JP6534513B2 - ターボ機械 - Google Patents

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Description

本発明は請求項1のおいて書き部に記載のターボ機械、特にガスタービンに関する。
例えばガスタービンなどのターボ機械が、複数のステータ側の構成グループと、複数のロータ側の構成グループを有していることは、実践から十分に知られている。ターボ機械のステータ側の構成グループにはステータ側のハウジングが属しており、当該ステータ側のハウジングには、複数のステータ側のガイド翼が、軸方向に離間されたガイド翼リングを形成しながら、複数のステータ側のガイド翼支持体を介して固定されている。すなわちステータ側のガイド翼支持体はハウジングに固定されており、ガイド翼はガイド翼支持体に固定されているとともに、当該ガイド翼支持体を介してハウジングに固定されている。ターボ機械のロータ側の構成グループには、ロータ側の動翼が属しており、当該動翼はロータ基体に固定されている。
実践から知られているターボ機械において、個々のガイド翼支持体は単独で、別個のフランジ接続を介して、対応するハウジングのフランジと結合されている。特に、ターボ機械がコンパクトな構成型式で提供されるべきである場合、そのためにフランジを軸方向および径方向において緊密に階層化することが必要である。さらにフランジを加工することは経費がかかる。
上記の点に鑑み、本発明は新式のターボ機械を創出することを課題とする。
上記の課題は請求項1に記載のターボ機械によって解決される。本発明によれば、それぞれ少なくとも二つのガイド翼支持体が共に、ハウジングのフランジに固定され、かつセンタリングされている。
本発明により、それぞれ少なくとも二つのガイド翼支持体を共に、ターボ機械のステータ側のハウジングのフランジに固定し、かつセンタリングすることが提案される。これにより必要とされるハウジングのフランジの数が低減され得る。それにより、ハウジングにおける加工経費が減少する。さらにガイド翼支持体の固定とセンタリングを行うために必要とされる要素の数が低減され得る。ターボ機械がコンパクトな構成型式で提供されるべきである場合、ハウジングのフランジの数が減少することにより、構成空間上の有利点が生じる。
ガイド翼支持体は好適に、ハウジングの個々のフランジに複数の結合要素を用いて固定されている。当該結合要素は、ガイド翼支持体のフランジであって、ハウジングの同一のフランジに共に固定かつセンタリングされているガイド翼支持体のフランジを貫通するとともに、ハウジングのフランジ内に延在している。結合要素は、複数のガイド翼支持体を共に、ハウジングのフランジに固定するための固定要素として用いられる。
有利なさらなる構成によれば、第一のガイド翼支持体をハウジングの個々のフランジにおいてターボ機械の軸方向においてセンタリングすることは、第一のガイド翼支持体のフランジが第一のフランジ面により、ハウジングのフランジのフランジ面に当接することによって行われ、第二のガイド翼支持体をハウジングの同一のフランジにおいてターボ機械の軸方向においてセンタリングすることは、第二のガイド翼支持体のフランジが、フランジ面により第一のガイド翼支持体のフランジの第二のフランジ面に当接することによって行われる。これにより、ハウジングのフランジにおいて、複数のガイド翼支持体を共に、簡単かつ効率的に軸方向においてセンタリングすることが可能である。
さらなる有利な発展的構成によれば、第一のガイド翼支持体をハウジングの個々のフランジにおいてターボ機械の径方向および周方向においてセンタリングすることは、少なくとも三つの第一のセンタリング要素が、第一のガイド翼支持体のフランジを介してハウジングのフランジ内に延在していることによって行われ、第二のガイド翼支持体をハウジングの同一のフランジにおいてターボ機械の径方向および周方向においてセンタリングすることは、少なくとも三つの第二のセンタリング要素が、第二のガイド翼支持体のフランジと第一のガイド翼支持体のフランジとを介して、ハウジングのフランジ内に延在していることによって行われる。これにより、ハウジングのフランジにおいて、複数のガイド翼支持体を共に、簡単に径方向および周方向においてセンタリングすることが可能である。
好ましくは第一のセンタリング要素内と、第二のセンタリング要素内に、孔状の凹所が設けられており、当該凹所を介して結合要素が延在する。これによりターボ機械の特にコンパクトな構成型式が可能となる。
