JP7250127B2

JP7250127B2 - ロータ及び圧縮機

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Publication number: JP7250127B2
Application number: JP2021525979A
Authority: JP
Inventors: 英貴奥井; 隆博近藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: CN113924420A; US20220228497A1; US11814984B2; KR20210148377A; JPWO2020250674A1; WO2020250674A1; KR102610387B1; DE112020002814T5

Description

本発明は、ロータ及び圧縮機に関する。

ガスタービン、圧縮機等の回転機械は、回転軸に固定されたロータに動翼が固定され、回転軸とロータと動翼が一体で回転する。ここで動翼は、ダブテール部をロータに形成された溝に挿入することで、ロータに固定される。動翼は、ロータの回転時にロータとの連結部であるダブテール部に応力が集中し、損傷の原因になることを防ぐための構造が提案されている。

例えば、特許文献１には、翼根を中心軸に線対称にＳ字形状とし、Ｓ字形状の一部では翼根側に面取り部を設け、他の部分ではロータ側に面取り部を設ける構造が記載される。

実願昭６１－１９３６５０号（実開昭６３－９８４０３号）のマイクロフィルム

特許文献１に記載のように、ロータの溝と、動翼の翼根との接触面の軸方向の端部を面取りし、非接触とすることで、軸方向の端部で応力集中することを抑制でき、損傷の発生を抑制することができる。

ここで、ロータの溝と、動翼の翼根との接触面の構造は、改良の余地がある。また、回転する部分であるため、面取を設け非接触とする構造により、流体の乱れの原因となり、回転機械としての効率の低下の原因となる場合がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、流体の乱れの原因となることを抑制し、かつ、応力集中を抑制することができるロータ及び圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のロータは、ダブテール部と前記ダブテール部と翼部を接続するプラットフォーム部を有する動翼が噛み合う溝を形成したロータであって、前記溝は、前記ロータの回転軸に交差する面に対して開口し、前記回転軸に対して傾斜して延在し、ロータ径方向内側に向かって拡幅して前記ダブテール部と接触する接触部と、ロータ径方向内側の端部の底部と、前記接触部と前記底部の間のつなぎ部と、前記接触部よりもロータ径方向外側に前記プラットフォーム部と対向するプラットフォーム対向部と、前記溝の延在方向の端面に形成された面取り部と、を有し、前記つなぎ部の面取り寸法は、前記溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きい。

前記面取り部は、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記つなぎ部の寸法が、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記プラットフォーム対向部の寸法よりも大きいことが好ましい。

前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記つなぎ部の前記面取り部は、ガス流れ方向上流側が、ガス流れ方向下流側よりも寸法が大きいことが好ましい。

前記面取り部は、前記つなぎ部の寸法が、前記溝の対向する面との距離が最大となる位置の面取り部の寸法であることが好ましい。

前記面取り部は、前記端面の全周に形成されることが好ましい。

前記面取り部は、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記つなぎ部の寸法が、他の部分の寸法よりも大きいことが好ましい。

接触部及び前記つなぎ部の面取り寸法は、前記溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きいことが好ましい。

前記プラットフォーム対向部から前記つなぎ部までの面取り寸法は、前記溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きいことが好ましい。

前記プラットフォーム対向部は、前記動翼の前記プラットフォーム部と前記ダブテール部の間に有するシャンク部に対向する形状を含むことが好ましい。

前記溝は、前記つなぎ部のロータ径方向内側に非接触部を有し、更にロータ径方向内側に前記接触部を有する、前記接触部が多段構造であることが好ましい。

上記の目的を達成するための本発明の圧縮機は、上記のいずれかに記載のロータと、前記ロータに翼根部が係合した動翼と、を含む圧縮機である。

前記動翼は、翼部と、該翼部の根元側と接続されると共に前記翼部の遠心力負荷方向と平行な面を有するプラットフォーム部と、該プラットフォーム部に連なると共に前記プラットフォーム部の径方向内側に配置されたダブテール部を含むことが好ましい。

