JP2011149424A

JP2011149424A - シールプレート及びバケット保持ピンアセンブリ

Info

Publication number: JP2011149424A
Application number: JP2011001690A
Authority: JP
Inventors: Matthew Troy Hafner; マシュー・トロイ・ハフナー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US20110176923A1; US8459953B2; CH702601A2; CN102128056A; DE102011000068A1

Abstract

【課題】漏洩をシールし、バケットが個々のディスクスロット内で軸方向に移動することを防ぐ。
【解決手段】複数のバケット１６、１８のそれぞれは、エアフォイル部２０及び装着部２２を有し、装着部２２は、軸方向の複数のスロット１２、１４の各々に装填される。ディスク本体の外周の周りに配列されたアーチ形シールプレートセグメントの各々は、軸方向の複数のスロット及び複数のバケットの個々の装着部のうちの少なくとも２つを覆う。保持ピンが、複数のアーチ形シールプレートセグメントの各々を軸方向に貫通し、ディスク本体の軸方向に方向付けされたボアの中へ軸方向に延在する。保持ピンは、ロックキーと係合可能であり、複数のバケットの隣接し合うもののペアの軸方向移動を防止するロック位置にロックキーを移動させるべく適合された内側端部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクから半径方向に延在する軸方向に挿入された複数のタービンブレード又はバケットを有するロータホイール又はディスクを含む軸流流体タービン又はその他の機械ロータ用のシール構成に関する。特に、本発明は、セグメント化されたシールプレートをタービンホイールに装着してバケットとホイールとの間の境界面をシーリングするとともにバケットの軸方向移動を防止するための装置を含む、バケット端部シールアセンブリに関する。

軸流ガスタービンにおいて、大抵は、ブレード又はバケットの基部のダブテール又はモミの木形セクション（本明細書では「装着部」と称することがある）と、ロータディスクに形成された軸方向に延在する対応のスロットとの間の雄雌係合により、複数のブレード又はバケットがタービンロータディスク又はホイールの各々に装着されている。これらの構成は、半径方向の保持に優れているが、それぞれのブレード又はバケットが、そのロータディスクスロットにおいて軸方向に移動しないように、追加の手段を備える必要がある。加えて、ディスクの下流側のタービンバケット／タービンホイールの装着境界面をシールする必要がある。この点から、冷却空気は通常、個々のバケット装着部内側のホイールのクリアランススロット又はルートマニホルドに導入され、そこから冷却空気がバケットの内部空洞に流入する。
それぞれのブレード又はバケットの典型的なダブテール又はモミの木装着部は、ロータディスクにおける対応のスロットにぴったりと嵌合するが、ブレードやホイール毎の製造公差及び誤差は、バケットとディスクの間のルートマニホルドの端部における漏洩に繋がる。そこで、通常、こうした漏洩を低減するべく、端部カバープレートが設置されている。こうした端部カバープレートは、比較的単純且つ費用効果に優れた設計を有することが望ましい。

米国特許第７，２６４，４４７号

漏洩をシールするだけでなく、バケットが個々のディスクスロット内で軸方向に移動することがないようにロック機能を提供する、シールプレートをタービンロータホイール又はディスクに装着するための更に効率的且つ更に効果的な手段が依然として必要である。

例証的且つ非限定的な第１の態様において、本発明は、機械ロータ用のディスクに関する。このディスクは、軸方向に方向付けされた複数のスロットを有して形成された外周を有するディスク本体と、複数のバケットであって、それぞれのバケットは、エアフォイル部と装着部とを有し、装着部は、軸方向に方向付けされた複数のスロットの各々に軸方向に装填される、複数のバケットと、ディスク本体の外周の周りに配列された複数のアーチ形シールプレートセグメントであって、複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの１つは、軸方向に方向付けされた複数のスロット及び複数のバケットの個々の装着部のうちの少なくとも２つを覆う、複数のアーチ形シールプレートセグメントと、複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの１つを軸方向に貫通して延在するとともにディスク本体の軸方向に方向付けされたボアの各々の中へ軸方向に延在する保持ピンとを有する。この保持ピンは、ロックキーと係合可能であるとともに複数のバケットのうち隣接し合うもののペアの軸方向移動を防止するロック位置にロックキーを移動させるべく適合された内側端部を有する。

