(57)【要約】      （修正有）【課題】翼部のシュラウドとの付根部に発生するせん断応力を低減することができるインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造を提供する。【解決手段】周方向に配列される翼部１１の翼頂に、翼部１１と一体にシュラウド１２を設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を、互いに隣接するシュラウド１２同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼において、隣接するシュラウド１２のねじり戻り変形によって対向する段部１２ａ，１２ｂの間に空隙を設けると共に、段部１２ａ，１２ｂの間に、シュラウド１２によって保持され、ねじり戻り変形によって段部１２ａ，１２ｂに接触するプレート１３を設ける構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、隣接する前記シュラウドの前記ねじり戻り変形によって対向する一対の面の間に、前記シュラウドによって保持され、前記ねじり戻り変形によって前記一対の面に接触する介挿部材を設けたことを特徴とするインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【請求項２】
前記ねじり戻り変形によって前記一対の面に接触する前記介挿部材の面にそれぞれ前記一対の面を挿入可能な凹溝を設け、前記凹溝の底部に前記一対の面を接触させることを特徴とする請求項１記載のインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【請求項３】
前記一対の面にそれぞれ前記介挿部材を挿入可能な凹溝を設け、前記凹溝の底部に前記介挿部材を接触させることを特徴とする請求項１記載のインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【請求項４】
周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記翼部の後縁部の先端を背側に湾曲させたことを特徴とするインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【請求項５】
周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記翼部が、前記シュラウドとの付根部側に前記付け根部に向かって拡径されるテーパ部を備えたことを特徴とするインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【請求項６】
周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記翼に前記シュラウドから所定の距離をおいて前縁部と後縁部間の幅が縮幅となった縮幅部を設けたことを特徴とするインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【請求項７】
周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記シュラウドが、前記ねじり戻り変形によって隣接する前記シュラウドに対向する面と平行に、且つ所定の間隔をおいて形成されるスリットを備えたことを特徴とするインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造に関し、特に、蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンに適用されるインテグラルシュラウド翼のシュラウドに対する翼部の付根に生じるせん断応力を低減するインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンに適用されるタービン翼では、タービンの回転中に遠心力を利用して翼部と一体に形成されたシュラウド同士を係合させることにより隣接する翼が連結されるインテグラルシュラウド翼（Integral Shroud Blade：ＩＳＢ）が多く採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
図１０はインテグラルシュラウド翼を模式的に示す説明図、図１１は図１０のＤ−Ｄ矢視図である。
【０００４】
図１０及び図１１に示すように、インテグラルシュラウド翼（以下、動翼）１００は翼部１０１と、翼部１０１の翼頂に翼部１０１と一体に形成されたシュラウド１０２と、翼部１０１のシュラウド１０２とは反対側、即ちロータ側に設けられたプラットホーム（図示省略）とから構成されている。
【０００５】
翼部１０１は前縁部（図１０中、左側）の板厚が厚く、後縁部（図１０中、右側）へ向かうに従って板厚が薄くなると共に、前縁部から後縁部に向かって弧状に湾曲した形状となっている。また、隣接するシュラウド１０２の互いに対向する側面には、それぞれタービンの回転方向に屈曲してなる段部１０２ａ，１０２ｂが形成されている。
【０００６】
