JP2021014807A

JP2021014807A - 動翼、及びこれを備えている軸流回転機械

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Publication number: JP2021014807A
Application number: JP2019129337A
Authority: JP
Inventors: 智広石田; Tomohiro Ishida; 敏史貫野; Toshifumi Kanno; 光黒崎; Hikaru Kurosaki; 伊藤　栄作; Eisaku Ito; 栄作伊藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-11
Also published as: CN112211677A; JP7289745B2; DE102020001558A1; US20210010485A1

Abstract

【課題】シュラウドカバーの重量を軽減する。【解決手段】動翼５０は、翼体５１の第一端部５６に形成されているシュラウドカバー６０を備える。シュラウドカバー６０は、翼体５１のキャンバーラインＣＬから遠ざかる翼体離間方向Ｄｔに広がっている。シュラウドカバー６０は、翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１を向いて露出する反ガスパス面６８と、翼高さ方向Ｄｈの第二側Ｄｈ２を向いて露出するガスパス面６６を有する。ガスパス面６６は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、翼体５１の正圧面５５及び負圧面５４のそれぞれから翼体離間方向Ｄｔに向かうに連れて、第一側Ｄｈ１に次第に延びるフィレット面６７を有する。反ガスパス面６８は、前記断面において、フィレット面６７に沿って第二側Ｄｈ２に凹むように広がる凹面６９を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、動翼、及びこれを備えている軸流回転機械動翼に関する。

軸流回転機械の一種であるガスタービンは、軸線を中心として回転するロータと、このロータを覆うケーシングと、を備える。ロータは、ロータ軸と、このロータ軸に取り付けられている複数の動翼とを有する。

例えば、以下の特許文献に記載の動翼は、翼形を成す翼体と、シュラウドと、プラットフォームと、を有する。翼体は、軸線に対する径方向に延びている。よって、この翼体の翼高さ方向は、径方向である。シュラウドは、翼体の軸線に対する径方向外側の端に設けられている。プラットフォームは、翼体の軸線に対する径方向内側の端に設けられている。シュラウドとプラットフォームは、いずれも、径方向に対してほぼ垂直な方向に広がっている。シュラウドは、シュラウド本体（又はシュラウドカバー）と二つのシールフィンと、を有する。シュラウド本体は、径方向外側を向く反ガスパス面と、径方向内側を向くガスパス面と、を有する。二つのシールフィンは、いずれも、シュラウド本体の反ガスパス面から径方向外側に突出し、軸線に対する周方向に延びている。これら二つのシールフィンは、軸線が延びる軸線方向に間隔をあけて配置されている。シュラウド本体の反ガスパス面には、径方向内側に凹む二つの凹面が形成されている。二つの凹面は、二つのシールフィンの間に配置されている。

特開２００８−０３８９１０号公報

前述したように、シュラウドは、翼体の径方向外側の端に設けられている。このため、このシュラウドの重量増加が翼体にかかる遠心荷重の増加につながる。よって、シュラウドを軽量化して、翼体にかかる遠心荷重を小さくすることが好ましい。以上の特許文献１に記載の技術では、シュラウド本体の反ガスパス面に凹面が形成されているため、シュラウドの軽量化がある程度図られている。

ところで、一般的に、シュラウド本体のガスパス面は、フィレット面を有する。このフィレット面は、翼体のキャンバーラインに直交する断面において、翼体の正圧面及び負圧面のそれぞれから翼体から離れる方向に向かうに連れて、径方向外側に湾曲して延びる。翼体に対するシュラウド本体の付け根部分には、応力が発生する。この応力を緩和する方法として、フィレット面の曲率半径を大きくする方法がある。しかしながら、単に、フィレット面の曲率半径を大きくすると、シュラウド本体（又はシュラウドカバー）の重量が増加してしまう。

そこで、本発明は、翼体に対するシュラウドカバーの付け根部分に発生する応力を緩和しつつも、シュラウドカバーの重量を軽減することができる技術を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための発明に係る一態様の動翼は、
翼形を成す翼体と、前記翼体の翼高さ方向における第一側と第二側とのうち、前記翼体中で前記第一側の第一端部に形成されているシュラウドカバーと、を備える。前記シュラウドカバーは、前記翼高さ方向に対して交差する方向であって前記翼体の前記第一端部におけるキャンバーラインから遠ざかる翼体離間方向に広がる。前記シュラウドカバーは、前記第一側を向いて外部に露出する反ガスパス面と、前記第二側を向いて外部に露出するガスパス面を有する。前記ガスパス面は、前記キャンバーラインに直交する断面において、前記翼体の正圧面及び負圧面のそれぞれから前記翼体離間方向に向かうに連れて、前記第一側に次第に延びるフィレット面を有する。前記反ガスパス面は、前記断面において、前記フィレット面中の少なくとも一部の面に沿って前記第二側に凹むように広がる凹面を有する。

翼体に対するシュラウドカバーの付け根部分には、応力が発生する。この応力を緩和する方法として、フィレット面の曲率半径を大きくする方法がある。本態様の凹面は、ガスパス面中のフィレット面に沿って第二側に凹むように広がっている面である。このため、本態様では、フィレット面の曲率半径を大きくしても、ガスパス面と反ガスパス面との間の距離であるカバー厚さが厚くならない。従って、本態様では、翼体に対するシュラウドカバーの付け根部分に発生する応力を緩和しつつも、シュラウドカバーの重量を軽減することができる。

