JP2017040260A

JP2017040260A - 回転機械のダイアフラムを修理するための方法及び装置

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Publication number: JP2017040260A
Application number: JP2016154116A
Authority: JP
Inventors: ジェームス・マイケル・コストルバニック; Michael Kostrubanic James; ジョセフ・ポール・ターリー; Paul Turley Joseph; ローリー・トッド・ハーソム; Todd Hersom Rory; ロナルド・ロイ・パターソン; Roy Patterson Ronald; シェルドン・ダーク・ウエストウッド; Dirk Westwood Sheldon; カート・ニール・ローラー; Kurt Neal Laurer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: CN106466771A; US10436047B2; EP3132887B1; JP6662736B2; US20170051618A1; EP3132887A1

Abstract

【課題】回転機械のダイアフラムを交換するための方法及び装置を提供する。【解決手段】回転機械のダイアフラム１００を修理する方法は、最初の蒸気経路１１２をダイアフラムから取り除くことを含む。最初の蒸気経路は、複数の最初の隔壁１１０を含む。各最初の隔壁は、元の後縁プロファイルと元の軸方向長さに関係する。方法は、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合することも含む。交換用の蒸気経路は、複数の交換用の隔壁を含む。各交換用の隔壁は、元の軸方向長さよりも長い交換用の軸方向長さを有する。【選択図】図２

Description

本開示の分野は、一般に回転機械のダイアフラムに関し、より具体的には、回転機械のダイアフラムを交換するための方法及び装置に関する。

公知の蒸気タービンをいくつか含んでいる公知の回転機械の少なくともいくつかは、ロータブレードの列の上流に位置決めされたダイアフラム（又は静的ノズル）を含む。そういったダイアフラムは、流体流通経路の中に配置された複数のエーロフォイル形状の隔壁を含む。隔壁は、選択的に形状付けされ、流体の流れをロータブレードの列に既定の角度で導くプロファイルの中に配向される。例えば、この既定の角度により、流体の流れからエネルギーを抽出するときのロータブレードの列の効率が促進される。しかしながら、公知のダイアフラムの少なくともいくつかについては、それに限定されないが、高温、高圧、及び／若しくは、高含水量の流体への曝露、並びに／又は、固体微粒子との衝突などの流通経路に沿った過酷な環境条件により、最終的にクリープひずみ、エロージョン及び／又は隔壁に対する他の損傷という結果になり、したがって、ダイアフラムは、修理が必要となる。

そういったダイアフラムのための公知の修理方法の少なくともいくつかは、ダイアフラムが定位置にある間に溶接肉盛を用いて各隔壁を再建し、手作業で溶接肉盛を研摩して元の隔壁プロファイルを復元することを含む。しかしながら、少なくともいくつかの場合、現場でエーロフォイルを溶接して研摩することの困難さにより、元のプロファイルが復元できないという結果になり、したがって、ロータブレードについての既定の角度が変わると共に効率が低下する。あるいは、そういったダイアフラムのための公知の修理方法の少なくともいくつかは、事前に機械加工した交換用の後縁セクションを隔壁の元のセクションに溶接し、手作業で溶接部を機械加工して元のプロファイルを復元することを含む。しかしながら、少なくともいくつかの場合、溶接中に現場の隔壁に対して交換用のセクションを位置決めすることの困難さと、現場で隔壁を機械加工することの困難さにより、元のプロファイルが復元できないという同じ結果になる。さらに、少なくともいくつかの場合、そういった公知の修理工程は、それぞれ時間がかかり、したがって、回転機械のために多大な休止時間を要することになる。さらにまた、少なくともいくつかの場合、そういった公知の修理工程は、それぞれ回転機械のそれ以上の動作の間にダイアフラムがクリープひずみ及び／又は他の損傷に陥り易いという同じ結果になることがあり、その後修理を要することになる。

米国特許出願公開第２０１３／０２３０４０３号明細書

一実施態様では、回転機械のダイアフラムを修理する方法が提供される。方法は、最初の蒸気経路をダイアフラムから取り除くことを含む。最初の蒸気経路は、複数の最初の隔壁を含む。各最初の隔壁は、元の後縁プロファイルと元の軸方向長さに関係する。方法は、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合することも含む。交換用の蒸気経路は、複数の交換用の隔壁を含む。各交換用の隔壁は、元の軸方向長さよりも長い交換用の軸方向長さを有する。

例示的な蒸気タービンの概略図である。図１に示す例示的な蒸気タービンと共に使用され得る例示的なダイアフラムの半断面の分解概略斜視図である。図２に示す３−３線に沿った、図２に示す例示的なダイアフラムの例示的な最初の隔壁の概略断面図である。図２に示す例示的なダイアフラムと共に使用するための交換用の隔壁の概略断面図である。例示的な交換用の蒸気経路に結合される図１に示す例示的なダイアフラムの半断面の概略斜視図である。図１に示す例示的な蒸気タービンなどの回転機械の、図２に示す例示的なダイアフラムなどのダイアフラムを修理する例示的な方法の流れ図である。図６の流れ図の続きの図である。

