JP2008128240A - Turbine seal guard - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に、タービン構成要素を固体粒子の浸食及び堆積から保護するシステムに関する。特に、本発明は、タービンシール構成要素から固体粒子を排除するためのシールガードを提供するシステムに関するが、そのようなシステムに限定されない。 The present invention generally relates to a system for protecting turbine components from erosion and deposition of solid particles. In particular, the present invention relates to a system that provides a seal guard for removing solid particles from turbine seal components, but is not limited to such a system.
蒸気タービン及び/又はガスタービンは、二次漏れを最小限に抑えるために、一般に静止部品と回転部品との間で環状シールを利用する。そのような漏れを防止又は減少することにより、排気流れはより大きな割合でタービンブレードへ強制的に流されるため、タービンの効率を最大限にできる。しかし、作業流体の中には不純物又は固体粒子が存在する場合が多い。一般に、固体粒子はタービンのダイアフラム段を通過する間に(すなわち、静止ノズルブレードに沿って移動する間に)高速に加速される。そのような高速で移動している固体粒子は浸食や劣化を引き起こし、その結果、環状シールを含めて、固体粒子が接触する下流側タービン構成要素の表面の粗さを増す。浸食に加えて、固体粒子は回転構成要素又は静止構成要素に固着することもあり、それにより、流れ面積を変化させ、摩擦損傷を発生する可能性もある。 Steam turbines and / or gas turbines typically utilize an annular seal between stationary and rotating parts to minimize secondary leakage. By preventing or reducing such leakage, the efficiency of the turbine can be maximized because the exhaust flow is forced to flow to the turbine blades at a greater rate. However, impurities or solid particles are often present in the working fluid. In general, solid particles are accelerated at high speed while passing through the diaphragm stage of the turbine (ie, while moving along a stationary nozzle blade). Such high-speed moving solid particles cause erosion and degradation, resulting in increased surface roughness of downstream turbine components with which the solid particles contact, including the annular seal. In addition to erosion, solid particles can stick to rotating or stationary components, thereby changing the flow area and creating frictional damage.
主蒸気流路内に存在するタービン構成要素は、一般に特殊被覆膜又は機械的硬化処理により保護されている。しかし、環状シールに関連する構成要素は、通常、主蒸気流路内の構成要素より柔らかい材料から製造されており、特殊被覆膜による処理又は機械的硬化処理は実行されない。これは、静止構成要素と回転構成要素との間で摩擦が起こる場合、柔軟な材料が望ましいためである。従って、環状シール構成要素と接触する固体粒子は、浸食及び劣化を引き起こす場合が多い。そのような浸食は、環状シールを形成する互いに重なり合う歯を平坦にするか又は歯の角部を削り取ってしまい、時間の経過に伴って、いずれかの歯の構造の一体性が損なわれれば、性能上の問題、更にはより重大な信頼性の問題に至る可能性もある。固体粒子は環状シールの内部に堆積することもあり、回転部品の回転速度及び静止部品と回転部品との間のシールの許容差を考慮すると、そのような固体粒子の堆積はシールに重大な損傷を与える。そのような状況において、固体粒子は回転面と静止面とを互いに擦り合わせ、環状シールの構造の一体性を損ない且つ/又はシールを形成する互いに重なり合う歯を損傷する。その結果、漏れは増加し、タービン効率は低下するおそれがある。 Turbine components present in the main steam flow path are generally protected by special coatings or mechanical curing processes. However, the components associated with the annular seal are typically manufactured from a softer material than the components in the main steam flow path, and no special coating film treatment or mechanical curing process is performed. This is because a flexible material is desirable when friction occurs between stationary and rotating components. Thus, solid particles in contact with the annular seal component often cause erosion and degradation. Such erosion can flatten overlapping teeth that form an annular seal or scrape off the corners of the teeth, and over time, if the integrity of any tooth structure is compromised, It can lead to performance problems and even more serious reliability problems. Solid particles can accumulate inside the annular seal, and such solid particle deposition can cause serious damage to the seal, considering the rotational speed of the rotating parts and the seal tolerance between stationary and rotating parts. give. In such situations, the solid particles rub against the rotating and stationary surfaces, impairing the integrity of the structure of the annular seal and / or damaging the overlapping teeth that form the seal. As a result, leakage increases and turbine efficiency may decrease.
