(57)【要約】      （修正有）【課題】効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制可能であり、簡素な構成を有するターボ機械を提供する。【解決手段】ディフューザベーンの上流端を含む径方向範囲に形成される空洞部と、ディフューザベーンの上流端よりも上流側の第１部分に空洞部を連通させる第１連通路と、ディフューザベーンの上流端と下流端との間の第２部分に前記空洞部を連通させる第２連通路と、を含むケーシングと、空洞部内の可動部とを備え、可動部は、第１連通路、空洞部および第２連通路を介した流路の第１部分と第２部分との間の連通を阻害する連通阻害位置と、第１部分と前記第２部分との間の連通を許容する連通許容位置と、の間で移動可能に構成され、可動部を押圧する圧力媒体を受け入れ可能なチャンバとインペラの上流側の流体流路との間の低圧導管と、チャンバとディフューザベーンの下流側の流体流路との間に設けられる導管を切り替え可能なバルブを備える。【選択図】図１
2018168838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路を流れる流体を昇圧させるためのインペラと、
前記インペラの下流側にて前記流体流路上に設けられるディフューザベーンと、
少なくとも前記ディフューザベーンを覆うように設けられ、前記ディフューザベーンの上流端を含む径方向範囲に形成される空洞部と、前記流体流路のうち前記ディフューザベーンの前記上流端よりも上流側の第１部分に前記空洞部を連通させる第１連通路と、前記流体流路のうち前記ディフューザベーンの前記上流端と下流端との間の第２部分に前記空洞部を連通させる第２連通路と、を含むケーシングと、
前記空洞部内に設けられる可動部と、を備え、
前記可動部は、
前記第１連通路、前記空洞部および前記第２連通路を介した前記流体流路の前記第１部分と前記第２部分との間の連通を阻害する連通阻害位置と、
前記第１連通路、前記空洞部および前記第２連通路を介した前記流体流路の前記第１部分と前記第２部分との間の連通を許容する連通許容位置と、
の間で移動可能に構成され、
前記可動部を押圧するための圧力媒体を受け入れ可能なチャンバと前記インペラの上流側の前記流体流路との間に設けられる低圧導管と、
前記チャンバと前記ディフューザベーンの下流側の前記流体流路との間に設けられる高圧導管と、
前記低圧導管又は前記高圧導管のうち前記チャンバに連通させる導管を切り替え可能に構成された少なくとも一つのバルブと、をさらに備える
ことを特徴とするターボ機械。
【請求項２】
前記流体流路を流れる前記流体の流量が第１範囲内であるとき、前記可動部が前記連通阻害位置に動き、
前記流体流路を流れる前記流体の前記流量が、前記第１範囲よりも小流量側の第２範囲又は前記第１範囲よりも大流量側の第３範囲の少なくとも一方に含まれるとき、前記可動部が前記連通許容位置に動く
ように前記チャンバに連通される前記導管を切り替えるよう前記少なくとも一つのバルブを制御するためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
【請求項３】
前記第２範囲の前記流量の最大値は、前記ターボ機械の回転数の増加とともに大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のターボ機械。
【請求項４】
前記第３範囲の前記流量の最小値は、前記ターボ機械の回転数の増加とともに大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のターボ機械。
【請求項５】
前記可動部は、前記空洞部内を摺動可能に設けられたピストンであり、
前記ピストンのストローク範囲の何れの位置においても、前記チャンバは前記流体流路と非連通状態にある
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項６】
前記ケーシングは、
前記空洞部のうち前記可動部の前記連通許容位置への退避のための退避スペースを形成するとともに、前記第１連通路を含む第１ケーシング部と、
前記第１ケーシング部に接続され、前記第２連通路を有するとともに前記空洞部を部分的に形成するディフューザ壁部を含む第２ケーシング部と、
を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項７】
前記ディフューザ壁部は、前記可動部の前記連通阻害位置を規定するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載のターボ機械。
【請求項８】
前記可動部は、前記ターボ機械の周方向に沿って延在するリングピストンであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項９】
前記ケーシングに固定される一端を有し、前記可動部に固定される他端を有するベローズ部を含み、
前記チャンバは、前記ベローズ部の内部空間であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのバルブは、
前記低圧導管に設けられる第１開閉弁と、
前記高圧導管に設けられる第２開閉弁と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のターボ機械。
【請求項１１】
前記低圧導管と前記高圧導管の合流点に一端が接続され、前記チャンバに他端が接続される共通流路をさらに備え、
前記少なくとも一つのバルブは、前記低圧導管と前記高圧導管との前記合流点に設けられる三方弁を含む
