WO2016207942A1 - 静翼セグメント、及びこれを備えている軸流流体機械 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
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- F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
- F04D29/64—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps
Definitions
- the present invention relates to a stationary blade segment that forms part of a stationary blade ring, and an axial fluid machine including the same.
- the gas turbine includes a compressor that generates compressed air by compressing outside air, a combustor that generates combustion gas by mixing fuel with compressed air, and a turbine that is driven by the combustion gas.
- Both the compressor and the turbine are axial flow fluid machines, and include a rotor that rotates about a rotation axis and a casing that covers the rotor.
- the rotor includes a rotor shaft extending in an axial direction parallel to the rotation axis and a plurality of blade stages fixed to the outer periphery of the rotor shaft and arranged in the axial direction.
- On the inner peripheral side of the casing a stationary blade stage is fixed at a position upstream of each blade stage.
- One stationary blade stage forms a stationary blade ring in which a plurality of stationary blades are connected to each other in the circumferential direction.
- the stator blade ring is divided in the circumferential direction for the convenience of assembly. Each portion divided in the circumferential direction is generally called a stationary blade segment.
- the stationary blade segment is configured by connecting a plurality of stationary blades in the circumferential direction.
- a stationary blade segment described in Patent Literature 1 below includes a plurality of stationary blades, a holder for restricting the radial movement of the inner shrouds of the plurality of stationary blades, and the inner shroud of the stationary blades on the holder. And a cylindrical pin to be stopped.
- the holder has a pin insertion hole penetrating from the radially inner side to the radially outer side. A pin hole that is recessed from the radially inner side to the radially outer side is formed in the inner shroud of the stationary blade. The pin is inserted into the pin insertion hole of the holder and the pin hole of the inner shroud.
- the present invention pays attention to the above-mentioned problem, and includes a stationary blade segment that can reduce the burden of assembly work while preventing the pin that restrains the movement of the stationary blade relative to the restraining member from being removed.
- An axial flow fluid machine is provided.
- the stationary blade segment as one aspect of the invention for solving the above problems is In a stationary blade segment that forms a part of a stationary blade ring that forms a ring around an axis, a plurality of stationary blades arranged in a circumferential direction with respect to the axis, and a radially inner portion of the plurality of stationary blades with respect to the axis
- a restraining member that engages and restrains movement of the plurality of stationary blades in the radial direction, and of the stationary blades that are located at both ends of the circumferential direction among the plurality of stationary blades with respect to the restraining member.
- a pin for restricting movement in the circumferential direction, and the restraining member is formed with a cylindrical pin insertion hole through which the pin is inserted in a portion where the end stationary blade is engaged. Is formed with a pin groove into which a tip end portion of the pin inserted into the pin insertion hole of the restraining member enters, and the pin is formed in a columnar shape around the pin axis and is inserted into the pin insertion hole.
- a groove insertion portion that enters the inner groove, a flange portion that is formed at the other end of both ends of the insertion portion, and whose dimension in a direction perpendicular to the pin axis is larger than the inner diameter dimension of the cylindrical pin insertion hole; And at least a part of the flange portion of the pin is inserted into the pin insertion hole and the groove insertion portion of the pin is in the pin groove.
- the surface of the restraining member is welded to a portion around the pin insertion hole.
- the restraining member is recessed in the insertion direction that communicates with the pin insertion hole and the pin is inserted into the pin insertion hole from the surface of the restraining member, and can accommodate the flange portion.
- a flange housing recess may be formed, and the flange portion of the pin may be welded to the bottom surface with the bottom surface of the flange housing recess as a part of the surface of the restraining member.
- the flange portion that is not inserted into the pin insertion hole of the restraining member in the pin is accommodated in the flange housing recess of the restraining member and does not protrude from the outer surface around the flange housing recess of the restraining member. For this reason, in the said stationary blade segment, the resistance of the fluid which flows the outer side of a restraint member can be reduced.
- the pin groove is defined by having a pair of flat groove side surfaces facing each other in the circumferential direction, and the groove insertion portions of the pins are opposed to each other.
- a pair of flat groove contact surfaces facing the direction, and one groove contact surface of the pair of groove contact surfaces is in surface contact with one groove side surface of the pair of groove side surfaces, and the pair of groove contact surfaces
- the other groove contact surface may be in surface contact with the other groove side surface of the pair of groove side surfaces.
- the flange portion of the pin extends in a direction perpendicular to the pair of groove contact surfaces and has a direction opposite to each other.
- a pair of facing flat first side surfaces may be formed.
- stator blade segment when the pin is inserted into the pin insertion hole and the pin groove so that the pair of flat first side surfaces of the flange portion face the radial direction, the groove side surface of the pin groove and the groove contact of the holder pin The direction in which the surface spreads coincides. For this reason, in the stator blade segment, the groove insertion portion of the pin can be easily put into the pin of the end stator blade.
- a second side surface connected to each of the pair of flat first side surfaces is formed on the flange portion of the pin
- the second side surface of the flange portion may be a surface of the restraining member and welded to a portion around the pin insertion hole.
- the outer diameter size of the cylindrical insertion portion of the pin and the inner diameter size of the cylindrical pin insertion hole of the restraining member are in a relationship of fitting dimensions. May be.
- the welding between the flange portion of the pin and the surface of the restraining member and around the pin insertion hole may be fillet welding.
- the plurality of stationary blades in addition to the inner restraining member as the restraining member that engages the radially inner portion of the plurality of stationary blades with respect to the axis, the plurality of stationary blades You may provide the outer side restraint member which restrains the movement to the said radial direction of the said some stationary blade by engaging the part of the radial direction outer side with respect to an axis.
- An axial fluid machine as one aspect of the invention for solving the above problems is The stator blade ring having a plurality of the stator blade segments of any one of the above, a casing having a cylindrical shape, and the stator blade ring being attached to the inner peripheral side, and rotating around the axis in the casing And a rotor.
- the axial flow fluid machine includes the stationary blade segment described above, it is possible to reduce the burden of assembling the stationary blade segment.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3.
- It is a perspective view of the holder pin in one embodiment concerning the present invention. It is sectional drawing around the holder pin of the stationary blade segment in one Embodiment which concerns on this invention.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3.
- FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8. It is explanatory drawing which shows the part to which a load is applied with the holder pin of a comparative example. It is explanatory drawing which shows removal of the holder pin of a comparative example. It is explanatory drawing which shows the part to which a load is applied with the holder pin in one Embodiment which concerns on this invention. It is explanatory drawing which shows removal of the holder pin in one Embodiment which concerns on this invention.
- the gas turbine includes a compressor 1 that compresses outside air to generate compressed air, and a plurality of combustions that generate combustion gas by mixing the fuel from the fuel supply source with the compressed air and burning it. And a turbine 7 driven by combustion gas.
- the compressor 1 and the turbine 7 are both axial flow fluid machines, and have rotors 2 and 8 that rotate around a rotation axis Ar and casings 5 and 9 that cover the rotors 2 and 8.
- the compressor rotor 2 and the turbine rotor 8 rotate about the same rotation axis Ar and are connected to each other.
- the plurality of combustors 6 are fixed to the turbine casing 9.
- a direction in which the rotation axis Ar extends is referred to as an axial direction Da.
- the radial direction with respect to the rotation axis Ar is simply referred to as the radial direction Dr
- the circumferential direction Dc with respect to the rotation axis Ar is simply referred to as the circumferential direction Dc.
- the compressor 1 side is referred to as an upstream side with respect to the turbine 7, and the turbine 7 side is referred to as a downstream side with respect to the compressor 1.
- the compressor rotor 2 has a rotor shaft 3 extending in the axial direction Da and a plurality of blade stages 4 fixed to the outer periphery of the rotor shaft 3 and arranged in the axial direction Da.
- Each blade stage 4 has a plurality of blades fixed to the outer periphery of the rotor shaft 3 side by side in the circumferential direction Dc.
- a stationary blade ring 10 is fixed at a position upstream of each moving blade stage 4.
- one stationary blade ring 10 is formed by connecting a plurality of stationary blades 20 in a ring.
- the stationary blade ring 10 is divided in the circumferential direction Dc for the convenience of assembly. Each portion divided in the circumferential direction Dc constitutes the stationary blade segment 11.
- the stationary blade segment 11 is formed by connecting some stationary blades 20 among the plurality of stationary blades 20 constituting the stationary blade ring 10 side by side in the circumferential direction Dc.
- the stationary blade segment 11 includes a plurality of stationary blades 20 arranged in the circumferential direction Dc, and a holder (inner restraining member) 40 to which a radially inner portion of the plurality of stationary blades 20 is attached. And a band (outer restraint member) 50 to which the radially outer portions of the plurality of stationary blades 20 are attached.
