JPH11294103A - ロ―タとステ―タを備えた流体機械 - Google Patents
ロ―タとステ―タを備えた流体機械Info
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- JPH11294103A JPH11294103A JP11042005A JP4200599A JPH11294103A JP H11294103 A JPH11294103 A JP H11294103A JP 11042005 A JP11042005 A JP 11042005A JP 4200599 A JP4200599 A JP 4200599A JP H11294103 A JPH11294103 A JP H11294103A
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Classifications
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
- F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
-
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- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】どんな運転状態でも最適な間隔を保持すること
により漏れ損失を最小に保つことのできる外側及び内側
カバーバンドを有する案内羽根リングを備えた流体機械
を提供する。 【解決手段】周方向に閉された案内羽根リング１４，１
５は内側カバーバンド１６，１７の位置に折り返しの軸
方向の変形に対して部品を強化する補強部を備えた自己
担持式の部品を有する。案内羽根リング１４，１５には
周方向に配分された少くとも３つの分離継ぎ目のあるセ
グメント化された外側カバーバンド１８，１９があり、
それぞれ空間的に半径方向に相対運動を行える軸受ユニ
ット２４，２５，２６，２７を用いてハウジング１３内
に位置決めされる。ハウジング１３と案内羽根リング１
４，１５の外側カバーバンド１８，１９との間に空気案
内シェル３０を配置し軸受部材２６，２７に対する開口
３１，３２から冷却空気流の一部をカバーバンド１８，
１９に向けて流す。
により漏れ損失を最小に保つことのできる外側及び内側
カバーバンドを有する案内羽根リングを備えた流体機械
を提供する。 【解決手段】周方向に閉された案内羽根リング１４，１
５は内側カバーバンド１６，１７の位置に折り返しの軸
方向の変形に対して部品を強化する補強部を備えた自己
担持式の部品を有する。案内羽根リング１４，１５には
周方向に配分された少くとも３つの分離継ぎ目のあるセ
グメント化された外側カバーバンド１８，１９があり、
それぞれ空間的に半径方向に相対運動を行える軸受ユニ
ット２４，２５，２６，２７を用いてハウジング１３内
に位置決めされる。ハウジング１３と案内羽根リング１
４，１５の外側カバーバンド１８，１９との間に空気案
内シェル３０を配置し軸受部材２６，２７に対する開口
３１，３２から冷却空気流の一部をカバーバンド１８，
１９に向けて流す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ロータに回転羽
根を、またステータに案内羽根を備えたハウジングを有
し、案内羽根が半径方向に内側のカバーバンドと半径方
向に外側のカバーバンドを備えた少なくとも一つの案内
羽根リングとして配置されている流体技術で少なくとも
一部軸構造のロータとステータを備え、特に軸方向の低
圧タービンである流体機械に関する。
根を、またステータに案内羽根を備えたハウジングを有
し、案内羽根が半径方向に内側のカバーバンドと半径方
向に外側のカバーバンドを備えた少なくとも一つの案内
羽根リングとして配置されている流体技術で少なくとも
一部軸構造のロータとステータを備え、特に軸方向の低
圧タービンである流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の流体機械はドイツ特許出願公開
第 27 45 130号明細書により周知であり、この明細書
は、特にラビリンス・パッキングを有する軸方向タービ
ンに関連している。動作媒体の流路は案内羽根リングと
回転羽根リングを交互に通過する。その場合、静止部品
は半径方向に向けて外から中に、また回転部品は半径方
向に向けて内からその中に突き出ている。この明細書の
図１から明確に分かるように、半径方向に内に配置され
たパッキング（「内側エヤーシール」）がロータと案内
羽根リングの間にあり、また半径方向に向けて外側に配
置されたパッキング（「外側エヤーシール」）が回転羽
根リングとステータの間にある。
第 27 45 130号明細書により周知であり、この明細書
は、特にラビリンス・パッキングを有する軸方向タービ
ンに関連している。動作媒体の流路は案内羽根リングと
回転羽根リングを交互に通過する。その場合、静止部品
は半径方向に向けて外から中に、また回転部品は半径方
向に向けて内からその中に突き出ている。この明細書の
図１から明確に分かるように、半径方向に内に配置され
たパッキング（「内側エヤーシール」）がロータと案内
羽根リングの間にあり、また半径方向に向けて外側に配
置されたパッキング（「外側エヤーシール」）が回転羽
根リングとステータの間にある。
【０００３】このドイツ特許明細書の軸方向タービンで
は、「内側エヤーシール」の気密フィン（位置・８）が
ロータ（位置・４）に固定されているので、それ等の寸
