(57)【要約】【課題】漏洩蒸気による主蒸気流れの乱れを解消するアキシャルエントリー形の蒸気タービン動翼及びその製造方法を提供する。【解決手段】タービン動翼５をタービンロータ４のロータディスク４ａの翼溝１０に軸方向に挿入するアキシャルエントリー形の複数段落を備える蒸気タービン動翼５において、前記翼溝１０の凸部であるロータフック１５の外表面及び前記タービン動翼５の凸部である翼フック１４の外表面の少なくとも一方に形成した摩耗性皮膜２０と、前記翼溝１０に前記摩耗性皮膜２０の余分な厚みを削りながら挿入して、前記ロータフック１５と前記翼フック１４との間隙を塞ぐように組み立てるタービン動翼５と、前記ロータディスク４ａに設けられ、前記間隙の設計値に対応する寸法を有するバランスホール９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン動翼をタービンロータのロータディスクの翼溝に軸方向に挿入するアキシャルエントリー形の複数段落を備える蒸気タービン動翼において、
前記翼溝の凸部であるロータフックの外表面及び前記タービン動翼の凸部である翼フックの外表面の少なくとも一方に形成した摩耗性皮膜と、
前記翼溝に前記摩耗性皮膜の余分な厚みを削りながら挿入して、前記ロータフックと前記翼フックとの間隙を塞ぐように組み立てるタービン動翼と、
前記ロータディスクに設けられ、前記間隙の設計値に対応する寸法を有するバランスホールとを備えた
ことを特徴とする蒸気タービン動翼。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気タービン動翼において、
前記バランスホールは、前記複数の段落のロータディスクにおいて同一径で形成されている
ことを特徴とした蒸気タービン動翼。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蒸気タービン動翼において、
前記摩耗性皮膜はアブレイダブルコーティングで形成されている
ことを特徴とした蒸気タービン動翼。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蒸気タービン動翼において、
前記摩耗性皮膜はアブレイダブル材を溶射することで形成されている
ことを特徴とした蒸気タービン動翼。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蒸気タービン動翼において、
前記摩耗性皮膜は、ロータフック外表面及び前記翼フックの外表面の少なくとも一方の一部または全部に形成されている
ことを特徴とした蒸気タービン動翼。
【請求項６】
タービン動翼をタービンロータのロータディスクの翼溝に軸方向に挿入するアキシャルエントリー形の複数段落を備える蒸気タービン動翼の製造方法において、
前記翼溝の凸部であるロータフックの外表面及び前記タービン動翼の凸部である翼フックの外表面の少なくとも一方に、摩耗性皮膜を形成し、
前記翼溝に前記摩耗性皮膜の余分な厚みを削りながらタービン動翼を挿入して、前記ロータフックと前記翼フックとの間隙を塞ぐように組み立て、
前記ロータディスクには、前記間隙の設計値に対応する寸法を有するバランスホールを新たに設けた
ことを特徴とする蒸気タービン動翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン動翼に係り、特に、タービン動翼をタービンロータの翼溝に軸方向に挿入するアキシャルエントリー形の蒸気タービン動翼及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおけるロータディスクには、ロータディスク前後の圧力差を調整するためのバランスホールが設けられている。このバランスホールを設ける場合、ロータディスクの翼溝に動翼のルート部を植え込んで、当該ルート部のうち遠心力を受けない部分と翼溝面との間にバランスホールとなる間隙を形成し、バランスホールの設置のための工数を低減したものがある（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２００７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したタービン動翼におけるロータディスクの翼溝と動翼のルート部との間に形成された複数の間隙を、バランスホールとして用いる場合、まず、必要とされるバランスホール蒸気流量を算出し、この流量と等価となる間隙１個当たりの流路面積を求めて、間隙寸法を設計する方策が採られている。
【０００５】
しかしながら、タービン動翼におけるロータディスクの翼溝と動翼のルート部との間に形成された複数の間隙を算出できたとしても、算出された設計値と一致させるように、動翼のルート部や、翼溝を形成することは加工精度等の点から難しい。
【０００６】