従って、蒸気タービン及びガスタービンの環状シール並びに他の高感度構成要素は、それらの固体粒子不純物から更に適切に保護されなければならない。従来のシステムは、この未解決の問題に十分に対処していなかった。従って、流路を通って移動する固体粒子不純物からシール及び他の構成要素を遮蔽するための改良されたシステムが必要とされる。 Accordingly, steam turbine and gas turbine annular seals and other sensitive components must be more adequately protected from their solid particulate impurities. Prior systems have not fully addressed this open issue. Accordingly, there is a need for an improved system for shielding seals and other components from solid particle impurities that move through a flow path.
そこで、本出願は、タービンにおける固体粒子浸食を防止するシステムを説明してもよい。タービンは、ブレードカバーと、ノズルの後縁部及びブレードカバーの前縁部により規定される開口部とを含むタービンブレードを含んでもよい。システムは、ノズルの後縁部に配置された上流側軸方向フィン及びブレードカバーの前縁部に配置された下流側軸方向フィンのうち少なくとも一方を含んでもよい。ノズルの後縁部は外側側壁を含んでもよい。 Thus, this application may describe a system for preventing solid particle erosion in a turbine. The turbine may include a turbine blade that includes a blade cover and an opening defined by a trailing edge of the nozzle and a leading edge of the blade cover. The system may include at least one of an upstream axial fin disposed at the rear edge of the nozzle and a downstream axial fin disposed at the front edge of the blade cover. The trailing edge of the nozzle may include an outer sidewall.
いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィンは、外側側壁から下流側方向に突出するフィンを含んでもよい。上流側軸方向フィンは、ほぼ連続して周囲方向に延出してもよい。他の実施形態においては、上流側軸方向フィンは、開口部の少なくとも一部を横断するように軸方向に延出するフィンを含んでもよい。 In some embodiments, the upstream axial fin may include a fin that protrudes downstream from the outer sidewall. The upstream axial fins may extend substantially continuously in the circumferential direction. In other embodiments, the upstream axial fins may include fins that extend axially across at least a portion of the opening.
いくつかの実施形態においては、下流側軸方向フィンは、ブレードカバーから上流側方向に突出するフィンを含んでもよい。下流側軸方向フィンは、開口部の少なくとも一部を横断するように軸方向に延出するフィンを更に含んでもよい。下流側軸方向フィンは、ほぼ連続して周囲方向に延出してもよい。 In some embodiments, the downstream axial fins may include fins that protrude upstream from the blade cover. The downstream axial fin may further include a fin extending axially across at least a portion of the opening. The downstream axial fins may extend substantially continuously in the circumferential direction.
いくつかの実施形態においては、システムは上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンの双方を含んでもよい。上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンは、ほぼ同一の半径方向位置を有し、開口部の軸方向距離にわたって実質的に延出してもよい。他の実施形態においては、下流側軸方向フィンは上流側軸方向フィンより半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよい。下流側軸方向フィン及び上流側軸方向フィンは、軸方向に互いに重なり合ってもよい。 In some embodiments, the system may include both upstream axial fins and downstream axial fins. The upstream axial fin and the downstream axial fin may have substantially the same radial position and extend substantially over the axial distance of the opening. In other embodiments, the downstream axial fins may be positioned slightly offset radially outward from the upstream axial fins. The downstream axial fin and the upstream axial fin may overlap each other in the axial direction.
上流側軸方向フィンは外側側壁の一体の一部であってもよい。いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィンは、溶接又はピーニングにより外側側壁に装着されてもよい。 The upstream axial fin may be an integral part of the outer sidewall. In some embodiments, the upstream axial fin may be attached to the outer sidewall by welding or peening.
システムは、ブレードカバーの前縁部に配置された下流側溝を更に含んでもよい。上流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、下流側溝の内部で終端してもよい。他の実施形態においては、システムは、ノズルの後縁部に配置された上流側溝を更に含んでもよい。下流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、上流側溝の内部で終端してもよい。 The system may further include a downstream groove disposed at the leading edge of the blade cover. The upstream axial fin may extend so as to cover the opening and terminate inside the downstream groove. In other embodiments, the system may further include an upstream groove located at the trailing edge of the nozzle. The downstream axial fin may extend so as to cover the opening, and may terminate inside the upstream groove.
