JP6434780B2 - タービン用ロータアセンブリ、タービン、及び、動翼 - Google Patents

Description

本開示はタービン用ロータアセンブリ、タービン、及び、動翼に関する。

例えば発電等に利用される軸流式のタービンは、車室に固定された複数の静翼列、及び、ロータ軸に固定された複数の動翼列を有し、静翼列及び動翼列は、それぞれ複数のタービン静翼及びタービン動翼からなる。
タービン動翼には、Ｔ形の翼根部を有するものがある。翼根部は、ロータ軸に設けられた翼溝に嵌合され、これによりタービン動翼がロータ軸に固定される。翼溝もまた、翼根部の形状に対応したＴ形の横断面形状を有している。タービンの運転中、タービン動翼には遠心力が作用し、ロータ軸の径方向にて外方を向いた翼根部の当接面が、ロータ軸の径方向にて内方を向いたロータ軸のベアリング面と当接する。

この種のタービン動翼として、特許文献１が開示するタービン動翼では、翼根部のＴ字の縦棒に相当する首部に段差が設けられている。この段差は、ロータ軸の一部をなすロータ円板が静止している状態では、翼溝の壁面から離間している。一方で、この段差は、タービンの運転中にタービン動翼の振動振幅が大きくなると、翼溝の壁面に当接するように構成されている。この構成によれば、タービン動翼の振動の境界条件を変化させることで、翼振動数を変化させることができる。その結果として、特定励振周波数との共振を回避することができ、タービン動翼の信頼性を大幅に向上させることができる。
また、特許文献１が開示するタービン動翼では、翼根部の前記首部の一端がロータ軸の外周面からロータ軸の径方向にて外方に延びて、その部位は、ロータ軸の軸方向長さが翼溝内の前記首部の幅より大きく形成され、そこが、翼プロフィル部を支持するプラットホーム部となっている。

特開平７−６３００４号公報

近年、タービンには、大型化を招くことなく段落数、すなわち静翼列及び動翼列の数を増やすことが求められている。あるいは、同じ段落数のまま、小型化を図ることが求められている。かかる要求を満たすための手段として、ロータ軸の軸線方向での各段落の長さを短縮することが考えられる。
しかしながら、特許文献１が開示するタービン動翼及びロータ円板を用いた場合、ロータ軸の軸線方向での段落の長さを短縮することは困難である。なぜならば、翼根部の首部に段差を設けた関係上（特許文献１の図１、図７参照）、翼溝の横断面形状がＴ形のままであれば、ロータ軸のベアリング面と翼根部の当接面との間の接触面積を十分に確保するために、翼根部の当接面を特許文献１の図１の（Ｗ１-Ｗ）分ほどロータ軸の軸線方向に延長しなければならないからである。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、動翼列の間隔を縮小可能なタービン用ロータアセンブリ、タービン及び動翼を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン用ロータアセンブリは、
周方向に沿って延びる翼溝が形成されたロータ軸と、
前記ロータ軸の径方向にて前記ロータ軸の外側に配置される翼プロフィル部及び前記翼プロフィル部と一体に設けられて前記翼溝に嵌合された翼根部をそれぞれ有する複数の動翼と、を備え、
前記ロータ軸は、
それぞれ前記ロータ軸の外周面から前記ロータ軸の径方向にて外方に向かって突出するとともに前記ロータ軸の軸線方向にて相互に離間し、前記翼溝の壁面の一部及び前記翼溝の開口を構成する２つの突起部と、
それぞれ前記ロータ軸の外周面よりも前記ロータ軸の径方向にて内側に設けられるとともに前記ロータ軸の径方向にて内方を向き、前記ロータ軸の軸線方向に相互に離間して前記翼溝の壁面の一部を構成する２つのベアリング面と、
それぞれ前記ロータ軸の径方向にて前記ベアリング面と前記突起部の外周面との間に位置し、前記ロータ軸の軸線方向にて相互に対向して前記翼溝の壁面の一部を構成する２つの第１対向面と、
それぞれ前記ロータ軸の径方向にて前記ベアリング面と前記突起部の外周面との間に位置するとともに前記２つの第１対向面よりも外側に位置し、前記第１対向面同士の間隔よりも大きな間隔を存して前記ロータ軸の軸線方向にて相互に対向して前記翼溝の壁面の一部を構成する２つの第２対向面とを有し、
前記動翼の翼根部は、
前記ロータ軸の軸線方向にて相互に離間するとともに前記ロータ軸の径方向にて前記２つのベアリング面とそれぞれ当接可能な２つの当接面と、
前記２つの第１対向面とそれぞれ対向する２つの第１側面と、
前記第１対向面と前記第１側面との間隔よりも小さい間隔を存して前記２つの第２対向面とそれぞれ対向する２つの第２側面と、
前記動翼の翼根部が前記ロータ軸に形成された前記翼溝に組み付けられたときに、前記ロータ軸の径方向にて前記２つの突起部それぞれの外周面の隣に位置し、前記翼プロフィル部に連なるプラットホーム部の一部となる２つの鍔部とを有する。

