JP3211639B2 - インテグラルシュラウド翼およびその組立構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン，蒸気タ
ービン，航空機のジェットエンジンなどのタービンに用
いられる翼およびその組立構造に係わり、特に翼と一体
形に形成されたシュラウドを有する翼（以下、インテグ
ラルシュラウド翼という）及びその組立構造体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、インテグラルシュラウド翼として
は、特開平4−339102 号公報に記載のものがある。これ
らの多くは図２３に組立状態を示すように、隣接翼のイ
ンテグラルシュラウド同士が円周方向の端面において対
向するように組立てられるものである。この組立時、イ
ンテグラルシュラウドの端面間に一定の間隙を設ける場
合と、端面同士を接触するように組立てる場合とがあ
る。端面間に間隙を設ける場合は、各翼は翼根以外では
隣接翼とはつながらない、いわゆる単独翼の状態とな
る。一般に、同じ翼であれば単独翼状態の翼は連結部材
で連結された群翼に比べ作用する励振力に対し、共振し
た時の振動応力が大きくなることはよく知られている。
また、単独翼は、翼の連結部材の接触部などにおける摩
擦による振動減衰効果が期待できる群翼に比べ振動減衰
能が劣ることが知られている。このため、単独翼状態で
群翼と同等の信頼性を得るためには翼自体を大きく堅牢
に作る必要があるなど、製作コストの面でも不利であ
る。

【０００３】次に、端面同士が接触している場合は、隣
接翼同士がなんらかの連結状態となっているので、翼群
としての振動特性を有し、また、翼の振動時、接触連結
部の摩擦による振動減衰効果も期待できることになり、
単独翼状態よりも好ましい状態である。しかし、タービ
ンは一般に高温流体を作動流体とし高速で回転するた
め、熱膨張及び遠心力の影響により、例えば翼を植え込
んでいるディスクの直径が大きくなる。この結果、イン
テグラルシュラウドの設けられている半径位置では円周
の増加により、空間ピッチ、すなわち円周を全周の翼本
数で割った翼一本あたりの寸法が、タービン運転前のイ
ンテグラルシュラウドの円周方向のピッチより大きくな
る。

【０００４】又、特開昭48−94905号公報，特開昭63−2
46402号公報，特開平4−339102号公報には、凸部と凹部
を形成しているものが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】インテグラルシュラウ
ドの端面同士がほとんど接触面圧が発生しない程度にゆ
るやかに接している場合は、上記した空間ピッチが増加
することにより間隙が生じて各翼は単独翼の状態とな
る。この状態の不具合さについては先に述べたとおりで
ある。一方、インテグラルシュラウドの端面同士が非常
に強固に大きな接触面圧が発生するように組立られてい
る場合には、空間ピッチの増加に対しても接触面の面圧
がなくなるまでは接触連結状態を保つことができる。し
かし、所定の空間ピッチの増加に対しても接触面圧が保
てるようにするためには、翼の組立時に円周方向に非常
に大きな力を加える必要があるなど組立作業の困難さを
伴っていた。また、従来の翼では、組立時とタービン運
転時とでインテグラルシュラウドの接触連結状態が異な
り、さらに運転時もタービン回転数により空間ピッチの
増加量が異なるため接触連結状態が異なることになり、
これに伴う振動特性の変化を翼の振動設計において考慮
することは非常に困難な問題となっていた。

【０００６】又、特開昭48−94905号公報，特開昭63−2
46402号公報，特開平4−339102号公報に開示の凸部と凹
部を形成しているものは、その凸部及び凹部が円周方向
にテーパ状に形成されており、このように形成している
ものでは、タービン運転中及び運転していない場合を通
じて隣接翼との連結状態をほぼ一定に保つことができな
いことが分かった。

【０００７】本発明の目的は、以上述べた従来技術の課
題に鑑み、タービン運転中及び運転していない場合を通
じて隣接翼との連結状態をほぼ一定に保てるとともに、
高い振動減衰効果を有し全周の翼が切れ目なく連結され
た信頼性の高いインテグラルシュラウド翼およびその組
立構造体を提供することにある。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するため
に、本発明のインテグラルシュラウド翼は、翼根部及び
翼プロフィル部と一体形に形成され、翼の背側と腹側に
円周方向に延びるインテグラルシュラウドを有するイン
テグラルシュラウド翼において、前記インテグラルシュ
ラウドの背側に円周方向に延びる凸部を設け、前記イン
テグラルシュラウドの腹側に円周方向に延びる凹部を設
け、該凸部及び凹部のタービン軸方向のそれぞれの幅の
両側が円周方向に延びる一対の平行面となるよう形成す
るとともに、前記凸部と凹部の円周方向に対向して延び
る平面のそれぞれに、該平面間に中心を有する半円形断
面の溝を略円周方向に延びるように設け、該溝に円形断
面を有するピンを嵌合した ことを特徴とする

