(57)【要約】      （修正有）【課題】経時的に劣化する可能性のあるロータブレードを備えたロータに関し、ロータを分解することなくロータブレードを交換する方法が必要である。【解決手段】ターボ機械のロータ２０の第１及び第２のロータ部２８，３０は、第１及び第２のリム部３８，４０をそれぞれ有し、これらは、互いに所定距離離間して配置され且つ間に外周スロットを有し、外周スロット４２と連通して延びる第１及び第２のダブテールスロットをそれぞれ有する。第１及び第２のブレード４８，５０は、第１及び第２のダブテール部をそれぞれ有する。第１のダブテール部は、第１及び第２のダブテールスロットの一方に配置され、第２のダブテール部は、第１及び第２のダブテールスロットの他方に配置される。外周スロット４２は、第１及び第２のブレード３２，３４をロータ２０から取り外すときに第１及び第２のブレード３２，３４を貫通して通すのに十分な大きさを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線（３６）の周りを回転するよう構成された少なくとも第１及び第２のロータ部（２８，３０）を備えるターボ機械用のロータ（２０）であって、
前記第１及び第２のロータ部（２８，３０）が、互いに所定距離離間して配置され且つ間に外周スロット（４２）を有する第１及び第２のリム部（３８，４０）をそれぞれ有し、前記第１及び第２のリム部（３８，４０）が、前記外周スロット（４２）と連通して延びる第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）をそれぞれ有し、
前記ロータ（２０）が更に、
第１及び第２のダブテール部（５２，５４）をそれぞれ有する第１及び第２のブレード（３２，３４）を備え、
前記第１のダブテール部（５２）が前記第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）の一方に配置され、前記第２のダブテール部（５４）が前記第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）の他方に配置され、
前記外周スロット（４２）は、前記第１及び第２のブレード（３２，３４）を前記ロータ（２０）から取り外すときに前記第１及び第２のダブテール部（５２，５４）を貫通して通すのに十分な大きさを有する、
ターボ機械用のロータ（２０）。
【請求項２】
少なくとも第１及び第２の軸方向保持締め具（５６，５８）を更に備え、
前記第１の軸方向保持締め具（５６）が、前記第１及び第２のブレード（３２，３４）それぞれの第１及び第２のダブテール部（５２，５４）の一方を前記第１及び第２のロータ部（２８，３０）それぞれの第１及び第２のリム部（３８，４０）の一方に固定的に保持するよう構成され、前記第２の軸方向保持締め具（５８）が、前記第１及び第２のダブテール部（５２，５４）の他方を第１及び第２のリム部（３８，４０）の他方に固定的に保持するよう構成されている、
請求項１に記載のロータ（２０）。
【請求項３】
前記第１のロータ部と前記第２のロータ部との間を延びる環状シール（１６０）を更に備える、
請求項１に記載のロータ（２０）。
【請求項４】
前記第１及び第２のロータ部（２８，３０）が、前記環状シール（１６０）を受けるように構成された第１及び第２の環状ノッチ（１７０，１７２）をそれぞれ有する、
請求項３に記載のロータ（２０）。
【請求項５】
前記環状シール（１６０）が、該シールから延びる回転防止戻り止め部材（１７６）を含み、前記第１のロータ部（２８）が前記回転防止戻り止め部材（１７６）を受けるように構成されたアパーチャを有し、前記環状シール（１６０）と前記第１のロータ部（２８）とを同期して回転させる、
請求項３に記載のロータ（２０）。
【請求項６】
ロータ（２０）のロータブレードを交換する方法であって、
第１のブレード（３２）の第１のダブテール部（５２）を第１及び第２のリム部（３８，４０）それぞれの第１のダブテールスロット（４４）及び第２のダブテールスロット（４６）の一方から、第１及び第２のリム部（３８，４０）の間に配置され且つ前記第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）と連通した外周スロット（４２）を通して、前記ロータ（２０）から離れて移動させて前記第１のブレード（３２）を前記ロータ（２０）から取り外す段階と、
第１の交換ブレードの第１の交換ダブテール部を前記外周スロット（４２）を通して前記第１及び第２のリム部（３８，４０）の一方に向けて移動させて、前記第１の交換ダブテール部を前記第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）の一方に収める段階と、
を含む方法。
【請求項７】
少なくとも第１の軸方向保持締め具（５６）を前記第１のブレード（３２）の第１のダブテール部（５２）から取り外す段階を更に含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも第１の交換軸方向保持締め具を前記第１の交換ブレードの第１の交換ダブテール部に取り付ける段階を更に含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
