KR20170015175A

KR20170015175A - 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익

Info

Publication number: KR20170015175A
Application number: KR1020160094055A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 시바타; 나오토 오무라; 치히로 미오렌; 야스오 다카하시
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2017-02-08
Also published as: EP3124794A1; KR101922769B1; US20170030375A1; US10480531B2; EP3124794B1; JP2017031847A; CN106402038A; CN106402038B; JP6421091B2

Abstract

익렬의 코너 스톨을 억제하는 동시에, 후속 익렬의 유입 조건을 적정화함으로써, 압축기 전체의 효율 향상 및 신뢰성의 확보를 달성할 수 있는 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 그것에 사용하는 정익을 제공한다.
축류 압축기(1)는, 작동 유체가 유통하는 환상 유로(P) 내에 배치된 복수의 동익으로 구성되는 동익렬(12) 및 복수의 정익으로 구성되는 정익렬(14)을 복수 구비하고, 환상 유로(P)의 내주측 및 외주측 중 적어도 한쪽의 벽면에 있어서의, 동익렬(12) 및 정익렬(14) 중 적어도 한쪽이 위치하는 부분은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출되도록 만곡된 돌출부(24)를 갖고, 돌출부(24)를 갖는 벽면(23)에 위치하는 익렬(14)의 날개는, 돌출부(24)를 갖는 벽면(23)측의 익단부에 있어서의 날개 출구각의 벽면 방향의 증가율이, 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 벽면 방향의 증가율보다 커지도록 구성되어 있다.

Description

축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익 {AXIAL FLOW COMPRESSOR, GAS TURBINE INCLUDING THE SAME, AND STATOR BLADE OF AXIAL FLOW COMPRESSOR}

본 발명은, 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익에 관한 것이다.

축류 압축기에서는, 작동 유체가 유통하는 환상 유로의 주위 방향으로 배치된 복수의 동익 및 복수의 정익에 의해 동익렬 및 정익렬이 형성되어 있다. 1세트의 동익렬 및 정익렬에 의해 1개의 단락이 구성되고, 복수 단의 단락이 구비되어 있다.

최근, 축류 압축기에서는, 고압력비화와 단수의 삭감에 의한 저비용화를 양립하는 고부하화가 요구되고 있다. 고부하 압축기의 아음속 날개에서는, 환상 유로에 있어서의 날개가 위치하는 내주측 또는 외주측의 벽면(날개의 벽면)에서의 경계층의 발달에 의해 2차 흐름이 증가하므로, 날개면과 유로 벽면으로 형성되는 코너부에서 흐름의 실속(코너 스톨)이 발생하여 압력 손실이 증대될 우려가 있다. 따라서, 코너 스톨을 억제할 수 있는 고성능의 익형 및 유로 벽면 형상을 생성하는 것이, 고성능 고부하 압축기를 개발하기 위한 중요 과제이다.

예를 들어, 유로 벽면(날개의 벽면) 부근에서의 흐름의 박리를 회피하면서, 압축기의 효율과 실속 마진을 동시에 향상시키는 것이 가능한 압축기의 정익으로서, 반경 방향 스팬 중앙부(웨스트부)의 익현 길이를 날개 선단부나 날개 근원의 익현 길이보다 짧게 함과 함께 날개의 후단 에지를 만곡시킨 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2001-132696호 공보

그런데, 상류 익렬에서의 유출각이 날개 높이 방향(반경 방향)으로 비균일인 경우(예를 들어, 유로 벽면 근방에서의 유출각이 날개 높이 중앙부에서의 유출각보다 큰 경우)나 익렬보다 상류측의 환상 유로에 익렬의 하류측으로부터의 누설 흐름이 유입되는 경우에는, 익렬의 벽면 근방의 경계층이 영향을 받는다. 상기 특허문헌 1에서는, 이러한 상류 익렬의 유출각의 비균일성이나 누설 흐름의 영향에 대한 언급이 없어, 이들의 영향에 대해 충분히 고려되어 있지 않은 것이라고 생각된다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 정익을 구비한 압축기에 있어서는, 상류 익렬의 유출각의 비균일성이나 누설 흐름의 영향에 의해 정익렬의 벽면 근방의 경계층의 흐름의 방향이 주류의 흐름 방향에 대해 크게 비틀리면(어긋나면), 코너 스톨을 회피할 수 없을 우려가 있다.

또한, 무언가의 요인에 의해, 익렬 입구에서의 유로 벽면의 경계층이 두꺼운 경우라도, 상술한 상류 익렬의 유출각이 비균일성인 경우나 누설 흐름이 있는 경우와 마찬가지로, 익렬의 벽면에서의 경계층의 흐름이 주류에 대해 크게 비틀릴 가능성이 있어, 코너 스톨을 회피할 수 없을 우려가 있다.

이러한 흐름의 박리나 실속은, 버피팅이나 서징 등의 비정상적인 유체 진동을 유발하므로, 압축기의 신뢰성의 저하의 우려가 있다. 또한, 흐름의 박리의 영향은, 박리가 발생한 날개에 한정되지 않는다. 즉, 흐름의 박리에 의해, 하류측의 날개에 대한 유입각이 날개 높이 방향에 있어서 비균일화되므로, 후속 익렬에서의 압력 손실의 증가나 압축기의 신뢰성의 저하를 초래할 우려도 있다. 이 경우, 압축기 전체로서의 큰 효율의 저하나 신뢰성의 저하로 이어진다.

또한, 코너 스톨을 회피할 수 있었다고 해도, 익렬 출구에서의 유출각이 비균일 상태로 되면, 하류측의 날개에 대한 유입각이 비균일화되어 버린다. 이 경우도, 후속 익렬에서의 압력 손실의 증가나 압축기의 신뢰성의 저하를 초래할 우려가 있다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 날개의 코너 스톨을 억제하는 동시에 후속 익렬에 대한 흐름의 유입 조건을 적정화하여, 압축기 전체의 효율의 향상 및 신뢰성의 확보가 가능한 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들어 청구범위에 기재된 구성을 채용한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 작동 유체가 유통하는 환상 유로 내에 배치된 복수의 동익으로 구성되는 동익렬 및 복수의 정익으로 구성되는 정익렬을 복수 구비하고, 상기 환상 유로의 내주측 및 외주측 중 적어도 한쪽의 벽면에 있어서의, 상기 동익렬 및 상기 정익렬 중 적어도 한쪽이 위치하는 부분은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 상기 환상 유로에 돌출되도록 만곡된 돌출부를 갖고, 상기 돌출부를 갖는 벽면에 위치하는 익렬의 날개는, 상기 돌출부를 갖는 벽면측의 익단부에 있어서의 날개 출구각의 벽면 방향의 증가율이, 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 상기 벽면 방향의 증가율보다 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 환상 유로의 벽면에 있어서의 동익렬 및 정익렬 중 적어도 한쪽이 위치하는 부분의 하류측을 상류측보다 환상 유로에 돌출시킴으로써, 유로 벽면에서의 경계층의 발달이 국소적으로 억제되므로, 날개면과 유로 벽면으로 형성되는 코너부에 있어서의 흐름의 박리(코너 스톨)를 억제할 수 있다. 또한, 날개가 돌출된 유로 벽면측의 익단부에 있어서의 날개 출구각의 벽면 방향의 증가율을 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 증가율보다 크게 함으로써, 유로 벽면의 돌출에 의한 익렬 출구에서의 흐름의 유출각의 과도한 감소가 억제되므로, 후속 익렬에 대한 유입 조건을 적정화할 수 있다. 이 결과, 압축기 전체의 효율의 향상 및 압축기의 신뢰성의 확보를 실현할 수 있다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명백해진다.

