JPH02256897A - 圧縮機用タービン羽根車 - Google Patents

圧縮機用タービン羽根車

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JPH02256897A
JPH02256897A JP1329397A JP32939789A JPH02256897A JP H02256897 A JPH02256897 A JP H02256897A JP 1329397 A JP1329397 A JP 1329397A JP 32939789 A JP32939789 A JP 32939789A JP H02256897 A JPH02256897 A JP H02256897A
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turbine impeller
compressor
shroud
impeller
compressor according
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JP1329397A
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Wolfgang Krueger
ボルフガング　クリューガー
Hans-Juergen Schmuhl
ハンス　ジュエルゲン　シュムール
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、放射状に配置された多数の圧縮用羽根を有す
る圧縮機用タービン羽根車に間する。
［従来の技術及びその課題］ 一般に、タービン機間では、回転する羽根と、気流の外
壁となる固定されている機関ケーシングとの間の、閉塞
されるべき間隙が、機関の効率に対して大幅に影響を与
える因子である。従って、この閉塞されるべき間隙を出
来るだけ小さくすることが極めて重要であるが、高い熱
負荷及び遠心力負荷によって、羽根の歪みが生じるため
にこのことは極めて難しい。この間隙を減少させるため
にはタービンの羽根の先端部の回りに空気が流れないよ
うに囲い板を設けることが知られている。
しかしながら、それらの囲い板は、現在知られている材
料の剛性が不十分であるために、まだ−本として製造さ
れていない、よって、多数（羽根の数と同数）のセグメ
ントで構成された囲い板が、羽根の先端部に取り付けら
れている。
しかしながら、圧縮機の効率は、タービンのそれと異な
り、多数の薄い羽根、僅かな湾曲、羽根の前縁部、後幹
部が鋭敏であることに依存しているので、圧縮機では上
記の構成が不可能である。
従って、羽根の剛性が必然的に不十分であるために、セ
グメントで製造されている囲い板を羽根先に取り付ける
こと、或は羽根と囲い板とを一体化して製造することは
不可能である。
一方、タービンローター及び各羽根の歪みが運転中、互
いに邪魔しあうので一本の囲い板を製造することが又難
しい。そして、特定の運転条件の下では囲い板と羽根の
連結部分に生じる応力が極めて大きくなることがある。
近年の圧縮機の運転中では、与えられる熱及び遠心力で
発生する熱によって、６００℃の温度が発生するので、
いままで上記のような囲い板を一本として製造すること
が出来なかった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、そ
の目的とするところは、−本として製造されている囲い
板を有する圧縮機用タービン羽根車を提供することであ
る。更に、他の目的は、この囲い板を圧縮機用タービン
羽根車に同心状に設け、各部材の異なる歪に互いに影響
し合うことないように設けることである。更に、他の目
的は、囲い板と機関ケーシングの間にできる間隙を出来
るだけ狭くすることである。
［発明の構成］ 本発明による圧縮機用タービン羽根車は、上記課題を解
決するため、ｆＩｉ射状に配置された多数の圧縮用羽根
を有する圧縮機用タービン羽根車において、 各羽根の先端部が、羽根車の半径方向に移動可能な案内
部材によって囲まれており、 環状の囲い板の内周面が、上記案内部材に、−体的に取
り付けられることによって、囲い板が上記羽根を包囲す
るように、上記羽根の先端部に接続されるものである。
このような配置にすることによって、囲い板は、圧縮用
羽根にスポークセンターリングと類似の方式で取り付け
