(57)【要約】【課題】  本発明は、静翼のダブテイル部が嵌込まれ静翼を支持するケーシング側のレール状溝の摩耗損傷が進行しても、簡易的に修復できるガスタービン圧縮機ケーシングを備えたガスタービン圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】  圧縮機ケーシング５９と、該圧縮機ケーシング５９内に設置された回転軸５５と、該回転軸５５の周囲に設置された圧縮機動翼６０と、圧縮機ケーシング５９に支持された圧縮機静翼６１を備えたガスタービン圧縮機において、圧縮機ケーシング５９の内側に回転軸５５と同心をなすように周方向に設けられた断面がＴ字型のレール状の溝（拡大レール状溝７）と、外側が拡大レール状溝７に嵌合し、内側に圧縮機静翼のダブテイル部４を嵌込むレール状の溝（内周側溝９）が回転軸５５と同心をなすように周方向に設けられたレール状リング８とにより、圧縮機ケーシング５９による圧縮機静翼６１の支持構造を構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ケーシングと、該圧縮機ケーシング内に設置された回転軸と、該回転軸の周囲に設置された圧縮機動翼と、前記圧縮機ケーシングに支持された圧縮機静翼を備え、
前記圧縮機ケーシングの内側に前記回転軸と同心をなすように周方向に設けられた断面がＴ字型のレール状の溝と、外側が前記レール状の溝に嵌合し、内側に前記圧縮機静翼のダブテイル部を嵌込むレール状の溝が前記回転軸と同心をなすように周方向に設けられたレール状リングとにより、前記圧縮機ケーシングによる前記圧縮機静翼の支持構造を構成したことを特徴とするガスタービン圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記レール状リングは、周方向に分割して構成されていることを特徴とするガスタービン圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記レール状リング及び前記圧縮機静翼の材質を同種材としたことを特徴とするガスタービン圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記レール状リングの外周側に圧縮空気を流入させる貫通孔を設けたことを特徴とするガスタービン圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記レール状リングを、圧縮空気の流れから見て上流側と下流側に分離させたことを特徴とするガスタービン圧縮機。
【請求項６】
請求項５において、前記上流側のレール状リングと下流側のレール状リングをボルトを介して前記圧縮機ケーシングに固定したことを特徴とするガスタービン圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン圧縮機に係り、特に、ガスタービン圧縮機ケーシングに圧縮機静翼の根元（ダブテイル）が嵌込まれる構造を有するガスタービン圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧縮機の静翼は、翼部とダブテイル部から構成され、ダブテイル部と同型断面を有する溝がケーシング側にレール状に施されている。このケーシング側の溝に静翼のダブテイル部を嵌込ませて、静翼を固定している。
【０００３】
なお、圧縮機の静翼の支持構造として、特許文献１に記載のものがある。この特許文献１では、静的刺激と動的刺激の両方に起因して生じる翼形部とケーシングのスロットとの係合状態の不安定性を最小限に抑える構造を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特許第２８３５３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、圧縮機静翼は、空気の流れの乱れや旋回失速等の影響により砺振される。翼部の振動を支えているのはダブテイル部であり、長時間運用下では、静翼のダブテイル部やケーシング側のレール状溝に摩耗損傷が生じる場合がある。静翼のダブテイル部やケーシング側のレール状溝の摩耗損傷が進行すると、静翼の保持機能が損なわれ、翼の抜け出しや隣接動翼との接触による翼折損が懸念される。この場合、折損した翼が後流段を二次的に損傷させ、多大な損害を発生させる可能性がある。このため、ある程度、摩耗損傷が進行した時点において、何らかの処置を講じる必要がある。
【０００６】
