压缩机转子、压缩机及燃气轮机的制作方法

本发明涉及压缩机转子、压缩机及燃气轮机。

本申请基于在2016年3月30日向日本提出申请的特愿2016-068191号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

压缩机具备壳体和在壳体内以轴线为中心旋转的转子。轴流压缩机的转子具有以轴线为中心而沿轴向延伸的转子主体和固定于转子主体的外周并沿轴向排列的多个动叶栅。

专利文献1公开了一种压缩机转子，设有用于供对旋转的动叶进行冷却的空气流流动的流路和对向流路流动的空气流进行控制的房间(腔室)。为了避免压缩机转子的压力损失，流路以沿着流路流动的空气流与机械部品(转子)的旋转速度一致的方式相互分离。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-208640号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献1记载的转子通过使空气流沿着流路流动，来控制涡轮的旋转叶片的温度。由于涡轮冷却用的空气在压缩机转子内通过，因此转子也被加热或冷却，但是无法充分控制向流路的空气流的流入及流出，不能说压缩机转子的温度控制性充分。

因此，本发明的目的在于提供一种能够充分地提高转子主体相对于由动叶压力输送的空气的温度变化的热响应性的压缩机转子、压缩机及燃气轮机。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明提出了以下的方案。

本发明的第一方案的压缩机转子具备：转子主体，其沿轴线在轴向上延伸；动叶，其在所述转子主体的外周侧沿周向空出间隔地设置多个，且与所述转子主体一起绕轴线旋转，由此对流体进行压力输送；第一外侧腔室，其形成在所述转子主体内，被导入所述动叶的高压侧的空气；第一内侧腔室，其形成在所述转子主体内的所述第一外侧腔室的径向内侧；及第一连通路，其使所述第一外侧腔室与所述第一内侧腔室在径向上连通，所述第一连通路在延伸方向的整个区域，随着从所述第一外侧腔室朝向所述第一内侧腔室而朝向所述转子主体的旋转方向前方侧倾斜。

通过设为这样的结构，能够使导入到第一外侧腔室的空气经由第一连通路向第一内侧腔室流入。

另外，由于第一连通路向规定的方向倾斜，因此从第一连通路向第一内侧腔室流出的空气的方向与通过转子主体的旋转而在第一内侧腔室内流动的空气的方向一致。其结果是，第一内侧腔室内的涡流流速相对于转子主体的周速而言相对变快。

通常，公知当空气相对于壁面的相对速度增大时，向壁的热传递率增大。即，通过增大转子主体的周速与第一内侧腔室内的涡流流速的相对速度差，能够提高向划分出腔室的壁面的热传递率。因此，在该压缩机转子中，能够充分提高压缩机转子相对于在空气压缩流路中流动的空气的温度变化的热响应性。

在本发明的第二方案的压缩机转子中，可以是，在所述转子主体内还形成有：第二外侧腔室，其形成在比所述第一外侧腔室靠所述轴向的低压侧的位置；第二内侧腔室，其形成在所述第二外侧腔室的径向内侧；第二连通路，其使所述第二内侧腔室与所述第二外侧腔室在径向上连通；及轴向流路，其使所述第一内侧腔室与所述第二内侧腔室在所述轴向上连通。

通过设为这样的结构，以由动叶压力输送的空气所流通的空气压缩流路内的轴向上的压力差为驱动力，能够在转子主体内形成空气的流动。从空气压缩流路向第一外侧腔室流入的空气向第一连通路、第一内侧腔室、轴向流路、第二内侧腔室、第二外侧腔室依次流动，最后向空气压缩流路回流。即，该压缩机转子使用空气压缩流路中的空气能够有效地提高热响应性。

在本发明的第三方案的压缩机转子中，可以是，所述第二连通路在延伸方向的整个区域，随着从所述第二内侧腔室朝向所述第二外侧腔室而朝向所述转子主体的旋转方向后方侧倾斜。

通过设为这样的结构，从第二连通路向第二外侧腔室流出的空气的方向与通过转子的旋转而在第二外侧腔室内流动的空气的方向成为相反方向。因此，第二外侧腔室内的涡流流速相对于转子主体的周速而相对地下降。即，转子主体的周速与第二外侧腔室内的涡流流速的相对速度差增大，能够提高从第二外侧腔室内的空气向划分出腔室的壁面的热传递率。因此，在该压缩机转子中，能够进一步提高压缩机转子对于在空气压缩流路中流动的空气的温度变化的热响应性。

在本发明的第四方案的压缩机转子中，可以是，所述压缩机转子还具有将所述轴向流路沿轴向贯通的主轴螺栓，所述主轴螺栓设置在与所述第一连通路的延伸方向的中心轴的延长线不重叠的位置。

通过设为这样的结构，能够避免从第一连通路流出的空气与主轴螺栓发生碰撞而减速的情况。即，能够避免在第一内侧腔室内流动的空气的涡流流速的下降，能够进一步提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

在本发明的第五方案的压缩机转子中，可以是，第一连通路的与延伸方向垂直的截面为圆形。

通过设为这样的结构，空气向第一连通路流入时的压力损失下降。即，能够更有效地提高压缩机转子对于在空气压缩流路中流动的空气的温度变化的热响应性。

在本发明的第六方案的压缩机转子中，可以是，第二连通路的与延伸方向垂直的截面为圆形。

通过设为这样的结构，空气向第二连通路流入时的压力损失下降。即，能够更有效地提高压缩机转子对于在空气压缩流路中流动的空气的温度变化的热响应性。

在本发明的第七方案的压缩机转子中，可以是，所述第一连通路的延伸方向的中心轴为直线。

通过设为这样的结构，能够容易地加工将第一外侧腔室与第一内侧腔室连结的第一连通路。由此，能够抑制压缩机转子的制造成本。

在本发明的第八方案的压缩机转子中，可以是，所述第二连通路的延伸方向的中心轴为直线。

通过设为这样的结构，将第二外侧腔室与第二内侧腔室连结的第二连通路的加工变得容易。即，能够抑制压缩机转子的制造成本。

在本发明的第九方案的压缩机转子中，可以是，所述第一连通路的与所述第一外侧腔室的接点即第一流入面的直径大于所述第一连通路的与所述第一内侧腔室的接点即第一流出面的直径。

