(57)【要約】【課題】蒸気タービン（１０）用のダイアフラム組立体（１００）を提供する。【解決手段】本ダイアフラム組立体（１００）は、半径方向内側表面（１１４）、対向する半径方向外側表面（１１６）及びそれらの間で延びる複数の開口（１１２）を備えた半径方向内側バンド（１０６）を含む。本ダイアフラム組立体（１００）はまた、対向する半径方向内側表面（１２０）、半径方向外側表面（１２２）及びそれらの間で延びる複数の開口（１１８）を備えた半径方向外側バンド（１０８）を含む。本ダイアフラム組立体（１００）はさらに、内側バンドと外側バンドとの間で延びる少なくとも１つの隔壁（１１０）を含み、半径方向外側バンド開口の少なくとも１つは、外側バンド半径方向内側表面と外側バンド半径方向外側表面との間で傾斜して延びる壁（１２１）によって少なくとも部分的に形成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（１０）用のダイアフラム組立体（１００）であって、
半径方向内側表面（１１４）、対向する半径方向外側表面（１１６）及びそれらの間で延びる複数の開口（１１２）を含む半径方向内側バンド（１０６）と、
対向する半径方向内側表面（１２０）、半径方向外側表面（１２２）及びそれらの間で延びる複数の開口（１１８）を含む半径方向外側バンド（１０８）と、
前記内側バンドと前記外側バンドとの間で延びる少なくとも１つの隔壁（１１０）と、を含み、
前記半径方向外側バンド開口の少なくとも１つが、前記外側バンド半径方向内側表面と前記外側バンド半径方向外側表面との間で傾斜して延びる壁（１２１）によって少なくとも部分的に形成される、
ダイアフラム組立体。
【請求項２】
前記内側及び外側バンド（１０６、１０８）内の前記複数の開口（１１２、１１８）が、円周方向に間隔を置いて配置される、請求項１記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項３】
前記外側バンド外側表面（１２２）における前記複数の開口（１１８）の各々の断面積（１５２）が、前記外側バンド内側表面（１２０）における各開口の断面積（１５０）よりも大きい、請求項１記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの隔壁（１１０）が、凸面形表面と凹面形表面とを含み、前記凹面形表面が、前記蒸気タービン（１０）からの蒸気が該凹面形表面に沿って流れることになるように構成される、請求項１記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項５】
前記外側バンドの複数の開口（１１８）が、周辺（１１９）によって形成され、前記傾斜壁が、前記少なくとも１つの半径方向外側バンド開口の周辺の周りで部分的にのみ延びる、請求項１記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項６】
前記半径方向外側バンド壁（１２１）が、前記外側バンド（１０８）に対して傾斜角βで配向され、前記角度βが、前記周辺（１１９）の周りで変化する、請求項５記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの隔壁（１１０）が、前縁（１３２）及び後縁（１３４）において互いに結合された一対の側壁（１４０、１４２）を含み、前記側壁の各々が、該側壁から外向きに延びて前記少なくとも１つの隔壁を前記半径方向外側バンド（１０８）に結合するのを可能にするフレア部分（１４０）を含む、請求項５記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項８】
前記フレア部分（１４０）が、前記側壁（１４０、１４２）と前記外側バンド半径方向外側表面（１２２）との間で延びる、請求項７記載のダイアフラム組立体（１００）。
【請求項９】
内側キャリヤ（１０２）と、
外側キャリヤ（１０４）と、
蒸気タービン（１０）用のダイアフラム組立体（１００）と、
を含み、前記ダイアフラム組立体が、
対向する半径方向内側表面（１１４）、半径方向外側表面（１１６）及びそれらの間で延びる複数の開口（１１２）を含む半径方向内側バンド（１０６）と、
対向する半径方向内側表面（１２０）、半径方向外側表面（１２２）及びそれらの間で延びる複数の開口（１１８）を含む半径方向外側バンド（１０８）と、
