КОМПРЕССОР И ГАЗОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2023 года по МПК F04D29/54 F02C1/00 

Область техники

[0001]

Настоящее изобретение относится к компрессору и газовой турбине.

Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании заявки на патент Японии № 2019-156981, поданной в Японии 29 августа 2019 г., содержание которой включено в настоящий документ.

Предпосылки создания изобретения

[0002]

Компрессор газовой турбины включает в себя ротор, имеющий множество дисков, расположенных друг за другом в осевом направлении, и лопаточные венцы ротора, обеспеченные на наружных поверхностях дисков, корпус, покрывающий ротор по внешнему периметру и имеющий внутреннюю поверхность, обеспеченную лопаточными венцами статора, и цилиндрический диффузор, обеспеченный на нижней по потоку стороне корпуса (см. патентный документ 1 ниже). Диффузор образован внутренней поверхностью корпуса и цилиндрическим внутренним корпусом, расположенным с интервалом на внутренней поверхности корпуса. Диффузор выполнен с возможностью расширения площади поперечного сечения пути потока к нижней по потоку стороне. В результате скорость потока текучей среды высокого давления, протекающей в диффузор, уменьшается, и статическое давление восстанавливается.

[0003]

В данном случае в пути потока диффузора, описанного выше, обычно обеспечен спрямляющий аппарат (СА). Спрямляющий аппарат обеспечивают за счет реализации конфигурации, в которой рабочая часть лопатки, проходящая в радиальном направлении оси, консольно закреплена на внутренней поверхности корпуса, или конфигурации, в которой на внутреннем периметре множества рабочих частей лопаток соответственно предусмотрены бандажи. В последнем случае на наружной поверхности внутреннего корпуса выполнены пазы для вмещения бандажей.

Список библиографических ссылок

Патентная литература

[0004]

Патентный документ 1: JP 2012-62767 A

Изложение сущности изобретения

Техническая задача

[0005]

Однако, как описано выше, восстановление статического давления текучей среды происходит в диффузоре, в результате чего давление текучей среды увеличивается к нижней по потоку стороне. Таким образом, через пазы, описанные выше, может возникать поток утечки от нижней по потоку стороны к верхней по потоку стороне. Такой поток утечки сливается с первичным потоком, что приводит к потерям.

[0006]

Настоящее изобретение было сделано для решения проблем, описанных выше, и целью настоящего изобретения является создание компрессора и газовой турбины, в которых потеря дополнительно уменьшена за счет подавления потока утечки.

Решение проблемы

[0007]

Для решения вышеописанных проблем компрессор в соответствии с настоящим описанием включает себя ротор, включающий в себя множество дисков, расположенных друг за другом в осевом направлении, участок вала, соединенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении с дисками, и множество лопаточных венцов ротора, закрепленных на множестве дисков; статор, включающий в себя корпус компрессора, окружающий ротор по внешнему периметру, и множество лопаточных венцов статора, закрепленных на корпусе компрессора, причем каждый из них расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами ротора; спрямляющий аппарат, включающий в себя рабочие части лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности и выступающие из корпуса компрессора на нижней по потоку стороне в осевом направлении одного из дисков, находящихся ниже всего по потоку в осевом направлении, и внутренние бандажи, соединяющие рабочие части лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении; и внутренний корпус, расположенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска, находящегося ниже всего по потоку в осевом направлении, с зазором между диском и внутренним корпусом, при этом внутренний корпус проходит в осевом направлении в цилиндрической форме. Внутренний корпус включает в себя наружную поверхность периферийной стенки, имеющую пазы, вмещающие внутренние бандажи спрямляющего аппарата, и образующую вместе с внутренней поверхностью корпуса компрессора диффузор на нижней по потоку стороне в осевом направлении пазов, и внутреннюю поверхность периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость, в которую через зазор поступает текучая среда, причем воздухоотводящая полость образована между внутренней поверхностью периферийной стенки и наружной поверхностью участка вала. Во внутреннем корпусе в радиальном направлении на участке в пазах на нижней по потоку стороне в осевом направлении образовано воздухоотводящее отверстие.

[0008]

Компрессор в соответствии с настоящим описанием включает в себя ротор, включающий в себя множество дисков, расположенных друг за другом в осевом направлении, участок вала, соединенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении с дисками, и множество лопаточных венцов ротора, закрепленных на множестве дисков; статор, включающий в себя корпус компрессора, окружающий ротор по внешнему периметру, и множество лопаточных венцов статора, закрепленных на корпусе компрессора, причем каждый из них расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами ротора; спрямляющий аппарат, включающий в себя рабочие части лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности и выступающие из корпуса компрессора на нижней по потоку стороне в осевом направлении одного из дисков, находящихся ниже всего по потоку в осевом направлении, и внутренние бандажи, соединяющие рабочие части лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении; удлинительную часть ротора, выполненную на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска, находящегося ниже всего по потоку в осевом направлении, причем удлинительная часть ротора включает в себя пазы, вмещающие внутренние бандажи спрямляющего аппарата; и внутренний корпус, расположенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении удлинительной части ротора с зазором между удлинительной частью ротора и внутренним корпусом, при этом внутренний корпус проходит в осевом направлении в цилиндрической форме. Внутренний корпус включает в себя наружную поверхность периферийной стенки, образующую вместе с внутренней поверхностью корпуса компрессора диффузор на нижней по потоку стороне в осевом направлении пазов, и внутреннюю поверхность периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость между внутренней поверхностью периферийной стенки и наружной поверхностью участка вала. На участке в пазах на нижней по потоку стороне в осевом направлении образован соединительный участок, открывающийся к нижней по потоку стороне в осевом направлении и сообщающийся с воздухоотводящей полостью между пазами и внутренним корпусом.

