JP7465374B2 - 静翼環、及び回転機械 - Google Patents
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Description
本願は、2021年2月5日に日本に出願された特願2021-017268号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本開示に係る静翼環は、軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、各前記翼の径方向の端部に接触して前記圧力を付与する板ばねを有し、前記板ばねは、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の板厚よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の板厚が薄い。
本開示に係る静翼環は、軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、各前記翼に対応するように設けられて、各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力が小さい。
本開示に係る静翼環は、軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、を備え、前記押圧部は、各前記翼に対応して複数が設けられて、前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与するアクチュエータと、前記翼群と前記アクチュエータとの間で前記周方向にわたって延びる押し付け板と、を有し、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力よりも、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力が小さい。
また、本開示に係る回転機械は、上記の静翼環を備える。
(ガスタービン)
図1に示すように、本実施形態に係るガスタービン1は、圧縮空気を生成する圧縮機2と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器9と、燃焼ガスによって駆動されるタービン10と、を備えている。
圧縮機2は、軸線O回りに回転する圧縮機ロータ3と、圧縮機ロータ3を外周側から覆う圧縮機ケーシング4と、を有している。圧縮機ロータ3は、軸線Oに沿って延びる柱状をなしている。圧縮機ロータ3の外周面上には、軸方向Aに間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼環5が設けられている。各圧縮機動翼環5は、圧縮機ロータ3の外周面上で軸線Oの周方向Bに間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼を有している。本実施形態では、軸方向Aは軸線Oの延在する方向を意味する。
燃焼器9は、圧縮機2と、下流側(図1の右側)へ続くタービン10との間に設けられている。圧縮機2で生成された圧縮空気は、燃焼器9内部で燃料と混合されて予混合ガスとなる。燃焼器9内で、この予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスが生成され、燃焼ガスはタービン10内へと導かれる。
タービン10は、軸線O回りに回転するロータ11と、ロータ11を囲うステータ12と、を有している。
回転軸11aは、軸線Oに沿って延びる柱状をなしている。回転軸11aは、上記の圧縮機ロータ3に軸方向Aに一体に連結されることで、軸線O回りに回転するガスタービンロータを形成する。
各タービン動翼環20は、複数のタービン動翼を有している。複数のタービン動翼は、ロータ11の外周面上で、軸線Oの周方向Bに間隔をあけて配列されている。
複数の静翼環13は、タービンケーシング15の内周側に設けられており、軸方向Aに間隔をあけて配列されている。これらの静翼環13は、上記のタービン動翼環20に対して、軸方向Aから見て交互に配列されている。
各静翼環13は、タービンケーシング15の内周面付近で、軸線Oの周方向Bに間隔をあけて配列された複数の翼14aを有している。
図2は、図1で示す静翼環13のII-II線方向の断面視である。
静翼環13は、外周側シュラウド40と、複数の翼群14と、複数のシュラウドセグメント43と、押圧部44と、を備えている。
翼群14は、軸線Oの周方向Bに配列されている複数の翼14aを有している。複数の翼14aの軸線Oの径方向外側端部は外周側シュラウド40の径方向内側を向く内周面に設けられており、径方向内側端部はシュラウドセグメント43の径方向外側を向く外周面に設けられている。
したがって、押圧部44としての板ばね50は、翼群14に対して径方向外側に向かう圧力を付与することで、圧力発生領域Pを利用して翼群14をシュラウドセグメント43に押し付けている。
第一実施形態に係る静翼環13は、押圧部44としての板ばね50が、圧力発生領域Pを介して翼群14がシュラウドセグメント43に押し付けられるように、該翼群14に対して径方向外側に向かう圧力を付与している。さらに、圧力発生領域Pにおける径方向にかかる圧力は端翼41では相対的に強く、中央翼42では相対的に弱い構成である。
以下、本開示の第二実施形態の静翼環13の構成について図4及び図5を参照して説明する。第二実施形態では、静翼環13が備える押圧部44の構成以外は第一実施形態と同様の構成をなしている。第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図4は、図1で示すII-II線方向の断面視である。
押圧部44は、押し付け板70と、複数のボルト60と、を有している。
押し付け板70は、翼群14とシュラウドセグメント43との間で周方向Bにわたって延びるように設けられている。
複数のボルト60は、各翼14aに対応するように押し付け板70よりも径方向内側のシュラウドセグメント43内部にそれぞれ設けられている。
第二実施形態に係る静翼環13は、押圧部44としての押し付け板70及び複数のボルト60が、該翼群14に対して径方向外側に向かう圧力を付与しており、各翼14aの圧力発生領域Pにおける径方向にかかる圧力は端翼41では相対的に強く、中央翼42では相対的に弱い構成である。
これにより、第一実施形態の構成と同様の作用効果を得ることができる。さらに、ボルト60と押し付け板70といった単純かつ安価な材料を用いる構成で上記作用効果を実現することができる。
以下、本開示の第三実施形態の静翼環13の構成について図6及び図7を参照して説明する。第三実施形態では、静翼環13が備える押圧部44の構成以外は第一実施形態と同様の構成をなしている。第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図6は、図1で示すII-II線方向の断面視である。
押圧部44は、押し付け板70と、複数のアクチュエータ90と、を有している。
押し付け板70は、翼群14とシュラウドセグメント43との間で周方向Bにわたって延びるように設けられている。
複数のアクチュエータ90は、各翼14aに対応するように押し付け板70とシュラウドセグメント43との間にそれぞれ設けられている。
第三実施形態に係る静翼環13は、押圧部44としてのアクチュエータ90が、翼群14に対して径方向外側に向かう圧力を付与しており、各翼14aの圧力発生領域Pにおける径方向にかかる圧力は端翼41では相対的に強く、中央翼42では相対的に弱い構成である。これにより、第一実施形態の構成と同様の作用効果を得ることができる。
