(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの軸線方向に互いに隣り合うように流路に設けられた動翼及び静翼によって構成される圧縮段を、前記軸線方向に複数配列してなる回転機械であって、
前記軸線方向に対する前記静翼の角度を変化させる角度調整機構と、
前記流路の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサから出力される圧力値に基づいて、前記角度調整機構を制御する制御装置と、を備え、
複数の前記圧縮段が、前記流路の上流側に位置する前段側と、前記流路の下流側に位置する後段側とに区分され、
前記圧力センサが、少なくとも前記後段側に配され、
前記制御装置は、
起動時或いは停止時に、前記圧力センサにおいて検出された圧力変動と、旋回失速の発生を示唆する所定の失速発生圧力データと、を比較し、検出された前記圧力変動が前記失速発生圧力データに対して同等以上のレベルとなった際に、前記角度調整機構を制御して前記軸線方向に対する前記静翼の角度が減少するように前記静翼の角度を調整することを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記制御装置は、定格運転時に、前記圧力センサにおいて検出された圧力値と、サージの発生を示唆する所定のサージ発生圧力値と、を比較し、検出された前記圧力値が前記サージ発生圧力値以上となった際に、前記角度調整機構を制御して前記軸線方向に対する前記静翼の角度が減少するように前記静翼の角度を調整することを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記後段側に配される前記圧力センサが、前記軸線方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
前記圧力センサが、前記前段側に配されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転機械。
【請求項５】
前記圧力センサが、前記軸線方向に間隔をあけて配列された前記動翼と前記静翼との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機や送風機等の回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸流式の圧縮機や送風機等の回転機械を起動する際（起動時）には、ロータ本体（ハブ）に動翼を取り付けたロータ（翼車）を回転させるが、このロータの回転数が所定の回転数（定格回転数）に到達するまでの間には、所定の時間を要する。なお、回転機械を停止する際（停止時）にも、ロータの回転数が定格回転数からゼロ（停止状態）となるまでの間には、同様にして所定の時間を要する。
この回転機械の起動時や停止時には、ロータを取り付けた回転機械の流路に「旋回失速」と呼ばれる現象が生じやすく、この「旋回失速」に起因する大きな圧力変動によって動翼やロータ本体などの回転体や、静翼やケーシングなどの静止体を含む回転機械全体が振動するという不具合が生じる。
【０００３】
「旋回失速」の発生を抑制する従来の手法としては、例えば特許文献１に記載されているように、ロータの軸方向に対する静翼角度が可変となるように静翼を設けると共に、回転機械の流路の入口寄りの部分に流路内の圧力を検出する圧力センサ（圧力発信器）を設けることが考えられている。そして、圧力センサにおいて検出される圧力変動が、前述した旋回失速現象となる圧力変動とならないように、この圧力センサの検出結果に基づいて静翼の角度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭６１−１８２３９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、圧縮機や送風機等の回転機械において、ロータが定格回転数で回転している際（定格運転時）には、例えば、回転機械の流路の出口に接続される配管形状や、この配管に取り付けられるバルブの開度などによって、例えば図５に示すように、流路出口Ｘ１側における流体の圧力Ｐや温度、湿度が変動し易い。なお、流体は外部から流路入口Ｘ０を経て流路内に吸入されるため、流路入口Ｘ０における流体の圧力Ｐや温度、湿度は、流路外部の状態に依存し、回転機械の運転状態の影響を受けない。
そして、流路出口Ｘ１側における圧力Ｐが過度に上昇すると、流路出口Ｘ１側において「サージ」と呼ばれる不具合現象が生じるという問題がある。
【０００６】
ここで、定格運転時に発生する「サージ」について説明する。定格運転時における回転機械では、例えば図６に示すように、流路出口側の圧力Ｐが上昇（図６において矢印で示す方向に上昇）すると、単位時間当たりに回転機械の流路出口から外部に流れ出る流量Ｑが減少する、言い換えれば、流路出口あるいはその近傍において軸体の軸方向に流れる流体の流速が低下する、という特性を有している。
