JPH0598907A - Turbine disk and manufacture thereof - Google Patents

Turbine disk and manufacture thereof

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JPH0598907A
JPH0598907A JP26127291A JP26127291A JPH0598907A JP H0598907 A JPH0598907 A JP H0598907A JP 26127291 A JP26127291 A JP 26127291A JP 26127291 A JP26127291 A JP 26127291A JP H0598907 A JPH0598907 A JP H0598907A
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JP
Japan
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turbine
blade
blades
group
vibration
Prior art date
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Pending
Application number
JP26127291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiji Saito
英治 齊藤
Kiyoshi Namura
清 名村
Masakazu Takazumi
正和 高住
Yoshio Kano
芳雄 鹿野
Kazuo Ikeuchi
和雄 池内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0598907A publication Critical patent/JPH0598907A/en
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a turbine disk having high reliability in which vibration mode of planning design for avoiding resonance, and an excitation degree range which is in resonant condition in relation to the mode can be clearly restricted. CONSTITUTION:At least two kinds of circumferencial direction connecting structures made of tie wire 3 and shroud 2, etc., are provided in positions different from each other in radial direction of a rotor blade 1 installed on a rotor disk 4, and a total circumference one ring blade structure and a group blade structure are provided on one turbine disk. The number of one circumference direction dividing group of the connecting structure of the top end part of the turbine rotor blade 1 by the shroud 2 or the connecting structure of the intermediate part of the turbine rotor blade 1 by the tie wire 3, is set to 12 to 30 pieces. Since an excitation degree range which is in resonant condition is restricted by difference between vibration mode by total circumference one ring blade structure and a vibration mode by group blade structure, it is possible to make design for avoiding resonance easily, and also suppress breakage of rotor blade certainly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンやガスタ
ービンの翼車に係り、特に低圧側など動翼長の大きな翼
車に好適なタービン動翼の構造と、このようなタービン
翼車の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine of a steam turbine or a gas turbine, and more particularly to a structure of a turbine rotor suitable for a rotor having a large rotor length such as a low pressure side, and a turbine rotor of such turbine rotor. It relates to a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】蒸気タービンやガスタービンなどの動翼
は、蒸気などの作動流体の流れと、その乱れ成分による
応力を受け、広い周波数範囲で絶えず励振されており、
このため、動翼には、それが有する数多くの固有振動数
の振動が発生していて、この振動が動翼の信頼性や耐久
性に大きな影響を及ぼす。
2. Description of the Related Art A moving blade such as a steam turbine or a gas turbine is continuously excited in a wide frequency range due to a flow of a working fluid such as steam and stress caused by its turbulent component.
For this reason, the rotor blades generate vibrations with a large number of natural frequencies, which greatly affects the reliability and durability of the rotor blades.

【0003】しかして、この場合、動翼に現われる全て
の振動が問題になるのではなく、動翼に破損を生じさせ
る虞れのある、大きな励振力の周波数と同じ固有振動数
での振動が問題であり、従って、動翼を破損させるには
至らない、小さい励振力と同じ周波数成分を持つ翼の固
有振動については、共振回避設計上考慮に入れない場合
も多い。
However, in this case, not all the vibrations appearing on the moving blades become a problem, but vibrations at the same natural frequency as the frequency of a large exciting force which may cause damage to the moving blades. This is a problem, and therefore, the natural vibration of the blade having a small excitation force and the same frequency component that does not cause damage to the moving blade is often not taken into consideration in the resonance avoidance design.

【0004】ところで、これらの様々な励振力に対する
動翼の振動応答は、各振動モ−ドにおける固有振動数
や、減衰の大きさが関連する。そこで、共振応答の大き
い低次振動モ−ドでの共振は避ける一方、共振応答の小
さい高次振動モ−ドでは共振しても良いような翼構造を
設計するために、隣合う動翼をタイワイヤや帯状のシュ
ラウド等で連結する手法が、従来から広く採用されてい
る。これは、隣合う動翼を連結すれば、翼構造の剛性の
増加と振動減衰の効果が期待できるからである。
By the way, the vibration response of the rotor blade to these various exciting forces is related to the natural frequency and the magnitude of damping in each vibration mode. Therefore, in order to design a wing structure that avoids resonance in a low-order vibration mode with a large resonance response, but can resonate in a high-order vibration mode with a small resonance response, the adjacent blades should be A method of connecting with a tie wire or a band-shaped shroud has been widely adopted from the past. This is because if the adjacent moving blades are connected, the effect of increasing the rigidity of the blade structure and damping the vibration can be expected.

【0005】ここで、以上のように、動翼を互いに連結
する翼構造としては、タービン翼車を構成する全周の動
翼のうち、所定の本数の翼を単位グル−プとして連結
し、複数の単位グループとする、いわゆる群翼構造や、
或いはタービン翼車を構成する全ての動翼の外周を、周
方向にひとまとめにして連結する、いわゆる全周1リン
グ翼構造などが知られている。
Here, as described above, the blade structure for connecting the moving blades to each other has a predetermined number of blades connected as a unit group among the moving blades of the entire circumference of the turbine wheel. A so-called group wing structure that has multiple unit groups,
Alternatively, there is known a so-called all-round one-ring blade structure, in which the outer circumferences of all the moving blades forming the turbine impeller are collectively connected in the circumferential direction.

【0006】このうち、全周1リング翼構造について詳
しく説明すると、この構造では、図8に示すように、円
板の振動モードと類似した固有な振動モード、すなわち
円板の振動モードと同様に全周周方向にわたって1波
長、2波長…とし、いくつかの直径位置に節が存在する
一連の節直径モードの固有振動モードを持つ。
Of these, the full-circumference 1-ring blade structure will be described in detail. In this structure, as shown in FIG. 8, a vibration mode unique to the vibration mode of the disc, that is, a vibration mode of the disc is similar to that. It has one wavelength, two wavelengths, etc. all around the circumference, and has a natural vibration mode of a series of node diameter modes in which nodes exist at several diameter positions.

【0007】そして、この全周1リング翼構造の利点
は、良く知られているように、これらの節直径振動モー
ドでは、タービン運転時に回転数の整数倍(ハーモニク
ス)の周波数成分の励振力が作用したときに、特定の条
件、たとえば節直径数と回転数のハ−モニクスの次数が
一致したときだけ共振するので、最終的に回避すべき翼
構造の共振振動モードの数は大幅に減少し、このため、
翼の共振回避設計が容易になることである。
As is well known, the advantage of this all-round one-ring blade structure is that, in these node diameter vibration modes, the excitation force of the frequency component of an integral multiple of the rotational speed (harmonics) is generated during turbine operation. When it acts, it resonates only when certain conditions, for example, the harmonic diameter orders of the node diameter number and the rotation number match, so that the number of resonant vibration modes of the wing structure to be finally avoided is greatly reduced. ,For this reason,
It is to facilitate the design of avoiding resonance of the wing.

【0008】なお、この種の装置として関連するものと
しては、例えば特開昭57−99213号、特公昭58
−57603号、或いは特開平3−30902号の各公
報の記載を挙げることができる。
Incidentally, as a device related to this kind of device, for example, JP-A-57-99213 and JP-B-58 are known.
-57603 or the respective disclosures of JP-A-3-30902 can be mentioned.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、次のよ
うな問題がある。通常、タービン動翼に作用する励振力
としては、作動流体の流れが、翼車の周方向に均一に分
布しないことから生じる流体励振力があげられる。この
流体励振力は、翼車周方向における流れの不均一分布中
を回転する翼に対して、回転数の整数倍(以下、本明細
書では、これを励振次数と呼ぶ。)の周波数成分を持つ
励振力として作用する。そして、一般に、これらの励振
力は、励振次数が小さいほど強く、励振次数が大きいほ
ど弱くなることが知られている。
The prior art has the following problems. Usually, as the exciting force acting on the turbine rotor blade, there is a fluid exciting force generated because the flow of the working fluid is not uniformly distributed in the circumferential direction of the impeller. This fluid excitation force has a frequency component of an integral multiple of the rotation speed (hereinafter, this is referred to as an excitation order) for a blade rotating in a non-uniform distribution of flow in the impeller circumferential direction. It acts as an exciting force to have. It is generally known that these excitation forces are stronger as the excitation order is smaller and weaker as the excitation order is larger.

