JPH07279605A - 流体機械の運転法 - Google Patents
流体機械の運転法Info
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- JPH07279605A JPH07279605A JP7076611A JP7661195A JPH07279605A JP H07279605 A JPH07279605 A JP H07279605A JP 7076611 A JP7076611 A JP 7076611A JP 7661195 A JP7661195 A JP 7661195A JP H07279605 A JPH07279605 A JP H07279605A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- shaft
- temperature
- fluid machine
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 主としてステータとロータとから成り、ロー
タがつなぎ溶接された複数の軸部分から成り、個々の軸
部分が端面側に回転対称的な中空室を備えている形式の
流体機械の運転法において、過渡的な運転範囲内で生じ
るステータ３と軸部分１，２から成るロータとの温度差
を補償し、ステータの温度分布特性の査定後にロータを
熱的に制御する。 【効果】 ステータの温度特性に軸を適合させることが
できる。従来特にターボ装置団の停止時には、ステータ
と軸との間の温度のレベルアウトのために長時間のスロ
ーダウン運転が必要であり、装置の利用度にとって極め
て不都合であったが、本発明によりこの不都合が排除さ
れる。
タがつなぎ溶接された複数の軸部分から成り、個々の軸
部分が端面側に回転対称的な中空室を備えている形式の
流体機械の運転法において、過渡的な運転範囲内で生じ
るステータ３と軸部分１，２から成るロータとの温度差
を補償し、ステータの温度分布特性の査定後にロータを
熱的に制御する。 【効果】 ステータの温度特性に軸を適合させることが
できる。従来特にターボ装置団の停止時には、ステータ
と軸との間の温度のレベルアウトのために長時間のスロ
ーダウン運転が必要であり、装置の利用度にとって極め
て不都合であったが、本発明によりこの不都合が排除さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は主としてステータとロー
タとから成り、ロータがつなぎ溶接された複数の軸部分
から成り、個々の軸部分が端面側に回転対称的な中空室
を備えている形式の流体機械の運転法に関する。
タとから成り、ロータがつなぎ溶接された複数の軸部分
から成り、個々の軸部分が端面側に回転対称的な中空室
を備えている形式の流体機械の運転法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特に大型のターボ機械の軸の内部には一
般に製作上の理由から、例えば溶接されるロータの製作
上の理由から、回転対称的な大きな中空室が設けられ、
この中空室が、溶接時に使用される保護ガス、極めて一
般的にはアルゴンにより充填される。この種の中空室は
過渡的な運転範囲で、要するにターボ機械の始動及び停
止時に断熱的に作用する。さらに、ターボ機械のこの種
の溶接された軸は熱交換のための面が小さいことによ
り、かつ加熱されないディスク状構造により、熱的には
極めて緩慢である。この種の溶接された軸においては翼
配列内の小さな遊びに関する要求の増大が限界的であ
る。それというのは、ターボ機械の運転中止時にステー
タが軸より迅速に冷え、これにより、この場合にはロー
タと軸との間で回転部分の縮み結合ひいてはターボ機械
の損傷を容易に生じるロックを生じ、これを回避するた
めには翼配列内の遊びを常時最大化しなければならず、
従って、この過程中には翼配列の遊びの最小化が否定さ
れなければならないからである。ターボ機械の始動時に
はこの逆の挙動が生じる。即ち、ステータが軸より迅速
に膨張し、これにより、系内の温度の均衡までは回転部
分のロックは生じないが、しかし大きな隙間損失が生
じ、これが効率を減少せしめる。
般に製作上の理由から、例えば溶接されるロータの製作
上の理由から、回転対称的な大きな中空室が設けられ、
この中空室が、溶接時に使用される保護ガス、極めて一
般的にはアルゴンにより充填される。この種の中空室は
過渡的な運転範囲で、要するにターボ機械の始動及び停
止時に断熱的に作用する。さらに、ターボ機械のこの種
の溶接された軸は熱交換のための面が小さいことによ
り、かつ加熱されないディスク状構造により、熱的には
極めて緩慢である。この種の溶接された軸においては翼
配列内の小さな遊びに関する要求の増大が限界的であ
る。それというのは、ターボ機械の運転中止時にステー
タが軸より迅速に冷え、これにより、この場合にはロー
タと軸との間で回転部分の縮み結合ひいてはターボ機械
の損傷を容易に生じるロックを生じ、これを回避するた
めには翼配列内の遊びを常時最大化しなければならず、
従って、この過程中には翼配列の遊びの最小化が否定さ
れなければならないからである。ターボ機械の始動時に
