JP2004027927A

JP2004027927A - Inner circumference bleeding air injection device and compressor using the same

Info

Publication number: JP2004027927A
Application number: JP2002183834A
Authority: JP
Inventors: Tadaharu Kishibe; 岸部　忠晴; Hisashi Hamatake; 濱武　久司
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inner circumference bleeding air injection device capable of smoothly leading inner circumference bleeding air from a main flow passage of an axial flow compressor to near axis of a compressor rotor while controlling turn, and a compressor provided with the same. <P>SOLUTION: This device is provided with roughly ring shaped step parts 10a, 10b provided on an outer circumference part of opposing side surfaces of a pair of the compressor disks 3a, 3b and creating an inner space 11 between the compressor disks 3a, 3b, a plurality of inner circumference bleeding air injection parts 12 provided on the step part 10a to connect a main flow passage 7 of compressed air of outside of the step parts 10a, 10b and the inner space 11, a plurality of grooves 1 provided on the opposing side surfaces of the compressor disks 3a, 3b i adjacent of a axis 6 of the compressor disks 31, 3b and bending in a rotation direction of the compressor disks 3a, 3b toward outside in a radial direction of the compressor disks 3a, 3b. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンプラント等に用いる内周抽気導入装置に係り、特に軸流圧縮機の主流路からの内周抽気を、旋回を抑制しつつも円滑に圧縮機ロータの中心軸付近にまで導くことができる内周抽気導入装置及びこれを用いた圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンプラント等において、軸流圧縮機（以下、単に圧縮機と記載する）により圧縮された圧縮空気は、一般的には、燃焼器等に供給され、燃焼器において燃料ガス等と共に燃焼される。この燃焼ガスは、ガスタービンに供給され、ガスタービンのロータを回転させる。そして、例えば、ガスタービンプラントを発電プラントとして運用する場合等は、このガスタービンのロータを発電機ロータ等と同軸に連結し、ロータの回転力を電気エネルギーに変換し発電する。
【０００３】
ところで、このようなガスタービンプラントにおいては、燃焼器からの高温の燃焼ガスがガスタービンに供給されるため、必然的に、このガスタービンを構成するタービン翼やタービンディスク、或いは圧縮機のガスタービン近傍部分等が、高温環境に曝されることになる。そこで、一般的に、内周抽気導入装置を用い、圧縮機の主流路（燃焼器への流路）内周側から、燃焼器に供給される圧縮空気の一部を抽気して上記の高温部への冷却空気として用いることが行われる。この内周抽気は、通常、内周抽気導入装置により、まず圧縮機主流路から圧縮機ロータの中心軸付近まで導かれ、その後、圧縮機ロータ中心部に設けられた流路を通って上記のタービン翼やタービンディスク等の高温部に供給される。
【０００４】
ここで、内周抽気には、圧縮機ロータの中心軸方向に流れる際、圧縮機ロータの回転に伴う旋回成分を付与する力が作用する。その結果、内周抽気が旋回すると、内周抽気に圧力損失が発生し、また旋回流が振れ回る（不安定現象が発生する）ことによりロータに振動が発生する等といった不具合が発生する可能性がある。それに対し、例えば特開２００１−２１４８９１号公報や特開２０００−１６１００２号公報等に、内周抽気の旋回抑制に関する技術が既に提唱されている。
【０００５】
特開２００１−２１４８９１号公報に記載の従来技術においては、圧縮機ロータを、動翼を備えた半径方向外側リムと、半径方向内側ハブと、これら半径方向外側リム及び半径方向内側ハブの間に延在するウェブとで構成している。そしてウェブのフランジ部分の軸方向側面に複数のスロットを設け、このスロットにより内周抽気をガイドして整流し旋回を抑制するようになっている。
【０００６】
一方、特開２０００−１６１００２号公報に記載の従来技術は、動翼を取付ける圧縮機ディスクの軸方向側面（ディスク面）に段状平坦部を複数突設し、各段状平坦部間の間隙をガイドとして内周抽気を中心軸に向かって導くことにより、内周抽気の旋回を抑制するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した２つの従来技術には、それぞれ以下のような課題が存在する。
【０００８】
まず、特開２００１−２１４８９１号公報に記載の従来技術においては、ウェブのフランジ部が圧縮機ロータの中心軸から離間した位置にあるため、内周抽気は、ロータ中心軸に向かって導入される際、一旦フランジ部にてスロットにより整流されるが、スロットから導出されてからロータ軸心付近に至るまでに旋回成分が付与されてしまう可能性がある。従って、上記のように圧力損失や振動の発生する可能性がある。
【０００９】
一方、特開２０００−１６１００２号公報に記載の従来技術においては、前述の段状平坦部は、圧縮機ディスクの軸方向側面に突設されたものであるため、内周抽気は、これら段状平坦部に衝突し、ここで分流して各段状平坦部間に強制的に押し込まれることになる。即ち、内周抽気が各段状平坦部の間に導入される際、段状平坦部自体が内周抽気の流れに対する障壁となり、抽気の円滑な移動が阻害される可能性がある。
【００１０】
以上のように、特開２００１−２１４８９１号公報に記載の従来技術においては、最終的に圧縮機ロータの中心軸付近に導入される時点では、抽気の旋回を抑制することは困難であり、また特開２０００−１６１００２号公報に記載の従来技術においては、段状平坦部自体が内周抽気に対する流路抵抗となり、圧縮機ロータの中心軸付近にまで内周抽気を円滑に導くことが難しい。
【００１１】
本発明の目的は、軸流圧縮機の主流路からの内周抽気を、旋回を抑制しつつも円滑に圧縮機ロータの中心軸付近まで導くことができる内周抽気導入装置及びこれを備えた圧縮機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明の内周抽気導入装置は、略円盤状の一対の圧縮機ディスクと、これら一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方の外周部に設けられ、前記一対の圧縮機ディスクの間に内部空間を創出する略リング状の段差部と、この段差部の外側の圧縮空気の主流路と前記内部空間とを接続するよう、前記段差部に設けた複数の内周抽気導入部と、前記一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方に、前記圧縮機ディスクの回転中心付近にかけて凹設されると共に、前記圧縮機ディスクの径方向外側に向かって、前記圧縮機ディスクの回転方向に湾曲するよう形成された複数の溝とを備える。
【００１３】
本発明においては、圧縮機主流路内周から内部空間に導いた内周抽気を、圧縮機ディスクに設けた複数の溝により回転中心に向かって導く。内部空間に導入された内周抽気は、その粘性により自然に圧縮機ディスク側面に引き寄せられ、そのままでは、圧縮機ディスクの回転に伴うコリオリ力の作用により圧縮機ディスクにひきずられるように旋回しようとする。しかしながら、本発明においては、圧縮機ディスク側面付近の内周抽気は、粘性により自然に圧縮機ディスクに凹設した溝に導かれる。このとき、内周抽気の溝内への移動を妨げるものはなく、圧縮機ディスクのディスク面に段状平坦部を突設した場合のように、内周抽気の流れの障壁となるものがないため、内周抽気を円滑に溝内に移動させることができる。
【００１４】
また、各溝は、径方向外側に向かって圧縮機ディスクの回転方向に湾曲しているため、内周抽気の旋回を抑制する方向に周方向角度を持つことになる。これにより、溝内の内周抽気の旋回が抑制される。また、圧縮機ディスク付近の内周抽気においては、作用する遠心力と圧力勾配がほぼ釣り合った状態にあるが、溝内においては、上記のように旋回が抑制されるため、圧力勾配は変わらないものの、溝の外部よりも内周抽気に作用する遠心力が小さくなり、内周抽気が圧縮機ディスクの回転中心に向かって流れ易い環境となる。そして、各溝は、圧縮機ディスクの回転中心付近まで延在しているため、内周抽気を、各溝内を通して圧縮機ディスクの回転中心付近まで導くことができ、溝から放出された後の内周抽気に作用するコリオリ力の影響を抑制することができる。このように、本発明によれば、内周抽気を、旋回を最小限に抑制しつつ、圧縮機ロータの中心軸付近に円滑に導くことができる。
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記複数の溝は、前記圧縮機ディスクの側面における前記段差部付近から前記圧縮機ディスクの回転中心に向かって凹設されている。
【００１６】
