JP2004286016A - タービンエンジンを組み立てる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、タービンエンジン内で使用されるブレードを固定する方法及び装置に関する。
【解決手段】 タービン１０を組み立てる方法は、少なくとも１つのバケット組立体２２を結合する段階を含む。バケット組立体は、上流側面３８と、下流側面３９と、それらの間で延びるブレード２６と、ブレードからロータ１２まで半径方向内向きに延びるダブテール２８とを含む。この方法は更に、バケット組立体の上流側面から該バケット組立体の下流側面まで延びる剪断ピン７４を用いて、少なくとも１つのバケット組立体をロータにしっかり固定する段階を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般的にタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンエンジン内で使用されるブレードを固定する方法及び装置に関する。

少なくとも一部の公知のタービンロータ組立体は、複数のブレードが結合されたロータを含む。ブレードは、軸方向に間隔を置いて配置された段の形態で配置され、ロータの周りで円周方向に延びる。各段は、固定ブレード又はノズルの組と協働する回転ブレードの組とを含み、この回転ブレードはバケットとして知られている。

各バケットはダブテールを含み、該ダブテールは、ロータによって形成された環状のスロットにバケットを結合するのに使用される。より具体的には、各ダブテールは、フックとして知られている凹状部分を備え、該凹状部分は、軸方向タングによって形成され、各ブレードがロータに摺動可能に結合されるのを可能にする。

各ロータスロットは、１対のほぼ平行な保持リングによって形成される。組立時、第１のバケットダブテールは、保持リング内に形成された挿入スロットを通して保持リング内に挿入される。隣接するバケットもまた、挿入スロットを通してロータに結合され所定の位置まで円周方向に摺動される。閉鎖バケットとして知られている最終バケットは、ロータに結合され、かつ挿入スロット内に保持される。閉鎖バケットを除いてバケットの全ては、保持リングによってロータに結合される。公知の閉鎖バケットは、該閉鎖バケットと円周方向に隣接するバケットとの間に軸方向に挿入された１対の剪断ピンによって、挿入スロット内の所定の位置に結合される。しかしながら、一部のロータでは、段と段の間隔が近接しているために、剪断ピンを軸方向に挿入することができない場合もある。

１つの態様において、タービンを組み立てる方法が提供される。この方法は、上流側面と、下流側面と、ブレードと、ダブテールとを備える少なくとも１つのバケット組立体をロータに結合する段階を含む。該方法は更に、バケット組立体の上流側面から下流側面まで延びる剪断ピンを用いて、該バケット組立体をロータにしっかりと固定する段階を含む。

別の態様において、タービン用のロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、ロータに固定された複数のバケット組立体を含む。各バケット組立体は、上流側面と、下流側面と、ブレードと、ダブテールとを含む。各ブレードは、各ダブテールから延びる。複数のバケット組立体は、少なくとも第１のバケット組立体と、少なくとも第２のバケット組立体とを含む。少なくとも１つの剪断ピンが、該剪断ピンがバケット組立体の上流側面から下流側面まで延びた状態で、少なくとも１つの第１のバケット組立体をロータに固定する。

更に別の態様において、タービンは、少なくとも１つのロータ組立体を含む。ロータ組立体は、少なくとも１つのロータと、該ロータに固定された複数のバケット組立体とを含む。各バケット組立体は、上流側面と、下流側面と、ブレードと、ダブテールとを含む。ブレードは、ダブテールから半径方向に延びる。複数のバケット組立体は、少なくとも１つの第１のバケット組立体と、少なくとも１つの第２のバケット組立体とを含む。少なくとも１つの剪断ピンが、該剪断ピンがバケット組立体の上流側面から該バケット組立体の下流側面まで延びた状態で、少なくとも１つの第１のバケット組立体をロータに固定する。

図１は、ロータ組立体１２（これ以降はロータと呼ぶ）を含む蒸気タービン１０の部分概略断面図であり、該ロータ組立体１２は、バケット１６を該ロータ組立体１２に結合するのに使用される複数の軸方向に間隔を置いて配置された段１４を含む。一連のノズル１８は、隣接するバケット１６の列の間で列の形態で延びる。ノズル１８は、バケット１６と協働して段を形成し、またタービン１０を通って延びる、矢印で示した蒸気流路の一部を形成する。

作動中、蒸気は、タービン１０の入口端部（図示せず）に入り、ロータ１２と平行にタービン１０を通って移動する。蒸気は、ノズル１８の列に衝突し、バケット１６に対して向けられる。その後、蒸気は残りの段を通って流れ、こうしてバケット１６及びロータ１２を回転させる。

