JPH0270929A - ガスタービン - Google Patents
ガスタービンInfo
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- JPH0270929A JPH0270929A JP1195405A JP19540589A JPH0270929A JP H0270929 A JPH0270929 A JP H0270929A JP 1195405 A JP1195405 A JP 1195405A JP 19540589 A JP19540589 A JP 19540589A JP H0270929 A JPH0270929 A JP H0270929A
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- Japan
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- gas turbine
- outer ring
- airfoils
- cross
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- 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
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
-
- 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
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
-
- 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
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、一般に燃焼タービン又はガスタービンに関し
、より詳細には、ががるタービンに通常用いられる、圧
縮機のダイアフラム（仕切板）Ｍｉ立体に関する。
、より詳細には、ががるタービンに通常用いられる、圧
縮機のダイアフラム（仕切板）Ｍｉ立体に関する。
大型の産業用燃焼タービン（燃焼タービンは、「ガスタ
ービン」と呼ばれる場合があり、以下、この用語を用い
る）のうち２／３以上は、発電用に用いられている。ガ
スタービンは自動遠隔操作に好適なので、電力会社は、
ガスタービンを主としてピーク負荷発電に使用している
。しかしながら、供給電力の追加が急に必要な場合、精
製燃料が安価で入手できる場合、又はタービンの排エネ
ルギが利用可能な場合には、ガスタービンはベース負荷
発電用としても用いられる。
ービン」と呼ばれる場合があり、以下、この用語を用い
る）のうち２／３以上は、発電用に用いられている。ガ
スタービンは自動遠隔操作に好適なので、電力会社は、
ガスタービンを主としてピーク負荷発電に使用している
。しかしながら、供給電力の追加が急に必要な場合、精
製燃料が安価で入手できる場合、又はタービンの排エネ
ルギが利用可能な場合には、ガスタービンはベース負荷
発電用としても用いられる。
発電用途では、典型的なガスタービンは一般に４つの基
本的部分、即ち、（１〕入口部分、（２）圧縮機部分、
（３）燃焼器部分、（４）排出部分で構成されている。
本的部分、即ち、（１〕入口部分、（２）圧縮機部分、
（３）燃焼器部分、（４）排出部分で構成されている。
空気が、圧縮機部分内で断熱圧縮された状態で燃焼器部
分にその入口から流入し、燃焼器部分内で燃料と混合さ
れると共に定圧状態で加熱され、その後、ガスは断熱膨
張しながら排出部分を通って排気され、かくして、一般
にプレイトンサイクル又はジュールサイクルと呼ばれる
ガスタービンの基本サイクルが完了する。
分にその入口から流入し、燃焼器部分内で燃料と混合さ
れると共に定圧状態で加熱され、その後、ガスは断熱膨
張しながら排出部分を通って排気され、かくして、一般
にプレイトンサイクル又はジュールサイクルと呼ばれる
ガスタービンの基本サイクルが完了する。
周知のように、従来型ガスタービンの正味出力は、発生
動力と圧縮機部分の消費動力の差である。
動力と圧縮機部分の消費動力の差である。
一般に、ガスタービンで得られる動力の約２／３はその
圧縮機部分の駆動に用いられる。かくして、ガスタービ
ンの総合性能は、その圧縮機部分の効率の影響をもろに
受ける。高効率の高圧力比の維持のためには、圧縮機部
分を殆どの場合、シャフトに沿って軸方向に配置した複
数の回転翼の間に、段付けされた中間段ラビリンスシー
ルを備えたダイアフラム組立体を構成する内側シュラウ
ド付きＩ％翼を配設して軸流形のものにする必要がある
。
圧縮機部分の駆動に用いられる。かくして、ガスタービ
ンの総合性能は、その圧縮機部分の効率の影響をもろに
受ける。高効率の高圧力比の維持のためには、圧縮機部
分を殆どの場合、シャフトに沿って軸方向に配置した複
数の回転翼の間に、段付けされた中間段ラビリンスシー
ルを備えたダイアフラム組立体を構成する内側シュラウ
