JP2007146848A - ベーン用の先端シュラウド取付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータベーンセグメント及び先端シュラウドセグメント組立体を提供する。
【解決手段】本ステータベーンセグメント及び先端シュラウドセグメント組立体（１０）は、翼形部分（１６）とその各々には少なくとも１つの半径方向内向きに突出したテノン（１８）が形成された半径方向内側先端部（２０）とをその各々が有する複数のベーン（１２）と、ベーンの半径方向内側先端部上にわたって延びる先端シュラウドセグメント（２６）とを含み、先端シュラウドセグメント（２６）には、複数の孔（２８）が形成され、各孔には、テノン（１８）のそれぞれ１つを受けるブッシュ（３４）が嵌装される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、タービンステータベーンに関し、具体的には、先端シュラウドセグメントと１群のステータベーンとの間の機械的取付け装置に関する。

ステータベーン上の先端シュラウドは、特定のステータ段のための確定流路を形成し、またベーンの剛性を高める働きもする。弓形シュラウドセグメントを多数のベーン（例えば、５枚、７枚又はそれ以上）上にわたって組立てて、セグメントが全体で３６０°のシュラウドを形成するようにすることは通例のことである。先端シュラウドセグメントは一般的に、ベーンの先端部に対して溶接される。
米国特許第６，５２６，６５７号公報 米国特許第６，４９４，６８３号公報 米国特許第６，２６９，５４０号公報 U.S. Application No. 11/251,861, filed October 18, 2005, entitled: METHODS OF WELDING TURBINE COVERS AND BUCKETS TIPS. U.S. Application No. 11/261,559, filed October 31, 2005, entitled: FORMED TENONS FOR GAS TURBINE STATOR VANES. U.S. Application No. 10/806,426, filed March 23, 2004, entitled: APPARATUS AND METHODS FOR REPAIRING TENONS ON TURBINE BUCKETS.

本発明の例示的な実施形態によると、シュラウドセグメントによって覆われることになる１群のベーン内の各ベーンは、その先端部に突出したテノンを有する。シュラウドセグメントには、それぞれのベーンのテノンと整列した対応する孔が形成される。シュラウドセグメント孔の各々内に、ブッシュが嵌合され、各ブッシュには、テノンのそれぞれ１つを受けるためのセンタ開口が形成される。センタ開口は、テノンのための内部ショルダ部すなわちシート部を残した状態で座ぐりされる。ブッシュにはまた、該ブッシュが対応するシュラウドセグメント孔のショルダ面と係合するのを可能にする外部ショルダ部が形成される。この構成は、ベーンテノンの挿入方向とは反対の方向にシュラウドセグメント孔内にブッシュを挿入することを可能にし、外部ショルダ部がブッシュ挿入に対してストップリミットを与えるようになる。ベーンテノンは、その後ブッシュ内部シート部に溶接される。ブッシュは、そのほかではシュラウドセグメントに直接取付けられていないが、それにも拘わらず、１つの方向にはテノン溶接部によってまた反対方向には外部ショルダ部の係合によって半径方向に所定の位置に保持されることに注目されたい。

従って、１つの態様では、本発明は、ステータベーンセグメント及び先端シュラウドセグメント組立体に関し、本組立体は、翼形部分とその各々には少なくとも１つの半径方向内向きに突出したテノンが形成された半径方向内側先端部とをその各々が有する複数のベーンと、ベーンの半径方向内側先端部上にわたって延びる先端シュラウドセグメントとを含み、先端シュラウドセグメントには、複数の孔が形成され、各孔には、テノンのそれぞれ１つを受けるブッシュが嵌装される。

別の態様では、本発明は、ステータベーンセグメント及び先端シュラウドセグメント組立体に関し、本組立体は、翼形部分とその各々には少なくとも１つの半径方向内向きに突出したテノンが形成された半径方向内側先端部とをその各々が有する複数のベーンと、ベーンの半径方向内側先端部上にわたって延びる先端シュラウドセグメントとを含み、先端シュラウドセグメントには、複数の孔が形成され、各孔には、テノンのそれぞれ１つを受けるブッシュが嵌装され、ブッシュには、その上にそれぞれのテノンが着座する内部ショルダ部が形成され、各ブッシュには、先端シュラウドセグメントが係合する外部ショルダ部が形成される。