【００１２】又、前記インテグラルシュラウドの背側に
円周方向に延びる凸部を設け、インテグラルシュラウド
の腹側に円周方向に延びる凹部を設け、該凸部及び凹部
のタービン軸方向のそれぞれの幅の両側が円周方向に延
びる一対の平行面となるよう形成するとともに、前記凸
部の軸方向幅を前記凹部の軸方向幅よりも小さく形成
し、前記凸部と凹部の円周方向に対向して延びる平面の
それぞれに、該平面間に中心を有する半円形断面の溝を
略円周方向に延びるように設け、該溝に円形断面を有す
るピンをきつく嵌合したことを特徴とする。

【００１３】又、前記インテグラルシュラウドの背側に
円周方向に延びる凸部を設け、インテグラルシュラウド
の腹側に円周方向に延びる凹部を設け、前記凸部の軸方
向幅の両側に円周方向に延びる一対の面をタービン軸方
向に垂直な面に対して傾斜した一対のテーパ面となるよ
う形成するとともに、前記凹部の軸方向幅の両側に円周
方向に延びる一対のテーパ面を前記凸部の一対のテーパ
面と係合するように形成したことを特徴とする。

【００１４】又、前記インテグラルシュラウドの円周方
向に延びる凸部と凹部の一対の嵌合部におけるインテグ
ラルシュラウドの厚さを嵌合部以外の軸方向位置におけ
るインテグラルシュラウドの厚さよりも厚く形成したこ
とを特徴とする。

【００１５】

【００１６】又、上記目的を達成するために、本発明の
インテグラルシュラウド翼の組立構造体は、ディスク溝
を有するディスクに翼根部を前記ディスク溝を介して請
求項１から３のいずれかに記載のインテグラルシュラウ
ド翼を複数個ディスクに取付けるとともに、前記翼根部
を前記ディスクに固定する手段により固定したしたこと
を特徴とする。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【作用】上記のように構成しているので、隣接翼のイン
テグラルシュラウドの凸部と凹部の接触面には、タービ
ン運転時の空間ピッチが増加に対してもほぼ一定の押し
つけ力が作用する。すなわち、隣接翼のインテグラルシ
ュラウド同士の接触面が円周方向に沿うように形成する
ことによって、タービンの運転開始による回転数，温度
上昇に伴ってインテグラルシュラウド部の空間ピッチが
増加する時、接触面が摺動面となるようにし、かつ、接
触面に垂直にほぼ一定の押しつけ力が作用するようにす
ることによって所定の翼連結状態を得ることができる。
インテグラルシュラウドの背側には円周方向に延びる凸
部を設け、同様に腹側にも円周方向に延びる凹部を設
け、隣接翼の凸部と凹部を係合させることにより連結作
用を得るものであり、凸部と凹部の接触面が円周方向に
延びる面となるようにしているので、空間ピッチの増加
に伴い隣接翼が円周方向に相対変位する時に接触面が摺
動面となり、接触面にはほぼ一定の押しつけ力、すなわ
ち面圧を発生させることができる。

【００２１】また、凸部と凹部の接触面には押しつけ力
が作用していることによって、翼が振動した時、接触部
の摩擦により振動減衰作用が発生する。

【００２２】又、背側のインテグラルシュラウドに円周
方向に延びる凸部を設け、腹側のインテグラルシュラウ
ドに円周方向に延びる凹部を設け、隣接翼のインテグラ
ルシュラウドの凸部と凹部の接触面が円周方向に延びる
ように形成することにより、隣接翼同士が互いに円周方
向に相対変位する時、接触面が摺動面となるようにする
とともに、接触面にほぼ一定の押しつけ力が発生する手
段を講じる、すなわち、凸部と凹部をはめあいによって
係合する、凸部と凹部の接触面間につっぱり力を発生す
る介在物を挿入する、凸部と凹部の接触面をテーパ面と
しテーパ面に押しつけ力が発生するように組み立てるこ
とにより、隣接翼同士の連結状態をほぼ一定にすること
ができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１から図９
によって説明する。図１は、本実施例のインテグラルシ
ュラウド翼組立構造の一部分を示す斜視図、図２は、図
１の翼を半径方向外周側から見た平面図、図３は、本実
施例の翼構造の他の変形例を示す半径方向外周側から見
た平面図、図４は、本実施例の翼構造の他の変形例を示
す半径方向外周側から見た平面図、図５は、本実施例に
おける止翼の取付前の翼組立構造を示す半径方向外周側
から見た平面図、図６は、図５に示す翼組立構造に用い
る止翼の斜視図、図７は、本実施例における止翼の取付
前の他の翼組立構造を示す半径方向外周側から見た平面
図、図８は、図７に示す翼の組立構造に用いる止翼の斜
視図、図９は、本実施例の他の変形例の翼構造を半径方
向外周側から見た平面図である。

