JPH10131896A - 圧縮機のための羽根支持体 - Google Patents
圧縮機のための羽根支持体Info
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- JPH10131896A JPH10131896A JP9290776A JP29077697A JPH10131896A JP H10131896 A JPH10131896 A JP H10131896A JP 9290776 A JP9290776 A JP 9290776A JP 29077697 A JP29077697 A JP 29077697A JP H10131896 A JPH10131896 A JP H10131896A
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- Japan
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- cooling
- blade support
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- conduit
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 軸流式の圧縮機のための、冷却媒体によ
り貫流される冷却通路を備えた羽根支持体において、冷
却通路が羽根支持体の内部を少なくともほぼ周方向に延
びていてかつ、閉じた水回路内に配置されており、水回
路が主として循環ポンプ３１、圧力保持容器３２及び熱
交換器３５から成っている。 【効果】 羽根支持体にとって、球状黒鉛鋳鉄若しくは
ねずみ鋳鉄のような安価で良好に加工可能な材料が使用
される。さらに、低い羽根支持体温度に基づきオーバリ
ゼーションが生じず、かつほぼ漏れのない構造が得られ
る。
り貫流される冷却通路を備えた羽根支持体において、冷
却通路が羽根支持体の内部を少なくともほぼ周方向に延
びていてかつ、閉じた水回路内に配置されており、水回
路が主として循環ポンプ３１、圧力保持容器３２及び熱
交換器３５から成っている。 【効果】 羽根支持体にとって、球状黒鉛鋳鉄若しくは
ねずみ鋳鉄のような安価で良好に加工可能な材料が使用
される。さらに、低い羽根支持体温度に基づきオーバリ
ゼーションが生じず、かつほぼ漏れのない構造が得られ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸方向に通流され
る圧縮機、特に熱的に高負荷される高圧圧縮機のための
羽根支持体であって、羽根支持体が冷却通路を備えてお
り、冷却通路が閉じた回路で冷却媒体により貫流される
ようになっている形式のものに関する。
る圧縮機、特に熱的に高負荷される高圧圧縮機のための
羽根支持体であって、羽根支持体が冷却通路を備えてお
り、冷却通路が閉じた回路で冷却媒体により貫流される
ようになっている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】ターボ機械のための冷却式若しくは加熱
式の羽根支持体は従来より公知である。蒸気タービンの
始動時の問題点を解決するために、すでにベルギー国特
許Ａ６４９１８６号明細書により、羽根支持体と外側絶
縁体との間に、管、通路及び導管若しくは類似のものか
ら成るシステムを羽根支持体の周りに環状若しくはスパ
イラル状に配置して、外部熱の供給により羽根支持体を
常に目標温度に維持することは公知である。
式の羽根支持体は従来より公知である。蒸気タービンの
始動時の問題点を解決するために、すでにベルギー国特
許Ａ６４９１８６号明細書により、羽根支持体と外側絶
縁体との間に、管、通路及び導管若しくは類似のものか
ら成るシステムを羽根支持体の周りに環状若しくはスパ
イラル状に配置して、外部熱の供給により羽根支持体を
常に目標温度に維持することは公知である。
【０００３】例えば定置ガスタービン(stationaere Gas
turbine)若しくはタービン駆動機構で燃焼空気の圧縮の
ために使用される軸流圧縮機、特に高圧圧縮機において
は、回転羽根の外側端部と圧縮機ケーシングの内壁との
間に大きさ１ｍｍの半径方向の遊びを設けてあり、この
遊びができるだけ小さく維持されて、空気の逆流及びこ
れに伴う効率の低下をわずかに保ちたい。同じことが、
ロータに対してシールする案内羽根のためにもあてはま
る。
turbine)若しくはタービン駆動機構で燃焼空気の圧縮の
ために使用される軸流圧縮機、特に高圧圧縮機において
は、回転羽根の外側端部と圧縮機ケーシングの内壁との
間に大きさ１ｍｍの半径方向の遊びを設けてあり、この
遊びができるだけ小さく維持されて、空気の逆流及びこ
れに伴う効率の低下をわずかに保ちたい。同じことが、
ロータに対してシールする案内羽根のためにもあてはま
る。
【０００４】半径方向の遊びを小さくすることは、圧縮
機の異なる運転状態でロータ羽根と圧縮機ケーシングと
が異なる量で膨張若しくは収縮することに基づき困難で
ある。従って半径方向の遊びは、不都合な運転条件下で
も、換言すればロータ及び回転羽根が膨張しかつ圧縮機
ケーシングが収縮した状態でも十分であるように選ばれ
ねばならない。この場合に考慮すべきことは、半径方向
の遊びの変化が機械的な原因によっても、熱的な原因に
よっても生じることである。機械的な原因としては特
に、急速回転時に作用する遠心力に基づくロータ及び回
転羽根の半径方向の変位が挙げられる。熱的な原因とし
ては、温度差若しくは使用された材料の異なる膨張係数
に基づくロータとステータとの異なる熱膨張並びに、ケ
ーシング部分の分離平面内での分離継目によるオーバリ
ゼーション(Ovalisation)が挙げられる。
機の異なる運転状態でロータ羽根と圧縮機ケーシングと
が異なる量で膨張若しくは収縮することに基づき困難で