Преимущества изобретения

[0009]

В соответствии с настоящим описанием могут быть предложены компрессор и газовая турбина, в которых потеря дополнительно уменьшена за счет подавления потока утечки.

Краткое описание графических материалов

[0010]

На ФИГ. 1 приведен схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газовой турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего описания.

На ФИГ. 2 приведен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий конфигурацию компрессора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего описания.

На ФИГ. 3 приведен увеличенный вид в поперечном сечении основной части показанной на ФИГ. 2.

На ФИГ. 4 приведен вид в поперечном сечении конфигурации компрессора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего описания.

На ФИГ. 5 приведен увеличенный вид в поперечном сечении основной части показанной на ФИГ. 4.

Описание вариантов осуществления

[0011]

Первый вариант осуществления

Конфигурация газовой турбины

Далее в настоящем документе со ссылкой на ФИГ. 1-3 будут описаны газовая турбина 100 и компрессор 1 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего описания. Следует отметить, что в последующем описании термин «идентичный» означает, что размеры и формы по существу такие же, а проектные допуски и ошибки изготовления приемлемые. Как показано на ФИГ. 1, газовая турбина 100 включает в себя компрессор 1, камеру сгорания 2, турбину 3 и ротор 4. Компрессор 1 сжимает воздух, забираемый снаружи, для получения воздуха высокого давления. Камера сгорания 2 вырабатывает газ сгорания высокой температуры и высокого давления за счет сжигания воздушно-топливной смеси из воздуха высокого давления и топлива. Турбина 3 приводится в движение газом сгорания. Компрессор 1 и турбина 3 соосно соединены ротором 4. Соответственно, вращательная движущая сила турбины 3 передается компрессору 1 посредством ротора 4. В результате компрессор 1 приводится в движение.

[0012]

Конфигурация компрессора

Далее со ссылкой на ФИГ. 2 и 3 будет описана конфигурация компрессора 1. Компрессор 1 включает в себя ротор 4, описанный выше, а также статор 7, лопатки 8 спрямляющего аппарата и внутренний корпус 9. Ротор 4 имеет цилиндрическую форму, проходящую в направлении оси Ax. Ротор 4 включает в себя множество дисков 4D, расположенных друг за другом в направлении оси Ax, участок вала 4S и воздухозаборник 42.

Следует отметить, что на ФИГ. 2 показан только диск 4D, находящийся ниже всего по потоку в осевом направлении Ax (направлении потока воздуха) (далее в настоящем документе именуемом нижней по потоку стороной в осевом направлении) среди множества дисков 4D, расположенных друг за другом в направлении оси Ax.

[0013]

Диски 4D имеют дискообразную форму вокруг оси Ax. Каждый из дисков 4D обеспечен лопаточным венцом 5 ротора. Лопаточный венец 5 ротора включает в себя множество лопаток ротора, проходящих наружу в радиальном направлении от наружной поверхности (наружной поверхности Ds) диска 4D. Множество лопаток ротора расположены в направлении вдоль окружности относительно оси Ax.

[0014]

Участок 4S вала выступает дальше вниз по потоку в осевом направлении из торцевой поверхности на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска 4D, находящегося ниже всего по потоку в направлении оси Ax (направлении потока воздуха) среди множества дисков 4D. Размер диаметра участка 4S вала меньше размера диаметра диска 4D.

[0015]

Воздухозаборник 42 представляет собой всасывающий механизм, обеспеченный на наружной поверхности участка 4S вала (наружной поверхности 41 участка вала). Хотя это не показано подробно, воздухозаборник 42 всасывает воздух у наружной поверхности 41 участка вала по мере вращения участка 4S вала (ротора 4). Всасываемый воздух используют, например, для охлаждения находящихся под высокой температурой элементов турбины 3 или т. п.

[0016]

Статор 7 включает в себя корпус 1C компрессора и лопаточные венцы 6 статора. Корпус 1C компрессора имеет цилиндрическую форму с центром на оси Ax. Корпус 1C компрессора покрывает ротор 4 по внешнему периметру. На участке (внутренней поверхности 11 корпуса) внутренней поверхности корпуса 1C компрессора, обращенном к дискам 4D, обеспечено множество лопаточных венцов 6 статора. Следует отметить, что в примере на ФИГ. 2 показан только один лопаточный венец 6 статора. Лопаточный венец 6 статора включает в себя множество лопаток статора, проходящих внутрь в радиальном направлении из внутренней поверхности 11 корпуса. Множество лопаток статора расположены в направлении вдоль окружности относительно оси Ax. Кроме того, лопаточные венцы 6 статора чередуются с вышеописанными лопаточными венцами 5 ротора вдоль оси Ax. Пространство между внутренней поверхностью 11 корпуса и наружной поверхностью Ds диска (т. е. пространство, обеспечиваемое лопаточными венцами 5 ротора и лопаточными венцами 6 статора) представляет собой путь Fc потока сжатия, по которому протекает воздух высокого давления.

