(57)【要約】【課題】  本発明は、蒸気タービンバケットのインベストメント鋳造法に関する。より具体的には、本発明は、軽量であるが構造的に堅牢な蒸気タービンバケットをインベストメント鋳造するための方法を提供する。【解決手段】  蒸気タービンバケットが、中空であるか又は軽量の格子構造（１０、２０、３０）内部コアを有するようにインベストメント鋳造法により形成される。この方法は、接線方向もみの木状ダブテール（１１）、接線方向スロットダブテール（２１）、及び軸方向差込ダブテール（３１）を含む様々なダブテール形状（１１、２１、３１）を有する蒸気タービンバケットを一体的に形成するために使用される。インベストメント鋳造法を用いて、蒸気タービンバケットの一方の端部にカバー（１２、２２、３２）を一体的に形成することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インベストメント鋳造法を使用して中空の蒸気タービンバケット翼形部を形成することにより、蒸気タービンバケット翼形部を形成する方法。
【請求項２】
カバー（１２、２２、３２）が、前記中空蒸気タービンバケット翼形部と一体的に鋳造される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
形成される前記中空蒸気タービンバケット翼形部が、接線方向もみの木状ダブテール（１１）と一体的に鋳造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
インベストメント鋳造法を利用して、格子構造（１０、２０、３０）を有する蒸気タービンバケット翼形部の内部コアを形成することを含む、蒸気タービンバケット翼形部を形成する方法。
【請求項５】
カバー（１２、２２、３２）が、格子構造（１０、２０、３０）を有する前記蒸気タービンバケット翼形部と一体的に鋳造される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
形成される前記中空蒸気タービンバケット翼形部が、接線方向もみの木状ダブテール（１１）と一体的に鋳造される請求項４に記載の方法。
【請求項７】
形成される前記中空蒸気タービンバケット翼形部が、接線方向スロットダブテール（２１）と一体的に鋳造される請求項４に記載の方法。
【請求項８】
蒸気タービン内で使用するための格子構造（１０、２０、３０）の内部コアを備えた蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項９】
一方の端部に形成されたカバー（１２、２２、３２）を更に備える請求項８に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１０】
接線方向もみの木状ダブテール（１１）を更に備える請求項８に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１１】
接線方向スロットダブテール（２１）を更に備える請求項８に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１２】
軸方向差込ダブテール（３１）を更に備える請求項８に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１３】
接線方向もみの木状ダブテール（１１）を更に備える請求項９に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１４】
接線方向スロットダブテール（２１）を更に備える請求項９に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１５】
軸方向差込口ダブテール（３１）を更に備える請求項９に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１６】
蒸気タービン内で使用するための、中空の翼形部コアを備える蒸気タービンバケット翼形部。
【請求項１７】
一方の端部に形成されたカバー（１２、２２、３２）を更に備える請求項１６に記載の蒸気タービンバケット翼形部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンバケットのインベストメント鋳造法に関する。より具体的には、本発明は、軽量であるが構造的に堅牢な蒸気タービンバケットをインベストメント鋳造するための方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
現在の蒸気タービンバケットは、プレート原材料から機械加工される中実バケットである。これらのバケットには、従来の接線方向もみの木状ダブテール、接線方向スロットダブテール、及び軸方向差込ダブテールを備えた蒸気タービンバケットが含まれる。
【０００３】
蒸気タービンの設計において重要な設計要素は、バケットの重さにより生じるロータ応力である。しかしながら所定の製造方法では、機械的一体性を損なうことなくバケット重量を低減することは非常に難しい。
【０００４】
先行技術による高圧及び中圧蒸気タービン用回転バケット翼形部は、主としてプレート原材料から機械加工された特注部品である。これらの中実の翼形部は、必然的に重く、これを支持するために大きなロータ構造を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