도 1은 본 발명의 축류 압축기를 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태를 도시하는 구성도.
도 2는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 주요부 구조를 도시하는 자오면 단면도.
도 3은 도 2의 부호 X로 나타내는 정익렬의 정익 및 환상 유로의 벽면 형상을 확대하여 도시하는 자오면 단면도.
도 4는 익렬을 구성하는 날개의 익형의 각종 형상 파라미터를 나타내는 설명도.
도 5는 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익의 내주 단부, 중간부 및 외주 단부의 익형을 나타내는 설명도.
도 6은 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 비교예로서의 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도.
도 7은 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 유로 벽면 형상에 대한 비교예로서의 종래의 기준익 및 유로 벽면 형상에 있어서의 자오면 내의 흐름을 도시하는 설명도.
도 8은 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 유로 벽면 형상에 대한 비교예로서의 종래의 기준익의 익렬에 있어서의 날개간 흐름을 도시하는 설명도.
도 9는 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 종래의 기준익에 있어서의 날개 높이 방향의 총 압력 손실 분포를 나타내는 특성도.
도 10은 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 종래의 기준익에 있어서의 날개 높이 방향의 유출각 분포를 나타내는 특성도.
도 11은 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 유로 벽면 형상에 있어서의 자오면 내의 흐름을 도시하는 설명도.
도 12는 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익렬에 있어서의 날개간 흐름을 도시하는 설명도.
도 13은 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 변형예의 일부를 구성하는 정익 및 환상 유로의 벽면 형상을 도시하는 자오면 단면도.
도 14는 도 13에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 변형예의 일부를 구성하는 정익 및 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도.
도 15는 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익의 제2 실시 형태에 있어서의 환상 유로의 내주측 벽면의 돌출부를 도시하는 설명도.
도 16은 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 주요부 구조를 도시하는 자오면 단면도.
도 17은 도 16에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제3 실시 형태의 일부를 구성하는 동익 및 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도.
도 18은 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 변형예의 주요부 구조를 도시하는 자오면 단면도.
도 19는 도 18에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제3 실시 형태의 변형예의 일부를 구성하는 동익 및 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도.

이하, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 여기서는, 본 발명을 가스 터빈의 축류 압축기에 적용하는 예를 설명하지만, 본 발명은 예를 들어 산업용 축류 압축기에도 적용 가능하다.

[제1 실시 형태]

먼저, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제1 실시 형태의 구성을 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 축류 압축기를 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태를 도시하는 구성도, 도 2는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 주요부 구조를 도시하는 자오면 단면도이다. 도 1 중, 실선의 화살표는 작동 유체의 흐름을, 파선의 화살표는 연료의 흐름을 나타내고 있다. 도 2 중, 백색 화살표는 작동 유체의 흐름을, 화살표는 누설 흐름을 나타내고 있다.

도 1에 있어서, 가스 터빈은, 흡입 공기를 압축하는 축류 압축기(1)와, 축류 압축기(1)에서 압축한 공기와 함께 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(2)와, 연소기(2)에서 생성된 연소 가스에 의해 구동되는 터빈(3)을 구비하고 있다. 축류 압축기(1)와 터빈(3)은 축(4)에 의해 직결되어 있다. 가스 터빈에는, 전력을 발생하는 발전기(5)가 접속되어 있다.

축류 압축기(1)는, 도 2에 있어서, 회전 가능하게 보유 지지된 로터(11)와, 로터(11)의 외주부에 있어서 주위 방향으로 장착된 복수의 동익으로 구성되는 동익렬(12)과, 로터(11)를 내포하는 케이싱(13)과, 케이싱(13)의 내주부에 있어서 주위 방향으로 장착된 복수의 정익으로 구성된 정익렬(14)을 구비하고 있다. 동익렬(12)과 정익렬(14)의 조합으로 1개의 단락이 구성된다. 축류 압축기(1)는, 로터(11)의 축방향으로 복수 단의 단락(도 2에서는, 최종 단의 동익렬 및 정익렬만을 도시)을 구비하고 있다. 축류 압축기(1)에서는, 단단에 의해 달성 가능한 압력비에 한계가 있으므로, 복수 단을 직렬로 배치함으로써 목적에 따른 압력비를 달성하고 있다. 로터(11)에 있어서의 최종 단의 동익렬(12)보다 하류측의 부분은, 내주 케이싱(15)에 의해 간격을 두고 덮여 있다. 내주 케이싱(15)의 상류측의 외주부에는, 원환상의 홈부(15a)가 형성되어 있다.

정익렬(14)의 정익은, 예를 들어 케이싱(13)에 외팔보 지지된 횡단면 형상이 익형인 날개부(17)와, 날개부(17)의 내주 단부에 설치된 익단 슈라우드(18)로 구성되어 있다. 주위 방향으로 인접하는 정익의 익단 슈라우드(18)는 서로 연결되어 있고, 정익렬(14)의 전체로서 원환상으로 형성되어 있다. 연결된 원환상의 익단 슈라우드(18)는, 내주 케이싱(15)의 홈부(15a)에 배치되어 있다. 익단 슈라우드(18)와, 내주 케이싱(15)의 홈부(15a)를 구획 형성하는 저면이나 측면의 사이에는, 축류 압축기(1)의 기동 시에 있어서의 케이싱(13)과 내주 케이싱(15)의 상대적인 어긋남을 허용하기 위해, 간극(G)이 마련되어 있다.

동익렬(12) 및 정익렬(14)은, 작동 유체가 유통하는 환상 유로(P) 내에 배치되어 있다. 환상 유로(P)의 외주측 벽면은, 주로, 케이싱(13)의 내주면(20)에 의해 구성되어 있다. 환상 유로(P)의 내주측 벽면의 일부는, 로터(11)에 있어서의 동익렬(12)의 장착 부분의 외주면(21)과, 내주 케이싱(15)의 외주면(22)과, 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)으로 구성되어 있다. 즉, 동익렬(12), 정익렬(14)의 내주측 및 외주측에 위치하는 벽면은, 환상 유로(P)의 내주측 및 외주측의 벽면의 일부이다. 정익렬(14)보다 하류측의 환상 유로(P)와 정익렬(14)보다 상류측의 환상 유로(P)는, 간극(G)에 의해 연통 상태로 되어 있다.

다음으로, 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익렬 및 정익렬의 벽면의 상세한 구조를 도 3 내지 도 6을 이용하여 설명한다.

도 3은 도 2의 부호 X로 나타내는 정익렬의 정익 및 환상 유로의 벽면 형상을 확대하여 도시하는 자오면 단면도, 도 4는 익렬을 구성하는 날개의 익형의 각종 형상 파라미터를 나타내는 설명도, 도 5는 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익의 내주 단부, 중간부 및 외주 단부의 익형을 나타내는 설명도, 도 6은 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 비교예로서의 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도이다. 도 4 중, 화살표 A는 로터의 축방향을, 화살표 C는 로터의 주위 방향을 나타내고 있다. 도 5 중, 종축 C는 로터 주위 방향을, 횡축 A는 로터의 축방향을 나타내고 있다. 점선 L은 정익의 날개부의 내주 단부(날개 높이 0％)의 익형을, 실선 M은 날개부의 내주 단부와 외주 단부의 중간 위치(날개 높이 50％)의 익형을, 파선 N은 날개부의 외주 단부(날개 높이 100％)의 익형을 나타내고 있다. 도 6 중, 종축 HD는 무차원 날개 높이를, 횡축 k2는 날개 출구각을 나타내고 있다. 무차원 날개 높이 HD는, 날개부 전체 길이에 대한 날개부의 내주 단부로부터의 임의의 날개 높이의 비이며, 임의의 날개 높이의 날개부 전체 길이에 대한 상대적인 위치를 나타내는 것이다. 또한, 실선 I는 본 실시 형태의 경우를, 파선 R은 후술하는 기준익의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 3 내지 도 6에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시하는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

정익렬(14)의 정익의 날개부(17)는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 그 상류측 단부의 전단 에지(31)와, 후류측 단부의 후단 에지(32)와, 전단 에지(31)와 후단 에지(32)를 접속하는 뒷쪽의 부압면(33)과, 전단 에지(31)와 후단 에지(32)를 접속하는 앞쪽의 압력면(34)으로 구성되어 있다. 전단 에지(31)와 후단 에지(32)를 연결하는 선분은 익현선(36)이며, 익현선(36)의 축방향 길이는 축 코드 길이 Cx이다. 익형의 부압면(33)과 압력면(34)의 중점을 차례로 연결하여 얻어지는 곡선은 캠버선(37)이다. 캠버선(37)의 전단 에지(31)에 있어서의 접선과 축방향 A이 이루는 각은 날개 입구각 k1이고, 캠버선(37)의 후단 에지(32)에 있어서의 접선과 축방향 A이 이루는 각은 날개 출구각 k2이다. 또한, 동익렬(12)의 동익의 경우도, 전단 에지(31r)와, 후단 에지(32r)와, 뒷쪽의 부압면과, 앞쪽의 압력면으로 구성되어 있고, 축 코드 길이 Cx, 날개 입구각, 날개 출구각 k2의 정의도 정익의 경우와 마찬가지이다(후술하는 도 16 및 도 17 참조).