られる。すなわち、各羽根の先端部が、羽根車の半径方
向に移動可能な案内部材を介して、環状の囲い板に接続
されるため、遠心力と熱によって生ずるタービンロータ
ー（羽根を回転させるための）及び羽根の歪の分、羽根
の先端部が案内部材内に上記半径方向に移動する。案内
部材に一体的に取り付けられている囲い板は、これらの
歪みから影響を受けない。従って、タービンローターと
羽根の歪は、囲い板と機関ケーシングの間の間隙に影響
を及ぼさない。
従って、この間隙は主もこ囲い板と機関のケーシングの
歪みに影響されることになる。材料の適切な選択によっ
て囲い板の歪を小さくすることが出来る。温度に由来す
るケーシングの歪は例えばクーリング、材料の選択、或
は機械的な圧縮ｉ置によって囲い板の歪みに合わせるこ
とが出来る。間隙の減少は、完全に囲い板の材料の特徴
に合わせる事が出来、その他の回転する部材の影響を考
慮しなくて済む。
なお、間隙の減少以外に、更に羽根の動揺を大きく減少
させることが出来る（高い制限作用）。
そして異物の衝撃に対する抵抗を大きく上昇させること
が出来る。そのほかに運転中に羽根のねじりが消失する
ことを防止できる。これによって全回転範囲に渡って羽
根の食違い角度が不変的になる。
更に、本発明の圧縮機用タービン羽根車では、案内部材
が、羽根車の半径方向に移動するため、羽根の先端部が
案内部材と摺動するよう他の部分よりも大きい断面を有
しており、先端部の外周には、案内部材の移動のための
案内面が形成されている。これによって、案内面の正確
な製造と加工が可能になる。その土、案内部材は、羽根
車の半径方向に、障害するものなしで、確実に移動でき
る。
叉１羽根の先端部の案内面は、耐摩耗性、耐腐食性を有
する被膜でコーティングされている。そのため、腐食、
摩滅の危険が減少される。
このコーティングには、特に炭化タングステン、チタン
カーバイト或は窒化チタンが適切である。
更に、本発明では隣接する案内部材の間に空気力学的に
羽根及び案内部材の輪郭に合うような中間部材が配置さ
れている。これらの囲い板と合致されている中間部材は
密度の低い材料で製造されている。これによって、Ｈａ
の全体の重さを下げても剛性の低下は伴わずにすむ。中
間部材の材料には、高い温度剛性及びこわさを持ちなが
ら、密度の低いチタンフオームが特に適している。
又、本発明の池の好適な態様としては、各案内部材は、
圧縮機用タービン羽根車の全ての運転条件において、羽
根の先端部及び囲い板の間に空隙を確保するように囲い
板に取り付けられている。
この空隙は、少なくとも一つの貫通孔を介して、圧縮機
用タービン羽根車の下流にある空間と連通されている。
これて羽根の先端部と案内部材の間の摺動部分の汚染が
防止される。上記の貫通孔から、空気が高圧の領域から
圧縮機用タービン羽根車の下流にある空間へ流れ込むこ
とが可能である。
この漏れた空気が、摺動部分に付く汚染物を流しだし、
或は摺動部分の間に汚染物の付くことを妨げる。
本発明の一つの態様として、囲い板の材料は、金属と、
金属を補強する繊維からなることが好ましい。特に、金
属マトリックスとして、チタン及び／或はアルミニウム
、補強する繊維としてＳｉＣ繊維が好ましい。このよう
な材料は、非常に高い剛性及び耐熱性を示すから、特に
チタンマトリックスを使用した場合には、圧縮機用ター
ビンの運転状態に発生する６００℃の高温下でも使用が
出来る。又、このような材料は非常に高い弾性係数を有
するので、遠心力に起因する歪が最低限に抑えられる。
これによって充填間隙は、様々な運転条件でも、く特に
様々な回転数においても）はぼ−定の大きさ；こ保たれ
る。
又、他の好ましい態様として、囲い板には、少なくとも
一つの周方向に延在する閉塞用突条が設けられる。閉塞
用突条とケーシングの壁との間には、僅かな間隙が設け
られる。この配置により、閉塞用突条の周囲の小さい面
だけを加工すれば、間隙の正確な調整が可能になる。二
つ以上の閉塞用突条が形成されていれば、渦流（乱流運
動、渦動）等の空気力学的な現象が、間隙流を減らすよ
うに働く。
通常では、一つの閉塞用突条に比べて、タービン羽根車
の上流、下流の間の密封性が向上するので、囲い板には
、最低二つの閉塞用突条が軸方向に並ぶよう平行に設け
られる。このうち、少なくとも一つの閉塞用突条は、上
記のマトリクスの材料で形成されている。ここでは、適
