(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）であって、
外側ダイアフラムリング（１２０）と、
内側ダイアフラムリング（１１８）と、
前記内側ダイアフラムリング（１１８）及び外側ダイアフラムリング（１２０）間に配置された固定ノズルブレード（１１０）の環状帯と、
その各対が前記固定ノズルブレード（１１０）の１つを前記外側ダイアフラムリング（１２０）又は内側ダイアフラムリング（１１８）の１つに対して実質的に取外し可能に固定する複数の対の取外し可能な溶接継手（１９０）と、
を含み、
各固定ノズルブレード（１１０）が、
翼形部（１１２）と、
前記翼形部（１１２）の第１の側面と一体の内側側壁（１１４）と、
前記翼形部（１１２）の第２の側面と一体の外側側壁（１１６）と、
を含み、
前記内側側壁（１１４）及び外側側壁（１１６）が各々、
該側壁のほぼ全長（Ｌ）にわたって延在する弓形凹面形表面（１３４）を有する正圧側面（１２４）と、
該側壁のほぼ全長（Ｌ）にわたって延在する弓形凸面形表面（１３６）を有する負圧側面（１２４）と、
を含み、
前記固定ノズルブレード（１１０）の少なくとも１つが、該固定ノズルブレード（１１０）の別の１つに対して前記固定ノズルブレード（１１０）の軸方向（Ａ）に取外し可能に取付けられる、
蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【請求項２】
前記各対の取外し可能な溶接継手（１９０）が、前記固定した取外し可能な固定ノズルブレード（１１０）の軸方向位置を実質的に保持する、請求項１に記載の蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【請求項３】
前記内側側壁（１１４）の弓形凹面形表面（１３４）及び該内側側壁（１１４）の弓形凸面形表面（１３６）が、ほぼ等しい円弧半径を有する、請求項１または２に記載の蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【請求項４】
前記外側側壁（１１６）の弓形凹面形表面（１３４）及び該外側側壁（１１６）の弓形凸面形表面（１３６）が、ほぼ等しい円弧半径を有する、請求項１から３のいずれかに記載の蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【請求項５】
前記内側側壁（１１４）の弓形凹面形表面（１３４）及び前記外側側壁（１１６）の弓形凹面形表面（１３４）が、それぞれ該内側側壁（１１４）の弓形凸面形表面（１３６）及び該外側側壁（１１６）の弓形凸面形表面（１３６）と相補形である、請求項１から４のいずれかに記載の蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【請求項６】
前記内側側壁（１１４）の弓形凹面形表面（１３４）及び該内側側壁（１１４）の弓形凸面形表面（１３６）が、ほぼ等しい円弧長さを有する、請求項１から５のいずれかに記載の蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【請求項７】
前記外側側壁（１１６）の弓形凹面形表面（１３４）及び該外側側壁（１１６）の弓形凸面形表面（１３６）が、ほぼ等しい円弧長さを有する、請求項１から６のいずれかに記載の蒸気タービンダイアフラム組立体（２００）。
【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、蒸気タービンノズル組立体つまりダイアフラム段に関する。具体的には、本明細書に開示した主題は、弓形つまり「円錐形」（例えば、円弧状凹面形、円弧状凸面形）接合部を有する複数のノズルセグメントを備えた蒸気タービンノズル組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、作動流体の流れを回転ロータに連結されたタービンバケット内に導く固定ノズル（つまり「翼形部」）セグメントを含む。ノズルセグメントの完全組立体は一般に、蒸気タービンのダイアフラム段と呼ばれる。ダイアフラム段を組立てる１つの方法は、一体形側壁を有する複数の単一翼形部（「固定ノズルブレード」又は「シングレット」）を内側及び外側リングに溶接する（又はそれに代えて、ロウ付けする）ことである。これらのシングレットの各々は、隣接するシングレットがそれに対して溶接又はロウ付けされる（内側及び外側リングの形態として）接合部を有する。これらの接合部は、蒸気タービンの軸線に平行に配向された軸方向前縁セクション（つまり「正圧側面」セクション）と、傾斜後縁セクション（つまり「負圧側面」セクション）とを含む。傾斜接合部セクションを備えた現在のシングレット設計は個々のセグメント間の緊密嵌合を可能にするが、それらの傾斜接合部により、個々のセグメントの取外し及び補修が殆ど不可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４２７１８７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
