KR101626684B1 - 축류 유체 기계 및 그 가변 고정익 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가변 고정익 구동 장치(30)는 축류 압축기의 케이싱(20)의 외주측에 배치된 환 형상의 가동환(31)과, 가동환의 주위 방향으로 간격을 두고 4개 배치되고, 가동환을 로터 주위로 회전 가능하게 지지하는 환 지지 기구(40)와, 가동환의 회전에 의해 가변 고정익의 방향이 바뀌도록, 가동환과 가변 고정익을 연결하는 링크 기구(70)를 구비하고 있다. 환 지지 기구(40)는 내측 롤러(41i)와, 외측 롤러(41o)와, 내측 롤러와 외측 롤러가 가동환을 끼워 넣고 있는 상태에서, 내측 롤러 및 외측 롤러를 회전 가능하게 지지하는 롤러 지지대(43)를 갖는다.

Description

축류 유체 기계 및 그 가변 고정익 구동 장치 {AXIAL-FLOW FLUID MACHINE, AND VARIABLE STATIONARY-BLADE DRIVING DEVICE THEREFOR}

본 발명은, 복수의 가동익이 설치되어 있는 로터 및 가변 고정익을 구비하고 있는 축류 유체 기계 및 그 가변 고정익 구동 장치에 관한 것이다.

본원은, 2011년 11월 02일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-241390에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

가스 터빈이나 터보 냉동기에서는, 기체를 압축하기 위해 축류 유체 기계의 일종인 축류 압축기가 사용되고 있다. 이러한 종류의 축류 유체 기계에서는, 로터의 주위에 환 형상으로 복수 배치된 가변 고정익과, 이 가변 고정익의 방향을 바꾸는 가변 고정익 구동 장치를 구비하고 있는 것이 있다.

가변 고정익 구동 장치는, 예를 들어 이하의 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 가동환과, 환 지지 기구와, 액추에이터를 구비하고 있다. 가동환은, 케이싱의 외주측에 배치되고, 환 형상이다. 환 지지 기구는, 가동환을 회전 가능하게 지지한다. 액추에이터는, 가동환을 회전시킨다. 환 지지 기구는, 2개의 제1 롤러와, 1개의 제2 롤러를 갖고 있다. 제1 롤러는, 가동환의 외주측이며 케이싱의 하측에, 가동환의 주위 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 제2 롤러는, 가동환의 내주측이며 케이싱의 하측에, 2개의 제1 로터에 대해 가동환의 주위 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-1821호 공보

축류 압축기에서는, 하류측을 향함에 따라 점차 기체의 압력이 증가하여, 이 기체의 온도가 높아진다. 이로 인해, 축류 압축기의 기동 과정이나 정지 과정에서, 기체에 직접 접촉하는 케이싱과 가동환 사이의 온도차에 의해, 케이싱과 가동환 사이에 열 신장차가 발생한다. 구체적으로는, 축류 압축기의 기동 과정에서는, 가동환에 대해 케이싱의 온도 상승이 빠르기 때문에, 가동환에 대해 케이싱의 직경이 상대적으로 커진다.

가령, 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서, 기동 전의 시점에서, 가동환의 축선과 케이싱의 축선이 일치하고 있었다고 해도, 축류 압축기의 기동 과정에서, 가동환에 대해 케이싱의 직경이 상대적으로 커지기 때문에, 가동환의 하측의 부분과 케이싱의 하측의 부분의 상대 위치가 변화되지 않아도, 가동환의 상측의 부분과 케이싱의 상측의 부분의 상대 위치가 변화되어 버린다. 즉, 케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치가 어긋나 버린다.

케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치가 어긋나 버리면, 이 어긋남량에 따라서, 복수의 가변 고정익의 날개 각도가 불균일해진다.

즉, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 축류 유체 기계의 운전 상태가 변화되는 과정에 있어서, 복수의 가변 고정익의 날개 각도가 불균일해지는 경우가 있다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점에 착안하여, 운전 상태에 관계없이 항상 복수의 가변 고정익의 날개 각도를 균일하게 할 수 있는 축류 유체 기계 및 그 가변 고정익 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치는,

복수의 가동익을 갖는 로터와, 상기 로터를 회전 가능하게 덮는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 상기 로터를 중심으로 하여 환 형상으로 복수 배치된 가변 고정익을 구비하고 있는 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치에 있어서, 상기 케이싱의 외주측에 배치된 환 형상의 가동환과, 상기 가동환의 주위 방향으로 간격을 두고 복수 배치되고, 상기 가동환을 상기 로터 주위로 회전 가능하게 지지하는 환 지지 기구와, 상기 가동환을 상기 로터 주위로 회전시키는 회전 구동 기구와, 상기 가동환의 회전에 의해 상기 가변 고정익의 방향이 바뀌도록, 상기 가동환과 상기 가변 고정익을 연결하는 링크 기구를 구비하고,

복수의 상기 환 지지 기구는, 상기 가동환의 내주측에 배치되어 있는 내측 롤러와, 상기 가동환의 외주측에 배치되어 상기 내측 롤러와의 사이에서 상기 가동환을 끼워 넣는 외측 롤러와, 상기 내측 롤러와 상기 외측 롤러가 상기 가동환을 끼워 넣고 있는 상태에서, 상기 내측 롤러 및 상기 외측 롤러를 상기 로터와 평행한 축선 주위로 회전 가능하게 지지하는 롤러 지지대를 갖는 것을 특징으로 한다.

