JP2007512474A - ガスタービンの選択したノズルセグメントを軸方向に取外しまた取付けるための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ノズルセグメント（１０）は、該ノズルセグメント（１０）の外側バンド（１２）と保持リング（１８）との間でほぼ軸方向に延びる回転防止ピン（２４）によって、円周方向の回転に抗して保持リング（１８）に固定される。保持プレートセグメント（３６）は、ピン（２４）の端部上に位置して、該ピンの軸方向への離脱を防止する。選択したノズルセグメント（１０）を取外すために、内径保持プレートセグメント及び選択した保持プレートセグメントが除去され、該選択保持プレートセグメントが、軸方向に除去するためにピン（２４）の端部を露出させる。所定数のピン（２４）が除去されると、選択セグメント（１０）に近接するノズルセグメント（１０ａ〜１０ｐ）を該選択ノズルセグメントから離れるように移動させて該選択セグメントと隣接するセグメントとの間のギャップ（５０）を開き、これにより選択セグメントを軸方向に取外すことができるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスタービンのノズル保持リングに対して選択したノズルセグメントを取外しまた取付けるための装置及び方法に関し、具体的には、ノズルセグメントの円周方向への移動を防止しかつ回転防止ピンの軸方向への除去及び挿入を可能にしてケーシングを取外さずに選択ノズルセグメントの取外し及び取付けを可能にするようになった軸方向に配向した回転防止ピンに関する。

ガスタービンにおいては、ノズル段は一般的に、タービンの軸線の周りで互いに円周方向に間隔を置いて配置されたノズルセグメントの環状列によって形成される。例えば、タービンの第１段においては、その各々が外側及び内側バンドを含みかつそれらバンド間で延びる１つ又はそれ以上のノズルベーンを備えたノズルセグメントは、それぞれ環状の外側及び内側保持リングに固定される。先行技術のガスタービンにおいては、一般的に、外側保持リングと各セグメントの外側バンド上の外向きに突出したフランジとの間で、回転防止ピンが半径方向に延びている。これらの半径方向に配向された先行技術の回転防止ピンは、現場でタービンの保守を行う場合に、一部のピンの除去を妨げる空間的制限に遭遇する。例えば、水平継手においては、ケースが保持リングに非常に接近しており、回転防止ピンを除去することができず、ノズルセグメントは、本質的に取外し不能の状態になる。その結果、保守及び試験運転は、困難でありまた費用のかかるものとなることが判明した。
米国特許出願公開第5839878号明細書 欧州特許出願公開第1445426号明細書 欧州特許出願公開第1306525号明細書 米国特許出願公開第5743711号明細書 欧州特許出願公開第0513956号明細書

従って、ノズルセグメントを取外しまた取付けるための能力を全体的に改善して保守及び試験運転を可能にする必要性がある。

本発明の好ましい態様によると、各ノズルセグメントの外側バンドは、容易に除去及び交換することができる回転防止ピンを受けるための軸方向に延びる孔を備えており、ケースを取外す必要性なしに選択ノズルセグメントを軸方向に取外しまた交換することを可能にする。各軸方向に延びる回転防止ピンは、対応するノズルセグメントの外側バンドの半径方向外向きフランジ内の半径方向外向きに延びるスロットと、保持リング内の対応する孔（開口）とを貫通して延びる。保持プレートセグメントが、回転防止ピンの軸方向端部面上に位置し、保持リングに固定される。保持プレートセグメントを除去することによって、回転防止ピンを軸方向前向き方向に除去することができ、ノズルセグメントの各々の円周方向への移動及び差込みを可能にする。

ノズルセグメントは、円周方向に隣接するセグメントのそれぞれの内側バンド間及び外側バンド間にギャップを有し、これらのギャップにはシール（例えばスプラインシール）が設けられることが分かるであろう。ノズルセグメントの形状と共にこれらのスプラインシールは、回転防止ピンを除去した時にノズルセグメントの直接的な軸方向への取外しを妨げる。本発明の好ましい態様によると、ノズルセグメントは、軸方向への取外しが可能になる。具体的には、選択セグメントの回転防止ピン及び該選択セグメントに近接するノズルセグメントが軸方向に除去されて、近接するセグメントが、選択ノズルセグメントから離れるように円周方向に互いに重ね合わされる。このようにして、隣接するセグメント間のギャップ間隔が排除され、選択セグメントと隣接するセグメントとの間に拡大したギャップが開かれて、選択セグメントの軸方向への取外しを可能にする。回転防止ピン及び保持プレートセグメントは、ケースを取外さずに除去可能である。セグメントを交換するためには、以上の手順を逆にする。

