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WO2015056456A1 - 圧縮機、及びガスタービン - Google Patents

圧縮機、及びガスタービン Download PDF

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WO2015056456A1
WO2015056456A1 PCT/JP2014/053149 JP2014053149W WO2015056456A1 WO 2015056456 A1 WO2015056456 A1 WO 2015056456A1 JP 2014053149 W JP2014053149 W JP 2014053149W WO 2015056456 A1 WO2015056456 A1 WO 2015056456A1
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casing
bleed
compressor
extraction
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トーマス ウォーカー
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/023—Details or means for fluid extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/0215—Arrangements therefor, e.g. bleed or by-pass valves

Definitions

  • the present invention relates to a compressor that includes a rotor that rotates about an axis, and a casing that surrounds the rotor, and a gas turbine that includes the compressor.
  • a compressor that includes a rotor that rotates about an axis to compress a gas such as air, and a casing that surrounds the rotor.
  • This compressor employs a bleed structure for guiding a part of the gas compressed by the rotor to the outside.
  • Patent Document 1 discloses a compressor that employs such a bleed structure.
  • an extraction chamber communicating with a main flow path of air (compressed air) and a pipe for guiding the air in the extraction chamber to the outside are formed.
  • the extraction chamber is an annular space centered on the rotor.
  • the pipe extends from the bleed chamber toward the radially outer side with respect to the rotor.
  • the air bleed from the main flow path into the bleed chamber has a flow swirling in the circumferential direction as the rotor rotates.
  • the inventors have found that the flow rate in the circumferential direction of the air becomes non-uniform in the vicinity of the piping inside the extraction chamber by analysis using CFD (Computational Fluid Dynamics). Specifically, the local mass flow rate of air tended to increase on the front side in the rotational direction of the rotor with respect to the piping inside the extraction chamber.
  • CFD Computer Fluid Dynamics
  • An object of the present invention is to provide a compressor capable of reducing the non-uniformity of the flow rate of the fluid in the vicinity of the bleed nozzle and suppressing the decrease in the operation efficiency of the compressor.
  • the compressor includes a rotor that rotates about an axis, a rotor casing that surrounds the rotor from an outer peripheral side and forms a main flow path between the rotor and the rotor.
  • a bleed chamber casing provided on the outer peripheral side of the casing and forming a bleed chamber communicating with the main flow passage between the rotor casing and the bleed chamber casing is connected to the bleed chamber casing from the outer peripheral side, and the inside of the bleed chamber is provided inside.
  • a bleed nozzle that guides the fluid to the outside, and the radial interval between the bleed chamber casing and the rotor casing is greater than the front side in the rotational direction of the rotor with respect to the position where the bleed nozzle is provided.
  • the rear side in the rotational direction of the rotor is larger.
  • the flow area is reduced corresponding to the decrease in the fluid flow rate on the front side in the rotation direction of the rotor with respect to the extraction nozzle, and the flow rate of the fluid is increased on the rear side in the rotation direction.
  • the flow path area increases.
  • a radial interval between the extraction chamber casing and the rotor casing, and the interval on the rear side in the rotation direction with respect to the extraction nozzle is gradually increased toward the front side in the rotation direction of the rotor. It is good also as a structure currently formed.
  • the shape corresponds to the gradually increasing fluid flow rate, and the uniformity of the fluid flow rate can be further improved.
  • a radial interval between the extraction chamber casing and the rotor casing, and the interval on the front side in the rotation direction with respect to the extraction nozzle is gradually decreased toward the front side in the rotation direction of the rotor. It is good also as a structure currently formed. According to the said structure, it becomes a shape corresponding to the flow volume of the fluid which decreases gradually, and can improve the uniformity of the flow volume of the fluid more.
  • the inner peripheral surface of the extraction nozzle and the radially outer surface of the extraction chamber may be connected by a smooth curved surface that is convex toward the fluid flow path side. According to the said structure, it becomes possible to suppress peeling of the fluid which flows through an extraction chamber, and a fluid can be smoothly introduce
  • a gas turbine according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes a compressor that compresses air as the fluid by the rotation of the rotor, and any one of the above compressors and the compressor.
  • a combustor that combusts fuel in compressed air to generate combustion gas; and a turbine that is driven by the combustion gas from the combustor.
