JP2013148005A - 翼根バネ、これを備えているタービンロータ及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させる。
【解決手段】動翼２１の翼根２５における底面２６、及びロータディスク１２の翼根溝１５における底面１６は、径方向に垂直な平面で形成されている。翼根溝の底面と翼根の底面との間には、径方向をバネ高さ方向Ｄｈとし、バネ高さ方向の一方の側を開口３１とした略Ｃ型断面形状の翼根バネ３０が挿入されている。翼根バネ３０における開口３１の両縁に臨む両端部側には、翼根の底面２６に接する開口側接触部３２が形成され、翼根バネ中で開口と対向する底部３３で、周方向で互いに離間している二箇所には、翼根溝１５の底面１６に接触する対向側接触部３４が形成されている。翼根バネ３０中で、開口側接触部３２と対向側接触部３４との間の側部３５は、翼根溝の側面１７から離れている。
【選択図】図４

Description

本発明は、動翼の翼根と共にロータディスクの翼根溝に挿入される翼根バネ、これを備えているタービンロータ及びガスタービンに関する。

ガスタービンのタービンロータは、回転軸線を中心とするロータディスクと、このロータディスクの翼根溝にその翼根が挿入される動翼と、を備えている。

ロータディスクの翼根溝と動翼の翼根との間には、組み付け後の位置精度を確保しつつ着脱の容易性等を確保するために、僅かな隙間が存在する。ところで、ガスタービンの定常運転時は、回転軸線を中心としてタービンロータが高速回転するため、動翼には自重を無視し得るほどの大きな遠心力が作用する。このため、ロータディスクの翼根溝と動翼の翼根との間に僅かな隙間が存在しても、ガスタービンの定常運転時には、この遠心力により、翼根溝内の翼根の位置が規定の位置に収まっている。

しかしながら、タービンロータが低速で回転する予備的な運転時等には、動翼に作用する遠心力が小さくなるため、遠心力に対する自重の大きさが無視できなくなり、遠心力が作用する向きと重力が作用する向きが一致するときと、遠心力が作用する向きと重力が作用する向きが逆向きのときとでは、翼根溝内の翼根の位置が変化してしまう。つまり、タービンロータが一回転する間に、回転軸線に対して鉛直下方側に動翼が位置するときと、鉛直上方側に動翼が位置するときとでは、翼根溝内の翼根の位置が変化してしまう。

このように、タービンロータが一回転する間に翼根溝内の翼根の位置が変化すると、不要な振動が発生する上に、翼根溝と翼根との双方に局所的な磨耗が生じてしてしまう。さらに、翼根溝及び翼根の局所的な磨耗が進むと、ガスタービンの定常運転時においても、翼根溝内の翼根の位置が規定の位置に収まらなくなり、不要な振動を招くおそれもある。

そこで、例えば、以下の特許文献１では、翼根の径方向内側の面である底面と翼根溝の径方向内側の底面との間に、径方向に弾性力を発生する翼根バネを配置して、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢し、ガスタービンの定常運転時でも予備的な運転時でも、常に、翼根溝内の翼根の位置が規定の位置に収まるようにしている。

特開２００５−２７３６４６号公報 図２、図５、図６

上記特許文献１に記載の翼根バネは、バネ高さ方向の一方の端部が翼根の底面に接触し、バネ高さ方向の他方の端部が翼根溝の溝に接触すると共に、翼根バネの側部が翼根溝の側面にも接触又は固着し、この翼根溝の側面との接触部分での弾性変形が規制されている。また、この翼根バネは、バネ高さ方向の一方の端部がバネ高さ方向に対して傾斜した翼根の底面に接触し、荷重の作用点における荷重の方向がバネ高さ方向に対して傾斜している。このため、翼根バネの側部を翼根溝の側面に接触させる向きの力が大きくなり、翼根バネに作用する荷重が変化すると、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触量が変化し、翼根バネ中で弾性変形が規制される部分も変化する。

よって、上記特許文献１に記載の翼根バネは、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができない上に、その弾性力の管理が極めて難しく、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等に、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることが難しいという問題点がある。さらに、上記特許文献１に記載の翼根バネは、翼根バネの側部が翼根溝の側面にも接触又は固着しているため、翼根バネの位置が安定するものの、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができない関係上、翼根バネが局部的にへたり易く、翼根バネの寿命が短いという問題点もある。