円錐形接合部を有する蒸気タービンノズルセグメントを開示する。一実施形態では、蒸気タービン固定ノズルブレードは、翼形部と、翼形部の第１の側面と一体の内側側壁と、翼形部の第２の側面と一体の外側側壁とを含み、内側側壁及び外側側壁は各々、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凹面形表面を有する正圧側面と、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凸面形表面を有する負圧側面とを含む。
【０００５】
本発明の第１の態様は、蒸気タービン固定ノズルブレードを含み、本蒸気タービン固定ノズルブレードは、翼形部と、翼形部の第１の側面と一体の内側側壁と、翼形部の第２の側面と一体の外側側壁とを含み、内側側壁及び外側側壁は各々、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凹面形表面を有する正圧側面と、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凸面形表面を有する負圧側面とを含む。
【０００６】
本発明の第２の態様は、蒸気タービンダイアフラム組立体を含み、本蒸気タービンダイアフラム組立体は、外側ダイアフラムリングと、内側ダイアフラムリングと、内側ダイアフラムリング及び外側ダイアフラムリング間に配置された固定ノズルブレードの環状帯とを含み、各固定ノズルブレードは、翼形部と、翼形部の第１の側面と一体の内側側壁と、翼形部の第２の側面と一体の外側側壁とを含み、内側側壁及び外側側壁は各々、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凹面形表面を有する正圧側面と、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凸面形表面を有する負圧側面とを含み、固定ノズルブレードの少なくとも１つが、該固定ノズルブレードの別の１つに対して取外し可能に取付けられる。
【０００７】
本発明の第３の態様は、蒸気タービンダイアフラム組立体を含み、本蒸気タービンダイアフラム組立体は、外側ダイアフラムリングと、内側ダイアフラムリングと、内側ダイアフラムリング及び外側ダイアフラムリング間に配置された固定ノズルブレードの環状帯と、その各対が固定ノズルブレードの１つを外側ダイアフラムリング又は内側ダイアフラムリングの１つに対して実質的に取外し可能に固定する複数の対の取外し可能な溶接継手とを含み、各固定ノズルブレードは、翼形部と、翼形部の第１の側面と一体の内側側壁と、翼形部の第２の側面と一体の外側側壁とを含み、内側側壁及び外側側壁は各々、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凹面形表面を有する正圧側面と、該側壁のほぼ全長にわたって延在する弓形凸面形表面を有する負圧側面とを含み、固定ノズルブレードの少なくとも１つが、該固定ノズルブレードの別の１つに対して軸方向に取外し可能に取付けられる。
【０００８】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】蒸気タービンノズル組立体の上部の平面図。
【図２】蒸気タービンノズル組立体の三次元斜視図。
【図３】蒸気タービンダイアフラム組立体の部分三次元斜視図。
【図４】実施形態による蒸気タービン固定ノズルブレードの三次元斜視図。
【図５】実施形態による複数の蒸気タービン固定ノズルブレードの三次元斜視図。
【図６】実施形態による複数の蒸気タービン固定ノズルブレードの三次元斜視図。
【図７】実施形態による蒸気タービンダイアフラム組立体の部分三次元斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面は正確な縮尺でないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことを意図しており、従って本発明の技術的範囲を限定するものとして考えるべきではない。図面では、同じ符号は図面間で同様の要素を表している。
【００１１】
上に示したように、本発明の態様は、円錐形接合部を有する蒸気タービンノズルセグメントを提供する。具体的には、本発明の態様は、弓形つまり「円錐形」（例えば、円弧状凹面形、円弧状凸面形）接合部を有する複数のノズルセグメントを備えた蒸気タービンノズル組立体を提供する。これらの円弧状接合部は、ノズル組立体の構造的完全性を維持しながら、個々のノズルセグメントの取外し及び／又は補修を可能にすることができる。
【００１２】
