JPH0633706A - ロータを備える流体機械 - Google Patents
ロータを備える流体機械Info
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Classifications
-
- 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
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
- F01D17/143—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 貫流断面に突入する翼を有する案内装置と軸
方向に移動可能な貫流断面調節要素とを備え半径方向へ
貫流される流体機械において、翼及び調節要素の燃焼残
滓による摩耗が極めて小さく、かつ翼上に形成された堆
積層の除去のために機械停止中にこれらの部品自体を利
用できるようにする。 【構成】 調節要素８の軸方向移動により翼６を全長に
わたり収容可能な空所が、翼上に形成された堆積層の除
去のために貫流路５に向かう稜部２３を有し、空所を備
える部品９がセラミックから成り、翼６がこれを支持す
る部品８と共に金属材料から成る。
方向に移動可能な貫流断面調節要素とを備え半径方向へ
貫流される流体機械において、翼及び調節要素の燃焼残
滓による摩耗が極めて小さく、かつ翼上に形成された堆
積層の除去のために機械停止中にこれらの部品自体を利
用できるようにする。 【構成】 調節要素８の軸方向移動により翼６を全長に
わたり収容可能な空所が、翼上に形成された堆積層の除
去のために貫流路５に向かう稜部２３を有し、空所を備
える部品９がセラミックから成り、翼６がこれを支持す
る部品８と共に金属材料から成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半径方向へ貫流され
るロータ、翼を有する案内装置、及び同心に配置されロ
ータ軸に対し平行に移動可能であって貫流断面を変更す
る調節要素を備える流体機械、特にタービン過給機に関
する。
るロータ、翼を有する案内装置、及び同心に配置されロ
ータ軸に対し平行に移動可能であって貫流断面を変更す
る調節要素を備える流体機械、特にタービン過給機に関
する。
【０００２】
【従来の技術】調節要素が案内装置の側壁の一部として
タービンの流出側に形成され、案内装置の向かい合う側
壁が軸受ハウジングと強固に結合され、貫流断面中へ突
入する翼の高さが調節要素の直線状の軸方向移動及び翼
の輪郭に相応し翼を収容する空所により変更可能である
ような前記の種類の流体機械は既に知られている。
タービンの流出側に形成され、案内装置の向かい合う側
壁が軸受ハウジングと強固に結合され、貫流断面中へ突
入する翼の高さが調節要素の直線状の軸方向移動及び翼
の輪郭に相応し翼を収容する空所により変更可能である
ような前記の種類の流体機械は既に知られている。
【０００３】貫流断面の変更は例えばタービンロータの
前方の案内装置を種々の流量に適合させるために、又は
圧縮機ロータの後方の後置案内装置を種々の流量に適合
させるために望ましい。
前方の案内装置を種々の流量に適合させるために、又は
圧縮機ロータの後方の後置案内装置を種々の流量に適合
させるために望ましい。
【０００４】アメリカ合衆国特許第4403914 号明細書か
ら、タービンの案内装置及び圧縮機の後置案内装置の可
変な形状寸法を備えるこの種の流体機械が知られてい
る。その用途は燃焼室の中で特に液体又は気体の燃料が
燃焼されるタービン原動機（ガスタービン）である。燃
焼が少ない残滓で行われる高品質の燃料の使用を前提と
して、タービン案内装置の翼への侵食的に作用する堆積
物、従って調節要素の作動の際の翼及び空所の激しい摩
耗をほぼ完全に防止することができる。
ら、タービンの案内装置及び圧縮機の後置案内装置の可
変な形状寸法を備えるこの種の流体機械が知られてい
