(57)【要約】ガスまたは蒸気を膨張させる、軸流タービンのロータ段は、主軸（Ａ）周囲で回転するように適合されたシャフト（１）と、複数の翼（２）とを備え、シャフト（１）は主軸（Ａ）周囲に延びた環状凹部（７）を有しており、上記シャフト（１）は、環状凹部（７）から側方へ延びた導入スロット（８）をさらに備え、環状凹部は翼（２）の基部（３）と係合するように適合されており、導入スロット（８）は、翼（２）の基部（３）を環状凹部（７）内に挿入できるように適合されており、上記ロータ段は、翼の基部（３）を環状凹部（７）内に作動位置にて拘束するために、半径方向の動きのみによって導入スロット（８）内に挿入されるように適合されたコーク（１１）をさらに備えている。【選択図】図２−４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスまたは蒸気膨張用の軸流タービンのロータ段であって、
主軸（Ａ）周囲で回転するように適合されたシャフト（１）と、軸方向へ突出する少なくとも１つの第１歯（４）を備えた基部（３）および前記基部（３）の上端から略半径方向（Ｒ）へ突出するブレード（６）を各々が有している複数の翼（２）と、を備え、前記シャフト（１）は、前記第１歯（４）を収容するように適合された少なくとも１つの第１アンダカット部（９）を備えた、前記主軸（Ａ）の周囲に延びる環状凹部（７）を有し、前記シャフト（１）は前記環状凹部（７）から側方へ延びた導入スロット（８）をさらに備え、前記環状凹部は前記翼（２）の前記基部（３）と係合するように適合されており、前記導入スロット（８）は、前記翼（２）の前記基部（３）の前記環状凹部（７）内への挿入が可能なように適合されており、前記ロータ段は、前記翼の前記基部（３）を前記環状凹部（７）内に作動位置にて拘束するために、前記導入スロット（８）内に挿入されるように適合されたコーク（１１）をさらに備え、前記コーク（１１）は、半径方向の動きのみによって、導入スロット（８）内に作動位置にて挿入されるように適合されている、軸流タービンのロータ段において、
前記シャフト（１）は第１固定ハーフスロット（１２Ａ）を有し、前記コーク（１１）は第２固定ハーフスロット（１２Ｂ）を有し、前記第１固定ハーフスロット（１２Ａ）および前記第２固定ハーフスロット（１２Ｂ）は、前記コーク（１１）が前記導入スロット（８）内に挿入されたとき、前記２つの固定ハーフスロット（１２Ａ、１２Ｂ）は互いに対向して、固定スロット（１２）の一部が前記シャフト（１）に形成され、前記固定スロット（１２）の一部が前記コーク（１１）に形成されるような位置に設けられており、前記ロータ段は、前記固定スロット（１２）内に導入されて、前記コーク（１１）を前記導入スロット（８）内にロックするように適合された固定要素（１３）をさらに備えている、ことを特徴とする軸流タービンのロータ段。
【請求項２】
各翼（２）の前記基部（３）は、前記第１歯（４）とは、軸方向に、反対向きに出る第２歯（５）を備え、前記環状凹部（７）は前記第１アンダカット部（９）の反対側にある第２アンダカット部（１０）を有し、前記２つのアンダカット部（９、１０）の両方は、前記第１および第２歯（４、５）のうちの１つを受容するように適合されており、前記導入スロット（８）は前記第２アンダカット部（１０）を切断しており、前記コーク（１１）は、前記コーク（１１）が前記導入スロット内に作動位置にて配置されるとき、前記基部（３）の前記第２歯（５）を収容するよう前記第２アンダカット部（１０）を完成させる、主本体（２０）と捕獲突起（２１）とを備え、前記基部の前記第２歯の前記半径方向への動きを防止することを特徴とする請求項１に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項３】
前記導入スロット（８）内の作動位置にて配置された前記コーク（１１）は、略「Ｌ」字型の縦断面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービンのロータ段。