축류 유체 기계의 기동 과정이나 정지 과정에서는, 기체에 직접 접촉하는 케이싱과 가동환 사이의 온도차에 의해, 케이싱과 가동환 사이에 열 신장차가 발생한다. 본 발명의 일 형태인 가변 고정익 구동 장치(이후, 본 발명의 가변 고정익 구동 장치라 칭함)에서는, 가동환이 복수의 환 지지 기구마다의 내측 롤러와 외측 롤러에 끼움 지지되어 있으므로, 축류 유체 기계의 운전 상태에 관계없이, 가동환과 이 가동환에 대한 전 내측 롤러 및 전 외측 롤러의 접촉 상태가 유지된다. 따라서, 본 발명의 가변 고정익 구동 장치에 의하면, 케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치 어긋남을 방지할 수 있어, 축류 유체 기계의 운전 상태에 관계없이 항상 복수의 가변 고정익의 날개 각도를 균일하게 할 수 있다.

여기서, 상기 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치에 있어서, 복수의 상기 환 지지 기구는, 상기 내측 롤러의 상기 축선과 상기 외측 롤러의 상기 축선과의 사이의 거리를 조절하는 축간 거리 조절 기구를 갖는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 축간 거리 조절 기구는, 상기 내측 롤러의 상기 축선과 상기 외측 롤러의 상기 축선 중 적어도 한쪽의 롤러의 축선의 위치를 바꾸는 기구로, 상기 한쪽의 롤러를 회전 가능하게 지지하는 회전축을 갖고, 상기 회전축은, 상기 한쪽의 롤러의 축선을 중심으로 하여 상기 한쪽의 롤러가 회전 가능하게 장착되어 있는 롤러 장착부와, 상기 축선으로부터 어긋난 편심 축선을 중심으로 하여 원기둥 형상을 이루고, 상기 편심 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 상기 롤러 지지대에 지지되어 있는 피지지부를 가져도 된다.

이와 같이, 축간 거리 조절 기구를 가짐으로써, 내측 롤러와 외측 롤러 사이에서 가동환을 단단히 확실하게 끼움 지지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 가변 고정익 구동 장치에 의하면, 케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치 어긋남을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 상기 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치에 있어서, 상기 회전 구동 기구는, 구동 단부가 직선적으로 왕복 이동하는 액추에이터와, 상기 구동 단부와 상기 가동환을 연결하는 링크 기구를 가져도 된다.

본 발명의 가변 고정익 구동 장치에서는, 전술한 바와 같이, 케이싱과 가동환 사이에 열 신장차가 발생해도, 케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치 어긋남을 방지하기 위해, 복수의 환 지지 기구마다의 내측 롤러와 외측 롤러에 의해 가동환을 끼움 지지하고 있다. 이로 인해, 케이싱과 가동환 사이에 열 신장차가 발생하고 있을 때, 가동환 중에서, 내측 롤러와 외측 롤러에 의해 끼워져 있지 않은 부분은, 축류 유체 기계의 운전 상태에 따라서 휜다. 가령, 액추에이터의 구동 단부를 내측 롤러와 외측 롤러에 의해 끼워져 있지 않은 부분에 직접 연결한 경우에는, 이 휨을 구동 단부가 추종하려고 하여, 액추에이터에 불필요한 부하가 걸려 버린다. 이에 반해, 본 발명의 가변 고정익 구동 장치에서는, 링크 기구를 통해 액추에이터의 구동 단부와 가동환을 연결하고, 이 구동 환의 휨을 링크 기구에 의해 흡수할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 본 발명의 가변 고정익 구동 장치에 의하면, 액추에이터에 불필요한 부하가 걸리는 것을 피할 수 있다.

또한, 상기 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치에 있어서, 상기 환 지지 기구를 4개 또는 5개 구비해도 된다.

