JP2015117698A

JP2015117698A - 軸方向挿入式バケットをロータアセンブリに固定するシステム及び方法

Info

Publication number: JP2015117698A
Application number: JP2014250459A
Authority: JP
Inventors: ロバート・エドワード・ディーレンバッハ; Robert Edward Deallenbach; ラヴィチャンドラン・パズール・ナイール; Pazhur Nair Ravichandran; ダグラス・アーサー・ループ; Arthur Lupe Douglas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: CN104712374A; CN104712374B; US9624780B2; DE102014118014A1; KR20150070966A; KR102284468B1; JP6475486B2; US20150167471A1; CH709040A2

Abstract

【課題】ロータホイールアセンブリは、ロータホイールを含み、該ロータホイールはその外周面の周りに周方向に離間した複数のダブテールスロットを有する。ロータホイールの外周面には複数の切欠き部も形成されている。ロータホイールアセンブリは、一体カバー、翼形部、ダブテール、及び第１の表面と反対側の第２の表面とを有するプラットフォームを有する１以上のバケットを含む。
【解決手段】プラットフォームの第１の表面は、キー溝を含む。キー溝は、プラットフォームの第１の表面に対し第１の角度で配向した、対向するテーパ表面を有する。さらに、ロータホイールアセンブリは、プラットフォームの第１の表面と略平行に配向した第１の面と、第１の面に対し第１の角度で配向した反対側の第２の面とを有するウェッジキーを含み、第２の面はテーパ表面と略平行である。
【選択図】図１

Description

本発明は、広くはタービンエンジンに関し、より詳細にはバケットをタービンエンジンのロータホイールアセンブリに固定するために使用されるシステム及び方法に関する。

ガスタービンや蒸気タービンなどの少なくともいくつかの公知のタービンエンジンでは、軸方向挿入式バケットを用いるが、これはバケットをロータホイール上に画成された嵌合相手のダブテールスロット内にロータの軸線に対して概ね平行に滑り込ませることでロータホイールに連結されるロータブレードである。いくつかの公知のバケットは、ロータホイール上に形成されたダブテールスロットに嵌まる半径方向内側に突出するダブテールを含む。ロータホイールのダブテールスロットは、ロータホイールの外周の周りで周方向に互いに離間している。

いくつかの公知のタービンエンジンでは、バケットの振動応答を減衰したりバケットの固有周波数を増加させるために、周方向に隣接するバケット間に一体カバーを延在させることもある。各バケットは、励振されると共振する固有周波数を有する。バケットが共振すると、バケットにおける応力が上昇及び下降することがある。時間が経つと、このような振動応力によって、材料疲労によりバケットが故障することもある。バケットにおける振動応力の大きさは軽減することができ、バケットの寿命はバケットの固有周波数の増加及び／又は振動応答の減衰により延長することができる。しかし、バケットの固有周波数を増加させ、ダブテールにおける動的応力を低下させ、かつ調整及び周波数を検証する目的での組立定在振動試験（standing assembled vibration test）の正確なデータが収集できるように、バケットをバケットプラットフォームに周方向にしっかりと連結することが望ましいであろう。

一体にカバーされたバケットを用いる少なくともいくつかの公知のタービンエンジンでは、ロータホイールの外周の溝とバケットの面の凹部とに配置されたキーによって、バケットをダブテールスロット内に固定することができる。クロージャーバケットは、互いに概ね反対方向に延在するダブテールを含むダブテール部によりロータホイールに固定され得る。ロータホイールは、ダブテール部を受ける一般的なダブテールスロットを含み得る。しかし、クロージャーバケットは、ダブテールではなく、ダブテール部のダブテールを納めるダブテールスロットを有し得る。しかし、バケットはダブテールシステムによってロータホイールの周りに連結されているので、最初のバケット及び最後から二番目に組み立てられたバケットの一体カバーによりクロージャーバケットの挿入が妨げられることがある。その結果、少なくともいくつかの公知のタービンエンジンでは、クロージャーバケットを挿入する間バケットのうちの少なくともいくつかを軸方向に動かす必要があるので、キーを使用することができない。

そのような公知のタービンエンジンでは、組立後にバケットがロータホイール上で軸方向に移動しないようにツイストロックを用いることができる。ツイストロックは、ダブテール底部に形成されたチャネルに挿入することができる。クロージャーバケットを挿入する前にツイストロックを外して、クロージャーバケットに隣接するバケットを選択的に離しておくことができる。クロージャーバケットがロータホイールに挿入されると、ツイストロックを再度固定して、バケットがロータホイール上で軸方向に移動しないようにすることができる。しかし、ツイストロックを使用すると、そのようなタービンエンジンに関するコストが増大し、ロータホイールアセンブリに誘導される作動応力も増加し得る。さらに、そのようなツイストロックでは、プラットフォームに周方向にしっかりと連結してバケットの固有周波数を上昇させかつ／又はダブテールにおける動的応力を低下させることができない。

