JP5501611B2 - Turbine blade and gas turbine - Google Patents
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Description
本発明は、タービン翼およびガスタービンに関する。 The present invention relates to a turbine blade and a gas turbine.
一般に、ガスタービンの圧縮機における静翼には、シュラウドが別体で設けられたカンチレバータイプの静翼や、シュラウドが一体に設けられたシュラウド付きタイプの静翼などが用いられている。 Generally, a cantilever type stationary blade provided with a shroud separately or a shroud type stationary blade provided integrally with a shroud is used as a stationary blade in a compressor of a gas turbine.
シュラウド付きタイプの静翼は、カンチレバータイプの静翼に比べて、翼形部の先端から空気などが漏れにくく、かつ、シュラウドの内周に、静翼とロータとの間における空気などの漏れを抑制するロータシール構造を設けることができる。このことから、シュラウド付きタイプの静翼は漏れ空気量を適量に削減できるため、性能的に有利とされている。 Compared to cantilever type stationary blades, shrouded type stationary blades are less susceptible to air leakage from the tip of the airfoil, and the inner periphery of the shroud is free of air leakage between the stationary blades and the rotor. A constraining rotor seal structure can be provided. From this, the type of stationary blade with shroud is advantageous in terms of performance because the amount of leaked air can be reduced to an appropriate amount.
上述のシュラウド付きタイプの静翼は、翼形部(プロファイル部)の内側および外側の端部にシュラウド部と呼ばれる円周状の基部が設けられている。
翼形部とシュラウド部との間の固定は、シュラウド部に設けた差込口に翼形部から突出した差込部を差込むテノンタイプの固定方法や、上述の差込口に、翼形部から広がって形成された差込ツバ部を差し込むポークチョップタイプの固定方法が挙げられる。
The above-described type of stationary blade with a shroud is provided with a circumferential base portion called a shroud portion at the inner and outer ends of the airfoil portion (profile portion).
For fixing between the airfoil part and the shroud part, the tenon type fixing method in which the insertion part protruding from the airfoil part is inserted into the insertion port provided in the shroud part, or the airfoil part in the above-mentioned insertion port. A pork chop type fixing method in which an insertion brim portion formed so as to spread out is inserted.
これらのテノンタイプの固定方法や、ポークチョップタイプの固定方法では、差込部または差込ツバ部を差込口に機械的に差し込んで固定してもよいし、ロウ付けや溶接によって固定してもよい。このようにして静翼のシュラウド部がリング状に組み立てられる。
また翼形部とシュラウド部とを一体構造として成型する場合や加工する場合もある。
In these tenon type fixing methods and pork chop type fixing methods, the insertion part or insertion collar part may be mechanically inserted into the insertion port, or may be fixed by brazing or welding. Good. In this manner, the shroud portion of the stationary blade is assembled in a ring shape.
Further, the airfoil portion and the shroud portion may be molded or processed as an integral structure.
一般に、シュラウド部は、リング状に組み立てられた状態における周方向への熱膨張を吸収するため、シュラウド部の加工性や組立て性を向上させるため、シュラウド部などのメンテナンス性の向上を図るために、円周方向に複数に分割されている。例えば、シュラウド付きタイプの静翼の場合には、シュラウド部は静翼ごとに分割されている。 In general, the shroud part absorbs thermal expansion in the circumferential direction in a state of being assembled in a ring shape, so as to improve the workability and assemblability of the shroud part, in order to improve the maintainability of the shroud part, etc. It is divided into a plurality in the circumferential direction. For example, in the case of a stationary blade with a shroud, the shroud portion is divided for each stationary blade.
さらに、シュラウド部には、回転するロータ軸との間に、ラビリンスシールや、ハニカムシールなどのシール構造がもうけられている(例えば、特許文献1参照。)。
このシール構造は、加工の容易さや補修の容易さを考慮して、翼形部またはシュラウド部と別構造として形成され、形成後に翼形部またはシュラウド部と組み合わせる構成であってもよい。
Further, a seal structure such as a labyrinth seal or a honeycomb seal is provided between the shroud portion and the rotating rotor shaft (see, for example, Patent Document 1).
This sealing structure may be formed separately from the airfoil portion or the shroud portion in consideration of ease of processing and repair, and may be combined with the airfoil portion or the shroud portion after formation.