はこの逆の挙動が生じる。即ち、ステータが軸より迅速
に膨張し、これにより、系内の温度の均衡までは回転部
分のロックは生じないが、しかし大きな隙間損失が生
じ、これが効率を減少せしめる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は冒頭に
記載した形式の運転法において、流体機械の過渡的な運
転範囲内での熱膨張を考慮する必要なく、隙間損失を排
除し、ロータとステータとの間の隙間を最小にする運転
法を開発することにある。
記載した形式の運転法において、流体機械の過渡的な運
転範囲内での熱膨張を考慮する必要なく、隙間損失を排
除し、ロータとステータとの間の隙間を最小にする運転
法を開発することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の請求項１の構成によれば、主としてステータとロー
タとから成り、ロータがつなぎ溶接された複数の軸部分
から成り、個々の軸部分が端面側に回転対称的な中空室
を備えている形式の流体機械の運転法において、過渡的
な運転範囲内で生じるステータとロータとの温度差を補
償し、ステータの温度分布特性の査定後にロータを熱的
に制御する。
明の請求項１の構成によれば、主としてステータとロー
タとから成り、ロータがつなぎ溶接された複数の軸部分
から成り、個々の軸部分が端面側に回転対称的な中空室
を備えている形式の流体機械の運転法において、過渡的
な運転範囲内で生じるステータとロータとの温度差を補
償し、ステータの温度分布特性の査定後にロータを熱的
に制御する。
【０００５】ロータの溶接された構造ではステータが軸
より迅速に冷え、換言すれば軸がステータより熱的に緩
慢であるため、措置は軸に施される。その場合、その都
度の運転状態に応じてステータに対して軸を加熱するか
又は冷却するかを決定しなければならない。その決定に
応じて、内部の通路の機構により熱い媒体又は冷えた媒
体でコンディシヨニングが行われる。通常では加熱の場
合には熱ガスが使用され、冷却の場合には冷却空気が使
用される。さらに、液体によるコンディシヨニングも可
能であるのはいうまでもない。
より迅速に冷え、換言すれば軸がステータより熱的に緩
慢であるため、措置は軸に施される。その場合、その都
度の運転状態に応じてステータに対して軸を加熱するか
又は冷却するかを決定しなければならない。その決定に
応じて、内部の通路の機構により熱い媒体又は冷えた媒
体でコンディシヨニングが行われる。通常では加熱の場
合には熱ガスが使用され、冷却の場合には冷却空気が使
用される。さらに、液体によるコンディシヨニングも可
能であるのはいうまでもない。
【０００６】本発明の有利かつ効果的な別の構成がその
他の請求項に記載されている。
他の請求項に記載されている。
【０００７】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。本発明の直接的な理解に不必要な部分は省かれてい
る。同じ部分は異なる図面においても同一符号を備えて
いる。媒体の流れ方向は矢印で示されている。
る。本発明の直接的な理解に不必要な部分は省かれてい
る。同じ部分は異なる図面においても同一符号を備えて
いる。媒体の流れ方向は矢印で示されている。
【０００８】図１に圧縮機として示した流体機械は主と
してステータ３とロータとから成る。ロータ、換言すれ
ば軸は図１の実施例では２つの軸部分１，２から成って
おり、これらの軸部分は溶接により互いに結合されてい
る。溶接ビード４は溶接技術的な理由から端面の一部だ
けに周方向で延びている。軸部分１，２の端部は回転対
称的な切欠を備えており、この切欠は溶接の後、回転対
称的な中空室１０を形成する。向流側で中空室１０の下
流には、軸部分１，２とステータ３との間には周方向に
案内羽根５が環状に配置されており、この案内羽根は作
動ガスの流れを次の回転羽根９へ誘導する。案内羽根５
はそれぞれシュラウドを備えており、この場合このシュ
ラウドは軸に挿入されている。案内羽根５はさらに貫通
した通路７を備えており、この通路は軸部分２内に延長
通路１１を有しており、通路７と延長通路１１との移行
部のところにラビリンスシール８が設けられている。こ
の延長通路１１は軸方向に延びていて流体機械の対応す
る軸部分１の全長に相応している。この延長通路は最小
でも図示されていない次の中空室の領域内まで延びい
る。延長通路１１の半径方向の位置は、図示された軸線
１４から分かるように、それぞれの軸部分の半径のほぼ
中間に位置している。この半径方向の位置は軸全体が均
一な温度の影響を受けるように選ばれている。延長通路
１１は軸方向では軸の熱い表面の近くで延びているのは
いうまでもない。ステータ３に対する軸部分１，２の温
度コンディショニングに応じて、コンディショニング媒
体、有利には適当な温度を有するコンディショニングガ
ス６が案内羽根５の通路７を介して延長通路１１内に流
入する。冷却又は加熱を目的として延長通路１１を軸方
向に貫流した後のコンディショニングガス１２は、適当
箇所で対応する流体機械の作動ガス１３の流れ内へ排出
される。種々の運転状態においてステータに対する軸の
このような温度コンディショニングがタービンの領域内
