JP6972035B2 - タービンダイアフラム用の静翼および関連するタービンダイアフラム - Google Patents

Description

本発明は、軸流タービン用、特に蒸気タービン用の静翼のリング構造物に関する。

詳細には、本発明はタービンダイアフラムに関する。

蒸気タービンは、蒸気の熱エネルギーを、交流発電機、ポンプ、または任意の他の回転する機械的な受け側を駆動するための機械エネルギーに変換することを目的とした回転機械である。一般に、蒸気タービンは、高圧モジュール、中圧モジュール、および低圧モジュールを備える。

蒸気タービンは一般に、対称または非対称の単流または複流の内側本体を備え、内側本体は、動翼を備えたロータを取り囲み、前記内側本体内に吊るされたダイアフラムを形成する固定のまたは静止したブレードを支持する。ダイアフラムは、蒸気の流れをロータの動翼に向けるように特定の方向に案内し、それによって蒸気流を加速するように構成されている。

本発明は、「スペーサバンドダイアフラム」および「プラットフォームダイアフラム」と呼ばれる公知のタイプの構造ダイアフラムに関する。

図１ａに示す、いわゆる「スペーサバンドダイアフラム」タイプの構造物１０では、ブレードエーロフォイル１１は、平らな帯から折り曲げられた内側および外側の環状バンド１４、１５によって、内側リング１２および外側リング１３に半径方向に固定される。貫通穴１６が、エーロフォイル形状の断面に合うように、例えば、レーザによって、前記バンド１４、１５内に切り抜かれている。次いで、エーロフォイル１１の端部は前記貫通穴１６に挿入されて定位置に隅肉溶接される。内側バンド１４は内側リング１２に溶接され、外側バンド１５は外側リング１３に溶接される。このようなタイプの構造物は、蒸気タービンで使用される他のタイプの構造物に比べて、ブレードの機械加工量が比較的少ない。

例えば、図１ｂに示す、いわゆる「プラットフォームダイアフラム」タイプの構造物２０では、ブレードエーロフォイル２１は、実質的に、半径方向内側および外側のプラットフォーム２２、２３と一体の２つの両側の端部を有するベーンの形状の断面を有する。ブレードエーロフォイルおよびプラットフォームは、中実の棒から機械加工される、または鍛造品によるものである。内側リングと外側リング（図示せず）との間に、エーロフォイル−プラットフォーム構成部品を連続して組み合わせて組み付けて、プラットフォームを前記リングに溶接することによって、完全な環状の静翼が組み立てられる。プラットフォームにより、このようなダイアフラムは、スペーサバンドタイプに比べると、機械的強度はより良いが、製造コストはずっと高くなる。

欧州特許第１８４７６８９（Ａ２）号

本発明の目的は上記の欠点を改善することである。

良好な性能特性を有し、製造するのが経済的であるダイアフラムタイプの構造物を提供することが本発明の具体的な目的である。

一実施形態では、軸流タービン用の静翼は、前縁、後縁、正圧側、および負圧側を有するエーロフォイル部分と、前記エーロフォイル部分と一体の半径方向内側および外側の補強部分とを備える。

各補強部分は、エーロフォイル部分の断面の形状に密接に従う。

補強部分により、製造コストを増大させることなく、スペーサバンドダイアフラムの機械的強度が向上する。

各補強部分は、エーロフォイル部分の断面より実質的に大きな断面を有することが有利である。補強部分の断面は、エーロフォイル部分の前縁を取り囲む前縁に対応する丸みのある拡大された形状、およびエーロフォイル部分の後縁を取り囲む後縁に対応する薄い部分を有する。

静翼は、例えば、１２％のクロムを含む合金鋼材料から作ることができる。

第２の態様によれば、本発明は、前述したような複数の同一の静翼の環状物と、各静翼の内側および外側の補強部分を受け入れるような形状の貫通穴を有する内側および外側のスペーサバンドと、環状のスペーサバンドを取り囲む半径方向内側および外側のダイアフラムリングとを備える軸流タービンダイアフラム構造物に関する。