这样，通过使流入面的直径大于流出面的直径，从而从第一流出面流出的空气的流速比从第一流入面流入的空气的流速增大。因此，在第一内侧腔室内流动的空气的涡流流速与第一内侧腔室自身的周速的相对速度差增大，能够提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

在本发明的第十方案的压缩机转子中，可以是，所述第二连通路的与所述第二内侧腔室的接点即第二流入面的直径大于所述第二连通路的与所述第二外侧腔室的接点即第二流出面的直径。

这样，通过使流入面的直径大于流出面的直径，能够使从第二流出面流出的空气的流速比从第二流入面流入的空气的流速快。由此，在第二外侧腔室内流动的空气的涡流流速与第二外侧腔室自身的周速的相对速度差增大，因此能够提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

在本发明的第十一方案的压缩机转子中，可以是，所述第一连通路的中心轴相对于所述转子主体的径向以10°以上且80°以下的倾斜角度倾斜。

通过设为这样的结构，能够提高从第一连通路向第一内侧腔室流出的空气的相对于转子主体的相对速度。当相对于转子主体的径向的倾斜角度增大时，从第一连通路向第一内侧腔室流出的空气的方向与在第一内侧腔室内流动的空气的方向的一致度提高。即，在第一内侧腔室内流动的空气的涡流流速与第一内侧腔室自身的周速的相对速度差增大，因此能够提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

在本发明的第十二方案的压缩机转子中，可以是，所述第二连通路的中心轴相对于所述转子主体的径向以10°以上且80°以下的倾斜角度倾斜。

通过设为这样的结构，能够增大从第二连通路向第二外侧腔室流出的空气的涡流流速与转子主体的周速的相对速度差。当相对于转子主体的径向的倾斜角度增大时，从第二连通路向第二外侧腔室流出的空气的方向与在第二外侧腔室内流动的空气的方向成为相反方向。即，在第二外侧腔室内流动的空气的涡流流速相对于第二外侧腔室自身的周速相对地下降，两者的相对速度差增大。其结果是，第二外侧腔室内的空气向划分出腔室的壁面传递的热传递率提高。

本发明的第十三方案的压缩机可以具备上述的压缩机转子和覆盖所述压缩机转子的压缩机壳体。

通过设为这样的结构，能够避免以压缩机转子与压缩机壳体的热容量的差异为起因而产生的热伸长的影响，并能够减小常规间隙。其结果是，能够实现具有高压缩效率的压缩机。

本发明的第十四方案的燃气轮机可以具备上述的压缩机、使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器；及由所述燃烧气体驱动的涡轮。

通过设为这样的结构，能够实现高压缩效率的燃气轮机。

发明效果

根据本发明，能够充分地提高压缩机中的转子主体的热响应性。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机的主要部分剖切侧视图。

图2是本发明的第一实施方式的压缩机的主要部分剖视图。

图3是本发明的第一实施方式的压缩机的动叶及静叶周边的主要部分剖视图。

图4是表示本发明的第一实施方式的转子圆盘的图，图4(a)示出转子圆盘的剖视图，图4(b)示出从轴向观察转子圆盘的上游侧的面的俯视图。

图5是本发明的第一实施方式的扭矩销的立体图。

图6是从轴向俯视观察本发明的第一实施方式的转子圆盘的主要部分的俯视图。

图7是表示本发明的第一实施方式的压缩机内的空气的流动的说明图。

图8(a)是第一实施方式的转子圆盘的俯视图，图8(b)是表示转子内的空气的周速变化的曲线图。

图9(a)是比较例的转子圆盘的俯视图，图9(b)是表示转子内的空气的周速变化的曲线图。

图10是从图8及图9的曲线图中仅抽出第一内侧腔室的部分进行比较的曲线图。

图11示出第一连通路的倾斜角度θ为60°的情况和第一连通路的倾斜角度θ为0°的情况下的热传递特性与涡流流速的模拟结果。

图12(a)是第一实施方式的转子圆盘的俯视图，图12(b)是表示转子内的空气的周速变化的曲线图。

图13(a)是比较例的转子圆盘的俯视图，图13(b)是表示转子内的空气的周速变化的曲线图。

图14是从图12及图13的曲线图中仅抽出第二外侧腔室23b的部分而进行了比较的曲线图。

图15a是示意性地表示连通路的形状及空气的流动的差异的图(其1)。

图15b是示意性地表示连通路的形状及空气的流动的差异的图(其2)。

图15c是示意性地表示连通路的形状及空气的流动的差异的图(其3)。

图15d是示意性地表示连通路的形状及空气的流动的差异的图(其4)。

图16是本发明的第一实施方式的扭矩销的变形例的立体图。

图17是从轴向俯视观察本发明的第二实施方式的转子圆盘的主要部分的图。

图18是从轴向俯视观察本发明的第三实施方式的转子圆盘的主要部分的图。

图19是第三实施方式的第一连通路的立体图。

图20是第三实施方式的第二连通路的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明应用了本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中使用的附图是用于说明本发明的实施方式的结构的附图，图示的各部的大小、厚度或尺寸等有时与实际的燃气轮机的尺寸关系不同。

〔第一实施方式〕

图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机的主要部分剖切侧视图。如图1所示，第一实施方式的燃气轮机具备：对外气进行压缩而生成压缩空气的压缩机1；将来自燃料供给源的燃料与压缩空气混合并使其燃烧而生成燃烧气体的燃烧器2；由燃烧气体驱动的涡轮3。