【００２４】図１に示すように、翼１は、主として翼プ
ロフィル部２，翼根部３、及びインテグラルシュラウド
４から構成されている。翼根部３には、円周方向に延び
る溝５が形成され、ディスク６の外周部に形成された円
周方向に延びるディスク溝７と係合されるようになって
いる。翼１をディスク溝７に取り付ける場合は、翼１を
ディスク溝７の翼挿入部８、すなわちディスク溝７のフ
ック９が形成されていない部分からディスク６の半径方
向に挿入し、次いで円周方向に摺動させて順次組み立て
る。インテグラルシュラウド４には、翼背側において円
周方向に延びる凸部１０と、翼腹側において円周方向に
延びる凹部１１が設けられている。凸部１０のタービン
軸方向の幅は一定幅に形成されており、その軸方向幅の
両側にはタービン軸方向に垂直な面と平行で円周方向に
延びる一対の面１２，１３が形成され、同様に、凹部１
１のタービン軸方向の幅も一定に形成され、その軸方向
幅の両側にはタービン軸方向に垂直な面と平行で円周方
向に延びる一対の面１４，１５が形成されている。凸部
１０，凹部１１は、それぞれの軸方向幅の中心線が一致
するような関係で形成され、本実施例においては凸部１
０の軸方向幅は、凹部１１の軸方向幅よりも若干大きく
製作されている。

【００２５】インテグラルシュラウドの凸部１０を隣接
翼の凹部１１に挿入するために、インテグラルシュラウ
ド４の円周方向に打撃を加えるか、適当な圧入手段を用
いる。すなわち、本実施例においては、隣接翼凸部１０
と凹部１１をはめ合い状態のもとで係合するものであっ
て、図２に示すように、凸部の面１２と凹部の面１４，
凸部の面１３と凹部の面１５の接触部では各面に垂直方
向に、はめ合いによる押しつけ力Ｆが作用することにな
る。

【００２６】タービンの運転を開始して回転数，温度が
上昇するに伴い空間ピッチが増加すると、隣接翼は互い
に相対的にみて円周方向に変位しようとする。この時、
上記押しつけ力Ｆと接触面の摩擦係数の積で表される円
周方向力が作用するが、上記円周方向変位を拘束するほ
ど大きくはならないようにはめ合いの強さは調整され
る。これにより、空間ピッチの増加に伴い隣接翼が互い
に円周方向に変位するのを拘束するほど大きくはない
が、タービンの運転中を通じてほぼ一定の大きさの押し
つけ力を接触面に作用させることができるので、隣接翼
をほぼ一定の状態で連結することが可能となる。

【００２７】なお、インテグラルシュラウド４の凸部１
０を隣接翼の凹部１１に挿入し、嵌合する方法として別
の方法を用いることも可能である。すなわち、図１にお
いて、先にディスク６に植え込まれた翼（以下、これを
先行翼と呼ぶことにする）のインテグラルシュラウドの
凹部１１付近を、局部的加熱手段により、該凹部の軸方
向幅がこれと嵌合すべき翼（以下、これを後続翼と呼ぶ
ことにする）をインテグラルシュラウドの凸部１０の軸
方向幅より大きくなるまで加熱する、または、後続翼の
インテグラルシュラウドの凸部１０を局部的冷却手段に
より凸部１０の軸方向幅が先行翼のインテグラルシュラ
ウドの凹部の軸方向幅より小さくなるまで冷却すること
によって、凹部１１に凸部１０を容易に挿入することが
できる。加熱または冷却された部位がもとの温度状態に
なった時、はめ合いの効果により該凹部１１と凸部１０
の接触面には押しつけ力Ｆが発生することになる。

【００２８】ここで、インテグラルシュラウドに設けた
凸部１０と凹部１１の形状についてさらに詳細に説明す
る。本実施例では、凸部１０の面１２，１３と凹部１１
の面１４，１５というそれぞれ一対の面が、円周方向
に、かつ平行に延びるように形成されており、このよう
に形成されているので、タービンの運転中に空間ピッチ
が増加して隣接翼の相対位置が円周方向にずれた場合で
も、上記した平行面が摺動面となり、摺動面に垂直にほ
ぼ一定の押付け力を発生できる。

【００２９】なお、本実施例で説明したように、インテ
グラルシュラウド４の形状は、翼の円周方向背側に延び
る凸部１０、及び腹側に延びる凹部１１について規定す
ればよく、このことを満足すれば他の部の形状は特に限
定するものではない。すなわち、図２では、隣接するイ
ンテグラルシュラウドの境界線は、タービン軸方向に平
行になるものを示したが、図３に示すように、境界線は
タービン軸方向に対して傾斜したものであってもよく、
また、図４に示すように、境界線は、タービン軸方向に
平行な部分と、傾斜した部分とから成るように形成して
もよい。

