JP3218245B2 - 回転機械における方法および装置 - Google Patents

回転機械における方法および装置

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JP3218245B2 JP51735493A JP51735493A JP3218245B2 JP 3218245 B2 JP3218245 B2 JP 3218245B2 JP 51735493 A JP51735493 A JP 51735493A JP 51735493 A JP51735493 A JP 51735493A JP 3218245 B2 JP3218245 B2 JP 3218245B2
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ロータ軸に取付けられた少なくとも一つの
タービン円板を備え、ブレードリングの形式のタービン
円板の外側部分がステータハウジングと共働し、タービ
ン円板がロータ軸を介して圧縮機部分のロータ軸に連結
されたタービン部分を有する、回転機械に関する。
背景技術、課題 タービン円板のブレード先端とタービン部分のステー
タハウジングの距離、間隙ができるだけ小さいことが、
タービン部分の効率および性能に対してきわめて重要で
ある。このことはとくにタービンを回転させようとする
連続運転状態においてとくに然りである。起動および負
荷変更中、効率に対する要求は低下する。
タービン部分に含まれる要素、たとえばロータ軸、ブ
レードおよびステータハウジングは、非定常状態たとえ
ば起動および負荷増加中、および停止および負荷減少中
異なった速さで迅速に加熱、冷却される。このことは各
要素が異なった質量を有し、それらはタービン部分を通
過する高温ガス流によって程度の異なる影響をうけるか
らである。各要素の加熱は直線的膨脹および変形を生
じ、そのことは非定常状態中回転および固定要素の間隙
が影響をうけることを意味する。
非定常状態中、ブレード先端間隙は減少し、もし冷却
されたまたは加熱された状態において間隙が余りにも小
さく選択されるならば、完全に消失することにもなりう
る。このことはうけ入れ難い接触および固着を生ずる。
回転および固定部分の接触を回避するため、ブレード先
端とタービンハウジングの間隙は、起動、停止および負
荷変更中ブレード先端の接触を防止するのに十分に大き
く、かつ連続運転中をうけ入れ難い低効率を防止するの
に十分に小さいように選択される。
ブレード先端とステータハウジングの間隙は運転状態
に基づいて選択されなければならず、そこで不均一な温
度分布、遠心力によるブレードの伸長などを考慮して最
少の許容しうる間隙がえられる。
連続運転中ブレード先端間隙を減少する一つの方法
は、温度による伸長および変形が運動および変形を解消
しまたは再分配するように、タービンの質量を分配する
ことによって制御することができるようにタービンを設
計することである。
別の方法は、もっとも困難な運転状態を回避するた
め、ブレード先端とステータハウジングの間隙を決定す
る運転上の拘束を導入することである。
しかして、課題はとくに起動、停止および負荷変更の
間に生ずるステータハウジングに対するブレード先端の
接触の危険なしに、また間隙が不必要に大きくなること
なしに、もっともよい性能および効率をえるように、ブ
レード先端とステータハウジングの間隙を決めることで
ある。
発明の要約、利点 本発明はブレード先端間隙を制御する方法および装置
を得ること、すなわちタービンのブレード先端と回転機
械のタービンステータハウジングの間隙を制御すること
を意図している。制御は、起動、停止および負荷変更中
ブレード先端の接触なしに、よりよい性能および一層高
い効率をえるため、起動、停止および負荷変更中間隙を
連続運転中より大きくするように実施される。
本発明による機械はタービン部分および圧縮機部分を
有し、タービン部分はステータハウジング、ステータハ
ウジング内に回転可能に支持されかつブレードを備えた
少なくとも一つのタービン円板を有するロータ軸を有
し、ロータ軸は共通のロータ軸をえるように圧縮機部分
に含まれるロータ軸に固定される。共通のロータ軸は圧
縮機部分内において軸支される。
タービン円板は外側部分に、それらの外側部分がステ
ータハウジングの円錐角と一致する角度に角度を付され
た、ブレードを備えている。ステータハウジングの円錐
部分を下記においてステータ円錐と称する。
本発明は起動、停止および負荷変更中、ブレード先端
とステータハウジングの間隙を増大するように、タービ
ン円板をステータ円錐から移動する方法および装置を有
する。
ブレード先端のおよびステータ円錐の角度のため、ブ
レードとステータハウジングの間隙はロータ軸が軸方向
に動かされるとき影響をうける。ロータ軸とステータハ
ウジングの間のこの軸方向変位を実施するため、下記の