本出願は、周囲方向に互いに離間して配置された複数のノズルと、各々がブレードカバーを含む周囲方向に互いに離間して配置された複数のタービンブレードと、ノズルの後縁部及びブレードカバーの前縁部により規定された開口部とを含むタービンにおけるシールガードを更に説明してもよい。シールガードは、ノズルの後縁部に配置され且つ開口部の少なくとも一部を横断するように下流側方向に延出する上流側軸方向フィン、又はブレードカバーの前縁部に配置され且つ開口部の少なくとも一部を横断するように上流側方向に延出する下流側軸方向フィンを含んでもよい。いくつかの実施形態においては、システムは上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンの双方を含んでもよく、上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンは、ほぼ同一の半径方向位置を有し、開口部の軸方向距離にわたって実質的に延出してもよい。他の実施形態においては、下流側軸方向フィンは上流側軸方向フィンより半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよく、上流側軸方向フィン及び下流側軸方向フィンは軸方向に互いに重なり合ってもよい。 The present application relates to a plurality of nozzles spaced apart from one another in the circumferential direction, a plurality of turbine blades spaced apart from one another in the circumferential direction, each including a blade cover, a trailing edge of the nozzle and a blade cover A seal guard in a turbine including an opening defined by a leading edge may be further described. The seal guard is disposed at the rear edge of the nozzle and extends in the downstream direction so as to cross at least a part of the opening, or the opening guard is disposed at the front edge of the blade cover. A downstream axial fin extending in the upstream direction so as to traverse at least a portion thereof. In some embodiments, the system may include both an upstream axial fin and a downstream axial fin, the upstream axial fin and the downstream axial fin having substantially the same radial position. , And may extend substantially over the axial distance of the opening. In other embodiments, the downstream axial fins may be positioned slightly offset radially outward from the upstream axial fins, and the upstream axial fins and the downstream axial fins are axially positioned. They may overlap each other.
いくつかの実施形態においては、システムは、ブレードカバーの前縁部に配置された下流側溝を含んでもよい。上流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、下流側溝の内部で終端してもよい。他の実施形態においては、システムは、ノズルの後縁部に配置された上流側溝を含んでもよい。下流側軸方向フィンは開口部を覆うように延出し、上流側溝の内部で終端してもよい。 In some embodiments, the system may include a downstream groove disposed at the leading edge of the blade cover. The upstream axial fin may extend so as to cover the opening and terminate inside the downstream groove. In other embodiments, the system may include an upstream groove disposed at the trailing edge of the nozzle. The downstream axial fin may extend so as to cover the opening, and may terminate inside the upstream groove.
