JP2007231868A - 蒸気タービン動翼およびそれを用いた蒸気タービン並びに蒸気タービン発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制しタービンロータ周方向および軸方向の剛性を高めて強度信頼性を高めた蒸気タービン動翼とそれを用いた蒸気タービンおよびその発電プラントを提供することにある。
【解決手段】本発明は、羽根部と、羽根部先端に設けられたシュラウドと、タービンロータ外周部に設けられた翼溝と嵌合し前記タービンロータ径方向内周側に突出した翼根元部と、前記羽根部と翼根元部との間に設けられたプラットフォーム部とを有し、前記翼根元部は前記翼溝に対して前記タービンロータ軸方向に植え込まれる蒸気タービン動翼において、前記羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部は一体に成型され、前記翼根元部の数は前記羽根部の数より多いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向挿入型のシュラウド一体型グループ翼である新規な蒸気タービン動翼およびそれを用いた蒸気タービン並びにその発電プラントに関する。

蒸気タービン動翼は、その翼根元部に様々な形状を形成し、翼根元部と相補形状のタービンロータに形成された翼溝に翼根元部を嵌合し取付けられる。蒸気タービン動翼の翼根元部の１つの公知構造としては、樅の木状の軸方向挿入型の翼根元部がある。一般的に樅の木状の翼根元部は、中心線に対して左右対称な形状を有しており、中心線の両側には複数対のフックが設けられ、タービンロータ回転時には、この複数対のフックにおいて蒸気タービン動翼に作用する遠心力を支持する。

複数の蒸気タービン動翼を、プラットフォーム部およびシュラウドの少なくとも一方を介して結合し、グループ翼を形成することが一般的な手法である。かかるグループ翼は、単一の蒸気タービン動翼よりも剛性が高く、タービン回転時に発生する蒸気タービン動翼の振動を抑制する効果がある。

図９は、従来の蒸気タービン動翼のグループ翼構造を示す斜視図である。グループ翼を形成する一つの方法としては、羽根部の先端に取付けるシュラウドを羽根部とは別部材とし、複数の蒸気タービン動翼の羽根部先端に設けられたテノンと呼ばれる部位をかしめることによって、複数の蒸気タービン動翼の羽根部と１枚のシュラウドとを結合し、グループ翼を形成する方法がある。しかし、このような方法においては、テノンのかしめ作業のばらつきにより、かしめ部位の強度がばらつく可能性があった。

このような従来の方法の問題点を改善することを考慮したグループ翼構造の一つとして、複数の蒸気タービン動翼が共通のシュラウドと共通のプラットフォーム部を有しており、羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部を一体成型する構造がある。一例として、特許文献１には、樅の木状の軸方向挿入型の翼根元部を有し、３体の羽根部と２体の翼根元部とを一体成型したグループ翼構造が記載されている。

また、特許文献２には、中心線に対し１対のみのフックが設けられたＴ型ヘッドの軸方向挿入型の翼根元部を有し、３体の羽根部と３体の翼根元部とを一体成型したグループ翼構造が記載されている。

さらに、特許文献３においては、隣接する２体の羽根部を１つのシュラウド、プラットフォームおよび翼根元部によって一体に形成したグループ翼構造が示されている。

特開昭５３−１２６４０９号公報 特開平１−３００００１号公報 特開平１０−１８４３０５号公報

蒸気タービンを高効率化するための一つの方法として、蒸気タービンを大容量化することが挙げられる。蒸気タービンを大容量化する場合には、蒸気タービン動翼の羽根部のタービンロータ径方向長を大きくする必要があるため、蒸気タービン動翼に作用する遠心力および蒸気力に起因する発生応力は、羽根部の長さの増加とともに大きくなる。従って、大容量の蒸気タービンに対しては、遠心力および蒸気力に起因する発生応力を低減した蒸気タービン動翼構造を提供する必要があった。

