JP2011033030A - 円周方向ダブテール型ロータブレード取付けシステムのための閉塞スペーサ組立体 - Google Patents

円周方向ダブテール型ロータブレード取付けシステムのための閉塞スペーサ組立体 Download PDF

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Abstract

【課題】円周方向ダブテールスロット内に挿入するための閉塞スペーサ組立体を提供する。
【解決手段】本閉塞スペーサ組立体(50)は、隣り合うロータブレードプラットフォーム間の空間内に嵌合するように構成されたプラットフォーム(54)を有する固定部材(52)を含む。第1の脚部(64)が、プラットフォームの下面から横方向に延びる。縦方向に延びる溝(62)が、プラットフォーム内に形成される。摺動部材(78)が、溝に沿って固定部材と移動可能に係合しかつ上部プレート(80)と該上部プレートに連結された第2の脚部(86)とを含む。摺動部材は、第1及び第2の脚部が第1の距離だけ間隔を置いて配置されてダブテールスロット(36)内に挿入可能になるような第1の非閉塞位置と該第1及び第2の脚部が第2の拡大した距離だけ間隔を置いて配置されてダブテールスロットの対向する壁に対して係合しかつ該ダブテールスロット内で固定部材を所定の位置に固定する第2の閉塞位置との間で溝に沿って移動可能である。
【選択図】 図4

Description

本発明は、総括的には円周方向挿入式ロータダブテールシステムに関し、より具体的には、そのようなシステムで使用する閉塞スペーサ組立体に関する。
従来型のガスタービンは、そのファン、圧縮機及びタービンセクション内のロータディスクに取付けられた様々なロータブレードを有するロータを含む。各ブレードは、その上を加圧空気が流れる翼形部と、翼形部の根元に位置しかつ空気流のための半径方向内側境界を形成したプラットフォームとを含む。ブレードは一般的に、取外し可能であり、従ってロータディスクの周辺部内の相補形ダブテールスロットに係合するように構成された適当なダブテールを含む。ダブテールは、ディスク周辺部内に形成された対応する軸方向又は円周方向スロットに係合する軸方向挿入式ダブテール又は円周方向挿入式ダブテールのいずれかとすることができる。典型的なダブテールは、ブレードプラットフォームの底面から半径方向内向きに延びる最小断面積のネック部を含む。ネック部は、外向きに拡大して一対の対向するダブテールローブになる。
円周方向挿入式ダブテールでは、単一のダブテールスロットが、前方及び後方連続円周方向支柱つまり「フープ」間に形成され、かつディスクの全周辺部の周りで円周方向に延びる。このタイプの構成の一例が、米国特許第6033185号に示されている。円周方向スロットは、1つの位置で局所的に拡大させて、個々のダブテールを最初に該スロット内に挿入し、次にスロット全体がブレードの完全列で満たされるまで該ダブテールスロットに沿ってそれらダブテールを円周方向に再配置するのを可能にするようにすることができる。円周方向ダブテールスロットの断面形状は、前方及び後方ロータディスクフープによって形成されたローブ凹部を含み、これらのローブ凹部は、ダブテールローブと協働して、タービン運転時における遠心力に抗して個々のブレードを半径方向に保持する。
複数のブレード、特にダブテール構成要素は、円周方向スロット内にかつ該円周方向スロットの周りで摺動させて、ロータディスクの外周部の周りに完全なロータブレード段を形成する。ブレードは、その根元端部に位置しかつスロットの周りで当接係合状態になることができるプラットフォームを含む。その他の実施形態では、隣り合うロータブレードプラットフォーム間において円周方向スロット内にスペーサを取付けることができる。ブレード(及びスペーサ)の全てが取付けられると、スロット内の最終残留空間は一般的に、当技術分野において一般に公知であるように、特別に設計したスペーサ組立体で満たされる。
