(57)【要約】【課題】  タービンロータ効率の向上を促進する方法及び装置を提供する。【解決手段】  タービンは、各々ダブテール（２０８）を備える複数のバケット（１２４，１２６，１２８，１３０）を有する。タービンは、内部に画成された複数の保持スロット（２１０）を有するタービンホイール（１１６、１１８、１２０、１２２）を有しており、複数の保持スロットの各々がその中に複数のバケットダブテールの各々を収容する寸法にされ、タービンホイールがさらに、タービンホイールから外側に延びる１以上の突出部を有する。タービンはさらに、タービンホイールと連結されて、１以上の突出部によってタービンホイールに対して適所に保持される１以上のカバープレート（２００、５０１）と、タービンホイールに画成された開口に挿入されて、カバープレートをタービンホイールに固定することにより、カバープレートがカバープレートに隣接する複数のバケットからのダブテール漏れの低減を促進する、１以上の締結機構（２２０）とを有する。【選択図】  図２
2008196491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々ダブテール（２０８）を備える複数のバケット（１２４，１２６，１２８，１３０）と、
各バケットダブテールを各々収容する寸法の保持スロット（２１０）が複数画成されているタービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）であって、該タービンホイールから外側に延びる１以上の突出部をさらに備えるタービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）と、
タービンホイールに取り付けられる１以上のカバープレート（２００，５０１）であって、上記１以上の突出部によってタービンホイールに対して適所に保持される１以上のカバープレート（２００，５０１）と、
カバープレートに隣接した複数のバケットからのダブテール漏れが低減されるようにカバープレートをタービンホイールに固定するため、タービンホイールに画成された開口に挿入される１以上の締結機構（２２０）と
を備えるタービン。
【請求項２】
タービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）が、該ホイール上に形成されたシェルフ（５３２）をさらに備えており、シェルフ（５３２）が、カバープレート（２００，５０１）をタービンホイールに固定したときに、カバープレートに画成されたレッジ（３１０，５４４）と係合するように構成されていて、シェルフがタービンホイールに対してカバープレートを付勢する、請求項１記載のタービン。
【請求項３】
カバープレート（２００，５０１）の外面（３３０，３３２，５７４，５７６）が、タービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）から延びる１以上のリテーナ（２１８）と、隣接タービン部品から延びる１以上のリテーナの少なくとも一方の内面（３１４，３１６，５１２）と接触する、請求項２記載のタービン。
【請求項４】
カバープレート（２００，５０１）の内面（３１４，３１６，５１２）が、カバープレート（２００，５０１）の構造強度が向上するように構成された複数のリブ（４００，４１０，４１４，５４９，５５０）を有する、請求項１記載のタービン。
【請求項５】
当該タービンが、カバープレート（２００，５０１）からホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）まで延在するダンパー機構を備える、請求項１記載のタービン。
【請求項６】
複数のカバープレート（２００，５０１）が、タービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）の上流面（２１４、５０２）と下流面（２１５）の一方に対して実質的に円周方向に延在する、請求項１記載のタービン。
【請求項７】
タービンで使用されるホイールアセンブリであって、
内部に画成された複数の保持スロット（２１０）と１以上の突出部とを備えるタービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）であって、複数のスロットの各々がタービンバケット（１２４，１２６，１２８，１３０）を収容する寸法を有しており、１以上の突出部がタービンホイールから外側に延びているとともに、突出部を貫通する１以上の開口（２２２，５３６）を備えている、タービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）と、
タービンホイールに取り付けられるように構成された１以上のカバープレート（２００，５０１）であって、上記１以上の突出部によってタービンホイールに対して適所に保持される１以上のカバープレート（２００，５０１）と、
カバープレートが複数の保持スロットの少なくとも１つを越えて延在するようにカバープレートをタービンホイールに対して固定するために、１以上の開口（２２２，５３６）への挿入に適した寸法の１以上の締結機構（２２０）と
を備えるホイールアセンブリ。
【請求項８】
