CN105452674B - 压缩机以及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

该压缩机具备：转子(2)，其以轴线为中心进行旋转；转子外壳(3)，其从外周侧包围转子(2)，在转子外壳(3)与转子(2)之间形成有主流路；抽气室外壳(6)，其设于转子外壳(3)的外周侧，在抽气室外壳(6)与转子外壳(3)之间形成有与主流路(4)连通的抽气室(12)；以及抽气喷嘴(14)，其从外周侧与抽气室外壳(6)连接且在内侧将抽气室内的流体向外部引导，与相对于抽气喷嘴(14)靠转子(2)的旋转方向的后方侧(R1)的间隔比相对于抽气喷嘴(14)靠转子(2)的旋转方向的前方侧(R2)间隔大，该间隔为抽气室外壳(6)与转子外壳(3)的径向的间隔。

Description

压缩机以及燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种具备以轴线为中心进行旋转的转子与包围该转子的外壳的压缩机、以及具备该压缩机的燃气轮机。
本申请基于2013年10月17日申请的日本特愿2013-216484号而要求优先权，并将其内容援引于本发明中。
背景技术
作为旋转机械的一种，存在具备以轴线为中心进行旋转而将空气等气体压缩的转子、以及包围该转子的外壳的压缩机。该压缩机采用用于将被转子压缩后的气体的一部分向外部引导的抽气结构。
例如，在以下的专利文献1中，公开了采用这样的抽气结构的压缩机。在该压缩机的外壳上，形成有与空气(压缩空气)的主流路连通的抽气室、以及将该抽气室内的空气向外部引导的配管。抽气室是以转子为中心的环状的空间。另外，配管以转子为基准朝向径向外侧从抽气室延伸。
在采用抽气结构的压缩机中，从主流路向抽气室的内部抽出的空气形成随着转子的旋转而沿周向回旋的气流。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-180749号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，发明人们通过利用CFD(Computational Fluid Dynamics，数值流体力学)的分析，发现在抽气室的内部的配管的附近空气的周向的流量不均匀。具体而言，在抽气室的内部的相对于配管靠转子的旋转方向的前方侧的位置，发现了空气的局部的质量流量增加的趋势。
在因空气的流量的不均匀性而产生脉动时，在连接抽气室与主流路的连接通路的下游配置的动叶片的前端附近会产生失速。由此，压缩空气的气流整体会产生喘振。而且，因该失速以及喘振会导致压缩机的运转效率下降。
特别是，在出于减轻重量等的目的而减少配管的数量的情况下，抽出的压缩空气的流量的不均匀性变大，因此喘振的可能性提高。即，喘振裕度变小。
该发明的目的在于提供一种能够降低抽气喷嘴附近的流体的流量的不均匀性从而能够抑制压缩机的运转效率的降低的压缩机。
用于解决课题的方案
根据本发明的第一方式，压缩机具备：转子，其以轴线为中心进行旋转；转子外壳，其从外周侧包围所述转子，在所述转子外壳与所述转子之间形成有主流路；抽气室外壳，其设置于所述转子外壳的外周侧，在所述抽气室外壳与所述转子外壳之间形成有与所述主流路连通的抽气室；以及抽气喷嘴，其从外周侧与所述抽气室外壳连接，将所述抽气室内的流体向外部引导，与相对于设有所述抽气喷嘴的位置靠所述转子的旋转方向的后方侧的间隔比相对于设有所述抽气喷嘴的位置靠所述转子的旋转方向的前方侧的间隔大，所述间隔为所述抽气室外壳与所述转子外壳的径向的间隔。
根据上述结构，与在相对于抽气喷嘴靠转子的旋转方向前方侧流体的流量减少相对应地减小流路面积，并且，与在旋转方向后方侧流体的流量增大相对应地增大流路面积。由此，能够降低抽气喷嘴附近的流体的流量的不均匀性，从而能够抑制在动叶片的前端附近产生的失速。通过抑制失速，还能够抑制流体的流动整体产生的喘振，从而能够抑制压缩机的运转效率的降低。
