CN108779784A - 多级轴流压缩机以及燃气轮机 - Google Patents

多级轴流压缩机以及燃气轮机 Download PDF

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Abstract

多级轴流压缩机具备：旋转轴，其安装有多个动叶；壳体，其包围旋转轴，且在旋转轴与壳体之间形成有工作流体的流路；壁部，其以包围壳体的方式沿旋转轴的周向延伸且呈环形状，壁部形成与流路连通的环形状的抽气室；多个端口部，其与壁部的外周面相连，且分别形成与抽气室连通的出口流路；以及多个抽气管，其与多个端口部分别相连，在通过与旋转轴正交的剖面观察时，在端口部的内表面与壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在抽气室中的工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域中，在将端口部的内表面与壁部的内表面所成的角度设为θ1时，角度θ1为225°以下。

Description

多级轴流压缩机以及燃气轮机
技术领域
本发明涉及多级轴流压缩机以及燃气轮机。
背景技术
在多级轴流压缩机中，在低速旋转时，例如在起动运转中、用于停止的减速运转中，工作流体、例如空气的流动变得不稳定。作为用于避免这种情况的手段，有时采用抽气结构。
例如，在专利文献1所公开的旋转机械中，在压缩机壳体形成有抽气室、主流路、连通路以及抽气嘴，在抽气嘴连接有抽气配管。在抽气配管设置有流量调节阀，通过调整流量调节阀的开度，从而在主流路中流动的压缩中途的空气通过连通路、抽气室、抽气嘴以及抽气配管而被向压缩机壳体的外部抽吸。
另外，在专利文献1所公开的旋转机械中，在抽气嘴的内周面以旋转轴线为中心的周向的一侧的第一面和周向的另一侧的第二面中的至少一个面即第一面具有方向转换缓和部，该方向转换缓和部随着从抽气室的径向外侧面朝向径向外侧而逐渐向在周向上接近另一面的朝向延伸。
在此，在环形状的连通路以及抽气室内中，空气以旋转轴线为中心而朝向周向的另一侧、即压缩机转子旋转的一侧回旋。
即使空气像这样回旋，在抽气室内沿着该抽气室的径向外侧面而朝向周向的另一侧流动的压缩空气即使到达该抽气嘴的抽气室侧开口，也沿着第一面中的方向转换缓和部流动，基本不会从抽气室的径向外侧面以及抽气嘴的第一面剥离，能够流入抽气嘴内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-145265号公报
发明内容
发明所要解决的课题
当从抽气室向抽气嘴流入的空气的流动产生剥离时，从连通路到抽气配管的抽气系统中的压力损失变大，导致抽气流量的降低。因此，为了减小抽气系统中的压力损失，增大抽气流量，优选尽可能地抑制从抽气室向抽气嘴流入的空气的流动剥离的情况。而且，为此，抽气嘴相对于抽气室的连接角度是重要的，但在专利文献1中不存在关于连接角度的具体记载。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于提供抽气流量增大并且即使在低速旋转时也能够稳定地动作的多级轴流压缩机以及燃气轮机。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式所涉及的多级轴流压缩机具备：旋转轴，其安装有多个动叶；壳体，其包围所述旋转轴，且在所述旋转轴与所述壳体之间形成有工作流体的流路；壁部，其以包围所述壳体的方式沿所述旋转轴的周向延伸且呈环形状，所述壁部形成与所述流路连通的环形状的抽气室；多个端口部，其与所述壁部的外周面相连，且分别形成与所述抽气室连通的出口流路；以及多个抽气管，其与所述多个端口部分别相连，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，在所述端口部的内表面与所述壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域中，在将所述端口部的内表面与所述壁部的内表面所成的角度设为θ1时，所述角度θ1为225°以下。
在上述结构(1)中，角度θ1为225°以下，因此在工作流体从抽气室流入端口部时，防止在工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域的工作流体的流动的剥离。因此，从抽气室流入端口部时的工作流体的压力损失减少，工作流体从抽气室顺畅地向端口部流入，抽气流量增大。其结果是，具有上述结构(1)的多级轴流压缩机在低速旋转时也能够稳定地动作。
(2)在几个实施方式中，在上述结构(1)的基础上，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，在所述端口部的内表面与所述壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向上位于前方侧的拐角区域中，在将所述端口部的内表面与所述壁部的内表面所成的角度设为θ2时，所述角度θ2为315°以上。
在上述结构(2)中，角度θ2为315°以上，因此工作流体能够从抽气室顺畅地流入端口部。因此，从抽气室流入端口部时的流体的压力损失减少，工作流体从抽气室顺畅地向端口部流入，抽气流量增大。其结果是，具有上述结构(2)的多级轴流压缩机在低速旋转时也能够稳定地动作。
(3)在几个实施方式中，在上述结构(2)的基础上，在将通过与所述旋转轴正交的剖面观察时的所述端口部的内径设为d，且将所述抽气室的外径设为D时，所述角度θ1满足用下式表示的关系：270°-sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π≤θ1，所述角度θ2满足用下式表示的关系：θ2≤270°+sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π。
为了防止工作流体的流动的剥离，角度θ1越小越好，但无法小于端口部在切线方向上与抽气室相连时的角度(切线方向角度)。当将按照上述的角度θ1的定义表示的、在工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域的切线方向角度设为θt1时，θt1＝270°-sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π，切线方向角度θt1能够根据抽气室的外径以及端口部的内径来决定。于是，在上述结构(3)中，根据抽气室的外径以及端口部的内径，将角度θ1的最小值设定为切线方向角度θt1。
