JP5395455B2

JP5395455B2 - 軸流圧縮機用動翼

Info

Publication number: JP5395455B2
Application number: JP2009038392A
Authority: JP
Inventors: 真次上野; 淳二岩谷; 忠雄屋敷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010190199A

Description

本発明は、ガスタービン等に搭載される軸流圧縮機を構成する軸流圧縮機用動翼に関するものである。

ガスタービン等に搭載される軸流圧縮機を構成する軸流圧縮機用動翼としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開平１０−３１７９０７号公報

さて、図５において時計方向に回転する軸流圧縮機用動翼５０は、図５中の白抜き矢印の方向に遠心力を受ける。そして、この遠心力により、翼溝を形成する面５１に沿って翼根部５２が翼溝内を図中の破線の位置まで移動し、翼根部５２を形成する面５３が翼溝を形成する面５４に強い力で押し付けられるとともに、翼根部５２を形成する面５５が翼溝を形成する面５６に強い力で押し付けられることになる。
なお、図中の符号１３は、流体が通過する流路である。

また、図６に示すように、軸流圧縮機用動翼５０は、所定のスキュー（skew）角θでロータディスク５７に取り付けられているため、図６中に円弧状の矢印で示す方向（図６において時計方向）に回転モーメントＭ１を受ける。そして、この回転モーメントＭ１により、翼根部５２を形成する面５３が翼溝を形成する面５４に強い力で押し付けられるとともに、翼根部５２を形成する面５５が翼溝を形成する面５６に強い力で押し付けられることになる（図５参照）。
なお、図６に示すように、軸流圧縮機用動翼５０は、所定のスキュー角θでロータディスク５７に取り付けられているため、図６において直線状の矢印で挟まれた領域には、面５４，５６が存在しないことになる。

さらに、図７に示すように、軸流圧縮機用動翼５０の翼部５８は、根元側から先端側にかけて捩られている、すなわち、翼部５８の根元側から先端側に向かって前縁ＬＥが回転方向前側に捩られ、後縁ＴＥが回転方向後側に捩られているために、ツイストバック（twist back：捩じれ変形）し、図７中に円弧状の矢印で示す方向（図７において時計方向）に回転モーメントＭ２を受ける。そして、この回転モーメントＭ２により、翼根部５２を形成する面５３が翼溝を形成する面５４に強い力で押し付けられるとともに、翼根部５２を形成する面５５が翼溝を形成する面５６に強い力で押し付けられることになる（図５参照）。

さらにまた、図８に示すように、軸流圧縮機用動翼５０は、重心位置が中心軸線Ｃよりも前縁ＬＥ側に寄っているため、図８中に円弧状の矢印で示す方向（図８において時計方向）に回転モーメントＭ３を受ける。そして、この回転モーメントＭ３により、翼根部５２を形成する面５３が翼溝を形成する面５４に強い力で押し付けられるとともに、翼根部５２を形成する面５５が翼溝を形成する面５６に強い力で押し付けられることになる（図５参照）。

このように、回転する軸流圧縮機用動翼５０には、遠心力および回転モーメントＭ１，Ｍ２，Ｍ３が作用することになり、図４に太い実線で示すように、翼溝を形成する面５１が受ける面圧は翼部５８の後縁ＴＥに極めて近い位置で最大となり、翼溝を形成する面５６が受ける面圧は翼部５８の前縁ＬＥに極めて近い位置で最大となる。また、遠心力および回転モーメントＭ３が作用することにより、面５１が受ける面圧と、面５６が受ける面圧とでは、面５６が受ける面圧の方が大きくなり、翼部５８の前縁ＬＥに極めて近い位置に存する面５６に応力が集中してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、翼溝を形成する面の面圧が最大となる位置を翼部の前縁および／または後縁から遠ざけることができる軸流圧縮機用動翼を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る軸流圧縮機用動翼は、背側に凸面を有し、腹側に凹面を有する翼部と、この翼部と反対の側に向かって末広がりとなるように形成されて、回転方向前側に位置する第１の面、および回転方向後側に位置する第２の面を有する翼根部とを備えた軸流圧縮機用動翼であって、前記第１の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされており、前記領域には、前記第１の面から前記第２の面を見込んだときに、前記第２の面が存在しない領域が少なくとも含まれている。

