特開 2024-153553 拡大されたロータ溝に適したダボテール構成を有するタービンブレード及びアセンブリのための方法

(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】P2024153553

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】拡大されたロータ溝に適したダボテール構成を有するタービンブレード及びアセンブリのための方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/30 20060101AFI20241022BHJP

【ＦＩ】

F01D5/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024034579

(22)【出願日】2024-03-07

(31)【優先権主張番号】18/295,413

(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

(57)【要約】      （修正有）

【課題】新しくできた大きいロータ溝に適合するダボテールを有する新規のブレードであって、元のブレードよりも重量が重くならない新規のブレードを提供する。
【解決手段】延長挿入体は、ダボテールの端面４３２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とを含んでいる。少なくとも１つの位置決め脚部４２８は、挿入体の第２の端部４２６から軸に対して半径方向内側に向かって延在する。ダボテール４０４と延長挿入体は、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に配置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の半径方向内側を向くロータフック４３０に係合し、位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２、及び、位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２との間に位置する平坦な板状のシムのうちの一方に係合する。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

方法であって、
軸を有するロータ（４１２）に画定されるロータ溝（４１０）を用意することであって、前記ロータ溝（４１０）は、半径方向内側を向くロータフック（４３０）と半径方向外側を向く表面（４３２）とを含む、ロータ溝（４１０）を用意すること、
タービンブレードアセンブリ（４００）を前記ロータ溝（４１０）に取り付けること
を含み、
前記タービンブレードアセンブリ（４００）は、
エアフォイル（４１６）と、前記エアフォイル（４１６）に結合されたダボテール（４０４）とを含むタービンブレード（４０２）であって、前記ダボテール（４０４）は、取付けアーム（４２０）と、前記軸に対して半径方向内側を向く端面（４３２）とを含む、タービンブレード（４０２）と、
前記ダボテール（４０４）の端面（４３２）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）とを含む延長挿入体（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向かって延在する少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）を含む、延長挿入体（４０６）と
を含む、方法。

【請求項2】

前記取付けアーム（４２０）は、前記ロータ溝（４１０）の半径方向内側を向くロータフック（４３０）に係合し、前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）は、前記ロータ溝（４１０）の半径方向外側を向く表面（４３２）、及び、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）の半径方向外側を向く表面（４３２）との間に位置する平坦な板状のシム（４４０）のうちの一方に係合する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記延長挿入体（４０６）の半径方向の大きさは４ミリメートルより大きく、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）の半径方向外側を向く表面（４３２）との間に少なくとも１つの平坦な板状のシム（４４０）を位置決めすることを更に含み、前記少なくとも１つの平坦な板状のシム（４４０）の半径方向の大きさは、１．５ミリメートルよりも大きくない、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

固定要素（４５０）を使用して、前記タービンブレード（４０２）のダボテール（４０４）に対する前記延長挿入体（４０６）の位置を固定することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記固定要素（４５０）は嵌め込み形結合器を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記嵌め込み形結合器（４５０）の雌部分（４５２）は、ダボテール（４０４）の端面（４２２）に画定され、前記嵌め込み形結合器（４５０）の雄部分（４５４）は、前記延長挿入体（４０６）の第１の端部（４２４）から延在し、前記タービンブレード（４０２）の前記ダボテール（４０４）に対して前記延長挿入体（４０６）の位置を固定するために、前記端面（４２２）の雌部分（４５２）内に嵌合するように構成されている、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記固定要素（４５０）は、前記ダボテール（４０４）の端面（４２２）と前記延長挿入体（４０６）の第１の端部（４２４）とを結合する締結具（４５６）を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）は、前記軸に対して半径方向内側に向かって延在する複数の位置決め脚部（４２８）を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記複数の位置決め脚部（４２８）のうちの少なくとも２つの位置決め脚部は異なる長さを有する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

タービンブレードアセンブリ（４００）を前記ロータ溝（４１０）に取り付ける前に、前記取付けアーム（４２０）と少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）の半径方向内側端部（４３８）との間の第１の半径方向距離が、前記ロータ溝（４１０）の半径方向内側を向くロータフック（４３０）と半径方向外側を向く表面（４３２）との間の第２の半径方向距離と一致するように、前記少なくとも１つの位置決め脚部（４２８）を調整することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

方法であって、
軸を有するロータ（３０２）に画定されるロータ溝（３０４）を用意することであって、前記ロータ溝（３０４）は、半径方向内側を向くロータフック（３３０）と半径方向外側を向く表面（３３２）とを含む、ロータ溝（３０４）用意すること、
取付けアーム（３１６）とダボテール（３１４）の半径方向内側を向く端面（３２０）から延在する単一の位置決め脚部（３１８）とを有するダボテール（３１４）を含むタービンブレード（３１０）に関して、前記取付けアーム（３１６）と前記単一の位置決め脚部（３１８）の半径方向内側端部（３２２）との間の第１の半径方向距離が、前記ロータ溝（３０４）の半径方向内側を向くロータフック（３３０）と半径方向外側を向く表面（３３２）との間の第２の半径方向距離に一致するように、前記単一の位置決め脚部（３１８）を調整すること、
前記タービンブレード（３１０）のダボテール（３１４）を前記ロータ溝（３０４）に取り付けること
を含む、方法。

【請求項12】

前記ロータ溝（３０４）を用意することは、前記ロータ溝（３０４）の半径方向内側を向くロータフック（３３０）と半径方向外側を向く表面（３３２）との間の前記第２の半径方向距離が長くなるように、前記ロータ溝（３０４）を機械加工することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記取付けアーム（３１６）と前記単一の位置決め脚部（３１８）の半径方向内側端部（３２２）との間の前記第１の半径方向距離が、前記ロータ溝（３０４）の半径方向内側を向くロータフック（３３０）と半径方向外側を向く表面（３３２）との間の前記第２の半径方向距離よりも小さくなるように、前記単一の位置決め脚部（３１８）を調整すること
を更に含み、
前記取り付けることは、更に、前記単一の位置決め脚部（３１８）と前記ロータ溝（３０４）の半径方向外側を向く表面（３３２）との間に、少なくとも平坦な板状のシム（３３８）を位置決めすることを含む、請求項１１に記載の方法。

【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に適したダボテール構成を有する、タービンシステム用のタービンブレード及びタービンブレードアセンブリのための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タービンシステムは、ロータに接続された回転ブレードに流体の流れを導く静止ノズルを含んでいる。静止ノズル（エアフォイル）は、典型的には、静止ブレード、ダイヤフラム、又はノズルアセンブリ段と呼ばれている。回転ブレードは、ノズルから蒸気流（例えば、燃焼ガス又は蒸気）を受けて、ブレードがロータを回転させている。ブレードは、一般に、ロータの溝と嵌合するダボテールを有するベースを使ってロータに組み付けられており、ダボテールは、薄い板状のシムによって半径方向外側に押し付けられ、しっかりと固定された（押し固められた）組立体を得るのに役立つ。

