(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機用パッチリング、及びロータホイール上にパッチリングを取り付けるための方法を提供する。【解決手段】圧縮機１００は、複数の段１０２を有し、各段は、ホイール１０４を含む。各ホイールは、１つ以上のロータブレード１０６を受けるように構成される。圧縮機は、第１のロータホイール上に搭載されたパッチリングを含む。第１のロータホイールは、第１のラベット１１０を有し、パッチリングは、第１のラベット上に配置される。第２のロータホイールは、第１のロータホイールから上流に配置される。第２のロータホイールは、第２のラベットを有し、第２のラベットは、第１のラベットとは反対側に位置するように構成されている。第２のラベットは、軸方向の面と半径方向の面との間に位置する第２のフィレットを有している。パッチリングは、第２のフィレットの半径方向高さより高いか、等しい半径方向高さを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の段（１０２）を有し、各段（１０２）は、ホイール（１０４）を備え、各ホイール（１０４）は、１つ以上のロータブレード（１０６）を受けるように構成されている圧縮機（１００）であって、
第１のロータホイール（１０４n）上に搭載されたパッチリング（４００、５００）であって、前記第１のロータホイール（１０４n）は、そこに機械加工された第１のラベット（３０１）を有し、前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）上に配置されている、パッチリング（４００、５００）と、
前記第１のロータホイール（１０４n）から上流に配置された第２のロータホイール（１０４n-1）であって、そこに機械加工された第２のラベット（３１１）を有し、前記第２のラベット（３１１）は、前記第１のラベット（３０１）とは反対側に位置するように構成され、前記第２のラベット（３１１）の軸方向面と半径方向面との間に位置する第２のフィレット（３１４）を有する、第２のロータホイール（１０４n-1）と、
を備え、
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第２のフィレット（３１４）の半径方向高さ（３１５）以上の半径方向高さ（４０１）を有している、圧縮機（１００）。
【請求項２】
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第２のフィレット（３１４）の半径方向高さ（３１５）よりも高い半径方向高さ（４０１）を有する、請求項１に記載の圧縮機（１００）。
【請求項３】
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）の軸方向長さより長い軸方向長さを有する、請求項１に記載の圧縮機（１００）。
【請求項４】
前記第１のラベット（３０１）は、そこに機械加工される第１のフィレット（３０４）を有し、前記第１のフィレット（３０４）は、前記第１のロータホイール（１０４n）の局所部分における応力を低減する、請求項１に記載の圧縮機（１００）。
【請求項５】
前記第１のフィレット（３０４）は、前記第１のラベット（３０１）の軸方向面と半径方向面との間に曲面を含む、請求項４に記載の圧縮機（１００）。
【請求項６】
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）の軸方向面と半径方向面との間の交点と対向する、先細または丸みを帯びた角部（５０３）を有する、請求項１に記載の圧縮機（１００）。
【請求項７】
前記第２のフィレット（３１４）は、前記第２のラベット（３１１）の軸方向面と半径方向面との間に曲面を含み、前記第２のフィレット（３１４）は、前記第２のロータホイール（１０４n-1）の局所部分における応力を低減する、請求項１に記載の圧縮機（１００）。
【請求項８】
複数の段（１０２）を有し、各段（１０２）は、ロータホイール（１０４）を備え、各ロータホイール（１０４）は、１つ以上のロータブレード（１０６）を受けるように構成されている圧縮機（１００）であって、
第１のロータホイール（１０４n）の上流側に搭載されたパッチリング（４００、５００）であって、前記第１のロータホイール（１０４n）は、第１のロータホイール（１０４n）の上流側に機械加工された第１のラベット（３０１）を有し、前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）上に配置されている、パッチリング（４００、５００）と、
前記第１のロータホイール（１０４n）の上流に配置された第２のロータホイール（１０４n-1）であって、前記第２のロータホイール（１０４n-1）の下流側に機械加工された第２のラベット（３１１）を有し、前記第２のラベット（３１１）は、前記第１のラベット（３０１）と実質的に反対側に位置するように構成され、前記第２のラベット（３１１）の軸方向面と半径方向面との間に配置された第２のフィレット（３１４）を有する、第２のロータホイール（１０４n-1）と、
