(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンロータディスクを取付けるためのアセンブリ、及び取付け方法、並びにタービンロータディスク間のシール構造を提供する。【解決手段】タービンエンジンにおいて２つのロータディスク２２ａ、２２ｂを取付ける方法であって、本方法は、第１の軸方向延長部４６及びディスクフランジ５１を有する第１のロータディスク２２ａを形成するステップと、第２の軸方向延長部４８及び溶接面を有する第２のロータディスク２２ｂを形成するステップと、一端にブリッジフランジ５５と他端に溶接面とを含み、外側半径方向面に沿ってシール手段を有するブリッジ５３を形成するステップと、ブリッジ及び第２の軸方向延長部の溶接面を溶接することによってブリッジを第２のロータディスクに取付けるステップと、ディスクフランジをブリッジフランジに着脱自在に固定することによって第１のロータディスクをブリッジに取付けるステップとを含む。【選択図】図４
2011220330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンにおいて２つのロータディスク（２２）を取付ける方法であって、
ウェブ部分（２６）から延在し、遠位端にディスクフランジ（５１）を有する第１の軸方向延長部（４６）を含む第１のロータディスク（２２）を形成するステップと、
ウェブ部分（２６）から延在し、遠位端に溶接面を有する第２の軸方向延長部（４８）を含む第２のロータディスク（２２）を形成するステップと、
一端にブリッジフランジ（５５）と他端に溶接面とを含み、外側半径方向面に沿ってシール手段を有するブリッジ（５３）を形成するステップと、
前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に溶接することによって前記ブリッジ（５３）を第２のロータディスク（２２）に取付けるステップと、
前記ディスクフランジ（５１）を前記ブリッジフランジ（５５）に着脱自在に固定することによって第１のロータディスク（２２）を前記ブリッジ（５３）に取付けるステップと
を含む方法。
【請求項２】
第１の軸方向延長部（４６）及び第２の軸方向延長部（４８）は、組立タービンエンジン内に前記ロータディスク（２２）を設置したときに、前記ロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）から主として軸方向に延在する延長部を含み、前記軸方向延長部（４６、４８）は、実質的に一定の軸方向長さを有し、前記タービンエンジンの円周周りに円周方向に延在する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の軸方向延長部（４６）が第１のロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）に沿った所定の半径方向位置から延在し、第２の軸方向延長部（４８）が第２のロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）に沿った所定の半径方向位置から延在し、第１のロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）に沿った所定の半径方向位置と、第２のロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）に沿った所定の半径方向位置との間の距離によって取付け距離が定められ、第１の軸方向延長部（４６）及び第２の軸方向延長部（４８）が各々、前記取付け距離の半分未満の長さを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１の軸方向延長部（４６）及び第２の軸方向延長部（４８）が各々、前記取付け距離の０．３倍未満の長さを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
第１の軸方向延長部（４６）の長さが、前記取付け距離の０．１５〜０．３５の範囲内にあり、第２の軸方向延長部（４８））の長さが、前記取付け距離の０．１５〜０．３５の範囲内にあり、前記ブリッジ（５３）の長さが、前記取付け距離の０．３０〜０．７０の範囲内にある、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に溶接することによって前記ブリッジ（５３）を第２のロータディスク（２２）に取付けるステップが、前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に溶接することによって前記ブリッジ（５３）を第２のロータディスク（２２）に取付けるステップの前で且つ第１のロータディスク（２２）及び第２のロータディスク（２２）のうちの少なくとも１つが非設置状態を含む間に完了され、
前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に溶接することによって前記ブリッジ（５３）を第２のロータディスク（２２）に取付けるステップが、
前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に外側半径方向位置から溶接するステップと、