  • the non-uniformity in the flow rate of the fluid in the vicinity of the extraction nozzle can be reduced, and the stall that occurs near the tip of the moving blade can be suppressed.
  • the stall By suppressing the stall, a surge caused in the entire fluid flow is also suppressed, and a decrease in the operating efficiency of the compressor can be suppressed.
  • the gas turbine according to the present embodiment compresses the outside air Ao to generate compressed air A, and the fuel F supplied from the fuel supply source is mixed with the compressed air A and burned. And a plurality of combustors 20 that generate the combustion gas G and a turbine 21 that is driven by the combustion gas G.
  • the compressed air A is referred to as air A.
  • Both the compressor 1 and the turbine 21 have rotors 2 and 22 that rotate around a rotation axis Ar, and cylindrical casings 3 and 23 that cover the rotors 2 and 22.
  • the rotor 2 of the compressor 1 and the rotor 22 of the turbine 21 rotate around the same rotation axis Ar and are connected to each other.
  • the casing 3 of the cylindrical compressor 1 forms a main flow path 4 through which air A flows in cooperation with the rotor 2 of the compressor 1.
  • the cylindrical turbine casing 23 forms a main flow path 24 through which the combustion gas G flows in cooperation with the rotor 22 of the turbine 21.
  • the plurality of combustors 20 are fixed to the turbine casing 23 at equal intervals in the circumferential direction Dc around the rotation axis Ar.
  • a direction in which the rotation axis Ar extends is referred to as an axial direction Da.
  • a radial direction based on the rotation axis Ar is defined as a radial direction Dr.
  • a direction away from the rotation axis Ar in the radial direction Dr is defined as a radially outer side.
  • a direction approaching the rotation axis Ar in the radial direction Dr is defined as a radially inner side.
  • the compressor 1 side is the upstream side with respect to the turbine 21, and the turbine 21 side is the downstream side with respect to the compressor 1.
  • the direction in which the rotor 2 rotates is referred to as a rotation direction R.
  • the front side in the rotation direction is R1
  • the rear side in the rotation direction is R2.
  • the compressor 1 is a multistage axial flow compressor.
  • the rotor 2 includes a rotor body 5 that extends in the axial direction Da around the rotation axis Ar, and a plurality of blade stages 7 that are fixed to the outer periphery of the rotor body 5 and arranged in the axial direction Da. Yes.
  • a stationary blade stage 9 is fixed at a position upstream of each rotor blade stage 7.
  • One stationary blade stage 9 has a plurality of stationary blades 10.
  • the plurality of stationary blades 10 are arranged in the circumferential direction Dc around the rotation axis Ar to constitute one stationary blade stage 9.
  • one blade stage 7 has a plurality of blades 8.
  • the plurality of rotor blades 8 are arranged in the circumferential direction Dc with the rotation axis Ar as a center to constitute one rotor blade stage 7.
  • An extraction chamber casing 6 that forms an extraction chamber 12 between the rotor casing 3 and the rotor casing 3 is provided on the outer peripheral side of the rotor casing 3.
  • the extraction chamber 12 forms an annular space around the rotation axis Ar.
  • a communication passage 13 is formed between the main flow path 4 and the extraction chamber 12, and the main flow path 4 and the extraction chamber 12 are communicated with each other.
  • the extraction chamber casing 6 is formed with two extraction nozzles 14 for guiding the air A in the extraction chamber 12 to the outside.
  • the bleed structure is constituted by the bleed chamber 12, the communication passage 13, and the plurality of bleed nozzles 14.
  • the communication path 13 is a slit that is annularly formed around the rotation axis Ar and is cut radially outward, and is formed on the radially inner side of the extraction chamber 12.
  • the opening on the main flow path 4 side of the communication path 13 is formed at a position between the stationary blade stage 9 and the moving blade stage 7 adjacent in the axial direction Da in the axial direction Da.
  • the plurality of extraction nozzles 14 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the rotation axis Ar. That is, the extraction nozzles 14 of the present embodiment are arranged at intervals of 180 ° in the circumferential direction.
  • the extraction nozzle 14 extends from the extraction chamber 12 outward in the radial direction.
  • Each extraction nozzle 14 is connected to an extraction pipe 15 that guides the air A from the extraction nozzle 14 to a target location.
