CN105264237A - 压缩机及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压缩机及燃气轮机。该压缩机具备：多个静叶片(10)，其设置于在与转子之间划定形成空气(A)的主流路(4)的转子外壳的静叶片层(91)上；抽气室外壳，其划定形成经由形成于静叶片(10)的下游侧的转子外壳的槽(13)来与主流路(4)连通的抽气室；及抽气配管(15)，与抽气室外壳连接。多个静叶片(10)中，若将位于包含与抽气配管(15)相对应的周向(Dc)的位置的区域的多个静叶片(10)作为第一静叶片组(101)，且将第一静叶片组(101)以外的多个静叶片(10)作为第二静叶片组(102)，则第一静叶片组(101)中的相邻静叶片(10)的径向外侧的端部彼此之间的间隔比第二静叶片组(102)中的相邻静叶片(10)的径向外侧的端部彼此之间的间隔更紧凑。

Description

压缩机及燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种具备以轴线为中心旋转的转子和包围该转子的外壳的压缩机及具备该压缩机的燃气轮机。
本申请主张基于2013年10月17日在日本申请的日本专利申请2013-216696号的优先权，并将其内容援用于本说明书中。
背景技术
众所周知，有一种设置于燃气轮机等，且具备以轴线为中心旋转的转子和从外周侧包围该转子的外壳，以压缩空气等流体的压缩机。该压缩机采用用于将压缩的流体的一部分引到压缩机的外部的抽气结构。
专利文献1中公开有一种采用在外壳的外侧传送带设置有减少因扩压效果而产生的抽气时的能量损失的向周向延伸的泄放槽的抽气结构的压缩机。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平4-284136号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
通常，在抽气结构中设置有将从上述泄放槽经由抽气室抽出的流体引到压缩机的外部的抽气配管。此外，被抽出的流体具有伴随转子的旋转而朝向周向的回转成分。因为这些原因，在包含设置有抽气配管的周向位置的区域且泄放槽的上游侧使得流体的流量增大。由此，利用CFD(ComputationalFluidDynamics，计算流体力学)进行分析之后确认到，周向的流量分布的不均匀性在主流路内变大。
由于这种不均匀的流量分布而产生脉动，且在配置于泄放槽的下游的动叶片的前端附近发生失速，且有可能在整个压缩空气的流动中引发电涌。有可能因这种失速及电涌而使压缩机的运转效率下降。尤其，流量的不均匀性在出于减轻重量等目的而减少抽气配管的个数的情况下变大，因此使得电涌余量变小。由此，使得发生电涌的可能性变高，且可能会导致压缩机的运转效率下降。
发明内容
本发明提供一种能够通过实现抽出来自主流路的流体的槽附近的主流路内的流体流量的均匀化来抑制运转效率的下降的压缩机及具备该压缩机的燃气轮机。
用于解决技术课题的手段
根据本发明的第一方式，压缩机具备：转子，绕轴线旋转；转子外壳，从外周侧包围所述转子，且在与该转子之间划定形成流体的主流路；多个静叶片，以从所述转子外壳朝向径向内侧的方式在周向上隔着间隔设置；抽气室外壳，设置于所述转子外壳的外周侧，并经由在所述静叶片的下游侧沿周向形成的槽来划定形成与所述主流路连通的抽气室；及配管，从外周侧与所述抽气室外壳连接，且在内侧形成有将所述抽气室内的所述流体引到外部的抽气流路。所述多个静叶片中，将位于包含与所述配管相对应的周向位置的区域的多个静叶片定义为第一静叶片组，且将该第一静叶片组以外的多个静叶片定义为第二静叶片组时，所述第一静叶片组中的相邻静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔比所述第二静叶片组中的相邻静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔更紧凑。
