JP5881430B2 - Blade root spring, turbine rotor including the same, and gas turbine - Google Patents

Blade root spring, turbine rotor including the same, and gas turbine Download PDF

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Description

本発明は、動翼の翼根と共にロータディスクの翼根溝に挿入される翼根バネ、これを備えているタービンロータ及びガスタービンに関する。   The present invention relates to a blade root spring inserted into a blade root groove of a rotor disk together with a blade root of a moving blade, a turbine rotor including the blade root spring, and a gas turbine.

ガスタービンのタービンロータは、回転軸線を中心とするロータディスクと、このロータディスクの翼根溝にその翼根が挿入される動翼と、を備えている。   A turbine rotor of a gas turbine includes a rotor disk having a rotation axis as a center, and a moving blade whose blade root is inserted into a blade root groove of the rotor disk.

ロータディスクの翼根溝と動翼の翼根との間には、組み付け後の位置精度を確保しつつ着脱の容易性等を確保するために、僅かな隙間が存在する。ところで、ガスタービンの定常運転時は、回転軸線を中心としてタービンロータが高速回転するため、動翼には自重を無視し得るほどの大きな遠心力が作用する。このため、ロータディスクの翼根溝と動翼の翼根との間に僅かな隙間が存在しても、ガスタービンの定常運転時には、この遠心力により、翼根溝内の翼根の位置が規定の位置に収まっている。   A slight gap exists between the blade root groove of the rotor disk and the blade root of the rotor blade in order to ensure the positional accuracy after assembly and to ensure the ease of attachment and detachment. By the way, during steady operation of the gas turbine, the turbine rotor rotates at a high speed around the rotation axis, so that a large centrifugal force that can ignore its own weight acts on the moving blades. For this reason, even if a slight gap exists between the blade root groove of the rotor disk and the blade root of the rotor blade, during centrifugal operation of the gas turbine, this centrifugal force causes the position of the blade root in the blade root groove. It is in the prescribed position.

しかしながら、タービンロータが低速で回転する予備的な運転時等には、動翼に作用する遠心力が小さくなるため、遠心力に対する自重の大きさが無視できなくなり、遠心力が作用する向きと重力が作用する向きが一致するときと、遠心力が作用する向きと重力が作用する向きが逆向きのときとでは、翼根溝内の翼根の位置が変化してしまう。つまり、タービンロータが一回転する間に、回転軸線に対して鉛直下方側に動翼が位置するときと、鉛直上方側に動翼が位置するときとでは、翼根溝内の翼根の位置が変化してしまう。   However, during the preliminary operation when the turbine rotor rotates at a low speed, the centrifugal force acting on the rotor blades becomes small, so the magnitude of the weight of the centrifugal force against the centrifugal force cannot be ignored, and the direction in which the centrifugal force acts and the gravity The position of the blade root in the blade root groove changes when the direction in which the forces act coincides with the direction in which the centrifugal force acts and the direction in which the gravity acts. That is, the position of the blade root in the blade root groove when the moving blade is positioned vertically below the rotation axis and when the moving blade is positioned vertically above the rotation axis during one rotation of the turbine rotor. Will change.

このように、タービンロータが一回転する間に翼根溝内の翼根の位置が変化すると、不要な振動が発生する上に、翼根溝と翼根との双方に局所的な磨耗が生じてしてしまう。さらに、翼根溝及び翼根の局所的な磨耗が進むと、ガスタービンの定常運転時においても、翼根溝内の翼根の位置が規定の位置に収まらなくなり、不要な振動を招くおそれもある。   As described above, if the position of the blade root in the blade root groove changes during one rotation of the turbine rotor, unnecessary vibration occurs and local wear occurs in both the blade root groove and the blade root. Will do. Furthermore, if the blade root groove and the blade root are locally worn, the position of the blade root in the blade root groove will not fit in the specified position even during steady operation of the gas turbine, which may cause unnecessary vibration. is there.

そこで、例えば、以下の特許文献１では、翼根の径方向内側の面である底面と翼根溝の径方向内側の底面との間に、径方向に弾性力を発生する翼根バネを配置して、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢し、ガスタービンの定常運転時でも予備的な運転時でも、常に、翼根溝内の翼根の位置が規定の位置に収まるようにしている。   Therefore, for example, in Patent Document 1 below, a blade root spring that generates an elastic force in the radial direction is disposed between a bottom surface that is a radially inner surface of the blade root and a bottom surface that is radially inner of the blade root groove. Then, the rotor blades are urged radially outward with respect to the rotor disk, and the blade root position in the blade root groove is always within the specified position during steady operation and preliminary operation of the gas turbine. I am doing so.

特開２００５−２７３６４６号公報 図２、図５、図６JP, 2005-273646, A FIG. 2, FIG. 5, FIG.

上記特許文献１に記載の翼根バネは、バネ高さ方向の一方の端部が翼根の底面に接触し、バネ高さ方向の他方の端部が翼根溝の溝に接触すると共に、翼根バネの側部が翼根溝の側面にも接触又は固着し、この翼根溝の側面との接触部分での弾性変形が規制されている。また、この翼根バネは、バネ高さ方向の一方の端部がバネ高さ方向に対して傾斜した翼根の底面に接触し、荷重の作用点における荷重の方向がバネ高さ方向に対して傾斜している。このため、翼根バネの側部を翼根溝の側面に接触させる向きの力が大きくなり、翼根バネに作用する荷重が変化すると、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触量が変化し、翼根バネ中で弾性変形が規制される部分も変化する。   In the blade root spring described in Patent Document 1, one end portion in the spring height direction is in contact with the bottom surface of the blade root, the other end portion in the spring height direction is in contact with the groove in the blade root groove, The side portion of the blade root spring also contacts or adheres to the side surface of the blade root groove, and the elastic deformation at the contact portion with the side surface of the blade root groove is restricted. In addition, this blade root spring is in contact with the bottom surface of the blade root whose one end in the spring height direction is inclined with respect to the spring height direction, and the direction of the load at the load application point is relative to the spring height direction. Is inclined. For this reason, if the force in the direction of bringing the side of the blade root spring into contact with the side surface of the blade root groove increases and the load acting on the blade root spring changes, the side of the blade root spring and the side surface of the blade root groove will change. The amount of contact changes, and the portion where elastic deformation is restricted in the blade root spring also changes.

よって、上記特許文献１に記載の翼根バネは、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができない上に、その弾性力の管理が極めて難しく、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等に、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることが難しいという問題点がある。さらに、上記特許文献１に記載の翼根バネは、翼根バネの側部が翼根溝の側面にも接触又は固着しているため、翼根バネの位置が安定するものの、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができない関係上、翼根バネが局部的にへたり易く、翼根バネの寿命が短いという問題点もある。   Therefore, the blade root spring described in Patent Document 1 cannot make the entire spring height direction function as a spring, and it is extremely difficult to manage the elastic force, and the centrifugal force acting on the moving blade is small. There is a problem that it is difficult to stably place the blade root in the blade root groove in a predetermined position during the preliminary operation of the. Further, in the blade root spring described in Patent Document 1, the side of the blade root spring is also in contact with or fixed to the side surface of the blade root groove. Since the whole cannot function as a spring, there is a problem that the blade root spring is liable to be locally bent and the life of the blade root spring is short.

そこで、本発明は、バネ寿命を長くすることができると共に、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることができる、翼根バネ、これを備えているタービンロータ及びガスタービンを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention can extend the life of the blades with respect to the rotor disk at all times, including during the preliminary operation of a turbine that can extend the life of the spring and have a small centrifugal force acting on the blades. A blade root spring, a turbine rotor including the blade root spring, and a gas capable of generating a force for energizing the blade root sufficiently and stably, and stably positioning the blade root in the blade root groove at a predetermined position. An object is to provide a turbine.