【請求項４】
前記固定要素（１３）は、少なくとも２つの分離された部分（１３Ａ、１３Ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロータ段。
【請求項５】
前記固定スロット（１２）は、少なくとも１つの環状幅広部（１７）およびネック部（１８）を備えた軸対称形状を有し、これにより、前記固定要素（１３）は前記固定スロット（１２）内で回転可能であることを特徴とする請求項１または４に記載のロータ段。
【請求項６】
前記固定要素（１３）は、少なくとも１つの突起（１６）を備えた少なくとも１つの本体（１５）を備えることを特徴とする請求項５に記載のロータ段。
【請求項７】
前記固定要素（１３）の前記突起（１６）は、軸対称形状の環状突起であり、前記固定要素（１３）は、前記固定スロット（１２）内に挿入されたとき、当該固定要素（１３）の軸周囲で回転するように適合されていることを特徴とする請求項６に記載のロータ段。
【請求項８】
前記固定要素（１３）の前記本体（１５）は、前記本体（１５）の軸を含む平面に沿って２つの部分に分割されていることを特徴とする請求項７に記載のロータ段。
【請求項９】
前記翼（２）の前記基部（３）は、略菱形形状の前記半径方向（Ｒ）に対して垂直な平面での断面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項または複数項に記載の軸流タービンのロータ段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主請求項の前提部分による軸流タービンのロータ段に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスまたは蒸気タービンのロータ段は、複数の翼が配設され、主軸周囲で回転するように適合されたシャフトを備えている。翼は、基部と、実質的に半径方向に突出しているブレードとを備える。シャフトは環状の凹部を有しており、この凹部は、基部を下流へ引っ張る遠心力および流体力に対抗して、基部が半径および軸方向へ移動することを防止するために、基部と係合するように適合されている。
【０００３】
最も簡単な例では、基部は、軸方向に沿って対向する方向に延びた２つの歯を設けた、実質的に逆「Ｔ」字型を有する。基部を収容するように適合された環状凹部は、基部の歯を収容するように適合された２つの対向するアンダカット部を設けた、同じく逆「Ｔ」字型を有する。
【０００４】
いくつかの実施において、環状凹部内に基部を導入することは、基部歯が、主軸に対して垂直な平面上で、接線に沿って環状凹部の開口部と整列できるように翼を配列することで為される。基部が環状凹部内に挿入されて翼が半径方向周囲で９０°回転され、これにより、環状凹部のアンダカット部内に基部歯が挿入された状態で、翼が作動位置に配設される。
【０００５】
この実施には、環状凹部の開口部よりも短い長手方向寸法を持った基部を実現することが必要である。さらに、最後の翼を挿入するには、環状凹部内に基部がすでに配設された状態で、さらに最後の翼の基部を挿入して回転させるのに十分な空間が必要である。これは、翼間に特定の隙間があることを意味するが、この隙間を排除するためにスペーサが導入されている。
【０００６】
この解決法の問題点は、翼に作用する遠心力が非常に大きい上に、基部の厚さが十分でなく、したがって、最後の翼をも回転させるために必要な隙間を翼間に設けない場合よりも抵抗力が劣ることである。
【０００７】
