WO2021166757A1 - タービン翼及びタービン - Google Patents

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WO2021166757A1
WO2021166757A1 PCT/JP2021/004929 JP2021004929W WO2021166757A1 WO 2021166757 A1 WO2021166757 A1 WO 2021166757A1 JP 2021004929 W JP2021004929 W JP 2021004929W WO 2021166757 A1 WO2021166757 A1 WO 2021166757A1
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WO
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shank
recess
contour
blade
root portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/004929
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English (en)
French (fr)
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喬 横山
敏広 竹田
敏史 貫野
光 黒崎
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三菱重工業株式会社
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Publication date
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Priority to DE112021001069.7T priority patent/DE112021001069T5/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/70Shape
    • F05D2250/71Shape curved
    • F05D2250/712Shape curved concave
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/94Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • This disclosure relates to turbine blades and turbines.
  • the blade root of a turbine blade used for a turbine is a part where centrifugal stress due to the centrifugal load transmitted from the airfoil and thermal stress due to the temperature difference from the platform repeatedly act, and the stress concentration part. Is. For this reason, in order to suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade, a device for reducing the stress at the blade root portion has been made.
  • Patent Document 1 discloses a turbine blade in which a lightening portion (pocket) is provided in a neck portion (shank) located between a platform on which an airfoil portion is provided and a blade root portion. Further, Patent Document 1 describes that a fillet whose curvature changes is provided in the lightening portion in order to reduce the stress acting on the blade root portion.
  • a stress distribution occurs in the blade root portion of the turbine blade, and for example, the stress may be relatively large in the central portion of the blade root portion in the extending direction (or the front-rear direction (turbine axial direction)). Therefore, it is desired to effectively equalize the stress distribution at the blade root and suppress the decrease in the fatigue life of the turbine blade.
  • At least one embodiment of the present invention aims to provide a turbine blade and a turbine capable of effectively equalizing the stress distribution at the blade root portion.
  • the turbine blade according to at least one embodiment of the present invention is Platform and An airfoil portion extending from the platform in the blade height direction and having a pressure surface and a negative pressure surface extending between the leading edge and the trailing edge.
  • the shank is A first side surface provided on the pressure surface side along the extending direction of the wing root portion and having a first recess, and A second side surface provided on the negative pressure surface side along the extending direction of the wing root portion and having a second recess, and Have,
  • the first recess and the second recess include the central position of the shank in the extending direction of the wing root portion.
  • the formation length of the first recess along the extending direction of the wing root portion is larger than the formation length of the second recess along the extending direction of the wing root portion.
  • the turbine according to at least one embodiment of the present invention is With the turbine blades mentioned above, A rotor disk having a blade groove that engages with the blade root portion of the turbine blade, and To be equipped.
  • a turbine blade and a turbine capable of effectively equalizing the stress distribution at the blade root portion.
  • FIG. 2 It is a schematic block diagram of the gas turbine which concerns on one Embodiment. It is a figure which looked at the turbine blade which concerns on one Embodiment in the direction from the leading edge to the trailing edge. It is a figure which looked at the turbine blade shown in FIG. 2 in the direction from a negative pressure surface to a pressure surface. It is a figure which shows the AA cross section of FIG. It is a figure which shows the BB cross section of FIG. It is a figure which shows the cross section orthogonal to the blade height direction of the turbine blade which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the cross section orthogonal to the blade height direction of the turbine blade which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the cross section orthogonal to the blade height direction of the turbine blade which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the cross section orthogonal to the blade height direction of the turbine blade which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine according to an embodiment.
  • the gas turbine 1 is rotationally driven by a compressor 2 for generating compressed air, a combustor 4 for generating combustion gas using compressed air and fuel, and a combustion gas.
  • a turbine 6 configured as described above is provided.
  • a generator (not shown) is connected to the turbine 6.
  • the compressor 2 includes a plurality of stationary blades 16 fixed to the compressor cabin 10 side, and a plurality of moving blades 18 planted in the rotor 8 so as to be alternately arranged with respect to the stationary blades 16. .. Air taken in from the air intake 12 is sent to the compressor 2, and this air passes through the plurality of stationary blades 16 and the plurality of moving blades 18 and is compressed to achieve high temperature and high pressure. It becomes compressed air.
  • Fuel and compressed air generated by the compressor 2 are supplied to the combustor 4, and the fuel is burned in the combustor 4 to generate combustion gas which is a working fluid of the turbine 6. Will be done.
  • the gas turbine 1 has a plurality of combustors 4 arranged in the casing 20 along the circumferential direction with the rotor 8 (rotor axis C) as the center.
  • the turbine 6 has a combustion gas passage 28 formed by the turbine casing 22, and includes a plurality of stationary blades 24 and moving blades 26 provided in the combustion gas passage 28.
  • the stationary blades 24 are fixed to the turbine casing 22 side, and a plurality of stationary blades 24 arranged along the circumferential direction of the rotor 8 form a stationary blade row.
  • the moving blades 26 are planted in the rotor 8, and a plurality of moving blades 26 arranged along the circumferential direction of the rotor 8 form a moving blade row.
  • the stationary blade rows and the moving blade rows are arranged alternately in the axial direction of the rotor 8.
  • the combustion gas from the combustor 4 that has flowed into the combustion gas passage 28 passes through the plurality of stationary blades 24 and the plurality of moving blades 26, whereby the rotor 8 is rotationally driven around the rotor axis C. ,
  • the generator connected to the rotor 8 is driven to generate electric power.
  • the combustion gas after driving the turbine 6 is discharged to the outside through the exhaust chamber 30.
  • the turbine blades (Construction of turbine blades) Next, the turbine blades according to some embodiments will be described.
  • the moving blades 26 (see FIG. 1) of the turbine 6 of the gas turbine 1 will be described as the turbine blades 40 according to some embodiments, but in other embodiments, the turbine blades are the gas turbine 1 It may be the stationary blade 24 of the turbine 6 (see FIG. 1), or the moving blade or the stationary blade of the steam turbine.
  • FIG. 2 is a view of the turbine blade 40 according to one embodiment viewed in a direction from the leading edge to the trailing edge (cord direction), and FIG. 3 shows pressure of the turbine blade 40 shown in FIG. 2 from a negative pressure surface. It is a view seen in the direction toward the surface (rotor circumferential direction), and FIG. 4 is a view showing the AA cross section of FIG. Note that FIG. 2 shows the turbine blade 40 together with the rotor disk 32 of the turbine 6.
  • the turbine blades 40 (moving blades 26) according to the embodiment are located on opposite sides of the platform 42 in the blade height direction (also referred to as the span direction) with the platform 42 interposed therebetween. It includes an airfoil portion 44 and a blade root portion 51, and a shank 60 located between the platform 42 and the blade root portion 51.
  • the airfoil portion 44, the platform 42, the blade root portion 51, and the shank 60 may be integrally formed by casting or the like.
  • the airfoil portion 44 is provided so as to extend in the blade height direction with respect to the rotor 8.
  • the airfoil portion 44 has a leading edge 46 and a trailing edge 48 extending along the blade height direction, and has a pressure surface 50 and a negative pressure surface 52 extending between the leading edge 46 and the trailing edge 48.
  • a hollow portion 34 may be formed inside the airfoil portion 44.
  • the hollow portion 34 may function as a cooling passage through which a cooling fluid for cooling the airfoil portion 44 flows.
  • the blade root portion 51 is engaged with the blade groove 33 provided in the rotor disk 32 that rotates together with the rotor 8.
  • the turbine blade 40 is planted in the rotor 8 (see FIG. 1) of the turbine 6 and rotates together with the rotor 8 about the rotor axis C.
  • the blade root portion 51 has a bearing surface 54.
  • the bearing surface 54 is a portion of the surface of the blade root portion 51 that comes into contact with the surface of the blade groove 33 of the rotor disk 32 when the rotor 8 rotates and centrifugal force is applied to the turbine blade 40. That is, the bearing surface 54 is a surface facing in the direction from the blade root portion 51 toward the airfoil portion 44 (that is, a surface facing the radial outer side of the rotor 8) in the blade height direction.
  • the blade root portion 51 may extend so as to be inclined with respect to the axial direction of the turbine 6 (the direction of the rotor axis C). That is, the blade root portion 51 of the turbine blade 40 may be inserted into the blade groove 33 provided in the rotor disk 32 so as to be inclined with respect to the axial direction of the turbine 6.
  • the straight line Lc1 in the figure is the center line of the platform 42, and the straight line Lc2 is the center line of the shank 60.
  • FIG. 5 is a diagram showing a BB cross section of FIG. 6 to 8 are views showing cross sections of the turbine blade 40 according to the embodiment orthogonal to the blade height direction of the shank 60, respectively.
  • the "width direction" of the shank 60 crosses the turbine blade 40 from the pressure surface 50 side of the airfoil portion 44 to the negative pressure surface 52 side (or from the negative pressure surface 52 side to the pressure surface 50 side). Refers to the direction.
  • the width direction of the shank 60 corresponds to the circumferential direction of the rotor 8.
  • the shank 60 of the turbine blade 40 has a first side surface 62 provided on the pressure surface 50 side along the extending direction of the blade root portion 51 and along the extending direction of the blade root portion 51. It has a second side surface 66 provided on the negative pressure surface 52 side. Further, the shank 60 has a front end surface 70 and a rear end surface 72, and the first side surface 62 and the second side surface 66 are between the front end surface 70 and the rear end surface 72 along the extending direction of the wing root portion 51. It is postponed.
  • the first side surface 62 has a first recess 64 that is recessed from the pressure surface 50 side toward the negative pressure surface 52 side (that is, from the first side surface 62 side toward the second side surface 66 side).