法あるいは寸法のずれはロータのとろこの状況（温度、
回転数）に依存する。これに対して、付属する気密被覆
（位置・７）は案内羽根セグメント（位置・１.5）の内
側カバーバンド（位置・２０）に固定されている。案内
羽根セグメントはハウジング（位置・１３，１４）のと
ころに支承されているので、気密被覆の寸法あるいは寸
法のずれは結局ハウジングの外の状況により実質上一緒
に定まる。ロータの状況とハウジングの状況はしばしば
同じようにも、また同時にも変化しないので、パッキン
グ部材（位置・７，８）の間で間隙の変わる相対運動が
生じる。同じことは「外側エヤーシール」にも当て嵌ま
る（位置・１１，１２）。特別なタイプの案内羽根のハ
ウジングへの固定はそのように使用されるか、あるいは
同じ構成で大きな駆動装置の場合にしばしば使用され
る。各案内羽根リングの各セグメントは周方向にリング
状に閉じた（縦断面で）鉤状のハウジング部材（位置・
１４）のところに機械ユニットとして支承さている。外
側カバーバンドの上流端部には各案内羽根セグメントに
溝付きの縁隆起があり、この溝には鉤状のハウジング部
材（位置・１４，２２）が爪状に嵌まる（図３を参
照）。
は、「内側エヤーシール」の気密フィン（位置・８）が
ロータ（位置・４）に固定されているので、それ等の寸
法あるいは寸法のずれはロータのとろこの状況（温度、
回転数）に依存する。これに対して、付属する気密被覆
（位置・７）は案内羽根セグメント（位置・１.5）の内
側カバーバンド（位置・２０）に固定されている。案内
羽根セグメントはハウジング（位置・１３，１４）のと
ころに支承されているので、気密被覆の寸法あるいは寸
法のずれは結局ハウジングの外の状況により実質上一緒
に定まる。ロータの状況とハウジングの状況はしばしば
同じようにも、また同時にも変化しないので、パッキン
グ部材（位置・７，８）の間で間隙の変わる相対運動が
生じる。同じことは「外側エヤーシール」にも当て嵌ま
る（位置・１１，１２）。特別なタイプの案内羽根のハ
ウジングへの固定はそのように使用されるか、あるいは
同じ構成で大きな駆動装置の場合にしばしば使用され
る。各案内羽根リングの各セグメントは周方向にリング
状に閉じた（縦断面で）鉤状のハウジング部材（位置・
１４）のところに機械ユニットとして支承さている。外
側カバーバンドの上流端部には各案内羽根セグメントに
溝付きの縁隆起があり、この溝には鉤状のハウジング部
材（位置・１４，２２）が爪状に嵌まる（図３を参
照）。
【０００４】各案内羽根セグメントの外側カバーバンド
の下流の端部には、外側に向いた当接面のある（縦断面
で）角度を付けた当接段がある。この当接段は動作時に
上流の「鉤爪軸受」の周りの流れによって生じる傾きト
ルクのために対応する鉤状のハウジング部材に対して押
圧される（図１を参照）。この鉤状のハウジング部材に
より、「鉤リング」とも称されるが、高密度の熱流が冷
たいハウジングに向けて流れる。その場合、この「鉤リ
ング」は特に「鉤爪軸受」のところでクリープにより益
々塑性変形する。解決策はここでも大抵「鉤リング」の
持続的な冷却しか提供していない。存在していれば、こ
れには能動的な間隙制御システム（^Active Clearence
Control"＝ＡＣＣ）が一緒に利用される。もっとも、こ
のシステムは動作時に永続している必要がある。
の下流の端部には、外側に向いた当接面のある（縦断面
で）角度を付けた当接段がある。この当接段は動作時に
上流の「鉤爪軸受」の周りの流れによって生じる傾きト
ルクのために対応する鉤状のハウジング部材に対して押
圧される（図１を参照）。この鉤状のハウジング部材に
より、「鉤リング」とも称されるが、高密度の熱流が冷
たいハウジングに向けて流れる。その場合、この「鉤リ
ング」は特に「鉤爪軸受」のところでクリープにより益
々塑性変形する。解決策はここでも大抵「鉤リング」の
持続的な冷却しか提供していない。存在していれば、こ
れには能動的な間隙制御システム（^Active Clearence
Control"＝ＡＣＣ）が一緒に利用される。もっとも、こ
のシステムは動作時に永続している必要がある。
【０００５】ドイツ特許出願公開第 35 40 943号明細書
には、特に二流路駆動装置用のそのような間隙制御シス
テムが開示されている。このシステムでは、二次空気路
が少なくともタービン領域の終わりまで延びていて、内
壁に開口（位置・１１）がある。これ等の開口を経由し
て二次空気が外からタービンハウジングの領域に吹き込
まれる。この単純なＡＣＣシステムでは、場合によっ
て、二次空気流の僅かな過圧は空間的に狭く制限された
ハウジング区域で対応する小さな流れ断面を通して充分
な投入量の冷却空気流を発生させるためには充分でない
という問題が生じる。ＡＣＣでは、圧搾空気がブースタ
ーもしくは低圧の圧搾機から冷媒として分岐され、別々
な通路に案内され、弁により目的通りに吹き出される。
には、特に二流路駆動装置用のそのような間隙制御シス
テムが開示されている。このシステムでは、二次空気路
が少なくともタービン領域の終わりまで延びていて、内
壁に開口（位置・１１）がある。これ等の開口を経由し
て二次空気が外からタービンハウジングの領域に吹き込
まれる。この単純なＡＣＣシステムでは、場合によっ
て、二次空気流の僅かな過圧は空間的に狭く制限された
ハウジング区域で対応する小さな流れ断面を通して充分
な投入量の冷却空気流を発生させるためには充分でない
という問題が生じる。ＡＣＣでは、圧搾空気がブースタ
ーもしくは低圧の圧搾機から冷媒として分岐され、別々
な通路に案内され、弁により目的通りに吹き出される。
【０００６】ガスタービン駆動機構が小さい場合、案内
