JP2011252496A

JP2011252496A - ターボ機械圧縮機用のパッチリングセグメント

Info

Publication number: JP2011252496A
Application number: JP2011123096A
Authority: JP
Inventors: John David Memmer; ジョン・デビッド・メマー; Jeffrey Craig Moree; ジェフリー・クレイグ・モリー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2011-12-15
Also published as: CN102330703A; EP2392779A1; US20110299977A1

Abstract

【課題】パッチリングセグメントのエッジ部分が流路内に撓みロータブレード接触することを防止するターボ機械を提供する。
【解決手段】回転するロータブレード２５の先端部分から間隔を置いて、パッチリングセグメント４６が圧縮機ケーシング１２の内表面に取付けられる。少なくとも１つのパッチリングセグメント４６は、表面部分８４を通って第２の端部８３まで延びる第１の端部８２を有する本体８０を含む。第１の壁部材９０が、第１の端部８２から延び、また第２の壁部材９２が第２の端部８３から延びる。第１及び第２の壁部材９０、９２は、少なくとも１つのパッチリングセグメント４６のＣ字形状の断面を形成した曲込みセクション９４、９６を含む。
【選択図】図３

Description

例示的な実施形態は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械圧縮機用のパッチリングセグメントに関する。

ターボ機械圧縮機は、流路に沿って送られかつ燃焼器及びタービンの両方に送給される加圧空気流を形成する。圧縮機は、ケーシングに近接近して回転して加圧空気流を形成する複数のブレード又はバケットを含む。製造又は実使用摩耗により生じたケーシング内の表面欠陥は、圧縮機性能を低下させることになる。性能を高めるためには、ケーシング内の欠陥は、補修しなければならない。最近では、ケーシング内にパッチリング補修セグメントを組込んで、表面損傷を引き起こしているケーシング空隙、不良機械加工部又は運転欠損部を補修している。

最新のパッチリング補修セグメント設計は、「Ｔ字」形状の断面を有する取付けフランジを備えている。取付けフランジは、圧縮機ケーシング上の対応する構造体と係合する。フランジの特有の設計により、パッチリング補修セグメントの容易な組込み及び取外しが可能になる。しかしながら、容易に交換可能であるが、特定の圧縮機作動時に生じる温度勾配により、パッチリング補修セグメントのエッジ部分が流路内に撓みかつ複数のブレードの１つ又はそれ以上と接触することになる。従って、パッチリングセグメントの組込みが完了すると、複数のブレードの先端部分を機械加工して、何らかの必要な間隙を設けるようにすることが必要となる。先端部分の喪失により、圧縮機流量の減少及び作動効率の低下が生じる。

米国特許第６９９７６７３号明細書

本発明の１つの態様によると、ターボ機械は、流路を形成した内表面を有するケーシングを備えた圧縮機を含み、また少なくとも１つのブレードが、流路内で回転可能である。少なくとも１つのブレードは、内表面から間隔を置いて配置された先端部分を含む。少なくとも１つのパッチリングセグメントが、ケーシングの内表面に取付けられる。少なくとも１つのパッチリングセグメントは、表面部分を通って第２の端部まで延びる第１の端部を有する本体を含む。第１の壁部材が、第１の端部から延び、また第２の壁部材が、第２の端部から延びる。第１及び第２の壁部材は、少なくとも１つのパッチリングセグメントのＣ字形状の断面を形成した曲込みセクションを含む。

本発明の別の態様によると、ターボ機械は、流路を形成した内表面を有するケーシング及び流路内で回転可能である少なくとも１つのブレードを備えたターボ機械構成要素を含む。少なくとも１つのブレードは、内表面から間隔を置いて配置された先端部分を含む。少なくとも１つのパッチリングセグメントが、ケーシングの内表面に取付けられる。少なくとも１つのパッチリングセグメントは、表面部分を通って第２の端部まで延びる第１の端部を有する本体を含む。第１の壁部材が、第１の端部から延び、また第２の壁部材が、第２の端部から延びる。第１及び第２の壁部材は、少なくとも１つのパッチリングセグメントのＣ字形状の断面を形成した曲込みセクションを含む。