前記内側バンドと前記外側バンドとの間で延びる少なくとも１つの隔壁（１１０）と、を含み、
前記半径方向外側バンド開口の少なくとも１つが、前記外側バンド半径方向内側表面と前記外側バンド半径方向外側表面との間で傾斜して延びる壁（１２１）によって少なくとも部分的に形成される、
蒸気タービン。
【請求項１０】
前記内側及び外側バンド（１０６、１０８）内の前記複数の開口（１１２、１１８）が、円周方向に間隔を置いて配置され、前記内側バンド内の複数の開口の各々が、前記外側バンド内の複数の開口の各々よりも小さい、請求項９記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンに関し、より具体的には、蒸気タービンで使用するダイアフラム組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知の蒸気タービンは、流れを下流方向に回転タービンブレードに流すダイアフラム組立体を含む。公知のダイアフラム組立体は、固定されており、複数の円周方向に間隔を置いて配置された隔壁を含む。各隔壁は一般的に、外側バンドと内側バンドとの間で半径方向に延びる。少なくとも幾つかの公知のバンドには、該バンドを貫通して延びる開口が形成される。開口の断面形状は、隔壁の断面輪郭に実質的に類似している。
【０００３】
ダイアフラム組立体の組立時に、各隔壁は、それぞれのバンド開口と位置合わせされ、次に隔壁は、該隔壁がバンド間で所定の位置に保持されるように開口を通して挿入される。しかしながら、公知のタービン及びダイアフラムは、例えば弓形隔壁のような最新式の空力的形状の隔壁を使用するので、開口を通して隔壁を挿入することは、困難な作業になる可能性がある。特に、隔壁の弓形断面形状は、隔壁を開口と位置合わせするのを困難にする可能性がある。フィットアップ問題として知られているそのような位置合わせの問題は一般的に、弓形の量及び／又はバンドの厚さが増加するにつれて増大する。
【０００４】
フィットアップ問題を軽減するのを可能にするために、少なくとも幾つかの公知のタービンは、「ブーツ付き隔壁」を使用して組立時におけるバンドと隔壁との間の干渉の可能性を低減する。より具体的には、そのようなタービン内部では、少なくとも１つのバンド内に形成された開口の全体寸法を増大させて、隔壁とバンドとの間に間隙ギャップが形成されるようにする。このギャップを閉鎖するために、隔壁の周りにブーツが結合される。しかしながら、ブーツ付き隔壁では、ブーツとバンドとの接合部に半径方向段部が形成されることになる。この半径方向段部は、全体段効率を低下させる乱流を発生させ、一般的にそのような隔壁は、タービン内部により大きな痕跡フットプリントを必要とする。
【特許文献１】米国特許第５，１７４，７１５号公報
【特許文献２】米国特許第５，３３２，３６０号公報
【特許文献３】米国特許第５，４７４，４１９号公報
【特許文献４】米国特許第５，８５１，１０５号公報
【特許文献５】米国特許第６，３６８，０５５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、蒸気タービン用のダイアフラム組立体を提供する。本ダイアフラム組立体は、半径方向内側表面、対向する半径方向外側表面及びそれらの間で延びる複数の開口を備えた半径方向内側バンドを含む。本ダイアフラム組立体はまた、対向する半径方向内側表面、半径方向外側表面及びそれらの間で延びる複数の開口を備えた半径方向外側バンドを含む。本ダイアフラム組立体はさらに、内側バンドと外側バンドとの間で延びる少なくとも１つの隔壁を含み、半径方向外側バンド開口の少なくとも１つは、外側バンド半径方向内側表面と外側バンド半径方向外側表面との間で傾斜して延びる壁によって少なくとも部分的に形成される。
【０００６】
別の態様では、蒸気タービンを提供する。本蒸気タービンは、内側キャリヤと、外側キャリヤと、蒸気タービン用のダイアフラム組立体とを含む。ダイアフラム組立体は、半径方向内側表面、対向する半径方向外側表面及びそれらの間で延びる複数の開口を備えた半径方向内側バンドを含む。ダイアフラム組立体はまた、半径方向内側表面、対向する半径方向外側表面及びそれらの間で延びる複数の開口を備えた半径方向外側バンドを含む。ダイアフラム組立体はさらに、内側バンドと外側バンドとの間で延びる少なくとも１つの隔壁を含み、半径方向外側バンド開口の少なくとも１つは、外側バンド半径方向内側表面と外側バンド半径方向外側表面との間で傾斜して延びる壁によって少なくとも部分的に形成される。
