(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ周囲の周方向に離隔した位置に複数の所定形状の概ね軸方向に延在する開口（１２）を有するハブ（１０）、
上記開口内に収容される相補形状の基部（１４）を有するとともに各々動翼保持スロット（１８）を有する複数の動翼、
ハブの周沿いに形成された周方向ハブスロット（１６）であって、動翼を上記開口内に収容したときに上記動翼保持スロットが該周方向ハブスロットと実質的に整合する周方向ハブスロット（１６）、
上記複数の動翼保持スロット及び周方向ハブスロットの中に固定される１以上のリングセグメント（２２）、及び
上記リングセグメント（２２）を上記複数の動翼保持スロット（１８）及び周方向ハブスロット（１６）の中に固定するキー（３２）であって、該キー（３２）がその一端に上記リングセグメントと係合し得るフック部（３４）を有していて、該フック部（３４）を半径方向外方に動かすことによって上記リングセグメント（２２）が上記複数の動翼保持スロット（１８）及び周方向ハブスロット（１６）の中に固定されるキー（３２）
を含んでなる回転機械用動翼保持装置であって、前記キー（３２）が、前記一端と反対側の端部にねじ部（３８）を有していて、当該動翼保持装置は前記キー（３２）のねじ部（３８）と協働的に係合し得るナット（５０）をさらに含んでいる、動翼保持装置。
【請求項２】
前記周方向ハブスロット（１６）が実質的にＵ字形でその開放端がハブ（１０）の中心に面するようになっており、かつ動翼保持スロット（１８）が実質的にＵ字形でその開放端がハブの中心に面している、請求項１記載の動翼保持装置。
【請求項３】
前記１以上のリングセグメント（２２）が２０〜３６０°延在する、請求項１又は請求項２記載の動翼保持装置。
【請求項４】
前記１以上のリングセグメント（２２）が２４°又は１８０°延在する、請求項３記載の動翼保持装置。
【請求項５】
前記キー（３２）が、キー開口（３６）をさらに有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の動翼保持装置。
【請求項６】
前記キー（３２）がハブ（１０）の穴の中に配置され、該穴がキーを収容する第１直径のキー収容部（４０）と、ナットを収容する第２直径のナット収容部（４２）とを含み、第２直径が第１直径よりも大きく、もって肩（４４）を画成し、ナットが肩で支持されてキーを引張ってリングセグメント（２２）に係止する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の動翼保持装置。
【請求項７】
前記ナット収容部（４２）の内径にねじが設けられており、当該動翼保持装置が該ナット収容部（４２）にねじ込まれたキャップ（５２）をさらに含む、請求項６記載の動翼保持装置。
【請求項８】
キー（３２）が前記複数の動翼の相補形状基部（１４）の少なくとも１つに設けられた穴の中に配置されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の動翼保持装置。
【請求項９】
ハブ（１０）と、該ハブ周囲の周方向に離隔した位置にある複数の所定形状の概ね軸方向に延在する開口（１２）と、該開口内に収容される相補形状の基部（１４）を有する複数の動翼とを有する回転機械に動翼を保持する方法であって、
（ａ）複数の動翼の各々に動翼スロット（１８）を機械加工する段階、
（ｂ）動翼を上記開口内に収容したときに動翼保持スロットが周方向ハブスロットと実質的に整合するようにハブの周沿いに周方向ハブスロット（１６）を機械加工する段階、
（ｃ）動翼を開口内に配置する段階、及び
（ｄ）前記動翼保持スロット（１８）及び周方向ハブスロット（１６）に近接したキー開口（３６）を有する１以上のキー（３２）を挿入し、１以上のリングセグメント（２２）をキー開口（３６）にはめ込み、キー（３２）を動翼保持スロット（１８）及び周方向ハブスロット（１６）の方に押圧することによって１以上のリングセグメント（２２）を前記複数の動翼保持スロット（１８）及び周方向ハブスロット（１６）の中に固定する段階
を含んでなる方法。
【請求項１０】
段階（ｄ）が、さらに、ハブ（１０）又は動翼の基部（１４）のいずれかに穴を形成し、キー（３２）を穴に挿入した後で１以上のリングセグメント（２２）をキー開口（３６）にはめ込むことによって実施される、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