本発明によれば、流体の乱れの原因となることを抑制し、かつ、応力集中を抑制することができる。

図１は、本実施形態に係るロータ及び圧縮機を搭載したガスタービンの概略構成を示す模式図である。図２は、圧縮機の動翼周辺を示す斜視図である。図３は、圧縮機を軸方向から見た模式図である。図４は、圧縮機を径方向から見た模式図である。図５は、ダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図６は、図５のＡ－Ａ線断面図である。図７は、図６のＢ－Ｂ線断面図である。図８は、他の例のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図９は、他の例のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図１０は、他の例のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図１１は、他の例の圧縮機の動翼周辺を示す斜視図である。図１２は、図１１の圧縮機を軸方向から見た模式図である。図１３は、図１１の圧縮機のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る動翼体及び回転機械の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施形態に係る動翼体を搭載したガスタービンを表す概略構成図である。ガスタービン１０は、図１に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３とを含む。ガスタービン１０は、発電機が連結されており、発電可能となっている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述する主軸３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述する主軸３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。

また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するように主軸３２が位置している。主軸３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、この主軸３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたロータディスク３５が複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたロータディスク５０が複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３７に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３８により支持され、排気室３０が脚部３９により支持されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）が、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することで主軸３２を駆動回転し、この主軸３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。

次に、図２から図５を用いて、本実施形態のロータについて説明する。図２は、圧縮機の動翼周辺を示す斜視図である。図３は、圧縮機を軸方向から見た模式図である。図４は、圧縮機を径方向から見た模式図である。図５は、ダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。

本実施形態のロータは、ガスタービン１０の圧縮機１１に適用されたものである。本実施形態のロータは、主軸３２に固定されたロータディスク５０である。本実施形態では、ロータを主軸３２と別部材のロータディスク５０とし、主軸３２に固定する構造としたが、これに限定されない。ロータは、動翼２４が固定され、動翼２４と回転する構造物であればよく、主軸３２をロータとしてもよい。

図２から図４に示すように、圧縮機１１は、主軸３２と一体に回転可能なロータディスク５０と、ロータディスク５０の外周部から放射状に延出するように装着される複数の動翼２４とを有する。動翼２４は、ロータディスク５０に形成した溝５２に挿入されている。

動翼２４は、翼部４２と、プラットフォーム部４４と、ダブテール部４６と、を有する。動翼２４は、プラットフォーム部４４とダブテール部４６とが一体で形成し、プラットフォーム部４４に翼部４２が溶接で接合する構造とすることができる。また、動翼２４は、翼部４２と、プラットフォーム部４４と、ダブテール部４６と、を一体で形成してもよい。

翼部４２は、横断面形状が流線形をなし、この形状を確保しながら徐々に捩られながら延出しており、基端部がプラットフォーム部４４に固定されて先端部がケーシング（図示略）の内壁面側に延出しており、圧縮空気を円滑に流動させるべく機能する。

プラットフォーム部４４は、翼部４２の根元側と接続されると共に翼部４２の遠心力負荷方向と平行な面を有する。プラットフォーム部４４は、翼部４２とダブテール部４６をつなぐ台座であり、ロータディスク５０の外表面の一部となる。本実施形態のプラットフォーム部４４は、側面の一部がロータディスク５０の溝５２と対面している。つまり、プラットフォーム部４４は、回転軸の径方向において、ロータディスク５０と一部が重なっている。プラットフォーム部４４は、回転方向の幅が一定の平行部となる。

ダブテール部４６は、主軸３２の軸心方向視の断面において、プラットフォーム部４４の径方向内側の端部と連結している。ダブテール部４６は、動翼２４の径方向内側の端部となる。ダブテール部４６は、拡幅部６０と底部６２と角部６４とを有する。拡幅部６０は、プラットフォーム部４４の連結している部分である。拡幅部６０は、主軸３２の軸心方向視の断面において、プラットフォーム部４４と接続する部分から径方向内側に向かって、幅が広くなる。底部６２は、径方向内側の端部となり、径方向内側の面が、溝５２対面する。角部６４は、拡幅部６０と底部６２との接続部であり、径方向内側で、かつ、回転方向の端部となる位置である。角部６４は、主軸３２の軸心方向視の断面において、角度が異なる面となる拡幅部６０と底部６２とを円弧で接続する。

