(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、翼部のタイワイヤの貫通孔近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン及びその動翼用中実タイワイヤを提供することである。    【解決手段】  本発明は、タービンロータの外周に複数植設されたタービン動翼と、該タービン動翼の翼部に設けられた貫通孔に通された中実タイワイヤとを備え、該中実タイワイヤは前記貫通孔部の応力集中部以外に接し前記貫通孔内に食い込まないように端部にストッパーが形成されていることを特徴とするタービンにある。【選択図】図１
2005282459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータの外周に複数植設されたタービン動翼と、該タービン動翼の翼部に設けられた貫通孔に通された中実タイワイヤとを備え、該中実タイワイヤは前記貫通孔部の応力集中部以外に接し前記貫通孔内に食い込まないように端部にストッパーが形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項２】
請求項１において、前記中実タイワイヤは前記ストッパーが形成された部分に刳り抜き穴を有し、前記ストッパーが前記中実タイワイヤの軸方向において前記刳り抜き穴が形成された部分から前記動翼側に跨って形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記ストッパーは前記動翼先端方向及び根元方向の少なくとも一方に形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ストッパーは前記中実タイワイヤの端部側に形成された円周部と、該円周部に一体に前記動翼側に形成された凸部とを有することを特徴とするタービン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記ストッパーは前記中実タイワイヤの軸方向において前記刳り抜き穴の形成部分より前記動翼側に亘って形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記凸部は前記動翼先端方向及び根元方向の少なくとも一方に形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかにおいて、前記凸部は前記中実タイワイヤの軸方向において前記円周部の両側に形成されており、２本の前記中実タイワイヤが挿入されていることを特徴とするタービン。
【請求項８】
請求項２〜６のいずれかにおいて、前記刳り抜き穴は前記中実タイワイヤの軸中心又は外表面に形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ストッパーは軸方向に長い短冊状であることを特徴とするタービン。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記ストッパーは、ねじ止め、焼きばめ、溶接、ロウ材又は圧潰による接合によって前記中実タイワイヤの端部に固定されていることを特徴とするタービン。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記ストッパーは肉盛溶接によって形成されていることを特徴とするタービン。
【請求項１２】
タービンロータの外周に複数植設されるタービン動翼の翼部に設けられた貫通孔に通される中実タイワイヤ構造において、前記貫通孔部の応力集中部以外に接し前記貫通孔内に食い込まないように端部にストッパーを有することを特徴とするタービン動翼用中実タイワイヤ構造。
【請求項１３】
請求項１２において、前記ストッパーが形成される部分に刳り抜き穴を有し、前記ストッパーは軸方向において前記刳り抜き穴が形成された部分から前記動翼側に跨って形成されることを特徴とするタービン動翼用中実タイワイヤ構造。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、前記ストッパーは端部側に接合される円周部と、該円周部に一体に前記動翼側に接合される凸部とを有することを特徴とするタービン動翼用中実タイワイヤ構造。
【請求項１５】
