(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンエンジン内のロータブレードの摩耗を判定するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】タービンエンジンシステム１０は、摩耗の対象となるよう配置された要素部品を備える。その要素部品は、摩耗の対象となるようになっている外側面と、外側面に形成された摩耗表示機構と、を備える。摩耗表示機構は、外側面における第１寸法と、外側面に対して内側に位置する第２寸法と、を備える。第２寸法は第１寸法と異なる。【選択図】図１
2017101663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止要素部品（６２）と、
前記静止要素部品（６２）の近傍に配置された回転要素部品（１２６）と、を備え、
前記回転要素部品（１２６）は、
前記静止要素部品（６２）に接触するようになっている半径方向の外側面（１３０）と、
前記半径方向の外側面（１３０）に形成された摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）と、を備え、
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、
前記半径方向の外側面（１３０）における第１寸法と、前記半径方向の外側面（１３０）の半径方向の内側位置（１３２）における第２寸法と、を備え、前記第２寸法は前記第１寸法と異なる、
摩耗表示システム（１００）。
【請求項２】
前記静止要素部品（６２）はタービンケーシングを備え、前記回転要素部品（１２６）はタービンロータのバケット先端カバーを備える、
請求項１記載の摩耗表示システム（１００）。
【請求項３】
前記摩耗表示機構（２００、４００、５００、６００、７００）は、前記第１寸法が第１直径を有し、前記第２寸法が第２直径を有するように、実質的に円になっている、
請求項１記載の摩耗表示システム（１００）。
【請求項４】
前記第１寸法は前記第２寸法よりも大きい、
請求項１記載の摩耗表示システム（１００）。
【請求項５】
前記回転要素部品（１２６）は、厚みと、前記半径方向の外側面（１３０）から所定の深さに配置された前記半径方向の内側位置（１３２）と、を備え、前記所定の深さは、前記回転要素部品（１２６）の摩耗状態に関連している、
請求項１記載の摩耗表示システム（１００）。
【請求項６】
タービンエンジン（１０）の静止要素部品（６２）に接触するようになっている半径方向の外側面（１３０）と、
前記半径方向の外側面（１３０）に形成された摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）と、を備え、
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、
前記半径方向の外側面（１３０）における第１寸法と、前記半径方向の外側面（１３０）の半径方向の内側位置（１３２）における第２寸法と、を備え、前記第２寸法は前記第１寸法と異なる、
タービンエンジン要素部品（１２６）。
【請求項７】
前記摩耗表示機構（３００、４００、５００、６００、７００）は、前記第１寸法が第１長さを有し、前記第２寸法が第２長さを有するように、溝を備えている、
請求項６記載のタービンエンジン要素部品（１２６）。
【請求項８】
前記第２寸法は前記第１寸法よりも大きい、
請求項６記載のタービンエンジン要素部品（１２６）。
【請求項９】
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、前記半径方向の外側面（１３０）と前記半径方向の内側位置（１３２）との間で伸びる少なくとも１つの側壁（２０２、４０２、５０２、６０２、７０２）を備え、前記少なくとも１つの側壁（２０２、４０２、５０２、６０２、７０２）は、前記半径方向の外側面（１３０）に対して斜めに向けられている、
請求項６記載のタービンエンジン要素部品（１２６）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの側壁（２０２、４０２、６０２、７０２）は、弧形状である、
請求項９記載のタービンエンジン要素部品（１２６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、全体的にはタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンエンジン内のロータブレードの摩耗を判定するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの公知のタービンは、直列流れに関連する入口、タービン、および出口を備える規定された流路を有する。少なくともいくつかの公知のタービンは、複数の静止ステータも備え、複数の静止ステータは、ロータディスクに対して周方向に配置されたタービンバケット（ブレード）の少なくとも１つの列を含むロータアセンブリに流体の流れを向ける。静止ステータからロータアセンブリに運ばれた流体の流れはタービンバケットのエーロフォイルに衝突し、ロータアセンブリを回転させる。
【０００３】
