特許ウォッチ

公開番号2024129905
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023039282
出願日2023-03-14
発明の名称ロータディスク、動翼、及びこれらを備えている動翼組品
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F01D 5/30 20060101AFI20240920BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】ロータディスクのディスクネック部に発生する応力を緩和する。
【解決手段】ロータディスクは、動翼の翼根が挿入可能な翼根溝を有する。翼根溝は、第一ベアリング面と、第一ベアリング面の径方向内側の縁から径方向内側に向かうに連れて次第に周方向第一側に向かう第一ディスクネック外側曲面と、第一ディスクネック外側曲面の径方向内側の縁である第一ディスクネック位置から径方向内側に向かうに連れて次第に周方向第二側に向かう第一ディスクネック内側曲面と、を有する。第一ディスクネック外側曲面は、第一ディスクネック位置から径方向外側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第一曲率変化面を有する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
軸線を中心として円板状を成し、外周側に動翼が設けられるロータディスクにおいて、
外周面と、
前記外周面から前記軸線に対する径方向内側に凹み、前記動翼の翼根が挿入可能な複数の翼根溝と、
を有し、
複数の前記翼根溝は、前記軸線に対する周方向に互いの間隔をあけて並び、
複数の前記翼根溝は、いずれも、一対の翼根ネック対向面と、一対のベアリング面と、一対のディスクネック曲面と、底面と、を有し、
前記一対の翼根ネック対向面のうちの一方の面である第一翼根ネック対向面は、前記外周面中の前記周方向における周方向第一位置から、前記径方向内側の成分を有する方向に広がり、
前記一対の翼根ネック対向面のうちの他方の面である第二翼根ネック対向面は、前記外周面中で、前記周方向第一位置から前記周方向における周方向第一側と周方向第二側とのうちで前記周方向第二側に離れた周方向第二位置から、前記径方向内側の成分を有する方向に広がり、前記周方向で前記第一翼根ネック対向面と対向し、
前記一対のベアリング面のうちの一方の面である第一ベアリング面は、前記第一翼根ネック対向面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かう傾斜平面であり、
前記一対のベアリング面のうちの他方の面である第二ベアリング面は、前記第二翼根ネック対向面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かう傾斜平面で、前記周方向で前記第一ベアリング面と対向し、
前記一対のディスクネック曲面のうちの一方の面である第一ディスクネック曲面は、前記第一ベアリング面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かう第一ディスクネック外側曲面と、前記第一ディスクネック外側曲面の前記径方向内側の縁である第一ディスクネック位置から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かう第一ディスクネック内側曲面と、を有し、
前記一対のディスクネック曲面のうちの他方の面である第二ディスクネック曲面は、前記第二ベアリング面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かう第二ディスクネック外側曲面と、前記第二ディスクネック外側曲面の前記径方向内側の縁である第二ディスクネック位置から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かう第二ディスクネック内側曲面と、を有し、
前記第二ディスクネック外側曲面は、前記周方向で、前記第一ディスクネック外側曲面と対向し、
前記第二ディスクネック内側曲面は、前記周方向で、前記第一ディスクネック内側曲面と対向し、
前記第二ディスクネック位置は、前記周方向で、前記第一ディスクネック位置と対向し、
前記底面は、前記径方向内側とは反対側の径方向外側を向き、前記第一ディスクネック内側曲面の前記径方向内側の縁と前記第二ディスクネック内側曲面の前記径方向内側の縁とを接続する平面であり、
前記第一ディスクネック外側曲面は、前記第一ディスクネック位置から前記径方向外側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第一曲率変化面を有し、
前記第二ディスクネック外側曲面は、前記第二ディスクネック位置から前記径方向外側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第二曲率変化面を有する、