この構成によれば、動翼の翼根部が第１側面及び第２側面を有しているのに対応して、ロータ軸が、翼溝の壁面の一部を構成する第１対向面及び第２対向面を有している。第１対向面同士の間隔は、第２対向面同士の間隔よりも小さく、これら間隔の差に対応して、翼根部の当接面とロータ軸のベアリング面との接触面積を拡大することができる。このため、ロータ軸の軸線方向での翼根部の長さを短くすることができ、動翼列の間隔を狭くすることができる。
この結果として、このタービン用ロータアセンブリを用いたタービンでは、大型化を抑えながら段落数を増やすことができ、或いは、同じ段落数のままであれば小型化を図ることができる。
また、第２対向面が、翼根部の第２側面に対向し、ロータ軸の外周面からロータ軸の径方向にて外方に延びた翼根部の一部を覆い、露出部分を減らして、隣り合う翼根部間の隙間からの作動流体の漏れを低減することができる。
さらにまた、翼根部に、それを翼溝に組み付けたときに、ロータ軸の径方向にて２つの突起部それぞれの外周面の隣に位置することとなる２つの鍔部を設け、その鍔部を含めてプラットホーム部としたことにより、翼プロフィル部を支持するプラットホーム部を大きく形成することができる。
突起部の外周部空間をプラットホーム部の一部に利用したことにより、突起部の幅（ロータ軸の軸線方向の長さ）の分だけタービン段落の長さを大きくしたり、あるいは、タービン段落の長さはそのままで、プラットホーム部を（延いては翼プロフィル部を）小さく形成する必要はない。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記当接面を形成する位置における前記翼根部の、該当接面を含めた、前記ロータ軸の軸線方向での長さは前記プラットホーム部の長さの１．２倍以下である。
この構成によれば、当接面を形成する位置における翼根部の、該当接面を含めた、ロータ軸の軸線方向での長さをプラットホーム部の長さの１．２倍以下にすることで、動翼列の間隔を確実に狭くすることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（２）において、
前記当接面を形成する位置における前記翼根部の、該当接面を含めた、前記ロータ軸の軸線方向での長さは前記プラットホーム部の長さ以下である。
この構成によれば、当接面を形成する位置における翼根部の、該当接面を含めた、ロータ軸の軸線方向での長さをプラットホーム部の長さ以下にすることで、動翼列の間隔をより確実に狭くすることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記２つの突起部は、作動流体の流れ方向にて上流側に位置する第１の突起部と、下流側に位置する第２の突起部とからなり、
前記ロータ軸の径方向において、少なくとも前記第１鍔部の長さは、前記ロータ軸の外周面から前記第１の突起部の外周面までの長さよりも短い。

複数の動翼がロータ軸の周方向に沿って配列されている場合、周方向にて鍔部同士の間に隙間があると、作動流体が隙間を流れてしまい、タービンの効率が低下してしまう。この点、２つの鍔部のうち、作動流体の流れ方向上流側の鍔部のロータ軸の径方向での長さが該鍔部の内周側の隣に位置する突起部よりも短ければ、該鍔部同士の間の隙間を小さくすることができ、作動流体の漏れ流れを低減することができる。
この結果として、このタービン用ロータアセンブリを用いたタービンでは、効率を高めることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（４）の何れか１つにおいて、
前記ロータ軸はドラム形である。
一般的に、ロータ軸がドラム形である場合、動翼は反動翼である。動翼が反動翼の場合、衝動翼の場合に比べて段落数が多くなる傾向がある。この点、上記構成によれば、ロータ軸の軸線方向での動翼列の間隔を狭くすることができるので、段落数が多くても、タービンの大型化を抑制することができる。

（６）本発明の少なくとも一実施形態によれば、
上記構成（１）乃至（５）の何れか１つのタービン用ロータアセンブリと、
前記タービン用ロータアセンブリを囲むハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられた複数の静翼と
を備えるタービンが提供される。

上記構成（１）乃至（５）の何れか１つのタービン用ロータアセンブリでは、ロータ軸の軸線方向での翼根部の長さを短くすることができ、動翼列の間隔を狭くすることができる。従って、このタービン用ロータアセンブリを用いたタービンでは、大型化を抑えながら段落数を増やすことができ、或いは、同じ段落数のままであれば小型化を図ることができる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態によれば、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つに記載のタービン用ロータアセンブリに用いられる動翼が提供される。
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る動翼は、
ロータ軸の外周面から内部へ穿孔される周方向断面Ｔ字状の翼溝に周方向へ嵌合される翼根部がＴ字形状を有する動翼であって、
前記動翼は、
前記翼溝を規定する前記ロータ軸の径方向に延びる２つのロータ軸径方向穿孔面とそれぞれ対向する２つの第１側面と、
前記翼溝を規定する前記ロータ軸の軸方向に延び、ベアリング面となるロータ軸外周面側穿孔面（＝ベアリング面）と当接可能な当接面と、
前記ロータ軸の外周面から前記ロータ軸の径方向に突出する突起部の、ロータ軸の軸線方向にて相互に離間し前記翼溝のロータ軸径方向の壁面の一部を構成する、２つのロータ軸径方向環状面（＝第２対向面）とそれぞれ対向し、それら間隔が、前記２つの第１側面間の間隔より大きい２つの第２側面と、
前記突起部の、ロータ軸の径方向にて外側に位置するロータ軸径方向頂部外周面の隣に位置し、前記動翼のプラットホーム部を形成する顎部とを有する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、動翼列の間隔を縮小可能なタービン用ロータアセンブリ、タービン及び動翼が提供される。

