JP5860683B2 - ガスタービンノズル取付け方式及び取外し／据付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン内でのノズルセグメントの回転を防止すると同時に、上部タービンシェル又はケーシングを取外すことを必要とせずに選択ノズルセグメントの取外し及び交換／据付けを可能にするための装置並びに方法に関する。

ガスタービンでは、個々のノズル段は一般的に、タービンの軸線の周りで円周方向に互いに間隔を置いて配置されたノズルセグメントの環状アレイによって形成される。例えば、単純支持ノズルセグメント設計では（例えば、タービン第一段では）、ノズルセグメントは各々、それらの間で延在しかつそれらにおいて拘束支持された１以上のノズルベーンを備えた外側及び内側バンドを含む。しかしながら、多くの場合に、テスト並びに／或いは補修又は交換のためにサンプル又は損傷ノズルセグメントへのアクセスを可能にしかつそれらを取外すには、上部又は外側タービンシェルを取外す必要がある。

米国特許第７１６００７８号明細書

従って、一般的に１以上の選択ノズルセグメントを取外しまた据付けて、保守整備及び／又はテスト運転を可能にする能力を向上させる必要性が存在する。

ある例示的で非限定的な実施形態では、本発明は、タービン用のタービンノズル取付け組立体に関し、本タービンノズル取付け組立体は、前向き軸方向に開口した円周方向グルーブが形成された外側タービン構成要素と、内側バンド及び外側バンド間に延在するベーンを備えたノズルセグメントとを含み、外側バンドは、後向き軸方向に延在するフック要素が形成された直立環状フックを備え、フック要素は、円周方向グルーブ内に受けられ、また直立環状フック及びフック要素は、円周方向配向スロットを形成し、本タービンノズル取付け組立体はさらに、円周方向配向スロット内に設置された回転防止ブロックと、円周方向配向スロットの対応する円周方向幅よりも大きい円周方向幅を有する傾倒防止プレートとを含み、傾倒防止プレートは、回転防止ブロックの前面をほぼ覆い、また回転防止ブロック及び傾倒防止プレートは、外側タービン構成要素に直接締結される。

別の例示的であるが非限定的な実施形態では、本発明は、タービンノズル及びシュラウド取付け組立体に関し、本タービンノズル及びシュラウド取付け組立体は、前向き軸方向に開口した円周方向グルーブが形成された外側シュラウドと、内側バンド及び外側バンド間に延在するベーンを備えたノズルセグメントとを含み、外側バンドは、後向き軸方向に延在するフック要素に連結された半径方向配向ステムが形成された直立環状フックを備え、フック要素は、円周方向グルーブ内に受けられ、また直立環状フック及びフック要素は、円周方向配向スロットを形成し、本タービンノズル及びシュラウド取付け組立体はさらに、円周方向配向スロット内に設置された回転防止ブロックと、円周方向配向スロットの対応する円周方向幅よりも大きい円周方向幅を有する傾倒防止プレートとを含み、傾倒防止プレートは、回転防止ブロックの前面をほぼ覆いかつ直立環状フックと係合し、回転防止ブロック及び傾倒防止プレートは、外側シュラウドに直接締結され、円周方向配向スロットは、直立環状フックの一対の対向平行面及び該一対の対向平行面間でステム内に形成された円周方向拡張ベース表面によって形成され、また据付け時及び運転前に、回転防止ブロックは、直立環状フックと係合していない。

さらに別の態様では、本発明は、ロータホイールを囲むタービン構成要素内に配置された第一段ノズルセグメント列のノズルセグメントを、該ノズルセグメントが該タービン構成要素に対して回転する又は傾倒するのを防止するように据付ける方法に関し、本方法は、前向き軸方向に開口した円周方向グルーブが形成された外側タービン構成要素を準備するステップと、内側バンド及び外側バンド間に延在するベーンを備え、該外側バンドが後向き軸方向に延在するフック要素が形成された直立環状フックを備えまた該フック要素が円周方向グルーブ内に受けられたノズルセグメントを準備するステップと、直立環状フック及びフック要素に円周方向配向スロットを形成するステップと、回転防止ブロックを円周方向配向スロット内に設置するステップと、円周方向配向スロットの対応する円周方向幅よりも大きい円周方向幅を有する傾倒防止プレートを回転防止ブロックの前面を覆って設置するステップと、回転防止ブロック及び傾倒防止プレートを外側タービン構成要素に直接固定するステップとを含む。