ガスタービンエンジンの動作中に、タービンブレードは、高温の流体および遠心力に曝されることによるクリープによって傾くかまたは拡大し得る。タービンブレードの先端がガスタービンエンジンのケーシングに接触すると、先端は経時的に摩耗する。少なくともいくつかの公知のタービンブレードは、交換が必要になる前に所定の量の摩耗には耐えられるようになっている。典型的には、タービンブレードの摩耗量についてタービンを検査するために、タービンは分解され、ブレードは取り除かれてサービスセンターへ運ばれる。サービスセンターにおいて精密な計測器を用いてタービンブレードの様々なパラメータが測定され、ブレードの摩耗量が定性的に判定され、ブレードの残りの耐用期間が判定される。このような検査方法は、タービンの停止時間を著しく要し、タービンの分解および測定機器の使用に関するメンテナンス費用およびサービス費用の増加を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８９９１０２１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
１つの側面において、タービンエンジンシステムが提供される。タービンエンジンシステムは、摩耗の対象となるように配置された要素部品を備える。その要素部品は、摩耗の対象となるようになっている外側面と、外側面に形成された摩耗表示機構と、を備える。摩耗表示機構は、外側面における第１寸法と、外側面に対して内側に位置する第２寸法と、を備える。第２寸法は第１寸法と異なる。
【０００６】
他の側面では、タービンエンジンを供給する方法が提供される。その方法は、タービンエンジンの要素部品に少なくとも１つの摩耗表示機構を形成するステップを備え、少なくとも１つの摩耗表示機構は第１寸法を有する。また、その方法は、要素部品が摩耗の対象となるようにタービンエンジンを動作させるステップを備える。そして、摩耗表示機構は、摩耗表示機構の第２寸法を判定するために測定される。そして、要素部品の摩耗状態は第２寸法に基づいて判定される。
【０００７】
他の側面では、摩耗表示システムが提供される。摩耗表示システムは、静止要素部品と、静止要素部品の近傍に配置された回転要素部品と、を備える。回転要素部品は、静止要素部品に接触するようになっている半径方向の外側面を備える。摩耗表示システムは、半径方向の外側面に形成された摩耗表示機構も備える。摩耗表示機構は、半径方向の外側面における第１寸法と、半径方向の外側面の半径方向の内側位置における第２寸法と、を備える。第２寸法は第１寸法と異なる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、例示の蒸気タービンエンジンの概略図である。
【図２】図２は、図１に示した蒸気タービンエンジンの領域２における一部分の概略図である。
【図３】図３は、例示の実施形態の摩耗表示機構を図示している図２に示したタービンエンジンで用いられ得る例示のタービンバケットの斜視図である。
【図４】図４は、代替の実施形態の摩耗表示機構を図示している図２に示したタービンエンジンで用いられ得る代替のタービンバケットの図である。
【図５】図３および図４に示したタービンバケットで用いられ得る代替の実施形態の摩耗表示機構を示す図である。
【図６】図３および図４に示したタービンバケットで用いられ得る代替の実施形態の摩耗表示機構を示す図である。
【図７】図３および図４に示したタービンバケットで用いられ得る代替の実施形態の摩耗表示機構を示す図である。
【図８】図３および図４に示したタービンバケットで用いられ得る代替の実施形態の摩耗表示機構を示す図である。
【図９】図３および図４に示したタービンバケットで用いられ得る代替の実施形態の摩耗表示機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記載する例示の装置および方法は、タービンの内部要素部品の摩耗量を判定するのに用いられる公知のシステムおよび方法の少なくともいくつかの欠点を克服するものである。さらに、本明細書に記載する装置および方法は、判定対象となるタービンの内部要素部品の摩耗量を信頼性高く定量判定することができる。より具体的には、本明細書に記載する実施形態はそれぞれ、バケット先端カバーなどのタービンの内部要素部品の半径方向の外側面に形成された少なくとも１つの摩耗表示機構を備える。摩耗表示機構は、半径方向の外側面において第１寸法を有する。摩耗が生じると、半径方向の外側面がすり減り、摩耗表示機構が初期の半径方向の外側面の半径方向内側に第２寸法を有するようになる。要素部品の残りの耐用期間に関する摩耗状態を判定するために、タービンエンジンからバケットを取り除かずに第２寸法を測定して第１寸法と比較することができる。本明細書に記載する装置および方法は蒸気タービンを対象としているが、本開示は蒸気タービンには限定されない。したがって、本開示の範囲は、これらに限定されるわけではないがガスタービンおよび水タービンを含む他の種類のタービンも含む。
【００１０】
本明細書で使用される用語「タービンバケット」は、用語「バケット」と同じ意味で使用することができるので、プラットフォームおよびダブテールを含むバケット、および／またはロータディスクに一体的に形成されたバケット、のいかなる組合せも含み、いずれかの実施形態は少なくとも１つのエーロフォイルセグメントを備え得る。
【００１１】
