JP2005194903A - 圧縮機静翼環 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストの低減、部品点数の削減及び磨耗原因となる部品の排除を実現した圧縮機静翼環を提供する。
【解決手段】 内側シュラウド２と外側シュラウド３と静翼４とを有する圧縮機静翼環１において、内側シュラウド２の外周部及び外側シュラウド３の内周部に、静翼４を嵌め込むための嵌込溝８，９をタービン回転軸と略同方向に沿って形成し、静翼４の両端部には嵌込溝８，９に嵌合する嵌込部６，７を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮機を構成する静翼環に関し、例えばガスタービンの圧縮機静翼環に適用することが可能である。

ガスタービンの圧縮機に設けられる静翼は、静翼の外側（車室側）を外側シュラウドにより支持すると共に静翼の内側（タービン回転軸側）を内側シュラウドにより支持した後、外側シュラウドを車室に固定することにより、複数の静翼がタービン回転軸の周囲に一周に亘って並ぶように設置されている。

静翼を内側シュラウド又は外側シュラウドに支持する構造としては、シュラウドに静翼の先端が貫通する穴を設け、この穴に静翼の先端を貫通させた後に当該貫通部において溶接やロウ付けにより接続する構造がある（下記、特許文献１，２参照）。

また、他の支持構造としては、例えば図８に示す支持構造がある。同図に示すように、タービンの軸方向に対して垂直方向に形成された円環状の内側シュラウド３２と外側シュラウド３３とがあり、これらのシュラウド３２，３３には円周方向に沿って内側嵌込溝３８、外側嵌込溝３９が成形されている。一方、静翼３４は、翼部３５と、翼部３５の両端に設けられた内側嵌込部３６と外側嵌込部３７とを有し、内側嵌込部３６及び外側嵌込部３７をシュラウドの円周方向（タービンの軸方向に対して垂直方向）にスライドさせるようにして、それぞれシュラウドの内側嵌込溝３８及び外側嵌込溝３９に嵌め込むことにより、静翼３４を両シュラウド３２，３３により支持している（下記、特許文献３参照）。

静翼３４の内側嵌込部３６及び外側嵌込部３７は、それぞれフック３６ａ、フック３７ａを有し、静翼３４の両嵌込部が両シュラウドの嵌込溝に嵌め込まれる際に、フックが嵌込溝の内部の形状に嵌合することにより、シュラウド３２，３３の嵌込溝３８，３９から静翼３４の嵌込部３６，３７が外れないように規制されている。すなわち、静翼３４は、シュラウド３２，３３に対して円周方向のみにスライドするように規制されている。

特開平１０−３１７９１０号公報 特開平９−１８０１９６号公報 特開平９−３１７６９６号公報

圧縮機の静翼は、一般にタービン側の静翼と比較して、厚さが薄く、そりが少なく、またタービンの軸周り一周分の翼枚数が少ない。したがって、図８に示すように、静翼３４と静翼３４との間にスペーサー４０を挿入して静翼３４同士の間隔を大きくすることにより、翼枚数を調整する構造が用いられる。

しかしながら、この構造によれば、圧縮機静翼環を構成する部品点数が増加したり、スペーサー４０が気流の乱れにより振動してシュラウド３２，３３の嵌込溝３８，３９およびスペーサー４０が磨耗したりするといった不都合がある。

これに対して、静翼３４の嵌込部３６，３７の円周方向の長さを長くして、すなわち、図８に示す嵌込部３６，３７とスペーサー４０とを一体化した長さの嵌込部とした静翼を作製することも考えられる。しかしながら、この場合には、翼部３５に比べて相対的に大きな嵌込部となり、静翼３４を一本の棒材から削り出して作製する場合には、多量の削代を要することになる。また、鍛造により予め近似形状を作製した後、削り仕上げする場合にも、肉流れの都合で削り代が高くなってしまう。