ここで、前記一態様の動翼において、前記シュラウドカバーは、前記翼高さ方向に対して交差する方向であって前記翼体のキャンバーラインに近づく翼体近接方向における前記フィレット面の中間部にあたる本体中間部を有し、前記本体中間部における前記反ガスパス面は、前記凹面の少なくとも一部を有してもよい。

また、以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記凹面は、前記断面において、前記キャンバーラインを基準にして両側に広がってもよい。この場合、前記断面において、前記凹面中で、前記キャンバーラインを基準にして前記正圧面の側である正圧側の面は、前記キャンバーラインを基準にして前記負圧面の側である負圧側に向かうに連れて前記第二側に向かう。また、前記断面において、前記凹面中で、前記キャンバーラインを基準にして前記負圧側の面は、前記正圧側に向かうに連れて前記第二側に向かう。

本態様では、キャンバーラインを基準にして両側に凹面が広がっているので、シュラウドカバーの重量をより軽減することができる。

以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記シュラウドカバーは、カバー本体と、カバー本体につながる外縁部と、を有してもよい。この場合、前記外縁部は、前記断面において、前記カバー本体よりも前記翼体離間方向に位置して、前記カバー本体に対して前記翼高さ方向に突出している。また、前記カバー本体及び前記外縁部は、いずれも、前記ガスパス面及び前記反ガスパス面を有する。前記カバー本体の前記反ガスパス面が前記凹面を有する。

本態様では、シュラウドカバーの重量増加を抑えつつも、このシュラウドカバーの外縁の剛性を高めることができる。

前記外縁部を有する、前記態様の動翼において、前記外縁部は、前記カバー本体に対して前記翼高さ方向における前記第一側に突出していてもよい。

前記外縁部を有する、以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記断面における、前記ガスパス面と前記反ガスパス面との間の距離であるカバー厚さは、前記外縁部が、前記カバー本体中の端であって前記外縁部につながる本体端より厚くてもよい。

前記本体端を有する、前記態様の動翼において、前記カバー本体は、前記本体端より、前記翼高さ方向に対して交差する方向であって前記翼体のキャンバーラインに近づく翼体近接方向に位置して、前記翼体近接方向における前記フィレット面の中間部にあたる本体中間部を有してもよい。この場合、前記断面における前記カバー厚さは、前記本体端より前記本体中間部の方が厚くてもよい。

前記本体中間部を有する、前記態様の動翼において、前記カバー本体は、前記本体中間部よりも前記翼体近接方向に位置する翼寄り部を有してもよい。この場合、前記断面における前記カバー厚さは、前記翼寄り部より前記本体中間部の方が厚くてもよい。

前記外縁部及び前記本体端を有する、以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記断面における前記カバー厚さは、前記シュラウドカバー中で前記外縁部が最も厚くてもよい。

本態様では、シュラウドカバーの外縁の剛性を高めつつも、シュラウドカバーの重量をより軽減することができる。

前記外縁部及び前記本体端を有する、以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記断面における前記カバー厚さは、前記シュラウドカバー中で前記本体端が最も薄くてもよい。

本態様では、本体中間部よりもキャンバーラインから遠い領域に位置する本体端のカバー厚さがシュラウドカバー中で最も薄い。このため、本態様では、外縁部により、シュラウドカバーの外縁の剛性を高めつつも、キャンバーラインを基準にしたシュラウドカバーにかかるモーメントの増加を抑えることができる。

以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記反ガスパス面の外縁の第一部から前記反ガスパス面の外縁の第二部にまで延びるシールフィンをさらに備えてもよい。

前記シールフィンを備える前記態様の動翼において、前記シールフィンは、前記反ガスパス面の外縁の第一部から前記キャンバーラインを跨いで前記反ガスパス面の外縁の第二部にまで延びている。この場合、前記シールフィンの前記翼高さ方向の高さに関し、前記反ガスパス面の外縁の前記第一部の位置での前記高さ及び前記反ガスパス面の外縁の前記第二部の位置での高さよりも、前記第一部と前記第二部との中間部の位置での前記高さの方が高くてもよい。

以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記反ガスパス面の外縁の一部から前記反ガスパス面の外縁の他の一部に向かって延びるリブをさらに備えてもよい。

本態様では、翼体よりも第一側の部分における重量増加を抑えつつも、シュラウドカバーの剛性を高めることができる。

前記リブを備える前記態様の動翼において、前記リブは、前記反ガスパス面の外縁の前記一部から前記他の一部まで延びてもよい。

本態様では、シュラウドカバーにおける反ガスパス面の外縁の一部の位置及び他の一部の位置での剛性を高めることができる。

前記シールフィンを備える前記態様の動翼において、前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記反ガスパス面の外縁の一部から前記シールフィンまで延びるリブをさらに備えてもよい。

前記シールフィンを備える前記態様の動翼において、前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記シールフィンから、前記シールフィンが延びている方向に対して交差する方向に延びるリブをさらに備えてもよい。

以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記反ガスパス面の面積は、前記反ガスパス面の外縁を含む仮想平面における前記外縁内の面積を基準にして１１０％以上であってもよい。

また、以上のいずれかの前記態様の動翼において、前記断面中で、前記反ガスパス面は、前記反ガスパス面の外縁を成す第一端と第二端とを有し、前記断面中で前記第一端と前記第二端とを結ぶ直線と前記ガスパス面とで囲まれた領域の面積であるシュラウドカバー断面積を基準にして、前記断面中で前記直線と前記反ガスパス面とで囲まれた領域の面積である凹み面積は、２０％以上であってもよい。