同样地，为了使从抽气室朝向端口部的工作流体的流动顺利，角度θ2越大越好，但无法大于端口部在切线方向上与抽气室相连时的角度(切线方向角度)。当将按照上述的角度θ2的定义表示的、在工作流体的旋转方向上位于前方侧的拐角区域的切线方向角度设为θt2时，θt2＝270°+sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π，切线方向角度θt2能够根据抽气室的外径以及端口部的内径来决定。于是，在上述结构(3)中，根据抽气室的外径以及端口部的内径，将角度θ2的最大值设定为切线方向角度θt2。
(4)在几个实施方式中，以上述结构(1)至(3)中的任一个的基础上，所述多个抽气管中的至少一个抽气管具有至少一个弯曲部，在将通过与所述旋转轴正交的剖面观察时的所述端口部的内径设为d，将所述至少一个弯曲部的曲率半径设为R时，所述弯曲部的曲率半径R与所述端口部的内径d之比R/d满足用下式表示的关系：2≤R/d。
根据上述结构(4)，弯曲部的曲率半径R与端口部的内径d之比R/d为2以上，因此抽气管中的工作流体的压力损失减少，工作流体能够在抽气管中顺畅地流动。因此，能够增大通过抽气管而流动的工作流体的流量、即抽气流量，具有上述结构(4)的多级轴流压缩机能够通过简单的结构在低速旋转时也稳定地动作。
(5)在几个实施方式中，在上述结构(4)的基础上，所述旋转轴沿水平方向延伸，所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部在所述旋转轴的周向上依次排列，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一端口部以及所述第二端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于第一侧，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三端口部以及所述第四端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于与所述第一侧相反的第二侧，所述多个抽气管包括与所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部分别相连的第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一抽气管以及所述第二抽气管在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而延伸至所述第二侧，所述至少一个弯曲部包括构成所述第一抽气管的一部分的第一弯曲部、以及构成所述第二抽气管的一部分的第二弯曲部，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一弯曲部以及所述第二弯曲部以流经自身的所述工作流体的旋转方向与所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向成为相同的方向的方式弯曲。
根据上述结构(5)，在通过与旋转轴正交的剖面观察时，第一弯曲部以及第二弯曲部以流经自身的工作流体的旋转方向与旋转轴的旋转方向成为相同的方向的方式弯曲，因此工作流体能够在第一弯曲部以及第二弯曲部中顺畅地流动。因此，能够增大通过第一抽气管以及第二抽气管而流动的工作流体的流量、即抽气流量，具有上述结构(5)的多级轴流压缩机能够通过简单的结构在低速旋转时也稳定地动作。
(6)在几个实施方式中，在上述结构(5)的基础上，所述至少一个弯曲部包括构成所述第三抽气管的一部分的第三弯曲部、以及构成所述第四抽气管的一部分的第四弯曲部，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三弯曲部以及所述第四弯曲部以流经自身的所述工作流体的旋转方向与所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向成为相反的方向的方式弯曲。
根据上述结构(6)，在通过与旋转轴正交的剖面观察时，第三弯曲部以及第四弯曲部以流经自身的工作流体的旋转方向与旋转轴的旋转方向成为相反方向的方式弯曲，但比R/d为2以上，因此第三弯曲部以及第四弯曲部中的压力损失减少。因此，能够增大通过第三抽气管以及第四抽气管而流动的工作流体的流量、即抽气流量，具有上述结构(6)的多级轴流压缩机能够通过简单的结构在低速旋转时也稳定地动作。
(7)在几个实施方式中，在上述结构(4)至(6)中任一个的基础上，所述旋转轴沿水平方向延伸，所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部在所述旋转轴的周向上依次排列，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一端口部以及所述第二端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于第一侧，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三端口部以及所述第四端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于与所述第一侧相反的第二侧，所述第一端口部以及所述第三端口部沿与所述旋转轴正交的水平方向延伸，所述第二端口部以及所述第四端口部沿铅垂方向延伸。
根据上述结构(7)，第一端口部以及第三端口部沿水平方向延伸，第二端口部以及第四端口部沿铅垂方向延伸，从而能够通过简单的结构，防止流入第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部的工作流体的流动的剥离。其结果是，具有上述结构(7)的多级轴流压缩机能够通过简单的结构即使在低速旋转时也确保足够的抽气流量，从而能够稳定地动作。
