JP5222152B2

JP5222152B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP5222152B2
Application number: JP2008550188A
Authority: JP
Inventors: 尚教永井; 憲次佐藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: WO2008075747A1; KR101191060B1; US20100068044A1; US8206097B2; EP2096321A1; KR20090074082A; EP2096321B1; CN101542129B; JPWO2008075747A1; CN101542129A; EP2096321A4

Description

本発明は、空気を圧縮する圧縮機に関する。本願は、２００６年１２月２１日に出願された特願２００６−３４３８１４号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来から、ガスタービンにおいて、タービンを回転させるための燃焼ガスが、圧縮機で圧縮された圧縮空気によって燃焼器が燃料ガスを燃焼させることで、発生されている。この圧縮空気を生成する圧縮機の入口には、外気より空気を吸気する吸気ダクトが設置されている。図１１の断面図に示すように、吸気ダクト１００は、圧縮機１０１の動翼１２が設置された回転軸５の先端側において、回転軸５の外周でリング形状となるように設置されるとともに、外気を吸い込むように上側が開放された片吸込構造とされている。

そして、吸気ダクト１００において、回転軸５側の吸気ケーシング１００ａが、回転軸５の外周を覆う内側ケーシング１０１ａと接続し、外側の吸気ケーシング１００ｂが、内側ケーシング１０１ａの外周側に設置される外側ケーシング１０１ｂと接続する。尚、内側ケーシング１０１ａと外側ケーシング１０１ｂとで挟まれた円環状の空間を空気流路１０１ｃとして、静翼１１及び動翼１２が交互に並んで配置される。そして、動翼１２が回転軸５によって回転することで、吸気ダクト１００を通じて吸気された空気が圧縮される。

図１１に示す吸気ダクト１００のように、回転軸に直交する方向から空気を吸い込む片吸込構造とした場合、吸気ケーシング１００ａ，１００ｂ、内側ケーシング１０１ａ、及び外側ケーシング１０１ｂによって構成される円環状の空間１０２において、回転軸５の周方向から吸い込まれた空気は環状流路の周方向に分配される。そして、この円環状の空間１０２で周方向へ分配された空気が、内側ケーシング１０１ａ及び外側ケーシング１０１ｂによって構成される空気流路１０１ｃに流れ込むこととなる。このように、空間１０２から空気流路１０１ｃに流れ込む際に、その流れを滑らかなものとするために、吸気ケーシング１００ｂと外側ケーシング１０１ｂの先端が外周方向に屈曲されるとともに、この屈曲部分１０１ｄが吸気ケーシング１００ａの内壁に向かって膨らんだベルマウス形状とされる。そして、外側ケーシング１０１ｂの屈曲部分１０１ｄの先端に吸気ケーシング１００ｂが接続される。

このように、吸気ケーシング１００ａ，１００ｂと内側ケーシング１０１ａ及び外側ケーシング１０１ｂとによって吸気ダクト１００が構成されるが、内側ケーシング１０１ａが外側ケーシング１０１ｂよりも回転軸５の先端に向かって伸びた構成とされる。そして、内側ケーシング１０１ａ及び外側ケーシング１０１ｂを支持するために、回転軸５を中心として放射状に複数のストラット１０３が設けられる。この複数のストラット１０３は、従来は、図１２に示すように、回転軸５の周方向に対して等間隔となるように設置されることが常であった（特許文献１参照）。
実開平７−１７９９４号公報（第４頁および図４、図５）

図１１に示すように、吸気ダクト１００が構成される場合、回転軸に直交する方向から外気を吸い込む片吸込構造であるため、円環状の空間１０２において回転軸５の周方向に分配された空気は、周方向の流路面積に対する流量のバランスがとれていないために、その空気の流れに周方向の偏流が存在する。

よって、圧縮機１０１の空気流路１０１ｃに空気が流れ込む際、周方向に非一様な流入条件となり、そのストールマージン（失速に対する余裕）低下の一要因となりうるとともに、圧縮機１０１の起動昇速時において旋回失速の誘起要因となりうる。更に、圧縮機１０１の空気流路１０１ｃへの空気の流入条件が周方向に非一様となるため、ストラット１０３に対する迎え角が大きくなる箇所が生じる。その結果、迎え角が大きい箇所では、ストラット１０３で剥離が生じ、プロファイル損失が増加する。