羽根リングは閉じたカバーバンドを備えた自己担持式の
組込部材として構成し、ハウジング内に中心合わせする
ことが知られている。仕上げ技術あるいは強度技術的な
理由（熱応力）からこの「モノリシック」な解決策は寸
法が比較的小さい羽根リングに限定されている。
羽根リングは閉じたカバーバンドを備えた自己担持式の
組込部材として構成し、ハウジング内に中心合わせする
ことが知られている。仕上げ技術あるいは強度技術的な
理由（熱応力）からこの「モノリシック」な解決策は寸
法が比較的小さい羽根リングに限定されている。
【０００７】ドイツ特許出願公告第 33 36 420号明細書
には、軸が破損した にガスタービンロータの過回転を
防止する機構が開示されている。この機構は少なくとも
一つの案内羽根リングの案内羽根セグメントが軸方向に
傾き、隣の羽根と接触したり絡まるように作用する。交
互の機械的な羽根摩擦と羽根破損はロータを急激に効果
的に制動する。この機構に付属する案内羽根セグメント
は外側カバーバンドセグメントに各一つの傾斜軸受を有
し、形状の合ったリング状の補強部材により内側周囲に
連結しているので、これ等のセグメントは一緒に堅い自
己担持式の案内羽根リングを形成する。図２と３の構成
では、傾斜軸受（位置・３６，５６，５８と６４）は固
有な安定性の案内羽根リングのスポーク中心合わせを形
成し、これは熱応力の低下時に正確な位置決めと中心合
わせを可能にする。高温ガス領域からハウジングへの熱
の移動が欠点で、この熱の移動により軸受部材も影響を
受ける。この領域の構造部品で生じる高温や温度勾配は
耐用期間や寿命が著しく低減する。
には、軸が破損した にガスタービンロータの過回転を
防止する機構が開示されている。この機構は少なくとも
一つの案内羽根リングの案内羽根セグメントが軸方向に
傾き、隣の羽根と接触したり絡まるように作用する。交
互の機械的な羽根摩擦と羽根破損はロータを急激に効果
的に制動する。この機構に付属する案内羽根セグメント
は外側カバーバンドセグメントに各一つの傾斜軸受を有
し、形状の合ったリング状の補強部材により内側周囲に
連結しているので、これ等のセグメントは一緒に堅い自
己担持式の案内羽根リングを形成する。図２と３の構成
では、傾斜軸受（位置・３６，５６，５８と６４）は固
有な安定性の案内羽根リングのスポーク中心合わせを形
成し、これは熱応力の低下時に正確な位置決めと中心合
わせを可能にする。高温ガス領域からハウジングへの熱
の移動が欠点で、この熱の移動により軸受部材も影響を
受ける。この領域の構造部品で生じる高温や温度勾配は
耐用期間や寿命が著しく低減する。
【０００８】米国特許第 3,588,267号明細書にはプラス
チック式の案内羽根リング構造が開示されている。この
構造では羽根が閉じた内部トーラス（円輪体）に固定さ
れ、このトーラスと共に自己担持リングを形成する。外
側の羽根の先端はカバーバンドなしに構成され、金属ハ
ウジングの凹部に直接糊付けされ、接着剤の弾性率は小
さい相対移動を均したり受け止める。この構造体は高温
では完全には使用できず、良くても、羽根の圧縮領域あ
るいは低圧の圧縮領域に使用できる程度であることが分
かる。
チック式の案内羽根リング構造が開示されている。この
構造では羽根が閉じた内部トーラス（円輪体）に固定さ
れ、このトーラスと共に自己担持リングを形成する。外
側の羽根の先端はカバーバンドなしに構成され、金属ハ
ウジングの凹部に直接糊付けされ、接着剤の弾性率は小
さい相対移動を均したり受け止める。この構造体は高温
では完全には使用できず、良くても、羽根の圧縮領域あ
るいは低圧の圧縮領域に使用できる程度であることが分
かる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これ等の周知の解決策
とそれ等の難点に鑑み、この発明の課題は、どんな運転
状態でも最適な間隙保持により、つまり特に低く僅かに
変化する数値計算上良好に検知できる漏れ損失、従って
高効率により、しかも相当簡単で、低経費と重量的に望
ましく、長寿命で監視上望ましい構造により、能動的な
間隙制御システム（ＡＣＣ）の必要なしで優れていて、
大きな出力と寸法でも構成でき、機能性のある、各一つ
の外側カバーバンドと内側カバーバンドを有する少なく
とも一つの案内羽根リングおよびロータとステータを備
えた流体機械を提供することにある。
とそれ等の難点に鑑み、この発明の課題は、どんな運転
状態でも最適な間隙保持により、つまり特に低く僅かに
変化する数値計算上良好に検知できる漏れ損失、従って
高効率により、しかも相当簡単で、低経費と重量的に望
ましく、長寿命で監視上望ましい構造により、能動的な
間隙制御システム（ＡＣＣ）の必要なしで優れていて、
大きな出力と寸法でも構成でき、機能性のある、各一つ
の外側カバーバンドと内側カバーバンドを有する少なく
とも一つの案内羽根リングおよびロータとステータを備
えた流体機械を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の流体機械にあって、（Ａ）
少なくとも一つの案内羽根リング１４，１５が、周方向
に閉ざされ、少なくとも大部分にわたり回転対称であっ
て、折り返しの軸方向の変形に対して部品を強化する補
強部を備えた自己担持式の部品として内側カバーバンド
１６，１７のところに形成されていて、（Ｂ）少なくと
も一つの案内羽根リング１４，１５には周囲に配分され
た分離継ぎ目のあるセグメント化された外側カバーバン
ド１８，１９があり、（Ｃ）外側カバーバンド１８，１
９の少なくとも３つのセグメントにより、それぞれ空間