の軸部分のためにも次第に多く行われるようになってい
る。１軸の流体機械の場合、冷えた圧縮機側の軸部分に
対するタービン側の軸部分の領域内の温度コンディショ
ニングが特に着目されている。さらに複数のそれぞれの
軸部分の温度コンディショニングでは、軸が溶接されて
いる場合には噴流を起因とする中空室１０内の熱伝達が
ほぼ金属熱伝導率の５％となるように考慮がなされなけ
ればならない。多くの場合、軸の温度コンディショニン
グは冷却用に設計されているが、これは、上記考慮から
軸の冷却を迅速に得るのを目的としている。
してステータ３とロータとから成る。ロータ、換言すれ
ば軸は図１の実施例では２つの軸部分１，２から成って
おり、これらの軸部分は溶接により互いに結合されてい
る。溶接ビード４は溶接技術的な理由から端面の一部だ
けに周方向で延びている。軸部分１，２の端部は回転対
称的な切欠を備えており、この切欠は溶接の後、回転対
称的な中空室１０を形成する。向流側で中空室１０の下
流には、軸部分１，２とステータ３との間には周方向に
案内羽根５が環状に配置されており、この案内羽根は作
動ガスの流れを次の回転羽根９へ誘導する。案内羽根５
はそれぞれシュラウドを備えており、この場合このシュ
ラウドは軸に挿入されている。案内羽根５はさらに貫通
した通路７を備えており、この通路は軸部分２内に延長
通路１１を有しており、通路７と延長通路１１との移行
部のところにラビリンスシール８が設けられている。こ
の延長通路１１は軸方向に延びていて流体機械の対応す
る軸部分１の全長に相応している。この延長通路は最小
でも図示されていない次の中空室の領域内まで延びい
る。延長通路１１の半径方向の位置は、図示された軸線
１４から分かるように、それぞれの軸部分の半径のほぼ
中間に位置している。この半径方向の位置は軸全体が均
一な温度の影響を受けるように選ばれている。延長通路
１１は軸方向では軸の熱い表面の近くで延びているのは
いうまでもない。ステータ３に対する軸部分１，２の温
度コンディショニングに応じて、コンディショニング媒
体、有利には適当な温度を有するコンディショニングガ
ス６が案内羽根５の通路７を介して延長通路１１内に流
入する。冷却又は加熱を目的として延長通路１１を軸方
向に貫流した後のコンディショニングガス１２は、適当
箇所で対応する流体機械の作動ガス１３の流れ内へ排出
される。種々の運転状態においてステータに対する軸の
このような温度コンディショニングがタービンの領域内
の軸部分のためにも次第に多く行われるようになってい
る。１軸の流体機械の場合、冷えた圧縮機側の軸部分に
対するタービン側の軸部分の領域内の温度コンディショ
ニングが特に着目されている。さらに複数のそれぞれの
軸部分の温度コンディショニングでは、軸が溶接されて
いる場合には噴流を起因とする中空室１０内の熱伝達が
ほぼ金属熱伝導率の５％となるように考慮がなされなけ
ればならない。多くの場合、軸の温度コンディショニン
グは冷却用に設計されているが、これは、上記考慮から
軸の冷却を迅速に得るのを目的としている。
【０００９】図２は軸部分２の断面を示す。この図２に
は延長通路１１が示されており、この延長通路は互いに
間隔をおいて配置されていて軸の均一な温度コンディシ
ョニングを可能ならしめる。この場合に配慮すべき点
は、軸への種々異なる力作用を考慮して軸が著しく弱く
ならないように延長通路１１の相互間隔をあまり狭くし
ないこと、換言すれば、場合により各案内羽根５に延長
通路を設けないことであり、その場合、このことは延長
通路１１がどのようなピッチ円上に位置しているかにも
依存する。製作技術的な理由から、それぞれの延長通路
１１の案内は個々に形成され、その場合、例えば焼結さ
れた軸部分では使用ガスのための入口及び出口を少なく
した連通した通路機構を使用することができる。その１
例が図３に示されている。
は延長通路１１が示されており、この延長通路は互いに
間隔をおいて配置されていて軸の均一な温度コンディシ
ョニングを可能ならしめる。この場合に配慮すべき点
は、軸への種々異なる力作用を考慮して軸が著しく弱く
ならないように延長通路１１の相互間隔をあまり狭くし
ないこと、換言すれば、場合により各案内羽根５に延長
通路を設けないことであり、その場合、このことは延長
通路１１がどのようなピッチ円上に位置しているかにも
依存する。製作技術的な理由から、それぞれの延長通路
１１の案内は個々に形成され、その場合、例えば焼結さ
れた軸部分では使用ガスのための入口及び出口を少なく
した連通した通路機構を使用することができる。その１
例が図３に示されている。
【００１０】図３にはタービンとして形成された別の流
体機械が示されている。ステータとロータとの間の温度
特性の補償に関する問題点は同じである。図１の実施例
に対して、この実施例が異なる点は、この実施例では熱
ガス２２に対してコンディショニングガス６を両方向で
供給することができることである。この目的のために、
軸部分２の端部にも案内羽根１７が設けられており、こ
の案内羽根は同様に通路１８を備えている。このような
運転形式では、両方の通路７，１８がそれぞれ制御可能
な弁１９，２０を備えている。理解のために補完すれ