- the stationary blades 20 positioned at both ends in the circumferential direction Dc form the end stationary blade 20a
- the stationary blade 20 positioned between the two end stationary blades 20a includes The end blades 20b are formed.
- the end-to-end stationary blade 20 b is provided on the wing body 21 extending in the radial direction Dr, the inner shroud 22 provided on the radially inner side of the wing body 21, and on the radially outer side of the wing body 21.
- the inner shroud 22 is provided on the radially inner side of the wing body 21, and has a plate-like shroud main body 23 that extends in the circumferential direction Dc, and an upstream leg 24 that extends radially inward from an upstream portion of the shroud main body 23.
- An upstream lip 25 extending upstream from the radially inner end of the upstream leg 24, a downstream leg 26 extending radially inward from the downstream portion of the shroud body 23, and the downstream leg 26 And a downstream lip portion 27 that extends downstream from the radially inner end.
- an upstream engagement groove 28u that is recessed downstream is formed.
- a downstream side engaging groove 28d that is recessed upstream is formed between the shroud main body 23 and the downstream side lip portion 27, a downstream side engaging groove 28d that is recessed upstream is formed.
- the bottom portions of the engaging grooves 28u and 28d are both formed by the leg portions 24 and 26.
- the outer shroud 32 is provided on the radially outer side of the wing body 21 and has a plate-like shroud main body 33 extending in the circumferential direction Dc, and an upstream leg 34 extending radially outward from an upstream portion of the shroud main body 33.
- An upstream lip 35 extending upstream from the radially outer end of the upstream leg 34, a downstream leg 36 extending radially outward from the downstream portion of the shroud body 33, and the downstream leg 36 And a downstream lip portion 37 that extends downstream from the radially outer end.
- a band groove 31 is formed between the upstream leg portion 34 and the downstream leg portion 36 so as to be recessed from the radially outer side to the radially inner side and extending in the circumferential direction Dc.
- a groove bottom portion of the band groove 31 is formed by a shroud main body 33. A part of the band 50 in the circumferential direction Dc enters the band groove 31.
- the end stationary blade 20 a is also provided on the radially outer side of the blade body 21, the blade body 21 extending in the radial direction Dr, the inner shroud 22 a provided on the radially inner side of the blade body 21, and the blade body 21. And an outer shroud 32a.
- the inner shroud 22a and the outer shroud 32a of the end stator blade 20a are slightly different from the inner shroud 22a and the outer shroud 32a of the end stator blade 20b.
- the outer shroud 32a of the end stator blade 20a further includes an upstream flange portion 38 extending downstream from the radially outer end of the upstream leg portion 34; A downstream flange portion 39 extending from the radially outer end of the downstream leg portion 36 to the upstream side. Both the upstream flange portion 38 and the downstream flange portion 39 face the radially outer surface of the band 50 that has entered the band groove 31, and the band 50 that has entered the band groove 31 with respect to the end stationary blade 20 a. Has a role to restrain the relative movement to the outside in the radial direction.
- a cylindrical pin hole 31h that is recessed from the radially outer side to the radially inner side is formed in the band groove 31 in the outer shroud 32a of the end stationary blade 20a.
- the inner shroud 22a of the end stator blade 20a has a pin groove 29 formed in the upstream lip portion 25a in addition to the configuration of the inner shroud 22 of the end stator blade 20b.
- the pin groove 29 is formed by cutting a part of the upstream lip portion 25a from the upstream side toward the downstream side.
- the pin groove 29 is defined by a pair of flat groove side surfaces 29a facing each other in the circumferential direction Dc.
- the band 50 is a rectangular plate extending in the circumferential direction Dc, as shown in FIGS.
- the width of the band 50 in the axial direction Da corresponds to the width of the band groove 31 in the axial direction Da so that the band 50 can enter the band groove 31 of the outer shrouds 32 and 32a.
- the length of the band 50 in the circumferential direction Dc is such that the plurality of stationary blades 20 constituting the stationary blade segment 11 are arranged in the circumferential direction Dc in the circumferential direction Dc of the band groove 31 of each stationary blade 20. Corresponds to the total length.
- a cylindrical pin insertion hole 51 penetrating in the radial direction Dr is formed on both ends of the band 50 in the circumferential direction Dc.
- the positions of the pin insertion holes 51 in the circumferential direction Dc and the axial direction Da are such that the plurality of stationary blades 20 constituting the stationary blade segment 11 are arranged in the circumferential direction Dc, and the band 50 enters the band groove 31 of each stationary blade 20. In the state, in this band 50, it is a position corresponding to the pin hole 31h of the end stationary blade 20a.
- the holder 40 includes a seal holding portion 43 extending in the circumferential direction Dc, an upstream leg portion 44 formed along the upstream edge of the seal holding portion 43 and extending radially outward, and a radially outer end of the upstream leg portion 44.
- An upstream flange portion 45 extending downstream from the inner shroud 22 and entering the upstream engagement groove 28 u of the inner shroud 22, 22 a, and a downstream leg portion 46 formed along the downstream edge of the seal holding portion 43 and extending radially outward.
- a downstream flange 47 that extends upstream from the radially outer end of the downstream leg 46 and enters the downstream engagement groove 28d of the inner shrouds 22 and 22a.
- a seal device 48 that seals between the rotor shaft 3 (FIG. 1) of the compressor rotor 2 is provided on the radially inner side of the seal holding portion 43.
- a shroud accommodation groove 41 is formed between the upstream leg 44 and the downstream leg 46 so as to be recessed radially inward and extending in the circumferential direction Dc.
- a groove bottom portion of the shroud storage groove 41 is formed by a seal holding portion 43.
- the upstream leg 24 of the inner shrouds 22, 22 a of each stationary blade 20 the upstream side in a state where a plurality of stationary blades 20 constituting the stationary blade segment 11 are arranged in the circumferential direction Dc.
- the lip portions 25 and 25a, the downstream leg portion 26, and the downstream lip portion 27 enter.
- the upstream flange portion 45, the upstream leg portion 44, and the seal holding portion 43 of the holder 40 are provided on both upstream and downstream surfaces in the circumferential direction Dc.
- a flange housing recess 49 that is recessed to the side is formed.
- the upstream leg portion 44 of the holder 40 is further formed with a cylindrical pin insertion hole 49h penetrating from the bottom surface of the flange housing recess 49 to the downstream side.
- the positions of the pin insertion holes 49h in the circumferential direction Dc and the radial direction Dr are such that the plurality of stationary blades 20 constituting the stationary blade segment 11 are arranged in the circumferential direction Dc, and the upstream leg portions of the inner shrouds 22 and 22a of each stationary blade 20 24, the downstream leg 26, etc. are in a position corresponding to the pin groove 29 of the end stationary blade 20a.
- the stationary blade segment 11 of the present embodiment further has a band pin 55 that restrains the movement of the end stationary blade 20 a in the circumferential direction Dc relative to the band 50, and the holder 40. And a holder pin 60 that restrains movement of the end stationary blade 20a in the circumferential direction Dc.
- the band pin 55 has an insertion portion that can be inserted into the pin insertion hole 51 of the band 50 and a hole insertion portion that enters the pin hole 31h of the end stationary blade 20a.
- the band pin 55 is inserted in the pin insertion hole 51 of the band 50 and the hole insertion part is inserted into the pin hole 31h of the end stationary blade 20a, for example, radially outward from the pin insertion hole 51.
- the protruding portion is fillet welded to the band 50 and is prevented from coming off from the pin insertion hole 51.
- the holder pin 60 has a cylindrical shape centered on the pin axis Ap, and is inserted into the pin insertion hole 49h of the holder 40, and both ends of the insertion part 61 in the pin axis direction.
- a flange portion 63 larger than the inner diameter of the cylindrical pin insertion hole 49h.
- the outer diameter dimension of the cylindrical insertion part 61 of the holder pin 60 and the inner diameter dimension of the pin insertion hole 49h of the holder 40 through which the insertion part 61 is inserted are related to the fitting dimension, more specifically, the dimension of the intermediate fitting. It has become a relationship. For this reason, when the columnar insertion portion 61 of the holder pin 60 is inserted into the pin insertion hole 49h of the holder 40, the entire outer periphery of the insertion portion 61 is substantially in close contact with the inner surface of the pin insertion hole 49h.
- the groove insertion portion 62 of the holder pin 60 is formed with a pair of flat groove contact surfaces 62a that face each other in a direction perpendicular to the pin axis Ap.
- one groove contact surface 62a of the pair of groove contact surfaces 62a comes into surface contact with one groove side surface 29a of the pair of groove side surfaces 29a, and a pair of groove contacts
- the other groove contact surface 62a of the surface 62a is in surface contact with the other groove side surface 29a of the pair of groove side surfaces 29a.
