JP2001200703A - タービン動翼及びタービンの組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構成で隣接翼相互の連成が確実な無限
翼を構成して翼の振動応答を低減すると共にその組み立
ての簡易化を図り、製作コストを低減できる様にしたも
のを提供することを課題とする。 【解決手段】 翼根部が挿入されるディスクの溝の外周
側に、同翼根部が周方向に傾動できるクリアランスを設
け、翼の組み込みに際してはこのクリアランスを利用し
て前記翼を傾斜させて組み込むことにより組み立て工程
の簡易化を図り、運転中には遠心力で動翼を起き上がら
せ隣接するプロファイル部上端の棚と棚が隙間の無い無
限翼を構成して、翼の振動応答の低減を図るようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タ−ビン、ガ
スタ−ビン等の軸流タ−ビンに適用されるインテグラル
シュラウド翼（ＩＳＢ：Integral Shroud Blade)構造か
らなるタ−ビン動翼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の短翼のインテグラルシュラウド翼
の概要について、図５乃至図７に基づいて説明する。図
５は従来の短翼のインテグラルシュラウド翼（ＩＳＢ）
によって構成されたタ−ビン動翼の部分模式図、図６は
図５の１個の動翼を示す斜視図、図７は図５のVII- VII
矢視図である。

【０００３】図５乃至図７に示すように、動翼１はプロ
ファイル部２と翼根部３とを有し、かつ、プロファイル
部２上端には棚４が溶接等適宜の固着手段により一体的
に取り付けられて構成されている。

【０００４】他方、タービンのロ−タを形成するディス
ク６には翼根部３が挿入される溝７が設けられており、
該溝７には動翼１の翼根部３が軸方向から挿入されるこ
とにより、隣接する動翼１が順次組み立てられている。

【０００５】このようにして組み立てられた動翼１は、
隣接する動翼１における各棚４の周方向で対峙する端面
５どうしが図７に示すように密着し連成されることによ
り、動翼１の振動応答を小さくするように構成されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の様
な従来の短翼のインテグラルシュラウド翼で構成される
タ−ビン動翼では次のような不具合があった。

【０００７】１：運転中に発生する遠心力によってロ−
タ径が大きくなり、隣接翼の棚部に微少の隙間ができ、
これが拡がると連成効果が期待できず、翼の振動応答が
大きくなり易い。

【０００８】２：遠心力場で連成効果を持たせるために
は、翼頂部の棚の端面を精密なすり合わせ加工を施すこ
とによって密着させる必要があり、さらには、プロファ
イル部に強制捩じりを与えた翼を組み込む等の工夫が必
要であり、これらのことがコストアップの要因となって
いた。

【０００９】本発明は、このような従来のタ−ビン動翼
における不具合点を解消し、簡便な構成で隣接翼相互の
連成が確実な無限翼を構成して翼の振動応答を低減する
と共にその組み立ての簡易化を図り、製作コストを低減
できる様にしたタ−ビン動翼を提供することを課題とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、その第１の手段として、プ
ロファイル部と翼根部と同プロファイル部上端の棚とよ
りなる動翼を、ディスクの周方向で互いに隣接して全周
に亘って組み込んで構成されたタ−ビン動翼において、
前記翼根部が挿入される前記ディスクの溝の外周側に、
同翼根部が周方向に傾動できるクリアランスを設けたタ
−ビン動翼を提供するものである。

【００１１】すなわち同第１の手段によれば、翼根部を
挿入すべくディスクに形成された溝には、この翼根部を
周方向に傾動することが出来るクリアランスをその外周
側に設けているので、翼の組み込みに際してはこのクリ
アランスを利用して前記翼を傾斜させて組み込むことに
より組み立て工程の簡易化を図り、また、運転中には遠
心力で動翼を起き上がらせ隣接するプロファイル部上端
の棚と棚が隙間の無い無限翼を構成して、翼の振動応答
の低減を図るようにしたものである。

