軸流流体機械、及びその可変静翼駆動装置
【課題】運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にする。
【解決手段】可変静翼駆動装置３０は、軸流圧縮機のケーシング２０の外周側に配置された環状の可動環３１と、可動環の周方向に間隔をあけて４個配置され、可動環をロータ回りに回転可能に支持する環支持機構４０と、可動環の回転で可変静翼の向きが変わるよう、可動環と可変静翼とを連結するリンク機構７０と、を備えている。環支持機構４０は、可動環の内周側に配置されている内側ローラ４１ｉと、可動環の外周側に配置されて内側ローラとの間で可動環を挟み込む外側ローラ４１ｏと、内側ローラと外側ローラとが可動環を挟み込んでいる状態で、内側ローラ及び外側ローラをロータ軸線Ａｒと平行な軸線回りに回転可能に支持するローラ支持台４３と、を有する。
【解決手段】可変静翼駆動装置３０は、軸流圧縮機のケーシング２０の外周側に配置された環状の可動環３１と、可動環の周方向に間隔をあけて４個配置され、可動環をロータ回りに回転可能に支持する環支持機構４０と、可動環の回転で可変静翼の向きが変わるよう、可動環と可変静翼とを連結するリンク機構７０と、を備えている。環支持機構４０は、可動環の内周側に配置されている内側ローラ４１ｉと、可動環の外周側に配置されて内側ローラとの間で可動環を挟み込む外側ローラ４１ｏと、内側ローラと外側ローラとが可動環を挟み込んでいる状態で、内側ローラ及び外側ローラをロータ軸線Ａｒと平行な軸線回りに回転可能に支持するローラ支持台４３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、を備えているものがある。
【０００３】
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、ケーシングの外周側に配置された環状の可動環と、可動環を回転可能に支持する環支持機構と、可動環を回転させるアクチュエータと、を備えている。環支持機構は、可動環の外周側であってケーシングの下側に、可動環の周方向に間隔をあけて配置されている２個の第一ローラと、可動環の内周側であってケーシングの下側に、２個の第一ロータに対して可動環の周方向に間隔をあけて配置されている１個の第二ローラとを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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や停止過程で、気体に直接接触するケーシングと可動環との間の温度差により、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じる。具体的には、軸流圧縮機の起動過程では、可動環に対してケーシングの温度上昇が早いため、可動環に対してケーシングの径が相対的に大きくなる。
【０００６】
仮に、特許文献１に記載の技術において、起動前の時点で、可動環の軸線とケーシングの軸線とが一致していたとしても、軸流圧縮機の起動過程で、可動環に対してケーシングの径が相対的に大きくなるため、可動環の下側の部分とケーシングの下側の部分との相対位置が変化しなくても、可動環の上側の部分とケーシングの上側の部分との相対位置が変化してしまう。つまり、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置がズレてしまう。ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置がズレてしまうと、このズレ量に応じて、複数の可変静翼の翼角度が不均一になる。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載の技術では、軸流流体機械の運転状態が変化する過程において、複数の可変静翼の翼角度が不均一になることがあるという、問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、
複数の動翼を有するロータと、該ロータを回転可能に覆うケーシングと、該ケーシング内に該ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、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、前記ケーシングの外周側に配置された環状の可動環と、前記可動環の周方向に間隔をあけて複数配置され、該可動環を前記ロータ回りに回転可能に支持する環支持機構と、前記可動環を前記ロータ回りに回転させる回転駆動機構と、前記可動環の回転で前記可変静翼の向きが変わるよう、該可動環と該可変静翼とを連結するリンク機構と、を備え、
複数の前記環支持機構は、いずれも、前記可動環の内周側に配置されている内側ローラと、該可動環の外周側に配置されて該内側ローラとの間で該可動環を挟み込む外側ローラと、該内側ローラと該外側ローラとが該可動環を挟み込んでいる状態で、該内側ローラ及び該外側ローラを前記ロータと平行な軸線回りに回転可能に支持するローラ支持台と、を有することを特徴とする。
【００１０】
軸流流体機械の起動過程や停止過程では、気体に直接接触するケーシングと可動環との間の温度差により、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じる。当該可変静翼駆動装置では、可動環が複数の環支持機構毎の内側ローラと外側ローラとに挟持されているため、軸流流体機械の運転状態に関わらず、可動環とこの可動環に対する全内側ローラ及び全外側ローラとの接触状態が維持される。したがって、当該可変静翼駆動装置によれば、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐことができ、軸流流体機械の運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にすることができる。
【００１１】
ここで、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、複数の前記環支持機構は、いずれも、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線との間の距離を調節する軸間距離調節機構を有することが好ましい。
【００１２】
この場合、前記軸間距離調節機構は、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線とのうち、少なくとも一方のローラの軸線の位置を変える機構であり、該一方のローラを回転可能に支持する回転軸を有し、前記回転軸は、前記一方のローラの軸線を中心として該一方のローラが回転可能に取り付けられているローラ取付部と、該軸線からズレた偏芯軸線を中心として円柱状を成し、該偏芯軸線を中心として回転可能に前記ローラ支持台に支持されている被支持部と、を有してもよい。
【００１３】
このように、軸間距離調節機構を有することにより、内側ローラと外側ローラとの間で可動環をしっかりと確実に挟持することができる。よって、当該可変静翼駆動装置によれば、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレをより確実に防ぐことができる。
【００１４】
また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記回転駆動機構は、駆動端が直線的に往復移動するアクチュエータと、該駆動端と前記可動環とを連結するリンク機構と、を有してもよい。
【００１５】
当該可変静翼駆動装置では、前述したように、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じても、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐために、複数の環支持機構毎の内側ローラと外側ローラとで可動環を挟持している。このため、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じている際、可動環中で、内側ローラと外側ローラとで挟まれていない部分は、軸流流体機械の運転状態に応じて撓む。仮に、アクチュエータの駆動端をこの部分に直接連結した場合には、この撓みに駆動端が追従しようとして、アクチュエータに不要な負荷がかかってしまう。これに対して、当該可変静翼駆動装置では、リンク機構を介して、アクチュエータの駆動端と可動環とを連結し、この駆動環の撓みをリンク機構で吸収できるようにしている。よって、当該可変静翼駆動装置によれば、アクチュエータに不要な負荷がかかることを回避することができる。