的に半径方向に相対運動を行える軸受ユニット２４，２
５，２６，２７を用いて、つまり結局のところ少なくと
も３つのスポークを持つ、所謂スポーク中心合わせ部に
よりハウジング１３内に位置決めされ、（Ｄ）ハウジン
グ１３と少なくとも一つの案内羽根リング１４，１５の
外側カバーバンド１８，１９との間に空気案内シェル３
０を配置し、この空気案内シェル３０が冷却空気流をハ
ウジングの内側に沿って導き、少なくとも一つの案内羽
根リング１４，１５のハウジングに固定された軸受部材
２６，２７に対する開口３１，３２を備え、これ等の開
口３１，３２が冷却空気流の一部をカバーバンド１８，
１９に向けて流す、の構成の組み合わせによって解決さ
れている。
により、冒頭に述べた種類の流体機械にあって、（Ａ）
少なくとも一つの案内羽根リング１４，１５が、周方向
に閉ざされ、少なくとも大部分にわたり回転対称であっ
て、折り返しの軸方向の変形に対して部品を強化する補
強部を備えた自己担持式の部品として内側カバーバンド
１６，１７のところに形成されていて、（Ｂ）少なくと
も一つの案内羽根リング１４，１５には周囲に配分され
た分離継ぎ目のあるセグメント化された外側カバーバン
ド１８，１９があり、（Ｃ）外側カバーバンド１８，１
９の少なくとも３つのセグメントにより、それぞれ空間
的に半径方向に相対運動を行える軸受ユニット２４，２
５，２６，２７を用いて、つまり結局のところ少なくと
も３つのスポークを持つ、所謂スポーク中心合わせ部に
よりハウジング１３内に位置決めされ、（Ｄ）ハウジン
グ１３と少なくとも一つの案内羽根リング１４，１５の
外側カバーバンド１８，１９との間に空気案内シェル３
０を配置し、この空気案内シェル３０が冷却空気流をハ
ウジングの内側に沿って導き、少なくとも一つの案内羽
根リング１４，１５のハウジングに固定された軸受部材
２６，２７に対する開口３１，３２を備え、これ等の開
口３１，３２が冷却空気流の一部をカバーバンド１８，
１９に向けて流す、の構成の組み合わせによって解決さ
れている。
【００１１】この発明による他の有利な構成は特許請求
の範囲の従属請求項に記載されている。
の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】従って、この発明は、少なくとも
一つの案内羽根リングの特別な構成および支承と中心合
わせにより、またハウジングを空冷することによりハウ
ジングと案内羽根の間を熱的に分離することにある。少
なくとも一つの案内羽根リングを補強部のある自己担持
式の部材として内側カバーバンドに形成し、この補強部
がバンドを折り返された軸方向の変形に対して硬化させ
る。無負荷状態で羽根の軸をほぼ平坦に半径方向に向け
ることを前提として、これ等の羽根の軸は案内羽根リン
グの前後の静的な圧力差によりハウジングで傾き「零」
の時、リング中心に向けて増加するように軸方向に傾
き、事情によっては、曲がったりもする。従って、案内
羽根リングは機械的に皿バネと比較でき、このバネの内
側縁部分（穴の縁部分）は内側カバーバンドを形成し、
外側縁部分は外側カバーバンドを形成する。内側カバー
バンドは軸方向にも移動し、羽根によるトルクによりそ
の中に捩じれたり折り返す。つまり、半径・軸断面で見
えるカバーバンドの材料の横断面は断面に対してそれぞ
れ垂直な想像上の軸の周りに剛性と補強に応じて多少捩
じれる。
一つの案内羽根リングの特別な構成および支承と中心合
わせにより、またハウジングを空冷することによりハウ
ジングと案内羽根の間を熱的に分離することにある。少
なくとも一つの案内羽根リングを補強部のある自己担持
式の部材として内側カバーバンドに形成し、この補強部
がバンドを折り返された軸方向の変形に対して硬化させ
る。無負荷状態で羽根の軸をほぼ平坦に半径方向に向け
ることを前提として、これ等の羽根の軸は案内羽根リン
グの前後の静的な圧力差によりハウジングで傾き「零」
の時、リング中心に向けて増加するように軸方向に傾
き、事情によっては、曲がったりもする。従って、案内
羽根リングは機械的に皿バネと比較でき、このバネの内
側縁部分（穴の縁部分）は内側カバーバンドを形成し、
外側縁部分は外側カバーバンドを形成する。内側カバー
バンドは軸方向にも移動し、羽根によるトルクによりそ
の中に捩じれたり折り返す。つまり、半径・軸断面で見
えるカバーバンドの材料の横断面は断面に対してそれぞ
れ垂直な想像上の軸の周りに剛性と補強に応じて多少捩
じれる。
【００１３】前記折り返しに対する内側カバーバンドの
この発明による補強は、羽根軸の軸方向の突出も低減
し、それ故に応力下での案内羽根リングの全変形を低減
する。これは「内部エヤーシール」の静的成分の寸法維
持を改善する。
この発明による補強は、羽根軸の軸方向の突出も低減
し、それ故に応力下での案内羽根リングの全変形を低減
する。これは「内部エヤーシール」の静的成分の寸法維
持を改善する。
【００１４】外側カバーバンドとハウジングの間の少な
い熱伝達と小さな軸受ユニットにより、またこの領域に
冷却空気を導くことにより、ガス通路からハウジングへ
の熱輸送が大幅に阻止される。これにより、特に外側カ
バーバンドの熱勾配が小さくなり、これは外側カバーバ
ンドのセグメント化と組合わさり、案内リング内の熱応
力を低減する。空冷されたハウジングは低い温度レベル
に留まるが、案内リングは全体で大体高いガス温度とな
る。
い熱伝達と小さな軸受ユニットにより、またこの領域に
冷却空気を導くことにより、ガス通路からハウジングへ
の熱輸送が大幅に阻止される。これにより、特に外側カ
バーバンドの熱勾配が小さくなり、これは外側カバーバ
ンドのセグメント化と組合わさり、案内リング内の熱応
