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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotorlaufschaufel, die in einer Axialströmungsrotationsmaschine benutzt wird und eine Axialströmungsrotationsmaschine umfassend diese.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Beispielsweise ist als ein Typ einer Axialströmungsrotationsmaschine ein Axialströmungskompressor bekannt. In der Axialströmungsrotationsmaschine wird ein Fluid, wie z. B. Luft, angesaugt, das Fluid wird verdichtet, in dem es sich durch Rotorlaufschaufeln bewegt, die in einer Vielzahl von Reihen auf einer Drehwelle vorgesehen sind und durch Statorleitschaufeln, die in einem Gehäuse abwechselnd mit den Rotorlaufschaufeln vorgesehen sind, und das verdichtete Fluid wird durch einen Diffusorabschnitt abgeführt.
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In der Patentliteratur 1 wird eine Gasturbine, in der solch ein Axialströmungskompressor vorgesehen ist, offenbart.
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Bei der Gasturbine wird die Turbine mit einem Verbrennungsgas angetrieben, welches durch das Verbrennen einer Mischung der verdichteten Luft von dem Axialströmungskompressor und Brennstoff erhalten wird, um eine Rotationskraft zu erzeugen.
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Im Übrigen ist in dem Diffusorabschnitt des Axialströmungskompressors ein Diffusorströmungskanal gebildet, so dass sich ein Querschnittsbereich des Strömungspfades graduell zur Stromabwärtsseite einer Strömung des Fluids hin vergrößert. Dieser Diffusorströmungspfad reduziert eine Strömungsgeschwindigkeit des verdichteten Fluids, um Druck zurückzugewinnen.
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[Liste der zitierten Dokumente]
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[Patentliteratur]
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[Patentliteratur 1]
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Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichungsnummer 2011-169172
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Es wird jedoch wegen eines Schereinflusses zwischen einem Fluid und einer inneren Fläche eines Gehäuses eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (eine Druckverteilung) in einer Radialrichtung einer Drehwelle erzeugt, welche in einen Diffusorabschnitt eingeleitet wird. Aus diesem Grund findet leicht eine Trennung des Fluids auf einer inneren Fläche des Diffusorströmungspfades statt, wenn ein Fluid durch einen Diffusorströmungspfad fließt und deshalb kann ein Verlust auftreten.
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Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Umstände ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eine Rotorlaufschaufel und einen Axialströmungskompressor zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, Verlust in einem Diffusorabschnitt zu reduzieren und eine ausreichende Druckrückgewinnungsleistung zu gewähren.
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[Lösung des Problems]
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen, schlägt die Erfindung die folgenden Maßnahmen vor.
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In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rotorlaufschaufel in einer Axialströmungsrotationsmaschine vorgesehen, wobei die Axialströmungsrotationsmaschine eine Drehwelle umfasst, die sich in der Richtung der Achse erstreckt und um die Achse rotiert, ein Gehäuse, welches die Drehwelle von einer äußeren Umfangsseite her drehbar unterstützt und einen Strömungspfad des Fluids zwischen der Drehwelle und dem Gehäuse definiert, einen Diffusorabschnitt, der auf einer Stromabwärtsseite des Gehäuses vorgesehen ist, um mit dem Strömungspfad zu kommunizieren und eine Ringform um die Achse zu bilden, und eingerichtet ist, einen Diffusorströmungspfad zu definieren, bei dem sich ein Querschnittsbereich des Strömungspfades zur Stromabwärtsseite hin erweitert, eine Vielzahl von Statorleitschaufelreihen, die in einer Richtung der Achse vorgesehen sind, und von dem Gehäuse zu einer radial inneren Seite der Achse vorstehen, und eine Vielzahl von Rotorlaufschaufelreihen, die benachbart zu den Statorleitschaufelreihen in der Richtung der Achse vorgesehen sind und konfiguriert sind, um eine Verdichtung oder eine Druckzuführung des Fluids auszuführen, wobei die Vielzahl von Rotorlaufschaufeln vorgesehen ist, um beabstandet zueinander in einer Umfangsrichtung einer Achse zu sein, und konfiguriert ist, um eine Endrotorlaufschaufelreihe zu bilden, die auf einer am weitesten stromabwärts gelegenen Seite einer Strömung eines Fluids im Vergleich zu anderen Rotorlaufschaufelreihen angeordnet ist, und einen Laufschaufelabschnitt umfasst, der in einer Schaufelhöhenrichtung an einer Nabenseite und an einer Endseite einen größeren Ablenkungswinkel hat als an einem Mittelabschnitt.
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Entsprechend solcher Rotorlaufschaufeln ist der Ablenkungswinkel des Schaufelabschnitts in den Rotorlaufschaufeln der Endrotorlaufschaufelreihe, das bedeutet, ein relativer Winkel zwischen einer Strömungsrichtung eines Fluids am Einlass des Laufschaufelabschnitts und einer Strömungsrichtung des Fluids an einem Auslass des Laufschaufelabschnitts in der Schaufelhöhenrichtung an der Nabenseite und der Endseite größer als an dem Mittelabschnitt. Aus diesem Grund wird die Strömungsrichtung des Fluids, welche durch die Endrotorlaufschaufelreihe gelangt, auf der Nabenseite und der Endseite stärker geändert. Dementsprechend führt jede der Rotorlaufschaufeln auf der Nabenseite und der Endseite mehr Arbeit am Fluid aus und ein Verdichtungsbetrag (ein Druckzuführungsbetrag) des Fluids wird an diesen Stellen erhöht.
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Hier nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Nabenseite und der Endseite aufgrund eines Einflusses einer Scherkraft zwischen dem Fluid und einer inneren Oberfläche des Strömungspfades des Gehäuses ab, wenn angenommen wird, dass der Ablenkungswinkel der Rotorlaufschaufel in der Schaufelhöhenrichtung gleich ist.
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Diesbezüglich wird, wie oben beschrieben, durch Ändern der Ablenkungswinkel der Rotorlaufschaufel in der Schaufelhöhenrichtung die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in der Nähe der inneren Oberfläche des Strömungspfades erhöht und eine Geschwindigkeits-(Gesamtdruck-)verteilung des Fluids, welches die Endrotorlaufschaufelreihe passiert hat, kann an einem Auslass des Diffusorabschnitts, das bedeutet in einer Radialrichtung der Achse, in der Schaufelhöhenrichtung gleichförmiger sein. Im Ergebnis kann die Auftrennung/Aufteilung des Fluids im Diffusorströmungspfad vermindert werden.