請求項１４において、前記凸部は前記動翼先端方向及び根元方向の少なくとも一方に形成されることを特徴とするタービン動翼用中実タイワイヤ構造。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれかにおいて、前記刳り抜き穴は軸中心又は外表面に部分的に形成されていることを特徴とするタービン動翼用中実タイワイヤ構造。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれかにおいて、前記凸部は前記中実タイワイヤの軸方向において前記円周部の両側に形成されることを特徴とするタービン動翼用中実タイワイヤ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なタービン及びそのタービン動翼用中実タイワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン動翼はタービン回転時に遠心力が作用するため、タービン設計時にタービン動翼構造各部の応力が材料の許容応力に対して十分な余裕を持たせる配慮がなされている。しかし、タービンの大容量化が進む中で、タービン動翼の長翼化が進み、局所的な応力が大きくなるため、これを低減する工夫が必要である。
【０００３】
タービン動翼構造は、一般には、振動応力を抑制するために、定格回転数で翼の固有振動数が回転数の整数倍と一致しない設計とされているが、タービンの回転数が上昇及び下降する際、短時間ではあるがタービン動翼の振動応力が増加する可能性がある。
【０００４】
タービン動翼の振動を減少させる方法としては、各翼に貫通孔を設け、前記貫通孔にタイワイヤと呼ばれる金属製のワイヤを通して隣接する複数本のタービン動翼を連結する構造がある。この構造では、タイワイヤに作用する遠心力によりタイワイヤと貫通孔内面に発生する摩擦を利用して、タービン動翼の振動を抑制している。
【０００５】
タイワイヤとタービン動翼との取り付け構造は、タイワイヤとタービン動翼とを固定しないルース型と、タイワイヤとタービン動翼とを固定するブレーズド型に大別される。ルース型タイワイヤ構造は、タービン動翼の貫通孔とタイワイヤとの間には互いに移動することができるように隙間を設けてあり、タイワイヤが動きうる構造となっている。このため、タイワイヤの動翼からの抜け落ちがないように、タイワイヤにはストッパーが設けられている。
【０００６】
又、特許文献１には、ルース型タイワイヤ構造において、タイワイヤの先端を曲げる構造、その先端をつぶす構造、その先端に切れ目を入れ開く構造、端部を中空にしてその中空部をつぶす構造によってタイワイヤの抜けを防止する構造が示されている。
【０００７】
特許文献２には、ルース型タイワイヤ構造において、タイワイヤの端部を中空にしてその中空部にスリーブを装入してつぶす構造によってタイワイヤの抜けを防止する構造が示されている。
【０００８】
更に、ルース型タイワイヤ構造は、ストッパーを設けたタイワイヤ端部近傍には、タイワイヤの遠心力及びストッパーの遠心力が作用するため、ストッパーを有していないその他の部位のタイワイヤに比べ高い応力が発生する。特に、貫通孔近傍に位置するタイワイヤの部位には、高い曲げ応力が発生する。このような問題を解決するために、ストッパーを設けたタイワイヤ端部近傍に作用する応力を低減させる方法として、タイワイヤ両端部に刳り抜き穴を設け、この部位をかしめて偏平部を作りタイワイヤが動翼から抜け落ちないようにした構造が特許文献３に記載されている。この構造では、ストッパーをタイワイヤ端部に固定する必要がなく、更に両端部に刳り抜き穴を設けることにより軽量化がなされているため、タイワイヤ両端部近傍に作用する応力を低減することができる。
【０００９】
【特許文献１】実開昭58-18001号公報
【特許文献２】実開昭58-20301号公報
【特許文献３】実開昭60-108701号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
タイワイヤにストッパーを設ける場合、ストッパーを設けたタイワイヤ端部近傍には、タイワイヤの遠心力及びストッパーの遠心力が作用し、ストッパーを有していないその他の部位のタイワイヤに比べ高い応力が発生するため、設計において信頼性確保のためには重要な部位になる。特に、貫通孔近傍に位置するタイワイヤの部位には、高い曲げ応力が発生する。よって、ストッパーを設けたタイワイヤの信頼性を保つためには、タイワイヤに作用する遠心力を低減することが課題であった。
【００１１】
又、タービン動翼は遠心力を受けるため、貫通孔周りの部位、特にタービン動翼の長手方向と垂直な方向の貫通孔周りの部位では、高い応力集中が発生する。図８は、材料の疲労試験によるグッドマン線図を示す。グッドマン線図の横軸は疲労試験の平均応力、縦軸は応力振幅である。図８中に示す通常の疲労試験における条件(1)及び条件(2)を比較した場合、平均応力の高い条件(2)では平均応力の低い条件(1)に比べ、小さな応力振幅で材料にき裂が発生する。タービン動翼においては、同じ振動応力が作用した場合、応力振幅は同程度であるが、貫通孔周辺の応力集中部では他の部位に比べ高い平均応力が作用するため、疲労強度が低下する。
