(57)【要約】【課題】タービンにおいて回転ブレードを取り付ける。【解決手段】タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステムは、軸方向スロットと、軸方向スロットと交差する半径方向スロットとを有するブッシュを含む。半径方向保持部材が半径方向スロット内に嵌合し、軸方向保持部材が軸方向スロット内に嵌合し且つ半径方向保持部材と係合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンにおいて回転ブレードを取り付けるシステムであって、
ブッシュと、
前記ブッシュ内の軸方向スロットと、
前記ブッシュ内で前記軸方向スロットと交差する半径方向スロットと、
前記半径方向スロット内に嵌合する半径方向保持部材と、
前記軸方向スロット内に嵌合し且つ前記半径方向保持部材と係合する軸方向保持部材と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記軸方向保持部材が、前記半径方向保持部材の少なくとも一部内で嵌合する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記半径方向保持部材が、前記回転ブレードの保持スロット内で嵌合する第１の端部と、前記半径方向スロット内で嵌合する第２の端部とを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ブッシュが、前記タービンのロータホイール内で少なくとも部分的に嵌合する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記半径方向スロットが、前記ブッシュ内に該ブッシュの断面よりも短い距離だけ延びている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記半径方向保持部材の断面積が、前記軸方向保持部材の断面積と等しいか又はそれよりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ブッシュが、円形又は矩形、もしくは多角形の断面を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
ガスタービンであって、
圧縮セクションと、
前記圧縮セクションから下流側の燃焼セクションと、
前記燃焼セクションから下流側のタービンセクションと、
前記タービンセクションにおけるロータホイールと、
前記ロータホイールに接続された複数の回転ブレードと、
前記ロータホイールに対する前記回転ブレードの各々の軸方向移動を阻止する手段と、
を備える、ガスタービン。
【請求項９】
前記ロータホイールに対する前記回転ブレードの各々の軸方向移動を阻止する前記手段が、ブッシュにおいて軸方向保持部材をかしめることを含む、請求項８に記載のガスタービン。
【請求項１０】
前記ロータホイールに対する前記回転ブレードの各々の軸方向移動を阻止する前記手段が、前記ロータホイールと係合された第１の部材と、該第１の部材及び前記回転ブレードの１つと係合された第２の部材と、を含む、請求項８に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記第１の部材が、軸方向スロットと、該軸方向スロットと交差する半径方向スロットとを有する、請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記第２の部材が、前記半径方向スロット内に嵌合する、請求項１１に記載のガスタービン。
【請求項１３】
前記第１の部材の軸方向スロット内に嵌合し且つ前記第２の部材と係合する軸方向保持部材を更に備える、請求項１１に記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記軸方向保持部材が、前記第２の部材の少なくとも一部内に嵌合する、請求項１３に記載のガスタービン。
【請求項１５】
前記第２の部材の断面積が、前記軸方向保持部材の断面積と等しいか又はそれよりも大きい、請求項１３に記載のガスタービン。
【請求項１６】
タービンにおいて回転ブレードを取り付ける方法であって、
ロータホイールの軸方向通路内にブッシュを挿入するステップと、
半径方向保持部材をロータホイールの半径方向通路内に、及び前記ブッシュの少なくとも一部を貫通して挿入するステップと、
前記回転ブレードを前記ロータホイールのスロット内に挿入するステップと、
前記半径方向保持部材を前記回転ブレードの保持スロット内に挿入するステップと、