を備え、
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第２のフィレット（３１４）の半径方向高さ（３１５）よりも高い半径方向高さ（４０１）を有している、圧縮機（１００）。
【請求項９】
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）の軸方向長さより長い軸方向長さを有する、請求項８に記載の圧縮機（１００）。
【請求項１０】
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）の軸方向面と半径方向面との間の交点に対向する、先細または丸みを帯びた角部（５０３）を有する、請求項９に記載の圧縮機（１００）。
【請求項１１】
前記第２のフィレット（３１４）は、前記第２のラベット（３１１）の軸方向面と半径方向面との間に曲面を含み、前記第２のフィレット（３１４）は、前記第２のロータホイール（１０４n-1）の局所部分における応力を低減する、請求項１０に記載の圧縮機（１００）。
【請求項１２】
圧縮機（１００）と共に使用するように構成されたロータホイール（１０４）を補修する方法（６００）であって、
第１のロータホイール（１０４n）の側における第１のラベット（３０１）を機械加工すること（６０１）と、
前記第１のラベット（３０１）上にパッチリング（４００、５００）を取り付けること（６０２）と、
を含み、
前記パッチリング（４００、５００）は、第２のロータホイール（１０４n-1）内の第２のラベット（３１１）に形成された第２のフィレット（３１４）の半径方向高さ（３１５）よりも高い半径方向高さ（４０１）を有する、方法（６００）。
【請求項１３】
前記パッチリング（４００、５００）は、前記第１のラベット（３０１）の軸方向長さより長い軸方向長さを有する、請求項１２に記載の方法（６００）。
【請求項１４】
前記第２のフィレット（３１４）は、前記第２のラベット（３１１）の軸方向面と半径方向面との間に曲面を含み、前記第２のフィレット（３１４）は、前記第２のロータホイール（１０４n-1）の局所部分における応力を低減する、請求項１３に記載の方法（６００）。
【請求項１５】
円周方向に間隔を置いた複数の位置で、前記第１のロータホイール（１０４n）または前記パッチリング（４００、５００）の少なくとも一方を杭打ちすること（６０３）をさらに含む、請求項１４に記載の方法（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的実施形態は、ターボ機械の分野に関し、より詳細には、圧縮機用パッチリング、およびロータホイール上にパッチリングを取り付けるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械圧縮機は、流路に沿って流れ、燃焼器およびタービンの両方に運搬される圧縮空気流を発生させる。圧縮器は、圧縮空気流を生成するための筐体に近接して回転する複数のブレードを含む。製造や補修による摩耗に起因する、ロータホイールにおける表面欠陥は、ホイールの完全性に対するリスクであり、除去する必要がある。設計意図を維持するために、ロータホイールの欠陥を修理しなければならない。現在、パッチリング修理セグメントは、表面損傷を引き起こす、動作または補修による摩耗、不適切な機械加工または動作不良を修理するために、圧縮機ロータホイールに取り付けられている。しかし、段によっては、ロータホイールは、この種の修理を妨げるロータアーキテクチャのために、パッチリングで修理することができない。たとえば、ある段で、パッチリングは、ラベット面から落ちることがあり、このため、動作中に機械の異常を引き起こし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００３４４３６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によると、圧縮機は、複数の段を有し、各段は、ホイールを含む。各ホイールは、１つ以上のロータブレードを受けるように構成される。圧縮機は、第１のロータホイール上に搭載されたパッチリングを含む。第１のロータホイールは、そこに機械加工された第１のラベットを有し、パッチリングは、第１のラベット上に配置される。第２のロータホイールは、第１のロータホイールから上流に配置される。第２のロータホイールは、そこに機械加工された第２のラベットを有し、第２のラベットは、第１のラベットとは実質的に反対側に位置するように構成されている。第２のラベットは、第２のラベットの軸方向の面と半径方向の面との間に位置する第２のフィレットを有している。パッチリングは、第２のフィレットの半径方向高さより高いか、等しい半径方向高さを有している。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、圧縮機は、複数の段を有し、各段は、ロータホイールを含む。各ロータホイールは、１つ以上のロータブレードを受けるように構成される。