JPH07505459A - 軸流ターボ機の組立て - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 軸流ターボ機の組立て 技術分野 本発明は、軸流ターボ機、特に、ガスタービン用の低圧圧縮機に関するものであ り、かつまた、分割線を有せず、分割不能のロータを有する機械概念のものを取 付ける方法と装置とに関するものである。

背景技術 固定案内羽根を有する、いくつかの段と仕切り内に羽根付きロータを備えた軸流 ターボ機を設計するさいには、軸方向の分割線を選択するのが好ましい。そう仮 定すると、ターボ機のハウジングは頂部半部と底部半部とから成ることになり、 これらの半部がフランジを介して分割線上で互いにボルト結合される。固定案内 羽根を有する仕切りは、２つの半部に分割されている。一方の半部はハウジング の底部半部に配置されている。この底部半部内で、前記一方の半部は、壁半部と ハウジングとの間に配置された手段により整列かつ定心せしめられている。羽根 付きロータは、底部半部端のその支承個所に位置している。ロータディスクは、 その場合、底部半部に取付けられた複数の仕切りの間に配置されている。他の仕 切り半部は、ハウジングの頂部半部に取付けられている。

前述の原則か用いられる頻度は極めて高い。しかし、ターボ機の型式によっては 、仕切りに問題がある。これらの仕切りは、比較的低い（半径方向の延びの短い ）案内羽根チャネルを有するプレートの形式のものであり、極端な場合には、壁 部構造物なしでハウジング内側に案内羽根ラチスが付加されている。衝動型（ａ ｃｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ）の蒸気タービンは、そのような仕切りを存しているが、 他方、ガスタービン圧縮機用の案内羽根ラチスは、圧縮機ハウジング内壁に、そ れもロータ軸に最も近い案内羽根の内側境界部に結合部材を用いて、もしくは結 合部材を用いることなしに、付加取付けされた案内羽根を有するだけである。

分割線は材料の隆起を伴い、回転対称性を損う。このため、始動や負荷変更に支 障か生じる。また、不均等な加熱温度か生じ、とりわ１九これによって歪みが生 じる。これによって固定部品と回転するロータ部品との間に切断が生じることを 防止するためには、流路内の隙間を拡大する必要がある。このことが、また、漏 れを増大させ、機械の性能を低下させる。分割線のマイナス効果は、厚さの薄い 高強度材料で構成することにより（航空機用のガスタービン）、分割線のところ の材料の量を最少限に抑えるか、又はタービンの負荷を低く変更するよう選択す る（高圧用の大型蒸気タービン、ハウジングは鋳造）ことによって、出来るかぎ り低減させる。

分割線は漏れに敏感である。このことは、必要な剛度を得るにはフランジに一定 量の材料が必要なことを意味している。したがって、分割線の無い完全に回転対 称的なターボ機を設計する理由が存在する。そのような設計の観点から見た場合 、問題は、ロータの各段の間に固定ラチスを、どのように取付けるかという点で ある。公知の一タービン概念に含まれる高圧タービンの場合、いわゆるバレル型 式に構成されている。すなわち、分割線を有していない。その種のタービンは、 軸方向に組付けられて互いにねじ止めされたリングから成る内側ハウジングによ り構成されている。これらのリングが仕切りを固定し、仕切りは、また、２つの 半部に分割され、半径方向に所定位置へそう入さね、そこに前記リングにより固 定されている。リングのパッケージが周囲の鋳造タービンハウジング内の案内部 材により案内される。

軸流ターボ機、特にガスタービンを設計する場合、回転対称的に設計するには、 分割線を避けるのが好ましい。

構造面では、組立ての問題は組立て済みのロータを用いることで解決された。

これらのロータは、ターボ機の組立て時に、間にサンドインチ状にされた全案内 羽根リング（前記蒸気タービンの場合に仕切りと呼んだものに当る）と−緒に順 次に一段一段組立てられる。この方法は、技術的に適用可能である。

しかしながら、この方法は、非分割ロータの利用と、同時に分割線を生じさせな い設計の利用が可能であれば、技術的にも経済的にも利点を伴うだろう。

軸流ターボ機、特に、ガスタービン用の高圧圧縮機の場合、それが可能である。

案内羽根リングを案内羽根ごとにハウジング内に組付けることができ、ロータ軸 に最も近い案内羽根の境界部は空いており、案内羽根先端を相互結合させる構成 部材は何も配置されていないからである。この設計に伴う限界は、振動に関係す るもので、これには翼絃に比較して案内羽根を短くすることで対処される。