【００１２】
更に、図８に示すように、フレッティング疲労試験の場合には、同じ平均応力のもとにおいて通常の疲労試験に比べ、より小さな応力振幅で材料にき裂が発生することが知られている。図９及び図１０に示すような従来の形状を有するストッパーをタイワイヤ端部に設けた場合、タイワイヤの移動に伴いストッパーが応力集中部に接触及び固着する可能性がある。このため、従来の形状を有するストッパーを設けたタービン動翼構造では、応力集中部におけるフレッティング疲労により、き裂が発生しやすくなる可能性があるという問題があった。
【００１３】
又、特許文献１〜３のいずれのタービン動翼構造においても、貫通孔内の応力集中部に接触する可能性があり、応力集中部におけるフレッティング疲労によりき裂が発生しやすくなる可能性があるという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、翼部のタイワイヤの貫通孔近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン及びそのタービン動翼用中実タイワイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、タービンロータの外周に複数植設されたタービン動翼と、該タービン動翼の翼部に設けられた貫通孔に通された中実タイワイヤとを備え、該中実タイワイヤは前記貫通孔部の応力集中部以外に接し前記貫通孔内に食い込まないように端部にストッパーが形成されていることを特徴とするタービンにある。中実タイワイヤは貫通孔から抜けないように前記ストッパーを有する。
【００１６】
前記中実タイワイヤは前記ストッパーが形成された部分に刳り抜き穴を有し、前記ストッパーは前記中実タイワイヤの軸方向において前記刳り抜き穴が形成された部分から前記動翼側に跨って形成され、又、前記刳り抜き穴が形成された部分より長く形成され、前記ワイヤ自身の外形を保って接合されていることが好ましい。
【００１７】
又、ストッパーは、その翼先端方向及び根元方向の少なくとも一方の部位に中実タイワイヤの軸方向に長い短冊状であること、又、前記中実タイワイヤの端部側に形成された円周部と該円周部に一体に前記動翼側に形成された凸部とを有すること、更に、前記凸部は前記中実タイワイヤの軸方向において前記円周部の両側に形成されており、２本の前記中実タイワイヤが挿入されていることが好ましい。
【００１８】
前記タイワイヤの端部に刳り抜き穴を設けることにより、中実タイワイヤ端部が軽量化され、片側がフリーの状態で受ける翼部に掛かる応力をかなり軽減させることができるため、前記中実タイワイヤに発生する応力、特に、前記貫通孔近傍に位置する中実タイワイヤの部位における応力を低減することが可能である。
【００１９】
また、前記ストッパーの翼先端方向及び根元方向の少なくとも一方の位置する部位に、中実タイワイヤの軸方向に伸びた前記凸部を設けることにより、中実タイワイヤが移動した場合には凸部のみがタービン動翼と接触し、貫通孔内に食い込まないようにすると共に、貫通孔周りの部位、特にタービン動翼の長手方向と垂直な方向の貫通孔周りの部位における高い応力集中部にストッパーが接触しないため、貫通孔周りにおけるフレッティング疲労の発生の可能性を低減することができる。
【００２０】
前記刳り抜き穴は前記中実タイワイヤの端部にその軸中心に形成されていること、又、前記中実タイワイヤの端部の外表面に部分的に形成されていることが好ましい。
【００２１】
更に、本発明は、タービンロータの外周に複数植設されるタービン動翼の翼部に設けられた貫通孔に通される中実タイワイヤ構造において、前記貫通孔部の応力集中部以外に接し前記貫通孔内に食い込まないように端部にストッパーを有することを特徴とし、前記ストッパーが形成される部分に刳り抜き穴を有し、前記ストッパーは軸方向において前記刳り抜き穴が形成された部分から前記動翼側に跨って形成されることが好ましい。本発明の中実タイワイヤ構造は、貫通孔に添って所定の曲率を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、翼部のタイワイヤの貫通孔近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型中実タイワイヤ構造を有するタービン及びそのタービン動翼用中実タイワイヤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明に関わる蒸気タービン動翼構造の一実施例を示す斜視図である。