(57)【要約】【課題】翼ブレード１４と、翼軸線に沿って延在する翼付け根１５とを有し、該翼付け根によって、動翼１３が、環状の溝１１内で、周方向に連続する２つの中間部材１２，１８間で保持され、前記翼付け根１５が横断面Ｔ字形に構成され、周方向に延在する複数の突起１６，１６′で以て、隣接する前記中間部材１２，１８に下方から係合し、前記中間部材が翼軸線方向で、保持面２０で以て、溝１１のアンダカット２４に係合する、ガスタービンの圧縮機のロータ１０を固定するための動翼１３を改良して、好都合に製造でき、鍛造された翼付け根の一般的な態様年数と同程度の耐用年数が得られるようにする。【解決手段】Ｔ字形の翼付け根１５がフライス切削され、翼付け根から突起部１６，１６′への移行部における機械的な応力を減少させるために、翼軸線Ａ１の方向に延在するそれぞれ１つの逃げ溝２１，３０が設けられている。【選択図】図３
2009085224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン機械、殊にガスタービンの圧縮機のロータ（１０）を固定するための動翼（１３）であって、該動翼（１３）が、翼ブレード（１４）と、該翼ブレード（１４）の下端部に続く、翼軸線（Ａ１）に沿って延在する翼付け根（１５）とを有しており、該翼付け根（１５）によって、前記動翼（１３）が、ロータ（１０）の外周面に配置された環状の溝（１１）内において、周方向で互いに連続する２つの中間部材（１２，１８）間で保持されるようになっており、前記翼付け根（１５）が横断面Ｔ字形に構成されていて、周方向に延在する複数の突起（１６，１６′）で以て、隣接する前記中間部材（１２，１８）に下方から係合するようになっており、前記中間部材（１２，１８）が翼軸線（Ａ１）の方向で、保持面（２０）で以て、溝（１１）内のアンダカット（２４）に係合するようになっている形式のものにおいて、
Ｔ字形の翼付け根（１５）がフライス切削され、翼付け根（１５）から突起部（１６，１６′）への移行部における機械的な応力を減少させるために、翼軸線（Ａ１）の方向に延在するそれぞれ１つの逃げ溝（２１，３０）が設けられていることを特徴とする、動翼。
【請求項２】
前記逃げ溝（３０）がＩＳＯ規格による標準的な逃げ溝である、請求項１記載の動翼。
【請求項３】
前記逃げ溝（３０）が、ＤＩＮ規格５０６による型式Ｅ又は型式Ｆの逃げ溝である、請求項２記載の動翼。
【請求項４】
前記中間部材（１２，１８）がその、翼付け根（１５）に隣接する両側面にそれぞれ１つの面取り部（１７，１９）を有しており、前記逃げ溝（２１）が、ＩＳＯ規格による標準的な逃げ溝とは異なる、寸法が大きくされた高さ（ｈ）を有している、請求項１記載の動翼。
【請求項５】
前記逃げ溝（２１）の高さ（ｈ）が、面取り部（１７，１９）の高さにほぼ相当する、請求項４記載の動翼。
【請求項６】
前記逃げ溝（２１）が、すえ込み鍛造機械によって成形された比較可能な翼付け根の曲率半径の１．５〜２倍に相当する曲率半径（Ｒ１）を有している、請求項４又は５記載の動翼。
【請求項７】
前記逃げ溝（２１，３０）が翼軸線（Ａ１）の方向で、楕円形の曲線経路（２３）に従って形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の動翼。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の動翼を製造するための方法において、
第１段階で翼付け根（１５）のＴ字形を、フライス切削プロセスによって形成し、第２段階で前記翼付け根（１５）内に逃げ溝（２１，３０）をフライス切削することを特徴とする、動翼を製造するための方法。
【請求項９】
前記逃げ溝（２１，３０）を、翼軸線（Ａ１）の方向で楕円形の加工経路（２３）に沿ってフライス切削する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記逃げ溝（２１）をフライス切削するために、球形状とは異なる形状のフライス工具（２２）を使用する、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
ガスタービン用の圧縮機において、