前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に内側半径方向位置から溶接するステップと
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に溶接することによって前記ブリッジ（５３）を第２のロータディスク（２２）に取付けるステップが、前記ブリッジ（５３）の溶接面を第２の軸方向延長部（４８）の溶接面に溶接することによって前記ブリッジ（５３）を第２のロータディスク（２２）に取付けるステップの前で且つ第１のロータディスク（２２）及び第２のロータディスク（２２）のうちの少なくとも１つが非設置状態を含む間に完了され、前記ブリッジ（５３）の溶接面と第２の軸方向延長部（４８）の溶接面との間に形成された溶接部を内側半径方向位置から機械加工するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
第１のロータディスク（２２）及び第２のロータディスク（２２）が、前記タービンエンジン（１０）内の圧縮機（１１）及び前記タービンエンジン（１０）内のタービン（１２）のうちの１つ内にロータディスク（２２）を含み、第１のロータディスク（２２）が上流側ディスクを含み、第２のロータディスク（２２）が下流側ディスクを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第１のロータディスク（２２）及び第２のロータディスク（２２）が、前記タービンエンジン（１０）内の圧縮機（１１）及び前記タービンエンジン（１０）内のタービン（１２）のうちの１つ内にロータディスク（２２）を含み、第１のロータディスク（２２）が下流側ディスクを含み、第２のロータディスク（２２）が上流側ディスクを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記ディスクフランジ（５１）が、第１の軸方向延長部（４６）の外側半径方向面から外寄り方向に延在するように構成され、半径方向高さを含み、前記ブリッジフランジ（５５）は、前記ブリッジ（５３）の外側半径方向面から外寄り方向に延在し、半径方向高さを含み、前記ディスクフランジ（５１）及び前記ブリッジフランジ（５５）は、前記組立タービンエンジン内に設置したときに、外寄りの位置から前記ブリッジ（５３）を囲む固定構造体の内寄り半径方向境界を有して前記ディスクフランジ（５１）及び前記ブリッジフランジ（５５）の少なくとも１つが半径方向に重なり合う結果となる半径方向高さを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記組立タービンエンジン内に設置したときに、前記ブリッジ（５３）、第１の軸方向延長部（４６）、及び第２の軸方向延長部（４８）は円筒形状を形成し、該円筒形状は、その内寄り側部上に形成されたロータディスク（２２）キャビティから前記タービンエンジンの高温ガス経路を実質的に分離し、前記シール手段が、半径方向突起及びカッター歯（６１）のうちの１つを含み、前記シール手段が前記ブリッジフランジ（５５）上に位置付けられる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
タービンエンジンにおけるロータディスク（２２）のアセンブリであって、当該アセンブリが、
間隔を置いて配置され、共通軸線の周りで回転するよう位置付けられた第１のロータディスク（２２）及び第２のロータディスク（２２）と、
第１のロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）に沿った所定の半径方向位置と、第２のロータディスク（２２）のウェブ部分（２６）に沿った所定の半径方向位置とによって定められる取付け距離を含むトルクアーム（３６）と
を備えており、
前記トルクアーム（３６）が、前記ウェブ部分（２６）の各々に沿った前記所定の半径方向位置間で第１のロータディスク（２２）及び第２のロータディスク（２２）を構造的に接続し、前記アームが、前記タービンエンジンの高温ガス経路を前記トルクアーム（３６）の内寄り側部上に形成されたロータディスク（２２）キャビティから実質的に分離し、前記トルクアーム（３６）が、
ｉ）第１のロータディスク（２２）から延在して一体に形成され、遠位端にディスクフランジ（５１）を有する第１の軸方向延長部（４６）と、
ｉｉ）第２のロータディスク（２２）から延在して一体に形成され、遠位端に溶接面を有する第２の軸方向延長部（４８）と、
ｉｉｉ）一端に前記ディスクフランジ（５１）と機械的接続部を形成するよう構成されたブリッジフランジ（５５）と、他端に第２の軸方向延長部（４８）の溶接面と溶接接続部を形成するよう構成された溶接面とを含むブリッジ（５３）と、
からなる３つの接続される構造セクションを備えており、
固定手段が前記ディスクフランジ（５１）を前記ブリッジフランジ（５５）に着脱自在に接合し、
外寄り面に沿って、前記トルクアーム（３６）が、前記組立タービンエンジン内に設置したときに外寄りの位置から前記トルクアーム（３６）を囲む固定構造体と前記トルクアーム（３６）との間にシールを形成する手段を含み、
