(57)【要約】【課題】タービン（１０）の部品を分解するためのシステム及び方法を提供すること。【解決手段】タービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）を含むシステムが提供される。タービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）は、タービンシステム（１０）の第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）と第２の部品（１１０、１２８、１５０、１５２、１８０）との間の締まり嵌めを緩めるように構成される。タービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）はまた、タービンシステム（１０）の第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）の内側部分（１４０、１５８、１８８）に熱媒体を適用するよう構成されている。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステム（１０）の第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）と第２の部品（１１０、１２８、１５０、１５２、１８０）との間の締まり嵌めを緩めるように構成されたタービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）を備え、前記タービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）が、前記タービンシステム（１０）の第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）の内側部分（１４０、１５８、１８８）に熱媒体を適用するよう構成されている、システム。
【請求項２】
前記タービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）が、導管（１３８、１６４、１８６）に結合された熱源（１１２、１３６）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記（１３８、１６４、１８６）が、前記第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）の内部に延在するよう構成されている、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記導管（１３８、１６４、１８６）がノズル（１９０）を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記導管（１３８、１６４、１８６）が、前記第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）の内側部分（１４０、１５８、１８８）に隣接する複数の開口（１４３、１７３）を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記熱源（１１２、１３６）が流体源を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記タービンツール（１１４、１３０、１４６、１７４）が、前記第１の部品の内側部分（１４０、１５８、１８８）に高温熱媒体を適用するよう構成された高温熱源（１１２、１３６）を含み、前記タービンツールが、前記第２の部品に低温熱媒体を適用するよう構成された低温熱源を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記タービンツールに結合された温度コントローラ（１０６）を備え、該温度コントローラが、前記第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）への熱媒体の適用を制御し、前記第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）と前記第２の部品（１１０、１２８、１５０、１５２、１８０）と間の締まり嵌めを緩めるように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記温度コントローラ（１０６）が、前記第１の部品（１０８、１２４、１４８、１７６）への熱媒体の適用に関する時間的温度プロファイル（８５）を有する熱及び構造モデル（６４）を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記熱及び構造モデル（６４）が、数値流体力学（ＣＦＤ）、有限要素解析（ＦＥＡ）、ソリッドモデリング、３次元−２次元ＦＥＡマッピング、又はこれらの組合せに基づいている、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、タービンシステムに関し、より詳細には、タービン部品を分解するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、ロータ、圧縮機、及びタービンなどのタービン部品を含む。タービン部品の分解は、時間がかかる複雑な作業である。例えば、ロータは、シャフトに対して同軸に位置付けられた複数のロータホイールを含むことができる。ロータの分解には、ロータホイールなどの部品の取り外しを伴う。残念ながら、ロータホイールは、継手により締結されていることが多く、係合解除するのが難しい可能性がある。更に、このような継手の多くがアクセスし難い場所にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５６６２７５７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態では、システムはタービンツールを含む。タービンツールは、タービンシステムの第１の部品と第２の部品との間の締まり嵌めを緩めるように構成される。タービンツールはまた、タービンシステムの第１の部品の内側部分に熱媒体を適用するよう構成されている。
