JP5638696B2 - Compressor and related gas turbine - Google Patents
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Description
本発明は、環状流れダクトの径方向外側限を形成したハウジングを具備し、ハウジングの内部において流れダクトを通じて径方向に延びたベーンリングのガイドベーンが回転可能に組み付けられたコンプレッサであって、各ガイドベーンはハウジング側においてハウジングを通じて延びた第1回転部を具備しており、ロータ側において内側リング内に延びた第2回転部を具備したコンプレッサに関する。 The present invention includes a housing having a radially outer limit of an annular flow duct, and a compressor in which guide vanes of a vane ring extending radially through the flow duct are rotatably assembled inside the housing. The guide vane relates to a compressor having a first rotating part extending through the housing on the housing side and a second rotating part extending into the inner ring on the rotor side.
現代のガスタービンの既知のコンプレッサは1つ以上のコンプレッサステージを具備し、そのガイドベーンは調節可能である。ここで、対応したリングに割り当てられたガイドベーンは、質量流を制限するために、長手軸に関して調節可能である。質量流を制限するための容量は、コンプレッサにより大きい作動範囲を与える。そのようなコンプレッサステージのガイドベーンを回転可能に取り付けるために、回転部がガイドベーンの2つのブレードの各端部に設けられている。ここで、外側回転部は環状ハウジング内に支持されており、内側回転部は所謂内側リング内に支持されている。この場合、内側リングはすべてのガイドベーンによって保持されている。内側リングは、ハウジング内の外側回転部の径方向位置を通ったロータ軸に関して中心に位置している。しかしながら、ここで、ベーンの径方向の調節はロータに対する内側リングの位置決めに寄与するだけでなく、同時に調節可能ガイドベーンと外側ハウジングと内側リングとの間のギャップも設定し、ブレードの調節工程において、これは流れダクトの境界壁に接触しない。 Known compressors of modern gas turbines include one or more compressor stages whose guide vanes are adjustable. Here, the guide vanes assigned to the corresponding rings can be adjusted with respect to the longitudinal axis in order to limit the mass flow. The capacity to limit the mass flow gives the compressor a larger operating range. In order to rotatably mount the guide vanes of such a compressor stage, a rotating part is provided at each end of the two blades of the guide vane. Here, the outer rotating part is supported in an annular housing, and the inner rotating part is supported in a so-called inner ring. In this case, the inner ring is held by all guide vanes. The inner ring is centered with respect to the rotor shaft through the radial position of the outer rotating part in the housing. Here, however, the radial adjustment of the vanes not only contributes to the positioning of the inner ring with respect to the rotor, but at the same time also sets the gap between the adjustable guide vane, the outer housing and the inner ring, in the blade adjustment process. This does not contact the boundary wall of the flow duct.
内側リングを保持するための既知のデザインはガイドベーンと内側リングとの間の明確な径方向のインターロックを提供しているので、より大きい機械的応力が個々の内側リングベアリング内部に発生し、そこで使用されているベアリングブッシュの顕著な摩耗の原因となり得る。ここで、作動中の機械的応力は熱応力によっても悪化されるかもしれない。 Known designs for holding the inner ring provide a clear radial interlock between the guide vane and the inner ring, so greater mechanical stress is generated inside the individual inner ring bearings, It can cause significant wear of the bearing bush used there. Here, the mechanical stress during operation may also be exacerbated by thermal stress.
特許文献1は調節可能なガイドベーンのベアリングの代替的な変形を開示している。そこに示された機器は、2つの等しいセグメントに分割された内側リングを具備している。セグメントの端部は舌片と溝との接続において互いに対して緩く置かれており、調節可能ガイドベーンの内側回転部は内側リングの径方向のボア内に直接支持されている。これによって、各セグメントは関連したガイドベーンのボアによって支持され、摩耗の増大を導き得る。 U.S. Pat. No. 6,089,077 discloses an alternative variation of adjustable guide vane bearings. The device shown there comprises an inner ring divided into two equal segments. The ends of the segments are placed loosely relative to each other at the tongue and groove connection, and the inner rotating part of the adjustable guide vane is supported directly in the radial bore of the inner ring. This allows each segment to be supported by the associated guide vane bore, leading to increased wear.