図２は、ロータ１２に結合されたバケット組立体２２の斜視図であり、図３は、図１に示したロータ組立体で使用されることができる閉鎖バケット組立体の側面断面図である。バケット組立体２２は、プラットホーム２４と、該プラットホーム２４から半径方向外向きに延びるブレード２６と、該プラットホーム２４から半径方向内向きに延びるダブテール２８とを含む。ブレード２６は、第１の輪郭付き側壁３０と第２の輪郭付き側壁３２とを含む。第１の側壁３０は、凸状であり、ブレード２６の負圧側を形成し、また第２の側壁３２は、凹状であり、ブレード２６の正圧側を形成する。側壁３０及び３２は、ブレード２６の前縁３４と軸方向に間隔を置いた後縁３６とにおいて接合される。

プラットホーム２４は、上流側面３８と、反対側の下流側面３９とを含む。例示的な実施形態において、上流側面３８と下流側面３９とはほぼ平行である。バケット組立体２２は、その各々が上流及び下流側面３８、３９間で延びる、第１の接線方向面４０と反対側の第２の接線方向面４１とを有する。１つの実施形態において、上流側面３８は、外側タングとして知られている側面ショルダ部４２を含み、該側面ショルダ部４２は、側面３８からほぼ垂直に延び、オーバハング部４４を形成する。ダブテールタング４６もまた、上流側面３８からほぼ垂直に延びかつ側面ショルダ部４２とほぼ平行であり、上流側面スロット４８がタング４６とショルダ部４２との間に形成されるようになっている。

バケット組立体の下流側面３９は、下流側面３９からほぼ垂直に延びる側面ショルダ部５０を含む。例示的な実施形態において、ショルダ部５０は、上流ショルダ部４２に対してほぼ同軸に整列される。側面ショルダ部５０は、下流側面オーバハング部５２を形成する。ダブテールタング５４もまた、下流側面３９からほぼ垂直に延びかつ側面ショルダ部５０とほぼ平行であり、下流側面スロット５６が該ダブテールタング５４と該側面ショルダ部５０との間に形成されるようになっている。例示的な実施形態において、タング５４は、ダブテールタング４６に対してほぼ同軸に整列されている。

ロータ１２は、少なくとも１つの環状のスロット５８を含み、該スロット５８は、各バケット組立体のダブテール２８をロータ１２に結合することを可能にする。スロット５８は、側面スロット壁６０及び６２と半径方向内側スロット壁６４とによって形成される。ほぼ環状の保持リング６６が、各側面スロット壁６０及び６２から延びて、各ダブテール２８をダブテールスロット５８内に保持する。ダブテールスロット５８は、バケット組立体２２のダブテールスロット５８内への半径方向の挿入を可能にするために使用される挿入スロット６８を含む。挿入スロット６８は、保持リング６６を備えていない側面スロット壁７０及び７２を有しており、ダブテールタング４６又は５４が保持リング６６に接触することなく、各バケット組立体のダブテール２８をダブテールスロット５８内に摺動可能に結合することができるようになっている。

各それぞれのバケット組立体２２が挿入スロット６８を用いて挿入された後に、そのそれぞれのバケット組立体２２は、円周方向にダブテールスロット５８内に摺動されて、保持リング６６が、各それぞれのバケット組立体の上流及び下流サイドスロット４８、５６内に配置されるようになる。次ぎに、追加のバケット組立体２２が、連続して約１２個ほど同様の方法でロータ１２に摺動可能に結合される。閉鎖バケット組立体として公知であるバケット組立体が、挿入スロット６８内に挿入されて、バケット組立体２２全てをロータ１２に固定することを可能にする。閉鎖バケット組立体は、当該技術では公知であり、ダブテールタング４６又は５４を備えるのではなくて、ほぼ平面の上流側壁とほぼ平面の下流側壁とを備えるダブテールを含み、閉鎖バケット組立体が挿入スロット６８内に挿入されたときに、このほぼ平面の上流側壁とほぼ平面の下流側壁とが挿入スロット壁７０及び７２に対して当接するようになる。このようにして、閉鎖バケット組立体の第１の接線方向面は、第１の円周方向に間隔を置いて配置された隣接するバケット組立体２２に接し、閉鎖バケット組立体の第２の接線方向面は、対向して配置されている第２の円周方向に間隔を置いて配置された隣接するバケット組立体２２に接する。

