JPS58124025A - 燃焼タ−ビンの圧縮機ダイアフラム - 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】 に関し、特に、一層効果的な封止構造を有するように改
良した圧縮機ダイアスラムに関するものである。

一般に、燃焼タービンは圧縮機部と、燃焼器部と、ター
ビン部とからなっており、圧縮機部は燃焼器部へ圧縮空
気流を安定的に供給し、該燃焼器において圧縮空気が熱
せられる。燃焼器からの高温圧縮ガスはタービン部に送
られ、そこで膨張してタービンロータを回転させ、該タ
ービン四一夕が発・電機を駆動し、電力が発生する。

燃焼タービンの圧縮機部は、圧縮機ロータに散着された
動翼列の間に交互に配設された複数の圧縮機ダイアフラ
ムを備えるのが普通である。

圧縮機部を通して引き入れた空気は約ｌｊ気圧までの圧
力上昇を一般に受ける。一つのダイアフラムは相補的な
二つの半円形部分、即ち／　Ｋ　００の弓状部分になっ
て配列された円板形構造でよく、外側及び内側リング即
ち囲い板を備えていて、両囲い板の間に複数の翼状部を
堆層している。各圧縮機ダイアフラムは、圧縮機ロータ
の両端においては別であるが、圧縮機ロータの動翼列と
動翼列との間で圧縮機−−夕の回りに組み付けられてい
る。

内輪及び外側囲い板は、適当な直径に圧延された約Ｏ，
コｓ　１ｎ（４，Ｊ　ｓ■）の厚さの金属板であるのが
一般的である。各囲い板には所定の間隔で穴が穿たれて
おり、この穴に圧縮機靜翼かもの延長部なインサートと
して受は入れた後、圧輪機静翼を各囲い板に溶接する。

二枚の囲い板の犀さは、穴を機械加工す乞ことではなく
、４孔により穴を得られるような寸法から便宜的に選択
されている。各囲い板を構成する金栖板の厚さ決定に際
しては、所定の囲い板厚での穿孔工具の寿命及び構造的
剛性の強化に対しても考瀘を払い、厚さを増すことから
予期しうるタービン特性の改良を行なっている。

圧縮機ダイアフラムの封止装置は、内側囲い板とタービ
ンロータとの間の環状スペースを通る圧縮空気の漏洩流
を阻止するように、内観囲い板の周辺内側に沿って配設
するのが普通である。封止装置は軸方向に隔置した一対
の山形封止点から一般的に構成されており、各封止点の
半径方向の腕が内側囲い板から離れる方向に内方へ突出
して腕自体とディスクにある封止腕との間に小さな半径
方向の隙間を形成するように、内側囲い板を構成する板
の内面に水平腕を陪接させである。この構造は、各ダイ
アフラムの内側囲い板の軸方向両端に位置′決めされた
一対の封止点を与える。

□・１β。

内側囲い板を構成する圧延板の構造的剛性が十分でない
と、内側囲い板の変形になったり、一つのダイアフラム
ナ構成する二つの半円形部分間にある水平な合わせ目で
前記変形に由来する非連続部が生じたりする０水平な合
わせ目での非連続部は燃焼タービンの総効率を下げる乱
流を生じさせるｏしかし、内側囲い板を構成するのに最
大厚がＯ，コ！ｔｉｎ　（４，１３■）以下の圧延板を
使用すると曲い板の剛性は十分ではなくなる。前述した
ように、００Ｊｊ’ｉｎの板厚は組立てコストと動作効
率との間のバランスをとって選択されたものである。

タービン圧縮機の運転にしばしば伴う間順に圧ａｌｉ機
ストストール５ｔａｌｌ　）の現象がある。圧動機スト
ールは、動翼列と静翼ダイア７２ムの組合せ、又は単一
の動翼列、又は単一の静翼ダイアフラムである単一の圧
縮機段に関連した状態であって、ストール状態は、翼状
部の前縁で空気流の分割を生じさせるように例えば圧力
及び温度比を変えることにより、翼状部の表面を直角に
押す全気流ベクトルが変わるときに起こるのが一般的で
ある０ストール状態は動翼列又は静翼列がその通常の圧
力差を生じさせ得ないことを意味している。タービンは
ストール状ＩＩＩにおいて作動する一つ又はそれ以上の
圧縮機段又は列を有し、十分に作動を維持する。