（３）上記（１）又は（２）において、また好ましくは、前記一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方に、前記複数の溝に加えて、前記段差部付近から圧縮機ディスクの回転中心に向かって凹設されると共に、前記圧縮機ディスクの径方向外側に向かって、前記圧縮機ディスクの回転方向に湾曲するよう形成された複数の副溝を備える。
【００１７】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１つにおいて、更に好ましくは、前記内周抽気導入部は、前記圧縮機ディスクの径方向に対し、前記回転中心に向かって前記回転方向と逆方向に傾斜している。
【００１８】
（５）上記目的を達成するために、また本発明は、略円筒形状のケーシングと、このケーシングの内周側に固定した複数の静翼と、前記ケーシング内にて略円盤状の複数の圧縮機ディスクを軸方向に重ね合わせて締結した圧縮機ロータと、各圧縮機ディスクの外周部に設けた複数の動翼と、主流路の圧縮空気を前記圧縮機ロータの中心軸付近に導く内周抽気導入装置とを備えた圧縮機において、前記内周抽気導入装置は、前記複数の圧縮機ディスクのうちの少なくとも一対の圧縮機ディスクと、これら一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方の外周部に設けられ前記一対の圧縮機ディスクの間に内部空間を創出する略リング状の段差部と、この段差部の外側の圧縮空気の主流路と前記内部空間とを接続するよう前記段差部に設けた複数の内周抽気導入部と、前記一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方に前記圧縮機ディスクの回転中心付近にかけて凹設されると共に前記圧縮機ディスクの径方向外側に向かって前記圧縮機ディスクの回転方向に湾曲するよう形成された複数の溝とを備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内周抽気導入装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の内周抽気導入装置の第１の実施の形態を用いた圧縮機の部分断面図である。この図１に示す圧縮機は、略円筒形状のケーシング１と、このケーシング１の内周側に固定した複数の静翼２と、複数の圧縮機ディスク３を軸方向に重ね合わせて例えば図示しないタイボルト等により締結して構成した圧縮機ロータ４と、各圧縮機ディスク３の外周側に固定した動翼５とで構成されている。
【００２０】
圧縮機ロータ４は、図中一点鎖線で示した中心軸６を回転中心として回転するようになっている。また、動翼５は、各圧縮機ディスク３の外周部に周方向に所定のピッチで複数設けられ、同一の圧縮機ディスク３に設けられた動翼５同士が１つの翼列を構成する。静翼２も、ケーシング１の内周側に周方向に所定のピッチで複数設けられ、軸方向（図１中左右方向）位置が同一の各静翼２同士が、１つの翼列を構成している。そして、動翼５及び静翼２の各翼列は、軸方向（図１中左右方向）において交互に配置され、動翼５の任意の１翼列と、その後側（図１中左側）の静翼２の１翼列とで構成される１つの段が、多段（図１では８段図示したがこの限りではない）に設けられる構成となっている。
【００２１】
このような構成により、圧縮機においては、圧縮機ロータ４がケーシング１内で回転し、静止した静翼２の間で動翼５が回転することにより、主流路７内の空気が各段で圧縮されつつ、徐々に高圧な圧縮空気となって図１中右側に送り込まれるようになっている。本実施の形態の内周抽気導入装置８は、上記の段のうち、比較的下流側に位置する抽気段の隣接した２枚の圧縮機ディスク３ａ，３ｂ間に設けられている。なお、本実施の形態では、繁雑防止のため特に図示していないが、主流路７の外周側からもケーシング１を通して抽気導入部を設ける場合もある。
【００２２】
上記内周抽気導入装置８は、圧縮機の主流路７を流れる圧縮空気を、圧縮機の主流路７の内周側から抽気して圧縮機ロータ４の中心軸６付近に導き、この内周抽気を、中心軸６付近に設けた内周抽気流路９を介し、下流側（図１中右側）に設けられたガスタービン（図示せず）のタービン翼やタービンディスク等といった高温部に対して冷却空気として送り込む役割を果たすようになっている。
【００２３】
なお、抽気段の軸方向位置（つまり内周抽気導入装置８の設置位置）は、内周抽気が上記の高温部に確実に供給される必要があるため、内周抽気導入装置８及び内周抽気流路９において想定される圧力損失と上記の高温部における想定圧力とを考慮し、内周抽気導入装置８の入口圧力として必要な圧力を算出して設定する。つまり、前述のように、主流路７内の圧縮空気は、下流側（図１中右側）ほど高圧となるものであり、導き出した内周抽気導入装置８の入口の必要圧力より主流路７の圧力が大きくなる位置に抽気段を設ける。但し、内周抽気導入装置８を、入口圧力が必要以上に高くなる位置に設ける必要はない。
【００２４】
図２は、図１に示す内周抽気導入装置８の拡大図であって、本発明の内周抽気導入装置の一実施の形態の概略構成を表す図である。また、図３は、図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ断面による断面図である。図２に示すように、本実施の形態の内周抽気導入装置８は、略円盤状の圧縮機ディスク３ａ，３ｂを備えている。圧縮機ディスク３ａ，３ｂは、互いの対向側面の外周部に、互いに当接するよう突設した略リング状の段差部１０ａ，１０ｂを有し、これら段差部１０ａ，１０ｂにより、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの互いの対向側面間に内部空間１１を創出している。また、段差部１０ａには、主流路７と内部空間１１とを接続するよう設けた内周抽気導入部１２が複数設けられている。この内周抽気導入部１２の数や形状は、図２及び図３に示した態様に限られるものではないが、本実施の形態においては、図３に示すように、径方向に対し、径方向内側に向かって回転方向と逆方向に傾斜させてある。また、本実施の形態においては、図３に示すように、周方向にほぼ４５°間隔で８つの内周抽気導入部１２を溝１３（後述）の位置に対応して設けてあるが、数に特別な限定はなく、また位置に関しても必ずしも溝１３に対応している必要はない。
【００２５】
なお、本実施の形態において、上記の内周抽気導入部１２は、圧縮機ディスク３ｂの段差部１０ｂと共に内周抽気の流路を構成するよう溝状に設けてあるが、これに限らるものではない。また、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの双方に段差部１０ａ，１０ｂを設けたが、これにも限られない。即ち、例えば段差部１０ｂを省略して圧縮機ディスク３ｂの軸方向一方側（図２中左側）の側面を平坦に形成し、代わりに圧縮機ディスク３ａ側の段差部１０ａを、省略した段差部１０ｂの厚み分だけ厚く構成しても構わない。勿論、この逆であっても構わない。また、このような場合、段差部１０ａ（又は段差部１０ｂ）に、内周抽気導入部１２を溝状でなく貫通孔として設けても良い。
【００２６】
圧縮機ディスク３ａ，３ｂの互いの対向側面には、段差部１０ａ，１０ｂ付近から中心軸６付近にかけ、複数の溝１３が凹設されている。これら各溝１３の数は必ずしも限定されるものではないが、本実施の形態では、圧縮機ディスク３ａ，３ｂに対し、周方向にほぼ等間隔（４５°間隔）でそれぞれ８つの溝１３を設けてある。また、各溝１３は、径方向外側に向かって回転方向に湾曲するよう（即ち、回転方向と逆方向に凸形状となるよう）形成されている。また、これら溝１３の溝深さとしては、比較的浅いもので足り、圧縮機の定格や運転状態によって一概に限定できるものではないが、一般的なものに適用する場合には、例えば０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度で足りる場合もある。
【００２７】
このとき、任意の径方向位置において、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの回転速度と内周抽気の半径方向速度を用い、静止側から見た旋回速度成分がゼロになるような流れの周方向に対する角度を、下記の（式１）を用いて導出することができる。この観点から、本実施の形態において、各溝１３は、各径方向位置において、周方向に対する内周抽気の流れ方向の角度θ（図３参照）を（式１）により算出し、これに応じた湾曲形状となるよう形成してある。
【００２８】
【数１】

【００２９】
但し、（式１）において、ｒ：半径［ｍ］、Ｎ：回転数［１／ｓ］、Ｇ：内周抽気流量［ｋｇ／ｓ］、ρ：内周抽気密度［ｋｇ／ｍ^３］、ｓ：圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面上の流れの軸方向幅の周方向平均［ｍ］とする。
【００３０】
以上のような構成により、本実施の形態の内周抽気導入装置８においては、まず、主流路７の圧縮空気の一部が内周抽気導入部１２を介して導入されて内部空間１１に流入する。内周抽気導入装置８内に導入された内周抽気は、軸流圧縮機主流路７から圧縮機ディスク３ａ，３ｂ間の内部空間１１に流入した直後、一部は、一旦圧縮機ディスク３ａ，３ｂの間の中間部分を流れようとするが、粘性により圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面付近に自然と引き寄せられる。そして、内部空間１１内に流入した内周抽気は、溝１３内に導かれて溝１３内を中心軸６に向かって移動し、上記抽気流路４に送り込まれ、最終的に上記の高温部に冷却空気として供給される。
【００３１】
以下に、以上の構成及び動作の本実施の形態の内周抽気導入装置により得られる作用を説明する。
ここで、内周抽気導入装置８内に抽気され、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面付近に移動した内周抽気は、中心軸６に向かうと共に、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの回転に伴うコリオリ力の影響を受け、圧縮機ディスク３ａ，３ｂと共に回転（旋回）しようとする。
【００３２】
一般的に、旋回流には、渦形式として、半径周方向速度が一定の自由渦と、周方向速度が半径に比例する強制渦とがあるが、圧縮機ディスク間の内部空間では、通常、これら自由渦及び強制渦が混在し、特にロータの中心軸付近は強制渦、ロータの径方向外側付近は自由渦になる傾向がある。また、通常、軸流圧縮機の内周抽気では、抽気量に対して圧縮機ディスクの回転速度が高速であるため、仮に本実施の形態において溝１３を省略した場合、内周抽気は大きな旋回成分を持ち得る。この場合、圧力損失や不安定現象による振動が発生する可能性がある。