したがって、本発明の目的は、長手軸に関して回転可能なガイドベーンのための締結機器と、摩耗が無く且つそれと同時にロータに関連した内側リングの容易な位置決めを可能にした内側リングと、を備えたコンプレッサを提供することである。 Accordingly, the object of the present invention comprises a fastening device for a guide vane that is rotatable about a longitudinal axis and an inner ring that is wear free and at the same time allows easy positioning of the inner ring associated with the rotor. Is to provide a compressor.
本発明の目的は、請求項1の前段によるコンプレッサによって達成され、そのコンプレッサにおいては、内側リングが2つの対向した端部を備えた分割リングとして形成されており、リングギャップを広げるためのバネ要素が設けられている。この目的のために、リングギャップの領域において、好適にカプセル封入されたバネ要素を取り付けることが提案されている。組み立てられた状態の上側ハウジング部と下側ハウジング部とともに、これは内側リングの径方向の予圧を提供している。径方向の予圧は、内側リングをガイドベーンの第2回転部に対して押圧することに寄与している。このことは、すべてのガイドベーンに対する内側リングの径方向の固定を省略することを可能にしている。このことは、内側リング内に延びた第2回転部は単に外側から個々のボアまたは凹部に挿入されていることを意味しており、これまでに設けられた積極的な径方向のインターロックが省略され得る。結果的に、ガイドベーンは、径方向内側に配置され且つ単純に円筒形デザインとされた第2回転部を備えることが可能である。同一のことが内側リング内のボアに当てはまり、内側リングは回転部を受け、本発明による内側リングはもはや積極的なインターロックのための連続した周フランジを具備していない。内側リングの潜在的なひずみが、径方向のラッチが無いことによってここでは回避されており、そのことは特に利点となっている。それに加えて、ガイドベーンの内側ベアリングのデザインの簡素化は組み立て時間を減少させている。 The object of the invention is achieved by a compressor according to the preceding stage of claim 1, in which the inner ring is formed as a split ring with two opposite ends and a spring element for widening the ring gap. Is provided. For this purpose, it has been proposed to attach a suitably encapsulated spring element in the region of the ring gap. Together with the upper and lower housing parts in the assembled state, this provides a radial preload on the inner ring. The radial preload contributes to pressing the inner ring against the second rotating part of the guide vane. This makes it possible to dispense with the radial fixing of the inner ring to all guide vanes. This means that the second rotating part extending into the inner ring is simply inserted into the individual bore or recess from the outside, and the positive radial interlock provided so far is It can be omitted . As a result, the guide vane can be provided with a second rotating part arranged radially inward and simply having a cylindrical design. The same applies to the bore in the inner ring, which receives the rotating part, and the inner ring according to the invention no longer comprises a continuous circumferential flange for positive interlocking. The potential distortion of the inner ring is avoided here by the absence of radial latches, which is a particular advantage. In addition, the simplification of the guide vane inner bearing design reduces assembly time.
熱的に過渡的な操作において、内側リングとすべてのガイドベーンとの熱膨張は、バネ要素によってさらに補正され、内側リングとガイドベーンのサポートの内側点との間の応力は減少され、ベアリングの摩耗も減少される。 In thermal transient operation, the thermal expansion of the inner ring and all guide vanes is further compensated by the spring element, the stress between the inner ring and the inner point of the guide vane support is reduced, and the bearing Wear is also reduced.
結果的に、バネ要素の導入は、内側リングが自己サポートおよび自己センタリングシステムとして設計されることを可能にし、調節可能ガイドベーンのみがベーンリングの下半分に配置され、いわゆるフローティング内側リングを支持している。 As a result, the introduction of spring elements allows the inner ring to be designed as a self-supporting and self-centering system, with only adjustable guide vanes located in the lower half of the vane ring, supporting the so-called floating inner ring. ing.
本発明のさらなる利点は、内側リングの自己センタリングサポートのおかげで、ハウジング内のガイドベーンの径方向位置決めのための調節可能なデバイスが簡素化され得ることである。コンプレッサのこの簡素化は、より少ない数の使用部品数のおかげで、コンプレッサの故障の見込みを減少している。 A further advantage of the present invention is that thanks to the self-centering support of the inner ring, an adjustable device for the radial positioning of the guide vanes in the housing can be simplified. This simplification of the compressor reduces the likelihood of compressor failure thanks to the smaller number of parts used.
有利な改良は、従属請求項により特定されている。 Advantageous refinements are specified by the dependent claims.