另外，通过降低因抽气喷嘴因此的流体的不均匀性，能够减少抽气喷嘴的数量，从而能够降低压缩机的重量以及制造成本。
可以构成为，所述抽气室外壳与所述转子外壳的径向的间隔中的、相对于所述抽气喷嘴靠旋转方向的后方侧的所述间隔形成为，随着朝向所述转子的旋转方向的后方侧而逐渐增大。
根据上述结构，形成为与逐渐增大的流体的流量对应的形状，从而能够进一步提高流体的流量的均匀性。
可以构成为，所述抽气室外壳与所述转子外壳的径向的间隔中的、相对于所述抽气喷嘴靠旋转方向的前方侧的所述间隔形成为，随着朝向所述转子的旋转方向的前方侧而逐渐减小。
根据上述结构，形成为与逐渐减少的流体的流量对应的形状，从而能够进一步提高流体的流量的均匀性。
可以构成为，所述抽气喷嘴的内周面与所述抽气室的径向的外侧面通过呈朝向流体的流路侧凸出的凸形状的平滑的曲面连接。
根据上述结构，能够抑制在抽气室内流动的空气的剥离，从能够将流体顺畅地导入抽气喷嘴。
用于实现上述目的的发明的一方式的燃气轮机具备：以上的任一个压缩机，其形成通过所述转子旋转而将作为所述流体的空气压缩的压缩机；燃烧器，其使燃料在通过所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；以及涡轮，其由来自所述燃烧器的所述燃烧气体驱动。
发明效果
根据上述结构，能够降低抽气喷嘴附近的流体的流量的不均匀性，从而能够抑制在动叶片的前端附近产生的失速。通过抑制失速，还能够抑制流体的流动整体产生的喘振，从而能够抑制压缩机的运转效率的降低。
附图说明
图1是本发明的实施方式的燃气轮机的主要部分剖切侧视图。
图2是本发明的实施方式的压缩机的主要部分剖视图。
图3是图2的II-II剖视图。
图4是图3的III部放大图。
具体实施方式
以下，参照附图对具备本发明的实施方式的压缩机的燃气轮机进行详细说明。
如图1所示，本实施方式的燃气轮机具备：对外部空气Ao进行压缩而生成压缩空气A的压缩机1、将从燃料供给源供给来的燃料F与压缩空气A混合并使其燃烧而生成燃烧气体G的多个燃烧器20、被燃烧气体G驱动的涡轮21。需要说明的是，以下将压缩空气A设为空气A。
压缩机1以及涡轮21均具有以旋转轴线Ar为中心进行旋转的转子2、22、以及覆盖该转子2、22的筒状的外壳3、23。压缩机1的转子2以及涡轮21的转子22以同一个旋转轴线Ar为中心进行旋转，且相互连结。筒状的压缩机1的外壳3与压缩机1的转子2共同形成供空气A流动的主流路4。另外，筒状的涡轮外壳23与涡轮21的转子22共同形成供燃烧气体G流动的主流路24。多个燃烧器20以旋转轴线Ar为中心在周向Dc上等间隔地固定在涡轮外壳23上。
需要说明的是，以下，将旋转轴线Ar延伸的方向作为轴向Da。另外，将以旋转轴线Ar为基准的径向作为径向Dr。将该径向Dr上远离旋转轴线Ar的方向作为径向外侧。将该径向Dr上接近旋转轴线Ar的方向作为径向内侧。另外，在轴向Da上，以涡轮21为基准将压缩机1侧作为上游侧，以压缩机1为基准将涡轮21侧作为下游侧。
另外，在本实施方式中，将转子2的旋转的方向作为旋转方向R。就旋转方向R而言，如图3所示那样，将旋转方向的前方侧作为R1，将旋转方向的后方侧作为R2。
如图2所示，压缩机1是多级式轴流压缩机。转子2具有：以旋转轴线Ar为中心沿轴向Da延伸的转子主体5、固定在该转子主体5的外周且在轴向Da上排列的多个动叶片级7。在转子外壳3的内周侧，在各个动叶片级7的上游侧的位置固定有静叶片级9。
一个静叶片级9具有多个静叶片10。这些多个静叶片10以旋转轴线Ar为中心在周向Dc上排列，由此构成一个静叶片级9。另外，一个动叶片级7具有多个动叶片8。这些多个动叶片8以旋转轴线Ar为中心在周向Dc上排列，由此构成一个动叶片级7。
