特開 2024-148147 拡大されたロータ溝のためのダブテール配置を備えたタービンブレード及び、アセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024148147

(43)【公開日】2024-10-17

(54)【発明の名称】拡大されたロータ溝のためのダブテール配置を備えたタービンブレード及び、アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/30 20060101AFI20241009BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20241009BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

F01D5/30

F01D25/00 X

F02C7/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024034561

(22)【出願日】2024-03-07

(31)【優先権主張番号】18/295,408

(32)【優先日】2023-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チェルヴェット、フェデリコ

(72)【発明者】

【氏名】マタ ロペス、サルヴァドール

(72)【発明者】

【氏名】バードギック、スティーブン セバスティアン

【テーマコード（参考）】

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G202FA01

3G202FB06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】拡大されたロータ溝用ダブテール配置を備えたタービンブレードとアセンブリを提供する。
【解決手段】タービンブレードのダブテールは、取付けアームと、ロータ軸に対して半径方向内向き端面とを含む。拡張インサートは、ダブテールの端面に接触するように構成された第１の端部と、第２の端部とを含む。少なくとも１つの位置決め脚部は、インサートの第２の端部から軸に対して半径方向内側に延びている。ダブテールと拡張インサートは、タービンブレードをロータに取り付けるためにロータ溝内に配置されるように構成されている。取付アームは、ロータ溝の半径方向内向きのロータフックに係合し、位置決め脚部は、ロータ溝の半径方向外向き表面と、位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向き表面との間の平面板シムとのうちの一方に係合する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸を有するロータ（４１２）に画定されたロータ溝（４１０）のためのタービンブレードアセンブリ（４００）であって、
エアフォイル（４１６）および該エアフォイル（４１６）に結合されたダブテール（４０４）を含むタービンブレード（４０２）であって、前記ダブテール（４０４）は、取付けアーム（４２０）および軸に対して半径方向内向き端面（４２２）を含む、前記タービンブレード（４０２）と、
前記ダブテール（４０４）の前記端面（４２２）に接触するように構成された第１の端部（４２４）と、第２の端部（４２６）とを含む拡張インサート（４０６）であって、前記第２の端部（４２６）は、前記軸に対して半径方向内側に延びる少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）を含む、拡張インサート（４０６）と、含み、
前記ダブテール（４０４）と前記拡張インサート（４０６）は、前記タービンブレード（４０２）を前記ロータ（４１２）に取り付けるために前記ロータ溝（４１０）に配置されるように構成されている、タービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項2】

前記取付アーム（４２０）が前記ロータ溝（４１０）の半径方向内向きのロータフック（４３０）に係合し、前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）が、前記ロータ溝（４１０）の半径方向外向き表面（４３２）と、前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）と前記ロータ溝（４１０）の半径方向外向き表面（４３２）との間の平面板シム（４４０）とのうちの１つに係合する、請求項１に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項3】

前記拡張インサート（４０６）が４ミリメートルより大きい半径方向の広がりを有する、請求項１に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項4】

前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）と前記ロータ溝（４１０）の前記半径方向外向き表面（４３２）との間に少なくとも１つの平面板シム（４４０）をさらに含み、前記少なくとも１つの平面板シム（４４０）は、１．５ミリメートル以下の半径方向の広がりを有する、請求項３に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項5】

前記タービンブレード（４０２）の前記ダブテール（４０４）に対する前記拡張インサート（４０６）の位置をロックする固定要素（４５０）をさらに備える、請求項１に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項6】

前記固定要素（４５０）が、雄－雌カプラを含む、請求項５に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項7】

前記雄－雌カプラの雌部分（４５２）が、前記ダブテール（４０４）の前記端面（４２２）に画定され、前記雄－雌カプラの雄部分（４５４）が、前記拡張インサート（４０６）の前記第１の端部（４２４）から延び、前記タービンブレード（４０２）の前記ダブテール（４０４）に対する前記拡張インサート（４０６）の位置をロックするために、前記端面（４２２）の前記雌部分（４５２）内に着座するように構成されている、請求項６に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項8】

前記固定要素（４５０）が、前記ダブテール（４０４）の前記端面（４２２）と前記拡張インサート（４０６）の前記第１の端部（４２４）とを結合する締結具（４６０）を含む、請求項５に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項9】

前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）は、前記軸線に対して半径方向内側に延びる複数の位置決め脚部（４２８）を含む、請求項１に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項10】

前記複数の位置決め脚部（４２８）のうちの少なくとも２つが異なる長さを有する、請求項９に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項11】

拡張インサート（４０６）が、前記エアフォイル（４１６）および前記ダブテール（４０４）の材料よりも軽い材料を含む、請求項１に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）。

【請求項12】

少なくとも１つの請求項１に記載のタービンブレードアセンブリ（４００）を含むタービンを含むタービンシステム。

【請求項13】

軸を有するロータ（３０２）に画定されたロータ溝（３０４）のためのタービンブレード（３００）であって、
エアフォイル（３１２）と、
前記エアフォイル（３１２）に結合されたダブテール（３１４）と、
を含み、前記ダブテール（３１４）は、取付けアーム（３１６）と、前記ダブテール（３１４）の半径方向内向きの端面（３２０）から軸に対して半径方向内側に延びる単一の位置決め脚部（３１８）とを有する、タービンブレード（３００）。

【請求項14】

前記取付けアーム（３１６）と前記単一の位置決め脚部（３１８）との半径方向内向きの端面（３２２）との間の第１の半径方向距離が、前記ロータ溝（３０４）の半径方向外向きの表面（３３２）と半径方向内向きのロータフック（３３０）との間の第２の半径方向距離と一致する、請求項１３に記載のタービンブレード（３００）。

【請求項15】

少なくとも１つの請求項１３に記載のタービンブレード（３００）を含むタービンを含むタービンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般にタービンシステムに関する。より具体的には、本開示は、拡大されたロータ溝（enlarged rotor groove）のためのダブテール配置（dovetail arrangement）を有するタービンシステム用のタービンブレードおよびタービンブレードアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

タービンシステムには、ロータに接続された回転ブレードに流れを導く静止ノズルが含まれる。静止ノズル（エアフォイル：airfoil）は通常、静止ブレード、ダイヤフラム、またはノズルアセンブリ段（a stationary blade, diaphragm, or nozzle assembly stage）と呼ばれる。回転ブレードは、ノズルから流体流、例えば燃焼ガスや蒸気を受け、ブレードにロータを回転させる力を与える。ブレードは一般に、ロータの溝と嵌合するダブテールを持つベースを使ってロータに組み付けられ、薄い板状のシムを使って半径方向外側に押し出され、密な（詰まった：packed）アセンブリを作るのに役立つ。

【0003】

タービンのサービス停止中、特定の回転ブレード段の交換が必要になることがある。適切な組み立てを保証するために、ロータ溝を再加工して、例えば小さな亀裂やその他の変形などの可能性のある損傷をきれいに除去する必要がある場合もある。ロータ溝の再加工の深さは、ロータの寿命消費量に依存し、例えば、ロータの異なる位置、異なるブレード段、または異なるタービンシステム間で異なる場合がある。ロータ溝の内側は、例えば２ミリから１５ミリの範囲で機械加工して、ひび割れや老化した材料を除去し、ロータの寿命を延ばすことができる。新しい、より大きなロータ溝に適合するダブテールを持つ新しいブレードを提供する一方、ロータ溝への遠心力や応力の増加を避けるために、元のブレードよりも重量を増やさないようにすることが課題である。

