JP2010019260A - タービン部品用のシールスロットを形成するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンダブテール用のシールスロットシステム（１００）を提供する。
【解決手段】本シールスロットシステム（１００）は、第１の脚部（１２０）及び第２の脚部（１３０）を備えたダブテールタブ（７０）と、第１の脚部（１２０）及び第２の脚部（１３０）間に配置されてシールスロット（１５０）を形成するインサート（１４０）と、ダブテールタブ（７０）及びスロットインサート（１４０）を貫通して延びるピン（１８０）とを含むことができる。
【選択図】 図３

Description

本出願は、総括的にはあらゆるタイプのタービンに関し、より具体的には、バケットダブテールタブ内にシールスロットを形成するためのシステム及び方法に関する。

ガスタービンは一般的に、幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット（ブレード）を備えたタービンロータ（ホイール）を含む。バケットは一般的に、翼形部、プラットフォーム、シャンク、ダブテール及びその他の部品を含むことができる。各バケットのダブテールは、タービンロータ内に配置されかつそこに固定される。翼形部は、ガスの運動エネルギーを回転機械エネルギーに変換するために高温ガス通路内に突出している。幾つかの冷却媒体通路が、半径方向にバケットを貫通して延びて、それら通路を通して冷却媒体の内向き及び／又は外向き流れを導くことができる。

熱負荷及び／又は遠心荷重の増大によるダブテールのタブとロータの表面との間のギャップに基づいて、冷却媒体供給回路内に漏洩が生じる可能性がある。バケット供給回路からホイールスペース内への空気損失により、ブレード冷却媒体流要求量が大きくなる可能性がある。さらに、後方圧縮機段から抽出される場合があり、そのような場合には、エンジン運転時におけるエネルギー出力及び全体効率に対する悪影響が、著しく大きくなるおそれがある。

このような漏洩を制限するための努力が、従前なされてきた。例えば、１つの方法は、ダブテールタブ上にアルミニウムを堆積させて少なくとも部分的にギャップを充填するようにすることを含む。具体的には、前方側のダブテール面に対して、３６０度リングを圧入することができる。この設計は、良好にシールしかつ耐久性があるが、現場において容易に分解しかつ交換することができない。それどころか、これらのリングは、ロータ全体を分解する時に分解することができるのみである。

その他の公知の方法には、本出願と同一出願人の、本出願と同時に出願された「ガスタービンシール」の名称の米国特許出願第１２／１６８，２９７号に記載されたもの、これもまた本出願と同時に出願された「タービンダブテール用のラビリンスシール」の名称の米国特許出願第１２／１６８，９３２号に記載されたもの、並びに同様のタイプのダブテールシール及び方法が含まれる。これらのシール及び方法は一般的に、ダブテールのタブの周りに配置されたシールスロットを使用することができる。しかしながら、これらのスロットは、製作するのが困難である可能性があり、かつ非従来型の機械加工法を必要とする場合がある。最新の方法には、ＥＤＭ（放電加工法）、キー溝切削法、エンドミル削り法及びハイブリッド法が含まれる可能性がある。

米国特許第４４２２８２７号明細書 米国特許第４７４３１６４号明細書 米国特許第４４８０９５７号明細書 米国特許第４４９４９０９号明細書 米国特許第４７２５２００号明細書 米国特許第４７４３１６６号明細書 米国特許第５０５２８９０号明細書 米国特許第５８２３７４３号明細書 米国特許第５１３９３８９号明細書 米国特許第５５９９１７０号明細書 米国特許第６２９６１７２号明細書 米国特許第６３７５４２９号明細書 米国特許第６５６５３２２号明細書 米国特許第６５７５７０４号明細書 米国特許第６６８２３０７号明細書 米国特許第６２７３６８３号明細書 米国特許第５２５７９０９号明細書 米国特許第３７０９６３１号明細書 米国特許第５０５２８９３号明細書 欧州特許出願公開第０７７４０４８号明細書 国際公開第９４／１２７７２号明細書

従って、ダブテールタブシールシステム及び方法の改良に対する要望が存在する。そのようなシステム及び方法は、非従来型の機械加工法を使用せずに、略均一なシールスロットを形成すべきである。そのような略均一なシールスロットは、多数の異なるシール及び方法で使用して、それを通しての漏洩を適切に防止しかつ全体システム効率を高める。

従って、本出願は、シールスロットシステムを提供する。本シールスロットシステムは、第１の脚部及び第２の脚部を備えたダブテールタブと、第１の脚部及び第２の脚部間に配置されてシールスロットを形成するインサートと、ダブテールタブ及びスロットインサートを貫通して延びるピンとを含むことができる。

