JP5706600B2 - 交換可能なステーク挿入部 - Google Patents

Description

本願は、広義には、ホイール取付部を保持するための交換可能なステーク挿入部に関し、具体的には、圧縮機ロータその他回転タービン部品上に取り付けられるブレード用の交換可能なステーク挿入部に関する。

ガスタービンシステムは一般に、複数の段を有する圧縮機ロータを含む。圧縮機に流入する空気は、各段で加圧される。各段は、ロータホイール又はディスクのリムに離間して取り付けられる複数のロータバケット又はブレードを含む。一般的な圧縮機ロータは、多くのロータブレードを取り付けることができる。

一般に、各ブレードは、ブレードをロータに固定するためにリムのダブテール領域と連結したダブテール部分を有することができる。ブレードダブテールは、「ステーク」と呼ばれるプロセスを介してロータに固定することができる。具体的には、ロータブレードは、リムスロット内に配置され、次いで、くぎ締めに類似したツールでブレードダブテールの周りの金属材料を変形させることによって所定位置に「ステーク」される。次いで、このプロセスは、各ロータアセンブリ段のロータブレード毎に反復される。ステークは、ブレードその他の取付部をロータその他ホイールスロットに固定する経済的機械的固定手段を提供する。

検査又はオーバーホールプロセスにおいて、ロータブレードは、ロータホイールから取り外され、元の「ステーク」を研磨する可能性がある。ロータホイール周りの実施可能なステーク位置の数が限定されることにより、取付部の数は有限である。従って、ロータホイールは一般に、ロータホイールが依然として作動状態にある場合でも、これらのステーク位置が消費されると交換する必要がある。
米国特許第６５８２１９５号明細書 米国特許出願公開第２００２／００２９６５３号明細書

従って、ロータ又はホイールを破壊することなく、或いはその部品寿命を制限することなく、ブレードその他ホイール取付部をロータその他ホイールに固定するための改善された方法及び装置に対する要求がある。これらの改善された方法及び装置は、単純であるが、ホイールへのブレードその他の部品の取付部を迅速且つ効率的な方法で固定する必要がある。

本願では、回転アセンブリについて開示する。回転アセンブリは、ホイールと、ホイールの周りに位置しその内部にステーク凹部が設けられたスロットと、スロット内に位置するホイール取付部と、ステーク凹部内に位置するステーク挿入部とを含むことができる。ステーク凹部は、ステーク挿入部を軸方向に保持し、ホイール取付部はステーク挿入部を半径方向に保持する。

本願では、更に、ロータアセンブリについても開示する。ロータアセンブリは、ロータと、ロータのリムの周りに位置し、各々１以上のステーク凹部が設けられた複数の軸方向スロットと、各軸方向スロットに位置するブレードと、各ステーク凹部内に位置するステーク挿入部とを含むことができる。

本願では、更に、複数の軸方向スロットを有するリムを備えたホイールの周りで用いるためのステークツールについても開示する。ステークツールアセンブリは、ステークツールと、ホイールのリム及び軸方向スロットの周りで軸方向に位置するステークツールガイドとを含むことができる。

本願のこれら及び他の特徴は、幾つかの図面及び添付の請求項と共に以下の詳細な説明を読めば当業者には明らかになるであろう。

ここで、幾つかの図全体を通して同じ参照符合が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本明細書で説明するようなロータアセンブリ１００の一部を示す。ロータアセンブリ１００は、ホイール又はロータ１０５を含む。ロータ１０５のリム１１０には、複数の軸方向スロット１２０を形成することができる。上述のように、軸方向スロット１２０は、基部１３０、１対の凹状側壁１４０、及び上部開口部１５０を備えた実質的にダブテール様の形状を有することができる。本発明では他の形状を用いることもできる。各軸方向スロット１２０はまた、第１の端部１６０と第２の端部１７０とを有する。ロータ１０５は、リム１１０の周りに位置するあらゆる数の軸方向スロット１２０を有することができる。

軸方向スロット１２０の各端部１６０、１７０には、挿入凹部１８０を形成することができる。挿入凹部１８０は、軸方向スロット１２０の基部１３０からのステップダウン形状を有する挿入基部１９０を含むことができる。挿入凹部１８０はまた、軸方向の開口部２１０を定める１対の凹状挿入側壁２００を有することができる。本発明では他の形状を用いることもできる。挿入凹部１８０の形状及び寸法は、全体として軸方向スロット１２０及びロータアセンブリ１００の幾何形状に応じて変わる可能性がある。

