(57)【要約】【課題】一体回転制御特徴要素を備えたタービンバケットが開示される。【解決手段】一実施形態では、タービンバケットは、半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、ロータ本体と係合し、半径方向内側端部に接続されたベースセクションと、を備え、ベースセクションが、中心本体と、中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、タングのセットの半径方向内側にあって中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、中心本体から延び、ロータ本体の半径方向開口と係合する一体回転制御特徴要素と、を含む。一体回転制御特徴要素は、タービンバケットがロータ本体と係合した時にベースセクションの回転を制限するサイズにされる。【選択図】      図１
2014040829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、
前記ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、
ロータ本体と係合し、前記半径方向内側端部に接続されたベースセクションと
を備えるタービンバケットであって、前記ベースセクションが、
中心本体と、
前記中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、
前記タングのセットの半径方向内側にあって前記中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、
前記中心本体から延び、前記ロータ本体の半径方向開口と係合する回転制御特徴要素と
を含む、タービンバケット。
【請求項２】
前記回転制御特徴要素が、前記ロータ本体の前記半径方向開口と係合した時に前記ベースセクションの動きを制限するサイズにされる、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項３】
前記回転制御特徴要素が、前記タービンバケットのベースセクションと一体化された半径方向突出部である、請求項２記載のタービンバケット。
【請求項４】
前記フランジのセットにおける各フランジが、前記ロータ本体の軸方向開口と係合する、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項５】
前記タングのセットにおける各タングが、前記ロータ本体の表面上の突出部と係合する、請求項１記載のタービンバケット。
【請求項６】
前記ロータ本体の表面上の前記突出部が、半径方向外向きに延びる、請求項５記載のタービンバケット。
【請求項７】
ロータ本体の周りに連続ダブテールスロットを含むロータ本体と、
複数のタービンバケットと
を備えるロータホイール組立体であって、前記各タービンバケットが、
半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、
前記ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、
前記ロータ本体内の連続ダブテールスロットの一部分と係合し且つ前記半径方向内側端部に接続されたベースセクションと
を備えていて、前記ベースセクションが、
中心本体と、
前記中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、
前記タングのセットの半径方向内側にあって前記中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、
前記中心本体から延びて前記ロータ本体内の半径方向開口と係合する回転制御特徴要素と
を含んでいる、ロータホイール組立体。
【請求項８】
前記回転制御特徴要素が、前記ロータ本体内の前記半径方向開口と係合した時に前記ベースセクションの動きを制限するサイズにされる、請求項７記載のロータホイール組立体。
【請求項９】
前記回転制御特徴要素が、前記タービンバケットのベースセクションと一体化された半径方向突出部である、請求項８記載のロータホイール組立体。
【請求項１０】
前記半径方向開口が、前記ロータ本体の周りで円周方向に延びる、請求項９記載のロータホイール組立体。
【請求項１１】
前記フランジのセットにおける各フランジが、前記ロータ本体内の軸方向開口と係合する、請求項７記載のロータホイール組立体。
【請求項１２】
前記軸方向開口が、前記ロータ本体の周りで円周方向に延びる、請求項１１記載のロータホイール組立体。
【請求項１３】
前記タングのセットにおける各タングが、前記ロータ本体の表面上の突出部と係合する、請求項７記載のロータホイール組立体。
【請求項１４】
前記ロータ本体の表面上の前記突出部が、半径方向外向きに延びる、請求項１３記載のロータホイール組立体。
【請求項１５】