根据这种压缩机，第一静叶片组位于设置有配管的周向位置附近，因此静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔在该位置变窄。因此，从该主流路通过第一静叶片组而朝向槽流通的流体在该位置受阻，而能够减少流体的流量。因此，能够抑制因转子的旋转而发生在槽附近的、设置有配管的周向位置的主流路内的流体流量的增大，且能够实现流体流量的周向分布的均匀化。
根据本发明的第二方式，可以使所述多个静叶片中，将该多个静叶片中的位于包含与所述配管相对应的周向位置的区域且与所述配管相比位于包含所述转子的旋转方向的第一侧的周向位置的区域的多个静叶片作为所述第一静叶片组。
设置有配管的周向位置中，在转子的旋转方向的第一侧，因受到转子旋转的影响而欲从槽经由抽气室流入到配管的流体的流量变大。因此，通过在转子的旋转方向的第一侧设置第一静叶片组，能够更为有效地实现槽附近的流体流量的周向分布的均匀化。
根据本发明的第三方式，可以使所述多个静叶片中，所述第一静叶片组的设置于规定周向区域的所述静叶片的数量多于所述第二静叶片组，而使得所述静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔更紧凑。
在第一静叶片组设置比第二静叶片组更多的静叶片，由此能够轻松地使静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔紧凑。因此，从主流路通过第一静叶片组而朝向槽流通的流体受阻，而能够实现槽附近的主流路内的流体流量的周向分布的均匀化。
根据本发明的第四方式，可以使所述多个静叶片中，所述第一静叶片组中在周向上彼此相邻的至少两个静叶片以随着朝向径向外侧而彼此靠近的方式设置，而使得所述静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔紧凑。
如此通过使第一静叶片组的静叶片倾斜，在不改变静叶片的数量的基础上，即可使静叶片的径向外侧的端部彼此的间隔紧凑。因此，通过制造的简易化来抑制成本，并且通过防止流体从主流路通过第一静叶片组而朝向槽流通，由此能够实现槽附近的主流路内的流体流量的周向分布的均匀化。
根据本发明的第五方式，燃气轮机具备：上述压缩机，通过所述转子的旋转而压缩作为所述流体的空气；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的压缩空气中燃烧燃料以生成燃料气体；及涡轮，通过来自所述燃烧器的所述燃料气体而驱动。
根据上述燃气轮机，通过具备上述压缩机，能够抑制因转子的旋转而产生在槽附近的、设置有配管的周向位置的主流路内的流体的流量增大，且能够实现流体流量的周向分布的均匀化。
发明效果
根据上述压缩机及燃气轮机，通过在静叶片上设置第一静叶片组来实现抽出来自主流路的流体的槽附近的主流路内的流体流量的均匀化。由此，能够抑制运转效率的下降。
附图说明
图1为具备本发明的第一实施方式所涉及的压缩机的燃气轮机的概略侧视图。
图2为本发明的第一实施方式所涉及的压缩机的主要部分剖视图。
图3为从径向外侧观察本发明的第一实施方式所涉及的压缩机的主流路及槽的图，且表示图2的III向视图。
图4为从轴线方向观察本发明的第一实施方式所涉及的压缩机的图，且表示图2的IV-IV剖视图。
图5为在假定静叶片中的密实度恒定情况下从径向外侧观察压缩机的主流路及槽的图，且表示从与图2的III向视相同的位置观察的向视图。并且，以颜色的深浅来表示槽附近的主流路内的空气的流量分布的分析结果。
图6为从轴线方向观察本发明的第二实施方式所涉及的压缩机的图，且表示与图2的IV-IV截面相同位置的剖视图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下，对本发明的实施方式所涉及的轴流式压缩机1进行说明。
首先，对具备压缩机1的燃气轮机200进行说明。
