轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的制作方法

本发明涉及轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片。

背景技术：

在轴流压缩机中，通过配置于动作流体流通的环状流道的圆周方向的多个动叶片及多个静叶片形成动叶片列及静叶片列。利用一组动叶片列及静叶片列构成一个级，具备多级的级。

近年来，在轴流压缩机中，要求兼具高压力比化和由级的削减带来的低成本化的高负荷化。在高负荷压缩机的亚音速叶片中，由于在环状流道中的叶片所处的内周侧或外周侧的壁面(叶片的壁面)的边界层的发展，二次流增加，因此，在由叶片面与流道壁面形成的角部产生流的失速(角失速)，存在压力损失增大的可能性。因此，生成能抑制角失速的高性能的叶片形及流道壁面形状是用于开发高性能的高负荷压缩机的重要课题。

例如，作为能避免在流道壁面(叶片的壁面)附近的流的剥离，且能同时提高压缩机的效率与失速容限的压缩机的静叶片，提出了使径向跨距中央部(腰部)的叶片弦长比叶片前端或叶片根的叶片弦长短，并且使叶片的后缘弯曲的静叶片(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2001-132696号公报

顺便地，当在上游叶片列的流出角在叶片高度方向(径向)不一样时(例如在流道壁面附近的流出角比在叶片高度中央部的流出角大的情况)、来自叶片列的下游侧的泄漏流流入比叶片列靠上游侧的环状流道的情况下，叶片列的壁面附近的边界层受到影响。在上述专利文献1中，并未言及上述那样的上游叶片列的流出角的非一样性、泄漏流的影响，认为并未充分考虑这些的影响。即，在具备专利文献1所记载的静叶片的压缩机中，当由于上游叶片列的流出角的非一样性、泄漏流的影响，静叶片列的壁面附近的边界层的流的方向相对于主流的流动方向较大地扭转(偏离)，则存在无法壁面角失速的可能性。

另外，即使由于某种主要原因，在叶片列入口的流道壁面的边界层厚的情况下，也与上述的上游叶片列的流出角是非一样性的情况、存在泄漏流的情况相同，具有在叶片列的壁面的边界层的流相对于主流较大地扭转的可能性，无法壁面角失速。

这种流的剥离、失速会引起抖动、喘振等非稳定的流体振动，因此，存在压缩机的可靠性下降的可能性。另外，流的剥离的影响未限定于产生剥离的叶片。即，由于流的剥离，相对于下游侧的叶片的流入角在叶片高度方向不一样化，因此，有可能导致在后续叶片列的压力损失的增加、压缩机的可靠性的降低。在该情况下，导致作为压缩机整体的较大的效率的下降、可靠性的下降。

另外，即使能避免角失速，如果为在叶片列出口的流出角为不一样的状态，则相对于下游侧的叶片的流入角也不一样化。该情况下，也存在导致在后续叶片列的压力损失的增加、压缩机的可靠性下降的可能性。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题点而进行的，其目的在于提供能抑制叶片的角失速，并且使相对于后续叶片列的流的流入条件适当化，能提高压缩机整体的效率及确保可靠性的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片。

为了解决上述课题，例如采用保护范围所记载的结构。

本发明为了解决上述课题而包括多个方法，但如果列举其一例，则具备多个由配置于动作流体流通的环状流道内的多个动叶片构成的动叶片列及由多个静叶片构成的静叶片列，上述环状流道的内周侧及外周侧的至少一方的壁面中的、上述动叶片列及上述静叶片列的至少一方所处的部分具有以其下游侧部分比上游侧部分向上述环状流道鼓出的方式弯曲的鼓出部，位于具有上述鼓出部的壁面的叶片列的叶片在具有上述鼓出部的壁面侧的叶片端部中的叶片出口角的壁面方向的增加率比在叶片高度中间部中的叶片出口角的上述壁面方向的增加率大。

本发明的效果如下。

根据本发明，通过使环状流道的壁面中的动叶片列及静叶片列的至少一方所处的部分的下游侧比上游侧向环状流道鼓出，能局部地抑制在流道壁面的边界层的发展，因此能抑制由叶片面和流道壁面形成的在角部的流的剥离(角失速)。另外，通过使在叶片的鼓出的流道壁面侧的叶片端部的叶片出口角的壁面方向的增加率比叶片高度中间部的叶片出口角的增加率大，从而能抑制由流道壁面的鼓出引起的在叶片列出口的流的流出角的过度的减少，因此能使相对于后续叶片列的流入条件适当化。其结果，能实现压缩机整体的效率的提高及压缩机的可靠性的确保。

上述以外的课题、结构及效果根据以上的实施方式的说明变得明确。

附图说明

图1是表示具备本发明的轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的结构图。

图2是表示本发明的轴流压缩机的第一实施方式的主要部分结构的子午面剖视图。

图3是放大表示图2的符号X所示的静叶片列的静叶片及环状流道的壁面形状的子午面剖视图。

图4是表示构成叶片列的叶片的叶片形的各种形状参数的说明图。

图5是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片的内周端、中间部及外周端的叶片形的说明图。

图6是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及作为比较例的基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。

图7是表示相对于构成本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及流道壁面形状的作为比较例的现有的基准叶片及流道壁面形状的子午面内的流的说明图。

图8是表示相对于构成本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及流道壁面形状的作为比较例的现有的基准叶片的叶片列的叶片间流的说明图。

图9是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及现有的基准叶片的叶片高度方向的全压损失分布的特性图。

图10是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及现有的基准叶片的叶片高度方向的流出角分布的特性图。

