍まで拡大したいという要求にも対応可能である。

本実施例のターボ機械１では、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業時に軸受２３の周囲の空間を確保することができるので、軸振動計３１を所望の位置に取り付けて軸振動を高精度に計測でき、ターボ機械１の信頼性を確保できる。軸振動計３１の取り外し及び取り付け作業がしやすくなることから、軸振動計３１の保守点検や整備が行いやすくなり、長期に渡ってターボ機械１の信頼性を維持できる。

本発明の実施例２によるターボ機械を、図４を用いて説明する。実施例２によるターボ機械の構成は、実施例１によるターボ機械の構成とほぼ同一である。本実施例において、実施例１と同一の構成については説明を省略する。また、図４において、図１〜図３と同一の符号は、図１〜図３に示した構成要素と同一のまたは対応する構成要素を示し、これらについての説明は省略する。

図４は、本実施例のターボ機械１の、軸振動計３１の設置位置における回転中心軸２２に垂直な断面図である。図４では、作動流体の流れの上流側から見た断面図を示している。本実施例のターボ機械１には、２つの軸振動計３１が設けられるものとする。したがって、ベルマウス１１に設けられた開口部２６と、この開口部２６を塞ぐ閉塞部材１６も、それぞれ２つずつ設けられる。

本実施例のターボ機械１では、ストラット１３が周方向に８本、すなわち４５度間隔で設けられており、この点が実施例１と異なる。以下、実施例１と異なる部分について、主に説明する。

２つの軸振動計３１は、ロータ２１の軸振動を精度よく計測するために、ロータ２１の回転方向に対して互いに９０度位相が離れた位置に設置する必要がある。しかし、実施例１のように破線６で示された鉛直方向から４５度離れた位置に軸振動計３１を設置すると、本実施例では、ベルマウス１１に設けるべき開口部２６の位置がストラット１３の位置と重なってしまう。このため、ベルマウス１１に開口部２６を設け、この開口部２６を閉塞部材１６で塞ぐのが困難になる。

そこで、本実施例では、一方の軸振動計３１は、鉛直方向から３０度離れた位置に、もう一方の軸振動計３１は、鉛直方向から６０度離れた位置に設置する。このように構成することで、ベルマウス１１に設ける開口部２６の位置がストラット１３の位置と異なり、開口部２６と閉塞部材１６の位置がストラット１３の位置と重なるのを回避できる。なお、軸振動計３１の設置位置は、図４に示した位置に限定されず、ベルマウス１１の開口部２６と閉塞部材１６の位置がストラット１３の位置と重ならないように決めればよい。

ターボ機械１をこのように構成することで、閉塞部材１６をベルマウス１１の開口部２６から取り外すと、内部流路３と軸受室２４とが連通し、軸振動計３１を径方向に移動させるための空間を確保できる。したがって、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業が行いやすくなり、軸振動計３１を所望の位置に取り付けることができる。軸振動計３１を所望の位置に取り付けることによって、軸振動を高精度に計測することができ、ターボ機械１の信頼性を確保できる。

本実施例によるターボ機械も、実施例１によるターボ機械と同様に、所望の位置、例えば軸受２３の近傍や軸受２３に隣接する位置に軸振動計３１を取り付けることが可能である。このため、高精度に軸振動を計測することができ、ターボ機械１の破損を防止し、信頼性を向上させることができる。また、実施例１で述べたその他の効果（例えば、軸振動計３１の取り付け及び取り外し作業の期間の短縮とコストの低減や、設計の自由度の向上）も、本実施例によるターボ機械は有する。

本発明の実施例３によるターボ機械を、図５〜図７を用いて説明する。実施例３によるターボ機械の構成は、実施例１によるターボ機械の構成とほぼ同一である。本実施例において、実施例１と同一の構成については説明を省略する。また、図５〜図７において、図１〜図３と同一の符号は、図１〜図３に示した構成要素と同一のまたは対応する構成要素を示し、これらについての説明は省略する。

本実施例のターボ機械１は、ベルマウス１１の開口部２７と、この開口部２７を塞ぐ閉塞部材１７が実施例１と異なる。以下、実施例１と異なる部分について、主に説明する。

図５は、図２と同様に、ターボ機械１のうち、閉塞部材１７と軸振動計３１を主に示す部分拡大図である。図６は、ベルマウス１１の部分拡大図であり、閉塞部材１７の周囲を示す。

