(57)【要約】【課題】蒸気タービンを提供する。【解決手段】本蒸気タービン（１０）は、異なる材料のバケットを含む段（１００）を有する。例えば、第１のバケット（１５０）の組は、第１の材料で製造することができ、第２のバケット（１５２）の組は、第２の材料で製造することができ、その場合に、第１の材料は、第２の材料とは異なる。【選択図】      図２
2010065688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバケットを含む段（１００）を備える蒸気タービン（１０）であって、上記複数のバケットが、第１の材料からなる第１のバケット（１５０）の組と、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２のバケット（１５２）の組とを含む、蒸気タービン（１０）。
【請求項２】
第１のバケット（１５０）と第２のバケット（１５２）が当該段（１００）の周方向に交互に配置されている、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項３】
第１のバケット（１５０）の組が、第２のバケット（１５２）の組間で当該段（１００）の周りに周方向に等しく分散した２以上のバケットのサブセットとして配置される、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項４】
第１の材料がステンレス鋼合金を含み、第２の材料がニッケル合金を含む、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項５】
各バケットが一体カバー（１５４）を含み、２以上のバケットのカバーが異なる幾何形状を有する、請求項１記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項６】
異なる幾何形状が、２以上のバケット間でカバー接触を維持するように選択される、請求項５記載の蒸気タービン（１０）。
【請求項７】
蒸気タービン（１０）用の複数のバケットの段（１００）であって、第１の材料からなる第１のバケット（１５０）の組と、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２のバケット（１５２）の組とを含む段（１００）。
【請求項８】
第１のバケット（１５０）と第２のバケット（１５２）が当該段（１００）の周方向に交互に配置されている、請求項７記載の段（１００）。
【請求項９】
第１のバケット（１５０）の組が、第２のバケット（１５２）の組間で該段（１００）の周りに周方向に等しく分散した２以上のバケットのサブセットとして配置される、請求項７記載の段（１００）。
【請求項１０】
第１の材料がステンレス鋼合金を含み、第２の材料がニッケル合金を含む、請求項７記載の段（１００）。
【請求項１１】
各バケットが一体カバー（１５４）を含み、２以上のバケットのカバーが異なる幾何形状を有する、請求項７記載の段（１００）。
【請求項１２】
異なる幾何形状が２以上のバケット間でカバー接触を維持するように選択される、請求項１１記載の段（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には蒸気タービンに関する。具体的には、本発明は、異なる材料の一体カバー付きバケットを含む蒸気タービン段に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの蒸気流路は概して固定ケーシングとロータとで形成される。このような構成では、何枚かの固定静翼が周方向列の形態で蒸気流路に内向きに延在するようにケーシングに取付けられる。同様に、何枚かの回転動翼が周方向列の形態で蒸気流路に外向きに延在するようにロータの回転シャフトに取付けられ。固定静翼と回転動翼は交互に列をなすように配置され、静翼列及び直ぐ下流の動翼列は段を形成する。静翼は蒸気の流れが下流の動翼列に正しい角度で流入するように、蒸気の流れを導く働きをする。動翼の翼形部は、蒸気からエネルギーを抽出してロータ及び該ロータに取付けられた負荷を駆動するのに必要な動力を発生させる。
【０００３】
蒸気が蒸気タービンを流れると、その圧力は各段毎に所望の吐出圧に達するまで順次降下する。従って、温度、圧力、速度及び水分量のような蒸気特性は、蒸気が流路を通って膨張する際に列毎に異なる。その結果、各動翼列には、その列に付随した蒸気条件に対して最適化された翼形状の動翼が用いられる。翼形状に加えて、バケットは、組立て時及び使用時に列内の隣接バケットのカバーとの接触を保つ寸法及び位置の一体カバーで終端する。この構造には、２つの理由が存在する。第一に、カバーを絶えず接触させることは、隣接バケット、カバー、静翼インタフェース間の間隙を減少及び／又は排除することによって蒸気通路性能を高める。第二に、隣接バケットとカバーが連続して接触していないバケットは、「自立状態」になり、これにより損傷が生じる。連続カバー接触を維持することは、例えば約９７５°Ｆを超える用途では、静翼及び／又はロータインタフェースの長期クリープの発生のために設計上困難な課題となる。最新の解決法では、一体カバー付きバケットに対してニッケル基合金のような高性能材料を使用するか或いはクリープが制限要因となるような蒸気タービンの領域にピーニング処理した（別体の）カバーを備えたステンレス鋼合金バケットを使用する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様では、複数のバケットを含む段を含む蒸気タービンであって、複数のバケットが、第１の材料からなる第１のバケットの組と、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２のバケットの組とを含む、蒸気タービンを提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様では、蒸気タービン用の複数のバケットの段であって、第１の材料からなる第１のバケットの組と、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２のバケットの組とを含むバケット段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】蒸気タービンの一部切欠き斜視図。
【図２】蒸気タービンの回転シャフトを通して断面にした段の一実施形態の概略前面図。
【図３】蒸気タービンの回転シャフトを通して断面にした段の別の実施形態の概略前面図。