【０００７】
さらにここでは、蒸気タービン用のダイアフラム組立体を組み立てる方法を開示する。この方法は、半径方向外側バンド内に少なくとも１つの開口を形成する段階と、半径方向内側バンド内に少なくとも１つの開口を形成する段階とを含む。この方法はまた、半径方向内側表面及び半径方向外側表面を含む半径方向外側バンド内に設けられかつ外側バンド半径方向内側表面と外側バンド半径方向外側表面との間で傾斜して延びる壁によって少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの開口に対して少なくとも１つの隔壁を結合する段階を含む。この方法はさらに、半径方向内側バンド内の少なくとも１つの開口に対して、少なくとも１つの隔壁を該少なくとも１つの隔壁が少なくとも１つの半径方向外側バンド開口と該少なくとも１つの半径方向内側バンド開口との間で延びるように結合する段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、例示的な対向流蒸気タービン１０の概略図である。タービン１０は、第１及び第２の低圧（ＬＰ）セクション１２及び１４を含む。当技術分野では公知なように、各タービンセクション１２及び１４は、複数の段のダイアフラム（図１には図示せず）を含む。ロータシャフト１６は、セクション１２及び１４を貫通して延びる。各ＬＰセクション１２及び１４は、ノズル１８及び２０を含む。単一のアウタシェル又はケーシング２２は、それぞれ水平面に沿ってかつ軸方向に上部及び下部ハーフセクションに分割され、ＬＰセクション１２及び１４の両方にわたって延びる。シェル２２の中央セクション２８は、低圧蒸気入口３０を含む。シェル又はケーシング２２内部には、ＬＰセクション１２及び１４が、ジャーナル軸受３２及び３４によって支持された単一軸受スパンの形態で配置される。流れスプリッタ４０は、第１及び第２のタービンセクション１２及び１４間で延びる。
【０００９】
図１は、複流低圧タービンを示しているが、当業者には分かるように、本発明は、低圧タービンで使用することに限定されるものではなく、それに限定されないが、中圧（ＩＰ）タービン又は高圧（ＨＰ）タービンを含むあらゆる複流タービンで使用することができることに留意されたい。加えて、本発明は、複流タービンで使用することに限定されるものではなく、例えば単流蒸気タービンでも使用することができる。
【００１０】
作動時に、低圧蒸気入口３０は、例えばＨＰタービン又はＩＰタービンのような蒸気源からクロスオーバパイプ（図示せず）を介して低圧／中温蒸気５０を受ける。蒸気５０は、入口３０を通って流れ、入口３０において流れスプリッタ４０が、蒸気流を２つの対向する流れ経路５２及び５４に分割する。より具体的には、蒸気５０は、ＬＰセクション１２及び１４を通して導かれ、それらＬＰセクション１２及び１４において蒸気から仕事が抽出されてロータシャフト１６を回転させる。蒸気は、ＬＰセクション１２及び１４から流出し、例えば復水器に導かれる。
【００１１】
図２は、蒸気タービン１０（図１に示す）で使用することができるダイアフラム組立体１００の分解図である。図３は、ダイアフラム組立体１００で使用する隔壁１１０の斜視図である。図４は、ダイアフラム組立体１００で使用する、外側バンドに結合された隔壁１１０の一部分の断面図である。図５は、外側バンド１０８の一部分の概略図である。
【００１２】
ダイアフラム組立体１００は、内側キャリヤ１０２と外側キャリヤ１０４とを含む。ダイアフラム組立体１００はまた、半径方向内側バンド１０６と、半径方向外側バンド１０８と、内側キャリヤ１０２及び外側キャリヤ１０４間でほぼ半径方向に延びる複数の円周方向に間隔を置いて配置された隔壁１１０とを含む。半径方向外側キャリヤ１０４は、半径方向外側バンド１０８の半径方向外側にかつ該半径方向外側バンド１０８に隣接して配置され、また半径方向内側キャリヤ１０２は、半径方向内側バンド１０６の半径方向内側にかつ該半径方向内側バンド１０６に隣接して配置される。
【００１３】