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Weiterhin, weil die Auftrennung des Fluids wie oben beschrieben vermindert wird, kann Druck stabil zurückgewonnen werden, sogar wenn eine Abmessung des Diffusorabschnittes in der Richtung der Achse verkleinert wird und Reibungsverlust des Fluids, welcher durch Reibung mit dem Diffusorströmungspfad verursacht wird, kann reduziert werden.
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Außerdem kann ein Verhältnis des Querschnittsbereiches des Strömungspfades zwischen dem Einlass und dem Auslass des Diffusorströmungspfades angehoben werden, weil die Auftrennung des Fluids vermindert wird, und es ist möglich, einen Druckrückgewinnungsbetrag zu erhöhen.
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In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Axialströmungsrotationsmaschine die Rotorlaufschaufelreihen, welche die Rotorlaufschaufeln gemäß dem ersten Aspekt aufweisen, eine Drehwelle, welche die Rotorlaufschaufelreihen hält, erstreckt sich in einer Richtung der Achse und rotiert um die Achse, ein Gehäuse, welches von einer Umfangsseite her die Drehwelle drehbar unterstützt und einen Strömungspfad eines Fluids zwischen der Drehwelle und dem Gehäuse definiert, einen Diffusorabschnitt, welcher auf einer Stromabwärtsseite des Gehäuses vorgesehen ist, um mit dem Strömungspfad zu kommunizieren, und eine Ringform um die Achse zu bilden und konfiguriert ist, um einen Diffusorströmungspfad zu definieren, in dem sich ein Querschnittsbereich des Strömungspfades zur Stromabwärtsseite hin erweitert und eine Vielzahl von Statorleitschaufelreihen, die benachbart zu den Rotorlaufschaufelreihen in der Richtung der Achse vorgesehen sind, die von dem Gehäuse zu einer radial inneren Seite der Achse vorstehen und Statorleitschaufeln haben, die vorgesehen sind, um benachbart voneinander in einer Umfangsrichtung der Achse in jeder der Reihen vorgesehen zu sein.
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Gemäß solch einer Axialströmungsrotationsmaschine kann, weil die oben beschriebenen Rotorlaufschaufeln in der Endrotorlaufschaufelreihe vorgesehen sind, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in der Nähe der inneren Fläche des Strömungspfades des Gehäuses erhöht werden und eine Geschwindigkeits-(Gesamtdruck)verteilung des Fluids, welches die Endrotorlaufschaufelreihe passiert hat, kann an einem Auslass des Diffusorabschnitts, das bedeutet in der Radialrichtung der Achse, in der Schaufelhöhenrichtung gleichmäßiger sein.
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In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Diffusorabschnitt des oben beschriebenen zweiten Aspekts derart in dem Gehäuse vorgesehen sein, dass sich der Diffusorströmungspfad auf der Stromabwärtsseite eines Endabschnitts an einer Stromaufwärtsseite einer Endrotorlaufschaufelreihe erstreckt und von einer Stromaufwärtsseite eines Endabschnitts auf der Stromabwärtsseite einer Endstatorleitschaufelreihe erstreckt, die weiter stromabwärts von der Endrotorlaufschaufelreihe vorgesehen ist.
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Da der Ablenkungswinkel der Rotorlaufschaufel der Endrotorlaufschaufelreihe in der Laufschaufelhöhenrichtung unterschiedlich ist, wird das Fluid, dessen Gesamtdruck in der Nähe der inneren Fläche des Strömungspfades angestiegen ist in den Diffusorströmungspfad eingeleitet und eine Trennung/Teilung des Fluids kann in dem Diffusorströmungspfad nicht leicht auftreten. Deswegen kann ein Verlust nicht leicht auftreten, sogar wenn der Diffusorströmungspfad von einer Position auf der Stromabwärtsseite der Endrotorlaufschaufelreihe umfassend eine Position, an der die Endrotorlaufschaufelreihe vorgesehen ist, und von einer Stromaufwärtsseite der Endstatorleitschaufelreihe begonnen wird. Deswegen ist es auf diese Art und Weise möglich, die Druckrückgewinnung auf einer früheren Stufe durchzuführen, während ein Abbremseffekt des Fluids durch die Endstatorleitschaufelreihe erfolgt. Im Ergebnis ist es möglich, die Länge des Diffusorabschnitts in der Achsenrichtung weiter zu verkürzen oder das Verhältnis des Querschnittsbereichs des Strömungspfads zwischen dem Einlass und dem Auslass des Diffusorströmungspfads weiter anzuheben.
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In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Diffusorabschnitt des oben beschriebenen dritten Aspekts ein Abschnitt einer inneren Fläche des Diffusorströmungspfades mit einem Abschnitt der Statorleitschaufel der Endstatorleitschaufelreihe gebildet sein.
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Auf diese Art und Weise steht, weil wie oben beschrieben ein Abschnitt der Statorleitschaufel die innere Fläche des Diffusorströmungspfades bildet, sogar wenn sich der Diffusorströmungspfad von der Stromaufwärtsseite des Endabschnitts auf der Stromabwärtsseite der Endstatorleitschaufelreihe ausdehnt, ein Abschnitt der Statorleitschaufel (beispielsweise ein Kragen oder dergleichen) nicht von der inneren Fläche des Diffusorströmungspfades, der sich zur Stromabwärtsseite ausdehnt, zu dem Diffusorströmungspfad vor. Deswegen kann das Fluid gleichmäßiger zur Stromabwärtsseite im Diffusorströmungspfad strömen und eine Trennung des Fluids kann weiter vermindert werden.
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In einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Diffusorabschnitt des oben beschriebenen dritten oder vierten Aspekts der Diffusorströmungspfad in eine erste Region, die mit einer Region in der Achsenrichtung, in der die Endstatorleitschaufelreihe vorgesehen ist, korrespondiert, eine zweite Region auf der Stromabwärtsseite der ersten Region und eine dritte Region weiter stromabwärts von der zweiten Region aufgeteilt sein und ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der zweiten Region kann größer sein als der in der ersten Region und ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der dritten Region kann kleiner sein als der in der zweiten Region.
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In dieser Art und Weise erweitert sich der Diffusorströmungspfad von der ersten Region zur dritten Region, das heißt zur Stromabwärtsseite, zunächst schwach, erweitert sich danach stark und erweitert sich dann schwach. Deswegen ist es möglich, die Teilung des Fluids in der Endstatorleitschaufelreihe zu vermindern, wenn das Fluid durch die Endstatorleitschaufelreihe gelangt, das heißt, durch die erste Region, weil ein Abbremsbetrag des Fluids vom Diffusorströmungspfad reduziert werden kann. Danach, wenn das Fluid die zweite Region passiert, kann der Abbremsbetrag des Fluids durch den Diffusorströmungspfad erhöht werden und ein ausreichender Betrag an Druckrückgewinnung kann erreicht werden. Obwohl sich eine Grenzschicht des Fluids in der dritten Region auf der am meisten stromabwärts gelegenen Seite bildet, weil der Abbremsbetrag des Fluids reduziert werden kann, kann die Trennung in der dritten Region vermindert werden.