(8)在几个实施方式中，在上述结构(4)至(7)中任一个的基础上，所述旋转轴沿水平方向延伸，所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，在与所述旋转轴正交的剖面中，在将所述壁部的外周面的顶部的周向位置设为0°时，所述壁部的外周面与所述第一端口部的轴线的交点位于30°以上且60°以下的周向位置，所述壁部的外周面与所述第二端口部的轴线的交点位于120°以上且150°以下的周向位置，
所述壁部的外周面与所述第三端口部的轴线的交点位于200°以上且230°以下的周向位置，所述壁部的外周面与所述第四端口部的轴线的交点位于290°以上且320°以下的周向位置。
根据上述结构(8)，所述壁部的外周面与所述第一端口部的轴线的交点位于30°以上且60°以下的周向位置，壁部的外周面与第二端口部的轴线的交点位于120°以上且150°以下的周向位置，壁部的外周面与第三端口部的轴线的交点Z位于200°以上且230°以下的周向位置，壁部的外周面与第四端口部的轴线的交点位于290°以上且320°以下的周向位置，因此能够抑制上下方向上的抽气管的高度。其结果是，能够减小具有上述结构(8)的多级轴流压缩机的设置空间。
(9)在几个实施方式中，在上述结构(4)至(8)中任一个的基础上，所述旋转轴沿水平方向延伸，所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部在所述旋转轴的周向上依次排列，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一端口部以及所述第二端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于第一侧，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三端口部以及所述第四端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于与所述第一侧相反的第二侧，所述多个抽气管包括与所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部分别相连的第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管，在将与所述旋转轴正交的剖面以所述旋转轴的中心为原点并通过铅垂轴以及水平轴分割为四个象限时，相对于所述抽气室而位于远方的所述第一抽气管、所述第二抽气管、所述第三抽气管以及所述第四抽气管的远位端位于所述四个象限中的同一象限内。
根据上述结构(9)，第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管、第四抽气管的远位端位于同一象限内，因此在将沿旋转轴的轴线方向延伸的轴向配管与第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管的远位端连结的情况下，连结较为容易。
(10)在几个实施方式中，在上述结构(9)的基础上，所述第一抽气管、所述第二抽气管、所述第三抽气管以及所述第四抽气管的远位端在与所述旋转轴正交的水平方向上位于比所述壳体靠外侧的位置。
有时在壳体的下方配置有用于支承壳体的混凝土制的底座等。因此，难以将沿旋转轴的轴线方向延伸的轴向配管配置在壳体的下方。
关于这一点，根据上述结构(10)，第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管的远位端位于同一象限内，且在水平方向上位于比壳体靠外侧的位置，因此容易将沿旋转轴的轴线方向延伸的轴向配管与第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管的远位端连结。
(11)本发明的一实施方式所涉及的燃气轮机具备：多级轴流压缩机；燃烧器，其能够利用被所述多级轴流压缩机压缩的空气而使燃料燃烧，从而产生燃烧气体；以及涡轮，其能够利用由所述燃烧器产生的燃烧气体而输出动力，其中，所述多级轴流压缩机具备：旋转轴，其安装有多个动叶；壳体，其包围所述旋转轴，且在所述旋转轴与所述壳体之间形成有作为工作流体的所述空气的流路；壁部，其以包围所述壳体的方式沿所述旋转轴的周向延伸且呈环形状，所述壁部形成与所述流路连通的环形状的抽气室；多个端口部，其与所述壁部的外周面相连，且分别形成与所述抽气室连通的出口流路；以及多个抽气管，其与所述多个端口部分别相连，在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，在所述端口部的内表面与所述壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域中，在将所述端口部的内表面与所述壁部的内表面所成的角度设为θ1时，所述角度θ1为225°以下。
在上述结构(11)中，角度θ1为225°以下，因此在工作流体从抽气室流入端口部时，防止在旋转方向上位于后方侧的拐角区域的工作流体的流动的剥离。因此，从抽气室流入端口部时的流体的压力损失减少，工作流体从抽气室顺畅地向端口部流入，抽气流量增大。其结果是，多级轴流压缩机即使在低速旋转时也能够稳定地动作，具有上述结构(11)的燃气轮机在低速旋转时、例如起动中、用于停止的减速中也能够稳定地动作。
需要说明的是，根据上述结构(4)至(10)，即使不具备上述结构(1)至(3)，通过抑制抽气管中的压力损失，也能够增大抽气量。因此，若为了提供增大抽气流量并且即使在低速旋转时也能够稳定地动作的多级轴流压缩机以及燃气轮机的目的，即使不具备上述结构(1)至(3)，通过上述结构(4)至(10)也能够实现。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能够提供抽气流量增大并且即使在低速旋转时也能够稳定地动作的多级轴流压缩机以及燃气轮机。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的燃气轮机的概要结构的图。
图2是示出应用于图1的燃气轮机的多级轴流压缩机的一部分的概要结构的图。
图3是沿着图2中的III-III线的概要剖视图。
图4是图3中的区域IV的放大图。
