JP5073027B2 - 軸方向に貫流可能なターボマシンのための静翼及び静翼構造 - Google Patents

Description

本発明は、互いに向かい合う２つの側部とプラットフォームとを有する翼脚部と、該翼脚部に配置された少なくとも１つの翼板とを備え、軸方向に貫流可能なターボマシンのための静翼に関する。さらに本発明は、支持構造部を備え、該支持構造部の内側面には円周溝が設けられており、該円周溝には嵌合により保持された静翼が相並んで取り付けられている静翼構造に関する。

圧縮機のためのこのような種類の静翼および静翼構造は、たとえば特許文献１から公知である。２つのハーフリングで形成される圧縮機ハウジングに、圧縮機段の各々の静翼輪について１つの円周溝が設けられている。円周溝の側壁はアンダーカットを有しており、それにより、その中へ挿入された、相応に成形されたハンマー形の翼脚部を備える静翼を、アンダーカットの中で嵌合により保持するようになっている。円周溝の中で互いに接する２つの静翼は、互いに向かい合う各々の側面にそれぞれ１つの穴を有している。これらの一直線上に並ぶ穴に、直接隣接する両方の翼脚部を機械的に連結するためのクランプスリーブが挿入されている。こうした連結によって翼の振動を減衰し、翼脚部の動きを減少させ、ないしは防止することが意図されており、それによって翼脚部における摩耗を防止する。

そのほか特許文献２より、ハンマー形の円周溝の中で応力をかけて動翼を取り付けることが知られている。動翼に半径方向で作用するクランプ力を印加するために、円周溝の溝底面には周回する窪みが構成されており、動翼に作用するばねリングがこの窪みに挿入されている。ばねリングは、通常の長手方向スリット以外に、円周方向に延びる多数のスリットを有する湾曲したクランプスリーブの形態で構成されており、それにより、これらのスリットの間に配置された自由端をもつばねアームが生じるようになっており、これらのばねアームによって、円周溝に挿入された動翼が半径方向へ応力をかけられた状態で固定される。

米国特許出願公開第２００５／０１９１１７７号明細書 米国特許第６，７６１，５３８号明細書

本発明の課題は、上記に代わる静翼構造を提供するとともに、これに適した静翼を提供することにある。

静翼に関わる課題は、互いに向かい合う２つの側部とプラットフォームとを有する翼脚部と、該翼脚部に取り付けられた少なくとも１つの翼板とを備え、軸方向に貫流可能なターボマシンのための静翼であって、翼脚部は両方の側部のうちの一方に少なくとも１つの突出する成形片を有しており、該成形片には少なくとも１つのねじ穴が設けられていて、このねじ穴にねじ込まれた、ターボマシンの支持構造部の円周溝の溝底面に支持されるクランプねじによって円周溝の中で静翼へ半径方向に締付け固定することができるようになっており、また、翼脚部は、両方の側部のうちの他方に少なくとも１つの切欠きを有していて、隣接する静翼の少なくとも１つの成形片をこの成形片にねじ込まれたクランプねじを含めて収容できるようになっている、静翼によって解決される。

静翼構造に関わる課題は、環状の支持構造部を備え、該支持構造部の内側外套面には円周溝が設けられており、該円周溝には嵌合により保持された静翼が前述した構成に基づいて相並んで取り付けられている静翼構造によって解決され、このような種類の各々の静翼はその成形片のねじ穴にねじ込まれた、円周溝の溝底面に支持されるクランプねじによって円周溝の中で取り付けられており、成形片はクランプねじを含めて、該当する静翼に直接隣接する静翼のプラットフォームにより全面的に覆われている。