次に、以下に特定した図面に関連して本発明を説明する。

例示的であるが非限定的な実施形態によるタービンブレード先端及び回転防止装置の部分断面側面図。 回転防止装置を取外した状態における、図１のタービンブレード先端の部分斜視図。 図２に示すタービンブレード先端の左側面斜視図。 図１に示すバケット及び回転防止装置の平面図。 図１から取外した回転防止ブロックの斜視図。 図１から取出した傾倒防止プレートの斜視図。

図１を参照すると、その全体を参照符号１０で表したノズルセグメント（又はノズル）を示しており、ノズルセグメント１０は、外側バンド又はプラットフォーム１２、内側バンド（図示せず）、並びに外側バンド及び内側バンド間に延在する１以上のノズルベーン１４を含む。本発明のこの例示的な実施形態では、セグメント当たりただ1つのノズルベーンが設けられる。ノズルセグメントの外側バンド１２は、シュラウド１６のような外側タービン構成要素に固定され、外側タービン構成要素は次に、内側タービンシェル１８に取付けられる。しかしながら、ノズルの外側バンドは、タービン内側シェル１８に直接固定することができることが分かるであろう。外側バンド又はプラットフォーム１２には、シュラウド１６の嵌合スロット２２内に受けられる直立環状機械加工フック２０が形成される。直立環状フック２０は、半径方向突出ステム２１及び後方向に延在する軸方向配向フック要素２３を含む。

図２及び図３で最も良く分かるように、外側バンド１２上の環状フック２０は、円周方向配向スロット又は凹部２４によって中断され、円周方向配向スロット又は凹部２４は、隆起したほぼ平坦な円周方向拡張ステム表面３０により連結された２つの対向面表面２６、２８によってその一部が形成される。

回転防止（anti-rotation）ブロック３２（図１、図４及び図５）が、最初に該ブロック並びに対向面２６、２８及びステム表面３０間に間隙がある状態で外側バンド１２の凹部２４内に受けられるようになっている。回転防止ブロック３２はまた、図１で分かるようにシュラウドに形成された凹部内に受けられる。ブロック３２はその形状が矩形状であるものとして図示しているが、ブロックは、くさび形状、円筒形又は別の好適な形状とすることができる。

凹部２４の幅よりも大きい円周方向幅寸法を有する傾倒防止（anti-tipping）プレート３６（図１、図４及び図６）が、回転防止ブロックの前面を覆って取付けられ、かつブロック３２及び傾倒防止プレート３６の両方は、１以上のボルト３４によってシュラウドに直接ボルト止めされる。従って、傾倒防止プレート３６の端部部分３８、４０は、フック２０の表面４２、４４（図３）に係合する。

使用中に、回転防止ブロック３２は、表面２６に作用するガス通路圧力荷重の円周方向成分に反作用（対抗）するが、回転防止ブロック３２及び表面２８、３０間には、間隙が維持される。同時に、回転防止ブロック３２がシュラウド１６に対するノズルセグメントの円周方向回転を防止することは、明らかであろう。

傾倒防止プレート３６の目的は、ノズルセグメント、特にフック要素２３がタービンシェルの据付け時に下流シュラウドのグルーブ又はスロット２２から離脱するのを防止することである。これに関して、スロット２２からのセグメントの傾倒（離脱）の発生可能性が生じる場合には、第一段ノズルセグメントは、前向きフックを有していない。傾倒が心配でない場合には、回転防止ブロックだけを使用して回転を防止することができる。

同時に、上記の構成は、運転停止時にタービンシェル又はケーシングの上部半体の取外しを必要とせずに、ガスタービンから個々のノズルセグメントを取外すのを可能にする。この構成では、１以上の選択ノズルセグメントは、以下に詳細に説明するように上流燃焼器設備を取外した時に形成される開口部を通して取外すことができる。