ある。従って半径方向の遊びは、不都合な運転条件下で
も、換言すればロータ及び回転羽根が膨張しかつ圧縮機
ケーシングが収縮した状態でも十分であるように選ばれ
ねばならない。この場合に考慮すべきことは、半径方向
の遊びの変化が機械的な原因によっても、熱的な原因に
よっても生じることである。機械的な原因としては特
に、急速回転時に作用する遠心力に基づくロータ及び回
転羽根の半径方向の変位が挙げられる。熱的な原因とし
ては、温度差若しくは使用された材料の異なる膨張係数
に基づくロータとステータとの異なる熱膨張並びに、ケ
ーシング部分の分離平面内での分離継目によるオーバリ
ゼーション(Ovalisation)が挙げられる。
【０００５】過去に、運転中における半径方向の遊びの
アクティブな制御（いわゆる“active clearance contr
ol”）に係わる多数の提案がなされている。この目的の
ために例えば選択的に、異なる圧縮段から到来する冷え
た及び／又は暖かい圧縮空気がロータの内部に導入され
て、案内羽根を支持するディスクの温度の制御により半
径方向の遊びが制御される。
アクティブな制御（いわゆる“active clearance contr
ol”）に係わる多数の提案がなされている。この目的の
ために例えば選択的に、異なる圧縮段から到来する冷え
た及び／又は暖かい圧縮空気がロータの内部に導入され
て、案内羽根を支持するディスクの温度の制御により半
径方向の遊びが制御される。
【０００６】ロータの前述の温度制御のほかに、すでに
圧縮機ケーシングの温度制御も提案されており（アメリ
カ合衆国特許-Ａ-４２３０４３６号明細書）、この場
合、圧縮機ケーシングの温度が多かれ少なかれ強い冷却
空気流によって制御して降下される。この場合、冷却空
気は異なる圧縮機段から抽出されて、冷却通路を介して
案内羽根の後ろ側並びに、回転羽根に対向して位置する
圧縮機ケーシング内壁の後ろ側を該案内羽根並びに該圧
縮機ケーシング内壁に沿って案内される。
圧縮機ケーシングの温度制御も提案されており（アメリ
カ合衆国特許-Ａ-４２３０４３６号明細書）、この場
合、圧縮機ケーシングの温度が多かれ少なかれ強い冷却
空気流によって制御して降下される。この場合、冷却空
気は異なる圧縮機段から抽出されて、冷却通路を介して
案内羽根の後ろ側並びに、回転羽根に対向して位置する
圧縮機ケーシング内壁の後ろ側を該案内羽根並びに該圧
縮機ケーシング内壁に沿って案内される。
【０００７】アクティブな遊び制御(aktive Spielregel
ung)のための公知の方法は、圧縮機の通常運転に関して
いる。従ってこの方法は、異なる圧縮機部分(Verdichte
rteil)若しくは圧縮機区分(Verdichterpartie)の冷却若
しくは加熱のために、異なる温度の圧縮空気若しくは−
ガスタービンの圧縮機の場合には−駆動装置部分からの
熱ガスに頼っている。
ung)のための公知の方法は、圧縮機の通常運転に関して
いる。従ってこの方法は、異なる圧縮機部分(Verdichte
rteil)若しくは圧縮機区分(Verdichterpartie)の冷却若
しくは加熱のために、異なる温度の圧縮空気若しくは−
ガスタービンの圧縮機の場合には−駆動装置部分からの
熱ガスに頼っている。
【０００８】この場合、いわゆる暖機始動(Warmstar
t)、要するに圧縮機を停止した後に、しかしながら完全
に冷却する前に再び始動させる状態は考慮されていな
い。この状態では、ロータとステータとは互いに明らか
に異なる温度を有している。それというのは、外側に位
置するステータは急速に冷却されて、相応に収縮するの
に対して、ロータは比較的長時間に亘って熱く保たれ
て、相応に膨張しているからである。従って、半径方向
の遊びが著しく小さくなっている。この状態で新たな始
動（暖機始動）を可能にするためには、このような特別
な場合を半径方向の遊びの寸法設定に際して考慮しなけ
ればならず、このことは半径方向の遊びの寸法を増大さ
せることになる。
t)、要するに圧縮機を停止した後に、しかしながら完全
に冷却する前に再び始動させる状態は考慮されていな
い。この状態では、ロータとステータとは互いに明らか
に異なる温度を有している。それというのは、外側に位
置するステータは急速に冷却されて、相応に収縮するの
に対して、ロータは比較的長時間に亘って熱く保たれ
て、相応に膨張しているからである。従って、半径方向
の遊びが著しく小さくなっている。この状態で新たな始
動（暖機始動）を可能にするためには、このような特別
な場合を半径方向の遊びの寸法設定に際して考慮しなけ
ればならず、このことは半径方向の遊びの寸法を増大さ
せることになる。
【０００９】最新のガスタービンにおいてはロータがフ
エライト材料から成っていて、同じく冷却されていてよ
い。ロータは一般的に熱絶縁体を備えており、熱絶縁体
がロータ温度を圧縮機出口のそれぞれの区分の燃焼空気
の温度に比べて低く維持しようとするものである。この
場合、半径方向の運転遊びが装置の冷却状態の遊びに比
べて大きく、それというのはロータ温度が羽根支持体温
度に比べて低くなっているからである。
エライト材料から成っていて、同じく冷却されていてよ
い。ロータは一般的に熱絶縁体を備えており、熱絶縁体
がロータ温度を圧縮機出口のそれぞれの区分の燃焼空気
の温度に比べて低く維持しようとするものである。この
場合、半径方向の運転遊びが装置の冷却状態の遊びに比
べて大きく、それというのはロータ温度が羽根支持体温
度に比べて低くなっているからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、羽根支持体をほぼ７０乃至１２０°まで冷却して、
これにより、すべての運転条件下で羽根支持体に熱的な
無視できる程度の運動しか生ぜしめないようにすること
である。これにより、ロータの機械的及び熱的な運動を
