JP5769865B2 - 軸流流体機械、及びその可変静翼駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の動翼が設けられているロータ及び可変静翼を備えている軸流流体機械、及びその可変静翼駆動装置に関する。
本願は、２０１２年２月２１日に、日本に出願された特願２０１２−０３５３７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンやターボ冷凍機では、気体を圧縮するために軸流流体機械の一種である軸流圧縮機が用いられている。この種の軸流流体機械では、ロータの周りに環状に複数配置された可変静翼と、この可変静翼の向きを変える可変静翼駆動装置と、を備えている。

可変静翼駆動装置は、例えば、以下の特許文献１に記載されているように、可動リングと、リング支持機構と、アクチュエータと、リンク機構と、を備えている。可動リングは、静翼支持環（ケーシング）の外周側に配置され、環状である。リング支持機構は、可動リングを回転可能に支持する。アクチュエータは、可動リングを回転させる。リンク機構は、可動リングと複数の可変静翼とを連結する。リング支持機構は、２個の第一ローラと、１個の第二ローラとを有している。第一ローラは、可動リングの外周側であって静翼支持環の下側に可動リングの周方向に間隔をあけて配置されている。第二ローラは、可動リングの内周側であって静翼支持環の下側に２個の第一ロータに対して可動リングの周方向に間隔をあけて配置されている。

２個の第一ローラは、可動リングを下から支えて、この可動リングの下方への移動を拘束する。１個の第二ローラは、バネにより下方に付勢されており、可動リングを下方に押している。すなわち、第二ローラは、可動リングが第一ローラに近づく向きに可動リングを押して、可動リングと第一ローラとの接触圧を確保している。

軸流圧縮機では、下流側に向うに連れて次第に気体の圧力が増し、この気体の温度が高くなる。このため、軸流圧縮機の起動過程および停止過程で、静翼支持環の内側と外側とで温度差が生じて、静翼支持環と、この静翼支持環の外周側に配置された可動リングとの間に熱伸び差が生じる。このため、特許文献１に記載の可変静翼駆動装置では、可動リングの下側の部分のみを第一ローラ及び第二ローラとで支えている。また、可動リングの上側をフリーな状態にして、可動リングが熱膨張し静翼支持環の径に対して可動リングの径が相対的に大きくなった場合でも、可動リングの上側部分が上方に移動できるようにしている。

特開２０１０−１８２１号公報

上記特許文献１に記載の可変静翼駆動装置は、静翼支持環と可動リングとの熱伸び差が生じても、可動リングの伸びを上側に逃がしている。このため、可動リングの支持に過負荷がかからず、可動リングをスムーズに回転させることができる。

また、この種の可変翼駆動装置では、可動リングの回転で、複数の可変静翼がそれぞれ目的翼角度だけ変わることが望まれている。

そこで、本発明は、可動リングのスムーズな回転を確保しつつ、可変静翼を目的翼角度にすることができる軸流流体機械、及びその可変静翼駆動装置を提供する。

上記目的を達成するための発明に係る軸流流体機械の可変静翼駆動装置は、
環状に配置された複数の可変静翼の外周側に沿って設けられた環状の可動リングと、前記複数の可変静翼の外周側を覆い且つ前記複数の可変静翼を保持する静翼保持環と、前記静翼保持環に対して前記可動リングを回転可能に支持するリング支持機構と、前記可動リングの回転により前記複数の可変静翼の向きが変わるよう、前記可動リングと前記複数の可変静翼とを連結する駆動力伝達機構と、を備えている軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
前記リング支持機構は、前記可動リングに転がり接触する複数の第一ローラと、前記静翼保持環に対して、前記第一ローラを前記静翼保持環の径方向及び軸方向に相対移動不能に支持する第一支持部と、前記可動リングに転がり接触する１以上の第二ローラと、前記静翼保持環に対して、前記第二ローラを前記径方向に相対移動可能に支持すると共に、前記径方向であって、前記可動リングが前記第一ローラに押し付けられる側に前記第二ローラを付勢する第二支持部と、前記可動リングとの間に前記径方向の隙間が確保され、前記可動リングの前記径方向の相対移動を許容しつつ、前記可動リングの前記軸方向の相対移動を拘束する１以上の第三ローラと、前記静翼保持環に対して、前記第三ローラを前記軸方向及び前記径方向に相対移動不能に支持する第三支持部と、を有する。

本発明の一態様である可変静翼駆動装置（以降本発明の可変静翼駆動装置と呼ぶ。）では、第二ローラ及び第三ローラが可動リングの径方向の相対移動を許容している。さらに、第二ローラが可動リングを第一ローラに押し付けるように第二支持部によって付勢されているために、各ローラと可動リングとの接触が確保される。よって、静翼保持環と可動リングとの間の熱伸び差が生じて、熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なっても、膨張によって静翼保持環の径の変化が可動リングの径の変化よりも大きくなって可動リングを回転可能に支持しているリング支持機構に過負荷がかかったり、逆に、収縮によって静翼保持環の径の変化が可動リングの径の変化よりも大きくなって可動リングがリング支持機構から外れたりすることを回避できる。これによって、可動リングを安定に且つスムーズに回転させることができる。

