JPH08326503A

JPH08326503A - タービン動翼植込部の緩衝材

Info

Publication number: JPH08326503A
Application number: JP13153695A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugita; 孝志杉田; Tomotake Taoka; 智毅田岡; Masateru Nishi; 正輝西
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】組立作業性を向上し、軽量化をも図り得るタ
ービン動翼植込部の緩衝材を提供する。【構成】本発明は、タービンディスク１の溝３とこれ
に収容される動翼２の植込部４との間に介設される緩衝
材５において、上記溝３のくびれ部８と上記植込部４の
肩部６との間に折り畳まれる折畳部１５を形成したもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動翼への応力集中を緩
和すべく、タービンディスクの溝と動翼の植込部との間
に介設される緩衝材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンにあっては、そのタービン
ディスクの外周部に多数の動翼が設けられており、現在
では、軽量化或いは耐熱性向上等のためセラミック製の
動翼が開発されるに至っている。一般にセラミックは脆
性で伸びが期待できないため、局所的に過大な応力が集
中すると一気に破壊に及んでしまう。またタービンディ
スクと動翼との間には、熱変形や加工誤差等に起因する
応力集中が少なくとも生じてしまい、そのため、特に動
翼をセラミック製とした場合、破壊を防ぐ手段としてタ
ービンディスクとの間に緩衝材を介在させることが提案
されている。

【０００３】図５に示すように、タービンディスク１に
は多数（数十個）の動翼２が所定ピッチで取り付けられ
る。タービンディスク１の外周部には開口部がくびれた
断面逆Ω状の溝３が形成され、また動翼２には溝３に適
合する断面球根状の植込部４が形成され、植込部４が溝
３内にスライド的に嵌め込まれることで、動翼２のター
ビンディスク１への取り付けが行われる。タービンディ
スク１は耐熱合金製で、他方動翼２はセラミック製とさ
れる。

【０００４】図６はその取付部分を示す図で、溝３と植
込部４との間には緩衝材５が介設されている。これは本
出願人が先に提案したもので（実願平 5-35219号）、緩
衝材５は薄い金属板により形成されて動翼２の取付けと
同時にスライド挿入される。この動翼２、緩衝材５、及
び溝３の寸法は、挿入がそれほどきつくならない程度に
若干の余裕がもたされている。

【０００５】タービンディスク１が回転され動翼２に遠
心力が加わると、植込部４の両方の肩部６は緩衝材５の
緩衝部７を介して溝３のくびれ部８に押し付けられる。
この厚い緩衝部７が動翼２への応力集中を実質的に緩和
する部分で、緩衝部７は、互いの面形状に合わせて塑性
変形を行ない、加工誤差や熱変形等に起因する形状不整
を吸収して、特に動翼２への応力集中を緩和して破壊を
防止する。緩衝材５は緩衝部７同士を連結する連結部９
をも有し、これは取付時に植込部４を覆うようその形状
に沿って曲げられる。この曲げを容易とするため、連結
部９は緩衝部７の厚さより薄く形成されている。また連
結部９を薄くすることで軽量化にも有利となる。

【０００６】図７は取付前の緩衝材５を示し、図示する
ように緩衝材５は１枚の金属板から一体的に形成されて
いる。緩衝材５の長手方向（即ちタービンディスク１の
厚さ方向で、（ｂ）図では上下方向となる）両端縁は滑
らかな曲線状とされているが、これは図８に示す如くタ
ービンディスク１の溝３が斜めに切られているからであ
る。これにより緩衝材５が曲げられて溝３内に挿入され
ると、その両端縁はタービンディスク１及び植込部４の
両端面と面一状となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の他、
特願平6-152112号や特願平7-8118号の明細書においても
本出願人による緩衝材の提案がなされている。これらに
おいては、種々の機能を有した複数の板材を重ねて積層
する構造であり、組立時にはこれらを重ねて動翼植込部
とともに溝に挿入するようにする。