図１に示すように、タービンロータの外周に沿ってタービンロータの径方向に植え込まれたタービン動翼1に設けられた貫通孔3に、貫通孔3を自由に移動することができる中実タイワイヤ2が通されており、中実タイワイヤ2の端部にはタービン動翼１の先端方向及び根元方向とに中実タイワイヤ２の軸方向でタービン動翼１側に伸びたストッパー凸部7を有するストッパー6が設けられ、また中実タイワイヤ2端部には、中実タイワイヤ2の端面から軸方向に加工された所定の深さを有する刳り抜き穴8が設けられている。ストッパー６は中実タイワイヤ２の端部側に形成された円周部と、円周部と一体の上下２つのストッパー凸部７とを有し、更に、その円周部の軸方向長さは刳り抜き穴８の形成部分よりやや長く、刳り抜き穴８の外側に跨って形成され、タービン動翼1が中実タイワイヤ2に添ってタービンロータに植設された後、ねじ止め、焼きばめ、溶接又はロウ材による接合で中実タイワイヤ2端部に固定する。又、ストッパー６の円周部長さと刳り抜き穴８の長さが十分であれば、両者の端部での圧潰による固定も可能である。更に、中実タイワイヤ2とストッパー6は、中実タイワイヤ2の端部外周面及びストッパー6の内周面にねじを形成し、そのねじにより固定しても良い。ストッパー凸部７は部分的に溶接、ロウ材によって接合するのが好ましい。
【００２５】
中実タイワイヤ2は長さ方向において所定の曲率を有して複数のタービン動翼１の配置に添って湾曲しており、タービンの運転中、中実タイワイヤ2自身の回転は生じないものである。タービン動翼1は、高強度12％Cr鋼等のマルテンサイト鋼又はTi合金が用いられるが、中実タイワイヤ2においても耐食性を有する直径10ｍｍ前後の13Cr鋼棒が用いられる。尚、図中、中実タイワイヤ２の図示されていない反対側は全く同じ構造を有する。又、中実タイワイヤ２は３〜６個の複数に分割して複数本のタービン動翼１を連結する構造である。
【００２６】
図２は、図1を上から見た図で、タービン動翼１が点線で示すA-A矢視における断面図である。図２(a)に示すように、ストッパー6の点aと点bを結ぶ線cと中実タイワイヤ2の軸線dのなす角度θ1と、中実タイワイヤ2の軸線に対するタービン動翼１の表面のストッパー側輪郭線eのなす角度θ2とが、θ1＜θ2の大小関係になるように、ストッパー凸部7のタイワイヤ2軸方向寸法を決定する。この関係を保つことにより、中実タイワイヤ2が翼側に移動した場合においてもストッパー凸部7のみがタービン動翼1と接触し、応力集中部5にストッパー6は接触しない。
【００２７】
また、本実施例において、ストッパー凸部7の先端には曲率を持たせる。更に、貫通孔3回りにショットピーニングや硬質材料によるコーティングを施しても良い。これらの処理により、タービン動翼2のフレッティング損傷を低減することができる。
【００２８】
ストッパー凸部7は中実タイワイヤ2の外径に添った短冊形の半円形状を有し、貫通孔３内に食い込まないように貫通孔３の径と中実タイワイヤ2とによって形成されるギャップより厚く形成されている。即ち、本実施例におけるストッパー６は、貫通孔３内に食い込まないように動翼外表面に接触すると共に、その接触部分が貫通孔３に発生する応力集中部５以外に接するように形成され、ストッパー凸部７は貫通孔３内に食い込まないようにタービン動翼１の外表面に接触すると共に、その接触部分が貫通孔３に発生する応力集中部５以外に接するように形成されている。
【００２９】
又、本実施例における中実タイワイヤ２はその端部に刳り抜き穴８を有し、ストッパー６はその円周部とストッパー凸部７の全体の長さが中実タイワイヤ２の軸方向において刳り抜き穴８が形成された部分より長く形成されており、中実タイワイヤ２の軸方向において刳り抜き穴８が形成された部分からタービン動翼１側に跨って中実タイワイヤ２自身の外形を保って接合されている。
【００３０】
本実施例においても、後述の実施例６と同様に、外径が15 mmの中実タイワイヤ２に対してのタービン動翼１からの突き出し長さを50 mm、ストッパー６はその外径が20 mm、内径が15 mm、円筒部長さ20 mm、ストッパー凸部７が長さ10mm、幅10mmであり、中実タイワイヤ２の端部に直径10 mm、深さ10 mmの刳り抜き穴８を設けたものは、刳り抜き穴を設けない場合に比べて、中実タイワイヤ２の貫通孔近傍に発生する曲げ応力が約15%程度低減されることが明らかとなった。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【００３２】