一実施形態によれば、各補強部分は、対応するスペーサバンドに溶接部によって溶接される。

溶接部は、例えば、各補強部分の各前縁および後縁に配置される。

一実施形態によれば、内側のスペーサバンドは内側リングに溶接され、外側のバンドは外側リングに溶接される。

本発明は、完全に非限定的な例として考えられ、添付の図面によって示されたいくつかの実施形態の詳細な説明を検討することによってより良く理解されるであろう。

公知のスペーサバンドタービンダイアフラムタイプの構造物の図である。 公知のプラットフォームタービンダイアフラムタイプの構造物で使用するためのプラットフォームを一体化した固定翼の図である。 本発明の実施形態による、蒸気タービンダイアフラムの一部分の３次元斜視図である。 図２のダイアフラム構造物で使用するための静翼の３次元斜視図である。 図３の静翼を上から見た図である。 図２の蒸気タービンダイアフラムのスペーサバンドに溶接された図３の静翼の半径方向断面図である。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は、同じまたは同様の要素とみなす。さらに、図面は必ずしも原寸に比例して描かれたものではない。

図２に示すように、タービンの蒸気タービンダイアフラム３０の一部分は、複数の同一の静ブレードエーロフォイル３２を有するノズルユニットを備えており、ノズルユニットは、平らな帯から折り曲げられた内側および外側の環状スペーサバンド３８、４０によって、内側リング３４および外側リング３６に半径方向に固定されている。

内側および外側リング３４、３６は、内側および外側のスペーサバンド３８、４０と同様、同心円状である。

内側および外側のスペーサバンド３８、４０にはそれぞれ貫通穴３８ａ、４０ａが設けられている。図示のように、貫通穴は、静翼を受け入れるように両端が開いている。貫通穴３８ａ、４０ａは、例えば、エーロフォイル形状の断面に合うように、例えば、レーザによって、前記スペーサバンド３８、４０内に切り抜かれてもよい。次いで、エーロフォイル３２の端部は前記貫通穴に挿入されて定位置に隅肉溶接される。内側のスペーサバンド３８は内側リング３４に溶接され、外側のバンド４０は外側リング３６に溶接される。

図３および４に示すように、各静翼３２は、内側のスペーサバンド３８と接触する内側端部３２ａ、および外側のスペーサバンド４０と接触する、前記内側端部３２ａの反対側の外側端部３２ｂを有する細長い本体を有するエーロフォイル部分４４を有する。

内側および外側端部３２ａ、３２ｂはそれぞれ、前記端部と前記スペーサバンドとの間に構成された溶接ビードによる溶接によって内側および外側のスペーサバンド３８、４０に接続される。このように、各静翼は、内側のスペーサバンドおよび外側のスペーサバンドの両方に溶接される。

各静翼３２は、例えば、前縁４４ａに対応する丸みのある拡大された形状、および後縁４４ｂに対応する薄い部分を有する、図４に示すような、実質的にベーンの形状の断面を有する。

図３および４に示すように、各静翼３２の内側および外側端部３２ａ、３２ｂはそれぞれ、内側および外側の補強部分４６、４８を備える。各補強部分４６、４８は、前縁４６ａ、４８ａに対応する丸みのある拡大された形状、および後縁４６ｂ、４８ｂに対応する薄い部分を有する、図４に示すような、エーロフォイル部分４４の断面よりわずかに大きな断面を有する。

各補強部分４６、４８は、エーロフォイル部分４４の断面より実質的に大きな断面を有するように、対応する端部の全断面の周囲を取り囲む。したがって、補強部分４６、４８の形状は、全体として、すなわち、エーロフォイル部分４４の前縁および後縁４４ａ、４４ｂ、ならびに負圧側および正圧側で、およびその近くで、エーロフォイル部分４４の断面の形状に近い。

第１および第２の補強部分４６、４８は、図５に示すように、それらが合うスペーサバンド３８、４０の貫通穴３８ａ、４０ａ内に滑り込ます。すべての静翼３２がスペーサバンド３８、４０内に組み付けられると、定位置にしっかりと溶接しなければならない。各補強部分の各前縁および後縁は、対応するスペーサバンドに溶接部５０ａ、５０ｂ、および５２ａ、５２ｂによって溶接される。溶接部５０ａ、５０ｂ、および５２ａ、５２ｂは、図４の斜線で示されている。