米国特許第７３４４３５９号明細書

一態様では、ロータホイール、バケット、及びウェッジキーを含むロータホイールアセンブリが提供される。ロータホイールアセンブリは、ロータホイールを含み、該ロータホイールはその外周面の周りに周方向に離間した複数のダブテールスロットを有する。ロータホイールの外周面には複数の切欠き部も形成されている。加えて、ロータホイールアセンブリは、一体カバー、翼形部、ダブテール及びプラットフォームを有する１以上のバケットを含む。プラットフォームは、第１の表面と、反対側の第２の表面とを有する。第１の表面にはキー溝が形成されている。キー溝は、プラットフォームの第１の表面に対し第１の角度で配向した対向するテーパ表面を有する。さらに、ロータホイールアセンブリは、プラットフォームの第１の表面と略平行に配向した第１の面と、第１の面に対し第１の角度で配向した反対側の第２の面とを有するウェッジキーを含み、第２の面はテーパ表面と略平行である。

別の態様では、タービンエンジンが提供される。タービンエンジンは、回転軸を有する回転シャフトを含む。タービンエンジンは、回転シャフトを中心に周方向に延在するケーシングも含む。ケーシングは、回転シャフトの長さ方向に作動流体を送るように構成された１以上の通路を画成する。タービンエンジンは、回転シャフトの一部分に取り付けられて一緒に回転するためのロータホイールアセンブリも含む。ロータホイールアセンブリは、作動流体を膨張させるように構成されている。ロータホイールアセンブリは、ロータホイールを含み、該ロータホイールはその外周面の周りに周方向に離間した複数のダブテールスロットを有する。ロータホイールの外周面には複数の切欠き部も形成されている。さらに、ロータホイールアセンブリは、回転軸を中心に周方向のアレイとして配置された複数のバケットを含む。各バケットは、複数のダブテールスロットのうちの対応するスロットに取り付けられるように構成されたダブテール、プラットフォーム、翼形部、及びバケットと一体形成された一体カバーを含む。プラットフォームは、第１の表面と、反対側の第２の表面とを含む。第１の表面にはキー溝が形成されている。キー溝は、プラットフォームの第１の表面に対し第１の角度で配向した対向するテーパ表面を有する。さらに、ロータホイールアセンブリは、プラットフォームの第１の表面と略平行に配向した第１の面と、第１の面に対し第１の角度で配向した反対側の第２の面とを有するウェッジキーを含み、第２の面はテーパ表面と略平行である。

さらに別の態様では、ロータホイールアセンブリを組み立てる方法が提供される。ロータホイールアセンブリは、複数のバケットと、ロータホイールとを有し、該ロータホイールはその外周面の周りに周方向に離間した複数のダブテールスロットを有する。各バケットは、ダブテール、プラットフォーム、翼形部及び一体カバーを含む。方法は、第１のバケットのダブテールを第１のダブテールスロットに挿入することを含む、第１のバケットをロータホイールに連結することを含む。方法はまた、第１のバケットをロータホイールにウェッジキーを用いて固定することを含む。加えて、方法は、第２のバケットのダブテールをウェッジキー付近の第１のダブテールスロットに隣接する第２のダブテールスロットに挿入することを含む、第２のバケットをロータホイールに連結することを含む。さらに、方法は、ロータホイールアセンブリを運転速度まで回転させることを含む。方法はまた、第１のバケットを第２のバケットにウェッジキーを用いて連結することを含み、第１のバケットとウェッジキー間及び第２のバケットとウェッジキー間に摩擦接触力が生じる。

例示的な蒸気タービンエンジンの概略図である。図１に示す蒸気タービンエンジンで用いることのできる例示的なロータホイールアセンブリの一部分の斜視図である。Ｘ−Ｚ面に対し略垂直に見た、図１に示す蒸気タービンエンジンのロータホイールアセンブリの部分側面図である。Ｘ−Ｚ面に対し略垂直に見た、図２に示すロータホイールアセンブリで用いることのできる例示的なバケットの部分側面図である。図４に示す切断線５−５におけるバケットの断面図である。図２に示すロータホイールアセンブリで用いることのできる例示的なウェッジキーの側面図である。図６に示すウェッジキーの端面図である。ロータホイールアセンブリを組み立てる間、一対のバケットの間に挿入されたウェッジキーを説明する、図２に示すロータホイールアセンブリの部分断面図である。ロータホイールアセンブリを運転速度まで回転させた後の一対のバケット間のウェッジキーを説明する、図２に示すロータホイールアセンブリの部分断面図である。

