JPH094599A - 遠心圧縮機のケーシング構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊な材料を用いることなく、高い使用圧力
・使用温度において、ケーシングの変形を小さく抑える
ことができ、これにより、インペラのチップクリアラン
スを常に小さくし、コストの低減と性能の向上を図るこ
とができるガスタービン用遠心圧縮機のケーシング構造
を提供する。 【構成】 第１及び第２のインペラ５ａ，５ｂと、これ
らのインペラを囲むケーシング１２とからなる。ケーシ
ングは、第１インペラで圧縮された空気を第２インペラ
に供給するリターン部１３と、第２インペラのベーン部
分を囲む第２シュラウド部１４と、第２インペラで圧縮
された空気を半径方向外方に流す第２ディフューザ部１
５とを有する。更に、軸方向に延びその両端が第２シュ
ラウド部とリターン部に連結されたインナーサポート１
６と、軸方向に延びその両端が第２ディフューザ部とリ
ターン部に連結されたアウターチャンネル１７とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン用の２段
遠心圧縮機に係わり、更に詳しくは、遠心圧縮機のケー
シング構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンは、図４に模式的に示すよ
うに、空気圧縮機、燃焼器、及びタービンで構成され、
空気を空気圧縮機で圧縮し、この圧縮空気を用いて燃焼
器で燃料を燃焼させ、この燃焼ガスでタービンを駆動
し、この駆動力の一部で圧縮機を駆動すると共に、外部
負荷（発電機、プロペラ、等）を駆動するようになって
いる。

【０００３】かかるガスタービン用空気圧縮機には、図
５に模式的に示す２段遠心圧縮機が従来から用いられて
いる。この２段遠心圧縮機１は、タービンにより回転駆
動されるロータ４に軸方向に直列に取付けられた２つの
インペラ５ａ，５ｂと、このインペラを囲むケーシング
６とからなる。インペラは、円板状の主板とこれに取付
けられた複数の羽根からなり、ケーシング６は、羽根部
を囲むシュラウド部６ａと、インペラで圧縮された空気
を半径方向外向きに流すディフューザ部６ｂと、この流
れを半径方向内方の流れに戻すリターン部６ｃと、から
なる。リターン部６ｃは、２段遠心圧縮機の場合には、
１段目インペラ５ａと２段目インペラ５ｂの間に設けら
れ、１段目インペラ５ａで圧縮した空気を２段目インペ
ラ５ｂの内側に供給する役割を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービン用の２段
空気圧縮機では、２段目インペラ５ｂで圧縮された空気
は高温高圧になる。また、図４に示すように、各インペ
ラをケーシング内に組み込むために、ケーシングが複数
の部分に分割されており、特に、１段目と２段目のケー
シング内端は、単に嵌め合いで連結されているにすぎな
い。そのため、２段目圧縮機が圧力，温度共に上述した
厳しい環境に曝されると、ケーシング自体の温度分布と
前後の圧力差により複雑な変形を起こし、２段目インペ
ラのチップクリアランスが大きくなったり、部分的にラ
ビング（擦れ）を起こし、圧縮性能を大幅に低下させる
問題点があった。

【０００５】そのため、従来は、２段目ケーシングに熱
膨張係数の小さい材料を使用する等、により、２段目イ
ンペラのチップクリアランスを小さくし、かつ使用圧力
及び温度を低く設定していたが、このため特殊材料の材
料及び加工コストが高く、かつ構造上の制約が大きく、
圧縮機の性能向上が図れない問題点があった。