段階（ｄ）が、さらに、前記穴の内径位置にねじを形成し、キャップ（５２）を、前記ねじが形成された穴にねじ込むことによって実施される、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ機械ロータ構造に関し、特に、ターボ機械のロータディスクに動翼を軸方向に保持するための構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
ターボ機械（例えば高性能ガスタービンエンジン）は圧縮機とタービンを有しており、それらは各々１以上の環状列をなす軸方向に離隔した固定静翼を有し、静翼列は複数の回転可能な動翼列の間に配置される。各動翼は動翼先端と、翼形部と、ダブテール形の基部又は根元からなり、根元はロータディスクのウェブ上の隣合うダブテールポスト間に形成された概ね軸方向の対応スロットに装着される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
動翼の軸方向移動、すなわち、ロータディスクとエンジンの縦軸線に沿う移動を防止するため、１以上の動翼保持体がロータディスクの軸方向スロットに隣接して装着される。しかし、従来の保持装置の保持能力は、例えば、圧縮機失速、動翼摩擦、物体侵入等によって動翼に大きな軸方向空力負荷の加わるガスタービンには不適当である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態では、ハブを有する回転機械用の動翼保持装置が提供されるが、ハブはその周囲の周方向に離隔した位置に複数の所定形状の概ね軸方向に延在する開口を有する。相補形状の基部を有する複数の動翼が開口内に収容され、各動翼には動翼保持スロットが設けられる。周方向ハブスロットがハブの周沿いに形成され、動翼を上記開口内に収容したときに、動翼保持スロットは周方向ハブスロットと実質的に整合する。１以上のリングセグメントが動翼保持スロット及び周方向ハブスロットに固定される。周方向ハブスロットは好ましくは実質的にＵ字形でその開放端はハブの中心に面しており、また動翼保持スロットは同様に実質的にＵ字形でその開放端はハブの中心に面している。リングセグメントは、好ましくは２０〜３６０°延在し、好ましくは一実施形態では２４°、別の実施形態では１８０°延在する。
【０００５】
リングセグメントを動翼保持スロット内と周方向ハブスロット内に固定するためにキーを設け得る。キーは、その一端にリングセグメントと係合し得るフック部を有し、その反対側端部にねじ部を有する。これに関して、動翼保持装置は、キーのねじ部と協働的に係合し得るナットをさらに含んでいる。キーは、好ましくはハブの穴の中に配置され、この穴はキーを収容する第１直径のキー収容部と、ナットを収容する第２直径のナット収容部とを含んでいて、第２直径は第１直径よりも大きく、かくして肩を画成する。ナットは肩で構造的に支持され、キーを引張ってリングセグメントに係止する。ナット収容部の内径にねじを形成してもよく、動翼保持装置はさらにハブの穴にねじ込まれたキャップを含み得る。別の構成では、キーは複数の動翼の相補形状基部の少なくとも１つに設けられた穴の中に配置される。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、ハブ軸線を中心として回転し得るようにハブ内の相補形状開口内にはまり込むように形成されたダブテール部を有するターボ機械動翼を含む回転機械用の動翼保持装置が提供される。この動翼保持装置は固定スロットを含み、この固定スロットは、（１）ターボ機械動翼の動翼保持スロットと、（２）ハブの周沿いに形成されるとともにダブテール部をハブの相補形状開口にはめ込んだときに動翼保持スロットと実質的に整合する周方向ハブスロットとで画成される。動翼保持装置は、固定スロットと係合して動翼が軸方向に移動しないように保持する１以上のリングセグメントも含んでいる。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、回転機械において動翼を保持する方法は、（ａ）複数の動翼の各々に動翼スロットを機械加工する段階、（ｂ）動翼を上記開口内に収容したときに動翼保持スロットが周方向ハブスロットと実質的に整合するようにハブの周沿いに周方向ハブスロットを機械加工する段階、（ｃ）動翼を開口内に配置する段階、及び（ｄ）１以上のリングセグメントを複数の動翼保持スロット及び周方向ハブスロットに固定する段階を含んでなる。