本明細書では、「軸方向」という用語は、タービンエンジンの長手方向軸線に略平行に延在する方向及び向きを指す。さらに、「半径方向」という用語は、タービンエンジンの長手方向軸線に略垂直に延在する方向及び向きを指す。加えて、本明細書では、「周方向」という用語は、タービンエンジンの長手方向軸線を中心として円弧状に延在する方向及び向きを指す。

図１は、例示的な蒸気タービンエンジン１０の概略図である。図１は例示的な蒸気タービンエンジンを示すが、本明細書に記載のバケットの固定システム及び方法は特に決まったタイプのタービンエンジンに限定されるものではない。当業者であれば、本明細書に記載のバケットの固定システム及び方法は、ガスタービンエンジンを含むあらゆる回転式機械において、そのような装置、システム及び方法が本明細書で以下に記載のように動作することを可能にする任意適当な構成で使用できることを理解するはずである。

例示的な実施形態では、蒸気タービンエンジン１０は、単流蒸気タービンエンジンである。或いは、蒸気タービンエンジン１０は、限定ではないが低圧タービンエンジン、対向流高圧と中圧蒸気タービンの組合せ、複流蒸気タービンエンジン及び／又は他の蒸気タービンのタイプなど、あらゆるタイプの蒸気タービンであってよい。さらに、上述したように、本発明は、蒸気タービンエンジンでの使用のみに限定されず、ガスタービンエンジンなどの他のタービンシステムでも使用できる。

図１に示す例示的な実施形態では、蒸気タービンエンジン１０は、回転シャフト１４に連結された複数のタービン段１２を含む。ケーシング１６は、軸方向に上半分１８と下半分（図示せず）とに分けられる。上半分１８は、高圧（ＨＰ）蒸気入口２０と低圧（ＬＰ）蒸気出口２２とを含む。シャフト１４は、ケーシング１６内を中心軸線２４に沿って延在し、シャフト１４の両方の端部３０にそれぞれ回転可能に連結されている端部パッキン部２６、２８に概ね隣接して配置された軸受に支持されている。複数のシール部材３１、３４及び３６が回転シャフトの端部３０とケーシング１６の間に連結されて、ケーシング１６をシャフト１４の周りにシールするのを補助している。

例示的な実施形態では、蒸気タービンエンジン１０は、ケーシング１６の内側シェル４４に連結されたステータ部品４２も含む。シール部材３４はステータ部品４２に連結されている。ケーシング１６、内側シェル４４及びステータ部品４２はそれぞれ、シャフト１４とシール部材３４を中心に周方向に延在している。例示的な実施形態では、シール部材３４は、ステータ部品４２とシャフト１４の間に蛇行シール路を形成する。シャフト１４は、高圧高温蒸気４０が蒸気流路４６を通って流れる複数のタービン段１２を含む。タービン段１２は、複数の入口ノズル４８を含む。蒸気タービンエンジン１０は、蒸気タービンエンジン１０が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の数の入口ノズル４８を含んでよい。例えば、蒸気タービンエンジン１０は、図１で説明されているよりも多いか又は少ない入口ノズル４８を含み得る。タービン段１２は、複数のタービンブレード又はバケット３８も含む。蒸気タービンエンジン１０は、蒸気タービンエンジン１０が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の数のバケット３８を含んでよい。蒸気流路４６は、典型的にはケーシング１６を通過する。蒸気４０はＨＰ蒸気入口２０から蒸気流路４６に入り、シャフト１４に沿ってタービン段１２を通って流れる。

運転中、高圧高温蒸気４０は、ボイラ（図示せず）などの蒸気供給源からタービン段１２に送られ、ここで熱エネルギーがタービン段１２により機械的回転エネルギーに変換される。より具体的には、蒸気４０は、ＨＰ蒸気入口２０から入りケーシング１６内を送られ、そこでシャフト１４に連結した複数のタービンブレード又はバケット３８と衝突して、シャフト１４を中心軸線２４の周りで回転させる。蒸気４０はＬＰ蒸気出口２２からケーシング１６を出る。次に蒸気４０はボイラ（図示せず）に送られ得、そこで再加熱されるか又は例えば復水器（図示せず）などのシステムの他の部品に送られ得る。

