JPS58214603A - 流体機械の翼端間隙調整装置 - 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】 本発明は、動翼と静翼とのいずれか一方、又は両方を備
えた回転式の流体機械の翼先端間隙の調整装置に関する
本のである。

同筒状のケーシング内にロータを支承し、ケーシングに
静翼を設はロータに動＃’Ｔｈ設けてなる回転式の流体
機械においては、機構上必然的に翼端間隙を設けなけれ
ばならないが、との翼端間隙から作動流体が漏洩するの
でいわゆる漏れ損失が発生する。特に、稼動中に高温と
なる回転式の有翼流体機械においては熱膨張収縮の関係
から翼端間隙を大きくとる必要があり、定常運転温度の
高い空気圧ｍ機やタービン等は翼端隙間の影響を受は易
い。

第１図に、稼動中に高温となる回転式の有翼流体機械の
一例としてガスタービンを示す。

圧縮機人口１から吸入された空気はケーシング２内で静
翼３と動Ｒ４とによって圧縮される。上記の静翼３はケ
ーシング２に固着され、ａｌｊｔ４はロータ５に固着さ
れている。

圧縮された空気は燃焼器６内で燃料を噴霧され高温の燃
焼ガスとなってタービンケーシング１２内のタービン靜
４８とタービンｍＪＸ１ｏとを通ってタービン排気ダク
ト１３に流出する。上記のタービン動翼１０はタービン
ディスク１１に固着され、軸７を介して圧縮機ロータ５
に結合されてぃる。動ｇｉｏの翼端に対向するごとく、
シュラウド９がタービンケーシング１２の内面に固定さ
れている。

第２図は圧縮機部分の齢ｇａ及び動翼４付近の拡大図、
第３図はタービン部分のタービン動翼１０付近の拡大図
である。翼端間隙ｇは、当該ガスタービンの起動から停
止に至る全運転期間中において零となる虞れの無いよう
に設定される。

上記の間隙寸法ｇは運転に伴う温度変化によって第４図
に示すように変化する。本図において、破線は圧縮機部
分の翼端間隙寸法を示し、実線はタービン部分の翼端間
隙調整装置している。

圧縮機ロータ５の熱容緻は圧縮機ケーシング２の熱容蓋
に比して大きいので、圧縮機ケーシング２が圧縮機ロー
タ５よりも急速に昇温・熱膨張する。このため、圧縮機
部分のｊＡ翼端間隙破線）は着火後増加全示し、次第に
定常状態となる。

一方、タービン部においてはタービンケーシング１２の
熱容Ｉが大きいので、タービンディスク１１よりも遅れ
て昇温する。このためタービン部分の翼端間隙（実線）
は着火後減少全示し、次第に定常状態となる。

上記の第４図は翼端間隙の時間的変化の傾向を概要的に
示したものであり、実用時における翼端間隙寸法は、運
転時間、設置ＪＪ１ｊ！、気象条件、及び負荷条件等に
よって複雑に変化する。設計的に翼端間隙寸法を定める
場合、上述の各種条件全考慮して如何なる場合も翼端間
隙が零になって干渉奮起こす虞れの無いようにしなけれ
ばならない。

従って、定格運転において翼端間隙寸法全最小値ならし
めることは事実上不可能である。従来、定格運転状態に
おける痙端間隙寸法を小さくするため、ケーシングやシ
ュラウドなどの圧力を利用し若しくは熱変形を）ｆｕ用
した翼端間隙調整装置が提案されているが、調整作用の
変形量が小さくて効果が不充分である。

本発明は上述の事情に鑑みて為され、翼先端間隙を運転
状態に応じて縮小せしめ、翼先端における漏れ損失全減
少せしめ得る翼端間隙調整装置１．全提供すること全目
的とする。漏れ損失の減少によって当然に当該流体機械
の効率向上が期待できる。

上記の目的を達成するため、本発明は、ケーシングの外
周にケーシングカバー’Ｉｔけ、ポルテックスチューブ
によって分離した高温空気若しくは低温空気全上記のケ
ーシングカバー内に導いてケーシングを加熱、若しくｅ
よ冷却して温間制御すること全特徴とする。

本発明全構成するポルテックスチューブノー例全第５図
に示す。ポルテックスチューブ１５は主として円管１５
Ｊｌと、販円管１Ｂａ内に圧縮気体全噴出させるノズル
１５ａと、円１ｉ！１５ａ内に設けられたオリフィス１
５ｃとからなる。ノズル１５ｂから噴出した気体μ円管
１５ａ内に旋回流を生じ、円＃１５ｍの内壁面に近い付
近が高温になる。この高温の気体をま円錐状の流量制御
弁１５ｄ奮介して高温側流出口１５ａから流出する。一
方、旋回流の中心部の気体は低温と々す、オリフィス１
５Ｃで高温空気と分離されて低温側流出口１５ｆから流
出する。このようにして、ポルテックスチューブ１５は
圧縮気体を高温気流と低温気流とに分離抽出する機能を
有している。

