JP2000283096A - 軸流圧縮機及び軸流圧縮機を備えたガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吸気の二次流れを低減し、サージマージンの増
大と損失を低減することが可能な軸流圧縮機を提供す
る。 【解決手段】可変入口案内翼１１を備えた軸流圧縮機に
おいて、前記入口案内翼１１に接続されたほぼ円柱形状
の構造物１３の流路に面した面を可変入口案内翼の旋回
軸を対称軸とする回転面とし、その回転面がケーシング
８１内面に設けた可変入口案内翼の旋回軸を対称軸とす
る回転面と一致させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガスタービ
ン，あるいは産業用として用いられる軸流圧縮機に係わ
り、特に圧縮機の吸気部に可変入口案内翼を備えている
軸流圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に採用されているこの種の軸流
圧縮機は、主に複数列の動翼が埋め込まれた回転ロータ
と、複数列の静翼を取り付けたケーシングから構成さ
れ、また吸気部と吐出部とを備えている。流体は吸気部
より流入し、入口案内翼により１段動翼に対する流れが
適正化され、動翼列および静翼列を通過しながら高温高
圧の状態に圧縮され、やがて吐出部より流出される。

【０００３】この場合、各翼列は所定の流入条件（以下
定格条件）で好ましく作動するように設計され取り付け
られている。したがって非定格条件下，特に小流量作動
状況下では、流入条件は定格のものと異なり、翼列が安
定に作動せず、旋回失速やサージング等の不安定現象が
発生する。

【０００４】そこで、軸流圧縮機では、旋回失速やサー
ジング等の不安定の防止、また非定格条件下での性能向
上のために、入口案内翼および前側段の静翼の取り付け
角を変更できるような機構を設けて各作動点で翼列への
気体の入射角を適切なものに修正するようにしている。
例えば、特開平９−１０５３０９号公報や特開平１０−
１４８１０５号公報に開示されているように、ケーシン
グ側に設けられた可変機構により各翼は適切な取り付け
角になるように各翼の旋回軸中心に回転させられる。

【０００５】すなわち、図８に示されているように、各
翼はケーシング８１を貫通する孔にケーシング内側より
挿入され、貫通孔のケーシング内面８２側の拡大部８３
に翼根元部に連結されたボタン部１３を引っかけるよう
にして外側に抜けないように固定されていて、ボタン部
の流路に面する面は、定格条件の取付け角で軸方向断面
が円形をしたケーシングの内周面８４と一致するように
設計されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般的に入口案内翼で
は起動から定格までの取り付け角の変更量は大きく、従
来のものでは、ボタン部の流路を構成する面は定格点で
ケーシング内面に一致するように構成されているので、
非定格条件下で取り付け角を変更するために旋回軸１２
周りに翼を回転させた場合、図８に示されているように
ボタン部の流路への突出部８５あるいは凹み部８６が現
れ、例えば文献ＡＳＭＥＰａｐｅｒ９７−ＧＴ−４７１
にあるように、二次流れの増大等により流れに悪影響を
及ぼし、損失が増大する恐れがある。

【０００７】また、可変入口案内翼を有する軸流圧縮機
をもつガスタービンでは、効率向上と安定運転のため
に、部分負荷運転あるいは非定格条件時の損失低減、さ
らにサージマージンの確保が必要とされる。

【０００８】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、吸気の二次流れを低減し、サージ
マージンの増大と損失を低減することが可能なこの種の
軸流圧縮機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、可変
入口案内翼を備えた軸流圧縮機において、前記入口案内
翼に接続されたほぼ円柱形状の構造物の流路に面した面
を可変入口案内翼の旋回軸を対称軸とする回転面とし、
その回転面がケーシング内面に設けた可変入口案内翼の
旋回軸を対称軸とする回転面と一致させるようにし所期
の目的を達成するようにしたものである。

【００１０】また本発明は、可変入口案内翼を備えた軸
流圧縮機において、前記軸流圧縮機の入口案内翼の旋回
範囲に当たるケーシング内面を旋回軸を対称軸とする回
転面に形成するとともに、前記入口案内翼に接続された
ほぼ円柱形状の構造物の流路に面した面を、前記ケーシ
ング内面の回転面と同一の面に形成するようにしたもの
である。