アセンブリが、タービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）上に形成されたシェルフ（５３２）をさらに備えていて、シェルフ（５３２）が、カバープレート（２００，５０１）の一部分と係合してカバープレートをタービンホイールに対して付勢するように構成されている、請求項７記載のホイールアセンブリ。
【請求項９】
１以上の締結機構（２２０）が、カバープレート（２００，５０１）を、タービンホイールシェルフ（５３２）に対して固定するとともに、タービンホイール（１１６，１１８，１２０，１２２）から延びる１以上のリテーナ（２１８）及び隣接タービン部品から延びる１以上のリテーナの少なくとも一方の内面（３１４，３１６，５１２）に対しても固定するように構成されている、請求項８記載のホイールアセンブリ。
【請求項１０】
１以上のカバープレート（２００，５０１）が、カバープレート（２００，５０１）の内面（３１４，３１６，５１２）に延在する複数のリブ（４００，４１０，４１４，５４９，５５０）をさらに備えており、複数のリブがカバープレートの構造強度の向上を促進する、請求項７記載のホイールアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してタービンロータに関し、具体的には、タービンホイールのダブテール漏れの低減を図るためにタービンロータで使用されるカバープレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のタービンは、ロータに連結されたホイールアセンブリを有する。公知のホイールアセンブリは、タービンバケット又は動翼が収まる寸法及び形状の複数の保持スロットが画成されたタービンホイールを有しており、バケット又は動翼はホイールに植え込むとホイールから半径方向外側に延びる。少なくとも幾つかの公知のホイールの内部には、バケットと保持スロットとの間に隙間が存在することがある。タービン作動時に、流体がバケット及び／又はノズル領域を流れずに、この隙間から漏れるおそれがある。かかる漏れは概して制御できず、タービン全体の効率を低下させる。
【０００３】
ダブテール漏れの低減を図るため、少なくとも幾つかのタービンバケットでは、隙間からの抑制できない漏れを低減するためのコーティングがバケットダブテールに設けられている。コーティングは作動時の隙間の大きさを縮小するが、かかるコーティングは漏れを十分に抑制するものではない。さらに、かかるコーティングは、タービンがターニングギヤ上にあると、永久に摩耗してしまうおそれがある。他の公知のロータアセンブリは、円周シール又はシートメタルカバープレートを有する。しかし、かかる部品は概してわずかなタービン効率の向上しかもたらさない。
【特許文献１】米国特許第４４３９１０７号明細書
【特許文献２】米国特許第３０９６０７４号明細書
【特許文献３】米国特許第５２１１４０７号明細書
【特許文献４】米国特許第４１０８５７１号明細書
【特許文献５】米国特許第４７８１５３４号明細書
【特許文献６】米国特許第５９９３１６０号明細書
【特許文献７】米国特許第４６５９２８５号明細書
【特許文献８】米国特許第５４４５４９９号明細書
【特許文献９】米国特許第３６５６８６５号明細書
【特許文献１０】米国特許第６４９９９４５号明細書
【特許文献１１】米国特許第４５２３８９０号明細書
【特許文献１２】米国特許第４４７０７５７号明細書
【特許文献１３】米国特許第３８８７２９８号明細書
【特許文献１４】米国特許第３１３７４７８号明細書
【特許文献１５】米国特許第３９３６２２２号明細書
【特許文献１６】米国特許第５２５６０３５号明細書
【特許文献１７】米国特許第３３９７８６５号明細書
【特許文献１８】米国特許第３８０７８９８号明細書
【特許文献１９】米国特許第５２１１４０７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの態様では、タービンの組立方法を提供する。当該方法は、バケットをタービンホイールと連結することを含む。カバープレートの第一端をタービンに取り付けることによって、カバープレートをタービンホイールに取り付けて、タービンホイールから延びる１以上の突出部でカバープレートをタービンホイールに対して適所に保持する。タービンホイールに画成された開口に締結機構を挿入して、カバープレートをタービンホイールに対して固定する。カバープレートはタービンホイールに取り付けられ、カバープレートに隣接するバケットからのダブテール漏れの低減を促進する。
【０００５】
別の態様では、タービンを提供する。当該タービンは、各々ダブテールを備える複数のバケットを有する。タービンは、複数の保持スロットが画成されたタービンホイールも有する。保持スロットの各々は、各バケットダブテールが収まる寸法を有する。タービンホイールはさらに、タービンホイールから外側に延びる１以上の突出部を有する。１以上のカバープレートがタービンホイールに取り付けられて、上記突出部がカバープレートをタービンホイールに対して適所に保持する。タービンホイールに画成された開口に１以上の締結機構が挿入されて、カバープレートによってカバープレートに隣接するバケットからのダブテール漏れの低減が図られるようにカバープレートをタービンホイールに固定する。
【０００６】
