JP6423144B2 - 一体形カバーバケット組立体 - Google Patents

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Description

本開示は、全体的に、タービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエンジンで使用するバケット組立体に関する。
少なくとも一部の公知のタービンエンジンは、ロータディスクと、該ロータディスクに結合したバケット組立体とを有するロータ組立体を含む。一部の公知のバケット組立体は、カバーと、翼形部と、ダブテールとを有するバケットを含む。公知のダブテールは、バケットをロータディスクに結合することができるが、結合プロセスは、冗長で及び/又は多大な時間を要する場合がある。例えば、あるバケットのカバーは、組立中に円周方向に隣接するバケットのダブテール及び/又は翼形部と干渉する可能性がある。既に設置してあった円周方向に隣接するバケットに隣接してこのようなバケットを位置付けるために、カバーが隣接するバケットのダブテール及び/又は翼形部と干渉しないようにバケットの少なくとも一部を除去及び/又は切り取る場合がある。しかしながら、バケットの一部の除去及び/又は切り取りは、タービンエンジンの性能を低下させる恐れがある。
米国特許第7270518号明細書
1つの態様において、バケット組立体を組み立てる際に使用する方法が提供される。本方法は、第1のバケット及び第2のバケットをロータディスクに結合するステップを含む。第1のバケット及び第2のバケットは各々、第1の構成で各々形成された横方向縁部のペアを有するバケットカバーを含む。第1の移行バケットは、ロータディスク及び第1のバケットに結合される。第1の移行バケットは、第1の構成で形成された第1の横方向縁部と第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する第1の移行カバーを含む。第2の移行バケットは、第2のバケットに結合される。第2の移行バケットは、第1の構成で形成された第1の横方向縁部と第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する第2の移行カバーを含む。
別の態様において、タービンエンジンと共に使用するバケット組立体が提供される。バケット組立体は、複数の第1のバケットと、移行バケットのペアとを含む。各第1のバケットは、第1の構成で各々形成された横方向縁部のペアを有するバケットカバーを含む。各移行バケットは、第1の構成で形成された第1の横方向縁部と第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する移行カバーを含む。
更に別の態様において、タービンエンジンが提供される。タービンエンジンは、ロータディスクと、ロータディスクに結合されたバケット組立体と、を含む。バケット組立体は、複数のバケットと、移行バケットのペアとを含む。複数のバケットの各バケットは、第1の構成で各々形成された横方向縁部のペアを有するバケットカバーを含む。移行バケットのペアの各移行バケットは、第1の構成で形成された第1の横方向縁部と、第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する移行カバーを含む。
本明細書で説明される特徴、機能、及び利点は、本開示に記載される種々の実施形態において独立して達成することができ、或いは、更に別の実施形態と組み合わせることができ、これらの詳細事項は、以下の説明及び図面を参照すると理解することができる。
例示的なタービンエンジンの概略図。 図1に示した区域2に沿ったタービンエンジンの一部の拡大概略図。 図1に示すタービンエンジンと共に使用される例示的なバケット組立体の斜視図。 図3に示すバケット組立体の上面図。
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。ある図面の何れかの特徴は、他の図面の何れかの特徴と組み合わせて言及及び/又は請求項に記載することができる。一部の実施形態において、バケット組立体は、複数の一体形に覆われた(IC)バケットを含む。本明細書で使用される用語「一体形」とは、カバーを含むバケットを意味する。バケットは、カバーと一体的に形成(ベーン及びカバーが同じ棒状原材料部片から機械加工されるように、棒状原材料からの機械加工、又は鋳造によって)することができ、又は代替として、カバーは、翼形部に一体的に結合(例えば、溶接により)することができる。1つの実施形態において、複数のICバケットは、複数の第1のバケットと、移行ダクトの少なくとも1つのペアとを含む。各第1のバケットは、第1の構成で各々が形成された横方向縁部のペアを有するバケットカバーを含む。各移行バケットは、第1の構成で形成された第1の横方向縁部と、第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する移行カバーを含む。従って、バケット組立体は、バケットの何れかの部分の修正又は除去を必要とすることなく組み立てることができる。