本発明による好ましい実施形態では、タービンのノズルのための保持システムを提供し、本保持システムは、タービンの軸線の周りに配置されたノズル保持リングと、ノズル保持リングによって支持された複数の円周方向に隣接するノズルセグメントと、ほぼ軸方向に延びかつそれぞれ保持リング及びノズルセグメント間に係合してタービン軸線の周りでのノズルセグメントの回転方向の移動を拘束する回転防止ピンとを含む。

本発明による別の好ましい実施形態では、タービンの段を形成するノズルセグメントの環状列のうちの選択したノズルセグメントを、該ノズルセグメントの環状列を支持する保持リングから軸方向に取外す方法を提供し、本方法は、（ａ）ノズルセグメントの環状列のうちの選択ノズルセグメントを含む複数のノズルセグメントと保持リングとから、実質的に軸方向に延びるピンをほぼ軸方向に除去し、これにより選択ノズルセグメントに近接するノズルセグメントを該選択ノズルセグメントから離れるようにタービンの軸線の周りで円周方向に摺動移動できるように解放するステップと、（ｂ）選択ノズルセグメントに近接する解放したノズルセグメントを該選択ノズルセグメントから離れるようにタービンの軸線の周りで円周方向に摺動させるステップと、（ｃ）選択ノズルセグメントをほぼ軸方向に取外すステップとを含む。

本発明によるさらに別の好ましい実施形態では、タービンの段を形成するため、選択したノズルセグメント（選択ノズルセグメント）をノズルセグメントの環状列の開放部内に取付ける方法であって、（ａ）選択ノズルセグメントをほぼ軸方向に開放部内に挿入するステップと、（ｂ）ピンを選択ノズルセグメント及び保持リングを貫通して軸方向に挿入して選択ノズルセグメントをノズル保持リングに固定するステップと、（ｃ）挿入した選択ノズルセグメントに近接するノズルセグメントを該選択ノズルセグメントに向かってタービン軸線の周りで円周方向に所定の円周方向位置に摺動させるステップと、（ｄ）近接するノズルセグメントを所定の円周方向位置において保持リングに固定するステップとを含む。

図１を参照すると、全体を符号１０で表示したノズルセグメントを示しており、このノズルセグメント１０は、外側バンド１２と、内側バンド１４と、これら外側及び内側バンド間で延びる１つ又はそれ以上のノズルベーン１６とを含む。ノズルセグメント１０の外側バンド１２は、外側保持リング１８に固定される。内側バンド１４は、内径保持プレート２２の環状列によって内側ケーシング２０に固定される。内径保持プレート２２は、軸方向に延びるボルト（図示せず）でケーシング２０に固定されて、該保持プレート２２の軸方向前方への除去を可能にする。

本発明の好ましい態様によると、軸方向に延びる回転防止ピン２４が、好ましくはセグメント１０毎に１本ずつ外側バンド１２と外側保持リング１８との間に設けられる。具体的には、外側バンド１２は、互いに軸方向に間隔を置いて配置された１対のそれぞれ半径方向外向きに延びるフランジ３０及び３２を含む。これらのフランジ内には、軸方向に整列したスロットが設けられ、回転防止ピン２４を受ける。保持リング１８は、後方部分に沿って孔３４を含み、この孔は、回転防止ピン２４の一方の端部を受ける。回転防止ピンの反対側の端部は、リング１８の前方部分に沿ったフランジ３７内の開口３５を貫通して、外側バンド１２の前方フランジ３０のスロット内に係合する。回転防止ピン２４が所定の位置にある時、ノズルセグメント１０は、タービン軸線の周りでの回転に抗して固定されることが分かるであろう。