好ましくは第一のセンタリング要素と、第二のセンタリング要素は周方向においてそれぞれ均一に配分されている。周方向においてセンタリング要素が均一に配分されていること、ならびに好ましくは周方向において結合要素が均一に配分されていることは、力とモーメントを均一に受容するために好ましい。
本発明の好適な発展的構成は従属請求項と、以下の詳細な説明に記載されている。本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳しく説明するが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではない。図面に示すのは以下の通りである。
ガスタービンとして実施された本発明に係るターボ機械を軸方向に切断した第一の断面を部分的に示す図である。 図1をA−Aで切断した図である。 ガスタービンとして実施された本発明に係るターボ機械を軸方向に切断した第二の断面を部分的に示す図であり、当該第二の断面は図1の断面に対して周方向においてずらされている。 図3をB−Bで切断した図である。 図3をC−Cで切断した図である。 ガスタービンとして実施された本発明に係るターボ機械のさらなる部分を軸方向の視線で示す図である。
本図に示す発明はターボ機械1、特にガスタービンに関する。
図1と図3はそれぞれ、本発明に係るターボ機械1を軸方向において切断した断面を、ターボ機械1のステータ側の構成グループによって示しており、図1と図3の断面は周方向において互いにずらされている。
ターボ機械1のステータ側の構成グループに関して、図1と図3において、ステータ側のハウジング2およびステータ側のガイド翼5および19が示されている。ステータ側のガイド翼5および19は図1において、ガイド翼支持体21,18を介してハウジング2に固定されており、図1と図3に示されるガイド翼支持体21,18は個々に、それぞれ複数のガイド翼5,19を、それぞれガイド翼リング35,36を形成しながら受容している。こうしてガイド翼支持体21に受容されているガイド翼5はガイド翼リング35を形成し、ガイド翼支持体18に受容されているガイド翼はガイド翼リング36を形成している。
図1と図3に示されるガイド翼支持体21,18およびガイド翼5,19に加えてターボ機械1は、複数のさらなるこのようなガイド翼支持体21,18およびガイド翼5,19を有しており、当該ガイド翼は、ターボ機械1の軸方向16において見た場合、図1に示されるガイド翼5,19から離間している。
ターボ機械1はステータ側の構成グループに加えて、図1および図3に示されていないロータ側の構成グループ、特にロータの基体に固定されている動翼を有している。
本発明の意味において、それぞれ少なくとも二つのガイド翼支持体が共に、ハウジング2のフランジに固定され、かつセンタリングされている。すなわち、図1と図3において、当該図に示されるガイド翼支持体21,18は共に、ターボ機械1のハウジング2のフランジ22に固定され、かつセンタリングされている。二つより多くのガイド翼支持体が共に、ターボ機械のハウジングのフランジに固定され、かつセンタリングされていてもよい。
ガイド翼支持体21,18を共に、ハウジング2のフランジ22に固定するために、複数の結合要素17が用いられ、当該結合要素はガイド翼支持体21,18のフランジ9,23を介して延在している。図1および図2によれば結合要素17は二つのガイド翼支持体21,18のフランジ9,23を貫通してハウジング2のフランジ22内に延在しており、ハウジング2のフランジ22にはネジ穴25が形成されており、当該ネジ穴に固定ネジとして形成されている結合要素17が挿入されている。
第一のガイド翼支持体21をハウジング2のフランジ22において、ターボ機械の軸方向16においてセンタリングすることは、第一のガイド翼支持体21のフランジ9が第一のフランジ面4によって、ハウジング2のフランジ22のフランジ面3に当接することによって行われる。
第二のガイド翼支持体18をハウジング2の同一のフランジ22において、ターボ機械の軸方向16で見てセンタリングすることは、第二のガイド翼支持体18のフランジ23がフランジ面28により、第一のガイド翼支持体21のフランジ9の、第一のフランジ面4に対向する第二のフランジ面20に当接することによって行われる。
