(57)【要約】【課題】  ターボ機械のダブテールスロットを補修するためのシステムを提供する。【解決手段】  ダブテールスロットを補修するためのシステムは、ダブテールスロットの第１の側壁と第２の側壁との間に入れ子にするように構成及び配置された本体を有するスロットアダプタと、スロットアダプタに結合するように構成されたツールホルダとを含む。ツールホルダは、ツールをダブテールスロットの第１の側壁及び第２の側壁のうちの一方に接触して案内するように構成及び配置されたツール案内システムを含む。カッティングツールは、ツールホルダに取り付けられる。カッティングツールは、ダブテールスロットの第１の側壁及び第２の側壁の一方にテーパー溝を形成するように構成及び配置されたテーパー面を含む。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブテールスロット（５４）を補修するためのシステムであって、
前記ダブテールスロットの第１の側壁（５６）と第２の側壁（５８）との間に入れ子にするように構成及び配置された本体（９４）を有するスロットアダプタ（８４）と、
前記スロットアダプタに結合するように構成されたツールホルダ（８６）であって、前記ツールホルダは、ツールを前記ダブテールスロットの前記第１の側壁及び前記第２の側壁のうちの一方に接触して案内するように構成及び配置されたツール案内システム（１２０）を含む、ツールホルダと、
前記ツールホルダに取り付けられたカッティングツール（８８）であって、前記カッティングツールは、前記ダブテールスロットの前記第１の側壁及び前記第２の側壁の一方にテーパー溝（１４６）を形成するように構成及び配置されたテーパー面（１８４）を含む、カッティングツールと、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記スロットアダプタは、前記ダブテールスロットの内部に入れ子にするように構成及び配置されたスロット保持特徴部を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記スロットアダプタは、前記本体を貫通して延びて前記ダブテールスロットに係合するように構成及び配置された、少なくとも１つの機械的ファスナを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ツールホルダは、前記スロットアダプタに対して取り外し可能に結合されたスロットアダプタ取り付け部を含み、前記ツール案内システムは、前記スロットアダプタ取り付け部に対して移動可能に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ツール案内システムは、ねじによって前記スロットアダプタ取り付け部に取り付けられ、前記ねじは、前記ツール案内システムを前記スロットアダプタ取り付け部に対して移動させるように選択的に回転する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記スロットアダプタに取り外し可能に取り付けられたカッティングツール深さゲージをさらに備え、前記深さゲージは、前記カッティングツールの挿入深さを定める、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記深さゲージは、前記カッティングツールのテーパー付き側面に係合するように構成及び配置された第１及び第２のピンを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ダブテールスロット内に取り付くように構成及び配置された補修カット深さゲージをさらに備え、前記補修カット深さゲージは、前記ロータホイールに形成された補修カットの深さを測定するように構成されたテーパーピンを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記テーパーピンは、深さインジケータを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記テーパーピンは、補修カット深さゲージ内でばね付勢される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記カッティングツールの前記テーパー面は、約４度から約１１度の角度を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記カッティングツールの前記テーパー面は、約５度の角度を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
ターボ機械ロータホイール（１８、２８）のダブテールスロット（５４）を補修するための方法であって、
底壁（６０）、第１の側壁（５６）、及び第２の側壁（５８）を有するロータホイールダブテールスロットからブレード（１７）を取り外す段階と、
スロットアダプタ（８４）を前記ダブテールスロットに組み込む段階と、
カッティングツール（８８）を支持するツールホルダ（８６）を前記スロットアダプタに取り付ける段階と、
前記底壁、前記第１の側壁、及び前記第２の側壁のうちの１又は２以上に前記カッティングツールを案内して、溝（１４６）を形成して前記ターボ機械ロータホイールから亀裂（６８）を除去する段階と、
を含む方法。
【請求項１４】