動翼２４は、長手方向が、圧縮空気流れ方向５６に対して傾斜している。つまり、動翼２４は、長手方向が、回転方向５４とのなす角θが９０度ではない角度となる。したがって、プラットフォーム部４４と、ダブテール部４６は、溝５２と対面する面である回転方向の端面と、回転方向とのなす角θが９０度ではない角度となる。

ロータディスク５０は、主軸３２に固定され、主軸３２と一体に回転する。ロータディスク５０は、上述したように、径方向外側の面に溝５２が形成される。ロータディスク５０は、溝５２が回転方向に所定の間隔で複数形成される。溝５２は、動翼２４のプラットフォーム部４４とダブテール部４６が挿入される。

溝５２は、対向部（プラットフォーム対向部）７０と、接触部７２と、底部７４と、つなぎ部７６と、を有する。対向部７０は、溝５２の径方向外側の端部であり、プラットフォーム部４４の回転方向の２つの端面のそれぞれと対面している。対向部７０は、回転方向の幅が一定、主軸３２の径方向の各位置での幅が一定の溝である。接触部７２は、対向部７０の径方向内側に設けられ、拡幅部６０の回転方向の２つの端面のそれぞれと対面している。接触部７２は、主軸３２の径方向内側に向かって幅が広くなる溝である。接触部７２は、ロータディスク５０が回転し、動翼２４に径方向外側に移動する力が働くと、ダブテール部４６の拡幅部６０と接する。底部７４は、溝５２の主軸３２の径方向内側の端部である。つなぎ部７６は、接触部７２と底部７４との接続部であり、径方向内側で、かつ、回転方向の端部となる位置である。つなぎ部７６は、主軸３２の軸心方向視の断面において、角度が異なる面となる接触部７２と底部７４とを円弧で接続する。つなぎ部７６は、ダブテール部４６の角部６４と対面する。溝５２は、圧縮空気流れ方向５６の２つの端面に面取り部７８を有する。面取り部７８は、溝５２の位置により、面取りの寸法が異なる。面取り部７８の寸法については、後述する。

ここで、図４に示すように、溝５２は、主軸３２の径方向視で、延在方向が、動翼２４のプラットフォーム部４４とダブテール部４６の傾きに沿って、圧縮空気流れ方向５６に対して傾斜している。つまり、溝５２は、延在方向が、回転方向５４とのなす角が９０度ではない角度となる。溝５２は、主軸３２の径方向視で、略平行四辺形となり、４つの角部８０、８２、８４、８６が設けられる。

角部８０は、圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面、かつ、回転方向５４の下流側の端部にある。角部８０は、主軸３２の径方向視で、回転方向５４及び圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面とのなす角θ１が鋭角となる。角部８２は、圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面、かつ、回転方向５４の上流側の端部にある。角部８２は、主軸３２の径方向視で、回転方向５４及び圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面とのなす角θ２が鈍角となる。

角部８４は、圧縮空気流れ方向５６の上流側の端面、かつ、回転方向５４の上流側の端部にある。角部８４は、主軸３２の径方向視で、回転方向５４及び圧縮空気流れ方向５６の上流側の端面とのなす角θ_１が、鋭角となる。角部８４のなす角は、角部８０のなす角と同じ角度となる。角部８６は、圧縮空気流れ方向５６の上流側の端面、かつ、回転方向５４の下流側の端部にある。角部８６は、主軸３２の径方向視で、回転方向５４及び圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面とのなす角θ_２が鈍角となる。角部８６のなす角は、角部８２のなす角と同じ角度となる。