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機等のターボ機械において、流体の流量が小さい運転条件において流れが不安定になりターボ機械の振動が生じるサージング現象や、流体の流量が大きい運転条件において流れが閉塞状態となり、出口静圧を下げても流体流量が増加しないチョーク状態を抑制する試みがなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ケーシング及びインペラを備えるポンプにおいて、ケーシングの内壁のうちインペラが存在する領域に軸方向又は周方向等に沿った溝を形成することにより、サージングを抑制することが記載されている。
また、特許文献１には、ケーシング内において、低流量域でインペラ入口外縁領域に、該領域において生じる再循環流の逆流部分を順流部分と分離するためのセパレータを配置して、再循環流の拡大を防止することにより、サージングを抑制することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、サージング及びチョークを抑制するために、インペラ下流側のディフューザ通路を形成するディフューザ壁の外側全周にチャンバが設けられた遠心圧縮機が開示されている。この遠心圧縮機では、ディフューザベーン前縁の上流側及びディフューザベーンのスロート部下流側において、上述のチャンバとディフューザ通路とを接続するスリットがそれぞれ設けられているとともに、ディフューザ通路の外側において、ディフューザ通路に対して進退可能な蓋により、上述のスリットを開閉可能になっている。そして、サージング又はチョークが起こる流量域になったときに蓋を開くことでサージング又はチョークを抑制するとともに、通常の流量では蓋を閉じることで、設計点前後の流量域での効率の低下を抑制するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３２２０９号公報
【特許文献２】実開平３−１１６７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２に記載の遠心圧縮機では、ディフューザ通路（流体通路）と、ディフューザ壁の外側に設けられたチャンバとを接続するスリットの開閉状態を切り替える蓋を動かすための動力として、油圧アクチュエータ等の外部の機構が用いられているため、構成が比較的複雑であり、設備コストが比較的高い。
【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制可能であり、かつ、比較的簡素な構成を有するターボ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】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
流体流路を流れる流体を昇圧させるためのインペラと、
前記インペラの下流側にて前記流体流路上に設けられるディフューザベーンと、
少なくとも前記ディフューザベーンを覆うように設けられ、前記ディフューザベーンの上流端を含む径方向範囲に形成される空洞部と、前記流体流路のうち前記ディフューザベーンの前記上流端よりも上流側の第１部分に前記空洞部を連通させる第１連通路と、前記流体流路のうち前記ディフューザベーンの前記上流端と下流端との間の第２部分に前記空洞部を連通させる第２連通路と、を含むケーシングと、
前記空洞部内に設けられる可動部と、を備え、
前記可動部は、
前記第１連通路、前記空洞部および前記第２連通路を介した前記流体流路の前記第１部分と前記第２部分との間の連通を阻害する連通阻害位置と、
前記第１連通路、前記空洞部および前記第２連通路を介した前記流体流路の前記第１部分と前記第２部分との間の連通を許容する連通許容位置と、
の間で移動可能に構成され、
前記可動部を押圧するための圧力媒体を受け入れ可能なチャンバと前記インペラの上流側の前記流体流路との間に設けられる低圧導管と、
前記チャンバと前記ディフューザベーンの下流側の前記流体流路との間に設けられる高圧導管と、
前記低圧導管又は前記高圧導管のうち前記チャンバに連通させる導管を切り替え可能に構成された少なくとも一つのバルブと、をさらに備える。
【０００９】
上記（１）の構成では、バルブによってチャンバに導入する圧力を切り替えることにより、可動部を連通阻害位置と連通許容位置との間で移動させることができる。すなわち、チャンバに連通させる導管をバルブによって切り替えることで、チャンバと、空洞部のうち可動部を隔ててチャンバと反対側の空間と、の間の圧力差に起因して可動部に作用する力の方向が変わり、可動部を連通阻害位置又は連通許容位置の何れかに動かすことができる。よって、サージング又はチョークが生じやすい流体の流量範囲においては、可動部を連通許容位置に位置させることにより、流体通路から第１連通路、空洞部及び第２連通路を介した流体の流れを形成してサージング又はチョークを抑制することができるとともに、サージング及びチョークが生じにくい流体の流量範囲においては、可動部を連通阻害位置に位置させることにより、上述の流体流れを形成せずに、ターボ機械の効率の低下を抑制できる。よって、上記（１）の構成によれば、流体の圧力を用いて可動部を作動させる比較的簡素な構成により、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記流体流路を流れる前記流体の流量が第１範囲内であるとき、前記可動部が前記連通阻害位置に動き、
