JP2011202600A - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】静翼に作用する振動応力を抑制できる回転機械の提供を目的とする。
【解決手段】外側シュラウド３と内側シュラウド４により保持される静翼を内包するケーシング１を備え、前記静翼は、前記ケーシング１の内周面に設けられた取付け溝に前記外側シュラウド３が嵌合されるとともに、前記内側シュラウド４の回転軸方向に垂直な面に周方向溝が形成され、該周方向溝に連結部材５を挿入して隣接翼の内側シュラウド４を連結するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスタービン，蒸気タービン，圧縮機等の回転機械の構成要素である静翼の固定構造に関する。

ガスタービン，蒸気タービン，圧縮機といった回転機械においては、その高圧側では圧力負荷が大きく、起動時に生じる不正規な圧力変動に起因する励振力により、翼に振動応力が作用する。従来は、静翼先端の内周側にシュラウドカバーを配置することで剛性を向上して、応力を低減する構造を採用することが一般的であった。

なお、特開平２−２４５４０３号公報には、内側及び外側シュラウドカバーの上面に溝を設け、矩形の連結棒を挿入する構造が記載されている。

特開平２−２４５４０３号公報

前述した特開平２−２４５４０３号公報の構造を用いることで、翼同士の摺動により翼の減衰率を向上させ、翼に生じる応力をある程度低減させることが可能と考えられる。しかしながら、今後は回転機械のさらなる大容量化により、例えばガスタービンでは空気風量が増加することが予想され、また性能向上のための高圧力比化により、圧力負荷および空気温度が増加することが予想される。このため、さらに振動応力を抑制できる静翼の固定構造が求められている。

本発明の目的は、静翼に作用する振動応力の更なる低減を可能とした回転機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の回転機械は、外側シュラウドと内側シュラウドにより保持される静翼を内包するケーシングを備えた回転機械において、前記静翼は、前記ケーシングの内周面に設けられた取付け溝に前記外側シュラウドが嵌合されるとともに、前記内側シュラウドの回転軸方向に垂直な面に周方向溝が形成され、該周方向溝に連結部材を挿入して隣接翼の内側シュラウドを連結することを特徴とする。

本発明によれば、静翼に作用する振動応力の更なる低減を可能とした回転機械を提供することが可能となる。

一般的な静翼構造を表す図である。 翼と一体に形成された内側シュラウドのガスタービン回転軸に垂直方向端部に周方向に連結部材を挿入した、本発明の実施例を示す図である。 翼にねじり変形が生じた時のシュラウド変形量を示す図である 翼と一体に形成された外側シュラウドのガスタービン回転軸に垂直方向端部に周方向に連結部材を挿入した、本発明の他の実施例を示す図である。 翼と一体に形成された外側シュラウドおよび内側シュラウドのガスタービン回転軸に垂直方向端部に周方向に連結部材を挿入した、本発明の他の実施例を示す図である。 内側シュラウド中央部に周方向に挿入された連結部材によって拘束された翼において、翼と一体に形成された外側シュラウドのガスタービン回転軸に垂直方向端部に周方向に連結部材を挿入した、本発明の他の実施例を示す図である。 外側シュラウド中央部に周方向に挿入された連結部材によって拘束された翼において、翼と一体に形成された内側シュラウドのガスタービン回転軸に垂直方向端部に周方向に連結部材を挿入した、本発明の実施例を示す図である。 翼と一体に形成された内側シュラウドのガスタービン回転軸に垂直方向端部のどちらか一方に周方向に連結部材を挿入した、本発明の実施例を示す図である。 外側シュラウドに挿入した連結部材がケーシング側に設けた溝と嵌合する様子を表した図である。

図１にタービンの静翼に関して、一般的な構造断面図を示す。タービンの静翼はケーシング１の内表面に設けられた円周状の取付け溝へ、翼２と一体に形成された外側シュラウド３を嵌合させ固定される。さらに翼先端である内周側には翼の剛性を向上し、発生応力を低減させることを目的として内側シュラウド４を設けることが一般的である。タービンの作動流体の流路は、ケーシング１及び外側シュラウド３と、内側シュラウド４によって形成される。なお、回転機械では静翼の後流側に図示しないロータに取付けられた動翼が配置される。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。

図２は、本発明の実施の形態１として、圧縮機静翼の固定構造を示す図である。図に示すように、翼２において翼と一体に形成された内側シュラウド４のガスタービンの回転軸方向に垂直な面であって、回転軸方向の上流側及び下流側の面に、周方向に連通する溝を有し、隣り合う複数翼を連結する連結部材５を挿入することで、静翼に作用する振動応力をシュラウドおよび連結部材の摩擦による減衰力で低減することを特徴としている。連結部材５の拘束方法としては、連結部材およびシュラウド部をスポット溶接によって固定する方法、連結部材に塑性変形を加え、かしめにより固定する方法、翼を熱して、部材を挿入する焼きばめ等が挙げられる。

