JP4327356B2 - 回転機械装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（本発明の背景と先行技術）
本発明は、回転子と、固定子と、両端部を固定子によって支持され、かつ少なくとも一方の端部が、少なくとも第１平面内で該固定子に対し旋回可能に配置構成された少なくとも１個の案内翼と、案内翼の温度に影響を与える目的で案内翼内へ流体を導入するように配置構成された少なくとも１つの導入部とを有する回転機械装置に関する。
【０００２】
この種の構成は、ガスタービン設備の場合に、既に知られている。その場合、前記流体は、カスタービン設備に含まれる圧縮機から排出される圧縮機の空気であり、前記案内翼が配置されている回転機械装置は、タービンである。圧縮機の空気は、案内翼をその内部から冷却するのに使用される。案内翼のブレード自体には、小孔が配置形成されており、圧縮機の空気がこれら小孔から流出し、タービンのガス流路内へ流入することができる。案内翼の冷却により、寸法変化を誘発する過剰な温度や材料寿命を短くするような、材料への熱の影響が低減し得る。
【０００３】
通常、圧縮機の空気／冷却空気は、管および／または定置固定子部分内のドリル穴を介して、案内翼の２つの反対両端部に配置形成された流入室（chamber）内へ導入される。案内翼は、その両端部が、固定子によって、より詳しく言えば、固定子に固定された案内翼キャリアによって支持されている場合、案内翼は、周囲の固定子部分に対して傾斜できなければならない。なぜなら、案内翼の一方の端部を支持する内側固定子部分と、案内翼の他方の端部を支持する外側固定子部分との間に生じる異なる軸線方向運動のためである。軸線方向運動とは、回転子が軸線方向に運動することを意味する。案内翼前後の圧力降下は大であるため、前記傾斜可能で旋回可能な案内翼の周囲の冷却空気およびガスの望ましくない漏れを防止するのは難しい。タービンのガス流路内への、冷却空気として使用し得ない圧縮機空気の漏洩や、ガス流路からのガスの漏洩は、言うまでもなくガスタービン設備の効率を低下させる。
【０００４】
（発明の要約）
本発明の目的は、冒頭で定義した種類の回転機械装置、それも、前記第１平面上での固定子と案内翼との間の調節された角度/旋回位置が異なっても、案内翼の温度に影響を与えるために案内翼内へ導入される流体が固定子と案内翼との間から漏洩しないように構成された回転機械装置を得ることにある。あるいはまた、そのような漏洩を制御することなく制限し、その漏洩を、前記調節角度とは実質的に無関係にすることができる。
【０００５】
この目的は、始めに定義した回転機械装置であって、次の点を特徴とする回転機械装置により達成される。すなわち、少なくとも第２平面内で旋回可能に案内翼と連結され、固定子（１１）と案内翼（１５）との間を密封するように配置構成された密封部材を含み、該密封部材の密封機能が、前記第１平面内での案内翼（１５）と固定子（１１）との間の角度位置とは実質的に無関係である点である。第１と第２の平面は、それにより、好ましくは、回転機械装置の回転子軸線が延在する複数平面のうちのいずれかの平面であり、この場合、好ましくは平行であり、好ましくは同一平面を形成している。
【０００６】
一好適実施例によれば、密封部材は、案内翼と密封部材との間を密封するように配置構成された第１密封部材を含み、しかも、該密封部材の密封機能は、前記第２平面内での密封部材と案内翼との間の角位置とは実質的に無関係である。密封部材は、このように案内翼に対して密封するので、流体の漏れ防止のための必要条件が与えられる。
別の好適実施例によれば、密封部材は、前記第２平面内で固定子に対して旋回可能に配置構成されている。これにより、密封部材の位置が、第２平面での案内翼の旋回に合わせて調節でき、それによって、固定子に対する案内翼の傾斜が比較的大きい場合でも、第１密封部材が機能する好条件が得られる。
【０００７】
更に別の好適実施例によれば、回転機械装置が、密封部材と固定子との間に配置構成された第２の密封部材を含み、しかも、該密封部材の密封機能は、前記第２平面内での固定子と密封部材との間の角度位置とは、実質的に無関係である。これにより、固定子の取巻部分と密封部材を形成する可動構成要素との間に発生する恐れのある間隙からのガス漏れまたは空気漏れの確率が、低減される。
更に別の好適実施例によれば、第１密封部材が密封部材の外周部を取巻いて延在する突出部を含んでいる。密封部材は、これにより、案内翼の凹所内へ押込み得るような管部材として容易に配置構成することができ、しかも、好ましくは、ゆるやかの丸みのある外周部を有する突出部は、案内翼と密封部材とに密封当接されると同時に、案内翼と密封部材との間で一定の相対的な旋回／傾斜が可能になるように容易に形成し得る。
【０００８】