在转子外壳3的外周侧，设有在与转子外壳3之间形成抽气室12的抽气室外壳6。抽气室12形成以旋转轴线Ar为中心的环状的空间。在主流路4与抽气室12之间形成有连通路13，从而使主流路4与抽气室12连通。
在抽气室外壳6上形成有用于将抽气室12内的空气A向外部引导的两个抽气喷嘴14。在本实施方式中，由以上的抽气室12、连通路13以及多个抽气喷嘴14构成抽气结构。
连通路13是以旋转轴线Ar为中心形成环状，并且朝向径向外侧切入的狭缝，形成在抽气室12的径向内侧。连通路13的主流路4侧的开口在轴向Da上形成在轴向Da上相邻的静叶片级9与动叶片级7之间的位置。
多个抽气喷嘴14以旋转轴线Ar为中心在周向上等间隔地排列。即，本实施方式的抽气喷嘴14在周向上以180°的间隔配置。该抽气喷嘴14从抽气室12朝向径向外侧延伸。在各个抽气喷嘴14上连接有将来自该抽气喷嘴14的空气A向目标位置引导的抽气配管15。在该抽气配管15上设有用于对抽出的空气流量进行调节的流量调节阀16。
如图3所示，本实施方式的抽气室12形成为，相对于抽气喷嘴14，对转子2的旋转方向的前方侧R1(空气A的流动方向下游侧)与转子2的旋转方向的后方侧R2(空气A的流动方向上游侧)进行比较时，旋转方向的后方侧R2的从周向观察时的流路面积大。
换言之，就抽气室12的外壳的径向内侧面17与转子外壳3的径向外侧面18的径向的间隔而言，相对于抽气喷嘴14，旋转方向的后方侧R2的径向的间隔比旋转方向的前方侧R1的径向的间隔大。
如图4所示，在将从两个抽气喷嘴14分离的位置处的转子外壳3与抽气室12外壳的径向的间隔设为G时，与抽气喷嘴14相比靠转子2的旋转方向的前方侧R1的间隔G1比G小。与抽气喷嘴14相比靠旋转方向的后方侧R2的间隔G2比G大。间隔G1以及间隔G2的尺寸能够根据通过基于CFD的分析求出的抽气室12内的空气A的流量而适当地调节。
抽气室12外壳与转子外壳3的径向的间隔中的、相对于抽气喷嘴14靠旋转方向的后方侧R2的间隔形成为，随着朝向转子2的旋转方向的前方侧R1而逐渐增大。即，相对于抽气喷嘴14靠旋转方向的后方侧R2的抽气室12外壳的形状设为，流路面积朝向旋转方向的前方侧R1而逐渐增大的形状。
抽气室12外壳与转子外壳3的径向的间隔中的、相对于抽气喷嘴14靠旋转方向的前方侧R1的间隔形成为，随着朝向转子2的旋转方向的后方侧R2而逐渐减小。即，相对于抽气喷嘴14靠旋转方向的前方侧R1的抽气室12外壳的形状设为，流路面积朝向旋转方向的后方侧R2而逐渐减小的形状。
抽气喷嘴14的内周面与抽气室12的径向外侧面18通过呈朝向空气A的流路侧凸出的凸形状的平滑的曲面19而连接。换言之，对抽气喷嘴14的内周面与抽气室外壳6的径向外侧面18之间的连接部，实施呈朝向空气A的流路侧凸出的凸形状的圆弧面的倒角加工。即，在抽气喷嘴14的内周面与抽气室外壳6的径向外侧面18之间未形成正交那样的角部，而平滑地连接。
经由连通路13流向抽气室12的空气A形成朝向转子2的旋转方向的前方侧R1回旋的气流。空气A的流量在相对于抽气喷嘴14靠转子2的旋转方向的前方侧R1的区域处减少。另一方面，空气A的流量在相对于抽气喷嘴14靠转子2的旋转方向的后方侧R2的区域处增大。
根据上述实施方式，在相对于抽气喷嘴14靠转子2的旋转方向的前方侧R1的位置，与流体的流量减少相对应地减小流路面积，并且，在旋转方向的后方侧R2的位置，与流体的流量增大相对应地增大流路面积。由此，能够降低抽气喷嘴14附近的流体的流量的不均匀性，从而能够抑制在动叶片8的前端附近产生的失速。通过抑制失速，还能够抑制流体的流动整体产生的喘振，从而能够抑制压缩机1的运转效率的降低。
另外，通过降低因抽气喷嘴14引起的流体的不均匀性，能够减少抽气喷嘴14的数量，从而能够降低压缩机1的重量以及制造成本。
另外，通过将抽气室12外壳的形状设为与空气A的流量对应的形状，能够进一步提高空气A的流量的均匀性。
