JP2005233141A

JP2005233141A - 動翼およびその動翼を用いたガスタービン

Info

Publication number: JP2005233141A
Application number: JP2004045683A
Authority: JP
Inventors: Yasuoki Tomita; 康意富田; Masaki Ono; 正樹小野; Eiji Akita; 栄司秋田; Masao Terasaki; 正雄寺崎; Masayuki Takahama; 正幸高濱; Yasushi Watanabe; 康司渡邊; Hideki Murata; 英樹村田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02
Also published as: KR20050083579A; US20050186074A1; SA05260023B1; US7481614B2; KR100787010B1

Abstract

【課題】ガスタービン動翼の振動を抑制する。
【解決手段】回転軸の円周方向に沿い隣接して取り付けられたガスタービン動翼１間のシャンク３における隙間に、翼根２側の冷却空気が翼部５側に漏れ出さないようにするシールピンを介在させる一方、シャンク３に円弧状の凹み部６を形成し、シールピンをばね系、翼部５、プラットホーム４、シャンク３及び翼根２を質量系として、ガスタービン動翼１の振動を抑制させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、動翼およびその動翼を用いたガスタービンに関する。

ガスタービンでは、複数の円板が回転軸の軸方向に配置され、これらの円板の外周に、多数の動翼が円周方向に隣接して植え込まれる。軸方向の前後で隣接する動翼間には、動翼の外側を覆うケーシングに設けられた静翼が配置される。これら動翼及び静翼間を高温の燃焼ガスが流れることにより、動翼と共に回転軸が回転駆動され、例えば圧縮機の駆動及び発電機の駆動が行われる。

ガスタービン内には高温の燃焼ガスが導入されるので、動翼及び静翼は高温に曝される。そのため、動翼内部に冷却媒体の導入通路を形成した冷却翼がガスタービンの動翼として用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００２−１２９９０５号公報特開平１−６３６０５号公報

ガスタービンの回転軸が回転駆動されると、回転軸に設けられた円板が回転駆動される。このとき、円板に設けられた複数の動翼は、回転軸の外側に配設されるケーシングに設けられた複数の静翼間を移動する。これら各翼間を高温の燃焼ガスが流動すると、各翼の後端に渦が発生する。この渦により、各翼にガスタービンの前側及び後側へ押す力が働いたり、隣接する翼方向へ押す力が働いたりすることになり、各翼に振動が生じる。
そして、ケーシングに配設される静翼の周波数と動翼の固有の振動数（以下、単に固有振動数という）とが一致し共振して各翼の振動が大きくなり、各翼でＨＣＦ（High Cycle fatigue）が発生するおそれがあることが判った。

そこで、本発明は、前述した実情に鑑み提案されたもので、振動を抑制した動翼およびその動翼を用いたガスタービンを提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る動翼は、高温ガスに曝される翼部と、翼部を支持するプラットホームと、前記プラットホームの下方に連続するシャンクと、前記シャンクの下方に連続し、回転軸に埋め込まれる翼根と、前記翼根、前記シャンク、前記プラットホーム及び前記翼部を冷却空気が貫通する冷却通路とを有する動翼であって、前記シャンクに円弧状の凹み部を形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る動翼は、第１の発明に記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部が、該プラットホームの下端から連続して前記翼根に至る形状であることを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る動翼は、第１の発明または第２の発明に記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部が、前記シャンクの前縁から連続して後縁に至る形状であることを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る動翼は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部が、前記シャンクの中央で最も凹む形状であることを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明に係る動翼は、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部を、前記動翼の翼形状断面における凹部と同じ側に形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決する第６の発明に係る動翼は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記シャンクに形成された前記円弧状の凹み部の反対側が、前記プラットホームの側端と翼根の側端との接線よりも中にあることを特徴とする。

上述した課題を解決する第７の発明に係る動翼は、第１の発明乃至第６の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記シャンクの下方を平坦にしたことを特徴とする。

上述した課題を解決する第８の発明に係る動翼は、第１の発明乃至第７の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部を形成した前記シャンクの一側側における前縁および後縁を面取りしたことを特徴とする。