【００１６】
また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記環支持機構を４個又は５個備えてもよい。
【００１７】
可動環に対する環支持機構の数量が非常に多くなると、可動環の撓みにより、各ローラの反力が増大する。具体的に、梁の剛性はこの梁を支持する二点間の距離の３乗に反比例するため、環支持機構の数量が増加して、環支持機構相互間の距離が小さくなると、この距離の３乗に比例して各ローラの反力が増加する。したがって、環支持機構の数量が増加すると、各ローラの反力が飛躍的に増加し、各ローラの回転軸やローラ支持台等の剛性及び強度も飛躍的に高めなければならない。このため、可動環に対する環支持機構は、４又は５個が望ましい。
【００１８】
また、前記問題点を解決するための発明に係る軸流流体機械は、
前記可変静翼駆動装置と、複数の前記動翼が設けられている前記ロータと、前記ロータを回転可能に覆うケーシングと、前記ケーシング内に前記ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
当該軸流流体機械では、前記可変静翼駆動装置を備えているので、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐことができ、軸流流体機械の運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じても、可動環が複数の環支持機構毎の内側ローラと外側ローラとに挟持されているため、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐことができる。
【００２１】
よって、本発明によれば、軸流流体機械の運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る一実施形態における軸流圧縮機の要部切欠側面図である。
【図２】図１におけるII−II断面における模式図である。
【図３】本発明に係る一実施形態における可動環及び環支持機構の断面図である。
【図４】図３におけるIＶ矢視図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における環支持機構の要部断面図である。
【図６】本発明に係る一実施形態の変形例における環支持機構を示す説明図で、同図（Ａ）は第一変形例の環支持機構を示し、同図（Ｂ）は第二変形例の環支持機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態の軸流流体機械は、図１に示すように、軸流圧縮機Ｃであり、複数の動翼１２を有しているロータ１０と、このロータ１０を回転可能に覆うケーシング２０と、ロータ１０の周りに環状に複数配置されている静翼１６，１８と、を備えている。
【００２５】
ロータ１０は、複数のロータディスクが積層されて構成されているロータ本体１１と、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る複数の動翼１２と、を有している。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２０により回転可能に支持されている。
【００２６】
ケーシング２０のロータ軸線方向の一方の側には、外気を吸い込む吸込口２１が形成され、他方の側には圧縮気体を吐き出す吐出口（図示されていない）が形成されている。
【００２７】
複数の動翼１２のうち、最も吸込口２１側のロータディスクに固定されている複数の動翼１２が第一動翼段１２ａを成し、このロータディスクの吐出口側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が第二動翼段１２ｂを成し、以下、吐出口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、第四動翼段１２ｄ、…を成している。
【００２８】
各動翼段１２ａ，１２ｂ，…の吸込口２１側には、それぞれ、ロータ１０の周りに環状に複数の静翼１６，１８が配置されている。ここで、第一動翼段１２ａの吸込口２１側に配置されている複数の静翼１６が第一静翼段１６ａを成し、第二動翼段１２ａの吸込口２１側に配置されている複数の静翼１６が第二段静翼１６ｂを成し、以下、吐出口２２側に設けられている各動翼段１６ｃ，１６ｄ，…の吸込口２１側に配置されている複数の静翼１６が第三段静翼１６ｃ、第四段静翼１６ｄ、…を成している。
【００２９】
本実施形態では、各静翼段のうち、第１段静翼１６ａから第４段静翼１６ｄを構成する各静翼１６が可変静翼を成し、第五段目以降を構成する各静翼１８が固定静翼を成している。
【００３０】
各可変静翼１６は、ケーシング２０を内周側から外周側に貫通している静翼回転軸１７に固定されており、この静翼回転軸１７と共に可変静翼１６が回転することで、可変静翼１６の向き（角度）が変わる。
【００３１】
本実施形態の軸流圧縮機Ｃは、図１〜図３に示すように、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の可変静翼１６の向きを変えるために、さらに、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の可変静翼駆動装置３０を備えている。各可変静翼駆動装置３０は、ケーシング２０の外周側に配置された環状の可動環３１と、可動環３１の周方向に間隔をあけて複数配置され、可動環３１をロータ軸線Ａｒを中心として回転可能に支持する環支持機構４０と、可動環３１をロータ軸線Ａｒ回りに回転させる回転駆動機構６０と、可動環３１の回転で可変静翼１６の向きが変わるよう、可動環３１と可変静翼１６とを連結する環−翼リンク機構７０と、を備えている。
【００３２】
回転駆動機構６０は、図２に示すように、駆動端６２が直線的に往復移動するアクチュエータ６１と、この駆動端６２と可動環３１とを連結する駆動−環リンク機構６３と、を有している。駆動−環リンク機構６３は、ロータ軸線Ａｒと平行なリンク回転軸６４と、アクチュエータ６１の駆動端６２に一方の端部がピンで結合され他方の端部がリンク回転軸６４回りに回転可能に設けられている第一リンク片６５と、一方の端部がリンク回転軸６４回りに回転可能に設けられている第二リンク片６６と、一方の端部が第二リンク片６６の他方の端部にピンで結合され、他方の端部が可動環３１の一部とピンで結合されている第三リンク片６７とを有している。第二リンク片６６は、アクチュエータ６１の駆動端６２の移動による第一リンク片６５のリンク回転軸６４回りの回転に伴って、一体的に回転するよう、第一リンク片６５と連結されている。
【００３３】
なお、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の回転駆動機構６０は、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎のアクチュエータ６１を備えてもよいが、複数の可変静翼段１６ａ〜１６ｄのうち、２以上の可変静翼段を一組として、この一組に対して１台のアクチュエータ６１を備えているようにしてもよい。この場合、１組の可変静翼段に対する各回転駆動機構６０は、１台のアクチュエータ６１、一個の第一リンク片６５及び一個のリンク回転軸６４を共有し、組を構成する複数の可変静翼段毎の第二リンク片６６及び第三リンク片６７を備えることになる。
【００３４】
可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の環−翼リンク機構７０は、図３及び図４に示すように、各可変静翼１６の静翼回転軸１７に相対回転不能に設けられている第一リンク片７１と、一方の端部がピンで第一リンク片７１に連結され、他方の端部がピンで可動環３１に連結されている第二リンク片７２と、を有している。
【００３５】