さらに、静翼３４の翼部３５にかかる荷重は比較的小さいため、翼部３５を支持するための嵌込部３６，３７としては、比較的小さなものでも十分であり、上述するいずれの作製方法であっても、強度上必要な嵌込部を有する静翼の製造コストと比較して、製造コストの増加は避けられない。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、比較的製造コストの少ない静翼を用いると共にスペーサー等の部品追加を避けることにより、製造コストの低減、部品点数の削減及び磨耗原因となる部品の排除を実現した圧縮機静翼環を提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明に係る圧縮機静翼環は、
内側シュラウドと外側シュラウドと静翼とを有する圧縮機静翼環において、
前記内側シュラウドの外周部及び外側シュラウドの内周部には、前記静翼を嵌め込むための嵌込溝がタービン回転軸と略同方向に沿って形成されると共に、
前記静翼の両端部には、前記嵌込溝に嵌合する嵌込部が設けられることを特徴とする圧縮機静翼環である。

また、上記圧縮機静翼環において、
前記内側シュラウドは、３つの円環状の部材をタービン回転軸の方向に重ねてなることを特徴とする圧縮機静翼環である。

また、上記圧縮機静翼環において、
前記内側シュラウドを構成する３つの円環状の部材のうち、中央の円環状の部材にのみ前記嵌込溝が形成されることを特徴とする圧縮機静翼環である。

また、上記圧縮機静翼環において、
前記嵌込部には、前記静翼が前記内側シュラウド又は前記外側シュラウドから外れることを防止する凸部が設けられると共に、
前記嵌込溝には、前記凸部が嵌合する凹部が設けられることを特徴とする圧縮機静翼環である。

また、上記圧縮機静翼環において、
前記嵌込部には、前記静翼が前記内側シュラウドから外れることを防止する凸部が設けられると共に、前記嵌込溝には、前記凸部が嵌合する凹部が設けられ、
当該凸部及び凹部は、前記シュラウドの円周方向に沿って形成されることを特徴とする圧縮機静翼環である。

また、上記目的を解決する本発明に係る圧縮機静翼環は、
ガスタービン用であることを特徴とする上記圧縮機静翼環である。

本発明に係る圧縮機静翼環によれば、
内側シュラウドと外側シュラウドと静翼とを有する圧縮機静翼環において、
前記内側シュラウドの外周部及び外側シュラウドの内周部には、前記静翼を嵌め込むための嵌込溝がタービン回転軸と略同方向に沿って形成されると共に、
前記静翼の両端部には、前記嵌込溝に嵌合する嵌込部が設けられることとしたので、
静翼の両端に設ける嵌込部を小さくして加工コストを低減させることができると共に、シュラウドにおける隣り合う嵌込溝同士の間がスペーサーの役割を果たすので、構成部品の点数の削減、磨耗原因となる部品をなくしたことによる製品の信頼性の向上を実現することができる。

また、上記圧縮機静翼環において、前記内側シュラウドは、３つの円環状の部材をタービン回転軸の方向に重ねてなることとしたので、
中央の円環状の部材を挟み込む両側の円環状の部材により、嵌込溝から嵌込部が軸方向にずれることを防止することができる。

また、上記圧縮機静翼環において、前記内側シュラウドを構成する３つの円環状の部材のうち、中央の円環状の部材にのみ前記嵌込溝が形成されることとしたので、
嵌込部の軸方向へのずれを防止することができることに加え、嵌込部を更に小さくすることができ、静翼の作製時間及び作製コストを削減することができる。

また、上記圧縮機静翼環において、
前記嵌込部には、前記静翼が前記内側シュラウド又は前記外側シュラウドから外れることを防止する凸部が設けられると共に、
前記嵌込溝には、前記凸部が嵌合する凹部が設けられることとしたので、
静翼が内側シュラウド又は外側シュラウドから外れることを確実に防止することができる。

また、上記圧縮機静翼環において、
前記嵌込部には、前記静翼が前記内側シュラウドから外れることを防止する凸部が設けられると共に、前記嵌込溝には、前記凸部が嵌合する凹部が設けられ、
当該凸部及び凹部は、前記シュラウドの円周方向に沿って形成されることとしたので、
旋盤加工等において手間がかかると共に加工歪みの原因ともなる軸方向の加工によらず、旋盤加工が容易な円周方向の加工で形成することができるので、簡単にフックを形成することができる。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る圧縮機静翼環の一部の概略外観図である。また、図２は、第１の実施形態に係る圧縮機静翼環を円周方向から見た概略断面図である。また、図３は、第１の実施形態に係る圧縮機静翼環の組立工程を示す概略組立図である。これらの図に基づいて第１の実施形態に係る圧縮機静翼環を説明する。

