(57)【要約】【課題】軸流圧縮機の通常運転への影響を抑えながらサージ発生を防止する。【解決手段】軸流圧縮機のケーシング４１を貫通する支持軸（回転支持軸１２）により支持される静翼（可変静翼１１）を有する軸流圧縮機の減圧装置であって、静翼の、ケーシング４１内部の気体流路１７と接する面に位置する孔１５と、孔１５から静翼内部と支持軸内部とを貫通する中空構造であり、気体流路１７の気体を孔１５からケーシング４１外部へ導く内部通路１６とを備える軸流圧縮機の減圧装置を用いることで、軸流圧縮機の通常運転への影響を抑えながらサージ発生を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流圧縮機のケーシングを貫通する支持軸により支持される静翼を有する前記軸流圧縮機の減圧装置であって、
前記静翼の、前記ケーシング内部の気体流路と接する面に位置する孔と、
前記孔から前記静翼内部と前記支持軸内部とを貫通し、前記気体流路の気体を前記孔から前記ケーシング外部へ導く内部通路とを備えることを特徴とする軸流圧縮機の減圧装置。
【請求項２】
前記内部通路の前記支持軸側出口に、前記気体流路の圧力がサージの発生しない範囲で設定された所定圧力以上で大気開放状態となり、当該所定圧力未満で気密状態となる圧力制御機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機の減圧装置。
【請求項３】
前記圧力制御機構は、
前記所定圧力で破壊される膜により第１空間と第２空間とに区切られ、当該第２空間は開口部を有することで大気開放状態となっているチャンバと、
前記内部通路の前記支持軸側出口と前記第１空間とを連通する導管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の軸流圧縮機の減圧装置。
【請求項４】
前記圧力制御機構は、
弁を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在なチャンバと、
前記気体流路が前記所定圧力以上であれば前記弁を開け、前記気体流路が当該所定圧力未満であれば前記弁を閉じる制御を行う制御部と、
前記内部通路の前記支持軸側出口と前記チャンバとを連通する導管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の軸流圧縮機の減圧装置。
【請求項５】
前記所定圧力には、第１所定圧力と当該第１所定圧力よりも高い値である第２所定圧力とがあり、
前記圧力制御機構は、
前記第２所定圧力で破壊される膜により第１空間と第２空間とに区切られ、当該第１空間は弁を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在であり、当該第２空間は開口部を有することで大気開放状態とされているチャンバと、
前記気体流路が前記第１所定圧力以上であれば前記弁を開け、前記気体流路が当該第１所定圧力未満であれば前記弁を閉じる制御を行う制御部と、
前記内部通路の前記支持軸側出口と前記第１空間とを連通する導管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の軸流圧縮機の減圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流圧縮機の減圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６には可変静翼を有する軸流圧縮機の回転軸近傍の一例を概略図として表している。当該図を見ればわかるように、従来の軸流圧縮機は、動翼１０、可変静翼１１、回転支持軸１２、気体流路１７、ケーシング４１及び回転軸４２を有する。尚、最上流に設けられている可変静翼をＩＧＶ（インレットガイドバルブ）１１ａ、最下流に設けられている可変静翼をＯＧＶ（アウトレットガイドバルブ）と呼称する。以下、単に「可変静翼１１」と記載した場合はＩＧＶ１１ａとＯＧＶ１１ｂも含めるものとする。
【０００３】
上述の動翼１０は回転軸４２に固定される。また可変静翼１１は、ケーシング４１を貫通する回転支持軸１２により、ケーシング４１に対して回動制御可能に支持されることで、翼角変更操作が可能となるものである。
【０００４】
但し、図６中には特に記載していないが、実際には静翼の全てが可変静翼１１であるとは限らず、ケーシング４１に対して固定された静翼もある。可変静翼１１を支持する回転支持軸１２がケーシング４１を貫通しているのに対して、固定された静翼の支持軸はケーシング４１を貫通していない。
【０００５】
また、軸流圧縮機の中でも、圧縮機とブロアとでは可変静翼１１が静翼の全てを占めるか或いは一部かという違いがある。
【０００６】
通常、多段軸流圧縮機及びブロアを含めた軸流圧縮機全般は、風量と出口付近の圧力とを安全な運転域に制御しながら運転される。ちなみに、気体流路１７の中でも出口付近の圧力を計測する理由は、出口付近の圧力が最も高くなるためである。
【０００７】
ところが、長期間点検されないままで運用している場合や、腐食雰囲気の環境で長時間運転された場合では、気体流路１７に配置された動翼１０への不純物の堆積または腐食による減肉等により、翼形状が経時変化しているケースがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−９７９７０号公報