本発明の静翼構造により、軸方向に貫流可能なターボマシンの支持構造において、静翼を半径方向で固定的にクランプ固定することができる。クランプねじがねじ込まれて締められたときに初めてクランプ力が生成されるので、静翼および特にその翼脚部を、円周溝の輪郭に対する比較的大きい公差と比較的低い嵌め合い精度で製作することができる。このことは、一方では位置決めを容易にし、すなわち、円周溝への静翼の挿入とスライドを容易にする。また他方では、それによって熱膨張に備えて必要となる間隙を十分な広さに保っておくことができ、それにより、静翼構造が熱による影響を受けにくくなる。

クランプねじによって、より広いクリアランスの調整範囲が拡げられることに基づき、組立のクリアランスおよびこれに伴う製造公差を大きくすることができるので、相応の構成部品の製造に関するコスト面の利点も得られる。

さらに、支持構造で静翼を締付け固定することによって静翼の相対運動が阻止され、それにより、発生する可能性のある摩耗が減る。

さらに、静翼はそのクリアランスのない取付に基づき、定義された半径方向の位置を有しており、それにより、静翼の自由翼端部と、この自由翼端部に向かい合うロータとの間の半径方向間隙を、従来よりも狭く調整して製作することができる。このことは、ターボマシンの運転中に静翼の自由翼端部のところで流動媒体に発生する半径方向間隙損失を減らし、このことはターボマシンの効率を向上させる。

静翼を締付け固定するために必要なクランプねじがターボマシンの流動通路へ突入しないようにするために、翼脚部の互いに向かいあう両方の側部のうちの一方には、これから突出する１つの成形片が配置されている。このときこの成形片は、実質的にプラットフォームの表面よりも翼脚部の下面の近傍に配置されている。成形片には、クランプねじをねじ込むことができるねじ穴が設けられている。成形片は側方へ突出しているので、ねじ穴とクランプねじは組立作業のために格別に良好にアクセス可能である。

できるだけ少ない構成部品エッジでターボマシンの流動通路を画成するために、該当する静翼に直接隣接して配置されている静翼のプラットフォームは、該当する静翼のクランプねじを含めて成形片を覆うようになされている。そのために、翼脚部の互いに向かい合う２つの側部のうちの他方には、少なくとも１つの切欠きが、少なくとも中にねじ込まれたクランプねじを含めた成形片の構造空間に相当するサイズで設けられている。この方策により、翼脚部のプラットフォームの表面のみによる流動通路の画成を局所的に実現することができ、クランプねじを含めた成形片を覆うために、それ以外の構成部品を円周溝の中で必要とすることがない。さらに、クランプねじは隣接する静翼のプラットフォームによって流動媒体から遮蔽されており、そのようにして流動媒体の影響から守られる。このことは腐食を防止するとともに、穴のねじ山にクランプねじが固着するのを防止する。

その他の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

静翼脚部はハンマー形に構成されているのが好都合である。さらに別の好ましい実施形態では、静翼は一方の側部に、それぞれねじ穴を備える２つの成形片を含んでいる。それにより、円周溝の側壁にそれぞれ近いところでクランプ力が生成され、ただ１つの成形片を備える静翼の場合のように各側壁の間の中央で生成されるのではない、静翼の締付け固定を行うことができる。このことは、締付け固定の確実性を向上させる。当然ながら、相応に大きい１つの成形片に２つのねじ穴が同等の間隔をおいて設けられていることも考えられる。

当然ながら、静翼は、２つまたはそれ以上の翼板を有する静翼セグメントとして構成されていてもよい。

ターボマシンは軸方向に貫流可能な圧縮機であるのが好ましく、それにより、静翼は圧縮機静翼または圧縮機静翼セグメントとして構成されることになる。

静翼構造の１つの好ましい実施形態では、静翼のうちの少なくとも１つは周方向における翼脚部の反力を受けとめるための受止手段を有している。通常、これまでは１つ１つの静翼がそのようにして受止められ保護されていた。いまや確実性が高く比較的大きい力で静翼が締付け固定されるようになるので、翼脚部の反力を受けとめるために従来使用されていた受止手段の個数を減らすことができ、それにより、たとえば４つに１つ、または３つに１つの静翼にだけ、このような力を受けとめるための受止手段を設ければよくなる。