考慮するだけでよく、すべての運転条件下で半径方向の
最小の遊びを達成する。特に、暖機始動状態をもはや半
径方向の遊びの適切な選択のための判断基準としないよ
うにする。
は、羽根支持体をほぼ７０乃至１２０°まで冷却して、
これにより、すべての運転条件下で羽根支持体に熱的な
無視できる程度の運動しか生ぜしめないようにすること
である。これにより、ロータの機械的及び熱的な運動を
考慮するだけでよく、すべての運転条件下で半径方向の
最小の遊びを達成する。特に、暖機始動状態をもはや半
径方向の遊びの適切な選択のための判断基準としないよ
うにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の構成では、冷却通路が羽根支持体の内部を少
なくともほぼ周方向に延びていてかつ、閉じた水回路(g
eschlossener Wasserkreislauf)内に配置されており、
水回路が主として循環ポンプ、圧力保持容器及び熱交換
器から成っている。冷却媒体としては水が用いられる。
場合によっては、冷却媒体として冷却ガス若しくは高圧
蒸気も考慮される。
に本発明の構成では、冷却通路が羽根支持体の内部を少
なくともほぼ周方向に延びていてかつ、閉じた水回路(g
eschlossener Wasserkreislauf)内に配置されており、
水回路が主として循環ポンプ、圧力保持容器及び熱交換
器から成っている。冷却媒体としては水が用いられる。
場合によっては、冷却媒体として冷却ガス若しくは高圧
蒸気も考慮される。
【００１２】
【発明の利点】特に本発明の利点として、前述のように
冷却される羽根支持体にとって、例えば１０パーセント
のクロム鋼のような今日通常の高価な材料とは逆に、球
状黒鉛鋳鉄若しくはねずみ鋳鉄のような安価で良好に加
工可能な材料が使用される。さらに、低い羽根支持体温
度に基づきオーバリゼーションが生じず、かつほぼ漏れ
のない構造が得られる。
冷却される羽根支持体にとって、例えば１０パーセント
のクロム鋼のような今日通常の高価な材料とは逆に、球
状黒鉛鋳鉄若しくはねずみ鋳鉄のような安価で良好に加
工可能な材料が使用される。さらに、低い羽根支持体温
度に基づきオーバリゼーションが生じず、かつほぼ漏れ
のない構造が得られる。
【００１３】有利には、冷却通路がリング状若しくはね
じ状に配置されており、各冷却リングがそれぞれ供給導
管及び排出導管を備えており、分離された少なくとも２
つの冷却経路が設けられる。この場合、羽根支持体の縦
方向で少なくとも一つおきの冷却リング、若しくはねじ
状の配列の少なくとも一つおきのループが、分離された
１つの冷却経路に接続されている。
じ状に配置されており、各冷却リングがそれぞれ供給導
管及び排出導管を備えており、分離された少なくとも２
つの冷却経路が設けられる。この場合、羽根支持体の縦
方向で少なくとも一つおきの冷却リング、若しくはねじ
状の配列の少なくとも一つおきのループが、分離された
１つの冷却経路に接続されている。
【００１４】冷却通路が供給導管及び排出導管と一緒
に、統合されたスケルトンを形成している場合に、スケ
ルトンが羽根支持体の鋳型内に差し込まれて、羽根支持
体と一緒に鋳造される。アメリカ合衆国特許第４３８６
８８５号明細書により、冷却通路を羽根支持体内に鋳造
成形することは公知であるものの、これはガスタービン
羽根の冷却に関するものであり、このために、機械の軸
方向に延びて案内羽根基部に通じる管が羽根支持体内に
配置されている。
に、統合されたスケルトンを形成している場合に、スケ
ルトンが羽根支持体の鋳型内に差し込まれて、羽根支持
体と一緒に鋳造される。アメリカ合衆国特許第４３８６
８８５号明細書により、冷却通路を羽根支持体内に鋳造
成形することは公知であるものの、これはガスタービン
羽根の冷却に関するものであり、このために、機械の軸
方向に延びて案内羽根基部に通じる管が羽根支持体内に
配置されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、定置ガスタービンにつき本
発明の実施例を図面に示して以下に説明する。
発明の実施例を図面に示して以下に説明する。
【００１６】本発明の理解のために必要なエレメントだ
けが示されている。作動媒体の流動方向が矢印で示され
ている。種々の図面において、機能を同じくする部分は
同じ符号を付されている。
けが示されている。作動媒体の流動方向が矢印で示され
ている。種々の図面において、機能を同じくする部分は
同じ符号を付されている。
【００１７】図１には単軸式のガスタービンを略示して
あり、ガスタービンが実施例では中間加熱機構を備えて
いる。ロータ１０及び羽根支持体１１がタービン側に単
段の高圧羽根列１２若しくは多段の低圧羽根列（図示せ
ず）を備えている。１次燃焼室１３から流過する煙道ガ
スは膨張して高圧羽根列内で出力を生ぜしめて、混合区
域２５に達する。混合区域内では煙道ガスに対して燃料
供給により新たな燃料及び場合によって燃焼空気が混合
されて、混合物が第２の燃焼室に供給される。
あり、ガスタービンが実施例では中間加熱機構を備えて
いる。ロータ１０及び羽根支持体１１がタービン側に単
段の高圧羽根列１２若しくは多段の低圧羽根列（図示せ
ず）を備えている。１次燃焼室１３から流過する煙道ガ
スは膨張して高圧羽根列内で出力を生ぜしめて、混合区
域２５に達する。混合区域内では煙道ガスに対して燃料
供給により新たな燃料及び場合によって燃焼空気が混合
されて、混合物が第２の燃焼室に供給される。
【００１８】１次燃焼室１３は燃焼空気をプレナム１４
から引き入れ、かつ燃料供給導管１５を介して液体状及
び／又はガス状の燃料を供給される。
から引き入れ、かつ燃料供給導管１５を介して液体状及
び／又はガス状の燃料を供給される。
【００１９】プレナム１４内には、燃焼空気が圧縮機１
７のディフューザ１６から到来する。圧縮機１７の多段