【００１１】すなわちこのように形成された軸流圧縮機
であると、入口案内翼に接続されたほぼ円柱形状の構造
物の流路に面した面がケーシング内面の回転面と同一の
回転面に形成されることから、案内翼ボタン部の流路へ
の出っ張り、流路からの凹みが無くなり、吸気の二次流
れは低減し、サージマージンの増大と損失を低減するこ
とができるのである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１にはその軸流圧縮機および
軸流圧縮機における可変入口案内翼が示されている。な
お、この図１（ｂ）は、入口案内翼の旋回軸を対称軸と
する回転面１５と可変入口案内翼１１との関係を示した
ものである。案内翼１１は、圧縮機のケーシング内面に
周方向に複数枚取り付けられており、この図１には２枚
分が表示されている。

【００１３】軸流圧縮機は、主に複数列の動翼１３５が
埋め込まれた回転ロータ１３２と、複数列の静翼１３６
を取り付けたケーシング８１から構成されている。また
吸気部１３１と吐出部１３４とを備えている。流体は吸
気部１３１より流入し、入口案内翼１１により１段動翼
に対する流れが適正化され、動翼列および静翼列を通過
しながら高温高圧の状態に圧縮され、吐出部１３４より
流出される。

【００１４】本発明の案内翼１１では、紙面をケーシン
グ内面８２とした場合、ボタン部（入口案内翼に接続さ
れたほぼ円柱形状の構造物）１３を含む鎖線内の領域を
入口案内翼の旋回軸を対称軸とする回転面１５としたの
である。図４は軸方向から見た可変入口案内翼１１根元
近傍のケーシング８１の部分断面図である。また図２、
図３はこの実施例の軸に垂直方向からみたケーシング８
１の部分断面図である。この例ではボタン部の流路に面
した面１４をケーシング内面８２の入口案内翼の旋回軸
を対称軸とする回転面１５に一致させたものである。

【００１５】この実施例では、入口案内翼１１の取り付
け角を変更するために旋回軸１２周りに翼を回転して
も、ボタン部１３の流路に面した面１４は常に同じ形状
の回転面となり、かつそれがケーシング内面９１に設け
た可変入口案内翼の旋回軸を対称軸とする回転面１５と
同一である。したがって、ボタン部１３は入口案内翼の
旋回量に関係なく流路に出っ張ったり、凹んだりしな
い。すなわち、非定格条件を含めて常にケーシング内周
面９１とボタン部１３の内周面１４の滑らかさが保た
れ、流れを乱すことがなく、二次流れを抑え損失を低減
することができるのである。

【００１６】この場合さらに、図４に示されているよう
に、入口案内翼１１の根元部分をすべてボタン部１３に
接続するようにすれば、入口案内翼とケーシング間の間
隙がなくなり、漏れ流れによる損失も無くすことができ
る。

【００１７】回転面の一形態として平面があるが、回転
面が平面の場合には、翼根元部の端面を曲率を有する回
転面にする必要がなく直線に仕上げれば良いので製作が
容易となる。

【００１８】上記実施例の軸流圧縮機の回転軸に垂直方
向からみたケーシングの形状は半径が一定でないケーシ
ング内面に対し、図５および図６に示されているような
実施例にしても、ケーシング内面に可変入口案内翼の旋
回軸を対称軸にもつ回転面を設けることができ同様の効
果が得られる。

【００１９】なお、以上の説明では、入口案内翼につい
て述べたが、前側段の静翼を可変静翼機構とする場合、
ケーシングに同様の手段を設けることにより、前述の効
果がより一層達成できる。

【００２０】このように形成された案内翼であると、上
記の効果以外に次のような利点もある。すなわち、上述
した実施例では、翼根元部分はボタン部のみの簡単な構
造であり、低コストに製作できる利点がある。また、非
定格時に、単に各翼の回転角のみを制御するだけで良
く、運転制御が容易である。また、特に翼以外破損する
可能性のある構造物が無いために信頼性を損なうことな
く保全性も高く、保守も容易である。また、翼端部とケ
ーシング内面との接触を前提としていないので、翼根元
部の材料について特に変更する必要はなく、製作が容易
であり低コストである。

