(57)【要約】【課題】適切な回転機械翼を設計することができる回転機械翼の翼形状設計方法を提供することにある。【解決手段】回転機械翼の翼形状を選定する選定ステップと、選定された翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について、それぞれ振動強度を算出し、その中から１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の振動強度が許容範囲に含まれるかを判定する振動強度設計ステップと、振動強度が許容範囲に入った翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について静応力を算出し、その中から１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の静応力が許容範囲に含まれるかを判定する静的強度設計ステップと、翼形状が許容範囲を満たさなかった場合に、入力条件を変更し、選定ステップに進ませる条件再設定ステップと、を有し、静的強度設計ステップは、非線形解析を行うことで、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械翼の翼形状設計方法であって、
入力条件に基づいて回転機械翼の翼形状を選定する選定ステップと、
前記選定ステップで選定された翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について、それぞれ振動強度を算出し、算出した振動強度に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の振動強度が許容範囲に含まれるかを判定する振動強度設計ステップと、
前記振動強度が許容範囲に入った翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について静応力を算出し、算出した静応力に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の静応力が許容範囲に含まれるかを判定する静的強度設計ステップと、
前記振動強度設計ステップで振動強度が許容範囲ではない場合、または、前記静的強度設計ステップで静応力が許容範囲ではない場合に前記入力条件を変更し、前記選定ステップに進ませる条件再設定ステップと、を有し、
前記静的強度設計ステップは、非線形解析を行うことを特徴とする翼形状設計方法。
【請求項２】
前記振動強度設計ステップは、ロバスト性を加味して振動強度を算出することを特徴とする請求項１に記載の翼形状設計方法。
【請求項３】
前記静的強度設計ステップは、ロバスト性を加味して静応力を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の翼形状設計方法。
【請求項４】
前記静的強度設計ステップで静応力が許容範囲と判定された翼形状で詳細な解析を行う詳細解析ステップを有する請求項１から３のいずれか１項に記載の翼形状設計方法。
【請求項５】
前記静的強度設定ステップで静応力が許容範囲と判定された翼形状の振動応力を算出し、算出した振動応力が許容範囲に含まれるかを判定する振動応力設計ステップとを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の翼形状設計方法。
【請求項６】
前記振動応力設計ステップは、ロバスト性を加味して振動応力を算出することを特徴とする請求項５に記載の翼形状設計方法。
【請求項７】
前記振動応力設計ステップで振動応力が許容範囲と判定された形状で詳細な解析を行う詳細解析ステップを有することを特徴とする請求項５または６に記載の翼形状設計方法。
【請求項８】
回転機械翼の翼形状設計システムであって、
入力条件を入力する入力部と、
前記入力部から入力された入力条件に基づいて回転機械翼の翼形状を選定する選定部と、
前記選定部で選定された翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について、それぞれ振動強度を算出し、算出した振動強度に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の振動強度が許容範囲に含まれるかを判定する振動強度設計部と、
前記振動強度が許容範囲に入った翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について静応力を算出し、算出した静応力に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の静応力が許容範囲に含まれるかを判定する静的強度設計部と、