图11是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及流道壁面形状中的子午面内的流的说明图。

图12是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片列的叶片间流的说明图。

图13是表示构成本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的变形例的一部分的静叶片及环状流道的壁面形状的子午面剖视图。

图14是表示构成图13所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的变形例的一部分的静叶片及基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。

图15是表示本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机、以及轴流压缩机的静叶片的第二实施方式的环状流道的内周侧壁面的鼓出部的说明图。

图16是表示本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的主要部分结构的子午面剖视图。

图17是表示构成图16所示的本发明的轴流压缩机的第三实施方式的一部分的动叶片及基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。

图18是表示本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的变形例的主要部分结构的子午面剖视图。

图19是表示构成图18所示的本发明的轴流压缩机的第三实施方式的变形例的一部分的动叶片及基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。

图中：1—轴流压缩机，11—转子(旋转部件)，12、12C、12D—动叶片列，14、14A、14B—静叶片列，15—内周外壳(静止部件)，17、17A、17B—叶片部，18、18A、18B—叶片端护罩，20、20A、20C—外壳的外周面(环状流道的外周侧壁面)，21、21D—转子的外周面(环状流道的内周侧壁面)，23、23B—叶片端护罩的外周面(环状流道的内周侧壁面)，31、31r—前缘，33—负压面，24、44、54、74—鼓出部，26、46、56、76—第一曲面，27、47、57、77—第二曲面，28、48—拐点(第一拐点)，58、78—第一拐点，59、79—第三曲面，60、80—第四曲面，61、81—第二拐点，P—环状流道。

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的实施方式。另外，在此，说明将本发明应用于燃气轮机的轴流压缩机的例子，但本发明例如也能应用于工业用的轴流压缩机。

[第一实施方式]

首先，使用图1及图2说明本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的第一实施方式的结构。图1是表示具备本发明的轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的结构图，图2是表示本发明的轴流压缩机的第一实施方式的主要部分结构的子午面剖视图。图1中，实线的箭头表示动作流体的流，虚线的箭头表示燃料流。图2中，空白箭头表示动作流体流，箭头表示泄漏流。

在图1中，燃气轮机具备压缩吸入空气的轴流压缩机1、与由轴流压缩机1压缩的空气一起使燃料燃烧而生成燃烧气体的燃烧器2以及由在燃烧器2生成的燃烧气体驱动的涡轮机3。轴流压缩机1与涡轮机3由轴4直接连结。在燃气轮机上连接产生电力的发电机5。

轴流压缩机1在图2中具备旋转自如地被保持的转子11、由在转子11的外周部安装于圆周方向的多个动叶片构成的动叶片列12、内置转子11的外壳13、由在外壳13的内周部安装于圆周方向的多个静叶片构成的静叶片列14。由动叶片12与静叶片14的组合构成一个级。轴流压缩机1在转子11的轴向具备多级(在图2中仅图示最终级的动叶片列及静叶片列)。在轴流压缩机1中，由于能由单级实现的压力比有界限，因此，通过串联地配置多级，实现根据目的的压力比。转子11的比最终级的动叶片列12靠下游侧的部分由内周外壳15隔着间隔覆盖。在内周外壳15的上游侧的外周部设置圆环状的槽部15a。

静叶片列14的静叶片例如由被外壳13悬臂支撑的横剖面形状为叶片形的叶片部17、设于叶片部17的内周端的叶片端护罩18构成。在圆周方向上邻接的静叶片的叶片端护罩18相互连结，作为静叶片列14的整体形成为圆环状。所连结的圆环状的叶片端护罩18配置在内周外壳15的槽部15a。在叶片端护罩18和划分内周外壳15的槽部15a的底面、侧面之间，为了容许轴流压缩机1在起动时的外壳13与内周外壳15的相对的偏离，设置间隙G。

动叶片列12及静叶片列14配置在动作流体流通的环状流道P内。环状流道P的外周侧壁面主要由外壳13的内周面20构成。环状流道P的内周侧壁面的一部分由转子11的动叶片列12的安装部分的外周面21、内周外壳15的外周面22、叶片端护罩18的外周面23构成。即，位于动叶片列12、静叶片列14的内周侧及外周侧的壁面是环状流道P的内周侧及外周侧的壁面的一部分。比静叶片列14靠下游侧的环状流道P和比静叶片列14靠上游侧的环状流道P通过间隙G成为连通状态。

接着，使用图3至图6说明构成本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的一部分的静叶片列及静叶片列的壁面的详细的结构。

图3是放大表示图2的符号X所示的静叶片列的静叶片及环状流道的壁面形状的子午面剖视图，图4是表示构成叶片列的叶片的叶片形的各种形状参数的说明图，图5是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片的内周端、中间部及外周端的叶片形的说明图，图6是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及作为比较例的基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。图4中，箭头A表示转子的轴向，箭头C表示转子的圆周方向。图5中，纵轴C表示转子圆周方向，横轴A表示转子的轴向。点线L表示静叶片的叶片部的内周端(叶片高度0％)的叶片形，实线M表示叶片部的内周端与外周端的中间位置(叶片高度50％)的叶片形，虚线N表示叶片部的外周端(叶片高度100％)的叶片形。图6中，纵轴HD表示无量纲叶片高度，横轴k2表示叶片出口角。无量纲叶片高度HD是相对于叶片部全长的距叶片部的内周端的任意的叶片高度的比，表示任意的叶片高度相对于叶片部全长的相对的位置。另外，实线I表示本实施方式的情况，虚线R表示后述的基准叶片的情况。另外，在图3至图6中，与图1及图2所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

