(57)【要約】【課題】軸流圧縮機１の組立の自由度を拡げて、軸流圧縮機１の組立性を向上させること。【解決手段】圧縮機ステータ１７が軸方向に沿って分割された複数のステータセグメント１７Ｓにより構成され、各ステータセグメント１７Ｓは、アウターバンド１９の一部を構成する環状のバンド構成部材１９ｍと、バンド構成部材１９ｍの内周面に周方向に等間隔に形成されかつ静翼２１の一部を構成する静翼２１の枚数と同数の静翼構成部材２１ｍとを備え、軸方向に隣接するステータセグメント１７Ｓ間において、軸方向前側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍは、軸方向後側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍに同心状に嵌合可能になっている。【選択図】  図１
2013100784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機の構成要素である圧縮機ステータであって、
環状のアウターバンドと、前記アウターバンドの内周面に周方向に等間隔に並んで設けられた複数の静翼と、を具備し、
軸方向に沿って分割された複数のステータセグメントにより構成され、
各ステータセグメントは、
前記アウターバンドの一部を構成する環状のバンド構成部材と、
前記バンド構成部材の内周面に周方向に等間隔に形成され、前記静翼の一部を構成する前記静翼の枚数と同数の静翼構成部材と、を備え、
軸方向に隣接する前記ステータセグメント間において、軸方向前側の前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材が軸方向後側の前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材に同心状に嵌合可能になっていることを特徴とする圧縮機ステータ。
【請求項２】
最も軸方向後側に位置する前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材が前記軸流圧縮機の別の構成要素である圧縮機ケースに取付可能になっていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ステータ。
【請求項３】
軸方向に隣接する前記ステータセグメントにおける前記静翼構成部材の間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮機ステータ。
【請求項４】
ガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機であって、
内部にガスを流通させるための環状のガス流路が形成された筒状の圧縮機ケースと、
前記圧縮機ケース内に設けられ、前記ガス流路内に位置しかつ周方向に等間隔に並んだ複数の動翼を備え、前記圧縮機ケースの軸心周りに回転可能な圧縮機ロータと、
前記圧縮機ケース内に軸方向に沿って前記圧縮機ロータと交互に設けられ、請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の構成からなる複数段の圧縮機ステータと、を具備したことを特徴とする軸流圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気等のガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機の構成要素である圧縮機ステータ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等に用いられる一般的な軸流圧縮機の構成について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
一般的な軸流圧縮機は、軸方向へ延びた筒状の圧縮機ケースを具備しており、この圧縮機ケースの内部には、空気（ガスの一例）を流通させるためのガス流路が形成されている。
【０００４】
圧縮機ケース内には、複数段の圧縮機ロータが軸方向に沿って設けられており、各段の圧縮機ロータは、圧縮機ケースの軸心周りに回転可能である。また、各段の圧縮機ロータは、圧縮機ケース内に圧縮機ロータの軸心周りに回転可能に設けられたディスクと、このディスクの外周部に周方向に等間隔に並んで設けられかつガス流路内に位置する複数の動翼とを備えている。
【０００５】
圧縮機ケース内には、複数段の圧縮機ステータが軸方向に沿って複数段の圧縮機ロータと交互に設けられている。また、各段の圧縮機ステータは、圧縮機ケースの内壁面に設けられた環状のアウターバンドと、このアウターバンドの内側に同心状に配設された環状のインナーバンドと、アウターバンドの内周面とインナーバンドの外周面との間に連結するように設けられかつ周方向に等間隔に並びかつだガス流路内に位置する複数の静翼とを備えている。
【０００６】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１から特許文献３に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６０５４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９２号公報
