JPH1030401A - 高圧圧縮機のロータの熱的な保護のための装置 - Google Patents
高圧圧縮機のロータの熱的な保護のための装置Info
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Abstract
設けた周方向溝5内に回転羽根3の基部4を挿入して係
止する形式の高圧圧縮機用のロータ1を熱的に保護する
ための装置において、ロータ1が、回転羽根3のための
隣接の2つの周方向溝5の間に、ロータの全周にわたり
延びているフック8を備えた少なくとも1つの別の周方
向溝7を有している。ロータのフック8に適合した輪郭
を有する少なくとも1つのフート11を備えた板状の少
なくとも2つの蓄熱セグメント6が半径方向で相前後し
て別の周方向溝7内に挿入されて係止され、その際、蓄
熱セグメントとロータとの間、及び回転羽根とロータと
の間に、絶縁層のための中空室13が設けられており、
この絶縁層内で圧縮機空気10の速度が著しく減少す
る。 【効果】 高熱からの保護作用が有利に得られる。
Description
て、例えばガスタービンプラント内に組み込まれる高圧
圧縮機のロータの熱的な保護のための装置に関する。
び軸の、羽根により覆われていない面を、蓄熱セグメン
トにより熱い燃焼ガスから保護するのが一般的である。
その場合、蓄熱セグメントはそのフートにより、ロータ
に設けた周方向溝内へ挿入されてそこに係止される。
(例えば15バール)、かつそのことにより圧縮機内の
温度が著しく高くなかったため、従来では蓄熱セグメン
トが不要であった。従ってロータ材料に関して強度の問
題が生じなかった。
高い要求により、現代の熱的ターボ機械、例えばガスタ
ービンにおいては、圧縮機のますます高い効率、特にま
すます高い圧縮比及び温度比が常に求められている。例
えば今日では30バールの高さの圧力が実現される。し
かし、このことは対応手段なしでは高価な耐熱材料によ
ってしか実現されない。
ころは、これらすべての欠点を回避すべく、熱的なター
ボ機械、特に高圧圧縮機のロータの熱的な保護のための
装置を改良して、比較的簡単かつコスト的に有利に製作
できる装置を提供し、かつこの装置により、圧縮機の羽
根に大きな変更を加えることなしに、公知の固定技術
(基部)を使用して、ロータを高熱から十分に保護する
することができ、かつその結果、例えば圧縮機のロータ
円板のためにフェライト材料を使用することができるよ
うにすることにある。
に本発明の構成では、ロータが、回転羽根のための隣接
する2つの周方向溝間に、ロータの全周に亙って延びる
フックを備えた少なくとも1つの別の周方向溝を有して
おり、かつ、ロータのフックに適合した輪郭を有する少
なくとも1つのフートを備えたプレート状のそれぞれ少
なくとも2つの蓄熱セグメントが、この周方向溝内に半
径方向で挿入可能かつ係止可能であり、蓄熱セグメント
とロータとの間、及び回転羽根の基部とロータとの間に
絶縁層のための中空室が設けられている。
圧縮機のロータが不経済に冷却されず、かつ、圧縮比が
高いにもかかわらず、比較的安価なフェライト材料をロ
ータ円板のために使用することができることにある。蓄
熱セグメントは周方向溝内に簡単に取付けられ又は取外
される。本装置はスペースを節約でき、かつフートによ
り公知の信頼性の高い固定技術とを利用することができ
る。それゆえ、付加的な高価なフライス作業を省くこと
ができる。それというのは、周方向溝をロータに転削す
るだけでよいからである。ロータの蓄熱セグメントは、
ロータと蓄熱セグメントとの間の接触面が減少するよう
に、かつ両者間に空気から成る絶縁層が生じるように、
遠心力によりロータのフックに圧着される。それと同時
に、ロータのフックにフートが当接することにより、流
れ方向の熱い絶縁層の流れが阻止される。
周方向溝の間に、ロータの全周に亙って延びるそれぞれ
2つのフックを備えており、かつ、蓄熱セグメントが、
このフックの輪郭に適合したそれぞれ2つのフートを備
えていると特別効果的である。このことにより、蓄熱セ
グメントの特別良好な座りが得られる。
は16個の蓄熱セグメントが周方向に亙って配置されて
いると有利である。この数は組立やすさの理由で特別効
果的である。
ンにより係止されると有利である。このことはわずかな
費用で実現される。
端面が30°ないし60°の範囲の角度、有利には45
°の角度でベベリングされており、かつ、隣接の2つの
蓄熱セグメントの互いに対向して位置する端面が互いに
平行に配置されており、かつ、装置の組立時の冷えた状
態で、隣接の2つの蓄熱セグメントの互いに対向して位
置する端面の間に狭い中間室が設けられていると有利で
ある。このようにすることにより、運転中に熱膨張にも
とづいて、互いに隣接の蓄熱セグメントの端部が互いに
上下にずれ動くことができる。