圧縮機は、第１のロータホイールの上流側に搭載されるパッチリングを含む。第１のロータホイールは、第１のロータホイールの上流側へと機械加工された第１のラベットを有し、パッチリングは、第１のラベット上に配置されている。第２のロータホイールは、第１のロータホイールの上流または、第１のロータホイールから上流側に配置される。第２のロータホイールは、第２のロータホイールの下流側へと機械加工された第２のラベットを有し、第２のラベットは、第１のラベットと実質的に反対側に位置するように構成されている。第２のラベットは、第２のラベットの軸方向の面と半径方向の面との間に位置する第２のフィレットを有している。パッチリングは、第２のフィレットの半径方向高さよりも高い半径方向高さを有している。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によれば、圧縮機とともに用いるように構成されたロータホイールを補修する方法が提供される。この方法は、第１のロータホイール側において、第１のラベットを機械加工する機械加工ステップ含む。取り付けステップは、第１のラベット上にパッチリングを取り付ける。パッチリングは、第２のロータホイール内の第２のラベットに形成された第２のフィレットの半径方向高さよりも高い半径方向高さを有している。
【０００７】
これらのおよび他の利点ならびに特徴は、図面と合わせて以下の説明からさらに明らかになろう。
【０００８】
本発明とみなされる発明の主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲において特に示され、明確に請求される。本発明の上述したおよび他の特徴ならびに利点は、添付した図面と合わせて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】複数の段を有する圧縮機の断面図である。
【図２】圧縮機ホイールの一部の拡大図である。
【図３】本発明の一態様に係る、そこに形成されたラベットを有する２つの圧縮機ホイールの拡大断面図である。
【図４】本発明の一態様に係る、そこに形成されたラベットと、ロータホイールの１つに搭載されたパッチリングとを有する２つの圧縮機ホイールの拡大断面図である。
【図５】本発明の一態様に係る、２つの圧縮機ホイール、およびロータホイールの１つに搭載されたパッチリングの拡大断面図である。
【図６】圧縮機と共に使用するために構成されたロータホイールを補修する方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明では、例として図面を参照しながら、本発明の実施形態を利点および特徴と共に説明する。
【００１１】
以下で、本発明の１つ以上の具体的な態様を説明する。これらの態様の簡潔な説明を提供する観点から、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載できない場合がある。エンジニアリングプロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的、たとえば機械関連、システム関連および事業関連の制約条件への対応等を達成するために実施特有の決定を数多くしなければならず、また、これらの制約条件は、実施毎に異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかり得るが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、計画、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１２】
本発明の様々な態様の要素を導入する場合に、単数形は、当該要素が１つ以上あることを意味するものである。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。動作パラメータ、特定の段、および／または材料のいずれかの実施例は、開示された実施形態の他のパラメータ／材料を除外するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」、「一態様」または「実施形態」または「態様」への言及は、記載した特徴を同様に組み込む追加の実施形態または態様の存在を排除するものとして解釈されることを意図しないことを理解されたい。
【００１３】
図１は、複数の段１０２を有する圧縮機１００の断面図である。圧縮機１００は、後に燃焼器（図示せず）内に供給される吸入空気を圧縮するので、圧縮機１００は、ガスタービン（図示せず）と連動して使用されることが多い。燃焼器からの膨張ガスは、次に、ガスタービンのタービンセクションに向けられる。しかし、圧縮機１００は、圧縮空気／ガス源が必要とされる任意の用途に使用することができる。
【００１４】
