JP4871919B2 - タービン動翼の固定構造 - Google Patents

Description

タービンロータにタービン動翼を嵌め合い構造で固定するタービン動翼の固定構造に関する。

火力・原子力発電所等で使用する蒸気タービンのタービン動翼（動翼）は、フォーク型、逆クリスマスツリー型、鞍型、Ｔルート型等と呼ばれる各種植込み構造によってタービンロータ（ロータ）と連結されている。この中で、逆クリスマスツリー型植込み構造は、ロータの翼溝に動翼の翼植込み部を嵌め合わせるもので、ロータの回転に伴って動翼及びその翼植込み部に作用する遠心力を利用して動翼を固定している。

しかし、この逆クリスマスツリー型植込み構造では、蒸気タービンの回転が停止又は低速になると、組立時に翼植込み部と翼溝の間に形成される間隙が原因で、翼植込み部が翼溝の中で摺動してその接触面が摩耗することがある。また、当該摺動は動翼の先端に取り付けられているカバー等を介し隣接する動翼との接触面に摩耗を発生させることもある。そして、これらの摩耗が著しい場合には、動翼又はタービンロータの新製又は交換が必要となることもある。

この種の課題の解決を試みた技術の１つに、翼植込み部の先端部と翼溝の底部の間に皿バネを挿入し、動翼をタービンロータの径方向外側に押し上げ固定しているものがある（特開平７−１６６８０４号公報等参照）。

特開平７−１６６８０４号公報

しかしながら、上記技術における皿バネは、その構造上、繰り返し荷重によるへたりや経年的使用による変形によって押し上げ力が低下するおそれがある。そのため、長期的な信頼性を確保するために定期的な保守点検・交換が必要となる。

本発明の目的は、動翼やタービンロータの寿命を簡易に延長することができるタービン動翼の固定構造を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、タービンロータにタービン動翼を嵌め合い構造で固定するタービン動翼の固定構造において、翼フック部及び翼ネック部を有する逆クリスマスツリー型の翼植込み部を有するタービン動翼と、前記翼フック部と係合されるロータネック部、及び前記翼ネック部と係合されるロータフック部を有し、前記翼植込み部が嵌め合わされた翼溝と、この翼溝の底部と前記翼植込み部の先端の間に形成された隙間に挿入され、前記タービン動翼を固定する翼固定部材と、この翼固定部材の一部又は全面に予め形成されており、前記翼固定部材が前記隙間に挿入される際に余分な部分が削られて残った部分が前記隙間を埋める摩耗性皮膜とを備える。

本発明によれば、翼植込み部の先端部と翼溝の底部を隙間無く埋めることができるので、動翼やタービンロータの寿命を簡易に延長することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るタービンロータの概略図、図２は図１中のディスク２と動翼３付近の拡大図である。

図１に示すタービンロータは、シャフト１と、シャフト１の軸方向に複数取り付けられたディスク２と、ディスク２の周方向に複数固定されたタービン動翼３を備えている。

図２において、ディスク２の外周には、所定の間隔を介して、タービンロータの軸方向に穿たれた複数の翼溝５が設けられている。各翼溝５には、タービンロータの径方向に沿ってロータフック部（凸部）２０及びロータネック部（凹部）２１が交互に複数設けられており、翼溝５は動翼３の翼植込み部７（後述）が嵌め合わされるように構成されている。

動翼３は、翼植込み部７と、翼部８と、カバー（インテグラルカバー）９を備えており、翼植込み部７を介して翼溝５に固定されている。カバー９は、翼部８の先端に取り付けられており、隣り合う２つの動翼３のカバー９と係合して翼部８の姿勢を固定している。

図３は動翼３の翼植込み部７の拡大図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して、説明は省略する（後の図も同様とする）。

この図において、翼植込み部７は、ロータネック部２１と係合する翼フック部（凸部）１０と、ロータフック部２０と係合する翼ネック部（凹部）１１を有しており、いわゆる逆クリスマスツリー型に形成されている。翼植込み部７の先端部１２（すなわち、翼植込み部７が翼溝５の底部２２と対向する部分）には、スロット（隙間）１５が設けられている。スロット１５には、１枚又は複数枚の翼固定部材３０が挿入されている。