図２は蒸気タービンエンジン１０（図１に示す）で用いることのできる例示的なロータホイールアセンブリ５０の一部分の斜視図である。例示的な実施形態では、ロータホイールアセンブリ５０は、ロータホイール５２を含み、該ロータホイール５２はその外面に互いに略等間隔で離間して画成された複数の軸方向挿入式ダブテールスロット５４を含む。各ダブテールスロット５４は、中心線５５でおおまかに示すように、中心軸線２４（図１に示す）に略平行に配向している。中心軸線２４は、ロータホイール５２の回転軸に相当する。或いは、ダブテールスロット５４は、ロータホイール５２内で、中心軸線２４に対し、蒸気タービンエンジン１０が本明細書に記載のように機能するのを可能にする任意の角度に向けてもよい。例示的な実施形態では、各ダブテールスロット５４は一般にはＶ字形であり、一連の軸方向に延在する周方向の突起５６及び溝５８を含む。例示的な実施形態では、各ダブテールスロット５４は、ほぼ対称的であり、ロータホイール５２の外面から半径方向内側に延在している。

図２に示すように、ロータホイール５２は、蒸気４０がロータホイールアセンブリ５０を流れると、矢印Ｒで示す方向に回転する。中心軸線２４は、座標系のＺ軸（図１に示す）に略平行であり、蒸気４０が流れる主な方向は、一般にはＺ軸方向である。

例示的な実施形態では、各バケット３８は、ルート部分又はダブテール６０、プラットフォーム６２、翼形部６４及び一体カバー６６を含む。座標系を参照して、各バケット３８のロータホイールアセンブリ５０の回転方向に対し一番前の周方向側を前縁側６５とする。各バケット３８の周方向反対側、つまりＹ軸の正方向に対し一番後側を後縁側６３とする。

例示的な実施形態では、ダブテール６０は、それぞれのダブテールスロット５４に略相補的な形状に形成され、それぞれが、それぞれのダブテールスロット５４と噛み合う一連の軸方向に延在する周方向の突起６８及び溝７０を含む。例示的な実施形態では、ダブテールスロット５４とダブテール６０はそれぞれ蒸気タービンエンジン１０の中心軸線２４（図１に示す）に略平行なので、バケット３８は、各バケット３８のダブテール６０が対応するダブテールスロット５４に軸方向に挿入されて、ロータホイール５２と連結することができる。組み立てたとき、バケット３８は、ロータホイール５２の外周面の周りに周方向に延在するバケットのアレイを形成している。

図３は、Ｘ−Ｚ面に対し略垂直に見た、蒸気タービンエンジン１０（図１に示す）のロータホイールアセンブリ５０の部分側面図である。より具体的には、図３は、バケット３８の後縁側６３を見た拡大部分側面図であり、バケット３８をロータホイール５２に固定するのに用いられる例示的なウェッジキー７２を説明している。例示的な実施形態では、バケット３８は、プラットフォーム６２の後縁側表面７６に画成されたキー溝７４を含む。キー溝７４は、後縁側表面７６の下からキー溝表面１０８に延在している。後縁側表面７６は、周方向でロータホイール５２に面し、中心軸線２４を含みロータホイール５２から半径方向外側に延在している半径方向面に略平行である。例示的な実施形態では、キー溝７４は、プラットフォーム６２内でＺ軸に相当する軸方向の概ね中心にあり、プラットフォーム６２の底面７８を通って延在している。対応する切欠き部８０がロータホイール５２に含まれ、ロータホイール５２の外周面８２に画成されて対応するダブテールスロット５４間に延在している。切欠き部８０は、底面１１６、前端１１８及び後端１２０により画成されている。切欠き部８０は、外周面８２に開口している。さらに、切欠き部８０は略長方形であり、キー溝７４と概ね揃っている。すなわち、キー溝７４と切欠き部８０とはＺ軸方向にほぼ同じ長さを有する。

図４は、Ｘ−Ｚ面に対し略垂直に見た、ロータホイールアセンブリ５０のバケット３８（図２に示す）の部分側面図である。例示的な実施形態では、キー溝７４は、それぞれ中心軸線２４に略垂直に配向した前端８４と後端８６、中心軸線２４に略平行な上端８８、及び上端８８と後端８６の間に延在する傾斜端９０を含む。或いは、キー溝７４は、傾斜端９０は含まず、上端８８が前端８４と後端８６の間に延在していてもよい。例示的な実施形態では、傾斜端９０は、後端８６に対し角度αで配向している。角度αは約３０°〜約９０°であり、９０°で、傾斜端９０は上述したようになくなる。或いは、角度αは、キー溝７４が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の角度で形成してもよい。傾斜端９０は、ウェッジキー７２を確実に適切な方向に配置し、プラットフォーム６２の後縁側６３に間隙を設ける手段を提供するのを補助する働きがある。キー溝縁部８４、８６、８８、９０間の各交点は、バケット３８のプラットフォーム６２における応力点の削減を補助する弧状角９２により画成される。或いは、キー溝７４は、キー溝７４が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の形状であってよい。

