(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンの段（１）を製造するための方法であって、
ブロック材をフライス加工して、各々が外側面（７）を有する複数のブレード（６）を備えたセクタ（２）を形成するステップと、
前記ブレード（６）のうちの少なくとも１つの前記外側面（７）に開口（８）を機械加工するステップと、
前記開口（８）と流体連通するキャビティ（９）を機械加工するステップと、
を含み、
前記キャビティ（９）を機械加工するステップは、ワイヤ放電加工によって行い、
前記方法はさらに、
中心ガイド部（３）及び周辺ガイド部（４）を製造するステップと、前記セクタ（２）の少なくとも１つを前記ガイド部（３、４）に滑り込ませるステップと、
前記ガイド部（３、４）に対して前記セクタ（２）をシールするステップと、
を含み、
前記ガイド部（３、４）に対してセクタ（２）をシールするステップは、前記セクタ（２）を前記ガイド部（３、４）に溶接することで行う、
方法。
【請求項２】
２つのセクタ（２）をシールするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つのセクタ（２）をシールするステップは、２つのセクタ（２）の間にセクタ間シールを設けることで行う、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記セクタ間シールは、硬質材料を備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セクタ間シールは、可塑性材料を備える、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
蒸気タービンの段（１）の組立体のためのセクタ（２）であって、
中心部（２ｂ）及び周辺部（２ａ）と、
各々が外側面（７）を有すると共に、前記中心部（２ｂ）及び前記周辺部（２ａ）に取り付けられる、複数のブレード（６）と、
を備え、
前記ブレード（６）の少なくとも１つは、
前記それぞれの外側面（７）上の開口（８）と、
前記開口（８）に流体連通するキャビティ（９）と、
を有し、
前記セクタ（２）は、単体ブロック材から機械加工され、
前記中心部（２ｂ）及び前記周辺部（２ａ）は、それぞれのガイド部（３、４）に滑り込むように構成され、
前記セクタ（２）は、前記ガイド部（３、４）に溶接することにより、前記ガイド部（３、４）に対してシールされる、
セクタ（２）。
【請求項７】
前記中心部（２ｂ）及び前記周辺部（２ａ）にそれぞれ配置された一対の輪郭形成されたレール（１１）をさらに備え、前記レール（１１）の各々は、前記ガイド部（３、４）のそれぞれに適合するように構成される、請求項６に記載のセクタ（２）。
【請求項８】
請求項６または７に記載の複数のセクタ（２）と、少なくとも中心ガイド部（３）及び周辺ガイド部（４）とを備える蒸気タービンのための段（１）であって、前記セクタ（２）は、前記ガイド部（３、４）に対してシールされることを特徴とする段（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの段を製造する方法に関する。より具体的には、本方法は、中空ブレードを有する段を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおいて、最終段又は各段において部分的な凝縮が生じる。
【０００３】
特に、凝縮は、典型的にはタービンの最終段である所謂「凝縮段」のステータブレードの翼形部分上で生じる。
【０００４】
凝縮の結果として水滴が発生すると、水滴は静止ステータブレードから離れて回転するロータブレードに衝突するので、ロータブレードの損傷が生じる場合がある。
【０００５】
水滴によって引き起こされる損傷を低減するために、ロータブレードの回転速度を低下させる場合がある。しかしながら、これによってタービンの効率も低下する。
【０００６】
もしくは、ロータブレードの何らかの損傷を低減するために、水滴が発生する前に凝縮物を収集するという解決策が存在する。
【０００７】
これらの解決策の最も典型的なものは、凝縮が発生する可能性のある場所に中空ステータブレードを使用して、翼形部表面から内部キャビティへ延びる、ブレードの翼形部分を貫通する穴及び／又はスロットを設けて、何らかの凝縮物が翼形部表面を離れて内部キャビティに入るように内部キャビティ側から吸い込むものである。このようにして、水滴の放出をかなり低減することができる。
