JP6118182B2 - マルチピースロッキングブレードを備えるタービンロータ・ブレード組立体 - Google Patents

Description

本出願及び結果として得られる特許は、全体的に、ターボ機械に関し、より詳細には、応力集中を低減するためのマルチピースロッキングブレードを有する蒸気タービンで用いるタービンロータとブレードの組立体（以下、タービンロータ・ブレード組立体という。）に関する。

蒸気タービンの翼形部又はバケットは、一般に、バケット組立体において規則的な間隔でロータの周りに配設される。バケット組立体は、ロータ上の開口内に接線方向に１つずつバケットを挿入して、該バケットをロータの周りに円周方向に滑動させることにより作成することができる。バケットは、相補的な雌雄ダブテール及び他の構成によってロータに取り付けることができる。しかしながら、バケット組立体を閉鎖するためには、最後のバケットをダブテール以外の特徴要素によって保持しなければならない。この最後のバケットは、一般に、ロッキング（locking）ブレード又は閉鎖（closure）バケットと呼ばれ、１以上のブレード保持スクリュー及び同様のものがロータ内にネジ込まれ又はネジ留めされることによりロータに固定することができる。他のタイプの接続手段及び他のタイプのバケット組立体を使用することもできる。

作動中、バケット及びロータ上に大きな遠心荷重が加わる場合がある。このような遠心荷重並びに荷重過渡特性に伴って同時に起きる熱誘起荷重は、ダブテール及びバケットをロータに取り付ける隣接区域において応力を誘起する場合がある。これらの応力は、ロータのサイクル疲労寿命に悪影響を及ぼすのに十分な大きさのものとすることができる。特に懸念されるのは、ロータ内に直接ネジ込み又は他の方法で挿入され得るブレード保持スクリューに関連したロータの応力集中とすることができる。

従って、蒸気タービン及び同様のものにおけるタービンロータ・ブレード組立体の改善に対する要求がある。好ましくは、このようなタービンロータ・ブレード組立体の改善により、応力集中を低減し、ロータ全体の疲労寿命を改善させることができる。

米国特許第７９０１１８７号明細書

従って、本出願及び結果として得られる特許は、本明細書において、蒸気タービン用のタービンロータ・ブレード組立体を提供する。タービンロータ・ブレード組立体は、ロータと、ロータの周りに配設された複数のバケットと、ロータの周りに配設されたロッキングブレードとを含むことができる。ロッキングブレードは、マルチピース（組立式）構成を含むことができる。

本出願及び結果として得られる特許は更に、ロータと共に使用するマルチピースロッキングブレードを提供する。マルチピースロッキングブレードは、ベースと、ベースの第１の側部上にある第１のサイドフックと、ベースの第２の側部上にある第２のサイドフックとを含むことができる。

本出願及び結果として得られる特許は更に、蒸気タービンを提供する。蒸気タービンは、ロータと、ロータの周りに配設された複数のバケットと、ロータの周りに配設されたマルチピースロッキングブレードとを含むことができる。マルチピースロッキングブレードは、ベース、第１のサイドフック及び第２のサイドフックを含むことができる。

本出願及び結果として得られる特許のこれら及び他の特徴並びに改善点は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって当業者には明らかになるであろう。

複数のセクションを備える蒸気タービンの１つの実施例の概略図。 本明細書で説明することができるタービンロータ・ブレード組立体の部分斜視図。 図２のタービンロータ・ブレード組立体と共に使用するロッキングブレードの分解図。 図２のタービンロータ・ブレード組立体と共に使用するロータの部分透視図。