가동환에 대한 환 지지 기구의 수량이 너무 많아지면, 가동환의 휨에 의해, 각 롤러의 반력이 증대된다. 구체적으로는, 구조적인 관점에 있어서, 빔의 강성은 이 빔을 지지하는 2점간의 거리의 3제곱에 반비례하므로, 본 발명에 나타내어지는 바와 같이, 환 지지 기구의 수량이 증가하여 환 지지 기구 상호간의 거리가 작아지면, 이 거리의 3제곱에 비례하여 각 롤러의 반력이 증가한다. 따라서, 환 지지 기구의 수량이 증가하면, 각 롤러의 반력이 비약적으로 증가하여, 각 롤러의 회전축이나 롤러 지지대 등의 강성 및 강도도 비약적으로 높여야 한다. 이로 인해, 가동환에 대한 환 지지 기구는, 4 또는 5개가 바람직하다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 관한 축류 유체 기계는,

상기 가변 고정익 구동 장치와, 복수의 상기 가동익이 설치되어 있는 상기 로터와, 상기 로터를 회전 가능하게 덮는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 상기 로터를 중심으로 하여 환 형상으로 복수 배치된 가변 고정익을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 축류 유체 기계에서는, 상기 가변 고정익 구동 장치를 구비하고 있으므로, 케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치 어긋남을 방지할 수 있어, 축류 유체 기계의 운전 상태에 관계없이 항상 복수의 가변 고정익의 날개 각도를 균일하게 할 수 있다.

본 발명에서는, 케이싱과 가동환 사이에 열 신장차가 발생해도, 가동환이 복수의 환 지지 기구마다의 내측 롤러와 외측 롤러에 끼움 지지되어 있으므로, 케이싱의 축선에 대해 가동환의 축선의 위치 어긋남을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 축류 유체 기계의 운전 상태에 관계없이 항상 복수의 가변 고정익의 날개 각도를 균일하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 일 실시 형태에 있어서의 축류 압축기의 주요부 절결 측면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 II-II 단면에 있어서의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 관한 일 실시 형태에 있어서의 가동환 및 환 지지 기구의 단면도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 IV 화살표도이다.
도 5는 본 발명에 관한 일 실시 형태에 있어서의 환 지지 기구의 주요부 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 관한 일 실시 형태의 변형예에 있어서의 환 지지 기구를 도시하는 설명도로, 제1 변형예의 환 지지 기구를 나타낸다.
도 6b는 본 발명에 관한 일 실시 형태의 변형예에 있어서의 환 지지 기구를 도시하는 설명도로, 제2 변형예의 환 지지 기구를 나타낸다.

이하, 본 발명에 관한 축류 유체 기계의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시 형태의 축류 유체 기계는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 축류 압축기(C)이며, 로터(10)와, 케이싱(20)과, 고정익(16, 18)을 구비하고 있다. 로터(10)는 복수의 가동익(12)을 갖고 있다. 케이싱(20)은 이 로터(10)를 회전 가능하게 덮고 있다. 고정익(16, 18)은, 로터(10)의 주위에 환 형상으로 복수 배치된다.

로터(10)는 로터 본체(11)와, 복수의 가동익(12)을 갖고 있다. 로터 본체(11)는 복수의 로터 디스크가 적층되어 구성되어 있다. 복수의 가동익(12)은 복수의 로터 디스크마다 그 로터 디스크로부터 방사 방향으로 연장되어 있다. 즉, 이 로터(10)는 다수단 가동익 구성이다. 이 로터(10)는 로터 본체(11)의 축선(이하, 로터 축선 Ar로 함)을 중심으로 하여 케이싱(20)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

케이싱(20)의 로터 축선 방향의 한쪽 측에는, 외기를 흡입하는 흡입구(21)가 형성되고, 다른 쪽 측에는 압축 기체를 토출하는 토출구(도시되어 있지 않음)가 형성되어 있다.

복수의 가동익(12) 중, 가장 흡입구(21)측의 로터 디스크에 고정되어 있는 복수의 가동익(12)이 제1 가동익단(12a)을 이루고, 이 로터 디스크의 토출구측에 인접하고 있는 로터 디스크에 고정되어 있는 복수의 가동익(12)이 제2 가동익단(12b)을 이루고 있다. 이하, 토출구측에 설치되어 있는 각 로터 디스크에 고정되어 있는 복수의 가동익(12)이 제3 가동익단(12c), 제4 가동익단(12d), … 을 이루고 있다.

각 가동익단(12a, 12b, …)의 흡입구(21)측에는, 각각, 로터(10)의 주위에 환 형상으로 복수의 고정익(16, 18)이 배치되어 있다. 여기서, 제1 가동익단(12a)의 흡입구(21)측에 배치되어 있는 복수의 고정익(16)이 제1 고정익단(16a)을 이루고, 제2 가동익단(12b)의 흡입구(21)측에 배치되어 있는 복수의 고정익(16)이 제2 고정익단(16b)을 이루고 있다. 이하, 토출구(22)측에 설치되어 있는 각 가동익단(12c, 12d, …)의 흡입구(21)측에 배치되어 있는 복수의 고정익(16)이 제3 고정익단(16c), 제4 고정익단(16d), …을 이루고 있다.