次に、図４及び図５に加え、図６、図７を用いて、溝５２の面取り部７８について説明する。図６は、図５のＡ－Ａ線断面図である。図７は、図６のＢ－Ｂ線断面図である。面取り部７８は、上述したように、溝５２の圧縮空気流れ方向５６の上流側の端面及び下流側の端面のそれぞれに設けられる。以下、溝５２の圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面側の面取り部７８について、説明する。

図４から図７に示すように、面取り部７８は、溝５２の全周、つまり対向部７０、接触部７２、底部７４、つなぎ部７６に形成される。面取り部７８は、図６及び図７に示すように断面がＲ形状となる形状である。面取り部７８は、断面をＲ形状とすることで、溝５２に動翼２４を溝５２に挿入しやすくすることができる。なお、面取り部７８は、Ｒ形状に限定されず、切欠き形状としてもよい。

面取り部７８は、鋭角側の角部８０と鈍角側の角部８２とで寸法が異なる。具体的には、面取り部７８は、角部８２側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_２よりも、角部８０側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_１の方が大きい。つなぎ部７６の面取り寸法が、溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きい。本実施形態の面取り部７８は、Ｒ形状の半径を異なる値とすることで、面取り寸法を異なる寸法としている。面取り部７８は、角部８２側のつなぎ部７６の曲面の半径Ｒ_２よりも、角部８０側のつなぎ部７６の曲面の半径Ｒ_１の方が大きい。

また、面取り部７８は、角部８２側の対向部７０及び接触部７２の面取り寸法よりも、角部８０側の対向部７０及び接触部７２の面取り寸法の方が大きい。また、面取り部７８は、底部７４の面取り寸法が、角部８０から角部８２に向かって、小さくなる。面取り部７８は、面取り寸法が徐々に変化する。したがって、面取り部７８は、角部８０側の面取り寸法が角部８２の面取り寸法よりも大きくなり、底部７４で面取り寸法が変化する。

溝５２の圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面側の面取り部７８も、同様の構造となる。つまり、溝５２の圧縮空気流れ方向５６の下流側の端面側の面取り部７８は、鋭角側の角部８４と鈍角側の角部８６とで寸法が異なる。具体的には、面取り部７８は、角部８６側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_４よりも、角部８４側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_３の方が大きい。

ロータディスク（ロータ）５０は、溝５２の面取り部７８を、角部８２側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_２よりも、角部８０側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_１の方が大きい構造とすることで、回転時に溝５２の応力が角部８０側のつなぎ部７６に集中することを抑制することができる。また、角部８２側のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_２を小さくすることで、角度が鋭角となるダブテール部４６の回転方向上流側の端面とつなぎ部７６との隙間を小さくすることができ、回転時に鈍角となる角部８２側での空気の流れの乱れの発生を低減することができる。また、角部８０側のつなぎ部７６は、対面する角部６４の径方向断面が鈍角となり、回転方向下流側に面取りされた溝部５２となるため、乱れの発生を低減することができる。

また、面取り部７８は、鋭角となる角部８０側のつなぎ部７６の寸法が、鈍角となる角部８２側のプラットフォーム対向部７０の寸法よりも大きいことで、応力集中を抑制することができる。また、鈍角となる角部８２側のプラットフォーム対向部７０の面取りの寸法を小さくすることで、鈍角となる角部８２側での空気の流れの乱れの発生を低減することができる。

ここで、鋭角側の角部８０、８４のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_１、Ｃ_３は、１．８ｍｍ以上とすることが好ましい。鈍角側の角部８２、８６のつなぎ部７６の面取り寸法Ｃ_２、Ｃ_４は、１．７ｍｍ以下とすることが好ましい。

ここで、面取り部７８は、つなぎ部７６の寸法が、溝５２の対向する面との距離が最大となる位置の面取り部７８の寸法であることが好ましい。これにより、つなぎ部７６での応力集中をより好適に抑制することができる。

また、面取り部７８は、本実施形態のように端面の全周に形成することで、溝５２に動翼２４に挿入しやすくすることができる。

また、面取り部７８は、本実施形態のように、対向部から前記つなぎ部までの面取り寸法を、鈍角となる角部８２側よりも、鋭角となる角部８０側の方が大きい構造とすることで、面取り部７８を製造しやすくすることができる。