シュラウド部とシール構造とを組み合わせる構成としては、特許文献1に記載された構造の他に、シュラウド部に設けられた溝構造にシール構造が嵌め合わされる構成を例示することができる。
As a configuration in which the shroud portion and the seal structure are combined, a configuration in which the seal structure is fitted into a groove structure provided in the shroud portion can be exemplified in addition to the structure described in
その一方で、静翼は、ガスタービンの圧縮機内部における空気またはガスの流れ場の中で静翼の固有振動数と一致する周波数、または、回転数の整数倍の周波数を有する励振力が加えられると、静翼の翼形部やシュラウド部が大きく振れる(振動応答する)ことが知られている。
上述の励振力としては、回転する動翼の後流流れ(ウェーク)による励振力や、干渉流れ(ポテンシャル)による励振力などを例示することができる。
On the other hand, the stationary blade is applied with an excitation force having a frequency that matches the natural frequency of the stationary blade in the air or gas flow field inside the compressor of the gas turbine, or an integer multiple of the rotational frequency. It is known that the airfoil portion and the shroud portion of the stationary blade shake greatly (respond to vibration).
Examples of the above-described excitation force include an excitation force caused by a wake flow (wake) of a rotating moving blade, an excitation force caused by an interference flow (potential), and the like.
上述の振動応答により静翼に働く応力が、静翼を構成する材料の疲労強度を超えて大きくなると、静翼に疲労亀裂が発生するおそれがあり、疲労亀裂により静翼が破損するおそれがある。
このため、翼形部やシュラウド部に対しては、振動応答が発生したとしても疲労亀裂を起こさない体格強度を持たせる設計が行われるとともに、静翼の固有振動数を、静翼に働くと予想される励振周波数からずらす、言い換えると離調させる必要がある。
If the stress acting on the stator blades due to the vibration response described above increases beyond the fatigue strength of the material constituting the stator blades, there is a risk of fatigue cracks occurring in the stator blades, which may damage the stator blades. .
For this reason, the airfoil and shroud parts are designed to have a physique strength that does not cause fatigue cracks even if vibration response occurs, and the natural frequency of the stationary blade is applied to the stationary blade. It is necessary to deviate from the expected excitation frequency, in other words, to detune.
一方で、近年のガスタービンの高出力化や、高性能化や、コストの低減などに伴い、プロファイル部における翼プロファイル幅(翼弦)の拡大や、翼長(スパン)の拡大など、プロファイル部の大型化が進んでいる。 On the other hand, profile parts such as expansion of blade profile width (chord) and extension of blade length (span) in the profile part due to the recent increase in output, performance, and cost reduction of gas turbines. Is becoming larger.
このようにプロファイル部が大型化すると、翼形部に働く空気力またはガス力が大きくなり、翼形部の付け根部、言い換えると、翼形部とシュラウド部との接続部にかかる荷重またはモーメントが増加する。この荷重またはモーメントの増加に耐えるために翼形部の付け根部に形成されるフィレット形状の曲率半径Rを大径化して、十分な強度を確保する必要がある。 When the profile portion is increased in size, the aerodynamic force or gas force acting on the airfoil portion increases, and the load or moment applied to the base portion of the airfoil portion, in other words, the connection portion between the airfoil portion and the shroud portion is reduced. To increase. In order to withstand this increase in load or moment, it is necessary to increase the radius of curvature R of the fillet shape formed at the base of the airfoil to ensure sufficient strength.
これに対して、空気力学の観点から、翼形部の付け根部に形成されるフィレット形状の曲率半径Rを小径化したいという、翼形部の付け根部の十分な強度を確保とは逆の要求もある。 On the other hand, from the viewpoint of aerodynamics, it is necessary to reduce the fillet-shaped radius of curvature R formed at the base of the airfoil, which is opposite to ensuring sufficient strength at the base of the airfoil. There is also.
