JP4624766B2 - タービンの固定ブレードを取付ける方法及び半径方向加圧ピンを有するタービン構造 - Google Patents

Description

本発明は、反動ノズル用加圧ピンに関し、より具体的には、エーロフォイルセクションにおける設計ツイスト量を保持するのに十分な力で反動ノズルをキャリアの保持面に対して固定するための改良型加圧ピン構成に関する。

従来のタービン構造は、それに取付けられた複数の回転ブレード（バケット）を有するロータを含む。ブレードは、ロータの外面から半径方向外向きに延びるように列の形態で取付けられる。一般的に、所定の列内のブレードは互いに同一であるが、一つの列の回転ブレードは、その列から間隔を置いて配置された他の列の回転ブレードとは長さ及び／又は形状が異なることになる。各回転ブレードは、ロータから半径方向外向きに延びるフォイル部分と該ブレードをロータに取付けるためのベース部分とを有する。この目的のために、ベース部分は、対応する形状の溝内に受けられる根元を含む。

固定ケーシングは、ロータの周りで同軸に支持されかつ回転ブレードの列と交互するように列の形態で配置された複数の固定ブレード（ノズル）を有する。全ての固定ブレードは、固定ケーシングの内面から延びるフォイル部分と固定ケーシングの対応する溝内に受けられる根元を備えたベース部分とを含む。

固定ブレードの根元及び／又は固定ハウジングの溝には、該固定ブレードの根元と溝との間に空間を形成するように切込み又は陥凹部が設けられることになる。切込み及び／又は陥凹部によって形成された空間内にコーキング材料又は加圧ピンを設けてケーシングと根元とを相互結合させることは従来の方法である。従来の方法では、加圧ピンは、真鍮で作られかつ該ピンがその全長に沿ってほぼ「Ｄ」字状をした一定断面を有するようにその軸線に沿って丸棒材上に平面を機械加工することによって製作される。従って、従来の加圧ピンは、該ピンの長手方向軸線に平行な機械加工面を備えた直線形になっている。
米国特許第 2225769 号明細書 米国特許第 4175755 号明細書 米国特許第4819313 号明細書 米国特許第 5088894 号明細書 米国特許第 6722848 号明細書 米国特許第 6786699 号明細書

一体形カバー付き反動ノズルは、組立て式プレツイストを維持するように設計されてきたが、これは、これまでの従来型のノズル用半径方向加圧ピン設計では達成することができないと、我々には思われる。従って、本発明は、好ましくは鋼で作られ、傾斜した又はステップ状の漸増面に沿って反動ノズルの底面と接触するノズル用楔状半径方向加圧ピンを提供する。このような接触により、反動ノズルは、エーロフォイルの設計プレツイストを維持するのに十分な力で半径方向内向きにキャリアダブテールの保持面に対して固定されることになる。本明細書では、本発明の改良型半径方向加圧ピンの２つの実施形態を、以下に実例を用いて例示しかつ説明する。

第１の実施形態では、漸増面は連続的なテーパとして形成され、該テーパは、ピンの任意の点を通る断面が「Ｄ」字状に形成されるようにその軸線に沿って実質的に連続的に傾斜した面を丸棒材に機械加工することによって形成される。機械加工面は、ピンの軸線に対してある角度で作られて、反動ノズルの底面上のほぼ対応したテーパ面に係合する実質的に連続的なテーパ面を形成する。

別の実施形態では、加圧ピンは、実質的に連続的な傾斜面ではなく、１つ又はそれ以上の分離したステップ部を含む。より具体的には、別の例示的な実施形態では、ピンの各端部は、ピン中心線に対してほぼ平行であるがピン中心線から異なる高さで機械加工されて２つの異なる面が形成し、また僅かな角度で機械加工されたある長さの面が、２つの平坦な機械加工面を相互接続する。

従って、本発明は、タービンの固定ブレードを取付ける方法において実施することができ、本方法は、複数の列の形態で複数の固定ブレードを、列内の各固定ブレードが根元とエーロフォイル部分とを有しかつ根元によってタービンケーシングに形成された環状の溝内に取付けられ、各環状の取付け溝が２つの対向する側壁と底壁とを有し、固定ブレードの根元及び取付け溝の壁の少なくとも１つが陥凹部を形成した状態で、配置する段階と、全体として楔形状となるように断面形状が陥凹部の断面形状にほぼ対応した部分周壁部分と漸増壁部分とを含む加圧ピンを各根元と溝との間で陥凹部内に挿入し、それによって固定ブレード根元をケーシングに楔止めする段階とを含む。

