JP2019516039A - 接続管を有するガイドベーン - Google Patents

Abstract

適正に取り付けられた状態において、外側プラットフォーム(2)と、該外側プラットフォームから突出しており、長手方向に延在しており、その内部に空洞部(4)を画定しているブレード翼(3)と、外側プラットフォームの反対側に配置されており、該ブレード翼に接続されている内側プラットフォーム(5)と、ブレード翼の空洞部を長手方向に通る接続管(6)と、を有し、その接続管の第1の自由端は内側プラットフォームに形成されている貫通開口部内に挿入されており、内側プラットフォームに実質的に結合されており、前記管の第2の自由端は、外側プラットフォームに形成されている冷却流体入口開口部(7)内に、該冷却流体入口開口部の端部から離して配置されており、外側プラットフォームから外向きに突出している、接続管を案内する目的で、少なくとも1つの案内手段(9)が外側プラットフォームに取り付けられており、この案内手段は、長さが熱変化した場合に接続管を長手方向に案内するように設計され、配置されている、ターボ機械用のガイドベーン(1)。

Description

本発明は、適正に取り付けられた状態で、外側プラットフォームと、外側プラットフォームから突出しており、長手方向に延在しており、且つその内部に空洞部を画定している翼と、外側プラットフォームの反対側に配置されており、且つ前述の翼に接続されている内側プラットフォームと、翼の空洞部を長手方向に通る接続管と、を有し、その接続管の第1の自由端は、内側プラットフォームに形成されている貫通開口部内に挿入されて、一体に形成されて内側プラットフォームに接続されており、その接続管の第2の自由端は、外側プラットフォームに形成されている冷却流体入口開口部内に、前記開口部の端部から距離を置いて配置されており、外側プラットフォームから外向きに突出している、ターボ機械、特にガスタービン用のガイドベーンに関する。

例えばガスタービンなどのターボ機械が、様々な設計の先行技術において既知であり、作動流体、特に高温ガスの熱エネルギーと流動エネルギーとを回転エネルギーに変換することに役立つ。それらはハウジングを含み、このハウジング内において、流れダクトが中で軸方向に延在している。複数のタービン段が、流れダクト内に軸方向に、縦一列に、互いに距離を置いて配置されている。

各タービン段が、作動流体の流動方向に良い影響を与えるために、ハウジングに接続されているガイドベーンリングを形成している複数のガイドベーンを含む。そのようなガイドベーンは、通例、ガイドベーンの適正に取り付けられた状態で、外側に向かって径方向に配置されているプラットフォームを含む。さらに、ガイドベーンは、外側プラットフォームから突出しており且つ長手方向に延在している翼を含む。さらに、ガイドベーンは、外側プラットフォームの反対側に、翼に接続されている内側プラットフォームを有する。ガイドベーンリングは、ガイドベーンの内側プラットフォームが保持されている保持リングにより、内側に対して遮断されている。

さらに、各タービンは、複数のガイドベーンを含み、これらのガイドベーンは、ガイドベーンリングを形成し、ガイドベーンリングは、段ハウジングを軸方向に通る、中心に取り付けられたロータに接続されている。さらに、ガイドベーンの保持リングが配置される周囲溝部がロータに形成されている。

ターボ機械の動作中、作動流体がターボ機械の流れダクトを通って流動する。流れダクトを通って流動する作動流体は、縦一列に配置されているガイドベーンに最適に衝突し、それに力を加えるように、ガイドベーンにより偏向される。ガイドベーンにより与えられるトルクは、ロータを回転状態にする。ロータの回転エネルギーは、例えば発電機により、電気エネルギーに変換され得る。

ガスタービンの熱力学的効率は、ガスタービン内への高温ガスの入口温度が高いほど高い。しかし、とりわけ流れダクト内に配置されている構成要素の熱負荷耐性(thermal loadability)により、限度が入口温度の大きさに設定される。したがって、目的が、高温ガスの非常に高い温度下でも、ガスタービンの動作に十分な機械抵抗を有する構成要素を提供することにある。

ガイドベーンの熱負荷耐性を高める可能性が、例えば冷却流体により、ガイドベーンから離して熱を伝導することにある。この目的のために、冷却流体が通って流動する空洞部がその内部に設けられている。

また、ガイドベーンリングの内側にある保持リングは、周囲溝部内へ流入する高温ガスにより、大幅に加熱される。保持リングを冷却するための、十分に試行された手段が、U形横断面を有する保持リングを設計することであり、その結果、ランアラウンド冷却流体溝部(run-around cooling fluid groove)が保持リングに作り出される。この冷却流体溝部は、ガイドベーンから、内側プラットフォームに設けられている出口開口部を通って、保持リングの冷却流体溝部内へ流入する冷却流体で満たされる。しかし、この冷却流体は、ガイドベーンの翼内の熱を既に受け取っており、これは、保持リングに利用可能な冷却力を低下させる。

