JPH04164101A

JPH04164101A - 軸流型流体機械

Info

Publication number: JPH04164101A
Application number: JP28718890A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Okuno; 研一奥野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1992-06-09

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、例えば軸流圧縮機や軸流タービン等に適用さ
れる軸流型流体機械に係り、特にロータが撓み状態で設
けられるものにおいて、ロータとケーシング内面との間
の流体の洩れ損失の低減を図った軸流型流体機械に関す
る。

（従来の技術）軸流圧縮機や軸流タービン等の軸流型流体機械において
は、ロータの動翼先端がケーシング内面の相対する部位
に接触することによって損傷することがないよう、動翼
先端とケーシング内面きの間にクリアランスが設けられ
るのが一般的である。しかしながら、このクリアランス
によって流体的には洩れ損失が発生し、運転性能の低下
を引起す。例えば軸流圧縮機の場合、その性能低下の割
合は１〜２％と顕著であり、更にその軸流圧縮機を用い
たガスタービンでは全体としての性能低下が一層大きく
なる。定性的には、動翼先端のクリアランスが大きくな
れば圧力上昇、効率とも低下し、その影響は顕著である
。

このように、クリアランスが大きくなると、性能低下を
引起すため、従来一般に、このクリアランスを極力小さ
く設定しているが、前述の如く動翼とケーシング内面と
の接触による損傷防止の見地から一定の制約を受け、特
にロータがケーシング内に両持ち状態で支持される横置
型の場合には、ロータの撓みにより、クリアランスが比
較的大きくなり易い傾向がある。

このことを第３図〜第５図によって説明する。

第３図は、設計状態における軸流型流体機械の内部構成
を示したものである。この軸流型流体機械では、流体通
路がケーシング１、ロータ２、動翼３および静翼４によ
って形成されている。そして、動翼３先端のチップ部３
ａと、これに相対するケーシング１の静止部１ａとの間
に、クリアランスとして、チップ空隙δが設定されてい
る。このチップ空隙δは通常、各タービン段落通路部に
ついて、例えば第４図に示すように、回転部と静止部と
の熱伸び差δ１、遠心力による伸びδ２、ロータ撓み量
δ３およびマージンδ４をそれぞれ加算して決定される
。そして、このチップ空隙δはロータ全周に亘って同等
に設定されている。

一方、第５図は、ロータ２がケーシング１内に撓みを生
じている実際の設置状態を示したものである。ケーシン
グ１内でのロータ２の撓みにより、ロータ２の動翼３先
端と、これに相対するケーシング１内面との間のチップ
空隙は、ロータ２の撓み方向側っまり上半ではδｕ１反
撓み方向側っまり下半ではチップ空隙δ。と異なる値と
なる。ここで、δＵとδＬとの間には、δＵ−δ、＝６
３の関係が成立する。

もし、ロータ回転に伴って撓み方向も移動し、例えば第
５図の上下を逆状態とした場合にδ、−δＵ＝６３が成
立するならば、第３図における上半部のチップ空隙δに
δ３を加算項目として含めることには必然性があり、有
効である。

しかし、発明者の検討によると、ロータ２が水平設置構
成等であるような場合には、実際は常に第５図に示すよ
うに、撓み方向が下半分に偏在し、この状態はロータ回
転中においても変わらない。

そうしてみると、下半部のチップ空隙δ、については、
δ３を加算項目とすることに必然性があ　′るのに対し
、上半部のチップ空隙δＵについては、無意味なδ３が
含まれ、このδ３の分だけ上半側より洩れ損失が増大し
、性能の低下につながっていることが判る。

なお、熱伸び差δ１、遠心力による伸びδ２、マージン
δ４については、周方向に均一なものであり、前述のよ
うな問題は発生しない。

（発明が解決しようとする課題）ケーシング内にロータが撓み状態で設けられ、これによ
りロータの動翼先端とこれに相対するケーシング内の静
止部との間のクリアランスが、ロータの撓み方向側と反
撓み方向側とで異なる値となる軸流型流体機械において
は、特にロータの反撓み方向側で常に大きいクリアラン
スが生じ、これにより動翼先端部とこれに相対する静止
部との間からの洩れ損失が大きくなっている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ロー
タが撓み状態で設けられるものに−おいて、そのロータ
の動翼先端部とこれに相対する静止部の間からの洩れ損
失を低減でき、これにより効率向上が図れる軸流型流体
機械を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、ケーシング内にロータが両持ち支持状態で設
けられ、前記ロータの動翼先端と前記ケーシング内面と
の間のクリアランスが、前記ロータの撓み方向側と反撓
み方向側とで異なる値となる軸流型流体機械において、
前記ロータの動翼先端に相対するケーシング内面に、前
記ロータの撓み量に相当する距離だけ撓み方向にオフセ
ットした静止部を設け、これにより前記クリアランスを
前記ロータの撓み方向側と反撓み方向側とで同等な値に
設定したことを特徴とする。

また、請求項２に記載したように、動翼に相対する静止
部を、ケーシングの本体部に対して径方向に位置調整可
能に組付けられたリング状のセグメントとすることであ
る。

（作用）本発明によれば、動翼先端に相対する静止部をロータ撓
み量だけ撓み方向にオフセットすることにより、動翼先
端と静止部との間のクリアランスをロータの撓み方向側
と反撓み方向側とで常に同等な値に設定したことにより
、特に反撓み方向側のクリアランスをロータの撓み分だ
け従来より低減できるようになる。したがって、動翼先
端からの流体の洩れによる損失を従来に比べて低減する
ことができ、全体の性能が向上する。

