JP6412112B2 - ターボ機械ロータ組立体及び方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示される主題は、ターボ機械ロータ上でターボ機械ブレードを組み立てるための方法に関し、特に、ガスタービン、軸流圧縮機、又は蒸気タービン等の軸流ターボ機械用のブレードに関する。開示される主題はまた、ターボ機械ロータに関する。

ターボ機械ドラムロータは、通常、ドラムであって、ドラムの周りに円周方向に展開し、全体的にＴ形状断面を有するブレード保持溝を有する、ドラムを備える。ブレードはそれぞれ、エーロフォイル部分、及び、ルート部分であって、全体的にＴ形状であり、ロータのブレード保持溝内に保持するために意図される、ルート部分を備える。

ブレードは、ルート部分をブレード保持溝に導入し、その後、半径方向軸の周りにブレードをツイスト操作することによってロータに対して拘束されて、Ｔ形状ブレード保持溝によって形成されるアンダーカット内でルート部分を係合させる。

ブレードの数は、完全な環状ブレード配置構成を形成するのに十分でなければならず、また、ブレードは、互いに接線方向に押し込み合って、圧力及び振動に抗する。ブレードをＴ形状溝に導入し、最終的にブレードを接線方向に互いに押し込み合わせる幾つかの解決策が開発されている。

幾つかの知られているタービンロータ配置構成において、ロータの周りにブレードの完全なリングを組み立てるため、導入される最後のブレードは、ルート部分であって、Ｔ形状でなく、Ｔ形状ブレード保持溝の幅に関して、軸方向に、すなわち、ロータの回転軸に平行な方向に大きな寸法を有するインサート空間に導入される、ルート部分を有する。最後のブレードは、半径方向ねじを使用して、インサート空間に導入される２つのインサートピースと共に最後のブレードをロックすることによって保持される。最後のブレードが導入されロックされると、完全なブレードリングが形成され、ブレードは、接線方向に互いに押し込み合う。米国特許第７，９０１，１８７号はこの種類の構造を開示する。

図２３は、タービンロータ及び関連するブレードの一部分を概略的に示し、特に、ロータ上に取り付けられた最後のブレードを示す。ロータは参照数字１００で示される。ブレード１０２は、ロータの周りに取り付けられ、アンダーカットされたブレード保持溝内に保持され、アンダーカットされたブレード保持溝は、例えば、全体的にＴ形状断面を有し、ロータの周りに円周方向に延在する。最後のブレードを除く各ブレードは、アンダーカットされた溝に係合するＴ形状ルート部分（図示せず）を有する。ブレード１０２は、１０３に示すインサート空間に対応してブレード保持溝に導入される。最後のブレード１０５は、対向する２つのインサートピース１０７がインサート空間１０３に挿入された後にインサート空間１０３に導入される。インサートピース１０７及び最後のブレード１０５は、ねじ１０９、１１１によってロータ又はドラム１００上にロックされる。

この知られている取付けシステムは、最後のブレード１０５の保持の能力の減少を含む幾つかの欠点を有する。最後のブレード１０５は、ねじ１０９、１１１によって、ロータの回転中に生成される遠心力に対して半径方向に保持される。十分な半径方向保持効果を得るため、ねじはロータ内に深く係合しなければならない。これは、特に、蒸気タービンで生じるような高い運転温度にさらされるターボ機械において応力集中をもたらす。

米国特許第７，１６８，９１９号は、ロータドラム上にブレードを取り付け、接線方向にロックするための知られている更なる配置構成を記載する。この知られている配置構成において、各ブレードは、ルートであって、ルートの軸方向に延在する対向する隆起部分を有する、ルートを有する。ブレードは、それぞれの隆起部分が最初に半径方向に交互配置されるように、Ｔ形状溝内に半径方向に交互配置された構成で導入される。最後に、ブレードは、半径方向外側に変位されるため、全てのブレードの隆起部分は半径方向に整列した状態になり、したがって、隣接するブレード間の隙間をなくし、ブレードを接線方向に互いに押し込み合わせる。ブレードの機械加工は非常に複雑であり、組立てプロセスにおいて、最終的な接線方向の干渉を制御し調整することが非常に難しい。

他の知られている配置構成において、シムが、隣接するブレードのルート間に強制的に導入されて、ブレード間に接線方向の干渉を生成し、ブレードを接線方向に互いに押し込み合わせる。シムはねじによってロックされる。同様に、この配置構成は、組立て時にクリティカルな機械加工を必要とするために満足のいくものでないことがわかった。更に、シムは、強制的に導入され、保持用ねじをホストするために肉厚でなければならない。これは、不均等なルートピッチのブレードを必要とするため、ブレード列を、応力耐性の観点から最適化することができない。

したがって、ターボ機械ロータ上にブレードを取り付けるより効率的なシステム、また特に、最後のブレードを挿入し、全体のブレードリングを閉鎖するより効率的な方法についての必要性が存在する。

米国特許第２４１０５８８号明細書

本明細書に開示される主題によれば、単一ターボ機械段の回転ブレードは、ロータ軸の周りに円周方向に延在するアンダーカットされたブレード保持溝又はチャネル内に係合するルート部分によってロータ上に組み立てられる。ブレード保持溝及びブレードルート部分は、各ブレードをロータに半径方向に係合させるように形作られる。ブレード保持溝はアンダーカットを備える。例えば、ブレード保持溝の断面の一部分は、各ブレードのルート部分の同様にＴ形状の又はダブテール形状の部分が係合するダブテール接続を形成するためＴ形状である。ブレード保持溝は拡張した部分を有する。前記拡張した溝部分に沿って導入されるブレードは、ブレードの最終的な組み立てられた角度位置に対してオーバツイスト操作（ｏｖｅｒ−ｔｗｉｓｔ）されて、最小の接線方向寸法の位置を一時的にとり、自由ギャップを生成することができる。最後のブレードはギャップ内に導入され、ブレード保持溝によって形成されたアンダーカット内で係合するようにツイスト操作される。接線方向インサートは、最終的に、拡張した溝部分に導入されて、オーバツイスト操作されたブレードを、各ブレードを各ブレードのそれぞれの半径方向軸の周りに回転させることによって最終的な角度位置に強制的に戻す。ブレードを最終的な角度位置に戻しツイスト操作するとき、ブレードの接線方向寸法が増加し、隣接するブレード間の隙間がなくなる。ブレードのフルリングが得られる。ブレードは、ブレードルート部分の複雑な成形についての必要性なしで、また、半径方向ねじ及び同様なロック用部材を含むクリティカルなブレード−ロータ拘束手段を利用することなく、効率的な方法でブレード保持溝内に半径方向に保持される。

