(57)【要約】【課題】運転状態に応じた境界層制御を可能とし、運転効率向上を図った回転機械のディフューザ、及びこのディフューザを備える回転機械を提供する。【解決手段】軸流圧縮機１における空気Ａの出口位置に設けられたディフューザ本体１０と、ディフューザ本体１０の内周壁１１の内周面１１ａでの開口１１ａＡから空気Ａを吸い込み、外周壁１２の内周面１２ａでの開口１２ａＡから空気Ａを吹き出す剥離抑制流路１６と、ディフューザ本体１０内の延在方向の動圧値を検出する動圧検出装置１８と、動圧検出装置１８が検出する動圧値が予め定めた閾値を境界として、該境界を跨ぐように変化した際に剥離抑制流路１６を開放する弁部２５の空気作動弁２７とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械における流体の出口位置に設けられたディフューザ本体と、
該ディフューザ本体の内周面に開口し、該内周面から前記流体の吸い込み又は吹き出しのうち、少なくとも一方を行う剥離抑制流路と、
前記ディフューザ本体内の延在方向の動圧値を検出する動圧検出部と、
該動圧検出部が検出する前記動圧値が予め定めた閾値を境界として、該境界を跨ぐように変化した際に前記剥離抑制流路を開放する弁部と、
を備えることを特徴とする回転機械のディフューザ。
【請求項２】
前記弁部は、前記剥離抑制流路から吸い込んだ前記流体の前記動圧値が前記境界を跨ぐように変化した際に、該流体の動圧によって前記剥離抑制流路を開放する流体作動弁を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項３】
前記弁部は、前記剥離抑制流路を開放可能な電磁弁と、
前記動圧検出部で検出した前記動圧値が前記境界を跨ぐように変化したことを検知して前記電磁弁を開放する制御部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項４】
前記剥離抑制流路は、前記ディフューザ本体の前記内周面から前記流体の吸い込みを行った後に、該内周面から吹き出すことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項５】
前記剥離抑制流路は、前記流体を吸い込む位置よりも吹き出す位置の方が前記ディフューザ本体の前記延在方向の前方側に位置していることを特徴とする請求項４に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項６】
前記動圧検出部は、前記剥離抑制流路が前記流体を吸い込む位置よりも前記ディフューザ本体内の延在方向の後方側で、前記動圧値を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項７】
前記剥離抑制流路の中途位置で、前記ディフューザ本体の前記内周面から吸い込んだ前記流体を加圧する加圧手段をさらに備えることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項８】
前記動圧検出部は、前記ディフューザ本体内の前記延在方向を中心とした周方向の複数の位置で前記動圧値を検出するように、複数が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項９】
前記弁部は、一つが設けられ、前記周方向に複数設けられた前記動圧検出部からの前記動圧値を集約する集約部をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項１０】
前記弁部は、前記周方向に複数設けられた前記動圧検出部の各々に設けられ、
前記剥離抑制流路は、前記動圧検出部の各々からの前記動圧値に対応する前記周方向の位置で、前記流体の吸い込みを行うことを特徴とする請求項８に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項１１】
前記剥離抑制流路は、前記ディフューザ本体内の前記延在方向の複数の位置、及び該延在方向を中心とした周方向の複数の位置のうち、少なくとも一方から前記流体を吸い込むように複数が設けられ、
これら複数の剥離抑制流路から吸い込んだ前記流体を集約させる集約流路をさらに備え、
前記弁部は、一つが設けられて前記集約流路に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項１２】
前記流体を取り込んで昇圧する昇圧部の入口圧力と該昇圧部の出口圧力との圧力比を検出する圧力比検出部と、
前記圧力比検出部からの検出信号に基づいて前記剥離抑制流路での前記流体の流量を制御する流量制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転機械のディフューザ。
【請求項１３】
流体を取り込んで昇圧する昇圧部と、