前記ロータ本体の表面上の前記突出部が更に、前記ロータ本体の周りで円周方向に延びる、請求項１４記載のロータホイール組立体。
【請求項１６】
複数のロータホイール組立体を備えるタービンであって、前記ロータホイール組立体の各々が、
複数の開口を有する複数のダブテールスロットを含むロータ本体と、
タービンバケットと
を備えており、前記タービンバケットが、
半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、
前記ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、
前記ロータ本体内の少なくとも１つのスロットと係合し且つ前記半径方向内側端部に接続されたベースセクションと
を備えており、前記ベースセクションが、
中心本体と、
前記中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、
前記タングのセットの半径方向内側にあって前記中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、
前記中心本体から延び、前記ロータ本体内の半径方向開口と係合する回転制御特徴要素と
を含んでいる、タービン。
【請求項１７】
前記回転制御特徴要素が、前記ロータ本体内の前記半径方向開口と係合した時に前記ベースセクションの動きを制限するサイズにされる、請求項１６記載のタービン。
【請求項１８】
前記回転制御特徴要素が、前記タービンバケットのベースセクションと一体化された半径方向突出部である、請求項１７記載のタービン。
【請求項１９】
前記フランジのセットにおける各フランジが、前記ロータ本体内の軸方向開口と係合する、請求項１６記載のタービン。
【請求項２０】
前記タングのセットにおける各タングが、前記ロータ本体上の突出部と係合し、該突出部が、前記ロータ本体の表面から半径方向外向きに延びる、請求項１６記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、タービンに関し、より具体的には、一体カバー又はシュラウドを有するタービンバケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ある特定の原子炉、単純サイクル及び複合サイクル発電プラントシステムのような一部の発電プラントシステムは、その設計及び運転においてタービンを用いている。これらタービンの一部は、複数の接線方向ダブテールブレードを用いたロータ（例えば、ドラム式ロータ、ホイール／ダイアフラム式ロータ、その他）を含む。これらブレード（又は「バケット」）は、ロータ本体内の挿入スロットを介してロータの周りで円周方向に据え付けられる。更に、何れかの特定の設計において、ブレードの複数の段（又は列）が存在することができる。
【０００３】
バケット設計の一部の式において、タービンバケットのダブテールから反対側の端部に位置する一体カバー又はシュラウドは、列の形態でバケット毎に接触状態を維持して、タービンの運転時における振動励振を減衰させ、固有振動を制御することを目的としている。タービンバケットの一体カバーは、通常は、これらの振動特性を制御するために、タービンバケットカバー及びブレードの初期プレツイスト又は予荷重が存在するように設計される。ダブテール特徴要素及びロータ接合部は、この回転力に対する反作用を提供しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９４６８２２号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一体回転制御特徴要素を含むタービンバケットが開示される。一実施形態では、タービンバケットは、半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、ロータ本体と係合し、半径方向内側端部に接続されたベースセクションとを備え、ベースセクションが、中心本体と、中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、タングのセットの半径方向内側にあって中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、中心本体から延び、ロータ本体の半径方向開口と係合する一体回転制御特徴要素とを含む。一体回転制御特徴要素は、タービンバケットがロータ本体と係合した時にベースセクションの回転を制限するサイズにされる。
【０００６】
本発明の第１の態様は、タービンバケットを提供し、該タービンバケットが、半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、ロータ本体と係合し、半径方向内側端部に接続されたベースセクションとを備え、ベースセクションが、中心本体と、中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、タングのセットの半径方向内側にあって中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、中心本体から延び、ロータ本体の半径方向開口と係合する回転制御特徴要素とを含む。