【０００８】
従って、蒸気タービンのこのような段を製造するための方法は公知である。この方法は、各々がそれぞれのチャンネルを有する内側リング及び外側リングを機械加工するステップを含む。このリングの各々は、チャンネルと流体連通する複数の穴を備えた内側面を有する。複数のタービンブレードが製造され、各ブレードは、それぞれの開口及び中空キャビティを有し、中空キャビティはこの開口を通して外部環境に流体連通する。
【０００９】
次に、ブレードをリングに溶接する。詳細には、単一のリングの各穴は、それぞれのブレードのキャビティと流体連通するように配置する。
【００１０】
その結果、組み立てられた段において、凝縮水は、ブレードの開口から抜き出すことができ、結果的に、キャビティ及び２つのリングのチャンネルに流入する。
【００１１】
前述の従来技術の問題点は、前述の方法の溶接ステップにある。実際には、このステップは、手動で厳しい公差のもとで行われる。これによって組み立て時間が長くなり、コストが高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第８５０６２５６号明細書
【発明の概要】
【００１３】
本発明の第１の態様は、蒸気タービンの段を製造するための方法である。本方法は、ブロック材をフライス加工して、各々が外側面を有する複数のブレードを備えたセクタを形成するステップと、ブレードのうちの少なくとも１つの外側面に開口を機械加工するステップと、開口と流体連通するキャビティを機械加工するステップとを含み、キャビティを機械加工するステップは、ワイヤ放電加工によって行う。
【００１４】
本方法の利点は、従来技術の問題点を解決する点にあり、ブレードを手動で溶接する必要がなくなる。実際には、本方法では技術者の直接的な介入は最小限になる。
【００１５】
本発明の第２の態様は、蒸気タービンの段の組立体のためのセクタである。このセクタは、中心部及び周辺部と、複数のブレードとを備える。各ブレードは、中心部及び周辺部に取り付けられる。ブレードの少なくとも１つは、それぞれの外側面上の開口と、開口に流体連通するキャビティと、を有する。セクタは、単体ブロック材から機械加工される。
【００１６】
本発明の第３の態様は、前記の複数のセクタと、少なくとも中心ガイド部及び周辺ガイド部とを備える蒸気タービンのための段である。セクタは、ガイド部に対してシールされる。
【００１７】
さらなる詳細及び特定の実施形態は、添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による蒸気タービンの段の斜視図。
【図２】図１の平面B-Ｂに沿った段の断面図。
【図２ｂ】図２の断面図のＣの概略図。
【図２ｃ】図１の段の詳細断面図。
【図３ａ】本発明の実施形態による蒸気タービンの段を製造するための方法ステップの斜視図。
【図３ｂ】本発明の実施形態による蒸気タービンの段を製造するための方法ステップの斜視図。
【図３ｃ】本発明の実施形態による蒸気タービンの段を製造するための方法ステップの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
例示的な実施形態の以下の説明は、添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は同じ又は同様の要素とみなす。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【００２０】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００２１】
従って、蒸気タービンの段は、参照符号１で示されており添付図面を参照して以下に説明する。
【００２２】
段１は、中心軸「Ａ」を有する。段は、中心軸「Ａ」に関して中心ゾーン１ａ及び周辺ゾーン１ｂを有する。換言すると、中心軸「Ａ」に関して、中心ゾーン１ａは、段１の内側部分と見なすことができるが、周辺ゾーン１ｂは、段１の外側部分と理解することができる。タービン内部の蒸気流は、実質的に中心軸「Ａ」に沿って進む。段１は、複数のブレード６を備える。各ブレード６は中心ゾーン１ａから周辺ゾーン１ｂへ半径方向に突出する。加えて、各ブレード６は外側面７を有し、この外側面は、幾何学的パラメータが特定の用途に応じて選択される翼形部で規定される。
【００２３】
