(57)【要約】【課題】  別個の軸方向に心合わせされた第１及び第２のタービンシャフト（５２、５４、１５２、１５４）間のカップリングを提供する。【解決手段】  フランジ及びロータホイールを貫通した互いに軸方向に整列した孔が、ロータホイールとフランジとを互いに固定する締結要素（７８）を受け、それによってシャフトセクションを互いに固定する。締結要素は、フランジから遠い側のロータホイール側面上でセグメント（８２）と係合して、フランジとロータホイールとを互いに締め付けるのを可能にする。また、セグメントは外側弧状表面（９４）を含み、該外側弧状表面（９４）が、タービンダイヤフラムの一部を形成するパッキンリングセグメントの半径方向に対向するラビリンス歯（１０２）との間のシール面を形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を有しかつ別個の第１（５２）及び第２（５４）の軸方向に心合わせされたシャフトを含むロータ（５０）と、
互いに軸方向に整列した周方向に間隔をおいて配置された孔（７４、７６）を有する前記シャフトの一方のフランジ（７２）と前記シャフトの他方のロータホイール（６０）とを含む、該シャフトの軸方向に隣接した端部間のカップリングと、
前記整列した孔を通して受けられて前記フランジと前記ロータホイールとを互いに固定し、それによって前記第１及び第２の軸方向に心合わせされたシャフトを互いに固定する締結要素（７８）と、
を含むタービン。
【請求項２】
前記フランジから遠い側の前記ロータホイールの一側面に設置されかつダイヤフラムシール（１０２）を支持したダイヤフラム（１００）と、前記ロータホイールの一側面に隣接して設置されかつ前記締結要素と係合可能である複数のシールセグメント（８２）とを含み、前記シールセグメントが、前記ダイヤフラムシールと協働してシール作用を行うためのシール面（９４）を有する、請求項１記載のタービン。
【請求項３】
前記ロータホイールがタービンに沿った流路内に延びる動翼（５６）を支持し、前記締結要素が一端部にネジを切られたスタッド（７８）を含み、前記スタッド（７８）が、前記シールセグメントに螺合して前記フランジと前記ロータホイールとを互いに締め付け、それによって前記第１及び第２のシャフトを互いに固定する、請求項２記載のタービン。
【請求項４】
前記ロータホイール（１６２）がタービンに沿った流路内に延びる複数の動翼（５８）を支持し、前記シールセグメント（８２）及びダイヤフラムが前記ロータホイールの下流側に配置されている、請求項２記載のタービン。
【請求項５】
流路を有するタービンであって
軸線を有しかつ第１及び第２の軸方向に心合わせされたシャフト（５２、５４、１５２、１５４）を有するロータ（５０）を含み、
前記第１のシャフト（５４、１５２）がそれを貫通する複数の周方向に間隔をおいて配置された孔を含む端部フランジ（７２、１７２）を有し、前記第２のシャフト（５２、１５４）が前記フランジの孔と整列した複数の周方向に間隔をおいて配置された孔（７６、１２０）を有するロータホイール（６０、１６２）を含み、
ネジ付きナット（８２）が前記孔と整列しかつ前記フランジから遠い側の前記ホイールの側面上に設置され、
ネジ付き締結要素（１７８）が前記整列した孔を貫通して延びかつ前記ナットに螺合して前記フランジと前記ロータホイールとを互いに結合している、
タービン。
【請求項６】
前記第２のシャフト（１５４）のロータホイールの軸方向下流側にタービンによって支持されかつダイヤフラムシール（１９８）を支持したダイヤフラムを含み、前記ナット（８２）が、前記ダイヤフラムシールと協働してシール作用を行うためのシール面を有する、請求項５記載のタービン。
【請求項７】
各ナット（８２）が軸方向に延びたフランジ（１９６）を含み、前記フランジ（１９６）が、前記第２のシャフトのロータホイールの軸方向に隣接した下流側ホイール（２１０）上のショルダ部（２０６）に重なる、請求項５記載のタービン。
【請求項８】
タービンロータの軸方向に心合わせされたシャフトを互いに結合する方法であって、
前記シャフトの一方の端部フランジ（７２、１７２）と前記シャフト（５２、１５４）の他方のロータホイール（６０、１６２）との軸方向に整列した孔を通して締結要素（７８、１７８）を貫通させる段階と、
前記締結要素を前記フランジと前記ロータホイールとに固定して前記シャフトを互いに固定する段階と、
を含む方法。
【請求項９】