前記昇圧部よりも前記流体の下流側に設けられて、昇圧された前記流体を排出する請求項１から１２のいずれか一項に記載のディフューザと、
を備えることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械における流体の出口となる位置に設けられるディフューザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転機械として軸流式や遠心式の圧縮機や送風機が一般に知られている。そしてこれら種々の回転機械には、昇圧後の流体の出口部分に流体の流通方向の下流側に向かうに従って内部空間が拡径するディフューザが設けられている。これによって、ディフューザ内を流通する流体は、静圧が回復された後に外部へ排出される。
【０００３】
ところで、このディフューザ内部では、回転機械の運転状態によって流体の流れが変化する。特に運転状態が高負荷状態となると、ディフューザの内周側で境界層が発達する結果、剥離が生じて運転効率の低下につながる。
【０００４】
ここで、特許文献１にはガスタービン用のディフューザが開示されている。このディフューザでは、ディフューザの環状壁に形成された開口部によってディフューザ内の流体の一部を吸い出し、これにより境界層の厚さを制御してディフューザ効率の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０３５０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたディフューザは、回転機械の運転状態に応じた境界層の制御を行うものではない。回転機械では運転状態によってディフューザ内の流体の流れが変化することから、一律に流体を吸い出すのみでは十分に境界層を制御できない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、運転状態に応じた境界層制御を可能とし、運転効率向上を図った回転機械のディフューザ、及びこのディフューザを備える回転機械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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る回転機械のディフューザは、回転機械における流体の出口位置に設けられたディフューザ本体と、該ディフューザ本体の内周面に開口し、該内周面から前記流体の吸い込み又は吹き出しのうち、少なくとも一方を行う剥離抑制流路と、前記ディフューザ本体内の延在方向の動圧値を検出する動圧検出部と、該動圧検出部が検出する前記動圧値が予め定めた閾値を境界として、該境界を跨ぐように変化した際に前記剥離抑制流路を開放する弁部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
回転機械の運転点がサージング発生状態に近づくと、ディフューザ本体内では内周側から外周側へ向かう二次流れが強くなる傾向があるため、ディフューザ本体内の流れが外周側へ偏在する。そして最終的にはディフューザ本体の内周側でディフューザ本体の延在方向である軸方向の下流へ向かって流れが無くなり、上流側に向かう逆流が発生し、内周側で境界層が発達して流体が剥離し、サージングへと発展する。このような状態ではディフューザ本体内の延在方向の動圧値が内周側では減少し、外周側では増大する。従って、閾値として、運転点がサージ点となる動圧値に対応する値を設定しておくことで、ディフューザ本体内の内周側では動圧値が閾値よりも大きい値から小さい値へと変化し、一方で、外周側では動圧値が閾値よりも小さい値から大きい値へと変化する。そして、本発明の回転機械では、このように変化した動圧値を基に弁部によって剥離抑制流路の開放が行なわれて、ディフューザ本体の内周面からの流体の吸い込み、又は吹き出しが行われることになる。即ち、上述のように変化した動圧値を基にディフューザ本体の内周側における境界層の位置での流体の吸い出しや、境界層の位置での流体の増速が可能となる。
【００１０】
また、前記弁部は、前記剥離抑制流路から吸い込んだ前記流体の前記動圧値が前記境界を跨ぐように変化した際に、該流体の動圧によって前記剥離抑制流路を開放する流体作動弁を有していてもよい。
【００１１】
このような弁部によると、別途の動力を必要とせず、回転機械の作動流体によって剥離抑制流路の開放が可能である。このため、簡易な構造によって、また高温環境下であっても使用可能としながら、ディフューザ本体の内周面から流体の吸い込みや吹き出しを自動で行うことができる。
【００１２】
さらに、前記弁部は、前記剥離抑制流路を開放可能な電磁弁と、動圧検出部で検出した前記動圧値が前記境界を跨ぐように変化したことを検知して前記電磁弁を開放する制御部と、を有していてもよい。
【００１３】