【０００６】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、特殊
な材料を用いることなく、高い使用圧力・使用温度にお
いて、ケーシングの変形を小さく抑えることができ、こ
れにより、インペラのチップクリアランスを常に小さく
し、コストの低減と性能の向上を図ることができる遠心
圧縮機のケーシング構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、円板状
の主板とこれに取付けられた複数の羽根からなり同軸上
で回転する第１及び第２のインペラと、これらのインペ
ラを囲むケーシングとからなり、該ケーシングは、第１
インペラで圧縮された空気を第２インペラに供給するリ
ターン部と、第２インペラの羽根部を囲むシュラウド部
と、第２インペラで圧縮された空気を半径方向外向きに
流すディフューザ部と、を有するガスタービン用遠心圧
縮機のケーシング構造において、軸方向に延びその両端
が前記シュラウド部とリターン部に連結されたインナー
サポートと、軸方向に延びその両端が前記ディフューザ
部とリターン部に連結されたアウターサポートとを備え
た、ことを特徴とする遠心圧縮機のケーシング構造が提
供される。

【０００８】本発明の好ましい実施例によれば、前記イ
ンナーサポートとアウターサポートは、リング状に形成
されている。

【０００９】

【作用】上述した本発明の構成によれば、軸方向に延び
たインナーサポートとアウターサポートを備えており、
その両端は、インナーサポートは２段目のシュラウド部
と１段目のリターン部に連結され、アウターサポートは
２段目のディフューザ部と１段目のリターン部に連結さ
れているので、内側のインナーサポートにより、１，２
段間のケーシングの軸方向変位を抑制することができ、
外側のアウターサポートにより、このサポートを弾性範
囲内で撓ませることにより１，２段間の半径方向変位を
吸収して熱応力の発生を防ぎ、併せて、インペラ外周部
のクリアランスを均一に保持することができる。

【００１０】すなわち、外側のアウターサポートは、２
段目ケーシングが半径方向に移動する際の案内として機
能し、内側のインナーサポートは１段目ケーシングに対
して２段目ケーシングが圧力，温度により軸方向へ変位
するのを抑制する。従って、２段目インペラを囲むケー
シングは、安定した変位（面の倒れを含まない）を保
ち、適切なクリアランスを保つことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付して使用する。図１は、本発明によるケ
ーシング構造を備えたガスタービン用遠心圧縮機の部分
構成図である。この図において、遠心圧縮機は、２段遠
心圧縮機１０であり、第１インペラ５ａ及び第２インペ
ラ５ｂと、これらのインペラを囲むケーシング１２とか
らなる。インペラ５ａ，５ｂは、円板状の主板とこれに
取付けられた複数の羽根からなり、同軸上で回転するよ
うになっている。

【００１２】また、ケーシング１２は、第１インペラ５
ａで圧縮された空気を第２インペラ５ｂに供給するリタ
ーン部１３と、第２インペラ５ｂの羽根部を囲むシュラ
ウド部（第２シュラウド部１４）と、第２インペラ５ｂ
で圧縮された空気を半径方向外向きに流すディフューザ
部（第２ディフューザ部１５）と、を有している。な
お、この図で、７，８は、それぞれ第１シュラウド部，
第１ディフューザ部である。

【００１３】更に、図１において、本発明のガスタービ
ン用遠心圧縮機のケーシング構造では、軸方向にそれぞ
れ延びたインナーサポート１６と、アウターサポート１
７を備えている。インナーサポート１６は、その両端が
第２シュラウド部１４とリターン部１３に連結され、ア
ウターサポート１７は、その両端が第２ディフューザ部
１５とリターン部１３に連結されている。なお、この図
では、インナーサポート１６はリターン部１３と一体に
形成されているが、本発明はこれに限定されず、別々に
構成してもよい。また、この実施例ではインナーサポー
ト１６とアウターサポート１７は、リング状に形成さ
れ、十分な剛性と気密性を確保している。このアウター
サポート１７により、第２インペラ５ｂで圧縮され燃焼
器（図示せず）に供給される加圧空気２のリターン部１
３と第２ディフューザ部１５の間の隙間への逆流を防止
することができる。