可変静翼駆動機構３０は、図２に示すように、可動環３１の周方向に等間隔に配置されている４個の環支持機構４０を有している。各環支持機構４０は、いずれも、可動環３１の内周側に配置されている内側ローラ４１ｉと、可動環３１の外周側に配置されて内側ローラ４１ｉとの間で可動環３１を挟み込む外側ローラ４１ｏと、内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとが可動環３１を挟み込んでいる状態で、内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏをロータ軸線Ａｒと平行な軸線Ａｉ，Ａｏ回りに回転可能に支持するローラ支持台４３と、を有する。
【００３６】
さらに、各環支持機構４０は、図３に示すように、ロータ軸線Ａｒを中心にして放射方向における内側ローラ４１ｉの軸線Ａｉの位置を変える内側ローラ位置調節機構４４ｉと、同じくロータ軸線Ａｒを基準にして放射方向における外側ローラ４１ｏの軸線Ａｏの位置を変える外側ローラ位置調節機構４４ｏと、有している。なお、可動環３１は、同図に示すように、環状の可動環本体３２と、この可動環本体３２の内周に固定され、内側ローラ４１ｉが接する内側ライナー３２ｉと、この可動環本体３２の外周に固定され、外側ローラ４１ｏが接する外側ライナー３２ｏとを有している。
【００３７】
内側ローラ位置調節機構４４ｉ及び外側ローラ位置調節機構４４ｏは、図５に示すように、いずれも、ローラ４１ｏ（４１ｉ）を軸受４２を介して回転可能に支持する回転軸４５と、この回転軸４５をローラ支持台４３に対して回転不能に拘束する固定手段としての固定ナット４７と、を有している。回転軸４５は、ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）を中心として、このローラ４１ｏ（４１ｉ）が軸受４２を介して回転可能に取り付けられているローラ取付部４５ａと、この軸線Ａｏ（Ａｉ）からズレた偏芯軸線Ａｅを中心として円柱状を成し、偏芯軸線Ａｅを中心として回転可能にローラ支持台４３に支持されている被支持部４５ｂと、この被支持部４５ｂに対してローラ取付部４５ｂと反対側に設けられ、前述の固定ナット４７が捩じ込まれるネジ部４５ｃと、を有している。なお、ロータ支持台４３は、軸受４２及び回転軸４５を介して、前述したように、内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏをロータ軸線Ａｒ回りに回転可能に支持している。
【００３８】
ロータ軸線Ａｒを基準にして放射方向におけるローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）の位置を変える際には、ローラ位置調節機構４４ｏ（４４ｉ）の固定ナット４７が緩んでいる状態で、偏芯軸線Ａｅを中心として回転軸４５をローラ支持台４３に対して回転させる。ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）は、偏芯軸線Ａｅからズレているため、この回転により、ロータ軸線Ａｒを中心にして放射方向における位置が変化する。そして、ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）が目的の位置になった時点で、固定ナット４７を回転軸４５のネジ部４５ｃに捩じ込み、この回転軸４５をローラ支持台４３に対して回転不能に拘束する。すなわち、ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）の位置を固定する。
【００３９】
可変静翼駆動機構３０の設置の最終段階では、４個の環支持機構４０毎の内側ローラ位置調節機構４４ｉ及び外側ローラ位置調節機構４４ｏを用いて、内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏの位置を調節する。
【００４０】
具体的には、４個の環支持機構４０毎の内側ローラ位置調節機構４４ｉを用いて、４個全ての内側ローラ４１ｉが可動環３１に内接するように、各内側ローラ４１ｉの位置を調節する。さらに、４個の環支持機構４０毎の外側ローラ位置調節機構４４ｏを用いて、４個全ての外側ローラ４１ｏが可動環３１に外接するように、各外側ローラ４１ｏの位置を調節する。なお、これら内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏの位置調節は、可変静翼駆動機構３０の設置の最終段階のみならず、軸流圧縮機Ｃの設置完了後、この軸流圧縮機Ｃの点検等の際にも行うことが好ましい。
【００４１】
この軸流圧縮機Ｃでは、その起動開始時から停止時までの間で、その時々での吸込流量等を調節するために、第一可変静翼段１６ａから第四可変静翼段１６ｂの翼角度が適宜変更される。
【００４２】
軸流圧縮機Ｃ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Ｃの起動過程や停止過程で、気体に直接接触するケーシング２０と可動環３１との間の温度差により、ケーシング２０と可動環３１との間に熱伸び差が生じる。具体的に、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度上昇が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング径が相対的に大きくなる。また、軸流圧縮機Ｃの停止過程では、可動環３１に対してケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度下降が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング径が相対的に小さくなる。
【００４３】
可動環３１の径に対してケーシング径の大きさが相対的に変化すると、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレてしまい、複数の可変静翼１６の翼角度が不均一になる。なお、ケーシング２０の軸線は、基本的にロータ軸線Ａｒに重なっている。
【００４４】
しかしながら、本実施形態では、可動環３１が、４個の環支持機構４０毎の内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとに挟持されているため、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、この可動環３１とこの可動環３１に対する全内側ローラ４１ｉ及び全外側ローラ４１ｏとの接触状態が維持される。したがって、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることはない。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、可動環３１に対して、ケーシング２０中で可動環３１を支持している部分の熱伸び差が生じるものの、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることはない。但し、この熱伸び差があるため、本実施形態では、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、図２に示すように撓むことになる。
【００４６】
具体的に、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度上昇が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング２０の伸び量が大きくなる。言い換えると、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、ケーシング２０に対して、可動環３１の伸び量が相対的に小さくなる。このため、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、図２に示すように、ケーシング２０に近づく向きに撓むことになる。
【００４７】
また、軸流圧縮機Ｃの停止過程では、可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度下降が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング２０の縮み量が大きくなる。このため、軸流圧縮機Ｃの停止過程では、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、ケーシング２０から遠ざかる向きに撓むことになる。
【００４８】