従って、本実施例によるタービン動翼構造では、中実タイワイヤ2に発生する応力を低減できることから、設計において重要な部位になるタイワイヤの信頼性が向上すると共に、貫通孔3周りの応力集中部にストッパーが接触せず、その部位におけるフレッティング疲労の発生を抑制できることから、フレッティング疲労によるタービン動翼の寿命の低下を抑制できる。
【実施例２】
【００３３】
図３は図１における斜視図と同じく上から見た図で、タービン動翼１が点線で示すA-A矢視における切断面の他の実施例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図である。図３に示すように、向かい合う中実タイワイヤ2の両端部を1つのストッパー9で固定する構造を有する。この構造を全ての中実タイワイヤ2の間に適用することにより、タービン動翼1に通された複数本の中実タイワイヤ2はストッパー9を含めて切れ目のない構造になるため、切れ目のある実施例1のような構造に比べ、タービン動翼1の振動を抑制しやすい構造となる。なお、向かい合う中実タイワイヤ2の端面は接触してもしなくても良い。ストッパー6は、実施例１と同様にねじ止め、焼きばめ、溶接、ロウ材、圧潰による接合で中実タイワイヤ2の端部に固定する。
【００３４】
本実施例におけるストッパー9には、両側のタービン動翼1に面する部位にストッパー凸部10を有する。本実施例におけるストッパー9に設けたストッパー凸部10の形状に関する制約、先端形状の曲率の付与、及び貫通孔3周りの表面処理に関しては実施例1と同様である。しかし、ストッパー9の両側のストッパー凸部10の形状が同一である必要はない。
【００３５】
本実施例において、 刳り抜き穴11は、一つのストッパー9に通す中実タイワイヤ2の内の一方の端部のみに設けても良い。また、刳り抜き穴11は、中実タイワイヤ2の端面から加工しても、側面から加工しても良い。
【００３６】
以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様に、翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【００３７】
従って、本実施例によるタービン動翼構造では、中実タイワイヤ2に発生する応力を低減できることから、設計において重要な部位になるタイワイヤの信頼性が向上すると共に、貫通孔3周りの応力集中部にストッパーが接触せず、その部位におけるフレッティング疲労の発生を抑制できることから、フレッティング疲労によるタービン動翼の寿命の低下を抑制できる。
【実施例３】
【００３８】
図４は図１における斜視図と同じく上から見た図で、タービン動翼１が点線で示すA-A矢視における切断面の他の実施例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図である。本実施例では、中実タイワイヤ2の端部にストッパー凸部13を有するストッパー12が設けられており、ストッパー凸部13の形状に関する制約、先端形状の曲率の付与、及び前記貫通孔3周りの表面処理に関しては実施例1と同様である。ストッパー12は、実施例１と同様にねじ止め、焼きばめ、溶接、ロウ材による接合で中実タイワイヤ2端部に固定する。また、中実タイワイヤ2とストッパー12は、中実タイワイヤ2端部の外周面及びストッパー12の内周面にねじを形成し、そのねじにより固定しても良い。
【００３９】
本実施例における刳り抜き穴14は、実施例1及び2のように中実タイワイヤ2の端面から加工するのではなく、中実タイワイヤ2の端部の外表面に部分的に複数個形成されている。中実タイワイヤ2の端面から刳り抜き穴14を加工した場合、加工公差の分だけ刳り抜き穴の中実タイワイヤ2端面からの深さが要求される寸法に比べずれる可能性がある。本実施例の加工方法により、 刳り抜き穴14を中実タイワイヤ2の端面から加工する場合に比べ、穴加工される範囲のタイワイヤ2端面からの寸法の制御が容易になる。刳り抜き穴14は上下各１個と左右各２個ずつの計６個有するものである。
【００４０】
以上のように、本実施例においても、翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【実施例４】
【００４１】