压缩机1具有：以轴线ar为中心旋转的压缩机转子20；将该压缩机转子20覆盖的筒状的压缩机壳体10。压缩机壳体10的上游侧形成有开口。开口构成压缩机1从外部取入空气的取入口11i。

在此，对压缩机1的各方向进行定义。在本发明中，将轴线ar延伸的方向(延伸方向)称为轴向da。而且，将轴向da的取入口11i侧称为上游侧，将轴向的取入口11i的相反侧称为下游侧。将以轴线ar为基准的径向称为径向dr。而且，将在径向dr上距轴线ar远的一侧称为径向外侧，将在径向dr上接近轴线ar的一侧称为径向内侧。此外，将以轴线ar为中心轴的周向称为周向dc。

涡轮3配置在压缩机1的下游侧。涡轮3具有：以轴线ar为中心旋转的涡轮转子4；将涡轮转子4覆盖的筒状的涡轮壳体5。压缩机转子20及涡轮转子4以同一轴线ar为中心旋转，相互连结，构成燃气轮机转子8。压缩机壳体10及涡轮壳体5相互连结而构成燃气轮机壳体9。燃烧器2固定于燃气轮机壳体9。

图2是本发明的第一实施方式的压缩机的主要部分剖视图。在图2中，对于与图1相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图2，压缩机1具有：以轴线ar为中心旋转的压缩机转子20；将压缩机转子20覆盖的筒状的压缩机壳体10。需要说明的是，作为压缩机1的一例，列举轴流压缩机为例进行以下的说明。

压缩机转子20具有：以轴线ar为中心而沿轴向da延伸的转子主体21；固定于转子主体21的外周并沿轴向da排列的多个动叶栅81。一个动叶栅81具有多个动叶82。多个动叶82以轴线ar为中心沿周向dc排列，构成一个动叶栅81。

压缩机壳体10在内周侧具有静叶栅11。静叶栅11固定于各动叶栅81的下游侧的位置。一个静叶栅11具有多个静叶12。多个静叶12以轴线ar为中心而沿周向dc排列，构成一个静叶栅11。

图3是本发明的第一实施方式的压缩机的动叶及静叶周边的主要部分剖视图。在图3中，对于与图2相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图2及图3，静叶12具有：沿径向dr延伸的叶片体13；在叶片体13的径向dr外侧设置的外侧护罩14；在叶片体13的径向dr内侧设置的内侧护罩15。外侧护罩14安装在压缩机壳体10的内周侧。在内侧护罩15的径向dr内侧设有密封环16。

动叶82具有：沿径向dr延伸的叶片体83；在叶片体83的径向dr内侧设置的平台84；在平台84的径向dr内侧设置的叶片根85。叶片根85埋入于转子主体21。

在压缩机转子20与压缩机壳体10之间形成有空气压缩流路19。空气压缩流路19以轴线ar为中心而形成为环状。空气通过压缩机转子20的旋转而在该空气压缩流路19内被压缩且从上游侧向下游侧流动。

构成压缩机转子20的转子主体21具有多个转子圆盘41、主轴螺栓51及扭矩销55。

多个转子圆盘41沿轴向da层叠。各转子圆盘41在层叠面具有凹部，通过层叠而形成在轴向da上相互分离的多个腔室22。

多个腔室22具有多个外侧腔室23和多个内侧腔室24。而且，可以具有设置在比内侧腔室24更靠内侧的位置的轴心侧腔室25。

外侧腔室23设置在多个动叶栅81的轴向da之间的位置。即，外侧腔室23设置在与多个静叶栅11在轴向da上对置的位置。外侧腔室23相对于空气压缩流路19具有开口23a。外侧腔室23以轴线ar为中心而形成为环状。

外侧腔室23具有第一外侧腔室23a和第二外侧腔室23b。第一外侧腔室23a与第二外侧腔室23b虽然后述的使用形态下的空气的流动方向不同，但是结构上没有太大差异。在图2中，将最下游(高压)侧的外侧腔室23作为第一外侧腔室23a，将比第一外侧腔室23a靠上游(低压)侧的外侧腔室23全部作为第二外侧腔室23b。

在实际的使用形态下，外侧腔室23中的至哪个范围为止成为第一外侧腔室23a根据从空气压缩流路19向外侧腔室23流入的空气的压力与从外侧腔室23向空气压缩流路19流出的空气的压力之间的大小关系来决定。

内侧腔室24在各个外侧腔室23的径向dr内侧，与外侧腔室23分离地形成。内侧腔室24以轴线ar为中心而形成为环状。

内侧腔室24具有第一内侧腔室24a和第二内侧腔室24b。第一内侧腔室24a是位于第一外侧腔室23a的径向dr内侧的内侧腔室24。

第二内侧腔室24b是位于第二外侧腔室23b的径向dr内侧的内侧腔室24。第一内侧腔室24a与第二内侧腔室24b虽然后述的使用形态下的空气的流动方向不同，但是没有结构上的太大差异。

图4是表示本发明的第一实施方式的转子圆盘的图，图4(a)示出转子圆盘的剖视图，图4(b)示出从轴向观察转子圆盘的上游侧的面的俯视图。在图4中，对于与图2所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图4，腔室22由一个转子圆盘41的上游侧的面和在该转子圆盘41的上游侧以相邻的方式配置的另一转子圆盘41的下游侧的面划分出。以下，为了便于说明，将任意的一个转子圆盘41称为上游圆盘41a，将在上游圆盘41a的下游侧相邻的转子圆盘41称为下游圆盘41b。

在上游圆盘41a的下游侧的面上形成有朝向上游侧凹陷的下游面第一凹部43d、下游面第二凹部45d及下游面第三凹部47d。而且，形成有相对于这些凹部而相对地朝向下游侧突出的下游面第一臂部42d、下游面第二臂部44d及下游面第三臂部46d。各个部分以轴线ar为中心而形成为环状。