本明細書に記載した例示的な方法と装置は、回転機械のダイアフラムを修理する公知の方法と関連する不都合の少なくともいくつかを克服する。本明細書に記載した実施形態は、ダイアフラムのための交換用の蒸気経路を提供する。より具体的には、交換用の蒸気経路は、複数の交換用の隔壁を含み、各交換用の隔壁は、最初の隔壁の軸方向長さよりも長い軸方向長さを有する。実施形態によっては、各交換用の隔壁は、事前選択した後縁プロファイルを有する。さらに、そういった実施形態によっては、事前選択した後縁プロファイルは実質上、最初の隔壁の元の後縁プロファイルである。特定の実施形態では、ダイアフラムのウェブとリングは、フィクスチャに結合され、ダイアフラムに対する交換用の蒸気経路の結合が容易になる。より具体的には、フィクスチャは、ウェブの周囲に沿って複数の位置で選択的にウェブとリングの相対的な軸方向位置と両者間の半径方向距離のうちの少なくとも一方を調整するために動作可能である。

別段の表示がない限り、本明細書で使用する「概して」、「実質上」、及び「約」などの近似させる語法は、そういった修正した用語が、絶対的又は完璧な程度というよりはむしろ、当業者が認識できるような近似の程度に単に妥当する、ということを示している。さらに、別段の表示がない限り、用語「第１」、「第２」などは、単なる標識として本明細書で使用され、それらの用語が言及する項目に対して順序、位置、又は階層の要件を課すことを意図していない。さらに、例えば、「第２」の項目についての言及は、例えば、「第１」又はより小さい数の項目或いは「第３」又はより大きい数の項目の存在を要求も除外もしていない。

図１は、例示的な蒸気タービン１０の概略図である。例示的な実施形態では、蒸気タービン１０は、単流蒸気タービンである。代替的な実施形態では、蒸気タービン１０は、対向流蒸気タービンである。さらに、本実施形態は、蒸気タービンに使用されることだけに限定されず、むしろ、ガスタービンなどの他の回転機械システムに使用することができる。

例示的な実施形態では、蒸気タービン１０は、複数のタービンステージ１２を含む。各タービンステージ１２は、シャフト１４に結合された複数のロータブレード３８を含む。本明細書で使用されているように、用語「結合」は、部品間の直接の機械式、電気的、及び／又は、情報伝達の接続に限定されず、多数の部品間の間接の機械式、電気的、及び／又は、情報伝達の接続を含む場合もある、ということに留意すべきである。ロータブレード３８は、シャフト１４を中心に周方向に配置され、シャフト１４から半径方向外方に延出する。多数のロータブレード３８は、任意の適切な数のロータブレード３８を含んでおり、蒸気タービン１０が本明細書に記載したように動作することが可能となる。シャフト１４は、シャフト１４の対向端部分３０で軸受（図示せず）により支持される。

ケーシング１６は、複数のタービンステージ１２を取り囲む。複数のダイアフラム１００は、それぞれのダイアフラム１００が各タービンステージ１２の上流に位置するようにケーシング１６に結合される。各ダイアフラム１００は、複数の最初の隔壁１１０を含む。最初の隔壁１１０は、概してエーロフォイル形状であり、ケーシング１６を中心に周方向に配置され、ケーシング１６から半径方向内方に延出する。

蒸気タービン１０は、高圧蒸気入口２２と低圧蒸気排気部２４を含む。シャフト１４は、中心軸２８を中心に回転可能である。動作中に、高圧で高温の蒸気４０は、ボイラや同様のもの（図示せず）などの蒸気源からＨＰ蒸気入口２２を通って入口２６の中に向けられる。入口２６から、蒸気４０は、下流方向３２に向けられてケーシング１６を通り、そこではタービンステージ１２に遭遇する。蒸気がロータブレード３８に衝突するので、中心軸２８を中心とするシャフト１４の回転が誘導される。したがって、蒸気４０の熱エネルギーは、タービンステージ１２によって機械回転エネルギーに変換される。蒸気４０は、低圧蒸気排気部２４でケーシング１６から出て行く。蒸気４０は、その後にボイラ（図示せず）に向けられ、そこでは再加熱され、及び／又は、システムの他の構成要素、例えば、低圧タービンセクション若しくは凝縮器（図示せず）に向けられる。

図２は、蒸気タービン１０（図１に示す）と共に使用するための例示的なダイアフラム１００の半断面の概略分解斜視図である。ダイアフラム１００は、半径方向内側のウェブ１０２と、半径方向外側のリング１０４を含む。リング１０４は、ケーシング１６に結合するために構成され、ウェブ１０２は、シャフト１４を中心に周方向に位置決めするために構成される。

ダイアフラム１００は、最初の半径方向内側のバンド１０６、最初の半径方向外側のバンド１０８、及び、内側のバンド１０６と外側のバンド１０８の間で概して半径方向に延出する複数の周方向に隔置した最初の隔壁１１０も含む。内側のバンド１０６、外側のバンド１０８、及び、隔壁１１０は、協働してダイアフラム１００の最初の蒸気経路１１２を画定する。さらに、最初の蒸気経路１１２の半径方向内側の表面１１４は、ウェブ１０２に任意の適切な方式で結合するために構成され、最初の蒸気経路１１２の半径方向外側の表面１２２は、リング１０４に任意の適切な方式で結合するために構成される。

例示的な実施形態では、内側のバンド１０６、外側のバンド１０８、及び、隔壁１１０は、溶接により最初の蒸気経路１１２を形成するために互いに結合される。より具体的には、例示的な実施形態では、内側のバンド１０６は、最初の隔壁１１０の半径方向内側の端部を中に受容するように構成された複数の開口１１８を含み、半径方向内側の端部は、その後に半径方向内側の表面１１４に溶接される。同様に、外側のバンド１０８は、最初の隔壁１１０の半径方向外側の端部を中に受容するように構成された複数の開口１２４を含み、半径方向外側の端部は、その後に半径方向外側の表面１２２に溶接される。代替的な実施形態では、内側のバンド１０６、外側のバンド１０８、及び、隔壁１１０は、最初の蒸気経路１１２を形成するために任意の適切な方式で互いに結合される。

