JPH08210106A - 軸流圧縮機の羽根構造部分における半径方向遊びを制御する装置 - Google Patents

軸流圧縮機の羽根構造部分における半径方向遊びを制御する装置

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JPH08210106A
JPH08210106A JP7306251A JP30625195A JPH08210106A JP H08210106 A JPH08210106 A JP H08210106A JP 7306251 A JP7306251 A JP 7306251A JP 30625195 A JP30625195 A JP 30625195A JP H08210106 A JPH08210106 A JP H08210106A
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blade
guide vane
guide
compressor
vane
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JP7306251A
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Robert Marmilic
マーミリク ローベルト
Francois Meynard
メイナール フランソワ
Roger Suter
シューテ ロジェ
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Original Assignee
ABB Management AG
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    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの高圧及び高温の負荷をうける
軸流圧縮機のロータ１の回転羽根２とステータの案内羽
根支持体３との半径方向ギャップを簡単な形式で小さく
かつ一定にし、圧縮機のポンプ性能限界を高めて圧縮機
の効率を高める。 【解決手段】 ステータの案内羽根構造部分に熱絶縁材
１５を充填した中空室９，１０，１１を形成し、案内羽
根構造部分の熱的挙動をロータの熱的挙動に相応するレ
ベルまで緩慢にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの軸
流高負荷圧縮機における羽根構造部分の半径方向遊びを
制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の高い経済的及び生態学的要求によ
り現代の熱ターボ機械、例えば工業用ガスタービンにお
いては次第に高い効率が求められ、このことはとりわけ
圧縮機において高い圧力状態及び温度状態を生じる結果
になっている。
【０００３】圧縮機のこのような高い負荷状態は比較的
短い羽根によって実現可能であるが、このことはまた、
回転羽根の、羽根高さに対して相対的な半径方向遊びを
増大させ、これによって圧縮機のポンピング性能の限界
を低下させる結果を生じている。
【０００４】さらに、熱的ターボ機械のロータの回転羽
根とステータの、回転羽根に向かい合っている部分との
間のギャップにおけるギャップ損失が機械の効率に大き
な影響を与えることが公知である。ギャップ損失が大き
くなればなるほど、それだけ効率は低下する。従って、
ギャップを運転中出来るだけ狭くし、しかし冷却過程の
ためには十分な大きさを保つようにすることに努力が払
われている。
【０００５】半径方向遊びは一方では製作及び組立の不
正確さに起因し、他方では、特に、ロータと案内羽根支
持体との熱的状態が異なることに起因する。
【０００６】ロータは強度上の理由から大概の場合羽根
支持体よりも高い質量を有している。両部分における熱
の伝導条件及び少なくとも材料はほぼ同じであるから、
従ってロータは案内羽根支持体よりも著しく熱的挙動が
緩慢である。従って運転中におけるロータと羽根支持体
との熱膨張が異なるばかりでなく、それらの時間的経過
も、特に機械の始動時及び停止時において、異なる。こ
の場合遠心力の作用も一緒に加わって、停止直後の暖機
されている状態での始動時には最小の半径方向遊びが生
じ、寒冷状態での始動時には最大の半径方向遊びが生じ
る。
【０００７】機械の軸方向に順次に配置されかつセンタ
