JP2006112303A - タービンロータ及び蒸気タービン - Google Patents
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Abstract
【課題】 動翼が遠心力および変動流体力に対して充分な強度を有してホイールに結合される信頼性の高いタービンロータを提供する。
【解決手段】 タービンロータ1はフォーク状の植込み部31を有する動翼3と、植込み部31に係合する植込み溝部12を有するホイール11とを備えている。タービンロータは動翼の植込み部とホイールの植込み溝部とを嵌合させて嵌合部分10に止めピン4,5を貫通させることにより、1枚ずつ独立した動翼を周方向に配列してホイールに結合させるピンフォーク形の動翼植込み構造2を用いている。止めピンは半径方向の位置が異なる複数列上に配置され、最も内径側に位置する止めピン4は隣接する2枚の動翼の翼間に形成された止めピン孔41を貫通し、最も外径側に位置する止めピンは1枚の動翼内に設けられた略真円状の止めピン孔51を貫通する。
【選択図】 図1
【解決手段】 タービンロータ1はフォーク状の植込み部31を有する動翼3と、植込み部31に係合する植込み溝部12を有するホイール11とを備えている。タービンロータは動翼の植込み部とホイールの植込み溝部とを嵌合させて嵌合部分10に止めピン4,5を貫通させることにより、1枚ずつ独立した動翼を周方向に配列してホイールに結合させるピンフォーク形の動翼植込み構造2を用いている。止めピンは半径方向の位置が異なる複数列上に配置され、最も内径側に位置する止めピン4は隣接する2枚の動翼の翼間に形成された止めピン孔41を貫通し、最も外径側に位置する止めピンは1枚の動翼内に設けられた略真円状の止めピン孔51を貫通する。
【選択図】 図1
Description
本発明は軸流タービン及び蒸気タービンに係り、特に動翼の植込み部およびホイールの植え込み溝をピンフォーク形の植込み構造とした軸流タービン及び蒸気タービンに関するものである。
軸流タービンは翼列をなすように周方向に配列された各動翼間を流れる流体によって駆動される。すなわち、原動力は上記流体によってタービン動翼を介してロータ軸に伝達される。近年、発電プラントの大容量化に伴うタービンの作動流体量の増大や高温高圧化によって作動条件は厳しくなっており、運転中に動翼に作用する種々の力は益々増大する傾向にある。これらの力は遠心応力、熱応力、曲げ応力及びねじり応力等の応力をタービン動翼内に生ぜしめ、これらの諸応力は共同して、あるいは個別に作用して大きな静応力や激しい振動応力を引き起すことがある。したがって、振動に対する配慮、すなわち動翼に如何に振動低減及び振動減衰効果をもたせるかが重要な課題となっている。
特にこれらの静応力や振動応力が最も厳しくなる部位の一つは通常、動翼の植込み構造部分であることが知られている。軸流タービンの動翼植込みの構造としては鞍形植込み構造やT形植込み構造、あるいは逆クリスマスツリー形植込み構造が多用されている。図7に鞍形植込み構造を、図8にT形植込み構造を、図9に逆クリスマスツリー形植込み構造の断面模式図を示す。
また、動翼の植込み部をコンパクトに構成することができる植込み構造として、ピンフォーク形の動翼植込み構造が知られている。なお、図10(a)はピンフォーク形の動翼植込み構造における動翼の植込み部の側面図であり、図10(b)はその正面図である。この動翼植込み構造は、特に植込み構造部分の軸方向幅を、上述の鞍形植込み構造やT形植込み構造あるいは逆クリスマスツリー形植込み構造に比べて狭く形成できるという利点を有している。
一般に、ピンフォーク形の動翼植込み構造はタービンロータのホイールにおいて半径方向位置が異なる複数列上に配列された止めピンを有している。すなわち、止めピンは通常、半径の異なる2列ないし3列の円周上に沿って設けられている。その場合においては通常、各列の止めピンは図11に示すようにタービンロータのラジアル線の線上に配列されるか、または図12に示すようにラジアル線に平行な線上に配列される。
ピンフォーク形の動翼植込み構造は、図13に示すような蒸気タービンの最終段動翼など翼長が長い動翼に適用されることがある。その場合、動翼の遠心力が巨大であって、その遠心力の大きさに比べると蒸気流によって動翼が受ける変動流体力は微少である。したがって、動翼は遠心力によって強固に固定され、特別な措置を施すことなく変動流体力に対する強度的信頼性を確保することができる。なお、図13(a)は翼長が長い動翼の側面図であり、図10(b)はその正面図である。