る。その用途は燃焼室の中で特に液体又は気体の燃料が
燃焼されるタービン原動機（ガスタービン）である。燃
焼が少ない残滓で行われる高品質の燃料の使用を前提と
して、タービン案内装置の翼への侵食的に作用する堆積
物、従って調節要素の作動の際の翼及び空所の激しい摩
耗をほぼ完全に防止することができる。
【０００５】これに対していわゆる残留燃料（重油）の
燃焼の際に発生する燃焼残滓は不燃性成分と共に侵食特
性を有する固着性堆積物を形成し、この堆積物は効率を
低下させるばかりでなく激しい摩耗を引き起こす。同様
な状態は重油により運転されるディーゼルエンジンの過
給のために用いられる半径流タービン過給機の場合にも
生じる。
燃焼の際に発生する燃焼残滓は不燃性成分と共に侵食特
性を有する固着性堆積物を形成し、この堆積物は効率を
低下させるばかりでなく激しい摩耗を引き起こす。同様
な状態は重油により運転されるディーゼルエンジンの過
給のために用いられる半径流タービン過給機の場合にも
生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、製
作費が少なく、貫流断面の変更のために必要な部品の摩
耗が堆積層が厚い場合にも極めて小さく、かつ翼上に形
成された堆積層の除去のためにタービンの停止時間中に
これらの部品を利用できるように、前記の種類の流体機
械特にタービン過給機のための半径流タービンを改良す
ることにある。
作費が少なく、貫流断面の変更のために必要な部品の摩
耗が堆積層が厚い場合にも極めて小さく、かつ翼上に形
成された堆積層の除去のためにタービンの停止時間中に
これらの部品を利用できるように、前記の種類の流体機
械特にタービン過給機のための半径流タービンを改良す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、上記の摩耗性の改善のため、案内装置又は翼及び
貫流断面を変更する調節要素の所定の部品に対して適当
な材料を用いることにより解決される。このために案内
装置の翼を収容する空所を備える部品がセラミックから
作られ、翼がこれを支持する部品と共に金属材料から作
られる。用いられるセラミックは例えば一体構造の酸化
ジルコニウムとすることができる。翼及び翼を支持する
部品のための金属材料に関しては、今日では粉末冶金で
一般に用いられる方法（熱間静水圧成形法）により作ら
れた特にコバルトベース（例えばステライト）又はニッ
ケルベースの材料を用いることができる。耐熱性を有す
る金属材料をこれらの部品のために用い、これらの部品
に熱的方法（火炎又はプラズマ溶射）によりセラミック
又は炭化物又は酸化物の材料の溶射層を設けることも考
えられる。セラミックに関しては例えばＡｌ2 Ｏ3 、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ＋ＴｉＯ2、Ｃｒ2 Ｏ3 ／ＮｉＡｌ又はＣｒ2
Ｏ3 を用いることができ、炭化物に関しては例えばＷＣ
／Ｃｏ、ＷＣ／Ｎｉ／Ａｌ又はＣｏ／Ｃｒ／Ｍｏ／Ｗ／
Ｎｉ／Ｓｉを用いることができ、また酸化物に関しては
例えばＴｉＯ2 又はＺｒＯ2 を用いることができる。そ
のほか金属部品の被覆のために化学的又は物理的蒸着法
を使用することもでき、そのために例えばＶＣ、Ｎｂ
Ｃ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｗ2 Ｃ、Ｃｒ7 Ｃ3 又はＡｌ2 Ｏ
3 を用いることができる。
づき、上記の摩耗性の改善のため、案内装置又は翼及び
貫流断面を変更する調節要素の所定の部品に対して適当
な材料を用いることにより解決される。このために案内
装置の翼を収容する空所を備える部品がセラミックから
作られ、翼がこれを支持する部品と共に金属材料から作
られる。用いられるセラミックは例えば一体構造の酸化
ジルコニウムとすることができる。翼及び翼を支持する
部品のための金属材料に関しては、今日では粉末冶金で