回転防止ピン２４を所定の位置に保持して保持リング１８に対するノズルセグメント１０の回転を防止するために、複数の保持プレートセグメント３６の環状列が保持リング１８の前面上で該前面に固定される。具体的には、環状溝又は環状面３８が、保持リング１８の前面４０内に形成され、またボルト孔４２が、保持リング１８内に設けられ、溝３８の前面を貫通して開口している。図４に示すように、保持プレートセグメント３６は、溝３８の形状に対応する形状に作られた部分を有する。セグメント３６内には、ボルト孔４４が設けられる。その結果、保持リング１８の前面に沿った溝３８内に、回転防止ピン２４上に位置するようにセグメント３６の環状列をボルト固定し、これにより回転防止ピン２４を所定の位置に維持することができる。回転防止ピン２４は、保持リング１８に対するノズルセグメントの円周方向の移動を防止する。保持プレートセグメント３６を除去することにより、つまりセグメント３６を保持リング１８に固定しているボルト４６を除去することにより、回転防止ピン２４の端部は、軸方向前方へ除去するために露出される。以下に述べるように、環状保持プレートの代わりに保持プレートセグメント３６を設けて、セグメント３６の全体を取外さずに１つ又はそれ以上の選択したノズルの取外しを可能にするのが好ましい。７つの保持プレートセグメント３６が好ましいが、それよりも少数又は多数のセグメント３６を設けることもできることが分かるであろう。

選択ノズルセグメント５５（図５）をノズルセグメント１０の環状列から取外すために、また周囲のタービンケーシングを取外さずに選択ノズルセグメント５５を軸方向に取外すために、選択ノズル５５上に位置するセグメント３６を含む１つ又はそれ以上の保持プレートセグメント３６が除去される。例えば、また例示の目的で、図５には４８個のノズルセグメント１０の環状列を示している。選択セグメント５５を取外すために、選択セグメント５５と該選択セグメント５５の一側又は他側にある１５個のノズルセグメント１０ａ〜１０ｐ上に位置している保持プレートセグメント３６を除去して、これによりピン２４の軸方向前方に面した端部を露出させる。近接するノズルセグメントの内径保持セグメント２２もまた、内側ケースから除去して、ノズルセグメント１０の内側バンド部分１４を解放する。

図６に示すように、隣接するノズルセグメント１０は、隣接する外側バンド１２間及び隣接する内側バンド１４間に所定のギャップ５０を有し、これらのギャップ５０は、スプラインシール５２によって密封される。図２に示すような外側及び内側バンドを含むセグメントの形状と共にスプラインシールは、選択ノズルセグメント５５の軸方向への取外しを妨げる。しかしながら、選択ノズルセグメント５５を含む近接するセグメント１０ａ〜１０ｂの各々の回転防止ピン２４を除去すると共に、約１５個の近接するノズルセグメント１０の保持プレートセグメント３６を除去することによって、これらのノズルセグメント１０は、円周方向に回転するように解放される。次に、選択ノズルセグメント５５に近接するノズルセグメント１０ａ〜１０ｂを該選択ノズルセグメント５５から離れるように円周方向に移動させて互いに重ね合わせ、このようにしてノズルセグメント１０ａ〜１０ｂのそれぞれの隣接するノズルセグメント間のギャップ５０を減少させ又は無くす。スプラインシール５２は、該スプラインシール５２の円周方向端縁部とスロット５７の内端部との間に余分な円周方向空間を有する状態で、外側及び内側バンドのスロット５７内に配置されていることが分かるであろう。このことにより、回転防止ピン２４を引き抜いた時に、ノズルセグメント１０ａ〜１０ｐを互いに円周方向に重ね合わせることが可能になる。

