JP2016130516A - タービン動翼を取り付けるための固定治具および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン動翼を取り付けるための固定治具および方法を提供する。【解決手段】タービン動翼を取り付けるための固定治具１００は、スペーサホイールによって隣接するロータホイールから隔てられたターボ機械のロータホイールに、ダブテール１１２を有する複数のタービン動翼を取り付けるように構成され、ロータホイールおよびスペーサホイールは、周方向に整列した複数のダブテールスロットを有し、固定治具１００は、スペーサホイールのダブテールスロットのうちの１つと係合するように構成されたダブテール１１２を有するタービン動翼ホルダ１１０を含む。タービン動翼がロータホイールへ少なくとも部分的に移動するために、タービン動翼のダブテール１１２が、動翼ホルダダブテールスロット１１８の形状によって、ロータホイールのダブテールスロットと実質的に位置合わせされる。【選択図】図２

Description

本発明は一般にターボ機械に関し、より詳細には、固定治具と、隣接するスペーサホイールのダブテールスロットとを用いて、ロータホイールのダブテールスロットにタービン動翼を取り付けるための固定治具および方法に関する。

タービンなどのターボ機械用のロータは、大型鍛造品から機械加工されることが多い。典型的には、鍛造品から切削したロータホイールに、タービン動翼の翼根を受け入れる取付用のスロットが加工される。さらにタービン出力を増大させ、かつタービン性能を効率化させようとする要求は増え続けているので、より大きな、かつ、より多くの連結型タービン動翼がターボ機械に取り付けられている。タービンにおいて、広い範囲の流量、負荷、および強い動的な力に曝される動翼があるが、後段のタービン動翼はその一例である。その結果、タービンの空気力学的損失を低減し、熱力学的性能を改善するために、これらの後段のタービン動翼の性能を最適化することが技術的課題となり得る。

これらの後段のタービン動翼の設計に影響する動力学的特性としては、動翼の有効長さ、動翼のピッチ径、ならびに超音速域および亜音速域両方での動翼の高い動作速度が含まれる。減衰および動翼の疲労は、動翼およびその形状の機械的な設計に影響を及ぼすその他の特性である。動翼のこれらの機械的および動的応答特性はすべて、空気熱力学的特性または材料選択などの他の要素と同様に、タービン動翼の性能と形状との間の関係に影響を与える。その結果、後段のタービン動翼の形状はしばしば、広い作動条件の範囲にわたって、損失を最小にしながら性能を改善するための複雑な翼形状を含む。

後段のタービン動翼に複雑な翼の幾何学的形状を適用すると、これらの動翼のロータホイールへの組付けに特定の課題が生じる。例えば、ロータホイール上の隣接するタービン動翼は、明確に画定された通路内に作動流体を閉じ込め、かつ動翼の剛性を上げるために、典型的には、ホイールの周囲に配置されたカバーバンドまたはシュラウドバンドによって互いに連結される。これらのかみ合うシュラウドは、ロータホイールへの動翼の組付けの邪魔になる場合がある。さらに、これらの動翼の内側プラットフォームは連結縁部を含む場合があり、これもまたロータホイールへの動翼の組付けの邪魔になることがある。

米国特許第８０４６８８６号明細書

本開示の第１の態様は、スペーサホイールによって隣接するロータホイールから隔てられたターボ機械のロータホイールに、ダブテールを有する複数のタービン動翼を取り付けるように構成された固定治具であって、ロータホイールおよびスペーサホイールがそれぞれ、周方向に整列した複数のダブテールスロットを有する、固定治具を提供する。スペーサホイールのダブテールスロットのうちの１つと係合するように構成されたダブテールを有するタービン動翼ホルダであって、タービン動翼ホルダが、タービン動翼のうちの１つのダブテールを中に受け入れて固定するように構成された形状を有する動翼ホルダダブテールスロットを画定し、スペーサホイールからロータホイールへ少なくとも部分的に移動するために、タービン動翼のダブテールが、動翼ホルダダブテールスロットの形状によって、ロータホイールのダブテールスロットと実質的に位置合わせされ、タービン動翼のダブテールが、動翼ホルダダブテールスロットに固定されると、ロータホイールのダブテールスロットと実質的に位置が合い、タービン動翼ホルダの側壁が、周方向に隣接するタービン動翼ホルダの側壁に協働的に係合し、タービン動翼のダブテールが、動翼ホルダダブテールスロットから摺動可能に取外し可能であり、さらにロータホイールのダブテールスロットへ案内されて挿入される、タービン動翼ホルダを固定治具は含むことができる。

本開示の第２の態様は、複数の周方向に整列したダブテールスロットを有するターボ機械のロータホイールに、ダブテールを有する複数のタービン動翼を取り付けるための固定治具を提供する。ロータホイールを、隣接するロータホイールから隔てるスペーサホイールであって、周方向に整列した複数のダブテールスロットを有するスペーサホイールと、スペーサホイールのダブテールスロットのうちの１つと係合するように構成されたダブテールをそれぞれが有する複数のタービン動翼ホルダであって、複数のタービン動翼ホルダのそれぞれが、タービン動翼のうちの１つのダブテールを中に固定するように構成された形状を有するダブテールスロットを含み、ロータホイールへ少なくとも部分的に移動するために、タービン動翼のダブテールが、動翼ホルダダブテールスロットの各形状によって、ロータホイールの１つのダブテールスロットと実質的に位置合わせされ、各タービン動翼のダブテールが、動翼ホルダダブテールスロットに固定されると、ロータホイールのダブテールスロットと位置が合い、本質的に、タービン動翼のすべてのダブテールが、動翼ホルダダブテールスロットから摺動可能に取り外され、さらにロータホイールのダブテールスロットのうちの１つへ案内されて挿入されるように構成される、複数のタービン動翼ホルダとを固定治具は含むことができる。

