特許第6856322号(P6856322)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ ゼネラル・エレクトリック・カンパニイの特許一覧
特許6856322部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン
<>
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000002
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000003
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000004
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000005
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000006
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000007
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000008
  • 特許6856322-部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン 図000009
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6856322
(24)【登録日】2021年3月22日
(45)【発行日】2021年4月7日
(54)【発明の名称】部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービン
(51)【国際特許分類】
   F01D 9/04 20060101AFI20210329BHJP
【FI】
   F01D9/04
【請求項の数】9
【外国語出願】
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-118439(P2016-118439)
(22)【出願日】2016年6月15日
(65)【公開番号】特開2017-15073(P2017-15073A)
(43)【公開日】2017年1月19日
【審査請求日】2019年6月8日
(31)【優先権主張番号】14/753,588
(32)【優先日】2015年6月29日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】マーサ・アレハンドラ・アズカラテ
(72)【発明者】
【氏名】セザール・コロナ・ブラヴォ
(72)【発明者】
【氏名】スティーヴン・セバスチャン・バージック
【審査官】 高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】 特公昭45−003561(JP,B1)
【文献】 特開昭57−008303(JP,A)
【文献】 特開2009−052559(JP,A)
【文献】 特開2003−097218(JP,A)
【文献】 英国特許出願公告第394601(GB,A)
【文献】 米国特許第2013512(US,A)
【文献】 特開平07−208108(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01D 9/02
F01D 9/04
F01D 25/00
F01D 25/24
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントを備える蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントであって、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、
一対の対向する側壁であって、該一対の対向する側壁の各々の対向する側面に沿って測定される周方向寸法をそれぞれ有する一対の対向する側壁と、
一対の対向する側壁の間に延在し、一対の対向する側壁の各々と一体の翼形部であって、流路を通る作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、
翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域と
を含んでおり、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部が、軸方向高圧領域と軸方向低圧領域との間の流路の一部を画定する正圧側面を有し、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部と一対の対向する側壁と充填領域とが、均質な材料から一体に鋳造又は鍛造された構成要素であり、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの充填領域が、周方向寸法に沿って翼形部から対向する側壁の各々の第1の外周縁部まで延在し、流路が、周方向寸法に沿って翼形部の正圧側面から対向する側壁の各々の第2の外周縁部まで延在し、第2の外周縁部が第1の外周縁部とは異なり、
当該蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントが、当該蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントの内側リング及び外側リングに沿って部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと結合される完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントをさらに備えており、完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する一対の対向する側壁を含む、蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