図１に示すように、圧縮機静翼環１は、円環状の内側シュラウド２及び外側シュラウド３と、内側シュラウド２と外側シュラウド３との間に一定間隔で複数設置された静翼４とから構成されている。両シュラウド２，３は中心を同じにして半径の異なる円環であり、中心にはタービンの回転軸が位置し、タービン回転軸の軸方向と両シュラウド２，３の円周方向とが垂直となるように外側シュラウド３がガスタービンの車室に設置される。

静翼４は、翼の本体部分である翼部５と、翼部５の一端に成形された内側嵌込部６と、他端に成形された外側嵌込部７とを有し、内側嵌込部６には凸状のフック６ａ、外側嵌込部７には凸状のフック７ａが共にタービン回転軸の方向に沿って連続的に凸状となるように設けられている。一方、内側シュラウド２の外周部には、静翼４の内側嵌込部６と嵌合する内側嵌込溝８が成形されており、外側シュラウド３の内周部には、静翼４の外側嵌込部７と嵌合する外側嵌込溝９が成形されている。

内側嵌込溝８は、内側シュラウド２の外周部において、タービンの回転軸の方向と同方向に成形された溝であり、外側嵌込溝９は、外側シュラウド３の内周部において、タービンの回転軸の方向と同方向に成形された溝である。嵌込溝８，９の内部には、静翼４の嵌込部６，７に設けられた凸状のフック６ａ，７ａが嵌合する、軸方向に沿って連続的に凹状となる凹部が設けられている。

静翼４の嵌込部６，７がシュラウドの嵌込溝８，９に嵌め込まれたときに、フック６ａ，７ａが溝内の凹部に嵌合することにより、内側シュラウド２から静翼４がシュラウド半径方向の外側に向かって外れること、及び、外側シュラウド３から静翼４がシュラウド半径方向の内側に向かって外れることを防止している。

図２に示すように、外側シュラウド３が車室１０に設けられた溝に設置されることにより、内側シュラウド２と外側シュラウド３と静翼４とから構成される圧縮機静翼環１が車室１０に固定される。また、本実施形態では、内側嵌込部６のタービン回転軸の方向の長さは、内側シュラウドの幅Ｗ_inと同じである。

本実施形態にかかる圧縮機静翼環１の組立てに関しては、図３に示すように、シュラウド２，３の円周方向と垂直となるタービン回転軸の方向（嵌込方向）に沿って静翼４’を移動させ、内側シュラウド２の外周部において軸方向と同方向に成形された内側嵌込溝８に内側嵌込部６’を、外側シュラウド３の内周部において軸方向と同方向に成形された外側嵌込溝９に外側嵌込部７’をスライドさせながら嵌め込む。

静翼４における翼部５の高さ寸法の誤差や、両シュラウド２，３に設けた嵌込溝８，９の位置及び深さの公差の集積分は、シュラウド１群の翼枚数が３枚以上のときにはシュラウドと翼間の過剰拘束となる。この場合には、加工公差、嵌込溝８，９と嵌込部６，７との隙間等を調整することにより、圧縮機静翼環の全体的なバランスを調整する。

本実施形態によれば、静翼４の両端に設ける嵌込部６，７を小さくして加工コストを低減させることができると共に、内側シュラウド２の外周部における隣り合う内側嵌込溝８同士の間がスペーサー（図８のスペーサー４０参照）の役割を果たすので、構成部品の点数の削減、磨耗原因となる部品をなくしたことによる製品の信頼性の向上を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係る圧縮機静翼環の部分的（内側シュラウド部分）な概略分解図である。また、図５は、第２の実施形態に係る圧縮機静翼環を円周方向から見た概略断面図である。これらの図に基づいて第２の実施形態に係る圧縮機静翼環を説明する。なお、本実施形態に係る圧縮機静翼環は、第１の実施形態に係る圧縮機静翼環と比較して、内側シュラウド部分の構造が異なり、当該部分以外は第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略する。