  • the extraction pipe 15 is provided with a flow rate adjustment valve 16 for adjusting the flow rate of the extracted air.
  • the extraction chamber 12 of the present embodiment includes a front side R1 in the rotation direction of the rotor 2 (downstream side in the air A flow direction) with respect to the extraction nozzle 14 and a rear side in the rotation direction of the rotor 2.
  • the rear side R2 in the rotational direction is formed to have a larger flow path area as viewed from the circumferential direction.
  • the radial interval between the radially inner side surface 17 of the extraction chamber 12 casing and the radially outer side surface 18 of the rotor casing 3 is larger than the front side R1 in the rotational direction of the rotor 2 with respect to the extraction nozzle 14.
  • the rear side R2 in the rotational direction is larger.
  • the front side R1 in the rotational direction of the rotor 2 with respect to the bleed nozzle 14 is G
  • the interval G1 is smaller than G
  • the interval G2 on the rear side R2 in the rotational direction is larger than G than the extraction nozzle 14.
  • the dimensions of the gap G1 and the gap G2 can be appropriately adjusted according to the flow rate of the air A in the extraction chamber 12 obtained by analysis by CFD.
  • the distance between the bleed chamber 12 casing and the rotor casing 3 in the radial direction and the distance between the rear side R2 in the rotation direction with respect to the bleed nozzle 14 gradually increases toward the front side R1 in the rotation direction of the rotor 2. It is formed as follows. That is, the shape of the bleed chamber 12 casing on the rear side R2 in the rotational direction with respect to the bleed nozzle 14 is such that the flow path area gradually increases toward the front side R1 in the rotational direction. The distance between the bleed chamber 12 casing and the rotor casing 3 in the radial direction, and the distance between the front side R1 in the rotational direction with respect to the bleed nozzle 14 gradually decreases toward the front side R1 in the rotational direction of the rotor 2. It is formed as follows. That is, the shape of the bleed chamber 12 casing on the front side R1 in the rotational direction with respect to the bleed nozzle 14 is such that the flow passage area gradually decreases toward the front side R1 in the rotational direction.
  • the inner peripheral surface of the extraction nozzle 14 and the radially outer surface 18 of the extraction chamber 12 are connected by a smooth curved surface 19 that is convex toward the air A flow path side.
  • the connecting portion between the inner peripheral surface of the extraction nozzle 14 and the radially outer surface 18 of the extraction chamber casing 6 is chamfered into a convex round surface toward the air A flow path side. That is, no corners that are orthogonal to each other are formed between the inner peripheral surface of the bleed nozzle 14 and the radially outer surface 18 of the bleed chamber casing 6 and are connected smoothly.
  • the air A that has flowed into the extraction chamber 12 via the communication passage 13 turns into a flow turning toward the front side R1 in the rotation direction of the rotor 2.
  • the flow rate of the air A decreases in the region on the front side R1 in the rotation direction of the rotor 2 with respect to the extraction nozzle 14.
  • the flow rate of the air A increases in the region on the rear side R2 in the rotation direction of the rotor 2 with respect to the extraction nozzle 14.
  • the flow passage area is reduced corresponding to the decrease in the flow rate of the fluid on the front side R1 in the rotation direction of the rotor 2 with respect to the bleed nozzle 14, and the fluid on the rear side R2 in the rotation direction.
  • the flow path area was increased corresponding to the increase in the flow rate.
  • the uniformity of the flow rate of the air A can be further improved by making the shape of the bleed chamber 12 casing corresponding to the flow rate of the air A.
  • the inner peripheral surface of the extraction nozzle 14 and the radially outer surface 18 of the extraction chamber 12 are connected by a smooth curved surface 19 having a convex shape toward the flow path side of the air A, thereby flowing through the extraction chamber 12.
  • the separation of the air A can be suppressed, and the air A can be smoothly introduced into the extraction nozzle 14.
  • the flow passage area on the rear side R2 in the rotational direction of the rotor 2 may be simply increased with respect to the extraction nozzle 14.
  • the number of the extraction nozzles 14 does not ask
  • the present invention is a compressor having a rotor that rotates about an axis and a casing that surrounds the rotor, and has a bleed structure for guiding a part of gas compressed by the rotor to the outside. It is applicable to.