請求項１から７までのいずれか１項記載の動翼（１３）が装着されたロータ（１０）を有していることを特徴とする、圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン機械の分野に関する。本発明は、タービン機械のロータに固定するための動翼、この動翼を製造するための方法、並びにこのような動翼を備えた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の動翼は、ガスタービンステムを規則的、かつ確実に駆動するために必要な大量の空気を動かして圧縮する軸方向の圧縮機システムの一部である。動翼は、圧縮機のロータの外周部に組み付けられていて、特に翼固定形式にも基づく、機械的な大きい負荷にさらされる。
【０００３】
システムの破壊の要因となる、動翼がロータから離脱するのを確実に避けるために、動翼をロータに固定するための種々異なるシステムがこれまで開発され、かつ提案されている。本発明が基づく、このようなシステムのうちの１つは、Ｔ字形の翼付け根及び中間部材を備えた固定システムである。この公知の固定システムは、本願の図１及び図２若しくは図６に概略的に示されていて、例えばドイツ連邦共和国特許第３１８６６２号明細書により公知である。
【０００４】
この公知のシステムによれば、ロータ１０のロータ回転軸線（図５のＡ２）を中心にして環状に延びる溝１１内に、周方向で相前後した中間部材１２，１８が嵌め込まれていて、アンダカット２４に当接する保持面２０によって溝１１内で保持されている。隣接し合う２つの中間部材１２，１８間にそれぞれ１つの動翼１３若しくは２７が配置されており、これらの動翼は、翼ブレード１４を有していて、下方に延びて翼ブレード１４に続くＴ字形の翼付け根１５若しくは２５（図６参照）で以て、隣接する中間部材１２，１８の側面に突き当てられていて、周方向に突き出す突起１６，１６′若しくは２６，２６′で以て、隣接する中間部材１２，１８に下方から係合している。この場合、中間部材１２，１８及び動翼１３若しくは２７は、回転軸線Ａ２に対して斜めに配置されているので、翼軸線（図５のＡ１）は回転軸線Ａ２に対して例えば２５゜の角度を成している（図５参照）。
【０００５】
従来では、圧縮機の動翼２７のＴ字形の翼付け根２５はすえ込み鍛造によって成形（鍛造）され、それによって強度を規定する粒子構造が得られる（図６に破線で示されているように）。最近では、費用、工具及び補給管理に関連した新たな要求に基づいて、翼付け根を鍛造するのではなく、もっぱらフライス切削によって形成するようになっている（図４の粒子構造）。フライス切削された翼付け根において突起１６，１６′への問題のある移行部の強度を、鍛造された翼付け根と同じか又はそれよりも高い強度を得るために、この突起への移行部に、より大きい曲率半径を設ける必要がある。鍛造された翼付け根２５においては、鍛造曲率半径２９は、０．５〜１．０ｍｍの間の範囲にある（図６参照）。切欠要因に基づいて必要な、移行部におけるフライス切削された翼付け根は前記移行部において、鍛造曲率半径２９よりも約１．５倍〜２倍大きい曲率半径が必要である。
【０００６】
翼付け根２５のための従来の鍛造法によれば、その他の結果が得られる。すえ込み鍛造によって、突起２６，２６′の上側でシャフトに膨出部３１（図６では、これは一点鎖線で示されている）が形成され、この膨出部３１の寸法は、０．３ｍｍから０．５ｍｍの範囲にある。動翼を組み付ける際に、鍛造された翼付け根２５が、側方に膨出部３１を有しているにも拘わらず、確実かつ不動に、隣接する中間部材１２，１８に当接するようにするために、翼付け根は、下部側面に膨出部３１のためのスペースを提供する長い面取り部１７，１９を備えている（図３も参照）。
【０００７】
予め、中間部材１２、１８とＴ字形の翼付け根２５との間に、翼の大きさに基づいて０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの、幅の広いギャップが存在しているにも拘わらず、突起の角隅の曲率半径が１．５倍〜２倍（フライス切削された翼付け根のために必要とされるように）だけ増大され、それによって、本来機械的な応力を除去したい箇所で、不都合であり、かつ危険な衝突を招くことになる。
【０００８】