정익의 날개부(17)의 전단 에지(31)의 자오면 형상은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 내주측 단부 및 외주측 단부가 날개 높이 중간부보다 상류측으로 연장되어 있다. 한편, 날개부(17)의 후단 에지(32)의 자오면 형상은, 날개 높이 방향(직경 방향)으로 대략 직선 형상으로 되어 있다. 즉, 날개부(17)의 축 코드 길이 Cx는, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 내주측 단부 및 외주측 단부가 날개 높이 중간부보다 길어지도록 설정되어 있다. 날개부(17)의 내주측 단부 및 외주측 단부는, 그 축 코드 길이 Cx가 날개 높이 중간부를 향해 서서히 감소하도록 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 날개부(17)의 내주측 단부라 함은, 환상 유로(P)의 내주측 벽면에서 발생하는 경계층의 영향을 받기 쉬운 영역이며, 구체적으로는, 내주 단부로부터 날개부(17)의 전체 길이의 15％ 정도의 높이까지의 부분이다. 마찬가지로, 날개부(17)의 외주측 단부라 함은, 환상 유로(P)의 외주측 벽면에서 발생하는 경계층의 영향을 받기 쉬운 영역이며, 구체적으로는, 날개부(17)의 전체 길이의 85％ 정도의 높이로부터 외주 단부까지의 부분이다. 날개부(17)의 날개 높이 중간부는, 환상 유로(P)의 내주측이나 외주측의 벽면에서 발생하는 경계층의 영향을 받기 어렵고, 주류의 영향이 미치는 영역이며, 날개부(17) 중 내주측 단부와 외주 단부를 제외한 부분, 즉, 날개부(17)의 전체 길이의 약 15％ 내지 약 85％까지의 부분이다.

또한, 날개부(17)의 내주측 단부는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 그 날개 출구각이 날개 높이 중간부의 날개 출구각보다 커지도록 설정되어 있다. 또한, 날개부(17)의 내주측 단부에 있어서의 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향의 분포는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 내주 단부 방향(환상 유로(P)의 내주측 벽면 방향)으로 서서히 증가하고 있다. 또한, 날개부(17)의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향의 분포는, 예를 들어 내주 단부 방향으로 단조롭게 증가하고 있다. 게다가, 날개부(17)의 내주측 단부에 있어서의 날개 출구각 k2의 내주 단부 방향(환상 유로(P)의 내주측 벽면 방향)의 증가율이, 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 내주 단부 방향의 증가율보다 커지도록 설정되어 있다.

도 3으로 되돌아가, 케이싱(13)의 내주면(20)에 있어서의 정익렬(14)의 장착 부분, 즉, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 외주측 벽면은, 로터(11)의 회전축선 A(도 2 참조)로부터의 반경이 대략 일정한 원통면으로 형성되어 있다. 내주 케이싱(15)에 있어서의 홈부(15a)보다 상류측의 외주면(22), 즉, 환상 유로(P)의 내주측 벽면에 있어서의 정익렬(14)보다 상류측의 일부분은, 정익렬(14)의 입구(전단 에지(31))에서의 환상 유로(P)의 자오면 유로 높이 Hl이 대략 일정해지도록 원통면으로 형성되어 있다.

정익렬(14)의 익단 슈라우드(18)의 외주면(23), 즉, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 δ만큼 돌출되도록 만곡된 돌출부(24)를 갖고 있다. 이 돌출부(24)는 주위 방향으로 균일하게 형성되어 있다. 환언하면, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 출구(후단 에지(32))의 자오면 유로 높이 Ht가 정익렬(14)의 입구 자오면 유로 높이 Hl보다 δ만큼 축소되도록 설정되어 있다. 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)의 구체적인 구성은, 내주 케이싱(15)의 홈부(15a)보다 상류측의 외주면(22)과 대략 동일면 상에 위치하는 제1 원통면(25)과, 제1 원통면(25)의 하류측에 위치하여 제1 원통면(25)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 외측으로 볼록 형상인 제1 곡면(26)과, 제1 곡면(26)의 하류측에 위치하여 제1 곡면(26)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 내측으로 볼록 형상인 제2 곡면(27)과, 제1 곡면(26)과 제2 곡면(27) 사이의 변곡점(28)과, 제2 곡면(27)의 하류측에 위치하여 제2 곡면(27)에 매끄럽게 이어지는 제2 원통면(29)으로 구성되어 있다. 제2 원통면(29)은, 제1 원통면(25)보다 δ만큼 직경 방향 외측에 위치하고 있다. 변곡점(28)은, 예를 들어 전단 에지(31)로부터의 축방향 위치가 축 코드 길이 Cx에 대한 비율로 약 50％로 되어 있다.

다음으로, 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 작동 유체의 흐름의 개략을 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

도 1에 도시하는 가스 터빈의 축류 압축기(1)에 의해, 작동 유체로서의 대기가 흡입되어 압축된다. 이 압축 공기는 연소기(2)로 유도되어 연료와 혼합·연소되어, 고온의 연소 가스가 발생한다. 이 연소 가스가 터빈(3)을 구동하여, 열에너지가 동력 에너지로 변환된다. 이 동력 에너지는, 축류 압축기(1)를 구동함으로써 소비됨과 함께 발전기(5)에 의해 전기 에너지로 변환된다.

도 2에 도시하는 축류 압축기(1) 내에 흡입된 작동 유체는, 자오면 유로(자오면 단면의 환상 유로)(P) 내에 배치된 동익렬(12)을 통과한 후, 정익렬(14)을 통해 배출 기류로서 하류로 유출된다. 이때, 작동 유체는, 터빈(3)(도 1 참조)에 의해 구동된 로터(11)와 함께 회전하는 동익렬(12)에 의해 운동 에너지가 부여되고, 또한 정익렬(14)에서의 감속 및 흐름의 방향의 전향에 의해, 그 운동 에너지가 압력에너지로 변환되어, 고압, 고온의 상태로 된다. 자오면 유로(P)를 통과하는 작동 유체는, 복수의 동익렬(12)과 복수의 정익렬(14)을 교대로 통과함으로써, 소정의 고압력 상태에 도달한다.

다음으로, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익의 제1 실시 형태의 작용 및 효과를 종래의 기준익과 비교하면서 설명한다.