マクギニス（ＭｃＧｉｎｎｉｓ）に採用された実施では、基部を半径方向周囲で回転させることなく、環状凹部内に基部を導入できるようにするために、環状凹部に２つのアンダカット部を切設した導入セクタを環状凹部に設けている。導入セクタは２つの固定ハーフスロットをさらに備え、終端翼と呼ばれる最後の翼の基部はさらに２つの固定ハーフスロットを有している。最後の１つを除く全ての翼を環状凹部内に導入すると、終端翼をその基部が導入セクタ内の環状凹部内部に入った状態に位置決めする。基部の２つの固定ハーフスロットがシャフトの２つの固定ハーフスロットの隣に位置して、終端翼をシャフトに固定するための２つのグラブねじを収容するように適合された２つの固定スロットを形成している。グラブねじは、複数の環状突起が付いた、軸対称なボディを有している。固定スロットは、上記の環状突起を受容するための環状幅広部を有している。グラブねじのボディは、対称軸を備えた平面上で２つの部分に分割される。グラブねじの２つの部分（ハーフグラブねじ）の両方は、シャフトおよび終端翼の基部の固定ハーフスロットのうちの１つの内部に位置決めされている。コークをハーフグラブねじと合うように導入スロット内部に配設すると、２つのハーフグラブねじによって得られたグラブねじを９０°回転させて、翼をシャフトに固定する。一般に、グラブねじは、作動中に固定スロット内部でグラブねじが振動で回転してしまうことを防止するために、リベット留めされたヘッド部を有している。
【０００８】
マクギニスの実施の問題は、最後の翼を他の翼とは異なる方法で実現する必要があり、コスト高になる点である。
【０００９】
もう１つの問題は、リベット留めによるグラブねじのヘッド部の可塑変形と、遠心力によるグラブねじのボディ自体の塑性変形とにより、翼を分解する必要がある場合にグラブねじの破損を招くことである。これによって、終端翼の基部が損傷し、終端翼全体を交換しなければならなくなる。
【００１０】
特許文献１による第３の実施では、環状凹部と並んだ側部に、基部を回転させる必要なく基部を環状凹部内に導入させることが可能な導入スロットが設けられている。基部は導入スロットから環状凹部内に導入される。最後の翼の基部は、基部歯を捕獲するように適合された第１コークにより、また、各開口内に強制的に導入され２本のねじでロックされた２つの楔によって導入スロット内で膨張するように適合された第２コークで、作動位置にロックされる。この実施では、互いに同一で、分解ステップにおいて楔を処分する必要がある場合にも破損されない翼を設けることが可能である。
【００１１】
この実施に伴う問題は、楔の除去が非常に困難なことである。別の問題は、最後の翼を作動位置にロックするために多数の部品を要することである。さらなる問題は、楔は、遠心力による第２コークの脱去を防止するためにどうしても第２コークを著しく変形させてしまうため、楔を強制導入する動作が非常に複雑という点である。要求される厳しい加工公差もこの実施に伴う問題である。
【００１２】
また別の問題は、第１コークを最初に半径方向の動きによって、その後軸方向の動きによって導入スロット内に導入する必要がある点である。これには、第１コークのこうした軸方向の動きを可能にする導入スロットを収容するのに適当なサイズを持つ軸方向のシャフトを要する。これには、他の設計の解決法およびタービンよりも長い軸方向サイズのロータ段はいくつかのロータ段を備えていることが伴うため、結果として軸方向への長さが長くなる。
【００１３】
特許文献２では、コートを半径方向の動きのみにより導入スロットに導入した時に最後の翼の基部をロックするように適合された、導入スロットとコークを設けた翼について記載しており、上記コークはねじでシャフトに接続されるように適合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＵＳ６１３５７１７
【特許文献２】ＵＳ６７２８３８Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の目的は、上記問題を克服できる軸流タービンのロータ段を実現することである。
【００１６】
特に、基部（翼根）が可能な限り最大の耐久性を持った部分を有することができるよう、基部間の追加のスペーサを不要にしたロータ段を得ることを目的とする。
【００１７】
別の目的は、翼数は同じままで、ロータ段の構成部品数を制限することである。
【００１８】
さらなる目的は組み立てを簡素化することである。
【００１９】
