(57)【要約】【課題】ブレード保持機構を伴うターボ機械ホイールと、ブレード保持機構を伴うターボ機械ホイールの取り扱い方法とを提供すること。【解決手段】ターボ機械が提供され、このターボ機械は、第１および第２の入れ子状のポケットを画定する外側半径方向部分を有するブレードホイールと、第１のポケットにおいて受け取り可能であることにより円周方向および半径方向の次元に関して第１のポケットに固定可能であるルート部分を有するブレードと、第２のポケットにおいて受け取り可能であることにより軸方向の次元に関してルート部分を確実な保持状態に固定するように構成されているインサートと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の入れ子状のポケットを画定する外側半径方向部分を有するブレードホイールと、
前記第１のポケットに受け取り可能であることにより円周方向および半径方向の次元に関して前記第１のポケットに固定可能であるルート部分を有するブレードと、
前記第２のポケットに受け取り可能であることにより軸方向の次元に関して前記ルート部分を確実な保持状態に固定するように構成されているインサートと、
を備えているターボ機械。
【請求項２】
前記インサートが、
スパインと対向するトングとを有する本体と、
前記対向するトングが相互に向かう方向に圧縮可能である第１の位置と前記対向するトングが相互に向かう方向に圧縮されないように防止される第２の位置とに配置可能であるように前記トングの内の第１のトングと係合可能なピンと、を備えており、
前記トングの内の第２のトングが保持要素を有し、前記保持要素は、前記ルート部分を軸方向に確実な保持状態に固定するように、前記ルート部分と係合可能である、請求項１記載のターボ機械。
【請求項３】
前記対向するトングがその相補的部分にグリップ部分を有する、請求項２記載のターボ機械。
【請求項４】
前記ピンが、
対向する遠位端部と、
前記トングの内の第１のトングとネジ式に係合可能であるネジ山を有する中央部分と、
を備えている、請求項２記載のターボ機械。
【請求項５】
前記ルート部分が前記保持要素と係合可能な面取り部分を有する、請求項２記載のターボ機械。
【請求項６】
前記インサートが、
上位部分と下位部分とを有しており、前記上位部分と前記下位部分とは前記上位部分の半径方向の移動を可能にするように相互に係合可能である、本体と、
前記上位部分の半径方向の移動を防止する確実な停止を提供するように構成された弾性要素と、を備えており、
前記上位部分は保持要素を有しており、前記保持要素は、前記ルート部分を確実な保持状態に軸方向に固定するように前記ルート部分と係合可能である、請求項１記載のターボ機械。
【請求項７】
前記上位部分と前記下位部分とが相互にネジ式に係合可能である、請求項６記載のターボ機械。
【請求項８】
前記上位部分と前記下位部分とのそれぞれが前記上位部分と前記下位部分との間での相対的な回転を可能にするホールド要素を有している、請求項６記載のターボ機械。
【請求項９】
前記弾性要素がスプリングワッシャを備えている、請求項６記載のターボ機械。
【請求項１０】
前記ルート部分が、前記保持要素と係合可能な面取り部分を有している、請求項６記載のターボ機械。
【請求項１１】
前記インサートが回転防止機能を備えている、請求項１記載のターボ機械。
【請求項１２】
前記第１および第２のポケットが変動する深さを有し、前記インサートが相補的に変動する高さを有する、請求項１記載のターボ機械。
【請求項１３】
ターボ機械のコンポーネントを取り扱う方法であって、
ブレードホイールの外側半径方向部分に画定された第１のポケットの面の中に第２のポケットを機械加工するステップと、
前記第２のポケットにインサートを配置し、前記インサートが圧縮された状態になるようにするステップと、
ブレードのルート部分を前記第１のポケットの中に軸方向に挿入し、前記ルート部分を円周方向および半径方向の次元に関して固定するステップと、
前記インサートを圧縮解除された状態にロックし、前記ルート部分を軸方向の次元に関して確実な保持状態に固定するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記インサートに回転防止機能を提供するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ルート部分が前記第１のポケットの中へ軸方向に挿入されるまで、圧縮状態のまま維持されるように前記インサートにバイアスを与えるステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記インサートを前記圧縮解除された状態からロック解除するステップと、