如图3及图4所示，静叶片列14的静叶片的叶片部17由其上游侧端部的前缘31、后游侧端部的后缘32、连接前缘31与后缘32的背侧的负压面33及连接前缘31与后缘32的腹侧的压力面34构成。连结前缘31与后缘32的线段是叶片弦线36，叶片弦线36的轴向长度是轴弦长Cx。依次连结叶片形的负压面33和压力面34的中点而得到的曲线是翼型中弧线37。翼型中弧线37的前缘31中的切线与轴向A所成的角是叶片入口角k1，翼型中弧线37的后缘32中的切线与轴向A所成的角是叶片出口角k2。另外，在动叶片列12的动叶片的情况下，也由前缘31r、后缘32r、背侧的负压面及腹侧的压力面构成。轴弦长Cx、叶片入口角、叶片出口角k2的定义也与静叶片的情况相同(参照后述的图16及图17)。

静叶片的叶片部17的前缘31的子午面形状如图3所示，内周侧端部及外周侧端部比叶片高度中间部向上游侧延伸。另一方面，叶片部17的后缘32的子午面形状在叶片高度方向(径向)大致为直线状。即，叶片部17的轴弦长Cx如图3及图5所示，以内周侧端部及外周侧端部比中间部长的方式设定。叶片部17的内周侧端部及外周侧端部以其轴弦长Cx向叶片高度中间部逐渐减少的方式形成。另外，在本说明书中，叶片部17的内周侧端部是容易受到在环状流道P的内周侧壁面产生的边界层的影响的区域，具体地说，是从内周端到叶片部17的全长的15％左右的高度的部分。同样地，叶片部17的外周侧端部是容易受到在环状流道P的外周侧壁面产生的边界层的影响的区域，具体地说，是从叶片部17的全长的85％左右的高度到外周端的部分。叶片部17的叶片高度中间部是难以受到在环状流道P的内周侧、外周侧的壁面产生的边界层的影响、主流的影响波及的区域，是叶片部17中的除了内周侧端部和外周侧端部的部分、即从叶片部17的全长的大约15％到大约85％的部分。

另外，叶片部17的内周侧端部如图5及图6所示，以其叶片出口角比叶片高度中间部的叶片出口角大的方式设定。另外，叶片部17的内周侧端部中的叶片出口角k2的叶片高度方向的分布如图6所示，向内周端方向(环状流道P的内周侧壁面方向)逐渐增加。另外，叶片部17的叶片高度中间部中的叶片出口角k2的叶片高度方向的分布例如向内周端方向单调增加。除此之外，以叶片部17的内周侧端部的叶片出口角k2的内周端方向(环状流道P的内周侧壁面方向)的增加率比叶片高度中间部的叶片出口角k2的内周端方向的增加率大的方式设定。

返回图3，外壳13的内周面20中的静叶片列14的安装部分、即环状流道P中的静叶片列14的外周侧壁面形成为从转子11的旋转轴线A(参照图2)的半径大致恒定的圆筒面。比内周外壳15中的槽部15a靠上游侧的外周面22、即比环状流道P的内周侧壁面中的静叶片列14靠上游侧的一部分以在静叶片列14的入口(前缘31)的环状流道P的子午面流道高度H1大致恒定的方式形成为圆筒面。

静叶片列14的叶片端护罩18的外周面23、即环状流道P中的静叶片列14的内周侧壁面具有以其下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出δ的方式弯曲的鼓出部24。该鼓出部24在圆周方向上一样地形成。换言之，以环状流道P中的静叶片列14的出口(后缘32)的子午面流道高度Ht比静叶片列14的入口的子午面流道高度H1缩小δ的方式设定。叶片端护罩18的外周面23的具体的结构由比内周外壳15的槽部15a靠上游侧的位于与外周面22大致同一面上的第一圆筒面25、位于第一圆筒面25的下游侧且与第一圆筒面25顺滑地连接且向环状流道P的外侧凸的形状的第一曲面26、位于第一曲面26的下游侧且与第一曲面26顺滑地连接且向环状流道P的内侧凸的形状的第二曲面27、第一曲面26和第二曲面27间的拐点28、位于第二曲面27的下游侧且与第二曲面27顺滑地连接的第二圆筒面29构成。第二圆筒面29与第一圆筒面25相比位于以δ靠径向外侧。拐点28例如距前缘31的轴向位置相对于轴弦长Cx的比例大约为50％。

接着，使用图1及图2说明构成本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的动作流体的流的概略。

利用图1所示的燃气轮机的轴流压缩机1，吸入作为动作流体的大气并压缩。该压缩空气被导入燃烧器2并与燃料混合、燃烧，产生高温的燃烧气体。该燃烧气体驱动涡轮机3，将热能转换为动能。该动能通过驱动轴流压缩机1而消耗，并且由发电机5转换为电能。

被吸入图2所示的轴流压缩机1内的动作流体通过了配置在子午面流道(子午面剖面的环状流道)P内的动叶片列12后，通过静叶片列14作为排出气流向下游流出。此时，动作流体通过与由涡轮机3(参照图1)驱动的转子1一起旋转的动叶片列12给予动能，另外，根据在静叶片列14的减速及流向的转向，将该动能转换为压力能，成为高压、高温的状态。通过子午面流道P的动作流体通过交替地通过多个动叶片列12和多个静叶片列14，到达预定的高压力状态。

接着，与现有的基准叶片比较地说明本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机以及轴流压缩机的静叶片的第一实施方式的作用及效果。

首先，使用图6至图10说明相对于本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的第一实施方式的作为比较例的现有的基准叶片的结构及作用。

