CN101652534A - 静叶环以及使用该静叶环的轴流压缩机 - Google Patents

静叶环以及使用该静叶环的轴流压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够抑制热变形及强度降低的可能，确保形状的自由度，提高压缩性能的静叶环。具有在静叶片(27)的两端部一体形成与该静叶片(27)的一枚部分对应而分割的内侧套筒部(31)及外侧套筒部(29)的静叶体(21)，以及由呈圆弧形状的板部件形成，并设置于沿周向邻接的多个静叶体(21)的内侧套筒部(31)及外侧套筒部(29)的至少任一方的相对于静叶片(27)的相反侧的、成形为圆弧形状的结合部件(23)，静叶体(21)的周向长度的一部分焊接在结合部件(23)上。

Description

静叶环以及使用该静叶环的轴流压缩机
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机压缩机等轴流压缩机，更详细地说，涉及一种轴流压缩机的静叶环。
背景技术
轴流压缩机的静叶环在圆周方向上大致等间隔地配置多枚，例如数十枚～数百枚静叶片。
以往，该静叶环的组装例如专利文献1及专利文献2所示地，大多采用如下方式，即，将静叶片的两端部插入形成车室壁的内侧或外侧的套筒的孔中暂时地安装，此后从套筒的侧面圆周状地进行电子束焊接，将静叶片与内侧及外侧的套筒接合。
专利文献1：日本特公昭58-57276号公报
专利文献2：日本特公昭59-2761号公报
但是，在上述专利文献1及专利文献2所公开的技术中，由于贯穿静叶环的全周上的接合部从套筒的侧面到静叶片中心部地进行电子束焊接，因此在静叶片及套筒上会作用大量的热量。在该热量的作用下，静叶片及套筒有可能变形。
如果静叶片翘曲，则空气的流动紊乱，压缩效率降低。此外，如果套筒翘曲，例如由于套筒的内侧面有起伏，套筒会向车室内突出、凹陷。因此，由于在车室的壳体内表面与套筒内表面之间产生阶差，车室内的流动会紊乱，导致压缩性能降低。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种能够抑制热变形及强度降低的可能，确保形状的自由度，提高压缩性能的静叶环，以及使用该静叶环的轴流压缩机。
本发明为了解决上述技术问题采用了以下的手段。
本发明的第一形式提供了一种静叶环，所述静叶环具有静叶分割体与结合部件，上述静叶分割体在静叶片的两端部一体形成与该静叶片的一枚部分对应而分割的内侧套筒部及外侧套筒部，上述结合部件由呈圆弧形状的板部件形成，并设置于沿周向邻接的多个上述静叶分割体的上述内侧套筒部及上述外侧套筒部中的至少任一方的相对于上述静叶片的相反侧，上述静叶分割体的周向长度的一部分焊接在上述结合部件上。
根据本形式，一体形成的静叶分割体位于结合部件的规定位置上，将静叶分割体的周向长度的一部分焊接在结合部件上并固定。通过如此在每个静叶分割体上反复地进行，形成圆弧状的静叶环的部分(静叶环扇形体)。
将该静叶环扇形体通过依次地将设置在外侧套筒部的侧部上的嵌合部插入设置在壳体上的引导槽内而形成环状的静叶环。
这样，由于仅静叶体分割体的周向长度的一部分焊接接合在结合部件上，可使入热量减小。并且，由于静叶分割体被一个一个地焊接，且其不连续，热量能够向空气中散发，被蓄积的可能较小。此外，由于静叶分割体相对于内侧或外侧的套筒部上的静叶片在相反侧接合，热量对静叶片带来的影响较小。
因而，能够抑制形成的静叶环因热量而变形的可能。由此，由于热变形引起的压缩气体的流动紊乱被抑制，能够保持规定的压缩性能。
此外，由于静叶分割体与结合部件通过焊接接合，能够保持接合强度较强的充分的构造强度。
再者，由于静叶片的形状与静叶分割体和结合部件的接合无关，能够对应于要求的压缩性能自由地决定静叶片的形状。
此外，在上述形式中，最好在设有上述结合部件的上述内侧套筒部或上述外侧套筒部设有让上述结合部件插入的槽部。
这样，对于静叶分割体的结合部件的在与周向交差的方向上的定位能够容易并且准确地进行。
此外，在上述形式中，最好上述结合部件的相对于上述静叶片相反侧的面位于比设有上述结合部件的上述内侧套筒部或上述外侧套筒部的相对于上述静叶片相反侧的面更靠上述静叶片一侧的位置。