【０００８】しかし、これらにあっては、材質の異なる
複数の板材及びそれらの加工が必要で、組立時にも同時
に曲げや挿入を行うため組立作業性の点で難があった。

【０００９】また、それらいずれの板材にも、緩衝能に
は無関係な上記連結部が必要となり、重量が重くなると
いう欠点も有していた。

【００１０】そこで、本発明は上記課題を解決すべく創
案されたものであり、その目的は、組立作業性を向上
し、軽量化をも図り得るタービン動翼植込部の緩衝材を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、タービンディスクの溝とこれに収容される
動翼の植込部との間に介設される緩衝材において、上記
溝のくびれ部と上記植込部の肩部との間に折り畳まれる
折畳部を形成したものである。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、折畳部による積層構造が可
能となり、１枚の板材によっても十分な緩衝能を得られ
る厚さを確保できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の好適実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１４】図１に示すように、タービンディスク１の
外周部には断面逆Ω状（ダブテール状）の溝３が形成さ
れている。タービンディスク１はコバルト基等の耐熱合
金からなり、溝３はブローチ加工により精密に加工され
る。溝３は、前記同様、タービンディスク１の全厚に亘
って形成され、その両端が開放されると共に、軸方向に
対しては斜めに形成されている（図８参照）。

【００１５】溝３内には、動翼２の植込部４がスライド
挿入により収容され、植込部４は、溝３に適合する断面
球根状に形成されている。動翼２は一体成形によるセラ
ミック製であり、植込部４はその長さがタービンディス
ク１の厚さと等しくされる。

【００１６】溝３は、その断面が逆Ω状とされることか
ら、その開口部がくびれておりこれによりくびれ部８が
形成される。くびれ部８はその内面が当り面１０とさ
れ、これと対応して植込部４の両方の肩部６外面が当接
面１１となる。ここで当り面１０と当接面１１とは、対
称的に傾斜された断面ハ字状とされ、且つ互いの面同士
が適合し合うよう最小の誤差範囲内で極めて平滑に仕上
げられている。なお、これら面１０，１１は湾曲面とさ
れることもある。

【００１７】植込部４と溝３との間には僅かな隙間１２
が形成され（図は大きめに描かれている）、この隙間１
２には緩衝材５が挟持されるようにして介設される。緩
衝材５は、白金、ニッケル、金、銀等の比較的軟らかい
金属（所謂ソフトメタル）からなり、これらは常温から
高温に至るまで柔軟性、成形性に富み、塑性変形し易く
且つ溶融しない金属である。従ってこの緩衝材５は、そ
の塑性能を利用して互いの形状不整を緩和するものであ
る。

【００１８】図２には、緩衝材５の取付前の状態が示さ
れている。図示するように、緩衝材５は、略矩形の１枚
の金属板から一体的に形成され、その幅方向（図中左右
方向）両側の緩衝部７を中央の連結部９で連結するよう
になっている。ここで特に、緩衝部７には、それぞれ幅
方向外側に突出する余長部１３が形成され、余長部１３
は、図１に示すように、当り面１０と当接面１１との間
で折り畳まれて緩衝部７上に積層配置される。詳しく
は、余長部１３を除く緩衝材５の幅Ｗ₁は、動翼植込部
４への巻き付け長さＬ₁に略等しく、余長部１３の幅方
向の長さＷ₂は、緩衝部７の幅方向の長さＷ₃と等しく
且つ肩部当接面１１の長さＬ₂に略等しいか若干長くさ
れる。なお、これにより緩衝材５の全幅Ｗ＝Ｗ₁＋２Ｗ
₂は巻き付け長さＬ₁より大きくなる。

【００１９】余長部１３は、緩衝部７と等しい厚さｔを
有し、連結部９と、余長部１３及び緩衝部７間を仕切る
溝部１４とはその半分の厚さ 1/2ｔを有する。動翼植込
部４に接触する緩衝材５の裏面（図２（ａ）において上
側）は平面とされ、その反対の表面は凹凸状とされる。
また緩衝材５の長手方向（図２（ｂ）の上下方向）両端
縁は、タービンディスク１の溝３が斜めであるため曲線
状とされているが、特に余長部１３の両端縁は、折り返
した後に緩衝部７の端縁と一致するよう緩衝部７の端縁
と対称的に傾斜されている。

【００２０】このように、緩衝部７、余長部１３及び溝
部１４は、当り面１０と当接面１１との間に折り畳まれ
る折畳部１５を形成する。

【００２１】ここで本実施例の場合、緩衝材５はフォト
エッチング法により精密に作られる。これは母材となる
金属板（金属フォイル或いはシート）にフォトレジスト
膜（フォトマスク）を転写させ、これをエッチング処理
することで所定の凹凸加工や打抜きを行うものである。
具体的には、大きめの金属板の表面側に複数の緩衝材５
の緩衝部７及び余長部１３に相当する部分をマスキング
すると共に、金属板の裏面側を緩衝材５の外辺部（外枠
部分）を除いて全面マスキングする。そしてこれをエッ
チング処理すれば、表面側と裏面側とのマスキングされ
てない部分がハーフエッチングとなり、結果的に金属板
の半分の厚さの連結部９及び溝部１４が形成されると共
に、個々の緩衝材５がばらばらに分割されて出来上がる
ことになる。そしてさらにマスキングの段階において、
金属板裏面側の緩衝材５外辺部にスポット的に数箇所マ
スキングを行えば、完成時にブリッジが形成されて手で
打抜くようにすることもできる。このマスキングは CAD
図面を写真で縮小して行うため極めて精密に仕上げるこ
とができる。