幾つかの実施形態によれば、したがって、ターボ機械組立体が提供され、ターボ機械組立体は、ロータ及び前記ロータ上に取り付けられたブレードのリングを備え、各ブレードは、エーロフォイル部分及びロータのアンダーカットされたブレード保持溝に挿入されるルート部分を備える。ブレード保持溝は、ロータコア又はロータドラムの外周上でロータの回転軸の周りに円周方向に延在する。ブレード保持溝は、拡張した溝部分を備え、拡張した溝部分は、溝の円周方向展開部（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）の一部に沿って、例えば、約２０°から約１００°まで、好ましくは約３０°から約６０°まで延在する。拡張した溝部分は、溝の残りの部分より大きい軸方向の（すなわち、ロータの回転軸に平行な）寸法を有する断面の一部を有する。拡張した溝部分内のブレードは、全体的に半径方向の軸の周りに回転可能であって、最小の接線方向寸法の位置をとる。複数の取外し可能なインサートは、拡張した溝部分に沿ってブレードルート部分と溝の側部との間に配置されて、ブレードを最終的な組み立てられた位置に押し込みロックする。前記位置において、ブレードは、相互干渉の状態になる可能性がある。

本開示の文脈におけるアンダーカットされたブレード保持溝は、ブレードのルート部分に半径方向に係合するのに適する断面形状、例えば、Ｔ形状の又はダブテール形状の断面を有する溝として理解されるものとする。

幾つかの実施形態において、各ブレードは、外側シュラウド部分を備えることができる。最終的な位置で組み立てられると、隣接するブレードのシュラウド部分は、交互接触状態にあって、ブレードを囲む連続する環状シュラウドを形成し、ロータ軸の周りでブレードリングを形成する。

更なる態様によれば、本明細書で開示される主題は、上述したターボ機械組立体を組み立てる方法に関しており、方法は、ブレードの第１のセットをブレード保持溝に挿入し、ブレードのルートが係合状態になるようにツイスト操作するステップと、ブレードの第２のセットを前記ブレード保持溝の拡張した部分に挿入し、ブレードの前記第２のセットをブレードの第２のセットのそれぞれの半径方向軸の周りにオーバツイスト操作するステップであって、それにより、ブレードの前記第２のセットのブレードが、減少した接線方向寸法の角度位置をとり、したがって、前記ブレード保持溝内に自由ギャップを生成する、挿入しオーバツイスト操作するステップと、最後のブレードを前記自由ギャップ内に導入し、前記最後のブレードをそれぞれの半径方向軸の周りにオーバツイスト操作するステップと、取外し可能なインサートを、前記拡張した溝部分内で、ブレードの前記第２のセットのルートと前記拡張した溝部分の対向する側部表面との間に順次導入するステップであって、それにより、ブレードの第２のセットのブレードを最終的な角度位置に順次ツイスト操作する、導入するステップとを含む。

なお更なる態様によれば、本明細書で開示される主題は、上述したターボ機械組立体を分解する方法に関しており、方法は、拡張した溝部分から取外し可能なインサートを取り外すステップと、拡張した溝部分内でブレードをオーバツイスト操作するステップであって、したがって、ギャップを生成する、オーバツイスト操作するステップと、拡張した溝部分に沿って配置されたブレードのうちの１つのブレードをツイスト操作するステップであって、したがって、ブレード保持溝からブレードのルート部分を係脱させ、ツイスト操作されたブレードを半径方向に取り外す、ツイスト操作するステップと、残りのブレードをブレード保持溝から取り外すステップとを含む。

特徴及び実施形態は、以下で開示され、本説明の一体部分を形成する添付特許請求の範囲において更に述べられる。上記簡潔な説明は、以下に続く詳細な説明をよりよく理解することができるように、また、当技術分野に対する本発明の寄与をよりよく認識することができるように、本発明の種々の実施形態の特徴を述べる。もちろん、以降で述べられ、添付特許請求の範囲で述べられることになる本発明の他の特徴が存在する。この点に関して、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態が、以下の説明で述べられるか又は図面に示される構造の詳細及びコンポーネントの配置構成にその適用が制限されないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、種々の方法で実践又は実施されることが可能である。同様に、本明細書で使用される言回し及び用語が説明のためのものであり、制限的であると見なされるべきでないことが理解される。

したがって、本開示が基づく概念を、本発明の幾つかの目的を実施するための他の構造、方法、及び／又はシステムを設計するための基礎として容易に利用することができることを当業者は認識するであろう。したがって、特許請求の範囲が、こうした等価な構造を、その構造が本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、含んでいると見なされることが重要である。

本発明の開示される実施形態及びその付随する利点の多くのより完全な認識は、以下の詳細な説明を参照して、添付図面に関連して考えられるときによりよく理解されるため、容易に得られるであろう。