圧縮機１００の各段は、ロータホイール１０４を含み、各ホイール１０４は、複数のロータブレード１０６を受け入れて保持するように構成される。一例にすぎないが、図１の圧縮機１００は、１７段を有することができる。しかし、圧縮機は、１７段よりも多いか少ない段を有するように構成することができる。補修または修理のためのロータの分解時には、各ホイール１０４が除去され、検査される。残念なことに、ホイールは、このプロセス中に損傷を受ける可能性があり、この損傷は、動作による摩耗および亀裂、または実際の分解プロセス自体によるかもしれない。意図しない接触により、該ホイールまたは近接するホイールを削るか、損傷させることがある。ラベット面１１０は、この損傷がよく発生する箇所である。ラベット面１１０は、典型的には、ホイールの半径方向内側または外側部分に配置され、近接するホイール上の対応するラベットと嵌合する。
【００１５】
後方の圧縮機段は、ホイールの設計および構成のために、修理が特に困難であるか、または不可能である。後方の圧縮機段のホイールの非限定的な例としては、ステージ１２ホイール、ステージ１３ホイール、ステージ１４ホイール、ステージ１５ホイール、ステージ１６ホイール、およびステージ１７ホイールがある。ホイール１０４は、複数のロータブレード１０６を受けるように構成される。ホイール１０４は、低、中、および高半径ラベット１１０を有していてもよい。低半径ラベットは、標準的なパッチリング修理を受け入れることができるが、この修理は、ホイールが、高速流酸素燃料（ＨＶＯＦ）コーティングを有している場合、可能でない場合がある。ＨＶＯＦコーティング、または同様のコーティングが損傷すると、当該コーティングを除去して、後で再塗布しなければならない。後方の段は、低、中、および高半径ラベット１１０を含んでもよいが、ラベットの大きさや形状により、パッチリング修理が可能でない場合がある。損傷した圧縮機ホイールを修理するための新しい方法は、廃棄物を削減させ、圧縮機の修理時間を短縮するために当技術分野で歓迎されるであろう。
【００１６】
図２は、圧縮機ホイール１０４の拡大図である。ラベット面１１０は、それらのホイールの半径方向内側部分上で見ることができる。すべての段における各ホイールは、ラベットを含んでもよく、該ラベットの位置は、ホイールの特定の構成に基づいて変化し得る。一例にすぎないが、ホイール１０４n-1の下流ラベット面およびホイール１０４nの上流側の対向するラベット面は、ホイール１０４n-1とホイール１０４nとの間に位置するラベット面１１０の半径方向外側に位置する。ホイール１０４nとホイール１０４n+1との間にも同様の配置が存在する。
【００１７】
図３は、本発明の一態様に係る、修理または補修のために形成されたラベットを有する２つの圧縮機ホイールの拡大断面図である。ロータホイール１０４n-1は、ホイールの上流側に機械加工されたラベット３０１を有している。ラベット３０１は、軸方向長さ３０２および半径方向高さ３０３を有している。また、ラベット３０１は、ホイールに機械加工されたフィレット３０４を有していてもよく、フィレット３０４は、ホイールの局所部分における応力を低減する。フィレット３０４は、曲面（または凹接合）であり、ラベット３０１の軸方向対向面と半径方向対向面との間に接合して配置されている。
【００１８】
ロータホイール１０４nの上流に位置するように構成されたロータホイール１０４n-1は、第２のラベット３１１を有する。第２のラベット３１１は、軸方向長さ３１２および半径方向高さ３１３を有する。また、第２のラベット３１１は、ホイール１０４n-1に機械加工された第２のフィレット３１４を有していてもよく、第２のフィレット３１４も、ホイール１０４n-1の局所部分における応力を低減する。第２のフィレット３１４は、半径方向高さ３１５を有する。フィレット３１４は、曲面であり、第２のラベット３１１の軸方向対向面と半径方向対向面との間に接合して配置されている。ホイールが動作のために組み立てられると、２つのラベット３０１および３１１は、互いに反対側に位置するように構成されている。
【００１９】
図４は、本発明の一態様に係る、そこに形成されたラベットと、ロータホイールの１つに搭載されたパッチリングとを有する２つの圧縮機ホイールの拡大断面図である。パッチリング４００は、ロータホイール１０４nに搭載されており、ラベット３０１上に配置される。一例にすぎないが、パッチリング４００は、任意の所望の段において、任意の適切なロータホイール上に搭載することができることを理解されたい。パッチリング４００は、ロータホイール１０４n-1のラベット３１１の半径方向高さ３１５以上の半径方向高さ４０１を有する。パッチリング４００の軸方向長さ４０２は、第１のラベット３０１の軸方向長さ３０２と実質的に等しい（図示のとおり）か、軸方向長さ３０２より長くてよい。パッチリング４００は、圧縮機ホイールのラベット３０１の周りで円周方向に延在する１つ以上の部分を形成してもよい。パッチリング４００は、任意の適切な材料、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル合金、ＣｒＭｏＶ合金、ＮｉＣｒＭｏＶ合金、または任意の他の適切な合金等で形成してよい。
【００２０】