【請求項2】
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁の各々が、別個の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントにおける隣接する側壁と嵌合するための一対の傾斜面を含む、請求項1に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
【請求項3】
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁が、蒸気タービンダイヤフラムの内側リングと蒸気タービンダイヤフラムの外側リングとを係合するようにサイズが決められている、請求項1又は請求項2に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
【請求項4】
蒸気タービンダイヤフラムセグメントであって、
外側リングと、
外側リングの内側にある内側リングと、
内側リング及び外側リングに結合された1以上のダイヤフラムノズルセグメントであって、蒸気タービンダイヤフラムセグメントに対して、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための、翼形部及び一体の側壁を有する1以上のダイヤフラムノズルセグメントと、
内側リング及び外側リングに沿って1以上のダイヤフラムノズルセグメントに結合された部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと
を備えており、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、
一対の対向する側壁であって、該一対の対向する側壁の各々の対向する側面に沿って測定される周方向寸法をそれぞれ有する一対の対向する側壁と、
一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、
翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域と
を含んでおり、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部が、軸方向高圧領域と軸方向低圧領域との間の流路の一部を画定する正圧側面を有し、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部と一対の対向する側壁と充填領域とが、均質な材料から一体に鋳造又は鍛造された構成要素であり、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの充填領域が、周方向寸法に沿って翼形部から対向する側壁の各々の第1の外周縁部まで延在し、流路が、周方向寸法に沿って翼形部の正圧側面から対向する側壁の各々の第2の外周縁部まで延在し、第2の外周縁部が第1の外周縁部とは異なり、
当該蒸気タービンダイヤフラムセグメントが、内側リング及び外側リングに沿って部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと結合された完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントをさらに備えており、完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する一対の対向する側壁を含む、蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
【請求項5】
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、一対の対向する側壁の全周囲長に沿って軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する、請求項4に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
【請求項6】
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント又は部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの少なくとも一方が、内側リング及び外側リングに沿って、2以上の隣接するダイヤフラムノズルセグメントに相当する周方向距離を有する、請求項4又は請求項5に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
【請求項7】
蒸気タービンであって、当該蒸気タービンが、
ロータと、
ロータを少なくとも部分的に取り囲むタービンケーシングと、
タービンケーシングとロータとの間のダイヤフラムセグメントと
を備えており、ダイヤフラムセグメントが、
外側リングと、
外側リングの内側にある内側リングと、
内側リング及び外側リングに結合された1以上のダイヤフラムノズルセグメントであって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための、翼形部及び一体の側壁を有する1以上のダイヤフラムノズルセグメントと、
内側リング及び外側リングに沿って1以上のダイヤフラムノズルセグメントに結合された1以上の部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと、
内側リング及び外側リングに沿って部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと結合された1以上の完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと
を備えており、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、
一対の対向する側壁であって、該一対の対向する側壁の各々の対向する側面に沿って測定される周方向寸法をそれぞれ有する一対の対向する側壁と、
一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、
翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域と
を含んでおり、
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部が、軸方向高圧領域と軸方向低圧領域との間の流路の一部を画定する正圧側面を有し、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部と一対の対向する側壁と充填領域とが、均質な材料から一体に鋳造又は鍛造された構成要素であり、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの充填領域が、周方向寸法に沿って翼形部から対向する側壁の各々の第1の外周縁部まで延在し、流路が、周方向寸法に沿って翼形部の正圧側面から対向する側壁の各々の第2の外周縁部まで延在し、第2の外周縁部が第1の外周縁部とは異なり、
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する一対の対向する側壁を含んでおり、完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントが、完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁の全周囲長に沿って、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域への作動流体の流れを完全に閉塞する、蒸気タービン。
【請求項8】
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁が、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する、請求項7に記載の蒸気タービン。
【請求項9】
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント又は部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの少なくとも一方が、内側リング及び外側リングに沿って、2以上の隣接するダイヤフラムノズルセグメントに相当する周方向距離を有する、請求項7又は至請求項8に記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、部分アーク用途のための蒸気タービンノズルセグメント、関連アセンブリ、及び蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【0002】
本明細書で開示される主題は、蒸気タービンに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、蒸気タービンのノズルセグメントに関する。
【0003】
蒸気タービンは、回転するロータに連結されたタービンバケットの中に作動流体の流れを導く、静止したノズルアセンブリを含む。ノズル構成(複数のノズル、すなわち「翼形部」を含む)は、時には「ダイヤフラム」又は「ノズルアセンブリ段」と呼ばれる。蒸気タービンダイヤフラムは、ロータの周りに組み立てられた2つの半体を含み、これら2つの半体の間に水平ジョイントを形成する。各タービンダイヤフラム段は、それぞれの水平ジョイントにおいてダイヤフラムの各側面上の支持バー、支持ラグ、又は支持ネジによって垂直方向に支持される。ダイヤフラムの水平ジョイントはまた、タービンケーシングの水平ジョイントに対応し、タービンケーシングは蒸気タービンダイヤフラムを取り囲む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第8690533号明細書
【発明の概要】
【0005】
蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント、関連するアセンブリ、及び蒸気タービンが開示される。様々な実施形態は、蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントを含み、蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントは、一対の対向する側壁と、一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、流路を通る作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを有する。
【0006】
本開示の第1の態様は、蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントを含み、蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントは、一対の対向する側壁と、一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、流路を通る作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを有する。
【0007】
