JP2006250147A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】翼端漏洩渦の発生による振動が誘起する静翼の破損を排除し、または最低限に抑えること。
【解決手段】静翼を両端で内側および外側静止ケーシング（４４、４２）に固定することによって、翼端漏洩を完全に回避し、それにより、振動を誘起する機構を回避する。内側ケーシング表面から離間する静翼翼端を有する片持ち圧縮機静翼では、流れを下流方向に先細にするように流路の内側面を形作ることによって、空気流れの剥離を防止し、または最低限に抑え、流れの流路表面への付着を維持し、その結果、翼端渦誘起振動が回避される。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機、特に内側静止部品と外側静止部品との間にある圧縮機静翼に関し、詳細には、翼端漏洩渦の発生を最小化または排除する装置に関する。

タービンのための圧縮機では、通常、静翼が、動翼を取り付けた圧縮機ロータを囲繞する固定または静止ケーシングに取り付けられている。それにより、圧縮機に流入した空気は、圧縮し加熱されてタービンの種々の構成要素へ流れる。圧縮機の後端部では、外側静止部品に固定された静翼は、半径内側方向への片持ち梁であり、その翼端は内側静止部品から離間している。圧縮機後端部のこれら静翼は、通常、圧縮機からの流れを真直ぐにするために使用される。圧縮空気が、内側静止部品と外側静止部品との間に画成される流路を通って流れるときに、圧縮空気の一部は、片持ち静翼の翼端を廻って高圧側から低圧側、すなわち凹部側から凸部側へ流れる。しかしながら、流れが翼端と内側静止部品との間を通過するとき渦を形成する。ある空気力学的条件下では、渦が静翼翼端から発生するとき、翼の固有振動数を増幅する、ある振動数の振動を静翼に生じることが判明している。これによって、圧縮機静翼の破損に至ることがある。

したがって、結果として振動を誘起する翼端漏洩渦を最低限に抑え、または排除して、そのような誘起振動から生じる静翼の破損を発生させないような装置が、必要とされる。

本発明の好ましい実施形態では、内側静止ケーシングおよび外側静止ケーシングと、前記内側静止ケーシングと外側静止ケーシングとの間に延在し、それらに半径方向の両端が固定され、それによって、各静翼の両面間の翼端漏洩、および翼端漏洩渦の発生によって誘起される静翼の振動を排除する複数の静翼とを備える圧縮機を提供する。

本発明の好ましい実施形態では、複数の静翼ならびにその静翼周りに内側シュラウドおよび外側シュラウドを有し、それによって、内側シュラウドに沿った、静翼の内側端部の両面間の翼端漏洩を排除する静翼セグメントを備える圧縮機を提供する。

本発明のさらに好ましい実施形態では、複数の静翼および外径側シュラウドを有する静翼セグメントと、静翼の翼端から離間し、流れを下流に向かって先細にするような形状の、流路に露出した表面を有する内側静止ケーシングとを備える圧縮機を提供する。

ここで図１を参照すると、全体が１０で表された圧縮機部分および全体が１２で表されたタービン部分が示されている。圧縮機１０は、空気を、タービン１２の様々な部分で用いるために圧縮し加熱することが理解されよう。また、圧縮機部分１０からの圧縮された空気の一部を燃料と混合し、燃焼して、様々な段数のタービン１２に流入させる複数の燃焼器筒１４の１つが示されている。タービンは、加圧され加熱された燃焼ガスを機械的回転エネルギーに変換し、それによってタービンロータの回転が有益な仕事を行うことができ、たとえば発電機に結合されて発電を行う。その生成された仕事の一部を、圧縮機１０のロータ１６を回転させるために使用して、タービンに供給される空気を最初に圧縮する。

図１に示されるように、圧縮機のロータ１６には、それと共に回転する複数の動翼１８が取り付けられ、圧縮機の外側ケーシング２２には、複数の静翼２０が取り付けられている。圧縮機の後端部には、１列または複数列の静翼２４が、外側ケーシング２２に固定され、そこからの片持ちになっている。図では、軸方向に間隔を空けて配置された３列の静翼２４の円周列が示され、その円周列では静翼２４が円周方向に離間配置されている。上記で指摘したように、外側静止ケーシング２２と内側静止ケーシング２６との間に片持ちになる静翼２４の翼端は、図２に示すように、内側ケーシング２６からの間隔が小さくなっている。翼端と内側ケーシング２６との間の間隙は、静翼２４の高圧凹部側から静翼２４の低圧凸部側への流れを許し、渦を形成させる。これらの渦は、ある条件下では静翼２４の固有振動数を増幅することがある前後動の周波数成分を有することが判明している。これが起きると、静翼が破損する可能性が強くなる。

この可能性を最低限にし、または排除するような、圧縮機軸周りに配置された静翼の環状列中の複数の静翼の１枚を構成する静翼４０が、図３を参照すると、示されている。静翼４０は、外側固定静止ケーシング４２と内側固定円筒状ケーシング４４との間に配設されている。静翼の両端は、ケーシング４２および４４にそれぞれ固定されている。その結果、図２に示された静翼の翼端と内側静止ケーシングとの間の間隙は閉じられる。これが、各翼の両面間で静翼の翼端を廻る空気の流路から生じる渦の形成を防止し、したがって、渦の発生、およびそれによる共振の可能性を完全に排除する。