【００３３】
そこで、本実施の形態においては、先に説明した内周抽気導入装置８を設け、主流路７内周を通る圧縮空気を抽気導入部８から抽気し、この内周抽気を段差部１０ａ，１０ｂにより創出される内部空間１１に導き、更にこの内部空間１１内にて、内周抽気を溝１３により中心軸６に向かって導くようにしてある。
【００３４】
詳細には、内周抽気導入装置８内に導入された内周抽気は、その粘性により自然に圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面から各溝１３内に導かれる。このとき、溝１３は圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面に対し凹設されているため、仮に、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面に複数の突出部を設け、これら突出部の間をガイド溝とする場合に比べ、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面に障壁となるものがなく、内周抽気を円滑に各溝１３内に導入させることができる。
【００３５】
このとき、本実施の形態においては、各溝１３を、径方向外側に向かって圧縮機ディスク３ａ，３ｂの回転方向に湾曲するよう（回転方向と逆方向に凸形状となるよう）形成してあるので、各溝１３は、内周抽気の旋回を抑制する方向に周方向角度を持つことになる（上記（式１）も参照）。従って、こうした溝１３内に導くことにより、内周抽気の旋回を抑制することができる。
【００３６】
また、圧縮機ディスク３ａ，３ｂ付近では、内周抽気に作用する遠心力と圧力勾配がほぼ釣り合い、外周側程、内周抽気に作用する遠心力及び圧力が高くなるが、本実施の形態においては、溝１３内の内周抽気の旋回が抑制されるため、各溝１３の内部においては、内周抽気に作用する遠心力が溝１３の外部よりも小さくなる。そのため、各溝１３内部を、内周抽気が円滑にロータ中心軸６方向に流動する環境とすることができる。また、図３に示したように、溝１３は、ロータの中心軸６に極めて近く、内周抽気流路９に臨む位置まで延在しているので、溝１３から導出された内周抽気が、コリオリ力の影響を受けて旋回成分を付与されることを防止できる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、主流路７から導入した内周抽気を、旋回を最小限に抑制しつつ中心軸６付近に円滑に導くことができる。これにより、圧力損失が極力抑えられ、また旋回抑制により圧縮機ロータ４の振動を防止することができる。そして、高温部に対し冷却空気が円滑に供給され、効果的にガスタービンのタービン翼やタービンディスク等を冷却することができ、ガスタービンプラントの長寿命化に寄与することができる。
【００３８】
ここでまた、従来から、内周抽気の旋回防止を目的として、抽気段の圧縮機ディスクにガイドベーンやチューブを取り付けた内周抽気導入装置が一般的に用いられてきた。しかし、ガイドベーンやチューブを用いる場合、次のような２つの技術的課題があった。
第一には、ガイドベーンやチューブは比較的大きな設置スペースが必要となるため、内周抽気導入装置内の構造上の空間的制約から、内周抽気の流路面積を確保するためには、ガイドベーンやチューブ等をロータ中心軸付近まで延在することが難しかった。そのため、ガイドベーンやチューブから内周抽気が放出されてからロータ中心軸付近に到達するまでの間にコリオリ力により旋回が発生してしまう可能性が高かった。
第二には、圧縮機ディスクは高速回転するため、これに比較的重量物であるガイドベーンやチューブ等を取り付ける場合、十分な取付強度が確保されていなければならず、構造的な強度の点で不利になる場合があった。
【００３９】
これに対しても、本実施の形態によれば、内周抽気を中心軸６に向かってガイドする溝１３は、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面に対し凹設されたものであって、設置スペースを取ることはない。また、設置スペースを取らないので、図２及び図３に示すように、溝１３は中心軸６付近まで設置することができ、その径方向内側端部は、内周抽気流路９に臨むところにまで位置させることができる。これにより、溝１３から放出された後の内周抽気へのコリオリ力の作用を低減させることができる。更には、溝１３は、圧縮機ディスク３ａ，３ｂに対し凹設されたものであって、重量的にはむしろ軽くなり、上記のように構造的な強度の点で不利が生じることもない。
【００４０】
ここで更に、本実施の形態によれば、例えばガイドベーンやチューブ等を用いた一般的な内周抽気導入装置と比較して、部品点数が少なく、加工・組立等、製造が容易となり、生産性向上にも寄与する。また、これにより、比較的安価に製造できるといったメリットもある。
【００４１】
なお、以上の本実施の形態においては、上記（式１）にて、角度θを設定する場合には、各パラメータＮ，Ｇ、ρ、ｓとして、定格運転時の値を採用すれば足りるが、各種運転パターンを考慮に入れて他の運転条件における想定値を採用しても良い。また、内周抽気導入部１２から導入された直後の内周抽気の流れ方向は、（式１）で求められる角度と異なることがある。この場合は、内周抽気導入部１２から導入された直後の内周抽気の流れ方向と、（式１）により算出される中心軸６付近における流れ方向とをなめらかに結び、得られた曲線に沿って溝１３の形状を曲成することも考えられる。これらの場合も同様の効果が得られる。
【００４２】
また、運転状態を確定できない場合等は、必ずしも各パラメータＮ，Ｇ、ρ、ｓを設定することができず、一概に（式１）で角度θを求めることができない場合もある。この場合等は、厳密に（式１）を活用して溝１３の形状を算出しなくとも、０°≦θ≦９０°とし、傾向として、単にロータの中心軸６から径方向外側に向かって角度θが小さくなるように各溝１３を形成しても良い。この場合もほぼ同様の効果が得られる。
【００４３】
また、図３においては、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの双方の対向側面に溝１３を設けたが、溝１３を圧縮機ディスク３ａ又は圧縮機ディスク３ｂのいずれかの一方のみに設ける構成としても良い。例えば、圧縮機ディスク３ａ側にのみ溝１３を設けた場合、上記のように、溝１３内は内周抽気が中心軸６に向かって流れ易い環境となる。一方、圧縮機ディスク３ｂの側面付近の内周抽気は、遠心力の作用により径方向外側に移動し、圧縮機ディスク３ｂの溝１３に移動する内周抽気と合流し、最終的に溝１３内を移動して中心軸６付近に導かれ、内周抽気流路９に供給される。この場合、圧縮機ディスク３ｂからの内周抽気が合流する分、圧縮機ディスク３ａ側を流れる内周抽気の流量が増加するので、溝１３の角度は、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの双方に溝１３を設ける場合に比べ、上記の角度θを大きくすると良い。なお、圧縮機ディスク３ｂのみに溝１３を設けた場合も同様であることは言うまでもない。この場合もほぼ同様の効果が得られる。
【００４４】
図４は本発明の内周抽気導入装置の第２の実施の形態の概略構成を表す断面図であり、先の図３に対応する図である。但し、この図４において、先の各図と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施の形態は、前述の第１の実施の形態において、副溝１４を追設した実施の形態であり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
副溝１４は、溝１３に比べて短く、段差部１０ａ（又は段差部１０ｂ）付近から径方向中間位置辺りまで延在している。つまり、図４に示すように、各溝１３は、径方向外側程、隣接する溝１３との間隔が広くなっているが、副溝１４は、この広くなった溝１３，１３間のスペースに設けられている。また、各副溝１４は、各溝１３同様、回転方向と反対方向に凸形状となるよう曲成されている。この形状は、溝１３と同様に設定すれば足りる。
【００４６】
本実施の形態によれば、副溝１４の設置により、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面における溝のない領域が減少する。言いかえれば、それだけ内周抽気が中心軸６に向かって移動し易いスペースが増加し、前述と同様、旋回を最小限に抑制しつつも、第１の実施の形態よりも更に円滑かつ効率的に内周抽気を中心軸６に向かって導くことができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、副溝１４の追設により、より効率的かつ円滑に内周抽気を中心軸６に向かって導く構成としたが、この限りにおいては、例えば溝１３と異なる副溝１４を追設する構成としなくとも、例えば図３において、溝１３の間隔を狭めて（例えば４５°間隔から３０°間隔に狭めて）溝１３の本数を増加させる構成であっても良い。また、先の図３において、各溝１３の本数はそのままで径方向外側部分の溝幅を広くし、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの側面における溝のない領域を減少させる構成としても良い。これらの場合であっても、ほぼ同様の効果を得ることができ、加工コスト等を考慮した上で、各構成例のうちのいずれかを適宜選択して採用すれば良い。
【００４８】
また、溝１３は、段差部１０ａ（又は段差部１０ｂ）付近から中心軸６付近まで連続的に延在する構成としたが、必ずしもこれに限られず、径方向のある位置で部分的に途切れるような構成であっても良い。また、図４のような副溝１４がある場合、溝１３は、段差部１０ａ（又は段差部１０ｂ）付近からではなく、圧縮機ディスク３ａ，３ｂの径方向中間部から中心軸６付近まで延在する構成としても良い。また、図４においては、２種類の異なる溝（溝１３及び副溝１４）を設けたが、この場合、必ずしも溝１３及び副溝１４が径方向に重なっている必要はない。また、第２の実施の形態においては、溝１３及び副溝１４を交互に設けたため、溝１３及び副溝１４が同数となるが、これにも必ずしも限定される必要はないし、溝１３及び副溝１４の配置が交互である必要もない。この場合も同様の効果が得られる。