図８は、他の例のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図８に示す溝部５２ａは、面取り部７８ａが形成されている。溝部５２ａは、面取り部７８ａの構造以外は、溝部５２と同様の構造である。面取り部７８ａは、接触部７２及びつなぎ部７６の面取り寸法が、鈍角となる角部８２側よりも、鋭角となる角部８０側の方が大きい。また、面取り部７８ａは、鋭角となる角部８０のつなぎ部７６及び接触部７２の面取り寸法が、鋭角となる角部８０の対向部７０の面取り寸法よりも大きい。また、本実施形態の面取り部７８ａの鋭角となる角部８０の対向部７０の面取り寸法は、鈍角となる角部８２の対向部７０の面取り寸法と同じ寸法である。

面取り部７８は、接触部７２及びつなぎ部７６の面取り寸法が、鈍角となる角部８２側よりも、鋭角となる角部８０側の方が大きいことで、応力集中を抑制しつつ、空気の流れの乱れの発生を低減することができる。また、本実施形態のように、鋭角となる角部８０のつなぎ部７６及び接触部７２の面取り寸法が、鋭角となる角部８０の対向部７０の面取り寸法よりも大きくすることで、つまり、鋭角となる角部８０の対向部７０の面取り寸法を、つなぎ部７６よりも小さくすることで、対向部７０での空気の流れが乱れることを抑制することができる。

面取り部７８は、鋭角となる角部８０側のつなぎ部７６の寸法が、他の部分の寸法よりも大きい構造とすることが好ましい。これにより、つなぎ部７６での応力集中をより好適に抑制することができる。また、上記実施形態では、鋭角となる角部８０側の接触部７２の寸法を鋭角となる角部８０側のつなぎ部７６の寸法と同じ寸法としたが、鋭角となる角部８０側のつなぎ部７６の寸法よりも小さい寸法としても、つなぎ部７６から離れるにしたがって徐々に小さくなる構造としてもよい。

また、溝５２は、溝５２と端面とのなす角が鋭角となる側のつなぎ部の面取り部７８は、圧縮空気流れ方向５６の上流側が、圧縮空気流れ方向５６の下流側よりも寸法が大きい構造とすることが好ましい。つまり、寸法Ｃ_３を寸法Ｃ_１よりも大きくすることが好ましい。これにより、応力集中を低減しつつ、空気の乱れの発生を低減することができる。

図９は、他の例のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図９に示す動翼１２４は、翼部１４２と、プラットフォーム部１４４と、ダブテール部１４６と、を有する。翼部１４２と、ダブテール部１４６と、は、動翼２４の翼部４２とダブテール部４６と同様である。プラットフォーム部１４４は、回転方向の幅が一定の平行部と、シャンク部９２と、を有する。シャンク部９２は、プラットフォーム部１４４のダブテール部１４６側に設けられている。シャンク部９２は、軸方向断面視において、平行部よりも幅が狭くなる凹みが設けられている。ダブテール部１４６は、拡幅部１６０と、底部１６２と、角部１６４と、を有する。

溝１５２は、対向部１７０と、接触部１７２と、底部１７４と、つなぎ部１７６と、を有する。接触部１７２、底部１７４、つなぎ部１７６は、溝５２の接触部７２、底部７４、つなぎ部７６と、同様の構造である。対向部１７０は、プラットフォーム部１４４のシャンク部９２と対面する位置が、幅が変化する構造であり、軸方向断面視において、凸となる形状である。

図１０は、他の例のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図１０に示す動翼２２４は、翼部２４２と、プラットフォーム部２４４と、ダブテール部１４６と、を有する。翼部２４２と、ダブテール部２４６と、は、動翼２４の翼部４２とダブテール部４６と同様である。プラットフォーム部２４４は、シャンク部２９４と、回転方向の幅が一定の平行部２９６と、を有する。シャンク部２９４は、プラットフォーム部２４４のダブテール部２４６側に設けられている。シャンク部２９４は、軸方向断面視において、幅が狭くなる凹みが設けられている。平行部２９６は、シャンク部２９４よりも径方向外側に配置され、ロータディスク２５０よりも径方向外側に突出している。ダブテール部２４６は、拡幅部２６０と、底部２６２と、角部２６４と、を有する。