一般に用いられる方法（熱間静水圧成形法）により作ら
れた特にコバルトベース（例えばステライト）又はニッ
ケルベースの材料を用いることができる。耐熱性を有す
る金属材料をこれらの部品のために用い、これらの部品
に熱的方法（火炎又はプラズマ溶射）によりセラミック
又は炭化物又は酸化物の材料の溶射層を設けることも考
えられる。セラミックに関しては例えばＡｌ2 Ｏ3 、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ＋ＴｉＯ2、Ｃｒ2 Ｏ3 ／ＮｉＡｌ又はＣｒ2
Ｏ3 を用いることができ、炭化物に関しては例えばＷＣ
／Ｃｏ、ＷＣ／Ｎｉ／Ａｌ又はＣｏ／Ｃｒ／Ｍｏ／Ｗ／
Ｎｉ／Ｓｉを用いることができ、また酸化物に関しては
例えばＴｉＯ2 又はＺｒＯ2 を用いることができる。そ
のほか金属部品の被覆のために化学的又は物理的蒸着法
を使用することもでき、そのために例えばＶＣ、Ｎｂ
Ｃ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｗ2 Ｃ、Ｃｒ7 Ｃ3 又はＡｌ2 Ｏ
3 を用いることができる。
【０００８】すべての翼が流体機械の停止時間中に軸方
向全長にわたり直線的な軸方向移動により空所中へ導入
でき、かつすべての空所が貫流路に向かう稜部を有する
ように空所が形成されることにより、空所中への翼の導
入の際に翼から堆積層を削り取ることができる。
向全長にわたり直線的な軸方向移動により空所中へ導入
でき、かつすべての空所が貫流路に向かう稜部を有する
ように空所が形成されることにより、空所中への翼の導
入の際に翼から堆積層を削り取ることができる。
【０００９】
【実施例】次にこの発明に基づく流体機械の複数の実施
例を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
例を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
【００１０】第１図に示す流体機械は一つ又は複数の流
入路２が内部に設けられたハウジング１を有する。ハウ
ジング１と強固に結合された軸受ハウジング２２には、
半径方向へ貫流されるロータ４が軸３上に回転自在に軸
受支持されている。ロータ４はこの実施例ではタービン
ロータである。流入路２は貫流路５を介してロータ４と
結合されている。貫流方向に関してロータ４の前方に翼
６を備える案内装置７が配置されている。案内装置７は
ロータ４の周囲に同心に配置され側壁として形成された
リング形の調節要素８を有する。調節要素８には貫流路
５の中へ達する翼６が強固に取り付けられている。この
調節要素８は貫流路５に対し直稜部にすなわち軸３に対
し軸平行に移動可能に流体機械のハウジング１の中に配
置されている。調節要素８の軸方向寸法は、調節要素８
とハウジング１との間の流れを防止するために、タービ
ンの運転の際の最大の所定調節行程より大きいように選
択されている。流体機械の運転中には調節行程の大きさ
は、最小貫流断面積が最大貫流断面積の少なくとも半分
の大きさであるように設計されている。さもなければ案
内装置の後ろでの強い流れ剥離による効率の低下を覚悟
しなければならない。しかしタービンの停止中には調節
要素８を翼６の清掃のために貫流路５の幅全体にわたり
動かすことができる。案内装置７の調節要素８と向かい
合う側壁９は強固に軸受ハウジング２２中に組み込ま
れ、翼６の輪郭に相応する空所１０を有する。空所１０
は僅かに錐形に構成されているので、貫流路に向かう稜
部２３は翼６から堆積物を除去するために逃げ研磨面付
ききさげのように働くことができる。錐形の凹所の最も
狭い個所は貫流路５に隣接する。翼６の軸方向寸法は、
最大貫流断面に調節されている場合にも翼が側壁９の空
所１０中で案内されるように選択されている。
入路２が内部に設けられたハウジング１を有する。ハウ
ジング１と強固に結合された軸受ハウジング２２には、
