JP6700476B2 - ターボ機械ハウジング - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械ハウジングに関する。

例えば蒸気タービンハウジングのようなターボ機械ハウジングは、典型的には、複数のハウジング部分から構成されており、特に第１の、下部の様なハウジング部分と、第２の、カバー様のハウジング部分とから構成されており、これらのハウジング部分は、ボルト連結によって、向かい合うか、又は互いに隣接するフランジにおいて、互いに連結されている。

図１は、先行技術から知られたターボ機械ハウジング１の、すなわち蒸気タービンハウジングの、カバー様のハウジング部分２の領域における部分的な横断面を示している。カバー様のハウジング部分２は、横断面において湾曲した壁３を有しており、壁３は、湾曲した内側面４と湾曲した外側面５とを有している。カバー様のハウジング部分２の周縁領域には、フランジ６が形成されており、フランジ６は、フランジ面７で、隣接するハウジング部分の図示されていない隣接するフランジに接続されている。図１に示された、ターボ機械ハウジング１のカバー様のハウジング部分２は、ボルト連結８を通じて、隣接する図示されていないハウジング部分に連結されており、図１に示された実施例における各ボルト連結８はそれぞれ、ボルト９、ボルト９と協働するナット１０、及び伸縮性スリーブ１１を含んでいる。ターボ機械ハウジング１のハウジング部分の連結のために、ボルト連結８が引き締められる。図１は、ボルト連結８の締付力を象徴した力ベクトル１２を示している。ボルト連結の締付力の力ベクトル１２は、各ボルト連結８の軸１３を通って延在している。

ターボ機械ハウジング１のハウジング部分の連結には、各ボルト連結８の締付力が作用するだけではなく、ハウジング部分の連結には、ターボ機械ハウジング１の内部における圧力に依存する力も作用しており、図１では、この、ターボ機械ハウジング１の内部における圧力に依存する力は、力ベクトル１４によって象徴されている。図１に示されたボルト連結８の力ベクトル１２は、ボルト連結８の締付力を象徴し、ボルト連結８の軸１３を通って延在している一方で、ターボ機械ハウジングの内部における圧力に依存する力ベクトル１４は、Δｘの分だけ、ボルト連結８の締付力の力ベクトル１２に対して平行にずらされている。

各締付力の力ベクトル１２の作用方向と、ターボ機械ハウジング１の内部における圧力に依存する力の力ベクトル１４の作用方向との間における、このずれΔｘが大きければ大きいほど、ターボ機械ハウジング１のハウジング部分間のフランジ連結の領域におけるてこ比は不利になり、それによって、フランジ連結の緊密性が阻害される。これによって、ハウジング内側面において、フランジ連結の亀裂が大きく開くことになり、その結果、フランジ連結の緊密性が失われる。これは不利な点である。

それゆえ、隣接するハウジング部分間のフランジ連結の緊密性が、先行技術から知られたターボ機械ハウジングにおいて可能であるよりも良好に保証され得るような、ターボ機械ハウジングの需要が存在している。

この需要から出発して、本発明は、新式のターボ機械ハウジングを創出することを課題としている。

本課題は、請求項１に記載のターボ機械ハウジングによって解決される。本発明によると、湾曲した内側面は、ボルト連結に背向する第１の領域において、第１の曲率半径Ｒ１によって、及びボルト連結に対向する第２の領域において、第１の曲率半径Ｒ１とは異なる第２の曲率半径Ｒ２によって、ボルト連結の領域において、ターボ機械ハウジングの内部における圧力に依存する力の力ベクトルが、ボルト連結の軸を通って延在するボルト連結の締付力の力ベクトルと略同軸ではあるが反対方向に延在するように、輪郭を形成されている。それによって、ターボ機械ハウジングのハウジング部分間のフランジ連結又はボルト連結の領域における有利なてこ比が保証され得る。それによって、最終的には、フランジ連結又はボルト連結の領域において、ターボ機械ハウジングに関する良好な緊密性が供給され得る。