上記問題点を解決するための発明に係るタービンロータは、
回転軸線を中心とするロータディスクと、該ロータディスクの翼根溝に翼根が挿入されて該ロータディスクに取り付けられる動翼と、を備えているタービンロータにおいて、前記翼根の前記回転軸線に対する径方向内側の面である底面、及び前記翼根溝の該径方向内側の底面は、互いに該径方向に離間し且つ該径方向に垂直な平面で形成され、前記翼根溝の底面と前記翼根の底面との間には、前記径方向をバネ高さ方向とし、前記回転軸線に垂直な断面形状が該バネ高さ方向の一方の側に開口を有する環状の翼根バネが挿入され、前記翼根バネにおける前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの一方の底面に接する開口側接触部が形成され、前記翼根バネ中で前記開口と対向する底部において、前記回転軸線に対する周方向で互いに離間している二箇所には、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触する対向側接触部が形成され、前記翼根バネ中で、前記開口側接触部と前記対向側接触部との間であって前記周方向で互い対向する一対の側部は、前記翼根溝の該周方向で対向する一対の側面から離れている、ことを特徴とする。 The turbine rotor according to the invention for solving the above problems is
A turbine rotor comprising: a rotor disk having a rotation axis as a center; and a rotor blade having a blade root inserted into a blade root groove of the rotor disk and attached to the rotor disk. A bottom surface that is a radially inner surface and a radially inner bottom surface of the blade root groove are formed by planes that are spaced apart from each other in the radial direction and perpendicular to the radial direction, and the bottom surface of the blade root groove and the Between the bottom surface of the blade root, an annular blade root spring having the radial direction as a spring height direction and a cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis opening on one side of the spring height direction is inserted. In each of the end portions facing both edges of the opening in the blade root spring, an opening-side contact portion that is in contact with one of the bottom surface of the blade root and the bottom surface of the blade root groove is formed. In the bottom of the blade root spring facing the opening In two locations that are spaced apart from each other in the circumferential direction with respect to the rotation axis, opposing contact portions that contact the other bottom surface of the bottom surface of the blade root and the bottom surface of the blade root groove are formed, In the blade root spring, a pair of side portions between the opening-side contact portion and the facing-side contact portion and facing each other in the circumferential direction are a pair of side surfaces facing the circumferential direction of the blade root groove. It is characterized by being away from.

当該タービンロータにおいて、翼根バネは、そのバネ高さ方向の一方の端部の二箇所で翼根の底面に接触し、バネ高さ方向の他方の端部の二箇所で翼根溝の溝に接触する一方、翼根バネの一対の側部はそれぞれ翼根溝の側面から離れている。すなわち、当該翼根バネは、バネ高さ方向の両端部間の側部が翼根溝の側面から離れ、バネ高さ方向の両端部のみが荷重の作用点になる。このため、当該タービンロータでは、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。   In the turbine rotor, the blade root spring contacts the bottom surface of the blade root at two locations on one end in the spring height direction, and the groove of the blade root groove at two locations on the other end in the spring height direction. On the other hand, the pair of side portions of the blade root spring are respectively separated from the side surface of the blade root groove. That is, in the blade root spring, the side portion between both end portions in the spring height direction is separated from the side surface of the blade root groove, and only the both end portions in the spring height direction are the application points of the load. For this reason, in the said turbine rotor, the whole spring height direction of a blade root spring can be functioned as a spring.

また、当該翼根バネにおけるバネ高さ方向の両端部は、このバネ高さ方向、つまり径方向に対して垂直な翼根溝の底面及び翼根の底面に接し、荷重の作用点における荷重の作用方向がバネ高さ方向になる。このため、翼根バネをそのバネ幅方向に広げようとする力を小さく抑えることができ、翼根バネに比較的大きな荷重が作用して翼根バネが比較的大きく弾性変形しても、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができる。よって、当該タービンロータでは、翼根バネが弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネに比較的大きな荷重が作用したときでも、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。また、当該タービンロータでは、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができるため、翼根バネの局部的なへたりを抑えることができ、バネ寿命を長くすることができる。   In addition, both end portions of the blade root spring in the spring height direction are in contact with the bottom surface of the blade root groove and the bottom surface of the blade root perpendicular to the spring height direction, that is, the radial direction, and the load at the load application point. The direction of action is the spring height direction. For this reason, the force to spread the blade root spring in the spring width direction can be kept small, and even if a relatively large load acts on the blade root spring and the blade root spring is relatively large and elastically deformed, the blade Contact between the side portion of the root spring and the side surface of the blade root groove can be avoided. Therefore, in the turbine rotor, it is easy to manage the elastic force when the blade root spring is elastically deformed, and even when a relatively large load is applied to the blade root spring, the entire height of the blade root spring in the spring height direction is controlled. It can function as a spring. Further, in the turbine rotor, since the entire spring height direction of the blade root spring can function as a spring, local sag of the blade root spring can be suppressed, and the spring life can be extended. .

ここで、前記タービンロータにおいて、前記翼根バネの前記開口側接触部は、前記翼根の底面に接触していてもよい。この場合、前記ロータディスクには、前記翼根溝内で該翼根溝の底面と前記翼根の底面との間に冷却空気を導く空気路が形成されており、前記動翼は、前記翼根と、該翼根の径方向外側に位置する動翼本体とを有し、該翼根の底面中で前記翼根バネの前記開口に対向する位置から該動翼本体内に延びる空気路が形成されていてもよい。   Here, in the turbine rotor, the opening side contact portion of the blade root spring may be in contact with a bottom surface of the blade root. In this case, the rotor disk is formed with an air passage for guiding cooling air between the bottom surface of the blade root groove and the bottom surface of the blade root in the blade root groove. An air passage extending into the rotor blade body from a position facing the opening of the blade root spring in the bottom surface of the blade root. It may be formed.

当該タービンロータでは、翼根溝内に翼根バネを収めている状態でも、翼根溝内に流入した冷却空気を動翼に導くことができる。   In the turbine rotor, even when the blade root spring is housed in the blade root groove, the cooling air flowing into the blade root groove can be guided to the moving blade.

また、前記タービンロータにおいて、前記周方向における前記開口の中心を通って前記バネ高さ方向に延びるバネ中心線を基準にして、前記翼根バネは線対称な形状を成し、
二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記径方向の前記翼根バネのバネ高さ寸法に対する、該翼根バネの一対の側部相互間の距離であるバネ幅寸法の半分の比率よりも小さくてもよい。 Further, in the turbine rotor, the blade root spring has a line-symmetric shape with reference to a spring center line extending in the spring height direction through the center of the opening in the circumferential direction,
The ratio of the absolute value of the difference between both distances with respect to the larger one of the distance between the two opposing contact portions and the distance between the two opening contact portions is determined by the radial spring of the blade root spring. It may be smaller than a ratio of half of the spring width dimension, which is the distance between a pair of sides of the blade root spring, to the spring height dimension.

当該タービンロータでは、バネ中心線を基準にして、一方の側に存在する対向側接触部と開口側接触部との間のバネ幅方向に距離が小さくなるよう設定される。このため、当該タービンロータでは、開口側接触部にバネ高さ方向の荷重が作用した際、この対向側接触部を基準にして翼根バネをそのバネ幅方向に広げる方向に作用するモーメントを小さく抑えることができる。よって、当該タービンロータによれば、より効果的に、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができる。   In the turbine rotor, the distance is set to be small in the spring width direction between the facing contact portion and the opening-side contact portion existing on one side with respect to the spring center line. For this reason, in the turbine rotor, when a load in the spring height direction acts on the opening side contact portion, the moment acting in the direction of expanding the blade root spring in the spring width direction with respect to the facing side contact portion is reduced. Can be suppressed. Therefore, according to the turbine rotor, contact between the side portion of the blade root spring and the side surface of the blade root groove can be avoided more effectively.

また、上記問題点を解決するための発明に係るガスタービンは、
前記タービンロータと、前記タービンロータを回転可能に覆うケーシングと、前記ケーシングの内側に取り付けられ、前記動翼の上流側に配置されている静翼と、を備えていることを特徴とする。 In addition, a gas turbine according to the invention for solving the above problems is
The turbine rotor, a casing that rotatably covers the turbine rotor, and a stationary blade that is attached to the inside of the casing and disposed on the upstream side of the moving blade.

当該ガスタービンは、前記タービンロータを備えているので、翼根バネが弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネに比較的大きな荷重が作用したときでも、翼根バネのバネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。したがって、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることができる。   Since the gas turbine includes the turbine rotor, it is easy to manage the elastic force when the blade root spring is elastically deformed, and even when a relatively large load is applied to the blade root spring, The entire spring height direction can function as a spring. Therefore, the force for urging the rotor blades radially outward with respect to the rotor disk is always generated sufficiently and stably, including during preliminary operation of a turbine with a small centrifugal force acting on the rotor blades. In addition, the position of the blade root in the blade root groove can be stably stored in a predetermined position.

