JP6229837B2

JP6229837B2 - 静翼セグメント、及びこれを備えている軸流流体機械

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Publication number: JP6229837B2
Application number: JP2013265682A
Authority: JP
Inventors: 拓郎橋本; 邦彦脇; 謙一荒瀬
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015121158A

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Ｄｃ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Ｄｃ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。

特開２００７−１９８２９３号公報（図２）実開平０５−０００９０３号公報（図３）

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に係る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、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、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。
また、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。
さらに、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。

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、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ホルダ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。

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。

本発明では、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

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部切欠側面図である。本発明に係る一実施形態における静翼環の正面図である。本発明に係る一実施形態における静翼セグメントの斜視図である。図３におけるIＶ−IＶ線断面図である。図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。本発明に係る一実施形態における静翼セグメントの要部分解斜視図である。本発明に係る一実施形態におけるホルダピンの斜視図である。本発明に係る一実施形態における静翼セグメントのホルダピン周りの断面図である。図８におけるIＸ−IＸ線断面図である。比較例のホルダピンで荷重がかかる部分を示す説明図である。比較例のホルダピンの取外しを示す説明図である。本発明に係る一実施形態におけるホルダピンで荷重がかかる部分を示す説明図である。本発明に係る一実施形態におけるホルダピンの取外しを示す説明図である。

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。

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

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、
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、
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から３のいずれか一項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から４のいずれか一項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から５のいずれか一項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６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。