静翼については、翼交換やダブテイル部の摩耗部溶接補修等を実施することは可能であるが、ケーシング側のレール状溝の摩耗部溶接補修は、溶接変形の問題や修正加工等の実施の困難さから容易ではない。新品のケーシングに交換するとなると、多大な費用と交換時間が発生する。
【０００７】
なお、特許文献１では、ケーシングのスロットに磨耗が生じた場合についての補修等については考慮されていない。
【０００８】
本発明は、静翼のダブテイル部が嵌込まれ静翼を支持するケーシング側のレール状溝の摩耗損傷が進行しても、簡易的に修復できるガスタービン圧縮機ケーシングを備えたガスタービン圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、圧縮機ケーシングの内側に回転軸と同心をなすように周方向に設けられた断面がＴ字型のレール状の溝と、外側がレール状の溝に嵌合し、内側に圧縮機静翼のダブテイル部を嵌込むレール状の溝が回転軸と同心をなすように周方向に設けられたレール状リングとにより、圧縮機ケーシングによる圧縮機静翼の支持構造を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、圧縮機ケーシング側の支持レールと圧縮機静翼の間を嵌合するレール状リングを設けているので、長時間使用によりケーシング側の溝（レール状リングの内周の溝）に著しい摩耗損傷が生じ、翼の抜け出しや隣接動翼との接触による翼折損の観点から継続使用不可の状況になった場合でも、圧縮機ケーシング本体の大規模な修復または交換を必要とすることなく、レール状リングのみを取外して、新品に交換すれば、簡単に修復することが可能となり、経済性の改善が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明が適用されるガスタービンの概要を示している。ガスタービンは、タービンケーシング５６の内部に、中心に回転軸（ロータ）５５と、回転軸５５の周囲に設置されるタービン動翼５１と、タービンケーシング５６側に支持されるタービン静翼５０を有するタービン部５２を備える。通常、タービン動翼５１とタービン静翼５０は周方向に複数枚を有している。また、ガスタービンは、このタービン部５２に連結され、大気５７を吸込み、燃焼用及び冷却媒体用の圧縮空気５８を得る圧縮機５３と、圧縮機５３からの圧縮空気と図示しない燃料が供給されて燃焼させ高温高圧燃焼ガスを発生する燃焼装置５４を備える。燃焼装置５４で発生した１３００℃程度の燃焼ガスＨがタービン部５２に供給される。
【００１３】
圧縮機５３は、圧縮機ケーシング５９の内部に、中心に回転軸（タービン部５２の回転軸５５と同心をなす）と、回転軸の周囲に設置される圧縮機動翼６０と圧縮機ケーシングに支持される圧縮機静翼６１を備える。通常、圧縮機動翼６０と圧縮機静翼６１は周方向に複数枚を有している。圧縮機５３より吐出された圧縮空気の一部は、燃焼装置５４，タービン動翼５１，タービン静翼５０の冷却空気として用いられるようにすることができる。
【００１４】
燃焼装置５４にて発生した高温高圧の燃焼ガスＨは、タービン静翼５０を経てタービン動翼５１に噴射されてタービン部５２を駆動する。そして図示はしていないが、一般的には回転軸５５に結合されている発電機により発電するよう構成されている。
【００１５】
次に、圧縮機ケーシング５９の要部を図２に、また、圧縮機静翼６１の構造を図３に示す。円筒状の圧縮機ケーシング５９の内周側には、断面がＴ字型をなすレール状の溝１が回転軸５５と同芯をなすように周方向に設けられている。圧縮機静翼６１は、翼部３と断面がＴ字型のダブテイル部４から構成されている。この断面が丁字型のダブテイル部４が、圧縮機ケーシング５９の断面がＴ字型をなすレール状の溝１に嵌込まれ、複数枚の圧縮機静翼６１が圧縮機ケーシング５９に固定される。圧縮機静翼６１が圧縮機ケーシング５９に固定された状況を図４に示す。圧縮機ケーシングの断面がＴ字型をなすレール状の溝１は、圧縮機静翼６１の段数分だけ、軸方向に設置される（通常は１７段程度）。
【００１６】
ここで、圧縮機５３は大気５７を圧縮空気５８にする役目を果たしており、圧縮空気５８は、圧縮機静翼６１の最後流段を通って吐出され、燃焼装置５４，タービン動翼５１，タービン静翼５０の冷却空気としても用いているが、圧縮機静翼６１の中間段においても、圧縮空気５８の一部を抽気して、タービン側やその他の冷却に用いている。この場合、図３に示すように静翼のダブテイル部４に圧縮空気５８を導く空気孔５が設けている。また、図２や図４に示すように、断面がＴ字をなすレール状の溝１の外周側に、圧縮空気５８が流入する抽気用溝２を設けている。この抽気用溝２は、断面が長方形状をしており、Ｔ字型をなすレール状の溝１と一体をなしている。これにより、圧縮空気５８の一部は、中間段（例えば５段）静翼のダブテイル部の空気孔５を介して圧縮機ケーシング側の抽気用溝２に流入する。圧縮機ケーシング５９には、圧縮機ケーシング側の抽気用溝２から外部へ圧縮空気５８を流す抽気孔６が設置されており、配管等（図示省略）を介してタービン側へ圧縮空気５８を抽気するように構成されている。