本発明の一実施形態に係る発電システムの構成を概略的に示すブロック図である。 中圧タービンの概略的な構成を示す縦断面図である。 図２の一部を拡大して概略的に示す部分拡大図である。 図３中のロータ軸の一部と動翼を拡大して概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る発電システムの構成を概略的に示すブロック図である。発電システムは、例えば火力発電システムであり、ボイラ１、高圧タービン３、中圧タービン５と、低圧タービン７、及び、発電機９，１１を備える。発電システムは、例えばクロスコンパウンド形式であり、高圧タービン３及び中圧タービン５が発電機９に連結される一方、２台の低圧タービン７が発電機１１に連結されている。
幾つかの実施形態では、発電システムは、高圧タービン３、中圧タービン５及び低圧タービン７を１つの軸に配置し、一つの発電機９に接続されたタンデムコンパウンド形式である。

幾つかの実施形態では、高圧タービン３、中圧タービン５及び低圧タービン７のうち、幾つかが、あるいは全てが単流排気式のタービンである。
幾つかの実施形態では、タービンの高圧部と中圧部とを１個の車室に納めた高中圧一体型とされ、それに低圧タービンを組み合わせて構成されている。幾つかの実施形態では、高圧タービン３、中圧タービン５、低圧タービン７に、さらに超高圧タービンを組み合わせて構成されている。
また幾つかの実施形態では、発電システムは、ガスタービンを含む複合発電システムである。更に、幾つかの実施形態では、発電システムは自家用であり、幾つかの実施形態では、発電システムは事業用である。

ボイラ１は、燃料としての例えば石炭を燃焼させ、燃焼により発生した熱を利用して、蒸気を発生させる。
例えば、ボイラ１は、エコノマイザ１３、蒸発器１５、過熱器１７、及び、再熱器１９を有する。水は、エコノマイザ１３、蒸発器１５及び過熱器１７により加熱され、これにより過熱蒸気が得られる。過熱蒸気は、高圧タービン３に供給される。高圧タービン３に供給された蒸気は、高圧タービン３で仕事をした後、ボイラ１に一度戻されて再熱器１９に供給される。再熱器１９は、蒸気を加熱し、加熱された蒸気が中圧タービン５に供給される。そして、中圧タービン５で仕事をした蒸気は、低圧タービン７に供給される。低圧タービン７で仕事をした蒸気は、復水器２１で凝縮させられて水になり、得られた水は、復水ポンプ２３によって、ボイラ１に再び供給される。

図２は、中圧タービン５の概略的な構成を示す縦断面図である。
図２の中圧タービン５は、ハウジング（車室）２５と、ロータ軸２７とを備えている。ハウジング２５はロータ軸２７の中間部を囲んでおり、ロータ軸２７の両端部が、ラジアル軸受２９によって回転可能に支持されている。
なお、発電システムは、高圧タービン３、中圧タービン５及び低圧タービン７が、相互に別体のハウジングを有する複車室形であるが、高圧タービン３、中圧タービン５及び低圧タービン７が共通のハウジングを有する単車室形であってもよい。

ロータ軸２７には、ロータ軸２７の軸線方向に相互に離間して複数の動翼列３１が固定されている。一方、ハウジング２５には、翼環３２，３３を介して、ロータ軸２７の軸線方向に相互に離間した複数の静翼列３５が固定されている。

翼環３２，３３とロータ軸２７との間には筒状の内部流路３７が形成され、内部流路３７に静翼列３５及び動翼列３１が配置される。各静翼列３５は、ロータ軸２７の周方向に配列された複数の静翼３９からなり、各静翼３９が翼環３２，３３に対して固定されている。各動翼列３１は、ロータ軸２７の周方向に配列された複数の動翼（タービン動翼）４１からなり、各動翼４１は、ロータ軸２７に対して固定されている。各静翼列３５では、蒸気の流れが加速され、各動翼列３１では、蒸気のエネルギがロータ軸２７の回転エネルギに変換される。

なお、ハウジング２５は、ロータ軸２７の軸線方向にて中央に蒸気入口２５ａを有するとともに、蒸気入口２５ａの両側に２つの蒸気出口２５ｂを有しており、中圧タービン５は複流排気式のタービンである。このため、ハウジング２５の内部には、ロータ軸２７の軸線方向にて中央から互いに反対側に向かう２つの内部流路３７が形成されている。

