JP2019519712A

JP2019519712A - 軸線方向に挿入するバケット用のマージンバケットダブテールの半径方向支持機能

Info

Publication number: JP2019519712A
Application number: JP2018561613A
Authority: JP
Inventors: バードギック，スティーヴン・セバスティアン; リゴス，ジョン; ファリノー，トマス・ジョセフ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: EP3464826A1; US20170342845A1; EP3464826B1; CN109154201B; CN109154201A; WO2017205246A1; JP6732953B2; US10465537B2

Abstract

本出願は、蒸気タービンを提供する。蒸気タービンは、複数のロータホイールスロット（１３０）と、ロータホイールスロット（１３０）に配置された複数のバケット（１２０）と、各バケットと各ロータホイールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体とを備えてもよい。半径方向支持組立体は、１つ以上のばね（１６０、２００）と、１つ以上のシム（１８０、２１０）とを備えてもよい。【選択図】図５

Description

本出願およびその結果の特許は、一般に蒸気タービンに関し、より詳細には、低圧蒸気タービンなどで用いられるバケットを軸線方向に挿入するための、マージンバケットダブテールの半径方向支持機能に関する。

ガスタービン、および蒸気タービンなどの、少なくともいくつかの知られているタービンエンジンは、軸線方向に挿入するバケット、すなわちロータブレードを使用しており、ロータブレードは、バケットをロータ軸線とほぼ平行に摺動させて、ロータホイールに画定された相手側のダブテールスロットに入れることによって、ロータホイールに結合される。同様に、いくつかの知られているバケットは、半径方向内側に突出するダブテールを備え、これは、ロータホイールに形成されたダブテールスロットに嵌合する。ダブテールスロットは、ロータホイールの周囲で互いに周方向に離間される。

最終段のバケットの大部分は、長さおよび重さが著しく大きい。（回転装置の）低速運転中は、バケットはロータダブテール内で動くことができる。この望ましくない動きにより、軸線方向、または湾曲した軸線方向に挿入するバケット設計のバケット、および／またはロータダブテールに、著しい摩耗が生じる場合がある。バケットの組み付けを容易にするためには、いくらか動くことが望ましい場合があり、このため外側カバー端部は通常インターロック機能を有し、さらにミッドスパンのインターロック機能を有する場合もある。さらに、列の組み立てにおいて、バケットは、最後のバケットの組み付け中に互いにすれ違わせる必要がある。外側ダブテール表面に載置されたバケットを保持するために、伝統的にばねが使用されるが、このような構成は、望ましくない動作上の制限を有する場合がある。

米国特許出願公開第２０１５／０１７６４１７号明細書

本願およびその結果得られる特許は、蒸気タービンを提供する。蒸気タービンは、複数のロータホイールスロットと、ロータホイールスロットに配置された複数のバケットと、各バケットと各ロータホイールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体とを備えてもよい。半径方向支持組立体は、１つ以上のばねと、１つ以上のシムとを備えてもよい。１つ以上のシムは、中間シム、ロックシム、および／または端部シムを含んでもよい。

本出願およびその結果として得られる特許は、バケットをロータホイールに組み付ける方法をさらに提供する。本方法は、第１の複数のバケットをロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、第１の複数のバケットと、ロータホイールスロットとの間に、中間シム組立体を配置するステップと、第２の複数のバケットをロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、
第２の複数のバケットと、ロータホイールスロットとの間に、ロックシム組立体を配置するステップとを含んでもよい。

本願およびその結果得られる特許は、蒸気タービンをさらに提供する。蒸気タービンは、複数のロータホイールダブテールスロットと、ロータホイールダブテールスロットに配置された複数のバケットダブテールと、各バケットダブテールと各ロータホイールダブテールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体とを備える。半径方向支持組立体は、１つ以上のばねポケット内に配置された１つ以上のばねと、１つ以上のシムとを備える。

本出願および結果として得られる特許のこれらのおよび他の特徴もしくは改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかになるであろう。

低圧蒸気タービンの概略図である。バケットの斜視図である。ロータホイールの斜視図である。ロータホイールに配置された、バケットの側面図である。ばねを有するバケットダブテールの斜視図である。本明細書に記載されるような半径方向支持組立体の中間シム組立体を有する、バケットの底面図である。図６の半径方向支持組立体の、中間シム組立体の側面図である。中間シム組立体のばねの斜視図である。中間シム組立体のシムの斜視図である。本明細書に記載されるような半径方向支持組立体のロックシム組立体を有する、バケットの底面図である。図１０の半径方向支持組立体の、ロックシム組立体の側面図である。図１０のロックシム組立体のロックシムの斜視図である。図１０のロックシム組立体のロックシムの斜視図である。図１０のロックシム組立体のロックシムの斜視図である。本明細書に記載されるような半径方向支持組立体の中間シム組立体を有する、バケットの底面図である。図１５の半径方向支持組立体の、中間シム組立体の側面図である。本明細書に記載されるような半径方向支持組立体のロックシム組立体を有する、バケットの側面図である。図１７の半径方向支持組立体の、ロックシム組立体の底面図である。図１７のロックシム組立体の端部シムの斜視図である。