また、動翼の翼頂部に翼有効部から連続して一体に形成されたインテグラルカバーであって、隣接するインテグラルカバー同士がタービン運転中のタービンロータ高速回転時に互いに接触するように構成されたインテグラルカバーを備えたタービンロータが知られている。このようなインテグラルカバーは、主にピンフォーク形植込み構造を有する翼長の長い動翼において用いられる。インテグラルカバー同士の接触は、タービンロータの高速回転時に動翼に負荷される膨大な遠心力に起因する翼有効部のねじり戻り変形によって生じるものであり、非回転状態であるところの動翼組み立て状態においてはインテグラルカバー間に間隙が存在している。またこの構造では、特許文献1等によって開示されているように、タービンロータの回転による遠心力の作用によって隣接する動翼のインテグラルカバー同士が互いに接触すると、図14に示すように、その接触面はタービン軸方向に対して大きな角度を有しかつその接触面の動翼入口側が動翼出口側より回転方向後ろ側に位置するようになる。
ピンフォーク型の動翼植込み構造は図15に示すように蒸気タービンの翼長の短い動翼に適用されることもある。その一例が特許文献2に開示されている。その場合の止めピンはやはり図11に示すようにラジアル線の線上に配列されるか、または図12に示すようにラジアル線に平行な直線の線上に配列される。また、翼頂部の連結構造は図15に示すようなテノンシュラウド構造が一般的であるが、この特許文献2のようにインテグラルカバーを用い、タービンロータの回転中に隣接する動翼のインテグラルカバー同士を互いに接触させる構造を採用しているものも知られている。その場合、隣接する動翼のインテグラルカバー同士の接触面は図16に示すようにタービン軸方向に対して45度程度の大きな角度を有している。このように大きな角度ではインテグラルカバーの接触面を大きくすることができない。このため、インテグラルカバーの平面形状ならびに動翼植込み部の平面形状は特許文献2のFIG.3やFIG.4にも示されるように翼形を近似した図16に示すような複雑な形状を有する入れ子構造となっている。
登録特許1667708号
特開昭63−246402号公報
上述したように、動翼、特に静応力や振動応力が最も厳しくなる部位のひとつである動翼の植込み部に、如何にして振動低減及び振動減衰効果をもたせるかが重要な課題となっている。
動翼の植込み部の静応力や振動応力が厳しい場合、植込み部を大きくして応力を低減させる方法が一般的に採用されるが、その方法を適用した場合、植込み部の軸方向幅が広くなってホイール厚さが厚くなる。その結果として、タービンの軸長が長くなることにより危険速度が低下して軸振動が大きくなるなどの不都合が生じたり、あるいは設置可能な段落数が減少してタービンの性能が悪化するなどの不都合が生じたりすることが懸念される。特に蒸気タービンの高圧段落や中圧段落の動翼植込み構造として多用されている鞍形植込み構造、T形植込み構造、および逆クリスマスツリー形植込み構造においては、元々植込み部の軸方向幅が広いため、更なる応力低減を図るために植込み部を大きくすると上述の不都合がより顕著に生じてくるおそれがある。
一方、動翼の植込み構造として図10に示すピンフォーク形の動翼植込み構造を用いた場合、止めピン列の半径方向の間隔を大きく設定することによって、流体力の変動等によって動翼植込み部に発生する変動応力を低減することができる。しかしながら、止めピンの半径方向の間隔を広くすると、動翼植込み部の半径方向長さが長くなって動翼の遠心力が増大し、静応力が増大してしまうという不都合が生じてしまう。
逆に、止めピン列の半径方向間隔を狭く設定して植込み部の半径方向長さを短くすると、動翼に働く遠心力を小さくすることができるが、止めピンが貫通する止めピン孔の近接による応力の集中によって静応力が増大するという不都合が生じてくる。また同時に、流体力の変動等によって動翼に生じる変動曲げモーメントを支える支持点、すなわち止めピン孔の配置位置が近接するので、止めピン孔の位置に作用する変動力が大きくなって動翼植込み構造部分に発生する変動応力が増大してしまうという不都合が生じる。動翼植込み構造部分はこのように相反する課題を抱えている。従って、動翼に作用する流体力の変動等によって動翼植込み構造部分に発生する変動応力を低減するには別の何らかの方法を考案する必要がある。