前記インサートを圧縮するステップと、
前記ルート部分を前記第１のポケットから軸方向に引き出すステップと、
を更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
ターボ機械のコンポーネントを取り扱う方法であって、
ブレードホイールの外側半径方向部分に画定された第１のポケットの面の中に第２のポケットを機械加工するステップと、
前記第２のポケットにインサートを配置し、前記インサートが収縮した状態になるようにするステップと、
ブレードのルート部分を前記第１のポケットの中に軸方向に挿入し、前記ルート部分を円周方向および半径方向の次元に関して固定するステップと、
延長状態のまま維持されるように前記インサートにバイアスを与え、前記ルート部分を軸方向の次元に関して確実な保持状態に固定するステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記インサートに回転防止機能を提供するステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
その下位部分を回転させることにより前記インサートを延長するステップを更に含み、前記下位部分は、前記上位部分との関係で、その上位部分とネジ式に係合可能である請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記インサートを収縮させるステップと、
前記ルート部分を前記第１のポケットから軸方向に引き出すステップと、
を更に含む請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題は、ブレード保持機構を伴うターボ機械ホイールと、ブレード保持機構を伴うターボ機械ホイールの取り扱い方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、共通の回転軸の回りを回転する複数段の回転要素を有するのが一般的である。これらの回転要素には、典型的には、ブレードホイールと、ブレードホイールの外側部分に付着可能なブレードとが含まれる。ターボ機械が動作する間、ブレードがコンプレッサ段とタービン段とを通過する流体との間に空気力学的な相互作用を生じることにより、ブレードホイールが共通の回転軸の回りを回転することになる。
【０００３】
ブレードホイールの組み立てプロセスの間に、ブレードは、ブレードホイールの外側部分に画定されており保持機構により軸移動を回避するように定位置に固定されている軸方向スロットの中に、滑動される。保持機構は、ブレードからの軸方向の負荷に耐えることができなくてはならず、ブレード材料を損傷または劣化させずにブレードの変位を防止できなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，０６１，９９５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様によると、ターボ機械が提供され、このターボ機械は、第１および第２の入れ子状のポケットを画定する外側半径方向部分を有するブレードホイールと、第１のポケットにおいて受け取り可能であることにより円周方向および半径方向の次元に関して第１のポケットに固定可能であるルート部分を有するブレードと、第２のポケットにおいて受け取り可能であることにより軸方向の次元に関してルート部分を確実な保持状態に固定するように構成されているインサートと、を含む。
【０００６】
本発明の別の態様によると、ターボ機械のコンポーネントを取り扱う方法が提供され、この方法は、ブレードホイールの外側半径方向部分に画定された第１のポケットの面の中に第２のポケットを機械加工するステップと、第２のポケットにインサートを配置しインサートが圧縮された状態になるようにするステップと、ブレードのルート部分を第１のポケットの中に軸方向に挿入し、ルート部分を円周方向および半径方向の次元に関して固定するステップと、インサートを圧縮解除された状態にロックし、ルート部分を軸方向の次元に関して確実な保持状態に固定するステップと、を含む。
