(57)【要約】【課題】  本発明は、タービンホイールとタービンバケットとの間の軸方向挿入式ダブテール継手に関する。【解決手段】  バケット（１４）上の軸方向挿入式ダブテール（１６）が、タービンホイールのリムの周りに設けられたほぼ相補形の雌ダブテール内に軸方向に取付けられる。バケットは、取付け時にバケットが回転しそれによって該バケットを半径方向内向きに変位させる傾向になるような締まり嵌めになったバケットカバーを含む。バケットの回転及び半径方向の変位を排除するために、雄ダブテールには、雌ダブテールの基部におけるほぼ相補形の陥凹部（４２）内に受け入れられるようになった回転防止キーが取付けられる。スロット内の回転防止キー（４０）は、バケットの回転及び半径方向の変位を排除して、該バケットを半径上に保持し、バケットカバーが適当な寸法に機械加工されることを可能にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールの縁部の周りに複数の円周方向に間隔を置いて配置された軸方向挿入式雌ダブテール形状スロット（１２）を有するロータホイール（１０）と、
前記雌ダブテール形状スロット内に受け入れられるように該雌ダブテール形状スロットにほぼ相補形である軸方向挿入式雄形状ダブテール（１６）を各々が有する複数のバケット（１４）と、を含み、
前記スロットの各々が、陥凹部（４２）を有する基部を含み、前記陥凹部が、前記基部の半径方向内方に位置し、前記ホイールの少なくとも１つの端面を貫通して開口しかつ半径方向外向きに前記雌ダブテール形状スロット内に開口し、
前記雄形状ダブテールの各々が、該雄形状ダブテールの基部から半径方向内向きに突出しかつ前記陥凹部内に受け入れられたキー（４０）を有し、
前記キーと前記基部内に前記陥凹部を形成する壁面（４６）とが、前記バケットを通るほぼ前記ホイールの半径の周りでの該バケットの回転を阻止するように協働可能である、
ことを特徴とするロータホイール組立体。
【請求項２】
前記雌スロットの各々が、該雌スロットの両側に沿って軸方向に延びかつ互いに向かって突出する複数のフック（３４）を有し、また前記雄ダブテールの各々が、該雄ダブテールの両側に沿って軸方向に延びかつ互いに離れるように延びる複数のフック（２６）を有し、前記キーが、前記雄ダブテールにより担持された半径方向最内フックの半径方向内方の位置に沿って該雄ダブテールから突出し、また前記陥凹部が、前記雌ダブテール形状スロットの半径方向最内フックの半径方向内方に位置することを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記陥凹部（４２）の側壁（４６）及び前記キーの側壁が、軸方向に直線的に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記陥凹部（４２）の各々が、前記ホイールの両端面間で延びていることを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項５】
前記キー（４０）が、各バケットダブテールの両端面間で延びていることを特徴とする、請求項４に記載の組立体。
【請求項６】
前記陥凹部（４２）が、前記ホイールの両端面間で延びていることを特徴とする、請求項５に記載の組立体。
【請求項７】
前記雌スロット（１２）の各々が、該雌スロットの両側に沿って軸方向に延びかつ互いに向かって突出する複数のフック（３４）を有し、また前記雄ダブテールの各々が、該雄ダブテールの両側に沿って軸方向に延びかつ互いに離れるように延びる複数のフック（２６）を有し、前記キー（４０）が、前記雄ダブテールにより担持された半径方向最内フックの半径方向内方の位置に沿って該雄ダブテールから突出し、また前記陥凹部（４２）が、前記雌ダブテール形状スロットの半径方向最内フックの半径方向内方に位置し、前記陥凹部の側壁（４６）及び前記キーの側壁（４４）が、軸方向に直線的に延び、前記陥凹部の各々が、前記ホイールの両端面間で延び、前記キーの各々が、前記バケットダブテールの両端面間で延びていることを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
ほぼＺ形状の構成を有する円周方向に間隔を置いて配置された端縁部を有する、各前記バケット上のカバー（２２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
ホイールの縁部の周りに複数の円周方向に間隔を置いて配置された軸方向挿入式雌ダブテール形状スロット（１２）を有するロータホイール（１０）と、