静翼１４は、翼の本体部分である翼部１５と、翼部１５の一端に成形された内側嵌込部１６とを有し、内側嵌込部１６には凸状のフック１６ａがタービン回転軸の方向に沿って連続的に凸状となるように設けられている。内側シュラウドは、円環状の中央シュラウド12ａと、中央シュラウド12ａの上流側に設けられる円環状の前側シュラウド12ｂと、中央シュラウド12ａの下流側に設けられる円環状の後側シュラウド12ｃとから構成される。これらの３つのシュラウドは同半径の円環であり、各シュラウド12ａ，12ｂ，12ｃに設けられた固定穴20ａ，20ｂ，20ｃに固定ネジ２０が貫通して固定されることにより一体となって内側シュラウドが形成される。なお、上記「上流」及び「下流」とは、圧縮機内を流れる空気の流れについて、「上流」及び「下流」を意味する。

内側シュラウドを構成する中央シュラウド12ａの外周部には、静翼１４の内側嵌込部１６と嵌合する内側嵌込溝１８が形成されている。内側嵌込溝１８は、中央シュラウド12ａの外周部において、タービンの回転軸の方向と同方向に成形された溝である。内側嵌込溝１８の内部には、静翼１４の内側嵌込部１６に設けられた凸状のフック１６ａが嵌合する、軸方向に沿って連続的に凹状となる凹部が設けられている。前側シュラウド12ｂ及び後側シュラウド12ｃには、嵌込溝は設けられていない。

静翼１４の内側嵌込部１６が中央シュラウド12ａの内側嵌込溝１８に嵌め込まれたときに、フック１６ａが溝内の凹部に嵌合することにより、中央シュラウド12ａから静翼１４がシュラウド半径方向の外側に向かって外れることを防止している。

本実施形態にかかる圧縮機静翼環の組立てに関しては、中央シュラウド12ａの円周方向と垂直となるタービン回転軸の方向（嵌込方向）に沿って静翼１４を移動させ、中央シュラウド12ａの外周部において軸方向と同方向に成形された内側嵌込溝１８に内側嵌込部１６をスライドさせながら嵌め込む。次に、すべての静翼１４が嵌め込まれた中央シュラウド12ａを、軸方向に沿って両側から前側シュラウド12ｂと後側シュラウド12ｃとにより挟み込んだ後、固定ネジ２０で、３つのシュラウド12ａ，12ｂ，12ｃを固定する。この結果、中央シュラウド12ａに嵌め込まれた静翼１４は、軸方向への移動が禁止される。

図５に示すように、本実施形態では、内側嵌込部１６のタービン回転軸の方向の長さは、３つのシュラウド12ａ，12ｂ，12ｃから構成される内側シュラウドの幅Ｗ_inよりも小さい。

一般に、旋盤加工等においてシュラウドを作製する場合には、円周方向の加工に比べて、円周方向に垂直となるような加工を必要とする形状、例えば嵌込溝１８等の加工は手間がかかると共に加工歪みの原因ともなることがある。これに対して、本実施形態によれば、シュラウドを構成する中央シュラウド12ａのみに嵌込溝１８を形成すればよいため、第１の実施形態よりも嵌込溝１８の軸方向の溝長さを短くして加工時間及び加工歪みのおそれを削減することができる。また、静翼１４に設ける内側嵌込部１６も同様に第１の実施形態よりも小さくすることができるため、加工コストを低減させることができる。

また、静翼１４の内側嵌込部１６を前側シュラウド12ｂ及び後側シュラウド12ｃにより軸方向に沿って挟み込んでいるため、静翼１４の軸方向のずれを確実に禁止することができる。

なお、図２に示すように、静翼が嵌め込まれた外側シュラウドにおける軸方向に垂直な二つの面（側面）は、外側シュラウドが車室に設置される際に車室に挟み込まれているので、外側シュラウドを本実施形態のようにシュラウド構造を３つに分割して前側シュラウド及び後側シュラウドを作製する必要はない。

＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態に係る圧縮機静翼環の部分的（内側シュラウド部分）な概略分解図である。また、図７は、第３の実施形態に係る圧縮機静翼環を円周方向から見た概略断面図である。これらの図に基づいて第３の実施形態に係る圧縮機静翼環を説明する。なお、本実施形態に係る圧縮機静翼環は、第１の実施形態に係る圧縮機静翼環と比較して、内側シュラウド部分の構造が異なり、当該部分以外は第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略する。

静翼２４は、翼の本体部分である翼部２５と、翼部２５の一端に成形された内側嵌込部２６とを有し、内側嵌込部２６には凸状のフック26ａ，26ｂが設けられている。フック26ａ，26ｂは、内側嵌込部２６の軸方向に向かって突出する凸状のフック（シュラウドの円周方向に沿って設けられる）であり、フック26ａは内側嵌込部２６の上流側に設けられ、フック26ｂは、内側嵌込部２６の下流側に設けられている。

内側シュラウドは、円環状の中央シュラウド22ａと、中央シュラウド22ａの上流側に設けられる円環状の前側シュラウド22ｂと、中央シュラウド22ａの下流側に設けられる円環状の後側シュラウド22ｃとから構成される。これらの３つのシュラウドは同半径の円環であり、各シュラウド22ａ，22ｂ，22ｃに設けられた固定穴30ａ，30ｂ，30ｃに固定ネジ３０が貫通して固定されることにより一体となって内側シュラウドが形成される。

内側シュラウドを構成する中央シュラウド22ａの外周部には、静翼２４の内側嵌込部２６と嵌合する内側嵌込溝２８が形成されている。内側嵌込溝２８は、中央シュラウド22ａの外周部において、タービンの回転軸の方向と同方向に成形された溝である。前側シュラウド22ｂ及び後側シュラウド22ｃには、嵌込溝は設けられていない。

内側嵌込部２６に設けられたフック26ａ，26ｂは、軸方向に突出するように設けられているので、内側嵌込溝２８の内部には、第１及び第２の実施形態のように、フックが嵌合する凹部を設ける必要はない。その代わりに、前側シュラウド22ｂには、凸状のフック26ａと嵌合する凹状の溝28ａがシュラウドの円周方向に沿って設けられ、後側シュラウド22ｃには、凸状のフック26ｂと嵌合する凹状の溝28ｂがシュラウドの円周方向に沿って設けられている。溝28ａ，28ｂは、各シュラウドの一周に亘って形成されている。

静翼２４の内側嵌込部２６が中央シュラウド22ａの内側嵌込溝２８に嵌め込まれた後、中央シュラウド22ａが前側シュラウド22ｂ及び後側シュラウド22ｃにより挟み込まれたときに、フック26ａ，26ｂが溝28ａ，28ｂに嵌合することにより、内側シュラウドから静翼２４がシュラウド半径方向の外側に向かって外れることを防止している。

本実施形態にかかる圧縮機静翼環の組立てに関しては、中央シュラウド22ａの外周部において軸方向と同方向に成形された内側嵌込溝２８に静翼２４の内側嵌込部２６を嵌め込む。次に、すべての静翼２４が嵌め込まれた中央シュラウド22ａを、軸方向に沿って両側から前側シュラウド22ｂと後側シュラウド22ｃとにより挟み込んだ後、固定ネジ３０で、３つのシュラウド22ａ，22ｂ，22ｃを固定する。この結果、中央シュラウド22ａに嵌め込まれた静翼２４は、軸方向への移動が禁止される。

図５に示すように、本実施形態では、内側嵌込部２６のタービン回転軸の方向の長さは、３つのシュラウド22ａ，22ｂ，22ｃから構成される内側シュラウドの幅Ｗ_inよりも小さい。

上述するように、旋盤加工等においてシュラウドを作製する場合には、例えば嵌込溝２８等の加工は手間がかかると共に加工歪みの原因ともなることがある。更に、第１及び第２の実施形態におけるフックと嵌合する凹部は、内側嵌込溝の内部に設けられているため、加工が難しい。

これに対して、本実施形態によれば、第１の実施形態よりも内側嵌込溝２８の軸方向の溝長さを短くすると共に、内側嵌込溝２８の溝形状を単純なものとして、加工時間及び加工歪みのおそれを削減することができる。フック26ａ，26ｂと嵌合する溝28ａ，28ｂは、旋盤加工が容易な円周方向の加工で形成することができる。また、静翼２４に設ける内側嵌込部２６も同様に第１の実施形態よりも小さくすることができるため、加工コストを低減させることができる。