【０００７】
本発明の更に別の態様によると、ターボ機械のコンポーネントを取り扱う方法が提供され、この方法は、ブレードホイールの外側半径方向部分に画定された第１のポケットの面の中に第２のポケットを機械加工するステップと、第２のポケットにインサートを配置し、インサートが収縮した状態になるようにするステップと、ブレードのルート部分を第１のポケットの中に軸方向に挿入し、ルート部分を円周方向および半径方向の次元に関して固定するステップと、延長状態のまま維持されるようにインサートにバイアスを与え、ルート部分を軸方向の次元に関して確実な保持状態に固定するステップと、を含む。
【０００８】
これらのおよびそれ以外の利点および特徴は、図面を参照しつつ以下の説明を検討することにより、更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本主題は、本発明と見なされるものであるが、本明細書の結論部分に配置された特許請求の範囲において特に適示され明瞭に特許請求されている。以上のおよびそれ以外の本発明の特徴と利点とは、次に述べる添付の図面と共に以下の詳細な説明を検討することにより明らかとなる。
【図１】ターボ機械ブレードホイールの一部の斜視図である。
【図２】ターボ機械のブレードの斜視図である。
【図３】ブレードホイールに機械加工されたポケットに配置可能なインサートの斜視図である。
【図４】図３のインサートのピンの斜視図である。
【図５】ブレード設置の初期段階の斜視図である。
【図６】ブレード設置の後半段階の斜視図である。
【図７】他の実施形態によるターボ機械ブレードホイールの一部分の斜視図である。
【図８】ブレードホイールに機械加工されたポケットに配置可能な第２のインサートの分解斜視図である。
【図９】第２のインサートを用いたブレード設置の後半段階の斜視図である。
【００１０】
この詳細な説明は、図面を参照する例示により、本発明の実施形態を利点および特徴と共に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で提供する説明は、組み立ておよび動作状態の間ブレードが明確にロックされることを保証するように実装可能なターボ機械ブレード保持／固定機構に関する。この保持／固定機構は、ブレードが修理または交換される任意のときに再使用することができる。
【００１２】
図１〜６を参照すると、ターボ機械のコンポーネントが提供されており、これには、ターボ機械のブレードホイール１０、ブレード２０、およびインサート３０が含まれる。ブレードホイール１０は、ほぼ環状の形状を有しており、コンプレッサまたはタービンの一部として、ターボ機械のロータの回りを回転可能であるように構成できる。ブレードホイール１０は、ターボ機械ロータと実質的に隣接する内側半径部分と、外側半径部分１１とを有する。外側半径部分１１は、第１のポケット１２と第２のポケット１３とを画定するように形成されている。第１のポケット１２は、ブレードホイール１０のリム１４に沿って軸方向に延長し、断面がダブテールの形状を有しうる。第２のポケット１３は、第１のポケット１２の内部の入れ子になっている。すなわち、第２のポケット１３は、第１のポケット１２の内側面１２０の平面からのくぼみとして形成されている。第３のポケット１３０は、第２のポケット１３の内部の入れ子とすることができ、第２のポケット１３の内側面１３１の平面からのくぼみとして形成されうる。
【００１３】
ブレード２０は、エアフォイル部分２１とルート部分２２とを有する。エアフォイル部分２１は、ターボ機械を通過して進行する作業流体と空気力学的に相互作用するように配置可能である。エアフォイル部分２１はルート部分２２から半径方向に外向きに延長しており、ルート部分２２は、細長く、断面において第１のポケット１２の形状を補完する断面の形状を有する。ルート部分２２は、したがって、第１のポケット１２の中に軸方向に挿入可能および受け取り可能であるように構成されている。第１のポケット１２に受け取られると、ルート部分２２は、ターボ機械のロータおよびブレードホイール１０との関係で、円周方向および半径方向の次元に関して固定可能である。インサート３０は、第２のポケット１３において受け取り可能であり、ターボ機械のロータおよびブレードホイール１０との関係で、ルート部分２２が、軸方向の次元に関して確実な保持状態に固定されるように構成される。