前記底壁、前記第１の側壁、及び前記第２の側壁のうちの１又は２以上に前記カッティングツールを案内する段階は、前記ツールホルダを前記ダブテールスロットに向かって移動させる段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記底壁、前記第１の側壁、及び前記第２の側壁のうちの１又は２以上に前記カッティングツールを案内する段階は、前記カッティングツールを前記底壁及び前記第２の側壁に案内する段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記カッティングツールを前記第２の側壁に案内する段階は、前記カッティングツールを前記ターボ機械ロータホイールの第１の表面に向かって移動させる段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記カッティングツールを前記第２の側壁に案内する段階は、前記ターボ機械ロータホイールを横切って前記第１の表面に対して鋭角で延びる側壁にカッティングツールを案内する段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記カッティングツールを案内する段階は、テーパー面を有するカッティングツールを、前記底壁、前記第１の側壁、及び前記第２の側壁のうちの１又は２以上に移動させる段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記スロットアダプタを前記ダブテールスロットに組み込む段階は、ターボ機械から前記ターボ機械ロータホイールを取り外すことなく、前記スロットアダプタを前記ダブテールスロットに取り付ける段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ダブテールスロットに取り付けられた補修カット深さゲージを用いて前記溝の深さを特定する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の主題は、ターボ機械の技術に関し、より具体的には、ターボ機械のダブテールスロットを補修するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ターボ機械システムは、吸気システム及び負荷に結合したターボ機械を含む。一般に、ターボ機械は、圧縮機部分及びタービン部分を含む。空気ストリームは、吸気システムを通って圧縮機部分に流入する。圧縮機部分は、タービン部分に導入される圧縮空気ストリームを生成する。ガスターボ機械において、圧縮空気ストリームの一部は、燃焼器組立体内で燃焼生成物と混合して高温ガス流を生成し、高温ガス流は、移行部品を通ってタービン部分に導入される。高温ガス流は、高温ガス経路に沿って流れ、タービン部分の種々の構成要素と相互作用する。
【０００３】
圧縮機部分及びタービン部分の両方は、複数の翼形部を支持するロータを含む。場合によっては、翼形部は、ダブテール接合部を介してロータに結合する。より具体的には、翼形部は、ピンを含むことができ、ロータは、テール又はスロットを含むことができる。場合によっては、熱機械的負荷により生じる繰り返し応力によって引き起こされる低サイクル疲労の結果として、ロータのスロットにおいて亀裂が成長する可能性がある。成長した一定の割合の亀裂は補修することができる。補修は、ロータをターボ機械から取り外して、コンピュータ制御のフライス盤に取り付けることを必要とする場合が多い。一般に、コンピュータ制御フライス盤は現場で利用することができない。従って、取り外した後に、ロータは、補修のために現場から離れた場所に輸送される。従って、亀裂は、ターボ機械の長期にわたる停止時間をもたらす場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８６０２７３８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態の１つの態様によれば、ダブテールスロットを補修するためのシステムは、ダブテールスロットの第１の側壁と第２の側壁との間に入れ子にするように構成及び配置された本体を有するスロットアダプタと、スロットアダプタに結合するように構成されたツールホルダとを含む。ツールホルダは、ツールをダブテールスロットの第１の側壁及び第２の側壁のうちの一方に接触して案内するように構成及び配置されたツール案内システムを含む。カッティングツールは、ツールホルダに取り付けられる。カッティングツールは、ダブテールスロットの第１の側壁及び第２の側壁の一方にテーパー溝を形成するように構成及び配置されたテーパー面を含む。
【０００６】
例示的な実施形態の他の態様によれば、ターボ機械ロータホイールのダブテールスロットを補修するための方法は、底壁、第１の側壁、及び第２の側壁を有するロータホイールダブテールスロットからブレードを取り外す段階と、スロットアダプタをダブテールスロットに組み込む段階と、カッティングツールを支持するツールホルダをスロットアダプタに取り付ける段階と、底壁、第１の側壁、及び第２の側壁のうちの１又は２以上にカッティングツールを案内して、溝を形成してターボ機械ロータホイールから亀裂を除去する段階と、を含む。
【０００７】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【０００８】
本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、ダブテールスロットを補修するためのシステムを含むターボ機械の図。
【図２】図１のシステムを用いて補修を必要とする亀裂を含むダブテールスロットを有する従来技術のロータの図。
【図３】図２のロータのダブテールスロットに配置されたスロットアダプタに取り付けられたツールホルダを含む、ダブテールスロットを補修するためのシステムの図。