本開示によるブレードの第１のセットのブレードのうちの１つの側面図である。 ラインＩＩ−ＩＩ及びＩＩＩ−ＩＩＩによる図１のブレードの図である。 ラインＩＩ−ＩＩ及びＩＩＩ−ＩＩＩによる図１のブレードの図である。 本開示によるブレードの第２のセットのブレードのうちの１つの、図１と同様の図である。 ラインＩＶ−ＩＶによる図４のブレードの図である。 ラインＶ−Ｖによる図４のブレードの図である。 ロータドラムの一部分の図である。 図７のロータドラムの周辺部分の詳細の図である。 図８のロータドラムの周辺部分の詳細の異なる図である。 ロータドラムのブレード保持溝の図７のラインＸ−Ｘによる断面図である。 ロータドラムのブレード保持溝の図７のラインＸＩ−ＸＩによる断面図である。 ブレードの第１のセットのブレードの取付けプロセスのステップを示す図である。 ブレードの第１のセットのブレードの取付けプロセスのステップを示す図である。 部分的に組み立てられたブレードリングを有するロータドラム部分の斜視図である。 最後のブレード以外の全てのブレードがロータドラムの周りに取り付けられた状態の、ロータドラムの斜視図である。 最後のブレード以外の全てのブレードがロータドラムの周りに取り付けられた状態の、ロータドラムの斜視図である。 最後のブレードを挿入する最終のステップを示す図である。 全てのブレード及びインサートの一部がロータドラム上に取り付けられた状態のロータドラムの斜視図である。 ブレードリングが最終的な組み立てられた位置にある状態のロータの斜視図である。 ブレードリングが最終的な組み立てられた位置にある状態のロータの斜視図である。 組み立てられかつロックされた状態の第２のセットのブレードのうちの１つの半径方向平面による断面である。 ブレードをブレードの最終的な角度位置にロックするために使用されるインサートの１つの斜視図である。 従来技術による、ロータ上にブレードを取り付けるためのシステムを示す図である。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は添付図面を参照する。異なる図面の同じ参照数字は、同じか又は同様の要素を特定する。更に、図面は、必ずしも一定比例尺に従って描かれていない。同様に、以下の詳細な説明は本発明を制限しない。代わりに、本発明の範囲は添付特許請求の範囲によって規定される。

「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「或る実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「幾つかの実施形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」に対する本明細書全体を通しての参照は、或る実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。そのため、本明細書全体にわたる種々の場所におけるフレーズ「一実施形態において（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「或る実施形態において（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「幾つかの実施形態において（ｉｎ ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」の出現は、同じ実施形態（複数可）を必ずしも参照しない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適した方法で組合せることができる。

以下の説明及び含まれる図面において、ブレードのリングがその周りに取り付けられるタービンロータの単一のディスクに対して参照が行われる。複数のブレードのリングを有する複数のこうしたディスク又はドラムを、タービン機械の段数に応じて設けることができることが理解されるものとする。一般に、ターボ機械は、実際のところ、複数の段を含み、各段はロータ上に取り付けられた回転ブレードのリング及び機械の静止部分上に取り付けられた静止ブレードのリングを備えることになる。一部の又は全ての段のブレードを、以下で述べるようにロータ上に取り付けることができる。

更に、例を挙げると、タービン、特に蒸気タービンに対して特に参照が行われる。しかしながら、異なる種類のターボ機械において、例えば軸流圧縮機又はガスタービンにおいてブレードを組み立てるために、同じ取付け技法を使用することができることが理解されるものとする。

図面において、ロータ１は、複数のブレード７Ａ、７Ｂがその周りにリング構成で配置される中央ドラム３からなる。図面において、タービン段のうちの１つに対応するロータ１の「スライス（ｓｌｉｃｅ）」だけが示される。実際には、ロータが段数に応じて軸方向伸長部を有すること、及び、各段について、ブレードのリングが、対応するブレード保持溝に沿ってロータドラム上に取り付けられることが理解されるものとする。

図１〜図３及び図４〜図６は、ブレード７Ａ及び７Ｂの形状をそれぞれ詳細に示す。ブレードの構造は、後でより詳細に述べられる。

ロータ１は、回転軸Ｘ−Ｘを有し、ターボ機械の各段について、ロータ１の周りに円周方向に展開するアンダーカットされたブレード保持溝５を有する。ブレード保持溝５は、ブレード保持溝５のダブテールの又はＴ形状の断面と、ブレード７Ａ、７Ｂの相応して形作られるルート部分によってブレード保持溝５上に取り付けられたブレード７Ａ、７Ｂを保持するように形作られる。一般的に言えば、ブレード保持溝５の断面形状及びブレードルート部分の対応する形状は、ブレード保持溝５によって形成されるアンダーカット内でブレードのルート部分を係合させることによってブレードがロータに拘束されるようにする。

幾つかの実施形態（図７〜図１１参照）において、ブレード保持溝５は、入口スロット又はプラットフォームスロット５Ａ、中間首部分５Ｂ、及び底部分５Ｃを備える。入口スロット５Ａは、軸方向に、すなわち、ロータ１の回転軸Ｘ−Ｘに平行な方向に寸法Ｄ１を有する。ブレード保持溝５の中間部分５ＢはＤ１より小さい幅Ｄ２を有し、内側又は底部分５Ｃは幅Ｄ３を有する。幅Ｄ３は、図１０に示すようにＤ１と同一である、又は、異なる、例えばＤ１より大きい可能性がある。そのため、ブレード保持溝５の断面は、ブレード７Ａ、７Ｂを半径方向に保持するためのアンダーカット５Ｄを形成する。入口スロット５Ａは、２つの環状の、好ましくは平坦な側壁又は表面５Ｅ、５Ｆによって境界付けられる。幾つかの実施形態において、側壁５Ｅ、５Ｆは、互いに対して全体的に平行であり、ロータ軸Ｘ−Ｘに直交することができる。他の実施形態において、側壁５Ｅ、５Ｆは、非平行である可能性がある。

図１０に示すブレード保持溝５の断面は、角度α（例えば、図７、図１３参照）に対応するブレード保持溝５の全円周方向伸長部に沿って一定である。ブレード保持溝５の円周方向伸長部の残りの部分に沿って、ブレード保持溝５は、図１１に示すように、わずかに異なる断面形状を有する。角度β（例えば、図７、図１３参照）に対応し、第１の端５Ｘから第２の端５Ｙまで延在する前記残りの部分に沿って、ブレード保持溝５は拡張した断面を有する。角度βは、例えば、約２０°と１００°との間、好ましくは約２５°と８０°との間、より好ましくは約３０°と６０°との間の範囲にある可能性がある。ブレード保持溝５のこの部分は、本明細書で「拡張した溝部分（ｅｎｌａｒｇｅｄ ｇｒｏｏｖｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）」と呼ばれるであろう。