また、蒸気タービンの調速段は極めて高温下にさらされ、かつ、ノズルから噴流する蒸気は全周に均一ではないため、蒸気タービン動翼は１回転に１回以上のタービンロータ周方向および軸方向の衝撃を受ける。このような条件下で使用される蒸気タービン動翼に対しては、タービンロータ周方向および軸方向の剛性を高め、蒸気力に起因する発生応力を低減した、強度信頼性の高い蒸気タービン動翼構造を提供する必要があった。

図６は、羽根部１体あたりＴ型ヘッドの翼根元部を１体有し、翼根元部フック上部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅がｈｂである軸方向挿入型蒸気タービン動翼の正面図である。図７は、羽根部１体あたりＴ型ヘッドの合同形状の翼根元部を２体有し、前記翼根元部フック上部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅が（１／２）ｈｂである軸方向挿入型蒸気タービン動翼の正面図である。図８は、図６および図７に記載の構造において、シュラウドのタービンロータ径方向最外周部に１０ｋＮの周方向荷重が負荷された場合における、翼根元部フック上部の首部に発生する曲げ応力と前記首部最小幅ｈｂの関係である。ただし、図８において、翼根元部のタービンロータ軸方向の厚さは図６および図７共に１００ｍｍ、シュラウドのタービンロータ径方向最外周部と前記首部との距離Ｌは図６および図７共に２００ｍｍ、蒸気タービン動翼全体の体積は図６および図７ともに同じであるとして曲げ応力を算出した。また、図７に記載の構造において、一方の翼根元部首部の端部ともう一方の首部の端部との距離ｄは５０ｍｍであるとして曲げ応力を算出した。

図６および図７の２つの構造では、蒸気タービン動翼全体の体積および首部の断面積は１００×ｈｂ（ｍｍ^２）で同じであることから、蒸気タービン動翼に作用する遠心力によって首部において発生するタービンロータ径方向の引張応力は両構造とも同じになる。しかし、図８に示すとおり、周方向荷重によって首部において発生する曲げ応力は、図７に記載の羽根部１体あたり翼根元部を２体有する構造と比べ、図６に記載の羽根部１体あたり翼根元部を１体有する構造のほうが大きくなる。

ここで、特許文献１〜３に記載の構造のように、従来のシュラウド一体型グループ翼は、羽根部１体あたり翼根元部を１体有する構造または羽根部複数体あたり翼根元部を１体有する構造であった。従って、従来のシュラウド一体型グループ翼において蒸気力による発生応力を低減するためには、羽根部１体あたりの翼根元部の数を複数にすることが有効であることが、図６〜図８より明らかとなった。

また、特許文献１〜３に記載の構造のように、フックを１対または複数対有する軸方向挿入型の翼根元部を有する蒸気タービン動翼は、翼根元部がタービンロータ周方向および軸方向に対して固定されていない構造であるため、タービンロータ周方向および軸方向の剛性を高めることが困難であるという問題があった。

本発明の目的は、蒸気タービン運転中における前記蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制するためにタービンロータ周方向および軸方向の剛性を高めた、強度信頼性の高い蒸気タービン動翼とそれを用いた蒸気タービンおよびその発電プラントを提供することである。

本発明は、羽根部と、羽根部先端に設けられたシュラウドと、タービンロータ外周部に設けられた翼溝と嵌合するタービンロータ径方向内周側に突出した翼根元部と、前記羽根部と翼根元部との間に設けられたプラットフォーム部とを有し、前記翼根元部が前記翼溝に対して前記タービンロータ軸方向に沿って植え込まれる蒸気タービン動翼であって、前記羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部は一体成型され、前記翼根元部の数は前記羽根部の数よりも多いことを特徴とする。

このように、羽根部の数に対して翼根元部の数を多くすることにより、前述の図６〜図８に示すように、蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減することができる。