また、上記問題点を解決するための発明に係る翼根バネは、
回転軸線に対する径方向に延びる動翼の翼根と共に、該翼根の径方向内側に配置されて該回転軸線を中心とするロータディスクの翼根溝に挿入される翼根バネにおいて、バネ中心線を含む断面の形状が、該バネ中心線を基準にして線対称で且つ該バネ中心線を通る開口を有する環状に形成され、前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの一方の底面に接し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる開口側接触部が形成され、前記開口と対向する底部中で、前記バネ中心線に対して垂直な方向のバネ幅方向で互いに離間している二箇所のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる対向側接触部が形成され、二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記バネ中心線が延びる方向のバネ高さ寸法に対する、前記バネ幅方向のバネ幅寸法の半分の比率よりも小さいことを特徴とする。 Further, the blade root spring according to the invention for solving the above problems is
In a blade root spring, which is disposed radially inside the blade root and inserted into the blade root groove of the rotor disk centering on the rotation axis, together with the blade root of the blade extending in the radial direction with respect to the rotation axis, the spring center line Is formed in an annular shape having an opening that passes through the spring center line and is symmetrical with respect to the spring center line. An opening-side contact portion that is in contact with one of the bottom surface of the root and the bottom surface of the blade root groove and whose normal direction at the contact portion is in the spring height direction is formed, and in the bottom portion facing the opening In each of the two locations separated from each other in the spring width direction perpendicular to the spring center line, the bottom surface of the blade root and the bottom surface of the blade root groove contact each other. And contact on the opposite side where the normal direction at the contact part is the spring height direction And the ratio of the absolute value of the difference between the two distances relative to the larger of the distance between the two opposing contact portions and the distance between the two opening contact portions is determined by the spring center line It is smaller than the ratio of the half of the spring width dimension in the spring width direction to the spring height dimension in the extending direction.

当該翼根バネでは、そのバネ高さ方向の両端部が垂直な翼根溝の底面又は翼根の底面に接し、荷重の作用点における荷重の作用方向がバネ高さ方向になる。このため、翼根バネをそのバネ幅方向に広げようとする力を小さく抑えることができる。また、当該翼根バネでは、バネ中心線を基準にして、一方の側に存在する対向側接触部と開口側接触部との間のバネ幅方向に距離が小さくなるよう設定される。このため、当該翼根バネでは、開口側接触部にバネ高さ方向の荷重が作用した際、この対向側接触部を基準にして翼根バネをそのバネ幅方向に広げる方向に作用するモーメントを小さく抑えることができる。   In the blade root spring, both ends in the spring height direction are in contact with the bottom surface of the vertical blade root groove or the bottom surface of the blade root, and the direction of load application at the point of load application is the spring height direction. For this reason, the force which tries to spread a blade root spring in the spring width direction can be restrained small. In the blade root spring, the distance is set to be small in the spring width direction between the facing contact portion on one side and the opening-side contact portion with respect to the spring center line. For this reason, in the blade root spring, when a load in the spring height direction acts on the opening side contact portion, a moment acting in the direction of expanding the blade root spring in the spring width direction with respect to the opposite side contact portion is generated. It can be kept small.

よって、当該翼根バネによれば、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができ、弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、比較的大きな荷重が作用したときでも、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。   Therefore, according to the blade root spring, it is possible to avoid contact between the side portion of the blade root spring and the side surface of the blade root groove, it is easy to manage the elastic force when elastically deformed, and a relatively large load. Even when is applied, the entire spring height direction can function as a spring.

ここで、前記タービンロータの前記翼根バネを前記翼根溝から外すバネ外し治具は、該翼根溝内に挿入可能な大きさであって、該翼根溝内に挿入した際に該翼根溝の前記底面及び前記側面との最大隙間寸法が前記翼根バネの板厚で最も薄い板厚寸法よりも小さい、ことが好ましい。   Here, the spring removing jig for removing the blade root spring of the turbine rotor from the blade root groove is sized to be inserted into the blade root groove, and when inserted into the blade root groove, It is preferable that the maximum clearance between the bottom surface and the side surface of the blade root groove is smaller than the thinnest plate thickness of the blade root spring.

当該バネ外し治具では、この治具で翼根溝から翼根バネを押し出す際、翼根バネがバネ外し治具と翼根溝の底面及び側面の隙間に入り込んで局部的に変形してしまうことを防ぐことができる。   In the spring removal jig, when the blade root spring is pushed out from the blade root groove with this jig, the blade root spring enters the gap between the bottom surface and the side surface of the spring removal jig and the blade root groove and is locally deformed. Can be prevented.

本発明では、翼根バネの側部と翼根溝の側面との接触を回避することができ、弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、比較的大きな荷重が作用したときでも、バネ高さ方向の全体をバネとして機能させることができる。   In the present invention, it is possible to avoid contact between the side of the blade root spring and the side surface of the blade root groove, easy to manage the elastic force when elastically deformed, and even when a relatively large load is applied, The entire spring height direction can function as a spring.

したがって、本発明によれば、動翼に作用する遠心力が小さいタービンの予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスクに対して動翼を径方向外側に付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝内の翼根の位置を安定して規定の位置に収めることができる。さらに、本発明によれば、翼根バネの局部的なへたりを抑えることができ、バネ寿命を長くすることができる。   Therefore, according to the present invention, a sufficient force is always applied to urge the rotor blades radially outward against the rotor disk, including during preliminary operation of a turbine with a small centrifugal force acting on the rotor blades. In addition, the blade root can be stably generated, and the position of the blade root in the blade root groove can be stably stored in a predetermined position. Furthermore, according to the present invention, local sag of the blade root spring can be suppressed, and the spring life can be extended.

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部を切り欠いた全体側面図である。It is the whole side view which notched the principal part of the gas turbine in one Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the gas turbine in one Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る一実施形態における動翼、翼根バネ、及びロータディスクの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a moving blade, a blade root spring, and a rotor disk in one embodiment concerning the present invention. 本発明に係る一実施形態における翼根、翼根バネ及び翼根溝の正面図である。It is a front view of a blade root, a blade root spring, and a blade root groove in one embodiment concerning the present invention. 本発明に係る一実施形態における翼根、翼根バネ、翼根溝、及びバネ外し治具の正面図である。It is a front view of a blade root, a blade root spring, a blade root groove, and a spring removal jig in one embodiment concerning the present invention.

以下、本発明に係るガスタービンの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a gas turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２と、燃焼ガスにより駆動するタービン３と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the gas turbine according to the present embodiment generates a combustion gas by combusting a compressor 1 that compresses outside air to generate compressed air and fuel from a fuel supply source mixed with the compressed air. A plurality of combustors 2 and a turbine 3 driven by combustion gas are provided.

タービン３は、ケーシング４と、このケーシング４内で回転するタービンロータ１０とを備えている。このタービンロータ１０は、例えば、このタービンロータ１０の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。なお、以下では、タービンロータ１０の回転中心となる回転軸線Ａｒが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、回転軸線Ａｒに対する径方向Ｄｒで、回転軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、回転軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側Ｄｒｏとする。さらに、燃焼ガスの流れの軸線方向Ｄａにおける上流側及び軸線方向Ｄａにおける下流側を、単に、上流側、下流側ということにする。   The turbine 3 includes a casing 4 and a turbine rotor 10 that rotates in the casing 4. The turbine rotor 10 is connected to, for example, a generator (not shown) that generates electric power by the rotation of the turbine rotor 10. In the following, the direction in which the rotation axis Ar serving as the rotation center of the turbine rotor 10 extends is defined as the axial direction Da. Further, in the radial direction Dr with respect to the rotational axis Ar, a side closer to the rotational axis Ar is defined as a radially inner side Dri, and a side away from the rotational axis Ar is defined as a radially outer side Dro. Furthermore, the upstream side in the axial direction Da of the flow of the combustion gas and the downstream side in the axial direction Da are simply referred to as an upstream side and a downstream side.

タービンロータ１０は、回転軸線Ａｒを中心として、この軸線方向Ｄａに延びているロータ本体１１と、軸線方向Ｄａに並んでロータ本体１１に取り付けられている複数の動翼段２０と、を備えている。各動翼段２０は、いずれも、回転軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼２１を有している。ロータ本体１１は、各動翼段２０毎に、動翼段２０を構成する複数の動翼２１が取り付けられるロータディスク１２を有している。ロータ本体１１は、この各動翼段２０毎のロータディスク１２が軸線方向Ｄａに並んで相互に接続されることで構成されている。   The turbine rotor 10 includes a rotor body 11 extending in the axial direction Da around the rotation axis Ar, and a plurality of blade stages 20 attached to the rotor body 11 side by side in the axial direction Da. Yes. Each blade stage 20 has a plurality of blades 21 arranged in the circumferential direction Dc with respect to the rotation axis Ar. The rotor body 11 has a rotor disk 12 to which a plurality of blades 21 constituting the blade stage 20 are attached for each blade stage 20. The rotor main body 11 is configured by connecting the rotor disks 12 for the respective blade stages 20 side by side in the axial direction Da.

ケーシング４の内周側には、軸線方向Ｄａに並んだ複数の静翼段５が固定されている。各静翼段５は、いずれも、いずれかの動翼段２０の上流側に配置されている。各静翼段５は、回転軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼６を有している。   A plurality of stationary blade stages 5 arranged in the axial direction Da are fixed to the inner peripheral side of the casing 4. Each stationary blade stage 5 is arranged upstream of any one of the blade stages 20. Each stationary blade stage 5 has a plurality of stationary blades 6 arranged in the circumferential direction Dc with respect to the rotation axis Ar.