プロファイル部は、回転駆動されることによりガスを含む空気などを圧縮する一方で、流れ場の中で空気(ガスを含む)抵抗を受ける。そこで、この空気抵抗を減少させるために、プロファイル形状の最適化や、プロファイル部における前縁の径や、後縁の径の小径化が図られるとともに、プロファイル部における翼形の厚み自体の薄肉化が図られている。 The profile portion is driven to rotate and compresses air or the like containing gas, while receiving resistance to air (including gas) in the flow field. Therefore, in order to reduce this air resistance, the profile shape is optimized, the diameter of the leading edge in the profile part and the diameter of the trailing edge are reduced, and the thickness of the airfoil in the profile part itself is reduced. Is planned.
しかしながら、上述の小径化や薄肉化は静翼の強度、特に共振応答に対する強度を低下させる要因となる。そのため、プロファイル部の設計においては、プロファイル部の強度を確保するために、上述の小径化や薄肉化に制約が設けられている。 However, the above-described reduction in diameter and thickness are factors that reduce the strength of the stationary blade, particularly the strength against resonance response. Therefore, in the design of the profile portion, there are restrictions on the above-described reduction in diameter and thickness in order to ensure the strength of the profile portion.
その他にも、静翼が励振力と共振を起こして破壊されることを回避するため、複数の静翼が組み合わされた静翼リング全体としての固有振動数を、励振源の周波数からずらす、つまり一致しないようにする離調設計が行われている。 In addition, in order to avoid destruction of the stationary blade due to resonance with the excitation force, the natural frequency of the entire stationary blade ring in which multiple stationary blades are combined is shifted from the frequency of the excitation source, that is, A detuning design is made so that they do not match.
しかしながら、上述の固有振動数は、プロファイル部の形状や、シュラウド部の形状などに依存するため、固有振動数と例震源の周波数との離調を優先させると、静翼の空力特性を犠牲にして静翼の設計をせざるを得ない場合が多い。 However, since the above natural frequency depends on the shape of the profile part, the shape of the shroud part, etc., giving priority to the detuning of the natural frequency and the frequency of the hypocenter will sacrifice the aerodynamic characteristics of the stationary blade. In many cases, it is necessary to design a stationary blade.
特許文献1には、静翼による相対移動を拘束するために、波形の板バネにより静翼を押圧する技術が提案されている。
さらに、静翼における振動応答を低減するために、バネを利用した摩擦力を用いた振動減衰(ダンピング)により、静翼における振動応答による振動を減衰する技術も知られている。 Furthermore, in order to reduce the vibration response in the stationary blade, a technique for attenuating the vibration due to the vibration response in the stationary blade by vibration damping (damping) using a friction force using a spring is also known.
具体的には、内周側に配置されたシュラウドリングと、シールを保持するシールホルダとの間に、ドーナッツリング状のバネを挿入し、シュラウドリングにバネを圧接させた構造により、静翼の振動を減衰させる構造が知られている。
このようにすることで、プロファイル部と連接されたシュラウド部が共振により振動変形すると、シュラウド部とバネとが摺動して、シュラウド部とバネとの間に摩擦力が働く。すると、シュラウド部とバネとの摺動面において振動エネルギが摩擦エネルギ(熱エネルギ)に変換され、静翼の振動が減衰される。
By doing in this way, when the shroud part connected with the profile part vibrates and deforms by resonance, the shroud part and the spring slide, and a frictional force acts between the shroud part and the spring. Then, vibration energy is converted into friction energy (thermal energy) on the sliding surface between the shroud portion and the spring, and the vibration of the stationary blade is attenuated.
しかしながら、静翼などの翼体格が大きくなると、振動による振動エネルギも相対的に大きくなるため、静翼の振動を減衰させる機構における減衰力も大きくする必要がある。例えば、上述のバネをシュラウドリングに圧接させる構造の場合には、摩擦による十分な減衰力を得るために、バネ力を高くする必要がある。 However, when the blade body such as a stationary blade is increased, vibration energy due to vibration is also relatively increased. Therefore, it is necessary to increase a damping force in a mechanism for damping the vibration of the stationary blade. For example, in the case of a structure in which the above-described spring is pressed against the shroud ring, it is necessary to increase the spring force in order to obtain a sufficient damping force due to friction.