ロータディスク。
続きを表示（約 3,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載のロータディスクにおいて、
前記第一曲率変化面は、前記翼根溝内で前記軸線に対する径方向に並ぶ二つの焦点で定まる第一楕円の一部で規定される楕円弧面であり、
前記第二曲率変化面は、前記翼根溝内で前記径方向に並ぶ二つの焦点で定まる第二楕円の一部で規定される楕円弧面である、
ロータディスク。
【請求項３】
請求項１に記載のロータディスクにおいて、
前記第一ディスクネック内側曲面中の少なくとも前記径方向内側の部分は、前記翼根溝内の点を中心とする第一円の一部で規定される円弧面であり、
前記第二ディスクネック内側曲面中の少なくとも前記径方向内側の部分は、前記翼根溝内の点を中心とする第二円の一部で規定される円弧面である、
ロータディスク。
【請求項４】
請求項２に記載のロータディスクにおいて、
前記第一ディスクネック内側曲面中の少なくとも前記径方向内側の部分は、前記翼根溝内の点を中心とする第一円の一部で規定される円弧面であり、
前記第二ディスクネック内側曲面中の少なくとも前記径方向内側の部分は、前記翼根溝内の点を中心とする第二円の一部で規定される円弧面であり、
前記第一楕円の長径は、前記第一円の半径より長く、
前記第一楕円の短径は、前記第一円の半径より短く、
前記第二楕円の長径は、前記第二円の半径より長く、
前記第二楕円の短径は、前記第二円の半径より短い、
ロータディスク。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のロータディスクにおいて、
前記第一ディスクネック外側曲面は、前記第一ベアリング面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かい、且つ、前記径方向内側への単位変化量に対する前記周方向第一側に向かう変化量が、前記第一ベアリング面より大きい第一逃げ面を有し、
前記第二ディスクネック外側曲面は、前記第二ベアリング面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かい、且つ、前記径方向内側への単位変化量に対する前記周方向第二側に向かう変化量が、前記第二ベアリング面より大きい第二逃げ面を有し、
前記第一逃げ面の前記径方向内側の縁が、前記第一曲率変化面の前記径方向外側の縁に接続され、
前記第二逃げ面の前記径方向内側の縁が、前記第二曲率変化面の前記径方向外側の縁に接続され、
前記第二逃げ面は、前記周方向で、前記第一逃げ面と対向する、
ロータディスク。
【請求項６】
請求項５に記載のロータディスクにおいて、
前記第一逃げ面は、前記翼根溝外であって前記第一翼根ネック対向面よりも前記周方向第一側の点を中心とする第一溝外円の一部で規定される円弧面であり、
前記第二逃げ面は、前記翼根溝外であって前記第二翼根ネック対向面よりも前記周方向第二側の点を中心とする第二溝外円の一部で規定される円弧面である、
ロータディスク。
【請求項７】
断面が翼形を成し、断面に対して垂直な翼高さ方向に延びる翼体と、
前記翼高さ方向における翼高さ第一側と翼高さ第二側とのうち、前記翼体の前記翼高さ第二側に設けられ、軸線を中心として円板状を成すロータディスクの翼根溝に嵌り込める翼根と、
を有し、
前記翼体は、前縁と、後縁と、前記前縁と前記後縁とを結ぶ凹曲面の正圧面と、前記前縁と前記後縁とを結ぶ凸曲面の負圧面と、を有し、
前記翼根は、前記後縁に対して前記前縁が存在する側である前側を向く前端面と、前記前側とは反対側である後側を向く後端面と、前記前端面の縁と前記後端面の縁とを結ぶ側面と、を有し、
前記翼根の側面は、一対のネック面と、一対のベアリング面と、一対のディスクネック対向曲面と、底面と、を有し、
前記一対のネック面のうちの一方の面である第一ネック面は、前記翼高さ方向の成分を有する方向に広がり、
前記一対のネック面のうちの他方の面である第二ネック面は、前記翼高さ方向の成分を有する方向に広がり、前記翼高さ方向に垂直で前記前端面に沿った側方向で前記第一ネック面と対向し、前記第一ネック面に対して、前記側方向における側方第一側と側方第二側とのうち前記側方第二側に位置し
前記一対のベアリング面のうちの一方の面である第一ベアリング面は、前記第一ネック面の前記翼高さ第二側の縁から前記翼高さ第二側に向かうに連れて次第に前記側方第一側に向かう傾斜平面であり、
前記一対のベアリング面のうちの他方の面である第二ベアリング面は、前記第二ネック面の前記翼高さ第二側の縁から前記翼高さ第二側に向かうに連れて次第に前記側方第二側に向かう傾斜平面で、前記側方向で前記第一ベアリング面と対向し、