本発明に係る軸流圧縮機用動翼によれば、例えば、図３および図４に示すように、面（第１の面）２１が、この面２１と対向して翼溝を形成する面２５を押す力が、前縁側の一端から、翼部の前縁近傍に至る領域において存在しなくなり、これに伴って面（第２の面）２０が、この面２０と対向して翼溝を形成する面２４を押す力も小さくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝を形成する面２４（図３参照）の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができる。
また、本発明に係る軸流圧縮機用動翼によれば、前記領域には、前記第１の面から前記第２の面を見込んだときに、前記第２の面が存在しない領域が少なくとも含まれていることになるので、第２の面と対向して翼溝を形成する面の、前縁側の一端が受ける力を低減させることができる。
なお、第１の面から第２の面を見込んだときに、第２の面が存在しない領域とは、図３中に符号Ａで示す領域である。

上記軸流圧縮機用動翼において、前記第２の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされているとさらに好適である。

このような軸流圧縮機用動翼によれば、例えば、図３に示すように、面（第２の面）２０が、この面２０と対向して翼溝を形成する面２４を押す力が、前縁側の一端から、翼部の前縁近傍に至る領域において存在しなくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝を形成する面２４（図３参照）の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができる。

本発明に係る軸流圧縮機用動翼は、背側に凸面を有し、腹側に凹面を有する翼部と、この翼部と反対の側に向かって末広がりとなるように形成されて、回転方向前側に位置する第１の面、および回転方向後側に位置する第２の面を有する翼根部とを備えた軸流圧縮機用動翼であって、前記第１の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされており、前記第２の面の、後縁側の一端から、前記翼部の後縁近傍に至る領域が、面取りされており、前記領域には、前記第１の面から前記第２の面を見込んだときに、前記第２の面が存在しない領域が少なくとも含まれており、前記第２の面から前記第１の面を見込んだときに、前記第１の面が存在しない領域が少なくとも含まれている。

本発明に係る軸流圧縮機用動翼によれば、例えば、図３および図４に示すように、面（第１の面）２１が、この面２１と対向して翼溝を形成する面２５を押す力が、前縁側の一端から、翼部の前縁近傍に至る領域において存在しなくなり、これに伴って面（第２の面）２０が、この面２０と対向して翼溝を形成する面２４を押す力も小さくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝を形成する面２４（図３参照）の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができる。
また、本発明に係る軸流圧縮機用動翼によれば、例えば、図４に示すように、第２の面が、この第２の面と対向して翼溝を形成する面を押す力が、後縁側の一端から、翼部の後縁近傍に至る領域において存在しなくなり、これに伴って第１の面が、この第１の面と対向して翼溝を形成する面を押す力も小さくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、面（第１の面）２１と対向して翼溝を形成する面２５（図３参照）の面圧が最大となる位置を翼部１１の後縁ＴＥから遠ざけることができる。
また、本発明に係る軸流圧縮機用動翼によれば、前記領域には、前記第１の面から前記第２の面を見込んだときに、前記第２の面が存在しない領域が少なくとも含まれており、前記第２の面から前記第１の面を見込んだときに、前記第１の面が存在しない領域が少なくとも含まれていることになるので、第２の面と対向して翼溝を形成する面の、前縁側の一端が受ける力を低減させることができ、第１の面と対向して翼溝を形成する面の、後縁側の一端が受ける力を低減させることができる。
なお、第１の面から第２の面を見込んだときに、第２の面が存在しない領域とは、図３中に符号Ａで示す領域である。

上記軸流圧縮機用動翼において、前記第２の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされており、前記第１の面の、後縁側の一端から、前記翼部の後縁近傍に至る領域が、面取りされているとさらに好適である。

このような軸流圧縮機用動翼によれば、例えば、図３に示すように、面（第２の面）２０が、この面２０と対向して翼溝を形成する面２４を押す力が、前縁側の一端から、翼部の前縁近傍に至る領域において存在しなくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝を形成する面２４（図３参照）の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができる。
また、このような軸流圧縮機用動翼によれば、第２の面が、この第２の面と対向して翼溝を形成する面を押す力が、後縁側の一端から、翼部の後縁近傍に至る領域において存在しなくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝を形成する面２５（図３参照）の面圧が最大となる位置を翼部１１の後縁ＴＥから遠ざけることができる。