本開示の第３の態様は、ダブテールを有する複数のタービン動翼を、タービン動翼のダブテールのうちの１つに相補的な複数のダブテールスロットを有するロータホイールに取り付けるための方法を提供する。複数のタービン動翼のダブテールを、複数のタービン動翼ホルダをスペーサホイールに挿入することによって形成される、対応する複数の動翼ホルダダブテールスロット内に装着するステップであって、スペーサホイールが周方向に整列した複数のダブテールスロットを含み、ロータホイールの一方の側でロータシャフトに取り付けられ、各タービン動翼ホルダが、スペーサホイールのダブテールスロット内で協働的に係合し、さらにタービン動翼のうちの１つのダブテールを中に固定するような寸法の複数の動翼ホルダダブテールスロットのうちの１つを含む、ステップと、タービン動翼が装着されたスペーサホイールの各動翼ホルダスロットをロータホイールのダブテールスロットのうちの１つと位置合わせするステップと、タービン動翼のそれぞれを、動翼ホルダダブテールスロットから、ロータホイールの位置合わせされたダブテールスロットに、少なくとも部分的に移動させるステップとを本方法は含むことができる。

ガスタービンの形態の従来の動力発生システムの概略図である。 本開示の一実施形態によるタービン動翼ホルダの断面図である。 本開示の実施形態によるタービン動翼ホルダの別の断面図である。 本開示の一実施形態による、周方向に整列した複数のダブテールスロットを有するスペーサホイール、およびその中に挿入されたタービン動翼ホルダの部分破断斜視図である。 本開示の実施形態による、タービン動翼ダブテールおよびタービン動翼ホルダダブテールスロットの部分断面図である。 本開示の一実施形態による、いくつかのダブテールスロットにタービン動翼ホルダを有するスペーサホイール、およびタービン動翼ホルダのいくつかの中にあるタービン動翼の部分破断斜視図である。 本開示の一実施形態による、ロータホイールに隣接する、タービン動翼ホルダを有するスペーサホイール、およびスペーサホイールのタービン動翼ホルダからロータホイールのダブテールスロットへ装着されているタービン動翼の側面図である。 本開示の一実施形態による、タービン動翼ホルダがない１つのダブテールスロットを有するスペーサホイール、およびのその中のタービン動翼の部分破断斜視図である。 本開示の一実施形態による、半径方向に挿入されている最終のタービン動翼を有する１つのダブテールスロットを有するロータホイールの部分破断斜視図である。

「内側の」、「外側の」、「下に」、「下方に」、「下の」、「上方に」、「上の」、「入口」、「出口」などの空間に関する用語は、本明細書では、説明を容易にするため、図に示すときに、１つの要素または機構の、別の要素または機構に対する関係を説明するために使用する場合がある。空間に関する用語は、図に描かれた向きのほかに、使用時または動作時の装置のいろいろな向きを含むように意図される場合がある。例えば、他の要素または機構の「下方に」または「下に」と記述された要素は、図中の装置をひっくり返した場合、他の要素または機構の「上方に」あるであろう。したがって、この用語例「下方に」は、上方および下方の両方の向きを含むことができる。装置をそれ以外の方向に向け（９０度または他の向きに回転させ）ることができ、本明細書で使用される空間に関する記述語はそれに応じて解釈することができる。

図１を参照すると、ターボ機械の形態の従来の動力発生システム１０が示されている。本開示の実施形態は、例えば、空冷ガスタービンなどの動力発生システム１０とともに使用するように構成することができ、かつ／またはその構成部品と一体になることができる。動力発生システム１０は、燃焼型ターボ機械組立体として例示されているが、本開示の実施形態はまた、適用可能ならば他のタイプのターボ機械とともに使用するようにも構成することができる。燃焼型ターボ機械において、複数の燃料ノズル１４を含む燃焼器１２は、典型的には、動力発生システム１０の圧縮機１６とタービン構成部品１８との間に位置する。圧縮機１６とタービン構成部品１８は、回転可能なシャフト２０によって互いに機械的に結合することができる。

空気２２は、圧縮機１６、燃焼器１２、およびタービン構成部品１８を順次通って流れる。圧縮機１６によって行われる圧縮はまた、空気２２の温度を上昇させることができる。燃料ノズル１４は燃焼器１２に燃料を供給することができ、そこで燃料は空気２２中で燃焼して高温ガス流を生じる。燃焼器１２からの高温ガス流はタービン構成部品１８に入って、一群のタービン動翼を回転させることなどによって、回転可能なシャフト２０に機械的エネルギーを与え、それによって、回転可能なシャフト２０に機械的に結合した圧縮機１６および／または任意の負荷（図示せず）に動力を供給することができる。空気は圧縮されて燃焼器１２に流れる前に圧縮機１６に供給されるが、動力発生システム１０は、圧縮機１６の前に圧縮機入口２４を含む場合がある。図１には詳細には示されていないが、動力発生システム１０は、それぞれが燃焼器１２、圧縮機１６、および／またはタービン１８を有する複数の段を含むことができる。さらに、動力発生システム１０は、同じ操作員によって制御されるいくつかの個別のターボ機械のうちの一つの場合もあり、かつ／または、より大きな動力発生システムの一部の場合もある。