そして、定格運転時には、動翼が軸体の周方向に移動する速度（ロータの回転速度）が一定であるため、上述のように流体の軸方向の流速が低下した分だけ、流路出口側に配された動翼（その翼弦）に対する流体の入射角度が大きくなってしまう、言い換えれば、流体の流れ方向に対する動翼の相対的な迎え角が大きくなってしまう。その結果、流体が動翼の翼面に沿って流れなくなる「剥離」が生じる。なお、この剥離現象は、図６における流量Ｑと圧力Ｐとの関係が、Ａ点（圧力Ｐの極大値）よりもＢ点側に移ることで発生する。
【０００７】
そして、「サージ」は、上述した剥離現象によって流路出口側において動翼や軸体が大きく振動する現象である。なお、図６においてはＢ点が「サージ」の発生点を示している。このような大振動が発生すると、回転機械が運転不能状態に陥る虞がある。したがって、回転機械においては、「サージ」の発生を抑えることが可能な手法が求められている。
なお、特許文献１に記載の構成では、静翼の角度が調整可能となっていることから、軸方向に流れる流体の流量を調整できるものの、旋回失速現象の回避を目的として、圧力センサを流路入口側に設けているため、この圧力センサでは、流路出口側における「サージ」の発生を示唆する圧力を検出することはできない。すなわち、「サージ」の発生を抑えることができない。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、「サージ」の発生を抑えることが可能な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】
【０００９】
この課題を解決するために、ロータの軸線方向に互いに隣り合うように流路に設けられた動翼及び静翼によって構成される圧縮段を、前記軸線方向に複数配列してなる回転機械であって、前記軸線方向に対する前記静翼の角度を変化させる角度調整機構と、前記流路の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサから出力される圧力値に基づいて、前記角度調整機構を制御する制御装置と、を備え、複数の前記圧縮段が、前記流路の上流側に位置する前段側と、前記流路の下流側に位置する後段側とに区分され、前記圧力センサが、少なくとも前記後段側に配され、前記制御装置は、起動時或いは停止時に、前記圧力センサにおいて検出された圧力変動と、旋回失速の発生を示唆する所定の失速発生圧力データと、を比較し、検出された前記圧力変動が前記失速発生圧力データに対して同等以上のレベルとなった際に、前記角度調整機構を制御して前記軸線方向に対する前記静翼の角度が減少するように前記静翼の角度を調整する。
また、前記制御装置は、定格運転時に、前記圧力センサにおいて検出された圧力値と、サージの発生を示唆する所定のサージ発生圧力値と、を比較し、検出された前記圧力値が前記サージ発生圧力値以上となった際に、前記角度調整機構を制御して前記軸線方向に対する前記静翼の角度が減少するように前記静翼の角度を調整してもよい。
【００１０】
なお、前記後段側は、例えば、複数の圧縮段の配列方向（軸線方向）の中間位置よりも流路出口側の領域である。また、前記前段側は、例えば、複数の圧縮段の配列方向の中間位置よりも流路入口側の領域である。
そして、例えば、前記圧縮段の段数が奇数である場合、前記中間位置は、配列方向の中間に位置する一の圧縮段を構成する動翼と静翼との間の位置となる。一方、前記圧縮段の段数が偶数である場合、前記中間位置は、配列方向の中間において隣接する二つの圧縮段の間の位置となる。
【００１１】
上記回転機械によれば、回転機械の定格運転時には、複数の圧縮段のうち後段側（流路出口側）において発生しやすい「サージ」を示唆する圧力を、後段側に配された圧力センサ（後段側圧力センサ）によって検出することができるため、上記回転機械の定格運転時における「サージ」の発生を抑えることが可能となる。
すなわち、「サージ」の発生は、複数の圧縮段のうち後段側（流路出口側）の圧力上昇に起因するため、上記回転機械では、後段側圧力センサにおいて検出される圧力値が、「サージ」の発生を示唆する所定の圧力値（サージ発生圧力値；制御装置に予め記憶されている圧力値）以上であると制御装置で判定された際に、制御装置によって角度調整機構を制御して、静翼（その翼弦）の角度を調整すればよい。
【００１２】
より具体的に説明すれば、上述のように制御装置が判定した際に、流路において軸線方向に流れる流体の流量（特に流路出口側において流れる流量）を増加させて、後段側圧力センサにおいて検出される圧力値がサージ発生圧力値よりも小さくなるように、制御装置が角度調整機構を制御して、軸線方向に対する静翼の角度を減少させればよい。
以上のように静翼の角度を調整することで、「サージ」の発生を抑えることができる。
【００１３】
そして、前記回転機械においては、前記後段側に配される前記圧力センサが、前記軸線方向に複数配列されていると好ましい。
【００１４】