合わせキーによりセンタリングされる、周方向では分割
されていないカバーリングの使用により、軸流ターボ機
械における半径方向ギャップを減少させることができる
ことは、ＣＨ６３９１７１号明細書により公知である。
該リングは、温度変化の基づく形状変化のさい円形を保
ち従ってロータ軸線に対してセンタリングされた位置に
とどまるため、全ての運転状態で全周に亙って回転対称
的な温度分布を有し、その結果、設計時に考慮されるべ
き、ロータとカバーリングとの間の最小ギャップ寸法を
減少させることができる。該カバーリングが同時に、こ
れらの間に配置された案内羽根冠の支承及び保持に利用
された場合には、内側の案内羽根端部（場合によっては
カバーバンド）とロータとの間の、やはり出力損失の原
因になるギャップを、同様に減少させることができる。
しかしカバーリングは熱膨張係数が出来るだけ小さい材
料、例えば鉄−ニッケル−合金、から製作されるから、
比較的高価である。この従来技術のさらに別の欠点は、
センタ合わせキーの取り付け及びそのセンタリングのた
め、複雑な構造になる点にある。
【０００８】ＤＥ ３３０５１７０ Ｃ２号明細書によれ
ば、ターボ機械ケーシングであって、外側のケーシング
壁及び、周方向でセクタに分割された内側のケーシング
壁を備え、この場合両壁が取り外し可能な固定部を介し
て互いに結合されており、該固定部では内側のセクタが
細長い保持用条材によって形成され、該保持用条材がそ
れらの端部に、周方向の遊びスペースを有しかつまた半
径方向の支持用付加部を有し、かつ内側及び外側のケー
シング壁間に中間スペースを形成し、該中間スペースに
熱絶縁材料が充填されている構成のものが公知になって
いる。この従来技術における欠点は、羽根支持体が外側
と内側のケーシング壁に分割されていて、この場合内側
のケーシング壁が薄いため薄い案内羽根足部しか取り付
けることができず、かつ発生した力が該案内羽根足部及
び内側ケーシング壁を介して外側のケーシング壁に伝達
されることにある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術のこ
れらの全ての欠点を排除しようとするものであって、本
発明の課題は、機械の異なる運転条件下において回転羽
根と案内羽根支持体との間の半径方向ギャップを簡単な
形式で小さくかつほぼ一定のレベルに保持することがで
きる、軸流高負荷圧縮機における羽根構造部分の半径方
向遊びを制御する装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、主として、回転羽根が取り付けられたロータと、案
内羽根が取り付けられた、ケーシング内に懸架された羽
根支持体とから成る軸流高負荷圧縮機において、 羽根
支持体が案内羽根のための長い狭幅の懸架部を有してお
り、かつ案内羽根足部内に少なくとも１つの中空室が配
置されており、かつ案内羽根が植え込まれた状態におい
て周方向にそれぞれ１つの中空室が、案内羽根足部と、
１つの案内羽根のための両懸架部と、羽根支持体との間
に、形成されており、かつ周方向にそれぞれ１つのさら
に別の中空室が、羽根支持体と、隣り合う２つの案内羽
根のための懸架部との間に、形成されており、前記のさ
らに別の中空室が、周囲に亙って分配されかつ案内羽根
足部に結合された複数のセグメントによって制限されて
おり、かつ中空室に絶縁材が充填されていることによっ
て解決されている。
【００１１】
【発明の効果】本発明の利点はとりわけ、従来技術と比
較して、ステータの熱的挙動が始動過程及び停止過程中
緩慢になり、このため、回転羽根とステータとの間の半
径方向遊びが減少し、その結果圧縮機におけるポンプ性
能の限界が高められ、圧縮機の効率が高められることに
ある。周方向に分割され複雑化した２分割構造のケーシ
ングは不要である。
【００１２】有利な一構成によれば、セグメントが湾曲
したプレートとして製作され、又は湾曲したプレート状
のベースを有しており、該ベース上の懸架部に対する側
に、それぞれ少なくとも１つの鉤状部が羽根支持体の方
向に延びている。該鉤状部は、高められた温度によって
セグメントに望ましくない湾曲が生じることを防止す
る。 さらに有利な一構成によれば、セグメントがばね
を介して案内羽根足部に結合されている。該ばねは案内
ばね及びセグメントを運転時の位置へ押圧し、かつ同時
にパッキン機能を有する。
【００１３】さらに別の有利な一構成によれば、懸架部