图7是表示相对于构成本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及流道壁面形状的作为比较例的现有的基准叶片及流道壁面形状的子午面内的流的说明图，图8是表示相对于构成本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及流道壁面形状的作为比较例的现有的基准叶片的叶片列的叶片间流的说明图，图9是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及现有的基准叶片的叶片高度方向的全压损失分布的特性图，图10是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及现有的基准叶片的叶片高度方向的流出角分布的特性图。图8中，箭头A表示转子的轴向，箭头C表示转子的圆周方向。图9中，纵轴HD表示无量纲叶片高度，横轴Cp表示叶片的全压损失系数。图10中，纵轴HD表示无量纲叶片高度，横轴θ表示叶片列出口的流出角。另外，图9及图10中，实线I表示本实施方式的情况，虚线R表示基准叶片的情况。另外，在图7至图10中，与图1至图6所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此省略其详细的说明。

现有的基准叶片100的叶片部101如图7所示，前缘111及后缘112的子午面形状在径向大致为直线状。即，叶片部101的轴弦长Cx在叶片高度方向(径向)大致恒定。另外，基准叶片100的叶片端护罩102的外周面121形成为圆筒面。即，以子午面流道高度H大致恒定的方式设定。叶片部101的叶片出口角k2如图6所示，以从外周端(无量纲叶片高度1.0)向内周端(无量纲叶片高度0.0)单调增加的方式分布。

当动作流体在图7所示的子午面流道P内流动时，边界层在子午面流道P的内周侧端壁面及外周侧端壁面发展。另外，子午面流道P内的动作流体的一部分从基准叶片100的下游侧通过叶片端护罩102的内周侧的间隙G成为到达基准叶片100的上游侧的泄漏流。这是因为，由于间隙G，压力水平不同的基准叶片100的下游侧(高压侧)和上游侧(低压侧)连通。通过该间隙G的泄漏流的流量小，为主流的流量的0.5-2％左右。但是，该泄漏流由于是由下游侧与上游侧的压力差产生的流，因此与主流不同，轴向的速度成分为主。

在该泄漏流与主流合流时，由于相对于子午面流道P的内周侧壁面附近的边界层使流动方向变化，并且增加低速区域，因此，该边界层较大地不一样。在图7所示的基准叶片100的情况下，从叶片部101的负压面113的流线S的分布可以看出，由泄漏流引起的边界层的较大的不一样化成为诱发在叶片部101的负压面113侧的下游侧区域的角失速的结果。

即，如图8所示，受到了泄漏流的影响的内周侧壁面附近的边界层的流B与从内周侧壁面离开的主流M的流动方向及流速较大地不同。该边界层的流B由于从叶片部101间的压力面114侧向负压面113侧的二次流Sf1的影响，克服叶片部101的负压面113侧的下游侧区域的逆压力坡度而未被切断。其结果，产生较大的逆流涡E1而形成流的剥离区域，产生较大的压力损失。即，如图9所示，内周侧壁面附近(无量纲叶片高度HD从0.05至0.3)的全压损失系数Cp变大。

同时，由于流的剥离区域的阻止效果，在基准叶片100的叶片列出口的流出流T1更向圆周方向C侧转向。即，如图10所示，内周侧壁面附近(无量纲叶片高度HD从0.0至0.3)的基准叶片100的叶片列出口的流出角θ变大。通过该流出流T1的向圆周方向C侧的转向，相对于该叶片列的后续叶片列的流入角增大，在后续叶片列产生流入角的失配而使损失增加。

这样，在现有的基准叶片100的情况下，由于从基准叶片100的下游侧通过间隙G向上游侧的泄漏流的影响，在叶片部101的负压面113侧的下游侧区域形成流的剥离区域而使损失变大。另外，由于由所形成的流的剥离区域引起的阻止，内周侧壁面附近的叶片列出口的动作流体的流出角θ变大。因此，产生剥离的叶片列相对于后续叶片列的流入角增加，因此，在后续叶片列的压力损失的增加、剥离的产生的危险性也增加。

接着，使用图3、图5、图6、图9至图12说明本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机、及轴流压缩机的静叶片的第一实施方式的作用及效果。

图11是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片及流道壁面形状的子午面内的流的说明图，图12是表示构成图3所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的一部分的静叶片列的叶片间流的说明图。图12中，箭头A表示转子或外壳的轴向，箭头C表示转子或外壳的圆周方向。另外，在图11及图12中，与图1至图10所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

在本实施方式中，如图3所示，通过在流加速的静叶片列14的上游侧部分中，将子午面流道高度维持为大致恒定，从而缓和流的加速。其结果，抑制由与静叶片列14的叶片部17的叶片面的摩擦引起的压力损失。另一方面，以流的减速大的静叶片列14的下游侧部分的子午面流道高度比上游侧部分的子午面流道高度小的方式，使叶片端护罩18的外周面23(子午面流道P的静叶片列14的内周侧壁面)的下游侧部分为向子午面流道P鼓出的形状，因此，在局部缓和在子午面流道P的内周侧壁面的边界层的流的减速。因此，抑制由于泄漏流而较大地不一样化的在内周侧壁面的边界层的发展，其结果，能抑制角失速。即，如图11所示，从本实施方式的静叶片列14的负压面33的流线S的分布可以看出，当与基准叶片100的情况(参照图7)比较，则利用叶片端护罩18的外周面23(子午面流道P的静叶片列14的内周侧壁面)的下游侧部分的鼓出形状，使由于泄漏流而发展的在内周侧壁面的边界层的低速部局部地薄层化。