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Abstract

　この圧縮機は、軸線を中心に回転するロータ（２）と、ロータ（２）を外周側から囲んで、ロータ（２）との間に主流路を形成するロータケーシング（３）と、ロータケーシング（３）の外周側に設けられて、ロータケーシング（３）との間に主流路（４）と連通する抽気室（１２）を形成する抽気室ケーシング（６）と、抽気室ケーシング（６）に外周側から接続されて、内側に抽気室内の流体を外部に導く抽気ノズル（１４）と、を備え、抽気室ケーシング（６）とロータケーシング（３）との径方向の間隔は、抽気ノズル（１４）に対してロータ（２）の回転方向の前方側（Ｒ１）よりも、ロータ（２）の回転方向の後方側（Ｒ２）の方が大きい。

Description

圧縮機、及びガスタービン
　本発明は、軸線を中心として回転するロータと、このロータを囲むケーシングとを備えている圧縮機、及びこれを備えているガスタービンに関する。
　本願は、２０１３年１０月１７日に出願された特願２０１３－２１６４８４号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　回転機械の一種として、軸線を中心として回転して空気などの気体を圧縮するロータと、このロータを囲むケーシングと、を備えている圧縮機がある。この圧縮機は、ロータにより圧縮された気体の一部を外部に導くための抽気構造を採用している。
　例えば、以下の特許文献１には、このような抽気構造を採用している圧縮機が開示されている。この圧縮機のケーシングには、空気（圧縮空気）の主流路と連通している抽気室と、この抽気室内の空気を外部に導く配管とが形成されている。抽気室は、ロータを中心とした環状の空間である。また、配管は、ロータを基準にして径方向外側に向かって抽気室から延びている。
　抽気構造を採用している圧縮機においては、主流路から抽気室の内部に抽気された空気は、ロータの回転に伴い周方向に旋回する流れとなる。
特開２０１２－１８０７４９号公報
　ところで、発明者らは、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics、数値流体力学）を用いた解析によって、抽気室の内部における配管の近傍において、空気の周方向の流量が不均一になることを見出した。具体的には、抽気室の内部における配管に対してロータの回転方向の前方側において、空気の局所的な質量流量が増加する傾向が見られた。
　空気の流量の不均一性によって脈動が生じると、抽気室と主流路とを接続する連絡路の下流に配置された動翼の先端付近に失速が発生する。これによって、圧縮空気の流れ全体にサージが引き起こされる。そして、この失速及びサージによって圧縮機の運転効率が低下する。
　特に、重量軽減などの目的から配管の数を低減する場合、抽気された圧縮空気の流量の不均一性が大きくなるため、サージの可能性が高まる。即ち、サージマージンが小さくなる。
　この発明は、抽気ノズル近傍における流体の流量の不均一性を低減するで、圧縮機の運転効率の低下を抑制することができる圧縮機を提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様によれば、圧縮機は、軸線を中心に回転するロータと、前記ロータを外周側から囲んで、前記ロータとの間に主流路を形成するロータケーシングと、前記ロータケーシングの外周側に設けられて、前記ロータケーシングとの間に前記主流路と連通する抽気室を形成する抽気室ケーシングと、前記抽気室ケーシングに外周側から接続されて、内側に前記抽気室内の流体を外部に導く抽気ノズルと、を備え、前記抽気室ケーシングと前記ロータケーシングとの径方向の間隔は、前記抽気ノズルが設けられる位置に対して前記ロータの回転方向の前方側よりも、前記ロータの回転方向の後方側の方が大きい。
　上記構成によれば、抽気ノズルに対してロータの回転方向前方側において流体の流量が減少するのに対応して流路面積を小さくなるとともに、回転方向後方側において流体の流量が増大するのに対応して流路面積が大きくなる。これにより、抽気ノズル近傍における流体の流量の不均一性を低減することができ、動翼の先端付近に発生する失速を抑制することができる。失速が抑制されることによって、流体の流れ全体に引き起こされるサージも抑制され、圧縮機の運転効率の低下を抑制することができる。
　また、抽気ノズルに起因する流体の不均一性が低減されることによって、抽気ノズルの数を減じることができ、圧縮機の重量、及び製造コストを低減することができる。
　前記抽気室ケーシングと前記ロータケーシングとの径方向の間隔であって、前記抽気ノズルに対して回転方向の後方側の前記間隔は、前記ロータの回転方向の前方側に向かうに従って、漸次大きくなるように形成されている構成としてもよい。