例えば、運転停止時に、例えば損傷ノズルセグメント及び選択数の隣接ノズルセグメントの回転防止ブロック３２及び傾倒防止プレート３６が、取外される。しかしながら、傾倒防止プレートは、選択セグメントのノズルフック２０がシュラウドスロット２４から離脱した（傾倒した）状態になるのを防止するために、直ちに再据付けされる。次に、ギャップが損傷セグメントノズルのセグメント間シール（図示せず）を取外すのに十分なほど大きくなるまで、ノズルセグメントを円周方向に移動させることができる。シールが取外されると、損傷セグメントの傾倒防止プレート３６のボルト止めを外し、かつ燃焼器開口部を通して損傷セグメントを取外す。交換又は再据付けは、上記の取外し手順を逆に行なうことで実行される。

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、本発明が開示した実施形態に限定されるべきものではなく、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。

１０ ノズルセグメント
１２ 外側バンド又はプラットフォーム
１４ ノズルベーン
１６ シュラウド
１８ 内側タービンシェル
２０ フック
２１ 半径方向延長（突出）ステム
２２ 円周方向グルーブ（スロット）
２３ フック要素
２４ 円周方向配向スロット又は凹部
２６、２８ 対向面
３０ ステム又はベース表面
３２ 回転防止ブロック
３３ ブロック前面
３４ ブロック
３６ 傾倒防止プレート
３８、４０ 端部部分
４２、４４ フック表面

Claims (15)

