(57)【要約】【課題】フレッティング損傷を回避し、疲労強度信頼性を向上することのできる圧縮機を提供する。【解決手段】ホイール７におけるダブテール部４ａとの径方向外側の接触端部９ａより周方向外側の一部をホイール外周まで取り除いたことを特徴とする。具体的には、ホイール７における翼固定溝１５のダブテール部４ａとの径方向外側の接触端部９ａより周方向外側であって、かつ接触端部９ａより径方向外側を含む領域に溝部１０を形成する。ダブテール部４ａとホイール７の接触端部９ａにおけるホイール側の剛性を下げることで、発生応力を低減し、フレッティングによる疲労寿命信頼性低下を回避する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールの外周側に固定される動翼と、前記ホイールを内包するケーシングの内周側に固定される静翼とを備え、
前記動翼は、翼部と、該翼部の根元側と接続されると共に前記翼部の遠心力負荷方向と平行な面を有するプラットフォーム部と、該プラットフォーム部に連なると共に前記プラットフォーム部の径方向内側かつ前記プラットフォーム部の平行な面より外側に幅が広がるダブテール部とを有し、該ダブテール部を前記ホイールの外周側に形成された翼固定溝に挿入して固定するように構成された圧縮機において、
前記ホイールにおける、前記翼固定溝の前記ダブテール部との径方向外側の接触端部より周方向外側であって、かつ前記接触端部より径方向外側を含む領域に、溝部又は中空部を形成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機において、
前記溝部又は中空部は、前記ホイールにおける、前記翼固定溝の前記ダブテール部との径方向内側の接触端部より周方向内側を含む領域に形成されることを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の圧縮機において、
前記溝部は、前記接触端部より周方向外側に向かう第１の直線部と、径方向外側に向かう第２の直線部と、前記第１及び第２の直線部を結ぶ曲線部よって形成されることを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１に記載の圧縮機において、
前記溝部は、前記接触端部より径方向外側に向かうに従い前記プラットフォーム部の平行な面との距離が大きくなるように形成されたことを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項１に記載の圧縮機において、
前記溝部又は中空部にショットピーニングによる圧縮残留応力を付与したことを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項１に記載の圧縮機において、
前記溝部又は中空部の表面部に摩擦撹拌による表面改質を行ったことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの構成要素である圧縮機の翼植え込み構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスタービンには、空気を圧縮して燃焼器へ送るための圧縮機が設けられている。圧縮機の内部には、ガスタービンの中心軸周りに回転する圧縮機ロータが設けられ、ロータホイールに設けられた円周上の溝部に動翼の植え込み部を勘合させて固定される。なお、動翼の固定構造に関する従来技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２７３０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービン圧縮機の動翼は運転時に、翼自身の重量により生じる遠心力に加え、高圧側では圧力負荷が大きく、起動時に生じる不正規な圧力変動に起因する励振力により、翼ダブテール部に振動応力が作用して疲労損傷が懸念される。
【０００５】
従来は、翼ダブテールの翼荷重受け面全体でそれら荷重を受け持っていた。しかしながら、翼荷重受け面とホイールのホイール荷重受け面との接触端部に高い応力が生じる。この点は高応力が生じることに加えて、摩耗を要因としたフレッティング損傷が生じ、疲労強度信頼性が低下する可能性がある。
【０００６】
そこで実機においては、より高い信頼性が得られる翼溝構造を適用することが望ましい。
【０００７】
本発明の目的は、翼とホイールの接触端部で発生する応力を低減し、フレッティングによる疲労強度信頼性の低下を抑制した圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の圧縮機は、ホイールにおける翼との接触端部より周方向外側の一部をホイール外周まで取り除いたことを特徴とする。
【０００９】
より具体的には、ホイールの外周側に固定される動翼と、前記ホイールを内包するケーシングの内周側に固定される静翼とを備え、前記動翼は、翼部と、該翼部の根元側と接続されると共に前記翼部の遠心力負荷方向と平行な面を有するプラットフォーム部と、該プラットフォーム部に連なると共に前記プラットフォーム部の径方向内側かつ前記プラットフォーム部の平行な面より外側に幅が広がるダブテール部とを有し、該ダブテール部を前記ホイールの外周側に形成された翼固定溝に挿入して固定するように構成された圧縮機において、前記ホイールにおける、前記翼固定溝の前記ダブテール部との径方向外側の接触端部より周方向外側であって、かつ前記接触端部より径方向外側を含む領域に、溝部又は中空部を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
上述した翼溝構造とすることで、翼とホイールの接触端部におけるホイール側の接触端部近傍の剛性を下げ、発生応力を低減し、フレッティングによる疲労寿命信頼性低下を回避することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、翼とホイールの接触端部で発生する応力を低減し、フレッティングによる疲労強度信頼性の低下を抑制した圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である、圧縮機動翼の植え込み部の詳細図である。