먼저, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제1 실시 형태에 대한 비교예로서의 종래의 기준익의 구성 및 작용을 도 6 내지 도 10을 이용하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 유로 벽면 형상에 대한 비교예로서의 종래의 기준익 및 유로 벽면 형상에 있어서의 자오면 내의 흐름을 도시하는 설명도, 도 8은 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 유로 벽면 형상에 대한 비교예로서의 종래의 기준익의 익렬에 있어서의 날개간 흐름을 도시하는 설명도, 도 9는 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 종래의 기준익에 있어서의 날개 높이 방향의 총 압력 손실 분포를 나타내는 특성도, 도 10은 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 종래의 기준익에 있어서의 날개 높이 방향의 유출각 분포를 나타내는 특성도이다. 도 8 중, 화살표 A는 로터의 축방향을, 화살표 C는 로터의 주위 방향을 나타내고 있다. 도 9 중, 종축 HD는 무차원 날개 높이를, 횡축 Cp는 날개의 총 압력 손실 계수를 나타내고 있다. 도 10 중, 종축 HD는 무차원 날개 높이를, 횡축 θ는 익렬 출구의 유출각을 나타내고 있다. 또한, 도 9 및 도 10 중, 실선 I는 본 실시 형태의 경우를, 파선 R은 기준익의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 7 내지 도 10에 있어서, 도 1 내지 도 6에 나타내는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

종래의 기준익(100)의 날개부(101)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 전단 에지(111) 및 후단 에지(112)의 자오면 형상이 직경 방향으로 대략 직선 형상으로 되어 있다. 즉, 날개부(101)의 축 코드 길이 Cx는, 날개 높이 방향(직경 방향)에서 대략 일정하다. 또한, 기준익(100)의 익단 슈라우드(102)의 외주면(121)은 원통면으로 형성되어 있다. 즉, 자오면 유로 높이 H가 대략 일정해지도록 설정되어 있다. 날개부(101)의 날개 출구각 k2는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 외주 단부(무차원 날개 높이 1.0)로부터 내주 단부(무차원 날개 높이 0.0)를 향해 단조롭게 증가하도록 분포하고 있다.

도 7에 도시하는 자오면 유로(P) 내를 작동 유체가 흐르면, 자오면 유로(P)의 내주측 단부 벽면 및 외주측 단부 벽면에서 경계층이 발달한다. 또한, 자오면 유로(P) 내의 작동 유체의 일부가 기준익(100)의 하류측으로부터 익단 슈라우드(102)의 내주측의 간극(G)을 통해, 기준익(100)의 상류측에 도달하는 누설 흐름이 된다. 이것은, 간극(G)에 의해, 압력 레벨이 상이한 기준익(100)의 하류측(고압측)과 상류측(저압측)이 연통하고 있기 때문이다. 이 간극(G)을 통과하는 누설 흐름의 유량은, 주류의 유량의 0.5∼2％ 정도로 작다. 그러나, 이 누설 흐름은, 하류측과 상류측의 압력차에 의해 발생하는 흐름이므로, 주류와는 달리, 축방향의 속도 성분이 주이다.

이 누설 흐름이 주류에 합류할 때, 자오면 유로(P)의 내주측 벽면 근방의 경계층에 대해 흐름 방향을 변화시킴과 함께 저속 영역을 증가시키므로, 이 경계층은 크게 비균일화된다. 도 7에 도시하는 기준익(100)의 경우에는, 날개부(101)의 부압면(113)의 유선(S)의 분포로부터 명백한 바와 같이, 누설 흐름에 의한 경계층의 큰 비균일화가 날개부(101)의 부압면(113)측의 하류측 영역에서의 코너 스톨을 유발하는 결과로 되어 있다.

즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 누설 흐름의 영향을 받은 내주측 벽면 근방의 경계층의 흐름 B는, 내주측 벽면으로부터 이격된 주류 M과는, 흐름 방향 및 유속이 크게 상이하다. 이 경계층의 흐름 B는, 날개부(101) 사이의 압력면(114)측으로부터 부압면(113)측을 향하는 2차 흐름 Sf1의 영향에 의해, 날개부(101)의 부압면(113)측의 하류측 영역의 역압력 구배에 저항하여 끊어지지 않게 된다. 그 결과, 큰 역류 소용돌이(E1)가 발생하여 흐름의 박리 영역이 형성되어, 큰 압력 손실이 발생한다. 즉, 도 9에 나타내는 바와 같이, 내주측 벽면 근방(무차원 날개 높이 HD가 0.05 내지 0.3)의 총 압력 손실 계수 Cp가 커진다.

동시에, 흐름의 박리 영역의 블록키지 효과에 의해, 기준익(100)의 익렬 출구에서의 유출 흐름 T1이 더욱 주위 방향 C측으로 전향한다. 즉, 도 10에 나타내는 바와 같이, 내주측 벽면 근방(무차원 날개 높이 HD가 0.0 내지 0.3)의 기준익(100)의 익렬 출구에 있어서의 유출각 θ가 커진다. 이 유출 흐름 T1의 주위 방향 C측으로의 전향에 의해, 이 익렬의 후속 익렬에 대한 유입각이 증대되고, 후속 익렬에 유입각의 미스매치가 발생하여 손실이 증가한다.

이와 같이, 종래의 기준익(100)의 경우에는, 기준익(100)의 하류측으로부터 간극(G)을 통한 상류측으로의 누설 흐름의 영향에 의해, 날개부(101)의 부압면(113)측의 하류측 영역에 흐름의 박리 영역이 형성되어 손실이 커진다. 또한, 형성된 흐름의 박리 영역에 의한 블록키지에 의해, 내주측 벽면 근방의 익렬 출구에 있어서의 작동 유체의 유출각 θ가 커진다. 이로 인해, 박리가 발생한 익렬의 후속 익렬에 대한 유입각이 증대되므로, 후속 익렬에서의 압력 손실의 증가나 박리의 발생의 위험성도 증가한다.

다음으로, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈 및 축류 압축기의 정익의 제1 실시 형태의 작용 및 효과를 도 3, 도 5, 도 6, 도 9 내지 도 12를 이용하여 설명한다.

도 11은 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익 및 유로 벽면 형상에 있어서의 자오면 내의 흐름을 도시하는 설명도, 도 12는 도 3에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 일부를 구성하는 정익렬에 있어서의 날개간 흐름을 도시하는 설명도이다. 도 12 중, 화살표 A는 로터 또는 케이싱의 축방향을, 화살표 C는 로터 또는 케이싱의 주위 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 있어서, 도 1 내지 도 10에 나타내는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 흐름이 가속되는 정익렬(14)의 상류측 부분에 있어서 자오면 유로 높이를 대략 일정하게 유지함으로써, 흐름의 가속이 완화된다. 그 결과, 정익렬(14)의 날개부(17)의 날개면과의 마찰에 의한 압력 손실이 억제된다. 한편, 흐름의 감속이 큰 정익렬(14)의 하류측 부분의 자오면 유로 높이가 그 상류측 부분의 자오면 유로 높이보다 작아지도록, 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)(자오면 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면)의 하류측 부분을 자오면 유로(P)에 돌출시키는 형상으로 하였으므로, 자오면 유로(P)의 내주측 벽면에서의 경계층의 흐름의 감속이 국소적으로 완화된다. 이로 인해, 누설 흐름에 의해 크게 비균일화된 내주측 벽면에서의 경계층의 발달이 억제되고, 그 결과, 코너 스톨을 억제할 수 있다. 즉, 도 11에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 정익렬(14)의 부압면(33)의 유선(S)의 분포로부터 명백한 바와 같이, 기준익(100)의 경우(도 7 참조)와 비교하면, 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)(자오면 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면)의 하류측 부분의 돌출 형상에 의해, 누설 흐름에 의해 발달한 내주측 벽면에서의 경계층의 저속부가 국소적으로 박층화된다.

또한, 정익렬(14)의 내주측 벽면의 하류측 부분의 돌출에 의해 정익렬(14)의 하류측 부분의 흐름의 감속이 기준익(100)의 경우보다 완화되므로, 도 12에 도시하는 바와 같이, 정익렬(14)의 날개부(17)간 내에 발생하는 2차 흐름 Sf2는, 기준익(100)의 경우의 2차 흐름 Sf1과 비교하면, 더욱 축방향 A를 향하게 된다. 이로 인해, 날개부(17)의 부압면(33)의 후단 에지(32) 부근에 발생하는 역류 소용돌이(E2)에 말려들어가는 저속의 흐름이 적어져, 역류 소용돌이(E2)의 발달이 억제된다.

