JP6272044B2 - Rotor body seal structure, rotor body and rotating machine - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービン、ガスタービン及びジェットエンジン等に搭載される動翼体のシール構造、このシール構造を備えた動翼体及びこの動翼体を備えた回転機械に関する。 The present invention relates to a sealing structure of a moving blade body mounted on a steam turbine, a gas turbine, a jet engine, and the like, a moving blade body including the sealing structure, and a rotary machine including the moving blade body.
従来、ガスタービンのタービン部や空気圧縮機、蒸気タービン等のような回転機械においては、主軸と一体に回転するロータディスクを備えている。このロータディスクには、外周から放射状に延出するようにして複数の動翼が組み付けられることにより、ロータディスク及び動翼を具備して構成された動翼体となる。
蒸気タービンでは、車室内に導入した蒸気により動翼体を回転させて軸出力が得られ、発電等に使用されるガスタービンのタービン部では、車室内に導入した高温ガスにより動翼体を回転させて軸出力が得られる。一方、ガスタービンの空気圧縮機では、タービン部の軸出力により動翼体が回転して空気を圧縮する。
Conventionally, a rotary machine such as a turbine section of a gas turbine, an air compressor, or a steam turbine includes a rotor disk that rotates integrally with a main shaft. A plurality of rotor blades are assembled to the rotor disk so as to extend radially from the outer periphery, thereby forming a rotor blade body including the rotor disk and the rotor blades.
In the steam turbine, the rotor blade body is rotated by the steam introduced into the vehicle interior to obtain shaft output. In the turbine section of the gas turbine used for power generation, the rotor blade body is rotated by the high-temperature gas introduced into the vehicle interior. Shaft output can be obtained. On the other hand, in the air compressor of a gas turbine, the rotor blade body rotates by the shaft output of the turbine section and compresses air.
図4は、回転機械の一例としてタービンの動翼部を示す要部断面図である。
図示の動翼体1では、主軸(不図示)と一体に回転するロータディスク2の外周面に、複数の動翼(タービン翼)3が放射状に突出して取り付けられている。
各動翼3は、翼根部4と、プラットホーム5と、翼部6とにより構成されている。この動翼3は、いわゆるクリスマスツリー形状断面とした翼根部4を、同形状としたロータディスク2の嵌合溝2aに対して板厚方向から嵌合させることで、固定可能となっている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing a rotor blade part of a turbine as an example of a rotating machine.
In the illustrated moving
Each
このような動翼体1は、周方向に隣接する動翼3のプラットホーム5どうしの隙間7に装着されるシールピンダンパ8を備えている。このシールピンダンパ8は、主軸の軸方向に沿って延在する円柱形状の部材であり、動翼体1の回転時に発生する遠心力を受けて隙間7の入口部に接触する。
このようなシールピンダンパ8は、共振時に動翼3が接触すると摩擦による減衰効果を生じるので、動翼3の振動応答レベルを低減する機能を有している。
Such a moving
Such a
すなわち、従来のタービン翼においては、タービン翼の振動応答レベルを低減する振動対策として、例えば下記の特許文献1〜5に開示されているように、板バネダンパやシールピンダンパを採用することが知られている。これらのダンパは、翼内部や翼間に設置されており、共振時にダンパと翼とが接触して生じる摩擦による減衰効果を有するものである。
また、下記の特許文献6には、翼形部の内部に画成された内部キャビティの少なくとも一つにポリマー材料を充填することが開示されている。
That is, in conventional turbine blades, it is known that, for example, a leaf spring damper or a seal pin damper is adopted as a countermeasure against vibration to reduce the vibration response level of the turbine blade, as disclosed in
上述したように、シールピンダンパ8等の減衰効果を利用したダンパは、回転する動翼体を備えた流体機械を含む回転機械等の機械類において数多く利用されている。しかし、このようなダンパをタービンの動翼部に適用した場合、翼間のダンパが高温の燃焼ガスに晒されるため高温となり、接触面の凝着や摩耗が促進されて翼の振動特性が安定しないという問題を有している。また、諸条件に応じたダンパ特性の変更や、摩耗状況に応じたメンテナンスが困難であるという問題も指摘されている。
As described above, many dampers using the damping effect such as the
一方、発電プラントの安定的な稼働を目標としたとき、翼振動を抑制するダンパの剛性や減衰が安定し、振動予測が容易になるとともに、摩耗などの経年劣化への対応も可能なダンパ構造が望ましい。このような背景から、動翼体及びこの動翼体を備えた回転機械においては、ダンパ構造の耐久性や信頼性を向上させることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐久性や信頼性が高いダンパ構造を備えた動翼体のシール構造、このシール構造を備えた動翼体及びこの動翼体を備えた回転機械を提供することにある。また、本発明においては、経年変化への対応が容易なダンパ構造を備えた動翼体のシール構造、このシール構造を備えた動翼体及びこの動翼体を備えた回転機械を提供することも目的とする。
On the other hand, when the target is stable operation of the power plant, the damper structure that stabilizes the damper's rigidity and damping, which suppresses blade vibration, makes it easier to predict vibrations, and can cope with deterioration over time such as wear. Is desirable. From such a background, it is desired to improve the durability and reliability of the damper structure in the moving blade body and the rotary machine including the moving blade body.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a blade structure having a highly durable and reliable damper structure and a dynamic structure having this seal structure. An object of the present invention is to provide a wing body and a rotating machine provided with the moving wing body. The present invention also provides a sealing structure for a moving blade body equipped with a damper structure that can easily cope with secular change, a moving blade body equipped with the sealing structure, and a rotary machine equipped with the moving blade body. Also aimed.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る動翼体のシール構造は、主軸と一体に回転するロータディスクと、該ロータディスクの外周から放射状に延出するよう組み付けられた複数の動翼と、を具備してなる動翼体のシール構造であって、周方向で互いに隣接する前記動翼のプラットホーム部どうしの隙間に設けられ、回転軸方向に沿って延在するシールピンダンパと、前記隙間に挟み込まれるように設けられるシール部材とを備え、前記シール部材が、粘弾性材料を有し、前記シールピンダンパより径外方向に配設されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