別の好ましい実施形態では、支持構造部は、軸方向の広がりに沿って半分に分割可能である静翼支持体またはターボマシンハウジングとして構成されている。このことは、円周溝への静翼の挿入を容易にする。また、普通であればエンドレスの円周溝を備える一体的な支持構造部の場合に必要となるはずの静翼ロックを設けることが回避される。

本発明のその他の利点、構成要件、および特性について、好ましい実施例および以下の図面を参照しながら詳しく説明する。

第１の実施形態に基づく本発明の静翼を斜視図として示す図である。 第１の実施形態に基づく本発明の静翼を異なる斜視図として示す図である。 第２の実施形態に基づく支持構造部と静翼を示す縦断面図である。 図３の実施形態を示す横断面図である。 支持構造部に配置された円周溝およびその中に配置された複数の静翼を示す展開図である。 円周溝に配置された静翼を、翼脚部の反力を受けとめるための受止手段を含めて示す平面図である。

図１と図２は、ターボマシンのための本発明による静翼１０を、異なる視線方向から見た斜視図として示している。静翼１０は、互いに向かい合う２つの側部１４，１６を有する翼脚部１２を含んでいる。両方の向かい合う側部１４，１６の間にはプラットフォーム１８が配置されており、その表面２０から、これに対して直角に延びる、空気力学的に湾曲した翼板２２が自由端を有して突出している。

両方の側部１４，１６のうちの一方（１６）には、突出する成形片２４が接合板のような形式で一体成形されている。ここでは成形片２４は、翼脚部下面２５の近傍で中央に配置されている。成形片２４にはねじ穴２６があり、そのねじ軸はプラットフォーム１８の表面２０の平面に対して垂直に向いている。

両方の側部１４，１６のうちの他方（１４）には切欠き２９が設けられている。このとき、該当する静翼１０の切欠き２９は、その位置と大きさに関して、環をなすように相並んで位置する静翼１０において、該当する静翼１０と直接隣接する静翼１０の１つまたは複数の成形片２４を（その中に配置された、図１と図２には示さないクランプねじを含めて）全面的に収容することができるように選択されている。

さらに静翼１０は、両方の側部１４，１６をつなぐブリッジ部２３から突出する２つのフック２７を有している。それにより、フック２７とプラットフォーム１８の間には、それぞれ、静翼１０が挿入されるべき円周溝の突起を収容するための溝２８ができている。ブリッジ部２３とフック２７はハンマー形の形態を有しており、それにより翼脚部１２はハンマー形とも呼ばれる。

円周溝の中で相並んでいる静翼１０は、常に、第１の静翼１０の一方の側部１６が第２の静翼１０の他方の側部１４とできるだけ隙間なく互いに向かい合うように、相並んで位置している。

図３は、軸方向へ貫流可能なターボマシンの静翼支持体またはハウジングの一部である、環状の支持構造部３０の縦断面図を示している。その内側の外套面３２には、円周方向に延びる円周溝３４が設けられている。円周溝３４は互いに向かい合う２つの側壁３６，３８を有しており、これらの側壁には、静翼１０を嵌合により保持するために突起４０，４２が設けられている。図３に示す静翼１０が、図１および図２に示す静翼１０と相違している点は、一方の側部１６に配置された成形片２４が翼脚部１２ないし円周溝３４のほぼ幅全体にわたって延びており、その成形片に、円周溝３４の側壁３６，３８の間の中央に配置されるのではなく側壁寄りに配置された、全部で２つのねじ穴２６が設けられていることにある。

ねじ穴２６の中には、クランプねじ４４がそれぞれねじ込まれている。クランプねじ４４は、たとえば無頭ねじとして構成されてよく、あるいは、ねじ頭を有する通常のねじとして構成されていてよい。クランプねじ４４のねじ端部は円周溝３４の溝底面３５で支持されており、翼脚部１２に配置されたフック２７を円周溝３４の突起４０，４２に押し付け、それにより静翼１０は、軸方向に貫流可能なターボマシンの半径方向にしっかりと締付け固定された状態で当接する。