拡張した溝部分の断面は、入口スロット又はプラットフォームスロット５Ａの形状が異なることを除いて、角度αに対応する部分に沿うブレード保持溝５の断面に実質的に対応する。拡張した溝部分に沿って、入口スロット５Ａは、側壁５Ｅと対向する傾斜した側壁５Ｆ’との間に形成される。この後者の壁は、傾斜し、対向する側壁５Ｅに向かって半径方向外側に集束する。幾つかの実施形態において、傾斜した側壁５Ｆ’は、実質的に円錐状であり、その円錐表面の軸はロータ１の回転軸Ｘ−Ｘに一致する。側壁５Ｆ’はまた、図面に示す側壁と異なる形状を有する可能性がある。一般に、側壁５Ｆ’は、以下の説明から明らかになる目的のためにアンダーカットを形成するように形作られる。

そのため、拡張した溝部分に沿う入口スロット５Ａの幅は、最小寸法Ｄ５から最大寸法Ｄ４まで可変である。Ｄ５はＤ１より大きい。他の実施形態において、拡張した溝部分に沿う入口スロット５Ａの幅は、半径方向内側方向に増加しながら段階的に変動して、アンダーカットを形成することができる。

以下の説明から明らかになる目的のために、ロータ１のブレード保持溝５のうちの１つに取り付けられるブレードの各リングは、互いにわずかに異なる、ブレード７Ａの第１のセット及びブレード７Ｂの第２のセットを形成する２つのタイプのブレードからなる。図１から図３は、１つのブレード７Ａを分離して示す。各ブレード７Ａは、中間エーロフォイル部分７Ｆ、オプションの半径方向外側シュラウド部分７Ｓ、及び半径方向内側ルート部分７Ｒを備える。ルート部分７Ｒとエーロフォイル部分７Ｆとの間で、ブレード７Ａはプラットフォーム１１を備える。ルート部分７Ｒは、２つの全体的に平坦な表面１３を有し、２つの全体的に平坦な表面１３は、ブレード７Ａがロータ１に取り付けられると、半径方向に延在し、例えば、ロータ軸Ｘ−Ｘに対して約３０°又は４０°まで全体的に傾斜する。各ブレード７Ａのルート部分７Ｒは、ブレードのルート部分７Ｒの下側Ｔ形状セクション又はアンダーカットセクションを画定する２つの側部窪み１５を更に備える。１７とラベル付けされたＴ形状セクションは、後で述べるように、ブレード保持溝５のアンダーカットされたセクション５Ｃ内で係合することができ、各ブレード７Ａは、ブレード保持溝５内でロックされる。

プラットフォーム１１は、窪み１５の上を側方に延在し、２つの対向するレッジ１９を形成する。ブレード７Ａがロータ１上でその最終的な組み立てられた位置にあるとき、レッジ１９は、ブレード保持溝５の入口スロット５Ａを画定する側壁５Ｅ、５Ｆと協働する。

図４〜図６は、ブレードの第２のセットの１つのブレード７Ｂを分離して示す。同じ参照数字は、ブレード７Ａに関連して既に述べた同じか又は対応する部分を指定する。第１のセット又はタイプのブレード７Ａと第２のセット又はタイプのブレード７Ｂとの間の主要な差は、２つのレッジ１９の一方の形状である。図１と図４を比較することによって最もよく認識されるように、ブレード７Ｂのレッジ１９の一方（図面の右手のレッジ）は傾斜表面１９Ｘを有する。そのため、レッジ１９のレベルにおけるブレード７Ｂの全体幅はブレード７Ａの幅より小さい。幾つかの実施形態において、ブレード７Ｂの両方のレッジ１９は、１９Ｃ（図５、図６）に示すように、一端において面取りされる可能性がある。

ターボ機械段のブレードの各リングは、多数のブレード７Ａ及び少数のブレード７Ｂによって形成される。ブレード７Ａは、角度αに沿って、ブレード保持溝５の主要な部分の周りに配置され、一方、ブレードの第２のセットのブレード７Ｂは、ロータの角度βに沿ってポイント５Ｘからポイント５Ｙまで延在する拡張した溝部分内に位置付けられる。

ブレード保持溝５内の第１の複数の又はセットのブレードの各ブレード７Ａを取り付けるためのプロシージャがここで述べられ、図７、図１２、図１３、及び図１４に対して参照が行われる。ブレード７のルート部分７Ｒを区切る２つの表面１３間の距離は、ブレード保持溝５の中間セクション５Ｂの軸方向寸法Ｄ２よりわずかに小さいため、各ブレード７は、２つの平坦表面１３を有するルート部分７Ｒをロータの回転軸Ｘ−Ｘにほぼ直交して配向させることによってブレード保持溝５内に導入することができる。図７において、第１のブレード７Ａは、出発位置にあるのが示される。ブレード７Ａのルート７Ｒはブレード保持溝５に導入される。ブレードルート７Ｒがブレード保持溝５に導入されると、ブレード７Ａは、その半径方向軸Ｙ−Ｙの周りにツイスト操作又は回転される。最終的なツイスト操作された位置において窪みの表面１５Ｘはロータ１の回転軸Ｘ−Ｘに実質的に直交する。ブレード７Ａをツイスト操作することによって、ブレード７Ａのルート部分７ＲのＴ形状セクション１７は、ブレード７Ａが、拡張したブレード保持溝５内に半径方向に係合するように、拡張したブレード保持溝５の底部分５Ｃに係合する。最終的なツイスト操作された位置において、プラットフォーム１１のレッジ１９のうちの１つは、拡張したブレード保持溝５の入口スロット５Ａの側部表面５Ｅに当接する。その後、ブレード７Ａは、拡張していないブレード保持溝内で接線方向に変位して、ブレード列内でその最終的な位置に達し、また、両方のレッジ１９が表面５Ｅ及び５Ｆに係合した状態になる。