【0010】ところで、従来から、経験上、蒸気タービ
ンの低圧側など、長い翼構造を有する部分では、これら
の励振次数が15次以上であれば、動翼は共振しても破
損する危険性が少ないことが判っている。つまり、逆に
共振を避けるべき励振次数で言い表すと、それは15次
未満となる。しかして、励振次数が15次未満の領域で
も、翼の設計次第では、共振しても破損する危険性を生
じない場合もあるが、これが6次以下となると、共振が
発生すれば必ずと言っても良い程、破損が生じてしまう
ため、この6次以下の領域では、どのような場合でも絶
対に共振が発生しないようにしなければならない。
By the way, conventionally, as a result of experience, in a portion having a long blade structure such as a low pressure side of a steam turbine, if the excitation order is 15 or more, the moving blade may be damaged even if it resonates. It is known to be small. In other words, conversely, when expressed by the excitation order that should avoid resonance, it is less than the 15th order. Even in the region where the excitation order is less than 15th order, depending on the design of the blade, there is a case where the risk of breakage does not occur even if it resonates, but when it becomes 6th order or less, it is always said that resonance occurs. However, since the damage will occur as much as possible, it is necessary to absolutely prevent resonance from occurring in any region of the sixth order and below.

【0011】そこで、従来技術では、節直径数と回転数
のハーモニクスの次数が一致したときだけ共振条件を持
つ全周1リング翼構造を採用して、節直径数6以下、場
合によっては15以下の振動モードでの固有振動数が、
各々の節直径数と同一な励振次数での励振力の周波数と
一致しないように設計していた。
Therefore, in the prior art, a full-circle 1-ring blade structure having a resonance condition is adopted only when the harmonics order of the node diameter number and the rotational speed match, and the node diameter number is 6 or less, and in some cases 15 or less. The natural frequency in the vibration mode of
It was designed so as not to match the frequency of the excitation force with the same excitation order as each node diameter number.

【0012】ここで、図4は、全周1リング翼構造で
の、各節直径振動モードの節直径数に対応する固有振動
数の値の変化を模式的に示したグラフで、一般的には、
この図4に示すように、各節直径振動モードの節直径数
に対応する固有振動数の値は、節直径数の増加に伴い単
調に増加する傾向にある。そして前述したように、これ
らの節直径モードが共振する条件は、節直径数と励振次
数が一致したときで、経験的に共振回避を検討すべき節
直径数の範囲は、上記したように、6次以下、又は15
次未満の全ての領域である。
Here, FIG. 4 is a graph schematically showing the change in the value of the natural frequency corresponding to the node diameter number of each node diameter vibration mode in the all-circle one-ring blade structure. Is
As shown in FIG. 4, the value of the natural frequency corresponding to the node diameter number in each node diameter vibration mode tends to monotonically increase as the node diameter number increases. And, as described above, the conditions under which these nodal diameter modes resonate are when the nodal diameter number and the excitation order match, and the range of nodal diameter numbers that should be empirically studied for avoiding resonance is as described above. 6th or lower, or 15
All areas below.

【0013】しかしながら、このように共振を回避すべ
き次数として、特定の次数範囲に限定しても、実際の各
節直径モードの固有振動数の変化は、図4に示したよう
に、節直径数毎に僅かであるため、特定の次数を境とし
たとき、その前後の次数間での固有振動数の差が少な
く、そのため特定の次数以上の節直径モードでは、共振
しても破損の危険は全くないとは必ずしも言い切れず、
従って、従来技術では、充分な信頼性付与の点で問題が
あった。
However, even if the order in which resonance is to be avoided is limited to a specific order range, the actual change in natural frequency of each node diameter mode is as shown in FIG. Since the number is small for each number, there is little difference in the natural frequency between the orders before and after the specific order as a boundary.Therefore, in the node diameter mode above the specific order, there is a risk of damage even when resonating. I cannot always say that there is no
Therefore, the conventional technique has a problem in providing sufficient reliability.

【0014】また、上記したように、従来から、経験的
に、共振を避けるべき励振次数は、6次から15次以下
であるとされてきたが、その一方で翼の長翼化に伴って
翼の剛性が低下し、翼先端部の振動振幅が大きくなるこ
とから、従来の経験では予測されなかった節直径数の大
きい振動モードにおいてさえも、翼が共振することによ
って破損する事故例が生じ、従って、従来技術では、こ
の面でも充分な信頼性の付与が困難であるという問題が
あった。
Further, as described above, it has been conventionally empirically argued that the order of excitation for avoiding resonance is from 6th to 15th or less. Since the rigidity of the blade decreases and the vibration amplitude of the blade tip increases, even in a vibration mode with a large number of nodes diameter, which was not predicted by conventional experience, there are cases of accidents where the blade breaks due to resonance. Therefore, the conventional technique has a problem that it is difficult to provide sufficient reliability in this respect as well.

【0015】さらに、翼の構造設計においては、あらか
じめ振動解析や実験等により、翼構造が共振を避けるべ
き振動モードの固有振動数と励振力の励振次数周波数成
分と一致せず、十分に安全な構造が確保されるように設
計するのであるが、実際のタービン動翼では、タービン
作動回転数範囲から有害な共振を完全に無くすことがで
きない場合もしばしば起こる。そこで、翼の連結構造の
改良を施す必要が生じるが、そのために、従来技術で
は、連結部材の強度や剛性に変化を与えるため、新たな
連結構造に組み替える、或いは翼と連結部材の結合部分
での減衰効果が変化するように結合条件を組み替えるな
どの作業が必要で、製造工程が煩雑になってコストダウ
ンが難しいという問題があった。
Furthermore, in the blade structure design, the natural frequency of the vibration mode and the excitation order frequency component of the excitation force at which the blade structure should avoid resonance do not match, and it is sufficiently safe by vibration analysis and experiments. Although the structure is designed so as to be ensured, in actual turbine blades, it often happens that harmful resonance cannot be completely eliminated from the turbine operating speed range. Therefore, it is necessary to improve the connecting structure of the blades.For that reason, in the prior art, in order to change the strength and rigidity of the connecting member, the connecting structure is changed to a new connecting structure, or the connecting portion between the blade and the connecting member is changed. There is a problem in that it is necessary to change the coupling conditions so that the damping effect of No. 1 changes, and the manufacturing process becomes complicated and it is difficult to reduce costs.

【0016】本発明の目的は、共振回避設計をすべき振
動モードと、それに関わる励振次数範囲が限定でき、充
分な信頼性を有するタービン翼車を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a turbine wheel having sufficient reliability, which can limit the vibration mode to be designed to avoid resonance and the excitation order range related thereto.

【0017】本発明の他の目的は、共振回避設計をすべ
き励振次数範囲を超える高次の振動モードで動翼が共振
しても、翼破損などの危険の虞れが無く、充分な信頼性
を有するタービン翼車を提供することにある。
Another object of the present invention is that there is no risk of blade damage even if the rotor blade resonates in a vibration mode of a higher order exceeding the excitation order range for which resonance avoidance design is to be performed, and there is sufficient reliability. The object is to provide a turbine impeller having properties.

