(57)【要約】【課題】ダブテールスロット内でのブレードの径方向の隙間のばらつきを低減できる保持システムを提供する【解決手段】保持システムは、タービンブレードのダブテールを、保持リングのダブテールスロット内に保持する。保持システムは、ブレードダブテール（１６）内に形成された保持開口（２０、３０）を含む。貫通穴（２２）が保持リング（１４）内に形成され、この貫通穴は、ダブテールをダブテールスロット（１８）に組み込んだときに保持開口と整列するように配置される。コネクタ（２４）が、貫通穴内に配設され、保持開口に係合する。これにより、部品の望ましくない相対移動を低減するあるいはなくすことができ、過剰な磨耗を阻止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレードのダブテール（１６）を保持リングのダブテールスロット（１８）内に保持するための保持システムであって、
前記ブレードダブテール（１６）内に形成された保持開口（２０、３０）と、
保持リング（１４）内に形成され、前記ダブテールを前記ダブテールスロット（１８）に組み込んだときに前記保持開口と整列するように配置された貫通穴（２２）と、
前記貫通穴内に配設され前記保持開口に係合するコネクタ（２４）とを備える保持システム。
【請求項２】
前記保持開口が、前記ブレードダブテール（１６）内に形成された保持スロット（２０）であり、前記保持スロットが、前記ダブテールを前記ダブテールスロット（１８）に入れる挿入方向に対して実質的に垂直に向いている、請求項１記載の保持システム。
【請求項３】
前記保持開口が穴（３０）である、請求項１記載の保持システム。
【請求項４】
前記コネクタ（２４）が止めねじである、請求項１記載の保持システム。
【請求項５】
前記貫通穴（２２）の直径が前記保持開口（２０、３０）の幅よりも大きく、前記止めねじがねじピン（２６）およびヘッド（２８）を備え、前記保持開口が前記ねじピンを受ける寸法であり、前記貫通穴が前記ねじヘッドを受ける寸法である、請求項４記載の保持システム。
【請求項６】
前記コネクタ（２４）と前記ブレードダブテール（１６）の接触点の数および接触点の位置の少なくとも一方が、タービンブレードの空気力学的減衰の調整を行うような構成となっている、請求項１記載の保持システム。
【請求項７】
前記貫通穴（２２）の直径が前記保持開口（２０、３０）の幅と等しく、前記コネクタ（２４）が前記貫通穴および前記保持開口に嵌合するように寸法設定される、請求項１記載の保持システム。
【請求項８】
前記コネクタ（２４）がダウエルピンである、請求項１記載の保持システム。
【請求項９】
前記コネクタ（２４）が前記保持開口（２０、３０）の底面に係合し、それにより前記ダブテール（１６）に荷重をかけるように寸法設定される、請求項１記載の保持システム。
【請求項１０】
保持されるべき各ダブテール（１６）ごとに、複数の保持開口（２０、３０）と、複数の貫通穴（２２）と、複数のコネクタ（２４）とを備える、請求項１記載の保持システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形物が対応する形状のスロット内で軸方向および／または径方向に動くのを阻止するために使用される保持システムに関し、特に、タービンブレードのダブテールを保持リングのダブテールスロット内に保持するための保持システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来型の圧縮機のタービンブレードを示す断面図である。ブレードは通常、保持リング内の対応する形状のダブテールスロットに係合するダブテール部によって固定される。ブレードをリング内に保持する従来の手法は、チゼルハンマーまたはセンターポンチを使用して、ブレードダブテールの周りの材料を局所的に変形させる、ステーキングと呼ばれるプロセスによる。しかし、この手法の欠点は、ステーキングプロセスが手作業であり、したがって、ばらつきを生じさせ、また、エンジンの始動および停止時に、嵌合いの係合解除を招きかねないことである。
【０００３】
圧縮機のエーロフォイルの最近の現場での故障は、ステーキングプロセスが、ブレードをダブテールスロット内に確実に適切に保持するには不適当であることを示している。その結果、故障したハードウェアの強制的使用停止および交換を必要とする激しい磨耗が発生している。
【０００４】
ブレードとリング内のダブテールスロットの嵌合いは、組立ておよび公差を許容するために、緩くなっている。したがって、ブレードが適切に保持されない場合、嵌合いが緩いために、ハードウェアがスロット内で動いてしまい、過剰な磨耗が生じる可能性がある。過剰な磨耗により、最終的には部品が障害を起こし、修理が行えるまでそのユニットを停止させる必要が生じてしまう。
