JP2567044B2 - タービン動翼の結合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はタービン動翼の結合装置に係り、特に運転中
におけるタービン動翼の振動を効果的に抑制できるター
ビン動翼の結合装置に関する。

（従来の技術） 一般に、原子力発電のベースロード的運用の増加に伴
い、火力用タービンでは起動停止を頻繁に行ういわゆる
DSS運転が多く行われている。したがって、火力用ター
ビンでは定格回転数あるいは低負荷運転に対する信頼性
の他に、起動停止時の運転条件に対しても十分な信頼性
が要求されるに至っている。

ところで、運転中におけるタービン動翼には、回転遠
心力によるねじり戻り（以下、アンツイストという）が
作用する。従来、このアンツイストの作用を利用してタ
ービン動翼の振動を抑制しながらタービン動翼相互間を
結合するようにした結合装置は知られている。第６図は
この種の従来の結合装置を示している。1aおよび2aはそ
れぞれ隣接するタービン動翼の翼先端を示し、1bおよび
2bはそれぞれ翼の前縁側に翼と一体的に形成された前縁
スナッバを示し、1cおよび2cはそれぞれ翼の後縁側に翼
と一体的に形成された後縁スナッバを示している。

タービンロータの回転数の上昇に伴い翼に作用する遠
心力が増大すると、翼にはアンツイストが作用して、ス
ナッバ1c,2bの接触面1f,2fが互いに接触する。Ｄはター
ビン動翼の組立時に設定された隙間である。この隙間Ｄ
は回転上昇時のスナッバ接触開始会回転および定格回転
時のスナッバ間反力などを考慮して設定されている。こ
の隙間Ｄが大きすぎると運転中にアンツイストが作用し
ても接触面1f,2fが接触せず、反対に小さすぎるとアン
ツイストが作用したとき翼とスナッバとの結合部に過大
な応力が生じる。

第７図は運転中にスナッバ1c,2bが接触した状態を示
している。接触時におけるスナッバ1c,2bの相対的な位
置関係は初期クリアランスにより定まり、従ってある回
転数で接触した後は回転数上昇に伴って位置関係が変化
するようなことはなく反力のみが増大して行く。そのた
めスナッバの接触開始回転数は定格回転時に生じる応
力、特にスナッバと翼の境界部の応力とを十分に考慮し
て設定する必要がある。この接触開始回転数を設定する
ことは、換言すれば、スナッバ間の初期クリアランスを
設定することである。この初期クリアランスを大きくす
ると接触開始回転数が上昇して定格時の翼の応力が低減
する一方で、隣接するスナッバの相対位置変化により接
触面積が少なくなり、面圧が過大になる恐れがある。ス
ナッバ間のクリアランスはこの接触面圧と翼の応力の２
つの制限値から主に決定されることになる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、タービンの起動停止が頻繁に行われるよう
な場合には、定格回転時とオーバースピード時の静的強
度や振動特性を検討するだけでなく、回転数上昇、降下
時における振動特性などについても十分な検討が必要に
なる。この回転数上昇、降下時における振動特性で特に
問題となるのは、翼の低次モードの振動数が回転倍数の
低次成分と一致して共振する場合である。これは車室形
状などにより異なるが、翼に作用する励振力は回転次数
が小さいほど大きくなる傾向にあり、また翼の振動の応
答量は高次モードより低次モードの方が格段に大きくな
る傾向にある。

第８図はキャンベル線図の一例であり、タービンロー
タ回転数と固有振動数の変化および回転倍数励振成分の
関係を示している。Ｔは翼の低次モードの固有振動数を
示し、回転数Rrで回転数の２倍励振成分と共振すること
を示している。共振回転数Rrは翼の固有振動数により定
まる。Rcはスナッバが接触を開始する回転数である。こ
の回転数Rcを界にして翼の振動特性が単羽根モード（単
一の羽根での振動モード）から全周一群モードに移行す
る。回転数Rcはスナッバ間の組立クリアランスにより定
まる。また、全周一群モードの振動においては、最低次
の振動すなわち接線方向の一次振動はノイズレベルの振
動になる。同図の例は、スナッバが接触しない単羽根モ
ード振動の最低次接線方向一次振動が回転数の２倍励振
成分とFrで共振することを示している。