次に、ピンフォーク形の植込み構造でホイールに結合された動翼であって、翼長が短くて翼有効部のねじり戻りによる翼頂部接触の効果が期待できないような動翼の場合、翼頂部の連結構造は図15に示すようなテノンシュラウド構造が一般的であるが、図16に示すように、隣接する動翼のインテグラルカバー同士がタービン運転時のタービンロータ高速回転時に互いに接触する構造を採用しているものも知られている。この場合、動翼を組立てる際に動翼を予めねじって組立てることになるが、そのためにはインテグラルカバー同士が接触する接触面は図16に示すようにタービン軸方向に対して45度程度の大きな角度を有することが必要となる。このような大きな角度では、インテグラルカバーの接触面を大きく採ることができずにインテグラルカバーの形状は翼形を近似した図16のような複雑な形状を有する入れ子構造となってしまう。
また、このように翼長が短い動翼において、ピンフォーク形の植込み構造を採用しかつ翼頂部の連結構造として図16に示すようなインテグラルカバー同士を接触させる構造を採用している場合、一般に、動翼植込み部のフォーク状の構造部分をホイールに形成された植込み溝部のフォーク状の構造部分に対して平行に置いて挿入したときに間隙を持つような構造ならびに寸法に設計製作する。このようにすると、動翼植込み部のフォーク状の部分とホイール溝のフォーク状の部分とがタービン軸方向の間隙を持った状態で組立てることができる、翼頂部のインテグラルカバーが接触し始めると接触面間の距離を最短にしようとする回転モーメントがインテグラルカバーに発生し、これにより、動翼は回転して動翼植込み部のフォーク状の部分がホイールの植込み溝部の側面(のフォーク状の部分)に片当りしてしまう。
また、回転中におけるねじり戻りの少ない動翼においては、隣接する動翼同士のタービンロータ周方向間隙は、材料の熱膨張の影響や遠心力等の影響によってタービン運転時には広がろうとする傾向を一般に有している。このため、タービン運点中に隣接するインテグラルカバー同士が接触を保つようにするには、インテグラルカバーの接触面に大きな面圧が発生するように動翼をホイールに組み込まなければならない。この場合、動翼植込み部のフォーク状の部分はホイール側の植込み溝部の側面に強く片当りして損傷の原因になるなどの不都合が生じてしまう。また、動翼はねじられた状態で組み立てられることになるため、動翼植込み部の止めピン孔周りには予め静応力が発生することになる。この静応力が運転中の応力に加算されて損傷の危険性を高めてしまうという不都合もある。
翼長が短くて翼有効部のねじり戻りによる翼頂部接触の効果が期待できないような動翼においてピンフォーク形の植込み構造を有しかつ翼頂部の連結構造として図16に示すようにインテグラルカバー同士を接触させる構造を採用している従来の動翼およびタービンロータはこのような課題を抱えている。
従って、本発明は、このような不都合を生じさせないピンフォーク形植込み構造を用いたタービンロータであって、遠心力および変動流体力に対して充分な強度を有する信頼性の高いタービンロータおよびこのようなタービンロータを用いた蒸気タービンを提供することを目的とする。
本発明は、フォーク状の植込み部を有する動翼と、動翼の植込み部に係合するフォーク状の植込み溝部を外周に有するホイールとを備え、動翼の植込み部とホイールの植込み溝部とを嵌合させて嵌合部分に止めピンを貫通させることにより、1枚ずつ独立した動翼を周方向に配列してホイールに結合させるピンフォーク形の動翼植込み構造を有するタービンロータであって、止めピンは半径方向の位置が異なる複数列上に配置され、最も内径側に位置する止めピンは隣接する2枚の動翼の翼間に形成された止めピン孔を貫通し、最も外径側に位置する止めピンは1枚の動翼内に設けられた略真円状の止めピン孔を貫通することを特徴としている。
また、本発明は、ホイールと、ホイールの外周部に翼列をなすように周方向に配列される動翼と、各動翼の翼頂部に動翼と一体に形成されたインテグラルカバーとを備えたタービンロータであって、インテグラルカバーは、タービンロータの高速回転時に、隣接するインテグラルカバーと接触するように構成され、ピンフォーク形の結合構造により止めピンを介して動翼がホイールに結合されるとともに、動翼の植込み部とホイールの植込み溝部とが締まり嵌めにより嵌合されることを特徴としている。
また、本発明は、止めピンがニッケルを重量比で50%以上含有するNi基合金またはコバルトを重量比で50%以上含有するCo基合金から形成されることを特徴としている。