[0017]

Участок внутренней поверхности корпуса 1C компрессора, который находится дальше по потоку в осевом направлении, чем внутренняя поверхность 11 корпуса, описанная выше, представляет собой поверхность 12 увеличенного диаметра. Поверхность 12 увеличенного диаметра проходит наружу в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0018]

Множество лопаток 8 спрямляющего аппарата расположены на нижней по потоку стороне в осевом направлении лопаточного венца 5 ротора, самого нижнего по потоку в осевом направлении на внутренней поверхности 11 корпуса. Лопатки 8 спрямляющего аппарата предусмотрены для регулирования (уменьшения вихревой составляющей) потока воздуха высокого давления, который протек ниже по потоку в осевом направлении через лопаточный венец 5 ротора, самый нижний по потоку в осевом направлении. Множество лопаток 8 спрямляющего аппарата расположены в направлении оси Ax на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска 4D, самого нижнего по потоку в осевом направлении. В настоящем варианте осуществления в качестве примера обеспечены три ряда лопаток 8 спрямляющего аппарата. Лопатки 8 спрямляющего аппарата включают в себя множество рабочих частей 81 лопаток, выступающих внутрь в радиальном направлении из внутренней поверхности 11 корпуса и расположенных с интервалом в направлении вдоль окружности, и внутренние бандажи 82, соединяющие рабочие части 81 лопаток в направлении вдоль окружности. Радиально направленные внутренние концевые участки рабочих частей 81 лопаток находятся в том же самом положении в радиальном направлении, что и наружная поверхность Ds диска, описанная выше. Внутренние бандажи 82 расположены на радиально направленных внутренних концевых участках рабочих частей 81 лопаток. Каждый из внутренних бандажей 82 имеет кольцевую форму с центром на оси Ax. Размер внутренних бандажей 82 в направлении оси Ax больше размера рабочих частей 81 лопаток в направлении оси Ax.

[0019]

На нижней по потоку стороне в осевом направлении диска 4D, самого нижнего по потоку в осевом направлении, через зазор G расположен внутренний корпус 9, проходящий в направлении оси Ax. Внутренний корпус 9 имеет цилиндрическую форму, проходящую в направлении оси Ax. Внутренний корпус 9 включает в себя верхний по потоку участок 9U внутреннего корпуса, находящийся на верхней по потоку стороне в направлении оси Ax (далее именуемой верхней по потоку стороной в осевом направлении), и нижний по потоку участок 9D внутреннего корпуса, находящийся на нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0020]

Верхний по потоку участок 9U внутреннего корпуса является участком внутреннего корпуса 9, соответствующим вышеописанным лопаткам 8 спрямляющего аппарата в направлении оси Ax. Размер наружного диаметра наружной поверхности верхнего по потоку участка 9U внутреннего корпуса (первой наружной поверхности 91A) такой же, как и размер наружного диаметра диска 4D. Первая наружная поверхность 91A имеет постоянный размер наружного диаметра по всей площади в направлении оси Ax. Аналогичным образом внутренняя поверхность верхнего по потоку участка 9U внутреннего корпуса (первая внутренняя поверхность 92A) также имеет постоянный размер внутреннего диаметра по всей площади в направлении оси Ax.

[0021]

Первая наружная поверхность 91A имеет множество пазов R, образованных в ней для вмещения внутренних бандажей 82, описанных выше. Каждый из пазов R углублен внутрь в радиальном направлении от первой наружной поверхности 91A. Каждый паз R имеет кольцевую форму с центром на оси Ax и имеет прямоугольную форму на виде в поперечном сечении, включающем ось Ax. Между пазом R и внутренним бандажом 82 образован небольшой зазор. То есть, объем паза R немного больше объема внутреннего бандажа 82. Наружная поверхность внутреннего бандажа 82 находится в том же положении в радиальном направлении, что и первая наружная поверхность 91A.

[0022]

Нижний по потоку участок 9D внутреннего корпуса выполнен как единое целое на нижней по потоку стороне в радиальном направлении верхнего по потоку участка 9U внутреннего корпуса. Наружная поверхность нижнего по потоку участка 9D внутреннего корпуса (вторая наружная поверхность 91B) проходит внутрь в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Вторая наружная поверхность 91B обращена к поверхности 12 увеличенного диаметра корпуса 1C компрессора, описанного выше. Внутренняя поверхность нижнего по потоку участка 9D внутреннего корпуса (вторая внутренняя поверхность 92B) также проходит внутрь в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0023]

Первая наружная поверхность 91A и вторая наружная поверхность 91B, описанные выше, образуют наружную поверхность 91 периферийной стенки внутреннего корпуса 9. Эта наружная поверхность 91 периферийной стенки и внутренняя поверхность корпуса 1C компрессора образуют пространство D диффузора (диффузор). Пространство D диффузора предусмотрено для восстановления статического давления путем уменьшения скорости потока воздуха высокого давления, который протек вниз по потоку в осевом направлении через путь Fc потока сжатия, описанный выше.

[0024]

Кроме того, первая внутренняя поверхность 92A и вторая внутренняя поверхность 92B образуют внутреннюю поверхность 92 периферийной стенки внутреннего корпуса 9. Между этой внутренней поверхностью 92 периферийной стенки и наружной поверхностью (наружной поверхностью 41 участка вала) участка вала 4S образовано пространство, служащее в качестве воздухоотводящей полости Cs. Воздухоотводящая полость Cs сообщается с пространством D диффузора через зазор G, образованный между внутренним корпусом 9 и диском 4D, самым нижним по потоку в осевом направлении. Воздух внутри воздухоотводящей полости Cs извлекает воздухозаборник 42, описанный выше. В частности, в воздухоотводящей полости Cs образуется поток воздуха из зазора G к воздухозаборнику 42.