  • the second side surface 66 has a second recess 68 that is recessed from the negative pressure surface 52 side toward the pressure surface 50 side (that is, from the second side surface 66 side toward the first side surface 62 side).
  • the first recess 64 and the second recess 68 are provided in the central region of the shank 60 in the extending direction of the wing root portion 51. That is, as shown in FIGS. 6 to 8, in the cross section of the shank 60 orthogonal to the blade height direction, the first recess 64 and the second recess 68 are the central positions of the shank 60 in the extending direction of the blade root portion 51 ( It is formed so as to include the position indicated by the straight line Lc3 in the figure). Then, in the above-mentioned cross section, the formation length L1 of the first recess 64 along the extending direction of the wing root portion 51 is larger than the formation length L2 of the second recess 68 along the extending direction of the wing root portion 51. ..
  • a stress distribution occurs in the blade root portion 51 of the turbine blade 40, and for example, the stress may be relatively large in the central portion of the blade root portion 51 in the extending direction (or the front-rear direction (turbine axial direction)).
  • the airfoil portion 44 has a curved concave shape on the pressure surface 50 and a curved convex shape on the negative pressure surface 52, for example, as shown in FIG. 4, the extending direction (or front and rear) of the airfoil portion 51 In the central region of the shank 60 in the direction (turbine axial direction), the camber of the airfoil portion 44 above the shank 60 is biased toward the second side surface 66 side of the first side surface 62 of the shank 60.
  • FIG. 4 the camber of the airfoil portion 44 above the shank 60 is biased toward the second side surface 66 side of the first side surface 62 of the shank 60.
  • the camber line Lcam of the airfoil portion 44 is the center line Lc1 of the platform 42 or the shank in the central region of the shank 60 in the extending direction of the blade root portion 51 (that is, the extending direction of the shank 60). It projects toward the negative pressure surface 52 side (that is, the second side surface 66 side) from the center line Lc2 of 60. Therefore, the airfoil portion 44 is located closer to the negative pressure surface 52 side (closer to the second side surface 66 side) in the central region in the extending direction of the blade root portion 51, and is closer to the pressure surface 50 side in the region closer to the end portion than the central region. It is located (closer to the first side surface 62).
  • the airfoil portion 44 is mainly located upward (that is, outward in the radial direction of the turbine) in the central region of the shank 60, and the load transmission from the airfoil portion 44 is relatively large.
  • the second concave portion 68 on the side surface 66 side (negative pressure surface 52 side) is formed relatively short, and the airfoil portion 44 is not mainly located above, and the load transmission from the airfoil portion 44 is relatively small.
  • the first recess 64 on the side (pressure surface 50 side) is formed to be relatively long.
  • the wall thickness of the central portion of the shank 60 (thickness in the width direction of the shank 60) can be effectively reduced, thereby effectively reducing the rigidity of the central portion of the shank 60 and forming the airfoil.
  • the load transmitted from the portion 44 to the shank 60 can be distributed to the front end side and the rear end side. Therefore, it is possible to effectively equalize the stress distribution at the blade root portion 51 and suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade 40.
  • the first side surface 62 is connected to a first front contour 63a connected to a front end surface 70 and a rear end surface 72. Includes a first rear contour 63b and a first recessed contour 63c that is located between the first front contour 63a and the first rear contour 63b to form a first recess 64.
  • the first recess contour 63c is connected to the first front edge 63a at a connection point P A1, is connected to the first rear edge 63b at a connection point P A2.
  • the first anterior contour 63a and the first posterior contour 63b respectively, at least partially overlap the linear first reference contour 74 extending along the extending direction of the wing root portion 51.
  • the first front edge 63a is in the region including at least the connection point P A1, it is provided so as to overlap the first reference contour 74 straight extending along the extending direction of the blade root 51.
  • First rear edge 63b, in the region including at least the connection point P A2 is provided so as to overlap the first reference contour 74 described above.
  • the first concave contour 63c is located inward from the pressure surface 50 side with respect to the first reference contour 74. That is, the first concave contour 63c is located closer to the center line Lc2 of the shank 60 than the first reference contour 74.
  • the second side surface 66 is formed on the second front contour 67a connected to the front end surface 70 and the rear end surface 72. Includes a second rear contour 67b to be connected and a second recess contour 67c located between the second front contour 67a and the second rear contour 67b to form a second recess 68.
  • the second concave contour 67c is connected to the second front contour 67a at the connection point P B1 and is connected to the second rear contour 67b at the connection point P B2.
  • the second anterior contour 67a and the second posterior contour 67b respectively, at least partially overlap the linear second reference contour 76 extending along the extending direction of the wing root portion 51.
  • the second front contour 67a is provided so as to overlap the linear second reference contour 76 extending along the extending direction of the wing root portion 51 , at least in the region including the connection point P B1.
  • the second rear contour 67b is provided so as to overlap the above-mentioned second reference contour 76 in a region including at least the connection point P B2.
  • the second concave contour 67c is located inward from the negative pressure surface 52 side with respect to the second reference contour 76. That is, the second concave contour 67c is located closer to the center line Lc2 of the shank 60 than the second reference contour 76.
  • the entire first front contour 63a and the first rear contour 63b are provided so as to overlap the first reference contour 74. Further, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the entire second front contour 67a and the second rear contour 67b are provided so as to overlap the first reference contour 74.
  • the total length of the shank 60 in the extending direction of the wing root portion 51 on the above-mentioned cross section is defined as L. Further, on the above-mentioned cross section, the formation length of the first recess 64 in the extending direction of the wing root portion 51 is L1, and the formation length of the second recess 68 is L2 (see FIGS. 6 to 8).
  • the meat of the central portion of the shank 60 is provided.
  • the thickness can be effectively reduced. Therefore, the rigidity of the central portion of the shank 60 can be effectively reduced, and the load transmitted from the airfoil portion 44 to the shank 60 can be distributed to the front end side and the rear end side, and the stress distribution in the blade root portion 51 is effective. Can be equalized.
  • the formation length L1 of the first recess 64 is greater than L / 3 and 2L / 3 or less, and the formation length L2 of the second recess 68 is L / 3 or more and 2L. Less than / 3.
  • the formation length L1 of the first recess 64 is larger than L / 3, and the formation length L2 of the second recess 68 is L / 3 or more, so that the wall thickness of the central portion of the shank 60 is thick. Can be effectively reduced. Further, since the formation length L1 of the first recess 64 is 2L / 3 or less and the formation length L2 of the second recess 68 is less than 2L / 3, the shank 60 can have an appropriate strength. .. Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to effectively reduce the wall thickness of the central portion of the shank 60 while giving the shank 60 an appropriate strength.
  • the rigidity of the central portion of the shank 60 can be effectively reduced, and the load transmitted from the airfoil portion 44 to the shank 60 can be distributed to the front end side and the rear end side, and the stress distribution in the blade root portion 51 is effective. Can be equalized.
  • the first average depth which is the average of the depths D1 (see FIGS. 6 to 8) of the first recess 64 in the width direction of the shank 60, and the width direction of the shank 60.
  • the ratio of the depth D2 (see FIGS. 6 to 8) of the second recess 68 to the second average depth is 0.9 or more and 1.1 or less. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 8, the ratio of the first average depth to the second average depth is about 1.
  • the average depth of the central portion of the first recess 64 having a length L1 / 2 and the central portion of the second recess 68 having a length L2 / 2 The ratio to the average depth of is 0.9 or more and 1.1 or less. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 6 and 8, the above-mentioned ratio of these average depths is about 1.
  • the first side surface 62 side (pressure surface 50 side) and the second side surface of the shank 60 are made substantially the same. It is possible to suppress the bias of the load transmission with the 66 side (negative pressure surface 52 side). As a result, the stresses on the pressure surface 50 side and the negative pressure surface 52 side of the blade root portion 51 can be equalized, or the generation of bending stress due to the bias of the load in the shank 60 can be suppressed. Therefore, the stress distribution in the blade root portion 51 can be effectively equalized, or the generation of stress in the shank 60 can be suppressed.
  • the depth D1 of the first recess 64 and the depth D2 of the second recess do not necessarily have to be the same. That is, in some embodiments, the above-mentioned ratio of the first average depth to the second average depth may be less than 0.9 or greater than 1.1.
  • the shank 60 is directed toward the front end surface 70 or the rear end surface 72 on the front end surface 70 side or the rear end surface 72 side of the first recess 64 and the second recess 68. It may have thickness reduction portions 80, 82 that reduce the thickness of the shank 60.
  • the shank 60 has a thickness reduction on the front side where the thickness of the shank 60 decreases toward the front end surface 70 on the front end surface 70 side of the first recess 64 and the second recess 68. It has a part 80.
  • the shank 60 has a thickness reduction portion 82 on the rear end surface 72 side of the first recess 64 and the second recess 68, in which the thickness of the shank 60 decreases toward the rear end surface 72.
  • the thickness of the shank 60 which has a relatively small load transmission from the airfoil portion 44, increases toward the front end surface 70 or the rear end surface 72 on the front end surface 70 side or the rear end surface 72 side. Since the reduced thickness reducing portions 80 and 82 are provided, the cross-sectional area of the shank 60 can be reduced to reduce the load acting on the wing root portion 51 via the shank 60. Therefore, it is possible to reduce the stress generated in the blade root portion 51 and suppress the decrease in the fatigue life of the turbine blade 40.
  • the first recess 64 and the second recess 68 define a cross section including the blade height direction and the width direction of the shank 60 (that is, a cross section orthogonal to the front-rear direction (turbine axial direction)).