图5是另一实施方式所涉及的多级轴流压缩机的与图3对应的概要剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式所记载的内容或附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不表示将本发明的范围限定于此，仅仅是说明例而已。
例如，“在某方向上”、“沿某方向”、“平行”、“垂直”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对配置的表现不仅严格地表示这样的配置，还表示以具有公差、或者能够获得相同功能的程度的角度、距离的方式相对位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均等”等表示事物相等的状态的表现不仅严格地表示相等的状态，还表示存在公差、或者能够获得相同功能的程度的差异的状态。
例如，表示四边形状、圆筒形状等形状的表现不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在能够获得相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“配备有”、“具有”、“具备”、“包含”、或者“有”一个结构要素这样的表现不是排除其他结构要素的存在的排他性表现。
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的燃气轮机1的概要结构的图。图2是示出应用于图1的燃气轮机1的多级轴流压缩机2a、2b的一部分的概要结构的图。图3是沿着图2中的III-III线的概要剖视图。图4是图3中的区域IV的放大图。图5是另一实施方式所涉及的多级轴流压缩机2b的与图3对应的概要剖视图。
需要说明的是，在以下的说明中，也将多级轴流压缩机2a、2b统一称为多级轴流压缩机2。
如图1所示，本发明的一实施方式所涉及的燃气轮机1具备多级轴流压缩机2、燃烧器4以及涡轮6。
燃烧器4利用由多级轴流压缩机2压缩后的空气而使燃料燃烧，从而能够产生高温的燃烧气体。
涡轮6能够利用由燃烧器4产生的燃烧气体而输出动力。涡轮6输出的动力的一部分被供给至多级轴流压缩机2，剩余部分被供给至例如发电机(未图示)而用于发电。
如图1～图5所示，多级轴流压缩机2具备旋转轴10、壳体12、壁部14、多个端口部16、以及多个抽气管18。
在旋转轴10安装有多级动叶列。多级动叶列在旋转轴10的轴线方向上相互分离地排列。各动叶列分别包括安装于旋转轴10的多个动叶20，在各动叶列中，多个动叶20沿旋转轴10的周向排列。
壳体12包围旋转轴10，在壳体12与旋转轴10之间形成有工作流体的流路22。在应用于燃气轮机1的多级轴流压缩机2的情况下，工作流体是空气。
另外，在壳体12安装有多级静叶列。多级静叶列在旋转轴10的轴线方向上相互分离地排列，在旋转轴10的轴线方向上，动叶列与静叶列交替地配置。各静叶列分别包括安装于壳体12的多个静叶24，在各静叶列中，多个静叶24沿旋转轴10的周向排列。
壁部14以包围壳体12的方式沿旋转轴10的周向延伸，在流路22的周围形成有与流路22连通的环形状的空间(抽气室)26。例如，抽气室26经由形成于壳体12的狭缝(连通路)28而与流路22连通。需要说明的是，抽气室26在旋转轴10的轴线方向上与流路22的中间部分连通，以便能够抽吸压缩中途的工作流体。中间部分不是指中央，而是指除两端以外的部分。
多个端口部(抽气嘴)16与壁部14的外周面相连。各端口部16具有中空的筒形状，形成与抽气室26连通的出口流路30。
多个抽气管18分别与多个端口部16相连。抽气管18形成与出口流路30相连的管路32。需要说明的是，端口部16可以与壁部14形成为一体，或者也可以与抽气管18形成为一体。在后者的情况下，抽气管18的端部可以与壁部14直接连接，从而构成出口流路。
在多个抽气管18分别设置有多个流量调整阀19，通过调整流量调整阀19的开度，能够调整在抽气管18中流动的工作流体的流量。通过抽气管18而被抽吸的工作流体例如能够用于涡轮6的冷却等。需要说明的是，在图3以及图5中，省略流量调整阀19。
在此，如图4所示，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，在端口部16的内表面17与壁部14的内表面15(抽气室26的外周面)相交的两个拐角区域34a、34b中的、在抽气室26的工作流体的旋转方向Rf上位于后方侧的拐角区域34a中，将端口部16的内表面17与壁部14的内表面15所成的角度定义为θ1。
需要说明的是，更准确而言，基于本说明书中的角度θ1的定义，对于端口部16的内表面17而言，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，由通过壁部14的内表面15与端口部16的内表面17的两个交点X、Y的直线L来规定。在拐角区域34a、34b处被施加了R加工的情况下，交点X、Y可以为壁部14的内表面15与端口部16的内表面17的延长线的交点。
而且，在图1～图5所示的多级轴流压缩机2中，如上述那样定义的角度θ1为225°以下。
在上述结构中，角度θ1为225°以下，因此在工作流体从抽气室26流入端口部16时，防止在抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf上位于后方侧的拐角区域34a的工作流体的流动的剥离。因此，从抽气室26流入端口部16时的工作流体的压力损失减少，工作流体从抽气室26顺畅地向端口部16流入，抽气流量增大。其结果是，多级轴流压缩机2即使在低速旋转时也能够稳定地动作，进而具有上述结构的燃气轮机1在低速旋转时、例如起动中、用于停止的减速中也能够稳定地动作。
在几个实施方式中，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，在端口部16的内表面17与壁部14的内表面15相交的两个拐角区域34a、34b中的、在抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf上位于前方侧的拐角区域34b中，将端口部16的内表面17与壁部14的内表面15所成的角度定义为θ2时，角度θ2为315°以上。
