JP6421091B2 - 軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼 - Google Patents

Description

本発明は、軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼に関する。

軸流圧縮機では、作動流体の流通する環状流路の周方向に配置された複数の動翼及び複数の静翼により動翼列及び静翼列が形成されている。１組の動翼列及び静翼列により１つの段落が構成され、複数段の段落が備えられている。

近年、軸流圧縮機では、高圧力比化と段数の削減による低コスト化とを両立する高負荷化が要求されている。高負荷圧縮機の亜音速翼では、環状流路における翼の位置する内周側又は外周側の壁面（翼の壁面）での境界層の発達により二次流れが増加するため、翼面と流路壁面で形成されるコーナー部で流れの失速（コーナーストール）が発生して圧力損失が増大する虞がある。したがって、コーナーストールを抑制できる高性能な翼形及び流路壁面形状を生成することが、高性能な高負荷圧縮機を開発するための重要課題である。

例えば、流路壁面（翼の壁面）付近での流れの剥離を回避しつつ、圧縮機の効率と失速マージンを同時に向上させることが可能な圧縮機の静翼として、半径方向スパン中央部（ウェスト部）の翼弦長を翼先端や翼根元の翼弦長より短くすると共に翼の後縁を湾曲させたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−１３２６９６号公報

ところで、上流翼列での流出角が翼高さ方向（半径方向）に非一様である場合（例えば、流路壁面近傍での流出角が翼高さ中央部での流出角よりも大きい場合）や翼列より上流側の環状流路に翼列の下流側からの漏れ流れが流入する場合には、翼列の壁面近傍の境界層が影響を受ける。上記特許文献１では、このような上流翼列の流出角の非一様性や漏れ流れの影響についての言及がなく、これらの影響について十分考慮されていないものと思われる。すなわち、特許文献１に記載の静翼を備えた圧縮機においては、上流翼列の流出角の非一様性や漏れ流れの影響により静翼列の壁面近傍の境界層の流れの向きが主流の流れの向きに対して大きく捩れる（ずれる）と、コーナーストールを回避できない虞がある。

また、何らかの要因により、翼列入口での流路壁面の境界層が厚い場合でも、上述した上流翼列の流出角が非一様性である場合や漏れ流れがある場合と同様に、翼列の壁面での境界層の流れが主流に対して大きく捩れる可能性があり、コーナーストールを回避できない虞がある。

このような流れの剥離や失速は、バフェッティングやサージングなどの非定常な流体振動を誘発するので、圧縮機の信頼性の低下の虞がある。さらに、流れの剥離の影響は、剥離の生じた翼に限定されない。すなわち、流れの剥離により、下流側の翼に対する流入角が翼高さ方向において非一様化するので、後続翼列での圧力損失の増加や圧縮機の信頼性の低下を招く虞もある。この場合、圧縮機全体としての大きな効率の低下や信頼性の低下につながる。

また、コーナーストールを回避できたとしても、翼列出口での流出角が非一様な状態になれば、下流側の翼に対する流入角が非一様化してしまう。この場合も、後続翼列での圧力損失の増加や圧縮機の信頼性の低下を招く虞がある。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、翼のコーナーストールを抑制すると同時に後続翼列に対する流れの流入条件を適正化して、圧縮機全体の効率の向上及び信頼性の確保が可能な軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼を提供することにある。

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、作動流体の流通する環状流路内に配置された複数の動翼で構成される動翼列及び複数の静翼で構成される静翼列を複数備え、前記環状流路の内周側及び外周側の少なくとも一方の壁面における、前記動翼列及び前記静翼列の少なくとも一方の位置する部分は、その下流側部分が上流側部分よりも前記環状流路に迫り出るように湾曲した迫り出し部を有し、前記迫り出し部を有する壁面に位置する翼列の翼は、前記迫り出し部を有する壁面側の翼端部における翼出口角の壁面方向の増加率が、翼高さ中間部における翼出口角の前記壁面方向の増加率よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、環状流路の壁面における動翼列及び静翼列の少なくとも一方の位置する部分の下流側を上流側よりも環状流路に迫り出すことで、流路壁面での境界層の発達が局所的に抑制されるので、翼面と流路壁面とで形成されるコーナー部における流れの剥離（コーナーストール）を抑制することができる。さらに、翼の迫り出た流路壁面側の翼端部における翼出口角の壁面方向の増加率を翼高さ中間部における翼出口角の増加率よりも大きくすることで、流路壁面の迫り出しによる翼列出口での流れの流出角の過度な減少が抑制されるので、後続翼列に対する流入条件を適正化することができる。この結果、圧縮機全体の効率の向上及び圧縮機の信頼性の確保を実現できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の軸流圧縮機を備えたガスタービンの第１の実施の形態を示す構成図である。 本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の要部構造を示す子午面断面図である。 図２の符号Ｘに示す静翼列の静翼及び環状流路の壁面形状を拡大して示す子午面断面図である。 翼列を構成する翼の翼形の各種の形状パラメータを示す説明図である。 図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼の内周端、中間部、及び外周端の翼形を示す説明図である。 図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び比較例としての基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。 本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び流路壁面形状に対する比較例としての従来の基準翼及び流路壁面形状における子午面内の流れを示す説明図である。 本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び流路壁面形状に対する比較例としての従来の基準翼の翼列における翼間流れを示す説明図である。 図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び従来の基準翼における翼高さ方向の全圧損失分布を示す特性図である。 図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び従来の基準翼における翼高さ方向の流出角分布を示す特性図である。 図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び流路壁面形状における子午面内の流れを示す説明図である。 図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼列における翼間流れを示す説明図である。 本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の変形例の一部を構成する静翼及び環状流路の壁面形状を示す子午面断面図である。 図１３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の変形例の一部を構成する静翼及び基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。 本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第２の実施の形態における環状流路の内周側壁面の迫り出し部を示す説明図である。 本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の要部構造を示す子午面断面図である。 図１６に示す本発明の軸流圧縮機の第３の実施の形態の一部を構成する動翼及び基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。 本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の変形例の要部構造を示す子午面断面図である。 図１８に示す本発明の軸流圧縮機の第３の実施の形態の変形例の一部を構成する動翼及び基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。

以下、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、ここでは、本発明をガスタービンの軸流圧縮機に適用する例を説明するが、本発明は、例えば、産業用の軸流圧縮機にも適用可能である。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第１の実施の形態の構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の軸流圧縮機を備えたガスタービンの第１の実施の形態を示す構成図、図２は本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の要部構造を示す子午面断面図である。図１中、実線の矢印は作動流体の流れを、破線の矢印は燃料の流れを示している。図２中、白抜き矢印は作動流体の流れを、矢印は漏れ流れを示している。

