(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転翼を有するロータと、
前記ロータの周囲に設けられ、作動流体の主流の流路を前記ロータと共に画定するステータと、
前記ステータの仕切壁を介在させて前記流路に隣接して設けられ、前記仕切壁に形成された抽気連通部を介して、前記主流から抽気された前記作動流体が導入される抽気部と、を有する回転機械の抽気構造であって、
前記抽気連通部は、前記仕切壁を貫通する抽気孔が前記ロータの円周方向に複数配列されてなる抽気孔列を、少なくとも二つ有し、
前記抽気孔は、前記流路側から前記抽気部側に向かって内径が同じ定径部と、前記定径部の前記抽気部側の端から前記抽気部側に向かうに従って漸次拡径する拡径部とを有することを特徴とする回転機械の抽気構造。
【請求項２】
前記複数の抽気孔列のうちの互いに隣接する二つの前記抽気孔列は、一方における前記抽気孔が他方における前記抽気孔に対してずらされて、千鳥状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械の抽気構造。
【請求項３】
前記主流は、前記主流の流れ方向に圧力勾配を有し、
前記拡径部の作動流体入口の孔断面積に対する前記拡径部の作動流体出口の孔断面積の比を面積比と定義した際に、
前記主流の下流側における前記抽気孔列の抽気孔に比べて、前記主流の上流側における前記抽気孔列の抽気孔の方が、前記面積比が大きく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機械の抽気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の抽気構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンにおいては、圧縮機から抽気した高圧空気をタービン側に供給して構成部材の冷却や構成部材間のシールを図るものがある。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、遠心式圧縮機において、ロータが備えるインペラの周囲に沿って延びるシュラウドの外側に抽気室を形成すると共に、シュラウドにロータの円周方向に延びるスリット状の抽気連通部を形成し、この抽気連通部を介して主流の一部を抽気室に抽気して高圧空気をガスタービンエンジンの各部位へ供給する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２６０３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の技術においては、スリット幅を大きくすると翼端部の流れが乱され局所的に翼負荷が低下してしまうため、圧縮機効率が低下してしまう。このため、主流の一部を抽気するスリット状の抽気連通部に代えて、シュラウドを貫通する抽気孔を周状に一列に配列してなる抽気孔列を用いる構成が考えられる。すなわち、抽気孔列は、スリットに比べて構造的不連続部が小さくなるので、圧縮機効率低下を抑制することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、抽気孔列を採用した構成においては、抽気孔を流れる作動流体の流速が大きくなると、抽気孔内でチョークが発生して圧力損失が生じてしまい、抽気室の圧力が低下してしまう。このため、回転機械が複数の運転条件で稼動される場合において異なる抽気条件が存在するときには、最もチョークが発生し易い最大抽気条件に合わせて孔断面積を大きく確保する必要がある。そのため、相対的にチョークが発生し難い抽気条件においては、孔断面積を小さくして圧縮機効率やサイクル効率を向上させる余地があるにも関わらず、最大抽気条件に合わせて孔断面積を大きく確保する必要があるので、圧縮機効率やサイクル効率の向上が制限されてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、回転機械の抽気部においてチョークの発生などによる圧力損失を抑制し、かつ、圧縮機効率やサイクル効率の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る回転機械の抽気構造は、複数の回転翼を有するロータと、前記ロータの周囲に設けられ、作動流体の主流の流路を前記ロータと共に画定するステータと、前記ステータの仕切壁を介在させて前記流路に隣接して設けられ、前記仕切壁に形成された抽気連通部を介して、前記主流から抽気された前記作動流体が導入される抽気部と、を有する回転機械の抽気構造であって、前記抽気連通部は、前記仕切壁を貫通する抽気孔が前記ロータの円周方向に複数配列されてなる抽気孔列を、少なくとも二つ有し、前記抽気孔は、前記流路側から前記抽気部側に向かって内径が同じ定径部と、前記定径部の前記抽気部側の端から前記抽気部側に向かうに従って漸次拡径する拡径部とを有することを特徴とする。