【０００７】
第２の態様は、ロータホイール組立体を提供し、該ロータホイール組立体が、その周りに連続ダブテールスロットを含むロータ本体と、複数のタービンバケットとを備え、各タービンバケットが、半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、ロータ本体内の連続ダブテールスロットの一部分と係合し且つ半径方向内側端部に接続されたベースセクションとを含み、ベースセクションが、中心本体と、中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、タングのセットの半径方向内側にあって中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、中心本体から延びてロータ本体内の半径方向開口と係合する回転制御特徴要素とを含む。
【０００８】
第３の態様は、タービンを提供し、該タービンが、複数のロータホイール組立体を備え、各ロータホイール組立体が、複数の開口を有する複数のダブテールスロットを含むロータ本体と、タービンバケットとを含み、タービンバケットが、半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、ロータ本体内の少なくとも１つのスロットと係合し且つ半径方向内側端部に接続されたベースセクションとを含み、ベースセクションが、中心本体と、中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、タングのセットの半径方向内側にあって中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、中心本体から延び、ロータ本体内の半径方向開口と係合する回転制御特徴要素とを含む。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態によるタービンバケットの切り欠き概略図。
【図２】本発明の実施形態によるタービンバケットの切り欠き概略図。
【図３】本発明の実施形態によるタービンバケットのベースセクション及びロータ本体のダブテールスロットの切り欠き概略図。
【図４】本発明の実施形態によるタービンバケットのベースセクション及びロータ本体のダブテールスロットの切り欠き概略図。
【図５】本発明の実施形態によるロータホイール組立体の部分斜視図。
【図６】本発明の実施形態による複合サイクル発電プラントシステムの一部を示す概略ブロック図。
【図７】本発明の実施形態による単一シャフト複合サイクル発電プラントシステムの一部を示す概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の図面は、必ずしも縮尺通りではない点に注目されたい。これらの図面は、本発明の典型的な態様のみを表すことを目的としており、従って、本発明の技術的範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１２】
上述のように、本明細書に開示した主題は、タービンに関し、より具体的には一体カバー又はシュラウドを有するタービンバケットに関する。
【００１３】
例えば、ある特定の原子炉、単純サイクル及び複合サイクル発電プラントシステムのような一部の発電プラントシステムは、その設計及び運転にタービンを用いる。これらタービンの一部は、複数の接線方向ダブテールブレードを用いたロータ（例えば、ドラム式ロータ、ホイール／ダイアフラム式ロータ、その他）を含む。これらブレード（又は「バケット」）は、ロータ本体内の挿入スロットを介してロータの周りで円周方向に据え付けられる。更に、何れかの特定の設計には複数の段（又は列）のブレードが存在することができる。
【００１４】
バケット設計の一部の式において、タービンバケットのダブテールから反対側の端部に位置する一体カバー又はシュラウドは、列の形態でバケット毎に接触状態を維持して、タービンの作動時における振動励振を減衰させ、固有振動を制御することを目的としている。タービンバケットの一体カバーは通常、これらの振動特性を制御するために、タービンバケットカバー及びブレードの初期プレツイスト又は予荷重が存在するように設計される。ダブテール特徴要素及びロータ接合部は、この回転力に対する反作用を提供しなければならない。
【００１５】
「Ｔ字根元」式（例えば、タービンバケットのベースが、「Ｔ」字形を形成する場合）の一体カバー付きタービンバケットの開発及びテスト中に、一体カバーのプレツイスト力及び正常な組立力が、ダブテールを必要以上に反作用及びツイストさせる問題が見出された。このことにより、適正な組立、更には振動特性の適切な減衰が妨げられた。
