JP2007100700A - 圧縮機内に不均一なステータベーン間隔を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機内に不均一なステータベーン間隔を形成する方法を提供する。
【解決手段】隣接する段Ｓ０及びＳ１における圧縮機上部ケーシングのステータブレード数は、付加的なステータベーン、従って増加したベーン数を備えるように現場で変更される。具体的には、圧縮機の上部ケーシング半体（３０）は、下部ケーシング半体から取り外される。第１段バケットの軸方向に対向する側面に位置する元のステータベーン（３１）は、上部ケーシング半体（３０）から取り外され、圧縮機の上部及び下部半体の間での並びに軸方向に隣接する段Ｓ０及び段Ｓ１の間での不均一なベーン間隔を形成するように付加的な組のステータベーン（３３）によって置き換えられる。等しくないベーン数は、段Ｓ０及びＳ１間の回転ブレードの振動応答を減少させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧縮機におけるステータベーンの不均一な間隔形成に関し、具体的には、隣接する回転ブレードの振動応答を最小にするか又は排除するための、圧縮機段の圧縮機上部及び下部ケーシング半体におけるステータベーンの不等なブレード数に関する。

軸流圧縮機では、ステータベーンは、圧縮機の様々な段において回転ブレード又はバケットと交互に配置される。ステータベーンは、圧縮機軸線の周りに互いに円周方向に間隔を置いて配置され、圧縮機上部及び下部ケーシング半体に固定される。上部及び下部ケーシング半体は、圧縮機中線において互いに接合され、各圧縮機段におけるステータベーンの完全な円周方向アレイを形成する。ロータ上に取り付けられた各回転ブレードが所定の回転速度で各回転を行う時、回転ブレードは、各ステータベーンから空気力学的励振パルスを受ける。このパルスは、上流側ステータベーンの伴流又は下流側ステータベーンの頭部波により発生する可能性がある。また、上流側及び下流側ステータベーン数の間の差により、回転ブレード内に励振が発生する可能性もある。これらのパルスは、回転ブレード内に振動応答を誘起し、この振動応答は、回転ブレードにとって有害であって高サイクル疲労による破損を引き起こすおそれがある。

一般的に、所定の段の圧縮機ケーシングの上部及び下部半体におけるステータベーン数又はブレード数は、その数が互いに等しい。例えば、所定の圧縮機の最初の段Ｓ０では、圧縮機上部及び下部ケーシング半体の各々におけるステータベーンのブレード数は、２４／２４個である。次の段Ｓ１では、ブレード数は、２２／２２個である。最初の数は、上部ケーシング半体におけるステータベーン数を表し、次の数は、同一段の下部ケーシング半体におけるステータベーン数を表している。従って、段Ｓ０及び段Ｓ１における全ステータベーン数は、それぞれ４８個及び４４個のステータベーンとなる。しかしながら、回転ブレードの振動応答の理由で、これまでは上部及び下部ケーシング半体間で不均一なベーン間隔が使用されてきた。従って、後続段において上部及び下部ブレード数を異なりかつ別のものにして、振動応答を減少させるか又は排除してきた。例えば、１つの圧縮機では、段Ｓ０及びＳ１は、それぞれ２４／２３個及び２３／２４個のベーン数を有する。これらの不等なブレード数は、元の装置製造において使用されてきた。

しかしながら、現場には、所定の段の圧縮機上部及び下部半体内に等しい数のステータベーンがある著しい数の使用中の圧縮機が存在している。現場における他の一部の圧縮機は、隣接する段、例えばＳ０及びＳ１が等しい数のブレードを有するが圧縮機ケーシングの上部及び下部半体の間では別のブレード数を有する状態で、圧縮機上部及び下部半体内に等しくない数のステータベーンを有している。現場においてブレード数を変更することは、現場における高コストのロータの取り外しを必要とするので、これまでは現実的ではないと考えられてきた。
米国特許第５，２１３，７１２号公報

従って、現場においてロータを取り外すことを必要とせずに、同一段の圧縮機上部及び下部半体間で不等なブレード数を備えて振動応答を減少させるように圧縮機を改造する必要性が生じてきた。

本発明の好ましい態様によると、現場におけるステータベーンの据え付け方法を提供し、本方法は、圧縮機ケーシングの上部半体におけるブレード数の変更を可能にし、その場ですなわち現場で圧縮機を不等な圧縮機上部及び下部ケーシングブレード数を有する圧縮機にグレードアップして回転ブレードの振動応答を減少させるのを可能にする。例えば、所定数のステータベーンを備えた現場における特定の圧縮機の場合に、圧縮機ケーシングの上部半体における隣接するステータ段は、増加したステータブレード数、例えばＳ０段ステータベーンにおいては４９個のブレード数またＳ１段ステータベーンにおいては４７個のブレード数を生じる段Ｓ０の場合の２６／２３個また段Ｓ１の場合の２４／２３個にされる。従って、圧縮機ケーシングの上部半体だけが、現場でステータベーン数を変更するための取り外しを必要とするが、各段の圧縮機下部半体では同一のステータブレード数が維持されたままとなる。ブレード数を変更するためにロータの取り外し及び下部ケーシング半体へのアクセスが必要でないので、ステータベーン数のこの変更に対して大きな利点が得られる。圧縮機上部半体におけるステータベーンブレード数だけを変更すること及び隣接するステータ段のブレード数を変化させることによって、回転ブレードは同期振動応答に固定されるおそれがなく、その結果として高サイクル疲労が最少にされるか又は回避される。