ここで図面を参照すると、いくつかの図面を通して類似の符号は類似の要素を示し、図１は、例示的な対向流低圧蒸気タービン１０の概略図である。蒸気タービン１０は、第１の低圧部１２と、第２の低圧部１４とを備える。各低圧部１２および１４は、ダイアフラムのいくつかの段を含む。ロータホイール１６は、低圧部１２および１４を通って延伸する。各低圧部１２および１４は、ノズル１８および２０を含む。単一の外殻またはケーシング２２は、水平面に沿って、上半部２４と下半部２６とに軸線方向にそれぞれ分割され、低圧部１２および１４の両方に広がる。外殻２２の中央部２８は、低圧蒸気入口３０を備える。外殻またはケーシング２２内で、低圧部１２および１４は、ジャーナル軸受３２および３４によって支持された単一の軸受スパンで配置される。第１の低圧タービン部１２と、第２の低圧タービン部１４との間には、流れスプリッタが延在していてもよい。

図２は、タービン１０と共に用いられる、蒸気タービンの低圧長バケット３８の斜視図である。タービンバケット３８は、前縁４４および後縁４６で互いに結合した、正圧側４０と負圧側４２とを有する。正圧側４０は概ね凹状であり、負圧側４２は概ね凸状である。タービンバケット３８は、ダブテール４８と、翼形部５０と、これらの間に延在する根元部５２とを備える。翼形部５０は、根元部５２から半径方向外向きに延在し、バケット３８の先端５４まで長く延びる。翼形部５０は、その表面にミッドスパン結合部５６を備えてもよい。バケット３８は、ダブテール４８を介してロータホイール１６に結合し、ロータホイール１６から半径方向外向きに延在する。

次に、図３に見られるように、ロータホイール１６は、いくつかの相補的な形状のダブテールスロット５８を備える。ダブテールスロット５８は、バケット３８を軸線方向に挿入するために、ロータホイール１６の周囲に延在する。各ダブテールスロット５８は、一般にＶ字形であってもよく、ダブテール４８の突起および溝に対応する、軸線方向に延在する一連の突起６０および溝６２を備える。ダブテールスロット５８は、中心軸線に対して平行であってもよく、または角度が付いていてもよい。

ばね、「くさび」、またはダブテールの締まり嵌めを用いる現行の選択肢には、マージン段バケット組立体６４、すなわち各低圧部１２、１４の後段には望ましくないという制限がある。バケット３８の３時および９時のモーメントの負荷を克服する十分な半径方向力を提供するには、非常に大きいばねが必要になる場合がある。図５は、ダブテール４８の底部７０にあるバケットばねポケット６８に、いくつかのばね６６を追加している図である。大きいばね６６によって、ダブテール底部７０をかなり大きくしなければならず、それによってロータホイール１６でダブテール底部７０の応力が増加するために、ロータ設計の堅牢性が制限される場合がある。小さいばねは、バケット３８の重さを１２時の位置でのみ受けることができ、したがってロータの回転中に、向こう側の位置にサイクル動作する場合がある。また、バケットの取り付け中、またはバケットの取り付け後にばね６６を取り付けることは、非常に大きい半径方向力が必要とされるため困難である。

同様に、密なダブテール設計は、組み立てが困難になる、あるいは組み立てが不可能になるために、バケット３８に対する大きな制限になる場合がある。先端５４、および／または翼形部５０があることによって、バケット３８を真っ直ぐに滑り込ませることはできないため、最後の数個のバケットを組み付けるために、バケット３８にいくらかの柔軟性が、すなわちバケット３８を動かすことが必要とされる。最終的に、くさび形の設計には制限があり、これは、図４に示すように、くさびを機能させて、バケット３８とロータホイール１６との間のギャップ７２内に保持することが困難なためである。くさびによって設計にばらつきが生じ、設計の熱過渡によって、ダブテールの応力が大きくなる可能性がある。「閉鎖グループ」のバケットに端部シムを追加することができるが、コーキングによって軸線方向に保持することは、最も望ましい方法ではないものの実際的な方法である。