圧縮機サージの現象はストール状態で作動している圧縮
機段又は列が多過ぎると起こる。圧縮機サージはタービ
ンの圧縮機部全体の故障を意味しており、迅速な停止即
ちタービンドリップとその結果生じる発電容量の損失と
を伴う０ダイアフラムの高圧側からダイアフラム封止装
置の低圧側へ該封止装置を通ってダイアフラムの低圧側
へ漏れる成る量の漏洩流は先行技術の燃焼タービン用圧
縮機に固有のものであるＯこの固有の漏洩は、一方が回
転している二つの金属表面間のスペースを完全に封止す
ることの実行不能性から生じており、ダイアフラム封止
装置を通るどんな漏洩も圧縮機ダイアフラムの内側囲い
板近くの流れパターンに乱れを生じさせる。空気流の乱
れによって圧動機段又は列はストール状態を一層受けや
すくなり、そのため圧縮機サージの一因になる０ダイア
フラム封止装置を通る漏洩に帰因する乱流はタービン運
転効率を落とす一因にもなる。従って、ダイアフラム封
止装置の性能改良はタービン運転効率の向上及び圧縮機
ストール、サージに対する感受性の低減になる。

要するに１従来の圧縮機ダイアフラムは、運転効率を制
限すると共に、運転中にストール及びサージ状態を恐ら
くある程度現出させる方法で作動するように構成されて
いた。これ等の不溝切性は燃焼タービンが満足に運転す
るのを阻害することはないが、燃焼タービンの全運転効
率をある程度抑制する傾向がある。

本発明は、外＠囲い板と、内側囲い板と、両囲い板間に
支持される複数の翼状部と、箱形構造体とを備える燃焼
タービン用圧縮機の改良ダイアフラムな提供する。この
圧縮機ダイアフラムは好ましくは二つの相補的半円形部
分になって構成されており、内１１１１８い板の内面に
取着された箱形構造体がダイアクラ基に対する封止効率
の改良と構造的剛性の強化とをもたらしている。箱形構
造体は、内側囲い板の内面から半径方向に離れた弓状の
封止支持基体と、内側囲い板から離れた状ｊｉＩＰＣｍ
封止支持基体を支持する概して封止支持基体に垂直な一
対の弓状脚部とから構成されている。封止支持基体の内
面は複数の封止条片を受は入れる複数の溝を画定する。

この箱形構造体は、典型的な先行技術の装置で利用され
ている二つの封止点とは対照的に、容易に穿孔しうる厚
さに内側囲い板を維持し５ると同時に、溝付けが可能で
ありそのため複数の封止条片の取着な行ないさる十分な
厚さの封止支持構造体を提供する。封止条片は、先行技
術の装置における溶接のような手段よりもむしろ、溝内
に機械的に支持されている０また、機械的に挿入した封
止条片は典型的な先行技術の封止装置の溶接した封止条
片よりも容易に取り出したり交換したりすることができ
る。結局、封止装置の箱形即ちチャンネル形構造体は内
−囲い板の構造的剛性を増し、そのため、先行技術の圧
縮機ダイアフラムの水平な合わせ目において一般に見ら
れた非連続性を少なくする。非連続性の減少により水平
な合わせ目における乱流が弱まり、総違転効率が上昇す
ると同時に１ストール及びサージ状態に対する圧縮機の
感受性も物（なる。

本発明は添付図面に例示した好適な実施例に圓する次の
記載を読むことＫよってもっと良く押解しうるであろう
。

第／高は燃焼タービン圧縮機ｉｏの一部を断面で示すも
ので、圧縮機７０は、複数の動翼ノダを支持するロータ
ｌコと、複数の圧縮機ダイアフラム／ｌを支持する外側
ケーシング１６とを境える。各ダイアフラム／Ｉは複数
の圧縮機靜掘コＯ（翼状部）を支持しており、そのうち
の一つのみが各ダイアフラム毎に第１図に断面でホしで
ある。運転時には、ロータｌ−及び動翼／＋１は外側ケ
ーシング１１及びダイアフラム／＆Ｋ１ｍして回転し、
参照符号−一で示す空気を引き入れて徐々に狭くなる環
状通路２ダを介して燃焼タービンの燃焼器部（図示しな
い）へ送る。空気が引き入れられ圧縮機部ｉｏを通る時
に、空気圧力は約／ｊ気圧まで徐々に上昇する０ タービンの圧縮機部からの圧縮空気は次いでタービン燃
焼器部内の複数の燃焼器（図示しない）で熱せられる。

