(57)【要約】【課題】  動翼をディスクに装着するアキシャル溝の応力集中箇所の超音波探傷を信頼性良く行えるタービンロータを提供する。【解決手段】  タービン軸１に設けたディスク２にアキシャル溝が動翼の植え込み部として備わり、そのアキシャル溝のタービン軸方向長さをｙ０とし、アキシャル溝のテーパー８が無いディスク径方向長さをｚ１とし、アキシャル溝部の応力集中個所（点線部分）のディスク径方向外周からの距離をｚｓとし、超音波探傷に用いる超音波の入射角をθとした際、それらの間の関係をθ＝tan-1（（ｚ１-ｚｓ）／（ｙ０））≧３５°としたタービンロータ。【選択図】図８
2014129732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込む構造のタービンロータにおいて、
前記アキシャル溝の前記回転軸方向長さをｙ０、
前記ディスクのテーパーの無い部分のディスク径方向長さをｚ１、
前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、
超音波探傷に用いる超音波の入射角をθとし、
それらの関係が、θ＝tan-1｛（ｚ１−ｚｓ）／ｙ０｝≧３５°
を満たすよう構成することを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
請求項１におけるタービンロータにおいて、
前記動翼が前記ディスクに設けたキー溝にキーを挿入して固定する構成を有し、
前記キー溝のキー挿入部先端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ１、
前記キー挿入部先端の前記キー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ１、
前記キー溝に対して前記ディスク径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合において入射角５５°以下で超音波を送受信できない探傷位置からの軸方向距離をｚ２とし、
それらの関係が、ｚ２＝（ｄｚｋ１−ｚｓ）×｛ｄｙｋ１+（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°｝÷｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°｝、ｙ０≦（ｚ１−ｚｓ＋ｚ２）÷tan５５°
を満たすよう構成することを特徴とするタービンロータ。
【請求項３】
タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込み、前記動翼が前記ディスクに設けたキー溝にキーを挿入して固定する構造のタービンロータにおいて、
前記ディスクの回転軸方向長さをｙ０、
前記ディスクのテーパーの無い部分のディスク径方向長さをｚ１、
前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、
超音波探傷に用いる超音波の入射角をθ、
前記ディスクの径方向長さをｚ０、
前記ディスクのテーパー部の前記ディスク径方向に対する角度をαとし、
それらの関係が、θ＝tan-1｛（ｚ１−ｚｓ）／（ｙ０＋tanα×（ｚ１−ｚ０））｝≧３５°＋α
を満たすよう構成することを特徴とするタービンロータ。
【請求項４】
請求項３におけるタービンロータにおいて、
キー挿入部先端の前記キー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ１、
キー挿入部後端の前記キー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ２、
キー挿入部先端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ１、
キー挿入部後端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ２、
キー溝絞り部の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ３、
前記キー溝に対して前記ディスク径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合において入射角５５°−αで送受信できない前記キー溝設置面からの軸方向距離をｙ２、
前記キー溝に対して前記ディスク径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合において入射角５５°以下で超音波を送受信できない探傷位置からの軸方向距離をｚ２’とし、前記ｙ０、ｚ０、ｚ１、ｚｓ、θ、ｄｚｋ１、ｄｙｋ１、ｄｚｋ２、ｄｙｋ２、αのｄｚｋ２＞ｚｓにおける関係を、
ｚ２’＝（ｄｚｋ１−ｚｓ）×｛ｄｙｋ１＋（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan（５５°−α）｝÷｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan（５５°−α）｝ 
とするとともに、
tan-1｛（ｄｚｋ３-ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝≧３５°の場合、
ｙ２＋ｙ０-｛（ｄｚｋ２−ｚｓ）／ｔａｎ３５°＋ｄｙｋ２｝≦ｙ０とし、
tan-1｛（ｄｚｋ３-ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝＜３５°の場合、
ｙ２＋ｙ０−｛（ｄｚｋ３−ｚｓ）／ｔａｎ３５°｝≦ｙ０
を満たすよう構成することを特徴とするタービンロータ。
【請求項５】
タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込み、前記ディスクのキー溝にキーを挿入して前記ディスクに前記動翼を固定する構造のタービンロータにおいて、
前記ディスクの回転軸方向長さをｙ０、
前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、
前記キー溝のキー挿入部先端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ１、
前記キー溝のキー挿入部後端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ２とし、
前記ｄｚｋ１、ｄｚｋ２、ｚｓの関係が、
ｄｚｋ２≧ｚｓあるいはｄｚｋ１≦ｚｓ
を満たすよう構成することを特徴とするタービンロータ。
【請求項６】
タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込み、前記ディスクのキー溝にキーを挿入して前記ディスクに前記動翼を固定する構造のタービンロータにおいて、
前記アキシャル溝の前記回転軸方向長さをｙ０、
前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、
キー挿入部先端の前記キー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ１、
キー挿入部後端の前記キー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ２、
キー挿入部先端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ１、