図６〜図１４は、バケット１２０のダブテール１１０と、ロータホイール１４０のダブテールスロット１３０とに用いられる、半径方向支持組立体１００の例を示す。特に、図６〜図９は、中間シム組立体１５０を示す。中間シム組立体１５０は、いくつかのバケットばねポケット１７０内に配置された、前述したものと同様のいくつかのばね１６０を含む。中間シム組立体１５０は、中間シム１８０をさらに含んでもよい。中間シム１８０は、ばね１６０と、バケットばねポケット１７０との間に延在してもよい。中間シム１８０は、正確な厚さを有してもよい。バケットを組み付けた後に、所望の最小半径方向ギャップを実現するために、１つ以上のシムの厚さが使用されてもよい。シム１８０は、特に、湾曲した入口設計を有して、現行のダブテール設計に適合するように加工されてもよい。中間シム組立体１５０は、必要に応じて閉鎖グループがいくらか動けるようにしながら、列の約９５％に使用されてもよい。二重のばね設計と組み合わせて中間シム１８０を使用することにより、高価な加工、または保持機能を必要とすることなく、シム１８０を軸線方向に保持することが可能になる。他の部品および他の構成も本出願で用いることができる。

図１０〜図１４は、列に組み付けられる最後の数個（５〜８個）のバケット１２０（「閉鎖グループ」）で使用する、ロックシム組立体１９０を示す。この例では、ばね２００は１つのみ使用されてもよい。前述した一対のばね１６０、および中間シム１８０の代わりに、ロックシム組立体１９０は、先細の端部を有するロックシム２１０を使用してもよい。ロックシム２１０は、ばね２００から、空いているバケットばねポケット２２０まで延在してもよい。列全体を組み立てた後に、ロックシム２１０は、バケットダブテール１１０と、ロータダブテールスロット１３０との間にある、キャビティ２３０に挿入されてもよい。完全にキャビティ２３０に挿入されると、ロックシム２１０はバケットポケットと係合して、それ自身が所定の場所にロックされる。したがってロックシム２１０により、小さい端部シムが使用され得る設計が回避され、かつ端部シムを軸線方向に保持するために、端部シムを所定の位置でピーニング（コーキング）することが回避される。これは、シムを保持するための堅牢でありながら安価な方法であり、段内の極めて少数のバケットに限定される。また、この設計は、端部から所定の位置に押し込む、または入れ込むことができるように、厚いシムブロック（厚さ約０．１２インチ（約３．１ミリメートル）よりも厚い）に対して有効と考えられる。他の構成要素および他の構成を、本明細書で使用してもよい。

半径方向支持組立体１００は、したがって半半径方向力を減少させてばねの設計を簡素化することによって、より安価な設計を提供する。この設計では、幅の広いばねを収容するためにダブテール底部を著しく広げる必要がないため、ロータの設計をより堅牢にすることができる。この設計では、組み立て中必要なときにバケットを動かすことができ、列を組み立てた後は、さらに組立体の動きを制限することが可能になる。この設計では、シム構成を保持するために既存のばね構成を用いる。各バケット／くさびに設計制限があるため、組み立て中に適合させる必要はない。

図１５〜図１６は、半径方向支持組立体２５０の代替的な実施形態の例を示す。半径方向支持組立体２５０は、バケット１２０のダブテール１１０と、ロータホイール１４０のダブテールスロット１３０とに用いられてもよい。特に、図１５および図１６は、中間シム組立体２６０を示す。前述したものと同様に、中間シム組立体２６０は、いくつかのバケットばねポケット１７０内に配置された、いくつかのばね１６０を含む。中間シム組立体２６０は、中間シム１８０をさらに含んでもよい。中間シム１８０は、ばね１６０と、バケットばねポケット１７０との間に延在してもよい。バケットダブテール１１０は、１つ以上のステークブレードダブテール角部２７０を備えてもよい。

図１７〜図１９は、閉鎖グループ列に組み付けられる最後の数個（５〜８個）のバケット１２０で使用する、ロックシム組立体２８０を示す。一対のばね２９０は、前述したものと同様の一対のバケットばねポケット３００内に配置されてもよい。この例では、ロックシム組立体２８０は、一対の端部シム３１０を使用してもよい。端部シム３１０は、ばね２９０から、ステークブレードダブテール角部２７０に向かって外向きに延在してもよい。他の構成要素および他の構成を、本明細書で使用してもよい。

端部シム３１０は、バケット１２０に対する適切な半径方向ギャップ制限を実現するために用いられてもよい。その後、端部シム３１０は、ダブテール１１０の底部にあるバケットダブテール角部における、ピーニングまたはコーキング作業によって、軸線方向に保持される。ダブテール１１０のこの領域は比較的応力が小さく、材料のピーニングが小範囲であっても許容される。これは、シムを保持するための堅牢でありながら安価な方法であり、段内の極めて少数のバケットに限定される。

上記は、本出願および結果として得られる特許の特定の実施形態のみに関するものであることは明らかである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびその均等物により定義される本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において数多くの変更および修正を行うことができる。