【００３０】次に、本実施例のインテグラルシュラウド
翼を適用して、タービンディスクの全周にわたってイン
テグラルシュラウド翼を植込んでいく場合、最後に植込
む翼（以下、これを止翼と呼ぶ）の組み立て方法及びそ
の組立構造について、ここでは、止翼を含めて全周に植
込まれる翼の本数をＭ本とした場合について説明する。
図５は、止翼を植込む前の１番目翼とＭ−１番目翼の位
置関係を示す。図５、止翼スペース１６に半径方向から
の挿入される止翼の斜視図である図６に示されるよう
に、翼を１本目，２本目，……Ｍ−２本目，Ｍ−１本目
（図５中で、(１)，（２)，(Ｍ−２)，(Ｍ−１）が翼番
号を示している。）というように植込んだ時、最後にＭ
本目の翼、すなわち止め翼を植込む前の１本目の翼とＭ
−１本目の位置関係を表した図５に示すように、１本目
の翼とＭ−１本目のインテグラルシュラウドの間の止翼
スペース１６が設けられている。図５では簡略化して示
しているため、図１に示したような止翼の翼根部を挿入
するためのディスク溝の翼挿入部８を示していないが、
止翼スペース１６には、図６に示すような止翼が挿入さ
れる。図６に示す止翼において、翼プロフィル部２，イ
ンテグラルシュラウド４は他のインテグラルシュラウド
翼と同様に形成されており、翼根部３の形状だけが異な
っている。すなわち、翼根部は通常の翼と同様に、図示
しないディスク溝の翼挿入部と係合するようになってい
る。円周方向に延びる止翼円周方向溝（止翼溝）１７を
有するとともに、図５に示したような止翼スペース１６
に止翼を半径方向から挿入する際、１本目の翼のインテ
グラルシュラウドの凸部１０による障害を避けるため
に、半径方向に延びる溝１８を備えている。図５に示す
止翼スペース１６に止翼を挿入する時、止翼のインテグ
ラルシュラウドの凸部１０と凹部１１はそれぞれ、Ｍ−
１番目の翼のインテグラルシュラウドの凹部１１と１番
目の翼のインテグラルシュラウドの凸部に、半径方向か
ら打撃，圧入などの手段によって挿入され、はめ合い状
態が達成される。また、Ｍ−１番目の翼の凹部１１を加
熱し、その軸方向幅を止翼の凸部１０の軸方向幅より大
きくし、かつ、止翼の凹部１１を局部的に加熱し、その
軸方向幅を１番目の翼の凸部１０の軸方向幅より大きく
して、半径方向に挿入し、いわゆるやきばめを行うこと
も可能である。また、止翼、１番目の翼の凸部を冷却し
て冷しばめを行うこと、やきばめと冷しばめを併用する
ことなども可能である。ここで、止翼は、翼根部とディ
スク溝を軸方向貫通して取りつけられる図示しないピン
等によりディスクに固定される方法は通常の止翼の固定
法と同様である。

【００３１】上記した止翼構造においては、図５に示し
たように、止翼スペース１６に、１番目の翼のインテグ
ラルシュラウドの凸部１０が円周方向に突起しているた
め、この障害を回避するため止翼の翼根部３には、半径
方向に延びる溝１８を設ける必要があり、製作上の手間
が多くなるなどの欠点がある。この欠点は、図７，図８
に示す形状にすることにより改良される。すなわち、こ
の翼組立構造では、インテグラルシュラウドの形状が、
１番目の翼と止翼が、２番目からＭ−１番目の他の翼と
は異なる形状に形成されている。簡単に説明すると、１
番目の翼は、インテグラルシュラウドの翼背側、腹側と
もに凹部１１が設けられており、一方、止翼のインテグ
ラルシュラウドの翼背側、腹側とも凸部１０が設けられ
ている。止翼の凸部１０と１番目及びＭ−１番目翼の凹
部１１との係合のさせ方はこれまで述べてきた方法と同
様にできるので説明は省略するが、このように構成する
と、止翼スペース１６には止翼の翼根部３を半径方向に
通過させる上での障害がないので、通常の翼の止翼と同
様の翼根部を備えればよいという利点がある。

【００３２】ここで、以上述べたインテグラルシュラウ
ドの凸部１０と凹部１１のはめ合い、やきばめ、冷しば
めによる嵌合時に、インテグラルシュラウド部に発生す
る応力について説明する。凸部１０と凹部１１の接触部
に押付け力Ｆが作用する結果として、インテグラルシュ
ラウド各部に引張り、あるいは圧縮応力が発生するが、
これらの応力が材料強度上の許容応力以下となるよう
に、はめ合いの程度を適切に設計すべきことは言うまで
もない。しかし、はめ合いに伴い翼各部に発生する応力
を許容応力以下にするためには、凸部１０と凹部１１の
機械加工精度、すなわち、凸部１０と凹部１１の位置、
軸方向幅を非常に高精度に加工する必要がある。

【００３３】これに対して、図９に示すインテグラルシ
ュラウド翼の組立構造では、インテグラルシュラウドの
凸部１０に翼材料よりも縦弾性係数の小さい材料１９を
設置して、翼の組立前に、凸部１０と材料１９を含む軸
方向幅をインテグラルシュラウドの凹部１１の軸方向幅
より若干大きくしておくことにより、凸部１０と凹部１
１のはめ合いに際し、縦弾性係数の小さい材料の接触面
に垂直方向の変形、すなわち、ひずみは、翼材料ででき
た凸部１０の変形よりも相対的に大きくなるので、結果
的に凸部１０と凹部１１の接触面に発生する押付け力Ｆ
がインテグラルシュラウド各部に過大な応力を発生させ
ることを防止することが容易になる。また、凸部１０と
凹部１１の接触面に設置する物は縦弾性係数の小さい材
料について説明したが、必ずしも単一な材料である必要
はなく凸部１０と凹部１１の接触面に垂直方向の変位に
対して、翼材料そのものよりも剛性の低い構造体、すな
わち、ばね作用を有する構造体などを設置するものであ
っても良い。