静翼６の径方向内側Ｄｒｉには、図２に示すように、シールリング保持環７が固定されている。このシールリング保持環７には、ロータ本体１１との間をシールするためのシール部材８が設けられている。   As shown in FIG. 2, a seal ring holding ring 7 is fixed to the radially inner side Dri of the stationary blade 6. The seal ring retaining ring 7 is provided with a seal member 8 for sealing between the rotor body 11 and the seal ring retaining ring 7.

動翼２１が取り付けられるロータディスク１２には、その上流側から上流側に突出した上流側リム部１３と、その下流側から下流側に突出した下流側リム部１４とが形成されている。上流側リム部１３は、このロータディスク１２の上流側に隣接する他のロータディスク１２の下流側リム部１４と軸線方向Ｄａで対向し、両者間にはエアーバッフル１９が設けられている。また、下流側リム部１４は、このロータディスク１２の下流側に隣接する他のロータディスク１２の上流側リム部１３と軸線方向Ｄａで対向し、この両者間にもエアーバッフル１９が設けられている。静翼６のシールリング保持環７に設けられているシール部材８は、このロータディスク１２の上流側リム部１３、及びこのロータディスク１２の上流側に隣接する他のロータディスク１２の下流側リム部１４と径方向Ｄｒで対向し、これらロータディスク１２の各リム部１３,１４との間をシールする。また、この静翼６の下流側に隣接する他の静翼６のシールリング保持環７に設けられているシール部材８は、このロータディスク１２の下流側リム部１４、及びこのロータディスク１２の下流側に隣接する他のロータディスク１２の上流側リム部１３と径方向Ｄｒで対向し、これらロータディスク１２の各リム部１３,１４との間をシールする。   The rotor disk 12 to which the moving blade 21 is attached is formed with an upstream rim portion 13 protruding from the upstream side to the upstream side and a downstream rim portion 14 protruding from the downstream side to the downstream side. The upstream rim portion 13 faces the downstream rim portion 14 of another rotor disk 12 adjacent to the upstream side of the rotor disk 12 in the axial direction Da, and an air baffle 19 is provided between the two. Further, the downstream rim portion 14 is opposed to the upstream rim portion 13 of another rotor disk 12 adjacent to the downstream side of the rotor disk 12 in the axial direction Da, and an air baffle 19 is also provided therebetween. Yes. The seal member 8 provided on the seal ring holding ring 7 of the stationary blade 6 includes an upstream rim portion 13 of the rotor disk 12 and a downstream rim of another rotor disk 12 adjacent to the upstream side of the rotor disk 12. It faces the portion 14 in the radial direction Dr, and seals between the rim portions 13 and 14 of the rotor disk 12. Further, the seal member 8 provided on the seal ring holding ring 7 of the other stationary blade 6 adjacent to the downstream side of the stationary blade 6 includes the downstream rim portion 14 of the rotor disk 12 and the rotor disk 12. It faces the upstream rim portion 13 of another rotor disk 12 adjacent to the downstream side in the radial direction Dr, and seals between the rim portions 13 and 14 of the rotor disk 12.

このロータディスク１２と、このロータディスク１２の上流側に隣接する他のロータディスク１２との間であって、これらのロータディスク１２の各リム部１３,１４よりも径方向内側Ｄｒｉには、圧縮機１からの圧縮空気が冷却空気Ａとして供給されるマニホールド９が形成されている。また、このロータディスク１２と、このロータディスク１２の下流側に隣接する他のロータディスク１２との間であって、これらのロータディスク１２の各リム部１３,１４よりも径方向内側Ｄｒｉにも、圧縮機１からの圧縮空気が冷却空気Ａとして供給されるマニホールド９が形成されている。   Between the rotor disk 12 and another rotor disk 12 adjacent to the upstream side of the rotor disk 12, the inner side Dri of each of the rotor disks 12 is compressed in the radial direction Dri. A manifold 9 to which the compressed air from the machine 1 is supplied as cooling air A is formed. Further, between the rotor disk 12 and another rotor disk 12 adjacent to the downstream side of the rotor disk 12, the rim portions 13, 14 of these rotor disks 12 are also arranged on the radially inner side Dri. A manifold 9 to which the compressed air from the compressor 1 is supplied as the cooling air A is formed.

このロータディスク１２には、上流側リム部１３及び下流側リム部１４よりも径方向外側Ｄｒｏの位置に、動翼２１を取り付けるための翼根溝１５が形成されている。さらに、このロータディスク１２には、マニホールド９内の冷却空気Ａを翼根溝１５内に導く空気路１８が形成されている。この空気路１８の翼根溝１５側の開口は、この翼根溝１５の径方向内側Ｄｒｉの面である底面１６に形成されている。   A blade root groove 15 for attaching the moving blade 21 is formed in the rotor disk 12 at a position radially outside Dro from the upstream rim portion 13 and the downstream rim portion 14. Further, the rotor disk 12 is formed with an air passage 18 that guides the cooling air A in the manifold 9 into the blade root groove 15. The opening on the blade root groove 15 side of the air passage 18 is formed in the bottom surface 16 which is the surface of the blade root groove 15 on the radially inner side Dri.

動翼２１は、図３及び図４に示すように、径方向Ｄｒに延びる動翼本体２２と、この動翼本体２２の径方向内側Ｄｒｉに設けられているプラットフォーム２３と、プラットフォーム２３の径方向内側Ｄｒｉに設けられているシャンク２４と、シャンク２４の径方向内側Ｄｒｉに設けられている翼根２５と、を有している。動翼本体２２の上流端と下流端とを結んだ翼弦Ｂは、回転軸線Ａｒに対して僅かに傾斜した方向に伸び、回転軸線Ａｒに対してねじれ位置関係になっている。翼根２５は、この翼弦Ｂが伸びている翼弦方向Ｄｂに対して垂直な断面形状が径方向内側Ｄｒｉに向って拡幅部２５ａと縮幅部２５ｂとが交互に繰り返されるクリスマスツリー形状を成している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the moving blade 21 includes a moving blade body 22 extending in the radial direction Dr, a platform 23 provided on a radially inner side of the moving blade body 22, and a radial direction of the platform 23. It has a shank 24 provided on the inner side Dri and a blade root 25 provided on the inner side Dri of the shank 24 in the radial direction. The chord B connecting the upstream end and the downstream end of the rotor blade body 22 extends in a slightly inclined direction with respect to the rotational axis Ar, and is in a twisted positional relationship with the rotational axis Ar. The blade root 25 has a Christmas tree shape in which a cross-sectional shape perpendicular to the chord direction Db in which the chord B extends extends in a manner that the widened portion 25a and the reduced width portion 25b are alternately repeated toward the radially inner side Dri. It is made.

動翼２１には、翼根２５の径方向内側Ｄｒｉの底面２６、つまり翼根２５中で最も径方向内側Ｄｒｉに位置する拡幅部２５ａ（以下、内側拡幅部２５ａｉとする）の底面２６から、径方向外側Ｄｒｏに向って動翼本体２２中にまで延びる複数の空気路２７が形成されている。複数の空気路２７は、翼弦方向Ｄｂに並んでいる。   From the bottom surface 26 of the blade root 25 on the radially inner side Dri, that is, the bottom surface 26 of the widened portion 25a (hereinafter, referred to as the inner widened portion 25ai) located most radially inside the blade root 25, A plurality of air passages 27 extending to the outer side of the rotor blade body 22 toward the radially outer side Dro are formed. The plurality of air passages 27 are arranged in the chord direction Db.