【０００６】
第２の実施形態では、システムはタービンツールコントローラを含む。タービンツールコントローラは、タービンツールを制御し、第１の部品と第２の部品との間の締まり嵌めを緩めるように構成される。タービンツールコントローラはまた、タービンツールによるタービンシステムの第１の部品の内側部分への熱媒体の適用を制御するよう構成される。
【０００７】
第３の実施形態では、方法は、タービンシステムの第１の部品の内側部分への熱媒体を適用する段階を含む。本方法はまた、熱媒体の適用を制御して、タービンシステムの第１の部品と第２の部品との間の締まり嵌めを緩める段階を含む。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の特定の実施形態による、圧縮機及びロータを含むタービンシステムの側断面図。
【図２】本発明の特定の実施形態による、部品を分解するのに用いるための熱及び構造モデルを作成するのに好適なロジックを示す図。
【図３】本発明の特定の実施形態による、部品を分解するのに用いるための高温及び／又は低温媒体の適用に好適なロジックを示す図。
【図４】本発明の特定の実施形態による、熱源を制御するコントローラの概略図。
【図５】本発明の特定の実施形態による、ロータホイール及び熱分解ツールの断面図。
【図６】本発明の特定の実施形態による、ロータホイール及び熱分解ツールの断面図。
【図７】本発明の特定の実施形態による、ロータホイール及び熱分解ツールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
開示される実施形態は、ロータ、圧縮機、及びタービンなどのタービン部品の分解のための技術及びシステムに関する。実際には、例えば締まり嵌めを用いて固定できるあらゆるタイプの部品は、本明細書で記載される技術を用いて分解することができる。ロータ組立体のような一部の部品は、複数のロータホイール又は段を含み、これらは、シャフト上に同軸又は同心状に位置付けることができる。このようなロータホイールは、図１に関して以下で詳細に説明するタービンシステムのような、タービンシステムの内部に位置付けることができる。ロータホイールは、例えば、締まり嵌めを有するラベット継手を用いてスペーサに嵌合することができる。締まり嵌め（例えば、圧入又は摩擦嵌め）は、締まり嵌めの締結強度を高める圧縮力及び張力成分を含むことができる。すなわち、雌端部（例えば、溝）内に挿入される雄端部（例えば、リッジ又は突出部）などのラベット継手の機械的特徴は、ラベット継手における圧縮力を生成し、ロータホイールを所定位置に堅固に固定する。同様の締結技術を用いて、圧縮機部品、ポンプ部品、及び他の回転部品を固定することができる。
【００１３】
特定の実施形態では、ロータホイール、スペーサ組立体、及び／又はラベット継手などの種々のタービン部品又は構造体の熱及び構造モデルを作成することができる。熱及び構造モデルは、種々のタービン部品の熱挙動（熱膨張及び収縮を含む）をモデル化することができる。従って、数値流体力学（ＣＦＤ）、有限要素解析（ＦＥＡ）、ソリッドモデリング（例えば、パラメトリック及び非パラメトリックモデリング）、及び３次元−２次元ＦＥＡマッピングのような、熱応答を記述するのに好適な技術は、熱及び構造モデルの作成に利用することができる。高温及び／又は低減媒体の適用をモデル化することができ、結果として生じる機械的応力のような応力応答もまた、モデル化することができる。このような熱及び構造モデルは、タービン部品（例えば、ホイールボア、ホイール面）の内側部分、外部表面、及び他の回転部品を含む、様々な場所に高温及び低温媒体を適用するためのタービンツール（例えば、熱分解ツール）及びプロセスの両方の設計に用いることができる。実際には、高温及び低温媒体は、本明細書でより詳細に記載されるような部品上の様々な場所に適用することができる。結果として生じる熱応答は、応力レベルを最小限にしながら嵌合構造体を係合解除するのに好適とすることができる。加えて、熱応答は、ロータなどのシステムを構成する複数の部品を係合解除するのに必要な時間を低減することにより、ロータ構造体の分解を最適化するのに好適とすることができる。実際には、本明細書で記載される技術は、図１に関して以下で詳細に説明されるタービンシステムの部品のような、部品の迅速でより効率的な分解を可能にする。
【００１４】
上記のことを念頭に置いて、図１を参照すると、ガスタービンシステム１０の１つの実施形態の側断面図が示される。ガスタービンシステム１０は、例えば、発電プラントにおいて用いることができる。以下で更に説明するように、タービンセクション３４及び圧縮機セクション１４のような、ガスタービンシステム１０の特定の部品は、締まり嵌めを有するラベット継手により締結できる部品を含む。これらの構造体は、以下で詳細に説明するように、高温及び／又は低温媒体の選択的な適用により効率的に分解することができる。
【００１５】
ガスタービンシステム１０は燃焼器１６を含む。燃料供給源は、液体燃料又はガス燃料（天然ガスなど）をガスタービンシステム１０に送り、１以上の燃料ノズル１２を通じて燃焼器１６に流入させることができる。特定の実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、環状配列又は他の何れかの好適な配列で配置された複数の燃焼器１６を含むことができる。更に、各燃焼器１６は、環状又は他の配列で各燃焼器１６のヘッド端部又はその付近に取り付けた複数の燃料ノズル１２を含むことができる。
【００１６】