【００１４】
図面には示されていないが、ブレードホイール１０はリム１４の全体の周囲に複数の入れ子状のポケット構成を画定するように形成することが可能であること、更に、複数のブレード２０を入れ子状のポケット構成の内のそれぞれに対応するものにおいてブレードホイール１０に付着可能であることを理解すべきである。このようにして、ブレードホイール１０は、ターボ機械のコンプレッサのコンプレッサ段またはタービンのタービン段の回転部分を形成することができる。
【００１５】
インサート３０は、インサートスパイン３１と、対向するトング３２および３３と、ピン３４と、保持要素３６とを含む。インサートスパイン３１は、第１および第２の対向する端部を有しており、対向するトング３２および３３は、横方向の接続部分を有するほぼ平面の形状の部材である。対向するトング３２および３３の横方向の接続部分は、インサートスパイン３１の第１および第２の対向する端部とカンチレバー可能な態様で接続されており、それによって、対向するトング３２および３３の遠位部分を相互に向かう方向に圧縮可能である。
【００１６】
ピン３４は、対向する遠位端部３４０および３４１と、これらの対向する遠位端部３４０および３４１の間に画定されている中央部分３４２とを有する。中央部分３４２は、ネジ山をつけられ、したがって、トング３２の内の第１のトング（すなわち、半径方向に関して下位にあるもの）を通過するように画定されているスルーホール３２０の相補的なネジ山とネジ式に係合可能であり、それによって、ピン３４は第１および第２の位置に配置可能となる。第１の位置では、ピン３４は、インサート３０の外側の方向に移動され、それにより、遠位端部３４１は第３のポケット１３０において受け取り可能であり、遠位端部３４０はトング３３の内の第２のトング（すなわち、半径方向に関して上位にあるもの）から遠ざかる。第１の位置にあるピン３４は、こうして、対向するトング３２および３３が相互に向かう方向に圧縮されることを可能にする。第２の位置では、ピン３４は、トング３３の内の第２のトングの方向に移動され、それにより、遠位端部３４０はトング３３の内の第２のトングと接触することによって、対向するトング３２および３３が相互に向かう方向に圧縮されることを防止する。
【００１７】
保持要素３６は、トング３３の内の第２のトングの外側平面から外に向かって突出している。保持要素３６はフランジのような形状を有し、ブレード２０のルート部分２２上の対応する面取り部２２０に対して相補的な態様で面取りされうる。したがって、インサート３０が第２のポケット１３に配置され、ルート部分２２が第１のポケット１２に配置されていることにより、保持要素３６は、ルート部分２２とブレード２０とを軸方向において確実な保持状態に固定するように、ルート部分２２と係合可能である。複数の実施形態によると、保持要素３６は円周方向の次元に細長く、トング３２の内の第１のトング上の同様なグリップ部分３８と一致する平坦なグリップ部分３７のいずれかの側に配置されることが可能である。グリップ部分３７および３８は、オペレータによって、対向するトング３２および３３の少なくとも遠位部分を相互に対する方向に選択的に圧縮するのに用いられうる。
【００１８】
図５に示されているように、第１のポケット１２が既に形成されている（例えば、鋳造、鍛造、および／または機械加工により）ブレードホイール１０の上にブレード２０を取り付ける前に、第２のポケット１３と第３のポケット１３０とを、第１のポケット１２の中で連続的な入れ子構造となるように、ブレードホイール１０の外側半径部分１１の中に機械加工することが可能である。インサート３０は、ピン３４が第１の位置に配置された状態で、第２のポケット１３に配置される。よって、ピン３４は、インサート３０の外側の方向に移動され、それにより、遠位端部３４１は第３のポケット１３０において受け取られ、遠位端部３４０はトング３３の内の第２のトングから遠ざかる。ピン３４が第１の位置に配置されていると、オペレータは、グリップ部分３７および３８を用いて、対向するトング３２および３３の少なくとも遠位部分に、それらが相互に圧縮された状態になり、圧縮された状態のまま維持されるように、バイアスを生じさせる。それにより、ルート部分２２は、保持要素３６によってそうすることが禁止されることなく、第１のポケット１２の中に軸方向に挿入され、受け取られることが可能になる。
