JP2017025878A - 蒸気タービンロータ - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンロータの信頼性を向上させる。【解決手段】実施形態の蒸気タービンロータは、第１ロータ部材と第２ロータ部材と溶接部とを有し、蒸気が中心軸に沿った方向に流れることによって、その中心軸を回転軸として回転する。第２ロータ部材は、中心軸に沿った方向において第１ロータ部材に並ぶように配置されている。溶接部は、第１ロータ部材および第２ロータ部材の間を接合している。ここでは、溶接部は、第１ロータ部材と第２ロータ部材との間において、蒸気タービンロータの中心軸から外周との間に渡って介在するように形成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンロータに関する。

蒸気タービンは、たとえば、軸流タービンであって、蒸気タービンロータの中心軸に沿った方向に蒸気が流れることによって、蒸気タービンロータが中心軸を回転軸として回転する。蒸気タービンロータは、たとえば、溶接ロータであって、複数のロータ部材の間を溶接で接合されている。

軸流タービンの蒸気タービンにおいては、蒸気が上流から下流へ流れるに伴って、蒸気の温度が低下する。このため、蒸気タービンロータが溶接ロータである場合には、蒸気の温度に応じて、上流側のロータ部材と下流側のロータ部材とを互いに異なる材料で形成することができる。たとえば、上流側のロータ部材については、高温下での強度が高い高Ｃｒ鋼（たとえば、１２％Ｃｒ鋼）などの金属で形成されたものを用い、下流側のロータ部材については、低合金鋼（たとえば、Ｃｒの割合が１％程度）、Ｎｉ基耐熱合金などの金属で形成されたものを用いることができる。この他に、溶接ロータは、蒸気タービンロータが鍛造によって一体で形成したものである場合よりも、タービン起動時およびタービン停止時における熱応力を抑制可能であると共に、製造設備の制約が少ない。このような利点によって、溶接ロータは、蒸気タービンにおいて多く用いられている。

特開２００１−３１７３０１号公報

図９は、関連技術に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図９では、蒸気タービンロータ１Ｊに関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直であって、蒸気タービンロータ１Ｊの中心軸ＡＸに沿った鉛直面（ｚｙ面）の断面を示している。また、図９では、蒸気Ｆの流れを太い実線の矢印で示している。

図９に示すように、蒸気タービンロータ１Ｊは、溶接ロータであって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と溶接部２０とを有していると共に、空洞部（溶接袋部）４０と中心孔５０とが形成されている。蒸気タービンロータ１Ｊは、蒸気Ｆが中心軸ＡＸに沿った方向に流れることによって、その中心軸ＡＸを回転軸として回転するように構成されている。

第１ロータ部材１１は、蒸気タービンロータ１Ｊの中心軸ＡＸに沿った方向において第２ロータ部材１２に並ぶように配置されている。ここでは、第１ロータ部材１１は、蒸気Ｆの流れ方向において、第２ロータ部材１２よりも上流側に位置している。第１ロータ部材１１は、円柱形状であって、たとえば、高温下での強度が高い高Ｃｒ鋼で形成されている。第１ロータ部材１１には、ロータディスク３１が設けられている。ロータディスク３１は、リング形状であって、第１ロータ部材１１の外周面を囲うように設置されている。ここでは、複数のロータディスク３１が蒸気タービンロータ１Ｊの中心軸ＡＸに沿って並ぶように設置されている。そして、ロータディスク３１においては、動翼３２が設置されている。動翼３２は、ロータディスク３１の外周面において、複数が蒸気タービンロータ１Ｊの回転方向に沿って並ぶように設置されている。

第２ロータ部材１２は、蒸気Ｆの流れ方向において、第１ロータ部材１１よりも下流側に位置している。第２ロータ部材１２は、第１ロータ部材１１と外径が同じ円柱形状であって、たとえば、低合金鋼で形成されている。第２ロータ部材１２は、第１ロータ部材１１と同様に、複数のロータディスク３１が設けられていると共に、複数の動翼３２がロータディスク３１の外周面に設置されている。

