(57)【要約】【課題】アクチュエータリングとローラとのガタの発生を抑制する。【解決手段】複数の可変静翼５と、可変静翼５から外周側に向かって延びる静翼回転軸９と、一端が静翼回転軸９に接続されて他端にローラ１２が設けられたレバー１１と、内周溝１８にローラ１２を収容するとともに、ロータの軸方向ＤＡに駆動されることでローラ１２を回転させてレバー１１及び静翼回転軸９を介して可変静翼５を回転させるアクチュエータリング１３と、アクチュエータリング１３とローラ１２とを密着させるように、これらの少なくとも一方をローラの軸方向ＤＲに向かって押圧する押圧部２５と、を備える軸流回転機械を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
該ロータの外周側に放射状に配列された複数の可変静翼と、
該可変静翼から外周側に向かって延びる静翼回転軸と、
一端が前記静翼回転軸に接続されて他端にローラが設けられたレバーと、
前記ロータを取り囲むように環状に設けられて、内周溝に前記ローラを収容するとともに、前記ロータの軸方向に駆動されることで前記ローラを回転させて前記レバー及び静翼回転軸を介して前記可変静翼を回転させるアクチュエータリングと、
前記アクチュエータリングと前記ローラとを密着させるように、これらの少なくとも一方を前記ローラの軸方向に向かって押圧する押圧部と、を備えることを特徴とする軸流回転機械。
【請求項２】
前記内周溝は、前記アクチュエータリングの駆動時において前記ローラと接触し前記ロータの軸方向に対向する一対の接触面の間隔が、前記ローラの外径よりも大なる第一間隔から前記ローラの外径よりも小なる第二間隔となるまで、前記内周溝の底部に向かって漸次小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の軸流回転機械。
【請求項３】
前記ローラの外周面は、前記内周溝の前記接触面と面接触するように、外径が前記内周溝の底部に向かって漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の軸流回転機械。
【請求項４】
前記押圧部は、前記アクチュエータリングの径方向外周側に設けられ、該アクチュエータリングを径方向内周側に付勢する付勢手段であり、
前記アクチュエータリングは、周方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軸流回転機械。
【請求項５】
前記押圧部は、前記ローラを前記アクチュエータリングに向かって付勢する付勢手段であ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軸流回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流回転機械に係り、特に出力調整のための可変静翼を有する多段軸流ブロアなどの軸流回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン用の圧縮機や、高炉送風用のブロアとして、回転翼の前後に生じる圧力差を利用して、気体を連続的に圧縮する多段軸流ブロア（圧縮機）が知られている。多段軸流ブロアとしては、複数の静翼の角度を可変として下流側プロセスに応じて送風量を変化させる可変静翼を有するものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
可変静翼の駆動装置としては、図７に示すような、可変静翼５から外周側に向かって延びる静翼回転軸９に接続されたレバー１１を操作することによって可変静翼５の角度を変更する駆動装置１０６が知られている。軸流回転機械のロータ（図示せず）はケーシング４によって回転可能に覆われている。
この駆動装置１０６は、レバー１１の他端に取り付けられたローラ１２を環状のアクチュエータリング１１３を介して駆動することによって、レバー１１を操作する構成である。ローラ１２は、アクチュエータリング１１３の内周溝１１８に収容されている。また、アクチュエータリング１１３は、アクチュエータ１４を用いてロータの軸方向ＤＡに駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９６５５０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、上記従来の可変静翼の駆動装置１０６においては、アクチュエータリング１１３の内周溝１１８の軸方向ＤＡの溝幅がローラ１２の外径よりも大きい場合、即ち内周溝１１８とローラ１２との間に隙間が生じる場合、同じアクチュエータリング１１３の位置でも、隙間の分だけレバー１１の角度にガタが生じる。そして、このガタによって可変静翼５の角度にずれが生じる。