JP2011516776A - 水平分割式タービン車室用静翼輪据付装置、水平分割式タービン車室用静翼輪セグメント及び静翼ホルダ - Google Patents

Abstract

水平分割式タービン車室における静翼輪セグメント（５）は、多数の静翼（６）およびこれらの静翼（６）がその内周面に沿って固定された外輪セグメント（７）を有し、タービン車室の静翼ホルダ（３）の中におよび／又はそこから回し入れないし回し出しでき、外輪セグメント（７）がその外周面に沿って回転駆動装置が作用する歯を有し、静翼輪セグメント（５）が回し入れ時および／又は回し出し時に回転駆動できるように、回転駆動装置によって外輪セグメント（７）に接線方向の力を与えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は水平分割式タービン車室における静翼輪据付装置ならびに静翼ホルダの中への静翼輪の回し入れおよび静翼ホルダの中からの静翼輪の回し出し方法に関する。

ここでのタービン機械は例えば軸流構造の圧縮機を備えたガスタービンである。その圧縮機は一般に水平分割式車室を有し、その車室上側半部を取り外した状態で車室下側半部の中に圧縮機の内部構造物を組み込むことができる。この内部構造物には同様に水平分割式の圧縮機静翼輪、即ち、２つの静翼輪セグメントから成る１つの静翼輪が属する。

図４および図５には圧縮機車室１０１への静翼輪セグメント１０２の組立方式が示されている。静翼輪セグメント１０２は横断面円形静翼輪の横断面半円状の半部であり、従って、互いに突き合わされた２つの静翼輪セグメント１０２が１つの完成された静翼輪を形成する。静翼輪セグメント１０２は圧縮機の車室の下側半部１０１に取り付けられ、その組立は図４に示されているように組立装置１０３によって実行される。この組立装置１０３は静翼輪セグメント１０２に適合して形成され、静翼輪セグメント１０２が固定される台盤１０４を有している。図５において段階０は、静翼輪セグメント１０２が圧縮機の車室下側半部１０１の中に設置され、組立装置１０３が上向きに突き出ていることを示している。

圧縮機の車室下側半部１０１から静翼輪セグメント１０２を回し出すために、組立装置１０３の外周面に配置されたクレーン作用点に上向き垂直力がクレーンにより加えられ、これによって、組立装置１０３がそこに固定された静翼輪セグメント１０２と共に回転角１０６だけ回される（図５の段階２参照）。クレーン作用点１０５の位置を図５における段階２〜段階４に応じて段階的に進め、それらのクレーン作用点１０５に順々にクレーンの作動により力Ｆを付与することよって、組立装置１０３がそこに固定された静翼輪セグメント１０２と共に、図５の段階４において組立装置１０３が圧縮機の車室下側半部１０１で完全に取り囲まれ、静翼輪セグメント１０２が圧縮機の車室下側半部１０１から上向きに突き出るまで少しずつ回される。台盤１０４を静翼輪セグメント１０２から外した後、静翼輪セグメント１０２を圧縮機の車室下側半部１０１から取り除くことができる。クレーンの作動のもとでの静翼輪セグメント１０２の回し入れおよび回し出しは煩雑で時間がかかり、大きな熟練を必要とする。

ガスタービンなどにおける車室からの静翼輪セグメントの回し出し法およびそこへの回し入れ法が特許文献１および特許文献２で知られている。車室内にある静翼ホルダの下側半部は複数の支持ローラを介して車室の内周面に当接支持されている。静翼ホルダの下側半部に補助リングを取り付けた後、静翼ホルダ下側半部が引張りケーブルによって１８０°回転されて車室下側半部から回し出される。この場合、そのケーブルを介して導入される力が静翼ホルダに常には接線方向に作用しないので、損傷を招くという欠点がある。

また、ガスタービンの第１タービン段における低速回転形静翼輪が特許文献３で知られており、この回転形静翼輪により静翼の異なる熱応力が避けられる旨記載されている。その回転形静翼輪は、比較的小さな設定回転速度を超過しないようにするために、ウォームギアを介してブレーキにより減速される。

