(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の主板とこれに取付けられた複数の羽根からなり同軸上で回転する第１及び第２のインペラと、これらのインペラを囲むケーシングとからなり、該ケーシングは１段目ケーシングと２段目ケーシングとからなり、第１インペラで圧縮された空気を第２インペラに供給するリターン部と、第２インペラの羽根部を囲むシュラウド部と、第２インペラで圧縮された空気を半径方向外向きに流すディフューザ部と、を有するガスタービン用遠心圧縮機のケーシング構造において、
軸方向に延びその両端が前記シュラウド部とリターン部に連結され、２段目ケーシングの１段目ケーシングに対する軸方向変位を抑制するインナーサポートと、
軸方向に延びその両端が前記ディフューザ部とリターン部に連結され、弾性範囲内で撓むことにより１段目ケーシングと２段目ケーシングの間の半径方向変位を吸収するアウターサポートとを備えた、ことを特徴とする遠心圧縮機のケーシング構造。
【請求項２】
前記インナーサポートとアウターサポートは、リング状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機のケーシング構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスタービン用の２段遠心圧縮機に係わり、更に詳しくは、遠心圧縮機のケーシング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは、図４に模式的に示すように、空気圧縮機、燃焼器、及びタービンで構成され、空気を空気圧縮機で圧縮し、この圧縮空気を用いて燃焼器で燃料を燃焼させ、この燃焼ガスでタービンを駆動し、この駆動力の一部で圧縮機を駆動すると共に、外部負荷（発電機、プロペラ、等）を駆動するようになっている。
【０００３】
かかるガスタービン用空気圧縮機には、図５に模式的に示す２段遠心圧縮機が従来から用いられている。この２段遠心圧縮機１は、タービンにより回転駆動されるロータ４に軸方向に直列に取付けられた２つのインペラ５ａ，５ｂと、このインペラを囲むケーシング６とからなる。インペラは、円板状の主板とこれに取付けられた複数の羽根からなり、ケーシング６は、羽根部を囲むシュラウド部６ａと、インペラで圧縮された空気を半径方向外向きに流すディフューザ部６ｂと、この流れを半径方向内方の流れに戻すリターン部６ｃと、からなる。リターン部６ｃは、２段遠心圧縮機の場合には、１段目インペラ５ａと２段目インペラ５ｂの間に設けられ、１段目インペラ５ａで圧縮した空気を２段目インペラ５ｂの内側に供給する役割を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービン用の２段空気圧縮機では、２段目インペラ５ｂで圧縮された空気は高温高圧になる。また、図４に示すように、各インペラをケーシング内に組み込むために、ケーシングが複数の部分に分割されており、特に、１段目と２段目のケーシング内端は、単に嵌め合いで連結されているにすぎない。そのため、２段目圧縮機が圧力，温度共に上述した厳しい環境に曝されると、ケーシング自体の温度分布と前後の圧力差により複雑な変形を起こし、２段目インペラのチップクリアランスが大きくなったり、部分的にラビング（擦れ）を起こし、圧縮性能を大幅に低下させる問題点があった。
【０００５】
そのため、従来は、２段目ケーシングに熱膨張係数の小さい材料を使用する等、により、２段目インペラのチップクリアランスを小さくし、かつ使用圧力及び温度を低く設定していたが、このため特殊材料の材料及び加工コストが高く、かつ構造上の制約が大きく、圧縮機の性能向上が図れない問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、特殊な材料を用いることなく、高い使用圧力・使用温度において、ケーシングの変形を小さく抑えることができ、これにより、インペラのチップクリアランスを常に小さくし、コストの低減と性能の向上を図ることができる遠心圧縮機のケーシング構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、円板状の主板とこれに取付けられた複数の羽根からなり同軸上で回転する第１及び第２のインペラと、これらのインペラを囲むケーシングとからなり、該ケーシングは１段目ケーシングと２段目ケーシングとからなり、第１インペラで圧縮された空気を第２インペラに供給するリターン部と、第２インペラの羽根部を囲むシュラウド部と、第２インペラで圧縮された空気を半径方向外向きに流すディフューザ部と、を有するガスタービン用遠心圧縮機のケーシング構造において、軸方向に延びその両端が前記シュラウド部とリターン部に連結され、２段目ケーシングの１段目ケーシングに対する軸方向変位を抑制するインナーサポートと、軸方向に延びその両端が前記ディフューザ部とリターン部に連結され、弾性範囲内で撓むことにより１段目ケーシングと２段目ケーシングの間の半径方向変位を吸収するアウターサポートとを備えた、ことを特徴とする遠心圧縮機のケーシング構造が提供される。
【０００８】
本発明の好ましい実施例によれば、前記インナーサポートとアウターサポートは、リング状に形成されている。
【０００９】
【作用】
上述した本発明の構成によれば、軸方向に延びたインナーサポートとアウターサポートを備えており、その両端は、インナーサポートは２段目のシュラウド部と１段目のリターン部に連結され、アウターサポートは２段目のディフューザ部と１段目のリターン部に連結されているので、内側のインナーサポートにより、１，２段間のケーシングの軸方向変位を抑制することができ、外側のアウターサポートにより、このサポートを弾性範囲内で撓ませることにより１，２段間の半径方向変位を吸収して熱応力の発生を防ぎ、併せて、インペラ外周部のクリアランスを均一に保持することができる。
