JPH0128245Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は燃焼タービンの圧縮機ダイアフラムも
しくは静翼組立体に関し、特に、一層効果的な封
止構造を有するように改良した圧縮機ダイアフラ
ムに関するものである。

一般に、燃焼タービンは圧縮機部と、燃焼器部
と、タービン部とからなつており、圧縮機部は燃
焼器部へ圧縮空気流を安定的に供給し、該燃焼器
において圧縮空気が熱せられる。燃焼器からの高
温圧縮ガスはタービン部に送られ、そこで膨張し
てタービンロータを回転させ、該タービンロータ
が発電機を駆動し、電力が発生する。

燃焼タービンの圧縮機部は、圧縮機ロータに取
着された動翼列の間に交互に配設された複数の圧
縮機ダイアフラムを備えるのが普通である。圧縮
機部を通して引き入れた空気は約15気圧までの圧
力上昇を一般に受ける。一つのダイアフラムは相
補的な二つの半円形部分、即ち180゜の弓状部分に
なつて配列された円板形構造でよく、外側及び内
側リング即ち囲い板を備えていて、両囲い板の間
に複数の翼状部を取着している。各圧縮機ダイア
フラムは、圧縮機ロータの両端においては別であ
るが、圧縮機ロータの動翼列と動翼列との間で圧
縮機ロータの回りに組み付けられている。

内側及び外側囲い板は、適当な直径に圧延され
た約0.25in（6.25mmの厚さの金属板であるのが一般
的である。各囲い板には所定の間隔で穴が穿たれ
ており、この穴に圧縮機静翼からの延長部をイン
サートとして受け入れた後、圧縮機静翼を各囲い
板に溶接する。二枚の囲い板の厚さは、穴を機械
加工することではなく、穿孔により穴を得られる
ような寸法から便宜的に選択されている。各囲い
板を構成する金属板の厚さ決定に際しては、所定
の囲い板厚での穿孔工具の寿命及び構造的剛性の
強化に対しても考慮を払い、厚さを増すことから
予期しうるタービン特性の改良を行つている。

圧縮機ダイアフラムの封止装置は、内側囲い板
とタービンロータとの間の環状スペースを通る圧
縮空気の漏洩流を阻止するように、内側囲い板の
周辺内側に沿つて配設するのが普通である。封止
装置は軸方向に隔置した一対の山形封止点から一
般的に構成されており、各封止点の半径方向の腕
が内側囲い板から離れる方向に内方へ突出して腕
自体とデイスクにある封止腕との間に小さな半径
方向の〓間を形成するように、内側囲い板を構成
する板の内面に水平腕を溶接させてある。この構
造は、各ダイアフラムの内側囲い板の軸方向両端
に位置決めされた一対の封止点を与える。

内側囲い板を構成する圧延板の構造的剛性が十
分でないと、内側囲い板の変形になつたり、一つ
のダイアフラムを構成する二つの半円形部分間に
ある水平な合わせ目で前記変形に由来する非連続
部が生じたりする。水平な合わせ目での非連続部
は燃焼タービンの総効率を下げる乱流を生じさせ
る。しかし、内側囲い板を構成するのに最大厚が
0.25in（6.25mm）以下の圧延板を使用すると囲い板
の剛性は十分ではなくなる。前述したように
0.25inの板厚は、組み立てコストと動作効率の間
のバランスをとつて選択されたものである。

タービン圧縮機の運転にしばしば伴う問題に圧
縮機ストール（stall）の現象がある。圧縮機ス
トールは、動翼列と静翼ダイアフラムの組み合わ
せ、又は単一の動翼列、又は単一の静翼ダイアフ
ラムである単一の圧縮機段に関連した状態であつ
て、ストール状態は、翼状部の前縁で空気流の分
割を生じさせるように例えば圧力及び温度比を変
えることにより、翼状部の表面を直角に押す空気
流ベクトルが変わるときに起こるのが一般的であ
る。ストール状態は動翼列又は静翼列がその通常
の圧力差を生じさせ得ないことを意味している。
タービンはストール状態において作動する一つ又
はそれ以上の圧縮機段又は列を有し、十分に作動
を維持する。

圧縮機サージの現象はストール状態で作動して
いる圧縮機段又は列が多過ぎると起こる。圧縮機
サージはタービンの圧縮機部全体の故障を意味し
ており、迅速な停止即ちタービントリツプとその
結果生じる発電容量の損失とを伴う。

