JP4248785B2 - ガスタービン固定子の径を調節するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明の分野は、ガスタービン固定子の径（ｄｉａｍｅｔｅｒ）を調節するための装置である。
【０００２】
現在、ガスタービンには、固定子と動翼の可動端との間に存在する遊びを可能な最小の値に低減するために、固定子内径の調節装置を含むものがある。この径調節を行うために使用される一般的な装置は、圧縮機で発生するより新鮮なガスの一部を取り込み、それを固定子を通して送り込み、動翼の前に延びる固定子駆動リング上に吹き付けることにある。このことにより、固定子換気と呼ばれる、固定子の径を換気ガスの温度および流れに従って修正することを実施することが可能となる。一般には、ガスのブリーディング（抽気）は二系統である。１つの源は、必要なときにケーシングを膨張させることを可能にする固定流を有する高温源（ホットソース）として知られ、別の源は、ケーシングを収縮させることを可能にする可変かつ制御された流れを有する低温源（コールドソース）として知られる。
【０００３】
高温源換気ガスの経路は、固定子内の換気すべきリングと、それを囲むケーシングとの間の容積（ボリューム）を使用する。リングをケーシングにリンクするスペーサは、具体的には経路の容積をチャンバに分割するある横壁を含み、したがってそれを通じて、換気ガスが流れることが可能となるように、ある連通を生み出すことが必要である。そのような連通手段の数多くの例が従来技術で提案されてきたが、良好な換気を保証することは簡単なことではないことを認めなければならない。連続するリング間だけではなく、各リングの表面上にも十分にガスが分布しなければならず、さもなければ、リング周囲の周りの換気強度および熱膨張の違いが、リングの起伏を生じ、したがって動翼端にガス逃し領域を残すことになるからである。その上、スペーサを通じて配置する開口は、リングを弱め、強い機械的応力を受ける機械の部分に関しては危険な結果をもたらす。応力は、これらの開口の周囲に集中するからである。
【０００４】
したがって本発明の目的は、このガスタービン固定子装置の内部は分割されるが、調節の対象となる固定子のリング上に換気ガスを吹き付けることを可能とする開口を備え、開口は、穿孔する構造要素を過度に弱めることなく、リング周囲の非常に一定な換気を生じるように設計され、ガスタービン固定子装置を提案することである。
【０００５】
本発明の最も一般的な形態は、ガスタービン固定子の径を調節するための装置に関し、その固定子は、ケーシングと、流れるガスの管路と接し、回転子の可動翼のそれぞれのレベルの前方に位置するいくつかのリングとを備え、リングは、ケーシングによって取り囲まれ、円形のスペーサによってケーシングに固定され、各リングは、ケーシングからリングのうちの１つに延び、２つのチャンバを分離する横壁を含み、壁は、スペーサのフック内に湾曲し、ケーシングの主部分と、スペーサの前記フックに関連するケーシングのフック内に湾曲するそれぞれの付属物との間を係合する外部縁を含み、チャンバ間に存在する、圧力下のガスのいくつかの連通経路を備え、連通経路のうちの少なくとも１つが、スペーサの１つのフックと、関連するケーシングの１つのフックとからなるフックの接合部を通して提供される空洞によって実施される。
【０００６】
スペーサのフックおよびケーシングのフックは、これらの構造の付属物または端部であるので、中程度の応力を受け、したがってそれらを貫通する開口の形成により、許容される応力のレベルが生成される。好ましくは、本明細書で提案するチャンバ間の連通手段は、スペーサの各フックを通って作られた縦方向ノッチと、ケーシングのそれぞれのフックの下に位置し、スペーサのフックの外側に位置する円形空間と、縦方向ノッチと前述のチャンバ中の開口との間のスペーサのフック中に形成される径方向ノッチとを含む。