このような弁部によると、制御部によって電磁弁を開放する構成としたことで、動圧検出部が検出する動圧値を電気的に取得して、制御部による電磁弁の開放が可能である。従って、電気配線は設置位置の自由度が高いことから、弁部の設置が容易となる。
【００１４】
また、前記剥離抑制流路は、前記ディフューザ本体の前記内周面から前記流体の吸い込みを行った後に、該内周面から吹き出してもよい。
【００１５】
このようにディフューザ本体から吸い込んだ流体を、再度ディフューザ本体へ吹き出すことになり、流体を外部に捨てることがなくなる。従って、流体のエネルギーを無駄にすることがなくなり、回転機械の運転効率向上につながる。
【００１６】
さらに、前記剥離抑制流路は、前記流体を吸い込む位置よりも吹き出す位置の方が前記ディフューザ本体の前記延在方向の前方側に位置していてもよい。
【００１７】
ディフューザ本体では、延在方向の前方側、即ち流体の流通方向の上流側に比べ、下流側の方が静圧が低い状態となっている。従って、流体の吸い込み位置よりも吹き出し位置の方が前方側に位置することで、静圧差によって自動的に吸い込みと吹き出しが可能となる。よって、簡易な構造で、ディフューザ本体の内周側における境界層の位置での流体の吸い出しや、境界層の位置での流体の増速が可能となる。
【００１８】
また、前記動圧検出部は、前記剥離抑制流路が前記流体を吸い込む位置よりも前記ディフューザ本体内の前記延在方向の後方側で、前記動圧値を検出してもよい。
【００１９】
このようにすることで、ディフューザ本体内の延在方向の後方側、即ち流体の流通方向の下流側で検出した動圧値に基づいて、流体の吸い込みを行うことで、境界層が十分に発達してしまう位置よりも上流側で、予め流体を吸い込むことが可能となる。このため、より確実に境界層の発達を抑制でき、回転機械の運転効率向上が可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に係る回転機械のディフューザは、前記剥離抑制流路の中途位置で、前記ディフューザ本体の前記内周面から吸い込んだ前記流体を加圧する加圧手段をさらに備えていてもよい。
【００２１】
このように、加圧手段を設けることで、吸い込んだ流体を十分な流量で吹き出すことができる。また、吸い込み位置及び吹き出し位置がどこに配されていても流体の吸い込み、吹き出しが可能となる。即ち、流体の吸い込み位置と吹き出し位置との間の静圧差の大小にかかわらず、流体の吸い込み、吹き出しが可能となる。
【００２２】
また、前記動圧検出部は、前記ディフューザ本体内の前記延在方向を中心とした周方向の複数の位置で前記動圧値を検出するように、複数が設けられていてもよい。
【００２３】
このように複数の動圧検出部を設けることで、流体の流れに周方向の分布が生じている場合であっても、確実に境界層の発達を検出できる。また、いずれかの動圧検出部が作動しなくとも、他の動圧検出部によって検出が可能となるため、冗長性を確保でき、信頼性の向上につながる。
【００２４】
また、前記弁部は、一つが設けられ、前記周方向に複数設けられた前記動圧検出部からの前記動圧値を集約する集約部をさらに有していてもよい。
【００２５】
このように流体の流れに周方向の分布が生じている場合であっても、周方向の各々の位置での動圧値に基づいて、この動圧値を検出した周方向位置で流体の吸い込み、吹き出しが可能となる。さらに弁部は一つであるため、部品点数を低減でき、コストダウンにつながる。
【００２６】
さらに、前記弁部は、前記周方向に複数設けられた前記動圧検出部の各々に設けられ、
前記剥離抑制流路は、前記動圧検出部の各々からの前記動圧値に対応する前記周方向の位置で、前記流体の吸い込みを行ってもよい。
【００２７】
このような弁部によって、流体の流れに周方向の分布が生じている場合であっても、周方向の各々の位置での動圧値に基づいて、この動圧値を検出した位置と同じ周方向位置で流体の吸い込みが可能となる。このため、より確実に境界層の発達を抑制でき、回転機械の運転効率向上が可能となる。
【００２８】
また、前記剥離抑制流路は、前記ディフューザ本体内の前記延在方向の複数の位置、及び該延在方向を中心とした周方向の複数の位置のうち、少なくとも一方から前記流体を吸い込むように複数が設けられ、これら複数の剥離抑制流路から吸い込んだ前記流体を集約させる集約流路をさらに備え、前記弁部は、一つが設けられて前記集約流路に接続されていてもよい。
【００２９】
このように、延在方向、又は周方向の複数の位置から吸い込んだ流体を集約させることで、一つの弁部によって複数の位置から流体を吸い込み可能となる。このため、部品点数を抑え、コストダウンを図りつつ確実に境界層の発達を抑制でき、回転機械の運転効率向上が可能となる。
【００３０】
さらに、本発明に係る回転機械のディフューザは、前記流体を取り込んで昇圧する昇圧部の入口圧力と該昇圧部の出口圧力との圧力比を検出する圧力比検出部と、前記圧力比検出部からの検出信号に基づいて前記剥離抑制流路での前記流体の流量を制御する流量制御部と、をさらに備えていてもよい。