様々な従来型のスペーサ組立体は、比較的複雑な複数構成要素の装置であり、それら装置は、対向配置した可動部材をディスクフープと係合状態になるように作動させるために回動させるボルト、カム又はその他のトルク機構に依存している。カム部材、ボルト又はその他の機能部材は次に、固定される。その他の装置は、2つの押圧面を互いに半径方向にボルト止めされる。これらの従来型のシステムは一般的に、組立てるのが困難であり、また例えば装置のいずれかの側が隣接するタービン構成要素(つまり、ロータディスク又はブレードプラットフォーム)に対して隙間を生じた場合には、タービンの運転時にバラバラになりがちである。従来型の設計においてしばしば起こるもう1つの問題は、構成要素を互いにぴったりと合わせるのが困難であることである。
米国特許第7435055号明細書
本発明の態様及び利点は、以下の説明においてその一部を記載することにし、或いはそれら説明から自明なものとして理解することができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。
1つの態様では、本発明は、隣り合うロータブレードのプラットフォーム間においてロータ円周方向ダブテールスロット内で使用してスロット内の最終空間を満たす独特の閉塞スペーサ組立体を提供する。本組立体は、隣り合うロータブレードプラットフォーム間の空間内に嵌合するように構成されたプラットフォームを有する固定部材を含むことができる。例えば、プラットフォームは、空間を満たしかつロータブレードプラットフォームと同一面になるような幅、長さ及び厚さを有することができる。固定部材はさらに、プラットフォームの下面から横方向に延びかつダブテールスロット内に延びるような構成を有する第1の脚部を含む。縦方向に延びる溝が、プラットフォーム内に形成される。摺動部材が、固定部材と移動可能に係合して溝に沿って摺動する。摺動部材は、上部プレートと、例えば上部プレートの下面から横方向に延びるように該上部プレートに連結された第2の脚部とを含む。第2の脚部はまた、第1の脚部と対向してダブテールスロット内に延びるような構成を有する。摺動部材は、第1及び第2の脚部が第1の距離だけ間隔を置いて配置されて、隣り合うロータブレードプラットフォーム間の空間において上方からダブテールスロット内に挿入可能になるような第1の非閉塞位置に溝に沿って移動可能である。摺動部材は、第1及び第2の脚部が第2の拡大した(第1の距離と比べて)距離だけ間隔を置いて配置されて該第1及び第2の脚部がダブテールスロットの対向する壁に対して係合する第2の閉塞位置に移動可能である。摺動部材の閉塞位置において、固定部材は、ダブテールスロット内に取外し不能に固定される。
別の態様では、本発明はまた、ロータディスクを備えたロータを有するロータ組立体を包含する。ディスクの前方及び後方フープ構成要素は、円周方向に延びる連続ダブテールスロットを形成する。複数のロータブレードが、ダブテールスロットの周りに取付けられ、各ロータブレードは、プラットフォーム及び該プラットフォームからダブテールスロット内に延びるダブテールを有する状態になる。閉塞スペーサ組立体が、ロータブレードの少なくとも2つの間に取付けられる。閉塞スペーサ組立体は、上述しかつ本明細書でより詳細に説明したように構成することができる。
本発明のこれらの及びその他の実施形態並びに特徴部を以下の説明において一層詳細に説明する。
添付図面に関連して行なった以下の詳細な説明において、好ましくかつ例示的な実施形態により、本発明をその更なる態様及び利点と共に一層具体的に説明する。
従来型のガスタービン構成の構成要素の部分断面図。 円周方向挿入式ロータブレードのための例示的なロータダブテール及びダブテールスロット構成の部分断面図。 隣り合うロータブレードのプラットフォーム間に本発明の態様による閉塞スペーサ組立体を備えたロータディスクの部分斜視図。 本発明の態様による閉塞スペーサ組立体の実施形態の構成要素の斜視図。 組立てた状態での、図4の構成要素の斜視図。 ダブテールスロット内に挿入している、図4の構成要素の斜視図。 摺動部材を非閉塞位置から閉塞位置に移動させている、本発明による閉塞スペーサ組立体の実施形態の連続動作図。 摺動部材を非閉塞位置から閉塞位置に移動させている、本発明による閉塞スペーサ組立体の実施形態の連続動作図。 摺動部材を非閉塞位置から閉塞位置に移動させている、本発明による閉塞スペーサ組立体の実施形態の連続動作図。 摺動部材を非閉塞位置から閉塞位置に移動させている、図4の閉塞スペーサの連続動作図。 閉塞スペーサ組立体の摺動部材構成要素の実施形態の斜視図。 図9の摺動部材の別の斜視図。