【0003】

タービンの電力供給が停止している間に、或る回転ブレード段を交換する必要が生じる場合がある。確実に適切な組立てができるようにするために、ロータ溝をきれいにし、起こり得る損傷（例えば、小さな割れ又は他の変形）が生じないように、ロータ溝の再加工が必要な場合もある。再加工するときのロータ溝の深さは、ロータの寿命消費に依存し、例えば、ロータ上の位置が異なったり、ブレード段が異なったり、タービンシステムが異なると、再加工するときのロータ溝の深さが違ってくる場合がある。ロータ溝の内側を機械加工して、例えば２ミリから１５ミリの範囲で削り、割れの入った材料又は年数の経った古い材料を取り除いて、ロータの寿命を延ばすことができる。新しくできた大きいロータ溝に適合するダボテールを有する新規のブレードであって、ロータ溝にかかる遠心力と応力が大きくなるのを回避するために、元のブレードよりも重量が重くならない新規のブレードを提供することは１つの課題である。

【発明の概要】

【0004】

以下に述べる全ての態様、例及び特徴は、技術的に可能な任意の方法で組み合わせることができる。

【0005】

本開示の一態様では、軸を有するロータに画定されたロータ溝に適したタービンブレードアセンブリが提供される。タービンブレードアセンブリは、エアフォイルと、前記エアフォイルに結合されたダボテールとを含むタービンブレードであって、前記ダボテールは、取付けアームと、前記軸に対して半径方向内側を向く端面とを含む、タービンブレードと、前記ダボ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の端部とを含む延長挿入体であって、前記第２の端部は、前記軸に対して半径方向内側に向かって延在する少なくとも１つの位置決め脚部を含む、延長挿入体とを含み、前記ダボテール及び前記延長挿入体は、前記タービンブレードを前記ロータに取り付けるために、前記ロータ溝に位置決めされるように構成されている。

【0006】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けアームは、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックに係合し、前記少なくとも１つの位置決め脚部は、前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面、及び、前記少なくとも１つの位置決め脚部と前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面との間の平坦な板状のシムのうちの一方に係合する。

【0007】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記延長挿入体の半径方向の大きさは４ミリメートルより大きい。

【0008】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つの位置決め脚部と前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面との間に少なくとも１つの平坦な板状のシムを更に含み、前記少なくとも１つの平坦な板状のシムの半径方向の大きさは、１．５ミリメートルよりも大きくない。

【0009】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記タービンブレードのダボテールに対する前記延長挿入体の位置を固定する固定要素を更に含む。

【0010】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記固定要素は嵌め込み形結合器を含む。

【0011】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記嵌め込み形結合器の雌部分は、ダボテールの端面に画定され、前記嵌め込み形結合器の雄部分は、前記延長挿入体の第１の端部から延在し、前記タービンブレードの前記ダボテールに対して前記延長挿入体の位置を固定するために、前記端面の雌部分内に嵌合するように構成されている。

【0012】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記固定要素は、前記ダボテールの端面と前記延長挿入体の第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、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つの位置決め脚部は、前記軸に対して半径方向内側に向かって延在する複数の位置決め脚部を含む。

【0014】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記複数の位置決め脚部のうちの少なくとも２つの位置決め脚部は異なる長さを有する。

【0015】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記延長挿入体は、エアフォイル及びダボテールの材料よりも軽い材料を含む。

【0016】

本開示の一態様は方法を提供する。本方法は、軸を有するロータに画定されるロータ溝を用意することであって、前記ロータ溝は、半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面とを含む、ロータ溝を用意すること、タービンブレードアセンブリを前記ロータ溝に取り付けることを含み、前記タービンブレードアセンブリは、エアフォイルと、前記エアフォイルに結合されたダボテールとを含むタービンブレードであって、前記ダボテールは、取付けアームと、前記軸に対して半径方向内側を向く端面とを含む、タービンブレードと、前記ダボ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の端部とを含む延長挿入体であって、前記第２の端部は、前記軸に対して半径方向内側に向かって延在する少なくとも１つの位置決め脚部を含む、延長挿入体を含む。

【0017】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けアームは、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックに係合し、前記少なくとも１つの位置決め脚部は、前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面、及び、前記少なくとも１つの位置決め脚部と前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面との間の平坦な板状のシムのうちの一方に係合する。
本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記延長挿入体の半径方向の大きさは４ミリメートルより大きく、前記少なくとも１つの位置決め脚部と前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面との間に少なくとも１つの平坦な板状のシムを位置決めすることを更に含み、前記少なくとも１つの平坦な板状のシムの半径方向の大きさは、１．５ミリメートルよりも大きくはない。

【0018】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、固定要素を使用して、前記タービンブレードのダボテールに対する前記延長挿入体の位置を固定することを更に含む。

【0019】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記固定要素は嵌め込み形結合器を含む。

【0020】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記嵌め込み形結合器の雌部分は、ダボテールの端面に画定され、前記嵌め込み形結合器の雄部分は、前記延長挿入体の第１の端部から延在し、前記タービンブレードの前記ダボテールに対して前記延長挿入体の位置を固定するために、前記端面の雌部分内に嵌合するように構成されている。

【0021】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記固定要素は、前記ダボテールの端面と前記延長挿入体の第１の端部とを結合する締結具を含む。

【0022】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記少なくとも１つの位置決め脚部は、前記軸に対して半径方向内側に向かって延在する複数の位置決め脚部を含む。

【0023】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記複数の位置決め脚部のうちの少なくとも２つの位置決め脚部は異なる長さを有する。

【0024】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、タービンブレードアセンブリを前記ロータ溝に取り付ける前に、前記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側端部との間の第１の半径方向距離が、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面との間の第２の半径方向距離と一致するように、前記少なくとも１つの位置決め脚部を調整することを更に含む。

【0025】

本開示の一態様では、軸を有するロータに画定されたロータ溝に適した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、前記エアフォイルに結合されたダボテールとを含み、前記ダボテールは、取付けアームと、ダボテールの半径方向内側を向く端面から軸に対して半径方向内側に向かって延在する単一の位置決め脚部とを含む。

【0026】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けアームと前記単一の位置決め脚部の半径方向内側端部との間の第１の半径方向距離が、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面との間の第２の半径方向距離に一致する。

【0027】

本開示の一態様は方法を提供する。本方法は、軸を有するロータに画定されるロータ溝を用意することであって、前記ロータ溝は、半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面とを含む、ロータ溝用意すること、取付けアームとダボテールの半径方向内側を向く端面から延在する単一の位置決め脚部とを有するダボテールを含むタービンブレードに関して、前記取付けアームと前記単一の位置決め脚部の半径方向内側端部との間の第１の半径方向距離が、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面との間の第２の半径方向距離に一致するように、前記単一の位置決め脚部を調整すること、前記タービンブレードのダボテールを前記ロータ溝に取り付けることを含む。

【0028】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記ロータ溝を用意することは、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面との間の前記第２の半径方向距離が長くなるように、前記ロータ溝を機械加工することを含む。