の高圧羽根列２１若しくは低圧羽根列１９は、一方でロ
ータ１０の旋削部内に埋め込まれた回転ばねにより形成
されている。他方で、対応する案内羽根が、二部構造の
低圧羽根列支持体２０及び高圧羽根列支持体１８の旋削
部内に固定されている。高圧羽根列２１と低圧羽根列１
９との間に冷却空気ブリード２２が配置されている。一
般的な問題の提示のために、燃焼空気が低圧羽根列内で
の圧縮に基づき低圧羽根列の出口で既にほぼ４５０℃の
温度に達することを前提とする。図１から明らかなよう
に、このような温度に、高圧羽根列支持体１８の斜めに
延びる部分の内側がさらされる。高圧羽根列２１内で燃
焼空気が最終圧に圧縮されて、ほぼ５５０℃の温度に達
して、ディフューザ１６を介してプレナム１４内に噴出
される。このような流出温度に、高圧羽根列支持体１８
の外側全体並びに、ディフューザを制限する内壁がさら
される。
７のディフューザ１６から到来する。圧縮機１７の多段
の高圧羽根列２１若しくは低圧羽根列１９は、一方でロ
ータ１０の旋削部内に埋め込まれた回転ばねにより形成
されている。他方で、対応する案内羽根が、二部構造の
低圧羽根列支持体２０及び高圧羽根列支持体１８の旋削
部内に固定されている。高圧羽根列２１と低圧羽根列１
９との間に冷却空気ブリード２２が配置されている。一
般的な問題の提示のために、燃焼空気が低圧羽根列内で
の圧縮に基づき低圧羽根列の出口で既にほぼ４５０℃の
温度に達することを前提とする。図１から明らかなよう
に、このような温度に、高圧羽根列支持体１８の斜めに
延びる部分の内側がさらされる。高圧羽根列２１内で燃
焼空気が最終圧に圧縮されて、ほぼ５５０℃の温度に達
して、ディフューザ１６を介してプレナム１４内に噴出
される。このような流出温度に、高圧羽根列支持体１８
の外側全体並びに、ディフューザを制限する内壁がさら
される。
【００２０】熱的に高負荷される羽根支持体に対してコ
ストの有利な材料を使用するために、ディフューザ壁に
防熱シールド２３が適当な形式で被覆されている。高圧
羽根支持体１８の外側は軸方向の全長に亘ってプレナム
１４に対して、被覆板の形の断熱材２４を介して制限さ
れている。高圧羽根支持体は同じく全長に亘って冷却通
路２６を備えており、冷却通路が閉じた回路(geschloss
ener Kreis)内で冷却媒体、ここでは水により通流され
る。冷却通路は高圧羽根支持体１８の内部を周方向に延
びていて、かつ圧縮機流に対して並流(Gleichstrom)で
貫流される。
ストの有利な材料を使用するために、ディフューザ壁に
防熱シールド２３が適当な形式で被覆されている。高圧
羽根支持体１８の外側は軸方向の全長に亘ってプレナム
１４に対して、被覆板の形の断熱材２４を介して制限さ
れている。高圧羽根支持体は同じく全長に亘って冷却通
路２６を備えており、冷却通路が閉じた回路(geschloss
ener Kreis)内で冷却媒体、ここでは水により通流され
る。冷却通路は高圧羽根支持体１８の内部を周方向に延
びていて、かつ圧縮機流に対して並流(Gleichstrom)で
貫流される。
【００２１】冷却通路の効果的な配置のための例が図２
に示してある。冷却通路はリング状に形成されていてか
つ、互いに所定の間隔で並べて配置された多数の冷却リ
ング２７から成っており、各冷却リングがそれぞれ１つ
の供給導管２８及び排出導管２９を備えている。冷却リ
ング２７は水供給導管３０を介して循環ポンプ３１によ
り冷却水の供給を受ける。冷却水が圧力保持容器３２か
ら引き出され、圧力保持容器３２が圧力ポンプ３３を介
して冷却水の供給を受ける。圧力保持容器内の水面上に
気体が存在している。それぞれ最後の冷却リングから冷
却水が水戻し導管３４を介して導出されて、熱交換器３
５内で冷却され、次いで圧力保持容器３２内に達する。
に示してある。冷却通路はリング状に形成されていてか
つ、互いに所定の間隔で並べて配置された多数の冷却リ
ング２７から成っており、各冷却リングがそれぞれ１つ
の供給導管２８及び排出導管２９を備えている。冷却リ
ング２７は水供給導管３０を介して循環ポンプ３１によ
り冷却水の供給を受ける。冷却水が圧力保持容器３２か
ら引き出され、圧力保持容器３２が圧力ポンプ３３を介
して冷却水の供給を受ける。圧力保持容器内の水面上に
気体が存在している。それぞれ最後の冷却リングから冷
却水が水戻し導管３４を介して導出されて、熱交換器３
５内で冷却され、次いで圧力保持容器３２内に達する。
【００２２】図示の実施例では分離された２つの冷却経
路を設けてあり、これらの冷却経路は共通の水供給導管
から冷却水の供給を受け、かつ冷却通路からの出口で共
通の水戻し導管３４へ開口している。両方の冷却経路に
均一に冷却水を供給するために、最初に供給を受ける冷
却リングの上流にそれぞれオリフィス３６が配置されて
いる。
路を設けてあり、これらの冷却経路は共通の水供給導管
から冷却水の供給を受け、かつ冷却通路からの出口で共
通の水戻し導管３４へ開口している。両方の冷却経路に
均一に冷却水を供給するために、最初に供給を受ける冷
却リングの上流にそれぞれオリフィス３６が配置されて
いる。
【００２３】冷却経路は、配列の冷却リングを一つおき
に同じ冷却経路内に位置させるように形成される。図２
から明らかなように、第１の冷却リング２７ａが左側の
供給導管２８ａから冷却水を引いている。この冷却水は
逆時計回りに冷却リング２７ａを貫流して、排出導管２
９ａを介して冷却リング２７ａから導出される。この排
出導管２９ａは接続導管３７を介して次の次の冷却リン
グに連通している。これに対応して、第２の冷却リング
２７ｂが右側の供給導管２８ｂから冷却水を引いてい
る。この冷却水は時計回り方向で冷却リング２７ｂを貫
流して、該冷却リングから排出導管２９ｂを介して導出
される。この排出導管２９ｂはやはり接続導管３７を介
して次の次の冷却リングに連通している。従って、高圧
羽根支持体の軸方向で隣接する冷却通路が互いに向流で