本明細書で使用する場合に、前に数詞のない要素又はステップの表現は、そうではないことを明確に述べていない限り複数のそのような要素又はステップの存在を排除するものではないと理解されたい。更に、上記の説明における「1つの実施形態」への言及は、記載された特徴を同様に組み込んでいる追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈することを意図するものではない。
図1は、例示的なタービンエンジン10の概略図である。一部の実施形態において、タービンエンジン10は、対向流高圧(HP)及び中圧(IP)蒸気タービン組立体である。他の実施形態において、タービンエンジン10は、限定ではないが、低圧タービン、単流蒸気タービン、及び/又は複流蒸気タービンなど、あらゆるタイプの蒸気タービンとすることができる。
一部の実施形態において、タービンエンジン10は、ロータ組立体16を介して発電機14に結合されたタービン12を含む。一部の実施形態において、タービン12は、HPセクション18及びIPセクション20を含む。HPケーシング22は、軸方向で上側及び下側ハーフセクション24、26にそれぞれ分割される。同様に、IPセクション28は、軸方向で上側及び下側ハーフセクション30、32にそれぞれ分割される。中央セクション34は、HPセクション18及びIPセクション20間に延び、HP蒸気入口36及びIP蒸気入口38を含む。
ロータ組立体16は、HPセクション18及びIPセクション20間に延び、HPセクション18及びIPセクション20間で中心軸線42に沿って延びたロータシャフト40を含む。ロータシャフト40は、ロータシャフト40の対向する末端部分48に各々結合されたジャーナル軸受44、46によってケーシング22、28それぞれから支持される。蒸気シールユニット50、52がロータシャフト末端部分48とケーシング22、28との間に結合され、HPセクション18及びIPセクション20のシールを可能にする。
環状ディバイダ54が、HPセクション18とIPセクション20の間で内向きに中央セクション34からロータ組立体16に向かって延びる。より具体的には、ディバイダ54は、HP蒸気入口36及びIP蒸気入口38間でロータ組立体16の周りに円周方向に延びる。
作動時には、蒸気は、蒸気供給源、例えば、発電ボイラー(図示せず)からタービン12に送られ、ここで蒸気の熱エネルギーは、タービン12によって機械的な回転エネルギーに変換され、続いて発電機14によって電気エネルギーに変換される。より具体的には、蒸気は、HP蒸気口36からHPセクション18を通って送られて、HPセクション18内に位置するロータ組立体16に衝突し、また、軸42の周りのロータ組立体16の回転を引き起こす。蒸気は、HPセクション18から出てボイラー(図示せず)に送られ、該ボイラーは、蒸気の温度をHPセクション18に流入する蒸気の温度とほぼ等しい温度まで上昇させる。次いで、蒸気は、HPセクション18に流入する蒸気の圧力よりも低い圧力でIPセクション入口38及びIPセクション20に送られる。蒸気は、IPセクション20内に位置するロータ組立体16に衝突し、ロータ組立体16の回転を引き起こす。
図2は、区域2から見たタービンエンジン10の一部の拡大概略図である。一部の実施形態において、タービンエンジン10は、ロータ組立体16と、複数の固定ダイアフラム組立体56と、ロータ組立体16及びダイアフラム組立体56の周りを円周方向に延びるケーシング58とを含む。ロータ組立体16は、ダイアフラム組立体56の各隣接するペアの間で実質的に軸方向に各々整列した複数のロータディスク組立体60を含む。各ダイアフラム組立体56は、ケーシング58に結合され、該ケーシング58は、ケーシング58からロータ組立体16に向かって半径方向内向きに延びたノズルキャリア62を含む。各ダイアフラム組立体56は、ノズルキャリア62に結合され、ダイアフラム組立体56がロータ組立体16に対して回転するのを阻止することができる。各ダイアフラム組立体56は、半径方向外側部分66から半径方向内側部分68に延びた複数の円周方向に離間したノズル64を含む。ノズルの外側部分66は、ノズルキャリア62内に定められる凹型部分70内に位置付けられ、ダイアフラム組立体56がノズルキャリア62に結合できるようにする。ノズルの内側部分68は、ロータディスク組立体60に隣接して位置付けられる。1つの実施形態において、内側部分68は、ダイアフラム組立体56とロータディスク組立体60との間に蛇行したシール経路を形成する複数のシール組立体72を含む。
一部の実施形態において、各ロータディスク組立体60は、ロータディスク76に各々結合された複数のタービンバケット74を含む。ロータディスク76は、半径方向内側部分80及び半径方向外側部分82の間に延びるディスク本体78を含む。半径方向内側部分80は、ロータディスク76を通ってほぼ軸方向に延びる中心ボア84を定める。ディスク本体78は、中心ボア84から半径方向外向きに延びる。
