(57)【要約】【課題】簡単な構成で、翼列干渉励振力を低減する非対称静翼構造を容易に変更，調整可能とした回転機械の静翼構造を提供する。【解決手段】静翼１の外側端面中央付近からは、紙面手前側に回転軸２が延びている。この回転軸２は、図示しない外側静翼環に回転自在に軸支されている。このとき、各回転軸２の配列は、例えば等間隔となっている。また、外側静翼環の更に外側において、これを貫通した回転軸２よりアーム３が側方に延びている。各回転軸２より延びるアーム３の先端は、それぞれ外部リンク４に支点３ａで回転自在に軸支されている。外部リンク４は、紙面の上下方向即ち回転機械の周方向にスライド可能である。このとき、隣接する静翼１毎にアーム３の長さが異なっているので、外部リンク４スライド時に各アーム３の回転角度が異なり、これと連動する各回転軸２つまりは静翼１の回転角度も異なる構成となっている。【選択図】　　　図１
2004100553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に全周に渡って静翼を配列し、該静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、
前記各静翼の外側端面より延びる回転軸と、該回転軸より側方に延びるアームとを有し、該各アームをリンクにより回転駆動して該各静翼の取付角度を変化させる回転機械の静翼構造において、
前記アームの長さを異ならせることにより、前記静翼の取付角度を異ならせることを特徴とする回転機械の静翼構造。
【請求項２】
前記回転軸は前記各静翼の外側端面の中央付近より延びていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械の静翼構造。
【請求項３】
前記回転軸は前記各静翼の外側端面の前縁付近より延びていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械の静翼構造。
【請求項４】
前記回転軸は前記各静翼の外側端面の後縁付近より延びていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械の静翼構造。
【請求項５】
車室内に全周に渡って静翼を配列し、該静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、
前記各静翼の後縁周辺の下流側にフラップを設け、該フラップの外側端面前縁付近より延びる回転軸と、該回転軸より側方に延びるアームとを有し、該各アームをリンクにより回転駆動して該各フラップの取付角度を変化させる回転機械の静翼構造において、
前記アームの長さを異ならせることにより、前記フラップの取付角度を異ならせることを特徴とする回転機械の静翼構造。
【請求項６】
車室内に全周に渡って静翼を配列し、該静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、
前記各静翼間でその後縁周辺にフラップを設け、該フラップの外側端面前縁付近より延びる回転軸と、該回転軸より側方に延びるアームとを有し、該各アームをリンクにより回転駆動して該各フラップの取付角度を変化させる回転機械の静翼構造において、
前記アームの長さを異ならせることにより、前記フラップの取付角度を異ならせることを特徴とする回転機械の静翼構造。
【請求項７】
前記フラップの後縁部に波形状部を設けたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の回転機械の静翼構造。
【請求項８】
車室内に全周に渡って静翼を配列し、該静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、
前記各静翼の外側端面より延びるガイド軸と、該ガイド軸と嵌合してこれを駆動するカムと、該カムより側方に延びるアームとを有し、該各アームをリンクにより回転駆動して該各静翼を車室の周方向にスライドさせる回転機械の静翼構造において、
前記アームの長さを異ならせることにより、前記カムの回転角度ひいては該静翼のスライド量を異ならせ、該静翼の取付ピッチを異ならせることを特徴とする回転機械の静翼構造。
【請求項９】
車室内に全周に渡って静翼を配列し、該静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、
前記各静翼の外側端面より延びるガイド軸と、該ガイド軸と嵌合してこれを駆動するカムとを有し、該各カムを回転させて該各静翼を車室の略軸方向に移動させることを特徴とする回転機械の静翼構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機やタービン等の回転機械における静翼構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧縮機やタービン等の回転機械においては、下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れを、所定の流れとなるように制御する静翼が設けられている。このような静翼は、例えばそれぞれ円環状の外側静翼環と内側静翼環との間を、全周に渡って所定の間隔を設けて配列されており、その周方向の配列が、従来は等ピッチでなされていた。
【０００３】
ところが、このように構成された静翼の下流側においては、いわゆるノズルウェイク（速度損失）が発生し、また上流側においては、いわゆるポテンシャル（圧力場）が発生するので、圧力分布が周方向で変化し、空気の流れが不均一な状態となる。このような不均一な状態が生じた静翼の下流側或いは上流側を動翼が通過することによって、動翼には不均一状態の流れによるいわゆる翼列干渉励振力が作用する。
【０００４】
さらに、静翼は周方向に等間隔に配置されているため、不均一状態の流れも周方向に等間隔に発生し、動翼は一定の周期の翼列干渉励振力を全周に渡って受けることになる。そして、動翼に作用する励振力の周波数が、動翼の固有振動数と一致するような場合には、動翼に共振が発生し、過大な応力が加わって不都合が生じることとなる。
