JP5542357B2 - タービンブレード保持システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、対応する成形スロット内での成形対象物の軸方向及び／又は半径方向移動を防止するために使用する保持システムに関し、より具体的には、保持リングダブテールスロット内にタービンブレードダブテールを保持するための保持システム及び方法に関する。

従来型のタービン圧縮機構成部品では、ステータブレードは、ダブテール継手によって保持リング内に保持され（すなわち、ブレード上のダブテールが、保持リングの相補形スロット内に受けられ）、また保持リングは次に、圧縮機ケーシングの円周方向スロット内に固定される。

ブレードとリング内のダブテールスロットとの間の嵌合は緩くされて（隙間嵌めされて）、組立て及び許容差を可能にしている。従って、ブレードが適正に保持されていない場合には、この隙間嵌めによってスロット内でのハードウェアの移動が許されることになって、過剰摩耗を生じる。過剰摩耗は、最終的には部品を破損させて、補修を行うことができるまでユニットを運転停止させることが必要となる。加えて、ダブテールスロット内でのブレードの半径方向の移動は、機械加工工程の間における先端半径の変動を許す。半径方向間隙の変動を減少させることにより、性能を高めかつ過度な先端摩擦を回避するのを可能にすることができる。

一般的に、各ステータブレードは、リング内に保持されて、１以上のステーク（かしめ）によってリングダブテールスロットに沿った移動を制限される。このステークというは、リングスロットの端縁部における材料をステータダブテールの局所的面取りによって形成された空隙内に塑性変形させかつ移動させる方法である。これは、幾つかのケースではリングスロット内でのステータブレードの不適切な支持をもたらす可能性がある手動によるかつ非常にばらつく可能性がある方法である。ステータに作用する振動力は、ステーク上に摩耗を発生させて最終的には保持機構の損傷を引き起こす可能性がある。ステークが摩耗すると、ブレードは次に、リングスロット内で自由に摺動する可能性がある。非常に大きな振幅において、この移動（運動）によりリングダブテールの摩耗を生じ、最終的にはリングの損傷を引き起こす。このことは次に、ブレード脱離を生じさせ、その結果ガスタービンに対する付随的損傷を引き起こす可能性がある。この問題は、本出願と同一の出願人による２００５年１１月２１日出願の審査中の米国出願第１１／２８２，６０３号に開示されている止めネジ法を利用した本出願人の最近の設計において解決されている。また、リング後方内に翼形部を挿入すること或いは誤った軸方向位置（段）にステータ又はリングを挿入することのいずれかによって不適当に取付けられたステータの多くの文書化された事例が存在している。それら誤組立ての幾つかは、その後の機械装置の損傷の原因として確認されている。

米国特許第３１６５２９４号明細書 米国特許第３５２１９７４号明細書 米国特許第３６０３７０２号明細書 米国特許第４４５３８９１号明細書 米国特許第６９８１８４７号明細書

しかしながら、ターボ機械内に翼形部ブレード配列を固定する信頼性がありかつ失敗しない保証付きの保持方法に対する必要性が依然として存在している。

１つの例示的な実施形態では、本発明は、保持リング内の噛合いダブテールスロットにタービンブレードダブテールを組立てるのに使用するための保持システムに関し、本保持システムは、ブレードダブテール内に形成された第１の保持スロットと、保持リング内に形成されかつ第１の保持スロットと開放連通状態になった第２の保持スロットと、第１及び第２の保持スロット内に配置されたロック部材とを含み、第１の保持スロットは、ダブテールスロット内にダブテールを組立てた時に該第１の保持スロットが第２の保持スロットと整列するように配置される。

別の態様では、本発明は、保持リングのダブテールスロット内にタービンブレードダブテールを保持する方法に関し、本方法は、ブレードダブテール内に保持スロットを形成するステップと、保持スロット内に開放するように保持リング内にロックスロットを形成するステップと、保持スロット及びロックスロット内にロック部材を挿入するステップとを含む。