ド付きＩ％翼を配設して軸流形のものにする必要がある
。
しかしながら、内側シュラウドを取付けた翼の幹部、即
ち大形部中に疲労による亀裂（以下、「疲労亀裂ｊとも
いう）が発生するという重大問題が生じる。かかる疲労
亀裂の発生原因は、かかる翼の従来製造法にある。たと
えば、殆どの圧縮機ダイアフラム組立体の製造業者が実
施している圧延法又は鍛造法の何れにおいても、翼形部
を内側及び外側シュラウドにそれぞれ接合するのに溶接
が利用されており、かかる溶接により、各溶接継手に「
熱影響部Ｊが生じる。疲労による亀裂の発生がかかる熱
影響部はど生じる箇所は存在しないことが判明している
。したがって、疲労亀裂の発生が起こり難い改良型圧縮
機用ダイアフラム組立体を提供するだけでなく、熱影響
部を生ぜしめる製造段階の実施が極力抑えられたかかる
ダイアフラム組立体の製造方法も提供することが望まし
い。
ち大形部中に疲労による亀裂（以下、「疲労亀裂ｊとも
いう）が発生するという重大問題が生じる。かかる疲労
亀裂の発生原因は、かかる翼の従来製造法にある。たと
えば、殆どの圧縮機ダイアフラム組立体の製造業者が実
施している圧延法又は鍛造法の何れにおいても、翼形部
を内側及び外側シュラウドにそれぞれ接合するのに溶接
が利用されており、かかる溶接により、各溶接継手に「
熱影響部Ｊが生じる。疲労による亀裂の発生がかかる熱
影響部はど生じる箇所は存在しないことが判明している
。したがって、疲労亀裂の発生が起こり難い改良型圧縮
機用ダイアフラム組立体を提供するだけでなく、熱影響
部を生ぜしめる製造段階の実施が極力抑えられたかかる
ダイアフラム組立体の製造方法も提供することが望まし
い。
しかしながら、熱影響部を生ゼしぬる製造段階を無くす
だけでは、疲労亀裂の発生と関連のある問題を解決でき
ない、すなわち、鍛造法により製造された成る種の翼形
部は、綿密な応力除去を施してそれら翼形部中の熱影響
部の影響力を軽減した後でも、疲労による亀裂発生の問
題を生じる場合があることは良く知られている。したが
って、ガスタービン内部の静的刺激だけでなく動的刺激
も疲労亀裂発生の問題の原因となることは明白である。
だけでは、疲労亀裂の発生と関連のある問題を解決でき
ない、すなわち、鍛造法により製造された成る種の翼形
部は、綿密な応力除去を施してそれら翼形部中の熱影響
部の影響力を軽減した後でも、疲労による亀裂発生の問
題を生じる場合があることは良く知られている。したが
って、ガスタービン内部の静的刺激だけでなく動的刺激
も疲労亀裂発生の問題の原因となることは明白である。
翼形部に対し法線方向及び接線方向に作用して翼形部の
各表面全体に分配される空力的力だけでなく段差圧もそ
れぞれ、外側シュラウドに伝達され、次いで、翼形部を
外側シュラウドに取付けている溶接継手を経てガスター
ビンのケーシングに伝えられる別種の力及びモーメント
の発生原因となる。
各表面全体に分配される空力的力だけでなく段差圧もそ
れぞれ、外側シュラウドに伝達され、次いで、翼形部を
外側シュラウドに取付けている溶接継手を経てガスター
ビンのケーシングに伝えられる別種の力及びモーメント
の発生原因となる。
簡単な代替策として、一体の外側及び内側シュラウドを
備えた翼形部を用いると、疲労亀裂発生の原因を両方と
も難無く解決できるように思われるかもしれない、すな
わち、熱影響部の発生の問題を完全に解決すると共に、
ガスタービン内部の静的刺激及び動的刺激に起因する種
々の不安定性と関連した問題を最小限に抑えることがで
きるように思われるが、実際はそうではない。
備えた翼形部を用いると、疲労亀裂発生の原因を両方と
も難無く解決できるように思われるかもしれない、すな
わち、熱影響部の発生の問題を完全に解決すると共に、
ガスタービン内部の静的刺激及び動的刺激に起因する種
々の不安定性と関連した問題を最小限に抑えることがで
きるように思われるが、実際はそうではない。
たとえば、上述の静的な力及びモーメントの影♂下では
、上記仮定に基づく翼形部（以下、「仮想人形部」とも
いう）の外側シュラウド・セグメントとケーシングとの
保合状態は、該セグメントの末端部と、ガスタービンの
ケーシングに形成されたセグメント嵌入用スロットの壁
との接触により拘束モーメントを生ぜしめることができ
る時点までは安定的ではない。かくして、外側シュラウ
ド・セグメントは間隙（熱膨張を見越してケーシングの
スロットに形成された間隙）内で回転することになる。
、上記仮定に基づく翼形部（以下、「仮想人形部」とも
いう）の外側シュラウド・セグメントとケーシングとの
保合状態は、該セグメントの末端部と、ガスタービンの
ケーシングに形成されたセグメント嵌入用スロットの壁
との接触により拘束モーメントを生ぜしめることができ
る時点までは安定的ではない。かくして、外側シュラウ
ド・セグメントは間隙（熱膨張を見越してケーシングの
スロットに形成された間隙）内で回転することになる。
その結果、仮！！！、翼形部をガスタービンに用いると
、外側シュラウド・セグメントの近傍に大きな応力が発
生すると共に並進及び回転変位の度合いが過度になり、
