JP5638696B2 - コンプレッサおよびこれに関連したガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、環状流れダクトの径方向外側限を形成したハウジングを具備し、ハウジングの内部において流れダクトを通じて径方向に延びたベーンリングのガイドベーンが回転可能に組み付けられたコンプレッサであって、各ガイドベーンはハウジング側においてハウジングを通じて延びた第１回転部を具備しており、ロータ側において内側リング内に延びた第２回転部を具備したコンプレッサに関する。

現代のガスタービンの既知のコンプレッサは１つ以上のコンプレッサステージを具備し、そのガイドベーンは調節可能である。ここで、対応したリングに割り当てられたガイドベーンは、質量流を制限するために、長手軸に関して調節可能である。質量流を制限するための容量は、コンプレッサにより大きい作動範囲を与える。そのようなコンプレッサステージのガイドベーンを回転可能に取り付けるために、回転部がガイドベーンの２つのブレードの各端部に設けられている。ここで、外側回転部は環状ハウジング内に支持されており、内側回転部は所謂内側リング内に支持されている。この場合、内側リングはすべてのガイドベーンによって保持されている。内側リングは、ハウジング内の外側回転部の径方向位置を通ったロータ軸に関して中心に位置している。しかしながら、ここで、ベーンの径方向の調節はロータに対する内側リングの位置決めに寄与するだけでなく、同時に調節可能ガイドベーンと外側ハウジングと内側リングとの間のギャップも設定し、ブレードの調節工程において、これは流れダクトの境界壁に接触しない。

内側リングを保持するための既知のデザインはガイドベーンと内側リングとの間の明確な径方向のインターロックを提供しているので、より大きい機械的応力が個々の内側リングベアリング内部に発生し、そこで使用されているベアリングブッシュの顕著な摩耗の原因となり得る。ここで、作動中の機械的応力は熱応力によっても悪化されるかもしれない。

特許文献１は調節可能なガイドベーンのベアリングの代替的な変形を開示している。そこに示された機器は、２つの等しいセグメントに分割された内側リングを具備している。セグメントの端部は舌片と溝との接続において互いに対して緩く置かれており、調節可能ガイドベーンの内側回転部は内側リングの径方向のボア内に直接支持されている。これによって、各セグメントは関連したガイドベーンのボアによって支持され、摩耗の増大を導き得る。

米国特許第２，６７１，６３４号明細書

したがって、本発明の目的は、長手軸に関して回転可能なガイドベーンのための締結機器と、摩耗が無く且つそれと同時にロータに関連した内側リングの容易な位置決めを可能にした内側リングと、を備えたコンプレッサを提供することである。

本発明の目的は、請求項１の前段によるコンプレッサによって達成され、そのコンプレッサにおいては、内側リングが２つの対向した端部を備えた分割リングとして形成されており、リングギャップを広げるためのバネ要素が設けられている。この目的のために、リングギャップの領域において、好適にカプセル封入されたバネ要素を取り付けることが提案されている。組み立てられた状態の上側ハウジング部と下側ハウジング部とともに、これは内側リングの径方向の予圧を提供している。径方向の予圧は、内側リングをガイドベーンの第２回転部に対して押圧することに寄与している。このことは、すべてのガイドベーンに対する内側リングの径方向の固定を省略することを可能にしている。このことは、内側リング内に延びた第２回転部は単に外側から個々のボアまたは凹部に挿入されていることを意味しており、これまでに設けられた積極的な径方向のインターロックが省略され得る。結果的に、ガイドベーンは、径方向内側に配置され且つ単純に円筒形デザインとされた第２回転部を備えることが可能である。同一のことが内側リング内のボアに当てはまり、内側リングは回転部を受け、本発明による内側リングはもはや積極的なインターロックのための連続した周フランジを具備していない。内側リングの潜在的なひずみが、径方向のラッチが無いことによってここでは回避されており、そのことは特に利点となっている。それに加えて、ガイドベーンの内側ベアリングのデザインの簡素化は組み立て時間を減少させている。

熱的に過渡的な操作において、内側リングとすべてのガイドベーンとの熱膨張は、バネ要素によってさらに補正され、内側リングとガイドベーンのサポートの内側点との間の応力は減少され、ベアリングの摩耗も減少される。

結果的に、バネ要素の導入は、内側リングが自己サポートおよび自己センタリングシステムとして設計されることを可能にし、調節可能ガイドベーンのみがベーンリングの下半分に配置され、いわゆるフローティング内側リングを支持している。