前記流体流路を流れる前記流体の前記流量が、前記第１範囲よりも小流量側の第２範囲又は前記第１範囲よりも大流量側の第３範囲の少なくとも一方に含まれるとき、前記可動部が前記連通許容位置に動く
ように前記チャンバに連通される前記導管を切り替えるよう前記少なくとも一つのバルブを制御するためのコントローラをさらに備える。
【００１１】
上記（２）の構成によれば、流体の流量が、サージング及びチョークが生じにくい第１範囲内であるとき可動部を連通阻害位置に位置させることにより、流体通路から第１連通路、空洞部及び第２連通路を介した流体の流れを形成せずに、ターボ機械の効率の低下を抑制できる。また、上記（２）の構成によれば、流体の流量が、サージングが生じやすい比較的小流量側の第２範囲内であるとき、又は、チョークが生じやすい比較的大流量側の第３範囲内であるとき、可動部を連通許容位置に位置させることにより、上述の流体流れを形成してサージング又はチョークを抑制することができる。よって、上記（２）の構成によれば、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記第２範囲の前記流量の最大値は、前記ターボ機械の回転数の増加とともに大きくなるように設定されている。
【００１３】
ターボ機械のサージングは、流量だけでなく、ターボ機械の回転数にも依存する。そこで、上記（３）の構成のように、第２範囲の流量の最大値をターボ機械の回転数の増加とともに大きくすることで、比較的高流量であってもサージングが起きやすいターボ機械の高回転域において、可動部を適切に連通許容位置に動かし、サージングを効果的に抑制することができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記第３範囲の前記流量の最小値は、前記ターボ機械の回転数の増加とともに大きくなるように設定されている。
【００１５】
ターボ機械のチョークは、流量だけでなく、ターボ機械の回転数にも依存する。そこで、上記（４）の構成のように、第３範囲の流量の最小値をターボ機械の回転数の増加とともに大きくすることで、比較的低流量であってもチョークが起きやすいターボ機械の低回転域において、可動部を適切に連通許容位置に動かし、サージングを効果的に抑制することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記可動部は、前記空洞部内を摺動可能に設けられたピストンであり、
前記ピストンのストローク範囲の何れの位置においても、前記チャンバは前記流体流路と非連通状態にある。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、ピストンのストローク範囲の何れの位置においてもチャンバと流体流路とが連通しないため、バルブの操作により、高圧導管又は低圧導管の何れか一方の導管をチャンバに連通させても、導管を介した流体流量は非常に小さく、ターボ機械の運転効率に殆ど影響を与えることがない。よって、ターボ機械の運転効率の低下を効果的に抑制しながら、サージング又はチョークの抑制を実現できる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記ケーシングは、
前記空洞部のうち前記可動部の前記連通許容位置への退避のための退避スペースを形成するとともに、前記第１連通路を含む第１ケーシング部と、
前記第１ケーシング部に接続され、前記第２連通路を有するとともに前記空洞部を部分的に形成するディフューザ壁部を含む第２ケーシング部と、
を含む。
【００１９】
上記（６）の構成によれば、それぞれ空洞部を部分的に形成する第１ケーシング部と第２ケーシング部とでケーシングを形成することで、可動部のケーシングへの組み付けが容易となる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、前記ディフューザ壁部は、前記可動部の前記連通阻害位置を規定するように構成される。
【００２１】
上記（７）の構成によれば、ディフューザ壁部により、可動部の連通阻害位置を規定する簡素な構成により、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、前記可動部は、前記ターボ機械の周方向に沿って延在するリングピストンである。
【００２３】
上記（８）の構成によれば、リングピストンにより可動部を形成した簡素な構成により、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記ケーシングに固定される一端を有し、前記可動部に固定される他端を有するベローズ部を含み、
前記チャンバは、前記ベローズ部の内部空間である。
【００２５】
上記（９）の構成によれば、ベローズ部によってチャンバを形成した簡素な構成により、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００２６】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記少なくとも一つのバルブは、
前記低圧導管に設けられる第１開閉弁と、
前記高圧導管に設けられる第２開閉弁と、
を含む。
【００２７】
上記（１０）の構成によれば、第１開閉弁によってチャンバと低圧導管との連通状態を切り替え可能であるとともに、第２開閉弁によってチャンバと高圧導管との連通状態を切り替え可能である。よって、第１開閉弁及び第２開閉弁を適切に操作することにより、チャンバに導入する圧力を切り替えて、可動部を連通阻害位置と連通許容位置との間で移動させることができる。これにより、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００２８】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記低圧導管と前記高圧導管の合流点に一端が接続され、前記チャンバに他端が接続される共通流路をさらに備え、