【００１９】
その後では、図６に示されているように、対向するトング３２および３３の相互に対する方向への圧縮が開放されることにより、インサート３０は圧縮解除された状態で提供され、保持要素３６がブレード２０のルート部分２２上の面取り部２２０との係合が可能になる。この時点で、ピン３４は第２の位置の方向に移動され、遠位端部３４０がトング３３の内の第２のトングと接触するようになる。このように、ピン３４がインサート３０を圧縮解除された状態にロックすることにより、対向するトング３２および３３が相互に向かう方向に圧縮されることが回避される。
【００２０】
後の時点では、ブレード２０をブレードホイール１０から除去することが必要な場合がありうる。そのような除去は、ピン３４を第１の位置に戻し、対向するトング３２および３３を相互に向かう方向に再度圧縮することによって、達成することができる。それにより、ブレード２０のルート部分２２を、第１のポケット１２から軸方向に引き出すことができる。必要な場合には、ルート２２の軸方向の引き出しの後で、インサート３０を、第２のポケット１３から取り除くこと、また、第２のポケット１３の中に再度挿入することが可能である。このように、インサート３０は再使用可能であるように構成されている。
【００２１】
図７〜９を参照すると、第２のインサート４０を用いてブレードホイール１０におけるブレード２０を軸方向の次元について固定する（インサート３０について上述したのと同様）ような、他の実施形態も可能である。図７〜１０の詳細は、既に説明した詳細を含んでいるので、ここで再度説明することは割愛する。図７〜９に示されているように、第２のインサート４０は、上位部分５０および下位部分６０を有する本体４１と弾性部分７０とを含む。上位部分５０は、ブレード２０のルート部分２２の面取り部２２０と係合可能でありルート部分２２とブレード２０とを確実な保持状態で軸方向に固定する保持要素５１を備えた平面状の部材でありうる。
【００２２】
上位部分５０は、本体と対向する面とを有しており、本体を通過し対向する面の間を延長するスルーホール５２（ブラインドまたは完全な通過）を画定するように形成されている。上位部分５０の本体は、ウェッジ形状であるか、またはテーパ状でありうる。スルーホール５２は、その内側に沿ってネジ山がつけられている場合がある。このネジ山は、一様である場合も、ピッチが異なる場合もありうる。下位部分６０は、ボルト６１と、ボルト６１と共に一体的に形成されているナット６２とを含む。ボルト６１は、その外側に沿ってネジ山を有しており、上位部分５０とネジ式に係合可能であり、上位部分５０がナット６２に近接している第１の収縮した状態と上位部分５０がナット６２から離れている第２の延長した状態との間での上位部分５０の半径方向の移動が可能になる。ボルト６１の下端は、六角形、八角形、円形、半円形、弦状、正方形などでありうる。ナット６２は、六角形、八角形、円形、半円形、弦状、正方形などでありうる。上位部分５０および下位部分６０（すなわち、ボルト６１およびナット６２）が様々な形状を有していることは、回転を防止する外形として機能しうる。弾性要素７０は、スプリングワッシャ７１または他の適切な特徴として提供されることがあり、上位部分５０とナット６２との間に動作可能な態様での配置が可能である。弾性要素７０は、上位部分５０が第２の延長した状態から半径方向に移動することを防止する確実な停止を提供するように構成されている。
【００２３】
複数の実施形態によると、上位部分５０と下位部分６０とのそれぞれを、ホールド要素８０を画定するように形成することができる。ホールド要素８０は、溝として提供されることがある。その溝の中に、オペレータが、レンチ（例えば、六角棒スパナ）を挿入することができる。それにより、オペレータは、それらのレンチの一方を静止状態にホールドして、他方を用いて上位部分５０と下位部分６０との一方を他方に対して回転させることが可能になる。この回転によって、上位部分５０が、下位部分６０と弾性要素７０とに対して半径方向に移動する。
【００２４】