前記振動強度設計部で振動強度が許容範囲ではない場合、または、前記静的強度設計部で静応力が許容範囲ではない場合に前記入力条件を変更し、前記選定部に再入力する条件再設定部と、を有し、
前記静的強度設計部は、非線形解析を行うことを特徴とする翼形状設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン等の回転機械に用いられる回転機械翼の翼形状設計方法及び翼形状設計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンや蒸気タービンの回転機械翼は、使用時に広範囲な振動数で励振される。そのため回転機械翼は、使用時に広範囲な振動数で励振されても破損または消耗しない形状にする必要がある。
【０００３】
これに対して、例えば、特許文献１には、回転機械翼の運転時の振動強度を保持するようにした翼の設計方法であって、評価対象を設定する工程と、これに影響を与える複数の設計パラメータを設定する工程と、タグチメソッドに基づき前記設計パラメータと各水準とを直交表に割り付ける工程と、前記直交表に基づき固有値解析を行う工程と、ＳＮ比、感度計算を実施する工程と、制約条件下で前記複数の設計パラメータを用いて翼の形状を最適化する工程と、を備え、前記制約条件が、翼形状を決定する設計パラメータを翼形状の連続性が確保される範囲内とする第一の制約条件と、タグチメソッドに基づき算出されたＳＮ比が高い値を示す設計パラメータ及び水準を固定する第二の制約条件とからなる設計方法が記載されている。
【０００４】
また、タービンの回転機械翼に関する計算ではなく軸メタル温度を算出しているが、タービンの種々の運転条件を加味したシミュレーション装置として、特許文献２には、タービン起動時から定常運転時までの運転条件を示す起動カーブデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されている起動カーブデータに基づいて軸メタル温度を算出する演算手段とを備えることを特徴とするタービンのシミュレーション装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９２３５８号公報
【特許文献２】特開平５−３３６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、シミュレーション（数値解析）により、振動強度が最適化された翼形状を算出することで、より振動強度の高い回転機械翼を設計し、製造することができる。
【０００７】
ここで、回転機械翼は、振動強度以外にも静的強度を一定の強度以上、つまり許容範囲としなければならない。しかしながら、現状では、振動強度を加味した設計と静的強度を加味した設計は、別々に行われている。そのため、振動強度が許容範囲であっても静的強度が許容範囲に含まれない場合は、再度設計をやり直すことになる。そのため、現状では、設計担当者が経験則に基づいて振動強度と静的強度の両方が許容範囲となりそうな形状を選定し、その選定した形状について振動強度と静的強度とを算出している。このように設計担当者の経験則に依存すると、担当者のスキルにより設計精度が変化してしまい、最適形状を設計することが困難である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切な回転機械翼を設計することができる回転機械翼の翼形状設計方法及び翼形状設計システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転機械翼の翼形状設計方法であって、入力条件に基づいて回転機械翼の翼形状を選定する選定ステップと、前記選定ステップで選定された翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について、それぞれ振動強度を算出し、算出した振動強度に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の振動強度が許容範囲に含まれるかを判定する振動強度設計ステップと、前記振動強度が許容範囲に入った翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について静応力を算出し、算出した静応力に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の静応力が許容範囲に含まれるかを判定する静的強度設計ステップと、前記振動強度設計ステップで振動強度が許容範囲ではない場合、または、前記静的強度設計ステップで静応力が許容範囲ではない場合に前記入力条件を変更し、前記選定ステップに進ませる条件再設定ステップと、を有し、前記静的強度設計ステップは、非線形解析を行うことを特徴とする。