更に別の好適実施例によれば、第２密封部材が、密封部材の外周部を取巻いて延在する突出部を含んでいる。該突出部は、密封部材に固定されて、密封部材の一部を構成するのが好ましい。そうすることで、固定子の、好ましくは、案内翼を支持するように配置構成された固定子担持部材の凹所内に密封部材を位置づけることが可能になる。密封部材は、好ましくは、前記突出部の区域に、突出部を外側に備えた実質的に円形の管形状をしている。このような構成により、密封部材と、密封部材が配置されている固定子の凹所との間の良好な密封性と相対的な可動性との両方に対する好条件が得られる。
【０００９】
更に別の好適実施例によれば、密封部材が、環状横断面を有する円筒体と、２つの環状突出部とを有しており、各環状突出部が、密封部材の外周部を取巻いて延在し、第１と第２の密封部をそれぞれ形成している。そのような構成を有する密封部材は、案内翼キャリアと案内翼端部空間の凹所とに容易に当接させることができる。例えば、冷却媒体／圧縮機の空気が、室を介して密封部材内へ、また密封部材を介して案内翼内へ導入され、しかも、密封部材と案内翼キャリアとの間から著しい量の媒体が回転機械の流路内へ漏出することもなければ、比較的多量のガスが反対方向に漏れることもない。更に密封部材内へ導入された冷却媒体が、密封部材と該密封部材が配置構成された案内翼凹所との間の多少の間隙から漏出することが防止される。
【００１０】
更に別の好適実施例によれば、案内翼は、両端部が固定子に対し旋回可能に配置構成され、別の導入部材が、温度に影響を与える流体を案内翼の第２端部に導入するように構成されており、前記第１および／または第２の密封部材を有する１個の密封部材が、案内翼の各両端部に配置されている。これによって、密封部材の外側への、並びにタービンのガス流路内への冷却空気が漏洩する可能性が低レベルに保たれると同時に、回転機械装置に含まれるか、またはそれに連結されている圧縮機から案内翼への極めて良好な、例えば、冷却空気供給が可能になる。
【００１１】
更に別の好適実施例によれば、回転機械装置が、環状に配置構成された複数案内翼を含み、該各案内翼が前記導入部と結合されており、しかも、第１および／または第２の密封部材が各案内翼のところに配置されている。このような構成は、特に回転機械装置がタービンを含む場合に好都合である。タービンの場合、案内翼の前記環状部材は、タービンの流れ方向で見て複数環状部材の最初の環状部材であり、該環状部材はタービンの入口区域に配置され、該区域では、ガス流が極めて高温、高圧であり、かつまた個々の案内翼の２つの反対両端部が固定子部分の半径方向外側と内側とに取付けられている。
本発明による回転機械装置の更なる特徴および利点は、以下の説明および特許請求の範囲により明らかとなろう。
【００１２】
以下に、本発明による回転機械装置の一実施形態を、非制限的な一実施例と添付図面によって説明する。
（一実施例の詳細な説明）
図１から明らかなように、本発明による回転機械装置はガスタービン装置１を構成している。ガスタービン装置１は、圧縮機２とタービン３とを含んでいる。更に、ガスタービン装置１は環状の燃焼室４を含んでいる。燃焼室４には、複数のバーナ部材５が配置されている。バーナ部材５は、燃焼室４内に燃焼を起こさせて、燃焼室４内に高温ガスを発生させるように配置構成されている。燃焼室４は、両端部の一方に出口開口を備え、発生したガスは、この出口開口を介してタービン３内へ流入し、該タービン３を作動させる。圧縮機２は、主として、圧縮機媒体を、この場合は圧縮空気をバーナ部材５へ送出するように意図されており、バーナ部材５は、圧縮機媒体／空気を、その燃焼機能のために使用する。
【００１３】
圧縮機２と、燃焼室４と、タービン３とは、同軸をなす関係に配置され、この順序で互いに連結されている。
圧縮機２は、固定子６と回転子７とを有している。固定子６は、公知形式で複数案内翼を有する複数案内翼環状部材８を含んでいる。
回転子７は、複数のディスク９により形成され、該ディスクは、好ましくは電子ビーム溶接により互いに溶接されている。回転子のディスク９の半径方向外側には、回転子ブレード１０が回転子の各ディスク９上に配置されている。
【００１４】
タービン３は、固定子１１と回転子１２とを有している。この回転子１２は、複数の例えばこの場合は３個の回転子ディスク１３を含み、該ディスク上には、回転子ブレード１４を構成する環状部材が自体公知の形式で配置されている。固定子１１は、自体公知の形式で列状に配置された案内翼１５の配列を含んでいる。タービン３の入口開口１６の最も近くに位置づけられた列形態の案内翼１５、すなわち最も上流に位置づけられた案内翼列は、反対両端部が、半径方向外側の固定子部分１７と、半径方向内側の固定子部分１８とによって保持されている。案内翼１５は、これにより、それぞれ外側と内側の固定子部分１７，１８に取付けられた中間案内翼支持部材１９，２０に旋回可能に連結されている。
【００１５】