貫流される。
に同じ冷却経路内に位置させるように形成される。図２
から明らかなように、第１の冷却リング２７ａが左側の
供給導管２８ａから冷却水を引いている。この冷却水は
逆時計回りに冷却リング２７ａを貫流して、排出導管２
９ａを介して冷却リング２７ａから導出される。この排
出導管２９ａは接続導管３７を介して次の次の冷却リン
グに連通している。これに対応して、第２の冷却リング
２７ｂが右側の供給導管２８ｂから冷却水を引いてい
る。この冷却水は時計回り方向で冷却リング２７ｂを貫
流して、該冷却リングから排出導管２９ｂを介して導出
される。この排出導管２９ｂはやはり接続導管３７を介
して次の次の冷却リングに連通している。従って、高圧
羽根支持体の軸方向で隣接する冷却通路が互いに向流で
貫流される。
【００２４】もちろん、冷却リングの配列は図２に示す
ように純粋に円筒状である必要はなく、図１に示してあ
るように冷却通路は半径方向で互いに並んで若しくは斜
めに延びていてもよい。隣接する２つの冷却リング間の
所定の間隔は、それぞれ局所的に排出すべき熱に基づき
当業者により選択され得る。
ように純粋に円筒状である必要はなく、図１に示してあ
るように冷却通路は半径方向で互いに並んで若しくは斜
めに延びていてもよい。隣接する２つの冷却リング間の
所定の間隔は、それぞれ局所的に排出すべき熱に基づき
当業者により選択され得る。
【００２５】冷却機構の実際の幾何学形状に無関係に、
本発明に基づく冷却機構の利点として、冷却リング２７
が全体的に供給導管２８、排出導管２９及び接続導管３
７を用いて、例えば溶接により、スケルトン構造に構成
される。その結果、このようなスケルトン構造が羽根支
持体と一緒に鋳造され得る。羽根支持体のための材料は
球状黒鉛鋳鉄(Sphaeroguss)、例えばGGG40Mo 若しくは
ねずみ鋳鉄が推奨される。冷却リングは有利には羽根支
持体材料の融点に比べて高い融点の鋼管から成ってい
る。ステンレススチールの比較的高い熱膨張係数に基づ
き運転中には常に、羽根支持体と冷却管との間の密な接
触ひいては良好な熱交換が保証される。
本発明に基づく冷却機構の利点として、冷却リング２７
が全体的に供給導管２８、排出導管２９及び接続導管３
７を用いて、例えば溶接により、スケルトン構造に構成
される。その結果、このようなスケルトン構造が羽根支
持体と一緒に鋳造され得る。羽根支持体のための材料は
球状黒鉛鋳鉄(Sphaeroguss)、例えばGGG40Mo 若しくは
ねずみ鋳鉄が推奨される。冷却リングは有利には羽根支
持体材料の融点に比べて高い融点の鋼管から成ってい
る。ステンレススチールの比較的高い熱膨張係数に基づ
き運転中には常に、羽根支持体と冷却管との間の密な接
触ひいては良好な熱交換が保証される。
【００２６】熱交換をさらに助成するために、冷却管が
図３乃至図６に基づき外周に溶接されたリブ４０、ウエ
ブ４１若しくはピン４２を備えていてよい。この場合、
リブは円環状（図３）若しくはねじ状（図４）に配置さ
れていてよい。縦方向に向けられたウエブ４１（図６）
もピン４２（図５）と同じように、冷却管の周囲の複数
の箇所に配置されていてよい。
図３乃至図６に基づき外周に溶接されたリブ４０、ウエ
ブ４１若しくはピン４２を備えていてよい。この場合、
リブは円環状（図３）若しくはねじ状（図４）に配置さ
れていてよい。縦方向に向けられたウエブ４１（図６）
もピン４２（図５）と同じように、冷却管の周囲の複数
の箇所に配置されていてよい。
【００２７】本発明の作用を数値例によって明らかにす
ると： 冷却すべき羽根支持体の壁厚がほぼ５０乃至７
０ｍｍである場合に、外径２０ｍｍの鋼管が選ばれる。
羽根支持体の熱的な絶縁は、羽根支持体の外側と内側と
の間で温度差が３０〜７０℃を越えないように設計され
る。燃焼空気と羽根支持体との間の対流により生じる熱
伝達は５０〜１５０Ｗ／ｍ2 Ｋに制限されたい。従っ
て、最新のプラントの羽根支持体においては、ほぼ５０
０ｋＷの熱量が閉じた水冷却回路を介して導出されねば
ならない。水入口と水出口との間に２０℃の温度差が許
容されると、６Ｋｇ／secの水量が必要である。このた
めに４０乃至８０バールの水圧及び最大１２０℃の水温
で運転することが推奨される。
ると： 冷却すべき羽根支持体の壁厚がほぼ５０乃至７
０ｍｍである場合に、外径２０ｍｍの鋼管が選ばれる。
羽根支持体の熱的な絶縁は、羽根支持体の外側と内側と
の間で温度差が３０〜７０℃を越えないように設計され
る。燃焼空気と羽根支持体との間の対流により生じる熱
伝達は５０〜１５０Ｗ／ｍ2 Ｋに制限されたい。従っ
て、最新のプラントの羽根支持体においては、ほぼ５０
０ｋＷの熱量が閉じた水冷却回路を介して導出されねば
ならない。水入口と水出口との間に２０℃の温度差が許
容されると、６Ｋｇ／secの水量が必要である。このた
めに４０乃至８０バールの水圧及び最大１２０℃の水温
で運転することが推奨される。
【００２８】別の冷却通路配列（図示せず）において
は、冷却通路がねじ状に配置されていてよく、この場合
にも、分離された少なくとも２つの冷却経路が設けられ
ている。このような構成は２条ねじに相応している。こ
の場合にも、ねじ状の配列の順次に続く１つおきのルー
プが固有の供給導管及び排出導管を介して、分離された
１つの冷却経路に接続されている。
は、冷却通路がねじ状に配置されていてよく、この場合
にも、分離された少なくとも２つの冷却経路が設けられ
ている。このような構成は２条ねじに相応している。こ
の場合にも、ねじ状の配列の順次に続く１つおきのルー
プが固有の供給導管及び排出導管を介して、分離された
１つの冷却経路に接続されている。
【００２９】図７に示された別の冷却通路配列において
は、冷却通路２６ａがフライス削り若しくは旋削によっ
て羽根支持体の外壁に形成されてかつ、溶接された覆い
バンド３８によって閉鎖されている。このような構成に