【００１４】図２は、図１に示した２段遠心圧縮機の熱
変形の解析結果であり、図３は、従来のケーシング構造
における同様の熱変形解析結果である。図２及び図３
は、同スケールで示されている。また、図２及び図３に
おいて、破線は変形前、実線は変形後を示している。図
３から、従来のケーシング構造（図３）では、２段目の
第２シュラウド部１４と、第２ディフューザ部１５の軸
方向変位が大きく、２段目インペラのチップクリアラン
スが大きくなったり、部分的にラビング（擦れ）を起こ
す可能性がある。これに対して、本発明のケーシング構
造（図２）では、２段目の第２シュラウド部１４と、第
２ディフューザ部１５の軸方向変位が小さく、かつ全体
がほぼ均一に軸方向に変位しており、２段目インペラを
囲むケーシングを、安定した変位（面の倒れを含まな
い）に保ち、適切なクリアランスを保つことができるこ
とがわかる。

【００１５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。

【００１６】

【発明の効果】上述したように本発明の構成によれば、
内側のインナーサポートにより、１，２段間のケーシン
グの軸方向変位を抑制することができ、外側のアウター
サポートにより、このサポートを弾性範囲内で撓ませる
ことにより１，２段間の半径方向変位を吸収して熱応力
の発生を防ぎ、併せて、インペラ外周部のクリアランス
を均一に保持することができる。すなわち、外側のアウ
ターサポートは、２段目ケーシングが半径方向に移動す
る際の案内として機能し、内側のインナーサポートは１
段目ケーシングに対して２段目ケーシングが圧力，温度
により軸方向へ変位するのを抑制する。従って、２段目
インペラを囲むケーシングは、安定した変位（面の倒れ
を含まない）を保ち、適切なクリアランスを保つことが
できる。

【００１７】従って、本発明の遠心圧縮機のケーシング
構造は、特殊な材料を用いることなく、高い使用圧力・
使用温度において、ケーシングの変形を小さく抑えるこ
とができ、これにより、インペラのチップクリアランス
を常に小さくし、コストの低減と性能の向上を図ること
ができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるケーシング構造を備えた遠心圧縮
機の部分構成図である。

【図２】図１に示した２段遠心圧縮機の熱変形の解析結
果である。

【図３】従来のケーシング構造における熱変形解析結果
である。

【図４】ガスタービンの模式図である。

【図５】２段遠心圧縮機の従来のケーシング構造図であ
る。

【符号の説明】

１ 空気圧縮機（２段遠心圧縮機） ２ 加圧空気 ４ ロータ ５ａ １段目インペラ（第１インペラ） ５ｂ ２段目インペラ（第２インペラ） ６ ケーシング ６ａ シュラウド部 ６ｂ ディフューザ部 ６ｃ リターン部 ７ 第１シュラウド部 ８ 第１ディフューザ部 １０ ２段遠心圧縮機 １２ ケーシング １３ リターン部 １４ 第２シュラウド部 １５ 第２ディフューザ部 １６ インナーサポート １７ アウターサポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の主板とこれに取付けられた複数
   の羽根からなり同軸上で回転する第１及び第２のインペ
   ラと、これらのインペラを囲むケーシングとからなり、
   該ケーシングは、第１インペラで圧縮された空気を第２
   インペラに供給するリターン部と、第２インペラの羽根
   部を囲むシュラウド部と、第２インペラで圧縮された空
   気を半径方向外向きに流すディフューザ部と、を有する
   ガスタービン用遠心圧縮機のケーシング構造において、 軸方向に延びその両端が前記シュラウド部とリターン部
   に連結されたインナーサポートと、軸方向に延びその両
   端が前記ディフューザ部とリターン部に連結されたアウ
   ターサポートとを備えた、ことを特徴とする遠心圧縮機
   のケーシング構造。
2. 【請求項２】 前記インナーサポートとアウターサポー
   トは、リング状に形成されている、ことを特徴とする請
   求項１に記載の遠心圧縮機のケーシング構造。