国際公開第２００８／０１２１９５号パンフレット 国際公開第２００６／１０３１５２号パンフレット 独国特許出願公開第１０２００５０２１４４６号明細書

本発明の課題は、水平分割式タービン車室における静翼輪据付装置および静翼ホルダの中に静翼輪セグメントを回し入れ、又はその中から回し出しする方法を提供することにあり、その際に、静翼輪セグメントが静翼ホルダの中への回し入れないしはそこからの回し出しにより迅速に且つ確実に組立・分解できるようにすることにある。

本発明による装置は、１つの静翼ホルダと、１つの回転駆動装置と、多数の静翼と該静翼が内周面に沿って配置された外輪セグメントとから成る１つの静翼輪とを有し、前記静翼輪セグメントが静翼ホルダの中に回し入れ、ないし、その中から回し出しできる水平分割式タービン車室における装置であって、前記外輪セグメントがその外周面に沿って回転駆動装置が作用する歯を有し、静翼輪セグメントが回し入れ時および／又は回し出し時に回転駆動されるように、静翼輪セグメントを静翼ホルダに組み立てるためないし静翼ホルダから取り外すために前記回転駆動装置によって外輪セグメントに接線方向の力を与えることができる。

水平分割式タービン車室における本発明に基づく静翼輪セグメントは、多数の静翼と該静翼が内周面に沿って配置された外輪セグメントとを有し、この外輪セグメントがその外周面に沿って歯を有している。

静翼輪セグメントが回し入れおよび／又は回し出しされる本発明に基づく水平分割式タービン車室用の静翼ホルダは、静翼ホルダが静翼輪セグメントの外周面に沿って設けられた歯にかみ合うはす歯を備えたウォーム要素を有している。

静翼ホルダの中にあるいはそこから静翼輪セグメントを回し入れおよび／又は回し出しすることによって静翼輪セグメントを組立・分解する本発明に基づく方法は、静翼輪セグメントおよび静翼ホルダを用意する工程と、静翼輪セグメントがウォーム要素によって円周方向に回動されるように、ウォーム要素を回転する工程とを含み、静翼輪セグメントが静翼ホルダの中に回し入れされるか静翼ホルダから回し出される。

静翼輪セグメントは本発明に基づいてその外輪セグメントにウォーム要素のはす歯がかみ合う歯を有している。ウォーム要素の歯はウォーム要素の長手軸線を中心として螺旋状に形成され、これによって、ウォーム要素がその長手軸線を中心として回転されたとき、静翼輪セグメントが外輪セグメントで円周方向に回動される。ウォーム要素の回転によって、静翼輪セグメントが静翼ホルダ内において回転され、ウォーム要素の回転駆動のもとで、静翼輪セグメントが静翼ホルダの中への回し入れおよび／又は静翼ホルダからの回し出しが実行される。従って、その回し入れおよび／又は回し出しが簡単且つ確実に行え、その場合、付加的なクレーンを利用する必要がない。この場合、静翼輪セグメントを動かすために必要な静翼輪セグメントに作用する力が本発明に基づいて常に静翼輪セグメントに接線方向に作用することが特に有利である。これによって、圧縮機車室や静翼輪セグメントに斜めに作用して損傷や摩耗を生じさせる力の発生が防止される。

好適には、外輪セグメントの歯はグロボイド形状歯であり、好適には、ウォーム要素のはす歯はグロボイド形状歯である。

これによって、外輪セグメントの歯とウォーム要素のはす歯との接触部が面状となり、従って特にウォーム要素のはす歯における摩耗が少なくなる。

グロボイド形状歯がタービン車室の長手軸線が位置する各平面において凹面状輪郭を有していることが有利である。

これによって、ウォーム要素が外輪セグメントのグロボイド形状歯により少なくとも部分的に取り囲まれ、これにより、外輪セグメントとウォーム要素との接触面積が大きくなる。従って、ウォーム要素は外輪セグメントの歯がかみ合うはす歯で案内されて回転し、これにより、外輪セグメントの歯におけるウォーム要素のかじりが防止される。

また、外輪セグメントのグロボイド形状歯の凹面状輪郭が四分円を描いていることが有利である。

これによって有利に、外輪セグメントのグロボイド形状歯が例えば外輪セグメントの仮想外周縁の範囲に設けられ、これによって、静翼輪セグメントが容易に製造でき、ウォーム要素が外側から良好に接近できる。

