JP4572399B2 - クロージャバケットをタービンホイールに固定するための軸方向差込式ダブテールセグメント及びその取付け方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バケットとタービンロータホイールとの間の軸方向差込式ダブテール取付けに関し、具体的には、タービンロータホイール上に一連の軸方向に挿入されるバケットのうちの最終即ちクロージャバケットを固定するための、軸方向に挿入されるダブテールセグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸方向差込式バケット、即ちロータブレードは、バケットをロータ軸に沿ってタービンホイールの噛合せダブテール中へ摺動させることによってタービンホイール上に組立てられる。従来の組立体にあっては、タービンバケットは、タービンホイールの半径方向内方に向いた雌ダブテールに対して噛合い係合するための、半径方向内方に突出する雄ダブテールを有する。このホイールダブテールは、ホイールの周りに円周方向に互いに間隔をおいて配置される。タービンホイールの軸方向差込式バケットは、組立て及び使用において極めて満足すべきものであることが分かっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ある種のタービン設計では、バケット先端において一体的なカバー即ちシュラウドを必要とする。一般的に、シュラウドは、隣接するバケットのシュラウドと入れ子式になる部分的に重なり合う突起を有する。例えば、シュラウドのあるものは、半径方向内側方向に見た場合、ほぼＺ型形状を有する場合がある。このバケットが、軸方向差込式ダブテール方式を使用してホイールの周りに連続的に組立てられる場合、隣接するシュラウド、一般的に言って最初に組立てられたバケットと最後から１つ前に組立てられたバケットとであるが、にある突起が、ホイールの上流もしくは下流側からの、最後の軸方向差込式バケットの組立てを妨げる。この阻止をおこなうシュラウド突起は、使用中それらの先端において、バケットの連続的な円周方向の結合を維持するために、シュラウドが互いに接触しあっていなければならないことから、取り除くことはできない。従って、シュラウドを有する最終即ちクロージャバケットを、軸方向差込式組立て法によって、それさえなければ完成された筈のホイール組立体に対して固定することには、問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、最終クロージャバケットを除く全てのバケットが軸方向差込方法によってロータホイールに対して固定された後に、ロータホイールに対して最終即ちクロージャバケットを容易く固定できるようにする軸方向差込式ダブテールセグメントが提供される。本発明は、特に、バケット先端のシュラウドが最終バケットの軸方向の差込み及び固定を妨げる軸方向差込方式において、最終バケットをロータホイールに対して固定するのに役立つ。前述したことを達成するため、全体として軸方向に延びるほぼ半径方向に相対向する雄ダブテールを有する軸方向差込式ダブテールセグメントが提供される。ロータホイールは、最終バケットを受け入れる円周方向の位置を含む、ホイールの周りに円周方向に間隔を置いた位置に通常の雌ダブテールを備えている。しかしながら、最終バケットは、ホイール周囲の最終バケット位置においてロータホイールの雌ダブテールと相補的関係で係合するための突出した雄ダブテールを有する代わりに、雌ダブテールを備える。このダブテールセグメントにおける半径方向内側の雄ダブテールは、最終バケットを除くバケットにおける雄ダブテールの形状寸法と同一である。セグメントの反対側即ち半径方向外側の雄ダブテールは、最終バケットの雌ダブテールと全体として相補的関係の形状を有する。
【０００５】
バケットをロータホイールに対して組立てるために、従来の雄ダブテールを備えるバケットが、ロータホイールの雌ダブテール中へ軸方向に挿入される。この挿入は、ロータホイールの周りに連続して行われる。最後のバケットを除いて全てのバケットがロータホイールに対して固定されたら、次ぎに最終バケットが、隣接するバケット間に半径方向に挿入され、最初に組立てられたバケットと最終バケットの一つ前に組立てられたバケットとの間でホイール上へ基本的に配置されることができる。最終バケットが適切に配置されたら、軸方向差込式ダブテールセグメントが、最終バケット及びロータホイールの雌ダブテールにそれぞれ係合するように軸方向に挿入される。最終バケットを半径方向に挿入できるようにすることによって、最終バケットのシュラウドは、隣接するバケットのカバーと半径方向に入れ子式になることができ、カバーの連続的な円周方向の結合を形成し、一体型カバー設計の完全性を維持する。