本発明の蒸気タービン動翼は、複数の羽根部が１つのシュラウドと１つのプラットフォーム部を有する一体グループ翼を形成しており、前記羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部は一体成型され、前記羽根部は１〜４体であり、前記翼根元部の数は前記羽根部の数よりも多く、前記翼根元部の数は前記羽根部が１体では２〜３、前記羽根部が２体では３〜５、前記羽根部が３体では４〜７、前記羽根部が４体では５〜９とすることが好ましい。

互いに隣接する前記シュラウドの隣接面同士および互いに隣接する前記プラットフォーム部の隣接面同士の少なくとも一方を、溶接、ロウ接および摩擦攪拌接合のいずれかにより結合することにより２〜４体の前記羽根部を一体に形成することができるので好ましいものである。また、タービンの１つの段落全体を前述の接合によって一体に形成し、それをタービンに組み込むことが可能である。

このように、蒸気タービン動翼をシュラウド一体型のグループ翼とすることにより、単一の蒸気タービン動翼よりも剛性が高くなり、タービン回転時に発生する蒸気タービン動翼の振動を抑制することができる。

さらに、一体グループ翼の翼根元部の数を羽根部の数よりも多くすることにより、前述した図６〜図８に示すように、蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力による発生応力を低減することができる。

前記翼根元部および翼溝は、いずれも前記タービンロータ軸方向から見たとき前記翼根元部および翼溝の中心線に対して左右対称で、翼根元部および翼溝には前記中心線の両側に１対の前記翼根元部に設けられた翼根元部フックと前記翼溝に設けられた翼溝フックが設けられ、蒸気タービン運転時には、前記翼根元部フックと前記翼溝フックとが互いに当接し、蒸気タービン動翼に作用する遠心力を支持することが好ましい。また、好ましくは前記翼根元部フックと前記翼溝フックとの接触部位には、タービンロータ軸方向に向かって挿設される固定ピンが翼根元部フックおよび翼溝フックに跨って嵌合するための孔部が設けられ、該孔部への前記固定ピンの挿設により前記タービンロータと前記翼根元部とが互いに周方向および径方向に固定されることが好ましい。

このように、翼根元部と翼溝のフック同士の接触部位に固定ピンを挿設し、タービンロータ周方向および半径方向に固定することにより、前記蒸気タービン動翼のタービンロータ周方向および軸方向の剛性が高くなり、蒸気タービン運転中における蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制することができる。

以上のように構成された本発明による蒸気タービン動翼は、精密鋳造後、表面磨き仕上げを施すことにより製作されること、または、鍛造後、機械加工あるいは放電加工により成型し、表面磨き仕上げを施すことにより製作されることが好ましい。

本発明の蒸気タービン動翼は、前記翼根元部材料の強度σｒｂと、前記翼溝材料の強度σｒｗと、前記翼根元部フック上部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅ｈｂと、前記タービンロータ翼溝フック下部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅ｈｗとが、σｒｂ×ｈｂ≦σｒｗ×ｈｗで規定される範囲となるように構成されることが好ましい。ここで、翼根元部材料の強度σｒｂおよび翼溝材料の強度σｒｗは、それぞれクリープ破断強度、引張強さおよび降伏応力のいずれかであることが好ましい。

このように構成することにより、蒸気タービン動翼の翼根元部の首部と翼溝の首部における損傷に対する裕度は同等、あるいは蒸気タービン動翼の翼根元部の首部よりも翼溝の首部のほうが損傷に対する裕度を大きくすることができる。

また、本発明は、タービン動翼と、該動翼を複数の段落に植設するタービンロータとを有する蒸気タービンにおいて、少なくとも１つの段落における前記動翼が前述に記載の蒸気タービン動翼からなること、前記段落が調速段であること、前記タービンロータは、軸部と、該軸部に連なる胴部とを有し、前記胴部の軸方向には前記動翼が植設される複数のディスク部が形成されていることが好ましい。