溶接部２０は、蒸気タービンロータ１Ｊの中心軸ＡＸに沿った方向において第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間に介在しており、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間を接合している。溶接部２０は、溶加材を用いて第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間について溶接を行うことによって形成されている。ここでは、溶接部２０は、空洞部４０の周囲から蒸気タービンロータ１Ｊの外周に渡って形成されている。

空洞部４０は、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間において、中心軸ＡＸが貫通する中央部分に形成されている。ここでは、空洞部４０は、第１ロータ部材１１に形成された凹部と第２ロータ部材１２に形成された凹部とを対面させた状態で、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間が接合されることによって形成される。

中心孔５０は、第２ロータ部材１２において蒸気タービンロータ１Ｊの中心軸ＡＸに沿うように形成されている。中心孔５０は、たとえば、溶接の施工を行うとき、および、裏波の検査を行うときに利用される。

上述したように、蒸気タービンロータ１Ｊでは、蒸気Ｆが中心軸ＡＸに沿った方向に流れるので、蒸気Ｆの温度が上流から下流へ向かうに伴って低下する。このため、上流側に位置する第１ロータ部材１１と、下流側に位置する第２ロータ部材１２との間において、温度差が生ずるので、溶接部２０には熱応力が加わる。ここでは、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との両者が外周部分において接合されているので、鍛造によって一体で形成された場合よりも、上記の温度差が大きくなり、大きな熱応力が溶接部２０に加わる。特に、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２とが異なる材料であって両者の線膨張係数が大きく異なる場合には、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間の熱膨張の差が大きくなるので、両者が同じ材料である場合よりも大きな熱応力が溶接部２０に加わる。また、上記のように、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間に空洞部４０が形成されているので、空洞部４０および溶接部２０の溶接裏波において熱応力が集中する場合がある。この他に、上記の蒸気タービンロータ１Ｊでは、中心孔５０が形成されているので、中心孔５０においては、遠心力による応力が生ずる。

図１０，図１１は、関連技術に係る蒸気タービンロータに加わる応力を説明するための図である。図１０は、図９において破線Ｇで囲った部分を拡大して示す図である。図１１は、蒸気タービンを運転するときの応力分布を示す図であって、横軸が位置ｓを示し、縦軸が応力ｆを示している。図１１では、図１０に示すように、空洞部４０と中心孔５０とが形成された部分の応力ｆであって、実線（黒色の丸）Ｈが熱応力と遠心応力との両者が加算された場合を示し、破線（白色の丸）Ｉが遠心応力について示している。

図１１に示すように、Ｂ点とＣ点とにおいて応力が高くなっている。つまり、図１０に示すように、第２ロータ部材１２において空洞部４０のコーナー部が位置する部分（Ｂ点）の応力が高くなっている。また、第２ロータ部材１２において空洞部４０と中心孔５０とが接続する部分（Ｃ点）の応力が高くなっている。

応力を低減するためには、溶接部２０の剛性を下げることが知られている。しかし、溶接部２０の厚みは、必要な曲げ剛性、および、ねじり剛性を確保する最小限の寸法によって決まるので、溶接部２０を薄くすることによって溶接部２０の剛性を下げることには限度がある。このため、空洞部４０の幅を広くすること、および、空洞部４０のコーナー部の径を大きくすること等によって、溶接部２０の剛性を下げて、応力を低減している。

図１２，図１３は、関連技術に係る蒸気タービンロータに加わる応力を説明するための図である。図１２，図１３では、空洞部４０のコーナー部の径を大きくした場合について示している。図１２は、図１０と同様に、一部を拡大して示す図である。図１３は、図１１と同様に、蒸気タービンを運転するときの応力分布を示す図であって、横軸が位置ｓを示し、縦軸が応力ｆを示している。図１３では、図１２に示すように、空洞部４０と中心孔５０とが形成された部分の応力ｆであって、実線（黒色の丸）Ｊが熱応力と遠心応力との両者が加算された場合を示し、破線（白色の丸）Ｋが遠心応力について示している。