図３は、図２の一部を拡大して概略的に示している。具体的には、図３は、異なる静翼列３５に属する２つの静翼３９，３９の間に配置された１つの動翼４１を概略的に示している。
図３に示したように、翼環３２はロータ軸２７の周方向に延びる翼溝４３を有する。一方、静翼３９は、相互に一体に形成された翼根部４５、翼プロフィル部４７及びシュラウド部４９を有する。翼根部４５が翼溝４３に嵌合されることにより、静翼３９は翼環３２に固定される。なお、静翼３９のシュラウド部４９には、シール部材５１が取り付けられ、シール部材５１は、シュラウド部４９とロータ軸２７との間の隙間を閉塞している。

また図３に示したように、ロータ軸２７には、ロータ軸２７の周方向に沿って延びる翼溝５３が形成されている。一方、動翼４１は、相互に一体に形成された翼根部５５、翼プロフィル部５７及びシュラウド部５９を有する。翼根部５５が翼溝５３に嵌合されることにより、動翼４１はロータ軸２７に固定される。なお、動翼４１のシュラウド部５９と対向する翼環３２の部分には、シール部材６１が取り付けられ、シール部材６１は、シュラウド部５９と翼環３２との間の隙間を閉塞している。
なお、本明細書では、ロータ軸２７と、ロータ軸２７に固定された複数の動翼４１をまとめてタービン用ロータアセンブリとも称する。

図４は、図３中のロータ軸２７の一部と動翼４１を拡大して示している。以下、図４を参照して、タービン用ロータアセンブリにおける、ロータ軸２７に対する動翼４１の取り付け構造を説明する。
ロータ軸２７は、１つの翼溝５３に対応して２つの突起部６３Ａ，６３Ｂを有する。突起部６３Ａ，６３Ｂは、それぞれロータ軸２７の外周面６５からロータ軸２７の径方向にて外方に向かって突出しており、ロータ軸２７の軸中心線から突起部６３Ａの外周面７１Ａまでのロータ軸２７の径方向の長さと、ロータ軸２７の軸中心線から突起部６３Ｂの外周面７１Ｂまでのロータ軸の径方向の長さとは等しい。突起部６３Ａ，６３Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向にて相互に離間しており、そして、突起部６３Ａ，６３Ｂは、翼溝５３の壁面の一部及び翼溝５３の開口を構成している。

また、ロータ軸２７は、１つの翼溝５３に対応して２つのベアリング面６７Ａ，６７Ｂを有する。２つのベアリング面６７Ａ，６７Ｂは、それぞれロータ軸２７の外周面６５よりもロータ軸２７の径方向にて内側に設けられた円筒状の面であり、ロータ軸２７の径方向にて内方を向いている。そして、２つのベアリング面６７Ａ，６７Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向に相互に離間し、翼溝５３の壁面の一部を構成している。

更に、ロータ軸２７は、１つの翼溝５３に対応して２つの第１対向面６９Ａ，６９Ｂを有する。２つの第１対向面６９Ａ，６９Ｂは、それぞれロータ軸２７の径方向にてベアリング面６７Ａ，６７Ｂと突起部６３Ａ，６３Ｂの外周面７１Ａ，７１Ｂとの間に位置しており、ベアリング面６７Ａ，６７Ｂの内端縁７３Ａ，７３Ｂからロータ軸２７の径方向に沿って延びている。２つの第１対向面６９Ａ，６９Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向にて相互に対向する環状面であり、翼溝５３の壁面の一部を構成している。

また更に、ロータ軸２７は、１つの翼溝５３に対応して２つの第２対向面７５Ａ，７５Ｂを有する。２つの第２対向面７５Ａ，７５Ｂは、それぞれロータ軸２７の径方向にてベアリング面６７Ａ，６７Ｂと突起部６３Ａ，６３Ｂの外周面７１Ａ，７１Ｂとの間に位置するとともに、２つの第１対向面６９Ａ，６９Ｂよりも外側に位置している。

そして、第２対向面７５Ａ，７５Ｂもまた、ロータ軸２７の径方向に沿って延びるとともに、ロータ軸２７の軸線方向にて相互に対向する環状面であり、第２対向面７５Ａ，７５Ｂ同士の間隔Ｌ２は、第１対向面６９Ａ，６９Ｂ同士の間隔Ｌ１よりも大きい。このため、第１対向面６９Ａ，６９Ｂと第２対向面７５Ａ，７５Ｂは、段差面７７Ａ，７７Ｂを介して相互に繋がっている。段差面７７Ａ，７７Ｂは、ロータ軸２７の径方向にて外方を向いた円筒面である。第２対向面７５Ａ，７５Ｂ及び段差面７７Ａ，７７Ｂもまた、翼溝５３の壁面の一部を構成している。

更に、ロータ軸２７は、翼溝５３の底を形成する底面７９を有し、底面７９はロータ軸２７の径方向にて外方を向いた円筒面である。そして、ロータ軸２７の軸線方向にて底面７９の両端縁から立ち上がる第３対向面８１Ａ，８１Ｂが、ベアリング面６７Ａ，６７Ｂの外端縁まで延びている。第３対向面８１Ａ，８１Ｂもまた、ロータ軸２７の径方向に沿って延びるとともに、ロータ軸２７の軸線方向にて相互に対向する環状面である。