空気は、吸気口セクション１８を通じてガスタービンエンジン１０に流入することができ、圧縮機１４により加圧することができる。圧縮機１４は、空気を加圧する一連の段２０、２２、及び２４を含むことができる。各段は、固定ベーン２６及びブレード２８の１以上のセットを含むことができ、ブレードが回転して漸次的に圧力を増大させて加圧空気を提供する。ブレード２８は、シャフト３２に接続された回転ホイール３０に取り付けることができる。特定の実施形態では、ブレード２８、ホイール３０、及び圧縮機セクション１４の他の構造体は、最初に、圧縮機部品の熱及び構造圧縮機モデルを作成することにより分解することができる。圧縮機モデルは、圧縮機及び関連の構造体の熱挙動の予測を可能にする熱放射、熱伝導、及び対流モダリティを含むことができる。次いで、圧縮機モデルに基づいて高温及び／又は低温媒体を適用することができ、これにより圧縮機ホイール３０のような特定の部品をタービンシステム１０からより容易に分解し取り外すことが可能になる。同様の技術を用いて、以下でより詳細に説明するように、タービンロータ３４の部品を含むタービンシステム１０の他の部品を分解することができる。
【００１７】
圧縮機セクション１４からの加圧された吐出空気は、圧縮機セクション１４のディフューザセクション３６を通って該圧縮機セクション１４から流出することができ、燃焼器セクション１６のセクション内に配向され、ここで加圧空気を燃料と混合することができる。例えば、燃料ノズル１２は、燃料空気混合気を最適な燃焼、エミッション、燃料消費量、及び出力を得るのに好適な比率で燃焼器内に噴射することができる。上述のように、複数の燃焼器１６を燃焼器セクション１６内で環状に配置することができる。各燃焼器１６は、高温の燃焼ガスを燃焼器１６からタービンセクション３４に配向する移行部品３８を含むことができる。詳細には、各移行部品３８は、一般に、タービンセクション３４の第１段４０内に含まれる、燃焼器１６からノズル組立体への高温ガス経路を定めることができる。
【００１８】
図示のように、タービンロータ３４は、３つの別個の段４０、４２、４４を含む。各段４０、４２、４４は、それぞれのロータホイール４８、５０、５２に結合されるブレード４６のセットを含むことができる。ロータホイール４８、５０、５２は、シャフト５４に回転可能に結合することができる。高温の燃焼ガスがタービンブレード４６の回転を引き起こすと、シャフト５４は、圧縮機セクション１４並びに発電機のような他のあらゆる好適な負荷を回転駆動する。最終的には、ガスタービンエンジン１０は、排出セクション６０を通って燃焼ガスを拡散及び排出することができる。ロータホイール４８、５０、５２は、例えば、締まり嵌めを有するラベット継手を用いてスペーサ５８に堅固に締結することができる。上述のように、タービンロータ３４の部品及び関連の構造体の熱及び構造モデルを作成することができる。熱及び構造モデルは、圧縮機及び関連の構造体の熱挙動の予測を可能にする熱放射、熱伝導、及び対流モダリティを含むことができる。次いで、熱及び構造モデルに基づいて高温及び／又は低温媒体を適用することができ、これによりロータホイール４８、５０、５２のような特定の部品をタービンシステム１０からより容易に分解し取り外すことが可能になる。特定の実施形態では、ロジック（図２に関して以下で詳細に説明するロジックのような）を用いて、タービンシステム１０の部品のような種々の構造体の分解を最適化するのに好適な熱及び構造モデルを作成することができる。このようなモデルは、タービン部品の種々の場所（例えば、ホイールボア、ホイール面）への高温又は低温媒体の漸次的適用を詳細に示した時間的温度プロファイルを含むことができる。
【００１９】
図２は、タービンセクション３４又は圧縮機１４のような部品の分解に好適な熱及び構造モデル６４を作成するのに用いることができるロジック６２の１つの実施形態を示している。ロジック６２は、最初に、分解される部品の評価を実施することができる（ブロック６６）。評価６６は、高温及び／又は低温媒体を適用するのに有効な実施可能な部品を決定する段階を含むことができる。例えば、部品がロータホイール又はホイール面である場合、高温及び／又は低温媒体を適用するのにホイールボア及び／又は２次流れ孔を用いることができる。同様に、部品が圧縮機である場合には、場所は、ホイール面、ホイールボア、及びその他の場所を含むことができる。他の場所は、ラベット継手構造体、スペーサ表面、及びその他を含むことができる。実際には、多数の部品の場所を評価して、タービン部品の熱支援による分解を可能にする上での適合性を判定することができる。これらの評価場所の一部を選び、高温及び／又は低温媒体の適用を受け取ることができる。
【００２０】
選択された場所には、熱エネルギーを加えることができるタービンツール（例えば、熱分解ツール）を用いることによって更に効率的にアクセスすることができる。例えば、ロータホイールボアのような場所は、ボアに高温流体を送給するのに好適なパイプ及び導管を用いることによって更に効率的にアクセスすることができる。従って、部品の評価（ブロック６６）は、ホイール面、ホイールボア、流れ孔、及び他の場著などの種々の場所にアクセスできる導管を有する１つ又は複数の熱分解ツールの設計を含むことができる。このようなツールは、熱エネルギーを選択した場所に送給できる、ガス又は流体などの高温流体の使用を可能にすることができる。次に、このようなタービンツールの設計を用いて、実際のタービンツールを構築することができる。幾つかの例示的な熱分解ツールを図４から図７に関して以下でより詳細に説明する。
【００２１】
部品の評価（ブロック６６）はまた、評価された部品の各々の応力レベルの分析を含むことができる。より具体的には、部品が受ける熱勾配は、熱応力をもたらす可能性がある。部品の材料特性及び製造方法（例えば、鋳造、鍛造、及びフライス加工）によっては、部品の熱応力は望ましくない場合がある。従って、各部品の応力レベルを分析し、部品の寿命が最大となる望ましい又は許容可能な応力レベルを求めるようにすることができる。特定の実施形態では、数値流体力学（ＣＦＤ）、有限要素解析（ＦＥＡ）、ソリッドモデリング（例えば、パラメトリック及び非パラメトリックモデリング）、及び３次元−２次元ＦＥＡマッピングのような技術を用いて、部品寿命を最大にするのに好適な応力レベルの分析を可能にすることができる。例えば、