本発明のさらなる利点は、内側リングの自己センタリングサポートのおかげで、ハウジング内のガイドベーンの径方向位置決めのための調節可能なデバイスが簡素化され得ることである。コンプレッサのこの簡素化は、より少ない数の使用部品数のおかげで、コンプレッサの故障の見込みを減少している。

有利な改良は、従属請求項により特定されている。

本発明の第１の有利な改良によれば、分割リングの２つの端部は向き合った第１ソケットを具備し、それらは本質的に止まり穴の範疇であり、そこにはバネ要素が載置されている。これによって、分割リングを分離するための比較的簡素なデザインは特定され、バネ要素は例えばコイルバネとして実施されている。コイルバネは、ソケット内に載置されているので、スリップを防止している。

バネ要素を汚れから保護するために、バネ要素は有利にカプセル内に封入されている。

軸方向における内側リングの２つの端部の相対移動は、これらの端部が軸方向にロックされた場合に防止され得る。例えば、これは平行キーとともに実施され、分割リングの２つの向き合った端部の軸方向の位置を事前に決定している。この目的のために、例えば平行キーはソケット内に同様に配列され、ソケットはこの目的のために内側リングのギャップの両端面に設けられている。

さらに有利な改良によれば、内側リングは少なくとも２つのセグメントを具備している。ここではセグメントは好適に１８０°の弧長に延びている。このことは、コンプレッサ内のガイドベーンの比較的容易な組み立てを可能にしている。

カラー状のブッシュが、第２回転部と回転部を受ける内側リングの各ボアとの間の摩耗潤滑として設けられてもよい。内側リングの個々のボア内における回転部の摩擦ベアリングの汚染を防止するために、連続的な周溝が第２回転部に設けられ、その内部に例えばＯリングのような溝シールリングが配置されることが提案される。これは内側ベアリングの径方向の摩耗を減少させる。

生産の比較的容易な内側リングまたはセグメントは、これらが軸方向に分割可能である場合に指定され得る。セグメントまたは内側リングの部品はネジによって、例えば溶接によっても一体とされることが可能である。しかしながら、セグメントまたは内側リングは好適に軸方向に分割不可能である。

本発明によれば、均等な部品に分割可能なハウジングを備え、電力を発生することを目的とした固定ガスタービンは、前述の改良による独創的なコンプレッサを備えている。

本発明は、図に表現された例示的な実施形態を参照してさらに説明されている。

両端において回転可能に支持され、且つそれらの長手軸に関して回転可能なコンプレッサガイドベーンを備えたコンプレッサの詳細の断面を示した図である。 分割リングとして実施された内側リングを概略的に示した図である。 分割リングの向き合った２つの端部の間のギャップ内に配置されたバネ要素の例を示した図である。

図１は、長手軸１２に関して回転可能なガイドベーン１４の軸部内における、軸流タイプのコンプレッサ１０の断面を示している。ガイドベーン１４は、例えばコンプレッサ１０の流入ガイドベーンである。しかしながら、それらはその下流に設置された従属コンプレッサステージのベーンリングの一部を形成していてもよい。ガイドベーン１４は空力的に湾曲されたブレード１６（一部のみ図示）を具備し、ブレード１６には径方向内側端部１８において円形プラットフォーム２０が配置されている。プラットフォーム２０は第１円筒部２２内に融合しており、その内部には周溝２４がシール用Ｏリングを受け入れるために形成されている。第１円筒部２２の隣は、より小径の同心の第２円筒部である。両方の部分２２，２３は回動部２６の一部であり、各々が円筒形である。カラー状のブッシュ２８は第２円筒部２３の周囲に配置されている。第１円筒部２２とカラー状のブッシュ２８とはそれらの輪郭に一致したソケット３０内に載置され、ソケットは段付きのボアとして実体化されている。ここではボアはいわゆる内側リング３２内に配列されている。内側リング３２の外周面３４は、コンプレッサ１０の環状流れダクト３６の径方向内側限を形成している。それと同時に、内側リング３２はコンプレッサ１０のロータ３５を包囲している。ガイドベーン１４の径方向外側端（図示略）において、内側端部１８に類似した規則に従って、回動部は流れダクト３６の外側限を形成したハウジング内に設けられている。

選択されたデザインは、原理的にガイドベーン１４は外側から径方向にソケット３０内に単に挿入されていることを意味している。ここでの径方向はコンプレッサ１０の機械軸３８に関係しており、機械軸はコンプレッサに沿って延びている。