前記少なくとも一つのバルブは、前記低圧導管と前記高圧導管との前記合流点に設けられる三方弁を含む。
【００２９】
上記（１１）の構成によれば、低圧導管と高圧導管との合流点に設けられた三方弁によって、チャンバと低圧導管との連通状態、及び、チャンバと高圧導管との連通状態を切り替え可能である。よって、三方弁を適切に操作することにより、チャンバに導入する圧力を切り替えて、可動部を連通阻害位置と連通許容位置との間で移動させることができる。これにより、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制可能であり、かつ、比較的簡素な構成を有するターボ機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態に係る圧縮機（ターボ機械）の軸方向に沿った断面図である。
【図２】一実施形態に係る圧縮機（ターボ機械）の軸方向に沿った断面図である。
【図３Ａ】図１に示す圧縮機の可動部近傍の拡大図である。
【図３Ｂ】図１に示す圧縮機の可動部近傍の拡大図である。
【図４Ａ】図２に示す圧縮機の可動部近傍の拡大図である。
【図４Ｂ】図２に示す圧縮機の可動部近傍の拡大図である。
【図５】一実施形態に係る圧縮機に係る、流量Ｑと、圧縮機効率η及び圧力Ｐとの関係の一例を示すグラフである。
【図６】圧縮機の回転数Ｎと、第２範囲の流量の最大値Ｑｂとの関係の一例を示すグラフである。
【図７】圧縮機の流量Ｑと圧力Ｐとの関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
以下、本発明に係るターボ機械の幾つかの実施形態として遠心圧縮機について説明するが、本発明は、遠心型のターボ機械に適用可能であり、圧縮機のみならず、例えば、遠心型のポンプ又はファン等のターボ機械にも適用できる。
【００３４】
図１及び図２は、それぞれ、一実施形態に係る圧縮機１（ターボ機械）の軸方向に沿った断面図である。なお、図１及び図２には、可動部８が後述する連通許容位置に位置する状態の圧縮機１が示されている。
また、図３Ａ及び図３Ｂは、図１に示す圧縮機１の可動部８近傍の拡大図であり、図４Ａ及び図４Ｂは、図２に示す圧縮機１の可動部８近傍の拡大図である。図３Ａ及び図４Ａは、それぞれ、可動部８が後述する連通許容位置に位置する状態を示し、図３Ｂ及び図４Ｂは、それぞれ、可動部８が後述する連通阻害位置に位置する状態を示す。
【００３５】
図１及び図２に示すように、圧縮機１は、インペラ２と、ディフューザベーン９と、インペラ２及びディフューザベーン９を覆うように設けられたケーシング４と、を備えている。インペラ２は、ケーシング４によって形成される流体流路３を流れる流体を昇圧させるように構成されている。ディフューザベーン９は、インペラ２の下流側にて流体流路３上に設けられている。
【００３６】
図１に示すケーシング４は、第１ケーシング本体５を含む第１ケーシング部５０と、第２ケーシング本体６を含む第２ケーシング部６０と、を含む。第１ケーシング部５０と第２ケーシング部６０とは、第１ケーシング本体５の端部に設けられたフランジ部５ａが第２ケーシング本体６にボルト１２等により接合されることにより、互いに接続されている。
【００３７】
ケーシング４には、ディフューザベーン９の上流端９ａを含む圧縮機１の径方向（以下、単に径方向とも称する。）範囲に、周方向に沿って空洞部１０が形成されている。また、ケーシング４は、空洞部１０を流体流路３にそれぞれ連通させる第１連通路１６及び第２連通路１８を含む。第１連通路１６は、流体流路３のうちディフューザベーン９の上流端９ａよりも上流側の第１部分３ａに空洞部１０を連通させるように形成されている。第２連通路１８は、流体流路３のうちディフューザベーン９の上流端９ａと下流端９ｂとの間の第２部分３ｂに空洞部１０を連通させるように形成されている。
【００３８】
図１及び図２に示す例示的な実施形態では、第１連通路１６及び第２連通路１８は、径方向において、第２ケーシング部６０の一部であるディフューザ壁部７と、第１ケーシング本体５及び第２ケーシング本体６との間にそれぞれ形成されている。
【００３９】
ディフューザ壁部７は、ディフューザベーン９に対向する壁面７ａを有するとともに、壁面７ａの反対側の壁面７ｂによって空洞部１０を部分的に形成している。
第１連通路１６は、径方向におけるディフューザ壁部７（第２ケーシング部６０）と第１ケーシング本体５との間において、周方向に沿って環状に設けられている。また、第２連通路１８は、第２ケーシング部６０において、周方向に沿ってディフューザベーン９と重ならない位置に離散して設けられている。
【００４０】
また、圧縮機１は、空洞部１０内に設けられた可動部８Ａ又は８Ｂ（以下、まとめて可動部８とも表記する）を備えている。図１及び図２に示す例示的な実施形態において、可動部８は、空洞部１０内を摺動可能に設けられたピストンである。
さらに、圧縮機１には、可動部を押圧するための圧力媒体を受け入れ可能なチャンバ２０が形成されている。
【００４１】
図１に示す例示的な実施形態では（図３Ａ及び図３Ｂも参照）、可動部８Ａは、圧縮機１の周方向（以下、単に周方向とも称する。）に沿って延在するリングピストンであり、チャンバ２０は、ケーシング４と、リングピストン（可動部８Ａ）とによって囲まれる空間である。