另外，抽气喷嘴14的内周面与抽气室12的径向外侧面18通过呈朝向空气A的流路侧凸出的凸形状的平滑的曲面19而连接，能够抑制在抽气室12内流动的空气A的剥离，从能够将空气A顺畅地导入抽气喷嘴14。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，然而各实施方式中的各结构以及它们的组合等仅为一例，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够实施结构的附加、省略、置换、以及其他的变更。另外，本发明不受实施方式的限定，而仅受权利要求书的限定。
在上述实施方式中，减小相对于抽气喷嘴14靠转子2的旋转方向的前方侧R1的位置的流路面积，并且，增大了旋转方向的后方侧R2的流路面积，然而不限于此。例如，也可以仅减小相对于抽气喷嘴14靠转子2的旋转方向的前方侧R1的位置的流路面积。相反，也可以仅增大相对于抽气喷嘴14靠转子2的旋转方向的后方侧R2的位置的流路面积。
另外，在上述实施方式中，示出了设置有两个抽气喷嘴14的结构，然而抽气喷嘴14的个数不限。
工业实用性
本发明能够用于如下的压缩机，所述压缩机具备以轴线为中心进行旋转的转子、以及包围该转子的外壳，且具有用于将被转子压缩后的气体的一部分向外部引导的抽气结构。
附图文字说明
1 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 动叶片级
8 动叶片
9 静叶片级
10 静叶片
12 抽气室
13 连通路
14 抽气喷嘴
15 抽气配管
16 流量调节阀
17 径向内侧面
18 径向外侧面
19 平滑的曲面
20 燃烧器
21 涡轮
22 转子
23 外壳
24 主流路
R 旋转方向
R1 旋转方向的前方侧
R2 旋转方向的后方侧

Claims (4)

1.一种压缩机，具备：
转子，其以轴线为中心进行旋转；
转子外壳，其从外周侧包围所述转子，在所述转子外壳与所述转子之间形成有主流路；
抽气室外壳，其设置于所述转子外壳的外周侧，在所述抽气室外壳与所述转子外壳之间形成有与所述主流路连通的抽气室；以及
抽气喷嘴，其从外周侧与所述抽气室外壳连接，将所述抽气室内的流体向外部引导，
相对于设有所述抽气喷嘴的位置靠所述转子的旋转方向的后方侧的间隔比相对于设有所述抽气喷嘴的位置靠所述转子的旋转方向的前方侧的间隔大，所述间隔为所述抽气室外壳与所述转子外壳的径向的间隔，
所述抽气喷嘴的内周面与所述抽气室的径向的外侧面的连接部位中的所述抽气喷嘴的上游侧的连接部位通过呈朝向流体的流路侧凸出的凸形状的平滑的曲面连接。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中，
所述抽气室外壳与所述转子外壳的径向的间隔中的、相对于所述抽气喷嘴靠旋转方向的后方侧的所述间隔形成为，随着朝向所述转子的旋转方向的前方侧而逐渐增大。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机，其中，
所述抽气室外壳与所述转子外壳的径向的间隔中的、相对于所述抽气喷嘴靠旋转方向的前方侧的所述间隔形成为，随着朝向所述转子的旋转方向的后方侧而逐渐减小。
4.一种燃气轮机，具备：
权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其形成通过所述转子旋转而对作为所述流体的空气进行压缩的压缩机；
燃烧器，其使燃料在通过所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；以及
涡轮，其由来自所述燃烧器的所述燃烧气体驱动。
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