静翼ホルダがウォーム要素が当接支持される孔底を備えた側方が開放された盲孔を有していることが有利である。

これによって有利に、ウォーム要素が静翼ホルダに安定して保持され、従って、ウォーム要素が確実に駆動される。そのウォーム要素は盲孔から横に突出し、従って、静翼輪セグメントの歯とかみ合うことができる。

さらに、ウォーム要素が多角孔を有し、ウォーム要素が多角孔と協働する工具によって作動されることが有利である。

その工具は例えばウォーム要素の多角孔にはめ込まれる六角軸棒付きクランクとして形成することができる。このクランクが手動で回転されると、ウォーム要素が回転され、静翼輪セグメントが静翼ホルダからないしはその中に容易に且つ楽に回し出されないし回し入れられる。

本発明に基づく他の解決方式によれば、盲孔の孔底が中央部に、もう１つの盲孔を有しており、これにウォーム要素に配置されたピンがウォーム要素を心出しするために差し込まれる。

ウォーム要素の心出しによって、ウォーム要素はその回転駆動装置と反対側の端部が常に確実に位置決めされ、これによって、静翼輪セグメントの歯とウォーム要素とで形成されたウォームギアにほんの僅かな摩耗しか生じない。

さらに、ウォーム要素が静翼ホルダに静翼輪セグメントを回し入れおよび／又は回し出しするためだけに取り付けられていることが有利である。

即ち、静翼輪セグメントの回し入れおよび／又は回し出しが終了するや否や、ウォーム要素は静翼ホルダから取り外すことができる。その逆にウォーム要素はタービン機械の運転中も静翼ホルダに取り付けたままにできる。

以下図に示した水平分割式タービン車室に対する本発明に基づく静翼輪セグメントおよび静翼ホルダの有利な実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

軸流圧縮機の水平分割式車室の縦断面図。 図１におけるＡ部の拡大詳細図。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。 通常の組立装置の概略正面図。 圧縮機の車室下側半部から静翼輪セグメントを回し出しする通常の組立過程の説明図。

図１〜図３から明らかなように、軸流圧縮機１は水平分割式車室２を有している。この圧縮機車室２に静翼ホルダ３が組み込まれている。この静翼ホルダ３はその内周面に静翼輪セグメント５を受けるための周溝４を有している。明瞭にするために図１には圧縮機動翼が取り付けられた圧縮機ロータは示されていない。

静翼輪セグメント５は１８０°の円周角にわたって広がっている。それぞれの静翼輪セグメント５は円周方向に並べて配置された多数の静翼６を有し、従って、互いに接続された２つの静翼輪セグメント５は共に圧縮機１の完成された１つの静翼輪を形成する。この静翼輪の複数の静翼６は全体として圧縮機の１つの静翼列を形成する。

静翼輪セグメント５はその外周縁に外輪セグメント７を有し、内周縁に内輪セグメント８を有し、その外輪セグメント７と内輪セグメント８との間に多数の静翼６が放射状に配置されている。静翼６は細長く形成され、その半径方向外側端は外輪セグメント７に、半径方向内側端は内輪セグメント８にそれぞれ回動可能に取り付けられている。各静翼６は組み立てられた状態においてそれぞれ調整機構９によってその長手軸線を中心として回動できる。その調整機構９は圧縮機車室２の外側からアクセスできる。好適には静翼輪の静翼６は圧縮機における回動可能な入口静翼を形成している。

静翼輪セグメント５はその外輪セグメント７が周溝４にはまり込み、その静翼ホルダ３は圧縮機車室２の一部を兼ねることができる。静翼輪セグメント５はこれを分解するときタービン長手軸線を中心として１８０°回転され、即ち、外輪セグメント７が周溝４から外れるまで回転される。

外輪セグメント７はその仮想外周縁にグロボイド形状歯１０を有している。このグロボイド形状歯１０は静翼ホルダ３の長手軸線が位置する平面において四分円状に形成されている。静翼ホルダ３はさらに円筒状のウォーム要素１１を有している。このウォーム要素１１の外周面にはす歯１２が設けられている。はす歯１２はこれがグロボイド形状歯１０とウォームギアを形成して協働するように形成されている。

ウォーム要素１１は静翼ホルダ３に設けられた盲孔１４内に配置され、これによって、ウォーム要素１１は盲孔１４内に保持され、他方でウォーム要素１１はそのはす歯１２が四分円周にわたってグロボイド形状歯１０とかみ合う。