また、本発明は、ピンフォーク形の結合構造により止めピンを介して動翼がホイールに結合されるタービンロータであって、止めピンがニッケルを重量比で50%以上含有するNi基合金、またはコバルトを重量比で50%以上含有するCo基合金から形成されることを特徴としている。
また、本発明は、動翼とホイールがフェライト系鋼から形成されることを特徴としている。
また、本発明は、室温から500℃までにおける止めピン材料の線膨張率が、室温から500℃までにおける動翼材料およびホイール材料の線膨張率よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明は、室温から500℃までにおける動翼材料の線膨張率あるいはホイール材料の線膨張率に対する室温から500℃までにおける止めピン材料の線膨張率の比が1.2以下であることを特徴としている。
また、本発明は、動翼の植込み部の両端に位置するフォーク状の歯の外側面同士の面間距離が、動翼の翼有効部のルート断面のタービン軸方向幅に比べて同等以下であることを特徴としている。
本発明によれば、動翼が遠心力および変動流体力に対して充分な強度を有してホイールに結合されるピンフォーク形植込み構造を用いた信頼性の高いタービンロータを得ることができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明によるタービンロータ1の実施の形態を示す部分斜視図であり、図2は部分正面図であり、図3は部分断面図である。
図1乃至図3に示すように、タービンロータ1は、フォーク状の植込み部31を有する動翼3と、動翼3の植込み部31に係合するフォーク状の植込み溝部12を外周に有するホイール11とを備え、動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12とを嵌合させて嵌合部分10に止めピン4,5をタービンロータ1の軸方向に貫通させることにより、動翼3をホイール11に結合させるピンフォーク形の動翼の植込み構造2を有している。このようにして1枚ずつ独立した動翼3は、ホイール11の外周部に周方向に沿って順次隣接して配列固定され、タービンロータ1の翼列が構成されている。
このうち動翼3の植込み部31と、これに係合するはホイール11の植込み溝部12とは、特に図3に示すように、歯と溝とをタービンロータ1の軸方向に沿って交互に有している。動翼3の植込み部31の歯と、ホイール11の植込み溝部12の溝とを噛み合わせることにより、動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12とが嵌合した状態となっている(図3)。
また、図2に示すように、動翼3とホイール11との嵌合部分10を貫通する止めピン4,5はタービンロータ1の正面視においてホイール11の回転中心点からの半径方向の距離が異なる複数の円周上に沿って配置されている。
このように半径方向の位置が異なる複数列上に配置された止めピン4,5のうち、最も内径側に位置する止めピン4は動翼3の翼間101に位置するようになっている。この止めピン4はホイール11と動翼3との嵌合部分10であって、ホイール11の植込み溝部12と動翼3の植込み部31とに設けられた止めピン孔41を貫通している。なお、図2に示すように、この場合の動翼3の止めピン孔41は2枚の動翼3の植込み部31に跨って形成されており、1枚の動翼3の植込み部31の縁部に設けられた半円状の切欠と、隣接する動翼3に同様にして設けられた半円状の切欠とを合わせることによって略真円状に形成されている。ホイール11の止めピン孔41は、動翼3とホイール11とが嵌合された際に、このようにして形成された動翼3の止めピン孔41と一直線上に揃うように略真円状に形成されている。
一方、最も外径側に位置する止めピン5は、動翼3の翼間101に位置することなく、1枚の動翼3を貫通するように配置されている(図3)。すなわち、この場合の動翼3の止めピン孔51は1枚の動翼3の植込み部31内に略真円状に形成されている。また、ホイール11の止めピン孔51は、動翼3とホイール11とが嵌合された際に、動翼3の止めピン孔51と一直線上に揃うように略真円状に形成されている。
このようなタービンロータ1によれば、図2に示すように、止めピン間の距離202を維持しつつ、半径方向の止めピン位置間距離201を短縮することができる。この場合、止めピン間距離202を充分に確保することにより、動翼3の植込み部31内における応力の集中を回避(低減)することができる。その一方で、半径方向の止めピン位置間距離201を短縮することにより、動翼3の植込み部31の半径方向長さを短くすることができ、これにより、タービンロータ1が回転した際に動翼3をホイール11から引き離すように動翼3に働く遠心力を軽減させることができる。これらのことから、動翼植込み構造2の静応力に対する信頼性を高めることができる。