上記回転機械では、複数の後段側圧力センサにより、複数の圧縮段の後段側のうち軸線方向の複数箇所において、「サージ」を示唆する圧力を検出することができる。したがって、後段側における流路の軸線方向長さが長くても、「サージ」の発生を示唆する圧力を容易に検知して、「サージ」の発生を抑制することができ、より信頼性を向上することができる。
【００１５】
また、前記回転機械においては、前記圧力センサが前記前段側に配されていてもよい。
上記回転機械では、その定格運転時に、前段側に配された圧力センサ（前段側圧力センサ）によって「サージ」の発生を示唆する圧力を検出することができるため、複数の圧縮段のうち前段側において「サージ」が発生することも抑制できる。
【００１６】
さらに、上記回転機械では、その起動時あるいは停止時に、複数の圧縮段のうち前段側（流路入口側）において発生しやすい「旋回失速」の発生を示唆する圧力変動を、前段側圧力センサによって検出することができるため、起動時あるいは停止時における「旋回失速」の発生も抑えることが可能となる。
なお、「旋回失速」の発生を抑えるためには、前段側圧力センサにおいて検出される圧力変動が、「旋回失速」の発生を示唆する所定の圧力変動（失速発生圧力データ；制御装置に予め記憶されている圧力変動）に対して同等以上のレベルであると制御装置で判定された際に、制御装置によって角度調整機構を制御して、静翼の角度を調整すればよい。
【００１７】
より具体的に説明すれば、上述のように制御装置が判定した際には、流路において軸線方向に流れる流体の流量（特に流路入口側において流れる流量）を増加させることで、前段側圧力センサにおいて検出される圧力変動が上記失速発生圧力データよりも小さくなるように、制御装置が角度調整機構を制御して、軸線方向に対する静翼の角度を減少させればよい。
以上のように静翼の角度を調整することで、「旋回失速」の発生を抑えることができる。
【００１８】
また、「旋回失速」の発生条件は、流路入口から流路内に吸入される流体の圧力や温度、湿度によって変化するが、上記構成の回転機械では、「旋回失速」の発生を示唆する圧力変動に基づいて「旋回失速」の発生抑制を図っているため、「旋回失速」の発生条件の変化に関わらず、「旋回失速」の発生を抑制することが可能である。
【００１９】
さらに、上記構成の回転機械によれば、その起動時あるいは停止時に、圧力センサで検出される圧力変動に基づいて「旋回失速」の発生を防止しているため、起動時や停止時においてロータを回転させる動力の削減を図り、これに伴う回転機械のランニングコスト削減も図ることもできる。さらに、回転機械の起動や停止に要する時間を短縮することも可能である。
【００２０】
また、前記回転機械においては、前記圧力センサが、前記軸線方向に間隔をあけて配列された前記動翼と前記静翼との間に設けられているとよい。
【００２１】
上記構成の回転機械では、圧力センサが動翼の先端部に対してロータの径方向に対向配置されない。このため、圧力センサが、動翼の先端部において生じる局所的な流体の擾乱に基づく圧力変動を検出してしまうことを抑制できる。したがって、圧縮段によって圧縮される流体の圧力を精度よく検出することができる。言い換えれば、前述した「サージ」や「旋回失速」を示唆する圧力値や圧力変動を確実に検出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数の圧縮段の後段側に設けられた圧力センサによって、回転機械の定格運転時に「サージ」の発生を示唆する圧力値を検出することができる上、圧力センサから出力される圧力値に基づいて、圧力センサにおいて検出される圧力値がサージ発生圧力値以下となるように静翼の角度を調整できるため、回転機械の定格運転時における「サージ」の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転機械を示す概略断面図である。
【図２】図１の回転機械において、同一の圧縮段を構成する動翼及び静翼の周方向の配列を示す概略図である。
【図３】図１の回転機械を構成する圧力センサ、制御装置及びアクチュエータの関係を示すブロック図である。
【図４】図１の回転機械の起動時及び停止時における旋回失速限界を示すグラフである。
【図５】一般的な回転機械の定格運転時における流路の軸線方向の圧力分布を示すグラフである。
【図６】一般的な回転機械の定格運転時における流路出口側での圧力と流量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１〜４を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る圧縮機（回転機械）１は、動翼３０の揚力を利用して気体（流体）Ｗを圧縮する軸流式の圧縮機であり、例えばガスタービン等に設置される。なお、圧縮機１をガスタービンに設ける場合、ガスタービンでは、圧縮された気体Ｗと燃料とを混合、燃焼した燃焼ガスによってタービンを回転させ、これを圧縮機１の動力とする。