又、図１１のように、吸気ケーシング１００ｂと外側ケーシング１０１ｂとの接続部付近の屈曲部分１０１ｄをなだらかなベルマウス形状とすることで、吸気ケーシング１００ｂ及び外側ケーシング１０１ｂによる壁面側を流れる空気の流れを加速させることとなる。その結果、ストラット１０３に流入する流れはスパン方向にも分布する３次元的な偏流を持つ。特にストラット外周側では、空気の流れが高速になる箇所でプロファイル損失が増加する。プロファイル損失は速度の二乗に比例するからである。

更に、図１２に示すように、回転軸５の周方向に対して等間隔にストラット１０３を設けた場合、ストラット１０３の後端側に発生するウェーク（流速の遅い領域）の影響に基づき、ストラット１０３の本数に相当する励振力の高調波成分（ハーモニクス成分）が大きくなる。そのために、圧縮機１０１の静翼１１及び動翼１２の設計を行う際、ストラット１０３によるハーモニクス成分に共振しない様に離調させた設計とする必要がある。

このように、吸気ダクトの片吸込構造とストラットとの配置関係により、圧縮機に流入される空気の流入条件が非一様となるとともに、ストラットによる圧損が増大して、圧縮機の効率が低下する。又、ストラットを周方向に等間隔に設置することで発生する励振力のハーモニクス成分によっても、圧縮機の翼設計における自由度が制限されることとなる。

このような問題を鑑みて、本発明は、翼設計の自由度が高く、圧縮効率の高い圧縮機を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の圧縮機吸気ダクトは、回転軸を覆うように配置された内側ケーシングと、前記内側ケーシングを覆うように配置され、前記回転軸の周囲に流体流路を形成する外側ケーシングと、前記流体流路の入口側で前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間に架設された複数のストラットとを備え、前記複数のストラットが、前記回転軸を中心として放射状に配設され、かつ前記回転軸の周方向に隣接する前記ストラットの間隔が不等である。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記ストラットは前記回転軸の周方向にｎ本配置され（ｎは２以上の整数）、前記回転軸を中心としたときの隣接する前記ストラットの間隔を表す角度の最大値と最小値との差が、１２０°／ｎ以上である。

本発明の圧縮機吸気ダクトは、前記流体流路の入口端で前記内側ケーシングに接続される第一ケーシングと、前記流体流路の入口端で前記外側ケーシングに接続される第二ケーシングとをさらに備え、前記外側ケーシングの前記第二ケーシングとの接続部分に、前記第一ケーシングに向かって突出するように屈曲する屈曲部が形成されていてもよい。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記屈曲部は、前記第二ケーシングに隣接し、前記回転軸の外周面と略平行な面をなす平坦部と、前記平坦部の先端から前記回転軸の径方向内方に向かって滑らかに湾曲する曲面部とを備え、前記屈曲部の断面は、前記第一ケーシングに向かって突出する略Ｕ字形状をなしてもよい。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記ストラットの前記外側ケーシングとの接続位置は、前記屈曲部の先端よりも前記回転軸の軸方向の下流側に位置してもよい。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記回転軸の周方向に沿って円環状に形成された前記平坦部のうち、前記第一および第二ケーシングの先端に形成された外気の吸込口に隣接するある部分の前記軸方向の長さが、前記ある部分よりも前記吸込口から遠くに位置する他の部分の前記軸方向の長さよりも長くてもよい。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記回転軸の周方向に沿って円環状に形成された前記屈曲部のうち、前記第一および第二ケーシングの先端に形成された外気の吸込口に隣接するある部分の先端が、前記ある部分よりも前記吸込口から遠くに位置する他の部分の先端よりも前記第一ケーシングに向かって突出していてもよい。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記ストラットの前記外側ケーシングとの接続位置は、前記ストラットの前記内側ケーシングとの接続位置よりも前記回転軸の軸方向の下流側に位置してもよい。

本発明の圧縮機吸気ダクトにおいて、前記ストラットの前記外側ケーシングとの接続位置と、前記ストラットの前記内側ケーシングとの接続位置との前記軸方向の距離は、前記吸込口に近い前記ストラットほど長くてもよい。

