(57)【要約】  複数の動翼（３２）をターボ機械（１０）のロータディスクまたは段（１２）の溝（４６）内に固定して、複数の動翼がロータディスクまたは段（１２）に対して周方向に動くのを妨げるための動翼係止組立体および方法。組立体は、溝（４６）内に、隣接した動翼の間に配置された止め動翼（６４）であって、溝の第１の溝表面（５２）と接合するように構成された第１の動翼表面、および第１の動翼表面の反対側に配置された第２の動翼表面を有し、複数の動翼が溝内でロータディスクまたは段に対して周方向に動くのを妨げるように構成される、止め動翼（６４）を備える。単一の係止要素（６６）は、第２の動翼表面と第２の溝表面（５４）との間に配置され、それらと接触し、第１の動作状態では、第２の動翼表面および第２の溝表面に接触して軸方向の力を受けて溝内で止め動翼を固定し、第２の動作状態では、遊離している。【選択図】図２
2016507020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのロータディスクまたは段（１２）の回転軸（２８）の周りに配置された周辺部（５０）を備える前記少なくとも１つのロータディスクまたは段（１２）であって、前記周辺部（５０）が、前記周辺部（５０）の周りに周方向（４２）に延在する溝（４６）を備え、前記溝（４６）が、第１の溝表面（５２）および前記第１の溝表面（５２）の反対側に配置された第２の溝表面（５４）を有する、少なくとも１つのロータディスクまたは段（１２）と、
それぞれが前記溝（４６）内にお互いに隣接して配置された複数の動翼（３２）と、
前記溝（４６）内に少なくとも１つの動翼（３２）に隣接して配置された止め動翼（６４）であって、前記第１の溝表面（５２）と接合する第１の動翼表面、および前記第１の動翼表面の反対側に配置された第２の動翼表面を有し、前記溝（４６）内で前記複数の動翼（３２）が前記少なくとも１つのロータディスクまたは段（１２）に対して周方向（４２）に動くのを妨げる、止め動翼（６４）と、
前記第２の動翼表面と前記第２の溝表面（５４）との間に配置され、それらと接触する単一の係止要素（６６）であって、第１の動作状態では、前記第２の動翼表面および前記第２の溝表面（５４）に接触して前記溝（４６）内で前記止め動翼（６４）を固定し、第２の動作状態では、遊離している、単一の係止要素（６６）と
を備えるターボ機械（１０）。
【請求項２】
前記溝（４６）が、第１の断面積（１４８）を有する第１の部分（１０２）、および前記第１の断面積（１４８）より大きな第２の断面積（１４６）を有する第２の部分（４８）を備える、請求項１記載のターボ機械（１０）。
【請求項３】
前記止め動翼（６４）および前記単一の係止要素（６６）が両方とも前記溝（４６）の前記第２の部分（４８）内に配置される、請求項２記載のターボ機械（１０）。
【請求項４】
前記溝（４６）が、前記第１と第２の溝表面（５２、５４）との間に配置された第３の溝表面（５６）を備え、前記単一の係止要素（６６）が、前記第３の溝表面（５６）から半径方向（４０）に動いて、前記第２の動翼表面および前記第２の溝表面（５４）と接合し、前記止め動翼（６４）を前記溝（４６）の前記第２の部分（４８）内に固定するように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項記載のターボ機械（１０）。
【請求項５】
前記単一の係止要素（６６）を貫通して長手方向軸に沿って延在するねじ（６８）を備え、前記ねじ（６８）が回転すると前記単一の係止要素（６６）が半径方向（４０）に動くことができる、請求項１乃至４のいずれか１項記載のターボ機械（１０）。
【請求項６】
前記単一の係止要素（６６）の前記第１の動作状態が前記単一の係止要素（６６）の第１の半径方向端位置に相当し、前記単一の係止要素（６６）の前記第２の動作状態が前記単一の係止要素（６６）の第２の半径方向端位置に相当する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のターボ機械（１０）。
【請求項７】
複数の動翼（３２）をターボ機械（１０）のロータディスクまたは段（１２）の溝（４６）内に固定して、前記複数の動翼（３２）が前記ロータディスクまたは段（１２）に対して周方向（４２）に動くのを妨げるための動翼係止組立体であって、
前記溝（４６）内に、隣接した前記複数の動翼（３２）間に配置されるように構成された止め動翼（６４）であって、前記溝（４６）の第１の溝表面（５２）と接合するように構成された第１の動翼表面、および前記第１の動翼表面の反対側に配置された第２の動翼表面を有し、前記複数の動翼（３２）が前記溝（４６）内で前記ロータディスクまたは段（１２）に対して周方向（４２）に動くのを妨げるように構成される、止め動翼（６４）と、
