JP2018505994A - タービンブレードのための固定デバイスを有するブレード締結機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、タービンブレードのための固定デバイス（２）であって、前記固定デバイス（２）が、タービンブレードが径方向及び軸方向に動くことを防止し、且つ突出部（１５）を含む保持部品（１０）を特徴とし、突出部（１５）が、タービンブレードの基部（３）の凹所（１７）内に延在し、且つブレードが軸方向に動くことを防止する、固定デバイスに関する。

Description

本発明は、少なくとも１つのタービンブレードと、タービンブレードを軸方向及び径方向で固定するための固定デバイスと、を備えるロータであって、ロータがブレード溝を備え、タービンブレードがタービンブレード基部を備え、ブレード溝及びタービンブレード基部がブレード溝に適合され、固定デバイスが、ブレード溝とタービンブレード基部との間に配置された保持部品を有する、ロータに関する。

ブレード締結機構は、通常、連続流機械、特に蒸気タービンのロータ上にロータブレードを締結するために使用される。ロータの比較的高い回転の結果として、ロータ上に配置されたロータブレードは、大きな遠心力にさらされる。従って、タービンブレードのタービンブレード基部は、大きな力に耐えなければならず、ブレード溝内において径方向外側に押し込まれる。遠心力に加えて、高い振動負荷が、さらなる問題を呈し、機械的損傷及び材料疲労につながる可能性がある。蒸気衝突又はブレード溝の内部での振動に起因するブレード基部の腐食及び移動動作は、さらなる問題を呈する。ブレード溝の内部にタービンブレード基部を固定するために、さまざまな解決法、例えば金属製のくさび、バネリング又はシール部品が公知である。金属製のくさびは、軸方向及び径方向双方においてブレード溝の内部での関連するブレード基部のロックを確立するが、大型のロータブレードの場合には、回転中にこのような金属製のくさびにより径方向の十分な保持力を生み出すことが困難である。さらに、金属製のくさびは、蒸気媒体中での長期的な動作中に腐食挙動を示し、これは、分解することを困難にさせる。

軸方向においてネジ山を付けられたロータブレードが公知であり、このロータブレードは、ターボ機械、例えば蒸気タービンにおいて、動作応力を考慮すると、タービンブレードの軸方向作用力を吸収するとともにその軸方向位置にブレードを維持する構造を必要とする。このような固定機構は、軸方向固定機構とも称される。このような軸方向固定機構の場合には、通常、互いに対して重ね合わせられるように形成された２つのノッチが配置されている。しかしながら、ノッチの重ね合わせは、頻繁に、応力を増大させ、従ってターボ機械の構造での使用を大幅に制限してきた。

本発明の目的は、ブレード及び関連するブレードホルダの正確且つ安定した保持が長期の動作にわたって保証される、連続流機械でのブレード締結機構を提供することである。

上記の目的は、少なくとも１つのタービンブレードと、タービンブレードを軸方向及び径方向で固定するための固定デバイスと、を備えるロータであって、ロータがブレード溝を備え、タービンブレードがタービンブレード基部を備え、ブレード溝及びタービンブレード基部がブレード溝に適合され、固定デバイスが、ブレード溝とタービンブレード基部との間に配置された保持部品を有し、保持部品が、タービンブレード基部の凹所内に配置された突出部を有し、突出部が、軸方向における保持部品の移動が防止されるように、凹所内に係合し、固定デバイスが、ロータから径方向に作用する力をタービンブレードにかける荷重バネを有するロータによって達成される。

従って、本発明は、ロータとタービンブレード基部との間の空間内に固定デバイスを配置することを提案する。前記空間は、好ましくはロータに配置されている。従って、空間によって形成されたノッチは、回転軸に向かって径方向内側に動かされる。結果として、ロータに付与される力は、より良好に分配される。