【００１２】また本発明は第２の手段として、前記第１
の手段において、前記翼根部は、基部を円形断面状に形
成し、前記ディスクの溝は、前記基部と少なくとも外周
側で整合する形状に形成したタ−ビン動翼を提供するも
のである。

【００１３】すなわち同第２の手段によれば、ディスク
に形成された溝に挿入される翼根部は、その基部を円形
断面状に形成し、他方、この円形断面状基部を受け入れ
る前記溝は少なくともその外周側で、同基部を円形断面
状に整合する形状となっているので、翼根部を溝に挿入
する組み立て工程が円滑に進められることに加えて、運
転中には遠心力で翼根基部と溝が良く整合し、好適な無
限翼を構成して、翼の振動応答の低減を図るようにした
ものである。

【００１４】また本発明は第３の手段として、前記第１
の手段において、前記翼根部は、基部を多角形断面状に
形成し、前記ディスクの溝は、前記基部と少なくとも外
周側で整合する形状に形成したタ−ビン動翼を提供する
ものである。

【００１５】すなわち同第３の手段によれば、ディスク
に形成された溝に挿入される翼根部は、その基部を多角
形断面状に形成し、他方、この多角形断面状基部を受け
入れる前記溝は少なくともその外周側で、同基部を多角
形断面状に整合する形状となっているので、翼根部を溝
に挿入する組み立て工程が特に安定して円滑に進められ
ることに加えて、運転中には遠心力で翼根基部と溝が良
く整合し、好適な無限翼を構成して、翼の振動応答の低
減を図るようにしたものである。

【００１６】また本発明は第４の手段として、前記第１
乃至第３の手段の何れかにおいて、前記プロファイル部
上端の棚は、隣接するタ−ビン動翼のプロファイル部上
端の棚と対峙する端面が、ディスクの直径方向に対し傾
斜して構成されたタ−ビン動翼を提供するものである。

【００１７】すなわち同第４の手段によれば、プロファ
イル部上端に設けられる棚は、隣接するプロファイル部
の上端に設けられた棚に対峙する端面をディスクの直径
方向に対して傾斜した端面としているので、ディスクの
溝に翼根部を挿入した動翼は運転中における隣接棚部間
の密着性が向上し、動翼の連成強化を図る様にしたもの
である。

【００１８】更にまた本発明は第５の手段として、翼根
部が周方向に傾動できるクリアランスを外周側に設けた
ディスクの溝に、動翼をディスクの直径方向に対し傾斜
させた状態で同ディスクの側面側から挿入して組み立て
るタービンの組立方法を提供するものである。

【００１９】すなわち同第５の手段によれば、翼根部を
組み込むディスクの溝に、その外周側において、翼根部
が周方向に傾動できるクリアランスを設けておき、この
溝にディスクの直径方向に対し傾斜させた状態で動翼を
ディスクの側面側から挿入して組み立てる様にしている
ので、ディスクに対する動翼の組み込みは、容易且つ適
切になされ得るものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態について
図１乃至図３に基づいて説明する。図１は本実施の形態
におけるタービン動翼の部分模式図で、（ａ）は組み立
て過程を、また、（ｂ）は作動状態を示し、図２は図１
の要部を抜粋した模式図で、（ａ）は図１の（ａ）に、
また、（ｂ）は図１の（ｂ）にそれぞれ対応し、図３は
本実施の形態において一部を変形した棚形状を示す部分
図である。

【００２１】なお、説明が冗長にならない様に、前記し
た従来のものと同一の部位については、図面中に同一の
符号を付して示し、重複する説明は極力省略して、本実
施の形態に特有の点を重点的に説明する。

【００２２】すなわち、本実施の形態において動翼１
は、前記従来の動翼１に設けられた翼根部３とその形状
を相違し、円形断面状に形成した翼根部１１を設け、組
立時には同翼根部１１、即ち動翼１を傾斜させて組込
み、運転中には遠心力によって動翼１が起き上がり、隣
接する動翼１の棚４どうしが隙間無く連成し、無限翼が
できるように構成したものである。