図面を参照すると、図２は、タービン動翼からのダブテール突出部（図２には示さず）をターボ機械のロータホイール（図示せず）に取り付けるために構成された固定治具１００を示す。いくつかのスペーサホイールは、ターボ機械の各ロータホイールを軸方向に隣接するロータホイールから隔てることができる。作業時、固定治具１００はロータホイールのダブテールスロットに係合して、タービン動翼が取り付けられる、かつ／または係合される部品および位置を提供する。ダブテール突出部を有するタービン動翼は、固定治具１００内の相補的なダブテールスロットに係合することができる。各タービン動翼は、固定治具１００を介してスペーサホイールに機械的に結合することができる。固定治具１００内のダブテールスロットは、スペーサホイールに隣接するロータホイールの、同様の寸法と形状をもつダブテールスロットと実質的に軸方向に位置合わせ（すなわち実質的にロータの方向に沿って位置合わせ）することができる。タービン動翼は、固定治具１００から、隣接するロータホイールのダブテールスロットへ、軸方向に少なくとも部分的に移動することができる。本明細書で使用するとき、用語「移動」または「軸方向に移動」は、タービン動翼を、固定治具１００内のダブテールスロットから、隣接するロータホイールのダブテールスロット内など、１つの位置から別の位置へ（例えば、滑って動くことによって）動かす過程を指す。したがって、本明細書で論じる固定治具１００および他の固定治具の実施形態は、タービン動翼をスペーサホイールに直接接触させないでターボ機械内に取り付けることを可能にする。本開示の実施形態はまた、固定治具１００の実施形態を用いてタービン動翼を取り付ける方法を提供する。

固定治具１００は、タービン動翼ホルダ１１０を含むことができる、またはその形態とすることができ、一例として、単一のタービン動翼ホルダ１１０が図２に示されており、これを本明細書で論じる。タービン動翼ホルダ１１０の特徴の例を論じて、他のタービン動翼ホルダ１１０を含む他の構成部品との使用をさらに例示する。タービン動翼ホルダ１１０は単体の構成部品とすることもできるし、特定の面（図２に仮想線で示す）に沿って互いに接触する複数の独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂより構成することもできる。独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂは、別の独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂと係合するとき、タービン動翼ホルダの形状を形成することができる。図２には、タービン動翼ホルダ１１０が２つの独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂを含むように示されているが、本開示の実施形態では任意の所望の数の独立したセグメントを使用することができることは理解される。独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂは、対応する面の間での物理的な接触、溶接、相補的な製作または機械加工、および／または他の方法によって互いに係合して、２つの構成部品を隣接して配置、または機械的に結合することができる。タービン動翼ホルダ１１０は、特定の用途に適するように様々な構造材料より構成することができ、例えば、プラスチック構成部品として、鋼から形成される、または鋼を含む金属構成部品として、ならびに／あるいはセラミックおよび／または金属性物質を組み合わせた構成部品として具現化することができる。

ダブテール１１２はタービン動翼ホルダ１１０から延在することができ、２つ以上の対応するロータホイールの間に配置されたスペーサホイールのダブテールスロットに係合するような形状、寸法、または構成とすることができる。次に、隣接するスペーサホイールは、周方向に整列したいくつかのダブテールスロットを含むことができる。タービン動翼ホルダ１１０の部分は、ダブテール１１２から、１つの方向に特定の距離ｗ₁、および異なる方向に別の距離ｗ₂だけ横方向に延在することができる。距離ｗ₁、ｗ₂は実質的に互いに等しくすることができる、あるいは、所定の値だけ異なるようにして、タービン動翼ホルダ１１０が一方のダブテール１１２から横方向に延在する距離が、他方のダブテールから延在する距離より長くすることができる。図２の例では、距離ｗ₁はｗ₂より実質的な長いように例示されている。いずれにしても、距離ｗ₁、ｗ₂を様々な寸法にすることによって、例えば、各タービン動翼ホルダ１１０が特定の方向および／または姿勢で取り付けられるように、取付時にタービン動翼ホルダ１１０の姿勢に対する物理的な案内または基準を与えることができ、その結果、各タービン動翼ホルダ１１０（および／またはその独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂ）は特定の方向および／または姿勢で取り付けられる。

本明細書の他の場所で論じるように、スペーサホイールのダブテールスロットは、隣接する１つまたは複数のロータホイールのダブテールスロットと少なくとも部分的に位置を合わせることができる。タービン動翼ホルダ１１０はまた、タービン動翼ホルダ１１０を使用するスペーサホイール内の対応するダブテールスロットにかみ合って係合するような輪郭１１４をダブテール１１２の表面に含むことができる。本明細書の他の場所で説明するように、タービン動翼ホルダ１１０の２つの側壁１１６は、作業中、他のタービン動翼ホルダ１１０に係合するような形状にすることができる。

タービン動翼ホルダ１１０は、例えば、タービン動翼ダブテール突出部などの特定の構成部品の輪郭面を受け入れ、保持し、かつ／またはかみ合って係合するためにダブテールスロット１１８および他の機構を含むことができる。ダブテールスロット１１８は、２つの側壁１１６の間に配置することができる。図２に示すように、タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８の最も内側の領域の上方に突出するダブテール１１２は、実質的にＣ字形および／またはＹ字形の構成部品を形成することができる。保持装置１２０を、任意に、タービン動翼ホルダ１１０に設ける、動翼ホルダ１１０に結合する、かつ／または動翼ホルダ１１０と一体にすることができる。保持装置１２０は、１つの構造体を別の構造体に結合するための１つまたは複数の機械的な構成部品の形態とすることができ、限定するものではないが、１つの構成部品を他の構成部品の中に、かつ／または他の構成部品に隣接して保持するための保持ボルト、接着剤、レール、しっかりとした曲げることができる構成部品、結合構成部品、および／または他の機械装置を含むことができる。作業時、保持装置１２０を作動位置または係止位置に移動させて、例えばスペーサホイールに接触させて、タービン動翼ホルダ１１０が軸方向に動くのを妨げるまたは防ぐことができる。保持装置１２０のこれらの機能によって、固定治具１００のタービン動翼ホルダ１１０を取付位置に固定することができる。保持装置１２０は、タービン動翼ホルダ１１０の１つまたは複数の軸方向の側面を貫通して延在する、かつ／または軸方向の側面に固定することができる。一実施形態では、保持装置１２０は、タービン動翼ホルダ１１０を軸方向に貫通して延在する棒の形態とすることができ、また、特定の側に操作点（例えば、ハンドル）を含んで、保持装置１２０を係合させる、かつ／または係合から外すことができる。また、保持装置１２０は、それらが互いに相補的であろうと、独立したものであろうと、複数の構成部品の形態とすることができることは理解される。