本発明の一実施例に係る翼端間隙調整装置を備えたガス
タービン金第６図に示す。これは第１図に示したガスタ
ービンに本発明を適用したものであって、第１図と同一
の図面参照番号全附し友圧縮機ケーシング２、圧縮機静
翼３、圧縮機動翼４、圧縮機ロータ５、燃焼器６、シャ
フト７、タービン靜ｇ８、シュラウド９、タービン動′
１ｊＬ１０、ディスク１１、タービンケーシング１２、
及び排気ダクト１３は第１図に示した従来形のガスター
ビンにおけると同様の構成部材である。

圧縮機ケーシング２の周囲をケーシングカバー１７Ｃで
囲み、ケーシング２との間に中空部１８Ｃを形成する。

１９８はゲージングカバー１７０に設けた排気孔である
。

同様に、タービンケーシング１２全ケーシングカバー１
７１で囲み、ケーシング１２との間に中空部１８ｔ’ｔ
−形成する。１９【は中空部１８【と排気ダクト１３と
を連通する排気孔である。

空気圧縮機に抽気孔１４を設け、ここから抽気した圧縮
空気を２個のポルテックスチューブ２５Ｃ１２５１に供
給する。

上記のポルテックスチューブ２５Ｃの高温側流出口およ
び低温側流出口を、それぞれ電磁弁１６Ｃ−１および同
１ｆｌＣ−ａｆｆｉ介して圧縮部のケーシングカバー１
７Ｃ内の中硬部ＩＢｃに接続する。上記の電磁弁１６Ｃ
−、，１６ｃ４は、自動制御装置ｔ２０によって作動せ
しめられるように構成した三方コック形の流路切替弁で
、ポルテックスチューブ２５Ｃの高温側、低温側流出口
會交互に中空部１８Ｃに連通したｐ１ブリーザ２１Ｃ４
＝介して大気に解放した９するように作動する。

前記と同様に、ポルテックスチューブ２５１の高温側流
出口および低Ｙ＆Ａ側流出口會、それぞれ電磁弁ｉ６Ｌ
、および１６１−、−ｉ介してタービン部のケーシング
カバー１７を内の中空部ＩＢｔに接続する。上記の電磁
弁ｉ６ｔ、、１ｓｔ、は自動制御装置２０によって作動
♂しめられ、ポルテックスチューブ２５ｔの高温側、低
温側流出口を交互に中空部１ｓｔに連通したクブリーザ
２１ｔ’を介して大気に解放したすするように作動する
。

圧縮機ケーシング２に温度センサ２２Ｃ全取り付け、タ
ービンケーシング１２に温度センサ２２を金取り付けて
ケーシング温度を検出し、出力信号を自動制御装置２０
に入力させる。排気ダクト１３に温度センサ２２ｅを取
シ付けて排気温度を検出し、出力信号を自動制御装置２
０に入力させる。

以上のように構成した翼端間隙調整装置を使用する場合
、自動制御装置２０に予め欠配のごとくプログラムを組
みこみ、温度センサ２２　Ｃ，２２１２２ｅの検出信号
によって当該ガスタービンの作動状態を判断せしめ、作
動状態に応じて４個の電磁弁１６Ｃ−１，１６Ｃ−、、
１６Ｌ、、、　　１６Ｌ、全それぞれ次のように切替作
動させる。

ガスタービンが起動されて着火した直後、作動流体温度
が急激に上昇する。この時、比較的熱容菫の大きい圧縮
機口“−夕５とタービンケーシング１２とは温度上昇が
遅れ、比較的熱容量の小さい圧縮機ケーシング２とター
ビン動翼１０とは急速に昇温する。従って圧縮機の翼端
間隙は増太し、タービンｄｉの尻端間隙は減少する。こ
の時期においては圧縮機ケーシングカバー１７Ｃ内には
ポルテックスチューブ２５Ｃで分離した低温空気が流入
し、分離し九高温空気は大気中に放出するように電磁弁
１６ｃｍ、　＋　　１ｆｉｃ−、全作動せしめる。また
、この時期（始動ｉ＆ｆｆ１）にはポルテックスチュー
ブ２５ｔで分離した高温空気がタービンケーシングカバ
ー１７を内に流入し、分離した低温空気は大気中に放出
されるように電磁弁１６ｔ、、１６Ｌ。

全作動せしめる。

圧ｆｄ機ケーシングカバー１７ｃ内に流入した低温空気
は中空部１８０に流通して圧縮機ケーシング２’を冷却
した後排気孔１９Ｇから大気中に放出される。′１′ｋ
、タービンケーシングカバー１７【内に流入した高温空
気は中空部ＩＢｔを流通してタービンケーシング１２′
を加熱した後排気孔１９ｔから排ガス流中に放出される
。以上のごとく起動直後においては圧縮機ケーシング２
を冷却するとともにタービンケーシング１２ｔ−加熱す
るように（０） ４個の′醒磁弁１６Ｃ，，，，１６Ｃ，，，、，１６１
，−１，１６Ｌ、、の切替作動を行なわせる。

ガスタービンの着火後、時間が経過し燃料流量が増し作
動ガス温度が上昇するにつれて、比較的熱容」゛の大き
い圧縮機ロータ５及びタービンケーシング１２も昇温し
、圧縮機の翼端間隙が減少しはじめタービン動翼の翼端
間隙が増加しはじめる。

