JP4279667B2 - ターボ機械ステータハウジング - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械用のハウジングに関する。

ハウジングは、ステータケーシングを形成する外側ジャケットに加えて、一般にフックに湾曲された支持部品を具備する。支持部品は、固定ベーンおよびブレードのセットを担持するリングへサポートを与える。これらのフックは、気体ストリームに近いところまでハウジングの構造物に延在し、したがって、ケーシングよりもかなり加熱される。フックの好ましくない位置は、この点で機械構造をかなり複雑にすることを犠牲にして、加熱から保護するために特別な予防措置を必要とする。フックが、それにもかかわらず早期の修復を必要とするので、そのような試みは、完全には成功することはない。

本発明は、より安価であり、製造が容易であり、より耐久力があり、むしろより簡略化された構造物を備え、熱に対するより少ない保護しか必要としない改良されたハウジングに関する。

本発明のより一般的な形態において、ケーシングと、ケーシングの内側表面にリング支持部品とを具備するステータハウジングであって、支持部品は、ケーシングとは別個であり、アセンブリ手段によってケーシングに結合され、かつ円弧部分にわたってだけ延在し、支持部品は、リングの少なくとも２つにサポートを与える両側に溝が設けられたフックを具備し、リングは、固定ブレードを担持するステータリングと交互になっている封止リングを備え、ステータリングは、径方向に外側側部に沿って延在する部分によって支持部品に結合されることを特徴とする。連続するハウジング構造物が使用されず、支持部品がケーシングに加えられることは、この限定から生じる。

この構造物の利点は、即座に理解される。ハウジングに加えらえるリング支持部品は、低いコストで別個に製造されることができ、自由に交換されることができ、かつハウジングとは異なる材料で作ることができる。これらの部品のいくつかは、少なくとも（フックと呼ばれ）ステータリングと隣接する封止リングとの両方を担持し、それによって、すべてのリングをハウジングに直接留めることを可能にし、これは、アセンブリの正確さと安定性を改良する。最後に、径方向外側部分によってステータリングを留めることは、フックを、気体ストリームから離すことを可能にし、したがって、加熱およびハウジングへ伝達する熱を減少することができる。

英国特許第２１１５４８７号明細書には、ハウジングに追加支持部品を備えた装置が記載されているが、これらの部品は、封止リングを担持するだけである。ステータリングは、重なり合い、封止リングによってサポートされる。このアセンブリは、ステータリング（実質的な空気力学的荷重を受ける）が、ハウジングによって支えられないため、ほとんど剛性がないという欠点を有し、かつ支持部品が、ステータリングを支える封止リング同様、気体ストリームのところまで、または気体ストリームの近くまで延在するため、熱膨張を受けやすい。

本発明は、図面に関連して下記により詳細に説明される。

図１の知られているタイプのステータには、外側ケーシング２およびフックを備えるハウジングが設けられ、フックの２つの主要なタイプが見られる。平らなフック３およびかかと状のフック４が、機械の軸に沿って交互になっている。すべてのフック３および４は、環状形であり、構造的な不連続性なしに、ウイング５によってケーシング２に結合される。フックは、交互になっているステータリング６および封止リング７を担持し、これらが一緒にハウジング用のライニングを形成し、機械の気体流れストリーム８から断熱する。これらのリング６および７は、隣接する構造物に対向する溝に収容された封止ラグによって結合された、並置されたリング円弧部分から構成される。

ステータリング６は固定ブレードを担持し、外側側部の前部および後部にフック１１および１２が設けられた基部プレート１０を具備する。封止リング７は、可動ブレード１４の端の前部に延在する被削性材料のライニング１３を担持し、外側フック１６および内側フック１７の前部で終端する基部プレート１５を具備する。これらのフック１６および１７は、フック４のかかと１８を囲みながら、上記フック４にステータリング６の後部フック１２を保持するように構成される。封止リング７の基部プレート１５は、後部で簡略なフック３を押圧し、このアセンブリが、基部プレート１０およびステータリング６の前部フック１１によって囲まれる。

そのようにして得られたアセンブリは、剛性であるが複雑である。このアセンブリは、フック３および４が、高温気体のストリーム８に直接露出されることなく、リング６および７の端によって覆われることを可能にする。しかし、特にリング６および７の円弧状領域の間に設けられることができるガスケットにもかかわらず、ハウジング１へ向かう熱い気体が漏れることが可能なままであるので、この保護は不十分である。実際にハウジング１は、機械の別の部分から引かれる冷却通気のストリームによって冷却されなければならず、その冷却通気のストリームは、ケーシング２と、フック３および４と、リング６および７とによって境界を定められたチャンバ内に吹き込まれる。

