JPH08303205A - タービン動翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】動翼１のインテグラルシュラウド４の周方向側
面４ａに穴５を設け、その穴部５にタービン回転時発生
する遠心力や熱膨張により発生する隣接するインテグラ
ルシュラウド間の隙間より大きな初期変位を発生させた
板ばね６を挿入し、翼溝にインテグラルシュラウド４を
有する動翼１を順次挿入して環状翼列を形成する。 【効果】板ばねの初期弾性的張力、及び板ばねと穴との
摩擦により、タービン回転時に発生する遠心力や熱膨張
により、隣接するインテグラルシュラウド間の隙間が発
生しても、隣接する動翼同士を板ばねを介して連結し、
環状翼列の剛性効果及び振動の減衰効果を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタービンのロータに植込
まれて環状翼列を形成する一体に削りだされたシュラウ
ド付動翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】軸流タービンはロータのディスクの周囲
に設けられた環状の翼溝に植込まれて環状翼列を形成す
る動翼を備え、この動翼と段落を形成する静翼から流出
する流体が動翼に吹き付けられてロータを回転させ、動
力を発生する。

【０００３】このような動翼の一つとして図６に示すも
のが知られている。図６で動翼１はロータのディスクに
植込まれるダブテール２と、ダブテール２から延びる翼
部３と、翼部３の上端を覆うインテグラルシュラウド４
とからなり、ダブテール２，翼部３，インテグラルシュ
ラウド４は一体に削りだされている。

【０００４】このような動翼は、図７に示すように複数
の隣接する動翼１のインテグラルシュラウド４の対向す
る側面４ａ，４ｂが互いに接し、またダブテール２も同
様にその側面が接するようにロータに設けられたディス
クに植込まれて環状翼列を形成している。

【０００５】このように環状翼列を形成する動翼は、隣
接する動翼のインテグラルシュラウドとダブテールとが
接することにより、タービン回転時に生じる動翼の振動
を減衰させ、振動を低減している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように形成され
た環状翼列の動翼では、タービン回転時発生する遠心力
や熱膨張により隣接するインテグラルシュラウド間に隙
間が空き、隣接する動翼が接触しなくなる。このため、
振動の減衰効果が失われ、動翼は単独で振動するので、
この振動による応力が大きくなり、最悪の場合、動翼が
破損するという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、タービン回転時環状翼列
を形成する動翼が単独で振動するのを防止でき、さらに
動翼同士を連結し、環状翼列の力学的構成単位が単独翼
ではなく複数の翼が連結された群翼にすることにより剛
性を増加させることのできる軸流タービン動翼を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明はロータの周囲に設けられた環状の翼溝に植
込まれるダブテールと、ダブテールから延びる翼部と、
翼部の上端を覆うインテグラルシュラウドが一体に削り
だされてなる動翼を順次そのダブテールを前記翼溝に挿
入し、所定ピッチで動翼を設置して環状翼列を形成する
軸流タービンの動翼で、翼溝にそのダブテールを挿入し
て環状翼列を形成する際に、インテグラルシュラウド間
の対向する側面に、それぞれの面の長手方向にそった半
楕円形状の穴を設け、シュラウドの対向する面が互いに
接するような形で向かい合うときに楕円形状の穴が形成
されるようし、その穴に板ばねを挿入し、かつ板ばねの
たわみをタービン回転時発生が予想されるインテグラル
シュラウド間の隙間より大きい状態で挿入し環状翼列を
形成する事により、回転中も所定の翼連結効果が得られ
るようにする。

【０００９】

【作用】動翼のインテグラルシュラウド間の板ばねは、
タービン回転時発生が予想されるインテグラルシュラウ
ド間の環状翼列周方向隙間に、インテグラルシュラウド
の対向する側面に設置した穴が互いに向き合って一つの
穴を形成した時の穴の深さを足しあわせたものよりも、
環状翼列周方向寸法の大きいものを用いる。タービン動
翼のインテグラルシュラウド周方向長さの和は、隙間な
く環状翼列を形成するように設計されているために、板
ばねは、動翼が前記の方法で環状翼列を形成する際、環
状翼列周方向に初期変形を与えられる。