適当な数のノズルセグメント１０、例えばノズルセグメント１０ａ〜１０ｐが選択ノズルセグメント５５から離れるように互いに重ね合わされると、解放しかつ円周方向に移動させたノズルセグメント１０ａ〜１０ｐ間のギャップ５０と少なくとも円周方向の広さが等しいギャップ５４（図７）が、選択セグメント５５と隣接するセグメント１０ａとの間に開かれる。このギャップ５４は、スプラインシール５２を除去すること、及び選択ノズルセグメント５５を軸方向に移動させて取外すことを可能にするのに十分である。円周方向に移動させたノズルセグメント１０ａ〜１０ｐのうちの何れか１つ又はそれ以上は、別の選択したノズルセグメントの取外しを可能にするのに十分なギャップを開いて除去したセグメント５５が後に残した開放部に向けてセグメントを円周方向に移動させることによって同様に取外すことができる。具体的な実施例としては、隣接するセグメント間の典型的なギャップは、0.003〜0.0060インチ（0.0762〜0.1524mm）である。スプラインシール５２の幅は、約３／４インチ（約19.1mm）である。従って、選択ノズルセグメント５５から離れるように近接するノズルセグメント１０ａ〜１０ｐを互いに重ね合わせることにより、選択ノズルセグメント５５と隣接するセグメント１０ａとの間のギャップは、近接するセグメント間のギャップを累加した広さまで拡大する。

選択ノズルセグメント５５又は複数のセグメントが改修又は修理されたら或いは新しいセグメントにする時には、逆の手順で作業を進めることができる。例えば、改修したノズルセグメント又は新しいノズルセグメントを軸方向に挿入して保持リング１８及び内側ケーシング２０に対して支持されるようにすることができる。次に、保持リング１８の整列した孔３４及び３５と軸方向に挿入したセグメントの外側バンドの外側フランジ３０及び３２内のスロットとに、回転防止ピン２４を挿入する。次に、近接するセグメント１０ａ〜１０ｐを、挿入したセグメントに向かって円周方向に順次移動させて、各ノズルセグメントの円周方向位置において孔３４、３５とフランジ３０及び３２のスロットとを整列させることができる。次に、円周方向に移動させたノズルセグメント１０ａ〜１０ｐの整列した孔及びスロット内に回転防止ピン２４を挿入し、これによりそれらノズルセグメントの円周方向位置を固定する。内径保持プレート２２もまた、ケーシング２０に固定して、内側バンド１４をケーシング２０に固定する。回転防止ピン２４の前方に面した端部上に位置するように、保持プレートセグメント３６を保持リング１８の軸方向面にボルト固定する。このようにして、保持プレートセグメント３６により、それらのピンを所定の位置に維持して、ノズルセグメント１０を回転に抗して固定する。

現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えら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。

ガスタービンの段において使用するためのノズルセグメントの断面図。 ノズルセグメント及び保持リングの部分斜視図。 ノズル保持リング及び保持プレートの一部分を一部断面で示した部分斜視図。 保持プレートセグメントの軸方向端面図。 タービン段を形成する環状列として配列されたノズルセグメントの軸方向概略図。 隣接するセグメント間のギャップ及びスプラインシールを示す１対の隣接するセグメントの軸方向概略図。 互いに重ね合わせて選択セグメントと隣接するセグメントとの間にギャップを開き、選択セグメントの軸方向への取外し及び挿入を可能にした環状セグメントの拡大部分軸方向端面図。

符号の説明

１０ ノズルセグメント
１２ 外側バンド
１４ 内側バンド
１６ ノズルベーン
１８ 外側保持リング
２０ 内側ケーシング
２２ 内径保持プレート
２４ 回転防止ピン
３０、３２ 外側バンドのフランジ
３４、３５ 外側保持リングの開口
３６ 保持プレートセグメント
３８ 外側保持リングの溝
４６ ボルト
５０ ノズルセグメント間のギャップ
５２ スプラインシール

Claims (10)