  • the minimum thickness position 78 of the shank to be formed is included in the range of 0.4H or more and 0.6H or less in the total height range of the shank 60 represented by using the total height H of the shank 60.
  • the height of the shank 60 in the present specification, the wing in the height direction, and the connecting position P C of the shank 60 and the blade root 51 is the length between the lower surface 43 of the platform 42.
  • Connecting position P C is a straight line La1 connecting the bottom point P1 ⁇ P3 of the plurality of teeth 55 of the blade root portion 51 (or the approximate line) is defined as the intersection of the surface of the blade root portion 51 and shank 60 (FIG. 5 reference).
  • the minimum thickness position 78 of the shank 60 is provided in the central region of 0.4H or more and 0.6H or less in the total height range of the shank 60. It is possible to reduce the cross-sectional area and gradually increase the cross-sectional area toward the wing root portion 51. As a result, the load transmission to the blade root portion 51 in the shank 60 is promoted, and the load sharing in the radial outer portion of the blade root portion 51 is increased, so that the load fractionation in the radial inner portion of the blade root portion 51 is increased. Can be made relatively small. Therefore, the stress distribution in the blade root portion 51 can be effectively equalized.
  • the first recess 64 and the second recess 68 extend over the entire range of the shank 60 in the blade height direction. That is, the first recess 64 and second recess 68, in the blade height direction, extend over the entire region between the connecting position P C of the above, the lower surface 43 of the platform 42.
  • the wall thickness of the central portion of the shank 60 is effective.
  • the rigidity of the central portion of the shank 60 can be effectively reduced, and the load transmitted from the airfoil portion 44 to the shank 60 can be distributed to the front end side and the rear end side. .. Therefore, the stress distribution at the blade root portion 51 can be effectively equalized.
  • At least one of the first recess 64 or the second recess 68 has a fillet at the end in the blade height direction and is connected to the platform 42 or blade root 51 via the fillet. Will be done.
  • the first recess 64 is connected to the platform 42 at the radial outer end (the end on the platform 42 side) via the outer fillet portion 58A, and is also connected to the platform 42. It is connected to the wing root portion 51 via the inner fillet portion 59A at the radial inner end portion (the end portion on the wing root portion 51 side). Further, the second recess 68 is connected to the platform 42 via the outer fillet portion 58B at the radial outer end portion (the end portion on the platform 42 side), and the radial inner end portion (wing root portion). At the end on the 51 side), it is connected to the wing root portion 51 via the inner fillet portion 59B.
  • At least one of the first recess 64 or the second recess 68 is the platform 42 or the wing root portion 51 via a fillet portion (outer fillet portions 58A, 58B or inner fillet portions 59A, 59B). Since it is smoothly connected to the shank 60, stress concentration in the shank 60 can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade 40.
  • the radius of curvature of the outer fillet portion 58A of the first recess 64 is smaller than the radius of curvature of the inner fillet portion 59A of the first recess 64. In some embodiments, the radius of curvature of the outer fillet portion 58B of the second recess 68 is smaller than the radius of curvature of the inner fillet portion 59B of the second recess 68.
  • the radius of curvature of the outer fillet portion 58A or 58B on the platform 42 side is made smaller than the radius of curvature of the inner fillet portion 59A or 59B on the blade root portion 51 side, so that the shank 60 is in the blade height direction.
  • the cross-sectional area orthogonal to is narrowed down to a small position near the platform 42 in the blade height direction, and gradually increases toward the blade root portion 51.
  • the load transmission to the blade root portion 51 in the shank 60 is promoted, and the load sharing in the radial outer portion of the blade root portion 51 is increased, so that the load fractionation in the radial inner portion of the blade root portion 51 is increased.
  • the center position (or the front-rear direction (turbin axial direction)) of the shank 60 in the cross section orthogonal to the extending direction of the blade root portion 51 (FIG.
  • the position of the straight line Lc2 in 4) is shifted toward the negative pressure surface 52 side from the center position of the platform 42 (the position of the straight line Lc1 in FIG. 4) in the width direction (or the front-rear direction (turbine axis direction)) of the shank 60. ..
  • the center of gravity of the platform and airfoil is aligned with the center of the blade root.
  • the platform is shifted to the pressure surface side with respect to the wing root and the shank while holding the center of gravity on the wing root, in order to maintain the center of gravity on the wing root, the airfoil is moved to the wing root.
  • the airfoil portion is biased toward the negative pressure surface side with respect to the shank.
  • the turbine blade 40 according to the above-described embodiment has such a feature. Therefore, the above-mentioned merit (for example, shank 60) obtained by setting the formation length L1 of the first recess 64 on the pressure surface 50 side to be larger than the formation length L2 of the second recess 68 on the negative pressure surface 52 side (for example, shank 60). (Advantages such as being able to effectively reduce the wall thickness of the central part of the) can be enjoyed more effectively.
  • the turbine blade (40) is Platform (42) and With the airfoil portion (44) having a pressure surface (50) and a negative pressure surface (52) extending from the platform in the blade height direction and extending between the leading edge (46) and the trailing edge (48). , A blade root portion (51) located on the opposite side of the airfoil portion from the airfoil portion with the platform in between and having a bearing surface (54). A shank (60) located between the platform and the wing root is provided.
  • the shank is A first side surface (62) provided on the pressure surface side along the extending direction of the wing root portion and having a first recess (64), and A second side surface (66) provided on the negative pressure surface side along the extending direction of the wing root portion and having a second recess (68).
  • the first recess and the second recess include the central position (position of the straight line Lc3) of the shank in the extending direction of the wing root portion.
  • the formation length (L1) of the first recess along the extending direction of the wing root portion is larger than the formation length (L2) of the second recess along the extending direction of the wing root portion.
  • the airfoil has a curved concave pressure surface, whereas the negative pressure surface has a curved convex shape. Therefore, the airfoil above the shank in the central region of the shank in the extending direction (or anteroposterior direction) of the wing root
  • the camber of the portion is biased toward the second side surface side with respect to the first side surface side of the shank.
  • the airfoil portion is mainly located upward (that is, outward in the radial direction of the turbine) in the central region of the shank, and the load transmission from the airfoil portion is relatively large.
  • the second recess on the side surface side is formed relatively short, and the airfoil portion is not mainly located above, and the load transmission from the airfoil portion is relatively small on the first side surface side (pressure surface side).
  • the first recess of the above is formed to be relatively long. Therefore, the wall thickness of the central portion of the shank can be effectively reduced, thereby effectively reducing the rigidity of the central portion of the shank, and the load transmitted from the airfoil portion to the shank is applied to the front end side and the rear end side. It can be dispersed to the end side. Therefore, it is possible to effectively equalize the stress distribution at the blade root portion and suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade.
  • the first recess and the second recess are end portions having a length of L / 6 at both ends of the shank. It is provided in the central region (region R3) of the shank excluding the regions (regions R1 and R2).
  • the wall thickness of the central portion of the shank can be effectively reduced. Therefore, the rigidity of the central portion of the shank can be effectively reduced, the load transmitted from the airfoil portion to the shank can be distributed to the front end side and the rear end side, and the stress distribution in the blade root portion can be effectively equalized. can do.
  • the length of the first recess is larger than L / 3 and the length of the second recess is L / 3 or more, so that the wall thickness of the central portion of the shank is effectively reduced. can do. Further, since the length of the first recess is 2 L / 3 or less and the length of the second recess is less than 2 L / 3, the shank can be provided with an appropriate strength. Therefore, according to the configuration of (3) above, it is possible to effectively reduce the wall thickness of the central portion of the shank while giving the shank an appropriate strength.
  • the rigidity of the central portion of the shank can be effectively reduced, the load transmitted from the airfoil portion to the shank can be distributed to the front end side and the rear end side, and the stress distribution in the blade root portion can be effectively equalized. can do.
  • the first average depth which is the average depth of the first recess in the width direction of the shank
  • the second average depth which is the average depth of the second recess in the width direction.
  • the ratio is 0.9 or more and 1.1 or less.
  • the first side surface side (pressure surface side) and the second side surface side (pressure surface side) of the shank It is possible to suppress the bias of the load transmission with the negative pressure surface side).
  • the stress on the pressure surface side and the negative pressure surface side in the blade root portion can be equalized, or the generation of bending stress due to the bias of the load in the shank can be suppressed. Therefore, the stress distribution at the blade root can be effectively equalized, or the generation of stress at the shank can be suppressed.
  • the shank has front end faces (70) and rear end faces (72) which are both end faces in the extending direction.
  • the shank On the cross section of the shank, the shank has a thickness of the shank decreasing toward the front end surface or the rear end surface on the front end surface side or the rear end surface side of the first recess and the second recess. Has a thickness reduction section.
  • the vicinity of the front end face or the rear end face of the shank may include a region where the airfoil portion does not exist above, and in this region, the load transmission from the airfoil portion is relatively small.
  • the thickness reduction portion whose thickness decreases toward the front end face or the rear end face is provided. Since it is provided, the cross-sectional area of the shank can be reduced to reduce the load acting on the wing root portion via the shank. Therefore, it is possible to reduce the stress generated at the blade root and suppress the decrease in the fatigue life of the turbine blade.
  • the minimum thickness position (78) of the shank defined by the first recess and the second recess determines the total height H of the shank. It is included in the range of 0.4H or more and 0.6H or less in the total height range of the shank represented by the above.
  • the minimum thickness position of the shank is provided in the central region of 0.4H or more and 0.6H or less in the total height range of the shank. It is possible to reduce the area and gradually increase the cross-sectional area toward the wing root. As a result, the load transmission to the blade root portion is promoted in the shank, and the load sharing in the radial outer portion of the blade root portion is increased, so that the load fraction in the radial inner portion of the blade root portion is relatively. It can be made smaller. Therefore, the stress distribution at the blade root can be effectively equalized.