図１３に示すように、空洞部４０のうち第２ロータ部材１２の側に位置するコーナー部の径を大きくした場合には、図１１に示す場合と比較して判るように、その径が大きいコーナー部（Ｂ点）の応力を低減することができる。しかしながら、第２ロータ部材１２において空洞部４０と中心孔５０とが接続する部分（Ｃ点）は、大きな遠心力によって、応力が高くなる。

上記のように、溶接ロータである蒸気タービンロータにおいては、応力を効果的に低減することが容易ではない。このため、応力に起因して、蒸気タービンロータの強度が低下し、信頼性が低下する場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、応力を低減して信頼性を十分に向上させることが可能な蒸気タービンロータを提供することにある。

実施形態の蒸気タービンロータは、第１ロータ部材と第２ロータ部材と溶接部とを有し、蒸気が中心軸に沿った方向に流れることによって、その中心軸を回転軸として回転する。第２ロータ部材は、中心軸に沿った方向において第１ロータ部材に並ぶように配置されている。溶接部は、第１ロータ部材および第２ロータ部材の間を接合している。ここでは、溶接部は、第１ロータ部材と第２ロータ部材との間において、蒸気タービンロータの中心軸から外周との間に渡って介在するように形成されている。

本発明によれば、応力を低減して信頼性を十分に向上させることが可能な蒸気タービンロータを提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図２は、第２実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図３は、第３実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図４は、第３実施形態の変形例に係る蒸気タービンロータにおいて、第３ロータ部材を示す図である。 図５は、第３実施形態の変形例に係る蒸気タービンロータにおいて、第３ロータ部材を示す図である。 図６は、第３実施形態の変形例に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図７は、第４実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図８は、第５実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図９は、関連技術に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す断面図である。 図１０は、関連技術に係る蒸気タービンロータに加わる応力を説明するための断面図である。 図１１は、関連技術に係る蒸気タービンロータに加わる応力を説明するための図である。 図１２は、関連技術に係る蒸気タービンロータに加わる応力を説明するための断面図である。 図１３は、関連技術に係る蒸気タービンロータに加わる応力を説明するための図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］構成など
図１は、第１実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図１では、図１０と同様に、蒸気タービンロータ１に関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直であって、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸに沿った鉛直面（ｚｙ面）の断面を示している。また、図１では、蒸気Ｆの流れを太い実線の矢印で示している。

図１に示すように、本実施形態の蒸気タービンロータ１は、上述した関連技術（図１０を参照）の場合と同様に、溶接ロータであって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と溶接部２０とを有している。しかし、本実施形態の蒸気タービンロータ１は、上述した関連技術の場合と異なり、空洞部４０と中心孔５０とが形成されていない。また、本実施形態の蒸気タービンロータ１は、溶接部２０の形態が上述した関連技術の場合と異なっている。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上述した関連技術の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

本実施形態において、溶接部２０は、図１に示すように、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間において、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸから外周との間に渡って介在するように形成されている。

具体的には、第１ロータ部材１１が第２ロータ部材１２に突き合わされる面には、凹部が形成されておらずに平坦であると共に、第２ロータ部材１２が第１ロータ部材１１に突き合わされる面には、凹部が形成されておらずに平坦である。そして、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２とにおいて互いに突き合わされる面の全体に溶接部２０が介在している。つまり、溶接部２０は、完全溶接部であって、第１ロータ部材１１の継手と第２ロータ部材１２の継手との全体に渡って形成されており、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間には空洞部４０が設けられていない。