図１に示すように、圧縮機１は、筒状に形成されたケーシング１０と、ケーシング１０の内側に回転自在に設けられるロータ２０と、ケーシング１０の内周部に取り付けられる静翼４０と、を備えている。また、ロータ２０は、柱状に形成されたロータ本体２１と、ロータ本体２１の外周部に取り付けられる動翼３０と、を備えて構成されている。
【００２５】
ロータ本体２１は、ケーシング１０内においてロータ本体２１の軸線Ｃ１回りに回転可能とされている。なお、ケーシング１０の軸線はロータ本体２１の軸線Ｃ１に一致している。このロータ本体２１は、前述したタービン等の原動機に接続され、原動機の駆動力によって回転するようになっている。
そして、ケーシング１０の内周部とロータ本体２１の外周部との間には、気体Ｗを軸線Ｃ１方向（図１において左側から右側に向かう方向）に流す流路ＦＰが画成されている。なお、図１においては、ケーシング１０の左端が気体Ｗを吸入する流路ＦＰの入口（流路入口Ｘ０）となっており、右端側が気体Ｗを外部に流出させる流路ＦＰの出口（流路出口Ｘ１）となっている。この流路ＦＰは、軸線Ｃ１方向に直交する流路ＦＰの断面積が流路入口Ｘ０側（上流側）から流路出口Ｘ１側（下流側）に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている。なお、本実施形態では、ケーシング１０の内径寸法が上流側から下流側に向かうにしたがって小さくなるようにケーシング１０を形成することで、上記流路ＦＰが形成されているが、これに限ることはない。
【００２６】
動翼３０は、ロータ本体２１からその径方向外側に延出しており、動翼３０の延出方向の先端部が、径方向の間隙を介してケーシング１０の内周部に対向している。この動翼３０は、ロータ本体２１の周方向に等間隔で複数配列されて環状動翼群を構成している（図２参照）。また、複数の動翼３０からなる環状動翼群が、軸線Ｃ１方向に間隔をあけて複数（図示例では五つ）配列されている。
このように配される動翼３０は、ロータ本体２１が回転することで、ロータ本体２１の周方向（図２におけるＣ方向）に移動する。これによって、動翼３０の上流側の気体Ｗが下流側に流されると共に圧縮される。
【００２７】
静翼４０は、ケーシング１０からその径方向内側に延出しており、静翼４０の延出方向の先端部が、ロータ本体２１の外周部との間に間隙を有して対向している。この静翼４０は、各環状動翼群の下流側において、ケーシング１０の周方向に等間隔で複数配列されて環状静翼群を構成している（図２参照）。この環状静翼群は、環状動翼群と同様に、軸線Ｃ１方向に間隔をあけて複数（図示例では五つ）配列されている。以上により、動翼３０及び静翼４０が軸線Ｃ１方向に隣り合うように設けられている。
【００２８】
そして、各静翼４０は、図１，２に示すように、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０の翼弦４１の角度が所定範囲内で変化するように、ケーシング１０の径方向を中心軸として、ケーシング１０に対して揺動可能に取り付けられている。
このように設けられる静翼４０（環状静翼群）は、その上流側に隣接する動翼３０（環状動翼群）を通過した気体Ｗの流れ方向を調節して、静翼４０の下流側に隣接する動翼３０に対して効率よく流入させる役割、あるいは、流路出口Ｘ１から効率よく流出させる役割を果たす。
【００２９】
このように構成される圧縮機１では、軸線Ｃ１方向に間隔をあけて配列された一つの環状動翼群及び環状静翼群によって、気体Ｗを圧縮する一つの圧縮段５０が構成されている。そして、圧縮段５０は軸線Ｃ１方向に複数配列されている。これら複数の圧縮段５０は、その配列方向の中間位置Ｘ２（図１参照）よりも流路入口Ｘ０側に位置する前段側と、中間位置Ｘ２よりも流路出口Ｘ１側に位置する後段側とに区分される。
また、本実施形態の圧縮機１では、圧縮段５０の段数が奇数（図示例では五段）となっているため、前段側の圧縮段５０Ａ，５０Ｂと後段側の圧縮段５０Ｄ，５０Ｅとの間には、一つの圧縮段５０Ｃ（中段の圧縮段５０Ｃ）が位置する。このため、前述した配列方向の中間位置Ｘ２は、中段の圧縮段５０Ｃを構成する動翼３０と静翼４０との間の位置を示している。
【００３０】
なお、図示していないが、この圧縮機１の流路ＦＰには、上述した複数の圧縮段５０の上流側に、流路入口Ｘ０から流入する気体Ｗに対してロータ２０の回転方向と同じ方向に予旋回を加え、圧縮機１の効率向上を図るインレットガイドベーンが設けられてもよい。
【００３１】
さらに、圧縮機１は、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０の角度を変化させる角度調整機構６０を備えている。
角度調整機構６０は、筒状に形成された可動筒部材６１と、静翼と可動筒部材６１とを連結するリンク機構６２と、可動筒部材６１を駆動するアクチュエータ６３（図３参照）と、を備えている。
【００３２】
可動筒部材６１は、ケーシング１０を径方向外側から覆うように配され、軸線Ｃ１方向に移動可能とされている。また、リンク機構６２は、可動筒部材６１の軸線Ｃ１方向への移動を静翼４０の揺動に変換するものである。さらに、アクチュエータ６３は、後述する制御装置８０（図３参照）から出力される制御信号に応じて、可動筒部材６１を駆動して軸線Ｃ１方向に移動させるものである。