本発明によると、回転軸を中心にして放射状に設置するストラットに対して、その回転軸の周方向における間隔を不等なものとすることによって、従来のように等間隔で配置した場合に発生していたハーモニクス成分を低減することができる。即ち、圧縮機内において、ストラットの下流側に流入する流体の周波数分布において各周波数における励振力を分散させることができる。このようにして、従来形状において発生していたハーモニクス成分を低減することができるため、圧縮機における翼設計の自由度を高めることができる。

又、第二ケーシングと外側ケーシングとの接続部分における屈曲部分に、回転軸の外周面と略平行な面となる平坦部を設けることによって、第二ケーシングの内壁の外周側から流れてくる流体の流れを静止させることができる。これにより、この平坦部に沿って回転軸の周方向に流体を流し、回転軸の周方向において、屈曲部分の先端から流れる流体の流れをほぼ同一条件の流れとすることができる。よって、回転軸の周方向において、圧縮機に供給する流れの偏流を低減でき、圧縮機の効率低下を抑制することができる。

更に、第二ケーシングと外側ケーシングとの接続部分に対して、ストラットの外側ケーシングの接続位置が離れた位置となることによって、ストラットに対して回転軸の径方向に対する外周側に流入する流体の流れを、より一様な流れとすることができる。これにより、ストラットにおける回転軸の径方向に対する外周側での圧損を低減することができるため、圧縮機の効率低下を抑制することができる。

図１は、本発明の吸気ダクトを備えたガスタービンの構成を示す概略断面図である。図２は、第１の実施形態の吸気ダクトの構成を示す吸気ダクト周辺の概略断面図である。図３は、第１の実施形態の吸気ダクトにおけるストラットの配置関係を示す図である。図４は、ストラットの等間隔で配置した場合と不等間隔で配置した場合の周波数成分の分布特性を示す図である。図５は、第１の実施形態の吸気ダクトにおけるストラットの配置関係の別例を示す図である。図６は、第２の実施形態の吸気ダクトの構成を示す吸気ダクト周辺の概略断面図である。図７は、第２の実施形態の吸気ダクトの別の構成を示す吸気ダクト周辺の概略断面図である。図８は、ストラットと回転軸との位置関係を説明するための図である。図９は、第３の実施形態の吸気ダクトの構成を示す吸気ダクト周辺の概略断面図である。図１０は、第３の実施形態の吸気ダクトの別の構成を示す吸気ダクト周辺の概略断面図である。図１１は、従来の吸気ダクトの構成を示す吸気ダクト周辺の概略断面図である。図１２は、従来の吸気ダクトにおけるストラットの配置関係を示す図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４ａ…内側ケーシング、４ｂ…外側ケーシング、５…回転軸、６ａ…吸気ケーシング（第一ケーシング）、６ｂ…吸気ケーシング（第二ケーシング）、７…吸込口、８…ストラット

（ガスタービンの構成）
本願発明の吸気ダクトを備えたガスタービンの基本構成について、図１を参照して簡単に説明する。図１は、ガスタービンの構成を示す概略断面図である。

図１に示すように、ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼動作を行う燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン３と、を備える。この圧縮機１及びタービン３はそれぞれ、車室４０ａ，４０ｂで覆われ、又、燃焼器２が、圧縮機１とタービン３とを１軸とする回転軸５の外周に等間隔で複数配置される。

更に、圧縮機１に供給する空気を外気より吸い込むための吸込口７を回転軸５と直交する方向（回転軸５の径方向）に備えた片吸込構造の吸気ダクト６が、圧縮機１の上流側に設置される。そして、回転軸５の径方向に対して内側及び外側それぞれに形成される内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂによって、車室４０ａが構成される。又、この吸気ダクト６が、圧縮機１側において、内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂそれぞれに接続される吸気ケーシング（第一ケーシング）６ａ及び吸気ケーシング（第二ケーシング）６ｂによって構成される。