  • the first recess and the second recess extend over the entire range of the shank in the blade height direction.
  • the wall thickness of the central portion of the shank can be effectively increased. It can be reduced, which can effectively reduce the rigidity of the central portion of the shank and distribute the load transmitted from the airfoil to the shank to the front and rear ends. Therefore, the stress distribution at the blade root can be effectively equalized.
  • At least one of the first recess and the second recess has a fillet portion (for example, the outer fillet portion 58A, 58B or the inner fillet portion 59A, 59B described above) at an end portion in the blade height direction, and the fillet. It is connected to the platform or the fillet via a portion.
  • a fillet portion for example, the outer fillet portion 58A, 58B or the inner fillet portion 59A, 59B described above
  • At least one of the first recess and the second recess is smoothly connected to the platform or the wing root via the fillet, so that stress concentration in the shank can be suppressed. .. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade.
  • At least one of the first recess or the second recess is connected to the platform via an outer fillet (58A, 58B) and is connected to the wing root via an inner fillet (59A, 59B).
  • the radius of curvature of the outer fillet portion is smaller than the radius of curvature of the inner fillet portion.
  • the radius of curvature of the outer fillet on the platform side is smaller than the radius of curvature of the inner fillet on the blade root side, so that the cross-sectional area of the shank is the platform in the blade height direction. It is narrowed down to a small position near the wing root, and gradually increases toward the wing root. As a result, the load transmission to the blade root portion is promoted in the shank, and the load sharing in the radial outer portion of the blade root portion is increased, so that the load fraction in the radial inner portion of the blade root portion is relatively. It can be made smaller. Therefore, the stress distribution at the blade root can be effectively equalized.
  • the center position in the width direction of the shank (position of the straight line Lc2) is higher than the center position of the platform in the width direction (position of the straight line Lc1). It is shifted to the negative pressure surface side.
  • the center of gravity of the platform and airfoil is aligned with the center of the blade root.
  • the platform is shifted to the pressure surface side with respect to the wing root and the shank while holding the center of gravity on the wing root, in order to maintain the center of gravity on the wing root, the airfoil is moved to the wing root.
  • the airfoil portion is biased toward the negative pressure surface side with respect to the shank.
  • the turbine blade having the configuration of the above (10) has such a feature. Therefore, as described in (1) above, the merit obtained by setting the formation length of the first recess on the pressure surface side to be larger than the formation length of the second recess on the negative pressure surface side (for example, of the shank). Benefits such as being able to effectively reduce the wall thickness of the central part) can be enjoyed more effectively.
  • the shank has front end faces and rear end faces that are both end faces in the extending direction.
  • the first side surface has a first front contour (63a) connected to the front end face, a first rear contour (63b) connected to the rear end face, and the first.
  • a first concave contour (63c) located between the front contour and the first rear contour and forming the first recess is included.
  • the second side surface has a second front contour (67a) connected to the front end face, a second rear contour (67b) connected to the rear end face, and the second.
  • a second concave contour (67c) located between the front contour and the second rear contour and forming the second recess is included.
  • Each of the first front contour and the first rear contour extends along the extending direction of the wing root portion in at least one region including a connection point (PA1 , PA2) with the first concave contour.
  • Overlapping with the linear first reference contour (74), The first concave contour is located inward from the pressure surface side with respect to the first reference contour.
  • Each of the second front contour and the second rear contour extends along the extending direction of the wing root portion in at least one region including a connection point (P B1 , P B2) with the second concave contour.
  • Overlapping with the linear second reference contour (76) The second concave contour is located inside from the negative pressure surface side with respect to the second reference contour.
  • the first concave portion is formed by the first concave contour located inside the linear first reference contour
  • the second concave portion is formed inside the linear second reference contour.
  • a second recess is formed by the contour of the recess. Therefore, the wall thickness of the central portion of the shank can be effectively reduced, thereby effectively reducing the rigidity of the central portion of the shank, and the load transmitted from the airfoil portion to the shank is applied to the front end side and the rear end side. It can be dispersed to the end side. Therefore, it is possible to effectively equalize the stress distribution at the blade root portion and suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade.
  • the turbine according to at least one embodiment of the present invention is The turbine blade according to any one of (1) to (11) above, A rotor disk (32) having a blade groove that engages with the blade root portion of the turbine blade, and To be equipped.