また、本発明の可変静翼駆動装置では、熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なって、第三ローラに対して可動リングが径方向に相対移動しても、第三ローラに対する可動リングの軸方向の相対移動を拘束することができる。
すなわち、本発明の可変静翼駆動装置では、第二ローラを支持する第二支持部が、可動リングの径方向の移動を許容することによって可動リングの径方向の熱伸びを吸収し、第三ローラおよび第三ローラを支持する第三支持部が、静翼保持環に対する可動リングの軸方向の変位を制限する。これよって、可動リングは軸方向には移動せず径方向にのみ移動する。

ところで、仮に、可動リングが軸方向に移動すると、可動リングと各可変静翼との間の軸方向の距離が変化して、可動リングと可変静翼とを連結する駆動力伝達機構の状態が変化するため、各可変静翼を目的の翼角度にすることができない。しかしながら、本発明の可変静翼駆動装置では、前述したように、第三ローラにより可動リングの軸方向への移動が拘束されるので、可動静翼と可動リングとの間の軸方向の距離を保つことができ、可変静翼を目的の翼角度にすることができる。

前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記第三ローラと前記可動リングとのうちの一方には、その一方からその他方に向かって突出する突出部が形成され、前記他方には前記突出部を前記軸方向で挟む一対のフランジ部が形成され、前記一方に形成された突出部において前記軸方向を向いている一対の側面は、前記軸方向に対して垂直な面を成し、前記他方に形成された前記一対のフランジ部は、互いに対向して前記軸方向に垂直な面が形成されていてもよい。

本発明の可変静翼駆動装置では、可動リングが第三ローラに対して径方向に相対移動を許容して、第三ローラに対する可動リングの軸方向への相対移動を確実に拘束する。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記第一ローラは、前記軸方向における前記可動リングの相対移動を拘束するものであってもよい。

当該可変静翼駆動装置では、第一ローラに対する可動リングの軸方向の相対移動を拘束することができるので、可動リングの軸方向への移動を複数個所で拘束することができる。このため、当該可変静翼駆動装置では、可動リングと各可変静翼との間の軸方向の距離をほぼ一定にでき、複数の可変静翼をほぼ目的の翼角度に揃えることができる。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記第二ローラは、前記軸方向における前記可動リングの相対移動を拘束し、前記第二支持部は、前記静翼保持環に対して、前記第二ローラを前記軸方向に相対移動不能に支持するものであってもよい。

当該可変静翼駆動装置では、第二ローラに対する可動リングの軸方向の相対移動を拘束することができるので、可動リングの軸方向への移動を複数個所で拘束することができる。このため、当該可変静翼駆動装置でも、可動リングと各可変静翼との間の軸方向の距離をほぼ一定にでき、複数の可変静翼をほぼ目的の翼角度に揃えることができる。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記静翼保持環を周方向に二つの領域に等分割した第一領域の外周側に、複数の前記第一ローラが配置され、第二領域の外周側に、前記第三ローラが配置されていてもよい。

当該可変静翼駆動装置では、複数の第一ローラを第一領域の外周側に偏らせて配置することにより、熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なった際、第二領域の外周側に配置されている第三ローラ側に、可動リング中で静翼保持環に対して径方向に移動する部分を偏らせることができる。このため、本発明の可変静翼駆動装置では、熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なった際、この径の変化の差に伴う可動リングの軸方向の移動を第三ローラにより効率よく拘束することができる。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、２個の前記第一ローラを備え、２個の前記第一ローラのうちの第一の第一ローラは、前記第一領域内の周方向における一方の側に配置され、第二の第一ローラは、前記第一領域内の周方向における他方の側に配置されていてもよい。

本発明の可変静翼駆動装置では、第一ローラを第一領域内の両端側にそれぞれ配置し、２個の第一ローラの相互の間隔をあけているので、静翼保持環に対する可動リングの径方向の移動を効率よく拘束することができる。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、２個の前記第二ローラを備え、２個の前記第二ローラのうちの第一の第二ローラは、前記第二領域内の周方向における一方の側に配置され、第二の第二ローラは、前記第二領域内の周方向における他方の側に配置されていてもよい。

本発明の可変静翼駆動装置では、２個の第二ローラにより可動リングが押される向きを安定させることができる。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記第三ローラは、前記第二領域内であって、複数の前記第一ローラにおける前記径方向の前記可動リングに対する支持力の合力作用線の延長線上に、配置されていてもよい。

本発明の可変静翼駆動装置では、第一ローラを基準にした可動リングの径方向の変位量が最も大きくなる部分における軸方向の移動を、第三ローラにより拘束することができるので、熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なった、この径の変化の差に伴う可動リングの軸方向の移動を効率よく拘束することができる。

また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記静翼保持環の軸線は水平方向に延び、前記第一領域は前記軸線を基準にして上側と下側とのうちの一方側の領域であり、前記第二領域は前記軸線を基準にして上側と下側とのうちの他方側の領域であってもよい。

本発明の可変静翼駆動装置では、第三リングによる、可動リングの径方向の相対移動を許容する方向が上下方向になるため、可動リングの自重による変形も許容することができる。

上記目的を達成するための発明の他態様である軸流流体機械（以降本発明の軸流流体機械と呼ぶ。）は、
前記可変静翼駆動装置と、前記静翼保持環と、前記静翼保持環内に配置され、前記軸方向の延びるロータ本体及び前記ロータ本体の外周に設けられている複数の動翼を有するロータと、前記ロータ本体の外周側であって、複数の前記動翼の軸方向の一方側に配置されている前記複数の可変静翼と、を備えている。