種々のタービン部品にどのように高温（低温）流体を流すことができるか、熱流に対して部品の材料がどのように反応することができるか、熱勾配がどのように生じることができるか、及び何れかの熱勾配に基づいてどのような熱応力が発生するかに関しての分析を含むサブモデルのセットを作成することができる。更に、伝導性、対流性、及び放射性の熱伝達による部品の加熱（及び冷却）も分析することができる。
【００２２】
次いで、上述の分析（例えば、ＣＦＤ、ＦＥＡ、ソリッドモデリング、及び／又は３次元−２次元ＦＥＡマッピング）に基づいて、熱及び構造モデル６４を構築することができる（ブロック６８）。熱及び構造モデル６４は、以下でより詳細に説明するように、高温及び／又は低温媒体を送給するのに好適な特定のコントローラ（例えば、熱コントローラ、タービンツールコントローラ）実施形態と共に用いることができる。１つの実施例において、熱及び構造モデル６４は、境界条件のセットを含む。境界条件は、例えば、解決すべき問題の境界における流体挙動及び特性を規定することによって、モデルの範囲の精緻化に役立つ。境界条件は、異なる材料の熱伝達係数の値、使用できる流体の温度範囲、機械的制約（例えば、剛体制約、移動制約）、締まり嵌め値（例えば、干渉圧力、摩擦力、伝達トルク）など、モデル６４に対する制約事項を含む。従って、境界条件を計算して熱及び構造モデル６４に適用することができる（ブロック７０）。
【００２３】
次に、初期条件のセットを計算し、モデル６４に適用することができる（ブロック７２）。初期条件は、例えば、時間ｔ0において分解した部品についての温度場及び応力場を含むことができる。温度場は、分解された部品を構成する種々のモデル化構造体にわたって分布する始動温度点及び／又はベクトルの大きさを含むことができる同様に、温度場に対応する応力場は、温度場の始動温度を表す応力を含むことができる。次いで、モデル６４を用いて、高温及び／又は低温媒体に対する構造体内の個々の部品の熱応答（例えば、熱対流、熱伝導、及び／又は熱放射に対する応答）を計算することができる（ブロック７４）。例えば、高温及び／又は低温媒体の適用により生じる熱勾配は、種々の時間ｔ0,ｔ1,・・・・,ｔnにてシミュレートすることができる。熱勾配は、部品の異なる区域において異なる量の膨張（又は収縮）をもたらすことができる。
【００２４】
特定の実施形態では、ロジック６２は、高温及び／又は低温流体の適用に対する熱応答を初期時間ｔ0から時間ｔnに達するまで繰り返し計算することができる。従って、熱応答に関連する応力（例えば、熱勾配）は、種々の時間において（時間ｔ0から時間ｔnに達するまで漸次的に）計算することができる（ブロック７６）。応力は、例えば熱勾配の歪み作用に対する材料の内部抵抗又は逆の力である。応力計算（ブロック７６）は、分解される種々の部品に対して、並びに継手（例えば、ラベット継手）及び他の関連の部品（例えば、隣接する部品）に対して実施することができる。
【００２５】
次に、応力計算は、所望の最大応力レベルと比較し、応力が許容可能なレベルを下回るかどうかを判断することができる（決定７８）。材料特性（例えば、引張強度、圧縮強度）、製造方式（例えば、鍛造、鋳造、及びフライス加工）、部品の幾何形状、及び／又は目的とする用途（例えば、デューティサイクル、環境条件、設計寿命）に基づいて、所望の最大応力レベルを導き出すことができる。計算した応力が許容可能なレベルである場合（決定７８）、ロジックは、分解時間が許容可能であるかどうかを判定する（決定８０）。許容可能な分解時間の判定は、典型的なメジアン及び／又は平均分解時間のログ記録、モデル６４の使用を含む熱分析、及び／又は分解手法の人的要因の研究を利用することを含むことができる。例えば、許容可能な時間は、本明細書で記載される技法を実施する前に記録されていた平均又はメジアン分解時間にほぼ等しいか又はそれよりも短い時間とすることができる。１つの実施形態では、分解時間が許容可能ではないことが分かった場合（決定８０）、或いは、応力が許容可能なレベルにないことが分かった場合（決定７８）、ロジック６２は、修正又は更新した境界条件に基づいてモデルを再計算し再適用するように繰り返すことができる（ブロック７０）。境界条件及び／又は初期条件の新規のセットに基づく繰り返しは、許容可能な応力レベル及び許容可能な分解時間をもたらすことができる。例えば、熱エネルギーの値は増大することができ、新規の初期温度場を用いることができる。
【００２６】
別の実施形態では、分解時間が許容可能ではないことが分かった場合（決定８０）、或いは、応力が許容可能なレベルにないことが分かった場合、ロジック６２は、分解される部品を再評価するよう繰り返すことができる（ブロック６６）。部品の再評価（ブロック６６）は、熱エネルギーの適用先である異なる部品場所の評価を可能にすることができる。次いで、熱及び構造モデル６４は、その場所の修正した再評価を考慮するよう更新することができる。次に、ロジック６２は、上述のように、許容可能レベルを下回る応力を見つけ（決定７８）、許容可能な分解時間を見つける（決定８０）のに用いてことができる。分解時間が許容可能であることが分かった場合（決定８０）、及び応力レベルが許容可能なレベルであることが分かった場合、ロジック６２は、サービス店舗に分解手順８３及び／又は時間的熱プロファイル８５を提供することができる。分解手順８３は、例えば、タービン部品の分解に有用な、図３に記載される分解ロジックを含むことができる。分解手順８３はまた、熱分解ツールの使用、並びにタービン部品を分離するのに好適な機械的力（例えば、荷重力）の印加に関する詳細を含むことができる。時間的温度プロファイル８５は、例えば、図４に関して以下でより詳細に説明される自動化コントローラ（例えば、熱コントローラ、タービンツールコントローラ）によって用いることができる熱エネルギーの一時的印加に関する詳細事項を含むことができる。
【００２７】