【0029】

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付けアームと前記単一の位置決め脚部の半径方向内側端部との間の前記第１の半径方向距離が、前記ロータ溝の半径方向内側を向くロータフックと半径方向外側を向く表面との間の前記第２の半径方向距離よりも小さくなるように、前記単一の位置決め脚部を調整することを更に含み、前記取り付けることは、更に、前記単一の位置決め脚部と前記ロータ溝の半径方向外側を向く表面との間に、少なくとも1つの平坦な板状のシムを位置決めすることを含む。

【0030】

本開示の一態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様の少なくとも１つのタービンブレード又は少なくとも１つのタービンブレードアセンブリを含むタービンを有するタービンシステムを含むことができる。

【0031】

本開示に記載されている２つ以上の態様（発明の概要に記載されているものを含む）を組み合わせて、本明細書に特には記載されていない実装態様を形成することができる。すなわち、本明細書に記載された全ての実施形態は、互いに組み合わせることができる。

【0032】

１つ又は複数の実装態様の詳細は、図面及び発明を実施するための形態に記載されている。他の特徴、目的及び利点は、発明を実施するための形態及び図面並びに特許請求の範囲から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面とともに本開示の様々な態様の以下の詳細な記載から更に容易に理解することができる。

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

【図2】本開示の教示を適用することができる、ガスタービン及び蒸気タービンを含む別の例示的なＣＣＰＰの概略図を示す。

【図3】本開示の教示を適用することができる例示的な蒸気タービンシステムの斜視図である。

【図4A】タービンブレードがシムを使用して従来の方法で取り付けられた状態の概略図を示す。

【図4B】タービンブレードがシムを使用して従来の方法で取り付けられた状態の断面図を示す。

【図5】ロータ溝の拡大概略断面図を示す。

【図6】２つの位置決め脚部を有するダボテールを含む従来のタービンブレードの取付けの端部斜視図を示す。

【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付けの拡大端面斜視図を示す。

【図8】本開示の実施形態による、複数のタービンブレードであって、各タービンブレードが単一の位置決め脚部を含む複数のタービンブレードの取付けの端面斜視図を示す。

【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斜視図を示す。

【図10】本開示の実施形態による、ダボテールを有するタービンブレードと位置決め脚部を含む延長挿入体とを含むタービンブレードアセンブリの取付けの端部斜視図を示す。

【図11】本開示の実施形態による、位置決め脚部を含む延長挿入体の斜視図を示す。

【図12】本開示の実施形態による、ダボ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む延長挿入体とを含むタービンブレードアセンブリが、両方の位置決め脚部の下に位置するシムを使用して取り付けられた状態の端部斜視図を示す。

【図13】本開示の実施形態による、ダボ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む延長挿入体とを含むタービンブレードアセンブリが、一方の脚部の下にだけ存在するシムを使用して取り付けられた状態の端部斜視図を示す。

【図14】本開示の実施形態による、ダボテールを有するタービンブレード、位置決め脚部を含む延長挿入体、及び固定要素の分解斜視図を示す。

【図15】本開示の他の実施形態による、ダボテールを有するタービンブレード、位置決め脚部を含む延長挿入体、及び固定要素の分解斜視図を示す。

【図16】本開示の追加的な実施形態による、ダボテールを有するタービンブレード、位置決め脚部を含む延長挿入体、及び固定要素の分解斜視図を示す。

【図17】本開示の他の実施形態による、ダボテールを有するタービンブレード、位置決め脚部を含む延長挿入体、及び固定要素の分解斜視図を示す。

【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延長挿入体の斜視図を示す。

【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延長挿入体の斜視図を示す。

【図20】本開示の実施形態による、互いに異なる長さの位置決め脚部を含む延長挿入体の斜視図を示す。

【図21】本開示の実施形態による、周方向に沿って長さが異なる位置決め脚部を含む延長挿入体の斜視図を示す。

【0034】

本開示の図面は必ずしも一定の縮尺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示す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して見なされるべきではない。図面において、同様の番号は、図面間で同様の要素を表す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

先ず初めに、本開示を明確に説明するためには、タービンシステムの例示的な用途において関連する機械の構成要素に言及し説明するときに、特定の用語を選択することが必要になる。用語の選択をする場合、可能な限り、一般的な業界用語が、その業界で受け入れられている意味と一致する態様で使用され、採用される。特に明記しない限り、上記の用語は、本出願の文脈及び特許請求の範囲と一致する広い解釈が与えられるべきである。当業者は、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なる用語又は重複する用語を使用して言及される場合があることを理解することができる。

【0036】

更に、本明細書では、いくつかの記述用語が規則的に使用される場合があり、発明を実施するための形態の始めにこれらの用語を定義しておくことが有益である。これらの用語と用語の定義は、特に明記しない限り、以下の通りである。本明細書において、「下流」及び「上流」は、流体（ターボ機械を流れる作業流体など）の流れの相対的な方向、又は、例えば、燃焼器を流れる空気の流れ若しくはターボ機械の複数の構成要素システムのうちの１つを流れる冷却媒体の流れの相対的な方向を示す用語である。「下流」という用語は流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、その流体の流れとは反対の方向を表す。「前方」及び「後方」という用語は、他に特別なことがない限り、方向を表し、「前方」はターボ機械の前部側又は圧縮機端側を表し、「後方」はターボ機械の後部側又はタービン端側を表す。

【0037】

中心軸に対して半径方向の異なる位置に配置された部品を説明することが要求される場合がある。「軸の」という用語は、軸（例えば、タービンシステムの回転軸）に平行な動き又は位置を表す。「半径の」という用語は、軸（例えば、タービンシステムの回転軸）に垂直な動き又は位置を表す。これに関して、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸の近くに存在している場合、本明細書では、第１の構成要素は、第２の構成要素の「半径方向内側に」又は「内側に」存在すると記載することができる。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の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側に」又は「外側に」存在すると記載することができる。最後に、「周方向の」という用語は、軸の周りの動き又は位置を表し、例えば、タービンブレードのダボテールの半径方向内側を向く端面は、ターボ機械の回転軸の周りを周方向に延在する。上に示したように、このような用語は、タービンシステムの回転軸に関して適用できることが理解される。

【0038】

更に、本明細書では、以下に説明するように、いくつかの記述用語が規則的に使用される場合がある。「第１」、「第２」、及び「第３」という用語は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置及び重要度を意味することを意図するものではない。

【0039】

明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書において、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに複数形を含むことを示していない限り、複数形を含むことも意図している。「含む、有する、備える（comprises）」及び／又は「含んでいる、有している、備えている（comprising）」という用語は、本明細書で使用される場合、言及された特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は構成要素が存在していることを特定しているが、１つ又は複数の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在及び追加を排除しないことが更に理解される。「任意選択の」又は「任意選択で」は、その後に記述される事象が発生しても発生しなくてもよいこと、又はその後に記述される特徴が存在しても存在しなくてもよいこと、及びその記述が、事象が発生する又は特徴が存在する例と、事象が発生しない又は特徴が存在しない例とを含むことを意味する。