【特許文献２】特開２００５−９０３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のような状況下では、従来安全だと想定していた運転域においてもサージが発生する場合がある。サージは出口側から入口側へ向けて高速で伝達する。
【００１０】
サージが発生した場合、気体流路の高圧ガス（空気含む。以下同様。）の持つエネルギーが翼に作用し、溶解或いは破損といった深刻な損傷が生じる。
【００１１】
翼が損傷すると、操業休止に伴う利益損失或いは交換作業コスト等により、ユーザにとって非常に大きなデメリットとなる。
【００１２】
上記特許文献１では、圧縮機に抽気用流路を設けて気体を抽気し、気体流路の圧力を低下させる技術が記載されているが、抽気用流路についての具体的な構成が開示されていない。
【００１３】
そこで本発明では、軸流圧縮機の通常運転への影響を抑えながらサージ発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する第１の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置は、
軸流圧縮機のケーシングを貫通する支持軸により支持される静翼を有する前記軸流圧縮機の減圧装置であって、
前記静翼の、前記ケーシング内部の気体流路と接する面に位置する孔と、
前記孔から前記静翼内部と前記支持軸内部とを貫通し、前記気体流路の気体を前記孔から前記ケーシング外部へ導く内部通路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第２の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置は、
上記第１の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置において、
前記内部通路の前記支持軸側出口に、前記気体流路の圧力がサージの発生しない範囲で設定された所定圧力以上で大気開放状態となり、当該所定圧力未満で気密状態となる圧力制御機構を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第３の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置は、
上記第２の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置において、
前記圧力制御機構は、
前記所定圧力で破壊される膜により第１空間と第２空間とに区切られ、当該第２空間は開口部を有することで大気開放状態となっているチャンバと、
前記内部通路の前記支持軸側出口と前記第１空間とを連通する導管とを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第４の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置は、
上記第２の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置において、
前記圧力制御機構は、
弁を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在なチャンバと、
前記気体流路が前記所定圧力以上であれば前記弁を開け、前記気体流路が当該所定圧力未満であれば前記弁を閉じる制御を行う制御部と、
前記内部通路の前記支持軸側出口と前記チャンバとを連通する導管とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第５の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置は、
上記第２の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置において、
前記所定圧力には、第１所定圧力と当該第１所定圧力よりも高い値である第２所定圧力とがあり、
前記圧力制御機構は、
前記第２所定圧力で破壊される膜により第１空間と第２空間とに区切られ、当該第１空間は弁を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在であり、当該第２空間は開口部を有することで大気開放状態とされているチャンバと、
前記気体流路が前記第１所定圧力以上であれば前記弁を開け、前記気体流路が当該第１所定圧力未満であれば前記弁を閉じる制御を行う制御部と、
前記内部通路の前記支持軸側出口と前記第１空間とを連通する導管とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置によれば、軸流圧縮機の通常運転への影響を抑えながらサージ発生を防止することができる。
【００２０】
上記第２の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置によれば、軸流圧縮機の通常運転への影響をより抑えながらサージ発生を防止することができる。