【0018】本発明のさらに他の目的は、簡単な作業工
程でタービン動翼の振動特性が変更でき、ローコスト化
を充分に図ることができるタービン翼車の製造方法を提
供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a turbine wheel, which can change the vibration characteristics of the turbine rotor blade in a simple working process and can sufficiently reduce the cost.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、タービン翼車
を構成する全ての動翼の外周を周方向にひとまとめにし
て全周を切れ目なく連結した全周1リング翼構造と、タ
ービン翼車を構成する全周の動翼のうち、所定の本数の
翼をそれぞれ単位グループとして連結し、全体として複
数の単位グループとした群翼構造を、ひとつの翼車に併
せ持たせることにより、或る節直径数で各々の振動モー
ドに対する固有振動数がステップ状に、しかも大幅に変
化するようにでき、且つ、翼先端部のシュラウド連結構
造によって、翼先端の振動振幅を抑えることにより、比
較的高次の振動モードの共振応答を小さくすることがで
きるという着想に基づいてなされたものであり、従っ
て、上記目的を達成するため、本発明は、以下の手段を
採用したものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to an all-round 1-ring blade structure in which the outer circumferences of all moving blades constituting a turbine impeller are gathered together in the circumferential direction and the entire circumference is seamlessly connected, and a turbine impeller. By combining a predetermined number of blades as a unit group among the rotor blades of the entire circumference that make up a group blade structure having a plurality of unit groups as a whole, The natural frequency for each vibration mode can be changed stepwise and drastically depending on the node diameter, and the shroud connection structure at the blade tip suppresses the vibration amplitude at the blade tip to achieve a relatively high frequency. The present invention is based on the idea that the resonance response of the next vibration mode can be reduced. Therefore, in order to achieve the above object, the present invention adopts the following means.

【0020】(1) タービン動翼の半径方向に離して少な
くとも2種の独立した周方向連結構造をタービン動翼に
持たせ、これら複数個の周方向連結構造の少なくとも1
種を群翼構造とし、且つ、これにより周方向に分割され
るグループ個数が12〜30個の範囲になるようにした
ものである。
(1) The turbine rotor blade is provided with at least two kinds of independent circumferential connection structures separated from each other in the radial direction of the turbine rotor blade, and at least one of the plurality of circumferential connection structures is provided.
The seed is a group wing structure, and the number of groups divided in the circumferential direction by this is in the range of 12 to 30.

【0021】(2) タービン翼車の半径方向に離して少な
くとも2種の独立した周方向連結構造をタービン動翼に
持たせ、これら複数個の周方向連結構造の全てを各周方
向連結構造ごとに単位グループ内の動翼数が異なる群翼
構造とし、且つ、これにより周方向に分割されるグルー
プ個数のうち、いづれかの群翼構造によるグループ個数
が12〜30個の範囲になるようにしたものである。
(2) The turbine rotor blades are provided with at least two kinds of independent circumferential connection structures separated from each other in the radial direction of the turbine impeller, and all of the plurality of circumferential connection structures are provided for each circumferential connection structure. The number of groups of blades in the unit group is different, and the number of groups divided by any of the groups is 12 to 30 among the number of groups divided in the circumferential direction. It is a thing.

【0022】(3) タービン翼車の半径方向の少なくとも
2個所の異なる半径位置において、各々周方向に延びる
連結部材によってタービン動翼を連結する際に、翼先端
側の翼綴り本数と翼中間部の翼綴り本数を同一本数と
し、かつ周方向で分割されるグループ個数が12〜30
個の範囲となるように連結した後、翼中間部の連結構造
をスリーブ等の手段により、全周を切れ目なくひとまと
めに連結するようにしたものである。
(3) At least two different radial positions in the radial direction of the turbine impeller, when connecting turbine blades by connecting members extending in the circumferential direction, the number of blades on the blade tip side and the blade intermediate portion. The number of wing splicing is the same, and the number of groups divided in the circumferential direction is 12 to 30.
After the connection is made within the range of the individual pieces, the connecting structure of the blade intermediate portion is connected all at once with no break by means such as a sleeve.

【0023】(4) タービン翼車の半径方向の少なくとも
2個所の異なる半径位置において、各々周方向に延びる
連結部材によって隣接するタービン動翼を連結する際、
翼先端側の連結構造と翼中間部の連結構造を各々全周切
れ目なくひとまとめに連結する構造にした後、翼中間部
又は翼先端部の連結構造を切断して周方向で分割される
グループ個数が12〜30個の範囲となるようにしたも
のである。
(4) When connecting adjacent turbine moving blades by connecting members extending in the circumferential direction at at least two different radial positions in the radial direction of the turbine impeller,
The number of groups that are divided in the circumferential direction after the connection structure of the blade tip side and the connection structure of the blade middle part are connected together all at once around the whole circumference, and then the connection structure of the blade middle part or the blade tip part is cut. Is in the range of 12 to 30.

【0024】[0024]

【作用】本発明のタービン翼車においては、例えば、翼
先端部の連結構造によっていくつかのグループに分割さ
れた群翼構造と、翼中間部の連結構造によって全周の周
方向にわたり切れ目なくひとまとめに連結される全周1
リング翼構造の2種類の連結構造がひとつのタービン翼
車に混在するので、この翼構造の振動特性は、群翼構造
と全周1リング翼構造の中間の振動特性を持つ。
In the turbine impeller of the present invention, for example, a group wing structure divided into several groups by the connecting structure of the blade tips and a grouping structure of the middle part of the blade are gathered together seamlessly in the circumferential direction of the entire circumference. All around 1 connected to
Since two types of connection structures of ring blade structures are mixed in one turbine impeller, the vibration characteristics of this blade structure have intermediate vibration characteristics between the group blade structure and the all-round one ring blade structure.

【0025】ところで、群翼構造の振動モードは、図7
で示されるように、群翼を構成する連結部材の綴り翼本
数分の振動モードが存在する。そして、各々の振動モー
ドでの固有振動数の相違は、全周1リング翼構造の場合
での各節直径モード毎の固有振動数の相違に比して大幅
に大きくなる。
By the way, the vibration mode of the group wing structure is shown in FIG.
As shown in, there are as many vibration modes as there are splicing blades of the connecting members forming the group blade. The difference in the natural frequency between the vibration modes is significantly larger than the difference in the natural frequency between the node diameter modes in the case of the all-circle 1-ring blade structure.

【0026】そこで、本発明による翼構造のうち、全周
にわたって存在する群翼構造の各グループが、図7で表
わされるような振動モードとなることを考えると、群翼
構造を構成する翼先端部分の連結構造が、軸方向に振れ
る振動の節を持つか否かで、固有振動数は大幅に変化す
る。
In view of the fact that each group of the group blade structure existing over the entire circumference of the blade structure according to the present invention has a vibration mode as shown in FIG. 7, the blade tips forming the group blade structure are considered. The natural frequency changes greatly depending on whether or not the connecting structure of the parts has a node of vibration swinging in the axial direction.

【0027】従って、本発明によるタービン翼車では、
群翼構造の連結部材が軸方向に振れる振動の節を持つか
否かという振動モードの違いで、各々の振動モードに対
する固有振動数の差に開きが生じ、ある節直径数を境に
して固有振動数が大幅に変化するので、共振に関わる励
振次数の範囲が限定できる。
Therefore, in the turbine wheel according to the present invention,
Due to the difference in vibration mode depending on whether the connecting member of the group wing structure has a node of vibration oscillating in the axial direction, there is a difference in the difference in natural frequency for each vibration mode, and there is a natural difference at a certain node diameter. Since the frequency changes drastically, the range of the excitation order related to resonance can be limited.