第１の軸方向延長部（４６）及び第２の軸方向延長部（４８）が各々、前記取付け距離の０．４倍未満の長さを含む、アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、タービンエンジン内のロータディスクに関する。特記しない限り、本明細書で使用されるタービンエンジンは、航空機エンジン、発電プラントのエンジン、及びその他を含む燃焼タービン又は回転エンジンの全てのタイプを含むものとする。より具体的には、特に限定されないが、本出願は、タービンロータディスクを取付けるための改善されたアセンブリ及びタービンロータディスクを取付ける方法、並びにタービンロータディスク間のシール構造を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンの部品が複数の作動上の要件に対処するよう構成されている場合、一般に、タービンエンジンにおいて隣接するロータディスクの間にあり且つこのロータディスクを互いに接続する構造的接続、シールアセンブリ、及び他の構造に関して、多くの解決策が提案されている点は理解されるであろう。例えば、トルクアームは、隣接するタービンディスク間にトルクを伝達する構造的特徴部として使用される場合が多い。一般に、トルクアームとは別個に、トルクアームと併せてシールアームが使用される。シールアームは、一般に、外寄りの位置に位置付けられ、該シールアームと周囲の固定構造体との間にシールを形成するよう構成される。他の従来設計は、別個のスペーサホイールを提供し、これは、トルク負荷を支持し、隣接ロータディスク間に位置付けられたシール歯を有する。
【０００３】
場合によっては、トルク伝達構造は、ディスクの各々から延在する一体形成アームを溶接することによってロータディスク間に構築される。しかしながら、この接続を行うのに必要な長さの一体アームを形成すると、ロータディスクの製造に伴う鍛造コストが飛躍的に増大する。この問題を回避する１つの解決策は、ロータディスクからの長い一体形成延長部を必要とすることなく、ある長さにわたるトルクアームを生成する一連の溶接部が提案されている。しかしながら、この方式で隣接ロータディスクが共に溶接されると、多くの場合、２つのロータ構造間の同心度を不十分なものにする歪みの問題がある。この結果として生じる偏心は、不平衡問題につながる可能性がある。加えて、溶接は、溶接プロセス終了後に対処する必要がある金属欠陥及び応力集中をもたらすことが多い。理想的には、溶接劣化は、これらの懸念を軽減するために滑らかに機械加工すべきである。しかしながら、トルクアームの溶接が完了すると、この性質の完全に溶接されたトルクアームは溶接構造の内面へのアクセスが遮断され、溶接部の底面の機械加工が不可能になる点は理解されるであろう。
【０００４】
幾つかの従来の構造体では、トルクアームは、複数のボルト締め接続により構成される。しかしながら、複数のボルト締め接続は、必要な軸方向長さ、コスト高、及びアセンブリへの重量の追加に起因して望ましいものではない。
【０００５】
従って、従来のアセンブリの欠点を回避するトルクアームに対する必要性がある。特に、製造上のコスト効果があり且つ組み立ての点で効率的であると共に、タービンエンジンに関して見出される所要の構造的機能及びシール機能を満たすトルクアームに対する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５３５０２７８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
従って、本出願は、タービンエンジンにおいて２つのロータディスクを取付ける方法であって、本方法は、ウェブ部分から延在し、遠位端にディスクフランジを有する第１の軸方向延長部を含む第１のロータディスクを形成するステップと、ウェブ部分から延在し、遠位端に溶接面を有する第２の軸方向延長部を含む第２のロータディスクを形成するステップと、一端にブリッジフランジと他端に溶接面とを含み、外側半径方向面に沿ってシー
ル手段を有するブリッジを形成するステップと、ブリッジの溶接面を第２の軸方向延長部の溶接面に溶接することによってブリッジを第２のロータディスクに取付けるステップと、ディスクフランジをブリッジフランジに着脱自在に固定することによって第１のロータディスクをブリッジに取付けるステップとを含む。
【０００８】
本出願は更に、タービンエンジンにおいて２つのロータディスクを取付ける方法であって、本方法は、ウェブ部分から延在し、遠位端にディスクフランジを有する第１の軸方向延長部を含む第１のロータディスクを形成するステップと、ウェブ部分から延在し、遠位端に溶接面を有する第２の軸方向延長部を含む第２のロータディスクを形成するステップと、一端にブリッジフランジと他端に溶接面とを含み、外側半径方向面に沿ってシール手段を有するブリッジを形成するステップと、ブリッジの溶接面を第２の軸方向延長部の溶接面に溶接することによってブリッジを第２のロータディスクに取付けるステップと、第１のロータディスク及び第２のロータディスクのうちの少なくとも１つが非設置状態を含む間に、ブリッジの溶接面と第２の軸方向延長部の溶接面との間に形成された溶接部の底面を内側半径方向位置から機械加工するステップと、ブリッジの溶接面と第２の軸方向延長部の溶接面との間に形成された溶接部を機械加工した後に、ディスクフランジをブリッジフランジに着脱自在に固定することにより第１のロータディスクをブリッジに取付けるステップとを含む。