次に、その1つ又はそれ以上の実施例を図面に示している本発明の特定の実施形態を参照する。各実施形態は、本発明の態様を説明するために示しているものであり、本発明を限定するものと解釈すべきではない。例えば、1つの実施形態に関して図示し又は説明した特徴部は、他の実施形態で使用してさらに別の実施形態を生み出すことができる。本発明は、本明細書に説明した実施形態に対して加えられたそれらの及びその他の修正又は変更も包含することを意図している。
例えば図1には、従来型のガスタービンの構成要素を示しており、この場合、ロータ12は、タービンの中心軸線18と同軸的に配置された複数のロータディスク20を含む。複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード22が、ディスクに対して取外し可能に固定され、かつ該ディスクから半径方向外向きに延びる。各ブレード22は、縦方向の中心軸線24を有し、かつ前縁26a及び後縁26b(ブレード22上の空気流の方向において)を有する翼形部セクション26を含む。各ブレード22は、翼形部26上の空気流に対する半径方向内側境界の一部分を構成するプラットフォーム28と、該プラットフォーム28から半径方向内向きに延びる一体形のダブテール30とを有する。ダブテール30は、当技術分野において一般に公知であるように、ロータディスク20の前方及び後方フープ構成要素によって形成された円周方向に延びるダブテールスロット内にかつ該ダブテールスロットに沿って摺動する。
図2は、例示的なダブテール及びダブテールスロット構成のより詳細な図である。ロータブレード22は、プラットフォーム28を含み、プラットフォーム28は、該プラットフォーム28と一体形に形成されたダブテール30を備え、ダブテール30は、プラットフォーム28からロータディスク20の前方及び後方フープの対面する壁によって形成されたダブテールスロット36内に延びる。ダブテール30は、ローブ32を含み、これらローブ32は、フープ壁の弓形部分によって形成されたダブテールスロット36のローブ凹部38内に受けられる。図2におけるダブテール30及びダブテールスロット36の構成は、単に例示目的のものであること、またダブテール及びスロット構成は、本発明の技術思想及び技術的範囲の範囲内で広く変化させることができることは容易に理解される筈である。
図3は、ロータ12の一部分の部分斜視図であり、特にロータディスク20の前方及び後方フープ構成要素34間のダブテールスロット内に構成された複数のロータブレードを示している。ロータブレード22の各々は、プラットフォーム28を含む。当技術分野において一般に公知であるように、隣り合うブレードのプラットフォーム28間に、従来型のスペーサ40を配置することができる。図3には、本発明の態様による閉塞スペーサ組立体50を一部破断状態でして示しており、この閉塞スペーサ組立体50は、円周方向挿入式ロータブレード22(及び、使用する場合には、関連するスペーサ40)の全てがダブテールスロット内に挿入された後に、最終スペーサ組立体の機能を果たす。閉塞スペーサ組立体50については、以下においてより詳細に説明する。
図4は、閉塞スペーサ組立体50の実施形態の二部品からなる構成要素を示している。組立体50は、図3に示すように、隣り合うロータブレードプラットフォーム28間の空間内に嵌合するように構成されたプラットフォーム54を有する固定部材52を含む。従って、プラットフォーム54は、幅、長さ、厚さ又はあらゆるその他の特徴がプラットフォーム54をロータブレードプラットフォーム28間に挿入しかつ好ましくはロータブレードプラットフォーム28及び従来型のスペーサ40の上部表面と本質的に同一面にすることを可能にするようなあらゆる寸法構成を有することができる。
固定部材52は、第1の脚部64を含み、第1の脚部64は、プラットフォーム54と一体形に形成することができ、或いはプラットフォーム54に対して別個に取付けられた構成要素を含むことができる。第1の脚部64は、プラットフォーム54の下面からほぼ横方向に延び、かつその全体を図6に示すようにダブテールスロット36内に延びるような形状及び構成を有する。第1の脚部64は、あらゆる所望の構成を有することができ、図に示すような直線状構成要素である必要はないことは容易に理解される筈である。第1の脚部64の形状及び構成は、ダブテールスロット36の特定の形状及び輪郭によりその大部分が決まることになる。第1の脚部64はまた、ダブテールスロット36のローブ凹部38内に延びかつフープ構成要素34の壁に対して係合するように構成された足部66を含むことができる。