另一方面，在下游圆盘41b的上游侧的面上形成有朝向下游侧凹陷的上游面第一凹部43u、上游面第二凹部45u及上游面第三凹部47u。而且，形成有相对于这些凹部而相对地朝向上游侧突出的上游面第一臂部42u、上游面第二臂部44u及上游面第三臂部46u。各个部分以轴线ar为中心而形成为环状。

下游面第一凹部43d与上游面第一凹部43u、下游面第二凹部45d与上游面第二凹部45u、下游面第三凹部47d与上游面第三凹部47u、下游面第一臂部42d与上游面第一臂部42u、下游面第二臂部44d与上游面第二臂部44u、及下游面第三臂部46d与上游面第三臂部46u分别在径向dr上处于同一位置且相互在轴向da上对置。

在实际的使用形态下的上游圆盘41a的下游侧的面与下游圆盘41b的上游侧的面密接的状态下，下游面第二臂部44d与上游面第二臂部44u、及下游面第三臂部46d与上游面第三臂部46u相互密接。下游面第一臂部42d与上游面第一臂部42u在轴向da上空出一定的间隙地分离。

外侧腔室23由下游面第一臂部42d、上游面第一臂部42u、下游面第一凹部43d、上游面第一凹部43u、下游面第二臂部44d及上游面第二臂部44u划分出。而且，下游面第一臂部42d与上游面第一臂部42u之间的间隙成为外侧腔室23的相对于空气压缩流路19的开口23a。

内侧腔室24由下游面第二臂部44d、上游面第二臂部44u、下游面第二凹部45d、上游面第二凹部45u、下游面第三臂部46d及上游面第三臂部46u划分出。

轴心侧腔室25由下游面第三臂部46d、上游面第三臂部46u、下游面第三凹部47d及上游面第三凹部47u划分出。

接下来，参照图2及图4，说明构成转子主体21的扭矩销55。扭矩销55是对相邻的转子圆盘41相互的相对旋转进行限制的圆柱状的构件。扭矩销55在相邻的转子圆盘41之间，以轴线ar为中心而沿周向dc排列形成多个。

扭矩销55装配于在密接的下游面第二臂部44d与上游面第二臂部44u之间、空出周向dc间隔地设置的销孔中。

销孔由相互对置的多个下游面销槽44dp和多个上游面销槽44up划分出。

下游面销槽44dp朝向上游侧凹陷地设置于环状的下游面第二臂部44d，使下游面第一凹部43d与下游面第二凹部45d连通。上游面销槽44up朝向下游侧凹陷地设置于环状的上游面第二臂部44u，使上游面第一凹部43u与上游面第二凹部45u连通。

在从轴向da俯视观察转子圆盘41时，销孔相对于径向dr在延伸方向的整个区域向规定的方向倾斜。因此，在从轴向da俯视观察时，装配于销孔的扭矩销55也相对于径向dr在延伸方向的整个区域向规定的方向倾斜。

倾斜方向根据转子圆盘41的驱动时的旋转方向r来设计，随着从外侧腔室23朝向内侧腔室24而朝向旋转方向r前方侧倾斜。以内侧腔室24为基准观察时，随着从内侧腔室24朝向外侧腔室23而朝向转子主体21的旋转方向r后方侧倾斜。

图5是本发明的第一实施方式的扭矩销的立体图。在图5中，对于与图2及图4所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图5，扭矩销55设为圆柱。扭矩销55具有从一方的端面向另一方的端面贯通的连通路26。连通路26将外侧腔室23与内侧腔室24沿径向dr连通。

将沿径向dr将第一外侧腔室23a与第一内侧腔室24a连通的连通路26称为第一连通路26a，将沿径向dr将第二外侧腔室23b与第二内侧腔室24b连通的连通路26称为第二连通路26b(参照图2)。需要说明的是，第一连通路26a及第二连通路26b没有结构上的差异。在此，在图6中，作为贯通孔48的形状的一例，列举卵形的情况为例而进行了图示，但是贯通孔48只要是主轴螺栓51能够具有间隙27地贯通的形状即可。具体而言，贯通孔48的形状也可以为例如圆形。

连通路26沿扭矩销55的延伸方向设置。因此，连通路26在延伸方向的整个区域，随着从外侧腔室23朝向内侧腔室24而朝向转子主体21的旋转方向r前方侧倾斜。

图6是从轴向俯视观察本发明的第一实施方式的转子圆盘的主要部分的俯视图。在图6中，对于与图4所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

如图6所示，连通路26的中心轴26c相对于径向dr以倾斜角度θ倾斜。连通路26的中心轴26c为直线状。利用与中心轴26c垂直的面将扭矩销55剖切后的截面中的连通路26为圆形。

接下来，参照图6，说明构成转子主体21的主轴螺栓51。主轴螺栓51以轴线ar为中心沿周向dc排列设置多个。主轴螺栓51将多个转子圆盘41沿层叠方向贯通。主轴螺栓51将多个转子圆盘41层叠而组装出转子主体21。

主轴螺栓51在设置于多个转子圆盘41的贯通孔48内沿轴向da贯通。在贯通孔48中，主轴螺栓51与转子圆盘41之间的间隙成为轴向流路27。

轴向流路27将相邻的内侧腔室24彼此沿轴向da连通。轴向流路27位于比内侧腔室24的径向dr上的中央位置靠径向dr内侧的位置。

图7是表示本发明的第一实施方式的压缩机内的空气的流动的说明图。在图7中，对于与图2所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。图7所示的箭头表示空气的流动。

接下来，参照图7，说明压缩机壳体10内的空气的流动。从压缩机壳体10的取入口11i(参照图1)供给来的空气向空气压缩流路19内流入。空气在空气压缩流路19内一边向下游侧流动一边被逐渐压缩。因此，空气压缩流路19内的压力越靠下游侧越高。因此，以一个动叶栅81为基准而与下游侧的空气压缩流路19连通的第一外侧腔室23a的压力比以该一个动叶栅81为基准而与上游侧的空气压缩流路19连通的第二外侧腔室23b的压力高。因此，空气压缩流路19内的空气经由开口23a向第一外侧腔室23a流入。