されている。
めの高圧圧縮機のロータについて本発明の1実施例を図
1ないし図7にもとづき詳しく説明する。
メントだけが示されている。ガスタービンプラントのう
ち、例えば羽根支持部及び圧縮機ケーシングは図示され
ていない。作動媒体の流れ方向は矢印をもって示されて
いる。
の圧縮段を部分的に縦断面して示す。この圧縮機によ
り、ガスタービンの燃焼器のための、もしくはタービン
の冷却のための圧縮空気が準備される。図示の実施例で
は、圧縮機は30バールの圧力のために設計されてお
り、かつ22個の圧縮段を有している。
る。ロータ1は22個のそれぞれの圧縮段に回転羽根3
を備えており、これらの回転羽根はその基部4により、
ロータ1に転削された周方向溝5内に挿入され、かつ係
止されている。ロータ1の隣接の2つの羽根列の間には
それぞれ蓄熱セグメント6が配置されており、この蓄熱
セグメントについて以下に図2ないし図5で詳しく説明
する。
回転羽根3により覆われていない部分上でリングを形成
しており、かつこの箇所で、流れ通路9に沿って流れる
熱空気10の著しく高い熱的な負荷からロータ1を保護
している。組立の理由で、1つのリングにつき、換言す
れば周囲にわたり、それぞれ少なくとも2つの、有利に
は8ないし24個の蓄熱セグメント6が配置されてい
る。16個の蓄熱セグメントを使用した場合、組立もし
くは組外しが特別簡単に実現される。
に配置された蓄熱セグメント6の領域内の断面を拡大し
て示す。回転羽根3の基部4はロータ1の転削された周
方向溝5内に配置されている。回転羽根3のための隣接
の2つの周方向溝5の間には、この実施例では2つの別
の周方向溝7がロータ1に設けられており、この周方向
溝7は同様に転削により形成されることができる。この
周方向溝7はそれぞれロータ1の全周にわたり延びてい
るロータフック8と、板状の蓄熱セグメント6とにより
制限されている。蓄熱セグメント6は熱空気10のため
の流れ通路9とは逆の側、要するに下側に、2つのフー
ト11を備えており、その場合、それぞれのフート11
はそれぞれ一方の周方向溝7内に突入している。蓄熱セ
グメント6のフート11の形状とロータのフック8の形
状は、蓄熱セグメント6のフート11が周方向溝7内に
半径方向で挿入された際にロータのフック8と共に1つ
の接触面を形成するように互いに規定されている。要す
るに、圧縮機の蓄熱セグメント6は回転羽根3と同様に
半径方向で挿入され、かつ係止される。
際、要するに運転時に、遠心加速度az により、蓄熱セ
グメント6のフート11は、ロータ1と蓄熱セグメント
6との間の接触面が減少するようにロータのフック8に
圧着され、このことの結果、絶縁層のために回転羽根3
の基部4とロータとの間に存在する中空室13と共通に
蓄熱セグメント6とロータ1との間に設けられた中空室
が増大する。この絶縁層内では圧縮機空気である熱空気
10の速度が著しく減少する。それというのは、蓄熱セ
グメント6のフート11がロータ1のフック8に当接す
ることにより、流れ方向の熱い絶縁層の流れが阻止され
るからである。
より増大した冷却面にもとづき、ロータ1は著しく高い
温度から保護される。ロータ1は不経済な形式で冷却さ
れる必要がない。極めて高い圧縮比が問題なく保証され
る。さらに、比較的安価な材料、例えばフェライト鋼材
が使用されることができる。本発明に基づく装置はロー
タ過熱保護シールドとして役立つと共に、比較的簡単か
つコスト的に有利に製作される。本装置はスペースの節
約ができ、かつ簡単に組外しもしくは組立が可能であ
る。さらに、公知の信頼性のある固定技術により係止さ
れることができる。
ータ1を部分断面して示し、図4及び図5は、図3で符
号図4で示す一点鎖線の円で囲った、半径方向固定ピン
12の範囲の拡大詳細図と、符号図5で示す一点鎖線で
囲った、隣接の2つの蓄熱セグメント6の端部範囲の拡
大詳細図を示す。
向へ向かって断面で示されており、そのうちの中央の1
つだけが完全に図示されている。蓄熱セグメント6のフ
ート11とロータ1のフック8とが「係合」しているこ
とが看取される。蓄熱セグメント6の中央に半径方向固
定ピン12が配置されている。この半径方向固定ピン1
2は蓄熱セグメント6の係止に役立っている。このこと
は特に拡大図示された図4から明瞭に看取される。
端部領域が詳細に図示されている。蓄熱セグメント6の
周方向の端部は、各蓄熱セグメント6のために45°の
角度でベベリングされた2つの端面15が生じるよう
に、かつこれらの端面15が隣接の蓄熱セグメント6の
端面15に対して平行になるように形成されている。熱
空気10が極めて簡単に蓄熱セグメント6の下方に達す
ることを阻止するために、蓄熱セグメント6の端面15
は熱空気10の流れ方向と、ロータの回転方向ωとに対
して図5に示したように斜めに位置していなければなら