図１は、例示のタービンエンジン１０の概略図である。例示の実施形態において、タービンエンジン１０は、対向流、高圧、および中圧の組合せの蒸気タービンである。代替的に、タービンエンジン１０は、これらに限定されるわけではないが低圧タービン、単流蒸気タービン、および／または複流蒸気タービンなどの他の種類の蒸気タービンであってもよい。他の代替の実施形態では、タービンエンジン１０はガスタービンエンジンである。例示の実施形態では、タービンエンジン１０は、ロータアセンブリ１６を介して発電機１４と結合されたタービン１２を備える。さらに、例示の実施形態では、タービン１２は、高圧（ＨＰ）セクション１８および中圧（ＩＰ）セクション２０を備える。ＨＰケーシング２２は、軸方向に対して上部ハーフセクション２４と下部ハーフセクション２６にそれぞれ分割されている。同様に、ＩＰケーシング２８は、軸方向に対して上部ハーフセクション３０と下部ハーフセクション３２にそれぞれ分割されている。中央セクション３４は、ＨＰセクション１８およびＩＰセクション２０の間に伸びており、ＨＰ蒸気入口３６とＩＰ蒸気入口３８を備える。ロータアセンブリ１６は、ＨＰセクション１８およびＩＰセクション２０の間に伸びており、ＨＰセクション１８およびＩＰセクション２０の間を伸びる中心線軸４２に沿って伸びるロータシャフト４０を備える。ロータシャフト４０は、ロータシャフト４０の両側の端部４８にそれぞれ結合されたジャーナル軸受４４および４６によってケーシング２２および２８それぞれに支持されている。蒸気シールユニット５０および５２は、ＨＰセクション１８およびＩＰセクション２０のシールを促進するために、ロータシャフトの端部４８とケーシング２２および２８との間に結合される。
【００１２】
円環デバイダ５４は、ＨＰセクション１８およびＩＰセクション２０の間で中央セクション３４からロータアセンブリ１６に向かって半径方向の内側に伸びている。より具体的には、デバイダ５４は、ＨＰ蒸気入口３６およびＩＰ蒸気入口３８の間でロータアセンブリ１６に対して周方向に伸びている。
【００１３】
動作中に、蒸気は、例えば（図示していない）発電ボイラなどの蒸気源からタービン１２に運ばれ、タービン１２によって蒸気熱エネルギーは機械回転エネルギーに変換され、続いて発電機１４によって電気エネルギーに変換される。より具体的には、蒸気は、ＨＰ蒸気入口３６からＨＰセクション１８を通って運ばれ、ＨＰセクション１８に設置されたロータアセンブリ１６に衝突し、ロータアセンブリ１６を軸４２周りに回転させる。蒸気は、ＨＰセクション１８から出て、蒸気の温度をＨＰセクション１８に入る蒸気の温度とほぼ等しい温度まで上昇させる（図示していない）ボイラに運ばれる。そして蒸気は、ＨＰセクション１８に入ったときの蒸気の圧力よりも減圧された状態でＩＰ蒸気入口３８およびＩＰセクション２０に運ばれる。蒸気は、ＩＰセクション２０に設置されたロータアセンブリ１６に衝突し、ロータアセンブリ１６を回転させる。
【００１４】
図２は、タービンエンジン１０の領域２における一部分の概略図である。例示の実施形態では、タービンエンジン１０は、ロータアセンブリ１６、複数のステータアセンブリ５６、および、ロータアセンブリ１６およびステータアセンブリ５６に対して周方向に伸びるケーシング５８を備える。ロータアセンブリ１６は、それぞれ隣接するステータアセンブリ５６のペアの間に実質的に軸方向に整列された複数のロータディスクアセンブリ６０を備える。各ステータアセンブリ５６は、ケーシング５８に結合され、ケーシング５８は、ケーシング５８からロータアセンブリ１６へ向けて半径方向の内側に伸びるノズルキャリア６２を備える。各ステータアセンブリ５６は、ステータアセンブリ５６がロータアセンブリ１６に対して回転するのを防ぐことを促進するために、ノズルキャリア６２に結合される。各ステータアセンブリ５６は、周方向に配置された複数のノズル６４を備え、複数のノズル６４は、半径方向の外側部分６６から半径方向の内側部分６８へ向けて伸びる。ノズル外側部分６６は、ステータアセンブリ５６がノズルキャリア６２に結合できるように、ノズルキャリア６２内に画定された窪み部７０内に配置される。ノズル内側部分６８は、ロータディスクアセンブリ６０に隣接して配置される。ある実施形態では、内側部分６８は、ダイアフラムアセンブリ５６とロータディスクアセンブリ６０との間の曲がったシーリング路を形成する複数のシーリングアセンブリ７２を備える。
【００１５】
例示の実施形態では、各ロータディスクアセンブリ６０は、それぞれロータディスク７６に結合された複数のタービンバケット７４を備える。ロータディスク７６は、半径方向の内側部分８０と半径方向の外側部分８２との間を伸びるディスク本体７８を備える。半径方向の内側部分８０は、ロータディスク７６を全体的に軸方向に貫通して伸びる中心穴８４を画定する。ディスク本体７８は、中心穴８４から半径方向の外側に伸び、上流部材８６と反対側の下流部材８８との間を全体的に軸方向に伸びる。ロータディスク７６は、上流部材８６が隣接する下流部材８８に結合されるように、隣接するロータディスク７６に結合される。
【００１６】
各タービンバケット７４は、バケットがロータディスク７６に対して周方向に配置されるようにロータディスクの外側部分８２に結合される。各タービンバケット７４は、ロータディスク７６からケーシング５８へ向けて半径方向の外側へ伸びる。隣接するロータディスク７６は、周方向に配置されたタービンバケット７４の軸方向に隣接する各列９１間に空隙９０が画定されるように、相互に結合される。ノズル６４は、蒸気を下流からタービンバケット７４へ運ぶために、タービンバケット７４の隣接する列９１間で各ロータディスク７６に対して周方向に配置されている。蒸気流路９２はタービンのケーシング５８と各ロータディスク７６との間に画定される。