本開示の第2の態様は、蒸気タービンダイヤフラムセグメントを含み、蒸気タービンダイヤフラムセグメントは、外側リングと、外側リングの内側にある内側リングと、内側リング及び外側リングに結合された1以上のダイヤフラムノズルセグメントであって、蒸気タービンダイヤフラムセグメントに対して、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための、翼形部及び一体の側壁を有する1以上のダイヤフラムノズルセグメントと、内側リング及び外側リングに沿って1以上のダイヤフラムノズルセグメントに結合された部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントとを含み、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、一対の対向する側壁と、一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを有する。
【0008】
本開示の第3の態様は、蒸気タービンを含み、蒸気タービンは、ロータと、ロータを少なくとも部分的に取り囲むタービンケーシングと、タービンケーシングとロータとの間のダイヤフラムセグメントとを含み、ダイヤフラムセグメントは、外側リングと、外側リングの内側にある内側リングと、内側リング及び外側リングに結合された1以上のダイヤフラムノズルセグメントであって、蒸気タービンダイヤフラムセグメントに対して、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための、翼形部及び一体の側壁を有する1以上のダイヤフラムノズルセグメントと、内側リング及び外側リングに沿って1以上のダイヤフラムノズルセグメントに結合された部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントとを含み、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、一対の対向する側壁と、一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを有する。
【0009】
本発明のこれらの及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】様々な実施形態による蒸気タービンの部分的な断面概略図である。
図2】シングレット、すなわち内側リング及び外側リングに直接溶接された側壁を有する単一の翼形部を用いる、ノズルアセンブリの一実施形態を示す図である。
図3】様々な実施形態による、部分閉塞型蒸気タービンノズルセグメントの実施形態の概略的な3次元斜視図である。
図4】様々な実施形態による、部分閉塞型蒸気タービンノズルセグメントの実施形態の概略的な3次元斜視図である。
図5】様々な実施形態による、完全閉塞型蒸気タービンノズルセグメントの実施形態の概略的な3次元斜視図である。
図6】様々な実施形態による、完全閉塞型蒸気タービンノズルセグメントの実施形態の概略的な3次元斜視図である。
図7】様々な実施形態による、ダイヤフラムアセンブリの一部をクローズアップした3次元斜視図である。
図8】様々な実施形態による、ダイヤフラムアセンブリの断面の概略的な端面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の図面は必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。
【0012】
本明細書で開示される主題は、蒸気タービンに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、蒸気タービンのノズルセグメントに関する。
【0013】
本開示の様々な実施形態によれば、蒸気タービンノズルセグメントは、ノズル翼形部領域を通る蒸気の流れを閉塞するために、ノズル翼形部領域内に少なくとも部分的な閉塞的流動セクション(流路)を含む。場合によっては、複数のこのようなノズルセグメントは、回転バケットへの蒸気の流れを閉塞するような構成で配置される。様々な実施形態は、閉塞するノズルセグメント及び従来のノズルセグメント(蒸気の流れを回転バケットへ導くための翼形部を含む)の両方を含む蒸気タービンノズルアセンブリを含む。本明細書の様々な手法によれば、従来のノズルセグメントを変更する必要がないように(たとえば、改造又は修理/交換シナリオのために)、閉塞するノズルセグメントは、従来のノズルセグメントと一体に適合するようにサイズが設定された側壁を含むことができる。さらなる実施形態は、完全閉塞型ノズルセグメントと、完全閉塞型ノズルセグメントに接続された部分閉塞型ノズルセグメントと、部分閉塞型ノズルセグメントに接続された従来のノズルセグメント(たとえば、蒸気の流れを回転バケットへ導くための翼形部を含む)とを有するアセンブリを含む。
【0014】
これらの図に示すように、「A」軸は、軸方向(タービンロータの軸線に沿っているが、それは明確にするために省略している)を表す。本明細書で用いる「軸方向の」及び/又は「軸方向に」という用語は、軸線Aに沿った対象物の相対的な位置/方向を指し、軸線Aはターボ機械の回転軸(具体的には、ロータ部)と実質的に平行である。さらに本明細書で用いる「径方向の」及び/又は「径方向に」という用語は、軸線(r)に沿った対象物の相対的な位置/方向を指し、軸線(r)は軸線Aと実質的に直交し、かつ一箇所のみで軸線Aと交差する。さらに、「周方向の」及び/又は「周方向に」という用語は、周線(c)に沿った対象物の相対的な位置/方向を指し、周線(c)は軸線Aを取り囲むが、いずれの位置でも軸線Aと交差しない。
【0015】
図1を参照すると、蒸気タービン2(たとえば、高圧/中圧蒸気タービン)の部分的な断面概略図が示されている。蒸気タービン2は、たとえば、中圧(IP)セクション4及び高圧(HP)セクション6を含むことができる。IPセクション4及びHPセクション6は、ケーシング7に少なくとも部分的に収容される。蒸気は、ケーシング7内の1以上の入口8を通ってHPセクション6及びIPセクション4に流入し、入口8から軸方向下流側に流れることができる。いくつかの実施形態では、HPセクション6及びIPセクション4は、共通シャフト10で結合され、共通シャフト10はベアリング12に接触することができ、作動流体(蒸気)がIPセクション4及びHPセクション6の各々の中のブレードを回転させると、シャフト10の回転を可能にする。IPセクション4及びHPセクション6内のブレードで機械的仕事を行った後に、作動流体(たとえば、蒸気)はケーシング7内の出口14から出ることができる。HPセクション6及びIPセクション4の中心線(CL)16を基準点として示す。IPセクション4及びHPセクション6は、いずれもダイヤフラムアセンブリを含むことができ、ダイヤフラムアセンブリはケーシング7のセグメント内に収容されている。