スロット１５は、翼溝５の底部２２と翼植込み部７の先端部１２の間に形成された隙間である。ところで、スロット１５が無い場合、翼植込み部７の先端部１２と翼溝５の底部２２の隙間は、通常、１ｍｍ以下程度の大きさとなり、そのままでは翼固定部材３０を挿入することが困難である。なぜなら、翼固定部材３０の挿入には押し上げ力を持ったバネなどを押し込むことが必要であるが、高さ１ｍｍ未満のバネでは剛性が低く、横から押し隙間に込む作業が非常に困難だからである。そこで、スロット１５の高さ（ｈ１５）は、少なくとも２〜５ｍｍ程度に形成することが好ましい。この程度の隙間を形成すれば、タービンロータの軸方向から押し込むために必要な剛性を翼固定部材３０に確保することができる。

翼固定部材３０は、スロット１５に挿入され、タービンロータの径方向外側に動翼３を押し上げて固定する部材である。翼固定部材３０の一部又は全面には、予め摩耗性皮膜（Abradable Coating）３５が形成されている。

図４は本実施の形態に係る翼固定部材３０の概略図である。この図において、図４（ａ）は翼固定部材３０の正面図、図４（ｂ）はその上面図、図４（ｃ）はその側面図である。なお、図中の矢印Ｄは、スロット１５への挿入方向を示している。

本実施の形態では、翼固定部材３０として、図４に示した平板状の部材を用いている。図４の翼固定部材３０において、スロット１５に挿入される前の翼固定部材３０の上下面には、均等に摩耗性コーティングが施されており、摩耗性皮膜３５が形成されている。例えば、スロット１５の高さ（ｈ１５）を上記のように２〜５ｍｍとした場合、スロット高さ（ｈ１５）を含めた隙間のばらつきは通常±０．１ｍｍ程度に抑えられる。そのため、翼固定部材３０の厚さ（ｔ３０）は、スロット高さ（ｈ１５）から０．２〜０．４ｍｍを減じた程度のものとし、翼固定部材３０の上下面にそれぞれ０．２〜０．３ｍｍ程度の厚さ（ｔ３５）の摩耗性皮膜３５を形成することが好ましい。

このように摩耗性皮膜３５を形成してスロット高さより厚くなった翼固定部材３０をスロット１５に対して打ち込んでいくと、スロット高さ（ｈ１５）からはみ出した余分な摩耗性皮膜３５が隙間の形状に合わせて削られ、残った摩耗性皮膜３５がスロット１５と翼固定部材３０の間を隙間無く埋める。これにより動翼３は、タービンロータの径方向外側に押し上げられながら、翼根元部７を介して隙間無く翼溝５に固定される。

次に、従来の翼固定部材（板バネ）による動翼の固定を参照しながら、本実施の形態の効果について説明する。

図５は従来のタービン動翼の固定構造における板バネの概略図である。この図において、図５（ａ）はその正面図、図５（ｂ）はその上面図である。

この図に示す板バネ５０は中央部分で屈曲されており、その高さはスロット高さ（ｈ１５）より高くなっている。スロット１５内に挿入される際、板バネ５０はスロット高さ（ｈ１５）に至るまで上下方向に圧縮され、その姿勢でスロット１５内に保持される。この従来技術は、スロット１５内で圧縮された板バネ５０の復元力を利用して、動翼３をタービンロータの径方向外側に押し上げて固定するものである。しかし、板バネ５０は、その構造上、繰り返し荷重によるへたりや経年的使用による変形によって押し上げ力が低下するおそれがある。そのため、長期的な信頼性を確保するために定期的な保守点検・交換が必要となる。

また、その他の技術には、翼固定部材として、挿入方向に沿って徐々に厚みが薄くなるように形成されたテーパ付きシム（図示せず）を利用するものがある。しかし、この方法では、蒸気タービンの運転中の振動等でシムがずれ、押し上げ力が失われる可能性がある。