力を低減する。空冷されたハウジングは低い温度レベル
に留まるが、案内リングは全体で大体高いガス温度とな
る。
【００１５】カバーバンドセグメントの少なくとも３倍
のそれぞれ半径方向の移動を許す支承（「スポーク中心
合わせ」）は熱膨張や収縮を実用上防止しないので、応
力の低減にも寄与する。更に、ハウジング内の正確な中
心合わせができる。
のそれぞれ半径方向の移動を許す支承（「スポーク中心
合わせ」）は熱膨張や収縮を実用上防止しないので、応
力の低減にも寄与する。更に、ハウジング内の正確な中
心合わせができる。
【００１６】案内羽根リング構造と案内羽根リング軸受
および空冷案内部からのこの発明による組み合わせは、
リングの変形状態が主にロータの挙動にも重要な加熱ガ
スの状況と温度により決まることにある。「内部エヤー
シール」と「外部エヤーシール」の静的な成分は案内羽
根リングにより支持され、これ等に一致するように振る
舞うので、運転状況が交互に変わる場合（非定常運転の
場合）時間経過、大きさ、および方向に関して静的なお
よび回転性のパッキング部品の変形を最善にバランスさ
せることができる。従って、この機械は大幅にほぼ不変
で最小の間隙あるいは漏れ損失と高効率で持って動作
し、特に案内羽根の領域で早めの部品の疲労を恐れる必
要はない。ブラシパッキングの使用はパッキング担体の
一致した状況により（間隙の変化が少ない、偏心度が少
ない等）望ましいか、そうなって始めて可能である。
および空冷案内部からのこの発明による組み合わせは、
リングの変形状態が主にロータの挙動にも重要な加熱ガ
スの状況と温度により決まることにある。「内部エヤー
シール」と「外部エヤーシール」の静的な成分は案内羽
根リングにより支持され、これ等に一致するように振る
舞うので、運転状況が交互に変わる場合（非定常運転の
場合）時間経過、大きさ、および方向に関して静的なお
よび回転性のパッキング部品の変形を最善にバランスさ
せることができる。従って、この機械は大幅にほぼ不変
で最小の間隙あるいは漏れ損失と高効率で持って動作
し、特に案内羽根の領域で早めの部品の疲労を恐れる必
要はない。ブラシパッキングの使用はパッキング担体の
一致した状況により（間隙の変化が少ない、偏心度が少
ない等）望ましいか、そうなって始めて可能である。
【００１７】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づきこの発明を
より詳しく説明する。
より詳しく説明する。
【００１８】この発明は、一般にロータとステータを備
えた流体機械、つまり圧縮機とタービンに適している。
これ等の機械は少なくとも部分的に軸構造様式、つまり
主に軸方向の流れで構成されている。熱力学的にまた寸
法により、平均からより大きいガスタービン伝達機構ま
での低圧タービンは有利な実施例を示す。それ故、図１
はこの範囲からの一例を示す。
えた流体機械、つまり圧縮機とタービンに適している。
これ等の機械は少なくとも部分的に軸構造様式、つまり
主に軸方向の流れで構成されている。熱力学的にまた寸
法により、平均からより大きいガスタービン伝達機構ま
での低圧タービンは有利な実施例を示す。それ故、図１
はこの範囲からの一例を示す。
【００１９】低圧タービ１のうちの最初の二段とそれか
ら上半分の主要部品が示してある。タービと駆動機構の
軸は図１の下に平行に延びている。作業ガスの流れ方向
は左から右に進む。つまり、先ず案内羽根リング１４を
通過し、次いで回転羽根リング３の領域を通過し、次い
で案内羽根リング１５を通過し、回転羽根４の領域を通
過する。その場合、更に他の段（案内段と回転段）が続
く。外部駆動カバーはハウジング１３を形成する。この
ハウジング内には案内羽根リング１４，１５が半径方向
に中心合わせされ、軸方向に固定支承されている。回転
羽根３，４も案内羽根リング１４，１５も内側カバーバ
ンド５〜８および外側カバーバンド１６〜１９で構成さ
れている。その場合、内側および外側の回転羽根カバー
バンドはそれぞれ羽根の間に分離継ぎ目を有する。特
に、これにより前記羽根を個々の交換できる。
ら上半分の主要部品が示してある。タービと駆動機構の
軸は図１の下に平行に延びている。作業ガスの流れ方向
は左から右に進む。つまり、先ず案内羽根リング１４を
通過し、次いで回転羽根リング３の領域を通過し、次い
で案内羽根リング１５を通過し、回転羽根４の領域を通
過する。その場合、更に他の段（案内段と回転段）が続
く。外部駆動カバーはハウジング１３を形成する。この
ハウジング内には案内羽根リング１４，１５が半径方向
に中心合わせされ、軸方向に固定支承されている。回転
羽根３，４も案内羽根リング１４，１５も内側カバーバ
ンド５〜８および外側カバーバンド１６〜１９で構成さ
れている。その場合、内側および外側の回転羽根カバー
バンドはそれぞれ羽根の間に分離継ぎ目を有する。特
に、これにより前記羽根を個々の交換できる。
【００２０】案内羽根リング１４，１５は自己担持式の
構造部品として構成されている。その場合、その機械的
な安定性は主に内側カバーバンド１６，１７の領域で得
られる。そこには、周方向に閉じた、つまり「取り巻い
ている」増強部２０，２１が配設されている。こえ等の
増強部は案内羽根リング１４，１５の熱特性（寸法変化
と形状変化）にも重大な影響を与える。運転でのガス力
は、特に案内羽根リングの折り返し軸方向の変形を与え
る。つまり、外側カバーバンドから内側カバーバンドへ
増加する軸方向の傾きをカバーバンドの一定の捩じれと
共に与える。この「皿状」の変形は内側カバーバンドの
増強部を介して著しく低減できる。増強部としては、例
えば図示するトーラス状の中空体、軸方向に間隔を保っ