ば、タービンは２つの回転羽根２１と、それらの間に位
置する１つの案内羽根１６とを備えている。図１の実施
例に対してこの実施例では軸部分１，２内の延長通路１
５は軸方向に直ぐに案内されておらず蛇行して延びてお
り、蛇行したこの延長通路の利点は、軸の材料厚さ全体
にわたりコンディシヨニング作用が行きわたることにあ
る。この延長通路１５は中空室１０内に開口しており、
その場所からさらに続いており、これにより、この場所
でも延長通路が熱的に影響される。
体機械が示されている。ステータとロータとの間の温度
特性の補償に関する問題点は同じである。図１の実施例
に対して、この実施例が異なる点は、この実施例では熱
ガス２２に対してコンディショニングガス６を両方向で
供給することができることである。この目的のために、
軸部分２の端部にも案内羽根１７が設けられており、こ
の案内羽根は同様に通路１８を備えている。このような
運転形式では、両方の通路７，１８がそれぞれ制御可能
な弁１９，２０を備えている。理解のために補完すれ
ば、タービンは２つの回転羽根２１と、それらの間に位
置する１つの案内羽根１６とを備えている。図１の実施
例に対してこの実施例では軸部分１，２内の延長通路１
５は軸方向に直ぐに案内されておらず蛇行して延びてお
り、蛇行したこの延長通路の利点は、軸の材料厚さ全体
にわたりコンディシヨニング作用が行きわたることにあ
る。この延長通路１５は中空室１０内に開口しており、
その場所からさらに続いており、これにより、この場所
でも延長通路が熱的に影響される。
【００１１】
【発明の効果】本発明の主たる利点とするところは、ス
テータの温度特性に軸を適合させることができることに
ある。従来特にターボ装置団の停止時には、ステータと
軸との間の温度のレベルアウトのために長時間のスロー
ダウン運転が必要であり、装置の利用度にとって極めて
不都合であったが、本発明によりこの不都合が排除され
る。
テータの温度特性に軸を適合させることができることに
ある。従来特にターボ装置団の停止時には、ステータと
軸との間の温度のレベルアウトのために長時間のスロー
ダウン運転が必要であり、装置の利用度にとって極めて
不都合であったが、本発明によりこの不都合が排除され
る。
【００１２】本発明の別の利点は、翼配列内の遊びが考
慮の必要なく最小化され、このことが装置の効率にプラ
スに作用することにある。
慮の必要なく最小化され、このことが装置の効率にプラ
スに作用することにある。
【００１３】さらに、すでに指摘した通り、ターボ装置
団を短時間で停止させることができ、かつ次いで再び同
様に迅速に運転状態にもたらすことができる。
団を短時間で停止させることができ、かつ次いで再び同
様に迅速に運転状態にもたらすことができる。
【図１】軸方向の流れ通路を備えた軸を有する本発明の
流体機械の部分断面図である。
流体機械の部分断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】蛇行する流れ通路を備えた本発明の別の実施例
の部分断面図である。
の部分断面図である。
１，２ 軸部分、 ３ ロータ、 ４ 溶接ビード、
５ 案内羽根、 ６コンディショニングガス、 ７ 通
路、 ８ ラビリンスシール、 ９ 回転羽根、 １０
中空室、 １１ 延長通路、 １２ 使用済みコンデ
ィショニングガス、 １３ 作動ガス、 １４ 軸線、
１５ 延長通路、 １６ 案内羽根、 １７ 案内羽
根、 １８ 通路、 １９，２０ 弁、 ２１ 回転羽
根、２２ 熱ガス
５ 案内羽根、 ６コンディショニングガス、 ７ 通
路、 ８ ラビリンスシール、 ９ 回転羽根、 １０
中空室、 １１ 延長通路、 １２ 使用済みコンデ
ィショニングガス、 １３ 作動ガス、 １４ 軸線、
１５ 延長通路、 １６ 案内羽根、 １７ 案内羽
根、 １８ 通路、 １９，２０ 弁、 ２１ 回転羽
根、２２ 熱ガス
Claims (6)
- 【請求項１】 主としてステータとロータとから成り、
ロータがつなぎ溶接された複数の軸部分から成り、個々
の軸部分が端面側に回転対称的な中空室を備えている形
式の流体機械の運転法において、過渡的な運転範囲内で
生じるステータ（３）とロータ（１，２）との温度差を
補償し、ステータの温度分布特性の査定後にロータを熱
的に制御することを特徴とする流体機械の運転法。 - 【請求項２】 ロータの熱的な制御をコンディショニン
グ媒体（６）により行い、このコンディショニング媒体
をロータの内部に設けた通路（１１，１５）を貫流せし
め、次いでさらに案内する請求項１記載の運転法。 - 【請求項３】 熱ガス量によりロータの温度を増大させ
る請求項２記載の運転法。 - 【請求項４】 冷却空気量によりロータを冷却する請求
項２記載の運転法。 - 【請求項５】 コンディショニング媒体をロータと中空
室とに貫流せしめる請求項２記載の運転法。 - 【請求項６】 コンディショニング媒体を閉回路内で循
環させる請求項５記載の運転法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4411616A DE4411616C2 (de) | 1994-04-02 | 1994-04-02 | Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine |
| DE4411616.0 | 1994-04-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07279605A true JPH07279605A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=6514600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7076611A Pending JPH07279605A (ja) | 1994-04-02 | 1995-03-31 | 流体機械の運転法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5525032A (ja) |
| JP (1) | JPH07279605A (ja) |
| DE (1) | DE4411616C2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008151013A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Toshiba Corp | タービンロータおよび蒸気タービン |
| JP2010065699A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンの冷却装置及び方法 |
| KR101031013B1 (ko) * | 2009-11-30 | 2011-04-25 | 삼성메디슨 주식회사 | 잠금장치 및 이를 구비하는 의료장치 |
| JP2013050054A (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-14 | Toshiba Corp | 蒸気タービン |
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|---|---|---|---|---|
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| GB2310255B (en) * | 1996-02-13 | 1999-06-16 | Rolls Royce Plc | A turbomachine |
| DE19839592A1 (de) * | 1998-08-31 | 2000-03-02 | Asea Brown Boveri | Strömungsmaschine mit gekühlter Rotorwelle |
| EP1013879A1 (de) | 1998-12-24 | 2000-06-28 | Asea Brown Boveri AG | Flüssigkeitsgekühlte Turbomaschinenwelle |
| DE50111194D1 (de) * | 2001-04-11 | 2006-11-23 | Siemens Ag | Kühlung einer Gasturbine |
| JP2003206701A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンのタービンローターおよびガスタービン |
| EP1413711B1 (de) * | 2002-10-21 | 2009-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbine und Verfahren zum Kühlen einer Gasturbine |
| US7534087B2 (en) | 2003-06-16 | 2009-05-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbomachine, in particular a gas turbine |
| DE10355738A1 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Alstom Technology Ltd | Rotor für eine Turbine |
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| EP1923574B1 (de) | 2006-11-20 | 2014-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verdichter, Turbinenanlage und Verfahren zum Zuführen von Heissluft |
| US8182205B2 (en) * | 2007-02-06 | 2012-05-22 | General Electric Company | Gas turbine engine with insulated cooling circuit |
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