図３は、圧縮機及び／又はタービンセクションなどのタービン部品をより効率的及び迅速に分解するのに用いることができる分解ロジック８４の１つの実施形態を示している。ロジック８４は、ロジック８４は、温度入力などのセンサ入力をアクチュエータ出力などの出力に変換するためにコンピュータデバイス（例えば、閉ループコントローラ）により用いることができる非一時的な機械可読コード又はコンピュータ命令を含むことができる。最初に、例えば、以下でより詳細に説明される熱分解ツールを用いることにより熱を加えることができる（ブロック８６）。加えられる熱は、伝導性、対流性、及び放射性の熱を含むことができる。例えば、高温流体（例えば、高温空気又は高温水）は、高温空気源により加熱され、ロータホイールボアなどの部品の内側部分に衝突するように配向することができる。別の実施例において、発熱化学源（例えば、化学的加熱パッド）などの化学源を用いて熱を提供することができる。更に別の実施例において、加熱ブランケットのような電気ヒータを用いて熱を提供することができる。特定の実施形態では、熱は、部品（例えば、ホイールボア、ホイール面）の重心上、又はその付近など、部品の内側部分に加えられる。次いで、熱は、部品の質量体を通ってより均一且つ効率的に伝導され、熱勾配及びその対応する熱応力を低減することができる。熱は、締まり嵌めを有するラベット継手のような継手に伝播することができる。ラベット継手は、雌部分（例えば、溝）内に挿入される雄部分（例えば、突出部）を含むことができる。雌部分の加熱及び／又は雄部分の冷却によって、継手に緩みを生じさせることができる。実際には、熱的変化により締まり嵌めが解放されると共に、熱が均一に印加されることに起因してより低い応力レベルを維持することができる。他の実施形態では、締まり嵌めを緩めることができるようにするために、部品のあらゆる表面又は部分に熱を印加することができる。例えば、熱は、締まり嵌めに直接印加され、又は締まり嵌めの部品の近傍に印加され、或いは、部品の表面又は質量体内のあらゆる場所に印加することができる。
【００２８】
ロジック８４は、マイクロプロセッサ又はあらゆる好適なタイミング装置を用いることにより時間を監視することができる（ブロック８８）。同様に、温度は、例えば、熱電対、抵抗温度装置（ＲＴＤ）、サーミスタ、及び／又は非接触光学式温度センサなどの温度センサによって監視することができる（ブロック９０）。特定の実施形態では、時間及び温度は、高温及び／又は低温媒体８６の適用中に時間的温度プロファイル８５に追従するように監視することができる。すなわち、時間及び温度は、時間的温度プロファイル８５によって指示される所望の時間の所望の温度に近づくように監視することができる。例えば、時間ｔ0において、所望の温度は周囲温度とすることができる。時間が長くなると、所望の温度は上昇する可能性がある。従って、特定の時間基準に到達すると（決定９２）、ロジック８４は、熱の印加を増大させることができる（ブロック９４）。時間基準に達していない場合（決定９２）、ロジックは、時間の監視（ブロック８８）及び温度の監視（ブロック９０）に戻って繰り返すことができる。同様に、特定の監視温度（すなわち、分解温度）に到達していない場合（決定９６）、ロジック８４は、時間の監視（ブロック８８）及び温度の監視（ブロック９０）に戻り、時間的温度プロファイル８５により近接して追従するように繰り返すことができる。
【００２９】
特定の実施形態では、所望の時間及び／又は所望の温度に到達した場合、ロジック８４は、特定の部品又は部品の一部を冷却することができる。締まり嵌め継手の分離を助けるために冷却を加えることができる。従って、冷却は、熱を受けない嵌合部品に印加することができる。例えば、ロータホイールがスペーサに嵌合されている場合、ロータホイールは、高温媒体の適用を受けることができ、スペーサは、低温媒体の適用を受けることができる。冷却はまた、ラベット継手の特定の部分にも適用することができる。例えば、ラベット継手の雌部分は加熱することができ、従って、ラベット継手の雄部分を冷却され、締まり嵌めをより迅速に緩めるようにすることができる。低温媒体の適用には、ドライアイス、冷却空気、及び／又は吸熱化学パックを含むことができる。低温媒体８６の適用中、低温を監視することができ（ブロック８８）、低温媒体を適用するのに費やした時間を監視することができる（ブロック９０）。このような監視は、継手の緩みをより迅速にするために、高温又は低温媒体の印加が時間的温度プロファイル８５に追従できるようにすることができる。従って、ロジック８４は、特定の時間基準に到達していない場合（決定９２）及び特定の温度（すなわち、分解温度）が測定されなかった場合（決定９４）に冷却を継続することができる（ブロック８６）。時間に到達した場合（決定９２）又は分解温度が測定された場合には、力を加えることができる（部録９６）。特定の実施形態では、ロジック８４は、どのような低温媒体も使用することなく高温媒体を用いることができる。
【００３０】
嵌合部品の機械的分離を助けるために、荷重（すなわち、機械的力）を嵌合部品に加えることができる（ブロック９６）。例えば、リフト、ウィンチ、ホイスト、又はジャッキを用いて、嵌合部品の分離に好適な荷重を加えることができる。本明細書で開示される技法を用いることにより、高温及び／又は低温媒体の適用に起因した部品の分離に使用される力の量を小さくすることができる。実際に、熱エネルギーを印加している間、時間的温度プロファイル８５に追従することにより、熱及び機械的応力を低減しながら、嵌合部品をより容易に分離することができる。その結果、嵌合部品は、互いから係合解除され（ブロック９８）、タービンシステム１０から取り外すことができる。
【００３１】
