軸流壓縮機、以及具備軸流壓縮機的燃氣輪機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及在旋轉軸方向上利用具有一定的角度的葉輪榫頭固定動葉的軸流壓縮機、以及具備軸流壓縮機的燃氣輪機，特別是，涉及在動葉的旋轉軸方向上通過設置為具有一定的角度的葉輪榫頭固定動葉的結構的軸流壓縮機、以及具備軸流壓縮機、將從該軸流壓縮機供給的壓縮空氣與燃料混合并燃燒從而生成高溫的燃燒氣體的燃燒器、和通過從該燃燒器導入的燃燒氣體產生旋轉動力的渦輪的燃氣輪機。
【背景技術】
[0002]燃氣輪機大體上包括軸流壓縮機、燃燒器以及渦輪。
[0003]其中，軸流壓縮機將從大氣吸入的空氣作為工作流體進行隔熱壓縮，燃燒器通過向從軸流壓縮機供給的壓縮空氣混合燃料并進行燃燒而生成高溫高壓的氣體，在從渦輪燃燒器導入的燃燒氣體膨脹時產生旋轉動力。并且，來自渦輪的排氣向大氣中放出。
[0004]然而，對于軸流壓縮機的動葉，為了高維護性并減少振動響應應力，從而確保高結構阻尼，大多將與設置在葉輪的外周側的榫頭的槽嵌合的動葉榫頭配備在動葉的內周側，并固定于葉輪榫頭。
[0005]在這樣的嵌合結構中，需要注意作用于葉輪榫頭以及動葉榫頭的應力。
[0006]作為榫頭結構中不得不擔心的損傷方式之一，有疲勞損傷。作為疲勞損傷的例子，一般會出現因反復作用有過大的應力而使得微小的裂縫從金屬表面等產生、生長，最后導致斷裂的現象。
[0007]針對該損傷有效的應對方法是減少所作用的應力，優選通過減少形狀變更、熱負荷等而減少離心應力、熱應力。
[0008]作為榫頭部的應力減少對策，在日本特開2008-69781號公報所記載的技術中，提出了如下結構:在榫頭平臺與榫頭壓力面的交叉部，形成有具有多部分輪廓形狀的葉片榫頭用的根切圓角(undercut fillet)半徑。
[0009]在該日本特開2008-69781號公報所記載的技術中，出于減少動葉側的應力的目的，提出了在榫頭部設置圓角的結構。
[0010]在先技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本特開2008-69781號公報
[0013]然而，近年來，隨著軸流壓縮機的性能提高，提高每個單級的負荷的葉型設計逐漸成為主流，需要進一步減少作用于榫頭結構的應力。
[0014]然而，日本特開2008-69781號公報所記載的現有技術并不以降低葉輪榫頭的應力作為目的，需要新的榫頭結構。
[0015]另外，伴隨著每個單級的負荷增大，對于葉輪榫頭的配設方向的角度，存在相對于旋轉軸方向的角度增加的趨勢，對于各榫頭，從與設置在圓錐或圓筒狀的葉輪外周面上的葉輪榫頭的槽嵌合的動葉作用的負荷的非對稱性(從動葉作用的負荷沿與動葉旋轉方向相同的正向作用的力和沿與動葉旋轉方向相反的反轉方向作用的力的非對稱性)在工作流體的流動方向的上游側以及下游側均具有增大的趨勢。
[0016]因此，作用于葉輪榫頭的局部應力在動葉旋轉方向的正向與反轉方向上形成為非對稱而產生不平衡，成為產生高應力的重要因素。

【發明內容】

[0017]本發明的目的在于提供一種軸流壓縮機以及具備該軸流壓縮機的燃氣輪機，該軸流壓縮機具備動葉榫頭，通過減少該動葉榫頭向葉輪榫頭進行的單側碰撞，從而在動葉旋轉方向的正向與反轉方向上實現形成為非對稱的負荷的均衡化，減少作用于動葉的高應力。
[0018]用于解決課題的手段
[0019]本發明的軸流壓縮機具備將從大氣吸入的空氣壓縮作為工作流體的動葉以及靜葉、固定所述動葉的葉輪以及固定所述靜葉的外殼，所述軸流壓縮機的特征在于，具備:葉輪榫頭，其以相對于軸流壓縮機的旋轉軸具有一定的角度的方式被加工在所述葉輪的外周面；以及動葉榫頭，其被加工在通過與該葉輪榫頭嵌合而固定的所述動葉的內周側，在成為所述動葉榫頭的上游側以及下游側的至少一側的動葉榫頭上，形成有將所述動葉榫頭的一部分切割成面狀而成的切割面。
[0020]本發明的燃氣輪機的特征在于，使用所述的軸流壓縮機，作為將從大氣吸入的空氣壓縮而形成壓縮空氣的軸流壓縮機，所述燃氣輪機具備將從該軸流壓縮機供給的壓縮空氣與燃料混合并燃燒而生成高溫的燃燒氣體的燃燒器、以及被由該燃燒器生成的高溫的燃燒氣體驅動而產生旋轉動力的渦輪從而構成燃氣輪機。
[0021]發明效果
[0022]根據本發明，能夠實現具備如下動葉榫頭的軸流壓縮機以及具備該軸流壓縮機的燃氣輪機，該動葉榫頭通過減少朝向葉輪榫頭的單側碰撞而實現在動葉旋轉方向的正向與反轉方向上形成為非對稱的負荷的均衡化，降低作用于動葉的高應力。
【附圖說明】
[0023]圖1是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例1的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成平面狀，圖1的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0024]圖2是示出將本發明的實施例1的具備動葉榫頭的壓縮機動葉裝入壓縮機葉輪的葉輪榫頭后的結構的軸流壓縮機的局部圖。
[0025]圖3是示出如下結構的燃氣輪機的概要圖，該燃氣輪機包括本發明的實施例1的具有具備動葉榫頭的壓縮機動葉的軸流壓縮機、燃燒器、渦輪。
[0026]圖4是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例2的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成平面狀，圖4的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0027]圖5是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例3的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成平面狀，圖5的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0028]圖6是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例4的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凹面狀，圖6的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0029]圖7是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例5的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凸面狀，圖7的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0030]圖8是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例6的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凹面狀，圖8的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0031]圖9是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例7的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凸面狀，圖9的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0032]圖10是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例8的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凹面狀，圖10的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0033]圖11是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例9的軸流壓縮機的動葉進行固定，且用多個平面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凸面狀，圖11的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0034]圖12是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例10的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成平面狀，圖12的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0035]圖13是