1. タービン用のタービンノズル取付け組立体であって、
   前向き軸方向に開口した円周方向グルーブ（２２）が形成された外側タービン構成要素（１６）と、
   内側バンドと外側バンド（１２）の間に延在するベーン（１４）を備えたノズルセグメント（１０）と
   を備えており、
   前記外側バンド（１２）が、後向き軸方向に延在するフック要素（２３）が形成された直立環状フック（２０）を備え、
   前記フック要素（２３）が、前記円周方向グルーブ（２２）内に受けられ、また
   前記直立環状フック（２０）及びフック要素（２３）が、円周方向配向スロット（２４）を形成し、
   該タービンノズル取付け組立体が、
   前記円周方向配向スロット（２４）内に設置された回転防止ブロック（３２）と、
   前記円周方向配向スロット（２４）の対応する円周方向幅よりも大きい円周方向幅を有する傾倒防止プレート（３６）と
   をさらに含んでおり、
   前記傾倒防止プレート（３６）が、前記回転防止ブロック（３２）の前面（３３）をほぼ覆い、また
   前記回転防止ブロック（３２）及び傾倒防止プレート（３６）が、前記外側タービン構成要素に直接締結される、
   タービンノズル取付け組立体。
2. 据付け時及び運転前に、前記回転防止ブロック（３２）が、前記直立環状フック（２０）と係合していない、請求項１記載のタービンノズル取付け組立体。
3. 前記直立環状フック（２０）が、前記フック要素（２３）に連結された半径方向延長ステム（２１）を含み、前記円周方向配向スロット（２４）が、前記直立環状フック（２０）の一対の対向平行面（２６、２８）及び該一対の対向平行面間で前記ステム内に形成された円周方向拡張ベース表面（３０）によって形成される、請求項１記載のタービンノズル取付け組立体。
4. 運転時に、前記回転防止ブロック（３２）が、前記直立環状フック（２０）の対向平行面（２６、２８）の１つと係合する、請求項３記載のタービンノズル取付け組立体。
5. 前記外側タービン構成要素が、前記タービンの内側シェル（１８）に取付けられたシュラウド（１６）を含む、請求項１記載のタービンノズル取付け組立体。
6. 前記傾倒防止プレート（３６）の形状がほぼ矩形であり、前記回転防止ブロック（３２）が前記傾倒防止プレートの対応する厚さよりも大きい厚さを有する、請求項１記載のタービンノズル取付け組立体。
7. タービンノズル及びシュラウド取付け組立体であって、
   前向き軸方向に開口した円周方向グルーブ（２２）が形成された外側シュラウド（１６）と、
   内側バンド及び外側バンド（１２）間に延在するベーン（１４）を備えたノズルセグメント（１０）と
   を含み、
   前記外側バンド（１２）が、後向き軸方向に延在するフック要素（２３）に連結された半径方向配向ステム（２１）が形成された直立環状フック（２０）を備え、
   前記フック要素（２３）が、前記円周方向グルーブ（２２）内に受けられ、
   前記直立環状フック（２０）及びフック要素（２３）が、該直立環状フック（２０）の一対の対向平行面（２６、２８）及び該一対の対向平行面（２６、２８）間で前記ステム内に形成された円周方向拡張ベース表面（３０）によって形成された円周方向配向スロット（２４）を形成し、
   該タービンノズル及びシュラウド取付け組立体が、
   前記円周方向配向スロット（２４）内に設置された回転防止ブロック（３２）と、
   前記円周方向配向スロットの対応する円周方向幅よりも大きい円周方向幅を有する傾倒防止プレート（３６）と
   をさらに含み、
   前記傾倒防止プレートが、前記回転防止ブロック（３２）の前面（３３）をほぼ覆いかつ前記直立環状フック（２０）と係合し、前記回転防止ブロック（３２）及び傾倒防止プレート（３６）が前記外側シュラウド（１６）に直接締結され、据付け時及び運転前に、前記回転防止ブロック（３２）が前記直立環状フック（２０）と係合していない、タービンノズル及びシュラウド取付け組立体。
8. 運転時に、前記回転防止ブロック（３２）が前記直立環状フック（２０）の対向平行面（２６、２８）の１つと係合する、請求項７記載のタービンノズル及びシュラウド取付け組立体。
9. 前記外側シュラウド（１６）が前記タービンのシェル（１８）に取付けられる、請求項８記載のタービンノズル及びシュラウド取付け組立体。
10. ロータホイールを囲むタービン構成要素内に配置された第一段ノズルセグメント列のノズルセグメント（１０）を、該ノズルセグメント（１０）が該タービン構成要素に対して回転する又は傾倒するのを防止するように据付ける方法であって、
    前向き軸方向に開口した円周方向グルーブ（２２）が形成された外側タービン構成要素（１６）を準備するステップと、
    内側バンド及び外側バンド（１２）間に延在するベーンを備え、前記外側バンド（１２）が後向き軸方向に延在するフック要素（２３）が形成された直立環状フック（２０）を備えまた前記フック要素（２３）が前記円周方向グルーブ（２２）内に受けられたノズルセグメント（１０）を準備するステップと、
    前記直立環状フック（２０）及びフック要素（２３）に円周方向配向スロット（２４）を形成するステップと、
    回転防止ブロック（３２）を前記円周方向配向スロット内に設置するステップと、
    前記円周方向配向スロットの対応する円周方向幅よりも大きい円周方向幅を有する傾倒防止プレート（３６）を前記回転防止ブロック（３２）の前面（３３）を覆って設置するステップと、
    前記回転防止ブロック（３２）及び傾倒防止プレート（３６）を前記外側タービン構成要素（１６）に直接固定するステップと
    を含む方法。
11. 据付け時及び運転前に、前記傾倒防止プレート（３６）が前記直立環状フック（２０）と係合しているが、前記回転防止ブロック（３２）は前記直立環状フック（２０）と係合していない、請求項１０記載の方法。
12. 前記直立環状フック（２０）が前記フック要素（２３）に連結された半径方向延長ステム（２１）を含み、前記円周方向配向スロット（２４）が、前記直立環状フック（２０）の一対の対向平行面（２６、２８）及び該一対の対向平行面間で前記ステム内に形成された円周方向拡張ベース表面（３０）によって形成される、請求項１０記載の方法。
13. 運転時に、前記回転防止ブロック（３２）が前記直立環状フックの対向平行面（２６、２８）の１つと係合する、請求項１２記載の方法。
14. 追加のステップによる前記環状のノズルセグメント列内の選択ノズルセグメント（１０）の取外しをさらに含む方法であって、前記追加のステップが、
    前記選択かつ少なくとも一対の隣接ノズルセグメントから前記回転防止ブロック（３２）及び傾倒防止プレート（３６）を取外すステップと、
    前記選択かつ少なくとも一対の隣接ノズルセグメント上に前記傾倒防止プレート（３６）を再据付けするステップと、
    前記選択ノズルセグメントを所定の位置に回転させるステップと、
    前記選択ノズルセグメントの傾倒防止プレート（３６）を取外すステップと、
    前記選択ノズルセグメントを取外すステップと
    を含む、請求項１０記載の方法。
15. 据付け時及び運転前に、前記傾倒防止プレート（３６）が前記直立環状フック（２０）と係合しているが、前記回転防止ブロック（３２）は前記直立環状フック（２０）と係合していない、請求項１４記載の方法。