第９図はスナッバ間の組立クリアランスの接触開始回
転数との関係を示している。組立クリアランスをd1とす
ればスナッバは回転数R1で接触し、さらに回転数が上昇
して定格回転数になった時点では、変形が拘束されてい
るので反力F1が生じる。また、組立クリアランスをd2と
すればスナッバは回転数R2で接触し、さらに回転数が上
昇して定格回転数になった時点では、変形が拘束されて
いるので反力F2が生じる。このように組立クリアランス
を大きくしてスナッバの接触開始回転数を高く設定する
と、定格回転時あるいはオーバースピード時のスナッバ
間反力は小さくなるが、共振回転数Rrの通過時点は単羽
根状態で通過することになる。単羽根状態とは隣接翼ど
うしか未接触のフリースタンディングの状態をいう。単
羽根状態ではスナッバの接触がないので振動減衰効果は
期待できず、羽根としての構造減衰が羽根植込部に期待
できるだけである。しかし、羽根植込部は形状が複雑で
あるので、遠心力による応力が集中し易く、それに振動
が加わると羽根植込部自体が危険な状態になる。また、
羽根植込部の構造減衰作用は比較的小さく、起動停止の
度毎に大きな振動応力が作用すれば、羽根植込部の構造
上の信頼性は著しく低下する。

また、スナッバ間の組立クリアランスが小さい場合に
は、翼の低次モード振動が回転倍数の低次成分と共振す
る前に、上記スナッバが接触するため、翼が回転上昇あ
るいは回転降下する間に回転倍数成分と共振しても大き
な減衰効果を期待することができ、振動応力を十分に抑
制することができる。しかし、定格回転時あるいはオー
バースピード時にはスナッバ間の反力が大きくなるの
で、翼に過大な応力が作用する。この応力が設計上で許
容できない場合には、スナッバ間の組立クリアランスを
大きくしなければならない。また、応力を許容できたと
しても、低速回転からスナッバを拘束したことによる応
力は遠心応力に加算されて残るため、翼の振動に対する
信頼性を低下させる。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有す
る問題点を解消し、定格回転時あるいはオーバースピー
ド時に過大な応力が発生せず、しかも回転上昇あるいは
回転降下時に共振に対する振動減衰降下を期待できるタ
ービン動翼の結合装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、タービン動翼
の翼先端部に前縁側に突出する前縁スナッバと後縁側に
突出する後縁スナッバを形成し、前記前縁スナッバと前
記後縁スナッバのうちいずれか一方のスナッバの一側面
には平坦な接触面を形成し、隣接するタービン動翼の他
方のスナッバの一側面には回転上昇または回転降下時に
接触し得る接触面と定格回転時に接触し得る接触面を形
成したことを特徴とするものである。

（作 用） 本発明によれば、タービンの回転上昇または回転降下
時には、そのとき接触し得る前縁スナッバと後縁スナッ
バの接触面どうしが接触し、タービンの定格回転時に
は、そのとき接触し得る前縁スナッバと後縁スナッバの
接触面どうしが接触するので、２段階に亙って接触面ど
うしが接触することになるので、アンツイスト拘束によ
る反力が小さくなるだけでなく、回転上昇中の共振時の
振動応力をも抑えることができるものである。

（実施例） 以下、本発明によるタービン動翼の結合装置の一実施
例を第６図と同一部分に同一符号を付して示した第１図
乃至第５図を参照して説明する。

第１図において1aおよび2aはそれぞれ隣接するタービ
ン動翼の翼先端を示し、翼1aの前縁部には前縁スナッバ
1bが一体的に形成され、翼1aの後縁部には後縁スナッバ
1cが一体的に形成されている。翼2aの前縁部には前縁ス
ナッバ2bが一体的に形成され、翼2aの後縁部には後縁ス
ナッバ2cが一体的に形成されている。翼1aの後縁スナッ
バ1cの一側面、すなわち翼2aの前縁スナッバ2bに対向す
る一側面には、２段に亙るしかも段差ｄを有する段状の
接触面1f,1gが形成され、この接触面1f,1gに対向する上
記翼2aの前縁スナッバ2bの一側面にはほぼ平坦な接触面
2hが形成されている。すなわち、いずれの翼を同様にし
て前縁スナッバ1b,2bの一側面には平坦な接触面が形成
され、後縁スナッバ1c,2cの一側面には２段に亙るしか
も段差ｄを有する段状の接触面が形成されている。な
お、後縁スナッバ1cの接触面1gは低速回転時における接
触面であり、接触面1fは定格回転時あるいはオーバース
ピード時における正規の接触面である。

組立時におけるスナッバ間のクリアランスは次のよう
に設定される。先ず、接触面1fの接触面2hとのクリアラ
ンスは、定格回転時に両者の接触面1f,2hが接触状態に
あり、そのときの反力が過大にならないように設定され
る。また、接触面1gと接触面2hとのクリアランスは、回
転上昇時に羽根の最低次モード固有振動が回転倍数成分
と共振する前の低回転数のときに両者の接触面1g,2hが
接触するように小さく設定される。

次に、本実施例の作用を説明する。

第２図および第３図はそれぞれタービン動翼にアンツ
イストが作用した状態を示している。第２図は回転上昇
中の低速回転時の状態、第３図は定格回転時の状態であ
る。

先ず、タービンの回転を上昇させて行くと、第２図に
示されるように、接触面1g,2hが接触する。この状態で
は回転上昇中に羽根の最低次振動が回転倍数の低次成分
と共振しても、両接触面1g,2hに作用する摩擦により振
動が減衰される。このとき、接触面1g,2hの間に予め若
干のクリアランスを残しておいて、羽根の共振時にスナ
ッバどうしが衝突し合うようにして振動減衰させても良
い。