【００４９】
また、以上において、圧縮機ディスク３ａとして中実のものを用いたが、これに限られず、圧縮機ディスク３ｂのように中空のものを用いても良い。更に、圧縮機ロータ４の中心軸６は、実際には回転中心となるだけでシャフトが存在するわけではないが、勿論各圧縮機ディスク３（圧縮機ディスク３ａ，３ｂを含む）を図示しないシャフトに挿通する構成としても構わない。また、第２の実施の形態において、２種類の異なる溝（溝１３及び副溝１４）を設けたが、これに限られず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で更に多種の溝を設けても構わない。この場合も同様の効果が得られる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、各溝を圧縮機ディスクの側面に凹設しているため、圧縮機ディスク側面付近の内周抽気の溝内への移動を妨げるものはなく、内周抽気は、粘性により自然に溝に導かれる。また、各溝は、径方向外側に向かって圧縮機ディスクの回転方向に湾曲しているため、内周抽気の旋回を抑制する方向に周方向角度を持つことになり、溝内の内周抽気の旋回が抑制される。また、溝内においては、内周抽気の旋回が抑制されるため、溝の外部よりも内周抽気に作用する遠心力が小さくなり、内周抽気が圧縮機ディスクの回転中心に向かって流れ易い環境となる。そして、各溝は、圧縮機ディスクの回転中心付近まで延在しているため、内周抽気を、各溝内を通して圧縮機ディスクの回転中心付近まで導くことができ、溝から放出された後の内周抽気の旋回を抑制することができる。
【００５１】
以上により、本発明によれば、内周抽気を、旋回を最小限に抑制しつつ、圧縮機ロータの中心軸付近に円滑に導くことができる。またこれにより、内周抽気の圧力損失を抑制でき、圧縮機ロータの振動を防止することができる。また、円滑に内周抽気をガスタービンの高温部に供給することができ、効率的に高温部の冷却を行うことができる。また、部品点数を低減することができるため、生産性を向上させることができると共に、製造コストの低減にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内周抽気導入装置の第１の実施の形態を用いた圧縮機の部分断面図である。
【図２】図１に示す内周抽気導入装置８の拡大図であって、本発明の内周抽気導入装置の一実施の形態の概略構成を表す図である。
【図３】図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ断面による断面図である。
【図４】本発明の内周抽気導入装置の第２の実施の形態の概略構成を表す断面図であり、先の図３に対応する図である。
【符号の説明】
１　　　　　　ケーシング
２　　　　　　静翼
３　　　　　　圧縮機ディスク
３ａ，ｂ　　　圧縮機ディスク
４　　　　　　圧縮機ロータ
５　　　　　　動翼
７　　　　　　主流路
８　　　　　　内周抽気導入装置
１０ａ，ｂ　　段差部
１１　　　　　内部空間
１２　　　　　内周抽気導入部
１３　　　　　溝
１４　　　　　副溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inner peripheral bleed gas introduction device used for a gas turbine plant or the like, and particularly to an inner peripheral bleed gas from a main flow path of an axial compressor, smoothly suppressing the swirl to near a central axis of a compressor rotor. The present invention relates to an inner peripheral bleeding introduction device which can be guided and a compressor using the same.
[0002]
[Prior art]
In a gas turbine plant or the like, compressed air compressed by an axial compressor (hereinafter, simply referred to as a compressor) is generally supplied to a combustor or the like, and is burned together with a fuel gas or the like in the combustor. . This combustion gas is supplied to the gas turbine and rotates the gas turbine rotor. Then, for example, when the gas turbine plant is operated as a power plant, the rotor of the gas turbine is coaxially connected to a generator rotor or the like, and the torque of the rotor is converted into electric energy to generate power.
[0003]
By the way, in such a gas turbine plant, a high-temperature combustion gas from a combustor is supplied to the gas turbine. Therefore, a turbine blade or a turbine disk constituting the gas turbine or a gas turbine of a compressor is inevitably provided. The vicinity and the like are exposed to the high temperature environment. Therefore, in general, a part of the compressed air supplied to the combustor is extracted from the inner peripheral side of the main flow path (the flow path to the combustor) of the compressor using an inner peripheral bleeding introduction device to extract the high temperature. It is used as cooling air to the section. This inner peripheral bleed is usually guided by the inner peripheral bleed introduction device from the compressor main flow path to near the center axis of the compressor rotor, and then passes through the flow path provided at the center of the compressor rotor. It is supplied to high-temperature parts such as turbine blades and turbine disks.
[0004]
Here, a force that imparts a swirl component accompanying rotation of the compressor rotor acts on the inner peripheral bleed when flowing in the direction of the central axis of the compressor rotor. As a result, when the inner peripheral bleed turns, pressure loss occurs in the inner peripheral bleed, and there is a possibility that a problem such as generation of vibration in the rotor due to the swirling flow oscillating (instability phenomenon occurs) may occur. There is. On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-214891, 2000-161002, etc. have already proposed a technique related to turning suppression of inner peripheral bleeding.
[0005]
In the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-214991, a compressor rotor is provided with a radially outer rim provided with a moving blade, a radially inner hub, and a radially outer rim and a radially inner hub between the radially outer rim and the radially inner hub. And an extending web. A plurality of slots are provided on the axial side surface of the flange portion of the web, and the slots guide the inner peripheral bleed air to regulate the bleed air and suppress turning.