【特許文献３】特開平１１−２００８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前述の一般的な軸流圧縮機を組み立てる際には、圧縮機ロータと圧縮機ステータの互いの干渉を回避する必要があり、圧縮機ケースに対して圧縮機ロータを組付けた後に、圧縮機ステータを軸方向前側（流れ方向上流側）から圧縮機ケースの内壁面における圧縮機ステータの軸方向後側に組付けることができない。そのため、軸流圧縮機の組立の自由度が狭くなって、軸流圧縮機の組立性を向上させることは困難であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の圧縮機ステータ及び軸流圧縮機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】
【００１０】
本発明の第１の特徴は、ガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機の構成要素である圧縮機ステータであって、環状のアウターバンドと、前記アウターバンドの内周面に周方向に等間隔に並んで設けられた複数の静翼と、を具備し、軸方向に沿って分割された複数のステータセグメントにより構成され、各ステータセグメントは、前記アウターバンドの一部を構成する環状のバンド構成部材と、前記バンド構成部材の内周面に周方向に等間隔に形成され、前記静翼の一部を構成する前記静翼の枚数と同数の静翼構成部材と、を備え、軸方向に隣接する前記ステータセグメント間において、軸方向前側の前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材が軸方向後側の前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材に同心状に嵌合可能になっていることを要旨とする。
【００１１】
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「ガス」とは、空気、窒素ガス、水素ガス等を含む意である。
【００１２】
第１の特徴によると、前記圧縮機ステータが軸方向に沿って分割された複数の前記ステータセグメントにより構成されているため、前記静翼構成部材の幅（コード長）が前記静翼の幅に比べて分割数に応じた分だけ短くなっており、前記ステータセグメント（前記アウターバンド）を周方向に僅かに回転させながら前記圧縮機ロータに対して相対的に軸方向へ移動させることにより、前記ステータセグメントにおける各静翼構成部材を周方向に隣接する前記動翼間を通過させることができる。また、軸方向前側の前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材が軸方向後側の前記ステータセグメントにおける前記バンド構成部材に同心状に嵌合可能になっているため、複数の前記ステータセグメントの芯出しを行いつつ、前記圧縮機ステータを組み立てることができる。これにより、前記圧縮機ケースに対して前記圧縮機ロータを組付けた後に、前記圧縮機ステータを軸方向前側から前記圧縮機ケースの内壁面における前記圧縮機ステータの軸方向後側に容易に組付けることができる。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、ガスを軸方向へ圧縮して搬送する軸流圧縮機であって、内部にガスを流通させるための環状のガス流路が形成された筒状の圧縮機ケースと、前記圧縮機ケース内に設けられ、前記ガス流路内に位置しかつ周方向に等間隔に並んだ複数の動翼を備え、前記圧縮機ロータの軸心周りに回転可能な圧縮機ロータと、前記圧縮機ケース内に軸方向に沿って前記圧縮機ロータと交互に設けられ、第１の特徴からなる複数段の圧縮機ステータと、を具備したことを要旨とする。
【００１４】
第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記圧縮機ケースに対して前記圧縮機ロータを組付けた後に、前記圧縮機ステータを軸方向前側から前記圧縮機ケースの内壁面における前記圧縮機ステータの軸方向後側に容易に組付けることができるため、前記軸流圧縮機の組立の自由度を拡げて、前記軸流圧縮機の組立性を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る軸流圧縮機の側断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る軸流圧縮機の要部を示す側断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る軸流圧縮機の別態様を示す側断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る軸流圧縮機の別態様を示す側断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の作用を説明する模式図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る軸流圧縮機の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１から図５を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は、軸方向前側、「Ｒ」は、軸方向後側をそれぞれ指している。