【００２１】
上記第３の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置によれば、所定圧力以上になると膜が破壊されるようにすることで、大気開放状態とし、サージ発生を防止できる。
【００２２】
上記第４の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置によれば、所定圧力以上になると弁を開けることで、大気開放状態とし、サージ発生を防止できる。
【００２３】
上記第５の発明に係る軸流圧縮機の減圧装置によれば、第１所定圧力以上となると弁を開けて減圧し、第２所定圧力まで急激に上昇した場合は、膜が破壊されるようにすることで、大気開放状態とし、サージ発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１における可変静翼についての概略図である。
【図２】本発明の実施例１における鍔部近傍の概略的拡大図である。
【図３】本発明の実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置についての概略図である。
【図４】本発明の実施例２に係る軸流圧縮機の減圧装置についての概略図である。
【図５】本発明の実施例３に係る軸流圧縮機の減圧装置についての概略図である。
【図６】可変静翼を有する軸流圧縮機の回転軸近傍の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る軸流圧縮機の減圧装置を実施例にて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置について図３の概略図を用いて説明する。図３に示すように、本装置は、可変静翼１１、回転支持軸１２、内部通路１６、圧力導管２０及びダイヤフラム弁２１を備える。
【００２７】
上述の可変静翼１１は、図１の概略図に示すように、鍔部１３、翼面１４及び孔１５を備え、ケーシング４１を貫通する回転支持軸１２により、ケーシング４１に対して回動制御可能に支持される。
【００２８】
上述の翼面１４は気体流路１７に位置し、上述の鍔部１３の一部も気体流路１７に接している。
【００２９】
図１では翼面１４に孔１５が設けられている状態を示しているが、孔１５を翼面１４に設ける場合、背側ではなく腹側に設けるようにする方が軸流圧縮機の構造上より好ましい。
【００３０】
さらに言えば、孔１５の位置は翼面１４に限定されるものではなく、可変静翼１１の、ケーシング４１内部の気体流路１７に接する面であればよい。例えば図２に示す鍔部１３近傍の拡大図のように、鍔部１３の気体流路１７と接する部分に孔１５を設けてもよい。このように翼面１４以外の部分に孔１５を設けることで、通常運転時に気体の流れに与える影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００３１】
但し、翼面１４に孔１５を設けたとしても、気体の流れに与える影響は孔１５周りの空気の乱れによる僅かなものであるため、軸流圧縮機全体としての性能劣化は微小なものとなる。
【００３２】
上述の内部通路１６は、図１，２に示すように、可変静翼１１の孔１５から可変静翼１１内部と回転支持軸１２内部とを貫通する中空構造であり、気体流路１７の気体を孔１５からケーシング４１外部へ導くものである。
【００３３】
尚、本装置では、軸流圧縮機に備わる全てまたは一部の可変静翼１１を上述の構造とする。
【００３４】
サージは気体流路１７下流側から発生するため、ＯＧＶ１１ｂに孔１５及び内部通路１６を集中配置してもよい。
【００３５】
上述のダイヤフラム弁２１は、所定圧力で破壊されるダイヤフラム膜２２によって２つの空間ａ室とｂ室に区切られており、ｂ室は開口部２３を有することで大気開放状態となっているチャンバである。また、ここでは膜としてダイヤフラム膜２２を用いているが、実際は膜の材質は限定されない。
【００３６】
上述の圧力導管２０は、内部通路１６の回転支持軸１２側出口とダイヤフラム弁２１のａ室とを連通するものである。これによりａ室は気体流路１７と同じ圧力がかかることとなる。
【００３７】
そして上記所定圧力は、サージ発生直前の圧力の値に設定する。このようにして、ダイヤフラム弁２１は、軸流圧縮機の通常運転時には気体流路１７の気体の系外（大気圧）への漏出を防ぎ、気体流路１７の圧力がサージ発生直前の所定圧力になるとダイヤフラム膜２２が破壊され、図３の白抜き矢印のように大気開放状態となる。
【００３８】
よって本装置では、軸流圧縮機における気体流路１７の気体が、複数の可変静翼１１の内部通路１６に連通する各圧力導管２０を通り、ダイヤフラム弁２１のａ室に集約されるようにし、サージ発生直前に発生する高圧ガスによりａ室が上記所定圧力以上になると、ダイヤフラム膜２２が破壊されるようにすることで、高圧ガスがｂ室側を通過して系外に放出され、気体流路１７が減圧される。
【００３９】