このようにすれば、抽気連通部が抽気孔列を少なくとも二つ有しているので、抽気孔列を一つ設けた構成に比べて、抽気部へ抽気される作動流体の総量が同一である場合において、抽気孔一つ当たりの作動流体の流量が小さくなる。これにより、最大抽気条件において作動流体が音速を超えない抽気孔の最小孔断面積を小さくすることができ、他の抽気条件においてサイクル効率が向上するように抽気孔の孔断面積を小さく設定したとしても、最小孔断面積を下回り難くなる。従って、最大抽気条件においてチョークの発生を抑制すると共に、かつ、他の抽気条件においてサイクル効率の向上を図ることができる。
また、拡径部を備えるので、流路の主流から抽気した作動流体の動圧を静圧に変換することができる。これにより、作動流体の動圧が失われることを抑制するので、抽気部の圧力を高圧に維持することができる。従って、同一流量を抽気する条件であっても圧縮機からの抽気位置を上流に移動させ、低い圧力の流体を抽気することができるため、回転機械のサイクル効率を更に向上させることができる。
【０００９】
また、前記複数の抽気孔列のうちの互いに隣接する二つの前記抽気孔列は、一方における前記抽気孔が他方における前記抽気孔に対してずらされて、千鳥状に設けられていることを特徴とする。
このようにすれば、互いに隣接する二つの抽気孔列の相互の抽気孔を千鳥配置にすることにより、相互の抽気孔を近接させることが可能となる。これにより、互いに隣接する二つの抽気孔列のそれぞれの位置における主流の静圧がほぼ同程度となり、これら二つの抽気孔列の各抽気孔において、抽気部と主流との静圧の差を同程度とすることができる。従って、二つの抽気孔列の各抽気孔において、要求される静圧回復量が過大になることを抑制するので、圧力損失の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、前記主流は、前記主流の流れ方向に圧力勾配を有し、前記拡径部の作動流体入口の孔断面積に対する前記拡径部の作動流体出口の孔断面積の比を面積比と定義した際に、前記主流の下流側における前記抽気孔列の抽気孔に比べて、前記主流の上流側における前記抽気孔列の抽気孔の方が、前記面積比が大きく設定されていることを特徴とする。
このようにすれば、主流上流側の抽気孔列における抽気孔の面積比を、主流下流側の抽気孔列における抽気孔の面積比よりも大きく設定しているので、要求される静圧回復量に応じて、主流上流側の抽気孔列の抽気孔で作動流体の動圧を十分に静圧に回復させることができる。これにより、抽気孔において発生する圧力損失を小さく抑え、抽気部を高圧に維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る回転機械によれば、チョークの発生等による抽気部での圧力損失を抑制し、かつ、圧縮機効率やサイクル効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の参考例に係る遠心式圧縮機Ｃ１の要部を拡大した子午断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線矢視図である。
【図３】図２のII−II線断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ２の要部断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ２の要部拡大断面図であって、抽気孔５１を拡大して示している。
【図６】本発明の第二実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ３の要部断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ３の空気Ａの流れを示した模式図であって、抽気孔列３１Ａを示したものである。