第２のブレード（３４）の第２のダブテール部（５４）を前記第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）の他方から外周スロット（４２）を通して前記ロータ（２０）から離れて移動させて、前記第２のブレード（３４）を前記ロータ（２０）から取り外す段階と、
第２の交換ブレードの第２の交換ダブテール部を前記外周スロット（４２）を通して前記第１及び第２のリム部（３８，４０）の他方に向けて移動させて、前記第２の交換ダブテール部を前記第１及び第２のダブテールスロット（４４，４６）の他方に収める段階と、
を更に含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも第２の軸方向保持締め具（５８）を前記第２のブレード（３４）の第２のダブテール部（５４）から取り外す段階を更に含む、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ガスタービンは、経時的に劣化する可能性のあるロータブレードを備えたロータを有する。更に、ロータブレードを補修するにはロータを完全に分解する必要があり、完了までにかなりの時間を要する可能性がある。場合によっては、ロータブレードの補修には、４乃至６週間の作業を要することがある。定期的に使用されるガスタービンでは、このような長い停止時間は特に望ましくないことである。こうしたことから、本明細書の発明者らは、ロータの改善並びにロータのロータブレードを交換する方法の必要性について認識した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第７２６７５２７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
例示的な実施形態によるターボ機械のロータが提供される。ロータは、第１及び第２のロータ部と、少なくとも第１及び第２のブレードとを含む。第１及び第２のロータ部は、軸線の周りを回転するよう構成される。第１及び第２のロータ部は、第１及び第２のリム部をそれぞれ有し、これらは、互いに所定距離離間して配置され且つ間に外周スロットを有する。第１及び第２のリム部は、外周スロットと連通して延びる、第１及び第２のダブテールスロットをそれぞれ有する。第１及び第２のブレードは、第１及び第２のダブテール部をそれぞれ有する。第１のダブテール部は、第１及び第２のダブテールスロットの一方に配置され、第２のダブテール部は、第１及び第２のダブテールスロットの他方に配置される。外周スロットは、第１及び第２のブレードをロータから取り外すときに第１及び第２のブレードを貫通して通すのに十分な大きさを有する。
【０００４】
別の例示的な実施形態によるロータのロータブレードを交換する方法が提供される。本方法は、第１のブレードの第１のダブテール部を第１及び第２のリム部それぞれの第１のダブテールスロット及び第２のダブテールスロットの一方から外周スロットを通してロータから離れて移動させて、第１のブレードをロータから取り外す段階を含む。外周スロットは、第１及び第２のリム部の間に配置され且つ第１及び第２のダブテールスロットと連通している。本方法は更に、第１の交換ブレードの第１の交換ダブテール部を外周スロットを通して第１及び第２のリム部の一方に向けて移動させて、第１の交換ダブテール部を第１及び第２のダブテールスロットの一方に収める段階を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】例示的な実施形態によるロータを備えた圧縮機部分を有するガスタービンの一部の断面概略図。
【図２】参照符号２で示された円部内からとった、図１のガスタービンで利用される圧縮機部分の拡大断面概略図。
【図３】図１のガスタービンで利用されるロータの２つの隣接するロータ部の概略図。
【図４】図１のガスタービンで利用されるロータのロータ部の１つの概略斜視図。
【図５】図４のロータ部の拡大破断概略図。
【図６】図１のガスタービンで利用されるロータの一部の拡大断面概略図。
【図７】別の例示的な実施形態による、ガスタービンのロータのロータブレードを交換するための方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本出願は、ターボ機械のロータ、並びにターボ機械からロータ全体を取り外すことなく且つロータ全体を分解することなくロータ上のロータブレードを交換する方法に関する。これらの実施形態において、ロータは、ガスタービンの圧縮機の構成要素である。しかしながら、ロータは、様々なターボ機械の他の好適な構成要素とすることができる点は企図される。加えて、ロータをターボ機械から取り外して分解した後にロータ上でブレードを交換できる点も更に企図される。
【０００７】