また、図11に示すようにホイール11中心Oからのラジアル線102の線上に止めピン孔41,51が2個形成されている従来の動翼植込み構造に比べ、本発明によるタービンロータ1の動翼植込み構造2を採用した場合には、図2に示されるように、流体力の変同等によって動翼3に生じる変動曲げモーメントを支える支持点、すなわち止めピン4,5と動翼3との接触箇所の数が1枚の動翼につき2個所から3個所に増える。また、それらの支持点が3角形を形成するために変動曲げモーメントが効果的に分散され、これにより、止めピン孔4,5の変動応力を大幅に減少させることができる。また、通常、最外径側に位置する止めピン5が動翼遠心力の最大割合を分担するが、その最外径側に位置する止めピン5を挿入する止めピン孔51を略真円形状にしているので、応力集中は半円形状の切欠を組み合わせてなる止めピン孔とした場合に比べて小さくすることができる。このため、強度的に最も厳しくなる最外径側に位置する止めピン5を挿入する止めピン孔51周辺での応力の上昇を抑制することができる。
なお、最内径側に位置する止めピン4を挿入する止めピン孔41は、上述したように、略半円状の切欠を組み合わせて形成されている。このような止めピン孔41は切欠に類似しているので特に曲げモーメントが作用したときの応力集中率が高くなる。しかしながら、遠心力に起因してこの止めピン孔41に作用する曲げモーメントは小さい。また、流体力によって動翼に生じる曲げモーメントに関して言えば、この半円状の止めピン孔41自体が曲げ最端部のモーメント作用点となるために半円状の切欠(止めピン孔41)の内面に圧縮方向の荷重が作用する。しかしながら、半円状の切欠(止めピン孔)を起点に割れを発生させるような方向に作用する曲げモーメントは小さく、このため、動翼の植込み部に対して大きな強度低下をもたらすことはない。故に、止めピン4,5を本発明のように配置することによって、動翼3の植込み部31の強度、特に変動流体力に対する強度も充分有しているといえる。
この結果、極めて大きな流体励振力を有する蒸気タービン調速段落に、このようにコンパクトな大きさのピンフォーク形植込み構造2を用いて段落数の増加を図ることが可能となり、これにより、蒸気タービン9の性能向上を実現することができるという極めて優れた効果が得られる。
次に、このような止めピン4,5、動翼3の植込み部31、およびホイール11の植込み溝部12に用いられる材料について説明する。
本実施の形態によれば、ピンフォーク形の結合構造により止めピン4,5を介して動翼3がホイール11に結合されるタービンロータ1において、ニッケルを重量比で50%以上含有するNi基合金またはコバルトを重量比で50%以上含有するCo基合金から止めピンを形成している。このような合金は一般に動翼3やタービンロータ1に通常使用される鉄鋼材料に比べて高温での強度が高い。したがって、充分な止めピン4,5の強度を確保することができ、これにより、動翼の植込み構造2の信頼性を高めることができる。
また、この場合、止めピン4,5以外の動翼3やホイール11等を含むタービンロータ1の材料を、熱伝導率がNi基合金やCo基合金よりも高いフェライト系の鉄鋼材料によって形成することが好ましい。一般にフェライト系鋼はNi基合金やCo基合金に代表されるオーステナイト系金属材料に比べて熱伝導率が高い。したがって、動翼3およびホイール11を含むタービンロータ1をフェライト系鋼で形成することにより、熱応力を小さくすることができるとともに、タービンロータ1(タービンロータを用いた蒸気タービン)の起動特性を向上させることができる。
さらに、室温から500℃までにおける止めピン4,5の材料の線膨張率が、室温から500℃までにおける止めピン4,5以外の動翼3やホイール11等を含んだタービンロータ1の材料の線膨張率よりも大きくなるようにすることが好ましい。これにより、タービン9の運転によって、このような動翼の植込み構造2を有するタービンロータ1が高温状態になったとしても、止めピン4,5と止めピン孔41,51との間に間隙が生じることがなく、止めピン4,5と止めピン孔41,51とがタイトに結合した状態を保つことができる。これにより、植込み構造2内において応力の偏りを助長してしまうことを防止することができ、動翼の植込み構造2の強度面における信頼性を高めることができる。