図５は、切断線５−５におけるバケット３８の断面図である。例示的な実施形態では、キー溝７４は、プラットフォーム６２の後縁側表面７６を通ってキー溝表面１０８に延在している。キー溝表面１０８は、Ｚ軸に沿って軸方向に延在し、後縁側表面７６とともに後縁側表面７６に対し角度θで傾斜している。角度θを与えられたキー溝表面１０８は、ウェッジキー７２とともに固定テーパを形成する。例示的な実施形態では、角度θは、約１°〜約１５°である。或いは、角度θは、キー溝７４が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の角度で形成してもよい。

図６は、ロータホイールアセンブリ５０（図２に示す）で用いられるウェッジキー７２の側面図である。例示的な実施形態では、ウェッジキー７２は、キー溝７４に概ね相補的な形状とされる。すなわち、ウェッジキー７２は、互いに略平行な前端９４と後端９６、前端９４と後端９６に略垂直に配向した上端９８と下端１１０、及び上端８８と後端８６の間に延在する傾斜端１００を含む。或いは、ウェッジキー７２は、傾斜端１００は含まず、上端９８が前端９４と後端９６の間に延在していてもよい。例示的な実施形態では、傾斜端１００は、後端８６に対し角度βで形成されている。角度βは、キー溝７４の角度αとほぼ同じ約３０°〜約９０°であり、９０°で、傾斜端１００は上述したようになくなる。或いは、角度βは、ウェッジキー７２が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の角度で形成してもよい。例示的な実施形態では、縁部９４、９６、９８、１００、１１０間の各交点は斜角面１０２を含んでウェッジキー７２がキー溝７４に摺動しながら連結するのを補助する。或いは、キー溝７４は、キー溝７４が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の形状であってよい。例示的な実施形態では、ウェッジキー７２は、ウェッジキー７２がキー溝７４と切欠き部８０と概ね揃うのを可能にしながらもウェッジキー７２がキー溝７４と切欠き部８０の中で垂直方向に移動できるような、幅１０４と高さ１０６を有する。

図７は、ウェッジキー７２の端面図である。例示的な実施形態では、ウェッジキー７２は、前面１１２と後面１１４を含む。後面１１４は、前面１１２に対し角度σで形成されている。例示的な実施形態では、角度σを与えられた後面１１４は、キー溝７４とともに固定テーパを形成する。したがって、角度σは角度θとほぼ同じである。例示的な実施形態では、角度σは、約１°〜約１５°である。或いは、角度σは、ウェッジキー７２が本明細書に記載のように動作するのを可能にする任意の角度で形成してもよい。

図８は、ロータホイールアセンブリ５０を組み立てる間、一対のバケット３８の間に挿入されたウェッジキー７２を説明する、ロータホイールアセンブリ５０の部分断面図である。図２、図３及び図８を参照すると、操作においては、バケット３８をロータホイール５２のダブテールスロット５４に挿入してキー溝７４を切欠き部８０と揃える。具体的には、切欠き部８０の前端１１８とキー溝７４の前端８４を揃えて、Ｘ−Ｚ面（図３に示す）で見たとき実質的に同一線上となるようにする。加えて、切欠き部８０の後端１２０とキー溝７４の後端８６を揃えて、Ｘ−Ｚ面で見たとき実質的に同一線上となるようにする。ウェッジキー７２をバケット３８のキー溝７４に少なくとも部分的に挿入する。ウェッジキー７２をロータホイール５２の切欠き部８０にも少なくとも部分的に挿入する。キー溝７４と切欠き部８０とに挿入されたウェッジキー７２は軸方向（Ｚ軸）と半径方向（Ｘ軸）の両方向で捕捉されるので、バケット３８がロータホイール５２にしっかりと軸方向に固定される。それに続く各バケット３８をそれぞれのダブテールスロット５４に挿入すると、ウェッジキー７２は周（Ｙ軸）方向に捕捉される。例示的な実施形態では、ウェッジキー７２の後面１１４は、対応するキー溝表面１０８に接し、切欠き部８０の底面１１６に載っている。この位置は、ウェッジキー７２の半径方向内側位置と呼ぶことができる。ウェッジキー７２の半径方向内側位置では、間隙１２２が、ウェッジキー７２の前面１１２と隣接するバケット３８の前縁側表面１２４との間に画成される。間隙１２２は、該隣接するバケット３８の組立を可能にする。