さらに別の目的は、全て同一の翼を設けることによりコストを制限することである。
【００２０】
別の目的は、いくつかの現在の設計方法よりも短い軸方向寸法を有するロータ段を設けることである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的は、発明特徴が特許請求の範囲に挙げられた軸流タービンのロータ段によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明は、添付の図面にて例証された好ましい実施形態の、例証のみの目的で提供され、したがって限定することのない、以降の詳細説明部分によってさらに理解される。
【００２３】
【図１】主軸と複数の翼とを備えたロータ段を示す。
【図２】終端（ｃｌｏｓｉｎｇ）コークと固定要素とを備えた翼の斜視図を示す。
【図３】コークおよび固定要素を備え、作動位置に配置された翼の半径方向から見た図を示す。
【図４】図３中のＩ−Ｉ線で示す縦断面図に関連し、シャフト、環状凹部内に挿入された翼の基部、コーク、固定要素を見ることができる。
【図５Ａ−５Ｅ】最後の翼の組立順序を示す。
【図６Ａ−６Ｂ】固定要素（この場合はつめ（ｐａｗｌ））と、これに対応する固定スロットとを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、ガスまたは蒸気膨張用の軸流タービンのロータ段に関する。図１、図２を参照すると、ロータ段は、主軸Ａの周囲で回転するように適合されたシャフト１と、複数の翼２と、を備え、各翼２は基部３およびブレード６を有し、ブレード６は基部３の上端（上面）から略半径方向Ｒへ突出している。ブレードは頂点またはストラップ（ｓｔｒａｐ）で終端してよい。これらの図面は、半径方向Ｒに対して垂直な平面による断面が菱形形状を有する基部を備えた翼に関するが、しかし本発明は、例えば、半径方向Ｒに対して垂直な平面による断面が矩形である基部を備えた別タイプの翼にも関する。
【００２５】
タービンの軸Ａと半径方向Ｒとを考慮すると、接線方向は軸Ａおよび上記半径方向Ｒを含む平面に対して垂直である。
【００２６】
基部３は逆「Ｔ」字型であり、軸方向に反対向きに延びる第１歯４、第２歯５を有している。２つの歯は、図３に示す菱形断面の場合のように、軸方向および半径方向の両方に延びていてもよい。
【００２７】
基部３は、軸方向に反対向きに延びる２つの強化突起１９を有することができる。この強化突起１９は、より高い曲げ剛性を翼に付与するように機能する。
【００２８】
シャフト１は、主軸Ａの周囲に延びて、逆「Ｔ」字型を有する環状凹部７を有しており、この逆「Ｔ」字型は、第１歯４と第２歯５とをそれぞれ収容するよう適合された対向する第１アンダカット部９および第２アンダカット部１０を形成しており、翼２の基部３は環状凹部７に係合される。
【００２９】
図５を参照すると、シャフト１は、環状凹部７から側方へ延び、翼２の基部３を環状凹部７内に導入するように機能する導入スロット８を有していることもかる。
【００３０】
環状凹部７の第２アンダカット部１０は、実際には、導入スロット８において切断された部分である。翼の基部は、半径方向への動きによって１つずつ導入スロット８内に挿入され、次に、軸方向成分を有する動きによって環状凹部７内へ移動され、２つの対向する歯４、５が２つの対向するアンダカット部９、１０に挿入された状態で、環状凹部７内に接線方向に滑り込まされ、翼の基部３を環状凹部７内に係合させる。
【００３１】
最後の翼の挿入時には、環状凹部のうち、第２アンダカット部１０が切断され、導入スロット８が分断された領域を除く環状凹部全体を、他の翼の基部が占有している。そのため、最後の翼の基部が導入スロット８内に挿入され、環状凹部７内に移動され、第１歯４と第１アンダカット部９のみが係合する。
【００３２】