図３は、図２に示す３−３線に沿った最初の隔壁１１０のうちの例示的な１つの概略断面図である。例示的な実施形態では、最初の隔壁１１０は、前縁１３２と後縁１３４とで互いに結合された圧力側表面１４０と対向する吸込側表面１４２とを含む。最初の隔壁１１０の前方部分１５０は、前縁１３２の下流に画定される。元々形成されたように、前方部分１５０は、第１の方向１５２に流れる蒸気４０を受容するために形状付けされて配向される元の前方プロファイルを画定する。

また、例示的な実施形態では、最初の隔壁１１０の後縁部分１６０は、前方部分１５０と後縁１３４の間に画定される。元々形成されたように、後縁部分１６０は、蒸気４０がダイアフラム１００から出て行くときに蒸気４０を第２の方向１６２に導くために形状付けされて配向される元の後縁プロファイルを画定する。特定の実施形態では、第２の方向１６２は、蒸気タービン１０の設計動作点（ｄｅｓｉｇｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）でロータブレード３８の下流列（図１に示す）の効率的な動作を容易にするために事前選択される。

角度１６４は、第１の方向１５２と第２の方向１６２の間に画定される。加えて、最初の隔壁１１０の軸方向長さ１７０は、シャフト１４（図１に示す））に平行な方向に画定される。元々形成されたように、前方部分１５０と後縁部分１６０は、協働して蒸気４０を第１の方向１５２から第２の方向１６２に効率よく再度導く。しかしながら、最初の隔壁１１０は、元の前方及び後縁プロファイルに関係するが、蒸気タービン１０（図１に示す）の動作中の環境条件により、最初の隔壁の形状の変化が潜在的に引き起こされ、それによって最初の隔壁１１０の効率が低下する。例えば、限定する目的ではないが、ウェブ１０２とリング１０４は、互いに対して軸方向にクリープして、最初の隔壁１１０内にクリープひずみが引き起こされる。

図４は、図２に示すダイアフラム１００と共に使用するための交換用の隔壁２１０の概略断面図である。より具体的には、図４の断面図は、図３に示す最初の隔壁１１０の断面図と実質上同一の線に沿っている。例示的な実施形態では、交換用の隔壁２１０は、前縁２３２と後縁２３４とで互いに結合された圧力側表面２４０と対向する吸込側表面２４２とを含む。交換用の隔壁２１０の前方部分２５０は、前縁２３２の下流に画定され、交換用の隔壁２１０の後縁部分２６０は、前方部分２５０と後縁２３４の間に画定される。

図３及び４に関して、交換用の隔壁２１０の後縁部分２６０は、蒸気４０がダイアフラム１００から出て行くときに蒸気４０を導くために形状付けされて配向される事前選択した後縁プロファイルを画定する。例示的な実施形態では、最初の隔壁１１０の後縁部分１６０と同様、交換用の隔壁２１０の後縁部分２６０の事前選択した後縁プロファイルは、蒸気４０がダイアフラム１００から出て行くときに蒸気４０を第２の方向１６２に導くために形状付けされて配向される。より具体的には、例示的な実施形態では、交換用の隔壁２１０の事前選択した後縁プロファイルは実質上、最初の隔壁１１０に関係する元の後縁プロファイルである。したがって、交換用の隔壁２１０により、最初の隔壁１１０によってその元の状態で提供されるロータブレード３８の下流列（図１に示す）の効率的な動作の復元が容易になる。

代替的な実施形態では、交換用の隔壁２１０の後縁部分２６０は、蒸気４０がダイアフラム１００から出て行くときに蒸気４０を第２の方向１６２以外の方向に導くために形状付けされて配向される事前選択した後縁プロファイルを画定する。例えば、限定する目的ではないが、蒸気タービン１０のユーザは、ユーザ動作点（ｕｓｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）で蒸気タービン１０を操作し、このユーザ動作点は、第２の方向１６２と、最初の隔壁１１０に関係する元の後縁プロファイルと、に関係する設計動作点とは異なる。その結果、変換用の隔壁２１０の後縁部分２６０の事前選択した後縁プロファイルは、ユーザ動作点でロータブレード３８（図１に示す）の下流列の効率の増進を容易にする方向（図示せず）に蒸気４０を導くために形状付けされて配向される。したがって、実施形態によっては、交換用の隔壁２１０により、最初の隔壁１１０によってその元の状態で提供されるものを越えた蒸気タービン１０の効率の改善が容易になる。

例示的な実施形態では、前方部分２５０は、第１の方向１５２に流れる蒸気４０を受容するために形状付けされて配向される交換用の前方プロファイルを画定する。しかしながら、交換用の隔壁２１０の前方部分２５０は、最初の隔壁１１０の前方部分１５０と比較して、細長い。より具体的には、前方部分２５０は、細長く、交換用の隔壁２１０の軸方向長さ２７０は、最初の隔壁１１０の軸方向長さ１７０よりも長い。特定の実施形態では、交換用の隔壁２１０の軸方向長さ２７０が最初の隔壁１１０の軸方向長さ１７０よりも長いことにより、それに限定されないが、クリープひずみなどのある種の損傷に対する抵抗力の増大がダイアフラム１００にもたらされる。例えば、限定する目的ではないが、交換用の隔壁２１０は、互いに対してウェブ１０２とリング１０４（図２に示す）の軸方向クリープに対するより強い抵抗力を提供する。したがって、特定の実施形態では、最初の隔壁１１０を交換用の隔壁２１０と交換することにより、ダイアフラム１００の元の効率が、実質上復元ないし改善されるだけでなく、その後の動作中のダイアフラム１００の耐久性も改善され、これにより、別の修理が必要となる前の蒸気タービン１０（図１に示す）の動作期間が増大する。