タービン動翼ホルダ１１０の他の特徴および構成部品によって、タービン動翼ホルダ１１０とスペーサホイールとを機械的に結合する、またはその結合を強化することができる。図２および３の例によって示されるように、タービン動翼ホルダ１１０は、対応する距離ｗ₁、ｗ₂を有する２つの独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂ、および／または、第１の幅（ｗ₁）を有する第１の面１２２（例えば、前方面）、および第２の幅（ｗ₂）を有する第２の面１２４（例えば、後方面）を含むことができる。独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂの幅の差、および／または第１および第２の面１２２、１２４の幅の差は、「オフセット差」（すなわち、２つの対応する面、および／または反対側の面の寸法の差で、図３ではＤオフセットで示す）を生成して、タービン動翼ホルダ１１０をスペーサホイール内に取り付けたときに、タービン動翼ホルダ１１０を特定の姿勢に維持することができる。これに加えて、またはこれに代えて、タービン動翼ホルダ１１０は、キーまたはキー型装置と同様の嵌合固定具１２６（仮想線で示す）を含んで、タービンスペーサホイール上に、またはその中に配置される相補的な固定治具に係合することができる。図３の例では、嵌合固定具１２６はタービン動翼ホルダ１１０からの突出部として示されているが、その代わりに、タービン動翼ホルダ１１０の構造体から削除された、かつ／あるいはタービン動翼ホルダ１１０の構造体と一体になったスロットまたは隆起の形態とすることができる。嵌合固定具１２６は、取付時にタービン動翼ホルダ１１０を所望の姿勢に保つことができ、例えば、タービン動翼ホルダ１１０を逆に取り付けるのを防ぐことができる。

図４を参照すると、固定治具１００のいくつかのタービン動翼ホルダ１１０が、スペーサホイール２００に係合しているのが示されている。特定のタービン動翼ホルダ１１０の各ダブテール１１２は、スペーサホイール２００の対応するダブテールスロット２０２に係合するために特定の形状に形成されて、それによって、タービン動翼ホルダ１１０をスペーサホイール２００の周りに周方向に配置することができる。例の実施形態では、タービン動翼ホルダ１１０のダブテール１１２は、その構造体の残りの部分に関しては、面取りされた先端縁２０４を含むことができる。ダブテール１１２にぴったりと形状が合うようにするため、ダブテールスロット２０２は、スペーサホイール２００の構造体から除去された、エッチングで形成された、またはその他の方法で形成された面取りされたスロットの形態とすることができる。ダブテール１１２が面取りされた先端縁２０４を含む場合、ダブテールスロット２０２は、ダブテール１１２および／または同様の形状の構成部品を受け入れるための相補的なスロット、取付部などの形状とすることができる。タービン動翼ホルダ１１０は、タービン動翼を各ダブテールスロット１１８内に受け入れ、固定することができ、それによって、固定治具１００の１つまたは複数のタービン動翼ホルダ１１０を介して、各タービン動翼の部分をスペーサホイール２００に固定することができる。

スペーサホイール２００の各ダブテールスロット２０２は、ロータホイールの対応するダブテールスロットと実質的に位置合わせされるように、間隔を置いて配置、またはその他の仕方で配置することができ、それによって、ダブテールスロット１１８は、隣接するロータホイールの対応するダブテールスロットと実質的に位置合わせする、またはそれらと連続することが可能となる。本明細書で使用するとき、用語「実質的な位置合わせ」または「実質的に位置合わせされた」は、単一の構成部品（例えば、タービン動翼ダブテール）が、処置または修正を最初にしないで、タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８と他のダブテールスロットを通って延在することができる、かつ／またはそれらの間を移動することができる、２つの構成部品（例えば、スロット）間の任意の位置合わせのことを言う。本開示の実施形態では、タービン動翼を２つのロータホイール間に配置すると、タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８と隣接するロータホイールのダブテールスロットとの間で実質的に位置合わせすることによって、タービン動翼を、タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８内に配置し、またそれに少なくとも部分的に移動することができる。

タービン動翼ホルダ１１０をスペーサホイール２００のダブテールスロット２０２内に配置するのに続いて、タービン動翼ホルダ１１０の側壁１１６は、（例えば、直接または間接接触によって）互いに協働的に係合して、タービン動翼ホルダ１１０をスペーサホイール２００に固定し、保持することができる。固定治具１００は、スペーサホイール２００の半径方向外側の周囲の周りに周方向に離間した対応するダブテールスロットを有する複数のタービン動翼ホルダ１１０として具現化することができる。各タービン動翼ホルダ１１０および／またはその独立したセグメント１１１Ａ、１１１Ｂ（図２）は互いに独立しており、任意の数のタービン動翼ホルダ１１０を設けることができる。タービン動翼ホルダ１１０は一緒になって特定の要素（例えば、スペーサホイール）の弧状のセグメント、および／または完全な円周となるタービン動翼ホルダ１１０の一群を構成することができる。タービン動翼ホルダ１１０は、互いに独立することができる、かつ／または、各タービン動翼ホルダ１１０（またはそのセグメント）をボルト接合、溶接、相補的な機械加工および／または製造などによって接続することができる。一群のタービン動翼は、周方向に配置された固定治具１００の各タービン動翼ホルダ１１０内に取り付けることができる。