另外，由于静叶片列14的内周侧壁面的下游侧部分的鼓出，静叶片列14的下游侧部分的流的减速比基准叶片100的情况缓和，因此，如图12所示，在静叶片列14的叶片部17间内产生的二次流Sf2与基准叶片100的情况的二次流Sf1相比，更朝向轴向A。因此，被在叶片部17的负压面33的后缘32附近产生的逆流涡E2卷入的低速的流变少，抑制逆流涡E2的发展。

通过抑制该逆流涡E2的发展而减少阻止效果、以及通过子午面流道P的内周侧壁面的鼓出，轴向流速比基准叶片100的情况增加，在静叶片列14的出口的流出流T2与基准叶片100的情况相比，朝向轴向A。相对于此，在本实施方式中，如图5及图6所示，使叶片部17的内周侧端部的叶片出口角的内周端方向(环状流道P的内周侧壁面方向)的增加率比叶片部17的叶片高度中间部的叶片出口角的内周端方向的增加率大，因此，作为静叶片列14的叶片形，具有使静叶片列14的内周侧壁面的边界层流更向圆周方向C的效果。即，能够防止由子午面流道P的内周侧壁面的鼓出引起的静叶片列14的出口的流出流T2的过度的向轴向A的转向，其结果，能使相对于后续叶片列(包括最终级的下游侧的扩散器)的流入条件适当化或一样化。另外，增大内周侧壁面附近的叶片出口角相当于减少静叶片列14的内周侧壁面附近的流的转向，因此，也同时抑制内周侧壁面附近的流的剥离。

另外，在本实施方式中，如图3所示，通过使叶片端护罩18的外周面23的叶片部17的从前缘31到后缘32的部分至少由第一曲面26、与第一曲面26顺滑地连接的第二曲面27及第一曲面26和第二曲面27之间的拐点28构成，从而使外周面23的鼓出形状顺滑地弯曲而不产生角部。因此，防止由鼓出形状自身引起的流的剥离的产生。

另外，在本实施方式中，使拐点28距前缘31的轴向位置相对于轴弦长Cx的比例大约为50％。这是考虑到，基准叶片100(参照图7)的流的剥离区域从作为流的减速的起点的叶片部17的轴弦长Cx的中间附近发展。另外，在流的减速大而使流的剥离区域容易成长的叶片部17的下游侧部分使子午面流道高度窄，使环状流道P的内周侧壁面附近的流加速对避免流的剥离有效，则根据流解析的参数可以看出。当考虑到这种情况，则为了有效地避免角失速，拐点28距前缘31的轴向位置优选在与轴弦长Cx的比例为40-60％的位置。

另外，在本实施方式中，如图3及图5所示，以使叶片部17的内周侧端部及外周侧端部的轴弦长Cx比叶片高度中间部的轴弦长Cx长的方式设定。增长轴弦长Cx在使在叶片列的流的转向恒定的情况下，减少每单位长度的流的转向的比例并且缓和叶片下游侧部分的逆压力坡度，因此，有助于抑制流的剥离。

这样，在本实施方式中，由于环状流道P中的静叶片列14的内周侧壁面的下游侧部分的鼓出、叶片部17的内周侧端部及外周侧端部的轴弦长Cx的延伸、以及内周侧壁面附近的叶片出口角相对于叶片高度中间部的增大，抑制叶片部17的负压面33的下游侧区域的流的剥离(角失速)。因此，如图9所示，静叶片列14的内周侧壁面附近(无量纲叶片高度H从0.1至0.2)的全压损失系数Cp与现有的基准叶片100的情况相比，小。另外，能够避免由角失速、流的剥离引起的颤抖等非稳定的流体振动，静叶片列14的可靠性也提高。

另外，在本实施方式中，如图10所示，具有使在现有的基准叶片100的情况下向圆周方向的内周侧壁面附近(无量纲叶片高度HD从0.0至0.2)的叶片列出口的流出角θ更朝向轴向的作用。因此，能使静叶片列14相对于后续叶片列的流入角适当化。即，与现有的基准叶片100的情况相比，能使叶片列出口的流出角θ更接近设计值，能避免由在后续叶片列的流入角的失配引起的损失增加。因此，不仅应用了本实施方式的结构的叶片列，也能减少包括其后续叶片列的损失。

如上所述，根据本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机以及轴流压缩机的静叶片的第一实施方式，通过使静叶片列14的叶片端护罩18的外周面23(环状流道P的静叶片列14的内周侧壁面)的下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出，能在局部抑制在叶片端护罩18的外周面23的边界层的发展，因此能抑制角失速。另外，通过使静叶片的叶片部17的内周侧端部的叶片出口角的内周端方向的增加率比叶片部17的叶片高度中间部的叶片出口角的内周端方向的增加率大，从而抑制由外周面23的鼓出引起的在静叶片列14的出口的流出角的过度的减少，因此能使后续叶片列的流入条件适当化。其结果，能实现压缩机整体的效率的提高及压缩机1的可靠性的确保。

另外，根据本实施方式，由于使环状流道P的内周侧壁面的鼓出部24(叶片端护罩18的外周面23)在环状流道P的圆周方向上一样地形成，因此，构成环状流道P的壁面的部件(叶片端护罩18)的制作容易。

[第一实施方式的变形例]

接着，使用图13及图14说明本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的变形例。

图13是表示构成本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的变形例的一部分的静叶片及环状流道的壁面形状的子午面剖视图，图14是表示构成图13所示的本发明的轴流压缩机的第一实施方式的变形例的一部分的静叶片及基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。图14中，纵轴HD表示无量纲叶片高度，横轴k2表示叶片出口角。另外，实线I表示本实施方式的情况，虚线R表示基准叶片的情况。另外，在图13及图14中，与图1至图12所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图13所示的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的变形例相对于第一实施方式为使环状流道P的静叶片列14的内周侧壁面(叶片端护罩18的外周面23)向环状流道P鼓出(参照图3)，使环状流道P的静叶片列14的外周侧壁面向环状流道P鼓出。