従って第一のガイド翼支持体21のフランジ9の第一のフランジ面4は、ハウジング2のフランジ22のフランジ面3に接触している。第一のガイド翼支持体21のフランジ9のフランジ面20は、第二のガイド翼支持体18のフランジ23のフランジ面28に接触している。従って第一のガイド翼支持体21のフランジ9は、ハウジング2のフランジ22と、第二のガイド翼支持体18のフランジ23との間にサンドイッチ状に配置されている。
図1および図3から分かるように、第二のガイド翼支持体18のフランジ23のフランジ面28に対向するフランジ面29に、支持リング30が当接しており、それにより第二のガイド翼支持体18のフランジ23は、第一のガイド翼支持体21のフランジ9と支持リング30との間にサンドイッチ状に配置されている。支持リング30は結合要素17によってもたらされる力を第二のガイド翼支持体18のフランジ23に伝達する。
ガイド翼支持体21,18をターボ機械の軸方向16においてセンタリングすることに加えて、ガイド翼支持体21,18をターボ機械の径方向15および周方向12においてセンタリングすることが行われる。第一のガイド翼支持体21をハウジング2のフランジ22においてターボ機械の径方向15および周方向12においてセンタリングすることは、少なくとも三つの第一のセンタリング要素24が、第一のガイド翼支持体21のフランジ9を介してハウジング2のフランジ22内に延在していることによって行われる。
第二のガイド翼支持体18をハウジング2の同一のフランジ22においてターボ機械1の径方向15および周方向12においてセンタリングすることは、少なくとも三つの第二のセンタリング要素33が、第二のガイド翼支持体18のフランジ23と第一のガイド翼支持体21のフランジ9とを介して、ハウジング2のフランジ22内に延在していることによって行われる。
個々の第一のセンタリング要素24は第一のシリンダ状部分6を有しており、当該第一のシリンダ状部分はハウジング2のフランジ22における孔状の凹所8内に突出している。個々の第一のセンタリング要素24は第二の部分37を介して、第一のガイド翼支持体21のフランジ9における溝状の凹所10内に突出している。
図2から最もよく分かるように、個々の第一のセンタリング要素24の第二の部分37は、好ましくは互いに正反対の位置にある平坦部7を有するシリンダ状の基本輪郭を有しており、当該平坦部は溝状の凹所10の対応する平面11に平行に設けられており、それにより平坦部7と溝状の凹所10の対応する平面11との間の距離は、第一のガイド翼支持体21とハウジング2との間で、ターボ機械1の周方向12における所定の最小の相対移動を許容する。
個々の第一のセンタリング要素24の第二の部分37のシリンダ状の基本輪郭の向かい合う平坦部7同士の間には、図2によれば個々のセンタリング要素24の第二の部分37のさらなる平面14が延在しており、当該平面14は湾曲された輪郭を有している。第一のガイド翼支持体21のフランジ9内の溝状の凹所10は対応する平面13を有しており、当該平面は平面14に対して、平面13,14の間の距離が、第一のガイド翼支持体21とハウジング2との間で、ターボ機械1の径方向15において所定の相対移動を許容し、それによって特にターボ機械1の作動時の構成グループの熱膨張を補償するように設けられている。
個々の第二のセンタリング要素33は、第一のシリンダ状部分6を介して(特に図3および図4を参照)ハウジング2のフランジ22における孔状の凹所8内と、第一のガイド翼支持体21のフランジ9における孔状の凹所32内に突出している。個々の第二のセンタリング要素33はさらに、第二の部分37を有しており、当該第二の部分は第二のガイド翼支持体18のフランジ23における溝状の凹所10内に突出している(図5参照)。
このとき個々の第二のセンタリング要素33の第二の部分37もまた、好ましくは互いに正反対の位置にある平坦部7を有するシリンダ状の基本輪郭を有しており、当該平坦部は溝状の凹所10の対応する平面11に平行に設けられており、それにより平坦部と溝状の凹所の対応する面との間の距離は、第二のガイド翼支持体18と第一のガイド翼支持体21との間、およびそれとともに第二のガイド翼支持体18とハウジングとの間で、ターボ機械1の周方向12における所定の最小の相対移動を許容する。