図１において、ガスタービンは、吸込空気を圧縮する軸流圧縮機１と、軸流圧縮機１で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２と、燃焼器２で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービン３とを備えている。軸流圧縮機１とタービン３は、軸４で直結されている。ガスタービンには、電力を発生する発電機５が接続されている。

軸流圧縮機１は、図２において、回転自在に保持されたロータ１１と、ロータ１１の外周部において周方向に取り付けられた複数の動翼で構成される動翼列１２と、ロータ１１を内包するケーシング１３と、ケーシング１３の内周部において周方向に取り付けられた複数の静翼で構成された静翼列１４とを備えている。動翼列１２と静翼列１４との組合せで１つの段落が構成される。軸流圧縮機１は、ロータ１１の軸方向に複数段の段落（図２では、最終段の動翼列及び静翼列のみを図示）を備えている。軸流圧縮機１では、単段により達成可能な圧力比に限界があるので、複数段を直列に配置することで目的に応じた圧力比を達成している。ロータ１１における最終段の動翼列１２より下流側の部分は、内周ケーシング１５により間隔をあけて覆われている。内周ケーシング１５の上流側の外周部には、円環状の溝部１５ａが設けられている。

静翼列１４の静翼は、例えば、ケーシング１３に片持ち支持された横断面形状が翼形の翼部１７と、翼部１７の内周端に設けられた翼端シュラウド１８とで構成されている。周方向に隣接する静翼の翼端シュラウド１８は相互に連結されており、静翼列１４の全体として円環状に形成されている。連結された円環状の翼端シュラウド１８は、内周ケーシング１５の溝部１５ａに配置されている。翼端シュラウド１８と、内周ケーシング１５の溝部１５ａを画成する底面や側面との間には、軸流圧縮機１の起動時におけるケーシング１３と内周ケーシング１５の相対的なずれを許容するために、間隙Ｇが設けられている。

動翼列１２及び静翼列１４は、作動流体が流通する環状流路Ｐ内に配置されている。環状流路Ｐの外周側壁面は、主に、ケーシング１３の内周面２０により構成されている。環状流路Ｐの内周側壁面の一部は、ロータ１１における動翼列１２の取付部分の外周面２１と、内周ケーシング１５の外周面２２と、翼端シュラウド１８の外周面２３とで構成されている。つまり、動翼列１２、静翼列１４の内周側及び外周側に位置する壁面は、環状流路Ｐの内周側及び外周側の壁面の一部である。静翼列１４より下流側の環状流路Ｐと静翼列１４より上流側の環状流路Ｐは、間隙Ｇにより連通状態になっている。

次に、本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の一部を構成する静翼列及び静翼列の壁面の詳細な構造を図３乃至図６を用いて説明する。
図３は図２の符号Ｘに示す静翼列の静翼及び環状流路の壁面形状を拡大して示す子午面断面図、図４は翼列を構成する翼の翼形の各種の形状パラメータを示す説明図、図５は図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼の内周端、中間部、及び外周端の翼形を示す説明図、図６は図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び比較例としての基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。図４中、矢印Ａはロータの軸方向を、矢印Ｃはロータの周方向を示している。図５中、縦軸Ｃはロータ周方向を、横軸Ａはロータの軸方向を示している。点線Ｌは静翼の翼部の内周端（翼高さ０％）の翼形を、実線Ｍは翼部の内周端と外周端の中間位置（翼高さ５０％）の翼形を、破線Ｎは翼部の外周端（翼高さ１００％）の翼形を示している。図６中、縦軸ＨＤは無次元翼高さを、横軸ｋ２は翼出口角を示している。無次元翼高さＨＤは、翼部全長に対する翼部の内周端からの任意の翼高さの比であり、任意の翼高さの翼部全長に対する相対的な位置を示すものである。また、実線Ｉは本実施の形態の場合を、破線Ｒは後述する基準翼の場合を示している。なお、図３乃至図６において、図１及び図２に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

静翼列１４の静翼の翼部１７は、図３及び図４に示すように、その上流側端部の前縁３１と、後流側端部の後縁３２と、前縁３１と後縁３２とを接続する背側の負圧面３３と、前縁３１と後縁３２とを接続する腹側の圧力面３４とで構成されている。前縁３１と後縁３２とを結ぶ線分は翼弦線３６であり、翼弦線３６の軸方向長さは軸コード長Ｃｘである。翼形の負圧面３３と圧力面３４との中点を順々に結んで得られる曲線はキャンバー線３７である。キャンバー線３７の前縁３１における接線と軸方向Ａとの成す角は翼入口角ｋ１であり、キャンバー線３７の後縁３２における接線と軸方向Ａとの成す角は翼出口角ｋ２である。なお、動翼列１２の動翼の場合も、前縁３１ｒと、後縁３２ｒと、背側の負圧面と、腹側の圧力面とで構成されており、軸コード長Ｃｘ、翼入口角、翼出口角ｋ２の定義も静翼の場合と同様である（後述する図１６及び図１７参照）。

静翼の翼部１７の前縁３１の子午面形状は、図３に示すように、内周側端部及び外周側端部が翼高さ中間部よりも上流側に延在している。一方、翼部１７の後縁３２の子午面形状は、翼高さ方向（径方向）に略直線状とされている。すなわち、翼部１７の軸コード長Ｃｘは、図３及び図５に示すように、内周側端部及び外周側端部が翼高さ中間部よりも長くなるように設定されている。翼部１７の内周側端部及び外周側端部は、その軸コード長Ｃｘが翼高さ中間部に向かって徐々に減少するように形成されている。なお、本明細書において、翼部１７の内周側端部とは、環状流路Ｐの内周側壁面で生じる境界層の影響を受けやすい領域であり、具体的には、内周端から翼部１７の全長の１５％程度の高さまでの部分である。同様に、翼部１７の外周側端部とは、環状流路Ｐの外周側壁面で生じる境界層の影響を受けやすい領域であり、具体的には、翼部１７の全長の８５％程度の高さから外周端までの部分である。翼部１７の翼高さ中間部は、環状流路Ｐの内周側や外周側の壁面で生じる境界層の影響を受けにくく、主流の影響が及ぶ領域であり、翼部１７のうち内周側端部と外周端部を除いた部分、つまり、翼部１７の全長の約１５％から約８５％までの部分である。

