(57)【要約】【課題】ガス曲げ応力や熱応力の集中を軽減することにより、信頼性の向上を図ることができる動翼およびガスタービンを提供する。【解決手段】ロータに対して着脱可能な翼取付部２１およびシャンク２２と、シャンク２２の外側端部からロータの軸方向および周方向に沿って延びるプラットフォーム２３と、プラットフォーム２３の外周面から径方向外側に延びる翼形部２４と、プラットフォーム２３における翼形部２４の前縁５１との接続部の内周面から径方向内側に、かつ、周方向に延びるとともに、プラットフォーム２３に対して着脱可能に配置された側板部６１と、側板部６１における前縁５１側の面から、ロータの軸方向であって、翼形部２４の後縁から前縁に向かう方向に、かつ、周方向に延びる動翼側突出部６２と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
2010001841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに対して着脱可能に嵌め合わされる翼取付部と、
該翼取付部から前記ロータの径方向外側に向かって延びるシャンクと、
該シャンクの径方向外側端部から前記ロータの軸方向および周方向に沿って延びるプラットフォームと、
該プラットフォームの外周面から前記径方向外側に向かって延びる翼形部と、
前記プラットフォームにおける前記翼形部の前縁との接続部の内周面から前記径方向内側に向かって、かつ、前記周方向に沿って延びるとともに、前記プラットフォームに対して着脱可能に配置された側板部と、
該側板部における前記前縁側の面から、前記ロータの軸方向に沿う方向であって、前記翼形部の後縁から前縁に向かう方向に、かつ、前記周方向に沿って延びる動翼側突出部と、
が設けられていることを特徴とする動翼。
【請求項２】
前記側板部における前記突出部よりも前記径方向内側に前記軸方向に流体が流通する流通部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の動翼。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動翼および静翼が設けられたガスタービンであって、
前記静翼側から前記プラットフォームと前記突出部との間に向かって延び、前記動翼側突出部とともにシール構造を構成する静翼側突出部と、
が設けられていることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動翼およびガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンの動翼は高温ガスにさらされるため、耐熱性を有する材料から形成されている。その一方で、動翼が取り付けられるロータは製造コストの低減を図るため、耐熱性は劣るものの価格の安い材料から形成されている。
さらに、動翼の上流側、および、下流側には静翼が配置され、動翼と静翼との間には動翼の回転を可能とするために隙間が形成されている。
【０００３】
上述の隙間から高温ガスが内部に流入すると、ロータの温度が高温ガスにより上昇して、ロータの強度が低下するおそれがあった。
【０００４】
これまでに上述の問題を解決するため、動翼および静翼の間の隙間にシール構造を形成し、高温ガスの流入を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
上述の特許文献１に記載の技術では、動翼のシャンク部分における上流側つまり前部に、静翼に向かって延びる板状のシールフィンを複数設けている。このようにすることで、ロータに向かう高温ガスの流れに対する流路抵抗が増大し、ロータまで流入する高温ガスを減少させることができた。
【特許文献１】特開２００１−１１５８０１号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガス曲げ応力や熱応力の集中を軽減することにより、信頼性の向上を図ることができる動翼およびガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の動翼は、ロータに対して着脱可能に嵌め合わされる翼取付部と、該翼取付部から前記ロータの径方向外側に向かって延びるシャンクと、該シャンクの径方向外側端部から前記ロータの軸方向および周方向に沿って延びるプラットフォームと、該プラットフォームの外周面から前記径方向外側に向かって延びる翼形部と、前記プラットフォームにおける前記翼形部の前縁との接続部の内周面から前記径方向内側に向かって、かつ、前記周方向に沿って延びるとともに、前記プラットフォームに対して着脱可能に配置された側板部と、該側板部における前記前縁側の面から、前記ロータの軸方向に沿う方向であって、前記翼形部の後縁から前縁に向かう方向に、かつ、前記周方向に沿って延びる動翼側突出部と、が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、プラットフォームに対して動翼側突出部を設けた側板部を着脱可能とするため、プラットフォームに側板部を直接接続する方法と比較して、プラットフォームにおける前縁との接続部と、その他の部分との間の剛性の差が小さくなる。