- the flange portion 63 includes a pair of flat first side surfaces 63a extending in a direction perpendicular to the pin axis Ap and the groove contact surface 62a and facing each other, and a pair of first side surfaces 63a.
- a connected second side face 63b is formed.
- the flange portion 63 has a pair of second side surfaces 63b.
- one second side surface 63b connects the ends on one side of the pair of first side surfaces 63a.
- the other second side surface 63b connects the other ends of the pair of first side surfaces 63a.
- the pair of second side surfaces 63b form an arcuate curved surface.
- the maximum mutual distance dimension between the pair of second side surfaces 63b and the mutual distance dimension between the pair of first side surfaces 63a are both larger than the inner diameter dimension of the pin insertion hole 49h of the holder 40. Moreover, the maximum mutual space
- the thickness dimension which is the dimension of the flange portion 63 in the pin axis direction, is substantially the same as or slightly smaller than the depth dimension of the flange housing recess 49 of the holder 40.
- the holder pin 60 is inserted into the pin insertion hole 49h and the groove insertion portion 62 is inserted into the pin groove 29.
- the side surface 63b is fillet welded to the bottom surface of the flange housing recess 49, and is prevented from coming off from the pin insertion hole 49h.
- the plurality of stationary blades 20, the holder 40, the band 50, the holder pin 60, and the band pin 55 described above are prepared.
- the inner shrouds 22 and 22 a of the plurality of stationary blades 20 are attached to the holder 40.
- the inner shroud 22a of one end stationary blade 20a is mounted on the holder 40, and then the inner shroud 22 of the other end stationary blade 20b adjacent to the end stationary blade 20a in the circumferential direction Dc is held in the holder. Attach to 40.
- the inner shroud 22 of the other end-to-end stator blade 20b adjacent in the circumferential direction Dc is mounted on the holder 40 sequentially.
- the inner shroud 22a of the remaining one end stationary blade 20a is mounted on the holder 40.
- the inner shrouds 22, 22 a of the stationary blade 20 are mounted on the holder 40, the inner shrouds 22, 22 a are moved relative to the holder 40 in the circumferential direction Dc, and the inner shroud 41 is inserted into the shroud housing groove 41 of the holder 40.
- the upstream leg 24, the upstream lip 25, 25a, the downstream leg 26, and the downstream lip 27 of 22 and 22a are inserted.
- the radially inner surface of the inner shroud 22, 22 a in the shroud body 23 faces the radially outer surface of the upstream flange portion 45 and the downstream flange portion 47 of the holder 40.
- the radially outer surface of the upstream lip portions 25, 25 a of the inner shrouds 22, 22 a faces the radially inner surface of the upstream flange portion 45 of the holder 40.
- the radially outer surface of the downstream lip portion 27 of the inner shrouds 22, 22 a faces the radially inner surface of the downstream flange portion 47 of the holder 40.
- the groove bottom surface in the upstream engagement groove 28u of the inner shrouds 22, 22a faces the downstream end surface of the upstream flange portion 45 of the holder 40, and the groove bottom surface in the downstream engagement groove 28d of the inner shrouds 22, 22a It faces the upstream end face of the downstream flange portion 47 of the holder 40. For this reason, the inner shrouds 22 and 22a cannot move relative to the holder 40 in the axial direction Da.
- the stationary blade 20 becomes immovable relative to the holder 40 in the radial direction Dr and the axial direction Da.
- the plurality of stationary blades 20 are aligned in the circumferential direction Dc with the mutual positions in the radial direction Dr and the axial direction Da matching. It will be.
- the plurality of stationary blades 20 are arranged in the circumferential direction Dc, one groove is formed in which the band grooves 31 of each stationary blade 20 are continuous in the circumferential direction Dc.
- the insertion portion 61 of the holder pin 60 is inserted into the pin insertion hole 49h of the holder 40, and the groove insertion portion 62 of the holder pin 60 is inserted into the pin groove 29 of the end stationary blade 20a.
- the end stationary blade 20a cannot move relative to the holder 40 in the circumferential direction Dc.
- the plurality of end stationary blades 20b existing between the two end stationary blades 20a also move in the circumferential direction Dc with respect to the holder 40. Relative movement.
- the second side surface 63b of the flange portion 63 of the holder pin 60 is connected to the flange housing recess 49 of the holder 40 as described above with reference to FIG. Weld fillet on the bottom.
- the attachment of the plurality of stationary blades 20 to the holder 40 is completed.
- the band 50 is put into one groove where the band groove 31 of each stationary blade 20 is continuous in the circumferential direction Dc.
- the band 50 is moved relative to the band groove 31 of each stationary blade 20 in the circumferential direction Dc, and the band 50 is inserted into each band groove 31.
- the pin hole 31h of one end stator blade 20a of the two end stator blades 20a matches the position of one pin insertion hole 51 of the band 50, and the pin hole 31h of the remaining one end stator blade 20a.
- the band 50 is completely contained in this groove.
- the upstream end face of the band 50 is the downstream face of the upstream leg 34 of the outer shroud 32, 32 a of each stationary blade 20. Opposite to. Further, the downstream end face of the band 50 faces the upstream face of the downstream leg 36 of the outer shrouds 32, 32 a of each stationary blade 20. For this reason, the outer shrouds 32, 32 a of each stationary blade 20 are substantially immovable relative to the band 50 in the axial direction Da.
- the radially outer surface of the band 50 faces the radially inner side surface of the upstream flange portion 38 and the downstream flange portion 39 of each end stationary blade 20a.
- the band 50 is substantially immovable relative to the side away from the radial direction Dr (outward in the radial direction).
- the outer shrouds 32 and 32a of the plurality of stationary blades 20 are substantially immovable relative to the band 50 on the side approaching the radial direction Dr (inward in the radial direction).
- the insertion portion of the band pin 55 is inserted into the pin insertion hole 51 of the band 50, and the hole insertion portion of the band pin 55 is inserted into the pin hole 31h of the end stationary blade 20a.
- the end stationary blade 20a cannot move relative to the band 50 in the circumferential direction Dc.
- the plurality of end blades 20b existing between the two end stator blades 20a also move in the circumferential direction Dc with respect to the band 50. Relative movement becomes impossible.
- the part of the band pin 55 that protrudes radially outward from the pin insertion hole 51 is fillet welded to the band 50.
- the attachment of the plurality of stationary blades 20 to the band 50 is completed, and the stationary blade segment 11 is completed.
- the holder pin 60 may be welded to the holder 40 before and after the band pin 55 is welded to the band 50 after the band 50 is inserted into the band groove 31 of each stationary blade 20.
- the holder pin 60x of the comparative example has a cylindrical shape centered on the pin axis Ap as a whole.
- the outer diameter of the holder pin 60x substantially coincides with the groove width of the pin groove 29 of the end stationary blade 20a.
- the holder pin 60x is inserted into the pin insertion hole 49h of the holder 40, and the first end 62x enters the pin groove 29 of the end stationary blade 20a.
- the second end 63x opposite to the first end 62x of the holder pin 60x protrudes from the pin insertion hole 49h.
- the holder pin 60x is spot-welded or fillet-welded at the second end to the holder 40 in order to prevent the holder pin 60x from coming off from the pin insertion hole 49h.
- the holder pin 60x of this comparative example has a cylindrical shape also in the portion into the pin groove 29 of the end vane 20a, as shown in FIG. 10, a pair of flat groove side surfaces 29a of the holder pin 60x and the pin groove 29 are provided. Is substantially in line contact. For this reason, the holder pin 60x receives the load in the shearing direction from the end stationary blade 20a at the surface portion 65x including a line in contact with the pair of groove side surfaces 29a in the holder pin 60x.
- the holder pin 60x of the comparative example has low strength against the load in the shear direction from the end stationary blade 20a.
- the holder pin 60 of this embodiment has a flange portion 63 formed at the end of the insertion portion 61 of the holder pin 60.
- the flange portion 63 of the holder pin 60 is fillet welded to the holder 40.
- the welded portion 69 between the holder pin 60 and the holder 40 is removed as shown in FIG. To do.
- the portion to be welded is the position away from the pin insertion hole 49h of the holder 40, and therefore the portion to be removed does not include the pin insertion hole 49h.
- a pair of flat groove contact surfaces 62 a are formed in the groove insertion portion 62 that enters the pin groove 29 of the end stationary blade 20 a, and this groove contact surface 62 a is a pair of the pin grooves 29. In contact with the flat groove side surface 29a.
- the holder pin 60 of the present embodiment has a substantially rectangular parallelepiped-shaped portion 65 including a surface in contact with the pair of groove side surfaces 29a in the holder pin 60 that receives a load in the shear direction received from the end stationary blade 20a. It will be received at.
