JPH07332003A - タービン動翼 - Google Patents

タービン動翼

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JPH07332003A
JPH07332003A JP6130098A JP13009894A JPH07332003A JP H07332003 A JPH07332003 A JP H07332003A JP 6130098 A JP6130098 A JP 6130098A JP 13009894 A JP13009894 A JP 13009894A JP H07332003 A JPH07332003 A JP H07332003A
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JP
Japan
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blade
turbine
turbine rotor
shroud
rotor blade
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JP6130098A
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English (en)
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Eiji Saito
英治 齊藤
Kiyoshi Namura
清 名村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/22Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/3046Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses the rotor having ribs around the circumference
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3053Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by means of pins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/36Retaining components in desired mutual position by a form fit connection, e.g. by interlocking

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、タービン稼働中の隣あう翼と
の連結状態がゆるむことなく、リジッドに連結され、全
周でひとつの輪を形成するような翼構造を保つことによ
り、制振効果を増して耐振強度を向上させたタービン動
翼を提供することである。 【構成】タービンロータのディスク外周部に備えられる
タービン動翼において、該タービン動翼の先端は翼と一
体成形して造られたシュラウドを有し、該シュラウドの
周方向両端には、アリ溝形の凸部と凹部を各々形成した
タービン動翼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン,蒸気タ
ービン,航空機のジェットエンジンなどのタービン動翼
に関わる。
【0002】
【従来の技術】一般にタービン動翼は、作動流体の流れ
及びその乱れ成分によって、広範な周波数範囲で絶えず
励振されているので、動翼の持つ数多くの固有振動数で
振動が発生している。しかしながら、翼の信頼性問題に
おいては全ての振動が問題になるのではなく、翼を破損
させるほど大きな励振力と同じ周波数成分を持つ翼の固
有振動についてのみ、タービン稼働時での共振を避ける
必要がある。一方、翼を破損させるには至らないほどの
小さい励振力と同じ周波数成分を持つ固有振動について
は、設計上考慮にいれない場合も多い。
【0003】これらの様々な励振力に対する翼構造の振
動応答は、各振動モードにおける固有振動数や、減衰の
大きさが関連する。そこで、共振応答の大きい低次振動
モードの共振は避ける一方、共振応答の小さい高次振動
モードでは共振しても信頼性のおける翼構造を設計する
ために、隣あう翼をシュラウドなどで連結する手段が数
多く採用されている。隣あう翼を連結すれば、翼構造の
剛性の増加と振動減衰の付加効果が期待できるからであ
る。
【0004】図6に、シュラウドと翼を一体成形して造
ったタービン動翼の一例を示す。図6において、1′は
シュラウド、2は翼、3は翼根元部、4はタービンロー
タのディスク部を各々示す。このタービン動翼はタービ
ンロータのディスク外周部に設けられた溝に植え込ま
れ、かつ動翼先端部に設けられたシュラウドにより隣あ
う翼と周方向に接触し、全周でひとつの輪を形成するよ
うに連結される。
【0005】また、図7を用いて図6に示したタービン
動翼の取付け方法について説明する。タービン動翼のシ
ュラウド1′の周方向断面は平行四辺形であり、周方向
ピッチ32が動翼の理論ピッチ33よりも長く形成して
あるとき、タービン動翼をタービンロータのディスク部
に取り付ける際、シュラウドの周方向力34を加えて配
設すれば、隣あう翼との接触する力は大きくなり、翼構
造の剛性が増加される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の方
法においては、次のような課題がある。
【0007】タービンの稼働時には、遠心力や熱膨張に