これらはそれぞれ動的刺激を受けて一段と悪化すること
になる。
、外側シュラウド・セグメントの近傍に大きな応力が発
生すると共に並進及び回転変位の度合いが過度になり、
これらはそれぞれ動的刺激を受けて一段と悪化すること
になる。
本発明の主目的は、稼働中のガスタービン内部に生じ得
る静的刺激と動的刺激の両方に起因する、ガスタービン
のケーシングとの係合状態の不安定性が最小限に抑えら
れると共に従来法により容易に且つ低コストで製造でき
る圧縮機用ダイアフラム組立体を提供することにある。
る静的刺激と動的刺激の両方に起因する、ガスタービン
のケーシングとの係合状態の不安定性が最小限に抑えら
れると共に従来法により容易に且つ低コストで製造でき
る圧縮機用ダイアフラム組立体を提供することにある。
この目的に鑑みて、本発明の要旨は、ケーシングと、複
数のディスクを備えたシャフトに沿って軸方向に配置さ
れている複数の回転翼を含むロータと、圧縮機部分にお
いてケーシング内部に円周方向に形成された第１の所定
横断面の１又は２以上のスロットとを有するガスタービ
ンであって、圧縮機部分は、それぞれ内側シュラウドが
一体に形成された複数の翼形部を備えたダイアフラム組
立体を有し、外側リング・サブアセンブリが、食違い角
で配設された互いに平行な溝を有し、該溝には翼形部が
前記食違い角でそれぞれ嵌入され、外側リング・サブア
センブリは、タービンのケーシングのスロット内に摺動
自在に嵌入できるよう横断面が前記第１の所定横断面と
相補形状をなす半径方向外端部分を有し、内側シュラウ
ドのそれぞれに係合すると共に一対のディスク係合シー
ルを有するキャリヤ・サブアセンブリが設けられている
ことを特徴とするガスタービンにある。
数のディスクを備えたシャフトに沿って軸方向に配置さ
れている複数の回転翼を含むロータと、圧縮機部分にお
いてケーシング内部に円周方向に形成された第１の所定
横断面の１又は２以上のスロットとを有するガスタービ
ンであって、圧縮機部分は、それぞれ内側シュラウドが
一体に形成された複数の翼形部を備えたダイアフラム組
立体を有し、外側リング・サブアセンブリが、食違い角
で配設された互いに平行な溝を有し、該溝には翼形部が
前記食違い角でそれぞれ嵌入され、外側リング・サブア
センブリは、タービンのケーシングのスロット内に摺動
自在に嵌入できるよう横断面が前記第１の所定横断面と
相補形状をなす半径方向外端部分を有し、内側シュラウ
ドのそれぞれに係合すると共に一対のディスク係合シー
ルを有するキャリヤ・サブアセンブリが設けられている
ことを特徴とするガスタービンにある。
この構成によれば、内側シュラウドを一体形成した複数
の翼形部が熱を用いない方法によってそれらの外側リン
グ及びシールキャリヤ・セグメントに接合されるので、
圧ｍｓダイアフラム組立体の製造の結果としての熱影響
部が存在しないという効果があるばかりか、各翼形部の
外側部分又は外端部分を所定の食違い角で延びるそれぞ
れの溝に嵌合するよう形成することにより、稼働中のガ
スタービン内部に生じ得る静的刺激と動的’Ｉ’ｌｌ激
の両方に起因して生じる翼形部とケーシングのスロット
との保合状態の不安定性が最小限に抑えられるという効
果もある。
の翼形部が熱を用いない方法によってそれらの外側リン
グ及びシールキャリヤ・セグメントに接合されるので、
圧ｍｓダイアフラム組立体の製造の結果としての熱影響
部が存在しないという効果があるばかりか、各翼形部の
外側部分又は外端部分を所定の食違い角で延びるそれぞ
れの溝に嵌合するよう形成することにより、稼働中のガ
スタービン内部に生じ得る静的刺激と動的’Ｉ’ｌｌ激
の両方に起因して生じる翼形部とケーシングのスロット
との保合状態の不安定性が最小限に抑えられるという効
果もある。
本発明の内容は、添付の図面に例示的に示すに過ぎない
好ましい実施例についての以下の詳細な説明を読むと一
層容易に理解できよう。
好ましい実施例についての以下の詳細な説明を読むと一
層容易に理解できよう。
今、図面を参照すると（尚、図中、同一の参照番号は同
−又は対応関係にある構成要素を示している）、第１図
には、周知形式のガスタービン１２ （このガスタービ
ンは例えば、ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーボレーショ′ンのガスタービンシステム部門により製
造されたモデルＷ−５０１Ｄ・重構造形単軸ガスタービ
ンである）を用いる典型的な発電プラント１０の構成が
示されている。従来構成と同様、プラント１０は、り−
ビン１２により駆動される発電機１４、起動装置パッケ
ージ１６、グリコール冷却器２０を備えた電気機器パッ
ケージ１８、油冷却器２４を備えた機械装置パフケージ
２２及び空気冷却器２６を有し、これら構成要素はそれ
ぞれ、稼働状態のタービン１２を支持する。稼働中のタ
ービン１２と関連のある気流音を低減させる従来型手段
２８がプラントｌＯの入口ダクト及び排気筒に配設され
、発生した電気を導〈従来型端子手段３０が発電機１４
に設けられている。
−又は対応関係にある構成要素を示している）、第１図