また、翼部１７の内周側端部は、図５及び図６に示すように、その翼出口角が翼高さ中間部の翼出口角よりも大きくなるように設定されている。さらに、翼部１７の内周側端部における翼出口角ｋ２の翼高さ方向の分布は、図６に示すように、内周端方向（環状流路Ｐの内周側壁面方向）に徐々に増加している。また、翼部１７の翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の翼高さ方向の分布は、例えば、内周端方向に単調に増加している。加えて、翼部１７の内周側端部における翼出口角ｋ２の内周端方向（環状流路Ｐの内周側壁面方向）の増加率が、翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の内周端方向の増加率よりも大きくなるように設定されている。

図３に戻って、ケーシング１３の内周面２０における静翼列１４の取付部分、すなわち、環状流路Ｐにおける静翼列１４の外周側壁面は、ロータ１１の回転軸線Ａ（図２参照）からの半径が略一定の円筒面に形成されている。内周ケーシング１５における溝部１５ａより上流側の外周面２２、すなわち、環状流路Ｐの内周側壁面における静翼列１４より上流側の一部分は、静翼列１４の入口（前縁３１）での環状流路Ｐの子午面流路高さＨｌが略一定となるように、円筒面に形成されている。

静翼列１４の翼端シュラウド１８の外周面２３、つまり、環状流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面は、その下流側部分が上流側部分よりも環状流路Ｐにδ分迫り出るように湾曲した迫り出し部２４を有している。この迫り出し部２４は周方向に一様に形成されている。換言すると、環状流路Ｐにおける静翼列１４の出口（後縁３２）の子午面流路高さＨｔが静翼列１４の入口の子午面流路高さＨｌよりもδ分だけ縮小するように設定されている。翼端シュラウド１８の外周面２３の具体的な構成は、内周ケーシング１５の溝部１５ａより上流側の外周面２２と略同一面上に位置する第１の円筒面２５と、第１の円筒面２５の下流側に位置して第１の円筒面２５に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの外側に凸形状の第１の曲面２６と、第１の曲面２６の下流側に位置して第１の曲面２６に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの内側に凸形状の第２の曲面２７と、第１の曲面２６と第２の曲面２７の間の変曲点２８と、第２の曲面２７の下流側に位置して第２の曲面２７に滑らかに繋がる第２の円筒面２９とで構成されている。第２の円筒面２９は、第１の円筒面２５よりδ分径方向外側に位置している。変曲点２８は、例えば、前縁３１からの軸方向位置が軸コード長Ｃｘに対する比率で約５０％としている。

次に、本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の作動流体の流れの概略を図１及び図２を用いて説明する。
図１に示すガスタービンの軸流圧縮機１により、作動流体としての大気が吸い込まれて圧縮される。この圧縮空気は燃焼器２に導かれて燃料と混合・燃焼され、高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスがタービン３を駆動し、熱エネルギが動力エネルギに変換される。この動力エネルギは、軸流圧縮機１を駆動することで消費されると共に発電機５により電気エネルギに変換される。

図２に示す軸流圧縮機１内に吸い込まれた作動流体は、子午面流路（子午面断面の環状流路）Ｐ内に配置された動翼列１２を通過した後、静翼列１４を通って排出気流として下流へ流出する。この際、作動流体は、タービン３（図１参照）により駆動されたロータ１１と共に回転する動翼列１２によって運動エネルギを与えられ、さらに、静翼列１４での減速及び流れの向きの転向によって、その運動エネルギが圧力エネルギに変換され、高圧、高温の状態となる。子午面流路Ｐを通過する作動流体は、複数の動翼列１２と複数の静翼列１４を交互に通過することで、所定の高圧力状態に到達する。

次に、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第１の実施の形態の作用及び効果を従来の基準翼と比較しつつ説明する。
まず、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第１の実施の形態に対する比較例としての従来の基準翼の構成及び作用を図６乃至図１０を用いて説明する。

図７は本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び流路壁面形状に対する比較例としての従来の基準翼及び流路壁面形状における子午面内の流れを示す説明図、図８は本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び流路壁面形状に対する比較例としての従来の基準翼の翼列における翼間流れを示す説明図、図９は図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び従来の基準翼における翼高さ方向の全圧損失分布を示す特性図、図１０は図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び従来の基準翼における翼高さ方向の流出角分布を示す特性図であるである。図８中、矢印Ａはロータの軸方向を、矢印Ｃはロータの周方向を示している。図９中、縦軸ＨＤは無次元翼高さを、横軸Ｃｐは翼の全圧損失係数を示している。図１０中、縦軸ＨＤは無次元翼高さを、横軸θは翼列出口の流出角を示している。また、図９及び図１０中、実線Ｉは本実施の形態の場合を、破線Ｒは基準翼の場合を示している。なお、図７乃至図１０において、図１乃至図６に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

従来の基準翼１００の翼部１０１は、図７に示すように、前縁１１１及び後縁１１２の子午面形状が径方向に略直線状となっている。すなわち、翼部１０１の軸コード長Ｃｘは、翼高さ方向（径方向）で略一定である。また、基準翼１００の翼端シュラウド１０２の外周面１２１は、円筒面に形成されている。つまり、子午面流路高さＨが略一定となるように設定されている。翼部１０１の翼出口角ｋ２は、図６に示すように、外周端（無次元翼高さ１．０）から内周端（無次元翼高さ０．０）に向かって単調に増加するように分布している。

図７に示す子午面流路Ｐ内を作動流体が流れると、子午面流路Ｐの内周側端壁面及び外周側端壁面で境界層が発達する。その上、子午面流路Ｐ内の作動流体の一部が基準翼１００の下流側から翼端シュラウド１０２の内周側の間隙Ｇを通って、基準翼１００の上流側へ到達する漏れ流れになる。これは、間隙Ｇにより、圧力レベルの異なる基準翼１００の下流側（高圧側）と上流側（低圧側）とが連通しているためである。この間隙Ｇを通過する漏れ流れの流量は、主流の流量の０．５〜２％程度と小さい。しかし、この漏れ流れは、下流側と上流側との圧力差で生じる流れであるので、主流とは異なり、軸方向の速度成分が主である。

この漏れ流れが主流に合流する際に、子午面流路Ｐの内周側壁面近傍の境界層に対して流れ方向を変化させると共に低速域を増加させるので、この境界層は大きく非一様化する。図７に示す基準翼１００の場合には、翼部１０１の負圧面１１３の流線Ｓの分布から明らかなように、漏れ流れによる境界層の大きな非一様化が翼部１０１の負圧面１１３側の下流側領域でのコーナーストールを誘発する結果となっている。