前記目的を達成するための発明に係る一態様の軸流回転機械は、
以上のいずれかの前記態様の動翼を複数備える。さらに、軸線を中心に回転するロータ軸と、ケーシングと、を備える。複数の前記動翼は、前記軸線に対する周方向に並び、且つ前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になるよう、前記ロータ軸に取り付けられている。前記ケーシングは、前記ロータ軸及び複数の前記動翼の外周側を覆う。

本発明の一態様によれば、翼体に対するシュラウドカバーの付け根部分に発生する応力を緩和しつつも、シュラウドカバーの重量を軽減することができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。本発明に係る第一実施形態における動翼の斜視図である。本発明に係る第一実施形態及び第二実施形態における動翼を径方向外側から見た図である。本発明に係る第一実施形態における動翼を示す図３中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。本発明に係る第一実施形態における動翼を示す図３中のＶ−Ｖ線断面図である。本発明に係る第一実施形態における動翼を示す図３中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。本発明に係る第一実施形態におけるシュラウドカバーに関する各種面積を説明するための説明図である。本発明に係る第二実施形態における動翼を示す図３中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。本発明に係る第二実施形態における動翼を示す図３中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。本発明に係る第二実施形態における動翼を示す図３中のＸ−Ｘ線断面図である。本発明に係る第三実施形態及び第四実施形態における動翼を径方向外側から見た図である。本発明に係る第三実施形態における動翼を示す図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。本発明に係る第三実施形態における動翼を示す図１１中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。本発明に係る第四実施形態における動翼を示す図１１中のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。本発明に係る第四実施形態における動翼を示す図１１中のＸＶ−ＸＶ線断面図である。本発明に係る第一実施形態及び第三実施形態の変形例における動翼を径方向外側から見た図である。本発明に係る第二実施形態及び第四実施形態の変形例における動翼を径方向外側から見た図である。

以下、本発明の実施形態及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

「軸流回転機械の実施形態」
本発明に係る軸流流体機械の一実施形態について、図１を参照して説明する。

本実施形態の軸流回転機械は、ガスタービンである。このガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する燃焼器３０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン４０と、を備えている。

圧縮機２０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２１と、圧縮機ロータ２１を覆う圧縮機ケーシング２５と、複数の静翼列２６と、を有する。タービン４０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ４１と、タービンロータ４１を覆うタービンケーシング４５と、複数の静翼列４６と、を有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸線方向Ｄａ、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。また、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

圧縮機２０は、タービン４０に対して軸線上流側Ｄａｕに配置されている。圧縮機ロータ２１とタービンロータ４１とは、同一軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ１１を成す。このガスタービンロータ１１には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが接続されている。ガスタービン１０は、さらに、圧縮機ケーシング２５とタービンケーシング４５との間に配置されている中間ケーシング１４を備えている。燃焼器３０は、この中間ケーシング１４に取り付けられている。圧縮機ケーシング２５と中間ケーシング１４とタービンケーシング４５とは、互いに接続されてガスタービンケーシング１５を成す。

圧縮機ロータ２１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸２２と、このロータ軸２２に取り付けられている複数の動翼列２３と、を有する。複数の動翼列２３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列２３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列２３の各軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列２６のうちいずれか一の静翼列２６が配置されている。各静翼列２６は、圧縮機ケーシング２５の内側に設けられている。各静翼列２６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

タービンロータ４１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸４２と、このロータ軸４２に取り付けられている複数の動翼列４３と、を有する。複数の動翼列４３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列４３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼５０で構成されている。複数の動翼列４３の各軸線上流側Ｄａｕには、複数の静翼列４６のうちいずれか一の静翼列４６が配置されている。各静翼列４６は、タービンケーシング４５の内側に設けられている。各静翼列４６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

圧縮機２０は、空気Ａを吸込んで、これを圧縮する。圧縮された空気、つまり圧縮空気は、中間ケーシング１４を介して燃焼器３０に流入する。燃焼器３０には、外部から燃料Ｆが供給される。燃焼器３０は、圧縮空気内で燃料Ｆを燃焼させて、燃焼ガスＧを生成する。この燃焼ガスＧは、タービンケーシング４５内に流入し、タービンロータ４１を回転させる。このタービンロータ４１の回転により、発電機ＧＥＮが発電する。

以下、以上で説明した動翼の各種実施形態について説明する。

「動翼の第一実施形態」
図２〜図７を参照して、本発明に係る第一実施形態の動翼について、説明する。

本実施形態の動翼５０は、図２に示すように、翼形と成す翼体５１と、プラットフォーム５８と、翼根５９と、シュラウドカバー６０と、シールフィン７８と、を有する。翼体５１の翼高さ方向Ｄｈは、動翼５０がロータ軸４２（図１参照）に取り付けられた状態では、径方向Ｄｒである。シュラウドカバー６０は、翼体５１の第一端部５６に設けられている。プラットフォーム５８は、翼体５１の第二端部５７に設けられている。翼体５１の第一端部５６は、翼高さ方向Ｄｈにおける第一側Ｄｈ１と第二側Ｄｈ２とのうち、第一側Ｄｈ１の端部である。翼体５１の第二端部５７は、翼高さ方向Ｄｈにおける第二側Ｄｈ２の端部である。翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１は、動翼５０がロータ軸４２に取り付けられた状態では径方向外側Ｄｒｏになる。また、翼高さ方向Ｄｈの第二側Ｄｈ２は、動翼５０がロータ軸４２に取り付けられた状態では径方向内側Ｄｒｉになる。そこで、以下では、翼高さ方向Ｄｈを径方向Ｄｒ、翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１を径方向外側Ｄｒｏ、翼高さ方向Ｄｈの第二側Ｄｈ２を径方向内側Ｄｒｉとして記載する。

