(57)【要約】【課題】本発明は、中間有孔層を有する多層バケットカバー及びその組立て方法に関する。【解決手段】各セグメント２３は、バケット先端におけるテノンを受けるための、部材を貫通する円周方向に間隔をおいて配置された半径方向開口部を含む。中間部材は、該中間部材を貫通する開口部を形成する円周方向に間隔をおいて配置されたウェブ５２間に形成された、重量軽減目的のための空洞４６又は凹部を有する。最終組立てにおいて、テノンの先端は自動ピーニングされて部材をバケット上に保持し、余分な材料は機械加工されて円周方向に延びる滑らかな連続した弓形外面が得られる。空洞は、ウェブ５２と、前端壁４８及び後端壁５０と、外側部材の内面及び内側部材の外面とによって境界付けられる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの回転構成部品のバケット上にカバーを組立てる方法であって、
前記バケットの端部に形成されたテノン（３２）を受けるための貫通した開口部を有する、弓形の内側カバー部材（２８）、外側カバー部材（２６）、及び中間カバー部材（３０）を準備する段階と、
該内側、中間、及び外側カバー部材を、前記テノンの端部が該外側部材から突出するように前記バケットのテノン上に連続して配置する段階と、
該テノンの突出端部をピーニングして前記部材を前記バケット上に固定する段階と、
前記テノンのピーニングされた端部を含めて前記カバーの外面に沿って滑らかな連続弓形表面を形成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
隣接する前記開口部の間で前記中間部材内に空洞（４６）を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
隣接する前記開口部の間で前記中間部材を貫通させて空洞（４６）を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記外側部材の内面及び前記内側部材の外面と、前記中間部材の軸方向に対向する端壁（４８、５０）と、該端壁を互いに対して形成する前記中間部材の円周方向に対向するウェブ（５２）とにより境界付けられるように、前記中間部材を貫通させて空洞（４６）を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンの多層バケットカバーに関し、具体的には、中間有孔層を有する多層バケットカバー及びその組立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にタービンロータは、周方向に間隔をおいて配置されたほぼ半径方向に延びる複数の翼形部又はバケットを支持している。従来、カバーは、バケットの先端に設けられ、カバーの外面と周囲のシュラウドとの間に小さな間隙を備えた状態でバケットの周りに３６０度の環帯を形成する。
【０００３】
カバーをバケットの先端に固定するための多くの異なる構造及び方法がある。こうした構造の一つとして、ボタン型テノン／カバー構成が知られている。この構造では、各バケットからほぼ半径方向に突出している１つ又はそれ以上のテノンが、カバーの対応する開口部に通され、カバーの外面に沿って好ましくは自動でピーニングされる。このボタン型テノン／カバー構成は、カバーとバケットとの間に大きな引張り強度、すなわち十分な構造的一体性を与え、遠心力の下でバケット端部からカバーが外れるのを防止する。しかしながら、ボタン型テノン／カバー構成は、適切なカバーのシール機能をもたらさない。つまり、ボタンがカバーの外面に沿って一連の半径方向外向きの突出部を形成し、回転構成部品すなわちカバーと周囲の固定構成部品すなわちシュラウドとの間により大きな間隙を必要とし、そのため先端漏れ損失を増大させる。しかしながら、ボタン型テノン／カバー構成は、ピーニング加工を自動で行うことを可能にするという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