[0025]

Кроме того, в пазу Rd, находящемся ниже всего по потоку в осевом направлении среди множества пазов R, описанных выше, образовано воздухоотводящее отверстие H. Это воздухоотводящее отверстие H проходит внутрь в радиальном направлении от нижней поверхности (поверхности внутреннего периметра) паза Rd так, чтобы оно было образовано насквозь во внутреннем корпусе 9 в радиальном направлении. Таким образом, пространство D диффузора и воздухоотводящая полость Cs сообщаются друг с другом через это воздухоотводящее отверстие H. При такой конфигурации в воздухоотводящей полости Cs помимо потока воздуха из зазора G к воздухозаборнику 42, описанному выше, образуется еще один поток воздуха из воздухоотводящего отверстия H к воздухозаборнику 42. Следует отметить, что, как показано в увеличенном масштабе на ФИГ. 3, воздухоотводящее отверстие H образовано на участке паза Rd, самого нижнего по потоку в осевом направлении. Другими словами, воздухоотводящее отверстие H имеет торцевую поверхность на нижней по потоку стороне в осевом направлении, соприкасающуюся с торцевой поверхностью паза Rd на нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0026]

Эффективность работы

Далее объяснена работа газовой турбины 100 и компрессора 1 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Для приведения в действие газовой турбины 100 сначала приводят во вращение ротор 4 посредством внешнего источника движущей силы (такого, как электрический двигатель). По мере вращения ротора 4 компрессор 1 забирает воздух снаружи и сжимает его с образованием воздуха высокого давления. Камера 2 сгорания смешивает топливо с воздухом высокого давления с образованием воздушно-топливной смеси и сжигает воздушно-топливную смесь с образованием газа сгорания, имеющего высокую температуру и высокое давление. Газ сгорания подается в турбину 3 и приводит в движение турбину 3 (применяет вращающую силу к ротору 4). Вращающая сила ротора 4 передается компрессору 1. Газовая турбина 100 приводится в движение за счет непрерывного осуществления такого цикла.

[0027]

В компрессоре 1 воздух высокого давления подают в пространство D диффузора через путь Fc потока сжатия. В данном случае в пространстве D диффузора происходит восстановление статического давления потока воздуха, в результате чего давление возрастает к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, если воздухоотводящее отверстие H, описанное выше, не образовано, от нижней по потоку стороны в осевом направлении к верхней по потоку стороне в осевом направлении может возникать поток утечки, например, через зазор между пазами R и внутренними бандажами 82. Такой поток утечки сливается с первичным потоком, что приводит к потерям. Ввиду этого в компрессоре 1 в соответствии с настоящим вариантом осуществления в пазу Rd, самом нижнем по потоку в осевом направлении, образовано воздухоотводящее отверстие H, через которое воздухоотводящая полость Cs и пространство D диффузора сообщаются друг с другом. В этой конфигурации поток утечки, который протекает в паз Rd, самый нижний по потоку в осевом направлении, может быть направлен в воздухоотводящую полость Cs через воздухоотводящее отверстие H. В результате поток утечки к верхней по потоку стороне в осевом направлении за пазом Rd может быть уменьшен. Таким образом, потери, возникающие в компрессоре 1, могут быть уменьшены.

[0028]

Кроме того, в конфигурации, описанной выше, предусмотрено множество лопаток 8 спрямляющего аппарата, так что вихревая составляющая (вихревая составляющая потока в направлении вращения ротора 4), входящая в поток текучей среды, протекающий в пространство D диффузора, может быть подавлена до гораздо меньшего размера. В результате составляющая потока в направлении оси Ax увеличивается, таким образом, рабочие характеристики компрессора 1 могут быть дополнительно улучшены.

[0029]

Кроме того, в конфигурации, описанной выше, образовано воздухоотводящее отверстие H, так что может быть достигнуто как уменьшение потока утечки, так и подавление развития пограничного слоя в пространстве D диффузора. Соответственно, как описано выше, диаметр второй наружной поверхности 91B, которая является участком внутреннего корпуса 9, находящегося ниже по потоку в осевом направлении, чем лопатки 8 спрямляющего аппарата, может быть уменьшен к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, площадь поперечного сечения пути потока пространства D диффузора может быть дополнительно увеличена. В результате восстановление статического давления текучей среды пространством D диффузора может быть дополнительно упрощено.

[0030]

Второй вариант осуществления

Далее со ссылкой на ФИГ. 4 и 5 будет описан второй вариант осуществления настоящего описания. Следует отметить, что некоторые компоненты, такие как компоненты первого варианта осуществления, будут обозначены теми же условными обозначениями, и их подробное описание будет опущено. Компрессор 1B в соответствии с настоящим вариантом осуществления отличается от первого варианта осуществления конфигурациями ротора 4b и внутреннего корпуса 9b.

[0031]

Ротор 4b дополнительно включает в себя удлинительную часть 4E ротора, сформированную как единое целое ниже по потоку в осевом направлении, чем диск 4D, самый нижний по потоку в осевом направлении. Удлинительная часть 4E ротора образована в форме трубки с центром на оси Ax, чтобы закрывать вышеописанный участок 4S вала с наружной периферийной стороны без зазора. Наружная поверхность удлинительной части 4E ротора представляет собой первую наружную поверхность 91A', имеющую такой же размер диаметра, как и размер наружного диаметра наружной поверхности Ds диска. В первой наружной поверхности 91A' образованы множество пазов Rb, которые вмещают внутренние бандажи 82 лопаток 8 спрямляющего аппарата. Кроме того, в настоящем варианте осуществления внутренняя поверхность внутренних бандажей 82 обеспечена уплотнительной частью S для изоляции потока текучей среды между пазами Rb и внутренними бандажами 82. В частности, уплотнительная часть S представляет собой множество уплотнительных ребер, выступающих внутрь в радиальном направлении из внутренней поверхности внутренних бандажей 82. Следует отметить, что в качестве уплотнительной части S вместо уплотнительных ребер также могут быть использованы другие конфигурации, такие как лабиринтное уплотнение.