- the portion 65 that receives the load in the shearing direction from the end stationary blade 20a is larger than the holder pin 60 of the comparative example at the portion that enters the pin groove 29 in the holder pin 60. Therefore, the holder pin 60 of the present embodiment has the same cross-sectional area as the holder pin 60x of the comparative example even though the cross-sectional area perpendicular to the pin axis Ap of the portion that enters the pin groove 29 in the holder pin 60 is the same. Thus, the strength against the load in the shear direction from the end stationary blade 20a can be increased.
- the pair of groove side surfaces 29a that define the pin groove 29 of the end stationary blade 20a in the present embodiment are surfaces perpendicular to the circumferential direction Dc.
- a pair of flat groove contacts are made on the groove insertion portion 62 that enters the pin groove 29 of the end stationary blade 20a.
- a surface 62 a is formed, and the groove contact surface 62 a is in surface contact with a pair of flat groove side surfaces 29 a of the pin groove 29.
- the flange portion 63 of the holder pin 60 of the present embodiment is formed with a pair of flat first side surfaces 63a that extend in a direction perpendicular to the groove contact surface 62a of the holder pin 60 and face each other. . Therefore, when the holder pin 60 is inserted into the pin insertion hole 49h and the pin groove 29 so that the pair of flat first side surfaces 63a of the flange portion 63 faces the radial direction Dr, the groove side surface 29a of the pin groove 29 expands. The direction in which the groove contact surface 62a of the holder pin 60 extends coincides.
- the pair of flat first side surfaces 63a in the flange portion 63 of the holder pin 60 is a mark that determines the direction in which the pair of groove side surfaces 29a of the holder pin 60 expands. For this reason, in this embodiment, the groove insertion part 62 of the holder pin 60 can be easily put in the pin groove 29 of the end stationary blade 20a.
- the outer diameter size of the cylindrical insertion portion 61 of the holder pin 60 and the inner diameter size of the pin insertion hole 49h of the holder 40 through which the insertion portion 61 is inserted are in a relationship of the fitting size. For this reason, when the cylindrical insertion portion 61 of the holder pin 60 is inserted into the pin insertion hole 49h of the holder 40, the entire outer periphery of the insertion portion 61 is substantially in close contact with the inner surface of the pin insertion hole 49h. For this reason, almost all of the force for moving the holder pin 60 relative to the holder 40 in the direction perpendicular to the pin axis Ap can be received by the inner surface of the pin insertion hole 49 h of the holder 40.
- the welding portion 69 between the holder pin 60 and the holder 40 hardly receives a force for moving the holder pin 60 relative to the holder 40 in the direction perpendicular to the pin axis Ap. Therefore, in this embodiment, damage to the welded portion 69 between the holder pin 60 and the holder 40 can be suppressed.
- the flange portion 63 that is not inserted into the pin insertion hole 49h of the holder 40 is housed in the flange housing recess 49 that is recessed in the insertion direction of the holder pin 60, and from the outer surface of the holder 40. It does not protrude. For this reason, in this embodiment, the resistance of the air flowing outside the holder 40 can be reduced. In other words, in this embodiment, the windage loss in the compressor can be suppressed.
- the shape of the band pin 55 is not particularly described, but the band pin 55 may be provided with a flange portion similarly to the holder pin 60.
- the outer peripheral side portions of the plurality of stationary blades are connected by the band 50 and the band pin 55, but the outer peripheral side portions of the plurality of stationary blades may be connected by other methods.
- the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to the stationary blade segment of another axial flow fluid machine such as a turbine. You may apply.
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Abstract
静翼セグメントは、複数の静翼(20)と、複数の静翼(20)の径方向内側の部分に係合して、複数の静翼(20)の径方向への移動を拘束する拘束部材(40)と、拘束部材(40)に対して端静翼(20a)の周方向(Dc)の移動を拘束するピン(60)と、を備える。拘束部材(40)には、ピン(60)が挿通されるピン挿通孔(49h)が形成され、端静翼(20a)には、ピン(60)の先端部が入り込むピン溝(29)が形成されている。ピン(60)は、ピン挿通孔(49h)に挿通される挿通部(61)と、挿通部(61)の一端に形成され、ピン溝(29)に入り込む溝挿入部(62)と、挿通部(61)の他端に形成され、ピン軸(Ap)に対して垂直な方向の寸法がピン挿通孔(49h)の内径寸法より大きなフランジ部(63)と、を有する。フランジ部(63)の一部が拘束部材(40)の表面に溶接されている。
