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JP6568971B2 - タービン用ノズルプレートアセンブリー - Google Patents

タービン用ノズルプレートアセンブリー Download PDF

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JP6568971B2
JP6568971B2 JP2018043037A JP2018043037A JP6568971B2 JP 6568971 B2 JP6568971 B2 JP 6568971B2 JP 2018043037 A JP2018043037 A JP 2018043037A JP 2018043037 A JP2018043037 A JP 2018043037A JP 6568971 B2 JP6568971 B2 JP 6568971B2
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Description

本発明はタービン用ノズルプレートアセンブリーに関するもので、より詳しくはノズルプレートアセンブリーを簡単に製造することができるようにするとともに各ブレードの組立時に発生する組立公差を解消することができるようにし、さらに安定的な装着状態を維持することができるようした新形態のタービン用ノズルプレートアセンブリーに関するものである。
一般に、タービンは、水、ガス、蒸気などの流体が有するエネルギーを有用な機械仕事に変換させるための器機である。
このようなタービンが適用される蒸気タービンは蒸気が有する熱エネルギーを機械仕事に変換させる器機であって、ボイラーで発生した高温及び高圧の蒸気を固定状態のノズルプレートアセンブリーに噴出及び膨脹させることによって生成される高速の蒸気流を回転可能に取り付けられた回転ブレードにぶつけ、その衝動作用又は反動作用によって軸を回転させるように構成される。
ここで、前記ノズルプレートアセンブリーは複数が提供され、各段ごとに取り付けられる仕切り内にそれぞれ固定され、高圧蒸気の熱エネルギーを多段のエネルギーに変換させて高出力を得ることになる。
このような蒸気タービン及びノズルプレートアセンブリーについては、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5に開示されている。
しかし、前述したような従来の一般的なノズルプレートアセンブリーの場合、回転軸が通過するインナーリング及びハウジング内の各段に固定的に取り付けられるアウターリングと、前記インナーリング及びアウターリングの間に位置して蒸気の流れを案内する複数のブレードとを含んでなる。ここで、前記各ブレードのルート及びシュラウドの部位はそれぞれアウターリング及びインナーリングに熔接されて固定される。よって、各ブレードを成すエアホイル部位の方向(角度)が全て一様でなくて、複数のノズルプレートアセンブリーを通過する蒸気の流れが円滑でないという欠点があった。
もちろん、特許文献6のように各ブレードが互いに組立式で結合されるように形成する技術も提案されている。
しかし、前述した技術はアウターリングを提供せずに回転可能に取り付けられる回転ブレードに適用される構成であって、アウターリング及びインナーリングの間に各ブレードが固定される構造のノズルプレートアセンブリーに適用される場合、各ブレード間の組立公差が累積することによって安定した結合状態での維持ができなくて遊動する現象によって蒸気の流れが円滑でなくて性能が低下するしかないという問題点がある。
大韓民国登録特許第10−0988582号公報 大韓民国公開特許第10−2007−0028254号公報 大韓民国登録特許第10−1513062号公報 大韓民国登録特許第10−1378193号公報 大韓民国公開特許第10−2014−0130275号公報 大韓民国登録特許第10−1190023号公報
本発明は前述した従来技術による各種問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、各ブレードとインナーリング及びアウターリングを互いに組立式で構成してノズルプレートアセンブリーを簡単に製造することができるようにするとともに各ブレードの組立時に発生する組立公差を解消するようにし、さらに安定した装着状態を維持することができるようにした新形態のタービン用ノズルプレートアセンブリーを提供することである。
このような目的を達成するための本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、外周部は蒸気タービンの内周面に結合固定され、内周面には外側結合溝が凹設されたリング状のアウターリング;前記アウターリングの内側に位置し、その中央には中心軸が貫通されて取り付けられ、外周面には内側結合溝が凹設されたリング状のインナーリング;及び一端は前記アウターリングの外側結合溝に収容され、他端は前記インナーリングの内側結合溝に収容されることによって、該当部位を通過する蒸気の方向及び速度を調節し、互いに密着して積層される二つ以上のブレード;を含んでなることを特徴とする。