さらなる態様では、タービンで使用するホイールアセンブリを提供する。当該ホイールアセンブリは、内部に画成された複数の保持スロットと１以上の突出部とを備えるタービンホイールを有する。複数のスロットの各々は、タービンバケットが収まる寸法を有する。１以上の突出部はタービンホイールから外側に延び、突出部を貫通する１以上の開口を有する。ホイールアセンブリはさらに、タービンホイールに取り付けられるように構成された１以上のカバープレートを有しており、１以上の突出部が１以上のカバープレートをタービンホイールに対して適所に保持する。１以上の締結機構は開口への挿入に適した寸法を有しており、１以上のカバープレートをタービンホイールに対して固定する。この位置で、カバープレートは複数の保持スロットの少なくとも１つを越えて延在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、タービンロータアセンブリの一部分の概略図である。例示的な実施形態では、タービンロータアセンブリ１００はガスタービンで使用され、ロータアセンブリ１００は燃焼器１０２の下流にある。アセンブリ１００は、回転軸１０６の周りを回転するロータ１０４を有する。例示的な実施形態では、ロータアセンブリ１００は、タービンホイール１１６、１１８、１２０及び１２２の４つの連続した段を有する。或いは、アセンブリ１００は５段以上又は３段以下の段を含んでいてもよい。タービンホイール１１６、１１８、１２０及び１２２は、タービン作動時に、タービンホイール１１６、１１８、１２０及び１２２がロータ１０４と同時に回転するように、各々連結されてロータ１０４の一部をなす。
【０００８】
各ホイール１１６、１１８、１２０及び１２２は、ホイールの周りに円周方向に離間したバケット又は動翼（以下バケットという。）１２４、１２６、１２８及び１３０の列を有する。各バケット１２４、１２６、１２８及び１３０の列の間には固定ノズル１３２、１３４、１３６及び１３８の列があり、ホイール１１６、１１８、１２０及び１２２の各々の間にはスペーサ１４０、１４２及び１４４がある。具体的には、スペーサ１４０、１４２及び１４４は、ノズル１３４、１３６及び１３８の列から半径方向内側にあって、それらと対向している。スペーサ１４０、１４２及び１４４は、ロータ１０４及びホイール１１６、１１８、１２０及び１２２の周りに円周方向に離間したボルト等の複数の締結具１４６によって、ホイール１１６、１１８、１２０及び１２２に固定される。作動時に、ホイール１１６、１１８、１２０及び１２２が回転すると、スペーサ１４０、１４２及び１４４は、ノズル１３４、１３６及び１３８の列間の適所にホイール１１６、１１８、１２０及び１２２を維持するのに役立つ。
【０００９】
図２は、タービンロータアセンブリ１００で使用できる例示的なカバープレートアセンブリ１９０の斜視図である。図３は、カバープレートアセンブリ１９０の断面図である。図４は、カバープレートアセンブリ１９０で使用されるカバープレート２００の斜視図である。カバープレート２００はホイール１１８に取り付けたものを示したが、ホイール１１６、１１８、１２０又は１２２（ただし、これらに限られない。）のいずれにも取り付けることができることは当業者には明らかであろう。
【００１０】
ホイール１１８は、ホイール１１８に画成された複数の保持スロット２１０に取り付けられた複数のバケット１２６を有する。具体的には、各スロット２１０はバケット１２６が収まる寸法及び形状を有する。ホイール１１８は、ホイール１１８から半径方向外側に延在してホイールと一体をなすダブテールポスト２３０を有する。ダブテールポスト２３０はホイール１１８の周りに円周方向に離間しており、各ダブテールポスト２３０はホイール１１８に取り付けられた円周方向に隣接する一対のバケット１２６の間に位置する。例示的な実施形態では、各ダブテールポスト２３０はホイール１１８から内側に延びる突出部２１６を有しており、以下で説明する通り、突出部２１６によって保持溝３２０が画成される。具体的には、各バケット１２６は、バケット１２６がホイール１１８に確実に装着されるように、保持スロット２１０に挿入されるダブテール部２０８を有している。例えば、ある例示的な実施形態では、各バケットダブテール部２０８は略「モミの木」状であり、各スロット２１０は対応するモミの木状の窪みに形作られる。
【００１１】
ダブテール部２０８とスロット２１０の形状は実質的に同じであるが、各バケット１２６をロータアセンブリ１００に取り付けた後で、通常、各バケットダブテール２０８と保持スロット２１０の間に隙間２１２が画成される。ある例示的な実施形態では、本明細書で説明するように、各カバープレート２００が各隙間２１２を越えて延在するように、カバープレートアセンブリ１９０をロータアセンブリ１００に取り付ける。特に、例示的な実施形態では、複数のカバープレート２００は端同士を接して連結され、カバープレート２００はタービンホイール１１８の上流面２１４と下流面２１５の一方に対して略円周方向に延在する。
【００１２】