このプロシージャは、拡張した溝部分を除いて全ブレード保持溝５を満たすのに十分な数のブレード７Ａについて、すなわち、角度αに沿って延在する部分的なブレードリングが図１４に示すように形成されるまで繰返される。こうして取り付けられたブレード７Ａは、その角度位置でロックされ、それぞれの半径方向軸Ｙ−Ｙの周りに回転しない。その理由は、レッジ１９がブレード保持溝５の側部表面５Ｅ、５Ｆに当接するからである。

ブレードルート７Ｒは、当業者に知られている方法で適切に面取りされるか又は丸みを付けられて、ブレード保持溝５の寸法Ｄ２を減少させ、各ブレードリングを形成するブレード７Ａの数を増加させる、すなわち、角度αを増加させることができる。

角度αに沿ってブレード保持溝５を満たすのに十分な数のブレード７Ａがロータ１上に取り付けられると、ブレードの第２のセットのブレード７Ｂが、残りの拡張した溝部分に沿って全く同じ方法で取り付けられる。

先に述べたように、拡張した溝部分に沿うブレード保持溝５の入口スロット５Ａはブレード保持溝５の残りの主要な部分の入口スロット５Ａより広いため、ブレードの第２のセットのブレード７Ｂは、図１５及び図１６に示すように、そのルート部分７Ｒがブレード保持溝５内にある状態で導入されると、オーバツイスト操作することができる。オーバツイスト操作された（ｏｖｅｒ−ｔｗｉｓｔｅｄ）は、ブレード７Ｂのルート部分７Ｒが、拡張した溝部分に導入されると、ブレード７Ｂが、ブレードの最終的な位置を達成するために必要とされる角度より大きい角度だけその半径方向軸Ｙ−Ｙの周りに回転することを意味する。オーバツイスト操作は、拡張した溝部分に沿う入口スロット５Ａの拡張した軸方向寸法Ｄ４、Ｄ５によって、また、ブレード７Ｂの前記第２のセットのブレード７Ｂのレッジ１９のうちの１つの減少した寸法によって可能にされる。ブレード７Ｂのレッジ１９の面取り部１９Ｃ（図４〜図６）はオーバツイスト操作移動のエンティティを増加させる。

オーバツイスト操作された位置（図１５、図１６、図１７）において、各ブレード７Ｂは、最終的な角度位置（図１９、図２０）におけるブレード７の接線方向寸法より小さい接線方向寸法、すなわち、方向ｆＴにおける寸法をとる。これは、ブレード７Ｂが角度αに対応するブレード保持溝部分に沿って取り付けられるブレード７Ａの第１のセットのブレード間のピッチより小さい最小ピッチの位置をとることを意味する。そのため、図１５、図１６、及び図１７に示すように、或る数のブレード７Ｂが拡張した溝部分に導入され、オーバツイスト操作されると、ブレード７Ｂが、ブレード７Ａの第１のセットの第１のブレード７Ａ（図１５、図１６、図１７において７Ａ１とラベル付けされる）とブレード７Ｂの第２のセットの最後のブレード（７Ｂ１とラベル付けされる）との間に自由ギャップＧを残す。

こうして形成される自由ギャップＧにおいて、最後のブレード７ＢＸが導入され、ツイスト操作されて、そのルート部分７Ｒをブレード保持溝５内で係合させることができる。図１７を参照されたい。ギャップＧの接線方向寸法は、ルート部分７ＲのＴ形状セクションの幅より大きいため、最後のブレード７ＢＸが、窪み１５の表面１５Ａがロータ１の回転軸Ｘ−Ｘに平行である状態でギャップ内に導入され、その後、それ自身の半径方向軸Ｙ−Ｙの周りにツイスト操作されて、表面１５Ａが回転軸Ｘ−Ｘに直交する状態で最終的な位置をとることができる。

接線方向ギャップＧを閉鎖し、ブレード７Ａと７Ｂとの間の隙間をなくし、拡張した溝部分においてその最終的な正しい角度位置でこうして取り付けられたブレードをロックするために、拡張した溝部分に沿って、すなわち、角度βに対応する溝部分に沿って配置される各ブレード７Ｂは、オーバツイスト操作された角度位置（図１５〜図１７）から最終的な角度位置（図１８〜図２０）に戻るようにツイスト操作されなければならない。

オーバツイスト操作された各ブレード７Ｂ、７Ｂ１、７ＢＸを最終的な角度位置に戻すように移動させるため、接線方向インサート２１が、側壁又は側部表面５Ｆ’と側壁５Ｆ’に向くレッジ１９の傾斜表面１９Ｘとの間で、拡張した溝部分に沿って形成される座部２０に導入される。図２１は、ブレードルート部分７Ｒ及びインサート２１がブレードルート７Ｒと表面５Ｆ’との間に挿入された状態の拡張した溝部分の断面を示す。

図面に示す実施形態において、拡張した溝部分に沿って配置されるブレード７Ｂ、７Ｂ１、７ＢＸの数と同一の数のインサート２１が座部２０に導入される。しかしながら、これは強制ではない。異なる数のインサート２１が使用される可能性がある。幾つかの実施形態において、ブレード７Ｂより多くのインサート２１が角度βに沿って使用される可能性がある。逆もまた同様である。第２のセットのブレード７Ｂの数より少ない数のインサート２１を、座部２０内に設けることができる。幾つかの実施形態において、単一のインサート２１を、ブレード７Ｂとブレード保持溝５の側部表面５Ｆ’との間に形成される接線方向座部に導入することができる。