シュラウドカバー６０及びプラットフォーム５８は、径方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する方向に広がっている。翼根５９は、プラットフォーム５８の径方向内側Ｄｒｉに設けられている。この翼根５９は、動翼５０をロータ軸４２に取り付けるための構造である。

翼体５１は、図２及び図３に示すように、前縁５２と、後縁５３と、凸状の面である負圧面（背側面）５４と、凹状の面である正圧面（腹側面）５５と、を有する。前縁５２及び後縁５３は、負圧面５４と正圧面５５とのつながり部分に存在する。前縁５２及び後縁５３は、いずれも、翼高さ方向Ｄｈである径方向Ｄｒに延びている。前縁５２は、動翼５０がロータ軸４２に取り付けられた状態で、後縁５３に対して軸線上流側Ｄａｕに位置する。

シュラウドカバー６０は、周方向Ｄｃの両側に接触面７３を有する。このシュラウドカバー６０における接触面７３は、このシュラウドカバー６０を有する動翼５０に対して周方向Ｄｃで隣接する他の動翼５０のシュラウドカバー６０の接触面７３と対向して接する。シールフィン７８は、シュラウドカバー６０の周方向Ｄｃの一方側に存在する外縁の一部である第一部７１から、シュラウドカバー６０の周方向Ｄｃの他方側に存在する外縁の一部である第二部７２にまで、周方向Ｄｃに延びている。

シュラウドカバー６０は、図４〜図６に示すように、翼体５１のキャンバーラインＣＬに直交する断面において、翼体離間方向Ｄｔに広がっている。なお、図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図５は図３におけるＶ−Ｖ線断面図であり、図６は図３におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。これらの断面図は、いずれも、翼体５１のキャンバーラインＣＬに直交する断面での断面図である。また、これらの断面図では、断面よりも奥の存在する部材を描いていない。前述の翼体離間方向Ｄｔとは、径方向Ｄｒ（翼高さ方向Ｄｈ）に直交する方向であって翼体５１から離れる側の方向である。また、翼体近接方向Ｄｓとは、径方向Ｄｒ（翼高さ方向Ｄｈ）に直交する方向であって翼体５１に近づく側の方向である。よって、翼体近接方向Ｄｓは、翼体離間方向Ｄｔに対して逆方向である。また、キャンバーラインＣＬを基準して負圧面５４が存在する負圧側Ｄｎでの翼体離間方向Ｄｔは、キャンバーラインＣＬを基準にして正圧面５５が存在する正圧側Ｄｐでの翼体離間方向Ｄｔに対して逆向きである。また、キャンバーラインＣＬを基準にして負圧側Ｄｎでの翼体近接方向Ｄｓは、キャンバーラインＣＬを基準にして正圧側Ｄｐでの翼体近接方向Ｄｓに対して逆向きである。

シュラウドカバー６０は、カバー本体６１と、このカバー本体６１につながる外縁部６２と、を有する。外縁部６２は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、カバー本体６１より翼体離間方向Ｄｔに位置する。言い換えると、カバー本体６１は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、外縁部６２より翼体近接方向Ｄｓに位置する。外縁部６２は、カバー本体６１に対して径方向Ｄｒ（翼高さ方向Ｄｈ）に突出している。本実施形態において、外縁部６２は、カバー本体６１に対して径方向外側Ｄｒｏ（翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１）に突出している。前述した接触面７３は、この外縁部６２の一部に形成されている。

カバー本体６１及び外縁部６２は、いずれも、ガスパス面６６と反ガスパス面６８とを有する。ガスパス面６６は、径方向内側Ｄｒｉ（翼高さ方向Ｄｈの第二側Ｄｈ２）を向いて、動翼５０の外部に露出している面である。反ガスパス面６８は、径方向外側Ｄｒｏ（翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１）を向いて、動翼５０の外部に露出している面である。

ガスパス面６６は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、翼体離間方向Ｄｔに向かうに連れて、径方向外側Ｄｒｏ（翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１）に次第に延びるフィレット面６７を有する。このフィレット面６７は、湾曲している。反ガスパス面６８は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、翼体近接方向Ｄｓに向かうに連れて径方向内側Ｄｒｉ（翼高さ方向Ｄｈの第二側Ｄｈ２）に向かい、径方向内側Ｄｒｉに凹むように広がる凹面６９を有する。言い換えると、この凹面６９は、ガスパス面６６中のフィレット面６７に沿って径方向内側Ｄｒｉに凹むように広がる面である。この凹面６９は、キャンバーラインＣＬを基準にした両側に広がっている。このため、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、凹面６９の一部は、キャンバーラインＣＬを基準にして負圧側Ｄｎに位置し、凹面６９の残りは、キャンバーラインＣＬを基準にして正圧側Ｄｐに位置する。負圧側Ｄｎに位置する凹面６９の一部は、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて正圧側Ｄｐに向かうよう傾斜し、正圧側Ｄｐに位置する凹部の残りは、径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れて負圧側Ｄｎに向かうよう傾斜している。よって、負圧側Ｄｎに位置する凹面６９の一部と正圧側Ｄｐに位置する凹部の残りとは、傾斜方向が逆向きである。

カバー本体６１は、本体端６３と、本体中間部６４と、翼寄り部６５と、を有する。本体中間部６４は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、カバー本体６１中で、翼体近接方向Ｄｓにおけるフィレット面６７の中間部にあたる部分である。翼寄り部６５は、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、カバー本体６１中で、本体中間部６４より翼体近接方向Ｄｓに位置する部分である。本体端６３は、カバー本体６１の端であって、外縁部６２につながる部分である。凹面６９は、本体端６３、本体中間部６４、及び翼寄り部６５にかけて形成されている。