可変静翼５の角度にずれがあると、厳密な送風量制御が行えない可能性がある。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、アクチュエータリングを用いて、レバーに取り付けられたローラを駆動する形式の可変静翼の駆動装置を有する軸流回転機械において、アクチュエータリングとローラとのガタの発生を抑制することができる軸流回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の軸流回転機械は、ロータと、該ロータの外周側に放射状に配列された複数の可変静翼と、該可変静翼から外周側に向かって延びる静翼回転軸と、一端が前記静翼回転軸に接続されて他端にローラが設けられたレバーと、前記ロータを取り囲むように環状に設けられて、内周溝に前記ローラを収容するとともに、前記ロータの軸方向に駆動されることで前記ローラを回転させて前記レバー及び静翼回転軸を介して前記可変静翼を回転させるアクチュエータリングと、前記アクチュエータリングと前記ローラとを密着させるように、これらの少なくとも一方を前記ローラの軸方向に向かって押圧する押圧部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、アクチュエータの内周溝とローラとが密着することによって、アクチュエータとローラとの相対的な移動の自由度がなくなるため、アクチュエータリングとローラとのガタの発生を抑制することができる。
【０００９】
上記軸流回転機械において、前記内周溝は、前記アクチュエータリングの駆動時において前記ローラと接触し前記ロータの軸方向に対向する一対の接触面の間隔が、前記ローラの外径よりも大なる第一間隔から前記ローラの外径よりも小なる第二間隔となるまで、前記内周溝の底部に向かって漸次小さくなっていることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、ローラが内周溝の接触面に確実に接触するため、アクチュエータリングとローラとのガタの発生をより抑制することができる。
【００１１】
上記軸流回転機械において、前記ローラの外周面は、前記内周溝の前記接触面と面接触するように、外径が前記内周溝の底部に向かって漸次小さくなるように形成されていることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、ローラの外周面と内周溝の接触面とを面接触させることによって、アクチュエータリングとローラとの間のガタを更に減少させることができる。
【００１３】
上記軸流回転機械において、前記押圧部は、前記アクチュエータリングの径方向外周側に設けられ、該アクチュエータリングを径方向内周側に付勢する付勢手段であり、前記アクチュエータリングは、周方向に複数に分割されていることが好ましい。
【００１４】
上記軸流回転機械において、前記押圧部は、前記ローラを前記アクチュエータリングに向かって付勢する付勢手段であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アクチュエータの内周溝とローラとが密着することによって、アクチュエータとローラとの相対的な移動の自由度がなくなるため、アクチュエータリングとローラとのガタの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態の多段軸流ブロアの概略断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の可変静翼駆動装置の概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態のアクチュエータリングを説明する概略断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態のアクチュエータリングの断面形状を説明する断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態の変形例のローラの形状を説明する概略図である。
【図６】本発明の第二実施形態の押圧部を説明する概略断面図である。
【図７】従来のアクチュエータリングの断面形状を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の軸流回転機械は多段軸流ブロア１（多段軸流圧縮機）であり、図１に示すように、複数の動翼３を有するロータ２と、このロータ２を回転可能に覆うケーシング４と、ロータ２の周りに環状に複数配置されている可変静翼５と、を備えている。ケーシング４は、ロータ２の外周を囲む略円筒形状の部材である。
【００１８】