[0006]
On the other hand, in the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-161002, a plurality of stepped flat portions are protruded on an axial side surface (disk surface) of a compressor disk on which a moving blade is mounted, and a gap between the stepped flat portions is provided. By guiding the inner peripheral bleeding toward the central axis using as a guide, the rotation of the inner peripheral bleeding is suppressed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above two conventional techniques have the following problems, respectively.
[0008]
First, in the related art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-214891, since the flange portion of the web is located at a position separated from the center axis of the compressor rotor, the inner peripheral bleed is introduced toward the center axis of the rotor. At this time, the flow is once rectified by the slot at the flange portion, but there is a possibility that a swirling component may be added from the time when the flow is led out of the slot to a position near the rotor axis. Therefore, pressure loss and vibration may occur as described above.
[0009]
On the other hand, in the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-161002, since the above-mentioned stepped flat portion is provided so as to protrude on the axial side surface of the compressor disk, the inner peripheral bleeding is performed in the stepped shape. It collides with the flat part, where it is diverted and forcibly pushed between the stepped flat parts. That is, when the inner peripheral bleed is introduced between the step-shaped flat portions, the step-shaped flat portion itself becomes a barrier to the flow of the inner peripheral bleed, and there is a possibility that the smooth movement of the bleed is obstructed.
[0010]
As described above, in the related art described in JP-A-2001-214991, it is difficult to suppress the swirling of the bleed air at the time when the air is finally introduced near the center axis of the compressor rotor. In the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-161002, the step-shaped flat portion itself becomes a flow path resistance to the inner peripheral bleed, and it is difficult to smoothly guide the inner bleed to the vicinity of the center axis of the compressor rotor.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inner peripheral bleed gas introduction device capable of guiding inner bleed air from a main flow path of an axial flow compressor smoothly to a vicinity of a central axis of a compressor rotor while suppressing swirling, and provided with the same. An object of the present invention is to provide a compressor.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, an inner peripheral bleeding introduction device according to the present invention comprises a pair of substantially disk-shaped compressor disks and an outer periphery of at least one of side surfaces of the pair of compressor disks facing each other. And a substantially ring-shaped stepped portion that creates an internal space between the pair of compressor disks, and the stepped portion that connects a main flow path of compressed air outside the stepped portion and the internal space. A plurality of inner peripheral bleeding introduction portions provided in the portion, and at least one of the mutually opposing side surfaces of the pair of compressor disks, recessed around a rotation center of the compressor disk, and the compressor disk; And a plurality of grooves formed so as to be curved radially outward in the rotation direction of the compressor disk.
[0013]
In the present invention, the inner peripheral bleed introduced from the inner periphery of the compressor main passage to the internal space is guided toward the center of rotation by a plurality of grooves provided in the compressor disk. The inner peripheral bleed introduced into the internal space is naturally drawn to the side of the compressor disk due to its viscosity, and as it is, it tries to turn so as to be dragged by the compressor disk due to the action of Coriolis force accompanying the rotation of the compressor disk. I do. However, in the present invention, the inner peripheral bleed near the side of the compressor disk is naturally guided to the groove recessed in the compressor disk due to the viscosity. At this time, there is nothing obstructing the movement of the inner peripheral bleed into the groove, and there is no obstacle to the flow of the inner peripheral bleed, as in the case where a stepped flat portion is protruded from the disk surface of the compressor disk. Therefore, the inner peripheral bleed can be smoothly moved into the groove.
[0014]
In addition, since each groove is curved radially outward in the rotational direction of the compressor disk, it has a circumferential angle in a direction in which the rotation of the inner peripheral bleed is suppressed. Thereby, the turning of the inner peripheral bleed in the groove is suppressed. In addition, in the inner peripheral bleed near the compressor disk, the centrifugal force acting and the pressure gradient are almost in a balanced state, but in the groove, the turning is suppressed as described above, so that the pressure gradient does not change. However, the centrifugal force acting on the inner peripheral bleed is smaller than that of the outside of the groove, and an environment in which the inner bleed flows more easily toward the rotation center of the compressor disk is provided. And, since each groove extends to the vicinity of the center of rotation of the compressor disk, the inner peripheral bleed can be guided to the vicinity of the center of rotation of the compressor disk through each groove, and after being released from the groove. The influence of the Coriolis force acting on the inner peripheral bleed can be suppressed. As described above, according to the present invention, it is possible to smoothly guide the inner peripheral bleed to the vicinity of the center axis of the compressor rotor while suppressing the swirl to a minimum.
[0015]
(2) In the above (1), preferably, the plurality of grooves are recessed from the vicinity of the step on the side surface of the compressor disk toward the rotation center of the compressor disk.
[0016]
(3) In the above (1) or (2), preferably, in addition to the plurality of grooves, at least one of the mutually facing side surfaces of the pair of compressor disks is provided with a compressor in the vicinity of the stepped portion. A plurality of sub-grooves are provided which are recessed toward the center of rotation of the disk and are formed so as to be curved radially outward of the compressor disk in the rotation direction of the compressor disk.
[0017]
(4) In any one of the above (1) to (3), more preferably, the inner peripheral bleeding introduction portion is arranged such that the inner peripheral bleeding introduction portion is arranged in the rotational direction toward the rotational center with respect to the radial direction of the compressor disk. Slant in the opposite direction.
[0018]
(5) In order to achieve the above object, the present invention further provides a substantially cylindrical casing, a plurality of stationary blades fixed to an inner peripheral side of the casing, and a plurality of substantially disk-shaped compressions in the casing. Compressor disks, which are fastened by overlapping the machine disks in the axial direction, a plurality of rotor blades provided on the outer peripheral portion of each compressor disk, and an inner periphery for guiding the compressed air in the main flow passage to the vicinity of the central axis of the compressor rotor. In the compressor provided with the bleed gas introduction device, the inner peripheral bleed gas introduction device includes at least one pair of compressor disks of the plurality of compressor disks, and one of the mutually facing side surfaces of the pair of compressor disks. A substantially ring-shaped step portion provided on at least one outer peripheral portion for creating an internal space between the pair of compressor disks, and connecting a main flow path of compressed air outside the step portion with the internal space. The step A plurality of inner peripheral bleeding introduction portions provided in the portion, and a concave portion is provided on at least one of the mutually facing side surfaces of the pair of compressor disks near a rotation center of the compressor disk and a diameter of the compressor disk. A plurality of grooves formed so as to curve outward in the direction of rotation of the compressor disk.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an inner peripheral bleeding introduction device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a compressor using a first embodiment of the inner peripheral bleeding introduction device of the present invention. In the compressor shown in FIG. 1, for example, a substantially cylindrical casing 1, a plurality of stationary blades 2 fixed to the inner peripheral side of the casing 1, and a plurality of compressor disks 3 are superposed in the axial direction, and are not shown, for example. The compressor includes a compressor rotor 4 fastened by tie bolts and the like, and a rotor blade 5 fixed to the outer peripheral side of each compressor disk 3.
[0020]
The compressor rotor 4 rotates about a center axis 6 indicated by a chain line in FIG. A plurality of rotor blades 5 are provided at a predetermined pitch in the circumferential direction on the outer peripheral portion of each compressor disk 3, and the rotor blades 5 provided on the same compressor disk 3 constitute one cascade. A plurality of stationary blades 2 are also provided at a predetermined pitch in the circumferential direction on the inner peripheral side of the casing 1, and the stationary blades 2 having the same axial direction (left-right direction in FIG. 1) form one blade row. ing. The blade rows of the moving blades 5 and the stationary blades 2 are alternately arranged in the axial direction (the left-right direction in FIG. 1), and one blade row of the moving blades 5 and the rear (the left side in FIG. One stage composed of one blade row of the stationary blades 2 is provided in multiple stages (eight stages are shown in FIG. 1, but not limited thereto).