上述した課題を解決する第９の発明に係るガスタービンは、第１の発明乃至第８の発明のいずれかに記載された動翼を、回転軸の軸方向に配置される複数の円板の外周における円周方向に隣接して配置したことを特徴とする。

上述した課題を解決する第１０の発明に係るガスタービンであって、高温ガスに曝される翼部と、翼部を支持するプラットホームと、前記プラットホームの下方に連続するシャンクと、前記シャンクの下方に連続し、回転軸に埋め込まれる翼根と、前記翼根、前記シャンク、前記プラットホーム及び前記翼部を冷却空気が貫通する冷却通路とを有す動翼を前記回転軸における円周方向に沿い隣接して取り付けたガスタービンであって、隣接して取り付けられた前記動翼のシャンク間における隙間に、前記翼根側の冷却空気が前記翼部側に漏れ出さないようにするシールピンを介在させる一方、前記シャンクに円弧状の凹み部を形成し、前記シールピンをばね系、前記翼部、前記プラットホーム、前記シャンク及び前記翼根を質量系として、前記動翼の振動を抑制させるようにしたことを特徴とする。

第１の発明に係る動翼によれば、高温ガスに曝される翼部と、翼部を支持するプラットホームと、前記プラットホームの下方に連続するシャンクと、前記シャンクの下方に連続し、回転軸に埋め込まれる翼根と、前記翼根、前記シャンク、前記プラットホーム及び前記翼部を冷却空気が貫通する冷却通路とを有する動翼であって、前記シャンクに円弧状の凹み部を形成したことにより、前記シャンクにおける強度分布が均等になり、前記シャンクに一定の強度を持たせたまま、高温ガスに曝されて生じる前記動翼の振動による応力を前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力の前記シャンクへの集中を抑制することができる。

第２の発明に係る動翼によれば、第１の発明の動翼であって、前記円弧状の凹み部が、前記プラットホームの下端から連続して前記翼根に至る形状であることにより、前記プラットホームの下端から連続して前記翼根に至る方向における前記シャンクの強度分布が均等になり、高温ガスに曝されて生じる前記動翼の振動による応力を前記プラットホームの下端から前記翼根に至る方向で前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力の前記シャンクへの集中を抑制することができる。

第３の発明に係る動翼によれば、第１の発明または第２の発明に記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部が、前記シャンクの前縁から連続して後縁に至る形状であることにより、前記シャンクの前縁から連続して後縁に至る方向における強度分布が均等になり、高温ガスに曝されて生じる前記動翼の振動による応力を前記シャンクの前縁から後縁への方向で前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力の前記シャンクへの集中を抑制することができる。

第４の発明に係る動翼によれば、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記シャンクの中央部を最も凹ませたことにより、前記シャンクにおける強度配分が均等になり、高温ガスに曝されて生じる前記動翼の振動による応力を前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力の前記シャンクへの集中を抑制することができる。

第５の発明に係る動翼によれば、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部を、前記動翼の翼形状断面における凹部と同じ側に形成したことにより、前記円弧状の凹み部と前記冷却通路との位置取りを考慮して容易に設計することができ、製造コストを削減することができる。

第６の発明に係る動翼によれば、第１の発明乃至第５の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記シャンクにおける前記円弧状の凹み部の反対側が、前記プラットホームの側端と翼根の側端との接線よりも中にあることにより、前記動翼の隣に動翼を配置しても、隣接する動翼のシャンク同士が衝突するおそれがなくなる。

第７の発明に係る動翼によれば、第１の発明乃至第６の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記シャンクの下方を平坦にしたことにより、前記シャンクの下方における強度変化がなくなり、一定の強度を容易に持たせることができるので、前記動翼の回転により生じる遠心力の応力が前記シャンクに集中することを避けることができる。

第８の発明に係る動翼によれば、第１の発明乃至第７の発明のいずれかに記載された動翼であって、前記円弧状の凹み部を形成した前記シャンクの一側側における前縁および後縁を面取りしたことにより、前記前縁および前記後縁における強度変化が小さくなり、高温ガスに曝されて生じる前記動翼の振動による局所的な引張応力が前記シャンクの一側側における前記前縁および前記後縁にかかるのを緩和することができる。