例証的且つ非限定的な別の実施例において、機械ロータ用のディスクを提供する。このディスクは、軸方向に方向付けされた複数のスロットを有して形成された外周を有するディスク本体と、複数のバケットであって、それぞれのバケットは、エアフォイル部と装着部とを有し、装着部は、軸方向に方向付けされた複数のスロットの各々に軸方向に装填される、複数のバケットと、ディスク本体の外周の周りに配列された複数のアーチ形シールプレートセグメントであって、複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの１つは、軸方向に方向付けされた複数のスロット及び複数のバケットの個々の装着部のうちの少なくとも２つを覆う、複数のアーチ形シールプレートセグメントと、複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの１つを軸方向に貫通して延在するとともにディスク本体の軸方向に方向付けされたボアの中へ軸方向に延在する少なくとも１つの保持ピンとを有し、少なくとも１つの保持ピンは、ロックキーと係合可能であるとともに複数のバケットのうち隣接し合うもののペアの軸方向移動を防止するロック位置にロックキーを移動させるべく適合された内側端部を有する。ディスク内の軸方向に方向付けされたボアは、ディスク本体の半径方向スロットと交差し、ロックキーは、半径方向スロット内に配置され、それぞれ、複数のバケットのうち隣接し合うもののペアに形成された切り欠きへ半径方向外側に移動可能である。少なくとも１つの保持ピンは、それぞれの内側及び外側端部上に第１及び第２タブを備え、第１及び第２タブは正反対の方向に延在している。軸方向に方向付けされたボアは、その半径方向内側に沿って溝を有して形成され、この溝は、前述の保持ピンが軸方向に方向付けされたボアを通じて移動するのに伴って第１タブを収容するべく寸法決め及び成形されており、半径方向スロットは、第１タブが移動してロックキーと係合し、ロックキーをロック位置まで半径方向外側に移動させるように、少なくとも１つの保持ピン及び第１タブが回転可能なように配置される。

例証的且つ非限定的なまた別の実施例において、バケット及びシールプレートセグメントを機械ロータディスク本体に固定するための保持ピンを提供する。この保持ピンは、内側端部と外側端部とを有する細長いピン本体を有し、内側端部は、ほぼ矩形の第１のタブを有して形成され、外側端部は、ほぼアーチ形の第２のタブを有して形成されており、第１及び第２のタブは、ピン本体からほぼ正反対の方向に延在している。

これより、以下に特定する図面に関連して本発明を説明する。

本発明の例証的且つ非限定的な第１の実施例に従った保持ピンスロット及び関連のロックキー（破線）を、理解を助けるために端部カバープレートを取り外した状態で示す、タービンディスク及び設置のバケットの部分端面図である。図１の線２−２に沿った部分断面図である。図１の保持ピン用の内部スロット構成を示すとともに、関連のロックキーを破線で示す、ロータディスクの外側端部の部分断面図である。図１〜図３に示すロックキーの側面図である。図１〜図３に示すロックキーの正面図である。図１〜図３に示すロックキーの平面図である。図１に示す保持ピンの側面立面図である。図７に示すピンの正面立面図である。端部カバープレートを介して挿入された図８に示す保持ピンの正面立面図である。タービンディスク上においてカバープレートを定位置に保持する図７及び図８に示す保持ピン及びロックキーを示す部分側断面図である。代替的な端部カバープレートシーリング構成を示す側断面詳細図である。代替的な別の端部カバープレートシーリング構成を示す側断面詳細図である。図１〜図８に示す保持ピン及びロックキーアセンブリとともに使用される別の端部カバープレート構成を示す部分側断面図である。

まず、図１〜図３において、軸流流体タービンのロータホイール又はディスク１０の外周を部分的に示す。ホイール又はディスク（又は、ディスク本体）１０の外周は、周方向に離間するとともに軸方向に延在する複数の、いわゆる「モミの木」スロット（参照符号１２、１４でその２つを示す）を含めて形成されている。モミの木スロットは、それぞれ、ブレード又はバケット１６、１８を受け入れるべく成形されており、このブレード又はバケットの各々は、エアフォイル部２０を含み、このエアフォイル部は、関連のモミの木スロット１２又は１４と雄雌係合するべく形成された内側の根部又は装着部２２から半径方向外側に延在している。バケットの構成については、それ自体が周知なので、更なる説明は不要である。