有利な改良は、従属請求項で与えられる。

１つの改良では、保持部品は、ブレード基部に直接統合される。この場合には、保持部品は、軸方向で見るとブレード基部の前縁部又は好ましくはブレード基部の後縁部のいずれかに、径方向内側に、異なって形成される。前縁部及び後縁部での異なる形成は、ここでの軸方向凹所を可能にし、これは、修正されたブレードの軸方向挿入をさらにもたらす。

第１の有利な改良では、固定デバイスが、保持部品の第２の凹所内及びロータ凹所内に配置されたプレートを有し、プレートが、軸方向におけるプレートの移動が防止されるように、第２の凹所内及びロータ凹所内に係合する。

従って、保持部品の軸方向における能動的な移動は、効果的に防止される。プレートは、この場合には、ロータ凹所内及び保持部品の第２の凹所内に配置され、従って、保持部品が軸方向に移動可能となることに対するバリアを形成する。

有利な改良では、荷重バネが、ブレード溝と保持部品との間に配置されている。

前記荷重バネは、ロータからの力をタービンブレード基部にかける。輸送中及び動作中に、特に低回転速度では、径方向に作用する力をタービンブレード基部にかけることが重要である。結果的に、軸方向におけるタービンブレードの移動は、摩擦効果の結果としてさらに回避される。所定の回転速度を上回ると、タービンブレードに径方向で作用する遠心力は、非常に大きいので、荷重バネに起因するバネ力の影響が無視される。

有利には、荷重バネは、ブレード溝とブレード基部との間で、保持部品に隣り合って配置されている。

これは、シンプルな手段によって作り出すことが可能な、特にシンプルな且つ構造的解決法である。

さらに有利な改良では、ブレード基部が、軸方向で見ると前方に配置された縁部と、軸方向で見ると前縁部の反対側に配置された後縁部と、を有し、保持部品が、前縁部から後縁部まで延在している。

ここで、本発明は、有利には、軸方向の寸法が、保持部品が前縁部から後縁部まで延在するようになるように保持部品を改良することを提案する。

さらに有利な改良では、第１の固定プレートが前縁部に配置され、第２の固定プレートが後縁部に配置される。

これは、一方の軸方向と、反対側を向く軸方向と、の双方において保持部品の軸方向移動を効果的に防止する。

さらに有利な改良では、第１の荷重バネが前縁部に配置され、第２の荷重バネが後縁部に配置される。

結果として、特に始動中又は輸送中に生じる力及び振動の対称的な分配が、さらに最小化することができる。

さらに有利な改良では、突出部が、（回転軸に対する）周方向において細長い構成からなる。

細長い構成は、通常、比較的シンプルな製造プロセスであり、このプロセスは、ここではコスト削減につながる。

突出部は、有利には、矩形断面からなる。

さらに有利な改良では、突出部が、シリンダとして形成され、且つ止まり孔として形成された凹所内に係合する。これは、突出部の細長い構成形態の代替案を呈する。局所的に係合する力は、有利なことにここで提案された止まり孔に作用し、止まり孔には、突出部として形成されたシリンダが係合する。

ロータ凹所及び第２の凹所は、有利には、径方向において重なって配置される。

径方向において重なる構成による配向の結果として、プレートの傾斜が、効果的に防止される。本発明の上述した特性、特徴及び利点と、これらが達成される方法と、は、図面と関連してより詳細に説明される例示的な実施形態の以下の説明に関連して、より明確になり、且つより容易に理解可能となる。

本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して以下で説明される。前記図面は、代表的な方法の例示的な実施形態を図示するよう意図されておらず、むしろ図面は、説明のために都合の良いように、概略的な且つ／又は若干変形された形態で示されている。図面において直接同一とみなせる教示への付加に関しては、関連する従来技術が参照される。