【００１８】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る軸流圧縮機１は、例えば小型ガスタービン等に用いられ、空気（ガスの一例）を軸方向へ圧縮して搬送するものである。また、軸流圧縮機１は、軸方方向へ延びた筒状の圧縮機ケース３を具備しており、この圧縮機ケース３の内部には、空気を流通させるための環状のガス流路５が形成されている。
【００１９】
圧縮機ケース３内には、複数段の圧縮機ロータ７が軸方向に沿って設けられており、各段の圧縮機ロータ７は、圧縮機ケース３の軸心ＳＣ周りに回転可能である。また、各段の圧縮機ロータ７は、圧縮機ケース３内に圧縮機ロータ７の軸心ＳＣ周りに回転可能に設けられたディスク９と、このディスク９の外周部に周方向に等間隔に並んで設けられかつガス流路５内に位置する複数（図１中には１つのみ図示）の動翼１１とを備えている。そして、軸方向に隣接する圧縮機ロータ７におけるディスク９同士は、カービックカップリング１３を介して結合されており、複数の圧縮機ロータ７におけるディスク９は、スタッキングボルト１５によってアセンブリ状に一体化されている。なお、複数段の圧縮機ロータ７は、ガスタービンのタービン（図示省略）における複数段のタービンロータ（図示省略）に一体的に連結してある。
【００２０】
圧縮機ケース３内には、複数段の圧縮機ステータ１７が軸方向に沿って複数段の圧縮機ロータ７と交互に設けられている。そして、本発明の第１実施形態の要部である圧縮機ステータ１７の具体的な構成は、次のようになる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、圧縮機ステータ１７は、環状のアウターバンド１９を具備しており、このアウターバンド１９は、圧縮機ケース３の内壁面に取付可能である。また、アウターバンド１９の内周面には、複数（図１及び図２中には１つのみ図示）の静翼２１が周方向に等間隔に並んで設けられており、各静翼２１は、ガス流路５内に位置している。
【００２２】
圧縮機ステータ１７は、軸方向に沿って分割された複数のステータセグメント１７Ｓにより構成されている。また、各ステータセグメント１７Ｓは、アウターバンド１９の一部を構成する環状のバンド構成部材１９ｍを備えており、このバンド構成部材１９ｍの内周面には、静翼２１の一部を構成する静翼２１の枚数と同数の静翼構成部材２１ｍが周方向に等間隔に形成されている。
【００２３】
軸方向に隣接するステータセグメント１７Ｓ間において、軸方向前側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍは、軸方向後側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍに径方向内側から同心状に嵌合可能になっている。なお、図３に示すように、軸方向前側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍが軸方向後側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍに径方向外側から同心状に嵌合可能になるようにしても構わない。
【００２４】
図２に示すように、最も軸方向後側（最も流れ方向下流側）に位置するステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍは、圧縮機ケース３の内壁面に取付ボルト２３を介して取付可能になっている。同様に、最も軸方向前側（最も流れ方向上流側）に位置するステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍは、圧縮機ケース３の内壁面に取付ボルト２５を介して取付可能になっている。
【００２５】
通常、軸方向に隣接するステータセグメント１７Ｓにおける静翼構成部材２１ｍ同士は当接してあるが、図４（ａ）に示すように、軸方向に隣接するステータセグメント１７Ｓにおける静翼構成部材２１ｍの間に隙間２７が形成されるようにしても構わない。
【００２６】
図１及び図２に示すように、各ステータセグメント１７Ｓの前側には、環状のスペーサ２９が配設されており、各スペーサ２９は、圧縮機ケース３の内壁面に取付ボルト３１を介して取付可能になっている。
【００２７】
続いて、本発明の第１実施形態の作用及び効果について説明する。
【００２８】
(i)  圧縮機ステータ１７の組付に関する作用