【0016】
図2は、シングレット、すなわち内側リング及び外側リングに、たとえば低入熱溶接により、直接溶接された側壁を有する単一の翼形部を用いる、ノズルアセンブリの一実施形態を示す。特に、図2のノズルアセンブリは、符号40で示す、一体に形成されたシングレット部分アセンブリを含む。各部分アセンブリ40は、内側側壁44と外側側壁46との間に単一の翼形部又はブレード42をそれぞれ含み、ブレード42及び側壁44、46は、ニアネット鍛造物又は材料のブロックから機械加工される。図示するように、内側側壁44は、内側側壁44の前縁及び後縁に沿って径方向内向きに突出する雄段部又はフランジ50及び52が両側に位置する、又は跨がる雌凹部48を含む。あるいは、内側側壁44は、内側側壁の前縁及び後縁に隣接する径方向外向きに延在する雌凹部が両側に位置する中央雄突起を設けるように構築されてもよい。同様に、外側側壁46は、図示するように、外側側壁46の前縁及び後縁に隣接する径方向外向きに延在する一対の雄段部又はフランジ56、58が両側に位置する、又は跨がる雌凹部54を含む。あるいは、外側側壁46は、外側側壁の前縁及び後縁に沿って径方向内向きに延在する雌凹部が両側に位置する中央雄突起を有してもよい。
【0017】
それからノズルシングレット40が、低入熱型溶接を用いて、内側リング60と外側リング62との間に組み立てられる。たとえば、低入熱型溶接は、突合せ溶接界面を使用し、好ましくは電子ビーム溶接、レーザ溶接、又は、浅いMIG(GMAW)溶接処理を用いる。これらの溶接処理及び溶接型式を用いることにより、界面における構成が図2に示したものから反転する場合に、側壁と側壁の段部に隣接したリングとの間の領域、あるいは内側リング及び外側リングの段部の領域に、溶接が制限される。したがって、短い軸方向距離に対してだけ、たとえば側壁の対向する軸方向端部に沿った段部の軸方向範囲を超えずに、かつ、充填溶接材を使用せずに溶接が行われる。具体的には、内側側壁及び外側側壁にわたる軸方向距離の1/2未満の距離を使用して、内側リングと外側リングとの間にシングレットノズルを溶接する。たとえば、側壁とリングとの界面の前側及び後側の両方から軸方向に電子ビーム溶接を用いることにより、側壁及びリングの材料が融合する溶接部の軸方向範囲は軸方向界面の範囲の1/2未満である。
【0018】
図3及び図4は、第1の部分閉塞型蒸気タービンノズルセグメント(部分閉塞型ノズルセグメント)400と、第2の部分閉塞型蒸気タービンノズルセグメント(部分閉塞型ノズルセグメント)500と、の実施形態の概略的な3次元斜視図をそれぞれ示す。図面間で共通する符号を付した要素は、実質的に類似の特徴を表すことができ、したがって、これらの特徴の冗長な説明は、明確化のために省略する。部分閉塞型ノズルセグメント400、500は、ダイヤフラムアセンブリ(本明細書で述べる)の遷移ノズルセグメント(部分閉塞型)として機能するように構成することができ、そのようにして、部分閉塞型ノズルセグメント400、500は、従来のノズルセグメント(たとえば、翼形部及び翼形部の周方向両側面の開口部を含む)と、完全閉塞型ノズルセグメント(作動流体の周方向の流れを防止する)と、に接続することができる。
【0019】
様々な実施形態によれば、部分閉塞型ノズルセグメント400、500は、一対の対向する側壁402を含むことができ、側壁402は、それぞれの内側及び外側ダイヤフラムリング60、62(図2)と結合するように構成される。様々な実施形態では、側壁402は、蒸気タービンダイヤフラムの内側リング60と蒸気タービンダイヤフラムの外側リング62(図2)とをそれぞれ係合するようにサイズが決められている。いくつかの構成では、一対の対向する側壁402は、ダイヤフラムアセンブリの隣接する従来のノズルセグメントの側壁を嵌合(たとえば、補足)するために、前縁404又は後縁406の少なくとも一方に輪郭が形成され得る。様々な実施形態では、輪郭408は、別個の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントにおける隣接する側壁と嵌合するための一対の傾斜面408Aを含む。側壁402の対向する縁部(たとえば、前縁404又は後縁406)は、実質的に平坦な表面410を含むことができ、表面410は、完全閉塞型ノズルセグメントの平坦な表面と嵌合(同時に接触)するように構成することができる。部分閉塞型ノズルセグメント400、500はまた、側壁402の間に延在し、各側壁402と一体の翼形部412を含むことができる。様々な実施形態では、翼形部412は、流路416(仮想線で示す)を通る作動流体(たとえば、蒸気)の流れを導くために、単一の接触面414(たとえば、翼形部412の正圧側面)を有する。部分閉塞型ノズルセグメント400、500はまた、翼形部412及び側壁402と一体の充填領域418を含むことができる。充填領域418、翼形部412、及び側壁402は、金属(たとえば、鋼、鉄など)などの一般的な(たとえば、実質的に均一な)材料から一体に鋳造又は鍛造することができる。充填領域418は、翼形部412の長さ(L)の全体に沿って側壁402の間に延在することができ、充填領域418は、作動流体(たとえば、蒸気)の流れを完全に閉塞するようにサイズが決められ、かつ位置決めされる。
【0020】
