(57)【要約】  軸流ターボ機械のためのダイアフラムにおいて、翼の列における隣接する静翼の外側シュラウドは、周方向で連続した荷重経路を形成するように周方向で互いに接触しているが、翼の内側シュラウド７３０は、ターボ機械の半径方向及び／又は軸方向に荷重を伝達するように向けられた接触面７３５，７３５1，７４３，７４４においてのみ互いに接触する。
2008534837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ターボ機械における静翼の列において使用するための翼において、
ａ）半径方向外側シュラウド部分と、
ｂ）翼エーロフォイル部分と、
ｃ）半径方向内側シュラウド部分とが設けられており、該半径方向内側シュラウド部分が、このような翼の列における隣接する翼の隣接する内側シュラウド部分の対応するサイドエッジに接触するための、互いに反対側に位置した２つのサイドエッジを有しており、
互いに反対側に位置したそれぞれのサイドエッジが、突出した段部と、凹んだ段部と、前記突出した段部と前記凹んだ段部とを接続した面取りされた段部とを有しており、前記突出した段部が、個々のサイドエッジの互いに反対側の端部に配置されておりかつ、隣接する翼の隣接する内側シュラウド部分の協働する凹んだ段部に突入するように構成されており、前記面取りされた段部が、翼の列において周方向に対して垂直に、隣接する内側シュラウド部分同士の間で力を伝達しかつ、隣接する内側シュラウド部分同士の間での周方向の荷重伝達を阻止するように配置されていることを特徴とする、軸流ターボ機械における静翼の列において使用するための翼。
【請求項２】
前記内側シュラウド部分のそれぞれの反対側のサイドエッジが、さらに、平坦部分を有しており、前記突出した段部が、前記平坦部分に対して突出したサイドエッジの部分を含み、前記凹んだ段部が、前記平坦部分に対してアンダカットされたサイドエッジの部分を含む、請求項１記載の翼。
【請求項３】
前記平坦部分と、前記突出した段部と、前記凹んだ段部との接触面が、翼の列において互いに半径方向で当接しかつこれにより隣接する内側シュラウド部分同士の間で半径方向の力を伝達するように配置されている、請求項２記載の翼。
【請求項４】
前記翼が蒸気タービン翼である、請求項１から３までのいずれか１項記載の翼。
【請求項５】
前記翼がガスタービン翼又は圧縮機翼である、請求項１から３までのいずれか１項記載の翼。
【請求項６】
軸流ターボ機械のためのダイアフラムにおいて、翼の列における隣接する静翼の外側シュラウドが、周方向に連続した荷重経路を形成するように周方向で互いに接触しているが、翼の内側シュラウドは、ターボ機械の半径方向及び／又は軸方向で荷重を伝達するように向けられた接触面においてのみ互いに接触していることを特徴とする、軸流ターボ機械のためのダイアフラム。
【請求項７】
隣接する内側シュラウド同士の間に、該内側シュラウドの接触面において締りばめが存在し、該締りばめが、ターボ機械の作動中に前記接触面が互いに接触したままであることを保証するために十分なトルク力を提供する、請求項６記載のダイアフラム。
【請求項８】
荷重を半径方向に伝達するための接触面が、ダイアフラムが組み立てられた低温条件にある場合及びタービンの全ての作動条件を通じて互いに接触しているが、荷重を軸方向に伝達するための接触面が、ダイアフラムが作動温度に達した場合にのみ互いに接触する、請求項６又は７記載のダイアフラム。
【請求項９】
前記内側シュラウドの互いに反対側のサイドエッジが、隣接する翼の隣接する内側シュラウドの対応するサイドエッジに接触しかつそれぞれの反対側のサイドエッジが、突出した段部と、凹んだ段部と、前記突出した段部を前記凹んだ段部に接続した面取りされた段部とを有しており、前記突出した段部が個々のサイドエッジの互いに反対側の端部に位置しておりかつ隣接する翼の隣接する内側シュラウドの協働する凹んだ段部に突入するように構成されており、面取りされた段部が、隣接する内側シュラウド部分同士の間で荷重を軸方向に伝達しかつ隣接する内側シュラウド部分同士の間の荷重の周方向の伝達を阻止するように働く接触面を含む、請求項６から８までのいずれか１項記載のダイアフラム。
【請求項１０】
前記内側シュラウド部分のそれぞれの反対側のサイドエッジが、さらに、平坦部分を含み、前記突出した段部が、前記平坦部分に対して突出したサイドエッジの部分を含み、前記凹んだ段部が、前記平坦部分に対してアンダカットされたサイドエッジの部分を含む、請求項９記載のダイアフラム。
【請求項１１】
平坦部分と、突出した段部と、凹んだ段部との接触面が、半径方向で互いに当接しかつこれにより隣接する内側シュラウド部分同士の間で半径方向の力を伝達するように配置されている、請求項１０記載のダイアフラム。
【請求項１２】
請求項６から１１までのいずれか１項記載の蒸気タービンダイアフラム。
【請求項１３】
請求項６から１１までのいずれか１項記載のガスタービン又は圧縮機ダイアフラム。
【請求項１４】
請求項６から１１までのいずれか１項記載のダイアフラムを含むタービン。
【請求項１５】
請求項６から１１までのいずれか１項記載のダイアフラムを含む圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンの分野、特にタービンにおいて使用されるタービン翼に関する。特に、しかしながら排他的にではなく、本発明は、高温において作動することができかつ作動温度の変化による翼列の歪みにより生ぜしめられるタービンにおける作動流体の漏れの減少を生じる、静翼のタービンダイアフラムを形成するための、タービン翼の配列に関する。本発明は特に蒸気タービンに適用可能である。