【0028】ここで、本発明における翼先端側の連結構
造を、翼先端部分を連結するシュラウド連結構造によっ
て行えば、翼の中間部のみをタイワイヤ等で連結する構
造に比べて、翼の先端側の捩れや、周方向の曲げが拘束
される。従って、比較的高次の振動モードでは、殆ど翼
の先端部が節点となるので、翼の中間部分のみを連結し
た場合に比べて、翼の振動振幅は小さく抑えられ、この
ため流体加振力等の励振次数に対する共振応答を極めて
小さく抑えることができる。
Here, if the connecting structure on the blade tip side in the present invention is performed by a shroud connecting structure for connecting the blade tip portions, compared to a structure in which only the middle portion of the blade is connected by a tie wire or the like, the blade tip side. Twisting and bending in the circumferential direction are restrained. Therefore, in relatively high-order vibration modes, the tip of the blade almost becomes the node, so the vibration amplitude of the blade is suppressed to a small level compared to the case where only the middle portion of the blade is connected. It is possible to suppress the resonance response to the excitation order such as the extremely small value.

【0029】また、本発明におけるタービン翼車の製造
方法によれば、タービン動翼を相互に連結するために、
切り離し、再結合が容易なスリーブなどの連結部材を用
い、一旦、全周1リング翼構造或いは群翼構造にした
後、翼先端部連結構造或いは翼中間部の連結構造を全周
1リング翼構造から周方向に12〜30のグループ数で
分割された群翼構造にしたり、或いは群翼構造から全周
1リング翼構造にしたりすることができ、これにより、
全周1リング翼構造と群翼構造の2種類の連結構造がひ
とつの翼車に混在するようにできるので、優れた振動特
性のタービン翼車を簡単な作業工程で容易に製造するこ
とができる。
Further, according to the method for manufacturing a turbine impeller according to the present invention, in order to interconnect the turbine rotor blades,
Using a connecting member such as a sleeve that can be easily separated and re-joined, once the whole-circle 1-ring blade structure or the group blade structure is formed, and then the blade tip connecting structure or the connecting structure of the blade middle portion is changed to the all-round 1-ring blade structure Can be made into a group wing structure divided into 12 to 30 groups in the circumferential direction, or a group wing structure can be made into a full-circle 1-ring wing structure.
Since two types of connection structures, which are the all-round 1-ring blade structure and the group blade structure, can be mixed in one impeller, a turbine impeller with excellent vibration characteristics can be easily manufactured by a simple working process. ..

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明によるタービン翼車及びタービ
ン翼車の製造方法について、図示の実施例により詳細に
説明する。図1、図2は本発明によるタービン翼車の一
実施例で、これらの図において、1は動翼、2はシュラ
ウド、3はタイワイヤ、4はロータディスクを表わす。
動翼1は、その根元部分がロータディスク4に植え込ま
れて固定され、これによりロータディスク4の全周にわ
たって設けられている。そして、さらに、各動翼1に
は、その半径方向の先端部でのシュラウド2による連結
部分と、半径方向中間部でのタイワイヤ3による連結部
分とが存在するように作られている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A turbine impeller and a method for manufacturing a turbine impeller according to the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. 1 and 2 show an embodiment of a turbine wheel according to the present invention. In these drawings, 1 is a moving blade, 2 is a shroud, 3 is a tie wire, and 4 is a rotor disk.
The rotor blade 1 has its root portion implanted in and fixed to the rotor disk 4, so that it is provided over the entire circumference of the rotor disk 4. Further, each rotor blade 1 is formed so that a connecting portion by the shroud 2 at the tip portion in the radial direction and a connecting portion by the tie wire 3 at the middle portion in the radial direction are present.

【0031】このとき、シュラウド2による動翼1の連
結部分の構造は群翼構造をなすように作られ、このとき
のシュラウド2による動翼1の綴り本数は、動翼1の全
体の本数を周方向にわたって12グループに分割した本
数となり、一方、タイワイヤ3による動翼1の連結部分
の構造は、周方向にわたって全ての動翼1が切れ目なく
ひとまとめに連結される全周1リング翼構造となってい
る。
At this time, the structure of the connecting portion of the moving blades 1 by the shroud 2 is made so as to form a group blade structure, and the number of splicing of the moving blades 1 by the shroud 2 at this time is the total number of the moving blades 1. The number is divided into 12 groups in the circumferential direction. On the other hand, the structure of the connecting portion of the moving blades 1 by the tie wire 3 is an all-round 1-ring blade structure in which all the moving blades 1 are connected together in a seamless manner in the circumferential direction. ing.

【0032】つまり、これらの図1と図2において、或
る動翼1a、1bについて見ると、これらは何れもその
先端部にシュラウド2を有するが、しかして、これらの
動翼1a、1bの間はシュラウド2によっては連結され
ておらず、一方、タイワイヤ3によっては連結された構
造となっており、シュラウド2によって連結されている
複数本(この実施例では3本)の動翼1をグループ単位と
して、動翼1a、1bのような翼の連結関係にある部分
が周方向に周期的に存在するように作られているのであ
る。
That is, referring to some moving blades 1a and 1b in FIGS. 1 and 2, these have a shroud 2 at the tip end thereof. The spaces are not connected by the shroud 2 but are connected by the tie wire 3, and a plurality of (three in this embodiment) moving blades 1 connected by the shroud 2 are grouped together. As a unit, the blades 1a and 1b are formed so that the blade-connecting portions periodically exist in the circumferential direction.

【0033】従って、この実施例では、図1、図2から
明らかなように、ひとつの翼車にタイワイヤ3で形成さ
れた全周1リング翼構造と、シュラウド2で形成された
群翼構造を併せ持つことが判る。そして、この結果、こ
の実施例によるタービン翼車は、図8に示した全周1リ
ング翼構造の振動モードのように、全周の翼が周方向に
幾つかの節を持つ節直径振動モードを有し、かつ局所的
には、図7に示したいづれかの振動モードに属する部分
が混在することなる。
Therefore, in this embodiment, as is clear from FIG. 1 and FIG. 2, the all-round 1-ring blade structure formed by the tie wire 3 and the group blade structure formed by the shroud 2 are formed in one impeller. You can see that you will also have it. As a result, the turbine impeller according to this embodiment has a node diameter vibration mode in which the blades of the entire circumference have several nodes in the circumferential direction, like the vibration mode of the all-circle 1-ring blade structure shown in FIG. , And locally, the portions belonging to any one of the vibration modes shown in FIG. 7 are mixed.

【0034】従って、この図1の実施例によるタービン
翼車は、タービン運転時に回転数の整数倍(ハーモニク
ス)の周波数成分の励振力が作用した際、全周1リング
翼構造と同様に、節直径数と励振次数が一致したときに
共振するという条件が備わっている。
Therefore, in the turbine impeller according to the embodiment of FIG. 1, when an exciting force of a frequency component of an integral multiple of the rotation speed (harmonics) acts on the turbine impeller, as in the case of the all-circle one-ring impeller structure, The condition is that resonance occurs when the diameter number and the excitation order match.

【0035】一方、これと共に、この図1の実施例によ
るタービン翼車は、群翼構造を形成するシュラウド2の
振動モードが、図7で示すようなシュラウドで連結した
翼本数分の振動モードの何れかに属するため、群翼構造
の連結部材であるシュラウド部分が軸方向に振れる振動
の節を持つか否かで、各々の振動モードにおける固有振
動数の違いは、全周1リング翼の各節直径モード毎の固
有振動数の相違に比して大幅に大きくなる特性も備わっ
ている。
On the other hand, in addition to this, in the turbine impeller according to the embodiment of FIG. 1, the vibration mode of the shroud 2 forming the group blade structure is the vibration mode of the number of blades connected by the shroud as shown in FIG. Since it belongs to any one of them, the difference in natural frequency in each vibration mode depends on whether or not the shroud portion, which is the connecting member of the group blade structure, has a node of vibration oscillating in the axial direction. It also has the property of becoming significantly larger than the difference in natural frequency for each node diameter mode.