次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本明細書で使用することができる蒸気タービン１０の１つの実施例の概略図である。蒸気タービン１０は、第１のセクション１５及び第２のセクション２０を含むことができる。セクション１５、２０は、高圧セクション、中圧セクション及び／又は低圧セクションとすることができる。セクション１５、２０の各々は、複数の段を有することができる。外側シェル又はケーシング２５は、軸方向でそれぞれ上側ハーフセクション３０と下側ハーフセクション３５とに分割することができる。ロータシャフト４０は、ケーシング２５を通って延びることができ、複数のジャーナル軸受４５により支持することができる。また、複数のシール５０が端部又はその他の周りでロータシャフト４０を囲むことができる。中心セクション５５は、１以上の蒸気入口６０を含むことができる。流れスプリッター６５は、セクション１５、２０間に延びることができる。

使用時には、蒸気７０の流れは、蒸気入口６０を通ってセクション１５、２０に入り、段によって蒸気から機械的仕事を抽出し、ロータシャフト４０を回転させるようにすることができる。次いで、蒸気７０の流れは、更なる処理及び同様のことを行うためにセクション１５、２０から流出することができる。本明細書で説明される蒸気タービン１０は、例証の目的に過ぎない。他の多くの構成及び他の多くの又は異なる構成要素を備える蒸気タービン及び／又は他のタイプのターボ機械を本明細書用いることもできる。

図２は、本明細書で説明することができる蒸気タービン１００の一部を示す。具体的には、蒸気タービン１００は、タービンロータ・ブレード組立体１１０を含むことができる。タービンロータ・ブレード組立体１１０は、タービンロータ１２０を含むことができる。タービンロータ１２０は、そこに形成されたダブテールスロット１３０を含む。複数のバケット１４０を接線方向挿入及び同様のものによってロータ上に装着することができる。バケット１４０の各々は、ブレード１５０及びダブテール１６０を含むことができる。ダブテール１６０は、ロータ１２０の共形のダブテールスロット１３０（その逆であってもよい）と嵌合するよう構成することができる。ロータ１２０及びバケット１４０は、あらゆるサイズ、形状又は構成を有することができる。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用することができる。

図２及び図３に示すように、タービンロータ・ブレード組立体１１０はまた、ロッキングブレード１７０を含むことができる。上述のように、ロッキングブレード１７０にはダブテール１６０が存在しない場合がある。むしろ、ロッキングブレード１７０は、マルチピース構成１７５を有することができる。具体的には、ロッキングブレード１７０は、ベース１９０から延びるブレード１８０を含むことができる。ベース１９０のサイズ、形状及び構成は変えることができる。ベース１９０は、第１の側部２１０上の第１のサイドベーススクリューネジ２００及び第２の側部２３０上の第２のサイドベーススクリューネジ２２０を有することができる。ベース１９０は、該ベース１９０の第１の側部２１０上の第１のサイドフック２４０及びベース１９０の第２の側部２３０上の第２のサイドフック２５０を有するフックのペアが全体的に又は部分的に囲むことができる。各フック２４０、２５０は、外向きに延びるフランジ、すなわち、第１のフランジ２６０及び第２のフランジ２６５を有することができる。フック２４０、２５０及びフランジ２６０、２６５のサイズ、形状及び構成は変えることができる。フック２４０、２５０の各々はまた、フックスクリューネジ、すなわち、第１のフックスクリューネジ２７０及び第２のフックスクリューネジ２７５を含むことができる。第１のサイドスクリュー２８０及び第２のサイドスクリュー２９０などのスクリューのペアを用いて、フック２４０、２５０をベース１９０に取り付けることができる。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用することができる。

図４に示すように、ロータ・ブレード組立体１１０はまた、ロータ１２０のダブテールスロット１３０内に配置されたロッキングブレード溝３００を含むことができる。ロッキングブレード溝３００は、ロッキングブレード１７０のベース１９０及びフック２４０、２５０を収容するようなサイズにすることができる。具体的には、ロッキングブレード溝３００は、フック２４０、２５０の両方にフランジ２６０、２６５を収容するようなサイズにすることができる。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用することができる。