【０００２】
発明の背景
本質的に、蒸気タービンは蒸気におけるエネルギを、回転エネルギの形式の機械的エネルギに、次いで電気エネルギに変換する。タービン翼の、段と呼ばれる多数の列が、タービン軸を回転させるために使用される。それぞれの蒸気タービン段は交互に、定置の構成部材と回転する構成部材とから成る：定置の構成部材は、タービンのケーシングの内側に取り付けられたタービン翼の列であり、ここでは"静翼"と呼ばれる；回転する構成部材は、タービンロータに取り付けられたタービン翼の列であり、ここでは"動翼"と呼ばれる。
【０００３】
加圧された蒸気は、軸方向にタービンに流入し、まず静翼の列の翼面に衝突する。翼は、蒸気を動翼の列に向かって逸らせ、動翼自体も蒸気を再び軸方向へ逸らせ、逸らされた蒸気とは反対方向に移動する。これにより、タービンロータが回転し、蒸気が僅かに膨張する。静翼及び動翼の次の段はこのプロセスを繰り返す。このプロセスは、蒸気が完全に膨張させられるまでタービンを通じて継続する。
【０００４】
翼のそれぞれの連続する段は、タービンにおける翼の位置において予測される蒸気の圧力及び容積を扱うように最適化されており、蒸気は、タービン翼の連続する列を通過するに従って、連続的に圧力が低下させられる。
【０００５】
図１及び図２に示されているように、タービン静翼１０３，２０３は、タービンケーシング１００，２００に直接に又は別個のダイアフラム２０２に取り付けられていることができる。タービン段を構成した翼は、減衰を提供するように互いに結合されており、これにより、タービンを損傷するおそれのある振動を回避している。
【０００６】
図１を参照すると、翼が互いに接触するのを回避するために、静翼１０３と動翼１０５との間には小さな軸方向間隙が存在する。定置のケーシング１００と回転する構成部材１０５，１０８との間、及びロータ１０１と定置の構成部材１０３，１０９との間にも小さな半径方向間隙が存在する。これらの間隙は、蒸気の漏れを回避するためにできるだけ小さく形成されなければならない。なぜならば、間隙を通る蒸気流は、翼列を通過せず、いかなる電力をも発生することができないからである。間隙を通過する蒸気の量を低減するために半径方向の間隙にはシーリングフィン１０４が設けられている。シーリングフィン１０４は、ロータ１０１、ケーシング１００、又は翼１０３，１０５の端部に固定されている。
【０００７】
図１に示されているように、静翼１０３がケーシング１００に取り付けられている場合、熱効果によるケーシング１００のあらゆる歪みは、翼の端部１０９とロータ１０１との間の半径方向間隙に影響する。なぜならば、翼１０３の列がもはや正確な円を形成しないからである。このことは、ロータ１０１が回転している時に、タービン翼の端部１０９の幾つかをシーリングフィン１０４に接触させるおそれがあり、その結果、シーリングフィン１０４が損傷される。ケーシング１００の歪みが除去されると、シーリングフィン１０４に対するこの損傷は、蒸気の増大した漏れを生ぜしめる。なぜならば、シーリングフィン１０４は、タービン翼の端部１０９とロータ１０１との間の半径方向間隙を通って蒸気が漏れるのを阻止することができないからである。
【０００８】
翼の端部とロータとの間の半径方向間隙を増大させる必要なく、ケーシングの上記歪みから、静翼、ひいてはシーリングフィン１０４を保護するために、静翼は、図２に示されたようにダイアフラムに取り付けられることができる。ダイアフラム２０２，２０３，２０４は通常、タービン軸の周囲に嵌合することができるように２つの半部としての、溶接された構造であり、外側リング２０２又は内側リング２０４は、半径方向歪みが最小限に抑制されかつこれにより翼２０３が正確な円を保つように十分な質量を備えている。ダイアフラムの外側リング２０２は、溝２０１においてタービンケーシング２００の内面に取り付けられており、ダイアフラムの内側リング２０４はロータ２０７に設けられた溝２０５に嵌入している。ダイアフラムの内側リング２０４はロータ２０７に接触しておらず、それらの間に間隙を形成しているが、間隙を通る蒸気流を減じるために、ロータ２０７に設けられた溝２０５にはフィン付きシール２０６が設けられている。動翼２０９は、ダイアフラム２０２，２０３，２０４に設けられた静翼２０３に軸方向で隣接して位置決めされており、動翼根元部２０８によってロータに固定されている。動翼２０９の端部には動翼シュラウド部分２１０が設けられており、動翼シュラウド部分２１０とタービンケーシング２００との間に間隙を形成している。この間隙には、間隙を通る蒸気流を減じるために別のフィン付きシールが設けられるであろう。
【０００９】
しかしながら、図３、図４及び図５に示されているようにダイアフラムの最近の設計は一層よりコンパクトである。図３に示された構成においては、静翼３０３は、外側リング３０２と内側リング３０９とを備えたコンパクトなダイアフラム３０２，３０３，３０９に取り付けられている。ダイアフラムの内側リング３０９とロータ３０１との間の間隙を通る蒸気流を減じるためにシール３０６Ｂが設けられている。動翼３０４は、ロータ３０１に取り付けられた翼根元部３０５を有している。動翼３０４の外側シュラウド３０７と、ダイアフラムの外側リング３０２の軸方向突出部３１０の内面との間の間隙には、シール３０６Ａが設けられている。ダイアフラムの外側リング３０２の軸方向突出部３１０は、半径方向で、タービンケーシング３００とダイアフラムの外側リング３０２との間に位置している。