すなわち、図８に示すように、漏れ流れの影響を受けた内周側壁面近傍の境界層の流れＢは、内周側壁面から離れた主流Ｍとは、流れ方向及び流速が大きく異なっている。この境界層の流れＢは、翼部１０１間の圧力面１１４側から負圧面１１３側に向かう二次流れＳｆ１の影響により、翼部１０１の負圧面１１３側の下流側領域の逆圧力勾配に抗し切れなくなる。その結果、大きな逆流渦Ｅ１が発生して流れの剥離域が形成され、大きな圧力損失が生じる。つまり、図９に示すように、内周側壁面近傍（無次元翼高さＨＤが０．０５から０．３）の全圧損失係数Ｃｐが大きくなる。

同時に、流れの剥離域のブロッケージの効果により、基準翼１００の翼列出口での流出流れＴ１がより周方向Ｃ側に転向する。つまり、図１０に示すように、内周側壁面近傍（無次元翼高さＨＤが０．０から０．３）の基準翼１００の翼列出口における流出角θが大きくなる。この流出流れＴ１の周方向Ｃ側への転向により、この翼列の後続翼列に対する流入角が増大し、後続翼列に流入角のミスマッチが生じて損失が増加する。

このように、従来の基準翼１００の場合には、基準翼１００の下流側から間隙Ｇを介した上流側への漏れ流れの影響により、翼部１０１の負圧面１１３側の下流側領域に流れの剥離域が形成されて損失が大きくなる。さらに、形成された流れの剥離域によるブロッケージにより、内周側壁面近傍の翼列出口における作動流体の流出角θが大きくなる。このため、剥離の発生した翼列の後続翼列に対する流入角が増大するので、後続翼列での圧力損失の増加や剥離の発生の危険性も増加する。

次に、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第１の実施の形態の作用及び効果を図３、図５、図６、図９乃至図１２を用いて説明する。
図１１は図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼及び流路壁面形状における子午面内の流れを示す説明図、図１２は図３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の一部を構成する静翼列における翼間流れを示す説明図である。図１２中、矢印Ａはロータ又はケーシングの軸方向を、矢印Ｃはロータ又はケーシングの周方向を示している。なお、図１１及び図１２において、図１乃至図１０に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、図３に示すように、流れが加速する静翼列１４の上流側部分において子午面流路高さを略一定に維持することで、流れの加速が緩和される。その結果、静翼列１４の翼部１７の翼面との摩擦による圧力損失が抑制される。一方、流れの減速が大きい静翼列１４の下流側部分の子午面流路高さがその上流側部分の子午面流路高さより小さくなるように、翼端シュラウド１８の外周面２３（子午面流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面）の下流側部分を子午面流路Ｐに迫り出す形状としたので、子午面流路Ｐの内周側壁面での境界層の流れの減速が局所的に緩和される。このため、漏れ流れにより大きく非一様化した内周側壁面での境界層の発達が抑制され、その結果、コーナーストールを抑制することができる。つまり、図１１に示すように、本実施の形態の静翼列１４の負圧面３３の流線Ｓの分布から明らかなように、基準翼１００の場合（図７参照）と比較すると、翼端シュラウド１８の外周面２３（子午面流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面）の下流側部分の迫り出し形状により、漏れ流れにより発達した内周側壁面での境界層の低速部が局所的に薄層化される。

また、静翼列１４の内周側壁面の下流側部分の迫り出しにより静翼列１４の下流側部分の流れの減速が基準翼１００の場合よりも緩和されるので、図１２に示すように、静翼列１４の翼部１７間内に生じる二次流れＳｆ２は、基準翼１００の場合の二次流れＳｆ１と比較すると、より軸方向Ａを向くようになる。このため、翼部１７の負圧面３３の後縁３２付近に発生する逆流渦Ｅ２に巻き込まれる低速な流れが少なくなり、逆流渦Ｅ２の発達が抑制される。

この逆流渦Ｅ２の発達の抑制によりブロッキング効果が減少すること、及び、子午面流路Ｐの内周側壁面の迫り出しにより軸方向流速が基準翼１００の場合よりも増加することで、静翼列１４の出口における流出流れＴ２は、基準翼１００の場合よりも軸方向Ａに向かうようになる。これに対して、本実施の形態においては、図５及び図６に示すように、翼部１７の内周側端部における翼出口角の内周端方向（環状流路Ｐの内周側壁面方向）の増加率を、翼部１７の翼高さ中間部における翼出口角の内周端方向の増加率よりも大きくしたので、静翼列１４の翼形として、静翼列１４の内周側壁面の境界層流れをより周方向Ｃに向ける効果がある。つまり、子午面流路Ｐの内周側壁面の迫り出しによる静翼列１４の出口の流出流れＴ２の過度な軸方向Ａへの転向を防止することができ、その結果、後続翼列（最終段の下流側のディフュザーを含む）に対する流入条件を適正化又は一様化することが可能となる。また、内周側壁面近傍の翼出口角を大きくすることは、静翼列１４の内周側壁面近傍における流れの転向を減少させることに相当するので、内周側壁面近傍の流れの剥離も同時に抑制される。

また、本実施の形態においては、図３に示すように、翼端シュラウド１８の外周面２３における翼部１７の前縁３１から後縁３２まで部分を、少なくとも、第１の曲面２６と、第１の曲面２６に滑らかに繋がる第２の曲面２７と、第１の曲面２６と第２の曲面２７の間の変曲点２８とで構成することにより、外周面２３の迫り出し形状を滑らかに湾曲させて角部が生じないようにしている。このため、迫り出し形状自体に起因する流れの剥離の発生を防止している。

さらに、本実施の形態においては、変曲点２８の前縁３１からの軸方向位置を、軸コード長Ｃｘに対する比率で約５０％としている。これは、基準翼１００（図７参照）における流れの剥離域が流れの減速の始点である翼部１７の軸コード長Ｃｘの中間付近から発達していることを考慮したものである。なお、流れの減速が大きく流れの剥離域が成長しやすい翼部１７の下流側部分で子午面流路高さを狭め、環状流路Ｐの内周側壁面近傍の流れを加速することが流れの剥離の回避に有効であると、流れ解析のパラメタサーベイにより判明している。このことを考慮すると、コーナーストールを効果的に回避するには、変曲点２８の前縁３１からの軸方向位置は、軸コード長Ｃｘとの比率で４０％〜６０％の位置が好ましい。