ず、換言すれば、隣接の蓄熱セグメント6の間の中間室
14は、外から内へ向かう方向でみて、熱空気10の流
れ方向に対して逆向きに向いていなければならない。
れば冷えた状態で隣接の2つの蓄熱セグメント6の端面
15の間に中間室14が設けられている。このことによ
り得られる利点は、蓄熱セグメント6の端面15が運転
中に熱膨張にもとづき問題なく互いに上下にずれ動くこ
とができることにある。
い。要するに、例えば角度αは30°≦α≦60°の範
囲にあることができる。
図示されている。図6及び図7は周方向に並んだ隣接の
それぞれ3つの蓄熱セグメント6が図示されており、そ
の場合、それぞれジオメトリ的に互いに異なって形成さ
れた蓄熱セグメント6の種類が符号A及び符号Bにより
示されている。
実施例に対比してベベリングされていない。しかし、符
号A又はBで示された隣接する種類の蓄熱セグメント6
の端面15は同様に互いに平行に形成されている。A及
びBで示された種類の蓄熱セグメント6はロータ1の周
囲にそれぞれ交互に配置されている。オフセット16は
組立の簡便のために役立つ。
って形成された2種類の蓄熱セグメント、要するにA,
Bで示された2種類の蓄熱セグメント6をロータ1の周
囲に交互に配置したさらに別の実施例を示している。こ
の場合、端面15は部分的にのみベベリングされてい
る。蓄熱セグメントのフート11の領域内では図6の実
施例と同様に端面15はベベリングされていない。
縮段を部分的に縦断面した図である。
備えたロータの部分縦断面図である。
ある。
囲内の拡大部分断面図である。
囲内の拡大部分断面図である。
を示す図である。
メントを示す図である。
4 回転羽根の基部、5 周方向溝、 6 蓄熱セグ
メント、 7 周方向溝、 8 ロータのフック、
9 流れ通路、 10 熱空気、 11 蓄熱
セグメントのフート、 12 半径方向固定ピン、
13 中空室、 14 中間室、 15 端面、
16 オフセット、 α ベベリング角、 a
z遠心加速度、 ω ロータの回転方向
Claims (7)
- 【請求項1】 高圧圧縮機の、回転羽根(3)を装着さ
れたロータ(1)の熱的な保護のための装置であって、
回転羽根(3)の基部(4)が互いに軸方向で間隔を置
いて設けた周方向溝(5)内に挿入して係止されている
形式のものにおいて、ロータ(1)が、回転羽根(3)
のための隣接する2つの周方向溝(5)間に、ロータ
(1)の全周に亙って延びるフック(8)を備えた少な
くとも1つの別の周方向溝(7)を有しており、かつ、
ロータ(1)のフック(8)に適合した輪郭を有する少
なくとも1つのフート(11)を備えたプレート状のそ
れぞれ少なくとも2つの蓄熱セグメント(6)が、この
周方向溝(7)内に半径方向で挿入可能かつ係止可能で
あり、蓄熱セグメント(6)とロータ(1)との間、及
び回転羽根(3)の基部(4)とロータ(1)との間に
絶縁層のための中空室(13)が設けられていることを
特徴とする、高圧圧縮機のロータの熱的な保護のための
装置。 - 【請求項2】 ロータ(1)が、回転羽根(3)のため
の隣接する2つの周方向溝(5)間に、ロータ(1)の
全周に亙って延びるそれぞれ2つのフック(8)を備え
ており、かつ、蓄熱セグメントが、このフック(8)の
輪郭に適合したそれぞれ2つのフート(11)を備えて
いる請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 それぞれ8ないし24個、有利には16
個の蓄熱セグメント(6)が周方向に亙って配置されて
いる請求項1又は2記載の装置。 - 【請求項4】 各蓄熱セグメント(6)が半径方向固定
ピン(12)により係止可能である請求項1から3まで
のいずれか1項記載の装置。 - 【請求項5】 蓄熱セグメント(6)の周方向の両方の
端面(15)が30°≦α≦60°の範囲の角度
(α)、有利には45°の角度(α)でベベリングされ
ており、かつ、隣接する2つの蓄熱セグメント(6)の
互いに対向して位置する両方の端面(15)が互いに平
行に配置されている請求項1から4までのいずれか1項
記載の装置。 - 【請求項6】 蓄熱セグメント(6)の周方向の両方の
端面(15)が部分的にのみ、30°≦α≦60°の範
囲の角度(α)、有利には45°の角度(α)でベベリ
ングされており、かつ、隣接する2つの蓄熱セグメント
(6)の互いに対向して位置する端面(15)が互いに
平行に配置されている請求項1から4までのいずれか1
項記載の装置。 - 【請求項7】 装置の組立時の冷えた状態で、隣接する
2つの蓄熱セグメント(6)の互いに対向して位置する
端面(15)間に中間室(14)が設けられている請求
項5又は6記載の装置。
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