第９の発明に係るガスタービンによれば、第１の発明乃至第８の発明のいずれかに記載された動翼を、回転軸の軸方向に配置される複数の円板の外周における円周方向に隣接して配置したことにより、前記動翼の前記シャンクにおける強度分布が均等になり、前記回転軸が回転して生じる振動による応力を前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力の前記シャンクへの集中を抑制することができる。

第１０の発明に係るガスタービンによれば、高温ガスに曝される翼部と、翼部を支持するプラットホームと、前記プラットホームの下方に連続するシャンクと、前記シャンクの下方に連続し、回転軸に埋め込まれる翼根と、前記翼根、前記シャンク、前記プラットホーム及び前記翼部を冷却空気が貫通する冷却通路とを有す動翼を前記回転軸における円周方向に沿い隣接して取り付けたガスタービンであって、隣接して取り付けられる前記動翼のシャンク間における隙間に、前記翼根側の冷却空気が前記翼部側に漏れ出さないようにするシールピンを介在させる一方、前記シャンクに円弧状の凹み部を形成し、前記シールピンをばね系、前記翼部、前記プラットホーム、前記シャンク及び前記翼根を質量系として、前記動翼の振動を抑制させるようにしたことにより、前記動翼をそれぞれダンパとして機能させ、前記動翼の振動数を静翼の振動数に一致させないようにして、前記動翼を前記静翼と共振させないようにすることができる。

以下に、本発明に係るガスタービン動翼を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。

図１は、本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼を前縁側から見た斜視図であり、図２は、それを後縁側から見た斜視図であり、図３はそれを後縁側から見た側面図である。図４は、本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。図５は、図４におけるシャンクの断面を示し、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視断面図である。図６は、本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼が隣接した状態を示す側面図である。図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。図８は、図６における囲み線ＶＩＩＩの要部拡大側面図である。なお、図中における矢印Ｆｌｏｗは、作動流体である燃焼ガスの流動方向を示す。

ガスタービンは、圧縮機、燃焼器及びタービンにより構成され、圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃焼器で燃料とともに燃焼され、燃焼ガスがタービンに導入されてタービンが駆動される。タービンの動力により圧縮機を作動させ、発電機で発電される。

タービンの回転軸側には、図１乃至図５に示したガスタービン動翼１が軸方向に多段にわたって設けられる。ガスタービン動翼１は回転軸側に保持されるクリスマスツリー型の翼根２を有する。また、ガスタービン動翼１は、高温ガスに曝される翼部５とこの翼部５を支持するプラットホーム４と、プラットホーム４と翼根２とを連結するシャンク３とを有する。翼根２が図示しない円板に埋め込まれて、ガスタービン動翼１を支持している。

ガスタービン動翼１のシャンク３は、図１および図２に示す様に、翼部５の翼形状断面、すなわち水平断面における凹部である腹側５ａと同じ側に位置するシャンク３の一側側に円弧状の凹み部６が形成され、シャンク３に形成された円弧状の凹み部６の反対側であり、翼部５の背側５ｂと同じ側であるシャンク３の他側側に、シャンク３の一側側に向かって凹となる曲面１０が形成される。このような位置に円弧状の凹み部６を形成したことで、円弧状の凹み部６と後述する冷却通路である穴との位置取りを考慮して容易に設計することができ、製造コストを削減することができる。シャンク３における円弧状の凹み部６の下方、およびシャンク３における曲面１０の下方に、平坦となる平坦部８が形成される。このような位置に平坦部８を設けたことで、シャンク３の下方における強度変化が無くなり、一定の強度を容易に持たせることができるので、ガスタービン動翼１の回転により生じる遠心力の応力がシャンク３に集中することを避けることができる。