そして、本実施形態の構成では、全ての静翼４０がリンク機構６２によって同一の可動筒部材６１に連結されている。これによって、可動筒部材６１が軸線Ｃ１方向に所定距離だけ移動した際には、全ての静翼４０が同じ方向に同じ角度だけ揺動する。すなわち、本実施形態の構成では、全ての静翼４０が同期揺動する。
【００３３】
また、本実施形態の圧縮機１は、ケーシング１０の内周部に設けられて流路ＦＰの圧力を検出する圧力センサ７０を備えている。
圧力センサ７０は、軸線Ｃ１方向に複数配列されており、これら複数の圧力センサ７０は、軸線Ｃ１方向に配列された各静翼４０の下流側（静翼４０の後縁）に隣り合う位置、言い換えれば、各圧縮段５０の下流側に隣り合う位置に配されている。また、最も下流側に配される圧力センサ７０Ｅを除く他の圧力センサ７０Ａ〜７０Ｄは、軸線Ｃ１方向に隣り合う圧縮段５０，５０の間、すなわち、上流側に位置する静翼４０の後縁と下流側に位置する動翼３０の前縁との間に配されている。
【００３４】
これにより、複数の圧縮段５０のうち後段側には、複数の圧力センサ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ（後段側圧力センサ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ）が軸線Ｃ１方向に配列されている。また、複数の圧縮段５０のうち前段側にも、複数の圧力センサ７０Ａ，７０Ｂ（前段側圧力センサ７０Ａ，７０Ｂ）が軸線Ｃ１方向に複数配列されている。
なお、圧力センサ７０は、軸線Ｃ１方向の同一位置において、例えばケーシング１０の周方向に一つだけ配されていてもよいが、例えば周方向に複数配列されていてもよい。
【００３５】
また、圧縮機１は、図３に示すように、複数の圧力センサ７０から出力される圧力値に基づいて、角度調整機構６０のアクチュエータ６３の動作を制御する制御装置８０を備えている。
制御装置８０は、圧縮機１において「サージ」の発生を示唆する所定の圧力値（サージ発生圧力値）、及び、「旋回失速」の発生を示唆する所定の圧力変動（失速発生圧力データ）、が記憶されたメモリ部８１を備えている。なお、上記圧力変動は、圧力値の時間的な変動（圧力波形）のことであり、圧力波形の振幅や周波数などの値を含むものである。したがって、メモリ部８１に記憶される失速発生圧力データには、「旋回失速」発生時の圧力波形やその振幅、周波数などの値が含まれている。
【００３６】
これらサージ発生圧力値や失速発生圧力データは、例えば、圧縮機１において「サージ」や「旋回失速」を意図的に発生させる試験（試運転）を実施することで計測される圧力値や圧力変動に基づいて設定され、例えば、計測された圧力値や圧力変動よりも低いレベルに設定されるものである。
なお、本実施形態において、メモリ部８１に記憶されるサージ発生圧力値や失速発生圧力データは、圧縮機１の試運転時に複数の圧力センサ７０で計測された複数の圧力値や圧力変動のうち、最も低いレベルの圧力値や圧力変動に基づいて設定されている。
【００３７】
そして、制御装置８０は、圧縮機のロータ２０が定格回転数（例えば３６００ｒｐｍ）で回転している状態（定格運転時）で、圧力センサ７０（特に後段側圧力センサ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ）において検出された圧力値と、メモリ部８１に記憶されたサージ発生圧力値とを比較し、検出された圧力値がサージ発生圧力値以上となった際に、アクチュエータ６３を制御して静翼４０の角度を調整するように構成されている。すなわち、制御装置８０は、検出された圧力値に基づいて「サージ」の予兆を検知した際に、静翼４０の角度を調整するように構成されている。この際、静翼４０の角度調整は、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０の角度が減少するように行われる。
【００３８】
また、制御装置８０は、圧縮機１の起動時あるいは停止時に、圧力センサ７０（特に前段側圧力センサ７０Ａ，７０Ｂ）において検出される圧力変動と、メモリ部８１に記憶された失速発生圧力データとを比較し、検出された圧力変動が失速発生圧力データに対して同等以上のレベル（例えば、検出された圧力変動の振幅が失速発生圧力データの振幅以上）となった際に、アクチュエータ６３を制御して、静翼４０の角度を調整するように構成されている。すなわち、制御装置８０は、検出された圧力変動に基づいて「旋回失速」の予兆を検知した際に、静翼４０の角度を調整するように構成されている。この際、静翼４０の角度調整は、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０の角度が減少するように行われる。
【００３９】
次に、上記構成の圧縮機１の定格運転時において静翼４０の角度を調整する方法について説明する。