静翼３２は、例えば、１２％のクロムを含む合金鋼材料から作られる。

エーロフォイル部分の各端部に補強部分を設けることによって、静翼は強化される。

本発明により、ダイアフラム構造物は良好な機械的強度を有しながら、経済的かつ容易に製造される。

１０ スペーサバンドダイアフラムタイプの構造物
１１ エーロフォイル
１２ 内側リング
１３ 外側リング
１４ 内側の環状バンド
１５ 外側の環状バンド
１６ 貫通穴
２０ プラットフォームダイアフラムタイプの構造物
２１ ブレードエーロフォイル
２２ 内側のプラットフォーム
２３ 外側のプラットフォーム
３０ ダイアフラム
３２ 静翼
３２ａ 内側端部
３２ｂ 外側端部
３４ 内側リング
３６ 外側リング
３８ 内側の環状スペーサバンド
３８ａ 貫通穴
４０ 外側の環状スペーサバンド
４０ａ 貫通穴
４４ エーロフォイル部分
４４ａ 前縁
４４ｂ 後縁
４６ 内側の補強部分
４６ａ 前縁
４６ｂ 後縁
４８ 外側の補強部分
４８ａ 前縁
４８ｂ 後縁
５０ａ 溶接部
５０ｂ 溶接部
５２ａ 溶接部
５２ｂ 溶接部

Claims (8)

1. 前縁（４４ａ）、後縁（４４ｂ）、正圧側、および負圧側を有するエーロフォイル部分（４４）と、
   前記エーロフォイル部分（４４）と一体の半径方向内側および外側の補強部分（４６、４８）と
   を備えた軸流タービン用の静翼（３２）であって、
   前記内側および外側の補強部分（４６、４８）の各々が、前記エーロフォイル部分（４４）の断面の形状に密接に従い、
   前記前縁（４４ａ）における前記内側部分（４６）と前記外側の補強部分（４６、４８）との間の距離が、前記後縁（４４ｂ）における前記内側部分（４６）と前記外側の補強部分（４６、４８）との間の距離よりも長く、
   前記内側および外側の補強部分（４６、４８）の各々が、前記エーロフォイル部分（４４）の断面より実質的に大きな断面を有し、前記エーロフォイル部分（４４）の前記前縁（４４ａ）を前記正圧側から前記負圧側に渡って取り囲む前縁（４６ａ、４８ａ）に対応する丸みのある拡大された形状、および前記エーロフォイル部分（４４）の前記後縁（４４ｂ）を前記正圧側から前記負圧側に渡って取り囲む後縁（４６ｂ、４８ｂ）に対応する薄い部分を有する、静翼。
2. 前記内側および外側の補強部分（４６、４８）の各々が、前記エーロフォイル部分（４４）の全周を取り囲む断面を有する、請求項１記載の静翼。
3. 前記静翼（３２）が合金鋼材料から作られる、請求項１または２記載の静翼。
4. 前記合金鋼材料が１２％のクロミウムを含む、請求項３記載の静翼。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の複数の同一の静翼の環状物と、
   各静翼（３２）の前記内側および外側の補強部分（４６、４８）を受け入れるような形状の貫通穴（３８ａ、４０ａ）を有する内側および外側のスペーサバンド（３８、４０）と、
   前記内側および外側のスペーサバンド（３８、４０）を取り囲む半径方向内側および外側のダイアフラムリング（３４、３６）と
   を備える軸流タービンダイアフラム構造物。
6. 前記内側および外側の補強部分の各々が、対応する前記内側および外側のスペーサバンド（３８、４０）に溶接部（５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂ）によって溶接される、請求項５記載の軸流タービンダイアフラム構造物。
7. 前記溶接部（５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂ）が、前記内側および外側の補強部分（４６、４８）の前縁および後縁（４８ａ、４８ｂ、４６ａ、４６ｂ）に配置される、請求項６に記載の軸流タービンダイアフラム構造物。
8. 前記内側のスペーサバンド（３８）が前記内側のダイアフラムリング（３４）に溶接され、前記外側のスペーサバンド（４０）が前記外側のダイアフラムリング（３６）に溶接された、請求項５乃至７のいずれか１項記載の軸流タービンダイアフラム構造物。

Images