需要说明的是，更准确而言，基于本说明书中的角度θ2的定义，对于端口部16的内表面17而言，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，由连结壁部14的内表面15与端口部16的内表面17的两个交点X、Y的直线L来规定。在拐角区域34a、34b处被施加了R加工的情况下，交点X、Y可以为壁部14的内表面15与端口部16的内表面17的延长线的交点。
根据上述结构，角度θ2为315°以上，因此工作流体能够从抽气室26顺畅地流入端口部16。因此，从抽气室26流入端口部16时的流体的压力损失减少，工作流体从抽气室26顺畅地向端口部16流入，抽气流量增大。其结果是，具有上述结构的多级轴流压缩机2在低速旋转时也能够稳定地动作。
在几个实施方式中，如图3～图5所示，在将通过与旋转轴10正交的剖面观察时的端口部16的内径定义为d，另外，如图3以及图5所示，将通过与旋转轴10正交的剖面观察时的抽气室26的外径定义为D时，角度θ1满足用下式表示的关系：
270°-sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π≤θ1
角度θ2满足用下式表示的关系：
θ2≤270°+sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π。
为了防止工作流体的流动的剥离，角度θ1越小越好，但无法小于端口部16在切线方向上与抽气室26相连时的角度(切线方向角度)。当将按照上述的角度θ1的定义表示的、在工作流体的旋转方向Rf上位于后方侧的拐角区域34a的切线方向角度设为θt1时，θt1＝270°-sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π，切线方向角度θt1能够根据抽气室26的外径D以及端口部16的内径d来决定。于是，在上述结构中，根据抽气室26的外径D以及端口部16的内径d，将角度θ1的最小值设定为切线方向角度θt1。
同样地，为了使从抽气室26朝向端口部16的工作流体的流动顺利，角度θ2越大越好，但无法大于端口部16在切线方向上与抽气室26相连时的角度(切线方向角度)。当将按照上述的角度θ2的定义表示的、在工作流体的旋转方向Rf上位于前方侧的拐角区域34b的切线方向角度设为θt2时，θt2＝270°+sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π，切线方向角度θt2能够根据抽气室26的外径D以及端口部16的内径d来决定。于是，在上述结构中，根据抽气室26的外径D以及端口部16的内径d，将角度θ2的最大值设定为切线方向角度θt2。
在几个实施方式中，端口部16具备具有恒定的内径d的圆筒形状。需要说明的是，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，可以对在工作流体的旋转方向Rf上位于前方侧的拐角区域34b实施R加工，端口部16的内表面17与壁部14的内表面15可以经由弯曲面35连接。
在几个实施方式中，如图3以及图5所示，多个抽气管18中的至少一个抽气管具有至少一个弯曲部36。在将弯曲部36的曲率半径设为R时，弯曲部36的曲率半径R与端口部16的内径d(或者抽气管18的内径)之比R/d满足用下式表示的关系：
2≤R/d。
根据上述结构，弯曲部的曲率半径R与端口部16的内径d(或者抽气管18的内径)之比R/d为2以上，因此抽气管18中的工作流体的压力损失减少，工作流体能够在抽气管18中顺畅地流动。因此，能够增大通过抽气管18而流动的工作流体的流量、即抽气流量。其结果是，具有上述结构的多级轴流压缩机2能够通过简单的结构即使在低速旋转时也稳定地动作。
需要说明的是，弯曲部36的曲率半径R是管轴(弯曲部36的中心线)处的曲率半径。
在几个实施方式中，如图1所示，旋转轴10沿水平方向延伸。而且，如图3以及图5所示，多个端口部16包括第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d。
第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d在旋转轴10的周向上依次排列。在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第一端口部16a以及第二端口部16b在与旋转轴10正交的水平方向上相对于旋转轴10的中心C而位于第一侧。在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第三端口部16c以及第四端口部16d在与旋转轴10正交的水平方向上相对于旋转轴10的中心C而位于与第一侧相反的第二侧。
多个抽气管18包括与第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d分别相连的第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d。在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第一抽气管18a以及第二抽气管18b在与旋转轴10正交的水平方向上相对于旋转轴10的中心C而延伸至第二侧。
而且，如图5所示，至少一个弯曲部36包括构成第一抽气管18a的一部分的第一弯曲部36a1、36a2、以及构成第二抽气管18b的一部分的第二弯曲部36b。在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第一弯曲部36a1、36a2以及第二弯曲部36b以流经自身的工作流体的旋转方向与抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf成为相同的方向的方式弯曲。
根据上述结构，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第一弯曲部36a1、36a2以及第二弯曲部36b以流经自身的工作流体的旋转方向与抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf成为相同的方向的方式弯曲，因此工作流体能够在第一弯曲部36a1、36a2以及第二弯曲部36b中顺畅地流动。因此，能够增大通过第一抽气管18a以及第二抽气管18b而流动的工作流体的流量、即抽气流量。其结果是，具有上述结构的多级轴流压缩机2b通过简单的结构即使在低速旋转时也能够稳定地动作。
