JP2013257040A - ターボ機械アライメントピン - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械アライメントピンを提供すること。
【解決手段】種々の実施形態は、ターボ機械用のアライメントピンを含む。一部の実施形態において、アライメントピンは、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドセクションを含む。これらの実施形態において、アライメントピンは更に、中空ヘッドに接続され、ターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブセクションを含む。
【選択図】 図１

Description

本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関する。より詳細には、本発明の態様は、蒸気タービンにおける段のようなターボ機械段の位置合わせ機構を含む。

蒸気タービン設計は、ロータに接続された回転バケットに蒸気のような作動流体の流れを配向する固定ノズル組立体を含む。蒸気タービンにおいて、ノズル（翼形部）構成は通常、「ダイアフラム」又は「ノズル組立体」段と呼ばれる。タービンダイアフラムは、ロータの周りで２つの半部分で組み立てられ、これらの２つの半部分間に水平継手を生成する。ダイアフラム心出しピンは、設置中にダイアフラムを横断方向に位置付けるのに使用される。これらの心出しピンはまた、ダイアフラムによって生成されるトルク負荷を受けるよう設計される。

心出しピンは、従来、小さな締まり嵌めでダイアフラム組立体の区域に設置される。従来、心出しピンは、収縮してこの小さなクリアランス区域に収まるポイントまで冷却（例えば、冷凍）される。このことは、設置中（例えば、現場にて）にドライアイス又は別の厳しい冷却機構の使用を必要とすることが多い。しかしながら、これらの厳しい冷却機構の不便さ及び比較的高コストであることは、望ましくない場合がある。加えて、心出しピンの凍結及び解凍によって、タービンダイアフラムの位置ずれが生じる可能性がある。

米国特許第４８１８１６３号明細書

種々の実施形態は、ターボ機械用のアライメントピンを含む。一部の実施形態において、アライメントピンは、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドセクションを含む。これらの実施形態において、アライメントピンは更に、中空ヘッドに接続され、ターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブセクションを含む。

本発明の第１の態様は、ターボ機械用のアライメントピンを含み、該アライメントピンは、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドセクションと、中空ヘッドに接続され、ターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブセクションとを含む。

本発明の第２の態様は、ターボ機械用の位置合わせ装置を含み、該位置合わせ装置は、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドと、中空ヘッドに接続され且つ内側スロットを有して、ターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブ部材と、内側スロットの内部にあり、ケーシングスロット内で前記拡張可能スリーブ部材の外径を変更する拡張部材とを含む。

本発明の第３の態様は、タービンダイアフラムセグメントと、タービンダイアフラムセグメントを実質的に収容するタービンダイアフラムセグメントと、タービンダイアフラムセグメントをタービンケーシングセグメントと位置合わせするアライメントピンとを備え、アライメントピンが、タービンダイアフラムセグメントにおいてスロットを係合する中空ヘッドセクションと、中空ヘッドと接続され、タービンケーシングセグメントにおいてスロットを係合する拡張可能スリーブセクションとを有する。

本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

本発明の種々の実施形態によるアライメントピンの３次元斜視図。 本発明の種々の実施形態によるタービンの一部の断面図。 本発明の種々の実施形態によるアライメント部材の断面図。 本発明の種々の実施形態によるアライメント部材の代替の実施形態の断面図。

本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

上述のように、本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関する。より詳細には、本発明の態様は、蒸気タービンにおける段のようなターボ機械段の位置合わせ機構を含む。

本明細書で記載されるように、従来のターボ機械の心出しピンは、小さなクリアランスでダイアフラム組立体の区域に設置されていた。心出しピンは従来、収縮してこの小さなクリアランス区域に収まるポイントまで冷却（例えば、冷凍）される。このことは、設置中（例えば、現場にて）にドライアイス又は別の厳しい冷却機構の使用を必要とすることが多い。しかしながら、これらの厳しい冷却機構の不便さ及び比較的高コストであることは、望ましくない場合がある。

従来の状況では、心出しピンは、ケーシングスロット内に僅かな（例えば、０．０００５〜０．００２インチ、又は０．０１２７〜０．０５０８ミリメートル）締まり嵌めで設置される。この小レベルの締まり嵌めに対応するために、心出しピンは、例えば、−１４０°Ｆほどのゼロ華氏（Ｆ）を下回る温度まで冷却される。本明細書で記載されるように、特に心出しピンが現場で設置されている間にこのような温度まで心出しピンを冷却することは困難とすることができる。加えて、心出しピンの凍結及び解凍によって、タービンダイアフラムの位置ずれが生じる可能性がある。