固定部材52は、図4にその全体を示すように、プラットフォーム54内に形成された溝62を含むことができる。溝62は、プラットフォーム54に沿って縦方向に延びていて、閉塞スペーサ組立体50をロータ内に挿入した時にフープ構成要素34間に配向される。
閉塞スペーサ組立体50は、固定部材52と移動可能に係合する摺動部材78を含む。この図示した実施形態では、摺動部材78は、溝62に沿って固定部材52と係合し、かつ以下においてより詳細に説明するように、非閉塞位置と閉塞位置との間で固定部材52に対して移動可能である。
摺動部材78は、上部プレート80と該上部プレート80に対して、例えば該上部プレート80の下面に対して連結された第2の脚部86とを含む。第2の脚部86は、上部プレート80と一体形の構成要素として形成することができ、或いは上部プレート80に対して取付けられた別個の構成要素を構成することができる。第1の脚部64の場合と同様に、第2の脚部86は、あらゆる方式の形状又は構成を有することができ、またダブテールスロット36に挿入され(図6)かつ対向するフープ構成要素34に対して係合することが意図されている。第2の脚部86は、ローブ凹部38内に嵌合しかつフープ構成要素34の壁に対して係合する足部88を含むことができる。
特に図9及び図10に示すように、中間ネック部84により、上部プレート80に対して第2の脚部86を連結することができる。このネック部84は、固定部材52のプラットフォーム54に形成された溝62内で摺動するような形状及び構成を有する。
摺動部材78は、第1及び第2の脚部64、86がそれら脚部を図6に示すように上方からダブテールスロット36内に挿入可能になるような距離だけ間隔を置いて配置されるような第1の非閉塞位置(図5及び図6に示す)に溝62に沿って移動可能である。両脚部がダブテールスロット36内に挿入されかつ固定部材52のプラットフォーム54がフープ構成要素34上に着座したら、摺動部材78は、第1及び第2の脚部が拡大した距離(非閉塞位置における距離と比べて)だけ間隔を置いて配置されて該第1及び第2の脚部がダブテールスロットを形成したフープ構成要素34の対向する壁に対して係合する第2の閉塞位置に再配置される。固定部材52に対する摺動部材78の移動は、図8に示している。摺動部材78の閉塞位置において、第1及び第2の脚部64、86は、ダブテールスロット36内に係合し、また固定部材は、ダブテールスロット内に取外し不能に固定される。
特に図4及び図5を参照すると、閉塞スペーサ組立体50の独特の実施形態では、プラットフォーム54の上部表面56内に、細長い凹部58が形成される。溝62は、凹部内に形成され、凹部58は、溝62の対向する両側面上にショルダ部60を含む。凹部58は、摺動部材78の閉塞位置において、該摺動部材の上部プレート80が、図8に摺動部材78の最終位置として示すようにプラットフォーム54の上部表面56とほぼ同一面になるように凹部内に嵌合する。摺動部材78の非閉塞位置では、上部プレート80は、プラットフォーム54の上部表面56の上方に配置されかつ本質的に上部プレート80が凹部58内に落ち込むまで上部表面に沿って摺動する。
特に図5及び図7A〜図7Cを参照すると、カム表面70が、例えばプラットフォーム54の下面上に溝62に沿って形成される。カムフォロア92が、摺動部材78上に構成され、かつ摺動部材78が閉塞位置と非閉塞位置との間で移動する時にカム表面70に係合する。カムフォロア92は、カム表面70に沿って摺動する摺動部材78のあらゆる構造を含むことができる。この図示した実施形態では、カムフォロア92は、第2の脚部86の横方向に延びるショルダ部によって形成される。これらのショルダ部は、特に図10に示すように、例えばネック部84の対向する両側面上に形成される。従って、図7A〜図7Cの連続動作図に示すように、ネック部84は、溝62を貫通して延び、またカムフォロア表面92は、カム表面70に対して係合する。カム表面70は、摺動部材78の初期移動路内の第1のセクション72及び摺動部材78の閉塞位置に定められた第2のセクション76よって形成された独特の輪郭を有する。