Description
本発明は、静翼環の一部を成す静翼セグメント、及びこれを備えている軸流流体機械に関する。
ガスタービンは、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。
圧縮機及びタービンは、いずれも軸流流体機械で、回転軸線を中心として回転するロータと、このロータを覆うケーシングとを備えている。ロータは、回転軸線と平行な軸方向に延びるロータ軸と、このロータ軸の外周に固定され軸方向に並んでいる複数の動翼段と、を有している。ケーシングの内周側には、各動翼段の上流側の位置に静翼段が固定されている。1つの静翼段は、複数の静翼が周方向に並んで相互に連結された静翼環を形成している。この静翼環は、組立の都合上、周方向に分割されている。この周方向に分割された各部分が一般的に静翼セグメントと呼ばれている。この静翼セグメントは、複数の静翼が周方向に連結されて構成されている。
例えば、以下の特許文献1に記載の静翼セグメントは、複数の静翼と、複数の静翼の内側シュラウドの径方向への移動を拘束するためのホルダと、ホルダに静翼の内側シュラウドを止める円柱形状のピンと、を有している。ホルダには、径方向内側から径方向外側に向かって貫通したピン挿通孔が形成されている。静翼の内側シュラウドには、径方向内側から径方向外側に向かって凹むピン穴が形成されている。ピンは、ホルダのピン挿通孔及び内側シュラウドのピン穴に入れられる。
ホルダのピン挿通孔及び内側シュラウドのピン穴に入れられピンは、何らかの方法で抜け止めされていると考えられる。このようなピンの抜け止め方法としては、例えば、以下の特許文献2に記載の方法がある。この方法では、ピンを部材の穴に入れた後、ピン中で穴から突出している部分を部材に溶接している。
以上のような静翼セグメントでは、ホルダ(拘束部材)からのピンの抜け止めを行いつつも、静翼セグメントの組立作業の負担軽減が望まれている。
そこで、本発明は、上記問題点に着目し、拘束部材に対する静翼の移動を拘束するピンの抜け止めを行いつつも、組立作業の負担を軽減することができる静翼セグメント、及びこれを備えている軸流流体機械を提供することを目的とする。
上記問題点を解決するための発明の一態様としての静翼セグメントは、
軸線を中心として環状を成す静翼環の一部を成す静翼セグメントにおいて、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向内側の部分に係合して、複数の前記静翼の径方向への移動を拘束する拘束部材と、前記拘束部材に対して、複数の前記静翼のうちで前記周方向の両端に位置する端静翼の前記周方向の移動を拘束するピンと、を備え、前記拘束部材には、前記端静翼が係合する部分に、前記ピンが挿通される円柱状のピン挿通孔が形成され、前記端静翼には、前記拘束部材の前記ピン挿通孔に挿通された前記ピンの先端部が入り込むピン溝が形成され、前記ピンは、ピン軸を中心として円柱状を成し前記ピン挿通孔に挿通される挿通部と、前記挿通部の両端のうちの一端に形成され、前記ピン溝に入り込む溝挿入部と、前記挿通部の両端のうちの他端に形成され、前記ピン軸に対して垂直な方向の寸法が円柱状の前記ピン挿通孔の内径寸法より大きなフランジ部と、を有し、前記ピンの前記挿通部が前記ピン挿通孔に挿通され、且つ前記ピンの前記溝挿入部が前記ピン溝に入っている状態で、前記ピンの前記フランジ部の少なくとも一部が前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分に溶接されている。
軸線を中心として環状を成す静翼環の一部を成す静翼セグメントにおいて、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向内側の部分に係合して、複数の前記静翼の径方向への移動を拘束する拘束部材と、前記拘束部材に対して、複数の前記静翼のうちで前記周方向の両端に位置する端静翼の前記周方向の移動を拘束するピンと、を備え、前記拘束部材には、前記端静翼が係合する部分に、前記ピンが挿通される円柱状のピン挿通孔が形成され、前記端静翼には、前記拘束部材の前記ピン挿通孔に挿通された前記ピンの先端部が入り込むピン溝が形成され、前記ピンは、ピン軸を中心として円柱状を成し前記ピン挿通孔に挿通される挿通部と、前記挿通部の両端のうちの一端に形成され、前記ピン溝に入り込む溝挿入部と、前記挿通部の両端のうちの他端に形成され、前記ピン軸に対して垂直な方向の寸法が円柱状の前記ピン挿通孔の内径寸法より大きなフランジ部と、を有し、前記ピンの前記挿通部が前記ピン挿通孔に挿通され、且つ前記ピンの前記溝挿入部が前記ピン溝に入っている状態で、前記ピンの前記フランジ部の少なくとも一部が前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分に溶接されている。
静翼セグメントを構成する静翼を修理するため、複数の静翼を拘束部材から外す場合には、ピンと拘束部材との溶接部分を除去する必要がある。この溶接部分の除去では、拘束部材の一部が除去されることになる。当該静翼セグメントでは、ピンと拘束部材との溶接部分が拘束部材のピン挿通孔から離れた位置になるため、拘束部材中の除去する部分にピン挿通孔が含まれない。このため、当該静翼セグメントでは、静翼の修理後、静翼セグメントを組み立てる場合に、ピン挿通孔の補修作業を行う必要がなく、静翼セグメントの組立作業の負担を軽減することができる。
ここで、前記静翼セグメントにおいて、前記拘束部材には、前記ピン挿通孔に連通し前記拘束部材の表面から前記ピンが前記ピン挿通孔に挿通される挿通方向に凹み、前記フランジ部が収容可能なフランジ収納凹部が形成され、前記フランジ収納凹部の底面が前記拘束部材の表面の一部として、前記ピンの前記フランジ部は前記底面に溶接されていてもよい。
当該静翼セグメントでは、ピン中で拘束部材のピン挿通孔に挿通されないフランジ部は、拘束部材のフランジ収納凹部内に収まり、拘束部材のフランジ収納凹部周りの外面から突出しない。このため、当該静翼セグメントでは、拘束部材の外側を流れる流体の抵抗を減らすことができる。
また、以上のいずれかの前記静翼セグメントにおいて、前記ピン溝は、前記周方向で互いに対向する一対の平坦な溝側面を有して画定され、前記ピンの前記溝挿入部は、互いに相対する方向を向いている一対の平坦な溝接触面を有し、一対の前記溝接触面の一方の溝接触面が前記一対の溝側面の一方の溝側面に面接触し、一対の前記溝接触面の他方の溝接触面が前記一対の溝側面の他方の溝側面に面接触していてもよい。
当該静翼セグメントのピンは、その平坦な溝接触面がピン溝の平坦な溝側面と面接触する。このため、このピンは、端静翼から受けるせん断方向の荷重を、ピン中で溝側面と接する面を含む部分で支えることになる。よって、当該静翼セグメントでは、端静翼からのせん断方向の荷重に対するピンの強度を高めることができる。
また、前記溝挿入部が一対の前記溝接触面を有する前記静翼セグメントにおいて、前記ピンの前記フランジ部には、一対の前記溝接触面に対して垂直な方向に広がり、互いに相対する方向を向いている一対の平坦な第一側面が形成されていてもよい。
当該静翼セグメントにおいて、フランジ部の一対の平坦な第一側面が径方向を向くようにして、ピンをピン挿通孔及びピン溝に入れると、ピン溝の溝側面が広がる方向とホルダピンの溝接触面が広がる方向とが一致する。このため、当該静翼セグメントでは、ピンの溝挿入部を容易に端静翼のピンに入れることができる。
また、前記フランジ部に第一側面が形成されている前記静翼セグメントにおいて、前記ピンの前記フランジ部には、一対の前記平坦な第一側面のそれぞれにつながっている第二側面が形成され、前記フランジ部の前記第二側面が前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分に溶接されていてもよい。
以上のいずれかの前記静翼セグメントにおいて、前記ピンの円柱状の前記挿通部の外径寸法と、前記拘束部材の円柱状の前記ピン挿通孔の内径寸法とは、嵌め合い寸法の関係であってもよい。
当該静翼セグメントでは、ピンの円柱状の挿通部が拘束部材のピン挿通孔に挿通されると、挿通部の外周面の全周が実質的にピン挿通孔の内面にほぼ密着する。このため、ピン軸の垂直な方向にピンを拘束部材に対して相対移動させようとする力のほぼすべてを、拘束部材のピン挿通孔の内面で受けることができる。よって、当該静翼セグメントでは、ピンと拘束部材との溶接部分には、ピン軸の垂直な方向にピンを拘束部材に対して相対移動させようとする力がほとんどかからない。したがって、当該静翼セグメントでは、ピンと拘束部材との溶接部分の損傷の抑えることができる。
以上のいずれかの前記静翼セグメントにおいて、前記ピンの前記フランジ部と前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分との溶接は、隅肉溶接であってもよい。
また、以上のいずれかの前記静翼セグメントにおいて、複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向内側の部分に係合する前記拘束部材としての内側拘束部材の他に、複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向外側の部分に係合して、複数の前記静翼の前記径方向への移動を拘束する外側拘束部材を、備えてもよい。
上記問題点を解決するための発明の一態様としての軸流流体機械は、
以上のいずれかの前記静翼セグメントを複数有する前記静翼環と、筒状を成し、前記静翼環が内周側に取り付けられているケーシングと、前記ケーシング内で前記軸線を中心として回転するロータと、を備える。