1. タービンのノズル（１０）のための保持システムであって、
   タービンの軸線の周りに配置されたノズル保持リング（１８）と、
   前記ノズル保持リングによって支持された複数の円周方向に隣接するノズルセグメント（１０）と、
   ほぼ軸方向に延びかつそれぞれ前記保持リング及びノズルセグメント間に係合してタービン軸線の周りでの前記ノズルセグメントの回転方向の移動を規制する回転防止ピン（２４）と、
   を含むシステム。
2. 前記保持リングが軸方向に面した表面（３８）を含み、前記回転防止ピンが前記表面を貫通して露出し、少なくとも１つの保持プレートセグメント（３６）が前記軸方向に面した表面上に位置して前記ピンの軸方向への離脱を阻止する、請求項１記載のシステム。
3. 前記保持プレートセグメントが、軸線の周りでその環状列として配列された複数の弓形保持プレートセグメントのうちの１つを含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ノズルセグメントの各々が外側バンド（１２）と１対の軸方向に間隔を置いて配置された孔とを含み、前記保持リングが整列した開口（３４、３５）を有し、これにより各前記ピンが前記孔及び開口内に受けられる、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 前記保持プレートセグメントが、軸線の周りでその環状列として配列された複数の弓形保持プレートセグメントのうちの１つを含み、前記弓形保持プレートが、前記保持リングにボルト（４６）で固定される、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
6. タービンの段を形成するノズルセグメントの環状列のうちの選択したノズルセグメント（１０、５５）を、該ノズルセグメントの環状列を支持する保持リング（１８）から軸方向に取外す方法であって、
   （ａ）前記ノズルセグメントの環状列のうちの前記選択ノズルセグメントを含む複数のノズルセグメントと前記保持リングとから、実質的に軸方向に延びるピン（２４）をほぼ軸方向に除去し、これにより前記選択ノズルセグメントに近接するノズルセグメント（１０ａ〜１０ｐ）を、該選択ノズルセグメントから離れるようにタービンの軸線の周りで円周方向に摺動移動できるように解放するステップと、
   （ｂ）前記選択ノズルセグメントに近接する前記解放したノズルセグメントを、該選択ノズルセグメントから離れるようにタービンの軸線の周りで円周方向に摺動させるステップと、
   （ｃ）前記選択ノズルセグメントをほぼ軸方向に取外すステップと、
   を含む方法。
7. 前記ノズルセグメントが、隣接するノズル間にギャップ（５０）を形成するように軸線の周りで互いに間隔を置いて配置されており、前記ステップ（ｂ）が、前記近接するノズルセグメント（１０ａ〜１０ｐ）を前記選択ノズルセグメント（５５）から離れるように円周方向に摺動させて該近接するノズルセグメントを互いに重ね合わせ、これにより前記近接するノズルセグメントと前記選択ノズルセグメンとの間にギャップ（５４）を開いて、該選択ノズルセグメントのほぼ軸方向への取外しを可能にするステップを含む、請求項６記載の方法。
8. タービンの段を形成するためにノズルセグメント（１０）の環状列の開放部内に選択したノズルセグメントを取付ける方法であって、
   （ａ）前記選択ノズルセグメント（１０）をほぼ軸方向に前記開放部内に挿入するステップと、
   （ｂ）ピン（２４）を前記選択ノズルセグメント及び保持リング（１８）を通じて軸方向に挿入して該選択ノズルセグメントを前記ノズル保持リングに固定するステップと、
   （ｃ）前記挿入した選択ノズルセグメントに近接するノズルセグメント（１０ａ〜１０ｐ）を、該選択ノズルセグメントに向かってタービン軸線の周りで円周方向に所定の円周方向位置に摺動させるステップと、
   （ｄ）前記近接するノズルセグメントを前記所定の円周方向位置において前記保持リングに固定する（２４）ステップと、
   を含む方法。
9. 前記ステップ（ｄ）が、ピン（２４）を前記近接するノズルセグメント（１０ａ〜１０ｐ）及びノズル保持リング（１８）を通じて軸方向に挿入して、該近接するノズルセグメントを前記ノズル保持リングに固定するステップを含む、請求項８記載の方法。
10. 前記ステップ（ａ）に先立って、タービンの軸線の周りで円周方向に摺動移動させるために前記近接するノズルセグメント（１０ａ〜１０ｐ）を前記ノズル保持リング（１８）から解放するステップと、前記近接するノズルセグメントを軸線の周りで円周方向に摺動させて、前記ノズルセグメントの環状列内に前記開放部を設けるステップとを含む、請求項８記載の方法。

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