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Hier bedeutet der Betrag der Erweiterung in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades einen Winkel relativ zur Achse des Diffusorströmungspfades in jeder Region, das heißt ein Öffnungswinkel.
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In einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Diffusorabschnitt des oben beschriebenen dritten oder vierten Aspekts der Diffusorströmungspfad in eine erste Region, die zu einer Region in der Achsenrichtung korrespondiert, in der die Endstatorleitschaufelreihe vorgesehen ist, und eine zweite Region auf der Stromabwärtsseite der ersten Region aufgeteilt werden und ein Ausdehnungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der zweiten Region ist kleiner als der in der ersten Region.
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Der Diffusorströmungspfad erweitert sich im Vergleich zu der ersten Region in der zweiten Region schwach. In diesem Fall kann, weil der Diffusorströmungspfad von der ersten Region offen ist, ein Abbremsbetrag in der ersten Region erhöht werden, während einer Verminderung der Teilung des Fluids auf der inneren Fläche (Endwand) des Diffusorströmungspfades auf der Stromabwärtsseite der ersten Region. Deswegen kann Fluid ohne Aufteilung/Trennung abgebremst werden, sogar wenn sich eine Grenzschicht in der zweiten Region bildet.
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In einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Diffusorabschnitt eines der dritten bis sechsten oben beschriebenen Aspekte sich der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitern, dass eine innere Fläche auf einer radial äußeren Seite der Achse in dem Diffusorströmungspfad zur radial äußeren Seite hin zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist.
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Hier fließt, weil das Fluid in den Diffusorströmungspfad in einem Zustand, in dem es eine Komponente in einer Rotationsrichtung der Drehwelle hat, das Fluid durch das Innere des Diffusorströmungspfades in einem Zustand, in dem das Fluid nahe an der inneren Flächenseite auf der radial äußeren Seite des Diffusorströmungspfades ist. Deswegen ist der Diffusorströmungspfad entlang einer solchen Strömungsrichtung des Fluids gebildet, in der der Querschnittsbereich des Strömungspfades des Diffusorströmungspfades sich derart erweitert, dass dieser zur radial äußeren Seite hin geneigt ist. Dementsprechend kann das Fluid geschmeidiger in den Diffusorströmungspfad strömen und der Effekt der Druckrückgewinnung kann verbessert werden.
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In einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Diffusorabschnitt des oben beschriebenen siebten Aspekts der Querschnittsbereich des Strömungspfades sich derart erweitern, dass die innere Fläche auf der radial inneren Seite der Achse in dem Diffusorströmungspfad zur radial inneren Seite hin zur der Stromabwärtsseite hin geneigt ist.
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Auf diese Weise ist es in dem Diffusorströmungspfad zusätzlich zur Innenfläche auf der radial äußeren Seite, weil die innere Fläche auf der radial inneren Seite zur radial inneren Seite in Richtung der Stromabwärtsseite geneigt ist, möglich, eine Erweiterung des Diffusorströmungspfads und eine Druckrückgewinnung in einer kürzeren Strecke zu erreichen. Deswegen kann eine Länge des Diffusorströmungspfads in der Achsenrichtung verringert werden und Reibungsverlust des Fluids kann reduziert werden.
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In einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Diffusorabschnitt gemäß dem oben beschriebenen siebten Aspekt der Querschnittsbereich des Strömungspfades sich derart erweitern, so dass die innere Fläche auf der radial inneren Seite der Achse in den Diffusorströmungspfad zur radial äußeren Seite hin zur Stromabwärtsseite geneigt ist.
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Auf diese Art und Weise ist es bei dem Diffusorströmungspfad zusätzlich zu der inneren Fläche auf der radial äußeren Seite, weil die innere Fläche auf der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite in Richtung der Stromabwärtsseite geneigt ist, möglich, das verdichtete oder unter Druck zugeführte Fluid beispielsweise zu Einrichtungen zu leiten, die auf der radial äußeren Seite angeordnet sind.
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In einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Axialströmungsrotationsmaschine eine Drehwelle, welche sich in einer Achsenrichtung erstreckt und um die Achse rotiert, ein Gehäuse, welches die Drehwelle von einer Außenumfangsseite her rotierbar unterstützt und einen Strömungspfad eines Fluids zwischen der Drehwelle und dem Gehäuse definiert, einen Diffusorabschnitt, der auf einer Stromabwärtsseite des Gehäuses vorgesehen ist, um mit dem Strömungspfad zu kommunizieren und eine Ringform um die Achse zu bilden, und dazu eingerichtet ist, einen Diffusorströmungspfad zu definieren, in dem ein Querschnittsbereich des Strömungspfades sich zur Stromabwärtsseite erweitert, eine Vielzahl von Statorleitschaufelreihen, die in einer Achsenrichtung vorgesehen sind und von dem Gehäuse zu einer radial inneren Seite der Achse hervorstehen, und eine Vielzahl von Rotorlaufschaufelreihen, die benachbart zu den Statorleitschaufelreihen in der Achsenrichtung vorgesehen sind und eingerichtet sind, um eine Verdichtung oder eine Druckzuleitung des Fluids durchzuführen, wobei der Diffusorabschnitt in dem Gehäuse derart vorgesehen ist, dass sich der Diffusorströmungspfad auf der Stromabwärtsseite eines Endabschnitts an einer Stromaufwärtsseite einer Endrotorlaufschaufelreihe und von einer Stromaufwärtsseite eines Endabschnitts an der Stromabwärtsseite einer Endstatorleitschaufelreihe, die weiter stromabwärts von der Endrotorlaufschaufelreihe vorgesehen ist, erstreckt.
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In einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Diffusorabschnitt des oben beschriebenen zehnten Aspekts ein Abschnitt einer inneren Fläche des Diffusorströmungspfades mit einem Abschnitt der Statorleitschaufel der Endstatorleitschaufelreihe gebildet sein.
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In einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Diffusorabschnitt der oben beschriebenen zehnten oder elften Aspekt der Diffusorströmungspfad in eine erste Region, die mit einer Region in der Achsenrichtung korrespondiert, in der die erste Endstatorleitschaufelreihe vorgesehen ist, und eine zweite Region auf der Stromabwärtsseite der ersten Region und eine dritte Region weiter stromabwärts von der zweiten Region aufgeteilt werden und ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der zweiten Region kann größer sein als der in der ersten Region und ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfads in der dritten Region kann kleiner sein als der in der zweiten Region.