这样，结合部件即使由于热应力变形，也不会比内侧套筒部或上述外侧套筒部向外侧伸出，能够允许热翘曲。此外，在例如将静叶环扇形体插入壳体的引导槽中的情况下，由于结合部件与引导槽不接触，能够使静叶环扇形体与引导槽的滑动面积减小，能够容易地进行静叶环的组装作业。
本发明的第二形式提供一种具有能够抑制热变形及强度降低的可能，确保形状的自由度，提高压缩性能的静叶环的轴流压缩机。
根据该形式，由于具有能够抑制热变形及强度降低的可能，确保形状的自由度，提高压缩性能的静叶环，能够提高轴流压缩机的强度及压缩性能。
由此，能够提高例如燃气轮机的热效率。
根据本发明，由于一体形成的静叶分割体位于结合部件的规定位置上，静叶分割体的周向长度的一部分通过焊接固定在结合部件上，形成圆弧状的静叶环的部分(静叶环扇形体)，能够在抑制形成后的静叶环由于热量而变形的可能的同时保持充分的构造强度。
此外，由于抑制了由热变形引起的压缩气体的流动紊乱，并且能够与要求的压缩性能相对应地自由地决定静叶片的形状，从而能够保持规定的压缩性能。
附图说明
图1为示出使用本发明一实施例的静叶环的燃气轮机的上半部的概略剖面图。
图2为示出本发明一实施例的静叶环的侧视图。
图3为示出本发明的一实施例的静叶环扇形体的立体图。
图4为图2的X-X剖面图。
图5为本发明的一实施例的静叶环扇形体从外侧所见的局部俯视图。
图6为示出本发明的另一实施例的结合部件的安装状态横剖面图。
图7为示出本发明的另一实施例的结合部件的安装状态横剖面图。
图8为示出本发明的另一实施例的结合部件的安装状态横剖面图。
图9为示出本发明的另一实施例的静叶体的剖面图。
图10为示出本发明的另一实施例的结合部件的安装状态横剖面图。
图11为示出本发明的另一实施例的静叶体的剖面图。
附图标号说明
1、燃气轮机
3、压缩机
13、静叶环
21、静叶体
23、结合部件
24、结合部件
27、静叶片
29、外侧套筒
31、内侧套筒
37、外侧面
39、槽
P、周向
具体实施方式
以下，参照图1～图5，对本发明的一实施例的燃气轮机进行说明。
图1为示出本实施例的燃气轮机1的上半部的概略剖面图。图2为示出本实施例的静叶环13的侧视图。图3为示出本实施例的静叶环扇形体19的立体图。图4为图2的X-X剖面图。图5为从外侧看静叶环扇形体19的局部俯视图。
如图1所示，燃气轮机1具有压缩空气的压缩机(轴流压缩机)3、使用由压缩机3压缩的空气使燃料燃烧的燃烧器5、引导来自燃烧器5的燃烧气体的涡轮机7。构成包含压缩机3、燃烧器5及涡轮机7的燃气轮机1的机器由壳体9覆盖。
压缩机3构成将动叶环11和静叶环13在回转轴方向上交替地设置的轴流压缩机。
动叶环11由在回转轴15的周围放射状地安装的多个动叶片17构成。多个动叶片17被沿周向P大致等间隔地设置。
如图2所示，静叶片13由在周向P上分割的8个静叶环扇形体19构成。
如图3所示，静叶环扇形体19具有多个静叶体(静叶分割体)21、将这些静叶体21结合的预先呈圆弧地成形的结合部件23、密封座25。
静叶体21具有静叶片27、与静叶片27的每一枚量相对应地被分割的外侧套筒部29及与静叶片27的每一枚量相对应地被分割的内侧套筒部31。
静叶体21将这些静叶片27、外侧套筒部29及内侧套筒部31通过由13Cr不锈钢预制件的切削加工而形成为一体。
外侧套筒部29为大致长方体形状。在外侧套筒部29上，具有在回转轴方向L的两端部外侧位置上贯穿周向P全长的突起部33。
在壳体9的内周面上，具有将外侧套筒29滑动自如地引导的引导槽部35。突起部33嵌合在引导槽部35的在回转轴方向的两端部上具有的凹部中，具有引导外侧套筒部29滑动的功能。
在外侧套筒部29的外侧面(相对于静叶片27相反侧的面)37上设置有在该回转轴方向L的大致中央部上贯通周向P全长的槽39。槽39的底面成为沿周向P的断面形状为向外侧凸起的圆弧。槽39的回转轴方向L的两端部为朝向外侧开放的倾斜面。
内侧套筒部31为大致长方体形状。内侧套筒部31的在回转轴方向L的两端部外侧面成为沿回转轴方向L的断面朝向回转轴方向L外侧开放的コ字形状。
在内侧套筒部31的内侧面(相对于静叶片27相反侧的面)41上设置有在该回转轴方向L的大致中央部上贯通周向P全长的槽43。
结合部件23为例如13Cr不锈钢制的长条的板材。结合部件23的面部构成圆弧形状地弯曲。结合部件23具有静叶环1的大致八分之一周长的长度。