従来の心出しピン及び関連する装置とは対照的に、本発明の種々の実施形態は、ダイアフラムスロットに挿入するのに冷却を必要としない、ターボ機械用心出しピン装置を含む。様々な特定の実施形態において、心出しピン装置は、少なくとも部分的に貫通して延びる内部アパーチャ（ネジ付き内部アパーチャなど）を有するスリーブを含む。スリーブの内部アパーチャは、スリーブの一部を拡張してダイアフラムスロットを充填する拡張部材を受けるように設計される。

用語「スリーブ」及び「リテーナ」は、本明細書では、ダイアフラムスロット内で嵌合し、場合によっては当該ダイアフラムスロットを少なくとも部分的に充填するよう拡張する心出しピン装置の一部を指すのに用いることができる点は理解される。

本発明の種々の実施形態において、心出しピン装置は、拡張して拡張部材を受けるための１以上の拡張スロットを含む。拡張スロットにより、ケーシングスロットを少なくとも部分的に充填しながら、本装置が拡張して拡張部材を受けることが可能になる。

本発明の種々の実施形態において、心出しピン装置は、テーパ付き拡張スロットを有するスリーブと、ヘッドと、テーパ付き拡張スロットを実質的に補完することができるテーパ付き拡張部材とを含む。テーパ付き拡張スロットを有するスリーブは、第１の内径と、該第１の内径よりも大きい第２の内径とを有することができる。これらの実施形態における心出しピン装置は、第１の内径がダイアフラムに近接して位置付けられるように設計されている。

種々の特定の実施形態において、ターボ機械用のアライメントピンが開示される。これらの実施形態において、アライメントピンは、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドセクションと、中空ヘッドに接続され且つターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブセクションとを含むことができる。

本発明の種々の代替の実施形態において、ターボ機械用の位置合わせ装置が開示される。これらの実施形態において、位置合わせ装置は、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドと、中空ヘッドに接続され且つ内側スロットを有して、ターボ機械においてケーシングスロットを係合するための拡張可能スリーブ部材と、内側スロットの一部内にあり且つケーシングスロット内の拡張可能スリーブ部材の外径を修正する拡張部材とを含むことができる。

本発明の更に別の実施形態において、蒸気タービンなどのターボ機械が開示される。これらの実施形態において、ターボ機械は、タービンダイアフラムセグメントと、タービンダイアフラムセグメントを実質的に収容するタービンケーシングセグメントと、タービンダイアフラムセグメントをタービンケーシングセグメントと位置合わせするためのアライメントピンとを含むことができ、該アライメントピンは、タービンダイアフラムセグメントにおいてスロットを係合する中空ヘッドセクションと、中空ヘッドに接続され、タービンケーシングセグメントにおいてスロットを係合する拡張可能スリーブセクションとを含む。

図１を参照すると、本発明の種々の実施形態による、ターボ機械（例えば、図２に示す蒸気タービン）用のアライメントピン２の３次元斜視図が示される。これらの実施形態において、アライメントピン２は、ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドセクション４を含むことができる。中空ヘッドセクション４は、図示され且つ本明細書において更に説明される調整部材を受けるための内部スロット６を含むことができる。場合によっては、内部スロット６は、ネジ付けされた内側表面８を有するが、他の場合には、実質的に滑らかな内側表面８を有することができる。図示のように、種々の実施形態において、中空ヘッドセクション４は、ターボ機械（図２）においてケーシング壁の表面を係合するリップ１０を含むことができる。

図１に示すように、アライメントピン２は、中空ヘッドセクション４と接続された拡張可能スリーブセクション１２を含むことができる。一部の実施形態において、図１に示すように、拡張可能スリーブセクション１２は、中空ヘッドセクション４と一体構造であり、すなわち、拡張可能スリーブセクション１２及び中空ヘッドセクション４は、実質的に連続した材料要素（例えば、鋼鉄のような金属）から形成される。他の実施形態では、中空ヘッドセクション４は、拡張可能スリーブセクション１２に溶接することもできる。拡張可能スリーブセクション１２は、ターボ機械ケーシング（図示せず）においてケーシングスロットを係合するようなサイズにされる。

図示のように、拡張可能スリーブセクション１２は、複数のプレート１４を含むことができ、各々が１以上のギャップ１６（図示の複数のギャップ１６）によって分離される。プレート１４は、拡張可能スリーブセクション１２の残りの金属のような金属から形成することができる。プレート１４に隣接するギャップ１６は、拡張可能スリーブセクション１２の周りに円周方向に滑動し、これにより拡張可能スリーブセクション１２の直径を拡大させることができる。これにより、拡張可能スリーブセクション１２が拡張してターボ機械ケーシングにおけるケーシングスロットを充填（実質的に充填）することが可能になる。