【0040】

ある要素又は層が、別の要素又は層「に接触する」、「に係合されている」、「に接続されている」、「に結合されている」、又は「に取り付けられている」ものとして言及されている場合、ある要素又は層は、他の要素又は層に、直接的に接触する、係合する、接続する、結合する、又は取り付けられるものであってもよいし、介在する要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある要素が、別の要素又は層「に直接的に接触」、「に直接的に係合」、「に直接的に接続」、又は「に直接的に結合」しているものとして言及されている場合、介在する要素又は層は存在していない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同じように解釈されるべきである(例えば、「間に」と「直接的に間に」、「隣接する」と「直接的に隣接する」など)。本明細書において、「及び／又は」という用語は、列挙された関連する複数の項目のうちの１つ以上の項目のあらゆる組合せを含む。本明細書では、「結合する」及び「取り付ける」という動詞形は、交換可能に使用することができる。

【0041】

上記に示したように、本開示は、ロータ溝に適したタービンブレード及びタービンブレードアセンブリを提供している。タービンブレードのダボテールは、取付けアームと、ロータ軸に対して半径方向内側を向く端面とを含んでいる。特定の実施形態では、延長挿入体は、ダボ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の端部とを含んでいる。少なくとも１つの位置決め脚部は、延長挿入体の第２の端部から軸に対して半径方向内側に向かって延在している。ダボテール及び延長挿入体は、タービンブレードをロータに取り付けるために、前記ロータ溝に位置決め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側を向く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側を向く表面、及び、位置決め脚部とロータ溝の半径方向外側を向く表面との間の平坦な板状のシムのうちの一方に係合する。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に適した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ボテールとを含む。ダボテールは、取付けアームと、ダボテールの半径方向内側を向く端面から軸に対して半径方向内側に向かって延在す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。

【0042】

タービンブレード又はタービンブレードアセンブリの様々な実施形態は、任意の溝深さの全ての形式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、様々な実施形態では、点検中に拡大されるロータ溝に適した再加工できる材料が提供される。タービンブレード又はタービンブレードアセンブリは、新たなタービンシステムに使用することができる、及び／又は任意の製造業者の既存のユニットに新たな溶接を必要とすることなく使用する／後から取り付けることができる。タービンブレード又はタービンブレードアセンブリは、点検が行われ、割れの生じた古いロータ領域が除去された新しい深いロータ溝に適合することができるが、ブレード（ダボテール）の重量を増加させることはない。位置決め脚部だけでロータ溝のロータフックと半径方向外側を向く端面（底面）との間に締まりばめを作り、半径方向の位置決めをすることができる、又は脚部を、脚部の下に平坦な板状のシムが挿入された状態で使用して、ロータ溝のロータフックと底面との間に締まりばめを実現することもできる。

【0043】

タービンブレード又はタービンブレードアセンブリは、本明細書で説明するように、任意のタービンシステム（例えば、ガスタービンシステム及び／又は蒸気タービンシステムであるが、これらに限定されることはない）で使用することができる。説明の便宜上、本開示の教示は、主に蒸気タービンシステムに対して説明されている。しかし、本開示で教示している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。

【0044】

図１を参照すると、例示的な複合サイクル発電所（ＣＣＰＰ）１００の一部の概略図が示されている。本例では、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。ＣＣＰＰ１００は、ガスタービン（ＧＴ）システム１０２及び蒸気タービン（ＳＴ）システム１０４を含むことができる。

【0045】

ＧＴシステム１０２は、シャフト１０６によって第１の発電機１０８に機械的に結合することができ、第１の発電機１０８は、電気エネルギーを生成する。ＧＴシステム１０２は、圧縮機１１０及び燃焼器１１２を含むことができる。また、ＧＴシステム１０２は、圧縮機／タービンの共通のシャフト１０６に結合されたガスタービン１１４を含んでいる。一実施形態では、ガスタービンシステム１０２は、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・カンパニィ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）から商業的に入手可能なＭＳ７００１ＦＢエンジン（９ＦＢエンジンと呼ばれることもある）である。一実施形態では、ＧＴシステム１０２は、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・カンパニィから商業的に入手可能な７ＨＡ．０３エンジンである。本開示は、１つの特定のＧＴシステムに限定されず、他のエンジン（例えば、ゼネラル・エレクトリック・カンパニィの他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及びＥクラスのエンジンモデル、並びに他社のエンジンモデルを含む）に関しても適用できる。動作において、空気は圧縮機１１０の入口部に入り、圧縮され、その後、燃焼器１１２に排出され、燃焼器１１２において、ガス（例えば、天然ガス）又は流体（例えば、油）などの燃料が燃焼され、高エネルギーの燃焼ガスが供給され、この燃焼ガスがガスタービン１１４を駆動する。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、シャフト１０６を通じて負荷（第１の発電機１０８など）を駆動して電気を生成するための有用な仕事に利用することができる。

【0046】

ＳＴシステム１０４は、シャフト１２４を介して別の発電機１２２に動作可能に結合される蒸気タービン１２０を含んでいる。ＳＴシステム１０４は、実際には、１つ又は複数の蒸気タービン（例えば、図示のように、高圧（ＨＰ）タービン１２６、中圧（ＩＰ）タービン１２８、及び低圧（ＬＰ）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及び図２には図示せず）を含んでいる。

【0047】

また、ＣＣＰＰ１００は蒸気源１３２を含むことができ、蒸気源１３２は、ＧＴシステム１０２及び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）１３４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によって使用されて蒸気流１３８が生成され、この蒸気流１３８はＳＴシステム１０４によって使用される。ＨＲＳＧ１３４は、従来のＨＲＳＧ構成（従来のＣＣＰＰで使用されるようなＨＲＳＧ構成）を含むことができる、及び／又は、ＨＲＳＧ１３４は、排気エネルギーを使用して蒸気を生成する別のタイプの熱交換器又は同様の構成要素として具現化することができる。例えば、ＨＲＳＧ１３４は、水が流れる熱伝導性パイプ、ラインなどを含むことができ、ＨＲＳＧ１３４の水が排気１３６（図１）によって加熱されて蒸気流１３８を生成することができる。ＨＲＳＧ１３４は、従来の配管（符号は省略）を通じてＧＴシステム１０２とＳＴシステム１０４との両方に流体的に接続することができる。

【0048】

動作においては、蒸気源１３２（例えば、ＨＲＳＧ１３４及び場合によっては他の供給源）からの蒸気は、ＨＰタービン１２６、ＩＰタービン１２８及び／又はＬＰタービン１３０の入口に流入し、ブレードにシャフト１２４を回転させる力を付与する。理解されるように、上流タービンからの蒸気は、後で下流タービンで使用することができる。このようにして蒸気源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、追加の仕事が取り出されてシャフト１２４及び追加の負荷（第２の発電機１２２など）が駆動され、追加の負荷は追加の電力を生成する。

【0049】

発電機１０８、１２２及びシャフト１０６、１２４は、当該技術分野で既知の任意のサイズ又は種類のものとすることができ、発電機及びシャフトの用途又は発電機及びシャフトが接続されるシステムに応じて異なっていてもよいことが理解される。発電機及びシャフトの符号が共通であるのは、明瞭化のためであり、これらの発電機又はシャフトが必ずしも同一のものであることを示唆するものではない。