即ち、吸気ダクト６が、同心の円環形状の吸気ケーシング６ａ，６ｂによって円環状の空間１０を備えた構造となり、吸気ケーシング６ａ，６ｂによって構成される空間に回転軸５の径方向に開いた吸込口７からの外気が供給される。尚、図１でも示すように、以下の各実施形態において、吸込口７が上方に設けられるものとして説明を行うが、吸込口７は、上方に限らず、回転軸５の径方向に開くものであればよい。同様に、車室４０ａが、同軸の円柱形状の内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂによって二重管構造となり、内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂの間の空間に、圧縮空気流路１３が構成される。

又、内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂは、圧縮機１の入口側において支持するためのストラット８が設けられる。即ち、圧縮機１のＩＧＶ（入口案内翼）となる第１段目の静翼１１の前段に、ストラット８が設置されている。尚、ＩＧＶとなる第１段目の静翼１１は開閉可能な可動翼であり、この第１段目の静翼１１によって、吸気ダクト６より圧縮機１に供給される空気流量を設定することができる。

そして、圧縮空気流路１３は、外側ケーシング４ｂに固定された静翼１１と、回転軸５に固定された動翼１２とが交互に配置されて、吸気ダクト６によって吸気された外気による空気が供給される。又、タービン流路３３は、タービン車室４０ｂに固定された静翼３１と、回転軸５に固定された動翼３２とが交互に配置されて、燃焼器２によって発生した燃焼ガスが供給される。

このガスタービンにおいて、圧縮機１で圧縮された空気は燃焼器２に供給される。そして、燃焼器２に供給された圧縮空気は、燃焼器２に供給される燃料の燃焼に使用される。圧縮空気の一部は、燃焼器２からの燃焼ガスにより高温に曝されるタービン車室４０ｂに固定された静翼３１と回転軸５に固定された動翼３２とを冷却するために使用される。

そして、燃焼器２における燃焼動作によって発生する燃焼ガスがタービン３に供給されて、燃焼ガスが動翼３２及び静翼３１を交互に通過することにより、タービン３が回転駆動する。タービン３の回転駆動が回転軸５を介して圧縮機１に伝えられることで、圧縮機１が回転駆動する。これにより、圧縮機１において、回転軸５に固定された動翼１２が回転することで、車室４０ａに固定された静翼１１と動翼１２とにより形成される空間を流れる空気が圧縮される。

このように構成されるガスタービン３の圧縮機１の各実施形態について、以下に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の圧縮機の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態の圧縮機の吸気ダクト周辺の構成を示す概略断面図であり、図３は、本実施形態の圧縮機に使用されるストラットの回転軸の周方向における設置関係を示す図である。

図２に示すように、内側ケーシング４ａが、回転軸５の先端側まで伸びるとともに、その先端が外周方向に向かって屈曲した構造とされ、この屈曲した先端に円環状の吸気ケーシング６ａが接続される。又、外側ケーシング４ｂが、内側ケーシング４ａよりも圧縮機１側で屈曲するとともに、その屈曲部分４１が吸気ケーシング６ａの内壁に向かって膨らんだベルマウス構造とされ、その先端に円環状の吸気ケーシング６ｂが接続される。そして、吸気ケーシング６ａ，６ｂそれぞれの側面が接続されて、吸気ケーシング６ａ，６ｂと内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂとによって、円環状の空間１０を備えた吸気ダクト６が形成される。この吸気ダクト６は、上方が開いた構成とされることで、上方より外気を吸い込む吸込口７が形成される。

更に、回転軸５を中心として放射状に設けられるストラット８が、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の内側に接続されるとともに内側ケーシング４ａとも接続される。このストラット８によって、内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂが、圧縮機１の入口側において支持される。又、ストラット８は、回転軸５の軸方向において、内側ケーシング４ａ及び外側ケーシング４ｂそれぞれとの接続位置がほぼ一致した形状となる。

このように構成されるとき、回転軸５に対して放射状に設置されるストラット８について、回転軸５の周方向に対する配置関係を図３に示す。即ち、８本のストラット８ａ〜８ｈが回転軸５の周方向に設置されるとき、ストラット８ａ〜８ｈにおいて隣接するストラットの間隔の角度の最小値と最大値の差が、１２０°／８＝１５°以上とされる。尚、ｎ本のストラット８の場合、隣接するストラット８の間隔の角度の最小値と最大値との差が、１２０°／ｎ以上となるように設定される。