例示的な実施形態では、ホイール１１８は突出部２１６と複数のリテーナ２１８とを有する。突出部２１６及びリテーナ２１８は、ホイール１１８の上流面２１４で半径方向に離間している。特に、例示的な実施形態では、突出部２１６はホイール１１８と一体に形成され、ホイール１１８から外側に延びて、突出部２１６の内面３１６とホイール上流面２１４の間に半径方向外側保持溝３２０が画成される。さらに、例示的な実施形態では、リテーナ２１８もホイール１１８と一体に形成され、ホイール１１８から外側に延びて、半径方向内側保持溝３１８が形成される。或いは、突出部２１６及び／又はリテーナ２１８は、各バケット１２６及びホイール１１８と一体に形成してもよい。別の実施形態では、突出部２１６及び／又はリテーナ２１８は、ホイール１１８とではなく、各バケット１２６と一体に形成してもよい。保持溝３１８及び３２０はそれぞれ幅Ｗ１及びＷ２を有しており、例示的な実施形態では、溝３１８及び３２０は略半径方向に整列する。具体的には、保持通路３２２が半径方向内側保持溝３１８から半径方向外側保持溝３２０まで延在する。以下で説明する通り、カバープレート２００は保持通路３２２内に保持される。
【００１３】
例示的な実施形態では、保持通路３２２内部に、ホイール１１８はホイール上流面２１４に一体に形成されたシェルフ３１２を有する。具体的には、シェルフ３１２は、ホイール上流面２１４に沿って円周方向に測った長さＬ１と、ホイール上流面２１４から軸方向外側に測った深さＤ１とを有する。例示的な実施形態では、長さＬ１は、シェルフ３１２がホイール１１８の一部にのみ延在し、特に、隣接する保持スロット２１０間に部分的にしか延在しない。
【００１４】
例示的な実施形態では、カバープレートアセンブリ１９０は、１以上のカバープレート２００と、タービンホイール１１８に画成された開口２２２に収まる寸法の１以上の締結機構２２０とを有する。カバープレート２００は、半径方向内端３２４と、半径方向外端３２６と、それらの間に延在する本体３２７とを有する。カバープレート端３２４及び３２６はそれぞれ幅Ｗ３及びＷ４を有しており、各カバープレート端３２４及び３２６をそれぞれ半径方向保持溝３１８及び３２０に挿入できる寸法を有する。特に、例示的な実施形態では、幅Ｗ３は幅Ｗ１及びＷ４よりも狭く、幅Ｗ４は幅Ｗ２よりも狭い。さらに、例示的な実施形態では、カバープレート２００はカバープレート２００の内面２２６のレッジ３１０と一体に形成される。例示的な実施形態では、内面２２６は少なくとも部分的に凹状に形成され、深さＤ２を有する。さらに、レッジ３１０は、内面２２６に沿って少なくとも部分的に円周方向に延びる長さＬ２を有する。レッジの深さＤ２によって、レッジ３１０を内面２２６から軸方向外側に延ばすことができる。例示的な実施形態では、長さＬ２は、カバープレート２００の各円周端４１６、４１８に形成された円周方向に隣接するシップラップタブ４２０、４２２の間に延びる。締結機構２２０は開口２２２に挿入されて、カバープレート２００をホイール１１８に固定する。例示的な実施形態では、開口２２２は、ダブテールポスト２３０から延びてダブテールポストと一体に形成される突出部２１６を貫通する。さらに、例示的な実施形態では、締結機構２２０はねじボルトである。当業者には、ボルト、ねじ、ピン、軸ボルト、スタッド、又はねじ棒等の任意の適当な連結機構又は部品を締結機構２２０として使用できることは明らかであろう。溶接もまた締結機構２２０として使用できるが、保持金具を使用すると、カバープレートアセンブリ１９０を後で保守その他の目的のため分解しやすくなる。
【００１５】
まずカバープレートの半径方向内端３２４の一部を半径方向内側保持溝３１８の一部に挿入することによって、カバープレートアセンブリ１９０は保持通路３２２内でホイール１１８に固定される。カバープレートの半径方向外端３２６を半径方向外側保持溝３２０に摺動自在に挿入すると、レッジ３１０がシェルフ３１２と接触する。特に、例示的な実施形態では、外端３２６を外側保持溝３２０に摺動自在に挿入すると、カバープレートレッジ３１０がホイールシェルフ３１２と係合して、カバープレート２００が通路３２２内の所定の位置でホイール１１８に対して付勢される。具体的には、締結機構２２０を開口２２２に挿入すると、締結機構２２０がカバープレート２００と接触する。締結機構２２０がカバープレート２００に対して固定されると、カバープレート内面２２６が付勢されて、外端３２６がホイール面２１４とバケットダブテール２０８と接触する。さらに、締結機構２２０をカバープレート２００に対して固定すると、半径方向外端３２６が付勢されてリテーナ２１８の内面３１４と接触する。
【００１６】
カバープレートアセンブリ１９０は、流体流路と隙間２１２の間に障壁を形成することによって、隙間２１２からの漏れの低減を促進する。具体的には、流体が隙間２１２から流れるのを防ぐことによって、流体がロータアセンブリ１００を流れてロータアセンブリ１００の動力を発生するので、エンジン効率が向上する。さらに、流体が隙間２１２から流れるのを防ぐので、バケットダブテール２０８の温度は、高温流体が隙間２１２を流れるタービンアセンブリよりも低くなりやすい。その結果、カバープレートアセンブリ１９０は、ロータアセンブリ１００の効率を向上させるとともにロータアセンブリ１００の耐用年数を延ばすのにも役立つ。
【００１７】