しかしながら、一方では亀裂の危険性が大きく、他方ではより大きい曲率半径を設けるためのスペースが限定されている、機械部分の領域における機械的な応力を、ＩＳＯ標準に従って寸法設計され、かつ位置決めされた逃げ溝を設けることによって、除去することが可能である。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許第３１８６６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式のＴ字形の翼付け根を備えた動翼を改良して、より好都合に製造することができ、しかも、鍛造された翼付け根の一般的な耐用年数と同程度の耐用年数が得られるようなものを提供し、またこのような動翼を製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決した本発明の動翼によれば、タービン機械特にガスタービンの圧縮機のロータを固定するための動翼であって、該動翼が、翼付け根と、該翼付け根の下端部に続く、翼軸線に沿って延在する翼付け根とを有しており、該翼付け根によって、前記動翼が、ロータの外周面に配置された環状の溝内において、周方向で互いに連続する２つの中間部材間で保持されるようになっており、前記翼付け根が横断面Ｔ字形に構成されていて、周方向に延在する複数の突起で以て、隣接する前記中間部材に下方から係合するようになっており、前記中間部材が翼軸線の方向で、保持面で以て、溝内のアンダカットに係合するようになっている形式のものにおいて、Ｔ字形の翼付け根がフライス切削され、翼付け根から突起部への移行部における機械的な応力を減少させるために、翼軸線の方向に延在するそれぞれ１つの逃げ溝が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｔ字形の翼付け根がフライス切削され、翼付け根から突起部への移行部における機械的な応力を減少させるために、翼軸線の方向に延在するそれぞれ１つの逃げ溝が設けられている。本発明による圧縮機はロータを有しており、このロータに、本発明による動翼が装着されている。
【００１２】
基本的に、逃げ溝は、ＩＳＯ規格による標準逃げ溝である。逃げ溝は、特にＤＩＮ規格５０６による型式Ｅ又は型式Ｆの逃げ溝である。
【００１３】
特に有利には、中間部材がその、翼付け根に隣接する両側面にそれぞれ１つの面取り部を有しており、前記逃げ溝が、ＩＳＯ規格による標準的な逃げ溝とは異なる、寸法が大きくされた、面取り部を利用する高さを有している。この場合、特に逃げ溝の高さは、面取り部の高さにほぼ相当している。
【００１４】
逃げ溝が、すえ込み鍛造機械によって成形された比較可能な翼付け根の曲率半径の１．５〜２倍に相当する曲率半径を有している。特に、この曲率半径は、すえ込み曲率半径が０．８ｍｍである場合に、１．５ｍｍであり、すえ込み曲率半径が１．７５ｍｍである場合に、１．０ｍｍである。
【００１５】
また、逃げ溝が翼軸線の方向で、楕円形の曲線経路に従って形成されていれば、有利である。
【００１６】
前記課題を解決した、前記本発明による動翼を製造するための方法によれば、第１段階で翼付け根のＴ字形を、フライス切削プロセスによって形成し、第２段階で前記翼付け根内に逃げ溝をフライス切削するようにした。
【００１７】
本発明による方法の有利な実施態様によれば、逃げ溝を、翼軸線の方向で楕円形の加工経路に沿ってフライス切削するようにした。
【００１８】
逃げ溝をフライス切削するために、球形状とは異なる形状のフライス工具を使用すれば、特に簡単な加工を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明にとって重要なことは、フライス切削加工された翼付け根のために必要な拡大された曲率半径が逃げ溝によって生ぜしめられる、という点にある。この逃げ溝は、有利な形式で、中間部材に形成された側方の傾斜面を考慮しながら実現される。逃げ溝としては、まず、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）５０９に基づく型式（Ｔｙｐ）Ｅ及びＦの逃げ溝として構成された、ＩＳＯ規格に基づく逃げ溝が考えられる。この場合、型式Ｅの逃げ溝は、互いに隣接し合う垂直な２つの面のうちの一方の面とだけ交差し、これに対して型式Ｆの逃げ溝は、２つの面と交差する。２つの型式の逃げ溝は、特別な張り出し領域（図２の符号３２，３３）を有しており、これらの張り出し領域は、曲率半径における付加的な応力除去のために役立つ。
【００２０】