円弧状の凹み部６が形成されたシャンク３の一側側における前縁３ｅおよび後縁３ｆに面取りされたチャンファー部７が形成される。このような位置にチャンファー部７を形成したことで、前縁３ｅおよび後縁３ｄにおける強度変化が小さくなり、高温ガスに曝されて生じるガスタービン動翼１の振動による局所的な引張応力が円弧状の凹み部６が形成されたシャンク３の一側側における前縁３ｅおよび後縁３ｆにかかるのを緩和することができる。シャンク３の他側側に形成された曲面１０は、図３に示す様に、プラットホーム４の側端である側壁４ａと、翼根２の側端である側壁２ａとの接線Ｌよりも中にある。このような位置に曲面１０があることにより、隣接するガスタービン動翼１のシャンク３同士が衝突するおそれはなくなる。

以下に、シャンク３の形状を詳しく説明する。
図４及び図５（Ａ）に示す様に、シャンク３の上方では、翼部５の翼形状断面、すなわち水平断面における凹部である腹側５ａに位置し、シャンク３の一側側である第１面３ａの中央付近に、シャンクの他側側である第２面３ｂ，第３面３ｃ，第４面３ｄ側に凸となる円弧状の凹み部６ａが形成される。この円弧状の凹み部６ａは、シャンク３の前縁３ｅから連続して後縁３ｆに至る形状である。シャンク３の他側側は、第１面３ａ側に凹となる円弧状の曲面の中央を平面で切断した形状に形成される。詳しくは、両側に位置し円弧状の曲面からなる第２面３ｂ，第３面３ｃと、これらの面３ｂ，３ｃに連続し、中央に位置し平面からなる第４面３ｄとからなる形状に形成される。ただし、第１面３ａ，第２面３ｂ，第３面３ｃおよび第４面３ｄは、プラットホーム４の側端である側壁４ａと翼根２の側端である側壁２ａとの接線Ｌ（図３参照）よりも内側に形成される。

図４及び図５（Ｂ）に示す様に、シャンク３の中央より少し上方では、プラットホーム４の上部に設けられる翼部５の水平断面の形状と略同じ形状に形成される。つまり、シャンク３の一側側である第１面３ａの中央付近に、他側側である第２面３ｂ，第３面３ｃ，第４面３ｄ側に凸となる円弧状の凹み部６ｂが形成される。この円弧状の凹み部６ｂは、シャンク３の前縁３ｅから連続して後縁３ｆに至る形状である。ただし、この位置における円弧状の凹み部６ｂは、シャンク３の中央より上方における円弧状の凹み部６ａよりもシャンク３の他側側に凹んでいる。シャンク３の他側側は、一側側に凹となる円弧状の曲面の中央を平面で切断した形状に形成される。詳しくは、両側に位置し曲面からなる第２面３ｂ，第３面３ｃと、これらの面３ｂ，３ｃに連続し、中央に位置し平面からなる第４面３ｄとからなる形状に形成される。ただし、第１面３ａ，第２面３ｂおよび第３面３ｃは、プラットホーム４の側端である側壁４ａと翼根２の側端である側壁２ａとの接線Ｌ（図３参照）よりも内側に形成されると共に、第４面３ｄは、プラットホーム４と翼根２の側壁２ａと一致して形成される。

図４及び図５（Ｃ）に示す様に、シャンク３の中央では、プラットホーム４の上部に設けられる翼部５の水平断面の形状と略同じ形状に形成される。つまり、シャンク３３の一側側である第１面３ａの中央付近に、他側側である第２面３ｂ，第３面３ｃ，第４面３ｄ側に凸となる円弧状の凹み部６ｃが形成される。この円弧状の凹み部６ｃは、シャンク３の前縁３ｅから連続して後縁３ｆに至る形状である。ただし、この位置における円弧状の凹み部６ｃは、シャンク３の中央より少し上方における円弧状の凹み部６ｂよりもシャンク３の他側側に凹んでいる。シャンク３の他側側は、一側側に凹となる円弧状の曲面の中央を平面で切断した形状に形成される。詳しくは、両側に位置し曲面からなる第２面３ｂ，第３面３ｃと、これらの面３ｂ，３ｃに連続し、中央に位置し平面からなる第４面３ｄとからなる形状に形成される。ただし、第１面３ａ，第２面３ｂ，第３面３ｃおよび第４面３ｄは、プラットホーム４の側端である側壁と翼根２の側端である側壁２ａとの接線Ｌ（図３参照）よりも内側に形成される。