図１〜３を参照すると、例示的な実施形態によるロータ２０を備えた圧縮機部分１２を有するガスタービン１０などのターボ機械が提供される。ロータ２０は、ガスタービン１０のハウジング２２内で回転するように構成される。ロータ２０は、少なくとも第１及び第２のロータ部２８、３０と、少なくとも第１及び第２のブレード３２、３４とを有する。詳細には、第１及び第２のロータ部２８、３０は、ハウジング２２内で軸線３６の周りに回転するように構成される。第１及び第２のロータ部２８、３０は、第１及び第２のリム部３８、４０をそれぞれ有し、これらは、互いから所定距離離間して配置され、間に外周スロット４２を有する。第１及び第２のリム部３８、４０は、外周スロット４２と連通して延びる第１及び第２のダブテールスロット４４、４６をそれぞれ有する。外周スロット４２は、第１及び第２のブレード３２、３４が第１及び第２のロータ部２８、３０から取り外されるときに該第１及び第２のブレード３２、３４を貫通させて通すほどの十分な大きさを有する。
【０００８】
図３〜５を参照すると、第１のロータ部２８は、第１のブレード３２を含む第１のブレード段４８を有する。同様に、第２のロータ部３０は、第２のブレード３４を含む第２のブレード段５０を有する。第１のブレード段４８の各ブレードは、第１のブレード３２と実質的に同じであり、第２のブレード段の各ブレードは第２のブレード３４と実質的に同じである。従って、第１及び第２のブレード３２、３４のみについて以下でより詳細に議論を行うことにする。しかしながら、各段のブレードは互いに異なるものであってもよい点は企図される。
【０００９】
第１及び第２のブレード３２、３４は、第１及び第２のダブテール部５２、５４をそれぞれ有する。第１のダブテール部５２は、第１及び第２のダブテールスロット４４、４６の一方に収まるように構成される。更に、第２のダブテール部５４は、第１及び第２のダブテールスロット４４、４６の他方に収まるように構成される。この非限定的な実施形態において、第１のブレード３２は、第１のブレード３２を外周スロット４２を介して第１のリム部３８に向けて移動させ、第１のダブテール部５２を第１のダブテールスロット４４内に配置又は収めることによって、第１のロータ部２８に結合される。第２のブレード３４は、第２のブレード３４を外周スロット４２を介して第２のリム部４０に向けて移動させ、第２のダブテール部５４を第２のダブテールスロット４６内に配置又は収めることによって、第２のロータ部３０に結合される。第１のブレード３２は第１のロータ部２８ではなく第２のロータ部３０に結合することができ、第２のブレード３４は第２のロータ部３０ではなく第１のロータ部２８に結合することができる点は企図される。
【００１０】
図３を参照すると、ロータ２０は更に、第１及び第２のブレード３２、３４それぞれの第１及び第２のダブテール部５２、５４を第１及び第２のロータ部２８、３０の第１及び第２のリム部３８、４０に固定的に保持するように構成された、少なくとも第１及び第２の軸方向保持締め具５６、５８を含む。第１及び第２の軸方向保持締め具の非限定的な１つの実施例は、第１及び第２のリム部３８、４０の少なくとも一部の変形であり、第１及び第２のダブテールスロット４４、４６において第１及び第２のダブテール部５２、５４上に第１及び第２のリム部３８、４０をクリンプする。
【００１１】
第１のブレード３２は、第１のリム部３８及び第１のブレード３２の第１のダブテール部５２から第１の軸方向保持締め具５６を取り除き、次いで、第１のブレード３２を第１のリム部３８から外周スロット４２を通ってロータ２０から離すように移動させることによって、第１のロータ部２８から結合解除される。同様に、第２のブレード３４は、第２のリム部４０及び第２のブレード３４の第２のダブテール部５４から第２の軸方向保持締め具５８を取り除き、次いで、第２のブレード３４を第２のリム部４０から外周スロット４２を通ってロータ２０から離すように移動させることによって、第２のロータ部３０から結合解除される。
【００１２】
第１及び第２の交換ブレードは、外周スロット４２を通って第１及び第２のリム部３８、４０に向けて移動させることができ、第１の交換ブレードの第１の交換ダブテール部は、第１及び第２のダブテールスロット４４、４６の一方に収まり、第２の交換ブレードの第２の交換ダブテール部は、第１及び第２のダブテールスロット４４、４６の他方に収まる。次いで、第１及び第２の交換軸方向保持締め具を第１及び第２の交換ダブテール部に取り付け、第１及び第２の交換ブレードをロータに固定的に保持することができるようになる。従って、第１及び第２のブレード３２、３４は、ロータ２０をガスタービンから取り外してロータ２０を分解することなく交換することができる。
【００１３】
ブレードがロータ内の外周スロットを通過することなくロータから取り外されるように、最も外側の前方及び後方ロータ部上のブレードが、最も外側の前方及び後方ロータ部からそれぞれ前方及び後方に移動することができることは企図される。同様に、交換ブレードを最も外側の前方及び後方ロータ部にそれぞれ向けて後方及び前方に移動させ、交換ブレードをロータ内の外周スロットを通過させることなく最も外側の前方及び後方ロータ部に取り付けることができる。
【００１４】
図２を参照すると、ロータ２０は更に、第１及び第２のロータ部２８、３０の間を延びる環状シール６０を含む。環状シール６０は、第１及び第２のロータ部２８、３０をそれぞれ貫通して延びる孔６６、６８のペア内に受けられる締め具６２、６４のペアにより、第１及び第２のロータ部２８、３０に固定的に取り付けられた金属フープである。環状シール６０は、２つの締め具６２、６４よりも多いか又は少ない締め具を用いて第１及び第２のロータ部２８、３０に固定的に取り付けることができる点は企図される。