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはなく、請求の範囲によってのみ限定される。
これにより、各翼14aの圧力発生領域Pにおける径方向にかかる圧力は端翼41では相対的に強く、中央翼42では相対的に弱くなり、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、ボルト60を設ける箇所が周方向B両端のみに留まるため、製造における加工が容易となる。
また、ボルト60は端翼41にのみ対応して複数個設けてもよい。
これにより、各翼14aの圧力発生領域Pにおける径方向にかかる圧力は端翼41では相対的に強く、中央翼42では相対的に弱くなり、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
これにより、弾性的な圧力(付勢力)に変換されたボルト60の押圧力を翼14aに付与することができる。したがって、ガスタービン1運転中にステータ12に何らかの異常振動が急激に発生した際、シュラウドセグメント43の押圧部44からの撃力が翼14aに付与されることがない。これにより、圧力発生領域Pにより適切な圧力を生じさせることができ、静翼環13の信頼性を高めることができる。
また、外周側シュラウド40側及びシュラウドセグメント43側の両方において上記押圧部44が配置されてもよい。これにより、上記作用効果をさらに高めることができる。
実施形態に記載の静翼環13、及び回転機械は、例えば以下のように把握される。
Claims (13)
- 互いに独立して軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
を備え、
前記押圧部は、
前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記圧力よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記圧力が小さくなる圧力分布を有する静翼環。 - 前記押圧部は、前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、前記圧力を付与する板ばねを有し、
前記板ばねは、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の板厚よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の板厚が薄い請求項1に記載の静翼環。 - 軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
を備え、
前記押圧部は、
前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、各前記翼の径方向の端部に接触して前記圧力を付与する板ばねを有し、
前記板ばねは、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の板厚よりも前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の板厚が薄い静翼環。 - 前記押圧部は、
前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、
前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力が小さい請求項1に記載の静翼環。 - 軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
を備え、
前記押圧部は、
各前記翼に対応するように設けられて、各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、
前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの押圧力が小さい静翼環。 - 前記押圧部は、前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼のみを押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有する請求項1に記載の静翼環。
- 前記押圧部は、
前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のボルトを有し、
前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記ボルトの個数よりも、前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記ボルトの個数が少ない請求項1に記載の静翼環。 - 前記押圧部は、前記翼群と前記押圧部との間で前記周方向にわたって延びる押し付け板をさらに有し、
前記ボルトは前記押し付け板を介して前記翼を押圧する請求項5から7のいずれか一項に記載の静翼環。 - 前記押圧部は、前記押し付け板と前記ボルトとの間に設けられた押し付けばねをさらに有する請求項8に記載の静翼環。
- 前記押圧部は、
前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与する複数のアクチュエータと、
前記翼群と前記アクチュエータとの間で前記周方向にわたって延びる押し付け板と、
を有し、
前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力よりも、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力が小さい請求項1に記載の静翼環。 - 軸線の周方向に配列されている複数の翼を有する翼群と、
前記翼群の複数の前記翼を前記周方向に接続するように、これら複数の翼の径方向の端部を接続し、前記周方向に延びる円弧状をなすシュラウドセグメントと、
前記翼群が前記シュラウドセグメントに押し付けられるように、前記翼群に対して径方向に圧力を付与する押圧部と、
を備え、
前記押圧部は、
各前記翼に対応して複数が設けられて、前記翼群の各前記翼を径方向に押圧することで前記圧力を付与するアクチュエータと、
前記翼群と前記アクチュエータとの間で前記周方向にわたって延びる押し付け板と、
を有し、
前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向両端の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力よりも、前記押し付け板を介して前記シュラウドセグメントにおける周方向中央の前記翼を押圧する前記アクチュエータの押圧力が小さい静翼環。 - 前記押圧部は、前記翼群と前記シュラウドセグメントとの間で前記周方向にわたって延びるように設けられて、前記圧力を付与する板ばねを有し、
前記板ばねは、
前記シュラウドセグメントにおける周方向両端に配置された平板部と、
前記周方向両端の前記平板部の間に配置された波板部と、
を有する請求項1に記載の静翼環。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の静翼環を備える回転機械。
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