前記第２の動翼表面と前記第２の溝表面（５４）との間に配置され、それらと接触する単一の係止要素（６６）であって、第１の動作状態では、前記第２の動翼表面および前記第２の溝表面（５４）に接触して軸方向の力を受けて前記溝（４６）内で前記止め動翼（６４）を固定し、第２の動作状態では、遊離している、単一の係止要素（６６）と
を備える動翼係止組立体。
【請求項８】
前記止め動翼（６４）および前記単一の係止要素（６６）が共に前記溝（４６）の同じ部分内に配置されるように構成される、請求項７記載の組立体。
【請求項９】
前記単一の係止要素（６６）が、前記止め動翼（６４）の前に前記溝（４６）内に配置されるように構成される、請求項７または８記載の組立体。
【請求項１０】
前記動翼係止組立体が、前記単一の係止要素（６６）を貫通して長手方向軸に沿って延在する無負荷のねじ（６８）を備え、前記ねじ（６８）が回転すると前記単一の係止要素（６６）が半径方向（４０）に動くことができる、請求項７乃至９のいずれか１項記載の組立体。
【請求項１１】
前記単一の係止要素（６６）の前記第１の動作状態が前記単一の係止要素（６６）の第１の半径方向端位置に相当し、前記単一の係止要素（６６）の前記第２の動作状態が前記単一の係止要素（６６）の第２の半径方向端位置に相当する、請求項７乃至１０のいずれか１項記載の組立体。
【請求項１２】
ターボ機械（１０）のロータディスクまたは段（１２）の溝（４６）内に動翼（３２）を固定するための方法であって、単一の係止要素（６６）を前記溝（３２）の止め溝部（４８）内に配置するステップであって、前記単一の係止要素（６６）が動翼表面と溝表面（５４）との間に配置され、それらと接触して、第１の動作状態では、前記単一の係止要素（６６）が前記動翼表面および前記溝表面（５４）に接触して軸方向の力を受けて前記溝（４６）内で前記止め動翼（６４）を固定し、第２の動作状態では、前記単一の係止要素（６６）が遊離している、ステップを備える方法。
【請求項１３】
前記単一の係止要素（６６）を貫通して延在するねじ（６８）を用いて、前記ねじ（６８）が回転すると前記単一の係止要素（６６）を半径方向（４０）に動かせる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ねじ（６８）の先端が前記溝（４６）の平坦面にのみに作用し、前記ねじ（６８）の軸が前記単一の係止要素（６６）の穴にのみ作用する、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
前記単一の係止要素（６６）の前記第１の動作状態が前記単一の係止要素（６６）の第１の半径方向端位置に相当し、前記単一の係止要素（６６）の前記第２の動作状態が前記単一の係止要素（６６）の第２の半径方向端位置に相当する、請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、ターボ機械の動翼を固定するための動翼係止組立体、固定方法、およびターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流圧縮機およびタービン（例えば、ガスタービン軸流圧縮機、蒸気タービンなど）などのターボ機械は一般に、システムの運転中に軸の周りを回転するロータ部を含む場合がある。例えば、軸流圧縮機または蒸気タービンでは、ロータ部（例えば、段のディスク）は、シャフトの周りに配置されたいくつかの動翼（例えば、回転翼）を含む場合がある。動翼は、ロータ部の周りにお互いに隣接して周方向に配置される。しばしばこれらの動翼は、ロータ部に接線方向に取り付けられる。ロータ部に最後に取り付けられる動翼は止め動翼と呼ばれる。止め動翼はロータ部に固定されて、動翼をロータの定位置に係止し、動翼がロータ部に沿って（すなわち、ロータ部に対して）周方向に動くのを妨げる。しかしながら、止め動翼をロータ部に固定するために用いられる機構によって、ロータに応力集中が生じる、かつ／または段（例えば蒸気タービンのタービン段または圧縮機段）の再組立時にロータを大きく再加工する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３１６９３号
【発明の概要】
【０００４】