前記雌ダブテール形状スロット内に受け入れられるように該雌ダブテール形状スロットにほぼ相補形である軸方向挿入式雄形状ダブテール（１６）を各々が有する複数のバケット（１４）と、を含み、
前記スロットの各々が、前記ホイールの少なくとも１つの端面を貫通して開口する、平坦で平行な表面を有する軸方向に延びる対向する側壁（４６）を含み、
前記雄形状ダブテールの各々が、平坦で平行な表面を有する軸方向に延びる対向する側壁（４４）を含み、
前記雄形状ダブテールの平坦な表面と前記スロットの平坦な表面とが、前記バケットを通るほぼ前記ホイールの半径の周りでの前記バケットの回転を阻止するように協働可能である、
ことを特徴とするロータホイール組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンホイールとタービンバケットとの間の軸方向挿入式ダブテール継手に関し、具体的には、ホイールスロット内でのバケットダブテールの回転を最小にするか又は排除するためのそれぞれ軸方向挿入式バケット及びホイールダブテール上の相補形の回転防止キー及び陥凹部に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸方向挿入式タービンバケット及びホイール間継手の場合には、各バケットは一般的に、軸方向に延びかつ両側に沿った複数のフックを有する雄ダブテールを含む。雌ダブテールスロットが、タービンホイールの縁部の周りで円周方向に間隔を置いた位置に設けられ、バケットの雄ダブテールを軸方向に受け入れてバケット及びホイールを互いに固定する。通常、最終的にバケット及びホイールを互いに固定するために、ピン又は他の装置が用いられる。多くの場合、各バケットは、バケットカバーを含み、また一部のタービンバケットは、急傾斜角度の一体形カバーを有する。急傾斜角度のバケットカバーは、隣接するカバーの対応する形状の端縁部に係合するための円周方向に面する側方端縁部を有する。急傾斜角度というのは、側方端縁部が、バケットの回転方向に関して急傾斜角度を有する、すなわちバケットの接線と鋭角を形成することを意味する。それらの両端縁部に沿ってほぼＺ形状の構成を有するバケットカバーにおいては、Ｚ形状端縁部の中間部分が、接線に対してこの急傾斜角度をなしている。急傾斜角度の一体形カバーを有するこのタイプのバケットがホイール上に組立てられるとき、取付けられる第２の及び後続のバケットは、取付けられるバケットカバーの急傾斜角度の端縁部と既に取付けられている隣接するバケットカバーの急傾斜角度の端縁部との間に干渉接触を生じる。この干渉により、バケットが完全に軸方向に挿入されるのが妨げられるので、バケットダブテールをホイールダブテール内に完全に軸方向に挿入するために一般的に力が加えられる。この力は、その外周部に沿ってバケットを捻るか又は該バケットにトルクを加える傾向があり、この捻りが、翼形部を通してバケットダブテールに伝えられる。この伝えられた捻り又はトルクにより、バケット上の雄ダブテールが雌ダブテールのクラッシュ面に沿って係合するようになり、バケットの半径方向内向きの移動とバケットへの捻り運動の両方を引き起こす。半径方向内向きの移動は、バケットのホイールへの組立てが完了したとき、バケットカバーの直径を全体的に縮小させる。このことは、バケット取付けに続いてバケットカバーが設計直径に機械加工されるときに問題を引き起こすことになる。タービンが運転速度に達すると、バケットは、遠心力により半径方向外向きに移動して、バケットダブテールフックが、ホイールダブテールのクラッシュ面上に着座するようになる。従って、バケットカバーは、スピルストリップ（spill strip）により近く乗り上げ、摩擦が発生する可能性がある。また、組立て時のこの捻り動作のために、バケットは、半径方向線上に位置していない場合があり、ダブテールの周りで接線方向に容易にピボット動するおそれがある。半径方向線からずれた状態で機械加工された場合、その後タービンが運転速度に達すると、バケットは、自動的に半径方向線上に位置するようになり、バケットカバー間に段差が現れるようになる。
【０００３】