半径方向へ貫流されるロータ４が軸３上に回転自在に軸
受支持されている。ロータ４はこの実施例ではタービン
ロータである。流入路２は貫流路５を介してロータ４と
結合されている。貫流方向に関してロータ４の前方に翼
６を備える案内装置７が配置されている。案内装置７は
ロータ４の周囲に同心に配置され側壁として形成された
リング形の調節要素８を有する。調節要素８には貫流路
５の中へ達する翼６が強固に取り付けられている。この
調節要素８は貫流路５に対し直稜部にすなわち軸３に対
し軸平行に移動可能に流体機械のハウジング１の中に配
置されている。調節要素８の軸方向寸法は、調節要素８
とハウジング１との間の流れを防止するために、タービ
ンの運転の際の最大の所定調節行程より大きいように選
択されている。流体機械の運転中には調節行程の大きさ
は、最小貫流断面積が最大貫流断面積の少なくとも半分
の大きさであるように設計されている。さもなければ案
内装置の後ろでの強い流れ剥離による効率の低下を覚悟
しなければならない。しかしタービンの停止中には調節
要素８を翼６の清掃のために貫流路５の幅全体にわたり
動かすことができる。案内装置７の調節要素８と向かい
合う側壁９は強固に軸受ハウジング２２中に組み込ま
れ、翼６の輪郭に相応する空所１０を有する。空所１０
は僅かに錐形に構成されているので、貫流路に向かう稜
部２３は翼６から堆積物を除去するために逃げ研磨面付
ききさげのように働くことができる。錐形の凹所の最も
狭い個所は貫流路５に隣接する。翼６の軸方向寸法は、
最大貫流断面に調節されている場合にも翼が側壁９の空
所１０中で案内されるように選択されている。
【００１１】図２は案内装置７の翼６が係合する空所１
０を備える側壁９を示し、その際各翼６の輪郭を囲むで
きるだけ狭い間隙１１が形成されている。側壁９は一体
のリングとしてばかりでなく図示のように複数の個別部
分から集成することもできる。
０を備える側壁９を示し、その際各翼６の輪郭を囲むで
きるだけ狭い間隙１１が形成されている。側壁９は一体
のリングとしてばかりでなく図示のように複数の個別部
分から集成することもできる。
【００１２】更に流体機械はロータ４の軸３に対し同心
にハウジング１に回動可能に支持された調節リング１２
を有し、この調節リング中には回動方向に対し斜めに延
びる溝１３が掘り込まれ、また調節リングは調節レバー
１４と強固に結合されている。各溝１３にはピン１５が
係合する。各ピン１５はつめ１６を介して、ハウジング
１内で直線的に案内装置７のリング形の調節要素８の軸
線に対し平行に導かれたピン１７の自由端上に強固に取
り付けられている。ピン１７は同じく案内装置７の調節
要素８と強固に結合されている。清掃のために必要であ
るような貫流路５の全幅にわたる調節要素８の軸方向移
動を可能にするために、調節リング１２の幅は貫流路５
の最大幅より大きく選択されている。
にハウジング１に回動可能に支持された調節リング１２
を有し、この調節リング中には回動方向に対し斜めに延
びる溝１３が掘り込まれ、また調節リングは調節レバー
１４と強固に結合されている。各溝１３にはピン１５が
係合する。各ピン１５はつめ１６を介して、ハウジング
１内で直線的に案内装置７のリング形の調節要素８の軸
線に対し平行に導かれたピン１７の自由端上に強固に取
り付けられている。ピン１７は同じく案内装置７の調節
要素８と強固に結合されている。清掃のために必要であ
るような貫流路５の全幅にわたる調節要素８の軸方向移
動を可能にするために、調節リング１２の幅は貫流路５
の最大幅より大きく選択されている。
【００１３】機械的に又は油圧で又は空気圧で行うこと
ができる調節レバー１４の操作の際に、調節リング１２
が回動する。回動方向に対し斜めに延びる溝１３のため
に、ピン１７が調節リング１２により溝１３の延び方向
の傾斜に応じて多少とも軸方向に移動する。ピン１７の
軸方向移動により調節要素８及び貫流路５中へ達する翼