解決法を使用することができる。
圧縮機部分はそれが軸方向に動かされるように取付け
られ、一方タービンハウジングは基部に固定される。ブ
レードを備えたタービン円板の軸方向変位は、圧縮機部
分を軸方向に変位することにより実施され、それにより
中間連結ロータを固定することは圧縮機部分にブレード
を備えたタービン円板を圧縮機部分と同じだけ軸方向に
変位させる結果になる。
負荷増加の場合、たとえば圧縮機部分は軸方向に変位
され、それによりロータ軸もまたブレード先端の間隙が
増大するように軸方向に変位される。機械全体が高温に
なったとき、圧縮機部分は最小のブレード間隙がえられ
るように変位される。新しい負荷に変更された場合、ブ
レード先端間隙はふたたび増大され、引続く連続運転の
場合間隙はふたたび最小間隙に設定される。
本発明の利点はブレード先端間隙が運転中同じように
制御して、過大および過少間隙の課題を解決することが
できることである。
図面の簡単な説明 第１図は本発明が実施されるタービン部分および圧縮
機部分を通る部分軸方向略断面図である。
第２図は圧縮機部分をタービン部分に対して前後に動
かす装置の種々の方向に見た略図である。第2a図は側面
図である。第2b図は第2a図のｂ−ｂ線に沿う断面図であ
る。第2c図は第2a図のｃ−ｃ断面図であり、第2d図は第
2c図のｄ−ｄ断面図である。
第３図はステータ円錐とブレード先端の間隙の軸方向
断面図である。
好ましい実施例の説明 第１図はタービン円板２が設置されるタービン部分１
を備えた回転機械を示す。タービン円板２は、ロータ軸
を介して、タービン部分から離れた圧縮機部分４のロー
タ軸に固定され、後者のロータ軸は圧縮機部分に軸支さ
れた共通のロータ軸３を形成している。タービン円板２
はその外側にブレード５を備えている。圧縮機部分４は
その前後端において吊下げられ（図示せず）、軸方向に
押すことができるようになっている。機械はタービン部
分１の出口ハウジング７と圧縮機部分４の入口ハウジン
グ８の間で分割されている。
一つ以上の好ましくは二つの直径方向に設置された軸
方向ロッド６は、圧縮機部分４とタービン部分１を連結
するように構成されている。ロッド６は出口ハウジング
７にまた入口ハウジング８に取付けられている。
第２図は圧縮機部分４をタービン部分１に対して前後
に動かす装置を構成する方法の一例を示す。
圧縮機部分４の入口ハウジング８には、通常の型のピ
ストン９が設置されている。ピストンは制御アーム10に
影響を与えるように構成されている。制御アーム10はピ
ン12によって偏心ボルト11に固定されている。偏心ボル
ト11は、自体、入口ハウジング８に固定されたブラケッ
ト13に回転可能に取付けられている。円筒形軸14を介し
て、ロッド６は偏心ボルトに支持されている。軸14は偏
心ボルト11の回転中心に対して変位した回転中心を有す
る。
ピストン９が短縮されるとき、制御アーム10は軸14の
中心の周りに回転される。回転運動中、偏心ボルト11は
偏心ボルトが偏心しているため軸14の中心から動かされ
る。制御アーム10は同様に軸14の周りに軸支されたロッ
ド６を介してタービン部分１の出口ハウジング７に固定
的に支持され、一方ブラケット13は軸方向に移動可能な
圧縮機部分４に固定されているため、圧縮機部分４はタ
ービン部分１から離れる方向に軸方向に押される。
第１図はまたタービン円板２を囲む部分において、タ
ービン部分１のステータハウジング15がその最大円錐直
径を出口ハウジング７に向けて円錐形に形成する方法を
示している。このステータハウジング15の円錐形部分を
以下ステータ円錐と称する。ブレード５の先端角度はほ
ぼステータハウジング15の円錐角度に対応する。タービ
ン円板２がタービン部分１の出口ハウジング７に向かう
方向に動かされるとき、案内翼５の先端とステータ円錐
６の間の間隙は増大する（第３図）。タービン円板２が
この位置にあるとき、機械を起動、停止しまた負荷変更
を実施するのに適している。
機械が起動後または負荷増加後に加熱されたとき、ピ
ストン９は伸長され、それにより圧縮機部分４はロータ
軸３およびタービン円板２とともにステータ円錐16内に
向かって動かされ、間隙は減少する。
ブレード先端間隙制御のためのピストン９の作用は、
手動でもしくは自動的に実施することができる。ピスト
ン９の伸長は、たとえば、起動後ある期間の後、または
ある出力に達したときに実施される。ピストン９の短縮
は、たとえば、機械に与えられる停止指令に従って実施
される。
もちろん、一つ以上のタービン段を備えたタービン１
においても本発明を利用することができる。ステータハ
ウジング15はタービン円板２の周りの区域全体におい
て、すなわち、第１タービン段から最終タービン段まで
円錐形に形成することができる。
実施例において、タービン部分１と圧縮機部分４の間
で分割された機械が説明されたが、本発明は、ロータ軸