次に、以下に特定する図面に関連させて、本発明を詳細に説明する。

従来型の圧縮機組立体の簡略部分断面図。 従来型のステータリング組立体の前方から後方を見た図。 本明細書に開示した例示的かつ非限定的な実施形態によるブレード保持システムを示す分解図。 図３に示す保持システムの組立図。 図４に示すシステムの概略断面図。 図５Ａと同様であるが、半径方向保持機構がない状態での構成を示す図。

本発明の例示的かつ非限定的な実施形態の以下の詳細な説明は、保持リング（一般的には、複数の弓形セグメントで構成される）によって圧縮機ケーシング内に保持されたガスタービン圧縮機ステータブレードに適用される。

図１は、固定ケーシング１２で表した従来型の圧縮機内におけるタービンステータブレード１０を示す簡略断面図である。ブレードは一般的に、ステータ保持リング１４内の対応する成形ダブテールスロット（図示せず）に係合するダブテールセクション（図示せず）によって固定される。保持リングは次に、ケーシング１２の円周方向スロット１６内に摺動可能に受けられかつ固定される。ステータブレード１０は、ロータ２０から半径方向外向きに延びるブレード１８と軸方向に交互に配置される。ステータブレードの半径方向端部は、シュラウド付き又はシュラウドなしとすることができるが、この点は、本発明の目的では重要ではない。リング１４は２以上の弓形セグメントで構成することができることを理解されたい。

図２は、複数の（ガスタービン）ステータブレード１０がステータ保持リング１４内に固定されている１つのステータリング組立体２２を示している。

図３は、本発明の例示的かつ非限定的な実施形態による、保持リング２６内にガスタービン圧縮機ステータブレード２４を固定するためのブレード保持システムの分解斜視図である。各タービンブレード２４は、翼形部２８と該翼形部２８の１つの端部におけるブレードダブテール３０とを含み、ブレードダブテール３０は、下記の点を除いてリング１４（図１及び図２）と同様である保持リング２６の対応する成形ダブテールスロット３２内に組立てられる。

この例示的な実施形態では、保持スロット３４は、該スロットがダブテールスロット３２内へのダブテール３０の軸方向挿入方向Ａに対して略垂直に配向された状態で、ブレードダブテール３０内に形成される。言い換えると、保持スロット３４は、ブレードダブテール３０の長手方向寸法に対して略垂直である、保持リング２６と略同じ円周方向に延びる。ロックワイヤスロット３６が、これもまた円周方向にかつステータブレードダブテール３０を受けるダブテールスロット３２と開放連通状態で保持リング２６内に形成され、従ってこれもまたブレードダブテール３０に対して略垂直になる。従って、組立てられると、保持スロット３２及びロックワイヤスロット３６は、半径方向に整列して、該スロット３６及び３２内にロックワイヤ３８を挿入して、それによってステータブレードダブテール３０をリング２６内に保持することができるようになる（図４参照）。ロックワイヤ３８は、半径方向及び軸方向の位置決め並びに保持の両方を行うことに注目されたい。この点に関して、スロット３６内に圧入したワイヤ３８は、ダブテール３０とスロット３２との間のあらゆる半径方向スラックをなくすと同時に、スロット３２に沿ったダブテール３０のあらゆる軸方向の移動を防止する。さらに、ダブテール３０の長さ方向に沿ってスロット３４を非対称に配置することによって、リングスロット３２内へのステータブレード挿入の失敗しない保証付きの組立てが、保証される。

次に図５Ａ及び図５Ｂに移ると、ロックワイヤ３８は、ロックワイヤスロット３６内に完全に挿入されると、該ロックワイヤ３８の両側面においてかしめて（ステークして）、ロックワイヤを所定の位置に保持することができる。完全に挿入されると、ロックワイヤは、該ワイヤの上方かつリング２６内にギャップ又は凹部４４を形成することができる。この構成は、ケース（図１の符号１２を参照）内に配置して該ケース内での失敗しない保証付きのリングステータ組立てを可能にする位置決めピン４６のためのスペースを残す。このようにして、１つのみの方式でリング内にステータを組立て、かつ１つのみの方式でケース内にステータリング組立体を組立てることが可能になる。