半径方向内側バンド１０６は、該内側バンド１０６の半径方向内側表面１１４から該内側バンド１０６の半径方向外側表面１１６まで該内側バンド１０６を貫通して延びる複数の開口１１２を含む。開口１１２は、内側バンド１０６に沿って円周方向に間隔をおいて配置され、この例示的な実施形態では、開口１１２は各々、実質的に同一である。半径方向外側バンド１０８もまた、該外側バンド１０８の半径方向内側表面１２０から該外側バンド１０８の半径方向外側表面１２２まで該外側バンド１０８を貫通して延びる複数の開口１１８を含む。この例示的な実施形態では、表面１２０及び１２２は、互いに実質的に平行である。この例示的な実施形態では、開口１１８は各々、実質的に同一である。開口１１８及び１１２は、空力的形状になっており、かつ隔壁１１０の外部表面１２４によって形成された断面形状と実質的に同一になった逆形状を有する。従って、開口１１２及び１１８は、隔壁１１０を受けるような寸法になっている。
【００１４】
より具体的には、この例示的な実施形態では、開口１１８及び１１２は各々、実質的に翼形形状になっている。この例示的な実施形態では、各内側バンド開口１１２は、各外側バンド開口１１８とほぼ同じ寸法であるか又はそれよりも僅かに小さい。
【００１５】
各開口１１８は、外側表面１２２と内側表面１２０との間で延びる壁１２１によって形成され、開口１１８を囲む周辺１１９を形成する。さらに、この例示的な実施形態では、壁１２１は線織面を含む。壁１２１は、少なくとも１つの開口１１８の周辺１１９の一部分の周りで表面１２０又は１２２に対して傾斜して配向される。具体的には、周辺１１９の一部分内において、壁１２１は、外側バンド１０８に対して傾斜角βで配向される。角度βは、周辺１１９の周りで変化させる。より具体的には、開口１１８の円周方向側面１２３及び１２５に沿って、角度βは、その最大傾斜角度になるが、開口１１８の前縁及び後縁側面１２７及び１２９において、角度βは、その最小傾斜角度になる。従って、この例示的な実施形態では、壁１２１が周辺１１９の周りで少なくとも部分的に配向されるので、半径方向外側表面１２２に隣接する各開口１１８の断面積１５０は、半径方向内側表面１２０に隣接する各開口１１８の断面積１５２よりも大きい。
【００１６】
各隔壁１１０は、それぞれ内側及び外側バンド１０６及び１０８間で延び、かつほぼ半径方向開口１１２及び１１８によって定まるように円周方向に間隔を置いて配置される。この例示的な実施形態では、隔壁１１０は各々、開口１１８及び１１２の形状と実質的に同一である空力的断面形状を有する。隔壁１１０は、ダイアフラム組立体１００の性能を増大させかつ／又は隔壁１１０と内側及び外側バンド１０６及び１０８との間の結合強度を高めるのを可能にするように可変的に選択することができる幾何学的形状を有することができる。１つの実施形態では、隔壁１１０は弓形になっている。
【００１７】
この例示的な実施形態では、各隔壁１１０は、前縁１３２及び後縁１３４において互いに結合された一対の対向する側壁１４０及び１４２を含む。この例示的な実施形態では、側壁１４０は凸面形表面であり、また側壁１４２は凹面形表面である。この例示的な実施形態では、各隔壁は、フレア部分１４４とブレード部分１４６とを含む。フレア部分１４４は、翼部分１４６から全体にわたって傾斜角θで延びる。角度θは、実質的に外側バンド１０８の壁角度βの配向に酷似した配向で前縁１３２から後縁１３４まで側壁１４０及び１４２にわたって変化する。従って、後縁１３４及び前縁１３４において、角度θはその最小角度になる。
【００１８】
組立時に、隔壁１１０は各々、該隔壁１１０が開口１１８に実質的に整列するように位置合わせされる。この例示的な実施形態では、隔壁１１０は、外側バンド１０８の半径方向外側表面１２２から該外側バンド１０８を貫通して挿入される。２つのフレア側壁部分と壁１２１の角度配向との組合せにより、各外側バンド開口１１８の内表面と各隔壁１１０の外表面との間のスナグフィットが可能になる。同様に、隔壁１１０は、開口１１２と位置合わせされかつ開口１１２を通して挿入される。開口１１２及びフレア開口１１８とフレア隔壁１１０とは、該開口１１２及び１１８に対して隔壁１１０を結合するのを可能にし、かつ開口１１２及び１１８内に隔壁１１０を挿入するための適切な間隙を形成する。別の実施形態では、隔壁１１０は、隔壁周辺１３６、１３８の周りで内側及び外側バンド１０６及び１０８に溶接することができる。さらに別の実施形態では、隔壁１１０は、機械継手で内側及び外側バンド１０６及び１０８に固定することができる。内側及び外側バンド１０６及び１０８に対して隔壁を結合した後に、半径方向内側及び外側バンド１０６及び１０８は次に、半径方向内側及び外側キャリヤ１０２及び１０４に結合される。