さらにまた、室温から500℃までにおける動翼3の材料の線膨張率あるいはホイール11の材料の線膨張率のうちいずれか小さい方の線膨張率βに対する、室温から500℃までにおける止めピン材料の線膨張率αの比α/βが1.2以下となるようにすることがさらに好ましい。この場合、タービン9の運転によって、このような動翼の植込み構造2を有するタービンロータ1が高温状態になったとしても、止めピン4,5が止めピン孔41,51に比べて過度に熱膨張してしまうことを防止することができる。これにより、止めピン孔41,51周りに過度な引張応力が生じてしまうことを防止することができ、動翼の植込み構造2の信頼性を高めることができる。
ところで、図1および図2に示すように、本実施の形態によるタービンロータ1は、上述したホイール11とホイール11の外周部に翼列をなすように周方向に配列される動翼3とに加え、さらに、各動翼3の翼頂部に動翼3と一体に形成されたインテグラルカバー32を備えている。このインテグラルカバー32は、タービンロータ1の高速回転時に、隣接するインテグラルカバー32と接触するように構成されている。
このようなインテグラルカバー32を備えたタービンロータ1においては、タービンロータ1の回転時に動翼3は植込み部31と、翼頂部に設けられたインテグラルカバー32とによって強固に拘束されるので、動翼3に生ずる振動応力を小さくすることができる。
また、本実施の形態においては、図5に示すように、隣接するインテグラルカバー32に接触するインテグラルカバー32の接触面7がタービンロータ1の軸方向に概略沿うようにしている。なお、図5はタービンロータ1を外方から見た場合のインテグラルカバー32の外径表面展開図である。このようにインテグラルカバー32を構成することにより、動翼3の植込み部31がホイール11の植込み溝部12に対してねじれて組み立てられることがない。これにより、動翼3の植込み部31の歯がホイール11の翼植込み溝部12の歯に片当りした状態で組み立てられることを防止することができる。さらに、動翼の植込み部2外方に位置して流体を受ける翼有効部33が組み立て時にねじられることも防止することができる。これらにより、動翼植込み構造2部に生ずる応力を低応力にすることができ、動翼植込み構造2の信頼性を高めることができる。
以上のような本実施の形態によれば、遠心力および変動流体力に対して充分な強度を有した信頼性の高い蒸気タービンを供給することができると同時に、タービンの強度設計の裕度が増すため翼形や翼長の最適化ならびにタービン段落の増加等によるタービン性能の更なる向上を実現することが可能となる。
次に、動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12との嵌合方法の変形例を説明する。
図4は本実施の形態の動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12との嵌合方法の変形例を示す部分断面図である。この変形例においては、ホイール11への動翼3の結合方法として、上述した実施の形態と同様に、ピンフォーク形の結合構造を採用し、止めピン4,5を介して動翼3がホイール11に結合されている。ただし、図4に示すように、本変形例においては、動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12とが面圧を持った締まり嵌めにより嵌合されている。その他の部分は、上述した本実施の形態と略同一であり、重複する詳細な説明は省略する。
本変形例による締まり嵌めにおいては、図4に示すように、動翼3の植込み部31の軸方向両端の歯と、その軸方向両外方に位置するホイール11の植込み溝部12の軸方向両端の歯とが押圧し合いながら当接するようになっている。
このような動翼の植込み構造2を有するタービンロータ1においては、上述したようにタービンロータ1の回転時に動翼3は植込み部31と、翼頂部に設けられたインテグラルカバー32との2箇所で強固に確実に拘束されるとともに、動翼3が受ける変動流体力に対して動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12との接触面6における構造減衰と、翼頂部のインテグラルカバー32同士の接触面7とにおける構造減衰を確実に確保することができる。すなわち、動翼植込み構造2をコンパクトな大きさにすることができるとともに、動翼3に生ずる振動応力を小さくすることができる。また、動翼3の植込み部31の歯がホイール11の翼植込み溝部12の歯に片当りしてしまうことも確実に防止することができる。これらにより、動翼の植込み構造2の信頼性をさらに高めることができる。