【0050】

別の実施形態では、図２に示すように、単一シャフトのＣＣＰＰ１４０は、共通シャフト１４４を介してＧＴシステム１０２及び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及び／又はＧＴシステム１０２は、図１で説明したものと同様とすることができる。しかし、具体的な構成に関わらず、ＧＴシステム１０２、蒸気源１３２、及びＳＴシステム１０４を組み込んだＣＣＰＰ１００（図１）、ＣＣＰＰ１４０（図２）は、自動制御をするために、既知の又は将来的に開発される制御システム（図示せず）を含む又は制御システムとやり取りすることができる。

【0051】

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）の部分切断斜視図である。ＳＴシステム１５０はロータ１５２を含んでおり、ロータ１５２は、回転シャフト１５４と、軸方向に間隔を空けて配置された複数のロータホイール１５８とを含んでいる。ロータ１５２は軸Ａを有している。複数の回転ブレード１６０は、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の周方向に並ぶように複数の列に配置されている。シャフト１５４の周方向には複数の静止ベーン１６２が広がっており、複数のベーンはブレード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１６２はブレード１６０と協働して段を形成し、ＳＴシステム１５０の蒸気流路の一部を画定する。動作においては、蒸気流１３８はＳＴシステム１５０の入口に流入し、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にシャフト１５４を回転させるための力を付与する。ＳＴシステム１５０の少なくとも一端は、ロータ１５２から軸方向に離れる方向に延在して、発電機１２２（図１）及び／又は別のタービンシステムなどの負荷又は機械（図示せず）に取り付けることができる。

【0052】

図３に示されるような本開示の一実施形態において、ＳＴシステム１５０は、５つの段を含んでいる。この５つの段は、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４と呼ばれる。段Ｌ４は第１の段であり、５つの段の中で（半径方向に）最小の段である。段Ｌ３は第２の段であり、軸方向の次の段である。段Ｌ２は第３の段であり、５つの段のうちの中間に位置している。段Ｌ１は第４の段であり、最後から２番目の段である。段Ｌ０は最後の段であり、（半径方向に）最大の段である。５つの段は一例として示されているに過ぎず、各タービンは５つの段より多くてもよいし、少なく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、本発明の教示は複数段のタービンであることを必要とするものではない。

【0053】

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１７０に対して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に対して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、図４Ｂ、及び図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１６８と、エアフォイル１６８に結合されたダボテール１７２とを含んでいる。（留意点として、ダボテールは当該技術分野でルート部としても知られている。）ダボテール１７２は、取付けアーム１７４（図４及び図５では２つの取付けアームが示されている）と、ロータ１５２の軸Ａに対して半径方向内側を向く端面１７６とを含むことができる。（留意することとして、軸Ａの実際の位置は、図４及び図５のページの図示されている位置よりも低い）。ロータ溝１７０は、半径方向内側を向くロータフック１８０（２つ図示されている）と、半径方向外側を向く表面１８２（すなわち、図示のように溝１７０の底面）とを含んでいる。（留意することとして、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、ダボテール１７２及びロータ溝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（図示せず）を含むことができる。例えば、ＧＴシステム用のダボテール１７２は、タービンブレードを確実に取り付けるために、例えばモミの木のように、多くの面を有することができる。初期設定では、図５に示すように、ダボテール１７２の取付けアーム１７４は、ロータ溝１７０の半径方向内側を向くロータフック１８０に係合し、半径方向内側を向く端面１７６は、ロータ溝１７０の半径方向外側を向く表面１８２に係合する。このように、ダボテール１７２は、タービンブレード１６０がロータ１５２に保持されるように、ロータ溝１７０にぴったり合う大きさに形成される。他の実施形態では、図４Ａ－図４Ｂに示すように、ロータ溝１７０の半径方向外側を向く表面１８２とダボテール１７２の半径方向内側を向く端面１７６との間に１つ又は複数の平坦な板状のシム１９０を挿入して、ダボテール１７２をロータ溝１７０にしっかりと位置決めする（すなわち、押し付ける）ことができる。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る。

【0054】

使用している間に、ロータ溝１７０は古くなり、タービンシステム（例えば、ＳＴシステム１５０（図３））の定期点検中に取り除く必要がある欠陥（例えば、兆候、割れ、浸食又は他の変形）が現れることがある。点検の間、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、その一部が取り除かれるように機械加工され、その結果、元のロータ溝１７０と比較してロータ溝が拡大してしまうことになる。図５は、初期のロータ溝１７０を拡大できる範囲を表す２本の線を示している。ロータ溝１７０Ａは、半径方向に（概ねページの上下に）第1の距離Ｄ１だけ拡大され、ロータ溝１７０Ｂは、距離Ｄ１よりも長い第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、複数の要因（欠陥の深さなどであるが、これに限定されることはない）に依存する。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、初期のダボテール１７２よりも深く、このため、一般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。本開示の実施形態は、タービンシステムの点検中に拡大されたロータ溝に関連して記載されているが、本開示の教示は、ロータ溝が、ロータ溝に取り付ける必要のあるダボテールよりも大きく設計される新規の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。このような構成は、溝に応力が集中してしまう要因を低減するためにロータが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ボテールを必要とする場合に、要望されることがある。

【0055】

図６は、拡大されたロータ溝１７０Ａ又は１７０Ｂ内にしっかりと嵌合するダボテール２００を実現するための１つのアプローチの斜視図である。図６において、新規のタービンブレード１９８は、半径方向内側を向く端面２０４から延在する一対の位置決め脚部２０２を有するダボテール２００を含んでいる。脚部２０２のサイズは、ダボテール２００の取付けアーム１７４が、新しいロータ溝１７０Ａ又は１７０Ｂの半径方向内側を向くロータフック２０６に係合し、脚部２０２の半径方向内側を向く端部２１０が、ロータ溝１７０Ａ又は１７０Ｂの半径方向外側を向く表面２１２にしっかりと係合するように決めることができる。図４Ａ－図４Ｂのような板状のシムもこの構成で使用することができる。このアプローチでは、しっかりと嵌合する構成が実現されるが、脚部２０２は、ダボテール２００の一部として一体的に形成され（すなわち、脚部２０２及びダボテール２００は同じ一体材料である）、重量が増加し、遠心力と応力が増加する。