本発明の蒸気タービンは、高圧タービン、高中圧一体型タービンおよび高低圧一体型タービンのいずれかに適用でき、熱効率の高い蒸気タービン発電プラントが達成できる。

以上のように、本発明の蒸気タービン動翼は、複数の段落を有する高温高圧蒸気タービンの少なくとも１つの段落、好ましくは調速段に設けることが好ましい。蒸気タービンの調速段は極めて高温下にさらされ、かつ、ノズルから噴流する蒸気は全周に均一ではないため、蒸気タービン動翼は１回転に１回以上のタービンロータ周方向および軸方向の衝撃を受ける。このような条件の段落に対して、剛性が高く、発生応力を低減した本発明の蒸気タービン動翼を設けることにより、蒸気タービン全体の強度信頼性を高めることができる。

本発明によれば、蒸気タービン運転中における前記蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制するため剛性を高めた、強度信頼性の高い蒸気タービン動翼とそれを用いた蒸気タービンおよびその発電プラントを提供することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１はタービンロータ軸方向かつ蒸気流入側から見た本発明に関わる蒸気タービン動翼の正面図、図２はその斜視図、および図３は図１に示す本発明に関わる蒸気タービン動翼のＡ−Ａ断面図である。本実施例における蒸気タービン動翼は、羽根部３と、羽根部３先端に設けられたシュラウド１と、タービンロータ８の外周部に設けられた翼溝６と嵌合するタービンロータ８の径方向内周側に突出した蒸気タービン動翼に設けられた翼根元部５と、羽根部３と翼根元部５との間に設けられたプラットフォーム部４とを有し、翼溝６に対して翼根元部５がタービンロータ軸方向に植え込まれる軸方向挿入型の蒸気タービン動翼である。

また、翼根元部５の蒸気流入側一端部には、蒸気流１５による軸方向スラスト力を支えるための突起状のスラスト止め１４が翼根元部５の軸方向挿入方向の終端部に所定の長さに設けられている。そして、タービンロータ８の翼溝６の形状は、翼根元部５の挿入形状と相似した形状を有すると共に、スラスト止め１４を支える段差が形成されている。

さらに、蒸気タービン動翼のシュラウド１の外周側にその回転方向に沿う全周に亘って形成された突起からなるシールフィン１６が複数本設けられ、本実施例では５本の矩形状の突起からなるものである。

本実施例の複数の蒸気タービン動翼は、共通のシュラウド１と共通のプラットフォーム部４を有する一体グループ翼を形成しており、一体グループ翼の羽根部３とシュラウド１と翼根元部５とプラットフォーム部４は一体成型され、一体グループ翼の羽根部３の数は２体、翼根元部５の数は４体である。本実施例における蒸気タービン動翼はその羽根部３の数は１〜４が好ましく、羽根部３の数が１つに対して翼根元部５の数は２〜３つ、羽根部３の数が２つに対して翼根元部５の数は３〜５つ、羽根部３の数が３つに対して翼根元部５の数は４〜７つ、羽根部３の数が４つに対して翼根元部５の数は５〜９つの組み合わせが可能であり、従って、本発明は、図１および図２に記載の構造に限定されるものではない。

このように、蒸気タービン動翼をシュラウド一体型のグループ翼とすることにより、単一の蒸気タービン動翼よりも剛性が高くなり、タービン回転時に発生する蒸気タービン動翼の振動を抑制することができる。さらに、翼根元部５の数が羽根部３の数よりも多いことにより、蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減することができる。

本実施例では、翼根元部５および翼溝６は、いずれもタービンロータ軸方向から見たとき前記翼根元部５および翼溝６の中心線に対して左右対称で、翼根元部５および翼溝６には前記中心線の両側に１対の翼根元部５に設けられた翼根元部フック７と翼溝６に設けられた翼溝フック１３とを有し、いずれも頭部がその根元よりもタービンロータの周方向で幅広に形成されており、互いの噛み合いによってタービン動翼に受ける遠心力による荷重を支えることができる。翼根元部５は、タービンロータ８の径方向中心側の先端においてはその側面は断面において曲線によって形成されているが、底部を直線とする複数の直線で形成することができる。