例示的な実施形態では、交換用の隔壁２１０の前方部分２５０は、最初の隔壁１１０の前方部分１５０と比較して、第１の方向１５２に平行な方向に細長い。実施形態によっては、第１の方向１５２に平行に前方部分２５０を細長くすることにより、第１の方向１５２から角度１６４を介して第２の方向１６２に蒸気４０を効率よく再度導くことが容易になる。代替的な実施形態では、前方部分２５０は、第１の方向１５２に平行以外の方向に細長くなっている。

図５は、例示的な交換用の蒸気経路２１２に結合されるダイアフラム１００の半断面の概略斜視図である。例示的な実施形態では、交換用の蒸気経路２１２は、交換用の内側のバンド２０６、交換用の外側のバンド２０８、及び、交換用の内側のバンド２０６と交換用の外側のバンド２０８の間で概して半径方向に延出する複数の周方向に隔置した交換用の隔壁２１０（図４にも示す）を含む。例示的な実施形態では、交換用の内側のバンド２０６と交換用の外側のバンド２０８は、実質上最初の内側のバンド１０６と最初の外側のバンド１０８に類似するように選択される。代替的な実施形態では、交換用の内側のバンド２０６と交換用の外側のバンド２０８は、本明細書に記載したようにダイアフラム１００が機能できるようにする任意の適切な構成を有するように選択される。例示的な実施形態では、交換用の隔壁２１０は、最初の隔壁１１０の周方向の間隔と実質上同一の構成で周方向に隔置される。代替的な実施形態では、交換用の隔壁２１０は、本明細書に記載したようにダイアフラム１００が機能できるようにする任意の適切な構成で周方向に隔置される。

交換用の内側のバンド２０６と、交換用の外側のバンド２０８と、交換用の隔壁２１０とは、それに限定されないが、最初の蒸気経路１１２のための上述した方式などの、交換用の蒸気経路２１２を形成するための任意の適切な方式で結合される。加えて、交換用の蒸気経路２１２の半径方向内側の表面（見えない）は、任意の適切な方式でウェブ１０２に結合され、交換用の蒸気経路２１２の半径方向外側の表面（見えない）は、任意の適切な方式でリング１０４に結合される。

さらに、例示的な実施形態では、交換用の蒸気経路２１２は、交換用の蒸気経路２１２をダイアフラム１００のウェブ１０２又はリング１０４のどちらかに結合する前に形成される。したがって、蒸気タービン１０（図１に示す）は、交換用の蒸気経路２１２が形成される間、最初の蒸気経路１１２を使用して動作可能のままであり、交換用の隔壁２１０を設置するために要する蒸気タービン１０の休止時間が短縮される。代替的な実施形態では、交換用の蒸気経路２１２の少なくとも１つの部品は、交換用の蒸気経路２１２を形成する前に、ウェブ１０２とリング１０４の少なくとも一方に結合される。

特定の実施形態では、ウェブ１０２とリング１０４は、フィクスチャ５００に結合され、ダイアフラム１００に対する交換用の蒸気経路２１２の結合が容易になる。より具体的には、例示的な実施形態では、フィクスチャ５００は、ウェブ１０２の周囲１０３に沿って複数の位置で選択的にウェブ１０２とリング１０４の相対的な軸方向位置１２６を調整するために動作可能である。また、例示的な実施形態では、フィクスチャ５００は、ウェブ１０２の周囲１０３に沿って複数の位置で選択的にウェブ１０２とリング１０４の間の半径方向距離１２８を調整するために動作可能である。したがって、フィクスチャ５００により、交換用の蒸気経路２１２の軸方向の位置決め精度が増進しかつ交換用の蒸気経路２１２のひずみを低減又は除去した、ダイアフラム１００に対する交換用の蒸気経路２１２の結合が容易になる。代替的な実施形態では、交換用の蒸気経路２１２は、フィクスチャ５００以外を用いることによりダイアフラム１００に結合される。

例示的な実施形態では、フィクスチャ５００は、ストロングバック５０２と、ストロングバック５０２に結合された複数の周方向に隔置したクランプ５０４と、を含む。各クランプ５０４は、ウェブ１０２の周囲１０３に近位の対応位置５０６に対して任意の適切な方式で結合可能である。さらに、各クランプ５０４は、それぞれの位置５０６に隣接するウェブ１０２とリング１０４の相対的な軸方向位置１２６をそれに対応して調整するために、軸方向に力を付加するように動作可能である。例えば、限定する目的ではないが、各クランプ５０４は、機械力、空気圧力、液圧力、及び磁力のうちの１つを、それぞれの位置５０６で軸方向にウェブ１０２に付加するために適切に構成される。代替的な実施形態では、フィクスチャ５００は、本明細書に記載したようにフィクスチャ５００が機能できるようにする任意の適切な構成を含む。

また、例示的な実施形態では、半径方向に延出するスロット５０８は、各クランプ５０４の中に画定される。各クランプ５０４は、スロット５０８を用いてストロングバック５０２に対して半径方向に位置決め可能であり、したがって、フィクスチャ５００は、ダイアフラム１００の寸法の範囲に適合するように調整可能である。さらに、各クランプ５０４は、それぞれの位置５０６に隣接するウェブ１０２とリング１０４の半径方向距離１２８をそれに対応して調整するために、半径方向に力を付加するように動作可能である。代替的な実施形態では、フィクスチャ５００は、ダイアフラム１００の寸法の範囲に適応すること、及び／又は、半径方向距離１２８を調整することをフィクスチャ５００ができるようにする任意の適切な構造を含む。他の代替的な実施形態では、フィクスチャ５００は、ダイアフラム１００の寸法の範囲に適応するため、及び／又は、半径方向距離１２８を調整するために調整可能ではない。