【００１６】
本発明の態様は、一体回転制御特徴要素を含む一体カバー付きタービンバケットを提供する。一実施形態では、タービンバケットは、半径方向内側端部及び半径方向外側端部を有するブレードセクションと、ブレードセクションの半径方向外側端部に接続された一体カバーセクションと、ロータ本体と係合し、半径方向内側端部に接続されたベースセクションと、含み、該ベースセクションが、中心本体と、該中心本体から軸方向に延びるタングのセットと、該タングのセットの半径方向内寄りに中心本体から軸方向に延びるフランジのセットと、中心本体から延びる一体回転制御特徴要素とを含み、回転制御特徴要素は、ロータ本体内の半径方向開口と係合するようになっている。一体回転制御特徴要素は、タービンバケットがロータ本体と係合した時に、ベースセクションの回転を制限するサイズにされる。本明細書で説明するように、一体回転制御特徴要素は、ベースセクションの中心本体から延びて、ロータ本体のえぐりを引き起こす一体カバーツイスト力及び正常組立力を相殺する。
【００１７】
ここで図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態によるタービンバケット１０（すなわち、一体カバー１８）及びタービンバケット１０の切り欠き斜視図が、それぞれ図示されている。図１は、適正なカバー結合及び振動特性の適切な減衰に望ましい一体カバープレツイストの方向を示している。次に図２を参照すると、タービンバケット１０は、半径方向内側端部１４及び半径方向外側端部１６を有するブレードセクション１２を含む。ロータ本体上に組み付けられた時には（図５）、複数のタービンバケット１０は、ロータ本体３０の周りにバケットの複数の列を形成することができる（図５）。タービンバケット１０の各列は、図１に示すように、タービンバケット１０の全てを当該列の形態でカバーして各タービンバケットを部分的にツイストする一体カバー１８（すなわち、シュラウド）によって互いに結合される。従って、各タービンバケット１０は、外側半径端部１６にてブレードセクション１２に接続された一体カバーセクション１８を含む。
【００１８】
再び図２を参照すると、タービンバケット１０のブレードセクション１２の半径方向内側端部にはベースセクション２０がある。該ベースセクション２０は、中心本体２２を含む。半径方向外寄りの部分には、タング２４（例えば、フランジ、フック、その他）のセットが中心本体２２から軸方向に延びている。半径方向内寄りの部分には、フランジ２６（例えば、フック、タング、その他）のセットが中心本体２２から軸方向に延びている。中心本体２２の半径方向内寄りの部分には、回転制御特徴要素２８（すなわち、半径方向突出部２８）が、中心本体２２から半径方向内向きに延びている。図２（及び図３）に示すように、半径方向突出部２８は正方形の形態をとるが、矩形、半円形、又は他のあらゆる形状であってもよい点は理解される。
【００１９】
次に図３及び図４を参照すると、タービンバケット１０のベースセクションの部分断面図と、ロータ本体３０の部分断面図がそれぞれ示されている。図４に示すように、ロータ本体３０における各ダブテールスロット３２は、複数の開口を含む。例えば、ダブテールスロット３２は、軸方向開口３４を含む。軸方向開口３４は、ベースセクション２０の中心本体２２から軸方向に延びるフランジ２６のセットと係合するように適合される。タービンバケット１０をロータ本体に更に固定するために、タング２４のセットにおける各タング２４は、突出部３６と係合するように適合させることができる。各突出部３６は、ロータ本体３０の表面から半径方向外向きに延びる。
【００２０】
ダブテールスロット３２はまた、ロータ本体３０の周りで円周方向に延びる半径方向開口３８を含む。半径方向開口３８は、タービンバケット１０のベースセクション２０の半径方向突出部２８と係合するように適合される。半径方向突出部２８は、ロータ本体３０の半径方向開口３８内で係合した時にベースセクション２０の移動が制限されるようなサイズにされる。従って、一体カバープレツイスト力及び組み付け力によって引き起こされるロータ本体３０のえぐりが防止される。この半径方向突出部２８と半径方向開口３８との間の接合部は、カバー１８及び／又はタービンバケット１０から伝達される組み付け及び／又は運転力に反作用して、バケットダブテール２０全体のツイストを制御することに関して充分な軸方向の堅固さを有している。
【００２１】