図４は、カバープレート内面２２６の斜視図である。前述のように、例示的な実施形態では、カバープレートアセンブリ１９０は端同士を接して弓状に連結した複数のカバープレート２００を有しており、カバープレート２００はタービンホイール１１８に対して実質的に円周方向に延在する。例示的な実施形態では、カバープレート２００は、カバープレート２００の対向する円周端４１６及び４１８から外側に延びる一対のシップラップタブ４２０及び４２２を有する。具体的には、タブ４２０及び４２２は、第１のカバープレート２００上のシップラップタブ４２２が円周方向に隣接する第２のカバープレート２００上のシップラップタブ４２０に重なって、円周方向に隣接するカバープレート２００間に接合面２２８を形成するように配向される。例示的な実施形態では、各接合面２２８が実質的にダブテールポスト２３０と整列する。各接合面２２８において、締結機構２２０が開口２２２に挿入されて、カバープレートアセンブリ１９０をホイール１１８に対して固定する。接合面２２８は、隣接するカバープレート２００間の隙間を縮小し、カバープレート２００の円周方向移動を防ぐことによって、ダブテール漏れの防止を促進する。
【００１８】
カバープレート内面２２６は、レッジ３１０と、複数のリブ４００とを有する。本発明はリブ４００の使用に限定されず、或いは、リブ４００以外の手段を使用してカバープレート２００の剛性強化を促進してもよい。例示的な実施形態では、リブ４００が面２２６から外側にほんの少し延びる。カバープレート２００はまた、面２２６内にほんの少し延びる複数の補強刻み目４１２を有する。リブ４００は、内面２２６から外側にレッジ３１０の上下に延びる。明らかに、リブ４１０はレッジ３１０の外面４２４を超えて外側に延びるものではない。さらに、例示的な実施形態では、レッジ３１０の上方のリブ４１０及び下方のリブ４１４は、レッジ３１０からカバープレートの半径方向エッジ４２６及び４２８それぞれまで略垂直に延びる。リブ４１０、４１４は互いに実質的に平行で、レッジ３１０と実質的に垂直である。特に、例示的な実施形態では、刻み目４１２はレッジ３１０からカバープレート２００の半径方向エッジ４２６に向かって略垂直に延びる。さらに、例示的な実施形態では、刻み目４１２は互いに実質的に平行である。カバープレートアセンブリ１９０がホイール１１８に取り付けられて、リブ４００がカバープレート２００とタービンホイール上流面２１４の間に位置付けられる。作動時、リブ４００はカバープレート２００の構造強度の向上を促進する。レッジ３１０及びシェルフ３１２を備えたリブ４００は、カバープレートアセンブリ１９０の円周方向係止を促進する。或いは、締結機構２２０がカバープレートアセンブリ１９０の円周方向係止を促進する。
【００１９】
カバープレートアセンブリ１９０をホイール１１８に取り付けるために、カバープレート２００の半径方向内端３２４が内側保持溝３１８に挿入される。カバープレート２００は上流面２１４に向かって回動し、その後保持通路３２２内を半径方向外側に摺動して、半径方向外端３２６を少なくとも部分的に外側保持溝３２０内に位置付ける。例示的な実施形態では、半径方向外端３２６が外側保持溝３２０の半径方向外壁３２８に接して位置付けられる。カバープレート２００がその後保持溝３２２内を半径方向外側に摺動して、カバープレートレッジ３１０が少なくとも部分的にホイールシェルフ３１２と接触する。締結機構２２０が開口２２２に挿入され、締結機構が半径方向外端３２６の外面３３０上のカバープレート２００と接触するまで締め付けられる。締結機構２２０が半径方向外端３２６の外面と接触すると、半径方向内端３２４の外面３３２がリテーナ２１８の内面３１４と接触する。ロータアセンブリ１００が作動時のときは、カバープレートアセンブリ１９０がホイールシェルフ３１２に取り付けられ、それによって半径方向に保持される。或いは、ロータアセンブリ１００が作動時のときは、カバープレートアセンブリ１９０が溝３２０に取り付けられ、それに対して半径方向に保持される。ロータアセンブリ１００がターニングギヤ上にあるときは、カバープレートアセンブリ１９０が締結機構２２０に取り付けられ、それによって半径方向に保持される。或いは、ロータアセンブリ１００がターニングギヤ上にあるときは、カバープレートアセンブリ１９０が溝３１８に取り付けられ、それによって半径方向に保持される。
【００２０】
図５は、ロータアセンブリ１００で使用できるカバープレートアセンブリ５００の代替的実施形態の断面図である。図６は、カバープレートアセンブリ５００の上流面５０２の斜視図である。図７は、カバープレートアセンブリ５００の内面５０４の斜視図である。ホイール１１８に取り付けられるものとして図示されているが、カバープレートアセンブリ５００はホイール１１６、１１８、１２０又は１２２のいずれにも取り付けることができるが、それのみでの使用に限定されないことは当業者には明らかであろう。
【００２１】
バケット１２６は、前述のようにホイール１１８に取り付けられる。例示的な実施形態では、各ダブテールポスト２３０がホイール１１８から内側に延びる突出部５０６を有しており、以下で説明する通り、外側保持溝５０８が突出部５０６によって画成される。ある例示的な実施形態では、本明細書で説明されるように、カバープレートアセンブリ５００がロータアセンブリ１００に取り付けられて、各カバープレート５０１が各隙間２１２を越えて延在する。特に、例示的な実施形態では、複数のカバープレート５０１が端と端を接して連結されて、カバープレート５０１がタービンホイール１１８の上流面２１４と下流面２１５の一方に対して実質的に円周方向に延在する。
【００２２】
