CN105909384A - 燃气轮机的设计以及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气轮机的设计以及制造方法，能维持与基准机相等的压缩比且比基准机能削减压缩机流量。基于衍生燃气轮机的压缩机所要求的压缩机流量及压缩比确定衍生燃气轮机的压缩机所要求的环带面积，将压缩机的各级的环带面积成为已确定的环带面积作为条件，确定初级中的内径增加量与外径减少量，以内径增加量为前级的内径增加量以下、外径减少量为前级的外径减少量以上的方式确定中间级的各级的内径增加量及外径减少量，以外径减少量为内径增加量以上的方式确定最终级的内径增加量外径减少量，在各级中，将基准压缩机的构成要素的伴随内径增加量及外径减少量的确定而偏离样式的构成要素的设计数据以适合于该样式的方式进行更新并设计压缩机。

Description

燃气轮机的设计以及制造方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机的设计以及制造方法。

背景技术

近年来，向压缩机吸气中注入水分的利用高湿度空气的涡轮机与将低能量的高炉煤气作为燃料的高炉煤气燃烧燃气轮机作为燃气轮机的衍生机出现。在从将煤油与轻油、天然气等作为燃料、也不进行吸气加湿的基准燃气轮机(基准机)中以低成本设计、制造衍生机的情况下，尽可能地挪用基准机的结构要素，优选减少重新开发的结构要素。

可是，在利用高湿度空气的涡轮机与高炉煤气燃烧燃气轮机中，在使压缩机流量与基准机相同的情况下，涡轮机流量比较基准机会增加。即，由于在利用高湿度空气的燃气轮机中在压缩机的下游侧供给水分，相应地涡轮机流量比较于基准机会增加。另外，即使在高炉煤气燃烧燃气轮机中，由于利用为低能量燃料的高炉煤气，相比较于利用天然气与石油等的一般的燃气轮机的情况，需要更多的燃料，相应地涡轮机流量比基准机增加。因此，在利用高湿度空气的涡轮机与高炉煤气燃烧燃气轮机中，需要重新设计涡轮机，不能简单地挪用基准机的结构要素。

相对于此，提倡通过使压缩机流路的外径变小进而减少环带面积、削减压缩机流量，使涡轮机流量与基准机相同的方法(参照专利文献1等)

现有技术文献

专利文献1：美国特许第7937947号公报

在专利文献1中动叶片的叶片长方向的长度变短压缩机流路的外径变小的量。因此，动叶片的圆周速度降低，存在压缩比低于基准机的可能性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够维持与基准机相等的压缩比、相比较于基准机能够削减压缩机流量的燃气轮机的设计以及制造方法。

为了实现上述目的，本发明的特征在于：制造不同于具备基准压缩机的基准燃气轮机的循环衍生燃气轮机的燃气轮机制造方法中，将上述基准压缩机的环状压缩机流路的内径以及外径分别作为基准内径以及基准外径、将相对于上述基准内径的上述衍生燃气轮机的压缩机流路的内径增加量作为内径增加量、将相对于上述基准外径的上述衍生燃气轮机的压缩机流路的外径减少量作为外径减少量时，确定上述衍生燃气轮机的压缩机所要求的压缩机流量以及压缩比，基于上述已确定的压缩机流量以及压缩比，确定上述衍生燃气轮机所要求的环带面积，将上述衍生燃气轮机的压缩机各级的环带面积成为上述已确定的环带面积作为条件，确定初级中的内径增加量以及外径减少量，以内径增加量为前级的内径增加量以下、外径减少量为前级的外径减少量以上的方式确定上述初级的下游侧的中间级的各级中的内径增加量以及外径减少量，以外径减少量为内径增加量以上的方式确定上述中间级的下游侧的最终级中的内径增加量以及外径减少量，在上述初级、上述中间级的各级以及上述最终级中，将上述基准压缩机的构成要素中的、伴随上述内径增加量以及外径减少量的确定而偏离样式的构成要素的设计数据以适合于该样式的方式进行更新，并设计上述衍生燃气轮机的压缩机，基于上述设计制造上述衍生燃气轮机的压缩机，制造上述衍生燃气轮机。