有利なさらなる発展形態によると、ターボ機械ハウジングの内部における圧力に依存する力の力ベクトルと、ボルト連結の締付力の力ベクトルと、の間のずれは、フランジ幅Ｂの０．１５未満、好ましくは０．０５未満である。この有利なさらなる発展形態によって、ターボ機械ハウジングの緊密性を、特に有利に調整することが可能である。

有利なさらなる発展形態によると、湾曲した内側面の第１の曲率半径Ｒ１は、湾曲した内側面の第２の曲率半径Ｒ２よりも大きく、これら両方の曲率半径の中心点は、垂直方向においても、水平方向においても、互いに対してずらされている。これは、ボルト連結の領域における有利なてこ比の調整のため、及びそれに伴って、ターボ機械ハウジングの良好な緊密性の保証のため、に特に好ましい。

別の有利なさらなる発展形態によると、湾曲した外側面は、第３の曲率半径によって輪郭を形成されており、第３の曲率半径Ｒ３と第１の曲率半径Ｒ１とは、互いに異なっており、好ましくは、湾曲した外側面の第３の曲率半径Ｒ３は、湾曲した内側面の第１の曲率半径Ｒ１よりも大きく、さらに、これら両方の曲率半径の中心点は、垂直方向において互いに対してずらされ得るが、水平方向にはずらされ得ない。本発明のこのさらなる発展形態も、フランジ連結又はボルト連結の領域における有利なてこ比の調整のため、及びそれに伴って、ターボ機械ハウジングの良好な緊密性の保証のため、に用いられる。

有利なさらなる発展形態によると、第２のハウジング部分の湾曲した壁を通って延在し、少なくとも湾曲した壁の一点において、特に湾曲した壁の頂点において、湾曲した外側面及び湾曲した内側面から同じ距離を有している輪郭は、概ねボルト連結の軸上に位置する交点において、ボルト連結の領域内の、向かい合った、又は互いに隣接したフランジ面に交わる。好ましくは、当該交点とボルト連結の軸との間の距離は、フランジ幅Ｂの０．１５未満、好ましくは０．０５未満である。それによって、ターボ機械ハウジングの特に良好な緊密性が保証され得る。

別の有利なさらなる発展形態によると、第２の、ボルト連結に対向し、第２の曲率半径Ｒ２によって輪郭が形成された湾曲した内側面の領域は、第１の領域に背向する側で、内側面の平らに輪郭が形成された領域に移行する。このさらなる発展形態によって、ターボ機械ハウジングのカバー様のハウジング部分の湾曲した壁が、ボルト連結に隣接して、ハウジング内側部分の領域において、より大きな材料の厚さを有し、それによって、ターボ機械ハウジングの強度が、有利に調整可能であることが保証され得る。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び後続の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図面である：

先行技術に係るターボ機械ハウジングの一部を示す図である。 本発明に係るターボ機械ハウジングの一部を示す図である。

本発明は、ターボ機械ハウジング、特に蒸気タービンハウジングに関する。

図２は、本発明に係るターボ機械ハウジング２１の、第２の、カバー様のハウジング部分２２の領域における好ましい実施例を示しており、第２のハウジング部分２２は、ターボ機械ハウジング２１の、図示されていない第１の、下部の様なハウジング部分に連結されている。カバー様の、円筒シェル様のハウジング部分２２から、湾曲した壁２３が示されており、湾曲した壁２３は、横断面において湾曲した内側面２４と湾曲した外側面２５とを含んでいる。

図示された、ターボ機械ハウジング２１のカバー様のハウジング部分２２は、フランジ面２７を備えたフランジ２６を有しており、このカバー様のハウジング部分２２のフランジ２６のフランジ面２７には、図示されていない、ターボ機械ハウジング２１の下部の様なハウジング部分が、対応するフランジ面で接続されており、これらのハウジング部分は、ボルト連結２８によって、互いに連結されている。ボルト連結２８のそれぞれは、やはり、ボルト２９、ナット３０及び伸縮性スリーブ３１を有している。