【０００５】
そこで、このような翼列干渉励振力を低減するために、従来より、いわゆる非対称静翼構造が採用されている。これについては、蒸気タービンのダイヤフラムとして、複数の異なるピッチの組合せで配列したノズルを蒸気タービンに使用する構成のものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、ラジアル型ガスタービンのノズル環として、ラジアルガスタービンのノズルブロックを分割し、相隣接するもの同士ではノズルピッチを異ならせた異種類のものが来るように、ノズル環を形成した構成のものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、圧縮機静翼として、静翼の周方向の配置が、空気流路の上半部と下半部とでは、異なるピッチ角で配置される構成のものが開示されている（例えば、特許文献３参照）。これらは何れも本出願人により出願されたものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−６１００２号公報
【特許文献２】
特開平９−２５６８０２号公報
【特許文献３】
特開平１１−２００８０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の構成では、翼列干渉励振力を低減する性能をより向上させた非対称静翼構造とするために、いくらかの設計検討が必要であり、また一旦製作すると容易には変更できないため、開発のために余分な時間及び労力を要し、コストアップの要因となっていた。さらに、実機の運転条件によっては、その効果が半減する可能性があり、また不等ピッチ静翼を固定で使用した場合、かえって性能低下やサージ助長等の問題が生じる可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、翼列干渉励振力を低減する非対称静翼構造を容易に変更，調整可能とした回転機械の静翼構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、車室内に全周に渡って静翼を配列し、その静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、前記各静翼の外側端面より延びる回転軸と、その回転軸より側方に延びるアームとを有し、その各アームをリンクにより回転駆動してその各静翼の取付角度を変化させる回転機械の静翼構造において、前記アームの長さを異ならせることにより、前記静翼の取付角度を異ならせることを特徴とする。
【００１２】
そして、前記回転軸は前記各静翼の外側端面の中央付近より延びていることを特徴とする。或いは、前記回転軸は前記各静翼の外側端面の前縁付近より延びていることを特徴とする。或いは、前記回転軸は前記各静翼の外側端面の後縁付近より延びていることを特徴とする。
【００１３】
また、車室内に全周に渡って静翼を配列し、その静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、前記各静翼の後縁周辺の下流側にフラップを設け、そのフラップの外側端面前縁付近より延びる回転軸と、その回転軸より側方に延びるアームとを有し、その各アームをリンクにより回転駆動してその各フラップの取付角度を変化させる回転機械の静翼構造において、前記アームの長さを異ならせることにより、前記フラップの取付角度を異ならせることを特徴とする。
【００１４】
或いは、車室内に全周に渡って静翼を配列し、その静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、前記各静翼間でその後縁周辺にフラップを設け、そのフラップの外側端面前縁付近より延びる回転軸と、その回転軸より側方に延びるアームとを有し、その各アームをリンクにより回転駆動してその各フラップの取付角度を変化させる回転機械の静翼構造において、前記アームの長さを異ならせることにより、前記フラップの取付角度を異ならせることを特徴とする。
【００１５】
そして、前記フラップの後縁部に波形状部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、車室内に全周に渡って静翼を配列し、その静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、前記各静翼の外側端面より延びるガイド軸と、そのガイド軸と嵌合してこれを駆動するカムと、そのカムより側方に延びるアームとを有し、その各アームをリンクにより回転駆動してその各静翼を車室の周方向にスライドさせる回転機械の静翼構造において、前記アームの長さを異ならせることにより、前記カムの回転角度ひいてはその静翼のスライド量を異ならせ、その静翼の取付ピッチを異ならせることを特徴とする。
【００１７】
また、車室内に全周に渡って静翼を配列し、その静翼の下流側若しくは上流側に配列された動翼に対する空気流れが所定の流れとなるように制御する回転機械の静翼構造であって、前記各静翼の外側端面より延びるガイド軸と、そのガイド軸と嵌合してこれを駆動するカムとを有し、その各カムを回転させてその各静翼を車室の略軸方向に移動させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明では、回転機械の定常運転時、或いは回転速度の上昇，下降中の共振点通過時に、励振力低減効果が最大となるように、静翼の配置状態を可変として、ウェイクやポテンシャルの間隔を変更させる構造を提供する。なお、ここでの共振点とは、例えば静翼前後の動翼の固有振動数からくる共振点を意味しており、これらは設計計算或いは運転時の振動計測等によって求められる。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図である。ここでは外側静翼環の更に外側より見た静翼の構造を描いてある。これは、以下の実施形態においても概ね同様である。同図において、１は静翼であり、静翼１の外側端面中央付近及び図示しない内側端面中央付近からは、それぞれ紙面手前側及び向こう側に回転軸２が延びている。この回転軸２は、図示しない外側静翼環及び内側静翼環にそれぞれ回転自在に軸支されている。このとき、各回転軸２の配列は、例えば等間隔となっている。なお、外側静翼環の代わりに、車室の外殻を直接用いる構成としても良い。また、内側静翼環に軸支される構成は用いないものとしても良い。