以上のように、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、軸流圧縮機Ｃの運転状態に応じて撓むため、アクチュエータ６１の駆動端６２をこの部分に直接連結した場合には、この撓みに駆動端６２が追従しようとして、アクチュエータ６１に不要な負荷がかかってしまう。そこで、本実施形態では、駆動−環リンク機構６３を介して、アクチュエータ６１の駆動端６２と第二段用の可動環３１とを連結し、この駆動環３１の撓みを駆動−環リンク機構６３で吸収できるようにしている。
【００４９】
ところで、可動環３１に対する環支持機構４０の数量が非常に多くなると、可動環３１の撓みにより、各ローラ４１ｉ，４１ｏの反力が増大する。具体的に、梁の剛性はこの梁を支持する二点間の距離の３乗に反比例するため、環支持機構４０の数量が増加して、環支持機構４０相互間の距離が小さくなると、この距離の３乗に比例して各ローラ４１ｉ，４１ｏの反力が増加する。したがって、環支持機構４０の数量が増加すると、各ローラ４１ｉ，４１ｏの反力が飛躍的に増加し、各ローラ４１ｉ，４１ｏの回転軸４５及び軸受４２、さらにローラ支持台４３の剛性も飛躍的に高めなければならない。このため、可動環３１に対する環支持機構４０は、５個以下が望ましい。
【００５０】
したがって、可動環３１に対する環支持機構４０は、本実施形態のように、４個であるか、５個であることが望ましい。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、可動環３１が、複数個所で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとによって挟持されているため、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることを防ぐことができ、常に複数の可変静翼１６の翼角度を均一にすることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとを有する環支持機構４０を４個設けているので、環支持機構４０の回転軸４５や軸受４２、さらにローラ支持台４３等の剛性及び強度を極端に高める必要性を回避することができる。
【００５３】
なお、以上の実施形態において、可動環３１に対する環支持機構４０では、１個のローラ支持台４３に対して、１個の内側ローラ４１ｉ及び１個の外側ローラ４１ｏが設けられているが、図６に示すように、可動環３１を挟持できる形態で内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏが設けられていれば、１個のローラ支持台４３に対して、２個以上の内側ローラ４１ｉを設けても、さらに、２個以上の外側ローラ４１ｏを設けてもよい。
【００５４】
また、以上の実施形態では、内側ローラ位置調節機構４４ｉと外側ローラ位置調節機構４４ｏとで、内側ローラ４１ｉの軸線と外側ローラ４１ｏの軸線との間の距離を調節する軸間距離調節機構を構成しているが、この軸間距離調節機構は、内側ローラ位置調節機構４４ｉと外側ローラ位置調節機構４４ｏとのうち、一方の位置調節機構のみで構成してもよい。
【００５５】
また、以上の実施形態では、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の可変静翼駆動装置３０の構成は、互いに同じであるが、第一可変静翼段１６ａの可変静翼駆動装置は、別構成にしてもよい。具体的に、第一可変静翼段１６ａの可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分は、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、未圧縮の外気が通過するため、ほぼ外気温と同じ温度である。すなわち、第一可変静翼段１６ａの可動環３１とケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分との間には、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、温度差がほとんどなく、両者間に熱伸び差が生じない。このため、第一可変静翼段１６ａの可動環３１を複数の内側ローラ４１ｉ又は外側ローラ４１ｏのみで支持しても、軸流圧縮機Ｃの起動前に、第一可変静翼段１６ａの可動環３１がこれに対する全内側ローラ４１ｉ又は全外側ローラ４１ｏに接していれば、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、第一可変静翼段１６ａの可動環３１と全内側ローラ４１ｉ又は全外側ローラ４１ｏとの接触状態が維持され、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることはない。そこで、第一可変静翼段１６ａの可変静翼駆動装置に関しては、第一可変静翼段１６ａの可動環３１を複数の内側ローラ４１ｉ又は外側ローラ４１ｏのみで支持する構成を採用してもよい。
【００５６】
また、以上の実施形態では、軸流流体機械として軸流圧縮機Ｃを例示しているが、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に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０：ロータ、１１：ロータ本体、１２：動翼、１６：可変静翼、２０：ケーシング、３０：可変静翼駆動装置、３１：可動環、４０：環支持機構、４１ｉ：内側ローラ、４１ｏ：外側ローラ、４３：ローラ支持台、４４ｉ：内側ローラ位置調節機構、４４ｏ：外側ローラ位置調節機構、４４：回転軸、４５ａ：ローラ取付部、４５ｂ：被支持部、４５ｃ：ネジ部、４７：固定ナット、６０：回転駆動機構、６１：アクチュエータ、６２：駆動端、６３：駆動−環リンク機構、７０：環−翼リンク機構
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、を備えているものがある。
【０００３】
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、ケーシングの外周側に配置された環状の可動環と、可動環を回転可能に支持する環支持機構と、可動環を回転させるアクチュエータと、を備えている。環支持機構は、可動環の外周側であってケーシングの下側に、可動環の周方向に間隔をあけて配置されている２個の第一ローラと、可動環の内周側であってケーシングの下側に、２個の第一ロータに対して可動環の周方向に間隔をあけて配置されている１個の第二ローラとを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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や停止過程で、気体に直接接触するケーシングと可動環との間の温度差により、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じる。具体的には、軸流圧縮機の起動過程では、可動環に対してケーシングの温度上昇が早いため、可動環に対してケーシングの径が相対的に大きくなる。
【０００６】
仮に、特許文献１に記載の技術において、起動前の時点で、可動環の軸線とケーシングの軸線とが一致していたとしても、軸流圧縮機の起動過程で、可動環に対してケーシングの径が相対的に大きくなるため、可動環の下側の部分とケーシングの下側の部分との相対位置が変化しなくても、可動環の上側の部分とケーシングの上側の部分との相対位置が変化してしまう。つまり、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置がズレてしまう。ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置がズレてしまうと、このズレ量に応じて、複数の可変静翼の翼角度が不均一になる。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載の技術では、軸流流体機械の運転状態が変化する過程において、複数の可変静翼の翼角度が不均一になることがあるという、問題点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、