さらにまた、本実施の形態においては、図３及び図５に示すように、翼部１７の内周側端部及び外周側端部の軸コード長Ｃｘを翼高さ中間部の軸コード長Ｃｘに比べて長くなるように設定している。軸コード長Ｃｘを長くすることは、翼列での流れの転向を一定とした場合に、単位長さ当たりの流れの転向の割合を低減すると共に翼下流側部分の逆圧力勾配を緩和することになるので、流れの剥離の抑制に寄与するものである。

このように、本実施の形態においては、環状流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面の下流側部分の迫り出し、翼部１７の内周側端部及び外周側端部における軸コード長Ｃｘの延伸、及び内周側壁面近傍の翼出口角の翼高さ中間部に対する増大により、翼部１７の負圧面３３の下流側領域における流れの剥離（コーナーストール）が抑制される。このため、図９に示すように、静翼列１４の内周側壁面近傍（無次元翼高さＨが０．１から０．２）の全圧損失係数Ｃｐは、従来の基準翼１００の場合と比較して小さくなる。また、コーナーストールや流れの剥離によるバフェッティングなどの非定常な流体振動を回避することができ、静翼列１４の信頼性も向上する。

さらに、本実施の形態においては、図１０に示すように、従来の基準翼１００の場合に周方向に向いていた内周側壁面近傍（無次元翼高さＨＤが０．０から０．２）の翼列出口の流出角θを、より軸方向に向ける働きがある。このため、静翼列１４の後続翼列に対する流入角を適正化することができる。つまり、従来の基準翼１００の場合と比較して、翼列出口の流出角θをより設計値に近づけることが可能となり、後続翼列での流入角のミスマッチによる損失増加を回避することができる。このため、本実施の形態の構造を適用した翼列のみならず、その後続翼列も含めた損失の低減が可能となる。

上述したように、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第１の実施の形態によれば、静翼列１４の翼端シュラウド１８の外周面２３（環状流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面）における下流側部分を上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出すことで、翼端シュラウド１８の外周面２３での境界層の発達が局所的に抑制されるので、コーナーストールを抑制することができる。さらに、静翼の翼部１７の内周側端部における翼出口角の内周端方向の増加率を、翼部１７の翼高さ中間部における翼出口角の内周端方向の増加率よりも大きくすることで、外周面２３の迫り出しによる静翼列１４の出口での流出角の過度な減少が抑制されるので、後続翼列の流入条件を適正化することができる。この結果、圧縮機全体の効率の向上及び圧縮機１の信頼性の確保を実現できる。

また、本実施の形態によれば、環状流路Ｐの内周側壁面の迫り出し部２４（翼端シュラウド１８の外周面２３）を環状流路Ｐの周方向に一様に形成したので、環状流路Ｐの壁面を構成する部材（翼端シュラウド１８）の製作が容易である。

［第１の実施の形態の変形例］
次に、本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の変形例を図１３及び図１４を用いて説明する。
図１３は本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の変形例の一部を構成する静翼及び環状流路の壁面形状を示す子午面断面図、図１４は図１３に示す本発明の軸流圧縮機の第１の実施の形態の変形例の一部を構成する静翼及び基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。図１４中、縦軸ＨＤは無次元翼高さを、横軸ｋ２は翼出口角を示している。また、実線Ｉは本実施の形態の場合を、破線Ｒは基準翼の場合を示している。なお、図１３及び図１４において、図１乃至図１２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１３に示す本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の変形例は、第１の実施の形態が環状流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面（翼端シュラウド１８の外周面２３）を環状流路Ｐに迫り出したものであるのに対して（図３参照）、環状流路Ｐにおける静翼列１４Ａの外周側壁面を環状流路Ｐに迫り出したものである。

具体的には、ケーシング１３Ａの内周面２０Ａにおける静翼列１４Ａの取付部分、つまり、環状流路Ｐにおける静翼列１４Ａの外周側壁面は、その下流側部分が上流側部分よりも環状流路Ｐにδ分迫り出るように湾曲した迫り出し部４４を有している。換言すると、環状流路Ｐにおける静翼列１４Ａの出口（後縁３２）の子午面流路高さＨｔが静翼列１４Ａの入口（前縁３１）の子午面流路高さＨｌよりもδ分だけ縮小するように設定されている。ケーシング１３Ａの内周面２０Ａにおける静翼列１４Ａの取付部分の具体的な構成は、静翼列１４Ａより上流側のケーシング１３Ａの内周面２０に滑らかに繋がる第１の円筒面４５と、第１の円筒面４５の下流側に位置して第１の円筒面４５に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの外側に凸形状の第１の曲面４６と、第１の曲面４６の下流側に位置して第１の曲面４６に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの内側に凸形状の第２の曲面４７と、第１の曲面４６と第２の曲面４７の間の変曲点４８と、第２の曲面４７の下流側に位置して第２の曲面４７に滑らかに繋がる第２の円筒面４９とで構成されている。第２の円筒面４９は、第１の円筒面４５よりδ分径方向内側に位置している。変曲点４８は、前縁３１からの軸方向位置が軸コード長Ｃｘ対する比率で約４０％から６０％の位置とすることが好ましい。一方、静翼列１４Ａの翼端シュラウド１８Ａは、その外周面２３Ａが円筒面に形成されており、環状流路Ｐへの迫り出しがない。

また、静翼列１４Ａの翼部１７Ａの外周側端部は、図１４に示すように、その翼出口角ｋ２の翼高さ方向の分布が外周端方向（環状流路Ｐの外周側壁面方向）に徐々に増加している。また、翼部１７Ａの翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の翼高さ方向の分布は、例えば、外周端方向に単調に減少している。翼部１７Ａの外周側端部における翼出口角ｋ２の外周端方向（環状流路Ｐの外周側壁面方向）の増加率は、翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の外周端方向の増加率よりも大きくなるように設定されている。

本実施の形態においては、環状流路Ｐにおける静翼列１４Ａの外周側壁面の下流側部分を上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出すことで、コーナーストールの発生しやすい静翼列１４Ａの下流側部分における外周側端部の流れの減速が局所的に緩和される。このため、静翼列１４Ａの外周側壁面の境界層の発達が抑制され、その結果、コーナーストールが抑制される。

また、本実施の形態においては、翼部１７Ａの外周側端部における翼出口角の外周端方向の増加率がその翼高さ中間部における翼出口角の外周端方向の増加率よりも大きいので、環状流路Ｐの外周側端壁面の迫り出しによる静翼列１４Ａの出口での流出角の過度な減少が抑制される。このため、静翼列１４Ａの後続翼列（最終段の下流側のディフュザーを含む）に対する流入条件を適正化することができる。

