JP5501610B2 - タービン翼およびガスタービン - Google Patents
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Description
翼形部とシュラウド部との間の固定は、シュラウド部に設けた差込口に翼形部から突出した差込部を差込むテノンタイプの固定方法や、上述の差込口に、翼形部から広がって形成された差込ツバ部を差し込むポークチョップタイプの固定方法が挙げられる。
また翼形部とシュラウド部とを一体構造として成型する場合や加工する場合もある。
このシール構造は、加工の容易さや補修の容易さを考慮して、翼形部またはシュラウド部と別構造として形成され、形成後に翼形部またはシュラウド部と組み合わせる構成であってもよい。
上述の励振力としては、回転する動翼の後流流れ(ウェーク)による励振力や、干渉流れ(ポテンシャル)による励振力などを例示することができる。
このため、翼形部やシュラウド部に対しては、振動応答が発生したとしても疲労亀裂を起こさない体格強度を持たせる設計が行われるとともに、静翼の固有振動数を、静翼に働くと予想される励振周波数からずらす、言い換えると離調させる必要がある。
このようにすることで、プロファイル部と連接されたシュラウド部が共振により振動変形すると、シュラウド部とバネとが摺動して、シュラウド部とバネとの間に摩擦力が働く。すると、シュラウド部とバネとの摺動面において振動エネルギが摩擦エネルギ(熱エネルギ)に変換され、静翼の振動が減衰される。
(例えば、特許文献1参照。)。
本発明のタービン翼は、翼形部の端部に配置されたシュラウド部と、前記シュラウド部に対してスライド移動可能であるとともに着脱可能とされ、前記シュラウド部との間に空間を形成する端部筐体と、前記空間に配置され、前記シュラウド部と前記端部筐体とを離間させる方向に付勢する弾性部と、前記弾性部と前記シュラウド部との間に配置され、前記シュラウド部に接近離間可能とされるとともに、前記シュラウド部と相対移動可能に配置された摩擦部と、が設けられていることを特徴とする。
そのため、より多くの翼形部およびシュラウド部の振動に係るエネルギが、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部およびシュラウド部の振動がより減衰されやすい。
その一方で、バネの各頂部をそれぞれシュラウド部に当接させることにより、一つのバネにより複数の摩擦部がシュラウド部に押し付けられる。
その一方で、摩擦部を端部筐体に接近させることにより、弾性部による付勢力は摩擦部および端部筐体により受け止められるため、シュラウド部に対して端部筐体をスライド移動させる場合や、端部筐体を着脱させる場合に、シュラウド部と端部筐体との接触面に働く摩擦力を小さくして、スライド移動や着脱を容易にすることができるという効果を奏する。
ガスタービン1には、図1に示すように、圧縮部2と、燃焼部3と、タービン部4と、回転軸5と、が設けられている。
なお、圧縮部2としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
圧縮部2には、図1および図2に示すように、ガスタービン1のケーシング6に取り付けられる静翼(タービン翼)10と、回転軸5により回転駆動される円板状のロータディスク(図示せず)の円周面に配置される動翼と、が設けられている。
静翼10と動翼とは、回転軸5における周方向に等間隔に並んで配置されているとともに、回転軸5の軸線方向に交互に並んで配置されている。
なお、燃焼部3としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
なお、タービン部4としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
図3は、図2の静翼におけるシールホルダ近傍の構成を説明する断面図である。
静翼10は、図2および図3に示すように、外側シュラウド部11と、翼形部12と、内側シュラウド部(シュラウド部)13と、シールホルダ(端部筐体)14と、バネ(弾性部)15と、ダンピングプレート(摩擦部)16と、ハニカムシール17と、が設けられている。
外側シュラウド部11の形状や、翼形部12との接続方法としては、公知の形状や方法を用いることができ、特に限定するものではない。
翼形部12には、周囲の流体の流れにおける上流側端部である前縁LEと、下流側端部である後縁TEと、凸状に湾曲した面である負圧面と、凹状に湾曲した面である正圧面とが設けられている。
