JP2013064404A - 熱負荷されるターボ機械の回転構成部材と固定構成部材との間の特に半径方向の間隙を制御する自己調節型装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、熱負荷されたターボ機械(10)の回転構成部材と固定構成部材と(21,23)の間の、特に半径方向の、間隙(C)を制御する自己調節型装置(25)に関する。間隙(C)は停止状態と定常状態運転との間の機械の移行中に非線形に変化する。簡単かつ有効な制御は、移行運転中の間隙の非線形変化の場合でも、自己調節型装置(25)が、回転構成部材及び固定構成部材(21,23)を、回転構成部材と固定構成部材との間の間隙(C)を変化させるよう互いに対して移動させるために、少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B)を有し、かつ異なる駆動エレメント(A,B)は機械の移行中の異なる時間に作動させられるよう構成されることにより達成される。
【選択図】図4
Description
・製造公差
・組立て(アセンブリ)公差
・定常運転条件下での軸12及びハウジング13の変形(例えば必要とされる円形状からのケーシングのだ円化)
・熱成長及び遠心力による作動中のブレード/ベーンの膨張
・機関の始動及び停止のような、機関移行運転中の時間依存変形及び相対移動。
同じSMAから形成された複数の駆動エレメントは、半径方向距離に関して異なる位置に配置されている。ハウジング内の熱勾配により(図3参照)、タービン内の温度が上昇してハウジングを加熱するときに、駆動エレメント又はSMA装置は異なる時間に作動させられる。一方の駆動エレメント又はSMAパッケージは、時間t=t2に作動させられるような半径方向距離に配置されている。別の駆動エレメント又はSMAパッケージは、第1のパッケージと比較してより大きな半径方向距離に配置されており、時間t=t3に作動させられる(図3参照)。
複数のSMAパッケージが直列に適用され、この場合、特定のパッケージ内のSMAは同じ変換温度を有するが、異なるパッケージのSMAは異なる変換温度を有する。したがって、特定のパッケージは、異なる温度において作動させられ、増分的な変位を行う。
x方向でのロータの相対的な軸方向移動による間隙の増大は、R方向での、円錐面29を有する熱シールド28の半径方向移動により排除することができる。図8に示した実施の形態において、熱シールド28と支持体30との間の異なるSMA駆動エレメントA及びBの作用−反作用構成を有する自己調節型装置27は、二方向の力によって熱シールド28の半径方向移動を生ぜしめる(図8)。
図10に示した別の実施の形態は、図8の実施の形態において説明したように、駆動エレメントA及びBと支持体38とを備えた自己調節型装置36内の同じ作用−反作用構成を用いるが、ただしこれは、熱シールド37の軸方向移動のためである。この場合、互いに隣接する熱シールドの間の間隙は、移動によって影響されない。
熱シールドの半径方向のみ又は軸方向のみの移動ではなく、組み合わされた半径方向/軸方向移動も可能である。
これまで、NiTi(ここでNi及びTiはそれぞれニッケル及びチタンを意味する)をベースとする利用可能なSMAは、ガスタービンの熱シールドに存在する高温に耐えることはできない。したがって、自己調節型SMA作動装置は、ホットスポットから離れて配置すべきである。
11 軸線
12 軸
13 ハウジング
14 ブレード
15 ベーン
16 流体チャネル
17 基部
18 熱シールド
19 チャンバ
20 外面
21 ブレード/ベーン先端部
22,23,26,26′ 熱シールド
24,30,32 支持部
25,27,31,36 自己調節型装置
28,37 熱シールド
29 円錐面
33 案内部
34,35,38 支持部
A,B 駆動エレメント
C 間隙
Cb ブレード間隙(半径方向)
Cv ベーン間隙(半径方向)
Cpp ピッチポイント間隙
Css 静止間隙
Cnom 公称間隙
D 戻しばね
R 半径
S−U 始動条件
S−S 定常状態条件
t 時間
T 温度
TA 周囲温度
Tn 公称ガス温度
Tmn 公称金属温度
x 軸方向距離(任意)
Claims (14)
- 熱負荷されるターボ機械(10)の回転構成部材と固定構成部材(14,15,21,23,26,26′,28,37)との間の、特に半径方向の、間隙(C)を制御する自己調節型装置(25,27,31,36)であって、前記間隙(C)は、停止状態と定常状態運転との間の機械の移行中に非線形に変化する、自己調節型装置であって、該自己調節型装置(25,27,31,36)は、前記回転構成部材及び前記固定構成部材(14,15,21,23,26,26′,28,37)を、前記回転構成部材と前記固定構成部材との間の間隙(C)を変化させるように互いに対して移動させるために、少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B,D)を有し、該異なる駆動エレメント(A,B,D)は、前記機械の移行中の異なる時間に作動させられるよう構成されていることを特徴とする、自己調節型装置。