【００１０】
このように、振動強度と静的強度とが許容範囲となるようにし、且つ静的強度設計時に非線形解析を用いることで、より高い精度かつ短時間で適切な翼形状の回転機械翼を設計することができる。
【００１１】
また、前記振動強度設計ステップは、ロバスト性を加味して振動強度を算出するが好ましい。このようにロバスト性を加味して設計を行うことで、より適切な翼形状に設計することができる。
【００１２】
また、前記静的強度設計ステップは、ロバスト性を加味して静応力を算出することが好ましい。このようにロバスト性を加味して設計を行うことで、より適切な翼形状に設計することができる。
【００１３】
さらに、前記静的強度設計ステップで静応力が許容範囲と判定された翼形状で詳細な解析を行う詳細解析ステップを有することが好ましい。このように、詳細解析を行うことで、より適切な翼形状に設計することができる。
【００１４】
また、前記静的強度設定ステップで静応力が許容範囲と判定された翼形状の振動応力を算出し、算出した振動応力が許容範囲に含まれるかを判定する振動応力設計ステップとを有することが好ましい。このように振動応力も加味して翼形状を設計することで、より適切な翼形状に設計することができる。
【００１５】
また、前記振動応力設計ステップは、ロバスト性を加味して振動応力を算出することが好ましい。このようにロバスト性を加味して設計を行うことで、より適切な翼形状に設計することができる。
【００１６】
さらに、前記振動応力設計ステップで振動応力が許容範囲と判定された形状で詳細な解析を行う詳細解析ステップを有することが好ましい。このように、詳細解析を行うことで、より適切な翼形状に設計することができる。
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転機械翼の翼形状設計システムであって、入力条件を入力する入力部と、前記入力部から入力された入力条件に基づいて回転機械翼の翼形状を選定する選定部と、前記選定部で選定された翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について、それぞれ振動強度を算出し、算出した振動強度に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の振動強度が許容範囲に含まれるかを判定する振動強度設計部と、前記振動強度が許容範囲に入った翼形状及び該翼形状を一部変更した複数の翼形状について静応力を算出し、算出した静応力に基づいて、１つの翼形状を選定し、選定した翼形状の静応力が許容範囲に含まれるかを判定する静的強度設計部と、前記振動強度設計部で振動強度が許容範囲ではない場合、または、前記静的強度設計部で静応力が許容範囲ではない場合に前記入力条件を変更し、前記選定部に再入力する条件再設定部と、を有し、前記静的強度設計部は、非線形解析を行うことを特徴とする。
【００１８】
このように、振動強度と静的強度とが許容範囲となるようにし、且つ静的強度設計時に非線形解析を用いることで、より高い精度かつ短時間で適切な翼形状の回転機械翼を設計することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる翼形状設計方法及び翼形状設計システムは、より適切な形状の回転機械翼をより高い確率で設計することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、翼形状設計システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、翼形状設計方法の一例を示すフロー図である。
【図３−１】図３−１は、回転機械翼を翼の入口側から見た側面図である。
【図３−２】図３−２は、図３−１に示す回転機械翼の上面図である。
【図４−１】図４−１は、他の回転機械翼を翼の入口側から見た側面図である。
【図４−２】図４−２は、図４−１に示す回転機械翼の上面図である。
【図５】図５は、翼形状設計システムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、翼形状設計方法の他の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる翼形状設計システムおよび翼形状設計方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本発明にかかる翼形状設計システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように翼形状設計システム１０は、入力部１２と、演算部１４と、記憶部１６とを有する。