各インサート２１及び座部２０の断面形状及び寸法は、インサート２１が座部２０内で係合し、各ブレード７Ｂを最終的な角度位置内に押し付け、ブレード７Ｂをその半径方向軸Ｙ−Ｙの周りに回転させるようにする。各インサート２１は、図２２に示すように、対向する傾斜側部表面２１Ａ及び２１Ｂを備えることができる。表面２１Ａ及び２１Ｂは、各インサート２１が全体的にウェッジ形状の断面を有するように半径方向外側に集束する。傾斜側部表面２１Ａ及び２１Ｂの傾斜は、側壁５Ｆ’の傾斜、及び、ブレード保持溝５の拡張した溝部分に沿って位置付けられたブレード７Ｂのレッジ１９の表面１９Ｘの傾斜と同一又は同様である可能性がある。座部２０内にインサート２１を順次導入することによって、拡張した溝部分に沿うブレード７Ｂは、それぞれの半径方向軸Ｙ−Ｙの周りで最終的な位置で回転又はツイスト操作され、インサート２１と座部２０の側壁５Ｆ’、１９Ｘとの間の干渉によって前記位置にロックされる。こうした干渉は、より多くのインサートが導入され、より多くのブレード７Ｂがその最終的な角度位置に押し込まれる限り増加する。図１８において、最初の３つのインサート２１が接線方向座部２０内に導入された。図１９、図２０において、全数のインサート２１が座部２０内に導入され、全てのブレード７Ｂが、それぞれの半径方向軸の周りでその最終的な角度位置にロックされる。

インサート２１のウェッジ形状断面並びに表面又は壁１９Ｘ及び５Ｆ’の対応する傾斜形状は、半径方向保持効果を生成し、ターボ機械の運転中の遠心力の影響下でインサート２１が座部２０から離れることを防止する。先に述べたように、壁５Ｆ’は、アンダーカットを形成してインサート２１を半径方向に保持する場合、異なるように形作ることができる。

幾つかの実施形態において、拡張した溝部分の一端（例において５Ｙ）で、フレア状ガイド表面が設けられて、傾斜側部表面又は側壁５Ｆ’とレッジ１９の傾斜表面１９Ｘとの間でのインサート２１の接線方向挿入を容易にすることができる。図８及び図９は、インサート２１が導入される、拡張した溝部分の入口端５Ｙに設けられるフレア状ガイド表面の考えられる形状を概略的に示す。幾つかの実施形態において、底ガイド表面２７及び側部フレア状表面２９が設けられ、インサート２１用のスライド及びガイド表面を画定する。

幾つかの実施形態において、拡張した溝部分の入口端（位置５Ｙ）に位置付けられる、最後の導入されるインサート２１を、ロータ１に拘束することができる。例えば、前記最後のインサート２１（図１９及び図２０で２１Ｘとラベル付けされる）を、ロータドラム３に対して、はんだ付けする、溶接する、ねじ留めする、接着する、又は任意の他の適切な方法で拘束することができる。ロータドラム３に対して最後のインサート２１Ｘを拘束することは、特に簡単である。その理由は、タービン機械の運転中に、インサート２１は、半径方向に作用する強い遠心力を受け、また、インサート２１及びインサート２１が導入される座部２０のウェッジ形状断面によって妨げられ、一方、実質的に全くないか又は単に無視できる力が接線方向に加えられるからである。したがって、ロータ１に対して接線方向に最後のインサート２１を拘束するために設けられる拘束手段は、更なる安全性のためにだけ設けられる。

これまで開示した実施形態において、インサート２１は、フレア状ガイド及びスライド表面２７、２９を使用して、実質的に接線方向の移動によって座部２０に導入される。幾つかの実施形態において、図示しないが、挿入は、ロータドラム３内に機械加工された半径方向スロットを通され、座部２０の底に実質的に対応する深さに達することができる。インサート２１は、スロット内に半径方向に導入されると、座部２０に入る接線方向移動によってシフトされることができる。

最終的な角度位置（図１９、図２０）においてポイント５Ｘとポイント５Ｙとの間での拡張した溝部分に沿って配置されたブレード７Ｂの回転は、こうした各ブレードの接線方向寸法を増加させる。ブレードの数及びその形状は、最終的な組み立てられた位置においてブレードの完全なリングが形成されるように選択され、各ブレードは、隣り合うブレードに接線方向に押し込まれ、ブレード間の隙間を取り除く。順次に配置されたブレード７Ａ、７Ｂのプラットフォーム１１は互いに接触し、ブレード保持溝５を囲む連続する環状カラーを形成することになる。ブレードのシュラウド部分７Ｓは、設けられる場合、それぞれの側部縁に沿って互いに接触することになる。互いに当接するシュラウド部分７Ｓの間の或る程度の干渉が生成され、そのように要求される場合、エーロフォイル部分７Ｆをねじり偏倚させる（ｔｏｒｓｉｏｎａｌｌｙ ｂｉａｓ）ことができる。

そのため、インサート２１は、最終的な位置でブレード７Ａ、７Ｂの全体のリングをロックする。インサート２１の導入によって引起されるオーバツイスト操作された位置から最終的な組み立てられた位置までの拡張した溝部分に沿う（角度β）ブレード７Ａ、７Ｂの戻しツイスト操作（ｂａｃｋ ｔｗｉｓｔｉｎｇ）は、ブレード間の隙間を取り除く。

例えば保守又は修理のためのブレードの分解は、逆にされた操作のシーケンスによって得られる。最初に、導入された最後のインサート２１Ｘが取り外される。ロータドラム３にインサート２１を接線方向にロックするねじ等の拘束部材が設けられる場合、前記拘束部材が取り外される。その後、インサート２１Ｘ、２１は、ブレード保持溝５に沿って座部２０からそれらを接線方向に摺動させることによって座部２０から順次取り外される。ポイント５Ｘとポイント５Ｙとの間で拡張した溝部分に沿って配置されたブレード７ＢＸ、７Ｂ１、７Ｂは、最小の接線方向寸法の位置にオーバツイスト操作され、したがって、自由ギャップＧを生成し、ブレード７ＢＸは、ブレードルート７Ｒの表面１３がロータ１の回転軸Ｘ−Ｘにほぼ直交して位置決めされるまで約９０°だけ半径方向軸Ｙ−Ｙの周りにツイスト操作されることができる。この角度位置が達成されると、ブレード７ＢＸのルート部分７ＲのＴ形状部分は、ブレード保持溝５の底部分５Ｃ内に形成されたアンダーカット５Ｄから係脱することができる。そのため、ブレード７ＢＸを半径方向に取り外すことができる。残りのブレード７Ｂ、７Ａは、ここで個々に約９０°程度回転され、アンダーカット５Ｄから各ブレードのそれぞれのＴ形状セクションを係脱させることによってブレード保持溝５から半径方向に取出されることができる。