特許文献1に記載された構成では、上述のバネの交換を考慮した構造になっていないため、長期間の使用による磨耗でバネが損耗した場合に、上述のようにバネ力を高めたバネを交換することが困難であるという問題があった。
The structure described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、励振力に起因する振動を減衰させるとともに、バネなどの弾性部材の交換を容易にすることができるタービン翼およびガスタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a turbine blade and a gas turbine that can attenuate vibration caused by an excitation force and can easily replace an elastic member such as a spring. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のタービン翼は、翼形部の端部に配置されたシュラウド部と、前記シュラウド部に対してスライド移動可能であるとともに着脱可能とされ、前記シュラウド部との間に空間を形成する端部筐体と、前記空間に配置されシュラウド部と端部筐体とを離間させる方向に付勢するとともに、前記シュラウド部と相対移動可能に配置された弾性部と、が設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The turbine blade of the present invention has a shroud portion disposed at an end portion of the airfoil portion, an end that is slidable with respect to the shroud portion and is detachable, and forms a space between the shroud portion. And an elastic part that is arranged in the space and urges in a direction to separate the shroud part and the end case from each other and is relatively movable with respect to the shroud part. Features.
本発明によれば、翼形部およびシュラウド部が振動して端部筐体に対してスライド移動すると、弾性部とシュラウド部とが相対移動、つまり、弾性部とシュラウド部とが摺動する。そのため、翼形部およびシュラウド部の振動に係るエネルギは、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部およびシュラウド部の振動が減衰される。
その一方で、弾性部を端部筐体とともにシュラウド部からスライド移動させて着脱させることにより、弾性部を容易に交換することができる。
According to the present invention, when the airfoil portion and the shroud portion vibrate and slide relative to the end housing, the elastic portion and the shroud portion move relative to each other, that is, the elastic portion and the shroud portion slide. Therefore, the energy related to the vibration of the airfoil portion and the shroud portion is converted into thermal energy (friction energy) by sliding, and the vibration of the airfoil portion and the shroud portion is attenuated.
On the other hand, the elastic portion can be easily exchanged by sliding the elastic portion together with the end housing from the shroud portion and detaching it.
上記発明においては、前記シュラウド部は、複数の前記翼形部のそれぞれに独立して配置され、複数の前記シュラウド部に対して、一つの前記端部筐体が着脱可能とされていることが望ましい。 In the said invention, the said shroud part is independently arrange | positioned at each of the said several airfoil part, and the said one edge part housing | casing can be attached or detached with respect to the said some shroud part. desirable.
本発明によれば、複数の翼形部のそれぞれにシュラウド部を独立して配置しているため、複数のシュラウド部が一体に形成されている場合と比較して、それぞれの翼形部およびシュラウド部は、弾性部に対して相対移動しやすい。言い換えると、シュラウド部と弾性部との間の摺動距離が長くなる。
そのため、より多くの翼形部およびシュラウド部の振動に係るエネルギが、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部およびシュラウド部の振動がより減衰されやすい。
According to the present invention, since the shroud portion is independently arranged on each of the plurality of airfoil portions, each of the airfoil portions and the shroud is compared with the case where the plurality of shroud portions are integrally formed. The part is easy to move relative to the elastic part. In other words, the sliding distance between the shroud portion and the elastic portion is increased.
Therefore, more energy related to the vibration of the airfoil portion and the shroud portion is converted into thermal energy (friction energy) by sliding, and the vibration of the airfoil portion and the shroud portion is more easily damped.
上記発明においては、前記弾性部は、複数の前記シュラウド部が並ぶ方向に沿って延びるとともに、略波形に形成された板バネであり、該板バネの頂部が前記シュラウド部または前記端部筐体と当接されていることが望ましい。 In the above invention, the elastic portion is a leaf spring that extends along a direction in which the plurality of shroud portions are arranged and is substantially wave-shaped, and the top portion of the leaf spring is the shroud portion or the end housing. It is desirable to be in contact with.
本発明によれば、弾性部を波形状に形成された板バネとすることで、他のバネを用いた場合と比較して、シュラウド部に対してより大きな押し付け力を付加することができる。
その一方で、板バネの各頂部をそれぞれシュラウド部に当接させることにより、一つの板バネに対して複数のシュラウド部が摺動される。
According to the present invention, since the elastic portion is a plate spring formed in a wave shape, a larger pressing force can be applied to the shroud portion as compared with the case where another spring is used.