【００２１】本発明のガスタービンの実施例では、軸流
圧縮機には前述の実施例を使用する。図７はガスタービ
ンの起動と負荷運転状態を軸流圧縮機の特性グラフ上に
示したものである。横軸は吸込流量、縦軸は軸流圧縮機
の吐出圧力が示されている。細線は等回転速度での軸流
圧縮機の圧力−流量特性線７２である。また、太線はガ
スタービンの起動ラインおよび負荷運転状態７１が示さ
れている。点線はサージラインであり、本発明によるガ
スタービンの実施例のサージライン７３を従来技術のサ
ージライン７４と比較して示している。

【００２２】このような軸流圧縮機を備えたガスタービ
ンであると、不安定性を誘発する漏れ流れや二次流れを
低減できるのでサージングの発生を抑えることができ、
従来技術のガスタービンに対してサージマージンが増
加、不慮の変動を考慮しても十分なサージングに対する
マージンが得られる。すなわち、サージングに対して余
裕を持って運転線を設定でき、制御に関して裕度がま
し、ガスタービンの運用が容易となる。また、損失の減
少により部分負荷運転での効率が向上する。

【００２３】さらには、このガスタービンをガスタービ
ンの部分負荷運転が多用されるコンバインドサイクル発
電設備に適用することにより発電効率と運用性の向上が
達成できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、入口案内翼に接続されたほぼ円柱形状の構造物の流
路に面した面がケーシング内面の回転面と同一の回転面
となり、案内翼ボタン部の流路への出っ張り、流路から
の凹みが無くなり、吸気の二次流れは低減し、サージマ
ージンの増大と損失を低減することが可能なこの種の軸
流圧縮機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸流圧縮機の一実施例を示す縦断側面
図である。

【図２】本発明による第一の実施例のケーシングの軸方
向断面図である。

【図３】本発明による第一の実施例のケーシングの周方
向断面図である。

【図４】本発明による可変入口案内翼のボタン部の他の
実施例を示す図である。

【図５】本発明によるケーシングの軸方向断面図の他の
実施例を示す図である。

【図６】本発明によるケーシングの軸方向断面図の他の
実施例を示す図である。

【図７】本発明によるガスタービンの特性図である。

【図８】従来技術による可変静翼根元部の模式図であ
る。

【符号の説明】

１１…入口案内翼、１２…旋回軸、１３…ボタン部、１
４…ボタン部の流路に面する旋回軸を対称軸とする回転
面、１５…入口案内翼の旋回軸を対称軸とする回転面、
７１…運転ライン、７２…等回転数特性線、７３…本発
明の実施例によるサージライン、７４…従来技術による
サージライン、８１…ケーシング、８２…ケーシング内
面、８３…貫通孔の拡大部、８４…ボタン部の内周面、
８５…ボタン部の流路への突出部、８６…ボタン部の流
路からの凹み部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変入口案内翼を備えた軸流圧縮機にお
   いて、 前記入口案内翼に接続されたほぼ円柱形状の構造物の流
   路に面した面を可変入口案内翼の旋回軸を対称軸とする
   回転面とし、その回転面がケーシング内面に設けた可変
   入口案内翼の旋回軸を対称軸とする回転面と一致させる
   ようにしたことを特徴とする軸流圧縮機。
2. 【請求項２】 可変入口案内翼を備えた軸流圧縮機にお
   いて、 前記軸流圧縮機の入口案内翼の旋回範囲に当たるケーシ
   ング内面を旋回軸を対称軸とする回転面に形成するとと
   もに、前記入口案内翼に接続されたほぼ円柱形状の構造
   物の流路に面した面を、前記ケーシング内面の回転面と
   同一の面に形成するようにしたことを特徴とする軸流圧
   縮機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の軸流圧縮機を有
   することを特徴とするガスタービン。