リングピストン（可動部８Ａ）は軸方向に沿って空洞部１０内を移動可能である。可動部８Ａの第１連通路１６及び第２連通路に近づく方向への移動は、上述のディフューザ壁部７の壁面７ｂによって規制されるようになっている。また、可動部８Ａの第１連通路１６及び第２連通路から遠ざかる方向への移動は、第１ケーシング本体５の壁面によって規制されるようになっている。
【００４２】
図２に示す例示的な実施形態では（図４Ａ及び図４Ｂも参照）、圧縮機１は、空洞部１０内において伸縮可能なベローズ部３４を含み、ベローズ部３４は、周方向に沿って延在する内周側ベローズ３５と、内周側ベローズ３５よりも外周側において周方向に沿って延在する外周側ベローズ３６と、を含む。内周側ベローズ３５及び外周側ベローズ３６は、一端側において、周方向に沿って延在するエンドプレート３２に固定されるとともに、該エンドプレート３２を介して、ケーシング４に固定されている。また、内周側ベローズ３５及び外周側ベローズ３６は、他端側において、周方向に沿って延在するピストン（可動部８Ｂ）に固定されている。チャンバ２０は、内周側ベローズ３５と外周側ベローズ３６との間の空間、すなわち、ベローズ部３４の内部空間である。
【００４３】
図１及び図２に示す圧縮機１において、チャンバ２０とインペラ２の上流側の流体流路３との間には低圧導管２２が設けられているとともに、チャンバ２０とディフューザベーン９下流側の流体流路３との間には高圧導管２４が設けられている。そして、圧縮機１は、低圧導管２２又は高圧導管２４のうち、チャンバ２０に連通させる導管を切り替え可能に構成された少なくとも１つのバルブ３０Ａ，３０Ｂ又は３０Ｃ（以下、まとめてバルブ３０とも表記する。）を備えている。
すなわち、バルブ３０を操作することによって、低圧導管２２及び高圧導管２４とチャンバ２０との連通状態を切り替えて、可動部８を押圧するための圧力媒体として、インペラ２の上流側の流体流路３の流体、又は、ディフューザベーン９の下流側の流体流路３の流体をチャンバ２０に導入可能になっている。
【００４４】
図１に示す例示的な実施形態では、少なくとも１つのバルブ３０は、低圧導管２２に設けられた第１開閉弁３０Ａと、高圧導管２４に設けられた第２開閉弁３０Ｂと、を含む。この場合、低圧導管２２をチャンバ２０に連通させるためには、低圧導管２２に設けられた第１開閉弁３０Ａを開放するとともに、高圧導管２４に設けられた第２開閉弁３０Ｂを閉止する。また、高圧導管２４をチャンバ２０に連通させるためには、高圧導管２４に設けられた第２開閉弁３０Ｂを開放するとともに、低圧導管２２に設けられた第１開閉弁３０Ａを閉止する。
【００４５】
図２に示す例示的な実施形態では、低圧導管２２及び高圧導管２４は、合流点２８において合流しており、合流点２８とチャンバ２０との間に設けられる共通流路２６を介してチャンバ２０に接続されている。そして、少なくとも１つのバルブ３０は、低圧導管２２と高圧導管２４との合流点２８に設けられた三方弁３０Ｃを含む。この場合、低圧導管２２をチャンバ２０に連通させるためには、三方弁３０Ｃを操作して、低圧導管２２と共通流路２６とを連通状態にするとともに、高圧導管２４と共通流路２６とを非連通状態にする。また、高圧導管２４をチャンバ２０に連通させるためには、三方弁３０Ｃを操作して、高圧導管２４と共通流路２６とを連通状態にするとともに、低圧導管２２と共通流路２６とを非連通状態にする。
【００４６】
可動部８は、空洞部１０内において、連通阻害位置（図３Ｂ及び図４Ｂ参照）と、連通許容位置（図３Ａ及び図４Ａ）との間で移動可能に構成されている。
可動部８の連通阻害位置とは、第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８を介した流体流路３の第１部分３ａと第２部分３ｂとの間の連通を阻害する可動部８の位置である。また、可動部８の連通許容位置とは、第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８を介した流体流路３の第１部分３ａと第２部分３ｂとの間の連通を許容する可動部８の位置である。
すなわち、可動部８が連通阻害位置に位置するとき、可動部８が連通許容位置に位置するときに比べて、流体流路３の第１部分３ａと第２部分３ｂとの間において、第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８によって形成される循環路の流路断面積が小さい。
【００４７】
そして、上述したように、バルブ３０を操作することによって、チャンバ２０に導入する圧力媒体を切り替えることにより、可動部８を連通阻害位置又は連通許容位置に選択的に位置させることができる。
【００４８】
例えば、図１及び図２に示す圧縮機１において、バルブ３０を操作して、低圧導管２２をチャンバ２０に連通させた場合、チャンバ２０には、低圧導管２２を介して、インペラ２の上流側の流体流路３の流体（インペラ２の下流側に設けられる空洞部１０よりも上流側の流体流路３の流体）が導入される。このように低圧導管２２を介してチャンバ２０に導入される流体の圧力は、ディフューザベーン９の上流端９ａにおける流体の圧力（又は空洞部１０における流体の圧力）よりも低い。よって、可動部８には、軸方向に沿って、空洞部１０からチャンバ２０に向かう方向の力が作用する。これにより、可動部８は、ディフューザ壁部７から遠ざかった位置、すなわち連通許容位置（図３Ａ及び図４Ａ参照）に位置することとなる。
【００４９】