ここで、前記アウターリング及びインナーリングはそれぞれ半円形の互いに対称な二つの部位にそれぞれ分割形成され、前記アウターリングとインナーリングの間には各ブレード間を密着させて相互間の遊びを除去する遊び除去部がさらに含まれることを特徴とする。
また、前記遊び除去部は、前記アウターリングの互いに分割された二つの部位間の対向面の間において二つのブレードの一端の間に少なくとも一部が位置する外側遊び除去用ピンと、前記インナーリングの互いに分割された二つの部位間の対向面の間において二つのブレードの他端の間に少なくとも一部が位置する内側遊び除去用ピンとを含んでなり、前記各遊び除去用ピンが位置する二つのブレード間の対向面には前記各遊び除去用ピンの一部が収容される収容段がそれぞれ凹設され、前記アウターリングの互いに分割された二つの部位間の対向面及び前記インナーリングの互いに分割された二つの部位間の対向面には前記各遊び除去用ピンの他の一部が装着される装着段がそれぞれ凹設され、前記各遊び除去用ピンと装着段の間はボルトで締結されることを特徴とする。
また、前記アウターリングの両側外面には前記各ブレードへの蒸気通過を案内するとともに前記各ブレードを通過した蒸気の排出流動を案内するリング状の案内プレートがさらに備えられ、前記各案内プレートは、前記アウターリングの両側外面に密着して前記アウターリングの外面にボルトで締結される締結端と、それぞれ結合され、前記アウターリングと各ブレードへの蒸気の流入を案内するとかあるいは各ブレードを通過した蒸気の吐出を案内するようにラウンド状に折り曲げられた折曲案内端を含んでなることを特徴とする。
また、前記ブレードは、前記アウターリングの外側結合溝に収容されるルート部と、前記インナーリングの内側結合溝に収容されるシュラウド部と、前記ルート部及びシュラウド部の間の部位を成し、蒸気の方向及び速度を調節するエアホイル部とを含んでなり、前記ルート部及びシュラウド部の前面及び後面は互いに一致して密着するように対応してラウンド状に形成されることを特徴とする。
以上のように、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、アウターリング及びインナーリングの間に各ブレードを熔接して固定する方式ではなくて順次組立によって単一タービン用ノズルプレートアセンブリーを製造することにより、全体的な製造作業を易しくて早く行うことができる効果を有する。
特に、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、各ブレードを組立式で構成しながらも、このような組立時に発生する遊びは遊び除去部によって除去することにより、各ブレードの動作中の遊動を防止することができるだけでなく、いつも正確な位置を維持することができるので、円滑な蒸気の流れが得られる効果を有する。
また、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、案内プレートの追加提供によって各ブレードを通過する蒸気がより安定的に流れるようにすることができ、さらに案内プレートは単純な締結方式だけではなく圧縮ピンによる押込み方式で結合されるので、遊動の発生を防止することができ、安定した蒸気の流れを維持することができる効果を有する。
図1は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した分解斜視図である。 図2は、図1の“A部”の拡大図である。 図3は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した結合斜視図である。 図4は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した正面図である。 図5は、図4のI−I線についての断面図である。 図6は、図4のII−II線についての断面図である。 図7は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーのブレードを説明するために示した斜視図である。 図8は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーの二つのブレード間の密着積層状態を説明するために示した斜視図である。 図9は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーのアウターリング及びインナーリングを除いた各ブレード間の密着積層状態を説明するために示した状態図である。 図10は、図9の“B部”の拡大図である。 図11は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーの各ブレードと遊び除去部の関係を説明するために示した分解斜視図である。 図12は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーの遊び除去部の設置構造を説明するために示した要部拡大図である。 図13は、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーの遊び除去部の設置構造を説明するために示した要部拡大図である。