ところで、実機使用環境において翼に生じる変形は、ねじり変形のような不規則な変形が多い。ねじり変形が翼に生じた場合、図３に示すようにシュラウド中央部変形による中心変形量６に比べ、シュラウド外周部変形による外側変形量７が大きくなる。本実施例の構造では、翼同士の摩擦に加え、連結部材５と翼の摩擦によって生じる減衰力が翼自身の減衰率を向上させ発生応力を低減している。そのため、変形量の大きくなるシュラウド外周に連結部材５を設けることで、より大きな応力低減効果が得られる。また、前述した特開平２−２４５４０３号公報のようなシュラウド中央部に溝を設けるよりも軸方向の拘束力が小さいため、前記ねじり変形および軸方向の変形に対する減衰力も高いと考えられる。

また、図２に示すように内側シュラウド４のみを拘束した場合、および図４に示すように外側シュラウド３のみを拘束した場合は、非拘束側のシュラウドでの摩擦の増大により減衰が向上することが予想されるが、タービンの使用環境や発生する振動モードによっては過剰な変形となる場合がある。この過剰な変形を抑制するには、図５に示すように内側シュラウド４および外側シュラウド３両方を拘束し、連結部材５による摩擦を主として減衰を向上させることが望ましい。

内側もしくは外側シュラウドどちらか一方にのみ連結部材５を挿入する場合、過剰な変形を抑え拘束側での減衰を向上させることを目的として図６および図７に示すようにシュラウド中央部に翼同士を連結する中央部連結部材８を設けても良い。また、径方向の変形が主となる場合、図８に示すように、内側シュラウド４における回転軸方向の端面（周方向に沿った端面）の上流側，下流側端面のどちらか一方のみを拘束することで、拘束側を支点に径方向への変位形が生じることから、減衰効果が向上すると考えられる。

また、図９に示すように外側シュラウド３に連結部材５が、ケーシング１に設けた溝と嵌合することで外側シュラウド側での減衰はさらに向上する。

シュラウド連結部材の材料として、インコネル材など高温高強度鋼を用いることで、高温での使用に十分耐えうる構造とすることが可能となる。

１ ケーシング
２ 翼
３ 外側シュラウド
４ 内側シュラウド
５ 連結部材
６ 中心変形量
７ 外側変形量
８ 中央部連結部材

Claims (6)

1. 外側シュラウドと内側シュラウドにより保持される静翼を内包するケーシングを備えた回転機械において、
   前記静翼は、前記ケーシングの内周面に設けられた取付け溝に前記外側シュラウドが嵌合されるとともに、前記内側シュラウドの回転軸方向に垂直な面に周方向溝が形成され、該周方向溝に連結部材を挿入して隣接翼の内側シュラウドを連結することを特徴とする回転機械。
2. 外側シュラウドと内側シュラウドにより保持される静翼を内包するケーシングを備えた回転機械において、
   前記静翼は、前記ケーシングの内周面に設けられた取付け溝に前記外側シュラウドが嵌合されるとともに、前記外側シュラウドの回転軸方向に垂直な面に周方向溝が形成され、該周方向溝に連結部材を挿入して隣接翼の外側シュラウドを連結することを特徴とする回転機械。
3. 外側シュラウドと内側シュラウドにより保持される静翼を内包するケーシングを備えた回転機械において、
   前記静翼は、前記ケーシングの内周面に設けられた取付け溝に前記外側シュラウドが嵌合されるとともに、前記内側シュラウド及び外側シュラウドの回転軸方向に垂直な面に周方向溝が形成され、該周方向溝に連結部材を挿入して隣接翼の内側シュラウド及び外側シュラウド同士を連結することを特徴とする回転機械。
4. 請求項１または２に記載の回転機械において、
   前記連結部材は、前記内側シュラウドまたは外側シュラウドの回転軸方向に垂直な面であって、上流側又は下流側の何れか一方の面に形成された周方向溝に挿入されることを特徴とする回転機械。
5. 請求項２または３に記載の回転機械において、
   前記外側シュラウドに挿入した連結部材の一部が、前記ケーシングに設けた取付け溝と嵌合構造となることを特徴とする回転機械。
6. 請求項１，２，３に記載の回転機械において、
   前記連結部材の材料としてインコネル材を用いたことを特徴とする回転機械。

Images