ベルマウス１１の開口部２７は、凸形状であり、その大きさは、軸受室２４側と内部流路３側とで異なり、軸受室２４側が内部流路３側よりも小さい。より具体的に述べると、ベルマウス１１の開口部２７の開口面に平行な断面積は、軸受室２４側が内部流路３側よりも小さい。すなわち、図５に示すように、ベルマウス１１の開口部２７は、子午面（回転中心軸に沿う面）での断面形状が、軸受室２４側が内部流路３側より小さい凸形状である。

閉塞部材１７は、この開口部２７と同じ形状である。すなわち、閉塞部材１７は、凸形状であり、その大きさは、閉塞部材１７が開口部２７に取り付けられた状態（開口部２７を塞いだ状態）において、軸受室２４側が内部流路３側よりも小さい。より具体的に述べると、閉塞部材１７は、開口部２７を塞いだ状態において、開口部２７の開口面に平行な断面積が、軸受室２４側が内部流路３側よりも小さい。すなわち、図５に示すように、閉塞部材１７は、開口部２７を塞いだ状態において、子午面（回転中心軸に沿う面）での断面形状が、軸受室２４側が内部流路３側より小さい凸形状である。閉塞部材１７は、開口部２７を塞いだ状態において、内部流路３側にフランジ部（開口部２７の開口面に平行な断面積が閉塞部材１７の他の部分よりも大きい部分）を有する点が特徴であり、内部流路３側に移動させて開口部２７から取り外すことができる。

図６に示すように、閉塞部材１７は、固定用ボルト１９でベルマウス１１に固定する。例えば、閉塞部材１７のフランジ部に固定用ボルト１９を通し、ベルマウス１１の内側に埋め込んだナット（図示しない）で固定することができる。または、ベルマウス１１の内側に設けた雌ねじ穴（図示しない）で固定することができる。これらの固定方法は、比較的作業性がよく、低コストである。なお、閉塞部材１７のフランジ部とベルマウス１１が確実に固定されるならば、他の固定方法を用いてもよい。

図７は、本実施例のターボ機械１の、軸振動計３１の設置位置における回転中心軸２２に垂直な断面図である。図７では、作動流体の流れの上流側から見た断面図を示している。本実施例のターボ機械１には、２つの軸振動計３１が設けられるものとする。したがって、ベルマウス１１に設けられた開口部２７と、この開口部２７を塞ぐ閉塞部材１７も、それぞれ２つずつ設けられる。２つの軸振動計３１は、実施例１と同様に、破線６で示された鉛直方向から時計周りと反時計回りに４５度離れた位置に設置される。上述したように、閉塞部材１７は、固定用ボルト１９でベルマウス１１に固定される。

内部流路３に段差が存在すると、作動流体の流れが乱れるといった悪影響が生じる恐れがある。したがって、閉塞部材１７は、内部流路３に段差ができないように、ベルマウス１１の開口部２７を塞ぐのが望ましい。すなわち、閉塞部材１７は、開口部２７に取り付けられて開口部２７を塞いでいるときに、内部流路３の内部に突出しないような形状と大きさとするのが好ましい。これは、作動流体の流れの乱れによるターボ機械１の性能や信頼性が低下するのを抑制することにつながる。

作動流体として空気を用いる場合は、内部流路３において、最も上流側に位置する動翼１５よりも上流側では、作動流体の圧力が大気圧よりも低くなる傾向がある。このため、閉塞部材１７とベルマウス１１との間に隙間が存在すると、内部流路３への空気の漏れ流れが発生する。この漏れ流れがあると、内部流路３での気流が乱れることが予想される。そこで、閉塞部材１７とベルマウス１１との接触部にガスケット等のシール構造（図示しない）を設けることで、内部流路３への漏れ流れを防止できる。これは、作動流体の流れの乱れによるターボ機械１の性能低下と信頼性低下を抑制することにつながる。

また、閉塞部材１７の固定に用いる固定用ボルト１９の本数を作業者が把握していれば、固定用ボルト１９の付け忘れや内部流路３への固定用ボルト１９の置き忘れを防止することができる。

本実施例での閉塞部材１７は、上述したような凸形状であるので、実施例１、実施例２と比較して、より確実にベルマウス１１に固定することができ、ベルマウス１１の開口部２７をより確実に塞ぐことができる。したがって、本実施例のターボ機械１は、信頼性をさらに向上することができる。

以上説明したように、本実施例によるターボ機械も、実施例１、実施例２によるターボ機械と同様に、軸振動計を所望の位置に取り付けて軸振動を高精度に計測でき、ターボ機械の破損防止と信頼性向上を実現することができる。