タービンの回転中、翼部１０１には遠心力によって図１０中矢印で示すようなねじり戻り変形が生じる。動翼１００では、このような遠心力による翼部１０１のねじり戻り変形を利用して隣接するシュラウド１０２のそれぞれの段部１０２ａ，１０２ｂを係合させ、翼部１０１のねじり戻り変形に伴う回転を拘束することで全数の動翼１００を連結、固定する構造となっている。図１０中に示した点Ｐ0は、翼部１０１が隣接翼から受ける荷重点の一例である。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０３２０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１７６５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した動翼１００のねじり戻り変形に伴う回転を隣接するシュラウド１０２のそれぞれの段部１０２ａ同士を係合させて拘束する構造にあっては、翼部１０１のシュラウド１０２との付根部１０３にせん断応力が発生する。近年、動翼１００は薄肉長翼化が進んでいることから、この付根部１０３に生じるせん断応力は増加する傾向にあるという問題があり、疲労強度の向上が求められている。
【０００９】
このようなことから本発明は、翼部のシュラウドとの付根部に発生するせん断応力を低減することができるインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造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】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の請求項１に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、隣接する前記シュラウドの前記ねじり戻り変形によって対向する一対の面の間に、前記シュラウドによって保持され、前記ねじり戻り変形によって前記一対の面に接触する介挿部材を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、請求項１記載のインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造において、前記ねじり戻り変形によって前記一対の面に接触する前記介挿部材の面にそれぞれ前記一対の面を挿入可能な凹溝を設け、前記凹溝の底部に前記一対の面を接触させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、請求項１記載のインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造において、前記一対の面にそれぞれ前記介挿部材を挿入可能な凹溝を設け、前記凹溝の底部に前記介挿部材を接触させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記翼部の後縁部の先端を背側に湾曲させたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項５に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記翼部が、前記シュラウドとの付根部側に前記付け根部に向かって拡径されるテーパ部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項６に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記翼に前記シュラウドから所定の距離をおいて前縁部と後縁部間の幅が縮幅となった縮幅部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項７に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造は、周方向に配列される翼部の翼頂に、翼部と一体にシュラウドを設け、遠心力によって生じるねじり戻り変形を互いに隣接するシュラウド同士で拘束するようにしたインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造であって、前記シュラウドが、前記ねじり戻り変形によって隣接する前記シュラウドに対向する面と平行に、且つ所定の間隔をおいて形成されるスリットを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造によれば、翼部のシュラウドに対する付根部のせん断応力を低減し、疲労強度を向上させ、動翼の健全性を確保することが可能なインテグラルシュラウド翼を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係るインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造の実施形態を以下の実施例において詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図３に基づいて、本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は一般的なガスタービンの構造を示す全体図、図２は本実施例に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００２０】
図１に示すように、ガスタービン１は空気取り入れ口２、圧縮機３、燃焼器４、タービン５等を備え、前方の空気取り入れ口２から取り込んだ空気を圧縮機３で圧縮し、燃焼器４で燃料と圧縮された空気とを燃焼させることによって発生する高圧・高温の燃焼ガスによってタービン５を回転させて動力を得るものである。
【００２１】