次に図５を参照すると、本発明の実施形態による、タービンバケット１０及びロータ本体３０を含むタービン１００の一部分の部分斜視図が示されている。この実施形態では、図２及び図３に上述したタービンバケット１０は、ロータ本体３０から半径方向に延びる。ロータ本体３０は、複数の段４０を含むことができる。ロータ本体３０の各ダブテールスロット（図４）は、タービンバケット１０のベースセクション２０と係合するように適合される。例えば、図示のこの実施形態では、タービンバケット１０のベースセクション２０は、逆「Ｔ」字の形態になっている。従って、ロータ本体３０内のダブテールスロット３２は、タービンバケット１０をロータ本体３０に固定するために、タービンバケット１０のベースセクション２０と実質的に相補的な形状を含む。すなわち、上述のように、ロータ本体３０のダブテールスロット３２は、タービンバケット１０を固定するために、タービンバケット１０のフランジ２６のセット、タング２４のセット、及び半径方向突出部２８をそれぞれ係合する軸方向開口３４のセット、突出部３６のセット、及び半径方向開口３８を含む。
【００２２】
図６を参照すると、複数シャフト複合サイクル発電プラント９００の一部の概略図が示されている。複合サイクル発電プラント９００は、例えば、発電機９０８に作動可能に接続されたガスタービン９０２を含むことができる。発電機９０８及びガスタービン９０２は、ガスタービン９０２の駆動シャフト（図示せず）と発電機９０８との間でエネルギーを伝達することができるシャフト９０７によって機械的に結合することができる。また図６には、ガスタービン９０２及び蒸気タービン９０６に作動可能に接続された熱交換器９０４が示される。熱交換器９０４は、従来の導管（符号の付与は省略）を介してガスタービン９０２及び蒸気タービン９０６の両方に流体接続することができる。ガスタービン９０２及び／又は蒸気タービン９０６は、図１〜図５又は本明細書に記載した他の実施形態のロータ本体３０及び／又はタービンバケット１０を含むことができる。熱交換器９０４は、従来型の複合サイクル発電システムにおいて使用されたもののような、従来型の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）とすることができる。発電の技術分野において公知のように、ＨＲＳＧ９０４は、ガスタービンからの高温排気ガスを給水設備と組み合わせて利用して、蒸気タービン９０６に送給される蒸気を発生させることができる。蒸気タービン９０６は、任意選択的に、（第２のシャフト９０７を介して）第２の発電機システム９０８に結合することができる。発電機９０８及びシャフト９０７は、当技術分野で公知のあらゆるサイズ又は形式のものとすることができ、それらの用途又は接続されるシステムに応じて異なることができることは理解される。発電機及びシャフトに共通の符号が付与されていることは、明確にするためのものであり、これらの発電機又はシャフトが必ずしも同一であることを示唆するものではない。
【００２３】
図７に示した他の実施形態では、単一シャフト複合サイクル発電プラント９９０は、単一シャフト９０７を介してガスタービン９０２及び蒸気タービン９０６の両方に結合された単一発電機９０８を含むことができる。蒸気タービン９０６及び／又はガスタービン９０２は、図１〜図５又は本明細書に記載した他の実施形態のロータ本体３０及び／又はタービンバケット１０を含むことができる。
【００２４】
本発明のタービンブレード及びロータは、何れか１つの特定のタービン、発電システム又は他のシステムに限定されるものではなく、他の発電システム及び／又はシステム（例えば、複合サイクル、単純サイクル、原子炉、その他）と共に使用することができる。更に、本発明のタービンバケットは、本明細書に記載されていないが、本明細書に記載した一体回転制御特徴要素から恩恵を受けることができる他のシステムと共に使用することができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２６】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２７】
１０  タービンバケット
１２  ブレードセクション
１４  半径方向内側端部
１６  半径方向外側端部
１８  一体シュラウド
２０  ベースセクション
２２  中心本体
２４  タングのセット
２６  フランジのセット
２８  回転制御特徴要素
３０  ロータ本体
３２  ダブテールスロット
３４  軸方向開口
３６  突出部
３８  半径方向開口
４０  段
１００  タービン
９００  複数シャフト複合サイクルプラント
９０２  ガスタービン
９０４  熱交換器
９０６  蒸気タービン
９０７  シャフト
９０８  発電機
９９０  単一シャフト複合サイクル発電プラント
【図１】
2014040829.tif 000003
【図２】
2014040829.tif 000004
【図３】
2014040829.tif 000005
【図４】
2014040829.tif 000006
【図５】
2014040829.tif 000007
【図６】
2014040829.tif 000008
【図７】
2014040829.tif 000009
【外国語明細書】
2014040829000001.pdf