본 실시 형태에서는, 각 고정익단 중, 제1 고정익단(16a)으로부터 제4 고정익단(16d)을 구성하는 각 고정익(16)이 가변 고정익을 이루고, 제5단째 이후를 구성하는 각 고정익(18)이 고정 고정익을 이루고 있다. 따라서, 이하에서는, 제1 고정익단(16a)으로부터 제4 고정익단(16d)을 구성하는 각 고정익(16)을 가변 고정익(16)이라 하고, 제1 고정익단(16a)으로부터 제4 고정익단(16d)을 가변 고정익단(16a∼16d)이라 한다.

각 가변 고정익(16)은 케이싱(20)을 내주측으로부터 외주측으로 관통하고 있는 고정익 회전축(17)에 고정되어 있고, 고정익 회전축(17)이 형성하는 면을 따라 고정되어 있다. 따라서, 이 고정익 회전축(17)과 함께 가변 고정익(16)이 회전함으로써, 가변 고정익(16)의 방향(각도)이 바뀐다.

본 실시 형태의 축류 압축기(C)는, 도 1∼도 3에 도시하는 바와 같이, 가변 고정익단(16a∼16d)마다의 가변 고정익(16)의 방향을 바꾸기 위해, 또한 가변 고정익단(16a∼16d)마다의 가변 고정익 구동 장치(30)를 구비하고 있다. 각 가변 고정익 구동 장치(30)는 가동환(31)과, 환 지지 기구(40)와, 회전 구동 기구(60)와, 환-날개 링크 기구(70)를 구비하고 있다. 가동환(31)은 케이싱(20)의 외주측에 배치되고, 환 형상이다. 환 지지 기구(40)는 가동환(31)의 주위 방향으로 간격을 두고 복수 배치되고, 가동환(31)을 로터 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지한다. 회전 구동 기구(60)는 가동환(31)을 로터 축선 Ar 주위로 회전시킨다. 환-날개 링크 기구(70)는 가동환(31)의 회전에 의해 가변 고정익(16)의 방향이 바뀌도록, 가동환(31)과 가변 고정익(16)을 연결한다.

회전 구동 기구(60)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 액추에이터(61)와, 구동-환 링크 기구(63)를 갖고 있다. 액추에이터(61)는 구동 단부(62)가 직선적으로 왕복 이동하도록 설치되어 있다. 구동-환 링크 기구(63)는, 이 구동 단부(62)와 가동환(31)을 연결한다. 구동-환 링크 기구(63)는 링크 회전축(64)과, 제1 링크편(65)과, 제2 링크편(66)과, 제3 링크편(67)을 갖고 있다. 링크 회전축(64)은 로터 축선 Ar과 평행하다. 제1 링크편(65)은 액추에이터(61)의 구동 단부(62)에 한쪽 단부가 핀에 의해 결합되고, 다른 쪽 단부가 링크 회전축(64) 주위로 회전 가능하게 설치되어 있다. 제2 링크편(66)은 한쪽 단부가 링크 회전축(64) 주위로 회전 가능하게 설치되어 있다. 제3 링크편(67)은 한쪽 단부가 제2 링크편(66)의 다른 쪽 단부에 핀에 의해 결합되고, 다른 쪽 단부가 가동환(31)의 일부와 핀에 의해 결합되어 있다. 제2 링크편(66)은 액추에이터(61)의 구동 단부(62)의 이동에 의한 제1 링크편(65)의 링크 회전축(64) 주위의 회전에 수반하여, 일체적으로 회전하도록, 제1 링크편(65)과 연결되어 있다.

또한, 가변 고정익단(16a∼16d)마다의 회전 구동 기구(60)는 가변 고정익단(16a∼16d)마다의 액추에이터(61)를 구비해도 되지만, 복수의 가변 고정익단(16a∼16d) 중 2개 이상의 가변 고정익단을 1세트로 하여, 이 1세트에 대해 1대의 액추에이터(61)를 구비하고 있도록 해도 된다. 이 경우, 1세트의 가변 고정익단에 대한 각 회전 구동 기구(60)는 1대의 액추에이터(61), 1개의 제1 링크편(65) 및 1개의 링크 회전축(64)을 공유하고, 세트를 구성하는 복수의 가변 고정익단마다의 제2 링크편(66) 및 제3 링크편(67)을 구비하게 된다.

가변 고정익단(16a∼16d)마다의 환-날개 링크 기구(70)는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 링크편(71)과, 제2 링크편(72)을 갖고 있다. 제1 링크편(71)은, 각 가변 고정익(16)의 고정익 회전축(17)에 상대 회전 불가능하게 설치되어 있다. 제2 링크편(72)은 한쪽 단부가 핀에 의해 제1 링크편(71)에 연결되고, 다른 쪽 단부가 핀에 의해 가동환(31)에 연결되어 있다.