【００１０】この板ばねに与えた初期変形により環状翼
列周方向に弾性力が発生し、その初期弾性力が隣接イン
テグラルシュラウド間に初期張力として環状翼列周方向
に作用する。この板ばねによる環状翼列周方向張力によ
りタービン回転時の遠心力や熱膨張等によって隣接する
動翼のインテグラルシュラウド間に隙間が発生しても、
板ばねには予め十分変形を加えてあるので、常に板ばね
には環状翼列周方向張力が発生し、その張力により板ば
ねによる接触が常に保持され、隣接する動翼同士の連結
が常に保持されるために、環状翼列を構成する動翼は群
翼を成し、板ばねを挿入せずに単独翼となってしまう場
合に比べ剛性が増し、かつばねとシュラウドの摩擦によ
る振動減衰効果もあるため、動翼の破損を防止できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明の実施例を示す動翼の側面図、図２は
動翼先端部を半径方向外周側より見た平面図である。図
１，図２で動翼１はロータのディスクに植込まれるダブ
テール２と、ダブテール２から延びる翼部３と、翼部３
の上端を覆うインテグラルシュラウド４とからなり、ダ
ブテール２，翼部３，インテグラルシュラウド４は一体
に削りだされている。

【００１２】動翼１のインテグラルシュラウド４の周方
向端面４ａに板ばね挿入用のインテグラルシュラウド側
面の長手方向にそった半楕円形状の穴５を開けている。
またインテグラルシュラウド４の周方向端面４ａと対向
する面４ｂにも同様に板ばね挿入用の穴５を開けてい
る。穴５は翼溝にそのダブテールを挿入して環状翼列を
形成する際、シュラウドの対向する面が互いに接するよ
うな形で向かい合うときに、図２に示すように一つの楕
円形状のインテグラルシュラウド側面の長手方向にそっ
た一つの穴として機能するようにしている。図３に板ば
ね挿入用の穴を周方向端面４ａの方向から見た拡大図を
示す。また図２には隣接するインテグラルシュラウド同
士が連結しているときの動翼先端部を半径方向外周側よ
り見た平面図で、板ばね挿入用の穴５が一つの穴として
機能し、その中に初期変形が加えられた板ばねが設置さ
れている状態を透視イメージで示してある。図２，図３
に示すように板ばね連結用の穴５は、周方向端面４ａの
方向から見るとインテグラルシュラウド側面の長手方向
にそった楕円形をしていて、その半径方向の上下端面は
平面形状をしていて、穴５の環状翼列周方向端面も板ば
ねとの接触面積を多くとれるように平面形状にしてあ
る。そのように穴５の半径方向の上下端面，周方向端面
で板ばねとの接触面積を多く取ることにより、接触摩擦
による振動減衰効果が得られ、防振に効果的に働く。ま
た、半径方向の上面、つまり外周側面は、タービンを回
転させたときに働く遠心力のために、挿入してある板ば
ねが外周側面に押しつけられ、そのことにより隣接する
インテグラルシュラウド同士の連結効果が生まれ、それ
による環状翼列剛性が増加する。これは、穴５に板状の
ものを挿入することにより得られる動翼連結効果，環状
翼列剛性増加効果であり、挿入物を初期変位を持つばね
状のものとし、その初期張力による動翼連結効果，環状
翼列剛性増加効果とは別のものである。

【００１３】動翼１をロータに設けられた翼溝に順次挿
入し、動翼１に力を加えて理論ピッチで動翼を植込んだ
環状翼列を形成すれば、板ばねの初期変位により、板ば
ねには弾性的初期張力が生じる。これが隣接するインテ
グラルシュラウド間の初期張力として作用する。この初
期張力により、タービンの回転時、遠心力や熱膨張があ
っても隣接する動翼のインテグラルシュラウドの板ばね
を介した接触が保持され、それにより動翼は群翼構造を
維持でき、環状翼列全体の剛性が増加する。また、振動
の減衰効果を保持して振動が小さくなる。

【００１４】すなわち、図２に示すように、インテグラ
ルシュラウド４の平行四辺形の対向する側面４ａ，４ｂ
は隣接するインテグラルシュラウド４の対向する側面と
互いに平行関係にあり、それぞれの端面に設けられた半
穴同士が互いに対向することにより一つの穴５を形成す
る。

