(57)【要約】  蒸気タービン、特に地熱衝動タービン用の高耐食性固定ブレードアセンブリ（２０）は、外側リング（２１）及び内側リング（２２）によってそれぞれ縦方向に対向する端部（２７、２８）において支持される、ステータ・ブレード（１２）のアレイ（１１）によって形成される。ニッケル系合金、例えば、ハステロイ（登録商標）種の合金又は同様の材料で形成された各ブレード（１２）は、リング（２１、２２）に一体的に接続され、構造溶接部が全くないそれぞれの機械式継手（３１、３２）を介してこれらリングによって支持される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に軸（Ａ）回りに放射状パターンに配置され、外側支持リング（２１）及び内側支持リング（２２）によってそれぞれ縦方向に対向する端部（２７、２８）で支持されるステータブレード（１２）のアレイ（１１）を含み、
各ブレード（１２）がリング（２１、２２）に固定接続され、構造溶接部が全くないそれぞれの機械式継手（３１、３２）を介してこれらリングによって支持され、それゆえリングを破断することなくリングから取り外し可能である、
蒸気タービン、特に地熱衝動タービンのための高耐食性固定ブレードアセンブリ（２０）。
【請求項２】
前記ブレード（１２）がニッケル系合金から形成される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
各ブレード（１２）が前記リング（２１、２２）に一体的に接続され、ブレードの端部（２７、２８）に配置される機械式継手部材（３５）を介してリング（２１、２２）によって支持される、請求項１又は２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
各ブレード（１２）が排他的に前記継手部材（３５）を介して前記リング（２１、２２）によって支持される、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記継手部材（３５）が、一対の雄型エレメント（３６）を含み、これらは雄型エレメント（３６）の形状に一致する形状を有するそれぞれの雌型エレメント（３７）と係合する、請求項３又は請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記雄型エレメント（３６）がくさび又はシムによって除去される間隙でそれぞれの前記雌型エレメント（３７）に挿入される、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
各ブレード（１２）が、ブレードのそれぞれの端部（２１及び２８）に配置される前記雄型エレメント（３６）及び前記雌型エレメント（３７）を装着する、請求項５又は請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
各ブレード（１２）がブレードの端部（２７、２８）に配置されブレードの端部から横方向に突出する２つの接続部（２９、３０）を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記接続部（２９及び３０）が、第１のリング（２１）に形成される前記雌型エレメント（３７）と係合する前記雄型エレメント（３６）と、第２のリング（２２）によって装着される雄型エレメント（３６）によって係合される雌型エレメント（３７）をそれぞれ装着する、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記接続部（２９及び３０）が前記ブレード（１２）と同一材料においてブレード（１２）の一体部分として形成される、請求項８又は請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記ブレード（１２）が、クロム、モリブデン、タングステン、及び鉄を含むニッケル系合金で鋳造することによって形成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記ブレード（１２）が、ＡＳＴＭ Ａ４９４によるＣＸ２ＭＷタイプの合金又は同様の特性の別の合金で形成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記ブレード（１２）がハステロイ（登録商標）種又は同様の材料のニッケル系合金で鋳造することによって形成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
ステータ（５）、及び回転軸（Ａ）回りに回転するシャフト（７）に一体的に接続されるロータディスク（６）を有し、ステータ（５）が請求項１〜１３のいずれか一項に記載の固定ブレードアセンブリ（２０）を有する、
蒸気タービン（１）、特に地熱衝動タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、特に地熱衝動タービンのための高耐食性固定ブレードアセンブリに関し、さらに、この固定ブレードアセンブリを備えた蒸気タービン、特に地熱衝動タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、蒸気タービンにおいて、蒸気からシャフトへのエネルギーの伝達は、タービンの固定部を構成するノズルに拡張し、速度が上昇し、ゆえに蒸気の熱エネルギーを運動エネルギーへ変換する蒸気の連続的な一連の膨張を介して発生する。運動エネルギーは、シャフト自体の周囲に取り付けられる可動ブレードを介してシャフトに伝達される。
【０００３】
蒸気内部で効率的な方法でエネルギーを使用するために、蒸気タービンは通常、多数の連続する段から構成され、これに対し軸流タービンが可動ブレード（機械軸）の回転軸と同軸的に配置され、ゆえに、１つの段から排出される蒸気は直接的に幾分軸方向に次の段に流入する。