【０００７】
この装置の２つの主要な設計を提案する。すなわち、径方向ノッチが、ケーシングのフックを超えて延びるのに十分なだけ深くえぐられるか、または径方向ノッチが、後に穿孔が続く収束部分を含むかのいずれかである。この後者の付属物は、（径方向ノッチまたは穿孔の取り込み部分による）換気の流れのキャリブレーションと、（穿孔の固定部分を通過した後の）流れの下流側のチャンバ中のガスの静粛化（ｃａｌｍｉｎｇ）とを、容易にするのに役立つ。
【０００８】
本発明のある具体的な実施形態を示すための添付の図を用いて、本発明の他の特徴を説明する。
【０００９】
図１は、図２のいくつかの囲み要素を含む、ガスタービンの固定子１の部分断面を示す。固定子１は、外側にケーシング２と、ガス流の管路（ｖｅｉｎ）７内に、回転子６の可動翼５の反対レベルに来る囲みリング３とを含み、リング３は、管路７に沿って固定翼９を支持する他のリング８と互い違いになる。ガスタービンは、いくつかの連続するリング３および８を含むが、各種類の１つだけを図１および２の部分断面上に示し、ここでは本発明をリング３のみに適用する。
【００１０】
スペーサ１０は、リング３をケーシング１に連結する。一般に、以下に詳細に説明する一対のフックのアセンブリからなる接合部は、スペーサ１０を固定子１に前方および後方で連結しており、それらの参照番号は、それぞれ１１、１２、１３、および１４である。ガスタービンの動作中、リング３と可動翼５との間の遊びを低減することが必要である。ガスタービンの圧縮機の上流側で発生するより新鮮なガスを、可動翼５の反対の面上にリング３の外部に吹き付けるように取出口が付けられている（タップされている）。スペーサ１０は、接合部１１と１３との間の前方の横壁１５と、接合部１２と１４との間の後方の横壁１６と、この２つの横壁を接続する中間横壁１７とを含み、接合部１３と１２との間に斜めに、目立つように配置されるので、ケーシング２を通過するが、リング３および８を迂回する換気ガスは、まず壁１５の前方の第一チャンバ１８を通過し、次いで壁１５と中間壁１７との間の中間チャンバ１９を通過し、最後に中間壁１７とリング３との間の下流側チャンバ２０を通過する。この下流側チャンバ２０をさらに後方壁１６によって区切り、穿孔を備えるふた、またはより一般的には、いくつかのこれらのふたからなる１つのボックス２１によって分割する。これは換気の均等化に寄与するものとして従来技術ですでに説明されている（例えば米国特許第５２７３３９６号）。後方壁１６は、換気のチャンバ１８、１９、および２０の外側の壁である。換気の流れがそこで止まり、別の雰囲気がそこから始まるからである。
【００１１】
圧縮機からのガスをチャンバ１８、１９、次いで２０を通って流れることを可能にする連通は、本発明に従って、主に接合部１１および１２を通ってケーシング２に配置されるいくつかの開口を含む。以下の説明を、図３を参照して読まれたい。
【００１２】
接合部１１は、下流側（または後方）に湾曲しスペーサのフック２６を形成する前方壁１５の縁部と、上流側に（または前方に向かって）湾曲しケーシングの１つのフック２７を与えるケーシング２に関連する１つの付属物とからなる。同様に、後方壁１６および中間壁１７は、後方の共通面上で終端し、別のスペーサのフック２８を形成し、ケーシング２に関連する付属物も前方に曲がり、別のケーシングのフック２９を与える。スペーサのフック２６および２８は、外側のケーシング２と内側のケーシングのフック２７および２９との間にそれぞれ挿入される。
【００１３】