【００１５】一方、穴５に挿入された板ばね６はインテ
グラルシュラウド４のほぼ中間位置８で隣接するインテ
グラルシュラウドと常に接触している。

【００１６】したがって、タービン回転時遠心力や熱膨
張により隣接するインテグラルシュラウド４の接触面の
間に隙間ができ、隣接する動翼が接触しなくなっても板
ばね６を介して、隣接する動翼は確実に連結されるので
環状翼列全体の剛性増加効果，振動の減衰効果が得られ
る。

【００１７】また、図４は一般的な板ばね、図５は板ば
ねを略楕円状にしたものを示している。板ばね６の半径
方向の上下端面は穴５の半径方向の上下端面の平面形状
と接触面積をできるだけ多く取るために、穴５の半径方
向の上下端面同様に平面形状となっている。本発明に用
いる板ばねは、限定はしないが、図５に示すように、板
ばねを略楕円状にして、両サイドに円弧状の部分を設
け、その直線部中央の一箇所に切り欠き部分を設けるこ
とにより、同じ大きさの板ばねで同じたわみに対し、よ
り大きな弾性的張力を得ることができる。つまり、図４
のような形の板ばねでは、初期変位は大きくとれるがそ
れに伴う張力があまり大きくとれないために、環状翼列
を形成したときに板ばねによる接触を保つことは容易で
あるが、張力が大きくないためにそのことによる剛性の
増加は大きくない。また、切り欠きを設けずにただ略楕
円状にしただけの板ばねでは、両端に設けた半円弧状の
部分により大きな張力は得られるが、ばねのたわみを大
きくとれない。このことはつまり挿入する板ばねとして
タービン回転時発生が予想されるインテグラルシュラウ
ド間の環状翼列周方向隙間に、インテグラルシュラウド
の対向する側面に設置した穴が互いに向き合って一つの
穴を形成した時の穴の深さを足しあわせたものよりも環
状翼列周方向の大きいものを用いるようにしたときに、
大きなばねを用いなければいけないことを意味する。ま
た、切り欠きを設けずにただ略楕円状にしただけの板ば
ねのそのような特性は、本発明の動翼を順次そのダブテ
ールを翼溝に挿入し、所定ピッチで動翼を設置して環状
翼列を形成する際に大きな初期張力により製作上の困難
をもたらす可能性がある。しかし、図５に示すように両
端に半円弧部を有し直線部の一方に切り欠きを設けた板
ばねは、たわみ量とそれによって発生する張力の両方を
バランスよく大きくとれ、且つ板ばね自身の形状も小さ
く纏めることが可能である。このような板ばねを用いる
ことによりインテグラルシュラウド同士がより大きな張
力で連結されることにより、より大きなタービン環状翼
列の剛性増加効果，振動減衰効果が得られる。

【００１８】また、板ばねの切り欠き部に、図５に示す
ように突起部７を設けその部分で穴５と接するようにす
る。板ばね製造時にはこの部分を削りしろ分だけわずか
に大きく作成しておき、シュラウドの対向する面が互い
に接するような形で向かい合うときに形成される楕円形
状の穴に板ばねを挿入しながら、動翼を順次そのダブテ
ールを翼溝に挿入し、所定ピッチで動翼を設置して環状
翼列を形成するときに、この部分を削りながら対向する
インテグラルシュラウド間の間隔、板ばねに作用するこ
とによる初期張力を調整することができる。これは、図
４のような形状をした板ばねの端を削って対向するイン
テグラルシュラウド間で、板ばねに作用する初期張力を
調整する方法よりも作業性がよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、動翼をロータの周囲に
設けられた環状の翼溝に植込んで環状翼列を形成する場
合、インテグラルシュラウドの対向する周方向側面に、
側面の長手方向にそった楕円形状の穴がシュラウドの対
向する面が互いに接するような形で向かい合うときに形
成されるように半楕円形状の穴を開けておき、その穴に
タービン回転時に発生が予想されるインテグラルシュラ
ウド間の環状翼列周方向隙間に、インテグラルシュラウ
ドの対向する側面に設置した穴が互いに向き合って一つ
の穴を形成した時の穴の深さを足しあわせたものより
も、環状翼列周方向寸法の大きい板ばねを設置して環状
翼列を形成することにより、隣接する動翼のインテグラ
ルシュラウドには板ばねを介して初期張力が生じるの
で、タービン回転，遠心力や熱膨張が生じても隣接する
動翼のインテグラルシュラウドの接触が板ばねを介して
保持され、隣接する動翼同士の連結が常に保持されるた
めに、タービン環状翼列を構成する動翼は群翼を成し、
板ばねを挿入せずに単独翼となってしまう場合に比べ剛
性が増し、動翼の破損を防止できる。また、その板ばね
同士の接触により振動の減衰効果を保持するのに必要な
摩擦力を得ることができ、このためタービン回転時の動
翼の振動は小さくなり、動翼の破損を防止できる。ま
た、板ばねの外周方向端面とシュラウドに設けた穴の板
ばねの外周方向端面と接する端面をどちらも平面にして
接触面積を大きく取ることにより、板ばねの初期張力に
加え、タービンを回転させたときに働く遠心力のため
に、挿入してある板ばねが外周側面に押しつけられ、そ
のことにより隣接するインテグラルシュラウド同士の連
結効果が生まれ、環状翼列の剛性増加効果，振動減衰効
果を得ることができる。