シールホルダ14は、外側シュラウド部11と同様に、複数の翼形部12および内側シュラウド部13に対して一つのシールホルダ14が配置されている。
言い換えると、シールホルダ14には、周方向外側(図3の上側)に向かって開口した溝部が形成されている。
なお、二つのバネ15を上述のように同じ位相で配置してもよいし、図4に示すように異なる位相で配置してもよく、特に限定するものではない。
図4に示すバネ15の配置では、一のバネ15の頂部がダンピングプレート16に接触している場所で、他のバネ15の頂部はシールホルダ14と接触している。
ダンピングプレート16は、内側シュラウド部13と同様に、複数の翼形部12および内側シュラウド部13のそれぞれに対して一つのダンピングプレート16が配置されている。
ダンピングプレート16には、圧縮ボルト18が螺合されるボルト孔16Hと、内側シュラウド部13と対向する面に形成された逃がし溝16Gと、が設けられている。
圧縮ボルト18における一方の端部がダンピングプレート16のボルト孔16Hに螺合されている。圧縮ボルト18における他方の端部は、シールホルダ14の貫通孔14Hに挿通されている。圧縮ボルト18の他方の端部には、圧縮ボルト18とともに、バネ15を圧縮するナット(圧縮部)19が螺合される。
ハニカムシール17としては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
図6は、図3の静翼におけるシールホルダの取り付け時または取り外し時の状態を説明する模式図である。
まず、シールホルダ14における内部にバネ15およびダンピングプレート16を配置し、圧縮ボルト18の他方の端部をシールホルダ14の貫通孔14Hに挿通する。そして、圧縮ボルト18の他方の端部にナット19を螺合して、ダンピングプレート16をシールホルダ14の底板部14Bに接近させ、バネ15を圧縮する。
そして、図7に示すように、ナット19を圧縮ボルト18から取り外し、ダンピングプレート16を内側シュラウド部13に接触させることにより、シールホルダ14の取付けが完了する。
シールホルダ14の取り外しは、上述の工程を逆から順に行うことにより行われる。
ガスタービン1が運転されると、圧縮部2を流れる流体等の影響により静翼10に振動が生じる。具体的には、静翼10の翼形部12および内側シュラウド部13が周方向に振れる振動が発生する。
また、バネ15は、シールホルダ14および内側シュラウド部13により囲まれた空間内に配置されているため、たとえ、バネ15が破損しても当該空間から飛び出して翼形部12に損傷を与えることを防止することができる。
そのため、より多くの翼形部12および内側シュラウド部13の振動に係るエネルギが、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部12および内側シュラウド部13の振動がより減衰されやすい。
その一方で、バネ15の各頂部をそれぞれダンピングプレート16に当接させることにより、一つのバネにより複数のダンピングプレート16が内側シュラウド部13に押し付けられる。
なお、上述の実施形態のように、二つのバネ15をダンピングプレート16とシールホルダ14との間に配置してもよいし、図8に示すように、四つのバネ15をダンピングプレート16とシールホルダ14との間に配置してもよく、バネ15の数を特に限定するものではない。
なお、上述の実施形態のように、シールホルダ14にハニカムシール17を配置し、ロータ21にシールフィン22を配置してもよいし、図9に示すように、シールホルダ14にシールフィン22を配置し、ロータ21のシールフィン22と対向する位置に段差を設けたラビリンスシールとしてもよく、特に限定するものではない。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明のタービン翼をガスタービンの圧縮部における静翼に適用して説明したが、ガスタービンのタービン部における静翼に適用することもできるものである。
10 静翼(タービン翼)
12 翼形部
13 内側シュラウド部(シュラウド部)
14 シールホルダ(端部筐体)
15 バネ(弾性部)
16 ダンピングプレート(摩擦部)
16G 逃がし溝
18 圧縮ボルト(圧縮部)
19 ナット(圧縮部)
Claims (9)
- 翼形部の端部に配置されたシュラウド部と、
前記シュラウド部に対してスライド移動可能であるとともに着脱可能とされ、前記シュラウド部との間に空間を形成する端部筐体と、
前記空間に配置され、前記シュラウド部と前記端部筐体とを離間させる方向に付勢する弾性部と、