  • the airfoil portion in the central region of the shank, is mainly located upward (that is, outward in the radial direction of the turbine), and the load transmission from the airfoil portion is relatively large on the second side surface side (that is, on the outer side in the radial direction of the turbine).
  • the second recess on the negative pressure surface side is formed relatively short, and the airfoil portion is not mainly located above, and the load transmission from the airfoil portion is relatively small.
  • the recess is formed relatively long.
  • the wall thickness of the central portion of the shank can be effectively reduced, thereby effectively reducing the rigidity of the central portion of the shank, and the load transmitted from the airfoil portion to the shank is applied to the front end side and the rear end side. It can be dispersed to the end side. Therefore, it is possible to effectively equalize the stress distribution at the blade root portion and suppress a decrease in the fatigue life of the turbine blade.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes a modified form of the above-described embodiments and a combination of these embodiments as appropriate.
  • the expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also within a range in which the same effect can be obtained.
  • the shape including the uneven portion, the chamfered portion, etc. shall also be represented.
  • the expression “comprising”, “including”, or “having” one component is not an exclusive expression excluding the existence of another component.

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Abstract

タービン翼は、プラットフォームと、前記プラットフォームから翼高さ方向に延在し、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面を有する翼形部と、前記プラットフォームを挟んで前記翼形部とは前記翼高さ方向の反対側に位置し、ベアリング面を有する翼根部と、前記プラットフォームと前記翼根部との間に位置するシャンクと、を備え、前記シャンクは、前記翼根部の延在方向に沿って前記圧力面側に設けられ、第1凹部を有する第1側面と、前記翼根部の前記延在方向に沿って前記負圧面側に設けられ、第2凹部を有する第2側面と、を有し、前記翼高さ方向に直交する前記シャンクの断面において、前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記翼根部の前記延在方向における前記シャンクの中央位置を含み、前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第1凹部の形成長さが、前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第2凹部の形成長さよりも大きい。

Description

タービン翼及びタービン
 本開示は、タービン翼及びタービンに関する。
 タービンに用いられるタービン翼の翼根部は、翼形部から伝達される遠心荷重に起因する遠心応力や、プラットフォームとの温度差に起因する熱応力が繰り返し作用する部位であり、また、応力集中部である。このことから、タービン翼の疲労寿命低下を抑制するために、翼根部における応力を低減するための工夫がなされている。
 特許文献1には、翼形部が設けられるプラットフォームと翼根部の間に位置するネック部(シャンク)に肉抜き部(ポケット)を設けたタービン翼が開示されている。また、特許文献1には、翼根部に作用する応力を低減すべく、肉抜き部に、曲率が変化するフィレットを設けることが記載されている。
米国特許第9353629号明細書
 ところで、タービン翼の翼根部では応力分布が生じ、例えば、翼根部のうち延在方向(又は前後方向(タービン軸方向))における中央部分で応力が比較的大きくなる場合がある。そこで、翼根部における応力分布を効果的に均等化して、タービン翼の疲労寿命の低下を抑制することが望まれる。
 上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、翼根部における応力分布を効果的に均等化することが可能なタービン翼及びタービンを提供することを目的とする。
 本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
 プラットフォームと、
 前記プラットフォームから翼高さ方向に延在し、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面を有する翼形部と、
 前記プラットフォームを挟んで前記翼形部とは前記翼高さ方向の反対側に位置し、ベアリング面を有する翼根部と、
 前記プラットフォームと前記翼根部との間に位置するシャンクと、を備え、
 前記シャンクは、
  前記翼根部の延在方向に沿って前記圧力面側に設けられ、第1凹部を有する第1側面と、
  前記翼根部の前記延在方向に沿って前記負圧面側に設けられ、第2凹部を有する第2側面と、
を有し、
 前記翼高さ方向に直交する前記シャンクの断面において、
  前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記翼根部の前記延在方向における前記シャンクの中央位置を含み、
  前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第1凹部の形成長さが、前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第2凹部の形成長さよりも大きい。
 また、本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
 上述のタービン翼と、
 前記タービン翼の前記翼根部と係合する翼溝を有するロータディスクと、
を備える。
 本発明の少なくとも一実施形態によれば、翼根部における応力分布を効果的に均等化することが可能なタービン翼及びタービンが提供される。
一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係るタービン翼を前縁から後縁に向かう方向に視た図である。 図2に示すタービン翼を負圧面から圧力面に向かう方向に見た図である。 図3のA-A断面を示す図である。 図3のB-B断面を示す図である。 一実施形態に係るタービン翼の翼高さ方向に直交する断面を示す図である。 一実施形態に係るタービン翼の翼高さ方向に直交する断面を示す図である。 一実施形態に係るタービン翼の翼高さ方向に直交する断面を示す図である。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
(ガスタービンの構成)
 まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて、図1を参照して説明する。図1は、一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。図1に示すように、ガスタービン1は、圧縮空気を生成するための圧縮機2と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器4と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン6と、を備える。発電用のガスタービン1の場合、タービン6には不図示の発電機が連結される。
 圧縮機2は、圧縮機車室10側に固定された複数の静翼16と、静翼16に対して交互に配列されるようにロータ8に植設された複数の動翼18と、を含む。圧縮機2には、空気取入口12から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼16及び複数の動翼18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4には、燃料と、圧縮機2で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器4において燃料が燃焼され、タービン6の作動流体である燃焼ガスが生成される。図1に示すように、ガスタービン1は、ケーシング20内にロータ8(ロータ軸線C)を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器4を有する。
 タービン6は、タービン車室22によって形成される燃焼ガス通路28を有し、該燃焼ガス通路28に設けられる複数の静翼24及び動翼26を含む。静翼24はタービン車室22側に固定されており、ロータ8の周方向に沿って配列される複数の静翼24が静翼列を構成している。また、動翼26はロータ8に植設されており、ロータ8の周方向に沿って配列される複数の動翼26が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ8の軸方向において交互に配列されている。
 タービン6では、燃焼ガス通路28に流れ込んだ燃焼器4からの燃焼ガスが複数の静翼24及び複数の動翼26を通過することでロータ8がロータ軸線Cを中心に回転駆動され、これにより、ロータ8に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン6を駆動した後の燃焼ガスは、排気室30を介して外部へ排出される。
(タービン翼の構成)
 次に、幾つかの実施形態に係るタービン翼について説明する。以下の説明では、幾つかの実施形態に係るタービン翼40として、ガスタービン1のタービン6の動翼26(図1参照)について説明するが、他の実施形態では、タービン翼は、ガスタービン1のタービン6の静翼24(図1参照)や、あるいは、蒸気タービンの動翼又は静翼であってもよい。
 図2は、一実施形態に係るタービン翼40を、前縁から後縁に向かう方向(コード方向)に視た図であり、図3は、図2に示すタービン翼40を、負圧面から圧力面に向かう方向(ロータ周方向)に見た図であり、図4は、図3のA-A断面を示す図である。なお、図2は、タービン6のロータディスク32とともに、タービン翼40が図示されている。
 図2~図4に示すように、一実施形態に係るタービン翼40(動翼26)は、プラットフォーム42と、プラットフォーム42を挟んで翼高さ方向(スパン方向とも呼ぶ)において互いに反対側に位置する翼形部44及び翼根部51と、プラットフォーム42と翼根部51との間に位置するシャンク60と、を備えている。翼形部44、プラットフォーム42、翼根部51及びシャンク60は、鋳造等により一体的に構成されていてもよい。
 翼形部44は、ロータ8に対して翼高さ方向に延在するように設けられている。翼形部44は、翼高さ方向に沿って延びる前縁46及び後縁48を有するとともに、前縁46と後縁48との間において延在する圧力面50及び負圧面52を有する。図4に示すように、翼形部44の内部には中空部34が形成されていてもよい。中空部34は、翼形部44を冷却するための冷却流体が流通する冷却通路として機能してもよい。
 図2に示すように、タービン6において、翼根部51は、ロータ8とともに回転するロータディスク32に設けられた翼溝33に係合されている。このようにして、タービン翼40は、タービン6のロータ8(図1参照)に植設され、ロータ軸線Cを中心にロータ8とともに回転するようになっている。また、翼根部51は、ベアリング面54を有している。ベアリング面54は、翼根部51の表面のうち、ロータ8が回転してタービン翼40に遠心力が作用しているときに、ロータディスク32の翼溝33の表面と接触する部分である。すなわち、ベアリング面54は、翼高さ方向において、翼根部51から翼形部44に向かう方向を向いた面(すなわち、ロータ8の径方向外側を向いた面)である。