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例11的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凹面狀，圖13的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0036]圖14是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例12的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凸面狀，圖14的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0037]圖15是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例13的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凹面狀，圖15的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0038]圖16是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例14的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側切割成凸面狀，圖16的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0039]圖17是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例15的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成球面狀的凹面狀，圖17的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0040]圖18是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例16的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凸面狀，圖18的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0041]圖19是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例17的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凹面狀，圖19的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0042]圖20是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例18的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凹面狀，圖20的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0043]圖21是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例19的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凹面狀，圖21的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0044]圖22是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例20的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凸面狀，圖22的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0045]圖23是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例21的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用平面對由平面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側進行切害J，圖23的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0046]圖24是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例22的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凹面狀，圖24的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0047]圖25是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例23的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凸面狀，圖25的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0048]圖26是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例24的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凹面狀，圖26的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0049]圖27是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例25的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由平面構成的動葉榫頭傾斜面的下游側切割成凸面狀，圖27的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0050]圖28是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例26的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成凹面狀，圖28的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0051]圖29是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例27的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成凸面狀，圖29的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0052]圖30是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例28的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用球面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成凹面狀，圖30的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0053]圖31是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例29的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用曲面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成凸面狀，圖31的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉榫頭時的局部圖。
[0054]圖32是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例30的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成凹面狀，圖32的下方所記載的圖是從上方俯視觀察本實施例的動葉禪頭時的局部圖。
[0055]圖33是示出動葉榫頭的局部圖，該動葉榫頭對配備于本發明的實施例31的軸流壓縮機的動葉進行固定，且構成為用多個平面將由曲面構成的動葉榫頭傾斜面的上游側與下游側這兩側切割成凸面狀，圖33的下方