盲孔１４はウォーム要素１１がその長手方向に当接支持される孔底１５を有している。またその孔底１５にもう１つの盲孔が設けられており、このもう１つの盲孔に、ウォーム要素１１の中央に配置されたピン１９がウォーム要素１１を心出しするために回転可能に差し込まれる。さらにウォーム要素１１は孔底１５と反対側の端面に六角孔１３を有している。この六角孔１３に例えばそれに対応して形成された六角軸棒状のクランクがはめ込まれる。

ウォーム要素１１が例えばクランクによって回転方向１６に回転されると、はす歯１２からグロボイド形状歯１０および外輪セグメント７に円周力が回動方向１７に与えられる。本発明に基づく回転機構により常に円周方向に作用する力によって、静翼輪セグメント５は静翼ホルダからかじりなしに押し出される。静翼６による外輪セグメント７と内輪セグメント８との連結および場合によっては静翼輪セグメント５に連結された組立装置１０３によって、静翼輪セグメント５はウォーム要素１１の回転によって横断面半円状の静翼ホルダ３から完全に押し出さすことができる。

ウォーム要素１１は外輪セグメント７と共にそのはす歯１２およびグロボイド形状歯１０を介してウォームギアを形成している。特に周溝４内における外輪セグメント７の運動中に生ずる摩擦力によって、ウォーム要素１１は盲孔１４の中に押し込まれる。その場合、ウォーム要素１１は孔底１５に安定して当接支持される。

即ち、ウォームギアの作動によって、静翼輪セグメント５が圧縮機の長手軸線を中心として回転される。静翼ホルダ３内に存在する静翼輪セグメント５は静翼ホルダ３から押し出され、正確に言えば、その周溝４から押し出される。この過程は本特許出願において「回し出し」と呼ばれる。「回し入れ」において、即ち、逆の過程において、静翼輪セグメント５は静翼ホルダ３の中にないしはその周溝４の中に挿入される。換言すれば、「回し出し」および「回し入れ」は、圧縮機の長手軸線を中心とした静翼輪セグメント５の回し出し運動ないし回し入れ運動を意味し、あるいは静翼ホルダ３又は圧縮機車室４における周溝４からの静翼輪セグメント５の取出しないしはその中への挿入を意味する。

静翼輪セグメント５の組立過程ないし分解過程の終了後、ウォーム要素１１は盲孔１４から抜き出すことができる。そのようにして、軸流圧縮機の他の取扱い中ないし軸流圧縮機の運転中にウォーム要素１１が静翼ホルダ３の盲孔１４内に収納されていないようにする。その逆に静翼輪セグメント５の組立ないし分解のためにウォーム要素１１を別途用意する必要がない場合には、ウォーム要素１１は軸流圧縮機１の運転中も盲孔１４内に留まらされる。

本発明に基づく静翼輪セグメントおよびその回転機構は、圧縮機の入口静翼に利用されるだけでなく、その下流側に配置され各静翼が場合によってはその長手軸線を中心として回動できる静翼輪にも勿論適用できる。さらにまた、ロータが車室下側半部に設置されている場合も、静翼輪セグメント５の回し入れおよび／又は回し出しが行える。

１ 軸流圧縮機
２ 圧縮機車室
３ 静翼ホルダ
４ 周溝
５ 静翼輪セグメント
６ 静翼
７ 外輪セグメント
８ 内輪セグメント
１０ グロボイド形状歯
１１ ウォーム要素
１４ 盲孔
１５ 孔底
１０２ 静翼輪セグメント

また、ガスタービンの第１タービン段における低速回転形静翼輪が特許文献３で知られており、この回転形静翼輪により静翼の異なる熱応力が避けられる旨記載されている。その回転形静翼輪は、比較的小さな設定回転速度を超過しないようにするために、ウォームギアを介してブレーキにより減速される。
さらに、静翼の半径方向外側固定手段が、その静翼に作用する流れ力を分散すべく、保持要素と動かないように歯結合された静翼が、例えば特許文献４および特許文献５で知られている。

国際公開第２００８／０１２１９５号パンフレット 国際公開第２００６／１０３１５２号パンフレット 独国特許出願公開第１０２００５０２１４４６号明細書 米国特許第２６２８０６７号明細書 米国特許第２４８８８６７号明細書