少なくとも１つのブレード６、好ましくは複数のブレード６、より好ましくは全てのブレード６は、外側面７上に開口８を有する。実際には、ブレード６は、内部ゾーンに配置されたキャビティ９を備える。換言すると、ブレード６は中空である。
【００２４】
詳細には、キャビティ９は、少なくともブレード６の半径長さの少なくとも一部に沿って、好ましくはブレード６の半径長さ全体に沿って延びる。各開口８は、同様に、ブレード６の半径長さの少なくとも一部に沿って延びる。本開示との関連において、「半径長さ」は、半径方向に沿ったブレード６の長さ、すなわち段１の中心軸「Ａ」に直交してここから突出する方向を意味する。開口８は、キャビティ９がブレード６の外部の容積と流体連通するように位置付けるようになっている。
【００２５】
より詳細には、ブレード６の内部のキャビティ９は、内側面１０を有する。内側面１０は、線織面である。本開示との関連において、用語「線織面」は、全ての点が面自体に完全に横たわる少なくとも直線に属する面として定義される。換言すると、線織面は、移動する直線によって弧を描くように動く点の集合として説明できる。線織面の例は、円筒面、錐面、又は双曲面である。球面は線織面ではない。
【００２６】
図２を参照すると、図１に示す面Ｂ−Ｂがブレード６を横断するので、キャビティ９はジグザグ状に見えることに留意されたい。図２ｃに示すブレード６の断面を参照すると、ここに示されているキャビティ９は、上述の線織面であることに留意されたい。
【００２７】
段１は、周辺ゾーン１ａ及び／又は中心ゾーン１ｂに配置することができる少なくとも１つのチャンネル５を備える。さらに詳細には、チャンネル５は、段１が組み込まれるタービンの内部ゾーンと流体連通状態で配置することができる。詳細には、チャンネル５は、ブレード６のキャビティ９と流体連通状態で配置される。チャンネル５自体は、タービン外部の低圧ゾーン（図示せず）と流体連通状態で配置することができる。このようにして、タービン内部の蒸気流の一部は、開口８からキャビティ９、次にチャンネル５へ吸い込むことができ、凝縮した蒸気をブレード６の外側面７から除去する。
【００２８】
本発明の１つの実施形態では、段１は、複数のセクタ２を備える。詳細には、各セクタ２は、幾何学的に円形のセクタ、すなわち円形、正確には円形リングのセクタである。各セクタ２は、中心部２ｂ及び周辺部２ａ、並びに複数の前述のブレード６を備える。各ブレード６は、中心部２ｂ及び周辺部２ａに取り付けられる。
【００２９】
また、段１は、中心ガイド部３及び周辺ガイド部４を備える。さらに、各セクタ２は、ガイド部３、４に対してシールされる。詳細には、中心部２ｂ及び周辺部２ａは、それぞれガイド部３、４に取り付けられる。
【００３０】
さらに詳細には、中心部２ｂ及び周辺部２ａは、それぞれのガイド部３、４に適合する輪郭成形されたレール１１を備える。
【００３１】
実際には、前述の各チャンネル５は、各セクタ２とガイド部３、４との間に形成される。詳細には、周辺部２ａは、周辺ガイド部４に結合して外側チャンネル５を形成する。中心部２ｂは、中心ガイド部３に結合して内側チャンネル５を形成する。チャンネル５をタービン内部の環境から隔離するために、セクタ２とガイド部３、４との間に適切なチャンネルシール１２が設けられる。
【００３２】
このチャンネルシール１２は、図２ｂに概略的に示されており、硬質材料、好ましくは金属、より好ましくは鋼のコア１３を備える。また、チャンネルシール１２は、コーティング１４を備えることができる。好ましくは、コーティング１４は、セラミック、複合材料又はプラスチック材料でできている。さらに詳細には、この構成において、コア１３は、２層又はそれ以上の層のコーティング１４で挟むことができる。
【００３３】
もしくは、チャンネル５は、セクタ２をガイド部３、４に対して直接、溶接するここで気密にすることができる。
【００３４】
前述のように、本発明の実施形態は、両方のチャンネル５を備えても又は備えなくてもよいが、そのうちの少なくとも１つを備える。さらに、２つのチャンネル５が存在したとしても、通常の運転時に使用しても又は使用しなくてもよい。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、各セクタ２は、単体ブロック材から機械加工されることに留意されたい。換言すると、各セクタ２は、単一部品として作られる。好都合には、これによって、ブレード６と中心部２ｂ又は周辺部２ａとの間で溶接がなされていないタービンの段１を作ることができる。