一方、動翼４１の翼根部５５は、２つの当接面８３Ａ，８３Ｂ、２つの第１側面８５Ａ，８５Ｂ、及び、２つの第２側面８７Ａ，８７Ｂを有する。
翼根部５５は、Ｔ字の横棒に相当する頭部８９と、Ｔ字の縦棒に相当する首部９１とを有し、２つの当接面８３Ａ，８３Ｂは、頭部８９の壁面の一部を構成している。２つの当接面８３Ａ，８３Ｂは、それぞれロータ軸２７の径方向にて外方を向き、首部９１を挟んでロータ軸２７の軸線方向にて相互に離間している。２つの当接面８３Ａ，８３Ｂは、ロータ軸２７の径方向にて２つのベアリング面６７Ａ，６７Ｂとそれぞれ当接可能であり、ベアリング面６７Ａ，６７Ｂによって、ロータ軸２７の径方向での動翼４１の位置が決定される。

２つの第１側面８５Ａ，８５Ｂは、首部９１の壁面の一部を構成しており、ロータ軸２７の軸線方向にて外方を向いている。そして、２つの第１側面８５Ａ，８５Ｂは、２つの第１対向面６９Ａ，６９Ｂとそれぞれ隙間を存して対向する。
２つの第２側面８７Ａ，８７Ｂもまた首部９１の壁面の一部を構成し、ロータ軸２７の軸線方向にて外方を向いている。２つの第２側面８７Ａ，８７Ｂは、第１対向面６９Ａ，６９Ｂと第１側面８５Ａ，８５Ｂとの間隔よりも小さい間隔を存して、２つの第２対向面７５Ａ，７５Ｂとそれぞれ対向する。
第１側面８５Ａ，８５Ｂ及び第２側面８７Ａ，８７Ｂは、ロータ軸２７の径方向に平行な扇形の面であり、第２側面８７Ａ，８７Ｂは、第１側面８５Ａ，８５Ｂのロータ軸２７の径方向にて外側に位置している。そして、第１側面８５Ａ，８５Ｂと第２側面８７Ａ，８７Ｂは、ロータ軸２７の径方向にて内方を向いた円筒状の段差面９３Ａ，９３Ｂを介して相互に繋がっている。
さらに、翼根部５５の首部９１は、その翼プロフィル部５７側に、鍔部９５Ａ，９５Ｂを有する。鍔部９５Ａ，９５Ｂは、ロータ軸２７の径方向にて前記２つの突起部６３Ａ，６３Ｂそれぞれの外周面７１Ａ，７１Ｂの隣に位置し、翼プロフィル部５７を支持するプラットホーム部９６の一部を構成している。

この構成によれば、動翼４１が第１側面８５Ａ，８５Ｂ及び第２側面８７Ａ，８７Ｂを有しているのに対応して、ロータ軸２７が、翼溝５３の壁面の一部を構成する第１対向面６９Ａ，６９Ｂ及び第２対向面７５Ａ，７５Ｂを有している。第１対向面６９Ａ，６９Ｂ同士の間隔Ｌ１は、第２対向面７５Ａ，７５Ｂ同士の間隔Ｌ２よりも小さく、これら間隔Ｌ１，Ｌ２の差に対応して、翼根部５５の当接面８３Ａ，８３Ｂとロータ軸２７のベアリング面６７Ａ，６７Ｂとの接触面積を拡大することができる。このため、ロータ軸２７の軸線方向での翼根部５５の頭部８９の長さを短くすることができ、動翼列３１の間隔を狭くすることができる。
この結果として、このタービン用ロータアセンブリを用いた中圧タービン５では、大型化を抑えながら段落数を増やすことができ、或いは、同じ段落数のままであれば小型化を図ることができる。

一方、この構成では、突起部６３Ａ，６３Ｂがロータ軸２７の外周面６５から突出していることで動翼４１の翼根部５５の露出面積が少なく、ロータ軸２７の周方向にて隣り合う動翼４１の翼根部５５間の隙間を減らすことができる。このため、作動流体の漏れ流れを低減し、中圧タービン５の効率を向上させることができる。
また、この構成では、翼根部５５の翼プロフィル部５７側に２つの鍔部９５Ａ，９５Ｂを設け、プラットホーム部９６の一部としたことにより、翼プロフィル部５７を支持するプラットホーム部９６を大きく形成することができる。
突起部６３Ａ、６３Ｂの外周部空間をプラットホーム部９６の一部に利用したことにより、突起部６３Ａ、６３Ｂの幅（ロータ軸２７の軸線方向の長さ）の分だけタービン段落の長さを大きくしたり、あるいは、タービン段落の長さはそのままで、プラットホーム部９６を（延いては翼プロフィル部５７を）小さく形成する必要はない。

更に、この構成では、中圧タービン５の運転中、動翼４１の振動が大きくなったとき、第２側面８７Ａ，８７Ｂが第２対向面７５Ａ，７５Ｂに当接することで振動振幅の増大を抑制することができる。
一方で、この構成では、振動振幅が大きくならない限り、翼根部５５はベアリング面６７Ａ，６７Ｂによってのみ安定して拘束される。このため、中圧タービン５の運転中、動翼４１の振動数が安定する。