【００１０】
ダイアフラムのこの設計は、有利なロータ構造、例えば、ドラムロータ及びＴ字形根元部固定形式の使用を可能にする。しかしながら、このことは、図４及び図５に示されたダイアフラム４００，５００の外側リング４０１，４０２と内側リング４０５，４０６との熱慣性が異なることを意味する。その結果、外側リング４０１，４０２及び内側リング４０５，４０６が、互いに異なる速度で加熱及び冷却される。
【００１１】
図４に示されているように、ダイアフラム４００の外側リング及び内側リングは、ロータの周囲に位置決めされることができるように、４０３，４０７において２つの半部に分割されていなければならず、つまりダイアフラムをその直径に沿って分割している。温度差により生じる異なる熱膨張は、図５に誇張された形式で示されているように、ダイアフラムの２つの半部をゆがめさせるおそれがあり、これにより、半部は相俟って８の字形状又は楕円形を形成する。これは、円周の幾つかの領域において、固定部分が移動部分により接近し、これらの間の間隙を狭め、このことはしたがって、フィンが翼又はロータに接触した場合に損傷を生じるおそれがあり、上述のように漏れの永久的な増大を生ぜしめる。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、増大した蒸気漏れ及びタービンへの損傷を生ぜしめる熱的歪みを生じるタービン翼の列を含むコンパクトなダイアフラムの問題を低減又は排除することである。
【００１３】
発明の概要
要するに、本発明は、軸流ターボ機械のためのタービンダイアフラムを提供し、この軸流ターボ機械において、隣接する静翼の外側シュラウドが、周方向に連続的な荷重経路を形成するように周方向で互いに接触しており、しかしながら、翼の内側シュラウドは、荷重を半径方向及び／又は軸方向に伝達するように向けられた接触面においてのみ互いに接触している。この構成は、内側シュラウドを通る周方向荷重経路を回避し、これにより、熱的歪みの前記問題を改善する。
【００１４】
この結果を一貫して達成するために、隣接する内側シュラウドの間にそれらの接触面において締りばめが存在することが必要であり、締りばめは、ターボ機械の作動温度範囲に亘って互いに接触したままであるように、シュラウドに十分なトルク力を提供しなければならない。
【００１５】
本発明の好適な実施形態において、荷重を半径方向に伝達するための接触面は、ダイアフラムが組み立てられた低温条件にある場合と、タービンの全ての作動条件を通じて、互いに接触するが、荷重を軸方向に伝達するための接触面は、ダイアフラムが作動温度に達した場合にだけ互いに接触する。
【００１６】
本発明において、内側シュラウドの互いに反対側のサイドエッジは、隣接するブレードの隣接する内側シュラウドの対応するサイドエッジに接触し、それぞれの反対側のサイドエッジは、突出した段部と、凹んだ段部と、突出した段部を凹んだ段部に接続する、面取りされた段部とを有しており、突出した段部は、個々のサイドエッジの互いに反対側の端部に設けられておりかつ、隣接するブレードの隣接する内側シュラウドの協働する凹んだ段部に突入するように構成されており、面取りされた段部は、隣接する内側シュラウド部分同士の間で荷重を軸方向に伝達するようにかつ、隣接する内側シュラウド部分同士の間の荷重の周方向伝達を回避するように働く接触面を有している。
【００１７】
好適には、内側シュラウド部分のそれぞれの互いに反対側のサイドエッジは平坦部分を有しており、突出した段部は、平坦部分に対して突出したサイドエッジの部分を有しており、凹んだ段部は、平坦部分に対してアンダカットされたサイドエッジの部分を有している。隣接する内側シュラウド部分の間で半径方向の力を伝達するために、平坦部分、突出した段部、及び凹んだ段部の接触面が半径方向で互いに当接するように配置されている。
【００１８】
別の態様において、本発明は、軸流ターボ機械における静翼の列において使用するための翼を提供し、この翼は：
ａ）半径方向で外側のシュラウド部分
ｂ）翼エーロフォイル部分
ｃ）このような翼の列における隣接する翼の隣接する内側シュラウド部分の対応するサイドエッジに接触するための２つの互いに反対側のサイドエッジを有する、半径方向で内側のシュラウド部分
を有しており、それぞれの反対側のサイドエッジは、突出した段部と、凹んだ段部と、突出した段部を凹んだ段部に接続させた面取りされた段部とを有しており、突出した段部は、個々のサイドエッジの互いに反対側の端部に位置しておりかつ、隣接するブレードの隣接する内側シュラウド部分の協働する凹んだ段部に突入するように構成されており、面取りされた段部は、ブレードの列における周方向に対して垂直に、隣接する内側シュラウド部分同士の間で力を伝達しかつ、隣接する内側シュラウド部分同士の間の周方向の荷重伝達を阻止するように配置されている。
【００１９】
有利には、本発明によれば、内側エッジにおいて隣接するブレードと相互に接続されることができるが、周方向の引張力及び圧縮力をこれらの隣接する翼に伝達しないタービン翼が提供される。これは、翼同士の間の接触を保ちながら各翼を周方向で自由に膨張させる構成によって達成される。例えば０．５ｍｍ未満の小さな周方向間隙を備えることにより、隣接する翼は、ダイアフラムを加熱又は冷却下でゆがめる引張力又は圧縮力をもはや伝達しない。翼は、ダイアフラムの外側リングへの固定により所定の位置に保持される。