本発明の軸流流体機械でも、前記可変静翼駆動装置を備えているので、可動リングのスムーズな回転を確保しつつ、可変静翼を目的翼角度にすることができる。

前記軸流流体機械は、前記ロータの回転により気体を圧縮する圧縮機を成してもよい。また、前記軸流流体機械は、一次圧縮機で圧縮された気体が流入して、前記ロータの回転により前記気体をさらに圧縮するブースタ圧縮機を成し、前記静翼保持環の外周側及び前記可動リングの外周側を覆うと共に、前記一次圧縮機で圧縮された前記気体を吸い込む吸込口と、前記ロータの回転によりさらに圧縮された前記気体を吐き出す吐出口とが形成されているケーシングを備えていてもよい。

本発明では、静翼保持環と可動リングとの間に熱伸び差が生じ、この熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なっても、可動リングのスムーズな回転を確保しつつ、可変静翼を目的翼角度にすることができる。

本発明に係る第一実施形態における軸流流体機械の断面図である。 本発明に係る第一実施形態における可変静翼駆動装置の斜視図である。 図１におけるIII−III線断面である。 本発明に係る第一実施形態における可変静翼駆動装置の模式的な断面図である。 図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図３におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図３におけるＶII−ＶII線断面図である。 本発明に係る第二実施形態における可変静翼駆動装置の模式的な断面図である。 本発明に係る第三実施形態における可変静翼駆動装置の模式的な断面図である。

以下、本発明に係る軸流流体機械の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
まず、図１〜図７を参照して、本発明に係る軸流流体機械の第一実施形態について説明する。

本実施形態の軸流流体機械は、一次圧縮機で圧縮された気体をさらに圧縮するブースタ圧縮機である。

この軸流流体機械Ｃは、図１に示すように、ロータ１０と、複数の静翼１６，１８と、静翼保持環２０と、ケーシング２５と、を備えている。ロータ１０は、複数の動翼１２を有する。複数の静翼１６，１８は、ロータ１０の外周側に間隔をあけて環状に配置されている。静翼保持環２０は、複数の動翼１２及び複数の静翼１６，１８を覆っている。ケーシング２５は、この静翼保持環２０の外周側を覆うと共にロータ１０を回転可能に支持する。

ロータ１０は、ロータ本体１１と、複数の動翼１２と、を有している。ロータ本体１１は、複数のロータディスクが積層されて構成されている。複数の動翼１２は、複数のロータディスク毎にそのロータディスクから放射方向に延びている。すなわち、このロータ１０は、多数段動翼構成である。このロータ１０は、ロータ本体１１の軸線（以下、ロータ軸線Ａｒとする）を中心としてケーシング２５により回転可能に支持されている。なお、本実施形態では、ロータ軸線Ａｒは水平方向に延びている。

複数の動翼１２のうち、ロータ軸線Ａｒが延びている軸方向Ｄａの最も一方側（以下、上流側とする）のロータディスクに固定されている複数の動翼１２は、第一動翼段１２ａを成す。また、このロータディスクの他方側（以下、下流側とする）に隣接しているロータディスクに固定されている複数の動翼１２は、第二動翼段１２ｂを成し、以下、下流側に設けられている各ロータディスクに固定されている複数の動翼１２が第三動翼段１２ｃ、…を成す。

各動翼段１２ａ，１２ｂ，…の上流側には、それぞれ、ロータ本体１１周りに環状に複数の静翼１６，１８が配置されている。第一動翼段１２ａの上流側に配置されている複数の静翼１６は、第一静翼段１６ａを成す。また、第二動翼段１２ｂの上流側に配置されている複数の静翼１８が第二段静翼１８ｂを成し、以下、下流側に設けられている各動翼段１２ｃ，…の上流側に配置されている複数の静翼１８が第三段静翼１８ｃ、…を成す。

本実施形態では、各静翼段１６ａ，１８ｂ，…のうち、第一静翼段１６ａを構成する静翼１６が可変静翼を成し、第二段目以降の静翼段１８ｂ，１８ｃ，…を構成する静翼１８が固定静翼を成している。第二段目以降の静翼段１８ｂ，１８ｃ，…を構成する静翼１８、つまり固定静翼は、いずれも静翼保持環２０の内周側に固定されている。なお、以下では、第一静翼段１６ａを構成する静翼１６を単に可変静翼１６と言う。

ケーシング２５の上流側の外周側には、一次圧縮機で圧縮された気体を吸い込む吸込口２６が形成され、下流側の外周側には、このケーシング２５内でさらに圧縮された気体を吐き出す吐出口２７が形成されている。

本実施形態の軸流流体機械Ｃは、複数の可変静翼１６の向きを変える可変静翼駆動装置３０をさらに備えている。この可変静翼駆動装置３０は、可動リング３１と、リング支持機構４０と、回転駆動機構７０と、駆動力伝達機構７５と、を備えている。可動リング３１は、静翼保持環２０の外周側に配置され、その形状は環状である。リング支持機構４０は、可動リング３１を、ロータ軸線Ａｒを中心として、回転可能に支持する。回転駆動機構７０は、可動リング３１を、ロータ軸線Ａｒを中心として、回転させる。駆動力伝達機構７５は、可動リング３１の回転で可変静翼１６の向きが変わるよう、可動リング３１と可変静翼１６とを連結する。