本来特許請求される発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を提供することのみを意図している。実際、本発明は、下記に説明する実施形態と同様のもの、または異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態によれば、ターボ機械は、少なくとも１つのロータディスクまたは段と、複数の動翼と、止め動翼と、単一の係止要素とを備え、ロータディスクまたは段は、少なくとも１つのロータディスクまたは段の回転軸の周りに配置された周辺部を備え、周辺部は、周辺部の周りに周方向に延在する溝を備え、溝は、第１の溝表面および第１の溝表面の反対側に配置された第２の溝表面を有し、複数の動翼のそれぞれは、溝内にお互いに隣接して配置され、止め動翼は、溝内に少なくとも１つの動翼に隣接して配置され、第１の溝表面と接合する第１の動翼表面、および第１の動翼表面の反対側に配置された第２の動翼表面を有し、溝内で複数の動翼が少なくとも１つのロータディスクまたは段に対して周方向に動くのを妨げ、単一の係止要素は、第２の動翼表面と第２の溝表面との間に配置され、それらと接触し、第１の動作状態では、第２の動翼表面および第２の溝表面に接触して溝内で止め動翼を固定し、第２の動作状態では、遊離している。
【０００６】
単一の係止要素が第１の動作状態にあるとき、すなわち、ターボ機械が組み立てられているとき（具体的には、回転しているとき）、係止要素は、たとえテーパ状でなくとも、くさびと同様に振る舞い、そのため、以下の詳細な説明では「くさび」と称せられることに留意されたい。
【０００７】
第２の実施形態によれば、複数の動翼をターボ機械のロータディスクまたは段の溝内に固定して、複数の動翼がロータディスクまたは段に対して周方向に動くのを妨げるための動翼係止組立体は、止め動翼と、単一の係止要素とを備え、止め動翼は、溝内に、隣接した複数の動翼間に配置されるように構成され、溝の第１の溝表面と接合するように構成された第１の動翼表面、および第１の動翼表面の反対側に配置された第２の動翼表面を有し、複数の動翼が溝内でロータディスクまたは段に対して周方向に動くのを妨げるように構成され、単一の係止要素は、第２の動翼表面と第２の溝表面との間に配置され、それらと接触し、第１の動作状態では、第２の動翼表面および第２の溝表面に接触して軸方向の力を受けて溝内で止め動翼を固定し、第２の動作状態では、遊離している。
【０００８】
第３の実施形態によれば、ターボ機械のロータディスクまたは段の溝内に動翼を固定するための方法は、単一の係止要素を溝の止め溝部内に配置するステップであって、単一の係止要素は動翼表面と溝表面との間に配置され、それらと接触して、第１の動作状態では、単一の係止要素は動翼表面および溝表面に接触して軸方向の力を受けて溝内で止め動翼を固定し、第２の動作状態では、遊離している、ステップを備える。
【０００９】
本発明のこれらの、および他の特徴、態様、および利点は、図面全体を通して同様の符号が同様の部品を表わす添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】各ロータディスクまたは段に自己係止の止め動翼組立体を有する結合されたロータディスクをもつ圧縮機を含むターボ機械システム（例えば、ガスタービンシステム）の実施形態の横断側面図である。
【図２】ロータディスクまたは段の溝内に配置された自己係止の止め動翼組立体の実施形態の部分側面斜視図である。
【図３】ロータディスクまたは段の溝内に隣接する動翼の間に配置された、図２の自己係止の止め動翼組立体の実施形態の後面の部分斜視図である。
【図４】ロータディスクまたは段の溝内に隣接する動翼の間に配置された、図２の自己係止の止め動翼組立体の実施形態の前面の部分斜視図である。
【図５】ロータディスクまたは段の溝内に配置された、図２の自己係止の止め動翼組立体の実施形態の上面図である。
【図６】図５の線６−６に沿った動翼用の溝部の実施形態の横断側面図である。
【図７】図５の線７−７に沿った自己係止の止め動翼組立体用の止め溝部の実施形態の横断側面図である。
【図８Ａ】実施形態による、止め溝部内への図２の自己係止の止め動翼組立体の組立を示す一連の部分側面図である。
【図８Ｂ】実施形態による、止め溝部内への図２の自己係止の止め動翼組立体の組立を示す一連の部分側面図である。
【図８Ｃ】実施形態による、止め溝部内への図２の自己係止の止め動翼組立体の組立を示す一連の部分側面図である。
【図８Ｄ】実施形態による、止め溝部内への図２の自己係止の止め動翼組立体の組立を示す一連の部分側面図である。
【図８Ｅ】実施形態による、止め溝部内への図２の自己係止の止め動翼組立体の組立を示す一連の部分側面図である。
【図８Ｆ】実施形態による、止め溝部内への図２の自己係止の止め動翼組立体の組立を示す一連の部分側面図である。
【図９】各段に図２の自己係止の止め動翼組立体を有する一体形ロータを有する圧縮機を含むターボ機械システム（例えば、ガスタービンシステム）の実施形態の横断側面図である。