以上のいずれかの前記静翼セグメントを複数有する前記静翼環と、筒状を成し、前記静翼環が内周側に取り付けられているケーシングと、前記ケーシング内で前記軸線を中心として回転するロータと、を備える。
当該軸流流体機械は、以上で説明した静翼セグメントを備えているので、この静翼セグメントの組立作業の負担を軽減することができる。
本発明の一態様によれば、拘束部材に対する静翼の移動を拘束するピンの抜け止めを行いつつも、組立作業の負担を軽減することができる。
以下、本発明に係る軸流流体機械の一実施形態について、図1~図13を参照して詳細に説明する。
ガスタービンは、図1に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機1と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器6と、燃焼ガスにより駆動するタービン7と、を備えている。
圧縮機1及びタービン7は、いずれも軸流流体機械で、回転軸線Arを中心として回転するロータ2,8と、このロータ2,8を覆うケーシング5,9とを有している。圧縮機ロータ2及びタービンロータ8は、同一の回転軸線Arを中心として回転するもので、相互に連結されている。複数の燃焼器6は、タービンケーシング9に固定されている。なお、以下では、回転軸線Arが延びている方向を軸方向Daという。また、回転軸線Arに対する径方向を単に径方向Drといい、回転軸線Arに対する周方向Dcを単に周方向Dcという。また、軸方向Daであって、タービン7を基準にして圧縮機1側を上流側、圧縮機1を基準にしてタービン7側を下流側という。
圧縮機ロータ2は、軸方向Daに延びているロータ軸3と、このロータ軸3の外周に固定され軸方向Daに並んでいる複数の動翼段4と、を有している。各動翼段4は、周方向Dcに並んでロータ軸3の外周に固定されている複数の動翼を有している。圧縮機ケーシング5の内周側には、各動翼段4の上流側の位置に静翼環10が固定されている。
1つの静翼環10は、図2に示すように、複数の静翼20が環状に並んで相互に連結されたものである。この静翼環10は、組立の都合上、周方向Dcに分割されている。この周方向Dcに分割された各部分が静翼セグメント11を構成する。この静翼セグメント11は、静翼環10を構成する複数の静翼20のうちの一部の複数の静翼20が周方向Dcに並んで相互に連結されたものである。
静翼セグメント11は、図3に示すように、周方向Dcに並んでいる複数の静翼20と、複数の静翼20の径方向内側の部分が装着されるホルダ(内側拘束部材)40と、複数の静翼20の径方向外側の部分相互が装着されるバンド(外側拘束部材)50と、を有している。静翼セグメント11を構成する複数の静翼20のうち、周方向Dcの両端に位置する静翼20が端静翼20aを成し、2つの端静翼20aの間に位置する静翼20が端間静翼20bを成す。
端間静翼20bは、図4に示すように、径方向Drに延びる翼体21と、翼体21の径方向内側に設けられている内側シュラウド22と、翼体21の径方向外側に設けられている外側シュラウド32と、を有している。
内側シュラウド22は、翼体21の径方向内側に設けられ、周方向Dcの広がっている板状のシュラウド本体23と、シュラウド本体23の上流側部分から径方向内側に延びる上流側脚部24と、この上流側脚部24の径方向内側端から上流側に延びる上流側リップ部25と、シュラウド本体23の下流側部分から径方向内側に延びる下流側脚部26と、この下流側脚部26の径方向内側端から下流側に延びる下流側リップ部27と、を有している。シュラウド本体23と上流側リップ部25との間は、下流側に凹む上流側係合溝28uを形成している。また、シュラウド本体23と下流側リップ部27との間は、上流側に凹む下流側係合溝28dを形成している。これら係合溝28u,28dの溝底部は、いずれも、脚部24,26により形成されている。
外側シュラウド32は、翼体21の径方向外側に設けられ、周方向Dcに広がっている板状のシュラウド本体33と、シュラウド本体33の上流側部分から径方向外側に延びる上流側脚部34と、この上流側脚部34の径方向外側端から上流側に延びる上流側リップ部35と、シュラウド本体33の下流側部分から径方向外側に延びる下流側脚部36と、この下流側脚部36の径方向外側端から下流側に延びる下流側リップ部37と、を有している。上流側脚部34と下流側脚部36との間は、径方向外側から径方向内側に凹み周方向Dcに延びるバンド溝31を形成している。このバンド溝31の溝底部は、シュラウド本体33により形成されている。このバンド溝31には、バンド50の周方向Dcの一部が入り込む。
端静翼20aも、図5に示すように、径方向Drに延びる翼体21と、翼体21の径方向内側に設けられている内側シュラウド22aと、翼体21の径方向外側に設けられている外側シュラウド32aと、を有している。
但し、端静翼20aの内側シュラウド22a及び外側シュラウド32aは、端間静翼20bの内側シュラウド22a及び外側シュラウド32aと多少異なっている。
端静翼20aの外側シュラウド32aは、端間静翼20bの外側シュラウド32の構成に加えて、さらに、その上流側脚部34の径方向外側端から下流側に延びる上流側フランジ部38と、その下流側脚部36の径方向外側端から上流側に延びる下流側フランジ部39と、を有している。上流側フランジ部38及び下流側フランジ部39は、いずれも、バンド溝31内に入り込んだバンド50の径方向外側面と対向し、端静翼20aに対してバンド溝31内に入り込んだバンド50を径方向外側へ相対移動不能に拘束する役目を担っている。
また、端静翼20aの外側シュラウド32aにおけるバンド溝31には、径方向外側から径方向内側に凹む円柱状のピン穴31hが形成されている。
端静翼20aの内側シュラウド22aは、図5~図7に示すように、端間静翼20bの内側シュラウド22の構成に加えて、その上流側リップ部25aにピン溝29が形成されている。このピン溝29は、上流側リップ部25aの一部が上流側から下流側に向かって切り欠かれて形成されている。このピン溝29は、周方向Dcで互いに対向する一対の平坦な溝側面29aで画定されている。
バンド50は、図3~図5に示すように、周方向Dcに延びる矩形状の板である。このバンド50は、外側シュラウド32,32aのバンド溝31に入り込めるよう、その軸方向Daの幅がバンド溝31の軸方向Daの幅に対応している。また、このバンド50の周方向Dcの長さは、静翼セグメント11を構成する複数の静翼20が周方向Dcに並んでいる状態で、各静翼20のバンド溝31の周方向Dcの合計長さに対応している。
このバンド50の周方向Dcにおける両端側には、径方向Drに貫通した円柱状のピン挿通孔51が形成されている。ピン挿通孔51の周方向Dc及び軸方向Daの位置は、静翼セグメント11を構成する複数の静翼20が周方向Dcに並び、バンド50が各静翼20のバンド溝31に入り込んでいる状態で、このバンド50中で、端静翼20aのピン穴31hに対応する位置である。
ホルダ40は、周方向Dcに延びるシール保持部43と、シール保持部43の上流側縁に沿って形成され径方向外側に延びる上流側脚部44と、上流側脚部44の径方向外側端から下流側に延びて内側シュラウド22,22aの上流側係合溝28uに入り込む上流側フランジ部45と、シール保持部43の下流側縁に沿って形成され径方向外側に延びる下流側脚部46と、下流側脚部46の径方向外側端から上流側に延びて内側シュラウド22,22aの下流側係合溝28dに入り込む下流側フランジ部47と、を有している。シール保持部43の径方向内側には、圧縮機ロータ2のロータ軸3(図1)との間をシールするシール装置48が設けられている。上流側脚部44と下流側脚部46との間は、径方向内側に凹み、周方向Dcに延びるシュラウド収納溝41を形成している。このシュラウド収納溝41の溝底部は、シール保持部43により形成されている。このシュラウド収納溝41には、静翼セグメント11を構成する複数の静翼20が周方向Dcに並んでいる状態で、各静翼20の内側シュラウド22,22aの上流側脚部24、上流側リップ部25,25a、下流側脚部26、及び下流側リップ部27が入り込む。
ホルダ40の上流側フランジ部45、上流側脚部44及びシール保持部43の周方向Dcの両端側であって上流側の面には、図6、図8及び図9に示すように、下流側に凹むフランジ収納凹部49が形成されている。このホルダ40の上流側脚部44には、さらに、このフランジ収納凹部49の底面から下流側に貫通する円柱形状のピン挿通孔49hが形成されている。ピン挿通孔49hの周方向Dc及び径方向Drの位置は、静翼セグメント11を構成する複数の静翼20が周方向Dcに並び、各静翼20の内側シュラウド22,22aの上流側脚部24や下流側脚部26等が入り込んでいる状態で、端静翼20aのピン溝29に対応する位置である。
本実施形態の静翼セグメント11は、さらに、図3及び図5に示すように、バンド50に対して端静翼20aの周方向Dcへの移動を拘束するバンドピン55と、ホルダ40に対して端静翼20aの周方向Dcへの移動を拘束するホルダピン60と、を備えている。
バンドピン55は、バンド50のピン挿通孔51に挿通可能な挿通部と、端静翼20aのピン穴31hに入り込む穴挿入部とを有する。このバンドピン55は、挿通部がバンド50のピン挿通孔51に挿通され、穴挿入部が端静翼20aのピン穴31hに入り込んでいる状態で、例えば、ピン挿通孔51から径方向外側に突出している部分がバンド50に隅肉溶接され、ピン挿通孔51からの抜け止めがなされる。
ホルダピン60は、図6~図9に示すように、ピン軸Apを中心として円柱状を成しホルダ40のピン挿通孔49hに挿通される挿通部61と、ピン軸方向における挿通部61の両端のうちの一端に形成され、端静翼20aのピン溝29に入り込む溝挿入部62と、挿通部61の両端のうちの他端に形成され、ピン軸Apに対して垂直な方向の寸法が円柱状のピン挿通孔49hの内径寸法より大きなフランジ部63と、を有する。
ホルダピン60の円柱状の挿通部61の外径寸法と、この挿通部61が挿通されるホルダ40のピン挿通孔49hの内径寸法は、嵌め合い寸法の関係、より詳細には中間嵌めの寸法の関係になっている。このため、ホルダピン60の円柱状の挿通部61がホルダ40のピン挿通孔49hに挿通されると、挿通部61の外周面の全周がピン挿通孔49hの内面にほぼ密着する。