【図８】本発明の第二実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ３の空気Ａの流れを示した模式図であって、抽気孔列３１Ｂを示したものである。
【図９】本発明の第二実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ３の比較対象Ｃ３´の空気Ａの流れを示した模式図であって、抽気孔列３１Ａ´を示したものである。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る遠心式圧縮機Ｃ３の比較対象Ｃ３´の空気Ａの流れを示した模式図であって、抽気孔列３１Ｂ´を示したものである。
【図１１】本発明を適用した場合の抽気室の圧力の変化を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の参考例及び実施形態について説明する。
「参考例」
図１は、本発明の参考例に係る遠心式圧縮機（回転機械）Ｃ１の要部を拡大した子午断面図である。この遠心式圧縮機Ｃ１は、航空機用のものであって高圧の空気（作動流体）Ａを生成して燃焼器（不図示）に供給する。
図１に示すように、遠心式圧縮機Ｃ１は、ロータ１と、ロータ１の周囲に設けられたステータ２とを有している。
【００１５】
ロータ１は、回転自在に支持されたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１に取り付けられたインペラ１２とを有している。
ロータシャフト１１は、ロータシャフト１１の中心軸Ｐ周りに回転自在に、不図示の軸受Ｓに支持されている。なお、以下の説明においては、中心軸Ｐの延在方向を「主軸方向」と、ロータシャフト１１の周方向を「円周方向」、ロータシャフト１１の半径方向を「主半径方向」という。
【００１６】
インペラ１２は、円盤状に形成されたハブ１３と、ハブ１３から延出する回転翼１４とを有している。
ハブ１３は、主軸方向の一方側から他方側に進むに従って、延在方向が次第に主軸方向から主半径方向に変化する案内面１３ａを有している。このハブ１３は、ロータシャフト１１に同軸状に取り付けられている。
回転翼１４は、案内面１３ａの法線方向に向けて案内面１３ａから延出しており、円周方向に間隔を空けて複数設けられている。回転翼１４は、図１に示すように、子午断面において、その先端（チップ）１４ａの延在方向を主軸方向から主半径方向の外周側に変化させる。
【００１７】
ステータ２は、ケーシング２１と、内側隔壁部材２２とを有している。
ケーシング２１は、中心軸Ｐ周りに延びてロータ１の周囲を囲っている。ケーシング２１は、図１に示すように、主軸方向の一方側から中心軸Ｐに沿って円筒状に延びる上流円筒部２１ｐと、上流円筒部２１ｐに続いて形成され、回転翼１４の先端に沿うように拡径して端部を主半径方向の外周側に向けるシュラウド（仕切壁）２１ａと、シュラウド２１ａに続いて形成され、主半径方向において外周側に向けて延びた後に屈曲し、再び中心軸Ｐに沿って軸方向他方側に向けて円筒状に延びる下流円筒部２１ｑとを有している。
【００１８】
シュラウド２１ａの、上流円筒部２１ｐ側には板厚寸法が大きく設定された板厚部２１ｃが形成されている。
【００１９】
内側隔壁部材２２は、中心軸Ｐ周りに延びてロータ１の周囲を囲っており、図１において、ハブ１３の案内面１３ａの裏面１３ｂ側からシュラウド２１ａの外周端に向けて延びた後に、ケーシング２１に沿って延びている。
【００２０】
このようなステータ２は、ロータ１と共に空気Ａの流路２５を画定している。この流路２５の一部は、図１に示すように、シュラウド２１ａとインペラ１２との間に画定された流路２５ａと、ケーシング２１の下流円筒部２１ｑと内側隔壁部材２２との間に画定された流路２５ｂとが連通することによって構成されている。なお、流路２５ｂには、ラジアルディフューザ２６と、アキシャルディフューザ２７とが配設されている。
【００２１】
この遠心式圧縮機Ｃ１は、流路２５ａの外側に抽気室３が画定されている。
抽気室３は、シュラウド２１ａと、このシュラウド２１ａに接続されてシュラウド２１ａと共に閉断面を形成する隔壁２１ｂとで画定されており、円周方向において円環状に延びている。換言すれば、この抽気室３は、シュラウド２１ａを介在させて流路２５ａに隣接している。