１０対向流低圧蒸気タービン
１２第１の低圧タービン部
１４第２の低圧タービン部
１６ロータホイール
１８ノズル
２０ノズル
２２外殻またはケーシング
２４上半部
２６下半部
２８中央部
３０低圧蒸気入口
３２ジャーナル軸受
３４ジャーナル軸受
３８低圧長バケット、タービンバケット
４０正圧側
４２負圧側
４４前縁
４６後縁
４８ダブテール
５０翼形部
５２根元部
５４先端
５６ミッドスパン結合部
５８ダブテールスロット
６０突起
６２溝
６４マージン段バケット組立体
６６ばね
６８バケットばねポケット
７０ダブテール底部
７２ギャップ
１００半径方向支持組立体
１１０バケットダブテール
１２０バケット
１３０ロータダブテールスロット
１４０ロータホイール
１５０中間シム組立体
１６０ばね
１７０バケットばねポケット
１８０中間シム
１９０ロックシム組立体
２００ばね
２１０ロックシム
２２０バケットばねポケット
２３０キャビティ
２５０半径方向支持組立体
２６０中間シム組立体
２７０ステークブレードダブテール角部
２８０ロックシム組立体
２９０ばね
３００バケットばねポケット
３１０端部シム

Claims

複数のロータホイールスロットと、
複数の前記ロータホイールスロットに配置された、複数のバケット（３８、１２０）と、
複数の前記各バケット（３８、１２０）と、複数の前記各ロータホイールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体（１００、２５０）と
を備え、
前記半径方向支持組立体（１００、２５０）が、１つ以上のばね（６６、１６０、２００、２９０）と、１つ以上のシム（１８０、２１０、３１０）とを含む、
蒸気タービン（１０）。
複数の前記各バケット（３８、１２０）が、ダブテール（４８、１１０）を備える、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
複数の前記各ロータホイールスロットが、ダブテールスロット（５８、１３０）を備える、請求項２に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、中間シム（１８０）を含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記ばね（６６、１６０、２００、２９０）が、前記中間シム（１８０）の第１の側にある第１のばねと、前記中間シム（１８０）の第２の側にある第２のばねとを含む、請求項４に記載の蒸気タービン（１０）。
前記半径方向支持組立体（１００、２５０）が、１つ以上のばねポケット（６８、１７０、２２０、３００）を備える、請求項５に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、ロックシム（２１０）を含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
前記半径方向支持組立体（１００、２５０）が、ロックシムキャビティ（２３０）を備える、請求項７に記載の蒸気タービン（１０）。
前記半径方向支持組立体（１００、２５０）が、一対のばねポケット（６８、１７０、２２０、３００）と、１つの前記ばね（６６、１６０、２００、２９０）とを備える、請求項７に記載の蒸気タービン（１０）。
前記ロックシム（２１０）が、先細の端部を有する、請求項７に記載の蒸気タービン（１０）。
複数の前記各バケット（３８、１２０）が、１つ以上のステークブレードダブテール角部（２７０）を有する、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、端部シム（３１０）を含む、請求項１に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、一対の端部シム（３１０）を含む、請求項１２に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記ばね（６６、１６０、２００、２９０）が、前記一対の端部シム（３１０）内に一対のばね（２９０）を含む、請求項１３に記載の蒸気タービン（１０）。
第１の複数のバケット（３８、１２０）をロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、
前記第１の複数のバケット（３８、１２０）と、前記ロータホイールスロットとの間に、中間シム組立体（１５０、２６０）を配置するステップと、
第２の複数のバケット（３８、１２０）を前記ロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、
前記第２の複数のバケット（３８、１２０）と、前記ロータホイールスロットとの間に、ロックシム組立体（１９０、２８０）を配置するステップと
を含む、
ロータホイールにバケット（３８、１２０）を組み付ける方法。
複数のロータホイールダブテールスロット（５８、１３０）と、
前記複数のロータホイールダブテールスロット（５８、１３０）に配置された、複数のバケットダブテール（４８、１１０）と、
複数の前記各バケットダブテール（４８、１１０）と、複数の前記各ロータホイールダブテールスロット（５８、１３０）との間に配置された、半径方向支持組立体（１００、２５０）と
を備え、
前記半径方向支持組立体（１００、２５０）が、１つ以上のばねポケット（６８、１７０、２２０、３００）に配置された１つ以上のばね（６６、１６０、２００、２９０）と、１つ以上のシム（１８０、２１０、３１０）とを含む、
蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、中間シム（１８０）を含む、請求項１６に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、ロックシム（２１０）を含む、請求項１６に記載の蒸気タービン（１０）。
複数の前記各バケットダブテール（４８、１１０）が、１つ以上のステークブレードダブテール角部（２７０）を含む、請求項１６に記載の蒸気タービン（１０）。
１つ以上の前記シム（１８０、２１０、３１０）が、端部シム（３１０）を含む、請求項１６に記載の蒸気タービン（１０）。