図４は、図３の切断線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面図を示しており、図４でも同一の構成要件には同一の符号が付されている。図４から明らかにわかるとおり、成形片２４は側部１６に突出するとともに、翼脚部下面２５の一部となっている。同様に図４では、中にねじ込まれたクランプねじ４４を含めて隣接する静翼１０の成形片２４を収容するために向かい合う側部１４にある切欠き２９も見ることができる。切欠き２９は、成形片２４に応じて、翼脚部下面２５にも配置されている。

図５は、支持構造部３０と円周溝３４とを備える静翼構造５０の展開図の一部を示している。以下の図面の説明およびこの図面においては、第１の静翼１０ａに付属する構成要件の符号には接尾語ａが追加されており、第２の静翼１０ｂに属する構成要件の符号には接尾語ｂが追加されており、第３の静翼１０ｃに属する構成要件の符号には接尾語ｃが追加されている。第１の静翼１０ａはすでにその指定場所で位置決めされており、２つの無頭ねじ状のクランプねじ４４ａにより、円周溝３４の中でしっかりと締付け固定されている。静翼構造５０へさらに静翼を装備するために、すでに２つの第２および第３の静翼１０ｂ，１０ｃが円周溝３４へ挿入されている。第１の静翼１０ａが締付け固定されてから、これに直接隣接する第２の静翼１０ｂを、そのプラットフォーム１８ａ，１８ｂが互いに当接するまで円周方向へスライドさせ、すなわち矢印５２の方向へスライドさせる。このとき、第１の静翼１０ａの成形片２４ａは、第２の静翼１０ｂの切欠き２９ｂの中に配置されており、それにより、流動通路から見たとき、第２の静翼１０ｂのプラットフォーム１８ｂは、第１の静翼１０ａの成形片２４ａを全面的に覆っている。厳密に言うと、プラットフォーム１８ｂの表面２０ｂは、半径方向で投影したときに、切欠き２９ｂを覆っている。次いで第２の静翼１０ｂが、さらに別のクランプねじによって相応の位置に固定される。次いで、第３の静翼１０ｃを第２の静翼１０ｂの成形片２４ｂの上にスライドさせることができ、それにより、第２の静翼のクランプねじは第３の静翼１０ｃのプラットフォーム１８ｃによって隠される。静翼輪のさらに別の静翼１０を引き続き挿入して締付け固定することで、軸方向に貫流されるターボマシンのための完成した静翼輪を組み立てることができ、そのようにして、すべての静翼１０が保持溝３４の突起４０，４２へ定義された初期応力で押し当てられる。

さらに静翼１０は、翼脚部の反力を受けとめるために、図６に示すようにさらに受止めされている。そのために保持溝３４の溝底面３５には貫通孔があり、この貫通孔には、支持構造部３０の裏側から別のねじ５４をピンとともにねじ込み可能であり、このピンは、静翼１０の翼脚部１２の下面にある、これに対応する切欠きに係合する。

本発明は、図１、図２、および図３に示す静翼１０の実施形態に限定されるものではない。当然ながら、一方の側部１６に、それぞれ１つのねじ穴２６を備える中心からずれた２つの成形片２４を設けることが可能である。その場合、このような静翼１０の他方の側部１４は、相応の成形片２４を収容するために１つまたは２つの切欠き２９を有することになる。