以下、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーに好適な実施例を添付図面の図1〜図13に基づいて説明する。
添付図面のうち図1は本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した分解斜視図、図3は本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した結合斜視図、図4は本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した正面図、図5及び図6は本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーを説明するために示した各方向別断面図である。
これらの図に示したように、本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーは、大別して、アウターリング100と、インナーリング200と、複数のブレード300とを含んでなる。特に、前記各ブレード300は、その一端が前記アウターリング100に結合され、他端はインナーリング200に結合されるとともに互いに密着して積層されるように構成される組立式構造になることを特徴とする。
これを各構成別にもっと詳細に説明すれば次のようである。
まず、前記アウターリング100はタービン用ノズルプレートアセンブリーの外周部位をなすように提供される構成である。
このようなアウターリング100は内部が穿孔された円形のリング状に形成され、外周部は蒸気タービンの内周面に結合固定される。
また、前記アウターリング100の内周面には外側結合溝130が凹設される。前記外側結合溝130は後述する各ブレード300の一端が結合される部位である。
特に、本発明の実施例では、前記アウターリング100が半円形の互いに対称な第1単位アウターリング110及び第2単位アウターリング120にそれぞれ分割形成され、このように分割された二つの単位アウターリング110、120は外側結合ピン140によって互いに結合されてリング状のアウターリング100を成すように構成される。
ここで、前記二つの単位アウターリング110、120間の対向面には前記外側結合ピン140の結合のためのピン結合孔111が互いに対応して形成され、これに前記外側結合ピン140の一部が挿入されるように構成される。
次に、前記インナーリング200はタービン用ノズルプレートアセンブリーの内側部位を成すように提供される構成である。
このようなインナーリング200は前記アウターリング100の内側に位置し、リング状に形成され、開放した中央には中心軸(図示せず)が貫設されるように構成される。
これと共に、前記インナーリング200の外周面には内側結合溝230が凹設される。前記内側結合溝230は後述する各ブレード300の他端が結合される部位である。
特に、本発明の実施例では、前記インナーリング200が半円形の互いに対称な第1単位インナーリング210及び第2単位インナーリング220にそれぞれ分割形成され、このように分割された二つの単位インナーリング210、220は内側結合ピン240によって互いに結合されてリング状のインナーリング200を成すように構成される。
ここで、前記二つの単位インナーリング210、220間の対向面には前記内側結合ピン240の結合のためのピン結合孔211が互いに対応して形成され、これに前記内側結合ピン240の一部が挿入されるように構成される。これは添付図面の図1に示したようである。
次に、前記各ブレード300は前記アウターリング100とインナーリング200の間を通過する蒸気の方向及び速度を調節するように提供される構成である。
特に、本発明の実施例では、前述したブレード300が二つ以上提供されるとともに互いに密着して積層されるように構成される。
すなわち、本発明の実施例では、半円形リング状の二つの単位アウターリング110、120と二つの単位インナーリング210、220の間に複数のブレード300を順次挿入した後、前記二つの単位アウターリング110、120及び二つの単位インナーリング210、220間の結合によってタービン用ノズルプレートアセンブリーが出来上がるようにしたものである。