本出願の上記の特徴及びその他の特徴は、添付の図面と関連する以下の好適な実施形態の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を検討することにより明らかになるであろう。 These and other features of the present application will become apparent upon review of the following detailed description of the preferred embodiments and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings.
そこで図面を参照すると、いくつかの図を通して、種々の図中符号は同様の部分を表す。図1は、本出願の一実施形態が動作してもよい周囲環境の一例、すなわちタービン段10の横断面図を示す。タービン段10は、蒸気タービン又はガスタービン、あるいは他の種類のターボ機械の内部における1つの段であってもよい。タービン段10は周囲方向に互いに離間して配置された複数のノズル12を含んでもよい。ノズル12は、周囲方向に互いに離間して配置された複数のタービンブレード14へ作業流体の流れを搬送する静止構成要素であってもよい。タービンブレード14は、ベース18から延出するエーロフォイル16を含んでもよい。動作中、エーロフォイル16の構成及び作業流体の流れによって、タービンブレード14が回転翼(図示せず)に関して回転し、それにより、作業流体の流れのエネルギーが機械的エネルギーに変換されるように、タービンブレード14のベース18は回転翼に結合してもよい。
Referring now to the drawings, wherein like numerals represent like parts throughout the several views. FIG. 1 illustrates an example of an ambient environment in which an embodiment of the present application may operate, ie, a cross-sectional view of a
エーロフォイル16の半径方向外側端部において、各タービンブレード14はブレードカバー20に結合されてもよい。ブレードカバー20はタービンブレード14と一体であってもよいし、あるいは従来の方法に従ってタービンブレード14に装着されてもよい。一般に、ブレードカバー20は、エーロフォイル16の半径方向外側端部にあり、エーロフォイル16の面に対してほぼ垂直である面又は構造であってもよい。特に、ブレードカバーは、エーロフォイル16の端部を越えて作業流体が漏れるのを防止してもよい。エーロフォイル16の端部を越えて漏れ出す作業流体が実行する仕事の量は少なく、その結果、タービンの効率が低下するため、この漏れ防止は有益である。ブレードカバー20はチップシュラウド又はバケットカバーとしても周知である。各ブレードカバー20は、隣接するタービンブレード14のブレードカバー20に向かって周囲方向に延出してもよい。各ブレードカバー20は隣接する2つのブレードカバー20に当接してもよい。このように、ブレードカバー20はタービンの内部に(分割されてはいるが)ほぼ連続する周囲リングを形成してもよい。別の種類の構成においては、ブレードカバーは複数のタービンブレードにまたがっていてもよい。その場合、先に説明したブレードカバーより大型のブレードカバー(図示せず)は互いに当接して、タービン内部に周囲リングを形成してもよい。ブレードカバー20の半径方向外側の面22に、1つ以上のカバー歯24が配置されてもよい。バーニヤ歯としても周知であるカバー歯24は、半径方向外側の面22から半径方向外側に向かって尖った形状である先細突起又は段差突起を含んでもよい。
Each
ブレードカバー20の半径方向外側に、タービン段10はスピルストリップ26を更に含んでもよい。スピルストリップ26は、組立て時にタービン内部にほぼ連続した周囲リングを形成する一連の互いに当接する弓形セグメントを含む静止構成要素であってもよい。スピルストリップ26の半径方向内側の面28に、1つ以上のスピルストリップ歯30が配置されてもよい。スピルストリップ歯30はバーニヤ型、ハイロー型、連動型又は他の任意の一般に使用されている型のシール歯であってもよく、半径方向内側の面28から半径方向内側に向かって尖った形状である先細突起又は段差突起を含んでもよい。スピルストリップ歯30及びカバー歯24は、それらの歯がブレードカバー20とスピルストリップ26との間にシール34を形成するように配置されてもよい。このシール34は、環状シール、ハイローシール、連動シール又はバーニヤシールと呼ばれてもよい。特に、スピルストリップ歯30及びカバー歯24は、この領域における作業流体の軸方向移動を制限するシールが形成されるように、ブレードカバー20/スピルストリップ26の軸方向長さに沿って重なり合う歯又は連動する歯を形成してもよい。スピルストリップ26はタービンケーシング34に結合されてもよいし、あるいはタービンケーシング34と一体であってもよい。タービンケーシング34は、タービンを取り囲む外側ケーシングを形成してもよい。更に、他の構体においては、スピルストリップ26はケーシング、ダイアフラムブレード/リング支持体又は下流側ダイアフラム/ブレードリングに装着されてもよい。
Outside the