案内翼支持部材１９，２０と各固定子部分１７，１８との間には、環状室２１，２２が配置形成されている。これにより、環状室２１，２２は、冷却空気を案内翼１５へ導入する導入部材２３，２４の一部を形成する。導入部材２３，２４の端部を規定する密封部材２５，２６は、それによって室２１，２２から案内翼１５の両端部へ冷却空気を導入するように配置構成されている。密封部材２５，２６は、短い半径方向管を含み、該管が、案内翼支持部材１９，２０と各スリーブ２７，２８の内周部とに密封当接するように配置構成されている。この場合、前記スリーブ２７，２８は、案内翼１５の各両端部の凹所内に配置構成され、案内翼１５に固定されている。管状密封部材２５，２６は、両端部の一方に、密封部材２５，２６の外周部を取巻いて延在する環状突出部２９，３０を有している。該突出部は、丸みのある、好ましくは球形の外側輪郭を有し、かつ案内翼支持部材１９，２０の内周部に当接するように配置構成されている。案内翼支持部材１９，２０は、固定子１１の一部分に連結され、かつ固定子１１の一部分を形成している。密封部材２５，２６は、その両端部のうちの反対の端部に、別の突出部３１，３２を有している。該突出部もまた、密封部材２５，２６の外周部を取巻いて延在し、丸みのある、好ましくは球形の外側輪郭を有し、案内翼端部の、より正確には該端部内に配置されたスリーブ２７，２８の凹所の内周部に密封当接するように配置構成されている。突出部２９〜３２のおかげで、密封部材２５，２６は、案内翼支持部材１９，２０と、密封能を接続しつつも当接するスリーブ２７，２８とに対し傾斜できる。このような状態は、通常、固定子１１の各固定子部分１７，１８上へのガス温度の影響によって生じる。こうした温度の影響によって、タービン３の軸線方向での固定子部分１７，１８の相互変位が生じ、したがって、回転機械装置の、より正確には回転子３の回転軸線（ｘ）が延在する平面内で各固定子部分１７，１８と連結されている案内翼１５の傾斜が生じる。
【００１６】
案内翼１５を冷却するため、上述のように使用される冷却媒体は、好ましくは空気であり、該空気は、圧縮機２から排出され、かつ別個の、詳細には図示されていない排出装置を介して、導入部材２３，２４へ導入され、該導入部材を介して案内翼１５の内部へ導入される。案内翼１５は、この目的のため中空に形成され、その目的を果した場合には、冷却媒体を更にガス流路内から外へ導入するために小孔が配置形成されている。
【００１７】
特に、案内翼１５の傾斜は、タービン３の軸線方向と実質的平行に延在する平面内に生じる。しかし、上述の形式での、密封部材２５，２６の、固定子１１および案内翼１５のそれぞれとの接触面が、実質的にバレル形状であることにより、密封部材２５，２６は、環状室２１，２２からガス流路３３内への空気漏れがいくらかでも増大すること無しに全方向に傾斜することができる。
図３から、更に詳細に分かるように、短い管状密封部材２５，２６は、反対両端部にゆるやかな丸みのある突出部を備えている。したがって、密封部材２５，２６は、取巻く突出部２９〜３２より幾分小さい外周部を有するくびれ部分３４を備えている。
【００１８】
当業者には、実施例を示した上述の実施形態に対し、多くの変形態様および別の実施態様が、特許請求の範囲に定義された本発明の枠を逸脱することなしに可能であることに留意すべきである。
本出願中の「角度位置とは無関係」という概念は、主として上述の種類の回転機械装置に含まれる構成部材間に発生が予想される角度位置、すなわち案内翼と密封部材の比較的小さな傾斜を言う。
【００１９】
固定子に対して旋回可能に構成されている案内翼とは、主として、案内翼１５がその反対両端部で連結されている外側と内側の固定子部分１７，１８の相互変位の結果として旋回されることを意味している。案内翼の旋回は、したがって、そのような案内翼が当然行い得る従来の回転運動の類と混同してはならない。固定子の一部分１７，１８の変位は、温度の影響によって生じ、好ましくはタービン３の回転子軸線方向ｘに発生し、それにより、案内翼支持部材１９，２０に対する案内翼１５の両端部の傾斜が生じる。その場合、案内翼両端部は、案内翼支持部材内で旋回可能に、すなわち傾倒可能に配置構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による回転機械装置の側断面図である。
【図２】 回転機械装置の一部の側断面図である。
【図３】 密封部材の側面図である。

Claims (13)

1. 回転子（１２）と、固定子（１１）と、少なくとも１個の案内翼（１５）と、少なくとも１つの導入部材（２３，２４）とを含む回転機械装置（１）であって、前記案内翼（１５）の２つの反対両端部が固定子（１１）によって支持され、かつ前記両端部が、少なくとも第１平面内で固定子（１１）に対し旋回可能に配置構成されており、また前記案内翼（１５）の温度に影響を与えるために少なくとも一つの前記導入部材（２３，２４）が該案内翼内へ流体を導入するように配置構成されている形式の回転機械装置において、