ロータアセンブリ１００はまた、複数のロータバケット又はブレード２２０を含む。本発明ではあらゆる数のブレード２２０を用いることができる。各軸方向スロット１２０にはブレード２２０を取り付けることができる。各ブレード２２０は、翼形部２４０が延びる根元２３０を含むことができる。根元２３０は、軸方向スロット１２０のダブテール様形状に一致する実質的なダブテール様形状を有することができる。具体的には、根元２３０は、基部２５０と１対の凹状側壁２６０とを含むことができる。根元２３０は、基部１３０の第１の端部１６０から第２の端部１７０まで軸方向スロット１２０の長さを延びることができ、又は根元２３０は、長さの一部を延びることができ、更に１以上のスペーサ（図示せず）を用いて軸方向スロット１２０の長さを満たすことができる。

ロータアセンブリ１００は更に、ステーク挿入部２７０を含むことができる。ステーク挿入部２７０は、軸方向スロット１２０の挿入凹部１８０の各々に挿入することができる。ステーク挿入部２７０は、挿入凹部１８０と協働するような大きさとすることができ、ステーク挿入基部２８０と１対の凹状側壁２９０とを有することができる。本明細書で他の形状を用いることもできる。ステーク挿入部２７０は、合金鋼、ニッケルその他実質的に耐熱性及び／又は耐食性の材料から作ることができる。ステーク挿入部２７０は、挿入凹部１８０の側壁２００内で軸方向に保持することができる。本発明では他のタイプの相補的形状及び保持手段を用いることもできる。

使用中、ステーク挿入部２７０は、軸方向スロット１２０の挿入凹部１８０内に挿入することができる。各軸方向スロット１２０は、２つの挿入凹部１８０を有することができ、これにより２つのステーク挿入部２７０を各ブレード２２０に用いることができるようにする。上述のように、ステーク挿入部２７０は、挿入凹部１８０の形状を介して軸方向に保持することができる。次いで、ブレード２２０は、各軸方向スロット１２０内に摺動することができる。ブレード２２０の根元２３０は、ステーク挿入部２７０を半径方向に保持する。

図２に示すように、挿入部２７０とブレード２２０の根元２３０との緩い組み付け後、挿入部２７０は、挿入部２７０及びブレード２２０をロータ１０５に軸方向に保持するようにステークすることができる。この実施例では、２つのステークインデント２７５が形成される。従って、ブレード２２０は、ロータ１０５の軸方向スロット１２０内で機械的に付加され固定される。従って、ロータ１０５自体のステークは必要ではない。ブレード２２０の交換が必要となると、交換ステーク挿入部２７０を挿入凹部１８０内に配置し、再ステークすることができる。

図３〜図５は、ステークツールアセンブリ３００及びステークツール３１０の実施例を示す。一般的に説明するように、ステークツール３１０は、一端に２つのステークコーン３３０を備えた細長いシャンク３２０を含む。ステークコーン３３０は、対象とするステーク挿入部２７０のサイズに応じた大きさにすることができる。本発明では他の構成を用いることもできる。

ステークツールアセンブリ３００は、ステークツールガイド３４０を含むことができる。図４に示すように、ステークツールガイド３４０は、ステークツール３１０及びステーク挿入部２７０のサイズに応じた大きさにされたステークツールアパーチャ３５０を含むことができる。ステークツールアパーチャ３５０は、部材３６０内に位置付けることができる。部材３６０は、細長いアームその他細長い部材とすることができる。部材３６０は、ロータ１０５のリム１１０の軸方向側面上の挿入凹部１８０の周りに位置付けることができる。ステークツールアパーチャ３５０及び部材３６０は、基部３７０によって支持することができる。基部３７０は、隣接する軸方向スロット１２０内に嵌合するような大きさとすることができる。いったん配置したら、基部３７０は、複数のピン又は同様の器具で固定することができる。部材３６０は、挿入部２７０の周りに適正に位置付けることができるように基部３７０の周りで操作可能とすることができる。

また、基部３７０を用いて、軸方向スロット１２０の周りで他のタイプの機器を位置付けることができ、又は他の方法でもよい。例えば、軸方向スロット１２０の機械加工を行うように掘削／フライス加工装置を取り付けることができ、或いは他の方法でもよい。この場合、隣接する双方の軸方向スロット１２０を用いることができるように複数の基部３７０を用いてもよい。本発明では他のタイプの機器を取り付けることもできる。

図５は、ステークツールガイド４００の別の実施形態を示す。この実施形態において、ステークツールガイド４００は、部材３６０又は同様のタイプの構造内に位置するステークツールアパーチャ３５０を含む。この実施形態において、ステークツールガイド４００は、磁気基部４１０を含む。磁気基部４１０は、挿入部２７０の周りでステークツールガイド４００を付加するように複数のマグネット４２０を有することができる。この実施形態のステークツールガイド４００は、ブレード２２０全てを挿入して基部３７０を用いることができなくなると、ロータ１０５の最後の軸方向スロット１２０上で用いることができる。

従って、ステークツールガイド３４０、４００の使用は、制御されたステーク配置及び一貫して再現可能な結果をもたらすために、ステークツール３１０の適正な配置を提供する。ステーク挿入部２７０は、効率的な構成又は補修のために迅速に挿入及びステークすることができる。