図面を参照すると、図１〜図２は、蒸気タービン（図示せず）用のノズル組立体１００を示している。図１は、ノズル組立体１００の平面図を示しており、一方、図２は、ノズル組立体１００の三次元概略図を示している。ノズル組立体１００は、内側側壁１４と外側側壁１６とを有する少なくとも１つの翼形部１２を備えた固定ノズルブレード１０を含む。ノズル組立体１００はさらに、内側リング１８と外側リング２０とを含む。本明細書で使用する場合における内側及び外側というのは、それに対して内側リング１８を介して翼形部１２の内側端部が結合されたロータ（図示せず）に対する半径方向位置を意味している。内側リング１８及び内側側壁１４（及び、同様に外側リング２０及び外側側壁１６）は、接合部において互いに結合されており、この接合部というのは、リング及び側壁が隣り合いかつ結合される領域全体を意味していることを理解されたい。内側リング１８及び内側側壁１４（及び、同様に外側リング２０及び外側側壁１６）は、接合部８０（図１）における幾つかの箇所において互いに溶接（又はそれに代えて、ロウ付け）される。本明細書で説明するように、ロウ付けは溶接に代わるものとして実行することができることを理解されたい。当技術分野で知られているように、溶接及びロウ付けは、金属を互いに接合するために使用することができる。当技術分野でさらに知られているように、溶接は、金属を溶解しかつそれら金属を互いに融接することによって、また通常は充填材料を付加することによって実行することができる。一方、ロウ付けは通常、接合する母材を溶解することを必要とせず、かつ通常は溶接よりも低い温度で実行される。本明細書では、金属接合部を「溶接継手」として記述しているが、それら金属接合部は、代わりに「ロウ付け継手」として記述することができることを理解されたい。
【００１３】
図１を参照すると、翼形部１２の入口（前面）側及び該翼形部１２の出口（後面）側の両方の互いに溶接された接合部の複数溶接領域は、図１及び図２においてその全体を溶接継手９０として示している。リング１８、２０及び側壁１４、１６間の接合部８０は各々、溶接工程時に翼形部１２を正しい半径方向位置に保持しかつ溶接収縮を防止する機械的半径方向ストッパ１９を含むことができる。接合部８０は各々、さらに翼形部１２を正しい軸方向位置に保持しかつ溶接長深さを制御する機械的軸方向ストッパ１７を含むことができる。これらの機械的ストッパ１７、１９は、本明細書により詳細に説明するように相補形部分の対応する雌型段部に係合した一連の雄型段部の相互連結部を含む。
【００１４】
図３に移ると、図２のノズル組立体１００を示しており、ノズル組立体１００はさらに、ダイアフラム組立体の一部分（明瞭にするために完全組立体は省略している）内に配置された複数の固定ノズルブレード１０を含む。図示するように、固定ノズルブレード１０の側壁１４、１６は、傾斜接合部３４（例えば、鈍角で配向された２つの表面を備えた「ドッグレッグ」接合部）を含むことができる。これらの傾斜接合部３４は、ノズル組立体１００内において複数の固定ノズルブレードが互いにほぼぴったり接触した状態で配置されるのを可能にすることができる。図示するように、複数の固定ノズルブレード１０は、複数の溶接部９０により内側及び外側リング１８、２０内に保持される。
【００１５】
図４に移ると、実施形態による蒸気タービン固定ノズルブレード１１０を示している。固定ノズルブレード１１０は、翼形部１１２と、内側側壁１１４と、外側側壁１１６とを含むことができる。図示するように、内側側壁１１４は、翼形部１１２の第１の側面と一体形にする（例えば、鍛造品又はブロックからの機械加工、溶接、鋳造、ロウ付け、その他により）ことができ、また外側側壁１１６は、翼形部１１２の第２の側面と一体形にする（例えば、鍛造品又はブロックからの機械加工、溶接、鋳造、ロウ付け、その他により）ことができる。内側側壁１１４及び外側側壁１１６は各々、正圧側面１２４及び負圧側面１２６を含むことができる。「正圧側面」及び「負圧側面」という用語は、それぞれ翼形部１１２の正圧側面及び負圧側面に対応する。当技術分野で公知であるように、翼形部１１２の正圧側面は、固定ノズルブレード１１０を通る作動流体の流れをガイドするように設計された高い圧力の側面である。当技術分野で公知であるように、翼形部１１２の負圧側面は、正圧側面にほぼ対向するより低い圧力の側面である。各正圧側面１２４は、弓形凹面形表面１３４を有することができ、また各負圧側面１２６は、弓形凸面形表面１３６を有することができる。一実施形態では、弓形凹面形表面１３４は、それぞれ側壁１１４、１１６のほぼ全長Ｌにわたって延在することができ、また弓形凸面形表面１３６は、それぞれ側壁１１４、１１６のほぼ全長Ｌにわたって延在することができる。一実施形態では、内側側壁１１４の弓形凹面形表面１３４は、該内側側壁１１４の弓形凸面形表面１３６にほぼ等しい円弧半径を有する。さらに、この実施形態では、外側側壁１１６の弓形凹面形表面１３４及び該外側側壁１１６の弓形凸面形表面１３６は、ほぼ等しい円弧半径を有することができる。加えて、この実施形態では、それぞれ内側側壁１１４及び外側側壁１１６の弓形凹面形表面１３４は、それぞれ該内側側壁１１４及び外側側壁１１６の弓形凸面形表面１３６とほぼ等しい円弧長さを有することができる。
【００１６】