本発明のさらに別の態様によると、ターボ機械構成要素用のケーシングの流路部分を表面仕上げし直す方法は、ターボ機械構成要素の流路部分の表面の一部分を取除くステップと、ケーシングを流路内に延長した第１及び第２のフランジ要素を露出させるステップとを含む。第１及び第２のフランジ要素は、対応する第１及び第２のグルーブを形成する。第１及び第２のフランジ要素に隣接させて、第１及び第２の壁部材を有するパッチリングセグメントを配置する。第１及び第２の壁部材は、Ｃ字形状の断面を形成した対応する第１及び第２の曲込みセクションを含む。第１及び第２の曲込みセクションを第１及び第２のグルーブのうちの対応するグルーブと整列させかつケーシングに沿ってパッチリングセグメントを移動させて、流路内に新しくし直した表面セクションを構成する。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。

例示的な実施形態によるパッチリングセグメントを備えたターボ機械構成要素の流路部分の断面図。図１のターボ機械構成要素のケーシング部分の詳細図。図２のターボ機械構成要素のケーシング部分内に組込まれたパッチリングセグメントの詳細図。その内部表面上に組込まれた複数のパッチリングセグメントを備えたターボ機械のケーシング部分の斜視図。

詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１を参照すると、例示的な実施形態によるターボ機械を、その全体を参照符号２で示している。この図示した例示的な実施形態では、ターボ機械２は、圧縮機４の形態を取ったターボ機械構成要素を含む。圧縮機４は、流路１８を形成した内表面１４を有するケーシング１２を含む。圧縮機４はまた、ケーシング１２内に回転可能に取付けられた複数のロータブレード２４〜２８を含むものとして図示している。ロータブレード２４〜２８は、対応する根元部分３０〜３４及び先端部分３８〜４３を含む。先端部分３８〜４３は、ケーシング１２の内表面１４から間隔を置いて配置される。この図示した例示的な実施形態では、圧縮機４は、ケーシング１２に組込まれ（取付けられ）てそれぞれ先端部分３８〜４３に隣接する内表面１４の部分を新しくし直した複数のパッチリングセグメント４６〜４９を含む。

図２及び図３に最も良く示すように、ケーシング１２は、隣接するステータ基部部材５６及び５７間に配置されたチャネル５５を含む。チャネル５５は、以下でより完全に明らかになるように、例えば１つ又はそれ以上のパッチリングセグメント４６を受けるように構成される。チャネル５５は、第１のフランジ要素６２及び第２のフランジ要素６４を有する取付け要素６０を含む。第１のフランジ要素６２は、チャネル５５内に第１のグルーブ６７を形成し、また第２のフランジ要素６４は、チャネル５５内に第２の対向するグルーブ６９を形成する。以下でより完全に詳述するように、グルーブ６７及び６９は、パッチリングセグメント４６を摺動状態で受けるようになった構造を構成する。

次に、残りのパッチリングセグメント４７〜４９も同様の構造を備えていることを理解して、パッチリングセグメント４６を説明している図３を参照する。パッチリングセグメント４６は、表面部分８４を通って第２の端部８３まで延びる第１の端部８２を有する本体８０を含む。第１の端部８２は、第１の壁部材９０を含み、また第２の端部８３は、第２の壁部材９２を含む。第１及び第２の壁部材９０及び９２は、本体８０内にスロット（別個には符号を付していない）を形成した対応する第１及び第２の曲込みセクション９４及び９６を含む。この構成の場合には、パッチリングセグメント８０は、Ｃ字形状の断面を含む。加えて、パッチリングセグメント４６は、アブレイダブル材料１０８が設けられた陥凹部１０４を含む。アブレイダブル材料１０８は、ロータブレード２５の先端部分３９よりもかなり軟質である材料で形成される。例示的な実施形態の１つの態様によると、アブレイダブル材料１０８は、ニッケルクロムアルミニウム（ＮｉＣｒＡｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又はそれらの混合物で形成される。言うまでもなく、ロータブレード２４〜２８よりも軟質であるその他の材料もまた、使用することができる。

例示的な実施形態によると、第１及び第２の曲込みセクション９４及び９６は、それぞれグルーブ６７及び６９内に受けられるように構成されかつ配置される。より具体的には、ケーシング１２上に表面乱れ部が存在する場合には、内表面１４の一部分を取除いてチャネル５５を露出させる。露出が完了すると、パッチリングセグメント４６を取付け要素６０と整列させる。この時点で、第１及び第２の曲込みセクション９４及び９６をグルーブ６７及び６９内に挿入しかつパッチリングセグメント４６を所定の位置に移動させる。パッチリングセグメント４６を組込んだ後に、更なるパッチリングセグメント（図示せず）と共に付加的なパッチリングセグメント４６ｂ〜４６ｆ（図４）を組込んでケーシング１２内に円周方向パッチリング（別個には符号を付していない）を形成する。組込みが完了すると、ロータブレード２４〜２８を回転させ、かつ何らかの干渉ゾーンが存在する場合には、先端部分３９により、パッチリングセグメント４６のうちの１つ又はそれ以上のセグメント上のアブレイダブル材料１０８の一部分を擦り減らして所望の間隙を確立するようにする。

