JP4175685B2 - ロータへの翼の係止装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータ、例えば各種圧縮機、各種送風機、各種タービンで用いられているロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機、送風機、タービン及び同様の機械は、複数の翼が取り付けられるロータを採用している。かかる翼は、ロータに沿って軸方向に間隔を置いた一又は二以上の列の状態に配置され、各列の翼は、ロータの周囲にぐるりと円周方向に列状に設けられている。
【０００３】
作動中、大きな間断のない振動力が翼に加わることに鑑みて、ロータシャフトへの翼の取付け法は、注意深い設計を必要とする。一取付け法は、ロータシャフトの周囲に形成されたほぼ軸方向に延びる溝を利用している。溝の形状は、樅の木形、半円形、逆Ｔ字形、又はこれらについての幾つかの変形形状である。各翼はその基部に、ロータ溝の形状と合致するよう厳密に又はぴったりと形作られた対応の翼根部を備えている。各翼は、翼根部をロータ溝内に滑り込ませることによりロータ内に保持される。このようにロータに取り付けられる翼は、サイドエントリ形翼と呼ばれている。翼根部とロータ溝のサイズ及び形状が互いにぴったりとしているので、接線方向及び半径方向における翼の動作はきっちりと拘束される。
【０００４】
全速作動中、翼は翼列前後の圧力上昇により軸方向前方に押される。翼に加わる遠心力は非常に大きい。それ故、翼根部が前方に摺動しないようにする摩擦抵抗は適度のレベルを越える。ところで、ガスタービンを作動停止すると、そのロータは即座に停止するようにはならない。それどころか、ロータは通常は、重力で高温状態のロータが弓反りにならないほど十分に冷えるまで低速回転する。というのは、かかる弓反り状態になると、次の始動時に高い振動が生じることになるからである。この低速冷却運転は、数日間続く場合があり、その間に、圧縮機の翼は嵌まっている溝から抜け出る場合がある。したがって、圧縮機の翼を軸方向に拘束する必要があり、この方法は、「係止又はロッキング」法と呼ばれている。
【０００５】
従来、係止法はバネ押し式半径方向ピンで達成されていた。この方法では、各翼を植え込むにあたって、先ず最初にバネをロータ溝の底部に設けられている穴の中に配置し、ピンを穴に押し込んでバネの頂部に押し当てることによりバネを圧縮する。翼根部を溝に滑り込ませて、翼根部の底部に機械加工により設けられたスロットがピンを通過する際にバネ力がピンを穴から部分的に押し出してスロットに嵌め込むと、翼根部は係止される。翼を取り外すには、ピンを半分に剪断するほどの軸方向力を翼根部に及ぼして翼を引き抜くことができるようにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
残念ながら、この方法には幾つかの欠点がある。第１の欠点として、係止装置が目に見えず、翼をいったん溝に差し込むと、その正確な配置場所を目で見て確認することができない。各ロータには１０００本を優に越える翼が植え込まれているので、この欠点のため、正しい係止が行われているかどうかのロータ点検が困難になると共に時間がかかる。しかしながら、非係止方式の単一の圧縮機翼を用いると、圧縮機の動翼及び静翼が相当な損傷を受けることになる場合があり、修理が終わるまでガスタービンが使用不能になる。従来技術で用いられている係止装置の多くは同様の欠点をもっている。
【０００７】
第２の欠点として、係止ピンが外れると（稀ではあるが起こる）、圧縮機の翼は、低速冷却回転動作中、前方へ「歩きだし」、隣接の静翼列に接触する。
【０００８】
最近、円周方向係止機構を用いて翼を係止する方式が開発された。かかる方法は、米国特許第４，９１５，５８７号に開示されている。しかしながら、この方式では、機械加工が施された高価な係止用キー及びロータの手の込んだ機械加工が必要になる。
【０００９】
したがって、費用効果が良くて係止装置の点検を可能にする翼係止装置及び方法を提供することが望ましい。
【００１０】
したがって、本発明の主目的は、ロータへの翼の係止装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
概要を述べると、本発明の上記目的及び他の目的は、翼根部及び翼根部に設けられていて、穴の周囲の一部を形成する第１の切欠きを備えた翼と、翼根部を保持する溝及び第１の切欠きと対向して溝に設けられていて前記穴の周囲の残りの部分を形成する第２の切欠きを備えたシャフトと、第１及び第２の切欠きによって構成された前記穴内に設けられたピンと、係止ピンを穴内に係止する手段とより成り、係止ピンはシャフトの半径方向に向いていることを特徴とするターボ形機械のロータ組立体によって達成される。本発明の一実施形態では、係止手段は、タブが各端部に設けられたストリップから成り、これらタブは、ロータの互いに反対側のフェースに隣接して位置する。
【００１２】