作動中、ブレード２６は、それらの回転の結果として該ブレード２６に作用する遠心力によって半径方向に付勢され、また流体流の結果として該ブレード２６に作用する空気力学的力によって接線方向に付勢される。しかしながら、バケット組立体２２のダブテールタング４６、５４とロータのダブテールスロット５８の保持リング６６とはその寸法及び形状が緊密に一致していることにより、バケット組立体２２の半径及び接線方向の移動は防止される。更に、ブレード２６は、作動中に、列の両側における圧力低下により該ブレード２６に作用する比較的小さい力によって、軸方向後方に付勢される。しかしながら、閉鎖バケット組立体（挿入スロット６８内に位置した）は、半径方向に固定される必要がある。従って、閉鎖バケット組立体を半径方向に保持して、該閉鎖バケット組立体２２が挿入スロット６８から離脱するのを防止することが、必要である。

本発明は、バケット組立体の組み立てられた段をドリル加工しかつタッピングし、その後スクリュを覆うように材料をピーニングすることを必要とする公知の剪断ピン又は半径方向に向いたグラブスクリュに優る利点をもたらす。グラブスクリュ穴をドリル加工しかつタッピングすることは、通常、水平ボーリングミルのような大型の機械加工装置を必要とし、またロータに局部的な応力上昇部を生じさせることになる。軸方向に向いた剪断ピンの挿入には、大きな段と段の間の間隔と、比較的大きな上流及び下流側面ショルダ部とを必要とする。

バケット組立体２２の段が近接した間隔で配置され、また上流及び下流側面ショルダ部４２及び５０が比較的小さいことにより、軸方向に向いたピンのドリル加工を実施することは困難で時間がかかる。更に、閉鎖バケット組立体を取り外すことは、スクリュを覆ってピーニングされている材料を取り除き、該スクリュを抜き取り、次ぎに、後で直径が異なるより大きなグラブスクリュを用いて閉鎖バケットを再び固定するために、より大きな直径をもつタップをドリル加工し直すことが必要であり、時間がかかることになる。

バケット組立体２２は、図３に示すように、剪断ピン７４を挿入することによってロータ１２に固定される。弓形断面形状を有する剪断ピン７４は、溝７６の中に配置されている。１つの実施形態において、溝７６は、通常、上流側面３８から下流側面３９まで延びるように形成される。別の実施形態において、溝７６は、図３に示すように、第１の開口部７８を有する上流側面３８から第２の開口部８０を有する下流側面３９まで延びるよう形成される。

１つの実施形態において、弓形断面形状を有する複数の溝が、バケット組立体２２の上流側面３８から下流側面３９まで延びる。図４に示すように、第１の溝７６は、閉鎖バケット組立体の第１の接線方向面４０と隣接するバケット組立体のダブテール２８との接合面に形成される。第２の溝８２は、閉鎖バケット組立体の第２の接線方向面４１と隣接するバケット組立体のダブテール２８との接合面に形成される。従って、溝７６、８２は、閉鎖バケット組立体のダブテール２８内に部分的に機械加工され、また隣接するバケット組立体のダブテール２８内に部分的に機械加工される。剪断ピンが溝７６、８２内に挿入されると、その結果、該剪断ピンは、バケット組立体２２を隣接するバケット組立体に固定する。閉鎖バケット組立体が隣接するバケット組立体に固定されているので、該閉鎖バケット組立体の遠心荷重は、２つの隣接するバケット組立体のダブテールタングによって受けられる。

別の実施形態において、弓形断面形状を有する溝７６は、ダブテールスロット５８の挿入スロット壁を通りかつバケット組立体２２の上流側面３８を通って該バケット組立体２２の下流側面３９に延び、そしてダブテールスロット５８の反対側の挿入スロット壁を通って開口する。別の実施形態において、溝７６は、保持リング６６の一部を通って延びる。

更に別の実施形態において、少なくとも１つの溝は、挿入スロット壁から、閉鎖バケット組立体のダブテールと隣接するバケット組立体のダブテールとの軸方向面の接合面を通って延び、そして反対側の挿入スロット壁を通って開口する。

閉鎖バケットを取り外す必要がある場合には、弓形剪断ピン７４は、第１の開口部７８において一端を単に軽く叩かれ、それによって、該剪断ピンの他端が溝７６の第２の開口部８０から押し出される。次いで、弓形剪断ピン７４が取り外され、その結果、閉鎖バケット組立体を挿入スロット６８から取り外すことが可能になる。閉鎖バケット組立体を挿入スロット６８に再挿入する時には、同じ弓形剪断ピン７４を同じ溝７６内に配置して、もう一度閉鎖バケット組立体をロータ１２に固定する。