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In einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Diffusorabschnitt gemäß dem oben beschriebenen zehnten oder elften Aspekt der Diffusorströmungspfad in eine erste Region, die mit einer Region in der Achsenrichtung korrespondiert, in der die Endstatorleitschaufelreihe vorgesehen ist, und eine zweite Region auf der Stromabwärtsseite der ersten Region aufgeteilt werden und ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der zweiten Region kann kleiner sein als der in der ersten Region.
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In einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sich bei dem Diffusorabschnitt gemäß einem der vorbeschriebenen zehnten bis dreizehnten Aspekte der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitern, dass eine innere Fläche auf einer radial äußeren Seite der Achse in dem Diffusorströmungspfad zur radial äußeren Seite hin zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist.
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In einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sich beim Diffusorabschnitt des oben beschriebenen vierzehnten Aspekts der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitern, dass die innere Fläche auf der radial inneren Seite der Achse im Diffusorströmungspfad zur radial inneren Seite hin zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist.
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In einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sich beim Diffusorabschnitt gemäß dem oben beschriebenen vierzehnten Aspekt der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitern, dass eine innere Fläche auf der radial inneren Seite der Achse in dem Diffusorströmungspfad zur radial äußeren Seite hin zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist.
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[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
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Gemäß der oben beschriebenen Rotorlaufschaufel und der Axialströmungsrotationsmaschine ist es möglich, einen Strömungsverlust eines Fluids in dem Diffusorabschnitt zu reduzieren und eine ausreichende Druckrückgewinnungsleistung zu erreichen.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
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1 ist eine Längsschnittansicht auf einen Axialströmungskompressor umfassend eine Achse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Längsschnittansicht eines Axialströmungskompressors umfassend eine Achse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Ansicht, in der eine Umgebung eines Diffusorabschnitts zur Verdeutlichung vergrößert ist.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Rotorlaufschaufel zeigt, die eine Endrotorlaufschaufelreihe eines Axialströmungskompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4A ist eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Schaufelhöhenrichtung einer Laufschaufel, die eine Endrotorlaufschaufelreihe eines Axialströmungskompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet und zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A aus 3.
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4B ist eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Schaufelhöhenrichtung einer Laufschaufel, die eine Endrotorlaufschaufelreihe eines Axialströmungskompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet und zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B aus 3
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4C ist eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Schaufelhöhenrichtung einer Laufschaufel, die eine Endrotorlaufschaufelreihe eines Axialströmungskompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet und zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C aus 3.
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5 ist eine Längsschnittansicht eines Axialströmungskompressors umfassend eine Achse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Ansicht, in der eine Umgebung eines Diffusorabschnitts zur Verdeutlichung vergrößert ist.
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6 ist eine Längsschnittansicht eines Axialströmungskompressors gemäß eines ersten abgewandelten Beispiels der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Ansicht, in der eine Umgebung eines Diffusorabschnitts zur Verdeutlichung weiter vergrößert ist.
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7 ist eine Längsschnittansicht eines Axialströmungskompressors gemäß eines zweiten abgewandelten Beispiels der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Ansicht, in der eine Umgebung eines Diffusorabschnitts zur Verdeutlichung weiter vergrößert ist.
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8 ist eine Längsschnittansicht eines Axialströmungskompressors umfassend eine Achse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Ansicht, in der eine Umgebung eines Diffusorabschnitts zur Verdeutlichung vergrößert ist.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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[Erste Ausführungsform]
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Im Folgenden wird ein Axialströmungskompressor 1 (eine Axialströmungsrotationsmaschine) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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Der Axialströmungskompressor 1 saugt an, verdichtet und gibt ein Gas G (ein Fluid) wie z. B. Luft, ab. Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst der Axialströmungskompressor 1 eine Drehwelle 2, welche um eine Achse O rotiert, ein Gehäuse 3, welches die Drehwelle 2 unterstützt, einen Diffusorabschnitt 4, der im Gehäuse 3 vorgesehen ist, eine Statorleitschaufelreihe 10, welche vom Gehäuse 3 zur Drehwelle 2 vorsteht und eine Rotorlaufschaufelreihe 20, welche von der Drehwelle 2 zum Gehäuse 3 vorsteht.
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Die Drehwelle 2 ist ein säulenartiges Element, welches sich in der Richtung der Achse O erstreckt.
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Das Gehäuse 3 hat eine rohrartige Form, die die Drehwelle 2 von einer äußeren Umfangsseite her abdeckt. Eine Lagerung (nicht dargestellt) ist im Gehäuse 3 vorgesehen. Das Gehäuse 3 unterstützt die Drehwelle 2 über die Lagerung, so dass das Gehäuse 3 und die Drehwelle 2 relativ zueinander rotierbar sind. Auch ist ein Raum S zwischen dem Gehäuse 3 und der Drehwelle 2 definiert.
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Ein Ansaugkanal 3a für das Gas G, welcher offen ist zur Außenseite des Gehäuses 3 auf einer Seite in der Richtung der Achse O (eine linke Seite wie in 1 dargestellt) und kommuniziert mit dem Raum S, der im Gehäuse 3 gebildet ist. Das Gas G wird in den Raum S vom Ansaugkanal 3a eingeleitet und strömt von einer Seite zur anderen Seite in der Richtung der Achse O. Im Folgenden ist eine Seite in der Richtung der Achse O definiert als eine Stromaufwärtsseite und die andere Seite ist definiert als eine Stromabwärtsseite.
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Eine Vielzahl von Statorleitschaufelreihen 10 ist mit dem Gehäuse 3 verbunden, sie stehen von dem Gehäuse 3 zu einer radial inneren Seite der Achse O vor, um im Raum S angeordnet zu sein, und sind vorgesehen, dass sie in der Richtung der Achse O beabstandet voneinander sind.
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Jede der Statorleitschaufelreihen 10 hat eine Vielzahl von Statorleitschaufeln 12, die vorgesehen sind, um beabstandet voneinander in einer Umfangsrichtung der Achse O zu sein. Jede der Statorleitschaufeln 12 umfasst einen Leitschaufelabschnitt 13, der im Querschnitt senkrecht zur Radialrichtung eine Tragflächenform besitzt, einen äußeren Kragen 14, der auf einer radial äußeren Seite des Leitschaufelabschnitts 13 vorgesehen ist, und einen inneren Kragen 15, der auf einer radial inneren Seite des Leitschaufelabschnitts 13 vorgesehen ist. Der äußere Kragen 14 ist im Gehäuse 3 befestigt und bildet einen Teil einer inneren Fläche des Gehäuses 3. Die inneren Krägen 15 der Statorleitschaufeln 12, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung sind, sind miteinander gekoppelt, um eine Ringform um die Achse O zu bilden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Auslassführungsleitschaufel 11 (oder Statorleitschaufel 12) an der am weitesten stromabwärts liegenden Seite des Raumes S im Gehäuse 3 vorgesehen, aber solch eine Auslassführungsleitschaufel 11 (oder Statorleitschaufel 12) muss nicht unbedingt vorgesehen sein.