가변 고정익 구동 장치(30)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가동환(31)의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있는 4개의 환 지지 기구(40)를 갖고 있다. 각 환 지지 기구(40)는 내측 롤러(41i)와, 외측 롤러(41o)와, 롤러 지지대(43)를 갖는다. 내측 롤러(41i)는 가동환(31)의 내주측에 배치되어 있다. 외측 롤러(41o)는 가동환(31)의 외주측에 배치되어, 내측 롤러(41i)와의 사이에서 가동환(31)을 끼워 넣는다. 롤러 지지대(43)는, 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)가 가동환(31)을 끼워 넣고 있는 상태에서, 내측 롤러(41i) 및 외측 롤러(41o)를 로터 축선 Ar과 평행한 축선 Ai, Ao 주위로 회전 가능하게 지지한다.

또한, 각 환 지지 기구(40)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 내측 롤러 위치 조절 기구(44i)와, 외측 롤러 위치 조절 기구(44o)를 갖고 있다. 내측 롤러 위치 조절 기구(44i)는 로터 축선 Ar을 중심으로 하여 방사 방향에 있어서의 내측 롤러(41i)의 축선 Ai의 위치를 바꾼다. 외측 롤러 위치 조절 기구(44o)는 로터 축선 Ar을 기준으로 하여 방사 방향에 있어서의 외측 롤러(41o)의 축선 Ao의 위치를 바꾼다. 또한, 가동환(31)은 도 3에 도시하는 바와 같이, 환 형상의 가동환 본체(32)와, 내측 라이너(32i)와, 외측 라이너(32o)를 갖고 있다. 내측 라이너(32i)는 이 가동환 본체(32)의 내주에 고정되고, 내측 롤러(41i)가 접한다. 외측 라이너(32o)는 이 가동환 본체(32)의 외주에 고정되고, 외측 롤러(41o)가 접한다.

내측 롤러 위치 조절 기구(44i) 및 외측 롤러 위치 조절 기구(44o)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 회전축(45)과, 고정 너트(47)를 갖고 있다. 회전축(45)은, 롤러[41o(41i)]를 베어링(42)을 통해 회전 가능하게 지지한다. 고정 너트(47)는 이 회전축(45)을 롤러 지지대(43)에 대해 회전 불가능하게 구속하는 고정 수단으로서 설치되어 있다. 회전축(45)은 롤러 장착부(45a)와, 피지지부(45b)와, 나사부(45c)를 갖고 있다. 롤러 장착부(45a)는, 롤러[41o(41i)]의 축선 Ao(Ai)을 중심으로 하여, 이 롤러[41o(41i)]가 베어링(42)을 통해 회전 가능하게 장착되어 있다. 피지지부(45b)는, 축선 Ao(Ai)로부터 어긋난 편심 축선 Ae를 중심으로 하여 원기둥 형상을 이루고, 편심 축선 Ae를 중심으로 하여 회전 가능하게 롤러 지지대(43)에 지지되어 있다. 나사부(45c)는, 피지지부(45b)에 대해 롤러 장착부(45a)의 반대측에 설치되고, 전술한 고정 너트(47)가 나사 삽입된다. 또한, 롤러 지지대(43)는 베어링(42) 및 회전축(45)을 통해, 전술한 바와 같이, 내측 롤러(41i) 및 외측 롤러(41o)를 로터 축선 Ar 주위로 회전 가능하게 지지하고 있다.

로터 축선 Ar을 기준으로 하여 방사 방향에 있어서의 롤러[41o(41i)]의 축선 Ao(Ai)의 위치를 바꿀 때에는, 롤러 위치 조절 기구[44o(44i)]의 고정 너트(47)가 헐겁게 되어 있는 상태에서, 편심 축선 Ae를 중심으로 하여 회전축(45)을 롤러 지지대(43)에 대해 회전시킨다. 롤러[41o(41i)]의 축선 Ao(Ai)는 편심 축선 Ae로부터 어긋나 있으므로, 이 회전에 의해, 로터 축선 Ar을 중심으로 하여 방사 방향에 있어서의 위치가 변화된다. 그리고, 롤러[41o(41i)]의 축선 Ao(Ai)가 원하는 위치로 된 시점에서, 고정 너트(47)를 회전축(45)의 나사부(45c)에 나사 삽입하여, 이 회전축(45)을 롤러 지지대(43)에 대해 회전 불가능하게 구속한다. 즉, 롤러[41o(41i)]의 축선 Ao(Ai)의 위치를 고정한다.

가변 고정익 구동 장치(30)의 설치의 최종 단계에서는, 4개의 환 지지 기구(40)마다의 내측 롤러 위치 조절 기구(44i) 및 외측 롤러 위치 조절 기구(44o)를 사용하여, 내측 롤러(41i) 및 외측 롤러(41o)의 위치를 조절한다.