前記ブッシュ内に軸方向保持部材を挿入するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記軸方向保持部材を前記ブッシュに挿入するステップの前に、前記ロータホイールを回転させて前記半径方向保持部材を反転させるステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記軸方向保持部材を前記ブッシュにかしめるステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記半径方向保持部材の少なくとも一部内に前記軸方向保持部材を挿入するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ブッシュの断面よりも短い距離だけ前記半径方向保持部材を挿入する段階を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、仕事を行うために様々な航空機製造、工業、及び発電用途で広く使用されている。各タービンは一般に、周辺に装着されたステータベーンと回転ブレードとの交互する段を含む。ステータベーンは、タービンを囲むケーシングなどの固定構成要素に取り付けることができ、回転ブレードの各段は、タービンの軸方向中心線に沿って配置される異なるロータホイールに取り付けることができる。複数のロータホイールが共に接続され、ロータを形成することができる。このようにして、蒸気、燃焼ガス、又は空気などの加圧作動流体は、タービンを通ってガス経路に沿って流れることができる。ステータベーンは、加圧された作動流体を加速して、該作動流体を回転ブレードの後続の段上に配向して回転ブレードに運動を与え、このようにしてロータを転回させて仕事を行う。
【０００３】
ロータホイール内で回転ブレードを軸方向及び半径方向に保持しながら、回転ブレードの補修及び／又は交換を可能にする様々なシステム及び方法が開発されている。例えば、各回転ブレードは、ロータホイールにおいて相補的形状のダブテール又はモミの木スロット内に滑動する根元セクションを含むことができる。ハンマー又は他の器具を用いて、根元セクション及び／又はロータホイールを塑性的に変形させ、回転ホイールを所定位置にかしめることができる。これは、回転ブレードを軸方向及び半径方向に保持するのには有効であるが、根元セクション及び／又はロータホイール上でかしめるのに利用できる区域が幾分制限される。結果として、かしめに伴う塑性変形は、回転ブレードの各補修及び／又は交換の後では次第に困難になる可能性がある。従って、タービンにおいて回転ブレードを取り付ける改善されたシステム及び方法が有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，４４２，０１１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は、本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００６】
本発明の１つの実施形態において、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステムは、軸方向スロットと、軸方向スロットと交差する半径方向スロットとを有するブッシュを含む。半径方向保持部材が半径方向スロット内に嵌合し、軸方向保持部材が軸方向スロット内に嵌合し且つ半径方向保持部材と係合する。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、圧縮セクションと、圧縮セクションから下流側の燃焼セクションと、燃焼セクションから下流側のタービンセクションと、を含むガスタービンである。ロータホイールがタービンセクションにある。複数の回転ブレードが、ロータホイールに接続される。ガスタービンは更に、ロータホイールに対する回転ブレードの各々の軸方向移動を阻止する手段を含む。
【０００８】
本発明はまた、タービンにおいて回転ブレードを取り付ける方法を含む。本方法は、ロータホイールの軸方向通路内にブッシュを挿入するステップと、半径方向保持部材をロータホイールの半径方向通路内に、及びブッシュの少なくとも一部を貫通して挿入するステップと、を含む。本方法は更に、回転ブレードをロータホイールのスロット内に挿入するステップと、半径方向保持部材を回転ブレードの保持スロット内に挿入するステップと、ブッシュ内に軸方向保持部材を挿入するステップと、を含む。
【０００９】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１０】
添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の種々の実施形態の範囲内にある例示的なガスタービンの簡易断面図。
【図２】本発明の１つの実施形態による、図１に示す回転ブレードの１つの段の下流側軸方向の図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステムの斜視図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステムの斜視図。
【図５】本発明の１つの実施形態による、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステムの斜視図。
【図６】本発明の１つの実施形態による、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステムの斜視図。