例えば、限定する目的ではないが、ウェブ１０２とリング１０４の少なくとも一方は、最初の蒸気経路１１２を備えた蒸気タービン１０の動作中に軸方向及び／又は半径方向にひずむ。他の例のため、限定する目的ではないが、ウェブ１０２とリング１０４の少なくとも一方は、交換用の内側のバンド２０６をウェブ１０２に、及び／又は、交換用の外側のバンド２０８をリング１０４に、溶接する前の事前加熱工程中に軸方向及び／又は半径方向にひずむ。他の例のため、限定する目的ではないが、ウェブ１０２とリング１０４の少なくとも一方は、交換用の内側のバンド２０６をウェブ１０２に、及び／又は、交換用の外側のバンド２０８をリング１０４に、溶接する間に軸方向及び／又は半径方向にひずむ。フィクスチャ５００は、例えば、限定を伴うことなく、最初の蒸気経路１１２を用いた動作後の最初のひずみを補償するための、各位置５０６に隣接する周囲１０３に沿った、相対的な軸方向位置１２６及び／又は半径方向距離１２８についての選択的な第１の調整と、事前加熱工程によって起きるひずみを補償するための、各位置５０６に隣接する周囲１０３に沿った、相対的な軸方向位置１２６及び／又は半径方向距離１２８についての選択的な第２の調整と、溶接工程中のひずみを補償するための、各位置５０６に隣接する周囲１０３に沿った、相対的な軸方向位置１２６及び／又は半径方向距離１２８についての選択的な第３の調整と、溶接工程後の交換用の蒸気経路２１２内部で応力緩和を行うための、各位置５０６に隣接する周囲１０３に沿った、相対的な軸方向位置１２６及び／又は半径方向距離１２８についての選択的な第４の調整と、を行うために動作可能である。したがって、フィクスチャ５００により、結合工程中の交換用の蒸気経路の誘導されたひずみを低減又は除去しつつ、ダイアフラム１００に対する交換用の蒸気経路２１２の結合が容易になる。

例示的な実施形態では、交換用の蒸気経路２１２は、元のウェブ１０２と元のリング１０４に結合される。代替的な実施形態では、ウェブ１０２とリング１０４の少なくとも一方は、それぞれ１つの交換用のウェブと交換用のリング（図示せず）と置き換えられる。例えば、限定する目的ではないが、それぞれ交換用のウェブと交換用のリングは、蒸気タービン１０の動作環境で、元のウェブ１０２及びリング１０４と比較して、クリープひずみに対するより強い抵抗力を有する材料から形成される。

蒸気タービン１０などの回転機械のダイアフラム１００などのダイアフラムを修理する例示的な方法６００は、図６及び７の流れ図に示す。図１〜５も参照すると、例示的な方法６００は、最初の蒸気経路１１２などの最初の蒸気経路をダイアフラムから取り除くこと６０２を含む。最初の蒸気経路は、最初の隔壁１１０などの複数の最初の隔壁を含む。各最初の隔壁は、最初の隔壁１１０の後縁部分１６０の元の後縁プロファイルなどの元の後縁プロファイルと、軸方向長さ１７０などの元の軸方向長さと、に関係する。方法６００は、交換用の蒸気経路２１２などの交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合すること６０４も含む。交換用の蒸気経路は、交換用の隔壁２１０などの複数の交換用の隔壁を含む。各交換用の隔壁は、軸方向長さ２７０などの交換用の軸方向長さを有し、それは元の軸方向長さよりも長い。

特定の実施形態では、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップは、交換用の内側のバンド２０６などの、交換用の蒸気経路の交換用の内側のバンドを、ウェブ１０２などの、ダイアフラムの半径方向内側のウェブに結合すること６０６と、交換用の外側のバンド２０８などの、交換用の蒸気経路の交換用の外側のバンドを、リング１０４などの、ダイアフラムの半径方向外側のリングに結合すること６０８と、を含む。

実施形態によっては、ダイアフラムに交換用の蒸気経路を結合する６０４ステップは、実質上元の後縁プロファイルである事前選択した後縁プロファイルを有する各交換用の隔壁を含む交換用の蒸気経路を結合すること６０６を含む。代替的な実施形態では、ダイアフラムに交換用の蒸気経路を結合する６０４ステップは、実質上元の後縁プロファイル以外である事前選択した後縁プロファイルを有する各交換用の隔壁を含む交換用の蒸気経路を結合すること６０８を含む。

特定の実施形態では、複数の最初の隔壁は、最初の蒸気経路の周りに周方向に隔置し、方法６００は、複数の最初の隔壁と実質上同一の周方向の構成で複数の交換用の隔壁を隔置すること６１２をさらに含む。

実施形態によっては、方法６００は、ダイアフラムに交換用の蒸気経路を結合する６０４ステップの前に、交換用の蒸気経路を形成すること６１４も含む。そういった実施形態によっては、交換用の蒸気経路を形成する６１４ステップは、交換用の内側のバンド２０６と交換用の外側のバンド２０８などの交換用の内側のバンドと交換用の外側のバンドに対して複数の交換用の隔壁を結合すること６１６を含み、したがって、複数の交換用の隔壁は、周方向に隔置し、各交換用の隔壁は、交換用の内側のバンドと交換用の外側のバンドの間で概して半径方向に延出する。