上述した本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第１の実施の形態の変形例によれば、前述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第２の実施の形態を図１５を用いて説明する。
図１５は本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第２の実施の形態における環状流路の内周側壁面の迫り出し部を示す説明図である。図１５中、矢印Ａはロータの軸方向を、矢印Ｃはロータの周方向を示している。なお、図１５において、図１乃至図１４に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１５に示す本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第２の実施の形態は、第１の実施の形態が静翼列１４の翼端シュラウド１８の外周面２３（環状流路Ｐにおける静翼列１４の内周側壁面）の迫り出し部２４を周方向に一様に形成して迫り出し部２４を軸対称としているのに対して、静翼列１４Ｂの翼端シュラウド１８Ｂの外周面２３Ｂ（環状流路Ｐにおける静翼列１４Ｂの内周側壁面）の迫り出し部２４Ｂを翼部１７の負圧面３３側の下流側部分のみに形成して非軸対称とするものである。

本実施の形態においては、外周面２３Ｂの迫り出し部２４Ｂにより、コーナーストールの発生しやすい静翼列１４Ｂの翼部１７の負圧面３３側の下流側部分における流れの減速が局所的に緩和される。これにより、外周面２３Ｂ（静翼列１４の内周側端壁面）の境界層の発達が抑制され、その結果、コーナーストールを回避することができる。

一方、翼部１７の負圧面３３側の下流側部分以外の領域の迫り出しをなくすことで、環状流路Ｐへの迫り出し部分を減少させたので、第１の実施の形態の場合よりも静翼列１４Ｂの翼部１７間の出口流路面積を大きくすることができる。したがって、コーナーストールを回避しつつも、静翼列１４Ｂの出口流速が下がるので、圧力損失の更なる低減が可能である。

上述した本発明の軸流圧縮機、それを備えたガスタービン、及び軸流圧縮機の静翼の第２の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態を図１６及び図１７を用いて説明する。
図１６は本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の要部構造を示す子午面断面図、図１７は図１６に示す本発明の軸流圧縮機の第３の実施の形態の一部を構成する動翼及び基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。図１７中、縦軸ＨＤは無次元翼高さを、横軸ｋ２は翼出口角を示している。また、実線Ｉは本実施の形態の場合を、破線Ｒは基準翼の場合を示している。なお、図１６及び図１７において、図１乃至図１５に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１６に示す本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態は、第１の実施の形態の静翼列１４の構造に加えて、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの外周側壁面の下流側部分を上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出す構造を備えるものである。

具体的には、ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの先端に対向する部分、つまり、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの外周側壁面は、その下流側部分が上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出るように湾曲した迫り出し部５４を有している。換言すると、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの出口（後縁３２ｒ）の子午面流路高さが動翼列１２Ｃの入口（前縁３１ｒ）の子午面流路高さよりも縮小するように設定されている。ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの先端に対向する部分の具体的な構成は、動翼列１２Ｃよりも上流側のケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃに滑らかに繋がり、環状流路Ｐの外側に凸形状の第１の曲面５６と、第１の曲面５６の下流側に位置して第１の曲面５６に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの内側に凸形状の第２の曲面５７と、第１の曲面５６と第２の曲面５７の間の第１の変曲点５８とで構成されている。第１の変曲点５８は、前縁３１ｒからの軸方向位置が軸コード長Ｃｘに対する比率で約４０％から６０％の位置が好ましい。

さらに、ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの後縁３２ｒより下流側の部分は、動翼列１２Ｃの出口で縮小した子午面流路高さを増加させる湾曲面に形成されている。この部分の具体的な構成は、第２の曲面５７の下流側に位置して第２の曲面５７に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの内側に凸形状の第３の曲面５９と、第３の曲面５９の下流側に位置して第３の曲面５９に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの外側に凸形状の第４の曲面６０と、第３の曲面５９と第４の曲面６０の間の第２の変曲点６１とを有している。

動翼列１２Ｃの先端とケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃとの間には、翼端間隙が設けられている。この翼端間隙は、動翼列１２Ｃがケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃに接触することを回避するためのものである。動翼列１２Ｃの動翼の先端面は、翼端間隙からの作動流体の漏れ流れを低減するために、ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃの迫り出し形状に応じた湾曲面となっている。つまり、動翼の先端面は、その下流側部分が上流側部分よりも凹んだ形状となっている。

また、動翼列１２Ｃの動翼の先端部（無次元翼高さＨＤが約０．８５から１．０）は、図１７に示すように、その翼出口角ｋ２が翼高さ中間部（無次元翼高さＨＤが約０．１５から０．８５）の翼出口角ｋ２よりも大きくなるように設定されている。さらに、動翼の先端部における翼出口角ｋ２の翼高さ方向の分布は、先端方向（環状流路Ｐの外周側壁面方向）に徐々に増加している。また、動翼の翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の翼高さ方向の分布は、例えば、先端方向に単調に増加している。動翼の先端部における翼出口角ｋ２の先端方向（環状流路Ｐの外周側壁面方向）の増加率は、動翼の翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の先端方向の増加率よりも大きくなるように設定されている。

本実施の形態においては、流れが加速する動翼列１２Ｃの上流側部分において子午面流路高さを略一定に維持することで、流れの加速が緩和される。その結果、動翼列１２Ｃの翼面との摩擦による圧力損失が抑制される。一方、ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの先端に対向する部分（環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの外周側壁面）の下流側部分を環状流路Ｐに迫り出す形状にすることで、流れの減速が大きい動翼列１２Ｃの下流側部分の子午面流路高さをその上流側部分の子午面流路高さより小さくなり、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの外周側壁面での境界層の流れの減速が局所的に緩和される。これにより、外周側壁面での境界層の発達が抑制され、その結果、コーナーストールを抑制することができる。

また、本実施の形態においては、動翼列１２Ｃの動翼の先端部における翼出口角の翼高さ増加方向の増加率を、その翼高さ中間部における翼出口角の翼高さ増加方向の増加率よりも大きくしている。このため、上流翼列（図示しない静翼列）の影響により境界層の流れ方向が主流に対して大きくずれる傾向にある環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの外周側壁面近傍において、流れの転向が小さくなり、外周側壁面での流れの剥離の発生が抑制される。また、動翼の先端部の翼出口角の増加により、外周側壁面の迫り出しを起因とする外周側壁面近傍の流れの流出角の過度な減少が抑制され、その結果、動翼列１２Ｃの下流の流れ方向が適正化又は一様化する傾向となる。