幾つかの実施形態では、ロータ軸２７の第２対向面７５Ａ、７５Ｂと翼根部５５の第２側面８７Ａ、８７Ｂとの間隔（各々対向した面間の隙間）を、動翼４１をロータ軸２７の周方向に形成された翼溝５３に植え込むために必要な最小の隙間とし、タービン運転中における、動翼４１のロータ軸２７の軸線方向への移動や、動翼４１の翼溝５３内での回転（捩じれ）を拘束し、動翼４１を翼溝５３に固定するように構成することもできる。
なお、上述した各実施形態のタービン用ロータアセンブリは、中圧タービン５のみならず、高圧タービン３や低圧タービン７にも適用可能である。

幾つかの実施形態では、ロータ軸２７の軸線方向での翼根部５５の頭部８９の長さＷはプラットホーム部９６の長さＳの１．２倍以下である。この構成によれば、ロータ軸２７の軸線方向において、翼根部５５の頭部８９の長さＷをプラットホーム部９６の長さＳの１．２倍以下にすることで、動翼列３１の間隔を確実に狭くすることができる。

幾つかの実施形態では、ロータ軸２７の軸線方向での翼根部５５の頭部８９の長さＷはプラットホーム部９６の長さＳ以下である。この構成によれば、ロータ軸２７の軸線方向において、翼根部５５の頭部８９の長さＷをプラットホーム部９６の長さＳ以下にすることで、動翼列３１の間隔をより確実に狭くすることができる。

一方、幾つかの実施形態では、ロータ軸２７の軸線方向での翼根部５５の頭部８９の長さＷは、プラットホーム部９６の長さＳの０．７倍以上である。

幾つかの実施形態では、２つの突起部６３Ａ，６３Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向にて翼溝５３の開口の一方の側に位置する第１の突起部６３Ａと、翼溝５３の開口の他方の側に位置する第２の突起部６３Ｂとからなる。
動翼４１の翼根部５５は、ロータ軸２７の径方向にて第１の突起部６３Ａの外周面７１Ａの隣に配置される第１鍔部９５Ａと、ロータ軸２７の径方向にて第２の突起部６３Ｂの外周面７１Ｂの隣に配置される第２鍔部９５Ｂとを有する。そして、ロータ軸２７の径方向において、第１鍔部９５Ａの長さは第１の突起部６３Ａの長さ（ロータ軸２７の外周面６５Ａから第１の突起部６３Ａの外周面７１Ａまでの長さ）よりも短い。

複数の動翼４１がロータ軸２７の周方向に沿って配列されている場合、周方向にて第１鍔部９５Ａ同士の間に隙間があると、作動流体が隙間を流れてしまい、中圧タービン５の効率が低下してしまう。この点、蒸気流れ方向上流側にある第１鍔部９５Ａのロータ軸２７の径方向での長さが第１の突起部６３Ａよりも短ければ、第１鍔部９５Ａ同士の間の隙間を小さくすることができ、作動流体の漏れ流れを低減することができる。
この結果として、このタービン用ロータアセンブリを用いた中圧タービン５では、効率を高めることができる。

幾つかの実施形態では、動翼４１の翼根部５５は、ロータ軸２７の径方向にて第１の突起部６３Ａの外周面７１Ａの隣に配置される第１鍔部９５Ａと、ロータ軸２７の径方向にて第２の突起部６３Ｂの外周面７１Ｂの隣に配置される第２鍔部９５Ｂとを有する。そして、ロータ軸２７の径方向において、第２鍔部９５Ｂの長さは第２の突起部６３Ｂの長さ（ロータ軸２７の外周面６５Ｂから第２の突起部６３Ｂの外周面７１Ｂまでの長さ）よりも短い。

幾つかの実施形態では、蒸気流れ方向上流側に位置するロータ軸２７の外周面６５Ａでのロータ軸２７の外径は、蒸気流れ方向下流側にあるロータ軸２７の外周面６５Ｂでのロータ軸２７の外径よりも小さく、或いは、等しい。

幾つかの実施形態では、第１鍔部９５Ａ及び第２鍔部９５Ｂの各々は、ロータ軸２７の径方向にて外方を向いた外面９７Ａ，９７Ｂを有する。そして、第１鍔部９５Ａの外面９７Ａ及び第２鍔部９５Ｂの外面９７Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向に対し傾斜したテーパ面の一部を構成している。また、ある実施形態では、傾斜したテーパ面にＲを付したり面取りを付している。

動翼４１が反動翼の場合、ロータ軸２７の周りの作動流体の内部流路３７が上流から下流に向かって徐々に拡大する。この点、上記構成によれば、第１鍔部９５Ａ及び第２鍔部９５Ｂの外面９７Ａ，９７Ｂがテーパ面を構成することで、作動流体の内部流路３７を簡単な構成にて徐々に拡大することができる。
動翼４１が反動翼の場合、衝動翼の場合に比べて段落数が多くなる傾向がある。この点、上記構成によれば、ロータ軸２７の軸線方向での動翼列３１の間隔を狭くすることができるので、段落数が多くても、中圧タービン５の大型化を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、第１鍔部９５Ａの外面９７Ａ及び／又は第２鍔部９５Ｂの外面９７Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向に対し平行である。また、ある実施形態では、軸線方向に平行な面にＲを付したり面取りを付している。