燃焼器部からの高温圧縮ガスは燃焼タービンのタービン
部に指向され、該タービン部において、ガスの膨張及び
冷却の際ビンにおいては、タービンロータの回転を発電
機に接続して電力を発生する。

各圧縮機ダイアフラム／ｌは／　ｔ　００の二つの半円
形部分になって構成されており、そのうちの一つを第コ
ＩＩＫ示しである。各圧縮機ダイアフラム／Ｉは弓状の
外側囲い板３ｏと、弓状の内側囲い板Ｊ−と、複数の圧
縮機静翼コ０とを備える。図示のため少数の静翼コ０を
有して第一図に示された圧縮機ダイアフラムｉｔは、内
側囲い板３コと外側囲い板３ｏとの間の全塊状スペース
を取り巻いて標準の間隔で複数の静翼−〇な支持する。

本発明によれば、封止効率と構造上の充足性とを改良す
るため、圧縮機ダイアフラム／１は改良された箱形構造
体Ｊダを備えて構成されている。箱形構造体Ｊダは第３
図に杯細に示す。

圧縮機ダイアフラムｉｔはほぼ次のようにしてつくる。

圧縮機静翼コ０の延長部を受は入れるため、外餞囲い板
３０及び内側囲い板３コに符号Ｊ１及び３ｔでそれぞれ
示す穴を穿孔する。

次に、圧り機静翼コＯの外餉延長部ダ０を外餉囲い板に
ある穴Ｊ４から挿入し、その後、該延長部を符号＃λ及
び参ダで示すように外餉囲い板に溶接する。これは各ダ
イアフラムｉｔの靜真コθ毎に行なう。しかる後、圧縮
機静翼コ０の内側延長部を内側囲い板３コにある穴Ｊｌ
に挿入してそこに溶接する。チャンネル形横断面を有す
る半円形の封止支持ブ′ｃ１′ツタ又は構造体３ｊを次
いで内側囲い板３コの内側に１！！接する。

刺止支持ブロック３Ｓは弓状の支持基体ＳＯと、Ｕ形横
断面を実質的に形成する一対の弓状脚部！−とを備える
のが有利である。このブロックの溶接を終わったら、封
止支持ブロック３ｊを機械仕上げして第３図に示す最終
形状にする。

最終形状では、金属板から形成するのが好ましい封止条
片ダｔを受は入れるための＃Ｉダ６が支持基体ｊＯの内
面にある。しかる後、対土装置としての封止条片ダｔの
端を圧延して溝９番内に入れ、ピーニングのような機械
的なかしめＫより固定する。

封止支持基体ｓｈｏに含まれる封止条片’ＩＩの数は圧
縮機内のダイアフラム位置に従って変わる。一般に、封
止条片ａｔの数は、圧縮機ｐ−タにおけるｌ翼列の接近
度合の増大及び下流端における圧力の増大に応じて、ダ
イアフラムの下流位置はど多くなる。第３図から分かる
ように、封止支持基体；、、、、、０は量的要求に応じ
てもつ　　　′と多くの或は少ない封止条片ａｔを支持
するよ　　　□うＫｍ成しうる。

圧縮機ダイアフラムの箱形構造体Ｊｕｌは本麺明細書の
實頭に記載した先行技術の封止装部に優る多くの利点を
有するものである。即ち、封止支持ブロック３３の封止
支持基体ｊＯは複数の轟ダ１な機械加工しうるのに充分
なほど厚いが、最大厚さを約６．ダ■（Ｏ，Ｊｔｉｎ　
　）に維持された内側囲い板３コはそこに溝を機械加工
するのに充分なほど厚くはなかった。そのため、封止支
持ブロック３！は複数の封止条片４Ｉｔを支す守できる
が、内側囲い板３コは一対の封止点のみを支持しうるに
過ぎず該封止点を内側囲い坂にｒ６接しなければならな
かった。圧縮機ダイアフラムの箱形構造体Ｊ４１’は、
使用される封止条片の数を増すことによって、内１１１
１囲い板における２点封止に優る効率の改良を行なうも
のである。また、該箱形構造体３１Ｉの機械市にかしめ
た封止条片ａｔは、内側囲い板３２にしつかり浴懐され
ていた先行技術の２点封止よりも取外し及び交換が容易
である。