また、動翼3の植込み部31とホイールの植込み溝部とが締まり嵌めにより嵌合する場合には、図6に示すように、タービン9の静止時において、隣接するインテグラルカバー32に接触するインテグラルカバー32の接触面7と、タービン9の軸方向とがなす角度θが20度以下となるようにすることが好ましい。また、図6に示す例においては、インテグラルカバー32の接触面7の動翼入口側が動翼出口側より回転方向前側に位置するようになっている。この場合、植込み構造部分が大きく捩じれてしまうことなく翼有効部33が適度に捩じれて、翼頂部のインテグラルカバー32が充分に接触する。したがって、ねじれを戻そうとする動翼3の復元力により隣接する動翼3同士がさらに確実に拘束され合う。その一方で、動翼3の植込み部31とホイール11の植込み溝部12とは締まり嵌めにより互いに拘束し合いながら嵌合されている。そのため、インテグラルカバー32同士の接触により動翼3にねじりモーメントが加えられたとしても、動翼3の植込み部31の歯とホイール11の植込み溝部12の歯とが片当りしてしまうことは防止される。これらのことから、さらに動翼3に生ずる振動応力を小さくすることができる。
また、さらに、動翼3の植込み部31の両端に位置するフォーク状の歯の外側面同士の面間距離が、動翼3の翼有効部33のルート断面のタービン軸方向幅に比べて同等以下であることが好ましい。この場合、強度面において有利であるとともに、植込み部31をコンパクトな大きさにすることができる。
1 タービンロータ
2 動翼植込み構造
3 動翼
4 最内径側に位置する止めピン
5 最外径側に位置する止めピン
6 動翼の植込み部とホイールの植込み溝部との接触面
7 インテグラルカバー同士の接触面
9 蒸気タービン
10 嵌合部分
11 ホイール
12 植込み溝部
31 植込み部
32 インテグラルカバー
33 翼有効部
41 止めピン孔
51 止めピン孔
101 翼間
102 ラジアル線
201 半径方向の止めピン位置間距離
202 止めピン間距離
θ インテグラルカバー同士の接触面とタービン軸方向とがなす角度
2 動翼植込み構造
3 動翼
4 最内径側に位置する止めピン
5 最外径側に位置する止めピン
6 動翼の植込み部とホイールの植込み溝部との接触面
7 インテグラルカバー同士の接触面
9 蒸気タービン
10 嵌合部分
11 ホイール
12 植込み溝部
31 植込み部
32 インテグラルカバー
33 翼有効部
41 止めピン孔
51 止めピン孔
101 翼間
102 ラジアル線
201 半径方向の止めピン位置間距離
202 止めピン間距離
θ インテグラルカバー同士の接触面とタービン軸方向とがなす角度
Claims (10)
- フォーク状の植込み部を有する動翼と、動翼の植込み部に係合するフォーク状の植込み溝部を外周に有するホイールとを備え、動翼の植込み部とホイールの植込み溝部とを嵌合させて嵌合部分に止めピンを貫通させることにより、1枚ずつ独立した動翼を周方向に配列してホイールに結合させるピンフォーク形の動翼植込み構造を有するタービンロータであって、
止めピンは半径方向の位置が異なる複数列上に配置され、最も内径側に位置する止めピンは隣接する2枚の動翼の翼間に形成された止めピン孔を貫通し、最も外径側に位置する止めピンは1枚の動翼内に設けられた略真円状の止めピン孔を貫通することを特徴とする軸流タービンのタービンロータ。 - ホイールと、ホイールの外周部に翼列をなすように周方向に配列される動翼と、各動翼の翼頂部に動翼と一体に形成されたインテグラルカバーとを備えたタービンロータであって、
インテグラルカバーは、タービンロータの高速回転時に、隣接するインテグラルカバーと接触するように構成され、
ピンフォーク形の結合構造により止めピンを介して動翼がホイールに結合されるとともに、動翼の植込み部とホイールの植込み溝部とが締まり嵌めにより嵌合されることを特徴とする軸流タービンのタービンロータ。 - 隣接するインテグラルカバーに接触するインテグラルカバーの接触面が軸方向に略沿っていることを特徴とする請求項2記載の軸流タービンのタービンロータ。