６が軸方向へ動く。その際翼６は多少とも案内装置７の
向かい合う側壁９の空所１０中へ入る。それにより翼６
の高さ従って貫流路５の貫流断面積が無段階に変更され
る。それにより貫流断面をそのつどの流量に適合させる
ことができる。その際調節運動のための制御量として例
えば流入路中の圧力のような流体機械自体の運転パラメ
ータを用いることができる。流体機械が排気タービン過
給機であるならば、エンジンの運転パラメータを制御量
として用いることもできる。
ができる調節レバー１４の操作の際に、調節リング１２
が回動する。回動方向に対し斜めに延びる溝１３のため
に、ピン１７が調節リング１２により溝１３の延び方向
の傾斜に応じて多少とも軸方向に移動する。ピン１７の
軸方向移動により調節要素８及び貫流路５中へ達する翼
６が軸方向へ動く。その際翼６は多少とも案内装置７の
向かい合う側壁９の空所１０中へ入る。それにより翼６
の高さ従って貫流路５の貫流断面積が無段階に変更され
る。それにより貫流断面をそのつどの流量に適合させる
ことができる。その際調節運動のための制御量として例
えば流入路中の圧力のような流体機械自体の運転パラメ
ータを用いることができる。流体機械が排気タービン過
給機であるならば、エンジンの運転パラメータを制御量
として用いることもできる。
【００１４】流体機械は図３に示すように調節可能な案
内装置１８を有することもできる。この案内装置１８は
その翼１９が側面部２１を介して流体機械の軸受ハウジ
ング２２と結合されるように構成されている。側壁とし
て形成された調節要素２０は翼１９の輪郭に適合し翼１
９により貫かれる空所１０を有し、空所中には図３の初
期位置に示された翼１９が若干突入している。各翼１９
の輪郭を囲んでここでもできるかぎり狭い間隙１１が残
っている。この実施例の場合も空所１０は第１の実施例
と同様に同じ目的のために僅かに錐形に形成することが
できる。この調節要素２０はピン１７により上記の限界
内で移動可能である。可能な位置が図３に破線で示され
ている。この実施例の場合にも調節要素２０を貫流路５
の幅全体にわたって軸方向に移動できるようにするため
に、空所１０は少なくとも翼６の軸方向寸法と同じ深さ
に構成しなければならない。この調節要素２０は側壁９
と同様に一体にするか又は複数の部分から集成すること
ができる。
内装置１８を有することもできる。この案内装置１８は
その翼１９が側面部２１を介して流体機械の軸受ハウジ
ング２２と結合されるように構成されている。側壁とし
て形成された調節要素２０は翼１９の輪郭に適合し翼１
９により貫かれる空所１０を有し、空所中には図３の初
期位置に示された翼１９が若干突入している。各翼１９
の輪郭を囲んでここでもできるかぎり狭い間隙１１が残
っている。この実施例の場合も空所１０は第１の実施例
と同様に同じ目的のために僅かに錐形に形成することが
できる。この調節要素２０はピン１７により上記の限界
内で移動可能である。可能な位置が図３に破線で示され
ている。この実施例の場合にも調節要素２０を貫流路５
の幅全体にわたって軸方向に移動できるようにするため
に、空所１０は少なくとも翼６の軸方向寸法と同じ深さ
に構成しなければならない。この調節要素２０は側壁９
と同様に一体にするか又は複数の部分から集成すること
ができる。
【００１５】この変形例は、流動力により生じる接線力
がピン１７上に働かず、ピン案内部中の大きい摩擦が避
けられるという長所を有する。
がピン１７上に働かず、ピン案内部中の大きい摩擦が避
けられるという長所を有する。
【００１６】軸方向移動の際の翼６、１９の固渋を心配
する必要なしに、案内装置７、１８の翼６、１９と案内
装置７、１８の側壁９又は案内装置２０中の空所１０と
の間の間隙１１を最小にするために、翼６、１９はほん
の僅かだけ錐形に特に筒形に構成することができる。
する必要なしに、案内装置７、１８の翼６、１９と案内
装置７、１８の側壁９又は案内装置２０中の空所１０と