おいても、円環状若しくはねじ状の通路配列が使用され
る。この場合には、個々の冷却通路の供給導管及び排出
導管並びに接続導管は本来の羽根支持体の外側に配置さ
れる。羽根支持体のための材料としては、低合金鋼が提
供される。符号３９で、圧縮機案内羽根のために羽根支
持体の内壁に形成された旋削部が示されている。
は、冷却通路２６ａがフライス削り若しくは旋削によっ
て羽根支持体の外壁に形成されてかつ、溶接された覆い
バンド３８によって閉鎖されている。このような構成に
おいても、円環状若しくはねじ状の通路配列が使用され
る。この場合には、個々の冷却通路の供給導管及び排出
導管並びに接続導管は本来の羽根支持体の外側に配置さ
れる。羽根支持体のための材料としては、低合金鋼が提
供される。符号３９で、圧縮機案内羽根のために羽根支
持体の内壁に形成された旋削部が示されている。
【００３０】本発明はもちろん図示の実施例に限定され
るものではない。前述の流れ方向と異なって、冷却通路
は圧縮機の流れに対して向流で貫流されてよい。同じ
く、すべての冷却通路を同じ方向で時計周り若しくは逆
時計周りに貫流させることも、本発明の枠を越えるもの
ではない。冷却すべき羽根支持体の大きさに関連して、
図示の２つの冷却経路の代わりに多数の冷却経路を設け
ることができることはもちろんのことである。正しい選
択は特に冷却機構内部の許容される圧力損失の問題とな
る。
るものではない。前述の流れ方向と異なって、冷却通路
は圧縮機の流れに対して向流で貫流されてよい。同じ
く、すべての冷却通路を同じ方向で時計周り若しくは逆
時計周りに貫流させることも、本発明の枠を越えるもの
ではない。冷却すべき羽根支持体の大きさに関連して、
図示の２つの冷却経路の代わりに多数の冷却経路を設け
ることができることはもちろんのことである。正しい選
択は特に冷却機構内部の許容される圧力損失の問題とな
る。
【００３１】本発明に基づく新規な冷却システムは定置
ガスタービンに使用されるだけではなく、例えば軽量構
造の航空機タービンにも使用可能である。この場合、冷
却すべき羽根支持体のための材料としてアルミニウム合
金若しくはマグネシュウム合金が使用される。
ガスタービンに使用されるだけではなく、例えば軽量構
造の航空機タービンにも使用可能である。この場合、冷
却すべき羽根支持体のための材料としてアルミニウム合
金若しくはマグネシュウム合金が使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンの圧縮機の部分縦断面図
【図２】冷却通路配列の原理図
【図３】冷却管の実施例の縦断面図
【図４】冷却管の別の実施例の縦断面図
【図５】冷却管のさらに別の実施例の横断面図
【図６】冷却管のさらに別の実施例の縦断面図
【図７】冷却通路配列の別の実施例の断面図
１０ ロータ、 １１ 羽根支持体、 １２ 高圧
羽根列、 １３ １次燃焼室、 １４ プレナム、
１５ 燃料導管、 １６ ディフューザ、 １
７ 圧縮機、 １８ 高圧羽根支持体、 １９ 低
圧羽根列、２０ 低圧羽根支持体、 ２１ 高圧羽根
列、 ２２ 冷却空気ブリード、２３ 防熱シール
ド、 ２４ 断熱体、 ２５ 混合区域、 ２
６，２６ａ 冷却通路、 ２７ 冷却リング、 ２
８ 供給導管、 ２９ 排出導管、 ３０ 水供給
導管、 ３１ 循環ポンプ、 ３２ 圧力保持容
器、 ３３ 圧力ポンプ、 ３４ 水戻し導管、
３５ 熱交換器、３６ オリフィス、 ３７ 接続
導管、 ３８ 覆いバンド、 ３９ 旋削部、
４０ リブ、 ４１ ウエブ、 ４２ ピン
羽根列、 １３ １次燃焼室、 １４ プレナム、
１５ 燃料導管、 １６ ディフューザ、 １
７ 圧縮機、 １８ 高圧羽根支持体、 １９ 低
圧羽根列、２０ 低圧羽根支持体、 ２１ 高圧羽根
列、 ２２ 冷却空気ブリード、２３ 防熱シール
ド、 ２４ 断熱体、 ２５ 混合区域、 ２
６，２６ａ 冷却通路、 ２７ 冷却リング、 ２
８ 供給導管、 ２９ 排出導管、 ３０ 水供給
導管、 ３１ 循環ポンプ、 ３２ 圧力保持容
器、 ３３ 圧力ポンプ、 ３４ 水戻し導管、
３５ 熱交換器、３６ オリフィス、 ３７ 接続
導管、 ３８ 覆いバンド、 ３９ 旋削部、
４０ リブ、 ４１ ウエブ、 ４２ ピン
Claims (11)
- 【請求項１】 軸方向に貫流される圧縮機（１７）のた
めの羽根支持体であって、羽根支持体が冷却通路（２
６）を備えており、冷却通路が閉じた回路で冷却媒体に
より貫流されるようになっている形式のものにおいて、
冷却通路（２６，２６ａ）が羽根支持体の内部を少なく
ともほぼ周方向に延びていてかつ、閉じた水回路内に配
置されており、水回路が主として循環ポンプ（３１）、
圧力保持容器（３２）及び熱交換器（３５）から成って
いることを特徴とする圧縮機のための羽根支持体。 - 【請求項２】 冷却通路（２６，２６ａ）がリング状に
配置されており、各冷却リング（２７）が供給導管（２
８）及び排出導管（２９）を備えている請求項１記載の
羽根支持体。 - 【請求項３】 冷却通路（２６，２６ａ）がねじ状に配
置されている請求項１記載の羽根支持体。 - 【請求項４】 ねじ状の配列において、分離された少な
くとも２つの冷却経路が設けられている請求項３記載の
羽根支持体。 - 【請求項５】 羽根支持体の縦方向で隣接する冷却通路
が互いに逆向きに貫流されるようになっている請求項２
又は３記載の羽根支持体。 - 【請求項６】 羽根支持体の縦方向で少なくとも一つお
きの冷却リング、若しくはねじ状の配列の少なくとも一
つおきのループが、分離された１つの冷却経路に接続さ
れている請求項２又は３記載の羽根支持体。 - 【請求項７】 冷却通路（２６）が供給導管及び排出導
管と一緒に、統合されたスケルトンを形成しており、ス
ケルトンが羽根支持体と一緒に鋳造されている請求項２
又は３記載の羽根支持体。 - 【請求項８】 冷却通路（２６ａ）が羽根支持体の外壁