ガスタービンにおいては空気であり、蒸気タービンにおいては蒸気である作業流体は、タービン段10を通って流れてもよい。通常、作業流体はタービンの主流路を通って(すなわち、ノズル12を通過し、次にエーロフォイル16を通って)流れる。主流路の流れは図1に矢印36により示される。従来のタービン構造においては、ノズル12の外側後縁部とブレードカバー20の内側前縁部との間に開口部38が配置される。作業流体は主流路から外れ、開口部38に流入することもある。そのような流れの方向は図1に矢印40により示される。開口部38に流入した作業流体は、その後、スピルストリップ歯30及びカバー歯24を含むシール32と関連する構成要素と接触してもよい。
A working fluid that is air in a gas turbine and steam in a steam turbine may flow through the
作業流体には、いくつかの不純物が含まれる場合がある。本明細書中で使用される用語「不純物」は、固体粒子又は他の不純物を含んでもよい。それらの固体粒子は主流路(矢印36により示される)に流入し、ノズル12及びエーロフォイル16などのタービン構成要素と主流路の内部で接触する。前述のように、主流路の構成要素は一般に特殊被覆膜又は機械的硬化処理により保護されているので、固体粒子と接触しても、構成要素の浸食又は劣化は殆ど又は全く起こらない。固体粒子は開口部38に流入する場合もある。従来のタービン構造においては、開口部38の軸方向距離(すなわち、ノズル12の外側後縁部及びブレードカバー20の内側前縁部により規定される軸方向距離)が相対的に長いため、そのような流入が起こる頻度は高い。
The working fluid may contain some impurities. The term “impurity” as used herein may include solid particles or other impurities. Those solid particles flow into the main flow path (indicated by arrow 36) and contact turbine components such as
更に、開口部38の前縁部の湾曲の度合いは相対的に小さいため、開口部38に流入する固体粒子を妨げる機能を果たせない。そのような妨害が行われないと、タービンブレード14の回転速度の作用によって、固体粒子の殆どは開口部38の中へ押し流されてしまう。特に、従来のタービン構造の場合、タービンブレード14の回転によって、固体粒子は半径方向外側へ移動し、その結果、開口部38に侵入する固体粒子の割合は増加する。尚、開口部38の前縁部(すなわち、ノズル12の後縁部)は、多くの場合、外側側壁46構成要素により規定される。一般に、タービンノズル構体は、いくつかの方法を使用して構成できる。第1の方法は、一体に形成された外側側壁46及び内側側壁47を有するノズル12を使用することを含む。外側側壁46及び内側側壁47は、外側リング48と内側リング49との間にノズル12を直接溶接するために使用される。この構成のノズルはシングレットノズルと呼ばれることが多い。第2のノズル組立て方法(図示せず)は、バンド/リング構成を使用する。この種の構体においては、ノズルは、まず、約180°の角度で広がる内側バンドと外側バンドとの間に溶接される。エーロフォイルが溶接されたそれらの弓形バンドは、次に、タービンの固定子の内側支持リングと外側支持リングとの間に組付けられて溶接される。この第2のノズル組立て方法によれば、開口部38の前縁部は図示されない外側バンドにより規定されるであろう。第3の組立て方法(図示せず)は1つ以上の大きな材料片を使用し、材料片からノズルが機械加工される。この方法は「ブリング」構成と呼ばれる場合もある。
Furthermore, since the degree of curvature of the front edge portion of the
簡潔にするため、本明細書中、開口部38の前縁部を一般にノズル12の後縁部と呼び、特に、外側側壁46の後縁部と呼ぶ。他のノズル構体構成が使用される場合、開口部38の前縁部は、前述の外側バンド構成要素並びに外側リング48、ノズル12及び/又は他の静止構成要素などの他の構成要素により規定されてもよいことが当業者により認識されるであろう。従って、本明細書中でノズル12又は外側側壁46の後縁部というとき、それは他の種類のノズル構体構成において開口部38の前縁部を規定するそれらの他の構成要素も含むものとする。
For simplicity, the front edge of the
開口部38において、カバー歯24又はスピルストリップ歯30のように、通常は柔らかい材料から製造され、特殊被覆膜又は機械的硬化処理によって処理されていない構成要素と固体粒子が接触する。多くの場合、シール32のそれらの構成要素と接触した固体粒子は浸食を発生させる。時間の経過に伴って、浸食はカバー歯24及び/又はスピルストリップ歯30に重大な損傷を与え、その結果、シール32の性能は悪影響を受け、漏れが増加する。すなわち、歯が摩耗し、カバー歯24又はスピルストリップ歯30の間の重なり合いが減少又は破壊されると、更に多くの量の作業流体がシール32を抜けて漏れ出す可能性がある。当然、シールを通過する作業流体からはエネルギーが抽出されないため、タービンの効率は低下する。
In the