幾つかの実施形態では、第１鍔部９５Ａの外面９７Ａ及び／又は第２鍔部９５Ｂの外面９７Ｂは、その断面の少なくとも一部は、単純円弧形状やコンター形状（複数円弧及びスプライン）で構成されている。

鍔部９５Ａ，９５Ｂの外面９７Ａ，９７Ｂそれぞれの形状を、ロータ軸２７の軸線方向に対し平行として、あるいは一方をロータ軸２７の軸線に対して平行として他方を傾斜したものとすることで、あるいは、また、単純円弧形状やコンター形状を組み合わせることで、任意の形状の流路を形成することができる。

幾つかの実施形態では、ロータ軸２７はドラム形である。
一般的に、ロータ軸２７がドラム形である場合、動翼４１は反動翼である。動翼４１が反動翼の場合、衝動翼の場合に比べて段落数が多くなる傾向がある。この点、上記構成によれば、ロータ軸２７の軸線方向での動翼列３１の間隔を狭くすることができるので、段落数が多くても、中圧タービン５の大型化を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、翼溝５３は、ロータ軸２７の外周面６５から内部へ向かって切削工具を用いて穿設された穿孔であり、周方向と直交する断面にてＴ字状の断面形状を有する。そして、動翼４１は、周方向若しくは接線方向にて翼溝５３へ嵌合される翼根部５５を有し、翼根部５５はＴ字形状を有する。

より詳しくは、ロータ軸２７は、翼溝５３をそれぞれ規定する、ロータ軸２７の径方向に延びるロータ軸径方向穿孔面と、ロータ軸２７の軸方向に延びるロータ軸外周面側穿孔面とを有する。ロータ軸径方向穿孔面は第１対向面６９Ａ，６９Ｂであり、ロータ軸外周面側穿孔面はベアリング面６７Ａ，６７Ｂである。また、ロータ軸２７の外周面６５からは、ロータ軸２７の径方向にて突起部６３Ａ，６３Ｂが突出し、突起部６３Ａ，６３Ｂは、ロータ軸２７の軸線方向に相互に離間したロータ軸径方向内側環状面と、ロータ軸２７の径方向にて外側に位置するロータ軸径方向頂部外周面とを有する。ロータ軸径方向内側環状面は第２対向面７５Ａ，７５Ｂであり、ロータ軸径方向頂部外周面は外周面７１Ａ，７１Ｂである。

動翼４１は、ロータ軸径方向穿孔面と対向する第１側面８５Ａ，８５Ｂと、ロータ軸外周面側穿孔面と当接可能な当接面８３Ａ，８３Ｂと、ロータ軸径方向内側環状面と対向する第２側面８７Ａ，８７Ｂと、ロータ軸径方向頂部外周面の隣に位置し、動翼４１のプラットホーム部９６を形成する顎部とを有する。顎部は、鍔部９５Ａ，９５Ｂである。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、ロータ軸２７の軸中心線から突起部６３Ａの外周面７１Ａまでのロータ軸の径方向長さと、ロータ軸２７の軸中心線から突起部６３Ｂの外周面７１Ｂまでのロータ軸の径方向長さを異なる寸法で形成することもできる。
また、ロータ軸２７の径方向にて、ロータ軸２７の外周面６５Ａから第１の突起部６３Ａの外周面７１Ａまでの長さとロータ軸２７の外周面６５Ｂから第２の突起部６３Ｂの外周面７１Ｂまでの長さは、同一とすることも、あるいはいずれか一方を他方より長く形成することもできる。

１ ボイラ
３ 高圧タービン
５ 中圧タービン
７ 低圧タービン
９，１１ 発電機
１３ エコノマイザ
１５ 蒸発器
１７ 過熱器
１９ 再熱器
２１ 復水器
２３ 復水ポンプ
２５ ハウジング（車室）
２５ａ 蒸気入口
２５ｂ 蒸気出口
２７ ロータ軸
２９ ラジアル軸受
３１ 動翼列
３２，３３ 翼環
３５ 静翼列
３７ 内部流路
３９ 静翼
４１ 動翼
４３ 翼溝
４５ 翼根部
４７ 翼プロフィル部
４９ シュラウド部
５１ シール部材
５３ 翼溝
５５ 翼根部
５７ 翼プロフィル部
５９ シュラウド部
６１ シール部材
６３Ａ 突起部（第１の突起部）
６３Ｂ 突起部（第２の突起部）
６５（６５Ａ，６５Ｂ） 外周面
６７Ａ，６７Ｂ ベアリング面
６９Ａ，６９Ｂ 第１対向面
７１Ａ，７１Ｂ 外周面
７３Ａ，７３Ｂ 内端縁
７５Ａ，７５Ｂ 第２対向面
７７Ａ，７７Ｂ 段差面
７９ 底面
８１Ａ，８１Ｂ 第３対向面
８３Ａ，８３Ｂ 当接面
８５Ａ，８５Ｂ 第１側面
８７Ａ，８７Ｂ 第２側面
８９ 頭部
９１ 首部
９３Ａ，９３Ｂ 段差面
９５Ａ 第１鍔部
９５Ｂ 第２鍔部
９６ プラットホーム部
９７Ａ，９７Ｂ 外面