さらに別の態様では、本発明は、ステータベーンセグメント及び先端シュラウドセグメント組立体に関し、本組立体は、翼形部分とその各々には少なくとも１つの半径方向内向きに突出したテノンが形成された半径方向内側先端部とをその各々が有する複数のベーンと、ベーンの半径方向内側先端部上にわたって延びる先端シュラウドセグメントとを含み、先端シュラウドセグメントには、複数の孔が形成され、各孔には、テノンのそれぞれ１つを受けるブッシュが嵌装され、各ブッシュには、先端シュラウドが係合する外部ショルダ部が形成され、各ブッシュには、それぞれのテノンに対してシート部を提供する内部ショルダ部を形成するように座ぐりしたセンタ穴が形成され、テノンは、内部ショルダ部においてブッシュに溶接される。

次に末尾に特定した図面に関連させて本発明を説明する。

始めに図１〜図３を参照すると、ステータベーン及び先端シュラウドセグメント組立体１０は、複数のステータベーン１２を含み、ステータベーンの各々は、ダブテール据付け部分１４と、翼形部分１６と、該ベーンの半径方向内側先端部２０から突出した半径方向に突出したテノン１８（図２）とを含む。一般的に、テノン１８は、その断面が円形又は楕円形であり、翼形部分の前縁２２及び後縁２４のほぼ中間に形成される。

弓形先端シュラウドセグメント２６は、選択した数のベーン１２に跨って延びかつ該選択した数のベーン１２に取付けられて、ステータベーン及び先端シュラウドセグメント全体で３６０°のステータ組立体を形成することになるようになる。

弓形先端シュラウドセグメント２６には、ステータテノン１８と整列する適切な位置に配置された複数の孔２８が形成される。図３で最も良く分かるように、孔２８は、半径方向外向き方向に座ぐりされて、ブッシュ３４上の対応する半径方向外向きショルダ部３２が係合するようになった半径方向内向きショルダ部３０を形成する。ブッシュ３４は、それに対応してセグメント孔２８内に受けられるような形状（つまり、円形又は楕円形）にされ、また既に上で述べたように、ブッシュ３４には、弓形先端シュラウドセグメント２６上の対応するショルダ部３０と係合する外部ショルダ部３２が形成される。ブッシュ３４にはまた、センタ開口３６が形成され、センタ開口３６は、それぞれのテノン端面４０の辺縁部が係合するようになった環状（又は楕円状）の半径方向外向きシート部３８を形成するように座ぐりされる。

ブッシュ３４を方向Ａ（図３）にセグメント孔２８内に挿入した状態で、翼形部テノン１８は、該テノンがシート部３８と完全に係合するまで方向Ｂにブッシュ内に挿入される。その後、各翼形部テノン１８は、シート部３８において溶接部４２によってブッシュに固定される。ブッシュは、そのほかでは先端シュラウドセグメント２６に対して固定されてないとことが重要である。その結果、翼形部分１６と先端シュラウドセグメント２６との間での幾らかの程度の動きがブッシュ３４を介して可能になり、それによって作動時の応力が低減される。ブッシュは、ガス流路内に突出しないように、シュラウドセグメントの半径方向内側表面に対して凹設されることに注目されたい。

この例示的な実施形態では、ブッシュは、３１６ステンレス鋼で製作することができ、他方、翼形部分１６（テノン１８を含む）及び先端シュラウドセグメント２６は、より硬度がある４０３ステンレス鋼で製作することができるが、それらの材料組成は、変更することができる。

図４及び図５は、ベーン及び先端シュラウドセグメント組立体１１０の別の実施形態を示しており、この実施形態では、図示したように、先端シュラウドセグメント、ブッシュ及び翼形部テノンの形状は、図１〜図３に示した実施形態とは幾分異なっている。その他の点では、構成要素並びに先端シュラウドセグメント、翼形部分及びブッシュ間の相互作用は、前述したのと同じ状態のままである。便宜上、同様な参照符号であるが先頭に「１」を付加した参照符号を使用して対応する特徴部を示しており、従って更なる説明は不要である。