各タービンバケット74は、バケット74がロータディスク76の周りに円周方向に離間して配置されるようにロータディスク外側部分に結合される。各タービンバケット74は、ロータディスク76からケーシング58に向けて半径方向外向きに延びる。隣接するロータディスク76は、円周方向に離間したタービンバケット74の軸方向に隣接する各列88の間にギャップ86が定められるように共に結合される。ノズル64は、蒸気をタービンバケット74に向けて下流側に送るために、タービンバケット74の隣接する列88の間で各ロータディスク76の周りに円周方向に離間して配置される。タービンケーシング58と各ロータディスク76との間に蒸気流路92が定められる。
一部の実施形態において、各タービンバケット74は、蒸気流路92内に延びるようにそれぞれのロータディスク76の外側部分82に結合される。より具体的には、各タービンバケット74は、ダブテール96から半径方向外向きに延びるベーン又は翼形部94を含む。各ダブテール96は、ロータディスク76の外側部分82内に定められるダブテール溝98に挿入され、タービンバケット74をロータディスク76に結合できるようにする。
タービンエンジン10の作動中、蒸気は、蒸気入口102を通ってタービン12に送られて蒸気流路92に入る。各入口ノズル104及びダイアフラム組立体56は、蒸気をタービンバケット74に送る。蒸気が各タービンバケット74に衝突すると、タービンバケット74及びロータディスク76は、軸42の周りを円周方向に回転する。
図3は、バケット74の斜視図である。図4は、バケット74の平面図である。一部の実施形態において、各バケット74は、カバー106と、該カバー106から半径方向内向きに延びる本体108を含む。一部の実施形態において、本体108は、同じ及び/又は実質的に同様の構成を有する。本体108は、翼形部94及びダブテール96を含む。一部の実施形態において、翼形部の高さ110は、ダブテール112の高さよりも低い。或いは、他の実施形態において、翼形部94及び/又はダブテール96は、バケット74が本明細書で記載されるように機能できるあらゆる高さを有することができる。翼形部94は、前縁118と、対向する後縁120とを含む。より具体的には、翼形部後縁120は、翼形部前縁118から下流側に翼弦方向に離間して配置される。
一部の実施形態において、バケット74は、複数のバケット126、閉鎖バケット128、及び移行バケット130の少なくとも1つのペアを含む。一部の実施形態において、各バケット126の各カバー106は、各々が第1の構成を有する横方向縁部134のペアを含むバケットカバー132である。例えば、一部の実施形態において、横方向縁部134は、互いに実質的に平行である。例示的な実施形態において、各横方向縁部134は、第1のセグメント136及び第2のセグメント138を含み、該第2のセグメントは、第1の構成が角度付き構成であるように角度140にて第1のセグメント136から斜めに延びている。例示的な実施形態において、角度140は、約95°〜約175°の間である。より具体的には、例示的な実施形態において、角度140は、約120°〜約150°の間である。代替として、他の実施形態において、横方向縁部134は、バケットカバー132が本明細書で記載されるように機能できるあらゆる構成を有することができる。
一部の実施形態において、閉鎖バケット128の各カバー160は、各々が第2の構成を有する横方向縁部144のペアを含む閉鎖カバー142である。例えば、一部の実施形態において、横方向縁部144は、互いに実質的に平行である。例示的な実施形態において、各横方向縁部144は、角度140よりも大きく且つ約180°以下の角度146を定め、又は有する。より具体的には、例示的な実施形態において、角度146は、横方向縁部144が実質的に直線状構成であるように約180°である。
その上、一部の実施形態において、横方向縁部144と前縁150又は後縁152の何れかとの間に定められる各角度148は、閉鎖カバー142が実質的に矩形構成であるように約60°〜約120°の間である。より具体的には、少なくとも一部の実施形態において、角度148は、約75°〜105°の間である。或いは、他の実施形態において、横方向縁部144、前縁150、及び/又は後縁152はそれぞれ、閉鎖カバー142が本明細書で記載されるように機能できるあらゆる構成を有することができる。
一部の実施形態において、各移行バケット130の各カバー106は、第1の構成で形成される第1の横方向縁部156と、第2の構成で形成される第2の横方向縁部158とを含む移行カバー154である。従って、少なくとも一部の実施形態において、各移行バケット130は、それぞれのバケット126と閉鎖バケット128との間で1方向のみに位置決め可能である。一部の実施形態において、第1の移行バケット160は、後縁164よりも短い前縁162を有し、第2の移行バケット166は、後縁170よりも長い前縁168を有する。一部の実施形態において、移行バケット160及び166は、それぞれの第2の横方向縁部158に沿って互いに結合可能である。