【００２２】
抽気室３には、板厚部２１ｃにおいて形成された二つの抽気孔列（抽気連通部）３１を介して、流路２５ａを流れる空気Ａが抽気されて導入される。
【００２３】
図２は図１のＩ−Ｉ線矢視図であり、図３は図２のII−II線断面図である。
図２及び図３に示すように、二つの抽気孔列３１は、互いに沿って並設されており、それぞれが、複数の抽気孔４１が円周方向に配列されることで構成されている。
【００２４】
複数の抽気孔４１は、図１に示すように、それぞれ、シュラウド２１ａ（より具体的には板厚部２１ｃ）を貫通して流路２５ａと抽気室３とを連通させている。これらの抽気孔４１は、それぞれ、断面形状が真円状に形成されており（図２参照）、図３に示すように、流路２５ａ側から抽気室３側に進むに従ってロータ１の回転方向に向かうように、傾斜して延びている。また、これらの抽気孔４１は、二つの抽気孔列３１のそれぞれにおいて、略同径に形成されている。以下の説明においては、二つの抽気孔列３１のうち主流上流側を「抽気孔列３１Ａ」と、主流下流側を「抽気孔列３１Ｂ」と呼称して双方を区別する場合がある。なお、図１において、二点鎖線の白抜き矢印で空気Ａの主流を示す。
【００２５】
二つの抽気孔列３１は、図２に示すように、抽気孔列３１Ａの抽気孔４１と、抽気孔列３１Ｂの抽気孔４１との配列ピッチが、相互に半ピッチ分だけずらされており、全体的に見て千鳥状に形成されている。そして、抽気孔列３１Ａと抽気孔列３１Ｂとは、互いの抽気孔４１の主軸方向における中心間距離が、各抽気孔４１の孔径（孔直径）と略同一の大きさに設定されている。
【００２６】
この抽気室３に抽気された空気Ａは、図１に示すように、航空機の運転状態（IDLE/離陸/巡航/高空飛行/着陸等）に応じて、配管３ａを介して軸受Ｓに供給されてシールや防氷に用いられたり、タービンＴに供給されてタービン構成部材のシールや冷却に用いられたりする。
【００２７】
各抽気孔４１は、本参考例においては、鋳造によって形成されたシュラウド２１ａに、放電加工で形成している。
また、本参考例においては、抽気孔４１の孔断面積（孔径）を、航空機の巡航状態における抽気条件（抽気量…主流から抽気室３へ抽気される空気Ａの総量）に合わせて、遠心式圧縮機Ｃ１の効率が向上する大きさに設定され、また、航空機の運転状態において最大となる抽気条件（抽気量）で、抽気孔４１にチョークが生じない孔断面積（抽気した空気Ａが音速を超えない孔断面積）に設定されている。
【００２８】
次いで、遠心式圧縮機Ｃ１の作用について、図を用いて説明する。
まず、図１に示すように、空気Ａの主流は、主軸方向の一方側から流路２５ａに流入し、流路２５ａを流れる過程において、回転翼１４によって動圧及び静圧が高められる。そして、流路２５ａから流路２５ｂに流出した主流は、流路２５ｂを流れる過程において動圧が静圧に変換される。
【００２９】
流路２５ａを流れる空気Ａの主流の一部は、流路２５ａよりも相対的に圧力が低い抽気室３に向けて抽気孔列３１Ａ，３１Ｂの各抽気孔４１に流入する。各抽気孔４１に流入した空気Ａは、抽気孔４１から抽気室３に流出する。
【００３０】
この際、抽気孔列３１Ａ，３１Ｂを介して、巡航状態における抽気条件（抽気量）を必要十分に満たす空気Ａが抽気室３に流入する。この際、各抽気孔４１を流れる空気Ａは、単位時間当たりの流量Ｑ＝Ｑ１、流速Ｖ＝Ｖ１となる。また、巡航状態において、必要十分な空気Ａが抽気室３に流入することにより、主流の流量を不必要に低減させず、高いサイクル効率で遠心式圧縮機Ｃ１が稼働する。
【００３１】
一方、航空機の離陸時においては、主流から抽気室３への抽気量が増大する。
この際、各抽気孔４１においては、空気Ａの流量Ｑが増加して流量Ｑ＝Ｑ２（Ｑ２＞Ｑ１）、流速Ｖ＝Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）となる。各抽気孔４１を流れる空気Ａは、チョークを発生させないで抽気室３に安定して導入される。
【００３２】
ここで、仮に抽気孔列３１Ａ，３１Ｂを一列だけ設けた場合には、離陸状態において、各抽気孔４１に空気Ａが流量Ｑ＝２Ｑ２だけ流れる。このため、離陸状態（最大抽気条件）において空気Ａが音速を超えない抽気孔４１の最小孔断面積αが比較的に大きくなってしまう（α＝αａ）。従って、巡航状態においてサイクル効率が向上するように抽気孔４１の孔断面積を設定すると、最小孔断面積α＝αａを下回り、離陸状態（最大抽気条件）において空気Ａの速度が音速を超えてしまってチョークを生じさせる恐れが高くなる。