【０００９】
本出願は更に、タービンエンジンにおけるロータディスクのアセンブリを記載し、該アセンブリは、間隔を置いて配置され且つ共通軸線の周りで回転するよう位置付けられた第１のロータディスク及び第２のロータディスクと、第１のロータディスクのウェブ部分に沿った所定の半径方向位置及び第２のロータディスクのウェブ部分に沿った所定の半径方向位置によって定められる取付け距離を含むトルクアームとを備え、該トルクアームは、ウェブ部分の各々に沿った所定の半径方向位置間で第１のロータディスク及び第２のロータディスクを構造的に接続し、該アームがタービンエンジンの高温ガス経路をトルクアームの内寄り側部上に形成されたロータディスクキャビティから実質的に分離する。トルクアームは、ｉ）第１のロータディスクから延在して一体に形成され、遠位端にディスクフランジを有する第１の軸方向延長部と、ｉｉ）第２のロータディスクから延在して一体に形成され、遠位端に溶接面を有する第２の軸方向延長部と、ｉｉｉ）一端にディスクフランジと機械的接続部を形成するよう構成されたブリッジフランジと、他端に第２の軸方向延長部の溶接面と溶接接続部を形成するよう構成された溶接面とを含むブリッジとからなる３つの接続される構造セクションを含むことができ、固定手段がディスクフランジをブリッジフランジに着脱自在に接合する。外寄り面に沿って、トルクアームは、組立タービンエンジン内に設置したときに外寄りの位置からトルクアームを囲む固定構造体とトルクアームとの間にシールを形成する手段を含むことができる。第１の軸方向延長部及び第２の軸方向延長部は各々、取付け距離の０．４倍未満の長さを有することができる。
【００１０】
本出願のこれら及び他の特徴は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって明らかになるであろう。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴は、添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を詳細に検討することによって完全に理解され認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本出願の特定の実施形態を使用することができる例示的な燃焼タービンエンジンの概略図。
【図２】図１の燃焼タービンエンジンの圧縮機セクションの断面図。
【図３】図１の燃焼タービンエンジンのタービンセクションの断面図。
【図４】本出願の例示的な実施形態に係るロータディスク取付けアセンブリの概略断面図。
【図５】本出願の代替の実施形態に係るロータディスク取付けアセンブリの概略断面図。
【図６】本出願の代替の実施形態に係るロータディスク取付けアセンブリの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に、本出願の発明を明確に伝えるために、タービンエンジン及び関連システムの特定の要素又は機械部品に言及しこれを説明する用語を選択する必要がある。可能な限り、一般的な工業用語はその一般に認められる意味と同じ意味で使用及び利用される。しかしながら、このような用語は広義に与えられ、本明細書で意図する意味及び添付の請求項の範囲が不当に制限されるような狭義に解釈されないものとする。当業者であれば、特定の部品が複数の異なる表現を用いて呼称される場合が多いことは理解されるであろう。加えて、本明細書で単一の要素として説明できる事柄は、別の状況では複数の部品を含み、又は複数の部品からなるものとして言及することができ、或いは、本明細書で複数の部品を含むものとして説明できる事柄は、単一要素に構築され、場合によっては単一の要素として言及することができる。従って、本明細書で記載される本発明の範囲の理解では、提供される用語及び説明にのみ留意するのではなく、本明細書で記載される部品の構造、構成、機能、及び／又は使用に対しても留意すべきである。
【００１４】
加えて、本明細書では幾つかの記述上の用語を定常的に使用する場合があり、この点についてこれらの用語を定義することが有用とすることができる。本明細書で使用するこれらの用語及びその定義は、次の通りである。特に別途指定のない限り、「ロータブレード」という用語は、圧縮機又はタービンの何れかの回転ブレードを意味する表現であり、この回転ブレードには、圧縮機ロータブレード及びタービンロータブレードの両方が含まれる。特に別途指定のない限り、「ステータブレード」という用語は、圧縮機又はタービンの何れかの固定ブレードを意味する表現であり、この固定ブレードには、圧縮機ステータブレード及びタービンステータブレードの両方が含まれる。本明細書では、「ブレード」という用語は、何れかのタイプのブレードを意味するのに使用することになる。従って、特に別途指定のない限り、「ブレード」という用語は、圧縮機ロータブレード、圧縮機ステータブレード、タービンロータブレード及びタービンステータブレードを含む全てのタイプのタービンエンジンブレードを包含する。更に、本明細書で使用する場合、「下流側」及び「上流側」、並びに「前方」及び「後方」とは、タービンを通る作動流体の流れに対する方向を示す用語である。