静止部をリング状のセグメント構造として位置調整可能
とした場合には、オフセット量の微調整等も可能となり
、運転条件の変化やケーシングの経年的変化等に対応し
た調整が容易となって、洩れ損失の低減がより効果的に
達成できるようになる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を、第１図を参照して説明する
。

本実施例は軸流圧縮機についてのもので、第１図は一つ
の段落における垂直方向の断面を示している。

第１図に示すように、本実施例では、ケーシング１１内
にロータ１２が両持ち支持状態で水平に設けられ、常に
下半に一定の撓み量δ３が生じている。Ａ、は撓みのな
いロータ理想中心、Ａはロータ撓み中心である。このロ
ータ１２の撓み量　　　。

δ３により、ロータ１２の動翼１３先端のチップ部１３
ａと、これに相対するケーシング１１の本体部１１ａと
の間のクリアランス、つまり撓み方向側チップ空隙δ、
。と反撓み方向側チップ空隙δＵＯとは、互いに異なる
値となっている。

このものにおいて、ロータ１２の動翼１３先端に相対す
る静止部を、ケーシング１１の本体部１１ａに対して径
方向に位置調整可能に組付けられたリング状のセグメン
ト１４によって構成している。そして、このセグメント
１４をロータ１２の撓み量δ３に相当する距離δ、たけ
撓み方向にオフセットすることにより、実際のロータの
撓み方向側チップ空隙δ、と反撓み方向側チップ空隙δ
Ｕとを同等な値に設定している。

詳述すると、ケーシング１１の動翼１３先端に相対する
内周部位に、例えば蟻溝１５を周方向全体に沿って形成
し、この蟻溝１５にリング状のセグメント１４を径方向
に移動可能に嵌合している。

このセグメント１４は、板ばね１６を蟻溝１５の底面側
に有し、これにより蟻溝開口側に向う付勢力、つまりプ
リセット力を与えられている。そして、セグメント１４
は板ばね１６の付勢方向と反対側に向って、ボルト等の
止着具１７によって一定範囲内で移動可能に押圧保持さ
れており、この着具１７による止着位置に応じて、セグ
メント１４が径方向に位置調整可能となっている。

なお、以上の構成は、各タービン段落において共通であ
る。

このような本実施例の構成によると、板ばね１６によっ
て付勢されたリング状のセグメント１４は、予め計測さ
れ、もしくは組付は後に実測されたロータ撓み量δ３に
対応して、止着具１７の締付けにより、ロータ撓み方向
にオフセットできる。

このオフセット量δ、を、ロータ撓み量δ３と一致させ
（δ５＝δ３）、この状態でセグメント１４を固定すれ
ば、セグメント１４の内径中心はロータ撓み中心Ａに一
致する。

以上のようにしてセットされたセグメント１４の内径の
中心は、ロータ回転中心線Ａと一致することにより、結
果的に動翼１２とセグメント１４間のクリアランスであ
る上部空隙δＵと下部空隙δ、とは同等、な値（δＵ＝
δＬ）となり、従来構成に比べてロータ撓み６３分だけ
動翼チップ上部空隙δＵが小さくできる。

したがって、動翼チップ空隙からの流体の洩れによる損
失が従来に比べ低減され、各タービン段落の性能が向上
するとともに、全体としての性能向上も図れるものであ
る。

また、静止部をセグメント１４によって構成したので、
オフセット量の微調整が可能となり、例えば運転条件の
変化やケーシング１１等の経年的な変化に対する再調整
が可能となり、さらには実測値を実際の空隙値の見直し
として直接フィードバックできる等の利点も得られる。

なお、セグメント１４の構成、およびその止着構成等に
ついては、前記実施例に限らず、種々の変更が可能であ
る。例えば第２図に示すように、セグメント１４とケー
シング１１の蟻溝１５底部との間にシム等の所定厚の介
在物１８を挟入し、これにより静止部中心を、ロータ撓
み量だけオフセット・するようにしてもよい。

このような第２図の実施例によっても、前記一実施例と
同様の効果が奏されることは勿論である。

なお、セグメント１４は、分割型として組立て性を向上
させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、動翼に相対する静止部
の内径中心を常にロータ撓み分だけ撓み方向にオフセッ
トすることにより、動翼と静止部との間のクリアランス
を従来に比して低減することができる。したがって、動
翼先端からの流体の洩れによる損失を従来に比して低減
することかでき、全体の性能向上が図れる等の効果が奏
される。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係る軸流型流体機械の一実施例を示す
断面図、第２図は本発明の他の実施例を示す断面図、第
３図は従来例を示す構成図、第４図はクリアランスの値
を示す図、第５図は従来例による作用説明図である。１１・・・ケーシング、１２・・・ロータ、１３・・・
動翼、１４・・・セグメント。代理人弁理士　　　則　近　　憲　佑第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、ケーシング内にロータが両持ち支持状態で設けられ
、前記ロータの動翼先端と前記ケーシング内面との間の
クリアランスが、前記ロータの撓み方向側と反撓み方向
側とで異なる値となる軸流型流体機械において、前記ロ
ータの動翼先端に相対するケーシング内面に、前記ロー
タの撓み量に相当する距離だけ撓み方向にオフセットし
た静止部を設け、これにより前記クリアランスを前記ロ
ータの撓み方向側と反撓み方向側とで同等な値に設定し
たことを特徴とする軸流型流体機械。２、動翼に相対する静止部は、ケーシングの本体部に対
して径方向に位置調整可能に組付けられたリング状のセ
グメントである請求項１に記載の軸流型流体機械。