固定デバイスの斜視図を示す。 固定デバイスの第１の変形例の断面図を示す。 図２の第１の変形例による保持部品の斜視図である。 図３の保持部品のさらなる斜視図である。 プレートの斜視図である。 第２の変形例による固定デバイスの断面図を示す。 図６の第２の変形例による保持部品の斜視図である。 図７の保持部品のさらなる斜視図である。 プレートの斜視図である。 第３の変形例による固定デバイスの断面図を示す。 第３の変形例による保持部品の斜視図を示す。 第３の変形例のための図１１による保持部品のさらなる斜視図を示す。 第３の変形例のためのプレートの図である。 第４の変形例による固定デバイスの断面図を示す。 第４の変形例による固定デバイスの一部の断面図を示す。

図１は、固定デバイス１を示す。図１によれば、ロータ２の一部及びタービンブレード基部３の一部を見ることができる。明確にするために、タービンブレードのブレード翼は図示していない。ロータはブレード溝４を有する。前記ブレード溝４は、ロータの回転軸５と平行となるように形成されたブレード溝４であってもよい。ブレード溝４は、湾曲したブレード溝４であってもよく、この湾曲したブレード溝４は、そして軸方向７の前縁部に配置されている。

回転軸５及び軸方向７は、互いに平行に配置されている。ロータ２は、所定の回転速度で回転軸５周りに回転する。タービンブレードは、タービンブレード基部３とブレード溝４との間にできるだけ小さい遊びを有するように、ブレード溝４内に適合されている。固定デバイス８がなければ、タービンブレードは、軸方向７において自由に移動することが可能である。

ロータ２及びタービンブレードは、ターボ機械、例えば蒸気タービンの一部である。連続流機械の始動中には、遠心力はまだ比較的小さく、輸送中には、遠心力は全く存在しない。結果として、タービンブレードは軸方向７に移動可能であることが考えられる。これは、固定デバイス８により防止される。所定の回転数を上回ると、遠心力は、非常に大きいので、タービンブレードがブレード溝４内でいわゆる当接側面９を圧迫し、それにより安定位置を得る。この所定の回転数を上回ると、軸方向の移動は困難である。固定デバイス８により、軸方向７及び径方向におけるタービンブレードの移動は、効果的に防止される。固定デバイス８は、保持部品１０を備えている。図１から図５は、保持部品１０の第１の構成を示している。保持部品１０は、ブレード溝４とタービンブレード基部３との間に配置されている。保持部品１０は、前縁部６に配置された前面１１を備えている。前面１１の反対側では、後面１２が配置されている（図２においてのみ見ることができる）。保持部品１０は、頂面１３及び底面１４を有する。頂面１３は、底面１４の反対側に配置されている。頂面１３は、図２に示すように、タービンブレード基部３の底面に当接する。前面１１及び前縁部６は、このケースでは同一平面上にある。保持部品１０の底面１４は、回転軸５を向いている。

保持部品は、頂面１３に突出部１５を有し、突出部１５は、本発明の第１の変形例によれば、周方向１６において細長い構成からなる。突出部１５は、矩形断面からなる。突出部１５は、頂面１３全体にわたって形成されており、且つタービンブレード基部３の凹所１７内に延在している。凹所１７は、このケースでは、突出部１５に対して相補的な構成からなる。これは、凹所１７も細長い構成及び矩形断面からなることを意味する。

突出部が凹所１７内に配置されると、保持部品が軸方向７において移動することができなくなり、従って、軸方向７における保持部品１０の移動は防止される。

図２に示すように、底面１４とロータ２との間には、荷重バネ１８が配置される空間がある。荷重バネ１８は、ロータ２から保持部品１０へ、そして最終的にはタービンブレード基部３へ力を導く。前記力は、保持部品１０が凹所１７から飛び出ることを防止する。さらに固定するために、固定デバイス８は、プレート１９を有しており、プレート１９は、軸方向７におけるプレート１９の移動が防止されるように、ロータ凹所２０内及び第２の凹所２１内に係合する。第２の凹所２１は、保持部品１０に配置されている。プレート１９は、このケースでは、側面から押し込まれる。プレート１９は、周方向１６を向くように形成されている。