　上記構成によれば、徐々に増大する流体の流量に対応した形状となり、流体の流量の均一性をより高めることができる。
　前記抽気室ケーシングと前記ロータケーシングとの径方向の間隔であって、前記抽気ノズルに対して回転方向の前方側の前記間隔は、前記ロータの回転方向の前方側に向かうに従って、漸次小さくなるように形成されている構成としてもよい。
　上記構成によれば、徐々に減少する流体の流量に対応した形状となり、流体の流量の均一性をより高めることができる。
　前記抽気ノズルの内周面と、前記抽気室の径方向の外側面とは、流体の流路側に向かって凸形状の滑らかな曲面で接続されている構成としてもよい。
　上記構成によれば、抽気室を流れる流体のはく離を抑制することが可能となり、流体を滑らかに抽気ノズルに導入することができる。
　上記目的を達成するための発明に係る一態様のガスタービンは、前記ロータが回転することで前記流体としての空気を圧縮する圧縮機をなす、以上のいずれかの圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの前記燃焼ガスで駆動するタービンと、を備えている。
　上記構成によれば、抽気ノズル近傍における流体の流量の不均一性を低減することができ、動翼の先端付近に発生する失速を抑制することができる。失速が抑制されることによって、流体の流れ全体に引き起こされるサージも抑制され、圧縮機の運転効率の低下を抑制することができる。
本発明の実施形態のガスタービンの要部切欠側面図である。 本発明の実施形態の圧縮機の要部断面図である。 図２におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。 図３のＩＩＩ部拡大図である。
　以下、本発明の実施形態の圧縮機を備えているガスタービンについて図面を参照して詳細に説明する。
　本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気Ａｏを圧縮して圧縮空気Ａを生成する圧縮機１と、燃料供給源から供給された燃料Ｆを圧縮空気Ａに混合して燃焼させて燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器２０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン２１と、を備えている。なお、以下では、圧縮空気Ａを空気Ａとする。
　圧縮機１及びタービン２１は、いずれも、回転軸線Ａｒを中心として回転するロータ２，２２と、このロータ２，２２を覆う筒状のケーシング３，２３とを有している。圧縮機１のロータ２及びタービン２１のロータ２２は、同一の回転軸線Ａｒを中心として回転するもので、相互に連結されている。筒状の圧縮機１のケーシング３は、圧縮機１のロータ２と共同して、空気Ａが流れる主流路４を形成する。また、筒状のタービンケーシング２３は、タービン２１のロータ２２と共同して、燃焼ガスＧが流れる主流路２４を形成する。複数の燃焼器２０は、回転軸線Ａｒを中心として、周方向Ｄｃに互いに等間隔でタービンケーシング２３に固定されている。
　なお、以下では、回転軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａとする。また、回転軸線Ａｒを基準にした径方向を径方向Ｄｒとする。この径方向Ｄｒで、回転軸線Ａｒから遠ざかる方向を径方向外側とする。この径方向Ｄｒで、回転軸線Ａｒに近づく方向を径方向内側とする。また、軸方向Ｄａであって、タービン２１を基準にして圧縮機１側を上流側、圧縮機１を基準にしてタービン２１側を下流側とする。
　また、本実施形態において、ロータ２の回転する方向を回転方向Ｒとする。回転方向Ｒは、図３に示す通り、回転方向の前方側をＲ１とし、回転方向の後方側をＲ２とする。
　図２に示すように、圧縮機１は、多段式軸流圧縮機である。ロータ２は、回転軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延びているロータ本体５と、このロータ本体５の外周に固定され軸方向Ｄａに並んでいる複数の動翼段７と、を有している。ロータケーシング３の内周側には、各々の動翼段７の上流側の位置に静翼段９が固定されている。
　１つの静翼段９は、複数の静翼１０を有している。これら複数の静翼１０は、回転軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで、１つの静翼段９を構成する。また、１つの動翼段７は、複数の動翼８を有している。これら複数の動翼８は、回転軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで、１つの動翼段７を構成する。