【００１７】
例示の実施形態では、各タービンバケット７４は、各タービンバケット７４が蒸気流路９２内に伸びるように、それぞれのロータディスク７６の外側部分８２に結合される。より具体的には、各タービンバケット７４は、ダブテール９６から半径方向の外側へ伸びるエーロフォイル９４を備える。各ダブテール９６は、タービンバケット７４がロータディスク７６に結合されるように、ロータディスク７６の外側部分８２内に画定されたダブテール溝９８内に挿入される。
【００１８】
例示の実施形態では、タービンエンジン１０は、これらに限定されるものではないがケーシング５８およびキャリア６２などの静止要素部品を有する摩耗表示システム１００も備える。静止要素部品は、これに限定されないがタービンバケット７４、より具体的にはバケット７４の（図２には図示されていない）先端カバーのような回転要素部品の近傍に配置される。タービンエンジン１０の動作中、蒸気は蒸気入口１０２を通ってタービン１２の蒸気流路９２に運ばれる。各入口ノズル１０４およびステータアセンブリ５６は、蒸気をタービンバケット７４へ運ぶ。蒸気が各タービンバケット７４へ衝突すると、タービンバケット７４およびロータディスク７６は軸４２に対して周方向に回転する。摩耗表示システム１００は、以下にさらに詳細に記載するように、バケット７４とケーシング５８のキャリア６２との間の接触によるタービンバケット７４の摩耗量の表示を促進する。
【００１９】
図３は、例示の実施形態の摩耗表示機構２００を図示している（図２に示された）タービンエンジン１０で用いられる例示のタービンバケット７４の斜視図である。図４は、代替の実施形態の摩耗表示機構３００を図示しているタービンエンジン１０で用いられる代替のタービンバケット７４の図である。対応するロータディスクアセンブリ６０内の各バケット７４は実質的に同じであるか、または、代替的にアセンブリ６０内の少なくともいくつかの他のバケットがバケット７４と異なる場合があることが理解される。例示の実施形態では、タービンバケット７４は、エーロフォイル９４、プラットフォーム１０７、および、シャンク１０８を備える。（ダブテール９６は明確化の目的のみのために除去されている。）エーロフォイル９４は、第１側壁１１０および反対側の第２側壁１１２を備える。例示の実施形態では、第１側壁１１０は、突形状であり、エーロフォイル９４の吸引側１１４を画定し、第２側壁１１２は、窪み形状であり、エーロフォイル９４の圧力側１１６を画定する。第１側壁１１０は、前端１１８および反対側の後端１２０に沿って第２側壁１１２に結合される。より具体的には、エーロフォイルの後端１２０は、エーロフォイルの前端１１８から翼弦方向の下流側に配置されている。第１側壁１１０および第２側壁１１２はそれぞれ、ブレード根元１２２からエーロフォイル先端１２４に向けて半径方向の外側に伸びている。ブレード根元１２２はプラットフォーム１０７から伸びている。例示の実施形態では、先端カバー１２６は、ノズルキャリア６２に隣接するエーロフォイル先端１２４に結合されている。先端カバー１２６は、ノズルキャリア６２とタービンバケット７４との間の曲がったシーリング路を形成する（図示していない）複数のシーリングアセンブリを備え得る。
【００２０】
例示の実施形態では、先端カバー１２６は、底面１２８、天面１３０、および、例示の摩耗表示機構２００を備える。機構２００は、先端カバー１２６の摩耗量の定量判定に用いられ、バケット７４の先端カバー１２６の残りの耐用期間に関連する。例示の実施形態では、（図２に示された）タービンエンジン１０の特定の動作モードの間、半径方向の外側面１３０は、バケット７４の耐用期間にわたって先端カバー１２６の厚みＴが変化するように、（図２に示された）静止キャリア６２の内側面に接触する。例示の実施形態では、摩耗表示機構２００は、半径方向の外側面１３０に形成された円錐台形状の空洞を備え、円錐台形状の空洞は、外側面１３０の半径方向の内側、すなわち面直方向の内側へ内側面１２８に向けて位置１３２までＤeの深さまで伸びる。例示の実施形態では、深さＤeは表面１２８および１３０のほぼ中間である。代替的に、深さＤeは本明細書に記載されるような摩耗表示機構２００の動作を促進するいかなる深さであってもよい。
【００２１】
図３に示すように、摩耗表示機構２００の円錐台形状は、摩耗表示機構２００が半径方向の外側面１３０で第１寸法を有し、半径方向の内側位置１３２において第２寸法を有するように、外側面１３０および位置１３２において実質的に円形状を有している。以下にさらに詳細に記載されるように、円錐台形状によって、摩耗表示機構２００の第１寸法および第２寸法は異なる直径となっている。
【００２２】
代替的に、図４に示すように、摩耗表示機構３００は、外側面１３０および位置１３２において形成された実質的に長方形の穴または溝を備える。以下にさらに詳細に記載するように、摩耗表示機構３００は、半径方向の外側面１３０で第１寸法を画定し、半径方向の内側位置１３２において第２寸法を画定するテーパー壁を備える。特に、摩耗表示機構３００の第１寸法および第２寸法は、半径方向の外側面１３０および半径方向の内側位置において異なる長さとなっている。