前記弾性部と前記シュラウド部との間に配置され、前記シュラウド部に接近離間可能とされるとともに、前記シュラウド部と相対移動可能に配置された摩擦部とが設けられ、
前記摩擦部における前記シュラウド部と接触する面には、前記翼形部が回転する回転軸に平行である方向に延びる逃がし溝が設けられていることを特徴とするタービン翼。 - 翼形部の端部に配置されたシュラウド部と、
前記シュラウド部に対してスライド移動可能であるとともに着脱可能とされ、前記シュラウド部との間に空間を形成する端部筐体と、
前記空間に配置され、前記シュラウド部と前記端部筐体とを離間させる方向に付勢する弾性部と、
前記弾性部と前記シュラウド部との間に配置され、前記シュラウド部に接近離間可能とされるとともに、前記シュラウド部と相対移動可能に配置された摩擦部と、
前記弾性部の圧縮量が調整されるように、前記摩擦部を前記端部筐体部に接近させる圧縮部と
が設けられていることを特徴とするタービン翼。 - 複数の翼形部の端部にそれぞれ配置された複数のシュラウド部と、
前記複数のシュラウド部に対してスライド移動可能であるとともに着脱可能とされ、前記複数のシュラウド部との間に空間を形成する端部筐体と、
前記空間に配置され、前記複数のシュラウド部と前記端部筐体とを離間させる方向に付勢する弾性部と、
前記弾性部と前記複数のシュラウド部との間に配置され、前記複数のシュラウド部に接近離間可能とされるとともに、前記複数のシュラウド部と相対移動可能に配置された摩擦部とを備え、
前記弾性部は、前記複数のシュラウド部が並ぶ方向に沿って延びるとともに、略波形に形成された板状の複数のバネであり、
該複数のバネの頂部が前記摩擦部または前記端部筐体と当接され、
前記複数のバネは略平行に並んで配置されるとともに、前記複数のバネのうちの一のバネの頂部に対して前記複数のバネのうちの他の前記バネの頂部がずれて配置されていることを特徴とするタービン翼。 - 前記複数のシュラウド部は、前記複数の翼形部のそれぞれに独立して配置され、
前記複数のシュラウド部に対して、一つの前記端部筐体が着脱可能とされ、
前記複数のシュラウド部および前記一つの端部筐体により形成される前記空間に、一つの前記シュラウド部に対して一つの前記摩擦部が配置されていることを特徴とする請求項3記載のタービン翼。 - 前記摩擦部には、前記摩擦部から前記端部筐体に向かって延び、前記端部筐体を貫通して突出するとともに、前記摩擦部を前記端部筐体に接近させて前記弾性部を圧縮する圧縮部が設けられていることを特徴とする請求項3から4のいずれかに記載のタービン翼。
- 前記摩擦部における前記シュラウド部と接触する面には、前記端部筐体がスライド移動する方向に対して交差する方向に延びる逃がし溝が設けられていることを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載のタービン翼。
- 請求項3から請求項6のいずれかに記載のタービン翼が設けられていることを特徴とするガスタービン。
- 複数の翼形部の端部にそれぞれ配置されたシュラウド部が振動した際に、
複数の弾性部により前記シュラウド部に押し付けた摩擦部と前記シュラウド部の内部との間で摺動を発生させる摺動発生工程と、
前記摺動発生工程において発生させた前記摺動によって、前記振動の振動エネルギーを前記シュラウド部と前記摩擦部との間に発生する摩擦エネルギーに変換するエネルギー変換工程と
を備える振動減衰方法において、
前記弾性部は、複数の前記シュラウド部が並ぶ方向に沿って延びるとともに、略波形に形成された板状の複数のバネであり、
一のバネの頂部と当接しないシュラウド部に対して他のバネの頂部を当接させておくことにより全てのシュラウド部に対してバネを当接させるタービン翼の振動減衰方法。 - 複数の翼形部の端部にそれぞれ配置された複数のシュラウド部との間に空間を形成する端部筐体の内部に弾性部および摩擦部を配置する工程と、
圧縮ボルトの端部を前記端部筐体の貫通孔に挿入する工程と、
前記圧縮ボルトの端部にナットを螺合して前記摩擦部を前記端部筐体の底板部に接近させ、前記弾性部を圧縮する工程と、
前記端部筐体を前記シュラウド部に嵌め合わせる工程と、
前記摩擦部を前記シュラウド部に接触させる工程と
を備える静翼組立方法において、
前記弾性部は、複数の前記シュラウド部が並ぶ方向に沿って延びるとともに、略波形に形成された板状の複数のバネであり、
前記複数のバネは略平行に並んで配置されるとともに、前記複数のバネのうちの一のバネの頂部に対して前記複数のバネのうちの他のバネの頂部をずらして配置する静翼組立方法。
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