「フォックスホール」型テノン／カバー構成として知られている別の構成では、バケットのテノンはカバーの外側開口部から引っ込んでいる。カバーの外面よりも突出したボタンがないため、「フォックスホール」構成は周囲の固定構成部品との間の先端間隙をより狭くすることを可能とし、カバーのシール機能を向上させ、先端漏れ損失を減少させることができる。しかしながら、フォックスホール型テノン／カバー構成は、カバーをバケットに固定するために手動のピーニング処理を必要とする。この処理は物理的に困難な作業であり費用もかかる。従って、十分な引張り強度をもたらし、自動ピーニングできかつ先端漏れ損失を最小にするような適切なカバーのシール機能が得られるバケットカバーを提供する必要性がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によると、バケットの外側先端を跨いで延びる弓形形状の多層又は多部材で形成されたバケットカバーが提供される。バケットカバーは、ロータの周囲に完全な環帯を形成しその各々が複数の部材からなる複数の弓形セグメントで形成される。各バケットカバーセグメントは、内側部材と、外側部材と、該内側及び外側部材間に配置された中間部材とを含むのが好ましい。これらセグメント、従って部材は、３つ又はそれ以上のバケットを跨いで延び、バケットのテノン上に取り付けられる。
【０００６】
具体的には、部材は、バケットの端部のテノンを受けるように互いに位置合わせされた円周方向に間隔をおいて配置された開口部を備えている。テノンは、バケットの翼形部輪郭に比べて小さい輪郭を有することが分かるであろう。テノンの小さい輪郭とバケット先端における翼形部輪郭との間に、半径又は面取り部が設けられる。内側部材を貫通する各開口部は、テノンとバケット翼形部との間の接合部における半径が付けられた部分に重なって位置する半径方向内向きに増大する面取り部を有する。中間部材は、テノンの輪郭に対応する開口部を有する。外側部材は、半径方向外側に向いた面取り部を備えた開口部を有する。内側、中間、及び外側部材は、開口部がテノンを受けた状態でバケット上に順次配置される。次いで、テノンの突出端部を好ましくは自動でピーニングし、部材をバケットに固定することができる。テノンの余分な材料があれば、例えば機械加工により取り除いて、カバーの外周に沿って滑らかな連続表面を形成する。このようにして、カバーと周囲の固定構成部品との間に狭い間隙が維持されることができる。
【０００７】
必要な引張り強度を得るため、隣接するテノンの間で中間部材内に空洞が設けられる。空洞は、材料が取り除かれているが、タービンを通る高熱ガス流の上流側及び下流側に面する中間部材の端壁によって密閉され、内側部材の外面と外側部材の内面とによって境界付けされている。このようにして、カバーの重量を大幅に軽減させ、従って、遠心力によってカバーが半径方向外向きに移動する如何なる傾向も最小にされ、また引張り力を著しく減少させる。カバー部材は、その円周方向に隣接する継ぎ目において互いに半径方向に位置合わせされることができるが、該部材はまた、円周方向に隣接する部材間の継ぎ目が互いに円周方向にずらされ或いは食い違うように、互いに千鳥配置されることができる。
【０００８】
前述の構成を利用して、適切な引張り強度を有する同一面になったテノン／カバー構成が得られ、この構成は、自動ピーニング機械を使って形成することができる利点がある。同時に、カバー環帯と周囲のシュラウドとの間の間隙を狭くすることにより、カバーのシール機能が改善される。
【０００９】
本発明による好ましい実施形態では、バケットの先端に隣接するテノンを有するタービンバケットのカバーが提供され、該カバーは、別々の内側及び外側弓形カバー部材とその間の中間弓形カバー部材とを含み、これら部材が、バケットのテノンを受けるためのほぼ半径方向に位置合わせされた開口部を有し、該外側部材が、ピーニングされたバケットのテノン材料を受けて該部材をバケット上に保持するための半径方向外向きの面取り部を有する。
【００１０】