内に加工成形されていてかつ、溶接された覆いバンド
（３８）により閉鎖されている請求項２又は３記載の羽
根支持体。 - 【請求項９】 冷却通路（２６）が外壁にリブ（４
０）、ウエブ（４１）若しくはピン（４２）を備えてい
る請求項１記載の羽根支持体。 - 【請求項１０】 多数の冷却経路において水供給導管
（３０）内にオリフィス（３６）が配置されている請求
項５記載の羽根支持体。 - 【請求項１１】 冷却通路（２６，２６ａ）が圧縮機の
流れに対して並流で貫流されるようになっている請求項
１記載の羽根支持体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19643716.4 | 1996-10-23 | ||
| DE19643716A DE19643716A1 (de) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Schaufelträger für einen Verdichter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10131896A true JPH10131896A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=7809543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9290776A Withdrawn JPH10131896A (ja) | 1996-10-23 | 1997-10-23 | 圧縮機のための羽根支持体 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5967743A (ja) |
| EP (1) | EP0838595B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10131896A (ja) |
| CN (1) | CN1091849C (ja) |
| DE (2) | DE19643716A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6626635B1 (en) * | 1998-09-30 | 2003-09-30 | General Electric Company | System for controlling clearance between blade tips and a surrounding casing in rotating machinery |
| EP1046787B1 (en) | 1999-04-23 | 2006-06-07 | General Electric Company | Turbine inner shell heating and cooling flow circuit |
| US6398518B1 (en) * | 2000-03-29 | 2002-06-04 | Watson Cogeneration Company | Method and apparatus for increasing the efficiency of a multi-stage compressor |
| US6435823B1 (en) | 2000-12-08 | 2002-08-20 | General Electric Company | Bucket tip clearance control system |
| DE10131073A1 (de) * | 2000-12-16 | 2002-06-20 | Alstom Switzerland Ltd | Vorrichtung zur Kühlung eines Deckbandes einer Gasturbinenschaufel |
| DE50206249D1 (de) * | 2001-10-30 | 2006-05-18 | Alstom Technology Ltd | Turbomaschine |
| DE10233113A1 (de) * | 2001-10-30 | 2003-05-15 | Alstom Switzerland Ltd | Turbomaschine |
| DE102004041271A1 (de) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Alstom Technology Ltd | Einrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Gehäuses einer Gasturbine bzw. einer Brennkammer |
| EP2148045A1 (de) * | 2008-07-25 | 2010-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Gehäuseabschnitt für eine Gasturbine |
| EP2159384A1 (de) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Leitschaufelträger für eine Gasturbine |
| US20120243970A1 (en) * | 2009-12-17 | 2012-09-27 | Anders Hellgren | Arrangement and method for closed flow cooling of a gas turbine engine component |