溝２５２は、対向部２７０と、接触部２７２と、底部２７４と、つなぎ部２７６と、を有する。接触部２７２、底部２７４、つなぎ部２７６は、溝５２の接触部７２、底部７４、つなぎ部７６と、同様の構造である。対向部２７０は、プラットフォーム部２４４のシャンク部２９４と対面する位置が、幅が変化する構造であり、軸方向断面視において、凸となる形状である。

圧縮機１１及びロータディスクは、図９及び図１０に示すように、プラットフォーム部１４４、２４４にシャンク部９２、２９４を設けた構造としてもよい。プラットフォーム部４４及びダブテール部４６の構造は、種々の構造とすることができ、いずれの構造とした場合も鋭角側の角部の各部と、鈍角側の角部の各部が上記関係を満たす構造とすることで、上記効果を得ることができる。

図１１は、他の例の圧縮機の動翼周辺を示す斜視図である。図１２は、図１１の圧縮機を軸方向から見た模式図である。図１３は、図１１の圧縮機のダブテール部と溝を軸方向から見た模式図である。図１１から図１３に示す圧縮機は、動翼３２４が、ロータディスク３５０の溝３５２に挿入される。

動翼３２４は、翼部３４２と、プラットフォーム部３４４と、ダブテール部３４６と、を有する。動翼３２４は、ダブテール部３４６の幅の増加と低減が複数回繰り返されるいわゆるクリスマスツリーの構造である。翼部３４２とは、動翼２４の翼部４２と同様である。

プラットフォーム部３４４は、挿入部３９４と、回転方向の幅が一定の平行部３９６と、を有する。挿入部３９４は、プラットフォーム部３４４のダブテール部３４６側に設けられている。挿入部３９４は、軸方向断面視において、径方向内側に向かって幅が狭くなる構造である。平行部３９６は、挿入部３９４よりも径方向外側に配置され、ロータディスク３５０よりも径方向外側に突出している。

ダブテール部３４６は、拡幅部３６０と、底部３７４と、角部３６４と、縮小部３９６と、を有する。ダブテール部３４６は、拡幅部３６０と、角部３６４と、縮小部３９６と、が径方向の複数位置に設けられている。拡幅部３６０は、径方向内側に向かって幅が広くなる構造である。縮小部３９６は、径方向内側に向かって幅が狭くなる構造である。角部３６４は、拡幅部３６０の径方向内側の端部と縮小部３９６の径方向外側の端部とを接続する。また、角部３６４は、拡幅部３６０と底部３７４とを接続する。

ダブテール部３４６は、径方向外側から内側に向けて、拡幅部３６０、角部３６４、縮小部３９６、拡幅部３６０、角部３６４、縮小部３９６の順で配置され、径方向内側の端部が、拡幅部３６０、角部３６４、底部３７４の順で配置される。

溝３５２は、対向部３７０と、接触部３７２と、底部３７４と、つなぎ部３７６と、非接触部３９８と、を有する。接触部３７２と、つなぎ部３７６と、非接触部３９８と、は、主軸３２の径方向に複数配置される。対向部３７０は、プラットフォーム部３４４の挿入部３９４と対面する位置に配置される。接触部３７２は、ダブテール部３４６の拡幅部３６０と対面する位置に配置される。底部３７４は、ダブテール部３４６の底部３６２と対面する位置に配置される。つなぎ部３７６は、角部３６４と対面する位置に配置される。非接触部３９８は、縮小部３９６と対面する位置に配置される。つまり、溝３５２は、つなぎ部３７６の主軸３２の径方向内側に非接触部３９８を有し、非接触部３９８の主軸３２の径方向内側に接触部３７２を有し、接触部３７２が径方向に複数配置された多段構造となる。溝３５２は、面取り部が設けられている。