そこで、本発明は、バネ寿命を長くすることができると共に、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることができる、翼根バネ、これを備えているタービンロータ及びガスタービンを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係るタービンロータは、
回転軸線を中心とするロータディスクと、該ロータディスクの翼根溝に翼根が挿入されて該ロータディスクに取り付けられる動翼と、を備えているタービンロータにおいて、前記翼根の前記回転軸線に対する径方向内側の面である底面、及び前記翼根溝の該径方向内側の底面は、互いに該径方向に離間し且つ該径方向に垂直な平面で形成され、前記翼根溝の底面と前記翼根の底面との間には、前記径方向をバネ高さ方向とし、前記回転軸線に垂直な断面形状が該バネ高さ方向の一方の側に開口を有する環状の翼根バネが挿入され、前記翼根バネにおける前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根の底面とのうちの一方の底面に接する開口側接触部が形成され、前記翼根バネ中で前記開口と対向する底部において、前記回転軸線に対する周方向で互いに離間している二箇所には、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触する対向側接触部が形成され、前記翼根バネ中で、前記開口側接触部と前記対向側接触部との間であって前記周方向で互い対向する一対の側部は、前記翼根溝の該周方向で対向する一対の側面から離れていることを特徴とする。

当該タービンロータにおいて、翼根バネは、そのバネ高さ方向の一方の端部の二箇所で翼根の底面に接触し、バネ高さ方向の他方の端部の二箇所で翼根溝の溝に接触する一方、翼根バネの一対の側部はそれぞれ翼根溝の側面から離れている。すなわち、当該翼根バネは、バネ高さ方向の両端部間の側部が翼根溝の側面から離れ、バネ高さ方向の両端部のみが荷重の作用点になる。このため、当該タービンロータでは、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。

また、当該翼根バネにおけるバネ高さ方向の両端部は、このバネ高さ方向、つまり径方向に対して垂直な翼根溝の底面及び翼根の底面に接し、荷重の作用点における荷重の作用方向がバネ高さ方向になる。このため、翼根バネをそのバネ幅方向に広げようとする力を小さく抑えることができ、翼根バネに比較的大きな荷重が作用して翼根バネが比較的大きく弾性変形しても、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができる。よって、当該タービンロータでは、翼根バネが弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネに比較的大きな荷重が作用したときでも、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。また、当該タービンロータでは、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができるため、翼根バネの局部的なへたりを抑えることができ、バネ寿命を長くすることができる。

ここで、前記タービンロータにおいて、前記翼根バネの前記開口側接触部は、前記翼根の底面に接触していてもよい。この場合、前記ロータディスクには、前記翼根溝内で該翼根溝の底面と前記翼根の底面との間に冷却空気を導く空気路が形成されており、前記動翼は、前記翼根と、該翼根の径方向外側に位置する動翼本体とを有し、該翼根の底面中で前記翼根バネの前記開口に対向する位置から該動翼本体内に延びる空気路が形成されていてもよい。

当該タービンロータでは、翼根溝内に翼根バネを収めている状態でも、翼根溝内に流入した冷却空気を動翼に導くことができる。

また、前記タービンロータにおいて、前記周方向における前記開口の中心を通って前記バネ高さ方向に延びるバネ中心線を基準にして、前記翼根バネは線対称な形状を成し、
二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記径方向の前記翼根バネのバネ高さ寸法に対する、該翼根バネの一対の側部相互間の距離であるバネ幅寸法の半分の比率よりも小さくてもよい。

当該タービンロータでは、バネ中心線を基準にして、一方の側に存在する対向側接触部と開口側接触部との間のバネ幅方向に距離が小さくなるよう設定される。このため、当該タービンロータでは、開口側接触部にバネ高さ方向の荷重が作用した際、この対向側接触部を基準にして翼根バネをそのバネ幅方向に広げる方向に作用するモーメントを小さく抑えることができる。よって、当該タービンロータによれば、より効果的に、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができる。

また、上記問題点を解決するための発明に係るガスタービンは、
前記タービンロータと、前記タービンロータを回転可能に覆うケーシングと、前記ケーシングの内側に取り付けられ、前記動翼の上流側に配置されている静翼と、を備えていることを特徴とする。