ロータディスク１２の前述の翼根溝１５は、翼根２５のクリスマスツリー形状の断面形状に対応した形状を成している。よって、この翼根溝１５は、径方向内側Ｄｒｉに向って、翼根２５の拡幅部２５ａが収まる拡幅室１５ａと翼根２５の縮幅部２５ｂが収まる縮幅室１５ｂとが交互に繰り返す形状を成している。翼根溝１５の各拡幅室１５ａ及び各縮幅室１５ｂは、基本的に翼根２５中で対応する拡幅部２５ａ又は縮幅部２５ｂのサイズよりも僅かに大きく形成されている。翼根溝１５中で、翼根２５の内側拡幅部２５ａｉが収まる最も径方向内側Ｄｒｉの拡幅室１５ａである内側拡幅室１５ａｉは、その径方向Ｄｒの寸法が内側拡幅部２５ａｉの径方向Ｄｒの寸法よりも遥かに大きく形成されている。このため、ロータディスク１２の翼根溝１５に動翼２１の翼根２５が差し込まれた際、翼根溝１５の前述の底面１６、つまり内側拡幅室１５ａｉの底面１６と、翼根２５の内側拡幅部２５ａｉの底面２６との間は、径方向Ｄｒに離間することになり、両底面１６，２６間に空間が生じる。本実施形態では、この空間に、動翼２１をロータディスク１２に対して径方向外側Ｄｒｏに付勢する翼根バネ３０が差し込まれる。   The aforementioned blade root groove 15 of the rotor disk 12 has a shape corresponding to the cross-sectional shape of the Christmas tree shape of the blade root 25. Therefore, the blade root groove 15 has a shape in which the widening chamber 15a in which the widened portion 25a of the blade root 25 is accommodated and the reduced width chamber 15b in which the narrowed portion 25b of the blade root 25 is alternately repeated are directed toward the radially inner side Dri. Is made. Each widening chamber 15a and each narrowing chamber 15b of the blade root groove 15 is basically formed slightly larger than the size of the corresponding widening portion 25a or narrowing portion 25b in the blade root 25. In the blade root groove 15, the inner widening chamber 15 ai that is the widening chamber 15 a of the innermost radial direction Dr in which the inner widening portion 25 ai of the blade root 25 fits has a dimension in the radial direction Dr in the radial direction Dr of the inner widening portion 25 ai. It is formed much larger than the dimensions. Therefore, when the blade root 25 of the rotor blade 21 is inserted into the blade root groove 15 of the rotor disk 12, the above-described bottom surface 16 of the blade root groove 15, that is, the bottom surface 16 of the inner widening chamber 15 ai, and the inside of the blade root 25. The space between the bottom surface 26 of the widened portion 25ai is separated in the radial direction Dr, and a space is created between the bottom surfaces 16 and 26. In the present embodiment, a blade root spring 30 that urges the rotor blade 21 toward the radially outer side Dro with respect to the rotor disk 12 is inserted into this space.

また、この翼根溝１５は、ロータディスク１２の下流面から前述の翼弦方向Ｄｂに向かって延び、上流面に至るまで形成されている。そこで、本実施形態では、動翼２１の翼根２５及び翼根バネ３０は、ロータディスク１２の下流側又は上流側からこのロータディスク１２の翼根溝１５内に差し込まれる。   The blade root groove 15 extends from the downstream surface of the rotor disk 12 in the chord direction Db and reaches the upstream surface. Therefore, in the present embodiment, the blade root 25 and the blade root spring 30 of the rotor blade 21 are inserted into the blade root groove 15 of the rotor disk 12 from the downstream side or the upstream side of the rotor disk 12.

図４に示すように、翼根溝１５の底面１６及び翼根２５の底面２６は、いずれも、径方向Ｄｒに対して垂直な平面を成している。   As shown in FIG. 4, the bottom surface 16 of the blade root groove 15 and the bottom surface 26 of the blade root 25 both form a plane perpendicular to the radial direction Dr.

翼根バネ３０は、金属製の板材により、そのバネ中心線Ｃを含む断面の形状が、バネ中心線Ｃを基準にして線対称で且つバネ中心線Ｃを通る開口３１を有する環状に形成されている。つまり、この翼根バネ３０は、金属製の板材により、略Ｃ字型に形成されたものである。なお、図４中、想像線で描かれているものは、荷重がかかっていない自然状態の翼根バネ３０を示している。   The blade root spring 30 is formed of a metal plate in an annular shape having a cross-sectional shape including the spring center line C which is symmetrical with respect to the spring center line C and has an opening 31 passing through the spring center line C. ing. That is, the blade root spring 30 is formed in a substantially C shape by a metal plate material. In FIG. 4, what is drawn with an imaginary line indicates the blade root spring 30 in a natural state where no load is applied.

翼根バネ３０の開口３１の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、翼根２５の底面２６と面接触し、接触部分での法線方向がバネ高さ方向Ｄｈになる開口側接触部３２が形成されている。なお、バネ高さ方向Ｄｈとは、この翼根バネ３０における主要な弾性変形方向のことである。また、バネ中心線Ｃとは、バネ高さ方向Ｄｈに延びる仮想線で、且つこの仮想線を基準にして翼根バネ３０が線対称になる線のことである。また、以下では、バネ中心線Ｃに対して垂直な方向をバネ幅方向Ｄｗとし、バネ高さ方向Ｄｈ及びバネ幅方向Ｄｗに垂直な方向をバネ奥行き方向とする。   Opening side contact portions that are in surface contact with the bottom surface 26 of the blade root 25 and whose normal direction at the contact portion is the spring height direction Dh are respectively provided at both end sides facing both edges of the opening 31 of the blade root spring 30. 32 is formed. The spring height direction Dh is a main elastic deformation direction in the blade root spring 30. The spring center line C is an imaginary line extending in the spring height direction Dh and a line in which the blade root spring 30 is axisymmetric with respect to the imaginary line. Hereinafter, a direction perpendicular to the spring center line C is defined as a spring width direction Dw, and a direction perpendicular to the spring height direction Dh and the spring width direction Dw is defined as a spring depth direction.

翼根バネ３０の開口３１と対向する底部３３中で、バネ幅方向Ｄｗで互いに離間している二箇所のそれぞれには、翼根溝１５の底面１６に接触し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向Ｄｈになる対向側接触部３４が形成されている。なお、二つの開口側接触部３２は、バネ中心線Ｃからの距離が互いに同じ距離である。また、二つの対向側接触部３４も、バネ中心線Ｃからの距離が互いに同じ距離である。   In the bottom 33 facing the opening 31 of the blade root spring 30, the two portions spaced apart from each other in the spring width direction Dw are in contact with the bottom surface 16 of the blade root groove 15 and are normal at the contact portion. A facing contact portion 34 whose direction is the spring height direction Dh is formed. The two opening-side contact portions 32 have the same distance from the spring center line C. The two opposing contact portions 34 are also the same distance from the spring center line C.

バネ幅方向Ｄｗの開口３１の幅寸法ｄ２は、翼根２５に形成されている空気路２７の径ｄ１よりも大きい。これは、翼根２５に形成されている空気路２７の開口３１を翼根バネ３０で塞がないためである。   The width dimension d2 of the opening 31 in the spring width direction Dw is larger than the diameter d1 of the air passage 27 formed in the blade root 25. This is because the opening 31 of the air passage 27 formed in the blade root 25 is not blocked by the blade root spring 30.

また、二箇所の対向側接触部３４相互間の距離Ｌ１と二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２とのうちの大きい方（ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２））に対する両距離差の絶対値（｜Ｌ１−Ｌ２｜）の比率（｜Ｌ１−Ｌ２｜／ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２））は、以下の式１に示すように、バネ高さ寸法Ｈに対する一対の側部３５相互間の距離であるバネ幅寸法Ｗの半分（Ｗ／２）の比率（（Ｗ／２）／Ｈ）よりも小さい。すなわち、式１は、二箇所の対向側接触部３４相互間の距離Ｌ１と二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２との差を、当該翼根バネ３０に関する所定値よりも小さくする旨を定めた式である。   In addition, the absolute value of the difference between both distances with respect to the larger one (max (L1, L2)) of the distance L1 between the two opposing contact portions 34 and the distance L2 between the two opening contact portions 32 (max (L1, L2)). | L1-L2 |) ratio (| L1-L2 | / max (L1, L2)) is a distance between the pair of side portions 35 with respect to the spring height dimension H as shown in the following Expression 1. It is smaller than the ratio ((W / 2) / H) of half (W / 2) of the spring width dimension W. That is, Formula 1 is such that the difference between the distance L1 between the two opposing contact portions 34 and the distance L2 between the two opening-side contact portions 32 is made smaller than a predetermined value related to the blade root spring 30. Is a formula that defines

｜Ｌ１−Ｌ２｜／ｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２）＜（Ｗ／２）／Ｈ ・・・・・・（１）
なお、上記式１中のｍａｘ（Ｌ１，Ｌ２）は、Ｌ１とＬ２とのうちの大きいほうを意味する。また、二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２は、一方の開口側接触部３２のバネ幅方向Ｄｗの中点と他方の開口側接触部３２のバネ幅方向Ｄｗの中点との間の距離である。 | L1-L2 | / max (L1, L2) <(W / 2) / H (1)
Note that max (L1, L2) in Equation 1 means the larger of L1 and L2. The distance L2 between the two opening side contact portions 32 is between the midpoint of the spring width direction Dw of one opening side contact portion 32 and the midpoint of the spring width direction Dw of the other opening side contact portion 32. Is the distance.