の高さが羽根高さの少なくとも１／２であり、かつ懸架
部の幅が、最大で、案内羽根の羽根足部の幅の１／３で
ある。この場合圧縮機通路から羽根支持体への熱伝導は
特に著しく減少する。
【００１４】有利な別の一構成によれば、絶縁材として
静止空気が使用されている。これは高価な充填材を使用
する場合より著しく安価である。この場合さらに、薄板
がセグメントの鉤状部の２つの周溝内へ押し込まれ、か
つ各セグメントの端部で殆ど直角に曲げられ、その結果
静止空気のための中空室が形成されるようにすると特に
有利である。このような形式で、自由な対流による望ま
しくない熱伝達が妨げられる。
【００１５】付加的に、羽根支持体内に加熱手段、例え
ば電気的加熱手段を配置し、該加熱手段が選択的に、例
えば暖機始動のさいにスイッチオンに切り換えられるよ
うにした場合には、前記の半径方向遊びのパッシブな制
御に対して、半径方向遊びのアクチブな制御をも付加的
にうることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に図１〜図６に示す実施の形
態につき本発明を説明する。
【００１７】図はガスタービンの軸流高圧圧縮機におけ
る本発明の３つの実施の形態を示すものである。
【００１８】また図には本発明の理解にとって重要なエ
レメントだけが示されている。ガスタービン設備のうち
圧縮機部分の入口部及び後続の装置、例えば内燃機関及
びタービンは示されていない。駆動媒体の流動方向は矢
印で示されている。
【００１９】図１はガスタービン設備の多段の軸流高圧
圧縮機の部分的断面図であり、この場合たんに最終段の
みを示す。圧縮機は、主として、回転羽根２が取り付け
られたロータ１と、案内羽根４を支持している羽根支持
体３とから成る。羽根支持体は圧縮機の外側ケーシング
５内に懸架されており、これは例えばフランジ継手を介
して、図示されていないタービンケーシングに結合され
ている。
【００２０】図２には羽根支持体３及び羽根２，４の範
囲における図１の拡大図が示されている。羽根支持体３
は特別の形態を有し、周溝を備えた長いかつ狭幅の懸架
部を有し、周溝内には案内羽根４が植え込まれている。
該懸架部７は羽根高さｈの、有利には少なくとも１／２
の高さを有しかつ、案内羽根４の羽根足部８の幅ｂの、
最大で１／３の幅を有している。これらの熱の伝導性は
低い。
【００２１】極めて厚くかつ内実に製作された案内羽根
足部内には２つの中空室９がある。この構成のため案内
羽根足部８による熱伝導性は低くなっている。同時に良
好な機械的特性がえられる。
【００２２】羽根足部８の高さが懸架部７の高さよりも
著しく低いため、羽根が植え込まれた状態で、案内羽根
４の足部８と、案内羽根４のための両懸架部７と、羽根
支持体３との間に、中空室１０が生じる。
【００２３】さらに別の中空室１１が、２つの前後に続
く案内羽根４の懸架部７の間における羽根支持体３内に
配置されている。この中空室１１は、周囲に分配されか
つ案内羽根足部８に結合された複数のセグメント１２に
よって制限されており、該セグメントはこの実施の形態
では湾曲したプレートとして製作されている。セグメン
ト１２はそれらの、回転羽根２の範囲にある下面で、圧
縮機流動通路１３を制限している。セグメント１２は、
パッキン機能を有しかつ例えばＣ−リングであるばね１
４を介して案内羽根足部８に結合されており、その結
果、セグメント１２と案内羽根足部８とはたんに接触し
ているに過ない。バネ１４は案内羽根４及びセグメント
１２を運転位置に押圧している。
【００２４】中空室９，１０，１１にはこの実施の形態
では固体の不動の絶縁材１５が充填されている。その結
果、望ましくない効果、例えば漏れ及び輻射が防止され
る。羽根支持体３内には、図２に示されているように、
熱供給手段１７、例えば誘導加熱手段を配置することが
でき、該手段は必要なときに、とくに機械の暖機始動時
に、スイッチオンに切り換えることができる。これによ
ってステータに供給された熱により、最小半径方向遊び
は『ピンチ ポイント』で高められる。それというの
は、ステータの半径が一定にとどまっているからであ
る。
【００２５】図３はこのことを明らかにするものであ
る。この場合半径方向遊びが時間、若しくは圧縮機内に
おける種々異なる運転条件との関連において示されてい
る。実線は従来技術について前記の関連を示し、破線は
本発明によるステータについて前記の関連を示す。