このディスクスロットの構成によると、例えば、ホイール又はディスク１０の周囲に、モミの木形スロット１２、１４のそれぞれのペアの間に、モミの木形ポスト２４が周方向に形成される。それぞれのポスト２４は、その長さの一部に沿って延在する半径方向内側の溝部２８を有して軸方向に延在する、ほぼ円形のボア２６（図３を参照）を含むべく、機械加工されるか、又はその他の方法で形成されている。ボア２６は、図１から最もよくわかるように、ポスト２４の幅全体にわたって延在する、周方向に延在するスロット３０と交差している。それぞれのスロット３０は、隣接するバケット１６、１８（図２を参照）に形成された切り欠き又は凹部３２のペアと軸方向にアライメント可能であり、ロックキー３４が、スロット３０内に配置されるとともにボア２６内へ半径方向に突出している。

図４〜図６は、ロックキー３４を更に詳しく示す。ロックキーは、周方向にやや細長く（図５）、横断面がほぼ正方形で（図３及び図４）、４つの辺と、半径方向外側の表面と、半径方向内側の表面と、によって画定されている。スロット３６が、その下方又は半径方向内側の表面３８の全体に沿って周方向に延在している。（周方向において）反対側どうしの端部は、参照符号４０、４２で示すように、テーパ状になっている（図６を参照）。

図７及び図８において、保持ピン４０の非限定的な例を示す。細長い保持ピン４０は、断面がほぼ円形であり、その両端部に一対のタブを有して形成されている。より詳細には、ピン４０の内側端部４２（即ち、ホイール又はディスク１０内に挿入される端部）は、（その最終的に設置された向きにおいて）半径方向外側に延在する第１のタブ又は突起４４を備え、外側端部４６は、（こちらも、その最終的に設置された向きにおいて）半径方向内側に延在する第２タブ又は突起４８を備える。第１タブ４４は、略矩形の形状を有し、第２タブ４８は、略アーチ形の形状を有する。ツールスロット５０が、外側端部４６の端面５２にわたって延びており、これによって、更に詳しく後述するように、ピン４０の回転を円滑にすることができる。

次に図９及び図１０において、アーチ形にセグメント化された複数の端部カバー又はシールプレート５４がロータディスクの周りに組み立てられており、それぞれのカバー又はシールプレートセグメントは、少なくとも２つのバケット／ディスク境界面と重なり合っている。より詳細には、図１０から最もよくわかるように、例証的且つ非限定的な実施例におけるそれぞれの端部カバー又はシールプレートセグメント５４は、バケットの端部及びロータディスクの隣接部分に係合するべく適合された、ほぼ平坦な内側表面５６を備える。それぞれのシールプレートセグメント５４の半径方向外側の端部は、その間で周方向に延在する溝６２を画定する内側脚５８及び外側脚６０によって画定された、（図１０に示す端面図において）ほぼＵ字形の断面を有して形成される。シールプレートセグメント５４の半径方向内側の端部は、軸方向内側に方向付けされた第１の脚部６４と、環状スペーサ７４のエッジ７２と緊密にアライメントされるとともに基本的にシーリングされるべく適合されたエッジ７０において終端する、軸方向外側に方向付けされた脚部６６とを含む。シールプレートセグメントの両端部の中間には、ポスト２４のボア２６とアライメントするべく適合された貫通アパーチャ７８と交差する、周方向に延在するポンチ止め溝又はスロット７６がある。シールプレートセグメント５４について１つのアパーチャ７８が示すが、同数の保持ピン４０を収容するにあたり複数のアパーチャを備えてもよく、それぞれのシールプレートセグメントのアーチ形の広がりに応じて状況が変わることを理解されたい。組み立ての際、保持ピン４０のタブ４８は、タービン動作中のピンの回転を防止するべく、ポンチ止め溝７６内に折り曲げ又はポンチ止めされる。