结合部件23的横断面形状为梯形，其长边部与槽39的内侧面的回转轴方向L的长度大致相等。结合部件23的厚度比槽39的深度小。
在结合部件23的长边部被配置成位于槽39的底面上的情况下，结合部件23的侧面与槽39的侧面形成大致V字状的斜面。
静叶体21的外侧套筒部29的槽39与结合部件23嵌合，通过TIG焊接结合在结合部件23上。焊接部45如图5所示地，为外侧套筒部29的周向长度的大致三分之一(一部分)。
焊接不限于TIG焊接，也可使用例如电子束焊接等适宜的方法。
再者，槽39的在回转轴方向L的两端部为朝向外侧开放的倾斜面，但其也可例如图6及图7所示地为相对于底面大致正交的面，也可如图8所示的台阶状。
在此情况下，对于结合部件23的横断面形状及宽度，可与槽39的形状相配合地使用适宜的形状。
例如，图6中所示的结合部件23为，横断面形状为大致矩形状，宽度与槽39的宽度大致相等。
在此情况下，结合部件23与外侧套筒部29通过角焊接接合。
在结合部件23的宽度与槽39的宽度大致相等时，可容易地进行结合部件23的在回转轴方向L上的定位。
图7中所示的结合部件23为，横断面形状为大致矩形状，宽度比槽39的宽度小。
在此情况下，由于以流入槽39的侧面与结合部件23的间隙的状态进行焊接，焊接作业变得容易。
图8中所示的结合部件23为，横断面形状大致为矩形状，宽度与槽39的底侧的宽度大致相等。
在此情况下，在槽39的底侧的侧面上，可容易地进行结合部件23的在回转轴方向L上的定位，可以流入槽39的上侧的侧面与结合部件23的间隙中的状态容易地进行焊接。
密封座25具有静叶环1的大致八分之一周长的长度。在密封座25的在回转轴方向L的两侧上部上具有与内侧套筒部31的在回转轴方向L的朝向外侧开放的コ字状的侧面相互嵌合的突起部47。
在密封座25的下部安装有密封部件49。
密封座25与构成静叶环扇形体19的全部的内侧套筒部31连通并卡合，具有保持内侧套筒部31的位置的功能。
燃烧器5通过压缩空气供给通路51与压缩机3连接。燃烧器5在周向上具有多个，将由压缩空气供给通路51供给的压缩空气与其它途径供给的燃料混合、燃烧，产生高温高压的燃烧气体，并将其向涡轮机7供给。
涡轮机7构成将静叶片和动叶片在回转轴方向L上交替设置的轴流涡轮机。动叶片安装在回转轴15上，通过高温高压的燃烧气体向回转方向移动，并使回转轴15回转。
回转轴15在使压缩机3的动叶环11回转的同时，与例如未图示的发电机相连接并产生电力。
对于以上构成的静叶环13的组装、安装进行说明。
首先，将静叶体21、结合部件23及密封座25按各自规定形状制造一定数量。
静叶体21通过由材料预制件切割加工成规定形状。
结合部件23为将长条的板材切断为规定的长度及宽度，在两侧部上加工倾斜面(切削、切断)。此后，以形成具有规定的曲率半径的圆弧的状态进行弯曲加工。
在结合部件23的一端部上放入一个静叶体21。由于在结合部件23的端部上预先设置有外侧套筒部29的设置位置的标记，以与该标记相配合地使外侧套筒部29的槽39嵌合在结合部件23上的状态设置。
这样，由于静叶体21的相对于结合部件23的在回转轴方向L上的定位可通过将槽39嵌合在结合部件23中来进行，能够容易并且准确地进行。
在形成的V字状的斜面中将槽39与结合部件23进行TIG焊接，使两者接合。该TIG焊接如图5所示地在周向P的大致中央位置上贯通外侧套筒部29的大致三分之一的长度上进行。
然后，放入第2个静叶体21。此时，第2个外侧套筒部29将已经接合的静叶体21的外侧套筒部29的另一端侧端面作为标记(例如接触)地被定位。
在该状态下，第2个静叶体21与上述同样地通过TIG焊接接合在结合部件23上。
如此反复，将规定数量的静叶体21接合在结合部件23上。
此外，第2个以下的外侧套筒部29作为定位的标记，但也可例如在结合部件23上另外设置标记，也可测量每次位置来定位。
将全部静叶体21接合在结合部件23上后，将密封座25安装在静叶体21的内侧套筒部31上。
密封座25被以从一端侧的内侧套筒部31的端部将其突起部47嵌合在内侧套筒部31的侧面上的状态插入。
由此，形成了静叶环扇形体19。
设置在各外侧套筒部29两侧上的突起部33形成大致连续的圆弧形状。