また、タービンロータの回転時と停止時にあっては、遠心力の有無により、動翼のルート部と翼溝の接触部が径方向変動するので、動翼のルート部と翼溝との間に形成される間隙の総面積は変わらないが、間隙の位置がタービンロータの回転時と停止時とで変化する。したがって、回転時にあるべき間隙寸法と停止時に設定した間隙寸法との間に、誤差が生じるで、上述した間隙によってバランスホール蒸気流量を精度良く実現させることは、難しい。
【０００７】
一方、近年の蒸気タービンにおいては、高性能化が更に要求されており、これを実現するためには、漏洩蒸気を精度良く制御する必要性が高まっている。つまり、バランスホール蒸気流量を精度良く制御することにより、主蒸気流れに対する漏洩蒸気の干渉を減少させ、最適な主蒸気の流れを実現する蒸気タービン動翼が要望されている。
【０００８】
本発明は上述の事項に基づいてなされたもので、その目的は、漏洩蒸気による主蒸気流れの乱れを解消するアキシャルエントリー形の蒸気タービン動翼及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、タービン動翼をタービンロータのロータディスクの翼溝に軸方向に挿入するアキシャルエントリー形の複数段落を備える蒸気タービン動翼において、前記翼溝の凸部であるロータフックの外表面及び前記タービン動翼の凸部である翼フックの外表面の少なくとも一方に形成した摩耗性皮膜と、前記翼溝に前記摩耗性皮膜の余分な厚みを削りながら挿入して、前記ロータフックと前記翼フックとの間隙を塞ぐように組み立てるタービン動翼と、前記ロータディスクに設けられ、前記間隙の設計値に対応する寸法を有するバランスホールとを備える。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記バランスホールは、前記複数の段落のロータディスクにおいて同一径で形成されている。
【００１１】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記摩耗性皮膜はアブレイダブルコーティングで形成されている。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記摩耗性皮膜はアブレイダブル材を溶射することで形成されている。
【００１３】
更に、第５の発明は第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記摩耗性皮膜は、ロータフック外表面及び前記翼フックの外表面の少なくとも一方の一部または全部に形成されている。
【００１４】
また、第６の発明は、タービン動翼をタービンロータのロータディスクの翼溝に軸方向に挿入するアキシャルエントリー形の複数段落を備える蒸気タービン動翼の製造方法において、前記翼溝の凹部であるロータフックの外表面及び前記タービン動翼の凹部である翼フックの外表面の少なくとも一方に、摩耗性皮膜を形成し、前記翼溝に前記摩耗性皮膜の余分な厚みを削りながらタービン動翼を挿入して、前記ロータフックと前記翼フックとの間隙を塞ぐように組み立て、前記ロータディスクには、前記間隙の設計値に対応する寸法を有するバランスホールを新たに設けるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アキシャルエントリー形の動翼のルート部とタービンロータの翼溝との接触部に磨耗性皮膜を形成して組立てることにより、動翼のルート部とタービンロータの翼溝との間隙から流出する漏洩蒸気をなくすことが出来る。この結果、漏洩蒸気流量がタービンロータに設置したバランスホールで精度良く制御でき、蒸気タービンにおける最適な主蒸気の流れが実現でき、蒸気タービンの高性能化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態を備えた蒸気タービン縦断面図である。
【図２】本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態の横断面図である。
【図４】図３に示す本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態のＡ部を拡大して示す横断面図である。
【図５】本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態に係るアブレイダブルコーティングを示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の蒸気タービンロータ及び蒸気タービン動翼の実施の形態を図面を用いて説明する。  
図１乃至図４は本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態を示すもので、図１は本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態を備えた蒸気タービンの縦断面図、図２は本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態を示す斜視図、図３は図２に示す本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態の横断面図、図４は図３に示す本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態のＡ部を拡大して示す横断面図である。