ダイアフラムの高圧側からダイアフラム封止装
置の低圧側へ該封止装置を通つてダイアフラムの
低圧側へ漏れる或る量の漏洩流は先行技術の燃焼
タービン用圧縮機の固有のものである。この固有
の漏洩は、一方が回転している二つの金属表面間
のスペースを完全に封止することの実行不能性か
ら生じており、ダイアフラム封止装置を通るどん
な漏洩も圧縮機ダイアフラムの内側囲い板近くの
流れパターンに乱れを生じさせる。空気流の乱れ
によつて圧縮機段又は列はストール状態を一層受
けやすくなり、そのため圧縮機サージの一因にな
る。ダイアフラム封止装置を通る漏洩に帰因する
乱流はタービン運転効率を落とす一因にもなる。
従つて、ダイアフラム封止装置の性能改良はター
ビン運転効率の向上及びストール、サージに対す
る感受性の低減になる。

要するに、従来の圧縮機ダイアフラムは、運転
効率を制限すると共に、運転中にストール及びサ
ージ状態を恐らくある程度現出させる方法で作動
するように構成されていた。これ等の不適性は燃
焼タービンが満足に運転するのを阻害することは
ないが、燃焼タービンの全運転効率をある程度抑
制する傾向がある。

本考案は、上流側及び下流側を有するダイアフ
ラムとして画成された燃焼タービンの圧縮機静翼
組立体であつて、前記ダイアフラムは圧縮機ロー
タを囲む２つの対峙する部分として配列され、２
つの前記部分の各々が、弓状の外側囲い板と、該
外側囲い板より小さい曲率を有して該外側囲い板
と同心に配設されると共に、合体したときに前記
圧縮機ロータから離れて該圧縮機ロータに対峙す
る内面を有する弓状の内側囲い板と、前記内側囲
い板及び前記外側囲い板間に該内側囲い板及び該
外側囲い板によつて固定支持されると共に、該内
側囲い板及び該外側囲い板の面にほぼ垂直に流れ
るように流体を指向すべく配列された複数の翼状
部と、前記ダイアフラムを前記圧縮機ロータに対
して封止するための封止装置とを備えており、前
記内側囲い板は、前記翼状部の内端を受け入れる
ための穴を該内側囲い板に機械加工により穿孔す
るのに足る薄さの板からなる弓状のリング部分か
ら形成され、前記封止装置は、静止した封止条片
を収容するための所定数の半径方向内側に面する
溝を有すると共に、該溝を機械加工するのに耐え
る十分な厚さを有する弓状の基体と、反りに対す
る前記ダイアフラムの強度を増すべく前記内側囲
い板のリング部分への固定のため半径方向外側に
延びる壁とを備えている。燃焼タービンの圧縮機
静翼組立体を提供する。

箱形構造体を構成する弓状の基体及び壁は、典
型的な先行技術の装置で利用されている二つの封
止点とは対照的に、容易に穿孔しうる厚さに内側
囲い板を維持しうると同時に、溝付けが可能であ
りそのため複数の封止条片の取着を行ないうる十
分な厚さの封止支持構造体を提供する。封止条片
は、先行技術の装置における溶接のような手段よ
りもむしろ、溝内に機械的に支持されている。ま
た、機械的に挿入した封止条片は典型的な先行技
術の封止装置の溶接した封止条片よりも容易に取
り出したり交換したりすることができる。結局、
封止装置の箱形即ちチヤンネル形構造体は内側囲
い板の構造的剛性を増し、そのため、先行技術の
圧縮機ダイアフラムの水平な合わせ目において一
般に見られた非連続性を少なくする。非連続性の
減少により水平な合わせ目における乱流が弱ま
り、総運転効率が上昇すると同時に、ストール及
びサージ状態に対する圧縮機の感受性も弱くな
る。

本考案は添付図面に例示した好適な実施例に関
する次の記載を読むことによつてもつと良く理解
しうるであろう。

第１図は燃焼タービン圧縮機１０の一部を断面
で示すもので、圧縮機１０は、複数の動翼１４を
支持するロータ１２と、複数の圧縮機ダイアフラ
ムもしくは静翼組立体１８を支持する外側ケーシ
ング１６とを備える。各ダイアフラム１８は複数
の圧縮機静翼２０（翼状部）を支持しており、そ
のうちの一つのみがダイアフラム毎に第１図に断
面で示してある。運転時には、ロータ１２及び動
翼１４は外側ケーシング１６及びダイアフラム１
８に関して回転し、参照符号２２で示す空気を引
き入れて徐々に狭くなる環状通路２４を介して燃
焼タービンの燃焼器部（図示せず）へ送る。空気
が引き入れられ圧縮機部１０を通る時に、空気圧
力は約15気圧まで徐々に上昇する。

