JP2007056873A - 蒸気タービン用のスタック蒸気経路および溝付きバケットホイール - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれ内側に向くノズル１４が取り付けられるスタックステータリング１２およびブレードが取り付けられるそれぞれ外側に向くバケット６０が取り付けられるスタックローターホイール１６を備える蒸気タービン用の蒸気経路を提供すること。
【解決手段】ステータリングとローターホイールを交互に積み重ねることにより、さまざまな段のノズルおよびバケットをかみ合わせ、蒸気経路を形成する。それぞれのバケットは、ホイール上の一般に相補的形状の溝内に受け入れられるブレードおよび根部６１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、それぞれ共通軸の周りにホイールとリングで形成された回転式と固定式の両方のコンポーネントを有するスタック蒸気経路に関するものである。本発明は、さらに、スタック蒸気タービン用のダブテールバケットホイールにも関係する。

現在の一体型カバーリアクションバケットは、機械ローター鍛造品上に組み立てられた大量の個別のバケットで形成される。同様に、現在のノズル段は、ステータ鋳造上に組み立てられた大量のノズルから形成される。ローター鍛造品およびステータ鋳造品、ローターおよびステータ機械加工、バケットおよびノズルストック材料、バケットおよびノズル機械加工、およびローターおよびステータアセンブリに関連する時間およびコストは、蒸気経路に対するコストを大幅に増やす。

したがって、全体的な蒸気タービン設計の完全性に影響を及ぼすことなく、蒸気経路ハードウェアの製造および組み立ての時間およびコストを低減する必要性がある。

本発明の好ましい一実施形態では、複数のブレードがホイールから外側に、共通軸の周りに延びている複数のスタックホイールと、複数のノズルがリングから内側に、共通軸の周りに延びている複数のスタックリングと、蒸気タービンのそれぞれの段を形成し、蒸気経路を定める軸にそって交互に並ぶホイールおよびリングと、を含む蒸気タービン用の蒸気経路が提供される。

本発明の好ましい他の実施形態では、共通軸の周りの複数のスタックホイールと、ノズルを備える複数のリングとを有する蒸気タービン用の蒸気経路が提供され、各スタックホイールは周囲溝と、各々がブレード及び根部を備える複数のバケットとを備え、前記溝と根部は各バケットの根部が該溝内に保持されるような形状となっており、前記複数のリングは、共通軸の周りで前記スタックホイールと交互に並び、前記バケットと共に前記蒸気経路を形成している。

図面、特に図１を参照すると、ノズルを持つステータリングまたはホイールとバケットを持つローターホイールとの交互垂直積層により一般的に示される蒸気経路１０が例示されている。蒸気経路コンポーネントの積層は、蒸気経路の垂直の向きに行われる必要はないが、水平の向きまたは他の向きに行うことができることは理解されるであろう。特に、蒸気タービンステータは、一連のスタックステータリングまたはホイール１２から形成される。それぞれのステータリングまたはホイール１２は、蒸気経路１０にそって軸方向の間隔をあけた位置に複数の周辺から内側に延びるノズル１４を持つ。例えば、第１段ステータリング１２（１）は、ノズル１４（１）を持ち、第２段ノズルリング１２（２）は、ノズル１４（２）を持ち、第３段ノズルリング１２（３）は、第３段ノズル１４（３）を持ち、第４段ノズルリング１２（４）は、第４段ノズル１４（４）を持ち、第５段ノズルリング１２（５）は、第５段ノズル１４（５）を持つ。破線１２（ｎ）により表される追加のノズル段が用意されている。

ノズルリング１２と交互に、ローターバケットが取り付けられたローターホイール１６が並んでいる。例えば、図１を参照すると、第１段ローターホイール１６（１）には第１段バケット１８（１）が取り付けられ、第２段ローターホイール１６（２）には第２段バケット１８（２）が取り付けられ、第３段バケットホイール１６（３）には第３段バケット１８（３）が取り付けられ、第４段ローターホイール１６（４）には第４段バケット１８（４）が取り付けられ、第５段ローターホイール１６（５）には第５段バケット１８（５）を取り付けられている。追加のローターホイールおよびバケットは、追加の段に対応するように備えられる。内側に向いているノズル１４および外側に向いているバケット１８は、互いにかみ合い、さまざまな蒸気経路段を形成することは理解されるであろう。図１に例示されているように、入口スペーサホイール２０は、最初のローターホイール１６（１）に固定された蒸気経路入口の隣に配置される。さらに、隣接するステータリング１２の間、さらに隣接するローターホイール１６の間に、軸面圧縮シールが用意される。