例示的な実施形態では、ホイール１１８が突出部５０６を有し、スペーサ１４０がリテーナ５１０を有する。突出部５０６は、ホイール１１８の上流面２１４上にリテーナ５１０から半径方向外側に離間される。特に、例示的な実施形態では、突出部５０６がホイール１１８と一体に形成され、ホイール１１８から外側に延びて、半径方向外側保持溝５０８が突出部５０６の内面５１２とホイール上流面２１４の間に画成される。さらに、例示的な実施形態では、リテーナ５１０がスペーサ１４０と一体に形成され、スペーサ１４０から外側に延びて、半径方向内側保持室５１４の半分が形成される。或いは、突出部５０６及び／又はリテーナ５１０は、各バケット１２６と一体的かつホイール１１８と一体に形成してもよい。別の実施形態では、突出部５０６及び／又はリテーナ５１０は、各バケット１２６と一体に形成し、ホイール１１８とは一体に形成しなくてもよい。例示的な実施形態では、室５１４は、ホイール１１８とスペーサ１４０の間に延在するシール５７０によって半径方向内端５６８で密閉される。或いは、室５１４は端５６８で密閉されない。保持室５１４の残りの部分は、ホイール上流面２１４上に形成されたくぼみ５１６によって画成される。くぼみ５１６は、第１の面５１７と第２の面５２１によって画成される。第１の面５１７は、上流面２１４上の点５１８から、点５１８から半径方向内側の点５２０まで斜めに延在する。第２の面５２１は、点５２０から、点５１８と実質的に同一平面上にある上流面２１４上の点５３０まで斜め外側に延在する。くぼみ５１６及び保持室５１４は、環状フランジ５２４に部分的に隣接する。環状フランジ５２４は上流面２１４と実質的に同一平面上にあり、ホイール１１８の周りに円周方向に延在する。特に、例示的な実施形態では、環状フランジ５２４は点５１８と実質的に同一平面上にあり、点５２０の半径方向内側にある。
【００２３】
保持溝５０８は幅Ｗ１１を有し、保持室５１４は幅Ｗ１２を有する。室幅Ｗ１２は、カバープレート５０１を室５１４に摺動自在に挿入して、ホイール１１８に対して所定の位置に回動させることができるような寸法を有する。例示的な実施形態では、溝５０８及び室５１４は略半径方向に整列する。具体的には、保持通路５２２は溝５０８から室５１４まで延在する。保持通路５２２は、溝５０８の半径方向最外点５２６から、室５１４に画成された、点５３０と略同じ半径方向距離にある点５２８まで半径方向に延びる長さＬ１０を有する。点５３０は、環状フランジ５２４の半径方向最外部分を表しており、点５１８と実質的に同一平面上にある。カバープレート５０１は、以下で説明する通り、保持通路５２２内に保持される。
【００２４】
例示的な実施形態では、保持通路５２２内で、ホイール１１８がホイール上流面２１４に一体に形成されたシェルフ５３２を有する。具体的には、シェルフ５３２は、ホイール上流面２１４に沿って円周方向に測った長さＬ１１（図示せず）と、ホイール上流面２１４から略軸方向外側に測った深さＤ１１とを有する。例示的な実施形態では、長さＬ１１は、シェルフ５３２がホイール１１８の一部にのみ延在し、特に、隣接する保持スロット２１０間に部分的にしか延在しない。
【００２５】
例示的な実施形態では、カバープレートアセンブリ５００は、１以上のカバープレート５０１と、タービンホイール１１８に画成された開口５３６に収まる寸法の１以上の締結機構５３４とを有する。例示的な実施形態では、開口５３６が突出部５０６を貫通する。締結機構５３４は開口５３６に挿入されて、カバープレート５０１をホイール１１８に固定する。例示的な実施形態では、締結機構５３４はねじボルトである。当業者には、ボルト、ねじ、ピン、軸ボルト、スタッド、又はねじ棒等の任意の適当な連結機構又は部品を締結機構５３４として使用できることは明らかであろう。溶接もまた締結機構５３４として使用できるが、保持金具を使用すると、カバープレートアセンブリ５００を後で保守その他の目的のため分解しやすくなる。
【００２６】
カバープレート５０１は、半径方向内端５３８と、半径方向外端５４０と、それらの間に延在する本体５４２とを有する。カバープレート端５３８及び５４０は各々が、それぞれ幅Ｗ１３及びＷ１４を有する。幅Ｗ１４は、カバープレート端５４０を保持溝５０８に挿入できる寸法を有する。特に、例示的な実施形態では、幅Ｗ１３は幅Ｗ１１及びＷ１４よりも狭く、幅Ｗ１４は幅Ｗ１２よりも狭い。刻み目５４１は、外端５４０に画成される。刻み目５４１は深さＤ１６を有しており、以下に具体的に説明するように、締結機構５３４が収まる寸法を有する。
【００２７】
さらに、例示的な実施形態では、カバープレート５０１は、カバープレート５０１の内面５０４上に画成されたレッジ５４４と一体に形成される。例示的な実施形態では、レッジ５４４が半径方向外側くぼみ５４６と半径方向内側通路５４８の間に画成される。例示的な実施形態では、通路５４８は少なくとも部分的に凹状であり、深さＤ１２を有する。通路５４８はレッジ５４４の半径方向内側に内面５０４に沿って円周方向に延在し、例示的な実施形態では、複数のリブ５４９を有する。各リブ５４９はレッジ５４４と実質的に同一平面上にあり、長さＬ２０だけ離間される。さらに、例示的な実施形態では、くぼみ５４６は、深さＤ１３と、長さＬ１３と、高さＨ１０とを有する。長さＬ１３は、長さＬ１２と略等しい。