【図１０】各段に図２の自己係止の止め動翼組立体を有する一体形ロータを有するタービンを含むターボ機械システム（例えば、蒸気タービンシステム）の実施形態の横断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、実際の実施態様におけるすべての特徴を本明細書で説明することはできない。いかなるこうした実際の実施態様の開発に際しても、あらゆるエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトと同様に、システム関連およびビジネス関連の制約を遵守することなど、実施態様ごとに変わる場合がある開発者の特定の目標を達成するために、実施態様特有の多くの決定を行われなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発の取り組みは複雑であり時間を要する場合があるが、それにもかかわらず、この開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、および製造の定常作業であることを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素の１つまたは複数があることを意味することが意図されている。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図し、列挙した要素以外に追加の要素があり得ることを意味する。
【００１３】
本開示は、自己係止の止め動翼組立体を含むターボ機械を対象とする。例えば、このターボ機械は、ガスタービンエンジン、蒸気タービンエンジン、圧縮機、または他の任意の種類の回転機械（例えば、ターボ機械）であってもよい。自己係止の止め動翼組立体を用いて、ロータディスクまたは段（例えば、同じ列または段）の溝内で他の動翼（例えば、接線方向に入れられたダブテール状の動翼）が周方向に動くのを妨げることができる。具体的には、自己係止の止め動翼組立体は、止め動翼を止め溝内に固定するために、止め動翼（例えば、取付基部を有する回転翼）、および溝の同じ部分（例えば、止め溝部）内に配置された唯一の単一のくさびを含む。止め溝部は、第１の溝表面、第１の溝表面の反対側に配置された第２の溝表面、および第１と第２の溝表面との間に配置された第３の溝表面を含む。止め動翼は、（例えば、突起に対する凹部を有する）第１の溝表面と接合する（例えば、突起を有する雄のダブテール部の）第１の表面、および単一のくさびと接触または接合するように第１の表面の反対側に配置された第２の表面を含む。単一のくさびは、（例えば、第３の溝表面に当てて）止め溝部内に予め挿入する、または配置することができる。止め動翼組立体は、くさびを貫通してくさびの長手方向軸に沿って延在する無負荷のねじ（例えば、ねじ付締結具）を含むことができる。ねじによって、くさびは、第３の溝表面から止め動翼と止め溝部との間の位置へ半径方向に変位することができる。例えば、半径方向に変位したくさびは、止め動翼の第２の表面および止め溝の第２の溝表面の両方に接合または接触することができる。動作状態では、単一のくさびに止め動翼の第２の表面（および止め溝の第２の溝表面）に当てるように働く軸方向の力が、遠心力とともに、止め動翼を止め溝内に固定する。自己係止の止め動翼組立体によって、止め動翼は、止め動翼（例えば、ダブテール部）を貫通してロータ（例えば、ロータディスクまたは段）内に延在する係止ねじを使用せずに止め溝内に固定することができる。その結果、従来の係止ねじによるロータ内の応力集中を避けることができる。さらに、自己係止の動翼組立体によって、ロータの損傷または再加工なしに、（例えば、タービンまたは圧縮機段のメンテナンス時に）段または列の再組立が可能になる。
【００１４】
次に、図面を参照すると、図１は、各ロータディスクまたは段１２に自己係止の止め動翼組立体（例えば、動翼係止組立体）を有するターボ機械システム１０（例えば、結合されたディスクロータをもつ軸流圧縮機１４を有するガスタービンシステム）の実施形態を示す。以下でより詳細に説明する自己係止の止め動翼組立体は、止め動翼がその非対称な形状の結果として受ける遠心モーメントを利用して、止め動翼自体を各ロータディスクまたは段１２の溝内に固定し、同じ列、段、または溝内で他の動翼が周方向に動くのを妨げる。
【００１５】
くさびの機能は、止め動翼の遠心モーメントから生じる軸方向の力に反応し、軸方向の力を溝（例えば、下流の溝表面）に伝えることである。自己係止の止め動翼組立体は、止め動翼のダブテール部を貫通してロータディスクまたは段１２内に配置される係止ねじの必要性を回避する。したがって、このような固定ねじによる応力集中の可能性を避けることができる。さらに、自己係止の止め動翼組立体によって、ロータディスクまたは段１２の損傷または再加工なしに段の再組立が可能になる。自己係止の止め動翼組立体は、限定するものではないが、ガスタービンエンジン、蒸気タービンエンジン、ハイドロタービン、圧縮機、または他の任意の回転機械などの任意のターボ機械に用いることができる。