次に図2を参照すると、タービン段10と関連させて、本出願によるシールガード50の一実施形態が示される。タービン段10の使用は単なる一例であり、シールガード50は他のタービン段構成と組合わせて使用されてもよいことが当業者により認識されるであろう。シールガード50は、ノズル12の外側側壁46から軸方向下流側へ突出する上流側軸方向フィン52を含んでもよい。他の実施形態においては、2つ以上の軸方向フィン52が設けられてもよい。特に、上流側軸方向フィン52は、開口部38を横断するように外側側壁46から軸方向に突出してもよい。いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン52は外側リング48から突き出てもよい(すなわち、上流側軸方向フィン52は開口部38を横断するように外側リング48から軸方向に突出してもよい)。終端部である上流側軸方向フィン52の後縁部は、ブレードカバー20の前縁部にごく近接して配置されてもよい。上流側軸方向フィン52は開口部38の軸方向距離の一部又は全てにわたって延出してもよい。いくつかの実施形態においては、図2に示されるように、上流側軸方向フィン52は先端部54に向かって先細になっていてもよい。
Referring now to FIG. 2, one embodiment of a
上流側軸方向フィン52は、タービンの内部でほぼ連続して周囲方向に延出してもよい。すなわち、ノズル構成のいくつかの実施形態においては、隣接するノズル12の外側側壁46は当接して、ほぼ連続する周囲リングを形成してもよい。上流側軸方向フィン52は、タービンの周囲に沿って(分割されてはいるが)連続して延出するように外側側壁46に形成されてもよい(すなわち、上流側軸方向フィン52は外側側壁46の周囲方向全長にわたって形成される)。ノズル構成の他の実施形態においては、外側側壁46の形状又は外側リング48の構成の関係上、上流側軸方向フィン52はタービンの周囲に沿って連続するように延出してもよい。
The upstream
いくつかの実施形態においては、シールガード50は、ブレードカバー20から上流側方向に突出する下流側軸方向フィン58を含んでもよい。他の実施形態においては、2つ以上の下流側軸方向フィン58が含まれてもよい。特に、下流側軸方向フィン58は開口部38を横断するようにブレードカバー20から軸方向に突出してもよい。下流側軸方向フィン58は、開口部38の軸方向距離の一部又はほぼ全てにわたって延出してもよい。いくつかの実施形態においては、図2に示されるように、下流側軸方向フィン58の端部は先端部60に向かって先細になっていてもよい。
In some embodiments, the
下流側軸方向フィン58は周囲方向にほぼ連続して延出してもよい。すなわち、隣接するタービンブレード14のブレードカバー20は当接して、ほぼ連続する周囲リングを形成してもよい。下流側軸方向フィン58は、タービンの周囲に沿って(分割されてはいるが)連続して延出するようにブレードカバー20に形成されてもよい(すなわち、下流側軸方向フィン58はブレードカバー20の周囲方向全長にわたって形成される)。
The downstream
いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン52及び下流側軸方向フィン58が開口部38の軸方向距離をほぼ覆うように、上流側軸方向フィン52と下流側軸方向フィン58との組合せが使用されてもよい。他の実施形態においては、図2に示されるように、下流側軸方向フィン58は上流側軸方向フィン52より半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよい。図示されてはいないが、いくつかの実施形態においては、この配置により、上流側軸方向フィン52と下流側軸方向フィン58とは軸方向に互いに重なり合う。
In some embodiments, the upstream
上流側軸方向フィン52の形成に際しては、いくつかの方法を使用できる。いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン52は、従来の方法により外側側壁46又は外側リング48の一体の一部として機械加工されてもよい。前述のように、いくつかのタービンにおいては、開口部38の上流側縁部は外側バンドにより規定されてもよい。そのような場合、上流側軸方向フィン52は外側バンドの一体の一部として機械加工されてもよい。上流側軸方向フィン52は合金鋼(12‐クロム、ステンレス鋼又は低合金鋼など)から製造されてもよく、炎焼入れ又は他の類似する機械的処理によって機械的に硬化されてもよいが、機械的硬化は不可欠ではない。別の実施形態においては、機械的硬化処理ではなく、流路内の構成要素に通常使用される被覆膜などの被覆膜が上流側軸方向フィン52に対して使用されてもよい。この機械的硬化処理又は保護被覆膜の形成の目的は、固体粒子による浸食に対する上流側軸方向フィン52の耐性を向上することである。
Several methods can be used to form the upstream