切な製造方式では、製造すべき閉塞用突条の基部に繊維
材料が入らないように注意される。つまり、製造時マト
リクス材料を充填するときに、閉塞用突条には、マトリ
ックスのみが満たされる。
閉塞用突条を、囲い板に強固に接続するために、閉塞用
突条は、横断面積の大きい基部を具備している。この基
部は、囲い板の中の繊維を含む領域にある。これによっ
てｗＡ維の間の金属と閉塞用突条の金属との十分な接続
が得られてる。閉塞用突条は、半径方向外方へ向けて比
例的大きく狭くなってる。これによって遠心負荷が低下
するので、この閉塞用突条の断面積の減少は望ましいこ
とである。それによって同時に閉塞用突条の質量が減少
される。このような態様では、修理加工が、例えば肉盛
溶接で簡単、且つ経済的に出来ると言う利点がある。代
わりに、閉塞用突条を全部繊維補強を４料で製造するこ
とも可能である。
上記の態様の代わりに、案内部材を周囲方向に互いに接
触するまで大きくすれば、中間部材が不要になる。この
ような方式により、構成が簡単になり、剛性の十分ある
繊維補強金属が使用出来る状態において便利である。
本発明に係る囲い板を製造するためには、まず案内部材
を羽根の先端部に取り付ける。次に、囲い板を、中間部
材と共に圧縮用羽根に被せる。そして、圧縮機用タービ
ン羽根車と囲い板を特殊な装置の中でセンターリングさ
せる。このセンターリングされた位置で案内部材と囲い
板とを、半田付け、拡散接続、あるいは締め付けること
によって、材料同士が完全に接合されるように、固定す
る。
圧縮機用タービン羽根車は、羽根とタービンローターと
を一体に製造する方式、あるいはタービンローターと別
の羽根を使用する製造方式で製造が出来る。後者の場合
には、従来通り、羽根は、タービンローター周囲のねじ
穴に取り付けられたり、あるいは別個のナツトによって
タービンローターに取り付けられる。別個のナツトを使
用したの製造方式の場合には、羽根を案内部材を組み込
む以前に、案内部材を囲い板と一体化になるように取り
付けることが出来、又、最初から案内部材を囲い板の一
部として製造することも可能である。
この場合、組み立てる時に、羽根が最初に囲い板に付属
した案内部材の中に挿入される。続いて羽根の全セット
がタービンローターヘナットで固定される。
本発明および羽根車の合わせた他の利点は、通常使用さ
れるスナツバ−を廃止できるため、空気力学的な損失を
減らすことが可能であることである。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について、添付の区画を参照して
、詳細に説明する。
第１図は、一体止された圧縮機用タービン羽根車ｌの縦
断面を示す区である。圧縮機用タービン羽根車ｌては、
タービンローター盤２の外周に、一定の間隔に配置され
ている圧縮用の羽根３が取り付けられている。図示の圧
縮用羽根３は、羽根の先端部４の外周に案内面５を形成
するために、羽根の先端部４が、他の部分よりも僅かに
に広がっている。案内面５はその形に合わせて作られて
いる案内ブロック（案内部材）６のスリット１５と滑ら
せるように接続されている。この場合に、案内ブロック
６は、環状の囲い板７に取り付けられている。その大き
さが運転条件に応じて変わる空隙８が羽根先４と囲い板
７との間に存在している。
羽根の先端部４の付近は、第２図に拡大されて示されて
いる。上記のように説明された構成要素以外に、案内ブ
ロック６は、羽根の後縁部９側（気流の下流側）に形成
された貫通孔１０を有している。この貫通孔ｌＯを介し
て、空隙８は、圧縮用羽根３の下流の空間１１と接続さ
れている。
囲い板７の外周には、二つの閉塞用突条１２．１３が配
置されている。これら閉塞用突条１２、Ｉ３と、ケーシ
ング１４の壁との間には、充填間隙ｄが設けられている
。
閉塞用突条１２．１３は、繊維を含まないよう製造され
ている、つまりマトリクス材料のみで形成されている。
但し、閉塞用突条１２．１３は個別の部材ではなく、囲
い板７と一緒に製造されているが、繊維材料は、囲い板
７の半径方向外方の線１７当りまでにしか含まれていな
い。従フて、閉塞用突条１２．１３は、囲い板７と一体
化して製造されている部材である。
第３図は、第１図の■−■線に沿った、囲い板７の断面
を示している。
同図に於て、案内ブロック６の中に移動可能に据え付け
ている数本の羽根３が概略的に示されている。各案内ブ