【０００４】
衝動タービンにおいて、各段は、シャフトによって一体的に搬送されるブレードのアレイによって形成される可動ブレードアセンブリ、及び通常ダイアフラムと称され可動ブレードアセンブリに対向し固定ブレードのアレイによって形成され、機械軸に対して半径方向に適切に形成され配置される固定ブレードアセンブリを有する。固定ブレードは、半径方向内側と半径方向外側のそれぞれ一対のリングによって支持され、普通は一対の結合したハーフリングから構成され、それぞれのブレードは両端で支持リングに溶接される。
【０００５】
蒸気タービンが地熱発電プラントにおいてそれらの可能な用途の１つを見つけだすこともまた周知である。これらプラントにおいて、タービンに放出される流体は、天然由来の内因性蒸気から構成され、即ち、地中で直接生じられる蒸気であり、石炭や原子燃料が供給される従来のボイラー若しくは結合サイクルシステムにあるような熱回収ボイラーによって生成される蒸気の代わりである。
【０００６】
ボイラーで生成された蒸気に関して、内因性蒸気は標準熱力学的条件（実質的に圧力及び温度）よりもかなり低い条件で特徴付けられるだけでなく、さらに蒸気が抽出される位置に大きく依存する制御されない化学的作用によっても特徴付けられる。
したがって、蒸気を生成するために使用される復水を処理するための専用システムが最適な蒸気特性を保証する他のタイプのシステムとは異なり、地熱システムにおいてタービンに供給される蒸気は通常、特に化学的侵害に関しては決して最適でない。非凝縮性気体に加えて、内因性蒸気は事実上、全体的に産業蒸気に存在しない攻撃的な特性を付与し、結果として蒸気タービンブレード上に堆積物を形成する種々の形式にある各種の物質を標準的に含んでいる。
【０００７】
これらの効果は、タービン内に膨張する蒸気が過熱状態から飽和状態まで通過する段階において特に顕著であり、固定ブレード及び可動ブレード上に深刻な侵食作用／エロージョンをもたらす結果になる。
【０００８】
これらブレード（固定ブレード及び可動ブレード）は通常、マルテンサイト系ステンレス鋼、例えばＡＩＳＩ ４０３型あるいは同様のもので形成される。これらの材料は、機械的特性と耐食特性との良好な折衷を有し、したがって、地熱システムにおいても蒸気タービンで広く使用される。
それにもかかわらず、これらの材料は、特に地熱システム蒸気タービンの場合のように塩化物が存在する際に、さらに、蒸気が過熱状態から、凝縮機構が蒸気内の不純物の濃度を高める湿潤状態に移る段階において、腐食及び応力腐食に対する抵抗が弱いという問題を有する。
【０００９】
特に、固定ブレードに対する耐用年数は比較的短く、位相変化が生じているタービン段におけるブレードに対しては特にそうであり、その結果としてブレードを比較的頻繁に取り替えることになる必要性に関する操作コストが高いことになる。明確には、メンテナンス操作を実行するためのプラント停止時間はまた、製造の浪費によってかなりのコストを発生させる。
【００１０】
第２に、先に示したように、ブレードの劣化の場合、衝動タービンの固定ブレードがリング（ハーフリング）を支持するためにそれらの両端で溶接されるので、ダイアフラム全体を取り替えることが必要になる。実際には、周知の解決法において、リングを支持するために固定ブレードの両端に対するいずれの機械式継手システムが、ブレードの位置決め若しくはセンタリングの代わりになるだけでなく、構造機能を有さずに、元来は独立してブレードを支持することができず、ブレードの固着を確実にするために常に構造溶接を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の一つの目的は、公知技術の前記問題が全くない、蒸気タービン、特に地熱衝動タービンのための高耐食性固定ブレードアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明は、添付された請求項１、及びその好ましい態様について従属請求の範囲において基本的に定義されるように、蒸気タービン、特に地熱衝動タービンのための高耐食性固定ブレードアセンブリに関する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、発明による固定ブレードアセンブリを備えた地熱蒸気タービンの縦方向断面図の部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、添付された図面に関して、以下の限定されない実施の形態においてさらに一例として記載される。
【００１５】
図において、蒸気タービンはそれ自体が一般に周知であり、それゆえに概略的且つ部分的に図示され、参照番号１によって示される。特に、タービン１は、地熱発電プラントで使用される軸流衝動タービンである。タービン１における蒸気の方向は、矢印３によって概略的に示される。
【００１６】
一般論として、タービン１は、ケーシング２によって一体的に装着されるステータ５を含むケーシング２と、回転軸Ａに沿ってケーシング２内を貫通する駆動シャフト７に一体的に接続されるロータディスク６とを有し、従来どおりケーシング２は多数の連続する段１０を収容する。各段１０は、ケーシング２と一体化され軸Ａに対して略半径方向にケーシング２の内壁１３から突出する固定ステータブレード１２のアレイ１１と、シャフト７によって装着されシャフト７と一体的に回転する可動ロータブレード１５のアレイ１４によって画定される。
【００１７】