本実施形態において、蒸気タービンロータ１を製造する際には、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２とを突き合わせた状態で溶接を行う。ここでは、たとえば、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との少なくとも一方に近い金属を溶加材として用いて、溶接を行う。溶接を行うことにより、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間には、溶接部２０が形成される。溶接部２０は、中心軸ＡＸが貫通する中心部分から外側部分へ溶加材を積層させることによって形成される。ここでは、たとえば、中心軸ＡＸが水平方向（ここでは、ｘ方向）に沿うように第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との両者を支持した状態で、中心軸ＡＸを回転軸として両者を回転させて溶接を行うことによって、溶接部２０の形成を行う。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、溶接部２０は、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間において、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸから外周との間に渡って介在するように形成されている。このため、本実施形態では、溶接部２０において中心軸ＡＸに対して直交する面（ｙｚ面）の断面積は、第１ロータ部材１１の継手部分の断面積、および、第２ロータ部材１２の継手部分の断面積と同じである。その結果、本実施形態では、溶接部２０に曲げの応力が集中しない。これと共に、本実施形態の蒸気タービンロータ１では、関連技術に示した空洞部４０のコーナー部（図１０等を参照）のように、熱応力および遠心応力が集中する部分が無い。

したがって、本実施形態では、蒸気タービンロータ１に加わる応力を低減可能であって、蒸気タービンロータ１の信頼性を十分に向上させることができる。

特に、本実施形態の溶接部２０では、溶接裏波が無いので、溶接裏波に応力が集中して欠陥（高サイクル疲労、初層割れなど）が生ずることを防止可能である。そして、溶接裏波の検査を行う必要がないので、中心孔５０（図１０等を参照）が不要である。その結果、本実施形態では、製造が容易であって、コストの低減を容易に実現可能である。また、本実施形態では、中心孔５０が不要であるので、応力の低減を更に効果的に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記の実施形態では、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２とが、関連技術の場合同様に、線膨張係数が互いに異なる材料で形成されている場合について説明したが、これに限らない。第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２とが同じ材料である場合に、上記のように、溶接部２０を第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間に介在させてもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］構成など
図２は、第２実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図２では、図１と同様に、蒸気タービンロータ１ｂに関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直であって、蒸気タービンロータ１ｂの中心軸ＡＸに沿った鉛直面（ｚｙ面）の断面を示している。また、図２では、蒸気Ｆの流れを太い実線の矢印で示している。

図２に示すように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｂは、上述した第１実施形態の場合と同様に、溶接ロータであって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と溶接部２０とを有している。しかし、本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、関連技術（図１０等を参照）の場合と同様に、空洞部４０が形成されている。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上述した実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

本実施形態の蒸気タービンロータ１ｂは、図２に示すように、第１実施形態の場合と同様に、空洞部４０が形成されている。空洞部４０は、関連技術の場合（図１０等を参照）と同様に、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間において、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸが貫通する中央部分に形成されている。そして、溶接部２０は、その空洞部４０の周囲から蒸気タービンロータ１ｂの外周に渡って介在するように形成されている。

しかし、本実施形態では、関連技術の場合（図１０等を参照）と異なり、溶接部２０の内径Ｒ１と外径Ｒ２とが下記式（１）に示す関係を満たす。

Ｒ１≦（Ｒ２−Ｒ１） ・・・（１）

換言すると、本実施形態では、溶接部２０の厚さＴ（Ｔ＝Ｒ２−Ｒ１）は、第１ロータ部材１１の継手部分および第２ロータ部材１２の継手部分の半径（＝Ｒ２）に対して、半分以上である（つまり、Ｔ≧０．５・Ｒ２）。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｂは、上記した式（１）を満たし、応力を効果的に低減することができる。

したがって、本実施形態では、蒸気タービンロータ１ｂの信頼性を十分に向上させることができる。

＜第３実施形態＞
［Ａ］構成など
図３は、第３実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図３では、図１と同様に、蒸気タービンロータ１ｃに関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直であって、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸに沿った鉛直面（ｚｙ面）の断面を示している。また、図３では、蒸気Ｆの流れを太い実線の矢印で示している。

図３に示すように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｃは、上述した第１実施形態（図１を参照）の場合と同様に、溶接ロータであって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と溶接部２０とを有しており、空洞部４０が形成されていない。しかし、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｃは、第３ロータ部材１３を更に備えている。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上述した第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