【発明の概要】

【0004】

以下に述べるすべての態様、例、特徴は、技術的に可能なあらゆる方法で組み合わせることができる。

【0005】

本開示の一態様は、軸を有するロータに画定されたロータ溝のためのタービンブレードアセンブリを提供する。タービンブレードアセンブリは、エアフォイルと、エアフォイルに結合されたダブテールとを含むタービンブレードであって、ダブテールは、取付けアーム（mounting arm）と、軸に対して半径方向内側に面する端面（end surface）とを含む、タービンブレードと、ダブテールの端面に接触するように構成された第１の端部と第２の端部とを含む拡張インサート（extension insert）であって、第２の端部は、軸に対して半径方向内側に延びる少なくとも１つの位置決め脚部（positioning leg）を含む、拡張インサートであって、ダブテールと拡張インサートは、タービンブレードをロータに取り付けるためにロータ溝内に位置決めされるように構成される、拡張インサートと、を含む。

【0006】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、取付けアームは、ロータ溝の半径方向内向きのロータフックに係合し、少なくとも１つの位置決め脚部は、ロータ溝の半径方向外向きの表面と、少なくとも１つの位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向きの表面との間の平面板シム（planar plate shim）とのうちの１つに係合する。

【0007】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、拡張インサートは、４ミリメートルより大きい半径方向の広がりを有する。

【0008】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、少なくとも１つの位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向きの表面との間に少なくとも１つの平面板シムをさらに含み、少なくとも１つの平面板シムは、１．５ミリメートル以下の半径方向の広がりを有する。

【0009】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、タービンブレードのダブテールに対する拡張インサートの位置をロックする固定要素をさらに含む。

【0010】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、固定要素は雄－雌カプラを含む。

【0011】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、雄－雌カプラの雌部分は、ダブテールの端面内に画定され、雄－雌カプラの雄部分は、拡張インサートの第１の端部から延び、タービンブレードのダブテールに対する拡張インサートの位置をロックするために、端面内の雌部分内に着座するように構成される。

【0012】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、固定要素は、ダブテールの端面と拡張インサートの第１の端部とを結合する締結具を含む。

【0013】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、少なくとも１つの位置決め脚部は、軸に対して半径方向内側に延びる複数の位置決め脚部を含む。

【0014】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、複数の位置決め脚部の少なくとも２つは異なる長さを有する。

【0015】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、拡張インサートは、エアフォイルおよびダブテールの材料よりも軽い材料を含む。

【0016】

本開示の一態様は、軸を有するロータに画定されたロータ溝を提供する工程であって、ロータ溝は、半径方向内向きのロータフックと半径方向外向きの表面とを含む、工程と、タービンブレードアセンブリをロータ溝に取り付ける工程であって、タービンブレードアセンブリは以下を含む、工程と、を含む、方法を提供する：エアフォイルと、エアフォイルに結合されたダブテールとを含むタービンブレードであって、ダブテールは、取付けアームと、軸に対して半径方向内側に向いた端面とを含む、タービンブレードと、ダブテールの端面に接触するように構成された第１の端部と第２の端部とを含む拡張インサートであって、第２の端部は、軸に対して半径方向内側に延びる少なくとも１つの位置決め脚部を含む、拡張インサートと、を含む。

【0017】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、取付けアームは、ロータ溝の半径方向内向きのロータフックに係合し、少なくとも１つの位置決め脚部は、ロータ溝の半径方向外向きの表面と、少なくとも１つの位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向きの表面との間の平面板シムとのうちの１つに係合する。

【0018】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、拡張インサートは、４ミリメートルより大きい半径方向の広がりを有し、少なくとも１つの位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向きの表面との間に少なくとも１つの平面板シムを位置決めすることをさらに含み、少なくとも１つの平面板シムは、１．５ミリメートルより大きくない半径方向の広がりを有する。

【0019】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、固定要素を用いてタービンブレードのダブテールに対する拡張インサートの位置をロックすることをさらに含む。

【0020】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、固定要素は雄－雌カプラを含む。

【0021】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、雄－雌カプラの雌部分は、ダブテールの端面内に画定され、雄－雌カプラの雄部分は、拡張インサートの第１の端部から延び、タービンブレードのダブテールに対する拡張インサートの位置をロックするために、端面内の雌部分内に着座するように構成される。

【0022】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、固定要素は、ダブテールの端面と拡張インサートの第１の端部とを結合する締結具を含む。

【0023】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、少なくとも１つの位置決め脚部は、軸に対して半径方向内側に延びる複数の位置決め脚部を含む。

【0024】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、複数の位置決め脚部の少なくとも２つは異なる長さを有する。

【0025】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、さらに、タービンブレードアセンブリをロータ溝に取り付ける前に、取付けアームと少なくとも１つの位置決め脚部の半径方向内向きの端面との間の第１の半径方向距離が、半径方向内向きのロータフックとロータ溝の半径方向外向きの表面との間の第２の半径方向距離と一致するように、少なくとも１つの位置決め脚部を調整することを含む。

【0026】

本開示の一態様は、軸を有するロータに画定されたロータ溝用のタービンブレードであって、エアフォイルと、エアフォイルに結合されたダブテールと、を備え、ダブテールは、取付けアームと、ダブテールの半径方向内側に面する端面から軸に対して半径方向内側に延びる単一の位置決め脚部と、を有する、タービンブレードを提供する。

【0027】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、取付けアームと単一の位置決め脚部の半径方向内向きの端面との間の第１の半径方向距離は、半径方向内向きのロータフックとロータ溝の半径方向外向きの表面との間の第２の半径方向距離と一致する。

【0028】

本開示の一態様は、方法を提供する。方法は、軸を有するロータにロータ溝を設けるステップを含み、ロータ溝は、半径方向内向きのロータフックと半径方向外向きの表面とを含む、取付けアームと、ダブテールの半径方向内向きの端面から延びる単一の位置決め脚部とを有するダブテールを含むタービンブレードにおいて、取付けアームと単一の位置決め脚部の半径方向内向きの端面との間の第１の半径方向距離が、半径方向内向きのロータフックとロータ溝の半径方向外向きの表面との間の第２の半径方向距離と一致するように、単一の位置決め脚部を調整するステップと、タービンブレードのダブテールをロータ溝に取り付けるステップと、を含む。

【0029】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、ロータ溝を提供するステップは、半径方向内向きのロータフックとロータ溝の半径方向外向きの表面との間の第２の半径方向距離を拡大するためにロータ溝を機械加工するステップを含む。

【0030】

本開示の別の態様は、先行する態様のいずれかを含み、さらに、取付けアームと単一の位置決め脚部の半径方向内向きの端面との間の第１の半径方向距離が、半径方向内向きのロータフックとロータ溝の半径方向外向きの表面との間の第２の半径方向距離よりも小さくなるように、単一の位置決め脚部を調整することと、取り付けが、単一の位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向きの表面との間に少なくとも１つの平面板シムを位置決めすることとを含む。

【0031】

本開示の態様は、先行する態様のいずれかの少なくとも１つのタービンブレードまたは少なくとも１つのタービンブレードアセンブリを含むタービンを含むタービンシステムを含み得る。

【0032】

要約部に記載されているものを含め、本開示に記載されている２つ以上の態様を組み合わせて、本明細書に具体的に記載されていない実施形態を形成することができる。すなわち、本明細書に記載される全ての実施形態は、互いに組み合わせることができる。

【0033】

１つまたは複数の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、目的および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0034】

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて取られる本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されるであろう。

【図1】本開示の教示を適用することができる、ガスタービンおよび蒸気タービンを含む例示的な複合サイクル発電所（ＣＣＰＰ）の概略図である。

【図2】本開示の教示を適用することができる、ガスタービンおよび蒸気タービンを含む別の例示的なＣＣＰＰの概略図である。

【図3】本開示の教示を適用できる例示的な蒸気タービンシステムの透視図である。

【図4A】シムを使用した従来のタービンブレードの取り付けを示す概略図である。

【図4B】シムを使用した従来のタービンブレードの取り付けを示す断面図である。

【図5】ロータ溝を拡大した概略断面図である。

【図6】２つの位置決め脚部を有するダブテールを含む従来のタービンブレードを取り付ける端面透視図である。

【図7】本開示の実施形態による、単一の位置決め脚部を含むタービンブレードの取り付けの拡大端面透視図である。

【図8】本開示の実施形態による、それぞれが単一の位置決め脚部を含むタービンブレードの取り付けの端部透視図である。

【図9】本開示の実施形態による、単一の位置決め脚部を含み、シムを使用するタービンブレードの取付けの拡大端面透視図である。

【図10】本開示の実施形態による、ダブテールを有するタービンブレードと、その上に１以上の位置決め脚部を含む拡張インサートとを含むタービンブレードアセンブリを取り付ける端面透視図である。