さらに、本実施の形態においては、ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの後縁３２ｒより下流側の部分を湾曲させて、動翼列１２Ｃ下流の静翼列１４の入口（前縁３１）の子午面流路高さを動翼列１２Ｃの出口（後縁３２ｒ）の子午面流路高さより高くすることで、後続静翼列１４への流入速度を低下させている。これにより、圧縮機全体としての損失を低減することができる。

また、本実施の形態においては、ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの対向部分の迫り出し形状を既存の軸流圧縮機に適用する場合、内周面２０Ｃの迫り出しにより縮小する動翼列出口の子午面流路高さを既存の後続静翼列入口の子午面流路高さまで回復させることで、適用する動翼列の以外の後続翼列を改良設計する必要がない。

上述した本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、動翼列１２Ｃのコーナーストールを抑制すると同時に、後続静翼列１４の流入条件を適正化することができる。その結果、圧縮機全体の効率向上及び信頼性の確保を達成することができる。

［第３の実施の形態の変形例］
次に、本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の変形例を図１８及び図１９を用いて説明する。
図１８は本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の変形例の要部構造を示す子午面断面図、図１９は図１８に示す本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の変形例の一部を構成する動翼及び基準翼における翼出口角の翼高さ方向の分布を示す特性図である。図１９中、縦軸ＨＤは無次元翼高さを、横軸ｋ２は翼出口角を示している。また、実線Ｉは本実施の形態の場合を、破線Ｒは基準翼の場合を示している。なお、図１８及び図１９において、図１乃至図１７に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１８に示す本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の変形例は、第３の実施の形態が環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｃの外周側壁面（ケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃにおける動翼列１２Ｃの先端に対向する部分）を環状流路Ｐに迫り出すものであるのに対して（図１６参照）、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｄの内周側壁面を環状流路Ｐに迫り出すものである。

具体的には、ロータ１１Ｄの外周面２１Ｄおける動翼列１２Ｄの取付部分、つまり、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｄの内周側壁面は、その下流側部分が上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出るように湾曲した迫り出し部７４を有している。換言すると、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｄの出口（後縁３２ｒ）の子午面流路高さが動翼列１２Ｄの入口（前縁３１ｒ）の子午面流路高さよりも縮小するように設定されている。ロータ１１Ｄの外周面２１Ｄにおける動翼の取付部分の具体的な構成は、動翼列１２Ｄより上流側のロータ１１Ｄの外周面２１Ｄに滑らかに繋がり、環状流路Ｐの外側に凸形状の第１の曲面７６と、第１の曲面７６の下流側に位置して第１の曲面７６に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの内側に凸形状の第２の曲面７７と、第１の曲面７６と第２の曲面７７の間の第１の変曲点７８とで構成されている。第１の変曲点７８は、前縁３１ｒからの軸方向位置が軸コード長Ｃｘに対する比率で約４０％から６０％の位置が好ましい。

さらに、ロータ１１Ｄの外周面２１Ｄにおける動翼列１２Ｄの後縁３２ｒより下流側の部分は、動翼列１２Ｄの取付部分で縮小した子午面流路高さを増加させる湾曲面に形成されている。この部分の具体的な構成は、第２の曲面７７の下流側に位置して第２の曲面７７に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの内側に凸形状の第３の曲面７９と、第３の曲面７９の下流側に位置して第３の曲面７９に滑らかに繋がり、環状流路Ｐの外側に凸形状の第４の曲面８０と、第３の曲面７９と第４の曲面８０の間の第２の変曲点８１とを有している。

また、動翼列１２Ｄの動翼の根元部（無次元翼高さＨＤが０．０から約０．１５）は、図１９に示すように、その翼出口角ｋ２の翼高さ方向における分布が根元方向（環状流路Ｐの内周側壁面方向）に徐々に増加している。また、動翼の翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の翼高さ方向における分布は、例えば、根元方向に単調に減少している。動翼の先端部における翼出口角ｋ２の根元方向（環状流路Ｐの内周側壁面方向）の増加率は、動翼の翼高さ中間部における翼出口角ｋ２の根元方向の増加率よりも大きくなるように設定されている。

本実施の形態においては、環状流路Ｐにおける動翼列１２Ｄの内周側壁面の下流側部分をその上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出すことで、コーナーストールの発生しやすい動翼列１２Ｄの下流側部分における根元部の流れの減速が局所的に緩和される。このため、動翼列１２Ｄの内周側壁面での境界層の発達が抑制され、その結果、コーナーストールが抑制される。

また、本実施の形態においては、動翼列１２Ｄの根元部における翼出口角の根元方向（環状流路Ｐの内周側壁面方向）の増加率がその翼高さ中間部における翼出口角の根元方向の増加率よりも大きいので、環状流路Ｐの内周側壁面の迫り出しによる動翼列１２Ｄの出口での流出角の過度な減少が抑制される。このため、動翼列１２Ｄの後続静翼列１４に対する流入条件を適正化することが可能となる。

上述した本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの第３の実施の形態の変形例によれば、前述した第３の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

以上のように、本発明の軸流圧縮機及びそれを備えたガスタービンの実施の形態によれば、環状流路の壁面２０Ａ、２０Ｃ、２１Ｄ、２３、２３Ｂにおける動翼列１２Ｃ、１２Ｄ及び静翼列１４、１４Ａ、１４Ｂの少なくとも一方の位置する部分の下流側を上流側よりも環状流路Ｐに迫り出すことで、流路壁面２０Ａ、２０Ｃ、２１Ｄ、２３、２３Ｂでの境界層の発達が局所的に抑制されるので、翼列１２Ｃ、１２Ｄ、１４、１４Ａ、１４Ｂの翼面と流路壁面２３、２０Ａ、２３Ｂ、２０Ｃ、２１Ｄとで形成されるコーナー部における流れの剥離を抑制することができる。さらに、翼の迫り出た流路壁面側の翼端部における翼出口角の流路壁面方向の増加率を翼高さ中間部における翼出口角の増加率よりも大きくすることで、流路壁面２０Ａ、２０Ｃ、２１Ｄ、２３、２３Ｂの迫り出しによる翼列１２Ｃ、１２Ｄ、１４、１４Ａ、１４Ｂの出口での流れの流出角の過度な減少が抑制されるので、後続翼列に対する流入条件を適正化することができる。この結果、圧縮機全体の効率の向上及び圧縮機の信頼性の確保を実現できる。