在几个实施方式中，至少一个弯曲部36包括构成第三抽气管18c的一部分的第三弯曲部36c、以及构成第四抽气管18d的一部分的第四弯曲部36d。在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第三弯曲部36c以及第四弯曲部36d以流经自身的工作流体的旋转方向与抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf成为相反方向的方式弯曲。
根据上述结构，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第三弯曲部36c以及第四弯曲部36d以流经自身的工作流体的旋转方向与抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf成为相反方向的方式弯曲，但比R/d为2以上，因此第三弯曲部36c以及第四弯曲部36d中的压力损失减少。因此，能够增大通过第三抽气管18c以及第四抽气管18d而流动的工作流体的流量、即抽气流量。其结果是，具有上述结构的多级轴流压缩机2b通过简单的结构即使在低速旋转时也能够稳定地动作。
在几个实施方式中，如图1所示，旋转轴10沿水平方向延伸。如图3以及图5所示，多个端口部16包括第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d。第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d在旋转轴10的周向上依次排列。
在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第一端口部16a以及第二端口部16b在与旋转轴10正交的水平方向上相对于旋转轴10的中心C而位于第一侧，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，第三端口部16c以及第四端口部16d在与旋转轴10正交的水平方向上相对于旋转轴10的中心C而位于与第一侧相反的第二侧。
而且，如图3以及图5所示，第一端口部16a以及第三端口部16c沿与旋转轴10正交的水平方向延伸，第二端口部16b以及第四端口部16d沿铅垂方向延伸。
根据上述结构，第一端口部16a以及第三端口部16c沿水平方向延伸，第二端口部16b以及第四端口部16d沿铅垂方向延伸，从而能够通过简单的结构，防止流入第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d的工作流体的流动的剥离。其结果是，具有上述结构的多级轴流压缩机2能够通过简单的结构即使在低速旋转时也确保足够的抽气流量，从而能够稳定地动作。
在几个实施方式中，如图1所示，旋转轴10沿水平方向延伸。如图3以及图5所示，多个端口部16包括第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d。在与旋转轴10正交的剖面中，将壁部14的外周面的顶部的周向位置定义为0°。另外，如图4所示，在与旋转轴10正交的剖面中，将壁部14的外周面与端口部16的轴线(中心线)的交点定义为Z。基于上述定义，壁部14的外周面与第一端口部16a的轴线的交点Z位于30°以上且60°以下的周向位置，壁部14的外周面与第二端口部16b的轴线的交点Z位于120°以上且150°以下的周向位置，壁部14的外周面与第三端口部16c的轴线的交点Z位于200°以上且230°以下的周向位置，壁部14的外周面与第四端口部16d的轴线的交点Z位于290°以上且320°以下的周向位置。
根据上述结构，壁部14的外周面与第一端口部16a的轴线的交点Z位于30°以上且60°以下的周向位置，壁部14的外周面与第二端口部16b的轴线的交点Z位于120°以上且150°以下的周向位置，壁部14的外周面与第三端口部16c的轴线的交点Z位于200°以上且230°以下的周向位置，壁部14的外周面与第四端口部16d的轴线的交点Z位于290°以上且320°以下的周向位置，因此能够抑制上下方向上的抽气管18的高度。其结果是，能够减小具有上述结构的多级轴流压缩机2的设置空间。
在几个实施方式中，旋转轴10沿水平方向延伸，在将与旋转轴10正交的剖面以旋转轴10的中心C为原点而通过铅垂轴以及水平轴分割为四个象限时，如图3以及图5所示，第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d位于同一象限内。第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d是指从抽气室26观察时的远位端。
需要说明的是，如图3以及图5所示，第一抽气管18a以及第二抽气管18b可以汇合，第三抽气管18c以及第四抽气管18d可以汇合。在该情况下，第一抽气管18a以及第二抽气管18b汇合而形成的第一汇合管38a的另一端、以及第三抽气管18c以及第四抽气管18d汇合而形成的第二汇合管38b的另一端可以位于同一象限内。
根据上述结构，第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c、第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d位于同一象限内，因此在将沿旋转轴10的轴线方向延伸的配管(轴向配管)40(参照图1)与第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d连结的情况下，连结较为容易。
在几个实施方式中，第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d在与旋转轴10正交的剖面中位于同一象限内，并且在与旋转轴10正交的水平方向上位于比壳体12靠外侧的位置。
有时在壳体12的下方配置有用于支承壳体12的混凝土制的底座等。因此，难以将沿旋转轴10的轴线方向延伸的轴向配管40配置在壳体12的下方。