구체적으로는, 4개의 환 지지 기구(40)마다의 내측 롤러 위치 조절 기구(44i)를 사용하여, 4개의 모든 내측 롤러(41i)가 가동환(31)에 내접하도록, 각 내측 롤러(41i)의 위치를 조절한다. 또한, 4개의 환 지지 기구(40)마다의 외측 롤러 위치 조절 기구(44o)를 사용하여, 4개의 모든 외측 롤러(41o)가 가동환(31)에 외접하도록, 각 외측 롤러(41o)의 위치를 조절한다. 또한, 이들 내측 롤러(41i) 및 외측 롤러(41o)의 위치 조절은, 가변 고정익 구동 장치(30)의 설치의 최종 단계뿐만 아니라, 축류 압축기(C)의 설치 완료 후, 이 축류 압축기(C)의 점검 등을 할 때에도 행하는 것이 바람직하다.

이 축류 압축기(C)에서는, 축류 압축기(C)의 기동 개시시로부터 정지시까지의 사이에서의 흡입 유량 등을 조절하기 위해, 제1 가변 고정익단(16a)으로부터 제4 가변 고정익단(16d)의 날개 각도가 적절하게 변경된다.

축류 압축기(C)에서는, 하류측을 향함에 따라 점차 기체의 압력이 증가하고, 이 기체의 온도가 높아진다. 이로 인해, 축류 압축기(C)의 기동 과정 및 정지 과정에서, 기체에 직접 접촉하는 케이싱(20)과 가동환(31) 사이의 온도차에 의해, 케이싱(20)과 가동환(31) 사이에 열 신장차가 발생한다. 구체적으로는, 축류 압축기(C)의 기동 과정에서는, 가동환(31)에 대해 케이싱(20) 중에서 이 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 온도 상승이 빠르기 때문에, 가동환(31)에 대해 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 케이싱 직경이 상대적으로 커진다. 또한, 축류 압축기(C)의 정지 과정에서는, 가동환(31)에 대해 케이싱(20) 중에서 이 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 온도 하강이 빠르기 때문에, 가동환(31)에 대해 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 케이싱 직경이 상대적으로 작아진다.

가동환(31)의 직경에 대해 케이싱 직경의 크기가 상대적으로 변화하면, 케이싱(20)의 축선에 대해 가동환(31)의 축선의 위치가 어긋나 버려, 복수의 가변 고정익(16)의 날개 각도가 불균일해진다. 또한, 케이싱(20)의 축선은, 기본적으로 로터 축선 Ar에 겹쳐 있다.

그러나, 본 실시 형태에서는, 가동환(31)이 4개의 환 지지 기구(40)마다의 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)에 끼움 지지되어 있으므로, 축류 압축기(C)의 운전 상태에 관계없이, 이 가동환(31)과 이 가동환(31)에 대한 전 내측 롤러(41i) 및 전 외측 롤러(41o)와의 접촉 상태가 유지된다. 따라서, 케이싱(20)의 축선에 대해 가동환(31)의 축선의 위치가 어긋나는 일은 없다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 가동환(31)에 대해 케이싱(20) 중에서 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 열 신장차가 발생하지만, 케이싱(20)의 축선에 대해 가동환(31)의 축선의 위치가 어긋나는 일은 없다. 단, 이 열 신장차가 있으므로, 본 실시 형태에서는, 가동환(31) 중에서 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)에 의해 끼워져 있지 않은 부분은, 도 2에 도시하는 바와 같이 휘게 된다.

구체적으로, 축류 압축기(C)의 기동 과정에서는, 가동환(31)에 대해 케이싱(20) 중에서 이 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 온도 상승이 빠르기 때문에, 가동환(31)에 대해 이 부분의 케이싱(20)의 신장량이 커진다. 바꾸어 말하면, 축류 압축기(C)의 기동 과정에서는, 케이싱(20)에 대해 가동환(31)의 신장량이 상대적으로 작아진다. 이로 인해, 축류 압축기(C)의 기동 과정에서는, 가동환(31) 중에서 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)에 의해 끼워져 있지 않은 부분은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 케이싱(20)에 근접하는 방향으로 휘게 된다.

또한, 축류 압축기(C)의 정지 과정에서는, 가동환(31)에 대해 케이싱(20) 중에서 이 가동환(31)을 지지하고 있는 부분의 온도 하강이 빠르기 때문에, 가동환(31)에 대해 이 부분의 케이싱(20)의 수축량이 커진다. 이로 인해, 축류 압축기(C)의 정지 과정에서는, 가동환(31) 중에서 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)에 의해 끼워져 있지 않은 부분은, 케이싱(20)으로부터 멀어지는 방향으로 휘게 된다.

이상과 같이, 가동환(31) 중에서 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)에 의해 끼워져 있지 않은 부분은, 축류 압축기(C)의 운전 상태에 따라서 휘기 때문에, 액추에이터(61)의 구동 단부(62)를 이 부분에 직접 연결한 경우에는, 이 휨을 구동 단부(62)가 추종하려고 하여, 액추에이터(61)에 불필요한 부하가 걸려 버린다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 구동-환 링크 기구(63)를 통해, 액추에이터(61)의 구동 단부(62)와 제2단용 가동환(31)을 연결하고, 이 가동환(31)의 휨을 구동-환 링크 기구(63)에서 흡수할 수 있도록 하고 있다.