【００１８】
図１において、静翼外輪１と静翼内輪２との間に複数枚の静翼３が設けられている。タービンロータ４には、複数枚の動翼５が設けられている。動翼５の翼頂部には、シュラウド６が設置され、静翼３と動翼５とによりタービン段落が形成されている。静翼外輪１のシュラウド６と対向する面には、漏洩蒸気を減少させるフィン７が設けられている。また、静翼内輪２のタービンロータ４と対向する面には、漏洩蒸気を減少させるラビリンスフィン８が設けられている。さらに、タービンロータ４には、タービン段落における前後の圧力差を調整するバランスホール９が設けられている。なお、バランスホールの径は、算出された設計値に基づき、複数の段落において同一径に形成されている。
【００１９】
タービンロータ４と動翼５との結合構造をさらに詳細に説明すると、本実施の形態のタービンロータ４は、図２に示すように、タービン回転方向に間隔を持って設けられた複数の翼溝１０を外周部に有するロータディスク４ａと、翼溝１０に対してタービン軸方向から挿入されるルート部１１を有する複数の動翼５とを備えている。
【００２０】
動翼５は、翼部１２と、この翼部１２の根元に位置するルート部１１とを有している。各動翼５は、順次タービン軸方向側からロータディスク４ａのいわゆる逆クリスマスツリー形の翼溝１０に組付けられ、ロータディスク４ａに対しタービン回転方向に複数取り付けられて環状翼列を構成する。  
翼溝１０のタービン回転方向両側の内壁部には、タービン軸方向に延びる凹部１３と凸部であるロータフック１５とがタービン径方向に複数段設けられている。これに対応し、ルート部１１は翼溝１０に係合する形状に形成されており、そのタービン回転方向の両方向を向いた両側面には、タービン軸方向に延びる凸状の翼フック１４がタービン径方向に複数段設けられている。各翼フック１４のタービン径方向外周を向いた面が、翼溝１０の対応する凹部１３のタービン径方向内周側を向いた面に当接することによって、タービン回転中に動翼５に作用する遠心力が支持されている。
【００２１】
なお、図２に示すように、ロータディスク４ａのタービン径方向外周頂部には、径方向に突出する略直方体のキー支持部１６，１６がタービン軸方向に形成され、動翼５のルート部１１のタービン回転方向に対向する面の上側部分には、キー溝１７が設けられている。動翼５がロータディスク４ａの翼溝１０に嵌合された後、キー支持部１６，１６の間を通ってタービン回転方向へ向けてロッキングキー１８がキー溝１７に挿入されている。この結果、動翼５がタービンロータ４のロータディスク４ａに固定されると共に、動翼５の主蒸気Ｍ１流通方向への動きが拘束されている。
【００２２】
図３は、動翼５がロータディスク４ａの翼溝１０に嵌合された状態の横断面図である。図３において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。図３に示すように、ロータディスク４ａのタービン径方向外周頂部と対向する動翼５のルート部１１の凹部との間には、タービン軸方向に貫通する間隙１９が生じている。また、図４に示すように、翼フック１４とロータフック１５のそれぞれの対向面において、微小な間隙１９が生じている。これらの間隙１９は、通常は、タービンの段落における前後の圧力差を調整し、漏洩蒸気流量を調整するバランスホールとして機能させるために、算出された設計値となるよう形成されている。しかし、上述したように、この間隙を精度よく実現することは難しいので、本発明の蒸気タービン動翼の実施の形態においては、動翼５のルート部１１とタービンロータ４の翼溝１０との接触部に磨耗性皮膜２０を形成して組立てることにより、動翼５のルート部１１と翼溝１０との間に形成される軸方向に貫通する間隙１９を塞いでいる。
【００２３】
次に、本発明の蒸気タービン動翼の製造方法を図２及び図５を用いて説明する。図５は本発明の蒸気タービンロータ及び蒸気タービン動翼の一実施の形態に係るアブレイダブルコーティングを示す平面図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
まず、動翼５において、図５に示すように、そのルート部１１の翼フック１４の外周全面に摩耗性皮膜（アブレイダブルコーティング）２０を形成する。具体的には、例えば、快削性の被削材であるアブレイダブル材料やアルミ等を翼フック１４の外周に溶射する。溶射とは、燃焼ガスやプラズマ等を熱源として、セラミックス、金属、サーメットなどのコーティング材料を加熱し、溶融ないし半溶融の微粒子の状態で、基材表面に高速度で衝突させることにより、皮膜を形成する技術をいう。コーティング材料は基材に衝突することで、扁平につぶれ、急速に凝固堆積されていくことで皮膜を形成する。本実施の形態においては、アブレイダブル材料の皮膜が翼フック１４の外周全面に形成されている。
【００２５】