本出願はさらに、シールスロットシステムを提供する。本シールスロットシステムは、第１の脚部及び第２の脚部を備えたダブテールタブと、第１の脚部及び第２の脚部間に配置されてシールスロットを形成するインサートとを含むことができる。インサートは、それを貫通して延びる位置決め孔を含むことができる。ピンは、ダブテールタブの第１の脚部及びインサートの位置決め孔を貫通して延びる。

本出願はさらに、バケットのダブテールタブ内にシールスロットを形成する方法を提供する。本方法は、ダブテールタブ内にスルースロットを機械加工するステップと、スルースロット内にインサートを挿入してシールスロットを形成するようにするステップと、ダブテールタブ内にインサートを固定するステップとを含む。

本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させて以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

本明細書に記載したシールシステムで使用することができるシュラウド付きバケットの斜視図。 本明細書に記載したシールシステムで使用することができるシュラウドなしバケットの斜視図。 ロータの斜視図。 本明細書に記載しかつダブテールタブ内に据付けたようなシールスロットシステムの斜視図。 図３のシールスロットシステムの分解図。 図３のシールスロットシステムの側面断面図。

次に、幾つかの図を通して同じ番号が同様な部品を指している図面を参照すると、図１Ａは、本明細書で使用することができるようなバケット１０を示している。バケット１０は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙが販売している７ＦＡ＋ｅ型ガスタービンで使用されているような第１又は第２段バケットとすることができる。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット又は段もまた、使用することができる。バケット１０は、図２に示すようなロータ２０で使用することができる。

よく知られているように、バケット１０は、翼形部３０、プラットフォーム４０、シャンク５０、ダブテール６０及びその他の部品を含むことができる。バケット１０は、タービンのロータ２０の周りでかつ該ロータ２０に対して固定された幾つかの円周方向に間隔を置いて配置されたバケット１０の１つであることが分かるであろう。図１Ａのバケット１０は、翼形部３０の１つの端部上にシュラウド６５を有する。図１Ｂのバケット１１には、シュラウドがない。本明細書では、あらゆるその他のタイプのバケット設計を使用することができる。

上記したように、ロータ２０は、バケット１０、１１のダブテール６０を受ける幾つかのスロット２５を有することができる。同様に、バケット１０、１１の翼形部３０は、ロータ２０の回転によりガスストリームの運動エネルギーを機械エネルギーに変換できるように高温ガスストリーム内に突出している。ダブテール６０は、該ダブテールから延びる第１のタング又はタブ７０及び第２のタブ８０を含むことができる。本明細書では、同様の設計を使用することができる。ダブテール６０のタブ７０、８０の端部とロータ２０との間には、ギャップ９０が形成されることになる。あるタイプのシールシステムを使用しない限り、高圧冷却流が、このギャップ９０を介して逸出するおそれがある。

図３〜図５は、本明細書に記載したシールスロットシステム１００を示している。シールスロットシステム１００は、ダブテール６０の第１のタブ７０及び第２のタブ８０内に配置されたスルースロット１１０を含む。スルースロット１１０は、従来型の機械加工法又は同様のタイプの方法によって形成することができる。スルースロット１１０は、その全体又は一部がタブ７０、８０の全長及び全幅にわたって延びることができる。スルースロット１１０は、各タブ７０、８０上に第１の脚部１２０及び第２の脚部１３０を形成する。

シールスロットインサート１４０は、スルースロット１１０内に配置することができる。シールスロットインサート１４０もまた、従来型の機械加工法又は同様のタイプの方法によって形成することができる。スルースロット１１０内に配置した時に、シールスロットインサート１４０は、脚部１２０、１３０間で各タブ７０、８０の周辺の周りにシールスロット１５０を形成するような寸法にされる。シールスロット１５０の寸法及び形状は、変化させることができる。

タブ７０、８０の第１の脚部１２０（すなわち、外側脚部）は、それを貫通して延びるピン孔１６０を含むことができる。タブ７０、８０の第２の脚部１３０（すなわち、内側脚部）は、その中にピン孔１６０を形成する必要がない。同様に、シールスロットインサート１４０は、位置決め孔１７０を含む。シールスロットインサート１４０は、タブ７０、８０のピン孔１６０及び該シールスロットインサート１４０の位置決め孔１７０を貫通して延びるピン１８０により所定の位置に保持される。ピン１８０は次に、所定の位置に溶接又はろう付けすることができ、或いは圧入、ネジ接合及びその他の接合手段もまた使用することができる。ピン１８０は、永久的に又は一次的に取付けることができる。ピン１８０は、工場で又は現場で据付けることができる。