従って、「下流側」という用語は、一般的に作動流体の流れの方向に対応する方向を意味し、「上流側」又は「前方」という用語は一般的に、作動流体の流れの方向の反対方向を意味する。「トレーリング（後）」又は「後方」及び「リーディング（前）」又は「前方」という用語は一般的に、作動流体の流れに関する位置を意味している。場合によっては、本明細書を考慮して明確になるように、「トレーリング（後）」及び「リーディング（前）」という用語は、回転部品の回転方向を意味することがある。これが当てはまる場合、回転部品の「リーディングエッジ（前縁）」は、部品が回転している方向を鑑みた前部又は前方の縁部であり、回転部品の「トレーリングエッジ（後縁）」は、部品が回転している方向を鑑みた後部又は後方の縁部である。
【００１５】
「半径方向」という用語は、軸線に対して垂直方向の移動又は位置を意味する。「半径方向」という用語は、軸線に関して異なる半径方向位置にある要素を記述するために必要となることが多い。このようなケースでは、第１の部品が第２の部品よりも軸線に対してより近接して存在する場合には、本明細書では、第１の部品は第２の部品の「半径方向内向き」又は「内寄り」にあると記述することができる。これに対して、第１の部品が第２の部品よりも軸線から更に遠くに存在する場合には、本明細書では、第１の部品は第２の部品の「半径方向外向き」又は「外側寄り」にあると記述することができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動又は位置を意味する。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動又は位置を意味する。
【００１６】
背景技術として、ここで図面を参照すると、図１〜図３は、本出願の実施形態を使用することができる例示的な燃焼タービンエンジンを示している。本発明がこのタイプでの使用に限定されるものではないことは当業者には分かるであろう。上述のように、本発明は、発電及び航空機で使用するエンジンのような燃焼タービンエンジン、蒸気タービンエンジン、及びその他のタイプの回転エンジンで使用することができる。図１は、燃焼タービンエンジン１０の概略図である。一般に、燃焼タービンエンジンは、加圧空気ストリーム
内で燃料を燃焼させることにより発生する高温ガスの加圧流からエネルギーを取り出すことによって作動する。図１に示すように、燃焼タービンエンジン１０は、共通シャフト又はロータによって下流側のタービンセクションすなわちタービン１１に機械的に結合された軸流圧縮機１１と、該軸流圧縮機１１及びタービン１２間に位置付けられた燃焼器１３とを備えるように構成することができる。
【００１７】
図２は、図１の燃焼タービンエンジンで使用することができる例示的な多段式軸流圧縮機１１の図を示している。図示のように、軸流圧縮機１１は複数の段を含むことができる。各段は、圧縮機ロータブレード１４の列及びその後に続く圧縮機ステータブレード１５の列を含むことができる。従って、第１段は、中心シャフトの周りで回転する圧縮機ロータブレード１４の列と、これに続いて運転中に固定状態を維持する圧縮機ステータブレード１５の列とを含むことができる。圧縮機ステータブレード１５は一般に、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、且つ回転軸線の周りに固定される。圧縮機ロータブレード１４は、円周方向に間隔を置いて配置され且つシャフトに取付けられ、運転時に該シャフトが回転すると圧縮機ロータブレード１４がシャフトの周りを回転する。当業者には理解されるように、圧縮機ロータブレード１４は、シャフトの周りで回転すると、圧縮機１１を通って流れる空気又は流体に運動エネルギーを与えるように構成される。圧縮機１１は、図２に示した段以外の他の段を有することができる。付加的な段は、複数の円周方向に間隔を置いて配置された圧縮機ロータブレード１４と、これに続いて、複数の円周方向に間隔を置いて配置された圧縮機ステータブレード１５とを含むことができる。
【００１８】
図３は、図１の燃焼タービンエンジンで使用することができる例示的なタービンセクション又はタービン１１の部分図を示している。また、タービン１１は複数の段を含むことができる。３つの例示的な段を示しているが、それよりも多い又は少ない段をタービン１１内に設けることができる。第１段は、運転時にシャフトの周りで回転する複数のタービンバケット又はタービンロータブレード１６と、運転時に固定状態を維持する複数のノズル又はタービンステータブレード１７とを含む。タービンステータブレード１７は一般に、互いに円周方向に間隔を置いて配置され且つ回転軸線の周りに固定される。タービンロータブレード１６は、タービンホイール（図示せず）上に取付けてシャフト（図示せず）の周りで回転するようにすることができる。また、タービン１１の第２段も示されている。第２段も同様に、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンステータブレード１７と、これに続いて、タービンホイール上に同様に取付けられて回転するようになった複数の円周方向に間隔を置いて配置されたタービンロータブレード１６とを含む。第３段もまた示されており、同様に複数のタービンステータブレード１７及びロータブレード１６を含む。タービンステータブレード１７及びタービンロータブレード１６はタービン１１の高温ガス経路内に位置していることは理解されるであろう。高温ガス経路を通る高温ガスの流れの方向は矢印によって示している。当業者には理解されるように、タービン１１は、図３に示した段以外の他の段を有することができる。付加的な各段は、タービンステータブレード１７の列と、これに続いて、タービンロータブレード１６の列とを含むことができる。