図９は、ロータホイールアセンブリ５０を運転速度まで回転させた後の、一対のバケット３８の間に配置されたウェッジキー７２を説明する、ロータホイールアセンブリ５０の部分断面図である。例示的な実施形態では、ウェッジキー７２は、ロータホイールアセンブリ５０が運転速度で回転する間に生じた遠心力により、半径方向外側位置に移動している。ウェッジキー７２の半径方向外側位置では、ウェッジキー７２の前面１１２は隣接するバケット３８の前縁側表面１２４に接しており、それによって間隙１２２がなくなっている。ウェッジキー７２の半径方向外側位置は、ウェッジキー７２と隣接するバケット３８の後縁側表面７６及び前縁側表面１２４との堅固な連結を生成する。キー溝表面１０８の角度θとウェッジキー７２の相補的な角度σは、固定テーパの形成を補助し、それによって、ロータホイールアセンブリ５０の回転停止後、隣接するバケット３８間でウェッジキー７２が半径方向外側位置で堅固に連結されている。キー溝表面１０８とウェッジキー７２の間に形成された固定テーパは、ウェッジキー７２の後面１１４と対応するキー溝表面１０８との間に摩擦接触力Ｆ１を生成する。さらに、摩擦接触力Ｆ２がウェッジキー７２の前面１１２と隣接するバケット３８の前縁側表面１２４との間に生成される。摩擦接触力Ｆ１及びＦ２は、隣接するバケット３８間でウェッジキー７２を半径方向外側位置で連結する。ウェッジキー７２が半径方向外側位置で連結されると、ロータホイールアセンブリ５０が停止中でもバケット３８を半径方向外側の方向に配置することができるので、バケットのダブテール６０とロータホイールのダブテールスロット５４とは堅固に連結されたままである。

動作時、プラットフォーム６２を隣接するバケット３８に連結すると、バケット３８の固有周波数の増加が促進される。バケット３８の固有周波数が増加すると、バケット３８のダブテール６０に生じる動的応力の低下が促進され、停止中のロータホイールアセンブリ５０で組立後振動試験を実施することが可能になる。停止中の蒸気タービン１０の組立後振動試験が可能になると、ホイールボックス又はスピンセル振動試験の必要性が減少することで、蒸気タービンエンジン１０のコスト削減と製造サイクル時間の短縮とが促進される。一体にカバーされたバケットとともにウェッジキー７２を用いると、ロータホイールアセンブリ５０の運転速度で存在する基本的な境界条件が、ロータホイールアセンブリ５０の停止状態でも存在するという状態が可能になることが助長されるので、蒸気タービンエンジン１０の調整及び検証目的での組立後停止振動試験ができるようになる。

本明細書に記載のシステム及び方法は、タービンに誘導される作動応力を大幅に低下させ、調整及び検証目的での組立後停止振動試験を可能にする軸方向挿入式バケットを固定するシステムを提供することで、タービンエンジンの性能向上を促進する。具体的には、固定テーパを有するウェッジキーとテーパ付きキー溝を有するバケットとの組合せを説明している。したがって、公知の軸方向挿入式バケットを用いるタービンと比較すると、本明細書に記載の装置、システム及び方法では軸方向挿入式バケットを組み立てる時間と難易度の軽減が促進され、作動応力の低下とダブテールクロージャーインサートに関するコストの低下とが促進され、かつバケットプラットフォームで連結できるのでバケットの固有周波数が増加し、ダブテールにおける動的応力が低下し、かつ調整と周波数の検証目的での正確な組立後停止振動試験データが獲得できるようになる。

本明細書に記載の方法及びシステムは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されない。例えば、各システムの部品及び／又は各方法のステップは、本明細書に記載の他の部品及び／又はステップとは互いに独立して別々に使用及び／又は実施してもよい。加えて、各部品及び／又はステップは、他のアセンブリや方法と一緒に使用及び／又は実施してもよい。

本発明をさまざまな具体的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば本発明は請求項の精神と範囲内で変形を加えて実施できることを理解しよう。