【図11】本開示の実施形態による、１以上の位置決め脚部を含む拡張インサートの透視図である。

【図12】本開示の実施形態による、ダブテールを有するタービンブレードと、２つの位置決め脚部を含み、両脚の下に１以上のシムを使用する拡張インサートとを含むタービンブレードアセンブリを取り付ける端面透視図である。

【図13】本開示の実施形態による、ダブテールを有するタービンブレードと、２つの位置決め脚部を含み、１つの脚の下のみにシムを使用する拡張インサートとを含むタービンブレードアセンブリを取り付ける端面透視図である。

【図14】本開示の実施形態による、ダブテールと、位置決め脚部と固定要素とを含む拡張インサートとを有するタービンブレードの分解透視図である。

【図15】本開示の他の実施形態による、ダブテールと、位置決め脚部と固定要素とを含む拡張インサートとを有するタービンブレードの分解透視図である。

【図16】本開示の追加的な実施形態による、ダブテールと、位置決め脚部と固定要素とを含む拡張インサートとを有するタービンブレードの分解透視図である。

【図17】本開示の他の実施形態による、ダブテールと、位置決め脚部と固定要素とを含む拡張インサートとを有するタービンブレードの分解透視図である。

【図18】本開示の実施形態による、単一の位置決め脚部を含む拡張インサートの透視図である。

【図19】本開示の実施形態による、３つの位置決め脚部を含む拡張インサートの透視図である。

【図20】本開示の実施形態による、異なる長さを有する位置決め脚部を含む拡張インサートの透視図である。

【図21】本開示の実施形態による、円周方向に沿って異なる長さを有する位置決め脚部を含む拡張インサートの透視図である。

【0035】

本開示の図面は必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを描写することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではない。図面において、同様の番号は、図面間の同様の要素を表す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

最初の事項として、本開示を明確に説明するために、タービンシステムの例示的な用途の中で関連する機械構成要素を参照し説明する際に、特定の用語を選択する必要が生じる。その際、可能であれば、一般的な業界用語を使用し、その一般的な意味と一致する方法で採用する。特に断りのない限り、このような用語は、本願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広範な解釈を与えるべきである。当業者であれば、特定の構成要素が複数の異なる用語または重複する用語を用いて言及されることが多いことを理解するであろう。

【0037】

加えて、いくつかの説明的な用語が本明細書で定期的に使用されることがあるが、本節の冒頭でこれらの用語を定義しておくことは有益であろう。これらの用語およびその定義は、特に断りのない限り、以下の通りである。本明細書で使用する「下流」および「上流」は、ターボマシンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、またはターボマシンの構成システムの１つを通る冷却材の流れなどの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れ方向に対応し、「上流」という用語は、流れと反対の方向を指す。また、「前方」および「後方」という用語は、それ以上の特定はなく、方向を指し、「前方」はターボマシンの前方またはコンプレッサ端部を指し、「後方」はターボマシンの後方またはタービン端部を指す。

【0038】

中心軸に対して異なる半径方向の位置にある部品について説明する必要がある場合が多い。「軸方向：axial」という用語は、軸、例えばタービンシステムのロータの軸に平行な移動または位置を指す。「半径方向：radial」という用語は、軸、例えばタービンシステムのロータの軸に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸に近い位置にある場合、本明細書では、第１の構成要素が第２の構成要素の「半径方向内側：radially inward」または「インボード：inboard」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸から遠くに存在する場合、本明細書では、第１の構成要素が第２の構成要素の「半径方向外側：radially outward」または「アウトボード：outboard」にあると記載することができる。最後に、「円周方向：circumferential（周方向）」という用語は、軸を中心とした移動または位置を指し、例えば、タービンブレードのダブテールの半径方向内向きの端面は、ターボ機械のロータの軸を中心として円周方向に延びることがある。上記に示したように、このような用語は、タービンシステムのロータの軸に関連して適用され得ることが理解されよう。

【0039】

さらに、本明細書では、以下に説明するように、いくつかの説明的用語が規則的に使用される場合がある。「第１」、「第２」、および「第３」という用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するために互換的に使用されることがあり、個々の構成要素の位置または重要性を意味することを意図していない。

【0040】

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうでないことが示されない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書において使用される場合、用語 「含む：ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および／または「含んでいる：ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素（features, integers, steps, operations, elements, and/or components）の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されるであろう。「任意に」または「任意の」とは、その後に記述される事象が発生してもしなくてもよいこと、またはその後に記述される特徴が存在してもしなくてもよいこと、およびその記述が、事象が発生する、または特徴が存在する事例と、事象が発生しない、または特徴が存在しない事例とを含むことを意味する。

【0041】

ある要素または層が、他の要素または層に「載っている」、「係合されている」、「接続されている」、「結合されている」、または「取り付けられている」と言及される場合、他の要素または層に直接載っている、係合されている、接続されている、結合されている、または取り付けられている可能性があり、あるいは介在する要素または層が存在する可能性がある。対照的に、ある要素が他の要素や層の上に「直接」、「直接係合」、「直接接続」、「直接結合」されていると呼ばれる場合、介在する要素や層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も同様に解釈されるべきである（例えば、「間」対「直接間」、「隣接」対「直接隣接」など）。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたは複数のあらゆる組み合わせを含む。本明細書において、「カップル」および「マウント」の動詞の形は、互換的に使用され得る。

【0042】

上記に示したように、本開示は、タービンブレードおよびロータ溝のためのタービンブレードアセンブリを提供する。タービンブレードのダブテールは、取付けアームと、ロータ軸に対して半径方向内側に面する端面（end surface）とを含む。特定の実施形態では、拡張インサートは、ダブテールの端面に接触するように構成された第１の端部と、第２の端部とを含む。少なくとも１つの位置決め脚部は、インサートの第２の端部から軸に対して半径方向内側に延びている。ダブテールと拡張インサートは、タービンブレードをロータに取り付けるためにロータ溝内に配置されるように構成され、タービンブレードアセンブリを形成する。取付けアームは、ロータ溝の半径方向内向きのロータフックに係合し、１以上の位置決め脚部は、ロータ溝の半径方向外向きの表面と、１以上の位置決め脚部とロータ溝の半径方向外向きの表面との間の平面プレートシムの一方に係合する。他の実施形態は、軸を有するロータに画定されたロータ溝用のタービンブレードを提供する。タービンブレードは、エアフォイルと、エアフォイルに結合されたダブテールとを含む。ダブテールは、取付けアームと、ダブテールの半径方向内側に面する端面から軸に対して半径方向内側に延びる単一の位置決め脚部とを有する。関連する方法も提供される。

【0043】

タービンブレードまたはタービンブレードアセンブリの様々な実施形態は、あらゆる溝深さのあらゆる形態のタービンロータ溝に使用することができる。有利なことに、様々な実施形態は、整備中に拡大したロータ溝に合わせて再加工するのに十分な材料も提供する。タービンブレードまたはタービンブレードアセンブリは、新たな溶接を必要とすることなく、新たなタービンシステムに使用すること、および／またはあらゆる製造業者の既存のユニットに使用／再装着することができる。タービンブレードまたはタービンブレードアセンブリは、クラックの対象となる老朽化したロータ領域を除去するために整備された新しい深いロータ溝に適合させることができるが、ブレード（ダブテール）重量を増加させることはない。位置決め用脚部だけでロータフックと半径方向位置決め用ロータ溝の半径方向外向きの端面（底面）との間に締まり嵌めを作ることができ、あるいは脚部の下に平面板シムを挿入してロータフックとロータ溝の底面との間に締まり嵌めを作ることもできる。