将被制造后的静叶环扇形体19放入壳体9中。将静叶环扇形体19的突起部33嵌合于设置在壳体9上的引导槽部35的凹部中，使静叶环扇形体19沿引导槽部35滑动，设置在规定位置上。
依次反复进行，将静叶环13组装好。
这样，由于仅静叶体21的外侧套筒部29的周方向P长度的大致三分之一焊接接合在结合部件23上，对静叶体21的入热量较小。
并且，由于静叶体21被一个一个地焊接，并且其不连续，伴随着焊接的热量能够向空气中散发，被蓄积的可能较小。
此外，由于静叶体21在作为外侧套筒部29的相对于静叶片27相反侧的槽39处接合在结合部件23上，焊接的热量对静叶片27的影响较小。
因而，能够抑制形成的静叶环扇形体由于热量而变形的可能。
由此，由于向外部套筒部29的空气通路的出入及静叶片27的变形被抑制，能够抑制压缩空气的流动的紊乱。
由此，压缩机3能够保持规定的压缩性能，因此能够提高燃气轮机1的热效率。
此外，由于静叶体21与结合部件23通过焊接被接合，接合强度较强，静叶环13能够保持充分的构造强度。
再者，由于静叶片27的形状同静叶体21与结合部件23的接合无关系，能够对应于要求的压缩性能自由地决定静叶片27的形状。
由于结合部件23的厚度比槽39的深度小，结合部件23的外侧面位于比外部套筒部29的外侧面37更靠内侧(静叶片27一侧)的位置上。
为此，结合部件23即使由于热应力变形，也不会比外侧套筒部29向外侧突出，因此能够允许结合部件23的热翘曲。
此外，在例如将静叶环扇形体19插入壳体9的引导槽35中的情况下，由于结合部件23不会与引导槽35接触，能够使静叶环扇形体19与引导槽39的滑动面积减小，能够容易地进行静叶环13的组装作业。
在燃气轮机1的运行中由于空气流使静叶环13的静叶片27振动。在本实施例中，由于邻接的内侧套筒部31相互间或内侧套筒部31与密封座25之间的接触部因滑动而产生磨擦阻尼效果，能够将静叶片27的振动抑制得较小。
由此，由于能够降低作用在静叶片27上的应力，能够实现静叶片27的薄壁化，从而能够提高压缩机的性能。
由于如果去除结合部件23与外部套筒部29的焊接部45，能够将静叶体21取出，在例如静叶片27的一枚破损的情况下，能够容易地进行其更换。
再者，在本实施例中，外侧套筒部29通过焊接接合在结合部件23上，但并不限定于此。
也可例如图9所示地，在内侧套筒部31的相对于静叶片27的相反侧设置与结合部件23大致相同构造的结合部件24，将结合部件24与内侧套筒部31通过局部焊接接合。
这样，能够提高静叶环扇形体19的强度。
此外，由于结合部件24抑制了内侧套筒部31的自由移动，不需要设置密封座。因此，能够使静叶环13的构造简单化。
结合部件24最好如图10所示地，横断面形状为梯形，内侧套筒部31的槽的形状朝向内侧(相对于静叶片27的相反侧)变窄地形成。
如果这样，即使在万一焊接部破断使结合部件24能够自由地移动的情况下，由于结合部件24不会向回转轴15一方移动，安全性提高。
此外，也可如图11所示地，不安装结合部件23地仅靠结合部件24将静叶体21接合。
在此情况下，由于外部套筒部29侧有向周向打开的可能性，最好以适宜手段控制该变化。
此外，本发明并不限定于本实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够适宜地变更。

Claims (4)

1、一种静叶环，其特征在于，
具有静叶分割体与结合部件，
所述静叶分割体在静叶片的两端部一体形成与该静叶片的一枚部分对应而分割的内侧套筒部及外侧套筒部，
所述结合部件由呈圆弧形状的板部件形成，并设置于沿周向邻接的多个所述静叶分割体的所述内侧套筒部及所述外侧套筒部的至少任一方的相对于所述静叶片的相反侧，
所述静叶分割体的周向长度的一部分焊接在所述结合部件上。
2、如权利要求1所述的静叶环，其特征在于，
在设有所述结合部件的所述内侧套筒部或所述外侧套筒部设有让所述结合部件插入的槽部。
3、如权利要求1或2所述的静叶环，其特征在于，
所述结合部件的相对于所述静叶片相反侧的面位于比设有所述结合部件的所述内侧套筒部或所述外侧套筒部的相对于所述静叶片相反侧的面更靠所述静叶片一侧的位置。
4、一种轴流压缩机，其特征在于，
具有权利要求1～3中任一项所述的静叶环。
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