【００１６】
システム１０は、圧縮機１４（例えば、回転機械）およびタービン２０を含む。図示の実施形態では、圧縮機１４は圧縮機翼または動翼３２を含む。圧縮機１４内の圧縮機動翼３２は、ロータディスクまたは段１２に結合され、タービン２０によって（シャフトを形成する）圧縮機１４のロータディスクまたは段１２が駆動されて回転すると共に回転する。自己係止の止め動翼組立体は、図１のシステム１０の軸流圧縮機１４のほかに、一体形ロータ１５２をもつ軸流圧縮機１４を有するガスタービンシステム１５０を示す図９の軸流圧縮機１４にも用いることができる。また、自己係止の止め動翼組立体は、図１０に示すような一体形ロータ１６２を有する蒸気タービンシステム１６０（例えば、軸流排気型蒸気タービン）にも用いることができる。図１０の蒸気タービンシステムは、複数の段１６６を含むタービン部１６４を含む。各段１６６は、シャフト３１８の周りに周方向に延在する列に配置された複数の翼１６８を含む。以下の考察では、システム１０の回転軸すなわち長手方向軸２８に対して、軸方向または軸３８、半径方向または軸４０、および周方向または軸４２などの様々な方向について言及する場合がある。
【００１７】
図２は、ロータディスクまたは段１２の溝４６（例えば、止め溝部４８）内に配置された自己係止の止め動翼組立体４４の実施形態の部分側面斜視図である。溝４６は、ロータディスクまたは段１２の回転軸２８（図１参照）の周りに配置された周辺部５０に沿って周方向４２に延びる。溝４６は溝表面５２、５４、５６を含む。溝表面５２は溝表面５４の反対側に配置される。溝表面５６は、溝表面５２と溝表面５４との間に溝４６の基部または底部５８に配置される。止め溝４８の溝表面５２は、溝表面５２内で軸方向３８に延在する複数の凹部６０（例えば、フック）を含む（図７参照）。凹部６０の数は、１つから５つ以上の凹部６０の間で変えることができる。図示のように、溝表面５２は２つの凹部６０を含む。止め溝４８の溝表面５４は、溝表面５４内で軸方向３８に延在する単一の凹部６２を含む（図７参照）。溝表面５２、５４は共に、止め動翼組立体４４と接合する軸方向プラットホーム６３を形成して、止め溝４８内に組立体４４を固定する。下記でより詳細に説明するように、止め溝４８の断面積は他の動翼に対する溝部の断面積よりも大きい。
【００１８】
止め動翼組立体４４は、動翼６４（例えば、止め動翼６４）、単一のくさび６６、およびねじ付締結具またはねじ６８（例えば、無負荷の固定ねじ）を含み、これらは、（周方向４２に延在する軸方向に隣接する溝部に対向するように）同じ止め溝部４８内に配置される。動翼６４は、上部６５（例えば、翼またはエーロフォイル６７）および下部６９（例えば、取付部または雄ダブテール形状部７０）を含む。下部６９は表面７１（例えば、上流面）および表面７２（例えば、下流面）を含む。表面７１は、表面７１から軸方向３８に延在する複数の突起７４（例えば、軸方向突出部またはフック）を含む。突起７４の数は、１つから５つ以上の突起７４の間で変えることができる。図示のように、溝表面５２は３つの突起７４を含む。少なくともいくつかの突起７４は、溝表面５２の凹部６０内に嵌って、止め動翼６４が半径方向４０に動くのを妨げるように構成されるが、他の突起７４は、凹部６０との相互作用なしに溝表面５２に当接することができる。表面７２は、表面７２内に軸方向延在する複数の凹部７６を含む。凹部７６の１つは、単一のくさび６６と相互作用する。止め動翼６４は、半径方向４０に挿入され、次いで、軸方向３８および半径方向４０の一連の移動によって、動翼６４は止め溝４８内に配置されて、他の動翼が溝４６内をロータディスクまたは段１２に対して周方向４２に動くのを妨げるように構成される。
【００１９】
単一のくさび６６はくさび面７８、８０、８２、８４を含む。くさび面７８はくさび面８０の反対側に配置され、一方、くさび面８２（例えば、上面）はくさび面８４（例えば、底面）の反対側に配置される。くさび面７８、８０はくさび面８２と８４との間に延在する。ねじ６８はくさび６６の長手方向軸８５に沿って延在してくさび６６を貫通する。ねじ６８は、ねじ６８が長手方向軸８５の周りに回転８８することによってくさび６６を半径方向４０に変位するように構成される。加えて、ロータディスクまたは段１２が回転していないときに、くさび６６が動作位置から外れないことだけが、ねじ６８に必要なことである。ねじ６８は負荷がかかっていない（すなわち、ねじ６８に対して何ら力がかかっていない）。したがって、ねじ６８が回転８８するときには、ねじ６８には応力がかかっていない。ある特定の実施形態では、ねじ６８は、ねじ６８の上端８３に位置する六角ソケット８１（または任意の他の適切な工具接続部）を含み、工具（例えば、六角棒スパナ）でねじ６８を回転させてくさび６６をねじ６８の上方および／下方に動かすことができる。