保持リング内の冷却流体のより高い冷却力が、ガイドベーンの翼の空洞部を長手方向に通り且つ冷却流体が中で直接、大部分が加熱されずに流動しかつ保持リングの冷却流体溝部内へ流入する特定の接続管(ジャンパ管)により達成され得る。

接続管の第1の自由端が、内側プラットフォームに形成されており且つ一体に接合されて内側プラットフォームに接続されている貫通開口部内に挿入される。接続管の第2の自由端は、外側プラットフォーム上に形成されている冷却流体入口開口部内に、前記開口部の端部から距離を置いて配置されており、外側プラットフォームから外向きに突出している。

位置決め目的で、接続管がそれらの第2の自由端領域内に、接続管から始まって反対方向に延出しており且つ冷却流体入口開口部の正圧側端部および負圧側端部で支持されている位置決め手段を有し得る。しかし、これらの位置決め手段は、ターボ機械の強い、動作から生じた振動および接続管の長さの熱変化に対して、冷却流体入口開口部内での接続管の十分に確実な位置決めを確実にするために、不適切である可能性があることが示されている。

この先行技術を出発点として、本発明の目的は、費用効率の良い方法で、冷却流体入口開口部内での接続管の簡単で確実な位置決めを可能にする、最初に述べられたタイプのガイドベーンを提供することである。

本目的は、本発明に基づき、少なくとも1つの案内手段が接続管を案内するために外側プラットフォームに固定されており、滑り嵌めの形成により、長さが熱変化した場合に、該少なくとも1つの案内手段が接続管を長手方向に案内するように設計され、配置されている、最初に述べられたタイプのガイドベーンにより達成される。

本発明は、冷却流体入口開口部内での接続管の位置決めを危険に晒すことなく、長さの熱変化に起因する接続管の移動を可能にする、外側プラットフォーム上で接続管を案内するための案内手段を設けるという考えに基づく。換言すれば、接続管上に設けられている位置決め手段からの逸脱時、外側プラットフォーム上に設けられている案内手段は、ガイドベーンの長手方向への接続管の移動の自由度を制限し得る。

少なくとも1つの案内手段は、外側プラットフォームから始まって接続管の方向に延在していることが好ましく、遊びを可能にしながら、少なくとも部分的に、特に完全に、接続管の部分を包囲している。そのような案内手段は、特に冷却流体入口開口部の端部からの距離に関して所定の位置に、外側プラットフォームに対して接続管を保持している。接続管が少なくとも部分的に横方向に包囲されていると仮定すると、前記管が遊びを可能にされている状態で、接続管は、長手方向に移動して、長さが熱変化した場合にその周囲へ入る自由を保っている。

一実施形態によれば、少なくとも1つの案内手段は案内開口部を有する。この案内開口部は接続管または接続管の部分により横断され、その結果、接続管は、長手方向に対してしっかりと横方向に保持される。

本発明によるガイドベーンの異形によれば、長手方向に延在している少なくとも1つの案内突出部が、少なくとも1つの案内手段の案内開口部に対応して、接続管の第2の自由端上に形成されており、少なくとも1つの案内手段の案内開口部を通って係合している。このようにして、案内開口部は、接続管に比べてより小さい横断面領域を有することができ、その結果、案内手段の寸法も縮小され得る。案内手段の寸法が小さくなるほど、冷却流体が冷却流体入口開口部に進入するのを妨げられることが少なくなる。

少なくとも1つの案内突出部は、ピンのように設計されることが好ましい。ここで、長手方向に対して垂直な案内突出部の横断面は、例えば円形、正方形、または矩形であるように設計され得る。

特に好ましくは、外側プラットフォームの反対側領域から始まり、特に互いの方に向いて、接続管の方向に延在している2つの案内手段が設けられる。このようにして配置されている2つの案内手段は、その長手方向軸を中心とした接続管の回転移動に対抗することを可能にし、これにより案内手段の位置決め効果がさらに向上する。

さらなる発展形態によれば、2つの案内手段は、一体に接合されて、特に溶接またははんだ付けによって、外側プラットフォームに接続されている金属シートの形を取る。溶接またははんだ付けにより取り付けられる金属シートは、特に費用効率の良い、簡単な方法で製造され得る案内手段を構成する。

相応に、2つの案内突出部が、接続管上に、互いに反対側に、互いに距離を置いて配置されることが可能であり、各案内手段により包囲されることが可能である。

2つの案内突出部間の距離は、5mmから10mmまでの範囲内にあることが好ましく、7mmであることが好ましい。そのような距離は従来の接続管の直径に対応する。

本発明によるガイドベーンの場合は、2つの案内手段は、接続管の正圧側および負圧側に設けられ得る。この配置は特に短い案内手段を可能にし、それは案内手段の振動挙動の改善と関連する。