本発明の第1の有利な改良によれば、分割リングの2つの端部は向き合った第1ソケットを具備し、それらは本質的に止まり穴の範疇であり、そこにはバネ要素が載置されている。これによって、分割リングを分離するための比較的簡素なデザインは特定され、バネ要素は例えばコイルバネとして実施されている。コイルバネは、ソケット内に載置されているので、スリップを防止している。 According to a first advantageous refinement of the invention, the two ends of the split ring comprise first sockets facing each other, which are essentially in the category of blind holes, on which spring elements rest. Has been. This identifies a relatively simple design for separating the split rings, and the spring element is implemented, for example, as a coil spring. Since the coil spring is placed in the socket, it prevents slipping.
バネ要素を汚れから保護するために、バネ要素は有利にカプセル内に封入されている。 In order to protect the spring element from contamination, the spring element is advantageously enclosed in a capsule.
軸方向における内側リングの2つの端部の相対移動は、これらの端部が軸方向にロックされた場合に防止され得る。例えば、これは平行キーとともに実施され、分割リングの2つの向き合った端部の軸方向の位置を事前に決定している。この目的のために、例えば平行キーはソケット内に同様に配列され、ソケットはこの目的のために内側リングのギャップの両端面に設けられている。 Relative movement of the two ends of the inner ring in the axial direction can be prevented if these ends are locked in the axial direction. For example, this is done with a parallel key and predetermines the axial position of the two opposite ends of the split ring. For this purpose, parallel keys, for example, are likewise arranged in the socket, which sockets are provided for this purpose at both ends of the gap of the inner ring.
さらに有利な改良によれば、内側リングは少なくとも2つのセグメントを具備している。ここではセグメントは好適に180°の弧長に延びている。このことは、コンプレッサ内のガイドベーンの比較的容易な組み立てを可能にしている。 According to a further advantageous refinement, the inner ring comprises at least two segments. Here the segments preferably extend to an arc length of 180 °. This allows a relatively easy assembly of the guide vanes in the compressor.
カラー状のブッシュが、第2回転部と回転部を受ける内側リングの各ボアとの間の摩耗潤滑として設けられてもよい。内側リングの個々のボア内における回転部の摩擦ベアリングの汚染を防止するために、連続的な周溝が第2回転部に設けられ、その内部に例えばOリングのような溝シールリングが配置されることが提案される。これは内側ベアリングの径方向の摩耗を減少させる。 A collar-like bush may be provided as wear lubrication between the second rotating part and each bore of the inner ring that receives the rotating part. In order to prevent contamination of the friction bearings of the rotating parts in the individual bores of the inner ring, a continuous circumferential groove is provided in the second rotating part, inside which a groove seal ring such as an O-ring is arranged. It is proposed that This reduces the radial wear of the inner bearing.
生産の比較的容易な内側リングまたはセグメントは、これらが軸方向に分割可能である場合に指定され得る。セグメントまたは内側リングの部品はネジによって、例えば溶接によっても一体とされることが可能である。しかしながら、セグメントまたは内側リングは好適に軸方向に分割不可能である。 Inner rings or segments that are relatively easy to produce can be designated if they are axially splittable. The segments or parts of the inner ring can be integrated by means of screws, for example by welding. However, the segment or inner ring is preferably not axially splittable.
本発明によれば、均等な部品に分割可能なハウジングを備え、電力を発生することを目的とした固定ガスタービンは、前述の改良による独創的なコンプレッサを備えている。 According to the invention, a stationary gas turbine with a housing that can be divided into equal parts and intended to generate electric power is provided with an inventive compressor according to the above-mentioned improvement.
本発明は、図に表現された例示的な実施形態を参照してさらに説明されている。 The invention is further described with reference to the exemplary embodiments represented in the figures.