特定の実施形態では、各最初の隔壁と各交換用の隔壁は、前縁１３２と前縁２３２などの前縁の下流にそれぞれ画定された前方部分１５０と前方部分２５０などの前方部分をそれぞれ含み、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップは、交換用の隔壁を含んでいる交換用の蒸気経路を結合すること６１８をさらに含み、各交換用の隔壁は、最初の隔壁の前方部分に対して細長くされた前方部分を有する。そういった実施形態によっては、各最初の隔壁と各交換用の隔壁の前方部分は、第１の方向１５２などの第１の方向に流れる蒸気を受容するために形状付けされて配向され、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップは、交換用の隔壁を含んでいる交換用の蒸気経路を結合すること６２０をさらに含み、各交換用の隔壁は、第１の方向に平行な方向に細長くされた前方部分を有する。追加的又は代替的に、各最初の隔壁と各交換用の隔壁の前方部分は、第１の方向に流れる蒸気を受容するために形状付けされて配向され、元の後縁プロファイルは、蒸気がダイアフラムから出て行くときに第２の方向１６２などの第２の方向に蒸気を導くために形状付けされて配向され、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップは、交換用の隔壁を含んでいる交換用の蒸気経路を結合すること６２２をさらに含み、各交換用の隔壁は、第１の方向に流れる蒸気を受容するために形状付けされて配向される前方部分と、第２の方向に蒸気を導くために形状付けされて配向される実質上元の後縁プロファイルと、を有する。

実施形態によっては、ダイアフラムは、ウェブ１０２とリング１０４などの半径方向内側のウェブと半径方向外側のリングを含み、方法６００は、ウェブとリングをフィクスチャ５００などのフィクスチャに結合すること６２４をさらに含み、フィクスチャは、ウェブとリングの間の相対的な軸方向位置１２６及び／又は半径方向距離１２８などの相対的な軸方向位置と半径方向距離のうちの少なくとも一方を調整するために動作可能である。実施形態によっては、ウェブとリングをフィクスチャに結合する６２４ステップは、ウェブとリングをフィクスチャに結合すること６２６を含み、フィクスチャは、周囲１０３などのウェブの周囲に沿って複数の位置で選択的にウェブとリングの間の相対的な軸方向位置と半径方向距離の少なくとも一方を調整するために動作可能である。追加的又は代替的に、フィクスチャは、ストロングバック５０２などのストロングバックを含み、ウェブとリングをフィクスチャに結合する６２４ステップは、ウェブとリングをストロングバックに結合すること６２８を含む。そういった実施形態によっては、フィクスチャは、ストロングバックに結合されたクランプ５０４などの、複数の周方向に隔置したクランプを含み、ウェブとリングをフィクスチャに結合する６２４ステップは、位置５０６などの、ウェブの周囲に隣接する複数の位置のうちの対応する１つに各クランプを結合すること６３０をさらに含む。

さらに、そういった実施形態によっては、方法６００は、軸方向に力を付加するためにクランプのうちの少なくとも１つを操作すること６３２も含む。さらに、そういった実施形態によっては、クランプのうちの少なくとも１つを操作する６３２ステップは、複数の位置のうちの対応する１つに隣接するウェブとリングの相対的な軸方向位置を調整するためにクランプのうちの少なくとも１つを操作すること６３４を含む。追加的又は代替的に、クランプのうちの少なくとも１つを操作する６３２ステップは、機械力、空気圧力、液圧力、及び磁力のうちの少なくとも１つをウェブに付加するためにクランプのうちの少なくとも１つを操作すること６３６を含む。

追加的又は代替的に、方法６００は、最初の蒸気経路を用いた回転機械の動作後にウェブとリングの少なくとも一方のひずみを補償するために、相対的な軸方向位置と半径方向距離の少なくとも一方についての第１の調整を行うようにフィクスチャを操作すること６３８を含む。追加的又は代替的に、方法６００は、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップの前に事前加熱工程によって起きるウェブとリングの少なくとも一方のひずみを補償するために、相対的な軸方向位置と半径方向距離の少なくとも一方についての第２の調整を行うようにフィクスチャを操作すること６４０を含む。追加的又は代替的に、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップは、交換用の蒸気経路をダイアフラムに溶接することを含み、方法６００は、交換用の蒸気経路をダイアフラムに溶接する間のウェブとリングの少なくとも一方のひずみを補償するために、相対的な軸方向位置と半径方向距離の少なくとも一方についての第３の調整を行うようにフィクスチャを操作すること６４２をさらに含む。追加的又は代替的に、方法６００は、交換用の蒸気経路をダイアフラムに結合する６０４ステップの後で交換用の蒸気経路内部で応力緩和を行うために、相対的な軸方向位置と半径方向距離の少なくとも一方についての第４の調整を行うようにフィクスチャを操作すること６４４を含む。