この翼根バネ３０のバネ幅寸法Ｗは、この翼根バネ３０が翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉに差し込まれた際、翼根バネ３０が弾性変形しても、翼根バネ３０の側部３５が内側拡幅室１５ａｉの側面１７に接触し得ない寸法に設定されている。なお、以上における翼根バネ３０の各寸法は、いずれも、翼根バネ３０に荷重がかかっていない自然状態での寸法である。また、この翼根バネ３０の奥行き方向の寸法は、図２に示すように、翼根溝１５の翼弦方向Ｄｂの長さ寸法より短い。これは、翼根溝１５の底面１６に形成されている空気路１８の開口を翼根バネ３０の底部３３で塞がないためのである。   The spring width W of the blade root spring 30 is such that when the blade root spring 30 is inserted into the inner widening chamber 15ai of the blade root groove 15, even if the blade root spring 30 is elastically deformed, The dimension is set such that the portion 35 cannot contact the side surface 17 of the inner widening chamber 15ai. In addition, each dimension of the blade root spring 30 in the above is a dimension in a natural state in which no load is applied to the blade root spring 30. Further, the dimension of the blade root spring 30 in the depth direction is shorter than the length dimension of the blade root groove 15 in the chord direction Db, as shown in FIG. This is because the opening of the air passage 18 formed in the bottom surface 16 of the blade root groove 15 is not blocked by the bottom 33 of the blade root spring 30.

本実施形態の翼根バネ３０及び動翼２１の翼根２５は、前述したように、ロータディスク１２の下流側又は上流側から、ロータディスク１２の翼根溝１５内に差し込まれる。この際、翼根バネ３０は、そのバネ高さ方向Ｄｈがロータディスク１２の径方向Ｄｒに一致し、且つ翼根バネ３０の開口３１が径方向外側Ｄｒｏを向き翼根バネ３０の底部３３が径方向内側Ｄｒｉを向くように、翼根溝１５が内側拡幅室１５ａｉに差し込まれる。なお、翼根溝１５内に差し込まれた翼根バネ３０は、回転軸線Ａｒに垂直な断面形状が一部に開口３１を有する環状を成していることになる。また、翼根バネ３０のバネ幅方向Ｄｗは、ロータディスク１２の周方向Ｄｃとほぼ一致する。   As described above, the blade root spring 30 and the blade root 25 of the rotor blade 21 of this embodiment are inserted into the blade root groove 15 of the rotor disk 12 from the downstream side or the upstream side of the rotor disk 12. At this time, the blade root spring 30 has its spring height direction Dh coincident with the radial direction Dr of the rotor disk 12, and the opening 31 of the blade root spring 30 faces the radially outer side Dr, and the bottom 33 of the blade root spring 30 is The blade root groove 15 is inserted into the inner widening chamber 15ai so as to face the radially inner side Dri. The blade root spring 30 inserted into the blade root groove 15 has an annular shape in which a cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis Ar has an opening 31 in part. Further, the spring width direction Dw of the blade root spring 30 substantially coincides with the circumferential direction Dc of the rotor disk 12.

この結果、翼根バネ３０は、二つの開口側接触部３２が翼根２５の底面２６に面接触し、翼根２５羽の二つの対向側接触部３４が翼根溝１５の底面１６に接触し、この状態の翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの寸法が前述のバネ高さＨ寸法よりも小さくなる。このため、この状態の翼根バネ３０には、バネ高さ方向Ｄｈに弾性力が生じている。よって、動翼２１は、この翼根バネ３０により、ロータディスク１２に対して径方向外側Ｄｒｏに付勢される。   As a result, in the blade root spring 30, the two opening-side contact portions 32 are in surface contact with the bottom surface 26 of the blade root 25, and the two opposed contact portions 34 of the blade root 25 are in contact with the bottom surface 16 of the blade root groove 15. In this state, the dimension of the blade root spring 30 in the spring height direction Dh is smaller than the above-described dimension of the spring height H. For this reason, the blade root spring 30 in this state has an elastic force in the spring height direction Dh. Therefore, the moving blade 21 is urged radially outward Dro with respect to the rotor disk 12 by the blade root spring 30.

また、この状態の翼根バネ３０の一対の側部３５は、いずれも、それぞれ翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉの側面１７との間に隙間があり、この側面１７に接触していない。   In addition, each of the pair of side portions 35 of the blade root spring 30 in this state has a gap between the side surface 17 of the inner widening chamber 15ai of the blade root groove 15 and is not in contact with the side surface 17.

以上のように、本実施形態の翼根バネ３０は、そのバネ高さ方向Ｄｈの一方の端部の二箇所で翼根２５の底面２６に接触し、バネ高さ方向Ｄｈの他方の端部の二箇所で翼根溝１５の溝に接触する一方、翼根バネ３０の一対の側部３５はそれぞれ翼根溝１５の側面１７から離れている。すなわち、この翼根バネ３０は、バネ高さ方向Ｄｈの両端部間の側部３５が翼根溝１５の側面１７から離れ、バネ高さ方向Ｄｈの両端部のみが荷重Ｆの作用点になっている。このため、本実施形態では、翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの全体をバネとして機能させることができる。   As described above, the blade root spring 30 of the present embodiment is in contact with the bottom surface 26 of the blade root 25 at two locations of one end portion in the spring height direction Dh and the other end portion in the spring height direction Dh. The pair of side portions 35 of the blade root spring 30 are separated from the side surface 17 of the blade root groove 15, respectively. That is, in the blade root spring 30, the side portion 35 between both end portions in the spring height direction Dh is separated from the side surface 17 of the blade root groove 15, and only both end portions in the spring height direction Dh serve as the application point of the load F. ing. For this reason, in this embodiment, the whole spring height direction Dh of the blade root spring 30 can be functioned as a spring.

また、この翼根バネ３０におけるバネ高さ方向Ｄｈの両端部は、このバネ高さ方向Ｄｈである径方向Ｄｒに対して垂直な翼根溝１５の底面１６及び翼根２５の底面２６に接し、荷重Ｆの作用点における荷重Ｆの作用方向がバネ高さ方向Ｄｈになる。このため、荷重Ｆの作用方向が径方向内側Ｄｒｉに向かうに連れてバネ中心線Ｃから遠ざかる向きに傾斜している場合よりも、翼根バネ３０をそのバネ幅方向Ｄｗに広げようとする力を小さく抑えることができる。これにより、本実施形態では、翼根バネ３０に比較的大きな荷重が作用して翼根バネ３０が比較的大きく弾性変形しても、翼根バネ３０の側部３５と翼根溝１５の側面１７との接触を回避することができる。よって、本実施形態では、翼根バネ３０が弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネ３０に比較的大きな荷重が作用したときでも、翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの全体をバネとして機能させることができる。   Further, both end portions of the blade root spring 30 in the spring height direction Dh are in contact with the bottom surface 16 of the blade root groove 15 and the bottom surface 26 of the blade root 25 perpendicular to the radial direction Dr which is the spring height direction Dh. The acting direction of the load F at the acting point of the load F is the spring height direction Dh. For this reason, compared with the case where the acting direction of the load F is inclined in the direction away from the spring center line C toward the radially inner side Dri, the force for spreading the blade root spring 30 in the spring width direction Dw. Can be kept small. As a result, in this embodiment, even if a relatively large load acts on the blade root spring 30 and the blade root spring 30 is relatively largely elastically deformed, the side portion 35 of the blade root spring 30 and the side surface of the blade root groove 15. Contact with 17 can be avoided. Therefore, in the present embodiment, it is easy to manage the elastic force when the blade root spring 30 is elastically deformed, and even when a relatively large load is applied to the blade root spring 30, the spring height direction of the blade root spring 30 is increased. The entire Dh can function as a spring.

さらに、本実施形態では、式１を用いて前述したように、二箇所の対向側接触部３４相互間の距離Ｌ１と二つの開口側接触部３２相互間の距離Ｌ２との差の絶対値（｜Ｌ１−Ｌ２｜）は、この翼根バネ３０に関する所定値よりも小さくなるように設定されている。すなわち、本実施形態では、バネ中心線Ｃを基準にして、一方の側に存在する対向側接触部３４と開口側接触部３２との間のバネ幅方向Ｄｗに距離が小さくなるよう設定される。このため、開口側接触部３２にバネ高さ方向Ｄｈの荷重Ｆが作用した際、この対向側接触部３４を基準にして翼根バネ３０をそのバネ幅方向Ｄｗに広げる方向に作用するモーメントＭｔを小さく抑えることができる。よって、本実施形態では、より効果的に、翼根バネ３０の側部３５と翼根溝１５の側面１７との接触を回避することができる。   Furthermore, in the present embodiment, as described above using Equation 1, the absolute value of the difference between the distance L1 between the two opposing contact portions 34 and the distance L2 between the two opening contact portions 32 ( | L1-L2 |) is set to be smaller than a predetermined value related to the blade root spring 30. That is, in the present embodiment, the distance is set to be small in the spring width direction Dw between the facing contact portion 34 and the opening-side contact portion 32 existing on one side with respect to the spring center line C. . For this reason, when a load F in the spring height direction Dh is applied to the opening side contact portion 32, a moment Mt acting in a direction in which the blade root spring 30 is expanded in the spring width direction Dw with reference to the opposing side contact portion 34. Can be kept small. Therefore, in the present embodiment, contact between the side portion 35 of the blade root spring 30 and the side surface 17 of the blade root groove 15 can be avoided more effectively.