【００３３】
これに対して、本参考例においては、二つの抽気孔列３１Ａ，３１Ｂを設けて、各抽気孔４１に流れる空気Ａを流量Ｑ＝Ｑ２に抑えるので、最小孔断面積αを比較的に小さくすることができる（α＝αｂ，αｂ＜αａ）。このため、巡航状態においてサイクル効率が向上するように抽気孔４１の孔断面積を小さく設定したとしても、最小孔断面積α＝αｂ（αｂ＜αａ）を下回り難い。よって、離陸状態（最大抽気条件）において空気Ａの速度が音速を超え難く、チョークが生じ難くなる。
各抽気孔４１から抽気室３に向けて流出した空気Ａは、配管３ａを介して軸受ＳやタービンＴに供給される。
【００３４】
以上説明したように、遠心式圧縮機Ｃ１においては、二つの抽気孔列３１が設けられているので、抽気孔列３１を一つ設けた場合に比べて、抽気孔４１の最小孔断面積αを小さくすることができる。これにより、巡航状態においてサイクル効率が向上するように抽気孔４１の孔断面積を小さく設定したとしても、最小孔断面積α＝αｂ（αｂ＜αａ）を下回り難くなる。従って、最大抽気条件である離陸状態においてチョークの発生を抑制することができ、かつ、効率保証点である巡航状態においてサイクル効率の向上を図ることができる。
【００３５】
また、上述したように、空気Ａの主流は、その流れ方向に上流から下流に向けて静圧が大きくなる圧力勾配を有することから、抽気孔列３１Ａの位置における主流の静圧と比べて、抽気孔列３１Ｂの位置における主流の静圧が大きくなる。
ここで、抽気室３の静圧は空気Ａの主流の流れ方向に沿ってほぼ同程度になっているので、抽気孔列３１Ａの抽気孔４１は、抽気孔列３１Ｂの抽気孔４１に比べて、空気Ａの静圧を大きく回復させることが要求される。しかしながら、抽気孔列３１Ａの抽気孔４１において要求静圧回復量を満足させないと、抽気孔４１の空気Ａの流れに剥離が生じて圧力損失が生じてしまう。
そして、抽気孔列３１Ａと抽気孔列３１Ｂとが離間するほど主流の静圧の差分が大きくなるから、抽気孔列３１Ｂに対して抽気孔列３１Ａの要求静圧回復量が大きくなり、圧力損失が生じ易くなる。
【００３６】
本参考例においては、抽気孔列３１Ａ，３１Ｂとの相互の抽気孔４１を千鳥配置にすることにより、相互の主軸方向の中心間距離を抽気孔４１の孔径程度に近接させているので、抽気孔列３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの位置における主流の静圧がほぼ同程度となり、抽気孔列３１Ａ，３１Ｂの各抽気孔４１において抽気室３と主流との静圧の差を同程度とする。従って、抽気孔列３１Ａと抽気孔列３１Ｂの要求静圧回復量を同程度とすることで、圧力損失が生じることを抑えることができる。
【００３７】
「第一実施形態」
続いて、本発明の第一実施形態について説明する。
図４は本発明の第一実施形態に係る遠心式圧縮機（回転機械）Ｃ２の要部断面図であり、図５は遠心式圧縮機Ｃ２の要部拡大断面図である。なお、以下の説明及び以下の説明で用いる図面において、上述した参考例と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
遠心式圧縮機Ｃ２の構成は、上述した参考例の遠心式圧縮機Ｃ１の構成とほぼ同様であるが、遠心式圧縮機Ｃ１の抽気孔列３１Ａ，３１Ｂが抽気孔４１で構成されていたのに対して、図４に示すように、遠心式圧縮機Ｃ２の抽気孔列３１Ａ，３１Ｂが抽気孔５１で構成されている点で相違する。
【００３９】
抽気孔５１は、図５に示すように、流路２５ａ側に形成された定径部５２と、抽気室３側に形成された拡径部５３とを有している。ここで、定径部５２は、流路２５ａ側において抽気孔５１の中心軸Ｊに直交する孔断面が最初に閉断面を構成する開口部５１ａから、拡径部５３との境界であるスロート部（作動流体入口）５１ｂまでをいう。
【００４０】
定径部５２は、図５に示すように、参考例の抽気孔４１の孔径よりも小さい孔径で形成されており、開口部５１ａから抽気孔５１の長手方向の寸法の半分よりも小さい寸法に設定されている。この定径部５２は、その長手方向の寸法を、定径部５２の孔径よりも大きく設定するのが望ましい。また、抽気孔５１の中心軸Ｊが、当該中心軸Ｊに交差するシュラウド２１ａの内周接線に対して形成する設置角は、回転翼１４の先端における空気Ａの絶対流れ角と略等しくなるように形成するのが望ましい。