On the other hand, a plurality of shroud portions are slid with respect to one leaf spring by bringing each top portion of the leaf spring into contact with the shroud portion.
本発明のガスタービンは、上記本発明のタービン翼が設けられていることを特徴とする。 The gas turbine of the present invention is provided with the turbine blade of the present invention.
本発明によれば、本実施形態のタービン翼が設けられているため、タービン翼の翼形部およびシュラウド部の振動に係るエネルギは、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部およびシュラウド部の振動が減衰される。 According to the present invention, since the turbine blade of this embodiment is provided, the energy related to the vibration of the airfoil portion and the shroud portion of the turbine blade is converted into thermal energy (friction energy) by sliding, and the airfoil And shroud vibrations are damped.
本発明のタービン翼およびガスタービンによれば、弾性部とシュラウド部とが相対移動、つまり、弾性部とシュラウド部とが摺動するため、翼形部およびシュラウド部の振動に係るエネルギは、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部およびシュラウド部の振動を減衰させることができるという効果を奏する。
その一方で、弾性部を端部筐体とともにシュラウド部からスライド移動させて着脱させることにより、弾性部を容易に交換することができるという効果を奏する。
According to the turbine blade and the gas turbine of the present invention, since the elastic portion and the shroud portion move relative to each other, that is, the elastic portion and the shroud portion slide, energy related to vibration of the airfoil portion and the shroud portion is slid. It is converted into thermal energy (friction energy) due to motion, and the vibration of the airfoil portion and the shroud portion can be damped.
On the other hand, the elastic part can be easily exchanged by sliding the elastic part together with the end housing from the shroud part to be detached.
この発明の一実施形態に係るガスタービンについて、図1から図5を参照して説明する。なお、本実施形態では、本願発明のタービン翼をガスタービン1の圧縮部2における1段静翼から3段静翼、5段静翼から17段静翼、あるいは、10段静翼から14段静翼に適用して説明する。
A gas turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the turbine blade of the present invention will be described by applying it from the first-stage stationary blade to the third-stage stationary blade in the
図1は、本実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。
ガスタービン1には、図1に示すように、圧縮部2と、燃焼部3と、タービン部4と、回転軸5と、が設けられている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a gas turbine according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
圧縮部2は、図1に示すように、空気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼部3に供給するものである。圧縮部2には、回転軸5を介してタービン部4から回転駆動力が伝達され、回転駆動されることにより圧縮部2は空気を吸入して圧縮する。
なお、圧縮部2としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
In addition, as a
図2は、図1の圧縮部におけるロータディスクおよび静翼の構成を説明する模式図である。
圧縮部2には、図1および図2に示すように、ガスタービン1のケーシング6に取り付けられる静翼(タービン翼)10と、回転軸5により回転駆動される円板状のロータディスク(図示せず)の円周面に配置される動翼と、が設けられている。
静翼10と動翼とは、回転軸5における周方向に等間隔に並んで配置されているとともに、回転軸5の軸線方向に交互に並んで配置されている。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the rotor disk and the stationary blade in the compression section of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
燃焼部3は、図1に示すように、外部から供給された燃料と供給された圧縮空気と混合し、混合気を燃焼させて高温ガスを生成し、生成された高温ガスをタービン部4に供給するものである。
なお、燃焼部3としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
In addition, as a
タービン部4は、図1に示すように、供給された高温ガスから回転駆動力を抽出し、回転軸5を回転駆動するものである。
なお、タービン部4としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
In addition, as a
次に、本実施形態の特徴である静翼10について説明する。
図3は、図2の静翼におけるシールホルダ近傍の構成を説明する断面図である。
本実施形態では、静翼10をピッチが固定された静翼、言い換えると、圧縮部2の内部を流れる流体の流れに対して、迎え角が固定された静翼に適用して説明する。
静翼10は、図2および図3に示すように、外側シュラウド部11と、翼形部12と、内側シュラウド部(シュラウド部)13と、シールホルダ(端部筐体)14と、バネ(弾性部)15と、ハニカムシール17と、が設けられている。
Next, the
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration in the vicinity of the seal holder in the stationary blade of FIG.