軸流ターボ機、特に、ガスタービン用の低圧圧縮機の場合、案内羽根の長さは、 振動の観点から見ると、既述の自由付加による問題が生じる長さである。構造設 計により案内羽根か長い翼絃を存するようにすることか可能だろうが、そのよう にすると、ターボ機か比較的長尺になる。非定常速度のターボ機の場合、羽根と 案内羽根ラチスとに生じる振動の問題は、解決か難しく、精密な計算と高度の設 計上の解決策が必要である。良好な減衰効果を存する設計面の解決策か望まれる 。

発明の概要 軸流ターボ機、特にガスタービン用低圧圧縮機か、分割線なしに構成され、ロー タ２４は固定諸構成部品と一緒に不可分の状態で組付けられる。案内羽根リング は、２つ以上の数のセクター９に分けられている。これらのセクターは、半径方 向にそれぞれの正しい位置へそう人される。軸方向案内ビン１２、又は他の固定 部材によって、これらセクターは、ロータ軸方向に対し直角方向の平面内で正し い角位置に固定される。セクター間には、セクターの熱膨張に備えたギャップか 設けられている。

セクターは軸方向と半径方向とに案内リング（たとえば１３．１４）により固定 されている。案内リングは、互いに軸方向に取付けられ、軸方向のボルト又は他 の種類の固定部材を介して固定され、半径方向には互いの方向・＼案内面（たと えば１５．２６）を介して、又は他の案内手段、たとえば軸方向ビンを介して案 内される。案内リング材料の量は、加熱度及びそれにより生じる熱膨張が、始動 時及び負荷変更時のロータの対応加熱度及び熱膨張に続くように適合させておく 。

複数案内リングは単一の剛性構造部材を形成し、負荷変更に続いて急速にセクタ ーが加熱され、それにより熱膨張が生じるので、セクターが半径方向外方へ膨張 することはないか、セクター間の既述のギャップを利用し、ロータ軸方向に内方 へ膨張する。複数セクターにより共同で形成されるロータ軸向きの制限面は、不 均等に加熱されたターボ機に現われる円形状から少し外れている。

相互連結部材６，７を構成する外側及び内側の境界部を存するセクターにより振 動減衰ユニットが形成され、加えて、相互結合部材への案内羽根の付加部のとこ ろでは、制動材料が取囲まれることにより、更にセクターの振動減衰能が改善さ れる。

図面の簡単な説明 第１図は、入口ｌと、流路２と、出口３とを有するガスタービン用の軸流低圧圧 縮機の断面図。ロータ軸中心線は符号４で示されている。ロータ２４は、この図 によれば、ボルトにより互いに結合されてロータのボディを形成する個々のユニ ットから構成されている。本発明によれば、ロータは一体に形成できる。

第２図は図１の流路（１点破線で囲まれた方形部分）の拡大図である、１この図 は、発明コンセブトを適用できる実施態様を存する設計例を示したものである。

第３図は外側及び内側の相互連結部材を有する案内羽根のセクターを示した図で ある。

第４図は、第３図のセクターを矢印２３の方向へ軸方向で見た図である。図示の セクターは５個の案内羽根を有している。

発明の適用 製造後、案内羽根５と付加部材６，７とは、それらの両端部のところで環状の構 成部材の形式で単一の全体を構成する。この単一の全体を案内羽根リングと呼ぶ 。このリングは、半径方向の複数区間に分割され、複数のセクター９を形成する 。セクターの数は２個以上である。第３図と第４図とは、そのようなセクターを 別の方向から見た図である。この例では、セクター９は、５個の案内羽根５ａ〜 ５ｅを有し、外側構造部材６と内側構造部材７とにより一緒に保持されている。

構造部材６．７は減衰材料８を取囲んでいる。

第２図は、位置へでの案内羽根リングのセクター９を示している。この位置Ａか ら、セクター９は矢印１０の方向へ半径方向に位置Ｂへそう人される。このそう 人のさい、案内部材１１と案内ビン１２の方向へ軸方向に押しずらされる。案内 ビン】２は、セクターを、ロータ軸方向に対し直角の平面内に正しい角位置で固 定する。案内部材１１はセクターを半径方向に固定する。案内羽根のセクター９ は、案内部材１．１を介して案内リング１３内に半径方向に固定される。案内羽 根リングのセクターすべてが案内リング１３に対して固定された後に、案内リン グ１４か軸方向に矢印Ｃ方向へ、組付は済みのセクター上に移動し、案内面１５ ゜１６に案内されて、案内リング１３に対し押付けられる。これにより、セクタ ー９は、今や案内リング１３の案内面１１と案内リング１４の案内面２７それぞ れ内の、構造部材６の２つの案内面２９と１６内に軸方向に固定される。案内リ ング１４は、その案内面２６が案内リングＩ３の案内面１５により案内され、し たがって、先行案内リング、この場合は案内リング１３により半径方向に案内さ れる。案内リング１３と軸方向て接触する案内リング１４により、セクター９は 軸方向に固定される。案内リング１４が所定位置に組付けられると、次の案内羽 根リングに含まれるセクターの組付けか開始される。この組付けは、既述の仕方 と同じ仕方で行なわれる。