回転駆動機構７０は、例えば、直進アクチュエータと、リンク機構とを有している。直進アクチュエータは、直進アクチュエータのロッドが直進駆動する。リンク機構は、この直進アクチュエータのロッドと可動リング３１とを連結する。

駆動力伝達機構７５は、図１及び図２に示すように、静翼回転軸７６と、リンク片７７及び連結ピン７８と、を有している。静翼回転軸７６は、ロータ軸線Ａｒに対する径方向内側Ｄｒｉから径方向外側Ｄｒｏに静翼保持環２０を貫通し、径方向内側Ｄｒｉの端に可変静翼１６が固定されている。リンク片７７及び連結ピン７８は、可動リング３１と静翼回転軸７６とを連結する。リンク片７７は、静翼回転軸７６の径方向外側Ｄｒｏに端に固定されている。連結ピン７８は、リンク片７７と可動リング３１とを連結する。リンク片７７及び連結ピン７８を有するリンク機構は、可動リング３１の回転により、静翼回転軸７６を回転させて可変静翼１６の向きを変える機構である。

リング支持機構４０は、図３及び図４に示すように、２個の第一ローラ４１と、第一支持部４４と、２個の第二ローラ５１と、第二支持部５４と、１個の第三ローラ６１と、第三支持部６４と、を有している。２個の第一ローラ４１は、可動リング３１に転がり接触する。第一支持部４４は、静翼保持環２０に対して第一ローラ４１を軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒに相対移動不能に支持する。２個の第二ローラ５１は、可動リング３１に転がり接触する。第二支持部５４は、静翼保持環２０に対して第二ローラ５１を径方向Ｄｒに相対移動可能に支持すると共に、径方向Ｄｒであって可動リング３１が第一ローラ４１に押し付けられる方向に第二ローラ５１を付勢する。１個の第三ローラ６１は、可動リング３１との間に径方向Ｄｒに隙間が確保され、軸方向Ｄａで可動リング３１の一部を挟む一対のフランジ部６２を有する。第三支持部６４は、静翼保持環２０に対して第三ローラ６１を軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒに相対移動不能に支持する。なお、静翼保持環および可動リングが、軸方向Ｄａおよび径方向Ｄｒに熱伸びした際に、第一支持部４４は、静翼保持環２０に対して第一ローラ４１の軸方向Ｄａおよび径方向Ｄｒに相対移動不能に支持するとは、熱伸びした静翼保持環および可動リングと第一ローラ４１とにおける、軸方向Ｄａおよび径方向Ｄｒの相対的な位置関係が同じ状態であることをいう。上記は、第二ローラ５１および第三ローラ６１に対しても同様である。

第一ローラ４１、第二ローラ５１及び第三ローラ６１は、その回転軸線がローラ軸線Ａｒと平行になるよう、各支持部４４，５４，６４により支持されている。

静翼保持環２０を周方向に二つの領域に等分割し、一方の領域を第一領域Ｒ１とし、他方の領域を第二領域Ｒ２とする。第一領域Ｒ１は静翼保持環２０の上側の領域で、第二領域Ｒ２は静翼保持環２０の下側の領域である。

２個の第一ローラ４１は、静翼保持環２０の第一領域Ｒ１の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線に対して互いに線対称な位置に配置されている。また、２個の第二ローラ５１は、静翼保持環２０の第二領域Ｒ２の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線に対して互いに線対称な位置に配置されている。１個の第三ローラ６１は、静翼保持環２０の第二領域Ｒ２の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線上の位置に配置されている。つまり、第三ローラ６１は、ロータ軸線Ａｒの鉛直下方の位置に配置されている。

第一ローラ４１は、図３及び図５に示すように、軸方向Ｄａで互いに対向する一対のフランジ部４２を有している。一対のフランジ部４２の互いに対向する面は軸方向に面しており、軸方向拘束面４２ａを成している。一対の軸方向拘束面４２ａは、第一ローラ４１の中心に近づくに連れて次第に面相互間隔が狭まるようにテーパ面になっている。可動リング３１中で第一ローラ４１と対向する部分には、径方向内側Ｄｒｉに突出し、第一ローラ４１の一対のフランジ部４２の間に嵌り込む突出部３４が形成されている。突出部３４で軸方向Ｄａを向いている一対の側面は、第一ローラ４１の各軸方向拘束面４２ａと対向する対向面３４ａを成している。この一対の対向面３４ａは、径方向内側Ｄｒｉに近づくに連れて次第に面相互間隔が狭まるようにテーパ面になっている。

第一ローラ４１を支持する第一支持部４４は、ローラ軸４５と、ローラ支持台４６と、複数のボルト４９と、を有している。ローラ軸４５は、第一ローラ４１の中心を軸方向Ｄａに貫通し、第一ローラ４１を回転可能に支持する。ローラ支持台４６は、このローラ軸４５を支持する。複数のボルト４９は、ローラ支持台４６を静翼保持環２０に固定する。なお、ここでは、ローラ軸４５が第一ローラ４１を回転可能に支持しているが、ローラ軸４５が第一ローラ４１に固定され、このローラ軸４５がローラ支持台４６に回転可能に支持されていてもよい。