このような各ブレード300は、添付図面の図7に示したように、前記アウターリング100の外側結合溝130に収容されるルート部310と、前記インナーリング200の内側結合溝230に収容されるシュラウド部320と、前記ルート部310及びシュラウド部320間の部位をなすとともに蒸気の方向及び速度を調節するエアホイル部330とからなる。
ここで、前記ルート部310と外側結合溝130そしてシュラウド部320と内側結合溝230は互いに対応する折曲構造に形成されることによって放射方向への遊動を防止するように構成され、また各ブレード300を成すルート部310及びシュラウド部320の前面及び後面である対向面は互いに一致して密着するように対応して形成される。
特に、前記ルート部310及びシュラウド部320の前面及び後面は互いに対応するラウンド構造に形成されるとともに添付図面の図8のように密着するように構成される。これにより、各ブレード300間の接触面積を最大化することによって、エアホイル部330を通過する蒸気の圧力を分散させてその揺れを最小化することができる。
また、前記インナーリング200の内側結合溝230内には該当インナーリング200の内側にさらに凹設された補助凹溝231がさらに形成され、前記シュラウド部320の外周面には前記補助凹溝231内に挿入される結合突起322が突設される。
一方、前記ルート部310及びシュラウド部320の形状は多様に形成されることができる。例えば、各図に示したように、前記ルート部310の場合、平面から見ると、“T”形を成すように形成されることもでき、図示されてはいないが、“コ”形、“I”形、“L”形などの多様な形状に形成されることができるものである。
また、本発明の実施例では、各ブレード300間の遊びを除去するために提供される遊び除去部400をさらに含むことを特徴とする。
すなわち、アウターリング100とインナーリング200の間に積層された各ブレード300の場合、互いに密着した状態で二つの単位アウターリング110、120及び二つの単位インナーリング210、220を互いに結合すると言っても、各ブレード300間に遊びが存在するしかない。その場合、前記遊びによって各ブレード300のエアホイル部330を通過する蒸気が円滑に流動することができないなどの問題点が発生し得るため、前記遊び除去部400の追加提供によって各ブレード300間の遊びを除去することができるようにしたものである。
このような遊び除去部400は、前記アウターリング100の二つの単位アウターリング110、120間の対向面の間に位置するとともに該当部位に位置する二つのブレード300のルート部310間に少なくとも一部が位置する外側遊び除去用ピン410と、前記インナーリング200の二つの単位インナーリング210、220間の対向面間に位置するとともに該当部位に位置する二つのブレード300のシュラウド部320間に少なくとも一部が位置する内側遊び除去用ピン420とを含んでなる。
特に、前記各遊び除去用ピン410、420が位置する二つのブレード300のルート部310間の対向面及びシュラウド部320に形成された結合突起322間の対向面には前記各遊び除去用ピン410、420の一部が収容される収容段311、321がそれぞれ段差状に形成(添付図面の図11参照)されるとともに各単位アウターリング110、120間の対向面の外側結合溝及び各単位インナーリング210、220間の対向面の補助凹溝231には前記各遊び除去用ピン410、420の他の一部が装着される装着段113、213がそれぞれ形成される。
ここで、外側遊び除去用ピン410は一部が前記二つのブレード300を成す各ルート部310間の対向面に形成された収容段311内に挿入されるように位置し、他の一部は前記各単位アウターリング110、120間の対向面に形成された装着段113に締結固定され、内側遊び除去用ピン420は一部が前記二つのブレード300を成す各シュラウド部320の結合突起322間の対向面に形成された収容段321に締結固定され、他の一部は前記各単位インナーリング210、220間の対向面に形成された装着段213に載せられるように構成される。これについては添付図面の図9〜図13に示したようである。
すなわち、前述した各遊び除去用ピン410、420、収容段311、321及び装着段113、213の構造によって各単位アウターリング110、120及び各単位インナーリング210、220の間に各ブレード300が組み立てられた状態で維持されることができ、よって添付図面の図1のように半分に分割されたノズルプレートアセンブリーをそれぞれ提供した後、互いに結合する作業によって添付図面の図2のような単一ノズルプレートアセンブリーを完成することができる。
もちろん、図示されてはいないが、前記遊び除去部400は二つの遊び除去用ピン410、420のいずれか一つの遊び除去用ピンを用いてブレード300の一側に対する拘束及び解除を行うとともに該当ブレード300の他側は、例えば該当ブレード300を横切るように貫通するピン又はそのほかの構造によって遊びの拘束及び解除をなすように構成することもできる。