本実施例においては、上記タービン５に用いられるタービン翼として、図２及び図３に示す動翼１０を用いる。図２及び図３に示すように、周方向に配列される各動翼１０は翼部１１と、翼部１１の翼頂に翼部１１と一体に形成されたシュラウド１２と、翼部１１のシュラウド１２とは反対側、即ちロータ側に形成されたプラットホーム（図示省略）とから構成されている。さらに、隣接するシュラウド１２間に介挿部材としてのプレート１３が介挿されている。
【００２２】
具体的には図２に示すように、翼部１１は前縁部（図２では左側）の板厚が厚く、後縁部（図２では右側）へ向かうに従って板厚が薄くなるように形成され、前縁部から後縁部に向かって弧状に湾曲した形状となっている。以下、翼部１１の凹曲面側を腹側、凸曲面側を背側と呼ぶ。
【００２３】
そして、隣接するシュラウド１２の互いに対向する側面には、それぞれタービン５の回転方向に屈曲する等によりなる段部１２ａ，１２ｂが形成されている。段部１２ａ，１２ｂは、図１０に示した従来のシュラウド１０２に形成された段部１０２ａ，１０２ｂと比較して翼部１１側に平行移動した状態となっている。これにより、隣接するシュラウド１２の互いに対向する段部１２ａ，１２ｂ間には所定の空隙が設けられ、この空隙にプレート１３が介挿されている。
【００２４】
図３に示すように、プレート１３の段部１２ａ，１２ｂに対向する二つの側面には、それぞれ段部１２ａ，１２ｂを挿入可能な凹溝１３ａ，１３ｂが形成されている。なお、段部１２ｂと凹溝１３ａ、段部１２ａと凹溝１３ｂの間には公差程度の空隙を与える。
【００２５】
本実施例においては、タービン５の回転中、遠心力によって翼部１１にねじり戻り変形が生じると、プレート１３を介してねじり戻り変形により対向する段部１２ａ，１２ｂが、それぞれ凹溝１３ｂ，１３ａの底部に接触することで翼部１１のねじり戻り変形に伴う回転を拘束し、全数の動翼１０が連結、固定される。なお、プレート１３はこの凹溝１３ａ，１３ｂに段部１２ａ，１２ｂをそれぞれ介挿することによって、シュラウド１２に保持されている。図２中に示した点Ｐ1は、翼部１１が隣接翼から受ける荷重点の一例である。
【００２６】
本実施例によれば、対向する段部１２ａ，１２ｂの間にプレート１３を介在させ、段部１２ａ，１２ｂとプレート１３との間に隙間を与えた構成としたことで、ねじれ角を減少させることができ、ねじり戻り変形によるモーメントを減少させることができる。
【００２７】
これにより、翼部１１とシュラウド１２との付根部に発生するせん断応力を低減することができ、疲労強度の健全性を確保することができる。
【実施例２】
【００２８】
図４及び図５に基づいて本願発明の第２の実施例を詳細に説明する。図４は本実施例に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図、図５は図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００２９】
本実施例は、実施例１におけるプレート１３に代えて、介挿部材として図４及び図５に示す略平板状のプレート１４を対向する段部１２ａ，１２ｂ間に介挿した例である。具体的には、図４及び図５に示すように、本実施例において段部１２ａ，１２ｂにはプレート１４に略嵌合する凹溝１２ｃ，１２ｄが形成され、この凹溝１２ｃ，１２ｄにプレート１４の両端をそれぞれ挿入している。プレート１４はこの凹溝１２ｃ，１２ｄに両端をそれぞれ挿入することによって、シュラウド１２に保持されている。図４中に示した点Ｐ2は、翼部１１が隣接翼から受ける荷重点の一例である。なお、凹溝１２ｃ，１２ｄとプレート１４との間には公差程度の空隙を与える。その他の構成は実施例１と同様であり、図２及び図３に示し上述した部材については同一符号を用いて説明は省略する。
【００３０】
本実施例によれば、対向する段部１２ａ，１２ｂの間にプレート１４を介在させ、段部１２ａ，１２ｂとプレート１４との間に隙間を与えた構成としたことで、ねじれ角を減少させることができ、ねじり戻り変形によるモーメントを減少させることができる。
【００３１】
これにより、翼部１１とシュラウド１２との付根部に発生するせん断応力を低減することが可能となり、翼部１１のシュラウド１２との付根部の疲労強度を向上させ、健全性を確保することができる。
【実施例３】
【００３２】
図６に基づいて本願発明の第３の実施例を詳細に説明する。図６は本実施例に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【００３３】
図６に示すように、本実施例は実施例１における翼部１１の後縁部１１ａの形状を変形させた例である。即ち、図２に示す翼部１１と比較して、後縁部１１ａの先端（図６中の翼部１１右側端）を背側に湾曲させて、後縁部１１ａの背側及び腹側の面がタービンの回転方向に対して略直交するようにしたものである。その他の構成は、実施例１，２、又は図１０，１１に示した従来例と同様である。
【００３４】
本実施例によれば、シュラウド１２との結合面積が狭く、せん断応力が集中しやすい後縁部１１ａのせん断応力を分散させることで翼部１１のシュラウド１２との付根部に発生するせん断応力を低減することができ、翼部１１のシュラウド１２との付根部の疲労強度を向上させ、健全性を確保することが可能となる。
【実施例４】
【００３５】
図７に基づいて本願発明の第４の実施例を詳細に説明する。図７は本実施例に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【００３６】