タービン動翼ホルダ１１０は、スペーサホイール２００との使用および／または係合を強化するための特徴を含むことができる。例えば、スペーサホイール２００のダブテールスロット２０２は、固定治具１００のタービン動翼ホルダ１１０を必要なときに挿入または取外しができるように、いくつかの寸法、または１つだけの寸法で滑って動く、かつ／または係合することを可能にするような寸法とすることができる。オフセット差Ｄオフセット（図３）および嵌合固定具１２６（図３）は、タービン動翼ホルダ１１０が特定のダブテールスロット２０２内に完全に挿入される点をさらに画定することができ、かつ、不適切な方向に、または所定の範囲を超えて、滑って動く、かつ／あるいは係合することを妨げることができる。いくつかのタービン動翼ホルダ１１０は、様々な形状、大きさ、幅などを有するダブテールスロット１１８を特徴とすることができる。この場合、タービン動翼ホルダ１１０は、特定の用途のための所望の様々なダブテールスロット１１８を有するタービン動翼ホルダ１１０に修正される、または置き換えられる。図５でさらに示すように、タービン動翼ホルダ１１０がスペーサホイール２００に受け入れられたとき、タービン動翼ホルダ１１０の１つまたは複数のダブテールスロット１１８の輪郭から、スペーサホイール２００に隣接するロータホイールの対応するダブテールスロットを軸方向に見ることができる。

図５では、タービン動翼３００とタービン動翼ホルダ１１０との間の係合の幾何学的特徴が示されている。図５は、ダブテール突出部３０２をダブテールスロット１１８内に受け入れることによってタービン動翼３００に係合しているタービン動翼ホルダ１１０の断面図を含む。タービン動翼ホルダ１１０およびタービン動翼３００を有するタービンが作動しているとき、タービン動翼３００は、流体がその表面に当たって作用すると、一種の翼として（例えば、回転によって）動くことができる。タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、交互に複数のネック部３１０とフック部３１２を（例えば、突出部または同様な表面の形態で）有する、実質的に波状または「モミの木状」の形状の輪郭を含んで、ダブテールスロット１１８全体にわたって２つの構成部品が直接接触していても、していなくても、タービン動翼３００の同様の輪郭面に係合することができる。各ネック部３１０は、タービン動翼３００のダブテールに係合するための実質的に平らな接触面を含むことができる。ダブテールスロット１１８は、タービン動翼３００の断面に実質的にぴったりと形状が合っているとして例示されているが、ダブテールスロット１１８は、例えば、実質的にＶ字状のスロット、１つまたは複数の三角のくさび、長方形または半円形のスロット、複合的な幾何学的形状に形成されたスロットなど、任意の所望の形状または幾何学的形状のスロットとすることができることは理解される。

いくつかのフック部３１２は、タービン動翼ホルダ１１０がタービン動翼３００に係合したとき、タービン動翼３００のダブテールから離れた非接触部分（例えば、表面）を含むことができる。これらの非接触部分は、タービン動翼ホルダ１１０とタービン動翼３００との間に一群のポケット３１４を画定することができる。ポケット３１４は、タービン動翼３００間の製造ばらつき、振動性の動きまたは損傷、外部衝撃および事象、２つの構成部品間の摩擦接触などによって引き起こされる損傷からタービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８の部分を守る。ポケット３１４は、ポケット３１４を画定するようにタービン動翼ホルダ１１０から材料の部分を除去する、かつ／あるいは、タービン動翼ホルダ１１０を別の方法で製造したり、または修正したりすることによって形成することができる。とりわけ、ポケット３１４は、敏感な場所でタービン動翼ホルダ１１０がタービン動翼３００に接触することを防ぐことができる。作業時、タービン動翼ホルダ１１０およびタービン動翼３００は、ダブテールスロット１１８およびタービン動翼３００の全体にわたって分布する一群の接触面３１６で互いに係合することができる。ポケット３１４はまた、タービン動翼３００とダブテールスロット１１８との間に間隔を生成するように、タービン動翼３００を製造、修正、および／またはその他の機械加工によって形成することができる。

ダブテール突出部３０２は、ダブテールスロット１１８の対応する高さ寸法より低い高さ寸法Ｈを含むことができる。高さがこのように異なることによって、２つの構成部品間に間隔が生成されて、窓空間３１８を画定することができる。図５には１つの窓空間３１８が例示されているが、本開示の実施形態では、タービン動翼ホルダ１１０とタービン動翼３００との間に複数の窓空間３１８を画定することができることは理解される。ポケット３１４はまた、該当する場合は、タービン動翼ホルダ１１０とタービン動翼３００との間を見ることができる少なくとも部分的な窓としても機能することができることも理解される。ダブテール突出部３０２をタービン動翼ホルダ１１０内に取り付けたとき、ダブテールスロット１１８とダブテール突出部３０２との間に窓空間３１８ができる。ダブテール突出部３０２をダブテールスロット１１８内に配置および／または固定したとき、窓空間３１８からロータホイールの位置合わせされたダブテールスロット（図示せず）を見ることができる。図５では、タービン動翼３００がダブテール突出部３０２を含み、タービン動翼ホルダ１１０がダブテールスロット１１８を含んで例示されている。代替の実施形態では、タービン動翼ホルダ１１０は、ダブテール突出部３０２の代わりにダブテールスロットを含むことができる。この場合、この代替の実施形態では、タービン動翼ホルダ１１０は、タービン動翼ホルダ１１０からの相補的なダブテール突出部（例えば、ダブテール１１２（図２））とタービン動翼ホルダ３００のダブテールスロットとの間で係合することができるように、修正または逆にすることができる。これらの修正および／または代替が存在する場合、本明細書で論じる他の機能を適切に修正することができる、あるいは、同じままとすることができる。