【0036】そこで、次に、図1の実施例に示す翼構造
の中で、シュラウド2により構成される群翼構造の振動
モードについて詳細に考えてみると、まず、図1におい
て、いま、周方向の隣合う群翼構造の各々のグループ
が、軸方向に互いに逆向きに振動したと想定する。そう
すると、この実施例では、全周のシュラウドによって区
分される全周のグループ数は12になっているので、図
9に示すように、全周の節直径数はグループ数の半分の
6となる。
Then, considering the vibration modes of the group blade structure constituted by the shroud 2 in the blade structure shown in the embodiment of FIG. 1, first, in FIG. It is assumed that each group of adjacent group wing structures in the direction oscillates in opposite axial directions. Then, in this embodiment, the number of groups in the entire circumference divided by the shroud in the entire circumference is 12, so that the number of node diameters in the entire circumference is 6, which is half the number of groups, as shown in FIG. ..

【0037】さらに、この場合、シュラウドの部分で、
ひとつの節を有する振動モードについて考えると、図1
0で示すような節直径数が6になる場合が類推できる。
すなわち、図1の実施例で示す翼構造においては、節直
径数が6の振動モードが2種存在し、それらの振動モー
ドのうち、群翼構造の連結部材であるシュラウド部分が
軸方向に振れる振動の節を持つか否かで、固有振動数が
大幅に変わることが判る。以上の一連の節直径数kと固
有振動数の関係を、定性的に示したグラフが図3であ
る。
Further, in this case, in the shroud portion,
Considering the vibration mode with one node,
It can be inferred that the number of node diameters becomes 6 as shown by 0.
That is, in the blade structure shown in the embodiment of FIG. 1, there are two kinds of vibration modes having a node diameter number of 6, and among these vibration modes, the shroud portion which is the connecting member of the group blade structure swings in the axial direction. It can be seen that the natural frequency changes significantly depending on whether or not it has a vibration node. FIG. 3 is a graph qualitatively showing the relationship between the series of knot diameter numbers k and natural frequencies.

【0038】ところで、図1の実施例による翼構造の場
合は、節直径数6で固有振動数が大幅に変わるが、次に
群翼構造の連結部材が節を持ち、固有振動数がステップ
状に大幅に変わる節直径数kをNで表わし、群翼構造を
構成するグループ数をMで表わす場合に、節直径数Nと
グループ数Mの一般的な関係について説明する。
By the way, in the case of the wing structure according to the embodiment of FIG. 1, although the natural frequency varies greatly with the node diameter number 6, the connecting member of the group wing structure has nodes, and the natural frequency is stepwise. A general relationship between the number N of node diameters and the number M of groups will be described in the case where the number k of node diameters significantly changes to N and the number of groups constituting the group wing structure is represented by M.

【0039】群翼構造の連結部材が全く節を持たない振
動モードと、軸方向に振れる振動の節をひとつ持つ振動
モードの各々において、全周の翼構造の節直径数が同じ
になる振動モードは、群翼構造を構成する2つのグルー
プで周方向に1周期分の振動波形を示すため、群翼構造
を構成するグループ数の半分の数(つまり全てのグルー
プ数を2で割った数)と、固有振動数がステップ状に変
わる節直径数とは同じ数値になり、従って、M=2Nの
関係が成り立つ。
In each of the vibration mode in which the connecting member of the group wing structure has no node and the vibration mode in which there is one node of vibration oscillating in the axial direction, the vibration mode in which the number of node diameters of the wing structure on the entire circumference is the same. Shows the vibration waveform for one cycle in the circumferential direction in the two groups that make up the group wing structure, so it is half the number of groups that make up the group wing structure (that is, the number of all groups divided by 2). And the natural frequency becomes the same numerical value as the node diameter number at which the natural frequency changes stepwise, and therefore the relation of M = 2N is established.

【0040】そこで、この関係を利用すれば、翼設計上
共振を回避すべき低次振動モードの励振次数の範囲をN
とし、Nの2倍のグループ数の群翼構造と全周1リング
翼構造をひとつの翼車に併せ持つ翼構造を採用すれば、
節直径数k=Nで、図3に示すような固有振動数がステ
ップ状に変化する振動特性が得られ、節直径数k=Nの
振動モードを境にして、共振を回避すべき節直径数範囲
と高次の振動モードの範囲が限定できることになる。
Therefore, if this relationship is utilized, the range of the excitation order of the low-order vibration mode which should avoid resonance in the blade design is N.
Then, if a wing structure having a group wing structure with twice the number of groups N and a 1-ring wing structure all around the circumference is adopted,
With the node diameter number k = N, the vibration characteristic in which the natural frequency changes stepwise as shown in FIG. 3 is obtained, and the node diameter at which the resonance should be avoided with the vibration mode of the node diameter number k = N as the boundary. It is possible to limit the range of several ranges and higher-order vibration modes.

【0041】ところで、翼構造設計上、周方向にわたっ
ての群翼構造のグループ数を、例えば13、15のよう
に、奇数にしなければならない場合には、(M−1)/2
で表せる節直径数と、(M+1)/2で表せる節直径数の
間で、固有振動数が大幅に変ってしまう。この理由は、
節直径数が(M−1)/2以下の場合は群翼構造の連結部
材であるシュラウド部分が節を持たない振動モードであ
り、節直径数が(M+1)/2以上の場合は群翼構造の連
結部材であるシュラウド部分が軸方向に振れる振動の節
を持つためである。
By the way, when the number of groups of the group wing structure in the circumferential direction must be an odd number such as 13, 15 in designing the wing structure, (M-1) / 2
The natural frequency changes significantly between the number of nodes represented by and the number of nodes represented by (M + 1) / 2. The reason for this is
When the number of nodal diameters is (M-1) / 2 or less, the shroud part, which is the connecting member of the group wing structure, is a vibration mode without nodes, and when the number of nodal diameters is (M + 1) / 2 or more, the group wing is This is because the shroud portion, which is the connecting member of the structure, has a vibration node that shakes in the axial direction.

【0042】従って、節直径数Nの振動モードを境にし
て、共振を回避すべき節直径数範囲と高次の振動モード
の範囲を限定する場合には、Nの2倍のグループ数のシ
ュラウド群翼構造をとらず、2N+1個のシュラウド群
翼構造をとればよく、このようにした実施例によっても
本発明による効果が得られる。
Therefore, in the case where the range of the number of node diameters and the range of higher-order vibration modes in which resonance is to be avoided are limited on the basis of the vibration mode of the number N of node diameters, the shroud having the number of groups twice N is used. A 2N + 1 shroud group wing structure may be used instead of the group wing structure, and the effects of the present invention can be obtained by the embodiment as described above.

【0043】一方、一般的にタービン動翼の振動特性
は、翼の根元が固定条件にあり、従って、翼の先端側が
一番振幅が大きく振れやすい構造になっているが、図1
の実施例では、動翼1の先端部がシュラウド2によって
連結されているため、タイワイヤ等の連結手段を採用し
た場合に比して、翼先端部に現われる捩りモーメントや
周方向の曲げモーメントを更に大きく拘束でき、振動を
充分に抑えることができる。
On the other hand, generally, the vibration characteristics of the turbine rotor blade are such that the root of the blade is in a fixed condition, and therefore the tip end side of the blade has the largest amplitude and is apt to swing.
In the embodiment, since the tip portion of the moving blade 1 is connected by the shroud 2, the twisting moment and the bending moment in the circumferential direction appearing at the blade tip portion are further increased as compared with the case where a connecting means such as a tie wire is adopted. It can be restrained greatly and vibration can be suppressed sufficiently.

【0044】また、節直径数が増す高次の振動モードに
おいては、連結部材の位置が半径方向の振動モードの節
となる。しかして、図1の実施例では、動翼1の先端部
がシュラウド2によって連結され、さらに中間部にタイ
ワイヤ3による連結手段を有しているため、高次の振動
モードにおいては、翼の先端部と中間部の連結構造を有
している部分が節となり、このため、動翼の中間部だけ
を連結している翼構造に比して、大きな振幅を伴う振動
が充分に抑えられので、共振に関わる励振力に十分耐え
る構造となる利点がある。
In the higher-order vibration mode in which the number of node diameters increases, the position of the connecting member becomes a node of the vibration mode in the radial direction. In the embodiment of FIG. 1, however, the tip of the blade 1 is connected by the shroud 2 and the connecting means by the tie wire 3 is further provided in the middle portion. Therefore, in the higher order vibration mode, the tip of the blade is The part that has the connecting structure of the middle part and the middle part becomes a node, and as a result, compared with the blade structure that connects only the middle part of the moving blade, vibration with a large amplitude is sufficiently suppressed, There is an advantage that the structure can sufficiently withstand the excitation force related to resonance.

