JP2014218940A - 軸流圧縮機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 静翼可変型の軸流圧縮機のステータの径方向の端面が臨む部分に形成される間隙の大きさを極力小さくして、圧縮空気の不測の流路を閉塞して、安定した圧縮空気を得ることができるようにする。
【解決手段】 ステータケーシング10の内側面10aとステータ11の内外面11a、11b、支持リング13の外側面13aを、出力軸４を中心とした同心の円筒面で形成する。これにより、ステータケーシング10の内側面10aとステータ11の外側面11aとを極力接近させることができると共に、ステータ11の内側面11bと支持リング13の外側面13aも極力接近させることができて、これら対向面間の間隙を極力小さくして、圧縮空気の不測の流路が閉塞させる。

【選択図】 図１

Description

この発明は、例えばガスタービン等に用いされる軸流圧縮機のステータの構造に関する。

ガスタービンは、吸込口から吸い込んだ大量の空気を圧縮機で圧縮して高圧空気を生成し、燃料を噴射して高圧空気と共に燃焼させ、生成された高温高圧空気でタービンを回転させて動力を取り出す装置である。また、回転力を得る代わりにタービンからの排気ガスを噴出することにより推進力を得る装置としてジェットエンジンがある。

前記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する。筒状のステータケーシングに内側を指向させてステータ（静翼）が適宜な間隔で軸方向に並設させてある。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ステータの間位置に配してロータ（動翼）が配されている。すなわち、ロータとステータ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ロータで空気を加圧し、回転することのないステータ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、前記ステータ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可変型のものと、回動することのない静翼固定型のものとがある。

図２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。筒状のステータケーシング２に適宜な形状のステータ2aが適宜間隔で並設されている。出力軸３を中心に回動可能にロータ軸４が配されており、このロータ軸４に取り付けられて該ロータ軸４の回転により旋回するロータ4aが前記ステータ2aの間位置に配されている。なお、図２に示すように、前記ステータ2aの間隔は徐々に狭くなり、その間位置に配されるロータ4aの厚さが徐々に小さくなる構造とされている。

また、図３は前記ステータ2aの正面図で、該ステータ2aは複数枚のステータ2aがロータ軸４を中心とした円の円周方向に並設させてある。これらステータ2aは、外周側を外側軸2cによってステータケーシング２に支持させてあり、内周側を内側軸2dによって支持リング2eに支持させてある。そして、ステータ2aはこれら外側軸2cと内側軸2dによって、ステータケーシング２の軸の径方向を軸として回動可能に取り付けられている。

前記ステータケーシング２の端部には、図２に示すように、空気吸込口５が設けられており、この空気吸込口５から吸い込まれた空気は、ロータ4aの回転によって圧縮されると共に、ステータ2aによって気流が後段のロータ4a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この軸流圧縮機１に後続する図示しない燃焼部へ供給されることになる。

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ロータ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

前記静翼可変型のステータ2aでは、外側軸2cと内側軸2d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ロータ４へ案内する。このステータ2a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ず、後続する燃焼部やタービンで所望の出力を得られず、ひいてはガスタービンとしての所望の出力を得られなくなってしまう。

特に、静翼可変型の軸流圧縮機では、ステータ2aが前記外側軸2cと内側軸2dとで回動可能に支持されているから、ステータ2aの外側面とステータケーシング２の内側面との間、およびステータ2aの内側面と支持リング2eの外側面との間のそれぞれに間隙が形成されている。この間隙からも圧縮空気が後段へ流れるため、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、従来の静翼可変型のステータ2aでは、図３に示すように、該ステータ2aの外側と内側の面のいずれもが平面状に加工されている。このため、ステータ2aの外側と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後段へ流れてしまい、圧縮空気を所望の圧力まで上昇させることができないおそれがある。

そこで、この発明は、静翼可変型のステータの内外面とステータケーシングおよび支持リング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ステータ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ステータ構造は、出力軸を中心とした半径方向の支持軸でステータケーシングと支持リングとに支持されて、該支持軸を中心として回動自在なステータを備えている軸流圧縮機において、前記ステータの外側面を前記ステータケーシングの内側面に沿った面で、該ステータの内側面を前記支持リングの外側面に沿った円弧状面で形成してあることを特徴としている。

前記ステータの外側面とステータケーシングの内側面との間隙を、該ステータの外側面のいずれの位置であっても等しい大きさとすることができる。ステータの内側面と支持リングの外側面との関係も同様である。したがって、該ステータの内外面が臨む間隙を最小とすることができる。

また、請求項２の発明に係る軸流圧縮機のステータ構造は、前記ステータケーシングの内側面と前記ステータの外側面、該ステータの内側面、前記支持リングの外側面とを、前記出力軸を中心とした同心の円筒面で形成したことを特徴としている。