- 隣接するインテグラルカバーに接触するインテグラルカバーの接触面と軸方向とがなす角度がタービン静止時において20度以下であって、その接触面の動翼入口側が動翼出口側より回転方向前側に位置するようになっていることを特徴とする請求項2記載の軸流タービンのタービンロータ。
- 止めピンがニッケルを重量比で50%以上含有するNi基合金またはコバルトを重量比で50%以上含有するCo基合金から形成されることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の軸流タービンのタービンロータ。
- ピンフォーク形の結合構造により止めピンを介して動翼がホイールに結合されるタービンロータであって、止めピンがニッケルを重量比で50%以上含有するNi基合金、またはコバルトを重量比で50%以上含有するCo基合金から形成されることを特徴とする軸流タービンのタービンロータ。
- 動翼とホイールがフェライト系鋼から形成されることを特徴とする請求項6記載の軸流タービンのタービンロータ。
- 室温から500℃までにおける止めピン材料の線膨張率が、室温から500℃までにおける動翼材料およびホイール材料の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項5乃至7に記載の軸流タービンのタービンロータ。
- 室温から500℃までにおける動翼材料の線膨張率あるいはホイール材料の線膨張率に対する室温から500℃までにおける止めピン材料の線膨張率の比が1.2以下であることを特徴とする請求項8記載の軸流タービンのタービンロータ。
- 請求項1乃至9のいずれかに記載のタービンロータを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004300010A JP2006112303A (ja) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | タービンロータ及び蒸気タービン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004300010A JP2006112303A (ja) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | タービンロータ及び蒸気タービン |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006112303A true JP2006112303A (ja) | 2006-04-27 |
Family
ID=36381034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004300010A Pending JP2006112303A (ja) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | タービンロータ及び蒸気タービン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006112303A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014214605A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 株式会社東芝 | タービン動翼及びタービン |
KR101756420B1 (ko) | 2013-03-14 | 2017-07-10 | 주식회사 만도 | 차량의 전자제어유닛에 시동정보를 제공하는 장치 및 이를 이용한 전자제어유닛의 구동 방법 |
JP2018096339A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 回転機械 |
CN108590775A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-09-28 | 杭州汽轮机股份有限公司 | 一种工业汽轮机大负荷高效调节级动叶片 |
CN113550827A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种扇形叶栅叶片及其角度安装方法 |
-
2004
- 2004-10-14 JP JP2004300010A patent/JP2006112303A/ja active Pending
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