図３のように８本のストラット８ａ〜８ｈが設置される場合、ストラット８ａ，８ｂ及びストラット８ｅ，８ｆの間隔を角度θ１、ストラット８ｂ，８ｃ及びストラット８ｆ，８ｇの間隔を角度θ２、ストラット８ｃ，８ｄ及びストラット８ｇ，８ｈの間隔を角度θ３、ストラット８ｄ，８ｅ及びストラット８ｈ，８ａの間隔を角度θ４とする。このとき、例えば、図３に示すように、角度θ１〜θ３をそれぞれ４０°とするとともに角度θ４を６０°とするように、角度θ１〜θ４における最小値となる角度θminの値と、最大値となる角度θmaxの値との差が、１５°以上に設定される。

このように、ストラット８の間隔の角度の最小値と最大値との差を１２０°／ｎ以上とすることで、圧縮流路１３におけるストラット８下流での全圧の周波数成分の分布を、図４（ｂ）に示すような分布特性とすることができる。即ち、ストラット８の間隔の角度を全て等しくした図４（ａ）のような分布特性では、ストラット本数に応じたハーモニクス成分を有するため、そのハーモニクス成分となる周波数における励振力が突出して大きくなる。それに対して、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ストラット８を周方向に不等間隔で配置するので、各周波数における励振力を分散させて、ハーモニクス成分を低減することができる。尚、図４は、ストラット８の下流側に流入する空気の全圧の周波数分布を励振力によって表したもの、即ち、ストラット下流、IGV上流の流れの全圧変動振幅の周波数分布を示す。

このように、本実施形態では、図４（ｂ）において、ストラット８の下流側に流入する空気の全圧の周波数成分分布に示すように、ハーモニクス成分を低減することができるため、圧縮機１の静翼１１及び動翼１２の設置位置に対する設計自由度を増加させることができる。尚、ストラット８の周方向の位置関係については、図３は一例であり、８本のストラット８ａ〜８ｈに対して、図５のように、角度θ１，θ２を３０°、角度θ３を５０°、角度θ４を７０°のように、一部の隣接する間隔の角度が１５°（＝１２０／８°）以上となる様にしても構わない。

更に、ストラット８の本数についても、８本に限らず、内側ケーシング４ａと外側ケーシング４ｂとを十分に支持することができるだけの本数だけ設置されるものとすれば、８本よりも少なくも多くても構わない。尚、上述したように、ストラット８によって発生するウェークにより圧損が発生するので、圧縮機１に流入させる空気の圧損を低減させるためには、ストラット８の本数はできるだけ少ない方が良い。

（第２の実施形態）
本発明の圧縮機の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態の圧縮機の吸気ダクト周辺の構成を示す概略断面図であり、図２の構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、図６に示すように、図２に示す構成と異なり、ストラット８が、その内側ケーシング４ａでの接続位置Ａが外側ケーシング４ｂでの接続位置Ｂに比べて上流側に位置するように、回転軸５の外周に向かって回転軸５の軸方向の下流側に傾いた形状とされる。このように構成することで、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の先端Ｃからストラット８の外側ケーシング４ｂでの接続位置Ｂまでの距離ｄが、図２の構成の場合と比べて長くなる。

今、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１がベルマウス形状であるため、吸気ダクト６の圧縮機１側の吸気ケーシング６ｂの内壁を沿って外周側から流れる空気が、その流れが静止されることなく、ストラット８が設置される空気流路１３の入口まで流れる。そのため、空気流路１３の入口では、内側ケーシング４ａ側と外側ケーシング４ｂ側とでは、流入する空気の流速に差が生じる。

しかしながら、ストラット８を図６のような後縁側（回転軸５の軸方向における下流側）に傾けた形状とすることで、内側ケーシング４ａ側から外側ケーシング４ｂに向かって、空気流路１３の入口からストラット８までの距離を長くすることができる。よって、回転軸５の径方向に対して、ストラット８の前縁（回転軸５の軸方向における上流側の縁）における空気の流速分布を略等しい状態とすることができる。これにより、ストラット８に流入する空気の流れをより一様な流れとすることができ、外側ケーシング４ｂとの接続位置側（チップ側）における圧損を低減することができる。