ここで、ガスパス面６６と反ガスパス面６８との間の距離をカバー厚さとする。図４〜図６に示す各断面で、外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂは、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂより厚い。本体中間部６４のカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂも、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂより厚い。さらに、翼寄り部６５のカバー厚さｔ４ａ,ｔ４ｂも、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂより厚い。すなわち、いずれの断面でも、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂが最も薄い。

前述したシールフィン７８は、シュラウドカバー６０の反ガスパス面６８から径方向外側Ｄｒｏ（翼高さ方向Ｄｈの第一側Ｄｈ１）に突出し、周方向Ｄｃに延びている。軸線Ａｒからこのシールフィン７８の径方向外側Ｄｒｏの端である先端までの距離は、周方向Ｄｃの位置に関わらず一定である。しかしながら、シュラウドカバー６０の周方向Ｄｃの一方側に存在する外縁の第一部７１（図３参照）におけるフィン高さ、及びシュラウドカバー６０の周方向Ｄｃの他方側に存在する外縁の第二部７２（図３参照）におけるフィン高さより、第一部７１と第二部７２との中間部の位置でのフィン高さｈ（図５参照）の方が高い。これは、反ガスパス面６８が凹面６９を有するからである。なお、フィン高さｈとは、反ガスパス面６８からシールフィン７８の先端までの距離である。

図７に示すように、反ガスパス面６８の面積Ｓａは、反ガスパス面６８の外縁を含む仮想平面における外縁内の面積Ｓｖより広い。具体的に、反ガスパス面６８の面積Ｓａは、仮想平面における外縁内の面積Ｓｖを基準にして１１０％以上であり、好ましくは、１２０％以上である。

また、図７に示すように、キャンバーラインＣＬに直交する断面において、反ガスパス面６８の外縁を成す第一端と第二端とを結ぶ直線Ｌｖとガスパス面６６とで囲まれた領域の面積であるシュラウドカバー断面積Ｓｓを基準にして、この断面中で前述の直線Ｌｖと反ガスパス面６８とで囲まれた領域の面積である凹み断面積Ｓｒは、２０％以上、好ましくは３０％以上である。なお、前述の仮想平面は、直線Ｌｖを含む面である。

以上のように、本実施形態では、反ガスパス面６８は、径方向内側Ｄｒに凹んだ凹面６９を有するので、シュラウドカバー６０の重量を軽減することができる。

ところで、翼体５１に対するシュラウドカバー６０の付け根部分には、応力が発生する。この応力を緩和する方法として、フィレット面６７の曲率半径を大きくする方法がある。本実施形態の凹面６９は、ガスパス面６６中のフィレット面６７に沿って、径方向内側Ｄｒｉに凹むよう広がっている面である。このため、本実施形態では、フィレット面６７の曲率半径を大きくしても、ガスパス面６６と反ガスパス面６８との間の距離であるカバー厚さが厚くならない。従って、本実施形態では、翼体５１に対するシュラウドカバー６０の付け根部分に発生する応力を緩和しつつも、シュラウドカバー６０の重量を軽減することができる。しかも、本実施形態では、キャンバーラインＣＬを基準にして両側に凹面６９が広がっているので、シュラウドカバー６０の重量をより軽減することができる。

本実施形態では、カバー本体６１に対して径方向Ｄｒに突出した外縁部６２を有するので、シュラウドカバー６０の重量増加を抑えつつも、このシュラウドカバー６０の外縁の剛性を高めることができる。

本実施形態では、本体中間部６４よりもキャンバーラインＣＬから遠い領域に位置する本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂがシュラウドカバー６０中で最も薄い。このため、本実施形態では、外縁部６２により、シュラウドカバー６０の外縁の剛性を高めつつも、キャンバーラインＣＬを基準にしたフィレットにかかるモーメントの増加を抑えることができる。

なお、本実施形態において、外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂと本体中間部６４のカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂと翼寄り部６５のカバー厚さｔ４ａ,ｔ４ｂとにおける相互の大小関係は問わない。但し、外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂを最も厚くすると、シュラウドカバー６０の外縁の剛性を高めつつも、シュラウドカバー６０の重量をより軽減することができる。

「動翼の第二実施形態」
図３、図８〜図１０を参照して、本発明に係る第三実施形態の動翼について、説明する。

図８〜図１０に示すように、本実施形態の動翼５０ａの構成は、第一実施形態の動翼５０の構成からシールフィン７８を省いた構成であり、その他の構成は、第一実施形態の動翼５０の構成と同じである。なお、図８は図３におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図であり、図９は図３におけるＩＸ−ＩＸ線断面図であり、図１０は図３におけるＸ−Ｘ線断面図である。また、本実施形態の動翼５０ａを説明するにあたり、第一実施形態の動翼５０を示す図３を流用している関係で、図３中にシールフィン７８が描かれている。しかしながら、本実施形態の動翼５０ａを径方向外側Ｄｒｏから見た正しい図には、シールフィン７８が描かれない。

前述したように、本実施形態の動翼５０ａの構成は、第一実施形態の動翼５０の構成からシールフィン７８を省いた構成であり、その他の構成は、第一実施形態の動翼５０の構成と同じである。このため、本実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態でも、翼体５１に対するシュラウドカバー６０の付け根部分に発生する応力を緩和しつつ、シュラウドカバー６０の重量を軽減することができる。