【００３４】本発明の第２の実施例を図１０，図２４に
より説明する。図１０は、本実施例のインテグラルシュ
ラウド翼組立構造の部分の斜視図である。図２４は本実
施例の他の変形例の翼構造を半径方向外周側から見た平
面図である。

【００３５】図１０に示すように、翼１の翼プロフィル
部２、翼根部３の構成は、図１に示した実施例と同様に
構成されている。本実施例では、インテグラルシュラウ
ド４の翼背側の凸部１０と翼腹側の凹部１１が次のよう
に構成されている。すなわち、図１に示す実施例と同様
に、凸部１０と凹部１１はタービン軸方向に所定の幅を
有し、それぞれの軸方向幅の両側は円周方向に延びる一
対の平行面(凸部の面）１２，１３及び（凹部の面)１
４，１５が形成されており、本実施例では、凸部１０の
軸方向幅を凹部１１の軸方向幅より小さくしてある。ま
た、隣接翼間の凸部１０と凹部１１の対向する面１２と
１４、及び面１３と１５にはそれぞれの面の中間部に中
心を有し、略円周方向に延びる半円形の溝２０，２１が
形成され、この半円形の溝２０，２１には円形断面を有
し円周方向に延びるピン２３がきつく嵌合されている。
ここで、ピン２３の円周方向の長さは、隣接翼のインテ
グラルシュラウドの凸部１０と凹部１１の円周方向長さ
にほぼ等しいか、それ以内に設定している。ただし、イ
ンテグラルシュラウド４に凸部１０，凹部１１の半円溝
を超えてさらに円周方向に延びるピン穴を設けてそれに
ピン２３を差し込むようにすることも可能である。

【００３６】本実施例の翼を組み立てる手順について具
体的に説明する。任意の先行翼がディスク６に植え込ま
れた後、後続翼を植え込む際、ピン２３を挿入しないで
先行翼の凹部１１に後続翼の凸部１０を円周方向に挿入
する。この作業は凸部１０の軸方向幅が凹部１１の軸方
向幅よりも小さく製作されているので容易に行うことが
できる。しかし、機械加工の精度の影響により、一般に
凸部１０と凹部１１の二つの対向面の間隙、すなわち面
１２と１４の間隙と面１３と１５の間隙は必ずしも同じ
にできていない場合がある。そこで、面１２と１４の間
隙と面１３と１５の間隙を測定し、面の間隙が所定の値
よりも小さいときは、そこに挿入するピン２３の直径あ
るいは軸方向幅も所定の値よりも小さいものを用い、逆
に所定の値よりも大きいときは、そこに挿入するピン２
３の直径あるいは軸方向幅も所定の値よりも大きいもの
を用いることにより、ピン２３を凸部１０と凹部１１の
半円溝に挿入したとき発生する押しつけ力をできるだけ
等しくなるように調整できるようになっている。

【００３７】次に、ピンの強度について説明する。翼に
は、作動流体の流体力の他に回転による遠心力が作用
し、また、温度による熱膨張変形が発生する。このた
め、隣接翼の連結機能を受け持つピン２３にもさまざま
の力が作用することになるが、ピン２３は凸部１０と凹
部１１の接触面間に設けられた半円形の溝２０，２１と
係合されているので、ピン２３の長手方向に沿ったせん
断面で荷重を受け持つことになり、これは、ピンの長手
方向に直角なせん断面で受け持つ場合に比べ強度的に非
常に有利になる。また、翼が振動した時、インテグラル
シュラウドの凸部１０と凹部１１とピン２３との接触部
の摩擦による大きな振動減衰効果を得ることができる。

【００３８】このように、本実施例においては、面１２
と１４，面１３と１５の間に介在させ、係合させる部材
として円形断面を有するピンについて説明したが、ピン
の長手方向に直角に、すなわち、タービンの軸方向に押
付け力を発生できる断面形状のものであればよく、例え
ば矩形，楕円形，長円形等を適用してもよい。また、ピ
ンを挿入する面１２と１４，１３と１５に設ける溝の断
面形状も半円形でなくともよい。

【００３９】また、以上の説明においては、凸部１０と
凹部１１の間に介在させるものとしては、円周方向に延
びるピン２３であるとして説明したが、ピン２３よりや
や強度的には不利になるが、ピン２３に代って、図２４
に示すように、球４１を介在させるものであってもよ
い。この場合、球４１は、半円溝２０，２１で形成され
る円筒面にきつく嵌合され、連結効果を発揮することに
なる。

【００４０】ただし、球４１の円周方向位置は凸部１
０，凹部１１の円周方向の略中央に保持することが望ま
しく、これは、図２４に示すように、凸部１０の半円溝
２０，凸部１１の半円溝２１の円周方向長さを、それぞ
れ凸部１０，凹部１１の円周方向長さより小さく製作す
ることにより達成される。

【００４１】本発明の第３の実施例を図１１から図１３
により説明する。図１１は、本実施例の翼構造の一部分
を示す斜視図、図１２は、本実施例の他の変形例の翼構
造の一部分を示す斜視図、図１３は、止翼の取付前の翼
組立構造を示す部分の斜視図である。