さらに、個々の第二のセンタリング要素33の第二の部分37はさらなる平面14を有しており、当該さらなる平面は平坦部7同士の間に延在しており、図5によればここでも好ましくは湾曲された輪郭を有している。第二のセンタリング要素33の第二の部分37の当該平面14は、第二のガイド翼支持体18のフランジ23内の個々の溝状の凹所10の対応する平面13に対して距離を有しており、当該距離は、第二のガイド翼支持体18と第一のガイド翼支持体21との間、およびそれとともに第二のガイド翼支持体18とターボ機械1のハウジング2との間で、ここでもターボ機械1の作動時の構成グループの熱変形を補償するために、ターボ機械の径方向15における所定の相対移動が可能であるような寸法を有している。
すでに述べたように、結合要素17は二つのガイド翼支持体21,18の二つのフランジ9,23を貫通して延在している。図1、図3によればこのとき二つのセンタリング要素24,33内にはそれぞれ、孔状の凹所もしくは貫通孔26,34が設けられており、当該孔状の凹所もしくは貫通孔を介して結合要素17が延在し得る。このような貫通孔31は支持リング30内にも設けられており、支持リング30の貫通孔31を貫通して結合要素17が同様に延在している。
第一のセンタリング要素24が当該第一のセンタリング要素を介して延在している結合要素17と共に設けられているこのような円周位置において、第二のガイド翼支持体18のフランジ23内に貫通孔27が設けられており、当該貫通孔を貫通して結合要素17が延在し得る。これらの貫通孔27は軸方向16において見た場合、部分ごとに第一のガイド翼支持体21のフランジ9内の溝状の凹所10と一直線上に設けられている。
図6から最もよく分かるように、第一のセンタリング要素24と第二のセンタリング要素33は、周方向12において見た場合、それぞれ均等に配分されている。
従って、それぞれ複数のガイド翼5,19を受容することに役立つ複数のガイド翼支持体21,18を共に、ハウジング2のフランジ22に固定し、かつセンタリングすることが本発明の趣旨である。これによりガイド翼支持体を固定するために必要とされるハウジング側のフランジの数が、従来技術に対して低減され得る。これによりこのようなフランジを加工するために必要である経費が減少する。さらにセンタリングと固定を行うために必要とされる固定要素とセンタリング要素の数が低減され得る。
第一のガイド翼支持体21の径方向および周方向におけるセンタリングは、少なくとも三つの第一のセンタリング要素24を介して行われる。当該第一のセンタリング要素はシリンダ部分6により、ハウジング2のフランジ22の孔8内に突出しており、当該孔8にネジ穴25が形成されており、当該ネジ穴内に、対応する雄ネジ部分を有する結合要素17が延在している。結合要素17を通過させるために第一のセンタリング要素24は貫通孔26を有している。第一のセンタリング要素24は当該第一のセンタリング要素の第二の部分37によって、第一のガイド翼支持体21のフランジ9における溝10内に突出しており、当該溝10の長手方向延伸は径方向15において延在する。第一のセンタリング要素24のこれらの第二の部分37における平坦部7は、溝状の凹所10の対応する平面11に対して平行に設けられており、平坦部7と平面11との間の距離は、第一のガイド翼支持体21とハウジング2との間の遊びを補償するための最小の周方向移動が可能であるような大きさになっている。これらの平面7,11に対して概ね垂直に設けられている、溝10と第一のセンタリング要素24の第二の部分37の平面13,14は、明らかに比較的大きな距離を有しており、それによって作動時に温度に規定される構成グループの膨張を径方向において補償することができる。三つの第一のセンタリング要素24を介し、ハウジング2において第一のガイド翼支持体21を径方向において一義的にセンタリングすることが保証されている。従って構成部材の長手方向中心軸が互いに少なからずずれることは不可能である。ハウジング2において第二のガイド翼支持体18を径方向および周方向においてセンタリングすることは、概ねこれに類似して、すなわち少なくとも三つの第二のセンタリング要素33を介して行われる。これらの第二のセンタリング要素33の第一の部分6は孔8と第一のガイド翼支持体21のフランジ9内の貫通孔32内に延在しており、第二のセンタリング要素33の第二の部分37は第二のガイド翼支持体18のフランジ23における溝状の凹所10内に延在している。第二のセンタリング要素33の第二の部分37および第二のガイド翼支持体18のフランジ23内の溝10の輪郭は、第一のセンタリング要素24の第二の部分37および第一のガイド翼支持体21のフランジ9内の溝状の凹所10の輪郭と一致している。
