JP5542411B2 - パージ流を遮断したタービン - Google Patents

Description

本発明の態様は、タービンを対象とし、より具体的には、パージ流を遮断したタービンを対象とする。

一般的に、ガスタービンのようなタービンの回転段と静止段の間に形成された空洞をパージしかつ冷却するために、冷却空気が使用される。ガスタービンでは、この冷却空気は、タービン及び燃焼器を迂回するため該空気から仕事を全く取出すことができないので、ガスタービンの全体効率に対するサイクルペナルティと見なされる。

一般的に、冷却空気の流れは、回転タービン段間に据付けられたダイアフラムによって制御される。従って、関連するノズルは、静止プラットフォーム及びナイフ状端縁を有する部品を含む。

米国再発行特許第３９６３０号明細書 米国特許第３５９７１０９号明細書 米国特許第３８４１７９２号明細書 米国特許第４７６７２７４号明細書 米国特許第５１３５３５４号明細書 米国特許第５４２５６２２号明細書 米国特許第６０４２３３６号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１７５４６１号明細書

本発明の１つの態様によると、タービン用のブレード取付け装置を提供し、本ブレード取付け装置は、タービンの軸線の周りで回転し、かつタービンノズルの前方及び後方にそれぞれ対応する前方及び後方タービンブレードを保持した前方及び後方ディスクポスト並びにタービンノズルに近接した中央部分を備えた部材と、前方及び後方ディスクポスト並びに前方及び後方タービンブレード間に保持されかつ中央部分に結合されて、その一部分がタービンを通るパージ流を遮断するアタッチメントとを含む。

本発明の別の態様によると、タービン用のブレード取付け装置を組立てる方法を提供し、本方法は、タービンの軸線の周りで回転するようになっておりかつ前方及び後方ディスクポスト並びにそれらの間に配置された中央部分を備えた部材を形成するステップと、該部材をタービン内に据付けた時に、前方及び後方タービンブレードがタービンノズル及び中央部分の前方及び後方に位置するようにそれぞれ該前方及び後方タービンブレードを前方及び後方ディスクポスト内に据付けるステップと、前方及び後方ディスクポスト並びに前方及び後方タービンブレード間に保持されるようにアタッチメントを挿入して、タービンの運転時に該アタッチメントの一部分によってタービンを通るパージ流を遮断するステップとを含む。

本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。

タービンの一部分の平面図。 図１のタービンの一部分の側面図。

この詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、その利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

本発明の態様によると、ガスタービンのようなタービンを提供し、本タービンは、２つのブレード（つまり、翼形部）の鋳造（部）品と、回転プラットフォームのような取付け部（アタッチメント）とを含む。鋳造品及びアタッチメントをタービンの軸方向の傾斜かつ／又は湾曲ダブテールスロット内に据付けた時に、密封空洞が形成される。ブレード間のシールピンは、ブレードに当接するように遠心荷重を受けて、それによってブレード間の漏洩を密封する。ダブテールは、タービンのロータの軸線に対してブレード及びアタッチメントを所定の位置に保持することになる。鋳造品及びアタッチメントは、単一の部品とすることができ、或いは２つ又はそれ以上の部品に分割して製造コストを低減することができる。それらのケースでは、分割鋳造品及びアタッチメントは、互いに溶接又は固着することができる。

この構造の場合には、アタッチメントに隣接して配置した片持ち支持ノズルは冷却空気を殆ど必要としないことになることが分る。また、鋳造品内に形成された空洞をパージするためのパージ空気は、必要とされないことになる。従って、パージ空気の総流量を減少させかつブレード及びアタッチメントを冷却するのにその厳密な量を使用し、それによってタービン性能を向上させることができる。

図１及び図２を参照すると、タービン１０用のブレード取付け装置２０を提供し、本ブレード取付け装置２０は、タービン１０の軸線Ａの周りで回転する鋳造（部）品３０のような部材と、アタッチメント９０とを含む。本明細書では、部材は鋳造品３０として示しているが、この部材は、様々な方法によって形成することができ、同様の効果を得るために必ずしも鋳造することを必要としないことを理解されたい。鋳造品３０には一般的に、前方部分４０、後方部分５０及び中央部分６０が形成される。前方部分及び後方部分４０及び５０は各々、回転ディスクに類似しており、また中央部分６０は、それらを一体に連結する。鋳造品３０にはさらに、前方部分４０の後方及び後方部分５０の前方に設けられたパージ空洞３５が形成される。