本発明の要旨は又、ターボ形機械のロータシャフトに翼を植え込む方法であって、翼根部をロータシャフトに設けられた溝に滑り込ませ、第１のスロットが設けられたピンを、ロータ溝及び翼根部の対向した第１及び第２の面にそれぞれ形成された第１及び第２の切欠きを合致させて構成した穴に差し込み、ピンを回転させて第１のスロットをロータに設けられた第２のスロットに整列させ、保持ストリップを滑らせて第１及び第２のスロットに通し、保持ストリップの第１の端部を折り曲げてロータの第１のフェースに当てることを特徴とする方法にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、図１には本発明のガスタービン用圧縮機の翼１が示されている。従前どおり、翼１は、翼幹部２及び翼根部３で構成されている。翼根部３は好ましくは図示のようにダブテール形である。本発明の重要な特徴によれば、翼根部３の一方の側部に切欠き４が形成されている。切欠き４は、シャフトの半径方向に向いており、好ましくは横断面が円形である。
【００１４】
図２及び図３は、翼１を圧縮機のロータ６のシャフトに植え込んだ状態で示している。従前どおり、翼１はロータの周囲に形成された溝１４によってロータシャフト６に固定されている。これ又、従前どおり、溝４は、翼根部３の形状に対応する形状になっていて、溝の壁は、翼根部が円周方向及び半径方向に動かないようにしている。本発明の重要な特徴によれば、ロータ溝１４は、切欠き４が形成された翼根部の壁に向いている溝の壁に形成された切欠き５を有している。切欠き５は、シャフトの半径方向に向いており、サイズ及び横断面形状が切欠き４と一致している。かくして、切欠き５の横断面形状は好ましくは半円形である。
【００１５】
本発明のもう一つの特徴によれば、溝１４は、その長さに沿って延び、切欠き５と交差するスロット１６を有している。図４に最も良く示されているように、スロット１６は好ましくは横断面が矩形である。
【００１６】
図２に示すように、切欠き４，５は、互いに整列するように翼根部３及びロータ溝１４に沿って設けられており、切欠き４は切欠き５と対向している。かくして、翼根部３を溝１４にはめ込むと、切欠き４，５は盲穴を形成し、切欠き４はこの盲穴の周囲の半分を成形し、切欠き５は周囲のもう半分を形成する。
【００１７】
また、好ましくは円筒形のピン８が設けられている。ピン８は、その円筒形本体部分に形成された第１のスロット１８と、その端面のうちの一方に形成された第２のスロット２０とを有している。ピン８の直径は好ましくは、合致した切欠き４，５によって形成されている盲穴の直径よりも僅かに小さい。
【００１８】
保持ストリップ１２が更に設けられている。保持ストリップは好ましくは、その両端部のうちの一方に設けられている予め曲げられた状態のタブ２２を有している。タブ２２は好ましくは保持ストリップ１２の本体に対して９０°の角度に向いている。当初は曲げられていない保持ストリップ１２の他端は、第２のタブ２１を形成している。保持ストリップは、後述するように組み立て中、タブ２１を曲げることができるような厚さ及び材料で形成されている。本発明の一実施形態では、保持ストリップは、４０３ステンレス鋼で形成され、長さが約０．８９cm（０．３５インチ）、幅が０．１９cm（０．０７５インチ）である。保持ストリップ１２の長さは、ロータ溝１４のスロット１６の長さよりも僅かに長くあるべきである。
【００１９】
図４は、圧縮機の翼１をロータ６に係止又は固定して軸方向の動き、換言すると、溝１４の軸線に平行な方向における動きを防止するための装置の種々の構成要素の取付け状態を示す分解図である。
【００２０】
組立て時、翼根部３をロータ溝１４内に滑り込ませて切欠き４，５が合致して盲穴を形成するようにする。次に、半径方向ピン８を盲穴に差し込んで翼根部３が軸方向にそれ以上動かないようにする。次に、ピン８を回転させてピン本体部分のスロット１８が溝のスロット１６と整列するようにする。この回転を容易にするために、平頭ネジ廻しをピン８の端部のスロット２０に差し込むのがよい。
【００２１】
次に、保持ストリップ１２をロータ溝のスロット１６内に滑り込ませてこれがピン８の本体部分のスロット１８を貫通し、それによりピンが半径方向に動かないようにする。保持ストリップ１２の挿入を、図３に最も良く示すように予め曲げられた状態のタブ２２がロータ６の後方面又はフェースに当たるまで続ける。次に、保持ストリップ１２の他端のタブ２１を上方に折り曲げてロータ６の前方面又はフェースに当て、それにより保持ストリップを溝１４内に係止する。
【００２２】
変形例として、溝のスロット１６を半径方向外方へ動かして保持ストリップ１２がピン８の上に配置しても良い。この実施形態では、ピン８の頭部が保持ストリップ１２に係合することになるので、ピンのスロット１８は不要である。さらに、この実施形態では、ピン８のスロット付き頭部の半分を除去してピン頭部の残り半分が保持ストリップの上方に突出し、それによりピンが取り付けられたことを目で見てすぐに分かるようにするのがよい。
【００２３】
また、図３及び図４に示されているように、突起１０，１１がそれぞれ翼根部３及びロータ６のフェースから延びている。突起１０，１１は、タブ２１，２２から張り出していて、これらが損傷しないようにしている。