より、タービン動翼は図8に示すように半径方向に伸び
36を生じるため、シュラウド部分の接触力が弱まる。
そのため、タービン静止時には周方向にひとつの輪を形
成するように連結されていたタービン動翼の翼構造は、
シュラウドの間にガタ35を生じて、隣あう翼は連結さ
れていない状態になり、ひとつひとつの翼が単独で振動
する。このため、設計当初予定していた振動特性と著し
く異なる振動特性を示す。ひいては、タービン動翼が破
損する恐れがある。
【0008】また、タービン動翼のシュラウドの周方向
の長さを動翼の理論ピッチよりも長く形成し、タービン
動翼をタービンロータのディスク部に取り付ける場合、
シュラウドの周方向に力を加える必要があるが、ガタを
想定すると、より大きな力を作用させなければならず、
製作工程上負担がかかる。
【0009】また、タービン動翼をタービンロータのデ
ィスク部に取り付ける際、仮にガタを想定してシュラウ
ドの周方向により大きな力を作用させても、タービン稼
働時にシュラウドを連結している力がどの程度小さくな
るか予測することは難しく、実際にその力を測定するこ
とも困難である。
【0010】本発明の目的は、タービン稼働中の隣あう
翼との連結状態がゆるむことなく、リジッドに連結さ
れ、全周でひとつの輪を形成するような翼構造を保つこ
とで制振効果を増し、耐振強度が向上したタービン動翼
を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のタービン動翼は、遠心力や熱膨張で半径方向に伸びを
生じ、周方向にガタを生じる力を逆に利用して、周方向
に引張力を付加するような凹凸面をシュラウドの両端に
設けることにより連結状態をリジッドに保つことができ
るという着想に基づき考案されたものである。
【0012】(1) 本発明は、タービンロータのディス
ク外周部に備えられるタービン動翼において、該タービ
ン動翼の先端は翼と一体成形して造られたシュラウドを
有し、該シュラウドの周方向両端には、アリ溝形の凸部
と凹部を各々形成したことを要点とする。
【0013】(2) 本発明は、(1)において、前記タ
ービン動翼のシュラウドの凸部を形成している側の凹面
と、凹部を形成している側の凹面を周方向に結ぶ線分の
最も短い長さは、該タービン動翼の翼根元部の最も長い
周方向の長さと同等以上であることを要点とする。
【0014】
【作用】本発明によるタービン動翼を用いれば、翼と一
体成形して造られるシュラウドの周方向両端に各々アリ
溝形の凸部と凹部が形成されているので、隣あう翼はア
リ溝形の凹凸部により互いに周方向に連結される。その
ため、タービン稼働時に遠心力や熱膨張がはたらいて、
タービン動翼が半径方向外側に伸びを生じても、シュラ
ウドに設けたアリ溝形の凹凸部には周方向の引張力が作
用するので、隣あう翼はシュラウドの間にガタを生じる
ことなく、逆に静止している時よりも頑強に隣あう翼を
連結することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図4と図8
を用いて詳細に説明する。
【0016】図1は本発明を取り入れたタービン動翼の
全体構成図である。また、図2はシュラウドの連結部を
半径方向上側から見た模式図、図3はタービン動翼の組
立経過を示した図、図4はタービン動翼の最後の1本を
埋設する組立図、そして図8はタービン稼働時に生じる
シュラウドのガタを示した図である。
【0017】第1実施例である図1において、1はシュ
ラウド、2は翼、3は翼根元部、4はタービンロータの
ディスク部を各々示す。また、図2において、5はアリ
溝の形状をしたシュラウド接触面、6はタービン稼働時
に作用する引張力を示す。また、図3において、7はタ
ービン動翼挿入方向を示し、8はタービン動翼移動方
向、9はタービン動翼挿入切欠き部を示す。また、図4
において、10はタービン動翼を組み込む際の最後の1
本のタービン動翼、11はタービン動翼10の前に組み
込むタービン動翼、そして12はピンを示す。さらに、
図8において、1′はシュラウド、35はガタ、36は
半径方向の伸びを示す。
【0018】まず、図8により翼と一体成形して造られ
たシュラウドにより隣あう翼を連結した構造のタービン
稼働時の様子を説明する。タービン稼働時には遠心力や
熱膨張により半径方向外側に伸び36を生じる。このた
め、静止時には接触していたシュラウド部分が離れ、周
方向にガタ35を生じる。
【0019】これに対して、本発明を取り入れたタービ
ン動翼では、図1に示すように隣あう翼をシュラウド1
に設けたアリ溝形の凹凸部で連結するので、シュラウド
の間にガタを生じることはない。
【0020】その理由を図2を用いて詳細に説明する。
図2で示すように、本発明を取り入れたタービン動翼で
は、アリ溝形をした凹凸部により隣あう翼が周方向に離
れることなく、物理的に接触するシュラウド接触面5が
存在する。そのため、タービン稼働時に遠心力や熱膨張
が作用しても、シュラウド接触面においては、周方向の
引張力6が作用することになり、力が釣り合う。すなわ
ち、タービン稼働時に隣あう翼のシュラウドの間にガタ
を生じるどころか、逆に互いに引き合う力が作用するの
で、翼連結状態が静止時よりもリジッドになり、全周で
ひとつの輪を形成するような翼構造を保つことができ
る。よって、タービン動翼の制振効果を増して耐振強度
が向上する。
【0021】次に図3と図4を用いて、本発明によるタ
ービン動翼の組立方法の一例について詳細に説明する。
図3において、タービンロータのディスク部4にはター
ビン動翼挿入切欠き部9が設けてあるので、タービン動
翼は半径方向の外周側から挿入方向に従いタービンロー
タのディスク部4に組み込められる。この時、最初に挿