【図４】蒸気タービンの回転シャフトを通して断面にした段のさらに別の実施形態の概略前面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、蒸気タービンに関する用途及び作動を例にとって、本発明の１以上の実施形態について説明する。ただし、本発明が適宜どのようなタービン及び／又はエンジンにも同様に応用できることは、本明細書の教示内容に接した当業者には明らかであろう。本発明の実施形態は、異なる材料のバケットを含む段を有する蒸気タービンを提供する。
【０００８】
図面を参照すると、図１は、蒸気タービン１０の一部切欠き斜視図を示す。蒸気タービン１０は、回転シャフト１４及び複数の軸方向に離隔したロータホイール１８を備えたロータ１２を含む。複数の回転動翼２０が、各ロータホイール１８に対して機械的に結合される。具体的には、動翼２０は各ロータホイール１８の周方向の列として配置される。複数の固定静翼２２がシャフト１４の周方向に配置され、軸方向には隣接動翼２０列の間に位置する。固定静翼２２は動翼２０と協働してタービン段を形成し、タービン１０を通る蒸気流路の一部を形成する。
【０００９】
作動中に、蒸気２４は、タービン１０の入口２６に流入しかつ固定タービン２２を通して送られる。静翼２２は蒸気２４を下流の動翼２０に向ける。蒸気２４は、残りの段を通って流れ、動翼２０に力を与えてシャフト１４を回転させる。タービン１０の少なくとも一端は軸方向にロータ１２と遠位方向に延在していてもよく、特に限定されないが、発電機その他のタービンのような負荷又は機械（図示せず）に取付けることができる。
【００１０】
図１に示すような本発明の一実施形態では、タービン１０は、５つの段を含む。５つの段は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４と呼ばれる。段Ｌ４は第１段であって５段のうちで最小（半径方向に）のものである。段Ｌ３は、第２であって軸方向における次の段である。段Ｌ２は、第３であって５段のうちの中央に位置するものとして示す。段Ｌ１は、第４であって最後から２番目の段である。段Ｌ０は、最終段であって最大（半径方向に）のものである。５つの段は一例にすぎず、タービンの段の数は４以下でも、６以上でもよい。本明細書に記載するように、本発明の教示は多段タービンである必要はない。
【００１１】
図２〜図４は、蒸気タービン１０の回転シャフト１４を通して断面にした段１００の実施形態の概略前面図を示す。段１００は、複数のバケット１５０、１５２を含む。各バケット１５０、１５２は、一体カバー１５４（図２にのみ示す）を含むことができ、すなわち、バケット１５０、１５２は、一体カバー付きバケット（ＩＣＢ）を構成する。一実施形態では、バケット１５０、１５２上のカバー１５４は、異なる幾何形状を有することができる。つまり、カバーの形状及び／又は寸法は、接触を保ちながら、特定の材料の異なる熱膨張率（ＣＴＥ）特性に適応するような異なるものにすることができる。
【００１２】
従来の段と対照的に、バケットは、異なる材料で製造した２以上のバケット１５０、１５２を含む。一実施形態では、第１の材料は、ステンレス鋼合金（例えば、４０３ＣＢ＋、Ｃｒｕｃｉｂｌｅ（登録商標）４２２）を含み、第２の材料は、ニッケル合金（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標））を含む。例えば、２以上のバケットは、第１の材料からなる第１のバケット１５０の組と、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２のバケット１５２の組とを含むことができる。図２の実施形態では、第１のステンレス鋼バケット１５０及び第２のニッケル合金バケット１５２は、段の周方向に交互に配置されている。図３〜図４では、第１のステンレス鋼バケット１５０の組は、第２のニッケル合金バケット１５２の組間で段の周りに周方向に等しく分散した２以上のバケットのサブセットとして配置される。図４では、３つの第１のバケット１５０の組は、単一の第２のバケット１５２間で分散配置される。特定の構成について例示してきたが、様々な異なる構成も実施可能である。例えば、第１のバケット１５０の組に含まれるバケットの数は多くても少なくてもよい。同様に、第２のバケット１５２の組に含まれるバケットの数は多くても少なくてもよい。最終的な構成は、段が使用されるダイナミック条件により決まる。
【００１３】
上述の本発明は、蒸気タービンロータの段における低コストのＩＣＢアセンブリを可能にする。具体的には、クリープの防止のため従前使用されていた段では、高価なニッケル合金一体カバー付きバケット又はステンレス鋼合金ピーニング処理カバー構成のみが用いられている。対照的に、本発明は、ＩＣＢに安価なステンレス鋼合金バケットを使用しているので、低コストの段が実現される。組立ての際に、第１のニッケル合金バケット１５０は、非ニッケル合金バケットを使用しているにもかかわらず使用時に接触を維持する働きをする第２のステンレス鋼バケット１５２の予ねじりに対する停止ブロック又は支持体として作用する。上記の利点に加えて、本発明は、ピーニング処理カバーに対して良好な外観を持たせて、クリーンなＩＣＢの印象を与える。
【００１４】
本明細書における「第１の」、「第２の」などの用語は、順序、数量又は重要性を意味するものではなく、ある要素を他の要素から区別するためのものである。数量に関して用いる「約」という修飾語は、その数値を包含し、かつ文脈によって決まる意味を有する（例えば、その数量の測定に付随する誤差を含む。）。本明細書に記載された範囲は、上下限を含み、独立に組合せ自在である（例えば、「約２５％以下、特に約５％〜約２０％」との記載は「約５％〜約２５％」の上下限及びあらゆる中間値を含む。）。
【００１５】
本明細書では、様々な実施形態について説明してきたが、本発明の技術的範囲内で様々な要素の組合せ、変更及び改良を当業者がなし得ることは本明細書の記載から明らかであろう。また、本発明の技術的範囲内で、特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるための数多くの変更を行うこともできる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の実施形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。
【符号の説明】
【００１６】
１０  蒸気タービン
１２  ロータ
１４  回転シャフト
１８  ロータホイール
２０  回転バケット
２２  固定静翼
２４  蒸気
２６  入口
１００  段
１５０  第１のニッケル合金バケット
１５２  第２のステンレス鋼バケット
１５４  一体カバー
【図１】
2010065688.tif 000003
【図２】
2010065688.tif 000004
【図３】
2010065688.tif 000005
【図４】
2010065688.tif 000006