从开口23a流入到第一外侧腔室23a的空气经由形成于扭矩销55的第一连通路26a向第一内侧腔室24a流入。流入到第一内侧腔室24a的空气经由沿轴向贯通转子圆盘41的轴向流路27向各第二内侧腔室24b流入。流入到第二内侧腔室24b的空气经由第二外侧腔室23b从开口23a向空气压缩流路19流出。

即，在第一实施方式中，以空气压缩流路19内的轴向da上的压力差为驱动力，空气压缩流路19中的空气的一部分在转子主体21内循环。该循环流促进转子主体21中的腔室22内的换气。

然而，如图3所示，在动叶82的径向外侧端和与该径向外侧端沿径向dr对置的压缩机壳体10的内周面之间存在间隙。该间隙通常被称为尖端间隙cc，从压缩机性能的观点出发而优选尽可能小。

压缩机转子20的径向dr的尺寸比压缩机壳体10的径向dr的厚度尺寸大。因此，压缩机转子20相对于压缩机壳体10来说热容量大，对于在空气压缩流路19中流动的空气的温度变化的热响应性比压缩机壳体10低。由此，在空气压缩流路19中流动的空气发生了温度变化时，由于压缩机转子20与压缩机壳体10的热响应性之差而尖端间隙cc发生变化。

在尖端间隙cc的变化大的情况下，需要增大常规间隙。需要说明的是，常规间隙是燃气轮机的稳定运转继续且压缩机转子20及压缩机壳体10都继续成为相同温度时的尖端间隙cc。如果常规间隙大，则在燃气轮机的常规运转时，在动叶82的径向外侧端与压缩机壳体10的内周面之间通过的空气增多。因此，如果常规间隙大，则不仅是燃气轮机的常规运转时的压缩机性能降低，而且燃气轮机性能也降低。

相对于此，在第一实施方式中，如前所述，空气压缩流路19内的空气向转子主体21中流动，由此提高压缩机转子20对于在空气压缩流路19中流动的空气的温度变化的热响应性。因此，压缩机壳体10与压缩机转子20的热伸长量之差减小。即，尖端间隙cc的变化量减小。

在第一实施方式中，尖端间隙cc的变化量小，因此能够减小常规间隙。由此，在第一实施方式中，能够提高燃气轮机的常规运转时的压缩机性能，结果是能够提高燃气轮机性能。

在此，在第一实施方式中，关于压缩机转子20的热响应性提高的理由进行说明。

首先，说明第一外侧腔室23a、第一连通路26a及第一内侧腔室24a中的空气的流入。

图8示出第一实施方式的转子圆盘的俯视图(a)和转子内的空气的周速变化(b)。在图8(b)中，横轴表示空气或转子主体的周速v、v，纵轴表示距轴线ar的距离r。而且，在图8中，粗虚线表示转子主体21的周速，细实线表示转子主体21内的空气的涡流流速。

首先，对转子主体21的周速进行说明。转子主体21以轴线ar为中心沿周向dc旋转。因此，转子主体21的中心的速度为0，转子主体21的周速与距轴线ar的距离成比例地增加。转子主体21的周速在外周面处最大，其最大周速设为v1。

接下来，说明转子主体21内的空气的涡流流速。如使用图7前述那样，空气压缩流路19的空气经由开口23a向第一外侧腔室23a流入。刚流入到第一外侧腔室23a之后的空气的涡流流速设为v1。

流入到第一外侧腔室23a的空气在第一外侧腔室23a内相对于第一外侧腔室23a而相对地沿周向dc流动并向径向dr内侧流动。

根据角动量守恒定律，第一外侧腔室23a内的空气的涡流流速随着接近轴线ar而增加。因此，空气的涡流流速从刚流入第一外侧腔室23a之后的涡流流速v1朝向第一外侧腔室23a的径向dr内侧端逐渐增加。第一外侧腔室23a的径向dr内侧端的空气的涡流流速成为v2。

到达第一外侧腔室23a的径向dr内侧端的空气向多个第一连通路26a中的任一个流入。第一连通路26a沿周向dc分离，第一连通路26a内的空气与转子主体21一体旋转。因此，与转子主体21的第一连通路26a的第一流入面26ai的位置处的周速v2大致相同。

在此，到达第一外侧腔室23a的径向dr内侧端时的空气的周速v2与第一连通路26a的第一流入面26ai处的周速v2之间存在周速差(＝v2-v2)。因此，在相对速度的关系上，在从第一连通路26a观察时，空气从旋转方向r的相反方向流入第一连通路26a。

通过了第一连通路26a的空气从第一流出面26ao向第一内侧腔室24a流入。第一连通路26a在延伸方向的整个区域，随着从第一外侧腔室23a朝向第一内侧腔室24a而向旋转方向r前方倾斜。因此，从第一连通路26a流出的空气包含转子主体21的周向dc分量。即，从第一连通路26a流出的空气的方向与转子主体21的旋转方向一致，因此刚流入第一内侧腔室24a之后的空气的涡流流速v3成为将第一连通路26a的第一流出面26ao的位置处的转子主体21的周速v3与从第一连通路26a的第一流出面26ao流出的空气的流速的周向dc分量相加的值。

并且，流入到第一内侧腔室24a内的空气相对于第一内侧腔室24a相对地沿周向dc流动并向径向dr内侧流动。在第一内侧腔室24a内，根据角动量守恒定律，空气的涡流流速也是在第一内侧腔室24a内随着向径向dr内侧流动而增加。并且，在即将到达多个轴向流路27之前，空气的涡流流速成为v4。