具体地说，外壳13A的内周面20A的静叶片列14A的安装部分、即环状流道P的静叶片列14A的外周侧壁面具有以其下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出δ的方式弯曲的鼓出部44。换言之，以环状流道P的静叶片列14A的出口(后缘32)的子午面流道高度Ht比静叶片列14A的入口(前缘31)的子午面流道高度H1缩小δ的方式设定。外壳13A的内周面20A的静叶片列14A的安装部分的具体结构由与比静叶片列14A靠上游侧的外壳13A的内周面20顺滑地连接的第一圆筒面45、位于第一圆筒面45的下游侧且与第一圆筒面45顺滑地连接并向环状流道P的外侧凸的形状的第一曲面46、位于第一曲面46的下游侧且与第一曲面46顺滑地连接并向环状流道P的内侧凸的形状的第二曲面47、第一曲面46与第二曲面47之间的拐点48、位于第二曲面47的下游侧且与第二曲面47顺滑地连接的第二圆筒面49构成。第二圆筒面49比第一圆筒面45位于靠径向内侧δ。优选拐点48距前缘31的轴向位置相对于轴弦长Cx的比例为从大约40％至60％的位置。另一方面，静叶片列14A的叶片端护罩18A的外周面23A形成为圆筒面，未向环状流道P鼓出。

另外，静叶片列14A的叶片部17A的外周侧端部如图14所示，其叶片出口角k2的叶片高度方向的分布向外周端方向(环状流道P的外周侧壁面方向)逐渐增加。另外，叶片部17A的叶片高度中间部的叶片出口角k2的叶片高度方向的分布例如向外周端方向单调地减少。叶片部17A的外周侧端部的叶片出口角k2的外周端方向(环状流道P的外周侧壁面方向)的增加率以比叶片高度中部的叶片出口角k2的外周端方向的增加率大的方式设定。

在本实施方式中，通过使环状流道P的静叶片列14A的外周侧壁面的下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出，在局部缓和容易产生角失速的静叶片列14A的下游侧部分的外周侧端部的流的减速。因此，能抑制静叶片列14A的外周侧壁面的边界层的发展，其结果，抑制角失速。

另外，在本实施方式中，由于在叶片部17A的外周侧端部的叶片出口角的外周端方向的增加率比其叶片高度中间部的叶片出口角的外周端方向的增加率大，因此，抑制由环状流道P的外周侧端壁面的鼓出引起的在静叶片列14A的出口的流出角的过度的减少。因此，能使静叶片列14A相对于后续叶片列(包括最终级的下游侧的扩散器)的流入条件适当化。

根据上述的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第一实施方式的变形例，能得到与上述第一实施方式相同的效果。

[第二实施方式]

接着，使用图15说明本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的第二实施方式。

图15是表示本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的第二实施方式的环状流道的内周侧壁面的鼓出部的说明图。图15中，箭头A表示转子的轴向，箭头C表示转子的圆周方向。另外，在图15中，与图1至图14所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图15所示的本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的第二实施方式相对于第一实施方式为使静叶片列14的叶片端护罩18的外周面23(环状流道P的静叶片列14的内周侧壁面)的鼓出部24在圆周方向上一样地形成而使鼓出部24为轴对称，使静叶片列14B的叶片端护罩18B的外周面23B(环状流道P的静叶片列14B的内周侧壁面)的鼓出部24B只形成在叶片部17的负压面33侧的下游侧部分而为非轴对称。

在本实施方式中，通过外周面23B的鼓出部24B，在局部缓和容易产生角失速的静叶片列14B的叶片部17的负压面33侧的下游侧部分的流的减速。由此，抑制外周面23B(静叶片列14的内周侧端壁面)的边界层的发展，其结果，能避免角失速。

另一方面，通过没有叶片部17的负压面33侧的下游侧部分以外的区域的鼓出，减少向环状流道P的鼓出部分，因此，与第一实施方式的情况相比，能增大静叶片列14B的叶片部17间的出口流道面积。因此，能避免角失速，且静叶片列14B的出口流速下降，因此，能进一步减少压力损失。

根据上述的本发明的轴流压缩机、具备该轴流压缩机的燃气轮机及轴流压缩机的静叶片的第二实施方式，能得到与上述的第一实施方式相同的效果。

[第三实施方式]

接着，使用图16及图17说明本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式。

图16是表示本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的主要部分结构的子午面剖视图，图17是表示构成图16所示的本发明的轴流压缩机的第三实施方式的一部分的动叶片及基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。图17中，纵轴HD表示无量纲叶片高度，横轴k2表示叶片出口角。另外，实线I表示本实施方式的情况，虚线R表示基准叶片的情况。另外，在图16及图17中，与图1至图15所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图16所示的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式除了第一实施方式的静叶片列14的结构，具备使环状流道P的动叶片列12C的外周侧壁面的下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出的结构。

具体地说，外壳13C的内周面20C中的与动叶片列12C的前端对置的部分、即环状流道P中的动叶片列12C的外周侧壁面具有以其下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出的方式弯曲的鼓出部54。换言之，以环状流道P的动叶片列12C的出口(后缘32r)的子午面流道高度比动叶片列12C的入口(前缘31r)的子午面流道高度缩小的方式设定。外壳13C的内周面20C的与动叶片12C的前端对置的部分的具体的结构由与比动叶片12C靠上游侧的外壳13C的内周面20C顺滑地连接且向环状流道P的外侧凸的形状的第一曲面56、位于第一曲面56的下游侧且与第一曲面56顺滑地连接并向环状流道P的内侧凸的形状的第二曲面57及第一曲面56和第二曲面57之间的第一拐点58构成。优选第一拐点58距前缘31r的轴向位置为相对于轴弦长Cx的比例为大约40％至60％的位置。