より具体的には、側壁402は、各側壁402の対向する側面420に沿って測定される周方向寸法(dc)を各々有しており、充填領域418は、周方向寸法(dc)に沿って翼形部412から各側壁402の第1の外周縁部(前縁404、後縁406)まで延在する。本明細書で説明するように、翼形部412は、流路416の一部を画定する正圧側面422を有しており、流路416は、周方向寸法(dc)に沿って正圧側面422から側壁402の各々の第2の外周縁部(たとえば、前縁404又は後縁406の他方)まで延在し、第2の外周縁部(たとえば前縁404又は後縁406の他方)は、第1の外周縁部(たとえば、前縁404又は後縁406)とは異なる。
【0021】
図5及び図6は、第1の完全閉塞型蒸気タービンノズルセグメント(完全閉塞型ノズルセグメント)600と、第2の蒸気タービンノズルセグメント(完全閉塞型ノズルセグメント)700と、の実施形態の概略的な3次元斜視図をそれぞれ示す。図面間で共通する符号を付した要素は、実質的に類似の特徴を表すことができ、したがって、これらの特徴の冗長な説明は、明確化のために省略する。図7は、遷移ノズルセグメント400、500と嵌合した完全閉塞型ノズルセグメント600、700を含むダイヤフラムアセンブリ800の一部をクローズアップした3次元斜視図を示し、次に遷移ノズルセグメント400、500は、従来の側壁が傾斜したノズルセグメント(ダイヤフラムノズルセグメント)40(図2)と嵌合する。本明細書で述べたように、完全閉塞型ノズルセグメント600、700は、外周縁部(たとえば、前縁又は後縁)の一方又は両方において、遷移ノズルセグメント400、500と嵌合するように構成することができる。様々な実施形態によれば、完全閉塞型ノズルセグメント600、700は、ダイヤフラムアセンブリ(図2)の内側リング60及び外側リング62に沿って部分閉塞型ノズルセグメント400、500とそれぞれ結合することができる。完全閉塞型ノズルセグメント600、700は、たとえば実質的に平坦な表面410において部分閉塞型ノズルセグメント400、500の一対の対向する側壁402と嵌合するようにサイズが決められている一対の対向する側壁602を含む。しかし、いくつかの実施形態では、部分閉塞型ノズルセグメント400、500は、側壁402の後縁及び前縁の両方に傾斜した界面を含むことができることが理解される。アセンブリ800は、ノズルセグメントの特徴(たとえば、部分閉塞型ノズルセグメント400、500及び完全閉塞型ノズルセグメント600、700がノズルセグメント40と相互作用する)をより明確に例示するために、内側リング60及び外側リング62の描写を除外した。図8は、ダイヤフラムアセンブリ900の断面の概略的な端面図であり、ダイヤフラムノズルセグメント40を有する部分閉塞型ノズルセグメント400、500及び完全閉塞型ノズルセグメント600,700を完全なリングに一体化して示す。
【0022】
図7及び図8を参照して(及び図2図6を引き続き参照して)、本明細書で説明するように、完全閉塞型ノズルセグメント600、700は、一対の対向する側壁402の全周囲長(Lc)に沿った軸方向高圧領域810から軸方向低圧領域812(軸方向にわたるノズルセグメントに対する圧力差)までの軸方向(A)の作動流体(たとえば、蒸気)の流れを完全に閉塞する。様々な実施形態では、図3図4及び図7に示すように、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント400、500の翼形部412は、軸方向高圧領域810と軸方向低圧領域812との間の流路416の一部を画定する正圧側面422を有する。
【0023】
様々な実施形態によれば、たとえば、図7に示すように、完全閉塞型ノズルセグメント600、700及び/又は部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント400、500は、2以上の隣接するダイヤフラムノズルセグメント40(たとえば、図7のアセンブリにいくつかを示す)に等しい、内側リング60及び外側リング62(図2)に沿った周方向距離(dc)を延長することができる。すなわち、完全閉塞型ノズルセグメント600、700及び/又は部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント400、500は、2つ以上の従来のダイヤフラムノズルセグメント40よりも大きい周囲長を有することができる。完全閉塞型ノズルセグメント600、700は、1以上(たとえば、3、4、5、又はそれ以上)の従来のダイヤフラムノズルセグメント40の周囲長(c軸に沿った)を有することができ、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント400、500と外周縁部(たとえば前縁又は後縁)において結合することができ、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント400、500は、次に一組(たとえば3、4、5、又はそれ以上)の隣接して整列する従来のダイヤフラムノズルセグメント40に結合される。これらの様々な実施形態を例示するために、別個の構成を図7に示している。
【0024】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを目的とするものではない。本明細書で用いられるように、文脈で別途明確に指示しない限り、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」及び「前記(the)」は複数形も含むものとする。「含む(comprises)」及び/又は「含む(comprising)」という用語は、本明細書で使用される場合に、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び/又は構成要素の存在を示すが、1つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び/又はこれらのグループの存在もしくは追加を排除するものではないことがさらに理解されるであろう。
【0025】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその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、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
