JP6184896B2

JP6184896B2 - 軸流圧縮機の静翼構造

Info

Publication number: JP6184896B2
Application number: JP2014071541A
Authority: JP
Inventors: 浩一難波; 隆一田杭
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015045324A

Description

この発明は、軸流圧縮機の静翼の構造に関し、特に、動翼の回転軸と直交する方向を軸として静翼が回動して角度を変更させて空気の流路を調整した場合でも、静翼の端部とケーシングの内壁面との間の間隙を小さくして、空気の漏洩を極力なくす軸流圧縮機の静翼構造に関する。

吸込口から吸い込んだ空気を圧縮して高圧空気を生成して吐出口から吐出する装置に圧縮機があり、この種の圧縮機のうちの軸流圧縮機は、吸い込まれた空気を流しながら徐々に圧縮して高圧の空気を生成している。筒状のケーシングの内壁には、内側を指向させた状態に、軸方向に適宜な間隔で、静翼が並設されている。中心部にはロータ軸が回転可能に支持され、このロータ軸に前記静翼の間位置に配して動翼が配されている。すなわち、動翼と静翼とからなる段が軸方向に複数段に並設され、ロータ軸の回転によって旋回する動翼で空気を加圧し、回転することのない静翼でその気流の方向を変更して後続する段に案内しながら空気を加圧している。また、前記静翼には径方向の軸を中心として回動可能に支持されている静翼角度可変型のものと、回動することのない静翼角度固定型のものとがある。

図３は、軸流圧縮機１の概略構造を説明する軸方向に沿って切断した断面図である。筒状のケーシング２に適宜な形状の静翼３が適宜間隔で並設されている。駆動軸４を中心に回動可能にロータ軸５が配されており、このロータ軸５に取り付けられて該ロータ軸５の回転により旋回する動翼６が前記静翼３の間位置に配されている。なお、図３に示すように、前記静翼３の間隔は徐々に狭くなり、その間位置に配される動翼６の軸方向長さが徐々に小さくなる構造とされている。

図４及び図５には、この種の従来の静翼３とケーシング２との関係を示しており、図４は静翼３を回動させていない状態を、図５は静翼３を約75°に回動させた状態を示している。複数枚の静翼３がロータ軸５を中心とした円の周方向に並設させてあり、外周側がロータ軸５の径方向に沿った静翼軸3aによりケーシング２に対して回動可能に支持されている。なお、静翼軸3aは静翼３の外側端部に形成された静翼軸3aよりも拡径されている静翼座3bを、ケーシング２の内周面に凹所によって形成されたハウジング2aに収容させてある。

前記ケーシング２の端部には、図３に示すように、空気吸込口７が設けられており、この空気吸込口７から吸い込まれた空気は、動翼６の回転によって圧縮されると共に、静翼３によって気流が後段の動翼６に案内されることが繰り返されて徐々に昇圧され、十分に圧縮された高圧空気が吐出口８から排出される。

上述した軸流圧縮機の静翼形状として、特許文献１には、静翼の角度位置の誤差またはずれを最少にする、軸流圧縮機のための静翼装置形状が開示されている。また、特許文献２には、翼列を構成する各静翼が半径方向に延びる軸心を中心に揺動可能に支持され、各静翼の翼端部に可撓性シール部材を備え、このシール部材を末端部が厚く先端部が薄く構成された耐熱ゴム部材で形成し、一端が翼端部に固定され、他端が静翼を支持する壁面に接触しながら摺動するようにした軸流圧縮機の可変静翼機構が開示されている。また、圧縮機ケーシング内に同軸に枢支された動翼ドラムの外側面に対し、先端が間隔を隔てて対峙するように配置された軸流式空気圧縮機の静翼形状において、軸流式空気圧縮機の後方向に延び且つ静翼の基端から先端に向かって静翼の各断面が重なり合う部分を通る積重軸の位置を、当該静翼の前端付近に設定した軸流式空気圧縮機の静翼形状が開示されている（特許文献３参照。）