| FR3101915B1 (fr) * | 2019-10-11 | 2022-10-28 | Safran Helicoptere Engines | Anneau de turbine de turbomachine comprenant des conduites internes de refroidissement |
| JP7271408B2 (ja) * | 2019-12-10 | 2023-05-11 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | タービンロータ |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE451857C (de) * | 1925-01-06 | 1927-11-02 | Bernhard Moll Dipl Ing | Dampfkraftanlage, insbesondere Dampfturbine, mit Vorwaermung des Kesselspeisewassers |
| DE1034193B (de) * | 1957-10-26 | 1958-07-17 | Escher Wyss Gmbh | Verfahren zum Kuehlhalten hochbeanspruchter Teile von Dampf- oder Gasturbinen |
| GB1059475A (en) * | 1963-06-12 | 1967-02-22 | Licentia Gmbh | Method and aparatus for maintaining a steam turbine ready for rapid starting |
| CH425341A (de) * | 1965-07-23 | 1966-11-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gasturbine mit Kühlung der Schaufelträger |
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| US4230436A (en) * | 1978-07-17 | 1980-10-28 | General Electric Company | Rotor/shroud clearance control system |
| CH636674A5 (de) * | 1978-07-28 | 1983-06-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Geschlossener heizwasserkreislauf, insbesondere zur nutzung der abwaerme eines abhitzekessels, mit einer druckregeleinrichtung. |
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| DE3071161D1 (en) * | 1980-05-19 | 1985-11-14 | Bbc Brown Boveri & Cie | Cooled turbine stator |
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| CN1003385B (zh) * | 1985-04-15 | 1989-02-22 | 曼内斯曼股份公司 | 用于多级压缩机的冷却装置 |
| JPH01315698A (ja) * | 1988-06-15 | 1989-12-20 | Toshiba Corp | 軸流圧縮機 |
| DE3943113A1 (de) * | 1989-12-27 | 1991-07-04 | Leybold Ag | Geblaese oder pumpe mit vertikal angeordneter welle |
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-
1996
- 1996-10-23 DE DE19643716A patent/DE19643716A1/de not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-08-28 US US08/919,285 patent/US5967743A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-09-30 DE DE59710300T patent/DE59710300D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-09-30 EP EP97810716A patent/EP0838595B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-10-23 JP JP9290776A patent/JPH10131896A/ja not_active Withdrawn
- 1997-10-23 CN CN97121212A patent/CN1091849C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5967743A (en) | 1999-10-19 |
| EP0838595A2 (de) | 1998-04-29 |
| EP0838595A3 (de) | 1998-11-25 |
| DE19643716A1 (de) | 1998-04-30 |
| CN1091849C (zh) | 2002-10-02 |
| DE59710300D1 (de) | 2003-07-24 |
| CN1186181A (zh) | 1998-07-01 |
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