本実施形態において、第３ロータ部材１３は、図３に示すように、第１ロータ部材１１および第２ロータ部材１２の間において蒸気タービンロータ１ｃの中心軸ＡＸが貫通する中央部分に設置されている。第３ロータ部材１３は、たとえば、円柱形状であって、第１ロータ部材１１および第２ロータ部材１２に対して同軸になるように配置されている。第３ロータ部材１３は、第１ロータ部材１１および第２ロータ部材１２よりも外径が小さい。第３ロータ部材１３は、たとえば、溶接部２０と同じ金属を用いて形成されている。

そして、本実施形態では、溶接部２０は、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間において、第３ロータ部材１３の外周から蒸気タービンロータ１ｃの外周との間に渡って介在するように形成されている。

本実施形態において、蒸気タービンロータ１ｃを製造する際には、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間に第３ロータ部材１３が介在するように、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２とを突き合わせた状態で溶接を行う。ここでは、初層を溶接で形成することによって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と第３ロータ部材１３との間を接合する。そして、上記と同様に、中心軸ＡＸが貫通する内側部分から外側部分へ溶加材を積層させることによって、溶接部２０の形成を完了する。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｃは、第１実施形態の場合と同様に、空洞部４０が無いので、蒸気タービンロータ１ｃに加わる応力を低減可能である。このため、本実施形態では、蒸気タービンロータ１ｃの信頼性を十分に向上させることができる。

特に、本実施形態では、第３ロータ部材１３を基準にして初層の溶接を行うことが可能であって、溶接の入熱が集中することを防止可能であるので、初層の溶接品質を向上することができる。その結果、本実施形態では、応力の低減を更に効果的に実現可能であって、蒸気タービンロータ１ｃの信頼性を更に向上させることができる。また、コストの低減を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記の実施形態では、第３ロータ部材１３が円柱形状である場合について説明したが、これに限らない。

図４，図５は、第３実施形態の変形例に係る蒸気タービンロータにおいて、第３ロータ部材を示す図である。図４，図５では、第３ロータ部材１３に関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直な鉛直面（ｚｙ面）であって、蒸気タービンロータ１ｃの中心軸ＡＸに沿った面の断面を拡大して示している。

図４に示すように、第３ロータ部材１３は、円板部１３０と第１円錐部１３１と第２円錐部１３２とを含むように構成されていてもよい。ここでは、第３ロータ部材１３は、円板部１３０と第１円錐部１３１と第２円錐部１３２とが蒸気タービンロータ１ｃの中心軸ＡＸに対して同軸になるように形成されている。そして、第３ロータ部材１３は、第１円錐部１３１および第２円錐部１３２の底面が円板部１３０の平面側に位置しており、第１円錐部１３１および第２円錐部１３２の先端が外側（中心軸ＡＸのロータ両端方向）に突き出ている。

また、図５に示すように、第３ロータ部材１３は、球形体であってもよい。その他、第３ロータ部材１３は、溶接で初層を形成するときの溶け込みを考慮して、様々な形状にすることができる。

図６は、第３実施形態の変形例に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図６では、図３と同様に、蒸気タービンロータ１ｃに関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直な鉛直面（ｚｙ面）であって、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸに沿った面の断面を拡大して示している。

図６に示すように、第１ロータ部材１１において第２ロータ部材１２に接合される面に凹部を形成すると共に、第２ロータ部材１２において第１ロータ部材１１に接合される面に凹部を形成し、その両者の凹部に第３ロータ部材１３が嵌め込められた状態で、溶接部２０の形成を行ってもよい。

＜第４実施形態＞
［Ａ］構成など
図７は、第４実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図７では、図３と同様に、蒸気タービンロータ１ｄに関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直であって、蒸気タービンロータ１ｄの中心軸ＡＸに沿った鉛直面（ｚｙ面）の断面を示している。また、図７では、蒸気Ｆの流れを太い実線の矢印で示している。

図７に示すように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｄは、上述した第３実施形態（図１を参照）の場合と同様に、溶接ロータであって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と第３ロータ部材１３と溶接部２０とを有している。しかし、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｄは、第３実施形態の場合と異なり、空洞部４０を含む。また、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｄは、第３ロータ部材１３の形態が第３実施形態の場合と異なる。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上述した第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