前方に位置するスペーサのフック２６は、連続的または完全な構造ではなく、その周囲に一定に分布し、それをまっすぐにその外面に貫通して作られ、したがってチャンバ上流側１８から、スペーサのフック２６の端部とケーシングのフック２７の底部との間の範囲の環状空間３１まで延びる、縦方向かつ平行なノッチ３０を有する。スペーサのフック２６も、平行な径方向ノッチ２でノッチし、より短い距離の縦方向ノッチ３０でスペーサのフック２６の周囲に渡って分布し、これらの径方向ノッチ３２は、ケーシング２７のフック１５の端部を超えて延びるのに十分な深さを有する。スペーサのフック２６および２８の端部とケーシング２７および２９のフックの底部との間に配置された空間３１および３４は、スペーサ２６および２８のフックの外面上のケーシングのフック２７および２９の側にさねはぎ（ｒａｂｂｅｔ）５０（図３に示す）を提供し、かつ縦方向ノッチ３０および３３を延ばすことによって、その経路区間が増加すれば、改善されることになる。さねはぎ５０は、いくつかの利点を有する。すなわち、スペーサとケーシングとの間の接触表面を低減し、したがって伝導によるケーシング過熱を低減すること、製造のばらつきが、さねはぎ５０についての方がケーシングのフックの溝の底部についてよりも低いので、周囲で循環する空気の流れ区間をより良好に制御すること、したがって空気流の周速度および対流交換係数をより良好に制御すること、ケーシング１上の対流熱伝導表面がより大きくなり、したがって熱の流れおよびその均一性に渡ってより良好に制御することである。
【００１４】
熱交換は、空間３１および３４内で生じる。空間３１および３４は、ガスによって湿ったケーシング１の表面、空気流の周方向の速度、縦方向ノッチ３０および３３の数、したがって周方向経路の長さによって規制される。
【００１５】
したがって、チャンバ１８と１９との間の連通が確立され、換気ガスは、縦方向ノッチ３０を通って、次いでガスがそこで分散する空間３１を通り、最後に径方向ノッチ３２を通って流れる。
【００１６】
構造を弱め、応力を集中させるノッチ３０および３２を、接合部１１のフック上、すなわち高い応力集中を生じる可能性の低い縁部の部分上にのみ確立する。空間３１を通る流れの分散の移動は、機械の周囲上のガスの流れ、したがって換気効果を規制することに寄与する。流れを受ける方向の変更により、換気の効果性の点で有益な、負荷の欠損となる。最後に、ガスは、リング３に向かう中心方向に排出される。
【００１７】
ノッチはスペーサのフック２６を通してのみ作られるが、径方向ノッチをケーシングのフック２７に形成した場合、同様の適切な結果を得る可能性が高いことは、この時点で明らかであろう。
【００１８】
同様に、チャンバ１９と２０との間のある連通を確立することもできる。フック２６のノッチ３０に類似の縦方向ノッチ３３を、まず後方に位置するスペーサのフック２８内に作り、スペーサのフック２８の端部と、ケーシングのフック２９の底部との間の空間に類似の空間３４を提供する。換気ガスは、この空間３４中で縦方向ノッチ３３の間に形成する径方向ノッチ３５に向かって排出する。しかし、換気ガスは、下流側チャンバ２０に直接には連通せず、各径方向ノッチ３５に対して可変な数の穿孔３６と連通する。穿孔３６は、壁１６および１７の接合部でのスペーサ１０の材料を貫通することによって、チャンバ２０に向かって延びる。この装置により、以前のアセンブリ１１と同じ特徴および利点が提供され、穿孔３６は、換気ガスを必要に応じてリング３の方向に向ける強い中心方向構成要素と斜めの方向に向く。ノッチ３３は、依然としてそれを空間３４に向かって引き延ばすさねはぎ５０中に開く。ガスは、リング３の表皮を貫通して管路７中に提供する構造の逃げおよび放出チャネル５１とを通ってその周囲を排出する前であっても、ボックス２１を通ってより大きい一定性を有してリング３を換気する。後方壁１６の後ろで、後方壁１６に向かって位置するケーシングのフック２９の端部によって形成されるストップにより、３１および３４中に空間が確立されることが保証されることになり、すぐ上流側に位置するリング８は、外部前方接合位置１３で前方壁１５に対して押すことによって、この押しを強化する。