【００４１】
拡径部５３は、図５に示すように、定径部５２との境界であるスロート部５１ｂから、抽気室３側において中心軸Ｊに直交する孔断面が最後に閉断面を構成する開口部（作動流体出口）５１ｃまでをいう。
この拡径部５３は、スロート部５１ｂから開口部５１ｃに向かうに従って漸次拡径している。
この拡径部５３は、その長手方向の寸法を、スロート部５１ｂ（定径部５２）の孔径の二倍以上に設定するのが望ましい。また、抽気孔５１の中心軸Ｊに沿った断面の、抽気孔５１の内周面の断面輪郭において、定径部５２の延在方向に対して拡径部５３の延在方向が形成する拡がり角θを２〜６°に設定するのが望ましい。
【００４２】
本実施形態の遠心式圧縮機Ｃ２によれば、拡径部５３を備えるので、流路２５ａの主流から抽気した空気Ａの動圧を静圧に変換することができる。これにより、空気Ａが抽気室３に流入した際に動圧が失われることを抑制するので、抽気室３の圧力を高圧に維持することができる。従って、抽気量を抑えることができ、サイクル効率を更に向上させることができる。また、本実施形態においては、抽気孔５１の孔径を抽気孔４１の孔径よりも小さく設定しているが、第一実施形態で説明したように、各抽気孔５１に流れる流量ＱがＱ＝Ｑ２となるので、流速Ｖが過大になり難く、定径部５２においてチョークが生じることを抑えることができる。
【００４３】
また、空気Ａの動圧を効率的に静圧に変換するので、回転翼１４によって圧力が高められた流路２５ａの下流側の空気Ａを抽気しないで、抽気室３の圧力を維持することが可能である。これにより、抽気孔列３１の位置を本実施形態のように流路２５ａの上流側に設定することができる。従って、設計の自由度を向上させることができると共に、サイクル効率を高めることができる。
【００４４】
また、抽気室３の圧力を比較的に高めに維持することで、タービン構成部材のシールや冷却に使用する空気Ａの供給圧を比較的に高くすることができるので、シール部分に燃焼ガスが流れ込んだり、タービン構成部材が過熱したりすることを十分に抑制することができる。これにより、タービンＴの信頼性を向上させることができる。
【００４５】
また、抽気室３の圧力を比較的に高めに維持することで、軸受Ｓに供給するオイルが主流に漏れ出すのを防ぐシール空気の圧力を高くすることができるので、軸受Ｓに油切れが生じる可能性を低下させて軸受Ｓの信頼性を向上させることができる。同様に、防氷空気の供給圧を高くすることができるので、圧縮機入口部などに氷結が発生する可能性を低下させて遠心式圧縮機Ｃの信頼性を向上させることができる。
【００４６】
「第二実施形態」
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
図６は本発明の第二実施形態に係る遠心式圧縮機（回転機械）Ｃ３の要部断面図である。なお、以下の説明及び以下の説明で用いる図面において、上述した実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
遠心式圧縮機Ｃ３の構成は、上述した第一実施形態の遠心式圧縮機Ｃ２の構成とほぼ同様であるが、遠心式圧縮機Ｃ２の抽気孔列３１Ａ，３１Ｂが抽気孔５１で構成されていたのに対して（図４参照）、図６に示すように、抽気孔列３１Ａが抽気孔６１Ａで，抽気孔列３１Ｂが抽気孔６１Ｂで構成されている点で相違する。
【００４８】
抽気孔６１Ａ，６１Ｂは、それぞれの拡径部６３のスロート部（作動流体入口）６１ｂの孔断面積に対する開口部（作動流体出口）６１ｃの孔断面積の比を面積比（作動流体出口の孔断面積／作動流体入口の孔断面積）と定義した際に、抽気孔６１Ｂの面積比に比べて抽気孔６１Ａの面積比が大きく設定されている。
【００４９】
上述したように、空気Ａの主流は、流れ方向において静圧が大きくなる圧力勾配を有することから、抽気孔列３１Ａにおける主流の静圧と比べて、抽気孔列３１Ｂにおける主流の静圧が大きくなる。そして、抽気室３の静圧が空気Ａの主流の流れ方向に沿ってほぼ同程度になっているので、抽気孔６１Ｂよりも抽気孔６１Ａのほうが要求静圧回復量が大きく回復させなければならない。