図４および５に示される本発明の別の態様では、静翼４６は、外側固定ケーシング４８と内側固定ケーシング５０との間に延在する。各静翼４６は、図５に全体を５２で示す圧縮機静翼セグメントの複数の静翼の１枚を構成する。セグメント５２は、外側シュラウドまたはバンド５４、および内側シュラウドまたはバンド５６を有する。静翼４６は、２つのバンド５４と５６との間に延在する。各セグメント５２は、その段の総翼数に応じて、任意の数の静翼を備えることができる。したがって、再び図４を参照すると、セグメント５２は、外側ケーシング４８に固定され、静翼および内側バンド５６はケーシング４８から片持ちになっている。内側バンド５６の外径面は、好ましい形状にされている。すなわち、内側バンド５６の外径面５８は、半径外側方向かつ下流方向に、内側ケーシングと外側ケーシングとの間に画成された圧縮空気流路に関して先細になる。

各静翼４６を外側バンドと内側バンドの両方に固定することができ、その結果翼端漏洩を回避し、それによって励振源、すなわち翼端漏洩渦も排除することができることが理解されるであろうが、片持ち静翼の翼端と対向する内側ケーシングとの間に間隙があるにも拘わらず、静翼翼端の漏洩渦による振動が誘起する静翼の破壊の発生を最低限に抑えることも可能である。すなわち、内側ケーシングが翼端漏洩渦を剥離させない外形になっている場合、静翼４６は、内側ケーシングから離間した翼端を有する片持ちのままにすることもできる。すなわち、下流方向への先細流れのために翼端漏洩渦が外形面から剥離しないですみ、内側および外側の流路画成面に付着したままになっている場合、翼端漏洩渦によって誘起される振動は、最低限に抑えられ、または排除される。図６では、内側ケーシング６０は、流れを半径外側方向で下流方向に先細にするような形状の流路内側面６２を有する。流れを先細にすることにより、静翼６４の翼端がケーシング６０から離間しているにも拘わらず、翼端漏洩渦の剥離が防止される。それにより、さもなければ静翼の破損を生じる可能性のある励振源が、最低限に抑えられる。

本発明を、現時点で最も実際的かつ好ましい実施形態であると考えられるものと関連して記述してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる様々な変更形態および均等な構成物を包含するものである。

圧縮機およびタービンの部分概略断面図である。 従来技術による圧縮機の後端部の構成の部分断面図である。 本発明の態様による静止構成部品間の静翼を示す部分断面図である。 本発明の別の態様を示す図３と同様な図である。 本発明の態様による圧縮機静翼セグメントの斜視図である。 本発明の別の態様を示す図４と同様な図である。

符号の説明

１０ 圧縮機
１２ タービン
１４ 燃焼器筒
１６ ロータ
１８ 動翼
２０ 静翼
２２ 外側ケーシング
２４ 静翼
２６ 内側ケーシング
４０ 静翼
４２ 外側固定静止ケーシング
４４ 内側固定円筒状ケーシング
４６ 静翼
４８ 外側固定ケーシング
５０ 内側固定ケーシング
５２ 静翼セグメント
５４ 外側シュラウドまたはバンド
５６ 内側シュラウドまたはバンド
５８ 外径面
６０ 内側ケーシング
６２ 流路内側面
６４ 静翼

Claims (5)

1. 内側静止ケーシングおよび外側静止ケーシング（４４、４２）と、
   前記内側ケーシングと外側ケーシングとの間に延在し、半径方向両端にて前記内側ケーシングと外側ケーシングに固定された複数の静翼（４０）とを具備することにより、
   各静翼の両面間の翼端漏洩、および翼端漏洩渦の発生によって誘起される静翼振動を排除することを特徴とする圧縮機（１０）。
2. 複数の静翼（４６）と、
   前記静翼の周りに配置され、前記静翼の内側端部および外側端部にそれぞれ固定された内側静止シュラウドおよび外側静止シュラウド（５６、５４）とを有する静翼セグメント（５２）を具備することにより、
   前記内側シュラウドに沿った、前記静翼の内側翼端部の両面間の翼端漏洩を排除することを特徴とする圧縮機。
3. 前記内側シュラウドと外側シュラウドとが、隣接する静翼間に先細流路を画成して、少なくとも１つの前記内外シュラウドの表面からの流れの剥離を最小化または排除することを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
4. 前記内側シュラウド（５６）が上流側表面および下流側表面を有し、前記下流側表面が、圧縮機の軸に対して半径方向外側へ上流側表面より大きな距離に広がって、先細流路ができるようにすることを特徴とする請求項３記載の圧縮機。
5. 複数の静翼（６４）および外径側シュラウドを有する静翼セグメントと、
   前記静翼の翼端から離間した内側静止ケーシングであって、流路に露出し、下流方向に流れを先細にするような形状の表面（６２）を有する内側静止ケーシング（６０）と、
   を具備する圧縮機。

Images