尚、図６においては、回転軸５の周方向に配置された複数本のストラット８において、その外側ケーシング４ｂとの接続位置Ｂが内側ケーシング４ａとの接続位置Ａに比べて下流側に位置するものとし、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の先端Ｃから接続位置Ｂの距離ｄを等しいものとした。しかしながら、吸込口７に近い位置のストラット８ａ及び吸込口７より遠い位置のストラット８ｄのそれぞれにおける、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の先端Ｃから外側ケーシング４ｂとの接続位置Ｂまでの距離ｄ１，ｄ４を比べたとき、図７に示すように、距離ｄ１が距離ｄ４より長くなるように設定しても構わない。

更に、図７のように、ストラット８の周方向の位置によって、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の先端Ｃから外側ケーシング４ｂとの接続位置Ｂまでの距離ｄを変化させるとき、吸込口７の中心と回転軸５の中心とを結ぶ直線Ｌとの交差角度θ（０°≦θ≦１８０°、図８参照）に応じて変化させるものとし、交差角度θが大きくなって吸込口７から離れるほど距離ｄが大きくなるものとしても構わない。

又、ストラット８の周方向の位置関係については、第１の実施形態のように（例えば、図３又は図５）、隣接するストラット８の間隔を不等なものとすることで、ストラット８の下流側に流入する空気の全圧の周波数成分分布におけるハーモニクス成分を低減し、圧縮機１の翼設計の自由度を高めるようにしても構わない。

（第３の実施形態）
本発明の圧縮機の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態の圧縮機の吸気ダクト周辺の構成を示す概略断面図であり、図２の構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、図９に示すように、図２に示す構成と異なり、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１が更に吸気ケーシング６ａ側に突出した構成となり、外周側において回転軸５の外周面と略平行な面（吸気ケーシング６ｂに対して略垂直な面）となる平坦部分４１ａが形成される。そして、この平坦部分４１ａの吸気ケーシング６ａ側の先端から内側に向かって断面が、その先端が吸気ケーシング６ａ側に向いたＵ字形状となる曲面部分４１ｂが形成される。

このように、外側ケーシング４ｂの吸気ケーシング６ｂと接続される屈曲部分４１に平坦部分４１ａを設けることによって、吸気ケーシング６ｂの内壁に沿って外周側から流れ込む空気の流れを静止させることができる。このとき、この空気の流れを平坦部分４１ａで周方向に回り込ませることができるため、屈曲部分４１の平坦部分４１ａから曲面部分４１ｂを沿って流れる空気の流れを、周方向においてほぼ同一条件から加速させることができる。これにより、空気流路１３に流れ込む空気の流れの分布を、回転軸５の周方向に対して略等しい状態とし、偏流を緩和することができる。

又、屈曲部分４１に平坦部分４１ａを設けることで、吸気ケーシング６ａに向かって突出させた構成とするため、図２の構成と比べて、屈曲部分４１の先端Ｃからストラット８の外側ケーシング４ｂでの接続位置Ｂまでの距離ｄを長くすることができる。これにより、第２の実施形態と同様、ストラット８に流入する空気の流れをより一様な流れとすることができ、外側ケーシング４ｂとの接続位置側（チップ側）における圧損を低減することができる。

よって、本実施形態のように、屈曲部分４１に平坦部分４１ａを設けて吸気ダクト６内部に突出させることで、空気流路１３に流れ込む空気の流れの分布を、回転軸５の径方向及び周方向それぞれに対して略等しい状態とし、偏流を小さくすることができるため、圧縮機の効率低下を抑制できる。

尚、図９においては、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１を、回転軸５の周方向に対して同一の断面形状とするものとしたが、図１０に示すように、吸込口７に近い位置の平坦部４１ａの軸方向の長さが、吸込口７に遠い位置の平坦部４１ａの軸方向の長さよりも短くなるようにしても構わない。このようにすることで、吸込口７に近い位置のストラット８ａ及び吸込口７より遠い位置のストラット８ｄのそれぞれにおける、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の先端Ｃから外側ケーシング４ｂとの接続位置Ｂまでの距離ｄ１，ｄ４を比べたとき、図１０に示すように、距離ｄ１が距離ｄ４より長くなる。尚、吸込口７に遠い位置では、屈曲部分４１に平坦部４１ａが構成されずに、図２と同様のベルマウス形状となるようにしても構わない。