【図７】ロータホイールに取り付けた図２に示す回転ブレードの段の一部の斜視図。
【図８】本発明の１つの実施形態による、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるための方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流側」、「下流側」、「半径方向」、及び「軸方向」は、流体経路における流体流に対する相対方向を指す。例えば、「上流側」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流側」は、流体がそこへ流れ込む方向を指す。同様に、「半径方向」とは、流体流に実質的に垂直な相対方向を指し、「軸方向」とは、流体流に実質的に平行な相対方向を指す。
【００１３】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１４】
本発明の種々の実施形態は、タービンにおいて回転ブレードを取り付けるためのシステム及び方法を含む。タービンは一般に、ロータホイールを含み、回転ブレードは一般に、ロータホイールにおいて相補的なスロット内に嵌合する根元セクションを含む。本システム及び方法は、一般に、ロータホイールにおける軸方向通路内に嵌合するブッシュを含み、半径方向保持部材が、ロータホイールにおける半径方向通路内に嵌合し、ブッシュと回転ブレード内の保持スロットと同時に係合する。軸方向保持部材は、ブッシュ内に嵌合して、半径方向保持部材と係合し且つ回転ブレード内の保持スロットと係合した半径方向保持部材を所定位置に保持する。詳細な実施形態において、軸方向保持部材は、半径方向保持部材の少なくとも一部内に嵌合することができる。本発明の種々の例示的な実施形態は、ガスタービンに組み込まれたタービンに関して説明されるが、当業者であれば、本発明が請求項に特に記載のない限りガスタービンに限定されないことは、本明細書の教示から容易に理解されるであろう。
【００１５】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態の範囲内にある例示的なガスタービン１０の簡易断面図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２、圧縮セクション１４、燃焼セクション１６、タービンセクション１８、及び排気セクション２０を含むことができる。入口セクション１２は、一連のフィルタ２２、１つ又はそれ以上の熱交換器２４、湿分分離器２６、及び／又はガスタービン１０に流入する作動流体（例えば、空気）２８を清浄化して他の方法で調整するための他の装置を含むことができる。清浄化し調整された作動流体２８は、圧縮セクション１４の圧縮機３０に流れる。圧縮機ケーシング３２は、作動流体２８を収容し、この作動流体２８を回転ブレード３４及び固定ベーン３６の交互する段が漸次的に加速して再配向し、高温の加圧作動流体３８の連続流を生成するようにする。
【００１６】
加圧作動流体３８の大部分は、圧縮機吐出プレナム４０を通り、燃焼セクション１６の１つ又はそれ以上の燃焼器４２に流れる。各燃焼器４２と流体連通した燃料供給部４４は、燃料を各燃焼器４２に供給する。利用可能な燃料は、例えば、高炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、メタン、蒸発した液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素、シンガス、ブタン、プロパン、オレフィン、ディーゼル、石油蒸留物、及びこれらの組み合わせを含むことができる。加圧作動流体３８は、燃料と混合して点火し、高温高圧の燃焼ガス４６を発生する。
【００１７】
燃焼ガス４６は、高温ガス経路４７に沿ってタービンセクション１８のタービン４８を通って流れ、ここでガスが膨張して仕事を産出する。具体的には、燃焼ガス４６は、タービン４８における固定ノズル５０と回転ブレード５２の交互する段にわたって流れることができる。固定ノズル５０は、燃焼ガス４６を回転ブレード５２の次の段に再配向し、燃焼ガスが回転ブレード５２にわたって通過すると燃焼ガスが膨張し、回転ブレード５２を回転させるようにする。回転ブレード５２の各段は、ロータ又はシャフト５４に接続することができ、該シャフト５４は圧縮機３０に結合されて、シャフト５４の回転によって圧縮機３０が駆動され、加圧作動流体４６を生成するようにすることができる。代替として、又はこれに加えて、シャフト５４は、発電のため発電機５６に接続することができる。タービンセクション１８からの排気ガス５８は、排出セクション２０を通って流れた後、環境に放出される。排出セクション２０は、例えば、環境に放出される前に排出ガス５８を清浄化し、該排出ガス５８から更に熱を抽出するための追加の濾過装置及び熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００１８】