Claims (8)

1. 周方向に沿って延びる翼溝が形成されたロータ軸と、
   前記ロータ軸の径方向にて前記ロータ軸の外側に配置される翼部及び前記翼部と一体に設けられて前記翼溝に嵌合された翼根部をそれぞれ有する複数の動翼と、
   を備え、
   前記ロータ軸は、
   それぞれ前記ロータ軸の外周面から前記ロータ軸の径方向にて外方に向かって突出するとともに前記ロータ軸の軸線方向にて相互に離間し、前記翼溝の壁面の一部及び前記翼溝の開口を構成する２つの突起部と、
   それぞれ前記ロータ軸の外周面よりも前記ロータ軸の径方向にて内側に設けられるとともに前記ロータ軸の径方向にて内方を向き、前記ロータ軸の軸線方向に相互に離間して前記翼溝の壁面の一部を構成する２つのベアリング面と、
   それぞれ前記ロータ軸の径方向にて前記ベアリング面と前記突起部の外周面との間に位置し、前記ロータ軸の軸線方向にて相互に対向して前記翼溝の壁面の一部を構成する２つの第１対向面と、
   それぞれ前記ロータ軸の径方向にて前記ベアリング面と前記突起部の外周面との間に位置するとともに前記２つの第１対向面よりも外側に位置し、前記第１対向面同士の間隔よりも大きな間隔を存して前記ロータ軸の軸線方向にて相互に対向して前記翼溝の壁面の一部を構成する２つの第２対向面とを有し、
   前記動翼の翼根部は、
   前記ロータ軸の軸線方向にて相互に離間するとともに前記ロータ軸の径方向にて前記２つのベアリング面とそれぞれ当接可能な２つの当接面と、
   前記２つの第１対向面とそれぞれ対向する２つの第１側面と、
   前記第１対向面と前記第１側面との間隔よりも小さい間隔を存して前記２つの第２対向面とそれぞれ対向する２つの第２側面と、
   前記動翼の翼根部が前記ロータ軸に形成された前記翼溝に組み付けられたときに、前記ロータ軸の径方向にて、前記２つの突起部それぞれの外周面の隣に位置し、前記動翼の翼プロフィル部に連なるプラットホーム部の一部となる２つの鍔部とを有する
   ことを特徴とするタービン用ロータアセンブリ。
2. 前記当接面を形成する位置における前記翼根部の、該当接面を含めた、前記ロータ軸の軸線方向での長さは前記プラットホーム部の長さの１．２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のタービン用ロータアセンブリ。
3. 前記当接面を形成する位置における前記翼根部の、該当接面を含めた、前記ロータ軸の軸線方向での長さは前記プラットホーム部の長さ以下であることを特徴とする請求項２に記載のタービン用ロータアセンブリ。
4. 前記２つの突起部は、作動流体の流れ方向にて上流側に位置する第１の突起部と、下流側に位置する第２の突起部とからなり、
   前記動翼は、前記ロータ軸の径方向にて前記第１の突起部の外周面の隣に配置される第１鍔部と、前記ロータ軸の径方向にて前記第２の突起部の外周面の隣に配置される第２鍔部とを有し、
   前記ロータ軸の径方向において、少なくとも前記第１鍔部の長さは、前記ロータ軸の外周面から前記第１の突起部の外周面までの長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のタービン用ロータアセンブリ。
5. 前記ロータ軸はドラム形であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のタービン用ロータアセンブリ。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のタービン用ロータアセンブリと、
   前記タービン用ロータアセンブリを囲むハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられた複数の静翼と
   を備えることを特徴とするタービン。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のタービン用ロータアセンブリに用いられることを特徴とする動翼。
8. ロータ軸の外周面から内部へ穿孔される周方向断面Ｔ字状の翼溝に周方向へ嵌合される翼根部がＴ字形状を有する動翼であって、
   前記動翼は、
   前記翼溝を規定する前記ロータ軸の径方向に延びる２つのロータ軸径方向穿孔面とそれぞれ対向する２つの第１側面と、
   前記翼溝を規定する前記ロータ軸の軸方向に延び、ベアリング面となるロータ軸外周面側穿孔面と当接可能な当接面と、
   前記ロータ軸の外周面から前記ロータ軸径方向に突出する突起部の、ロータ軸の軸線方向にて相互に離間し、前記翼溝のロータ軸径方向の壁面の一部を構成する２つのロータ軸径方向内側環状面とそれぞれ対向し、それら間隔が、前記２つの第１側面間の間隔より大きい２つの第２側面と、
   前記突起部の、ロータ軸の径方向にて外側に位置するロータ軸径方向頂部外周面の隣に位置し、前記動翼のプラットホーム部を形成する顎部とを有する
   ことを特徴とする動翼。

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