In the present embodiment, description will be made by applying the
2 and 3, the
外側シュラウド部11は、図2に示すように、圧縮部2における流体が流れる流路の壁面の一部を構成する部材である。さらに、外側シュラウド部11は、翼形部12における径方向外側の端部に配置された湾曲した板状の部材であり、複数の翼形部12に対して一つの外側シュラウド部11が配置されている。言い換えると、外側シュラウド部11は、円筒状の部材を複数に分割したものであって、その内周面に複数の翼形部12が接続されたものである。
外側シュラウド部11の形状や、翼形部12との接続方法としては、公知の形状や方法を用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 2, the
As a shape of the
翼形部12は、図2に示すように、回転軸5の径方向に延びる断面が翼形状に形成された部材であって、回転軸5により回転駆動される動翼とともに、空気などの流体を圧縮し、燃焼部3に向かって送り込むものである。
翼形部12には、周囲の流体の流れにおける上流側端部である前縁LEと、下流側端部である後縁TEと、凸状に湾曲した面である負圧面と、凹状に湾曲した面である正圧面とが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
The
内側シュラウド部13は、図2および図3に示すように、外側シュラウド部11と同様に、圧縮部2の内部における流体が流れる流路の一部を構成するものである。さらに内側シュラウド部13は、翼形部12における径方向内側の端部に配置された湾曲した板状の部材であり、一つの翼形部12に対して一つの内側シュラウド部13が配置されている。言い換えると、内側シュラウド部13は、円筒状の部材を複数に分割したものであって、その外周面に翼形部12が接続されたものである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
内側シュラウド部13における前縁LEおよび後縁TE側の端部には、周方向(図3の紙面に対して垂直方向)に延び、シールホルダ14と嵌合する嵌合溝13Aが設けられている。
A
シールホルダ14は、図3に示すように、内側シュラウド部13の内周側(図3の下側)に取り付けられ、内側シュラウド部13とともにバネ15を内部に収納する空間を形成するとともに、ハニカムシール17を支持する部材である。
シールホルダ14は、外側シュラウド部11と同様に、複数の翼形部12および内側シュラウド部13に対して一つのシールホルダ14が配置されている。
As shown in FIG. 3, the
As with the
シールホルダ14には、前縁LE側および後縁TE側において径方向に沿って延びる一対の側壁部14Sと、一対の側壁部14Sにおける径方向内側の端部を繋ぐ底板部14Bと、が設けられている。
言い換えると、シールホルダ14には、周方向外側(図3の上側)に向かって開口した溝部が形成されている。
The
In other words, the
側壁部14Sにおける径方向外側の端部には、シールホルダ14の内側に向かって突出するとともに周方向に延び、内側シュラウド部13の嵌合溝13Aと嵌め合わされる突出部14Aが設けられている。
A protruding
バネ15は、図2および図3に示すように、内側シュラウド部13と、シールホルダ14とを離間する方向に付勢する弾性部材である。さらに、バネ15は、内側シュラウド部13と摺動することにより、静翼10つまり翼形部12や内側シュラウド部13の振動を減衰させるものである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
このようにバネ15により内側シュラウド部13とシールホルダ14とを離間させる方向に付勢することで、嵌合溝13Aと突出部14Aとが押し付けられて密着し、内側シュラウド部13とシールホルダ14との間のシール性を確保することができる。
Thus, by energizing the
バネ15は、略長方形に形成した板バネを略波形に形成したものであり、バネ15のバネ力は、板バネの板厚を調節することにより調節されている。バネ15を構成する材料としては、ガスタービン1の運転時、つまり、バネ15が高温になっても必要とされるバネ特性を維持できる材料が望ましい。
The
バネ15は、内側シュラウド部13とシールホルダ14とにより形成された空間、より具体的には、内側シュラウド部13とシールホルダ14との間に配置されている。さらに、前縁LE側に一つ、後縁TE側に一つ、合計二つのバネ15が平行に並んで配置されている。
The
本実施形態では、この二つのバネ15が同じ位相で配置されている例、言い換えると、二つのバネ15の頂部が同じ位置で内側シュラウド部13やシールホルダ14と接触する例に適用して説明する。
In this embodiment, the description is applied to an example in which the two
図4は、図3のバネの他の配置例を説明する模式図である。
なお、二つのバネ15を上述のように同じ位相で配置してもよいし、図4に示すように異なる位相で配置してもよく、特に限定するものではない。
図4に示すバネ15の配置では、一のバネ15の頂部が内側シュラウド部13に接触している場所で、他のバネ15の頂部はシールホルダ14と接触している。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining another arrangement example of the spring of FIG.