ロータ２は複数のロータディスクが積層されて構成されているロータ本体７と、複数のロータディスク毎にそのロータディスクから放射方向に延びる複数の動翼３と、を有している。すなわち、このロータ２は、多数段動翼構成である。このロータ２は、ロータ本体７の軸線Ａを中心としてケーシング４により回転可能に支持されている。
ケーシング４のロータ２軸線方向の一方の側には、外気を吸い込む吸込口８が形成され、他方の側には圧縮気体を吐き出す吐出口（図示せず）が形成されている。
【００１９】
複数の動翼３のうち、最も吸込口８側のロータディスクに固定されている複数の動翼３が第一動翼段３ａを成し、このロータディスクの吐出口側に隣接しているロータディスクに固定されている複数の動翼３が第二動翼段３ｂを成し、以下、吐出口側に設けられている各ロータディスクに固定されている複数の動翼３が第三動翼段３ｃ、第四動翼段３ｄ、…を成している。
【００２０】
各々の動翼段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの吸込口８側には、それぞれ、ロータ２の周りに環状に複数の可変静翼５が配置されている。可変静翼５は、ロータ２の外周に放射状の複数配列されており、ロータ２の周方向外周側の基端がケーシング４の内周面に支持されている。
【００２１】
ここで、第一動翼段３ａの吸込口８側に配置されている複数の可変静翼５が第一可変静翼段５ａを成し、第二動翼段３ｂの吸込口８側に配置されている複数の可変静翼５が第二可変静翼段５ｂを成し、以下、吐出口側に設けられている各々の各動翼段の吸込口８側に配置されている複数の可変静翼５が第三可変静翼５ｃ、第四可変静翼段５ｄを成している。
なお、本実施形態においては、全ての静翼が可変静翼５とされているが、これに限ることはなく、上流側の数段のみが可変静翼５をなす構成としてもよい。
【００２２】
本実施形態の多段軸流ブロア１は、可変静翼段毎の可変静翼５の向きを変えるために、複数の可変静翼駆動装置６を備えている。また、可変静翼駆動装置６は、調整した角度で可変静翼５を保持することもできる。
【００２３】
図２に示すように、各々の可変静翼５は、ケーシング４を内周側から外周側に貫通している静翼回転軸９に固定されており、この静翼回転軸９と共に可変静翼５が回転することで、可変静翼５の向き（角度）が変わる。静翼回転軸９は、可変静翼５の中心軸ＶＡと同軸となるように設けられている。
【００２４】
可変静翼駆動装置６は、ケーシング４の外周側に配置されている。可変静翼駆動装置６は、一端が静翼回転軸９に接続されて、他端にローラ１２が設けられたレバー１１と、ロータ２を取り囲むように環状に設けられたアクチュエータリング１３と、アクチュエータリング１３をローラ１２の軸方向に駆動するアクチュエータ１４と、を備えている。
【００２５】
レバー１１は、一端が静翼回転軸９に接続されて、静翼回転軸９（可変静翼５の中心軸ＶＡ）を中心に回動自在とされている。レバー１１は、レバー１１の他端を回動させることによって、静翼回転軸９の角度を変えるように構成されている。具体的には、レバー１１の他端には、ローラ１２が取り付けられており、このローラ１２を駆動することによって、レバー１１を回動させる。
【００２６】
ローラ１２は、レバー１１の他端に形成されているローラ軸１７を介して、レバー１１に取り付けられている。ローラ軸１７は、ロータ２の径方向外周側に向かって延在するようにレバー１１の他端より突出して形成されている。ローラ１２は、タイヤ形状のローラであり、例えば合成ゴムによって形成されている。
【００２７】
アクチュエータ１４は、例えば油圧シリンダであり、シリンダ本体１５と、シリンダ本体１５の駆動により進退するロッド１６と、を有している。アクチュエータ１４は、ケーシング４に所定の方法で取り付けられており、ロッド１６の端部は、アクチュエータリング１３の側面、即ち、アクチュエータリング１３におけるロータ２の軸方向ＤＡを向く面に接続され、アクチュエータリング１３をロータ２の軸方向ＤＡに駆動するように構成されている。
【００２８】
アクチュエータリング１３は、アクチュエータ１４の駆動によりロータ２の軸方向ＤＡに駆動されることで、アクチュエータ１４の内周溝１８に収容された複数のローラ１２を駆動する。アクチュエータリング１３は内周側に内周溝１８を有しており、この内周溝１８にローラ１２が収容される。
【００２９】
アクチュエータリング１３の外周側には、所定の方法でケーシング４に固定されたブラケット２３が配置されている。ブラケット２３は、例えば、アクチュエータリング１３の外周面に平行な円筒形の板金部材である。