たリング、中空あるいは中実の形状の組み合わせ等が適
する。その場合、場所の状況も役に立つ。これ等の増強
部は、何れにしても、縦断面や横断面で、例えば面重心
により半径方向の軸周りにできる限り大きな面慣性モー
メントを有するべきである。これにより軸方向に間隔を
置いた充分な面成分により達成される。カバーバンドの
面成分はここでは一緒に考慮すべきである。弾性係数の
大きい増強部の材料が有利である。結局、できる限り小
さい質量の上昇で剛性の上昇が最適になるべきである。
「折り返し」時の応力と変形を求めることは関連する計
算方法で可能である。
構造部品として構成されている。その場合、その機械的
な安定性は主に内側カバーバンド１６，１７の領域で得
られる。そこには、周方向に閉じた、つまり「取り巻い
ている」増強部２０，２１が配設されている。こえ等の
増強部は案内羽根リング１４，１５の熱特性（寸法変化
と形状変化）にも重大な影響を与える。運転でのガス力
は、特に案内羽根リングの折り返し軸方向の変形を与え
る。つまり、外側カバーバンドから内側カバーバンドへ
増加する軸方向の傾きをカバーバンドの一定の捩じれと
共に与える。この「皿状」の変形は内側カバーバンドの
増強部を介して著しく低減できる。増強部としては、例
えば図示するトーラス状の中空体、軸方向に間隔を保っ
たリング、中空あるいは中実の形状の組み合わせ等が適
する。その場合、場所の状況も役に立つ。これ等の増強
部は、何れにしても、縦断面や横断面で、例えば面重心
により半径方向の軸周りにできる限り大きな面慣性モー
メントを有するべきである。これにより軸方向に間隔を
置いた充分な面成分により達成される。カバーバンドの
面成分はここでは一緒に考慮すべきである。弾性係数の
大きい増強部の材料が有利である。結局、できる限り小
さい質量の上昇で剛性の上昇が最適になるべきである。
「折り返し」時の応力と変形を求めることは関連する計
算方法で可能である。
【００２１】増強部２０はカバーバンド１６に形状を合
わせて接続している。その場合、案内羽根リング１４は
増強部により保持される多数のセグメントで構成されて
いる。これに反して、増強部２１はカバーバンド１７の
中に組み込まれている。つまり、このカバーバンドに材
料を合わせて継ぎ合わせてある。ここでも、案内羽根セ
グメントは初期部品であり、これ等の初期部品は内側カ
バーバンドや増強部の領域で溶接またはハンダ付けで連
結される。
わせて接続している。その場合、案内羽根リング１４は
増強部により保持される多数のセグメントで構成されて
いる。これに反して、増強部２１はカバーバンド１７の
中に組み込まれている。つまり、このカバーバンドに材
料を合わせて継ぎ合わせてある。ここでも、案内羽根セ
グメントは初期部品であり、これ等の初期部品は内側カ
バーバンドや増強部の領域で溶接またはハンダ付けで連
結される。
【００２２】しかし、外側カバーバンド１８，１９は組
込状態で未だセグメント化される。つまり、熱応力を最
小にするため周囲に多数の分離継ぎ目を有する。
込状態で未だセグメント化される。つまり、熱応力を最
小にするため周囲に多数の分離継ぎ目を有する。
【００２３】ハウジング１３内の案内羽根リング１４，
１５の中心合わせと固定は、ハウジングに固定されたそ
れぞれ一つの軸受の軸２６，２７およびカバーバンドに
固定されたそれぞれ一つの軸受ブッシュ２４，２５を持
つそれぞれ少なくとも３つの軸受ユニットで行われる。
軸の接触面は球状で、ブッシュは円筒状に形成されてい
るので、自由な半径方向の移動性により、ボールリンク
式の全ての側面への傾斜運動は不可能である。これは強
制力と構造部品の応力を最小にし、これは寿命を長くす
る。
１５の中心合わせと固定は、ハウジングに固定されたそ
れぞれ一つの軸受の軸２６，２７およびカバーバンドに
固定されたそれぞれ一つの軸受ブッシュ２４，２５を持
つそれぞれ少なくとも３つの軸受ユニットで行われる。
軸の接触面は球状で、ブッシュは円筒状に形成されてい
るので、自由な半径方向の移動性により、ボールリンク
式の全ての側面への傾斜運動は不可能である。これは強
制力と構造部品の応力を最小にし、これは寿命を長くす
る。
【００２４】「内側エヤーシール」はここでは少なくと
も大部分ブラシパッキングで構成されている。その場
合、案内羽根リングの補強部のところに固定されている
ブラシ２２，２３はロータ２に連結するリング１１，１
２に対して回転し、これ等のリングは回転羽根３，４の
軸方向のストッパーを形成する。
も大部分ブラシパッキングで構成されている。その場
合、案内羽根リングの補強部のところに固定されている
ブラシ２２，２３はロータ２に連結するリング１１，１
２に対して回転し、これ等のリングは回転羽根３，４の
軸方向のストッパーを形成する。
【００２５】「外側エヤーシール」はここではラビリン
スパッキングで形成されている。その場合、リング刃状
の気密先端９，１０は蜂の巣担体２８，２９の上に取り
付けてある蜂の巣構造に対して回転する。蜂の巣担持体
２８，２９は案内羽根リング１４，１５のところに支承
されているので、これ等の案内羽根リングの変形状態を
平衡化する。
スパッキングで形成されている。その場合、リング刃状
の気密先端９，１０は蜂の巣担体２８，２９の上に取り
付けてある蜂の巣構造に対して回転する。蜂の巣担持体
２８，２９は案内羽根リング１４，１５のところに支承
されているので、これ等の案内羽根リングの変形状態を
平衡化する。
【００２６】この発明の意味では、ハウジングと案内羽
根リングの軸受ユニットに対する空冷部が設けてある。
しかし、この空冷部は構造上ＡＣＣ系のようなほど高価