【００２３】図１において、各動翼１はプロファイル部
２と、基部が円形断面状の翼根部１１と、プロファイル
部２上端に溶接等適宜の固着手段により一体的に取り付
けられた棚４により構成されている。

【００２４】そして、翼根部１１が挿入される溝１２の
外周側には、翼根部１１が周方向に傾動できるクリアラ
ンスＣが設けられ、ロータを形成するディスク６に対し
て動翼１を組み込む時には、図１（ａ）で示すように翼
根部１１をディスク６の直径方向に対し所定の角度θ傾
斜させた状態で溝１２へ挿入し組み込みを行う。なお、
この組込時には一方の動翼１の棚４と、これに隣接する
動翼１の棚４との間には、隙間Ｓａを有している。

【００２５】運転中には、遠心力によりロ−タを形成す
るディスク６及び動翼１が伸び、動翼１の翼頂部の周方
向ピッチが拡がるが、図１（ｂ）で示すように遠心力に
よって翼根部１１の円形断面部を軸心として動翼１が起
き上がり、隣接する棚４と棚４の隙間が無くなり端面５
が密着するようになっており、この密着によって無限翼
が構成される。

【００２６】すなわち本実施の形態においては、プロフ
ァイル部２と、翼根部１１と、棚４とが一体的に設けら
れた動翼１が、ロ−タを形成するディスク６の側面から
同ディスク６の周方向に傾斜させた状態で軸方向に挿入
されることにより、隣接する動翼１が順次組込まれる。

【００２７】このようにして構成されたタ−ビン動翼
は、組込時には隣接する動翼１どうしの棚４〜４間には
隙間Ｓａを有していたものが、ロ−タ６の回転が上昇す
るに伴って動翼１が起き上がり、所定の遠心力場が発生
すると、隣接する棚４〜４間の隙間Ｓが実質的に密着
し、又は密着と同等の間隔となることにより、各動翼１
が連成される。

【００２８】この連成によってディスク６の全周に亘っ
て組み込まれた動翼１が一群となった無限翼を低コスト
で達成することができ、無限翼によって運転中の振動応
答レベルを小さく抑制することができる。

【００２９】ここで、組込時の棚長Ｐａと、運転中の棚
長Ｐの変化について図２により説明する。

【００３０】組込時の棚長Ｐａは、運転中の棚長Ｐ、デ
ィスクの直径方向に対する動翼の傾斜角θとすると、 Ｐａ＝Ｐcosθ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）式 組込時の周方向長さと、運転中の周方向長さの差δは、 δ＝｛Ｐ／π（Ｄ＋２ｈ）｝×［π（Ｄ＋２ｈ）−π（Ｄ＋２ｈCOSθ）］ ＝｛Ｐ×２ｈ／（Ｄ＋２ｈ）｝×（１−COSθ）・・・・・・（２）式 但し、δは幾何学的長さのみ考慮しており、応力による
伸びは無視している。なお、Ｄはディスクと翼根部の係
止位置で規制されるディスクの直径、ｈは前記直径Ｄか
らプロファイル部先端の棚に至る翼長を示している。

【００３１】従って、運転中に遠心力によって動翼１が
起き上がった時に隙間が短縮する量χは、（１）、
（２）式から、次のように求められる。

【００３２】 χ＝（Ｐ−Ｐａ）−δ ＝Ｐ（１−cosθ）−｛Ｐ×２ｈ／（Ｄ＋２ｈ）｝（１−COSθ） ＝Ｐ（１−cosθ）×Ｄ／（Ｄ＋２ｈ） これらのことから、棚長Ｐと傾斜角θを適宜設定するこ
とによって隙間が短縮する量χが求められる。なお、図
中ではχ＝Ｓａ−Ｓで表わされる。