３がタービン１および圧縮機４の外側で支持された一体
のタービンおよび圧縮機部分1,4に対しても適用するこ
とができる。本発明はもちろん記載された実施例とは異
なる方向に向いたステータ円錐を備えた機械にも適用す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−195803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−503（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−187302（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4149826（ＵＳ，Ａ) 米国特許4330234（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 11/00 F02C 7/28

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機械がタービン部分（１）および圧縮機部
    分（４）を有し、タービン部分はステータハウジング
    （15）、ステータハウジング内に回転可能に支持された
    ロータ軸を有し、前記ロータ軸はブレード（５）が固定
    して配置された少なくとも一つのタービン円板（２）を
    備え、ロータ軸は圧縮機部分に含まれたロータ軸に共通
    のロータ軸（３）がえられるように固定され、ステータ
    ハウジングはステータ円錐（16）を形成し、ブレード先
    端はステータ円錐の角度にほぼ対応する角度を有し、ロ
    ータ軸およびステータハウジングは相対的に変位可能で
    ある、回転機械のブレード先端間隙を制御する方法にお
    いて、ロータ軸（３）は圧縮機部分内に軸支されロータ
    軸および単数または複数のタービン円板を有する圧縮機
    部分はステータハウジングに対して軸方向に変位される
    ことを特徴とする、前記方法。
  2. 【請求項２】圧縮機部分は負荷変更の場合ブレードがス
    テータ円錐から出てブレード先端間隙が増大するように
    軸方向に変位され、圧縮機部分は連続運転中タービン円
    板がステータ円錐内に入ってブレード先端間隙が減少す
    るように軸方向に変位される、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】機械がタービン部分（１）および圧縮機部
    分（４）を有し、タービン部分がステータハウジング
    （15）、ステータハウジング内に回転可能に支持された
    ロータ軸を有し、前記ロータ軸にはブレード（５）が固
    定して配置された少なくとも一つのタービン円板（２）
    を備え、ロータ軸は圧縮機部分に含まれたロータ軸に共
    通のロータ軸（３）がえられるように固定され、ステー
    タハウジングはステータ円錐（16）を形成し、ブレード
    先端はステータ円錐の角度にほぼ対応する角度を有し、
    ロータ軸およびステータハウジングは相対的に変位可能
    である、回転機械のブレード先端間隙を制御する装置に
    おいて、ロータ軸（３）は圧縮機部分内に軸支され圧縮
    機部分はロータ軸および単数または複数のタービン円板
    を含むその変位が可能であるように吊下げられているこ
    とを特徴とする前記装置。
  4. 【請求項４】少なくとも一つの軸方向ロッド（６）がタ
    ービン部分と圧縮機部分とを連結するように構成されて
    いることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】ピストン（９）は圧縮機部分をタービン部
    分に対して前後に軸方向に変位するように構成されてい
    ることを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。
  6. 【請求項６】制御アーム（10）は、ピン（12）を介して
    偏心ボルト（11）に固定され、偏心ボルトはブラケット
    （13）に回転可能に取付けられ、制御アーム、偏心ボル
    トブラケットおよびロッド（６）は軸（14）の周りに支
    持されていることを特徴とする、請求項3,4および５の
    いずれか一項に記載の装置。
  7. 【請求項７】ピストンは、偏心ボルト（11）を介して、
    ブラケット（13）に圧縮機ハウジングをロッド（６）を
    介して軸方向に変位させるように構成されていることを
    特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
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