そのため、翼形部の前縁の付け根におけるガス曲げ応力や熱応力の集中が軽減される。
【０００８】
上記発明においては、前記側板部における前記突出部よりも前記径方向内側に前記軸方向に流体が流通する流通部が設けられていることが望ましい。
【０００９】
本発明によれば、側板部が設けられていても流通部を介して流体、例えば動翼を冷却する冷却用流体や、ロータへの高温流体の流入を防止するシール用流体が軸方向に流通可能となる。
【００１０】
本発明のガスタービンは、上記本発明の動翼および静翼が設けられたガスタービンであって、前記静翼側から前記プラットフォームと前記突出部との間に向かって延び、前記動翼側突出部とともにシール構造を構成する静翼側突出部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、上記本発明の動翼が設けられているため、プラットフォームにおける翼形部の前縁との接続部におけるガス曲げ応力や、熱応力の集中が軽減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の動翼およびガスタービンによれば、プラットフォームに対して動翼側突出部を設けた側板部を着脱可能とするため、プラットフォームにおける前縁との接続部と、その他の部分との間の剛性の差が小さくなり、翼形部の前縁の付け根におけるガス曲げ応力や熱応力の集中を軽減することができ、信頼性の向上を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態に係るガスタービンについて、図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態のガスタービンにおけるタービン動翼およびタービン静翼の周辺構造を説明する模式図である。
本実施形態では、本願の発明をガスタービンのタービン部における一段動翼に適用して説明するが、一段動翼に限られることなく、他の動翼に適用してもよく特に限定するものではない。
【００１４】
ガスタービン１には、図１に示すように、タービン部の一段動翼であるタービン動翼（動翼）２と、一段静翼であるタービン静翼（静翼）３と、タービン動翼２が取り付けられるロータ４と、が設けられている。
【００１５】
図２および図３は、図１のタービン動翼の構成を説明する部分拡大斜視図である。
タービン動翼２には、図１から図３に示すように、翼取付部２１と、シャンク２２と、プラットフォーム２３と、翼形部２４と、フィッシュマウスシール部２５と、が設けられている。
【００１６】
翼取付部２１は、図３に示すように、ロータ４に対して着脱可能に嵌め合わされるものであり、タービン動翼２をロータ４に取り付ける際に用いられる部分である。
なお、翼取付部２１の形状としては、いわゆるクリスマスツリー形状などの公知の形状を採用することができ、特に限定するものではない。
【００１７】
シャンク２２は、図１から図３に示すように、翼取付部２１からロータ４の径方向外側（図１の上方向）に延びる略角柱状に形成された部材である。言い換えると、翼取付部２１とプラットフォーム２３との間に配置された部材である。
【００１８】
プラットフォーム２３は、図１から図３に示すように、シャンク２２における径方向外側の端部に配置され、ロータ４の軸方向（図１の左右方向）および周方向（図１の紙面に対して垂直方向）に延びる略板状の部材である。
プラットフォーム２３における軸方向の両端部は、シャンク２２よりも突出して形成されている。
【００１９】
プラットフォーム２３には、凹部２３Ａと、差込部２３Ｂと、が設けられている。
凹部２３Ａは、プラットフォーム２３の内周面におけるフィッシュマウスシール部２５よりも後縁５２側の部分の板厚（径方向の寸法）を薄くするものである。
差込部２３Ｂは、後述する側板部６１が差し込まれる溝状に形成された部分である。差込部２３Ｂは、プラットフォームプラットフォーム２３の内周面における前縁５１の付け根に対応した位置に形成されている。