ロック６同士の中間には、囲い板７に接合されている中
間部材１５が配置されている。これらの中間部材１５は
案内ブロック６あるいは囲い板７の形に、空気力学的に
有利に適合するように製造されている。これによって、
圧縮機用タービン羽根車の空力抵抗が最低限に抑えられ
ている。
第４図は、囲い板７を半径方向内側から見た状態を示し
ている。同図に於て、案内ブロック６には、羽根の輪郭
に合わせてスリット１８（１５ａ）が形成されている。
スリット１５は、羽根３の先端部４の案内面５をはめ込
み保持するものである。
また、各案内ブロック６同士の間に中間部材１５が取り
付けられた状態が示されている。
第５ＴＩ！Ｕ（ａ）及び第５図（ｂ）は、スリット１５
の別の実施例を示している。第５図（ａ）に示されてい
る実施例は、羽根の輪郭とほぼ一致しているスリット１
Ｂ（１５ａ）を示している。第５図（ｂ）の実施例は、
第５図（ａ）のスリブ）１５ａに比べて簡単、且つ経済
的に製造される、はぼ長方形のスリット１５ｂを示して
いる。この実施例では、羽根先端部４（第１図参照）の
案内面５は、スリブ）１５ｂにはめ込まれるように形成
される必要がある。
［発明の効果］ 本発明による圧縮機用タービン羽根車は、以下のような
優れた効果を発揮する。
すなわち、各羽根の先端部が、羽根車の半径方向に移動
可能な案内部材を介して、環状の囲い板に接続されるた
め、遠心力と熱によって生ずるタービンローター（羽根
を回転させるための）及び羽根の歪の分、羽根の先端部
が案内部材内に上記半径方向に移動する。案内部材に一
体的に取り付けられている囲い板は、これらの歪みから
影響を受けない。従って、タービンローターと羽根の歪
は、囲い板と機関ケーシングの間の間隙に影響を及ぼさ
ない。このため、圧縮機用タービン羽根車に同心状に設
けられた囲い板と、機関ケーシングどの間の間隙は、で
きる限り小さくすることが可能である。
この間隙は主に囲い板と機関のケーシングの歪みに影響
されることになる。材料の適切な選択によって囲い板の
歪を小さくすることが出来る。温度に由来するケーシン
グの歪は例えばクーリング、材料の選択、或は機械的な
圧縮装置によって囲い板の歪みに合わせることが出来る
。間隙の減少は、完全に囲い板の材料の特徴に合わせる
事が出来、その他の回転する部材の影響を考慮しなくて
済む。
なお、間隙の減少以外に、更に羽根の動揺を大きく減少
させることが出来る（高い制限作用）。
そして異物の衝撃に対する抵抗を大きく上昇させること
が出来る。そのほかに運転中に羽根のねじりが消失する
ことを防止できる。これによって全回転範囲に渡って羽
根の食違い角度が不変的になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明による圧縮機用タービン羽根車の樅
断面図である。第２図は、第１図の圧縮機用タービン羽
根車の要部を示す拡大図である。 第３図は、第１図のｍ−■線に沿った部分拡大断面図で
ある。第４図は、第１図の圧縮機用タービン羽根車の囲
い板の内周面を、囲い板の内側から見た図である。第５
図（ａ）は、第１図の圧縮機用タービン羽根車の案内部
材の斜視図である。第５図（ｂ）は、他の実施例の案内
部材の斜視図である。 １・・・圧縮機用タービン羽根車、 −ビンローター盤、　　３・・・羽根、先端部、　　５
・・・案内面、　　６・・ツクく案内部材）、　　７・
・・囲い板、・空隙、　　９・・・羽根の後縁部、 貫通孔、　　１１・・・下流側の空間、・閉塞用突条、
　　１３・・・閉塞用突条、・・・ケーシング、　　１
Ｓ・・・中間部材、６　（１５ａ、１５ｂ）−・−スリ
ット。 ２・・・り ４−　・　・ ・案内プロ ８φ・ １０・ＩＩφ １２φ赤

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）放射状に配置された多数の圧縮用羽根を有する圧縮
    機用タービン羽根車において、 各羽根の先端部（４）が、羽根車の半径方向に移動可能
    な案内部材（６）によって囲まれており、環状の囲い板
    （７）の内周面が、上記案内部材（６）に、一体的に取
    り付けられることによって、囲い板が、上記羽根を包囲
    するように、上記羽根の先端部（４）に接続されている
    ことを特徴とする圧縮機用タービン羽根車。 ２）上記羽根の先端部（４）は、案内部材（６）の羽根