１０蒸気タービンエンジン
１２タービン段
１４シャフト
１６ケーシング
１８上半分
２０ＨＰ蒸気入口
２２ＬＰ蒸気出口
２４中心軸線
２６端部パッキン部
２８端部パッキン部
３０端部
３１シール部材
３４シール部材
３６シール部材
３８バケット
４０蒸気
４２ステータ部品
４４内側シェル
４６蒸気流路
４８入口ノズル
５０ロータホイールアセンブリ
５２ロータホイール
５４ダブテールスロット
５５中心線
５６軸方向に延在する突起
５８溝
６０ダブテール
６２プラットフォーム
６３後縁側
６４翼形部
６５前縁側
６６一体カバー
６８軸方向に延在する突起
７０溝
７２ウェッジキー
７４キー溝
７６後縁側表面
７８底面
８０切欠き部
８２外周面
８４前端
８６後端
８８上端
９０傾斜端
９２弧状角
９４前端
９６後端
９８上端
１００傾斜端
１０２斜角面
１０４幅
１０６高さ
１０８キー溝表面
１１０下端
１１２前面
１１４後面
１１６底面
１１８前端
１２０後端
１２２間隙
１２４前縁側表面
θ 角度
β 角度
α 角度
σ 角度
Ｒ回転方向矢印
Ｆ１摩擦力
Ｆ２摩擦力