第二ローラ５１は、図３及び図６に示すように、第一ローラ４１と同様のローラである。すなわち、第二ローラ５１も、軸方向Ｄａで互いに対向する一対のフランジ部５２を有している。また、一対のフランジ部５２の互いに対向する面も、第一ローラ４１の軸方向拘束面４２ａと同様、軸方向拘束面５２ａとしてテーパ面を成している。可動リング３１中で第二ローラ５１と対向する部分にも、径方向内側Ｄｒｉに突出し、第二ローラ５１の一対のフランジ部５２の間に嵌り込む突出部３５が形成されている。この突出部３５で軸方向Ｄａを向いている一対の側面も、第二ローラ５１の各軸方向拘束面５２ａと対向する対向面３５ａとしてテーパ面を成している。

第二ローラ５１を支持する第二支持部５４は、ローラ軸５５と、ローラ支持台５６と、複数のボルト５９と、コイルバネ５７とを有している。ローラ軸５５は、第二ローラ５１の中心を軸方向Ｄａに貫通し、第二ローラ５１を回転可能に支持する。ローラ支持台５６は、このローラ軸５５を支持する。複数のボルト５９は、静翼保持環２０に対するローラ支持台５６の径方向Ｄｒへの相対移動を許容しつつ他の方向への移動を拘束する。コイルバネ５７は、ローラ支持台５６を径方向外側Ｄｒｏへ付勢する。

ローラ支持台５６は、ベース板部５６ａと、ローラ軸支持部５６ｂと、被ガイド凸部５６ｃと、を有している。ベース板部５６ａは、静翼保持環２０の外周面に接する。ローラ軸支持部５６ｂは、ベース板部５６ａから径方向Ｄｒ方向に垂直に設けられている。被ガイド凸部５６ｃは、ベース板部５６ａからローラ軸支持部５６ｂの反対側に突出している。ベース板部５６ａには、ボルト５９の軸部が挿通されるボルト挿通孔５６ｄが形成されている。ローラ軸支持部５６ｂには、ローラ軸５５が挿通されて固定されている。

静翼保持環２０のローラ支持台５６が取り付けられる部分には、ガイド穴２１が形成されている。ガイド穴２１は、径方向外側Ｄｒｏから径方向内側Ｄｒｉに凹み、ローラ支持台５６の被ガイド凸部５６ｃがガイド穴２１との間に間隔を有しており、ローラ支持台５６の被ガイド凸部５６ｃはガイド穴２１に対して出入り可能である。この間隔によって、ローラ支持台５６は、静翼保持環２０に対して軸方向Ｄａに移動可能になっている。ガイド穴２１の底面とローラ支持台５６の被ガイド凸部５６ｃとの間には、前述のコイルバネ５７が配置されている。

ボルト５９は、その軸部がベース板部５６ａのボルト挿通孔５６ｄに挿通され、静翼保持環２０のガイド穴２１の周りに形成されている雌ネジ穴２２にねじ込まれている。ボルト５９のボルト頭部と静翼保持環２０の外周面との間隔は、径方向におけるローラ支持台５６のベース板部５６ａの厚さよりも大きい。このため、ローラ支持台５６は、ボルト頭部と静翼保持環２０の外周面との間隔とベース板部５６ａの厚さとの差分だけ、径方向Ｄｒに移動可能である。また、このローラ支持台５６は、コイルバネ５７により径方向外側Ｄｒｏに付勢されている。

よって、第二ローラ５１は、この第二支持部５４により、径方向Ｄｒ及び軸方向Ｄａに移動可能に支持されつつ、径方向外側Ｄｒｏに付勢されている。

第三ローラ６１は、図３及び図７に示すように、軸方向Ｄａで互いに対向する一対のフランジ部６２を有している。一対のフランジ部６２の互いに対向する面は軸方向拘束面６２ａを成している。一対の軸方向拘束面６２ａは、第三ローラ６１の回転軸線に対して垂直、つまり軸方向Ｄａに垂直で互いに平行である。可動リング３１中で第三ローラ６１と対向する部分には、径方向内側Ｄｒｉに突出し、第三ローラ６１の一対のフランジ部６２の間に嵌り込む突出部３６が形成されている。突出部３６で軸方向Ｄａを向いている一対の側面は、第三ローラ６１の各軸方向拘束面６２ａと対向する対向面３６ａを成している。この一対の対向面３６ａは、軸方向Ｄａに垂直で互いに平行である。また、第三ローラ６１と可動リング３１とにおける径方向Ｄｒで互いに対向する相互の面は、非接触である。このため、可動リング３１は、第三ローラ６１に対して、径方向Ｄｒに相対移動可能であるものの、軸方向Ｄａには相対移動不能である。

第三ローラ６１を支持する第三支持部６４は、ローラ軸６５と、ローラ支持台６６と、複数のボルト６９と、を有している。ローラ軸６５は、第一支持部４４と同様、第三ローラ６１の中心を軸方向Ｄａに貫通し、第三ローラ６１を回転可能に支持する。ローラ支持台６６は、このローラ軸６５を支持する。複数のボルト６９は、ローラ支持台６６を静翼保持環２０に固定する。