すなわち、ステータケーシングの内側面とステータの内外面、支持リングの外側面とを同心の円筒面で形成したものである。ステータケーシングとステータ、支持リングは回転することがないため、これらの各面はステータの前記支持軸を中心とした回動を許容する形状とすることで構わない。そこで、出力軸を中心とした同心の円筒面で形成することとしたものである。

この発明に係る軸流圧縮機のステータ構造によれば、ステータとステータケーシングおよび支持リングとの間隙を極力小さくすることができて、圧縮空気が不測の状況で後段へ流出してしまうことを極力防止でき、軸流圧縮機で所望の大きさまで空気を昇圧できる。

また、請求項２の発明に係る軸流圧縮機のステータ構造によれば、前記のそれぞれの面を同心の円筒面で形成してあるから、これらの面の加工が簡便となると共に、加工精度の確保が容易となる。

この発明に係る軸流圧縮機のステータ構造を説明する図で、ロータ軸と直交する方向の面で切断して示すステータの概略の正面図である。 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。 従来のステータ構造を説明する図で、図１に相当する図である。

以下、図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ステータ構造を具体的に説明する。なお、図２と図３に示した構造と同一の部分については同一の符号を付してある。

図１はこの発明に係る構造を備えたステータの正面図であり、出力軸３と直交する面で切断した図であり、図３に相当している。ステータケーシング10には、出力軸３を中心とした円の円周方向に、適宜数のステータ11が並設させてある。これらステータ11のそれぞれは、その外側端部で外側軸12aを軸として回動可能に支持されている。また、このステータ11の内側端部は内側軸12bを軸として回動可能に支持リング13に支持されている。これら外側軸11aと内側軸11bとは、回転軸３の径方向であって同一直線上にあり、すなわち、ステータ11は出力軸３の径方向を軸としてステータケーシング10と支持リング13とに回動可能に支持されている。

前記ステータケーシング10の内側面10bとステータ11の外側面11aとはいずれも出力軸３を中心とした同心の円筒面によって形成されている。同様に、ステータ11の内側面11bと支持リング13の外側面13aも、出力軸３を中心とした同心の円筒面によって形成されている。

以上により構成されたステータ構造では、ステータ11を外側軸12aと内側軸12bとを軸として回動させると、隣接するステータ11との間で角度が変更されるから、これらの間の開度も変更される。このステータ11同士の間から圧縮空気が流れて後段のロータ4aに供給されることになる。

前述したように、ステータケーシング10の内側面10aとステータ11の外側面11aとは同心の円筒面で形成されているか、これらの間隙を最小としてステータ11を設けることができる。また、ステータ11の内側面11bと支持リング13の外側面13aも同心の円筒面で形成されているから、これらの間隙を最小としてステータ11を設けることができる。したがって、隣接するステータ11との間から流れる以外に圧縮空気の流路をほぼなくすことができ、設計上の圧縮空気を得ることが容易となる。

図１に示した実施形態では、ステータケーシング10の内側面10aとステータ11の内外面11a、11b、支持リング13の外側面13aを、出力軸３を中心とした同心の円筒面で形成したものとして説明したが、これらの各面であって対向している面は、相似の関係にあるものであっても構わない。ステータケーシング10とステータ11、支持リング13とはいずれも出力軸３を軸として回転することを要しないから、任意の形状とすることができる。なお、ステータケーシング10の内側面10aは、前記ロータ4aの回転を許容する形状であることを要する。

この発明に係る軸流圧縮機のステータ構造によれば、シール部材等を必要とせずに構造体で圧縮空気の不測の流路を閉塞できるので、軸流圧縮機の動作の出力の安定化に寄与する。

１ 軸流式圧縮機
３ 出力軸
４ ロータ軸
4a ロータ
５ 空気吸込口
10 ステータケーシング
10a 内側面
11 ステータ
11a 外側面
11b 内側面
12a 外側軸
12b 内側軸
13 支持リング
13a 外側面

Claims (2)

1. 出力軸を中心とした半径方向の支持軸でステータケーシングと支持リングとに支持されて、該支持軸を中心として回動自在なステータを備えている軸流圧縮機において、
   前記ステータの外側面を前記ステータケーシングの内側面に沿った面で、該ステータの内側面を前記支持リングの外側面に沿った円弧状面で形成してあることを特徴とする軸流圧縮機のステータ構造。
2. 前記ステータケーシングの内側面と前記ステータの外側面、該ステータの内側面、前記支持リングの外側面とを、前記出力軸を中心とした同心の円筒面で形成したことを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機のステータ構造。

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