この時期になると、４個の電磁弁１６ｃｍ、、１６Ｃ−
ｔ＋１６ｔ−、，１６Ｌ、を前述と反対側に切替作動せ
しめ、圧縮機ケーシング２を加熱するとともにタービン
ケーシング１２を冷却するように作用させる。

以上のように、ガスタービンの運転状態に応じて圧縮機
ケーシング２、タービンケーシング１３の加熱、冷却を
行なうと、翼端間隙の変化が抑制され、定格運転時にお
ける翼端間隙を減少させて漏れ損失ヲ＠減させることが
できる。

負荷の小さい部分負荷運転においては、定格運転時に比
して圧縮機の翼端間隙が小さくタービン翼端間隙も小さ
い傾向となるので、ポルテックスチューブの流量を適宜
に調節することによって翼（１０） 端の干渉を生じない範囲で翼端間隙を小さく保持するよ
う、４個の電磁弁１６Ｃ−ｓ　ｇ　１６Ｃ４、１６’−
Ｉｔ１６ｔ、を作動させる。

第７図は、先に第４図に示した翼端間隙の図表に、本実
施１＋ｌＪを適用した場合の圧縮機側翼端間隙カーブを
２点鎖線で、同じくタービン側翼端間隙カーブ全１点鎖
線で−き加え−Ｃ対比した図表である。本発明の適用に
よシ、ガスタービンの起動と共にＸ端間隙が減少し、熱
平衡に達した状態において翼端間隙が最小になってお９
、しかも翼端間隙が零になっていないことが表われてい
る。

本実施例のごとく、ポルテックスチューブの圧縮気体龜
として当該流体機械から抽気した圧縮空’Ａｋ利用する
と、他に圧力気体源を設けなくてもよいので装置全体の
構造が間単にな如、製造コストも安くなる。

以上説明したように、本発明は、ケーシングとロータと
の内の少なくとも一方にｌｔ金設けた回転式の有Ｉｊ４
流体機械において、ケーシングの外周にケーシンｆ力Ａ
−に設け、かつ、ボルテックスチ（１１） ユーズによって分離した室温よりも高温、若しくは低温
の空気を上記のケーシングとケーシングカバーとの！ｉ
Ｊ］に導いて該ケーシング全加熱、若しく（′ま冷却し
て温度制御することにより、翼先端間隙を運転状態に応
じて縮小せしめ、翼先端における漏れ損失を減少せしめ
ることができるという優れた実用的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンの垂直縦断面図、第２図は上記ガ
スタービンの圧縮機静翼及び圧縮機動翼付近の拡大詳細
図、第３図は同じくタービン動翼付近の拡大詳細図、第
４図は上記ガスタービンの翼端間隙の時間的変化を示す
図表、第５図は本発明ｋ　ｊ、ｆＮ成するポルテックス
チューブの一例を示す峨要的な切断斜視図、第６図は本
発明の一実施例に係る翼端間隙調整装置を付設したカス
タービンの垂直縦断面図に制御系統及び空気配室を付記
した図、第７図は上記実施例における翼端間隙の時間的
変化を示す図表である。 ２・・・圧縮機ケーシング、３・・・圧縮機静翼、４・
・・圧（１２） 縮機動翼、５・・・圧ｍ磯ロータ、８・・・タービン静
翼、９・・・シュラウド、１ｏ・・・タービン動翼、１
２・・・タービンケーシング、１３・・・排気ダクト、
１４・・・抽気孔、１５・・・ポルテックスチューブ、
１５ａ・・・同円筒、１５ｂ・・・同ノズル、１５ｃ・
・・同オリフィス、１５ｄ・・・同流属調整弁、１５ｅ
・・・同高部側流出口、１５ｆ・・・同低温側流出口、
１６Ｃ−１，１６Ｃ−、，１６ｔ−、。 １６【イ・・電磁弁、１７Ｃ，１７１・・・ケーシング
カバー、１８Ｃｔ１８ｔ−、、中空部、１９ｃ、１９ｔ
・・・排気孔、２０−・・自ｉｍｕ御装置、２ＩＣ，２
１ｔ・・・ブリーザ、２２ｅ、２２Ｃ，２２ト・・温度
センサ、２５Ｃ，２５ト・・ポルテックスチューブ。 代理人　弁理士　秋本正実 （ｌｄ） 第　／［ ／２ 基　２　囚 第　３　国 ＄４．目 ＝１７− 第　５　回 ／ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ケーシングとロータとの内の少なくとも一方に翼
   を設けた流体機械において、ケーシングの外周にケーシ
   ングカバーを設け、かつ、ポルテックスチューブにより
   分離した室温と異なる温度の空気に上記ケーシングとケ
   ーシングカバーとの間に導いて該ケーシングを温度制御
   すること全特徴とする流体機械の翼端間隙調整装置。 Ｚ　前記のポルテックスチューブは、当該流体機械から
   抽気した圧縮空気全圧縮気体源としたものであること全
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の流体機械の翼
   端間隙調整装置。