圧縮機ステータ１７が軸方向に沿って分割された複数のステータセグメント１７Ｓにより構成されているため、静翼構成部材２１ｍの幅（コード長）が分割数に応じて短くなっており、図５に示すように、ステータセグメント１７Ｓ（アウターバンド１９）を周方向に僅かに回転させながら圧縮機ロータ７に対して相対的に軸方向へ移動させることにより、ステータセグメント１７Ｓにおける各静翼構成部材２１ｍを周方向に隣接する動翼１１間を通過させることができる。また、軸方向前側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍが軸方向後側のステータセグメント１７Ｓにおけるバンド構成部材１９ｍに同心状に嵌合可能になっているため、複数のステータセグメント１７Ｓの芯出しを行いつつ、圧縮機ステータ１７を組み立てることができる。これにより、圧縮機ケース３に対してアセンブリ状の複数段の圧縮機ロータ７を組付けた後に、圧縮機ステータ１７を軸方向前側から圧縮機ケース３の内壁面における適宜の圧縮機ステータ１７の軸方向後側に容易に組付けることができる。
【００２９】
(ii)  軸流圧縮機１の運転に関する作用
ガスタービンの燃焼器（図示省略）から燃焼ガスの膨張によってガスタービンのタービン（図示省略）を駆動させて、複数段の圧縮機ロータ７をタービンにおける複数段のタービンロータ（図示省略）と一体的に回転させる。これにより、複数段の圧縮機ロータ７と複数段の圧縮機ステータ１７を協働させて、ガス流路５内に取り入れた空気を軸方向へ圧縮して搬送することができる。
【００３０】
ここで、軸方向に隣接するステータセグメント１７Ｓにおける静翼構成部材２１ｍの間に隙間２７が形成されるようにした場合には、図３（ｂ）に示すように、軸流圧縮機１の運転中に、静翼２１の正圧面（圧力面）Ｓｐから負圧面Ｓｎへ隙間２７を経由した漏れ流れが生じて、静翼２１の負圧面Ｓｎ側の境界層の剥離を抑えることができる。
【００３１】
(iii)  第１実施形態の効果
従って、本発明の第１実施形態によれば、圧縮機ケース３に対してアセンブリ状の複数段の圧縮機ロータを組付けた後に、圧縮機ステータ１７を軸方向前側から圧縮機ケース３の内壁面における適宜の圧縮機ステータ１７の軸方向後側に容易に組付けることができるため、軸流圧縮機１の組立の自由度を拡げて、軸流圧縮機１の組立性を向上させることできる。
【００３２】
また、軸方向に隣接するステータセグメント１７Ｓにおける静翼構成部材２１ｍの間に隙間２７が形成されるようにした場合には、静翼２１の負圧面Ｓｎ側の境界層の剥離を抑えることができるため、圧縮機ステータ１７内におけるエネルギー損失（圧力損失）を低減して、軸流圧縮機１の圧縮機効率を向上させることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図６を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は、軸方向前側、「Ｒ」は、軸方向後側をそれぞれ指している。
【００３４】
図６に示すように、本発明の第２実施形態に係る軸流圧縮機３３は、例えば小型ガスタービン等に用いられて、空気（ガスの一例）を軸方向へ圧縮して搬送するものであって、本発明の第１実施形態に軸流圧縮機１と同様の構成を有している。以下、軸流圧縮機３３の構成のうち、軸流圧縮機１の構成と異なる部分についてのみ簡単に説明する。なお、軸流圧縮機３３における複数の構成要素のうち、軸流圧縮機１における構成要素と対応するものについては、図面中に同一番号を付する。
【００３５】
圧縮機ケース３内には、筒状のドラム３５が配設されており、このドラム３５は、圧縮機ケース３の軸心ＳＣ周りに回転可能である。また、ドラム３５の外周部には、複数段の圧縮機ロータ３７が軸方向に沿って設けられており、各段の圧縮機ロータ３７は、圧縮機ケース３の軸心ＳＣ周りにドラム３５と一体的に回転可能である。更に、各段の圧縮機ロータ３７は、ドラム３５の外周部に周方向に等間隔に並んで設けられかつガス流路５内に位置する複数の動翼３９を備えている。なお、複数段の圧縮機ロータ３７は、ガスタービンのタービン（図示省略）における複数段のタービンロータ（図示省略）にドラム３５を介して一体的に連結してある。
【００３６】
そして、本発明の第２実施形態においても本発明の第１実施形態の作用及び効果と同様の作用及び効果を奏する。
【００３７】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００３８】
１      軸流圧縮機
３      圧縮機ケース
５      ガス流路
７      圧縮機ロータ
９      ディスク
１１      動翼
１３      カービックカップリング
１５      スタッキングボルト
１７      圧縮機ステータ
１７Ｓ    ステータセグメント
１９      アウターバンド
１９ｍ    バンド構成部材
２１      静翼
２１ｍ    静翼構成部材
２３      取付ボルト
２５      取付ボルト
２７      隙間
３３      軸流圧縮機
３５      ドラム
３７      圧縮機ロータ
３９      動翼
【図１】
2013100784.tif 000003
【図２】
2013100784.tif 000004
【図３】
2013100784.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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