【００２６】始動過程中及び全負荷運転時、ステータと
ロータの回転羽根との間の半径方向遊びは減少する。そ
れというのは、圧縮機通路からの熱伝導が、本発明の手
段により妨害されることに基づき、ステータの熱的挙動
が緩慢になるからである。このことは、機械の運転が遮
断された後もステータは比較的緩慢に、しかしロータよ
りは常に早く、冷却されることを意味する。ところで、
暖機始動時にステータの半径が、既に述べた電気的加熱
手段、有利には誘導加熱手段、のスイッチオンへの切り
換え及びこれによる熱供給によって、一定に保たれる場
合には、運転停止直後暖機始動時に存在した半径方向遊
びはもはや余り減少せず羽根を損傷させる虞れもない。
【００２７】前記の実施の形態に対して、主として、セ
グメント形状の点で異なる第２の実施の形態は図４に示
されている。セグメント１２はこの場合湾曲したプレー
ト状のベースを有し、該ベース上には、懸架部７に対す
る側に、それぞれ１つの鉤状部１６が羽根支持体３側へ
延びている。該セグメント１２は従ってこの場合プレー
ト状のベースと鉤状部１６とから成る。該鉤状部１６は
成程前記の実施の形態に比較して熱伝導性を高めるが、
しかし、比較的大きな半径方向遊びを生じる結果になる
セグメント１２の可能な湾曲が防止される。絶縁材１５
としてはこの場合も、中空室９，１０，１１に充填され
る公知の固体の充填材が使用される。
【００２８】最後に、図５及び図６は、第２の実施の形
態と類似の、１つのユニットを構成する、鉤状部１６を
有するセグメント１２が使用されている実施の形態を示
す。該セグメント１２の背後には静止空気より成る絶縁
部がある。静止空気を絶縁材として使用した場合、付加
的な薄板１８（これらはそれぞれセグメント１２の、そ
れも鉤状部１６の範囲における２つの周溝内へ押し込ま
れかつ各セグメントの端部で殆ど直角に曲げられてい
る）により、静止空気のための閉じた中空室が形成され
ており、該中空室は各セグメントを密閉しかつ空気の循
環を妨げる（図５）。薄板１８が取り付けられない場合
には、自由対流に基づく望ましくない熱伝導が生じるこ
とになる。組立の必要上羽根支持体３は１つの分割平面
により軸方向に分割されている。
【００２９】狭幅で長い熱伝導路を有する羽根支持体３
の特別の構成により、圧縮機通路１３から羽根支持体３
への熱伝導が妨げられ、これにより、始動過程及び停止
過程における羽根支持体３の熱的挙動は、従来技術と比
較して、ロータ１のレベルまで調整される。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮機の部分的縦断面図
【図２】羽根支持体及び羽根の範囲における、プレート
状のセグメントが案内羽根の間に配置されている、図１
の部分的な縦断面拡大図
【図３】図２の圧縮機のロータ及びステータについて
の、負荷状態及び時間に対する半径方向遊びの関係を示
す略示線図
【図４】羽根支持体及び羽根の範囲における、セグメン
トが鉤状部を備えている、図１の部分的な縦断面拡大図
【図５】静止空気が絶縁材として使用されている、図４
と類似の部分的な縦断面拡大図
【図６】図５の平面ＶＩ−ＶＩによる断面図
【符号の説明】
１ ロータ ２ 回転羽根 ３ 羽根支持体 ４ 案内羽根 ５ 外側ケーシング ６ タービンケーシング ７ 懸架部 ８ 案内羽根足部 ９ 中空室 １０ 中空室 １１ 中空室 １２ セグメント １３ 圧縮機流動通路 １４ ばね １５ 絶縁材 １６ 鉤状部 １７ 中心 １８ 薄板 ｂ 案内羽根足部の幅 ｈ 案内羽根の高さ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸流高負荷圧縮機の羽根構造部分の半径
    方向遊びを制御する装置であって、圧縮機が、主とし
    て、回転羽根（２）が取り付けられたロータ（１）と、
    案内羽根（４）が取り付けられた、ケーシング（５）内
    に懸架された羽根支持体（３）とから成る形式のものに
    おいて、 羽根支持体（３）が案内羽根（４）のための長い狭幅の
    懸架部（７）を有しており、かつ案内羽根足部（８）内
    に少なくとも１つの中空室（９）が配置されており、か
    つ案内羽根（４）が植え込まれた状態において周方向に
    それぞれ１つの中空室（１０）が、案内羽根足部（８）
    と、１つの案内羽根（４）のための両懸架部（７）と、
    羽根支持体（３）との間に、形成されており、かつ周方