「動翼の第三実施形態」
図１１〜図１３を参照して、本実施形態の動翼について、説明する。

本実施形態の動翼５０ｂは、第一実施形態の動翼５０におけるカバー厚さを変更した動翼であり、本実施形態の動翼５０ｂのその他の構成は、第一実施形態の動翼５０の構成と同じである。

このため、本実施形態のシュラウドカバー６０ｂも、図１２及び図１３に示すように、第一実施形態のシュラウドカバー６０と同様、外縁部６２と、カバー本体６１ｂと、を有する。カバー本体６１ｂ及び外縁部６２は、いずれも、ガスパス面６６と反ガスパス面６８ｂとを有する。本実施形態のガスパス面６６は、第一実施形態のガスパス面６６と同様、フィレット面６７を有する。本実施形態の反ガスパス面６８ｂは、第一実施形態の反ガスパス面６８と同様、凹面６９ｂを有する。この凹面６９ｂは、ガスパス面６６中のフィレット面６７に沿って径方向内側Ｄｒｉに凹む面である。また、本実施形態のカバー本体６１ｂも、第一実施形態のカバー本体６１と同様、本体端６３と、本体中間部６４ｂと、翼寄り部６５と、を有する。なお、図１２は図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図であり、図１３は図１１におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。これらの断面図は、いずれも、翼体５１のキャンバーラインＣＬに直交する断面での断面図である。

図１２に示す断面で、外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂは、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂより厚い。本体中間部６４ｂのカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂも、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂより厚い。さらに、翼寄り部６５のカバー厚さｔ４ａ,ｔ４ｂも、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂより厚い。すなわち、この断面で、本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂが最も薄い。本実施形態では、本体中間部６４ｂのカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂが、翼寄り部６５のカバー厚さｔ４ａ,ｔ４ｂよりも厚い。このため、本実施形態では、本体端６３から本体中間部６４ｂにかけてカバー厚さが次第に厚くなり、本体中間部６４ｂから翼寄り部６５にかけてカバー厚さが次第に薄くなる。

本実施形態の凹面６９ｂも、第一実施形態の凹面６９と同様、ガスパス面６６中のフィレット面６７に沿って径方向内側Ｄｒｉに凹む面である。このため、本実施形態でも、第一実施形態と同様、翼体５１に対するシュラウドカバー６０ｂの付け根部分に発生する応力を緩和しつつも、シュラウドカバー６０ｂの重量を軽減することができる。さらに、本実施形態でも、キャンバーラインＣＬを基準にして両側に凹面６９ｂが広がっているので、シュラウドカバー６０ｂの重量をより軽減することができる。

本実施形態でも、カバー本体６１ｂに対して径方向Ｄｒに突出した外縁部６２を有するので、シュラウドカバー６０ｂの重量増加を抑えつつも、このシュラウドカバー６０ｂの外縁の剛性を高めることができる。

さらに、本実施形態でも、シュラウドカバー６０ｂ中で、本体中間部６４ｂよりも翼体離間方向Ｄｔに位置する本体端６３のカバー厚さｔ２ａ,ｔ２ｂが最も薄い。このため、本実施形態でも、外縁部６２により、シュラウドカバー６０ｂの外縁の剛性を高めつつも、キャンバーラインＣＬを基準にしたシュラウドカバー６０ｂにかかるモーメントの増加を抑えることができる。

カバー本体６１ｂ中で、本体中間部６４ｂにかかる荷重は、本体端６３や翼寄り部６５にかかる荷重より大きい。本実施形態では、本体中間部６４ｂのカバー厚さが翼寄り部６５よりも厚いので、本体中間部６４ｂに発生する応力を緩和することができる。

なお、本実施形態において、外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂと本体中間部６４のカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂとにおける相互の大小関係は問わない。但し、外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂを本体中間部６４ｂのカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂよりも厚くし、シュラウドカバー６０ｂ中で最も厚くしてもよい。この場合、シュラウドカバー６０ｂの外縁の剛性を高めつつも、シュラウドカバー６０ｂの重量をより軽減することができる。一方、本体中間部６４ｂのカバー厚さｔ３ａ,ｔ３ｂを外縁部６２のカバー厚さｔ１ａ,ｔ１ｂよりも厚くし、シュラウドカバー６０ｂ中で最も厚くしてもよい。この場合、シュラウドカバー６０ｂの重量増加を抑えつつ、本体中間部６４ｂに発生する応力を緩和することができる。

また、本実施形態では、キャンバーラインＣＬを基準にして正圧側Ｄｐで、本体中間部６４ｂのカバー厚さｔ３ａが翼寄り部６５のカバー厚さｔ４ａよりも厚く、キャンバーラインＣＬを基準にして負圧側Ｄｎでも、本体中間部６４ｂのカバー厚さｔ３ｂが翼寄り部６５のカバー厚さｔ４ｂよりも厚い。しかしながら、キャンバーラインＣＬを基準にして正圧側Ｄｐと負圧側Ｄｎとのうち、一方の側でのみ、本体中間部６４ｂのカバー厚さが翼寄り部６５のカバー厚さよりも厚くてもよい。

「動翼の第四実施形態」
図１１、図１４及び図１５を参照して、本発明に係る第四実施形態の動翼５０について、説明する。

図１４及び図１５に示すように、本実施形態の動翼５０ｃの構成は、第三実施形態の動翼５０ｂの構成からシールフィン７８を省いた構成であり、その他の構成は、第三実施形態の動翼５０ｂの構成と基本的に同じである。なお、図１４は図１１におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図であり、図１５は図１１におけるＸＶ−ＸＶ線断面図である。また、本実施形態の動翼５０ｃを説明するにあたり、第三実施形態の動翼５０ｂを示す図１１を流用している関係で、図１１中にシールフィン７８が描かれている。しかしながら、本実施形態の動翼５０ｃを径方向外側Ｄｒｏから見た正しい図には、シールフィン７８が描かれない。