また、図１及び図２に示す圧縮機１において、バルブ３０を操作して、高圧導管２４をチャンバ２０に連通させた場合、チャンバ２０には、高圧導管２４を介して、ディフューザベーン９の下流側の流体流路３の流体（空洞部１０よりも下流側の流体流路３の流体）が導入される。このように高圧導管２４を介してチャンバ２０に導入される流体の圧力は、ディフューザベーン９の上流端９ａにおける流体の圧力（又は空洞部１０における流体の圧力）よりも高い。よって、可動部８には、軸方向に沿って、チャンバ２０から空洞部１０に向かう方向の力が作用する。これにより、可動部８は、ディフューザ壁部７により規制される位置、すなわち連通阻害位置（図３Ｂ及び図４Ｂ参照）に位置することとなる。
【００５０】
圧縮機１において、小流量等の運転条件下では、ディフューザベーン９に入射する流れ入射角の減少に起因する流れの剥離や、ディフューザベーン９の上流端９ａ側における流れの失速が生じ、これがサージングの原因となり得る。
このような場合に、可動部８を連通許容位置に位置させると、第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８により形成される循環路を介した流体流路３の第２部分３ｂから第１部分３ａへの流体の循環流（下流側から上流側への流れ）が形成される。そうすると、循環流が第１連通路１６から流体流路３に吹き出されて、サージングの原因となるディフューザベーン９における流れの剥離や、ディフューザベーン９の上流端９ａ側における流れの失速が緩和される。
したがって、流体の流量が小さい運転条件等、流体の流れが不安定になり圧縮機１（ターボ機械）の振動が生じる現象であるサージングが生じやすい流体の流量範囲においては、可動部８を連通許容位置に位置させることにより、上述の循環流を形成して、サージングを抑制することができる。
【００５１】
また、圧縮機１において、大流量等の運転条件下では、ディフューザベーン９により形成されるスロート部において流れが閉塞状態となるチョークが生じ得る。
このような場合に、可動部８を連通許容位置に位置させると、第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８により形成される循環路を介した流体流路３の第１部分３ａから第２部分３ｂへの流体の流れ（上流側から下流側への流れ）が形成される。そうすると、この流体の流れが第２連通路１８から流体流路３に吹き出されて、閉塞状態が生じるディフューザベーン９のスロート部をバイパスしてディフューザベーン９の出口に向かって流れ、流体流路３の閉塞状態が緩和される。
したがって、流体の流量が大きい運転条件等、流体流れの閉塞が生じるチョークが生じやすい流体の流量範囲においては、可動部８を連通許容位置に位置させることにより、上述の循環路を介した流体の流れを形成して、チョークを抑制することができる。
【００５２】
一方、可動部８が連通阻害位置にあるとき、第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８を介した流体流路３の第１部分３ａと第２部分３ｂとの間の連通が阻害されるので、上述の循環路を介した流体流路３の第１部分３ａと第２部分３ｂとの間における流体の流れは形成されない。したがって、圧縮機１（ターボ機械）においてサージング又はチョークが生じにくい流体の流量範囲においては、可動部８を連通阻害位置に位置させることにより、上述の循環路を介した流れを形成せずに、圧縮機１の効率の低下を抑制できる。
【００５３】
したがって、上述の実施形態によれば、流体の圧力を用いて可動部８を作動させる比較的簡素な構成により、ターボ機械の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００５４】
幾つかの実施形態では、可動部８としてのピストンが、空洞部１０内におけるストローク範囲の何れの位置に位置するときでも（すなわち、ピストン（可動部８）が連通許容位置又は連通阻害位置、もしくはこれらの間の位置にあるときでも）、チャンバ２０は流体流路３と非連通状態にある。
【００５５】
この場合、ピストン（可動部８）のストローク範囲の何れの位置においてもチャンバ２０と流体流路３とが連通しないため、バルブ３０の操作により、高圧導管２４又は低圧導管２２の何れか一方の導管をチャンバ２０に連通させても、導管を介した流体流量は非常に小さく、圧縮機１の運転効率に殆ど影響を与えることがない。よって、圧縮機１の運転効率の低下を効果的に抑制しながら、サージング又はチョークの抑制を実現できる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、ケーシング４を構成する第１ケーシング部５０は、空洞部１０のうち可動部８の連通許容位置への退避のための退避スペース１１を形成する。また、該第１ケーシング部５０は、第１連通路１６を含む。また、ケーシング４を構成する第２ケーシング部６０は、第２連通路１８と、上述のディフューザ壁部７と、を含む。
【００５７】
このように、それぞれ空洞部１０を部分的に形成する第１ケーシング部５０と第２ケーシング部６０とでケーシング４を形成することで、可動部８のケーシングへの組み付けが容易となる。
【００５８】
幾つかの実施形態では、ディフューザ壁部７は、連通阻害位置にある可動部８の移動を規制するように構成される。
例えば、図３Ｂに示す例示的な実施形態では、連通阻害位置にある可動部８Ａは、第１連通路１６及び第２連通路１８に最も近付いた位置において、ディフューザ壁部７の壁面７ｂと接しており、さらなるディフューザ壁部７側への移動が規制されている。