【００１９】
使用時には、軸流圧縮機１１内での圧縮機ロータブレード１４の回転は、空気流を加圧することができる。燃焼器１３において、加圧空気が燃料と混合されて点火されると、エネルギーを放出することができる。次に、作動流体とも呼ぶことができる、結果として得られる燃焼器１３からの高温ガスの流れはタービンロータブレード１６上に案内され、該作動流体の流れは、シャフトの周りでタービンロータブレード１６の回転を引き起こす。これによって、作動流体の流れのエネルギーは、回転ブレード並びにロータブレードとシャフトとの間の連結により回転シャフトの機械的エネルギーに変換される。次にシャフトの機械的エネルギーを使用して、圧縮機ロータブレード１４の回転を駆動して加圧空気の必要な供給をもたらし、更に、例えば発電機を駆動して電気を発生させることができる。
【００２０】
ここで図４〜６を参照すると、本出願の実施形態に係るロータディスク取付けアセンブリ２０の概略断面図が示される。図示のように、例示的な応用において、燃焼タービンエンジンのタービンセクションにディスク２２を設置し利用することができるロータディス
ク２２のペアが示されている。上述のように、本発明のこのタイプの応用は単に例示に過ぎない。燃焼エンジン、蒸気エンジン、及び他の回転エンジンの燃焼器セクションにおける用途など、他の用途も実施可能である。
【００２１】
ロータディスク２２は、ロータブレード１６を支持する取付け手段を含む外側半径方向部分２４を含むことができる。外側半径方向部分２４の内寄りには、ロータディスク２２のウェブ部分２６がディスク２２の中心に向かって半径方向に延在する。２つのロータブレード１６間にはステータブレード１７が位置付けられる。上述のように、ステータブレード１７は、通常はタービンの内側シェル２７に固定される固定部品である。ステータブレード１７は一般に、エンジンを通る作動流体の流れと相互作用する要素である翼形部２８と、該翼形部２８の内寄りにダイアフラム３０とを含む。ダイアフラム３０は、一般に、ロータブレード間の作動流体用の流路の内側半径方向境界を定める（注記：流れの方向は添付の矢印で示されている。）また、シール３４の固定部品を形成するために、内寄り面３２に沿ってダイアフラム３０が通常使用される。シール３４は、図示のように、すなわち、通常は回転及び非回転要素間に存在する半径方向ギャップ内に位置付けられて、ここを通って漏出する作動流体の量を阻止又は制限する。このギャップを通って翼形部２８をバイパスする作動流体は、タービンエンジンの効率に悪影響を与え、これがシール３４を設ける理由である点は理解されるであろう。
【００２２】
図４は更に、本発明の例示的な一実施形態に係る、ロータディスク取付けアセンブリ２０を示す。断面のトルクアーム３６が図示されている。トルクアーム３６は一般に、取付け距離４１にわたる点は理解されるであろう。取付け距離４１の長さは、一方の端では、上流側又は第１のロータディスク２２ａのウェブ部分に沿った所定の半径方向位置と、他方端では、下流側又は第２のロータディスク２２ｂのウェブ部分に沿った所定の半径方向位置とによって定められる。トルクアーム３６は、各ウェブ部分に沿った所定の半径方向位置間に第１のロータディスク２２ａ及び第２のロータディスク２２ｂを堅固に接続することによって構造的トルク伝達機能を提供する従来材料により構成することができる。トルクアーム３６はまた、該トルクアーム３６の内寄り側部上に形成されたロータディスクキャビティ４４からエンジンの高温ガス経路に曝されるタービンの区域を実質的に分離する円筒形状を形成するよう円周方向に延在することができる。
【００２３】
本発明のトルクアーム３６は、３つの非一体化セクションを含む。第１のセクションは、第１のロータディスク２２ａから延在する第１の軸方向延長部４６である。第２のセクションは、第２のロータディスク２２ｂから延在する第２の軸方向延長部４８である。第１及び第２の軸方向延長部４６、４８は、それぞれ第１及び第２のロータディスク２２ａ、２２ｂの一部であり、これらと一体に形成することができる。一般に、組立タービンエンジン内に設置されたときに、第１の軸方向延長部４６及び第２の軸方向延長部４８は、ロータディスク２２ａ、２２ｂのウェブ部分２６から主として軸方向に延在する延長部を含む。軸方向延長部４６、４８は一般に、互いに向かって延在し且つ互いの方に面している。幾つかの実施形態では、軸方向延長部４６、４８は、実質的に一定の軸方向長さを有し、所与の半径方向高さにてタービンエンジンの中心軸線の周りを円周方向に延在する。
【００２４】