ブレード２０を取り付ける間、第２のインサート４０は、第１の収縮した状態で、第２のポケット１３に配置される。上位部分５０はナット６２と近接した状態にあり、それによって、ルート部分２２は、保持要素５１によってそうすることを禁止されずに、第１のポケットの中に軸方向に挿入され受け取られることが可能になる。ボルト６１の下位端部は第３のポケット１３０に受け取られることが可能であるが、第３のポケット１３０はボルト６１の下位端部の形状を補完するような形状を有しうる。その後で、下位部分６０が上位部分５０に対して回転されることで、第２のインサート４０は第２の伸張した状態となり、上位部分５０はナット６２から離れた状態で配置される。第２のインサート４０が第２の伸張した状態にあることで、保持要素５１は、ブレード２０のルート部分２２上の面取り部２２０と係合することが許される。この時点で、弾性要素７０により、上位部分５０が第２の伸張した状態から半径方向に移動することを防止する明確な停止が提供される。
【００２５】
後の時点で、ブレード２０をブレードホイール１０から取り除くことが必要な場合がありうる。そのような取り除きは、下位部分６０を上位部分５０との関係で回転させることによって、達成することができる。すると、第２のインサート４０を、第１の収縮した状態に再度導くことになり、ブレード２０のルート部分２２を第１のポケット１２から軸方向に引き出すことが可能になる。必要な場合には、ルート２２の軸方向の引き出しの後で、第２のインサート４０を、第２のポケット１３から取り除くこと、また、第２のポケット１３の中に再度挿入することが可能である。このように、第２のインサート４０は再使用可能であるように構成されている。
【００２６】
図１〜６および図７〜９の実施形態により、回転防止機能を更に提供することができる。そのような回転防止機能には、これらに限定されることはないが、保持要素３６および５１が細長い形状であること、第１のポケット１２とインサート３０／第２のインサート４０とが非円形である（例えば、卵形、楕円、六角形、八角形、正方形、半円形、円形など）こと、および／または第１のポケット１２がスロットを有するように形成されインサート３０／第２のインサート４０にはそのスロットに受け取られるキーを有していること、を含みうる。また、第１、第２および第３のポケット１２、１３および１３０は、相補的に変動する高さを有するインサート３０／第２のインサート４０と共に変動しうる。
【００２７】
以上では、本発明について限られた数の実施形態との関係においてのみ詳細に説明してきたが、本発明が開示されたそれらの実施形態に限定されないことは、容易に理解されるはずである。むしろ、本発明に対しては、以上では説明されていないが本発明の趣旨および範囲と矛盾のない変更、改変、置換、または均等な構成を任意の数だけ組み入れるような修正が可能である。また、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は、以上で説明された実施形態の一部だけを含む場合もありうることを理解すべきである。したがって、本発明は、以上の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ、その範囲が画定される。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ブレードホイール
１１  外側半径方向部分
１２  第１のポケット
１２０  内側面
１３  第２のポケット
１３０  第３のポケット
１３１  内側面
１４  リム
２０  ブレード
２１  エアフォイル部分
２２  ルート部分
２２０  面取り部
３０  インサート
３１  インサートスパイン
３２、３３  対向するトング
３２０  スルーホール
３４  ピン
３４０、３４１  遠位端部
３４２  中央部分
３６  保持要素
３７、３８  グリップ部分
４０  第２のインサート
４１  本体
５０  上位部分
５１  保持要素
５２  スルーホール
６０  下位部分
６１  ボルト
６２  ナット
７０  弾性要素
７１  スプリングワッシャ
８０  ホールド要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014134202.tif 000005
【図４】
2014134202.tif 000006
【図５】
2014134202.tif 000007
【図６】
2014134202.tif 000008
【図７】
2014134202.tif 000009
【図８】
2014134202.tif 000010
【図９】
2014134202.tif 000011
【外国語明細書】
2014134202000001.pdf