くさび６６は、止め動翼６４を挿入する前に止め溝部４８内に挿入されて、くさび面８４が溝表面５６に接触し、くさび６６がねじ６８の底部８６に位置するように構成される（図８参照）。図２に示すように、ねじ６８を回転８８させると、くさび６６は、くさび面７８が止め動翼６４の表面７２（例えば、凹部７６の１つ）と接触または接合し、くさび面８０が溝表面５４（例えば、凹部６２）と接触または接合するまで、ねじ６８の上部８９の方へ半径方向に変位する。両表面５４、７２は、くさび６６がさらに半径方向４０に動くのを妨げる。くさび６６は、表面５４、７２に接触するように半径方向４０に変位すると、動翼６４と溝表面５４との間に配置され、両方に共に接触する上部９０を含む。運転状態においてこの位置では、上部９０は、溝表面５４に当たって（止め動翼の遠心モーメントによって）軸方向の力を受ける。ロータディスクまたは段１２、および動翼６４が周方向４２に回転しているとき、動翼６４に働く遠心力とともに、くさび６６に働く軸方向の力は止め動翼６４を止め溝４８内に固定する。これによって、動翼６４を貫通してロータ１２内に配置される係止ねじの使用、およびロータ１２内の関係するいかなる応力集中も避けられる。さらに、ロータ１２の損傷または再加工なしに動翼の段を再組立することができる。
【００２０】
ある特定の実施形態では、くさび６６の材料は、止め動翼６４とは異なる熱膨張係数を含むことができる。例えば、くさび６６は止め動翼６４よりも高い熱膨張係数を含むことができる。くさび６６がより高い熱膨張係数を有することによって、くさび６６は（また、くさび６６により大きな摩擦を与えて）、ターボ機械システム１０の動作中により大きく膨張して、動翼６４および止め溝４８の両方に対してよりいっそう大きな軸方向３８の力を働かせることができる。いくつかの実施形態では、くさび６６および／または止め動翼６４は、止め動翼組立体４４の組立前に（例えば、液体窒素中で）冷却され、くさび６６および／または動翼６４を一時的に縮ませて、くさび６６および／または動翼６４がいったん温まって膨張したときに、よりよい締まりばめが可能となる。
【００２１】
図３および４は、ロータディスクまたは段１２の溝４６内に隣接する動翼９２の間に配置された、図２の自己係止の止め動翼組立体４４の実施形態の後面（例えば、下流）および前面（例えば、上流）の部分斜視図である。図示のように、止め動翼６４は、隣接の動翼９２に当接して、動翼９２がロータディスクまたは段１２に対して周方向４２に動くことを妨げる。隣接の動翼９２は、接線方向に入れられたダブテール動翼を含む。止め動翼６４と同様に、動翼９２はそれぞれ、上部９４（例えば、回転翼またはエーロフォイル９６）および下部９８（例えば、取付部または雄ダブテール形状部１００）を含む。下部９８は、溝１２の溝部１０２内に接線方向に入れる前に、または取り外す前に、溝１２の止め溝４８内に挿入する、または止め溝４８から取り外すように構成される。溝部１０２は溝１２に沿って止め溝部４８の一方１０４から止め溝部４８の他方１０６へ周方向４２に延在する。溝部１０２は溝表面５２、５４を含む。止め溝部４８は、溝部１０２の断面積よりも大きな断面積を有する（図６および７参照）。溝部１０２のより小さな断面積（ならびにその配置）により、止め動翼６４が止め溝４８から溝部１０２へ周方向４２に動くことが妨げられる。
【００２２】
各動翼９２の下部９８は、表面１０８（例えば、上流面）および表面１１０（例えば、下流面）を含む。止め動翼６４と同様に、各動翼９２の下部９８は、両表面１０８、１１０から軸方向３８外向きに延在する突起１１２（例えば、軸方向の突出部）を含む。各表面１０８、１１０から延在する突起１１２の数は、１つから５つ以上まで変えることができる。図示のように、各動翼９２の表面１０８は、上部軸方向突出部１１４および下部軸方向突出部１１６を含み、一方、各動翼９２の表面１１０もまた、上部軸方向突出部１１８および下部軸方向突出部１２０を含む。溝部１０２は動翼９２の突起１１２を受け入れるための複数の凹部１２２を含む。例えば、溝部１０２の溝表面５２は凹部１２４、１２６を含み、溝部１０２の溝表面５４は凹部１２８、１３０を含む。凹部１２４、１２６、１２８、１３０はそれぞれ軸方向突出部１１４、１１６、１１８、１２０を受け入れる。溝表面５２、５４は共に、各動翼９２と接合して、各動翼９２を溝部１０２内に固定する軸方向プラットホーム６３を形成する。例えば、下部軸方向突出部１１６、１２０を凹部１２６、１３０内に配置することによって、各動翼９２が半径方向４０に動くのを妨げる。
【００２３】