このような形式の逃げ溝によって、動翼の全体構造及び固定形式を変えずに、問題なく、鍛造された翼付け根を備えた動翼を、フライス切削された翼付け根を備えた安価な動翼と交換することができ、この場合、耐用年数が短縮されることはない。特に、隣接する中間部材１２，１８を変えるか、又は付加的に加工する必要はない。翼付け根（図３の符号１５）と、隣接する中間部材１２及び１８との間の接触面は、面取り部１７及び１９によって中間部材１２，１８の側面を制限し、かつ規定しているので、面取り部１７、１９の領域内における逃げ溝２１の形式が、接触面に影響を及ぼすことはない（図３）。相応に、動翼は、翼付け根が鍛造されているか（図６）又はフライス切削されているか（図４）にかかわらず、常に同じ形式で中間部材１２，１８の間で保持されている。それによって、翼の自然な周波数（共鳴）は変化しないので、それぞれ異なって製造された翼間の完全な交換可能性が得られる。
【００２１】
型式Ｆの標準的な逃げ溝は、前述のように、翼付け根１５の突起１６，１６′の角隅において隣接する２つの垂直と交差する（図４ａ）。これは、鍛造された翼付け根と比較して同じか又はより長い耐用年数のための拡大された曲率半径を得るための唯一のやり方である。しかしながらこのような標準Ｆ型の逃げ溝は、逃げ溝が同時に楕円形の加工経路（図５の符号２３）に沿って翼軸線Ａ１の方向で形成されるべき場合には、フライス切削プロセスによってのみ形成される。しかしながら逃げ溝は、非常に高価な費用をかけてのみ、フライス切削することができる。何故ならば、フライ切削するためには、図４ａに示されているように、球状のフライスヘッドを有する小型のフライス工具［ヘッド直径（２×曲率半径Ｒ２）：２−３ｍｍ；シャフト直径：１．５−２ｍｍ］をしようする必要があるからである。
【００２２】
従って翼付け根１５において、有利には図３、図４及び図５の変化実施例に示したような逃げ溝２１が使用される。この逃げ溝２１は、翼の縦軸線方向の高さｈの寸法が大きく構成されていることを特徴としている。特に、逃げ溝２１の高さｈは、中間部材１２，１８の側面に形成された面取り部１７，１９の全長に相当する。標準的な逃げ溝３０に対して高さｈの寸法を大きくしたことによって、図４によれば、曲率半径Ｒ１＞Ｒ２を有する大型のフライス切削工具２２を使用することができ（Ｒ１は例えば１．７５ｍｍ）、それによってコスト及び加工時間を著しく減縮することができる（図４で破線の陰影線により、翼付け根１５がフライス切削されていて、鍛造されていないことが明らかである）。
【００２３】
逃げ溝の高さｈの寸法を大きくすることは、許容されている（何故ならば長い面取り部１７，１９によって、いずれにしても翼付け根１５と中間部材１２，１８との間の接触は生じないからである）だけではなく、望まれていることでもある。何故ならば、これによって切欠内の応力は自動的に減少されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】２つの中間部材間のＴ字形の翼付け根を備えた動翼の、周方向で見た本発明による固定形式を示す概略図である。
【図２】図１に示した固定形式の斜視図である。
【図３】本発明の１実施例による翼付け根の構成を示す概略的な断面図である。
【図４】本発明の１実施例による大型のフライス切削工具による翼付け根における逃げ溝の加工を示す概略図、図４ａは球ヘッドを有する小型のフライス切削工具による翼付け根における逃げ溝の加工を示す概略図である。
【図５】楕円形の加工経路が刻み込まれている、本発明の１実施例による翼付け根の斜視図である。
【図６】従来形式ですえ込み鍛造によって製造されたＴ字形の翼付け根の概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ロータ、  １１  溝、  １２，１８  中間部材、  １３，２７  動翼、  １４  翼ブレード、  １５，２５  翼付け根、  １６，１６′  突起、  １７，１９  面取り部、  ２０  保持面、  ２１，３０  逃げ溝、  ２２，２８  フライス切削工具、  ２３  楕円形の加工経路、  ２４  アンダカット、  ２６，２６′  突起、  ２７  圧縮機の動翼、  ２９  鍛造曲率半径、  ３１  膨出部、  ３２，３３  張り出し領域、  Ａ１  翼軸線、  Ａ２  ロータ軸線、  ｈ  高さ、  Ｒ１，Ｒ２  曲率半径（逃げ溝）
【図１】
2009085224.tif 000003
【図２】
2009085224.tif 000004
【図３】
2009085224.tif 000005
【図４】
2009085224.tif 000006
【図５】
2009085224.tif 000007
【図６】
2009085224.tif 000008