The two springs 15 may be arranged in the same phase as described above, or may be arranged in different phases as shown in FIG. 4, and are not particularly limited.
In the arrangement of the
このようにすることで、一のバネ15における頂部の配置間隔が、内側シュラウド部13の配置間隔よりも広い場合であっても、全ての内側シュラウド部13に対してバネ15を当接させることができる。つまり、一のバネ15の頂部と当接しない内側シュラウド部13に対しては、他のバネ15の頂部を当接させることにより、全ての内側シュラウド部13に対してバネ15を当接させることができる。
By doing in this way, even if the arrangement | positioning space | interval of the top part in the one
バネ15の形状は、波形の振幅(径方向に関する頂部から頂部までの距離)が、内側シュラウド部13の内周面から、シールホルダ14の外周面までの距離よりも長く、かつ、各内側シュラウド部13の内周面に対してバネ15の頂部が当接するように決定されている。
The shape of the
より具体的には、バネ15の波形における振幅は、静翼10の振動を減衰させる摩擦力、つまりバネ力を発生させるために必要なバネ15の圧縮量に基づいて決定されている。バネ15の波形における波長(周方向に関する頂部から頂部までの距離)は、内側シュラウド部13の配置間隔つまりピッチに基づいて決定されている。
More specifically, the amplitude in the waveform of the
ハニカムシール17は、図3に示すように、ロータ21に設けられたシールフィン22とともに、静翼10とロータ21との間を流れる流体の漏れを抑制するものである。
ハニカムシール17としては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 3, the
A known seal can be used as the
次に、上記の構成からなる静翼10における振動の減衰方法について説明する。
ガスタービン1が運転されると、圧縮部2を流れる流体等の影響により静翼10に振動が生じる。具体的には、静翼10の翼形部12および内側シュラウド部13が周方向に振れる振動が発生する。
Next, a vibration damping method in the
When the
上述のように内側シュラウド部13が振動すると、内側シュラウド部13に押し付けられたバネ15の頂部と、内側シュラウド部13の内周面との間で摺動が発生する。内側シュラウド部13とバネ15との間には、バネ15による押し付け力と、内側シュラウド部13とバネ15との間の摩擦係数に応じた摩擦力が働く。
When the
上述の摺動により翼形部12および内側シュラウド部13の振動エネルギは、熱エネルギなどの摩擦エネルギに変換され、静翼10における振動が減衰される。
The vibration energy of the
上記の構成によれば、翼形部12および内側シュラウド部13が振動してシールホルダ14に対してスライド移動すると、バネ15と内側シュラウド部13とが相対移動、つまり、バネ15と内側シュラウド部13とが摺動する。そのため、翼形部12および内側シュラウド部13の振動に係るエネルギは、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部12および内側シュラウド部13の振動を減衰することができる。
According to the above configuration, when the
その一方で、バネ15をシールホルダ14とともに内側シュラウド部13からスライド移動させて着脱させることにより、バネ15を容易に交換することができる。そのため、バネ15が長期間の使用による磨耗で損耗しても、簡単にバネ15を交換することができる。
また、バネ15は、シールホルダ14および内側シュラウド部13により囲まれた空間内に配置されているため、たとえ、バネ15が破損しても当該空間から飛び出して翼形部12に損傷を与えることを防止することができる。
On the other hand, the
Further, since the
複数の翼形部12のそれぞれに内側シュラウド部13を独立して配置しているため、複数の内側シュラウド部13が一体に形成されている場合と比較して、それぞれの翼形部12および内側シュラウド部13は、バネ15に対して相対移動しやすい。言い換えると、内側シュラウド部13とバネ15との間の摺動距離が長くなる。
そのため、より多くの翼形部12および内側シュラウド部13の振動に係るエネルギが、摺動による熱エネルギ(摩擦エネルギ)に変換され、翼形部12および内側シュラウド部13の振動をより減衰させることができる。
Since the
Therefore, more energy related to the vibration of the
図5は、図3のバネのさらに別の配置例を説明する模式図である。
なお、上述の実施形態のように、二つのバネ15を内側シュラウド部13とシールホルダ14との間に配置してもよいし、図5に示すように、四つのバネ15を内側シュラウド部13とシールホルダ14との間に配置してもよく、バネ15の数を特に限定するものではない。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining still another arrangement example of the springs of FIG.