段階（ｄ）は、動翼保持スロット及び周方向ハブスロットに近接したキー開口を有する１以上のキーを挿入し、１以上のリングセグメントをキー開口にはめ込み、キーを動翼保持スロット及び周方向ハブスロットの方に押圧することによって実施し得る。段階（ｄ）は、さらに、ハブ又は動翼の基部のいずれかに穴を形成し、キーを穴に挿入した後で１以上のリングセグメントをキー開口にはめ込むことによって実施し得る。段階（ｄ）は、さらに、穴の内径位置にねじを形成し、キャップを穴にねじ込むことによっても実施し得る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照すると、ロータ又は回転機械のハブ１０には、ターボ機械動翼のダブテール又は基部１４を収容するダブテール又はそれに似た形の開口１２が設けられている。ダブテール１４とハブ１０の相補形状開口１２は、ターボ機械動翼を半径方向に保持するのに役立つ。前述の通り、ダブテールは軸方向に向いているので、動翼が軸方向に移動するのを防ぐには、本発明の保持装置のような保持装置が必要とされる。通例、ダブテール軸線はエンジン中心線と０°〜約５０°の角度をなすが、本発明の保持装置はあらゆるダブテール角度に有用である。
【０００９】
本発明の動翼保持装置は、軸方向保持が望まれる段のロータ構造体の前面又は後面にハブの周に沿って機械加工等で形成された周方向溝又はスロット１６を含んでいる。周方向ハブスロット１６は好ましくはＵ字形で図示の通りその開放端はハブ１０の中心に面している。それに対応するＵ字形の動翼保持スロット１８ターボ機械動翼のダブテール部１４に機械加工等で形成される。動翼保持スロット１８は同じ向きをしていて、その開放端はハブ１０の中心に面している。ターボ機械動翼のダブテール部１４をハブ１０の相補形状開口１２にはめ込んだときに、動翼保持スロット１８は周方向ハブスロット１６と実質的に整合してハブ１０の全周にわたって固定スロット２０を画成する。
【００１０】
動翼を軸方向に保持するため、１以上のリングセグメント２２が、整合した動翼保持スロット１８と周方向ハブスロット１６、すなわち固定スロット２０に固定される。好ましくは、各リングセグメント２２のスパンはハブ周囲の２０°〜３６０°にわたる。無論、各動翼は軸方向に移動しないように保持しなければならず、そのため、例えば周囲に均等に離隔した１５個の動翼を設けたロータの場合、最小限１５個のリングセグメント２２が必要であり、各セグメントのスパンは約２４°となる。典型的ロータ段は１００個もの動翼を含み得る。しかし、好ましい構成では、保持装置には２つのリングセグメント２２が設けられ、各セグメントのスパンは１８０°となる。
【００１１】
リングセグメント２２を固定スロット２０に固定するため、少なくとも各リングセグメント２２に一つのキーアセンブリ３０を設ける。（比較的長いリングセグメントの場合、２以上のキーアセンブリが望ましいかもしれない。）キーアセンブリ３０にはキー３２が含まれるが、キーはその一端にフック部３４、その中間部にキー開口３６、その反対側端部にねじ部３８を有する。第１直径のドリル等でハブに穴を穿孔することでキー収容部４０が画成される。次いで、第１直径よりも大きな第２直径のドリルを用いて、穴のナット収容部４２を穿孔する。ナット収容部４２はキー収容部４０よりも大きな直径を有するので、肩４４が穴内に画成される。
【００１２】
リングセグメント２２を固定スロット２０に固定するため、周方向ハブスロット１６及び動翼保持スロット１８を機械加工し、かつキー収容部４０とナット収容部４２を穿孔した後、キー３２を穴の中に延長キー収容域４０ａの中までできるだけ深く挿入する。次いで、リングセグメント２２をフック部３４に載せてキー３２のキー開口３６に入れ、部分的に固定スロット２０に入れる。リングセグメント２２の配置を容易にするために、各リングセグメント、又は少なくとも、キーアセンブリ３０を収容するためのリングセグメントの各部分に、スロット４８を含むタブ域４６を設けて、リングセグメント２２の着座を容易にする。
【００１３】