【００２０】
また、外側静翼環の更に外側において、これを貫通した回転軸２よりアーム３が側方（同図では左方）に延びている。各回転軸２より延びるアーム３の先端は、それぞれ外部リンク４に支点３ａで回転自在に軸支されている。外部リンク４は、紙面の上下方向即ち回転機械の周方向にスライド可能である。このとき、隣接する静翼１毎にアーム３の長さが異なっているので、外部リンク４スライド時に各アーム３の回転角度が異なり、これと連動する各回転軸２つまりは静翼１の回転角度も異なる構成となっている。
【００２１】
具体的には、同図において、外部リンク４が矢印Ａ方向即ち紙面の上方向にスライドすると、各アーム３は紙面上で右回転する。ここでは、長いアーム３の回転角度は小さく、短いアーム３の回転角度は大きくなる。その結果、当初は実線で示すように静翼１の向きが揃っていたものが、破線で示すようにそれぞれ異なる角度だけ右回転した位置、即ち取付角度が異なった状態となる。
【００２２】
このとき、各静翼１の前縁の配列ピッチ即ちポテンシャルの間隔は異なる長さとなっており、後縁の配列ピッチ即ちウェイクの間隔も、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で示すように異なる長さとなっている（ポテンシャルについては図示を省略）。また、図示しないが、ポテンシャルやウェイクの向きも異なっている。なお、本実施形態では、隣接する静翼１毎に回転角度が異なる構成としているが、いくつかの静翼１の集まりである組合せブロック毎に回転角度が異なる構成としても良い。このことは、以下の実施形態においても同様である。
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図である。本実施形態では、静翼１の外側端面前縁付近及び図示しない内側端面前縁付近から、それぞれ紙面手前側及び向こう側に回転軸２が延びている構成となっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態では各静翼１の回転角度が異なることによって、主にウェイクのみ間隔及び向きが異なる構成である。
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図である。本実施形態では、静翼１の外側端面後縁付近及び図示しない内側端面後縁付近から、それぞれ紙面手前側及び向こう側に回転軸２が延びている構成となっている。その他の構成は、第１，第２の実施形態と同様である。但し、同図では回転軸２よりアーム３が右方に延びている。本実施形態では各静翼１の回転角度が異なることによって、主にポテンシャルのみ間隔及び向きが異なる構成である。
【００２５】
具体的には、同図において、外部リンク４が矢印Ｂ方向即ち紙面の下方向にスライドすると、各アーム３は紙面上で右回転する。ここでは、長いアーム３の回転角度は小さく、短いアーム３の回転角度は大きくなる。その結果、当初は実線で示すように静翼１の向きが揃っていたものが、破線で示すようにそれぞれ異なる角度だけ回転した位置、即ち取付角度が異なった状態となる。このとき、各静翼１の前縁の配列ピッチ即ちポテンシャルの間隔は、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示すように異なる長さとなっている。また、図示しないが、ポテンシャルの向きも異なっている。
【００２６】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図である。本実施形態では、静翼１は固定とし、その後縁周辺で下流側の図示しない動翼との間に、フラップ６を配置している。そして、その外側端面前縁付近及び図示しない内側端面前縁付近から、それぞれ紙面手前側及び向こう側に回転軸５が延びている構成となっている。その他の構成は、上記各実施形態と同様である。但し、同図では回転軸５よりアーム３が左方に延びている。本実施形態では各フラップ６の回転角度が異なることによって、ウェイクのみ間隔及び向きが異なる構成である。
【００２７】
具体的には、同図において、外部リンク４が矢印Ｂ方向即ち紙面の下方向にスライドすると、各アーム３は紙面上で左回転する。ここでは、長いアーム３の回転角度は小さく、短いアーム３の回転角度は大きくなる。その結果、当初は実線で示すようにフラップ６の向きが揃っていたものが、破線で示すようにそれぞれ異なる角度だけ回転した位置、即ち取付角度が異なった状態となる。このとき、各フラップ６の後縁の配列ピッチ即ちウェイクの間隔は、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で示すように異なる長さとなっている。また、図示しないが、ウェイクの向きも異なっている。
【００２８】
図５は、本発明の第５の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図である。本実施形態では、各静翼１間でその後縁周辺にフラップ６を配置し、これにより動静翼間距離を確保している。その他の構成は、第４の実施形態と同様である。具体的には、同図において、外部リンク４が矢印Ｂ方向即ち紙面の下方向にスライドすると、各アーム３は紙面上で左回転する。
【００２９】