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Eine Vielzahl von Rotorlaufschaufelreihen 20 ist mit der Drehwelle 2 verbunden, steht von der Drehwelle 2 zu einer radial äußeren Seite der Achse O so vor, dass sie in dem Raum S angeordnet ist und ist derart vorgesehen, dass sie (die Rotorlaufschaufelreihen 20) beabstandet zueinander in der Richtung der Achse O angeordnet sind. Diese Rotorlaufschaufelreihen 20 sind benachbart zu den Statorleitschaufelreihen 10 zwischen den Statorleitschaufelreihen 10 in der Richtung der Achse O vorgesehen.
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Hier ist auf der am weitesten stromabwärts liegenden Seite des Gehäuses 3 keine Rotorlaufschaufelreihe 20 benachbart zur Stromaufwärtsseite von der Auslassführungsleitschaufel 11 vorgesehen und zwei Reihen der Statorleitschaufeln 10 sind benachbart zueinander in der Richtung der Achse O vorgesehen. Von den beiden benachbarten Reihen der Statorleitschaufelreihen 10 ist die Auslassführungsleitschaufel 11 als eine erste Endstatorleitschaufelreihe 10A bezeichnet und die Statorleitschaufelreihe 10, die auf der Stromaufwärtsseite der Auslassführungsleitschaufel 11 vorgesehen ist, wird als eine zweite Endstatorleitschaufelreihe 10B bezeichnet.
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Auf der Stromaufwärtsseite der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B ist die Rotorlaufschaufelreihe 20 benachbart hierzu in der Richtung der Achse O vorgesehen. Diese Rotorlaufschaufelreihe 20 wird als Endrotorlaufschaufelreihe 20A bezeichnet.
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Die Endrotorlaufschaufelreihe 20A hat eine Vielzahl von Rotorlaufschaufeln 22, die beabstandet voneinander in der Umfangsrichtung der Achse O vorgesehen sind.
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Wie in den 3 bis 4C gezeigt, umfasst jede der Rotorlaufschaufeln 22 einen Schaufelabschnitt 25, der im Querschnitt senkrecht zur Radialrichtung eine Tragflächenraumform hat, eine Plattform 23, die auf der radial inneren Seite des Laufschaufelabschnitts 25 vorgesehen ist und ein Schaufelfuß 24, der zur radial inneren Seite von der Plattform 23 vorsteht.
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Die Rotorlaufschaufel 22 ist an der Drehwelle 2 durch Befestigen des Schaufelfusses 24 in der Drehwelle 2 befestigt. Der Laufschaufelabschnitt 25 umfasst eine Ansaugseite 22a, die zu einer Rückseite in eine Rotationsrichtung R der Drehwelle 2 weist und eine Druckseite 22b, die zu einer Frontseite in die Rotationsrichtung R weist.
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Im Raum S des Gehäuses 3 dienen Spalte, die zwischen den Statorleitschaufeln 12 und den Rotorlaufschaufeln 22 gebildet sind, als ein Strömungspfad C, durch den das Gas G, welches von einem Ansaugkanal 3a eingeleitet wurde, fließt. Das Gas G, welches in den Strömungspfad C eingeleitet wurde, wird durch das Passieren durch den Schaufelabschnitt 25 der Rotorlaufschaufel 22 jeder der Rotorlaufschaufelreihen 20 und durch das Ändern seines Winkels entlang der Druckseite 22b der Rotorlaufschaufel 22 verdichtet.
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Der Laufschaufelabschnitt 25 der Laufschaufel 22 hat einen größeren Ablenkungswinkel an einer Nabenseite (radial inneren Seite) und an einer Endseite (radial äußeren Seite) derselben im Vergleich zu einem Zentralabschnitt in der Schaufelhöhenrichtung, das heißt, in der Radialrichtung der Achse O. Insbesondere wie in 4A und 4C gezeigt, hat an der Nabenseite und an der Endseite ein relativer Winkel θ1 mit einer Strömungsrichtung eins Fluids an einem Auslass des Laufschaufelabschnitts 25 relativ zu einer Fließrichtung des Gases G an einem Einlass des Laufschaufelabschnitts 25 einen steileren (größeren) Winkel. Auf der anderen Seite zeigt – wie in 4B gezeigt – ein relativer Winkel θ2 an dem Zentralabschnitt in der Schaufelhöhenrichtung einen sanfteren (flacheren) Winkel.
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Es ist bevorzugt, dass die Winkel θ1 und θ2 sich von dem Zentralabschnitt in der Laufschaufelhöhenrichtung zur Nabenseite und zur Endseite hin gleichmäßig ändern.
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Der Diffusorabschnitt 4 ist auf der Stromabwärtsseite des Gehäuses 3 vorgesehen und hat eine rohrförmige Form um die Achse O. Genauer gesagt ist der Diffusorabschnitt 4 in einer doppelwandigen Rohrform gebildet, die einen Brennerkorb, der um die Achse O gebildet ist und eine äußere Hülle 4b, die um die Achse O gebildet ist, derart, dass sie einen Durchmesser hat, der größer ist als ein Durchmesser eines Brennerkorbes 4a, hat.
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Die Drehwelle 2 ist innerhalb des Brennerkorbes 4a angeordnet. In einem ringförmigen Raum, der zwischen dem Brennerkorb 4a und der äußeren Hülle 4b definiert ist, ist ein Diffusorströmungspfad DC, der mit dem Raum S kommuniziert, das heißt, mit dem Strömungspfad C des Gehäuses 3. Der Diffusorströmungspfad DC ist derart definiert, dass ein Querschnittsbereich des Strömungspfades sich zur Stromabwärtsseite hin vergrößert. Hier bezieht sich der Querschnittsbereich des Strömungspfades auf einen Bereich eines Querschnitts senkrecht zur Achse O.
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Das Gas G, welches durch das Strömen durch den Strömungspfad C verdichtet wird, wird zur Außenseite des Axialströmungskompressors 1 über den Diffusorströmungspfad DC ausgeleitet.
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Der Diffusorabschnitt 4 kann integral mit dem Gehäuse 3 oder separat davon ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Diffusorabschnitt 4 in dem Gehäuse 3 vorgesehen, so dass der Diffusorströmungspfad DC sich von der Stromabwärtsseite der ersten Endstatorleitschaufelreihe 10A erstreckt.