図５は、本発明の一態様に係る、２つの圧縮機ホイール、およびロータホイールの１つに搭載されたパッチリングの拡大断面図である。パッチリング５００は、図４のパッチリング４００と類似する。しかし、パッチリング５００の軸方向長さ５０２は、第１のラベット３０１の軸方向長さ３０２よりも長い。パッチリング５００は、２つの圧縮機ホイールの軸方向対向面間の間隙に覆いかぶさっている。軸方向上流に移動すると、パッチリング５００は、第２のラベット３１１の軸方向対向面３１６と当接するので、この構成によりパッチリング５００の軸方向移動を制限する。パッチリングはさらに、フィレット３０４、またはラベット３０１の軸方向対向面と半径方向対向面との間の交点に対向するように配置された、先細または丸みを帯びた角部５０３を有していてもよい。
【００２１】
パッチリングはまた、その保持をさらに補助するために杭打ち可能である。たとえば、ホイールを打ち抜き（または杭打ち）して、局所的に変形することができ、変形した材料は、パッチリングの中に切り込まれたノッチによって受け入れられる。この杭打ちは、ロータホイールの周りで円周方向に規則的かつ等間隔で行うことができる。一例にすぎないが、ホイールは、約８箇所、互いに実質的に等距離に（たとえば、約４５度離れて）杭打ちすることもできる。しかし、ホイールとパッチリングとは、任意の回数で杭打ちすることができることを理解すべきである。
【００２２】
図６は、圧縮機と共に使用するために構成されたロータホイールを補修する方法６００である。この方法は、第１のロータホイール１０４nの側面の第１のラベット３０１を機械加工するステップ６１０を含む。ラベットは、第１のロータホイールの上流側または下流側に形成されてもよい。ステップ６２０は、パッチリング４００、５００を第１のラベット３０１に取り付けることを含む。パッチリングは、第１のロータホイールの周りで円周方向に延在する。パッチリングは、第２の、しかし近接する、ロータホイール１０４n-1の第２のラベットに形成された第２のフィレットの半径方向高さよりも高い半径方向高さを有する。たとえば、第１のラベットが、第１のロータホイール１０４nの上流側に形成された場合には、第２のラベットは、第２のロータホイール１０４n-1の下流側に形成されるであろう。逆に、第１のラベットが、第１のロータホイールの下流側に形成された場合、第２のラベットは、第２のロータホイールの上流側に形成されるであろう。パッチリングは、第１のラベットの軸方向長さより長いか、ほぼ等しい軸方向長さを有することができる。任意の適切なホイールおよび段は、本発明の態様によるパッチリングを組み込むことができることを理解されたい。しかし、２つのラベットが互いに対向するように、第１のロータホイールおよび第２のロータホイールは、近接／隣接する段にあることが必要となる。ステップ６３０では、ホイールおよび／またはパッチリングは、円周方向に間隔を置いた複数の位置に杭打ちすることができる。
【００２３】
この時点で、例示的な実施形態は、ターボ機械部品の内面を再構築するシステムを提供することを理解されたい。さらに、圧縮機に関連して示され、説明される一方で、例示的な実施形態によるパッチリングは、タービン等の他のターボ機械部品にも使用することができることを理解されたい。
【００２４】
本発明について限られた数の実施形態にのみ関連して詳述しているが、本発明がこのような開示された実施形態に限定されないことが直ちに理解されるべきである。むしろ、これまでに記載されていない任意の数の変形、変更、置換または等価な構成を組み込むために、本発明を修正することができ、それらは本発明の趣旨と範囲に相応している。さらに、本発明の様々な実施形態について記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態の内のいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付した特許請求の範囲によって限定されるだけである。
【符号の説明】
【００２５】
１００  圧縮機
１０２  段
１０４  ホイール
１０６  ブレード
１１０  ラベット
３０１  ラベット
３０２  軸方向長さ
３０３  半径方向高さ
３０４  フィレット
３１１  第２のラベット
３１２  軸方向長さ
３１３  半径方向高さ
３１４  第２のフィレット
３１５  半径方向高さ
３１６  軸方向対向面
４００  パッチリング
４０１  半径方向高さ
４０２  軸方向長さ
５００  パッチリング
５０２  軸方向長さ
５０３  丸みを帯びた角部
６００  方法
６１０  機械加工ステップ
６２０  取り付けステップ
６３０  杭打ちステップ
【図１】
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【図２】
2017031970.tif 000004
【図３】
2017031970.tif 000005
【図４】
2017031970.tif 000006
【図５】
2017031970.tif 000007
【図６】
2017031970.tif 000008
【外国語明細書】
2017031970000001.pdf