すなわち、抽気孔列３１Ａ及び抽気孔列３１Ｂの、それぞれに要求される要求静圧回復量に対応させて、抽気孔６１Ｂに比べて抽気孔６１Ａの面積比を大きくしている。つまり、相対的に要求静圧回復量が大きくなる抽気孔６１Ａにおいて、局所的な剥離や逆流が生じることを防ぐために、抽気孔６１Ｂに比べて抽気孔６１Ａの静圧回復量を大きくしている。
【００５０】
この抽気孔６１Ａ，６１Ｂの面積比は、以下のようにして定めている。
まず、構造側の要求（板厚部２１ｃ等の寸法）から、拡径部６３の面積比（面積拡大率）の上限を決める。
次に、拡径部６３の面積比の上限から拡径部６３の静圧回復係数Ｃｐを求める。ここで、Ｃｐ＝（抽気孔６１の出口（開口部６１ｃ）における静圧−抽気孔６１の入口（開口部６１ａ）の静圧）／抽気孔６１の入口の動圧、である。
次に、抽気孔列３１Ａ及び抽気孔列３１Ｂのうち、孔面積を拡大させ易い（シュラウド２１ａの板厚を確保し易い）一方の抽気孔６１の静圧回復係数Ｃｐを、求めた静圧回復係数Ｃｐとする。
次に、抽気孔列３１Ａ及び抽気孔列３１Ｂのそれぞれの位置の主流の圧力を、実験や解析によって取得する。
次に、抽気孔列３１Ａ及び抽気孔列３１Ｂのうち、他方の抽気孔６１の静圧回復係数Ｃｐを、抽気室３の圧力が等しくなるように定める。
最後に、抽気孔列３１Ａの抽気孔６１Ａと抽気孔列３１Ｂの抽気孔６１Ｂとのそれぞれの静圧回復係数Ｃｐから、ディフューザマップ（ディフューザの形状と静圧回復の関係を示したマップ）を参考にして、それぞれの面積比を求める。
【００５１】
図７，図８は遠心式圧縮機Ｃ３の空気Ａの流れを示した模式図であり、図７が抽気孔列３１Ａを示しており、図８が抽気孔列３１Ｂを示している。また、図９，図１０は遠心式圧縮機Ｃ３の比較対象Ｃ３´の空気Ａの流れを示した模式図であり、図９が抽気孔列３１Ａ´を示しており、図１０が抽気孔列３１Ｂ´を示している。なお、図９及び図１０に示した比較対象Ｃ３´は、抽気孔列３１Ａ´の抽気孔６１Ａ´及び抽気孔列３１Ｂ´の抽気孔６１Ｂ´を、抽気孔６１Ｂと同一の面積比で形成したものである。また、図７〜図１０における濃淡表示は、濃淡表示が濃いほど圧力が大きく、濃淡表示が淡いほど圧力が小さいことを示している。
【００５２】
上述したように、空気Ａは、抽気孔列３１Ａ（３１Ａ´）における主流の静圧と比べて、抽気孔列３１Ｂ（３１Ｂ´）における主流の静圧が大きくなる。
図９に示すように、比較対象Ｃ３´においては、抽気孔列３１Ａ´の抽気孔６１Ａ´が比較的に小さい面積比で形成されており、要求される静圧回復力を満たすことができない。このため、抽気孔６１Ａ´内において圧力損失が生じて、抽気室３´から流路２５ａ´に向けて空気Ａが逆流してしまっている。
なお、図１０に示すように、抽気孔列３１Ｂ´の抽気孔６１Ｂ´においては、圧力損失を生じさせることなく、流路２５ａ´から抽気室３´に向けて空気Ａが流れている。
【００５３】
これに対して、遠心式圧縮機Ｃ３は、抽気孔列３１Ａの抽気孔６１Ａが比較的に大きい面積比で形成されていることから、抽気孔列３１Ａの抽気孔６１Ａで十分に静圧を回復させることができ、抽気孔６１Ａにおいて圧力損失を生じさせない。このため、図７に示すように、抽気室３から流路２５ａに向けて空気Ａが逆流せず、抽気室３が高圧に維持される。
なお、図８に示すように、抽気孔列３１Ｂの抽気孔６１Ｂにおいても圧力損失を生じさせることなく、流路２５ａから抽気室３に向けて空気Ａが流れる。
【００５４】
図１１は遠心式圧縮機Ｃ３及び比較対象Ｃ３´の抽気量と抽気室圧力との関係を示す抽気量−抽気室圧力グラフである。図１１においては、実線で示したグラフが遠心式圧縮機Ｃ３を示し、破線で示したグラフが比較対象Ｃ３´を示している。
図１１に示すように、遠心式圧縮機Ｃ３と比較対象Ｃ３´とが互いに同一の抽気量であったとしても、抽気孔列３１Ａの抽気孔６１Ａで十分に静圧を回復させる遠心式圧縮機Ｃ３の方が、ほぼ全ての抽気量において、比較対象Ｃ３´に比べて抽気室圧力が高くなっている。
【００５５】
本実施形態の遠心式圧縮機Ｃ３によれば、抽気孔列３１Ａにおける抽気孔６１Ａの面積比を、抽気孔列３１Ｂにおける抽気孔６１Ｂの面積比よりも大きく設定しているので、要求静圧回復量に応じて、抽気孔６１Ａで空気Ａの動圧を十分に静圧に回復をさせることができる。これにより、空気Ａの動圧を十分に静圧に回復させ、また、抽気孔６１Ａにおいて圧力損失が生じることを抑制するので、抽気室３を高圧に維持することができる。