引続き図４を参照すると、一実施形態では、内側側壁１１４の弓形凹面形表面１３４及び外側側壁１１６の弓形凹面形表面１３４は、それぞれ該内側側壁１１４の弓形凸面形表面１３６及び該外側側壁１１６の弓形凸面形表面１３６を補完する（と相補形である）。つまり、１つよりも多い蒸気タービン固定ノズルブレード１１０を備えた構成（図５〜図７）では、第１の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０の内側側壁１１４の弓形凸面形表面１３６は、第２の（別の）同様な蒸気タービン固定ノズルブレード１１０上の内側側壁１１４の弓形凹面形表面１３４と相補形である。同様に、第１の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０の外側側壁１１６の弓形凸面形表面１３６は、第２の同様な蒸気タービン固定ノズルブレード１１０の外側側壁１１６の弓形凹面形表面１３４と相補形である。本明細書で使用する場合において、「相補形である（補完する）」という用語は、それら表面の部分を互いにほぼぴったり接触した状態で配置することができる表面間の関係を意味している。例えば、一実施形態では、正圧側面（弓形凹面形）表面及び負圧側面（弓形凸面形）表面は、第１の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０のそれぞれの（内側、外側）弓形凹面形表面の各々が第２の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０のそれぞれの（内側、外側）弓形凸面形表面とほぼぴったり接触した状態になるように、蒸気タービンダイアフラム組立体内に配置することができる（図７）。正圧側面表面及び負圧側面表面間の関係はさらに、図５〜図７を参照して説明する。
【００１７】
図５及び図６に移ると、複数のほぼ同様な蒸気タービン固定ノズルブレード１１０を備えた構成を示している。これらの構成では、蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、それらの相補形表面（それぞれ弓形凹面形表面１３４及び弓形凸面形表面１３６）が互いにほぼぴったり接触した状態になるように配置することができる。これにより、とりわけ翼形部１１２にわたり蒸気を効率的に送給すること及び機械的な安定性を得ることが可能になる。図５は、複数の図４の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０と共に付加的なほぼ同様ノブレードを備えて、蒸気タービンダイアフラム組立体の一部を形成した構成を示している（ダイアフラムリングは省略している）。図５に関して説明しかつ図６により明瞭に示すように、蒸気タービンダイアフラム組立体の一部は、蒸気タービン固定ノズルブレード１１０の相補形円錐形表面を互いにぴったり接触した状態で配置することによって形成することができる。図７を参照して説明すると、より完全なダイアフラム組立体では、複数の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、軸方向（参照符号「Ａで示す」）に互いに取外し可能に取付けることができる。この取外し可能な取付けにより、組立体の残りの部分の構造的完全性（例えば、溶接継手１９０）を実質的に阻害せずに、該組立体から１つ又はそれ以上の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０を軸方向に取外すのを可能にすることができる。
【００１８】
図７に移ると、実施形態による蒸気タービンダイアフラム組立体２００の一部分を示している。蒸気タービンダイアフラム組立体２００の一部分は、図５〜図６に関して説明したようにほぼぴったり接触した状態になった相補形表面が配置された複数の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０を含むことができる。さらに、蒸気タービンダイアフラム組立体２００の一部分は、内側ダイアフラムリング１１８と外側ダイアフラムリング１２０とを含むことができ、これら内側ダイアフラムリング１１８及び外側ダイアフラムリング１２０は、図１〜図３に関して図示しかつ説明したそれらの内側及び外側リング（１８及び２０）とほぼ同様なものとすることができる。完全なダイアフラム組立体（明瞭にするために図示していない）では、複数の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、内側ダイアフラムリング１１８及び外側ダイアフラムリング１２０間に環状帯（アニュラス）を形成することができる。この構成では、複数の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、互いに取外し可能に取付けることができる。さらに、複数の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、複数の取外し可能な溶接継手１９０により内側ダイアフラムリング１１８及び外側ダイアフラムリング１２０の少なくとも１つに対して実質的に取外し可能に固定することができる。つまり、蒸気タービン固定ノズルブレード１１０が内側ダイアフラムリング１１８及び外側ダイアフラムリング１２０の少なくとも１つに対して固定されていない場合には、蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、１つ又はそれ以上の隣接する蒸気タービン固定ノズルブレード１１０の溶接継手１９０を取外さずに蒸気タービンダイアフラム組立体２００から取外すことができる。