【００２０】また、本発明の方法は、動翼同士の連結を
保持するために、インテグラルシュラウドに作用させる
張力を、動翼の初期ねじりにより得るものに比べ、動翼
のスタッガー角を変えることなく得ることができるた
め、動翼の空力性能とは全く独立に環状翼列の剛性増加
効果，振動減衰効果を得ることができる。

【００２１】また、ロータの周囲に設けられた環状の翼
溝に動翼のダブテールに順次挿入し、所定ピッチで動翼
を設置して環状翼列を形成する際、その工程で従来技術
と異なるのは、初期変形を与えた板ばねを、隣接する動
翼のインテグラルシュラウドの対向する側面に挿入する
だけであり、その調整も板ばねの端、もしくは板ばねに
設けた削りしろを削ることにより容易に行えるため、新
たに製造技術を開発する必要性がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のタービンの動翼の側面図。

【図２】本発明の動翼及び隣接して配置した動翼の先端
部を半径方向外周側より見た一実施例の平面図。

【図３】インテグラルシュラウド周方向側面に設けた板
ばね挿入用の穴の説明図。

【図４】一般的な板ばねの平面図。

【図５】略楕円状に変形させた板ばねの平面図。

【図６】タービン動翼の正面図。

【図７】図６の動翼を隣接して配置したときの半径方向
外周側より見た平面図。

【符号の説明】

１…動翼、２…ダブテール、３…翼部、４…インテグラ
ルシュラウド、５…板ばね挿入用の穴、６…板ばね、７
…板ばねの削りしろ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータの周囲に設けられた環状の翼溝に挿
   入されるダブテールと、前記ダブテールから延びる翼部
   と、前記翼部の上端に設けられるシュラウドが一体に削
   りだされてなり、順次前記ダブテールを前記翼溝に挿入
   し、所定ピッチで前記動翼を設置して環状翼列を形成す
   るタービン動翼において、隣接する動翼のシュラウドの
   対向する面に、それぞれの面の長手方向に延びる半楕円
   形状の穴を設け、前記シュラウドの対向する面が互いに
   接するような形で向かい合うときに楕円形状の穴が形成
   されるようにし、その穴に板ばねを挿入することによっ
   て環状翼列周方向に張力を働かせて、隣接する動翼を連
   結するように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、前記板ばねを、両端に
   曲率を持たせ直線部中央に一箇所切り欠きを設けて略楕
   円状にしたものを挿入することによって、板ばね自体の
   大きさを大きくせずに一定のたわみ量に対して大きな環
   状翼列周方向張力が得られるようにしたタービン動翼。
3. 【請求項３】請求項１において、前記板ばねの外周方向
   端面とシュラウドに設けた前記穴の板ばねの外周方向端
   面と接する端面をどちらも平面にして接触面積を大きく
   取ることにより、前記板ばねの初期張力に加え、タービ
   ンを回転させたときに働く遠心力によって挿入してある
   板ばねを外周側面に押しつけることにより隣接するイン
   テグラルシュラウド同士の連結効果が生まれるようにし
   たタービン動翼。