　ロータケーシング３の外周側には、ロータケーシング３との間に抽気室１２を形成する抽気室ケーシング６が設けられている。抽気室１２は、回転軸線Ａｒを中心とした環状の空間を成している。主流路４と抽気室１２と間には連通路１３が形成されており、主流路４と抽気室１２とを連通させている。
　抽気室ケーシング６には、抽気室１２内の空気Ａを外部に導くための２つの抽気ノズル１４が形成されている。本実施形態では、以上の抽気室１２と連通路１３と複数の抽気ノズル１４とで抽気構造を構成している。
　連通路１３は、回転軸線Ａｒを中心として環状を成し、径方向外側に向かって切り込まれたスリットであり、抽気室１２の径方向内側に形成されている。連通路１３の主流路４側の開口は、軸方向Ｄａにおいて、軸方向Ｄａで隣接する静翼段９と動翼段７との間の位置に形成されている。
　複数の抽気ノズル１４は、回転軸線Ａｒを中心として周方向に等間隔に並んでいる。即ち、本実施形態の抽気ノズル１４は、周方向に１８０°間隔で配置されている。この抽気ノズル１４は、抽気室１２から径方向外側に向かって延びている。各々の抽気ノズル１４には、この抽気ノズル１４からの空気Ａを目的の場所に導く抽気配管１５が接続されている。この抽気配管１５には、抽気する空気流量を調節する流量調節弁１６が設けられている。
　図３に示すように、本実施形態の抽気室１２は、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の前方側Ｒ１（空気Ａの流れ方向下流側）と、ロータ２の回転方向の後方側Ｒ２（空気Ａの流れ方向上流側）とを比較すると、回転方向の後方側Ｒ２の方が周方向から見た流路面積が大きくなるように形成されている。
　換言すれば、抽気室１２ケーシングの径方向内側面１７とロータケーシング３の径方向外側面１８との径方向の間隔は、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の前方側Ｒ１よりも、回転方向の後方側Ｒ２の方が大きくなっている。
　図４に示すように、２つの抽気ノズル１４から離間した位置におけるロータケーシング３と抽気室１２ケーシングとの径方向の間隔をＧとすると、抽気ノズル１４よりもロータ２の回転方向の前方側Ｒ１の間隔Ｇ１はＧより小さくなっている。抽気ノズル１４よりも回転方向の後方側Ｒ２の間隔Ｇ２はＧより大きくなっている。間隔Ｇ１及び間隔Ｇ２の寸法は、ＣＦＤによる解析によって求められた、抽気室１２内の空気Ａの流量に応じて適宜調節することができる。
　抽気室１２ケーシングとロータケーシング３との径方向の間隔であって、抽気ノズル１４に対して回転方向の後方側Ｒ２の間隔は、ロータ２の回転方向の前方側Ｒ１に向かうに従って、漸次大きくなるように形成されている。即ち、抽気ノズル１４に対して回転方向の後方側Ｒ２の抽気室１２ケーシングの形状は、回転方向の前方側Ｒ１に向かって流路面積が徐々に大きくなるような形状とされている。
　抽気室１２ケーシングとロータケーシング３との径方向の間隔であって、抽気ノズル１４に対して回転方向の前方側Ｒ１の間隔は、ロータ２の回転方向の前方側Ｒ１に向かうに従って、漸次小さくなるように形成されている。即ち、抽気ノズル１４に対して回転方向の前方側Ｒ１の抽気室１２ケーシングの形状は、回転方向の前方側Ｒ１に向かって流路面積が徐々に小さくなるような形状とされている。
　抽気ノズル１４の内周面と、抽気室１２の径方向外側面１８とは、空気Ａの流路側に向かって凸形状の滑らかな曲面１９で接続されている。換言すれば、抽気ノズル１４の内周面と抽気室ケーシング６の径方向外側面１８との接続部は、空気Ａの流路側に向かって凸形状の丸面の面取り加工が施されている。即ち、抽気ノズル１４の内周面と抽気室ケーシング６の径方向外側面１８との間には、直交するような角部が形成されておらず、滑らかに接続されている。
　連通路１３を介して抽気室１２に流れてきた空気Ａは、ロータ２の回転方向の前方側Ｒ１に向かって旋回する流れとなる。空気Ａの流量は、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の前方側Ｒ１の領域では減少する。一方、空気Ａの流量は、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の後方側Ｒ２の領域では増大する。