前記フランジから遠い側の前記ロータホイールの側面において、前記シールセグメントがタービンダイヤフラム（１００）と半径方向に整列した状態で前記締結要素とシールセグメントとを互いに固定する段階と、前記セグメント（９４）及びダイヤフラム上にそれらの間をシールするための協働可能なシール面を形成する段階とを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記シールセグメントが前記ロータの軸線の周りで互いに周方向に間隔をおいて配置されており、前記シールセグメントが前記締結要素の周りで回転するのを防止する段階を含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータシャフトの隣接した端部を結合するための装置及び方法に関し、具体的には、軸受け間スパンを縮小し、ロータ剛性を増大させ、かつロータ段の追加又はロータ長さの短縮を可能にするような方法で、軸方向に心合わせされた蒸気タービンロータシャフト間を結合するカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン、特に蒸気タービンのロータ列においては、ロータシャフトの材料特性上の制限により、所定の蒸気通路内でロータシャフトを互いに軸方向に心合わせされた状態で結合することが必要である場合が多い。結合には、軸受け間長さにスパンを付加する軸方向の間隔が必要である。心合わせされたロータシャフト用の典型的な軸方向のカップリングでは、軸方向に隣接するロータシャフト端部が整列したボルト孔を備えたフランジを有し、このボルト孔によってフランジを互いに直接ボルト止めすることができる。従って、フランジが取り付けられたシャフト端部には、そのカップリングを受け入れるための大きな付加的な軸方向間隔が必要であることが分かるであろう。このことは次ぎに、軸受け間の全体スパン長さを増大させ、ロータ剛性の望ましくない低下を招くことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、軸受け間スパンを縮小し、それによってロータの剛性を増大させ、かつ間隙の緊密化及びタービン段の追加又はロータ長さの短縮を可能にするような方法で、隣接するロータシャフト端部を互いに結合するのが望ましいことが判明している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の好ましい実施形態によると、実質的にロータの軸方向スパンを増大させずに、タービンロータシャフトの隣接した軸方向に心合わせされた端部を結合するための装置及び方法を提供する。上記のことを達成するために、ロータ端部の１つは、締結要素、例えばボルトを受けるための周方向の孔配列を有する従来型のフランジを含む。しかしながら、対向する端部は、隣接するシャフトのフランジを貫通する孔と整列した周方向の開口部すなわち孔の配列を有する隣接したロータホイールを含む。従って、隣接するロータシャフト端部のロータホイール及びフランジは、整列した孔を通して締結要素を受けて互いに直接固定される。
【０００５】
さらに、フランジから遠い側のロータホイール側面上の複数のセグメントが、締結要素と組み合わされて、フランジとロータホイールとを互いに締め付ける働きをする。セグメントはまた、半径方向に対向するダイヤフラムとの間のシールを形成する。セグメントは、それを貫通する１つ又はそれ以上の孔を有し、それら孔がシャフト端部を互いに結合する締結要素を受ける。セグメントはまた、同一シャフト上のロータホイールと隣接したロータホイールとの間の軸方向位置においてダイヤフラムシールと半径方向に対向する半径方向に向いた弧状シール面を含む。従って、セグメントは、ダイヤフラムシールの半径方向に対向するラビリンス歯と協働するシール面を有する。この構成の結果として、段を追加し、軸方向の軸受け間スパンを短縮し、かつロータの剛性を増大させるための付加的な軸方向間隔が得られ、その結果タービンの性能が大幅に高められる。
【０００６】
本発明による好ましい実施形態では、タービンを提供し、本タービンは、軸線を有しかつ別個の第１及び第２の軸方向に心合わせされたシャフトを含むロータと、互いに軸方向に整列した周方向に間隔をおいて配置された孔を有するシャフトの一方のフランジと該シャフトの他方のロータホイールとを含む、該シャフトの軸方向に隣接した端部間のカップリングと、整列した孔を通して受けられてフランジとロータホイールとを互いに固定し、それによって第１及び第２の軸方向に心合わせされたシャフトを互いに固定する締結要素とを含む。
【０００７】
本発明による別の好ましい実施形態では、流路を有するタービンを提供し、本タービンは、軸線を有しかつ第１及び第２の軸方向に心合わせされたシャフトを有するロータを含み、第１のシャフトはそれを貫通する複数の周方向に間隔をおいて配置された孔を含む端部フランジを有し、第２のシャフトはフランジの孔と整列した複数の周方向に間隔をおいて配置された孔を有するロータホイールを含み、ネジ付きナットが孔と整列しかつフランジから遠い側のホイールの側面上に設置され、またネジ付き締結要素が整列した孔を貫通して延びかつナットに螺合してフランジとロータホイールとを互いに結合している。