【図４】図３のシステムのスロットアダプタの図。
【図５】図４のスロットアダプタの断面端面図。
【図６】例示的な実施形態の態様による、深さゲージに結合された図３のシステムの図。
【図７】図３のシステムのカッティングツールの図。
【図８】図２のロータに取り付けられた試験ゲージの図。
【図９】例示的な実施形態による、補修されたダブテールスロットの図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１１】
最初に図１を参照すると、ターボ機械システムは全体として２で示される。ターボ機械システム２は、タービン部分８に結合した圧縮機部分６を有するターボ機械４を含む。圧縮機部分６は、入口１０を有する。圧縮機部分６は、複数の段１２を含む。各段１２は、そのうちの１つが１４で示されている複数の固定圧縮機ノズルと、そのうちの１つが１７で示されている複数の回転圧縮機バケット又はブレードとを含む。ブレード１７は、圧縮機ロータホイール１８に結合する。タービン部分８は複数の段２２を含む。各段２２は、そのうちの１つが２４で示されている対応する複数の固定タービンノズルと、２６で示す複数の回転タービンバケット又はブレードを含む。タービンブレード２６はタービンロータホイール２８に結合する。また、タービン部分８は、出口３０を含む。
【００１２】
燃焼器組立体３４は、圧縮機部分６及びタービン部分８に流体的に結合する。燃焼器組立体３４は、１又は２以上の燃焼器３６を含む。燃焼生成物は、各燃焼器３６から対応する移行部品（図示せず）を通ってタービン部分８に流入する。燃焼生成物は、高温ガス経路３８に沿って流れて複数の段２２と相互作用する。詳細には、ターボ機械システム２は、入口１０に流体的に結合した吸気システム４０と、タービン部分８に対して作動的に結合した負荷４２とを含む。負荷４２は圧縮機部分６にも結合できることを理解されたい。排出システム４４は、タービン部分８の出口３０に流体的に結合する。排出システム４４は、ターボ機械４から排出ガスを受け取って調和する。
【００１３】
図２に示すように、圧縮機ロータホイール１８は、第１の表面５１、反対側の第２の表面５２、及びこれらの間に広がりそのうちの１つが５４で示される複数のダブテールスロットを有する外縁部５０を含む。各ダブテールスロット５４は、第１の側壁５６、第２の側壁５８、及び底壁６０を含む。図示の例示的な実施形態において、底壁６０は実質的に平坦である。従って、ダブテールスロット５４は、平坦なスロット底部のダブテールスロットを構成することができる。ダブテールスロット５４は、第１の表面５１と第２の表面５２との間で非直角に延びる。図示の例示的な実施形態において、第１の表面５１に対して、第１の側壁５６は鈍角６２で延び、第２の側壁５８は鋭角６４で延びる。また、図示に例示的な実施形態において、圧縮機ロータホイール１８は、ダブテールスロット５４の第２の側壁５８に隣接する第１の表面５１に生じる可能性がある１又は２以上の亀裂６８を含む。亀裂６８は、熱機械的負荷及び鋭角隅角部応力手中によって引き起こされる応力を受けて成長する可能性がある。また、一部の亀裂は、第２の表面５２における反対側の鋭角隅角部において成長する可能性もある。
【００１４】
図３は、例示的な実施形態によるロータホイール上のダブテールスロットを補修するためのシステム７８を示す。システム７８は、スロットアダプタ８４、ツールホルダ８６、及びカッティングツール８８を含む。図４に示すように、スロットアダプタ８４は、そのうちの１つが９６で示されている１又は２以上のスロット保持特徴部を有する本体９４と、停止要素９７（図５）とを含む。スロット保持特徴部９６は、停止要素９７と一緒にダブテールスロット５４に収容されるように構成され、第１の表面５１に対する挿入深さを定める。本体９４は、そのうちの１つが９６で示されるスロット保持特徴部を有する第１の部分９９と、ツールホルダ８６を保持する第２の部分１００とを含む。
【００１５】
第１の部分９９は、機械的ファスナ１０５を受け入れる１０２で示すような１又は２以上のねじ付き開口を含む。機械的ファスナ１０５は、本体９４を貫通して延びかつ底壁６０に係合して、スロット保持特徴部９６を第１及び第２の側壁５６及び５８に対して付勢する。このようにして、スロットアダプタ８４は、ダブテールスロット５４の内部に固定することができる。第２の部分１００は、ツールホルダ８６を圧縮機ロータホイール１８に対して所望の方向に支持する傾斜面１０９を含む。傾斜面１０９は、機械的ファスナ１１３を受け入れる１１１で示すような１又は２以上のねじ付き開口を含む。機械的ファスナ１１３は、ツールホルダ８６を第２の部分１００に固定する。
【００１６】
さらに例示的な実施形態によれば、ツールホルダ８６は、スロットアダプタ取り付け部１１８及びツール案内システム１２０を含む。スロットアダプタ取り付け部１１８は、第１のセクション１２８及び第２のセクション１３０を有する本体１２４を含む。第１のセクション１２８は、機械的ファスナ１１３によって傾斜面１０９に結合される。第２のセクション１３０は、第２のフランジ１３３から離間した第１のフランジ１３２を含む。ねじ１３４は、第１及び第２のフランジ１３２及び１３３の間に延びる。ねじ１３４は、第１のフランジ１３２に配置されたハンドル１３６と、第２のフランジ１３３にて支持された片持ち端（別途表記せず）とを含む。
【００１７】