圧縮機１の定格運転時に、例えば、複数の圧力センサ７０のいずれか一つ（特に後段側圧力センサ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ）において検出される圧力値がサージ発生圧力値以上である、と制御装置８０が判定した際には、制御装置８０がアクチュエータ６３を制御して、静翼４０（翼弦４１）の角度を調整する。
【００４０】
この際の角度調整は、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０の角度が減少するように行われる。これにより、流路ＦＰにおいて軸線Ｃ１方向に流れる気体Ｗの流量が増加するため、複数の圧力センサ７０によって検出される圧力値が小さくなる。そして、制御装置８０が、検出される圧力値がサージ発生圧力値よりも小さいと判定した時点で、制御装置８０により静翼４０の揺動を停止すればよい、すなわち、上述した静翼４０の角度調整を終了させればよい。
以上のように静翼４０の角度調整を行うことで、「サージ」の発生を防止することができる。
【００４１】
次に、圧縮機１の起動時において静翼４０の角度を調整する方法について（図４を参照して）説明する。
なお、図４のグラフにおいては、静翼４０の設計取付角度を静翼４０の角度の基準（θ＝０°）としている。また、図４に示すグラフの横軸は、静翼４０の設計取付角度（θ＝０°）からの偏差を表している。さらに、このグラフの横軸正方向（図４における右方向）は、軸線Ｃ１に対する静翼４０の角度θが小さくなる方向である、すなわち、流路ＦＰを通る気体Ｗの流量が増大する方向となっている。
【００４２】
また、静翼４０の設計取付角度とは、ロータ２０の回転数Ｒが０（ｒｐｍ）とアイドリング回転数Ｒ０（ｒｐｍ）との間に設定されている状態で、例えば、「旋回失速」が発生しない、あるいは、発生したとしても動翼３０等に過度な負担がかからないように設定された角度である。なお、設計取付角度に設定された静翼４０の翼弦４１は、図４に示すように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。
また、図４のグラフにおいて斜線で示される「旋回失速発生領域」は、静翼４０の角度θとロータ２０の回転数Ｒとの関係で、「旋回失速」が発生する領域を示している。そして、「旋回失速発生領域」の境界線ｌの位置は、大気（圧縮機１の流路入口Ｘ０よりも上流側における気体Ｗ）の圧力や温度、湿度などの大気条件によって変化するものである。
【００４３】
そして、ロータ２０の回転が完全に停止した状態から、定格回転数Ｒ１（ｒｐｍ）（図４参照）までロータ２０の回転数Ｒを増加させる圧縮機１の起動時には、はじめに、「旋回失速」が発生しないように、ロータ２０の回転数Ｒを０（ｒｐｍ）からアイドリング回転数Ｒ０（ｒｐｍ）まで少しずつ増加させる。この際、静翼４０の角度θを設計取付角度に保持しておく。
【００４４】
ロータ２０の回転数Ｒがアイドリング回転数Ｒ０に到達した後には、ロータ２０の回転数Ｒをアイドリング回転数Ｒ０から定格回転数Ｒ１まで増加させる。このようにロータ２０の回転数Ｒを増加させる際には、流路ＦＰを流れる気体Ｗの流量が無駄に大きくならないように、すなわち、ロータ２０を回転させる動力が無駄に大きくならないように、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０（翼弦４１）の角度θを取付設計角度（θ＝０°）から定格運転時の角度（例えばθ＝−θ１、−θ２）まで増加させる。なお、この静翼４０の角度調整は、制御装置８０によって行われる。
【００４５】
さらに、本実施形態の圧縮機１では、アイドリング回転数Ｒ０から定格回転数Ｒ１まで増加させる間に、複数の圧力センサ７０（特に前段側圧力センサ７０Ａ，７０Ｂ）において圧力変動を検出し、複数の圧力センサ７０のいずれか一つにおいて検出される圧力変動が失速発生圧力データに対して同等のレベル以上である、と制御装置８０が判定した際には、制御装置８０がアクチュエータ６３を制御して、静翼４０（翼弦４１）の角度θを調整する。
【００４６】
この際の角度調整は、軸線Ｃ１方向に対する静翼４０の角度θが減少するように行われる。これにより、流路ＦＰにおいて軸線Ｃ１方向に流れる気体Ｗの流量が増加するため、複数の圧力センサ７０によって検出される圧力変動のレベルが小さくなる。そして、制御装置８０が、検出される圧力変動が失速発生圧力データのレベルよりも小さいと判定した時点で、制御装置８０により静翼４０の揺動を停止させる、あるいは、静翼４０の角度θが増加する方向に静翼４０を揺動させればよい。
以上のように静翼４０の角度調整を行うことで、「旋回失速」の発生を防止することができる。言い換えれば、静翼４０の角度θとロータ２０の回転数Ｒとの関係が、図４に示す「旋回失速領域」に入り込むことを防止できる。