面取り部は、上記実施形態と同様に、鋭角側の角部３８０と、鈍角側の角部３８２とで面取り寸法が異なる。具体的には、面取り部は、少なくとも、鋭角側の角部３８０のつなぎ部３７６の面取り寸法が、鈍角側の角部３８２のつなぎ部３７６の面取り寸法よりも大きい。つまり、溝３５２は、鋭角側の角部３８０側の、凹部となる位置での面取りの寸法を相対的に大きくし、かつ、鋭角側の角部３８０側の、凹部となる位置での面取りの寸法を相対的に小さくすることで、応力集中を抑制しつつ、空気の流れのみだれの発生を低減することができる。

また、上述した実施例にて、本発明に係るロータをガスタービンの圧縮機１１に適用して説明したが、タービン１３に適用してもよい。また、ガスタービンに限らず、蒸気タービンなどその他の回転機械に適用することができる。

１１圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
２４動翼
３２主軸
４２翼部
４４プラットフォーム部
４６ダブテール部
５０ロータディスク（ロータ）
５２溝
５４回転方向
５６圧縮空気流れ方向
６０拡幅部
６２底部
６４角部
７０対向部（プラットフォーム対向部）
７２接触部
７４底部
７６つなぎ部
７８面取り部
８０、８２、８４、８６角部

Claims

ダブテール部と前記ダブテール部と翼部を接続するプラットフォーム部を有する動翼が噛み合う溝を形成したロータであって、
前記溝は、前記ロータの回転軸に交差する面に対して開口し、前記回転軸に対して傾斜して延在し、ロータ径方向内側に向かって拡幅して前記ダブテール部と接触する接触部と、ロータ径方向内側の端部の底部と、前記接触部と前記底部の間のつなぎ部と、前記接触部よりもロータ径方向外側に前記プラットフォーム部と対向するプラットフォーム対向部と、前記溝の延在方向の端面に形成された面取り部と、を有し、
前記つなぎ部の面取り寸法は、前記溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きく、
前記面取り寸法は、前記面取り部の、回転方向と、溝における内周面とのなす角の頂点から、面取りが終わる部分までの距離であり、
前記面取り部は、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記つなぎ部の面取り寸法が、
前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記プラットフォーム対向部の面取り寸法よりも大きいロータ。
前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記つなぎ部の前記面取り部は、ガス流れ方向上流側が、ガス流れ方向下流側よりも面取り寸法が大きい請求項１に記載のロータ。
前記面取り部は、前記つなぎ部の全域の面取り寸法が、前記溝の対向する面との距離が最大となる位置の面取り部の面取り寸法である請求項１または請求項２に記載のロータ。
前記面取り部は、前記端面の全周に形成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロータ。
前記面取り部は、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の前記つなぎ部の面取り寸法が、他の部分の面取り寸法よりも大きい請求項４に記載のロータ。
接触部及び前記つなぎ部の面取り寸法は、前記溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きい請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロータ。
前記プラットフォーム対向部から前記つなぎ部までの面取り寸法は、前記溝と前記端面とのなす角が鈍角となる側よりも、前記溝と前記端面とのなす角が鋭角となる側の方が大きい請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロータ。
前記プラットフォーム対向部は、前記動翼の前記プラットフォーム部と前記ダブテール部の間に有するシャンク部に対向する形状を含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のロータ。
前記溝は、前記つなぎ部のロータ径方向内側に非接触部を有し、更にロータ径方向内側に前記接触部を有する、前記接触部が多段構造である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のロータ。
請求項１から９のいずれか一項に記載のロータと、
前記ロータに翼根部が係合した動翼と、
を含む圧縮機。
前記動翼は、翼部と、該翼部の根元側と接続されると共に前記翼部の遠心力負荷方向と平行な面を有するプラットフォーム部と、該プラットフォーム部に連なると共に前記プラットフォーム部の径方向内側に配置されたダブテール部を含む請求項１０に記載の圧縮機。