図４は、高温及び／又は低温媒体の適用を制御できる自動化コントローラ１０６（例えば、熱コントローラ、タービンツールコントローラ）の１つの実施形態を示す概略図である。コントローラ１０６は、プログラム可能ロジックコントローラ（ＰＬＣ）、比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラ、コンピュータワークステーション、又は他のあらゆる好適なコントローラデバイスとすることができる。図示の実施形態では、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル（ＴＴＰ）８５を用いて、第１のタービン部品１０８を加熱及び／又は第２のタービン部品１１０を冷却することができる。第１のタービン部品１０８の加熱及び／又は第２のタービン部品１１０の冷却は、締まり嵌めを有するラベット継手のような継手に緩みを生じさせることを可能にすることができる。従って、コントローラ１０６は、高温空気及び／又は高温水のような高温流体の加熱を可能にするように熱源１１２（例えば、高温空気ブロア、ボイラー、発熱化学物質）を制御することができる。熱源により加熱される流体は、熱分解ツール１１４により第１のタービン部品１０８に送給される。熱分解ツール１１４は、例えば、パイプ、ボア、ギャップ、方形管、及びその他などの流体導管を通じて高温流体の送給を可能にする。このような流体導管は、ロータホイールボア内部のような到達の難しい区域への高温流体の正確な送給を可能にする。実際には、可撓性及び／又は堅固な導管を利用することにより、熱分解ツール１１４は、他の場合にはアクセスできないか又はアクセスが困難な種々の場所への高温流体の送給を可能にすることができる。
【００３２】
図４はまた、コントローラ１０６に接続された４つのセンサ１１６、１１８、１１９、１２１を描いている。センサ１１６、１１８は、部品１０８及び１１０それぞれの温度を示す温度測定値を伝達することができる。センサ１１９は、タービン部品１０８又は１１０付近の周囲空気などの周囲条件を示す温度測定値を伝達することができる。センサ１２１は、タービン部品１０８に流入する熱流体を示す温度測定値を伝達することができる。センサ１１６、１１８、１１９、１２１は、熱電対、サーミスタ、ＲＴＤ、及び／又は光センサ（例えば、非接触温度センサ）を含むことができる。実際に、幅広い種類の温度検知デバイスを用いることができる。特定の実施形態では、センサ１１６、１１８、１１９、１２１は、コントローラ１０６と無線通信することができる無線センサとすることができる。また、図４では４つの温度センサが示されているが、より多くの又はより少ないセンサを用いてもよい点は理解される。実際に、温度センサは、タービン部品上の様々な場所、構造体の近傍、熱源１１２内の場所、及び／又は加熱ツール１１４内の場所（例えば、導管内部）に配置することができる。
【００３３】
コントローラ１０６はまた、部品１１０を冷却することができる。従って、冷却源１２０を用いて、例えば、冷却空気、ドライアイス、ウェットアイス、及び／又は吸熱化学冷却媒体を提供することができる。１つの実施形態では、熱が部品１０８に加えられると、冷却媒体を部品１１０に加え、２つの部品１０８及び１１０間の温度差を維持するようにすることができる。２つの部品１０８及び１１０間の温度差は、部品１０８の寸法又は幾何形状の膨張を可能にすると共に、部品１１０は元の寸法を維持（又は収縮）することができる。従って、これらの寸法又は幾何形状の変化により、２つの部品１０８及び１１０を固定する継手が緩むことができる。
【００３４】
特定の実施形態では、荷重力１２２を印加して２つの部品１０８及び１１０を完全に分離することができる。例えば、コントローラ１０６は、リフト、ウィンチ、ホイスト、及び／又はジャッキなどの装置を制御することができるアクチュエータを係合することができる。その結果、装置は、部品１０８と部品１１０を分離するのに好適な荷重力１２２を印加することができる。例えば、コントローラ１０６は、時間及び温度を監視することができ、また、時間及び／又は温度が特定の値（例えば、分解温度）に到達したときに人間オペレータに通知することができる。次いで、人間オペレータは、荷重力１２２を印加することができる。熱分解プロセスを監視及び制御することにより、コントローラ１０６は、熱応力を最小限にしながら、部品１０８及び１１０の迅速でより効率的な分解を可能にすることができる。
【００３５】
図５は、シャフト１２６及びスペーサ１２８に接合（すなわち、嵌合）されるロータホイール１２４の実施形態の断面図である。図はまた、熱分解ツール１３０の１つの実施形態を描いている。図示の実施形態では、ロータホイール１２４は、ラベット継手１３２及び１３４それぞれを通じてシャフト１２６及びスペーサ１２８に嵌合される。ラベット継手１３２及び１３４は、シャフト１２６及びスペーサ１２８をロータホイール１２４に堅固に締結するのに好適な締まり嵌めを含むことができる。従って、熱分解ツール１３０を用いて、ホイールボア１２６及びスペーサ１２８からのロータホイール１２４の分解を可能にすることができる。図示の実施形態では、熱分解ツール１３０は、管体１３８に接続された高温空気ブロア１３６を含む。他の実施形態では、２以上の高温空気ブロア１３６を用いることもできる点は理解される。更に別の実施形態では、ボイラー、発熱化学パック、及びその他などの加熱源を用いてもよい。実際には、流体（例えば、液体又はガス）及び固体を加熱するのに好適な様々な加熱源を用いて熱エネルギーを集中させることができる。
【００３６】
管体１３８は、ロータホイール１２４の内側部分１４０に熱エネルギーを送給するためにシャフト１２６の内側ボア全体を送るのに好適な長さのものである。管体１３８は、複数の開口又は孔１４３を有する辺縁部分１４２を含むことができる。このような開口又は孔１４３により、高温空気１４４が管体１３８から出て内側部分１４０の底面に直接衝突することが可能になる。従って、内側部分１４０に衝突する高温空気１４４は、熱エネルギーをロータホイール１２４の質量の大部分付近の位置に集中させることができる。すなわち、熱エネルギーは、有意な質量を有する場所１４０に適用することができる。このような熱エネルギーは、ロータホイール１２４を内部から加熱することができ、従って、熱をロータホイール１２４の質量体を通してラベット継手１３２及び１３４により均一に伝導することができる。このような均一な伝導は、熱勾配の低減をもたらすことができる。また、例えば、チャンバ１４５内部で高温空気１４４が循環すると、対流加熱も生じることができる。対流加熱は、ロータホイール１２４に追加の熱エネルギーを伝達し、従って、ロータホイール１２４を加熱する際に費やされる時間量を短縮することができる。