【００１７】
一般に、圧縮機静翼６１は、空気の流れの乱れや旋回失速等の影響により砺振される。特に、抽気を実施している中間段（例えば５段）では、圧縮空気５８の流入による砺振も加算されて、翼部３が激しく振動する場合がある。翼部３の振動を支えているのはダブテイル部４であり、長時間運用下では、ダブテイル部４や圧縮機ケーシング側のレール状の溝１に摩耗損傷が生じる場合がある。
【００１８】
本発明では、圧縮機ケーシング側のレール状の溝１に摩耗損傷が進行した場合に、それを簡易的に修復できるようにしている。図面を用いてその構造を詳細に説明する。
【００１９】
図５に本発明の第一の実施例に係わる圧縮機ケーシング５９の構造図を示す。ここでは、抽気用溝２が設けられていない段落について示している。当該段落の断面がＴ字型をなすレール状の溝１と同心をなし、オリジナルのレール状の溝１より径方向Ｒと軸方向幅寸法を拡大させた拡大レール状溝７を圧縮機ケーシング５９に形成（施工）している。そして、この圧縮機ケーシング側の拡大レール状溝７と外形寸法が同一をなし、拡大レール状溝７に嵌込まれるレール状リング８を図６のように製作する。レール状リング８の内周側には、当該段落の断面がＴ字型をなすレール状の溝１と同形の内周側溝９を施してある。また、レール状リング８には、圧縮機ケーシング側の拡大レール状溝７に係合する突起１０が設けられている。また、レール状リング８は、圧縮機ケーシング側の拡大レール状溝７に嵌込み易いように、周方向長さを短くするため、全周を分割して製作している。ここでは６分割させている。６個のレール状リング８を圧縮機ケーシング側の拡大レール状溝７に嵌込み、当該段落の圧縮機静翼６１のダブテイル部４をレール状リング８の内周側溝９に嵌込んで、圧縮機静翼６１を圧縮機ケーシングにより支持させる。
【００２０】
この本発明の実施例によれば、圧縮機静翼６１と圧縮機ケーシング５９の位置関係は、オリジナルのレール状の溝１を用いた場合と同一であり、性能上の問題は生じない。また、レール状リング８の内周側溝９の位置を調整することにより翼位置の微調整が可能であり、チューニングを施すことが可能となる。
【００２１】
そして、長時間使用により圧縮機ケーシング側の溝に著しい摩耗損傷が生じ、翼の抜け出しや隣接動翼との接触による翼折損の観点から継続使用不可の状況になった場合、従来であれば、圧縮機ケーシング５９本体の大規模な修復または交換が必要であったが、本発明の実施例によれば、レール状リング８のみを取外して、新品のレール状リングに交換すれば、簡単に修復することが可能となり、経済性の改善が図れる。なお、定期検査（定検）前に、レール状リング８を準備しておけば、定検期間を延長することなく交換可能であり、更なる経済性が図れる。従来の圧縮機ケーシング５９本体交換を鑑みた場合、定検期間や経済性の観点から、摩耗損傷が大きくても継続使用せざるを得ない場合も想定され、信頼性低下が懸念されるが、本発明によれば、レール状リング８の摩耗損傷部位のみを先行的に交換する対応が可能となり、プラントの信頼性向上も図れる。
【００２２】
また、圧縮機ケーシング５９（一般に炭素鋼）と圧縮機静翼６１（一般にステンレス鋼）では材質が異なり、嵌合部は異材の組合わせとなっているが、本発明では、レール状リング８を圧縮機静翼６１と同じステンレス鋼で製作し、嵌合部を同種材の組合わせとすることで、両者の摩耗量を大幅に低減することができる。更に、レール状リング８の材質は、自由に選択することができ、別途実施する摩耗試験等の結果から、圧縮機静翼と異材であっても耐摩耗性が保たれる材質も選定することも可能となる。また、圧縮機静翼６１の材質を変更した新たな圧縮機静翼を用いるようになっても、レール状リング８の材質を変えればよく、より柔軟な対応が可能となってプラントの運用性向上が図れる。
【００２３】
図７に本発明の第二の実施例に係わる圧縮機ケーシング５９の構造図を示す。ここでは、抽気用溝２のある段落について示している。基本的には第一の実施例と同じであるが、本実施例では、図８に示すようにレール状リング８の外周側から内周側溝９に達する貫通孔１１を設けてある。貫通孔１１は、レール状リング８の内周側溝９に圧縮機静翼６１を嵌込んだときに、図３に示した圧縮機静翼のダブテイル部４の空気孔５と同一位置になるよう設けてある。これにより圧縮空気５８を、レール状リング８の貫通孔１１を介して、抽気用溝２に流入させることができる。