タービンの圧縮機部からの圧縮空気は次いでタ
ービン燃焼器部内の複数の燃焼器（図示せず）で
熱せられる。燃焼器部からの高温圧縮ガスは燃焼
タービンのタービン部に指向され、該タービン部
において、ガスの膨張及び冷却の際に解放された
エネルギが燃焼タービンロータの回転に変換され
る。発電用に使用する大型燃焼タービンにおいて
は、タービンロータの回転を発電機に接続して電
力を発生する。

各圧縮機ダイアフラム１８は、180゜の二つの半
円形部分になつて構成されており、そのうちの一
つを第２図に示してある。各圧縮機ダイアフラム
１８は弓状の外側囲い板３０と、弓状の内側囲い
板３２と、複数の圧縮機静翼２０とを備える。図
示のため少数の静翼２０を有して第２図に示され
た圧縮機ダイアフラム１８は、内側囲い板３２と
外側囲い板３０との間の全環状スペースを取り巻
いて標準の間隔で複数の静翼２０を支持する。本
考案によれば、封止効率と構造上の充足性とを改
良するために、圧縮機ダイアフラム１８は改良さ
れた箱形構造体３４を備えて構成されている。箱
形構造体３４は第３図に詳細に示す。

圧縮機ダイアフラム１８はほぼ次のようにして
つくる。圧縮機静翼２０の外側及び内側延長部を
それぞれ受け入れるため、外側囲い板３０及び内
側囲い板３２に符号３６及び３８でそれぞれ示す
穴を穿孔する。各内側囲い板３２は、静翼２０の
内側延長部（内端）を受け入れるための穴３８を
内側囲い板３２に機械加工により穿孔するのに足
る薄さの板からなる弓状のリング部分（即ち、弓
状であつて、他の内側囲い板と合体したときリン
グもしくは輪を形成する部分）から形成されてい
る。次に、圧縮機静翼２０の外側延長部（外端）
４０を外側囲い板にある穴３６から挿入し、その
後、該外側及び内側延長部を符号４２及び４４で
示すように外側囲い板に溶接する。これは各ダイ
アフラム１８の静翼２０毎に行う。しかる後、圧
縮機静翼２０の内端、即ち内側延長部を内側囲い
板３２にある穴３８に挿入してそこに溶接する。
チヤンネル形横断面を有する半円形の封止支持ブ
ロツク又は構造体３５を次いで内側囲い板３２の
内側に溶接する。封止支持ブロツク３５は支持基
体（弓状の基体）５０と、Ｕ形横断面を実質的に
形成する一対の弓状脚部（壁）５２とを備えるの
が有利である。このブロツクの溶接を終わつた
ら、封止支持ブロツク３５を機械仕上げして第３
図に示す最終形状にする。最終形状では、金属板
から形成するのが好ましい封止条片４８を受け入
れるための溝４６が支持基体５０の内面にある。
しかる後、封止条片４８の端を圧延して溝４６内
に入れ、ピーニングのような機械的なかしめによ
り固定する。支持基体５０は溝４６を機械加工す
るのに耐える十分な厚さを有し、弓状脚部５２
は、反りに対するダイアフラム１８の強度を増す
べく支持基体５０から内側囲い板３２への固定の
ため半径方向外側に延びている。

封止支持基体５０に含まれる封止条片４８の数
は圧縮機内のダイアフラム位置に従つて変わる。
一般に、封止条片４８の数は、圧縮機ロータにお
ける動翼列の接近度合の増大及び下流端における
圧力の増大に応じて、ダイアフラムの下流位置ほ
ど多くなる。第３図から分かるように、封止支持
基体５０は量的要求に応じてもつと多くの或は少
ない封止条片４８を支持するように構成しうる。

圧縮機ダイアフラムの箱形構造体３４は本願明
細書の冒頭に記載した先行技術の封止装置に優る
多くの利点を有するものである。即ち、封止支持
ブロツク３５の封止支持基体５０は、複数の溝４
６を機械加工しうるのに充分なほど厚いが、最大
厚さを約6.4mm（0.25in）に維持された内側囲い板
３２はそこに溝を機械加工するのに充分なほど厚
くはなかつた。そのため、封止支持ブロツク３５
は複数の封止条片４８を支持できるが、内側囲い
板３２は一対の封止点のみを支持しうるに過ぎず
該封止点を内側囲い板に溶接しなければならなか
つた。圧縮機ダイアフラムの箱形構造体３４は、
使用される封止条片の数を増すことによつて、内
側囲い板における２点封止に優る効率の改良を行
うものである。また、該箱形構造体３４の機械的
にかしめた封止条片４８は、内側囲い板３２にし
つかり溶接されていた先行技術の２点封止よりも
取外し及び交換が容易である。