ホルダピン60の溝挿入部62には、ピン軸Apに対して垂直な方向で互いに相対する方向を向いている一対の平坦な溝接触面62aが形成されている。溝挿入部62がホルダ40のピン溝29に入り込んだ際、一対の溝接触面62aの一方の溝接触面62aは一対の溝側面29aの一方の溝側面29aに面接触し、一対の溝接触面62aの他方の溝接触面62aは一対の溝側面29aの他方の溝側面29aに面接触する。
フランジ部63には、ピン軸Ap及び溝接触面62aに対して垂直な方向に広がり、互いに相対する方向を向いている一対の平坦な第一側面63aと、一対の第一側面63aのそれぞれにつながっている第二側面63bとが形成されている。フランジ部63は、一対の第一側面63aと同様、一対の第二側面63bを有する。一対の第二側面63bのうち、一方の第二側面63bは、一対の第一側面63aの一方側の端相互をつなぐ。また、他方の第二側面63bは、一対の第一側面63aの他方側の端相互をつなぐ。一対の第二側面63bは、円弧状の曲面を成す。一対の第二側面63bの最大相互間隔寸法、及び一対の第一側面63aの相互間隔寸法は、いずれも、ホルダ40のピン挿通孔49hの内径寸法よりも大きい。また、一対の第二側面63bの最大相互間隔寸法は、一対の第一側面63aの相互間隔寸法よりも大きい。フランジ部63のピン軸方向の寸法である厚さ寸法は、ホルダ40のフランジ収納凹部49の深さ寸法と実質的に同じか、僅かに小さい。
このホルダピン60は、挿通部61がピン挿通孔49hに挿通され、溝挿入部62がピン溝29に入り込んでいる状態で、図9に示すように、ホルダピン60のフランジ部63における一対の第二側面63bがフランジ収納凹部49の底面に隅肉溶接され、ピン挿通孔49hからの抜け止めがなされる。
次に、以上で説明した静翼セグメント11の製造手順について説明する。
まず、以上で説明した複数の静翼20、ホルダ40、バンド50、ホルダピン60、バンドピン55を準備する。
次に、図4~図6に示すように、複数の静翼20の内側シュラウド22,22aをホルダ40に装着する。この際、まず、1つの端静翼20aの内側シュラウド22aをホルダ40に装着し、次に、この端静翼20aに周方向Dcで隣接する他の端間静翼20bの内側シュラウド22をホルダ40に装着する。その後、順次、周方向Dcで隣接する他の端間静翼20bの内側シュラウド22をホルダ40に装着する。最後に、残りの一つの端静翼20aの内側シュラウド22aをホルダ40に装着する。
静翼20の内側シュラウド22,22aをホルダ40に装着する際には、ホルダ40に対して内側シュラウド22,22aを周方向Dcに相対移動させて、ホルダ40のシュラウド収納溝41内に内側シュラウド22,22aの上流側脚部24、上流側リップ部25,25a、下流側脚部26、及び下流側リップ部27を入れる。
この結果、内側シュラウド22,22aのシュラウド本体23における径方向内側の面が、ホルダ40の上流側フランジ部45及び下流側フランジ部47における径方向外側の面と対向する。また、内側シュラウド22,22aの上流側リップ部25,25aにおける径方向外側の面が、ホルダ40の上流側フランジ部45における径方向内側の面と対向する。さらに、内側シュラウド22,22aの下流側リップ部27における径方向外側の面が、ホルダ40の下流側フランジ部47における径方向内側の面と対向する。このため、内側シュラウド22,22aは、ホルダ40に対して径方向Drに相対移動不能になる。また、内側シュラウド22,22aの上流側係合溝28uにおける溝底面がホルダ40の上流側フランジ部45における下流側端面と対向し、内側シュラウド22,22aの下流側係合溝28dにおける溝底面がホルダ40の下流側フランジ部47における上流側端面と対向する。このため、内側シュラウド22,22aは、ホルダ40に対して軸方向Daに相対移動不能になる。
すなわち、静翼20の内側シュラウド22,22aがホルダ40に装着されると、この静翼20は、ホルダ40に対して径方向Dr及び軸方向Daに相対移動不能になる。また、複数の静翼20の内側シュラウド22,22aがホルダ40に装着されると、複数の静翼20は、径方向Dr及び軸方向Daの相互の位置が一致して、周方向Dcに並ぶことになる。複数の静翼20が周方向Dcに並ぶと、各静翼20のバンド溝31が周方向Dcに連なった一つの溝が形成される。
次に、ホルダピン60の挿通部61をホルダ40のピン挿通孔49hに挿通させ、このホルダピン60の溝挿入部62を端静翼20aのピン溝29に入れる。この結果、端静翼20aは、ホルダ40に対して周方向Dcに相対移動不能になる。2つの端静翼20aがホルダ40に対して周方向Dcに相対移動不能になると、2つの端静翼20aの間に存在する複数の端間静翼20bもホルダ40に対して周方向Dcに相対移動になる。
次に、ホルダ40のピン挿通孔49hからのホルダピン60の抜け止めのため、図9を用いて前述した様に、ホルダピン60のフランジ部63における第二側面63bをホルダ40のフランジ収納凹部49における底面に隅肉溶接する。以上で、複数の静翼20のホルダ40への取付が完了する。
次に、各静翼20のバンド溝31が周方向Dcに連なった一つの溝に、バンド50を入れる。この際、各静翼20のバンド溝31に対して、バンド50を周方向Dcに相対移動させて、この各バンド溝31にバンド50を入れていく。そして、2つの端静翼20aのうちの1つの端静翼20aのピン穴31hとバンド50の一つのピン挿通孔51の位置とが一致し、残りの1つの端静翼20aのピン穴31hがバンド50の残りの一つのピン挿通孔51の位置が一致した時点で、バンド50がこの溝内に完全に収まったことになる。
バンド50が溝内に完全に収まると、図4及び図5に示すように、バンド50の上流側端面が、各静翼20の外側シュラウド32,32aの上流側脚部34における下流側の面に対向する。さらに、バンド50の下流側端面が、各静翼20の外側シュラウド32,32aの下流側脚部36における上流側の面に対向する。このため、各静翼20の外側シュラウド32,32aは、バンド50に対して軸方向Daに実質的に相対移動不能になる。
また、バンド50の径方向外側の面が各端静翼20aの上流側フランジ部38及び下流側フランジ部39における径方向内側面に対向する。このため、複数の静翼20の外側シュラウド32,32aに対して、バンド50は径方向Drに離れる側(径方向外側)に実質的に相対移動不能になる。言い換えると、バンド50に対して、複数の静翼20の外側シュラウド32,32aは、径方向Drに近づく側(径方向内側)に実質的に相対移動不能になる。
次に、バンドピン55の挿通部をバンド50のピン挿通孔51に挿通させ、このバンドピン55の穴挿入部を端静翼20aのピン穴31hに入れる。この結果、端静翼20aは、バンド50に対して周方向Dcに相対移動不能になる。2つの端静翼20aがバンド50に対して周方向Dcに相対移動不能になると、2つの端静翼20aの間に存在する複数の端間静翼20bもバンド50に対して周方向Dcに相対移動不能になる。
次に、バンド50のピン挿通孔51からのバンドピン55の抜け止めのため、バンドピン55中でピン挿通孔51から径方向外側に突出している部分をバンド50に隅肉溶接する。以上で、複数の静翼20のバンド50への取付が完了し、静翼セグメント11が完成する。
なお、以上では、ホルダピン60をホルダ40に溶接してから、各静翼20のバンド溝31にバンド50を入れている。しかしながら、各静翼20のバンド溝31にバンド50を入れてから、バンドピン55をバンド50に溶接する前後で、ホルダピン60をホルダ40に溶接してもよい。
次に、以上で説明した静翼セグメントの効果について説明する前に、ホルダピン60の比較例について、図10及び図11を用いて説明する。
比較例のホルダピン60xは、全体がピン軸Apを中心とした円柱形状である。このホルダピン60xの外径は、端静翼20aのピン溝29の溝幅とほぼ一致している。このホルダピン60xは、ホルダ40のピン挿通孔49hに挿通され、その第一端部62xが端静翼20aのピン溝29内に入る。この際、ホルダピン60xの第一端部62xとは反対側の第二端部63xがピン挿通孔49hから突出している。このホルダピン60xは、ピン挿通孔49hからの抜け止めのため、第二端部がホルダ40に点溶接又は隅肉溶接される。
比較例では、静翼セグメントを構成する静翼を修理するため、複数の静翼をホルダ40から外す場合に、図11に示すように、ホルダピン60xとホルダ40との溶接部分69を除去する。この際、ホルダピン60xの第二端部63xと共に、ホルダ40のピン挿通孔49hを含む部分を除去することになる。このため、静翼の修理後、静翼セグメントを組み立てる場合に、例えば、まず、静翼セグメントの分解時に除去したホルダ40のピン挿通孔49h周り部分に肉盛溶接等を施す。そして、肉盛溶接した部分を含め、ピン挿通孔49hの内周面をきれいに仕上げる。
このように、比較例のホルダピン60xでは、静翼の修理後、静翼セグメントの組立の際に、ホルダ40のピン挿通孔49hの補修作業が必要になり、組立の手間がかかる。
また、この比較例のホルダピン60xは、端静翼20aのピン溝29内に入り込む部分も円柱形状であるため、図10に示すように、ホルダピン60xとピン溝29の一対の平坦な溝側面29aとは、実質的に線接触になる。このため、ホルダピン60xは、端静翼20aからのせん断方向の荷重を、ホルダピン60x中で一対の溝側面29aと接する線を含む面の部分65xで受けることになる。
このため、比較例のホルダピン60xは、端静翼20aからのせん断方向の荷重に対する強度が低い。
次に、本実施形態の静翼セグメントの効果について説明する。
本実施形態のホルダピン60は、ホルダピン60の挿通部61の端にフランジ部63が形成されている。本実施形態では、図9を用いて前述したように、ホルダピン60のフランジ部63がホルダ40に隅肉溶接される。本実施形態でも、静翼セグメントを構成する静翼を修理するため、複数の静翼をホルダ40から外す場合には、図11に示すように、ホルダピン60とホルダ40との溶接部分69を除去する。但し、本実施形態では、隅肉溶接される部分がホルダ40のピン挿通孔49hから離れた位置であるため、除去する部分にピン挿通孔49hが含まれない。