【００１９】
公知のダイアフラム組立体の組立時には、フィットアップ問題として知られている位置合わせ問題が発生することが多い。フレア隔壁及びフレア開口は、ダイアフラム組立体内に半径方向段部を生じさせずにフィットアップ問題を減少させる。公知のダイアフラム組立体における半径方向段部は、全体段効率を低下させる乱流を発生させる。半径方向段部を排除することにより、エンジンは一層効率的に作動する。さらに、フレア開口及び隔壁を有するダイアフラム組立体は、弓形隔壁のような公知の隔壁がタービン内に大きな痕跡フットプリントを必要とするので、組立に必要な軸方向スペースを減少させる。上記のダイアフラム組立体のフレア部分は隔壁の前縁及び後縁近くで浅いので、外側バンドは、各開口と外側バンドの前端縁及び後端縁との間に適切な軸方向リガメント及び構造的健全性のための十分な材料を維持する。
【００２０】
上記のダイアフラム組立体は、傾斜壁によって少なくとも部分的に形成された複数の成形開口を備えた外側バンドを含む。本ダイアフラム組立体はまた、内側及び外側バンド間で延びかつその各々がフレア側壁部分を備えた隔壁を含む。傾斜開口と隔壁のフレア側壁部分との組合せにより、ダイアフラム組立体を組み立てる上での困難さを軽減することが可能になる。
【００２１】
以上、本ダイアフラム組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。本ダイアフラム組立体は、本明細書に記載した特定の実施形態で使用することに限定されるものではなく、むしろ、本ダイアフラム組立体は、本明細書に記載した他の構成要素とは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本発明は、上に詳細に説明したダイアフラム組立体の実施形態に限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内で、ダイアフラム組立体のその他の変形形態を利用することができる。
【００２２】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することできることは、当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】例示的な蒸気タービンの概略図。
【図２】図１に示す蒸気タービンで使用することができる例示的なダイアフラム組立体の分解図。
【図３】図２に示すダイアフラム組立体で使用する隔壁の斜視図。
【図４】図２に示すダイアフラム組立体で使用する、外側バンドに結合された隔壁（図３に示す）の一部分の断面図。
【図５】図４に示す外側バンドの一部分の概略図。
【符号の説明】
【００２４】
１０  蒸気タービン
１２  低圧（ＬＰ）セクション
１４  ＬＰセクション
１６  ロータシャフト
１８  ノズル
２０  ノズル
２２  アウタシェル又はケーシング
２４  上部ハーフセクション
２６  下部ハーフセクション
２８  中央セクション
３０  低圧蒸気入口
３２  ジャーナル軸受
３４  ジャーナル軸受
４０  流れスプリッタ
５０  蒸気
５２  流れ経路
５４  流れ経路
１００  ダイアフラム組立体
１０２  内側キャリヤ
１０４  外側キャリヤ
１０６  内側バンド
１０８  外側バンド
１１０  隔壁
１１２  開口
１１４  内側表面
１１６  外側表面
１１８  開口
１１９  周辺
１２０  内側表面
１２１  壁
１２２  外側表面
１２３  円周方向側面
１２４  外部表面
１２５  円周方向側面
１２７  前縁側面
１２９  後縁側面
１３２  前縁
１３４  後縁
１３６  隔壁周辺
１３８  隔壁周辺
１４０  側壁
１４２  側壁
１４４  フレア部分
１４６  ブレード部分
１５０  断面積
１５２  断面積
【図１】
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【図２】
2007292071.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007292071.tif 000006
【図５】
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