【００２３】
図５は、摩耗表示機構２００の断面図である。摩耗表示機構２００として記載するが、摩耗表示機構は図５の断面において同様である。例示の実施形態では、摩耗表示機構２００は、環状のテーパー側壁２０２および端壁２０４を備える。側壁２０２は、半径方向の外側面１３０と半径方向の内側位置１３２における端壁２０４との間で伸びる。より具体的には、側壁２０２は、半径方向の外側面１３０から傾斜角度αで半径方向の内側に端壁２０４へ向けてＤeの深さで伸びる。代替の実施形態において、環状の側壁２０２は、任意の角度および深さＤe以外の任意の深さで斜めに伸びる。例えば、ある実施形態では、環状の側壁２０２は、図５の破線で示すように、内側面１２８まで先端カバー１２６の厚みＴの実質的に全体に伸びていてもよい。一般的に、環状の側壁２０２は、先端カバー１２６の摩耗状態に関連するあらかじめ決められた深さに斜めに伸びる。
【００２４】
例示の実施形態では、摩耗表示機構２００は、内側向きのテーパー状に先端カバー１２６内に伸びている。より具体的には、摩耗表示機構２００は、半径方向の外側面１３０における第１寸法Ｄ１と、端壁２０４における第１寸法Ｄ１より小さい第２寸法Ｄ２と、を有する。上述のとおり、摩耗表示機構２００は円錐台形状であるため、第１寸法Ｄ１と第２寸法Ｄ２はそれぞれ、外側面１３０における関連する円の直径および端壁２０４における円の直径となる。図４に示す実施形態では、摩耗表示機構３００はテーパー溝であり、第１寸法Ｄ１と第２寸法Ｄ２は外側面１３０および端壁２０４における溝の長さを画定する。
【００２５】
動作中、摩耗表示機構２００は先端カバー１２６の外側面１３０に形成され、外側面１３０に第１寸法Ｄ１を有する。タービン１０が回転すると、先端カバー１２６の外側面１３０はキャリア６２と接触し、半径方向の外側面１３０が内側面１２８へ向けて経時的にすり減るにしたがって先端カバー１２６の厚みＴは減少する。所定期間の動作の後、先端カバー１２６を目視検査用に露出するためにキャリア６２が取り除かれる。バケット７４をタービンエンジン１０から取り除かずに、保守作業員は、半径方向の外側面１３０の半径方向の内側位置、例えば位置１３２において、摩耗表示機構２００の直径を測定することができる。そして、保守作業員は、先端カバー１２６の摩耗状態が第２直径Ｄ２に基づくので、その摩耗状態を判定するために、半径方向の内側位置１３２において測定した第２直径Ｄ２を、半径方向の外側面１３０における摩耗表示機構２００の初期の第１直径Ｄ１と比較する。摩耗状態を知ることによって、先端カバー１２６および／またはバケット７４の残りの耐用期間は、判定された摩耗状態と残りの耐用期間とを対応付けて関連させている参照テーブルまたはチャートを用いて、判定される。このように、先端カバー１２６および／またはバケット７４の残りの耐用期間は、先端カバー１２６および／またはバケット７４をタービン１０から取り除かずに、サービスセンターで分析を行うことなしに、簡単な目視検査を行って摩耗表示機構２００の測定を一度行うだけで判定される。
【００２６】
図６は、先端カバー１２６に用いられる代替の摩耗表示機構４００を示す図である。この実施形態では、摩耗表示機構４００は、環状のテーパー側壁４０２および端壁４０４を備える。側壁４０２は、半径方向の外側面１３０と半径方向の内側位置１３２における端壁４０４との間で伸びる。より具体的には、側壁４０２は、半径方向の外側面１３０から傾斜角度βで半径方向の内側に端壁４０４へ向けてＤeの深さで伸びる。代替の実施形態において、環状の側壁４０２は、任意の角度および深さＤe以外の任意の深さで斜めに伸びる。例えば、ある実施形態では、環状の側壁４０２は、内側面１２８まで先端カバー１２６の厚みＴの実質的に全体に伸びていてもよい。一般的に、環状の側壁４０２は、先端カバー１２６の摩耗状態に関連するあらかじめ決められた深さに斜めに伸びる。
【００２７】
この実施形態では、摩耗表示機構４００は、外側向きのテーパー状に先端カバー１２６内に伸びている。より具体的には、摩耗表示機構４００は、半径方向の外側面１３０における第３寸法Ｄ３と、端壁４０４における第３寸法Ｄ３より大きい第４寸法Ｄ４と、を有する。上述のとおり、摩耗表示機構４００は円錐台形状であるため、第３寸法Ｄ３と第４寸法Ｄ４はそれぞれ、外側面１３０における関連する円の直径および端壁４０４における円の直径となる。
【００２８】
図７は、先端カバー１２６に用いられる他の代替の摩耗表示機構５００を示す図である。この実施形態では、摩耗表示機構５００は、第１側壁５０２、端壁５０４、および第２側壁５０６を備える。側壁５０２は、半径方向の外側面１３０と半径方向の内側位置１３２における端壁５０４との間で伸びる。より具体的には、側壁５０２は、半径方向の外側面１３０から傾斜角度γで半径方向の内側に端壁５０４へ向けてＤeの深さで伸びる。代替の実施形態において、環状の側壁５０２は、任意の角度および深さＤe以外の任意の深さで斜めに伸びていてもよい。例えば、ある実施形態では、側壁５０２は、内側面１２８まで先端カバー１２６の厚みＴの実質的に全体に伸びていてもよい。一般的に、環状の側壁５０２は、先端カバー１２６の摩耗状態に関連するあらかじめ決められた深さに斜めに伸びる。また、第２側壁５０６は、半径方向の外側面１３０から端壁５０４へ向けて実質的に垂直に伸びる。摩耗表示機構５００は、先端カバー１２６の摩耗状態を判定するためには対称の表示機構が必須ではないことを示している。この実施形態では、摩耗表示機構５００の側壁５０２は、外側向きのテーパー状に先端カバー１２６内に伸びている。より具体的には、摩耗表示機構５００は、半径方向の外側面１３０における第５寸法Ｄ５と、端壁５０４における第５寸法Ｄ５より大きい第６寸法Ｄ６と、を有する。