バケットのホイール上への取付けと同時にカバーを正しい直径に機械加工することを可能にする１つの方法は、組立て時に各ダブテールの底部の下に金属シムを挿入することである。このことにより、雌ダブテールのクラッシュ面と係合した状態でバケットを半径方向外向きに保持する。このように、シムを用いてバケットカバーの直径を適切に機械加工することはできるが、シムは、ロータを出荷する前に除去されなければならず、またシムを除去するにはバケットを取り外す必要があり、それは時間の掛かる仕事である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、バケットを取付けたとき該バケットがクラッシュ面上で回転しないように保持し、またカバーを機械加工する間に該バケットを半径方向線上に保持する機構に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の好ましい実施形態によると、軸方向挿入式雄ダブテール及び急傾斜角度の一体形カバーを有するタービンバケットが提供され、該バケットダブテールは、回転防止キーを含み、該回転防止キーは、バケットダブテールが隣接するカバー間の締まり嵌めに応答してホイールスロット内で回転するいかなる傾向をも最小にするか又は排除し、カバー輪郭を設計直径に合わせて機械加工することを可能にする。具体的には、回転防止キー及び対応する陥凹部が、それぞれ各雄ダブテール及び雌ダブテールスロットの基部に設けられて、それによりバケットの取付け時に隣接するカバー間の干渉のために該バケットが回転する傾向を最小にするか又は排除する。各雄ダブテールの基部におけるキーは、半径方向内向きに延びる、好ましくはバケットダブテールの端面間の軸方向全長にわたって延びる突出部すなわちラグを含む。これに対応して、各雌ダブテール形状スロット内の陥凹部は、好ましくはホイールの両端面間で延びる。ラグの両側面と陥凹部の側壁との間を厳密な公差とすることにより、軸方向挿入時にバケットダブテールが雌スロット内で回転するいかなる傾向も実質的に排除される。従って、バケットの取付け時におけるバケットの半径方向内向きの移動及び半径方向線からずれた移動は、阻止される。
【０００６】
本発明による好ましい実施形態では、ロータホイール組立体が提供され、該組立体は、ホイールの縁部の周りに複数の円周方向に間隔を置いて配置された軸方向挿入式雌ダブテール形状スロットを有するロータホイールと、雌ダブテール形状スロット内に受け入れられるように該雌ダブテール形状スロットにほぼ相補形である軸方向挿入式雄形状ダブテールを各々が有する複数のバケットとを含み、スロットの各々が、陥凹部を有する基部を含み、該陥凹部が、基部の半径方向内方に位置し、ホイールの少なくとも１つの端面を貫通して開口しかつ半径方向外向きに雌ダブテール形状スロット内に開口し、雄形状ダブテールの各々が、該雄形状ダブテールの基部から半径方向内向きに突出しかつ陥凹部内に受け入れられたキーを有し、キーと基部内に陥凹部を形成する壁面とが、バケットを通るほぼホイールの半径の周りでの該バケットの回転を阻止するように協働可能である。
【０００７】
本発明による別の好ましい実施形態では、ロータホイール組立体が提供され、該組立体は、ホイールの縁部の周りに複数の円周方向に間隔を置いて配置された軸方向挿入式雌ダブテール形状スロットを有するロータホイールと、雌ダブテール形状スロット内に受け入れられるように該雌ダブテール形状スロットにほぼ相補形である軸方向挿入式雄形状ダブテールを各々が有する複数のバケットとを含み、スロットの各々が、ホイールの少なくとも１つの端面を貫通して開口する、平坦で平行な表面を有する軸方向に延びる対向する側壁を含み、雄形状ダブテールの各々が、平坦で平行な表面を有する軸方向に延びる対向する側壁を含み、雄形状ダブテールの平坦な表面とスロットの平坦な表面とが、バケットを通るほぼホイールの半径の周りでの該バケットの回転を阻止するように協働可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで図面、特に図１を参照すると、ホイール１０の周縁部の周りに互いに円周方向に間隔を置いて配置された複数のダブテール形状スロット１２、すなわち雌ダブテールを有するタービンホイール１０の一部分が示されている。また、各々が雌ダブテール形状スロット１２に対して形状がほぼ相補形の半径方向内向きに延びる雄ダブテール１６を有する複数のバケット１４も示される。雌及び雄ダブテール１２及び１６は、それぞれがタービンの軸方向に整合されて、図４に示すようにバケットダブテール１６を雌ダブテール形状スロット内に軸方向に移動させることにより、バケットがホイール１０上に取付けられることができるようになる。従って、バケットは、ホイールのリムの周りにバケットの列を形成することになる。図１には、タービンホイール１０及びバケット１４に向かい合わせた、軸方向、接線方向、及び半径方向を表すＡ、Ｔ、及びＲで表したデカルト座標系が示されている。
【０００９】