前述したように、本実施形態の動翼５０ｃの構成は、第三実施形態の動翼５０ｂの構成からシールフィン７８を省いた構成であり、その他の構成は、第三実施形態の動翼５０ｂの構成と基本的に同じである。このため、本実施形態でも、第三実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態でも、翼体５１に対するシュラウドカバー６０ｂの付け根部分に発生する応力を緩和しつつ、シュラウドカバー６０ｂの重量を軽減することができる。また、本実施形態でも、第三実施形態の動翼５０ｂと同様、本体中間部６４ｂのカバー厚さが翼寄り部６５よりも厚いので、本体中間部６４ｂに発生する応力を緩和することができる。

なお、本実施形態のシュラウドカバー６０ｂは、図１１におけるＸＶ−ＸＶ線断面では、図１５に示すように、キャンバーラインＣＬを基準にして正圧側Ｄｐには外縁部６２が形成されていない。さらに、この正圧側Ｄｐでは、翼体近接方向Ｄｓにおけるフィレット面６７の中間部にあたる位置よりも翼体離間方向Ｄｔには凹面６９ｂが形成されておらず、この位置から翼体近接方向Ｄｓに凹面６９ｂが形成されている。

「その他の変形例」
以上の実施形態の動翼において、シュラウドカバーの反ガスパス面から径方向外側Ｄｒｏに突出するリブを追加してもよい。例えば、図１６に示すように、シールフィン７８を備える第一実施形態及び第三実施形態の動翼５０，５０ｂに、シュラウドカバー６０，６０ｂの外縁の一部からシールフィン７８まで軸線方向Ｄａに延びるリブ７９を複数追加してもよい。なお、同図１６に示すリブ７９は、シュラウドカバー６０，６０ｂの外縁の一部から延びていなくてもよい。例えば、リブ７９は、シールフィン７８から、シールフィン７８が延びている方向に対して交差する方向に延びていてもよく、このリブ７９がシュラウドカバー６０，６０ｂの外縁の一部に達していなくてもよい。また、図１７に示すように、シールフィン７８を備えない第二実施形態及び第四実施形態の動翼５０ａ，５０ｃに、シュラウドカバー６０，６０ｂの外縁の一部からシュラウドカバー６０，６０ｂの外縁の他の一部まで軸線方向Ｄａ延びるリブ７９ｃを複数追加してもよい。

このように、リブ７９，７９ｃを設けることで、翼体５１よりも径方向外側Ｄｒｏの部分における重量増加を抑えつつも、シュラウドカバーの剛性を高めることができる。なお、以上で説明したリブ７９，７９ｃは、図７を用いて説明した反ガスパス面６８の外縁を含む仮想平面よりも、基本的に径方向外側Ｄｒｏに突出しない。

以上の実施形態及び変形例で説明した構成の動翼は、ガスタービンの動翼である。しかしながら、以上の実施形態及び変形例で説明した構成の動翼は、ガスタービンの動翼に限られず、他の軸流回転機械、例えば、蒸気タービンの動翼であってもよい。

１０：ガスタービン
１１：ガスタービンロータ
１４：中間ケーシング
１５：ガスタービンケーシング
２０：圧縮機
２１：圧縮機ロータ
２２：ロータ軸
２３：動翼列
２５：圧縮機ケーシング
２６：静翼列
３０：燃焼器
４０：タービン
４１：タービンロータ
４２：ロータ軸
４３：動翼列
４５：タービンケーシング
４６：静翼列
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ：動翼
５１：翼体
５２：前縁
５３：後縁
５４：負圧面
５５：正圧面
５６：第一端部
５７：第二端部
５８：プラットフォーム
５９：翼根
６０，６０ｂ：シュラウドカバー
６１，６１ｂ：カバー本体
６２：外縁部
６３：本体端
６４，６４ｂ：本体中間部
６５：翼寄り部
６６：ガスパス面
６７：フィレット面
６８，６８ｂ：反ガスパス面
６９，６９ｂ：凹面
７１：第一部
７２：第二部
７３：接触面
７８：シールフィン
７９，７９ｃ：リブ
Ａ：空気
Ｆ：燃料
Ｇ：燃焼ガス
ＣＬ：キャンバーライン
Ｓａ：反ガスパス面の面積
Ｓｖ：仮想平面における外縁内の面積
Ｓｒ：凹み断面積
Ｓｓ：シュラウドカバー断面積
Ａｒ：軸線
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｄｈ：翼高さ方向
Ｄｈ１：翼高さ方向の第一側
Ｄｈ２：翼高さ方向の第二側
Ｄｎ：負圧側
Ｄｐ：正圧側
Ｄｓ：翼体近接方向
Ｄｔ：翼体離間方向