本実施形態の軸流流体機械Ｃであるブースタ圧縮機では、起動時、一次圧縮機で圧縮されて温度が上昇した気体がケーシング２５内に流入すると、その気体が可動リング３１に接して、この可動リング３１を温める。この気体は、さらに静翼保持環２０内に流入して、ロータ１０の回転により加圧され、温度がさらに高くなる。このため、静翼保持環２０の温度は、可動リング３１の温度の上昇開始に遅れて上昇し始める。よって、起動時では、可動リング３１と静翼保持環２０との間の温度差が時間経過に伴って変化し、しかも、温度差は最大となる。ブースタ圧縮機が起動してから所定時間経過して定常状態になると、可動リング３１の温度と静翼保持環２０の温度は逆転する。つまり、静翼保持環２０の方が高くなり、その温度差は起動時よりも小さくなると共に、この温度差はほぼ一定になる。また、停止時では、可動リング３１の温度が下降し始めてから、静翼保持環２０の温度が下降始める。このため、停止時でも、起動時と同様に、可動リング３１と静翼保持環２０との間の温度差が時間経過に伴って変化し、しかも、温度差は最大となる。

静翼保持環２０と可動リング３１との間に温度差があると、静翼保持環２０と可動リング３１との間の熱伸び差が生じ、この熱伸びによって静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化とに差異が生じる。静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化が異なると、可動リング３１を回転可能に支持しているリング支持機構４０に過負荷がかかったり、逆に、可動リング３１がリング支持機構４０から外れたりする。これによって、可動リング３１を安定に且つスムーズに回転させることができなくなる。

そこで、本実施形態では、可動リング３１の上側である第一領域Ｒ１の外周側に、可動リング３１の軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの相対移動を拘束する第一ローラ４１を配置する一方で、可動リング３１の下側である第二領域Ｒ２の外周側に、可動リング３１の径方向Ｄｒの相対移動を許容する第二ローラ５１及び第三ローラ６１を配置して、可動リング３１の下側部分が下方に移動できるようにしている。さらに、本実施形態では、第一ローラ４１による可動リング３１の軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの相対移動の拘束を実現するために、第二ローラ５１により、可動リング３１が移動できる鉛直下方成分を含む方向に可動リング３１を付勢し、第一ローラ４１と可動リング３１との間の接触圧を確保している。

よって、本実施形態では、静翼保持環２０と可動リング３１との間に温度差で、静翼保持環２０と可動リング３１との間の熱伸び差が生じて、静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化とが異なっても、可動リング３１を回転可能に支持しているリング支持機構４０に過負荷がかかったり、逆に、可動リング３１がリング支持機構４０から外れたりすることを回避できる。これによって、可動リング３１を安定に且つスムーズに回転させることができる。

また、本実施形態では、熱伸びによる静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化とが異なっても、可動リング３１と第一ローラ４１との接触圧が確保されるので、可動リング３１の突出部３４における一対の対向面（テーパ面）３４ａと、第一ローラ４１の一対の軸方向拘束面（テーパ面）６２ａとが接触し、第一ローラ４１に対する可動リング３１の軸方向Ｄａの相対移動を拘束することができる。さらに、本実施形態では、第三ローラ６１の一対の軸方向拘束面６２ａ及びこれに対向する可動リング３１の突出部３６における一対の対向面３６ａが、いずれも軸方向Ｄａに対して垂直な面であるため、熱伸びによる静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化とが異なって、第三ローラ６１に対して可動リング３１が径方向Ｄｒに相対移動しても、第三ローラ６１に対する可動リング３１の軸方向Ｄａの相対移動を拘束することができる。すなわち、本実施形態では、熱伸びによる静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化とが異なっても、２個の第一ローラ４１により可動リング３１の軸方向Ｄａの相対移動が拘束されると共に、１個の第三ローラ６１により可動リング３１の軸方向Ｄａの相対移動が拘束され、可動リング３１の全周に渡って軸方向Ｄａの移動が拘束される。

ところで、可動リング３１が軸方向Ｄａに移動すると、可動リング３１と各可変静翼１６との間の軸方向Ｄａの距離が変化して、可動リング３１と可変静翼１６とを連結する駆動力伝達機構７５の状態が変化するため、各可変静翼１６を目的の翼角度にすることができない。しかしながら、本実施形態では、前述したように、可動リング３１の全周に渡って可動リング３１の軸方向Ｄａへの移動が拘束されるので、各可動静翼１６，１８と可動リング３１との間の軸方向Ｄａの距離を一定に保つことができ、各可変静翼１６を目的の翼角度にすることができる。

以上のように、本実施形態では、可動リング３１のスムーズな回転を確保しつつ、各可変静翼１６の向きを目的翼角度にすることができる。

「第二実施形態」
次に、図８を参照して、本発明に係る軸流流体機械の第二実施形態について説明する。

本実施形態の軸流流体機械は、第一実施形態の軸流流体機械における各ローラ４１，５１，６１の数及び配置を変えたもので、その他の構成は基本的に第一実施形態の軸流流体機械と同様である。そこで、以下では、本実施形態の軸流流体機械における各ローラ４１ａ，５１ａ，６１ａの数及び配置等について詳細に説明し、その他の事項の説明に関しては基本的に省略する。

本実施形態における軸流流体機械の可変静翼駆動装置３０ａは、２個の第一ローラ４１ａと、１個の第二ローラ５１ａと、２個の第三ローラ６１ａとを備えている。

２個の第一ローラ４１ａは、第一実施形態と同様、静翼保持環２０の第一領域Ｒ１の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線に対して互いに線対称な位置に配置されている。また、１個の第二ローラ５１ａは、静翼保持環２０の第二領域Ｒ２の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線上の位置に配置されている。つまり、第二ローラ５１ａは、ロータ軸線Ａｒの鉛直下方の位置に配置されている。２個の第三ローラ６１ａは、静翼保持環２０の第二領域Ｒ２の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線に対して互いに線対称な位置に配置されている。