には、周知形式のガスタービン１２ （このガスタービ
ンは例えば、ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーボレーショ′ンのガスタービンシステム部門により製
造されたモデルＷ−５０１Ｄ・重構造形単軸ガスタービ
ンである）を用いる典型的な発電プラント１０の構成が
示されている。従来構成と同様、プラント１０は、り−
ビン１２により駆動される発電機１４、起動装置パッケ
ージ１６、グリコール冷却器２０を備えた電気機器パッ
ケージ１８、油冷却器２４を備えた機械装置パフケージ
２２及び空気冷却器２６を有し、これら構成要素はそれ
ぞれ、稼働状態のタービン１２を支持する。稼働中のタ
ービン１２と関連のある気流音を低減させる従来型手段
２８がプラントｌＯの入口ダクト及び排気筒に配設され
、発生した電気を導〈従来型端子手段３０が発電機１４
に設けられている。
第２図に一層詳しく示すように、タービン１２の主構成
要素は、入口部分３２、圧縮機部分３４、燃焼器部分３
６及び排気部分３８である。タービン１２にその人口部
分３２から流入する空気を、圧縮機部分３４内で断熱圧
縮し、燃焼器部分３６内で燃料と混合すると共に定圧状
態で加熱する。
要素は、入口部分３２、圧縮機部分３４、燃焼器部分３
６及び排気部分３８である。タービン１２にその人口部
分３２から流入する空気を、圧縮機部分３４内で断熱圧
縮し、燃焼器部分３６内で燃料と混合すると共に定圧状
態で加熱する。
しかる後、加熱状態の燃料と空気の混合ガスを、燃焼器
部分３６から断熱膨張させながら排出部分３８を通して
排気すると、ガスタービンの基本サイクルが完了する。
部分３６から断熱膨張させながら排出部分３８を通して
排気すると、ガスタービンの基本サイクルが完了する。
かかる熱力学的サイクルはプレイトンサイクル又はジュ
ールサイクルと通称されている。
ールサイクルと通称されている。
タービン内で望ましくは高効率の高い圧力比を保つため
、従来型ガスタービンの殆どの圧ｖａｎ部分と同様、圧
縮機部分３４は、ロータ４ｏを有する軸流構成のもので
ある。ロータ４ｏは、シャフト４４に沿って軸方向に配
置された複数の回転翼４２及び複数のディスク４６を有
する。以下に一層詳細に説明するように、複数の回転ｊ
［４２で構成される隣接対のそれぞれの間には、タービ
ンのケーシング５０に取付けられた複数の内側シュラウ
ド付き静翼４８が一本ずつ配設されており、これら静翼
４８は、段付けされた中間段ラビリンスシール５２を備
え、ディスク４６と連携しテ用いられるダイアフラム組
立体を構成する。
、従来型ガスタービンの殆どの圧ｖａｎ部分と同様、圧
縮機部分３４は、ロータ４ｏを有する軸流構成のもので
ある。ロータ４ｏは、シャフト４４に沿って軸方向に配
置された複数の回転翼４２及び複数のディスク４６を有
する。以下に一層詳細に説明するように、複数の回転ｊ
［４２で構成される隣接対のそれぞれの間には、タービ
ンのケーシング５０に取付けられた複数の内側シュラウ
ド付き静翼４８が一本ずつ配設されており、これら静翼
４８は、段付けされた中間段ラビリンスシール５２を備
え、ディスク４６と連携しテ用いられるダイアフラム組
立体を構成する。
内側シュラウド付き静翼４８の従来製造法に起因して、
疲労による亀裂の発生という重大な問題が存在する。た
とえば、今、第３図及び第４図を参照して説明すると、
大抵の圧縮機ダイアフラム組立体の製造業者が用いてい
る方法の何れにおいても、溶接により、静！４８の翼形
部５４をそれぞれの内側シュラウド５６及び外側シュラ
ウド５８に接合している。かかる溶接を行うと、周知の
ように、各溶接継手部に熱影響部６ｏが生じる。
疲労による亀裂の発生という重大な問題が存在する。た
とえば、今、第３図及び第４図を参照して説明すると、
大抵の圧縮機ダイアフラム組立体の製造業者が用いてい
る方法の何れにおいても、溶接により、静！４８の翼形
部５４をそれぞれの内側シュラウド５６及び外側シュラ
ウド５８に接合している。かかる溶接を行うと、周知の
ように、各溶接継手部に熱影響部６ｏが生じる。
オハイオ州メタルズ・パーク所在の米国金属協会Ｗｒ金
属ハンドブック（Ｍｅｔａｌｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）Ｊ
（９版）の第６巻［溶接・蝋付け・及び半田付け（Ｗｅ
ｌｄｉｎｇ、 Ｂｒａｚｉｎｇ、 ａｎｄ Ｓｏｌｄｅ
ｒｉｎｇ） Ｊ中に定義されているように、ｒ熱影響部
」は、溶融状態にならないで機械的性質又はミクロ組織
が溶接、蝋付け、半田付は又は切断加工による熱で改質
された母材部分である。Ｎ形部５４、内側シュラウド５
６及び外側シュラウド５８に用いられる各種ステンレス
鋼合金では、疲労による亀裂の発生がかかる熱影響部６
０はど生じる箇所は存在しない。
属ハンドブック（Ｍｅｔａｌｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）Ｊ
（９版）の第６巻［溶接・蝋付け・及び半田付け（Ｗｅ