关于这一点，根据上述结构，第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d位于同一象限内，且在水平方向上位于比壳体12靠外侧的位置，因此容易将沿旋转轴10的轴线方向延伸的轴向配管40与第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d连结。
在几个实施方式中，第一抽气管18a、第二抽气管18b、第三抽气管18c以及第四抽气管18d的另一端37a、37b、37c、37d配置在位于比旋转轴10的中心C靠下方的同一象限内。
在几个实施方式中，在通过与旋转轴10正交的剖面观察时，端口部16的内径d与抽气室26的外径D之比d/D为1/20以上且1/2以下，如图3以及图5所示，多个端口部16仅包括第一端口部16a、第二端口部16b、第三端口部16c以及第四端口部16d。但是，端口部16的数量不必限定于四个。
在几个实施方式中，抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf与旋转轴10的旋转方向相同。通常，抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf与旋转轴10的旋转方向一致。
在几个实施方式中，抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf为与旋转轴10的旋转方向相反的方向。根据静叶24的形状、狭缝28的位置，有时抽气室26中的工作流体的旋转方向Rf为与旋转轴10的旋转方向相反的方向。
本发明并不限定于上述的实施方式，也包括对上述的实施方式加以变更的方式、以及将上述方式组合而得到的方式。例如，多级轴流压缩机2也可以应用于空气以外的工作流体的压缩。
附图标记说明
1 燃气轮机；
2 多级轴流压缩机；
4 燃烧器；
6 涡轮；
10 旋转轴；
12 壳体；
14 壁部；
15 壁部的内表面(抽气室的外周面)；
16 端口部(抽气嘴)；
16a 第一端口部；
16b 第二端口部；
16c 第三端口部；
16d 第四端口部；
17 端口部的内表面；
18 抽气管；
18a 第一抽气管；
18b 第二抽气管；
18c 第三抽气管；
18d 第四抽气管；
19 流量调节阀；
20 动叶；
22 流路；
24 静叶；
26 抽气室；
28 狭缝(连通路)；
30 出口流路；
32 管路；
34a 在旋转方向上位于后方侧的拐角区域；
34b 在旋转方向上位于前方侧的拐角区域；
35 弯曲面；
36 弯曲部；
36a1、36a2 第一弯曲部；
36b 第二弯曲部；
36c 第三弯曲部；
36d 第四弯曲部；
37a 第一抽气管的远位端；
37b 第二抽气管的远位端；
37c 第三抽气管的远位端；
37d 第四抽气管的远位端；
38a 第一汇合管；
38b 第二汇合管；
40 配管(轴向配管)；
C 旋转轴的中心；
d 端口部的内径；
D 抽气室的外径；
X、Y、Z 交点；
L 通过X和Y的直线；
Rf 抽气室中的工作流体的旋转方向；
R 曲率半径。

Claims (11)

1.一种多级轴流压缩机，其特征在于，具备：
旋转轴，其安装有多个动叶；
壳体，其包围所述旋转轴，且在所述旋转轴与所述壳体之间形成有工作流体的流路；
壁部，其以包围所述壳体的方式沿所述旋转轴的周向延伸且呈环形状，所述壁部形成与所述流路连通的环形状的抽气室；
多个端口部，其与所述壁部的外周面相连，且分别形成与所述抽气室连通的出口流路；以及
多个抽气管，其与所述多个端口部分别相连，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，在所述端口部的内表面与所述壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域中，在将所述端口部的内表面与所述壁部的内表面所成的角度设为θ1时，所述角度θ1为225°以下。
2.根据权利要求1所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，在所述端口部的内表面与所述壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向上位于前方侧的拐角区域中，在将所述端口部的内表面与所述壁部的内表面所成的角度设为θ2时，所述角度θ2为315°以上。
3.根据权利要求2所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
在将通过与所述旋转轴正交的剖面观察时的所述端口部的内径设为d，且将所述抽气室的外径设为D时，
所述角度θ1满足用下式表示的关系：
270°-sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π≤θ1
所述角度θ2满足用下式表示的关系：
θ2≤270°+sin-1((1-d/D)^0.5)·180°/π。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述多个抽气管中的至少一个抽气管具有至少一个弯曲部，
在将通过与所述旋转轴正交的剖面观察时的所述端口部的内径设为d，将所述至少一个弯曲部的曲率半径设为R时，所述弯曲部的曲率半径R与所述端口部的内径d之比R/d满足用下式表示的关系：
2≤R/d。
5.根据权利要求4所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述旋转轴沿水平方向延伸，
所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，
所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部在所述旋转轴的周向上依次排列，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一端口部以及所述第二端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于第一侧，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三端口部以及所述第四端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于与所述第一侧相反的第二侧，