    車の半径方向の移動のため、案内部材と摺動するよう他
    の部分よりも大きい断面を有し、先端部の外周には、案
    内部材の移動のための案内面（５）が形成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧縮機用タ
    ービン羽根車。 ３）上記羽根の先端部（４）の案内面（５）が耐摩耗性
    、耐腐食性を有する被膜でコーティングされていること
    を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の圧縮機用ター
    ビン羽根車。 ４）上記被膜が炭化タングステン、チタンカーバイト、
    或は窒化チタンで形成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第３項記載の圧縮機用タービン羽根車。 ５）上記案内部材（６）は、圧縮機用タービン羽根車の
    全ての運転条件において、羽根の先端部（４）及び囲い
    板（７）の間に空隙（８）を確保するように、囲い板に
    取り付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の圧縮機用タービン羽根車。 ６）隣接する案内部材（６）同士の間に羽根及び案内部
    材の輪郭に空気力学的に適合する中間部材（１５）が配
    置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の圧縮機用タービン羽根車。 ７）上記中間部材（１５）は、低い密度を有する材料か
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第６記載の圧縮
    機用タービン羽根車。 ８）上記中間部材（１５）の材料はチタンフォームであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の圧縮機
    用タービン羽根車。 ９）上記案内部材（６）内の空隙（８）は、少なくとも
    一つの貫通孔（１０）を介して、圧縮機用タービン羽根
    車（１）の下流にある空間（１１）へ連通されてること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧縮機用ター
    ビン羽根車。 １０）上記囲い板（７）の材料は、金属と、金属を補強
    する繊維からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の圧縮機用タービン羽根車。 １１）上記囲い板（７）の材料は、少なくともチタン及
    びアルミニウムのいずれか一方からなるマトリクスと、
    ＳｉＣ繊維からなることを特徴とする特許請求の範囲第
    １０項記載の圧縮機用タービン羽根車。 １２）上記案内部材（６）の材料は、少なくともチタン
    及びアルミニウムのいずれか一方からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の圧縮機用タービン羽根
    車。 １３）上記囲い板（７）には、少なくとも一つの周方向
    に延在する閉塞用突状（１２）が、閉塞用突条（１２）
    と気流の外壁となるケーシングとの間に、僅かな間隙（
    ｄ）が設けられるように、設けられていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の圧縮機用タービン羽根
    車。 １４）少なくとも一つの閉塞用突条（１２）が上記のマ
    トリクスの材料で形成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１３項記載の圧縮機用タービン羽根車。 １５）少なくとも一つの閉塞用突条（１２）が、囲い板
    の中の繊維を含む領域にある広い基部を有し、基部から
    先端の方へ比較的大きく狭くなることを特徴とする特許
    請求の範囲第１３項または１４項記載の圧縮機用タービ
    ン羽根車。
JP1329397A 1988-12-19 1989-12-19 圧縮機用タービン羽根車 Pending JPH02256897A (ja)

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