外輪セグメントの歯はグロボイド形状歯であり、好適には、ウォーム要素のはす歯はグロボイド形状歯である。

グロボイド形状歯がタービン車室の長手軸線が位置するそれぞれの平面において凹面状構造を有している。

Claims (15)

1. 静翼ホルダ（３）と、１つの回転駆動装置と、多数の静翼（６）と該静翼（６）が内周面に沿って配置された外輪セグメントとを有し、前記静翼輪セグメント（５）が静翼ホルダの中に回し入れ、ないしその中から回し出しできる水平分割式タービン車室における装置であって、
   前記外輪セグメント（７）がその外周面に沿って回転駆動装置が作用する歯を有し、前記静翼輪セグメント（５）が回し入れ時および／又は回し出し時に回転駆動されるように、静翼輪セグメント（５）を静翼ホルダ（３）に組み立てるためないし静翼ホルダ（３）から取り外すために前記回転駆動装置によって外輪セグメント（７）に接線方向の力を与えることができることを特徴とする水平分割式タービン車室における装置。
2. 多数の静翼（６）と該静翼（６）が内周面に沿って配置された外輪セグメント（７）とを備え、この外輪セグメント（７）がその外周面に沿って歯を有していることを特徴とする水平分割式タービン車室における静翼輪セグメント。
3. 歯がグロボイド形状歯（１０）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. グロボイド形状歯（１０）がタービン車室の長手軸線が位置する平面において凹面状輪郭を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。
5. 前記凹面状輪郭が少なくともほぼ四分円を描いていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 静翼ホルダ（３）が、回転駆動装置に属するウォーム要素（１１）が当接支持される孔底（１５）を備えた側方開放盲孔（１４）を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. ウォーム要素（１１）が多角孔（１３）を有し、該ウォーム要素（１１）が前記多角孔（１３）と協働する工具によって作動されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 盲孔（１４）の孔底（１５）が中央部にもう１つの盲孔を有し、このもう１つの盲孔に、ウォーム要素（１１）に配置されたピン（１９）がウォーム要素（１１）を心出しするために差し込まれることを特徴とする請求項６又は７に記載の装置。
9. 静翼輪セグメント（５）を受けるための円周方向に延びる周溝（４）を備え、該周溝（４）の中に静翼輪セグメント（５）が回し入れおよび／又は回し出しされる水平分割式タービン車室の静翼ホルダ（３）であって、
   静翼ホルダ（３）が静翼輪セグメント（５）の外周に沿って設けられた歯にかみ合うはす歯を備えたウォーム要素（１１）を有していることを特徴とする水平分割式タービン車室の静翼ホルダ。
10. 前記はす歯がグロボイド形状歯（１０）であることを特徴とする請求項９に記載の静翼ホルダ。
11. 静翼ホルダ（３）が、ウォーム要素（１１）が当接支持される孔底（１５）を備えた側方開放盲孔（１４）を有していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の静翼ホルダ。
12. ウォーム要素（１１）が多角孔を有し、該多角孔と協働する工具によってウォーム要素（１１）がその多角孔で作動されることを特徴とする請求項１１に記載の静翼ホルダ。
13. 盲孔（１４）の孔底（１５）が中央部にもう１つの盲孔を有し、このもう１つの盲孔に、ウォーム要素（１１）に配置されたピン（１９）がウォーム要素（１１）を心出しするために差し込まれることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の静翼ホルダ。
14. 請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の静翼ホルダ（３）の中にあるいはそこから請求項２ないし５のいずれか１つに記載の静翼輪セグメント（１０２）を回し入れおよび／又は回し出しすることによって静翼輪セグメント（１０２）を組立・分解する方法であって、
    − 静翼輪セグメント（１０２）および静翼ホルダ（３）を用意する工程と、
    − 静翼輪セグメント（１０２）がウォーム要素（１１）によって円周方向に回動されるように、ウォーム要素（１１）を回転する工程と、
    を含み、静翼輪セグメント（１０２）が静翼ホルダ（３）の中に回し入れされるか静翼ホルダ（３）から回し出されることを特徴とする静翼輪セグメント（１０２）の組立・分解方法。
15. ウォーム要素（１１）が静翼ホルダ（３）に静翼輪セグメント（１０２）を回し入れおよび／又は回し出しするためだけに取り付けられていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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