図示のように、止め動翼６４の下部６９およびくさび６６は、止め溝部４８内でロータディスクまたは段１２の周りを周方向４２に延在する溝４６の中心線１３４に対して角度１３２で配置される（止め溝４８内の自己係止の止め動翼組立体４４の上面図である図５を参照）。各動翼６４、９２の下部６９、９８は、中心線１３４に対して同じ角度１３２で配置される。角度１３２の範囲は約０度から６０度、０度から３０度、３０度から６０度、１５度から４５度、およびそれらの間のすべての部分範囲とすることができる。例えば、角度１３２は約０、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、または６０度、あるいは他の任意の角度とすることができる。
【００２４】
図６は、図５の線６−６に沿った動翼９２用の溝部１０２の実施形態の横断側面図であり、一方、図７は、図５の線７−７に沿った自己係止の止め動翼組立体４４用の止め溝部４８の実施形態の横断側面図である。止め溝部４８および溝部１０２は図２〜５において上述したものである。さらに、各溝部４８、１０２の深さまたは高さ１３６は同じで、溝部４８、１０２の上部１３８から底部５８までである。図６に示すように、溝部１０２は、凹部１２４、１２８における表面５２、５４の間に幅１４０、および凹部１２６、１３０における表面５２、５４の間に幅１４２を含む。幅１４０は幅１４２よりも広い。図７に示すように、止め溝部４８は、上部１３８に隣接する凹部６０、６２の上の表面５２、５４の間に同じ幅１４０を含む。ある特定の実施形態では、幅１４０は変えることができる。止め溝部４８は、表面５２の上部凹部６０で始まり、底部５８で終わる表面５２、５４の間に幅１４４を含む。溝部１０２の幅１４２は止め溝部４８内に示される。図示のように、上部凹部６０から底部５８までの止め溝部４８の幅１４４は溝部１０２の幅１４２より広い。さらに、上記のように、止め溝部４８は、溝部１０２の断面積１４８より大きな断面積１４６を有する。溝部１０２のより小さな断面積１４８（ならびにその配置）により、止め動翼６４が止め溝部４８から溝部１０２に周方向４２に動くことが妨げられる。さらに、止め溝部４８のより大きな断面積１４６のため、動翼９２を、接線方向に入れる、また溝部１０２から止め溝部４８へ取り外すことが可能になる。
【００２５】
図８Ａ〜Ｆは、ロータディスクまたは段１２の止め溝４８内にある図２の自己係止の止め動翼組立体４４の組立を示す一連の部分側面図である。止め動翼組立体４４および止め溝部４８は上記と同様である。図８Ａに示すように、止め動翼６４を挿入する前に、くさび６６は止め溝部４８内に挿入され、表面８４が凹部６２内の溝表面５６に接触し、くさび６６がねじ６８の底部８６に配置される。図８Ｂでは、止め動翼６４は、表面７２（例えば、上部凹部７６）がロータディスクまたは段１２に接触または当接するまで、半径方向４０に止め溝部４８内に挿入される。図８Ｃでは、止め動翼６４は、表面７１（例えば、中間の突起７４）が溝表面５２に接触または当接するまで、軸方向３８に変位または移動させられる。図８Ｄでは、止め動翼６４は、突起７４（例えば、中間および底部の突起７４）が溝表面５２内の各凹部６０と位置が合わされるまで、半径方向４０に変位または移動させられる。図８Ｅでは、止め動翼６４は、突起７４（例えば、中間および底部の突起７４）が溝表面５２に接触して各凹部６０内に配置されるまで、軸方向３８に変位または移動させられる。図８Ｆでは、ねじ６８は長手方向軸８５の周りを（例えば、六角棒スパナなどの工具によって）回転８８させられて、くさび面７８が止め動翼６４の表面７２（例えば、凹部７６の１つ）と接触または接合し、かつくさび面８０が溝表面５４（例えば、凹部６２）と接触または接合するまで、くさび６６の上部８９を半径方向４０に変位させられる。両表面５４、７２は、くさび６６がさらに半径方向４０に動くのを妨げる。運転状態においてこの位置では、くさび６６の上部９０は、溝表面５４に当たって（止め動翼の遠心モーメントによって）軸方向の力を受ける。ロータディスクまたは段１２および動翼６４が周方向４２に回転しているとき、動翼６４に働く遠心力とともに、くさび６６に働く軸方向の力は止め動翼６４を止め溝４８内に固定する。これによって、動翼６４を貫通してロータ１２内に配置される係止ねじの使用、およびロータ１２内の関係するいかなる応力集中も避けられる。さらに、ロータ１２の損傷または再加工なしに動翼の段を再組立することができる。止め動翼組立体４４は、上記の工程のいくつかまたはすべてを逆の順序で行うことによって、取り外すことができる。
【００２６】
また、上記のように、くさび６６は止め動翼６４よりも高い熱膨張係数を含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、くさび６６および／または止め動翼６４は、止め動翼組立体４４の組立前に（例えば、液体窒素中で）冷却され、くさび６６および／または動翼６４を一時的に縮ませて、くさび６６および／または動翼６４がいったん温まって膨張すると、よりよい締まりばめが可能となる。