本发明的效果如下。

根据本发明能够提供维持与基准机相等的压缩比、比较于基准机能够削减压缩机流量的燃气轮机的设计以及制造方法。

附图说明

图1是涉及本发明的第一实施方式的基准机的示意图。

图2是涉及本发明的第一实施方式的利用高湿度空气的燃气轮机的示意图。

图3是表示涉及本发明的第一实施方式的基准压缩机的一构成例的整体结构的概略图。

图4是由图3中的箭头Ⅳ-Ⅳ线剖切的向视剖视图。

图5是示例流经压缩机流路的空气流的图。

图6是表示涉及本发明的第一实施方式的压缩机的设计·制造顺序的流程图。

图7是说明顶端切除的图。

图8是说明中心增加的图。

图9是示例级负荷系数与叶片级的关系的图。

图10是示例叶片高度减少率与叶片级的关系的图。

图11是示例压缩机效率的压缩比依存性的图。

图12是表示涉及本发明的第二实施方式的基准压缩机的一构成例的整体结构的概略图。

图13是表示涉及本发明的第三实施方式的基准压缩机的一构成例的整体结构的概略图。

图14是表示涉及本发明的第四实施方式的入口导向叶片的一构成例的概略图。

图中：15、115—基准压缩机，100—基准燃气轮机，200—衍生燃气轮机，32—压缩机流路，d1～d6—基准内径，D1～D6—基准外径，38—压缩机，36a、136a—初级，36b～36e—中间级，36f、136f—最终级，5、205—入口导向叶片

具体实施方式

＜第一实施方式＞

(结构)

1.基准机

关于基准机(基准燃气轮机)进行说明。本实施方式中的基准机是在设计或制造中有实际成果的装置，是如后述选择的机种。

图1是基准机的示意图。如图1所示，基准机100具备压缩机(基准压缩机)15、燃烧器16以及涡轮机17。

基准压缩机15将通过吸气部(未图示)吸入的空气19压缩而生成高压的压缩空气20，向燃烧器16供给。燃烧器16将通过基准压缩机15得到的压缩空气20与燃料混合并燃烧，产生高温燃烧气体21并向涡轮机17供给。涡轮机17通过从燃烧器16得到的燃烧气体21膨胀而被驱动。通过用涡轮机17得到的动力驱动基准压缩机15的同时，用剩余的动力驱动发电机18而得到电力。驱动涡轮机17的燃烧气体21作为废气22从涡轮机17排出。在本实施方式中，基准压缩机15、涡轮机17以及发电机18通过轴35而相互连结。

2.衍生机

关于衍生机(衍生燃气轮机)举出利用高湿度空气的燃气轮机作为例子进行说明。

图2是利用高湿度空气的燃气轮机的示意图。在图2中，与图1中的基准机100相同的部分标注相同的符号，适当省略其说明。如图2所示，利用高湿度空气的燃气轮机200不仅具备基准机100的结构要素，还具备水喷雾器23、增湿塔24、热交换器25以及水回收机26。

水喷雾器23向通过吸气部吸入的空气19中将水喷雾而生成湿度空气27，向压缩机38供给。压缩机38将用水喷雾器23将水喷雾而得的湿度空气27压缩生成压缩空气28。由压缩机38生成的压缩空气28从压缩机38的气体通道出口全流量地被抽气向增湿塔24供给。

增湿塔24加湿通过压缩机38得到的压缩空气28生成湿度空气29，向热交换器25供给。

热交换器25将用增湿塔24增湿的湿度空气29与由涡轮机17供给的废气32进行热交换并加热，向燃烧器16供给。

燃烧器16将用热交换器25加热的湿度空气30与燃料混合并燃烧，产生高温燃烧气体31并向涡轮机17供给。涡轮机17通过由燃烧器16得到的燃烧气体31膨胀而被驱动。驱动涡轮机17的燃烧气体31作为废气32向热交换器25供给。向热交换器25供给的废气32通过与湿度空气29的热交换而被热回收，作为废气33向水回收机26供给。

水回收机26冷却经过热交换器22的废气33，凝结水分并回收水分。用水回收机26回收的水分向增湿塔24供给。用水回收机26回收了水分的废气33作为废气34从水回收机26排出。

利用高湿度空气的燃气轮机200由于能够用热交换器25将废气32中的热能量回收用作湿度空气29的加热，所以，在使向压缩机38供给的湿度空气27的流量(压缩机流量)与基准机100相同的情况下，相比较于基准机100能够减少向燃烧器16供给的燃料流量，能够提高燃气轮机循环的效率。另外，利用高湿度空气的燃气轮机200通过用增湿塔24在压缩空气28中添加湿度，能够增加涡轮机流量，增加涡轮机输出。而且，利用高湿度空气的燃气轮机200通过用增湿塔24在压缩空气28中添加湿度，由于能够降低湿度空气29的温度并增加流量，增加热交换器25中的热能量的回收量，所以能够提高燃气轮机循环效率。

3.衍生机的制造

在利用高湿度空气的燃气轮机200中，由于涡轮机流量相比较于基准机100有所增加，所以需要重新设计涡轮机，不能够单纯地挪用基准机100的涡轮机17。在本实施方式中，以压缩机38的压缩机流量相对于基准压缩机15只减少涡轮机流量的增加量的方式，通过基准压缩机15设计·制造压缩机38，其他结构要素挪用基准机100的结构要素，设计·制造利用高湿度空气的燃气轮机200。