그런데, 가동환(31)에 대한 환 지지 기구(40)의 수량이 너무 많아지면, 가동환(31)의 휨에 의해, 각 롤러(41i, 41o)의 반력이 증대된다. 구체적으로는, 구조적인 관점에 있어서, 빔의 강성은 이 빔을 지지하는 2점간의 거리의 3제곱에 반비례하기 때문에, 본 실시 형태에 나타내어지는 바와 같이, 환 지지 기구(40)의 수량이 증가하고, 환 지지 기구(40) 상호간의 거리가 작아지면, 이 거리의 3제곱에 비례하여 각 롤러(41i, 41o)의 반력이 증가한다. 따라서, 환 지지 기구(40)의 수량이 증가하면, 각 롤러(41i, 41o)의 반력이 비약적으로 증가하고, 각 롤러(41i, 41o)의 회전축(45) 및 베어링(42), 또한 롤러 지지대(43)의 강성도 비약적으로 높여야 한다. 이로 인해, 가동환(31)에 대한 환 지지 기구(40)는 5개 이하가 바람직하다.

따라서, 가동환(31)에 대한 환 지지 기구(40)는, 본 실시 형태와 같이 4개이거나, 5개인 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 가동환(31)이 복수 개소에서 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)에 의해 끼움 지지되어 있으므로, 축류 압축기(C)의 운전 상태에 관계없이, 케이싱(20)의 축선에 대해 가동환(31)의 축선의 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있어, 항상 복수의 가변 고정익(16)의 날개 각도를 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 내측 롤러(41i)와 외측 롤러(41o)를 갖는 환 지지 기구(40)를 4개 설치하고 있으므로, 환 지지 기구(40)의 회전축(45)이나 베어링(42), 또한 롤러 지지대(43) 등의 강성 및 강도를 극단적으로 높일 필요성을 피할 수 있다.

또한, 이상의 실시 형태에 있어서, 가동환(31)에 대한 환 지지 기구(40)에서는, 1개의 롤러 지지대(43)에 대해 1개의 내측 롤러(41i) 및 1개의 외측 롤러(41o)가 설치되어 있지만, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 가동환(31)을 끼움 지지할 수 있는 형태로 복수의 내측 롤러(41i) 및 복수의 외측 롤러(41o)가 설치되어 있으면 된다. 예를 들어, 1개의 롤러 지지대(43)에 대해 2개 이상의 내측 롤러(41i)를 형성해도 되고, 또한 2개 이상의 외측 롤러(41o)를 설치해도 된다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 내측 롤러 위치 조절 기구(44i)와 외측 롤러 위치 조절 기구(44o)에 의해, 내측 롤러(41i)의 축선과 외측 롤러(41o)의 축선 사이의 거리를 조절하는 축간 거리 조절 기구를 구성하고 있지만, 이 축간 거리 조절 기구는, 내측 롤러 위치 조절 기구(44i)와 외측 롤러 위치 조절 기구(44o) 중, 한쪽의 위치 조절 기구에 의해서만 구성해도 된다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 가변 고정익단(16a∼16d)마다의 가변 고정익 구동 장치(30)의 구성은 서로 동일하지만, 제1 가변 고정익단(16a)의 가변 고정익 구동 장치는, 다른 구성으로 해도 된다. 구체적으로, 제1 가변 고정익단(16a)의 가동환(31)에 대해, 케이싱(20) 중에서 이 가동환(31)을 지지하고 있는 부분은, 축류 압축기(C)의 운전 상태에 관계없이, 미압축 외기가 통과하므로, 거의 외기온과 동일한 온도이다. 즉, 제1 가변 고정익단(16a)의 가동환(31)과 케이싱(20) 중에서 이 가동환(31)을 지지하고 있는 부분과의 사이에는, 축류 압축기(C)의 운전 상태에 관계없이, 온도차가 거의 없어, 양자간에 열 신장차가 발생하지 않는다. 이로 인해, 제1 가변 고정익단(16a)의 가동환(31)을 복수의 내측 롤러(41i) 또는 외측 롤러(41o)만으로 지지해도, 축류 압축기(C)의 기동 전에, 제1 가변 고정익단(16a)의 가동환(31)이 이것에 대한 전 내측 롤러(41i) 또는 전 외측 롤러(41o)에 접하고 있으면, 축류 압축기(C)의 운전 상태에 관계없이, 제1 가변 고정익단(16a)의 가동환(31)과 전 내측 롤러(41i) 또는 전 외측 롤러(41o)의 접촉 상태가 유지된다. 따라서, 케이싱(20)의 축선에 대해 가동환(31)의 축선의 위치가 어긋나는 일은 없다. 따라서, 제1 가변 고정익단(16a)의 가변 고정익 구동 장치에 대해서는, 제1 가변 고정익단(16a)의 가동환(31)을 복수의 내측 롤러(41i) 또는 외측 롤러(41o)만으로 지지하는 구성을 채용해도 된다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 축류 유체 기계로서 축류 압축기(C)를 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 터빈 등, 그 밖의 축류 유체 기계에 적용해도 된다.