   前記回転機械装置が少なくとも二つの密封部材（２５，２６）を含み、該密封部材のそれぞれが、少なくとも前記第１平面内で旋回可能に前記案内翼（１５）と連結され、少なくとも前記第１平面内で旋回可能に前記固定子（１１）に関して配置構成されると共に前記固定子（１１）と前記案内翼（１５）との間を密封するように配置構成されており、また前記密封部材（２５，２６）の密封機能が前記第１平面内での前記固定子（１１）と前記案内翼（１５）との間の角度位置とは無関係であり、そのひとつの密封部材（２５）が前記案内翼（１５）の一端に位置されると共にその第二の密封部材（２６）が前記案内翼（１５）の反対端に位置されることを特徴とする、回転機械装置。
2. 前記密封部材（２５，２６）が、前記案内翼（１５）と密封部材（２５，２６）との間を密封するように配置構成された第１密封部材（３１，３２）を含み、しかも、前記第１密封部材（３１，３２）の密封機能が、前記第１平面内での前記案内翼（１５）と前記密封部材（２５，２６）との間の角度位置とは無関係であることを特徴とする、請求項１に記載された回転機械装置。
3. 前記密封部材（２５，２６）が、前記密封部材（２５，２６）と前記固定子（１１）との間を密封するように配置構成された第２密封部材（２９，３０）を含み、しかも、該第２密封部材（２９，３０）の密封機能が、前記第１平面内での前記密封部材（２５，２６）と前記固定子（１１）との間の角度位置とは無関係であることを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載された回転機械装置。
4. 前記第１密封部材（３１，３２）が、前記密封部材（２５，２６）の外周部を取巻いて延在する突出部を含むことを特徴とする、請求項２に記載された回転機械装置。
5. 前記第２密封部材（２９，３０）が、前記密封部材（２５，２６）の外周部を取巻いて延在する突出部を含むことを特徴とする、請求項３に記載された回転機械装置。
6. 前記密封部材（２５，２６）が、環状横断面と、少なくとも１つの環状の突出部（２９〜３２）とを有する円筒体を含み、該環状の突出部が、円筒体の外周部を取巻いて延在し、かつ密封部材（２９〜３２）を形成していることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された回転機械装置。
7. 前記密封部材（２５，２６）が、環状横断面と、２つの環状突出部（２９〜３２）とを有する円筒体を含み、該環状突出部のそれぞれが、前記密封部材（２５，２６）の外周部を取巻いて延在し、かつ各密封部材（２９〜３２）を形成していることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された回転機械装置。
8. 前記密封部材（２５，２６）が、前記案内翼の端部に設けられた凹所内に突入し、該案内翼と連結されていることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された回転機械装置。
9. 前記第１密封部材（３１，３２）が、前記凹所の内周部に当接するように配置構成されていることを特徴とする、請求項８に記載された回転機械装置。
10. 前記固定子（１１）と連結され、かつ前記案内翼（１５）を支持するように配置構成された支持部材（１９，２０）を貫通して前記密封部材（２５，２６）が突出しており、かつまた前記第２密封部材（２９，３０）が、前記支持部材（１９，２０）の内周部に当接するように配置構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項３のいずれか１項に記載された回転機械装置。
11. 別の導入部（２３，２４）が、温度に影響を与える流体を前記案内翼（１５）の前記第２端部に導入するように配置構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された回転機械装置。
12. 前記回転機械装置が複数の案内翼（１５）を含み、該案内翼が環状部材内に配置構成され、該各案内翼が、前記導入部材（２３，２４）と連結されており、しかも前記第１および／または第２の密封部材（２９〜３２）が該各案内翼（１５）のところに配置構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された回転機械装置。
13. 前記第１の平面が、回転機械装置（１）の回転子軸線（ｘ）が延在する複数平面のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された回転機械装置。

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