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Gemäß einem solchen Axialströmungskompressor 1 ist der Ablenkungswinkel des Laufschaufelabschnitts 25 in der Laufschaufel 22 der Endrotorlaufschaufelreihe 20A in der Schaufelhöhenrichtung auf der Nabenseite und der Endseite größer als am Zentralbereich.
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Deswegen wird eine Strömungsrichtung des Gases G, welches durch die Endrotorlaufschaufelreihe 20A passiert, auf der Nabenseite und der Endseite stärker geändert. Dementsprechend leistet die Rotorlaufschaufel 22 am Fluid auf der Nabenseite und der Endseite mehr Arbeit und ein Verdichtungsbetrag des Gases G ist an diesen Stellen erhöht.
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Wenn jetzt angenommen wird, dass der Ablenkungswinkel der Rotorlaufschaufel 22 in der Schaufelhöherichtung einheitlich ist, nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases G auf der Nabenseite und der Endseite aufgrund eines Einflusses einer Scherkraft zwischen dem Gas G und einer inneren Fläche des Diffusorströmungspfads DC ab. Diesbezüglich kann, weil, wie oben beschrieben, die Ablenkungswinkel θ1 und θ2 des Schaufelabschnitts 25 der Rotorlaufschaufel 22 in der Schaufelhöhenrichtung unterschiedlich sind, durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Gases G in der Nähe der inneren Fläche des Diffusorströmungspfads DC eine Geschwindigkeits-(Gesamtdruck)verteilung des Gases G, welches durch die Endrotorlaufschaufelreihe 20A gelangt ist, an einem Auslass des Diffusorabschnitts 4 in der Schaufelhöhenrichtung gleichmäßiger sein, das bedeutet in der Radialrichtung der Achse O. Deswegen kann eine Auftrennung/Aufteilung des Gases G im Diffusorströmungspfad DC vermindert werden.
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Hier ist es grundsätzlich notwendig, um die Druckrückgewinnungsleistung in dem Diffusorabschnitt 4 zu verbessern, ein Verhältnis des Querschnittsbereichs des Strömungspfades zwischen dem Einlass und dem Auslass des Diffusorströmungspfades DC zu erhöhen. Auch ist der Diffusorströmungspfad DC derart gebildet, dass sich der Querschnittsbereich des Strömungspfades erweitert, während ein Öffnungswinkel des Strömungspfades C auf einen vorbestimmten Winkel begrenzt ist, so dass eine Trennung/Teilung des Gases G nicht erzeugt wird.
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Hier entspricht der Öffnungswinkel, der hier verwendet wird, die Summe eines Winkels, bei dem eine Fläche auf der radial inneren Seite des Diffusorströmungspfades DC, welche eine Fläche des Brennerkorbes 4a ist, relativ zur Achse O geneigt ist, und eines Winkels, um den eine Fläche auf der radial äußeren Fläche des Diffusorströmungspfades DC, welche eine Fläche der äußeren Hülle 4b ist, relativ zur Achse O in der Radialrichtung geneigt ist.
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Deswegen steigt, wenn angenommen wird, dass die Ablenkungswinkel θ1 und θ2 der Rotorlaufschaufel 22 gleich sind und der Schaufelabschnitt 25 eine gleichmäßige Raumform in der Radialrichtung hat, eine Längendimension des Diffusorabschnitts 4 in der Achse A an, um die Funktion der Druckrückgewinnung in dem Diffusorabschnitt 4 aufrechtzuerhalten. Im Ergebnis steigt eine Strecke, über die das Gas G in Kontakt mit der inneren Fläche des Diffusorströmungspfades DC ist, an und ein Verlust aufgrund von Reibung des Gases G steigt an.
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Diesbezüglich kann in der vorliegenden Ausführungsform eine Dimension des Diffusorabschnitts 4 in der Richtung der Achse O verkleinert werden, wenn die Geschwindigkeitsverteilung des Gases G – wie oben beschrieben – gleichmäßig gemacht wird. Deswegen kann der Reibungsverlust des Gases G, der durch die Reibung mit dem Diffusorströmungspfad DC verursacht wird, reduziert werden.
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Außerdem kann auch, wenn die Geschwindigkeitsverteilung des Gases G gleichmäßig gemacht wird, das Verhältnis des Querschnittsbereiches des Strömungspfades zwischen dem Einlass und dem Auslass des Diffusorströmungspfades DC ebenfalls vergrößert werden und es ist möglich, einen Druckrückgewinnungsbetrag in dem Diffusorabschnitt zu erhöhen. Das heißt, dass der Öffnungswinkel des Diffusorströmungswinkels DC auch beispielsweise 10° oder mehr betragen kann.
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[Zweite Ausführungsform]
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Im Folgenden wird ein Axialströmungskompressor 31 (eine Axialströmungsrotationsmaschine) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Die gleichen Komponenten wie diejenigen der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung dieser wird vermieden.
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Wie in 5 gezeigt, ist im Axialströmungskompressor 31 ein Diffusorabschnitt 34 in einem Gehäuse 3 vorgesehen, so dass ein Diffusorströmungspfad DC1 sich von einer Stromabwärtsseite einer Endrotorlaufschaufelreihe 20A und von einer Stromaufwärtsseite eines Endabschnitts an einer Stromabwärtsseite einer zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B erstreckt. Auch erstreckt sich der Diffusorströmungspfad DC1 in der vorliegenden Ausführungsform von zwischen der Endrotorlaufschaufelreihe 20A und der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B.
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Hier bezeichnet der Endabschnitt der Stromabwärtsseite der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B einen Endabschnitt auf einer Stromabwärtsseite eines äußeren Kragens 14 und inneren Kragens 15 der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 108.
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Gemäß dem Axialströmungskompressor 31 der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Druckrückgewinnung an einer früheren Stufe durchzuführen, wenn ein Abbremseffekt des Gases G von der ersten Endstatorleitschaufelreihe 10A und der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B erhalten wird.
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Im Ergebnis ist es möglich, die Dimension des Diffusorabschnitts 34 in einer Richtung einer Achse O weiter zu verkürzen oder ein Verhältnis eines Querschnittsbereichs des Strömungspfads zwischen einem Einlass und einem Auslass des Diffusorströmungspfades DC1 weiter zu erhöhen.