全体として本発明により、各々の静翼１０がしっかりしたクランプ固定によって円周溝３４で保持される、軸方向に貫流可能なターボマシンのための、特に圧縮機のための静翼１０および静翼構造５０が提供される。しっかりしたクランプ固定のために、翼脚部１２の一方の側部１６には１つのねじ穴２６を備えた１つの突出する成形片２４が設けられており、このねじ穴に、円周溝３４の溝底面３５に支持されるクランプねじ４４をねじ込み可能である。本発明の１つの特別な利点は、静翼輪において成形片２４だけでなくその中へねじ込まれたクランプねじ４４も、これに隣接する静翼１０のプラットフォーム１８により全面的に覆われるという点にあり、それにより、ねじ穴２６とクランプねじ４４の互いに噛み合うねじ山は、ターボマシンの流動通路に流れる作業媒体に対してプラットフォーム１８の表面２０により遮蔽される。このような遮蔽はクランプねじ４４の腐食や固着を防止し、このことは、長い運転時間が経過した後でも、円周溝３４からの静翼１０の取外しを確実に保証する。

１０ 静翼
１２ 翼脚部
１４ 側部
１６ 側部
１８ プラットフォーム
２２ 翼板
２４ 成形片
２５ 翼脚部下面
２６ ねじ穴
２９ 切欠き
３０ 支持構造部
３２ 内側外套面
３４ 円周溝
３５ 溝底面
４４ クランプねじ
５０ 静翼構造

Claims (9)

1. 互いに向かい合う２つの側部（１４，１６）とプラットフォーム（１８）とを有する翼脚部（１２）と、該翼脚部に配置された少なくとも１つの翼板（２２）とを備え、軸方向に貫流可能なターボマシンのための静翼（１０）において、
   前記翼脚部（１２）は前記両方の側部のうちの一方（１６）に少なくとも１つの突出している成形片（２４）を有しており、該成形片には少なくとも１つのねじ穴（２６）が設けられていて、そこにねじ込まれた、ターボマシンの支持構造部（３０）の円周溝（３４）の溝底面（３５）に支持されるクランプねじ（４４）によって前記静翼（１０）を前記円周溝（３４）の中で半径方向に締付け固定するようになっており、
   前記翼脚部（１２）は、前記両方の側部のうちの他方（１４）に、隣接する静翼（１０）の少なくとも１つの成形片（２４）を、これにねじ込まれたクランプねじ（４４）を含めて収容するための少なくとも１つの切欠き（２９）を有していることを特徴とする静翼。
2. 前記翼脚部（１２）はハンマー形に構成されている、請求項１に記載の静翼。
3. それぞれ１つのねじ穴（２６）を有する２つの成形片（２４）を備えているか、または１つの成形片（２４）に２つのねじ穴（２６）を備えている、請求項１または２に記載の静翼。
4. 前記成形片（２４）が翼脚部下面（２５）側の部分に一体成形されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の静翼。
5. ２つまたはそれ以上の翼板（２２）を静翼セグメントとして有している、請求項１から４までのいずれか１項に記載の静翼。
6. 軸方向に貫流可能な圧縮機の圧縮機静翼として構成されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の静翼。
7. 圧縮機であるターボマシンのための静翼構造（５０）において、
   環状の支持構造部（３０）を備えており、該支持構造部の内側外套面（３２）には円周溝３４）が設けられており、該円周溝には嵌合により保持された請求項１から５までのいずれか１項に記載の静翼（１０）が相並んで取り付けられており、
   このような種類の各々の前記静翼（１０）がその成形片（２４）のねじ穴（２６）にねじ込まれた、前記円周溝（３４）の溝底面（３５）に支持されるクランプねじ（４４）によって前記円周溝（３４）の中で締付け固定されており、前記成形片（２４）は前記クランプねじ（４４）を含めて、該当する前記静翼（１０）に直接隣接する静翼（１０）のプラットフォーム（１８）により全面的に覆われている静翼構造。
8. 前記静翼（１０）のうち少なくとも１つは周方向における翼脚部の反力を受けとめるための受止手段を有している、請求項７に記載の静翼構造。
9. 前記支持構造部（３０）が半分に分割可能である、請求項７または８に記載の静翼構造。

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