交換用の隔壁を含む交換用の蒸気経路を用いた回転機械のダイアフラムを修理するための方法及びフィクスチャの例示的な実施形態は、詳細に上述している。実施形態は、交換用の隔壁の軸方向長さの増加が、その後の動作中の軸方向クリープに対するより強い抵抗力を提供し、これにより、別の修理が必要となる前の回転機械の動作期間が増大する、といった利点を提供する。実施形態によっては、交換用の隔壁が、ダイアフラムの元の隔壁の元の後縁プロファイルを再現する事前選択した後縁プロファイルを有し、元の隔壁によって提供されるようなロータブレードの下流列の効率的な動作の復元が容易になる、といった別の利点を提供する。あるいは、実施形態によっては、交換用の隔壁が、ダイアフラムの元の隔壁の元の後縁プロファイルとは異なる事前選択した後縁プロファイルを有し、元の後縁プロファイルに関係する設計動作点とは異なるユーザ動作点のための効率の改善が容易になる、といった別の利点を提供する。さらに、特定の実施形態は、交換用の蒸気経路が形成される間、回転機械は元の隔壁が依然として動作可能であり、交換用の隔壁を設置するために要する回転機械の休止時間が短縮される、といった別の利点を提供する。さらに、実施形態によっては、フィクスチャが、ウェブの周囲に沿って複数の位置で選択的にダイアフラムのウェブとリングの間の相対的な軸方向位置と半径方向距離の少なくとも一方を調整するために動作可能であり、交換用の蒸気経路の軸方向の位置決め精度が増進し及び／又は交換用の蒸気経路のひずみを低減又は除去した、ウェブとリングに対する交換用の蒸気経路の結合が容易になる、といった別の利点を提供する。

回転機械のダイアフラムを修理するための方法及び装置の例示的な実施形態は、詳細に上述している。方法及び装置は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されず、むしろ、装置の部品及び／又は方法のステップは、本明細書に記載した他の部品及び／又はステップから独立及び分離して利用してもよい。例えば、例示的な実施形態は、多数の他の回転機械に関連して実施及び利用することができる。

本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面に示し、他の図面にはそうしなかったが、それは便宜のためだけである。本開示の原理に従い、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて、参照及び／又は権利請求してもよい。

ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて本実施形態を開示していると共に、任意のデバイス又はシステムを製作及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本実施形態を実施できるようにもしている。特許性を有する本開示の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者の想到する他の例を含んでいてもよい。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語とは異ならない構造的構成要素がある場合に、又は、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がないような等価な構造的構成要素が含まれる場合に、特許請求の範囲の範囲内にあるべきことを意図している。

１０蒸気タービン
１２タービンステージ
１４シャフト
１６ケーシング
２２高圧蒸気入口
２４低圧蒸気排気部
２６入口
２８中心軸
３０対向端部分
３２下流方向
３８ロータブレード
４０蒸気
１００ダイアフラム
１０２ウェブ
１０３周囲
１０４リング
１０６最初の内側のバンド
１０８最初の外側のバンド
１１０最初の隔壁
１１２最初の蒸気経路
１１４（内側のバンド１０６の）半径方向内側の表面
１１６（内側のバンド１０６の）半径方向外側の表面
１１８（内側のバンド１０６の中の）開口
１２０（外側のバンド１０８の）半径方向内側の表面
１２２（外側のバンド１０８の）半径方向外側の表面
１２４（外側のバンド１０８の中の）開口
１２６相対的な軸方向位置
１２８半径方向距離
１３２（最初の隔壁１１０の）前縁
１３４（最初の隔壁１１０の）後縁
１４０圧力側表面
１４２吸込側表面
１５０前方部分
１５２第１の方向
１６０後縁部分
１６２第２の方向
１６４角度
１７０軸方向長さ
２０６交換用の内側のバンド
２０８交換用の外側のバンド
２１０交換用の隔壁
２１２交換用の蒸気経路
２１６（内側のバンド２０６の）半径方向外側の表面
２２０（外側のバンド２０８の）半径方向内側の表面
２３２前縁
２３４後縁
２４０圧力側表面
２４２吸込側表面
２５０前方部分
２６０後縁部分
２７０軸方向長さ
５００フィクスチャ
５０２ストロングバック
５０４クランプ
５０６位置
５０８スロット