【0045】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。以上の実施例では、タイワイヤなどによる動翼の中
間部の連結構造として、全周1リング翼構造の場合につ
いて述べてきたが、これに代えて、全周の動翼本数の1
/4程度を連結した場合も、疑似的に全周1リング翼構
造に似た振動特性が得られるので、このようにした実施
例によっても、本発明の目的を達成することができ、従
って、以下、このようにした本発明の一実施例について
説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the above-mentioned embodiments, the case where the whole-circumference 1-ring blade structure is described as the connecting structure of the intermediate portions of the moving blades by the tie wire or the like has been described.
Even if about / 4 is connected, a vibration characteristic similar to a full-circumference 1-ring blade structure can be obtained. Therefore, the object of the present invention can be achieved by this embodiment as well. An embodiment of the present invention thus configured will be described below.

【0046】上記したように、図3は、節直径数kと固
有振動数の関係を各翼構造毎に定性的に示した図である
が、この図3において、全動翼本数の1/4の翼を連結
した一種の群翼構造を考えてみると、この場合でのNの
値は、群翼構造による全周のグループ数が4であるの
で、N=2となる。すなわち、図3のグラフ上では、節
直径数kが2増す毎に振動モードに飛び飛びに固有振動
数の値が示されることになる。
As described above, FIG. 3 is a diagram qualitatively showing the relationship between the node diameter k and the natural frequency for each blade structure. In FIG. Considering a kind of group wing structure in which four blades are connected, the value of N in this case is N = 2 because the number of groups in the entire circumference by the group wing structure is four. That is, on the graph of FIG. 3, the value of the natural frequency is scattered in the vibration mode every time the node diameter number k increases by 2.

【0047】そこで、全周にわるグループ数が12の群
翼構造と、全周の翼本数の1/4の翼を連結した群翼構
造をひとつの翼車に併せ持つ翼構造を考えてみると、そ
の振動特性は、図5のグラフの斜線部分で表わせる領域
に固有振動数が分布するであろうことが予測され、群翼
構造が軸方向に振れる振動の節を持つか否かで固有振動
数は大きく変わるという知見に基づき、結局は節直径数
6で固有振動数が大幅に変わることが予測できる。
Considering a wing structure having a group wing structure in which the number of groups along the entire circumference is 12 and a group wing structure in which one-fourth of the number of blades in the entire circumference are connected, is included in one impeller. , Its vibration characteristics are expected to have a natural frequency distributed in the shaded area of the graph of FIG. 5, and it depends on whether or not the group wing structure has a vibration node that swings in the axial direction. Based on the knowledge that the frequency changes greatly, it can be predicted that the natural frequency will change significantly when the node diameter is 6.

【0048】従って、タービン動翼の中間部の連結構造
は、全周1リング翼構造でなく、周方向にわたって4程
度のグループ数に分割されたものであれば、翼の先端部
の群翼構造を構成する翼の綴り本数と異なる場合でも、
本発明の実施例ということができ、本発明の効果が期待
できることになる。
Therefore, the connecting structure of the middle portion of the turbine rotor blade is not a one-ring blade structure all around, but a group blade structure at the tip of the blade as long as it is divided into four groups in the circumferential direction. Even if it is different from the number of spells that make up the
It can be said that this is an embodiment of the present invention, and the effects of the present invention can be expected.

【0049】そして、この実施例でも、動翼先端部はシ
ュラウドによって連結されているので、高次の振動モー
ドにおいては翼の先端部が節となり、あまり大きな振幅
を伴う振動をしないので、共振に関わる励振力に充分耐
え、高い信頼性が確実に得られるとう利点がある。
Also in this embodiment, since the blade tips are connected by the shroud, the tips of the blades become nodes in high-order vibration modes and do not vibrate with a very large amplitude. It has the advantage that it can sufficiently withstand the exciting force involved and reliably obtain high reliability.

【0050】次に、本発明の一実施例としては、翼構造
設計上の問題がなければ、図1の実施例と反対に、シュ
ラウドなどによる動翼の先端部の連結構造を全周1リン
グ翼構造にし、タイワイヤなどによる翼の中間連結部を
群翼構造にしても良い。その理由は、ひとつの翼車に半
径方向に少なくとも2重以上の連結構造があり、その連
結構造のうちいづれかの部分が12〜30のグループ数
の群翼構造になっていれば、本発明の目的が達成できる
からである。
Next, as an embodiment of the present invention, as long as there is no problem in the design of the blade structure, contrary to the embodiment of FIG. A wing structure may be used, and the intermediate connecting portion of the wing made of tie wire or the like may have a group wing structure. The reason is that one impeller has at least a double or more connecting structure in the radial direction, and if any part of the connecting structure has a group blade structure with a group number of 12 to 30, This is because the purpose can be achieved.

【0051】ところで、以上の説明では、シュラウド或
いはタイワイヤなどの連結部材の材質については、特に
言及しなかったが、本発明の一実施例としては、これら
の連結部材をチタンで作成するようにしてもよい。チタ
ン材はスチール材等に比して比重が小さく、その割には
高い強度を有しているから、動翼に働く遠心力を小さく
でき、その分、軽量化が図れ、且つ耐食性の良さから蒸
気タービンの耐エロージョン効果が増すだけでなく、ス
チール材等との物性値の違いから、翼構造の振動特性を
容易に、しかも微細に調整でき、従って、この連結部材
としてチタンを用いた実施例によれば、共振回避設計に
際して振動特性を変える必要が生じた場合、連結部材で
動翼を連結する位置の変更や連結部材の形状の変更、或
いは翼と連結部材の結合条件や接触条件の変更等の手段
を採らなくとも、そのままの構造や形態等を保ったまま
で、翼間を流れる流れ条件等を損なうことなく、簡単
に、しかも容易に対応することができるという効果があ
る。
By the way, in the above description, the material of the connecting members such as the shroud or the tie wire is not particularly mentioned, but as one embodiment of the present invention, these connecting members are made of titanium. Good. Titanium material has a smaller specific gravity than steel material and has a high strength for that reason, so the centrifugal force that acts on the rotor blade can be reduced, and as a result, it is possible to achieve weight reduction and good corrosion resistance. Not only the erosion resistance effect of the steam turbine is increased, but also the vibration characteristics of the blade structure can be easily and finely adjusted due to the difference in the physical property values from steel materials, etc. Therefore, an example using titanium as this connecting member According to the above, when it is necessary to change the vibration characteristics in the resonance avoidance design, the position of connecting the moving blades with the connecting member or the shape of the connecting member is changed, or the connection condition or contact condition between the blade and the connecting member is changed. Even if such means as described above are not adopted, there is an effect that it is possible to easily and easily cope with the structure, form, etc. of the blade as it is, without impairing the flow conditions flowing between the blades.