環状凹部７内の作動位置にて最後の翼の基部３を拘束するために、ロータ段は、半径方向の動きのみにより、作動位置において導入スロット８内に挿入されるように適合されたコーク（ほぞ；ｃｏａｋ）１１を備えている。前記コークは、主本体２０と捕獲突起２１とを備え、これにより、導入スロット（８）内の作動位置に配置されたとき、略「Ｌ」字型の縦断面を有するようになる。
【００３３】
コーク１１は、作動位置において導入スロット８内に挿入されると、捕獲突起２１が、基部（３）の第２歯（５）を収容するよう適合された第２アンダカット１０の延長部分を形成し、基部（３）の第２歯（５）の半径方向への動きを防止する。
【００３４】
このようなコーク１１は、概して、導入スロットに隣接する基部が半径方向および軸方向へ動くことを防止するように適合されている。
【００３５】
シャフト１は第１固定ハーフスロット１２Ａを有し、コーク１１は第２固定ハーフスロット１２Ｂを有し、第１固定ハーフスロット１２Ａおよび第２固定ハーフスロット１２Ｂは、コーク１１が導入スロット８に挿入されたとき、２つの固定ハーフスロット１２Ａ、１２Ｂが互いに対向（対面）して、固定スロット１２の一部がシャフト内に形成され、固定スロット１２の一部がコーク１１内に形成されるような位置に設けられている。
【００３６】
ロータ段は、前記固定スロット１２内に導入され、コーク１１を導入スロット８内にロックするように適合された固定要素１３をさらに備えており、コーク１１は、この後、環状凹部内の対応する翼の基部をロックする。固定スロット１２は、主軸Ａにより近いほど広く、主軸Ａから遠ざかるに従って狭くなり、ボトルネック部またはネック部１８を形成する、少なくとも１つの幅広部１７を有している。
【００３７】
固定要素１３は、固定スロット１２の幅広部１７内に挿入されるように適合され、ネック部１８を通って固定スロット１２内を移動できない大きさの突起１６を有している。固定要素１３は、狭いネック部を通って固定スロット１２内に挿入され、幅広部内で拡張するリベットを備えることができる。
【００３８】
好ましい実施形態では、固定スロット１２は、環状幅広部１７と、同数のネック部１８を形成する環状幅狭部とを交互に備えた軸対称な形状を持つ。
【００３９】
固定要素１３は、ヘッド部１４および本体１５を備えることが好ましい。本体１５は、対称軸周囲に軸対称形状を有し、固定スロット１２内に挿入されるように適合されている。固定要素１３は固定スロット１２内で回転することができる。
【００４０】
固定要素１３は、本体１５を横断し、本体１５自体の対称軸を含む平面によって、第１固定ハーフ要素１３Ａ、第２固定ハーフ要素１３Ｂと呼ばれる２つの分離部分に分割されている。
【００４１】
固定要素１３は１つ以上の環状突起１６を本体に備えており、この環状突起１６は、固定スロット１２内の環状幅広部１７内に挿入されて、固定スロット１２のネック部１８によりロックされるように適合されており、これにより、固定要素１３が半径方向Ｒへ滑り出ることが防止される。
【００４２】
固定要素１３を固定スロット１２内にロックするために、固定要素１３の２つの部分１３Ａ、１３Ｂが２つの固定ハーフスロット１２Ａ、１２Ｂ内に配置された状態で、コーク１１が導入スロット８内に配置されている場合、固定要素１３が自身の対称軸周囲で回転されることで、固定要素１３を構成している２つの部分１３Ａ、１３Ｂが、固定スロット１２を形成している２つのハーフスロットを横断して配置され、これによりコーク１１の半径方向Ｒへの動きが防止される。
【００４３】
ロータ段の軸寸法を大幅に短縮するために、１つまたは２つの固定スロット１２を設け、固定スロット１２の任意の点から接線方向Ｔに出る直線がコーク１１と交差するよう、固定スロット１２をコーク１１の側方に配置することができる。
【００４４】
図５に、シャフトへの翼の組み立てを示す。
【００４５】
図５Ａを参照すると、翼２の基部３は、半径方向への動きによって導入スロット８内に導入されている。
【００４６】
図５Ｂでは、第１歯４が第１アンダカット部９内に挿入されるよう、翼２の基部３を環状凹部内に進入させることにより、翼２を軸方向へ移動させている様子が見られる。