另外，外壳13C的内周面20C的比动叶片列12C的后缘32r靠下游侧的部分形成为增加在动叶片列12C的出口缩小了的子午面流道高度的弯曲面。该部分的具体的结构具有位于第二曲面57的下游侧且与第二曲面57顺滑地连接并向环状流道P的内侧凸的形状的第三曲面59、位于第三曲面59的下游侧且与第三曲面59顺滑地连接并向环状流道P的外侧凸的形状的第四曲面60及第四曲面59和第四曲面60之间的第二拐点61。

在动叶片列12C的前端与外壳13C的内周面20C之间设有叶片端间隙。该叶片端间隙用于避免动叶片列12C与外壳13C的内周面20C接触。动叶片列12C的动叶片的前端面为了减少从叶片端间隙的动作流体的泄漏流，为根据外壳13C的内周面20C的鼓出形状的弯曲面。即，动叶片的前端面为其下游侧部分比上游侧部分凹的形状。

另外，动叶片列12C的动叶片的前端部(无量纲叶片高度HD从大约0.85至1.0)如图17所示，以其叶片出口角k2比叶片高度中间部(无量纲叶片高度HD为大约0.15至0.85)的叶片出口角k2大的方式设定。另外，动叶片的前端部中的叶片出口角k2的叶片高度方向的分布向前端方向(环状流道P的外周侧壁面方向)逐渐增加。另外，动叶片的叶片高度中间部的叶片出口角k2的叶片高度方向的分布例如向前端方向单调增加。动叶片的前端部中的叶片出口角k2的前端方向(环状流道P的外周侧壁面方向)的增加率以比动叶片的叶片高度中间部的叶片出口角k2的前端方向的增加率大的方式设定。

在本实施方式中，通过在流加速的动叶片列12C的上游侧部分将子午面流道高度维持为大致恒定，缓和流的加速。其结果，抑制由与动叶片列12C的叶片的摩擦引起的压力损失。另一方面，通过使外壳13C的内周面20C中的与动叶片列12C的前端对置的部分(环状流道P的动叶片列12C的外周侧壁面)的下游侧部分为向环状流道P鼓出的形状，使流的减速大的动叶片列12C的下游侧部分的子午面流道高度比其上游侧部分的子午面流道高度小，在局部缓和在环状流道P的动叶片列12C的外周侧壁面的边界层的流的减速。由此，抑制在外周侧壁面的边界层的发展，其结果，能抑制角失速。

另外，在本实施方式中，使动叶片列12C的动叶片的前端部中的叶片出口角的叶片高度增加方向的增加率比其叶片高度中间部的叶片出口角的叶片高度增加方向的增加率大。因此，在由于上游叶片列(未图示的静叶片列)的影响而具有边界层的流动方向相对于主流较大地偏离的倾向的环状流道P的动叶片列12C的外周侧壁面附近，流的转向变小，抑制在外周侧壁面的流的剥离的发生。另外，通过动叶片的前端部的叶片出口角的增加，抑制以外周侧壁面的鼓出引起的外周侧壁面附近的流的流出角的过度减少，其结果，具有动叶片列12C的下游的流方向适当化或一样化的倾向。

另外，在本实施方式中，通过使外壳13C的内周面20C的比动叶片列12C的后缘32r靠下游侧的部分弯曲，使动叶片列12C下游的静叶片列14的入口(前缘31)的子午面流道高度比动叶片列12C的出口(后缘32r)的子午面流道高度高，使向后续静叶片列14的流入速度下降。由此，能减少作为压缩机整体的损失。

另外，在本实施方式中，在将外壳13C的内周面20C中的动叶片列12C对置部分的鼓出形状适用于已有的轴流压缩机的情况下，通过将由于内周面20C的鼓出而缩小的动叶片列出口的子午面流道高度恢复至已有的后续静叶片列入口的子午面流道高度，不需要对适用的动叶片列以外的后续叶片列进行改进设计。

根据上述的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式，与上述第一实施方式相同，能抑制动叶片列12C的角失速，并且使后续静叶片列14的流入条件适当化。其结果，能实现压缩机整体的效率提高及可靠性的确保。

[第三实施方式的变形例]

接着，使用图18及图19说明本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的变形例。

图18是表示本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的变形例的主要结构的子午面剖视图，图19是表示构成图18所示的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的变形例的一部分的动叶片及基准叶片的叶片出口角的叶片高度方向的分布的特性图。图19中，纵轴HD表示无量纲叶片高度，横轴k2表示叶片出口角。另外，实线I表示本实施方式的情况，虚线R表示基准叶片的情况。另外，在图18及图19中，与图1至图17所示的符号相同符号的部分是相同部分，因此，省略其详细的说明。

图18所示的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的变形例相对于第三实施方式为使环状流道P的动叶片列12C的外周侧壁面(外壳13C的内周面20C的与动叶片列12C的前端对置的部分)向环状流道P鼓出(参照图16)，使环状流道P的动叶片列12D的内周侧壁面向环状流道P鼓出。