【0052】次に、本発明によるタービン翼車製造方法
の実施例について説明する。図6ー1は、本発明による
タービン翼車製造方法の一実施例における流れ図を示し
たもので、まず、あらかじめ振動解析、実験等によっ
て、タービン動翼が作動する際に共振を回避すべき振動
モードの固有振動数が、励振力の励振次数周波数成分と
概ね一致しないと予測した群翼構造を決定し、この群翼
構造になるように、タービン動翼の少なくとも2箇所以
上の半径方向位置に、各々周方向に延びる連結部材を設
け、これによって隣接する動翼を連結する(611)。こ
のとき、動翼の円周方向で分割されるグループ数が12
〜30となるように連結し、群翼構造を得るようにす
る。
Next, an embodiment of the method for manufacturing a turbine wheel according to the present invention will be described. FIG. 6-1 is a flow chart in one embodiment of the method for manufacturing a turbine impeller according to the present invention. First, by vibration analysis, experiments, etc., vibrations that should avoid resonance when the turbine moving blade operates A group blade structure is predicted that the natural frequency of the mode does not substantially match the excitation order frequency component of the excitation force, and at least two or more radial positions of the turbine rotor blade are arranged so that this group blade structure is obtained. A connecting member extending in the circumferential direction is provided to connect adjacent moving blades (611). At this time, the number of groups divided in the circumferential direction of the rotor blade is 12
-30 so that a group wing structure is obtained.

【0053】次に、このタービン翼車を用いて実際に蒸
気加振実験などを行い、共振を回避すべき振動モードの
固有振動数が励振力の励振次数周波数成分と全く一致し
ないかどうか調査し(612)、続いて、これを確認する
(613)。そして、翼構造の共振回避設計上、やむを得
ず動翼の振動特性を変更しなくてはならなくなった場合
には、翼中間部或いは翼先端部の何れかの連結構造に対
してスリーブ等の連結手段を適用し、これにより全周を
切れ目なくひとまとめに連結する(614)。
Next, an actual steam excitation experiment was conducted using this turbine impeller to investigate whether the natural frequency of the vibration mode in which resonance should be avoided does not match the excitation order frequency component of the excitation force at all. (612), then confirm this
(613). When it is unavoidable that the vibration characteristics of the moving blade have to be changed in the resonance avoidance design of the blade structure, a connecting means such as a sleeve is connected to the connecting structure at either the blade middle portion or the blade tip portion. Is applied so that the entire circumference is seamlessly connected (614).

【0054】そして再度、この翼構造を用いて実際に蒸
気加振実験などを行い、共振を回避すべき振動モードの
固有振動数が励振力の励振次数周波数成分と全く一致し
ないかどうか調査するのである(615)。
Then, again, using this blade structure, a steam excitation experiment is actually conducted to investigate whether or not the natural frequency of the vibration mode in which resonance should be avoided does not coincide with the excitation order frequency component of the excitation force. Yes (615).

【0055】また、図6ー2は、本発明によるタービン
翼車製造方法の他の一実施例における流れ図を示したも
ので、まず、あらかじめ振動解析、実験等によって、タ
ービン動翼が作動する際に共振を回避すべき振動モード
の固有振動数が、励振力の励振次数周波数成分と概ね一
致しないと予測した全周1リング翼構造を決定し、この
全周1リング翼構造になるように、タービン動翼の少な
くとも2箇所以上の半径方向位置に、各々周方向に延び
る連結部材を設け、これによって隣接する動翼を連結す
る(621)。
FIG. 6-2 is a flow chart of another embodiment of the method for manufacturing a turbine impeller according to the present invention. First, when the turbine rotor blade is operated by vibration analysis and experiments in advance. In order to avoid this resonance, the natural frequency of the vibration mode should be determined so that it does not substantially match the excitation order frequency component of the excitation force. At least two or more radial positions of the turbine rotor blade are provided with connecting members extending in the circumferential direction, respectively, to connect adjacent rotor blades (621).

【0056】次に、このタービン翼車を用いて実際に蒸
気加振実験などを行い、共振を回避すべき振動モードの
固有振動数が励振力の励振次数周波数成分と全く一致し
ないかどうか調査し(622)、続いて、これを確認する
(623)。そして、翼構造の共振回避設計上、やむを得
ず動翼の振動特性を変更しなくてはならなくなった場合
には、翼中間部或いは翼先端部の何れかの連結構造に対
して連結部材の切断を行ない、これにより翼連結構造の
周方向で分割されるグループ数が12〜30の群翼構造
とする(624)。そして再度、この翼構造を用いて実際
に蒸気加振実験などを行い、共振を回避すべき振動モー
ドの固有振動数が励振力の励振次数周波数成分と全く一
致しないかどうか調査するのである(625)。
Next, an actual steam excitation test or the like is carried out using this turbine impeller to investigate whether the natural frequency of the vibration mode in which resonance should be avoided does not match the excitation order frequency component of the excitation force at all. (622), then confirm this
(623). In the design to avoid the resonance of the blade structure, if it is unavoidable that the vibration characteristics of the moving blade must be changed, disconnect the connecting member to the connecting structure at either the blade middle portion or the blade tip portion. Then, the number of groups divided in the circumferential direction of the blade connecting structure is set to 12 to 30 to form a group blade structure (624). Then, again, using this blade structure, an actual steam excitation test is conducted to investigate whether the natural frequency of the vibration mode in which resonance should be avoided does not match the excitation order frequency component of the excitation force (625). ).

【0057】従来技術では、翼構造の共振回避設計上、
やむを得ず翼構造の振動特性を変更する場合には、動翼
と連結部材の結合条件、或いは接続条件の一方もしくは
双方を変えていた。具体的な例で説明すると、初めに設
定された設計上の翼構造が、連結部材にタイワイヤを用
い、動翼の連結部材結合箇所に孔をあけ、そこにタイワ
イヤを通し、銀ろう等で溶接した構造になっていた場
合、銀ろう等による溶接を外して動翼とタイワイヤがル
ースな状態で連結されているようにして翼連結構造の振
動特性の変更を行なっていた。つまり、このようにし
て、動翼と連結部材との結合条件を変えてやれば、翼と
連結部材間における振動減衰率が変わり、振動特性を変
更させることができるからである。
In the prior art, due to the resonance avoidance design of the wing structure,
When it is unavoidable to change the vibration characteristics of the blade structure, one or both of the connecting condition or the connecting condition between the moving blade and the connecting member is changed. Explaining with a concrete example, the designed blade structure that was initially set uses tie wires for the connecting members, drills holes at the connecting members of the connecting members of the moving blades, inserts the tie wires there, and welds with silver brazing etc. In such a structure, the vibration characteristics of the blade connecting structure were changed by removing the welding using silver brazing or the like so that the moving blade and the tie wire were connected in a loose state. That is, if the coupling condition between the moving blade and the connecting member is changed in this way, the vibration damping ratio between the blade and the connecting member changes, and the vibration characteristic can be changed.

【0058】しかしながら、この従来技術では、全周に
わたって全ての動翼と連結部材の溶接を外すなど、数多
くの動翼と連結部材の結合条件を変更する必要があり、
このため作業工程が多く、また、その結果、動翼と連結
部材間の振動減衰率がどの程度変わり、その結果が動翼
の振動特性変更上どの程度有効に作用するのかの予測が
立て難く、いわば手探り的な作業にならざるを得ず、従
って、確実に必要な振動特性が直ちに得られるという保
証がない。
However, in this conventional technique, it is necessary to change a number of coupling conditions between the moving blades and the connecting members, such as removing welding of all the moving blades and the connecting members over the entire circumference.
For this reason, there are many work processes, and as a result, it is difficult to predict how much the vibration damping ratio between the moving blade and the connecting member will change, and how effectively the result will affect the change in the vibration characteristics of the moving blade. It is a sort of fumbling work, and there is no guarantee that the necessary vibration characteristics will be obtained immediately.