第1の輪郭セクション72は、図7A及び7Bに示すように、非閉塞位置から閉塞位置に向かう摺動部材78の初期移動時に、第1の脚部64に向かって第2の脚部86を旋回させながら、摺動部材78の上部プレート80を凹部58内に傾動させる。閉塞位置に向かう摺動部材78の更なる移動は、カムフォロア表面92をカム表面70の第2の輪郭セクション76に係合させる。第2のセクションは、図7Cに示すように、第2の脚部86を第1の脚部から離れるように旋回させながら、上部プレート80を反対方向に凹部58内に傾動させる。凹部58は、プラットフォームの上部表面に対して下向き角度で(第1の脚部64から離れる方向に)形成されて、図7Bに示すように上部プレート80の傾動に適応する。
図7Cに示すような摺動部材78の閉塞位置において、第2の輪郭セクション76に対するカムフォロア表面92の係合は、摺動部材78に対して閉塞付勢力を与えて、脚部86が第1の脚部64から離さるようにかつダブテールスロット壁と係合状態になるようにし、また上部プレート80の前方端縁つまり前縁を図7Cに示す矢印の方向に付勢して、該上部プレート80の後縁が凹部58のショルダ部60と接触状態になるように付勢するようにする。
この図示した実施形態では、摺動部材78の上部プレート80の下面上にはまた、案内タブ90が設けられる。案内タブ90は、特に図7A〜図7Cに示すように、溝62に沿って摺動するような寸法を有する。
固定部材52に対する摺動部材78の独特の構成及び特にカム表面70との間のカムフォロア表面92の相互作用により、プラットフォーム54の凹部58内への摺動部材78の上部プレート80の独特のスナップ動作閉鎖が生じる。この動作は、閉塞スペーサ組立体50がダブテールスロット内に正しく着座しかつ所定の位置に確実に固定されたことを積極的に示すことになる。
本発明はまた、本明細書に記載しかつ具体化したような閉塞スペーサ組立体50を組入れたロータ組立体100(図2)を包含することを理解されたい。ロータ組立体100は、円周方向に延びる連続ダブテールスロット36を形成した前方及び後方フープ34を備えたロータディスク20を有するロータ12を含む。複数のロータブレード22がダブテールスロット内に嵌合され、ロータブレード22の各々は、プラットフォーム28と該プラットフォームからダブテールスロット36内に延びるダブテール30とを含む。本明細書に図示し又は記載した実施形態のいずれかによる閉塞スペーサ組立体50は、上記したように、ロータブレードプラットフォーム28の2つ間の空間内に配置される。
特定の例示的な実施形態及びそれらの方法に関して本主題を詳細に説明してきたが、当業者には、以上の説明を理解することにより、そのような実施形態に対する変更形態、変形形態及び均等形態を容易に作り出すことができることが分るであろう。従って、本開示の技術的範囲は、限定としてではなくて例示としてのものであり、本主題の開示は、当業者には容易に明らかとなるような、本主題に対するそのような修正、変形及び/又は付加を包含することを排除するものではない。
12 ロータ
20 ロータディスク
18 中心軸線
22 ロータブレード
24 中心軸線(ブレードの)
26 翼形部セクション
26a 前縁
26b 後縁
28 プラットフォーム
30 ダブテール
31 ネック部
32 ダブテールローブ
34 フープ構成要素
36 ダブテールスロット
38 ローブ凹部
40 スペーサ
50 閉塞スペーサ組立体
52 固定部材
54 プラットフォーム
56 上部表面
58 凹部
60 ショルダ部
62 溝
64 第1の脚部
66 足部
70 カム表面
72 第1のセクション
76 第2のセクション
78 摺動部材
80 上部プレート
82 上部表面
84 ネック部
86 第2の脚部
88 足部
90 案内タブ
92 カムフォロア

Claims (9)

  1. 隣り合うロータブレード(22)のプラットフォーム(28)間において円周方向ダブテールスロット(36)内に挿入するための閉塞スペーサ組立体(50)であって、当該閉塞スペーサ組立体(50)が、
    前記隣り合うロータブレードプラットフォーム間の空間内に嵌合するように構成されたプラットフォーム(54)を有すると共に前記プラットフォームの下面から横方向に延びかつ前記ダブテールスロット内に延びるような構成を有する第1の脚部(64)をさらに備えた固定部材(52)と、
    前記プラットフォーム内に形成された縦方向に延びる溝(62)と、