当該ガスタービンは、前記タービンロータを備えているので、翼根バネが弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネに比較的大きな荷重が作用したときでも、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。したがって、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることができる。

また、上記問題点を解決するための発明に係る翼根バネは、
回転軸線に対する径方向に延びる動翼の翼根と共に、該翼根の径方向内側に配置されて該回転軸線を中心とするロータディスクの翼根溝に挿入される翼根バネにおいて、バネ中心線を含む断面の形状が、該バネ中心線を基準にして線対称で且つ該バネ中心線を通る開口を有する環状に形成され、前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの一方の底面に接し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる開口側接触部が形成され、前記開口と対向する底部中で、前記バネ中心線に対して垂直な方向のバネ幅方向で互いに離間している二箇所のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる対向側接触部が形成され、二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記バネ中心線が延びる方向のバネ高さ寸法に対する、前記バネ幅方向のバネ幅寸法の半分の比率よりも小さいことを特徴とする。

当該翼根バネでは、そのバネ高さ方向の両端部が垂直な翼根溝の底面又は翼根の底面に接し、荷重の作用点における荷重の作用方向がバネ高さ方向になる。このため、翼根バネをそのバネ幅方向に広げようとする力を小さく抑えることができる。また、当該翼根バネでは、バネ中心線を基準にして、一方の側に存在する対向側接触部と開口側接触部との間のバネ幅方向に距離が小さくなるよう設定される。このため、当該翼根バネでは、開口側接触部にバネ高さ方向の荷重が作用した際、この対向側接触部を基準にして翼根バネをそのバネ幅方向に広げる方向に作用するモーメントを小さく抑えることができる。

よって、当該翼根バネによれば、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができ、弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、比較的大きな荷重が作用したときでも、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。

ここで、前記タービンロータの前記翼根バネを前記翼根溝から外すバネ外し治具は、該翼根溝内に挿入可能な大きさであって、該翼根溝内に挿入した際に該翼根溝の前記底面及び前記側面との最大隙間寸法が前記翼根バネの板厚で最も薄い板厚寸法よりも小さい、ことが好ましい。

当該バネ外し治具では、この治具で翼根溝から翼根バネを押し出す際、翼根バネがバネ外し治具と翼根溝の底面及び側面の隙間に入り込んで局部的に変形してしまうことを防ぐことができる。

本発明では、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができ、弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、比較的大きな荷重が作用したときでも、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。

したがって、本発明によれば、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることができる。さらに、本発明によれば、翼根バネの局部的なへたりを抑えることができ、バネ寿命を長くすることができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部を切り欠いた全体側面図である。 本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 本発明に係る一実施形態における動翼、翼根バネ、及びロータディスクの分解斜視図である。 本発明に係る一実施形態における翼根、翼根バネ及び翼根溝の正面図である。 本発明に係る一実施形態における翼根、翼根バネ、翼根溝、及びバネ外し治具の正面図である。

以下、本発明に係るガスタービンの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２と、燃焼ガスにより駆動するタービン３と、を備えている。

タービン３は、ケーシング４と、このケーシング４内で回転するタービンロータ１０とを備えている。このタービンロータ１０は、例えば、このタービンロータ１０の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。なお、以下では、タービンロータ１０の回転中心となる回転軸線Ａｒが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、回転軸線Ａｒに対する径方向Ｄｒで、回転軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、回転軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側Ｄｒｏとする。さらに、燃焼ガスの流れの軸線方向Ｄａにおける上流側及び軸線方向Ｄａにおける下流側を、単に、上流側、下流側ということにする。

タービンロータ１０は、回転軸線Ａｒを中心として、この軸線方向Ｄａに延びているロータ本体１１と、軸線方向Ｄａに並んでロータ本体１１に取り付けられている複数の動翼段２０と、を備えている。各動翼段２０は、いずれも、回転軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼２１を有している。ロータ本体１１は、各動翼段２０毎に、動翼段２０を構成する複数の動翼２１が取り付けられるロータディスク１２を有している。ロータ本体１１は、この各動翼段２０毎のロータディスク１２が軸線方向Ｄａに並んで相互に接続されることで構成されている。

ケーシング４の内周側には、軸線方向Ｄａに並んだ複数の静翼段５が固定されている。各静翼段５は、いずれも、いずれかの動翼段２０の上流側に配置されている。各静翼段５は、回転軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼６を有している。