構造的一体性を損なうことなく、従来方式で機械加工された中実バケットを、インベストメント鋳造法により製造されたより軽量な部品を有するバケットに置き換えることが望ましい。本発明は、軽量であるが強靭な蒸気タービン翼形部を提供するという目標を達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、中空蒸気タービンバケットのためのインベストメント鋳造法を提案する。この中空蒸気タービンバケットは、機械的一体性を維持しつつ重量を減らすために、翼形部の内部に交差する溝から成る格子構造を含むことができる。この新規の構造設計は、堅牢なインベストメント鋳造法を使用して、一体的カバー（すなわちバケットシュラウド）の設計を容易にし、蒸気タービンバケットの冷却を可能にする。
【０００７】
溝の格子構造が、相反する角度で設けられ、良好な応力分布を有する翼形部内部に十字交差したリブ構造を形成する。この設計には内部主要リブが存在しないのが好ましいが、機械的設計を考慮することによりこのような主要リブを必要とする場合には、該リブを設けることができる。
【０００８】
溝の格子構造は、強固に接続されたセラミックコア部材で形成され、これにより、インベストメント鋳造法の非常に高い歩留まり率が得られる。この新規の構造設計によって、総重量が低減された翼形部が得られ、これは、対応するロータ構造及び装置全体のサイズを小さくするのに役立つ。
【０００９】
この新規の構造設計の利点としては、軽量化と、重量低減によるロータの熱過渡応答性の改善とが含まれる。これに加えて、インベストメント鋳造法は、一体的カバーのような設計上の特徴を可能にする。更に、本発明の方法は、内部寸法（格子密度）を変えることにより設計応答性を調整する能力を提供する。
【００１０】
インベストメント鋳造法の使用は、従来のガスタービン設計と比べて高い鋳造歩留まりを提供する。最後に、インベストメント鋳造法の使用は、蒸気タービンバケットを冷却を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
従来の蒸気タービン設計が特注によるものであったことにより、蒸気タービンバケットは、従来のフレキシブル機械加工法を用いてプレート原材料から製造されている。ガスタービン製品同様、蒸気タービン製品が益々構造化され、又は事前加工されたものとなるにつれて、蒸気タービンバケット設計の再利用にはインベストメント鋳造製造法がより好適となることに最初に気付いた。
【００１２】
また本発明者らは、インベストメント鋳造法はバケットの重量を大きく削減することができるが、少数の内部半径方向リブを備えた従来のガスタービンコアの脆弱性により、高い頻度でセラミックコアの破損と鋳造壁厚のばらつきとを生じることが多いことに最初に気付いた。
【００１３】
図１から図３は、製造に関してはるかに優れた耐久性を有する高剛性セラミックコアを提供する格子構造１０、２０、３０の使用を断面で示している。或いは、この蒸気タービンバケットは、格子構造の内部コアがなく中空であるようにインベストメント鋳造により形成してもよい。
【００１４】
しかしながら、格子構造１０、２０、３０により、最終製品の壁厚をより大きく制御することが可能になり、大きな内部キャビティを有する従来の蒸気タービンバケット翼形部に比べて機械的一体性を改善する。図１は、接線方向もみの木状ダブテール１１を有する蒸気タービンバケットを示し、図２は、接線方向スロットダブテール２１を有する蒸気タービンバケットを示し、図３は、軸方向差込ダブテールを有する蒸気タービンバケットを示す。
【００１５】
格子構造の交差する溝又はリブの角度範囲は、一方の壁で２５°から５５°まで、反対側の壁で−２５°から−５５°までが好ましい。溝のサイズとリブの厚みの好ましい比は、４：１乃至１：１である。例えば、上記範囲の中間においては、０．１インチ厚のリブを０．２５インチ間隔を置いて配置される。
【００１６】
インベストメント鋳造法はまた、バケット先端の蒸気通路漏れを低減する一体式カバー１２、２２、３２のような設計特徴を鋳造することを可能にする。軽量化された鋳造バケット及びこれに付随するロータは、静力学的シェル構造体により良く適合するように熱過渡応答性を改善して、過渡応答性を改善し、より気密なクリアランスと改善された装置性能を維持する。
【００１７】
構造化された蒸気タービン生産ラインにおいて、ＨＰバケット及びＩＰバケットは、蒸気通路が複製される時に個体間で再利用されることになる。この再利用により、機械設備の鋳造及びバケットの鋳造が好適な製造プロセスとなる。コアを使用した鋳造により、バケットの重量と付随するロータの質量とを大きく低減する機会が開かれる。
【００１８】
現在のところ最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、また、請求項に示された参照符号は本発明の範囲を限定するためではなく、本発明の理解を容易にするためのものであるということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】接線方向もみの木状ダブテールを有するバケットを備え、格子構造内部コアを有する蒸気タービンバケット翼形部の断面図である。
【図２】接線方向スロットダブテールを有するバケットを備え、格子構造内部コアを有する蒸気タービンバケット翼形部の断面図である。
【図３】軸方向差込ダブテールを有するバケットを備え、格子構造内部コアを有する蒸気タービンバケット翼形部の断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０、２０、３０  格子構造
１１  接線方向もみの木状ダブテール
１２、２２、３２  カバー
２１  接線方向スロットダブテール
３１  軸方向差込ダブテール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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