インサート２１の取外しは、各インサート２１Ｘ、２１上にノッチ又は同様なものを設けることによって容易にされる可能性がある。図２２において、ノッチ２１Ｎがインサート２１の一端に設けられる。スクリュードライバ等の工具がノッチ２１Ｎに係合して、インサート２１を座部２０から押出すことができる。

本明細書で述べる主題の開示される実施形態は、図面において示され、幾つかの例示的な実施形態に関連する特殊性及び詳細によって完全に上述されたが、新規な教示、本明細書で述べられる原理及び概念、並びに、添付特許請求の範囲で述べる主題の利点から実質上逸脱することなく、多くの修正、変更、及び省略が可能であることが当業者に明らかである。したがって、開示される発明の適切な範囲は、全てのこうした修正、変更、及び省略を包含するため、添付特許請求の範囲の最も広い解釈によってだけ決定されるべきである。更に、任意のプロセス又は方法ステップの順序又はシーケンスは、代替の実施形態に従って変わるか又は再順序付けされる場合がある。

１ ロータ
３ ロータドラム
５ ブレード保持溝
５Ａ 入口スロット
５Ｂ 中間首部分
５Ｃ 底部分
５Ｅ、５Ｆ 環状の側壁
５Ｆ’ 傾斜した側壁
５Ｄ アンダーカット
５Ｘ 第１の端
５Ｙ 第２の端
７Ａ 第１のセットのブレード
７Ａ１ 第１のセットの最初のブレード
７Ｂ 第２のセットのブレード
７Ｂ１ 第２のセットの最後のブレード
７ＢＸ 最後のブレード
７Ｆ 中間エーロフォイル部分
７Ｓ シュラウド部分
７Ｒ ルート部分
１１ プラットフォーム
１３ 平坦な表面
１５ 側部窪み
１５Ａ 表面
１５Ｘ 窪みの表面
１７ Ｔ形状セクション
１９ レッジ
１９Ｃ 面取り部
１９Ｘ 傾斜表面
２０ 座部
２１ 接線方向インサート
２１Ａ、２１Ｂ 傾斜側部表面
２１Ｎ ノッチ
２１Ｘ 最後のインサート
２７、２９ フレア状ガイド及びスライド表面
Ｘ−Ｘ 回転軸
Ｙ−Ｙ 半径方向軸
Ｇ 自由ギャップ

Claims (21)