이 역류 소용돌이(E2)의 발달의 억제에 의해 블로킹 효과가 감소하는 것, 및 자오면 유로(P)의 내주측 벽면의 돌출에 의해 축방향 유속이 기준익(100)의 경우보다 증가함으로써, 정익렬(14)의 출구에 있어서의 유출 흐름 T2는, 기준익(100)의 경우보다 축방향 A를 향하게 된다. 이에 반해, 본 실시 형태에 있어서는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 날개부(17)의 내주측 단부에 있어서의 날개 출구각의 내주 단부 방향(환상 유로(P)의 내주측 벽면 방향)의 증가율을, 날개부(17)의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 내주 단부 방향의 증가율보다 크게 하였으므로, 정익렬(14)의 익형으로서, 정익렬(14)의 내주측 벽면의 경계층 흐름을 더욱 주위 방향 C를 향하게 하는 효과가 있다. 즉, 자오면 유로(P)의 내주측 벽면의 돌출에 의한 정익렬(14)의 출구의 유출 흐름 T2의 과도한 축방향 A로의 전향을 방지할 수 있고, 그 결과, 후속 익렬(최종 단의 하류측의 디퓨저를 포함함)에 대한 유입 조건을 적정화 또는 균일화하는 것이 가능해진다. 또한, 내주측 벽면 근방의 날개 출구각을 크게 하는 것은, 정익렬(14)의 내주측 벽면 근방에 있어서의 흐름의 전향을 감소시키는 것에 상당하므로, 내주측 벽면 근방의 흐름의 박리도 동시에 억제된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)에 있어서의 날개부(17)의 전단 에지(31)로부터 후단 에지(32)까지 부분을, 적어도, 제1 곡면(26)과, 제1 곡면(26)에 매끄럽게 이어지는 제2 곡면(27)과, 제1 곡면(26)과 제2 곡면(27) 사이의 변곡점(28)으로 구성함으로써, 외주면(23)의 돌출 형상을 매끄럽게 만곡시켜 코너부가 발생하지 않도록 하고 있다. 이로 인해, 돌출 형상 자체에 기인하는 흐름의 박리의 발생을 방지하고 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 변곡점(28)의 전단 에지(31)로부터의 축방향 위치를, 축 코드 길이 Cx에 대한 비율로 약 50％로 하고 있다. 이것은, 기준익(100)(도 7 참조)에 있어서의 흐름의 박리 영역이 흐름의 감속의 시작점인 날개부(17)의 축 코드 길이 Cx의 중간 부근으로부터 발달하고 있는 것을 고려한 것이다. 또한, 흐름의 감속이 커 흐름의 박리 영역이 성장하기 쉬운 날개부(17)의 하류측 부분에서 자오면 유로 높이를 좁혀, 환상 유로(P)의 내주측 벽면 근방의 흐름을 가속하는 것이 흐름의 박리의 회피에 유효하다고, 흐름 해석의 파라미터 서베이에 의해 판명되어 있다. 이것을 고려하면, 코너 스톨을 효과적으로 회피하기 위해서는, 변곡점(28)의 전단 에지(31)로부터의 축방향 위치는, 축 코드 길이 Cx와의 비율로 40％∼60％의 위치가 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 날개부(17)의 내주측 단부 및 외주측 단부의 축 코드 길이 Cx를 날개 높이 중간부의 축 코드 길이 Cx에 비해 길어지도록 설정하고 있다. 축 코드 길이 Cx를 길게 하는 것은, 익렬에서의 흐름의 전향을 일정하게 한 경우에, 단위 길이당 흐름의 전향 비율을 저감시킴과 함께 날개 하류측 부분의 역압력 구배를 완화하게 되므로, 흐름의 박리의 억제에 기여하는 것이다.

이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면의 하류측 부분의 돌출, 날개부(17)의 내주측 단부 및 외주측 단부에 있어서의 축 코드 길이 Cx의 연신, 및 내주측 벽면 근방의 날개 출구각의 날개 높이 중간부에 대한 증대에 의해, 날개부(17)의 부압면(33)의 하류측 영역에 있어서의 흐름의 박리(코너 스톨)가 억제된다. 이로 인해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 정익렬(14)의 내주측 벽면 근방(무차원 날개 높이 H가 0.1 내지 0.2)의 총 압력 손실 계수 Cp는, 종래의 기준익(100)의 경우와 비교하여 작아진다. 또한, 코너 스톨이나 흐름의 박리에 의한 버피팅 등의 비정상적인 유체 진동을 회피할 수 있고, 정익렬(14)의 신뢰성도 향상된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 종래의 기준익(100)의 경우에 주위 방향을 향하고 있던 내주측 벽면 근방(무차원 날개 높이 HD가 0.0 내지 0.2)의 익렬 출구의 유출각 θ를, 더욱 축방향을 향하게 하는 작용이 있다. 이로 인해, 정익렬(14)의 후속 익렬에 대한 유입각을 적정화할 수 있다. 즉, 종래의 기준익(100)의 경우와 비교하여, 익렬 출구의 유출각 θ를 더욱 설계값에 접근시키는 것이 가능해져, 후속 익렬에서의 유입각의 미스매치에 의한 손실 증가를 회피할 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 구조를 적용한 익렬 뿐만 아니라, 그 후속 익렬도 포함한 손실의 저감이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제1 실시 형태에 따르면, 정익렬(14)의 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)(환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면)에 있어서의 하류측 부분을 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출시킴으로써 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)에서의 경계층의 발달이 국소적으로 억제되므로, 코너 스톨을 억제할 수 있다. 또한, 정익의 날개부(17)의 내주측 단부에 있어서의 날개 출구각의 내주 단부 방향의 증가율을, 날개부(17)의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 내주 단부 방향의 증가율보다 크게 함으로써, 외주면(23)의 돌출에 의한 정익렬(14)의 출구에서의 유출각의 과도한 감소가 억제되므로, 후속 익렬의 유입 조건을 적정화할 수 있다. 이 결과, 압축기 전체의 효율의 향상 및 압축기(1)의 신뢰성 확보를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 환상 유로(P)의 내주측 벽면의 돌출부(24)(익단 슈라우드(18)의 외주면(23))를 환상 유로(P)의 주위 방향으로 균일하게 형성하였으므로, 환상 유로(P)의 벽면을 구성하는 부재(익단 슈라우드(18))의 제작이 용이하다.

[제1 실시 형태의 변형예]

다음으로, 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 변형예를 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다.

도 13은 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 변형예의 일부를 구성하는 정익 및 환상 유로의 벽면 형상을 나타내는 자오면 단면도, 도 14는 도 13에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제1 실시 형태의 변형예의 일부를 구성하는 정익 및 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도이다. 도 14 중, 종축 HD는 무차원 날개 높이를, 횡축 k2는 날개 출구각을 나타내고 있다. 또한, 실선 I는 본 실시 형태의 경우를, 파선 R은 기준익의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 13 및 도 14에 있어서, 도 1 내지 도 12에 나타내는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 13에 도시하는 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 변형예는, 제1 실시 형태가 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면(익단 슈라우드(18)의 외주면(23))을 환상 유로(P)에 돌출시킨 것인 것에 반해(도 3 참조), 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14A)의 외주측 벽면을 환상 유로(P)에 돌출시킨 것이다.

구체적으로는, 케이싱(13A)의 내주면(20A)에 있어서의 정익렬(14A)의 장착 부분, 즉, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14A)의 외주측 벽면은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 δ만큼 돌출되도록 만곡된 돌출부(44)를 갖고 있다. 환언하면, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14A)의 출구(후단 에지(32))의 자오면 유로 높이 Ht가 정익렬(14A)의 입구(전단 에지(31))의 자오면 유로 높이 Hl보다 δ만큼 축소되도록 설정되어 있다. 케이싱(13A)의 내주면(20A)에 있어서의 정익렬(14A)의 장착 부분의 구체적인 구성은, 정익렬(14A)로부터 상류측의 케이싱(13A)의 내주면(20)에 매끄럽게 이어지는 제1 원통면(45)과, 제1 원통면(45)의 하류측에 위치하여 제1 원통면(45)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 외측으로 볼록 형상인 제1 곡면(46)과, 제1 곡면(46)의 하류측에 위치하여 제1 곡면(46)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 내측으로 볼록 형상인 제2 곡면(47)과, 제1 곡면(46)과 제2 곡면(47) 사이의 변곡점(48)과, 제2 곡면(47)의 하류측에 위치하여 제2 곡면(47)에 매끄럽게 이어지는 제2 원통면(49)으로 구성되어 있다. 제2 원통면(49)은, 제1 원통면(45)보다 δ만큼 직경 방향 내측에 위치하고 있다. 변곡점(48)은, 전단 에지(31)로부터의 축방향 위치가 축 코드 길이 Cx 대한 비율로 약 40％ 내지 60％의 위치로 되는 것이 바람직하다. 한편, 정익렬(14A)의 익단 슈라우드(18A)는, 그 외주면(23A)이 원통면에 형성되어 있고, 환상 유로(P)에의 돌출은 없다.