    向にそれぞれ１つのさらに別の中空室（１１）が、羽根
    支持体（３）と、隣り合う２つの案内羽根（４）のため
    の懸架部（７）との間に、形成されており、前記のさら
    に別の中空室（１１）が、周囲に亙って分配されかつ案
    内羽根足部（８）に結合された複数のセグメント（１
    ２）によって制限されており、かつ中空室（９，１０，
    １１）に絶縁材（１５）が充填されていることを特徴と
    する、軸流高負荷圧縮機の羽根構造部分の半径方向遊び
    を制御する装置。
  2. 【請求項２】 セグメント（１２）が湾曲したプレート
    として製作されていることを特徴とする、請求項１記載
    の装置。
  3. 【請求項３】 セグメント（１２）が湾曲したプレート
    状のベースを有しており、該ベース上の懸架部（７）に
    対する側に、それぞれ少なくとも１つの鉤状部（１６）
    が羽根支持体（３）の方向に延びていることを特徴とす
    る、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 セグメント（１２）がばね（１４）を介
    して案内羽根足部（８）に結合されていることを特徴と
    する、請求項２又は３記載の装置。
  5. 【請求項５】 懸架部（７）の高さが羽根高さ（ｈ）の
    少なくとも１／２であり、かつ懸架部（７）の幅が最大
    で案内羽根足部（８）の幅（ｂ）の１／３であることを
    特徴とする、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 絶縁材（１５）として静止空気が使用さ
    れていることを特徴とする、請求項１から５までのいず
    れか１項記載の装置。
  7. 【請求項７】 薄板（１８）がセグメント（１２）の鉤
    状部（１６）の２つの周溝内へ押し込まれていてかつ各
    セグメント（１２）の端部で殆ど直角に曲げられてお
    り、静止空気のための中空室が形成されていることを特
    徴とする、請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 羽根支持体（３）内に、選択的にスイッ
    チオンに切り換え可能な加熱手段（１７）が配置されて
    いることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか
    １項記載の装置。
JP7306251A 1994-11-26 1995-11-24 軸流圧縮機の羽根構造部分における半径方向遊びを制御する装置 Pending JPH08210106A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4442157.5 1994-11-26
DE4442157A DE4442157A1 (de) 1994-11-26 1994-11-26 Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Radialspieles der Beschaufelung in axialdurchströmten Verdichtern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08210106A true JPH08210106A (ja) 1996-08-20

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ID=6534246

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7306251A Pending JPH08210106A (ja) 1994-11-26 1995-11-24 軸流圧縮機の羽根構造部分における半径方向遊びを制御する装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5630702A (ja)
EP (1) EP0713977B1 (ja)
JP (1) JPH08210106A (ja)
CN (1) CN1133946A (ja)
DE (2) DE4442157A1 (ja)

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