更に、図１０に示すような構成とするとき、屈曲部分４１の周方向の位置によって、外側ケーシング４ｂの屈曲部分４１の先端Ｃから外側ケーシング４ｂとの接続位置Ｂまでの距離ｄを変化させるとき、吸込口７の中心と回転軸５の中心とを結ぶ直線Ｌとの交差角度θ（０°≦θ≦１８０°、図８参照）に応じて変化させるものとし、交差角度θが大きくなって吸込口７から離れるほど距離ｄが大きくなるものとしても構わない。

尚、本実施形態においても、ストラット８の周方向の位置関係については、第１の実施形態のように（例えば、図３又は図５）、隣接するストラット８の間隔を不等なものとすることで、ストラット８の下流側に流入する空気の全圧の周波数成分分布におけるハーモニクス成分を低減し、圧縮機１の翼設計の自由度を高めるようにしても構わない。又、第２の実施形態のように、ストラット８において、外側ケーシング４ｂとの接続位置Ｂが内側ケーシング４ａとの接続位置Ａに比べて下流側に位置するものとして、ストラット８の前縁における空気の流速分布を略等しい状態とするものとしても構わない。

本発明の圧縮機は、回転軸を中心とした円環状の空間を備えるとともに、片側を開口して吸込口とした、片吸込構造の圧縮機に適用可能である。又、燃焼ガスにより回転駆動するガスタービンと同一軸となるように構成された圧縮機に対して適用可能である。

Claims

回転軸を覆うように配置された内側ケーシングと、
前記内側ケーシングを覆うように配置され、前記回転軸の周囲に流体流路を形成する外側ケーシングと、
前記流体流路の入口側で前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間に架設された複数のストラットとを備え、
前記複数のストラットが、前記回転軸を中心として放射状に配設され、かつ前記回転軸の周方向に隣接する前記ストラットの間隔が不等であって、
前記ストラットが前記回転軸の周方向にｎ本配置され（ｎは２以上の整数）、
前記回転軸を中心としたときの隣接する前記ストラットの間隔を表す角度の最大値と最小値との差が、１２０°／ｎ以上となる圧縮機。
前記流体流路の入口端で前記内側ケーシングに接続される第一ケーシングと、前記流体流路の入口端で前記外側ケーシングに接続される第二ケーシングとをさらに備え、
前記外側ケーシングの前記第二ケーシングとの接続部分に、前記第一ケーシングに向かって突出するように屈曲する屈曲部が形成されている請求項１に記載の圧縮機。
前記屈曲部が、前記第二ケーシングに隣接し、前記回転軸の外周面と略平行な面をなす平坦部と、前記平坦部の先端から前記回転軸の径方向内方に向かって滑らかに湾曲する曲面部とを備え、
前記屈曲部の断面は、前記第一ケーシングに向かって突出する略Ｕ字形状をなす請求項２に記載の圧縮機。
前記ストラットの前記外側ケーシングとの接続位置は、前記屈曲部の先端よりも前記回転軸の軸方向の下流側に位置する請求項２又は請求項３に記載の圧縮機。
前記回転軸の周方向に沿って円環状に形成された前記平坦部のうち、前記第一および第二ケーシングの先端に形成された外気の吸込口に隣接するある部分の前記軸方向の長さが、前記ある部分よりも前記吸込口から遠くに位置する他の部分の前記軸方向の長さよりも長い請求項３又は請求項４に記載の圧縮機。
前記回転軸の周方向に沿って円環状に形成された前記屈曲部のうち、前記第一および第二ケーシングの先端に形成された外気の吸込口に隣接するある部分の先端が、前記ある部分よりも前記吸込口から遠くに位置する他の部分の先端よりも前記第一ケーシングに向かって突出している請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機。
前記ストラットの前記外側ケーシングとの接続位置は、前記ストラットの前記内側ケーシングとの接続位置よりも前記回転軸の軸方向の下流側に位置する請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の圧縮機。
前記ストラットの前記外側ケーシングとの接続位置と、前記ストラットの前記内側ケーシングとの接続位置との前記軸方向の距離は、前記吸込口に近い前記ストラットほど長い請求項７に記載の圧縮機。