第一のガイド翼支持体21のフランジ9の領域には、溝状の凹所10と貫通孔32とが交互に設けられ、周方向において等しく配分されている。第二のガイド翼支持体18のフランジ23の領域には、溝状の凹所10と貫通孔27とが交互に設けられ、やはり円周にわたって等しく配分されている。
全てのセンタリング要素24,33には、固定要素17を通過させるための貫通孔26,34が形成されている。
二つのガイド翼支持体21,18の軸方向のセンタリングは、互いに当接するフランジ面3,4と、互いに当接するフランジ面20,28とを介して行われ、取り付ける際、センタリング要素24,33は、ガイド翼支持体21,18のフランジ9,23内の上記の凹所10,27および32,10を貫通して延在する。
図4から読み取れるように、図に示す第二のセンタリング要素33のシリンダ状の部分6の直径は、第一のガイド翼支持体21のフランジ9内の貫通孔32の直径よりも小さい。同様に、結合要素17の直径は、第二のガイド翼支持体18のフランジ23内の貫通孔27の直径よりも小さい。これにより、ターボ機械1の作動時の構成部材の異なる熱膨張を補償することが可能となる。
本発明はターボ機械のコンパクトな構成型式を可能にする。
複数のガイド翼支持体が同時に、ターボ機械のハウジングのフランジに固定され、かつセンタリングされ得る。
これにより、対応するフランジ面の加工経費が低減する。さらに必要とされるセンタリング要素と固定要素の数が減少する。
本発明はタービンの領域においても、ガスタービンのコンプレッサの領域あるいは他のターボ機械においても、用いられる。
1 ターボ機械
2 ハウジング
3 フランジ面
4 フランジ面
5 ガイド翼
6 部分
7 平坦部
8 凹所
9 フランジ
10 凹所
11 平面
12 周方向
13 平面
14 平面
15 径方向
16 軸方向
17 結合要素
18 ガイド翼支持体
19 ガイド翼
20 フランジ面
21 ガイド翼支持体
22 フランジ
23 フランジ
24 センタリング要素
25 ネジ穴
26 貫通孔
27 貫通孔
28 フランジ面
29 フランジ面
30 支持リング
31 貫通孔
32 貫通孔
33 センタリング要素
34 貫通孔
35 ガイド翼リング
36 ガイド翼リング
37 部分

Claims (7)

  1. ターボ機械(1)、特にガスタービンであって、ステータ側のハウジング(2)と、当該ハウジング(2)に固定されている複数のステータ側のガイド翼支持体(21,18)と、軸方向に離間されたガイド翼リング(35,36)を形成しながら、前記ガイド翼支持体(21,18)に固定されているステータ側のガイド翼(5,19)と、複数のロータ側の動翼を担持しているロータとを有しているターボ機械において、
    それぞれ少なくとも二つのガイド翼支持体(21,18)が共に、前記ハウジング(2)のフランジ(22)に固定され、かつセンタリングされており、
    前記ターボ機械の径方向(15)および周方向(12)において第一のガイド翼支持体(21)を前記ハウジング(2)の前記個々のフランジ(22)にセンタリングすることは、少なくとも三つの第一のセンタリング要素(24)が前記第一のガイド翼支持体(21)のフランジ(9)を介して前記ハウジング(2)の前記フランジ(22)内に延在していることによって行われ、前記ターボ機械の径方向(15)および周方向(12)において第二のガイド翼支持体(18)を前記ハウジング(2)の同一のフランジ(22)にセンタリングすることは、少なくとも三つの第二のセンタリング要素(33)が前記第二のガイド翼支持体(18)のフランジ(23)と前記第一のガイド翼支持体(21)の前記フランジ(9)とを介して前記ハウジング(2)の前記フランジ(22)内に延在していることによって行われる
    ことを特徴とするターボ機械(1)。
  2. 前記ガイド翼支持体(21,18)は、複数の結合要素(17)によって前記ハウジング(2)の個々のフランジ(22)に固定されており、当該結合要素は、前記ハウジング(2)の同一のフランジ(22)に共に固定かつセンタリングされている前記ガイド翼支持体(21,18)のフランジ(9,23)を貫通するとともに、前記ハウジング(2)の前記フランジ(22)内に延在していることを特徴とする請求項1に記載のターボ機械。