【００２０】
本発明の別の態様は、以下の説明及び請求の範囲を読むことにより明らかになるであろう。
【００２１】
図面の簡単な説明
ここで添付の図面を参照しながら本発明の典型的な実施形態が説明されるが、これらの図面においては同じ参照符号は同じ又は同様の構成要素を示している。
【００２２】
図１は、ケーシングに取り付けられた静翼とロータに取り付けられた動翼との配列を示す、タービンの回転軸と一致する半径方向平面における部分的な断面図である；
図２は、大きなダイアフラムに取り付けられた静翼とロータに取り付けられた動翼との配列を示す、タービンの回転軸と一致する半径方向平面における部分的な断面図である；
図３は、コンパクトなダイアフラムに取り付けられた静翼とロータに取り付けられた動翼との配列を示す、タービンの回転軸と一致する半径方向平面における部分的な断面図である；
図４は、他のタービン構造から独立して示されたコンパクトなダイアフラムに取り付けられた静翼の列を示すタービンの回転軸に沿った端面図である；
図５は、図４と同様の図であるが、内側リングと外側リングとの異なる熱慣性による異なる温度におけるダイアフラムの内側リングと外側リングとによって生ぜしめられた歪みを生じている静翼の列を誇張した形式で示している；
図６は、本発明の好適な実施形態による隣接する３つのタービン翼の斜視図である；
図７ａ〜図７ｃは、本発明の好適な実施形態によるタービン翼の斜視図であり、それぞれの図は翼の異なる側を示している；
図８ａは、ダイアフラムの外側リングに取り付けられた図６の３つの隣接するタービン翼の斜視図である；
図８ｂは、溶接が行われる前のダイアフラムの外側リングの内面に接触したタービン翼の内の１つの外側シュラウド部分を示した、図８ａのＢ−Ｂ線に沿って見た部分的な断面図である；
図９ａ及び図９ｂは、加熱が行われる前（図９ａ）と加熱が行われた後（図９ｂ）とにおける連結を示す、図６の隣接するタービン翼の内側シュラウド部分における段状エッジ連結の拡大断面図である；
図１０は、タービン翼の完全なセットがタービンダイアフラムに挿入された時に連結部に作用する力を示す、図９ｂと同様の図である；
図１１は、本発明の択一的な実施形態によるタービン翼の斜視図である。
【００２３】
好適な実施形態の詳細な説明
本発明の好適な実施形態によるタービン翼と、このようなタービン翼の列を含むダイアフラムとが、図６から図１０までを参照にここで説明される。
【００２４】
図７ａ及び図７ｂは、本発明の好適な実施形態による１つのタービン翼７００を示している。翼７００は、金属ブロックから、３つの部分、すなわち外側シュラウド部分７１０と、翼部分７２０と、内側シュラウド部分７３０とに鍛造及び機械加工された１つの中実な部品として形成されている。
【００２５】
外側シュラウド部分７１０は、４つのエッジ面７１１，７１２，７１４，７１６を有する実質的に矩形又は平行四辺形の板として形成されている。外側シュラウド部分は、全ての翼がダイアフラムに組み立てられた時に、隣接する外側シュラウド部分７１０がリングを形成するように、タービンダイアフラムの周方向に湾曲させられており、前記リングの湾曲の中心はタービンの回転軸線と一致している。
【００２６】
外側シュラウド部分７１０の半径方向内側面７１３は、タービン通路の流れ面を形成している。タービンダイアフラムの製造中、外側シュラウド部分７１０の半径方向外側面７１５は、図８ａ及び図８ｂに示されているように及び後で説明するように、溶接によってダイアフラムの外側リング８００の内方に突出したフランジ８０５に固定される。
【００２７】
外側シュラウド部分７１０の周方向に面したエッジ７１２，７１４は、概してタービンの軸方向に延びており、実質的に平面である。翼７００がダイアフラムに組み立てられると、周方向に連続した荷重経路を形成するように、隣接するシュラウドのシュラウドエッジ７１２，７１４同士の間には周方向接触が形成されるが、以下で説明されるように、内側シュラウド部分７３０同士の間には周方向接触は生じない。外側シュラウド部分７１０の、軸方向に面した、周方向に延びたエッジ７１１，７１６も実質的に平面であり、これらのエッジの間の距離は、外側リング８００と同じ軸方向幅である。
【００２８】
翼部分７２０は、外側シュラウド部分７１０を内側シュラウド部分７３０に結合するエーロフォイル７２１を含む。内側シュラウド部分７３０は、タービンダイアフラムの周方向に湾曲させられた実質的に矩形又は平行四辺形の板として形成されており、これにより、全ての翼がダイアフラムに組み立てられると、隣接する内側シュラウド部分７３０は、リングを形成し、このリングの湾曲の中心はタービンの回転軸線と一致する。組み立てられたタービンダイアフラムにおいて、外側シュラウド部分７１０の半径方向外側面７４０は、タービン通路の流れ面を形成し、半径方向内側面７３８は、ロータに対して、例えば、図３に示されたフィン３０６と同様に、ロータに取り付けられたシーリングフィンによってシールされる。
【００２９】