静翼６の径方向内側Ｄｒｉには、図２に示すように、シールリング保持環７が固定されている。このシールリング保持環７には、ロータ本体１１との間をシールするためのシール部材８が設けられている。

動翼２１が取り付けられるロータディスク１２には、その上流側から上流側に突出した上流側リム部１３と、その下流側から下流側に突出した下流側リム部１４とが形成されている。上流側リム部１３は、このロータディスク１２の上流側に隣接する他のロータディスク１２の下流側リム部１４と軸線方向Ｄａで対向し、両者間にはエアーバッフル１９が設けられている。また、下流側リム部１４は、このロータディスク１２の下流側に隣接する他のロータディスク１２の上流側リム部１３と軸線方向Ｄａで対向し、この両者間にもエアーバッフル１９が設けられている。静翼６のシールリング保持環７に設けられているシール部材８は、このロータディスク１２の上流側リム部１３、及びこのロータディスク１２の上流側に隣接する他のロータディスク１２の下流側リム部１４と径方向Ｄｒで対向し、これらロータディスク１２の各リム部１３,１４との間をシールする。また、この静翼６の下流側に隣接する他の静翼６のシールリング保持環７に設けられているシール部材８は、このロータディスク１２の下流側リム部１４、及びこのロータディスク１２の下流側に隣接する他のロータディスク１２の上流側リム部１３と径方向Ｄｒで対向し、これらロータディスク１２の各リム部１３,１４との間をシールする。

このロータディスク１２と、このロータディスク１２の上流側に隣接する他のロータディスク１２との間であって、これらのロータディスク１２の各リム部１３,１４よりも径方向内側Ｄｒｉには、圧縮機１からの圧縮空気が冷却空気Ａとして供給されるマニホールド９が形成されている。また、このロータディスク１２と、このロータディスク１２の下流側に隣接する他のロータディスク１２との間であって、これらのロータディスク１２の各リム部１３,１４よりも径方向内側Ｄｒｉにも、圧縮機１からの圧縮空気が冷却空気Ａとして供給されるマニホールド９が形成されている。

このロータディスク１２には、上流側リム部１３及び下流側リム部１４よりも径方向外側Ｄｒｏの位置に、動翼２１を取り付けるための翼根溝１５が形成されている。さらに、このロータディスク１２には、マニホールド９内の冷却空気Ａを翼根溝１５内に導く空気路１８が形成されている。この空気路１８の翼根溝１５側の開口は、この翼根溝１５の径方向内側Ｄｒｉの面である底面１６に形成されている。

動翼２１は、図３及び図４に示すように、径方向Ｄｒに延びる動翼本体２２と、この動翼本体２２の径方向内側Ｄｒｉに設けられているプラットフォーム２３と、プラットフォーム２３の径方向内側Ｄｒｉに設けられているシャンク２４と、シャンク２４の径方向内側Ｄｒｉに設けられている翼根２５と、を有している。動翼本体２２の上流端と下流端とを結んだ翼弦Ｂは、回転軸線Ａｒに対して僅かに傾斜した方向に伸び、回転軸線Ａｒに対してねじれ位置関係になっている。翼根２５は、この翼弦Ｂが伸びている翼弦方向Ｄｂに対して垂直な断面形状が径方向内側Ｄｒｉに向って拡幅部２５ａと縮幅部２５ｂとが交互に繰り返されるクリスマスツリー形状を成している。

動翼２１には、翼根２５の径方向内側Ｄｒｉの底面２６、つまり翼根２５中で最も径方向内側Ｄｒｉに位置する拡幅部２５ａ（以下、内側拡幅部２５ａｉとする）の底面２６から、径方向外側Ｄｒｏに向って動翼本体２２中にまで延びる複数の空気路２７が形成されている。複数の空気路２７は、翼弦方向Ｄｂに並んでいる。