本発明によると、ターボ機械ハウジング２１の優れた緊密性を保証するために、湾曲した内側面２１は、ボルト連結２８に背向する第１の領域において、第１の曲率半径Ｒ１によって、及びボルト連結２８に対向する第２の領域において、第１の曲率半径Ｒ１とは異なる第２の曲率半径Ｒ２によって輪郭を形成されていること、つまりボルト連結２８の領域において、各ボルト連結の締付力の力ベクトル３２が、ターボ機械ハウジングの内部における圧力に依存する力の力ベクトル３４と略同軸ではあるが、反対方向に延在するように輪郭を形成されていることが規定されている。

図２は、各ボルト連結の締付力の力ベクトル３２が、各ボルト連結２８の軸３３を通って延在していること、及び締付力の力ベクトル３２と、ターボ機械ハウジングの内圧に依存する力の力ベクトル３４と、が互いに対して略同軸に延在していることを示しており、このとき、略同軸であるとは、力ベクトル３２、３４の間に場合によっては存在するずれΔｘが、所定の範囲内にあることと理解されるべきである。

各ボルト連結２８の力の力ベクトル３２と、内圧に依存する力の力ベクトル３４と、の間におけるずれΔｘが、フランジ幅Ｂの０．１５未満、好ましくは０．０５未満であることが規定されている。第１の曲率半径Ｒ１は、ターボ機械ハウジング２１のカバー様のハウジング部分２２の湾曲した壁２３の湾曲した内側面２４が、ボルト連結２８に背向する領域において湾曲する際の曲率半径である。その際、湾曲した壁２３が、その内側面２４の領域で、第１の曲率半径Ｒ１によって輪郭を形成されている領域は、湾曲した壁２３の頂点３５まで延在している。

その際、湾曲した内側面２４の第１の曲率半径Ｒ１は、湾曲した内側面２４の第２の曲率半径Ｒ２よりも大きく、これらの曲率半径Ｒ１、Ｒ２の中心点３６、３７は、垂直方向においても水平方向においても、互いに対してずらされている。

図２は、第２の曲率半径Ｒ２の中心点３７が、第１の曲率半径Ｒ１の中心点に対して、壁２３の頂点３５の方向において垂直かつ上側に向かって、及びフランジ２６又は壁２３の方向において水平かつ外側に向かって、ずらされていることを示している。

図２から明らかであるように、ハウジング部分２１の湾曲した壁２３の湾曲した外側面２５は、第３の曲率半径Ｒ３によって輪郭を形成されており、第３の曲率半径Ｒ３と第１の曲率半径Ｒ１とは、互いに異なっている。好ましくは、壁２３の湾曲した外側面２５の第３の曲率半径Ｒ１は、壁２３の湾曲した内側面２４の第１の曲率半径Ｒ１よりも大きく、これらの曲率半径Ｒ１及びＲ３の中心点も、互いに対してずらされており、つまり、好ましくは、曲率半径Ｒ１及びＲ３は、垂直方向においては互いにずらされているが、水平方向においては互いにずらされていない。

図２は、内側面２４の第１の曲率半径Ｒ１の中心点３６が、外側面２５の第３の曲率半径Ｒ３の中心点３８に対して、垂直方向において上側に向かってずらされている、すなわち、湾曲した壁２３の頂点３５から、より小さい距離を有している、という任意の実施形態を示している。しかしながら、水平方向に見ると、これらの曲率半径Ｒ１及びＲ３の中心点３６及び３８の間にずれは存在しない。

本発明の図示された、好ましい実施例において、第２の曲率半径Ｒ２で輪郭を形成された、ハウジング部分２２の湾曲した内側面２４の領域は、第１の側で、第１の曲率半径Ｒ１で輪郭を形成された、湾曲した内側面２４の第１の領域につねに移行する。