【００２９】
図８は、先端カバー１２６に用いられる他の代替の摩耗表示機構６００を示す図である。この実施形態では、摩耗表示機構６００は、側壁６０２および端壁６０４を備える。側壁６０２は、半径方向の外側面１３０と半径方向の内側位置１３２における端壁６０４との間で伸びる。より具体的には、側壁６０２は、半径方向の外側面１３０から半径方向の内側に弧状の経路をたどって端壁６０４へ向けてＤeの深さで伸びる。すなわち、側壁６０２は、弧形状であり、より具体的には、摩耗表示機構６００の断面が実質的にＵ形状になるように、摩耗表示機構２００と比べて窪んでいる。摩耗表示機構６００は、半径方向の外側面１３０における第７寸法Ｄ７と、端壁６０４における第７寸法Ｄ７より小さい第８寸法Ｄ８と、を有する。
【００３０】
図９は、先端カバー１２６に用いられる他の代替の摩耗表示機構７００を示す図である。この実施形態では、摩耗表示機構７００は、側壁７０２および端壁７０４を備える。側壁７０２は、半径方向の外側面１３０と半径方向の内側位置１３２における端壁７０４との間で伸びる。より具体的には、側壁７０２は、半径方向の外側面１３０から半径方向の内側に弧状の経路をたどって端壁７０４へ向けてＤeの深さで伸びる。すなわち、側壁７０２は、弧形状であり、より具体的には、摩耗表示機構７００の断面が実質的にＵ形状になるように、摩耗表示機構２００と比べて突出している。摩耗表示機構７００は、半径方向の外側面１３０における第９寸法Ｄ９と、端壁７０４における第９寸法Ｄ９より小さい第１０寸法Ｄ１０と、を有する。
【００３１】
本明細書では静止要素部品および摩耗表示機構を有する回転要素部品を含んだ摩耗表示システムが示され記載されたが、摩耗表示システムの他の実施形態も予期される。例えば、ある実施形態では、回転要素部品に接触する静止要素部品に上述の摩耗表示機構が形成される。さらに他の実施形態では、タービンエンジンの振動によって相互に接触する１または複数の静止要素部品に摩耗表示機構が形成される。さらに他の実施形態では、摩耗の対象となる静止要素部品または回転要素部品のいずれかに摩耗表示機構が形成される。例えば、摩耗表示機構は、タービンブレードのエーロフォイル部分、または、動作中に他の要素部品に接触せず高速で高温の燃焼ガスの流れによる衝突によって摩耗の対象となる任意の他の要素部品に形成される。
【００３２】
本明細書に記載された例示の装置および方法は、タービンの内部要素部品の摩耗量を判定するのに用いられる公知のシステムおよび方法の少なくともいくつかの欠点を克服するものである。さらに、本明細書に記載された装置および方法は、判定対象となるタービンの内部要素部品の摩耗量を信頼性高く定量判定することができる。より具体的には、本明細書に記載された実施形態はそれぞれ、バケット先端カバーなどのタービンの内部要素部品の半径方向の外側面に形成された少なくとも１つの摩耗表示機構を備える。摩耗表示機構は、半径方向の外側面において第１寸法を有する。摩耗が生じると、半径方向の外側面がすり減り、摩耗表示機構が初期の半径方向の外側面の半径方向内側に第２寸法を有するようになる。要素部品の残りの耐用期間に関する摩耗状態を判定するために、タービンエンジンからバケットを取り除かずに第２寸法を測定して第１寸法と比較することができる。このように、先端カバーおよび／またはバケットの残りの耐用期間は、先端カバーおよび／またはバケットをタービンから取り除かずに、サービスセンターで分析を行うことなしに、簡単な目視検査を行って摩耗表示機構の測定を一度行うだけで判定される。
【００３３】
さらに、本明細書に記載された摩耗表示機構は、周囲の機構とは視覚的に区別される任意の機構を備える。例えば、摩耗表示機構は、あらかじめ決められた摩耗量となった後に露出する異なる色の材料を備えている。さらに、摩耗表示機構は、タービンエンジンシステムが動作した後であっても、容易に表示を特定して測定できるように、周囲の機構とは視覚的に区別される質感および輪郭などの他の表面特徴を備える。
【００３４】
上述の摩耗検査システムおよび使用方法は、タービンの内部要素部品の摩耗の検査のための費用対効果および信頼性が高い方法を提供する。特に、上述の摩耗検査方法は、バケット先端カバーなどのタービンの内部要素部品の摩耗量の判定の定量評価の向上を促進する。このように、摩耗検査方法によれば、タービンの停止時間が短くなりタービンの効率の向上を促進するという工学評価が得られる。
【００３５】
摩耗表示機構を有するタービンバケットの例示の実施形態および摩耗表示機構を提供する方法については、上記に詳細に記載されている。方法およびシステムは本明細書に記載された特定の実施形態には限定されず、むしろシステムの要素部品および／または方法のステップは、他の本明細書に記載された要素部品および／またはステップからは独立して別々に利用し得る。例えば、方法およびシステムは、他のロータリーエンジンシステムおよび方法と組み合わせて使用することができ、本明細書に記載されるように蒸気タービンエンジン単体に使用する場合に限定されない。むしろ、例示の実施形態は、ガスタービンエンジンなど多くの他のロータリーシステム用途とともに実施し使用することができる。