図４及び図５（Ｄ）に示す様に、シャンク３の中央より下方では、プラットホーム４の中央における水平断面の形状と略同じ形状に形成される。つまり、シャンク３３の一側側である第１面３ａの中央付近に、他側側である第２面３ｂ，第３面３ｃ，第４面３ｄ側に凸となる円弧状の凹み部６ｄが形成される。この円弧状の凹み部６ｂは、シャンク３の前縁３ｅから連続して後縁３ｆに至る形状である。ただし、この位置における円弧状の凹み部６ｄは、シャンク３の中央における円弧状の凹み部６ｃよりもシャンク３の他側側への凹みが小さくなる。シャンク３の他側側は、一側側に凹となる円弧状の曲面の中央を平面で切断した形状に形成される。詳しくは、両側に位置し曲面からなる第２面３ｂ，第３面３ｃと、これらの面３ｂ，３ｃに連続し、中央に位置し平面からなる第４面３ｄとからなる形状に形成される。ただし、第１面３ａ，第２面３ｂ，第３面３ｃおよび第４面３ｄは、プラットホーム４の側端である側壁と翼根２の側端である側壁２ａとの接線Ｌ（図３参照）よりも内側に形成される。

円弧状の凹み部６は、図１乃至図５に示す様に、プラットホーム４の下端４ｂ、シャンク３の上方、シャンク３の中央より少し上方、シャンク３の中央、およびシャンク３の中央より下方に渡って連続して形成される。つまり、円弧状の凹み部６は、プラットホーム４の下端４ｂから連続して翼根２に至るように形成される。シャンク３の中央における円弧状の凹み部６ｃが最も凹む最凹部となる。ただし、シャンク３は、翼根２とプラットホーム４とを連結する強度及びプラットホーム４を支持する強度を有する。

よって、円弧状の凹み部６は、プラットホーム４の下端４ｂから連続して翼根２に至るように円弧状に形成され、シャンク３の中央では最も凹むように形成される。さらに、円弧状の凹み部６は、シャンク３の前縁３ｅから連続して後縁３ｆに至るように円弧状に形成され、シャンク３の中央では最も凹むように形成される。シャンク３をこのような形状にしたことで、シャンク３における強度分布が均等になり、高温ガスに曝されて生じるガスタービン動翼１の振動による応力を、プラットホーム４の下端４ｂから翼根２への方向およびシャンク３の前縁３ｅから後縁３ｆへの方向で前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力のシャンク３への集中を抑制することができる。シャンク３の中央における円弧状の凹み部６ｃを最も凹ませたことにより、シャンク３における強度分布が均等になり、高温ガスに曝されて生じるガスタービン動翼１の振動による応力を前記強度分布に応じて均等に分散することができるので、該応力のシャンク３への集中を抑制することができる。

なお、ガスタービン動翼１は、Ｃｒ、Ｃｏ等を含む柱状晶Ｎｉ基耐熱合金（特許第３２４６３７７号明細書参照）からなる。

上述した形状を有する複数のガスタービン動翼１がガスタービン内に配設される円板の外周における円周方向に沿って、図６乃至図８に示す様に隙間１８をあけ隣接して配設される。ガスタービン動翼１の翼部５の側面から内側へ所定の距離となる部位に所定の間隔で（並列に）、ガスタービン動翼１を冷却する冷却媒体である冷却空気が貫通して流れる冷却通路である穴（図７における符号１９及び符号２９）が、複数設けられる。

図４及び図５に示す様に、ガスタービン動翼１の翼部５を冷却する冷却媒体である冷却空気が流れる冷却通路である穴９はガスタービン動翼１の内部に複数設けられる。穴９は、翼根２からシャンク３を通り、さらにプラットホーム４を通って翼部５まで貫通する。翼部５を冷却する効果を高めるため、翼部５の側面５ａから内側へ所定の距離となる位置に所定の間隔で穴９が配設される。つまり、穴９は、翼部５の横断面形状を縮小した形状と略同じに配置される。冷却空気を翼根２側から翼部５まで効率良く流すため、一直線状に設けられる。よって、シャンク３においても、穴９は、翼部５での配置と同様に配置される。したがって、図５（Ｃ）に示す様に、最凹部６ａとなるシャンク３の中央付近でも、翼部５の水平断面形状と略同じ形状となる。