【００２７】
本開示の実施形態の技術的効果には、ロータディスクまたは段１２の同じ溝４６（例えば、列または段）内で動翼９２が周方向に動くのを妨げる自己係止の止め動翼組立体４４を提供することが含まれる。具体的には、自己係止の止め動翼組立体４４は、同じ止め溝部４８内に配置されるように構成された止め動翼６４、単一のくさび６６、およびねじ６８（例えば、無負荷の固定ねじ）を含む。くさび６６が（例えば、ねじ６８によって）、止め動翼６４の表面７２と溝表面５４との間を半径方向４０に変位する際、くさび６６は動翼６４（例えば、表面７２）およびロータ表面５４の両方に軸方向３８に力を加える。運転状態においてこの位置では、くさび６６の上部９０は、溝表面５４に当たって（止め動翼の遠心モーメントによって）軸方向の力を受ける。これによって、動翼６４を貫通してロータ１２内に配置される係止ねじの使用、およびロータ１２内の関係するいかなる応力集中も避けられる。さらに、ロータ１２の損傷または再加工なしに動翼の段を再組立することができる。
【００２８】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、さらに、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、当業者が本発明を実施することもできる。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定義され、当業者が想到する他の例も含むことができる。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有する場合、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有する場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ターボ機械システム
１２  ロータディスクまたは段
１４  軸流圧縮機
２０  タービン
２８  長手方向軸
３２  動翼
３８  軸方向
４０  半径方向
４２  周方向
４４  止め動翼組立体
４６  溝
４８  止め溝部
５０  周辺部
５２  溝表面
５４  溝表面
５６  溝表面
５８  底部
６０  凹部
６２  凹部
６３  軸方向プラットホーム
６４  止め動翼
６５  上部
６６  くさび
６７  翼またはエーロフォイル
６８  ねじ
６９  下部
７０  取付部または雄ダブテール形状部
７１  表面
７２  表面
７４  突起
７６  凹部
７８  くさび面
８０  くさび面
８１  六角ソケット
８２  くさび面
８３  上端
８４  くさび面
８５  長手方向軸
８６  底部
８８  回転
８９  上部
９０  上部
９２  動翼
９４  上部
９６  回転翼またはエーロフォイル
９８  下部
１００  取付部または雄ダブテール形状部
１０２  溝部
１０４  止め溝部の一方
１０６  止め溝部の他方
１０８  表面
１１０  表面
１１２  突起
１１４  上部軸方向突出部
１１６  下部軸方向突出部
１１８  上部軸方向突出部
１２０  下部軸方向突出部
１２２  凹部
１２４  凹部
１２６  凹部
１２８  凹部
１３０  凹部
１３２  角度
１３４  中心線
１３６  深さまたは高さ
１３８  上部
１４０  幅
１４２  幅
１４４  幅
１４６  断面積
１４８  断面積
１５０  ガスタービンシステム
１５２  一体形ロータ
１６０  蒸気タービンシステム
１６２  一体形ロータ
１６４  タービン部
１６６  段
１６８  翼
【図１】
2016507020.tif 000003
【図２】
2016507020.tif 000004
【図３】
2016507020.tif 000005
【図４】
2016507020.tif 000006
【図５】
2016507020.tif 000007
【図６】
2016507020.tif 000008
【図７】
2016507020.tif 000009
【図８Ａ】
2016507020.tif 000010
【図８Ｂ】
2016507020.tif 000011
【図８Ｃ】
2016507020.tif 000012
【図８Ｄ】
2016507020.tif 000013
【図８Ｅ】
2016507020.tif 000014
【図８Ｆ】
2016507020.tif 000015
【図９】
2016507020.tif 000016
【図１０】
2016507020.tif 000017
【国際調査報告】
2016507020.tif 000018
2016507020.tif 000019
2016507020.tif 000020