図６は、主題の発明を組み込んだ別のベーンセグメント構成を示している。この図では、適用可能な場合には、同様な参照符号であるが先頭に「２」を付加した参照符号を使用して、同様な構成要素を示している。ベーン及び先端シュラウドセグメント組立体２１０は、図１〜図３に関連して説明したのと同様なブッシュ２３４を組み込んでおり、この組立体の態様についてはここで繰り返す必要はない。この実施形態では、ベーンの部分（つまり、ダブテール据付け部分）２１４は、ストラップ２４４及び複数のボルト２４６によって互いに一まとめにされている。

溶接を必要としない別の構成では、テノンには、テノン端面を越えて突出したサブテノンを形成することができ、次に延長サブテノンは、ブッシュ端面の周りに冷間成形することができる。さらに別の変形形態では、テノンには、ネジ切り孔を形成して、ブッシュのセンタ開口を通してテノン内のネジ孔にボルトを螺入するようにすることができる。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると思われるものに関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、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

本発明の例示的な実施形態によるシュラウド付きステータベーンセグメントの斜視図。 図１の線２−２に沿って取った断面図。 図１における線３−３に沿って取った部分断面図。 本発明の別の例示的な実施形態の斜視図。 図３と同様であるが、図４に示す組立体から取った拡大詳細図。 本発明のさらに別の実施形態の斜視図。

符号の説明

１０、１１０、２１０ セグメント組立体
１２ ステータベーン
１４ ダブテール据付け部分
１６ 翼形部分
１８ テノン
２０ ベーン先端部
２２ 前縁
２４ 後縁
２６ 先端シュラウドセグメント
２８ 孔
３０ 内向きショルダ部
３２ 外向きショルダ部
３４、２３４ ブッシュ
３６ センタ開口
３８ シート部
４０ 端面
４２ 溶接部
２１４ ダブテール据付け部分
２４４ ストラップ
２４６ ボルト

Claims (10)

1. 翼形部分（１６）と少なくとも１つの半径方向内向きに突出したテノン（１８）が各々に形成された半径方向内側先端部（２０）とを各々が有する複数のベーン（１２）と、
   前記ベーンの半径方向内側先端部（２０）上にわたって延びる先端シュラウドセグメント（２６）と、を含み、
   前記先端シュラウドセグメント（２６）には、複数の孔（２８）が形成され、
   各孔には、前記テノン（１８）のそれぞれ１つを受けるブッシュ（３４）が嵌装される、
   ステータベーンセグメント及び先端シュラウドセグメント組立体（１０）。
2. 前記テノン（１８）が、前記ブッシュ（３４）に直接取付けられる、請求項１記載の組立体。
3. 前記ブッシュ（３４）には、その上に前記それぞれのテノンが着座する内部シート部（３８）が形成される、請求項１記載の組立体。
4. 各ブッシュ（３４）が、該ブッシュが前記ベーン（１２）の翼形部分に沿った流路内に突出しないように、前記先端シュラウドセグメント（２６）の半径方向内側表面に対して凹設される、請求項１記載の組立体。
5. 各ブッシュ（３４）が、該ブッシュが前記ベーン（１２）の翼形部分に沿った流路内に突出しないように、前記先端シュラウドセグメント（２６）の半径方向内側表面に対して凹設される、請求項３記載の組立体。
6. 各ブッシュ（３４）には、前記先端シュラウドセグメント（２６）が係合する外部ショルダ部（３２）が形成される、請求項１記載の組立体。
7. 各ブッシュ（３４）には、前記先端シュラウドセグメント（２６）が係合する外部ショルダ部（３２）が形成される、請求項３記載の組立体。
8. 各ブッシュ（３４）には、前記それぞれのテノン（１８）に対してシート部（３８）を提供する内部ショルダ部を形成するように座ぐりしたセンタ穴が形成され、
   前記テノン（１８）が、前記内部ショルダ部において前記ブッシュに溶接される、請求項１記載の組立体。
9. 前記ブッシュ（３４）が、そのほかでは前記先端シュラウドセグメントに取付けられていない、請求項２記載の組立体。
10. 前記テノン（１８）が、前記ブッシュに溶接される、請求項１記載の組立体。

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