アクチュエータリング１３の外周面とブラケット２３との間には、アクチュエータリング１３をロータ２の径方向内周側（ローラ１２の軸方向ＤＲ）に向かって付勢する付勢手段である複数の圧縮コイルばね２５が配置されている。圧縮コイルばね２５は、アクチュエータリング１３を複数のロータ２に密着させるように、アクチュエータリング１３をローラ１２の軸方向ＤＲに押圧する押圧部として機能する。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態のアクチュエータリング１３は、４つの分割アクチュエータリング２４に分割されている。分割アクチュエータリング２４は、アクチュエータリング１３を周方向に四分割した形状である。分割アクチュエータリング２４を駆動するためのアクチュエータ１４は、分割アクチュエータリング２４毎に設けてもよいし、リング状の部材を用いてアクチュエータ１４の駆動力を４つの分割アクチュエータリング２４に伝達してもよい。
【００３１】
また、アクチュエータリング１３の分割数は、４つに限ることはなく、二分割、三分割でもよいし、五分割以上に分割してもよい。
なお、アクチュエータ１４のロッド１６と分割アクチュエータリング２４との接続部は、例えばボールジョイントとされており、分割アクチュエータリング２４の径方向の移動を吸収すること構造となっている。
また、可変静翼駆動装置６のローラ１２は、分割アクチュエータリング２４同士の間（アクチュエータリング１３の切れ目）に配置されないように位置調整がなされている。
【００３２】
図４に示すように、アクチュエータリング１３は、周方向から視た断面形状がロータ２の軸方向ＤＡに長い矩形形状であり、内周面２０には、内周溝１８が形成されている。内周溝１８は、アクチュエータリング１３の内周面２０に周方向に延在する断面四角形状の溝であり、内周面２０と平行に形成された底面２１と、底面２１とアクチュエータリング１３の内周面２０を接続し、底面２１を挟んでロータ２の軸方向ＤＡに対向する一対の接触面２２とを有している。
【００３３】
一対の接触面２２は互いに平行とはなっておらず、一対の接触面２２の間隔は、ローラ１２の外径よりも大なる第一間隔Ｗ１からローラ１２の外径Ｒよりも小なる第二間隔Ｗ２となるまで、底面２１に向かって漸次小さくなっている。即ち、アクチュエータリング１３とローラ１２とを密着させるようにテーパの付いた形状となっており、アクチュエータリング１３とローラ１２のうち一方を押圧した場合、ローラ１２の外周面が一対の接触面２２に押し付けられる形状とされている。
【００３４】
この多段軸流ブロア１では、ロータ２とともに動翼３が回転することにより、ケーシング４の吸込口８からケーシング４内の可変静翼５及び動翼３がそれぞれ放射状に複数段配列された内部に流通する流体を圧縮する。多段軸流ブロア１では、その起動開始時から停止時までの間で、その時々で吸込流量を調節するために、第一可変静翼段５ａから第四可変静翼段５ｄの翼角度が適宜変更される。
【００３５】
具体的には、アクチュエータ１４の駆動によって、アクチュエータリング１３を構成する分割アクチュエータリング２４がロータ２の軸方向ＤＡに駆動される。分割アクチュエータリング２４の移動により、内周溝１８に収容されたローラ１２が内周溝１８内を走行することでレバー１１が回動する。そして、レバー１１の回動によって、レバー１１の一端に接続された静翼回転軸９が回動して可変静翼５の角度が変更される。
【００３６】
この際、ローラ１２の外周面は、テーパ溝である内周溝１８と摩擦し続けるので磨耗するが、アクチュエータリング１３には常にロータ２の径方向内周側に押される力が働き続けるので、磨耗しても内周溝１８とローラ１２との間に隙間が生じることはない。
【００３７】
本実施形態によれば、押圧部として機能する圧縮コイルばね２５の付勢力により、アクチュエータ１４の内周溝１８とローラ１２とが密着することによって、アクチュエータ１４とローラ１２との相対的な移動の自由度がなくなるため、アクチュエータリング１３とローラ１２とのガタの発生を抑制することができる。
【００３８】
また、接触面２２がテーパ形状とされていることによって、ローラ１２が内周溝１８の接触面２２に確実に接触するため、アクチュエータリング１３とローラ１２とのガタの発生をより抑制することができる。
また、全段の可変静翼５を同じ構造にすることによって、角度のオープン方向又はクローズ方向の動作方向に関わらず、可変静翼５の角度のガタがなくなって厳密な送風量制御が可能となる。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、付勢手段として圧縮コイルばねを用いているがこれに限ることはない。例えば、ブラケット２３と分割アクチュエータリング２４との間の空間に周方向に延在して配置される板バネを採用することも可能である。
【００４０】
次に、第一実施形態の多段軸流ブロアの変形例について説明する。