使用の際は、ロックキー３４及び隣接するバケット３４をホイール又はディスク上に設置した後、ボア７８がボア２６にアライメントされた状態でシールプレートセグメント５４をタービンディスクと対向する状態で配置及び方向付けし、正反対のタブ４４、４８が図７に示す向きとは逆の関係で、タブ４４がボア２６の半径方向内側の溝部２８に沿って摺動するように、保持ピン４０を、ボア７８を介して挿入し、ボア２６を介して挿入する。完全に挿入したら、スロット５０内に係合したツールにより、保持ピン４０を１８０度回転させ、これによって、タブ４４がロックキー３４の溝３６に係合し、図３に示す位置までロックキーを半径方向外側に押し込むようにする。同時に、アーチ形の外側タブ４８を回転させて、シールプレートセグメントのスロット７６の下方エッジ又は肩部と係合させる。その結果、ロックキースロット３６に着座するタブ４４、スロット３０に突出するロックキー３４、並びに、シールカバーセグメント５４と係合するタブ４８の間の相互作用によって、ディスクに対してシールプレートセグメント５４が定位置に保持されるとともに、その個々のスロット１２、１４における隣接するバケット１６、１８の軸方向移動が防止される。

図１１及び図１２は、シールプレートセグメントの半径方向外側端部にバイオネット機構８０又は８０’を有するホイール又はディスクへの適用が可能な、代替的なシールプレート構成を示す。いずれの場合にも、フック８２又は８２’がそれぞれ、ディスク上に形成されたリップ又はリム８４、８４’に係合するとともに、リップ又はリム８４、８４’上で半径方向に支持されており、これによって、組み立て時の保持が可能になる。加えて、それぞれの構成において、シール８６又は８６’を組み込む（図１１）か、これと組み合わせる（図１２）ことによって、バケット装着部に沿った漏洩を最小限に抑えることができる。

図１３に、別のバイオネットタイプの装着部分を、その他の点では類似のシールプレートセグメント９０の半径方向内側端部において符号８８で示す。ここでは、オフセットした内側エッジ９２が、ディスク本体９８上に形成されるとともに凹部９４の一部を画定するリム９６の背後の凹部９４に着座している。リム９６は、組み立て時にシールプレートセグメントが軸方向に摺動してディスク本体から外れることを防止している。

タービンの動作中、図１０〜図１２のシールプレートセグメント５４は、ディスク１０のポスト２４の傾斜表面１００上で半径方向に支持され、図１３のシールプレートセグメント９０は、ディスク本体９８の水平表面１０２上で支持される。

シールプレートセグメントのアーチ形の広がり、並びに、シールプレートセグメントとタービンホイール又はディスクとの間の厳密なシーリング構成は、個々の用途に応じて変更可能であることを理解されたい。また、シールプレートセグメントの端部エッジ自体が、隣接するシールプレートセグメントの端部エッジに係合しても、或いは、それらが重なり合っていてもよい。

以上、現時点で最も実用的且つ好適な実施例と思われるものに関連して本発明について説明したが、本発明は、開示の実施例に限定されることなく、むしろ、添付の特許請求の範囲に含まれる様々な変更及び等価な構成も包含するべく意図されていることを理解されたい。

１０ロータホイール又はディスク
１２モミの木スロット
１４モミの木スロット
１６ブレード又はバケット
１８ブレード又はバケット
２０エアフォイル部
２２装着部
２４モミの木形ポスト
２６軸方向に延在するボア
２８内側の溝部
３０周方向に延在する半径方向スロット
３２凹部（切り欠き）
３４ロックキー
３６溝
３８内側表面
４０保持ピン
４２内側端部
４４第１タブ又は突起
４６外側端部
４８第２タブ又は突起
５０ツールスロット
５２端面
５４シールプレート
５６平坦な内側表面
５８内側脚
６０外側脚
６２周方向に延在する溝
６４内側に方向付けされた脚部
６６外側に方向付けされた脚部
７０エッジ
７２エッジ
７４環状スペーサ
７６溝又はスロット
７８貫通アパーチャ又はボア
８０、８０’、８８バイオネット装着機構
８２、８２’ フック
８４、８４’ リップ又はリム
８６、８６’ シール
９０プレートセグメント
９２内側エッジ
９４凹部
９６リム
９８ディスク本体