さらに、翼根元部フック７と翼溝フック１３との接触部位には、タービンロータ８の軸方向に向かって挿設される固定ピン９が翼根元部フック７および翼溝フック１３に跨って嵌合するための孔部が設けられ、蒸気タービン動翼はタービンロータの翼溝６に植え込まれた後、固定ピン９を挿設することによりタービンロータ８の周方向および径方向に固定されることが望ましい。

このように、翼根元部５と翼溝６のフック同士の接触部位に固定ピン９を挿設し、タービンロータ周方向および半径方向に固定することにより、蒸気タービン動翼のタービンロータ８の周方向および軸方向の剛性が高くなり、蒸気タービン運転中における蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制することができる。

本実施例における蒸気タービン動翼は、翼根元部５の材料強度σｒｂと、翼溝６の材料強度σｒｗと、翼根元部フック７上部の首部のタービンロータ８の軸方向から見たときの最小幅ｈｂと、前記翼溝フック１３下部の首部のタービンロータ８の軸方向から見たときの最小幅ｈｗとが、σｒｂ×ｈｂ≦σｒｗ×ｈｗで規定される範囲となるように構成されることが好ましい。ここで、翼根元部５の材料強度σｒｂおよび翼溝６の材料強度σｒｗは、それぞれクリープ破断強度、引張強さおよび降伏応力のいずれかであることが好ましい。このように構成することにより、蒸気タービン動翼の翼根元部５の首部と翼溝６の首部における損傷に対する裕度は同等、あるいは蒸気タービン動翼の翼根元部５の首部よりも翼溝６の首部のほうが損傷に対する裕度を大きくすることができる。

本実施例における蒸気タービン動翼は、精密鋳造後、表面磨き仕上げを施すことにより製作されること、または、鍛造後、機械加工あるいは放電加工により成型し、表面磨き仕上げを施すことにより製作されることが好ましい。

タービンロータ８は、軸部と、該軸部に連なる胴部とを有し、前記胴部の軸方向には前記動翼が植設される複数のディスク部が形成されている。

本実施例における蒸気タービン動翼は、複数の段落を有する蒸気タービンの少なくとも１つの段落、好ましくは調速段に設けることが好ましい。蒸気タービンの調速段は５００℃以上の極めて高い高温下にさらされ、かつ、ノズルから噴流する蒸気は全周に均一ではないため、蒸気タービン動翼は１回転に１回以上のタービンロータ周方向および軸方向の衝撃を受ける。このような条件の段落に対して、剛性が高く、発生応力を低減した本発明の蒸気タービン動翼を設けることにより、蒸気タービンの全体の強度信頼性を高めることができる。

以上のように、本実施例によれば、蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制するため剛性を高めた、強度信頼性の高い蒸気タービン動翼を提供することができる。

図４は、タービンロータ軸方向かつ蒸気流入側から見た本発明に関わる蒸気タービン動翼の正面図である。図４に示すように、羽根部３の数が２体に対して翼根元部５の数が５体である蒸気タービン動翼である。本実施例の蒸気タービン動翼は、シュラウド１、翼根元部５、翼溝６の構造は実施例１と同様であり、シュラウド１にはシールフィン１６を有し、同様の製法によって形成するのが好ましい。また、２体の羽根部３に対して翼根元部５の数を３体とすることもできる。

本実施例において蒸気タービン動翼をシュラウド一体型のグループ翼とすることにより、単一の蒸気タービン動翼よりも剛性が高くなり、タービン回転時に発生する蒸気タービン動翼の振動を抑制することができる。また、２体の羽根部３に対して５本の翼根元部５を設けることにより、蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を実施例１における蒸気タービン動翼よりも低減することができる。