[0032]

Паз Rd', находящийся ниже всего по потоку среди множества пазов Rb, имеет форму, которая отличается от формы других пазов Rb, находящихся на верхней по потоку стороне в осевом направлении. В частности, паз Rd' имеет участок на нижней по потоку стороне в осевом направлении, открытый к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Другими словами, паз Rd' образован только торцевой поверхностью на верхней по потоку стороне в осевом направлении и нижней поверхностью.

[0033]

Внутренний корпус 9b расположен на нижней по потоку стороне в осевом направлении паза Rd' с зазором (соединительным участком Hc), обеспеченном в направлении оси Ax. Внутренний корпус 9b имеет цилиндрическую форму, проходящую внутрь в радиальном направлении относительно оси Ax к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Наружная поверхность (вторая наружная поверхность 91B) внутреннего корпуса 9b и первая наружная поверхность 91A' вместе образуют наружную поверхность 91 периферийной стенки. Наружная поверхность 91 периферийной стенки и внутренняя поверхность корпуса 1C компрессора вместе образуют пространство D диффузора, как в первом варианте осуществления, описанном выше.

[0034]

Внутренняя поверхность внутреннего корпуса 9b служит в качестве внутренней поверхности 92 периферийной стенки. Между внутренней поверхностью 92 периферийной стенки и наружной поверхностью 41 участка вала образована воздухоотводящая полость Cs'. Торцевая поверхность (торцевая поверхность 9T верхней по потоку стороны) внутреннего корпуса 9b на верхней по потоку стороне в осевом направлении обращена к торцевой поверхности (торцевой поверхности Et удлинительной части) паза Rd' и удлинительной части 4E на нижней по потоку стороне в осевом направлении с расположенным между ними соединительным участком Hc, описанным выше.

[0035]

В данном случае в пространстве D диффузора происходит восстановление статического давления текучей среды, в результате чего давление текучей среды возрастает к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, через пазы Rb, описанные выше, может возникать поток утечки от нижней по потоку стороны в осевом направлении к верхней по потоку стороне в осевом направлении. Такой поток утечки сливается с первичным потоком, что приводит к потерям. Тем не менее в описанной выше конфигурации паз Rd' имеет участок на нижней по потоку стороне в осевом направлении, открытый к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Кроме того, между пазом Rd' и внутренним корпусом 9b образован зазор, служащий соединительным участком Hc. В этой конфигурации поток утечки, который протекает в паз Rd, может быть направлен в воздухоотводящую полость Cs' через соединительный участок Hc. В результате поток утечки к верхней по потоку стороне в осевом направлении за пазом Rd' может быть уменьшен. В результате рабочие характеристики компрессора 1B могут быть дополнительно улучшены.

[0036]

Кроме того, в конфигурации, описанной выше, предусмотрено множество лопаток 8 спрямляющего аппарата, так что вихревая составляющая (вихревая составляющая потока в направлении вращения ротора 4), входящая в поток воздуха, протекающий в пространство D диффузора на нижней по потоку стороне в его осевом направлении, может быть подавлена до гораздо меньшего размера. В результате составляющая потока в направлении оси Ax увеличивается, таким образом, рабочие характеристики компрессора 1B могут быть дополнительно улучшены.

[0037]

Кроме того, в конфигурации, описанной выше, образован соединительный участок Hc, так что может быть достигнуто как уменьшение потока утечки, так и подавление развития пограничного слоя в пространстве D диффузора. Таким образом, при увеличении диаметра внутреннего корпуса 9b к нижней по потоку стороне в осевом направлении, как описано выше, площадь поперечного сечения пути потока диффузора может быть увеличена. В результате восстановление статического давления текучей среды пространством D диффузора может быть дополнительно упрощено.

[0038]

Кроме того, в конфигурации, описанной выше, поток утечки к верхней по потоку стороне в осевом направлении через паз Rd' может быть дополнительно уменьшен уплотнительной частью S.

[0039]

Другие варианты осуществления

Выше со ссылкой на чертежи подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения, однако конкретные конфигурации не ограничены этими вариантами осуществления, а также включают в себя изменения конструкции и т. п., без отклонений от объема настоящего описания.

Следует отметить, что уплотнительная часть S, описанная во втором варианте осуществления, может быть также применена к первому варианту осуществления. Кроме того, количество лопаток 8 спрямляющего аппарата и количество соответствующих им пазов R не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и чертежами и может быть изменено надлежащим образом в соответствии с конструкцией и спецификациями.

[0040]

Примечания

Компрессор 1 и газовая турбина 100, описанные в вариантах осуществления, понимаются, например, следующим образом.

[0041]

(1) Компрессор 1 в соответствии с первым аспектом включает в себя ротор 4, включающий в себя множество дисков 4D, расположенных друг за другом в направлении оси Ax, участок 4S вала, соединенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении с дисками 4D, и множество лопаточных венцов 5 ротора, закрепленных на множестве дисков 4D; статор 7, включающий в себя корпус 1C компрессора, окружающий ротор 4 по внешнему периметру, и множество лопаточных венцов 6 статора, закрепленных на корпусе 1C компрессора, причем каждый из них расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами 5 ротора; спрямляющий аппарат 8, включающий в себя рабочие части 81 лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности и выступающие из корпуса 1C компрессора на нижней по потоку стороне в осевом направлении одного из дисков 4D, находящихся ниже всего по потоку в осевом направлении, и внутренние бандажи 82, соединяющие рабочие части 81 лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении; и внутренний 9 корпус, расположенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска 4D, находящегося ниже всего по потоку, с зазором G между диском 4D и внутренним корпусом 9, при этом внутренний корпус 9 проходит в направлении оси Ax в цилиндрической форме. Внутренний корпус 9 включает в себя наружную поверхность 91 периферийной стенки, имеющую пазы R, вмещающие внутренние бандажи 82 спрямляющего аппарата 8 и образующие вместе с внутренней поверхностью корпуса 1C компрессора диффузор D на нижней по потоку стороне в осевом направлении пазов R, и внутреннюю поверхность 92 периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость Cs, в которую через зазор G поступает текучая среда, причем воздухоотводящая полость Cs образована между внутренней поверхностью 92 периферийной стенки и наружной поверхностью участка 4S вала. Во внутреннем корпусе 9 в радиальном направлении на участке в пазах R на нижней по потоку стороне в осевом направлении образовано воздухоотводящее отверстие H.