図3に示されるように、上流側軸方向フィン52は外側側壁46に溶接されてもよい。他の場合(図示せず)には、上流側軸方向フィン52は外側リング48に溶接されてもよい。図示されるように、上流側軸方向フィン52は、そのような構成要素を有さない外側側壁46に溶接されてもよい。そのような場合、上流側軸方向フィン52が形成されるように、外側側壁46の後縁部に長いテーパ形状の部材70が溶接されてもよい。長いテーパ形状の部材70の上向き半径方向面に配置された溶接部72及び長いテーパ形状の部材70の下部前縁部に配置された溶接部74が使用されてもよいが、他の溶接構成が使用されてもよいことは当業者により認識されるであろう。そのような実施形態においては、溶接される上流側軸方向フィン52は外側側壁46とは異なる材料から製造されてもよい。一般に、外側側壁46又は外側リング48の材料より固体粒子による浸食に対する耐性が高いステライト(登録商標)、インコネル(登録商標)、あるいは他の類似する合金又は材料が使用されてもよい。他の実施形態においては、溶接される上流側軸方向フィン52は外側側壁46又は外側リング48と同一の材料から製造されてもよい。
As shown in FIG. 3, the upstream
図4に示されるように、上流側軸方向フィン52は、機械的結合により又は構成要素を所定の場所にピーニングすることにより外側側壁46に装着されてもよく、他の場合(図示せず)には、外側リング48に装着されてもよい。本実施形態においては、上流側軸方向フィン52を形成するために、テーパ形状又は矩形の部材80が使用されてもよい。矩形の部材80は一端部にダブテール又はフック82を含んでもよいが、機械的結合又はピーニングを可能にする他の構成を含んでもよい。装着中、フック82は外側側壁46のダブテール又は溝84に挿入されてもよい。当該技術において周知であるように、その後、外側側壁46が変形され、フック82が溝84の中に機械的に係止されるように、外側側壁46は溝86に隣接する場所でピーニングされてもよい。外側側壁46又は外側リング48は、ピーニング工程の機械的変形を助ける小さな二次溝(図示せず)を更に含んでもよい。
As shown in FIG. 4, the upstream
上流側軸方向フィン52の所定の場所への機械的結合又はピーニングを採用する場合、上流側軸方向フィン52は外側側壁46又は外側リング48の材料とは異なる材料から製造されてもよい。一般に外側側壁46又は外側リング48の材料より固体粒子による浸食に対する耐性が高いステライト、インコネル、あるいは他の類似する合金又は材料が使用されてもよい。他の実施形態においては、機械的に結合される又はピーニングされる上流側軸方向フィン52は、外側側壁46又は外側リング48と同一の材料から製造されてもよい。更に、機械的結合又はピーニングによって上流側軸方向フィン52を装着することにより、既存の外側側壁46又は外側リング48(あるいは開口部38の上流側縁部を規定する他の構成要素のうち任意の構成要素)に上流側軸方向フィン52を効率よく後付けできる。このように、固体粒子による著しい浸食が起こっているタービンに、更に深刻な浸食の発生を防止するために、上流側軸方向フィン52が追加されてもよい。従って、上流側軸方向フィン52は既存の流路又は新たな流路のいずれに適用されてもよい。
When employing mechanical coupling or peening of the upstream
下流側軸方向フィン58は、上流側軸方向フィン52に関して先に説明した方法に類似する方法により形成されてもよい。すなわち、下流側軸方向フィン58はブレードカバー20の一体の一部として機械加工されてもよいし、あるいは既存のブレードカバー20に溶接されるか、機械的に結合されるか、又は所定の場所にピーニングされてもよい。下流側軸方向フィン58は、上流側軸方向フィン52に関して先に説明した材料と同一の材料から製造されてもよい。
The downstream
動作中、シールガード50は、固体粒子不純物が開口部38に侵入しないように偏向するためのシールドを形成してもよい。また、固体粒子不純物が開口部38から運び去られるように、シールガード50は開口部38の周囲の流れ特性を変化させてもよい。そのように主流路の内部で偏向又は方向転換された固体粒子不純物はシール32の構成要素(及びタービンのこの領域にある他のタービン構成要素)と接触できなくなるか又はシール32の構成要素を浸食できなくなり、タービンの性能が漏れの増加によって悪影響を受けることもなくなる。特に、上流側軸方向フィン52及び下流側軸方向フィン58は開口部38の軸方向の広がりを著しく縮小するため、開口部38に侵入する固体粒子の数を減少する。更に、上流側軸方向フィン52及びその先細の先端部54は、開口部38に侵入するように固体粒子を招き入れていた開口部38の前縁部における既存のわずかな湾曲に代えて使用される。
During operation, the
いくつかの実施形態においては、上流側軸方向フィン52は下流側軸方向フィン58を伴わずに使用されてもよい。そのような実施形態においては、上流側軸方向フィン52は、開口部38の大半の部分を覆うように構成されてもよい。更に、図5に示されるように、上流側軸方向フィン52は下流側溝90と組合わせて使用されてもよい。下流側溝90はブレードカバー20の中に形成された溝又は凹部であってもよい。そのような実施形態においては、上流側軸方向フィン52は開口部38を覆い、下流側溝90の内部で終端してもよい。
In some embodiments, the upstream
同様に、別の実施形態においては、下流側軸方向フィン58は上流側軸方向フィン52を伴わずに使用されてもよい。そのような実施形態においては、下流側軸方向フィン58は、開口部38の大半の部分を覆うように構成されてもよい。更に、図6に示されるように、下流側軸方向フィン58は上流側溝94と組合わせて使用されてもよい。上流側溝94は外側側壁46又は外側リング48の内部に形成された溝又は凹部であってもよい。そのような実施形態においては、下流側軸方向フィン58は開口部38を覆い、上流側溝94の内部で終端してもよい。