フック２９の溝中に配置し、後方壁１６によって圧縮する接合部３７により、接合部１２の下流側シーリングが保証される。このジョイントの区間は、一列に配置される３つのローブからなり、このためこのジョイントはオメガジョイントと呼ばれる。隣接するジョイント３７とフック２９との間のシーリングを後方壁１６に対するケーシングのフックの平面押し５２によって二重にし、中断のないシーリングの１つのラインを形成する。径方向ノッチ３５、穿孔３６、４２、および４３を、このシーリングのラインを中断しないように設計し、空間３４をジョイント３７のチャンバと連通するように形成する。図８および９の配置により、同様の結果を得ることが可能となる。すなわち、図８では、径方向ノッチ５３（３５ではなく）が、後方壁１６の部分５４上の座ぐり中に延び、穿孔３６へのアクセスを提供し、平面押し５２を除去することなく、平面押し５２の幅を減少させる。図９では、ノッチ５５（３５または５３ではなく）が、スペーサのフック２８の前方内の、スペーサのフック２９の前方にのみ延び、したがってガス経路を空洞３４中に延長する。他の取り付けも可能である。後方壁１６のくぼみ部分５４により、穿孔中への空気取り入れが容易になる。
【００１９】
ボックス２１は、多数の穿孔を有する単純な衝撃シートでよい。ボックス２１は、リングまたはスペーサのいずれかに固定することができる。図１の技術の受け入れられる実施に従って、ボックス２１をリング３の縁部３８および３９に取り付ける。換気ガスの有利な方向により、図４に示すように、壁１５および１６上に位置するスペーサ１０の縁部４０および４１によってボックス２１を支持することによって、ボックス２１をチャンバ２０中へのガス取り入れにより近づけることが可能となる。
【００２０】
図に示す穿孔３６は一定の区間を有した。多段穿孔４２などの下流側チャンバ２０に向かって増加する区間を有するか、または図５のように径が突然変動し、その中にノズル穿孔４３を有するか、または図６のように半径が漸進的に変動する散（末広）穿孔によって、穿孔３６を置換することができる。これらの穿孔４２および４３は、穿孔３６と同様に位置することになるが、取り入れのサイズおよび放出径により、（より小さい取り入れ径のために）換気ガス取り入れのキャリブレーションと、（より大きい放出径のために）チャンバ２０取り入れで生成される静寂性効果と同時に動作することが可能となることになり、ボックス２１の供給が向上することになる。
【００２１】
本発明は、チャンバ１８とチャンバ２０との間にスペーサ１０の材料を貫通して提供し、横壁１５と１７との接合部に配置する図７の穿孔４４などの、チャンバ間のより一般的な連通手段と組み合わせることもできる。次いで本発明により、穿孔４４の必要な数を減じながら、穿孔４４によって生じる機械的弱化効果を緩和することが可能となる。
【００２２】
図２より、低温源を形成する別のガス換気回路網の分散チャンバ４６がその前方または間に配置される外部リブ４５を、固定子は備えることができることがわかる。これらの分散チャンバ４６は、ガスの換気のために使用する供給パイプ４７に接続される。分散チャンバ４６は、ガスをそこに到達させるために、リブ４５の前方に吹き付け穴を有する。実際にはしばしば、第１の流れ部分のさらに上流側に位置する圧縮機の部分から第２の換気ガス流をタップすることになり、その結果、この第２の流れのガスがより新鮮になることになる。次いでリング３の径の調節は、優れた精度を提供する両方の換気流の調節を組み合わせからなることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に装備されたスペーサおよびその対合部を示す図である。
【図２】 換気スペーサの同じ実施形態と共に、任意選択の第２の空気換気システムの存在を示す図である。