なお、上述した起動時における静翼４０の角度θの調整は、圧縮機１の停止時においても同様に行われる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の圧縮機１によれば、その定格運転時に、「サージ」を示唆する圧力を、複数の圧力センサ７０（特に後段側圧力センサ７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ）によって検出することができる。特に、複数の圧縮段５０の軸線Ｃ１方向の複数個所において、「サージ」を示唆する圧力検出することができるため、流路ＦＰの軸線Ｃ１方向長さ（特に後段側の長さ）が長くても、「サージ」の発生を示唆する圧力を容易に検出することができ、より信頼性を向上することができる。
さらに、これら圧力センサ７０から出力される圧力値に基づいて、圧力センサ７０において検出される圧力値がサージ発生圧力値以下となるように静翼４０の角度θを調整するため、圧縮機１の定格運転時における「サージ」の発生を防止することが可能である。
【００４８】
また、本実施形態の圧縮機１によれば、その起動時あるいは停止時に、「旋回失速」を示唆する圧力変動を、複数の圧力センサ７０（特に前段側圧力センサ７０Ａ，７０Ｂ）によって検出することができる上、これら圧力センサ７０から出力される圧力変動に基づいて、圧力センサ７０において検出される圧力変動が失速発生圧力データ以下となるように静翼４０の角度θを調整するため、圧縮機１の起動時あるいは停止時における「旋回失速」の発生を防止することができる。
さらに、「旋回失速」の発生条件は、図４に示す境界線ｌの説明でも述べたように、流路入口Ｘ０から流路ＦＰ内に吸入される気体Ｗの圧力や温度、湿度（大気条件）によって変化するが、本実施形態では、「旋回失速」の発生を示唆する圧力変動に基づいて「旋回失速」の発生防止を図っているため、上述した大気条件の変化に関わらず、「旋回失速」の発生を防止することが可能である。
【００４９】
さらに、本実施形態の圧縮機１では、軸線Ｃ１方向に隣り合う静翼４０，４０間に配される圧力センサ７０が、上流側に位置する静翼４０の後縁と下流側に位置する動翼３０の前縁との間に位置している、すなわち、動翼３０の先端部に対してロータ２０の径方向に対向しない。このため、圧力センサ７０が、動翼３０の先端部において生じる局所的な気体Ｗの擾乱に基づく圧力変動を検出してしまうことを抑制できる。したがって、圧縮段５０によって圧縮される気体Ｗの圧力を精度よく検出することができる。言い換えれば、前述した「サージ」や「旋回失速」を示唆する圧力値や圧力変動を確実に検出することができる。
【００５０】
また、本実施形態の圧縮機１によれば、その起動時あるいは停止時に、圧力センサ７０で検出される圧力変動に基づいて「旋回失速」の発生を防止しているため、起動時や停止時においてロータ２０を回転させる動力の削減を図り、これに伴う圧縮機１のランニングコスト削減も図ることができる。さらに、圧縮機１の起動や停止に要する時間を短縮することも可能である。
【００５１】
以下、圧縮機１の起動時あるいは停止時おいて得られる上記二つの効果について、図４に示すグラフを参照して詳細に説明する。
本実施形態の圧縮機１では、前述したように、圧力センサ７０で検出される圧力変動に基づいて「旋回失速」の発生を防止しているため、起動時あるいは停止時において、図４に示すように、ロータ２０の回転数Ｒと静翼４０の角度θとの関係が「旋回失速発生領域」に入らないように、ロータ２０の回転数Ｒに対応づけて静翼４０の角度θを増加あるいは減少させる角度変化スケジュールＳ１を予め設定する必要が無い。
言い換えれば、ロータ２０の回転数Ｒの変化（単位時間当たりの回転数Ｒの増加あるいは減少）の大きさに関わらず、静翼４０の角度θを短い時間で大きく変化（起動時には増加、停止時には減少）させることができる。
【００５２】
具体的に説明すれば、例えば圧縮機１を起動する際には、図４のグラフに例示する角度変化スケジュールＳ２のように、取付設計角度から境界線ｌに近づくように静翼４０の角度θを変化させても（角度変化スケジュールＳ２のＥ点からＦ点に向かう移動が行われても）、前述したように「旋回失速」の発生が防止されるため、「旋回失速発生領域」に入り込むことはない。
そして、圧力センサ７０で検出される圧力変動に基づいて静翼４０の角度調整が行われるため、境界線ｌに近い領域において境界線ｌに沿うように静翼４０の角度θを増加させていくことができる。すなわち、角度変化スケジュールＳ２のＦ点からＧ点への移動が可能となる。
【００５３】
以上、説明したように、圧縮機１の起動時あるいは停止時には、境界線ｌに近い領域において静翼４０の角度θを変化させることができるため、角度変化スケジュールＳ１と比較して、ロータ２０を回転させるための動力を削減することができる。なお、図４のグラフからも明らかなように、定格運転時（定格回転数Ｒ１）においても、境界線ｌに近い位置まで静翼４０の角度θを変化させることができるため、気体Ｗの流量を大きく変化させることができる、すなわち、広い運転領域を確保することができる。
さらに、起動時あるいは停止時には、静翼４０の角度θを短い時間で大きく変化させることができるため、圧縮機１の起動や停止に要する時間を短縮することも可能となる。