[0042]

В данном случае в диффузоре D происходит восстановление статического давления текучей среды, в результате чего давление текучей среды возрастает к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, через пазы R, описанные выше, может возникать поток утечки от нижней по потоку стороны в осевом направлении к верхней по потоку стороне в осевом направлении. Такой поток утечки сливается с первичным потоком, что приводит к потерям. Однако в конфигурации, описанной выше, воздухоотводящее отверстие H образовано на участке в пазах D на нижней по потоку стороне в осевом направлении. В этой конфигурации поток утечки, который протекает в пазы R, может быть направлен в воздухоотводящую полость Cs через воздухоотводящее отверстие H. В результате поток утечки к верхней по потоку стороне в осевом направлении за пазами R может быть уменьшен.

[0043]

(2) В компрессоре 1 в соответствии со вторым аспектом в направлении оси Ax с интервалом расположено множество лопаток 8 спрямляющего аппарата, и для каждой из лопаток 8 спрямляющего аппарата предусмотрен паз R.

[0044]

В конфигурации, описанной выше, предусмотрено множество лопаток 8 спрямляющего аппарата, так что вихревая составляющая (вихревая составляющая потока в направлении вращения ротора), входящая в поток текучей среды, протекающий в диффузор D на нижней по потоку стороне в осевом направлении, может быть подавлена до гораздо меньшего размера. В результате составляющая потока в направлении оси Ax увеличивается, таким образом, рабочие характеристики компрессора 1 могут быть дополнительно улучшены.

[0045]

(3) В компрессоре 1 в соответствии с третьим аспектом воздухоотводящее отверстие H образовано в одном пазу Rd множества пазов R, находящемся ниже всего по потоку в осевом направлении.

[0046]

В вышеописанной конфигурации, поскольку воздухоотводящее отверстие H образовано в пазу Rd, самом нижнем по потоку в осевом направлении, может быть уменьшена вероятность достижения потоком утечки верхней по потоку стороны в осевом направлении паза Rd на нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0047]

(4) В компрессоре 1 в соответствии с четвертым аспектом участок внутреннего корпуса 9, который находится ниже по потоку в осевом направлении, чем спрямляющий аппарат 8, проходит внутрь в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0048]

В конфигурации, описанной выше, образовано воздухоотводящее отверстие H, так что может быть достигнуто как уменьшение потока утечки, так и подавление развития пограничного слоя диффузора D. Соответственно, как описано выше, во внутреннем корпусе 9 диаметр участка, находящегося ниже по потоку в осевом направлении, чем лопатки 8 спрямляющего аппарата, может быть уменьшен к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, площадь поперечного сечения пути потока диффузора D может быть увеличена. В результате восстановление статического давления текучей среды диффузором D может быть дополнительно упрощено.

[0049]

(5) Компрессор 1B в соответствии с пятым аспектом включает в себя: ротор 4, включающий в себя множество дисков 4D, расположенных друг за другом в направлении оси Ax, участок 4S вала, соединенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении с дисками 4D, и множество лопаточных венцов 5 ротора, закрепленных на множестве дисков 4D; статор 7, включающий в себя: корпус 1C компрессора, окружающий ротор 4 по внешнему периметру, и множество лопаточных венцов 6 статора, закрепленных на корпусе 1C компрессора, причем каждый из них расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами 5 ротора; спрямляющий аппарат 8, включающий в себя рабочие части 81 лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности и выступающие из корпуса 1C компрессора на нижней по потоку стороне в осевом направлении одного из дисков 4D, находящихся ниже всего по потоку в осевом направлении, и внутренние бандажи 82, соединяющие рабочие части 81 лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении; удлинительную часть 4E ротора, выполненную на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска 4D, находящегося ниже всего по потоку в осевом направлении, причем удлинительная часть 4E ротора включает в себя пазы Rb, вмещающие внутренние бандажи 82 спрямляющего аппарата 8; и внутренний 9b корпус, расположенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении удлинительной части 4E ротора с зазором между удлинительной частью 4E ротора и внутренним корпусом 9b, при этом внутренний корпус 9b проходит в направлении оси Ax в цилиндрической форме. Внутренний корпус 9b включает в себя наружную поверхность 91 периферийной стенки, образующую вместе с внутренней поверхностью корпуса 1C компрессора диффузор D на нижней по потоку стороне в осевом направлении пазов Rb, и внутреннюю поверхность 92 периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость Cs' между внутренней поверхностью 92 периферийной стенки и наружной поверхностью участка 4S вала. На участке в пазах Rb на нижней по потоку стороне в осевом направлении образован соединительный участок Hc, открывающийся к нижней по потоку стороне в осевом направлении и сообщающийся с воздухоотводящей полостью Cs' между пазами Rb и внутренним корпусом 9b.