【図３】 スペーサのフックを示す図である。
【図４】 換気を補助または促進する穿孔を形成する手段を示す図である。
【図５】 換気を補助または促進する穿孔を形成する他の手段を示す図である。
【図６】 換気を補助または促進する穿孔を形成する更に他の手段を示す図である。
【図７】 換気を補助または促進する穿孔を形成する更に他の手段を示す図である。
【図８】 換気を補助または促進する穿孔を形成する更に他の手段を示す図である。
【図９】 換気を補助または促進する穿孔を形成する更に他の手段を示す図である。

Claims (12)

1. ガスタービン固定子（１）の径を調節するための装置であって、固定子が、１つのケーシング（２）と、ガス流の管路（７）に接し、回転子（５）の可動翼のそれぞれの段に近接して位置するリング（３）とを備え、リング（３）が、ケーシング（２）によって取り囲まれ、スペーサ（１０）の円形のグループによってケーシング上に固定され、それぞれが、ケーシングからリングのうちの１つに延び、２つのチャンバ（１８、１９；１９、２０）を分離する壁（１５、１７）を少なくとも含み、該壁はその外縁部に、ケーシング（２）の主部分と該主部分に結合されたケーシングの湾曲したフック（２７、２９）との間にそれぞれ係合されるスペーサの湾曲したフック（２６、２８）を含み、前記壁はまた、圧力下の、チャンバ間に存在する、迂回ガス流の連通通路を含み、該連通通路のうちの少なくとも１つが、スペーサの１つのフックとこれに関連するケーシングのフックとからなるフックの接合部を通して提供される空洞（３０、３２、３３、３５、３６、４２、４３）によって実現される、ガスタービン固定子（１）の径を調節するための装置。
2. 前述の連通が、スペーサのフックのうちの１つを通って作られた複数の縦方向ノッチ（３０）と、ケーシングのフックに覆われてスペーサのフックの後方に位置する環状空間（３１）と、縦方向ノッチ（３０）の間に位置してスペーサのフックに形成され、前述のチャンバのうちの１つに開口する径方向ノッチ（３２）からなる請求項１に記載の装置。
3. 径方向ノッチ（３２）が、ケーシングのフックを超えて延びるのに十分なだけ深くえぐられている請求項２に記載の装置。
4. 径方向ノッチ（３５）の後に、穿孔（３６、４２、４３）が続く請求項２に記載の装置。
5. 多数の穿孔（３６、４２、４３）が、径方向ノッチ（３５）に開口している請求項４に記載の装置。
6. 穿孔（４２、４３）が、径方向ノッチ（３５）から開始する発散区間を有する請求項４に記載の装置。
7. チャンバ内に位置し、より一定の圧力下でガス流を分散させるようにむらなく穿孔された、固定子のリングを覆うふた（２１）が、スペーサに固定される請求項１に記載の装置。
8. 第２のガス流をケーシング（２）の外部リブ（４５）上に吹き付ける装置（４６、４７、４８）をさらに含み、ガス流が異なる温度である請求項１に記載の装置。
9. フックの接合部を通るくぼみを迂回するように、壁のうちの１つ（１５）を貫通する穿孔によって、下流側に位置するチャンバのうちの１つ（２０）が直接供給を受けることをさらに含む請求項１に記載の装置。
10. さねはぎ（５０）が、縦方向ノッチ（３０）を引き延ばして、スペーサのフックのうちの１つを通って作られている請求項２に記載の装置。
11. ケーシングのフックのうちの１つ（２９）が、チャンバのシール（３７）に隣接し、スペーサの壁のうちの１つ（１６）と共にシーリング（５２）の連続的なラインを形成し、前述の壁（１６）が、チャンバの外部壁である請求項１に記載の装置。
12. 径方向ノッチ（５３、５５）が、壁のうちの１つ（１６）の部分（５４）に延びる請求項２に記載の装置。

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