ロータディスク１２の前述の翼根溝１５は、翼根２５のクリスマスツリー形状の断面形状に対応した形状を成している。よって、この翼根溝１５は、径方向内側Ｄｒｉに向って、翼根２５の拡幅部２５ａが収まる拡幅室１５ａと翼根２５の縮幅部２５ｂが収まる縮幅室１５ｂとが交互に繰り返す形状を成している。翼根溝１５の各拡幅室１５ａ及び各縮幅室１５ｂは、基本的に翼根２５中で対応する拡幅部２５ａ又は縮幅部２５ｂのサイズよりも僅かに大きく形成されている。翼根溝１５中で、翼根２５の内側拡幅部２５ａｉが収まる最も径方向内側Ｄｒｉの拡幅室１５ａである内側拡幅室１５ａｉは、その径方向Ｄｒの寸法が内側拡幅部２５ａｉの径方向Ｄｒの寸法よりも遥かに大きく形成されている。このため、ロータディスク１２の翼根溝１５に動翼２１の翼根２５が差し込まれた際、翼根溝１５の前述の底面１６、つまり内側拡幅室１５ａｉの底面１６と、翼根２５の内側拡幅部２５ａｉの底面２６との間は、径方向Ｄｒに離間することになり、両底面１６，２６間に空間が生じる。本実施形態では、この空間に、動翼２１をロータディスク１２に対して径方向外側Ｄｒｏに付勢する翼根バネ３０が差し込まれる。

また、この翼根溝１５は、ロータディスク１２の下流面から前述の翼弦方向Ｄｂに向かって延び、上流面に至るまで形成されている。そこで、本実施形態では、動翼２１の翼根２５及び翼根バネ３０は、ロータディスク１２の下流側又は上流側からこのロータディスク１２の翼根溝１５内に差し込まれる。

図４に示すように、翼根溝１５の底面１６及び翼根２５の底面２６は、いずれも、径方向Ｄｒに対して垂直な平面を成している。

翼根バネ３０は、金属製の板材により、そのバネ中心線Ｃを含む断面の形状が、バネ中心線Ｃを基準にして線対称で且つバネ中心線Ｃを通る開口３１を有する環状に形成されている。つまり、この翼根バネ３０は、金属製の板材により、略Ｃ字型に形成されたものである。なお、図４中、想像線で描かれているものは、荷重がかかっていない自然状態の翼根バネ３０を示している。

翼根バネ３０の開口３１の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、翼根２５の底面２６と面接触し、接触部分での法線方向がバネ高さ方向Ｄｈになる開口側接触部３２が形成されている。なお、バネ高さ方向Ｄｈとは、この翼根バネ３０における主要な弾性変形方向のことである。また、バネ中心線Ｃとは、バネ高さ方向Ｄｈに延びる仮想線で、且つこの仮想線を基準にして翼根バネ３０が線対称になる線のことである。また、以下では、バネ中心線Ｃに対して垂直な方向をバネ幅方向Ｄｗとし、バネ高さ方向Ｄｈ及びバネ幅方向Ｄｗに垂直な方向をバネ奥行き方向とする。

翼根バネ３０の開口３１と対向する底部３３中で、バネ幅方向Ｄｗで互いに離間している二箇所のそれぞれには、翼根溝１５の底面１６に接触し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向Ｄｈになる対向側接触部３４が形成されている。なお、二つの開口側接触部３２は、バネ中心線Ｃからの距離が互いに同じ距離である。また、二つの対向側接触部３４も、バネ中心線Ｃからの距離が互いに同じ距離である。

バネ幅方向Ｄｗの開口３１の幅寸法ｄ２は、翼根２５に形成されている空気路２７の径ｄ１よりも大きい。これは、翼根２５に形成されている空気路２７の開口３１を翼根バネ３０で塞がないためである。

また、二箇所の対向側接触部３４相互間の距離Ｌ１と二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２とのうちの大きい方（ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２））に対する両距離差の絶対値（｜Ｌ１−Ｌ２｜）の比率（｜Ｌ１−Ｌ２｜／ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２））は、以下の式１に示すように、バネ高さ寸法Ｈに対する一対の側部３５相互間の距離であるバネ幅寸法Ｗの半分（Ｗ／２）の比率（（Ｗ／２）／Ｈ）よりも小さい。すなわち、式１は、二箇所の対向側接触部３４相互間の距離Ｌ１と二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２との差を、当該翼根バネ３０に関する所定値よりも小さくする旨を定めた式である。

｜Ｌ１−Ｌ２｜／ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２）＜（Ｗ／２）／Ｈ ・・・・・・（１）
なお、上記式１中のｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２）は、Ｌ１とＬ２とのうちの大きいほうを意味する。また、二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２は、一方の開口側接触部３２のバネ幅方向Ｄｗの中点と他方の開口側接触部３２のバネ幅方向Ｄｗの中点との間の距離である。