【００３３】運転中の隙間Ｓは限りなく０（ゼロ）に近
く、密着して接触していることが好ましいが、運転中の
動翼１の許容振動応答振幅より小さい範囲であれば実質
的に密着状態と同等であり、連成効果が得られるもので
ある。

【００３４】また、プロファイル部２上端の棚４の両端
部が、図３に示すように傾斜角度φを有する傾斜端面５
ａによって形成されることによって、組込時の隙間Ｓａ
を小さく設定することができ、運転中の隣接棚部の密着
性がさらに向上し動翼の連成がより強固となる効果があ
る。

【００３５】なお、溝１２と翼根部１１との隙間からの
流体漏れが無視できない場合は、ロ−タを形成するディ
スク６の側面にバッフルプレ−ト等（図示省略）を取り
付けて流体漏れを防止することができる。

【００３６】以上、本実施の形態によれば、翼根部１１
を円形断面状に形成し、組立時には傾斜させて組込み、
運転中には遠心力によって動翼が起き上がり棚部の隙間
の無い無限翼を低コストで構成することができる。そし
て無限翼を構成することによって動翼の振動応答レベル
が低減できる。

【００３７】次に本発明の実施の第２形態について図４
に基づいて説明する。図４は本実施の形態におけるター
ビン動翼の模式図で、（ａ）は組み立て過程を、また、
（ｂ）は作動状態を示している。

【００３８】なお、説明が冗長にならない様に、前記し
た従来のもの、及び実施の第１形態のものと同一の部位
については、図面中に同一の符号を付して示し、重複す
る説明は極力省略して、本実施の形態に特有の点を重点
的に説明する。

【００３９】即ち本実施の形態は前記実施の第１形態の
ものに対して、翼根部及び同翼根部が挿入される溝の形
状を変更したもので、翼根部の基部を略凸形断面状であ
る多角形断面形状に形成し、組立時には動翼をディスク
直径方向に対して傾斜させて組込み、運転中には遠心力
によって動翼が起き上がり、隣接翼の棚部が隙間無く連
成し無限翼ができるように構成したものである。

【００４０】図４において、各動翼１はプロファイル部
２と、基部が略凸形断面状である多角形断面形状の翼根
部２１と、プロファイル部２上端に溶接等適宜の固着手
段により一体的に取り付けられた棚４により構成されて
いる。

【００４１】そして、翼根部２１が挿入される溝２２の
外周側には、翼根部２１が周方向に傾動できるクリアラ
ンスＣが設けられ、ロータを形成するディスク６に対し
て動翼１を組み込む時には、図４（ａ）で示すように翼
根部２１をディスク６の直径方向に対し所定の角度θ傾
斜させた状態で溝２２へ挿入し組み込みを行う。なお、
この組込時には一方の動翼１の棚４と、これに隣接する
動翼１の棚４との間には、周方向で対峙する端面５〜５
間に隙間Ｓａを有している。

【００４２】運転中には、図４（ｂ）で示すように遠心
力によって翼根部２１の略凸形断面部が溝２２内を回動
して動翼１が起き上がり、運転中の遠心力場において、
ロ−タを形成するディスク６及び動翼１が伸び、動翼１
の翼頂部の周方向ピッチが拡がることによる隙間の拡大
を防止し、隣接する一方の棚４と他方の棚４の隙間Ｓが
小さくなり連成効果が得られるようになっており、この
連成によって無限翼が構成される。

【００４３】すなわち本実施の形態においては、図４
（ａ）で示すようにプロファイル部２と、翼根部２１
と、棚４とが一体的に設けられた動翼１が、ロ−タを形
成するディスク６の側面から同ディスク６の周方向に傾
斜させた状態で軸方向に溝２２へ挿入されることによ
り、隣接する動翼１が順次組込まれる。