拡張可能スリーブセクション１２は、内側アパーチャ（本図からは遮られている）を含むことができ、該内側アパーチャは、ネジ付き表面、ノッチ付き表面、又は実質的に滑らかな表面を含むことができる。拡張可能スリーブセクション１２の内側アパーチャは、中空ヘッドセクション４の内部スロット６と流体接続することができ、すなわち、内部スロット６及び内側アパーチャ（図示せず）は、アライメントピン２の少なくとも一部を貫通する実質的に連続したアパーチャ（又は経路）を形成することができる。

本明細書で更に説明するように、本発明の種々の実施形態において、拡張部材を調整ピン２に挿入することができ、場合によっては、ネジ留め又は他の方法で締結し、内部スロット６及び調整ピン２の内側アパーチャ内に収めることができる。拡張部材が調整ピン内に挿入されると、拡張可能スリーブセクション１２の拡張（増分的に又は漸次的に）をもたらすことができる。

図２に移ると、本発明の種々の実施形態による、ターボ機械（例えば、蒸気タービン）２０の一部の側断面図が示される。図示のように、ターボ機械２０の一部は、ダイアフラムセグメント２２と、該ダイアフラムセグメント２２を少なくとも部分的に収容するケーシングセグメント２４とを含むことができる。ターボ機械２０はまた、アライメントピン２６を含むことができ、該アライメントピンは、中空ヘッドセクション２８と、拡張可能スリーブセクション３０とを含むことができ、これらは、図１を参照して説明した実施形態において同じ名称の要素と同様の特徴要素を幾つか含むことができる。図示のように、アライメントピン２６はまた、これらの実施形態において中空ヘッドセクション２８と拡張可能スリーブセクション３０との間にわたってアライメントピン２６の本体内に挿入される調整部材３２を含むことができる。中空ヘッドセクション２８は、ダイアフラムセグメント２２のスロット３４内に収まる（及び実質的に充填する）ようなサイズにすることができ、拡張可能スリーブセクション３０は、ケーシングセグメント２４のスロット３６内に収まる（及び実質的に充填する）ようなサイズにすることができる。

図３は、拡張可能スリーブセクション３０から分離された中空ヘッドセクション２８を含む、図２のアライメントピン２６の分割図を示す。図３はまた、拡張可能スリーブセクション３０から分離された調整部材３２を示す。更に図示するように、拡張可能スリーブセクション３０は、１以上のギャップ３８を含み、該ギャップにより、拡張可能スリーブセクション３０のプレート４０が互いにシフトし、これにより拡張可能スリーブセクションの外径を拡張することができるようになる。場合によっては、図３の実施形態に示すように、調整部材３２は、第２の直径Ｄ２よりも小さい第１の直径Ｄ１を有するテーパ付きセクション３７を含む。場合によっては、拡張可能スリーブセクション３０の内側アパーチャ４４は、調整部材３２のテーパ付きセクションを受けるように同様にテーパが付けられる。種々の実施形態において、図３に示すように、中空ヘッドセクション２８は、拡張可能スリーブセクション３０とは別個の要素（例えば、物理的に結合されていない）である。

図４は、図３と同様の分離図を示すが、但し、図４は、拡張可能スリーブセクション３０及び中空ヘッド２８が実質的に単一構造であり、例えば、共に結合されているか、又は金属などの共通の材料要素から形成されているアライメントピン５０の代替の実施形態を示している。

図３〜４の調整部材３２はテーパ付きセクションを含めるように示されているが、調整部材３２（及び本明細書で記載される他の調整部材）は、実質的に均一な輪郭（例えば、非テーパ付き輪郭）を含むことができる点は理解される。一部の場合では、調整部材３２は、ネジ付き、ノッチ付き、或いは、他の粗面処理特性を有することができるが、場合によっては、実質的に滑らかであってもよい。種々の実施形態において、調整部材３２は、中空ヘッド２８内に収まるようなサイズにされた上側領域５２にのみネジ付き（又は、ノッチ付き、もしくは他の粗面処理）にされる。すなわち、この上側領域５２は、中空ヘッドのネジ付き内側表面と相互連結して、本明細書で記載されるアライメントピン５０（又は、他のアライメントピン２及び／又はアライメントピン２６）の本体内に調整部材３２を保持するようなサイズにすることができる。

何れの場合においても、図示され本明細書で記載されるアライメントピン（及び関連する位置合わせ装置）は、従来のピン（及び装置）の様々な欠点に対処しながら、ターボ機械ケーシング及びダイアフラムの位置合わせを可能にする。本発明の種々の実施形態によるアライメントピン（及び関連する位置合わせ装置）は、ターボ機械装置を制御された漸次的な方法で位置合わせする技術的効果を有する。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。用語「前方」及び「後方」は限定を意図するものではなく、適切な場合には置き換え可能であることは更に理解される。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