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Hier kann, weil das Gas G, dessen Gesamtdruck in der Nähe einer inneren Oberfläche (was innere Umfangsflächen auf beiden, der äußeren und der inneren Seite in der Radialrichtung bedeutet) eines Strömungspfades C, welcher ein Endwandabschnitt in der Radialrichtung ist, durch eine Rotorlaufschaufel 22 der Endrotorlaufschaufelreihe 20A erhöht wird, in den Diffusorströmungspfad DC1 eingeleitet wird, eine Trennung/Teilung des Gases G nicht leicht in dem Diffusorströmungspfad DC1 auftreten. Deswegen kann sogar im Diffusorströmungspfad DC1 der vorliegenden Ausführungsform die Druckrückgewinnung ausgeführt werden, während ein Verlust des Gases G reduziert wird.
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Hier in der vorliegenden Ausführungsform kann, wie in 6 und 7 gezeigt, der Diffusorabschnitt 34 im Gehäuse 3 derart vorgesehen sein, dass sich der Diffusorströmungspfad DC1 auf einer Stromabwärtsseite eines Endabschnitts auf der Stromabwärtsseite der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B und von einer Stromaufwärtsseite eines Endabschnitts an einer Stromabwärtsseite einer ersten Endstatorleitschaufelreihe 40A erstreckt.
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Der Endabschnitt auf der Stromabwärtsseite der ersten Endstatorleitschaufelreihe 40A bestimmt einen Endabschnitt an einer Stromabwärtsseite des äußeren Kragens 44 in der ersten Endstatorleitschaufelreihe 40A. In ähnlicher Art und Weise bestimmt der Endabschnitt an der Stromabwärtsseite der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B einen Endabschnitt an einer Stromabwärtsseite des äußeren Kragens 44 in der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B.
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Auch ist in diesem Fall ein Abschnitt einer inneren Fläche des Diffusorströmungspfads DC1 mit einem Abschnitt einer Statorleitschaufel 12 der ersten Endstatorleitschaufelreihe 40A gebildet, das heißt mit dem äußeren Kragen 44. Insbesondere ist in 6 eine Fläche des äußeren Kragens 44, die einer radial inneren Seite zugewandt ist, zu einer radial äußeren Seite von einer Mittelposition in der Richtung der Achse O zur Stromabwärtsseite geneigt und bildet einen Abschnitt der inneren Fläche des Diffusorströmungspfads DC1.
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Außerdem ist in 7 die Fläche des äußeren Kragens 44, die der radial inneren Seite zugewandt ist, zur radial äußeren Seite zur Stromabwärtsseite über die gesamte Region in der Richtung der Achse O geneigt und formt einen Abschnitt der inneren Fläche des Diffusorströmungspfads DC1.
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Auf diese Art und Weise steht, weil der äußere Kragen 44, welcher ein Abschnitt der Statorleitschaufel 12 ist, die innere Fläche des Diffusorströmungspfads DC1 bildet, sogar wenn der Diffusorströmungspfad DC1 sich von der oberen Seite des Endabschnitts auf der Stromabwärtsseite der ersten Endstatorleitschaufelreihe 40A erweitert, der äußere Kragen 44 nicht von der inneren Fläche des Diffusorströmungspfad DC1 vor, welche sich zur Stromabwärtsseite (siehe 5) zur Innenseite des Diffusorströmungspfades DC1 erweitert.
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Deswegen kann das Gas G in dem Diffusorströmungspfad DC1 geschmeidiger zur Stromabwärtsseite strömen und eine Trennung/Teilung des Gases G kann weiter vermindert werden. Insbesondere kann, weil die Fläche des äußeren Kragens 44, die der radial inneren Seite zugewandt ist, und die Fläche des Diffusorströmungspfades DC1, welche der radial inneren Seite zugewandt ist, so liegen, dass sie auf der gleichen Ebene sind, der Effekt der Verminderung der Trennung/Teilung des Gases G verbessert werden.
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Hier in der vorliegenden Ausführungsform, wie dargestellt in den 6 und 7, kann eine Fläche des äußeren Kragens 14 der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 108, die zur radial inneren Seite weist, geneigt sein zur radial äußeren Seite zur Stromabwärtsrichtung, um einen Abschnitt der inneren Fläche des Diffusorströmungspfads DC1 darzustellen.
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[Dritte Ausführungsform]
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Im Folgenden wird ein Axialströmungskompressor 51 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Die gleichen Bestandteile wie die in der ersten und zweiten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung dieser wird vermieden.
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Wie in 8 gezeigt, ist bei einem Diffusorabschnitt 54 des Axialströmungskompressors 51 ein Diffusorströmungspfad DC2 in eine erste Region A1, die einer Region in einer Richtung einer Achse O, in der eine erste Endstatorleitschaufelreihe 10A und eine zweite Endstatorleitschaufelreihe 10B vorgesehen sind, entspricht, und eine zweite Region A2 auf einer Stromabwärtsseite der ersten Region A1 und eine dritte Region A3 auf einer stromabwärtigeren Seite der zweiten Region A2 aufgeteilt.
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Ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich eines Strömungspfades in der zweiten Region A2 ist größer als der in der ersten Region A1 und ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der dritten Region A3 ist kleiner als der in der zweiten Region A2. Hier bedeutet der Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich eines Strömungspfades ein Öffnungswinkel des Diffusorströmungspfades DC2 in jeder Region.
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Wie oben beschrieben, erweitert sich der Diffusorströmungspfad DC2 von der ersten Region A1 zur dritten Region A3, das heißt, zur Stromabwärtsseite hin zunächst sanft, erweitert sich danach stark und erweitert sich danach sanft. Deswegen kann, wenn ein Gas G die erste Endstatorleitschaufelreihe 10A und die zweite Endstatorleitschaufelreihe 10B passiert, das heißt, wenn das Gas G die erste Region A1 passiert, ein Abbremsbetrag des Gases G aus dem Diffusorströmungspfad DC2 vermindert werden.
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Deswegen kann eine Trennung/Teilung des Gases G der ersten Endstatorleitschaufelreihe 10A und der zweiten Endstatorleitschaufelreihe 10B vermindert werden.
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Danach, wenn das Gas G die zweite Region A2 passiert, kann ein Abbremsbetrag des Gases G durch den Diffusorströmungspfad DC2 erhöht werden und es kann eine ausreichende Menge an Druckrückgewinnung erreicht werden. Weiterhin kann, obwohl eine Grenzschicht des Gases G sich in der dritten Region A3 auf deren am weitesten stromabwärts gelegenen Seite entwickelt, weil der Abbremsbetrag des Gases G reduziert werden kann, eine Teilung des Gases G vermindert werden. Deswegen kann eine Druckrückgewinnung effektiv durchgeführt werden.