또한, 정익렬(14A)의 날개부(17A)의 외주측 단부는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 그 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향의 분포가 외주 단부 방향(환상 유로(P)의 외주측 벽면 방향)으로 서서히 증가하고 있다. 또한, 날개부(17A)의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향의 분포는, 예를 들어 외주 단부 방향으로 단조롭게 감소하고 있다. 날개부(17A)의 외주측 단부에 있어서의 날개 출구각 k2의 외주 단부 방향(환상 유로(P)의 외주측 벽면 방향)의 증가율은, 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 외주 단부 방향의 증가율보다 커지도록 설정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14A)의 외주측 벽면의 하류측 부분을 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출시킴으로써, 코너 스톨이 발생하기 쉬운 정익렬(14A)의 하류측 부분에 있어서의 외주측 단부의 흐름의 감속이 국소적으로 완화된다. 이로 인해, 정익렬(14A)의 외주측 벽면의 경계층의 발달이 억제되고, 그 결과, 코너 스톨이 억제된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 날개부(17A)의 외주측 단부에 있어서의 날개 출구각의 외주 단부 방향의 증가율이 그 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 외주 단부 방향의 증가율보다 크기 때문에, 환상 유로(P)의 외주측 단부 벽면의 돌출에 의한 정익렬(14A)의 출구에서의 유출각의 과도한 감소가 억제된다. 이로 인해, 정익렬(14A)의 후속 익렬(최종 단의 하류측의 디퓨저를 포함함)에 대한 유입 조건을 적정화할 수 있다.

상술한 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제1 실시 형태의 변형예에 따르면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제2 실시 형태를 도 15를 이용하여 설명한다.

도 15는 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제2 실시 형태에 있어서의 환상 유로의 내주측 벽면의 돌출부를 도시하는 설명도이다. 도 15 중, 화살표 A는 로터의 축방향을, 화살표 C는 로터의 주위 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 15에 있어서, 도 1 내지 도 14에 나타내는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 15에 도시하는 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태가 정익렬(14)의 익단 슈라우드(18)의 외주면(23)(환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14)의 내주측 벽면)의 돌출부(24)를 주위 방향으로 균일하게 형성하여 돌출부(24)를 축대칭으로 하고 있는 것에 반해, 정익렬(14B)의 익단 슈라우드(18B)의 외주면(23B)(환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14B)의 내주측 벽면)의 돌출부(24B)를 날개부(17)의 부압면(33)측의 하류측 부분에만 형성하여 비축대칭으로 하는 것이다.

본 실시 형태에 있어서는, 외주면(23B)의 돌출부(24B)에 의해, 코너 스톨이 발생하기 쉬운 정익렬(14B)의 날개부(17)의 부압면(33)측의 하류측 부분에 있어서의 흐름의 감속이 국소적으로 완화된다. 이에 의해, 외주면(23B)(정익렬(14)의 내주측 단부 벽면)의 경계층의 발달이 억제되고, 그 결과, 코너 스톨을 회피할 수 있다.

한편, 날개부(17)의 부압면(33)측의 하류측 부분 이외의 영역의 돌출을 없앰으로써, 환상 유로(P)에의 돌출 부분을 감소시켰으므로, 제1 실시 형태의 경우보다 정익렬(14B)의 날개부(17) 사이의 출구 유로 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 코너 스톨을 회피하면서도, 정익렬(14B)의 출구 유속이 내려가므로, 압력 손실의 가일층의 저감이 가능하다.

상술한 본 발명의 축류 압축기, 그것을 구비한 가스 터빈, 및 축류 압축기의 정익의 제2 실시 형태에 따르면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

[제3 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태를 도 16 및 도 17을 이용하여 설명한다.

도 16은 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 주요부 구조를 도시하는 자오면 단면도, 도 17은 도 16에 도시하는 본 발명의 축류 압축기의 제3 실시 형태의 일부를 구성하는 동익 및 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도이다. 도 17 중, 종축 HD는 무차원 날개 높이를, 횡축 k2는 날개 출구각을 나타내고 있다. 또한, 실선 I는 본 실시 형태의 경우를, 파선 R은 기준익의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 16 및 도 17에 있어서, 도 1 내지 도 15에 나타내는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 16에 도시하는 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태의 정익렬(14)의 구조 외에, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 외주측 벽면의 하류측 부분을 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출시키는 구조를 구비하는 것이다.

구체적으로는, 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 선단부에 대향하는 부분, 즉, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 외주측 벽면은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출되도록 만곡된 돌출부(54)를 갖고 있다. 환언하면, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 출구(후단 에지(32r))의 자오면 유로 높이가 동익렬(12C)의 입구(전단 에지(31r))의 자오면 유로 높이보다 축소되도록 설정되어 있다. 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 선단부에 대향하는 부분의 구체적인 구성은, 동익렬(12C)보다 상류측의 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 외측으로 볼록 형상인 제1 곡면(56)과, 제1 곡면(56)의 하류측에 위치하여 제1 곡면(56)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 내측으로 볼록 형상인 제2 곡면(57)과, 제1 곡면(56)과 제2 곡면(57) 사이의 제1 변곡점(58)으로 구성되어 있다. 제1 변곡점(58)은, 전단 에지(31r)로부터의 축방향 위치가 축 코드 길이 Cx에 대한 비율로 약 40％ 내지 60％의 위치가 바람직하다.

또한, 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 후단 에지(32r)보다 하류측의 부분은, 동익렬(12C)의 출구에서 축소된 자오면 유로 높이를 증가시키는 만곡면으로 형성되어 있다. 이 부분의 구체적인 구성은, 제2 곡면(57)의 하류측에 위치하여 제2 곡면(57)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 내측으로 볼록 형상인 제3 곡면(59)과, 제3 곡면(59)의 하류측에 위치하여 제3 곡면(59)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 외측으로 볼록 형상인 제4 곡면(60)과, 제3 곡면(59)과 제4 곡면(60) 사이의 제2 변곡점(61)을 갖고 있다.

동익렬(12C)의 선단부와 케이싱(13C)의 내주면(20C)의 사이에는, 익단 간극이 마련되어 있다. 이 익단 간극은, 동익렬(12C)이 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 접촉하는 것을 회피하기 위한 것이다. 동익렬(12C)의 동익의 선단부면은, 익단 간극으로부터의 작동 유체의 누설 흐름을 저감시키기 위해, 케이싱(13C)의 내주면(20C)의 돌출 형상에 따른 만곡면으로 되어 있다. 즉, 동익의 선단부면은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 오목하게 들어간 형상으로 되어 있다.