鋳造品３０の前方及び後方部分４０及び５０は各々さらに、それぞれ対応する前方及び後方タービンブレード４６及び５６を保持した前方及び後方ディスクポスト４５及び５５を含む。この保持は、ディスクポスト４５及び５５の各々のファーツリーアタッチメント７０とタービンブレード４６及び５６の対応する表面７１との相互作用によって達成され、この相互作用においては、鋳造品３０並びにタービンブレード４６及び５６の回転時に当接面間の摩擦が発生する。この構成では、ファーツリーアタッチメント７０及び鋳造品３０の端部間に形成された空間７４が、冷却通路７５を形成し、これら冷却通路７５を通して、冷却媒体がパージ空洞３５に流れまた／又は該パージ空洞３５から流出する。

アタッチメント９０は、前方及び後方ディスクポスト４５及び５５並びに前方及び後方タービンブレード４６及び５６間に挿入される。タービン１０内での鋳造品３０の回転時に、アタッチメント９０は、ディスクポスト４５及び５５並びに例えば中央部分６０に対して該アタッチメント９０を結合するメカニカルファスナによりタービンブレード４６及び５６を保持することによって、所定の位置に保持される。従って、アタッチメント９０は、パージ空洞３５へのパージ流を遮断し、さらに空気流を冷却通路７５に戻すようにかつ／又は該冷却通路７５内に方向転換させまた例えば鋳造品３０の中央部分６０に向けて迂回させるように配置される。

鋳造品３０は、上記のように保持した時に、前方及び後方タービンブレード４６及び５６が該鋳造品３０の中央部分６０に近接したタービンノズル８０の前方及び後方に位置するようにタービン１０内に据付けられる。タービンノズル８０は、実施形態ではタービン１０内に固定することができる。いずれのケースでも、タービンノズル８０は、一般的にタービン１０の外周部を形成したタービンシュラウド又は何らかのその他の好適な構造体に片持ち支持されかつ該タービン１０内で中央部分６０に向けて内向きであるが該中央部分６０に接触しない状態で延びる。

本発明の実施形態によると、アタッチメント９０はパージ空洞３５へのパージ流を遮断するので、アタッチメント９０は、タービン１０への吸入空気総量からパージ流として取出さなければ空気量の減少を可能にする。また、吸入空気から取出される何らかの空気の増大した又は比較的大きな部分を冷却通路７５に迂回させて、冷却媒体として使用することができる。この場合に、アタッチメント９０はさらに空気流を冷却通路７５内に方向転換させる働きをするので、アタッチメント９０はさらに、前方及び後方ディスクポスト４５及び５５並びに中央部分６０が冷却空気流を共用するのを可能にする。

本発明の別の実施形態によると、鋳造品３０及びアタッチメント９０は各々、単一の部品で形成することができる。それに代えて、それに機械加工許容差が必要な場合には、鋳造品３０及びアタッチメント９０はまた、それらのそれぞれの中間点において互いに溶接した別個の部品で形成することができる。つまり、鋳造品３０及び／又はアタッチメント９０は、中央部分６０の中央軸方向位置の近傍で溶接することができる。

鋳造品３０及びアタッチメント９０は、図１に示すように、例えばタービン１０のダブテールセクションなどを含む、該タービン１０のあらゆる直線状、傾斜又は湾曲部分として据付けることができる。このケースでは、鋳造品３０及びアタッチメント９０は、タービン１０の湾曲によく似た湾曲を有するように形成される。このようにして、タービンブレード４６及び５６並びにタービンノズル８０は、タービン１０内の振動モーメントが抑制され又は実質的に低減されるように、互いにオフセットしている。