図６を参照すると、本開示の実施形態は、ダブテールを有するいくつかのタービン動翼をロータホイールに取り付けるための固定治具４００を含むことができる。固定治具４００は、周方向に隣接する２つのロータホイール（図示せず）の間に配置された１つまたは複数のスペーサホイール２００を含む、あるいは接続することができる、またはスペーサホイール２００に接続することができる。周方向に隣接するタービン動翼ホルダ１１０は、例えば、それらの側壁１１６（図２、４）間で接触することによって、互いに協働して係合することができる。各スペーサホイール２００は、その半径方向外側表面全体にわたって周方向に分布した、周方向に整列した複数のダブテールスロット２０２を含むことができる。ダブテール１１２によってスペーサホイール２００のダブテールスロット２０２に係合するいくつかのタービン動翼ホルダ１１０を固定治具４００は含むことができる。タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、ダブテール１１２から、スペーサホイール２００に対して半径方向に変位していることができる。各タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、その中にタービン動翼３００のダブテール突出部３０２を固定するような形状および／または寸法にすることができる。タービン動翼ホルダ１１０は、図６に示すように、スペーサホイール２００に係合することができ、また、任意に、スペーサホイール２００と１つまたは複数のタービン動翼ホルダ１１０との間の間隔によって画定される機構、例えば、本明細書で示し論じたもの（例えば、ポケット３１４（図５）および窓空間３１８（図５））と同様のポケットおよび窓空間、を含むことができる。

ダブテール突出部３０２を有するいくつかのタービン動翼３００は、固定治具４００内に取り付けることができる、または、固定治具４００に結合することができる。ダブテール突出部３０２は、スペーサホイール２００のいくつかのダブテールスロット２０２のうちの１つと係合するような形状、寸法などとすることができる。タービン動翼３００のダブテール突出部３０２がダブテールスロット１１８に係合する場合、タービン動翼３００とスペーサホイール２００との間で機械的結合を形成することができる。タービン動翼ホルダ１１０を介してタービン動翼３００をスペーサホイール２００に機械的に結合することによって、例えば、スペーサホイール２００と各タービン動翼３００との間の直接的な物理的接触を防ぐことができる。タービン動翼ホルダ１１０を介した機械的結合によって、また、タービン動翼３００とそれに相補的なロータホイールの構成部品との間で軸方向に位置合わせすることもできる。

図７を参照すると、固定治具４００およびロータホイール５００の実施形態が示されている。タービン動翼ホルダ１１０がスペーサホイール２００に係合すると、タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、ロータホイール５００の対応するダブテールスロット５０２と少なくとも実質的に位置合わせされて配置することができる。タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、固定治具４００およびロータホイール５００のダブテールスロット５０２の中にタービン動翼３００を案内して挿入するための通路となるような形状および／または寸法にすることができる。作業時、固定治具４００はタービン動翼３００を構造的に支持し、ロータホイール５００に少なくとも部分的に移動させることができる。固定治具４００が取り付けられると、各タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、ロータホイール５００のダブテールスロット５０２と実質的に位置合わせすることができる。タービン動翼３００は、タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８とロータホイール５００のダブテールスロット５０２との間を、例えば滑って動くことによって、移動することができる。

固定治具４００のいくつかのタービン動翼ホルダ１１０を互いに相互連結する、または接触状態にすることができる。すなわち、タービン動翼ホルダ１１０は、隣接する側壁１１６（図２、４）で互いに接触することができ、または、タービン動翼ホルダ１１０に設けられた嵌合固定具１２６（図３）、結合部品などと接触することができる。固定治具４００はまた、例えば、タービン動翼ホルダ１１０またはスペーサホイール２００に結合された１つまたは複数の保持装置１２０（図２）を含んで、タービン動翼３００を、（例えば、スペーサホイール２００の位置で）固定治具４００に、およびロータホイール５００に固定することができる。タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８に加えて、ロータホイール５００のダブテールスロット５０２は、図５で示し、本明細書の他の場所で論じた幾何学的特徴の少なくともいくつかを含むことができる。具体的には、ダブテールスロット１１８、５０２は、複数のネック部３１０（図５）およびフック部３１２（図５）を有する波状または「モミの木状」の形態とされて、対応する平らな面でタービン動翼３００のダブテール突出部３０２に係合することができる。ダブテールスロット１１８、５０２はまた、ダブテールスロット１１８、５０２とタービン動翼３００のダブテール突出部３０２との間に１つまたは複数のポケット３１４（図５）を画定するような形状および／または寸法とすることができて、ダブテールスロット１１８、５０２の対応する部分を守る。本開示の実施形態は、湾曲した（すなわち、平面でない）軸方向挿入式タービン動翼（図示せず）などの異なるタイプのタービン動翼３００に対して構成されたロータホイール５００に適合することができることは理解される。タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８の形、軸方向の形状、および／または向きは、適用可能であれば、この用途に対して修正することができる。