如图1所示，燃气轮机200具备通过压缩外部空气A0来生成压缩空气A的压缩机1、将从燃料供给源获得供给的燃料F混合到压缩空气A中并将其燃烧以生成燃料气体G的多个燃烧器202及通过燃料气体G驱动的涡轮203。另外，以下将压缩空气A作为空气A。
涡轮203具有以旋转轴线Ar为中心旋转的涡轮转子204和覆盖该涡轮转子204的筒状外壳205。在涡轮转子204与涡轮外壳205之间划定形成有主流路206。
涡轮转子204与后述压缩机1内的转子2连结，且与该转子2一起以旋转轴线Ar为中心旋转。
以下，将旋转轴线Ar的延伸方向作为轴向Da。将以旋转轴线Ar为基准的径向作为径向Dr。在该径向Dr上，将远离旋转轴线Ar的一侧作为径向Dr的外侧。在该径向Dr上，将靠近旋转轴线Ar的一侧作为径向Dr的内侧。将以旋转轴线Ar为基准的周向作为周向Dc。
并且，在本实施方式中，将转子2的旋转方向作为旋转方向R。如图3所示，旋转方向R中，将旋转方向的近前侧作为第一侧R1，将旋转方向的里侧作为第二侧R2。
多个燃烧器202以旋转轴线Ar为中心，在周向Dc上彼此以等间隔固定在涡轮外壳205。
接着，对压缩机1进行说明。
如图2所示，压缩机1具备以旋转轴线Ar为中心旋转的转子2和覆盖该转子2的筒状的转子外壳3。
在转子外壳3与转子2之间划定形成供压缩空气A流动的环状的主流路4。并且，转子外壳3具有在内周侧的面向轴向Da隔着间隔设置的多个静叶片层9。
各静叶片层9具有多个静叶片10。这些多个静叶片10通过以旋转轴线Ar为中心，在周向Dc上彼此隔着间隔环状排列而构成一个静叶片层9。各静叶片10从转子外壳3的内周侧的面朝向径向Dr的内侧延伸。
转子2具有在轴向Da上延伸的转子主体5及固定于该转子主体5的外周且在轴向Da上隔着间隔设置的多个动叶片层7。
转子主体5为以旋转轴线Ar为中心的轴状的部件，且在轴向Da上延伸。
各动叶片层7具有多个动叶片8。这些多个动叶片8通过以旋转轴线Ar为中心且在周向Dc上彼此隔着间隔环状排列而构成一个动叶片层7。各动叶片8从转子主体5的外周朝向径向Dr的外侧延伸。一个动叶片层7配置于一个静叶片层9的下游侧，由此这些动叶片层7与静叶片层9以交替排列的方式设置。
如此，本实施方式中，压缩机1为向主流路4输入外部空气A0，并通过多个静叶片层9及多个动叶片层7逐级将其压缩来生成压缩空气A的多级轴流式压缩机。
压缩机1还具备设置于转子外壳3的外周侧的抽气室外壳6和连接于抽气室外壳6的多个抽气配管15。
抽气室外壳6以旋转轴线Ar为中心环状形成，以便从转子外壳3朝向径向Dr的外侧突出。抽气室外壳6在与转子外壳3之间划定形成成为环状空间的抽气室12。
并且，在轴向Da上彼此相邻的静叶片层9与动叶片层7之间的转子外壳3上形成有以旋转轴线Ar为中心沿周向Dc环状延伸而连通抽气室12与主流路4的槽13。更详细而言，该槽13随着从抽气室12的径向Dr的内侧朝向主流路4以沿着轴向Da从下游向上游倾斜的方式形成。
抽气配管15从外周侧与抽气室外壳6连接，且向径向Dr的外侧延伸。在该抽气配管15的内侧形成有与抽气室12连通的抽气流路14。
本实施方式中，该抽气配管15在周向Dc上隔着间隔与抽气室外壳6连接。抽气配管15的数量根据压缩机1的机种而不同。
如此，空气A从主流路4经由槽13、抽气室12、抽气配管15而被抽出。被抽出的空气A被导入到压缩机1的外部。
在此，对静叶片层9进一步进行详细说明。
静叶片层9中，将在槽13的上游侧与该槽13最近距离设置的静叶片层9作为静叶片层91。
如图3及图4所示，构成该静叶片层91的静叶片10中，将位于包含与抽气配管15相对应的周向位置Dc的区域的多个静叶片10作为第一静叶片组101。并且，将第一静叶片组101以外的多个静叶片10定义为第二静叶片组102。
本实施方式中，第一静叶片组101位于包含相比设置有抽气配管15的周向Dc的位置更靠转子主体5的旋转方向R的第一侧R1的周向Dc的位置的区域。