【００５６】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施形態においては、抽気孔４１，５１，６１の各断面形状を真円状に形成したが、他の形状（例えば、楕円状や多角形状）に形成してもよい。なお、多角形状に形成する場合には、角部をＲ状に形成するのが望ましい。
【００５７】
また、上述した実施形態においては、抽気孔列３１の主軸方向の位置を、シュラウド２１ａの上流円筒部２１ｐ側（板厚部２１ｃ）に形成したが、抽気孔列３１を円周方向の外周側から中心側を見た場合において回転翼１４の前縁に重なる位置に形成してもよい。すなわち、各回転翼１４側の先端付近においては、局所的に上流へ向けて空気Ａが逆流して流れることがある。この空気Ａの流れは、旋回失速の誘因となるが、回転翼１４の前縁に重なる位置に抽気孔列３１を形成することで、上記の旋回失速の誘因となる空気Ａの流れを抽気室３へ吸い取ることができることから、旋回失速の発生を防止することが可能となり、遠心式圧縮機Ｃ３の運転域を拡大させることができる。
【００５８】
同様に、抽気孔列３１の主軸方向の位置を、円周方向の外周側から中心側を見た場合に、回転翼１４の前縁下流域に形成してもよい。すなわち、前縁下流域には、回転翼１４の先端とシュラウド２１ａの内周面との間においてロータ１の回転方向逆側に流れる空気Ａのチップクリアランス流れが生じることがある。このチップクリアランス流れは、空気Ａの主流と干渉して、主流に低速領域を形成してしまうことがあるが、抽気孔列３１の主軸方向の位置を前縁下流域に合わせて形成することで、主流の低速領域を抽気室３に吸い出すことができるので、遠心式圧縮機Ｃ３の圧縮機効率を向上させることができる。
【００５９】
また、上述した実施形態においては、抽気孔４１，５１，６１の抽気孔出口（４１ｂ）５１ｂ，６１ｂを抽気室３に直に連通させる構成としたが、配管（連通部）等を介して抽気室３に連通させてもよい。
【００６０】
また、上述した実施形態においては、抽気孔列３１を二つ設ける構成としたが、三つ以上設ける構成としてもよい。
また、上述した実施形態においては、シュラウド２１ａを鋳造によって形成したが、他の製造方法で形成してもよい。また、上述した実施形態においては、各抽気孔４１を放電加工で形成したが、他の加工方法（例えば機械加工）によって形成してもよい。
【００６１】
また、上述した実施形態においては、抽気孔列３１Ａ，３１Ｂを互いの抽気孔４１，５１，６１を半ピッチずらして千鳥状に設けたが、同ピッチにしても構わないし、他のピッチでずらしても構わない。
【００６２】
また、上述した実施形態においては、シュラウド２１ａに沿って抽気室３と抽気孔列３１を形成したが、例えば、ケーシング２１の下流円筒部２１ｑに抽気室３と抽気孔列３１とを形成してもよい。なお、流路２５ｂのうち空気Ａの主流が主軸方向に流れる位置に形成しても構わない。
【００６３】
また、上述した実施形態では、作動流体が空気Ａの場合について本発明を適用したが、作動流体がエチレンガス等のプロセスガスや、水等の液体である場合にも本発明を良好に適用することができる。
【００６４】
また、上述した実施形態では、遠心式圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に本発明を適用したが、軸流式圧縮機に本発明を適用してもよいし、タービンやポンプの回転機械に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…ロータ
２…ステータ
３…抽気室（抽気部）
３ａ…配管
１１…ロータシャフト
１２…インペラ
１３…ハブ
１３ａ…案内面
１４…回転翼
２１…ケーシング
２１ａ…シュラウド（仕切壁）
２５（２５ａ，２５ｂ）…流路
３１（３１Ａ，３１Ｂ）…抽気孔列（抽気連通部）
４１，５１…抽気孔
５１ｂ，６１ｂ…スロート部（作動流体入口）
５１ｃ，６１ｃ…開口部（作動流体出口）
５３…拡径部
６１（６１Ａ，６１Ｂ）…抽気孔
６３…拡径部
Ａ…空気（作動流体）
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…遠心式圧縮機（回転機械）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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