本実施例における蒸気タービン動翼は、実施例１と同様に、翼根元部５の材料強度σｒｂと、翼溝６の材料強度σｒｗと、翼根元部フック７上部の首部のタービンロータ８の軸方向から見たときの最小幅ｈｂと、前記翼溝フック１３下部の首部のタービンロータ８の軸方向から見たときの最小幅ｈｗとが、σｒｂ×ｈｂ≦σｒｗ×ｈｗで規定される範囲となるように構成されることが好ましい。

本実施例においても、実施例１における蒸気タービン動翼よりも蒸気タービン運転中における前記蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制するため剛性を高めた、強度信頼性の高い蒸気タービン動翼を提供することができる。

図５は、タービンロータ軸方向かつ蒸気流入側から見た本発明に関わる蒸気タービン動翼の正面図である。本実施例における蒸気タービン動翼は、１体の羽根部３に対して翼根元部５の数を２体としたものを、互いに隣接するシュラウド１の隣接面同士、および互いに隣接するプラットフォーム部４の隣接面同士の少なくとも一方を、溶接、ロウ接および摩擦攪拌接合のいずれかにより結合し、２体の羽根部３に対して翼根元部５の数を４体としたシュラウド一体型のグループ翼を形成する蒸気タービン動翼である。溶接においては、Ｘ開先を設け、共金の溶接金属を用いて溶接するのが好ましい。また、溶接によって３体の羽根部３とし、翼根元部５の数を６体としたシュラウド一体型のグループ翼を形成する蒸気タービン動翼とすることもできる。

本実施例の蒸気タービン動翼は、シュラウド１、翼根元部５、翼溝６の構造は実施例１と同様であり、シュラウド１にはシールフィン１６を有し、同様の製法によって形成するのが好ましい。

本実施例における溶接、ロウ接あるいは摩擦攪拌接合による結合位置は、図５によって限定されるものではないが、結合面に垂直な方向に作用する引張応力あるいは曲げ応力が他の部位に比べて低い部位であることが望ましい。このように、グループ翼の形成手段を溶接、ロウ接あるいは摩擦攪拌接合とすることにより、複数の蒸気タービン動翼が共通のシュラウド１と共通のプラットフォーム部４を有するシュラウド一体型グループ翼の加工コストおよび製作コストを、精密鋳造または鍛造と機械加工あるいは放電加工により形成するのに比べ低減することが可能である。

本実施例における蒸気タービン動翼は、実施例１と同様に、翼根元部５の材料強度σｒｂと、翼溝６の材料強度σｒｗと、翼根元部フック７上部の首部のタービンロータ８の軸方向から見たときの最小幅ｈｂと、前記翼溝フック１３下部の首部のタービンロータ８の軸方向から見たときの最小幅ｈｗとが、σｒｂ×ｈｂ≦σｒｗ×ｈｗで規定される範囲となるように構成されることが好ましい。

本実施例によれば、蒸気タービン運転中における前記蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制するため剛性を高めた、強度信頼性の高い蒸気タービン動翼を、低コストにて提供することができる。

本実施例は、実施例１〜３のいずれかに記載の蒸気タービン動翼を高圧蒸気タービン、高中圧一体型蒸気タービンおよび高中低圧一体型蒸気タービンの各々の調速段に用いたものである。

高圧蒸気タービン（ＨＰ）は、タービン動翼の初段が調速段で複流であり、片側にのみ９段有し、これらのタービン動翼に対応して各々静翼が設けられる。タービンロータは、軸部と、軸部に連なる胴部とを有し、胴部の軸方向にタービン動翼が植設される複数のディスク部が形成されている。このディスク部は軸方向に沿った翼溝が形成され、翼溝は初段である調速段を含め全タービン動翼が植え込まれる翼根元部の断面形状と相似形の断面形状を有する。また、本実施例においては、中圧タービン（ＩＰ）及び低圧蒸気タービン（ＬＰ）が連結され、（ＨＰ）−（ＩＰ）−発電機とＬＰ２台−発電機、また、（ＨＰ）−（ＬＰ）−発電機と（ＩＰ）−（ＬＰ）-発電機の組み合わせによって主蒸気温度５００℃以上の蒸気タービン発電プラントを構成することができる。