【００３６】
本発明の実施形態では、段１は４つのセクタ２を備え、各々は中心軸「Ａ」に関して９０度の開口角度を有する。本発明の他の実施形態において、段１は２つのセクタ２を備え、各々は１８０度の開口角度を有する。異なる開口角度を有する異なる数のセクタ２を備える他の実施形態も可能である。
【００３７】
好ましくは、ガイド部３、４は、１８０度の開口角度を有する。従って、段１は、２つの中心ガイド部３及び２つの周辺ガイド部４を備えることが好ましい。
【００３８】
従って、本発明の実施形態による方法は、ブロック材を機械加工してセクタ２を形成するステップを含む。好ましくは、複数のセクタ２を機械加工する。より好ましくは、機械加工は、ブロック材をフライス加工することで行う。より好ましくは、段１の全てのセクタ２は、それぞれの単体ブロック材からフライス加工する。このステップの間に、それぞれの外側面７を備えたブレード６を含めて、各セクタ２の外部形状を規定する。
【００３９】
次に、ブレード６の少なくとも１つの外側面７にキャビティ９をカットする。特に、本発明の好ましい実施形態では、キャビティ９は、ワイヤ放電加工によってカットする。この理由から、結果として得られたキャビティ９の内側面１０は、線織面である。また、開口８は、このステップの間に、好ましくは形彫り放電加工によって機械加工する。
【００４０】
次に、中心ガイド部３、並びに周辺ガイド部４を製造する。任意の適切な公知の製造技術を使用することができるので、このステップは詳細に説明しない。好ましくは、ガイド部３、４は、僅かに異なる曲率で製造されるので、セクタ２と接合する際に、僅かに変形する。前述のように、本実施形態では、ガイド部３、４は１８０度の開口角度を有する。
【００４１】
次に、セクタ２をガイド部３、４に滑り込ませる。詳細には、図３ａに示すように、２つのセクタ２を中心ガイド部３の上に滑り込ませる。詳細には、各セクタ２の中心部２ｂからの輪郭形成されたレール１１を中心ガイド部３に挿入する。この段階の間に、完全に円形ではない中心ガイド部３は、レール１１によって弾性変形する。このようにして、弾性変形は、セクタ２と中心ガイド部３との間の予荷重として作用し、この２つの構成要素の間の望ましくない相対運動を防止するようになっている。
【００４２】
中心ガイド部３とセクタ２との間にチャンネルシール１２が存在する場合、この段階で組み込む。
【００４３】
次に、各セクタ２同士を接合する。各セクタは溶接するか又は所定のセクタ間シール（図示せず）を用いることができる。セクタ間シールは、硬質材料、好ましくは金属、さらに好ましくは鋼であるコアで構成することができる。また、セクタ間シールは、可塑性材料、好ましくはゴム又はプラスチックのコーティングを備えることができる。
【００４４】
次に、周辺ガイド部４を２つのセクタ２上に配置する。より詳細には、周辺ガイド部４は、中心ガイド部３に関して前述したのと同じ方法でセクタ２によって変形する。
【００４５】
次に、セクタ２をガイド部３、４に対してシールする。チャンネルシール１２を用いる場合、このステップはスキップすることができる。さもなければ、このステップは、セクタ２をガイド部３、４に溶接することで行うことができる。この作業は、オペレータの直接的な介入なしに機械溶接で行うことができる。
【００４６】
このようにして、図３ｃに示すような半分の段が得られる。２つのこの半分の段を接合することで、前述の段１を組み立てることができる。
【００４７】
最後に、前述のステップは、説明を容易にするための順番で説明されていることに留意されたい。実際には、必要であれば、この順番は変更することができ、例えば、セクタ２は、ガイド部３、４に挿入する前に接合することができる。加えて、セクタ２が１８０度の開口角度を有して接合ステップを必要としない他の実施形態も可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  段
２  セクタ
６  ブレード
７  外側面
８  開口
９  キャビティ
１０  内側面
【図１】
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【図２】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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