【0044】

本明細書で説明するタービンブレードまたはタービンブレードアセンブリは、ガスタービンシステムおよび／または蒸気タービンシステムなどの任意のタービンシステムで使用することができるが、これらに限定されるものではない。説明の便宜上、本開示の教示を主に蒸気タービンシステムに関して説明する。しかし、本開示の教示の２つの可能な運転設定を同時に説明するために、複合サイクル発電所について簡単に説明する。

【0045】

図１に目を向けると、例示的な複合サイクル発電所（ＣＣＰＰ：combined cycle power plant）１００の一部の概略図が示されている。即座の例では、ＣＣＰＰ１００は、２つの発電機を有する多軸システムであるが、当業者であれば、本開示の教示があらゆる種類の複合サイクル発電所に適用可能であることを容易に理解するであろう。ＣＣＰＰ１００は、ガスタービン（ＧＴ：gas turbine）システム１０２および蒸気タービン（ＳＴ：steam turbine）システム１０４を含むことができる。

【0046】

ＧＴシステム１０２は、シャフト１０６によって、電気エネルギーを生成する第１の発電機１０８に機械的に結合される場合がある。ＧＴシステム１０２は、圧縮機１１０および燃焼器１１２を含むことができる。ＧＴシステム１０２は、共通の圧縮機／タービンシャフト１０６に結合されたガスタービン１１４も含む。一実施形態では、ガスタービンシステム１０２は、米国サウスカロライナ州グリーンビルのゼネラルエレクトリック社が販売するＭＳ７００１ＦＢエンジン（９ＦＢエンジンと呼ばれることもある）である。本開示は、特定の１つのＧＴシステムに限定されず、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙの他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭおよびＥクラスエンジンモデル、ならびに他社のエンジンモデルを含む他のエンジンに関連して移植され得る。運転中、空気は圧縮機１１０の入口に入り、圧縮された後、燃焼器１１２に排出され、そこでガス、例えば天然ガス、または流体、例えば油などの燃料が燃焼され、ガスタービン１１４を駆動する高エネルギーの燃焼ガスが供給される。ガスタービン１１４では、高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、その一部は回転シャフト１０６を介して圧縮機１１０を駆動するために使用され、残りは電気を生成するためにシャフト１０６を介して第１の発電機１０８などの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。

【0047】

ＳＴシステム１０４は、シャフト１２４を介して別の発電機１２２に動作可能に連結される蒸気タービン１２０を含む。ＳＴシステム１０４は、実際には、１つまたは複数の蒸気タービン、例えば、図示のように、高圧（ＨＰ：high pressure）タービン１２６、中間圧（ＩＰ：intermediate pressure）タービン１２８、および低圧（ＬＰ：low pressure）タービン１３０を含むことができ、これらの各タービンは、シャフト１２４に結合されている。各蒸気タービン１２６、１２８、１３０は、シャフト１２４に機械的に結合された複数の回転ブレード（図１～２には図示せず）を含む。

【0048】

ＣＣＰＰ１００はまた、ＧＴシステム１０２およびＳＴシステム１０４に動作可能に接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ：heat recovery steam generator）１３４を含む蒸気源１３２を含むことができる。理解されるように、ＧＴシステム１０２からの排気１３６は、ＨＲＳＧ１３４によって、ＳＴシステム１０４によって使用するための蒸気流１３８を生成するために使用される。ＨＲＳＧ１３４は、従来のＣＣＰＰで使用されるような従来のＨＲＳＧ構成を含むことができ、および／または、蒸気を生成するために排気エネルギーを使用するための別のタイプの熱交換器または同様の構成要素として具現化されることができる。例えば、ＨＲＳＧ１３４は、ＨＲＳＧ１３４内の水が排気１３６（図１）によって加熱されて蒸気流１３８を生成するように、その中に水を有する熱伝導性パイプ、ラインなどを含むことができる。ＨＲＳＧ１３４は、従来の配管（番号は省略）を介してＧＴシステム１０２およびＳＴシステム１０４の両方に流体的に接続されてもよい。

【0049】

運転中、蒸気源１３２（例えば、ＨＲＳＧ１３４や他の供給源）からの蒸気は、ＨＰタービン１２６、ＩＰタービン１２８および／またはＬＰタービン１３０の入口に入り、そのブレードに力を与えてシャフト１２４を回転させるように流される。理解されるように、上流タービンからの蒸気は、後に下流タービンで使用されることがある。こうして蒸気源１３２によって生成された蒸気は、ＳＴシステム１０４の少なくとも一部を駆動し、シャフト１２４および第２の発電機１２２のような付加的な負荷を駆動するための付加的な仕事が取り出され、その結果、付加的な電力が生成される。

【0050】

発電機１０８、１２２およびシャフト１０６、１２４は、当該技術分野で知られている任意のサイズまたはタイプであってよく、それらの用途またはそれらが接続されるシステムに応じて異なってよいことが理解される。発電機およびシャフトの共通番号は、明確にするためのものであり、これらの発電機またはシャフトが必ずしも同一であることを示唆するものではない。

【0051】

図２に示す別の実施形態では、単一シャフトＣＣＰＰ１４０は、共通シャフト１４４を介してＧＴシステム１０２およびＳＴシステム１０４に結合された単一の発電機１４２を含むことができる。蒸気源１３２、ＳＴシステム１０４および／またはＧＴシステム１０２は、図１に関連して説明したものと同様であってよい。どのように具体化されても、ＧＴシステム１０２、蒸気源１３２、およびＳＴシステム１０４を組み込んだＣＣＰＰ１００（図１）、１４０（図２）は、その自動制御を提供するために、現在知られているまたは後に開発される制御システム（図示せず）を含むか、またはそれらと相互作用することができる。

【0052】

図３は、蒸気タービン（ＳＴ）システム１５０、例えば、図１及び図２のシステム１３０と同様の低圧ＳＴシステムの透視部分切断図である。ＳＴシステム１５０は、回転シャフト１５４及び軸方向に間隔を置いた複数のロータホイール１５８を含むロータ１５２を含む。複数の回転ブレード１６０が、ロータ１５２の各ロータホイール１５８に機械的に結合されている。より具体的には、ブレード１６０は、各ロータホイール１５８の周囲を円周方向に延びる列に配置されている。複数の静止ベーン１６２がシャフト１５４の周りに円周方向に延びており、ベーンはブレード１６０の隣接する列の間に軸方向に配置されている。静止ベーン（stationary vanes）１６２はブレード１６０と協働して段を形成し、ＳＴシステム１５０を通る蒸気流路の一部を画定する。運転中、蒸気流１３８はＳＴシステム１５０の入口に入り、静止ベーン１６２を通って流される。ベーン１６２は、蒸気流１３８をブレード１６０に対して下流に導く。蒸気流１３８は残りの段を通過し、ブレード１６０に力を与え、シャフト１５４を回転させる。ＳＴシステム１５０の少なくとも一端は、ロータ１５２から軸方向に離れて延び、発電機１２２（図１）、および／または別のタービンシステムなどの負荷または機械（図示せず）に取り付けることができるが、これらに限定されない。

【0053】

図３に示されるような本開示の一実施形態では、ＳＴシステム１５０は５つのステージ（段：stages）から構成される。この５つのステージは、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４と称される。ステージＬ４は第１ステージであり、５つのステージのうちで（半径方向において）最も小さい。ステージＬ３は第２ステージであり、軸方向で次のステージである。ステージＬ２は第３ステージで、５つのステージの中間に位置する。ステージＬ１は、４番目のステージで、次に最後のステージである。ステージＬ０は最後のステージであり、（半径方向で）最大のステージである。５つのステージは一例として示されているに過ぎず、各タービンは５つよりも多いステージを有していてもよいし、少ないステージを有していてもよいことを理解されたい。また、本明細書で説明するように、本発明の教示は多段タービンを必要としない。