外側シュラウド部分７１０と同様に、内側シュラウド部分７３０は、実質的に平坦な、軸方向に面した、周方向に延びたエッジ７４１，７４２を有している。しかしながら、外側シュラウド部分７１０とは異なり、内側シュラウド部分７３０の、それぞれの周方向に面した、概して軸方向に延びたエッジは、突出した段部７３２，７３４と、相補的な凹んだ段部７３６，７３７と、突出した段部を凹んだ段部に接続した面取りされた段部７４３，７４４と、平坦部分７３１，７３３とを有している。平坦部分７３１，７３３は、シュラウドエッジの高さの半分を占め、内側シュラウド７３０の軸方向長さ全体に亘って延びており、凹んだ段部及び突出した段部の、半径方向外方に配置されている。突出した段部７３２，７３４は、シュラウドエッジの平坦部分７３１，７３３に対して突出したシュラウドエッジの部分を含むのに対し、凹んだ段部７３６，７３７が、平坦部分７３１，７３３に対してアンダカットされたシュラウドエッジの部分を含む。内側シュラウドの軸方向長さの半分は、突出した段部７３２，７３４によって占められており、これらの突出した段部は、内側シュラウドの、互いに反対側の、周方向に面したエッジにおいて、軸方向で互いに反対側の位置を占めている。同様に、凹んだ段部は、内側シュラウドの軸方向長さの残りの半分に亘って延びており、それぞれのシュラウドエッジにおいて、軸方向で互いに反対側の位置を占めている。これによって、翼がタービンダイアフラムに組み立てられると、それぞれの内側シュラウドの突出した段部７３２，７３４が、隣接する内側シュラウドの凹んだ段部７３６，７３７と係合し、これにより、以下でより詳しく説明するように、内側シュラウド同士の間に、摺動可能な膨張差接続を形成する。
【００３０】
隣接する内側シュラウド７３０の間の摺動可能な膨張差接続は、突出した段部７３２，７３４の半径方向外方に面した面７３５と、凹んだ段部７３６，７３７の半径方向内方に面した面７３５1（平坦なエッジ部分７３１，７３３のオーバハング面としても特徴付けられる）と、凹んだ段部と突出した段部との間の傾斜面を形成する面取りされた段部７４３，７４４の面とを含む、接触面を有している。これにより、タービンダイアフラムが完全に組み立てられた条件にある場合、あらゆる与えられた内側シュラウド７３０における接触面７３５は、隣接する内側シュラウドにおける接触面７３５1に半径方向で当接し、半径方向荷重を内側シュラウド同士の間で伝達する。さらに、タービンの作動温度において、あらゆる与えられた内側シュラウド７３０における面取りされた段部７４３，７４４も互いに当接し、荷重を内側シュラウド同士の間で、周方向に対して垂直に、すなわち概して軸方向に伝達する。しかしながら、内側シュラウド部分７３０の周方向に面した面７３３，７３４，７３６；７３１，７３２，７３７は互いに接触するのではなく、約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの小さな間隙だけ分離されており、周方向又は接線方向での引張力又は圧縮力の伝達を阻止している。前述のように、周方向でのこれらの力の伝達により、ダイアフラムは、ロータの周囲の軸線対称性から外され、従来技術に関して言及された結果を生じる。したがって、前記小さな周方向間隙は、熱膨張を許容するために、隣接する内側シュラウド部分７３０同士の間に残されている。
【００３１】
本発明のこの実施形態において、設計は、翼７００の完全な列、すなわち段が、ダイアフラムとして組み立てられた場合に、内部ねじれ力が、ダイアフラムへの翼の挿入時に翼のエーロフォイル部分７２１のたわみによって生ぜしめられるようになっている、ということが理解されるべきである。組み立てられた低温条件において、内部ねじれ力が、当接接触面７３５，７３５1を押し付けさせるように、配置されている。全ての当接接触面は、この当接接触面に作用する同じ大きさの内部ねじれ力を有するので、全ての隣接する内側シュラウドが係合接触しているときには、力の合計はゼロである。
【００３２】
更正するために、翼７００の内側シュラウド部分７３０は、内側シュラウド部分が周方向／接線方向で接触しないように、すなわち、タービン軸線と一致する平面に対して垂直方向で内側シュラウド同士の間に認識可能な荷重伝達が存在しないように、隣接する内側シュラウド部分と連結するように適合されている。
【００３３】
タービンに組み込むための静翼７００の列若しくは段を含むタービンダイアフラムを構成するために、翼７００は、Ｔ字形の外側リング８００に挿入される。外側シュラウド７１０の半径方向外側面７１５は、Ｔ字形外側リング８００のステムを形成した半径方向内方へ突出したフランジ８０５の半径方向内側面８０８に当接する。外側シュラウド部分７１０とフランジ８０５との当接は、外側リング８００の主要部分８０１と、翼７００の連結された外側シュラウド部分７１０との間に２つの名目上円筒状のチャネル８０４を形成する。翼７００を外側リング８００内に固定するために、溶接ヘッドがチャネル８０４に挿入され、外側シュラウドは、知られているように、自動化された溶接プロセスにおいてフランジ８０５にすみ肉溶接される。
【００３４】
ダイアフラムが、上に詳述したように構成されると、ダイアフラムは、直径に沿って、外側リング８００において２つの半円形の区分に切断される。翼７００の外側シュラウド７１０は互いに固定されていないので、外側リング８００は、２つの外側シュラウドが突き合わされる個所において切断される。これにより、タービンが組み立てられる場合にダイアフラムの２つの部分はタービンにおけるロータの周囲に配置されることができる。次いで、外側リング８００の２つの半円形の区分は、例えば、知られているように、外側リング８００の予め存在するボルト用フランジに強いボルトを挿入することによって再び互いに固定されることができ、外側シュラウドにおける完全な周方向荷重経路が復元される。