【００３１】
このような圧力比に基づいて、剥離抑制流路での流体の流量を制御することで、回転機械の運転状態によって異なる境界層の発達度合いに応じて、吸い込み量、吹き出し量を変化させることが可能となる。従って、より効果的に境界層の発達を抑制でき、回転機械の運転効率向上が可能となる。ここで、圧力比として用いる圧力は、動圧と静圧とを合計した全圧を意味している。
【００３２】
また、本発明に係る回転機械は、流体を取り込んで昇圧する昇圧部と、前記昇圧部よりも前記流体の流通方向の下流側に設けられて、昇圧された前記流体を排出する上記のディフューザと、を備えることを特徴とする。
【００３３】
このような回転機械によると、ディフューザを設けたことで、ディフューザ本体内で変化した動圧値を基に弁部が開放され、剥離抑制流路の開放が行なわれる。そして、剥離抑制流路の開放により、ディフューザ本体の内周面からの流体の吸い込み、又は吹き出しが行われる。よって、ディフューザ本体の内周側における境界層の位置での流体の吸い出しや、境界層の位置での流体の増速が可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明のディフューザ、及び回転機械によると、ディフューザ本体内部の動圧値に基づいて、運転状態に応じた境界層制御が可能となり、ディフューザ効率向上による運転効率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る軸流圧縮機の全体断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図３】本発明の第一実施形態の第一変形例に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図４】本発明の第一実施形態の第二変形例に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図５】本発明の第一実施形態の第三変形例に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図６】本発明の第一実施形態の第四変形例に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図７】本発明の第一実施形態の第五変形例に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る軸流圧縮機に関し、ディフューザを拡大して示す側面図である。
【図９】本発明の第二実施形態の変形例に係る軸流圧縮機に関し、弁部を拡大して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機１（回転機械）について説明する。
軸流圧縮機１は、例えばガスタービン等に適用され、空気Ａを軸流圧縮機１の軸線Ｏに沿って流通させて空気Ａの昇圧を行う。
【００３７】
図１に示すように、軸流圧縮機１は、ケーシング２と、ケーシング２に覆われるようにして支持された回転軸３とを備えている。また、この軸流圧縮機１は、ケーシング２に設けられて回転軸３の延在方向に間隔をあけて配された複数段の静翼列４と、回転軸３に設けられて、軸線Ｏの方向に静翼列４と交互となるように配された複数段の動翼列５と、これら複数段の静翼列４、動翼列５よりも空気Ａの流通方向の下流側に設けられたディフューザ６とを備えている。
【００３８】
ケーシング２は、軸線Ｏを中心とした円筒状をなして軸線Ｏの方向に延在している。
【００３９】
回転軸３は、軸線Ｏを中心とした円柱状をなして軸線Ｏの方向に延在しており、ケーシング２によって軸線Ｏの径方向外側から覆われるとともに、不図示の軸受によってケーシング２との間で相対回転可能となるように、ケーシング２に支持されている。
【００４０】
複数段の静翼列４は、回転軸３に向かって、ケーシング２から径方向内側に突出するようにケーシング２に固定されて、軸線Ｏの方向に間隔をあけて配された翼部材である。また各々の静翼列４は、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼４ａから構成されている。
【００４１】
複数段の動翼列５は、ケーシング２に向かって、回転軸３から径方向外側に突出するように回転軸３に固定されて、軸線Ｏの方向に間隔をあけて配された翼部材である。また、これら動翼列５は、隣接する静翼列４同士の間に一つずつ配されており、これによって静翼列４と動翼列５とが軸線Ｏの方向に交互に配されている。また、各々の動翼列５は、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼５ａから構成されている。