【００３６】
本開示の様々な実施形態の特定の構成は、ある図面には示され他の図面には示されていないが、これは便宜上のみのためである。さらに、上記の説明で「ある実施形態」として参照したのは、記載された構成をも組み入れる追加の実施形態の存在を除外するように解釈されることを意図しているのではない。発明の原理にしたがって、図面の任意の構成が、他の任意の図面の任意の構成と組み合わせて参照されおよび／またはクレームされ得る。
【００３７】
本明細書では、開示のために最良の態様を含む例を用い、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本開示を実施できるようにしている。本開示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、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【００３８】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
摩耗の対象となるように配置された要素部品を備え、
前記要素部品は、
摩耗の対象となるようになっている外側面（１３０）と、
前記外側面（１３０）に形成された摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）と、を備え、
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、前記外側面（１３０）における第１寸法と、前記外側面（１３０）に対して内側位置における第２寸法と、を備え、前記第２寸法は前記第１寸法と異なる、
タービンエンジンシステム（１０）。
［実施態様２］
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、前記第１寸法が第１長さを有し、前記第２寸法が第２長さを有するように、溝を備えている、
実施態様１に記載のタービンエンジンシステム（１０）。
［実施態様３］
前記第２寸法は、前記第１寸法よりも大きい、
実施態様１に記載のタービンエンジンシステム（１０）。
［実施態様４］
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、前記外側面（１３０）と前記内側位置との間で伸びる少なくとも１つの側壁を備える、
実施態様１に記載のタービンエンジンシステム（１０）。
［実施態様５］
前記少なくとも１つの側壁は、前記外側面（１３０）に対して斜めに向けられている、
実施態様４に記載のタービンエンジンシステム（１０）。
［実施態様６］
前記少なくとも１つの側壁は、弧形状である、
実施態様４に記載のタービンエンジンシステム（１０）。
［実施態様７］
前記タービンエンジンの要素部品に少なくとも１つの摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を形成するステップであって、前記少なくとも１つの摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は第１寸法を有する、形成するステップと、
前記要素部品が摩耗の対象となるように前記タービンエンジンを動作させるステップと、
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）の第２寸法を判定するために前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を測定するステップと、
前記第２寸法に基づいて前記要素部品の摩耗状態を判定するステップと、
を備える、タービンエンジンを供給する方法。
［実施態様８］
前記判定した摩耗状態に基づいて前記要素部品の残りの耐用期間を判定するステップをさらに備える、実施態様７に記載の方法。
［実施態様９］
前記タービンエンジンの要素部品の残りの耐用期間を判定するステップは、前記判定した摩耗状態を参照チャートと比較するステップを含む、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１０］
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を前記要素部品に形成するステップは、前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を前記要素部品の半径方向の外側面（１３０）に形成するステップを含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１１］
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を前記要素部品に形成するステップは、前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を前記要素部品の外側面（１３０）に形成するステップを含み、前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）を測定するステップは、前記外側面（１３０）の面直方向の内側位置において前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）の前記第２寸法を測定するステップを含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１２］