【００３５】
図７及び図１０を参照すると、ダイアフラムが組み立てられた時に２つの隣接する内側シュラウド７３０に作用する力が、ここでさらに説明される。既述のように、ダイアフラムへの翼の組立中に、エーロフォイル７２１は、外側シュラウド部分に対する固有整合から僅かにねじられ、その結果、内側シュラウド部分は、接触面７３５，７３５1において互いに接触させられる。図１０に示されているように、右側の内側シュラウド７３０の突出した段部７３４は、左側の内側シュラウドの協働する凹んだ段部７３７に突入し、凹んだ段部７３７によって形成された、半径方向内方に面した接触面７３５1は、突出した段部７３４の半径方向外方に面した接触面７３５に当接する。同様に、左側の内側シュラウドの突出した段部７３２（図７ｃ）は、右側の内側シュラウドの協働する凹んだ段部７３６（図７ｂ）に突入し、凹んだ段部７３６によって形成された、半径方向内方に面した接触面７３５1は、突出した段部７３２によって形成された、半径方向外方に面した接触面７３５に当接する。等しい反対向きの力Ｆが半径方向に、当接する接触面７３５，７３５1において作用し、翼７００の列全体が組み立てられた場合にゼロの有効力を生ぜしめる。本質的に、タービンダイアフラムに組み立てられた場合、半径方向接触面７３５，７３５1における隣接するシュラウド同士の間に締りばめが存在する。このことは、シュラウドに十分なトルクを提供し、接触面７３５，７３５1がタービン作動中に互いに強く接触したままであることを保証する。
【００３６】
組み立てられた条件において、タービンが作動しておらず、翼７００が大気温度である場合、面取りされた段部７４３，７４４は互いに接触していないことが理解されるべきである。これは、図９ａに示されているように、隣接するシュラウドエッジの平坦部分７３１，７３３の間の間隙が比較的広いからである。しかしながら、加熱時には、シュラウドは膨張し、突出した段部７３４，７３５は、面取りされた段部７４３，７４４の面が互いに接触するまで、個々の協働する凹んだ段部７３６，７３７内へさらに延びる。このことは、突出した段部７３２，７３４が凹んだ段部７３６，７３７内へ完全に奥まで突入するのを阻止し、図９ｂに示されているように、シュラウド間に小さな間隙を保ち、内側シュラウドを介した周方向荷重経路が存在しないことを保証する。内側シュラウドのさらなる熱膨張は、当接する面取りされた接触面７４３，７４４における等しく反対向きの力を生ぜしめ、このことは、組み立てられた作動するタービンダイアフラムにおけるゼロの有効力に寄与する。面取りされた段部における力は、周方向／接線方向に対して垂直に作用する。
【００３７】
図１１に示された、本発明の択一的な好適でない実施形態において、隣接する翼７００ａの内側シュラウド部分７３０ａ同士の間の膨張連結機構は、図６から図１０に示されたものとは異なる。図６から図１０までに関連して説明されたような好適な実施形態において、内側シュラウドの接触面７３５，７３５1は、組み立てられた時に、タービンの軸に対して半径方向で互いに接触しているが、面取りされた段部７４３，７４４は、タービンが作動温度に達し場合にのみ接触する。しかしながら、図１１の択一的な実施形態において、半径方向の接触面は省略されており、ダイアフラムの組み立てられた低温条件における内側シュラウド７３０ａ同士の間の干渉接触は、内側シュラウドエッジの面取りされた段部７４３1及び７４４1の面において生じ、好適な実施形態の場合のように、隣接する翼の内側シュラウドエッジ同士の間に小さな周方向間隙を残している。このことはやはり、面取りされた段部７４３1，７４４1が概して軸方向で荷重に反応するので、周方向で内側シュラウド７３０ａの間で力を伝達することを回避している。
【００３８】
図示したように、内側シュラウド部分７３０ａの周方向に面したエッジ７３１ａ，７３３ａにはそれぞれ、それぞれの周方向に面したエッジの軸方向長さの実質的に半分を占める突出した段部７３３ａが設けられており、この突出した段部は、個々の周方向に面したエッジの軸方向で互いに反対側の端部に配置されている。それぞれの面取りされた段部７４３1，７４４1は、凹んだ段部７３１ａと突出した段部７３３ａとの間に傾斜面を形成している。面取りされた段部７４３，７４４のこれらの傾斜面は、タービンダイアフラムが組み立てられた場合に、実質的に軸方向に当接する関係で、隣接する内側シュラウドの面取りされた段部の面と接触する。
【００３９】
上の説明は、外側リング８０１への外側シュラウド７１０の溶接に言及しているが、Ｔ字形根元部形式の固定、又は同様のもの等の、ダイアフラムの外側リングに翼７００を結合するその他の形式が利用可能である。
【００４０】
本発明のさらに別の実施形態において、膨張連結機構は、別のタイプのタービン、例えばガスタービンにおいて使用されることができる。さらに、本発明は、圧縮機における静翼にも適用可能である。
【００４１】
本発明は、タービンにおいて生じる広範囲の温度及び圧力、例えば１５０℃〜６００℃及び５バール〜３００バールに亘って使用されることができる。ここで述べられたタービン構成部材の製造において、鋼及び／又はニッケル合金又はその他の適切な材料が使用されることができる。
【００４２】