【００４２】
そして、これら複数段の静翼列４、動翼列５の配された空間が空気Ａの流路ＦＣとなっており、不図示の吸気口から取り込まれた空気Ａが、この流路ＦＣ内を軸線Ｏに沿って上流から下流に向かってこれら静翼列４、動翼列５を通過しながら流通することで、この空気Ａが昇圧される。即ち、静翼列４、動翼列５によって昇圧部が構成されている。
【００４３】
次に、ディフューザ６について説明する。
ディフューザ６は、最も下流側に位置する静翼列４、即ち最終段の静翼列４の下流側に設けられている。そして、環状空間を内部に画成するディフューザ本体１０と、ディフューザ本体１０に接続された剥離抑制流路１６と、剥離抑制流路１６に設けられた弁部２５と、ディフューザ本体１０の内部の動圧値を検出する動圧検出装置１８（動圧検出部）とを備えている。
【００４４】
ディフューザ本体１０は、ケーシング２に固定されており、内周壁１１と外周壁１２とによって軸線Ｏを中心とした環状空間を内部に画成するとともに、下流に向かうに従って、環状空間の軸線Ｏ方向に直交する断面積が大きくなっている。そして上記流路ＦＣを流通して昇圧された空気Ａを上記環状空間内に導入して、外部へ向けて排出する。
【００４５】
剥離抑制流路１６は、本実施形態では、内周壁１１の内周面１１ａに形成された開口１１ａＡと外周壁１２の内周面１２ａに形成された開口１２ａＡとを接続し、ディフューザ本体１０内部の空気Ａを内周壁１１の開口１１ａＡと外周壁１２の開口１２ａＡとの間で流通させる管路となっている。そして、この剥離抑制流路１６は、ディフューザ本体１０で、内周壁１１と外周壁１２とを接続するストラット１３内を経由して、開口１１ａＡと開口１２ａＡとを接続している。
なお、図１の点線に示すように、開口１２ａＡを内周壁１１に形成してもよい。この場合、内周壁の二つの開口１１ａＡ、１２ａＡ同士を剥離抑制流路１６が接続することになる。
【００４６】
また、本実施形態では、内周壁１１の開口１１ａＡよりも外周壁１２の開口１２ａＡの方が軸線Ｏの上流側に位置している。即ち、開口１１ａＡよりも開口１２ａＡの方がディフューザ本体１０の延在方向の前方側に位置している。
ここで、ディフューザ本体１０の延在方向の前方側とは、空気Ａの軸線Ｏに沿う流通方向の上流側を意味する。よって、回転機械がディフューザ本体の延在方向が回転軸線の径方向に向かう遠心式である場合には、延在方向の前方側とは、ディフューザ本体の径方向内側を意味する。
【００４７】
動圧検出装置１８は、ディフューザ本体１０の内周壁１１からディフューザ本体１０の内部に突出する全圧管１９と、ディフューザ本体１０の内周壁１１を貫通して形成された貫通孔１５とから構成されている。
【００４８】
全圧管１９は、ディフューザ本体１０の内部に開口し、ディフューザ本体１０内部の内周側の全圧値を検出する管状部材である。
【００４９】
貫通孔１５は、ディフューザ本体１０内部の内周側の静圧値を検出する。
このようにして、動圧検出装置１８は、これら全圧管１９での全圧値と貫通孔１５での静圧値との差分によって、ディフューザ本体１０の内周壁１１近傍の動圧値を検出するものとなっている。
【００５０】
なお本実施形態では、全圧管１９が設けられた位置よりも軸線Ｏ方向の上流側となる位置で、かつ全圧管１９の開口が配された位置と同じ軸線Ｏの周方向位置で、内周壁１１に貫通孔１５が形成されている。
【００５１】
弁部２５は、全圧管１９と貫通孔１５とに接続されて、空気Ａが流入可能な作動配管２６と、全圧管１９で検出した全圧値と貫通孔１５で検出した静圧値との差分となる動圧値が所定の閾値よりも小さくなると、この動圧によって作動される空気作動弁２７（流体作動弁）とを有している。
【００５２】
さらに、この空気作動弁２７は、剥離抑制流路１６の中途位置に設けられており、上述した空気Ａの動圧によって作動されると、剥離抑制流路１６を開放し、開口１１ａＡと開口１２ａＡとの間が連通され、空気Ａが流通可能となる。
【００５３】
ここで、空気作動弁２７が作動する動圧としての上記所定の閾値とは、ディフューザ本体１０の内周壁１１の近傍で境界層が発達し、運転点がサージ点となる動圧値に対応する値とされ、このような動圧値は、実機での計測や解析等によって予め取得して設定される値となっている。
【００５４】
このような軸流圧縮機１では、軸流圧縮機１では運転点がサージング発生状態に近づくと、ディフューザ本体１０内では内周壁１１の内周面１１ａから外周壁１２の内周面１２ａへ向かう二次流れが強くなる。このため、ディフューザ本体１０内の流れが外周側へ偏在することとなる。そして最終的にはディフューザ本体１０の内周側で軸線Ｏ方向の下流へ向かう流れが無くなり、上流側に向かう逆流が発生し、内周壁１１の内周面１１ａ近傍で境界層が発達して空気Ａが剥離し、サージングへと発展してしまう。
【００５５】