圧縮機に含まれる案内リングは、−緒に軸方向にリング群として、又は個々にポ ルｌ−固定される。これにより案内リングが軸方向に固定される。このことは第 １図から明らかである。第１図では、ボルト継手１７により３個の案内リングが 結合され、他方、ボルト継手１８は、先行する案内リングに後続案内リングを結 合しているだけである。第２図に示されたボルト継手１９は案内リング１３，２ ０．２１を相互結合し、更にリング部材（図示せず）をも結合している。符号２ ２はロータディスク２３に取付けられた羽根を示している。符号２４はロータの 中心線を示している。

特表千７−５０５４５９　（４） お

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．軸流ターボ機、特にガスタービン用低圧圧縮機であって、分割線の無いハウ ジングと、単一の全体的なロータ又は一体に構成されたロータとを有するように 構成された形式のものを組立てる方法において、半径方向の複数セクター（９） に分割された案内羽根リングが、半径方向に所定位置へそう入されることにより 組立てられ、案内羽根リング当りのセクターの数が２個以上であり、これらセク ターが、複数セクターから成る各案内羽根リングの周囲に案内リング（１４）を 取付けることにより、正しい位置に案内され、固定されることを特徴とする、軸 流ターボ機、特にガスタービン用低圧圧縮機を組立てる方法。
2. ２．案内リングが、軸方向のボルト（１９）、又は他の形式の固定部材を介して 軸方向に固定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. ３．セクター（９）が、半径方向で所定位置へそう入された後、先行組付けされ た案内リング（１３）のほうへ軸方向に移動せしめられ、前記先行案内リング（ １３）内に案内（１１）を介して半径方向に固定されることを特徴とする請求項 １記載の方法。
4. ４．各セクター（９）が、ロータ軸の方向と直角方向の平面内にロータ軸を支点 として角度をなして軸方向ピン（１２）、又は他の案内部材を介して固定され、 このピン（１２）又は他の案内部材は、セクターが先行案内リング（１３）に軸 方向に固定されるさい、セクターにと係止せしめられることを特徴とする、請求 項３記載の方法。
5. ５．所定位置にそう入されたセクター上方に適合せしめられた案内リング（１３ ）がセクター（９）を軸方向に固定することを特徴とする、請求項４記載の方法 。
6. ６．所定位置にそう入されたセクター上方に取付けられた案内リングが案内面を 有し、この案内面がセクターの案内面に適合し、セクターを半径方向に固定する ことを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. ７．案内リングが、軸方向ボルト又は他の形式の固定部材を介して軸方向に固定 されることを特徴とする、請求項６記載の方法。
8. ８．案内リングが互いに半径方向に案内し合うことを特徴とする、請求項７記載 の方法。
9. ９．軸流ターボ機の形式の装置、特にガスタービン用低圧圧縮機であって、分割 線なしのハウジングと、単一の全体をなすロータ又は一体構成のロータとにより 構成されている形式のものにおいて、案内羽根リングが、半径方向に２つ以上の セクター（９）に分割され、セクターが、リング（１３，１４）の形式の支持部 材により正しい位置に案内され、固定されることを特徴とする、軸流ターボ機、 特にガスタービン用低圧圧縮機。
10. １０．案内リングがボルト継手（１９）又は他の形式の固定部材を介して軸方向 に固定されていることを特徴とする、請求項９記載の軸流ターボ機の形式の装置 。
11. １１．セクターが先行する段の案内リング（１３）内を案内され、固定されるこ とを特徴とする、請求項１０記載の装置。
12. １２．セクター当り１個の軸方向案内ピン（１２）、又は他の案内部材が、セク ターを、先行する案内リング（１３）内で、ロータ軸方向と直角の平面内に、支 点であるロータ軸との一定の角位置へ固定することを特徴とする、請求項１１記 載の装置。
13. １３．案内リング（１４）が先行する案内リング（１３）と協働して、所定位置 のセクターを軸方向に固定することを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. １４．案内リングが案内面を有し、この案内面が、案内リングの軸方向組付けの さいに、セクターの対応案内面により案内されることを特徴とする、請求項１３ 記載の装置。
15. １５．案内リングが、案内面（１５，２６）を介して互いに半径方向に案内し合 うことを特徴とする、請求項１４記載の装置。