【００３７】
上述のように、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル８５に従ってロータホイール１２４の加熱を可能にすることができる。従って、コントローラ１０６は、高温空気ブロア１３６を作動させ、高温空気１４４をロータホイール１２４内に送給するようにすることができる。１つの実施形態では、コントローラ１０６は、閉ループフィードバック制御をすることができる。すなわち、温度を監視し、例えば時間的温度プロファイル８５に基づいて、監視温度に対する応答を導き出すことができる。例えば、温度が所望レベルを下回った場合、コントローラ１０６は、タービンツール１３０（例えば、熱分解ツール）を用いてより多くの高温空気１４４を配向することができ、及び／又は高温空気１４４の温度を上昇させることができる。同様に、温度が所望の量を上回った場合、コントローラ１０６は、より少ない高温空気１４４を配向し、熱分解ツール１３０によって送給される高温空気１４４の温度を下げることができる。実際に、監視温度に対するフィードバック応答を可能にすることにより、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル８５に更に密接に追従することができ、従って、熱勾配を最小限にしながらラベット継手を迅速に緩めることが可能になる。更に、コントローラ１０６は、図６及び図７に関して以下でより詳細に説明する実施形態のような、他の熱分解ツールの実施形態を時間的温度プロファイル８５に更に密接に追従するよう制御することができる。
【００３８】
加えて、内側部分１４０の加熱は、例えば、シャフト１２６の外側壁部の同時冷却を同時に生じさせることができる。このような冷却は、シャフト１２６の外側壁部をスリーブで覆い、外側壁部とスリーブとの間の領域にドライアイスを付加することを含むことができる。これに伴い、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル８５に基づいた冷却時間を規定することができる。タービン部品の加熱及び冷却を同時に行うことにより、熱勾配を低減しながら分解時間を短縮することができる。
【００３９】
図６は、ロータホイール１４８の分解を可能にするのに用いることができるタービンツール１４６（例えば、熱分解ツール）の１つの実施形態の断面図である。図示の実施形態では、ロータホイール１４８は、ラベット継手１５４及び１５６を通じてスペーサ１５０及び１５２に締結される。部品幾何形状に起因して、許容可能な内側部分１５８は、ホイール面１６０及び中心ボア１６２を含む。従って、熱分解ツール１４６は、ホイール面１６０並びに中心ボア１６２それぞれを加熱するのに好適なホイール面加熱チャンバ１６４及びボア加熱管体１６６を含むことができる。図示の実施形態では、高温空気ブロア１３６は、加熱チャンバ１６４を通して高温空気１４４を配向することができる。加熱チャンバ１６４は、開口１６８及び１７０など、ホイール面１６０上に沿って離間した複数の開口又は孔を含むことができる。加熱チャンバ１６４はまた、均一又は不均一とすることができる。チャンバ１６４の不均一な実施形態は、特定の区域においてより多くの熱を提供することができる。高温空気１４４は、開口１６８及び１７０から流出し、ホイール面１６０に直接衝突することができる。次いで、高温空気１４４は、引き続き中心ボア１６２を流れ、ボア加熱管１６６の底部セクション１７２に流入することができる。底部セクション１７２と中心ボア１６２との間に小さなギャップが存在し、空気がボア加熱管１６６の底部セクション１７２に流れるのを可能にすることができる。底部セクション１７２は、ボア加熱管１６６を流れることができる空気の吸入を増大させるのに好適な複数の開口又は孔を含むことができる。次いで、高温空気は、引き続きボア加熱管１６６を流れ、加熱管１６６の外側端部１６７から流出することができる。すなわち、空気１４４は、チャンバ１６４から流れてホイール面１６０に衝突し、中心ボア１６２に流入した後、引き続きボア加熱管１６６内に流れて、外側端部１６７から流出することができる。ホイール面１６０及び中心ボア１６２の両方を加熱することにより、熱分解ツール１４６は、ロータホイール１４８の質量体に熱エネルギーをより迅速に且つより効率的に伝達することを可能にすることができる。
【００４０】
上述のように、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル８５に追従することによりロータホイール１４８の加熱を可能にすることができる。時間的温度プロファイル８５は、ロータホイール１４８の追加の加熱面（例えば、ホイール面１６０）を考慮に入れ、これに応じてコントローラ１０６に指示することができる。すなわち、追加の加熱面は、加熱面の増加に起因してコントローラ１０６がより多くの熱エネルギーを加えることを可能にすることができる。次いで、熱エネルギーは、ロータホイールの質量体を通ってラベット継手１５４及び１５６に均一に伝導することができる。熱エネルギーは、ラベット継手１５４及び１５６の締まり嵌め又は圧縮嵌めを緩めることができ、従って、熱勾配を最小限にしながらラベット継手１５４及び１５６のより迅速な接続解除を可能にする。
【００４１】