このような従来技術に対し、本実施の形態のタービン動翼の固定構造では、その表面に摩耗性皮膜３５を予め形成した翼固定部材３０を利用している。この翼固定部材３０によれば、翼固定部材３０がスロット１５に挿入される際に余分な部分を削り取ることで摩耗性皮膜３５を隙間の形状に適合させることができ、残った摩耗性皮膜３５で翼植込み部７の先端部１２と翼溝５の底部２２の間を隙間無く埋めることができる。摩耗性部材３５は、上記板バネ５０と比較して経年使用に強く、また、上記テーパ付きシムのように振動によってズレが生じることもないので、動翼３の固定に対する信頼性を長期に確保することができる。このように本実施の形態によれば、摩耗性皮膜３５で隙間を埋めることにより長期的な信頼性が確保できるので、動翼３やタービンロータの寿命を簡易に延長することができる。

なお、上記の本実施の形態では、翼固定部材３０の上下面に摩耗性皮膜３５を形成することで、翼固定部材３０の上下を隙間なく埋めたが、翼固定部材３０の全面に摩耗性皮膜３５を形成しても良いし、翼植込み部７と翼溝部５の間に間隙が形成されないように翼固定部材３０の一部に摩耗性皮膜３５を形成しても良い。すなわち、摩耗性皮膜３５を翼固定部材３０上に形成する態様としては、翼植込み部７の先端部１２と翼溝５の底部２２の間の少なくとも一部を、翼固定部材３０と摩耗性皮膜３５で隙間無く埋められるものであれば良い。

また、翼固定部材をスロット１５に挿入する際の作業性の向上を図る場合には、摩耗性皮膜を下記のように形成することが好ましい。

図６は本実施の形態に係る翼固定部材の変形例の概略図である。この図において、図６（ａ）は翼固定部材３０Ａの正面図、図６（ｂ）はその上面図、図６（ｃ）はその側面図である。なお、図中の矢印Ｄは、スロット１５への挿入方向を示している。

この図に示す翼固定部材３０Ａは、その上下面に、翼固定部材３０Ａの挿入方向Ｄに沿って厚みが減少するように形成された摩耗性皮膜３５Ａを有している。すなわち、摩耗性皮膜３５Ａは、翼固定部材３０Ａが最初にスロット１５内に入る部分で最も薄く形成されており、その後、挿入方向Ｄと反対に向かって厚みが増加するように形成されている。

このように摩耗性皮膜３５Ａを形成すると、図４で示したように形成したときと比較して、翼固定部材３０Ａを容易にスロット１５内に導入することができる。これにより翼固定部材３５Ａをスロット１５に挿入する際の作業性を向上させることができる。なお、この場合も、翼固定部材３０Ａの上下面に摩耗性皮膜３５Ａを形成しているが、翼固定部材３０Ａの全面又は一部に形成しても勿論良い。

本発明の実施の形態に係るタービンロータの概略図。 本発明の実施の形態に係るディスクとタービン動翼付近の拡大図。 本発明の実施の形態に係るタービン動翼における翼植込み部の拡大図。 本実施の形態に係る翼固定部材の概略図。 従来のタービン動翼の固定構造における板バネの概略図。 本実施の形態に係る翼固定部材の変形例の概略図。

符号の説明

３ タービン動翼
５ 翼溝
７ 翼植込み部
１０ 翼フック
１１ 翼ネック部
１２ 翼植込み部の先端部
１５ スロット
２０ ロータフック部
２１ ロータネック部
２２ 翼溝の底部
３０ 翼固定部材
３５ 摩耗性皮膜

Claims (2)

1. タービンロータにタービン動翼を嵌め合い構造で固定するタービン動翼の固定構造において、
   翼フック部及び翼ネック部を有する逆クリスマスツリー型の翼植込み部を有するタービン動翼と、
   前記翼フック部と係合するロータネック部、及び前記翼ネック部と係合するロータフック部を有し、前記翼植込み部が嵌め合わされた翼溝と、
   この翼溝の底部と前記翼植込み部の先端部の間に形成された隙間に挿入され、前記タービン動翼を固定する翼固定部材と、
   この翼固定部材の一部又は全面に予め形成されており、前記翼固定部材が前記隙間に挿入される際に余分な部分が削られ、残った部分が前記隙間を埋める摩耗性皮膜とを備えることを特徴とするタービン動翼の固定構造。
2. 請求項１記載のタービン動翼の固定構造において、
   前記摩耗性皮膜は、前記翼固定部材の挿入方向に沿って厚みが減少するように形成されていることを特徴とするタービン動翼の固定構造。

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