使用時には、ロータ・ブレード組立体１１０のバケット１４０は、上述のようにダブテールスロット１３０内のロータ１２０の周りに位置付けることができる。バケット１４０の全てが配置されたときに、ロッキングブレード１７０を挿入することができる。具体的には、フック２４０、２５０は、ロータ１２０のロッキングブレード溝３００内に挿入することができる。次いで、ベース１９０は、フック２４０、２５０間に挿入することができる。次に、ベース１９０は、ベーススクリューネジ２００、２２０及びフックスクリューネジ２７０間にサイドスクリュー２８０、２９０を挿入することにより固定することができる。上記のようにしてロータ・ブレード組立体１１０を固定することができる。ロータ・ブレード組立体１１０はまた、逆の順序で分解することができる。

従って、マルチピース構成１７５を有するロッキングブレード１７０は、タービンロータブレード組立体１１０の全体の疲労寿命を改善することができる。具体的には、マルチピース構成１７５を用いることにより、ブレード保持スクリュー及び同様のものを使用したときにネジ孔の小さな半径によって引き起こされる可能性がある固有のロータ応力集中を回避することができる。むしろ、マルチピース構成１７５は、ロータ１２０にネジ込まれ又は他の方法で挿入されるネジを使用する必要もなく、ロータ１２０のロッキングブレード溝３００内にフック２４０、２５０を使用する。従って、マルチピース構成１７５は、ロータ１２０及び関連の構成要素の疲労寿命を改善し、構成要素寿命を延ばすことができる。

上記のことは、本出願及びその結果として得られる特許の特定の実施形態にのみに関連している点を理解されたい。添付の請求項及びその均等物によって定義される本発明の全体的な技術的思想及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる。

１０ 蒸気タービン
１５ 第１のセクション
２０ 第２のセクション
２５ ケーシング
３０ 上側ハーフ
３５ 下側ハーフ
４０ ロータシャフト
４５ 軸受
５０ シール
５５ 中心セクション
６０ 蒸気入口
６５ 流れスプリッター
７０ 蒸気の流れ
１００ 蒸気タービン
１１０ ロータ・ブレード組立体
１２０ ロータ
１３０ ダブテールスロット
１４０ バケット
１５０ ブレード
１６０ ダブテール
１７０ ロッキングブレード
１７５ マルチピース構成
１８０ ブレード
１９０ ベース
２００ 第１のサイドベーススクリューネジ
２１０ 第１の側部
２２０ 第２のサイドベーススクリューネジ
２３０ 第２の側部
２４０ 第１のサイドフック
２５０ 第２のサイドフック
２６０ 第１のフランジ
２６５ 第２のフランジ
２７０ 第１のフックスクリューネジ
２７５ 第２のフックスクリューネジ
２８０ 第１のサイドスクリュー
２９０ 第２のサイドスクリュー
３００ ロッキングブレード溝

Claims (12)