図５は図１における斜視図と同じく上から見た図で、タービン動翼１が点線で示すA-A矢視における切断面の他の実施例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図である。本実施例では、タービン動翼1の先端方向又は根元方向、又はその両方に位置する部位に中実タイワイヤ2の外径に添った短冊形の半円形状又は中実タイワイヤ2の接合面を平らにし平板状のストッパー15が刳り抜き穴16の外側に跨って設けられ、貫通孔３内に食い込まないように貫通孔３の径と中実タイワイヤ2とによって形成されるギャップより厚く形成されている。本実施例におけるストッパー15は、中実タイワイヤ2が貫通孔3から抜け落ちなければ、いかなる形状でも良い。また、本実施例におけるストッパー15は、中実タイワイヤ2の外周面に溶接又はロウ材による接合で固定する。
【００４２】
本実施例におけるストッパー15は、実施例１〜実施例3のいずれのストッパーに比べ、凸部以外のストッパー15の部位を最も小さくすることができるため、中実タイワイヤ2に作用する応力を、特に、貫通孔近傍に位置する中実タイワイヤの部位における応力を低減しやすい。本実施例におけるストッパー15先端形状の曲率の付与、及び貫通孔3周りの表面処理に関しては実施例1と同様である。
【００４３】
以上のように、本実施例においても、翼部の中実タイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【実施例５】
【００４４】
図６は図１における斜視図と同じく上から見た図で、タービン動翼１が点線で示すA-A矢視における切断面の他の実施例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図である。本実施例では、ストッパー17は肉盛溶接又はロウ材盛りにより形成される。これにより、実施例1〜実施例4のような別部材としてのストッパーを適用する必要がなくなる。本実施例におけるストッパー17は中実タイワイヤ2のタービン動翼１側の半分に形成され、そのストッパー凸部18の形状に関する制約、先端形状の曲率の付与、及び貫通孔3周りの表面処理に関しては実施例1と同様である。ストッパー凸部18の形状は貫通孔３内に食い込まないように貫通孔３の径と中実タイワイヤ2とによって形成されるギャップより厚く形成されている。
【００４５】
以上のように、本実施例においても、翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【実施例６】
【００４６】
本実施例は、図９において、中実タイワイヤ2の端部に実施例１におけるストッパー凸部7を有しないリング状のストッパー20が設けられており、更に、中実タイワイヤ2の端部に軸方向に刳り抜き穴8を有する。又、ストッパー20は中実タイワイヤ2の端部に形成された刳り抜き穴8からタービン動翼１側に跨って形成されている。貫通孔3周りにショットピーニングや硬質材料によるコーティングを形成する表面処理に関しては実施例1と同様である。ストッパー6は、実施例１と同様にねじ止め、焼きばめ、溶接、ロウ材、圧潰による接合で中実タイワイヤ2端部に固定する。また、中実タイワイヤ2とストッパー6は、中実タイワイヤ2端部の外周面及びストッパー6の内周面にねじを形成し、そのねじにより固定しても良い。表面処理により、タービン動翼2のフレッティング損傷を低減することができる。
【００４７】
本実施例においては、一例として、外径が15 mmの中実タイワイヤ２のタービン動翼１からの突き出し長さを50 mm、ストッパー６はその外径が20 mm、内径が15 mm、長さが20 mmのリング状であり、ストッパー６は中実タイワイヤ２の最端部に固定したとき、中実タイワイヤ２の端部に直径10 mm、深さ20 mmの刳り抜き穴８を設けたものは、刳り抜き穴を設けない場合に比べて、中実タイワイヤ２の貫通孔近傍に発生する曲げ応力が約19%低減されることが明らかとなった。
【００４８】
以上のように、本実施例によれば、翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【００４９】
従って、本実施例によるタービン動翼構造では、中実タイワイヤ2に発生する応力を低減できることから、設計において重要な部位になるタイワイヤの信頼性が向上し、タービン動翼の寿命の低下を抑制できる。
【実施例７】
【００５０】
図７は本発明に関わるタービン動翼構造の一実施例を示す斜視図である。本実施例では、中実タイワイヤ2の端部に実施例１と同様なストッパー凸部7を有するストッパー6が設けられており、刳り抜き穴8を有しないものである。ストッパー凸部7の形状に関する制約、先端形状の曲率の付与、及び前記貫通孔3周りの表面処理に関しては実施例1と同様である。ストッパー6は、実施例１と同様にねじ止め、焼きばめ、溶接、ロウ材、圧潰による接合で中実タイワイヤ2端部に固定する。また、中実タイワイヤ2とストッパー6は、中実タイワイヤ2端部の外周面及びストッパー6の内周面にねじを形成し、そのねじにより固定しても良い。