本発明は、純粋に例として上に説明されており、請求の範囲に記載された発明の範囲において変更がなされることができる。本発明は、明細書において説明又は示唆された又は図面に示された又は示唆されたあらゆる個々の特徴、又はあらゆるこのような特徴のあらゆる組合せ、又は発明の均等物にまで拡大する、あらゆるこのような特徴又は組合せのあらゆる一般化にある。すなわち、本発明の広さ及び範囲は、上述の典型的な実施形態にいずれによっても制限されるべきではない。請求の範囲及び図面を含む明細書に開示されたそれぞれの特徴は、そうでないことが明らかに示されない限り、同じ、均等な又は類似の目的を果たす択一的な特徴によって交替されることができる。
【００４３】
明細書を通じた従来技術のあらゆる議論は、このような従来技術が広く知られている又はその分野における共通の一般的な知識の一部を形成することの容認ではない。
【００４４】
明細書及び請求の範囲を通じて、文脈が明らかにそうでないことを要求しない限り、"含む"及び同様の文言は、排他的な意味とは対照的に包含的に；すなわち、"含むが、限定されない"と解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ケーシングに取り付けられた静翼とロータに取り付けられた動翼との配列を示すタービンの回転軸と一致する半径方向平面における部分的な断面図である。
【図２】大きなダイアフラムに取り付けられた静翼とロータに取り付けられた動翼との配列を示すタービンの回転軸と一致する半径方向平面における部分的な断面図である。
【図３】コンパクトなダイアフラムに取り付けられた静翼とロータに取り付けられた動翼との配列を示すタービンの回転軸と一致する半径方向平面における部分的な断面図である。
【図４】他のタービン構造から独立して示されたコンパクトなダイアフラムに取り付けられた静翼の列を示すタービンの回転軸に沿った端面図である。
【図５】図４と同様の図であるが、内側リングと外側リングとの異なる熱慣性による異なる温度におけるダイアフラムの内側リングと外側リングとによって生ぜしめられた歪みを生じている静翼の列を誇張した形式で示している。
【図６】本発明の好適な実施型締による隣接する３つのタービン翼の斜視図である。
【図７】本発明の好適な実施形態によるタービン翼の斜視図であり、それぞれの図は翼の異なる側を示している。
【図８ａ】ダイアフラムの外側リングに取り付けられた図６の３つの隣接するタービン翼の斜視図である。
【図８ｂ】溶接が行われる前のダイアフラムの外側リングの内面に接触したタービン翼の内の１つの外側シュラウド部分を示した、図８ＡのＢ−Ｂ線に沿って見た部分的な断面図である。
【図９】図９ａ及び図９ｂは、加熱が行われる前（図９ａ）と加熱が行われた後（図９ｂ）とにおけるジョイントを示す、図６の隣接するタービン翼の内側シュラウド部分における段状エッジジョイントの拡大断面図である；
【図１０】図１０は、タービン翼の完全なセットがタービンダイアフラムに挿入された時にジョイントに作用する力を示す、図９ｂと同様の図である。
【図１１】本発明の択一的な実施形態によるタービン翼の斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００，２００  タービンケーシング、  １０１  ロータ、  １０３，２０３  タービン静翼、  １０４  シーリングフィン、  １０５  動翼、  １０９  端部、  ２０２  溝、  ２０３  翼、  ２０４  内側リング、  ２０５  溝、  ２０６  フィン付きシール、  ２０７  ロータ、  ２０９  動翼、  ２１０  動翼シュラウド部分、  ３０２  外側リング、  ３０３  静翼、  ３０２，３０３，３０９  ダイアフラム、  ３０５  翼根元部、  ３０６Ａ，３０６Ｂ  シール、  ３０９  内側リング、  ３１０  軸方向突出部、  ４００，５００  ダイアフラム、  ４０１，４０２  外側リング、  ４０５，４０６  内側リング、  ７００  タービン翼、  ７１０  外側シュラウド部分、  ７１１，７１２，７１４，７１６  エッジ面、  ７１３  半径方向内側面、  ７１５  半径方向外側面、  ７２０  翼部分、  ７２１  エーロフォイル部分、  ７３０  内側シュラウド部分、  ７３１，７３３  平坦部分、  ７３２，７３４  突出した段部、  ７３５，７３５1  接触面、  ７３６，７３７  凹んだ段部、  ７３８  半径方向内側面、  ７４１，７４２  エッジ、  ７４３，７４４  段部、  ８００  外側リング、  ８０４  チャネル、  ８０５  フランジ、  ８０８  半径方向内側面
【図１】
2008534837.tif 000003
【図２】
2008534837.tif 000004
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月19日(2007.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ターボ機械における静翼の列において使用するための翼において、
（ａ）半径方向外側シュラウド部分と、
（ｂ）翼エーロフォイル部分と、
（ｃ）半径方向内側シュラウド部分とが設けられており、該半径方向内側シュラウド部分が、このような翼の列における隣接する翼の隣接する内側シュラウド部分の対応するサイドエッジに接触するための２つの互いに反対側のサイドエッジを有しており、