【００２２】次に上記実施例の作用について説明する。

【００２３】緩衝材５及び動翼２の取付けに際して、先
ず緩衝材５全体を植込部４に巻き付けて合わせ曲げを行
い、余長部１３を溝部１４から折り返し或いは折り畳ん
で緩衝部７上に重ねるようにする。そしてその状態で、
緩衝材５が巻かれた植込部４をタービンディスク１の溝
３に挿入するようにすれば、緩衝材５及び動翼２の取付
けが終了する。なおこのとき、緩衝材５の端縁はタービ
ンディスク１及び植込部４の端面と一致するようにな
る。

【００２４】このように、本実施例の場合、折畳部１５
を形成したため、従来のように複数の板材を重ねて挿入
する必要がなく、１枚の板材の曲げ及び挿入のみで済
み、これにより位置決めや挿入が簡単となって組立作業
性を大巾に向上できる。そして溝部１４が折り目を形成
するため、余長部１３の折り曲げも正確且つ容易に行う
ことができる。

【００２５】また、緩衝部７と余長部１３との双方が当
り面１０と当接面１１との形状不整を緩和するようにな
り、それら合計厚さが従来の緩衝部の厚さと等しくなれ
ばよいことから、緩衝材５の全厚ｔは図６乃至図７で示
した従来のものの半分で済むことになり、同時に連結部
９の厚さも薄くなって大巾な軽量化が図れる。ここで、
緩衝材５の厚さｔは0.01mm〜1.0mm の範囲で適宜選択で
き、こうすることによって緩衝部７及び余長部１３によ
る緩衝能、隙間１２の大きさ及び緩衝材５の重量等を最
適にバランスさせることができる。また軽量化により、
動翼２への遠心荷重も大巾に軽減できる。

【００２６】ところで、タービン運転時には、動翼２が
作動ガスからの受熱で比較的高温（例えば1350℃）とな
る一方、タービンディスク１が、隙間１２を通過する冷
却エアにより比較的低温（例えば 800℃）に冷却され
る。また、これらは材質が異なることから熱変形量或い
は伸び量が異なり、これに起因して、動翼２に接触する
緩衝部７と、タービンディスク１に接触する余長部１３
との間にも熱変形差が生じる。しかし、かかる構成にお
いては緩衝部７と余長部１３とが互いにずれて個々に変
形可能であるため、このずれ或いは相対移動によって熱
変形差を吸収できると共に熱応力を緩和でき、緩衝材５
延いてはタービン全体の耐久性、信頼性を向上できる。

【００２７】また、動翼２が受ける遠心力Ｆにより、緩
衝部７と余長部１３とは圧縮力Ｆ_C及びせん断力Ｆ_Sを
受けて変形を行い、これにより緩衝作用を発揮する訳で
あるが、このとき緩衝部７と余長部１３とが互いにせん
断方向にずれることが可能であるため、運転中の振動等
によって圧縮力Ｆ_C及びせん断力Ｆ_Sのバランスが変化
した際にも、これらの相対摩擦移動により緩衝能を高め
ることができる。

【００２８】さらに、上記緩衝材５にあって、外表面部
全体に、或いは緩衝部７と余長部１３との接触面のみ
に、窒化ホウ素（ＢＮ）、二硫化モリブデン（Ｍｏ
Ｓ₂）等の固体潤滑剤によるコーティング層を形成して
もよく、こうすると緩衝部７及び余長部１３間の界面摩
擦を低減でき、一層の緩衝能、耐久性等の向上を図れ
る。

【００２９】そしてまた、緩衝材５の例えば外表面部全
体に、セラミック酸化物、アルミナ、ジルコニア等によ
る耐酸化性コーティング層を形成してもよく、こうする
と高温等による酸化、反応付着を防止でき、耐久性、信
頼性等の向上を図れる。

【００３０】加えて、緩衝材５はフォトエッチング法に
より製作されるため、同一のものを１プロセスで多数且
つ容易に製作でき、コストの低減等を図れる。また、精
密加工が可能となるため、加工・組立精度を向上でき、
組立後のバランス取りを容易にすると共に、再現性も良
好となる。