組立中、各バケット126の各ダブテール96は、ダブテール溝98に挿入され、バケット126をロータディスク76に結合する。各移行バケット130の各ダブテール96は、ダブテール溝に挿入されて、移行バケット130をロータディスク76に結合する。より具体的には、一部の実施形態において、第1の移行バケット160は、第1の円周方向で滑動されて第1の移行バケット160を第1のバケット126に結合し、第2の移行バケット166は、反対の第2の円周方向で滑動されて、移行バケット160、166間にギャップ(図示せず)が定められるように第2の移行バケット166を第2のバケット126に結合する。閉鎖バケット128は、移行バケット160、166間に位置付けられてバケット組立体を構築する。閉鎖バケット128を使用することにより、全て同じカバー角度を有するバケット列と比べたときに組み立てプロセスをより容易にすることができる。或いは、少なくとも一部の実施形態において、第1の移行バケット160は、閉鎖バケット128を使用することなく、第2の移行バケット166に直接結合することもできる。
本開示は、全体的に、タービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエンジンで使用するバケット組立体に関する。本明細書で記載される実施形態は、複数の一体形に覆われた(IC)バケットを含むICバケット組立体の適用スペースを、ICバケット組立体の組立中にICバケットの少なくとも1つの一部を除去することなく増大させることができる。従って、本明細書で記載される実施形態は、ICバケット組立体の組み立て時間を短縮し、及び/又はICバケット組立体の性能を向上させることができる。
バケット組立体の例示的な実施形態は、上記で詳細に説明した。本方法及びシステムは、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本方法及びシステムの構成要素は、本明細書で記載した他の構成要素とは独立して別個に利用することができる。各方法のステップ及び各構成要素はまた、他の方法ステップ及び構成要素と組み合わせて用いることができる。本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。図面のあらゆる特徴要素は、他の何れかの図面の何れかの特徴要素と組み合わせて参照及び/又は特許請することができる。
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及び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ができる。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。
10 タービンエンジン
12 タービン
14 発電機
16 ロータ組立体
18 HPセクション
20 IPセクション
22 HPケーシング
24 上側ハーフセクション
26 下側ハーフセクション
28 IPケーシング
30 上側ハーフセクション
32 下側ハーフセクション
34 中央セクション
36 HP蒸気入口
38 IP蒸気入口
40 ロータシャフト
42 中心軸線
44 ジャーナル軸受
46 ジャーナル軸受
48 ロータシャフト末端部分
50 蒸気シールユニット
52 蒸気シールユニット
54 ディバイダ
56 ダイアフラム組立体
58 タービンケーシング
60 ロータディスク組立体
62 ノズルキャリア
64 ノズル
66 ノズル外側部分
68 ノズル内側部分
70 凹型部分
72 シール組立体
74 タービンバケット
76 ロータディスク
78 ディスク本体
80 半径方向内側部分
82 半径方向外側部分
84 中央ボア
86 ギャップ
88 列
92 蒸気流路
94 翼形部
96 ダブテール
98 ダブテール溝
102 蒸気入口
104 入口ノズル
106 カバー
108 本体
110 翼形部高さ
112 ダブテール高さ
118 翼形部前縁
120 翼形部後縁
126 バケット
128 閉鎖バケット
130 移行バケット
132 バケットカバー
134 横方向縁部
136 第1のセグメント
138 第2のセグメント
140 角度
142 閉鎖カバー
144 横方向縁部
146 角度
150 前縁
152 後縁
154 移行カバー
156 第1の横方向縁部
158 第2の横方向縁部
160 第1の移行バケット
162 前縁
164 後縁
166 第2の移行バケット
168 前縁
170 後縁

Claims (12)

  1. バケット組立体を組み立てる方法であって、
    ロータディスク内に円周方向に画成されたダブテール溝に、第1のバケット、第1の移行バケット、第2の移行バケット及び第2のバケットの各々のダブテールを挿入するステップであって、第1のバケット及び第2のバケットの各々が、第1の構成で各々形成された一対の横方向縁部を有するバケットカバーを含んでいるステップと、
    第1の構成で形成された第1の横方向縁部と第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する第1の移行カバーを含む第1の移行バケットをダブテール溝に沿って第1の円周方向に滑動させて第1のバケットに結合させるステップと、