A sealing structure for a moving blade body according to the present invention includes a rotor disk that rotates integrally with a main shaft, and a plurality of moving blades assembled so as to extend radially from the outer periphery of the rotor disk. The body seal structure is provided in a gap between the platform portions of the moving blades adjacent to each other in the circumferential direction, and is provided so as to be sandwiched between the seal pin damper extending along the rotation axis direction. A seal member, the seal member having a viscoelastic material, and being disposed radially outward from the seal pin damper.
このような本発明の動翼体のシール構造は、周方向で互いに隣接する動翼のプラットホーム部どうしの隙間に、回転軸方向に沿って延在するシールピンダンパ及びシール部材を備え、一方のシール部材がシールピンダンパより径外方向に配設されているので、径外方向を流れる流体がシールピンダンパ側にリークすることを防止できる。この結果、シールピンダンパは、流体から高熱等の影響を受けにくくなる。 Such a sealing structure of a moving blade body of the present invention includes a seal pin damper and a sealing member extending along the rotation axis direction in a gap between the platform portions of the moving blades adjacent to each other in the circumferential direction. Since the seal member is disposed radially outward from the seal pin damper, the fluid flowing in the radially outward direction can be prevented from leaking to the seal pin damper side. As a result, the seal pin damper is not easily affected by high heat or the like from the fluid.
上記の発明において、前記シール部材は、前記粘弾性材料と、該粘弾性材料を保持するための収納空間を形成するとともに前記プラットホーム部に支持される高温部材よりなるフレームと、により構成される積層構造とすることが望ましい。このようなシール部材は粘弾性材料を備えているので、粘弾性材料によるシール機能に加えて、粘弾性材料によるダンパ機能も得ることができ、この結果、シールピンダンパを補助的に使用することが可能になる。
また、このような積層構造は、シール部材の取り外しが可能になるため、経年変化への対応を容易にし、さらに、粘弾性材料の補助的なダンパ機能を容易に調整できる。
In the invention described above, the seal member is a laminate formed by the viscoelastic material and a frame formed of a high temperature member that forms a storage space for holding the viscoelastic material and is supported by the platform portion. A structure is desirable. Since such a sealing member is provided with a viscoelastic material, in addition to the sealing function by the viscoelastic material, a damper function by the viscoelastic material can be obtained. As a result, the seal pin damper can be used as an auxiliary. Is possible.
In addition, since such a laminated structure enables the seal member to be removed, it is possible to easily cope with aging and to easily adjust the auxiliary damper function of the viscoelastic material.
本発明の動翼体は、請求項1または2のいずれか1項に記載の動翼体のシール構造を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の回転機械は、請求項3に記載の動翼体を備えることを特徴とするものである。
A moving blade body according to the present invention includes the sealing structure for a moving blade body according to any one of
Moreover, the rotary machine of this invention is provided with the moving blade body of
このような動翼体や回転機械によれば、請求項1または2のいずれか1項に記載の動翼体のシール構造を備えているので、径外方向を流れる流体がシールピンダンパ側にリークすることを防止でき、この結果、シールピンダンパが高温ガス等の流体に晒されることを防止できる。
According to such a moving blade body or rotating machine, since the moving blade body sealing structure according to any one of
上述した本発明によれば、シール部材のシール機能によりシールピンダンパの耐久性や信頼性が向上した動翼体のシール構造となり、このシール構造を備えた動翼体及びこの動翼体を備えた回転機械は、耐久性や信頼性の高いダンパ構造を備えたものとなる。
また、シール部材は取り外しが可能であるため、経年変化に対して容易に対応できるようになり、さらに、シールピンダンパと協働するシール部材の補助的なダンパ機能を適宜調整することにより、すなわち粘弾性材料のダンパ機能を適宜調整することにより、目的に応じたダンパ機能を容易に設計することができる。
According to the above-described present invention, the sealing structure of the moving blade body in which the durability and reliability of the seal pin damper is improved by the sealing function of the sealing member is provided, and the moving blade body including the sealing structure and the moving blade body are provided. The rotating machine has a highly durable and reliable damper structure.