【００１５】
図６を参照すると、別の例示的な実施形態によるロータ１２０が提供される。環状シール１６０と第１及び第２のロータ部１２８、１３０とを有するロータ１２０は、環状シール６０と第１及び第２のロータ部２８、３０とをそれぞれ有する図３のロータ２０と実質的に同じである。しかしながら、第１及び第２のロータ部１２８、１３０は、環状シール１６０を受けるように構成された第１及び第２の環状ノッチ１７０、１７２を有する。加えて、第１のロータ部１２８は、環状シール１６０から延びる回転防止戻り止め部材１７６を受けるように構成されたアパーチャ１７４を有し、第１のロータ部１２８と環状シール１６０との同期回転を生じさせる。第２のロータ部分１３０はまた、環状シールから延びる回転防止戻り止め部材を受けるためのアパーチャを有することができる点は企図される。
【００１６】
図７を参照し、図１から図５を通じてロータ２０のロータブレードを交換する方法をここで説明する。ロータ２０は、ガスタービン１０からロータ２０全体を取り外して該ロータ２０を分解することなく１つ又はそれ以上のロータブレードを交換可能にするよう構成される。以下の説明では、２つ又はそれ以上のブレードをどのように連続して順次交換できるかについて検討しているが、必要に応じて２つ又はそれ以上のブレードは同時に交換してもよい点は企図される。
【００１７】
ステップ３００で、オペレータは、第１のロータ部２８の第１のリム部３８及び第１のブレード３２の第１のダブテール部５２から第１の軸方向保持締め具５６を取り外す。
【００１８】
次にステップ３０２で、オペレータは、第１のブレード３２の第１のダブテール部５２を第１のリム部３８の第１のダブテールスロット４４から外周スロット４２を通してロータ２０から離れて移動させ、第１のブレード３２をロータ２０から取り外す。
【００１９】
次のステップ３０４で、オペレータは、第１の交換ブレードを外周スロット４２を通して第１のリム部３８に向けて移動させ、第１の交換ブレードの第１の交換ダブテール部を第１のダブテールスロット４４内に収める。
【００２０】
次いでステップ３０６で、オペレータは、第１の交換軸方向保持締め具を第１のロータ部２８の第１のリム部３８及び第１の交換ブレードの第１の交換ダブテール部に取り付ける。
【００２１】
次にステップ３０８で、オペレータは、第２のロータ部３０の第２のリム部４０及び第２のブレード３４の第２のダブテール部５４から第２の軸方向保持締め具５８を取り外す。
【００２２】
次いでステップ３１０で、オペレータは、第２のブレード３４の第２のダブテール部５４を第２のリム部４０の第２のダブテールスロット４６から外周スロット４２を通してロータ２０から離れて移動させ、第２のブレード３４をロータ２０から取り外す。
【００２３】
次にステップ３１２で、オペレータは、第２の交換ブレードを外周スロット４２を通して第２のリム部４０に向けて移動させ、第２の交換ブレードの第２の交換ダブテール部を第２のダブテールスロット４６内に収める。
【００２４】
次いでステップ３１４で、オペレータは、第２の交換軸方向保持締め具を第２のロータ部３０の第２のリム部４０及び第２の交換ブレードの第２の交換ダブテール部に取り付ける。
【００２５】
本明細書で説明されたロータ及び方法は、他のデバイス及び方法に優る大きな利点を提供する。詳細には、ロータは、ロータをガスタービンから取り外してロータを分解することなくロータブレードを交換する技術的作用を提供する。
【００２６】
例示的な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ、その要素を均等物で置き換えることができる。加えて、
本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況又は内容を適合させるために多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本明細書で開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むものとする。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機部分
２０  ロータ
２２  ハウジング
２８  第１のロータ部
３０  第２のロータ部
３２  第１のブレード
３４  第２のブレード
３６  軸線
３８  第１のリム部
４０  第２のリム部
４２  外周スロット
４４  第１のダブテールスロット
４６  第２のダブテールスロット
４８  ブレード
５０  ブレード
５２  第１のダブテール部
５４  第２のダブテール部
５６  第１の軸方向保持締め具
５８  第２の軸方向保持締め具
６０  環状シール
６２  締め具
６４  締め具
６６  孔
６８  孔
１２０  ロータ
１２８  第１のロータ部
１３０  第２のロータ部
１６０  環状シール
１７０  第１の環状ノッチ
１７２  第２の環状ノッチ
１７４  アパーチャ
１７６  回転防止戻り止め部材
【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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