本出願の例示的な実施形態によれば、第１及び第２の軸方向延長部４６、４８の長さは比較的短くすることができる。これにより、上述のようにロータディスクの妥当な製造コストが維持される。従来の鍛造手法に起因して、第１及び第２の軸方向延長部４６、４８などの軸方向に延在するアームの長さが増大するにつれてロータディスクの製造コストが飛躍的に増大することは、当業者には理解されるであろう。図示のように遠位端に、第１の軸方向延長部４６は、半径方向外向きに延在するディスクフランジ５１を含む。図示のように遠位端に、第２の軸方向延長部４８は、溶接接続部を形成できる表面を含み、本明細書では「溶接面」と呼ばれる。
【００２５】
トルクアーム３６の第３のセクションは、ブリッジセクションであり、本明細書ではブリッジ５３と呼ばれる。一方の端部において、ブリッジ５３は、半径方向外向きに延在し且つディスクフランジ５１と係合して機械的接続を形成するよう構成されたブリッジフランジ５５を含む。他方の端部では、ブリッジ５３は、第２の軸方向延長部４８の溶接面と
共に溶接接続部を形成するよう構成された溶接面を含む。従来の機械的接続を用いて、ディスクフランジ５１をブリッジフランジ５５に着脱自在に接続することができる。図示のように、一実施形態では、ボルト５６を用いたボルト締め接続を用いてもよい。
【００２６】
上述のように、第１の軸方向延長部４６及び第２の軸方向延長部４８は、比較的短い長さを有することができ、ブリッジ５３は取付け距離４１の残りの部分にわたる。本発明による、第１の軸方向延長部４６の長さ（図４において距離５７と呼ばれる）、第２の軸方向延長部４８の長さ（図４において距離５８と呼ばれる）、及びブリッジ５３の長さ（図４において距離５９）は、全体の取付け距離４１の一定の割合として表すことができる点は理解されるであろう。本発明の特定の実施形態では、第１の軸方向延長部４６及び第２の軸方向延長部４８は各々、取付け距離４１の０．５よりも小さい長さを含む。より好ましくは、第１の軸方向延長部４６及び第２の軸方向延長部４８は各々、取付け距離４１の０．４よりも小さい長さを含む。更に他の好ましい実施形態では、第１の軸方向延長部４６及び第２の軸方向延長部４８は各々、取付け距離４１の０．３よりも小さい長さを含む。
【００２７】
トルクアーム３６の３つのセクション全ての長さに関して、幾つかの好ましい実施形態では、第１の軸方向延長部４６の長さは、取付け距離４１の０．１５〜０．３５の範囲内にあり、第２の軸方向延長部４８の長さは、取付け距離４１の０．１５〜０．３５の範囲内にあり、ブリッジ５３の長さは、取付け距離４１の０．３０〜０．７０の範囲内にある。より好ましくは、幾つかの実施形態では、第１の軸方向延長部４６の長さは、取付け距離４１の約０．２５を含み、第２の軸方向延長部４８の長さは、取付け距離４１の約０．２５を含み、ブリッジ５３の長さは、取付け距離４１の約０．５０を含む。
【００２８】
上述のように、シール３４は、ダイアフラム３０の内寄り面３２とトルクアーム３６との間に形成することができる。シール３４は、ダイアフラム３０の内寄り面３２上に位置付けられたシール構造体を含むことができ、該シール構造体は、トルクアーム３６の外寄り面６０上に位置付けられたシール構造体と相互作用し且つこれと関連してシールが形成されるように構成される。より詳細には、幾つかの実施形態では、トルクアーム３６上に位置付けられたシール構造体は、ブリッジ５３の外寄り面上に位置付けられる。ブリッジ５３上のシール構造体は、回転部品と非回転部品との間の半径方向ギャップが狭くなるようにブリッジ５３の表面から半径方向外向きに延在した構造体を含むことができる。幾つかの実施形態では、複数の薄肉の軸方向突起又は「歯状部」が、ブリッジ５３の表面から半径方向に延在することができる。これらの歯状部は、ダイアフラム上に位置付けられる歯状部と合致して相互連結歯状部を形成することができる。このようにして、図４に示すようにこの位置においてラビリンスシールを形成することができる。ラビリンスシールにより形成される蛇行経路は、半径方向ギャップを通る漏出流を制限する。
【００２９】
図５は、シール３５の位置において異なるシールタイプを有する代替の実施形態を示している。図示のように、トルクアーム３６の外寄り面６０上に複数のカッター歯６１を形成することができる。カッター歯６１は一般に、耐久性のある鋭利な縁部で構成された半径方向突起を含む。カッター歯６１と対向して、アブレイダブル材料６２の区域をダイアフラム３０の内寄り面３２に沿って位置付けることができる。作動時には、タービンエンジン内の熱膨張に起因して、カッター歯６１はアブレイダブル材料６２と接触して内部のチャンネルを摩滅させ、効果的なシールが生成されるようになる。他のタイプのシールも実施可能である点は理解されるであろう。
【００３０】
図６は、本開示の代替の実施形態を示す。図示のように、ディスクフランジ５１は、第１の軸方向延長部４６上に位置付けられるのではなく、下流側ロータディスク２２ｂの第２の軸方向延長部４８上に位置付けられる。従って、ブリッジ５３の下流側の側部（ブリッジフランジ５５が配置される）と下流側ロータディスク２２ｂ上の軸方向延長部４８との間に着脱自在な機械的接続部が形成される。この場合、ブリッジ５３の上流側端部は溶接面を含み、図示のように第１の軸方向延長部４６に溶接することができる。この構成において、ディスクフランジ５１及び／又はブリッジフランジ５５の半径方向高さは、ダイアフラム３０の内側半径方向境界の半径方向高さと半径方向に重なり合うように構成する