前記摩耗状態を判定するステップは、前記第１寸法を前記第２寸法と比較するステップを含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１３］
前記第１寸法は、前記第２寸法よりも大きい、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１４］
前記第１寸法は、前記第２寸法よりも小さい、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１５］
静止要素部品と、
前記静止要素部品の近傍に配置された回転要素部品と、を備え、
前記回転要素部品は、
前記静止要素部品に接触するようになっている半径方向の外側面（１３０）と、
前記半径方向の外側面（１３０）に形成された摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）と、を備え、
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、
前記半径方向の外側面（１３０）における第１寸法と、前記半径方向の外側面（１３０）の半径方向の内側位置における第２寸法と、を備え、前記第２寸法は前記第１寸法と異なる、
摩耗表示システム。
［実施態様１６］
前記静止要素部品はタービンケーシングを備え、前記回転要素部品はタービンロータのバケット先端カバーを備える、
実施態様１５に記載の摩耗表示システム。
［実施態様１７］
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、前記第１寸法が第１直径を有し、前記第２寸法が第２直径を有するように、実質的に円になっている、
実施態様１５に記載の摩耗表示システム。
［実施態様１８］
前記第１寸法は前記第２寸法よりも大きい、
実施態様１５に記載の摩耗表示システム。
［実施態様１９］
前記回転要素部品は、厚みと、前記半径方向の外側面（１３０）から所定の深さに配置された前記半径方向の内側位置と、を備え、前記所定の深さは、前記回転要素部品の摩耗状態に関連している、実施態様１５に記載の摩耗表示システム。
［実施態様２０］
前記摩耗表示機構（２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、前記半径方向の外側面（１３０）に形成された円錐台形状の空洞を含む、実施態様１５に記載の摩耗表示システム。
【符号の説明】
【００３９】
１０  タービンエンジン
１２  タービン
１４  発電機
１６  ロータアセンブリ
１８  ＨＰセクション
２０  ＩＰセクション
２２  ＨＰケーシング
２４  上部ハーフセクション
２８  ＩＰケーシング
３０  上部ハーフセクション
３２  下部ハーフセクション
３４  中央セクション
３６  ＨＰ蒸気入口
３８  ＩＰ蒸気入口
４０  ロータシャフト
４２  中心線軸
４４  軸受
４６  軸受
４８  ロータシャフトの端部
５０  シールユニット
５２  シールユニット
５４  デバイダ
５６  ステータアセンブリ
５８  タービンケーシング
６０  ロータディスクアセンブリ
６２  静止キャリア
６４  ノズル
６６  半径方向の外側部分
６８  半径方向の内側部分
７０  窪み部
７２  複数のシーリングアセンブリ
７４  タービンバケット
７６  ロータディスク
７８  ディスク本体
８０  半径方向の内側部分
８２  半径方向の外側部分
８４  中心穴
８６  上流部材
８８  下流部材
９０  空隙
９１  列
９２  蒸気流路
９４  エーロフォイル
９６  ダブテール
９８  溝
１００  摩耗表示システム
１０２  蒸気入口
１０４  入口ノズル
１０７  プラットフォーム
１０８  シャンク
１１０  第１側壁
１１２  第２側壁
１１４  吸引側
１１６  圧力側
１１８  エーロフォイルの前端
１２０  後端
１２２  ブレード根元
１２４  エーロフォイル先端
１２６  先端カバー
１２８  内側面
１３０  外側面
１３２  半径方向の内側位置
２００  摩耗表示機構
２０２  環状の側壁
２０４  端壁
３００  摩耗表示機構
４００  摩耗表示機構
４０２  環状の側壁
４０４  端壁
４０６  第２側壁
５００  摩耗表示機構
５０２  環状の側壁
５０４  端壁
５０６  第２側壁
６００  摩耗表示機構
６０２  側壁
６０４  端壁
７００  摩耗表示機構
７０２  側壁
７０４  端壁
【図１】
2017101663.tif 000003
【図２】
2017101663.tif 000004
【図３】
2017101663.tif 000005
【図４】
2017101663.tif 000006
【図５】
2017101663.tif 000007
【図６】
2017101663.tif 000008
【図７】
2017101663.tif 000009
【図８】
2017101663.tif 000010
【図９】
2017101663.tif 000011
【外国語明細書】
2017101663000001.pdf