本発明はまた、タービン構造において実施することができ、本タービン構造は、それに対して取付けられた複数の回転ブレードすなわちバケットを有し、該ブレードがその外面から半径方向外向きに延びるように列の形態で取付けられているロータと、ロータの周りで同軸に支持されかつ回転ブレードの列と交互する列の形態で配置された複数の固定ブレードすなわちノズルを有する固定ケーシングとを含み、固定ブレードの少なくとも幾つかが、固定ケーシングの内面から延びるフォイル部分と固定ケーシングの対応する溝内に受けられる根元を備えたベース部分とを含み、固定ブレードの根元及び固定ハウジングの溝の少なくとも１つが、該固定ブレードの根元と溝との間に空間を形成する陥凹部を含み、加圧ピンが、全体として楔形状になるように断面形状が陥凹部の断面形状にほぼ対応した部分周壁部分と漸増壁部分とを含み、陥凹部によって形成された空間内に配置されてケーシングと根元とを相互結合している。

本発明のこれら及びその他の特徴及び利点は、添付の図面に関連してなされた本発明の現時点で好ましいと思われる例示的な実施形態の以下のより詳細な説明を注意深く検討することによって、さらに完全に理解されかつ評価されるようになるであろう。

制御条件下で取付けた弾性プレストレスを与えたブレードは、優れた減衰特性を示し、その長期にわたる信頼正のある寿命を損なわずに全ての作動条件の下で動的応力を吸収する状態にある。十分なプレストレス量を備えたブレードの場合、摩擦による摩耗もブレードの緩みも全く発生することがない。従って、所定のプレストレスを維持することが重要となる。

従って、設計は、取付けたブレードの全てが対応する溝内で仕様ツイストによって捻られることを目標にする。ノズルエーロフォイルの構成及び根元の寸法は、ブレードが設計規準によって定めた溝内の位置をとることができるように選択される。

本発明により形成した加圧ピンにより、設計エーロフォイルプレツイストを維持するのに十分な力でノズルを半径方向に加圧して半径方向内向きに該ノズルをキャリアダブテールの保持面に対して固定するような楔接触が得られる
図１は、タービン構造の２つの段を縦断面で概略的に示す。図示した構造において、ほぼ部分円筒形又はＵ字状陥凹部１０が、各ノズル根元１２の受入れ溝１４の底部に形成される。ケーシング１８とノズル２０との間で加圧ピン１６をこの陥凹部内に挿入して、ノズルがそのプレツイスト位置になった状態でこれら部品を固定する。各ノズルを確実に固定しかつそのプレツイストを維持するために、本発明の実施形態では、加圧ピン１６、１１６は、部分円筒形壁部分２２、１２２、２２２と、漸増した、すなわち傾斜した又はステップ状になった壁部分２４、１２４、２２４とを有する全体として楔形状になっている。

図２に示す第１の実施形態では、加圧ピン１１６は、第１の挿入端部１２６から第２の基端部１２８まで実質的に連続的に傾斜して全体としてテーパが付いたすなわち楔形状のピン１１６を形成する壁部分１２４を有する。図３から分かるように、末端の挿入端部に隣接する加圧ピンの断面積は、基端部に隣接する加圧ピンの断面積よりも小さくなっている。壁部分１２４は、連続的にテーパが付けられた面として例示しているが、事実上連続的に傾斜した面を形成するような複数のステップ部を含む壁部分が、連続的に傾斜した面に機能的に等価なものとなる。

ピンの基端部から末端部まで延びる部分円形リセスを形成するグルーブ１３０が、任意選択的に加圧ピンの長手方向に形成される。このグルーブにより、ピン材料をその元の面からスエージ加工又はすえ込み加工し、それによってピンとノズルと間の接触面積を増大させることができるようになる。さらに、このグルーブにより、例えば、ピン取外し工具（図示せず）の挿入が可能になって、ピンがそれぞれのノズル１２０の下方に完全に挿入されている場合であっても基端部から該ピンに係合させかつ該ピンを移動させることができるようになる。部分円形のグルーブ１３０を図示しているが、このグルーブの断面形状には制限がなく、本発明から逸脱することなくＶ形、矩形又はそれ以外のグルーブ構成とすることもできることを理解されたい。