ｌｄｉｎｇ、 Ｂｒａｚｉｎｇ、 ａｎｄ Ｓｏｌｄｅ
ｒｉｎｇ） Ｊ中に定義されているように、ｒ熱影響部
」は、溶融状態にならないで機械的性質又はミクロ組織
が溶接、蝋付け、半田付は又は切断加工による熱で改質
された母材部分である。Ｎ形部５４、内側シュラウド５
６及び外側シュラウド５８に用いられる各種ステンレス
鋼合金では、疲労による亀裂の発生がかかる熱影響部６
０はど生じる箇所は存在しない。
しかしながら、上述のように、熱影響部６ｏを生ぜしめ
る製造段階を単に無くすだけでは疲労亀裂発生と関連の
ある問題は解決されない、たとえば、第３図は一定厚み
圧延法（ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔｓｅｃｔｉｏ
ｎ ａｐｐｒｏａｃｈ）により製造された内側シュラウ
ド付き翼４８、第４図は翼弦に対する厚みの可変比を用
いる鍛造法（ｆｏｒｇｅｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｈｉ
ｃｋｎｅｓｓ−１ｏ−ｃｈｏｒｄ ｒａｔｉｏ ａｐｐ
ｒｏａｃｈ）により製造された内側シュラウド付き翼４
８を示している。
る製造段階を単に無くすだけでは疲労亀裂発生と関連の
ある問題は解決されない、たとえば、第３図は一定厚み
圧延法（ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔｓｅｃｔｉｏ
ｎ ａｐｐｒｏａｃｈ）により製造された内側シュラウ
ド付き翼４８、第４図は翼弦に対する厚みの可変比を用
いる鍛造法（ｆｏｒｇｅｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｈｉ
ｃｋｎｅｓｓ−１ｏ−ｃｈｏｒｄ ｒａｔｉｏ ａｐｐ
ｒｏａｃｈ）により製造された内側シュラウド付き翼４
８を示している。
−船釣に第３図及び第４図に示すような従来型圧縮機ダ
イアフラム組立体の内側シュラウド５６及びそのシール
５２に作用する種々の力は、主として封止圧力Ｆｉの低
下に起因して生じる。このような力並びに翼形部５４に
法線方向へ作用する空力的力ＦＡ及び接線方向へ作用す
る空力的力Ｆｔはそれぞれ、外側シュラウド５８に伝達
され、次いで、翼形部５４を外側シュラウド５８に取付
けている溶接継手６２を経てガスタービン１２のケーシ
ング５０に伝えられる別種のカ及びモーメントの発生原
因となる。
イアフラム組立体の内側シュラウド５６及びそのシール
５２に作用する種々の力は、主として封止圧力Ｆｉの低
下に起因して生じる。このような力並びに翼形部５４に
法線方向へ作用する空力的力ＦＡ及び接線方向へ作用す
る空力的力Ｆｔはそれぞれ、外側シュラウド５８に伝達
され、次いで、翼形部５４を外側シュラウド５８に取付
けている溶接継手６２を経てガスタービン１２のケーシ
ング５０に伝えられる別種のカ及びモーメントの発生原
因となる。
それにもかかわらず、疲労による亀裂の発生は、内側及
び外側シュラウドが一体に形成された仮想翼形部を用い
て熱影響部６ｏを無くすことによっては依然として無く
ならない、上述の静的なカ及びモーメントの影響下では
、仮想翼形部の外側シュラウド・セグメントとガスター
ビンのケーシングとの係合状態は、該セグメントの末端
部と、ケーシングに形成されたセグメント嵌入用スロッ
トの壁との接触により拘束モーメントを生ぜしめること
ができる時点までは安定的ではない、かくして、外側シ
ュラウド・セグメントは間隙（熱膨張を見越してケーシ
ングのスロットに形成された間隙〕内で回転することに
なる。その結果、仮想翼形部をガスタービンに用いると
、外側シュラウド−セグメントの近傍に大きな応力が発
生すると共に並進及び回転変位の度合いが過度になり、
これらはそれぞれ動的刺激を受けて一段と大きくなって
しまう。
び外側シュラウドが一体に形成された仮想翼形部を用い
て熱影響部６ｏを無くすことによっては依然として無く
ならない、上述の静的なカ及びモーメントの影響下では
、仮想翼形部の外側シュラウド・セグメントとガスター
ビンのケーシングとの係合状態は、該セグメントの末端
部と、ケーシングに形成されたセグメント嵌入用スロッ
トの壁との接触により拘束モーメントを生ぜしめること
ができる時点までは安定的ではない、かくして、外側シ
ュラウド・セグメントは間隙（熱膨張を見越してケーシ
ングのスロットに形成された間隙〕内で回転することに
なる。その結果、仮想翼形部をガスタービンに用いると
、外側シュラウド−セグメントの近傍に大きな応力が発
生すると共に並進及び回転変位の度合いが過度になり、
これらはそれぞれ動的刺激を受けて一段と大きくなって
しまう。
第５図〜第７図に示すような圧縮機ダイアフラム組立体
６４を用いると、上述の疲労亀裂発生という問題が実質
的に解決されることが判明した。
６４を用いると、上述の疲労亀裂発生という問題が実質
的に解決されることが判明した。
第５図に示すように、圧縮機ダイアフラム組立体６４は
、それぞれ一体内側シュラウド６８を備えた複数の翼形
部６６と、内側シュラウド６８から吊るされたセグメン
ト状シールキャリヤ７０と、タービンＩ２のケーシング