3-1.基准压缩机

图3是表示基准压缩机的一种构成例的整体结构的概略图，图4是利用图3中的箭头Ⅳ-Ⅳ线剖切的向视剖视图。

如图3所示，基准压缩机15具备外壳1、盘2a～2f、动叶片3a～3f以及静叶片4a～4f。

外壳1是形成基准压缩机15的外周壁的圆筒状部件。在外壳1内收纳盘2a～2f、动叶片3a～3f以及静叶片4a～4f。

盘2a～2f重叠配置于空气19流动的方向上，通过系紧螺栓13一体化地连结。盘2a～2f与动叶片3a～3f一起构成转子。如图4所示，系紧螺栓13将基准压缩机15的中心轴11作为中心在同一圆周上等间隔地设置八个。并且，图3举例说明具备六个盘2a～2f的基准压缩机，盘的个数为七个以上或五个以下的压缩机也会称为基准压缩机。另外，系紧螺栓的个数也可以为八个以上或八个以下。

在外壳1与盘2a～2f之间形成环状的压缩机流路32。压缩机流路32将外壳1的内周面7作为外周壁。压缩机流路32的内周壁用内周部件8(后述)的外周面8a以及盘2a～2f的外周面6a～6f而形成。吸入基准压缩机15中的空气19在通过压缩机流路32的过程被压缩。关于空气19的压缩工序后述。

如图3、4所示，动叶片3a～3f在盘2a～2f的外周面6a～6f上沿转子的圆周方向等间隔地设置多个。动叶片3a～3f从盘2a～2f的外周面6a～6f向基准压缩机15的外周侧(外壳1的内周面7)延伸。动叶片3a～3f通过流经压缩机流路32的空气19与盘2a～2f一起将中心轴11作为中心从下游侧观察向顺时针方向(图4中的箭头14的方向)旋转。

静叶片4a～4f在外壳1的内周面7上沿转子的圆周方向等间隔地设置多个。静叶片4a～4f从外壳1的内周面7向基准压缩机15的内周侧(盘2a～2f的外周面6a～6f)延伸。

如图3所示，动叶片3a～3f与静叶片4a～4f在空气19的流动方向上交替设置。即，从压缩机流路32的入口向下游侧以成为动叶片3a、静叶片4a、动叶片3b、静叶片4b…的方式交替设置动叶片与静叶片。从压缩机流路32的入口在空气19的流动方向上邻接的一组动叶片与静叶片构成叶片级。在图3中所举例说明的结构中，动叶片3a与静叶片4a构成第一叶片级36a，动叶片3b与静叶片4b、动叶片3c与静叶片4c、动叶片3d与静叶片4d、动叶片3e与静叶片4e构成第二叶片级36b～第五叶片级36e，动叶片3f与静叶片4f构成第六叶片级36f。以下，有将第一叶片级36a称为初级、将初级的下游侧的第二叶片级36b～第五叶片级36e称为中间级、将中间级的下游侧的第六叶片级36f称为最终级的场合。

在动叶片3a的上游侧的位置上，盘2a通过轴承9被支撑于内周部件8上。

在初级36a的动叶片3a的上游侧，入口导向叶片5在转子的圆周方向上等间隔地设置多个。入口导向叶片5从内周部件8的外周面8a向外壳1的内周面7延伸。

关于流经压缩机流路32的空气19的压缩工序进行说明。

图5是举例说明流经压缩机流路32的空气19的流动的图。图5表示入口导向叶片5至用动叶片3a与静叶片4a构成的第一叶片级36a。在图5中，入口导向叶片5以及静叶片4a相对于压缩机流路32静止，动叶片3a相对于压缩机流路32以中心轴11(参照图3、4)为中心向用矢量U表示的方向旋转。

在用矢量C0所表示的方向向入口导向叶片5流入的空气19沿入口导向叶片5的形状向以矢量C1所表示的方向转向，从入口导向叶片5流出。

向用矢量C1表示的方向从入口导向叶片5流出的空气19流入下游侧的动叶片3a。由于动叶片3a向用矢量U表示的方向旋转，因此，向用矢量C1表示的方向行进的空气19从动叶片3a观察时向矢量W1所表示的方向行进。沿外表上矢量W1表示的方向流入动叶片3a的空气19向矢量W2表示的方向转向并从动叶片3a流出。此时，空气19比流入动叶片3a时减速，以被压缩的状态从动叶片3a流出。以静止系统观察从动叶片3a的上游侧到下游侧的空气19的流动时，沿用矢量C1表示的方向向动叶片3a流入的空气19给予旋转成分，向用矢量C2表示的方向转向并从动叶片3a流出。