ではない。このため、ハウジング１３の内側には半径方
向に間隔を置いて空気案内シェル３０が配設されている
ので、この空気案内シェルとハウジングの間に冷却空気
が駆動装置の長手方向に流れる。通常圧搾機から分岐し
た冷却空気の進入は第一室３３の穴３５を介して行われ
る。軸受の軸２６と２７の領域には空気案内シェル３０
が故意にガス透過性の開口３１，３２を有するので、冷
却空気の一部が軸受の軸２６，２７に沿って案内羽根リ
ング１４，１５の外側カバーバンド１８，１９のところ
を流れ、それに応じた圧力低下（冷却空気の過圧）が予
測される。これにより、軸受の個所が冷却され、案内羽
根リングからハウジングへの熱流が最小になる。予備仕
上げされた壁パネル３７は、図示していない制限部を保
有するか、あるいは対応する絞り間隙と共に冷却空気の
制限部を形成する。その結果、冷却空気は次の室３４に
圧力を低下させて進入する。冷却空気が隣接する流路の
動作ガスに比べてその都度ただ大きな過圧を持っている
だけで充分である。動作ガスの圧力は軸方向に減少する
ので、冷却空気の圧力も少なくとも数段で低減すると効
果的である。これはここで制限部を備えた前記の室構造
で達成できる。冷却空気の高過圧は空気案内シェル３０
の高圧力強度も要求する。つまり、壁の大きな肉厚や重
量を必要する。
根リングの軸受ユニットに対する空冷部が設けてある。
しかし、この空冷部は構造上ＡＣＣ系のようなほど高価
ではない。このため、ハウジング１３の内側には半径方
向に間隔を置いて空気案内シェル３０が配設されている
ので、この空気案内シェルとハウジングの間に冷却空気
が駆動装置の長手方向に流れる。通常圧搾機から分岐し
た冷却空気の進入は第一室３３の穴３５を介して行われ
る。軸受の軸２６と２７の領域には空気案内シェル３０
が故意にガス透過性の開口３１，３２を有するので、冷
却空気の一部が軸受の軸２６，２７に沿って案内羽根リ
ング１４，１５の外側カバーバンド１８，１９のところ
を流れ、それに応じた圧力低下（冷却空気の過圧）が予
測される。これにより、軸受の個所が冷却され、案内羽
根リングからハウジングへの熱流が最小になる。予備仕
上げされた壁パネル３７は、図示していない制限部を保
有するか、あるいは対応する絞り間隙と共に冷却空気の
制限部を形成する。その結果、冷却空気は次の室３４に
圧力を低下させて進入する。冷却空気が隣接する流路の
動作ガスに比べてその都度ただ大きな過圧を持っている
だけで充分である。動作ガスの圧力は軸方向に減少する
ので、冷却空気の圧力も少なくとも数段で低減すると効
果的である。これはここで制限部を備えた前記の室構造
で達成できる。冷却空気の高過圧は空気案内シェル３０
の高圧力強度も要求する。つまり、壁の大きな肉厚や重
量を必要する。
【００２７】動作ガスの流路と冷却空気路の間には、動
作ガスの副流、つまり動作ガスの損失をこれ等の通路に
より防止する他の予備仕上げされた壁パネル３６，３８
が配設されている。冷却のために、これ等の予備仕上げ
された壁パネル３６，３８は意識して幾分ガス透過性に
形成されているか固定されている。
作ガスの副流、つまり動作ガスの損失をこれ等の通路に
より防止する他の予備仕上げされた壁パネル３６，３８
が配設されている。冷却のために、これ等の予備仕上げ
された壁パネル３６，３８は意識して幾分ガス透過性に
形成されているか固定されている。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明による
それぞれ一つの外側カバーバンドと内側カバーバンドを
有する少なくとも一つの案内羽根リングおよびロータと
ステータを備えた流体機械を用いることにより、どんな
運転状態でも、最適な間隙保持により、つまり特に低く
僅かに変化する数値計算上良好に検知できる漏れ損失、
従って高効率により、しかも相当簡単で、低経費と重量
的に望ましく、長寿命で監視上望ましい構造により、能
動的な間隙制御システム（ＡＣＣ）の必要なく優れてい
て、大きな出力と寸法でも構成でき、機能性がある。
それぞれ一つの外側カバーバンドと内側カバーバンドを
有する少なくとも一つの案内羽根リングおよびロータと
ステータを備えた流体機械を用いることにより、どんな
運転状態でも、最適な間隙保持により、つまり特に低く
僅かに変化する数値計算上良好に検知できる漏れ損失、
従って高効率により、しかも相当簡単で、低経費と重量
的に望ましく、長寿命で監視上望ましい構造により、能
動的な間隙制御システム（ＡＣＣ）の必要なく優れてい
て、大きな出力と寸法でも構成でき、機能性がある。
【図１】 ターボ空気ビーム駆動装置の低圧タービンの
部分断面図である。
部分断面図である。
２ ロータ ３，４ 回転羽根 ５〜８ カバーバンド ９，１０ 気密先端 １１，１２ リング １３ ハウジング １４，１５ 案内羽根リング １６，１７ 内側カバーバンド １８，１９ 外側カバーバンド ２０，２１ 補強部 ２２，２３ ブラシ ２４，２５ カバーバンドに固定された軸受ブ
ッシュ ２６，２７ ハウジングに固定された軸受の軸 ２８，２９ 蜂の巣担体 ３０ 空気案内シェル ３１，３２ 開口 ３３，３４ 室 ３５ 穴 ３６，３８ 壁パネル
ッシュ ２６，２７ ハウジングに固定された軸受の軸 ２８，２９ 蜂の巣担体 ３０ 空気案内シェル ３１，３２ 開口 ３３，３４ 室 ３５ 穴 ３６，３８ 壁パネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｃ 7/18 Ｆ０２Ｃ 7/18 Ｅ
Claims (6)
- 【請求項１】 ロータに回転羽根を、またステータに案
内羽根を備えたハウジングを有し、案内羽根が半径方向