【０００５】
さらに、ブレードがダブテールスロット内で径方向に動くことにより、切削加工中に、先端半径のばらつきが生じる。径方向の隙間のばらつきを低減することにより、性能を潜在的に高め、先端部の過剰な摩擦を回避することができる。
【特許文献１】米国特許第４，２０８，１７０号公報
【特許文献２】米国特許第４，２６５，５９５号公報
【特許文献３】米国特許第５，２６１，７９０号公報
【特許文献４】米国特許第５，２６３，８９８号公報
【特許文献５】米国特許第５，３５０，２７９号公報
【特許文献６】米国特許第５，３６８，４４４号公報
【特許文献７】米国特許第５，９８８，９８０号公報
【特許文献８】米国特許第６，０１０，３０４号公報
【特許文献９】米国特許第６，４５７，９４２号公報
【特許文献１０】米国特許第６，７９６，７６９号公報
【特許文献１１】米国特許第６，８２０，４６８号公報
【特許文献１２】米国特許第６，８５１，９３２号公報
【特許文献１３】米国特許第６，８８４，０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的一実施形態では、保持システムは、タービンブレードのダブテールなどの成形物を、保持部材内に形成された対応する形状のスロット内に保持する。保持システムは、成形物内に形成された保持開口を含む。貫通穴が保持部材内に形成され、貫通穴は、成形物を対応する形状のスロットに組み込んだときに保持開口と整列するように配置される。コネクタが、貫通穴内に配設され、保持開口に係合する。
【０００８】
本発明のさらなる例示的一実施形態では、タービンブレードのダブテールを保持リングのダブテールスロット内に保持する方法は、ブレードダブテール内に保持開口を形成する段階と、ダブテールをダブテールスロット内に組み込んだときに保持開口と整列するように配置される貫通穴を、保持リング内に形成する段階と、コネクタを貫通穴内に固定し保持開口に係合させる段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明についての以下の詳細な説明は、保持リングによってエンジンの流れ経路内に保持される、ガスタービンエンジンの圧縮機のブレードに適用される。ただし、この適用は例示的なものであり、本発明が、説明され図示される構成に限定されることを必ずしも意味しない。本発明の保持システムは、部品をスロット内に保持することが望まれる他の装置にも適用可能である。
【００１０】
図２は、ガスタービンエンジンの圧縮機のブレード１２を保持リング１４内に固定するための本発明の保持システムの分解斜視図である。タービンブレード１２は、その端部にダブテール１６を有し、ダブテール１６は、保持リング１４の対応する形状のダブテールスロット１８に組み込まれる。
【００１１】
一実施形態では、図２および図５を参照すると、保持スロット２０がブレードダブテール１６内に形成されている。図２に示すように、保持スロット２０は、ダブテール１６をダブテールスロット１８に入れる挿入方向Ａに対して実質的に垂直に向いている。貫通穴２２が保持リング１４内に形成されている。貫通穴２２は、保持リング１４を貫いてダブテールスロット１８まで延びている。この状況で、貫通穴２２は、ダブテール１６をダブテールスロット１８に組み込んだときに保持スロット２０と整列するように、保持リング１４内に配置されている。ダブテール１６をダブテールスロット１８に組み込んだ後、リングを貫く、止めねじ、ダウエルピン、押さえねじ、平頭ねじ／ボルトなどのコネクタ２４が、保持スロット２０に係合するように貫通穴２２内に固定される。これにより、タービンブレード１２は、少なくとも軸方向（図２の方向Ａに相当）において位置ずれしないように保持される。
【００１２】
図２および図５に示す実施形態では、コネクタ２４は、好ましくはねじピン２６およびヘッド２８を有する止めねじである。図５に示すように、貫通穴２２の直径は、保持スロット２０の幅よりも大きくてよい。あるいは、ねじ切りされた固定具を、ブレードの取付け前に下から入れ、外側から締めることもできる。保持スロット２０は、ねじピン２６をすきまばめで緩く受ける、あるいは接触して受ける寸法である。貫通穴２２は、止めねじヘッド２８の対応する雄ねじが係合する、雌ねじを有することが好ましい。平先、くぼみ先、丸先、全とがり先、半棒先などを含むがそれらに限定されない、多種多様なタイプの止めねじのいずれを使用してもよい。
【００１３】
組み立てられたタービンブレードが図３に示してある。この組立体は、圧縮機のブレードを保持して、スロット内での不必要な動きを阻止し、それにより望ましくない磨耗を阻止する。
【００１４】