  3. 第一のガイド翼支持体(21)を前記ハウジングの前記個々のフランジ(22)において前記ターボ機械の軸方向(16)においてセンタリングすることは、前記第一のガイド翼支持体(21)のフランジ(9)が第一のフランジ面(4)を介して前記ハウジングの前記フランジ(22)のフランジ面(3)に当接することによって行われ、前記ターボ機械の軸方向(16)において第二のガイド翼支持体(18)を前記ハウジングの同一のフランジ(22)にセンタリングすることは、前記第二のガイド翼支持体(18)のフランジ(23)がフランジ面(28)を介して前記第一のガイド翼支持体(21)の前記フラ
    ンジ(9)の第二のフランジ面(20)に当接することによって行われることを特徴とする請求項1または2に記載のターボ機械。
  4. 個々の第一のセンタリング要素(24)は、第一のシリンダ状部分(6)を介して、前記ハウジングの前記個々のフランジ(22)における孔状の凹所(8)内に突出しており、個々の第一のセンタリング要素(24)は、第二の部分(37)を介して、前記第一のガイド翼支持体(21)の前記フランジ(9)における溝状の凹所(10)内に突出しており、個々の第一のセンタリング要素(24)の前記第二の部分(37)は、対向する平坦部(7)を有するシリンダ状の基本輪郭を有しており、当該平坦部は前記溝状の凹所(10)の対応する平面(11)に平行に設けられており、それにより前記平坦部と前記溝状の凹所の前記対応する平面との間の距離は、前記第一のガイド翼支持体(21)と前記ハウジングとの間で、前記ターボ機械の周方向(12)における所定の相対移動を許容し、個々の第一のセンタリング要素(24)の前記第二の部分(37)は、前記平坦部(7)同士の間に延在するさらなる平面(14)を有しており、当該さらなる平面は、前記個々の溝状の凹所(10)の対応する平面(13)に対して、当該平面の間の距離が前記第一のガイド翼支持体(21)と前記ハウジングとの間で前記ターボ機械の径方向における所定の相対移動を許容するように設けられてい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ターボ機械。
  5. 個々の第二のセンタリング要素(33)は、第一のシリンダ状部分(6)を介して、前記ハウジング(2)の前記個々のフランジ(22)における孔状の凹所(8)内に、及び、前記第一のガイド翼支持体(21)の前記フランジ(9)における孔状の凹所(32)内に突出しており、個々の第二のセンタリング要素(33)は、第二の部分(37)を介して、前記第二のガイド翼支持体(18)の前記フランジ(23)における溝状の凹所(10)内に突出しており、個々の第二のセンタリング要素(33)の前記第二の部分(37)は、対向する平坦部(7)を有するシリンダ状の基本輪郭を有しており、当該平坦部は、前記溝状の凹所(10)の対応する平面(11)に平行に設けられており、それにより前記平坦部と前記溝状の凹所の前記対応する平面との間の距離は、前記第二のガイド翼支持体(18)と前記ハウジング(2)との間で、前記ターボ機械の周方向(12)における所定の相対移動を許容し、個々の第二のセンタリング要素(33)の前記第二の部分(37)は、前記平坦部(7)同士の間に延在するさらなる平面(14)を有しており、当該さらなる平面は、前記個々の溝状の凹所(10)の対応する平面(13)に対して、当該平面の間の距離が前記第二のガイド翼支持体(18)と前記ハウジング(2)との間で前記ターボ機械の径方向(15)における所定の相対移動を許容するように設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のターボ機械。
  6. 前記第一のセンタリング要素(24)および前記第二のセンタリング要素(33)内に孔状の凹所(26,34)が設けられており、当該孔状の凹所を介して前記結合要素(17)が延在してい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ターボ機械。
  7. 前記第一のセンタリング要素(24)と前記第二のセンタリング要素(33)とは、周方向(12)において、それぞれ均等に配分されてい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ターボ機械。
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