さらに、第２の曲率半径Ｒ２で輪郭が形成された、湾曲した内側面２４の領域は、第１の領域に背向する側で、内側面２４の平らに輪郭を形成された領域につねに移行し、当該領域においては、湾曲した内側面２４はもはや湾曲しておらず、むしろ平らに延在している。

この、湾曲した壁２３の、それ自体湾曲した内側面２４の、平らに輪郭を形成された領域は、フランジ２６のフランジ面２７に隣接して延在しており、特に、ターボ機械ハウジング２１のハウジング部分２２が、その内側面で、ボルト連結２８の領域において、内側面２４の湾曲がフランジ面２７まで延在する場合よりも大きな材料の厚さを有することを保証している。それによって、ターボ機械ハウジング２１、特にハウジング部分２２の強度が増大し得る。

上述した半径Ｒ１及びＲ２による、湾曲した壁２３の内側面２４の輪郭形成を通じて、特に半径Ｒ３による、湾曲した外側面２５の対応する輪郭形成と組み合わせて、力ベクトル３２、３４間のずれが最小であること、特にこれらが略同軸に延在しており、それによって、ボルト連結２８の領域において、有利なてこ比が調整可能であり、その結果、ターボ機械ハウジングの良好な緊密性が供給可能であることが保証され得る。理想的な場合、力ベクトル３２、３４は、反対の方向ではあるが、１つの軸上に延在している。

図２はさらに、カバー様のハウジング部分２２の湾曲した壁２３の輪郭３９を示しており、当該輪郭は、湾曲した内側面２４と湾曲した外側面２５との間で、壁２３を通って延在しており、湾曲した壁２３の少なくとも一点、図２ではその頂点３５において、湾曲した外側面２５及び湾曲した内側面２４から、同じ距離を有している。

図２において、輪郭３９は、弓形の輪郭であり、当該輪郭は、すでに述べたように、湾曲した壁２３の頂点３５の領域において、内側面２４と外側面２５とから同じ距離を有している。

その際、ボルト連結２８の領域における、この輪郭３９のフランジ面２７との交点４０は、好ましくは、概ねボルト連結２８の軸３３上に位置しており、当該軸を通って、締付力の力ベクトル３２が延在している。その際、当該交点４０とボルト連結２８の軸３３との間の距離は、フランジ幅Ｂの０．１５未満、好ましくは０．０５未満である。

本発明によって、ターボ機械ハウジング、特に蒸気タービンハウジングの所定の輪郭形成が、すなわち好ましくは、ターボ機械ハウジング２１のカバー様のハウジング部分２２の湾曲した壁２３の領域における輪郭形成が、提案される。この所定の輪郭形成によって、締付力の力ベクトル３２と、ターボ機械ハウジング内の内圧に依存する力の力ベクトル３４と、の間における、当該力ベクトルに対して垂直に延在するずれΔｘが、所定の範囲内にある、好ましくはゼロであることが保証される。それによって、ターボ機械ハウジング２１の良好な緊密性が保証され得る。特に、ターボ機械ハウジングの互いに隣接するフランジ間の、フランジ領域における緊密性を保証するために必要な締付力を減少させることも可能である。

１ ターボ機械ハウジング
２ ハウジング部分
３ 壁
４ 内側面
５ 外側面
６ フランジ
７ フランジ面
８ ボルト連結
９ ボルト
１０ ナット
１１ 伸縮性スリーブ
１２ 力ベクトル（締付力）
１３ 軸
１４ 力ベクトル（締付力）
２１ ターボ機械ハウジング
２２ ハウジング部分
２３ 壁
２４ 内側面
２５ 外側面
２６ フランジ
２７ フランジ面
２８ ボルト連結
２９ ボルト
３０ ナット
３１ 伸縮性スリーブ
３２ 力ベクトル（締付力）
３３ 軸
３４ 力ベクトル（締付力）
３５ 頂点
３６ 中心点
３７ 中心点
３８ 中心点
３９ 輪郭

Claims (8)

