JPH0216303A - タービン動翼の結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｄ
ＳＳ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
力か増大すると、翼にはアンツイストが作用して、スナ
ッバ１　ｃ、　　２　ｂノ接触ｉ１　ｆ２ｆ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。この隙間りは回転上昇時のスナッバ接触開始回転
数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。

この隙間り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ｉｆ、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ｌｃ、２ｂが接触した状態を
示している。接触時におけるスナッパコｃ、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、従っで
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は翼の低次モト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はスナッバか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小羽根モード
（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小
羽根モード振動の最低次接線方向−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と接触開始回転
数との関係を示している。組立クリアランスをｄｌ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が生しる。また、組立クリアランスを
ｄｌ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
とは隣接具どうしが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
ースビ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か有する
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効果を期待できるター
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
力が小さくなるたけでなく、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か一体的に形成され、翼１ａの後縁部には後縁
スナッバＩＣが一体的に形成されている。Ｑ２ａの前縁
部には前縁スナッバ２ｂが一体的に形成され、ｇ２ａ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ＩＣ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ｉｆ、Ｉｇが形成さ
れ、この接触面１ｆ、Ｉｇに対向する上記ｇ２ａ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、いずれの翼も同様にして前縁ス
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ＩＣ，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と接触面２ｈとのクリア
ランスは、定格回転時に両者の接触面Ｉｆ、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Ｈ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、５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か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ｉｆ、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１１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かできる。

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との接触開始回転数についても、
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かできる。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
たけでなく、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１１（が
形成され、この接触面１にのほぼ中央には突起１ｍか形
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１Ｉｉｌｉ
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１に上の突起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１にと接触面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５図は他の実施例を示している。

ｇｌａの後縁スナッバ１ｃの一側面には平坦な接触面１
ｐが形成され、この接触面１ｐに対向するｇ２ａ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−前翼の
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／喝間反力の関係
を示す線図である。 ｌａ、２ａ・・・翼先端部、ｌｂ、２ｂ・・・前縁スナ
ッバ、ｌｃ、２ｃ・・・後縁スナッバ、Ｉｆ、Ｉｇ。 ｌｋ、１ｍ・・・接触面、２ｈ、２ｎ・・・接触面、１
１・・・段差、２ｊ・・・スナツバ端面。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 恐 図 ｔ オ θ 園

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。