前記一対のディスクネック対向曲面のうちの一方の面である第一ディスクネック対向曲面は、前記第一ベアリング面の前記翼高さ第二側の縁から前記翼高さ第二側に向かうに連れて次第に前記側方第一側に向かう第一ディスクネック対向外側曲面と、前記第一ディスクネック対向外側曲面の前記翼高さ第二側の縁である第一ベリトップ位置から前記翼高さ第二側に向かうに連れて次第に前記側方第二側に向かう第一ディスクネック対向内側曲面と、を有し、
前記一対のディスクネック対向曲面のうちの他方の面である第二ディスクネック対向曲面は、前記第二ベアリング面の前記翼高さ第二側の縁から前記翼高さ第二側に向かうに連れて次第に前記側方第二側に向かう第二ディスクネック対向外側曲面と、前記第二ディスクネック対向外側曲面の前記翼高さ第二側の縁である第二ベリトップ位置から前記翼高さ第二側に向かうに連れて次第に前記側方第一側に向かう第二ディスクネック対向内側曲面と、を有し、
前記第二ディスクネック対向外側曲面は、前記側方向で、前記第一ディスクネック対向外側曲面と対向し、
前記第二ディスクネック対向内側曲面は、前記側方向で、前記第一ディスクネック対向内側曲面と対向し、
前記第二ベリトップ位置は、前記側方向で、前記第一ベリトップ位置と対向し、
前記底面は、前記翼高さ第二側を向き、前記第一ディスクネック対向内側曲面の前記翼高さ第二側の縁と前記第二ディスクネック対向内側曲面の前記翼高さ第二側の縁とを接続する平面であり、
前記第一ディスクネック対向外側曲面は、前記第一ベリトップ位置から前記翼高さ第一側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第一曲率変化面を有し、
前記第二ディスクネック対向外側曲面は、前記第二ベリトップ位置から前記翼高さ第一側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第二曲率変化面を有する、
動翼。
【請求項８】
請求項７に記載の動翼において、
前記第一曲率変化面は、前記翼根内で前記翼高さ方向に並ぶ二つの焦点で定まる第一楕円の一部で規定される楕円弧面であり、
前記第二曲率変化面は、前記翼根内で前記翼高さ方向に並ぶ二つの焦点で定まる第二楕円の一部で規定される楕円弧面である、
動翼。
【請求項９】
請求項７に記載の動翼において、
前記第一ディスクネック対向内側曲面中の少なくとも前記翼高さ第二側の部分は、前記翼根内の点を中心とする第一円の一部で規定される円弧面であり、
前記第二ディスクネック対向内側曲面中の少なくとも前記翼高さ第二側の部分は、前記翼根内の点を中心とする第二円の一部で規定される円弧面である、
動翼。
【請求項１０】
請求項８に記載の動翼において、
前記第一ディスクネック対向内側曲面中の少なくとも前記翼高さ第二側の部分は、前記翼根内の点を中心とする第一円の一部で規定される円弧面であり、
前記第二ディスクネック対向内側曲面中の少なくとも前記翼高さ第二側の部分は、前記翼根内の点を中心とする第二円の一部で規定される円弧面であり、
前記第一楕円の長径は、前記第一円の半径より長く、
前記第一楕円の短径は、前記第一円の半径より短く、
前記第二楕円の長径は、前記第二円の半径より長く、
前記第二楕円の短径は、前記第二円の半径より短い、
動翼。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータディスク、このロータディスクに取り付け可能な動翼、及びこれらを備えている動翼組品に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスで駆動するタービンと、を備える。圧縮機は、タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、このロータを覆うタービンケーシングと、を備える。タービンロータは、軸線を中心とするロータ軸と、ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。複数の動翼列は、軸線が延びる軸線方向に並んでいる。各動翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の動翼を有する。ロータ軸は、複数の動翼列毎に存在するロータディスクが、軸線方向に並んで構成されている。
【０００３】
以下の特許文献１には、複数の動翼と、複数の動翼が取り付けられているロータディスクとを備える組品が開示されている。複数の動翼は、いずれも、翼体（ブレード）と翼根（セグメント）とを有する。ロータディスクには、複数の動翼の翼根が嵌め込まれる翼根溝（スロット）が形成されている。
【０００４】