该第一静叶片组101中的相邻静叶片10的径向Dr的外侧的端部彼此之间的间隔比第二静叶片组102中的相邻静叶片10的径向Dr的外侧的端部彼此之间的间隔更紧凑。
更具体而言，本实施方式中，第一静叶片组101中的设置于规定周向区域的静叶片10的数量比第二静叶片组102多。即，第一静叶片组101的静叶片10的密实度C/S大于第二静叶片组102。
密实度C/S是指静叶片10的轴向Da的尺寸除以周向Dc上相邻的静叶片10彼此之间的周向Dc上的距离的值。在此，本实施方式中的密实度C/S表示静叶片10中的径向Dr的外侧的端部上的值。
根据这种压缩机1，通过在槽13的上游侧的静叶片层91上设置第一静叶片组101来使第一静叶片组101位于设置有抽气配管15的周向Dc的位置附近，由此使得该位置上的静叶片10的径向Dr的外侧的端部彼此之间的间隔变窄。
图5中示出，假定没有在静叶片层91设置第一静叶片组101，且均成为与第二静叶片组102相同的密实度C/S的情况即静叶片10的密实度C/S恒定的情况。在这种情况下，会因转子2的旋转而使空气A具有旋回成分，而引起在槽13附近的主流路4内使空气A的流量产生周向Dc的分布。更具体而言，图5所示的颜色较浅的部分为流量较小的部分，颜色较深的部分为流量较大的部分。
根据图5，在设置有抽气配管15的周向Dc的位置附近确认到空气A的流量变大的现象。此外，空气A的流量变大的现象在转子2的旋转方向R的第一侧R1且轴向Da的上游侧较为明显。
本实施方式中，通过在与设置有抽气配管15的周向Dc的位置相比在包含转子2的旋转方向R的第一侧R1的周向Dc的位置的区域设置第一静叶片组101，由此能够有效地防止从主流路4通过第一静叶片组101而流入到槽13内的空气A的流通。
其结果，能够减少在设置有第一静叶片组101的周向Dc的区域内的空气A的流量。因此，能够有效地实现槽附近的主流路4内的空气A的流量在周向Dc上的分布的均匀化。
根据本实施方式的压缩机1，通过在靠近槽13的上游侧的静叶片10上设置第一静叶片组101，能够实现抽出来自主流路4的气体的槽13附近的空气A的流量的均匀化。由此，能够增大电涌余量，且能够抑制运转效率的下降。
为实现轻质化，即便在需要减少抽气配管15的数量的情况下，如此通过调整静叶片层91中的密实度C/S，也能够实现槽13附近的主流路4内的空气A的流量的均匀化。由此，能够抑制运转效率的下降。
〔第二实施方式〕
接着，参考图6对本发明的第二实施方式所涉及的压缩机1A进行说明。
本实施方式的压缩机1A中，第一静叶片组101A不同于第一实施方式。
第一静叶片组101A中，静叶片10随着朝向径向Dr的外侧而向周向Dc倾斜。
更具体而言，本实施方式中，在设置于第一静叶片组101A的三个静叶片10中，位于周向Dc的两端的静叶片10a及静叶片10c以靠近设置于这两个静叶片之间的静叶片10b的方式倾斜。由此，使得静叶片10a与静叶片10b之间及静叶片10c与静叶片10b之间的密实度C/S大于第二静叶片组102中的密实度C/S。
根据本实施方式的压缩机1A，通过在第一静叶片组101A中倾斜地设置静叶片10，而无需增加静叶片10的数量，即可缩窄第一静叶片组101A中相邻静叶片10的径向外侧的端部彼此之间的间隔。即，能够使静叶片10彼此之间的间隔紧凑。
因此，能够通过制造的简易化来抑制成本，并且能够通过防止空气A从主流路4通过第一静叶片组101A而朝向槽13流通以进一步减少空气A的流量。其结果，能够实现槽13附近的主流路4内的空气A的流量在周向Dc上的分布的均匀化。
并且，无需改变第一静叶片组101A中的静叶片10的数量，因此通过静叶片10的空气A的压力损失不会增大。因此，能够将静叶片10的叶型损失抑制为最小，并且能够减少从主流路4通过第一静叶片组101A而朝向槽13的空气A的流量。
本实施方式中，通过使第一静叶片组101A中的两个静叶片10倾斜，来使密实度C/S增大，但也能够将在周向Dc上彼此相邻的至少两个静叶片10设置成随着朝向径向Dr的外侧而彼此靠近，由此使密实度C/S增大。