10 : 로터
11 : 로터 본체
12 : 가동익
16 : 가변 고정익(고정익)
20 : 케이싱
30 : 가변 고정익 구동 장치
31 : 가동환
40 : 환 지지 기구
41i : 내측 롤러
41o : 외측 롤러
43 : 롤러 지지대
44i : 내측 롤러 위치 조절 기구
44o : 외측 롤러 위치 조절 기구
45 : 회전축
45a : 롤러 장착부
45b : 피지지부
45c : 나사부
47 : 고정 너트
60 : 회전 구동 기구
61 : 액추에이터
62 : 구동 단부
63 : 구동-환 링크 기구
70 : 환-날개 링크 기구

Claims (8)

1. 복수의 가동익을 갖는 로터와,
   상기 로터를 회전 가능하게 덮는 케이싱과,
   상기 케이싱 내에, 상기 로터를 중심으로 하여 환 형상으로 복수 배치된 가변 고정익을 구비하고 있는 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치에 있어서,
   상기 케이싱의 외주측에 배치된 환 형상의 가동환과,
   상기 가동환의 주위 방향으로 간격을 두고 복수 배치되고, 상기 가동환을 상기 로터 주위로 회전 가능하게 지지하는 환 지지 기구와,
   상기 가동환을 상기 로터 주위로 회전시키는 회전 구동 기구와,
   상기 가동환의 회전에 의해 상기 가변 고정익의 방향이 바뀌도록, 상기 가동환과 상기 가변 고정익을 연결하는 링크 기구를 구비하고,
   복수의 상기 환 지지 기구의 각각은, 상기 가동환의 내주측에 배치되어 있는 내측 롤러와,
   상기 가동환의 외주측에 배치되어, 상기 내측 롤러와의 사이에 상기 가동환을 끼워 넣는 외측 롤러와,
   상기 내측 롤러와 상기 외측 롤러가 상기 가동환을 끼워 넣어 접촉하고 있는 상태에서, 상기 내측 롤러 및 상기 외측 롤러를 상기 로터와 평행한 축선 주위로 회전 가능하게 지지하고, 상기 가동환의 원주 방향으로 근접하여 배치된 상기 내측 롤러와 상기 외측 롤러로부터 이루어지는 한 조의 세트를 구비한 롤러 지지대를 갖고,
   복수의 상기 환 지지 기구의 각각은, 상기 내측 롤러의 상기 축선과 상기 외측 롤러의 상기 축선 사이의 거리를 조절하는 축간 거리 조절기구를 갖는, 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 축간 거리 조절 기구는, 상기 내측 롤러의 상기 축선과 상기 외측 롤러의 상기 축선 중 적어도 한쪽의 롤러의 축선의 위치를 바꾸는 기구로, 상기 한쪽의 롤러를 회전 가능하게 지지하는 회전축을 갖고,
   상기 회전축은, 상기 한쪽의 롤러의 축선을 중심으로 하여 상기 한쪽의 롤러가 회전 가능하게 장착되어 있는 롤러 장착부와,
   상기 축선으로부터 어긋난 편심 축선을 중심으로 하여 원기둥 형상을 이루고, 상기 편심 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 상기 롤러 지지대에 지지되어 있는 피지지부를 갖는, 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전 구동 기구는, 구동 단부가 직선적으로 왕복 이동하는 액추에이터와,
   상기 구동 단부와 상기 가동환을 연결하는 링크 기구를 갖는, 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 환 지지 기구를 4개 또는 5개 구비하고 있는, 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치.
6. 제1항 또는 제3항에 기재된 가변 고정익 구동 장치와,
   복수의 상기 가동익이 설치되어 있는 상기 로터와,
   상기 로터를 회전 가능하게 덮는 케이싱과,
   상기 케이싱 내에 상기 로터를 중심으로 하여 환 형상으로 복수 배치된 가변 고정익을 구비하고 있는, 축류 유체 기계.
7. 제1항에 있어서, 복수의 상기 환 지지 기구의 각각은, 상기 롤러 지지대에 복수의 상기 내측 롤러를 구비하고 있는, 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치.
8. 제7항에 있어서, 복수의 상기 환 지지 기구의 각각은, 상기 롤러 지지대에 복수의 상기 외측 롤러를 구비하고 있는, 축류 유체 기계의 가변 고정익 구동 장치.

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