各段１０は、段１０のダイアフラムを構成し、ブレード１２及び２つの支持リング２１と２２によって形成され、これらリングはそれぞれ半径方向外側と半径方向内側にあり、軸線Ａ回りに略同軸とされ、好ましくは近接して連結されるそれぞれ一対のハーフリング２３及び２４によって形成される固定ブレードアセンブリ２０を有する。ブレード１２は、実質的に周知の幾何学的形状及びプロフィルを有し、軸Ａ回りに放射状パターンに実質的に配置され、リング２１及び２２間でシャフト７に向けてケーシング２の壁体１３内側に半径方向に延出する。
【００１８】
ハーフリング２３によって形成される外側リング２１は、周知の方法で壁部１３に固定され、ハーフリング２３によって形成される内側リング２２は、シャフト７に対向する周知タイプのシーリング体２５を装着する。
【００１９】
それぞれのブレード１２は、ブレード１２の２つの縦方向に対向する端部２７及び２８から横方向に突出するそれぞれの接続部２９及び３０を備えた２つの端部２７及び２８間で縦方向軸Ｌに沿って延出する。これら接続部２９及び３０は、ブレード１２と同一の材料においてブレード１２の一体部分として形成される。
【００２０】
各ブレード１２は、リング２１及び２２（及び具体的にはハーフリング２３及びハーフリング２４）に一体的に接続され、構造溶接部が全くない機械式継手３１及び３２を介してリング２１及び２２によって支持され、ゆえにリング２１及び２２を破断することなくリング２１及び２２（又はハーフリング２３及び２４）から取り外し可能である。継手３１及び３２は、ブレード１２の縦軸Ｌに沿ってブレード１２をリング２１及び２２に対し縦方向に固定するアンダーカット３３を有する。
【００２１】
用語「構造溶接部」は正常動作条件のもとで構成要素の安定した接続を確実にすることができる溶接部を示すためであり、詳しくはリング２１及び２２が使用中にブレード１２を効果的に支持することを確実にすることができる。
【００２２】
特に、各ブレード１２はハーフリング２３及び２４に一体的に接続され、ブレード１２の端部２７及び２８に配置された機械式継手部材３５を介してリング２１及び２２、ひいてはハーフリング２３及び２４によって支持され、各ブレード１２は、溶接によることなく、単に継手部材３５を介してリング２１及び２２によって支持される。ブレード１２の構造支持機能は、継手３１及び３２によって排他的に実行され、換言すれば、ブレード１２は、ハーフリング２３及び２４でモノリシック構造体を形成せずに、代わりにハーフリング２３及び２４から分離可能である。
【００２３】
各ブレード１２の継手部材３５は、雄型エレメント３６の形状と一致する形状を有するそれぞれの雌型エレメント３７と係合する一対の雄型エレメント３６から構成される。雄型エレメント３６は、楔（ウェッジ）又はシム（周知であり簡単にするために図示せず）によって除去される間隙でそれぞれの雌型エレメント３７に挿入され、雄型エレメント３６とそれぞれの雌型エレメント３７との最終的な結合はそれゆえ、あそびが全くない（ゼロクリアランス）。各ブレード１２は、ブレード１２の端部２７及び２８に配置される雄型エレメント３６及び雌型エレメント３７を装着する。
【００２４】
図に示した例では、外側リング２１に対向する接続部２９は、雄型エレメント３６を装着し、これは、例えば外側リング２１に形成されるそれぞれのシートから成る個々の雌型エレメント３７と係合するハンマー状の頭をした形状とされ、その代わりに、内側リング２２に対向する接続部３０は、それぞれの雌型エレメント３７若しくはシートが設けられ、これらは個々の雄型エレメント３６によって係合され、後者もまた、例えば、内側リング２２によって装着されるハンマー状の頭をした形状とされる。
【００２５】
接続部２９及び３０を有するブレード１２、及び好ましくは、ハーフリング２３及び２４は、例えばＡＳＴＭ  Ａ４９４によるＣＸ２ＭＷタイプのニッケル系合金での鋳造によって形成され、これはＨａｓｔｅｌｌｏｙ（ハステロイ）Ｃ２２（登録商標）の商用名称を備えた合金、あるいは同様の特性の別の合金と類似する。
【００２６】
本発明にしたがって利用される合金は基本的に、ニッケル−クロム−モリブデン−タングステン−鉄合金であり、主要成分としてニッケルを有し、高含有率のクロムと、かなりの量のモリブデンと、タングステンと鉄とを含む。
【００２７】
特に、利用される合金は、約５５重量％を超える量、好ましくは約５８重量％を超える量のニッケル、約２０乃至２２．５重量％の量のクロム、約１２．５乃至１４．５重量％の量のモリブデン、約２．５乃至３．５重量％の量のタングステン、及び約２乃至６重量％の量の鉄を含む。
【００２８】
地熱環境の耐食性に関して、これらの合金は、従来の鋼鉄、特にＡＩＳＩ  ４０３型マルテンサイト鋼鉄のものに対して明確に優れた動作を示す。
【００２９】
周知の解決法に対する本発明の効果は、以下に示す説明から明らかになる。
固定ブレードアセンブリ２０、及び詳しくは発明に従って形成されるステータブレード１２は、従来の材料で形成されるブレードに対して非常に優れた耐食性を有する。
ステータブレード１２は、支持リング２１及び２２（又はハーフリング２３及び２４）の再利用で取り替えることができ、コスト及びメンテナンス作業の簡単さの観点から全く明らかな利点を有する。
発明の解決法は、元の固定部上の動作に対する必要性が限られ、従来の解決法に対して最初に設計された蒸気タービンにおいて利用されることもできる。
【００３０】
最後に、変更及び修正が添付の請求の範囲によって定義されるように発明の範囲から逸脱することなく本明細書中に記載され例証されるものに対し加えられ得ることが明確に理解される。
【図１】
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【国際調査報告】
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2010515849.tif 000005
2010515849.tif 000006