翼は、それ自体既知の方法で周壁を有し得る。ここで、接続管は、周壁から距離を置いて、空洞内に配置されている。このようにして、接続管と翼の高温周壁との間の熱橋が回避され、接続管の周囲で流動する冷却流体は、断熱をさらに確実にする。

それ自体既知の方法では、接続管と内側プラットフォームとの間の一体に接合される接続は溶接またははんだ付けにより作り出され得る。

接続管と内側プラットフォームとの間の接続は流体密であることが好ましい。これは、加熱された冷却流体が空洞部からガイドベーンリングの保持リング内へ逃げ得る状態を防ぐ。

本発明のさらなる特徴および利点が、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるガイドベーンに基づいて明らかになるであろう。

本発明の実施形態によるガイドベーンの部分斜視図である。 外側からの、図1に示されているガイドベーンの平面図である。 図1に示されているガイドベーンの接続管の部分斜視図である。 図1に示されている実施形態によるガイドベーンを有するターボ機械の部分横断面図である。 図4において引用符号Vによって指定された抜粋部の拡大詳細図である。

図1から図3までは、本発明の実施形態による、ターボ機械(図示略)、特にガスタービン用のガイドベーン1を示す。ガイドベーン1は、このガイドベーン1が適正に取り付けられた状態において、外側に向かって径方向に配置されている外側プラットフォーム2を有する。さらに、ガイドベーン1は、長手方向Lに延在しており且つ外側プラットフォーム2から突出している翼3を含む。空洞部4が翼3の内部に画定されている。さらにガイドベーン1は、外側プラットフォーム2の反対側に配置されておりかつ翼3に接続されている内側プラットフォーム5を有する。

さらに、ガイドベーン1は、翼3の空洞部4を長手方向Lにおいて通じた接続管6を含む。接続管6の第1の自由端が、溶接により且つ流体密であるように一体に接合されて、内側プラットフォーム5に接続されている。接続管6の第2の自由端は、外側プラットフォーム2に形成されている冷却流体入口開口部7内に、前記開口部の端部8から距離を置いて配置されており、外側プラットフォーム2から外向きに突出している。

接続管6を案内するために、外側プラットフォーム2の反対側領域から始まって接続管6の方向に延在しており且つ互いの方に向いている2つの案内手段9が、外側プラットフォーム2に固定されている。案内手段9は、翼3の正圧側および負圧側に配置されており且つ溶接による一体に接合されて外側プラットフォーム2に接続されている、金属シートの形を取っている。

各案内手段9が、遊びを可能にしながら接続管6の部分11を完全に包囲するために、スロット形の案内開口部10を有する。または、部分的な包囲が十分である可能性もある。

この場合には、2つの部分11は案内突出部11として設けられ、この突出部は、長手方向Lに延在しており、案内開口部10に対応して、接続管6の第2の自由端に形成されており、且つ2つの案内手段9の案内開口部10を通っている。したがって、遊びに左右される可能性がある滑り嵌めが実現され、その結果、2つの案内突出部11は、案内手段内で変位可能に案内される。案内突出部11は、矩形の横断面を有するピンのように設計されており、接続管6上に、互いに反対側に、互いに距離を置いて配置されている。2つの案内突出部11間の距離はおおよそ7mmである。

翼3は周壁12を有し、接続管6は、空洞部4内に、周壁12から距離を置いて配置されている。

図4および図5は、本発明によるガイドベーン1を有するターボ機械の部分を概略的に示す。このターボ機械はハウジング13を含み、このハウジングの内部には、流れダクト14が軸方向Aに延在している。さらに、ターボ機械は、各々がガイドベーンリング16とガイドベーンリング17とを含む複数のタービン段15を含み、これらのタービン段15は、縦一列に、流れダクト14内に軸方向Aに互いに距離を置いて配置されている。ガイドベーンリング16は各々、本発明による複数のガイドベーン1から形成されており、各々は、ガイドベーン1の内側プラットフォーム5が中に保持されているランアラウンド冷却流体溝部19を備えたU形の保持リング18を含む。

ターボ機械の動作中、膨張する高温ガスが流れダクト14を通って流動する。ガイドベーンリング16の熱負荷を低減するために、冷却流体が同時に通って流動し、ガイドベーンリング16のガイドベーン1を冷却する。翼3を冷却するために、冷却流体の一部が、空洞部4にある冷却流体入口開口部7を通って流動し、一方、保持リング18を冷却するために、冷却流体の別の部分が、翼3の周壁12と加熱接触することなく、接続管6を通って、保持リング18内へ直接流入する。