箱形構造体３４の更なる利点は、金属シートか
らなる封止条片４８に与えられる構造的剛性が増
大することである。先行技術の構造では、封止条
片を内側囲い板３２の内面から圧縮機デイスク封
止腕まで半径方向に延長させる必要があつた。流
れによつて生じる励振のため封止条片が振動する
ので、長い封止条片は疲労し寿命が短くなる。本
考案の箱形構造体３４は、封止条片に対する一層
剛な取着箇所を与えるほかに半径方向の長さがも
つと短い封止条片を使用することができ、従つ
て、この短い封止条片は先行技術の封止条片より
ももつと疲労に耐えることができる。

箱形構造体３４の更に別の利点は内側囲い板３
２に対して大きな構造的剛性を与えることであ
る。内側囲い板３２を機械的に穿孔できる厚さに
設計すると、構造に撓みが発生し、圧縮機ダイア
フラムの水平な合わせ目において非連続部が生じ
る。箱形構造体３４は内側囲い板の厚さを事実上
増大させ、その増大に応じて、内側囲い板の構造
的剛性を強くするので、水平な合わせ目における
連続性を相当に改良する。そのため、先行技術の
圧縮機において水平な合わせ目で起きていた乱流
が弱まり又はなくなり、燃焼タービンの総効率が
上がる。

箱形構造体３４の更に別の利点は内側囲い板３
２に与えられる捩り剛性が強くなることである。
先行技術の構造では、個々の静翼２０の軸方向撓
みの変動によつて内側囲い板３２に反り又は捩れ
が生じていた。その結果内側囲い板３２の露出面
に生じる歪が乱流と運転効率の低下とを招来して
いた。本考案のように箱形構造体３４と内側囲い
板３２の組み合わせによりトルク箱（torqre
box）を形成することによつて、反りに対する内
側囲い板３２の感受性が大巾に弱くなり、そのた
め運転効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃焼タービンの圧縮機部の一部を示す
断面図、第２図は圧縮機ダイアフラムの180゜の半
円形部分を示す図、第３図は本考案に従つて構成
された圧縮機ダイアフラムを第２図の−線に
沿つて示す断面図である。 １０……燃焼タービン圧縮機、１２……圧縮機
ロータ、１８……ダイアフラムもしくは静翼組立
体、２０……複数の翼状部（圧縮機静翼）、３０
……外側囲い板、３２……内側囲い板、３４……
箱形構造体、３８……穴、４６……溝、４８……
封止条片、５０……弓状の基体、５２……壁（脚
部）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 上流側及び下流側を有するダイアフラムとして
   画成された燃焼タービンの圧縮機静翼組立体であ
   つて、前記ダイアフラムは圧縮機ロータを囲む２
   つの対峙する部分として配列され、２つの前記部
   分の各々が、弓状の外側囲い板と、該外側囲い板
   より小さい曲率を有して該外側囲い板と同心に配
   設されると共に、合体したときに前記圧縮機ロー
   タから離れて該圧縮機ロータに対峙する内面を有
   する弓状の内側囲い板と、前記内側囲い板及び前
   記外側囲い板間に該内側囲い板及び該外側囲い板
   によつて固定支持されると共に、該内側囲い板及
   び該外側囲い板の面にほぼ垂直に流れるように流
   体を指向すべく配列された複数の翼状部と、前記
   ダイアフラムを前記圧縮機ロータに対して封止す
   るための封止装置とを備えており、前記内側囲い
   板は、前記翼状部の内端を受け入れるための穴を
   該内側囲い板に機械加工により穿孔するのに足る
   薄さの板からなる弓状のリング部分から形成さ
   れ、前記封止装置は、静止した封止条片を収容す
   るための所定数の半径方向内側に面する溝を有す
   ると共に、該溝を機械加工するのに耐える十分な
   厚さを有する弓状の基体と、反りに対する前記ダ
   イアフラムの強度を増すべく前記内側囲い板のリ
   ング部分への固定のため半径方向外側に延びる壁
   とを備えている、燃焼タービンの圧縮機静翼組立
   体。