　上記実施形態によれば、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の前方側Ｒ１において流体の流量が減少するのに対応して流路面積を小さくするとともに、回転方向の後方側Ｒ２において流体の流量が増大するのに対応して流路面積を大きくした。これにより、抽気ノズル１４近傍における流体の流量の不均一性を低減することができ、動翼８の先端付近に発生する失速を抑制することができる。失速が抑制されることによって、流体の流れ全体に引き起こされるサージも抑制され、圧縮機１の運転効率の低下を抑制することができる。
　また、抽気ノズル１４に起因する流体の不均一性が低減されることによって、抽気ノズル１４の数を減じることができ、圧縮機１の重量、及び製造コストを低減することができる。
　また、抽気室１２ケーシングの形状を空気Ａの流量に対応した形状としたことにより、空気Ａの流量の均一性をより高めることができる。
　また、抽気ノズル１４の内周面と抽気室１２の径方向外側面１８とは、空気Ａの流路側に向かって凸形状の滑らかな曲面１９で接続されていることによって、抽気室１２を流れる空気Ａのはく離を抑制することが可能となり、空気Ａを滑らかに抽気ノズル１４に導入することができる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
　上記実施形態では、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の前方側Ｒ１の流路面積を小さくするとともに、回転方向の後方側Ｒ２の流路面積を大きくしたがこれに限ることはない。例えば、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の前方側Ｒ１の流路面積を小さくするのみでもよい。反対に、抽気ノズル１４に対してロータ２の回転方向の後方側Ｒ２の流路面積を大きくするのみでもよい。
　また、上記実施形態では、抽気ノズル１４を２つ設ける構成を示したが、抽気ノズル１４の本数は問わない。
　本発明は、軸線を中心として回転するロータと、このロータを囲むケーシングとを備えている圧縮機であって、ロータにより圧縮された気体の一部を外部に導くための抽気構造を有する圧縮機に適用可能である。
　１　圧縮機
　２　ロータ
　３　ロータケーシング
　４　主流路
　５　ロータ本体
　６　抽気室ケーシング
　７　動翼段
　８　動翼
　９　静翼段
　１０　静翼
　１２　抽気室
　１３　連通路
　１４　抽気ノズル
　１５　抽気配管
　１６　流量調節弁
　１７　径方向内側面
　１８　径方向外側面
　１９　滑らかな曲面
　２０　燃焼器
　２１　タービン
　２２　ロータ
　２３　ケーシング
　２４　主流路
　Ｒ　回転方向
　Ｒ１　回転方向の前方側
　Ｒ２　回転方向の後方側

Claims (5)

  1. 　軸線を中心に回転するロータと、
    　前記ロータを外周側から囲んで、前記ロータとの間に主流路を形成するロータケーシングと、
    　前記ロータケーシングの外周側に設けられて、前記ロータケーシングとの間に前記主流路と連通する抽気室を形成する抽気室ケーシングと、
    　前記抽気室ケーシングに外周側から接続されて、内側に前記抽気室内の流体を外部に導く抽気ノズルと、を備え、
    　前記抽気室ケーシングと前記ロータケーシングとの径方向の間隔は、前記抽気ノズルが設けられる位置に対して前記ロータの回転方向の前方側よりも、前記ロータの回転方向の後方側の方が大きい圧縮機。
  2. 　前記抽気室ケーシングと前記ロータケーシングとの径方向の間隔であって、前記抽気ノズルに対して回転方向の後方側の前記間隔は、前記ロータの回転方向の前方側に向かうに従って、漸次大きくなるように形成されている請求項１に記載の圧縮機。
  3. 　前記抽気室ケーシングと前記ロータケーシングとの径方向の間隔であって、前記抽気ノズルに対して回転方向の前方側の前記間隔は、前記ロータの回転方向の前方側に向かうに従って、漸次小さくなるように形成されている請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
  4. 　前記抽気ノズルの内周面と、前記抽気室の径方向の外側面とは、流体の流路側に向かって凸形状の滑らかな曲面で接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機。
  5. 　前記ロータが回転することで前記流体としての空気を圧縮する圧縮機をなす請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧縮機と、
    　前記圧縮機で圧縮された圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    　前記燃焼器からの前記燃焼ガスで駆動するタービンと、を備えているガスタービン。
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