５０に円周方向に形成されたスロット７４との嵌合によ
り、複数の翼形部６６を、タービン１２の長さ方向軸線
に対し所定の角度Ａｓ（第７図参照）で支持するセグメ
ント状外側リング７２とを有する。外側リング・セグメ
ント７６はそれぞれ、翼形部６６の外側部分又は外端部
分８０を保合自在に受は入れるよう形成されたＩ又は２
以上の溝７８を有する。シールキャリヤ・セグメント８
２はそれぞれ、一対のディスク係合シール８４を有する
と共に１又は２以上の翼形部６６の内側シュラウド６８
と嵌合するよう形成されている。
、それぞれ一体内側シュラウド６８を備えた複数の翼形
部６６と、内側シュラウド６８から吊るされたセグメン
ト状シールキャリヤ７０と、タービンＩ２のケーシング
５０に円周方向に形成されたスロット７４との嵌合によ
り、複数の翼形部６６を、タービン１２の長さ方向軸線
に対し所定の角度Ａｓ（第７図参照）で支持するセグメ
ント状外側リング７２とを有する。外側リング・セグメ
ント７６はそれぞれ、翼形部６６の外側部分又は外端部
分８０を保合自在に受は入れるよう形成されたＩ又は２
以上の溝７８を有する。シールキャリヤ・セグメント８
２はそれぞれ、一対のディスク係合シール８４を有する
と共に１又は２以上の翼形部６６の内側シュラウド６８
と嵌合するよう形成されている。
本発明の一つの重要な特徴によれば、一体形成の内側シ
ュラウド６８を備えた複数の翼形部６６がそれぞれ、熱
を用いない方法により外側リング・セグメント７６及び
シールキャリヤ・セグメント８２に接合されているので
、熱影響部が存在していない、さらに、翼形部６６とケ
ーシングのスロット７４の嵌合状態の不安定性（この不
安定性の原因は静的刺激と動的刺激のどちらにもある）
があったとしても僅かである。その理由は、各翼形部６
６の外側部分８０が所定の角度Ａ、と平行にそれぞれの
溝７８に嵌入するよう形成されているからである。
ュラウド６８を備えた複数の翼形部６６がそれぞれ、熱
を用いない方法により外側リング・セグメント７６及び
シールキャリヤ・セグメント８２に接合されているので
、熱影響部が存在していない、さらに、翼形部６６とケ
ーシングのスロット７４の嵌合状態の不安定性（この不
安定性の原因は静的刺激と動的刺激のどちらにもある）
があったとしても僅かである。その理由は、各翼形部６
６の外側部分８０が所定の角度Ａ、と平行にそれぞれの
溝７８に嵌入するよう形成されているからである。
一般に「食違い角」と呼ばれている所定の角度Ａｓは、
タービン１２の長さ方向軸線に対する各翼形部６６の整
列角度である。今、第５図と共に第７図を参照して説明
すると、翼形部６６の外側部分８０を、食違い角と平行
になり、かくしてＦ、により生じる力と垂直に位置する
まで回転させる。そうすると外側部分８０は上記食違い
角Ａｓで外側リング・セグメント７６に形成されたスロ
ット７８に嵌入し、外側部分８０に作用する法線力の分
布が一層一様になる。これとロータの回転翼の典型的な
間隙が０．００１インチであることとを考え合わせると
、翼形部６６の変位及び回転の度合いを最少限に抑える
、安定性のある拘束システムが得られる。
タービン１２の長さ方向軸線に対する各翼形部６６の整
列角度である。今、第５図と共に第７図を参照して説明
すると、翼形部６６の外側部分８０を、食違い角と平行
になり、かくしてＦ、により生じる力と垂直に位置する
まで回転させる。そうすると外側部分８０は上記食違い
角Ａｓで外側リング・セグメント７６に形成されたスロ
ット７８に嵌入し、外側部分８０に作用する法線力の分
布が一層一様になる。これとロータの回転翼の典型的な
間隙が０．００１インチであることとを考え合わせると
、翼形部６６の変位及び回転の度合いを最少限に抑える
、安定性のある拘束システムが得られる。
再び第６図を参照すると、複数の翼形部６６がそれらの
外側部分８０をそれぞれ外側リング・セグメント７６に
形成された溝７８に嵌入させることにより外側リング・
セグメント７６に組み込まれていることが分かる。した
がって、翼形部６６、特にそれらの外側部分８ｏは食違
い角Ａｓと平行な最適整列状態にある。外側部分８ｏは
それぞれ、全体的に三角形の横断面をもつものとして図
示されているが、この場合に注目すべきこととして、本
発明によれば、溝７８の横断面と相補形状である限り、
任意の横断面を利用できる。
外側部分８０をそれぞれ外側リング・セグメント７６に
形成された溝７８に嵌入させることにより外側リング・
セグメント７６に組み込まれていることが分かる。した
がって、翼形部６６、特にそれらの外側部分８ｏは食違
い角Ａｓと平行な最適整列状態にある。外側部分８ｏは
それぞれ、全体的に三角形の横断面をもつものとして図
示されているが、この場合に注目すべきこととして、本
発明によれば、溝７８の横断面と相補形状である限り、
任意の横断面を利用できる。
タイバー８６及び割送りねじ８８を用いて外側リング・
セグメント７６を互いに接合して外側リング７２を形成
するのが良い、変形例として、非接合状態の外側リング
・セグメント７６により画定される円弧がセグメント状