Claims

機械ロータ用のディスクであって、
軸方向に方向付けされた複数のスロット（１２、１４）を有して形成された外周を有するディスク本体（１０）と、
複数のバケット（１６、１８）であって、それぞれのバケットは、エアフォイル部（２０）と装着部（２２）とを有し、該装着部（２２）は、軸方向に方向付けされた前記複数のスロット（１２、１４）の各々に軸方向に装填される、複数のバケットと、
前記ディスク本体の前記外周の周りに配列された複数のアーチ形シールプレートセグメント（５４）であって、該複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの１つは、軸方向に方向付けされた前記複数のスロット及び前記複数のバケットの個々の装着部のうちの少なくとも２つを覆う、複数のアーチ形シールプレートセグメントと、
前記複数のアーチ形シールプレートセグメントうちの前記１つを軸方向に貫通して延在するとともに、前記ディスク本体の軸方向に方向付けされたボア（２６）の各々の中へ軸方向に延在する保持ピン（４０）と、
を有し、
前記保持ピン（４０）は、ロックキーと係合可能であるとともに前記複数のバケットのうち隣接し合うもののペアの軸方向移動を防止するロック位置に前記ロックキー（３４）を移動させるべく適合された内側端部を有する、ディスク。
前記ディスク本体の前記軸方向に方向付けされたボア（２６）は、前記ディスク本体の半径方向スロット（３０）と交差し、前記ロックキー（３４）は、前記半径方向スロット内に配置され、且つ、それぞれ、前記複数のバケットのうち隣接するものの前記ペア内に形成された切り欠き（３２）内へ半径方向外側に移動可能である、請求項１に記載のディスク。
前記保持ピン（４０）は、その個々の内側及び外側端部上に第１及び第２タブ（４４、４８）を備え、該タブは正反対の方向に延在する、請求項２に記載のディスク。
前記軸方向に方向付けされたボア（２６）は、その半径方向内側に沿って溝（２８）を有して形成され、前記溝は、前記保持ピンが前記軸方向に方向付けされたボアを通じて移動するのに伴って前記保持ピン（４０）上の前記第１タブ（４４）を収容するべく寸法決め及び成形されており、前記半径方向スロット（３０）は、前記第１タブ（４４）が移動して前記ロックキー（３４）と係合し、前記ロックキーを前記ロック位置まで半径方向外側に移動させるように、前記保持ピン（４０）が回転可能なように配置される、請求項３に記載のディスク。
前記第２タブ（４８）は、前記複数のアーチ形シールプレートセグメント（５４）のうち前記１つの外側表面と係合することにより、前記ディスク本体に対して前記１つのアーチ形シールプレートセグメントを定位置に保持する、請求項４に記載のディスク。
前記保持ピン（４０）は、その外側端部の端面にわたってツール係合スロット（５０）を有して形成される、請求項１に記載のディスク。
前記ロックキー（３４）は、４つの辺と、半径方向外側の表面と、半径方向内側の表面とを有し、前記半径方向内側の表面（３８）は、前記第１タブを受け入れるべく適合された溝（３６）を有して形成される、請求項３に記載のディスク。
前記第２タブ（４８）は、前記ロックキー（３４）が前記ロック位置にあるとき、前記複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの前記１つの内部に形成された（スロット（７６）の）肩部と係合する、請求項５に記載のディスク。
前記複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの前記１つは、前記ディスク本体上に形成されたリップ（８４）上で半径方向に支持されるフック部（８２）を前記半径方向外側端部に有して形成される、請求項１に記載のディスク。
前記ディスク本体と、その前記半径方向外側端部における前記複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの前記１つとの間にシール要素（８６）が介在する、請求項９に記載のディスク。
前記複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの前記１つは、前記ディスク本体に形成された凹部（９４）内に着座するオフセットした半径方向内側のエッジ（９２）を有して形成される、請求項１に記載のディスク。
前記複数のアーチ形シールプレートセグメントのうちの前記１つは、その半径方向内側端部において、隣接するスペーサ（７４）と当接するべく適合された、軸方向に突出したフランジ（６６）を含む、請求項１に記載のディスク。