沿用矢量C2表示的方向从动叶片3a流出的空气19通过下游侧的静叶片4a抑制用动叶片3a所付与的旋转成分，沿静叶片4a的形状向用矢量C3表示的方向转向并从静叶片4a流出。此时，空气19比流入静叶片4a时减速，以进一步被压缩的状态从静叶片4a流出。之后，通过反复操作利用动叶片的旋转成分的付与与利用静叶片的旋转成分的夺取，压缩空气19。

3-2.压缩机的设计·制造

图6是表示压缩机38的设计·制造顺序的流程图。关于压缩机38的设置·制造顺序进行说明。

步骤S1

根据利用高湿度空气的燃气轮机200的样式确定压缩机38所要求的压缩机流量以及压缩比。

步骤S2

基于步骤S1所确定的压缩机流量以及压缩比，确定压缩机38所要求的从初级到最终级的各级的环带面积以及级数。以下，关于压缩机38的各级的环带面积的确定方法进行说明。

一般来说，在压缩机中，在环带面积A与压缩机流量m、流体的密度ρ以及流体轴向速度C之间成立以下的式(1)的关系。

m＝ρCA…式(1)

未相对于压缩机进行抽气等的情况下，压缩机流量m在全部的叶片级中相同。另外，轴向速度C在全部的叶片级中也为恒定的情况多。因此，各级的环带面积A根据流体的密度ρ以满足式(1)的方式而确定。如上述，由于流体在流经压缩机流路的过程中被压缩，因此密度ρ越到下游侧越大，环带面积A越到下游侧越狭窄。

当使压缩机38的内部流动条件(称为图5中的空气19的流入方向、动叶片3a的旋转速度等的条件)与基准压缩机15相同时，则在基准压缩机15与压缩机38中，式(1)的密度ρ以及轴向速度C相同，因此基准压缩机15的压缩机流量m以及环带面积A与压缩机38的压缩机流量m以及环带面积A成比例关系。因此，可以以相对于基准压缩机15的压缩机38的环带面积的减少率与相对于基准压缩机的压缩机38的压缩机流量的减少率相同的方式确定压缩机38的环带面积。

步骤S3

其次，基于步骤S2中所确定的环带面积以及级数选择基准机100。例如，只要选择具备具有步骤S2所确定的环带面积以上的环带面积、具有近似于步骤S2所确定的级数的级数的基准压缩机的机种作为基准机100即可。关于基准机100的环带面积，例如，优选在各级中为步骤S2所确定的值以上且与步骤S2所确定的环带面积的差量尽量小。这是因为希望存在环带面积的缩小量、且与压缩机38高的共通性。

步骤S4

其次，以压缩机38的环带面积为步骤S2所确定的环带面积的方式，确定相对于步骤S3所选择的基准机100的基准压缩机15的压缩机38的压缩机流路32的内径的增加量以及外径的减少量。

关于使基准压缩机15的环带面积减少的方法进行说明。

如图3所示，在本实施方式中，增加压缩机流路32的内径且减少外径。并且，在以下的说明中，将基准压缩机15的压缩机流路32的内径d1～d6以及外径D1～D6分别作为基准内径以及基准外径，将相对于基准内径d1～d6的压缩机38的压缩机流路的内径的增加量作为内径增加量，将相对于基准外径D1～D6的压缩机38的压缩机流路的外径的减少量作为内径减少量。

在本实施方式中，将压缩机38的各级的环带面积成为步骤S2所确定的环带面积作为条件，以满足以下关系的方式确定初级36a、中间级36b～36e的各级以及最终级36f的内径的增加量及外径减少量。

初级

在初级36a中内径的增加量比外径的减少量大。

中间级

在中间级36b～36e的各级中，内径增加量为前级的内径增加量以下、外径减少量为前级的外径减少量以上。例如，在第三叶片级36c中，内径增加量为作为前级的第二叶片级36b中的内径增加量以下，外径减少量为作为前级的第二叶片级36b中的外径减少量以上。

最终级

在最终级36f中，外径减少量为内径增加量以上。

步骤S5

将基准压缩机15的初级36a、中间级36b～36e的各级以及最终级36f中的构成要素(例如，外壳1、盘6a～6f、动叶片3a～3f、静叶片4a～4f等)中的、伴随步骤S4中所确定的内径增加量以及外径减少量而偏离样式的构成要素以适合于该样式的方式进行更新，样式共通的构成要素挪用，设计压缩机38。并且，在本实施方式中，样式是构成要素应该满足的要求事项。