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Hier in der vorliegenden Ausführungsform kann der Diffusorströmungspfad DC2 in die erste Region A1 und die zweite Region A2 auf der Stromabwärtsseite der ersten Region A1 aufgeteilt werden. In diesem Fall kann ein Erweiterungsbetrag in einem Querschnittsbereich des Strömungspfades in der zweiten Region A2 kleiner sein als in der ersten Region A1. In diesem Fall kann durch Öffnen des Diffusorströmungspfads DC2 von der ersten Region A1, während einer Verminderung der Teilung/Trennung des Gases G auf der inneren Fläche (Endwandung) des Diffusorströmungspfades DC2 auf der Stromabwärtsseite der ersten Region A1 vermindert wird, das Gas G ohne Trennung/Teilung abgebremst werden, sogar wenn ein großer Abbremsbetrag in der ersten Region A1 die Entwicklung einer Grenzschicht in der zweiten Region A2 bewirkt.
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben im Detail beschrieben wurden, können in deren Ausgestaltung verschiedene Abwandlungen innerhalb des Bereichs, ohne den technischen Gedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen, gemacht werden.
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Beispielsweise kann in dem Diffusorabschnitt 4 (34, 54) der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitert werden, dass eine innere Fläche auf der radial äußeren Seite der Achse O des Diffusorströmungspfades DC (DC1, DC2), das heißt eine innere Fläche der äußeren Hülle 4b, zur radial äußeren Seite zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist. In diesem Fall, weil das Gas G in den Diffusorströmungspfad DC in einem Zustand, in dem es eine Komponente in einer Rotationsrichtung R der Drehwelle 2 hat, eingeführt wird, fließt das Gas G durch das Innere des Diffusorströmungspfades DC in einem Zustand, in dem das Gas G auf der inneren Flächenseite auf der radial äußeren Seite des Diffusorströmungspfades DC gesammelt wird.
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Deswegen wird der Diffusorströmungspfad DC entlang solch einer Strömungsrichtung des Gases G durch Erweitern des Querschnittsbereiches des Strömungspfads in dem Diffusorströmungspfad DC derart gebildet, dass er zur radial äußeren Seite hin geneigt ist. Dementsprechend kann das Gas G geschmeidiger in den Diffusorströmungspfad DC strömen und der Effekt der Druckrückgewinnung kann verbessert werden.
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Außerdem kann in dem Diffusorabschnitt 4 (34, 54) der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitert werden, dass die innere Fläche auf der radial inneren Seite der Achse O des Diffusorströmungspfades DC (DC1, DC2), das heißt eine innere Fläche des Brennerkorbes 4a zur radial inneren Seite zur Stromabwärtsseite geneigt ist. Auf diese Art und Weise erweitert sich im Diffusorströmungspfad DC zusätzlich zur inneren Fläche auf der radial äußeren Seite, weil die innere Fläche auf der radial inneren Seite zur radial inneren Seite zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist, der Durchmesser des Strömungspfades C auf beiden Seiten in der Radialrichtung und hierdurch ist es möglich, die Druckrückgewinnung mit einer geringeren Distanz auszuführen. Deswegen kann eine Länge des Diffusorströmungspfades DC in der Richtung der Achse O verringert werden und ein Reibungsverlust des Gases G im Diffusorströmungspfad DC kann reduziert werden.
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Auch kann in dem Diffusorabschnitt 4 (34, 54) der Querschnittsbereich des Strömungspfades derart erweitert werden, dass die innere Fläche auf der radial inneren Seite der Achse O des Diffusorströmungspfades DC (DC1, DC2), das heißt eine äußere Fläche des Brennerkorbes 4a, zur radial äußeren Seite zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist. Auf diese Art und Weise ist es im Diffusorströmungspfad DC zusätzlich zur inneren Fläche auf der radial äußeren Seite, weil die innere Fläche auf der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite zur Stromabwärtsseite hin geneigt ist, möglich, das verdichtete Gas G zu Ausstattungen, die auf der radial äußeren Seite angeordnet sind, zu leiten.
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Beispielsweise wenn ein Axialströmungskompressor 1 (31, 51) bei einer Gasturbine angewendet wird, kann das Gas G geschmeidig zu einem Brenner, der auf der radial äußeren Seite des Diffusorabschnitts 4 (34, 54) angeordnet ist, geleitet werden.
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Auch kann der Diffusorströmungspfad DC derart ausgebildet sein, dass er von einer Position umfassend die Endrotorlaufschaufelreihe 20A, das heißt einem Endabschnitt auf der Stromaufwärtsseite der Endrotorlaufschaufelreihe 20A, beginnt.
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Weiterhin wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Axialströmungskompressor 1 (31, 51) als ein Beispiel einer Axialströmungsrotationsmaschine beschrieben, aber die Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsformen kann auf andere Axialströmungsrotationsmaschinen, wie beispielsweise eine Axialströmungspumpe, welche eine Flüssigkeit anstelle des Gases G unter Druck zur Verfügung stellt, angewendet werden.
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Weiterhin kann anstatt der Rotorlaufschaufel 22, die in der Schaufelhöhenrichtung einen größeren Ablenkungswinkel auf der Nabenseite und der Endseite als im Zentralbereich hat, das heißt in der Radialrichtung der Achse O, der Diffusorabschnitt 4, 34 oder 54 für eine Rotorlaufschaufel mit einem gleichen Ablenkungswinkel verwendet werden.
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[Gewerbliche Anwendbarkeit]
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Gemäß der Rotorlaufschaufel und der Axialströmungsrotationsmaschine, die oben beschrieben ist, ist es möglich, Strömungsverlust eines Fluids in dem Diffusorabschnitt zu reduzieren und ausreichende Druckrückgewinnungsleistung zu erhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 31, 51
- Axialströmungskompressor
(Axialströmungsrotationsmaschine)
- 2
- Drehwelle
- 3
- Gehäuse
- 3a
- Ansaugkanal
- 4, 34, 54
- Diffusorabschnitt
- 4a
- Brennerkorb
- 4b
- äußere Schale
- 10
- Statorleitschaufelreihe
- 10A, 40A
- erste Endstatorleitschaufelreihe
- 10B
- zweite Endstatorleitschaufelreihe
- 11
- Auslassführungsleitschaufel
- 12
- Statorleitschaufel
- 13
- Leitschaufelabschnitt
- 14, 44
- äußerer Kragen
- 15
- innerer Kragen
- 20
- Rotorlaufschaufelreihe
- 20A
- Endrotorlaufschaufelreihe
- 22
- Rotorlaufschaufel
- 22a
- Ansaugseite
- 22b
- Druckseite
- 23
- Plattform
- 24
- Laufschaufelfuß
- 25
- Laufschaufelabschnitt
- S
- Raum
- G
- Gas
- O
- Achse
- DC, DC1, DC2
- Diffusorströmungspfad
- C
- Strömungspfad
- A1
- erste Region
- A2
- zweite Region
- A3
- dritte Region