図７に示すように、本実施例は、翼部１１のシュラウド１２との付根部側に、該付根部側に向かって拡径されるテーパ部１１ｂを設けるものである。テーパ部１１ｂは翼部１１のシュラウド１２との付根部全周にわたって設けられる。その他の構成は上述した実施例１〜３、又は図１０，１１に示した従来例と同様である。
【００３７】
本実施例によれば、タービンの回転中にせん断応力が集中しやすい翼部１１のシュラウド１２との付根部側を該付根部へ向かって拡径するようにしたことで翼部１１のシュラウド１２との付根部側の剛性を向上させ、ねじり戻り変形によって生じるせん断応力をタービンの回転中心側へ分散させることができる。
【００３８】
これにより、翼部１１のシュラウド１２との付根部に発生するせん断応力を低減し、動翼１０の疲労強度を向上させることができる。
【実施例５】
【００３９】
図８に基づいて本願発明の第５の実施例を詳細に説明する。図８は本実施例に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【００４０】
図８に示すように、本実施例は翼部１１に縮幅部１１ｃを設けるものである。具体的には、縮幅部１１ｃはシュラウド１２から所定の距離を置いて前縁部及び後縁部に配された凹部１１ｄ，１１ｅによって前縁部と後縁部間の幅が狭くなっているものである。その他の構成は上述した実施例１〜４、又は図１０，１１に示した従来例と同様とする。
【００４１】
一般的に、翼部１１のシュラウド１２との付根部には、タービンの回転中、翼部１１のねじれ戻り変形によるせん断応力に加えて、遠心力によるシュラウド１２のめくれ上がり、即ち、遠心力によりシュラウド１２に対してタービンの拡径方向に作用する力によって生じる応力が加わり、これらの応力の相乗により翼部１１のシュラウド１２との付根部に発生する応力は高応力となる。
【００４２】
これに対し、本実施例によれば、タービンの回転に伴い発生する翼部１１のねじり戻り変形によるせん断応力を縮幅部１１ｃにおいて発生させることで、せん断応力の発生位置を縮幅部１１ｃ、シュラウド１２のめくれ上がりに伴う応力の発生位置を翼部１１のシュラウド１２との付根部というように、応力の発生位置を分離することができる。
【００４３】
これにより、応力の集中を防止して翼部１１のシュラウド１２との付根部の応力を低減し、動翼１０の疲労強度を向上させることができる。
【実施例６】
【００４４】
図９に基づいて本願発明の第６の実施例を詳細に説明する。図９は本実施例に係るインテグラルシュラウド翼を示す側面図である。
【００４５】
図９に示すように、本発明はシュラウド１２の段部１２ａ，１２ｂの近傍にスリット１２ｅ，１２ｆを設けるものである。本実施例において隣接するシュラウド１２の段部１２ａ，１２ｂはねじり変形によって接触する構成となっている。スリット１２ｅ，１２ｆは、段部１２ａ、１２ｂから所定の間隔をおいて設けられ、段部１２ａ，１２ｂに略平行に形成されている。図９中に示した点Ｐ3は、翼部１１が隣接翼から受ける荷重点の一例である。その他の構成は、図１０に示した従来例と略同様である。
【００４６】
本実施例によれば、タービンの回転による翼部１１のねじり戻り変形に伴い隣接するシュラウド１２の対向する段部１２ａ，１２ｂが接触すると、シュラウド１２のねじれ角をスリット１２ｅ，１２ｆによって減少させることができ、ねじり戻り変形に伴うモーメントを減少させることができる。
【００４７】
これにより、翼部１１のシュラウド１２との付根部に発生するせん断応力を低減し、動翼１０の疲労強度を向上させることができる。
【００４８】
なお、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、いくつかの実施例を組み合わせる等各種変更が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンに適用されるインテグラルシュラウド翼のシュラウドに対する翼部の付根に生じるせん断応力を低減するインテグラルシュラウド翼のせん断応力低減構造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一般的なガスタービンの構造を示す全体図である。
【図２】本発明の実施例１に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例４に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例５に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例６に係るインテグラルシュラウド翼を示す説明図である。
【図１０】従来のインテグラルシュラウド翼を模式的に示す説明図である。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ矢視図である。
【符号の説明】
【００５１】
５  タービン
１０  動翼
１１  翼部
１１ａ  後縁部
１１ｂ  テーパ部
１１ｃ  縮幅部
１２  シュラウド
１２ａ，１２ｂ  段部
１２ｃ，１２ｄ  凹溝
１２ｅ，１２ｆ  スリット
１３，１４  プレート
１３ａ，１３ｂ  凹溝
【図１】
2008045419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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