【００２４】
理解できるように、本発明の装置により、翼１をロータ溝１４内にしっかりと係止できると共にピン８が取り付けられて保持ストリップ１２によって定位置に確実に係止されているかどうかを目視点検することができる。
【００２５】
分解時、タブ２１を真っ直ぐに伸ばして保持ストリップ１２を引き抜いて捨てることができるようにする。次に、ピン８を合致状態の切欠き４，５で形成されている盲穴から抜き取り、翼１を滑らせてロータ溝１４から取り外すことができるようにする。かくして、個々の翼１の取外しは、容易に達成される。
【００２６】
本発明を、圧縮機の翼をガスタービンのロータ内に係止することを例示として説明したが、本発明は他形式のターボ形機械の他形式の翼にも適用できる。したがって、本発明は、その精神及び本質的な属性から逸脱することなく他の特定の形態で実施できるので、本発明の範囲を定めるにあたっては、上記の説明ではなく特許請求の範囲を参照すべきである。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービンの圧縮機用翼の等角図である。
【図２】図１に示す圧縮機用翼を圧縮機ロータ内に取り付けた状態で示す平面図である。
【図３】図２に示すIII-III 線における横断面図である。
【図４】本発明の翼係止装置の分解図である。
【符号の説明】
１ 翼
２ 翼幹部
３ 翼根部
４，５ 切欠き
８ ピン
１０，１１ 突起
１２ 保持ストリップ
１４ ロータ溝
１６，１８，２０ スロット

Claims (15)

1. 翼根部及び翼根部に設けられていて、穴の周囲の一部を形成する第１の切欠きを備えた翼と、
   翼根部を保持する溝及び第１の切欠きと対向して溝に設けられていて前記穴の周囲の残りの部分を形成する第２の切欠きを備えたシャフトと、
   第１及び第２の切欠きによって構成された前記穴内に設けられる係止ピンと、
   係止ピンを第１及び第２の切欠き内に保持する手段とより成り、
   係止ピンはシャフトの半径方向に向いていることを特徴とするターボ形機械のロータ組立体。
2. 保持手段は、保持ストリップから成ることを特徴とする請求項１記載のターボ形機械のロータ組立体。
3. 保持ストリップは、第１の端部、第２の端部及びこれら端部間の本体部分を有し、第１の端部は、本体部分に対して角度をなす第１のタブを形成していることを特徴とする請求項２記載のターボ形機械のロータ組立体。
4. 第１のタブは、シャフトの第１のフェースに係合することを特徴とする請求項３記載のターボ形機械のロータ組立体。
5. シャフトの一部は、第１のタブ上に延びていることを特徴とする請求項４記載のターボ形機械のロータ組立体。
6. 保持ストリップの第２の端部は、第２のタブを形成し、第２のタブは、保持ストリップの本体部分に対し角度をなして折り曲げられることを特徴とする請求項３記載のターボ形機械のロータ組立体。
7. シャフトの溝には第１のスロットが設けられ、保持ストリップはスロット内に配置されることを特徴とする請求項２記載のターボ形機械のロータ組立体。
8. スロットは、シャフトの溝の長さに沿って延びていることを特徴とする請求項７記載のターボ形機械のロータ組立体。
9. ピンには第１のスロットが設けられ、保持ストリップは該スロットを貫通することを特徴とする請求項７記載のターボ形機械のロータ組立体。
10. シャフトの溝には第２のスロットが設けられ、保持ストリップは、該第２のスロットを更に貫通することを特徴とする請求項９記載のターボ形機械のロータ組立体。
11. ピンは、第１の端部、第２の端部及びこれらの間に延びる本体部分を有し、ピンの第１のスロットは、ピンの本体部分に形成され、第２のスロットがピンの第１の端部に形成されていることを特徴とする請求項９記載のターボ形機械のロータ組立体。
12. 第１及び第２の切欠きは、ピンの形状を構成する部分に対応した形状を有することを特徴とする請求項１記載のターボ形機械のロータ組立体。
13. ピンの横断面は円形であり、第１及び第２の切欠きのそれぞれの横断面は半円形であることを特徴とする請求項１２記載のターボ形機械のロータ組立体。
14. ターボ形機械のロータシャフトに翼を植え込む方法であって、
    翼根部をロータシャフトに設けられた溝に滑り込ませ、
    第１のスロットが設けられたピンを、ロータ溝及び翼根部の互いに向かい合った第１及び第２の面にそれぞれ形成された第１及び第２の切欠きを合致させて構成した穴に差し込み、
    ピンを回転させて第１のスロットをロータに設けられた第２のスロットに整列させ、
    保持ストリップを滑らせて第１及び第２のスロットに通し、
    保持ストリップの第１の端部を折り曲げることを特徴とする方法。
15. 保持ストリップは、第２の端部を有し、該第２の端部には、保持ストリップに対し角度をなす状態でタブが形成されており、保持ストリップを滑らせて第１及び第２のスロットに通す前記段階では、タブがロータのフェースに隣接して位置するまで保持ストリップを滑らせることを特徴とする請求項１４記載の方法。

Images