【0056】

図７は、本開示の実施形態による、タービンブレード３００の拡大斜視図であり、図８は、ロータ３０２に取り付けられた複数のタービンブレード３００の斜視図である。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に結合されたダボテール３１４とを含んでいる。ダボテール３１４は、取付けアーム３１６（２つの取付けアームが図示されている）と、ダボテール３１４の半径方向内側を向く端面３２０から軸Ａに対して半径方向内側に向かって延在する単一の位置決め脚部３１８とを含んでいる。取付けアーム３１６と単一の位置決め脚部３１８とを含むダボテール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の半径方向内側端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１は、半径方向内側を向くロータフック３３０とロータ溝３０４の半径方向外側を向く表面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内にしっかりと嵌合するダボテール３１４を提供する。単一の位置決め脚部３１８は、ダボテール３１４の半径方向内側を向く端面３２０に対して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、一定の長さＬ１（すなわち、ダボテール３１４の半径方向内側を向く端面３２０と単一の位置決め脚部３１８の半径方向内側端部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の半径方向外側を向く表面３３２のでこぼこに適応するために、周方向（すなわち、図７のページに向かう方向又はページから離れる方向）において変動してもよい。タービンブレード３００は、鋳造及び付加製造（これらに限定されることはない）などの既知の又は将来的に開発される技術を使用して形成することができる。

【0057】

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に画定されるロータ溝３０４を設けることを含む。ロータ溝３０４は、半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面３３２とを含む。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の半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ２が拡大される（例えば、過去の使用によってロータ溝の古くなった表面又は損傷した表面が除去される）ように、ロータ溝３０４を機械加工することを含むことができる。タービンブレード３１０はダボテール３１４を含んでおり、ダボテール３１４は、取付けアーム３１６と、ダボテール３１４の半径方向内側を向く端面３２０から延在する単一の位置決め脚部３１８とを含んでいる。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の半径方向内側端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１が、ロータ溝３０４の半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面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の半径方向内側端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１が、ロータ溝３０４の半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面３３２との間の第２の半径方向距離ＲＤ２に一致するように調整する（例えば、機械加工する）ことができる。例えば、単一の位置決め脚部３１８の半径方向内側端部３２２から材料を除去して脚部３１８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。

【0058】

図８は、タービンブレード３００のダボテール３１４がロータ溝３０４に取り付けられた様子を示す。ダボテール３１４は、既知の方法又は将来的に開発される任意の方法、典型的には、ダボテール３１４をロータ溝３０４の開口端に挿入してスライドすることによって、ロータ溝３０４に取り付けることができる。ダボテール３１４は、隣接するタービンブレード３００のダボテール３１４に突き当たるまで、ロータ溝３４０に沿って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、半径方向に延在するシム（図示せず）を隣接するタービンブレード３００のダボテールの間に配置して、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、取付けアーム３１６と単一の位置決め脚部３１８の半径方向内側端部３２２との間の半径方向距離ＲＤ１が、ロータ溝３０４の半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ２よりも短くなるように、脚部３１８を調整することを含むことができる。この場合、図９に示すように、取付けは、単一の位置決め脚部３１８とロータ溝３０４の半径方向外側を向く表面３３２との間に少なくとも１つの平坦な板状のシム３３８を位置決めすることを更に含むことができる。ダボテール３１４とロータ溝３０４がしっかりと嵌合するように接続するために、任意の数の平坦な板状のシム３３８を備えることができる。

【0059】

図７～図９の実施形態における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を有するように製造され、使用に合う正しいサイズを有するように製造するためには、一般的には、ロータ溝３０４のサイズが既知で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、ロータ溝３０４に必要とされる拡大量を知ることができず、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が確保されない場合がある。更に、拡大量は、ステージに応じて異なる、及び／又は特定のロータ溝３０４に沿って変化することがあり、別の未知の要素のセットが生じる。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点検の完了が遅れる恐れがあり、非常に損失が大きくなる恐れがある。

【0060】

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」と呼ぶ）は、ダボテール４０４を有するタービンブレード４０２を別個の延長挿入体４０６とともに利用している。延長挿入体４０６は、ダボテール４０４とは一体的に形成されていない。ダボテール４０４を有するタービンブレード４０２とともに別個の延長挿入体４０６を備えたアセンブリ４００は、上述の課題に対処するためにダボテール４０４の半径方向内側の端部を分割する。例えば、タービンブレードアセンブリ４００は、点検の間にリードタイムの長いタービンブレード４０２を製造及び提供することができるが、より短時間で製造及び提供することができる延長挿入体４０６であって、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しっかりと嵌合するダボテール－ロータ溝構造が提供できるように高度にカスタマイズすることができる延長挿入体４０６を提供することができる。

【0061】

図１０、図１２及び図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、延長挿入体４０６の斜視図を示す。図１０、図１２及び図１３に示すように、アセンブリ４００は、軸Ａを有するロータ４１２に画定された、拡大されたロータ溝４１０（図５のロータ溝１７０Ａ、１７０Ｂと同様のロータ溝）用に構成される。アセンブリ４００はタービンブレード４０２を含むことができ、タービンブレード４０２は、エアフォイル４１６と、エアフォイル４１６に結合されたダボテール４０４とを含んでいる。ダボテール４０４は、取付けアーム４２０と、軸Ａに対して半径方向内側を向く端面４２２とを含んでいる。これらの実施形態では、ダボテール４０４の端面４２２には、位置決め脚部はなく、ダボテール４０４の端面４２２はロータ溝４１０の半径方向外側端面４３２に接触するようには延在していない。図１０～図１３に示すように、アセンブリ４００は、ダボテール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とを含む別個の延長挿入体４０６を含む。第２の端部４２６は、軸Ａに対して半径方向内側に向かって延在する少なくとも１つの位置決め脚部４２８を含んでいる。図１０～図１３に示すように、ダボテール４０４及び延長挿入体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の半径方向内側を向くロータフック４３０に係合し、延長挿入体４０６は、ダボテール４０４の端面４２２とロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２との間の半径方向の空間を埋めることができる。

【0062】

図１０に示されるように、特定の実施形態では、提供された全ての位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２に係合することができる。この実施形態では、位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０のダボテール４０４にしっかり嵌まるように製造される、又はロータ溝４１０のダボテール４０４にしっかり嵌まるように調整される（例えば、材料が除去されるように機械加工される）。図１２に示すように、他の実施形態では、全ての位置決め脚部４２８は、位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２との間に１つ又は複数の平坦な板状のシム４４０を係合させることができる。すなわち、全ての位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０においてダボテール４０４との締まり嵌めを作るには少し短すぎるが、１つ又は複数の平坦な板状のシム４４０が、ロータ溝４１０においてダボテール４０４と挿入体４０６との締まり嵌めを実現する。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の半径方向外側を向く表面４３２との間に少なくとも１つの平坦な板状のシム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においてダボテール４０４と（調整あり又は調整なしで）締まりばめを形成するように製造された位置決め脚部４２８を、位置決め脚部が必要とする平坦な板状のシム４４０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の半径方向内側を向くロータフック４３０に係合し、位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２と係合する、又は位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２との間に存在する平坦な板状のシム４４０と係合することができる。