【００４４】このようにして構成された本実施の形態の
タ−ビン動翼は、組込時には隣接する動翼１どうしの棚
４〜４間には隙間Ｓａを有していたものが、ロ−タ６の
回転が上昇するに伴って動翼１が起き上がり、所定の遠
心力場が発生すると、隣接する棚４〜４間の隙間Ｓが小
さくなり、遂には密着し各動翼１が連成される。

【００４５】この連成によってディスク６の全周に亘っ
て組み込まれた動翼１が一群となった無限翼を低コスト
で達成することができ、無限翼によって運転中の振動応
答レベルを小さく抑制することができる。

【００４６】なお、図示省略したが、前記実施の第１形
態の部分変形として図３で説明したものと同様に、プロ
ファイル部２上端の棚４の両端部が、一定の傾斜角度φ
を有する傾斜端面によって形成されることによって、組
込時の隙間Ｓａを小さく設定することができ、運転中の
隣接棚部の密着性がさらに向上し動翼の連成がより強固
となる効果がある。

【００４７】また、溝２２と翼根部２１との隙間からの
流体漏れが無視できない場合は、前記実施の第１形態と
同様にロ−タを形成するディスク６の側面にバッフルプ
レ−ト等（図示省略）を取り付けて流体漏れを防止する
ことができる。

【００４８】かくして本実施の形態においても、前記実
施の第１形態と同様に、組立時には傾斜させて組込み、
運転中には遠心力によって動翼が起き上がり棚部の隙間
の無い無限翼を低コストで構成することができる。そし
て無限翼を構成することによって動翼の振動応答レベル
が低減できる。

【００４９】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
プロファイル部と翼根部と同プロファイル部上端の棚と
よりなる動翼を、ディスクの周方向で互いに隣接して全
周に亘って組み込んで構成されたタ−ビン動翼におい
て、前記翼根部が挿入される前記ディスクの溝の外周側
に、同翼根部が周方向に傾動できるクリアランスを設け
て同タ−ビン動翼を構成しているので、翼の組み込みに
際しては前記クリアランスを利用して同翼を傾斜させて
組み込むことにより組み立て工程の簡易化を図り、運転
中には遠心力で動翼を起き上がらせ隣接するプロファイ
ル部上端の棚と棚が隙間の無い無限翼を構成し、翼の振
動応答の低減を達成し、以て安全性、信頼性が高く、か
つ、組立工作等を容易化し、コスト低減した好適なター
ビン動翼を得ることができたものである。

【００５１】また、請求項２に記載の発明によれば、前
記請求項１に記載の発明において、前記翼根部は、基部
を円形断面状に形成し、前記ディスクの溝は、前記基部
と少なくとも外周側で整合する形状に形成してタ−ビン
動翼を構成しているので、同円形断面状の基部及びこれ
に整合して同基部を受け入れる溝により、翼根部を溝に
挿入する組み立て工程が円滑に進められることに加え
て、運転中には遠心力で翼根基部と溝が良く整合し、好
適な無限翼を構成して、翼の振動応答の低減を達成し、
以て安全性、信頼性が高く、かつ、組立工作等を容易化
し、コスト低減した好適なタービン動翼を得ることがで
きたものである。

【００５２】また、請求項３に記載の発明によれば、前
記請求項１に記載の発明において、前記翼根部は、基部
を多角形断面状に形成し、前記ディスクの溝は、前記基
部と少なくとも外周側で整合する形状に形成してタ−ビ
ン動翼を構成しているので、同多角形断面状の基部及び
これに整合して同基部を受け入れる溝により、翼根部を
溝に挿入する組み立て工程が特に安定して円滑に進めら
れることに加えて、運転中には遠心力で翼根基部と溝が
良く整合し、好適な無限翼を構成して、翼の振動応答の
低減を達成し、以て安全性、信頼性が高く、かつ、組立
工作等を容易化し、コスト低減した好適なタービン動翼
を得ることができたものである。