位置決め孔１７０は、ピン１８０の直径と等しい又は該直径よりも僅かに大きい直径を有することができる。このより大きい直径により、バケット１０、１１が作動すると、シールスロットインサート１４０が幾らかの範囲で浮動することが可能になる。この浮動により、タブ７０、８０の両側で、すなわち３時及び９時の位置の周りでシールスロット１５０の深さが等しくなるのを効果的に保証する。（これらの領域は、非従来型の機械加工法を使用する場合に制御するのが最も困難である。）例えば、ピン１８０が約０．０９８インチ（約２．４９ミリメートル）の直径を有する場合には、ピン孔は、約０．１インチ（約２．５４ミリメートル）の直径を有して、ピン１８０が該ピン孔を通過できるようにすることができ、一方、位置決め孔１７０は、約０．１０５インチ（約２．６７ミリメートル）の直径を有して、特定の量の浮動を可能にする。これらの寸法は、単なる例示に過ぎない。本明細書では、その他の寸法を使用することができる。

従って、本シールスロットシステム１００では、非従来型の機械加工法を使用せずに、シールスロット１５０が形成される。それどころか、シールスロットインサート１４０及び孔１６０、１７０は、不適合部品が製作される可能性を減少させながら、従来型のどちらかと言えば安価な方法で製作することができる。その上、本シールスロットシステム１００は、上記したようなダブテールシールを含む、様々なタイプのダブテールシールで使用することができる。

以上の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること、並びに本明細書において当業者は、特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに、多くの変更及び修正を行うことができることを理解されたい。

１０ バケット
１２ ロータ
２５ スロット
３０ 翼形部
４０ プラットフォーム
５０ シャンク
６０ ダブテール
６５ シュラウド
７０ 第１のタブ
８０ 第２のタブ
９０ ギャップ
１００ シールスロットシステム
１１０ スルースロット
１２０ 第１の脚部
１３０ 第２の脚部
１４０ シールスロットインサート
１５０ シールスロット
１６０ ピン孔
１７０ 位置決め孔
１８０ ピン

Claims (10)

1. 第１の脚部（１２０）及び第２の脚部（１３０）を備えたダブテールタブ（７０）と、
   第１の脚部（１２０）及び第２の脚部（１３０）間に配置されてシールスロット（１５０）を形成するインサート（１４０）と、
   前記ダブテールタブ（７０）及びスロットインサート（１４０）を貫通して延びるピン（１８０）と
   を含むシールスロットシステム（１００）。
2. 第１の脚部（１２０）及び第２の脚部（１３０）が前記ダブテールタブ（７０）内にスルースロット（１１０）を形成する、請求項１記載のシールスロットシステム（１００）。
3. 前記インサート（１４０）が位置決め孔（１７０）を含み、前記ピン（１８０）が前記位置決め孔（１７０）内に延びる、請求項１記載のシールスロットシステム（１００）。
4. 前記ピン（１８０）が第１の直径を含み、前記位置決め孔（１７０）が第２の直径を含み、第２の直径が第１の直径よりも大きい、請求項３記載のシールスロットシステム（１００）。
5. 第１の脚部（１２０）がピン孔（１６０）を含み、前記ピン（１８０）が前記ピン孔（１６０）内に延びる、請求項４記載のシールスロットシステム（１００）。
6. 前記ピン孔（１６０）が第３の直径を含む、請求項５記載のシールスロットシステム（１００）。
7. バケット（１０）のダブテールタブ（７０）内にシールスロット（１５０）を形成する方法であって、
   前記ダブテールタブ（７０）内にスルースロット（１１０）を機械加工するステップと、
   前記スルースロット（１１０）内にインサート（１４０）を挿入して、前記シールスロット（１５０）を形成するようにするステップと、
   前記ダブテールタブ（７０）及びインサート（１４０）を貫通してピン（１８０）を挿入するステップと
   を含む方法。
8. 前記ダブテールタブ（７０）内にピン孔（１６０）を機械加工するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
9. 前記インサート（１４０）内に位置決め孔（１７０）を機械加工するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
10. 前記ピン（１８０）が第１の直径を含み、前記位置決め孔（１７０）が第２の直径を含み、また第２の直径が第１の直径よりも大きくなっており、該方法が、前記バケット（１０）が回転すると、前記インサート（１４０）を浮動させるステップをさらに含む、請求項９記載の方法。