[0021]
With such a configuration, in the compressor, the compressor rotor 4 rotates in the casing 1, and the moving blade 5 rotates between the stationary vanes 2, so that the air in the main flow path 7 flows in each stage. While being compressed, it gradually becomes high-pressure compressed air and is sent to the right side in FIG. The inner peripheral bleeding introduction device 8 of the present embodiment is provided between the two compressor disks 3a and 3b adjacent to the bleeding stage located relatively downstream of the above stages. In this embodiment, although not particularly shown for the purpose of preventing complication, a bleed air introduction section may be provided from the outer peripheral side of the main flow path 7 through the casing 1.
[0022]
The inner peripheral extraction device 8 extracts compressed air flowing through the main flow path 7 of the compressor from the inner peripheral side of the main flow path 7 of the compressor and guides the compressed air to the vicinity of the central axis 6 of the compressor rotor 4. The bleed air is transferred to a high-temperature portion such as a turbine blade or a turbine disk of a gas turbine (not shown) provided on the downstream side (the right side in FIG. 1) via an inner peripheral bleed flow passage 9 provided near the central axis 6. To serve as cooling air.
[0023]
Note that the axial position of the bleeding stage (that is, the installation position of the inner bleed gas introduction device 8) is determined by the inner bleed gas introduction device 8 and the inner circumstance because the inner bleed air must be reliably supplied to the high-temperature section. The pressure required as the inlet pressure of the inner peripheral bleeding introduction device 8 is calculated and set in consideration of the pressure loss assumed in the bleed passage 9 and the assumed pressure in the high-temperature section. That is, as described above, the compressed air in the main flow path 7 has a higher pressure on the downstream side (the right side in FIG. 1), and the compressed air in the main flow path 7 is calculated based on the derived required pressure at the inlet of the inner peripheral extraction device 8. A bleeding stage is provided at a position where the pressure increases. However, it is not necessary to provide the inner peripheral bleeding introduction device 8 at a position where the inlet pressure becomes higher than necessary.
[0024]
FIG. 2 is an enlarged view of the inner peripheral bleeding introduction device 8 shown in FIG. 1, and is a diagram illustrating a schematic configuration of an embodiment of the inner peripheral bleeding introducing device of the present invention. FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIG. 2, the inner peripheral bleeding introduction device 8 of the present embodiment includes approximately disk-shaped compressor disks 3a and 3b. The compressor disks 3a and 3b have substantially ring-shaped step portions 10a and 10b protruding from the outer peripheral surfaces of the opposing side surfaces so as to abut each other, and the compressor disks 3a and 3b are formed by the step portions 10a and 10b. An internal space 11 is created between the opposing side surfaces 3b. Further, the step portion 10a is provided with a plurality of inner peripheral bleeding introduction portions 12 provided to connect the main flow path 7 and the internal space 11. The number and shape of the inner peripheral bleeding introduction section 12 are not limited to the modes shown in FIGS. 2 and 3, but in the present embodiment, as shown in FIG. It is inclined in the direction opposite to the rotation direction toward the inside in the direction. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, eight inner peripheral bleeding introduction portions 12 are provided at approximately 45 ° intervals in the circumferential direction corresponding to the positions of the grooves 13 (described later). There is no special limitation, and the position does not necessarily have to correspond to the groove 13.
[0025]
In the present embodiment, the inner peripheral bleeding introduction section 12 is provided in a groove shape so as to form a flow path of the inner peripheral bleeding together with the step portion 10b of the compressor disk 3b, but is not limited to this. is not. In addition, although the step portions 10a and 10b are provided on both of the compressor disks 3a and 3b, the present invention is not limited to this. That is, for example, the step portion 10b is omitted, the side surface on one axial side (the left side in FIG. 2) of the compressor disk 3b is formed flat, and the step portion 10a on the compressor disk 3a side is omitted instead. It may be configured to be thicker by the thickness of 10b. Of course, the reverse is also acceptable. In such a case, the inner peripheral bleeding introduction portion 12 may be provided in the step portion 10a (or the step portion 10b) as a through hole instead of a groove.
[0026]
A plurality of grooves 13 are formed in the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b facing each other from the vicinity of the steps 10a and 10b to the vicinity of the central axis 6. Although the number of these grooves 13 is not necessarily limited, in the present embodiment, the compressor disks 3a and 3b are provided with eight grooves 13 at substantially equal intervals (45 ° intervals) in the circumferential direction. It is. Each groove 13 is formed so as to be curved radially outward in the rotational direction (ie, to have a convex shape in the direction opposite to the rotational direction). The groove depth of the grooves 13 may be relatively shallow, and cannot be unconditionally limited depending on the rating and the operating state of the compressor. In some cases, about 5 mm to 3.0 mm is sufficient.
[0027]
At this time, at an arbitrary radial position, the rotational speed of the compressor disks 3a and 3b and the radial speed of the inner peripheral bleed are used, and the angle of the flow with respect to the circumferential direction such that the swirl speed component as viewed from the stationary side becomes zero is obtained. Can be derived using the following (Equation 1). From this point of view, in the present embodiment, each groove 13 calculates the angle θ (see FIG. 3) of the inner peripheral bleeding flow direction with respect to the circumferential direction at each radial position by using (Equation 1). It is formed to have a curved shape.
[0028]
(Equation 1)

[0029]
Here, in (Equation 1), r: radius [m], N: rotation speed [1 / s], G: inner peripheral bleed flow rate [kg / s], ρ: inner peripheral bleed density [kg / m] ³ ], S: The circumferential average of the axial width of the flow on the side surfaces of the compressor disks 3a, 3b [m].
[0030]
With the above configuration, in the inner peripheral bleed gas introduction device 8 of the present embodiment, first, a part of the compressed air in the main flow path 7 is introduced via the inner peripheral bleed gas introduction unit 12 and flows into the internal space 11. I do. Immediately after the inner peripheral bleed introduced into the inner peripheral bleed introduction device 8 flows into the internal space 11 between the compressor disks 3a and 3b from the axial flow compressor main flow path 7, a part of the inner peripheral bleed is temporarily removed. 3b, it is naturally drawn to the vicinity of the side surfaces of the compressor disks 3a, 3b due to the viscosity. The inner-peripheral bleed air flowing into the internal space 11 is guided into the groove 13, moves toward the central axis 6 in the groove 13, is sent into the bleed flow path 4, and finally ends at the high-temperature portion. Is supplied as cooling air.
[0031]
Hereinafter, the operation obtained by the inner peripheral bleeding introduction device of the present embodiment having the above configuration and operation will be described.
Here, the inner peripheral bleed air extracted into the inner peripheral bleeding introduction device 8 and moved near the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b travels toward the central axis 6 and the Coriolis force accompanying the rotation of the compressor disks 3a and 3b. Of the compressor disks 3a and 3b, and tries to rotate (turn).
[0032]
Generally, the swirling flow has two types of vortices: a free vortex having a constant radial circumferential velocity and a forced vortex whose circumferential velocity is proportional to the radius. These free vortices and forced vortices coexist, and in particular, tend to be forced vortices near the center axis of the rotor and free vortices near the radial outside of the rotor. Also, in the inner peripheral bleed of the axial compressor, the rotational speed of the compressor disk is usually higher than the amount of bleed air. Therefore, if the groove 13 is omitted in the present embodiment, the inner bleed is largely swirled. Can have ingredients. In this case, there is a possibility that vibration due to a pressure loss or an unstable phenomenon occurs.
[0033]
Therefore, in the present embodiment, the above-described inner peripheral bleeding introduction device 8 is provided, and compressed air passing through the inner periphery of the main flow path 7 is extracted from the bleeding introduction unit 8, and this inner peripheral bleeding is performed by the steps 10a, 10b. The internal space 11 is guided by the groove 13 toward the central axis 6 in the internal space 11.
[0034]
Specifically, the inner peripheral bleed introduced into the inner peripheral bleed introduction device 8 is naturally guided into the respective grooves 13 from the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b due to its viscosity. At this time, since the grooves 13 are recessed with respect to the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b, a plurality of protrusions are temporarily provided on the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b, and a guide groove is formed between the protrusions. In comparison with the case where there is no barrier on the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b, the inner peripheral bleed can be smoothly introduced into each groove 13.
[0035]
At this time, in the present embodiment, each groove 13 is formed so as to be curved radially outward in the rotation direction of the compressor disks 3a and 3b (to be convex in the direction opposite to the rotation direction). Therefore, each groove 13 has a circumferential angle in a direction that suppresses the turning of the inner peripheral bleed (see also the above (Equation 1)). Therefore, by guiding the inside of the groove 13, the turning of the inner peripheral bleeding can be suppressed.