例示されているように、蒸気経路は、共通軸の周りでステータリング１２とローターホイール１６を交互に配置することにより複数の段に分けて組み立てられる。リングおよび／またはホイールを間違った場所または方向に、または所定の順序と違う順序で組み立てられないように、ハードウェアとともに蒸気経路の静止および回転コンポーネントのさまざまなリングおよびホイールが備えられている。例えば、ステータリング１２は、隣接するリングが蒸気経路の連続段階に対応するようにするため互いに位置を合わせなければならない隣接する軸面上で軸方向の突起および凹所を持つことができる。同様に、ホイール１６は、さまざまな段階の所定の順序で正確に位置合わせするための突起および凹所を持つことができる。

図５を参照すると、ステータリング１２のそれぞれは、完全な環で形成することができる。ノズル、つまり、ブレード２１は、内側カバーまたはダイアフラム２２とともに機械加工することによりホイール上に一体形成することができる。それとは別に、機械加工によりステータリング１２の内周に溝を彫り、カバーと一緒に、積層された円周配列内に１つまたは複数のノズルを受け入れるようにすることができる。さらに代替えとして、ステータリングを１８０°の弓形の対で形成し、例えば、中線に隣接するフランジを相互にボルト締めすることにより中線のところで次々に固定することができる。例示されているように、ステータリングを通して、保持用ハードウェアを受け入れるように複数の円周上に相隔てて並べられた孔２６を形成し、それにより、ステータリングを互いに軸方向に固定することができる。例えば、保持用ハードウェアは、軸ボルト、スタッド、ネジ棒、または類似のデバイスを含むことができ、これ以降スタッドと総称する。スタッド２８（図２４）は、さまざまなステータリングの位置合わせした孔２６に通され、またナット２７を使うためのネジ込み端を持つ。

同様に、図３を参照すると、ローターホイール１６はそれぞれ、後述のように個別のバケットを受け入れるための溝付き外周３０（図６）を含むのが好ましい。バケットは、それぞれのバケットがバケットカバー３２を持つホイールの周囲で次々に積み上げて行くのが好ましい。それぞれのホイール１６は、ステータリングに関する場合と同様にスタッドを受け入れるための複数の円周上に相隔てて並べられた孔３４を含む。位置合わせされた孔３４を通してスタッドを受け入れ、図に示されていない、間に入れた圧縮シールで互いに隣接するように軸方向にローターリングを固定する。

ステータリング１２およびローターホイール１６を相互接続するスタッドは、必ずしも蒸気経路全長を延長する必要はない。さまざまな段は、サブアセンブリを含むことができ、それぞれのサブアセンブリは、所定の数の段を含む。例えば、第３段の蒸気経路内のサブアセンブリ１つにつき５段の６つのサブアセンブリを用意することができる。スタッドは、それぞれのグループの複数の段を通してのみ延びるか、または隣接するグループの最初のステータリングまたはホイール内で終端し、複数の段の複数のサブアセンブリを互いに固定することができる。ステータリングを個別に、またローターホイールを個別に組み立てることで特に有利なのは、さまざまな段の整備修理が容易になることである。さらに、それぞれの段の位置で個別のステータリングまたはローターホイールを備えるキャパシティにより、場所毎に、つまり段毎に、異なる材料を使用することができる。そのため、いくつかの段では、蒸気経路の全体としての完全性を損なうことなく比較的安価な材料を使用することができる。例えば、蒸気経路の入口段は、蒸気入口の蒸気の高温および高圧に耐えるために必要な材料で形成することができるが、材料は高価である場合がある。比較的低い温度および圧力に曝される、その後の段は、比較的安価な材料で形成することができる。

図２を参照すると、端部鍛造品４２を持つ完全なローター４０および中間の積層ローターホイールアセンブリ４４も例示されている（わかりやすくするためいくつかのホイールが取り除かれている）。端部鍛造品は、スタッド４８を使用して固定できる組み立てられたローターホイールの固定先の端部円盤４６を含むことができる。したがって、他の手段では一体の細長い鍛造品の中間部分には、互いの軸方向に固定されたバケットが取り付けられ蒸気経路を形成する中間の一連のホイール１６を備えるローターにより置き換えられている。

図４を参照すると、第１段ステータリング１２（１）は、外側ケーシング５０、この場合は、最初の第１段および後続段に通すために蒸気が通されるタービン入口の一部に置かれるように例示されている。