【0063】

延長挿入体４０６は、ロータフック４３０と半径方向外側表面４３２との間の様々な半径方向距離に対処するために、高度にカスタマイズすることができる。延長挿入体４０６は、所定のロータ溝４１０に対して半径方向距離が一定である状況に対処することができる。別の例では、延長挿入体４０６は、延長挿入体４０６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、所定のロータ溝４１０内の半径方向距離が軸方向において一貫した距離になっていない場合に対処することができる。図２０は延長挿入体４０６を示しており、延長挿入体４０６は、第１の端部４２４からそれぞれの半径方向内端部４３８Ａ、４３８Ｂまでの長さＬ２、Ｌ３が異なる位置決め脚部４２８Ａ、４２８Ｂを含んでいる。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つの位置決め脚部は、異なる長さを有することができる（第１の端部４２４から各脚部の半径方向内側端部まで測定すると、例えば、脚部４２８Ａは長さＬ２であり、脚部４２８Ｂは長さＬ３である）。更に別の実施例では、延長挿入体４０６は、所定のロータ溝４１０内の半径方向距離が周方向（すなわち、図１０、図１２、及び図１３のページに向かう方向又はページから離れる方向）において一貫した距離になっていないことに対処することができる。例えば、選択された挿入体４０６の位置決め脚部４２８は、選択された挿入体４０６が配置される箇所において、異なる半径方向距離に適合するように周方向において半径方向の大きさが変化する。図２１は、例えば、位置決め脚部４２８の半径方向内側端部４３８の湾曲を示している。これに加えて、又はこれに代えて、周方向に隣接する延長挿入体４０６は、各挿入体が配置される箇所において、異なる半径方向距離に対処するよう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、軸方向において（すなわち、軸Ａに沿って）延長挿入体４０６のどの箇所にでも配置することができる。

【0064】

また、アセンブリ４００は、任意選択で、タービンブレード４０２のダボテール４０４に対して延長挿入体４０６の位置を、ロータ溝４１０内で、例えば周方向及び軸方向の両方向について固定する固定要素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、嵌め込み形結合器４５０を含んでいる。特定の実施形態では、嵌め込み形結合器４５０の雌部分４５２は、ダボテール４０４の端面４２２に画定され、嵌め込み形結合器４５０の雄部分４５４は、延長挿入体４０６の第１の端部４２４から延在し、端面４２２の雌部分４５２に嵌まり、タービンブレード４０２のダボテール４０４に対して延長挿入体４０６の位置を固定するように構成されている。図１４において、嵌め込み形結合器４５０は、端面４２２の対応する孔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及び図１６において、嵌め込み形結合器４５０は、端面４２２の溝又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状要素の形態の雄部分４５４を含むことができる。多種多様な代替の嵌め込み形結合器４５０が可能であり、本開示の範囲内で考えられることが認識される。

【0065】

図１７に示す別の実施形態では、固定要素４５０は、ダボテール４０４の端面４２２と延長挿入体４０６の第１の端部４２４とを結合する１つ又は複数の締結具４６０を含むことができる。締結具４５６は任意の形態とすることができ、延長挿入体４６０の対応する開口４６２を貫通して、ダボテール４０４の端面４２２の孔４６４に嵌合することができる。図示の例では、締結具４５６は、ねじ溝が形成された締結具（ボルト又はねじなど）を含んでいる。他の形の締結具４５６も可能である。

【0066】

延長挿入体４０６では、第１の端部４２４と第２の端部４２６との間（固定要素４５０は除外する）の半径方向の大きさは、４ミリメートルよりも大きい。対照的に、平坦な板状のシムが備えられる場合、各平坦な板状のシム４４０の半径方向の大きさは、１．５ミリメートルを超えないようにすることができる。

【0067】

任意の数の位置決め脚部４２８を任意の延長挿入体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及び図２０は、延長挿入体４０６が軸Ａに対して半径方向内側に向かって延在する複数の位置決め脚部４２８を含む実施形態を示す。図１０－図１７は、２つの位置決め脚部４２８が使用された実施形態を示し、図１９は３つの位置決め脚部４２８が使用された実施形態を示す。４つ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うちの少なくとも２つの位置決め脚部は、異なる長さを有することができる（第１の端部４２４から各脚部の半径方向内側端部まで測定すると、例えば、脚部４２８Ａは長さＬ２であり、脚部４２８Ｂは長さＬ３である）。

【0068】

タービンブレードアセンブリ４００は、既知の又は将来的に開発される技術（鋳造及び付加製造などであるが、これらに限定されることはない）を使用して形成することができる。しかしながら、ダボテール４０４及びエアフォイル４１６を含むタービンブレード４０２は一緒に形成されるが、延長挿入体４０６は別個に形成される。特定の実施形態では、延長挿入体４０６は、タービンブレード４０２の他の部分（すなわち、エアフォイル４１６及びダボテール４０４）の材料よりも軽い材料を含むことができる。この軽い材料は、ロータ溝４１０内にダボテール４０４を保持する作用を果たし、使用されるタービンシステムの環境条件（例えば、ガスタービンにおける燃焼ガス温度、又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とすることができる。一例では、ダボテール４０４とエアフォイル４１６は高クロム又はインコネル材を含み、延長挿入体４０６は低クロム材を含む。ダボテール４０４と延長挿入体４０６に異なる材料を使用することで、ダボテール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無くす又は少なくすることができ、これによって不経済で廃棄を発生させることが低減され、時間を節約することができる。

【0069】

本開示の教示（図１０～図２１に明示的に示された実施形態など）は、任意の方法で混合できることが強調される。例えば、図１４～図１７に示された固定要素４５０のどの固定要素も、他の実施形態のいずれかの実施形態（例えば、図１０～図１３及び図１８～図２１の実施形態）の任意の延長挿入体４０６と共に使用することができる。

【0070】

例えば図１０を再び参照すると、アセンブリ４００を取り付ける方法は、軸Ａを有するロータに画定されたロータ溝４１０を設けることを含むことができる。ロータ溝４１０は、半径方向内側を向くロータフック４３０と半径方向外側を向く表面４３２とを含んでいる。前述のように、ロータ溝４１０を設けることは、ロータ溝４１０の半径方向内側を向くロータフック４３０と半径方向外側を向く表面４３２との間の半径方向距離ＲＤ３が拡大される（例えば、過去の使用によってロータ溝の古くなった表面又は損傷した表面が除去される）ように、ロータ溝４１０を機械加工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はタービンブレード４０２を含み、タービンブレード４０２は、エアフォイル４１６と、エアフォイル４１６に結合されたダボテール４０４とを含んでいる。ダボテール４０４は、取付けアーム４２０と、軸Ｚに対して半径方向内側を向く端面４２２とを含んでいる。ダボテール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は延長挿入体４０６も含んでおり、延長挿入体４０６は、ダボテール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とを含んでいる。第２の端部４２６は、軸Ａに対して半径方向内側に向かって延在する少なくとも１つの位置決め脚部４２８を含んでいる。延長挿入体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ボテール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又は調整される。位置決め脚部４２８は、ダボテール４０４の取付けアーム４２０と位置決め脚部４２８の半径方向内側端部４３８との間の半径方向距離ＲＤ６が、ロータ溝３０４の半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ３に一致するように調整する（例えば、機械加工する）ことができる。位置決め脚部４２８の半径方向内側端部４３８から材料を除去して脚部４２８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。