この翼根バネ３０のバネ幅寸法Ｗは、この翼根バネ３０が翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉに差し込まれた際、翼根バネ３０が弾性変形しても、翼根バネ３０の側部３５が内側拡幅室１５ａｉの側面１７に接触し得ない寸法に設定されている。なお、以上における翼根バネ３０の各寸法は、いずれも、翼根バネ３０に荷重がかかっていない自然状態での寸法である。また、この翼根バネ３０の奥行き方向の寸法は、図２に示すように、翼根溝１５の翼弦方向Ｄｂの長さ寸法より短い。これは、翼根溝１５の底面１６に形成されている空気路１８の開口を翼根バネ３０の底部３３で塞がないためのである。

本実施形態の翼根バネ３０及び動翼２１の翼根２５は、前述したように、ロータディスク１２の下流側又は上流側から、ロータディスク１２の翼根溝１５内に差し込まれる。この際、翼根バネ３０は、そのバネ高さ方向Ｄｈがロータディスク１２の径方向Ｄｒに一致し、且つ翼根バネ３０の開口３１が径方向外側Ｄｒｏを向き翼根バネ３０の底部３３が径方向内側Ｄｒｉを向くように、翼根溝１５が内側拡幅室１５ａｉに差し込まれる。なお、翼根溝１５内に差し込まれた翼根バネ３０は、回転軸線Ａｒに垂直な断面形状が一部に開口３１を有する環状を成していることになる。また、翼根バネ３０のバネ幅方向Ｄｗは、ロータディスク１２の周方向Ｄｃとほぼ一致する。

この結果、翼根バネ３０は、二つの開口側接触部３２が翼根２５の底面２６に面接触し、翼根２５羽の二つの対向側接触部３４が翼根溝１５の底面１６に接触し、この状態の翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの寸法が前述のバネ高さＨ寸法よりも小さくなる。このため、この状態の翼根バネ３０には、バネ高さ方向Ｄｈに弾性力が生じている。よって、動翼２１は、この翼根バネ３０により、ロータディスク１２に対して径方向外側Ｄｒｏに付勢される。

また、この状態の翼根バネ３０の一対の側部３５は、いずれも、それぞれ翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉの側面１７との間に隙間があり、この側面１７に接触していない。

以上のように、本実施形態の翼根バネ３０は、そのバネ高さ方向Ｄｈの一方の端部の二箇所で翼根２５の底面２６に接触し、バネ高さ方向Ｄｈの他方の端部の二箇所で翼根溝１５の溝に接触する一方、翼根バネ３０の一対の側部３５はそれぞれ翼根溝１５の側面１７から離れている。すなわち、この翼根バネ３０は、バネ高さ方向Ｄｈの両端部間の側部３５が翼根溝１５の側面１７から離れ、バネ高さ方向Ｄｈの両端部のみが荷重Ｆの作用点になっている。このため、本実施形態では、翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの全体をバネとして機能させることができる。

また、この翼根バネ３０におけるバネ高さ方向Ｄｈの両端部は、このバネ高さ方向Ｄｈである径方向Ｄｒに対して垂直な翼根溝１５の底面１６及び翼根２５の底面２６に接し、荷重Ｆの作用点における荷重Ｆの作用方向がバネ高さ方向Ｄｈになる。このため、荷重Ｆの作用方向が径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れてバネ中心線Ｃから遠ざかる向きに傾斜している場合よりも、翼根バネ３０をそのバネ幅方向Ｄｗに広げようとする力を小さく抑えることができる。これにより、本実施形態では、翼根バネ３０に比較的大きな荷重が作用して翼根バネ３０が比較的大きく弾性変形しても、翼根バネ３０の側部３５と翼根溝１５の側面１７との接触を回避することができる。よって、本実施形態では、翼根バネ３０が弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネ３０に比較的大きな荷重が作用したときでも、翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの全体をバネとして機能させることができる。