또한, 동익렬(12C)의 동익의 선단부(무차원 날개 높이 HD가 약 0.85 내지 1.0)는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 그 날개 출구각 k2가 날개 높이 중간부(무차원 날개 높이 HD가 약 0.15 내지 0.85)의 날개 출구각 k2보다 커지도록 설정되어 있다. 또한, 동익의 선단부에 있어서의 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향의 분포는, 선단부 방향(환상 유로(P)의 외주측 벽면 방향)으로 서서히 증가하고 있다. 또한, 동익의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향의 분포는, 예를 들어 선단부 방향으로 단조롭게 증가하고 있다. 동익의 선단부에 있어서의 날개 출구각 k2의 선단부 방향(환상 유로(P)의 외주측 벽면 방향)의 증가율은, 동익의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 선단부 방향의 증가율보다 커지도록 설정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 흐름이 가속되는 동익렬(12C)의 상류측 부분에 있어서 자오면 유로 높이를 대략 일정하게 유지함으로써, 흐름의 가속이 완화된다. 그 결과, 동익렬(12C)의 날개면과의 마찰에 의한 압력 손실이 억제된다. 한편, 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 선단부에 대향하는 부분(환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 외주측 벽면)의 하류측 부분을 환상 유로(P)에 돌출시키는 형상으로 함으로써, 흐름의 감속이 큰 동익렬(12C)의 하류측 부분의 자오면 유로 높이가 그 상류측 부분의 자오면 유로 높이보다 작아져, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 외주측 벽면에서의 경계층의 흐름의 감속이 국소적으로 완화된다. 이에 의해, 외주측 벽면에서의 경계층의 발달이 억제되고, 그 결과, 코너 스톨을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 동익렬(12C)의 동익의 선단부에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 증가 방향의 증가율을, 그 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 증가 방향의 증가율보다 크게 하고 있다. 이로 인해, 상류 익렬(도시하지 않은 정익렬)의 영향에 의해 경계층의 흐름 방향이 주류에 대해 크게 어긋나는 경향에 있는 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 외주측 벽면 근방에 있어서, 흐름의 전향이 작아져, 외주측 벽면에서의 흐름의 박리의 발생이 억제된다. 또한, 동익의 선단부의 날개 출구각의 증가에 의해, 외주측 벽면의 돌출을 기인으로 하는 외주측 벽면 근방의 흐름의 유출각의 과도한 감소가 억제되고, 그 결과, 동익렬(12C)의 하류의 흐름 방향이 적정화 또는 균일화되는 경향이 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 후단 에지(32r)로부터 하류측의 부분을 만곡시켜, 동익렬(12C) 하류의 정익렬(14)의 입구(전단 에지(31))의 자오면 유로 높이를 동익렬(12C)의 출구(후단 에지(32r))의 자오면 유로 높이보다 높게 함으로써, 후속 정익렬(14)에의 유입 속도를 저하시키고 있다. 이에 의해, 압축기 전체적인 손실을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 대향 부분의 돌출 형상을 기존의 축류 압축기에 적용하는 경우, 내주면(20C)의 돌출에 의해 축소되는 동익렬 출구의 자오면 유로 높이를 기존의 후속 정익렬 입구의 자오면 유로 높이까지 회복시킴으로써, 적용하는 동익렬 이외의 후속 익렬을 개량 설계할 필요가 없다.

상술한 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태에 따르면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 동익렬(12C)의 코너 스톨을 억제하는 동시에, 후속 정익렬(14)의 유입 조건을 적정화할 수 있다. 그 결과, 압축기 전체의 효율 향상 및 신뢰성의 확보를 달성할 수 있다.

[제3 실시 형태의 변형예]

다음으로, 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 변형예를 도 18 및 도 19를 이용하여 설명한다.

도 18은 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 변형예의 주요부 구조를 도시하는 자오면 단면도, 도 19는 도 18에 도시하는 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 변형예의 일부를 구성하는 동익 및 기준익에 있어서의 날개 출구각의 날개 높이 방향의 분포를 나타내는 특성도이다. 도 19 중, 종축 HD는 무차원 날개 높이를, 횡축 k2는 날개 출구각을 나타내고 있다. 또한, 실선 I는 본 실시 형태의 경우를, 파선 R은 기준익의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 18 및 도 19에 있어서, 도 1 내지 도 17에 나타내는 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 18에 도시하는 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 변형예는, 제3 실시 형태가 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12C)의 외주측 벽면(케이싱(13C)의 내주면(20C)에 있어서의 동익렬(12C)의 선단부에 대향하는 부분)을 환상 유로(P)에 돌출시키는 것인 것에 반해(도 16 참조), 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12D)의 내주측 벽면을 환상 유로(P)에 돌출시키는 것이다.

구체적으로는, 로터(11D)의 외주면(21D)에 있어서의 동익렬(12D)의 장착 부분, 즉, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12D)의 내주측 벽면은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출되도록 만곡된 돌출부(74)를 갖고 있다. 환언하면, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12D)의 출구(후단 에지(32r))의 자오면 유로 높이가 동익렬(12D)의 입구(전단 에지(31r))의 자오면 유로 높이보다 축소되도록 설정되어 있다. 로터(11D)의 외주면(21D)에 있어서의 동익의 장착 부분의 구체적인 구성은, 동익렬(12D)로부터 상류측의 로터(11D)의 외주면(21D)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 외측으로 볼록 형상인 제1 곡면(76)과, 제1 곡면(76)의 하류측에 위치하여 제1 곡면(76)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 내측으로 볼록 형상인 제2 곡면(77)과, 제1 곡면(76)과 제2 곡면(77) 사이의 제1 변곡점(78)으로 구성되어 있다. 제1 변곡점(78)은, 전단 에지(31r)로부터의 축방향 위치가 축 코드 길이 Cx에 대한 비율로 약 40％ 내지 60％의 위치가 바람직하다.

또한, 로터(11D)의 외주면(21D)에 있어서의 동익렬(12D)의 후단 에지(32r)보다 하류측의 부분은, 동익렬(12D)의 장착 부분에서 축소된 자오면 유로 높이를 증가시키는 만곡면으로 형성되어 있다. 이 부분의 구체적인 구성은, 제2 곡면(77)의 하류측에 위치하여 제2 곡면(77)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 내측으로 볼록 형상인 제3 곡면(79)과, 제3 곡면(79)의 하류측에 위치하여 제3 곡면(79)에 매끄럽게 이어지고, 환상 유로(P)의 외측으로 볼록 형상인 제4 곡면(80)과, 제3 곡면(79)과 제4 곡면(80) 사이의 제2 변곡점(81)을 갖고 있다.

또한, 동익렬(12D)의 동익의 근원부(무차원 날개 높이 HD가 0.0 내지 약 0.15)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 그 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향에 있어서의 분포가 근원 방향(환상 유로(P)의 내주측 벽면 방향)으로 서서히 증가하고 있다. 또한, 동익의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 날개 높이 방향에 있어서의 분포는, 예를 들어 근원 방향으로 단조롭게 감소하고 있다. 동익의 선단부에 있어서의 날개 출구각 k2의 근원 방향(환상 유로(P)의 내주측 벽면 방향)의 증가율은, 동익의 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각 k2의 근원 방향의 증가율보다 커지도록 설정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 환상 유로(P)에 있어서의 동익렬(12D)의 내주측 벽면의 하류측 부분을 그 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출시킴으로써 코너 스톨이 발생하기 쉬운 동익렬(12D)의 하류측 부분에 있어서의 근원부의 흐름의 감속이 국소적으로 완화된다. 이로 인해, 동익렬(12D)의 내주측 벽면에서의 경계층의 발달이 억제되고, 그 결과, 코너 스톨이 억제된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 동익렬(12D)의 근원부에 있어서의 날개 출구각의 근원 방향(환상 유로(P)의 내주측 벽면 방향)의 증가율이 그 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 근원 방향의 증가율보다 크기 때문에, 환상 유로(P)의 내주측 벽면의 돌출에 의한 동익렬(12D)의 출구에서의 유출각의 과도한 감소가 억제된다. 이로 인해, 동익렬(12D)의 후속 정익렬(14)에 대한 유입 조건을 적정화하는 것이 가능해진다.