ロータ又はシャフト５４は、固定ノズル５０及び回転ブレード５２の各段に対して別個のロータホイール６０を含むことができ、図２は、本発明の１つの実施形態による、図１に示した回転ブレード５２の１つの段の下流側軸方向の図を示す。図２に示すように、各回転ブレード５２は、根元セクション６４に接続された翼形部セクション６２を含むことができる。加えて、ロータホイール６０は、根元セクション６４に接続された翼形部セクション６２を含むことができる。このようにして、各回転ブレード５２の根元セクション６４は、スロット６８内に滑動し、各回転ブレード５２を半径方向に拘束することができる。
【００１９】
図３〜７は、本発明の１つの実施形態による、組立の種々の段階の際のタービン４８における回転ブレード５２を取り付けるためのシステム７０の斜視図を示す。図３〜７に示すように、各回転ブレード５２の根元セクション６４は、スロット６８内に滑動して各回転ブレード５２を半径方向に拘束することができ、システム７０は、ロータホイール６０に対する回転ブレード５２の各々の軸方向移動を阻止する種々の手段を含む。この手段の機能は、各回転ブレード５２がロータホイール６０に対して軸方向に移動するのを阻止することである。この機能を実施する構造は、戻り止め、ピン、又は構成要素を共に接続するための当業者に公知の他の機械的装置を含むことができる。例えば、図３〜７に示す特定の実施形態において、ロータホイール６０に対する回転ブレード５２の各々の軸方向移動を阻止する構造は、ブッシュ又は第１の部材７２、半径方向保持部材又は第２の部材７４、及び軸方向保持部材又は第３の部材７６を含むことができる。各部材７２、７４、７６は、低合金綱、高合金鋼、又はタービン４８において高温ガス経路４７に付随する温度に耐え得る他の好適な材料から鋳造、鍛造、又は他の方法で機械加工することができる。加えて、各部材７２、７４、７６は、幅（Ｗ）に沿って円形断面及び長さ（Ｌ）に沿って矩形断面を有し、第１の部材７２、第２の部材７４、及び第３の部材７６間で幅方向の断面積が漸次的に減少した、ほぼ円筒の形状とすることができる。特定の実施形態において、部材７２、７４、７６の１つ又はそれ以上は、テーパーを付けることができる。しかしながら、第１の部材７２、第２の部材７４、及び第３の部材７６の特定の幾何形状及び断面積は、請求項に特に記載のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２０】
図３〜７に示すように、ブッシュ又は第１の部材７２は、長さに沿って延びる軸方向スロット７８と、幅に沿って延びて軸方向スロット７８と交差する半径方向スロット８０とを含むことができる。軸方向及び半径方向スロット７８、８０は、特定の実施形態に応じて、ブッシュ７２を完全に貫通するか又は部分的に延びることができる。図３〜７に示すように、ロータホイール６０の各ポスト６６は、各ポスト６６内に軸方向に延びる軸方向通路８２と、該軸方向通路８２と交差するよう各ポスト６６内に半径方向に延びる半径方向通路８４とを含むことができる。組立時、図３及び４に最も明確に示されるように、ブッシュ７２は、ブッシュ７２の半径方向スロット８０がロータホイール６０の半径方向通路８４と整列するようにロータホイール６０の軸方向通路８２内に挿入することができる。
【００２１】
図４及び５を参照すると、半径方向保持部材又は第２の部材７４は、半径方向通路８４内に挿入され、ブッシュ７２の半径方向スロット８０内部に少なくとも部分的に嵌合することができる。図５及び６で最も明確に示されるように、回転ブレード５２の根元セクション６４は、該回転ブレード５２の保持スロット８６がポスト６６の半径方向通路８４と整列するまで、ロータホイール６０のスロット６８に挿入することができる。次いで、半径方向保持部材７４は、半径方向スロット８０及び半径方向通路８４から部分的に引き出され、半径方向保持部材７４の第１の端部８８が回転ブレード５２の保持スロット８６と係合し、半径方向保持部材７４の第２の端部９０がブッシュ７２と係合されたままであるようにすることができる。例えば、ロータホイール６０を回転させて半径方向保持部材７４を反転させ、重力によって半径方向保持部材７４を半径方向スロット８０及び半径方向通路８４から部分的に引き出して、半径方向保持部材７４の第１の端部８８が回転ブレード５２の保持スロット８６内に嵌合できるようにすることができる。或いは、半径方向保持部材７４に磁力を加え、半径方向保持部材７４を回転ブレード５２の保持スロット８６内に部分的に引き出すことができる。
【００２２】
半径方向保持部材７４が回転ブレード５２の保持スロット８６と係合されると、軸方向保持部材又は第３の部材７６は、軸方向スロット７８内に挿入され、図６及び７に示すように半径方向保持部材７４と係合することができる。特定の実施形態において、軸方向保持部材７６は、半径方向保持部材７４の下方に滑動し、半径方向保持部材７４が半径方向スロット８０内に落後するのを阻止することができる。図４及び７に最も明確に示されるように、半径方向保持部材７４は、ボア孔９２を含むことができ、軸方向保持部材７６は、半径方向保持部材７４の少なくとも一部内に嵌合し、回転ブレード５２の保持スロット８６と係合された半径方向保持部材７４を堅固に保持することができる。このようにして、ブッシュ又は第１の部材７２は、ロータホイール６０と係合されたままであり、半径方向保持部材又は第２の部材７４は、ブッシュ又は第１の部材７２及び回転ブレード５２の保持スロット８６と同時に係合されたままであり、ロータホイール６０に対する回転ブレード５２の軸方向移動を阻止する。