【0054】

図４Ａは、ロータ１５２のロータ溝（図示せず）に取り付けられている複数のタービンブレード１６０の概略図を示し、図４Ｂは、ロータ１５２のロータ溝（rotor groove）１７０に相対的に取り付けられたタービンブレード１６０の断面図を示し、図５は、ロータ１５２の様々なロータ溝１７０に相対的に取り付けられたタービンブレード１６０の断面図を示す。図４Ａ～Ｂおよび図５に示されるように、タービンブレード１６０は、とりわけ、エアフォイル（airfoil）１６８と、エアフォイル１６８に結合されたダブテール１７２とを含む。（ダブテール１７２は、取付けアーム（mounting arm）１７４（図４および図５に２つ示されている）と、ロータ１５２の軸Ａに対して半径方向内側に向いた端面（end surface）１７６とを含むことができる。（注、軸Ａの実際の位置は、図４および図５のページでは図示よりも低い）。ロータ溝１７０は、半径方向内向きのロータフック１８０（２つ図示）と半径方向外向きの表面（radially outward facing surface）１８２、すなわち図示のように溝１７０の底にある。（注、ロータフックは、当該技術分野ではランド又はロータホイールとも呼ばれることがある）。当技術分野で認識されているように、ダブテール１７２およびロータ溝１７０は、ロータ１５２に取り付けられたタービンブレード１６０を保持するための様々な他の嵌合面（mating surfaces、図示せず）を含むことができる。例えば、ＧＴシステム用のダブテール１７２は、タービンブレードの確実な取り付けを確保するために、例えばモミの木（fir tree）のように、より多くの面を有していてもよい。図５に示す初期設定において、ダブテール１７２の１以上の取付けアーム１７４は、ロータ溝１７０の半径方向内向きのロータフック１８０に係合し、半径方向内向きの端面（radially inward facing end surface）１７６は、ロータ溝１７０の半径方向外向きの表面１８２に係合する。このようにして、ダブテール１７２は、タービンブレード１６０をロータ１５２に保持するために、ロータ溝１７０にぴったりと嵌る大きさにされる。図４Ａ－Ｂに示す他の実施形態では、ロータ溝１７０の半径方向外向きの表面１８２とダブテール１７２の半径方向内向きの端面１７６との間に１つまたは複数の平面板シム１９０を挿入して、ダブテール１７２をロータ溝１７０内にしっかりと位置決めする、すなわち詰めること（pack）ができる。ＧＴシステムも同様の取り付けシステムを採用していることが認識されよう。

【0055】

使用中、ロータ溝１７０は老朽化し、タービンシステム、例えばＳＴシステム１５０（図３）の定期点検時に除去する必要のある欠陥、例えば、兆候、亀裂、浸食、または他の変形（indications, cracks, erosion or other deformities）を示すことがある。整備中、タービンブレード１６０はロータ溝１７０から取り外され、ロータ溝１７０はその一部を除去するために機械加工され、その結果、元のロータ溝１７０と比較して拡大したロータ溝が形成される。図５は、初期のロータ溝１７０を拡大できる範囲を示す２本の線を示している。ロータ溝１７０Ａは、半径方向に（一般にページ上下に）第１の距離Ｄ１だけ拡大され、ロータ溝１７０Ｂは、距離Ｄ１より大きい第２の距離Ｄ２だけ半径方向に拡大されている。除去される材料の量は、欠陥の深さなどの多くの要因に依存し得るが、これらに限定されない。非限定的な一例では、距離Ｄ１は５ミリメートル（ｍｍ）、距離Ｄ２は１０ｍｍとすることができる。いずれにせよ、新しいロータ溝１７０Ａ、１７０Ｂは、典型的にはもはやタービンブレード１６０をロータ１５２に保持するために使用することができない初期のダブテール１７２よりも大きい。本開示の実施形態は、タービンシステムの整備中に拡大されたロータ溝に関連して説明されるが、本開示の教示は、ロータ溝がそこに取り付けられる必要のあるダブテールよりも大きく設計される新しいタービンシステムにも適用可能であることが強調される。この配置は、ロータが溝応力集中係数を低減するために実質的に大きなロータ溝を必要とする一方で、遠心応力を低減するために小さなダブテールを必要とする場合に望まれる可能性がある。

【0056】

図６は、拡大されたロータ溝１７０Ａまたは１７０Ｂ内に稠密に嵌合するダブテール（tight-fitting dovetail）２００を提供するための１つのアプローチを示す透視図である。図６において、新しいタービンブレード１９８は、その半径方向内向きの端面（radially inward facing end surface）２０４から延びる一対の位置決め脚部２０２を有するダブテール２００を含む。脚部２０２は、ダブテール２００の取付けアーム１７４が新しいロータ溝１７０Ａまたは１７０Ｂの半径方向内向きのロータフック２０６に係合し、脚部２０２の半径方向内向きの端部（radially inward facing ends）２１０がロータ溝１７０Ａまたは１７０Ｂの半径方向外向きの表面（radially outward facing surface）２１２にきつく係合するように、サイズを決めることができる。図４Ａ－Ｂのようなプレートシムもこの配置で使用できる。この方法は、ぴったりとした配置を提供するが、脚部２０２は、ダブテール２００の一部として一体的に形成され（すなわち、これらは同じ一体材料である）、遠心力と応力を増加させ得る追加重量を生じさせる。

【0057】

図７は、本開示の実施形態によるタービンブレード３００の拡大透視図であり、図８は、複数のタービンブレード３００がロータ３０２に取り付けられている透視図である。タービンブレード３１０は、エアフォイル３１２と、エアフォイル３１２に結合されたダブテール３１４とを含む。ダブテール３１４は、ダブテール３１４の半径方向内向きの端面３２０から軸Ａに対して半径方向内向きに延びる取付けアーム（mounting arm）３１６（２つ図示）および単一の位置決め脚部（single positioning leg）３１８を含む。取付けアーム３１６および単一の位置決め脚部３１８を含むダブテール３１４は、単一の材料で一体的に形成されている。図７に示すように、取付けアーム３１６と単一の位置決め脚部３１８の半径方向内向きの端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１は、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ２に一致する。したがって、タービンブレード３００は、タービンブレード１９８（図６）よりも軽量で、拡大されたロータ溝３０４内に稠密なダブテール３１４を提供する。単一の位置決め脚部３１８は、ダブテール３１４の半径方向内向きの端面３２０上の軸方向の任意の位置に設けることができる。単一の位置決め脚部３１８は、一貫した長さＬ１、すなわち、ダブテール３１４の半径方向内向きの端面３２０とその半径方向内向きの端部３２２との間の長さを有することができる。他の実施形態では、長さＬ２は、ロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２の凹凸に対応するために、円周方向に、すなわち図７のページ内またはページ外で（into or out of page of FIGS. 7）変化し得る。タービンブレード３００は、鋳造や付加製造に限定されないが、そのような現在知られているまたは後に開発される技術を使用して形成することができる。

【0058】

タービンブレード３００を取り付ける方法は、軸Ａを有するロータ３０２に画定されたロータ溝３０４を設けることを含み得る。ロータ溝３０４は、半径方向内向きのロータフック３３０および半径方向外向きの表面３３２を含む。前述のように、特定の実施形態では、ロータ溝３０４を設けることは、ロータ溝３０４を機械加工して、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ２を拡大すること、例えば、以前の使用による老朽化した表面または損傷した表面を除去することを含むことができる。タービンブレード３１０は、取付けアーム３１６を有するダブテール３１４と、ダブテール３１４の半径方向内向きの端面３２０から延びる単一の位置決め脚部３１８とを含む。単一の位置決め脚部３１８を有するタービンブレード３００は、取付けアーム３１６と単一の位置決め脚部３１８の半径方向内向きの端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１が、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の第２の半径方向距離ＲＤ２に一致するように形成することができる。あるいは、単一の位置決め脚部３１８は、取付けアーム３１６と単一の位置決め脚部３１８の半径方向内向きの端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１が、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の第２の半径方向距離ＲＤ２に一致するように、例えば機械加工して調整することができる。例えば、単一の位置決め脚部３１８の半径方向内向きの端部３２２から材料を除去してその長さを調整するために、任意の機械加工を行うことができる。