特開昭６４−１２０３５号公報特開２０００−３４５９９７号公報実用新案登録第２６０２１４２号公報

前記静翼角度可変型の静翼３では、静翼軸3aとロータ軸５の中心とを通る前記半径方向を軸として回動させることによって角度を変更して前後段間の開度を調整し、圧縮空気の流れを後段の動翼６へ案内する。この静翼３により案内される圧縮空気の状態が適切でない場合には、この軸流圧縮機で発生させる高圧空気の圧力や流量等が所望の状態のものとならない。

特に、静翼角度可変型の軸流圧縮機では、静翼３が前記静翼軸3aによって回動可能に支持されているから、静翼３の外側面とケーシング２の内側面との間、および静翼３の内側面とロータ軸５の外周面との間のそれぞれに間隙が形成されている。この間隙から圧縮空気が前段へ逆流するため、この間隙の変化によっても圧縮空気の状態が左右される。例えば、前記特許文献２に記載された可変静翼機構には、シール部材で前記間隙を閉塞させる構造が採用されている。

ところで、従来の静翼角度可変型の静翼３では、図４に示すように、該静翼３の外側の面が傾斜した平面状に加工されている。このため、静翼３が回動した状態で、該静翼の外側とケーシング２の内側には間隙が形成されてしまうことが避けられず、この間隙から圧縮空気が前段へ逆流してしまう。また、静翼３のロータ軸６側の面も直線状に加工されているから、図５(ｃ)に示すように、回動した状態の静翼３の先端面とロータ軸６との間隔が変化し、一部の間隙が大きくなり、圧縮空気が漏洩してしまうおそれがある。圧縮空気の静翼３からの漏洩が生じると、所望の圧力の圧縮空気を得られないおそれがある。

そこで、この発明は、静翼角度可変型の静翼の内外面とケーシングおよびロータ軸との間の間隙を極力小さくすることができるようにする軸流圧縮機の静翼構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る軸流圧縮機の静翼構造は、ロータ軸を中心とした円弧の半径方向の支持軸でケーシングに支持されて、該支持軸を中心として回動自在な静翼を備えている静翼角度可変型の軸流圧縮機において、前記ロータ軸の外周面に、該ロータ軸の回転中心軸と前記静翼の回動軸との交点を中心とする球体の一部を膨出させ、該膨出させた部分が隣接する静翼と干渉しない大きさで軸側球面座を形成し、前記静翼の内側面に前記軸側球面座と合致する凹状の静翼側球面座を形成して、前記軸側球面座と静翼側球面座とを係合させてあることを特徴としている。

前記ロータ軸の外周面と静翼の内側面とのそれぞれに形成される前記軸側球面座と静翼側球面座の球体の中心を、静翼の回動軸とロータ軸のそれぞれの中心軸の交点としたものであり、かつ、隣接する静翼に干渉しない大きさとしたものである。球面座の中心がロータ軸の中心軸上にあるため、ロータ軸が回転して球体が旋回した場合でも、前記軸側球面座と静翼側球面座との係合関係は一定に保たれた状態にある。しかも、この状態で、静翼を回動させた場合でも、これら軸側球面座と静翼側球面座との係合関係は維持される。

また、請求項２の発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造は、前記静翼の外側面を、前記支持軸の中心軸上の点を中心として、外側に膨出させた球面による凸状球面で形成し、前記ケーシングの内側面であって前記凸状球面に対向する部分に、該凸状球面と同心で前記ケーシングの内側面に窪ませた球面による凹状球面を形成し、前記凸状球面と凹状球面とを係合させて、前記静翼の回動を案内することを特徴としている。