分かると思うが、図２に示したテーパ付き加圧ピン１１６をノズル根元１１２とケーシングの根元溝（キャリアダブテール）１１４との間で陥凹部１１０内に挿入することにより、ノズルが溝底面から僅かに持ち上げられる。このことにより、設計エーロフォイルプレツイストを維持するのに十分な力で半径方向内向きに反動ノズルをキャリアダブテールの保持面に対して固定することになる。加圧ピンとそのそれぞれのノズルとの間の面対面接触を最大にするために、例示的な実施形態では、ノズル根元１１２の対応する部分は、加圧ピン１１６の壁部分１２４の傾斜にほぼ対応する傾斜面１３２を形成するように機械加工されており、加圧ピンの挿入により傾斜面対傾斜面の楔変位が生じるようになる。加圧ピンがその形状とケーシングに対する対応するノズルの固定を維持するようになるのを保証するために、例示的な実施形態では、加圧ピンは、鋼で作られる。

本発明の別の実施形態が図４〜図５及び図７に示されており、テーパ付きすなわち実質的に連続的に傾斜した面ではなく、壁部分２２４は、分離したステップ状部分を含む。図示した実施形態では、ピン２１６の全長に沿って単一のステップ部が形成される。より具体的には、この目的のために、加圧ピンは、該ピンの長手方向軸線に対してほぼ平行になった、各端部２２６、２２８に隣接する平坦なノズル係合面２３４、２３６を形成するように機械加工され、また加圧ピン２１６は、平行面２２６、２２８間に傾斜移行部すなわちステップ部２３８を形成するように機械加工される。点線２４０で示すように、平坦面２２６、２２８間のオフセット量は制限される。さらに図示するように、ノズル根元にカットアウト部２４２を設けて、ピンの挿入を容易にすることができる。

ピン２１６の基端部２２８から末端部２２６まで延びる部分円形リセスを形成するグルーブ２３０が、任意選択的に加圧ピンの長手方向に形成される。最初に記載した実施形態の場合ように、グルーブ２３０は、ピン材料をその元の面からスエージ加工又はすえ込み加工し、それによってピンとノズルと間の接触面積を増大させることができるようにするために設けられる。さらに、このグルーブにより、例えば、ピン取外し工具（図示せず）の挿入が可能になって、ピンがそれぞれのノズル２１２の下方に完全に挿入されている場合であっても基端部から該ピンに係合させかつ該ピンを移動させることができるようになる。上述のように、部分円形のグルーブ２３０をピン回収用として図示しているが、このグルーブの断面形状には制限がなく、本発明から逸脱することなくＶ形、矩形又はそれ以外のグルーブ構成とすることもできることを理解されたい。

分かると思うが、図４に示したテーパ付き加圧ピン２１６をノズル根元２１２とケーシングの根元溝２１４との間で陥凹部２１０内に挿入することにより、ノズルがダブテール溝２１４の底面から僅かに持ち上げられてノズルがその所定のプレツイスト構成において効果的に固定されるようになる。今一度言うが、加圧ピンがその形状とケーシングに対する対応するノズルの固定を維持するようになるのを保証するために、例示的な実施形態では、加圧ピンは、鋼で作られる。

上述したように、連続的に傾斜した面及び単一のステップ状の面を、本発明の実施形態として示したが、傾斜面は、連続的に傾斜している必要はなく一連の分離したステップ部として形成することもできる。さらに、ステップ部の分離した平坦面２２６、２２８は、図４に示すように、それ自体をピンの長手方向軸線に対してほぼ平行な面として形成するか又はそれ自体を傾斜させることができる。さらに、図示した実施形態では、分離したステップ部間の移行部２３８は、傾斜面として設けられているが、別の実施形態では、複数の分離しかつほぼ垂直な半径方向ステップ部を設け、それによって、ピンの断面積を末端部から基端部まで連続的に又は段階的に増大させることができる。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものについて本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものでなく、また特許請求の範囲に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めることを意図するものではなくそれらを容易に理解するためのものであることを理解されたい。

タービンの固定及び可動ブレードの概略縦断面図。 本発明の例示的な実施形態により形成された加圧ピンの正面図。 図２の右から見た端面図。 本発明の別の実施形態により形成された加圧ピンの正面図。 図４の右から見た端面図。 タービン中心線の下方における、ノズルとケーシングとの間に取付けられた図２のピンを示す断面図。 タービン中心線の下方における、ノズルとケーシングとの間に取付けられた図４のピンを示す断面図。