図８を参照すると、本開示の実施形態は、タービン動翼をロータホイール内に、および／またはロータホイール上に取り付けるための方法を提供する。より詳細には、本開示による方法は、ダブテール突出部３０２を有するいくつかのタービン動翼３００をロータホイール５００に取り付けるステップを含むことができる。ロータホイール５００のダブテールスロット５０２は、タービン動翼３００のうちの１つのダブテール突出部３０２にぴったりと形状が合うような形状、寸法などとすることができる。いくつかのタービン動翼３００のダブテール突出部３０２はそれぞれ、１つのタービン動翼ホルダ１１０の対応するダブテールスロット１１８内に（例えば、軸方向に）装着することができる。各タービン動翼ホルダ１１０のダブテール１１２は、スペーサホイール２００の周りに周方向に配置されたいくつかのダブテールスロット２０２のうちの１つに挿入することができる。本開示の方法は、例えば、スペーサホイール２００またはタービン動翼ホルダ１１０に結合した保持装置１２０を作動する、かつ／あるいは係止することによって、１つまたは複数のタービン動翼ホルダ１１０をスペーサホイール２００に固定するステップを含む。スペーサホイール２００の各ダブテールスロット２０２は、対応するダブテールスロット５０２（図７）から半径方向に変位されて、ロータホイール５００（図７）の周りに周方向に配置することができる。各タービン動翼ホルダ１１０は、ダブテール１１２を介して、対応するダブテールスロット２０２に協働して係合することができ、それによって、タービン動翼３００のダブテール突出部３０２をスペーサホイール２００のダブテールスロット２０２の半径位置に固定することができる。

図９を参照すると、本開示の実施形態による他の方法のステップが示されている。図８に示し、本明細書の他の場所で論じた装着するステップに続き、タービン動翼３００を有する各タービン動翼ホルダ１１０のダブテールスロット１１８は、ロータホイール５００の特定のダブテールスロット５０２と少なくとも実質的に位置合わせすることができる。ダブテールスロット１１８、５０２の間で実質的に位置合わせすることによって、先の工程のステップで、タービン動翼３００は、タービン動翼ホルダ１１０からロータホイール５００に少なくとも部分的に移動することができる。詳細には、本開示による方法は、タービン動翼３００をタービン動翼ホルダ１１０から、位置合わせされたダブテールスロット５０２すなわちロータホイール５００内に（例えば、軸方向に動かすことによって）移動することができる。

本開示による方法は、所定の手順または方法でタービン動翼ホルダ１１０にタービン動翼３００を装着するステップ、および、タービン動翼３００をロータホイール５００に少なくとも部分的に移動させるステップを含むことができる。タービン動翼３００を装着して、少なくとも部分的に移動させるための、本明細書で論じたステップは、スペーサホイール２００（図４、６〜９）のダブテールスロット２０２（図４、６〜９）の１つの特定の装着空間が空いて残るまで繰り返すことができる。まず、タービン動翼ホルダ１１０を使用しないで、最終のタービン動翼６００を少なくとも部分的にロータホイール５００に装着することができる。最終のタービン動翼６００をスペーサホイール２００の最後の空いているダブテールスロット２０２から空間を移動するように、２つのタービン動翼３００の間に半径方向内向きに挿入することによって、最終のタービン動翼６００を少なくとも部分的にロータホイール５００のダブテールスロット５０２へ最後に移動することができる。次いで、最終のタービン動翼ホルダ６０２をスペーサホイール２００のダブテールスロット２０２と最終のタービン動翼６００との間の隙間内に軸方向に挿入することができ、その結果、最終のタービン動翼６００は、最終のタービン動翼ホルダ６０２およびロータホイール５００の両方によって構造的に支持される。

本開示の実施形態は、いくつかの技術的および商業的設定を提供することができ、それらのいくつかは本明細書で例を挙げて論じられている。本明細書で論じた固定治具および方法の実施形態は、ターボ機械で使用されるような回転構成部品の実質的に均一な製造および／または組立を提供することができる。本開示の実施形態はまた、特定の構成部品（例えば、蒸気タービンまたはガスタービンの第３段動翼）の高温ガス通路部分の点検時など、回転構成部品および／またはタービン段を少なくとも部分的に分解する際に必要な工程および／または事象のために用いることができる。さらに、タービン動翼ホルダを有する固定治具を適用すると、最初にロータをそのケーシングから抜き出さないでタービン動翼の取付けおよび取外しが可能となる。本開示の実施形態が、本明細書では特に述べていない他の作業および／または運用環境において、利点および特徴を提供することができることもまた理解される。

本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明する目的のためだけであり、本開示を限定することを意図したものではない。本明細書に使用されるとき、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈において特に明示しない限り、複数形も含むことを意図される。さらに、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書に使用されるとき、提示する特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを特定するが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループが存在すること、あるいはそれらが付加されることを除外しないことが理解されるであろう。

本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、さらに、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。

１０ 動力発生システム
１２ 燃焼器
１６ 圧縮機
２０ 回転可能なシャフト
２２ 空気
１４ 燃料ノズル
１８ タービン構成部品
２４ 圧縮機入口
１００、４００ 固定治具
１１０ 単一のタービン動翼ホルダ
１１１Ａ、１１１Ｂ 独立したセグメント
１１２ ダブテール
１１４ 輪郭
１１６ 側壁
１１８、２０２、５０２ ダブテールスロット
１２０ 保持装置
１２２ 第１の面
１２４ 第２の面
１２６ 嵌合固定具
２００ スペーサホイール
２０４ 面取りされた先端縁
３００、６００ タービン動翼
３１０ ネック部
３１２ フック部
３１４ ポケット
３１６ 接触面
３０２ ダブテール突出部
３１８ 窓空間
５００ ロータホイール
６０２ タービン動翼ホルダ