【００５１】
本実施例においても、前述の図２(a)に示すように、ストッパー6の点aと点bを結ぶ線cと中実タイワイヤ2の軸線dのなす角度θ1と、中実タイワイヤ2の軸線に対するタービン動翼１の表面のストッパー側輪郭線eのなす角度θ2とが、θ1＜θ2の大小関係になるように、ストッパー凸部7のタイワイヤ2軸方向寸法を決定する。この関係を保つことにより、中実タイワイヤ2が翼側に移動した場合においてもストッパー凸部7のみがタービン動翼1と接触し、応力集中部5にストッパー6は接触しない。
【００５２】
また、本実施例において、ストッパー凸部7の先端には曲率を持たせる。更に、貫通孔3回りにショットピーニングや硬質材料によるコーティングを施しても良い。これらの処理により、タービン動翼2のフレッティング損傷を低減することができる。
【００５３】
以上のように、本実施例によれば、ストッパー凸部7を形成することによりストッパー６全体を軽量にできることにより翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【００５４】
従って、本実施例によるタービン動翼構造では、中実タイワイヤ2によって発生する応力を低減できることから、設計において重要な部位になるタイワイヤの信頼性が向上すると共に、貫通孔3周りの応力集中部にストッパーが接触せず、その部位におけるフレッティング疲労の発生を抑制できることから、フレッティング疲労によるタービン動翼の寿命の低下を抑制できる。
【実施例８】
【００５５】
本実施例では、実施例1〜実施例６における刳り抜き穴の輪郭線の範囲が、タービン動翼1の先端方向及び根元方向から見た場合において、ストッパー６の輪郭線の範囲よりも、中実タイワイヤ2端面側になるように形成する。このことにより、中実タイワイヤ2が移動した場合においても、貫通孔3の中に位置する可能性のある中実タイワイヤ2の部位を常に中実とすることができる。一般に、同一の外形を有する中空材料に比べて中実材料の剛性は高い。遠心力により中実タイワイヤ2に作用する応力は、貫通孔3の中に位置する部位において高くなるため、この部位に位置する中実タイワイヤ2が高い剛性を有する中実形状であることにより、その部位の中実タイワイヤ2の変形を低減することができる。
【００５６】
以上のように、本実施例においても、翼部のタイワイヤ2の貫通孔3近傍に発生する応力を低減し、更にその応力集中部におけるフレッティング疲労の発生を低減するルース型タイワイヤ構造を有するタービン動翼構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に関わるタービン動翼構造示す斜視図。
【図２】図１を上から見た図で、タービン動翼が点線で示すA-A矢視における断面図。
【図３】図２と同様に上から見た図で、タービン動翼が点線で示すA-A矢視における他の例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図。
【図４】図２と同様に上から見た図で、タービン動翼が点線で示すA-A矢視における他の例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図。
【図５】図２と同様に上から見た図で、タービン動翼が点線で示すA-A矢視における他の例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図。
【図６】図２と同様に上から見た図で、タービン動翼が点線で示すA-A矢視における他の例を示す本発明に関わるタービン動翼構造の断面図。
【図７】本発明に関わる他の例を示すタービン動翼構造示す斜視図。
【図８】材料の疲労試験によるグッドマン線図。
【図９】従来構造のタービン動翼構造を示す斜視図。
【図１０】図９を上から見た図で、タービン動翼が点線で示すA-A矢視における断面図。
【符号の説明】
【００５８】
1…タービン動翼、2…中実タイワイヤ、3…貫通孔、4…遠心力作用方向、5…応力集中部、6、9、12、15、17、20…ストッパー、7、10、13、18…ストッパー凸部、8、11、14、16、19…刳り抜き穴。
【図１】
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【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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