Claims

回転機械のダイアフラム（１００）を修理する方法において、
最初の蒸気経路（１１２）を前記ダイアフラム（１００）から取り除くことであって、前記最初の蒸気経路（１１２）が複数の最初の隔壁（１１０）を含み、各最初の蒸気経路（１１２）が元の後縁プロファイルと元の軸方向長さ（１７０）に関係する、取り除くことと
交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に結合することであって、前記交換用の蒸気経路（２１２）が複数の交換用の隔壁（２１０）を含み、各交換用の隔壁（２１０）が前記元の軸方向長さ（１７０）よりも長い交換用の軸方向長さ（２７０）を有する、結合することと、
を含む方法。
前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、
前記交換用の蒸気経路（２１２）の交換用の内側のバンド（２０６）を、前記ダイアフラム（１００）の半径方向内側のウェブ（１０２）に結合することと、
前記交換用の蒸気経路（２１２）の交換用の外側のバンド（２０８）を、前記ダイアフラム（１００）の半径方向外側のリング（１０４）に結合することと、
を含む請求項１記載の方法。
前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、実質上前記元の後縁プロファイルである事前選択した後縁プロファイルを個々が有する交換用の隔壁（２１０）を含む前記交換用の蒸気経路（２１２）を結合すること、をさらに含む請求項１記載の方法。
前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、実質上前記元の後縁プロファイル以外である事前選択した後縁プロファイルを個々が有する交換用の隔壁（２１０）を含む前記交換用の蒸気経路（２１２）を結合すること、をさらに含む請求項１記載の方法。
前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することより前に前記交換用の蒸気経路（２１２）を形成すること、をさらに含む請求項１記載の方法。
前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記形成することは、前記複数の交換用の隔壁（２１０）を交換用の内側のバンド（２０６）と交換用の外側のバンド（２０８）に結合することを含み、したがって、前記複数の交換用の隔壁（２１０）は、周方向に隔置され、各交換用の隔壁（２１０）は、前記交換用の内側のバンド（２０６）と前記交換用の外側のバンド（２０８）の間で概して半径方向に延出する、請求項５記載の方法。
各最初の隔壁（１１０）と各交換用の隔壁（２１０）は、前縁の下流に画定された前方部分（１５０、２５０）を含み、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、前記交換用の隔壁（２１０）を含む前記交換用の蒸気経路（２１２）を結合することをさらに含み、各交換用の隔壁（２１０）が、前記最初の隔壁（１１０）の前記前方部分（１５０）に対して細長くされた前記前方部分（２５０）を有する、請求項１記載の方法。
各最初の隔壁（１１０）と各交換用の隔壁（２１０）の前記前方部分（１５０、２５０）は、第１の方向（１５２）に流れる蒸気を受容するために形状付けされて配向され、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、前記交換用の隔壁（２１０）を含む前記交換用の蒸気経路（２１２）を結合することをさらに含み、各交換用の隔壁（２１０）が、前記第１の方向（１５２）に平行な方向に細長くされた前記前方部分（２５０）を有する、請求項７記載の方法。
各最初の隔壁（１１０）の前記前方部分（１５０）は、第１の方向（１５２）に流れる蒸気を受容するために形状付けされて配向され、前記元の後縁プロファイルは、前記蒸気が前記ダイアフラム（１００）から出て行くときに第２の方向（１６２）に前記蒸気を導くために形状付けされて配向され、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、前記交換用の隔壁（２１０）を含む前記交換用の蒸気経路（２１２）を結合することをさらに含み、各交換用の隔壁（２１０）が、前記第１の方向（１５２）に流れる蒸気を受容するために形状付けされて配向される前記前方部分（２５０）と、前記第２の方向（１６２）に前記蒸気を導くために形状付けされて配向される実質上前記元の後縁プロファイルと、を有する、請求項７記載の方法。
前記ダイアフラム（１００）は、半径方向内側のウェブ（１０２）と半径方向外側のリング（１０４）を含み、前記方法は、前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）を、前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）の間の相対的な軸方向位置（１２６）と半径方向距離（１２８）の少なくとも一方を調整するために動作可能であるフィクスチャ（５００）に結合することをさらに含む、請求項１記載の方法。
前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）を前記フィクスチャ（５００）に前記結合することは、前記ウェブ（１０２）と前記リングを、前記相対的な軸方向位置（１２６）と前記半径方向距離（１２８）の前記少なくとも一方を前記ウェブ（１０２）の周囲に沿って複数の位置で選択的に調整するために動作可能である前記フィクスチャ（５００）に結合することを含む、請求項１０記載の方法。
前記フィクスチャ（５００）は、ストロングバック（５０２）を含み、前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）を前記フィクスチャ（５００）に前記結合することは、前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）を前記ストロングバック（５０２）に結合することを含む、請求項１０記載の方法。
前記フィクスチャ（５００）は、前記ストロングバック（５０２）に結合された複数の周方向に隔置したクランプ（５０４）を含み、前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）を前記フィクスチャ（５００）に前記結合することは、前記クランプ（５０４）の個々を、前記ウェブ（１０２）の周囲に近位の複数の位置のうちの対応する１つに結合することをさらに含む、請求項１２記載の方法。
軸方向に力を付加するためにクランプ（５０４）のうちの少なくとも１つを操作することをさらに含む、請求項１３記載の方法。
前記クランプ（５０４）のうちの前記少なくとも１つを前記操作することは、前記複数の位置のうちの前記対応する１つに隣接する前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）の相対的な軸方向位置（１２６）を調整するために前記クランプ（５０４）のうちの前記少なくとも１つを操作することを含む、請求項１４記載の方法。
前記クランプ（５０４）のうちの前記少なくとも１つを前記操作することは、機械力、空気圧力、液圧力、及び磁力のうちの少なくとも１つを前記ウェブ（１０２）に付加するために前記クランプ（５０４）のうちの前記少なくとも１つを操作することを含む、請求項１４記載の方法。
前記フィクスチャ（５００）を操作して、前記最初の蒸気経路（１１２）を用いた前記回転機械の動作後の前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）の前記少なくとも一方のひずみを補償するために、前記相対的な軸方向位置（１２６）と前記半径方向距離（１２８）の前記少なくとも一方についての第１の調整を行うことをさらに含む、請求項１０記載の方法。
前記フィクスチャ（５００）を操作して、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することより前に事前加熱工程によって起きる前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）の少なくとも一方のひずみを補償するために、前記相対的な軸方向位置（１２６）と前記半径方向距離（１２８）の前記少なくとも一方についての第２の調整を行うことをさらに含む、請求項１０記載の方法。
前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することは、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に溶接することを含み、前記方法は、前記フィクスチャ（５００）を操作して、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記溶接する間の前記ウェブ（１０２）と前記リング（１０４）の少なくとも一方のひずみを補償するために、前記相対的な軸方向位置（１２６）と前記半径方向距離（１２８）の前記少なくとも一方についての第３の調整を行うことをさらに含む、請求項１０記載の方法。
前記フィクスチャ（５００）を操作して、前記交換用の蒸気経路（２１２）を前記ダイアフラム（１００）に前記結合することより後で前記交換用の蒸気経路（２１２）内部で応力緩和を行うために、前記相対的な軸方向位置（１２６）と前記半径方向距離（１２８）の前記少なくとも一方についての第４の調整を行うことをさらに含む、請求項１０記載の方法。