そして、このような状態ではディフューザ本体１０内の動圧値が内周側では減少し、外周側では増大し、ディフューザ本体１０内の内周側では動圧値が閾値よりも大きい値から小さい値へと変化する。即ち、本実施形態では、ディフューザ本体１０内の動圧値が閾値を境界として、この境界を跨ぐように閾値よりも小さくなるように変化する。
【００５６】
本実施形態では、このように変化した動圧値を基に空気作動弁２７が作動されて、剥離抑制流路１６の開放が行なわれることで、サージング発生前、又はサージング発生時に剥離抑制流路１６によって開口１１ａＡと開口１２ａＡとが連通される。
【００５７】
ここで剥離抑制流路１６では、内周壁１１の開口１１ａＡよりも外周壁１２の開口１２ａＡの方が上流側に位置しており、また、ディフューザ本体１０の内部空間では、上流側に比べ、下流側の方が静圧の低い状態となっている。このため、開口１１ａＡの位置と開口１２ａＡの位置との間で静圧差が生じることで、開口１１ａＡからディフューザ本体１０の空気Ａを自動的に吸い込み、この吸い込んだ空気Ａを開口１１２ａＡからディフューザ本体１０内へ差圧によって自動的に吹き出すことが可能となる。
【００５８】
従って、簡易な構造でディフューザ本体１０の内周側で発達する境界層の位置での空気Ａの吸い出しを行うとともに、外周側での空気Ａの流量を増大させることで、内周側へ空気Ａを押し込んで、境界層の位置での空気Ａの増速が可能となる。
【００５９】
さらに、弁部２５として空気作動弁２７を用いたことで、別途の動力を必要とせず、軸流圧縮機１の作動流体である空気Ａをそのまま利用して、剥離抑制流路１６の開放が可能である。このため、簡易な構造によって、また高温環境下であっても空気作動弁２７を問題なく使用でき、ディフューザ本体１０から空気Ａの吸い込みを行い、ディフューザ本体１０内への吹き出しが自動で可能となる。
【００６０】
また、ディフューザ本体１０から吸い込んだ空気Ａを、再度ディフューザ本体１０へ吹き出すことで、静翼列４、動翼列５を通過して昇圧された空気Ａを外部に捨てることがなくなる。従って、昇圧された空気Ａのエネルギーを無駄にすることがなくなり、運転効率向上につながる。
【００６１】
本実施形態の軸流圧縮機１によると、ディフューザ本体１０の内部の動圧値に基づいて境界層の位置での空気Ａを吸い出し、境界層の位置での空気Ａの増速が可能となるため、運転状態に応じた境界層制御を行うことができ、ディフューザ効率向上によって、運転効率向上を図ることができる。
【００６２】
ここで、上述した説明では、内周側の位置で動圧値を検出しているが、例えば、外周側の位置で動圧値を検出し、これを基に剥離抑制流路１６の開放を行ってもよい。ここで、ディフューザ本体１０の外周側では、運転点がサージング発生状態に近づくと、内周側と反対に、動圧値が閾値よりも小さい値から大きい値へと変化することになる。このため、空気作動弁２７では、全圧管１９からの全圧値と貫通孔１５からの静圧値との差分が小さくなると剥離抑制流路１６を開放するようにする必要がある。
【００６３】
さらに、例えば、ディフューザ本体１０から吸い込んだ空気Ａを外部へ排出してもよいし、ディフューザ６の外部から別途取り込んだ空気Ａをディフューザ本体１０内へ吹きこんでもよい。
また、空気Ａの吹き込み、吹き出しは、いずれか一方のみを行ってもよい。さらに、吸い込み位置と吹き出し位置は周方向に同じ位置であってもよいし、異なる位置であってもよい。
【００６４】
さらに、動圧検出装置１８における全圧管１９及び貫通孔１５は、内周壁１１側の開口１１ａＡ（又は外周壁１２側の開口１２ａＡ）よりも下流側に設けられて、この位置で動圧値を検出してもよい。即ち、剥離抑制流路１６が空気Ａを吸い込む位置よりも、ディフューザ本体１０内の延在方向の後方側で、動圧値を検出することになる。
【００６５】
この場合には、ディフューザ本体１０内の下流側で検出した動圧値に基づいて、空気ＡＡの吸い込みを行うことで、境界層が十分に発達してしまう位置よりも上流側で、予め空気Ａを吸い込むことが可能となるため、より確実に境界層の発達を抑制でき、回転機械の運転効率向上が可能となる。
【００６６】
また、図３に示すように、剥離抑制流路１６の中途位置でディフューザ本体１０から吸い込んだ空気Ａを加圧する圧縮装置３１（加圧手段）をさらに備えていてもよい。この圧縮装置３１には、種々の公知の圧縮機を用いることができる。
なお図３では、圧縮装置３１は、空気作動弁２７よりも空気Ａを吹き出す側の位置で、即ち、空気作動弁２７と外周壁１２の開口１２ａＡ部との間に設けられているが、空気作動弁２７と内周壁１１の開口１１ａＡ部との間に設けられていてもよい。
【００６７】