ここにおいて、本例示的な実施形態は、ターボ機械構成要素の内表面を表面仕上げし直すためのシステムを提供することを理解されたい。第１及び第２のフランジ要素並びに第１及び第２の曲込みセクション間の相互作用は、パッチリングセグメントのエッジ部分が流路内に撓みかつロータブレードの１つ又はそれ以上と接触することにならないことを保証する。加えて、圧縮機に関連して図示しかつ説明してきたが、本例示的な実施形態によるパッチリングセグメントはまた、タービンのようなその他のターボ機械構成要素でも同様に使用することができることを理解されたい。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

２ターボ機械
４圧縮機
１２ケーシング
１４内表面
１８流路
２４、２５、２６、２７、２８ロータブレード
３０、３１、３２、３３、３４根元部分
３８、３９、４０、４１、４２、４３先端部分
４６、４７、４８、４９パッチリングセグメント
５５チャネル
５６、５７ステータ基部
６０取付け要素
６２第１のフランジ要素
６４第２のフランジ要素
６７第１のグルーブ
６９対向するグルーブ
８０本体
８２第１の端部
８３第２の端部
８４表面部分
９０第１の壁部材
９２第２の壁部材
９４第１の曲込みセクション
９６第２の曲込みセクション
９９Ｃ字形状
１００スロット
１０４陥凹部
１０８アブレイダブル材料

Claims

ターボ機械（２）であって、
流路（１８）を形成した内表面（１４）を有するケーシング（１２）、及び前記流路（１８）内で回転可能でありかつ前記内表面（１４）から間隔を置いて配置された先端部分（３８、３９、４０、４１、４２、４３）を有する少なくとも１つのブレード（２４、２５、２６、２７、２８）を備えた圧縮機（４）と、
前記ケーシング（１２）の内表面（１４）に取付けられた少なくとも１つのパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）と、を含み、
前記少なくとも１つのパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）が、表面部分（８４）を通って第２の端部（８３）まで延びる第１の端部（８２）を有する本体（８０）を含み、第１の壁部材（９０）が、前記第１の端部（８２）から延び、また第２の壁部材（９２）が、前記第２の端部（８３）から延び、
前記第１及び第２の壁部材（９０、９２）が、前記少なくとも１つのパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）のＣ字形状（９９）の断面を形成した曲込みセクション（９４、９６）を含む、
ターボ機械（２）。
前記少なくとも１つのパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）が、前記表面部分（８４）内に形成された陥凹部（１０４）を含み、
前記陥凹部（１０４）が、前記先端部分（３８、３９、４０、４１、４２、４３）及びケーシング（１２）間に間隙ゾーンを形成する、
請求項１記載のターボ機械（２）。
前記表面部分（８４）内に形成された前記陥凹部（１０４）内に配置されたアブレイダブル材料（１０８）をさらに含む、請求項２記載のターボ機械（２）。
前記アブレイダブル材料（１０８）が、ニッケルクロムアルミニウムを含む、請求項３記載のターボ機械（２）。
前記アブレイダブル材料（１０８）が、酸化アルミニウムを含む、請求項３記載のターボ機械（２）。
前記アブレイダブル材料（１０８）が、ニッケルクロムアルミニウム及び酸化アルミニウムを含む、請求項３記載のターボ機械（２）。
前記ケーシング（１２）内に形成された第１のフランジ要素（６２）及び第２のフランジ要素（６４）をさらに含み、
前記第１及び第２のフランジ要素（６２、６４）が、前記第１及び第２の壁部材（９０、９２）のうちのそれぞれの壁部材を受けて前記圧縮機（４）に対して前記少なくとも１つのパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）を着脱可能に固定するように構成されかつ配置される、
請求項１記載のターボ機械（２）。
前記少なくとも１つのパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）が、前記ケーシング（１２）の内表面（１４）の周りに延びてパッチリングを形成した複数のパッチリングセグメント（４６、４７、４８、４９）を含む、請求項１記載のターボ機械（２）。