［その他の実施形態］
なお、上述した第１乃至第２の実施の形態においては、最終段を想定して、静翼列１４、１４Ａ、１４Ｂの翼端シュラウド１８、１８Ａ、１８Ｂの内周側に、間隙Ｇをあけて、静止部材としての内周側ケーシング１５を配置した構成に本発明を適用した例を示したが、静翼列の翼端シュラウドが回転部材としてのロータ１１に対向するような構成に本発明を適用することも可能である。この場合も、翼端シュラウドとロータ１１との間に間隙が存在する状況は変わらず、この間隙からの漏れ流れにより環状流路Ｐの内周側壁面近傍の境界層が影響を受ける。このため、本発明はコーナーストールを抑制する有効な手段である。

また、上述した第１の実施の形態及びその変形例においては、環状流路Ｐにおける静翼列１４、１４Ａの内周側又は外周側の壁面２３、２０Ａを、第１の円筒面２５、４５と、第１の円筒面２５、４５に滑らかに繋がる第１の曲面２６、４６と、第１の曲面２６、４６に滑らかに繋がる第２の曲面２７、４７と、第１の曲面２６、４６と第２の曲面２７、４７の間の変曲点２８、４８と、第２の曲面２７、４７に滑らかに繋がる第２の円筒面２９、４９とで構成した例を示した。しかし、環状流路Ｐにおける静翼列１４、１４Ａの壁面は、静翼列１４、１４Ａの下流側部分が上流側部分よりも環状流路Ｐに迫り出す形状であれば、少なくとも、第１の曲面２６、４６と、第１の曲面に滑らかに繋がる第２の曲面２７、４７と、第１の曲面２６、４６と第２の曲面２７、４７の間の変曲点２８、４８とで構成することも可能である。

なお、上述した第３の実施の形態においては、シュラウドのない動翼列１２Ｃに本発明を適用する例を示した。つまり、動翼列１２Ｃの動翼の先端面をケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃの迫り出し形状に応じた湾曲面に形成した。それに対して、先端にシュラウドを有する動翼列に本発明を適用することも可能である。この場合、シュラウドの外周面をケーシング１３Ｃの内周面２０Ｃの迫り出し形状に応じた湾曲面に形成する。

また、本発明は上述した第１乃至第３の実施の形態の変形例に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１ 軸流圧縮機
１１ ロータ（回転部材）
１２、１２Ｃ、１２Ｄ 動翼列
１４、１４Ａ、１４Ｂ 静翼列
１５ 内周ケーシング（静止部材）
１７、１７Ａ、１７Ｂ 翼部
１８、１８Ａ、１８Ｂ 翼端シュラウド
２０、２０Ａ、２０Ｃ ケーシングの外周面（環状流路の外周側壁面）
２１、２１Ｄ ロータの外周面（環状流路の内周側壁面）
２３、２３Ｂ 翼端シュラウドの外周面（環状流路の内周側壁面）
３１、３１ｒ 前縁
３３ 負圧面
２４、４４、５４、７４ 迫り出し部
２６、４６、５６、７６ 第１の曲面
２７、４７、５７、７７ 第２の曲面
２８、４８ 変曲点（第１の変曲点）
５８、７８ 第１の変曲点
５９、７９ 第３の曲面
６０、８０ 第４の曲面
６１、８１ 第２の変曲点
Ｐ 環状流路

Claims (10)

1. 作動流体の流通する環状流路内に配置された複数の動翼で構成される動翼列及び複数の静翼で構成される静翼列を複数備え、
   前記環状流路の内周側及び外周側の少なくとも一方の壁面における、前記動翼列及び前記静翼列の少なくとも一方の位置する部分は、その下流側部分が上流側部分よりも前記環状流路に迫り出るように湾曲した迫り出し部を有し、
   前記迫り出し部を有する壁面に位置する翼列の翼は、前記迫り出し部を有する壁面側の翼端部における翼出口角の壁面方向の増加率が、翼高さ中間部における翼出口角の前記壁面方向の増加率よりも大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
2. 請求項１に記載の軸流圧縮機において、
   前記迫り出し部は、前記環状流路の周方向に一様に形成されている
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
3. 請求項１に記載の軸流圧縮機において、
   前記迫り出し部は、前記翼の負圧面側の領域のみに形成されている
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
4. 請求項２に記載の軸流圧縮機において、
   前記迫り出し部を有する壁面における前記翼列の位置する部分は、
   前記環状流路の外側に凸形状の第１の曲面と、
   前記第１の曲面の下流側に位置し、前記環状流路の内側に凸形状の第２の曲面と、
   前記第１の曲面と前記第２の曲面との間の第１の変曲点とを有する
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
5. 請求項４に記載の軸流圧縮機において、
   前記第１の変曲点は、前記翼の前縁から、前記翼における前記迫り上がり部を有する壁面側の翼端部の軸コード長の４０％から６０％の範囲のいずれかに位置する
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
6. 請求項４に記載の軸流圧縮機において、
   前記迫り出し部を有する壁面における前記翼列より下流側の部分は、
   前記第２の曲面に滑らかに繋がり、前記環状流路の内側に凸形状の第３の曲面と、
   前記第３の曲面の下流側に位置し、前記環状流路の外側に凸形状の第４の曲面と、
   前記第３の曲面と前記第４の曲面との間の第２の変曲点とを有する
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の軸流圧縮機において、
   前記翼は、前記迫り上がり部を有する壁面側の翼端部の軸コード長が、翼高さ中間部の軸コード長よりも長くなるように構成されている
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の軸流圧縮機において、
   前記静翼は、横断面形状が翼形の翼部と、前記翼部の内周端に設けられた翼端シュラウドとを有し、
   前記翼端シュラウドの外周面は、前記迫り出し部を有する前記環状流路の内周側壁面を構成し、
   前記翼端シュラウドの内周側に、間隙をあけて、静止部材又は回転部材が配置される
   ことを特徴とする軸流圧縮機。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の軸流圧縮機を備えた
   ことを特徴とするガスタービン。
10. 軸流圧縮機の静翼列の一部を構成する静翼であって、
    横断面形状が翼形の翼部と、
    前記翼部の内周端に設けられた翼端シュラウドとを備え、
    前記翼端シュラウドの外周面は、その下流側部分が上流側部分よりも前記翼部側に迫り出るように湾曲した迫り出し部を有し、
    前記翼部は、その内周側端部における翼出口角の内周端方向の増加率が、翼高さ中間部における翼出口角の前記内周端方向の増加率よりも大きくなるように構成されている
    ことを特徴とする静翼。

Images