２つのセグメント４０から組み立てられた内側リング３２は、図２に概略的に示されている。２つのセグメント４０は各々が１８０°の円弧長さである。第１接続エリア４２において、２つのセグメント４０は端面において隙間なく一体にネジ止めされている。セグメント４０の他の２つの端部４４は、リングギャップを形成した第２接続エリア４６内において互いに向き合って配列されている。リングギャップとの用語は、これ以降ギャップ４８と省略される。第２接続エリア４６は図３に詳細に示されている。各場合において止まり穴によって形成された第１ソケット５０は、２つの端部４４の各々に設けられている。２つの第１ソケット５０は互いに互いに向き合って配置され、カプセル入りのバネ要素５２はこれらのソケット内に載置されている。例示的な実施形態において、バネ要素５２はカプセル５３を備えたコイルバネとして設計されている。バネ要素５２はギャップ４８内において予圧を負荷されて載置されており、２つの端部４４は離間されようとしている。したがって、取り付けられた状態において、内側リング３２はガイドベーン１４の回動部２６に対して押圧されている。内側リング３２の自己センタリングがこれによって達成されている。

第１ソケット５０と類似の規則に従って、同様に互いに向き合って配置されたソケット５４が２つの端部４４に設けられている。例えば、平行キーとして設計され得るセンタリング要素５６が、第２ソケット５４内に載置される。この配列は軸方向における２つの端部４４の相対移動を防止し、これによって２つの端部４４をロックすることを可能にしている。これはバネ要素５２に作用する剪断力による負荷を防止している。

したがって、本発明は全体的に環状流れダクト３６を備えた軸流コンプレッサ１０に関し、このコンプレッサでは、流れダクト３６を通じて延びた、ベーンリングの調節可能なガイドベーン１４が回転可能に組み付けられており、ロータ側の各ガイドベーン１４は、そのブレード１６上の内側リング３２に組み付けられるための回動部２６を具備している。自己センタリング内側リング３２の無摩耗を提供するために、内側リングは２つの向き合った端部４４を備えた分割リングとして実現され、分割リングを広げるためのバネ要素５２が設けられている。

１０ ・・・コンプレッサ
１２ ・・・長手軸
１４ ・・・ガイドベーン
１６ ・・・ブレード
１８ ・・・径方向内側端部
２０ ・・・円形プラットフォーム
２２ ・・・第１円筒部
２３ ・・・第２円筒部
２４ ・・・周溝
２６ ・・・回動部
２８ ・・・ブッシュ
３０ ・・・ソケット
３２ ・・・内側リング
３４ ・・・外周面
３６ ・・・環状流れダクト
３８ ・・・機械軸
４０ ・・・セグメント
４２ ・・・第１接続エリア
４４ ・・・端部
４６ ・・・第２接続エリア
４８ ・・・ギャップ
５０，５４ ・・・第１ソケット
５２ ・・・バネ要素
５６ ・・・センタリング要素

Claims (8)

1. 環状流れダクト（３６）の径方向外側限を形成したハウジングを具備し、該ハウジングの内部において前記流れダクト（３６）を通じて径方向に延びたガイドベーンリグのガイドベーン（１４）が回転可能に組み付けられたコンプレッサ（１０）であって、各ガイドベーン（１４）は前記ハウジング側において前記ハウジングを通じて延びた第１回転部（２６）を具備し、ロータ側において内側リング（３２）内に延びた第２回転部（２６）を具備したコンプレッサ（１０）において、
   前記内側リング（３２）は、２つの対向した端部（４４）を備えた分割リングとして形成されており、該分割リングを広げるためのバネ要素（５２）が設けられており、前記バネ要素（５２）はカプセルに封入されていることを特徴とするコンプレッサ（１０）。
2. 前記分割リングの２つの端部（４４）は対向した第１ソケット（５０）を具備し、該ソケット内に前記バネ要素（５２）が載置されていることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ（１０）。
3. 前記２つの端部（４４）は軸方向にロックされ、互いの相対移動が防止されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンプレッサ（１０）。
4. 前記内側リング（３２）は少なくとも２つのセグメント（４０）を具備していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０）。
5. カラー付きのブッシュ（２８）が前記各第２回転部（２６）に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０）。
6. 前記第２回転部（２６）は連続した周溝（２４）を具備し、該周溝は内部に載置されたシールリング備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０）。
7. 前記内側リング（３２）は軸方向に分割可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０）。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１０）を備えたガスタービン。

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