【００４７】
次に、翼２の基部３は環状凹部７内に摺動される。
【００４８】
最後の翼の基部は、他の翼の基部が環状スロットの残り部分を完全に占めているため、導入スロットに隣接したままの状態となる（導入スロットに隣接して留まる）。
【００４９】
図５Ｃでは、第１固定ハーフ要素１３Ａが、シャフト１上に存在する第１固定ハーフスロット１２Ａ内に挿入されている様子が見られる。
【００５０】
図５Ｄでは、第２固定ハーフ要素１３Ｂが、コーク１１上に存在する第２固定ハーフスロット１２Ｂ内に挿入されている様子が見られる。
【００５１】
図５Ｅでは、第２固定ハーフ要素１３Ｂを備えたコーク１１が半径方向の動きによって導入スロット８内に挿入され、それにより、２つの固定ハーフスロットが対向し、固定スロット１２の一部がシャフト内に形成され、固定スロット１２の一部がコーク１１内に形成されることが見て取れる。こうすることで、第１固定ハーフ要素１３Ａおよび第２固定ハーフ要素１３Ｂも対向し、固定スロット１２内に挿入された固定要素１３を形成する。
【００５２】
次に、コーク１１が導入スロット８から引き出されることを防止するために、固定要素１３が９０°回転される。
【００５３】
固定要素のヘッド部は塑性変形できるようにリベット留めされており、これにより、たとえば振動などによって、動作中に固定要素１３が自発的に回転することが不可能になる。
【００５４】
分解ステップでは、コーク１１を導入スロット８からおよび翼を環状凹部から引き出すために、固定要素１３が強制的に回転される。
【００５５】
この作業は、固定要素１３を損傷または破壊する、さらにコーク１１も損傷する可能性があり、その場合には交換が必要となるであろう。反対に、この作業は、コーク１１および翼２を解放するためにこの動作が必要される固定要素１３から離れている翼２を損傷することはない。
【００５６】
固定要素は、図２に示すように、環状突起が設けられ、２つの部分に分割された一つのみの本体を備えたグラブねじ（ｇｒａｂ  ｓｃｒｅｗ）であってよく、または、図６Ａ、図６Ｂに示すように、２つの部分に分割され、環状突起が設けられた本体１５と、一体成形されたヘッド部１４と、を備えたつめ（ｐａｗｌ）であってもよい。
【００５７】
固定要素は、分解ステップにおいて破壊されなければならないリベットであってもよい。
【００５８】
固定スロット１２は、２つの等しいハーフスロット、または２つのサイズの異なるハーフスロットに分割されていてよい。
【００５９】
さらに、基部は歯を１つだけ有してよく、環状凹部はアンダカット部を１つだけ有してよく、コーク１１は、この場合には、例えば、主本体を有し、捕獲突起を有していない平行六面体（矩形−準線シリンダ）のような略シリンダ（柱体）形を有している。
【００６０】
本発明によるロータ段の第１の利点は、制限された数の部品で構成され、ロータ翼の組み立てと分解が容易であることである。
【００６１】
第２の利点は、コーク１１が半径方向の動きのみによって作動位置に挿入されるように適合されており、また、ロータ段が軸方向に短く、タービンがより頑丈なことである。
【００６２】
第３の利点は、全ての翼が同じ形に作られており、終端翼も全く変わらないことである。終端翼は、その強化突起１９のうち１つを部分的または完全に除去することが可能である。
【００６３】
第４の利点は、本発明による翼の基部は、基部間にクリアランス（隙間）を設ける必要がなく、したがって、より耐久性を持たせるために、より大型にできることである。
【００６４】
本発明の第５の利点は、分解ステップにおいて翼が損傷せず、固定要素１３を破壊する必要がある場合にも損傷しないことである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
2017500464.tif 000012
【図６Ｂ】
2017500464.tif 000013
【国際調査報告】
2017500464.tif 000014
2017500464.tif 000015