以上，对本发明的实施方式的详细内容进行了说明，但在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以稍微加以设计变更。
例如，第一静叶片组101(101A)与抽气配管15相比设置于旋转方向R的第一侧R1。但是，如图5的分析结果所示，在旋转方向R的第一侧R1以外的设置有抽气配管15的位置附近，也存在槽13附近的主流路4内的空气A的流量变大的部分。因此，也可以在与该流量变大的部分相对应的位置即旋转方向R的第二侧R2且包含与设置有抽气配管15的位置相对应的周向Dc的位置的区域设置第一静叶片组101(101A)。
产业上的可利用性
根据上述压缩机及燃气轮机，通过在静叶片上设置第一静叶片组，能够实现抽出来自主流路的气体的槽附近的主流路内的流体流量的均匀化。由此，能够抑制运转效率的下降。
符号说明
1、1A-压缩机，2-转子，3-转子外壳，4-主流路，5-转子主体，6-抽气室外壳，7-动叶片层，8-动叶片，9-静叶片层，10、10a、10b、10c-静叶片，12-抽气室，13-槽，14-抽气流路，15-抽气配管，91-静叶片层，101、101A-第一静叶片组，102-第二静叶片组，R-旋转方向，R1-旋转方向的第一侧，R2-旋转方向的第二侧，Ar-旋转轴线，Da-轴向，Dr-径向，Dc-周向，A-空气(压缩空气、流体)，A0-外部空气，200-燃气轮机，202-燃烧器，203-涡轮，204-涡轮转子，205-涡轮外壳，206-主流路，F-燃料，G-燃料气体。

Claims (5)

1.一种压缩机，其具备：
转子，绕轴线旋转；
转子外壳，从外周侧包围所述转子，且在与该转子之间划定形成流体的主流路；
多个静叶片，以从所述转子外壳朝向径向内侧的方式在周向上隔着间隔设置；
抽气室外壳，设置于所述转子外壳的外周侧，并经由在所述静叶片的下游侧沿周向形成的槽来划定形成与所述主流路连通的抽气室；及
配管，从外周侧与所述抽气室外壳连接，且在内侧形成有将所述抽气室内的所述流体引到外部的抽气流路，
所述多个静叶片中，将位于包含与所述配管相对应的周向位置的区域的多个静叶片定义为第一静叶片组，且将该第一静叶片组以外的多个静叶片定义为第二静叶片组时，所述第一静叶片组中的相邻静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔比所述第二静叶片组中的相邻静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔更紧凑。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中，
所述多个静叶片中，将该多个静叶片中的位于包含与所述配管相对应的周向位置的区域且与所述配管相比位于包含所述转子的旋转方向的第一侧的周向位置的区域的多个静叶片作为所述第一静叶片组。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机，其中，
所述多个静叶片中，所述第一静叶片组的设置于规定周向区域的所述静叶片的数量比所述第二静叶片组多，因此所述静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔更紧凑。
4.根据权利要求1或2所述的压缩机，其中，
所述多个静叶片中，所述第一静叶片组中在周向上彼此相邻的至少两个静叶片以随着朝向径向外侧而彼此靠近的方式设置，因此所述静叶片的径向外侧的端部彼此之间的间隔较为紧凑。
5.一种燃气轮机，其具备：
权利要求1至4中任一项所述的压缩机，其通过所述转子的旋转而压缩作为所述流体的空气；
燃烧器，在通过所述压缩机压缩的压缩空气中燃烧燃料以生成燃料气体；及
涡轮，通过来自所述燃烧器的所述燃料气体驱动。
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