【００２３】
図７を参照すると、ロータホイール６０に対する回転ブレード５２の各々の軸方向移動を阻止する手段は更に、図７の参照符号９４で示されるように、ブッシュ７２において軸方向保持部材７６のかしめを含むことができる。具体的には、軸方向保持部材７６及び／又はブッシュ７２は、タービン４８の作動中に軸方向保持部材７６が偶発的に移動するのを阻止するように塑性変形させることができる。このようにして、軸方向保持部材７６及び／又はブッシュ７２は、回転ブレード５２の根元セクション６４又はロータホイール６０のポスト６６の何れかを改造又は損傷することなく、必要に応じて繰り返しかしめ及び／又は交換することができる。
【００２４】
図８は、図７に関して上記で説明したようなタービン４８において回転ブレード５２を取り付ける方法に関するフロー図を示す。ブロック１００において、本方法は、図３に関して上記で説明したように、ブッシュ又は第１の部材７２をロータホイール６０の軸方向通路８２内に挿入するステップを含むことができる。ブロック１０２において、本方法は、図４及び５に関して上記で説明したように、半径方向保持部材又は第２の部材７４をロータホイール６０の半径方向通路８４内に、及びブッシュ７２の少なくとも一部を貫通して挿入するステップを含むことができる。ブロック１０４において、本方法は、図５及び６に関して上記で説明したように、回転ブレード５２の保持スロット８６がポスト６６の半径方向通路８４と整列するまで、回転ブレード５２をロータホイール６０のスロット６６に挿入するステップを含むことができる。
【００２５】
ブロック１０６において、本方法は、半径方向保持部材７４を半径方向スロット８０及び半径方向通路８４から部分的に引き出して、半径方向保持部材７４の第１の端部８８が回転ブレード５２の保持スロット８６と係合し、他方、半径方向保持部材７４の第２の端部９０がブッシュ７２と係合されたままになるようにするステップを含むことができる。特定の実施形態において、このステップは、半径方向保持部材７４を半径方向スロット８０及び半径方向通路８４から磁気的に引き出すステップを含むことができる。他の特定の実施形態において、このステップは、ロータホイール６０を回転させて半径方向保持部材７４を反転させ、重力によって半径方向保持部材７４を半径方向スロット８０及び半径方向通路８４から部分的に引き出すことができるようにするステップを含むことができる。
【００２６】
ブロック１０８において、本方法は、図６及び７に関して上記で説明したように、軸方向保持部材又は第３の部材７６をブッシュ７２の少なくとも一部内に挿入するステップを含むことができる。ブロック１１０において、本方法は、タービン４８の作動中に軸方向保持部材７６が偶発的に移動するのを阻止するように軸方向保持部材７６及び／又はブッシュ７２をかしめるステップを含むことができる。
【００２７】
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並びに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を可能にする。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。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガスタービン
１２  入口セクション
１４  圧縮セクション
１６  燃焼セクション
１８  タービンセクション
２０  排気セクション
２２  フィルタ
２４  １つ又はそれ以上の熱交換器
２６  湿分分離器
２８  作動流体（例えば、空気）
３０  圧縮機
３２  圧縮機ケーシング
３４  回転ブレード
３６  固定ベーン
３８  加圧作動流体
４０  圧縮機吐出プレナム
４２  燃焼器
４４  燃料供給部
４６  燃焼ガス
４７  高温ガス経路
４８  タービン
５０  固定ノズル
５２  回転ブレード
５４  シャフト
５６  発電機
５８  排気ガス
６０  ロータホイール
【図１】
2014132172.tif 000003
【図２】
2014132172.tif 000004
【図３】
2014132172.tif 000005
【図４】
2014132172.tif 000006
【図５】
2014132172.tif 000007
【図６】
2014132172.tif 000008
【図７】
2014132172.tif 000009
【図８】
2014132172.tif 000010
【外国語明細書】
2014132172000001.pdf