【００１９】
図３のノズル組立体１００では、固定ノズルブレード１０の完全環状帯を組立てかつ溶接（又はそれに代えて、ロウ付け）した時には、個々の固定ノズルブレード１０は、複数のノズルブレード１０（及びそれらの対応する溶接継手９０又はロウ付け継手）を取外さずには、組立体１００から取外すことができない。このことが、たとえ溶接継手９０を取外した場合であっても、隣接するブレード１０の移動が複数のブレード１０の傾斜接合部３４（図３）により妨げられる理由である。具体的には、図３に示すように、複数のブレード１０の傾斜接合部３４は、それらブレードの軸方向（「Ａ」）の移動を妨げることになる。それにひきかえ、実施形態（例えば、図７）の複数の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、互いに取外し可能に取付けられる。つまり、内側ダイアフラムリング１１８及び外側ダイアフラムリング１２０の１つに対して固定されていない各蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、軸方向（Ａ）に２つの固定した（例えば、溶接した）蒸気タービン固定ノズルブレード１１０間から取外し或いは該２つの固定した（例えば、溶接した）蒸気タービン固定ノズルブレード１１０間に挿入することができる。別の言い方をすると、蒸気タービンダイアフラム組立体２００では、各蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、隣接する蒸気タービン固定ノズルブレード１１０に対して軸方向に取外し可能に取付けることができる。さらに、一実施形態では、各蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、複数の取外し可能な溶接継手１９０（又はそれに代えて、ロウ付け継手）のみによって内側ダイアフラムリング１１８及び外側ダイアフラムリング１２０の少なくとも１つに対して実質的に取外し可能に固定される。
【００２０】
本明細書に説明したような円錐形（弓形凹面形、弓形凸面形）接合部を備えた蒸気タービン固定ノズルブレード１１０は、取外そうとする個々のブレードと関連するそれらの取外し可能な溶接継手１９０（又は、ロウ付け継手）のみを取外すこと（例えば、研削する、機械加工する及び／又は加熱すること）によって組立体（例えば、蒸気タービンダイアフラム組立体２００）から個々のブレード１１０を取外すのを可能にする。これにより、とりわけ個々の蒸気タービン固定ノズルブレード１１０の迅速かつより効率的な補修、交換及び／又は機能強化を可能にすることができる。
【００２１】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合に、数詞を付していない表現は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数の形態もまた含むことを意図している。さらに、本明細書で使用する場合の「含む」及び／又は「含んでいる」という用語は、記述した特徴、回数、ステップ、操作、要素及び／又は構成部品の存在を特定するが、１つ又はそれ以上のその他の特徴、回数、ステップ、操作、要素、構成部品及び／或い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を理解されたい。
【００２２】
本明細書は最良の形態を含む実例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実例を含むことができる。そのようなその他の実例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【符号の説明】
【００２３】
１０  固定ノズルブレード
１２  翼形部
１４  内側側壁
１６  外側側壁
１７  機械的軸方向ストッパ
１８  内側リング
１９  機械的半径方向ストッパ
２０  外側リング
３４  傾斜接合部
８０  接合部
９０  溶接継手
１００  ノズル組立体
１１０  固定ノズルブレード
１１２  翼形部
１１４  内側側壁
１１６  外側側壁
１１８  内側ダイアフラムリング
１２０  外側ダイアフラムリング
１２４  正圧側面
１２６  負圧側面
１３４  弓形凹面形表面
１３６  弓形凸面形表面
１９０  取外し可能な溶接継手
２００  蒸気タービンダイアフラム組立体
Ｌ  側壁の全長
Ａ  軸方向
【図１】
0005926888.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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