[実施態様1]
蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントであって、
一対の対向する側壁と、
一対の対向する側壁の間に延在し、一対の対向する側壁の各々と一体の翼形部であって、流路を通る作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、
翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを含む、蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
[実施態様2]
一対の対向する側壁は、側壁の各々の対向する側面に沿って測定される周方向寸法をそれぞれ有し、
充填領域は、周方向寸法に沿って翼形部から対向する側壁の各々の第1の外周縁部まで延在する、実施態様1に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
[実施態様3]
翼形部は、流路の一部を画定する正圧側面を有し、
流路は、周方向寸法に沿って翼形部の正圧側面から対向する側壁の各々の第2の外周縁部まで延在し、第2の外周縁部は、第1の外周縁部とは異なる、実施態様2に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
[実施態様4]
一対の対向する側壁の各々は、別個の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメントにおける隣接する側壁と嵌合するための一対の傾斜面を含む、実施態様1に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
[実施態様5]
翼形部、一対の対向する側壁、及び充填領域は、実質的に均質な材料から一体に鋳造又は鍛造された構成要素である、実施態様1に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
[実施態様6]
一対の対向する側壁は、蒸気タービンダイヤフラムの内側リングと蒸気タービンダイヤフラムの外側リングとを係合するようにサイズが決められている、実施態様1に記載の蒸気タービンダイヤフラムノズルセグメント。
[実施態様7]
蒸気タービンダイヤフラムセグメントであって、
外側リングと、
外側リングの内側にある内側リングと、
内側リング及び外側リングに結合された1以上のダイヤフラムノズルセグメントであって、蒸気タービンダイヤフラムセグメントに対して、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための、翼形部及び一体の側壁を有する1以上のダイヤフラムノズルセグメントと、
内側リング及び外側リングに沿って1以上のダイヤフラムノズルセグメントに結合された部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントとを含み、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、
一対の対向する側壁と、
一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、
翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを含む、蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様8]
内側リング及び外側リングに沿って部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと結合された完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントをさらに含み、完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する一対の対向する側壁を含む、実施態様7に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様9]
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁は、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する、実施態様8に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様10]
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、一対の対向する側壁の全周囲長に沿って軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する、実施態様8に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様11]
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント又は部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの少なくとも一方は、2以上の隣接するダイヤフラムノズルセグメントに等しい、内側リング及び外側リングに沿った周方向距離を延長する、実施態様8に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様12]
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁は、側壁の各々の対向する側面に沿って測定される周方向寸法をそれぞれ有し、