本発明の実施例４によるターボ機械を、図８〜図１０を用いて説明する。実施例４によるターボ機械の構成は、実施例３によるターボ機械の構成とほぼ同一である。本実施例において、実施例３と同一の構成については説明を省略する。また、図８〜図１０において、図５〜図７と同一の符号は、図５〜図７に示した構成要素と同一のまたは対応する構成要素を示し、これらについての説明は省略する。

本実施例のターボ機械１は、ベルマウス１１の開口部２８と、この開口部２８を塞ぐ閉塞部材１８が実施例３と異なる。以下、実施例３と異なる部分について、主に説明する。

図８は、図５と同様に、ターボ機械１のうち、閉塞部材１８と軸振動計３１を主に示す部分拡大図である。図９は、図６と同様に、ベルマウス１１の部分拡大図であり、閉塞部材１８の周囲を示す。

ベルマウス１１の開口部２８は、凸形状であり、その大きさは、軸受室２４側と内部流路３側とで異なり、内部流路３側が軸受室２４側よりも小さい。より具体的に述べると、ベルマウス１１の開口部２８の開口面に平行な断面積は、内部流路３側が軸受室２４側よりも小さい。すなわち、図８に示すように、ベルマウス１１の開口部２８は、子午面（回転中心軸に沿う面）での断面形状が、内部流路３側が軸受室２４側より小さい凸形状である。

閉塞部材１８は、この開口部２８と同じ形状である。すなわち、閉塞部材１８は、凸形状であり、その大きさは、閉塞部材１８が開口部２８に取り付けられた状態（開口部２８を塞いだ状態）において、内部流路３側が軸受室２４側よりも小さい。より具体的に述べると、閉塞部材１８は、開口部２８を塞いだ状態において、開口部２８の開口面に平行な断面積が、内部流路３側が軸受室２４側よりも小さい。すなわち、図８に示すように、閉塞部材１８は、開口部２８を塞いだ状態において、子午面（回転中心軸に沿う面）での断面形状が、内部流路３側が軸受室２４側より小さい凸形状である。閉塞部材１８は、開口部２８を塞いだ状態において、軸受室２４側にフランジ部（開口部２８の開口面に平行な断面積が閉塞部材１８の他の部分よりも大きい部分）を有する点が特徴であり、軸受室２４側に移動させて開口部２８から取り外すことができる。

図９に示すように、閉塞部材１８は、固定用ボルト１９でベルマウス１１に固定する。閉塞部材１８のベルマウス１１への固定方法は、実施例３で述べたのと同じ方法を用いることができる。

図１０は、本実施例のターボ機械１の、軸振動計３１の設置位置における回転中心軸２２に垂直な断面図である。図１０では、作動流体の流れの上流側から見た断面図を示している。本実施例のターボ機械１には、２つの軸振動計３１が設けられるものとする。したがって、ベルマウス１１に設けられた開口部２８と、この開口部２８を塞ぐ閉塞部材１８も、それぞれ２つずつ設けられる。２つの軸振動計３１は、実施例１と同様に、破線６で示された鉛直方向から時計周りと反時計回りに４５度離れた位置に設置される。上述したように、閉塞部材１８は、固定用ボルト１９でベルマウス１１に固定される。

内部流路３に段差が存在すると、作動流体の流れが乱れるといった悪影響が生じる恐れがある。したがって、閉塞部材１８は、内部流路３に段差ができないように、開口部２８に取り付けられて開口部２８を塞いでいるときに、内部流路３の内部に突出しないような形状と大きさとするのが好ましい。本実施例によるターボ機械１では、実施例１〜実施例３のターボ機械１と比較して、内部流路３に段差ができないように構成しやすい。これは、閉塞部材１８が軸受室２４側にフランジ部を有するので、閉塞部材１８は、ベルマウス１１の開口部２８の開口面に平行な断面積が、内部流路３側の方が軸受室２４側よりも小さいためである。また、本実施例によるターボ機械１では、開口部２８に対する閉塞部材１８の取り付け及び取り外し作業時に、閉塞部材１８を内部流路３側へ移動させない。このため、閉塞部材１８が内部流路３に接触して、内部流路３の流路壁に傷が生じ、内部流路３に段差ができるのを防止できる。これは、作動流体の流れの乱れによるターボ機械１の性能や信頼性が低下するのを抑制することにつながる。

また、本実施例によるターボ機械１では、閉塞部材１８を軸受室２４側に移動させて開口部２８から取り外すため、実施例３のターボ機械１と比較して、内部流路３に固定用ボルト１９を置き忘れるリスクが小さくなる。したがって、ターボ機械１の信頼性をさらに向上することができる。