 図4に示すように、翼根部51は、タービン6の軸方向(ロータ軸線Cの方向)に対して傾斜して延在していてもよい。すなわち、タービン翼40の翼根部51は、ロータディスク32においてタービン6の軸方向に対して傾斜して設けられる翼溝33に挿入されるようになっていてもよい。なお、図中の直線Lc1はプラットフォーム42の中心線であり、直線Lc2はシャンク60の中心線である。
 図5は、図3のB-B断面を示す図である。図6~図8は、それぞれ、一実施形態に係るタービン翼40のシャンク60の翼高さ方向に直交する断面を示す図である。
 なお、本明細書において、シャンク60の「幅方向」とは、翼形部44の圧力面50側から負圧面52側に(又は負圧面52側から圧力面50側に)タービン翼40を横切る方向をいう。シャンク60の幅方向はロータ8の周方向に相当する。
 図5~図8に示すように、タービン翼40のシャンク60は、翼根部51の延在方向に沿って圧力面50側に設けられる第1側面62と、翼根部51の延在方向に沿って負圧面52側に設けられる第2側面66と、を有する。また、シャンク60は、前端面70と後端面72とを有し、第1側面62及び第2側面66は、前端面70と後端面72との間を翼根部51の延在方向に沿って延在している。
 第1側面62は、圧力面50側から負圧面52側に向かって(即ち、第1側面62側から第2側面66側に向かって)凹む第1凹部64を有する。第2側面66は、負圧面52側から圧力面50側に向かって(即ち、第2側面66側から第1側面62側に向かって)凹む第2凹部68を有する。
 第1凹部64及び第2凹部68は、翼根部51の延在方向においてシャンク60の中央領域に設けられる。すなわち、図6~図8に示すように、翼高さ方向に直交するシャンク60の断面において、第1凹部64及び第2凹部68は、翼根部51の延在方向におけるシャンク60の中央位置(図中の直線Lc3で示す位置)を含むように形成される。そして、上述の断面において、翼根部51の延在方向に沿った第1凹部64の形成長さL1は、翼根部51の延在方向に沿った第2凹部68の形成長さL2よりも大きい。
 タービン翼40の翼根部51では応力分布が生じ、例えば、翼根部51のうち延在方向(又は前後方向(タービン軸方向))における中央部分で応力が比較的大きくなる場合がある。
 ここで、翼形部44は、圧力面50が湾曲凹状であるのに対し、負圧面52が湾曲凸状であるから、例えば図4に示すように、翼根部51の延在方向(あるいは前後方向(タービン軸方向))におけるシャンク60の中央領域において、シャンク60上方の翼形部44のキャンバは、シャンク60の第1側面62よりも第2側面66側に偏る。例えば図4に示す例では、翼形部44のキャンバラインLcamは、翼根部51の延在方向(すなわちシャンク60の延在方向)におけるシャンク60の中央領域において、プラットフォーム42の中心線Lc1やシャンク60の中心線Lc2よりも、負圧面52側(即ち第2側面66側)に突出している。したがって、翼形部44は、翼根部51延在方向における中央領域では負圧面52側寄り(第2側面66側寄り)に位置し、中央領域よりも端部側の領域では圧力面50側寄り(第1側面62寄り)に位置する。
 この点、上述の実施形態では、シャンク60の中央領域にて、上方に(すなわちタービン径方向外側に)翼形部44が主として位置し、翼形部44からの荷重伝達が比較的大きい第2側面66側(負圧面52側)の第2凹部68を比較的短く形成するとともに、上方に翼形部44が主として位置せず、翼形部44からの荷重伝達が比較的小さい第1側面62側(圧力面50側)の第1凹部64を比較的長く形成する。よって、シャンク60の中央部分の肉厚(シャンク60の幅方向の厚さ)を効果的に削減することができ、これにより、シャンク60の中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部44からシャンク60に伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができる。したがって、翼根部51における応力分布を効果的に均等化して、タービン翼40の疲労寿命の低下を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、例えば図6~図8に示すように、上述の断面上において、第1側面62は、前端面70に接続される第1前方輪郭63aと、後端面72に接続される第1後方輪郭63bと、第1前方輪郭63aと第1後方輪郭63bとの間に位置して第1凹部64を形成する第1凹部輪郭63cと、を含む。
 第1凹部輪郭63cは、接続点PA1にて第1前方輪郭63aに接続されるとともに、接続点PA2にて第1後方輪郭63bに接続される。第1前方輪郭63a及び第1後方輪郭63bは、それぞれ、翼根部51の延在方向に沿って延びる直線状の第1基準輪郭74に少なくとも部分的に重なる。第1前方輪郭63aは、少なくとも接続点PA1を含む領域において、翼根部51の延在方向に沿って延びる直線状の第1基準輪郭74に重なるように設けられる。第1後方輪郭63bは、少なくとも接続点PA2を含む領域において、上述の第1基準輪郭74に重なるように設けられる。そして、第1凹部輪郭63cは、第1基準輪郭74よりも圧力面50側から内側に位置する。すなわち、第1凹部輪郭63cは、第1基準輪郭74よりも、シャンク60の中心線Lc2寄りに位置する。
 また、幾つかの実施形態では、例えば図6~図8に示すように、上述の断面上において、第2側面66は、前端面70に接続される第2前方輪郭67aと、後端面72に接続される第2後方輪郭67bと、第2前方輪郭67aと第2後方輪郭67bとの間に位置して第2凹部68を形成する第2凹部輪郭67cと、を含む。
 第2凹部輪郭67cは、接続点PB1にて第2前方輪郭67aに接続されるとともに、接続点PB2にて第2後方輪郭67bに接続される。第2前方輪郭67a及び第2後方輪郭67bは、それぞれ、翼根部51の延在方向に沿って延びる直線状の第2基準輪郭76に少なくとも部分的に重なる。第2前方輪郭67aは、少なくとも接続点PB1を含む領域において、翼根部51の延在方向に沿って延びる直線状の第2基準輪郭76に重なるように設けられる。第2後方輪郭67bは、少なくとも接続点PB2を含む領域において、上述の第2基準輪郭76に重なるように設けられる。そして、第2凹部輪郭67cは、第2基準輪郭76よりも負圧面52側から内側に位置する。すなわち、第2凹部輪郭67cは、第2基準輪郭76よりも、シャンク60の中心線Lc2寄りに位置する。
 なお、図6及び図7に示す例示的な実施形態では、第1前方輪郭63a及び第1後方輪郭63bの全体が、第1基準輪郭74に重なるように設けられている。また、図6及び図7に示す例示的な実施形態では、第2前方輪郭67a及び第2後方輪郭67bの全体が、第1基準輪郭74に重なるように設けられている。
 以下の説明では、上述の断面上での、翼根部51の延在方向におけるシャンク60の全長をLとする。また、上述の断面上において、翼根部51の延在方向における第1凹部64の形成長さをL1とし、第2凹部68の形成長さをL2とする(図6~図8参照)。
 幾つかの実施形態では、例えば図6~図8に示すように、第1凹部64及び第2凹部68は、それぞれ、シャンク60の両端のL/6の長さの領域R1,R2(端部領域)を除いたシャンク60の領域R3(中央領域)に設けられる。なお、この場合、翼根部51延在方向における領域R3の長さは4L/6(=2L/3)である。
 上述の実施形態によれば、シャンク60の端部領域(領域R1,R2)を除く中央領域(領域R3)に第1凹部64及び第2凹部68を設けたので、シャンク60の中央部分の肉厚を効果的に削減することができる。よって、シャンク60中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部44からシャンク60に伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができ、翼根部51における応力分布を効果的に均等化することができる。
 幾つかの実施形態では、第1凹部64の形成長さL1は、L/3より大きく2L/3以下であるとともに、第2凹部68の形成長さL2は、L/3以上、かつ、2L/3より小さい。
 上述の実施形態では、第1凹部64の形成長さL1をL/3より大きく、かつ、第2凹部68の形成長さL2をL/3以上としたので、シャンク60の中央部分の肉厚を効果的に削減することができる。また、第1凹部64の形成長さL1を2L/3以下とし、かつ、第2凹部68の形成長さL2を2L/3未満としたので、シャンク60に適度な強度を持たせることができる。よって、上述の実施形態によれば、シャンク60に適度な強度を持たせながら、シャンク60の中央部分の肉厚を効果的に削減することができる。よって、シャンク60中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部44からシャンク60に伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができ、翼根部51における応力分布を効果的に均等化することができる。
 幾つかの実施形態では、上述の断面上において、シャンク60の幅方向における第1凹部64の深さD1(図6~図8参照)の平均である第1平均深さと、シャンク60の幅方向における第2凹部68の深さD2(図6~図8参照)の平均である第2平均深さとの比は、0.9以上1.1以下である。なお、図6及び図8に示す例示的な実施形態では、第1平均深さと第2平均深さとの比は約1である。
 あるいは、幾つかの実施形態では、上述の断面上において、第1凹部64のうち、長さL1/2の中央部分の平均深さと、第2凹部68のうち、長さL2/2の中央部分の平均深さとの比は、0.9以上1.1以下である。なお、図6及び図8に示す例示的な実施形態では、これらの平均深さの上述の比は約1である。
 上述の実施形態では、シャンク60に形成される第1凹部64と第2凹部68の平均深さをほぼ同等にしたので、シャンク60の第1側面62側(圧力面50側)と第2側面66側(負圧面52側)との間での荷重伝達の偏りを抑制することができる。これにより、翼根部51における圧力面50側と負圧面52側の応力を均等化することができ、あるいは、シャンク60内の荷重の偏りに起因する曲げ応力の発生を抑制することができる。よって、翼根部51における応力分布を効果的に均等化することができ、あるいは、シャンク60における応力の発生を抑制することができる。
 なお、幾つかの実施形態では、例えば図7に示すように、第1凹部64の深さD1と第2凹部の深さD2は、必ずしも同等でなくてもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、1平均深さと第2平均深さの上述の比は、0.9未満であってもよく、あるいは、1.1より大きくてもよい。
 幾つかの実施形態では、例えば図8に示すように、シャンク60は、第1凹部64及び第2凹部68よりも前端面70側又は後端面72側において前端面70又は後端面72に向かってシャンク60の厚さが減少する厚さ減少部80,82を有してもよい。図8に示す例示的な実施形態では、シャンク60は、第1凹部64及び第2凹部68よりも前端面70側において前端面70に向かってシャンク60の厚さが減少する前側の厚さ減少部80を有している。また、シャンク60は、第1凹部64及び第2凹部68よりも後端面72側において後端面72に向かってシャンク60の厚さが減少する後側の厚さ減少部82を有している。
 図4に示すように、シャンク60の前端面70又は後端面72の近傍には、上方に翼形部44が存在しない領域が含まれる場合があり、この領域では、翼形部44からの荷重伝達が比較的小さい。この点、上述の実施形態によれば、翼形部44からの荷重伝達が比較的小さいシャンク60の前端面70側又は後端面72側において、前端面70又は後端面72に向かって厚さが減少する厚さ減少部80,82を設けたので、シャンク60の断面積を縮小して、シャンク60を介して翼根部51に作用する荷重を低減することができる。よって、翼根部51に生じる応力を低減して、タービン翼40の疲労寿命の低下を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、翼高さ方向とシャンク60の幅方向とを含む断面(すなわち、前後方向(タービン軸方向)に直交する断面)において、第1凹部64と第2凹部68とで規定されるシャンクの最小厚さ位置78(図5参照)が、シャンク60の全高さHを用いて表されるシャンク60の全高さ範囲のうち0.4H以上0.6H以下の範囲に含まれる。
 本明細書においてシャンク60の高さとは、翼高さ方向における、シャンク60と翼根部51との接続位置Pと、プラットフォーム42の下面43との間の長さのことである。接続位置Pは、翼根部51の複数の歯55の各底点P1~P3を結ぶ直線La1(又は近似直線)と、翼根部51又はシャンク60の表面との交点として定義される(図5参照)。
 上述の構成によれば、シャンク60の最小厚さ位置78が、シャンク60の全高さ範囲のうち0.4H以上0.6H以下の中央領域に設けられるので、この位置を含む領域でシャンク60の断面積を小さくするとともに、該断面積を翼根部51に向かうにつれて徐々に大きくすることが可能となる。これにより、シャンク60において翼根部51への荷重伝達を促進して、翼根部51のうち径方向外側の部位における荷重分担を大きくすることで、翼根部51の径方向内側の部位における荷重分端を相対的に小さくすることができる。よって、翼根部51における応力分布を効果的に均等化することができる。