バケット１４は更に、バケットカバー２０を含む。各バケットカバー２０の円周方向に面する縁部すなわち端縁部２２は、図３に示すように半径方向内向きに見た場合にほぼＺ形状構成を有する。従って、端縁部２２は、タービンのロータの回転方向に急傾斜角度になっている、すなわちバケットカバーに沿った接線と鋭角αを形成する中間端縁部２４を有する。その結果、各バケットを順次ロータの周りで軸方向に挿入すると、挿入されるバケットの急傾斜角度の中間端縁部２４が、既に取付けられている隣接するバケットの急傾斜角度の端縁部２４に当接する。上で説明したように、バケットカバーの締まり嵌め構成により、取付け時に隣接する端縁部２４間で干渉が起こり、取付けられるバケットをほぼ半径方向軸線の周りで回転させる傾向になる。図３の矢印により示すように、バケットがこのほぼ半径方向軸線の周りで捻れるか又は回転する傾向は、バケットのブレードを通して雄ダブテール１６に伝えられる。
【００１０】
より詳細に図２を参照すると、雄ダブテール１６は、側方に互いに反対方向に向いた複数のフック２６を含み、雄ダブテール１６上の３つのフック２６が図示されている。フィレット２８が、フック２６間に設けられる。雄ダブテール１６は、半径方向内向き方向に縮径して、半径方向内側の基部部分３０で終る。雌ダブテールスロット１２は、形状が雄ダブテール１６とほぼ相補形であり、かつ各々がフックの下にある半径方向内向き方向のクラッシュ面３６を有するフック３４を含む。先に説明したように、バケットを順次軸方向に挿入すると、カバーの端縁部２４が互いに干渉を生じ、更に軸方向に挿入するとバケットを回転させるか又は該バケットにトルクを加える傾向になる。バケットを回転させるか又は該バケットにトルクを加える傾向により、フック２６が対向するクラッシュ面３６に沿って乗り上げ、次にバケットがホイールに対して半径方向内方へ移動することになる。半径方向内方へのこの移動は、組立てられたバケット及びホイールのカバーにわたる直径寸法を変化させることになり、このことが、カバーを適当な直径に機械加工するのを困難にする。従って、本発明の好ましい実施形態によると、回転、従って半径方向の移動を防止するために、雄及び雌ダブテールには、それぞれ相補形のキー及び陥凹部が設けられる。
【００１１】
上述のことを達成するために、雄ダブテール１６は、該ダブテール１６の基部３０に沿って延びる半径方向内向きの突出部すなわちキー４０を含む。これに対応する状態で、雌スロット１２の基部には、半径方向内方に向いた陥凹部４２が設けられる。キー４０及び陥凹部４２は、各バケット及びホイールの１つの端面から該バケット及びホイールの反対側の端面に向かって延び、そのような反対側の端面の手前で終るようにすることもできるが、それらキー４０及び陥凹部４２は、長さが同延でありかつそれぞれバケット及びホイールの対向する端面間で延びるのが好ましい。キー４０及び陥凹部４２の側壁間の厳密な公差、例えば０．００２インチの公差により、バケットダブテールが雌スロット１２内で回転するいかなる傾向も、ラグの側壁が陥凹部の側壁と係合することにより排除されることが分かるであろう。つまり、各バケットダブテールの平坦で平行な軸方向に延びる側壁表面４４は、各ホイールスロットの平坦で平行な軸方向に延びる側壁表面４６と厳密な公差で係合して、バケットを通るほぼホイール半径の周りでのバケットの回転を阻止する。図示するように、キー４０の半径方向内側表面５０は、陥凹部４２の底面５２から間隔を置いて配置される。しかしながら、キー及び陥凹部の側壁の相互作用により、バケットのいかなる回転も排除され、従って半径方向及びバケット半径からずれた、該バケットのいかなる移動も排除される。
【００１２】
本発明を、現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】バケットとホイールとの間の軸方向挿入式ダブテール継手を示す、タービンの一部を形成するホイールの一部分及び複数のバケットの部分斜視図。
【図２】ホイールの雌ダブテールスロット内に位置するバケットの雄ダブテールの拡大部分端面正面図。
【図３】組立てにおけるバケットカバーの構成を示す、半径方向内向きに見た図。
【図４】ホイールの雌ダブテールスロット内に軸方向に挿入するように整合されたバケットの雄ダブテール部分を示す、図１と同様の部分斜視図。
【符号の説明】
【００１４】
１０  ロータホイール
１２  雌ダブテール形状スロット
１４  バケット
１６  雄ダブテール
２０  バケットカバー
２２  バケットカバーの端縁部
Ａ  軸方向
Ｔ  接線方向
Ｒ  半径方向
【図１】
2004257385.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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