本発明によるガイドベーン1の利点は、長さが熱的に誘起されて変化する場合に、接続管6が、冷却流体入口開口部の端部8に対して、冷却流体入口開口部7内のその位置を離れることなく、案内手段9の案内開口部10内で長手方向Lに移動し得ることにある。これを超える、外側プラットフォーム2に対する接続管6の移動の自由が、外側プラットフォーム2に固定されている案内手段9により回避される。

本発明を、好適な例示的実施形態により、より厳密に詳細に説明し、記載したが、本発明は開示されている例により限定されず、他の変形形態が、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者によりそこから導き出され得る。

1 ガイドベーン
2 外側プラットフォーム
3 翼
4 空洞部
5 内側プラットフォーム
6 接続管
7 冷却流体入口開口部
8 (冷却流体入口開口部の)端部
9 案内手段
10 案内開口部
11 (接続管6の)部分、案内突出部
12 周壁
13 ハウジング
14 流れダクト
15 タービン段
16、17 ガイドベーンリング
18 保持リング
19 ランアラウンド冷却流体溝部
A 軸方向
L 長手方向
V 抜粋部

Claims (14)

1. 適正に取り付けられた状態において、外側プラットフォーム(2)と、前記外側プラットフォーム(2)から突出しており、長手方向(L)に延在しており、且つ自身の内部に空洞部(4)を画定した翼(3)と、前記外側プラットフォーム(2)の反対側に配置されており、且つ前記翼(3)に接続された内側プラットフォーム(5)と、前記翼(3)の前記空洞部(4)を前記長手方向(L)に通じた接続管(6)と、を有し、前記接続管の第1の自由端は前記内側プラットフォーム(5)に形成された貫通開口部内に挿入されており、且つ一体に形成されて前記内側プラットフォーム(5)に接続されており、前記接続管の第2の自由端は、前記外側プラットフォーム(2)に形成された冷却流体入口開口部(7)を通じて、前記開口部の端部(8)から距離を置いて配置されており、且つ前記外側プラットフォーム(2)から外向きに突出した、ターボ機械、特にガスタービン用のガイドベーン(1)において、
   少なくとも1つの案内手段(9)が、前記接続管(6)を案内するために前記外側プラットフォーム(2)に固定されており、且つ滑り嵌めの形成により、長さが熱変化した場合に、前記接続管(6)を前記長手方向(L)に案内するように設計され且つ配置されていることを特徴とする、ガイドベーン(1)。
2. 前記少なくとも1つの案内手段(9)は、前記外側プラットフォーム(2)を始点として前記接続管(6)の方向に延在しており、遊びを可能にしながら、少なくとも部分的に、特に完全に、前記接続管(6)の部分(11)を包囲していることを特徴とする、請求項1に記載のガイドベーン。
3. 前記少なくとも1つの案内手段(9)は案内開口部(10)を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のガイドベーン。
4. 前記長手方向(L)に延在した少なくとも1つの案内突出部(11)は、前記少なくとも1つの案内手段(9)の前記案内開口部(10)に対応して、前記接続管(6)の前記第2の自由端上に形成されており、且つ前記少なくとも1つの案内手段(9)の前記案内開口部(10)を通じて係合していることを特徴とする、請求項3に記載のガイドベーン。
5. 前記少なくとも1つの案内突出部(11)はピンのように設計されていることを特徴とする、請求項4に記載のガイドベーン。
6. 前記外側プラットフォーム(2)の反対側領域を始点として前記接続管(6)の方向に延在し、且つ特に互いの方を向いた2つの案内手段(9)が設けられていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のガイドベーン。
7. 前記2つの案内手段(9)は金属シートの形を取っており、前記2つの案内手段は、特に溶接またはろう付けによって一体に接合されて、前記外側プラットフォーム(2)に接続されていることを特徴とする、請求項6に記載のガイドベーン。
8. 2つの案内突出部(11)が、前記接続管(6)上に、互いに反対側に、互いに距離を置いて配置されており、且つ各案内手段(9)により包囲されていることを特徴とする、請求項6または7に記載のガイドベーン。
9. 前記2つの案内突出部(11)間の距離は、5mmから10mmまでの範囲内であり、好ましくは7mmであることを特徴とする、請求項8に記載のガイドベーン。
10. 前記2つの案内手段(9)は、前記接続管(6)の正圧側および負圧側に設けられていることを特徴とする、請求項8または9に記載のガイドベーン。
11. 前記翼(3)は周壁(12)を有することを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載のガイドベーン。
12. 前記接続管(6)は、前記周壁(12)から距離を置いて、前記空洞部(4)内に配置されていることを特徴とする、請求項11に記載のガイドベーン。
13. 前記接続管(6)と前記内側プラットフォーム(5)との間の前記一体に接合された接続は、溶接またはろう付けにより創出されていることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載のガイドベーン。
14. 前記接続管(6)と前記内側プラットフォーム(5)との間の前記接続は、流体密であることを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載のガイドベーン。

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