到达轴向流路27的空气朝向上游侧流动，流入第二内侧腔室24b。轴向流路27以轴线ar为中心而与转子主体21一体旋转，因此在轴向流路27内一体旋转的空气的周速与轴向流路27的位置处的转子主体21的周速v4大致相同。

相对于此，说明比较例的压缩机转子的空气的流入。图9示出比较例的转子圆盘的俯视图(a)和转子内的空气的周速变化(b)。在图9中，粗虚线表示转子主体21的周速，细实线表示转子主体21内的空气的涡流流速。

比较例的转子圆盘41’中，扭矩销55’沿径向dr延伸，第一连通路26a’相对于径向dr未倾斜，这一点与第一实施方式的第一连通路26a不同。因此，以第一连通路的形状的差异为起因，空气流入到第一内侧腔室24a内的条件发生变化。

如图9所示，从第一连通路26a’流出的空气的流出方向与径向dr一致，从第一连通路26a’流出的空气不包含周向dc分量。即，刚流入第一内侧腔室24a之后的空气的涡流流速v3’与第一连通路26a’的流出面的位置处的转子主体21的周速v3大体一致。并且，在第一内侧腔室24a内随着向径向dr内侧流动而增加的涡流流速在即将到达多个轴向流路27之前，空气的涡流流速成为v4’。

图10是从图8及图9的曲线图中仅抽出第一内侧腔室24a的部分进行了比较的曲线图。在图10中，横轴表示空气或转子主体的周速v、v，纵轴表示距轴线ar的距离r。而且，在图10中，粗虚线表示转子主体21的周速，细实线表示第一实施方式的第一内侧腔室24a内的空气的涡流流速，单点划线表示比较例的第一内侧腔室24a内的空气的涡流流速。

如图10所示，第一实施方式的第一内侧腔室24a内的空气的涡流流速与转子主体21的周速的相对速度差大于比较例的第一内侧腔室24a内的空气的涡流流速与转子主体21的周速的相对速度差。即，通过使第一连通路26a向规定的方向倾斜，能够增大第一内侧腔室24a内的空气的涡流流速与转子主体21的周速的相对速度差。

公知当空气相对于壁面的相对速度增大时，向壁的热传递率增大。即，根据第一实施方式的压缩机转子20，能够增大转子主体21的周速与第一内侧腔室24a内的涡流流速的相对速度差，从而提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

图11示出第一连通路的倾斜角度θ为60°的情况和第一连通路的倾斜角度θ为0°的情况下的热传递特性和涡流流速的模拟结果。在图11中，(a)的横轴表示空气和腔室壁面的热传递率，(b)的横轴表示空气的涡流流速(vmagrel)，纵轴共通地表示距轴线ar的距离(radius)。倾斜角度θ为60°的情况对应于第一实施方式，倾斜角度θ为0°的情况对应于比较例。

如图11所示，根据模拟的结果也确认到通过使第一连通路26a倾斜而第一内侧腔室24a的空气的涡流流速加快的情况。而且，通过使第一连通路26a倾斜(θ＝60°)，第一内侧腔室24a的热传递率与未倾斜的情况(θ＝0°)相比成为2倍左右。

到目前为止，说明了第一外侧腔室23a、第一连通路26a及第一内侧腔室24a中的空气的流入。以下，说明向第二内侧腔室24b、第二连通路26b及第二外侧腔室23b依次流动的空气的流出。

图12示出第一实施方式的转子圆盘的俯视图(a)和转子内的空气的周速变化(b)。在图12(b)中，横轴表示空气或转子主体的周速v、v，纵轴表示距轴线ar的距离r。而且，在图12中，粗虚线表示转子主体21的周速，细实线表示转子主体21内的空气的涡流流速。在图12中，对于与图4所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

如上所述，轴向流路27以轴线ar为中心而与转子主体21一体旋转，因此在轴向流路27内一体旋转的空气的周速与轴向流路27的位置处的转子主体21的周速v4大致相同。

从轴向流路27流入到第二内侧腔室24b内的空气相对于第二内侧腔室24b相对地沿周向dc流动并向径向dr外侧流动。根据角动量守恒定律，空气的涡流流速在第二内侧腔室24b内随着向径向dr外侧流动而减少。并且，在即将到达多个第二连通路26b的第二流入面26bi之前，空气的涡流流速成为v5。

到达第二内侧腔室24b的径向dr外侧端的空气向多个第二连通路26b中的任一个流入。第二连通路26b沿周向dc分离，第二连通路26b内的空气与转子主体21一体旋转。因此，第二连通路26b内的空气的周速与第二连通路26b的第二流入面26bi的位置处的转子主体21的周速v3大致相同。

在此，到达第二内侧腔室24b的第二流入面26bi时的空气的周速v5与第二连通路26b的第二流入面26bi的位置处的转子主体21的周速v3之间存在周速差(＝v5-v3)。因此，在相对速度的关系上，从第二连通路26b观察时，空气从旋转方向r的相反方向流入第二连通路26b。

通过了第二连通路26b的空气向第二外侧腔室23b流入。第二连通路26b在延伸方向的整个区域，随着从第二内侧腔室24b朝向第二外侧腔室23b而朝向转子主体21的旋转方向r后方侧倾斜。因此，从第二连通路26b流出的空气具有转子主体21的周向dc分量。从第二连通路26b流出的空气的方向与转子主体21的旋转方向相反。因此，刚流入第二外侧腔室23b之后的空气的涡流流速v6成为从第二连通路26b的第二流出面26bo的位置处的转子主体21的周速v2减去从第二连通路26b流出的空气的流速的周向分量的值。

并且，流入到第二外侧腔室23b内的空气相对于第二外侧腔室23b相对地沿周向dc流动并向径向dr内侧流动。在第二外侧腔室23b内，根据角动量守恒定律，空气的涡流流速也是在第二外侧腔室23b内随着向径向dr外侧流动而减少。空气的涡流流速在即将到达与空气压缩流路19的开口23a之前成为v7。然后，空气经由开口23a返回空气压缩流路19。