図２は、保持部品１０と固定デバイス８全体との前記第１の変形例の断面図を示す。図３及び図４は、保持部品１０の第１の変形例での保持部品１０の斜視図を示す。図５は、周方向１６に形成されたプレート１９を示す。プレートは、第２の凹所２１内に延在するプレート頂面２２を有する。プレート底面２３は、ロータ凹所２０内に延在する。

図６から図９は、固定デバイス８の第２の変形例を示している。

第１の変形例の固定デバイス８に対する第２の変形例による固定デバイス８の差異は、突出部１５が、細長い構成からなるのではなくシリンダ２４として形成され、且つタービンブレード基部３の止まり孔内に延在していることである。このケースでは、シリンダ２４は、図１による突出部１５と同様の作用方式を有し、つまり軸方向７での移動が防止される。

図７及び図８は、第２の変形例による保持部品１０の斜視図を示す。

図９は、第２の変形例のために構成されたプレート１９を示しており、第１の変形例及び第３の変形例によるプレート１９は同一である。

プレート１９は、周方向１６において包囲するように構成され、このケースではセグメント化された方法で形成されている。これは、プレート１９が、個々のセグメントからなることを意味する。プレート１９は、ロータ凹所２０及び第２の凹所に形状嵌めするように構成されている。プレート１９は、包囲溝の研磨された開口部を介して所定の周方向位置に挿入され、且つそれらプレート１９の最終位置まで押され、最後のセグメントの挿入の後に、セグメントは、スポット溶接によって境界で互いに結合される。荷重バネ１８は、タービンブレードが、停止中、例えば輸送中にロータ２と当接することを保証することに役立つ。荷重バネ１８は、例えばディスクバネとして構成されている。しかしながら、荷重バネ１８は、クランプ部品として構成することもできる。

図１０から図１３は、固定デバイス８の第３の変形例を示す。第３の変形例は、保持部品１０及び荷重バネ１８が軸方向７において互いに隣り合って配置されることを特徴とする。これは、荷重バネ１８がロータ２上に直接且つタービンブレード基部３上に直接配置されることと、力がロータ２からタービンブレード３へ直接伝達されることと、を意味する。保持部品１０は、軸方向７において荷重バネ１８に隣り合って配置されている。同様に、保持部品１０は、突出部１５及び第２の凹所２１を有する。第１の変形例によれば、突出部１５は細長い構成からなる。また、第２の変形例によれば、突出部１５はシリンダとして形成される。図１０は、第３の変形例による固定デバイス８の断面図を示す。図１１及び図１２は、保持部品１０の斜視図を示す。図１３は、プレート１９の斜視図を示す。

図１４及び図１５は、固定デバイス８の第４の変形例を示す。第４の変形例による固定デバイス８は、保持部品１０がここではタービンブレード基部３の前縁部６からタービンブレード基部の後縁部まで形成されていることを特徴とする。これは、保持部品１０が前縁部６から後縁部まで完全に配置されていることを意味する。同様に、保持部品１０は、凹所１７内に係合する突出部１５を有する。さらに、同様に、第２の凹所２１内及びロータ凹所２０内に係合するプレート１９が設けられている。同様に、荷重バネ１８は、保持部品１０とロータ２との間に配置されている。

本発明を、より具体的に図示し、且つ好ましい例示的な実施形態によってより詳細に説明したが、本発明は、開示した例によって限定されるものではなく、当業者は、本発明の保護範囲から逸脱することなく、開示した例から他の変形例を導くことができる。

１ 固定デバイス、２ ロータ、３ タービンブレード基部、４ ブレード溝、５ 回転軸、６ 前縁部、７ 軸方向、１０ 保持部品、１１ 第１縁部、１５ 突出部、１７ 凹所、１８ 荷重バネ、１９ プレート、２０ ロータ凹所、２１ 第２の凹所、２４ シリンダ、２５ 止まり孔