２ アライメントピン
４ 中空ヘッドセクション
６ 内部スロット
８ 内側表面
１０ リップ
１２ 拡張可能スリーブセクション
１４ プレート
１６ ギャップ
２０ ターボ機械
２２ ダイアフラムセグメント
２４ ケーシングセグメント
２６ アライメントピン
２８ 中空ヘッドセクション
３０ 拡張可能スリーブセクション
３２ 調整部材
３６ スロット
３７ テーパ付きセクション
３８ ギャップ
４４ 内側アパーチャ
５０ アライメントピン
５２ 上側領域

Claims (20)

1. ターボ機械用のアライメントピンであって、
   前記ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドセクションと、
   前記中空ヘッドに接続され、前記ターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブセクションと
   を備える、アライメントピン。
2. 前記中空ヘッドセクションが、前記ターボ機械の表面を係合するリップを含む、請求項１記載のアライメントピン。
3. 前記中空ヘッドセクション及び前記拡張可能スリーブセクションが実質的に一体構造である、請求項１記載のアライメントピン。
4. 前記中空ヘッドセクションが、貫通して延びる実質的に滑らかなスロットを含む、請求項１記載のアライメントピン。
5. 前記拡張可能スリーブセクションが、ネジ付き表面を有する内側アパーチャを含む、請求項４記載のアライメントピン。
6. 前記拡張可能スリーブセクションの内側アパーチャと前記中空ヘッドセクションの実質的に滑らかなスロットとが流体的に接続される、請求項５記載のアライメントピン。
7. 前記拡張可能スリーブセクションが、外側表面と、該外側表面に沿った１以上のギャップとを含み、該１以上のギャップが、前記拡張可能スリーブセクションの拡張用に設けられている、請求項５記載のアライメントピン。
8. ターボ機械用の位置合わせ装置であって、
   前記ターボ機械においてダイアフラムスロットを係合する中空ヘッドと、
   前記中空ヘッドに接続され且つ内側スロットを有して、前記ターボ機械においてケーシングスロットを係合する拡張可能スリーブ部材と、
   前記内側スロットの内部にあり、前記ケーシングスロット内で前記拡張可能スリーブ部材の外径を変更する拡張部材と
   を備える、位置合わせ装置。
9. 前記拡張可能スリーブ部材が内側スロットを含む、請求項９記載の位置合わせ装置。
10. 前記中空ヘッド及び前記拡張可能スリーブが、前記内側スロットに対して前記拡張部材の位置に基づいて変更可能な外径を有する、請求項９記載の位置合わせ装置。
11. 前記中空ヘッド及び前記拡張可能スリーブが、実質的に単一構造部材を形成する、請求項８記載の位置合わせ装置。
12. 前記拡張可能スリーブが、前記中空ヘッドの中空部分と流体接続されたテーパ付きスロットを含む、請求項８記載の位置合わせ装置。
13. 前記拡張部材が、前記テーパ付きスロット及び前記中空ヘッドの中空部分を係合するようなサイズにされたテーパ付き拡張部材を含む、請求項１２記載の位置合わせ装置。
14. 前記テーパ付き拡張部材がネジ付きスクリュー部材を含み、前記中空ヘッドの中空部分が、前記ネジ付きスクリュー部材と嵌合するネジ付き表面を含む、請求項１３記載の位置合わせ装置。
15. ターボ機械であって、
    タービンダイアフラムセグメントと、
    前記タービンダイアフラムセグメントを実質的に収容するタービンダイアフラムセグメントと、
    前記タービンダイアフラムセグメントを前記タービンケーシングセグメントと位置合わせするアライメントピンと
    を備え、前記アライメントピンが、
    前記タービンダイアフラムセグメントにおいてスロットを係合する中空ヘッドセクションと、
    前記中空ヘッドと接続され、前記タービンケーシングセグメントにおいてスロットを係合する拡張可能スリーブセクションと
    を含む、ターボ機械。
16. 前記中空ヘッドセクションが、前記タービンダイアフラムセグメントの表面を係合するリップを含む、請求項１５記載のターボ機械。
17. 前記中空ヘッドセクション及び前記拡張可能スリーブセクションが実質的に単一構造である、請求項１５記載のターボ機械。
18. 前記中空ヘッドセクションが、貫通して延びる実質的に滑らかなスロットを含む、請求項１５記載のターボ機械。
19. 前記拡張可能スリーブセクションが、ネジ付き表面を有する内側アパーチャを含む、請求項１８記載のターボ機械。
20. 前記拡張可能スリーブセクションが、外側表面と、該外側表面に沿った１以上のギャップとを含み、該１以上のギャップが、前記拡張可能スリーブセクションの拡張用に設けられている、請求項１５記載のアライメントピン。