[0036]
Further, in the vicinity of the compressor disks 3a and 3b, the centrifugal force acting on the inner peripheral extraction and the pressure gradient are substantially balanced, and the centrifugal force and the pressure acting on the inner peripheral extraction become higher toward the outer peripheral side. Since the rotation of the inner peripheral bleed in the groove 13 is suppressed, the centrifugal force acting on the inner peripheral bleed is smaller inside each groove 13 than outside the groove 13. Therefore, the inside of each groove 13 can be set as an environment in which the inner peripheral bleed flows smoothly in the direction of the rotor center axis 6. Further, as shown in FIG. 3, the groove 13 is very close to the center axis 6 of the rotor and extends to a position facing the inner peripheral bleed passage 9, so that the inner peripheral bleed derived from the groove 13 is not removed. In addition, it is possible to prevent the turning component from being applied under the influence of the Coriolis force.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, the inner peripheral bleed introduced from the main flow path 7 can be smoothly guided to the vicinity of the central axis 6 while suppressing the swirl to a minimum. Thereby, pressure loss can be suppressed as much as possible, and vibration of the compressor rotor 4 can be prevented by suppressing turning. Then, the cooling air is smoothly supplied to the high-temperature portion, so that the turbine blades and the turbine disks of the gas turbine can be effectively cooled, and the life of the gas turbine plant can be extended.
[0038]
Here, conventionally, for the purpose of preventing the swirling of the inner peripheral bleeding, an inner peripheral bleeding introducing device in which a guide vane or a tube is attached to a compressor disk of the bleeding stage has been generally used. However, the use of guide vanes and tubes has the following two technical problems.
First, since the guide vanes and tubes require a relatively large installation space, due to the structural space restrictions in the inner peripheral bleeding introduction device, in order to secure the flow area of the inner peripheral bleed, It was difficult to extend the guide vanes, tubes, and the like to the vicinity of the center axis of the rotor. For this reason, there is a high possibility that the rotation will occur due to the Coriolis force between the time when the inner peripheral bleed air is released from the guide vanes and the tube and the time when the air reaches the vicinity of the rotor center axis.
Second, since the compressor disk rotates at a high speed, when attaching relatively heavy guide vanes or tubes to the disk, sufficient mounting strength must be ensured, and structural strength must be secured. Was sometimes disadvantageous.
[0039]
On the other hand, according to the present embodiment, the groove 13 for guiding the inner peripheral bleeding toward the central axis 6 is recessed with respect to the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b. Takes no space. Since the installation space is not taken up, as shown in FIGS. 2 and 3, the groove 13 can be installed up to the vicinity of the center axis 6, and its radially inner end faces the inner peripheral bleed passage 9. Can be located up to. Thereby, the action of the Coriolis force on the inner peripheral bleed after being released from the groove 13 can be reduced. Furthermore, the groove 13 is recessed with respect to the compressor disks 3a, 3b, so that it is lighter in weight, and there is no disadvantage in structural strength as described above.
[0040]
Here, according to the present embodiment, the number of parts is small, and the manufacturing and assembly are easy, and the production is easy, as compared with a general inner peripheral bleeding introduction device using guide vanes, tubes, and the like. It also contributes to improving the performance. This also has the advantage that it can be manufactured relatively inexpensively.
[0041]
In the above embodiment, when setting the angle θ in the above (Equation 1), it is sufficient to adopt the values at the time of rated operation as the parameters N, G, ρ, and s. Alternatively, an assumed value in another operating condition may be adopted in consideration of various operating patterns. Also, the flow direction of the inner peripheral bleed immediately after being introduced from the inner peripheral bleed introduction unit 12 may be different from the angle obtained by (Equation 1). In this case, the flow direction of the inner peripheral bleed immediately after being introduced from the inner peripheral bleed introduction unit 12 and the flow direction near the central axis 6 calculated by (Equation 1) are smoothly connected, and the obtained curve is obtained. It is also conceivable that the shape of the groove 13 is bent along. In these cases, similar effects can be obtained.
[0042]
Further, when the operation state cannot be determined, the parameters N, G, ρ, and s cannot always be set, and the angle θ cannot always be determined by (Equation 1). In this case or the like, even if the shape of the groove 13 is not strictly calculated using (Equation 1), 0 ° ≦ θ ≦ 90 °, and the tendency is to simply move radially outward from the center axis 6 of the rotor. Each groove 13 may be formed so that the angle θ becomes small. In this case, almost the same effect can be obtained.
[0043]
Further, in FIG. 3, the grooves 13 are provided on both opposing side surfaces of the compressor disks 3a and 3b, but the grooves 13 may be provided on only one of the compressor disks 3a and the compressor disks 3b. . For example, when the groove 13 is provided only on the compressor disk 3a side, the inside of the groove 13 is in an environment in which the inner peripheral bleed easily flows toward the central axis 6 as described above. On the other hand, the inner peripheral bleed near the side surface of the compressor disk 3b moves radially outward due to the action of the centrifugal force, merges with the inner bleed air moving to the groove 13 of the compressor disk 3b, and finally the groove 13 And is guided to the vicinity of the central axis 6 and supplied to the inner peripheral bleed passage 9. In this case, the flow rate of the inner peripheral bleed air flowing on the compressor disk 3a side increases as much as the inner peripheral bleed air from the compressor disk 3b joins, so that the angle of the groove 13 is equal to the groove of both the compressor disks 3a and 3b. It is better to increase the angle θ as compared with the case where 13 is provided. It goes without saying that the same applies to the case where the groove 13 is provided only in the compressor disk 3b. In this case, almost the same effect can be obtained.
[0044]
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a second embodiment of the inner peripheral bleeding introduction device of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG. However, in FIG. 4, the same parts as those in the previous figures are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. This embodiment is an embodiment in which the sub-groove 14 is additionally provided in the above-described first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.
[0045]
The sub-groove 14 is shorter than the groove 13 and extends from the vicinity of the step portion 10a (or the step portion 10b) to an intermediate position in the radial direction. That is, as shown in FIG. 4, the distance between each groove 13 and the adjacent groove 13 becomes wider toward the outside in the radial direction, but the sub-groove 14 is provided in the space between the widened grooves 13. Is provided. Each of the sub-grooves 14 is curved so as to have a convex shape in the direction opposite to the rotation direction, like the respective grooves 13. It is sufficient that this shape is set in the same manner as the groove 13.
[0046]
According to the present embodiment, the provision of the sub-groove 14 reduces the grooveless area on the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b. In other words, the space in which the inner-peripheral bleed air can easily move toward the central axis 6 increases, and, as described above, the rotation is suppressed to a minimum and the smoother and more efficient operation than in the first embodiment is achieved. Can be guided toward the central axis 6.
[0047]
In the present embodiment, the internal groove extraction is more efficiently and smoothly guided toward the central axis 6 by additionally providing the sub-groove 14. However, in this embodiment, for example, a sub-groove different from the groove 13 is used. Even if the grooves 14 are not additionally provided, for example, in FIG. 3, the number of the grooves 13 may be increased by narrowing the interval between the grooves 13 (eg, narrowing the interval from 45 ° to 30 °). Further, in FIG. 3, the groove width of the radially outer portion may be widened while the number of the grooves 13 is kept as it is, and a region without grooves on the side surfaces of the compressor disks 3a and 3b may be reduced. Even in these cases, substantially the same effects can be obtained, and any one of the configuration examples may be appropriately selected and employed in consideration of the processing cost and the like.
[0048]
In addition, the groove 13 is configured to continuously extend from the vicinity of the stepped portion 10a (or the stepped portion 10b) to the vicinity of the center axis 6, but is not necessarily limited thereto, and may be partially interrupted at a certain position in the radial direction. Configuration may be used. Further, when there is the sub-groove 14 as shown in FIG. 4, the groove 13 extends not from the vicinity of the step portion 10a (or the step portion 10b) but from the radially intermediate portion of the compressor disks 3a, 3b to the vicinity of the central shaft 6. There may be an existing configuration. Also, in FIG. 4, two types of different grooves (the groove 13 and the sub-groove 14) are provided, but in this case, the groove 13 and the sub-groove 14 do not necessarily have to overlap in the radial direction. In the second embodiment, the grooves 13 and the sub-grooves 14 are provided alternately, so that the number of the grooves 13 and the sub-grooves 14 is the same. However, the number of the grooves 13 and the sub-grooves 14 is not necessarily limited. The arrangement of the grooves 14 does not need to be alternated. In this case, the same effect can be obtained.