ここでは、長いアーム３の回転角度は小さく、短いアーム３の回転角度は大きくなる。その結果、当初は実線で示すようにフラップ６の向きが揃っていたものが、破線で示すようにそれぞれ異なる角度だけ回転した位置、即ち取付角度が異なった状態となる。このとき、各矢印Ｃで示したウェイクの間隔は、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で示すように異なる長さとなっており、またウェイクの向きも異なっている。
【００３０】
図６は、本発明の第６の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、図４に示したフラップ６の後縁部に波形状部６ａを設けている。これにより後流を拡散させて、励振力自体も低減させる構成としている。なお、５ａは回転軸５の軸心を示しており、これを中心としてフラップ６は矢印で示すように回動する。
【００３１】
図７は、本発明の第７の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、図５に示したフラップ６の後縁部に波形状部６ａを設けている。これにより後流を拡散させて、励振力自体も低減させる構成としている。なお、ここでも５ａは回転軸５の軸心を示しており、これを中心としてフラップ６は矢印で示すように回動する。
【００３２】
図８は、本発明の第８の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図であり、同図（ａ）は全体図、同図（ｂ）は部分拡大図である。本実施形態では、静翼１の外側端面から、紙面手前側にガイド軸７が延びており、これを円板状のカム８で駆動する構成となっている。具体的には、同図（ｂ）に示すように、カム８の半径方向に延びるスリット８ａを設け、これにガイド軸７を嵌合させている。なお、各静翼１に対応するガイド軸７及びカム８は、同図（ａ）では各１つのみ描いてあり、その他は図示を省略している。
【００３３】
ここでガイド軸７は、紙面の上下方向即ち回転機械の周方向にスライド可能となるように、スリット８ａを貫通した先端部が、外部静翼環若しくは車室の外殻内周面に設けられた図示しないガイド溝にてガイドされている。この状態で、カム８を中心Ｏ周りに矢印Ｄ方向に右回転させると、ガイド軸７がカム８に押され、矢印Ｅ方向即ち紙面の上方向にスライドする。各カム８は、上述したアーム３及び外部リンク４（ここでは不図示）と連動しているので、回転角度が異なる。
【００３４】
その結果、当初は同図（ａ）に実線で示すように静翼１が等間隔で配列されていたものが、破線で示すようにそれぞれ異なる量だけスライドした位置、即ち取付ピッチが異なった状態となる。このとき、各静翼１の前縁の配列ピッチ即ちポテンシャルの間隔は異なる長さとなっており、後縁の配列ピッチ即ちウェイクの間隔は、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で示すように異なる長さとなっている（ポテンシャルについては図示を省略）。なお、カム８は必ずしも円板状であることを要しないが、車室のシール性を確保しつつ回転軸を兼用する場合等に、このような円板状とすることが有効となる。このことは、以下の実施形態においても同様である。
【００３５】
図９は、本発明の第９の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図である。本実施形態では、静翼１の外側端面から、紙面手前側にガイド軸７が延びており、これを円板状のカム９で駆動する構成となっている。具体的には、カム９の周縁部付近にガイド軸７を回転可能に嵌合させている。なお、各静翼１に対応するガイド軸７は、同図では１つのみ描いてあり、その他は図示を省略している。前記の状態で、カム９を中心周りに矢印Ｆ方向に左回転させると、ガイド軸７がカム９に駆動され、略軸方向前方（矢印Ｇ方向）に移動する。
【００３６】
この場合、各カム９は回転角度を同じとする。その結果、当初は実線で示すように静翼１が所定位置に配列されていたものが、破線で示すように全体的に前方に移動した位置となる。このような移動は、いくつかの静翼１の集まりであるブロック毎に行わせても良いし、最大では回転機械の半周分まで同時に行わせることも可能である。本実施形態の構成により、動翼列に対するポテンシャルやウェイクによる励振力自体を低減する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、翼列干渉励振力を低減する非対称静翼構造を容易に変更，調整可能とした回転機械の静翼構造を提供することができる。また、広い回転数範囲の運転域について翼列干渉励振力を低減することができ、軸流回転機械の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す斜視図。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す斜視図。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【図９】本発明の第９の実施形態に係る静翼構造を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
１　　静翼
２，５　　回転軸
３　　アーム
４　　外部リンク
６　　フラップ
７　　ガイド軸
８，９　　カム
【図１】
2004100553.tif 000003
【図２】
2004100553.tif 000004
【図３】
2004100553.tif 000005
【図４】
2004100553.tif 000006
【図５】
2004100553.tif 000007
【図６】
2004100553.tif 000008
【図７】
2004100553.tif 000009
【図８】
2004100553.tif 000010
【図９】
2004100553.tif 000011