[0050]

В данном случае в диффузоре D происходит восстановление статического давления текучей среды, в результате чего давление текучей среды возрастает к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, через пазы Rb, описанные выше, может возникать поток утечки от нижней по потоку стороны в осевом направлении к верхней по потоку стороне в осевом направлении. Такой поток утечки сливается с первичным потоком, что приводит к потере. Тем не менее в описанной выше конфигурации пазы Rb имеют участок на нижней по потоку стороне в осевом направлении, открытый к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Кроме того, между пазами Rb и внутренним корпусом 9b образован зазор, служащий соединительным участком Hc. В этой конфигурации поток утечки, который протекает в пазы Rb, может быть направлен в воздухоотводящую полость Cs' через соединительный участок Hc. В результате поток утечки к верхней по потоку стороне в осевом направлении пазов Rb может быть уменьшен.

[0051]

(6) В компрессоре 1B в соответствии с шестым аспектом в направлении оси Ax с интервалом расположено множество лопаток 8 спрямляющего аппарата, и для каждой из лопаток 8 спрямляющего аппарата предусмотрены пазы Rb.

[0052]

В конфигурации, описанной выше, предусмотрено множество лопаток 8 спрямляющего аппарата, так что вихревая составляющая (вихревая составляющая потока в направлении вращения ротора), входящая в поток текучей среды, протекающий в диффузор D на нижней по потоку стороне в осевом направлении, может быть подавлена до гораздо меньшего размера. В результате составляющая потока в направлении оси Ax увеличивается, таким образом, рабочие характеристики компрессора 1B могут быть дополнительно улучшены.

[0053]

(7) В компрессоре 1B в соответствии с седьмым аспектом один паз Rd' множества пазов Rb, находящийся ниже всего по потоку в осевом направлении, сообщается с соединительным участком Hc.

[0054]

В вышеописанной конфигурации, поскольку паз Rd', самый нижний по потоку в осевом направлении, сообщается с соединительным участком Hc, может быть уменьшена вероятность достижения потоком утечки верхней по потоку стороны в осевом направлении паза Rd' на нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0055]

(8) В компрессоре 1B в соответствии с восьмым аспектом внутренний корпус 9b проходит внутрь в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении.

[0056]

В конфигурации, описанной выше, образован соединительный участок Hc, так что может быть достигнуто как уменьшение потока утечки, так и подавление развития пограничного слоя в диффузоре D. Соответственно, как описано выше, диаметр внутреннего корпуса 9b может быть уменьшен к нижней по потоку стороне в осевом направлении. Таким образом, площадь поперечного сечения пути потока диффузора D может быть увеличена. В результате восстановление статического давления текучей среды диффузором D может быть дополнительно упрощено.

[0057]

(9) Компрессор 1B в соответствии с девятым аспектом дополнительно включает в себя уплотнительную часть S, которая расположена на внутренней поверхности каждого из внутренних бандажей 82 и изолирует поток текучей среды между внутренней поверхностью и соответствующим одним из пазов Rb.

[0058]

В конфигурации, описанной выше, поток утечки к верхней по потоку стороне в осевом направлении через пазы Rb может быть дополнительно уменьшен уплотнительной частью S.

[0059]

(10) Газовая турбина 100 в соответствии с десятым аспектом включает в себя: компрессор 1, 1B в соответствии с любым из вышеприведенных аспектов; камеру 2 сгорания, которая вырабатывает газ сгорания путем сжигания воздушно-топливной смеси из топлива и текучей среды высокого давления, вырабатываемой компрессором 1, 1B; и турбину 3, которая приводится в движение газом сгорания.

[0060]

При конфигурации, описанной выше, поток утечки компрессоров 1, 1B уменьшается, в результате чего потери компрессоров 1, 1B снижаются. В результате эффективность газовой турбины 100 может быть дополнительно улучшена.

Промышленное применение

[0061]

В соответствии с настоящим описанием могут быть предложены компрессор и газовая турбина, в которых потеря дополнительно уменьшена за счет подавления потока утечки.

Перечень условных обозначений

[0062]

100 - газовая турбина

1, 1B - компрессор

1C - корпус компрессора

11 - внутренняя поверхность корпуса

12 - поверхность увеличенного диаметра

2 - камера сгорания

3 - турбина

4, 4b - ротор

41 - наружная поверхность участка вала

42 - воздухозаборник

4D - диск

4E - удлинительная часть ротора

4S - участок вала

5 - лопаточный венец ротора

6 - лопаточный венец статора

7 - статор

8 - спрямляющий аппарат

81 - рабочая часть лопатки

82 - внутренний бандаж

9, 9b - внутренний корпус

9D - нижний по потоку участок внутреннего корпуса

9U - верхний по потоку участок внутреннего корпуса

9T - торцевая поверхность на верхней по потоку стороне

91 - наружная поверхность периферийной стенки

92 - внутренняя поверхность периферийной стенки

91A, 91A' - первая наружная поверхность

91B - вторая наружная поверхность

92A - первая внутренняя поверхность

92B - вторая внутренняя поверхность

Ax - ось

Cs, Cs' - воздухоотводящая полость

D - пространство диффузора

Ds - наружная поверхность диска

Et - удлинительная часть торцевой поверхности

Fc - путь потока сжатия

H - воздухоотводящее отверстие

Hc - соединительный участок

R, Rb, Rd, Rd' - пазы

Компрессор включает в себя ротор, включающий в себя множество дисков, участок вала, соединенный на нижней по потоку стороне дисков; и лопаточные венцы ротора, закрепленные на множестве дисков; статор, включающий в себя корпус компрессора; и множество лопаточных венцов статора, каждый из которых расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами ротора; спрямляющий аппарат, включающий в себя рабочие части лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности на нижней по потоку стороне диска, находящегося ниже всего по потоку, и внутренние бандажи, соединяющие рабочие части лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении; и внутренний корпус, расположенный на нижней по потоку стороне диска, находящегося ниже всего по потоку, с зазором между диском и внутренним корпусом. Внутренний корпус включает в себя наружную поверхность периферийной стенки, имеющую пазы, вмещающие внутренние бандажи, и образующую вместе с внутренней поверхностью корпуса компрессора диффузор на нижней по потоку стороне пазов, и внутреннюю поверхность периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость. На участке в пазах на нижней по потоку стороне образовано воздухоотводящее отверстие. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Компрессор, содержащий:

ротор, включающий в себя множество дисков, расположенных друг за другом в осевом направлении, участок вала, соединенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении с дисками, и множество лопаточных венцов ротора, закрепленных на множестве дисков;

статор, включающий в себя корпус компрессора, окружающий ротор по внешнему периметру, и множество лопаточных венцов статора, закрепленных на корпусе компрессора, причем каждый из них расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами ротора;

спрямляющий аппарат, включающий в себя рабочие части лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности и выступающие из корпуса компрессора на нижней по потоку стороне в осевом направлении одного из дисков, находящихся ниже всего по потоку в осевом направлении, и внутренние бандажи, соединяющие рабочие части лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении; и

внутренний корпус, расположенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска, находящегося ниже всего по потоку, с зазором между диском и внутренним корпусом, при этом внутренний корпус проходит в осевом направлении в цилиндрической форме, причем

внутренний корпус включает в себя

наружную поверхность периферийной стенки, имеющую пазы, вмещающие внутренние бандажи спрямляющего аппарата, и образующую вместе с внутренней поверхностью корпуса компрессора диффузор на нижней по потоку стороне в осевом направлении пазов, и

внутреннюю поверхность периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость, в которую через зазор поступает текучая среда, при этом воздухоотводящая полость образована между внутренней поверхностью периферийной стенки и наружной поверхностью участка вала, и

воздухоотводящее отверстие образовано во внутреннем корпусе в радиальном направлении на участке в пазах на нижней по потоку стороне в осевом направлении.

2. Компрессор по п. 1, в котором в осевом направлении с интервалом расположено множество лопаток спрямляющего аппарата, и для каждой из лопаток спрямляющего аппарата предусмотрены пазы.

3. Компрессор по п. 2, в котором воздухоотводящее отверстие образовано в одном из множества пазов, находящемся ниже всего по потоку в осевом направлении.

4. Компрессор по любому из пп. 1-3, в котором участок внутреннего корпуса, который находится ниже по потоку в осевом направлении, чем спрямляющий аппарат, проходит внутрь в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении.

5. Компрессор, содержащий:

ротор, включающий в себя множество дисков, расположенных друг за другом в осевом направлении, участок вала, соединенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении с дисками, и множество лопаточных венцов ротора, закрепленных на множестве дисков;

статор, включающий в себя корпус компрессора, окружающий ротор по внешнему периметру, и множество лопаточных венцов статора, закрепленных на корпусе компрессора, причем каждый из них расположен между соответствующими смежными лопаточными венцами ротора;

спрямляющий аппарат, включающий в себя рабочие части лопаток, расположенные с интервалом в направлении вдоль окружности и выступающие из корпуса компрессора на нижней по потоку стороне в осевом направлении одного из дисков, находящихся ниже всего по потоку в осевом направлении, и внутренние бандажи, соединяющие рабочие части лопаток в направлении вдоль окружности, на внутренней стороне в радиальном направлении;

удлинительную часть ротора, выполненную на нижней по потоку стороне в осевом направлении диска, находящегося ниже всего по потоку в осевом направлении, при этом удлинительная часть ротора включает в себя пазы, вмещающие внутренние бандажи спрямляющего аппарата; и

внутренний корпус, расположенный на нижней по потоку стороне в осевом направлении удлинительной части ротора с зазором между удлинительной частью ротора и внутренним корпусом, причем внутренний корпус проходит в осевом направлении в цилиндрической форме, при этом

внутренний корпус включает в себя

наружную поверхность периферийной стенки, образующую вместе с внутренней поверхностью корпуса компрессора диффузор на нижней по потоку стороне в осевом направлении пазов, и

внутреннюю поверхность периферийной стенки, образующую воздухоотводящую полость между внутренней поверхностью периферийной стенки и наружной поверхностью участка вала,

на участке в пазах на нижней по потоку стороне в осевом направлении образован соединительный участок, открывающийся к нижней по потоку стороне в осевом направлении и сообщающийся с воздухоотводящей полостью между пазами и внутренним корпусом, и

в осевом направлении с интервалом расположено множество лопаток спрямляющего аппарата, и для каждой из лопаток спрямляющего аппарата предусмотрены пазы.

6. Компрессор по п. 5, в котором один из множества пазов, находящийся ниже всего по потоку в осевом направлении, сообщается с соединительным участком.

7. Компрессор по любому из пп. 5 или 6, в котором участок внутреннего корпуса проходит внутрь в радиальном направлении к нижней по потоку стороне в осевом направлении.

8. Компрессор по любому из пп. 5 или 6, дополнительно содержащий:

уплотнительную часть, которая расположена на внутренней поверхности каждого из внутренних бандажей и изолирует поток текучей среды между внутренней поверхностью и соответствующим одним из пазов.

9. Газовая турбина, содержащая:

компрессор, описанный в любом из пп. 1, 2, 3, 5 и 6;

камеру сгорания, которая вырабатывает газ сгорания путем сжигания воздушно-топливной смеси из топлива и текучей среды высокого давления, вырабатываемой компрессором; и

турбину, которая приводится в движение газом сгорания.