【0071】

図１０は、例えば、タービンブレード４０２のダボテール４０４をロータ溝４１０に取り付けることと、延長挿入体４０６をロータ溝４１０に取り付けることとを示している。この構造は、既知の又は将来的に開発される任意の方法、典型的には、ダボテール４０４及び延長挿入体４０６をロータ溝４１０の開口端に挿入してスライドすることによって、ロータ溝４１０に取り付けることができる。ダボテール４０４と延長挿入体４０６は、隣接するアセンブリ４００のダボテール４０４と延長挿入体４０６に突き当たるまで、ロータ溝４１０に沿って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、隣接するアセンブリ４００の間に、半径方向に広がるシム（図示せず）を配置して、周方向に適切に位置決めすることができる。

【0072】

特定の例では、本方法は、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、ダボテール４０４の取付けアーム４２０と位置決め脚部４２８の半径方向内側端部４３８との間の半径方向距離ＲＤ６が、ロータ溝３０４の半径方向内側を向くロータフック３３０と半径方向外側を向く表面３３２との間の半径方向距離ＲＤ３に一致するように、位置決め脚部４２８を調整する（例えば、機械加工する）ことを含むことができる。例えば、任意の位置決め脚部４２８の半径方向内側端部４３８から材料を除去して脚部４２８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の半径方向内側端部４３８との間の半径方向距離ＲＤ６が、ロータ溝４１０の半径方向内側を向くロータフック４３０と半径方向外側を向く表面４３２との間の半径方向距離ＲＤ３よりも短くなるように、位置決め脚部を調整することを含むことができる。この場合、図１２及び図１３に示すように、取り付けることには、１つ又は複数の位置決め脚部４２８（図１２では全て、図１３では１つのみ）とロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２との間に少なくとも１つの平坦な板状のシム４４０を位置決めすることを更に含むことができる。ダボテール４０４、延長挿入体４０６、及びロータ溝４１０がしっかりと嵌合し接続されるように、任意の数の平坦な板状のシム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の半径方向内側を向くロータフック４３０に係合し、位置決め脚部４２８は、ロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２、及び、位置決め脚部４２８とロータ溝４１０の半径方向外側を向く表面４３２との間に位置する平坦な板状のシム４４０のうちの一方に係合する。

【0073】

前述したように、延長挿入体４０６では、第１の端部４２４と第２の端部４２６との間の半径方向の大きさであって、嵌め込み形結合器（図１０～１３には図示せず）の雄部分を除いた半径方向の大きさは、４ミリメートルよりも大きい。対照的に、平坦な板状のシム４４０が備えられる場合、各平坦な板状のシム４４０の半径方向の大きさは、１．５ミリメートルを超えないようにすることができる。

【0074】

また、本方法は、固定要素４５０を使用して、タービンブレード４０２のダボテール４０４に対する延長挿入体４０６の位置を固定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及び図１９に関連して述べたように、本方法では、任意の数の位置決め脚部４２８を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、複数の位置決め脚部４２８は異なる長さＬ２、Ｌ３を有することができる。

【0075】

本開示の実施形態によって、様々な技術的及び商業的利点を得ることができ、その例は本明細書で説明されている。タービンブレード又はタービンブレードアセンブリの様々な実施形態は、任意の溝深さを有するあらゆる形態のタービンロータ溝で使用することができる。また、様々な実施形態では、点検中に及びロータ溝を拡大した後に、適合するように再加工できる材料が提供される。タービンブレード又はタービンブレードアセンブリは、既に使用されているタービンシステムに適用できるものとして記載されていたが、新しいシステムにも使用することができる。後者の場合、タービンブレード又はタービンブレードアセンブリは、例えば、大きなロータ溝内に小さなダボテールを必要としている新しいブレードのダボテールの設計に使用することができる。この構成は、ロータが溝の応力集中係数を低減するために十分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ボテールも必要とする場合に望まれる。どのような場合でも、タービンブレード又はタービンブレードアセンブリは、ブレード（ダボテール）の重量を増加させることなく、深いロータ溝（例えば、新しい溝、又は、点検が行われて、割れが生じた古いロータ領域が除去された溝）に嵌合することができる。位置決め脚部を使用して、ロータ溝の底部に狭い隙間を形成して、半径方向の位置決めをすることができ、又は、位置決め脚部は、ロータシートとの間に適切な半径方向の距離が与えられるように、板状のシムが脚部の下に挿入された状態で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ＯＥＭ（original equipment manufacturer）のタービンシステムにも適用可能である。

【0076】

本明細書及び特許請求の範囲を通じて使用される近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、1つの又は複数の用語（「およそ」、「約」、及び「実質的に」など）によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。ここに記載されたこと並びに本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲の限定を組み合わせること及び／又は置き換えることが可能である。文脈又は文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含される全ての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」又は「おそよ」は、当該範囲の両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、言及された値の＋／－１０％を示すことができる。

【0077】

特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実行するための、一切の構造、材料、又は動作を包含することを意図している。本開示の記載は、例示及び説明の目的で提示されており、可能な全てのものを含んでいることも、開示された形態で本開示に限定することも意図するものではない。当業者には、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく多くの修正及び変形が明らかである。本開示の原理及び実際の用途を最適に説明し、他の当業者が、様々な実施形態について本開示を理解し、考えられる特定の使用に適するような様々な修正ができるように、本実施形態が選択され、かつ記載された。

【符号の説明】

【0078】

１００ 複合サイクル発電所（ＣＣＰＰ）
１０２ ガスタービンシステム
１０４ 蒸気タービンシステム
１０６ 回転シャフト
１０８ 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 発電機
１２４ シャフト
１２６ 高圧タービン
１２８ 中圧タービン
１３０ 低圧タービン
１３２ 蒸気源
１３４ 熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１３６ 排気
１３８ 蒸気流
１４２ 発電機
１４４ 共通シャフト
１５０ 蒸気タービンシステム
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 ロータ溝
１７０Ｂ ロータ溝
１７２ ダボテール
１７４ 取付けアーム
１７６ 端面
１８０ ロータフック
１８２ 表面
１９０ シム
１９８ タービンブレード
２００ ダボテール
２０２ 位置決め脚部
２０４ 端面
２０６ ロータフック
２１０ 端部
２１２ 表面
３００ タービンブレード
３０２ ロータ
３０４ ロータ溝
３１０ タービンブレード
３１２ エアフォイル
３１４ ダボテール
３１６ 取付けアーム
３１８ 位置決め脚部
３１８ 脚部
３２０ 端面
３２２ 半径方向内側端部
３３０ ロータフック
３３２ 表面
３３８ シム
３４０ ロータ溝
４００ タービンブレードアセンブリ
４０２ タービンブレード
４０４ ダボテール
４０６ 延長挿入体
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 位置決め脚部
４２８ 脚部
４２８Ａ 位置決め脚部
４３０ ロータフック
４３２ 表面
４３８ 半径方向内側端部
４３８Ａ 半径方向内端部
４４０ シム
４５０ 固定要素
４５２ 雌部分
４５５ ペグ
４５６ 締結具
４５８ 孔
４６０ 締結具
４６２ 開口
４６４ 孔

【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】