すなわち、本実施形態の可変静翼駆動装置３０ａは、第一実施形態における第二ローラ５１の位置と第三ローラ６１の位置とを逆にしている。

本実施形態でも、第一実施形態と同様、可動リング３１の上側である第一領域Ｒ１の外周側に、可動リング３１の軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの相対移動を拘束する第一ローラ４１ａを配置する一方で、可動リング３１の下側である第二領域Ｒ２の外周側に、可動リング３１の径方向Ｄｒの相対移動を許容する第二ローラ５１ａ及び第三ローラ６１ａを配置して、可動リング３１の下側部分が下方に移動できるようにしている。さらに、本実施形態でも、第一ローラ４１ａによる可動リング３１の軸方向Ｄａ及び径方向Ｄｒの相対移動の拘束を実現するために、第二ローラ５１ａにより、可動リング３１が移動できる鉛直下方成分を含む方向に可動リング３１を付勢し、第一ローラ４１ａと可動リング３１との間の接触圧を確保している。

よって、本実施形態でも、第一実施形態と同様、静翼保持環２０と可動リング３１との間に温度差で、熱伸びによる静翼保持環２０の径の変化と可動リング３１の径の変化とが異なっても、可動リング３１を回転可能に支持しているリング支持機構４０ａに過負荷がかかったり、逆に、可動リング３１がリング支持機構４０ａから外れたりすることを回避できる。これによって、可動リング３１を安定に且つスムーズに回転させることができる。

さらに、本実施形態でも、可動リング３１の全周に渡って可動リング３１の軸方向Ｄａへの移動が拘束されるので、各可変静翼１６と可動リング３１との間の軸方向Ｄａの距離を一定に保つことができ、各可変静翼１６を目的の翼角度にすることができる。

「第三実施形態」
次に、図９を参照して、本発明に係る軸流流体機械の第三実施形態について説明する。

本実施形態の軸流流体機械は、第一及び第二実施形態の軸流流体機械における各ローラの数及び配置を変えたもので、その他の構成は基本的に第一及び第二実施形態の軸流流体機械と同様である。そこで、以下では、本実施形態の軸流流体機械における各ローラ４１ｂ，５１ｂ，６１ｂの数及び配置等について詳細に説明し、その他の事項の説明に関しては基本的に省略する。

本実施形態における軸流流体機械の可変静翼駆動装置３０ｂは、第一実施形態と同様、２個の第一ローラ４１ｂと、１個の第二ローラ５１ｂと、１個の第三ローラ６１ｂとを備えている。

２個の第一ローラ４１ｂは、静翼保持環２０の下側の第二領域Ｒ２の外周側で且つ可動リング３１の外周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線に対して互いに線対称な位置に配置されている。１個の第二ローラ５１ｂは、静翼保持環２０の第二領域Ｒ２の外周側で且つ可動リング３１の内周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線上の位置に配置されている。１個の第三ローラ６１ｂは、静翼保持環２０の上側の第一領域Ｒ１の外周側で且つ可動リング３１の内周側であって、ロータ軸線Ａｒを通る鉛直線上の位置に配置されている。

以上、本実施形態でも、第一及び第二実施形態と同様、リング支持機構４０ｂに過負荷がかからず、可動リング３１のスムーズな回転を確保しつつ、各可変静翼１６を目的翼角度にすることができる。

なお、本実施形態では、第一ローラ４１ｂを可動リング３１の外周側に配置しているが、第三ローラ６１ｂも可動リング３１の外周側に配置してよい。さらに、第二ローラ５１ｂも、可動リング３１の外周側に配置してもよい。但し、この場合、第二支持部５４のコイルバネ５７による第二ローラ５１ｂの付勢力の方向を以上の実施形態と逆向きにする必要がある。また、第一実施形態及び第二実施形態においても、第一ローラ４１，４１ａ、第二ローラ５１，５１ａ、第三ローラ６１，６１ａをそれぞれ可動リング３１の外側に配置してもよい。

また、以上の実施形態において、ロータ軸線Ａｒに対する各ローラの上下関係を逆にしてもよい。

さらに、以上の実施形態では、いずれも、ローラ側に一対のフランジ部を形成し、可動リング３１側に一対のフランジ部間に入り込む突出部を形成しているが、逆に、可動リング３１側に一対のフランジ部を形成し、ローラ側に一対のフランジ部間に入り込む突出部を形成してもよい。また、一対のフランジ部間に入り込む突出部は、必ずしも凸状でなくてもよい。例えば、ローラ側に突出部を形成する場合、ローラの回転軸が延びている方向におけるローラ全体の幅が一対のフランジ部間の幅になっていれば、ローラの外周側を凸状に形成しなくても、ローラの外周側部分がそのまま突出部となる。

また、以上の実施形態の軸流流体機械は、いずれも、ブースタ圧縮機であるが、大気圧の気体を圧縮する通常の圧縮機であってもよい。この場合、この圧縮機のケーシングが静翼保持環を構成することになる。

また、以上の実施形態の軸流流体機械は、いずれも、気体を圧縮する圧縮機であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、タービン等、その他の軸流流体機械Ｃに適用してもよい。

本発明では、静翼保持環と可動リングとの間に熱伸び差が生じ、この熱伸びによる静翼保持環の径の変化と可動リングの径の変化とが異なっても、可動リングのスムーズな回転を確保しつつ、可変静翼を目的翼角度にすることができる。