Claims

ロータホイールアセンブリ（５０）であって、
ロータホイール（５２）であって、その外周面（８２）の周りに周方向に離間した複数のダブテールスロット（５４）を含み、複数の切欠き部（８０）が外周面（８２）に形成されている、ロータホイール（５２）、
一体カバー（６６）、翼形部（６４）、ダブテール（６０）及び第１の表面と反対側の第２の表面とを含むプラットフォーム（６２）を含み、第１の表面にはキー溝（７４）が形成されており、キー溝（７４）はプラットフォーム（６２）の第１の表面に対し第１の角度で配向した対向するテーパ表面を含む、１以上のバケット（３８）及び
プラットフォーム（６２）の第１の表面と略平行に配向した第１の面と第１の面に対し第１の角度で配向した反対側の第２の面とを含み、第２の面はテーパ表面に略平行である、ウェッジキー（７２）
を含む、ロータホイールアセンブリ（５０）。
複数の切欠き部（８０）がキー溝（７４）の軸方向長さとほぼ同じ軸方向長さをそれぞれ有する、請求項１記載のロータホイールアセンブリ（５０）。
ロータホイール（５２）が回転軸を有し、複数のダブテールスロット（５４）が軸方向挿入式ダブテールスロットを含むので、ダブテールスロット（５４）がそれぞれ回転軸に略平行に延在している、請求項１記載のロータホイールアセンブリ（５０）。
ウェッジキー（７２）が、キー溝（７４）と摺動しながら係合できる寸法の軸方向の幅を有する、請求項１記載のロータホイールアセンブリ（５０）。
ウェッジキー（７２）が、キー溝（７４）及び複数の切欠き部（８０）のうちの１つと同時に摺動しながら係合するように構成されている、請求項４記載のロータホイールアセンブリ（５０）。
第１の角度の値が、約１°〜約１５°である、請求項１記載のロータホイールアセンブリ（５０）。
タービンエンジン（１０）であって、
回転軸を有する回転シャフト（１４）、
回転シャフト（１４）を中心に周方向に延在するケーシング（１６）であって、回転シャフト（１４）の長さ方向に作動流体を送るように構成された１以上の通路を画成している、ケーシング（１６）及び
回転シャフト（１４）の一部分と連結されて一緒に回転するロータホイールアセンブリ（５０）であって、作動流体を膨張させるように構成され、
ロータホイール（５２）であって、その外周面（８２）の周りに周方向に離間した複数のダブテールスロット（５４）を含み、複数の切欠き部（８０）が外周面（８２）に形成されている、ロータホイール（５２）、
回転軸を中心に周方向のアレイとして配置されている複数のバケット（３８）であって、複数のバケット（３８）の各バケット（３８）が、複数のダブテールスロット（５４）のうちの対応するスロットと連結するように構成されているダブテール（６０）、翼形部（６４）、各バケット（３８）と一体形成された一体カバー（６６）、及び第１の表面と反対側の第２の表面とを含むプラットフォーム（６２）を含み、第１の表面にはキー溝（７４）が形成され、キー溝（７４）はプラットフォーム（６２）の第１の表面に対し第１の角度で配向した対向するテーパ表面を含む、複数のバケット（３８）及び
プラットフォーム（６２）の第１の表面と略平行に配向した第１の面と、第１の面に対し第１の角度で配向した反対側の第２の面とを含み、第２の面はテーパ表面に略平行である、１以上のウェッジキー（７２）
を含む、ロータホイールアセンブリ（５０）
を含む、タービンエンジン（１０）。
複数のダブテールスロット（５４）が、回転軸に対し第２の角度で配向している、請求項７記載のタービンエンジン（１０）。
複数のダブテールスロット（５４）が、軸方向挿入式ダブテールスロットを含み、その結果第２の角度がほぼ０°である、請求項８記載のタービンエンジン（１０）。
ウェッジキーの第２の面が、複数のバケット（３８）のうちの対応するバケットのテーパ表面と係合するように構成され、同時にウェッジキー（７２）の底面が、複数の切欠き部（８０）のうちの対応する切欠き部の底面と係合するように構成されているので、複数のバケット（３８）のうちの隣接するバケット（３８）が、複数のダブテールスロット（５４）のうちの隣接する対応するスロットと連結することができる、請求項７記載のタービンエンジン（１０）。
ウェッジキー（７２）の第２の面が、複数のバケット（３８）のうちの対応するバケットのテーパ表面と係合するように構成され、ウェッジキー（７２）の第１の面が、複数のバケット（３８）のうちの隣接する対応するスロットの第２の表面に接するように構成されている、請求項７記載のタービンエンジン（１０）。
第１の角度が、ウェッジキー（７２）と複数のバケット（３８）のうちの対応するバケットとの間に固定テーパを可能にするように構成されているので、複数のバケット（３８）のうちの対応するバケットのプラットフォーム（６２）が複数のバケット（３８）のうちの隣接する対応するスロットのプラットフォーム（６２）と連結して対応するバケットの固有周波数の増加を促進する、請求項１１記載のタービンエンジン（１０）。
第１の角度の値が、約１°〜約１５°である、請求項１２記載のタービンエンジン（１０）。
１以上のウェッジキー（７２）が、キー溝（７４）及び複数の切欠き部（８０）のうちの１つと同時に摺動しながら係合するように構成されている、請求項７記載のタービンエンジン（１０）。
複数のバケット（３８）と、ロータホイール（５２）であって、その外面（８２）の周りに複数のダブテールスロット（５４）を周方向に離間させて有する、ロータホイール（５２）とを有するロータホイールアセンブリ（５０）を組み立てる方法であって、複数のバケット（３８）の各バケット（３８）が、ダブテール（６０）、プラットフォーム（６２）、翼形部（６４）及び一体カバー（６６）を含み、
第１のバケット（３８）のダブテール（６０）を第１のダブテールスロット（５４）に挿入することを含む、第１のバケット（３８）をロータホイール（５２）に連結すること、
第１のバケット（３８）をロータホイール（５２）にウェッジキー（７２）を用いて固定すること、
第２のバケット（３８）のダブテール（６０）をウェッジキー（７２）付近の第１のダブテールスロット（５４）に隣接する第２のダブテールスロット（５４）に挿入することを含む、第２のバケット（３８）をロータホイール（５２）に連結すること、
ロータホイールアセンブリ（５０）を運転速度まで回転させること、及び
第１のバケット（３８）を第２のバケット（３８）にウェッジキー（７２）を用いて連結することであって、第１のバケット（３８）とウェッジキー（７２）間及び第２のバケット（３８）とウェッジキー（７２）間とに摩擦接触力が生じる、連結すること、
を含む、方法。
第１のバケット（３８）をロータホイール（５２）にウェッジキー（７２）を用いて連結することが、ウェッジキー（７２）を第１のバケット（３８）のプラットフォーム（６２）に形成されたキー溝（７４）に挿入することを含む、請求項１５記載の方法。
第１のバケット（３８）のプラットフォーム（６２）が、第１の表面を含み、第１の表面は第１の表面に形成されたキー溝（７４）を有し、キー溝（７４）は、第１の表面に対し第１の角度で配向した対向するテーパ表面を含む、請求項１６記載の方法。
第１のバケット（３８）を第２のバケット（３８）に連結することが、プラットフォーム（６２）の第１の表面に略平行な第１の面と、対向するテーパ表面に略平行な第２の面とを有するウェッジキー（７２）を用いることを含む、請求項１７記載の方法。
第１のバケット（３８）を第２のバケット（３８）に連結することが、第１のバケット（３８）のプラットフォーム（６２）を第２のバケット（３８）のプラットフォーム（６２）に連結して、第１のバケット（３８）及び第２のバケット（３８）の固有周波数増加を促進することを含む、請求項１５記載の方法。
ロータホイールアセンブリ（５０）を運転速度から停止状態まで減速し、調整及び周波数の検証に用いるためのロータホイールアセンブリ（５０）の停止振動試験データを獲得することをさらに含む、請求項１５記載の方法。