以下に、隣接するガスタービン動翼の構造について説明する。
図６乃至図８に示す様に、隙間１８をあけて隣接するガスタービン動翼の一方を第１ガスタービン動翼１１とし、もう一方を第２ガスタービン動翼２１とする。第１ガスタービン動翼１１のプラットホーム１４の一側面（回転軸の円周方向における一側面）には、シールピン１６を収容する溝１７が設けられる。シールピン１６を収容する溝１７により、第１ガスタービン動翼１１の翼部１５側、及び第２ガスタービン２１の翼部２５側を流動する高温の燃焼ガスが翼根１２，２２側へ流れ込むのを防いでいると共に、第１ガスタービン動翼１１の内部及び第２ガスタービン動翼２１の内部を通ってこれら第１ガスタービン動翼１１及び第２ガスタービン動翼２１を冷却する冷却媒体である冷却空気が翼根１２，２２側から翼部１５，２５側へ漏れ出すのを防いでいる。なお、シールピン１６の形状は棒状である。

第１ガスタービン動翼１１の溝１７は、側面から見ると翼部１５側から翼根１２側に向ってプラットホーム１４の内部に切り込んで延びる第１壁１７ａと、この第１壁１７ａに連続し、プラットホーム１４の側壁１４ａと略平行に下方に延びる第２壁１７ｂと、この第２壁１７ｂに連続し、プラットホーム１４の側壁１４ａまで略水平に延びる第３壁１７ｃとからなる。ただし、この溝１７内に配設されるシールピン１６が翼根１２側に配置されたときでも、シールピン１６が溝１７内の各壁１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、及び隣接する第２ガスタービン動翼２１のプラットホーム２４の側壁２４ａに接する。そのため、隣接する第１ガスタービン動翼１１と第２ガスタービン動翼２１とが直接接触することが無く、第１ガスタービン動翼１１の振動がシールピン１６を介して隣接する第２ガスタービン動翼２１に伝搬したり、逆に、第２ガスタービン２１の振動がシールピン１６を介して第１ガスタービン動翼１１に伝搬したりする。

タービンの回転軸が回転し第１ガスタービン動翼１１及び第２ガスタービン動翼２１が駆動されているときは、溝１７に収容されたシールピン１６に遠心力、即ち翼部１５側への力が加わり、溝１７内で翼部１５側に張り付いている。このとき、これら第１ガスタービン動翼１１及び第２ガスタービン動翼２１は振動している。詳しくは、第１ガスタービン動翼１１と第２ガスタービン動翼２１とが離れる方向に振動したり、接触する方向に振動したりしている。隣接する第１ガスタービン動翼１１と第２ガスタービン動翼２１とが離れる方向に振動するときには、上述した遠心力により、シールピン１６は溝１７内の翼部１５側に張り付いている。また、第１ガスタービン動翼１１と第２ガスタービン動翼２１とが接触する方向に振動するときには、シールピン１６が接する第１ガスタービン動翼１１，第２ガスタービン動翼２１から力を受け、上述した遠心力に逆らって、シールピン１６は溝１７内のシャンク１３側に押し込まれる。よって、第１ガスタービン動翼１１は翼根１２で図示しない円板に支持される一方、隣接する第２ガスタービン動翼２１との間に介在するシールピン１６でも支持される。
したがって、質量Ｍ₁の翼部１５、プラットホーム１４、シャンク１３及び翼根１２を、バネ定数Ｋ₁を有するシールピン１６で支持するばね弾性構造となり、第１ガスタービン動翼１１を、固有振動数を有するダンパとしてみなすことができる。