Note that, as in the above-described embodiment, two
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明のタービン翼をガスタービンの圧縮部における静翼に適用して説明したが、ガスタービンのタービン部における静翼に適用することもできるものである。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the turbine blade of the present invention has been described as applied to the stationary blade in the compression portion of the gas turbine. However, the turbine blade can also be applied to the stationary blade in the turbine portion of the gas turbine.
1 ガスタービン
10 静翼(タービン翼)
12 翼形部
13 内側シュラウド部(シュラウド部)
14 シールホルダ(端部筐体)
15 バネ(弾性部)
1
12
14 Seal holder (end housing)
15 Spring (elastic part)
Claims (4)
前記複数のシュラウド部に対してスライド移動可能であるとともに着脱可能とされ、前記複数のシュラウド部との間に空間を形成する端部筐体と、
前記空間に配置され前記複数のシュラウド部と前記端部筐体とを離間させる方向に付勢するとともに、前記複数のシュラウド部と相対移動可能に配置された弾性部とを備え、
前記弾性部は、複数の前記シュラウド部が並ぶ方向に沿って延びるとともに、略波形に形成された板状の複数のバネであり、
該複数のバネの頂部が前記複数のシュラウド部または前記端部筐体と当接され、
前記複数のバネは略平行に並んで配置されるとともに、前記複数のバネのうちの一のバネの頂部に対して前記複数のバネのうちの他のバネの頂部がずれて配置されていることを特徴とするタービン翼。 A plurality of shroud portions respectively disposed at ends of the plurality of airfoil portions;
An end housing that is slidable with respect to the plurality of shroud portions and is detachable, and forms a space between the plurality of shroud portions;
It urges in a direction in which is positioned in the space separating the said end housing and the plurality of shroud portions, and a plurality of shroud portions and relatively movable arranged elastic portion,
The elastic portion extends along a direction in which the plurality of shroud portions are arranged, and is a plurality of plate-like springs formed in a substantially waveform.
The tops of the plurality of springs are in contact with the plurality of shroud parts or the end housing,
The plurality of springs are arranged substantially in parallel, and the tops of the other springs of the plurality of springs are arranged so as to be shifted with respect to the tops of the one of the plurality of springs . Turbine blades characterized by that.
前記複数のシュラウド部に対して、一つの前記端部筐体が着脱可能とされていることを特徴とする請求項1記載のタービン翼。 The plurality of shroud portions are disposed independently for each of the plurality of airfoils,
Said plurality of sheets against the shroud portion, a turbine blade according to claim 1, wherein said end housing, characterized in that it is detachable.
前記シュラウド部に押し付けた複数の弾性部の頂部と前記シュラウド部との間で摺動を発生させる摺動発生工程と、 A sliding generation step for generating sliding between the top of the plurality of elastic portions pressed against the shroud portion and the shroud portion;
前記摺動発生工程において発生させた前記摺動によって、前記振動の振動エネルギーを前記シュラウド部と前記複数の弾性部との間に発生する摩擦エネルギーに変換するエネルギー変換工程と An energy conversion step of converting vibration energy of the vibration into friction energy generated between the shroud portion and the plurality of elastic portions by the sliding generated in the sliding generation step;
を備える振動減衰方法において、In a vibration damping method comprising:
前記弾性部は、複数の前記シュラウド部が並ぶ方向に沿って延びるとともに、略波形に形成された板状の複数のバネであり、 The elastic portion extends along a direction in which the plurality of shroud portions are arranged, and is a plurality of plate-like springs formed in a substantially waveform.
一のバネの頂部と当接しないシュラウド部に対して他のバネの頂部を当接させておくことによりすべてのシュラウド部に対してバネを当接させるタービン翼の振動減衰方法。 A turbine blade vibration damping method in which a spring is brought into contact with all the shroud parts by bringing a top part of another spring into contact with a shroud part that is not in contact with the top part of one spring.
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