상술한 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 제3 실시 형태의 변형예에 따르면, 전술한 제3 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 축류 압축기 및 그것을 구비한 가스 터빈의 실시 형태에 따르면, 환상 유로의 벽면(20A, 20C, 21D, 23, 23B)에 있어서의 동익렬(12C, 12D) 및 정익렬(14, 14A, 14B) 중 적어도 한쪽이 위치하는 부분의 하류측을 상류측보다 환상 유로(P)에 돌출시킴으로써, 유로 벽면(20A, 20C, 21D, 23, 23B)에서의 경계층의 발달이 국소적으로 억제되므로, 익렬(12C, 12D, 14, 14A, 14B)의 날개면과 유로 벽면(23, 20A, 23B, 20C, 21D)으로 형성되는 코너부에 있어서의 흐름의 박리를 억제할 수 있다. 또한, 날개의 돌출된 유로 벽면측의 익단부에 있어서의 날개 출구각의 유로 벽면 방향의 증가율을 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 증가율보다 크게 함으로써, 유로 벽면(20A, 20C, 21D, 23, 23B)의 돌출에 의한 익렬(12C, 12D, 14, 14A, 14B)의 출구에서의 흐름의 유출각의 과도한 감소가 억제되므로, 후속 익렬에 대한 유입 조건을 적정화할 수 있다. 이 결과, 압축기 전체의 효율의 향상 및 압축기의 신뢰성의 확보를 실현할 수 있다.

[그 밖의 실시 형태]

또한, 상술한 제1 내지 제2 실시 형태에 있어서는, 최종 단을 상정하여, 정익렬(14, 14A, 14B)의 익단 슈라우드(18, 18A, 18B)의 내주측에, 간극(G)을 두고, 정지 부재로서의 내주측 케이싱(15)을 배치한 구성에 본 발명을 적용한 예를 나타냈지만, 정익렬의 익단 슈라우드가 회전 부재로서의 로터(11)에 대향하는 구성에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우도, 익단 슈라우드와 로터(11) 사이에 간극이 존재하는 상황은 바뀌지 않고, 이 간극으로부터의 누설 흐름에 의해 환상 유로(P)의 내주측 벽면 근방의 경계층이 영향을 받는다. 이로 인해, 본 발명은 코너 스톨을 억제하는 유효한 수단이다.

또한, 상술한 제1 실시 형태 및 그 변형예에 있어서는, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14, 14A)의 내주측 또는 외주측의 벽면(23, 20A)을, 제1 원통면(25, 45)과, 제1 원통면(25, 45)에 매끄럽게 이어지는 제1 곡면(26, 46)과, 제1 곡면(26, 46)에 매끄럽게 이어지는 제2 곡면(27, 47)과, 제1 곡면(26, 46)과 제2 곡면(27, 47) 사이의 변곡점(28, 48)과, 제2 곡면(27, 47)에 매끄럽게 이어지는 제2 원통면(29, 49)으로 구성한 예를 나타냈다. 그러나, 환상 유로(P)에 있어서의 정익렬(14, 14A)의 벽면은, 정익렬(14, 14A)의 하류측 부분이 상류측 부분보다 환상 유로(P)에 돌출되는 형상이면, 적어도, 제1 곡면(26, 46)과, 제1 곡면에 매끄럽게 이어지는 제2 곡면(27, 47)과, 제1 곡면(26, 46)과 제2 곡면(27, 47) 사이의 변곡점(28, 48)으로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 제3 실시 형태에 있어서는, 슈라우드가 없는 동익렬(12C)에 본 발명을 적용하는 예를 나타냈다. 즉, 동익렬(12C)의 동익의 선단부면을 케이싱(13C)의 내주면(20C)의 돌출 형상에 따른 만곡면으로 형성하였다. 그것에 대해, 선단부에 슈라우드를 갖는 동익렬에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 슈라우드의 외주면을 케이싱(13C)의 내주면(20C)의 돌출 형상에 따른 만곡면으로 형성한다.

또한, 본 발명은 상술한 제1 내지 제3 실시 형태의 변형예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 상기한 실시 형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.

1 : 축류 압축기
11 : 로터(회전 부재)
12, 12C, 12D : 동익렬
14, 14A, 14B : 정익렬
15 : 내주 케이싱(정지 부재)
17, 17A, 17B : 날개부
18, 18A, 18B : 익단 슈라우드
20, 20A, 20C : 케이싱의 외주면(환상 유로의 외주측 벽면)
21, 21D : 로터의 외주면(환상 유로의 내주측 벽면)
23, 23B : 익단 슈라우드의 외주면(환상 유로의 내주측 벽면)
31, 31r : 전단 에지
33 : 부압면
24, 44, 54, 74 : 돌출부
26, 46, 56, 76 : 제1 곡면
27, 47, 57, 77 : 제2 곡면
28, 48 : 변곡점(제1 변곡점)
58, 78 : 제1 변곡점
59, 79 : 제3 곡면
60, 80 : 제4 곡면
61, 81 : 제2 변곡점
P : 환상 유로

Claims

작동 유체가 유통하는 환상 유로 내에 배치된 복수의 동익으로 구성되는 동익렬 및 복수의 정익으로 구성되는 정익렬을 복수 구비하고,
상기 환상 유로의 내주측 및 외주측 중 적어도 한쪽의 벽면에 있어서의, 상기 동익렬 및 상기 정익렬 중 적어도 한쪽이 위치하는 부분은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 상기 환상 유로에 돌출되도록 만곡된 돌출부를 갖고,
상기 돌출부를 갖는 벽면에 위치하는 익렬의 날개는, 상기 돌출부를 갖는 벽면측의 익단부에 있어서의 날개 출구각의 벽면 방향의 증가율이, 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 상기 벽면 방향의 증가율보다 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제1항에 있어서,
상기 돌출부는, 상기 환상 유로의 주위 방향으로 균일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제1항에 있어서,
상기 돌출부는, 상기 날개의 부압면측의 영역에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제2항에 있어서,
상기 돌출부를 갖는 벽면에 있어서의 상기 익렬이 위치하는 부분은,
상기 환상 유로의 외측으로 볼록 형상인 제1 곡면과,
상기 제1 곡면의 하류측에 위치하고, 상기 환상 유로의 내측으로 볼록 형상인 제2 곡면과,
상기 제1 곡면과 상기 제2 곡면 사이의 제1 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제1 변곡점은, 상기 날개의 전단 에지로부터, 상기 날개에 있어서의 상기 돌출부를 갖는 벽면측의 익단부의 축 코드 길이의 40％ 내지 60％의 범위 중 어느 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제4항에 있어서,
상기 돌출부를 갖는 벽면에 있어서의 상기 익렬보다 하류측의 부분은,
상기 제2 곡면에 매끄럽게 이어지고, 상기 환상 유로의 내측으로 볼록 형상인 제3 곡면과,
상기 제3 곡면의 하류측에 위치하고, 상기 환상 유로의 외측으로 볼록 형상인 제4 곡면과,
상기 제3 곡면과 상기 제4 곡면 사이의 제2 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 날개는, 상기 돌출부를 갖는 벽면측의 익단부의 축 코드 길이가, 날개 높이 중간부의 축 코드 길이보다 길어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정익은, 횡단면 형상이 익형인 날개부와, 상기 날개부의 내주 단부에 설치된 익단 슈라우드를 갖고,
상기 익단 슈라우드의 외주면은, 상기 돌출부를 갖는 상기 환상 유로의 내주측 벽면을 구성하고,
상기 익단 슈라우드의 내주측에, 간격을 두고, 정지 부재 또는 회전 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는, 축류 압축기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 축류 압축기를 구비한 것을 특징으로 하는, 가스 터빈.
축류 압축기의 정익렬의 일부를 구성하는 정익이며,
횡단면 형상이 익형인 날개부와,
상기 날개부의 내주 단부에 설치된 익단 슈라우드를 구비하고,
상기 익단 슈라우드의 외주면은, 그 하류측 부분이 상류측 부분보다 상기 날개부측으로 돌출되도록 만곡된 돌출부를 갖고,
상기 날개부는, 그 내주측 단부에 있어서의 날개 출구각의 내주 단부 방향의 증가율이, 날개 높이 중간부에 있어서의 날개 출구각의 상기 내주 단부 방향의 증가율보다 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 정익.