【0059】

図８は、タービンブレード３００のダブテール３１４をロータ溝３０４に取り付ける様子を示している。ダブテール３１４は、現在知られている又は後に開発される任意の方法でロータ溝３０４に取り付けることができ、典型的には、ダブテール３１４をロータ溝３０４の開放端にスライド挿入することによってロータ溝３０４に取り付けることができる。ダブテール３１４は、隣接するタービンブレード３００のダブテール３１４に突き当たるまで、ロータ溝３４０に沿って円周方向にスライドさせることができる。なお、場合によっては、半径方向に延びるシム（図示せず）を隣接するタービンブレード３００のダブテール間に配置して、周方向に適切に位置決めすることができる。場合によっては、単一の位置決め脚部３１８を調整することは、取付アーム３１６と単一の位置決め脚部３１８の半径方向内向きの端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１が、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ２よりも小さくなるように調整することを含むことがある。この場合、図９に示すように、取り付けは、単一の位置決め脚部３１８とロータ溝３０４の半径方向外向きの面３３２との間に少なくとも１つの平面板シム３３８を位置決めすることをさらに含むことができる。ダブテール３１４とロータ溝３０４の接続を強固にするために、任意の数の平面板シム３３８を設けることができる。

【0060】

図７～図９の実施形態の１つの課題は、各タービンブレード３００が単一の位置決め脚部３１８を備えて製造され、使用するために正確な大きさにされるためには、ロータ溝３０４の大きさが一般に知られていなければならないことである。しかしながら、タービンシステムの保守点検中に（during servicing of a turbine system）、ロータ溝３０４の必要な拡大量（required amount of enlargement）が、単一の位置決め脚部３１８を有するタービンブレード３００の製造に十分なリードタイムを残すような方法で知られていない場合がある。さらに、拡大量は、ステージに基づいて、および／または特定のロータ溝３０４に沿って変化する可能性があり、別の未知のセットを生成する（generating another set of unknowns）。適切なサイズのタービンブレード３００の製造が遅れると、タービンシステムの整備の完了が遅れる可能性があり、非常に高くつく可能性がある。

【0061】

図１０～図２１を参照すると、別の実施形態では、タービンブレードアセンブリ４００（以下、「アセンブリ４００」）は、別個の拡張インサート（extension insert）４０６を備えたダブテール４０４を有するタービンブレード４０２を採用している。拡張インサート４０６は、ダブテール４０４と一体的に形成されていない。別個の拡張インサート４０６を備えたダブテール４０４を有するタービンブレード４０２を備えたアセンブリ４００は、上述の課題に対処する方法でダブテール４０４の半径方向内向きの端面を分割する。例えば、タービンブレードアセンブリ４００は、長いリードタイムを有する可能性のある整備のためのタービンブレード４０２の製造および提供を可能にするが、より短時間で製造および提供することができ、タービンシステム内のすべてのタービンブレードに対してぴったりと嵌合するダブテールロータ溝配置を提供するために高度にカスタマイズ可能である拡張インサート４０６を提供する。

【0062】

図１０、図１２および図１３は、本開示の実施形態によるタービンブレードアセンブリ４００の端面図を示し、図１１は、拡張インサート４０６の透視図を示す。図１０、図１２および図１３に示すように、アセンブリ４００は、軸Ａ（図５のロータ溝１７０Ａ、１７０Ｂと同様）を有するロータ４１２に画定された拡大されたロータ溝（enlarged rotor groove）４１０のために構成されている。アセンブリ４００は、エアフォイル４１６を含むタービンブレード４０２と、エアフォイル４１６に結合されたダブテール４０４とを含むことができる。ダブテール４０４は、取付けアーム４２０と、軸Ａに対して半径方向内側に面する端面４２２とを含む。これらの実施形態では、ダブテール４０４の端面４２２は、位置決め脚部を有さず、ロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２に接触するようには延びていない。むしろ、図１０～１３に示すように、アセンブリ４００は、ダブテール４０４の端面４２２に接触するように構成された第１の端部４２４と、第２の端部４２６とを含む別個の拡張インサート４０６を含む。第２の端部４２６は、軸Ａに対して半径方向内側に延びる少なくとも１つの位置決め脚部４２８を含む。図１０～図１３に示すように、ダブテール４０４および拡張インサート４０６は、タービンブレード４０２をロータ４１２に取り付けるためにロータ溝４１０内に位置決めされるように構成されている。取付けアーム４２０は、ロータ溝４１０の半径方向内向きのロータフック４３０に係合し、拡張インサート４０６は、ダブテール４０４の端面４２２とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間の半径方向の空間を埋めることができる。

【0063】

図１０に示すように、特定の実施形態では、設けられた全ての位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２に係合することができる。この実施形態では、１以上の位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０のダブテール４０４とぴったり合うように製造されるか、又はロータ溝４１０のダブテール４０４とぴったり合うように、例えば、材料を除去するために機械加工されるなどして調整される。図１２に示すように、他の実施形態では、全ての１以上の位置決め脚部４２８は、１以上の位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間に１つ又は複数の平面板シム４４０を係合させてもよい。すなわち、位置決め脚部４２８の全ては、ロータ溝４１０内のダブテール４０４との締まり嵌めを作るにはわずかに短すぎ、１つ以上の平面板シム４４０が、ロータ溝４１０内のダブテール４０４とインサート４０６との締まり嵌めを提供する。したがって、アセンブリ４００は、位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間に少なくとも１つの平面板シム４４０を含むことができる。あるいは、図１３に示すように、特定の実施形態では、ロータ溝４１０内のダブテール４０４と（調整ありまたは調整なしで）ぴったり合うように製造された位置決め脚部４２８を、平面板シム４４０を必要とするものと組み合わせることができる。したがって、取付けアーム４２０は、ロータ溝４１０の半径方向内向きのロータフック４３０に係合し、位置決め脚部４２８は、位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間に、ロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２または平面板シム４４０に係合することができる。

【0064】

拡張インサート４０６は、ロータフック４３０と半径方向外向き表面４３２との間の異なる半径方向距離に対処するために高度にカスタマイズ可能である。拡張インサート４０６は、半径方向距離が所定のロータ溝４１０に対して一定である状況に対処することができる。別の例では、拡張インサート４０６は、その２つ以上の位置決め脚部４２８が異なる長さを有することによって、軸方向において所定のロータ溝４１０内の半径方向距離の不一致に対処することができる。図２０は、第１の端部４２４からそれぞれの半径方向内向き端部（radial inner ends）４３８Ａ、４３８Ｂまでの長さＬ２、Ｌ３が異なる位置決め脚部４２８Ａ、４２８Ｂを含む拡張インサート４０６を示す。すなわち、複数の位置決め脚部４２８が使用される場合、複数の位置決め脚部のうちの少なくとも２つは、異なる長さを有してもよく、例えば、脚部４２８Ａは長さＬ２を有し、脚部４２８Ｂは、第１の端部４２４から各脚部の半径方向内側の端部まで測定された長さＬ３を有する。さらに別の実施例では、拡張インサート４０６は、円周方向、すなわち図１０、図１２および図１３のページの内外における所定のロータ溝４１０内の半径方向距離の不一致に対処することができる。例えば、選択されたインサート４０６上の１以上の位置決め脚部４２８は、選択されたインサート４０６が位置する異なる半径方向距離に対応するために、円周方向に異なる半径方向延長部を有することができる。例えば、図２１は、位置決め脚部４２８の半径方向内向き端部４３８の湾曲を示している。これに加えて、またはこれに代えて、周方向に隣接する拡張インサート４０６は、各インサートが配置される異なる半径方向距離に対応するために、異なる半径方向長さを有する位置決め脚部４２８を有することができる。いずれにしても、位置決め脚部４２８は、拡張インサート４０６の軸方向、すなわち軸Ａに沿って、どこにでも配置することができる。