の間の間隙１１を最小にするために、翼６、１９はほん
の僅かだけ錐形に特に筒形に構成することができる。
【図１】この発明に基づく流体機械の一実施例の軸方向
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示す案内装置の切断線Ａ−Ａによる断面
図である。
図である。
【図３】貫流断面を変更する調節要素の異なる実施例の
軸方向断面図である。
軸方向断面図である。
１ 流体機械ハウジング ４ ロータ ５ 貫流路 ６、１９ 翼 ７、１８ 案内装置 ８、２０ 調節要素 ９、２１ 部品 １０ 空所 １２ 調節リング １３ 溝 １５、１７ ピン １６ つめ ２２ 軸受ハウジング ２３ 稜部
Claims (9)
- 【請求項１】 半径方向へ貫流されるロータ、翼を有す
る案内装置、及び同心に配置されロータ軸に対し平行に
移動可能であって貫流断面を変更する調節要素を備え、
その際調節要素が案内装置の側壁の一部としてタービン
の流出側に形成され、案内装置の向かい合う側壁が軸受
ハウジングと強固に結合され、貫流断面中へ突入する翼
の高さが調節要素の直線状の軸方向移動及び翼の輪郭に
相応し翼を収容する空所により変更可能であるような流
体機械において、空所（１０）はすべての翼（６、１
９）がその軸方向全長にわたり調節要素（８、２０）の
直線的な軸方向移動により空所（１０）の中へ導入可能
であるように構成され、また空所（１０）が翼（６、１
９）の表面付着物除去のために貫流路（５）に向かう稜
部（２３）を有し、空所（１０）を備える部品（９、２
０）がセラミックから成り、翼（６、１９）がこれを支
持する部品（８、２１）と共に金属材料から成ることを
特徴とする流体機械。 - 【請求項２】 翼（６）を支持する部品（８）は翼
（６）が強固に結合された調節要素であり、空所（１
０）を有する部品（９）は向かい合って置かれ軸受ハウ
ジング（２２）を介して流体機械のハウジング（１）と
強固に結合された案内要素（７）の側壁（９）であるこ
とを特徴とする請求項１記載の流体機械。 - 【請求項３】 翼（１９）を支持する部品（２１）が流
体機械の軸受ハウジング（２２）と強固に結合された案
内装置（１８）の側面部分であり、この側面部分に翼
（１９）が強固に結合され、空所（１０）を有する部品
（２０）が調節要素を形成する案内装置（１８）の側壁
であることを特徴とする請求項１記載の流体機械。 - 【請求項４】 空所（１０）が僅かに錐形に形成され、
それにより貫流路（５）に向かう稜部（２３）が翼
（６、１９）の表面付着物除去のために逃げ研磨面付き
きさげのように働くことを特徴とする請求項１ないし３
の一つに記載の流体機械。 - 【請求項５】 ハウジング（１）内に調節リング（１
２）がロータ（４）の軸に対し同心に回動可能に支持さ
れ、この調節リングはその回動方向に対し斜めに延びる
溝（１３）を有し、溝には調節要素（８、２０）と強固
に結合された各一つのピン（１５）が係合することを特
徴とする請求項１ないし４の一つに記載の流体機械。 - 【請求項６】 つめ（１６）を備えるピン（１５）が調
節リング（１２）の溝（１３）に係合し、各つめ（１
６）がハウジング（１）内で直線的に導かれるピン（１
７）の自由端に固く係合し、ピン（１７）が案内装置
（７、１８）の調節要素（８、２０）に強固に結合され
ていることを特徴とする請求項１ないし５の一つに記載
の流体機械。 - 【請求項７】 運転中は最小貫流断面積が最大貫流断面
積の少なくとも半分の大きさであることを特徴とする請
求項１ないし６の一つに記載の流体機械。 - 【請求項８】 空所を備える部品（９、２０）が一体に
加工されていることを特徴とする請求項１記載の流体機
械。 - 【請求項９】 空所を備える部品（９、２０）が複数の
部分から集成されていることを特徴とする請求項１記載
の流体機械。
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