1. ロータ（１）及び前記ロータ（１）上に取り付けられたブレードのリングを備えるターボ機械組立体であって、各ブレードは、エーロフォイル部分（７Ｆ）及び前記ロータ（１）の円周ブレード保持溝（５）に挿入されるルート部分（７Ｒ）を備え、前記ブレード保持溝は拡張した溝部分を備え、拡張した溝部分内の前記ブレードは、全体的に半径方向のそれぞれの軸の周りに回転可能であって、最小の接線方向寸法の位置をとり、少なくとも１つの取外し可能なインサート（２１）は、前記拡張した溝部分内に位置付けられた前記ブレードの前記ルート部分（７Ｒ）と前記ブレード保持溝（５）の側壁との間で、前記拡張した溝部分に沿って配置されて、前記ブレードを、組み立てられる最終的な配置構成内に押し込みロックする、ターボ機械組立体。
2. 前記少なくとも１つの取外し可能なインサート（２１）は、前記ブレードの前記ルート部分（７Ｒ）と前記拡張した溝部分の前記側壁との間に形成される接線方向に延在する座部内に収容され、前記座部及び前記少なくとも１つのインサート（２１）は、前記座部内に前記インサート（２１）を半径方向に保持するように構成され配置される断面を有する、請求項１に記載のターボ機械組立体。
3. 前記拡張した溝部分に沿って接線方向に配置される複数の前記インサート（２１）を備える、請求項１又は２に記載のターボ機械組立体。
4. 前記ブレード保持溝（５）は、入口スロット及びブレード保持アンダーカットを形成する底部分を有し、前記拡張した溝部分に沿って、前記入口スロットは、前記ブレード保持溝（５）の残りの部分より大きい軸方向寸法を有する、請求項１又は２又は３に記載のターボ機械組立体。
5. 前記拡張した溝部分に沿って、前記入口スロットは、前記少なくとも１つのインサート（２１）を半径方向に保持するアンダーカットを形成する、請求項４に記載のターボ機械組立体。
6. 前記ブレードの各ルート部分（７Ｒ）は、前記溝の接線方向に延在する対向する側壁と協働する軸方向に延在する対向するレッジを備えて、前記ブレードの半径方向に延在する軸に対して固定角度位置に各ブレードを保持し、前記拡張した溝部分に沿って、前記少なくとも１つのインサート（２１）は、前記拡張した溝部分に沿って配置された前記ブレードの前記軸方向に延在するレッジのうちの１つと、前記溝の接線方向に延在する対向する側壁との間に配置され、前記インサート（２１）は、前記軸方向に延在するレッジと前記溝の前記側壁との間に強制的に係合し、したがって、前記ブレードを前記最終的な角度位置に保持する、請求項１乃至５のいずれかに記載のターボ機械組立体。
7. 前記ブレードは、ブレードの第１のセット及びブレードの第２のセットに分割され、ブレードの前記第２のセットは前記拡張した溝部分に沿って配置され、ブレードの前記第１のセットは前記ブレード保持溝（５）の残りの部分に沿って配置され、ブレードの前記第２のセットの前記ブレードの１つのレッジは、残りのレッジより短い軸方向伸長部及び前記少なくとも１つのインサート（２１）と協働する傾斜表面を有する、請求項１乃至６のいずれかに記載のターボ機械組立体。
8. 各ブレードは、前記それぞれのエーロフォイル部分（７Ｆ）と前記ルート部分（７Ｒ）との間にブレードプラットフォームを備え、前記少なくとも１つの取外し可能なインサート（２１）は、前記拡張した溝部分に沿って前記溝の側壁と前記それぞれのブレードの前記プラットフォームとの間に強制的に係合される、請求項１乃至５のいずれかに記載のターボ機械組立体。
9. 前記拡張した溝部分及び前記拡張した溝部分に沿って配置された前記ブレードの前記ルート部分（７Ｒ）は、対向するアンダーカットを形成し、前記対向するアンダーカットは、前記少なくとも１つのインサート（２１）を前記対向するアンダーカット間に半径方向に保持する、請求項１乃至８のいずれかに記載のターボ機械組立体。
10. 前記少なくとも１つのインサート（２１）に接触する前記ブレードの前記軸方向に延在するレッジはアンダーカットを形成し、前記軸方向に延在するレッジに向く前記拡張した溝部分の前記側壁は対向するアンダーカットを形成し、前記アンダーカットは、前記拡張した溝部分内に前記少なくとも１つのインサート（２１）を半径方向に保持する、請求項６又は７記載のターボ機械組立体。
11. 前記少なくとも１つのインサート（２１）は、傾斜した半径方向外側に集束する側部表面を備え、前記側部表面は、前記ブレードルート部分（７Ｒ）及び前記拡張した溝部分と協働して、前記インサート（２１）を前記拡張した溝部分内に半径方向に保持するようにする、請求項１乃至１０のいずれかに記載のターボ機械組立体。
12. 前記拡張した溝部分は入口端を有し、前記入口端を通して、前記少なくとも１つのインサート（２１）は、前記拡張した溝部分内に導入されるか又は前記拡張した溝部分から取り外される、請求項１乃至１１のいずれかに記載のターボ機械組立体。
13. 前記入口端は、前記少なくとも１つのインサート（２１）を前記拡張した溝部分内に導入し、前記インサート（２１）を前記拡張した溝部分から取り外すためのフレア状ガイド表面を有する、請求項１２記載のターボ機械組立体。
14. 前記入口端は、フレア状入口アパーチャを形成する底表面及び側部表面を有し、前記フレア状入口アパーチャは、前記拡張した溝部分内で前記ロータ（１）の外側表面から接線方向にかつ半径方向に延在する、請求項１３記載のターボ機械組立体。
15. 前記少なくとも１つのインサート（２１）は、前記ロータ（１）に対して接線方向に拘束され、前記ロータ（１）に対する前記インサート（２１）の接線方向変位を防止する、請求項１乃至１４のいずれかに記載のターボ機械組立体。
16. 前記拡張した溝部分内にブレードの数に対応する数の取外し可能なインサート（２１）を備える、請求項１乃至１５のいずれかに記載のターボ機械組立体。
17. 請求項１に従って構築されるターボ機械組立体を組み立てる方法であって、ブレードの第１のセットを前記ブレード保持溝（５）に挿入し、前記ブレードのルート部分（７Ｒ）が係合状態になるようにツイスト操作するステップと、ブレードの第２のセットを前記ブレード保持溝（５）の前記拡張した部分に挿入し、ブレードの前記第２のセットをブレードの前記第２のセットのそれぞれの半径方向軸の周りにオーバツイスト操作するステップであって、それにより、ブレードの前記第２のセットの各ブレードが、減少した接線方向寸法の角度位置をとり、したがって、前記ブレード保持溝（５）内に自由ギャップを生成する、挿入しオーバツイスト操作するステップと、ブレードの前記第２のセットの最後のブレードを前記自由ギャップ内に導入し、前記最後のブレードをそれぞれの半径方向軸の周りにオーバツイスト操作するステップと、前記少なくとも１つの取外し可能なインサート（２１）を、前記拡張した溝部分内で、ブレードの前記第２のセットの前記ルート部分（７Ｒ）と前記拡張した溝部分の対向する側部表面との間に導入するステップであって、それにより、ブレードの前記第２のセットのブレードを最終的な角度位置に順次ツイスト操作する、導入するステップと、を含む、方法。
18. 複数の前記取外し可能なインサート（２１）を、前記拡張した溝部分内で、ブレードの前記第２のセットの前記ルート部分（７Ｒ）と前記拡張した溝部分の前記対向する側部表面との間に順次挿入するステップを含む、請求項１７記載の方法。
19. 前記拡張した溝部分内でロータに導入される前記少なくとも１つの取外し可能なインサート（２１）又は前記最後の取外し可能なインサート（２１）を接線方向に拘束するステップを更に含む、請求項１７又は１８記載の方法。
20. 前記拡張した溝部分に係合したブレードが存在するのと同じ数の取外し可能なインサート（２１）を導入するステップを含む、請求項１７又は１８又は１９記載の方法。
21. 請求項１に従って構築されるターボ機械組立体を分解する方法であって、前記拡張した溝部分から前記少なくとも１つの取外し可能なインサート（２１）を取り外すステップと、前記拡張した溝部分内でそれぞれの半径方向軸の周りに前記ブレードをオーバツイスト操作するステップであって、したがって、ギャップを生成する、オーバツイスト操作するステップと、前記拡張した溝部分に沿って配置された前記ブレードのうちの１つを前記それぞれの半径方向軸の周りにツイスト操作するステップであって、したがって、前記ブレード保持溝（５）から前記ブレードの前記ルート部分（７Ｒ）を係脱させ、前記ツイスト操作されたブレードを半径方向に取り外す、ツイスト操作するステップと、残りのブレードをツイスト操作し、前記残りのブレードを前記ブレード保持溝（５）から取り外すステップと、を含む、方法。