以上説明したように、本実施例によるターボ機械も、実施例１〜実施例３によるターボ機械と同様に、軸振動計を所望の位置に取り付けて軸振動を高精度に計測でき、ターボ機械の破損防止と信頼性向上を実現することができる。

なお、以上の実施例において、閉塞部材１６〜１８は、スライド可能または蝶番のように回転可能にベルマウス１１の開口部２８に取り付けられてもよい。この場合、閉塞部材１６〜１８は、スライドまたは蝶番のような回転により、開口部２８を塞いだり開放したりすることができる。閉塞部材１６〜１８は、ターボ機械１の運転時には、開口部２８を閉塞することができ、開口部２８を閉塞しないときには、内部流路３と軸受室２４とを連通させて軸振動計３１と軸受２３の周囲の空間を拡張することができれば、開口部２８への取り付け方法は任意でよい。

以上の実施例で説明したように、本発明によるターボ機械は、軸受の周囲の空間（軸受室）が狭くなる傾向がある小型のターボ機械においても、内部流路の設計を変更することがなく、ロータの軸振動を高精度に計測することが可能である。このため、本発明によるターボ機械は、異常発生の初期段階で振動の振幅が小さいときであっても、異常な振動を確実に検知できるので、ターボ機械の信頼性を確保できる。特に、高負荷なターボ機械に本発明を適用すると、大きい効果が得られる。また、ターボ機械の流れ性能を向上するために、ベルマウスの曲率を変えて、ベルマウスを軸受の近傍まで拡大したいという要求にも対応可能である。さらに、軸振動計の保守点検が行いやすくなり、長期に渡って信頼性を維持できるという利点もある。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。

１、５１…ターボ機械、２…ダクト部、３…内部流路、４…作動流体の流れ方向、５…径方向外側を示す矢印、６…鉛直方向を示す破線、１１…ベルマウス、１２…ケーシング、１３…ストラット、１４…静翼、１５…動翼、１６、１７、１８…閉塞部材、１９…固定用ボルト、２１…ロータ、２２…回転中心軸、２３…軸受、２４…軸受室、２６、２７、２８…開口部、３１…軸振動計。

Claims (11)

1. 回転して流体のエネルギーを変換するロータと、
   軸受室に設けられ、前記ロータを支持する軸受と、
   少なくとも前記ロータと前記軸受とを収容するケーシングと、
   前記ケーシングに収容され、前記ケーシングとで前記流体の流路を構成するベルマウスと、を備え、
   前記ベルマウスは、前記流路と前記軸受室とを連通させる開口部と、前記開口部に着脱可能に取り付けられた閉塞部材とを備える、
   ことを特徴とするターボ機械。
2. 前記ケーシングに収容され、前記ロータの軸振動を計測する軸振動計をさらに備え、
   前記ベルマウスは、前記軸振動計から前記ロータの回転の径方向外側の位置に前記開口部を備える請求項１に記載のターボ機械。
3. 前記閉塞部材は、前記開口部に取り付けられた状態において、前記軸受室側と前記流路側とで大きさが異なる請求項１または２に記載のターボ機械。
4. 前記閉塞部材は、前記開口部に取り付けられた状態において、前記軸受室側が前記流路側よりも小さい請求項３に記載のターボ機械。
5. 前記閉塞部材は、前記開口部に取り付けられた状態において、前記流路側が前記軸受室側よりも小さい請求項３に記載のターボ機械。
6. 前記軸振動計は、前記軸受に隣接して設けられる請求項２に記載のターボ機械。
7. 前記ベルマウスは、前記ケーシングを支持するストラットを備え、前記ストラットが設けられた位置と異なる位置に前記開口部を備える請求項１または２に記載のターボ機械。
8. 前記閉塞部材は、前記開口部に取り付けられた状態において、前記流路の内部に突出しない請求項１または２に記載のターボ機械。
9. 前記ベルマウスは、前記軸振動計が通り抜けられる大きさの前記開口部を備える請求項２に記載のターボ機械。
10. 前記閉塞部材を前記開口部から取り外し、
    前記軸振動計の取り付けまたは取り外しを行う、
    ことを特徴とする請求項２に記載のターボ機械の運用方法。
11. 前記閉塞部材を前記開口部から取り外し、
    前記軸振動計を、前記開口部を通して、前記流路から前記軸受室へまたは前記軸受室から前記流路へ移動させる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のターボ機械の運用方法。

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