前記ロータ軸の外周面と静翼の内側面とに球面座を備えてこれらをいわゆるボールジョイント方式で連携させてあると共に、前記静翼の外側面とケーシングの内側面も球面によるボールジョイント方式により連係させたものである。この場合、静翼の外側面を外側に膨出させた凸状球面で、ケーシングの内側面を窪ませて凹状球面に形成したものである。また、ケーシングは固定された状態にあるから、前記凹状球面と前記凸状球面の中心は静翼の前記支持軸上にあればよく、好ましくは、該静翼の回動中心軸と前記ロータ軸の中心軸との交点を中心とし、隣接する静翼と干渉することがないよう、前記凹状球面が形成されるものであればよい。

また、請求項３の発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造は、前記静翼の外側面であって前記支持軸との接続部に該支持軸よりも拡径した静翼座を形成し、前記ケーシングの内側面に前記静翼座の全体を収容するハウジングを形成し、静翼座の内側面とケーシングの内側面とを同一球面によって連係させてあることを特徴としている。

静翼座とハウジングとの係合によって静翼の回動が安定して行われる。この静翼座の全部がハウジング内に位置するようにしたものである。

さらに、この静翼座とハウジングとの連繋による構造を、前記静翼とケーシングまたは静翼とロータ軸とを球面によって連繋させた構造に具備させたものである。

この発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造によれば、ロータ軸の回転により旋回する前記軸側球面座と静翼側球面座との係合関係は、静翼側球面座の回動角度がいずれであっても一定の間隙に保たれるから、当該間隙を極力小さくすることができ、当該間隙からの圧縮空気の漏洩を極力抑制することができる。

また、請求項２の発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造によれば、静翼の外側面とケーシング内面との間隙、静翼の内側面とロータ軸の外周面との間隙のいずれも、静翼の回動角度に拘わりなく一定で、しかも、極めて小さいものとすることができる。このため、圧縮空気の漏洩を極力抑制することができる。

また、請求項３の発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造によれば、静翼座の内側端部がケーシング内に突出しないから、圧縮空気の流路の障害物が存しない。したがって、所望の圧力の空気を確実に生成することができる。

また、静翼座をハウジングに収容させた構造と、静翼の外側面とケーシングの内側面とを球面に形成した構造と協働させることによって、静翼の外側面とケーシングの内側面との間隙を極力小さくすることができ、しかも、静翼座の端部がケーシング内に突出しないため空気の流れを阻害することがない。

この発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造を示す図で、静翼の回転前の状態を示しており、(ａ)は平面図、（ｂ）は正面図、(ｃ)は(ｂ)におけるＣ−Ｃ矢視図である。図１に示す静翼支持構造において静翼の回転後の状態を示しており、(ａ)は平面図、(ｂ)は正面図、(ｃ)は(ｂ)におけるＤ−Ｄ矢視図である。軸流式圧縮機の構造を説明する図で、ロータ軸を含む面で切断して示す概略断面図である。従来の静翼支持構造を示す図で、静翼の回転前の状態を示しており、(ａ)は平面図、(ｂ)は正面図、(ｃ)は(ｂ)におけるＡ−Ａ矢視図である。図４に示す静翼支持構造において静翼の回転後の状態を示しており、(ａ)は平面図、(ｂ)は正面図、(ｃ)は(ｂ)におけるＢ−Ｂ矢視図である。

以下、図１と図２とに示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造を具体的に説明する。

図１は、同図(ａ)に示すように、静翼11が空気の流路と並行に位置している状態であって、該静翼11が回転前にある状態を示している。静翼11は、ロータ軸12の径方向の静翼軸11aによりケーシング13に対して回動可能に支持されている。ケーシング13の外側に配設された図示しない調整手段によって静翼11の回動角度を変更するようにしてあり、回動角度に応じて空気の流路の開度が変更されて、吐出流量が変更される。

前記静翼11の外側端部には円柱状の静翼座11bが形成されており、この静翼座11bに前記静翼軸11aが連接されている。他方、前記ケーシング13の内壁にはハウジング13aが窪ませて形成されており、前記静翼座11bがこのハウジング13aに収容されるようにしてある。ハウジング13aの周辺部には、球面に窪ませた凹状球面14が形成されており、この凹状球面14に臨んだ静翼11の外側面はこの凹状球面14と同心の凸状球面15が形成されている。すなわち、これら凹状球面14と凸状球面15とにより、いわゆるボールジョイント方式の球面座としてある。なお、前記静翼座11bはハウジング13aの内部に位置させてある。