ことができる。換言すると、ディスクフランジ５１の半径方向高さは、図６に図示されるように、ダイアフラム３０の内側半径方向境界に対して外寄りの位置にある。この構成は、半径方向ギャップを通る更に蛇行した漏出経路を提供し、漏出を低減するよう構成することができる。また、ディスクフランジ５１及びブリッジフランジ５５をトルクアーム３６の上流側の側部に位置付けると、漏出流に対してより蛇行した経路を提供するのに役立つが、下流側の側部に構造体を位置付けることによりその有効性も向上することになる点は理解されるであろう。図示のように、他の半径方向歯状部６３をギャップ内部及び／又はギャップの上流側に位置付けて、より多くのシール特徴部を提供することができる。加えて、これは半径方向突起６５を含むことができる。他の実施形態（図示せず）において、１以上のカッター歯を含めてもよい。
【００３１】
本発明は更に、隣接するロータディスクを取付ける方法を含む。これらの方法の一部として説明される複数の部品は、上記の説明と同じとすることができる。一実施形態では、本方法は、ａ）ウェブ部分２６から延在し、遠位端にディスクフランジ５１を有する第１の軸方向延長部４６、４８を含む第１のロータディスク２２を形成するステップと、ｂ）ウェブ部分２６から延在し、遠位端に溶接面を有する第２の軸方向延長部４６、４８を含む第２のロータディスク２２を形成するステップと、ｃ）一端にブリッジフランジ５５と他端に溶接面とを含み、外側半径方向面６０に沿ってシール３４手段を有するブリッジ５３を形成するステップと、ｄ）ブリッジ５３の溶接面を第２の軸方向延長部４６、４８の溶接面に溶接することによってブリッジ５３を第２のロータディスク２２に取付けるステップと、ｅ）ディスクフランジ５１をブリッジフランジ５５ｂに着脱自在に固定することによって第１のロータディスク２２をブリッジ５３に取付けるステップとを含むことができる点は理解されるであろう。
【００３２】
幾つかの実施形態では、ブリッジ５３の溶接面を第２の軸方向延長部４６、４８の溶接面に溶接することによってブリッジ５３を第２のロータディスク２２に取付けるステップは、ディスクフランジ５１をブリッジフランジ５５ｂに着脱自在に固定することによって第１のロータディスク２２をブリッジ５３に取付けるステップの前で且つ第１のロータディスク２２及び第２のロータディスク２２のうちの少なくとも１つが非設置状態を含む間に完了される。これにより、溶接部の底面又は内側半径方向面にアクセスできるようになり、これは幾つかの利点を提供する点は理解されるであろう。１つの利点は、溶接作業を外側半径方向位置と内側半径方向位置の両方から実施できることである。別の利点は、このアクセスにより内側半径方向位置から溶接部の機械加工が可能になることである。多くの従来のアセンブリにおいて、このタイプのアクセスは利用可能ではない。アクセスできることにより、溶接接続部が形成された後に内部キャビティを機械加工できるようになり、溶接により生じた歪みを除去する機会が提供される。また、このようなアクセスにより、溶接劣化の機械加工及び何らかの金属欠陥の除去が可能になる。
【００３３】
当業者であれば理解されるように、幾つかの例示的な実施形態に関して上述された多くの様々な特徴及び構成は、本発明の他の実施可能な実施形態を形成するよう更に選択的に適用することができる。簡潔にするため、及び当業者の能力を考慮して、各々の可能な繰り返しは本明細書で詳細には述べていないが、添付の複数の請求項によって包含される全ての組み合わせ及び可能な実施形態は、本出願の一部をなすものとする。加えて、本発明の複数の例示的な実施形態の上記の説明から、当業者であれば改善、変更、及び修正が理解されるであろう。当該技術分野の範囲内にあるこのような改善、変更、及び修正はまた、添付の請求項によって保護されるものとする。更に、上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ガスタービンエンジン
１１  圧縮機
１２  タービン
１３  燃焼器
１４  圧縮機ロータブレード
１５  圧縮機ステータブレード
１６  タービンロータブレード
１７  タービンステータブレード
２０  ロータディスク取付けアセンブリ
２２  ロータディスク
２４  外側半径方向部分
２６  ウェブ部分
２７  内側シェル
２８  翼形部
３０  ダイアフラム
３２  ダイアフラム内寄り面
３４  シール
３６  トルクアーム
４１  取付け距離
４４  ロータディスクキャビティ
４６  第１の軸方向延長部
４８  第２の軸方向延長部
５１  ディスクフランジ
５３  ブリッジ
５５  ブリッジフランジ
５６  ボルト
５７  第１の軸方向延長部の長さ
５８  第２の軸方向延長部の長さ
５９  ブリッジの長さ
６０  トルクアーム３６の外寄り面
６１  カッター歯
６２  アブレイダブル材料
６３  半径方向突起
６５  フランジ上の半径方向突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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