図２のハウジング２１は、前述と同様に、外側ケーシング２２と、機械に沿って交互になっている異なるタイプのフック２３および２４を具備し、これらのフックも、やはり交互になっているステータリング２６および封止リング２７を支持するように作用する。しかし、フック２３および２４は、円弧部分にわたってのみ延在し、環状形の列に分布され、各々がケーシング２２のそれぞれのほぞ穴２９を横断するほぞ２８を具備するという特徴を有する（図４も参照）。フック２３および２４をケーシング２２に固定することは、結合、溶接、またはボルト締めによって得られる。

ケーシング２２とフック２３および２４とは、別個の部品であるため、異なる材料で作ることが可能になる。フック２３および２４は、これまで不可能であった熱に対して良好な抵抗を有する合金であることができる（かつ、任意に、考慮中のフックの位置および周囲温度によって異なることができる）。ケーシング２２は、より安価で形成がより容易である、より普通の合金であってもよい。ケーシング２２とフック２３および２４とを別個に製造することによって提供される製造が非常に容易であることが、安価にするもう１つの要因であることに注目すべきである。

フック２３は、フック３に類似した簡略なフックである一方、フック２４は、かかと状のフック４とは異なっており、この場合、一対の両側の溝３０および３１を具備する。ステータリング２６の構成は、前述のリング６に類似し、封止リング２７の構成も同様である。フック４に取って代わるフック２４は、今や気体のストリーム８に露出されるが、９００℃を超える温度にはＭ５０９（ＫＣ２４ＮＷＴＺ）、またはそれよりも低い温度にはＲＥＮＥ７７（ＮＫ１５ＣＡＤＴ）等の熱に対して十分に抵抗がある材料で作ることができるため、今や不利なことではない。

この構成において、封止リング２７は、ステータリング２６に対して窪んでおり、すなわち、封止リング２７は、ステータリング２６へ延在しないが、外側ケーシング２２に近接していることも注目される。封止リング２７は、もはや気体流れストリームの周囲の境界を定めるようには作用せず、被削性材料３５の層を単に担持する。この被削性材料３５の層は、可動ブレード１４を囲む周囲リング３７外部に配列された環状形頂点３６とともにシールを形成する。周囲リング３７は、ステータリング２６に延在し、したがって、その断面が、図１の構成よりもかなり連続て変動するため、有利な方法で、気体流れのストリームの境界を真に定めるのは周囲リング３７である。この作用は、溝３０および３１とフック２４との間の径方向のレベルの差に帰すことができる。ストリームの良好な連続性もまた、以下の構成で達成された。すなわち、ステータリングおよび封止リングは重なり合うが、アセンブリがより複雑であり、可動ブレードは、結合に大いに寄与する周囲リングが無い。

外側ケーシング２２は、内側ジャケット３３と、内側ジャケット３３とケーシング２２との間のラギング３４とを具備するライニングによって保護されてもよい。内側ジャケット３３およびラギング２４は、フック２３および２４を通らせることができる切欠を作ることによって、容易に取付けられることができる。フック２３および２４は、連続する環を形成しないため、内側ジャケット３３およびラギング３４は単一部品のままであり、したがって、内側ジャケット３３が、たとえば封止リング２７を押圧することができるようなかなり可撓性のある金属シートであっても、いずれの特別な予防措置なしで、容易に設置され適所に保持されることができる。

ラギング３４は、通気システムとは異なり、フック２３および２４を冷却するには何ら寄与しない、熱に対する受動的な保護を提供する。しかし、より耐熱材料製のフックは、もはや冷却を必要としないことが多く、一方、ラギング３４は、フック２３および２４のまわりに容易に近接して形成することができ、熱い気体がケーシング２２へ向けて漏れるのを排除する。これは、内側ジャケット３３と同様に、リング２６および２７の円弧部分の接合部の前部に延在し、これからは省略されてもよい点に設置されたガスケットを補うというさらなる利点を提供する。リング２６および２７の円弧部分は、次いで隙間を空けて並置され、その縁部は、中間ジョイントを収容するための溝または他の手段を有さずに簡単であり、ストリームからの気体の漏れは、内側ジャケット３３まで許容することが可能である。

ラギング３４は、ケーシング２２に関する好適な保護手段であることが理解される。ラギング３４は、フック２３および２４の限定された冷却（後述のシステムによる）と両立するが、不十分である場合には、能動的な通気に頼ってもよい。内側ジャケット３３は、熱い気体の漏れを阻止し、かつ通気空気を、これとケーシング２２との間で今や空になっているスペース内に送るために存在する。