例示的な実施形態では、リブ５５０はくぼみ５４６の距離Ｌ２１だけ円周方向に離間され、各リブ５５０は深さＤ１４を有する。例示的な実施形態では、長さＬ２１はＬ２０よりも短く、リブ５４９よりも多くのリブ５５０が存在する。例示的な実施形態では、深さＤ１４は深さＤ１３と略等しい。さらに、例示的な実施形態では、リブ５５０はレッジ５４４と同一平面上にある。カバープレートアセンブリ５００がホイール１１８に取り付けられると、リブ５４９及び５５０は上流面２１４とカバープレート５０１の間に位置する。リブ５４９及び５５０は、カバープレート５０１の構造強度の向上を促進する。リブ５４９及び５５０はレッジ５４４及びシェルフ５３２と協働して、カバープレートアセンブリ５００の円周方向係止を促進する。或いは、締結機構５３４がカバープレートアセンブリ５００の円周方向係止を促進する。本発明はリブ５４９及び５５０の使用に限定されず、或いは、リブ５４９及び５５０以外の手段を使用してカバープレート５０１の剛性強化を促進してもよい。
【００２８】
内面５０４はまた、通路５４８の半径方向内側に画成された溝５５２を有する。溝５５２は深さＤ１５である部分的な円筒状断面を有し、溝５５２の一部を画成する突出部５５３を有する。深さＤ１５は、その中にダンパー５５４が収まる寸法を有する。ダンパー５５４は、溝５５２によってカバープレート５０１とホイール１１８の間の適所に保持される。カバープレート５０１がホイール１１８に接して位置付けられると、突出部５５３がホイール上流面２１４と接触する。ダンパー５５４は、ロータアセンブリ１００の作動時、ダンパー５５４が突出部５５３に対して半径方向外側に移動させられる求心力を受けると変形して、ホイール１１８とカバープレート５０１の間にシールが形成される。ダンパー５５４及び突出部５５３が半径方向内端５３８をリテーナ５１０に向かって押し付けることにより、カバープレート５０１とリテーナ５１０の間のシールも形成される。例示的な実施形態では、ダンパー５５４はシールワイヤである。
【００２９】
カバープレートアセンブリ５００をホイール１１８に取り付けるために、カバープレートの半径方向内端５３８が保持室５１４に挿入される。カバープレート５０１は上流面２１４に向かって回動し、半径方向外端５４０が少なくとも部分的に外側保持溝５０８内に位置付けられるまで、保持通路５２２内を半径方向外側に摺動する。例示的な実施形態では、半径方向外端５４０は外側保持溝５０８の半径方向外壁５７２に接して位置付けられる。さらに、カバープレート５０１が保持通路５２２内を半径方向外側に摺動して、カバープレートレッジ５４４が少なくとも部分的にホイールシェルフ５３２と接触する。締結機構５３４が開口５３６に挿入されることにより、締結機構５３４が半径方向外端５４０の外面５７４上のカバープレート５０１と接触する。例示的な実施形態では、１以上の締結機構５３４が少なくとも部分的に刻み目５４１内に収容される。締結機構５３４が半径方向外端５４０の外面５７４と接触すると、半径方向内端５３８の外面５７６がスペーサリテーナ５１０の内面と接触する。
【００３０】
例示的な実施形態では、カバープレートアセンブリ５００は端同士を接して弓状に連結した複数のカバープレート５０１を有しており、カバープレート５０１はタービンホイール１１８に対して実質的に円周方向に延在する。例示的な実施形態では、カバープレート５０１は、カバープレート５０１の対向する円周端５６０及び５６２から外側に延びる一対のシップラップタブ５５６及び５５８を有する。例示的な実施形態では、長さＬ１２は、カバープレート５０１の各円周端５６０及び５６２上に形成された円周方向に隣接するシップラップタブ５５６及び５５８の間に延びる。シップラップタブ５５６は、深さＯ１１のオフセット５７８を内面５０４に形成できるように座ぐりされる。シップラップタブ５５８は、厚さＴ１１を有する。例示的な実施形態では、Ｔ１１は深さＯ１１と略等しく、シップラップタブ５５８が隣接するカバープレート５０１のシップラップタブ５５６と嵌合するように構成される。具体的には、タブ５５６及び５５８は、第１のカバープレート５０１上のシップラップタブ５５６が円周方向に隣接する第２のカバープレート５０１上のシップラップタブ５５８に重なって、円周方向に隣接するカバープレート５０１間に接合面５６６を形成するように配向される。例示的な実施形態では、各接合面５６６が実質的にダブテールポスト２３０と整列する。各接合面５６６において、締結機構５３４が開口５３６に挿入されて、カバープレートアセンブリ５００をホイール１１８に固定する。接合面５６６は、隣接するカバープレート５０１間の隙間を縮小し、カバープレート５０１の円周方向移動を防ぐことによって、ダブテール漏れの防止を促進する。
【００３１】