1. 蒸気タービン用のタービンロータ及びブレード組立体であって、当該組立体が、
   ロータと、
   前記ロータの周りに配設された複数のバケットと、
   前記ロータの周りに配設され、マルチピース構成を含むロッキングブレードと
   を備えており、前記ロッキングブレードが、
   第１の平坦な側面と第２の平坦な側面とを有するベースであって、第１の平坦な側面が、第１の平坦な側面に延びる第１のサイドベース部分スクリューネジを含んでいて、第２の平坦な側面が、第２の平坦な側面に延びる第２のサイドベース部分スクリューネジを含んでおり、第１のサイドベース部分スクリューネジ及び第２のサイドベース部分スクリューネジが、それぞれ、第１の平坦な側面及び第２の平坦な側面の底面まで延在している、ベースと、
   前記ベースの第１の平坦な側面と当接するように構成された第１の平坦な当接面を有する第１のサイドフックであって、第１の平坦な当接面に延びる第１のサイドフック部分スクリューネジを含んでいて、第１のサイドフック部分スクリューネジが第１のサイドベース部分スクリューネジと共に第１の完全スクリューネジを形成していて、第１のサイドフック部分スクリューネジが第１のサイドフックの底面までは延在しない、第１のサイドフックと、
   前記ベースの第２の平坦な側面と当接するように構成された第２の平坦な当接面を有する第２のサイドフックであって、第２の平坦な当接面に延びる第２のサイドフック部分スクリューネジを含んでいて、第２のサイドフック部分スクリューネジが第２のサイドベース部分スクリューネジと共に第２の完全スクリューネジを形成していて、第２のサイドフック部分スクリューネジが第２のサイドフックの底面までは延在しない、第２のサイドフックと
   を含んでいる、組立体。
2. 前記ロッキングブレードが、前記ベースから延びるブレードを含む、請求項１記載の組立体。
3. 前記ロッキングブレードが、前記ベースと第１のサイドフックとの間に第１のサイドスクリューと、前記ベースと第２のサイドフックとの間に第２のサイドスクリューとを含む、請求項１記載の組立体。
4. 第１のサイドフックが第１のフランジを含み、第２のサイドフックが第２のフランジを含む、請求項１記載の組立体。
5. 前記ロータが、前記ロッキングブレードの第１のフランジ及び第２のフランジを収容するサイズのロッキングブレード溝を含む、請求項４記載の組立体。
6. 前記ロータがダブテールスロットを含み、前記複数のバケットがダブテールスロットに配置される、請求項１記載の組立体。
7. 前記複数のバケットの各々が、前記ダブテールスロットと嵌合するダブテールを含む、請求項６記載の組立体。
8. ロータと共に使用するマルチピースロッキングブレードであって、
   第１の平坦な側面と第２の平坦な側面とを有するベースであって、第１の平坦な側面が、第１の平坦な側面に延びる第１のサイドベース部分スクリューネジを含んでいて、第２の平坦な側面が、第２の平坦な側面に延びる第２のサイドベース部分スクリューネジを含んでおり、第１のサイドベース部分スクリューネジ及び第２のサイドベース部分スクリューネジが、それぞれ、第１の平坦な側面及び第２の平坦な側面の底面まで延在している、ベースと、
   前記ベースの第１の平坦な側面と当接するように構成された第１の平坦な当接面を有する第１のサイドフックであって、第１の平坦な当接面に延びる第１のサイドフック部分スクリューネジを含んでいて、第１のサイドフック部分スクリューネジが第１のサイドベース部分スクリューネジと共に第１の完全スクリューネジを形成していて、第１のサイドフック部分スクリューネジが第１のサイドフックの底面までは延在しない、第１のサイドフックと、
   前記ベースの第２の平坦な側面と当接するように構成された第２の平坦な当接面を有する第２のサイドフックであって、第２の平坦な当接面に延びる第２のサイドフック部分スクリューネジを含んでいて、第２のサイドフック部分スクリューネジが第２のサイドベース部分スクリューネジと共に第２の完全スクリューネジを形成していて、第２のサイドフック部分スクリューネジが第２のサイドフックの底面までは延在しない、第２のサイドフックと
   を備える、マルチピースロッキングブレード。
9. 前記ロッキングブレードが、前記ベースと第１のサイドフックとの間に第１のサイドスクリューと、前記ベースと第２のサイドフックとの間に第２のサイドスクリューとを含む、請求項８記載のマルチピースロッキングブレード。
10. 第１のサイドフックが第１のフランジを含み、第２のサイドフックが第２のフランジを含む、請求項８記載のマルチピースロッキングブレード。
11. 前記ロッキングブレードが、前記ベースから延びるブレードを含む、請求項８記載のマルチピースロッキングブレード。
12. 蒸気タービンであって、
    ロータと、
    前記ロータの周りに配設された複数のバケットと、
    前記ロータの周りに配設された請求項８乃至請求項１１のいずれか１項記載のマルチピースロッキングブレードと
    を備える、蒸気タービン。