【０００８】
本発明によるさらに別の好ましい実施形態では、タービンロータの軸方向に心合わせされたシャフトを互いに結合する方法を提供し、本方法は、シャフトの一方の端部フランジと該シャフトの他方のロータホイールとの軸方向に整列した孔を通して締結要素を貫通させる段階と、締結要素をフランジとロータホイールとに固定してシャフトを互いに固定する段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで、図面の図、特に図１を参照すると、全体を符号１０で表したタービンが図示されており、タービン１０は、それぞれ軸方向に心合わせされかつ結合された別個のロータシャフト１４及び１６によって形成されたロータ１２を含む。ロータシャフト１４は、上流側タービンセクションの一部を形成し、高温ガス通路２２内に配置されてタービン１０の多段を形成する複数の動翼１８及びノズル２０を含む。動翼１８はロータシャフトホイール２４上に取り付けられ、一方、ノズル２０は固定ケーシング２６から半径方向内向きに延びる。同様に、ロータシャフト１６は、下流側タービンセクション内に複数の動翼２８及びノズル３０を含み、ノズル３０は固定ケーシング３２に固定される。動翼２８は、タービンホイール３４上に配置される。
【００１０】
従来型では、２つのタービンロータシャフト１４及び１６は、それらの接合部において１対のフランジ３６及び３８を互いに締め付けることによって軸方向に互いに心合わせされた状態で互いに結合される。フランジ３６及び３８は各々、互いに整列した例えばスタッド又はボルトなどの締結要素４２を受けるための孔４０を有する。図示したスタッドは、ネジを切られた両端部にナット４４を有しているが、一端にネジ部を有しかつ他端にボルトヘッドを有するボルトを使用してもよいことが分かるであろう。図示するように、軸方向に互いに結合された２つのフランジは、タービンセクションのそれぞれからの大きな間隔を必要とし、このことにより非効率となりまた性能の低下を招く。具体的には、ロータの軸受け間スパンが増大し、従ってロータを一層撓み易くし、かつタービン段の追加を行えなくする。
【００１１】
図２及び図３に示すような本発明によると、軸受け間スパンを短縮し、ロータの剛性を増大させ、かつロータ段の追加又はロータ長さの短縮を可能にするような方法で、ロータシャフトの隣接した端部を互いに結合するための固有の装置及び方法を提供する。上記のことを達成するために、また図２を参照すると、図１の場合と同様に、それぞれ上流側及び下流側タービンセクション５１及び５３を含み、かつ互いに軸方向に結合されたロータシャフト５２及び５４を有するタービン５０が図示されている。シャフト５２及び５４は、それぞれロータホイール６０及び６２上に動翼５６及び５８を支持する。タービンセクション５１は、固定ケーシング６６に固定されたノズル６４を含み、一方、タービンセクション５３は、固定構成部品７０に固定されたノズル６８を支持する。図２に示した実施形態では、ロータシャフト５４の上流側端部には、ロータシャフト５２の対向する端部と結合するための従来型のフランジ７２が設けられる。フランジ７２には、周方向に間隔をおいて配置された軸方向に延びる開口部７４が設けられる。
【００１２】
図１に示す従来技術とは対照的に、ロータシャフト５２は、隣接するフランジを含んでいない。もっと正確に言えば、ロータシャフト５２の端部は、そのタービンセクションの最終段ホイール６０で終端している。ホイール６０は、シャフト５４のフランジ７２を貫通する孔７４と整列した複数の周方向に間隔をおいて配置された軸方向に延びる孔７６を含む。シャフト５２及び５４を互いに固定するために、整列した開口部７４及び７６を貫通して締結要素７８が配置される。各締結要素７８は、ネジ部を有する少なくとも１つの端部８０を備えたボルト又はスタッドを含み、このネジ部が、タービンシャフト５２の端部に隣接した最終段ホイール６０とタービンセクション５１の次の上流側ホイール８４との間に配置されたナット又はセグメント８２の雌ネジに螺合することができる。ナット又はセグメント８２は、互いに周方向に間隔をおいて配置され、タービンセクション５１の隣接したホイール６０及び８４間に設置され、かつ締結要素７８の各端部が螺合したときにフランジ７２とホイール６０とを互いに締め付けるのを可能にすることが分かるであろう。締結要素の対向端部は、ナット８６又はボルトヘッドを含むことができる。従って、この構成の場合、シャフト５２及び５４は、一方のシャフト上のフランジ及び隣接するシャフト上のロータホイールを貫通させて締結要素を係合することによって互いに結合される。