この構造では、雌ねじを有するナット５０を穴のナット収容部４２内に挿入してキー３２のねじ部３８に被せる。ナット５０を回してキーが肩４４で支持されると、キー３２はねじの作用によって半径方向外方（図２の上方）に動き、リングセグメント２２が固定スロット２０内にはまり込んで固定される。
【００１４】
リングセグメント２２は、好ましくは、機械の運転温度に応じて強い材料（例えば、鋼又はニッケル鋼）で作られる。キー３２の担う荷重はリングセグメント２２よりもかなり小さいので、キー３２の好ましい材料はチタンである。無論、当業者であれば個々の用途に適した他の材料に想到し得るであろう。本発明は特定の材料に限定されるものではない。
【００１５】
図３及び図４は本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、キー３２のねじ部３８ａは第１の実施形態におけるねじ部３８よりも若干短い。加えて、ナット収容穴４２ａは雌ねじを有するように改変されている。この実施形態では、キー３２に加わる遠心荷重用の冗長補助負荷路を設けるため、キャップ５２をナット収容穴４２ａにねじ込む。その他の点では、この実施形態の構成の機能形状は第１実施形態と同じであり、これ以上の説明は省略する。
【００１６】
図５及び図６に示すさらに別の実施形態では、ロータ構造体に前もって形成されるキーアセンブリ用の穴は、動翼のダブテール部１４に形成される。この実施形態では、改変キー３２ａにはねじ部３８は設けられていないが、キー開口３６とフック部３４を含んでいる。キー延長部５４がキー３２ａの半径方向内端に設けられ、キー３２ａを穴５３内に固定する。すなわち、組立ての際、リングセグメント２２をキー３２ａのキー開口３６内に挿入した後、キー３２ａを手で又は専用工具を用いて半径方向外方に動かし、キー延長部５４を曲げて穴延長部４０ａに入れることでキーとリングセグメントを固定する。この形状はキーに一体補助負荷路を与える。
【００１７】
本発明の構造では、高い軸方向荷重能力を有する保持セグメントを容易に着脱することができる。各保持セグメントとそのキーアセンブリは、１段の動翼の半数以下の動翼を保持するように形成することができる。こうすると、一つの保持セグメントを、当該段の全周に接近しなくても取り外して、再び装着することができる。さらに、本装置は軸方向における段間の機械加工を必要とせず、着脱には、ピン挿入も、軸方向の段間のステーキングもボルト止めも必要としない。
【００１８】
以上、本発明を現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態について説明してきたが、本発明は、開示した実施形態のみに限定されるものではなく、請求項に記載された技術的思想及び技術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成にも及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の保持装置の軸方向図である。
【図２】  図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。
【図３】  本発明の別の実施形態保持装置の軸方向図である。
【図４】  図３の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図５】  本発明の他の別の実施形態保持装置の軸方向図である。
【図６】  図５の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。
【符号の説明】
１０  ハブ
１２  ダブテール形開口
１４  ダブテール
１６  周方向ハブスロット
１８  動翼保持スロット
２０  固定スロット
２２  リングセグメント
３０  キーアセンブリ
３２、３２ａ  キー
３４  フック部
３６  キー開口
３８、３８ａ  ねじ部
４０  穴のキー収容部
４０ａ  穴延長部
４２  穴のナット収容部
４２ａ  ナット収容穴
４４  肩
５０  ナット
５２  キャップ
５４  キー延長部
５３  穴
【図１】
0004762402.tif 000002
【図２】
0004762402.tif 000003
【図３】
0004762402.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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