本発明の好ましい実施形態では、圧縮機を改造する方法を提供し、本方法は、（ａ）圧縮機ケーシングの上部半体をその場で取り外して圧縮機を開放するステップと、（ｂ）第１のブレード数を有するそのアレイの第１の組のステータベーンを圧縮機ケーシングの取り外した上部半体から取り外すステップと、（ｃ）取り外した第１の組のステータベーンの代わりに、該第１の組のステータベーンのベーン数とは異なる第２のベーン数を有する第２の組のベーンを圧縮機ケーシングの取り外した上部半体内に据え付けるステップと、（ｄ）第２の組のベーンを備えた圧縮機ケーシングの上部半体を圧縮機ケーシングの下部半体に固定することによって圧縮機を閉鎖するステップとを含む。圧縮機は、１つの組の圧縮機回転バケットに隣接する少なくとも１つのアレイのステータベーンによって発生する空気力学的励振パルスに対する該１つの組の圧縮機回転バケットの振動応答を減少させるようにその場で改造されるのが好ましい。

図１を参照すると、全体を符号１０で示した圧縮機の上部半体を示している。圧縮機１０は、該圧縮機の軸線の周りで回転するようになったバケット又はブレード１４を取り付けたロータ１２と、上部ケーシング半体１８に固定されたステータベーン１６とを含む。ロータのベーン１４は、ロータ軸線の周りに互いに円周方向に間隔を置いて配置され、またステータベーン１６は、同様に軸線の周りに互いに円周方向に間隔を置いて配置される。ベーン及びバケットは、圧縮機の様々な段を形成する。例えば、ベーン２０及びバケット２２は圧縮機段Ｓ０を形成し、一方、ベーン２４及びバケット２６は段Ｓ１を形成する。入口案内ベーン２８もまた、図１に示している。

図２を参照すると、段Ｓ０のステータベーン２０と段Ｓ１のステータベーン２４とを概略的に示している。ロータ１２上に取り付けられたバケット２２は、ステータベーン２０及び２４間に配置された状態で示している。ステータベーン２０及び２４並びに他の段のステータベーンは一般的に、図３及び図４にそれぞれ符号３０及び３２で概略的に示した上部及び下部ケーシング半体に取り付けられる。周知なように、圧縮機ケーシングの上部及び下部半体は、水平中線においてボルト止めフランジ３４によって互いに固定され、このボルト止めフランジ３４により、ロータを下部半体３２内に保持したままの状態で該下部半体からケーシングの上部半体を取り外すことが可能になる。図２に示すステータベーン２０及び２４の上部及び下部半体は、分かり易くするために互いに分離した状態で示している。

図３に示す従来の圧縮機ステータベーンの構成では、圧縮機上部及び下部半体には各々、等しい数のステータベーンが取り付けられている。この例示したものでは、上部及び下部半体の各々には、２３個のステータベーンが含まれていた。上流側及び下流側ステータベーンからの流動パルスによる励振に起因する、ロータ上に取り付けたバケット又はベーンの振動応答を減少させるために、本発明の態様では、圧縮機ケーシングの上部半体におけるステータベーンだけを付加的な数のベーンと置き換えて、それぞれ圧縮機ケーシングの上部及び下部半体において等しくない数のベーンを備えるようにする。さらに、第２の段Ｓ１も同様に、上部及び下部半体間で等しくない数のステータベーンを備えるようにする。両方の場合に、圧縮機ケーシングの上部半体は、その場ですなわち現場で、下部ケーシング半体からロータを取り外さずに付加的な数のステータベーンを備えるように改造される。

図４に据え付け手法を概略的に示す。先ず、ケーシングの上部半体が取り外され、それにより圧縮機上部半体によって支持されたステータベーンへのアクセスができるようになる。次ぎに、第１のブレード数を有するその元のアレイの元の第１の組３１のステータベーンが、圧縮機ケーシングの取り外した上部半体から取り外される。ケーシングの上部半体におけるステータベーンの数は、例えば元の２３個のベーンではなくて２６個のベーンに増加させるのが好ましい。従って、第２の組３３のステータベーンが、ケーシングの取り外した上部半体内に据え付けられる。図４に概略的に例示したものでは、最終的なステータベーン３６を圧縮機ケーシングの上部半体内に据え付けた状態で示しており、それによるとケーシングの上部半体は今や、第２の組３３の２６個のステータベーン（元の２３個のステータベーンではなく）を支持し、また下部半体２３は、引き続き元の２３個のステータベーンを支持している。付加的なステータベーンを加えるために上部ケーシング半体を取り外すことは、下部ケーシング半体からロータを取り外すことを必要としない。これにより、現場ですなわちその場で圧縮機を改造することが可能になる。