本発明に係る軸流圧縮機は、上記いずれかの軸流圧縮機用動翼を備えている。

本発明に係る軸流圧縮機によれば、翼溝を形成する面の面圧が最大となる位置を翼部の前縁および／または後縁から遠ざけることができる軸流圧縮機用動翼を備えているので、ロータディスクの端面から発生するおそれのあるクラックを防止することができ、軸流圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る軸流圧縮機用動翼によれば、翼溝を形成する面の面圧が最大となる位置を翼部の前縁および／または後縁から遠ざけることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る軸流圧縮機用動翼を示す図であって、（ａ）は前縁が右側にくるようにして背側から見た図、（ｂ）は前縁が左側にくるようにして腹側から見た図である。図１に示す軸流圧縮機用動翼の翼根部を受け入れる翼溝を備えたロータディスクの一部を正面側から見た図である。図１に示す軸流圧縮機用動翼がロータディスクに取り付けられた状態を示すとともに、本発明による作用効果を説明するための第１の図である。図１に示す軸流圧縮機用動翼がロータディスクに取り付けられた状態を示すとともに、本発明による作用効果を説明するための第２の図である。回転する軸流圧縮機用動翼が受ける力を説明するための第１の図である。回転する軸流圧縮機用動翼が受ける力を説明するための第２の図である。回転する軸流圧縮機用動翼が受ける力を説明するための第３の図である。回転する軸流圧縮機用動翼が受ける力を説明するための第４の図である。

以下、本発明に係る軸流圧縮機用動翼の一実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る軸流圧縮機用動翼を示す図であって、（ａ）は前縁が右側にくるようにして背側から見た図、（ｂ）は前縁が左側にくるようにして腹側から見た図、図２は図１に示す軸流圧縮機用動翼の翼根部を受け入れる翼溝を備えたロータディスクの一部を正面側から見た図、図３は図１に示す軸流圧縮機用動翼がロータディスクに取り付けられた状態を示すとともに、本発明による作用効果を説明するための第１の図、図４は図１に示す軸流圧縮機用動翼がロータディスクに取り付けられた状態を示すとともに、本発明による作用効果を説明するための第２の図である。

図１に示すように、本実施形態に係る軸流圧縮機用動翼１０は、翼部（「エアフォイル」と呼ばれることもある。）１１と、翼根部（「ダブテール」と呼ばれることもある。）１２とを備えている。
翼部１１は、背側に凸面を有し、腹側に凹面を有しており、隣接して配置された軸流圧縮機用動翼１０の翼部１１との間に、流体が通過する流路１３（図５参照）が形成されるようになっている。
なお、図１中の符号ＬＥは前縁、符号ＴＥは後縁を示している。

翼根部１２は、図２に示すロータディスク１４の周縁部に形成された翼溝（嵌合溝）１５に埋め込まれて（移入されて）軸流圧縮機用動翼１０の全体を保持（支持）する部分である。また、翼根部１２は、正面視略矩形状を呈する矩形状部１６と、正面視略台形状を呈する台形部１７とを備えている。

矩形状部１６は、翼部１１と台形部１７とを接続する部分であり、翼根部１２の長手方向（翼根部１２を翼溝１５に挿入していく方向または翼根部１２を翼溝１５から抜き出す方向）に沿って互いに略平行に延びる２つの面１８，１９を有している。また、背側に位置する第１の面１８は凸面となるように加工され、腹側に位置する第２の面１９は凹面となるように加工されている。

台形部１７は、矩形状部１６の側から翼部１１と反対の側に向かって末広がりとなるように形成された２つの面２０，２１を有しており、背側に位置する第３の面（第２の面）２０および腹側に位置する第４の面（第１の面）２１はいずれも凸面となるように、すなわち、長手方向における中央部の高さが、長手方向における両端部よりも高くなるように、言い換えれば、中高（なかだか）となるようにクラウニング処理（クラウニング加工）されている。

一方、翼根１２部を受け入れる翼溝１５は、第１の面１８と対向する第５の面２２、第２の面１９と対向する第６の面２３、第３の面２０と対向する第７の面２４、および第４の面２１と対向する第８の面２５を備えている（図２参照）。

なお、図１および図４においてハッチングで示す部分は、クラウニング処理した部分であり、翼溝１５を形成する第７の面２４または第８の面２５と接触しないようになっている（図３参照）。
また、図３または図４に示すように、クラウニング処理した部分は、前縁ＬＥの側において、第４の面２１から第３の面２０を見込んだときに、第３の面２０が存在しない領域を含む領域、および後縁ＬＥの側において、第３の面２０から第４の面２１を見込んだときに、第４の面２１が存在しない領域を含む領域に設けられている。
なお、第４の面２１から第３の面２０を見込んだときに、第３の面２０が存在しない領域とは、図３中に符号Ａで示す領域である。