１０ ロータ１０
１１ ロータ本体１１
１２ 動翼
１６ 可変静翼
２０ 静翼保持環
２５ ケーシング
２６ 吸込口
２７ 吐出口
３０，３０ａ，３０ｂ 可変静翼駆動装置
３１ 可動リング
３４，３５，３６ 突出部
３４ａ，３５ａ，３６ａ 対向面
４０，４０ａ，４０ｂ リング支持機構
４１，４１ａ，４１ｂ 第一ローラ
４２，５２，６２ フランジ部
４２ａ，５２ａ，６２ａ 軸方向拘束面
４４ 第一支持部
５１，５１ａ，５１ｂ 第二ローラ
５４ 第二支持部
５７ コイルバネ
６１，６１ａ，６１ｂ 第三ローラ
６４ 第三支持部
７０ 回転駆動機構
７５ 駆動力伝達機構

Claims (12)

1. 環状に配置された複数の可変静翼の外周側に沿って設けられた環状の可動リングと、前記複数の可変静翼の外周側を覆い且つ前記複数の可変静翼を保持する静翼保持環と、前記静翼保持環に対して前記可動リングを回転可能に支持するリング支持機構と、前記可動リングの回転により前記複数の可変静翼の向きが変わるよう、前記可動リングと前記複数の可変静翼とを連結する駆動力伝達機構と、を備えている軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記リング支持機構は、
   前記可動リングに転がり接触する複数の第一ローラと、
   前記静翼保持環に対して、前記第一ローラを前記静翼保持環の径方向及び軸方向に相対移動不能に支持する第一支持部と、
   前記可動リングに転がり接触する１以上の第二ローラと、
   前記静翼保持環に対して、前記第二ローラを前記径方向に相対移動可能に支持すると共に、前記可動リングが前記第一ローラに押し付けられる側に前記第二ローラを前記径方向に付勢する第二支持部と、
   前記可動リングとの間に前記径方向の隙間が確保され、前記可動リングの前記径方向の相対移動を許容しつつ、前記可動リングの前記軸方向の相対移動を拘束する１以上の第三ローラと、
   前記静翼保持環に対して、前記第三ローラを前記軸方向及び前記径方向に相対移動不能に支持する第三支持部と、
   を有することを特徴とする軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
2. 請求項１に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記第三ローラと前記可動リングとのうちの一方には、その一方からその他方に向かって突出する突出部が形成され、前記他方には前記突出部を前記軸方向で挟む一対のフランジ部が形成され、
   前記一方に形成された突出部において前記軸方向を向いている一対の側面は、前記軸方向に対して垂直な面を成し、前記他方に形成された前記一対のフランジ部は、互いに対向して前記軸方向に垂直な面が形成されている、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記第一ローラは、前記軸方向における前記可動リングの相対移動を拘束する、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記第二ローラは、前記軸方向における前記可動リングの相対移動を拘束し、
   前記第二支持部は、前記静翼保持環に対して、前記第二ローラを前記軸方向に相対移動不能に支持する、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記静翼保持環を周方向に二つの領域に等分割した第一領域の外周側に、複数の前記第一ローラが配置され、第二領域の外周側に、前記第三ローラが配置されている、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
6. 請求項５に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   ２個の前記第一ローラを備え、
   ２個の前記第一ローラのうちの第一の第一ローラは、前記第一領域内の周方向における一方の側に配置され、第二の第一ローラは、前記第一領域内の周方向における他方の側に配置されている、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
7. 請求項５又は６に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   ２個の前記第二ローラを備え、
   ２個の前記第二ローラのうちの第一の第二ローラは、前記第二領域内の周方向における一方の側に配置され、第二の第二ローラは、前記第二領域内の周方向における他方の側に配置されている、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
8. 請求項５から７のいずれか一項に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記第三ローラは、前記第二領域内であって、複数の前記第一ローラにおける前記径方向の前記可動リングに対する支持力の合力作用線の延長線上に、配置されている、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
9. 請求項５から８のいずれか一項に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
   前記静翼保持環の軸線は水平方向に延び、
   前記第一領域は前記軸線を基準にして上側と下側とのうちの一方側の領域であり、前記第二領域は前記軸線を基準にして上側と下側とのうちの他方側の領域である、
   軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の可変静翼駆動装置と、
    前記静翼保持環と、
    前記静翼保持環内に配置され、前記軸方向の延びるロータ本体及び前記ロータ本体の外周に設けられている複数の動翼を有するロータと、
    前記ロータ本体の外周側であって、複数の前記動翼の軸方向の一方側に配置されている前記複数の可変静翼と、
    を備えている軸流流体機械。
11. 請求項１０に記載の軸流流体機械において、
    前記ロータの回転により気体を圧縮する圧縮機を成す、
    軸流流体機械。
12. 請求項１０に記載の軸流流体機械において、
    一次圧縮機で圧縮された気体が流入して、前記ロータの回転により前記気体をさらに圧縮するブースタ圧縮機を成し、
    前記静翼保持環の外周側及び前記可動リングの外周側を覆うと共に、前記一次圧縮機で圧縮された前記気体を吸い込む吸込口と、前記ロータの回転によりさらに圧縮された前記気体を吐き出す吐出口とが形成されているケーシングを備えている、
    軸流流体機械。

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