高中圧一体型蒸気タービンは、高圧部（ＨＰ）と中圧部（ＩＰ）とが一体のタービンロータによって形成され、高圧蒸気がその中央部に設けられたノズルボックスよりＨＰ側の初段である調速段のタービン動翼に導かれ、ＨＰの８段のタービン動翼を通ってＩＰの６段のタービン動翼に導入される。これらのタービン動翼に対応して各々静翼が設けられる。タービンロータは、軸部と、軸部に連なる胴部とを有し、胴部の軸方向にタービン動翼が植設される複数のディスク部を有し、このディスク部は軸方向に沿った翼溝が形成され、翼溝は調速段を含め全タービン動翼が植え込まれる翼根元部の断面形状と相似形の断面形状を有する。本実施例においては、（ＨＰ・ＩＰ）と低圧蒸気タービン（ＬＰ）１台または２台で、ＨＰの主蒸気温度は５００℃以上、ＩＰの蒸気温度は５００℃以上に再熱器によって加熱されて導入される蒸気タービン発電プラントを構成することができる。

高中低圧一体型蒸気タービンは、高圧部（ＨＰ）と中低圧部（ＩＰ・ＬＰ）とが一体のタービンロータによって形成され、高圧蒸気がその中央部よりやや片側に設けられたノズルボックスより主蒸気温度が５００℃以上の蒸気がＨＰ側の初段である調速段のタービン動翼に導かれ、ＨＰの６段のタービン動翼を通ってＩＰ・ＬＰの８段のタービン動翼に導入される蒸気タービン発電プラントを構成することができる。これらのタービン動翼に対応して各々静翼が設けられる。タービンロータは、軸部と、軸部に連なる胴部とを有し、胴部の軸方向にタービン動翼が植設される複数のディスク部を有し、このディスク部は軸方向に沿った翼溝が形成され、翼溝は調速段を含め全タービン動翼が植え込まれる翼根元部の断面形状と相似形の断面形状を有する。

本実施例においても、実施例１〜３における蒸気タービン動翼を用いたときと同様に蒸気タービン運転中における蒸気タービン動翼に作用する蒸気力に起因する発生応力を低減し、かつ、蒸気力による蒸気タービン動翼の振動を抑制するため剛性を高めた強度信頼性の高い蒸気タービン動翼が得られることにより熱効率の高い蒸気タービン発電プラントが得られるものである。

タービンロータ軸方向かつ蒸気流入側から見た本発明に関わる蒸気タービン動翼の正面図である。 図１の本発明に関わる蒸気タービン動翼を示す斜視図である。 図１の本発明に関わる蒸気タービン動翼のＡ−Ａ断面図である。 タービンロータ軸方向かつ蒸気流入側から見た本発明に関わる蒸気タービン動翼の正面図である。 タービンロータ軸方向かつ蒸気流入側から見た本発明に関わる蒸気タービン動翼の正面図である。 羽根部１体あたりＴ型ヘッドの翼根元部を１体有し、翼根元部フック上部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅がｈｂである軸方向挿入型蒸気タービン動翼の正面図である。 羽根部１体あたりＴ型ヘッドの同形状の翼根元部を２体有し、翼根元部フック上部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅が（１／２）ｈｂである軸方向挿入型蒸気タービン動翼の正面図である。 図６および図７の構造において、シュラウドのタービンロータ径方向最外周部に１０ｋＮの周方向荷重が負荷された場合における翼根元部フック上部の首部に発生する曲げ応力と首部最小幅ｈｂとの関係を示す線図である。 従来のグループ翼構造を有する蒸気タービン動翼の斜視図である。