【００２０】
翼形部２４は、図１から図３に示すように、プラットフォーム２３における外周面（図１における上側の面）から、径方向外側に向かって延びる部材である。
翼形部２４には、図２および図３に示すように、タービン部を流れる高温流体における上流側（図２の右側）の端部である前縁５１と、下流側の端部である後縁５２と、前縁５１と後縁５２との間を繋ぐ凹状の曲面である正圧面５３と、凸状の曲面である負圧面５４と、が設けられている。
【００２１】
フィッシュマウスシール部２５は、図１に示すように、隣接するタービン静翼３との間にシール構造を形成し、タービン部を流れる高温流体が、タービン動翼２とタービン静翼３との間からロータ４の近傍まで流入することを防止するものである。
フィッシュマウスシール部２５には、図２および図３に示すように、側板部６１と、リムシール（動翼側突出部）６２と、シールフィン６３と、が設けられている。
【００２２】
側板部６１は、図１から図３に示すように、径方向内側（図１の下側）に向かって延びるとともに、周方向に沿って延びる略板状の部材である。より具体的には、シャンク２２における上流側の端面に沿って、径方向内側に向かって延びる略板状の部材である。
さらに、側板部６１は、径方向外側の端部がプラットフォーム２３の差込部２３Ｂに嵌め合わされる部材である。
【００２３】
さらに、側板部６１におけるシャンク２２と対向する領域、言い換えると、リムシール６２よりも径方向内側には、後述するシール用空気が流通する貫通孔である流通部６１Ａが設けられている。
なお、本実施形態では流通部６１Ａを側板部６１に形成された貫通孔に適用して説明しているが、貫通孔に限られることなく、側板部６１の側端部に形成された凹部であってもよく、特に限定するものではない。
【００２４】
リムシール６２は、図２および図３に示すように、側板部６１から上述の高温流体の上流側に向かって、かつ、周方向に沿って延びる略板状の部材である。
【００２５】
シールフィン６３は、図１に示すように、タービン静翼３における静翼側突出部３３との間にシール構造の絞り部を形成するものである。
シールフィン６３は、図２および図３に示すように、リムシール６２の先端部から径方向外側に向かって、かつ、周方向に沿って延びる部材である。言い換えると、リムシール６２の先端部から静翼側突出部３３に接近する方向に延びる畝状の部材である。
【００２６】
タービン静翼３には、図１に示すように、径方向に沿って延びる翼形部３１と、翼形部３１の径方向内側の端部に配置された内側シュラウド３２と、が設けられている。
さらに、タービン静翼３には、フィッシュマウスシール部２５とともにシール構造を形成する静翼側突出部３３が設けられている。なお、静翼側突出部３３は、タービン静翼３に直接設けられていてもよいし、タービン動翼２を組み合わされる他の部品に設けられていてもよく、特に限定するものではない。
【００２７】
翼形部３１は、タービン動翼２の翼形部２４と同様な構成要素から構成され、各要素の形状がタービン静翼３の機能に適合した形状とされている点が異なるものである。
内側シュラウド３２は、軸方向および周方向に延びる略板状の部材であって、プラットフォーム２３とともにタービン部における高温流体が流れる流路を構成するものである。
【００２８】
静翼側突出部３３は、図１に示すように、タービン静翼３からタービン動翼２に向かって延び、かつ、周方向に沿って延びる略板状の部材である。より具体的には、フィッシュマウスシール部２５におけるプラットフォーム２３とリムシール６２との間の空間に向かって延びる略板状の部材である。
静翼側突出部３３におけるシールフィン６３と対向する部分には、上述のシール構造におけるシール性向上を図るために、ハニカムシールなどの部材を設けてもよく、特に限定するものではない。
【００２９】
次に、上記の構成からなるガスタービン１のタービン動翼２およびタービン静翼３の周辺における流れについて説明する。
図４は、図１のタービン動翼およびタービン静翼周辺の流れを説明する模式図である。
【００３０】
ガスタービン１のタービン部を流れる高温の流体は、図４の実線矢印で示すように、タービン静翼３およびタービン動翼２の間を下流側（図４の左側）に向かって流れる。この高温流体の一部は、内側シュラウド３２と、プラットフォーム２３との隙間に流入する。
【００３１】
その一方で、ガスタービン１のコンプレッサ（図示せず）などから冷却用およびシール用に抽気された圧縮空気の一部は、図４の点線矢印で示すように、タービン静翼３とタービン動翼２との間の空間にシール用空気および冷却用空気として供給される。
【００３２】