ロータディスクが軸線を中心として回転しているとき、このロータに取り付けられている複数の動翼には遠心力が作用する。そこで、動翼に遠心力が作用している際、この動翼の翼根が翼溝から抜けないようにするため、翼根溝は、軸線に対する径方向内側に向かうに連れて次第に軸線に対する周方向の溝幅が広くなってから、軸線に対する径方向内側に向かうに連れて次第に周方向の溝幅が狭くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１４－００５８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のロータディスクでは、複数の翼根溝のうちの第一翼根溝中で溝幅が最も広い部分と、第一翼根溝に周方向で隣接する第二翼根溝中で溝幅が最も広い部分との間の部分であるディスクネック部の周方向の間隔は、第一翼根溝中で溝幅が狭い部分と、二翼根溝中で溝幅が狭い部分との間の周方向の間隔よりも狭い。このため、ロータディスクが回転すると、ディスクネック部に応力が集中する。
【０００７】
そこで、本開示は、ロータディスクのディスクネック部に発生する応力を緩和することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための発明に係る一態様のロータディスクは、軸線を中心として円板状を成し、外周側に動翼が設けられるロータディスクである。
このロータディスクは、外周面と、前記外周面から前記軸線に対する径方向内側に凹み、前記動翼の翼根が挿入可能な複数の翼根溝と、を有する。複数の前記翼根溝は、前記軸線に対する周方向に互いの間隔をあけて並ぶ。複数の前記翼根溝は、いずれも、一対の翼根ネック対向面と、一対のベアリング面と、一対のディスクネック曲面と、底面と、を有する。前記一対の翼根ネック対向面のうちの一方の面である第一翼根ネック対向面は、前記外周面中の前記周方向における周方向第一位置から、前記径方向内側の成分を有する方向に広がる。前記一対の翼根ネック対向面のうちの他方の面である第二翼根ネック対向面は、前記外周面中で、前記周方向第一位置から前記周方向における周方向第一側と周方向第二側とのうちで前記周方向第二側に離れた周方向第二位置から、前記径方向内側の成分を有する方向に広がり、前記周方向で前記第一翼根ネック対向面と対向する。前記一対のベアリング面のうちの一方の面である第一ベアリング面は、前記第一翼根ネック対向面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かう傾斜平面である。前記一対のベアリング面のうちの他方の面である第二ベアリング面は、前記第二翼根ネック対向面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かう傾斜平面で、前記周方向で前記第一ベアリング面と対向する。前記一対のディスクネック曲面のうちの一方の面である第一ディスクネック曲面は、前記第一ベアリング面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かう第一ディスクネック外側曲面と、前記第一ディスクネック外側曲面の前記径方向内側の縁である第一ディスクネック位置から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かう第一ディスクネック内側曲面と、を有する。前記一対のディスクネック曲面のうちの他方の面である第二ディスクネック曲面は、前記第二ベアリング面の前記径方向内側の縁から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第二側に向かう第二ディスクネック外側曲面と、前記第二ディスクネック外側曲面の前記径方向内側の縁である第二ディスクネック位置から前記径方向内側に向かうに連れて次第に前記周方向第一側に向かう第二ディスクネック内側曲面と、を有する。前記第二ディスクネック外側曲面は、前記周方向で、前記第一ディスクネック外側曲面と対向する。前記第二ディスクネック内側曲面は、前記周方向で、前記第一ディスクネック内側曲面と対向する。前記第二ディスクネック位置は、前記周方向で、前記第一ディスクネック位置と対向する。前記底面は、前記径方向内側とは反対側の径方向外側を向き、前記第一ディスクネック内側曲面の前記径方向内側の縁と前記第二ディスクネック内側曲面の前記径方向内側の縁とを接続する平面である。前記第一ディスクネック外側曲面は、前記第一ディスクネック位置から前記径方向外側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第一曲率変化面を有する。前記第二ディスクネック外側曲面は、前記第二ディスクネック位置から前記径方向外側に向かうに連れて曲率が次第に大きくなる第二曲率変化面を有する。
【０００９】
本態様では、第一ディスクネック位置と第二ディスクネック位置との間の周方向における間隔が、この翼根溝における周方向の最大溝幅になる。
【００１０】
本態様の効果を説明するために、比較例のロータディスクについて、以下で説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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