具体地说，转子11D的外周面21D中的动叶片列12D的安装部分、即环状流道P的动叶片列12D的内周侧壁面具有以其下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出的方式弯曲的鼓出部74。换言之，以环状流道P的动叶片列12D的出口(后缘32r)的子午面流道高度比动叶片列12D的入口(前缘31r)的子午面流道高度缩小的方式设定。转子11D的外周面21D的动叶片的安装部分的具体结构由与比动叶片列12D靠上游侧的转子11D的外周面21D顺滑地连接且向环状流道P的外侧凸的形状的第一曲面76、位于第一曲面76的下游侧且与第一曲面76顺滑地连接并向环状流道P的内侧凸的形状的第二曲面77、第一曲面76与第二曲面77之间的第一拐点78构成。优选第一拐点78距前缘31r的轴向位置为相对于轴弦长Cx的比例为大约40％至60％的位置。

另外，转子11D的外周面21D的比动叶片列12D的后缘32r靠下游侧的部分形成为使在动叶片列12D的安装部分缩小的子午面流道高度增加的弯曲面。该部分的具体的结构具有位于第二曲面77的下游侧且与第二曲面77顺滑地连接并向环状流道P的内侧凸的形状的第三曲面79、位于第三曲面79的下侧且与第三曲面79顺滑地连接并向环状流道P的外侧凸的形状的第四曲面80及第三曲面79与第四曲面80之间的第二拐点81。

另外，动叶片列12D的动叶片的根部(无量纲叶片高度HD为从0至大约0.15)如图19所示，其叶片出口角k2的叶片高度方向的分布向根方向(环状流道P的内周侧壁面方向)逐渐增加。另外，动叶片的叶片高度中间部的叶片出口角k2的叶片高度方向的分布例如向根方向单调地减少。动叶片的前端部的叶片出口角k2的根方向(环状流道P的内周侧壁面方向)的增加率以比动叶片的叶片高度中间部的叶片出口角k2的根方向的增加率大的方式设定。

在本实施方式中，通过使环状流道P的动叶片列12D的内周侧壁面的下游侧部分比其上游侧部分向环状流道P鼓出，在局部缓和在容易产生角失速的动叶片列12D的下游侧部分的根部的流的减速。因此，抑制在动叶片列12D的内周侧壁面的边界层的发展，其结果，抑制角失速。

另外，在本实施方式中，由于动叶片列12D的根部的叶片出口角的根方向(环状流道P的内周侧壁面方向)的增加率比其叶片高度中间部的叶片出口角的根方向的增加率大，因此，能抑制由环状流道P的内周侧壁面的鼓出引起的在动叶片列12D的出口的流出角的过度的减少。因此，能使动叶片列12D相对于后续静叶片列14的流入条件适当化。

根据上述的本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的第三实施方式的变形例，能得到与上述的第三实施方式相同的效果。

如上所述，根据本发明的轴流压缩机及具备该轴流压缩机的燃气轮机的实施方式，通过使环状流道的壁面20A、20C、21D、23、23B中的动叶片列12C、12D及静叶片列14、14A、14B的至少一方所处的部分的下游侧比上游侧向环状流道P鼓出，在局部抑制在流道壁面20A、20C、21D、23、23B的边界层的发展，因此，能抑制在由叶片列12C、12D、14、14A、14B的叶片面与流道壁面23、20A、23B、20C、21D形成的角部的流的剥离。另外，通过使叶片的鼓出的流道壁面侧的叶片端部的叶片出口角的流道壁面方向的增加率比叶片高度中间部的叶片出口角的增加率大，能抑制由流道壁面20A、20C、21D、23、23B的鼓出引起的在叶片列12C、12D、14、14A、14B的出口的流的流出角的过度的减少，因此能使相对于后续叶片列的流入条件适当化。其结果，能实现压缩机整体的效率的提高及压缩机的可靠性的确保。

[其他实施方式]

另外，在上述第一至第二实施方式中，假想最终级，表示在静叶片列14、14A、14B的叶片端护罩18、18A、18B的内周侧隔着间隙G配置作为静止部件的内周侧外壳15的结构上使用本发明的例子，但静叶片列的叶片端护罩与作为旋转部件的与转子11对置的那样的结构也能应用本发明。该情况下，无论在叶片端护罩与转子11之间存在的间隙的状况如何，由于从该间隙流出的泄漏流，环状流道P的内周侧壁面附近的边界层均受到影响。因此，本发明是抑制角失速的有效结构。

另外，在上述第一实施方式及其变形例中，表示使环状流道P的静叶片列14、14A的内周侧或外周侧的壁面23、20A由第一圆筒面25、45、与第一圆筒面25、45顺滑地连接的第一曲面26、46、与第一曲面26、46顺滑地连接的第二曲面27、47、第一曲面26、46与第二曲面27、47之间的拐点28、48、与第二曲面27、47顺滑地连接的第二圆筒面29、49构成的例子。但是，环状流道P的静叶片列14、14A的壁面只要是静叶片列14、14A的下游侧部分比上游侧部分向环状流道P鼓出的形状，则能至少由第一曲面26、46、与第一曲面顺滑地连接的第二曲面27、47、第一曲面26、46与第二曲面27、47之间的拐点28、48构成。

另外，在上述的第三实施方式中，表示没有护罩的动叶片列12C应用本发明的例子。即，使动叶片列12C的动叶片的前端面形成为与外壳13C的内周面20C的鼓出形状对应的弯曲面。相对于此，在前端具有护罩的动叶片列也能应用本发明。在该情况下，使护罩的外周面形成为与外壳13C的内周面20C的鼓出形状相应的弯曲面。

另外，本发明未限定于上述第一至第三实施方式的变形例，包括多种变形例。上述的实施方式为了使本发明容易明白而详细地说明，未限定于必须包括说明的全部的结构。例如，能将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能在某实施方式的结构上追加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，也能进行其他结构的追加、删除、置换。