 幾つかの実施形態では、例えば図5に示すように、第1凹部64及び第2凹部68は、シャンク60の翼高さ方向における全範囲に亘って延在する。すなわち、第1凹部64及び第2凹部68は、翼高さ方向において、上述の接続位置Pと、プラットフォーム42の下面43との間の全域にわたって延在する。
 上述の実施形態によれば、シャンク60の翼高さ方向における全範囲に亘って延在するように第1凹部64及び第2凹部68を設けたので、シャンク60の中央部分の肉厚を効果的に削減することができ、これにより、シャンク60中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部44からシャンク60に伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができる。したがって、翼根部51における応力分布を効果的に均等化することができる。
 幾つかの実施形態では、第1凹部64又は第2凹部68の少なくとも一方は、翼高さ方向における端部にてフィレット部を有し、該フィレット部を介してプラットフォーム42又は翼根部51に接続される。
 図5に示す例示的な実施形態では、第1凹部64は、径方向外側の端部(プラットフォーム42側の端部)にて、外側フィレット部58Aを介してプラットフォーム42に接続されているとともに、径方向内側の端部(翼根部51側の端部)にて、内側フィレット部59Aを介して翼根部51に接続される。また、第2凹部68は、径方向外側の端部(プラットフォーム42側の端部)にて、外側フィレット部58Bを介してプラットフォーム42に接続されているとともに、径方向内側の端部(翼根部51側の端部)にて、内側フィレット部59Bを介して翼根部51に接続される。
 上述の実施形態によれば、第1凹部64又は第2凹部68の少なくとも一方は、フィレット部(外側フィレット部58A,58B、又は、内側フィレット部59A,59B)を介してプラットフォーム42又は翼根部51に滑らかに接続されているので、シャンク60における応力集中を効果的に抑制することができる。よってタービン翼40の疲労寿命の低下を抑制することができる。
 幾つかの実施形態では、第1凹部64の外側フィレット部58Aの曲率半径は、第1凹部64の内側フィレット部59Aの曲率半径よりも小さい。
 幾つかの実施形態では、第2凹部68の外側フィレット部58Bの曲率半径は、第2凹部68の内側フィレット部59Bの曲率半径よりも小さい。
 上述の実施形態によれば、プラットフォーム42側の外側フィレット部58A又は58Bの曲率半径を、翼根部51側の内側フィレット部59A又は59Bの曲率半径よりも小さくしたので、シャンク60の翼高さ方向に直交する断面積は、翼高さ方向にてプラットフォーム42に近い位置で小さく絞り込まれ、翼根部51に向かうにつれて緩やかに大きくなる。これにより、シャンク60において翼根部51への荷重伝達を促進して、翼根部51のうち径方向外側の部位における荷重分担を大きくすることで、翼根部51の径方向内側の部位における荷重分端を相対的に小さくすることができる。よって、翼根部51における応力分布を効果的に均等化することができる。
 幾つかの実施形態では、例えば図4に示すように、翼根部51の延在方向に直交する断面内にて、シャンク60の幅方向(又は前後方向(タービン軸方向))における中心位置(図4における直線Lc2の位置)は、シャンク60の幅方向(又は前後方向(タービン軸方向))におけるプラットフォーム42の中心位置(図4における直線Lc1の位置)よりも、負圧面52側にずれている。
 典型的なタービン翼では、プラットフォーム及び翼形部の重心位置と翼根部の中心位置を合わせる。仮に重心位置を翼根部上に保持したままプラットフォームを翼根部およびシャンクに対して圧力面側にずらすことを考えると、重心位置を翼根部上に維持するためには、翼型部を翼根部に対して負圧面側にずらすことになる。このため、プラットフォームがシャンク部に対して圧力面側にずれて設けられたタービン翼の場合、シャンクに対して翼型部が負圧面側に偏って配置されることになる。即ち、シャンク中央領域では負圧面側に、シャンク前端側領域及び後端側領域では圧力面側に翼が偏って乗る傾向がより強くなる。上述の実施形態によるタービン翼40はこのような特徴を有している。このため、圧力面50側の第1凹部64の形成長さL1を負圧面52側の第2凹部68の形成長さL2よりも大きく設定することにより得られる既述のメリット(例えば、シャンク60の中央部分の肉厚を効果的に削減することができる等のメリット)をより効果的に享受できる。
 上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼(40)は、
 プラットフォーム(42)と、
 前記プラットフォームから翼高さ方向に延在し、前縁(46)と後縁(48)との間において延在する圧力面(50)及び負圧面(52)を有する翼形部(44)と、
 前記プラットフォームを挟んで前記翼形部とは前記翼高さ方向の反対側に位置し、ベアリング面(54)を有する翼根部(51)と、
 前記プラットフォームと前記翼根部との間に位置するシャンク(60)と、を備え、
 前記シャンクは、
  前記翼根部の延在方向に沿って前記圧力面側に設けられ、第1凹部(64)を有する第1側面(62)と、
  前記翼根部の前記延在方向に沿って前記負圧面側に設けられ、第2凹部(68)を有する第2側面(66)と、
を有し、
 前記翼高さ方向に直交する前記シャンクの断面において、
  前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記翼根部の前記延在方向における前記シャンクの中央位置(直線Lc3の位置)を含み、
  前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第1凹部の形成長さ(L1)が、前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第2凹部の形成長さ(L2)よりも大きい。
 翼形部は、一般に、圧力面が湾曲凹状であるのに対し、負圧面が湾曲凸状であるから、翼根部延在方向(あるいは前後方向)におけるシャンクの中央領域において、シャンク上方の翼形部のキャンバは、シャンクの第1側面よりも第2側面側に偏る。この点、上記(1)の実施形態では、シャンクの中央領域にて、上方に(すなわちタービン径方向外側に)翼形部が主として位置し、翼形部からの荷重伝達が比較的大きい第2側面側(負圧面側)の第2凹部を比較的短く形成するとともに、上方に翼形部が主として位置せず、翼形部からの荷重伝達が比較的小さい第1側面側(圧力面側)の第1凹部を比較的長く形成する。よって、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができ、これにより、シャンク中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部からシャンクに伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができる。したがって、翼根部における応力分布を効果的に均等化して、タービン翼の疲労寿命の低下を抑制することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
 前記シャンクの前記断面上において、前記延在方向にて、前記シャンクの全長をLとしたとき、前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記シャンクの両端のL/6の長さの端部領域(領域R1,R2)を除いた前記シャンクの中央領域(領域R3)に設けられる。
 上記(2)の構成によれば、シャンクの端部領域を除く中央領域に第1凹部及び第2凹部を設けたので、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができる。よって、シャンク中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部からシャンクに伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができ、翼根部における応力分布を効果的に均等化することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
 前記シャンクの前記断面上において、前記延在方向にて、前記シャンクの全長をLとしたとき、
 前記第1凹部の前記延在方向の長さは、L/3より大きく2L/3以下であり、
 前記第2凹部の前記延在方向の長さは、L/3以上、かつ、2L/3より小さい。
 上記(3)の構成では、第1凹部の長さをL/3より大きく、かつ、第2凹部の長さをL/3以上としたので、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができる。また、第1凹部の長さを2L/3以下とし、かつ、第2凹部の長さを2L/3未満としたので、シャンクに適度な強度を持たせることができる。よって、上記(3)の構成によれば、シャンクに適度な強度を持たせながら、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができる。よって、シャンク中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部からシャンクに伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができ、翼根部における応力分布を効果的に均等化することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
 前記シャンクの前記断面上において、前記シャンクの幅方向における前記第1凹部の平均深さである第1平均深さと、前記幅方向における前記第2凹部の平均深さである第2平均深さとの比は、0.9以上1.1以下である。
 上記(4)の構成によれば、シャンクに形成される第1凹部と第2凹部の平均深さをほぼ同等にしたので、シャンクの第1側面側(圧力面側)と第2側面側(負圧面側)との間での荷重伝達の偏りを抑制することができる。これにより、翼根部における圧力面側と負圧面側の応力を均等化することができ、あるいは、シャンク内の荷重の偏りに起因する曲げ応力の発生を抑制することができる。よって、翼根部における応力分布を効果的に均等化することができ、あるいは、シャンクにおける応力の発生を抑制することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
 前記シャンクは、前記延在方向における両端面である前端面(70)及び後端面(72)を有し、
 前記シャンクの前記断面上において、前記シャンクは、前記第1凹部及び前記第2凹部よりも前記前端面側又は前記後端面側において前記前端面又は前記後端面に向かって前記シャンクの厚さが減少する厚さ減少部を有する。
 シャンクの前端面又は後端面の近傍には、上方に翼形部が存在しない領域が含まれる場合があり、この領域では、翼形部からの荷重伝達が比較的小さい。上記(5)の構成によれば、翼形部からの荷重伝達が比較的小さいシャンクの前端面側又は後端面側において、前端面又は後端面に向かって厚さが減少する厚さ減少部を設けたので、シャンクの断面積を縮小して、シャンクを介して翼根部に作用する荷重を低減することができる。よって、翼根部に生じる応力を低減して、タービン翼の疲労寿命の低下を抑制することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの構成において、
 前記翼高さ方向と前記シャンクの幅方向とを含む断面において、前記第1凹部と前記第2凹部とで規定される前記シャンクの最小厚さ位置(78)が、前記シャンクの全高さHを用いて表される前記シャンクの全高さ範囲のうち0.4H以上0.6H以下の範囲に含まれる。
 上記(6)の構成によれば、シャンクの最小厚さ位置が、シャンクの全高さ範囲のうち0.4H以上0.6H以下の中央領域に設けられるので、この位置を含む領域でシャンクの断面積を小さくするとともに、該断面積を翼根部に向かうにつれて徐々に大きくすることが可能となる。これにより、シャンクにおいて翼根部への荷重伝達を促進して、翼根部のうち径方向外側の部位における荷重分担を大きくすることで、翼根部の径方向内側の部位における荷重分端を相対的に小さくすることができる。よって、翼根部における応力分布を効果的に均等化することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
 前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記シャンクの前記翼高さ方向における全範囲に亘って延在する。
 上記(7)の構成によれば、シャンクの翼高さ方向における全範囲に亘って延在するように第1凹部及び第2凹部を設けたので、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができ、これにより、シャンク中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部からシャンクに伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができる。したがって、翼根部における応力分布を効果的に均等化することができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの構成において、