本装置を用いた軸流圧縮機は、特殊加工を施す箇所が可変静翼１１と回転支持軸１２内部のみであり、その他の部分の組み立ては従来通りであるため、製造工程が複雑化されず、設計図面も一部の追加のみで済み、通常運転中の可変静翼１１の角度変更においても特殊な追加操作は不要であるという利点がある。
【００４０】
尚、本装置で静翼の中でも特に可変静翼１１を用いた理由は、可変静翼１１を支持する回転支持軸１２が、固定された静翼の支持軸とは異なり、ケーシング４１を貫通していることから、気体流路１７の気体を孔１５からケーシング４１外部へ導く内部通路１６を加工しやすいためであり、翼角変更操作可能であること自体は必須の構成要件ではない。
【００４１】
以上、本発明の実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置について説明したが、例えば、上記特許文献２では圧縮機の入口に弁を設けて圧縮機に入ってくるガス流量を減少させるのに対し、本装置は換言すれば、軸流圧縮機のケーシング４１を貫通する支持軸（回転支持軸１２）により支持される静翼（可変静翼１１）を有する軸流圧縮機の減圧装置であって、静翼の、ケーシング４１内部の気体流路１７と接する面に位置する孔１５と、孔１５から静翼内部と支持軸内部とを貫通する中空構造であり、気体流路１７の気体を孔１５からケーシング４１外部へ導く内部通路１６とを備えるものである。
【００４２】
これにより、軸流圧縮機の通常運転への影響を抑えながらサージ発生を防止することができる。
【００４３】
さらに本装置は、内部通路１６の支持軸側出口に、気体流路１７の圧力がサージの発生しない範囲で設定された所定圧力以上で大気開放状態となり、当該所定圧力未満で気密状態となる圧力制御機構を備えるものである。
【００４４】
これにより、軸流圧縮機の通常運転への影響をより抑えながらサージ発生を防止することができる。
【００４５】
また上記圧力制御機構は、所定圧力で破壊される膜（ダイヤフラム膜２２）により第１空間（ａ室）と第２空間（ｂ室）とに区切られ、第２空間は開口部２３を有することで大気開放状態となっているチャンバ（ダイヤフラム弁２１）と、内部通路１６の支持軸側出口と第１空間とを連通する導管（圧力導管２０）とを備えるものである。
【００４６】
これにより、所定圧力以上になると膜が破壊されるようにすることで、大気開放状態とし、サージ発生を防止できる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２に係る軸流圧縮機の減圧装置は、実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置における圧力制御機構を変更したものである。
【００４８】
本発明の実施例２に係る軸流圧縮機の減圧装置について図４を用いて説明する。図４に示すように、本装置は、可変静翼１１、回転支持軸１２、内部通路１６、圧力導管２０、チャンバ３１、モータ駆動弁３２、圧力センサ３３及び制御部３４を備える。可変静翼１１、回転支持軸１２、内部通路１６及び圧力導管２０については、実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置と同様であるため、説明は省略する。
【００４９】
上述のチャンバ３１は、各圧力導管２０により内部通路１６の回転支持軸１２側出口と連通し、各圧力導管２０から導かれる気体流路１７の気体が集約される。
【００５０】
上述のモータ駆動弁３２は、制御部３４により開閉が制御されることで、チャンバ３１を大気開放状態あるいは気密状態に切り替える弁である。
【００５１】
上述の圧力センサ３３は、気体流路１７の圧力を検出するセンサである。
【００５２】
上述の制御部３４は、圧力センサ３３で検出した圧力を基に、モータ駆動弁３２の開閉を制御するものである。例えばＰＣ等を制御部３４として用いてもよい。
【００５３】
即ち制御部３４は、圧力センサ３３によって検出した気体流路１７の圧力が、所定圧力未満（通常運転時）であればモータ駆動弁３２を閉じることでチャンバ３１を気密状態とし、気体流路１７の気体の漏出を防ぎ、所定圧力以上であればモータ駆動弁３２を開け図４の白抜き矢印のように大気開放状態とし、気体流路１７が減圧する。減圧後はモータ駆動弁３２を閉じ、通常運転を再開する。上記所定圧力は、サージ発生直前の圧力の値に設定する。尚、モータ駆動弁３２の開閉制御には、例えば電気信号によるリレー回路等を用いてもよい。
【００５４】
このようにして、軸流圧縮機における気体流路１７の気体が、複数の可変静翼１１の内部通路１６に連通する各圧力導管２０を通り、チャンバ３１に集約され、同時に気体流路１７圧力を圧力センサ３３で常時監視する。サージ発生直前に発生する高圧ガスによりチャンバ３１が所定圧力以上になると、モータ駆動弁３２を開くことで高圧ガスを系外に放出し、気体流路１７が減圧される。減圧後はモータ駆動弁３２を閉じ、通常運転を再開する。
【００５５】