【００２３】
入力部１２は、キーボードやマウス等で構成され、操作者により演算部１４での演算に用いる数値、例えば、初期値、性能の許容範囲、工作上の制約条件等が入力される。演算部１４は、ＣＰＵ等で構成され、プログラムに基づいて数値計算を行う。記憶部１６は、演算部１４で展開されるプログラムや、計算結果等を記憶する。なお、翼形状設計システム１０は、数値計算を行う演算装置であり、例えば、パーソナルコンピュータである。また、翼形状設計システムは、演算装置の一機能として備えられているものであっても、翼形状の設計のみものであってもよい。
【００２４】
ここで、演算部１４は、基本形状選定部１８と、振動強度設計部２０と、静的強度設計部２２と、詳細解析部２４と、パラメータ変更部２６とを有する。なお、本実施形態では説明のために演算部１４が各部を有するとしたが、これらはプログラムであり、演算領域で展開されているものである。また、これらは別々のプログラムまたソフトである必要はなく、１つのプログラムまたソフトに各部の機能を持たせるようにしてもよい。
【００２５】
基本形状選定部１８は、入力部１２により入力された条件（パラメータ）に基づいて回転機械翼の基本形状を選定する。具体的には、回転機械翼の各部の幅、長さ、高さ、厚み、角度の入力値に基づいて、回転機械翼の全体の形状を選定する。
【００２６】
振動強度設計部２０は、回転機械翼の基本形状を基準として、適切な振動強度となる形状の回転機械翼を設計する。具体的には、まず、振動強度設計部２０は、回転機械翼の形状の各振動モードにおける固有振動数を算出し、予め設定されている振動数の範囲における振動強度を算出する。振動強度設計部２０は、さらに、基本形状を基準として一定範囲内で回転機械翼の形状を変更し、形状を変更した回転機械翼の振動強度を算出することを繰り返す。振動強度設計部２０は、繰り返し計算をして算出した回転機械翼の形状と振動強度との関係の中から、振動強度が最適となる回転機械翼の形状を算出する。
【００２７】
静的強度設計部２２は、振動強度設計部２０で設計された最適な振動強度となる形状の回転機械翼を基準として、適切な静的強度となる形状の回転機械翼を設計する。具体的には、静的強度設計部２２は、まず、振動強度設計部２０で設計された形状の回転機械翼の静的強度を算出する。ここで静的強度とは、回転機械翼に生じる静的応力およびその分布であり、静的強度設計部２２は、非線形解析により、静的強度を算出する。非線形解析には、ＮＲ法（Newton-Raphson法）、ＭＮＲ法（修正Newton法）等の反復解析手法や、荷重増分制御法、変位増分制御法、弧長増分制御等の逐次増加制御法を用いることができる。
さらに、静的強度設計部２２も、振動強度設計部２０で算出された回転機械翼の形状を基準として一定範囲内で回転機械翼の形状を変更し、形状を変更した回転機械翼の静的強度を算出することを繰り返す。静的強度設計部２２は、繰り返し計算をして算出した回転機械翼の形状と静的強度との関係の中から静的強度が最適となる回転機械翼の形状を算出する。
【００２８】
詳細解析部２４は、静的強度設計部２２で設計された形状の回転機械翼を詳細に解析する。具体的には、詳細解析部２４は、３Ｄソリッドにより回転機械翼の翼面に生じる静適応力およびその分布等を算出値、各値が許容値となっているかを判定する。
【００２９】
パラメータ変更部２６は、振動強度設計部２０、静的強度設計部２２、詳細解析部２４の各部において、算出された回転機械翼の形状及び算出値が許容範囲を満たさなかった場合に、回転機械翼の基準形状のパラメータを変更する。翼形状設計システム１０は、基本的に以上のような構成である。
【００３０】
次に、翼形状設計システム１０を用いた回転機械翼の設計方法について説明する。図２は、翼形状設計方法の一例を示すフロー図である。まず、翼形状設計システム１０の演算部１４は、入力部１２から入力された条件や、記憶部１６に記憶されている条件を読み出し、設計に必要な数値、条件を設定する。次に、演算部１４は、ステップＳ１２として、回転機械翼の基本翼形状を選定する。具体的には、基本形状選定部１８が設定されている条件に基づいて回転機械翼の基本翼形状（つまり基本形状）を選定する。
【００３１】
演算部１４は、ステップＳ１２で基本翼形状を選定したら、ステップＳ１４として、振動強度設計を行う。具体的には、振動強度設計部２０が基本翼形状を基準として、翼形状を種々の形状に変更し、基準翼形状及び変更した翼形状について、それぞれ各振動モードの固有振動数を算出し、各形状での振動強度を算出する。振動強度設計部２０は、振動強度を算出した形状の中で、振動強度が最適値、つまり、振動強度が最も高くなる翼形状を算出する。