シールピン１６のバネ定数Ｋ₁と、翼部１５、プラットホーム１４、シャンク１３及び翼根１２の質量Ｍ₁との関係からなる第１ガスタービン動翼１１の固有振動数ｆ_m1は、下式（１）で表される。
ｆ_m1＝（１／２π）・｛（Ｋ₁）／Ｍ₁｝^1/2 （１）
よって、バネ定数Ｋ₁と質量Ｍ₁とをそれぞれ調整することにより、静翼の振動と共振しないように、第１ガスタービン動翼１１に固有振動数ｆ_m1を持たせることができる。
したがって、上記第１ガスタービン動翼１１と同様に、回転軸に設けられる複数のガスタービン動翼をそれぞれダンパとして機能させ、ガスタービン動翼の振動数を静翼の振動数に一致させないようにして、ガスタービン動翼を静翼と共振させないようにすることができる。

なお、上記では、ガスタービン動翼に円弧状の凹み部を設けて、前記ガスタービン動翼の振動数と静翼の振動数とを一致させないようにしたガスタービンを用いて説明したが、蒸気タービンの蒸気タービン動翼に適用しても良く、上記ガスタービンと同様な作用効果を奏する。

本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼を前縁側から見た斜視図である。本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼を後縁側から見た斜視図である。本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼を後縁側から見た側面図である。本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。図３におけるシャンクの断面を示し、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視断面図である。図５は、本発明に係る第１の実施例のガスタービン動翼が隣接した状態を示す側面図である。図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。図６における囲み線ＶＩＩＩの要部拡大側面図である。

符号の説明

１ガスタービン動翼
２翼根
３シャンク
４プラットホーム
５翼部
６円弧状の凹み部
１１第１ガスタービン動翼
１２翼根
１３シャンク
１４プラットホーム
１５翼部
１６シールピン
１７溝
２１第２ガスタービン動翼
２２翼根
２３シャンク
２４プラットホーム
２５翼部

Claims

高温ガスに曝される翼部と、翼部を支持するプラットホームと、前記プラットホームの下方に連続するシャンクと、前記シャンクの下方に連続し、回転軸に埋め込まれる翼根と、前記翼根、前記シャンク、前記プラットホーム及び前記翼部を冷却空気が貫通する冷却通路とを有する動翼であって、
前記シャンクに円弧状の凹み部を形成したことを特徴とする動翼。
請求項１に記載された動翼であって、
前記円弧状の凹み部が、前記プラットホームの下端から連続して前記翼根に至る形状であることを特徴とする動翼。
請求項１または請求項２に記載された動翼であって、
前記円弧状の凹み部が、前記シャンクの前縁から連続して後縁に至る形状であることを特徴とする動翼。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された動翼であって、
前記シャンクの中央部を最も凹ませたことを特徴とする動翼。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された動翼であって、
前記円弧状の凹み部を、前記動翼の翼形状断面における凹部と同じ側に形成したことを特徴とする動翼。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された動翼であって、
前記シャンクに形成された前記円弧状の凹み部の反対側が、前記プラットホームの側端と翼根の側端との接線よりも中にあることを特徴とする動翼。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された動翼であって、
前記シャンクの下方を平坦にしたことを特徴とする動翼。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された動翼であって、
前記円弧状の凹み部を形成した該シャンクの一側側における前縁および後縁を面取りしたことを特徴とする動翼。
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載された動翼を、回転軸の軸方向に配置される複数の円板の外周における円周方向に隣接して配置したことを特徴とするガスタービン。
高温ガスに曝される翼部と、翼部を支持するプラットホームと、前記プラットホームの下方に連続するシャンクと、前記シャンクの下方に連続し、回転軸に埋め込まれる翼根と、前記翼根、前記シャンク、前記プラットホーム及び前記翼部を冷却空気が貫通する冷却通路とを有す動翼を前記回転軸における円周方向に沿い隣接して取り付けたガスタービンであって、
隣接して取り付けられた前記動翼のシャンク間における隙間に、前記翼根側の冷却空気が前記翼部側に漏れ出さないようにするシールピンを介在させる一方、前記シャンクに円弧状の凹み部を形成し、
前記シールピンをばね系、前記翼部、前記プラットホーム、前記シャンク及び前記翼根を質量系として、前記動翼の振動を抑制させるようにしたことを特徴とするガスタービン。