【００４２】図１１に示すように本実施例の翼は、翼プ
ロフィル部２，翼根部３については第１の実施例と同様
に形成されているが、本実施例では、インテグラルシュ
ラウド４に設ける翼背側円周方向に延びる凸部１０と翼
腹側円周方向に延びる凹部１１の形状が異なっている。
また、図１２に示す翼及び翼組立構造では、翼プロフィ
ル部２，インテグラルシュラウド４は図１１に示すもの
と同様であるが、翼根部３及びディスク６のディスク部
フォーク溝（ディスク溝）２８が異なっている。

【００４３】図１１に示す実施例においては、インテグ
ラルシュラウド４の翼背側，円周方向に延びる凸部１０
は半径方向外周側の軸方向幅が、半径方向内周側の軸方
向幅より小さくなるようなテーパ面２４，２５が形成さ
れている。同様に、翼腹側，円周方向に延びる凹部１１
にも同様のテーパ面２６，２７が形成されている。この
時、凸部１０の平均の軸方向幅は凹部１１の平均の軸方
向幅より若干大きく形成されている。これにより、先行
翼のインテグラルシュラウドの凹部１１に後続翼のイン
テグラルシュラウドの凸部１０を円周方向に打撃，圧入
などの手段によって挿入することによって、先行翼の凹
部１１のテーパ面２６，２７と後続翼の凸部１０のテー
パ面２４，２５が接触し、各テーパ面に垂直方向の押し
つけ力が発生する。その結果、タービンの運転時、運転
を行わない時を通じて隣接翼をほぼ一定の状態で連結す
ることが可能となる。

【００４４】しかし、一般的には上述のようにインテグ
ラルシュラウドの凸部を円周方向に打撃，圧入などの手
段によって挿入する方法ではしばしば大きな力を必要と
する。そこで、図１２に示す実施例では、インテグラル
シュラウド翼の翼根部３は、半径方向にディスク６と係
合するフックがない、いわゆるフォーク型翼根部２９を
有するように形成するとともに、ディスク６も半径方向
に翼根部を係合するフックがないディスク溝２８を有す
るように形成し、すべての翼が半径方向から挿入された
後、ディスク６，翼根部２９を軸方向に貫通して設けら
れたピン穴３０，３１に、図示しないピンを挿入して翼
を固定している。この翼組立構造は、先行翼の凸部１０
のテーパ面２４，２５を半径方向外周側から後続翼の凹
部１１のテーパ面２６，２７で順次押さえつけながら組
み立てていく方法であり、図１１に示した、翼を円周方
向に摺動させて組み立てるものよりも効果的にテーパ面
を押付ける力を発生させることができる。

【００４５】次に、本実施例における止翼構造について
説明する。図１３では、図１１または図１２に示した翼
組立構造において、１番目の翼から順次Ｍ−１番目の翼
まで植え込んだ時の、１番目の翼とＭ−１番目の翼の間
の止翼スペース１６部分を斜視図で示しており、止翼ス
ペース１６の側の１番目の翼及びＭ−１番目の翼のイン
テグラルシュラウド４の部分形状のみを示している。図
１３に示すように、１番目翼，Ｍ−１番目翼ともに止翼
スペース１６の側のインテグラルシュラウド４には、い
ずれも凹部１１が形成されており、凹部１１には半径方
向外周側における軸方向幅が半径方向内周側における軸
方向幅より大きくなるようなテーパ面３２，３３が形成
されている。このような止翼スペース１６に対しては、
図１１に示した翼組立構造に対しては、図１４に示すよ
うな止翼が、また、図１２に示した翼組立構造に対して
は、図１５に示すような止翼がそれぞれ用いられる。

【００４６】図１４，図１５に示す止翼の翼根部３の形
状の違いについてはそれぞれ図１１，図１２に示す翼組
立構造の翼根部３の形状に対応して設けられているもの
であって、詳細な説明については省略するが、インテグ
ラルシュラウド４の形状はいずれも上記したように、翼
の背側，腹側円周方向に延びる凸部１０によって形成さ
れている。また、凸部１０は、半径方向外周側における
軸方向幅が半径方向内周側における軸方向幅より大きく
なるようなテーパ面３４，３５が形成されている。その
ため、止翼スペース１６に止翼を半径方向外周側から挿
入することによって、１番目翼，Ｍ−１番目翼のテーパ
面３２，３３と止翼のテーパ面３４，３５が接触して、
接触面に押付け力が発生するので翼連結効果が得られ
る。

【００４７】なお、第２の実施例では、説明を省略した
が、止翼のインテグラルシュラウドにピン２３を組み込
むためには、予めピンを何らかの方法で円周方向にずら
した状態で組立た後、ピンを所定の位置に移動させるな
どの方法を採ることも可能である。しかし、やや複雑で
あり、実用性に優れていない面もあるため、第２の実施
例において止翼構造について、図１３，図１４に示した
ものを用いることも可能である。この場合は、押付け力
を他の翼の押付け力とほぼ同じになるよう調整が必要で
ある。