このうち、径方向外側（図４の上側）に向かって流れ、フィッシュマウスシール部２５および静翼側突出部３３により構成されるシール構造に流入する空気はシール用空気として用いられる。
その一方、流通部６１Ａを通ってタービン動翼２に流入する空気は、冷却用空気として用いられる。
【００３３】
シール用空気は、具体的には、シールフィン６３および静翼側突出部３３により構成された絞り部を介して、リムシール６２、側板部６１、プラットフォーム２３および内側シュラウド３２により囲まれた空間に流入する。
【００３４】
上述のように、内側シュラウド３２とプラットフォーム２３との隙間から、この空間に流入した高温流体は、上述のシール用空気と衝突し渦を形成する。そのため、高温流体はこの空間から径方向内側に配置されたロータ４の近傍まで流入することがない。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴であるタービン動翼２における翼形部２４の付け根における応力集中の緩和について説明する。
【００３６】
一般に、ガスタービン１の運転中には、タービン動翼２の翼形部２４の周囲を高温流体が流れ、タービン動翼２は高温流体により回転駆動される。このとき、翼形部２４は高温流体から力を受け、翼形部２４などにガス曲げ応力が発生する。
特に、翼形部２４とプラットフォーム２３とのつなぎ目である翼形部２４の付け根には、翼形部２４とプラットフォーム２３との剛性の差からガス曲げ応力が集中する。
【００３７】
さらに、周囲を流れる高温流体からの熱により、翼形部２４を含むタービン動翼２も高温になる。タービン動翼２の各部分は熱膨張し、各部分の熱膨張長さの差から熱応力が発生する。
【００３８】
本実施形態では、プラットフォーム２３の差込部２３Ｂに側板部６１を嵌め合わせているため、側板部６１とプラットフォーム２３とを一体に形成している場合と比較して、翼形部２４の前縁５１とプラットフォーム２３、および、側板部６１とプラットフォーム２３との接続部における剛性が低下し、他の部分との熱膨張長さの差が小さくなり、熱応力の集中が緩和される。
【００３９】
さらに、翼形部２４の前縁５１とプラットフォーム２３との接続部の剛性が低下することから、翼形部２４の付け根におけるガス曲げ応力が分散され、応力の集中が緩和される。
【００４０】
その一方で、プラットフォーム２３に凹部２３Ａが形成されているため、翼形部２４とプラットフォーム２３との剛性の差が小さくなり、翼形部２４の付け根におけるガス曲げ応力が分散され、応力の集中が緩和される。
【００４１】
上記の構成によれば、プラットフォーム２３に対してリムシール６２を設けた側板部６１を着脱可能とするため、プラットフォーム２３に側板部６１を直接接続する方法と比較して、プラットフォーム２３における前縁５１との接続部と、その他の部分との間の剛性の差が小さくなる。そのため、翼形部２４の前縁５１の付け根におけるガス曲げ応力や熱応力の集中を軽減することができる。
【００４２】
その結果、前縁５１の付け根における構造上の強度に余裕ができるため、翼形部２４の内部から冷却用空気を供給する貫通孔、いわゆるシャワーヘッドを前縁５１の付け根まで形成することができる。これにより、タービン動翼２の冷却性能の向上を図ることができ、特に高温の作動流体に対する強度上の信頼性向上を図ることができる。
【００４３】
その一方で、側板部６１が設けられていても流通部６１Ａを介してタービン動翼２を冷却する冷却用空気が軸方向に流通可能となり、タービン動翼２の冷却性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態のガスタービンにおけるタービン動翼およびタービン静翼の周辺構造を説明する模式図である。
【図２】図１のタービン動翼の構成を説明する部分拡大斜視図である。
【図３】図１のタービン動翼の構成を説明する部分拡大斜視図である。
【図４】図１のタービン動翼およびタービン静翼周辺の流れを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ガスタービン
２  タービン動翼（動翼）
３  タービン静翼（静翼）
４  ロータ
２１  翼取付部
２２  シャンク
２３  プラットフォーム
２４  翼形部
３３  静翼側突出部
６１  側板部
６１Ａ  流通部
６２  リムシール（動翼側突出部）
【図１】
2010001841.tif 000003
【図２】
2010001841.tif 000004
【図３】
2010001841.tif 000005
【図４】
2010001841.tif 000006