一方、本発明の実施例では、前記アウターリング100の両側外面に案内プレート510、520をそれぞれさらに備えることをさらに提示する。
前述した各案内プレート510、520のいずれか一つの案内プレート510は前記各ブレード300への蒸気通過を案内し、他の案内プレート520は前記各ブレード300を通過した蒸気の排出流動を案内するために提供される構成であって、リング状に形成されるとともに締結端511、521及び折曲案内端512、522からなる。
ここで、前記締結端511、521は前記アウターリング100の両側外面に密着して前記アウターリング100の外面にボルトで締結される部位であり、前記折曲案内端512、522は前記アウターリング100と各ブレード300への蒸気の流入を案内するとかあるいは各ブレード300を通過した蒸気の吐出を案内するようにラウンド状に折り曲げられた部位である。
ここで、前記締結端511、521と前記アウターリング100の外面は圧縮及び復元可能に形成された一側の切開されたリング状の圧縮ピン530(添付図面の図1の拡大部位参照)によってさらに結合されることで、前記各案内プレート510、520が前記アウターリング100の円周方向に遊動することを防止するように構成される。
一方、未説明符号114(添付図面の図13参照)は回避段を示すもので、外側結合溝130にブレード300のルート部310が挿入されるとき、相互間の角部による干渉によって円滑に結合できないことを前もって防止するために、前記角部位に段差部を凹設したものである。
下記では、前述した本発明の実施例によるタービン用ノズルプレートアセンブリーの組立過程をより具体的に説明する。
まず、互いに別個に製造された二つの単位アウターリング110、120、二つの単位インナーリング210、220及び各ブレード300をそれぞれ準備する。
この状態で、いずれか一つのアウターリング(例えば、第1単位アウターリング)110及びいずれか一つの単位インナーリング(例えば、第1単位インナーリング)210を内外側にそれぞれ配置した後、相互間にそれぞれのブレード300を順次挿入する。この時、前記各ブレード300は、第1単位アウターリング110の外側結合溝130及び第1単位インナーリング210の内側結合溝230にルート部310及びシュラウド部320をそれぞれ順次挿入して装着する。
そして、前述した過程によって二つの単位アウターリング110、120及び二つの単位インナーリング210、220の間に全てのブレード300の装着を完了すれば、外側遊び除去用ピン410の一部を各ルート部310間の対向面に形成された収容段113内に挿入するとともに他の一部は二つの単位アウターリング110、120間の対向面に形成された装着段113にボルトで締結することによって各ブレード300のルート部310に対する遊びを除去し、内側遊び除去用ピン420の一部を前記二つのブレード300を成す各シュラウド部320の結合突起322間の対向面に形成された収容段321にボルトで締結するとともに他の一部は前記二つの単位インナーリング210、220間の対向面に形成された装着段213に載せることによって各ブレード300のシュラウド部320に対する遊びを除去する。
その後、このように完成された二つの半分のタービン用ノズルプレートアセンブリーを、添付図面の図1のように、各結合ピン140、240を挟んで互いに対向するように配置した後、互いに密着させることによって、添付図面の図2のように、単一タービン用ノズルプレートアセンブリーの組立を完了する。
一方、各案内プレート510、520は単一タービン用ノズルプレートアセンブリーの組立が完了した後にアウターリング100の両側外面にそれぞれ固定することもでき、いずれか半分のタービン用ノズルプレートアセンブリーが完成された後にそのアウターリング100の両側外面にそれぞれ固定することもできるなど、必要によってその組立順序は自由に変更可能である。
結局、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、アウターリング100とインナーリング200の間に各ブレード300を熔接で固定する方式ではなくて順次組立によって単一タービン用ノズルプレートアセンブリーを製造することによって、全体的な製造作業を容易に行うことができる。
特に、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、各ブレード300を組立式で構成しながらも、このような組立時に発生する遊びは遊び除去部400によって除去することにより、各ブレード300の動作中の遊動を防止することができるだけでなく、いつも正確な位置を維持することができるので、円滑な蒸気の流れを保障することができる。