【００３１】また、緩衝部７及び余長部１３による多層
構造のため、単層構造に比べ各層の厚さを小さくして圧
縮降伏応力と硬度とを高められ、これにより緩衝部７及
び余長部１３の合計の圧縮変形量、延いては動翼２の遠
心方向への変位を減小でき、チップクリアランス（動翼
２先端とケーシングとの隙間）を最小化できるメリット
もある。

【００３２】次に変形実施例について説明する。図３，
図４に示すように、この緩衝材５ａにあっては、両側の
緩衝部７を連結部９で連結する構成は同様であるが、こ
れら緩衝部７には、幅方向外側に突出する第１余長部１
６と、これからさらに外側に突出する第２余長部１７と
がそれぞれ一体的に形成されている。これら緩衝部７、
第１余長部１６及び第２余長部１７の幅Ｗ₃，Ｗ₄，Ｗ
₅はそれぞれ等しくされ、緩衝部７と第１余長部１６と
は表面側の溝部１８によって、第１余長部１６と第２余
長部１７とは裏面側の溝部１９によってそれぞれ区画さ
れている。なおこれら余長部１６，１７を除く緩衝材５
ａの幅Ｗ₁は、動翼植込部４への巻き付け長さＬ₁に略
等しくされる。緩衝部７、第１及び第２余長部１６，１
７は等しい厚さｔを有し、連結部９及び溝部１８，１９
は等しい厚さ 1/2ｔを有する。緩衝部７、第１及び第２
余長部１６，１７の両端縁は、隣接するもの同士が対称
的に傾斜されている。こうして、緩衝部７、第１及び第
２余長部１６，１７、及び溝部１８，１９は折畳部２０
を形成する。

【００３３】この緩衝材５ａが組み付けられると、図３
に示すように、第１及び第２余長部１６，１７は、溝部
１８，１９を折り目とし且つ内側として折り畳まれ、緩
衝部７上に積層された状態となる。よって当り面１０と
当接面１１との間には３層の緩衝層が形成され、これに
よっても前記実施例同様の作用効果を発揮できる。特に
３層構造とすると、前記のような２層構造よりもさらな
る層間すべりを期待でき、これにより緩衝能、熱応力緩
和等のさらなる向上をも期待できる。また連結部９の薄
厚化も期待でき、一層の軽量化をも図り得るものであ
る。

【００３４】尚、本発明は上記実施例以外にも様々な変
形が可能で、例えば余長部の数或いは長さを増してより
多層の構造としたり、余長部の折り方や重ね方を適宜変
更したりすることも可能である。また、かかる緩衝材は
セラミック製動翼のみならず金属製動翼にも適用可能で
ある。

【００３５】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３６】（１）組立作業性を向上できる。

【００３７】（２）軽量化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る緩衝材の一実施例を示す縦断正面
図である。

【図２】緩衝材の取付前の状態を示し、（ａ）は正面
図、（ｂ）は平面図である。

【図３】緩衝材の変形実施例を示す縦断正面図である。

【図４】変形実施例に係る緩衝材の取付前の状態を示
し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。

【図５】タービンディスク及び動翼を示す概略斜視図で
ある。

【図６】従来の緩衝材を示す縦断正面図である。

【図７】従来の緩衝材の取付前の状態を示し、（ａ）は
正面図、（ｂ）は平面図である。

【図８】タービンディスクを示す部分平面図である。

【符号の説明】

１タービンディスク２動翼３溝４植込部５，５ａ緩衝材６肩部７緩衝部８くびれ部１３余長部１４，１８，１９溝部１５，２０折畳部１６第１余長部１７第２余長部ｔ厚さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンディスクの溝とこれに収容され
る動翼の植込部との間に介設される緩衝材において、上
記溝のくびれ部と上記植込部の肩部との間に折り畳まれ
る折畳部を形成したことを特徴とするタービン動翼植込
部の緩衝材。
【請求項２】上記折畳部が、折り目を形成する溝部を
有した請求項１記載のタービン動翼植込部の緩衝材。
【請求項３】厚さが0.01mm以上 1.0mm以下とされた請
求項１又は２記載のタービン動翼植込部の緩衝材。
【請求項４】外表面部に耐酸化性コーティング層が形
成された請求項１乃至３記載のタービン動翼植込部の緩
衝材。
【請求項５】外表面部に固体潤滑剤によるコーティン
グ層が形成された請求項１乃至３記載のタービン動翼植
込部の緩衝材。