【００４８】次に、以上説明してきたインテグラルシュ
ラウド４の形状に関して強度上のさらなる改良点と、イ
ンテグラルシュラウド４の外周部における漏れ流れの低
減についてのさらなる改良点について説明する。これま
で説明したように、第１の実施例から第３の実施例のい
ずれの翼にも、インテグラルシュラウド４の凸部１０と
凹部１１の接触部には、作動流体の流体力の他に回転に
よる遠心力が作用し、また、温度上昇による熱膨張変形
が発生する。このため、インテグラルシュラウド４の凸
部１０と凹部１１の接触部、あるいは第２の実施例にお
ける隣接翼の連結機能を受け持つピン２３にもさまざま
の力が作用することになる。このため、これらの部分を
強度的に十分強くしておくことが望まれる。

【００４９】そこで、本発明の他の実施例では、図１６
に示すように、インテグラルシュラウドの凸部１０と凹
部１１の接触部付近のシュラウド厚さが厚くかつ円周方
向に延びる外周突起３６，３７を設けている。このよう
に構成することにより、接触部付近のシュラウド厚さが
厚くなるため、接触連結部の剛性が増す他、第２の実施
例においては接触部に挿入されるピンの直径も大きくで
きるので強度的に有利となる。

【００５０】また、図１７，図１８，図１９は、それぞ
れ翼を円周方向から見た側面図であって、翼先端部の流
体シール構造を示しており、上述したインテグラルシュ
ラウドの厚さが厚い部分と薄い部分を形成した部分に、
インテグラルシュラウドの外周部の静止体から短いフィ
ン３８と長いフィン３９を交互に対向させるように形成
したものである。図１７に示すものは、第２の実施例に
関するものに適用でき、図１８に示すものは、第１の実
施例に関するものに適用でき、図１９に示すものは、第
３の実施例に関するものに適用できる。このように、イ
ンテグラルシュラウドとその外周部の静止体の間にフィ
ンを配置する構造は、ラビリンスシールとして知られる
流体の非接触シールの方法であるが、短いフィン３８と
長いフィン３９と外周突起３６，３７のある部分とない
部分を組み合わせた構造は、フィン長さが一定で外周突
起のないフラットなシュラウド外周面の場合に比べ、流
体シール効果が大きいことはよく知られているところで
ある。なお、外周突起３６，３７は、必ずしも２カ所に
設ける必要はなく、図２０に示すように外周突起３６，
３７を一つにまとめたものであっても良い。また、図２
１に示すものは、第２の実施例と第３の実施例に示すも
のをミックスした構造に適用した例である。

【００５１】図２２は、以上説明した各実施例のインテ
グラルシュラウド翼を流体シール構造と組み合わせて用
いたタービンの断面図の一部を示したものであり、翼１
と静翼４０の組み合わせからなる段落が形成されてい
る。図２２に示すように、各実施例に示すインテグラル
シュラウド翼及びその組立構造をタービンの複数段に適
用することによって、タービン全体の信頼性，性能に優
れたタービンを提供することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明した本発明のインテグラルシュ
ラウド翼及びその組立構造を採用することによって、タ
ービン運転中，非運転中を通じて隣接翼との連結状態を
ほぼ一定に保てるとともに、高い振動減衰効果のもとで
全周の翼が切れ目なく連結された信頼性の高いインテグ
ラルシュラウド翼が得られる。図２２は、以上説明した
本発明のインテグラルシュラウド翼を流体シール構造と
組み合わせて用いたタービンの断面図の一部を示したも
のである。翼１と静翼４０の組み合わせからなる段落が
形成されている。本図に示すように、本発明のインテグ
ラルシュラウド翼及びその組立構造をタービンの複数断
に適用することによって、タービン全体の信頼性，性能
に優れたタービンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の翼構造の一部分を示す
斜視図である。

【図２】図１の翼構造を半径方向外周側から見た平面図
である。

【図３】本実施例の翼構造の他の変形例を示す半径方向
外周側から見た平面図である。

【図４】本実施例の翼構造の他の変形例を示す半径方向
外周側から見た平面図である。

【図５】本実施例における止翼の取付前の翼組立構造を
示す半径方向外周側から見た平面図である。

【図６】図５に示す翼組立構造に用いる止翼の斜視図で
ある。

【図７】本実施例における止翼の取付前の他の翼組立構
造を示す半径方向外周側から見た平面図である。

【図８】図７に示す翼の組立構造に用いる止翼の斜視図
である。

【図９】本実施例の他の変形例の翼構造を半径方向外周
側から見た平面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例の翼構造の一部分を示
す斜視図である。