【０００６】
本発明による好ましい実施形態において、少なくとも１つの軸方向差込式雌ホイールダブテールを備えるロータホイールと、その半径方向内側端部に隣接して雌バケットダブテールを備えるバケットと、バケットを１つのホイールダブテールに対して固定するための軸方向差込式ダブテールセグメントとを有するタービンであって、ほぼ軸方向に延び、バケットダブテールとホイールダブテールとの中にそれぞれ軸方向に受け入れられるための、全体として軸方向に延びるほぼ半径方向に相対向する雄ダブテールを有するセグメント本体を含むタービンが提供される。
【０００７】
本発明による別の好ましい実施形態においては、その周りに円周方向に互いに間隔をおいて配置された軸方向差込式雌ホイールダブテールを備えるロータホイールと、ホイールダブテールの各円周方向位置におけるホイールに対する複数のバケットとを有するタービンにおいて、バケットの１つをホイール上に取付ける方法であって、１つのバケットの半径方向内側端部に雌ダブテールを設ける段階と、１つのバケットとホイールとを互いに固定するために、ほぼ半径方向に相対向する雄ダブテールを有するセグメントを、軸方向に、かつバケットダブテールとホイールダブテールの１つとの中へ挿入する段階とを含む方法が提供される。
【０００８】
本発明による更に別の好ましい実施形態においては、その周りに円周方向に互いに間隔をおいて配置された軸方向差込式雌ホイールダブテールを備えるロータホイールと、ホイールに対して固定されるための所定数のバケットとを有するタービンにおいて、バケットを取付ける方法であって、複数のバケットをホイールに対して固定するために、所定数のバケットより少なくとも１つ少ない数の複数のバケットに設けられた雄ダブテールを、対応する数の雌ホイールダブテール中へ軸方向に挿入する段階と、１つのバケットをホイールに対して固定するために、ダブテールセグメントのほぼ半径方向に相対向する雄ダブテールを、ホイールの雌ダブテールと１つのバケットの雌ダブテールとの中へそれぞれ挿入する段階と
を含む方法が提供される。
【０００９】
従って、本発明の主要目的は、軸方向差込式ダブテールをシュラウドの一体性が維持され得るように用いながら、同時にカバーを備える最終バケットを半径方向に組立てることを可能にし、ロータホイールの周りに円周方向に延びるカバーを完成させながら、一体型のシュラウドで覆われるバケットのためのホイールダブテール設計に対するバケットを提供することである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図面、特に図１を参照すると、ロータホイール１０の一部が示され、ロータホイール１０はタービンの一部を形成する。ロータホイール１０は、軸の周りに回転可能であり、ホイールの外周まわりに円周方向に互いに間隔をおいて配置された一連の雌ダブテール１２を有する。雌ダブテール１２は、軸方向に、即ちロータホイールの軸と並行に延び、バケット１６の内側端部に形成された噛合せ雄ダブテール１４を受け入れる。バケット１６は、一連のブレードもしくはベーンを構成し、タービン流路中の高温ガスによる作用を受け、ロータホイールを回転させる。バケット１６の半径方向内側端部にはそれぞれ、ロータホイール上へバケットを組立てる際に、雌ダブテールに対してバケットの軸方向の差込みを可能にする、雄ダブテール１４が設けられる。
【００１１】
バケット１６はまた、それらの半径方向外側端部に、最終組立体において互いに接触し、バケット先端の周囲に連続的な円周のシュラウド組立体を構成するシュラウド即ちカバー１８を含む。カバー１８は、勿論バケット１６及びロータホイール１０と共に回転する。図示するように、カバー１８は、半径方向に見た時にほぼＺ型形状をしており、従って、隣接するカバーとかみ合う、即ち入れ子式になる。Ｚ型のカバー形状は好ましいが、Ｚ型以外のカバー形状でもよい。例えば、カバーは、直線状の斜めになった端縁を有することができる。カバーの特定形状は、バケットの前縁と後縁とに円周方向のずれを生じさせるバケット１６のねじりと湾曲によって、大部分が決まる。
【００１２】