本実施形態に係る軸流圧縮機用動翼１０によれば、図３および図４に示すように、第４の面２１が、この第４の面２１と対向して翼溝１５（図２参照）を形成する第８の面２５（図３参照）を押す力が、前縁ＬＥ側の一端から、翼部１１の前縁ＬＥ（図４参照）近傍に至る領域において存在しなくなり、これに伴って第３の面２０が、この第３の面２０と対向して翼溝１５を形成する第７の面２４（図３参照）を押す力も小さくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝１５を形成する第７の面２４の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができる。
また、本発明に係る軸流圧縮機用動翼１０によれば、例えば、図４に示すように、第３の面２０が、この第３の面２０と対向して翼溝１５を形成する第７の面２４を押す力が、後縁ＴＥ側の一端から、翼部１１の後縁ＴＥ近傍に至る領域において存在しなくなり、これに伴って第４の面２１が、この第４の面２１と対向して翼溝１５を形成する第８の面２５（図３参照）を押す力も小さくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、第４の面２１と対向して翼溝１５を形成する第８の面２５の面圧が最大となる位置を翼部１１の後縁ＴＥから遠ざけることができる。

さらに、クラウニング処理した部分は、前縁ＬＥの側において、第４の面２１から第３の面２０を見込んだときに、第３の面２０が存在しない領域を含む領域、および後縁ＬＥの側において、第３の面２０から第４の面２１を見込んだときに、第４の面２１が存在しない領域を含む領域に設けられているので、第３の面２０と対向して翼溝１５を形成する第７の面２４の、前縁ＬＥ側の一端が受ける力を低減させることができ、第４の面２１と対向して翼溝１５を形成する第８の面２５の、後縁ＴＥ側の一端が受ける力を低減させることができる。

さらにまた、クラウニング処理した部分は、第３の面２０の、前縁ＬＥ側の一端から、翼部１１の前縁ＬＥ近傍に至る領域、および前記第４の面２１の、後縁ＴＥ側の一端から、翼部１１の後縁ＴＥ近傍に至る領域に設けられているので、例えば、図３に示すように、第４の面２０が、この第４の面２０と対向して翼溝１５を形成する第７の面２４を押す力が、前縁ＬＥ側の一端から、翼部１１の前縁ＬＥ近傍に至る領域において存在しなくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝１５を形成する第７の面２４の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができる。
一方、第３の面２０が、この第３の面２０と対向して翼溝１５を形成する第７の面２４を押す力が、後縁ＴＥ側の一端から、翼部１１の後縁ＴＥ近傍に至る領域において存在しなくなる。
これにより、例えば、図４に破線で示すように、翼溝１５を形成する第８の面２５の面圧が最大となる位置を翼部１１の後縁ＴＥから遠ざけることができる。

本実施形態に係る軸流圧縮機用動翼１０を備えた軸流圧縮機（図示せず）によれば、翼溝１５を形成する第７の面２４の面圧が最大となる位置を翼部１１の前縁ＬＥから遠ざけることができるとともに、翼溝１５を形成する第８の面２５の面圧が最大となる位置を翼部１１の後縁ＴＥから遠ざけることができる軸流圧縮機用動翼１０を備えているので、ロータディスク１４の端面から発生するおそれのあるクラックを防止することができ、軸流圧縮機の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。

１０軸流圧縮機用動翼
１１翼部
１２翼根部
２０第３の面（第２の面）
２１第４の面（第１の面）
ＬＥ前縁
ＴＥ後縁

Claims

背側に凸面を有し、腹側に凹面を有する翼部と、この翼部と反対の側に向かって末広がりとなるように形成されて、回転方向前側に位置する第１の面、および回転方向後側に位置する第２の面を有する翼根部とを備えた軸流圧縮機用動翼であって、
前記第１の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされており、
前記領域には、前記第１の面から前記第２の面を見込んだときに、前記第２の面が存在しない領域が少なくとも含まれていることを特徴とする軸流圧縮機用動翼。
前記第２の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされていることを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機用動翼。
背側に凸面を有し、腹側に凹面を有する翼部と、この翼部と反対の側に向かって末広がりとなるように形成されて、回転方向前側に位置する第１の面、および回転方向後側に位置する第２の面を有する翼根部とを備えた軸流圧縮機用動翼であって、
前記第１の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされており、前記第２の面の、後縁側の一端から、前記翼部の後縁近傍に至る領域が、面取りされており、
前記領域には、前記第１の面から前記第２の面を見込んだときに、前記第２の面が存在しない領域が少なくとも含まれており、前記第２の面から前記第１の面を見込んだときに、前記第１の面が存在しない領域が少なくとも含まれていることを特徴とする軸流圧縮機用動翼。
前記第２の面の、前縁側の一端から、前記翼部の前縁近傍に至る領域が、面取りされており、前記第１の面の、後縁側の一端から、前記翼部の後縁近傍に至る領域が、面取りされていることを特徴とする請求項３に記載の軸流圧縮機用動翼。
請求項１から４のいずれか一項に記載の軸流圧縮機用動翼を備えていることを特徴とする軸流圧縮機。