図６〜９を参照すると、ローターホイール１６はそれぞれ、周辺溝３０により形成することができ、それぞれのバケット６０の根部６１と連係しバケットを溝内に保持する。例えば、溝３０は、ダブテール形状構成６２を有し、それぞれのバケットの根部に形成された一般的に相補的なダブテール形状構成６４を受け入れることができる。溝３０は、さらに、円周入口とクロージャスロットを備え、これにより、それぞれのバケットを一般的半径方向に挿入し、根部６１と溝３０との位置を合わせることができ、バケット６０を溝の周囲で変位させ隣接するバケットに対し積み重ねられる最終位置に置くことができる。すべてのバケットが溝３０に挿入された時、最終クロージャバケットは、このスロット内に受け入れられる。クロージャバケットは、溝と同じまたは異なる断面形状を有していてもよい。ホイール上にクロージャバケットを保持するために、軸方向に延びる剪断ピン６６は、ホイールおよび溝３０の縁６８を通り、バケット６０の根部６１を通して軸方向に形成された孔の中を通ることができる。それとは別に、剪断ピン６６は、図８に例示されているようにホイールの軸に関して傾斜していてもよい。図９では、グラブネジ７０がねじ込まれ、これは溝３０を定めるホイール１６の縁６８を通り、バケット６０の根部６１の縁を通り、それにより、クロージャバケットを溝内の最終位置に固定する。

本発明は、最も実用的で、好ましい実施形態であると現在考えられているものに関して説明されているが、本発明は、開示されている実施形態に限定されず、却って、付属の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるさまざまな修正形態および同等の配列を対象とすることを意図されている。

本発明の好ましい一態様による、蒸気経路の形成の概略図である。 ローター内にスタックホイールおよびバケットを形成するためのプロセスを示す概略図である。 複数のバケットが取り付けられるローター用のホイールの斜視図である。 ステータの形成を例示する部分斜視図である。 一体化されたノズルリングまたはホイールの斜視図である。 周辺のダブテールを例示する個別のローターホイールの側面図である。 ローターホイール上にクロージャバケットを固定するさまざまな形態を例示する図である。 ローターホイール上にクロージャバケットを固定するさまざまな形態を例示する図である。 ローターホイール上にクロージャバケットを固定するさまざまな形態を例示する図である。

符号の説明

１２ リング
１４ ノズル
１６ スタックホイール
１８ ブレード
２６ リング
２８ スタッド
３０ 溝
３４ 開口部
４８ スタッド
６０ バケット
６１ 根部

Claims (10)

1. 蒸気タービン用の蒸気経路であって、
   複数のスタックホイール（１６）であって、複数のブレード（１８）が前記ホイールから外側に、共通軸の周りに延びている複数のスタックホイール（１６）と、
   複数のスタックリング（１２）であって、複数のノズル（１４）が前記リングから内側に、共通軸の周りに延びている複数のスタックリング（１２）と、を備え、
   前記ホイールおよびリングは前記軸にそって交互に並び、前記蒸気タービンのそれぞれの段を形成すると共に前記蒸気経路を定める、蒸気タービン用の蒸気経路。
2. 前記ホイールの周りの相隔てた位置で前記ホイールを通る複数の位置合わせした開口部（３４）および前記開口部を通して延び前記ホイールを互いに固定する複数のスタッド（４８）を備える請求項１記載の蒸気経路。
3. 前記リングの周りの相隔てた位置で前記リング（２６）を通る複数の位置合わせした開口部および前記開口部を通して次々に前記リングを通って延びる複数のスタッド（２８）を備える請求項１記載の蒸気経路。
4. 前記ブレード（１８）およびノズル（１４）は、互いにかみ合う請求項１記載の蒸気経路。
5. 前記ブレード（１８）は、それぞれのホイール（１６）と一体になるように形成される請求項１記載の蒸気経路。
6. 前記ホイールは、周囲溝（３０）と、各々がブレード及び根部（６１）を取り付けられる複数のバケット（６０）とを備え、前記溝はそれぞれのバケットの根部を前記溝内に保持する形状を有する請求項１記載の蒸気経路。
7. 前記蒸気経路は、蒸気入口端および蒸気出口端を備え、前記入口および出口端の段を形成する前記ホイールの材料は互いに異なる請求項１記載の蒸気経路。
8. 蒸気入口端および蒸気出口端を備え、前記入口および出口端の段を形成する前記リングの材料は互いに異なる請求項１記載の蒸気経路。
9. アセンブリ内の前記リング（１２）は、前記蒸気タービン用のステータを形成する請求項１記載の蒸気経路。
10. 前記リング（１２）は、互いに溶接され、前記蒸気タービン用のステータを形成する請求項１記載の蒸気経路。
    

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