このため、本実施形態では、静翼20の修理後、静翼セグメント11を組み立てる場合に、比較例のように、ピン挿通孔49hの補修作業を行う必要がなく、静翼セグメント11の組立作業の負担を軽減することができる。
また、本実施形態のホルダピン60は、端静翼20aのピン溝29内に入り込む溝挿入部62に、一対の平坦な溝接触面62aが形成され、この溝接触面62aがピン溝29の一対の平坦な溝側面29aと面接触する。このため、本実施形態のホルダピン60は、図12に示すように、端静翼20aから受けるせん断方向の荷重を、ホルダピン60中で一対の溝側面29aと接する面を含むほぼ直方体形状の部分65で受けることになる。
このため、本実施形態では、ホルダピン60中でピン溝29内に入り込む部分で、端静翼20aからのせん断方向の荷重を受ける部分65が比較例のホルダピン60よりも大きくなる。よって、本実施形態のホルダピン60は、ホルダピン60中でピン溝29内に入り込む部分のピン軸Apに対して垂直な断面積が比較例のホルダピン60xと同じであっても、比較例のホルダピン60xより、端静翼20aからのせん断方向の荷重に対する強度を高めることができる。
本実施形態における端静翼20aのピン溝29を画定する一対の溝側面29aは、周方向Dcに対して垂直な面である。本実施形態では、以上のように、端静翼20aからのせん断方向の荷重に対する強度を高めるために、端静翼20aのピン溝29内に入り込む溝挿入部62に、一対の平坦な溝接触面62aを形成し、この溝接触面62aをピン溝29の一対の平坦な溝側面29aに面接触させている。このため、本実施形態では、ピン溝29の溝側面29aが広がる方向とホルダピン60の溝接触面62aが広がる方向とが一致するように、ホルダピン60をホルダ40のピン挿通孔49hに挿通させる必要がある。
本実施形態のホルダピン60のフランジ部63には、ホルダピン60の溝接触面62aに対して垂直な方向に広がり、互いに相対する方向を向いている一対の平坦な第一側面63aが形成されている。よって、フランジ部63の一対の平坦な第一側面63aが径方向Drを向くようにして、ホルダピン60をピン挿通孔49h及びピン溝29に入れると、ピン溝29の溝側面29aが広がる方向とホルダピン60の溝接触面62aが広がる方向とが一致する。すなわち、ホルダピン60のフランジ部63における一対の平坦な第一側面63aは、このホルダピン60の一対の溝側面29aが広がる方向を定めるマークとなる。このため、本実施形態では、ホルダピン60の溝挿入部62を容易に端静翼20aのピン溝29に入れることができる。
前述したように、ホルダピン60の円柱状の挿通部61の外径寸法と、この挿通部61が挿通されるホルダ40のピン挿通孔49hの内径寸法は、嵌め合い寸法の関係になっている。このため、ホルダピン60の円柱状の挿通部61がホルダ40のピン挿通孔49hに挿通されると、挿通部61の外周面の全周が実質的にピン挿通孔49hの内面にほぼ密着する。このため、ピン軸Apの垂直な方向にホルダピン60をホルダ40に対して相対移動させようとする力のほぼすべてを、ホルダ40のピン挿通孔49hの内面で受けることができる。よって、ホルダピン60とホルダ40との溶接部分69には、ピン軸Apの垂直な方向にホルダピン60をホルダ40に対して相対移動させようとする力がほとんどかからない。したがって、本実施形態では、ホルダピン60とホルダ40との溶接部分69の損傷の抑えることができる。
また、本実施形態のホルダピン60中で、ホルダ40のピン挿通孔49hに挿通されないフランジ部63は、ホルダピン60の挿通方向に凹んでいるフランジ収納凹部49内に収まっており、ホルダ40の外面から突出していない。このため、本実施形態では、ホルダ40の外側を流れる空気の抵抗を減らすことができる。言い換えると、本実施形態では、圧縮機における風損を抑えることができる。
「変形例」
以上で説明した静翼セグメントの変形例について説明する。
以上で説明した静翼セグメントの変形例について説明する。
以上の実施形態では、バンドピン55の形状について特に説明していないが、このバンドピン55もホルダピン60と同様にフランジ部を設けてもよい。
以上の実施形態では、バンド50とバンドピン55で複数の静翼の外周側部分相互を連結したが、他の方法で複数の静翼の外周側部分相互を連結してもよい。
以上の実施形態では、圧縮機1の静翼セグメント11の例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タービン等、他の軸流流体機械の静翼セグメントに本発明を適用してもよい。
本発明の一態様によれば、拘束部材に対する静翼の移動を拘束するピンの抜け止めを行いつつも、組立作業の負担を軽減することができる。
1:圧縮機、2:圧縮機ロータ、4:動翼段、5:圧縮機ケーシング、6:燃焼器、7:タービン、10:静翼環、11:静翼セグメント、20:静翼、20a:端静翼、20b:端間静翼、21:翼体、22,22a:内側シュラウド、29:ピン溝、29a:溝側面、31:バンド溝、32,32a:外側シュラウド、40:ホルダ(内側拘束部材)、49:フランジ収納凹部、49h:ピン挿通孔、50:バンド(外側拘束部材)、55:バンドピン、60:ホルダピン、61:挿通部、62:溝挿入部、62a:溝接触面、63:フランジ部、63a:第一側面、63b:第二側面、69:溶接部分
Claims (9)
- 軸線を中心として環状を成す静翼環の一部を成す静翼セグメントにおいて、
前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、
複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向内側の部分に係合して、複数の前記静翼の径方向への移動を拘束する拘束部材と、
前記拘束部材に対して、複数の前記静翼のうちで前記周方向の両端に位置する端静翼の前記周方向の移動を拘束するピンと、
を備え、
前記拘束部材には、前記端静翼が係合する部分に、前記ピンが挿通される円柱状のピン挿通孔が形成され、
前記端静翼には、前記拘束部材の前記ピン挿通孔に挿通された前記ピンの先端部が入り込むピン溝が形成され、
前記ピンは、ピン軸を中心として円柱状を成し前記ピン挿通孔に挿通される挿通部と、前記挿通部の両端のうちの一端に形成され、前記ピン溝に入り込む溝挿入部と、前記挿通部の両端のうちの他端に形成され、前記ピン軸に対して垂直な方向の寸法が円柱状の前記ピン挿通孔の内径寸法より大きなフランジ部と、を有し、
前記ピンの前記挿通部が前記ピン挿通孔に挿通され、且つ前記ピンの前記溝挿入部が前記ピン溝に入っている状態で、前記ピンの前記フランジ部の少なくとも一部が前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分に溶接されている、
静翼セグメント。 - 請求項1に記載の静翼セグメントにおいて、
前記拘束部材には、前記ピン挿通孔に連通し前記拘束部材の表面から前記ピンが前記ピン挿通孔に挿通される挿通方向に凹み、前記フランジ部が収容可能なフランジ収納凹部が形成され、
前記フランジ収納凹部の底面が前記拘束部材の表面の一部として、前記ピンの前記フランジ部は前記底面に溶接されている、
静翼セグメント。 - 請求項1又は2に記載の静翼セグメントにおいて、
前記ピン溝は、前記周方向で互いに対向する一対の平坦な溝側面を有して画定され、
前記ピンの前記溝挿入部は、互いに相対する方向を向いている一対の平坦な溝接触面を有し、一対の前記溝接触面の一方の溝接触面が前記一対の溝側面の一方の溝側面に面接触し、一対の前記溝接触面の他方の溝接触面が前記一対の溝側面の他方の溝側面に面接触している、
静翼セグメント。 - 請求項3に記載の静翼セグメントにおいて、
前記ピンの前記フランジ部には、一対の前記溝接触面に対して垂直な方向に広がり、互いに相対する方向を向いている一対の平坦な第一側面が形成されている、
静翼セグメント。 - 請求項4に記載の静翼セグメントにおいて、
前記ピンの前記フランジ部には、一対の前記平坦な第一側面のそれぞれにつながっている第二側面が形成され、
前記フランジ部の前記第二側面が前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分に溶接されている、
静翼セグメント。 - 請求項1又は2に記載の静翼セグメントにおいて、
前記ピンの円柱状の前記挿通部の外径寸法と、前記拘束部材の円柱状の前記ピン挿通孔の内径寸法とは、嵌め合い寸法の関係である、
静翼セグメント。 - 請求項1又は2に記載の静翼セグメントにおいて、
前記ピンの前記フランジ部と前記拘束部材の表面であって前記ピン挿通孔の周りの部分との溶接は、隅肉溶接である、
静翼セグメント。 - 請求項1又は2に記載の静翼セグメントにおいて、
複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向内側の部分に係合する前記拘束部材としての内側拘束部材の他に、複数の前記静翼の前記軸線に対する径方向外側の部分に係合して、複数の前記静翼の前記径方向への移動を拘束する外側拘束部材を、備える、
静翼セグメント。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の静翼セグメントを複数有する前記静翼環と、
筒状を成し、前記静翼環が内周側に取り付けられているケーシングと、
前記ケーシング内で前記軸線を中心として回転するロータと、
を備えている軸流流体機械。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15896265 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15896265 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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