複数の動翼を有するロータと、該ロータを回転可能に覆うケーシングと、該ケーシング内に該ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、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、前記ケーシングの外周側に配置された環状の可動環と、前記可動環の周方向に間隔をあけて複数配置され、該可動環を前記ロータ回りに回転可能に支持する環支持機構と、前記可動環を前記ロータ回りに回転させる回転駆動機構と、前記可動環の回転で前記可変静翼の向きが変わるよう、該可動環と該可変静翼とを連結するリンク機構と、を備え、
複数の前記環支持機構は、いずれも、前記可動環の内周側に配置されている内側ローラと、該可動環の外周側に配置されて該内側ローラとの間で該可動環を挟み込む外側ローラと、該内側ローラと該外側ローラとが該可動環を挟み込んでいる状態で、該内側ローラ及び該外側ローラを前記ロータと平行な軸線回りに回転可能に支持するローラ支持台と、を有することを特徴とする。
【００１０】
軸流流体機械の起動過程や停止過程では、気体に直接接触するケーシングと可動環との間の温度差により、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じる。当該可変静翼駆動装置では、可動環が複数の環支持機構毎の内側ローラと外側ローラとに挟持されているため、軸流流体機械の運転状態に関わらず、可動環とこの可動環に対する全内側ローラ及び全外側ローラとの接触状態が維持される。したがって、当該可変静翼駆動装置によれば、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐことができ、軸流流体機械の運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にすることができる。
【００１１】
ここで、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、複数の前記環支持機構は、いずれも、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線との間の距離を調節する軸間距離調節機構を有することが好ましい。
【００１２】
この場合、前記軸間距離調節機構は、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線とのうち、少なくとも一方のローラの軸線の位置を変える機構であり、該一方のローラを回転可能に支持する回転軸を有し、前記回転軸は、前記一方のローラの軸線を中心として該一方のローラが回転可能に取り付けられているローラ取付部と、該軸線からズレた偏芯軸線を中心として円柱状を成し、該偏芯軸線を中心として回転可能に前記ローラ支持台に支持されている被支持部と、を有してもよい。
【００１３】
このように、軸間距離調節機構を有することにより、内側ローラと外側ローラとの間で可動環をしっかりと確実に挟持することができる。よって、当該可変静翼駆動装置によれば、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレをより確実に防ぐことができる。
【００１４】
また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記回転駆動機構は、駆動端が直線的に往復移動するアクチュエータと、該駆動端と前記可動環とを連結するリンク機構と、を有してもよい。
【００１５】
当該可変静翼駆動装置では、前述したように、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じても、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐために、複数の環支持機構毎の内側ローラと外側ローラとで可動環を挟持している。このため、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じている際、可動環中で、内側ローラと外側ローラとで挟まれていない部分は、軸流流体機械の運転状態に応じて撓む。仮に、アクチュエータの駆動端をこの部分に直接連結した場合には、この撓みに駆動端が追従しようとして、アクチュエータに不要な負荷がかかってしまう。これに対して、当該可変静翼駆動装置では、リンク機構を介して、アクチュエータの駆動端と可動環とを連結し、この駆動環の撓みをリンク機構で吸収できるようにしている。よって、当該可変静翼駆動装置によれば、アクチュエータに不要な負荷がかかることを回避することができる。
【００１６】
また、前記軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、前記環支持機構を４個又は５個備えてもよい。
【００１７】
可動環に対する環支持機構の数量が非常に多くなると、可動環の撓みにより、各ローラの反力が増大する。具体的に、梁の剛性はこの梁を支持する二点間の距離の３乗に反比例するため、環支持機構の数量が増加して、環支持機構相互間の距離が小さくなると、この距離の３乗に比例して各ローラの反力が増加する。したがって、環支持機構の数量が増加すると、各ローラの反力が飛躍的に増加し、各ローラの回転軸やローラ支持台等の剛性及び強度も飛躍的に高めなければならない。このため、可動環に対する環支持機構は、４又は５個が望ましい。
【００１８】
また、前記問題点を解決するための発明に係る軸流流体機械は、
前記可変静翼駆動装置と、複数の前記動翼が設けられている前記ロータと、前記ロータを回転可能に覆うケーシングと、前記ケーシング内に前記ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
当該軸流流体機械では、前記可変静翼駆動装置を備えているので、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐことができ、軸流流体機械の運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、ケーシングと可動環との間に熱伸び差が生じても、可動環が複数の環支持機構毎の内側ローラと外側ローラとに挟持されているため、ケーシングの軸線に対して可動環の軸線の位置ズレを防ぐことができる。
【００２１】
よって、本発明によれば、軸流流体機械の運転状態に関わらず常に複数の可変静翼の翼角度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る一実施形態における軸流圧縮機の要部切欠側面図である。
【図２】図１におけるII−II断面における模式図である。
【図３】本発明に係る一実施形態における可動環及び環支持機構の断面図である。
【図４】図３におけるIＶ矢視図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における環支持機構の要部断面図である。
【図６】本発明に係る一実施形態の変形例における環支持機構を示す説明図で、同図（Ａ）は第一変形例の環支持機構を示し、同図（Ｂ）は第二変形例の環支持機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態の軸流流体機械は、図１に示すように、軸流圧縮機Ｃであり、複数の動翼１２を有しているロータ１０と、このロータ１０を回転可能に覆うケーシング２０と、ロータ１０の周りに環状に複数配置されている静翼１６，１８と、を備えている。
【００２５】
ロータ１０は、複数のロータディスクが積層されて構成されているロータ本体１１と、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る複数の動翼１２と、を有している。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２０により回転可能に支持されている。
【００２６】
ケーシング２０のロータ軸線方向の一方の側には、外気を吸い込む吸込口２１が形成され、他方の側には圧縮気体を吐き出す吐出口（図示されていない）が形成されている。
【００２７】
複数の動翼１２のうち、最も吸込口２１側のロータディスクに固定されている複数の動翼１２が第一動翼段１２ａを成し、このロータディスクの吐出口側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が第二動翼段１２ｂを成し、以下、吐出口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、第四動翼段１２ｄ、…を成している。
【００２８】