Further, since the seal member can be removed, it becomes possible to easily cope with aging, and further, by appropriately adjusting the auxiliary damper function of the seal member that cooperates with the seal pin damper, that is, By appropriately adjusting the damper function of the viscoelastic material, the damper function according to the purpose can be easily designed.
以下、本発明に係る動翼体のシール構造、このシール構造を備えた動翼体及び回転機械の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、動翼体を備えた回転機械の一例として、タービンの動翼部について説明するが、ガスタービンの空気圧縮機、蒸気タービン及び圧縮機等のように、回転する動翼体を備えた他の回転機械にも適用可能である。
さて、図1に示すタービンの動翼部を構成する動翼体1Aは、図示しない燃焼器から供給される高温高圧の燃焼ガスにより回転する。この動翼体1Aは、図示しない主軸と一体に回転するロータディスク2と、ロータディスク2の外周から放射状に延出するよう組み付けられた複数の動翼3と、を具備して構成される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a sealing structure for a moving blade body according to the invention, a moving blade body including the sealing structure, and a rotary machine will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, the rotor blade part of a turbine will be described as an example of a rotating machine equipped with a rotor blade body. However, a rotating rotor blade body such as an air compressor, a steam turbine, and a compressor of a gas turbine is described. It can also be applied to other rotating machines equipped.
1 is rotated by high-temperature and high-pressure combustion gas supplied from a combustor (not shown). This moving blade body 1A includes a
図示の動翼3は、いわゆるクリスマスツリー形状断面とした翼根部4と、翼基端部となるプラットホーム5と、翼型断面形状を有してプラットホーム5から図示しない車室方向へ突出する翼部6とにより構成されている。この動翼3は、同じくクリスマスツリー形状としたロータディスク2の嵌合溝2aに対し翼根部4を板厚方向から嵌合させることにより、ロータディスク2に固定されている。このような動翼3は、ロータディスク2の外周面から突出して全周にわたって設けられている。なお、動翼3を組み付けたロータディスク2は、主軸の軸方向に1または複数段取り付けられている。
The illustrated moving
上述した動翼3は、周方向で互いに隣接する動翼3のプラットホーム5,5間に隙間7が設けられている。そして、この隙間7には、主軸の軸方向(回転軸方向)に沿って延在するシールピンダンパ8とシール部材10とが、半径方向に並んで設けられている。すなわち、本実施形態の動翼体1Aは、従来から設けられているシールピンダンパ8にシール部材10を追設したシール構造となっており、このシール部材10は、シールピンダンパ8より径外方向となる車室側の隙間7に、換言すれば、シールピンダンパ8よりも動翼3の翼先端部3a側となる隙間7に配設されている。
In the moving
シール部材10は、図1(b)及び図2に示すように、粘弾性材料11と、断面コ字状とした左右一対のフレーム12とにより構成され、フレーム12,12間に粘弾性材料11を挟持した積層構造を有する棒状の部材である。本実施形態のようにタービンの動翼部に用いられる動翼体1Aは、車室側を流れる高温の燃焼ガスに晒されるため、耐熱性を有する粘弾性材料11と、高温部材のフレーム12とが用いられる。
上述した粘弾性材料11の具体例としては、炭素繊維、ニッケル合金繊維、セラミックス複合材料等がある。
As shown in FIGS. 1B and 2, the
Specific examples of the
そして、一対のフレーム12は、不定形の粘弾性材料11を保持するための収納空間を形成し、隙間7を形成するプラットホーム5の側壁面に設けた凹溝部5aに各々嵌合して支持される。このようなフレーム12に好適な高温部材としては、ニッケル合金等を例示できる。
なお、上述した実施形態では、シール部材10のフレーム12を断面コ字状としたが、例えば図3に示す変形例のように、略半円形状の断面を有するフレーム12A,12A間に不定形の粘弾性材料11を挟持する構造のシール部材10Aとしてもよい。
The pair of
In the above-described embodiment, the
また、本実施形態のシールピンダンパ8は、上述した従来構造と同様に、主軸の軸方向に沿って延在する円柱形状の部材である。なお、このシールピンダンパ8については、円柱形状に限定されることはなく、例えば円柱の軸中心部に貫通孔を設けたパイプ形状等のものを採用してもよい。
In addition, the