入されたタービン動翼は、半径方向外周側から挿入する
タービン動翼と連結するために、互いのタービン動翼に
造られているシュラウドのアリ溝形の凹部と凸部をはめ
あえる場所に位置する必要がある。また、隣あう翼が互
いに連結されたことが確認できれば、続いてタービン動
翼を挿入するために、図中示した移動方向8のように周
方向にタービン動翼1ピッチ分だけずらす。以上の手順
に従いタービン動翼を順次組立てる。
【0022】しかしながら、すべてのタービン動翼が図
3に示すような構造であれば、最後の1本のタービン動
翼をタービンロータのディスクに取り付ける際、すでに
組み込まれたタービン動翼のシュラウドの凸部が挿入を
遮ることになる。そこで、例えば図4に示すように、最
後の1本のタービン動翼10のシュラウドの周方向両端
にはアリ溝形をした凸部を各々設け、タービン動翼10
の前に組み込まれるタービン動翼11のシュラウドの周
方向両端にはアリ溝形をした凹部を各々設ける。このよ
うな構造にすれば、最後の1本となるタービン動翼もシ
ュラウドに遮られることなく、半径方向の外周側から挿
入してロータディスクに取り付けられ、本発明による効
果が実現できる。ここで、タービン動翼11はタービン
動翼10のひとつ前に組み込まず、一番最初にタービン
ロータのディスク部に組み込んでも良い。また、最後の
1本となるタービン動翼は他のタービン動翼の様にター
ビンロータのディスク部外周に設けた溝に植え込むこと
はできないので、ピン12等によりタービンロータのデ
ィスク部に固定されることが望ましい。
【0023】また、タービン稼働時にシュラウドに作用
する周方向の引張力により隣あう翼が連結されるのであ
れば、本発明によるタービン動翼のシュラウドに設けた
アリ溝形の凹凸部は静止時には少しのガタがあっても許
容できる。その場合は組立時に、互いのシュラウドに設
けたアリ溝形の凹凸部が容易に組み立てることができる
利点がある。
【0024】次に図5により本発明の第2の実施例につ
いて説明する。
【0025】図5は本発明の第2の実施例を示したター
ビン動翼の模式図であり、21はシュラウドの線分を示
し、22は翼根元部の線分を示す。
【0026】本発明の第2の実施例は図5において、シ
ュラウド1の周方向両端に設けた凹凸部の、凹部の最も
凹んだ面と凸部の最も凹んだ面を結ぶ長さのうち、最も
短い長さをシュラウドの線分21とし、翼根元部の周方
向の最も長い線分を翼根元部の線分22としたとき、翼
根元部の線分22の長さよりもシュラウドの線分21の
長さが同等以上である。そのため、図4に示したような
工夫をしなくとも、本発明を取り入れたタービン動翼を
組み立てる際、最後の1本となるタービン動翼もシュラ
ウドに遮られることなく、半径方向の外周側から挿入し
てロータディスクに取り付けられる。
【0027】また、本発明の第2の実施例によれば、タ
ービンロータのディスクに取り付けるタービン動翼のす
べての翼が同じ構造になるので、先に述べた図4の構造
に比べて、翼1本1本の振動特性が同一であり、ばらつ
きがなくなる点が、制振効果を予測する上で優れてお
り、耐振構造上望ましい。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ター
ビン稼働中の隣あう翼との連結状態がゆるむことなく、
リジッドに連結され、全周でひとつの輪を形成するよう
な翼構造を保つことができるので、制振効果を増して耐
振強度を向上させたタービン動翼が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す全体図である。
【図2】シュラウドの模式図である。
【図3】タービン動翼の組立図である。
【図4】タービン動翼の組立図である。
【図5】本発明の第2の実施例を示した模式図である。
【図6】従来の実施例を示す全体図である。
【図7】従来の実施例の組立図である。
【図8】タービン稼働時のタービン動翼の模式図であ
る。
【符号の説明】
1,1′…シュラウド、2…翼、3…翼根元部、4…タ
ービンロータのディスク部、5…シュラウド接触面、6
…引張力、7…タービン動翼挿入方向、8…タービン動
翼移動方向、9…タービン動翼挿入切欠き部、10,1
1…タービン動翼、12…ピン、21…シュラウドの線
分、22…翼根元部の線分、32…周方向ピッチ、33
…理論ピッチ、34…周方向力、35…ガタ、36…伸
び。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タービンロータのディスク外周部に備えら
    れるタービン動翼において、該タービン動翼の先端は翼
    と一体成形して造られたシュラウドを有し、該シュラウ
    ドの周方向両端には、アリ溝形の凸部と凹部を各々形成
    したことを特徴とするタービン動翼。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記タービン動翼のシ
    ュラウドの凸部を形成している側の凹面と、凹部を形成
    している側の凹面を周方向に結ぶ線分の最も短い長さ
    は、該タービン動翼の翼根元部の最も長い周方向の長さ
    と同等以上であることを特徴とするタービン動翼。
JP6130098A 1994-06-13 1994-06-13 タービン動翼 Pending JPH07332003A (ja)

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JP6130098A JPH07332003A (ja) 1994-06-13 1994-06-13 タービン動翼

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