    第1の構成で形成された第1の横方向縁部と第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する第2の移行カバーを含む第2の移行バケットをダブテール溝に沿って第1の円周方向とは反対側の第2の円周方向に滑動させて第2のバケットに結合させるステップと
    を含み、
    第1の移行バケットを結合するステップが、第1の移行バケットの後縁の半分の長さよりも短い前縁を含むように第1の移行バケットを設けるステップを含み、
    第2の移行バケットを結合するステップが、第2の移行バケットの前縁の半分の長さよりも短い後縁を含むように第2の移行バケットを設けるステップを含み、
    第1の移行バケットの移行カバーが、ロータディスクの軸方向に延びる第1の部分と軸方向に対して傾斜した方向に第1の部分よりも長く延びる第2の部分を備える第1の横方向縁部を有し、
    第2の移行バケットの移行カバーが、軸方向に延びる第3の部分と軸方向に対して傾斜した方向に第3の部分よりも長く延びる第4の部分を備える第2の横方向縁部を有している、方法。
  2. 第1の移行バケットと第2の移行バケットとの間で閉鎖バケットをロータディスクに結合するステップを更に含み、閉鎖バケットが、第2の構成で各々形成された一対の横方向縁部を有する閉鎖カバーを含む、請求項1記載の方法。
  3. 閉鎖バケットを結合するステップが更に、第2の構成が実質的に直線状構成であるように各閉鎖カバーの横方向縁部を実質的に直線状に設けるステップを含む、請求項2記載の方法。
  4. 第1のバケット、第2のバケット、閉鎖バケット、第1の移行バケット、及び第2の移行バケットをそれぞれのカバーから半径方向内向きに延びる本体を含み、該本体が互いに実質的に同様であるように設けるステップを更に含む、請求項2又は請求項3記載の方法。
  5. 第1のバケット、第2のバケット、閉鎖バケット、第1の移行バケット、及び第2の移行バケットをそれぞれのカバーから半径方向内向きに延びる翼形部とそれぞれの翼形部から半径方向内向きに延びるダブテールとを含み、翼形部の高さがダブテールの高さよりも低いように設けるステップを更に含む、請求項2乃至請求項4のいずれか1項記載の方法。
  6. 第1のバケット及び第2のバケットを結合するステップが更に、第1のセグメントと、第1の構成が角度付き構成であるようにある角度で第1のセグメントから延びる第2のセグメントとを含むように各バケットカバーの横方向縁部を設けるステップを含む、請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の方法。
  7. タービンエンジンで使用されるバケット組立体であって、
    複数の第1のバケットであって、各々が、タービンエンジンのロータディスク内に円周方向に画成されたダブテール溝に挿入されるように構成されたダブテールと、各々第1の構成で形成された一対の横方向縁部を有するバケットカバーとを含む複数の第1のバケットと、
    一対の移行バケットであって、各移行バケットが、ダブテール溝に挿入されるように構成されたダブテールと、第1の構成で形成された第1の横方向縁部と第2の構成で形成された第2の横方向縁部とを有する移行カバーを含む一対の移行バケットと
    を備えており、第1の移行バケットがダブテール溝に沿って第1の円周方向に滑動して第1のバケットの1つと結合し、第2の移行バケットがダブテール溝に沿って第1の円周方向とは反対側の第2の円周方向に滑動して第1のバケットの別のものと結合し、
    第1の移行バケットが、その後縁の半分の長さよりも短い前縁を有し、第2の移行バケットが、その前縁の半分の長さよりも短い後縁を有し、
    第1の移行バケットの移行カバーが、ロータディスクの軸方向に延びる第1の部分と軸方向に対して傾斜した方向に第1の部分よりも長く延びる第2の部分を備える第1の横方向縁部を有し、
    第2の移行バケットの移行カバーが、軸方向に延びる第3の部分と軸方向に対して傾斜した方向に第3の部分よりも長く延びる第4の部分を備える第2の横方向縁部を有している、バケット組立体。
  8. 第2の構成で各々形成された一対の横方向縁部を有する閉鎖カバーを含む閉鎖バケットを更に備える、請求項7記載のバケット組立体。
  9. 各閉鎖カバーの横方向縁部が、第2の構成が実質的に直線状構成であるように実質的に直線状である、請求項8記載のバケット組立体。
  10. 各第1のバケット、閉鎖バケット及び各移行バケットが、それぞれのカバーから半径方向内向きに延びる本体を含み、該本体が互いに実質的に同様である、請求項記載のバケット組立体。
  11. 各バケットカバーの横方向縁部が、第1のセグメントと、第1の構成が角度付き構成であるようにある角度で第1のセグメントから延びる第2のセグメントとを含む、請求項7乃至請求項10のいずれか1項記載のバケット組立体。
  12. タービンエンジンであって、
    ロータディスクと、
    ロータディスクに結合された請求項7乃至請求項11のいずれか1項記載のバケット組立体と
    を備えるタービンエンジン。
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