【００１０】
すなわち、外側のアウターサポートは、２段目ケーシングが半径方向に移動する際の案内として機能し、内側のインナーサポートは１段目ケーシングに対して２段目ケーシングが圧力，温度により軸方向へ変位するのを抑制する。従って、２段目インペラを囲むケーシングは、安定した変位（面の倒れを含まない）を保ち、適切なクリアランスを保つことができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明によるケーシング構造を備えたガスタービン用遠心圧縮機の部分構成図である。この図において、遠心圧縮機は、２段遠心圧縮機１０であり、第１インペラ５ａ及び第２インペラ５ｂと、これらのインペラを囲むケーシング１２とからなる。インペラ５ａ，５ｂは、円板状の主板とこれに取付けられた複数の羽根からなり、同軸上で回転するようになっている。
【００１２】
また、ケーシング１２は、第１インペラ５ａで圧縮された空気を第２インペラ５ｂに供給するリターン部１３と、第２インペラ５ｂの羽根部を囲むシュラウド部（第２シュラウド部１４）と、第２インペラ５ｂで圧縮された空気を半径方向外向きに流すディフューザ部（第２ディフューザ部１５）と、を有している。なお、この図で、７，８は、それぞれ第１シュラウド部，第１ディフューザ部である。
【００１３】
更に、図１において、本発明のガスタービン用遠心圧縮機のケーシング構造では、軸方向にそれぞれ延びたインナーサポート１６と、アウターサポート１７を備えている。インナーサポート１６は、その両端が第２シュラウド部１４とリターン部１３に連結され、アウターサポート１７は、その両端が第２ディフューザ部１５とリターン部１３に連結されている。なお、この図では、インナーサポート１６はリターン部１３と一体に形成されているが、本発明はこれに限定されず、別々に構成してもよい。また、この実施例ではインナーサポート１６とアウターサポート１７は、リング状に形成され、十分な剛性と気密性を確保している。このアウターサポート１７により、第２インペラ５ｂで圧縮され燃焼器（図示せず）に供給される加圧空気２のリターン部１３と第２ディフューザ部１５の間の隙間への逆流を防止することができる。
【００１４】
図２は、図１に示した２段遠心圧縮機の熱変形の解析結果であり、図３は、従来のケーシング構造における同様の熱変形解析結果である。図２及び図３は、同スケールで示されている。また、図２及び図３において、破線は変形前、実線は変形後を示している。図３から、従来のケーシング構造（図３）では、２段目の第２シュラウド部１４と、第２ディフューザ部１５の軸方向変位が大きく、２段目インペラのチップクリアランスが大きくなったり、部分的にラビング（擦れ）を起こす可能性がある。これに対して、本発明のケーシング構造（図２）では、２段目の第２シュラウド部１４と、第２ディフューザ部１５の軸方向変位が小さく、かつ全体がほぼ均一に軸方向に変位しており、２段目インペラを囲むケーシングを、安定した変位（面の倒れを含まない）に保ち、適切なクリアランスを保つことができることがわかる。
【００１５】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
上述したように本発明の構成によれば、内側のインナーサポートにより、１，２段間のケーシングの軸方向変位を抑制することができ、外側のアウターサポートにより、このサポートを弾性範囲内で撓ませることにより１，２段間の半径方向変位を吸収して熱応力の発生を防ぎ、併せて、インペラ外周部のクリアランスを均一に保持することができる。すなわち、外側のアウターサポートは、２段目ケーシングが半径方向に移動する際の案内として機能し、内側のインナーサポートは１段目ケーシングに対して２段目ケーシングが圧力，温度により軸方向へ変位するのを抑制する。従って、２段目インペラを囲むケーシングは、安定した変位（面の倒れを含まない）を保ち、適切なクリアランスを保つことができる。
【００１７】
従って、本発明の遠心圧縮機のケーシング構造は、特殊な材料を用いることなく、高い使用圧力・使用温度において、ケーシングの変形を小さく抑えることができ、これにより、インペラのチップクリアランスを常に小さくし、コストの低減と性能の向上を図ることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるケーシング構造を備えた遠心圧縮機の部分構成図である。
【図２】図１に示した２段遠心圧縮機の熱変形の解析結果である。
【図３】従来のケーシング構造における熱変形解析結果である。
【図４】ガスタービンの模式図である。
【図５】２段遠心圧縮機の従来のケーシング構造図である。
【符号の説明】
１  空気圧縮機（２段遠心圧縮機）
２  加圧空気
４  ロータ
５ａ  １段目インペラ（第１インペラ）
５ｂ  ２段目インペラ（第２インペラ）
６  ケーシング
６ａ  シュラウド部
６ｂ  ディフューザ部
６ｃ  リターン部
７  第１シュラウド部
８  第１ディフューザ部
１０  ２段遠心圧縮機
１２  ケーシング
１３  リターン部
１４  第２シュラウド部
１５  第２ディフューザ部
１６  インナーサポート
１７  アウターサポート
【図１】
0003603911.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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