また、静翼２４の内側嵌込部２６を前側シュラウド22ｂ及び後側シュラウド22ｃにより軸方向に沿って挟み込んでいるため、静翼２４の軸方向のずれを確実に禁止することができる。

なお、図２に示すように、静翼が嵌め込まれた外側シュラウドにおける軸方向に垂直な二つの面（側面）は、外側シュラウドが車室に設置される際に車室に挟み込まれているので、外側シュラウドを本実施形態のようにシュラウド構造を３つに分割して前側シュラウド及び後側シュラウドを作製する必要はない。

本発明は、圧縮機の静翼環として適用可能なことは上記各実施形態で説明したとおりであるが、タービン側の静翼にも適用することができる。

第１の実施形態に係る圧縮機静翼環の一部の概略外観図である。 第１の実施形態に係る圧縮機静翼環を円周方向から見た概略断面図である。 第１の実施形態に係る圧縮機静翼環の組立工程を示す概略組立図である。 第２の実施形態に係る圧縮機静翼環の部分的な概略分解図である。 第２の実施形態に係る圧縮機静翼環の一部の概略断面図である。 第３の実施形態に係る圧縮機静翼環の部分的な概略分解図である。 第３の実施形態に係る圧縮機静翼環の一部の概略断面図である。 従来の圧縮機静翼環の組立工程を示す概略組立図である。

符号の説明

１ 圧縮機静翼環
２ 内側シュラウド
３ 外側シュラウド
４ 静翼
５ 翼部
６ 内側嵌込部
６ａ フック
７ 外側嵌込部
７ａ フック
８ 内側嵌込溝
９ 外側嵌込溝
１０ 車室
Ｗ_in 内側シュラウド幅
１２ａ 中央シュラウド
１２ｂ 前側シュラウド
１２ｃ 後側シュラウド
１４ 静翼
１５ 翼部
１６ 内側嵌込部
１６ａ フック
１８ 内側嵌込溝
２０ 固定ネジ
２０ａ，２９ｂ，２０ｃ 固定穴
２２ａ 中央シュラウド
２２ｂ 前側シュラウド
２２ｃ 後側シュラウド
２４ 静翼
２５ 翼部
２６ 内側嵌込部
２６ａ フック
２８ 内側嵌込溝
３０ 固定ネジ
３０ａ，３９ｂ，３０ｃ 固定穴
４０ スペーサー

Claims (6)

1. 内側シュラウドと外側シュラウドと静翼とを有する圧縮機静翼環において、
   前記内側シュラウドの外周部及び外側シュラウドの内周部には、前記静翼を嵌め込むための嵌込溝がタービン回転軸と略同方向に沿って形成されると共に、
   前記静翼の両端部には、前記嵌込溝に嵌合する嵌込部が設けられることを特徴とする圧縮機静翼環。
2. 請求項１に記載する圧縮機静翼環において、
   前記内側シュラウドは、３つの円環状の部材をタービン回転軸の方向に重ねてなることを特徴とする圧縮機静翼環。
3. 請求項２に記載する圧縮機静翼環において、
   前記内側シュラウドを構成する３つの円環状の部材のうち、中央の円環状の部材にのみ前記嵌込溝が形成されることを特徴とする圧縮機静翼環。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載する圧縮機静翼環において、
   前記嵌込部には、前記静翼が前記内側シュラウド又は前記外側シュラウドから外れることを防止する凸部が設けられると共に、
   前記嵌込溝には、前記凸部が嵌合する凹部が設けられることを特徴とする圧縮機静翼環。
5. 請求項２又は３に記載する圧縮機静翼環において、
   前記嵌込部には、前記静翼が前記内側シュラウドから外れることを防止する凸部が設けられると共に、前記嵌込溝には、前記凸部が嵌合する凹部が設けられ、
   当該凸部及び凹部は、前記シュラウドの円周方向に沿って形成されることを特徴とする圧縮機静翼環。
6. ガスタービン用であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載する圧縮機静翼環。

Images