また、サージは気体流路１７下流側から発生するため、圧力センサ３３をＯＧＶ１１ｂ近傍に設置し、ＯＧＶ１１ｂ近傍の検出値を制御に用いてもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施例２に係る軸流圧縮機の減圧装置について説明したが、換言すれば本装置は、実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置とは圧力制御機構が異なり、本装置の圧力制御機構は、弁（モータ駆動弁３２）を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在なチャンバ３１と、気体流路１７が所定圧力以上であれば弁を開け、気体流路１７が所定圧力未満であれば弁を閉じる制御を行う制御部３４と、内部通路１６の支持軸（回転支持軸１２）側出口とチャンバ３１とを連通する導管（圧力導管２０）とを備えるものである。
【００５７】
これにより、所定圧力以上になると弁を開けることで、大気開放状態とし、サージ発生を防止できる。
【実施例３】
【００５８】
本発明の実施例３に係る軸流圧縮機の減圧装置は、実施例１に係る軸流圧縮機の減圧装置における圧力制御機構と実施例２に係る軸流圧縮機の減圧装置における圧縮制御機構とを組み合わせたものであり、所定圧力として、第１所定圧力と第１所定圧力よりも高い値である第２所定圧力とを設定する。また、第２所定圧力はサージ発生直前の圧力とする。
【００５９】
本発明の実施例３に係る軸流圧縮機の減圧装置について図５を用いて説明する。図５に示すように、本装置は、可変静翼１１、回転支持軸１２、内部通路１６、圧力導管２０、ダイヤフラム弁２１、モータ駆動弁３２、圧力センサ３３及び制御部３４を備える。可変静翼１１、回転支持軸１２、内部通路１６、圧力導管２０及び圧力センサ３３は、実施例１，２に係る軸流圧縮機の減圧装置と同様のため、説明は省略する。
【００６０】
上述のダイヤフラム弁２１は、第２所定圧力で破壊されるダイヤフラム膜２２によって２つの空間ａ室とｂ室に区切られており、ｂ室は開口部２３を有することで大気開放状態となっているチャンバである。
【００６１】
上述のダイヤフラム弁２１のａ室には、モータ駆動弁３２が設けられ、モータ駆動弁３２を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在となっている。
【００６２】
上述の制御部３４は、圧力センサ３３によって検出した気体流路１７の圧力が、第１所定圧力未満であればモータ駆動弁３２を閉じることでダイヤフラム弁２１のａ室を気密状態とし、気体流路１７の気体の漏出を防ぎ、第１所定圧力以上であればモータ駆動弁３２を開けて大気開放状態とし、気体流路１７が減圧する。減圧後はモータ駆動弁３２を閉じ、通常運転を再開する。
【００６３】
このようにして、軸流圧縮機の通常運転時には、モータ駆動弁３２が閉じられることで気密状態とし、第１所定圧力以上となるとモータ駆動弁３２を開けて減圧し、サージ発生直前の第２所定圧力まで急激に上昇した場合は、ダイヤフラム膜２２が破壊されるようにすることで、大気開放状態とし、気体流路１７を減圧する。
【００６４】
以上、本発明の実施例３に係る軸流圧縮機の減圧装置について説明したが、換言すれば本装置は、実施例１，２に係る軸流圧縮機の減圧装置とは圧力制御機構が異なり、本装置においては、まず所定圧力に、第１所定圧力と第１所定圧力よりも高い値である第２所定圧力とがあり、圧力制御機構は、第２所定圧力で破壊される膜（ダイヤフラム膜２２）により第１空間（ａ室）と第２空間（ｂ室）とに区切られ、第１空間は弁（モータ駆動弁３２）を開閉することで大気開放状態と気密状態とに切り替え自在であり、第２空間は開口部２３を有することで大気開放状態とされているチャンバ（ダイヤフラム弁２１）と、気体流路１７が第１所定圧力以上であれば弁を開け、気体流路１７が第１所定圧力未満であれば弁を閉じる制御を行う制御部３４と、内部通路１６の支持軸（回転支持軸１２）側出口と第１空間とを連通する導管（圧力導管２０）とを備えるものである。
【００６５】
これにより、第１所定圧力以上となると弁を開けて減圧し、第２所定圧力まで急激に上昇した場合は、膜が破壊されるようにすることで、大気開放状態とし、サージ発生を防止できる。
【００６６】
本発明の実施例１〜３に係る軸流圧縮機の減圧装置は、軸流圧縮機に適用可能なものである。但し、ここでの軸流圧縮機とは多段軸流圧縮機及びブロアも含めるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、軸流圧縮機の減圧装置として好適である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  動翼
１１  可変静翼
１１ａ  ＩＧＶ
１１ｂ  ＯＧＶ
１２  （可変静翼の）回転支持軸
１３  鍔部
１４  翼面
１５  孔
１６  内部通路
１７  気体流路
２０  圧力導管
２１  ダイヤフラム弁
２２  ダイヤフラム膜
２３  開口部
３１  チャンバ
３２  モータ駆動弁
３３  圧力センサ
３４  制御部
４１  ケーシング
４２  （軸流圧縮機の）回転軸
【図１】
2014095366.tif 000003
【図２】
2014095366.tif 000004
【図３】
2014095366.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014095366.tif 000007
【図６】
2014095366.tif 000008