【0065】

アセンブリ４００はまた、タービンブレード４０２のダブテール４０４に対する拡張インサート４０６の位置を、例えばロータ溝４１０内の周方向および軸方向の両方においてロックする固定要素（fixation element）４５０を任意に含むことができる。固定要素４５０は様々な形態をとることができる。図１４～図１６に示す一例では、固定要素４５０は雄－雌カプラ４５０を含む。特定の実施形態では、雄－雌カプラ４５０の雌部分４５２は、ダブテール４０４の端面４２２に画定され、雄－雌カプラ４５０の雄部分４５４は、拡張インサート４０６の第１の端部４２４から延び、タービンブレード４０２のダブテール４０４に対する拡張インサート４０６の位置をロックするために、端面４２２の雌部分４５２内に着座するように構成されている。図１４において、雄－雌カプラ４５０は、端面４２２の対応する穴（holes）４５８に嵌合するように構成された２つ以上のペグ４５５を含むことができる。図１５および図１６において、雄－雌カプラ４５０は、端面４２２の溝またはスロットの形態の対応する雌部分４５２に嵌合するように構成された舌片要素（tongue element）の形態の雄部分４５４を含むことができる。多種多様な代替の雄－雌カプラ４５０が可能であり、本開示の範囲内で考慮されることが認識されるであろう。

【0066】

図１７に示す別の実施形態では、固定要素４５０は、ダブテール４０４の端面４２２と拡張インサート４０６の第１端部４２４とを結合する１つ以上の留め具４６０を含むことができる。ファスナー４５６はどのような形でもよく、拡張インサート４６０の対応する開口４６２を通って延び、ダブテール４０４の端面４２２の穴４６４に嵌合することができる。図示の例では、締結具４５６は、ボルトまたはねじのような、ねじ切り締結具（threaded fasteners such as bolts or screws）を含む。他の形の留め具４５６も可能である。

【0067】

拡張インサート４０６は、第１の端部４２４と第２の端部４２６との間（および任意の固定要素４５０を除く）で、４ミリメートルより大きい半径方向の広がりを有する。対照的に、提供される場合、各平面板シム４４０は、１．５ミリメートルより大きくない半径方向の広がりを有することができる。

【0068】

任意の数の位置決め脚部４２８を任意の拡張インサート４０６に使用することができる。図１８は、単一の位置決め脚部４２８が使用される実施形態を示し、図１０～図１７、図１９および図２０は、拡張インサート４０６が、軸Ａに対して半径方向内側に延びる複数の位置決め脚部４２８を含む実施形態を示し、図１０～図１７は、２つの位置決め脚部４２８が使用される実施形態を示し、図１９は、３つの位置決め脚部４２８が使用される実施形態を示す。本以上の位置決め脚部４２８も可能である。図２０に関連して先に述べたように、複数の位置決め脚部４２８が使用される場合、複数の位置決め脚部の少なくとも２つは異なる長さを有してもよく、例えば、脚部４２８Ａは長さＬ２を有し、脚部４２８Ｂは、第１の端部４２４から各脚部の半径方向内側の端部まで測定された長さＬ３を有する。

【0069】

タービンブレードアセンブリ４００は、鋳造や付加製造(casting and additive manufacture)に限定されないが、現在知られているまたは後に開発される技術を使用して形成することができる。しかしながら、ダブテール４０４およびエアフォイル４１６を含むタービンブレード４０２は一緒に形成されるが、拡張インサート４０６は別々に形成される。特定の実施形態では、拡張インサート４０６は、タービンブレード４０２の残りの部分、すなわちエアフォイル４１６およびダブテール４０４の材料よりも軽い材料を含むことができる。より軽い材料は、ロータ溝４１０内にダブテール４０４を保持する機能を有し、使用されるタービンシステム内の環境条件、例えば、ガスタービンにおける燃焼ガス温度、または蒸気タービンにおける蒸気温度に耐えるのに十分な強度を有する任意の材料であってよい。一例では、ダブテール４０４とエアフォイル４１６は高クロムまたはインコネル材（high chrome or Inconel material）を含み、拡張インサート４０６は低クロム材（low chrome material）を含む。ダブテール４０４と拡張インサート４０６に異なる材料を使用することで、ダブテール４０４の（一般的に）高価で加工しにくい材料を加工する必要性をなくすか、減らすことができ、高価な無駄を減らし、時間を節約することができる。

【0070】

図１０～２１に明示的に示された実施形態などの本開示の教示は、任意の方法で混在させることができることが強調される。例えば、図１４～図１７に示される固定要素４５０のいずれかは、他の実施形態のいずれか、例えば、図１０～図１３および図１８～図２１のいずれかにおいて、任意の拡張インサート４０６と共に使用され得る。

【0071】

ロータ溝４１０は、半径方向内向きのロータフック４３０と半径方向外向き表面４３２とを含む。前述のように、ロータ溝４１０を設けることは、ロータ溝４１０を機械加工して、半径方向内向きのロータフック４３０とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間の半径方向距離ＲＤ３を拡大すること、例えば、以前の使用によって古くなった表面や損傷した表面を除去することを含むことができる。前述のように、アセンブリ４００は、エアフォイル４１６を含むタービンブレード４０２と、エアフォイル４１６に結合されたダブテール４０４とを含むことができる。ダブテール４０４は、取付けアーム４２０と、軸Ｚに対して半径方向内向き端面４２２とを含む。ダブテール４０４の半径方向距離ＲＤ４、すなわち、取付けアーム４２０と端面４２２との間の距離は、ロータ溝４１０の半径方向距離ＲＤ３を埋めるには不十分である。アセンブリ４００はまた、ダブテール４０４の端面４２２に接触するように構成された第１の端部４２４と、第２の端部４２６とを含む拡張インサート４０６を含む。拡張インサート４０６の半径方向距離ＲＤ５は、ロータ溝４１０の半径方向距離ＲＤ３の全てではないにしても大部分をダブテール４０４の半径方向距離ＲＤ４で満たし、タービンブレード４０２をしっかりと取り付けるように設定または調整される。位置決め脚部４２８は、ダブテール４０４の取付けアーム４２０と位置決め脚部４２８の半径方向内向き端部４３８との間の半径方向距離ＲＤ６が、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ３に一致するように、例えば機械加工して調整することができる。位置決め脚部４２８の半径方向内向き端部４３８から材料を除去してその長さを調整するために、任意の機械加工を行うことができる。

【0072】

図１０は、例えば、タービンブレード４０２のダブテール４０４をロータ溝４１０に取り付ける様子と、拡張インサート４０６をロータ溝４１０に取り付ける様子を示している。構造体は、現在知られているまたは後に開発される任意の方法でロータ溝４１０に取り付けることができ、典型的には、ロータ溝４１０の開口端にダブテール４０４と拡張インサート４０６をスライド挿入することによって取り付けることができる。ダブテール４０４と拡張インサート４０６は、隣接するアセンブリ４００のダブテール４０４と拡張インサート４０６に突き当たるまで、ロータ溝４１０に沿って円周方向にスライドさせることができる。なお、場合によっては、半径方向に延びるシム（図示せず）を隣接するアセンブリ４００の間に配置して、周方向の適切な位置決めを確実にすることができる。