图13示出比较例的转子圆盘的俯视图(a)和转子内的空气的周速变化(b)。在图13中，粗虚线表示转子主体21的周速，细实线表示转子主体21内的空气的涡流流速。在图13中，对于与图12所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

接下来，参照图13，说明比较例的压缩机转子的空气的流出。比较例的转子圆盘41’中，扭矩销55’沿径向dr延伸，第二连通路26b’相对于径向dr未倾斜，这一点与第一实施方式的第二连通路26b不同。因此，以第二连通路的形状的差异为起因，空气向第二外侧腔室23b内流入的条件变化。

如图13所示，从第二连通路26b’流出的空气的流出方向与径向dr一致，从第二连通路26b’流出的空气不具有周向dc分量。即，刚流入第二外侧腔室23b之后的空气的涡流流速v6’与第二连通路26b’的流出面的位置处的转子主体21的周速v2大体一致。并且，在第二外侧腔室23b内随着向径向dr外侧流动而增加的涡流流速在即将到达与空气压缩流路19的开口23a之前，空气的涡流流速成为v7’。

图14是从图12及图13的曲线图中仅抽出第二外侧腔室23b的部分进行比较的曲线图。在图14中，横轴表示空气或转子主体的周速v、v，纵轴表示距轴线ar的距离r。而且，在图14中，粗虚线表示转子主体21的周速，细实线表示第一实施方式的第二外侧腔室23b内的空气的涡流流速，单点划线表示比较例的第二外侧腔室23b内的空气的涡流流速。

如图14所示，第一实施方式的第二外侧腔室23b内的空气的涡流流速与转子主体21的周速的相对速度差大于比较例的第二外侧腔室23b内的空气的涡流流速与转子主体21的周速的相对速度差。即，通过使第二连通路26b向规定的方向倾斜，能够增大第二外侧腔室23b内的空气的涡流流速与转子主体21的周速的相对速度差。

因此，根据第一实施方式的压缩机转子20，能够增大转子主体21的周速与第二外侧腔室23b内的涡流流速的相对速度差，从而提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

这样，在第一实施方式中，以空气压缩流路19内的轴向da上的压力差为驱动力，使转子主体21内产生循环流。因此，在第一实施方式中，只要转子主体21旋转，就能够通过在第一外侧腔室23a、第一内侧腔室24a、第二内侧腔室24b、第二外侧腔室23b内流动的空气的循环流，对这些腔室内进行换气。

另外，在第一实施方式中，在来自空气压缩流路19的空气流动的各腔室22内，能够增大空气与腔室22之间的周速差。因此，能够提高划分出腔室22的转子圆盘41的表面的热传递率。即，第一实施方式的压缩机转子20能够充分提高压缩机转子相对于在空气压缩流路中流动的空气的温度变化的热响应性。

另外，在第一实施方式中，使内侧腔室24连通的轴向流路27形成在比内侧腔室24的径向dr上的中央位置靠径向dr内侧的位置。因此，空气循环至内侧腔室24的径向dr内侧，能够进一步提高热传递效率。

另外，在第一实施方式中，能够减少在连通路26内部流动的空气的压力损失。这是因为，如图5所示，第一实施方式的连通路26的截面为圆形。

在此，中心轴为直线状是指将连通路26的一方的端部的开口面的中心和另一方的端部的开口面的中心连结的直线与连通路26的中心轴大体一致。需要说明的是，连通路的一方的端部对应于第一连通路26a的第一流入面26ai或第二连通路26b的第二流出面26bo，连通路的另一方的端部对应于第一连通路26a的第一流出面26ao或第二连通路26b的第二流入面26bi。

图15a～图15d是示意性地表示连通路的形状及空气的流动的差异的图(其1～4)。在图15a中，列举连通路的与延伸方向垂直的截面形状为圆形的情况为例进行图示。在图15b中，列举连通路的与延伸方向垂直的截面形状为椭圆(长轴与周向一致的椭圆)的情况为例进行图示。在图15c中，列举连通路的与延伸方向垂直的截面形状为椭圆(长轴与周向正交的椭圆)的情况为例进行图示。在图15d中，列举连通路的与延伸方向垂直的截面形状为四边形的情况为例进行图示。

以空气向第一连通路26a流入的情况为例进行说明。如上所述，流入第一连通路26a的空气在从第一连通路26a观察时，空气从旋转方向r的相反方向流入第一连通路26a。

如图15c所示，连通路的与延伸方向垂直的截面形状为长轴与周向正交的椭圆的情况下，空气流入的方向成为椭圆的短轴方向。因此，空气难以流入，在入口部容易产生剥离，因此入口损失增大。而且，如图15d所示，在连通路的与延伸方向垂直的截面形状为四边形的情况下，在角部容易产生拐角涡流，因此入口损失增大。

另一方面，在连通路的与延伸方向垂直的截面形状为图15a及图15b所示的形状的情况下，入口部处的剥离比较小，因此入口损失小。特别是，如图15a所示，在连通路的与延伸方向垂直的截面形状为圆形的情况下，对称性高，压力损失最小。

另外，图15a～图15d所示的连通路的例子都是中心轴为直线状。即，为连通路的加工容易的形状。由此，能够抑制具有连通路的压缩机转子的制造成本。

另外，在第一实施方式中，通过将连通路26相对于径向dr的倾斜角度θ设为规定的范围，能够同时实现压力损失的减少和压缩机转子相对于在空气压缩流路中流动的空气的温度变化的热响应性的提高。在此，连通路26相对于径向dr的倾斜角度θ优选为10°以上且80°以下。

需要说明的是，连通路26比腔室22窄。因此，在连通路26内，由于壁面与流通的空气的摩擦损失而容易产生压力损失。即，通过使倾斜角度θ为45°以下，能够避免连通路26的长度变得过长的情况，能够避免压力损失的增大。