步骤S6

基于步骤S5的设计制造压缩机38。

并且，利用高湿度空气的燃气轮机200使用步骤S6中制造的压缩机38而制造。

(效果)

(1)压缩机流量的削减

在本实施方式中，根据利用高湿度空气的燃气轮机200的样式确定压缩机38所要求的环带面积，以压缩机38的环带面积为被确定的环带面积的方式确定相对于基准压缩机15的压缩机38的压缩机流路32的内径增加量以及外径减少量。因此，能使压缩机38的压缩机流量相对于基准压缩机15削减涡轮机流量的增加量。

(2)压缩机效率的维持

作为减少基准压缩机15的环带面积的方法，除了上述方法以外还存在顶端切除(チップカット)以及中心增加(ハブアップ)。

图7是说明顶端切除的图。在图7中与上述第一实施方式的基准压缩机15相同的部分标注相同的符号，适当地省略说明。

如图7所示，顶端切除是只减少基准压缩机15的压缩机流路32的外径(即，将内周面7作为内周面7')、不增加内径的方法。

图8是说明中心增加的图。在图8中，与上述第一实施方式的基准压缩机15相同的部分标注相同的符号，适当地省略说明。

如图8所示，中心增加是只增加基准压缩机15的压缩机流路32的内径(即，将外周面6a～6f、8作为外周面6a'～6f'、8')、不减少外径的方法。

压缩机效率主要由叶片级落的级负荷与叶片高度(叶片长)而决定，级负荷越低、叶片高度越高效率就越高。

压缩机效率与级负荷

作为压缩机的任意叶片级中的负荷指标定义级负荷系数Ф。级负荷系数Ф变小则压缩机效率变高，级负荷系数Ф变大则压缩机效率变低。级负荷系数Ф使用任意叶片级的热函上升量Δh与动叶片的平均径中的周速度u如以下式(2)表示。

Ф＝h/u²…式(2)

图9是举例说明级负荷系数与叶片级的关系的图。纵轴表示级负荷系数Ф，横轴表示叶片级。横轴的编号相当于将初级作为基准的叶片级的级编号。即，编号1相当于初级，编号2～5表示中间级，编号6表示最终级(参照图3)。在图9中单点划线表示基准压缩机15的级负荷系数Ф31，点线表示顶端切除后的压缩机的级负荷系数Ф32，虚线表示中心增加后的压缩机的级负荷系数Ф33，实线表示压缩机38的级负荷系数Ф34。

如图9所示，中心增加后的压缩机的级负荷系数Ф33从初级至最终级的整级，比基准压缩机15的级负荷系数Ф31小。因此，中心增加后的压缩机的压缩机效率比基准压缩机15高。中心增加后的压缩机的级负荷系数Ф33比基准压缩机15的级负荷系数Ф31小是由于通过中心增加，动叶片的平均径变大、圆周速度u增加。并且，在本实施方式中，叶片的平均径是距叶片中央部的中心轴11的距离。另一方面，顶端切除后的级负荷系数Ф32从初级至最终级的整级，比基准压缩机15的级负荷系数Ф31大。因此，顶端切除后的压缩机的压缩机效率比基准压缩机15低。顶端切除后的级负荷系数Ф32比基准压缩机15的级负荷系数Ф31大是由于通过顶端切除，动叶片的平均径变小、圆周速度u减少。相对于关于级负荷系数Ф的变化中的顶端切除的中心增加的优越性越到初级侧越显著。这是由于越到初级侧叶片高度越大、平均径的变化量大而导致级负荷系数Ф变化大。

压缩机效率与叶片高度

一般来说，由于叶片高度越大，压缩机流路32的空气19中的、在外周面6a～6f以及内周面7之间产生摩擦的流量减少，因此流体损失变少。另一方面，当环带面积减少则叶片高度变小，压缩机流路32的空气19中的、在外周面6a～6f以及内周面7之间产生摩擦的流量增加，由外周面6a～6f以及内周面7而产生的流体损失变大。而且，通过在空气19与外周面6a～6f以及内周面7之间产生的摩擦在压缩机流路32中产生漩涡，空气19与漩涡干涉。其结果，压缩机效率变低。

图10是举例说明叶片高度减少率与叶片级的关系的图。纵轴表示叶片高度减少率，横轴表示叶片级。横轴的编号与图9相同。在图10中，点线表示顶端切除后的压缩机的叶片高度减少率35，虚线表示中心增加后的压缩机的叶片高度减少率36，实线表示压缩机38的叶片高度减少率37。并且，在本实施方式中，叶片高度减少率例如在压缩机38的情况下用基准压缩机15的叶片高度除以基准压缩机15及压缩机38的任意级的叶片高度清除在基准压缩机15以及压缩机38的任意级中的叶片高度的差的值表示。叶片高度减少率越大，压缩机效率就越低。