図５に示すように、変形例のローラ１２Ｂは、ローラ１２Ｂの外周面が、内周溝１８の接触面２２と面接触するように、外径がアクチュエータリング１３の内周溝１８の底部に向かって漸次小さくなるように形成されている。換言すれば、変形例のローラ１２Ｂの側面はテーパ形状とされており、アクチュエータリング１３の内周溝１８の形状にフィットするような形状とされている。
【００４１】
この変形例によれば、ローラ１２Ｂの外周面と内周溝１８の接触面２２とを面接触させることによって、アクチュエータリング１３とローラ１２Ｂとの間のガタを更に減少させることができる。
【００４２】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の多段軸流ブロアを図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の可変静翼駆動装置は、付勢手段を用いてアクチュエータリング１３を付勢する代わりに、付勢手段を用いてローラ１２を付勢することを特徴としている。
【００４３】
図６に示すように、本実施形態のローラ軸１７Ｃの基端には、ローラ１２をロータ２の径方向外周側（ローラ１２の軸方向ＤＲ）に向かって付勢する付勢手段である圧縮コイルばね３１が取り付けられている。圧縮コイルばね３１は、ローラ１２をアクチュエータリング１３に密着させるように、ローラ１２をローラ１２の軸方向ＤＲに押圧する押圧部として機能する。
【００４４】
具体的には、本実施形態のローラ軸１７Ｃは、レバー１１の他端に形成された有底のローラ軸用穴２７に挿入されている。また、ローラ軸１７Ｃの中心軸上にはローラ軸１７Ｃの両端を接続する貫通孔である第一貫通孔２８が形成されている。また、ローラ軸用穴２７の中心であって第一貫通孔２８の延長線上にも貫通孔である第二貫通孔２９が形成されている。
【００４５】
ローラ軸１７Ｃは、ローラ軸１７Ｃの第一貫通孔２８とローラ軸用穴２７に形成された第二貫通孔２９に挿通された固定ピン３０によって、ローラ軸１７の軸方向ＤＲに移動自在に固定されている。
そして、ローラ軸１７Ｃの基端とローラ軸用穴２７の底面２１との間には、圧縮コイルばね３１が配置されている。圧縮コイルばね３１は、ローラ軸１７Ｃを介してローラ１２をアクチュエータリング１３とローラ１２とを密着させる付勢手段として機能する。
なお、上記実施形態においては、付勢手段として圧縮コイルばね３１を用いたがこれに限ることはなく、例えば円筒形状の熱硬化性エラストマーを採用することができる。
【００４６】
上記実施形態によれば、押圧部として機能する圧縮コイルばね３１の付勢力により、アクチュエータリング１３の内周溝１８とローラ１２とが密着することによって、アクチュエータリング１３とローラ１２との相対的な移動の自由度がなくなるため、アクチュエータリング１３とローラ１２とのガタの発生を抑制することができる。
【００４７】
なお、本発明の技術範囲は上記の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可能である。
例えば、上記各実施形態においては、可変静翼５の駆動装置を多段軸流ブロア１に適用したが、これに限ることはなく、軸流回転機械であれば、例えば、ガスタービン用の圧縮機にも適用することができる。
また、付勢手段として機能する圧縮コイルばねは、ブラケット２３とアクチュエータリング１３との間、及びローラ軸１７とレバー１１との間の両方に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  多段軸流ブロア（軸流回転機械）
２  ロータ
３  動翼
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  動翼段
４  ケーシング
５  可変静翼
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  可変静翼段
６  可変静翼駆動装置
７  ロータ本体
８  吸込口
９  静翼回転軸
１１  レバー
１２  ローラ
１３  アクチュエータリング
１４  アクチュエータ
１５  シリンダ本体
１６  ロッド
１７  ローラ軸
１８  内周溝
２０  内周面
２１  底面
２２  接触面
２３  ブラケット
２４  分割アクチュエータリング
２５  圧縮コイルばね（押圧部）
２７  ローラ軸用穴
２８  第一貫通孔
２９  第二貫通孔
３０  固定ピン
３１  圧縮コイルばね（押圧部）
【図１】
2015036539.tif 000003
【図２】
2015036539.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015036539.tif 000008
【図７】
2015036539.tif 000009