[0049]
Further, in the above, a solid disk is used as the compressor disk 3a, but the present invention is not limited to this, and a hollow disk such as the compressor disk 3b may be used. Further, although the center axis 6 of the compressor rotor 4 is merely a rotation center and does not necessarily have a shaft, it is needless to say that each compressor disk 3 (including the compressor disks 3a and 3b) is not shown. May be inserted. Further, in the second embodiment, two kinds of different grooves (the groove 13 and the sub-groove 14) are provided. However, the present invention is not limited to this, and more kinds of grooves may be formed without departing from the technical idea of the present invention. It may be provided. In this case, the same effect can be obtained.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, since each groove is recessed on the side surface of the compressor disk, there is nothing to prevent the inner peripheral bleed near the compressor disk side from moving into the groove. Guided naturally to the ditch. In addition, since each groove is curved radially outward in the rotational direction of the compressor disk, the groove has a circumferential angle in a direction in which the rotation of the inner circumferential bleed is suppressed, and the inner circumferential bleed inside the groove. Is suppressed. In addition, since the rotation of the inner peripheral bleed is suppressed in the groove, the centrifugal force acting on the inner bleed is smaller than that outside the groove, and the inner bleed flows more easily toward the rotation center of the compressor disk. Environment. And, since each groove extends to the vicinity of the center of rotation of the compressor disk, the inner peripheral bleed can be guided to the vicinity of the center of rotation of the compressor disk through each groove, and after being released from the groove. The turning of the inner peripheral bleeding can be suppressed.
[0051]
As described above, according to the present invention, it is possible to smoothly guide the inner peripheral bleed to the vicinity of the center axis of the compressor rotor while suppressing the swirl to a minimum. Further, thereby, the pressure loss of the inner peripheral bleeding can be suppressed, and the vibration of the compressor rotor can be prevented. Further, the inner peripheral bleed air can be smoothly supplied to the high temperature portion of the gas turbine, and the high temperature portion can be efficiently cooled. Further, since the number of parts can be reduced, productivity can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a compressor using a first embodiment of an inner peripheral bleeding introduction device of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the inner peripheral bleeding introduction device 8 shown in FIG. 1 and is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the inner peripheral bleeding introducing device of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a second embodiment of the inner peripheral bleeding introduction device of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
1 casing
2 Stationary wing
3 Compressor disk
3a, b Compressor disk
4 Compressor rotor
5 bucket
7 Main flow path
8 Inner circumference extraction device
10a, b step
11 Internal space
12 Inner circumference extraction
13 grooves
14 Minor groove

Claims

略円盤状の一対の圧縮機ディスクと、
これら一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方の外周部に設けられ、前記一対の圧縮機ディスクの間に内部空間を創出する略リング状の段差部と、
この段差部の外側の圧縮空気の主流路と前記内部空間とを接続するよう、前記段差部に設けた複数の内周抽気導入部と、
前記一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方に、前記圧縮機ディスクの回転中心付近にかけて凹設されると共に、前記圧縮機ディスクの径方向外側に向かって、前記圧縮機ディスクの回転方向に湾曲するよう形成された複数の溝と
を備えたことを特徴とする内周抽気導入装置。A pair of substantially disk-shaped compressor disks;
A substantially ring-shaped step portion provided on the outer peripheral portion of at least one of the mutually facing side surfaces of the pair of compressor disks and creating an internal space between the pair of compressor disks,
A plurality of inner-peripheral bleed air introduction portions provided in the step portion, so as to connect a main flow path of compressed air outside the step portion and the internal space;
At least one of the mutually opposing side surfaces of the pair of compressor disks is recessed around the center of rotation of the compressor disk, and radially outward of the compressor disk. An inner peripheral bleeding introduction device comprising: a plurality of grooves formed so as to be curved in a rotation direction.

請求項１記載の内周抽気導入装置において、前記複数の溝は、前記圧縮機ディスクの側面における前記段差部付近から前記圧縮機ディスクの回転中心に向かって凹設されていることを特徴とする内周抽気導入装置。2. The inner peripheral bleeding introduction device according to claim 1, wherein the plurality of grooves are recessed from the vicinity of the step on the side surface of the compressor disk toward the rotation center of the compressor disk. 3. Inner circumference extraction device.

請求項１又は２記載の内周抽気導入装置において、前記一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方に、前記複数の溝に加えて、前記段差部付近から圧縮機ディスクの回転中心に向かって凹設されると共に、前記圧縮機ディスクの径方向外側に向かって、前記圧縮機ディスクの回転方向に湾曲するよう形成された複数の副溝を備えたことを特徴とする内周抽気導入装置。3. The inner peripheral bleeding introduction device according to claim 1, wherein at least one of the side surfaces of the pair of compressor disks facing each other, the rotation of the compressor disk from the vicinity of the stepped portion in addition to the plurality of grooves. 4. An inner periphery provided with a plurality of sub-grooves that are recessed toward the center and that are formed so as to be curved radially outward of the compressor disk in a rotation direction of the compressor disk. Bleed introduction device.

請求項１乃至３のいずれか１項記載の内周抽気導入装置において、前記内周抽気導入部は、前記圧縮機ディスクの径方向に対し、前記回転中心に向かって前記回転方向と逆方向に傾斜していることを特徴とする内周抽気導入装置。4. The inner peripheral bleeding introduction device according to claim 1, wherein the inner peripheral bleeding introduction section is arranged in a direction opposite to the rotation direction toward the rotation center with respect to a radial direction of the compressor disk. 5. An inner peripheral bleeding introduction device characterized by being inclined.

略円筒形状のケーシングと、このケーシングの内周側に固定した複数の静翼と、前記ケーシング内にて略円盤状の複数の圧縮機ディスクを軸方向に重ね合わせて締結した圧縮機ロータと、各圧縮機ディスクの外周部に設けた複数の動翼と、主流路の圧縮空気を前記圧縮機ロータの中心軸付近に導く内周抽気導入装置とを備えた圧縮機において、
前記内周抽気導入装置は、前記複数の圧縮機ディスクのうちの少なくとも一対の圧縮機ディスクと、これら一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方の外周部に設けられ前記一対の圧縮機ディスクの間に内部空間を創出する略リング状の段差部と、この段差部の外側の圧縮空気の主流路と前記内部空間とを接続するよう前記段差部に設けた複数の内周抽気導入部と、前記一対の圧縮機ディスクの互いの対向側面のうちの少なくとも一方に前記圧縮機ディスクの回転中心付近にかけて凹設されると共に前記圧縮機ディスクの径方向外側に向かって前記圧縮機ディスクの回転方向に湾曲するよう形成された複数の溝とを備えることを特徴とする圧縮機。A substantially cylindrical casing, a plurality of stationary blades fixed to an inner peripheral side of the casing, and a compressor rotor in which a plurality of substantially disk-shaped compressor disks are axially overlapped and fastened in the casing. In a compressor including a plurality of rotor blades provided on an outer peripheral portion of each compressor disk, and an inner peripheral bleed introduction device that guides compressed air in a main flow path to a vicinity of a central axis of the compressor rotor,
The inner peripheral bleeding introduction device is provided on at least one pair of compressor disks of the plurality of compressor disks and at least one outer peripheral portion of the mutually opposing side surfaces of the pair of compressor disks. A substantially ring-shaped step portion for creating an internal space between the compressor disks, and a plurality of inner peripheral bleeds provided in the step portion to connect a main flow path of compressed air outside the step portion and the internal space. An introduction portion, and at least one of the opposing side surfaces of the pair of compressor disks, which is recessed around a rotation center of the compressor disk and radially outward of the compressor disk; And a plurality of grooves formed so as to be curved in the rotation direction of the compressor.