如图10所示，顶端切除后的压缩机的叶片高度减少率35从初级至最终级的整级，比中心增加后的叶片高度减少率36小。因此，中心增加的方法比顶端切除更能够抑制相对于基准压缩机15的压缩机效率的低下。而且，中心增加后的叶片高度较少率36与顶端切除后的叶片高度减少率35的差原本越往叶片高度小的后级侧越大。因此，在后级侧，中心增加比顶端切除能够更抑制压缩机效率的低下。

在本实施方式中，通过在初级使内径增加量比外径减少量大，在中间级的各级中使内径增加量为前级的内径增加量以下、使外径减少量为前级的外径减少量以上，在最终级使外径减少量为内径增加量以上，在前方级增加内径、在后方级使外径减少。因此，如图9、图10所示，在前方级与中间增加的情况相同，能够使级负荷系数Ф34变小，并能够使叶片高度减少量37比后方级小。因此，用使级负荷系数Ф3变小而得到的压缩机效率的效果提高效果为支配性的。另外，在后方级与顶端切除的情况相同，能够使叶片高度减少率37变小，并能够使级负荷系数Ф34比前方级小。因此，用使叶片高度减少率变小而得到的压缩机效率的提高效果为支配性的。

图11是举例说明压缩机效率的压缩比依存性的图。纵轴表示压缩机效率，横轴表示压缩比。在图11中点线表示顶端切除，虚线表示中心增加，实线表示本实施方式的情况。

压缩机效率一般来说以在设计要点中的压缩比中为最高的方式设计。如上述，在本实施方式中，由于在前方级以及后方级各自中采用在压缩机效率方面有利的结构，因此，如图11所示，本实施方式能简单地通过顶端切除或中心增加的结构能够在压缩机整体中维持高的压缩机效率。

(3)确保可靠性

在本实施方式中，能够挪用在设计或制造中有实际效果的基准压缩机15的结构要素中满足压缩机38所要求的样式的结构要素。因此，关于从基准压缩机15中挪用的结构要素，能够不重新进行检验等地确保可靠性。

(4)固有振动数的上升

一般来说，为了提高转子的固有振动数可以扩大转子的轴径，在图3中所举例说明的结构的情况下，当扩大转子的轴径则存在与内周部件8干涉的可能。

相对于此，在本实施方式中，由于伴随在前方级中的内径的增加在径向上提高内周部件8的外周面8a，内周部件8的厚度(径向的宽度)增加。因此，能在径向上只以增加的厚度的量来提高内周部件8的底面(相对于盘2a的面)。那样，不会与内周部件8干涉就将转子的轴径d7扩大为d7'而能够提高转子的固有振动数，产生转子振动的问题变难，能够提高压缩机的可靠性。

＜第二实施方式＞

(结构)

图12是表示涉及本实施方式的基准压缩机的一结构例的整体结构的概略图。在图12中与上述第一实施方式的基准压缩机15相同的部分标注相同的符号，适当地省略说明。

如图12所示，涉及本实施方式的基准压缩机115在具备基准外径从初级136a向下游侧恒定的外径恒定级(在图12中，初级136a以及中间级136b)、连接于外径恒定级136a、136b的下游侧且基准外径向下游侧减少的外径缩小级(在图12中，中间级136c)的方面上与基准压缩机15不同。其他结构与基准压缩机15相同。

在本实施方式中，在第一实施方式中的步骤S4中进一步追加条件，确定基准压缩机115的外径恒定级136a、136b以及外径缩小级136c中的内径增加量以及外径缩小量。其他的步骤与第一实施方式相同。

在本实施方式中，以将外径恒定级136a、136b以及外径缩小级136c的内径增加量以及外径减少量的关系满足以下的关系的方式而决定。

外径恒定级

在外径恒定级136a、136b中，以与只减少基准外径D1、D2时的外径恒定级136a、136b的最下游级中的外径相同的方式，使基准外径D1、D2相同地减少并将内周面7作为内周面7'，按照基准外径D1、D2的减少量(即，以补充由使基准外径D1、D2相同地减少而产生的外径恒定级136a、136b中的环带面积的减少量的减少程度)增加基准内径d1、d2。

外径缩小级

在外径缩小级136c中，以相对于已确定的环带面积的基准压缩机115的环带面积的减少量相同的方式减少基准外径D3。

并且，图12举例说明在外径缩小级136c中只进行顶端切除的情况，但如果需要，既可以进行顶端切除也可以进行中心增加。

(效果)