シールキャリヤ７゜により画定される円弧と等しければ
、外側リング・セグメント７６は非接合状態のままであ
っても良い。いずれの場合でも、外側リング・セグメン
ト７６は、タービンエ２のケーシング５ｏに形成された
スロット７４に嵌合する全体として丁字形の横断面部を
備え、従来型止めねじ９ｏにより定位置に保持されてい
る 本発明による圧縮機ダイアフラムの組立及び分解を容易
にするため、及びかかる組立に要する費用を最少限に抑
えるため、種々のサイズのスペーサ９２により翼形部６
６を、互いに正しい間隔に保持する。タイバー８６と翼
形部６６の外側部分８０の場合のように、各翼形部６６
の内側部分６８と翼形部６６間のスペーサ９２を、必要
に応じ、従来型止めねじ９０又は割送りねじ８日を用い
て定位置に固定する。
セグメント７６を互いに接合して外側リング７２を形成
するのが良い、変形例として、非接合状態の外側リング
・セグメント７６により画定される円弧がセグメント状
シールキャリヤ７゜により画定される円弧と等しければ
、外側リング・セグメント７６は非接合状態のままであ
っても良い。いずれの場合でも、外側リング・セグメン
ト７６は、タービンエ２のケーシング５ｏに形成された
スロット７４に嵌合する全体として丁字形の横断面部を
備え、従来型止めねじ９ｏにより定位置に保持されてい
る 本発明による圧縮機ダイアフラムの組立及び分解を容易
にするため、及びかかる組立に要する費用を最少限に抑
えるため、種々のサイズのスペーサ９２により翼形部６
６を、互いに正しい間隔に保持する。タイバー８６と翼
形部６６の外側部分８０の場合のように、各翼形部６６
の内側部分６８と翼形部６６間のスペーサ９２を、必要
に応じ、従来型止めねじ９０又は割送りねじ８日を用い
て定位置に固定する。
上述のように、本発明による圧縮機ダイアフラム組立体
を用いると、熱影響部により引き起こされる疲労亀裂発
生の問題が解決され、しかも、船釣には内側シュラウド
及び外側シュラウドに発注する応力集中が実質的に減少
する。一体形翼形部を用いることにより、かかる翼形部
の製造に伴う費用が最少限に抑えられ、他方、ロータ回
転翼の製造に長年利用されている常套手法（例えば、種
々の鋳造、鍛造、輪郭フライス削り法等）を適用できる
ので夷形部の製造品質が最良になる。非常に明白である
が、翼形部６６がたった一本損傷しても、その交換は容
易であり、また、翼形部６６、セグメント状シールキャ
リヤ７０、外側リング、スロット７４の間の多くの接触
面により機械的防振の度合いが増し、これにより動的応
答が最少限に抑えられることになる。
を用いると、熱影響部により引き起こされる疲労亀裂発
生の問題が解決され、しかも、船釣には内側シュラウド
及び外側シュラウドに発注する応力集中が実質的に減少
する。一体形翼形部を用いることにより、かかる翼形部
の製造に伴う費用が最少限に抑えられ、他方、ロータ回
転翼の製造に長年利用されている常套手法（例えば、種
々の鋳造、鍛造、輪郭フライス削り法等）を適用できる
ので夷形部の製造品質が最良になる。非常に明白である
が、翼形部６６がたった一本損傷しても、その交換は容
易であり、また、翼形部６６、セグメント状シールキャ
リヤ７０、外側リング、スロット７４の間の多くの接触
面により機械的防振の度合いが増し、これにより動的応
答が最少限に抑えられることになる。
上記の説明に鑑みて、明らかに、多くの改造例及び変形
例を想到できるので、本発明は、請求項の範囲に属する
限り、本明細書で具体的に説明した態様以外の態様で実
施できることは言うまでもない。
例を想到できるので、本発明は、請求項の範囲に属する
限り、本明細書で具体的に説明した態様以外の態様で実
施できることは言うまでもない。
第１図は、ガスタービンを用いる典型的な発電プラント
の構成図である。 第２図は、第１図に示すガスタービンの部分切欠き等角
図である。 第３図は、−従来法を用いて製造した内側シュラウド付
き翼に作用する力を示す図である。 第４図は、第２の従来法を用いて製造したもう一つの内
側シュラウド付き翼を示す図である。 第５図は、本発明による内側シュラウド付き翼の等角図
である。 第６図は、第５図に示す内側シュラウド付き翼を本発明
の好ましい実施例に従って組み立てた状態で示す図であ
る。 第７図は、第６図に示す組立体の平面図であり、本発明
による内側シュラウド付き翼の所定配置角度を示す図で
ある。 ３４・・・圧ｍ機部分、４０−・・ロータ、４２・・・
回転翼、４４−・・シャフト、４６・・・ディスク、５
０・・・タービンのケーシング、６４・・・ダイアフラ
ム組立体、６６・・・翼形部、６８・・・一体内側シュ
ラウド、７０・・・セグメント状シールキャリヤ、７２
・・・セグメント状外側リング、７４・・−スロット、
７ Ｂ −・・溝、８４−・・ディスク係合シール。 、等く亀ブシ〉ト 特許出願人：ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人：加藤 紘一部（外１名） ＦＩＧ、 ３ ９ソ史（二／）−乃゛Ｖ ＦＩＧ。