また、ロータ軸12の外周面には、図１(ｂ)に示すように、外方に膨出させた球面からなる凸部12aが形成され、他方、静翼11の内側面である先端面には、同図に示すように、内側に窪ませた球面からなる凹部11cが形成されている。そして、これら凸部12aと凹部11cとの球面を形成する球体の中心を、ロータ軸12の回転中心軸と静翼11の前記静翼軸11aの回転中心軸との交点としてある。さらに、前記球体の半径の大きさを、前記凸部12aが隣接する静翼11と干渉しない大きさとしてある。

以上により構成された支持構造を備えた静翼11は、前記静翼軸11aを軸として回動させることにより、空気の流路の開度を変更できる。図２(ａ)は静翼11をほぼ75°まで回動させた状態を示しており、同図(ｂ)はその正面図である。この静翼11の回動は、前記凹状球面14と凸状球面15との連係と、球面状の前記凹部11cと前記凸部12aとの連係によって、円滑に行うことができる。しかも、凹状球面14と凸状球面15とにより連係させてあるから、静翼11の外側端部とケーシング13の内側面との間隙が小さく、一定とすることができる。また、静翼11の先端面とロータ軸12の外周面とを前記凹部11cと凸部12aとを係合させてあるから、静翼11の回動を円滑に行わせることができる。

また、前記静翼座11bはハウジング13aに収容されており、静翼座11bの内側面とケーシング13の内側面とを同一球面によって連係させてあるから、静翼11の回動角度に拘わりなく、静翼座11bの端部がケーシング13の内側に突出することがない。したがって、空気の流路にとって障害物が存しない。

この発明に係る軸流圧縮機の静翼支持構造によれば、静翼とケーシングの内面との間隙を極力小さくできると共に、静翼を回動させた場合であっても間隙を小さいものに維持できるから、圧縮空気の生成を確実に行うことができて、軸流圧縮機の動作の出力の安定化に寄与する。

１軸流圧縮機
２ケーシング
３静翼
４駆動軸
５ロータ軸
６動翼
７空気吸込口
８吐出口
11 静翼
11a 静翼軸
11b 静翼座
11c 凹部
12 ロータ軸
12a 凸部
13 ケーシング
13a ハウジング
14 凹状球面
15 凸状球面

Claims

ロータ軸を中心とした円弧の半径方向の支持軸でケーシングに支持されて、該支持軸を中心として回動自在な静翼を備えている静翼角度可変型の軸流圧縮機において、
前記ロータ軸の外周面に、該ロータ軸の回転中心軸と前記静翼の回動軸との交点を中心とする球体の一部を膨出させ、該膨出させた部分が隣接する静翼と干渉しない大きさで軸側球面座を形成し、
前記静翼の内側面に前記軸側球面座と合致する凹状の静翼側球面座を形成して、
前記軸側球面座と静翼側球面座とを係合させてあることを特徴とする軸流圧縮機の静翼支持構造。
前記静翼の外側面を、前記支持軸の中心軸上の点を中心として、外側に膨出させた球面による凸状球面で形成し、
前記ケーシングの内側面であって前記凸状球面に対向する部分に、該凸状球面と同心で前記ケーシングの内側面に窪ませた球面による凹状球面を形成し、
前記凸状球面と凹状球面とを係合させて、前記静翼の回動を案内することを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機の静翼支持構造。
前記静翼の外側面であって前記支持軸との接続部に該支持軸よりも拡径した静翼座を形成し、
前記ケーシングの内側面に前記静翼座の全体を収容するハウジングを形成し、
静翼座の内側面とケーシングの内側面とを同一球面によって連係させてあることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の軸流圧縮機の静翼支持構造。