根据上述结构，在本实施方式中不但具有在上述第一实施方式中得到的各种效果，还能够得到以下的效果。

在通过顶端切除使基准压缩机115的环带面积减少的情况下，在外径恒定级136a、136b中存在外径向下游侧扩大的情况(即，内周面7为内周面7”')。在用轴承9承受推力负荷的情况下，伴随由燃气轮机运转而产生的热伸展，盘2a～2f以及动叶片3a～3f以轴承9为基点向下游侧(在图12中为右方向)移动。于是，动叶片3a～3f与内周面7”'的间隙扩大，存在压缩机效率降低的可能性。

相对于此，在本实施方式中，在外径恒定级136a、136b中使基准外径D1、D2相同地减少。因此，即使在盘2a～2f以及动叶片3a～3f向下游侧移动的情况下，也不会扩大动叶片3a～3b与内周面7”的间隙，能够抑制压缩机效率的降低。

＜第三实施方式＞

(结构)

图13是表示涉及本实施方式的压缩机的一结构例的整体结构的概略图。在图13中，与上述第一实施方式的基准压缩机15相同的部分标注相同的符号，适当地省略说明。

如图13所示，本实施方式在追加在通过基准压缩机设计·制造的压缩机的最终级36f的下游侧具备盘2g、动叶片4g以及静叶片3g的叶片级36g的方面上与第一实施方式不同，其他的结构与第一实施方式相同。

(效果)

通过上述的结构，在本实施方式中不但具有在上述第一实施方式中得到的各种效果，还能得到以下的效果。

在除了压缩机流量的削减、压缩比也要变更的情况下，只要在减少压缩机流量之后变更叶片级数即可。例如，如本实施方式，通过在最终级36f的下游侧追加叶片级36g能够提高压缩比。并且，如果增加追加的叶片级落则能够进一步提高压缩比。另一方面，通过减少叶片级数也能够降低压缩比。

＜第四实施方式＞

(结构)

图14是表示涉及本实施方式的入口导向叶片的一结构例的概略图。

本实施方式在代替入口导向叶片5具有在图14中表示的、可将叶片长方向上的轴42作为旋转轴旋转的入口导向叶片205(205A、205B…)的方面上与基准压缩机15不同。其他的结构与基准压缩机15相同。

压缩机流量与颈部40的大小成比例而决定。颈部40是将入口导向叶片205A的叶片背面205a、与入口导向叶片205A在转子的圆周方向邻接的入口导向叶片205B的叶片腹面205b之间距离为最小的位置结合时的长度。如图14所示，通过将旋转轴42作为中心顺时针(图14中箭头43方向)旋转入口导向叶片205而成为入口导向叶片205'(205A'、205B'…)，颈部40成为颈部40'。由于颈部40'比颈部40短，因此压缩机流量减少。另一方面，当逆时针旋转入口导向叶片205，则颈部40变长，因此压缩机流量增加。即，入口导向叶片205具备压缩机流量调整功能。

(效果)

通过上述结构，在本实施方式中不但具有上述第一实施方式中得到的各种效果，还能得到以下的效果。

在上述第一实施方式中，若大幅降低环带面积，则下游侧的叶片级中的叶片高度过度变小，存在压缩机效率显著降低的可能性。

在本实施方式中，除了减少环带面积而削减压缩机流量的方式，还能够旋转入口导向叶片而削减压缩机流量。因此，即使在需要大幅度降低环带面积的情况下，旋转入口导向叶片205而降低压缩机流量，能够相应地减轻环带面积的减少量。因此，能够抑制环带面积的大幅度减少，并能够避免叶片高度过度变小而导致压缩机效率显著降低。

并且，本实施方式举例说明代替入口导向叶片5而设置可旋转的入口导向叶片205的情况，如果是入口导向叶片可旋转的结构，则可以挪用入口导向叶片5。即使在那样的情况下，也能够得到上述的效果。

＜其他＞

本发明不限于上述的各实施方式，含有多种变形例。例如，上述实施方式为了容易理解本发明而进行详细说明，未必限定于具备所说明的全体结构。例如，能将某实施方式中的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也可删除各实施方式中的结构的一部分。

在上述各实施方式中举例说明在初级36a中使内径增加量大于外径减少量的场合。可是，本发明的本质性效果是提供一种能够维持与基准机相等的压缩比、比较于基准机能够削减压缩机流量的燃气轮机的设计以及制造方法，只要得到该本质性的效果，未必限定于该情况。例如，可以使内径增加量与外径减少量相同，还可以使内径增加量比外径减少量小。