【0059】しかるに、これら図6ー1、6ー2の実施
例によれば、動翼の振動特性を改善する際に従来から行
なっていた作業よりも作業工程が少なくでき、簡単に、
しかも確実に、期待した振動特性を得ることができる利
点がある。
However, according to the embodiments shown in FIGS. 6A and 6B, the number of working steps can be reduced as compared with the work conventionally performed in improving the vibration characteristics of the moving blade, and the
In addition, there is an advantage that the expected vibration characteristic can be surely obtained.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、タービン動翼の共振回
避設計をすべき振動モードと、それに関わる励振次数範
囲が明確に限定でき、余分な共振回避処置を抑えながら
確実に共振が回避され、高い信頼性を容易に得ることが
できる効果がある。
According to the present invention, it is possible to clearly limit the vibration mode for which the resonance of the turbine rotor blade is to be avoided and the excitation order range related thereto, and it is possible to surely avoid the resonance while suppressing extra resonance avoidance measures. There is an effect that high reliability can be easily obtained.

【0061】また、本発明によれば、共振回避設計をす
べき励振次数範囲を超える高次の振動モードで動翼に共
振が起きても、翼破損等につながらないようにできるの
で、充分な信頼性をもったタービン翼車を容易に得るこ
とができる。
Further, according to the present invention, even if resonance occurs in a moving blade in a high-order vibration mode exceeding the excitation order range for which resonance avoidance design is to be performed, it is possible to prevent the blade from being damaged, so that sufficient reliability is ensured. It is possible to easily obtain a turbine turbine wheel having good properties.

【0062】またさらに本発明によれば、簡単な作業工
程でタービン翼構造の振動特性が変更できるので、充分
に共振回避が可能なタービン翼車を容易に製造すること
ができる。
Further, according to the present invention, since the vibration characteristic of the turbine blade structure can be changed by a simple working process, it is possible to easily manufacture a turbine impeller capable of sufficiently avoiding resonance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるタービン翼車の一実施例を示す正
面図である。
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a turbine wheel according to the present invention.

【図2】本発明の一実施例の詳細を示す一部拡大斜視図
である。
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view showing details of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例にかかるタービン翼車の振動
特性を定性的に示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram qualitatively showing vibration characteristics of a turbine wheel according to an embodiment of the present invention.

【図4】従来技術にかかるタービン動翼の振動特性を定
性的に示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram qualitatively showing vibration characteristics of a turbine rotor blade according to a conventional technique.

【図5】本発明の別の一実施例にかかるタービン動翼の
振動特性を定性的に示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram qualitatively showing vibration characteristics of a turbine rotor blade according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明によるタービン翼車の製造方法の一実施
例を示す流れ図である。
FIG. 6 is a flow chart showing an embodiment of a method for manufacturing a turbine wheel according to the present invention.

【図7】群翼構造のタービン動翼が呈する振動モードの
一例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of vibration modes exhibited by a turbine rotor blade having a group blade structure.

【図8】全周1リング翼構造のタービン動翼が呈する振
動モードの一例を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of vibration modes exhibited by a turbine rotor blade having a full-circle one-ring blade structure.

【図9】本発明の一実施例にかかるタービン動翼が呈す
る振動モードの一例を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a vibration mode exhibited by a turbine rotor blade according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例にかかるタービン動翼が呈
する振動モードの一例を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of vibration modes exhibited by the turbine rotor blade according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タービン動翼 1a タービン動翼 1b タービン動翼 2 シュラウド 3 タイワイヤ 4 ロータディスク 1 Turbine rotor blade 1a Turbine rotor blade 1b Turbine rotor blade 2 Shroud 3 Tie wire 4 Rotor disk

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿野 芳雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yoshio Kano Yoshio Kano 502 Jinritsucho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Machinery Research Institute, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Kazuo Ikeuchi 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Stock Hitachi Works Hitachi Factory

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タービン動翼の半径方向の異なる位置
に、周方向連結構造を独立に持つタービン翼車におい
て、上記周方向連結構造の内の少なくとも1により全周
1リング翼構造が、そして残りの内の少なくとも1によ
り群翼構造がそれぞれ形成されるように構成したことを
特徴とするタービン翼車。
1. A turbine impeller having independent circumferential connection structures at different positions in the radial direction of a turbine rotor blade, wherein at least one of the circumferential connection structures has a full-circle 1-ring vane structure, and the rest. A turbine impeller, characterized in that a group blade structure is formed by at least one of the above.
【請求項2】 請求項1の発明において、上記群翼構造
により周方向に分割されて形成されたグループの個数が
12〜30個となるように構成したことを特徴とするタ
ービン翼車。
2. The turbine impeller according to claim 1, wherein the number of groups formed by dividing the group of blades in the circumferential direction is 12 to 30.
【請求項3】 請求項1の発明において、上記周方向連
結構造の内の1がタービン動翼先端部を連結するシュラ
ウドで構成されていることを特徴とするタービン翼車。
3. The turbine wheel according to claim 1, wherein one of the circumferential connection structures is a shroud connecting the turbine rotor blade tips.
【請求項4】 請求項1の発明において、上記全周1リ
ング翼構造がタービン動翼中間部を連結する連結構造で
あり、上記群翼構造がタービン動翼先端側の連結構造で
あることを特徴とするタービン翼車。
4. The invention according to claim 1, wherein the all-round 1-ring blade structure is a connecting structure for connecting a turbine rotor blade intermediate portion, and the group blade structure is a connecting structure for a turbine blade tip side. Characteristic turbine impeller.
【請求項5】 請求項1の発明において、上記周方向連
結構造の少なくとも1がチタン材で構成されていること
を特徴とするタービン翼車。
5. The turbine wheel according to claim 1, wherein at least one of the circumferential connection structures is made of a titanium material.
【請求項6】 タービン翼車の半径方向の少なくとも2
個所の異なる位置で各々周方向に延びる連結部材によっ
て隣接するタービン動翼を連結してなるタービン翼車の
製造方法において、タービン動翼先端側の翼綴り本数と
タービン動翼中間部の翼綴り本数を同一本数とし、且つ
周方向で分割されるグル−プの個数が12〜30個とな
るようにタービン動翼を連結する工程と、上記タービン
動翼中間部の連結構造をスリ−ブ等の手段により、全周
を切れ目なくひとまとめに連結する工程とを含むように
構成したことを特徴とするタービン翼車の製造方法。
6. At least two in the radial direction of the turbine wheel.
In a method for manufacturing a turbine impeller in which adjacent turbine blades are connected by connecting members extending in the circumferential direction at different positions, the number of blades on the tip side of the turbine blade and the number of blades on the middle portion of the turbine blades In the same number, and connecting the turbine moving blades so that the number of groups divided in the circumferential direction is 12 to 30, and the connecting structure of the intermediate portion of the turbine moving blades is provided by a sleeve or the like. And a step of connecting the entire circumference in one piece without interruption by a means.
【請求項7】 タービン翼車の半径方向の少なくとも2
個所の異なる位置において各々周方向に延びる連結部材
によって隣接するタービン動翼を連結してなるタービン
翼車の製造方法において、タービン動翼先端側の連結構
造とタービン動翼中間部の連結構造を各々全周切れ目な
くひとまとめに連結した構造にする工程と、周方向で分
割されるグル−プ数が12〜30となるように上記ター
ビン動翼中間部とタービン動翼先端部の連結構造の少な
くとも一方を切断する工程とを含むように構成したこと
を特徴とするタービン翼車の製造方法。
7. At least two in the radial direction of the turbine wheel.
In a method for manufacturing a turbine impeller in which adjacent turbine moving blades are connected by connecting members extending in the circumferential direction at different positions, a connecting structure at a turbine moving blade tip side and a connecting structure at a turbine moving blade intermediate portion are respectively formed. At least one of a step of forming a structure in which the entire circumference is seamlessly connected together, and a structure of connecting the turbine rotor blade intermediate portion and the turbine blade tip end portion so that the number of groups divided in the circumferential direction is 12 to 30. A method of manufacturing a turbine impeller, comprising:
JP26127291A 1991-09-13 1991-09-13 Turbine disk and manufacture thereof Pending JPH0598907A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019173619A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 三菱重工業株式会社 Rotary machine

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JP2019173619A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 三菱重工業株式会社 Rotary machine

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