【００３２】
演算部１４は、ステップＳ１４で振動強度が最も高くなる翼形状を算出したら、ステップＳ１６として、その振動強度、つまり最適値が許容範囲内であるかを判定する。ここで、ステップＳ１６で判定の基準とする、振動強度の最適値の許容範囲は、入力部１２から操作者により入力される等により予め設定された数値範囲である。
【００３３】
演算部１４は、ステップＳ１６で最適値が許容範囲内ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１８として、パラメータを変更する。具体的には、演算部１４は、パラメータ変更部２６で基準翼形状の選定の条件となるパラメータを変更する。演算部１４は、パラメータを変更した後、ステップＳ１２に進み、基本翼形状を再度選定する。これにより、前回とは異なる基本翼形状を用いて回転機械翼の設計を行うことができる。
【００３４】
また、演算部１４は、ステップＳ１６で最適値が許容範囲内にある（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ２０として、静的強度設計部２２で、静的強度設計を行う。具体的には、演算部１４の静的強度設計部２２は、ステップＳ１４で設計（算出）した形状の回転機械翼を基準として、翼形状を種々の翼形状に変更し、ステップＳ１４で設計した翼形状及び変更した翼形状について、それぞれ静応力を算出し、各形状での静応力を算出する。なお、このとき、静的強度設計部２２は、非線形解析を行い、翼形状を非線形にも変形させる。静的強度設計部は、静応力を算出した形状の中で、静的強度が最適値、つまり、静応力のレベルが許容値以下であり、かつその分布が最もバランスされている翼形状を算出する。
【００３５】
演算部１４は、ステップＳ２０で静的強度が最適値となる翼形状を算出したら、ステップＳ２２として、その静的強度の最適値が許容範囲内であるかを判定する。ここで、ステップＳ２２で判定の基準とする、静的強度の最適値の許容範囲も、入力部１２から操作者により入力される等により予め設定された数値範囲である。
【００３６】
演算部１４は、ステップＳ２２で最適値が許容範囲内ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ２４として、パラメータを変更する。具体的には、演算部１４は、パラメータ変更部２６で基準翼形状の選定の条件となるパラメータを変更する。演算部１４は、パラメータを変更した後、ステップＳ１２に進み、基本翼形状を再度選定する。これにより、前回とは異なる基本翼形状を用いて回転機械翼の設計を行うことができる。
【００３７】
また、演算部１４は、ステップＳ２２で最適値が許容範囲内にある（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ２６として、ステップＳ２０で算出した翼形状の詳細解析を行う。具体的には、詳細解析部２４により翼形状を３Ｄソリッド解析し、翼形状の種々の値を算出する。
【００３８】
演算部１４は、ステップＳ２６で詳細解析を行ったら、ステップＳ２８として、算出した翼形状の各値が許容範囲内であるかを判定する。ここで、翼形状の各値とは、回転機械翼としての必要な性能を発揮できるか、製造可能であるか等を判断するための基準の値である。
【００３９】
演算部１４は、ステップＳ２８で各値の少なくとも１つが許容範囲内ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ３０として、パラメータを変更する。具体的には、演算部１４は、パラメータ変更部２６で基準翼形状の選定の条件となるパラメータを変更する。演算部１４は、パラメータを変更した後、ステップＳ１２に進み、基本翼形状を再度選定する。これにより、前回とは異なる基本翼形状を用いて回転機械翼の設計を行うことができる。他方、演算部１４は、ステップＳ２８で、各値のすべてが許容範囲内ではある（Ｙｅｓ）と判定したら、算出した翼形状を設計形状として出力し、処理を終了する。
【００４０】
このように、翼形状設計システム１０によれば、振動強度に加え、静的強度に対しても許容範囲を設定し、設定した許容範囲を満たすように、翼形状を設計することで、より振動強度と静的強度が許容範囲を満たす回転機械翼を設計することができる。また、基準形状または、振動設計部で算出された翼形状を基準として、翼形状を一定範囲で変形させ、種々の翼形状について振動強度や静的強度を算出し、その中から最適な形状を選択することで、信頼性が高く、より最適な回転機械翼を設計することができる。また、演算部による演算で行うことで、短時間で自動的に算出することができる。