図３のハウジング３９の構成は、前述の構成とは実質的に異なり、両方のタイプのフックが、単一タイプのフック４０に取って代わられ、各フック４０が、ステータリング４１を支えるために、広がったありまたはＴ端を具備し、ステータリング４１にはその外側側部に互いに向って向けられた２つのフック４２および４３が設けられ、フック４０の端の広がった部分に係合する。これは、フック４０およびステータリング４１が、機械の同一の断面に位置決めされ、各ステータリング４１が、フック４０の単一の列によって支えられることを意味する。この解決方法は、前述の解決方法の半分のフックを具備し、封止リング７および２７は、封止リング４４に取って代わられる。封止リング４４は、フックを欠く基部プレート４５を備えてより広く、その端はフック４０の溝４６に嵌まる。前述の実施の形態と同様に、フック４０には、ハウジング３９の外側ケーシング４９の対応するほぞ穴４８を通って進む対のほぞ４７が設けられる。再度、ラギング５１が設けられた内側ジャケット５０を、ケーシング４９を断熱するように取り付けることができる。

ターボ機械において満たされなければならないことが多い１つの機能は、所定のスピードで機械効率を改良するように径方向隙間を導くことである。これは、知られている構成と同様に、ハウジング３９を囲む穴のあいた環状ランプ５２から構成される空気吹込装置を介して達成され、フック４０の列によって形成されるそのもっとも詰まった部分の前部に最良に配列される。ランプ５２には、各ランプに向けて分割されるフィーダ５３が提供され、吹き込まれた空気は、フック４０のほぞ４７へ向けて向けられあけられた穴５４を通ってランプ５２を出る。ハウジング３９の冷却は、多少なりとも、ハウジングの温度および対応する膨張の調整を可能にし、したがって、ブレード端部と、特にリング４４を具備する封止装置との間の隙間の調整を可能にする。吹き込まれた空気を出口へ向けて通すために、ハウジング３９を囲む金属のシート５５が加えられてもよい。ランプ５２を全体的に覆う場合には、装置の外観が改良される。

特に隙間を導くように構成されたこの装置は、空気をほぞ４７内に吹き込むことによってフック４０を直接通気し、かつ上を通る吹き込まれた空気でケーシング４９を直接通気するために、任意に使用されてもよい。この特定な実施の形態において、フックの列の数が減少されるため、限定された数のランプ５２が必要なだけである。類似の装置を図２の実施の形態に取り付けることができる。

先行技術の構成を例示する図である。 本発明の可能な実施形態を示す図である。 本発明の可能な実施形態を示す図である。 第１の実施形態の斜視図である。

Claims (8)

1. ケーシング（２２、４１）と、前記ケーシングの内側表面にリング（２６、２７、４１、４４）用の支持部品とを具備するステータハウジング（２１、３９）であって、支持部品（２４、４０）が、前記ケーシングとは別個であり、アセンブリ手段によって前記ケーシングに結合され、かつ円弧部分にわたってだけ延在し、前記支持部品が、前記リングの少なくとも２つにサポートを与えるフック（４０）を具備し、前記リングが、固定ブレードを担持するステータリングと交互になっている封止リングを備え、前記ステータリングが、径方向に外側側部にわたって延在する部分（４２、４３）によって、前記支持部品に結合され、前記支持部品が、広がった端を備えたフック（４０）であり、ステータリングが、支持部品の広がった部品と係合して、互いに向かって向けられた２つのフック（４２、４３）を設けられ、各支持部品が、ステータリングをサポートし、各ステータリングが、１つの環状形の列に配置される一群の支持部品によってサポートされ、封止リングが、前記支持部品の両側の溝（４６）に嵌まる端を有する、ステータハウジング。
2. 前記封止リングが、フックを欠く基部プレート（４５）を備える、請求項１に記載のステータハウジング。
3. 前記封止リングが、ステータリングに対して窪められている、請求項１に記載のステータハウジング。
4. 前記アセンブリ手段が、各支持部品用に１つ以上のほぞと、前記ケーシングに作られ前記ほぞ（４７）によって占有されるほぞ穴（４８）とを具備することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のステータハウジング。
5. 前記ほぞが、前記ケーシングを横断し、空気吹込システムが、環状形ランプ（５２）を介して前記ケーシングを囲み、前記ランプ（５２）が、ほぞ（４７）の前部に穴（５３）を開けられることを特徴とする、請求項４に記載のステータハウジング。
6. 前記支持部品およびケーシングが、異なる材料であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のステータハウジング。
7. 前記ケーシングの内部にジャケット（３３）を具備し、ジャケット（３３）が、スペースによってケーシングから分離され、かつ連続シートから形成され、前記支持部品が、前記連続シートを介してあけられた点を通ることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のステータハウジング。
8. ラギング（３４）が、前記スペースを満たすことを特徴とする、請求項７に記載のステータハウジング。

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