【００５９】
このように、ディフューザ壁部７により、連通阻害位置にある可動部８の移動を規制する簡素な構成により、圧縮機１の効率の低下を抑制しながらサージング又はチョークを抑制することができる。
【００６０】
幾つかの実施形態では、圧縮機１は、図１及び図２に示すように、バルブ３０の開閉を制御するためのコントローラ１００をさらに備えている。
コントローラ１００は、流体流路３を流れる流量Ｑに応じて、チャンバ２０に連通される導管（低圧導管２２又は高圧導管２４）を切り替えるように、バルブ３０を制御するように構成されている。
【００６１】
幾つかの実施形態では、コントローラ１００は、流体流路３を流れる流体の流量Ｑが第１範囲内であるとき、可動部８が連通阻害位置に動き、上述の流量Ｑが第１範囲よりも小流量側の第２範囲又は第１範囲よりも大流量側の第３範囲の少なくとも一方に含まれるとき、可動部８が連通許容位置に動くように、バルブ３０を制御してチャンバ２０に連通される導管を切り替えるように構成される。
【００６２】
ここで、図５は、一実施形態に係る圧縮機１において、流体流路３を流れる流量Ｑと、圧縮機効率η及び流体流路３の圧力Ｐとの関係の一例を示すグラフである。図５のグラフに示す流量Ｑの第１範囲（Ｑｂ＜Ｑ＜Ｑｃ）は、例えば、圧縮機１の設計流量ＱＤを含む流量の範囲である。図中の曲線１０２は、可動部８が連通許容位置にあるときの圧縮機効率ηを示し、曲線１０４は、可動部８が連通阻害位置にあるときの圧縮機効率ηを示す。
【００６３】
流量Ｑが第１範囲よりも小さい第２範囲（グラフに示す例ではＱａ≦Ｑ≦Ｑｂの範囲）内であるときにサージングが生じやすい圧縮機１において、上述の実施形態に係る圧縮機１では、流量Ｑが第２範囲内であるときに、コントローラ１００によってバルブ３０を制御して、低圧導管２２をチャンバ２０に連通させて、可動部８を連通許容位置に動かす。これにより、上述の循環路（第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８によって形成される循環路）を介した流体流路３の第２部分３ｂから第１部分３ａへの循環流が形成され、サージングが生じる流量Ｑをより小流量側に移動させることができる。すなわち、第２範囲におけるサージングを抑制することができるので、圧縮機１の運転範囲を、小流量側に拡大することができる（図５のグラフ中の第２範囲における曲線１０２参照）。
【００６４】
また、流量Ｑが第１範囲よりも大きい第３範囲（グラフに示す例ではＱｃ≦Ｑ≦Ｑｅの範囲）内であるときにチョークが生じやすい圧縮機１において、上述の実施形態に係る圧縮機１では、流量Ｑが第３範囲内であるときに、コントローラ１００によってバルブ３０を制御して、低圧導管２２をチャンバ２０に連通させて、可動部８を連通許容位置に動かす。これにより、上述の循環路（第１連通路１６、空洞部１０及び第２連通路１８によって形成される循環路）を介した流体流路３の第１部分３ａから第２部分３ｂへの流れが形成され、チョークが生じる流量Ｑをより大流量側に移動させることができる。すなわち、第３範囲におけるチョークを抑制することができるので、圧縮機１の運転範囲を、大流量側に拡大することができる（図５のグラフ中の第３範囲における曲線１０２参照）。
【００６５】
また、仮に、流量Ｑの第１範囲においても可動部８が連通許容位置に位置したままで、上述の循環路を介した流体の流れが形成されたままである場合、流量Ｑの第１範囲における圧縮機の効率ηは、図５のグラフ中の曲線１０２の一点鎖線部分のようになり、可動部８が連通阻害位置に位置して上述の循環路を介したが形成されない場合（図５のグラフ中の曲線１０４参照）に比べて圧縮機１の効率が低下する。
この点、上述の実施形態によれば、流量Ｑが第１範囲内であるときには、コントローラ１００によってバルブ３０を制御して、高圧導管２４をチャンバ２０に連通させて、可動部８を連通阻害位置にかす。これにより、流量Ｑの第１範囲内では、上述の循環路を介した流体の循環流を形成せずに、圧縮機１の効率の低下を抑制できる（図５のグラフ中の曲線１０４参照）。
【００６６】
なお、圧縮機１は、流体流路３における流体の流量Ｑを計測するための流量計７２（図１及び図２参照）をさらに備えていてもよい。該流量計７２は、インペラ２の下流側に位置する図示しない吐出管における流体流路３の流量を計測するように構成されていてもよい。流量計７２として、例えばオリフィス流量計を用いてもよい。
また、コントローラ１００は、該流量計７２による計測結果を受け取って、該計測結果に基づいて、バルブ３０の開閉を制御するように構成されていてもよい。
【００６７】
上述のコントローラ１００において、可動部８を連通許容位置に移動させる第２範囲の流量の最大値Ｑｂは、圧縮機１の回転数Ｎの増加とともに大きくなるように設定されていてもよい。
また、上述のコントローラ１００において、可動部を連通許容位置に移動させる第４範囲の流量の最小値Ｑｃは、圧縮機１の回転数Ｎの増加とともに大きくなるように設定されていてもよい。
【００６８】
ここで、図６は、圧縮機１の回転数Ｎと、第２範囲の流量の最大値Ｑｂ及び第３範囲の流量の最小値Ｑｃとの関係の一例を示すグラフである。また、図７は、幾つかの回転数Ｎにおける、圧縮機１の流体流路３の流量Ｑと圧力Ｐとの関係の一例を示すグラフである。なお、図６及び図７のグラフにおいて、回転数Ｎは、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３であり、回転数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３における第２範囲の流量の最大値Ｑｂは、それぞれ、Ｑｂ１，Ｑｂ２，Ｑｂ３であり、回転数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３における第３範囲の流量の最小値Ｑｃは、それぞれ、Ｑｃ１，Ｑｃ２，Ｑｃ３である。