このような圧縮装置３１を別途設けることで、吸い込んだ空気Ａを十分な流量で吹き出すことができる。また、吸い込み位置及び吹き出し位置がどこに配されていても、空気Ａの吸い込み、吹き出しが可能となる。具体的には、吹き出し位置となる開口１２ａＡを、吸い込み位置となる開口１１ａＡよりも、軸線Ｏ方向の下流側に配置した場合には、上述したような静圧の差圧によって自動的に空気Ａの吸い込み、吹き出しを行うことができない。しかし、圧縮装置３１によって空気Ａを加圧することで、開口１１ａＡと開口１２ａＡとの位置関係によらず、静圧の差圧の大小にかかわらず、境界層の位置での空気Ａを吸い込み、また増速し、確実に境界層の発達を抑制できる。
【００６８】
さらに、図４に示すように、動圧検出装置１８における全圧管１９、貫通孔１５は、ディフューザ本体１０内の延在方向を中心とした周方向の複数の位置で動圧値を検出してもよい。即ち、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数が設けられていてもよい。さらに、各々の動圧検出装置１８には、一つずつ弁部２５が設けられていてもよい。
【００６９】
このような場合には、軸線Ｏの周方向の異なる位置で並行して動圧値の検出し、境界層の位置での空気Ａの吸い出し、境界層の位置での空気Ａの増速が可能となる。従って、ディフューザ本体１０内で、空気Ａの流れに周方向の分布が生じている場合であっても、周方向の各々の位置での空気Ａの状態にあわせた境界層の制御が可能となる。このため、より確実に境界層の発達を抑制でき、さらなる運転効率向上が可能となる。また、このように複数の動圧検出装置１８によって、一つの動圧検出装置１８での全圧管１９、貫通孔１５の開口１１ａＡが閉塞されてしまい、動圧値検出を行うことができなくなってしまった場合であっても、他の動圧検出装置１８での動圧値検出が可能であるため、冗長性を確保でき、信頼性の向上につながる。
【００７０】
なお、動圧検出装置１８が周方向に複数設けられている場合では、図５に示すように、空気作動弁２７を一つのみ設けてもよい。この場合、複数の動圧検出装置１８各々に接続される作動配管２６同士を、マニホールド４１（集約部）で接続して連通し、このマニホールド４１を介して複数の動圧検出装置１８と一つの空気作動弁２７とを接続する。これにより、周方向の異なる位置での空気Ａの動圧値を検出できるとともに、空気作動弁２７の数量を削減できるため、コスト削減につながる。なお、吹き出し位置は図５に示すように一箇所であってもよいし、例えば軸線Ｏ方向や周方向の複数位置であってもよい。
【００７１】
また、図６に示すように、ディフューザ本体１０の内周壁１１（又は外周壁１２）には、複数の開口１１ａＡが軸線Ｏの方向、及び周方向に間隔をあけて形成され、これら複数の開口１１ａＡには、一つずつ剥離抑制流路１６が接続されていてもよい。即ち複数の剥離抑制流路１６が設けられていてもよい。
さらに、これら複数の剥離抑制流路１６同士は、マニホールド５１（集約流路）で接続されて互いに連通し、このマニホールド５１を介して、一つのみが設けられた空気作動弁２７に接続されている。なお、開口１１ａＡ、開口１２ａＡは、軸線Ｏ方向のみに複数形成されていてもよいし、周方向のみに複数形成されていてもよい。
【００７２】
このような場合には、軸線Ｏ方向、又は周方向の複数の位置から吸い込んだ空気Ａをマニホールド５１で集約させることで、一つの弁部２５で複数の位置から空気Ａを吸い込み、また吹き出すことが可能となるため、部品点数を抑えることができ、コストダウンにつながる。
【００７３】
さらに、図７に示すように、軸流圧縮機１は、空気Ａを取り込んで昇圧する昇圧部（静翼列４及び動翼列５）での空気Ａの入口圧力と出口圧力との圧力比を検出する圧力比検出装置６２（圧力比検出部）を備えていてもよい。さらに、圧力比検出装置６２からの検出信号に基づいて剥離抑制流路１６での空気Ａの流量を制御する流量制御弁６１（流量制御部）を備えていてもよい。
ここで、圧力比として用いる圧力は、動圧と静圧とを合計した全圧を意味している。
そして、流量制御弁６１は、例えば上記の電磁弁７７と同様な弁装置が適用可能であり、上記入口圧力、及び上記出口圧力は、不図示の圧力計によって取得される
【００７４】
このような場合には、圧力比に基づいて、剥離抑制流路１６での空気Ａの流量を制御することで、軸流圧縮機１の運転状態によって異なる境界層の発達度合いに応じて、吸い込み量、吹き出し量を変化させることが可能となる。従って、より効果的に境界層の発達を抑制でき、運転効率向上が可能となる。
【００７５】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る軸流圧縮機７１について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、弁部７５が第一実施形態と異なっている。
【００７６】
図８に示すように、弁部７５は、剥離抑制流路１６に設けられた電磁弁７７と、電磁弁７７を開放する制御装置７６（制御部）とを有している。
【００７７】