また、本実施形態では、式１に示すように、バネ高さ寸法Ｈが大きくなるほど、｜Ｌ１−Ｌ２｜の値が小さくなるように設定される。仮に、バネ高さ寸法Ｈが大きくなると、対向側接触部３４から開口側接触部３２までの最短距離Ｒが長くなり、この対向側接触部３４を基準にして翼根バネ３０をそのバネ幅方向Ｄｗに広げる方向に作用するモーメントＭｔが増加する。そこで、本実施形態では、バネ高さ寸法Ｈが大きくなることによるモーメントＭｔの増加を抑えるために、バネ高さ寸法Ｈが増大に対して｜Ｌ１−Ｌ２｜の値が減少するように設定される。   In this embodiment, as shown in Expression 1, the value of | L1-L2 | is set to be smaller as the spring height dimension H is larger. If the spring height dimension H is increased, the shortest distance R from the opposed contact portion 34 to the opening contact portion 32 is increased, and the blade root spring 30 is moved in the spring width direction with reference to the opposed contact portion 34. The moment Mt acting in the direction of spreading to Dw increases. Therefore, in the present embodiment, in order to suppress an increase in the moment Mt due to an increase in the spring height dimension H, the value of | L1−L2 | is set to decrease with an increase in the spring height dimension H. The

修理点検時に、ロータディスク１２から動翼２１及び翼根バネ３０を外す際には、図６に示すバネ外し治具４０を用いる。このバネ外し治具４０は、その断面形状が翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉの形状に対応した形状であって、この内側拡幅室１５ａｉに挿入可能なサイズである。但し、このバネ外し治具４０を内側拡幅室１５ａｉに挿入した際、この内側拡幅室１５ａｉの底面１６及び内側拡幅室１５ａｉの側面１７との各隙間寸法Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のうちで最大隙間寸法が翼根バネ３０の板厚寸法ｔよりも小さい。   When removing the moving blade 21 and the blade root spring 30 from the rotor disk 12 during repair and inspection, a spring removing jig 40 shown in FIG. 6 is used. The spring removing jig 40 has a cross-sectional shape corresponding to the shape of the inner widening chamber 15ai of the blade root groove 15, and is a size that can be inserted into the inner widening chamber 15ai. However, when the spring removing jig 40 is inserted into the inner widening chamber 15ai, the maximum gap size among the gap sizes I1, I2, and I3 between the bottom surface 16 of the inner widening chamber 15ai and the side surface 17 of the inner widening chamber 15ai. Is smaller than the plate thickness dimension t of the blade root spring 30.

ロータディスク１２から動翼２１及び翼根バネ３０を外す際、ロータディスク１２の上流側又は下流側から翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉにこのバネ外し治具４０を押し込むことで、ロータディスク１２の下流側又は上流側から翼根バネ３０を押し出す。この際、前述したように、バネ外し治具４０と内側拡幅室１５ａｉの底面１６及び内側拡幅室１５ａｉ側面の１７との各隙間寸法Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のうちで最大隙間寸法が翼根バネ３０の板厚寸法ｔよりも小さいため、翼根バネ３０がバネ外し治具４０と内側拡幅室１５ａｉの底面１６及び内側拡幅室１５ａｉの側面１７の隙間に入り込んで局部的に変形してしまうことを防ぐことができる。   When removing the rotor blade 21 and the blade root spring 30 from the rotor disk 12, the spring removing jig 40 is pushed into the inner widening chamber 15ai of the blade root groove 15 from the upstream side or the downstream side of the rotor disk 12, so that the rotor disk 12 The blade root spring 30 is pushed out from the downstream side or the upstream side. At this time, as described above, the maximum clearance dimension among the clearance dimensions I1, I2, and I3 between the spring removing jig 40 and the bottom surface 16 of the inner widening chamber 15ai and the side surface 17 of the inner widening chamber 15ai is the blade root spring 30. Therefore, the blade root spring 30 enters the gap between the spring removal jig 40 and the bottom surface 16 of the inner widening chamber 15ai and the side surface 17 of the inner widening chamber 15ai and is locally deformed. Can be prevented.

以上のように、ロータディスク１２の翼根溝１５から翼根バネ３０を外した後、ロータディスク１２から動翼２１を外す。この際、動翼２１をロータディスク１２に対する径方向への付勢力がなくなるため、動翼２１を翼根溝１５から比較的容易に外すことができる。   As described above, after removing the blade root spring 30 from the blade root groove 15 of the rotor disk 12, the moving blade 21 is removed from the rotor disk 12. At this time, since the urging force of the rotor blade 21 in the radial direction with respect to the rotor disk 12 is eliminated, the rotor blade 21 can be removed from the blade root groove 15 relatively easily.

以上、本実施形態では、翼根バネ３０が弾性変形した際の弾性力を管理し易く、しかも、翼根バネ３０に比較的大きな荷重Ｆが作用したときでも、翼根バネ３０のバネ高さ方向Ｄｈの全体をバネとして機能させることができる。よって、本実施形態では、動翼２１に作用する遠心力が小さいタービン３の予備的な運転時等を含めて、常に、ロータディスク１２に対して動翼２１を径方向外側Ｄｒｉに付勢する力を十分に且つ安定して発生させ、翼根溝１５内の翼根２５の位置を安定して規定の位置に収めることができる。さらに、本実施形態では、翼根バネ３０の局部的なへたりを抑えることができ、バネ寿命を長くすることができる。   As described above, in this embodiment, it is easy to manage the elastic force when the blade root spring 30 is elastically deformed, and even when a relatively large load F acts on the blade root spring 30, the spring height of the blade root spring 30 is increased. The entire direction Dh can function as a spring. Therefore, in the present embodiment, the rotor blades 21 are always urged radially outward Dri with respect to the rotor disk 12, including during preliminary operation of the turbine 3 with a small centrifugal force acting on the rotor blades 21. Force can be generated sufficiently and stably, and the position of the blade root 25 in the blade root groove 15 can be stably stored in a specified position. Furthermore, in this embodiment, local sag of the blade root spring 30 can be suppressed, and the spring life can be extended.

なお、以上の実施形態では、翼根バネ３０の開口３１が径方向外側Ｄｒｏを向き翼根バネ３０の底部３３が径方向内側Ｄｒｉを向くように、翼根バネ３０を翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉ内に差し込んでいる。しかしながら、これは、内側拡幅室１５ａｉに流入した冷却空気Ａを翼根バネ３０の開口３１を介して、動翼２１の空気路２７に導くためである。このため、動翼２１内に冷却空気Ａを導く必要性がない場合には、翼根バネ３０の開口３１が径方向内側Ｄｒｉを向き翼根バネ３０の底部３３が径方向外側Ｄｒｏを向くように、この翼根バネ３０を翼根溝１５の内側拡幅室１５ａｉ内に差し込んでもよい。この場合、翼根バネ３０の開口側接触部３２は翼根溝１５の底面１６に接触し、翼根バネ３０の対向側接触部３４は翼根２５の底面２６に接触することになる。   In the above embodiment, the blade root spring 30 is placed inside the blade root groove 15 so that the opening 31 of the blade root spring 30 faces the radially outer side Dro and the bottom 33 of the blade root spring 30 faces the radially inner side Dri. It is inserted into the widening chamber 15ai. However, this is because the cooling air A flowing into the inner widening chamber 15ai is guided to the air passage 27 of the moving blade 21 through the opening 31 of the blade root spring 30. Therefore, when there is no need to guide the cooling air A into the moving blade 21, the opening 31 of the blade root spring 30 faces the radially inner side Dri and the bottom 33 of the blade root spring 30 faces the radially outer side Dro. In addition, the blade root spring 30 may be inserted into the inner widening chamber 15ai of the blade root groove 15. In this case, the opening side contact portion 32 of the blade root spring 30 contacts the bottom surface 16 of the blade root groove 15, and the opposite side contact portion 34 of the blade root spring 30 contacts the bottom surface 26 of the blade root 25.