各動翼段１２ａ，１２ｂ，…の吸込口２１側には、それぞれ、ロータ１０の周りに環状に複数の静翼１６，１８が配置されている。ここで、第一動翼段１２ａの吸込口２１側に配置されている複数の静翼１６が第一静翼段１６ａを成し、第二動翼段１２ａの吸込口２１側に配置されている複数の静翼１６が第二段静翼１６ｂを成し、以下、吐出口２２側に設けられている各動翼段１６ｃ，１６ｄ，…の吸込口２１側に配置されている複数の静翼１６が第三段静翼１６ｃ、第四段静翼１６ｄ、…を成している。
【００２９】
本実施形態では、各静翼段のうち、第１段静翼１６ａから第４段静翼１６ｄを構成する各静翼１６が可変静翼を成し、第五段目以降を構成する各静翼１８が固定静翼を成している。
【００３０】
各可変静翼１６は、ケーシング２０を内周側から外周側に貫通している静翼回転軸１７に固定されており、この静翼回転軸１７と共に可変静翼１６が回転することで、可変静翼１６の向き（角度）が変わる。
【００３１】
本実施形態の軸流圧縮機Ｃは、図１〜図３に示すように、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の可変静翼１６の向きを変えるために、さらに、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の可変静翼駆動装置３０を備えている。各可変静翼駆動装置３０は、ケーシング２０の外周側に配置された環状の可動環３１と、可動環３１の周方向に間隔をあけて複数配置され、可動環３１をロータ軸線Ａｒを中心として回転可能に支持する環支持機構４０と、可動環３１をロータ軸線Ａｒ回りに回転させる回転駆動機構６０と、可動環３１の回転で可変静翼１６の向きが変わるよう、可動環３１と可変静翼１６とを連結する環−翼リンク機構７０と、を備えている。
【００３２】
回転駆動機構６０は、図２に示すように、駆動端６２が直線的に往復移動するアクチュエータ６１と、この駆動端６２と可動環３１とを連結する駆動−環リンク機構６３と、を有している。駆動−環リンク機構６３は、ロータ軸線Ａｒと平行なリンク回転軸６４と、アクチュエータ６１の駆動端６２に一方の端部がピンで結合され他方の端部がリンク回転軸６４回りに回転可能に設けられている第一リンク片６５と、一方の端部がリンク回転軸６４回りに回転可能に設けられている第二リンク片６６と、一方の端部が第二リンク片６６の他方の端部にピンで結合され、他方の端部が可動環３１の一部とピンで結合されている第三リンク片６７とを有している。第二リンク片６６は、アクチュエータ６１の駆動端６２の移動による第一リンク片６５のリンク回転軸６４回りの回転に伴って、一体的に回転するよう、第一リンク片６５と連結されている。
【００３３】
なお、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の回転駆動機構６０は、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎のアクチュエータ６１を備えてもよいが、複数の可変静翼段１６ａ〜１６ｄのうち、２以上の可変静翼段を一組として、この一組に対して１台のアクチュエータ６１を備えているようにしてもよい。この場合、１組の可変静翼段に対する各回転駆動機構６０は、１台のアクチュエータ６１、一個の第一リンク片６５及び一個のリンク回転軸６４を共有し、組を構成する複数の可変静翼段毎の第二リンク片６６及び第三リンク片６７を備えることになる。
【００３４】
可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の環−翼リンク機構７０は、図３及び図４に示すように、各可変静翼１６の静翼回転軸１７に相対回転不能に設けられている第一リンク片７１と、一方の端部がピンで第一リンク片７１に連結され、他方の端部がピンで可動環３１に連結されている第二リンク片７２と、を有している。
【００３５】
可変静翼駆動機構３０は、図２に示すように、可動環３１の周方向に等間隔に配置されている４個の環支持機構４０を有している。各環支持機構４０は、いずれも、可動環３１の内周側に配置されている内側ローラ４１ｉと、可動環３１の外周側に配置されて内側ローラ４１ｉとの間で可動環３１を挟み込む外側ローラ４１ｏと、内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとが可動環３１を挟み込んでいる状態で、内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏをロータ軸線Ａｒと平行な軸線Ａｉ，Ａｏ回りに回転可能に支持するローラ支持台４３と、を有する。
【００３６】
さらに、各環支持機構４０は、図３に示すように、ロータ軸線Ａｒを中心にして放射方向における内側ローラ４１ｉの軸線Ａｉの位置を変える内側ローラ位置調節機構４４ｉと、同じくロータ軸線Ａｒを基準にして放射方向における外側ローラ４１ｏの軸線Ａｏの位置を変える外側ローラ位置調節機構４４ｏと、有している。なお、可動環３１は、同図に示すように、環状の可動環本体３２と、この可動環本体３２の内周に固定され、内側ローラ４１ｉが接する内側ライナー３２ｉと、この可動環本体３２の外周に固定され、外側ローラ４１ｏが接する外側ライナー３２ｏとを有している。
【００３７】
内側ローラ位置調節機構４４ｉ及び外側ローラ位置調節機構４４ｏは、図５に示すように、いずれも、ローラ４１ｏ（４１ｉ）を軸受４２を介して回転可能に支持する回転軸４５と、この回転軸４５をローラ支持台４３に対して回転不能に拘束する固定手段としての固定ナット４７と、を有している。回転軸４５は、ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）を中心として、このローラ４１ｏ（４１ｉ）が軸受４２を介して回転可能に取り付けられているローラ取付部４５ａと、この軸線Ａｏ（Ａｉ）からズレた偏芯軸線Ａｅを中心として円柱状を成し、偏芯軸線Ａｅを中心として回転可能にローラ支持台４３に支持されている被支持部４５ｂと、この被支持部４５ｂに対してローラ取付部４５ｂと反対側に設けられ、前述の固定ナット４７が捩じ込まれるネジ部４５ｃと、を有している。なお、ロータ支持台４３は、軸受４２及び回転軸４５を介して、前述したように、内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏをロータ軸線Ａｒ回りに回転可能に支持している。
【００３８】
ロータ軸線Ａｒを基準にして放射方向におけるローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）の位置を変える際には、ローラ位置調節機構４４ｏ（４４ｉ）の固定ナット４７が緩んでいる状態で、偏芯軸線Ａｅを中心として回転軸４５をローラ支持台４３に対して回転させる。ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）は、偏芯軸線Ａｅからズレているため、この回転により、ロータ軸線Ａｒを中心にして放射方向における位置が変化する。そして、ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）が目的の位置になった時点で、固定ナット４７を回転軸４５のネジ部４５ｃに捩じ込み、この回転軸４５をローラ支持台４３に対して回転不能に拘束する。すなわち、ローラ４１ｏ（４１ｉ）の軸線Ａｏ（Ａｉ）の位置を固定する。
【００３９】
可変静翼駆動機構３０の設置の最終段階では、４個の環支持機構４０毎の内側ローラ位置調節機構４４ｉ及び外側ローラ位置調節機構４４ｏを用いて、内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏの位置を調節する。
【００４０】
具体的には、４個の環支持機構４０毎の内側ローラ位置調節機構４４ｉを用いて、４個全ての内側ローラ４１ｉが可動環３１に内接するように、各内側ローラ４１ｉの位置を調節する。さらに、４個の環支持機構４０毎の外側ローラ位置調節機構４４ｏを用いて、４個全ての外側ローラ４１ｏが可動環３１に外接するように、各外側ローラ４１ｏの位置を調節する。なお、これら内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏの位置調節は、可変静翼駆動機構３０の設置の最終段階のみならず、軸流圧縮機Ｃの設置完了後、この軸流圧縮機Ｃの点検等の際にも行うことが好ましい。
【００４１】