制御装置７６は、動圧検出装置１８に電気的に接続されて、動圧検出装置１８の全圧管１９からの全圧値と貫通孔１５からの静圧値とからこれらの差分である動圧値を検出し、この動圧値が上記の閾値を超えたことを検知して電磁弁７７を動作させる。具体的には、この制御装置７６は動圧検出装置１８からの全圧値、静圧値を電気信号に変換する圧力計と、圧力計からの電気信号を増幅するアンプとから構成されている。
【００７８】
電磁弁７７は、制御装置７６に電気的に接続されて、制御装置７６からの出力信号によって剥離抑制流路１６を開放する。
【００７９】
本実施形態の軸流圧縮機７１によると、制御装置７６によって電磁弁７７を開放する構成としたことで、動圧検出装置１８が検出する動圧値を電気配線によって取得して、制御装置７６による電磁弁７７の開放が可能である。従って、第一実施形態のように作動配管２６等を設置する場合に比べて、電気配線は設置位置の自由度が高くなるため、弁部７５の設置スペースの制約条件がある場合でも、弁部７５を容易に設置でき、確実に境界層の位置での空気Ａの吸い込みや増速を達成でき、ディフューザ効率向上によって運転効率向上を図ることができる。
【００８０】
ここで、図９に示すように、制御装置７６に代えて電磁弁作動機構８１を用いてもよい。具体的には、この電磁弁作動機構８１は、ディフューザ本体１０の内周壁１１の内外を貫通して設けられた板状部材８３と、ちょうど内周壁１１を貫通する位置で軸線Ｏの周方向に沿って延びるとともに、板状部材８３を軸線Ｏ方向に向かって回動させる軸部８２とを有している。
【００８１】
さらに、この電磁弁作動機構８１は、電磁弁７７の開放動作を開始させるように、電磁弁７７に対向する位置で、電磁弁７７に向かって突出する接触部８５が板状部材８３に形成されている。また電磁弁７７には、接触部８５が接触することで作動を開始するスイッチ８４が設けられている。
【００８２】
そして、この電磁弁作動機構８１では、ディフューザ本体１０の内周壁１１近傍の動圧値が閾値以下である場合には、軸線Ｏの径方向に対して傾斜するとともに、接触部８５が電磁弁７７とは離間した状態となっている（図９の二点鎖線）。ここで、動圧値が上記閾値よりも小さくなった場合には、軸部８２を中心として空気Ａの動圧によって回動するとともに、接触部８５がスイッチ８４に接触することで電磁弁７７が動作を開始する。
【００８３】
このような電磁弁作動機構８１を用いることで、制御装置７６だけでなく動圧検出装置１８も不要となるため、部品点数を減らすことができることや、また、機械的に電磁弁７７の開放制御を行うことができるため、構造がシンプルとなり、信頼性の向上につながる。
【００８４】
なお、このような電磁弁作動機構８１をディフューザ本体１０の外周壁１２に設けてもよく、この場合には、図９の場合とは逆に、空気Ａの動圧値が閾値よりも大きくなると電磁弁７７のスイッチ８４に接触部８５が接触するように、電磁弁作動機構８１を設置する必要がある。
【００８５】
なお、図３から図７で説明した第一実施形態の変形例については、第二実施形態にも適用可能である。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
【００８７】
例えば、上述の実施形態では、回転機械の一例として、軸流圧縮機１、７１について説明したが、例えば遠心圧縮機であってもよいし、圧縮機ではなく送風機等にも上述の実施形態の構成を適用可能である。
【００８８】
また、第一実施形態の軸流圧縮機１、図３から図７で説明した第一実施形態の変形例、第二実施形態の軸流圧縮機７１、図９で説明した第二実施形態の変形例については、適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１…軸流圧縮機（回転機械）  ２…ケーシング  ３…回転軸  ４…静翼列  ４ａ…静翼  ５…動翼列  ５ａ…動翼  ６…ディフューザ  １０…ディフューザ本体  １１…内周壁  １１ａ…内周面  １１ａＡ…開口  １２…外周壁  １２ａ…内周面  １２ａＡ…開口  １３…ストラット  １５…貫通孔  １６…剥離抑制流路  １８…動圧検出装置（動圧検出部）  １９…全圧管  ２５…弁部  ２６…作動配管  ２７…空気作動弁（流体作動弁）  Ａ…空気（流体）  Ｏ…軸線  ＦＣ…流路  ３１…圧縮装置（加圧手段）  ４１…マニホールド（集約部）  ５１…マニホールド（集約流路）  ６１…流量制御弁（流量制御部）  ６２…圧力比検出装置（圧力比検出部）  ７１…軸流圧縮機  ７５…弁部  ７６…制御装置（制御部）  ７７…電磁弁  ８１…電磁弁作動機構  ８２…軸部  ８３…板状部材  ８４…スイッチ  ８５…接触部  
【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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