さらに、本実施形態では、式１を用いて前述したように、二箇所の対向側接触部３４相互間の距離Ｌ１と二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２との差の絶対値（｜Ｌ１−Ｌ２｜）は、この翼根バネ３０に関する所定値よりも小さくなるように設定されている。すなわち、本実施形態では、バネ中心線Ｃを基準にして、一方の側に存在する対向側接触部３４と開口側接触部３２との間のバネ幅方向Ｄｗに距離が小さくなるよう設定される。このため、開口側接触部３２にバネ高さ方向Ｄｈの荷重Ｆが作用した際、この対向側接触部３４を基準にして翼根バネ３０をそのバネ幅方向Ｄｗに広げる方向に作用するモーメントＭｔを小さく抑えることができる。よって、本実施形態では、より効果的に、翼根バネ３０の側部３５と翼根溝１５の側面１７との接触を回避することができる。

また、本実施形態では、式１に示すように、バネ高さ寸法Ｈが大きくなるほど、｜Ｌ１−Ｌ２｜の値が小さくなるように設定される。仮に、バネ高さ寸法Ｈが大きくなると、対向側接触部３４から開口側接触部３２までの最短距離Ｒが長くなり、この対向側接触部３４を基準にして翼根バネ３０をそのバネ幅方向Ｄｗに広げる方向に作用するモーメントＭｔが増加する。そこで、本実施形態では、バネ高さ寸法Ｈが大きくなることによるモーメントＭｔの増加を抑えるために、バネ高さ寸法Ｈが増大に対して｜Ｌ１−Ｌ２｜の値が減少するように設定される。

修理点検時に、ロータディスク１２から動翼２１及び翼根バネ３０を外す際には、図６に示すバネ外し治具４０を用いる。このバネ外し治具４０は、その断面形状が翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉの形状に対応した形状であって、この内側拡幅室１５ａｉに挿入可能なサイズである。但し、このバネ外し治具４０を内側拡幅室１５ａｉに挿入した際、この内側拡幅室１５ａｉの底面１６及び内側拡幅室１５ａｉの側面１７との各隙間寸法Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のうちで最大隙間寸法が翼根バネ３０の板厚寸法ｔよりも小さい。

ロータディスク１２から動翼２１及び翼根バネ３０を外す際、ロータディスク１２の上流側又は下流側から翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉにこのバネ外し治具４０を押し込むことで、ロータディスク１２の下流側又は上流側から翼根バネ３０を押し出す。この際、前述したように、バネ外し治具４０と内側拡幅室１５ａｉの底面１６及び内側拡幅室１５ａｉ側面の１７との各隙間寸法Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のうちで最大隙間寸法が翼根バネ３０の板厚寸法ｔよりも小さいため、翼根バネ３０がバネ外し治具４０と内側拡幅室１５ａｉの底面１６及び内側拡幅室１５ａｉの側面１７の隙間に入り込んで局部的に変形してしまうことを防ぐことができる。

以上のように、ロータディスク１２の翼根溝１５から翼根バネ３０を外した後、ロータディスク１２から動翼２１を外す。この際、動翼２１をロータディスク１２に対する径方向への付勢力がなくなるため、動翼２１を翼根溝１５から比較的容易に外すことができる。

以上、本実施形態では、翼根バネ３０が弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネ３０に比較的大きな荷重Ｆが作用したときでも、翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの全体をバネとして機能させることができる。よって、本実施形態では、動翼２１に作用する遠心力が小さいタービン３の予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスク１２に対して動翼２１を径方向外側Ｄｒｉに付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝１５内の翼根２５の位置を安定して規定の位置に収めることができる。さらに、本実施形態では、翼根バネ３０の局部的なへたりを抑えることができ、バネ寿命を長くすることができる。

なお、以上の実施形態では、翼根バネ３０の開口３１が径方向外側Ｄｒｏを向き翼根バネ３０の底部３３が径方向内側Ｄｒｉを向くように、翼根バネ３０を翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉ内に差し込んでいる。しかしながら、これは、内側拡幅室１５ａｉに流入した冷却空気Ａを翼根バネ３０の開口３１を介して、動翼２１の空気路２７に導くためである。このため、動翼２１内に冷却空気Ａを導く必要性がない場合には、翼根バネ３０の開口３１が径方向内側Ｄｒｉを向き翼根バネ３０の底部３３が径方向外側Ｄｒｏを向くように、この翼根バネ３０を翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉ内に差し込んでもよい。この場合、翼根バネ３０の開口側接触部３２は翼根溝１５の底面１６に接触し、翼根バネ３０の対向側接触部３４は翼根２５の底面２６に接触することになる。