前に示したように、バケット１６の雄ダブテール１４は、ロータホイールに対してバケットを組立てるとき、雌ダブテール１２中へ軸方向に挿入される。従って、バケット１６は、ホイールの周りに連続して組立てられる。例えば、第１バケット１６ａは、雄ダブテール１４ａを雌ダブテール１２ａ中へ軸方向に移動させることによって、ロータホイール１０に対して組立てられる。次のバケット１６ｂは、雄ダブテール１４ｂをロータホイールの雌ダブテール１２ｂ中へ軸方向に移動させることによって、ロータホイール１０に対して同様に組立てられる。バケット１６ａ及び１６ｂにおけるカバー１８ａ及び１８ｂは、このような軸方向の差込みに際して、それぞれ互いに入れ子式になることが分かるであろう。その他のバケットは、同じやり方で、ホイール１０の周りに連続してロータホイールに対して固定され、最終的には、最後から１つ前のバケット１６ｘが、雄ダブテール１４ｘを雌ダブテール１２ｘ中へ挿入することによって、ロータホイール１０上に取付けられる。従って、バケットは、１つの最終バケットを除いて、カバー１８が互いに対して入れ子式になる状態で、ロータホイール中へ軸方向に挿入され、ロータホイールの周りに完全に取付けられることが分かるであろう。しかしながら、図１の検討から、最終即ちクロージャバケット１６ｙは、隣接するカバー１８ａ及び１８ｘによって定められる開口部をカバー１８ｙが通過できないので、ロータホイールに対して、何れの軸方向からも挿入できないことが分かるであろう。従って、最終バケット１６ｙをロータホイール１０上へ取付けるには、別のタイプの接続及び組立て手順が必要とされる。
【００１３】
これを成し遂げるために、その他のバケット１６の半径方向内側端部における雄ダブテール１４と類似する雄ダブテールを最終バケット１６ｙに設けるのに代えて、最終バケット１６ｙには、その半径方向内側端部に沿って軸方向に延びる雌ダブテール２０を設ける。更に、図２に最もよく示されるように、軸方向差込式ダブテールセグメント２２が、雌ダブテール接続１２yで最終バケット１６ｙをロータホイール１０に対して結合するように設けられる。言うまでもなく、このダブテール接続１２ｙは、ロータホイール１０の周りに円周方向に間隔をおいて配置されるダブテール接続１４と同一である。軸方向差込式ダブテールセグメント２２は、セグメントの半径方向両側に沿って、突出している雄ダブテール２４及び２６を含み、またセグメントは、バケット１６の雄ダブテールの軸方向長さに相当する距離だけ軸方向に延びている。セグメント２２の半径方向内方側の雄ダブテール２４は、雌ダブテール１４ｙと全体として相補的関係の形状を有し、一方、セグメント２２の半径方向外方側のダブテール２６は、最終バケット１６ｙの雌ダブテール２０と全体として相補的関係の形状になっている。軸方向差込式ダブテールセグメント２２を使用することによって、最終バケット１６ｙは、半径方向から組立て、ロータホイール１０に対して組立てられた第１バケット１６ａとロータホイール１０に対して組立てられた最後から１つ前のバケット１６ｘとの間に配置できる。バケット１６ｙを半径方向に挿入することによって、バケットの半径方向内側基部は、隣接するバケット１６ａと１６ｘとの半径方向内側基部の間に容易に配置できることが分かる。更に、最終バケット１６ｙのカバー１８ｙは、隣接するバケットのカバー１８ａと１８ｘとの間に、入れ子式に入る。最終即ちクロージャバケット１６ｙをロータホイール１０に対して固定するために、軸方向差込式ダブテールセグメント２２が、セグメントの雄ダブテールが最終バケット１６ｙ及びロータホイール１０の雌ダブテールにそれぞれ係合するように、軸方向に押し込まれる。
【００１４】
図２を参照すると、セグメント２２の半径方向内方側の雄ダブテール２４の形状寸法は、ロータホイールの雌ダブテール１２と同じである。つまり、このダブテールのフック２５は、互いに実質的に相補形状になっている。同様に、セグメント２２の半径方向外方側の雄ダブテール２６は、最終即ちクロージャバケット１６ｙの雌ダブテールに対して相補的関係の形状になっている。即ち、雄ダブテールのフック２７は、雌ダブテールのフックに対して実質的に相補形状になっている。セグメント２２における突起即ち舌部２８にも注目されたい。これらの舌部２８は、噛合っている最終即ちクロージャバケットの雌ダブテールにおいて接線方向の拘束をもたらす。勿論、フック２５及び２７は、最終組立体において、対応するフックをホイールダブテールと最終バケットの雌ダブテールとに係合させる。
【００１５】
本発明を、現在最も実用的な好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲に含まれる、様々な変更形態び等価な構成を保護することを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 最終バケットを固定するために使用される本発明の軸方向差込式ダブテールセグメントに加えて、バケットとロータホイールとの間の接続を示す部分斜視図。
【図２】 軸方向差込式ダブテールセグメントの端面図。
【図３】 軸方向差込式ダブテールセグメントの斜視図。