充填領域は、周方向寸法に沿って翼形部から対向する側壁の各々の第1の外周縁部まで延在する、実施態様7に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様13]
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部は、径方向外側領域と径方向内側領域との間の流路の一部を画定する正圧側面を有し、
流路は、周方向寸法に沿って翼形部の正圧側面から対向する側壁の各々の第2の外周縁部まで延在し、第2の外周縁部は、第1の外周縁部とは異なる、実施態様12に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様14]
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部、一対の対向する側壁、及び充填領域は、実質的に均質な材料から一体に鋳造又は鍛造された構成要素である、実施態様7に記載の蒸気タービンダイヤフラムセグメント。
[実施態様15]
蒸気タービンであって、
ロータと、
ロータを少なくとも部分的に取り囲むタービンケーシングと、
タービンケーシングとロータとの間のダイヤフラムセグメントとを含み、ダイヤフラムセグメントは、
外側リングと、
外側リングの内側にある内側リングと、
内側リング及び外側リングに結合された1以上のダイヤフラムノズルセグメントであって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための、翼形部及び一体の側壁を有する1以上のダイヤフラムノズルセグメントと、
内側リング及び外側リングに沿って1以上のダイヤフラムノズルセグメントに結合された部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントとを含み、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、
一対の対向する側壁と、
一対の対向する側壁の間に延在し、一対の側壁の各々と一体の翼形部であって、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで作動流体の流れを導くための単一の接触面を有する翼形部と、
翼形部及び一対の対向する側面と一体の充填領域であって、翼形部の全長に沿って一対の対向する側面の間に延在し、軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する充填領域とを含む、蒸気タービン。
[実施態様16]
内側リング及び外側リングに沿って部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントと結合された完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントをさらに含み、完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する一対の対向する側壁を含む、実施態様15記載の蒸気タービン。
[実施態様17]
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁は、部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁と嵌合する、実施態様16に記載の蒸気タービン。
[実施態様18]
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントは、一対の対向する側壁の全周囲長に沿って軸方向高圧領域から軸方向低圧領域まで流れる作動流体の流れを完全に閉塞する、実施態様16に記載の蒸気タービン。
[実施態様19]
完全閉塞型ダイヤフラムノズルセグメント又は部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの少なくとも一方は、2以上の隣接するダイヤフラムノズルセグメントに等しい、内側リング及び外側リングに沿った周方向距離を延長する、実施態様16に記載の蒸気タービン。
[実施態様20]
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの一対の対向する側壁は、側壁の各々の対向する側面に沿って測定される周方向寸法をそれぞれ有し、
充填領域は、周方向寸法に沿って翼形部から対向する側壁の各々の第1の外周縁部まで延在し、
部分閉塞型ダイヤフラムノズルセグメントの翼形部は、軸方向高圧領域と軸方向低圧領域との間の流路の一部を画定する正圧側面を有し、
流路は、周方向寸法に沿って翼形部の正圧側面から対向する側壁の各々の第2の外周縁部まで延在し、第2の外周縁部は、第1の外周縁部とは異なる、実施態様15に記載の蒸気タービン。
【符号の説明】
【0026】
2 蒸気タービン
4 中圧(IP)セクション
6 高圧(HP)セクション
7 ケーシング
8 入口
10 共通シャフト
12 ベアリング
14 出口
16 中心線(CL)
40 ダイヤフラムノズルセグメント、ノズルシングレット、部分アセンブリ
42 ブレード
44 内側側壁
46 外側側壁
48 雌凹部
50 フランジ
52 フランジ
54 雌凹部
56 雄段部又はフランジ
58 雄段部又はフランジ
60 内側ダイヤフラムリング
62 外側ダイヤフラムリング
400 部分閉塞型ノズルセグメント、遷移ノズルセグメント
402 対向する側壁
404 前縁
406 後縁
408 輪郭
408A 傾斜面
410 実質的に平坦な表面
412 翼形部
414 単一の接触面
416 流路
418 充填領域
420 対向する側面
422 正圧側面
500 部分閉塞型ノズルセグメント、遷移ノズルセグメント
600 完全閉塞型ノズルセグメント
602 対向する側壁
700 完全閉塞型ノズルセグメント
800 ダイヤフラムアセンブリ
810 軸方向高圧領域
812 軸方向低圧領域
900 ダイヤフラムアセンブリ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8