【００１３】
図４を参照すると、雌ネジ９２を有するハブ９０に加えて、各セグメント８２は、半径方向外側シール面９４と、ハブ９０から軸方向に突出したフランジ９６とを有する。セグメント８２がホイール６０に固定されたとき、セグメントは、互いに周方向に整列することが分かるであろう。セグメント８２のシール面９４は、ロータシャフト５２の周りで３６０°延びる円形シール面９５を形成する。シール面９４は、固定構成部品のダイヤフラム１００によって支持されたパッキンリングセグメント９８と半径方向に対向して位置する。パッキンリングセグメント９８は、段間シールを形成するラビリンスシール歯１０２（図４）を支持する。従って、セグメント８２は、隣接するシャフト５２及び５４を互いに締め付けるのを可能にすると同時に、隣接したホイール間の段間シールの役割も果たす。さらに、セグメント８２上の軸方向に延びるフランジ９６は、次の隣接した上流側ホイール８４上に形成されたショルダ部又はリム１０６に重なる。フランジ９６とショルダ部１０６とは、締結要素７８と共に互いに協働して、セグメント８２が締結要素７８の軸線の周りで回転するのを防止する。ショルダ部１０６は、タービンロータの軸線を中心にした円形であることが好ましいが、必ずしも円形である必要はない。従って、フランジ９６とショルダ部１０６の協働する表面によって、各セグメント８２の回転防止機能が得られる。
【００１４】
図２の実施形態では、セグメントは、上流側タービンセクション５１及びシャフト５２上に設置されている。図３に示した実施形態では、セグメント８２は、下流側タービンセクションのシャフト上に設置される。図３では、先の実施形態と類似の部品に対して、前に「１００」を付けた類似の参照番号を使用している。図３の実施形態では、上流側タービンセクション１５１及びシャフト１５２は、互いに周方向に間隔をおいて配置された孔１７４を有する従来型の半径方向に延びるフランジ１７２を支持する。下流側タービンセクション１５３及びシャフト１５４は、互いに周方向に間隔をおいて配置されかつフランジ１７２を貫通する孔１７４と整列した孔１２０を有する第１段ホイール１６２を支持する。従って、シャフト１５２及び１５４を互いに固定するために、整列した孔１７４及び１２０に貫通して締結要素１７８が配置される。各締結要素１７８のネジ付き端部は、セグメント８２の雌ネジ付きハブ９０内に螺入されて、ロータホイール１６２とフランジ１７２とを互いに締め付け、それによってシャフトセクション１５２及び１５４を互いに締め付ける。締結要素１７８の対向端部は、先の実施形態の場合と同様に、ボルトヘッド又はナット１８６を含むことができる。この形態では、セグメント８２は、フランジ１９６がタービンセクション２１０の次段ロータホイール２０８の周りで下流方向にリム２０６に重なるように、軸方向の構成が逆になっている。従って、図３の構成は、図２の配置の反対になっている。また、セグメント８２の表面９４は、下流側タービンセクション１５３のダイヤフラム上のパッキンリングセグメント１９８と半径方向に対向して位置しており、それによってパッキンリングセグメント及びセグメント８２が段間シールを形成することに注目されたい。
【００１５】
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連して本発明を説明してきたが、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】
【００１６】
【図１】従来技術による互いに結合された別個のタービンシャフトを示す、タービンの一部の部分断面図。
【図２】本発明の好ましい実施形態による隣接する別個のタービンシャフト間のカップリングを示す部分断面図。
【図３】本発明の別の実施形態を示す、図２と類似した図。
【図４】隣接するロータシャフト間のカップリングの一部を形成するセグメントの斜視図。
【符号の説明】
【００１７】
５０  タービン
５１  上流側タービンセクション
５２、５４  シャフト
５３  下流側タービンセクション
５６、５８  動翼
６０、６２  ロータホイール
６４、６８  ノズル
６６  固定ケーシング
７０  固定構成部品
７２  フランジ
７４、７６  孔
７８  締結要素
８２  シールセグメント
８４  上流側ホイール
８６  ナット
９５  シール面
９８  ダイヤフラムシール
１００  ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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