【図２】代表的なガスタービンの構造例を示す図である。
【図３】一般的な翼の嵌合構造を示す図である。
【図４】比較例の構造で生じる応力分布を示す図である。
【図５】実施例１と比較例について実機負荷を模擬したモックアップ疲労試験を実施した結果である。
【図６】本発明の実施例２を示す図である。
【図７】本発明の実施例３を示す図である。
【図８】本発明の実施例４を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図２にガスタービンの構造断面図を示す。ガスタービンは大きく分けて圧縮機１，燃焼器２およびタービン３から構成されている。圧縮機１は大気から吸い込んだ空気を作動流体として断熱圧縮し、燃焼器２は圧縮機１から供給された圧縮空気に燃料を混合し燃焼することで高温高圧のガスを生成し、そしてタービン３は燃焼器２から導入した燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生する。タービン３からの排気は大気中に放出される。
【００１５】
図３は、一般的な圧縮機の翼溝構造を示した図である。図３の構造では、ダブテール部４ａの翼荷重受け面５全体で、翼部１４自身の重量により生じる遠心力や、起動時に生じる不正規な圧力変動に起因する励振力に関する荷重を受け持っている。しかしながら、図４に示す翼負荷受け面相当応力の分布６から分かるように、翼荷重受け面５とホイール７のホイール荷重受け面８との接触端部に高い応力が生じる。この点は高応力が生じることに加えて、摩耗を要因としたフレッティング損傷が生じ、疲労強度信頼性が低下する可能性がある。
【００１６】
そこで、本発明では、ホイール７における、翼固定溝１５のダブテール部４ａとの径方向外側の接触端部より周方向外側（プラットフォーム部４ｂの幅方向外側）であって、かつ接触端部より径方向外側を含む領域に、溝部又は中空部を形成したものである。以下、この具体例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１として、本発明の特徴を最も良く表わしているタービン翼溝構造を示す図である。図に示すように、翼の根元部の構造としては翼の遠心力負荷方向と平行な面を持つプラットフォーム部４ｂと、このプラットフォーム部４ｂよりホイール径方向内側かつ平行部より外側へ広がるダブテール部４ａで形成される。そして、ホイール７と圧縮機翼のダブテール部４ａとの嵌合部において、ホイール７のダブテール部４ａ（翼）との径方向外側の接触端部９ａより周方向外側であって、かつ接触端部９ａより径方向外側を含む領域に溝部１０を設けている。この溝部１０は、接触端部９ａより周方向外側に向かう第１の直線部１０ａ、この直線部１０ａよりホイール外周方向へ向かう第２の直線部１０ｂ、これら直線を結ぶ曲線部１０ｃから形成される。なお、溝部１０はダブテール部４ａとの径方向内側の接触端部９ｂより周方向内側を含む領域に形成することが望ましい。本構造によれば、ホイールの接触端剛性を下げることで、接触端部９ａの応力を低減することが可能となる。
【００１８】
図５に本実施例構造および比較例構造の翼溝部に遠心力が生じた様子を模擬したモックアップ疲労試験を実施した結果を示す。試験結果は比較例構造の結果を用いて無次元化している。本結果から、本実施例構造を用いることで比較例の形状に比べ疲労寿命が約６倍向上することが分かる。
【実施例２】
【００１９】
図６に本発明の実施例２を示す。ホイールにおける翼との接触端部９よりホイール外形へ翼矩形部周方向端面１１との距離が大きくなるよう周方向外側へ前記ホイール外周まで取り除いたことを特徴としている。これにより実施例１に比べホイールの翼との接触面近傍の強度低下を抑制できる。
【実施例３】
【００２０】
本発明の実施例３を図７に示す。翼荷重受け面５に平行な直線およびその両端部からホイール外形方向へ伸びる直線により形成された溝部１２を設けることで、ホイール側開口部を小さく、または無くすことが可能となり、タービン作動流体の流れに与える影響を小さくできる。
【実施例４】
【００２１】
本発明の実施例４を図８に示す。ホイールと翼との接触面よりも外形方向の領域に中空部を形成している。中空部として例えば、図８に示すような円もしくは楕円の穴を軸方向に設けることで、実施例３と同様に、接触端部の応力低減をするとともにタービン作動流体への影響を抑えることが可能である。
【００２２】
上述の各実施例では、ホイールの接触端部９ａが変形することにより応力の低減が図られていると考えられる。そのため、これら溝部および中空部（穴）の位置は接触面の径方向上部にあることが望ましい。ただし、これら溝部や中空部の大きさや位置は実機における負荷状況，適用材料の強度等を考慮し、適切に設定する必要がある。
【００２３】
また、これら剛性を低減した領域の疲労強度向上方法としてショットピーニングやウォータージェットピーニングによる圧縮残留応力の付与、また摩擦撹拌による表面改質等が挙げられる。
【符号の説明】
【００２４】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
４ａ  ダブテール部
４ｂ  プラットフォーム部
５  翼荷重受け面
６  翼荷重受け面相当応力分布
７  ホイール
８  ホイール荷重受け面
９ａ，９ｂ  接触端部
１０，１２  溝部
１１  翼矩形部周方向端面
１３  円状
１４  翼部
１５  翼固定溝
【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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