1. 第１のハウジング部分及び第２のハウジング部分（２２）を有するターボ機械ハウジング（２１）であって、前記第１のハウジング部分及び前記第２のハウジング部分は、ボルト連結（２８）を通じて、向かい合った、又は互いに隣接したフランジで、互いに連結されており、前記第２のハウジング部分（２２）は、湾曲した内側面（２４）と湾曲した外側面（２５）とを有する湾曲した壁（２３）を含んでいるターボ機械ハウジングにおいて、
   湾曲した前記内側面（２４）は、前記ボルト連結（２８）に背向する第１の領域において、第１の曲率半径（Ｒ１）によって、及び前記ボルト連結（２８）に対向する第２の領域において、前記第１の曲率半径（Ｒ１）とは異なる第２の曲率半径（Ｒ２）によって、前記ボルト連結（２８）の領域において、前記ターボ機械ハウジング（２１）の内部における圧力に依存する力の力ベクトル（３４）が、前記ボルト連結（３２）の軸（３３）を通って延在する前記ボルト連結（２８）の締付力の力ベクトル（３２）と略同軸ではあるが反対方向に延在するように、輪郭を形成されており、湾曲した前記外側面（２５）は、第３の曲率半径（Ｒ３）によって輪郭を形成されており、前記第３の曲率半径（Ｒ３）と前記第１の曲率半径（Ｒ１）とは、互いに異なっており、
   湾曲した前記外側面（２５）の前記第３の曲率半径（Ｒ３）が、湾曲した前記内側面（２４）の前記第１の曲率半径（Ｒ１）よりも大きいこと、及び両方の前記曲率半径（Ｒ１、Ｒ３）の中心点（３６、３８）が、垂直方向において互いに対してずらされているが、水平方向においてはずらされていないことを特徴とするターボ機械ハウジング（２１）。
2. 前記ターボ機械ハウジングの内部における圧力に依存する力の前記力ベクトル（３４）と、前記締付力の前記力ベクトル（３２）との間のずれが、フランジ幅Ｂの０．１５未満であることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械ハウジング。
3. 前記ターボ機械ハウジングの内部における圧力に依存する力の前記力ベクトル（３４）と、前記締付力の前記力ベクトル（３２）との間のずれが、フランジ幅Ｂの０．０５未満であることを特徴とする、請求項２に記載のターボ機械ハウジング。
4. 前記第２のハウジング部分（２１）の湾曲した前記壁（２３）を通って延在し、少なくとも湾曲した前記壁（２３）の一点において、湾曲した前記外側面（２５）及び湾曲した前記内側面（２４）から同じ距離を有している輪郭（３９）が、概ね前記ボルト連結（３２）の前記軸（３３）上に位置する交点において、前記ボルト連結（２８）の領域内の、向かい合った、又は互いに隣接したフランジ面に交わることを特徴とする、請求項２から３のいずれか一項に記載のターボ機械ハウジング。
5. 前記交点と、前記ボルト連結の前記軸との間の距離が、前記フランジ幅Ｂの０．１５未満であることを特徴とする、請求項４に記載のターボ機械ハウジング。
6. 前記交点と、前記ボルト連結の前記軸との間の距離が、前記フランジ幅Ｂの０．０５未満であることを特徴とする、請求項５に記載のターボ機械ハウジング。
7. 前記ボルト連結（２８）に対向し、前記第２の曲率半径（Ｒ２）によって輪郭が形成された湾曲した前記内側面（２４）の第２の領域が、第１の領域に背向する側で、前記内側面（２４）の平らに輪郭が形成された領域に移行することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のターボ機械ハウジング。
8. 湾曲した前記内側面（２４）の前記第１の曲率半径（Ｒ１）が、湾曲した前記内側面（２４）の前記第２の曲率半径（Ｒ２）よりも大きいこと、及び両方の前記曲率半径（Ｒ１、Ｒ２）の中心点（３６、２７）が、垂直方向においても、水平方向においても、互いに対してずらされていること、を特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のターボ機械ハウジング。