次に、羽根の低次モードの振動が回転倍数成分との共
振状態を通過し、さらにここから回転数が上昇し、ター
ビンの回転が定格回転に至ると、アンツイストの作用が
増大し、第３図に示されるように、接触面2f,2hが接触
する。この状態になると、蒸気力等の励振に対して、摩
擦による振動減衰効果を期待することができる。しか
も、接触部が滑り運動（第２図から第３図へ）をする最
中に、スナッバ1cの接触面段部1iにスナッバ2bの端面2j
が衝突するので、この衝突による振動減衰効果をも同時
に期待することができる。

また、アンツイスト拘束により翼に発生する応力は、
接触面1fと接触面2hとの組立時クリアランスを所定量に
設定することにより調整することができる。また、接触
面1gと接触面2hとの接触開始界点数についても、組立時
の初期クリアランスを所定量に設定することにより自由
に調整することができる。

しかして、本実施例によれば、低速回転時にスナッバ
どうしが一旦接触するにも拘らず、そのままアンツイス
ト拘束されてしまわないで、接触が２段に亙って変化す
ることになるので、定格回転時に、翼に高応力が発生し
ないようスナッバ間反力を調整することができる。ま
た、アンツイスト拘束による反力を小さくすることがで
きるだけでなく、回転上昇中の共振時にもスナッバの接
触状態が作り出されるので、振動応力を低減することが
できる。

第４図は他の実施例を示している。

翼1aの後縁スナッバ1cの一側面には接触面1kが形成さ
れ、この接触面1kのほぼ中央には突起1mが形成されてい
る。また、この接触面1kに対向する翼2aの前縁スナッバ
2bの一側面には平坦な接触面2nが形成されている。これ
によれば、低速回転時には接触面1k状の突起1mと接触面
2nとが接触または衝突し、定格回転時には接触面1kと接
触面2nとが接触または衝突する。したがって、この実施
例によってもアンツイスト拘束による反力を小さくする
だけでなく、回転上昇中の共振時にもスナッバの接触状
態が作り出されるので、振動応力を低減することができ
る。

第２図は他の実施例を示している。

翼1aの後縁スナッバ1cの一側面には平坦な接触面1pが
形成され、この接触面1pに対向する翼2aの前縁スナッバ
2bの一側面には２段に亙る段状の接触面2q、2rが形成さ
れている。これによれば、低速回転時には接触面1pと接
触面2rとが接触または衝突し、定格回転時には接触面1p
と接触面2qとが接触または衝突する。したがって、この
実施例によってもアンツイスト拘束による反力を小さく
するだけでなく、回転上昇中の共振時にもスナッバの接
触状態が作り出されるので、振動応力を低減することが
できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、タ
ービンの回転上昇または回転降下時には、そのとき接触
し得る前縁スナッバと後縁スナッバの接触面どうしが接
触し、タービンの定格回転時には、そのとき接触し得る
前縁スナッバと後縁スナッバの接触面どうしが接触する
よう構成されているので、タービンの運転中に２段階に
亙って接触面どうしが接触することになるので、アンツ
イスト拘束による反力を小さくすることができるだけで
なく、回転上昇中の共振時の振動応力をも抑えることが
できる。また、これにより定格回転時の信頼性を増すこ
とができるだけでなく、DSS運用等の厳しい運転条件下
にも十分に耐え得るものにすることができる等の効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービン動翼の結合装置の一実施
例を示す平面図、第２、３図は同じく作用を説明する説
明図、第４、５図はそれぞれ本発明によるタービン動翼
の結合装置の他の実施例を示す平面図、第６図は従来の
タービン動翼の結合装置を示す平面図、第７図は同じく
作用を説明する説明図、第８図はスナッバ全周一群翼の
キャンベル線図の一例を示す線図、第９図は組立クリア
ランスと接触開始回転数およびスナッバ間反力の関係を
示す線図である。 1a,2a……翼先端部、1b,2b……前縁スナッバ、1c,2c…
…後縁スナッバ、1f,1g、1k,1m……接触面、2h,2n……
接触面、1i……段差、2j……スナッバ端面。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービン動翼の翼先端部に前縁側に突出す
   る前縁スナッバと後縁側に突出する後縁スナッバを形成
   し、前記前縁スナッバと前記後縁スナッバのうちいずれ
   か一方のスナッバの一側面には平坦な接触面を形成し、
   隣接するタービン動翼の他方のスナッバの一側面には回
   転上昇または回転降下時に接触し得る接触面と定格回転
   時に接触し得る接触面を形成したことを特徴とするター
   ビン動翼の結合装置。