【図１１】本発明の第３の実施例の翼構造の一部分を示
す斜視図である。

【図１２】第３の実施例の他の変形例の翼構造の一部分
を示す斜視図である。

【図１３】止翼の取付前の翼組立構造を示す部分の斜視
図である。

【図１４】図１３に示す翼組立構造に用いる止翼の斜視
図である。

【図１５】図１３に示す翼組立構造に用いる他の止翼の
斜視図である。

【図１６】本発明の他の変形例である翼構造の一部分を
示す斜視図である。

【図１７】図１６に示す翼構造を円周方向から見た側面
図である。

【図１８】図１６に示す翼構造の他の変形例を円周方向
から見た側面図である。

【図１９】図１６に示す翼構造の他の変形例を円周方向
から見た側面図である。

【図２０】図１６に示す翼構造の他の変形例を円周方向
から見た側面図である。

【図２１】図１６に示す翼構造の他の変形例を円周方向
から見た側面図である。

【図２２】本発明の翼を採用した蒸気タービンの部分の
断面図である。

【図２３】従来の翼構造の一部分を示す斜視図である。

【図２４】図１０に示す翼構造の他の変形例を半径方向
から見た平面図である。

【符号の説明】

１…翼、２…翼プロフィル部、３…翼根部、４…インテ
グラルシュラウド、５…翼根部溝、６…ディスク、７…
ディスク溝、８…翼挿入部、９…ディスク溝フック、１
０…インテグラルシュラウド凸部、１１…インテグラル
シュラウド凹部、１２，１３…凸部の面、１４，１５…
凹部の面、１６…止翼スペース、１７…止翼円周方向
溝、１８…止翼半径方向溝、１９…縦弾性係数の小さい
材料、２０，２１…半円溝、２２，２３…ピン、２４，
２５，２６，２７…テーパ面、２８…ディスク部フォー
ク溝、２９…翼フォーク溝、３０，３１…軸方向ピン
穴、３２，３３，３４，３５…テーパ面、３６，３７…
シュラウド外周突起、３８…短いフィン、３９…長いフ
ィン、４０…静翼、４１…球。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齊藤 英治 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 池内 和雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平５−86802（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−104901（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−229404（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−63802（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01D 5/22

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】翼根部及び翼プロフィル部と一体形に形成
   され、翼の背側と腹側に円周方向に延びるインテグラル
   シュラウドを有するインテグラルシュラウド翼におい
   て、前記インテグラルシュラウドの背側に円周方向に延
   びる凸部を設け、前記インテグラルシュラウドの腹側に
   円周方向に延びる凹部を設け、該凸部及び凹部のタービ
   ン軸方向のそれぞれの幅の両側が円周方向に延びる一対
   の平行面となるよう形成するとともに、前記凸部と凹部
   の円周方向に対向して延びる平面のそれぞれに、該平面
   間に中心を有する半円形断面の溝を略円周方向に延びる
   ように設け、該溝に円形断面を有するピンを嵌合したこ
   とを特徴とするインテグラルシュラウド翼。
2. 【請求項２】翼根部及び翼プロフィル部と一体形に形成
   され、翼の背側と腹側に円周方向に延びるインテグラル
   シュラウドを有するインテグラルシュラウド翼におい
   て、前記インテグラルシュラウドの背側に円周方向に延
   びる凸部を設け、前記インテグラルシュラウドの腹側に
   円周方向に延びる凹部を設け、該凸部及び凹部のタービ
   ン軸方向のそれぞれの幅の両側が円周方向に延びる一対
   の平行面となるよう形成するとともに、前記凸部の軸方
   向幅を前記凹部の軸方向幅よりも小さく形成し、前記凸
   部と凹部の円周方向に対向して延びる平面のそれぞれ
   に、該平面間に中心を有する半円形断面の溝を略円周方
   向に延びるように設け、該溝に円形断面を有するピンを
   きつく嵌合したことを特徴とするインテグラルシュラウ
   ド翼。
3. 【請求項３】翼根部及び翼プロフィル部と一体形に形成
   され、翼の背側と腹側に略円周方向に延びるインテグラ
   ルシュラウドを有するインテグラルシュラウド翼におい
   て、前記インテグラルシュラウドの背側に円周方向に延
   びる凸部を設け、インテグラルシュラウドの腹側に円周
   方向に延びる凹部を設け、前記凸部の軸方向幅の両側に
   円周方向に延びる一対の面をタービン軸方向に垂直な面
   に対して傾斜した一対のテーパ面となるよう形成すると
   ともに、前記凹部の軸方向幅の両側に円周方向に延びる
   一対のテーパ面を前記凸部の一対のテーパ面と係合する
   ように形成したことを特徴とするインテグラルシュラウ
   ド翼。
4. 【請求項４】前記インテグラルシュラウドの円周方向に
   延びる凸部と凹部の一対の嵌合部におけるインテグラル
   シュラウドの厚さを嵌合部以外の軸方向位置におけるイ
   ンテグラルシュラウドの厚さよりも厚く形成したことを
   特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインテグ
   ラルシュラウド翼。
5. 【請求項５】ディスク溝を有するディスクに翼根部を前
   記ディスク溝を介して請求項１から３のいずれかに記載
   のインテグラルシュラウド翼を複数個ディスクに取付け
   るとともに、前記翼根部を前記ディスクに固定する手段
   により固定したしたことを特徴とするインテグラルシュ
   ラウド翼の組立構造体。
6. 【請求項６】請求項１から３いずれかに記載のインテグ
   ラルシュラウド翼を動翼または静翼として具備したこと
   を特徴とするガスタービン。
7. 【請求項７】請求項１から３いずれかに記載のインテグ
   ラルシュラウド翼を動翼または静翼として具備したこと
   を特徴とする蒸気タービン。