    前記溝に沿って前記固定部材と移動可能に係合した摺動部材(78)と
    を含んでいて、前記摺動部材が、上部プレート(80)と前記上部プレートに連結されかつ前記第1の脚部と対向して前記ダブテールスロット内に延びるような構成を有する第2の脚部(86)とを含んでおり、前記摺動部材が、前記第1及び第2の脚部が第1の距離だけ間隔を置いて配置されて前記ダブテールスロット内に挿入可能になるような第1の非閉塞位置と前記第1及び第2の脚部が第2の拡大した距離だけ間隔を置いて配置されて該第1及び第2の脚部が前記ダブテールスロットの対向する壁に対して係合しかつ前記固定部材が該ダブテールスロット内に固定される第2の閉塞位置との間で前記溝に沿って移動可能である、閉塞スペーサ組立体(50)。
  2. 前記プラットフォームの上部表面(56)内に形成された細長い凹部(58)をさらに含んでいて、前記溝(62)が前記凹部内に形成され、前記摺動部材の上部プレートが、該摺動部材の閉塞位置において前記凹部内に嵌合して前記プラットフォームの上部表面とほぼ同一面になる、請求項1記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  3. 前記摺動部材(78)が、前記上部プレート(80)及び第2の脚部(86)間に配置されたネック部(84)をさらに含み、前記ネック部が、前記溝(62)を貫通して延びる、請求項2記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  4. 前記上部プレート(80)が、前記摺動部材(78)の第1の非閉塞位置において前記プラットフォーム(54)の上部表面(56)の上方に配置される、請求項3記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  5. 前記プラットフォーム(54)の下面上に前記溝(62)に沿って形成されたカム表面(70)と、前記摺動部材(78)上に構成されたカムフォロア(92)とをさらに含んでいて、前記カム表面が、前記摺動部材が最初に前記溝に沿って前記第1の非閉塞位置から中間位置に向けて移動する時に、前記第2の脚部(86)を前記第1の脚部(64)に向けて旋回させながら前記上部プレート(80)を前記凹部(58)内に傾動させる第1の輪郭セクション(72)を含む、請求項2記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  6. 前記凹部(58)が、前記プラットフォーム(54)の上部表面(56)に対して下向き角度で形成されて前記上部プレート(80)の傾動に適応する、請求項5記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  7. 前記カム表面(70)が、前記摺動部材(78)が前記中間位置から前記第2の閉塞位置に移動する時に、前記第2の脚部(86)を前記第1の脚部(64)から離れるように旋回させながら前記上部プレート(80)を前記凹部(58)内に反対方向に傾動させる第2の輪郭セクション(76)を含む、請求項6記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  8. 前記カム表面(70)の第2の輪郭セクション(76)との前記カムフォロア(92)の係合が、前記摺動部材(78)に対して閉塞付勢力を与えて該摺動部材を第2の閉塞位置に維持する、請求項6記載の閉塞スペーサ組立体(50)。
  9. ロータ組立体(100)であって、
    円周方向に延びる連続ダブテールスロット(36)を形成した前方及び後方フープ(34)を備えたロータディスク(20)を有するロータ(12)と、
    その各々がプラットフォーム(28)及び前記プラットフォームから前記ダブテールスロット内に延びるダブテール(30)を備えた複数のロータブレード(22)と、
    前記ロータブレードの少なくとも2つの間に配置されかつ請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の構成を有する閉塞スペーサ組立体(50)と
    を含むロータ組立体(100)。
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