前記半径方向内側シュラウド部分のそれぞれの互いに反対側のサイドエッジが、突出した段部と、凹んだ段部と、前記突出した段部を前記凹んだ段部に接続させた面取りされた段部とを含み、前記突出した段部が、個々のサイドエッジの互いに反対側の端部に配置されておりかつ隣接する翼の隣接する内側シュラウド部分の協働する凹んだ段部に突入するように構成されており、前記段部が、翼の列において周方向に対して垂直にターボ機械の内側シュラウド部分同士の間で荷重を伝達するように向けられた接触面における締りばめを用いて、隣接する段部と接触するように配置されていることを特徴とする、軸流ターボ機械における静翼の列において使用するための翼。
【請求項２】
前記面取りされた段部が、荷重を隣接する内側シュラウド部分同士の間で概して軸方向に伝達するように及び隣接する内側シュラウド部分同士の間における周方向の荷重伝達を阻止するように、隣接する面取りされた段部と締りばめを用いて接触するように配置されている、請求項１記載の翼。
【請求項３】
前記内側シュラウド部分のそれぞれの互いに反対側のサイドエッジが、さらに、平坦部分を含み、前記突出した段部が、前記平坦部分に対して突出したサイドエッジの部分を含み、前記凹んだ段部が、前記平坦部分に対してアンダカットされたサイドエッジの部分を含む、請求項１記載の翼。
【請求項４】
前記平坦部分と、前記突出した段部と、前記凹んだ段部との接触面が、翼の列において互いに締りばめを用いて半径方向で当接しかつこれにより隣接する内側シュラウド部分同士の間で半径方向の力を伝達するように配置されている、請求項３記載の翼。
【請求項５】
前記翼が蒸気タービン翼である、請求項１から４までのいずれか１項記載の翼。
【請求項６】
前記翼がガスタービン翼又は圧縮機翼である、請求項１から４までのいずれか１項記載の翼。
【請求項７】
軸流ターボ機械のためのダイアフラムにおいて、
静翼の列が設けられており、それぞれの翼が、外側シュラウドと内側シュラウドとを有しており、隣接する翼の外側シュラウドが、周方向に連続した荷重経路を形成するように周方向で互いに接触しているが、隣接する翼の内側シュラウドが、翼の列において周方向に対して垂直に荷重を伝達するように向けられた接触面における締りばめを用いて互いに接触していることを特徴とする、軸流ターボ機械のためのダイアフラム。
【請求項８】
前記隣接する内側シュラウド同士の間の締りばめが、概してターボ機械の軸方向において荷重を伝達するように向けられた接触面において生じる、請求項７記載のダイアフラム。
【請求項９】
前記隣接する内側シュラウド同士の間の締りばめが、概してターボ機械の半径方向において荷重を伝達するように向けられた接触面において生じる、請求項７記載のダイアフラム。
【請求項１０】
前記接触面における前記隣接する内側シュラウド同士の間の締りばめが、前記接触面がターボ機械の作動中に互いに接触したままであるように、シュラウドに十分なトルク力を提供するようになっている、請求項７から９までのいずれか１項記載のダイアフラム。
【請求項１１】
隣接するプラットフォームの間で概してターボ機械の軸方向に荷重を伝達するための接触面と、隣接するプラットフォームの間で概してターボ機械の半径方向に荷重を伝達するための接触面とが設けられており、前記ダイアフラムが組み立てられた低温条件にある場合及びタービンの全ての作動条件を通じて、概して半径方向に荷重を伝達するための接触面が互いに接触するようになっており、前記ダイアフラムが作動温度に達した場合にのみ、概して軸方向に荷重を伝達するための接触面が接触するようになっている、請求項９記載のダイアフラム。
【請求項１２】
前記内側シュラウドの互いに反対側のサイドエッジが、隣接する翼の隣接する内側シュラウドの対応するサイドエッジに接触し、それぞれの互いに反対側のサイドエッジが、突出した段部と、凹んだ段部と、前記突出した段部を前記凹んだ段部に接続させた面取りされた段部とを含んでおり、前記突出した段部が、個々のサイドエッジの互いに反対側の端部に配置されておりかつ隣接する翼の隣接する内側シュラウドの協働する凹んだ段部に突入するように構成されており、前記面取りされた段部が、荷重を隣接する内側シュラウド部分同士の間で概して軸方向に伝達しかつ隣接する内側シュラウド部分同士の間での周方向の荷重伝達を阻止するように働く接触面を含む、請求項７記載のダイアフラム。
【請求項１３】
前記内側シュラウド部分のそれぞれの互いに反対側のサイドエッジが、さらに、平坦部分を含み、前記突出した段部が、前記平坦部分に対して突出したサイドエッジの部分を含み、前記凹んだ段部が、前記平坦部分に対してアンダカットされたサイドエッジの部分を含む、請求項１２記載のダイアフラム。
【請求項１４】
前記平坦部分と、前記突出した段部と、前記凹んだ段部との接触面が、互いに半径方向で接触しかつこれにより隣接する内側シュラウド部分同士の間で半径方向の力を伝達するように配置されている、請求項１３記載のダイアフラム。
【請求項１５】
請求項７から１４までのいずれか１項記載の蒸気タービンダイアフラム。
【請求項１６】
請求項７から１４までのいずれか１項記載のガスタービン又は圧縮機ダイアフラム。
【請求項１７】
請求項７から１４までのいずれか１項記載のダイアフラムを含むタービン。
【請求項１８】
請求項７から１４までのいずれか１項記載のダイアフラムを含む圧縮機。
【国際調査報告】
2008534837.tif 000018
2008534837.tif 000019