所述多个抽气管包括与所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部分别相连的第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一抽气管以及所述第二抽气管在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而延伸至所述第二侧，
所述至少一个弯曲部包括构成所述第一抽气管的一部分的第一弯曲部、以及构成所述第二抽气管的一部分的第二弯曲部，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一弯曲部以及所述第二弯曲部以流经自身的所述工作流体的旋转方向与所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向成为相同的方向的方式弯曲。
6.根据权利要求5所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述至少一个弯曲部包括构成所述第三抽气管的一部分的第三弯曲部、以及构成所述第四抽气管的一部分的第四弯曲部，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三弯曲部以及所述第四弯曲部以流经自身的所述工作流体的旋转方向与所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向成为相反的方向的方式弯曲。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述旋转轴沿水平方向延伸，
所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，
所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部在所述旋转轴的周向上依次排列，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一端口部以及所述第二端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于第一侧，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三端口部以及所述第四端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于与所述第一侧相反的第二侧，
所述第一端口部以及所述第三端口部沿与所述旋转轴正交的水平方向延伸，
所述第二端口部以及所述第四端口部沿铅垂方向延伸。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述旋转轴沿水平方向延伸，
所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，
在与所述旋转轴正交的剖面中，在将所述壁部的外周面的顶部的周向位置设为0°时，
所述壁部的外周面与所述第一端口部的轴线的交点位于30°以上且60°以下的周向位置，
所述壁部的外周面与所述第二端口部的轴线的交点位于120°以上且150°以下的周向位置，
所述壁部的外周面与所述第三端口部的轴线的交点位于200°以上且230°以下的周向位置，
所述壁部的外周面与所述第四端口部的轴线的交点位于290°以上且320°以下的周向位置。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述旋转轴沿水平方向延伸，
所述多个端口部包括第一端口部、第二端口部、第三端口部以及第四端口部，
所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部在所述旋转轴的周向上依次排列，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第一端口部以及所述第二端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于第一侧，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，所述第三端口部以及所述第四端口部在与所述旋转轴正交的水平方向上相对于所述旋转轴的中心而位于与所述第一侧相反的第二侧，
所述多个抽气管包括与所述第一端口部、所述第二端口部、所述第三端口部以及所述第四端口部分别相连的第一抽气管、第二抽气管、第三抽气管以及第四抽气管，
在将与所述旋转轴正交的剖面以所述旋转轴的中心为原点并通过铅垂轴以及水平轴分割为四个象限时，相对于所述抽气室而位于远方的所述第一抽气管、所述第二抽气管、所述第三抽气管以及所述第四抽气管的远位端位于所述四个象限中的同一象限内。
10.根据权利要求9所述的多级轴流压缩机，其特征在于，
所述第一抽气管、所述第二抽气管、所述第三抽气管以及所述第四抽气管的远位端在与所述旋转轴正交的水平方向上位于比所述壳体靠外侧的位置。
11.一种燃气轮机，具备：
多级轴流压缩机；
燃烧器，其能够利用被所述多级轴流压缩机压缩的空气而使燃料燃烧，从而产生燃烧气体；以及
涡轮，其能够利用由所述燃烧器产生的燃烧气体而输出动力，
其特征在于，
所述多级轴流压缩机具备：
旋转轴，其安装有多个动叶；
壳体，其包围所述旋转轴，且在所述旋转轴与所述壳体之间形成有作为工作流体的所述空气的流路；
壁部，其以包围所述壳体的方式沿所述旋转轴的周向延伸且呈环形状，所述壁部形成与所述流路连通的环形状的抽气室；
多个端口部，其与所述壁部的外周面相连，且分别形成与所述抽气室连通的出口流路；以及
多个抽气管，其与所述多个端口部分别相连，
在通过与所述旋转轴正交的剖面观察时，在所述端口部的内表面与所述壁部的内表面相交的两个拐角区域中的、在所述抽气室中的所述工作流体的旋转方向上位于后方侧的拐角区域中，在将所述端口部的内表面与所述壁部的内表面所成的角度设为θ1时，所述角度θ1为225°以下。
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