ロータ１０５を用いてロータアセンブリ１００の使用を本明細書で説明したが、本発明は、あらゆるタイプの回転アセンブリに適用可能とすることができる。他の実施可能な適用は、ガスタービンの回転バケット、蒸気タービンの回転バケット／ブレード、或いは軸方向スロット又はダブテール配列で回転ホイール又はディスクに機械的に付加されるあらゆる装置の保持要素を含む。

上記は、本発明の好ましい実施形態にのみに関連しているが、当業者であれば、特許請求の範囲及びその均等物でによって規定される本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱せずに、数多くの変更及び修正をなし得る。

本明細書に記載される交換可能なステーク挿入部を備えるロータスロット内に位置するブレードの斜視図。 図１の完全アセンブリの斜視図。 本明細書で用いることができるステークツールの斜視図。 本明細書で記載されるステークツールアセンブリの斜視図。 本明細書で記載されるステークツールアセンブリの別の実施形態の斜視図。

符号の説明

１００ ロータアセンブリ
１０５ ロータ
１１０ リム
１２０ 軸方向スロット
１３０ 基部
１４０ 側壁
１５０ 開口部
１６０ 第１の端部
１７０ 第２の端部
１８０ 挿入凹部
１９０ 挿入基部
２００ 側壁
２１０ 開口部
２２０ ブレード
２３０ 根元
２４０ 翼形部
２５０ 基部
２６０ 側壁
２７０ ステーク挿入部
２７５ ステークインデント
２８０ 基部
２９０ 側壁
３００ ステークツールアセンブリ
３１０ ステークツール
３２０ 細長い円筒
３３０ ステークコーン
３４０ ステークツールガイド
３５０ ステークツールアパーチャ
３６０ 部材
３７０ 基部
４００ ステークツールガイド
４１０ 磁気基部
４２０ マグネット

Claims (8)

1. ホイール（１０５）と、
   ホイール（１０５）の周りに位置するスロット（１２０）と、
   スロット（１２０）内に位置するステーク凹部（１８０）と、
   スロット（１２０）内に位置するホイール取付部（２２０）と、
   ステーク凹部（１８０）内に位置するステーク挿入部（２７０）と、
   ステーク挿入部（２７０）に形成され、ホイール取付部（２２０）をスロット（１２０）に固定する１つ以上のステークインデント（２７５）と、
   を備え、
   ステーク凹部（１８０）が基部（１９０）及び１対の側壁（２００）を含み、１対の側壁（２００）がステーク挿入部（２７０）を軸方向に保持し、
   １つ以上のステークインデント（２７５）は、ステーク挿入部（２７０）がステーク凹部（１８０）内に配置された後に、ステーク挿入部（２７０）に形成される、
   回転アセンブリ（１００）。
2. ホイール（１０５）がロータ（１０５）を含み、ホイール取付部（２２０）がブレード（２２０）を含む、請求項１に記載の回転アセンブリ（１００）。
3. 複数のスロット（１２０）及び複数のホイール取付部（２２０）を備える、請求項１または２に記載の回転アセンブリ（１００）。
4. スロット（１２０）が１以上のステーク凹部（１８０）を含み、１以上のステーク挿入部（２７０）が挿入部内に位置する、請求項１から３のいずれかに記載の回転アセンブリ（１００）。
5. スロット（１２０）が実質的なダブテール様形状を有し、ホイール取付部（２２０）がそれと相補的な形状を有する、請求項１から４のいずれかに記載の回転アセンブリ（１００）。
6. ホイール取付部（２２０）が、ステーク挿入部（２７０）をステーク凹部（１８０）内で半径方向に保持する、請求項１から５のいずれかに記載の回転アセンブリ（１００）。
7. ステーク挿入部（２７０）が、合金鋼、ニッケル又は他のタイプの実質的に耐熱性又は耐食性材料を含む、請求項１から６のいずれかに記載の回転アセンブリ（１００）。
8. ロータ（１０５）と、
   ロータ（１０５）のリム（１１０）の周りに位置する複数の軸方向スロット（１２０）と、
   複数の軸方向スロット（１２０）内に位置する１以上のステーク凹部（１８０）と、
   複数の軸方向スロット（１２０）の各々内に位置するブレード（２２０）と、
   １以上のステーク凹部（１８０）の各々内に位置するステーク挿入部（２７０）と、
   ステーク挿入部（２７０）に形成され、ホイール取付部（２２０）をスロット（１２０）に固定する１つ以上のステークインデント（２７５）と、
   を備え、
   ステーク凹部（１８０）が基部（１９０）及び１対の側壁（２００）を含み、１対の側壁（２００）がステーク挿入部（２７０）を軸方向に保持し、
   １つ以上のステークインデント（２７５）は、ステーク挿入部（２７０）がステーク凹部（１８０）内に配置された後に、ステーク挿入部（２７０）に形成される、
   ロータアセンブリ（１００）。