【００２４】
図９に本発明の第三の実施例に係わる圧縮機ケーシング５９の構造図を示す。本実施例も抽気用溝２のある段落についてのものである。圧縮機ケーシング５９側の拡大レール状溝７の形状は、第一及び第二の実施例と同一であるが、本実施例では図１０に示すように、拡大レール溝７に嵌るレール状リング８が上流側８Ａと下流側８Ｂに分割されている。上流側のレール状リング８Ａと下流側のレール状リング８Ｂの間に、静翼の断面がＴ字型のダブテイル部４が嵌る構造になっており、ダブテイル部４の空気孔５と抽気用溝２の間を遮るものが何もないので、空気孔５を介して流入した圧縮空気５８は、そのまま抽気用溝２まで導かれる。
【００２５】
本実施例では、レール状リング８を上流側８Ａと下流側８Ｂに分割したことで、圧縮機ケーシング側の拡大レール状溝７には、レール状リング８の片側しか嵌込まれない構造となるため、固定ボルト１３（Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ）により固定する構造としている。また、これに対応して、レール状リング８には逃げ溝１２を設けている。本実施例のレール状リング８は、第一の実施例と同様に全周を６分割したリングとし、一つのリングを５本のボルトで固定している。レール状リング８の材質は、第一の実施例と同様に静翼と同じステンレス鋼としている。圧縮機ケーシングの材質は炭素鋼であり、レール状リングとの線膨張係数差から固定ボルトに過大応力が発生する可能性があることから構造解析実施による安全性を確認する。構造解析の結果を図１１に示す。これより、固定ボルト１３に発生する応力は、許容応力以下であることを確認できる。
【００２６】
圧縮機ケーシング５９は、長時間使用により変形し、レール状リング８が嵌り難くなることが想定されるが、本実施例のように上流側８Ａと下流側８Ｂに分割することで、圧縮機ケーシング５９が経時変形してもレール状リング８が嵌め易く、作業性の改善が図れる。また、本実施例では、他の実施例のように静翼のダブテイル部４の空気孔とレール状リング８の貫通孔１１を合わせ加工する必要もなく、複数の静翼の組込み位置変更により孔位置ズレを考える必要もないので、組込みの自由度が広がり、結果として経済性の改善が図れる。
【００２７】
本発明の各実施例によれば、たとえ圧縮機静翼の砺振により圧縮機ケーシング側の嵌合溝に著しい摩耗損傷が生じても、レール状リングを交換するだけでよく、圧縮機ケーシング本体の大規模な修理や交換を必要としないので、プラントの信頼性及び経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用されるガスタービンの構造を示す断面図である。
【図２】本発明が適用される圧縮機における圧縮機ケーシングの構造例を示す断面図である。
【図３】本発明が適用される圧縮機に用いられる圧縮機静翼の構造の説明図である。
【図４】本発明の実施例の圧縮機ケーシングと静翼の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第一の実施例を示す圧縮機ケーシングの一部断面図である。
【図６】本発明の第一の実施例を示す圧縮機ケーシングの一部立体図である。
【図７】本発明の第二の実施例を示す圧縮機ケーシングの一部断面図である。
【図８】本発明の第二の実施例を示す圧縮機ケーシングの一部立体図である。
【図９】本発明の第三の実施例を示す圧縮機ケーシングの一部断面図である。
【図１０】本発明の第三の実施例を示す圧縮機ケーシングの一部立体図である。
【図１１】本発明の第三の実施例を示す圧縮機ケーシングの説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  レール状の溝
２  抽気用溝
３  翼部
４  ダブテイル部
５  空気孔
６  抽気孔
７  拡大レール状溝
８  レール状リング
９  内周側溝
１０  突起
１１  貫通孔
１２  逃げ溝
１３  固定ボルト
５０  タービン静翼
５１  タービン動翼
５２  タービン部
５３  圧縮機
５４  燃焼装置
５５  回転軸
５６  タービンケーシング
５７  大気
５８  圧縮空気
５９  圧縮機ケーシング
６０  圧縮機動翼
６１  圧縮機静翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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