- 前記間隙(C)は、前記停止状態と前記定常状態運転との間の機械の移行中に最小値(Cpp)となり、前記少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B)うちの1つは、前記回転構成部材と前記固定構成部材(14,15,21,23,26,26′,28,37)との間の距離を減じるよう構成されており、前記少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B)うちの別のものは、作動させられたときに前記回転構成部材と前記固定構成部材と(14,15,21,23,26,26′,28,37)の間の距離を増大するよう構成されている、請求項1記載の自己調節型装置。
- 所定の作動温度に達したときに前記少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B)は自動的に作動させられる、請求項1又は2記載の自己調節型装置。
- 前記少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B)は、同じ作動温度を有するが、前記機械の移行中の異なる時間に作動温度に達するように前記自己調節型装置内に配置されている、請求項3記載の自己調節型装置。
- 前記少なくとも2つの異なる駆動エレメント(A,B)は、異なる作動温度を有し、前記機械の移行中に同じ又はほぼ同じ温度条件に曝されるように自己調節装置内に配置されている、請求項3記載の自己調節型装置。
- 前記自己調節型装置(25,27,31,36)は、半径方向及び/又は軸方向で前記回転構成部材及び前記固定構成部材(14,15,21,23,26,26′,28,37)の互いに対する移動を行うよう構成されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
- 前記回転構成部材及び前記固定構成部材(14,15,21,23,26,26′,28,37)は、特に圧縮機又はガスタービンの回転ブレード(14)及び/又は固定ベーン(15)であって、前記回転ブレード(14)及び/又は前記固定ベーン(15)には各々のブレード先端部又はベーン先端部(21)が設けられている、回転ブレード(14)及び/又は固定ベーン(15)と、各々のブレード先端部又はベーン先端部(21)と向き合って配置された関連する熱シールド(23,26,26′,28,37)とを有し、前記自己調節型装置(25,27,31,36)は、直接又は機械的トランスミッションを介して、前記関連する熱シールド(23,26,26′,28,37)の少なくとも1つに駆動接続されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
- 前記駆動エレメント(A,B)は、バイメタル及び/又は形状記憶合金(SMA)システム及び/又は温度、圧力又は機械的負荷のしきい値を超えたときに弾性的、超弾性的又は偽弾性的に変形するあらゆる他の材料から成る、請求項1から7までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
- 前記駆動エレメント(A,B)は、前記ターボ機械(10)における温度を直接検出し、前記検出された温度が駆動エレメントの作動温度に達したときに作動させられる、請求項1から8までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
- 前記ターボ機械(10)における温度は、別個の温度センサによって検出され、前記検出された温度が前記駆動エレメント(A,B)の作動温度に達したときに、前記駆動エレメント(A,B)は、作動機構又は作動回路によって作動させられる、請求項1から8までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
- 前記駆動エレメント(A,B)は、位置エネルギを保存しかつ放出する能力を有する、請求項1から10までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
- 前記駆動エレメント(A,B)は、ばねの形態である、請求項11記載の自己調節型装置。
- 前記駆動エレメント(A,B)は、各々の駆動エレメント(A,B)と反対方向に作用する戻しばね(D)と組み合わされている、請求項11又は12記載の自己調節型装置。
- 前記移動させられる構成部材(23,28,37)は、支持体(24,30,32,38)に可動に支持されており、前記駆動エレメント(A,B)は、前記移動させられる構成部材(23,28,37)と、前記支持体(24,30,32,38)との間に配置されている、請求項1から13までのいずれか1項記載の自己調節型装置。
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