図７に示すように、第３ロータ部材１３は、たとえば、円筒形状であって、第１ロータ部材１１および第２ロータ部材１２よりも外径が小さい。第３ロータ部材１３は、蒸気タービンロータ１ｄの中心軸ＡＸが貫通する中央部分に空洞部４０が位置するように、第１ロータ部材１１および第２ロータ部材１２に対して同軸になるように配置されている。

そして、本実施形態では、第３ロータ部材１３の内径Ｒ１ａと、溶接部２０の外径Ｒ２とが下記式（２）に示す関係である。

Ｒ１ａ≦（Ｒ２−Ｒ１ａ） ・・・（２）

換言すると、本実施形態では、空洞部４０の半径Ｒ１ａは、第１ロータ部材１１の継手部分および第２ロータ部材１２の継手部分の半径（＝Ｒ２）に対して、半分以下である（つまり、Ｒ１ａ≦０．５・Ｒ２）。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｄは、上記した式（２）を満たす。このため、第２実施形態の場合と同様な作用によって、応力を効果的に低減することができる。

したがって、本実施形態では、蒸気タービンロータ１ｄの信頼性を十分に向上させることができる。

＜第５実施形態＞
［Ａ］構成など
図８は、第５実施形態に係る蒸気タービンロータの一部を模式的に示す図である。図８では、図１と同様に、蒸気タービンロータ１ｅに関して、水平面（ｘｙ面）に対して垂直であって、蒸気タービンロータ１ｅの中心軸ＡＸに沿った鉛直面（ｚｙ面）の断面を示している。また、図８では、蒸気Ｆの流れを太い実線の矢印で示している。

図８に示すように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｅは、第１実施形態（図１参照）の場合と同様に、溶接ロータであって、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と溶接部２０とを有している。しかし、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｅは、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２と溶接部２０との形態が第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、上述した実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記記載と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

第１ロータ部材１１は、図８に示すように、第１実施形態（図１参照）の場合と異なり、凹部１１１が形成されている。凹部１１１は、第１ロータ部材１１において第２ロータ部材１２に接合される面のうち、蒸気タービンロータ１ｅの中心軸ＡＸが貫通する中央部分に形成されている。凹部１１１は、たとえば、円柱形状の空間である。

第２ロータ部材１２は、第１実施形態（図１参照）の場合と異なり、凸部１１２が形成されている。凸部１１２は、第２ロータ部材１２において第１ロータ部材１１に接合される面のうち、蒸気タービンロータ１の中心軸ＡＸが貫通する中央部分に形成されている。凸部１１２は、たとえば、円柱形状であって、第１ロータ部材１１に形成された凹部１１１に一部が収容される。

溶接部２０は、第１ロータ部材１１と第２ロータ部材１２との間において、第２ロータ部材１２に形成された凸部１１２の外周から蒸気タービンロータ１ｅの外周との間に渡って介在するように形成されている。ここでは、第２実施形態の場合と同様に、溶接部２０の内径Ｒ１と外径Ｒ２とが下記式（１）に示す関係を満たす。

Ｒ１≦（Ｒ２−Ｒ１） ・・・（１）

換言すると、本実施形態では、溶接部２０の厚さＴ（Ｔ＝Ｒ２−Ｒ１）は、第１ロータ部材１１の継手部分および第２ロータ部材１２の継手部分の半径（＝Ｒ２）に対して、半分以上である（Ｔ≧０．５・Ｒ２）。すなわち、未溶着部の半径（＝Ｒ１）は、蒸気タービンロータ１ｅの半径（＝Ｒ２）に対して半分以下である（Ｒ１≦０．５・Ｒ２）。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の蒸気タービンロータ１ｅは、上記した式（１）を満たす。このため、第２実施形態の場合と同様な作用によって、応力を効果的に低減することができる。

したがって、本実施形態では、蒸気タービンロータ１ｅの信頼性を十分に向上させることができる。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１Ｊ…蒸気タービンロータ、１１…第１ロータ部材、１２…第２ロータ部材、１３…第３ロータ部材、２０…溶接部、３１…ロータディスク、３２…動翼、４０…空洞部、５０…中心孔。