この軸流圧縮機Ｃでは、その起動開始時から停止時までの間で、その時々での吸込流量等を調節するために、第一可変静翼段１６ａから第四可変静翼段１６ｂの翼角度が適宜変更される。
【００４２】
軸流圧縮機Ｃ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Ｃの起動過程や停止過程で、気体に直接接触するケーシング２０と可動環３１との間の温度差により、ケーシング２０と可動環３１との間に熱伸び差が生じる。具体的に、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度上昇が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング径が相対的に大きくなる。また、軸流圧縮機Ｃの停止過程では、可動環３１に対してケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度下降が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング径が相対的に小さくなる。
【００４３】
可動環３１の径に対してケーシング径の大きさが相対的に変化すると、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレてしまい、複数の可変静翼１６の翼角度が不均一になる。なお、ケーシング２０の軸線は、基本的にロータ軸線Ａｒに重なっている。
【００４４】
しかしながら、本実施形態では、可動環３１が、４個の環支持機構４０毎の内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとに挟持されているため、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、この可動環３１とこの可動環３１に対する全内側ローラ４１ｉ及び全外側ローラ４１ｏとの接触状態が維持される。したがって、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることはない。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、可動環３１に対して、ケーシング２０中で可動環３１を支持している部分の熱伸び差が生じるものの、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることはない。但し、この熱伸び差があるため、本実施形態では、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、図２に示すように撓むことになる。
【００４６】
具体的に、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度上昇が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング２０の伸び量が大きくなる。言い換えると、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、ケーシング２０に対して、可動環３１の伸び量が相対的に小さくなる。このため、軸流圧縮機Ｃの起動過程では、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、図２に示すように、ケーシング２０に近づく向きに撓むことになる。
【００４７】
また、軸流圧縮機Ｃの停止過程では、可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分の温度下降が早いため、可動環３１に対してこの部分のケーシング２０の縮み量が大きくなる。このため、軸流圧縮機Ｃの停止過程では、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、ケーシング２０から遠ざかる向きに撓むことになる。
【００４８】
以上のように、可動環３１中で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとで挟まれていない部分は、軸流圧縮機Ｃの運転状態に応じて撓むため、アクチュエータ６１の駆動端６２をこの部分に直接連結した場合には、この撓みに駆動端６２が追従しようとして、アクチュエータ６１に不要な負荷がかかってしまう。そこで、本実施形態では、駆動−環リンク機構６３を介して、アクチュエータ６１の駆動端６２と第二段用の可動環３１とを連結し、この駆動環３１の撓みを駆動−環リンク機構６３で吸収できるようにしている。
【００４９】
ところで、可動環３１に対する環支持機構４０の数量が非常に多くなると、可動環３１の撓みにより、各ローラ４１ｉ，４１ｏの反力が増大する。具体的に、梁の剛性はこの梁を支持する二点間の距離の３乗に反比例するため、環支持機構４０の数量が増加して、環支持機構４０相互間の距離が小さくなると、この距離の３乗に比例して各ローラ４１ｉ，４１ｏの反力が増加する。したがって、環支持機構４０の数量が増加すると、各ローラ４１ｉ，４１ｏの反力が飛躍的に増加し、各ローラ４１ｉ，４１ｏの回転軸４５及び軸受４２、さらにローラ支持台４３の剛性も飛躍的に高めなければならない。このため、可動環３１に対する環支持機構４０は、５個以下が望ましい。
【００５０】
したがって、可動環３１に対する環支持機構４０は、本実施形態のように、４個であるか、５個であることが望ましい。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、可動環３１が、複数個所で内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとによって挟持されているため、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることを防ぐことができ、常に複数の可変静翼１６の翼角度を均一にすることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、内側ローラ４１ｉと外側ローラ４１ｏとを有する環支持機構４０を４個設けているので、環支持機構４０の回転軸４５や軸受４２、さらにローラ支持台４３等の剛性及び強度を極端に高める必要性を回避することができる。
【００５３】
なお、以上の実施形態において、可動環３１に対する環支持機構４０では、１個のローラ支持台４３に対して、１個の内側ローラ４１ｉ及び１個の外側ローラ４１ｏが設けられているが、図６に示すように、可動環３１を挟持できる形態で内側ローラ４１ｉ及び外側ローラ４１ｏが設けられていれば、１個のローラ支持台４３に対して、２個以上の内側ローラ４１ｉを設けても、さらに、２個以上の外側ローラ４１ｏを設けてもよい。
【００５４】
また、以上の実施形態では、内側ローラ位置調節機構４４ｉと外側ローラ位置調節機構４４ｏとで、内側ローラ４１ｉの軸線と外側ローラ４１ｏの軸線との間の距離を調節する軸間距離調節機構を構成しているが、この軸間距離調節機構は、内側ローラ位置調節機構４４ｉと外側ローラ位置調節機構４４ｏとのうち、一方の位置調節機構のみで構成してもよい。
【００５５】
また、以上の実施形態では、可変静翼段１６ａ〜１６ｄ毎の可変静翼駆動装置３０の構成は、互いに同じであるが、第一可変静翼段１６ａの可変静翼駆動装置は、別構成にしてもよい。具体的に、第一可変静翼段１６ａの可動環３１に対して、ケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分は、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、未圧縮の外気が通過するため、ほぼ外気温と同じ温度である。すなわち、第一可変静翼段１６ａの可動環３１とケーシング２０中でこの可動環３１を支持している部分との間には、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、温度差がほとんどなく、両者間に熱伸び差が生じない。このため、第一可変静翼段１６ａの可動環３１を複数の内側ローラ４１ｉ又は外側ローラ４１ｏのみで支持しても、軸流圧縮機Ｃの起動前に、第一可変静翼段１６ａの可動環３１がこれに対する全内側ローラ４１ｉ又は全外側ローラ４１ｏに接していれば、軸流圧縮機Ｃの運転状態に関わらず、第一可変静翼段１６ａの可動環３１と全内側ローラ４１ｉ又は全外側ローラ４１ｏとの接触状態が維持され、ケーシング２０の軸線に対して可動環３１の軸線の位置がズレることはない。そこで、第一可変静翼段１６ａの可変静翼駆動装置に関しては、第一可変静翼段１６ａの可動環３１を複数の内側ローラ４１ｉ又は外側ローラ４１ｏのみで支持する構成を採用してもよい。