【００５３】また、請求項４に記載の発明によれば、前
記請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、前記
プロファイル部上端の棚は、隣接するタ−ビン動翼のプ
ロファイル部上端の棚と対峙する端面が、ディスクの直
径方向に対し傾斜してタ−ビン動翼を構成しているの
で、前記ディスクの直径方向に対し傾斜した端面によ
り、ディスクの溝に翼根部を挿入した動翼は運転中にお
ける隣接棚部間の密着性が向上し、動翼の連成強化を達
成し、以て安全性、信頼性が高く、かつ、組立工作等を
容易化し、コスト低減した好適なタービン動翼を得るこ
とができたものである。

【００５４】更にまた、請求項５に記載の発明によれ
ば、翼根部が周方向に傾動できるクリアランスを外周側
に設けたディスクの溝に、動翼をディスクの直径方向に
対し傾斜させた状態で同ディスクの側面側から挿入して
組み立てる様にしてタービンの組立方法を構成している
ので、ディスクに対する動翼の組み込みは、ディスクの
直径方向に対し傾斜させた状態で容易且つ適切になされ
得、以て安全性、信頼性が高く、かつ、組立工作等を容
易化し、コスト低減した好適なタービンの組立方法を得
ることができたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るタービン動翼の
部分模式図で、（ａ）は組み立て過程を、また、（ｂ）
は作動状態を示したものである。

【図２】図１の要部を抜粋した模式図で、（ａ）は図１
の（ａ）に、また、（ｂ）は図１の（ｂ）にそれぞれ対
応し、組み立て過程と作動状態を示したものである。

【図３】図１の実施の第１形態において一部を変形した
棚形状を示す部分図である。

【図４】本発明の実施の第２形態に係るタービン動翼の
部分模式図で、（ａ）は組み立て過程を、また、（ｂ）
は作動状態を示したものである。

【図５】従来の短翼のインテグラルシュラウド翼によっ
て構成されたタ−ビン動翼の部分模式図である。

【図６】図５のうち、１個の動翼を抜粋して示す斜視図
である。

【図７】図５のVII- VII矢視図である。

【符号の説明】

１ 動翼 ２ プロファイル部 ３ 翼根部 ４ 棚 ５ 端面 ６ ディスク ７ 溝 １１ 翼根部 １２ 溝 ２１ 翼根部 ２２ 溝 Ｃ クリアランス Ｓ 隙間 Ｓａ 隙間

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロファイル部と翼根部と同プロファイ
   ル部上端の棚とよりなる動翼を、ディスクの周方向で互
   いに隣接して全周に亘って組み込んで構成されたタ−ビ
   ン動翼において、前記翼根部が挿入される前記ディスク
   の溝の外周側に、同翼根部が周方向に傾動できるクリア
   ランスを設けたことを特徴とするタ−ビン動翼。
2. 【請求項２】 前記翼根部は、基部を円形断面状に形成
   し、前記ディスクの溝は、前記基部と少なくとも外周側
   で整合する形状に形成したことを特徴とする請求項１に
   記載のタ−ビン動翼。
3. 【請求項３】 前記翼根部は、基部を多角形断面状に形
   成し、前記ディスクの溝は、前記基部と少なくとも外周
   側で整合する形状に形成したことを特徴とする請求項１
   に記載のタ−ビン動翼。
4. 【請求項４】 前記プロファイル部上端の棚は、隣接す
   るタ−ビン動翼のプロファイル部上端の棚と対峙する端
   面が、ディスクの直径方向に対し傾斜して構成されたこ
   とを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のタ−ビ
   ン動翼。
5. 【請求項５】 翼根部が周方向に傾動できるクリアラン
   スを外周側に設けたディスクの溝に、動翼をディスクの
   直径方向に対し傾斜させた状態で同ディスクの側面側か
   ら挿入して組み立てることを特徴とするタービンの組立
   方法。