【００４１】
また、振動強度設計部２０で複数の振動モードの固有振動数を同時に算出し、複数の振動モードを加味して、最適な振動強度となる形状を算出することで、繰り返し計算の回数を減らし、より最適な形状を算出することができる。
【００４２】
また、静的強度設計部２２で、大変形を考慮した非線形解析を行うことで、自動的に回転機械翼の静応力分布の極限的なバランスを取ることができる。これにより線形解析のみで設計していた場合よりもより適切な形状にすることができる。特に、回転機械翼を高性能な蒸気タービンに用いる場合は、回転機械翼をより薄く、より大きくする必要があるため、線形解析で設計した回転機械翼では設計通りの性能を発揮しないことがあるが、非線形解析を行うことで適切な性能で使用することができる。これにより、より適切な設計を行うことができる。以下、具体的な設計例を用いて説明する。ここで、図３−１は、回転機械翼を翼の入口側から見た側面図であり、図３−２は、図３−１に示す回転機械翼の上面図である。また、図４−１は、他の回転機械翼を翼の入口側から見た側面図であり、図４−２は、図４−１に示す回転機械翼の上面図である。なお、図３−１及び図３−２は、静的強度設計部２２で非線形解析を用いて回転機械翼を設計した例であり、図４−１及び図４−２は、静的強度設計部２２で線形解析を用いて回転機械翼を設計した例である。図３−１及び図３−２と図４−１及び図４−２とに示すように、非線形解析と線形解析では、算出される形状が大きく異なることがわかる。また、非線形解析を用いて設計を行うことで、より適切な静的強度を算出した状態で回転機械翼を設計することができる。また、非線形解析を行うことで、実際の使用には耐えることができない、つまり、耐久性や性能が不十分で実際に使用することができない回転機械翼を設計する可能性をより低くすることができる。つまり、設計精度を高くすることができる。
【００４３】
ここで、振動強度設計部２０及び静的強度設計部２２は、ロバスト性（外乱や設計誤差などの）を考慮（加味）して翼形状を設計することが好ましい。具体的には、振動強度設計部２０は、ロバスト性を考慮し一定幅の固有振動数を算出することが好ましく、静的強度設計部２２は、ロバスト性を考慮し一定幅の静応力を算出することが好ましい。このようにロバスト性を考慮することで、より適切な形状の回転機械翼を設計することができる。なお、ロバスト性を考慮する場合は、上述したように算出値でロバスト性を考慮するようにしてもよいが、算出値と比較する許容範囲でロバスト性を考慮するようにしてもよい。つまり、許容範囲を設定する際にロバスト性を考慮するようにしてもよい。例えば、ロバスト性により発生する誤差を加味して、許容範囲を狭くしてもよい。
【００４４】
また、パラメータ変更部２６は、振動強度設計部２０及び／または静的強度設計部２２の算出値と許容範囲との関係、例えばずれ量、一致範囲等に基づいて、変更するパラメータや、その変化量を設定することが好ましい。また、パラメータ変更部２６は、パラメータの初期値や、変更したパラメータの項目及び量を記憶しておき、以前に変更したパラメータを参考にして、変更するパラメータの項目及び量を決定することが好ましい。このように、算出値と許容範囲との関係及び／または過去の履歴に基づいてパラメータの変更を決定することで、より短時間でかつより適切に回転機械翼の形状を設計することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、より適切な形状に設計できるため、各工程で最適形状を算出するようにしたが、本発明はこれに限定されず、許容範囲となる形状を検出したら、その形状で次の工程に進むようにしてもよい。
【００４６】
また、図１に示す翼形状設計システム１０では、振動強度と静的強度と詳細解析により翼形状を設計したがこれに限定されず、さらに、振動応力も加味して翼形状を設計するようにしてもよい。図５は、翼形状設計システムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図５に示す翼形状設計システム３０は、基本的に、振動応力設計部３４を設けた点を除いて、他の構成は図１に示す翼形状設計システム１０と同様である。以下では、翼形状設計システム１０と同様の構成の部分の説明は簡略化または省略し、翼形状設計システム３０に特有の点を重点的に説明する。翼形状設計システム３０は、入力部１２と、演算部３２と、記憶部１６とを有する。また、演算部３２は、基本形状選定部１８と、振動強度設計部２０と、静的強度設計部２２と、詳細解析部２４と、パラメータ変更部２６と、振動応力設計部３４とを有する。