 前記第1凹部又は前記第2凹部の少なくとも一方は、前記翼高さ方向における端部にてフィレット部(例えば上述の外側フィレット部58A,58B又は内側フィレット部59A,59B)を有し、該フィレット部を介して前記プラットフォーム又は前記翼根部に接続されている。
 上記(8)の構成によれば、第1凹部又は第2凹部の少なくとも一方は、フィレット部を介してプラットフォーム又は翼根部に滑らかに接続されているので、シャンクにおける応力集中を抑制することができる。よってタービン翼の疲労寿命の低下を抑制することができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの構成において、
 前記第1凹部又は前記第2凹部の少なくとも一方は、外側フィレット部(58A,58B)を介して前記プラットフォームに接続されるとともに、内側フィレット部(59A,59B)を介して前記翼根部に接続され、
 前記外側フィレット部の曲率半径は、前記内側フィレット部の曲率半径よりも小さい。
 上記(9)の構成によれば、プラットフォーム側の外側フィレット部の曲率半径を、翼根部側の内側フィレット部の曲率半径よりも小さくしたので、シャンクの断面積は、翼高さ方向にてプラットフォームに近い位置で小さく絞り込まれ、翼根部に向かうにつれて緩やかに大きくなる。これにより、シャンクにおいて翼根部への荷重伝達を促進して、翼根部のうち径方向外側の部位における荷重分担を大きくすることで、翼根部の径方向内側の部位における荷重分端を相対的に小さくすることができる。よって、翼根部における応力分布を効果的に均等化することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れかの構成において、
 前記翼根部の延在方向に直交する断面内にて、前記シャンクの幅方向における中心位置(直線Lc2の位置)は、前記プラットフォームの前記幅方向における中心位置(直線Lc1の位置)よりも、前記負圧面側にずれている。
 典型的なタービン翼では、プラットフォーム及び翼形部の重心位置と翼根部の中心位置を合わせる。仮に重心位置を翼根部上に保持したままプラットフォームを翼根部およびシャンクに対して圧力面側にずらすことを考えると、重心位置を翼根部上に維持するためには、翼型部を翼根部に対して負圧面側にずらすことになる。このため、プラットフォームがシャンク部に対して圧力面側にずれて設けられたタービン翼の場合、シャンクに対して翼型部が負圧面側に偏って配置されることになる。即ち、シャンク中央領域では負圧面側に、シャンク前端側領域及び後端側領域では圧力面側に翼が偏って乗る傾向がより強くなる。上記(10)の構成によるタービン翼はこのような特徴を有している。このため、上記(1)で述べたような、圧力面側の第1凹部の形成長さを負圧面側の第2凹部の形成長さよりも大きく設定することにより得られるメリット(例えば、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができる等のメリット)をより効果的に享受できる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(10)の何れかの構成において、
 前記シャンクは、前記延在方向における両端面である前端面及び後端面を有し、
 前記シャンクの前記断面上にて、前記第1側面は、前記前端面に接続される第1前方輪郭(63a)、前記後端面に接続される第1後方輪郭(63b)、及び、前記第1前方輪郭と前記第1後方輪郭との間に位置し、前記第1凹部を形成する第1凹部輪郭(63c)を含み、
 前記シャンクの前記断面上にて、前記第2側面は、前記前端面に接続される第2前方輪郭(67a)、前記後端面に接続される第2後方輪郭(67b)、及び、前記第2前方輪郭と前記第2後方輪郭との間に位置し、前記第2凹部を形成する第2凹部輪郭(67c)を含み、
 前記第1前方輪郭及び前記第1後方輪郭の各々は、前記第1凹部輪郭との接続点(PA1,PA2)を含む少なくとも一領域にて、前記翼根部の延在方向に沿って延びる直線状の第1基準輪郭(74)と重なり、
 前記第1凹部輪郭は、前記第1基準輪郭よりも前記圧力面側から内側に位置し、
 前記第2前方輪郭及び前記第2後方輪郭の各々は、前記第2凹部輪郭との接続点(PB1,PB2)を含む少なくとも一領域にて、前記翼根部の延在方向に沿って延びる直線状の第2基準輪郭(76)と重なり、
 前記第2凹部輪郭は、前記第2基準輪郭よりも前記負圧面側から内側に位置する。
 上記(11)の構成によれば、直線状の第1基準輪郭よりも内側に位置する第1凹部輪郭によって第1凹部が形成され、直線状の第2基準輪郭よりも内側に位置する第2凹部輪郭によって第2凹部が形成される。よって、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができ、これにより、シャンク中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部からシャンクに伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができる。したがって、翼根部における応力分布を効果的に均等化して、タービン翼の疲労寿命の低下を抑制することができる。
(12)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン(例えば上述のタービン6又はガスタービン1)は、
 上記(1)乃至(11)の何れかに記載のタービン翼と、
 前記タービン翼の前記翼根部と係合する翼溝を有するロータディスク(32)と、
を備える。
 上記(12)の実施形態では、シャンクの中央領域にて、上方に(すなわちタービン径方向外側に)翼形部が主として位置し、翼形部からの荷重伝達が比較的大きい第2側面側(負圧面側)の第2凹部を比較的短く形成するとともに、上方に翼形部が主として位置せず、翼形部からの荷重伝達が比較的小さい第1側面側(圧力面側)の第1凹部を比較的長く形成する。よって、シャンクの中央部分の肉厚を効果的に削減することができ、これにより、シャンク中央部分の剛性を効果的に低減させて、翼形部からシャンクに伝達される荷重を前端側及び後端側に分散させることができる。したがって、翼根部における応力分布を効果的に均等化して、タービン翼の疲労寿命の低下を抑制することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
 本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1    ガスタービン
2    圧縮機
4    燃焼器
6    タービン
8    ロータ
10   圧縮機車室
12   空気取入口
16   静翼
18   動翼
20   ケーシング
22   タービン車室
24   静翼
26   動翼
28   燃焼ガス通路
30   排気室
32   ロータディスク
33   翼溝
34   中空部
40   タービン翼
42   プラットフォーム
43   下面
44   翼形部
46   前縁
48   後縁
50   圧力面
51   翼根部
52   負圧面
54   ベアリング面
55   歯
58A  外側フィレット部
58B  外側フィレット部
59A  内側フィレット部
59B  内側フィレット部
60   シャンク
62   第1側面
63a  第1前方輪郭
63b  第1後方輪郭
63c  第1凹部輪郭
64   第1凹部
66   第2側面
67a  第2前方輪郭
67b  第2後方輪郭
67c  第2凹部輪郭
68   第2凹部
70   前端面
72   後端面
74   第1基準輪郭
76   第2基準輪郭
78   最小厚さ位置
80   厚さ減少部
82   厚さ減少部
C    ロータ軸線
Lc1  中心線
Lc2  中心線
Lcam キャンバライン
P1~P3 底点
A1  接続点
A2  接続点
B1  接続点
B2  接続点

Claims (12)

  1.  プラットフォームと、
     前記プラットフォームから翼高さ方向に延在し、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面を有する翼形部と、
     前記プラットフォームを挟んで前記翼形部とは前記翼高さ方向の反対側に位置し、ベアリング面を有する翼根部と、
     前記プラットフォームと前記翼根部との間に位置するシャンクと、を備え、
     前記シャンクは、
      前記翼根部の延在方向に沿って前記圧力面側に設けられ、第1凹部を有する第1側面と、
      前記翼根部の前記延在方向に沿って前記負圧面側に設けられ、第2凹部を有する第2側面と、
    を有し、
     前記翼高さ方向に直交する前記シャンクの断面において、
      前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記翼根部の前記延在方向における前記シャンクの中央位置を含み、
      前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第1凹部の形成長さが、前記翼根部の前記延在方向に沿った前記第2凹部の形成長さよりも大きい
    タービン翼。
  2.  前記シャンクの前記断面上において、前記延在方向にて、前記シャンクの全長をLとしたとき、前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記シャンクの両端のL/6の長さの端部領域を除いた前記シャンクの中央領域に設けられる
    請求項1に記載のタービン翼。
  3.  前記シャンクの前記断面上において、前記延在方向にて、前記シャンクの全長をLとしたとき、
     前記第1凹部の前記延在方向の前記形成長さは、L/3より大きく2L/3以下であり、
     前記第2凹部の前記延在方向の前記形成長さは、L/3以上、かつ、2L/3より小さい
    請求項1又は2に記載のタービン翼。
  4.  前記シャンクの前記断面上において、前記シャンクの幅方向における前記第1凹部の平均深さである第1平均深さと、前記幅方向における前記第2凹部の平均深さである第2平均深さとの比は、0.9以上1.1以下である
    請求項1乃至3の何れか一項に記載のタービン翼。
  5.  前記シャンクは、前記延在方向における両端面である前端面及び後端面を有し、
     前記シャンクの前記断面上において、前記シャンクは、前記第1凹部及び前記第2凹部よりも前記前端面側又は前記後端面側において前記前端面又は前記後端面に向かって前記シャンクの厚さが減少する厚さ減少部を有する
    請求項1乃至4の何れか一項に記載のタービン翼。
  6.  前記翼高さ方向と前記シャンクの幅方向とを含む断面において、前記第1凹部と前記第2凹部とで規定される前記シャンクの最小厚さ位置が、前記シャンクの全高さHを用いて表される前記シャンクの全高さ範囲のうち0.4H以上0.6H以下の範囲に含まれる
    請求項1乃至5の何れか一項に記載のタービン翼。
  7.  前記第1凹部及び前記第2凹部は、前記シャンクの前記翼高さ方向における全範囲に亘って延在する
    請求項1乃至6の何れか一項に記載のタービン翼。
  8.  前記第1凹部又は前記第2凹部の少なくとも一方は、前記翼高さ方向における端部にてフィレット部を有し、該フィレット部を介して前記プラットフォーム又は前記翼根部に接続されている
    請求項1乃至7の何れか一項に記載のタービン翼。
  9.  前記第1凹部又は前記第2凹部の少なくとも一方は、外側フィレット部を介して前記プラットフォームに接続されるとともに、内側フィレット部を介して前記翼根部に接続され、
     前記外側フィレット部の曲率半径は、前記内側フィレット部の曲率半径よりも小さい
    請求項1乃至8の何れか一項に記載のタービン翼。
  10.  前記翼根部の延在方向に直交する断面内にて、前記シャンクの幅方向における中心位置は、前記プラットフォームの前記幅方向における中心位置よりも、前記負圧面側にずれている
    請求項1乃至9の何れか一項に記載のタービン翼。
  11.  前記シャンクは、前記延在方向における両端面である前端面及び後端面を有し、
     前記シャンクの前記断面上にて、前記第1側面は、前記前端面に接続される第1前方輪郭、前記後端面に接続される第1後方輪郭、及び、前記第1前方輪郭と前記第1後方輪郭との間に位置し、前記第1凹部を形成する第1凹部輪郭を含み、
     前記シャンクの前記断面上にて、前記第2側面は、前記前端面に接続される第2前方輪郭、前記後端面に接続される第2後方輪郭、及び、前記第2前方輪郭と前記第2後方輪郭との間に位置し、前記第2凹部を形成する第2凹部輪郭を含み、
     前記第1前方輪郭及び前記第1後方輪郭の各々は、前記第1凹部輪郭との接続点を含む少なくとも一領域にて、前記翼根部の延在方向に沿って延びる直線状の第1基準輪郭と重なり、
     前記第1凹部輪郭は、前記第1基準輪郭よりも前記圧力面側から内側に位置し、
     前記第2前方輪郭及び前記第2後方輪郭の各々は、前記第2凹部輪郭との接続点を含む少なくとも一領域にて、前記翼根部の延在方向に沿って延びる直線状の第2基準輪郭と重なり、
     前記第2凹部輪郭は、前記第2基準輪郭よりも前記負圧面側から内側に位置する
    請求項1乃至10の何れか一項に記載のタービン翼。
  12.  請求項1乃至11の何れか一項に記載のタービン翼と、
     前記タービン翼の前記翼根部と係合する翼溝を有するロータディスクと、
    を備えるタービン。
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