また、以上の実施形態のタービンロータ１０は、式１で寸法規定されている翼根バネ３０を用いている。しかしながら、本発明に係るタービンロータは、翼根バネが、そのバネ高さ方向Ｄｈの一方の端部の二箇所で翼根２５の底面２６に接触し、バネ高さ方向Ｄｈの他方の端部の二箇所で翼根溝１５の溝に接触する一方、翼根バネの一対の側部がそれぞれ翼根溝１５の側面１７から離れていればよく、式１で規定される寸法外の翼根バネを用いてもよい。

１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、６：静翼、１０：タービンロータ、１１：ロータ本体、１２：ロータディスク、１５：翼根溝、１５ａｉ：内側拡幅室、１６：底面、１７：側面、１８：空気路、２１：動翼、２２：動翼本体、２５：翼根、２５ａｉ：内側拡幅部、２６：底面、２７：空気路、３０：翼根バネ、３１：開口、３２：開口側接触部、３３：底部、３４：対向側接触部、３５：側部、４０：バネ外し治具

Claims (6)

1. 回転軸線を中心とするロータディスクと、該ロータディスクの翼根溝に翼根が挿入されて該ロータディスクに取り付けられる動翼と、を備えているタービンロータにおいて、
   前記翼根の前記回転軸線に対する径方向内側の面である底面、及び前記翼根溝の該径方向内側の底面は、互いに該径方向に離間し且つ該径方向に垂直な平面で形成され、
   前記翼根溝の底面と前記翼根の底面との間には、前記径方向をバネ高さ方向とし、前記回転軸線に垂直な断面形状が該バネ高さ方向の一方の側に開口を有する環状の翼根バネが挿入され、
   前記翼根バネにおける前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根の底面とのうちの一方の底面に接する開口側接触部が形成され、前記翼根バネ中で前記開口と対向する底部において、前記回転軸線に対する周方向で互いに離間している二箇所には、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触する対向側接触部が形成され、
   前記翼根バネ中で、前記開口側接触部と前記対向側接触部との間であって前記周方向で互い対向する一対の側部は、前記翼根溝の該周方向で対向する一対の側面から離れている、
   ことを特徴とするタービンロータ。
2. 請求項１に記載のタービンロータにおいて、
   前記翼根バネの前記開口側接触部は、前記翼根の底面に接触している、
   ことを特徴とするタービンロータ。
3. 請求項２に記載のタービンロータにおいて、
   前記ロータディスクには、前記翼根溝内で該翼根溝の底面と前記翼根の底面との間に冷却空気を導く空気路が形成されており、
   前記動翼は、前記翼根と、該翼根の径方向外側に位置する動翼本体とを有し、該翼根の底面中で前記翼根バネの前記開口に対向する位置から該動翼本体内に延びる空気路が形成されている、
   ことを特徴とするタービンロータ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンロータにおいて、
   前記周方向における前記開口の中心を通って前記バネ高さ方向に延びるバネ中心線を基準にして、前記翼根バネは線対称な形状を成し、
   二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記径方向の前記翼根バネのバネ高さ寸法に対する、該翼根バネの一対の側部相互間の距離であるバネ幅寸法の半分の比率よりも小さい
   ことを特徴とするタービンロータ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンロータと、
   前記タービンロータを回転可能に覆うケーシングと、
   前記ケーシングの内側に取り付けられ、前記動翼の上流側に配置されている静翼と、
   を備えていることを特徴とするガスタービン。
6. 回転軸線に対する径方向に延びる動翼の翼根と共に、該翼根の径方向内側に配置されて該回転軸線を中心とするロータディスクの翼根溝に挿入される翼根バネにおいて、
   バネ中心線を含む断面の形状が、該バネ中心線を基準にして線対称で且つ該バネ中心線を通る開口を有する環状に形成され、
   前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの一方の底面に接し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる開口側接触部が形成され、
   前記開口と対向する底部中で、前記バネ中心線に対して垂直な方向のバネ幅方向で互いに離間している二箇所のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる対向側接触部が形成され、
   二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記バネ中心線が延びる方向のバネ高さ寸法に対する、前記バネ幅方向のバネ幅寸法の半分の比率よりも小さい、
   ことを特徴とする翼根バネ。

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