【００４７】
振動応力設計部３４は、静的強度設計部２２で設計された静的応力が最適値となる形状の回転機械翼を基準として、適切な振動応力となる形状の回転機械翼を設計する。具体的には、まず、振動応力設計部３４は、静的強度設計部２２で設計された形状の回転機械翼の振動応力を算出する。振動応力設計部３４は、さらに、静的強度設計部２２で設計された形状を基準として一定範囲内で回転機械翼の形状を変更し、形状を変更した回転機械翼の振動応力を算出することを繰り返す。振動応力設計部３４は、繰り返し計算をして算出した回転機械翼の形状と振動応力との関係の中から、振動応力が最適となる回転機械翼の形状を算出する。
【００４８】
また、本実施形態では、詳細解析部２４は、振動応力設計部３４で設計された形状の回転機械翼を詳細に解析する。翼形状設計システム３０は、基本的に以上のような構成である。
【００４９】
次に、翼形状設計システム３０を用いた回転機械翼の設計方法について説明する。図６は、翼形状設計方法の他の一例を示すフロー図である。なお、図６に示すフロー図は、ステップＳ２２とステップＳ２４との間にステップＳ４０からステップＳ４４の動作が組み込まれたことを除いて他の動作は、図２に示すフロー図と同様の動作となる。以下、図２に示すフロー図の動作と同様の動作について説明を省略し、図６に示すフロー図に特有の点について説明する。
【００５０】
演算部３２は、ステップＳ２２で、ステップＳ２２で最適値が許容範囲内にある（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ４０として、振動応力設計部３４で、振動応力設計を行う。具体的には、演算部１４の振動応力設計部３４は、ステップＳ２０で設計（算出）した形状の回転機械翼を基準として、翼形状を種々の翼形状に変更し、ステップＳ２０で設計した翼形状及び変更した翼形状について、それぞれ振動応力を算出し、各形状での振動応力を算出する。振動応力設計部３４は、振動応力を算出した形状の中で、振動応力が最適値、つまり、振動応力が最も低くなる翼形状を算出する。
【００５１】
演算部１４は、ステップＳ４０で振動応力が最適値となる翼形状を算出したら、ステップＳ４２として、その振動応力の最適値が許容範囲内であるかを判定する。ここで、ステップＳ４２で判定の基準とする、振動応力の最適値の許容範囲も、入力部１２から操作者により入力される等により予め設定された数値範囲である。
【００５２】
演算部１４は、ステップＳ４２で最適値が許容範囲内ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ４４として、パラメータを変更する。具体的には、演算部１４は、パラメータ変更部２６で基準翼形状の選定の条件となるパラメータを変更する。演算部１４は、パラメータを変更した後、ステップＳ１２に進み、基本翼形状を再度選定する。これにより、前回とは異なる基本翼形状を用いて回転機械翼の設計を行うことができる。
【００５３】
また、演算部１４は、ステップＳ４２で最適値が許容範囲内にある（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ２６に進み、ステップＳ４０で算出した翼形状の詳細解析を行う。
【００５４】
このように、固有振動数、静的応力に加え、振動応力を加味して、翼形状を設計することで、さらに、適切な回転機械翼を設計することができる。また、振動応力も許容範囲を満足するように設計することで、詳細解析で各値が許容範囲を満たさなくなることをより少なくすることができる。これにより、時間がかかる詳細解析を行う回数を少なくすることができ、設計時間を短縮することができる。
【００５５】
なお、上記実施形態では、設計する回転機械翼の信頼性をより高くできるため、いずれも詳細解析を行うようにしたが、本発明はこれに限定されず、詳細解析は行わなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明にかかる翼形状設計方法及び翼形状設計システムは、回転機械翼の設計に有用であり、特に、蒸気タービンに用いる回転機械翼の設計に適している。
【符号の説明】
【００５７】
１０、３０  翼形状設計システム
１２  入力部
１４、３２  演算部
１６  記憶部
１８  基本翼形状選定部
２０  振動強度設計部
２２  静的強度設計部
２４  詳細解析部
２６  パラメータ変更部
３４  振動応力設計部
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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