Claims

翼形を成す翼体と、
前記翼体の翼高さ方向における第一側と第二側とのうち、前記翼体中で前記第一側の第一端部に形成されているシュラウドカバーと、
を備え、
前記シュラウドカバーは、前記翼高さ方向に対して交差する方向であって前記翼体の前記第一端部におけるキャンバーラインから遠ざかる翼体離間方向に広がり、
前記シュラウドカバーは、前記第一側を向いて外部に露出する反ガスパス面と、前記第二側を向いて外部に露出するガスパス面を有し、
前記ガスパス面は、前記キャンバーラインに直交する断面において、前記翼体の正圧面及び負圧面のそれぞれから前記翼体離間方向に向かうに連れて、前記第一側に次第に延びるフィレット面を有し、
前記反ガスパス面は、前記断面において、前記フィレット面中の少なくとも一部の面に沿って前記第二側に凹むように広がる凹面を有する、
動翼。
請求項１に記載の動翼において、
前記シュラウドカバーは、前記翼高さ方向に対して交差する方向であって前記翼体のキャンバーラインに近づく翼体近接方向における前記フィレット面の中間部にあたる本体中間部を有し、
前記本体中間部における前記反ガスパス面は、前記凹面の少なくとも一部を有する、
動翼。
請求項１又は２に記載の動翼において、
前記凹面は、前記断面において、前記キャンバーラインを基準にして両側に広がっており、
前記断面において、前記凹面中で、前記キャンバーラインを基準にして前記正圧面の側である正圧側の面は、前記キャンバーラインを基準にして前記負圧面の側である負圧側に向かうに連れて前記第二側に向かい、前記凹面中で、前記キャンバーラインを基準にして前記負圧側の面は、前記正圧側に向かうに連れて前記第二側に向かう、
動翼。
請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼において、
前記シュラウドカバーは、カバー本体と、カバー本体につながる外縁部と、を有し、
前記外縁部は、前記断面において、前記カバー本体よりも前記翼体離間方向に位置して、前記カバー本体に対して前記翼高さ方向に突出し、
前記カバー本体及び前記外縁部は、いずれも、前記ガスパス面及び前記反ガスパス面を有し、
前記カバー本体の前記反ガスパス面が前記凹面を有する、
動翼。
請求項４に記載の動翼において、
前記外縁部は、前記カバー本体に対して前記翼高さ方向における前記第一側に突出している、
動翼。
請求項４又は５に記載の動翼において、
前記断面における、前記ガスパス面と前記反ガスパス面との間の距離であるカバー厚さは、前記外縁部が、前記カバー本体の端であって前記外縁部につながる本体端より厚い、
動翼。
請求項６に記載の動翼において、
前記カバー本体は、前記本体端より、前記翼高さ方向に対して交差する方向であって前記翼体のキャンバーラインに近づく翼体近接方向に位置して、前記翼体近接方向における前記フィレット面の中間部にあたる本体中間部を有し、
前記断面における前記カバー厚さは、前記本体端より前記本体中間部の方が厚い、
動翼。
請求項７に記載の動翼において、
前記カバー本体は、前記本体中間部よりも前記翼体近接方向に位置する翼寄り部を有し、
前記断面における前記カバー厚さは、前記翼寄り部より前記本体中間部の方が厚い、
動翼。
請求項６から８のいずれか一項に記載の動翼において、
前記断面における前記カバー厚さは、前記シュラウドカバー中で前記外縁部が最も厚い、
動翼。
請求項６から９のいずれか一項に記載の動翼において、
前記断面における前記カバー厚さは、前記シュラウドカバー中で前記本体端が最も薄い、
動翼。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の動翼において、
前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記反ガスパス面の外縁の第一部から前記反ガスパス面の外縁の第二部にまで延びるシールフィンをさらに備える、
動翼。
請求項１１に記載の動翼において、
前記シールフィンは、前記反ガスパス面の外縁の第一部から前記キャンバーラインを跨いで前記反ガスパス面の外縁の第二部にまで延び、
前記シールフィンの前記翼高さ方向の高さに関し、前記反ガスパス面の外縁の前記第一部の位置での前記高さ及び前記反ガスパス面の外縁の前記第二部の位置での高さよりも、前記第一部と前記第二部との中間部の位置での前記高さの方が高い、
動翼。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の動翼において、
前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記反ガスパス面の外縁の一部から前記反ガスパス面の外縁の他の一部に向かって延びるリブをさらに備える、
動翼。
請求項１３に記載の動翼において、
前記リブは、前記反ガスパス面の外縁の前記一部から前記他の一部まで延びる、
動翼。
請求項１１又は１２に記載の動翼において、
前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記反ガスパス面の外縁の一部から前記シールフィンまで延びるリブをさらに備える、
動翼。
請求項１１叉は１２に記載の動翼において、
前記シュラウドカバーの前記反ガスパス面から前記第一側に突出し、前記シールフィンから、前記シールフィンが延びている方向に対して交差する方向に延びるリブをさらに備える、
動翼。
請求項１から１６のいずれか一項に記載の動翼において、
前記反ガスパス面の面積は、前記反ガスパス面の外縁を含む仮想平面における前記外縁内の面積を基準にして１１０％以上である、
動翼。
請求項１から１７のいずれか一項に記載の動翼において、
前記断面中で、前記反ガスパス面は、前記反ガスパス面の外縁を成す第一端と第二端とを有し、
前記断面中で前記第一端と前記第二端とを結ぶ直線と前記ガスパス面とで囲まれた領域の面積であるシュラウドカバー断面積を基準にして、前記断面中で前記直線と前記反ガスパス面とで囲まれた領域の面積である凹み面積は、２０％以上である、
動翼。
請求項１から１８のいずれか一項に記載の動翼を複数備えると共に、
軸線を中心に回転するロータ軸と、ケーシングと、を備え、
複数の前記動翼は、前記軸線に対する周方向に並び、且つ前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になるよう、前記ロータ軸に取り付けられ、
前記ケーシングは、前記ロータ軸及び複数の前記動翼の外周側を覆う、
軸流回転機械。