【符号の説明】
１０ ロータホイール
１２ 雌ダブテール
１４ 雄ダブテール
１６ バケット
１８ カバー
２０ バケットの雌ダブテール
２２ セグメント
２４ 半径方向内方側の雄ダブテール
２５、２７ フック
２６ 半径方向外方側の雄ダブテール

Claims (6)

1. ロータホイール（１０）と、ロータホイールの第１の雌ダブテール（１２）に挿入される第１の雄ダブテール（１４）によってロータホイール（１０）に各々固定することができる複数の軸方向差込式バケット（１６ａ，１６ｂ，…１６ｘ）とを備えるタービンであって、各々のバケットが、隣接するバケットのシュラウド（１８）と入れ子式にかみ合って連続的な円周方向のシュラウド組立体を形成するように構成されたシュラウド（１８）を有していて、当該タービンが、最後に取り付けられるバケット組立体として、（ｉ）付属シュラウドが隣接する軸方向差込式バケットのシュラウドと入れ子式にかみ合うように半径方向からロータホイールに取り付けられるように構成された追加のバケット（１６ｙ）であって、半径方向内側端部に第２の雌ダブテール（２０）を備える追加のバケット（１６ｙ）と、（ｉｉ）該追加のバケット（１６ｙ）の半径方向内側端部の第２の雌ダブテール（２０）と相補的な形状とロータホイール（１０）の第１の雌ダブテール（１２）と相補的な形状とを併せもつ第２の雄ダブテール（２２）であって、第１及び第２の雌ダブテール（１２，２０）内に挿入することによって追加のバケット（１６ｙ）をロータホイール（１０）に取り付けることができる第２の雄ダブテール（２２）とをさらに備えることを特徴とするタービン。
2. 前記第２の雄ダブテール（２２）が、半径方向に相対向する雄ダブテール（２４，２６）を有するセグメント本体であり、一方のダブテール（２４）が、当該セグメント本体の各側に突出する少なくとも２つのフックを含むことを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記シュラウドの各々が、隣接するシュラウドと部分的に重なり合う突起を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタービン。
4. ロータホイールの周りに円周方向に互いに間隔をおいて配置された軸方向差込式の第１の雌ダブテール（１２）を備えるロータホイール（１０）に、タービンバケットを取り付ける方法であって、第１の雌ダブテール（１２）の各々が、複数のバケット（１６ａ，１６ｂ，…１６ｘ，１６ｙ）を１個ずつ受け入れてロータホイール（１０）に取り付けるように構成されており、各々のバケットが、隣接するバケットのシュラウド（１８）と入れ子式にかみ合って連続的な円周方向のシュラウド組立体を形成するように構成されたシュラウド（１８）を有していて、当該方法が、
   前記複数のバケットのうちの最後のバケット（１６ｙ）の半径方向内側端部に第２の雌ダブテール（２０）を設ける段階と、
   前記複数のバケットの残りのバケット（１６ａ，１６ｂ，…１６ｘ）の半径方向内側端部に、残りのバケット（１６ａ，１６ｂ，…１６ｘ）の各々をロータホイール（１０）に取り付けるための第１の雄ダブテール（１４）を設ける段階と、
   第１の雄ダブテール（１４）の各々を第１の雌ダブテール（１２）内に軸方向に挿入して、前記複数のバケットの残りのバケット（１６ａ，１６ｂ，…１６ｘ）をロータホイール（１０）に取り付ける段階と、
   前記複数のバケットのうちの最後のバケット（１６ｙ）を、その付属シュラウドが隣接する軸方向差込式バケットのシュラウドと入れ子式にかみ合うように半径方向からロータホイールに向かって差し込む段階と、
   第２の雄ダブテール（２２）を、第１の雌ダブテール（１２）及び前記複数のバケットのうちの最後のバケット（１６ｙ）の第２の雌ダブテール（２０）内に軸方向に挿入して、前記複数のバケットのうちの最後のバケット（１６ｙ）とロータホイール（１０）とを互いに固定する段階と
   を含むことを特徴とする方法。
5. 前記第２の雄ダブテール（２２）が、半径方向に相対向する雄ダブテール（２４，２６）を有するセグメント本体であり、一方のダブテール（２４）が、当該セグメント本体の各側に突出する少なくとも２つのフックを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記シュラウドの各々が、隣接するシュラウドと部分的に重なり合う突起を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の方法。

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