本発明のさらに別の実施形態によると、タービン１０用のブレード取付け装置を組立てる方法を提供する。本方法は、タービン１０の軸線Ａの周りで回転するように鋳造品３０を形成するステップを含む。この場合に、上記したように、鋳造品３０は、前方及び後方ディスクポスト４５及び５５並びにそれらの間に配置された中央部分６０を含む。本方法はさらに、鋳造品３０をタービン１０内に据付けた時に、前方及び後方タービンブレード４６及び５６がタービンノズル８０及び中央部分６０の前方及び後方に位置するようにそれぞれ該前方及び後方タービンブレード４６及び５６を前方及び後方ディスクポスト内に据付けるステップを含む。最後に、本方法は、前方及び後方ディスクポスト４５及び５５並びに前方及び後方タービンブレード４６及び５６間に保持されるようにアタッチメント９０を挿入して、タービン１０の運転時に該タービンを通るパージ流を遮断するステップを含む。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０ タービン
Ａ タービン軸線
２０ ブレード取付け装置
３０ 部材、鋳造品
３５ パージ空洞
４０ 前方部分
４５ 前方ディスクポスト
４６ 前方タービンブレード
５０ 後方部分
５５ 後方ディスクポスト
５６ 後方タービンブレード
６０ 中央部分
７０ ファーツリーアタッチメント
７１ 表面
７４ 空間
７５ 冷却通路
８０ ノズル
９０ アタッチメント

Claims (8)

1. タービン（１０）用のブレード取付け装置（２０）であって、
   前記タービン（１０）の軸線（Ａ）の周りで回転する部材（３０）であって、タービンノズル（８０）の前方及び後方に対応する前方及び後方タービンブレード（４６、５６）をそれぞれ保持する前方及び後方ディスクポスト（４５、５５）と、前記タービンノズル（８０）に近接した中央部分（６０）とを含む部材（３０）と、
   前記前方ディスクポスト（４５）と前方タービンブレード（４６）の間及び前記後方ディスクポスト（５５）と後方タービンブレード（５６）の間に保持されるアタッチメント（９０）であって、前記中央部分（６０）に結合されて、その一部分が前記タービン（１０）を通るパージ流を遮断するアタッチメント（９０）と
   を含んでおり、前記部材（３０）が単一の部材からなる、ブレード取付け装置（２０）。
2. 前記部材（３０）が、前記前方タービンブレード（４６）の後方と前記後方タービンブレード（５６）の前方とに位置するパージ空洞（３５）であって、それに対して前記パージ流が遮断されたパージ空洞（３５）を形成する、請求項１記載のブレード取付け装置（２０）。
3. 冷却流が、前記前方及び後方ディスクポスト（４５、５５）並びに中央部分（６０）によって共用される、請求項１又は請求項２記載のブレード取付け装置（２０）。
4. 前記アタッチメント（９０）が単一の部材からなる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のブレード取付け装置（２０）。
5. 前記アタッチメント（９０）が、前記中央部分（６０）の中間点に近接した位置において互いに結合された２つの半部材からなる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のブレード取付け装置（２０）。
6. 前記部材（３０）及びアタッチメント（９０）が、前記タービン（１０）の軸線（Ａ）に対して湾曲及び／又は傾斜している、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のブレード取付け装置（２０）。
7. 前記前方及び後方タービンブレード（４６、５６）並びにタービンノズル（８０）が、互いにオフセットしている、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のブレード取付け装置（２０）。
8. タービン（１０）用のブレード取付け装置（２０）を組立てる方法であって、
   前記タービン（１０）の軸線（Ａ）の周りで回転する部材（３０）であって前方及び後方ディスクポスト（４５、５５）とそれらの間に配置された中央部分（６０）とを含む部材（３０）を単一の部材として形成するステップと、
   前記部材（３０）を前記タービン（１０）内に据付けた時に、前方及び後方タービンブレード（４６、５６）がタービンノズル（８０）及び前記中央部分（６０）のそれぞれ前方及び後方に位置するように前記前方及び後方タービンブレード（４６、５６）をそれぞれ前記前方及び後方ディスクポスト（４５、５５）内に据付けるステップと、
   前記前方ディスクポスト（４５）と前方タービンブレード（４６）の間及び前記後方ディスクポスト（５５）と後方タービンブレード（５６）の間に保持されるようにアタッチメント（９０）を挿入して、前記タービン（１０）の運転時に該アタッチメント（９０）の一部分によって該タービン（１０）を通るパージ流を遮断するステップと
   を含む方法。
   

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