Claims (5)

1. 蒸気が中心軸に沿った方向に流れることによって前記中心軸を回転軸として回転する蒸気タービンロータであって、
   第１ロータ部材と、
   前記中心軸に沿った方向において前記第１ロータ部材に並ぶように配置されている第２ロータ部材と、
   前記第１ロータ部材および前記第２ロータ部材の間を接合している溶接部と
   を有し、
   前記溶接部は、前記第１ロータ部材と前記第２ロータ部材との間において、当該蒸気タービンロータの中心軸から外周との間に渡って介在するように形成されていることを特徴とする、
   蒸気タービンロータ。
2. 蒸気が中心軸に沿った方向に流れることによって前記中心軸を回転軸として回転する蒸気タービンロータであって、
   第１ロータ部材と、
   前記中心軸に沿った方向において前記第１ロータ部材に並ぶように配置されている第２ロータ部材と、
   前記第１ロータ部材および前記第２ロータ部材の間を接合している溶接部と
   を有し、
   前記溶接部は、前記第１ロータ部材と前記第２ロータ部材との間において、当該蒸気タービンロータの中心軸が貫通する中央部分に空洞部が形成され、当該空洞部の周囲から当該蒸気タービンロータの外周に渡って介在するように形成されており、
   前記溶接部の内径Ｒ１と外径Ｒ２とが下記式（１）に示す関係であることを特徴とする、
   蒸気タービンロータ。
   Ｒ１≦（Ｒ２−Ｒ１） ・・・（１）
3. 蒸気が中心軸に沿った方向に流れることによって前記中心軸を回転軸として回転する蒸気タービンロータであって、
   第１ロータ部材と、
   前記中心軸に沿った方向において前記第１ロータ部材に並ぶように配置されている第２ロータ部材と、
   前記第１ロータ部材および前記第２ロータ部材の間において当該蒸気タービンロータの中心軸が貫通する中央部分に設置されており、前記第１ロータ部材および前記第２ロータ部材よりも外径が小さい第３ロータ部材と、
   前記第１ロータ部材および前記第２ロータ部材の間を接合している溶接部と
   を有し、
   前記溶接部は、前記第１ロータ部材と前記第２ロータ部材との間において、前記第３ロータ部材の外周から前記蒸気タービンロータの外周との間に渡って介在するように形成されていることを特徴とする、
   蒸気タービンロータ。
4. 前記第３ロータ部材は、当該蒸気タービンロータの中心軸が貫通する中央部分に空洞部が形成されており、
   前記第３ロータ部材の内径Ｒ１ａと、前記溶接部の外径Ｒ２とが下記式（２）に示す関係であることを特徴とする、
   請求項３に記載の蒸気タービンロータ。
   Ｒ１ａ≦（Ｒ２−Ｒ１ａ） ・・・（２）
5. 蒸気が中心軸に沿った方向に流れることによって前記中心軸を回転軸として回転する蒸気タービンロータであって、
   第１ロータ部材と、
   前記中心軸に沿った方向において前記第１ロータ部材に並ぶように配置されている第２ロータ部材と、
   前記第１ロータ部材および前記第２ロータ部材の間を接合している溶接部と
   を有し、
   前記第１ロータ部材は、前記第２ロータ部材に接合される面のうち前記蒸気タービンロータの中心軸が貫通する中央部分に凹部が形成され、
   前記第２ロータ部材は、前記第１ロータ部材に形成された凹部に収容される凸部が、前記第１ロータ部材に接合される面のうち前記蒸気タービンロータの中心軸が貫通する中央部分に形成され、
   前記溶接部は、前記第１ロータ部材と前記第２ロータ部材との間において、前記第２ロータ部材に形成された凸部の外周から前記蒸気タービンロータの外周との間に渡って介在するように形成されており、
   前記溶接部の内径Ｒ１と外径Ｒ２とが下記式（１）に示す関係であることを特徴とする、
   蒸気タービンロータ。
   Ｒ１≦（Ｒ２−Ｒ１） ・・・（１）

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