另外，如上所述，当相对于转子主体的径向的倾斜角度增大时，能够增大在腔室22内流动的空气的涡流流速与腔室22自身的周速的相对速度差。这是因为，在第一内侧腔室24a中，从第一连通路26a流出的空气的朝向与转子主体21的旋转方向的一致度提高，在第二外侧腔室23b中，从第二连通路26b流出的空气的朝向与转子主体21的旋转方向进一步对置。即，通过使倾斜角度θ为10°以上，能够提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

图16是本发明的第一实施方式的扭矩销的变形例的立体图。对于与图5所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图16，说明扭矩销的变形例。如图16所示，也可以使扭矩销55的延伸方向与在扭矩销55内部设置的连通路26的延伸方向不一致。如果连通路26相对于径向dr倾斜，则能够提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

〔第二实施方式〕

图17是从轴向俯视观察本发明的第二实施方式的转子圆盘的主要部分的图。在图17中，对于与图6所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图17，说明第二实施方式的压缩机转子。第二实施方式的压缩机转子中，转子圆盘41的主轴螺栓51设置在与第一连通路26a的延伸方向的中心轴26c的延长线不重叠的位置，这一点与第一实施方式的压缩机转子不同。由此，在以下的说明中，省略与第一实施方式的压缩机转子共通的构成要素的说明。

主轴螺栓51设置在与第一连通路26a的延伸方向的中心轴26c的延长线不重叠的位置。因此，能够避免从第一连通路26a流出的空气与主轴螺栓51发生碰撞而减速的情况。即，能够避免在第一内侧腔室24a内流动的空气的涡流流速的下降，能够进一步提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

另外，在从轴向俯视观察转子圆盘41的状态下，主轴螺栓51的轴向da的中心与扭矩销55的径向dr中央部存在于沿径向dr重叠的位置。形成在扭矩销55内的第一连通路26a向规定的方向倾斜，因此通过将主轴螺栓51和扭矩销55设为上述的配置，能够简便地形成为第一连通路26a的延伸方向的中心轴26c的延长线与主轴螺栓51不重叠的配置。

需要说明的是，在第二连通路26b中，空气从第二内侧腔室24b朝向第二外侧腔室23b流动，因此主轴螺栓51相对于第二连通路26b的配置没有特别限定。

〔第三实施方式〕

图18是从轴向俯视观察本发明的第三实施方式的转子圆盘的主要部分的图。在图18中，对于与图6所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图18，第三实施方式的压缩机转子中，连通路26的流入面的直径比连通路26的流出面的直径大，这一点与第一实施方式的压缩机转子不同。需要说明的是，在以下的说明中，省略关于与第一实施方式的压缩机转子的构成要素共通的构成要素的说明。

图19是第三实施方式的第一连通路的立体图。参照图19，说明第三实施方式的第一连通路26a。在图19中，对于与图18所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

在第一连通路26a中，第一连通路26a的与第一外侧腔室23a的接点即第一流入面26ai的直径大于第一连通路26a的与第一内侧腔室24a的接点即第一流出面26ao的直径。因此，在利用与第一连通路26a的延伸方向垂直的截面剖切第一连通路26a的面中，截面的直径从空气的流入侧朝向流出侧变窄。

第一流出面26ao的截面积小于第一流入面26ai的截面积，因此从第一流出面26ao流出的空气的流速比通过流入面ai之后增大。因此，在第一内侧腔室24a内流动的空气的涡流流速与第一内侧腔室24a自身的周速的相对速度差增大，能够进一步提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

图20是第三实施方式的第二连通路的立体图。在图20中，对于与图19所示的结构体相同的构成部分，标注同一附图标记。

参照图20，说明第三实施方式的第二连通路26b。在第二连通路26b中，空气从第二内侧腔室24b朝向第二外侧腔室23b流动。因此，在第二连通路26b中，第二连通路26b的与第二内侧腔室24b的接点即第二流入面26bi的直径大于第二连通路26b的与第二外侧腔室23b的接点即第二流出面26bo的直径。

从第二连通路26b流出的空气的周向分量的朝向是与转子主体21的旋转方向r相反的方向。因此，如果从第二连通路26b流出的空气的速度快，则第二外侧腔室23b内的涡流流速变慢。因此，在第二外侧腔室23b内流动的空气的涡流流速与第二外侧腔室23b自身的周速的相对速度差增大，能够进一步提高向划分出腔室的壁面的热传递率。

以上，详细叙述本发明的优选的实施方式，但是本发明没有限定为上述特定的实施方式，在权利请求保护的范围内记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。

工业实用性

本发明能够适用于压缩机转子、压缩机及燃气轮机。

附图标记说明

1压缩机

2燃烧器

3涡轮

4涡轮转子

5涡轮壳体

8燃气轮机转子

9燃气轮机壳体

10压缩机壳体

11i取入口

11静叶栅

12静叶

13叶片体

14外侧护罩

15内侧护罩

16密封环

19空气压缩流路

20压缩机转子

22腔室

23外侧腔室

23a第一外侧腔室

23b第二外侧腔室

23a开口

24内侧腔室

24a第一内侧腔室

24b第二内侧腔室

25轴心侧腔室

26连通路

26a第一连通路

26b第二连通路

26c中心轴

26ai第一流入面

26ao第一流出面

26bi第二流入面

26bo第二流出面

27轴向流路

41转子圆盘

41a上游圆盘

41b下游圆盘

43d下游面第一凹部

45d下游面第二凹部

47d下游面第三凹部

42d下游面第一臂部

44d下游面第二臂部

46d下游面第三臂部

43u上游面第一凹部

45u上游面第二凹部

47u上游面第三凹部

42u上游面第一臂部

44u上游面第二臂部

46u上游面第三臂部

48贯通孔

44dp下游面销槽

44up上游面销槽

51主轴螺栓

55扭矩销

81动叶栅

82动叶

83叶片体

84平台

85叶片根