段Ｓ１のステータベーンは、その数が変更されることも分かるであろう。段Ｓ１の第３の組の元のステータベーンは、取り外した上部ケーシング半体内に第４の組３５の２４個のステータベーンを備えるよう変更されるが、下部ケーシング半体内には元の２３個のステータベーンを保持したままにするのが好ましい。以上の結果として、改良後の段Ｓ０は、４９個のブレードの全ブレード数において２６／２３個のブレード数を有し、一方、段Ｓ１は、４７個のブレードの全数において２４／２３個のブレード数を有する。上部及び下部ケーシング半体における等しくないブレード数並びに段Ｓ０及びＳ１を隣接させることにより、ロータのバケット又はベーン２２の振動応答が減少する。さらに、４９個及び４７個のブレード数は、それらが素数又はほぼ素数であるという事実、及びそれらが、典型的なエンジン次数励振、すなわち２／回転、３／回転及び４／回転の倍数の全体次数でないという事実に基づいて選択された。このことは一般的に、入口における空気の形態に由来する。エンジン空気は一般的に、大きな範囲のこれらのエンジン次数を有する。素数を使用することにより、これら励振次数の高調波が回避される。

本発明を現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、本発明が開示した実施形態に限定されるものではなく、反対に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護することを意図するものであることを理解されたい。

様々な圧縮機段を示す圧縮機の上部半体を分かり易くするためにその一部を破断した概略図。 それらの圧縮機上部及び下部半体内の異なるブレード数を示す、それらの間に回転ブレード又はバケットを備えた段Ｓ０及び段Ｓ１の斜視図。 圧縮機段の上部及び下部半体の両方内に等しいステータベーン数を有する圧縮機を示す概略端面図。 圧縮機上部半体の取り外し並びに取り外した上部半体におけるブレード数の変更を示す概略図。

符号の説明

１０ 圧縮機
１２ ロータ
１４ ブレード
１６、２０、２４、２８、３６ ベーン
２２ バケット
３０、３２ ケーシング半体
３４ フランジ
３１、３５ 組

Claims (7)

1. 圧縮機を改造する方法であって、
   （ａ）圧縮機ケーシングの上部半体（３０）をその場で取り外して前記圧縮機を開放するステップと、
   （ｂ）第１のブレード数を有するそのアレイの第１の組（３１）のステータベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体から取り外すステップと、
   （ｃ）前記取り外した第１の組のステータベーンの代わりに、該第１の組のステータベーンのベーン数とは異なる第２のベーン数を有する第２の組（３３）のベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体内に据え付けるステップと、
   （ｄ）前記第２の組（３３）のベーンを備えた前記圧縮機ケーシングの上部半体（３０）を前記圧縮機ケーシングの下部半体（３２）に固定することによって前記圧縮機を閉鎖するステップと、
   を含む方法。
2. 前記ステップ（ｂ）が、圧縮機回転ブレード配列における前記ステータベーンの１つのアレイと軸方向に対向する側面に位置するその別のアレイの第３の組のステータベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体（３０）から取り外すステップと、前記取り外した第３の組のステータベーンの代わりに、該第３の組のステータベーンのブレード数とは異なるブレード数を有する第４の組（３５）のステータベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体内に据え付けるステップとを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記ステップ（ｃ）が、同一の圧縮機段の対応する圧縮機下部ケーシング半体（３２）のステータベーンのブレード数よりも多いブレード数を有する第２の組（３３）のステータベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体内に据え付けるステップを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記第２の組（３３）のステータベーンが２６個のベーンを有し、また前記対応する下部半体のステータベーンが２３個のベーンを有する、請求項３記載の方法。
5. 前記ステップ（ｂ）が、圧縮機回転ブレード配列における前記ステータベーンの１つのアレイと軸方向に対向する側面に位置するその別のアレイの第３の組のステータベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体（３０）から取り外すステップと、前記取り外した第３の組のステータベーンの代わりに、同一の圧縮機段の対応する圧縮機下部ケーシング半体のステータベーンのブレード数よりも多いブレード数を有する第４の組（３５）のステータベーンを前記圧縮機ケーシングの取り外した上部半体内に据え付けるステップとを含む、請求項１記載の方法。
6. 前記第４の組（３５）のベーンが２４個のベーンを有し、また前記対応する下部半体のステータベーンが２３個のベーンを有する、請求項５記載の方法。
7. 前記ステップ（ａ）〜（ｄ）が、１つの組の圧縮機回転バケットに隣接する少なくとも１つのアレイのステータベーンによって発生する空気力学的励振パルスに対する該１つの組の圧縮機回転バケットの振動応答を減少させるように行われる、請求項１記載の方法。

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