また、本発明のタービン用ノズルプレートアセンブリーは、案内プレート510、520の追加提供によって各ブレード300を通過する蒸気がより安定的に流れることができ、さらに案内プレート510、520の結合は単純な締結方式だけではなくて圧縮ピン530による押込方式で結合されるので、遊動の発生を防止することができ、安定的な蒸気の流れを維持することができる。
100;アウターリング、110;第1単位アウターリング、111;ピン結合孔、
113;装着段、114;回避段、120;第2単位アウターリング、
130;外側結合溝、140;外側結合ピン、
200;インナーリング、210;第1単位インナーリング、211;ピン結合孔、
213;装着段、220;第2単位インナーリング、
230;内側結合溝、231;補助凹溝、240;内側結合ピン、
300;ブレード、310;ルート部、311,321;収容段、
320;シュラウド部、322;結合突起、330;エアホイル部、
400;遊び除去部、410;外側遊び除去用ピン、420;内側遊び除去用ピン、
510,520;案内プレート、511,521;締結端、512,522;折曲案内端、
530;圧縮ピン。

Claims (2)

  1. 外周部は蒸気タービンの内周面に結合固定されるとともに内周面には外側結合溝が凹設されたリング状のアウターリング;
    前記アウターリングの内側に位置するとともに外周面には内側結合溝が凹設されたリング状のインナーリング;及び
    前記アウターリングの外側結合溝内に収容されるルート部と、前記インナーリングの内側結合溝に収容されるシュラウド部と、前記ルート部及びシュラウド部の間の部位を成すエアホイル部とを含んでなり、互いに積層される二つ以上のブレード;を含み、
    前記アウターリング及びインナーリングはそれぞれ半円形の互いに対称な二つの単位アウターリング及び二つの単位インナーリングに分割形成され、
    前記二つの単位アウターリング間の対向面には外側結合ピンの結合のためのピン結合孔が互いに対応して形成され、これに前記外側結合ピンの一部が挿入されるように構成され、前記二つの単位インナーリング間の対向面には内側結合ピンの結合のためのピン結合孔が互いに対応して形成され、これに前記内側結合ピンの一部が挿入されるように構成され、
    前記インナーリングの内側結合溝内には該当インナーリングの内側に凹設された補助凹溝がさらに形成され、前記シュラウド部の外周面には前記補助凹溝内に上下方向に挿入されて結合される結合突起が突設され、
    二つの単位アウターリング及び二つの単位インナーリングに分割された部位に位置する二つのブレードのルート部間の対向面及びシュラウド部に形成された結合突起間の対向面には収容段がそれぞれ段差状に形成され、二つの単位アウターリング間の対向面の外側結合溝及び二つの単位インナーリング間の対向面の補助凹溝には装着段がそれぞれ形成され、
    前記アウターリング及びインナーリングの分割された部位に互いに一致するように位置する二つのブレードの間には外側遊び除去用ピン及び内側遊び除去用ピンがさらに備えられ、
    前記外側遊び除去用ピンは、一部が前記二つのブレードを成す各ルート部間の対向面に形成された収容段内に挿入され、他の一部は前記二つの単位アウターリング間の対向面に形成された装着段に締結固定されることによって各ブレードのルート部に対する遊びを除去するように構成され、
    前記内側遊び除去用ピンは、一部が前記二つのブレードを成す各シュラウド部の結合突起間の対向面に形成された収容段に締結固定され、他の一部は前記二つの単位インナーリング間の対向面に形成された装着段に載せられることによって各ブレードのシュラウド部に対する遊びを除去するように構成され、
    前記アウターリングの両側外面には、前記各ブレードへの蒸気通過を案内するとともに前記各ブレードを通過した蒸気の排出流動を案内するリング状の案内プレートがさらに備えられ、
    前記各案内プレートは、
    前記アウターリングの両側外面に密着して前記アウターリングの外面にボルトで締結される締結端と、
    それぞれ結合され、前記アウターリングと各ブレードへの蒸気の流入を案内するとかあるいは各ブレードを通過した蒸気の吐出を案内するようにラウンド状に折り曲げられた折曲案内端とを含んでなり、
    前記締結端と前記アウターリングの外面は圧縮及び復元可能に形成された一側の切開されたリング状の圧縮ピンによってさらに結合されることにより、前記各案内プレートが前記アウターリングの円周方向に遊動することを防止するように構成されることを特徴とする、タービン用ノズルプレートアセンブリー。
  2. 前記ルート部及びシュラウド部の前面及び後面は互いに一致して密着するように対応してラウンド状に形成されることを特徴とする、請求項1に記載のタービン用ノズルプレートアセンブリー。
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