【0073】

ある場合には、この方法は、タービンブレードアセンブリ４００をロータ溝４１０に取り付ける前に、位置決め脚部４２８を、例えば機械加工して、ダブテール４０４の取付けアーム４２０と位置決め脚部４２８の半径方向内向き端部４３８との間の半径方向距離ＲＤ６が、半径方向内向きのロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外向きの表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ３に一致するように調整することを含むことができる。例えば、任意の位置決め脚部４２８の半径方向内向き端部４３８から材料を除去してその長さを調整するために、任意の機械加工を行うことができる。ある場合には、位置決め脚部４２８を調整することは、取付けアーム４２０と位置決め脚部４２８の半径方向内向き端部４３８との間の半径方向距離ＲＤ６が、半径方向内向きのロータフック４３０とロータ溝４１０の半半径方向外向き表面４３２との間の半径方向距離ＲＤ３よりも小さくなるように調整することを含むことができる。この場合、図１２および図１３に示すように、取り付けは、１つまたは複数の位置決め脚部４２８（図１２ではすべて、図１３では１つのみ）とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間に少なくとも１つの平面板シム４４０を位置決めすることをさらに含むことができる。ダブテール４０４、拡張インサート４０６、およびロータ溝４１０の接続を密に適合させるために、任意の数の平面板シム４４０を設けることができる。図１０、図１２及び図１３に示すように、取付けアーム４２０は、ロータ溝４１０の半径方向内向きのロータフック４３０に係合し、位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０の半径方向外向き表面面４３２の一方と、位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外向き表面４３２との間の平面板シム４４０とに係合する。

【0074】

前述したように、拡張インサート４０６は、第１の端部４２４と第２の端部４２６との間であって、４ミリメートルより大きい、任意の雄－雌カプラ（図１０～１３には図示せず）の任意の雄部分を除いた半径方向の広がりを有する。対照的に、提供される場合、各平面板シム４４０は、１．５ミリメートルより大きくない半径方向の広がりを有することができる。

【0075】

本方法はまた、固定要素４５０を使用して、タービンブレード４０２のダブテール４０４に対する拡張インサート４０６の位置をロックすることを含むことができ、この固定要素は、図１４～図１７に関連して本明細書に記載された任意の形態をとることができる。図１８および図１９に関連して述べたように、任意の数の位置決め脚部４２８を本方法で使用することができ、複数の位置決め脚部４２８が使用される場合、それらは異なる長さＬ２、Ｌ３を有することができる。

【0076】

本開示の実施形態は、様々な技術的および商業的利点を提供し、その例は本明細書で説明される。タービンブレードまたはタービンブレードアセンブリの様々な実施形態は、あらゆる溝深さのあらゆる形態のタービンロータ溝に使用することができる。様々な実施形態はまた、整備中及びロータ溝拡大後に適合するように再加工するのに十分な材料を提供する。タービンブレードまたはタービンブレードアセンブリは、中古のタービンシステムに適用できるものとして説明してきたが、新しいシステムにも使用できる。後者の場合、例えば、より大きなロータ溝内に比較的小さなダブテールを必要とする新しいブレードのダブテール設計に使用することができる。この配置は、ロータが溝応力集中係数を低減するために実質的に大きなロータ溝を必要とする一方で、遠心応力を低減するために小さなダブテールを必要とする場合に望まれることがある。どのような場合でも、タービンブレードまたはタービンブレードアセンブリは、ブレード（ダブテール）重量を増加させることなく、より深いロータ溝、例えば、新しい溝またはクラックの対象となる老朽化したロータ領域を除去するために整備された溝に適合することができる。位置決め脚部は、半径方向の位置決めのために、ロータ溝底との間に密な隙間を作るために使用することができ、または、ロータシートとの間に適切な半径方向の距離を提供するために、脚の下に挿入されたプレートシム（板シム）と共に使用することができる。本開示の教示は、（新たな溶接を必要とすることなく）いかなる純正機器メーカーのタービンシステムにも適用可能である。

【0077】

本明細書および特許請求の範囲を通じて使用される近似的な表現は、それが関連する基本的な機能の変化をもたらすことなく許容可能に変化し得るあらゆる定量的表現を修正するために適用することができる。したがって、「約：about」、「およそ：approximately」、「実質的に：substantially」などの用語によって修正される値は、指定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似的な表現は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。本明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、範囲の限定は組み合わされ、及び／又は交換される場合がある。このような範囲は、文脈又は文言が別段のことを示さない限り、特定され、そこに含まれるすべてのサブ範囲を含む。範囲の特定の値に適用される 「およそ」または「約」は、両端値に適用され、値を測定する機器の精度に依存しない限り、記載された値の±１０％を示す場合がある。

【0078】

以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステッププラス機能要素の対応する構造、材料、行為、および等価物は、具体的に特許請求されるように、他の特許請求される要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または行為を含むことを意図している。本開示の説明は、例示および説明の目的で提示されたが、開示された形態での開示について網羅的または限定的であることを意図するものではない。本開示の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形が当業者には明らかであろう。実施形態は、本開示の原理および実際の適用を最もよく説明するため、ならびに、当業者が、企図される特定の用途に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態について本開示を理解できるようにするために選択され、説明された。

【符号の説明】

【0079】

１００：ＣＣＰＰ １０２：ＧＴシステム １０４：ＳＴシステム １０６：回転シャフト １０８：第１の発電機 １１０：圧縮機 １１２：燃焼器 １１４：ガスタービン １２０：蒸気タービン １２２：第２の発電機 １２４：シャフト １２６：ＨＰタービン １２８：ＩＰタービン １３０：ＬＰタービン １３２：蒸気源 １３４：ＨＲＳＧ １３６：排気 １３８：蒸気流 １４０：単一シャフトＣＣＰＰ １４２：単一の発電機 １４４：共通シャフト １５０：ＳＴシステム １５２：ロータ １５４：回転シャフト １５８：ロータホイール １６０：回転ブレード １６２：静止ベーン １６８：エアフォイル １７０：ロータ溝 １７０Ａ、１７０Ｂ：新しいロータ溝 １７２：ダブテール １７４：取付けアーム １７６：半径方向内向きの端面 １８０：ロータフック １８２：半径方向外向きの表面 １９０：平面板シム １９８：新しいタービンブレード ２００：ダブテール ２０２：位置決め脚部 ２０４：半径方向内向きの端面 ２０６：半径方向内向きのロータフック ２１０：半径方向内向きの端部 ２１２：半径方向外向きの表面 ３００：タービンブレード ３０２：ロータ ３０４：ロータ溝 ３１２：エアフォイル ３１４：ダブテール ３１６：取付けアーム ３１８：位置決め脚部 ３２０：半径方向内向きの端面 ３２２：半径方向内向きの端部 ３３０：半径方向内向きのロータフック ３３２：半径方向外向きの表面 ３３８：平面板シム ４００：アセンブリ ４０２：タービンブレード ４０４：ダブテール ４０６：延長インサート ４１０：ロータ溝 ４１２：ロータ ４１６：エアフォイル ４２０：取付けアーム ４２２：端面 ４２４：第１の端部 ４２６：第２の端部 ４２８、４２８Ａ、４２８Ｂ：位置決め脚部 ４３０：ロータフック ４３２：半径方向外向き表面 ４３８、４３８Ａ、４３８Ｂ：半径方向内向き端部 ４４０：平面板シム ４５０：固定要素／雄－雌カプラ ４５２：雌部分 ４５４：雄部分 ４５５：ペグ ４５８：穴 ４６０：留め具 ４６２：開口部 ４６４：穴 Ａ：軸 Ｄ１：第１の距離 Ｄ２：第２の距離 Ｌ１：一貫した長さ ＲＤ１：第１の半径方向距離 ＲＤ２：第２の半径方向距離 ＲＤ３：第３の半径方向距離 ＲＤ４：第４の半径方向距離 ＲＤ５：第５の半径方向距離 ＲＤ６：第６の半径方向距離 Ｚ：軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【外国語明細書】