に内側のカバーバンドと半径方向に外側のカバーバンド
を備えた少なくとも一つの案内羽根リングとして配置さ
れている流体技術で少なくとも一部軸構造のロータとス
テータを備え、特に軸方向の低圧タービンである流体機
械において、以下の構成の組み合わせ、（Ａ）少なくと
も一つの案内羽根リング（１４，１５）が、周方向に閉
され、少なくとも大部分にわたり回転対称で、折り返し
の軸方向の変形に対して部品を強化する補強部を備えた
自己担持部品として内側カバーバンド（１６，１７）の
ところに形成されていて、（Ｂ）少なくとも一つの案内
羽根リング（１４，１５）には周囲に配分された分離継
ぎ目のあるセグメント化された外側カバーバンド（１
８，１９）があり、（Ｃ）外側カバーバンド（１８，１
９）の少なくとも３つのセグメントにより、それぞれ空
間的に半径方向に相対運動を行える軸受ユニット（２
４，２５，２６，２７）を用いて、つまり結局のところ
少なくとも３つのスポークを持つ、所謂スポーク中心合
わせ部によりハウジング（１３）内に位置決めされ、
（Ｄ）ハウジング（１３）と少なくとも一つの案内羽根
リング（１４，１５）の外側カバーバンド（１８，１
９）との間に空気案内シェル（３０）を配置し、この空
気案内シェル（３０）が冷却空気流をハウジングの内側
に沿って導き、少なくとも一つの案内羽根リング（１
４，１５）のハウジングに固定された軸受部材（２６，
２７）に対する開口（３１，３２）を備え、これ等の開
口（３１，３２）が冷却空気流の一部をカバーバンド
（１８，１９）に向けて流す、から成ることを特徴とす
る流体機械。 - 【請求項２】 少なくとも一つの案内羽根リング（１
４，１５）の補強部（２０，２１）はトーラス状の中空
体あるいは軸方向に間隔を設けた少なくとも二つのリン
グの形状にして形成され、内側カバーバンド（１７）の
中に材料を合わせて組み込まれているか、形状を合わせ
て内側カバーバンド（１６）に連結していることを特徴
とする請求項１に記載の流体機械。 - 【請求項３】 補強部と少なくとも一つの案内羽根リン
グの内側カバーバンドとの間に形状に合わせた連結部を
備え、少なくとも一つの案内羽根リングが多数の案内羽
根セグメントで形成され、これ等の案内羽根セグメント
は補強部（２０）により自己担持構造部品に組み立てら
れていることを特徴とする請求項２に記載の流体機械。 - 【請求項４】 少なくとも一つの案内羽根リング（１
４，１５）の補強部（２０，２１）は波形パッキングの
静的部材、特にブラシパッキングのブラシ（２２，２
３）あるいはラビリンスパッキングの入口カバーまたは
蜂の巣構造体を担持することを特徴とする請求項１〜３
の何れか１項に記載の流体機械。 - 【請求項５】 少なくとも一つの案内羽根リング（１
４，１５）の各軸受ユニットは球状の接触面を持つハウ
ジングに固定された軸受の軸（２６，２７）と円筒状の
接触面を持つカバーバンドに固定された軸受ブッシュ
（２４，２５）とから成ることを特徴とする請求項１〜
４の何れか１項に記載の流体機械。 - 【請求項６】 冷却空気流の流路はハウジング（１３）
と空気案内シェル（３０）の間で室から室に低下する内
圧で順次貫通して流れる多数の室に分割され、各室（３
３，３４）は、動作媒体の隣接する流路領域内の圧力よ
り僅かに高い動作圧力に設計されていることを特徴とす
る請求項１〜５の何れか１項に記載の流体機械。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19807247A DE19807247C2 (de) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Strömungsmaschine mit Rotor und Stator |
| DE19807247:3 | 1998-02-20 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11294103A true JPH11294103A (ja) | 1999-10-26 |
| JPH11294103A5 JPH11294103A5 (ja) | 2006-03-09 |
| JP4230040B2 JP4230040B2 (ja) | 2009-02-25 |
Family
ID=7858458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04200599A Expired - Fee Related JP4230040B2 (ja) | 1998-02-20 | 1999-02-19 | ロータとステータを備えた流体機械 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6139263A (ja) |
| EP (1) | EP0937864B1 (ja) |
| JP (1) | JP4230040B2 (ja) |
| DE (2) | DE19807247C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004332736A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | General Electric Co <Ge> | タービン内部をシールするのを可能にするための方法及び装置 |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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