上述したロータ組立体は費用効果がありかつ時間を節約できる。ロータ組立体は、バケット組立体をロータ組立体に固定するのを可能にする弓形剪断ピンを含み、従ってバケット組立体を取り外し交換する総時間を短縮する。剪断ピンは弓形断面形状を有するので、該剪断ピンは溝から容易に取り外され、かつ他の公知の剪断ピンよりも容易に閉鎖バケットに結合される。その結果、剪断ピンは、費用効果がありかつ時間を節約できる方法で、バケット組立体の耐用寿命を延ばすことを可能にする。

バケット組立体の例示的な実施形態を、上に詳細に説明した。このシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各組立体の構成部品は、本明細書に記載した他の構成部品から独立して別個に使用することができる。バケット組立体の構成部品の各々はまた、他のバケット組立体及びロータ構成部品と組み合わせて使用することができる。

特許請求の範囲に示した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるためのものではなく、それらを容易に理解するためのものである。

ロータ組立体の部分概略断面図。 図１に示したロータ組立体内に結合されたバケット組立体の部分斜視図。 図１に示したロータ組立体で使用されることができる閉鎖バケット組立体の側面断面図。 図３に示した所定の位置に結合された閉鎖バケット組立体を含む、図１に示したロータの正面図。

符号の説明

２２ バケット組立体
２６ ブレード
２８ ダブテール
４０ 第１の接線方向面
４１ 第２の接線方向面
７６ 第１の溝
８２ 第２の溝

Claims (10)

1. タービン（１０）を組み立てる方法であって、
   上流側面（３８）と、下流側面（３９）と、前記上流及び下流側面間で延びるブレード（２６）と、前記ブレードからロータ（１２）まで半径方向内向きに延びるダブテール（２８）とを備える少なくとも１つのバケット組立体（２２）を結合する段階と、
   前記バケット組立体の上流側面から該バケット組立体の下流側面まで延びる剪断ピン（７４）を用いて、前記少なくとも１つのバケット組立体を前記ロータにしっかりと固定する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記バケット組立体の上流側面（３８）から該バケット組立体の下流側面（３９）まで延びるように溝（７６）を形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのバケット組立体（２２）を前記ロータ（１２）にしっかりと固定する前記段階が、弓形断面形状を有する剪断ピン（７４）を前記溝（７６）に挿入する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. その各々が前記バケット組立体の上流側面（３８）から該バケット組立体の下流側面（３９）まで延びる複数の溝（７６、８２）を形成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. タービン（１０）用のロータ組立体（１２）であって、
   ロータに固定され、少なくとも第１のバケット組立体と少なくとも第２のバケット組立体とを含み、その各々が、上流側面（３８）と、下流側面（３９）と、ブレード（２６）と、ダブテール（２８）とを含み、前記ブレードの各々が前記ダブテールの各々から半径方向に延びている複数のバケット組立体（２２）と、
   前記バケット組立体の上流側面から該バケット組立体の下流側面まで延びた状態で、前記第１のバケット組立体を前記ロータに固定するための少なくとも１つの剪断ピン（７４）と、
   を含むことを特徴とするロータ組立体。
6. 前記剪断ピン（７４）が、弓形断面形状を備えることを特徴とする、請求項５に記載のロータ組立体（１２）。
7. 前記第２のバケット組立体（２２）が、前記ダブテール（２８）によって前記ロータに固定されていることを特徴とする、請求項６に記載のロータ組立体（１２）。
8. 少なくとも１つのロータを含む少なくとも１つのロータ組立体（１２）と、
   前記ロータに固定され、少なくとも１つの第１のバケット組立体と少なくとも１つの第２のバケット組立体とを含み、その各々が、上流側面（３８）と、下流側面（３９）と、ブレード（２６）と、ダブテール（２８）とを含み、前記ブレードの各々が前記ダブテールから半径方向に延びている複数のバケット組立体（２２）と、
   前記バケット組立体の上流側面から該バケット組立体の下流側面まで延びた状態で、前記少なくとも１つの第１のバケット組立体を前記ロータに固定するための少なくとも１つの剪断ピン（７４）と、
   を含むことを特徴とするタービン（１０）。
9. 前記少なくとも１つの剪断ピン（７４）が、弓形断面形状を備えることを特徴とする、請求項８に記載のタービン（１０）。
10. 前記少なくとも１つの第２のバケット組立体（２２）が、前記バケット組立体のダブテール（２８）によって前記ロータ（１２）のフック（６６）に固定されていることを特徴とする、請求項８に記載のタービン（１０）。

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