Claims (10)

1. スペーサホイール（２００）によって隣接するロータホイール（５００）から隔てられたターボ機械のロータホイール（５００）に、ダブテール（１１２）を有する複数のタービン動翼（３００、６００）を取り付けるように構成された固定治具（１００、４００）であって、前記ロータホイール（５００）および前記スペーサホイール（２００）がそれぞれ、周方向に整列した複数のダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を有し、
   前記スペーサホイール（２００）の前記ダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）のうちの１つと係合するように構成されたダブテール（１１２）を有するタービン動翼ホルダ（６０２）であって、前記タービン動翼ホルダ（６０２）が、前記タービン動翼のうちの１つのダブテール（１１２）を中に受け入れて固定するように構成された形状を有する動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を画定し、前記スペーサホイール（２００）から前記ロータホイール（５００）へ少なくとも部分的に移動するために、前記タービン動翼の前記ダブテール（１１２）が、前記動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）の前記形状によって、前記ロータホイール（５００）のダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）と実質的に位置合わせされ、前記タービン動翼の前記ダブテール（１１２）が、前記動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）に固定されると、前記ロータホイール（５００）のダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）と実質的に位置が合い、前記タービン動翼ホルダ（６０２）の側壁が、周方向に隣接するタービン動翼ホルダ（６０２）の側壁に協働的に係合し、前記タービン動翼の前記ダブテール（１１２）が、前記動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）から摺動可能に取外し可能であり、さらに前記ロータホイール（５００）の前記ダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）へ案内されて挿入される、タービン動翼ホルダ（６０２）
   を備える固定治具（１００、４００）。
2. 前記スペーサホイール（２００）の前記ダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）のうちの１つと係合するように構成されたダブテール（１１２）をそれぞれが有する複数の連結したタービン動翼ホルダ（６０２）をさらに備える請求項１記載の固定治具（１００、４００）であって、複数の隣接するタービン動翼ホルダ（６０２）の各対の側壁が協働的に係合して、前記スペーサホイール（２００）の半径方向外側の周囲の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を形成し、各動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）が、前記タービン動翼のうちの１つのダブテール（１１２）を受け入れるように構成された形状を有する、固定治具（１００、４００）。
3. 前記タービン動翼ホルダ（６０２）に結合して、前記動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を前記スペーサホイールに固定する保持装置（１２０）をさらに備える請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
4. 前記タービン動翼ホルダ（６０２）が複数の独立したセグメント（１１１Ａ、１１１Ｂ）を備え、前記複数の独立したセグメント（１１１Ａ、１１１Ｂ）が少なくとも１つの他の独立したセグメントにその各表面で係合するように構成されて、前記タービン動翼ホルダ（６０２）の形状を形成する、請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
5. 前記タービン動翼ホルダ（６０２）が少なくとも部分的にプラスチックおよび金属のうちの１つから構成される、請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
6. 前記動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）の前記形状がモミの木形状を含み、前記モミの木形状が、前記ダブテール（１１２）と係合する複数のネック部（３１０）の間に配置された複数のフック部（３１２）を有し、前記複数のフック部（３１２）のそれぞれが、タービン動翼のダブテール（１１２）と係合する実質的に平らな接触面を有する、請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
7. 前記タービン動翼ホルダ（６０２）が前記タービン動翼の前記ダブテール（１１２）と係合しているときに、前記動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）が、前記タービン動翼の前記ダブテール（１１２）から離れた非接触部分を含み、前記非接触部分が、前記タービン動翼ホルダ（６０２）の前記ダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）の一部を守る窓空間（３１８）およびポケットのうちの１つを画定する、請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
8. 前記タービン動翼ホルダ（６０２）が、前記スペーサホイール（２００）の相補的なダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）に係合するためのオフセット差および嵌合固定具（１２６）のうちの１つを含む、請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
9. 前記タービン動翼ホルダ（６０２）が面取りされた先端縁（２０４）を含む、請求項１記載の固定治具（１００、４００）。
10. 複数の周方向に整列したダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を有するターボ機械のロータホイール（５００）に、ダブテール（１１２）を有する複数のタービン動翼を取り付けるための固定治具（１００、４００）であって、
    前記ロータホイール（５００）を、隣接するロータホイール（５００）から隔てるスペーサホイール（２００）であって、複数の周方向に整列した複数のダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を有するスペーサホイール（２００）と、
    前記スペーサホイール（２００）の前記ダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）のうちの１つと係合するように構成されたダブテール（１１２）をそれぞれが有する複数のタービン動翼ホルダ（６０２）であって、前記複数のタービン動翼ホルダ（６０２）のそれぞれが、前記タービン動翼（３００、６００）のうちの１つのダブテール（１１２）を中に固定するように構成された形状を有するダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）を含み、前記ロータホイール（５００）へ少なくとも部分的に移動するために、タービン動翼（３００、６００）のダブテール（１１２）が、動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）の各形状によって、前記ロータホイール（５００）の１つのダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）と実質的に位置合わせされ、各タービン動翼（３００，６００）の前記ダブテール（１１２）が、動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）に固定されると、前記ロータホイール（５００）のダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）と位置が合い、本質的に、前記タービン動翼（３００、６００）のすべてのダブテール（１１２）が、動翼ホルダダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）から摺動可能に取り外され、さらに前記ロータホイール（５００）の前記ダブテールスロット（１１８、２０２、５０２）のうちの１つへ案内されて挿入されるように構成される、複数のタービン動翼ホルダ（６０２）と
    を備える固定治具（１００、４００）。