箱形構造体３ダの更なる利点は、金属シートからなる封
止条片ＩＩｔｖｃ与えられる構造的剛性が増大すること
である。先行技術の構造では、封止条片を内側囲い板３
２の内面から圧縮機ディスク封止腕まで半径方向に延長
させる必要があった。流れによって生じる励振のため封
止条片が振動するので、長い封止条片は疲労し寿命が短
くなる。本発明の箱形構造体３参は、封止条片に対する
一屑剛な取着筒所を与えるはかに半径方向の長さがもつ
と短い封止条片を使用することができ、従ってこの短い
封止条片は先行技術の封止条片よりももつと疲労に耐え
ることができる。

箱形構造体３ＩＩの更に別の利点は内側囲い板３２に対
して大きな構造的剛性を与えることである。内側囲い板
３コを機械的に穿孔できる厚さに設計すると、構造に撓
みが発生し、圧ｔｌ［ダイアフラムの水平な合わせ目に
おいて非連続部が生じる。箱形構造体３ゲは内側囲い板
の厚さを事実上増大させ、その増大に応じて、内側囲い
板の構造的剛性を強くするので、水平な合わせ目に＃け
る連続性を相当に改良する。そのため、先行技術の圧縮
機において水平な合わせ目で起きていた乱流が鞠まり又
はなくなり、燃焼タービンの総効率が上がる。

箱形構造体３ダの更に別の利点は内側囲い板３コに与え
られる捩り剛性が強くなることである。先行技術の構造
では、個々の靜Ｘコ０の軸方自涜みの変動によって内側
囲い板３コに反り又は彼れが生じていた。その結果内側
囲い板３コの繕出面に生じる歪が乱流と運転効率の低下
とを招来していた。本発明のように箱形構造体３ダと内
側囲い板３−の組合せにより「トルク箱」（ｔｒｑｕ、
、、ｂＣｘ）を形成することによって、反りに対する゛
内側囲い板３コの感受性が大巾に弱くなり、そのため運
転効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃焼タービンの圧縮機部の一部を示す断向図、
第一図は圧縮機ダイアフラムの１ｔｏ０の半円形部分を
示す図、第３図は本発明に従って楢成された圧縮機ダイ
アフラムを第２図の■−ｍ紛に沿って示す断＠図である
。 図中、１０は燃焼タービン圧縮機、ノコは圧縮機ロータ
、／１はダイアフラム、コＯは複数の翼状部（圧縮機静
翼）、ＳＯは外側囲い板、３コは内側囲い板、３ダは箱
形構造体、ゲｌは封止装置（封止条片）である。 特許出願人　　　ウエスチングハウス・エレクトリック
・コーポレーション

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上流側及び下流匈があり、一つの相補的部分圧なって概
   して環状に配列され、一つの相補的部分を合体したとき
   に圧縮機ロータを囲む燃焼タービンの圧縮機ダイアフラ
   ムであって、２つの前記相補的部分の各々は、弓状の外
   餞囲い板と、合体したときに圧縮機ロータから離れて該
   圧縮機ロータに対峙する内面を有する同ＩｃＪの内側凹
   い板と、前記内側及び外側囲い板間に該囲い板によって
   固足支持されると共に、前記内側及び外似囲い板を含む
   面にはぼ垂直に流れる流体を指向するべく配列された複
   数の翼状部と、前記ダイアフラムの上流側を下流匈から
   封止するため前記内面に配設された封止装置とを備えて
   おり、該封止装置を圧縮機−一タに向かって半径方向に
   突出するように前記内側凹い板の内向沿いにしつかり堆
   層すると共に、前記内側凹い板に環状の箱形構造体を設
   け、該箱形構造体から前記封止装置を半径方向内方に突
   出するよう支持することによって、前記ダイア７２ム及
   び前記封止装置の捩り剛性と構造的剛性とを増大させた
   燃焼タービン圧縮機のダイアフラム。