カバープレートアセンブリ５００は、まずカバープレートの半径方向内端５３８の一部を保持室５１４の一部に挿入することによって、保持通路５２２内でホイール１１８に固定される。カバープレートの半径方向外端５４０が保持溝５０８に摺動自在に挿入されて、レッジ５４４がシェルフ５３２と接触する。特に、例示的な実施形態では、外端５４０が外側保持溝５０８に摺動自在に挿入されると、カバープレートレッジ５４４がホイールシェルフ５３２と係合して、カバープレート５０１が通路５２２内の所定の位置でホイール１１８に対して付勢される。具体的には、締結機構５３４が開口５３６に挿入されることにより、締結機構５３４がカバープレート５０１と接触する。例示的な実施形態では、複数の締結機構５３４を使用してカバープレート５０１を適所に保持し、複数の締結機構の１以上が刻み目５４１内に収容される。締結機構５３４が刻み目５４１内でカバープレート５０１に対して固定されると、カバープレート５０１がホイール１１８に円周方向に固定される。さらに、締結機構５３４がカバープレート外端５４０と接触すると、外端５４０のカバープレート内面５０４は付勢されて、ホイール面２１４とバケットダブテール２０８と接触する。さらに、締結機構５３４がカバープレート５０１に対して固定されると、半径方向外端５４０が付勢されてリテーナ５１０の内面５６４と接触する。
【００３２】
ロータアセンブリ１００が作動時のときは、カバープレートアセンブリ５００がホイールシェルフ５３２に取り付けられ、それによって半径方向に保持される。或いは、ロータアセンブリ１００が作動時のときは、カバープレートアセンブリ５００が溝５０８に取り付けられ、それに対して半径方向に保持される。ロータアセンブリ１００がターニングギヤ上にあるときは、カバープレートアセンブリ５００が締結機構５３４に取り付けられ、それによって半径方向に保持される。
【００３３】
カバープレートアセンブリ５００は、流体流路と隙間２１２の間に障壁を形成することによって、隙間２１２からの漏れの低減を促進する。具体的には、流体が隙間２１２から流れるのを防ぐことによって、流体がロータアセンブリ１００を通ってロータアセンブリ１００の動力が発生するので、エンジン効率が向上する。さらに、流体が隙間２１２から流れるのを防ぐので、バケットダブテール２０８の温度は、高温の流体が隙間２１２を流れるタービンアセンブリよりも低くなりやすい。その結果、カバープレートアセンブリ５００は、ロータアセンブリ１００の効率を向上させるとともにロータアセンブリ１００の耐用年数を延ばすのにも役立つ。
【００３４】
前述の装置は、バケットダブテールとタービンホイール保持スロットの間に形成された隙間のダブテール漏れを低減することによって、タービン効率と動力の向上を促進する。カバープレートアセンブリがほぼすべての隙間を覆うことにより、流体がノズルとバケットから逸れるのを防ぐ。カバープレートとタービンホイールの間のシールは、カバープレートに作用する、ホイールとカバープレートアセンブリの回転の遠心力によって容易に強化することができる。隣接するカバープレート間に形成された接合面はさらに、隣接するカバープレート間の隙間を低減することによって、ダブテール漏れの防止を促進する。カバープレート接合面はダブテールポストの突出部上に位置付けられて、二重せん断荷重が軸方向のバケット保持の強化を促進するとともに、ダブテール漏れの低減を促進する。さらに、装置は、ホイール空間バッファとトレンチキャビティのパージに利用できる空気の量を増加させる。ダブテール全域を流れ、ホイール空間をパージする空気は、装置の使用中に調節することができる。装置はまた、タービンホイールに装着されたバケットダブテールに対してカバープレートアセンブリを付勢することによって、バケットダブテールリテーナとしての機能を果たす。説明されているように、カバープレートアセンブリはタービンに実装可能な領域であり、現在のバケット設計に影響を及ぼすものではない。さらに、リブは、高頻度の要求に関してカバープレートに構造強度を付加する。リブはまた、風損の低減を促進し、バケットの冷却を補助する。
【００３５】
タービンロータ効率の向上を促進するための方法及び装置の例示的な実施形態は、以上で詳細に説明された。装置は本明細書で説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ方法及び装置の部品は本明細書で説明された他の部品から独立して別個に利用することができる。例えば、カバープレートアセンブリは他のタービンエンジン部品と組み合わせて使用してもよく、本明細書で説明されたようなタービンホイールアセンブリのみでの使用に限定されない。むしろ、本発明は他の多くの流体漏れの低減用途に関して実施かつ利用することができる。
【００３６】
本発明はさまざまな特定の実施形態に関して説明されたが、本発明が請求項の精神及び範囲内で修正を加えて実行できることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】例示的なタービンロータアセンブリの一部分の概略図。
【図２】図１に示すロータアセンブリで使用できるカバープレートアセンブリの斜視図。
【図３】図２に示すロータアセンブリとカバープレートアセンブリの矢視３−３断面図。
【図４】図３に示すカバープレートの内面の斜視図。
【図５】図１に示すロータアセンブリで使用できるカバープレートアセンブリの別の例示的な実施形態の断面図。
【図６】図５に示すカバープレートアセンブリの上流面の斜視図。
【図７】図５に示すカバープレートアセンブリの内面の斜視図。
【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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【図７】
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