このように、動翼体1Aの隙間7には、高温の燃焼ガスが流れる車室側から順にシール部材10及びシールピンダンパ8が配設されているので、車室側を流れる燃焼ガスは、シール部材10を通過してシールピンダンパ8に到達することはない。すなわち、シール部材10が車室側を流れる燃焼ガス等の流体をシールするので、流体がシールピンダンパ8側にリークすることを防止できる。この結果、シールピンダンパ8は、流体の影響を受けにくくなり、タービンの動翼部においては、燃焼ガスから高熱の影響を受けにくくなる。
Thus, since the
従って、共振時に動翼3が接触すると摩擦による減衰効果を生じるシールピンダンパ8は、タービンの動翼部において燃焼ガスの熱影響による温度上昇が緩和されるので、温度低下により接触面の凝着や摩耗が防止または抑制される。この結果、シールピンダンパ8は摺動面が安定化するので、動翼3の振動特性を安定させることができる。
Accordingly, the
また、上述した実施形態のシール部材10は、粘弾性材料11を備えた積層構造となっているので、粘弾性材料11によるシール機能に加えて、粘弾性材料11からダンパ機能も得ることができる。粘弾性材料11のダンパ機能は、動翼3が励振力を受けて共振した際に、動翼3の変形に応じてシール部材10の粘弾性材料11が変形するので、粘弾性材料11による内部減衰を得るものである。これにより、共振に伴う動翼3の運動エネルギーは、粘弾性材料11の熱エネルギー(散逸エネルギー)に変換される。
In addition, since the sealing
このように、本実施形態のシール構造は、シール部材10がダンパ機能を有するため、シール部材10のダンパ機能及び併設するシールピンダンパ8のダンパ機能については、シール部材10のダンパ機能を補助的に使用することが可能となる。なお、シール部材10及びシールピンダンパ8のダンパ機能を併用することは、減衰効果の安定及び向上に貢献する。
この結果、シールピンダンパ8の摺動面においては、ダンパ機能の負担が低減されて摩耗量を低減できる。また、シール部材10の劣化によりダンパ機能が低下した場合においても、シールピンダンパ8による従来のダンパ機能があるため、必要な翼振動の抑制効果は確保できる。
Thus, in the seal structure of the present embodiment, since the
As a result, on the sliding surface of the
さらに、積層構造のシール部材10は、動翼体1Aからの取り外しが可能になるため、必要に応じて適宜交換することで経年変化への対応が容易になる。
そして、粘弾性材料11を適宜選択すれば、シール部材10のダンパ機能を容易に調整できることから、目的に応じたダンパ設計が可能になる。
また、上述したシール部材10は、シールピンダンパ8の径外方向に追加して設けるだけであり、従って、実質的に現状の構造を変更することなく適用可能である。
Furthermore, since the sealing
If the
Further, the above-described
上述したシール構造を備えた動翼体1Aは、シール部材10,10Aのシール機能によりシールピンダンパ8の耐久性や信頼性が向上するので、この動翼体1A及びこの動翼体1Aを備えた回転機械は、すなわち、蒸気タービン、ガスタービン及びジェットエンジン等のように回転する動翼体1Aを備えた流体(回転)機械は、翼振動に対する耐久性や信頼性の高いダンパ構造を備えたものとなる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
The moving blade body 1A having the above-described seal structure includes the moving blade body 1A and the moving blade body 1A since the durability and reliability of the
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.
1,1A 動翼体
2 ロータディスク
2a 嵌合溝
3 動翼
4 翼根部
5 プラットホーム
6 翼部
7 隙間
8 シールピンダンパ
10,10A シール部材
11 粘弾性材料
12,12A フレーム
1,
Claims (4)
周方向で互いに隣接する前記動翼のプラットホーム部どうしの隙間に設けられ、回転軸方向に沿って延在するシールピンダンパと、
前記隙間に挟み込まれるように設けられるシール部材とを備え、
前記シール部材が、粘弾性材料を有し、前記シールピンダンパより径外方向に配設されていることを特徴とする動翼体のシール構造。 A rotor blade seal structure comprising: a rotor disk that rotates integrally with a main shaft; and a plurality of rotor blades assembled so as to extend radially from the outer periphery of the rotor disk;
A seal pin damper provided in a gap between the platform portions of the moving blades adjacent to each other in the circumferential direction, and extending along the rotation axis direction ;
A seal member provided to be sandwiched between the gaps,
The sealing structure of a moving blade body, wherein the seal member includes a viscoelastic material and is disposed radially outward from the seal pin damper.
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