Similarly, in another embodiment, the downstream
他の実施形態においては、図2に示すように、上流側軸方向フィン52は下流側軸方向フィン58と重なり合うか又はほぼ重なり合っていてもよい。そのような実施形態においては、下流側軸方向フィン58は上流側軸方向フィン52より半径方向外側へわずかに偏った位置に配置されてもよい。そのような実施形態の場合、固体粒子は、シール32及び関連する構成要素に到達するまでに、必然的に、重なり合っているか又は近接して配置された軸方向フィンの間を縫うように進むことになる。しかし、軸方向フィンの相対的な半径方向位置及び上流側軸方向フィン52により作業流体に与えられる流れ方向によって、固体粒子がそのような動きをすることはほぼありえない。シール32に流れ着く固体粒子の数は著しく制限されるため、シール32及び隣接する構成要素に対する浸食は大幅に減少される。
In other embodiments, as shown in FIG. 2, the upstream
本発明の好適な実施形態の以上の説明から、当業者は改良、変更及び変形を認知するであろう。当該技術に含まれるそのような改良、変更及び変形は添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。更に、以上の説明は本出願の説明された実施形態のみに関連し、添付の特許請求の範囲及びそれと等価のものにより定義される本出願の趣旨の範囲から逸脱せずに数多くの変更及び変形を実施できることは明らかであろう。 From the above description of preferred embodiments of the invention, those skilled in the art will perceive improvements, changes and modifications. Such improvements, changes and modifications within the skill of the art are intended to be covered by the appended claims. Furthermore, the foregoing description relates only to the described embodiments of the present application, and numerous changes and modifications may be made without departing from the scope of the present application as defined by the appended claims and their equivalents. It will be clear that can be implemented.
10…タービン段、12…ノズル、14…タービンブレード、20…ブレードカバー、32…シール、38…開口部、46…外側側壁、48…外側リング、52…上流側軸方向フィン、58…下流側軸方向フィン、90…下流側溝、94…上流側溝
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記下流側軸方向フィン(58)と前記上流側軸方向フィン(52)とは軸方向に互いに重なり合う請求項6記載のシステム。 The downstream axial fin (58) is positioned slightly offset radially outward from the upstream axial fin (52);
The system of claim 6, wherein the downstream axial fin (58) and the upstream axial fin (52) overlap each other in the axial direction.
前記上流側軸方向フィン(52)は前記開口部(38)を覆うように延出し、前記下流側溝(90)の内部で終端する請求項1記載のシステム。 Further comprising a downstream groove (90) disposed at a front edge of the blade cover (20);
The system of claim 1, wherein the upstream axial fin (52) extends to cover the opening (38) and terminates within the downstream groove (90).
前記下流側軸方向フィン(58)は前記開口部(38)を覆うように延出し、前記上流側溝(94)の内部で終端する請求項1記載のシステム。 Further comprising an upstream groove (94) disposed at the rear edge of the nozzle (12);
The system of claim 1, wherein the downstream axial fin (58) extends to cover the opening (38) and terminates within the upstream groove (94).
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