図７は、タービン部品１７８及びスペーサ１８０に勘合されるロータホイール１７６の分解を可能にするのに好適なタービンツール１７４（例えば、熱分解ツール）の１つの実施形態の断面図である。図示の実施形態では、タービン部品１７８は、中心ボアを含まない場合がある。代わりに、タービン部品１７８は、タービン部品１７８を横断する１以上の「ガン」孔１８２（例えば、２次流れ孔）を含むことができる。このような「ガン」孔１８２は、タービン部品１７８の外部とロータホイール１７６の内部チャンバ１８４との間の流体導管として機能することができる。この実施形態では、熱分解ツール１７４は、「ガン」孔１８２の各々に対して１つの管体１８６を含むことができる。各管体１８６は、孔１８２を横断するのに好適な長さを含む。従って、高温空気ブロア１３６は、高温空気１４４を熱分解ツール１７４の管体１８６の各々に吹き込むことができる。高温空気１４４は、管体１８６から流出し、ロータホイール１７６のホイール面（例えば、内側部分）に直接衝突することができる。１つの実施形態では、管体１８６はノズル１９０を含むことができる。ノズル１９０により、高温空気１４４をホイール面１８８に集中されたコヒーレントストリームに放出することが可能になる。更に、ノズル１９０は、高温空気１４４の速度を増大させ、これによりホイール面１８８に衝突する高温空気１４４の集中及び熱伝達を高めることができる。高温空気はまた、内部チャンバ１８４内で循環し、従って、追加の熱エネルギーをロータホイール１７６内に伝達することができる。図示の実施形態は、単一の高温空気ブロア１３６を示しているが、他の実施形態では、複数の高温空気ブロア１３６を用いることができる点は理解されたい。加えて、液体などの他の流体を用いて熱エネルギーを送給することもできる。
【００４２】
コントローラ１０６は、管体１８６の各々を通って高温空気を配向することによりロータホイール１７６の加熱を行うことができる。上述のように、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル８５に追従し、熱勾配を低減又は最小限にしながら、ロータホイール１７６をより迅速且つ効率的に加熱するようにすることができる。加えられた熱は、ロータホイール１７６の質量体を通して伝導し、ロータホイール１７６をタービン部品１７８に及びスペーサ１８０にそれぞれ締結するラベット継手１９２及び１９４に到達することができる。加えられた熱は、ラベット継手１９２及び１９４の雌部分（例えば、溝部分）の膨張を可能にし、圧縮又は締まり嵌めを緩和することができる。次いで、ロータホイール１７６をタービン部品１７８及びスペーサ１８０から係合解除するのに好適な荷重を加えることができる。熱分解ツール１７４を用いてロータホイール１７６の内側部分に熱を加えることにより、コントローラ１０６は、タービン部品１７６、１７８、１８０の分解をより迅速且つ効率的に可能にすることができる。
【００４３】
更に、ホイール面１８８の加熱は、例えば、タービン部品１７８の外側壁部の同時冷却を同時に行うことができる。このような冷却は、タービン部品１７８の外側壁部をスリーブで覆い、外側壁部とスリーブとの間の領域にドライアイスを付加することを含むことができる。これに伴い、コントローラ１０６は、時間的温度プロファイル８５に基づいた冷却時間を規定することができる。このような同時加熱及び冷却は更に、タービン部品の分解に必要な時間を短縮することができる。
【００４４】
本発明の技術的効果は、締まり嵌めを迅速に解放し、嵌合タービン部品を係合解除する能力を含む。加熱及び／又は冷却は、選択した場所にて種々のタービン部品に適用することができる。時間的温度プロファイルを作成した後、高温及び／又は低温媒体の適用を行うことができる。時間的温度プロファイルにより、あらゆる熱勾配を最小限にしながら、締まり嵌めを迅速に緩めることが可能になる。別の作用は、タービンシステムを維持する時間及び費用を低減することを含む。
【００４５】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００４６】
１０  タービンシステム
１２  燃料ノズル
１４  圧縮機セクション
１６  燃焼器
１８  吸気セクション
２０  段
２２  段
２４  段
２６  固定ベーン
２８  ブレード
３０  回転ホイール
３２  シャフト
３４  タービンセクション
３６  ディフューザセクション
３８  移行部品
４０  段
４２  段
４４  段
４６  ブレード
４８  ホイール
５０  ホイール
５２  ホイール
５４  シャフト
６０  排気セクション
５８  スペーサ
６２  ロジック
６４  モデル
６６  ブロック
６８  ブロック
７０  ブロック
７２  ブロック
７４  ブロック
７６  ブロック
７８  決定
８０  決定
８３  分解手順
８５  時間的温度プロファイル
８４  ロジック
８６  ブロック
８８  ブロック
９０  ブロック
９２  決定
９４  ブロック
９６  決定
９８  ブロック
１０６  コントローラ
１０８  タービン部品
１１０  タービン部品
１１２  熱源
１１４  タービンツール
１１６  センサ
１１８  センサ
１１９  センサ
１２０  冷却源
１２２  荷重力
１２４  ロータホイール
１２６  ホイールボア
１２８  スペーサ
１３０  タービンツール
１３２  ラベット継手
１３４  ラベット継手
１３６  高温空気ブロア
１３８  管体
１４０  内側部分
１４２  辺縁部分
１４３  孔
１４４  高温空気
１４５  チャンバ
１４６  タービンツール
１４８  ロータホイール
１５０  スペーサ
１５２  スペーサ
１５４  ラベット継手
１５６  ラベット継手
１５８  内側部分
１６０  ホイール面
１６２  中心ボア
１６４  チャンバ
１６６  管体
１６８  孔
１７０  孔
１７２  底部セクション
１７３  孔
１６７  外側端部
１７４  タービンツール
１７６  ロータホイール
１７８  タービン部品
１８０  スペーサ
１８２  「ガン」孔
１８４  内部チャンバ
１８６  管体
１８８  ホイール面
１９０  ノズル
１９２  ラベット継手
１９４  ラベット継手
【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】
2012140933.tif 000008
【図７】
2012140933.tif 000009
【外国語明細書】
2012140933000001.pdf