本発明による別の好ましい実施形態では、タービンの回転可能な構成部品が提供され、該構成部品は、軸線の周りで回転可能であり半径方向外向きに延びるテノンで終端する複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケットと、複数の別々の弓形カバーセグメントを備える該バケットのカバーとを含み、該セグメントの各々が内側、外側、及び中間の弓形に延びる部材を有し、これら部材が、該セグメントに沿った円周方向に間隔をおいた位置に、テノンを受けるためのほぼ半径方向に位置合わせされた開口部を有し、該テノンはピーニングされて部材をバケット上に固定し、外側部材の外面と共に全体的に滑らかな連続した外面を形成している。
【００１１】
本発明による別の好ましい実施形態では、タービンの回転構成部品のバケット上にカバーを組立てる方法が提供され、該方法は、バケットの端部に形成されたテノンを受けるための貫通した開口部を有する、内側、外側、及び中間弓形カバー部材を準備する段階と、該内側、中間、及び外側カバー部材を、テノンの端部が該外側部材から突出するようにバケットのテノン上に連続して配置する段階と、テノンの突出端部をピーニングして各部材をバケット上に固定する段階と、テノンのピーニングされた端部を含めてカバーの外面に沿って滑らかな連続弓形表面を形成する段階とを含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に図面、特に図１を参照すると、複数の円周方向に間隔をおいて配置されたバケットを支持するロータ１０が図示されており、該バケットの１つが符号１２で示され、該バケットはバケットカバー１４を有している。更に、タービンの固定構成部品の軸方向に隣接するステータベーン１６及び１８が、タービン流路２０内に開示されている。タービンの作動中にカバー１４の周りをシールするためのラビリンス式シール２２及びブラシシール２４が示されている。
【００１３】
次に図２を参照すると、カバー１４は複数の弓形カバーセグメント２３を含み、各カバーセグメントは集合体として符号２５で示すカバー層又は部材から構成されている。図示するように、各セグメント２３の集合したカバー部材２５は、弓形に延びる外側部材２６、内側カバー部材２８、及び中間カバー部材３０を含む。カバー部材２６、２８、及び３０は、弓形に延び、複数のバケット１２、例えば段により決まる４個から２０個までのバケットを跨いで延びている。弓形カバーセグメントは、バケット１２の各々の先端に形成されたテノン３２上に固定される。カバーセグメント２３は、バケット間の位置において、円周方向の対向端部で隣接カバー部材と当接して、バケット１２の周りに完全な環帯を形成する。同様に、外側、内側、及び中間部材２６、２８、及び３０の各々は、それぞれ円周方向に互いに当接する。従って、セグメント２３の間の継ぎ目３１は、互いに半径方向に位置合わせされたその内側、中間、及び外側部材を有する。これに代えて、部材は互いに円周方向に千鳥配置され、それにより対応する部材２６、２８、及び３０間の継ぎ目が互いに円周方向に千鳥配置されようにしてもよい。
【００１４】
図２に示すように、バケット１２は、その外側先端においてテノン３２で終端する。カバー部材２６、２８、及び３０の各々は、テノン３２を受けるために、円周方向に間隔をおいた位置に開口部を有する。図４に示すように、テノン３２は、図４に破線により符号３４で示すバケット翼形部の断面形状よりも断面形状が小さくなっている。各テノン３２はまた、対応するバケットの前縁及び後縁の両方の手前で終端する。これらの側面もまた、バケット１２の負圧側及び正圧側の翼形部表面の内側に位置する。
【００１５】
図２に示すように、テノン３２とバケット１２の翼形部の半径方向外端部との接合部は、符号３６で示すように半径が付けられ又は面取りされている。内側部材２８を貫通する開口部３８もまた、テノンとバケット翼形部との接合部における半径３６と係合するように半径が付けられている。図４に示すように、中間部材３０は、テノン３２の全体形状になっており該テノン３２を受けるための、円周方向に間隔をおいて配置された開口部４０を含む。図２を再度参照すると、外側部材２６を貫通する開口部４２もまた、半径が付けられて、テノン３２の周りに全体的に凹状の面４４を形成している。カバー部材２６、２８、及び３０の各々は、ロータ１０上へのその組立ての際に、バケット１２のテノン３２に個別に順次取り付けられる別々の部材を含むことが分かるであろう。
【００１６】