の構成図である。 第２図は、第１図に示すガスタービンの部分切欠き等角
図である。 第３図は、−従来法を用いて製造した内側シュラウド付
き翼に作用する力を示す図である。 第４図は、第２の従来法を用いて製造したもう一つの内
側シュラウド付き翼を示す図である。 第５図は、本発明による内側シュラウド付き翼の等角図
である。 第６図は、第５図に示す内側シュラウド付き翼を本発明
の好ましい実施例に従って組み立てた状態で示す図であ
る。 第７図は、第６図に示す組立体の平面図であり、本発明
による内側シュラウド付き翼の所定配置角度を示す図で
ある。 ３４・・・圧ｍ機部分、４０−・・ロータ、４２・・・
回転翼、４４−・・シャフト、４６・・・ディスク、５
０・・・タービンのケーシング、６４・・・ダイアフラ
ム組立体、６６・・・翼形部、６８・・・一体内側シュ
ラウド、７０・・・セグメント状シールキャリヤ、７２
・・・セグメント状外側リング、７４・・−スロット、
７ Ｂ −・・溝、８４−・・ディスク係合シール。 、等く亀ブシ〉ト 特許出願人：ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人：加藤 紘一部（外１名） ＦＩＧ、 ３ ９ソ史（二／）−乃゛Ｖ ＦＩＧ。
Claims (6)
- （１）ケーシングと、複数のディスクを備えたシャフト
に沿って軸方向に配置されている複数の回転翼を含むロ
ータと、圧縮機部分においてケーシング内部に円周方向
に形成された第１の所定横断面の１又は２以上のスロッ
トとを有するガスタービンであって、圧縮機部分は、そ
れぞれ内側シュラウドが一体に形成された複数の翼形部
を備えたダイアフラム組立体を有し、外側リング・サブ
アセンブリが、食違い角で配設された互いに平行な溝を
有し、該溝には翼形部が前記食違い角でそれぞれ嵌入さ
れ、外側リング・サブアセンブリは、タービンのケーシ
ングのスロット内に摺動自在に嵌入できるよう横断面が
前記第１の所定横断面と相補形状をなす半径方向外端部
分を有し、内側シュラウドのそれぞれに係合すると共に
一対のディスク係合シールを有するキャリヤ・サブアセ
ンブリが設けられていることを特徴とするガスタービン
。 - （２）平行な溝の横断面はばち形であり、翼形部はそれ
ぞれ、相補するばち形横断面の外側部分を有することを
特徴とする請求項第（１）項記載のガスタービン。 - （３）食違い角は、ガス流が翼形部の前を通り過ぎるこ
とにより生じる力のベクトルと本質的には垂直に広がる
ことを特徴とする請求項第（１）項又は第（２）項記載
のガスタービン。 - （４）外側リング・サブアセンブリは、複数個の外側リ
ング・セグメントで構成されていることを特徴とする請
求項第（１）項、第（２）項又は第（３）項記載のガス
タービン。 - （５）外側リング・セグメントは、隣接した対をなす状
態で互いに接合されていることを特徴とする請求項第（
４）項記載のガスタービン。 - （６）外側リング・サブアセンブリをそれぞれのスロッ
ト内に係止する手段及びキャリヤ・サブアセンブリを内
側シュラウドに係止する手段が設けられていることを特
徴とする請求項第（１）項〜第（５）項のうちいずれか
一つの項に記載のガスタービン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US226,705 | 1988-08-01 | ||
| US07/226,705 US4889470A (en) | 1988-08-01 | 1988-08-01 | Compressor diaphragm assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0270929A true JPH0270929A (ja) | 1990-03-09 |
| JP2835381B2 JP2835381B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=22850064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1195405A Expired - Lifetime JP2835381B2 (ja) | 1988-08-01 | 1989-07-27 | ガスタービン |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4889470A (ja) |
| EP (1) | EP0353498A3 (ja) |
| JP (1) | JP2835381B2 (ja) |
| KR (1) | KR970001123B1 (ja) |
| CN (1) | CN1040078A (ja) |
| AR (1) | AR240714A1 (ja) |
| AU (1) | AU613214B2 (ja) |
| CA (1) | CA1333472C (ja) |
| MX (1) | MX164476B (ja) |
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