【００６９】
圧縮機１のサージングは、流体流路３における流量Ｑだけでなく、圧縮機１の回転数Ｎにも依存する。
例えば、図６における直線Ｌ１１のグラフ及び図７における直線Ｌ２１のグラフによれば、圧縮機１の回転数Ｎが増加するにつれて、第２範囲の流量の最大値Ｑｂが大きくなる。すなわち、圧縮機１の回転数Ｎが大きいほど、比較的高流量域においても、サージングが生じやすいことが示されている。
【００７０】
この点、上述のように、第２範囲の流量の最大値Ｑｂを圧縮機１の回転数Ｎの増加とともに大きくすることで、比較的高流量であってもサージングが起きやすい圧縮機１の高回転域において、可動部８を適切に連通許容位置に動かし、サージングを効果的に抑制することができる。
【００７１】
また、圧縮機１のチョークは、流体流路３における流量Ｑだけでなく、圧縮機１の回転数Ｎにも依存する。
例えば、図６における直線Ｌ１２のグラフ及び図７における直線Ｌ２２のグラフによれば、圧縮機１の回転数Ｎが増加するにつれて、第３範囲の流量の最小値Ｑｃが大きくなる。すなわち、圧縮機１の回転数Ｎが小さいほど、比較的小流量域においても、チョークが生じやすいことが示されている。
【００７２】
この点、上述のように、第３範囲の流量の最小値Ｑｃを圧縮機１の回転数Ｎの増加とともに大きくすることで、比較的小流量であってもチョークが起きやすい圧縮機１の低回転域において、可動部８を適切に連通許容位置に動かし、チョークを効果的に抑制することができる。
【００７３】
なお、圧縮機１は、圧縮機１の回転数を計測するための回転計（不図示）をさらに備えていてもよい。回転計は、圧縮機１の主軸に接続され、該主軸の回転数を計測するように構成されていてもよい。回転計は、エンコーダ等の回転速度計を用いたものであってもよい。
また、コントローラ１００は、該回転計による計測結果を受け取って、該計測結果に基づいて、バルブ３０の開閉を制御するように構成されていてもよい。
【００７４】
以上、本発明の実施形態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ことはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、可動部８としてリングピストン（可動部８Ａ）を採用するとともに、バルブ３０として第１開閉弁３０Ａ及び第２開閉弁３０Ｂを採用した例（図１参照）、及び、可動部８としてベローズ部３４の一端に固定されたピストン（可動部８Ｂ）を採用するとともに、バルブ３０として三方弁３０Ｃを採用した例について説明したが、他の実施形態では、これ以外の組み合わせを採用してもよい。例えば、一実施形態では、可動部８としてリングピストン（可動部８Ａ）を採用するとともに、バルブ３０として三方弁３０Ｃを採用してもよい。また、他の一実施形態では、可動部８としてベローズ部３４の一端に固定されたピストン（可動部８Ｂ）を採用するとともに、バルブ３０として第１開閉弁３０Ａ及び第２開閉弁３０Ｂを採用してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、可動部８が空洞部１０の内部を軸方向に沿って連通阻害位置と連通許容位置との間で移動可能である例について説明したが、他の実施形態では、可動部８は、例えば空洞部１０の内部を径方向に沿って移動可能であってもよい。この場合、可動部８は、連通阻害位置と、該連通阻害位置よりも径方向外側の連通許容位置との間で径方向に沿って移動可能に構成されていてもよい。
【００７７】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００７８】
１      圧縮機
２      インペラ
３      流体流路
３ａ    第１部分
３ｂ    第２部分
４      ケーシング
５      第１ケーシング本体
５ａ    フランジ部
６      第２ケーシング本体
７      ディフューザ壁部
７ａ，７ｂ      壁面
８，８Ａ，８Ｂ  可動部
９      ディフューザベーン
９ａ    上流端
９ｂ    下流端
１０    空洞部
１１    退避スペース
１２    ボルト
１６    第１連通路
１８    第２連通路
２０    チャンバ
２２    低圧導管
２４    高圧導管
２６    共通流路
２８    合流点
３０    バルブ
３０Ａ  第１開閉弁
３０Ｂ  第２開閉弁
３０Ｃ  三方弁
３２    エンドプレート
３４    ベローズ部
３５    内周側ベローズ
３６    外周側ベローズ
５０    第１ケーシング部
６０    第２ケーシング部
７２    流量計
１００  コントローラ
【図１】
2018168838.tif 000003
【図２】
2018168838.tif 000004
【図３Ａ】
2018168838.tif 000005
【図３Ｂ】
2018168838.tif 000006
【図４Ａ】
2018168838.tif 000007
【図４Ｂ】
2018168838.tif 000008
【図５】
2018168838.tif 000009
【図６】
2018168838.tif 000010
【図７】
2018168838.tif 000011