図２、図３、及び図４に最もよく示されているように、中間部材３０はまた、カバー１４の周りで円周方向に間隔をおいた位置に空洞４６を備える。各空洞４６は、中間部材３０において半径方向外向き及び内向きに開口しているのが好ましい。しかしながら、中間部材は、該部材を貫通して形成されるのではなく、内部に形成された空洞を有してもよいことが分かるであろう。空洞４６は、端壁４８及び端壁５０により、更に隣接するウェブ５２の縁により境界付けられている。各ウェブ５２は、端壁４８と端壁５０との間に延び、ウェブ５２はテノン３２を受ける開口部４０を囲む。端壁４８及び５０は、タービン流路に沿って流れ方向に対して上流側又は下流側に面する。組立てにおいて、空洞４６は、外側部材２６の内面と内側部材２８の外面とによって境界付けられることが分かるであろう。従って、最終組立てにおいて、カバーに沿いかつバケット間に位置する空洞４６の各々は、完全に密閉されることが分かるであろう。
【００１７】
カバーをロータ１０上に、特にバケットの先端上に組立てるために、各カバーセグメント２３の内側、中間、及び外側部材は、順々にテノン３２上に配置される。図２に示すように、いったんテノン上に配置されると、テノンはピーニングされることができる。テノンは各外側カバー部材２６の外面から外向きに突出しているので、テノンは自動機械でピーニングされることができる。ピーニングの間、テノンの材料は横方向に拡大するよう変形させられて、テノンと部材２６、２８、及び３０を貫通する開口部の縁との間の空間を埋める。具体的には、変形した材料は、外側カバー部材２６を貫通する開口部の周りの半径又は凹状開口部４４を埋める。材料がピーニング加工によって、外側カバー部材２６を貫通する開口部の拡大領域内に変形するので、互いに積み重ねられた内側、中間、及び外側部材は、テノン３２の周りでバケット１２に固定される。
【００１８】
図３に示すように、ピーニング加工は、図３の符号５４で示すように、外側部材の外面に沿った小さなボタンを生じることになる。テノンの余分な材料により形成されたこれらのボタンは、次に機械加工されて取り除かれて、環状カバーの周りに滑らかな連続した弓形外面を形成する。すなわち、テノンの外面はカバーの円周方向の弓形形状と一致する。
【００１９】
前述の構造のように、カバーの外面と周囲のシュラウド又はシール面との間の間隙を狭く維持することができるため、先端漏れ損失を減少させるカバーのシール機能が得られることが分かるであろう。一般的な同一面になったテノン／カバー構成では、適切な引張り強度が得られない、つまり、高い遠心荷重の間にカバーをバケット上に保持するのには強度が十分でないが、本発明の同一面になったテノン／カバー構成は、中間部材３０内に空洞４６を形成することによってカバーの重量を軽減させることができるため、大きな引張り強度が得られる。従って、この構成によると、引張り強度の要件が満たされることが分かるであろう。重要なことは、テノンを自動ピーニングすることができ、同一面になったテノン／カバー設計によりカバーの気密シール機能を得ることができることである。有孔カバー設計はこれらの要件を満たしている。
【００２０】
本発明を現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】バケット及びカバーを備えたタービンロータと関連するタービンステータ段とを示す、タービンの一部の部分断面図。
【図２】本発明の多層バケットカバーをロータのバケットのテノン上に取り付けるのを示す、軸方向概略部分断面図。
【図３】完成したバケットカバー組立体を示す、図２と同様の図。
【図４】図３の線４−４にほぼ沿った断面図。
【符号の説明】
１０　ロータ
１２　バケット
１４　バケットカバー
２３　カバーセグメント
２５　カバー部材
２６　外側部材
２８　内側部材
３０　中間部材
３１　継ぎ目
３２　テノン
【図１】
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【図２】
2004028094.tif 000004
【図３】
2004028094.tif 000005
【図４】
2004028094.tif 000006