図５Ａでは、軸方向及び半径方向の両方の保持が達成されるが、図５Ｂでは、符号４０、４２におけるステークがなくて、軸方向支持のみが行われる。しかしながら、図５Ｂの場合には、ベーンリング２６を貫通して（ロックワイヤに隣接して）挿入された半径方向配向止めネジ又は同様のものを使用して、半径方向保持を行うことができる。図５Ｂでは、ロックワイヤは、図５Ａに示すように完全に挿入することを必要とせず、ロックワイヤは、ロックワイヤスロット内で隙間嵌合又は緊密嵌合とすることができる。

現時点で最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な改良及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

１０ タービンステータブレード
１２ ケーシング
１４ ステータ保持リング
１６ 円周方向スロット
１８ ブレード
２０ ロータ
２２ ステータリング組立体
２４ ガスタービン圧縮機ステータブレード
２６ 保持リング
２８ 翼形部
３０ ブレードダブテール
３２ ダブテールスロット
３４ 保持スロット
３６ ロックワイヤスロット
３８ ロックワイヤ
４０、４２ ステーク
４４ ギャップ又は凹部
４６ 位置決めピン

Claims (8)

1. ケーシング（１２）に固定されるように構成された円周方向に延びる保持リング（２６）に設けられた噛合いダブテールスロット（３２）にタービンブレードダブテール（３０）を組立てるのに用いられる保持システムであって、
   前記タービンブレードダブテール（３０）内に形成された第１の保持スロット（３４）と、
   前記保持リング（２６）内に前記ダブテールスロット（３２）と横断方向に形成された円周方向に延びる第２の保持スロット（３６）であって、前記第１の保持スロット（３４）と開放連通していて前記ダブテールスロット（３２）内に前記タービンブレードダブテール（３０）を装着した時に前記第１の保持スロット（３４）が前記第２の保持スロット（３６）と半径方向に整列するように配置される第２の保持スロット（３６）と、
   円周方向に延びるロック部材（３８）であって、前記第２の保持スロット（３６）内に配置されて前記第１の保持スロット内に半径方向に入り込むロック部材（３８）と
   を含む保持システム。
2. 前記第１及び第２の保持スロット（３４，３６）が、前記ダブテールスロット（３２）への前記タービンブレードダブテール（３０）の挿入方向に対して略垂直に配向している、請求項１記載の保持システム。
3. 前記ロック部材（３８）が、細長い可撓性ロックワイヤを含む、請求項１記載の保持システム。
4. 前記ロック部材（３８）が、該ロック部材（３８）と前記保持リング（２６）の外表面との間に間隙ができるように前記第１及び第２の保持スロット（３４，３６）内に締まり嵌めされる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の保持システム。
5. 前記ロック部材（３８）が、前記第１の保持スロット（３４）内には締まり嵌めされるが、前記第２の保持スロット（３６）内には隙間嵌めされる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の保持システム。
6. 前記保持リング（２６）を受けるように構成された保持リングスロット（１６）を有するタービンケーシング（１２）と前記保持リングスロット（１６）から突出しかつ前記第２の保持スロット（３６）内に受けられるように構成された１以上のピンと（４６）の組合せになっている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の保持システム。
7. 前記第１の保持スロット（３４）が、前記ダブテールスロット（３２）を横断する方向に形成される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の保持システム。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の保持システムを用いて前記保持リング（２６）のダブテールスロット（３２）内にタービンブレードダブテール（３０）を保持する方法であって、
   前記タービンブレードダブテール（３０）内に前記ダブテールスロット（３２）と横断方向に第１の保持スロット（３４）を形成するステップと、
   前記第１の保持スロット（３４）と開放連通するように前記保持リング（２６）内に円周方向に延びる第２の保持スロット（３６）を形成するステップと、
   前記第１の保持スロット（３４）及び第２の保持スロット（３６）内にロック部材（３８）を挿入するステップと
   を含む方法。