【００５６】
また、以上の実施形態では、軸流流体機械として軸流圧縮機Ｃを例示しているが、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に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０：ロータ、１１：ロータ本体、１２：動翼、１６：可変静翼、２０：ケーシング、３０：可変静翼駆動装置、３１：可動環、４０：環支持機構、４１ｉ：内側ローラ、４１ｏ：外側ローラ、４３：ローラ支持台、４４ｉ：内側ローラ位置調節機構、４４ｏ：外側ローラ位置調節機構、４４：回転軸、４５ａ：ローラ取付部、４５ｂ：被支持部、４５ｃ：ネジ部、４７：固定ナット、６０：回転駆動機構、６１：アクチュエータ、６２：駆動端、６３：駆動−環リンク機構、７０：環−翼リンク機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の動翼を有するロータと、該ロータを回転可能に覆うケーシングと、該ケーシング内に該ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、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、
前記ケーシングの外周側に配置された環状の可動環と、
前記可動環の周方向に間隔をあけて複数配置され、該可動環を前記ロータ回りに回転可能に支持する環支持機構と、
前記可動環を前記ロータ回りに回転させる回転駆動機構と、
前記可動環の回転で前記可変静翼の向きが変わるよう、該可動環と該可変静翼とを連結するリンク機構と、
を備え、
複数の前記環支持機構は、いずれも、前記可動環の内周側に配置されている内側ローラと、該可動環の外周側に配置されて該内側ローラとの間で該可動環を挟み込む外側ローラと、該内側ローラと該外側ローラとが該可動環を挟み込んでいる状態で、該内側ローラ及び該外側ローラを前記ロータと平行な軸線回りに回転可能に支持するローラ支持台と、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。
【請求項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、
複数の前記環支持機構は、いずれも、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線との間の距離を調節する軸間距離調節機構を有する、
ことを特徴とする軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
前記軸間距離調節機構は、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線とのうち、少なくとも一方のローラの軸線の位置を変える機構であり、該一方のローラを回転可能に支持する回転軸を有し、
前記回転軸は、前記一方のローラの軸線を中心として該一方のローラが回転可能に取り付けられているローラ取付部と、該軸線からズレた偏芯軸線を中心として円柱状を成し、該偏芯軸線を中心として回転可能に前記ローラ支持台に支持されている被支持部と、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。
【請求項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、
前記回転駆動機構は、駆動端が直線的に往復移動するアクチュエータと、該駆動端と前記可動環とを連結するリンク機構と、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。
【請求項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、
前記環支持機構を４個又は５個備えている、
ことを特徴とする軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の可変静翼駆動装置と、
複数の前記動翼が設けられている前記ロータと、
前記ロータを回転可能に覆うケーシングと、
前記ケーシング内に前記ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、
を備えていることを特徴とする軸流流体機械。
【請求項１】
複数の動翼を有するロータと、該ロータを回転可能に覆うケーシングと、該ケーシング内に該ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、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、
前記ケーシングの外周側に配置された環状の可動環と、
前記可動環の周方向に間隔をあけて複数配置され、該可動環を前記ロータ回りに回転可能に支持する環支持機構と、
前記可動環を前記ロータ回りに回転させる回転駆動機構と、
前記可動環の回転で前記可変静翼の向きが変わるよう、該可動環と該可変静翼とを連結するリンク機構と、
を備え、
複数の前記環支持機構は、いずれも、前記可動環の内周側に配置されている内側ローラと、該可動環の外周側に配置されて該内側ローラとの間で該可動環を挟み込む外側ローラと、該内側ローラと該外側ローラとが該可動環を挟み込んでいる状態で、該内側ローラ及び該外側ローラを前記ロータと平行な軸線回りに回転可能に支持するローラ支持台と、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。
【請求項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、
複数の前記環支持機構は、いずれも、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線との間の距離を調節する軸間距離調節機構を有する、
ことを特徴とする軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の軸流流体機械の可変静翼駆動装置において、
前記軸間距離調節機構は、前記内側ローラの前記軸線と前記外側ローラの前記軸線とのうち、少なくとも一方のローラの軸線の位置を変える機構であり、該一方のローラを回転可能に支持する回転軸を有し、
前記回転軸は、前記一方のローラの軸線を中心として該一方のローラが回転可能に取り付けられているローラ取付部と、該軸線からズレた偏芯軸線を中心として円柱状を成し、該偏芯軸線を中心として回転可能に前記ローラ支持台に支持されている被支持部と、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。
【請求項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、
前記回転駆動機構は、駆動端が直線的に往復移動するアクチュエータと、該駆動端と前記可動環とを連結するリンク機構と、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。
【請求項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、
前記環支持機構を４個又は５個備えている、
ことを特徴とする軸流流体機械の可変静翼駆動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の可変静翼駆動装置と、
複数の前記動翼が設けられている前記ロータと、
前記ロータを回転可能に覆うケーシングと、
前記ケーシング内に前記ロータを中心として環状に複数配置された可変静翼と、
を備えていることを特徴とする軸流流体機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９６３４１（Ｐ２０１３−９６３４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１３９０（Ｐ２０１１−２４１３９０）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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