また、以上の実施形態のタービンロータ１０は、式１で寸法規定されている翼根バネ３０を用いている。しかしながら、本発明に係るタービンロータは、翼根バネが、そのバネ高さ方向Ｄｈの一方の端部の二箇所で翼根２５の底面２６に接触し、バネ高さ方向Ｄｈの他方の端部の二箇所で翼根溝１５の溝に接触する一方、翼根バネの一対の側部がそれぞれ翼根溝１５の側面１７から離れていればよく、式１で規定される寸法外の翼根バネを用いてもよい。   In addition, the turbine rotor 10 of the above embodiment uses the blade root spring 30 whose size is defined by Equation 1. However, in the turbine rotor according to the present invention, the blade root spring is in contact with the bottom surface 26 of the blade root 25 at two locations of one end portion in the spring height direction Dh, and the other end portion in the spring height direction Dh. And the pair of side portions of the blade root spring need only be separated from the side surface 17 of the blade root groove 15, respectively. A spring may be used.

１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、６：静翼、１０：タービンロータ、１１：ロータ本体、１２：ロータディスク、１５：翼根溝、１５ａｉ：内側拡幅室、１６：底面、１７：側面、１８：空気路、２１：動翼、２２：動翼本体、２５：翼根、２５ａｉ：内側拡幅部、２６：底面、２７：空気路、３０：翼根バネ、３１：開口、３２：開口側接触部、３３：底部、３４：対向側接触部、３５：側部、４０：バネ外し治具   1: compressor, 2: combustor, 3: turbine, 4: casing, 6: stationary blade, 10: turbine rotor, 11: rotor body, 12: rotor disk, 15: blade root groove, 15ai: inner widening chamber, 16: bottom surface, 17: side surface, 18: air passage, 21: moving blade, 22: blade main body, 25: blade root, 25ai: inner widened portion, 26: bottom surface, 27: air passage, 30: blade root spring, 31: Opening, 32: Opening side contact part, 33: Bottom part, 34: Opposite side contact part, 35: Side part, 40: Spring removal jig

Claims (6)

回転軸線を中心とするロータディスクと、該ロータディスクの翼根溝に翼根が挿入されて該ロータディスクに取り付けられる動翼と、を備えているタービンロータにおいて、
前記翼根の前記回転軸線に対する径方向内側の面である底面、及び前記翼根溝の該径方向内側の底面は、互いに該径方向に離間し且つ該径方向に垂直な平面で形成され、
前記翼根溝の底面と前記翼根の底面との間には、前記径方向をバネ高さ方向とし、前記回転軸線に垂直な断面形状が該バネ高さ方向の一方の側に開口を有する環状の翼根バネが挿入され、
前記翼根バネにおける前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの一方の底面に接する開口側接触部が形成され、前記翼根バネ中で前記開口と対向する底部において、前記回転軸線に対する周方向で互いに離間している二箇所には、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触する対向側接触部が形成され、
前記翼根バネ中で、前記開口側接触部と前記対向側接触部との間であって前記周方向で互い対向する一対の側部は、前記翼根溝の該周方向で対向する一対の側面から離れている、
ことを特徴とするタービンロータ。 In a turbine rotor comprising: a rotor disk centering on a rotation axis; and a rotor blade having a blade root inserted into a blade root groove of the rotor disk and attached to the rotor disk.
A bottom surface that is a radially inner surface of the blade root with respect to the rotation axis, and a radially inner bottom surface of the blade root groove are formed by planes that are spaced apart from each other in the radial direction and perpendicular to the radial direction;
Between the bottom surface of the blade root groove and the bottom surface of the blade root, the radial direction is a spring height direction, and a cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis has an opening on one side of the spring height direction. An annular blade root spring is inserted,
In each of the both end sides facing both edges of the opening in the blade root spring, an opening-side contact portion is formed in contact with one of the bottom surface of the blade root and the bottom surface of the blade root groove , In the bottom portion of the blade root spring that faces the opening, two locations that are spaced apart from each other in the circumferential direction with respect to the rotation axis are the other bottom surface of the bottom surface of the blade root and the bottom surface of the blade root groove. An opposing contact portion that comes into contact is formed,
In the blade root spring, a pair of side portions that are between the opening-side contact portion and the facing-side contact portion and are opposed to each other in the circumferential direction are paired to face each other in the circumferential direction of the blade root groove. Away from the side,
A turbine rotor characterized by that. 請求項１に記載のタービンロータにおいて、
前記翼根バネの前記開口側接触部は、前記翼根の底面に接触している、
ことを特徴とするタービンロータ。 The turbine rotor according to claim 1,
The opening side contact portion of the blade root spring is in contact with the bottom surface of the blade root,
A turbine rotor characterized by that. 請求項２に記載のタービンロータにおいて、
前記ロータディスクには、前記翼根溝内で該翼根溝の底面と前記翼根の底面との間に冷却空気を導く空気路が形成されており、
前記動翼は、前記翼根と、該翼根の径方向外側に位置する動翼本体とを有し、該翼根の底面中で前記翼根バネの前記開口に対向する位置から該動翼本体内に延びる空気路が形成されている、
ことを特徴とするタービンロータ。 The turbine rotor according to claim 2, wherein
In the rotor disk, an air path is formed in the blade root groove to guide cooling air between the bottom surface of the blade root groove and the bottom surface of the blade root.
The blade has the blade root and a blade main body located radially outside the blade root, and the blade from the position facing the opening of the blade root spring in the bottom surface of the blade root. An air passage extending into the body is formed,
A turbine rotor characterized by that. 請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンロータにおいて、
前記周方向における前記開口の中心を通って前記バネ高さ方向に延びるバネ中心線を基準にして、前記翼根バネは線対称な形状を成し、
二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記径方向の前記翼根バネのバネ高さ寸法に対する、該翼根バネの一対の側部相互間の距離であるバネ幅寸法の半分の比率よりも小さい
ことを特徴とするタービンロータ。 In the turbine rotor according to any one of claims 1 to 3,
Based on a spring center line extending in the spring height direction through the center of the opening in the circumferential direction, the blade root spring has a line-symmetric shape,
The ratio of the absolute value of the difference between both distances with respect to the larger one of the distance between the two opposing contact portions and the distance between the two opening contact portions is determined by the radial spring of the blade root spring. A turbine rotor characterized by being smaller than a ratio of a half of a spring width dimension which is a distance between a pair of sides of the blade root spring to a spring height dimension. 請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンロータと、
前記タービンロータを回転可能に覆うケーシングと、
前記ケーシングの内側に取り付けられ、前記動翼の上流側に配置されている静翼と、
を備えていることを特徴とするガスタービン。 The turbine rotor according to any one of claims 1 to 4,
A casing that rotatably covers the turbine rotor;
A stationary blade attached to the inside of the casing and disposed upstream of the bucket,
A gas turbine comprising: 回転軸線に対する径方向に延びる動翼の翼根と共に、該翼根の径方向内側に配置されて該回転軸線を中心とするロータディスクの翼根溝に挿入される翼根バネにおいて、
バネ中心線を含む断面の形状が、該バネ中心線を基準にして線対称で且つ該バネ中心線を通る開口を有する環状に形成され、
前記開口の両縁に臨む両端部側のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの一方の底面に接し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる開口側接触部が形成され、
前記開口と対向する底部中で、前記バネ中心線に対して垂直な方向のバネ幅方向で互いに離間している二箇所のそれぞれには、前記翼根の底面と前記翼根溝の底面とのうちの他方の底面に接触し、且つ接触部分での法線方向がバネ高さ方向になる対向側接触部が形成され、
二箇所の前記対向側接触部相互間の距離と二つの前記開口側接触部相互間の距離とのうちの大きい方に対する両距離差の絶対値の比率は、前記バネ中心線が延びる方向のバネ高さ寸法に対する、前記バネ幅方向のバネ幅寸法の半分の比率よりも小さい、
ことを特徴とする翼根バネ。 A blade root spring that is disposed radially inside the blade root and inserted into the blade root groove of the rotor disk around the rotation axis, together with the blade root of the blade extending in the radial direction with respect to the rotation axis.
The shape of the cross section including the spring center line is formed in an annular shape that is axisymmetric with respect to the spring center line and has an opening that passes through the spring center line;
Each of the both end sides facing both edges of the opening is in contact with one of the bottom surface of the blade root and the bottom surface of the blade root groove, and the normal direction at the contact portion is the spring height direction. An opening side contact part is formed,
In the bottom portion facing the opening, each of two locations separated from each other in the spring width direction perpendicular to the spring center line includes a bottom surface of the blade root and a bottom surface of the blade root groove. An opposing contact portion is formed that contacts the other bottom surface and whose normal direction at the contact portion is the spring height direction;
The ratio of the absolute value of the difference between the two distances relative to the larger one of the distance between the two opposing contact portions and the distance between the two opening contact portions is the spring in the direction in which the spring center line extends. Less than half the ratio of the spring width dimension in the spring width direction to the height dimension,
Wing root spring characterized by that.
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