符号の説明

１０、１１０、２１０ 陥凹部
１２、１１２、２１２ 根元
１４、１１４、２１４ 環状の溝
１６、１１６、２１６ 加圧ピン
１８ タービンケーシング
２０ 固定ブレード
２２、１２２、２２２ 部分周壁部分
２４、１２４、２２４ 漸増壁部分
１３０、２３０ グルーブ

Claims (10)

1. タービンの固定ブレードを取付ける方法であって、
   複数の列の形態で複数の固定ブレード（２０）を、列内の各固定ブレードが根元（１２、１１２、２１２）とエーロフォイル部分とを有しかつ前記根元によってタービンケーシング（１８）に形成された環状の溝（１４、１１４、２１４）内に取付けられ、各前記環状の取付け溝が２つの対向する側壁と底壁とを有し、前記固定ブレードの根元及び前記取付け溝の壁の少なくとも１つが陥凹部（１０、１１０、２１０）を形成した状態で、配置する段階と、
   全体として楔形状となるように断面形状が前記陥凹部（１０、１１０、２１０）の断面形状にほぼ対応した部分周壁部分（２２、１２２、２２２）と漸増壁部分（２４、１２４、２２４）とを含む加圧ピン（１６、１１６、２１６）を各前記根元と溝との間で前記陥凹部内に挿入し、それによって前記固定ブレード根元を前記ケーシングに楔止めする段階と、
   を含む方法。
2. 前記漸増壁部分（１２４）が、前記加圧ピンの第１の挿入端部（１２６）から第２の基端部（１２８）まで実質的に連続的に傾斜して楔形状を形成し、前記挿入端部（１２６）に隣接する前記加圧ピンの断面積が、前記基端部（１２８）に隣接する前記加圧ピンの断面積よりも小さくなっている、請求項１記載の方法。
3. 前記漸増壁部分（１２４）が、前記挿入端部から基端部まで連続的にテーパが付けられている、請求項２記載の方法。
4. グルーブ（１３０、２３０）が、前記加圧ピンの基端部から末端部まで該加圧ピンの長手方向に形成されている、請求項１記載の方法。
5. 前記部分周壁部分が部分円筒形状（２４、１２４、２２４）になっている、請求項１記載の方法。
6. それに対して取付けられた複数の回転ブレードすなわちバケットを有し、前記ブレードがその外面から半径方向外向きに延びるように列の形態で取付けられているロータと、
   前記ロータの周りで同軸に支持されかつ前記回転ブレードの列と交互する列の形態で配置された複数の固定ブレードすなわちノズル（２０）を有する固定ケーシング（１９）と、を含み、
   前記固定ブレードの少なくとも幾つかが、前記固定ケーシングの内面から延びるフォイル部分（２０）と前記固定ケーシングの対応する溝（１４、１１４、２１４）内に受けられる根元（１２、１１２、２１２）を備えたベース部分とを含み、
   前記固定ブレードの根元及び前記固定ケーシングの溝の少なくとも１つが、該固定ブレードの根元と溝との間に空間を形成する陥凹部（１０、１１０、２１０）を含み、
   加圧ピン（１６、１１６、２１６）が、全体として楔形状になるように断面形状が前記陥凹部の断面形状にほぼ対応した部分周壁部分（２２、１２２、２２２）と漸増壁部分（２４、１２４、２２４）とを含み、前記陥凹部によって形成された空間内に配置されて前記ケーシングと根元とを相互結合している、
   タービン構造。
7. 前記漸増壁部分（１２４）が、前記加圧ピン（１１６）の第１の挿入端部（１２６）から第２の基端部（１２８）まで実質的に連続的に傾斜して楔形状を形成し、前記挿入端部に隣接する前記加圧ピンの断面積が、前記基端部に隣接する前記加圧ピンの断面積よりも小さくなっている、請求項６記載のタービン構造。
8. 前記漸増壁部分が、前記挿入端部から基端部まで連続的にテーパが付けられている、請求項７記載のタービン構造。
9. グルーブ（１３０、２３０）が、前記加圧ピンの基端部から末端部まで該加圧ピンの長手方向に形成されている、請求項６記載のタービン構造。
10. 前記部分周壁部分が部分円筒形状になっている、請求項６記載のタービン構造。
    

Images