Claims (18)

1. 少なくとも１つのタービンブレードと、
   前記タービンブレードを軸方向及び径方向で固定するための固定デバイス（１）と、
   を備えるロータ（２）であって、
   前記ロータ（２）がブレード溝（４）を備え、
   前記タービンブレードがタービンブレード基部（３）を備え、
   前記ブレード溝（４）及び前記タービンブレード基部（３）が前記ブレード溝（４）に適合され、
   前記固定デバイス（１）が、前記ブレード溝（４）と前記タービンブレード基部（３）との間に配置された保持部品（１０）を有し、
   前記保持部品（１０）が、前記タービンブレード基部（３）に向かって面する所定の表面を有し、
   前記所定の表面が、前記タービンブレード基部（３）に当接し、
   前記保持部品（１０）が、前記所定の表面上に、前記タービンブレード基部（３）の凹所（１７）内に配置された突出部（１５）を有し、前記突出部（１５）が、軸方向（７）における前記保持部品（１０）の移動が防止されるように、前記凹所（１７）内に係合し、
   前記固定デバイス（１）が、前記ロータ（２）から径方向に作用する力を前記タービンブレードにかける荷重バネ（１８）を有することを特徴とするロータ（２）。
2. 前記荷重バネが、独立した構成要素として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ（２）。
3. 前記凹所（１７）が、前記突出部（１５）に対して相補的な構成からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ（２）。
4. 前記突出部が、矩形断面からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のロータ（２）。
5. 前記固定デバイス（１）が、前記保持部品（１０）の第２の凹所（２１）内及びロータ凹所（２０）内に配置されたプレート（１９）を有し、
   前記プレート（１９）が、軸方向（７）における前記プレート（１９）の移動が防止されるように、第２の凹所（２１）内及び回転凹所（２０）内に係合することを特徴とする請求項１に記載のロータ（２）。
6. 前記荷重バネ（１８）が、前記ブレード溝（４）と前記保持部品（１０）との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ（２）。
7. 前記荷重バネ（１８）が、前記ブレード溝（４）と前記タービンブレード基部（３）との間で、前記保持部品（１０）に隣り合って配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ（２）。
8. 前記タービンブレード基部（３）が、軸方向（７）で見ると前方に配置された縁部（６）と、軸方向（７）で見ると前記前縁部（６）の反対側に配置された後縁部と、を有し、
   前記保持部品（１０）が、前記前縁部（６）から前記後縁部まで延在していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のロータ（２）。
9. 第１の固定プレートが前記前縁部（６）に配置され、第２の固定プレートが前記後縁部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のロータ（２）。
10. 第１の荷重バネ（１８）が前記前縁部（６）に配置され、第２の荷重バネが前記後縁部に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のロータ（２）。
11. 前記突出部（１５）が、前記ロータ（２）の回転軸（５）に対して方向づけられた周方向において細長い構成からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のロータ（２）。
12. 前記突出部（１５）が矩形断面からなることを特徴とする請求項１に記載のロータ（２）。
13. 前記突出部（１５）が、シリンダ（２４）として形成され、且つ止まり孔（２５）として形成された前記凹所内に係合することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のロータ（２）。
14. 前記ロータ凹所（２０）及び前記第２の凹所（２１）が、径方向において重なって配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のロータ（２）。
15. 前記固定デバイス（１）が、前記ロータ（２）のデバイス凹所内に配置されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のロータ（２）。
16. 第１のデバイス凹所が前記前縁部（１１）に形成され、第２のデバイス凹所が前記後縁部に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のロータ（２）。
17. 前記荷重バネ（１８）がディスクバネとして構成されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のロータ（２）。
18. 前記保持部品（１０）が前記タービンブレード基部（３）の一部であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のロータ（２）。

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