【００５４】
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、メモリ部８１には、最も低いレベルのサージ発生圧力値や失速発生圧力データだけが記憶されるとしたが、例えば、複数の圧力センサ７０毎のサージ発生圧力値や失速発生圧力データが記憶されていてもよい。この場合、制御装置８０は、一の圧力センサ７０において検出された圧力値や圧力変動を、一の圧力センサ７０に対応するサージ発生圧力値や失速発生圧力データと比較することで、上記実施形態と同様に静翼４０の角度調整の要否を判定すればよい。
【００５５】
また、最も下流側に配される圧力センサ７０Ｅを除く他の圧力センサ７０Ａ〜７０Ｄは、上記実施形態において示した位置に配されることに限らず、少なくとも軸線Ｃ１方向に隣り合う静翼４０の間に配されていればよい。
したがって、圧力センサ７０Ａ〜７０Ｄは、例えば、上流側に位置する動翼３０の後縁と下流側に位置する静翼４０の前縁との間に配されてもよい。また、ロータ２０の回転に伴って動翼３０の先端部とケーシング１０の内周部との間に発生する局所的な気体Ｗの擾乱に基づく圧力変動の大きさが、「サージ」の発生を示唆する圧力や「旋回失速」の発生を示唆する圧力変動の大きさと比較して十分に小さい場合、圧力センサ７０は、例えば、ケーシング１０の内周部のうち動翼３０の先端部に対向する位置に配されてもよい。
【００５６】
なお、前述したように、圧力センサ７０Ａ〜７０Ｄが動翼３０の後縁と静翼４０の前縁との間に配される場合、一つの圧力センサ７０が複数の圧縮段５０の中間位置Ｘ２に配されることになる。この場合、中間位置Ｘ２に配された圧力センサ７０は、「サージ」を示唆する圧力を検出する後段側圧力センサとして機能してもよいし、「旋回失速」の発生を示唆する前段側圧力センサとして機能してもよい。また、これら両方のセンサとして機能させてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、複数の圧縮段５０の前段側あるいは後段側には、それぞれ複数の圧力センサ７０が軸線Ｃ１方向に配列されているが、例えば、一つの圧力センサ７０が配されるだけでもよい。
さらに、上記実施形態では、圧力センサ７０が、複数の圧縮段５０の前段側及び後段側の両方に配されているが、本発明の圧縮機では少なくとも「サージ」を示唆する圧力だけを検出できればよいため、少なくとも複数の圧縮段５０の後段側にのみ配されていればよい。
【００５８】
また、角度調整機構６０は、可動筒部材６１、リンク機構６２及びアクチュエータ６３によって構成されることに限らず、少なくとも静翼４０の角度が変化するように制御装置８０によって制御される構成であればよい。
さらに、角度調整機構６０は、全ての静翼４０を同期揺動させるように構成されることに限らず、例えば、同一の環状静翼群を構成する静翼４０だけを同期揺動させると共に、複数の環状静翼群が互いに独立して揺動するように構成されてもよい。また、例えば、可動筒部材６１やリンク機構６２を備えず、全ての静翼４０が個別のアクチュエータによって独立して揺動するように構成されてもよい。
【００５９】
このように複数の静翼４０が互いに独立して揺動し、さらに前述したように、複数のサージ発生圧力値や失速発生圧力データが複数の圧力センサ７０に対応づけてメモリ部８１に記憶されている場合、例えば、制御装置８０は、一の圧力センサ７０において検出された圧力値や圧力変動が一の圧力センサ７０に対応するサージ発生圧力値や失速発生圧力データ以上のレベルになった際に、一の圧力センサ７０に対応する静翼４０（一の環状静翼群）の角度のみを調整してもよい。
【００６０】
また、上記実施形態の圧縮機１では、圧縮段５０の段数が奇数に設定されているが、例えば偶数に設定されてもよい。この場合には、上記実施形態のような中段の圧縮段５０Ｃは存在せず、前段側の圧縮段５０と後段側の圧縮段５０との間の位置が、複数の圧縮段５０の配列方向の中間位置となる。
さらに、上記実施形態では、本発明を軸流式の圧縮機１に適用したが、斜流式の圧縮機、軸流式と斜流式とを組み合わせた圧縮機、軸流式あるいは斜流式の送風機にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…圧縮機（回転機械）、１０…ケーシング、２０…ロータ、３０…動翼、４０…静翼、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ…圧縮段、６０…角度調整機構、７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ…圧力センサ、８０…制御装置、Ｃ１…軸線、ＦＰ…流路、Ｗ…気体（流体）、Ｘ０…流路入口、Ｘ１…流路出口、Ｘ２…中間位置
【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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