次に、翼フック１４の外周全面に摩耗性皮膜（アブレイダブルコーティング）２０を形成した動翼５を、ロータディスク４ａの翼溝１０に嵌め込む。この嵌め込みに際して、摩耗性皮膜２０の余分な厚みを削りながら挿入することで、複数の翼フック１４とロータフック１５が間隙１９を有しない状態で組み立てられる。つまり、翼フック１４の外周全面に形成された摩耗性皮膜が、ロータディスク４ａの翼溝１０に設けられた研削性のロータフック１５と凹部１３と接触して削られることで、翼溝１０において、タービン径方向位置の異なる複数の翼フック１４とロータフック１５またはロッキングキー１８をそれぞれ互いにすべて接触させることができる。
【００２６】
この結果、従来の翼フック１４とロータフック１５のそれぞれの対向面における微小な間隙１９や、ロータディスク４ａのタービン径方向外周頂部と対向する動翼５のルート部１１の凹部との間隙１９の発生を防ぐことができる。
【００２７】
次に、図２に示すように、ロッキングキー１８をキー支持部１６，１６の間を通して動翼５のルート部１１のキー溝１７に挿入する。
【００２８】
なお、本実施の形態の説明においては、ルート部１１の翼フック１４の外周全面に摩耗性皮膜（アブレイダブルコーティング）２０を形成したが、例えば、翼フック１４の外周の一部に形成してもよい。また、動翼５の翼フック１４の外周には、摩耗性皮膜２０を形成せず、ロータディスク４ａのロータフック１５の外周全面または一部に摩耗性皮膜２０を形成してもよい。
【００２９】
次に、上述した本発明の蒸気タービン動翼の一実施の形態の動作を説明する。  
図１に示す蒸気タービンの段落において、主蒸気Ｍ１は静翼３から動翼５へ向けて噴出することにより、動翼５を介してタービンロータ４に回転力を与える。一方、ラビリンスパッキン８から漏洩した蒸気Ｍ２は、静翼内輪２とタービンロータ４との間の通路を通り、その一部は、Ｍ４で示すように、タービンロータ４に設けられたバランスホール９から次の段落に流出する。漏洩蒸気Ｍ２の他の一部が、矢印Ｍ３で示す流れとして主蒸気Ｍ１に混合すると、主蒸気流れに乱れを及ぼし、蒸気タービンの性能に大きな影響を及ぼす。
【００３０】
一方、漏洩蒸気Ｍ３が発生せず、矢印Ｍ３’で示す漏洩蒸気が、主蒸気Ｍ１から吸込まれる状態においては、ある程度までは漏洩蒸気Ｍ３’の量が増加するに従い内部性能は向上する。このように、漏洩蒸気Ｍ３’は主蒸気Ｍ１より吸込み、かつ内部性能向上の最大となる量が存在する。
【００３１】
このように、漏洩蒸気Ｍ３を発生させず、最適な漏洩蒸気Ｍ３’の量を主蒸気Ｍ１から吸込ませることが、蒸気タービンの高性能化にとって重要となる。これを実現するためには、ラビリンスフィン８とタービンロータ４との間隙、及びバランスホール９の径を算出された設計値に基づき形成することが必要になる。
【００３２】
本実施の形態においては、動翼５のルート部１１と翼溝１０との間に形成される間隙１９を塞ぎ、間隙１９に対応する設計値に基づいて、新たにバランスホール９をロータディスク４ａに形成したので、精度の高い漏洩蒸気Ｍ３’の量を実現することができる。
【００３３】
上述した本発明の蒸気タービン動翼の実施の形態によれば、アキシャルエントリー形の動翼５のルート部１１とタービンロータ４の翼溝１０との接触部に磨耗性皮膜２０を形成して組立てることにより、動翼５のルート部１１とタービンロータ４の翼溝１０との間隙１９から流出する漏洩蒸気をなくすことが出来る。
【００３４】
この結果、漏洩蒸気流量がタービンロータ４に設置したバランスホール９で精度良く制御でき、蒸気タービンにおける最適な主蒸気の流れが実現でき、蒸気タービンの高性能化が図れる。
【００３５】
また、主蒸気Ｍ１から吸込む最適な漏洩蒸気Ｍ３’の量を実現するバランスホール９を形成することにより、蒸気タービンの内部性能が向上し、高性能化が図れる。
【符号の説明】
【００３６】
１              静翼外輪
２              静翼内輪
３              静翼
４              タービンロータ
４ａ            ロータディスク
５              動翼
６              シュラウド
７              フィン
８              ラビリンスフィン
９              バランスホール
１０            翼溝
１１            ルート部
１２            翼部
１３            凹部
１４            翼フック
１５            ロータフック
１６            キー支持部
１７            キー溝
１８            ロッキングキー
１９            間隙
２０            摩耗皮膜（アブレイダブルコーティング）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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