符号の説明

１…シュラウド、２…テノン、３…羽根部、４…プラットフォーム部、５…翼根元部、６…翼溝、７…翼根元部フック、８…タービンロータ、９…固定ピン、１０…孔部、１１…溶接、ロウ接あるいは摩擦攪拌接合による結合部位、１３…翼溝フック、１４…スラスト止め、１５…蒸気流、１６…シールフィン。

Claims (11)

1. 羽根部と、羽根部先端に設けられたシュラウドと、タービンロータ外周部に設けられた翼溝と嵌合するタービンロータ径方向内周側に突出した翼根元部と、前記羽根部と翼根元部との間に設けられたプラットフォーム部とを有し、前記翼根元部が前記翼溝に対して前記タービンロータ軸方向に沿って植え込まれる蒸気タービン動翼において、前記羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部は一体成型され、前記翼根元部の数は前記羽根部の数よりも多いことを特徴とする蒸気タービン動翼。
2. 請求項１において、複数の前記羽根部が１つの前記シュラウドと１つの前記プラットフォーム部を有する一体グループ翼を形成しており、前記羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部は一体成型され、前記羽根部は１〜４体であり、前記翼根元部の数は前記羽根部の数よりも多いことを特徴とする蒸気タービン動翼。
3. 請求項１または２において、互いに隣接する前記シュラウドの隣接面同士および互いに隣接する前記プラットフォーム部の隣接面同士の少なくとも一方を、溶接、ロウ接および摩擦攪拌接合のいずれかにより結合したことを特徴とする蒸気タービン動翼。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記翼根元部および翼溝は、いずれも前記タービンロータ軸方向から見たとき前記翼根元部および翼溝の中心線に対して左右対称で、翼根元部および翼溝には前記中心線の両側に１対の前記翼根元部に設けられた翼根元部フックと前記翼溝に設けられた翼溝フックが設けられ、前記翼根元部フックと前記翼溝フックとが互いに当接し、蒸気タービン動翼に作用する遠心力を支持することを特徴とする蒸気タービン動翼。
5. 請求項４において、前記翼根元部フックと前記翼溝フックとの接触部位には、タービンロータ軸方向に向かって挿設される固定ピンが翼根元部フックおよび翼溝フックに跨って嵌合するための孔部が設けられ、該孔部への前記固定ピンの挿設により前記タービンロータと前記翼根元部とが互いに周方向および径方向に固定されることを特徴とする蒸気タービン動翼。
6. 請求項１〜５いずれかにおいて、前記羽根部とシュラウドと翼根元部とプラットフォーム部は精密鋳造または鍛造により一体に成型されることを特徴とする蒸気タービン動翼。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記翼根元部材料の強度σｒｂと、前記翼溝材料の強度σｒｗと、前記翼根元部フック上部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅ｈｂと、前記タービンロータ翼溝フック下部の首部のタービンロータ軸方向から見たときの最小幅ｈｗとが、σｒｂ×ｈｂ≦σｒｗ×ｈｗで規定される範囲となるように構成されることを特徴とする蒸気タービン動翼。
8. タービン動翼と、該動翼を複数の段落に植設するタービンロータとを有する蒸気タービンにおいて、少なくとも１つの段落における前記動翼が請求項１〜７のいずれかに記載の蒸気タービン動翼からなることを特徴とする蒸気タービン。
9. 請求項８において、前記段落が調速段であることを特徴とする蒸気タービン。
10. 請求項８または９において、前記タービンロータは、軸部と、該軸部に連なる胴部とを有し、前記胴部の軸方向には前記動翼が植設される複数のディスク部が形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
11. 高圧タービン、高中圧一体型タービンおよび高低圧一体型タービンのいずれかが請求項８〜１０のいずれかに記載の蒸気タービンよりなることを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
    

Images