ねじ１３４は、ツール案内システム１２０に設けられた駆動部材１３８と協働する。このようにして、ハンドル１３６が回転すると、ツール案内システム１２０はスロットアダプタ取り付け部１１８に対して直線運動する。また、ツール案内システム１２０は、カッティングツール８８及び駆動部材１４２を保持するためのツールホルダ１４０を含む。駆動部材１４２は、ツールホルダ１４０に結合する。駆動部材１４２が回転すると、対応するツールホルダ１４０の回転、ひいてはカッティングツール８８の回転がもたらされる。作動時、ハンドル１３６を回転させると、カッティングツール８８はダブテールスロット５４の第２の側壁５８及び底壁６０に移動し、図９に示すように溝１４６を作る。カッティングツール８８は、亀裂６８を除去する所望の深さまで挿入される。
【００１８】
例示的な実施形態の態様によれば、システム７８は、図６に示す、カッティングツール８８の挿入深さを設定する深さゲージ１５０を含む。深さゲージ１５０は、スロットアダプタ取り付け部１１８の第１のセクション１２８に結合する取り付けセクション１６４を含む。また、深さゲージ１５０は、第２のピン１７１から所望の距離だけ離間した第１のピン１７０を有するゲージセクション１６７を含む。ピン１７０及び１７１は、カッティングツール８８に係合する。このようにして、カッティングツール８８の挿入深さは、ツールホルダ８６をスロットアダプタ８４に取り付ける前に設定することができる。
【００１９】
さらに例示的な実施形態の態様によれば、カッティングツール８８は、図７に示すようにカッティング部１８０及びシャンク部１８２を含む。例示的な実施形態によれば、カッティング部１８０は、研磨材１８５で覆われたテーパー面１８４を含む。勿論、研磨材１８５はテーパー面１８４の一部を形成すること、又はテーパー面１８４に固定することができることを理解されたい。また、テーパー面１８４は、１又は２以上のカッティング面を含み得ることを理解されたい。例示的な実施形態の態様によれば、テーパー面１８４は、約４度から約１１度の角度を有する。例示的な実施形態の他の態様によれば、テーパー面１８４は、約５度の角度を有する。
【００２０】
さらに、カッティング部１８０は、第１の端部１８７を含みかつ第２の端部１８８まで延びており、約１インチ（２．５４ｃｍ）から約４インチ（１０．１６ｃｍ）の間の長さを有することができる。さらに、第１の端部１８７の直径は約０．１００インチ（２．５４ｃｍ）、第２の端部１８８の直径は約０．３インチ（７．６２ｍｍ）から約０．７インチ（１７．７８ｍｍ）の間とすることができる。この点において、用語「約」は、出願時に利用可能な機器に基づいた特定の物理量の測定に関連する誤差程度を含むことが意図されることを理解されたい。例えば、「約」は、±８％又は５％、又は２％の範囲を含むことができる。
【００２１】
さらに例示的な実施形態によれば、システム７８は、図８に示す補修カット深さゲージ１９０を含む。補修カット深さゲージ１９０は、スロット取り付け部１９２及び深さゲージ部１９３を有する本体１９１を含む。スロット取り付け部１９２は、スロットアダプタ８４のスロット保持特徴部９６と類似することができるスロット保持特徴部（図示せず）を含む。従って、スロット取り付け部１９２は、前述と同じ方法で機械的ファスナ１９６によってスロット５４内に取り付けることができる。また、補修カット深さゲージ１９０は、深さゲージ部１９３及び圧縮機ロータホイール１８の第１の表面５１の相対位置を定める停止部材２００を含む。
【００２２】
組み込まれた状態で、ゲージ又はテーパーピン２０４は、溝１４６に挿入することができる。溝１４６は、スロットの方向に沿ってから見て外面５１上で測定すると、０．１から０．４インチの半径を有する。テーパーピン２０４は、外向きの（圧縮機ロータホイール１８から離れる）力を生じるバネ２０６を介して深さゲージ部１９３に取り付けられる。また、テーパーピン２０４は、アクチュエータ２０８を含む。アクチュエータ２０８は、テーパーピン２０４を溝１４６に付勢するように操作することができる。ポスト２１３の形態で示す深さインジケータ２１０は、テーパーピン２０４から深さゲージ部１９３に形成された窓２１５を貫通して延びる。窓２１５は、ポスト２１３と係合する停止部２１８を含む。このようにして、技術者は、溝１４６が所望の深さまで形成された否かを判定することができる。
【００２３】
この点において、例示的な実施形態は、ターボ機械ロータホイールに生じる場合がある亀裂を補修するためのシステムを説明することを理解されたい。システムは、ターボ機械からロータホイールを取り外すことを必要とせずに、組み込むこと及び使用することができる。さらに、システムは、コンピュータ制御フライス盤等の高価な機器を必要とせずに、又は停止時間及び補修費用をもたらす現場から離れた補修施設を必要とせずに亀裂を補修することができる。さらに、単一スロットに組み込んでこれを補修するために使用することができることを理解されたい。このようにして、例示的な実施形態は、ブレードの取り外し及び機械加工の停止時間を短くすることができる。
【００２４】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２５】
５４  ダブテールスロット
５６  第１の側壁
５８  第２の側壁
６０  底壁
８４  スロットアダプタ、
８６  ツールホルダ
８８  カッティングツール
９４  本体
１２０  ツール案内システム
１４６  テーパー溝
１８４  テーパー面
【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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【外国語明細書】
2017025909000001.pdf