図1は、長手軸12に関して回転可能なガイドベーン14の軸部内における、軸流タイプのコンプレッサ10の断面を示している。ガイドベーン14は、例えばコンプレッサ10の流入ガイドベーンである。しかしながら、それらはその下流に設置された従属コンプレッサステージのベーンリングの一部を形成していてもよい。ガイドベーン14は空力的に湾曲されたブレード16(一部のみ図示)を具備し、ブレード16には径方向内側端部18において円形プラットフォーム20が配置されている。プラットフォーム20は第1円筒部22内に融合しており、その内部には周溝24がシール用Oリングを受け入れるために形成されている。第1円筒部22の隣は、より小径の同心の第2円筒部である。両方の部分22,23は回動部26の一部であり、各々が円筒形である。カラー状のブッシュ28は第2円筒部23の周囲に配置されている。第1円筒部22とカラー状のブッシュ28とはそれらの輪郭に一致したソケット30内に載置され、ソケットは段付きのボアとして実体化されている。ここではボアはいわゆる内側リング32内に配列されている。内側リング32の外周面34は、コンプレッサ10の環状流れダクト36の径方向内側限を形成している。それと同時に、内側リング32はコンプレッサ10のロータ35を包囲している。ガイドベーン14の径方向外側端(図示略)において、内側端部18に類似した規則に従って、回動部は流れダクト36の外側限を形成したハウジング内に設けられている。
FIG. 1 shows a cross section of an axial
選択されたデザインは、原理的にガイドベーン14は外側から径方向にソケット30内に単に挿入されていることを意味している。ここでの径方向はコンプレッサ10の機械軸38に関係しており、機械軸はコンプレッサに沿って延びている。
The selected design means in principle that the
2つのセグメント40から組み立てられた内側リング32は、図2に概略的に示されている。2つのセグメント40は各々が180°の円弧長さである。第1接続エリア42において、2つのセグメント40は端面において隙間なく一体にネジ止めされている。セグメント40の他の2つの端部44は、リングギャップを形成した第2接続エリア46内において互いに向き合って配列されている。リングギャップとの用語は、これ以降ギャップ48と省略される。第2接続エリア46は図3に詳細に示されている。各場合において止まり穴によって形成された第1ソケット50は、2つの端部44の各々に設けられている。2つの第1ソケット50は互いに互いに向き合って配置され、カプセル入りのバネ要素52はこれらのソケット内に載置されている。例示的な実施形態において、バネ要素52はカプセル53を備えたコイルバネとして設計されている。バネ要素52はギャップ48内において予圧を負荷されて載置されており、2つの端部44は離間されようとしている。したがって、取り付けられた状態において、内側リング32はガイドベーン14の回動部26に対して押圧されている。内側リング32の自己センタリングがこれによって達成されている。
The
第1ソケット50と類似の規則に従って、同様に互いに向き合って配置されたソケット54が2つの端部44に設けられている。例えば、平行キーとして設計され得るセンタリング要素56が、第2ソケット54内に載置される。この配列は軸方向における2つの端部44の相対移動を防止し、これによって2つの端部44をロックすることを可能にしている。これはバネ要素52に作用する剪断力による負荷を防止している。
According to the same rules as the
したがって、本発明は全体的に環状流れダクト36を備えた軸流コンプレッサ10に関し、このコンプレッサでは、流れダクト36を通じて延びた、ベーンリングの調節可能なガイドベーン14が回転可能に組み付けられており、ロータ側の各ガイドベーン14は、そのブレード16上の内側リング32に組み付けられるための回動部26を具備している。自己センタリング内側リング32の無摩耗を提供するために、内側リングは2つの向き合った端部44を備えた分割リングとして実現され、分割リングを広げるためのバネ要素52が設けられている。
Accordingly, the present invention generally relates to an
10 ・・・コンプレッサ
12 ・・・長手軸
14 ・・・ガイドベーン
16 ・・・ブレード
18 ・・・径方向内側端部
20 ・・・円形プラットフォーム
22 ・・・第1円筒部
23 ・・・第2円筒部
24 ・・・周溝
26 ・・・回動部
28 ・・・ブッシュ
30 ・・・ソケット
32 ・・・内側リング
34 ・・・外周面
36 ・・・環状流れダクト
38 ・・・機械軸
40 ・・・セグメント
42 ・・・第1接続エリア
44 ・・・端部
46 ・・・第2接続エリア
48 ・・・ギャップ
50,54 ・・・第1ソケット
52 ・・・バネ要素
56 ・・・センタリング要素
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記内側リング(32)は、2つの対向した端部(44)を備えた分割リングとして形成されており、該分割リングを広げるためのバネ要素(52)が設けられており、前記バネ要素(52)はカプセルに封入されていることを特徴とするコンプレッサ(10)。 A guide vane (14) of a guide vane rig having a housing forming a radially outer limit of the annular flow duct (36) and extending radially through the flow duct (36) is rotatably assembled in the housing. Each of the guide vanes (14) includes a first rotating part (26) extending through the housing on the housing side, and a second extending in the inner ring (32) on the rotor side. In the compressor (10) provided with the rotating part (26),
The inner ring (32) is formed as a split ring with two opposite ends (44), provided with a spring element (52) for spreading the split ring , the spring element ( 52) A compressor (10) characterized in that it is enclosed in a capsule .
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