另外，在上述各实施方式中，举例说明由一张部件构成外壳1的情况，只要得到本发明的上述本质性效果，未必限定于该结构。例如，可以重叠圆筒状的多个分割部件而构成外壳1。

另外，在上述实施方式中，说明将利用高湿度空气的燃气轮机200作为对象适用本发明的情况，但能够广泛地适用于采用向燃烧器喷射蒸汽的循环的燃气轮机。另外，将高炉煤气燃烧燃气轮机作为对象也能够适用本发明。

Claims (8)

1.一种燃气轮机的制造方法，以具备基准压缩机的基准燃气轮机制造不同循环的衍生燃气轮机，该燃气轮机的制造方法的特征在于，

在将上述基准压缩机的环状压缩机流路的内径以及外径分别作为基准内径以及基准外径、将相对于上述基准内径的上述衍生燃气轮机的压缩机流路的内径的增加量作为内径增加量、将相对于上述基准外径的上述衍生燃气轮机的压缩机流路的外径的减少量作为外径减少量时，

确定上述衍生燃气轮机的压缩机所要求的压缩机流量以及压缩比，

基于已确定的上述压缩机流量以及压缩比，确定上述衍生燃气轮机的压缩机所要求的环带面积，

将上述衍生燃气轮机的压缩机的各级的环带面积成为已确定的上述环带面积作为条件，确定初级中的内径增加量以及外径减少量，以内径增加量为前级的内径增加量以下、外径减少量为前级的外径减少量以上的方式确定上述初级的下游侧的中间级的各级中的内径增加量以及外径减少量，以外径减少量为内径增加量以上的方式确定上述中间级的下游侧的最终级中的内径增加量以及外径减少量，

在上述初级、上述中间级的各级以及上述最终级中，将上述基准压缩机的构成要素中的、伴随上述内径增加量以及外径减少量的确定而偏离样式的构成要素的设计数据以适合于该样式的方式进行更新，并设计上述衍生燃气轮机的压缩机，

基于上述设计制造上述衍生燃气轮机的压缩机，并制造上述衍生燃气轮机。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的制造方法，其特征在于，

在上述初级中，使上述内径增加量比上述外径减少量大。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机的制造方法，其特征在于，

使相对于已确定的上述环带面积的上述基准压缩机的环带面积的减少量相同。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机的制造方法，其特征在于，

在上述初级的下游侧的各级中，使相对于已确定的上述环带面积的上述基准压缩机的环带面积的减少量比前级的环带面积的减少量大。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机的制造方法，其特征在于，

上述基准压缩机具备上述基准外径从上述初级向下游侧恒定的外径恒定级及与上述外径恒定级连接且上述基准外径向下游侧减少的外径缩小级，

在上述外径恒定级中，以与只减少上述基准外径时的外径恒定级的最下游级中的外径相同的方式，使上述基准外径相同地减少并根据基准外径的减少量增加上述基准内径，使各级的环带面积为已确定的上述环带面积，

在上述外径缩小级中，以相对于已确定的上述环带面积的上述基准压缩机的环带面积的减少量相同的方式减少基准外径。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机的制造方法，其特征在于，

在上述最终级的下游侧至少追加一个级。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机的制造方法，其特征在于，

在上述初级的上游侧设有将叶片长方向的轴作为旋转轴而旋转的入口导向叶片。

8.一种燃气轮机的设计方法，以具备基准压缩机的基准燃气轮机设计不同循环的衍生燃气轮机，该燃气轮机的设计方法的特征在于，

在将上述基准压缩机的环状的压缩机流路的内径以及外径分别作为基准内径以及基准外径、将相对于上述基准内径的上述衍生燃气轮机的压缩机流路的内径的增加量作为内径增加量、将相对于上述基准外径的上述衍生燃气轮机的压缩机流路的外径的减少量作为外径减少量时，

确定上述衍生燃气轮机的压缩机所要求的压缩机流量以及压缩比，

基于已确定的上述压缩机流量以及压缩比，确定上述衍生燃气轮机的压缩机所要求的环带面积，

将上述衍生燃气轮机的压缩机各级的环带面积成为已确定的上述环带面积作为条件，确定初级中的内径增加量以及外径减少量，以内径增加量为前级的内径增加量以下、外径减少量为前级的外径减少量以上的方式确定上述初级的下游侧的中间级的各级中的内径增加量以及外径减少量，以外径减少量为内径增加量以上的方式确定上述中间级的下游侧的最终级中的内径增加量以及外径减少量，

在上述初级、上述中间级的各级以及上述最终级中，将上述基准压缩机的构成要素中的、伴随上述内径增加量以及外径减少量的确定而偏离样式的构成要素的设计数据以适合于该样式的方式进行更新，并设计上述衍生燃气轮机的压缩机，并设计上述衍生燃气轮机。