図６〜図１２は、保持システムの代替構成を示している。図６では、図２および図５の実施形態の保持スロット２０の代わりに、保持リング１４を貫く穴３０を使用することができ、図示のコネクタ２４は半棒先の止めねじである。この組立体は、以下のようにして既存の構成に追加することができる。まず、保持リング１４を貫いてダブテール１６内まで穴をあける。穴３０は、ねじピン２６の先端を受ける寸法になっている。次いで、止めねじヘッド２８に合った寸法の第２の穴を保持リング１４内にあける。スロット２０ではなく穴３０を使用することにより、ブレードを軸方向、周方向、および／または径方向に保持することができる。
【００１５】
図７は、ねじピン２６の長さが、保持開口が保持スロット２０であれ保持穴３０であれ、その深さＬに概ね等しい、関連する一実施形態を示している。これにより、止めねじ２４を介してダブテール１６にラジアル荷重をかけることができる。その効果については、下記により詳細に説明する。
【００１６】
図８に示す実施形態では、ダブテール１６はスロットや穴を含まず、その代わりに、貫通穴２２内に固定されたコネクタ２４が、ダブテール１６の表面に係合する。図９は、くぼみ先の止めねじをコネクタ２４として使用する類似の実施形態を示している。そのような構成では、保持能力は限られるかもしれないが、コネクタ２４によってダブテール１６にかかるラジアル荷重が、ダブテール１６のダブテールスロット１８内での望ましくない相対移動を低減する働きをする。また、ラジアル荷重は、ブレードの減衰特性にも影響を及ぼす。
【００１７】
図１０は、比較的浅いスロット２０／穴３０を使用し、全とがり先または丸先の止めねじをコネクタ２４として使用する一実施形態を示している。図１１は、Ｖ字型のスロット２０／穴３０を使用し、全とがり先の止めねじをコネクタ２４として使用する一実施形態を示している。
【００１８】
図１２は、コネクタ２４がダウエルピンである代替構成を示している。貫通穴２２は、保持スロット２０の幅、または保持穴３０の直径に実質的に等しい一定の直径をもち、ダウエルピンを受ける寸法になっている。
【００１９】
本発明の保持システムを使用することにより、上述のいくつかの実施形態において、ダブテール１６にラジアル荷重をかけることができ、それにより、ブレードの減衰特性が変化する。その結果、ダブテールにかかるラジアル荷重を制御することにより、空気力学的減衰を調整できることが分かった。減衰特性はさらに、保持されるべき各ダブテールごとに、複数の保持開口、貫通穴、およびコネクタを使用することにより制御することができる。適用例によっては、ブレードを軸方向、周方向、および／または径方向に保持するためにスロットまたは穴の深さおよび／または幅を変えることによっても、減衰を調整することができる。さらに、コネクタ２４とダブテール１６の接触点の位置および数を変えることにより、減衰特性を調整することができる。例示的実施形態における接触点が、図５〜図１２に示されている。
【００２０】
本発明の保持システムは、ブレードをダブテールスロット内に固定するために、圧縮機のステータのリングとブレードの組立体に、単純なコネクタを使用している。このシステムは、新規に製造される機械に適用可能であり、また、単純で低コストの方法で既存の機械に追加することができる。この保持システムを使用したしっかりした嵌合いにより、過剰な磨耗を生じさせる、部品の望ましくない相対移動が阻止される。径方向の隙間のばらつきを低減することによっても、性能を潜在的に高め、先端部の過剰な摩擦を回避することができる。
【００２１】
本発明を、現時点で最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に即して説明してきたが、本発明が、開示の実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な変形形態および同等の構成を包含するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来型の圧縮機の組立体の断面図である。
【図２】本発明の保持システムの分解図である。
【図３】保持システムを組み立てた図である。
【図４】ステータのリング組立体の、前方から後方へ見た図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態による、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１２  圧縮機のブレード
１４  保持リング
１６  ダブテール
１８  ダブテールスロット
２０  保持スロット
２２  貫通穴
２４  コネクタ
２６  ねじピン
２８  ヘッド
３０  保持穴
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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