キー挿入部後端の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ２、
キー溝絞り部の前記ディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ３とし、
それらのｄｚｋ２＞ｚｓにおける関係を、
tan-1｛（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝≧３５°の場合、
ｙ０−｛（ｄｚｋ２−ｚｓ）／tan３５°＋ｄｙｋ２｝＋｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°＋ｄｙｋ１｝≦ｙ０、
tan-1｛（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝＜３５°の場合、
ｙ０−｛（ｄｚｋ３−ｚｓ）／tan３５°｝＋｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°＋ｄｙｋ１｝≦ｙ０
を満たすよう構成することを特徴とするタービンロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力・原子力・地熱などによる発電や動力用としてタービンが利用されている。特許文献１には回転軸であるタービン軸１に設けたディスク２の外周縁に複数の動翼３をアキシャルエントリー式に装着して翼列を多段構成したタービンロータが記載されている。タービン軸１の軸方向を長さ方向とする凹凸を持つアキシャル溝４をディスク２に設け、それと咬合する形状の溝を動翼３の植込み部に設け、それらの溝の凸凹同士を咬み合せる様に組み合わせる構造である。
【０００３】
ディスク２に組み合わされた動翼３は、ディスク２に設けたキー溝５に金属棒のキーを装着することによって、ディスク２のアキシャル溝４に固定される。特許文献２には、このアキシャル溝４に関して、強度を向上するための技術が記載されている。
【０００４】
タービンロータのタービン軸１の回転時には、図１〜２に示したアキシャル溝４の凹凸形状谷部に応力集中箇所（ディスク２中に表示した点線部分）が生じるので、信頼性を担保するために、この応力集中箇所を超音波探傷する必要がある。
【０００５】
特許文献３には、この応力集中箇所の検査技術について記載されている。図３のように、ディスク２のタービンの軸方向の端面に超音波送信センサ６を設置して応力集中箇所へ超音波を送信し、対向するもう一方の端面に超音波受信センサ７を設置して応力集中箇所にある欠陥からの反射の有無から、欠陥の有無を判定するものである。
【０００６】
超音波探傷においては、非特許文献１に掲載された図４の超音波反射効率の入射角依存性に示すように、入射角４５±１０°で超音波の送受信効率が高くなる。超音波探傷の信頼度を向上するためには、この入射角範囲で超音波を送受信する必要があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−９６１８０
【特許文献２】特開２００７−７７８３３
【特許文献３】特開２０１１−６４５７７
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】超音波探傷試験III（日本非破壊検査強化、2001）、ｐ．２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のような超音波探傷を実施する場合の問題点を以下に説明する。図５，図６中で、ディスク内の直線矢印は超音波の伝搬経路を表している。図５はディスク２のタービン径方向長さとタービン軸方向長さの比を制約しない場合に生じる問題点を表している。テーパー８が無い部分で入射角４５±１０°で超音波を入射させた場合、テーパーに超音波が到達する場合がある。テーパーでの受信角はテーパーが無い部分の入射角θに対してテーパーのディスク２径方向に対する角度α増加する。このため、４５±１０°で超音波を受信できない場合が生じ、欠陥検出性が低下する場合がある。
【００１０】
図６は動翼３をアキシャル溝４に固定するために設けたキー溝５の存在で生じる問題点を表している。即ち、ディスク２のキー溝５がある部分は超音波を送受信できないためキー溝５を避けて超音波を送受信することとなるが、その結果反射効率が高い入射角範囲で超音波を送受信できない範囲が生じる場合がある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、タービンロータのアキシャル溝の応力集中箇所に対する超音波の送受信を反射効率が高い入射角範囲で可能な構造のタービンロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込む構造のタービンロータにおいて、前記ディスクの回転軸方向長さをｙ０、前記ディスクのテーパーの無い部分のディスク径方向長さをｚ１、前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、超音波探傷に用いる超音波の入射角をθとした際に、
θ＝tan-1｛（ｚ１−ｚｓ）／（ｙ０）｝≧３５°  （但し、tan-1は正接の逆関数を表す。）が成立するように前記ディスクを形成するものである。
このように前記ディスクを構成することにより前記超音波の入射角を４５±１０°とする。
【００１３】
（２）本発明は、上記目的を達成するために、タービン軸のディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込む構造のタービンロータにおいて、前記ディスクの回転軸方向長さをｙ０、前記ディスクのテーパーの無い部分のディスク径方向長さをｚ１、前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、超音波探傷に用いる超音波の入射角をθ、前記ディスクの径方向長さをｚ０、前記ディスクのテーパー部の前記ディスク径方向に対する角度をαとした際に、
θ＝tan-1｛（ｚ０−ｚｓ）／（ｙ０＋tanα×（ｚ１−ｚ０））｝≧３５°＋α（但し、tan-1は正接の逆関数を表す。）が成立するように前記ディスクを形成するものである。
このように前記ディスクを構成することにより前記超音波の入射角を４５±１０°とする。
【００１４】
（３）本発明は、上記目的を達成するために、タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込み、前記ディスクのキー溝にキーを挿入して前記ディスクに前記動翼を固定する構造のタービンロータにおいて、前記ディスクの回転軸方向長さをｙ０、前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、キー挿入部先端のディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ１、キー挿入部後端のディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ２とし、
前記ｄｚｋ１、ｄｚｋ２、ｚｓの関係が、
ｄｚｋ２≧ｚｓあるいはｄｚｋ１≦ｚｓ
を満たすよう前記タービンロータを構成したものである。
このように前記ディスクを構成することにより前記超音波の入射角を４５±１０°とする。
【００１５】
（４）本発明は、上記目的を達成するために、タービン軸に設けたディスクにアキシャル溝を用いて動翼を組み込み、前記ディスクのキー溝にキーを挿入して前記ディスクに前記動翼を固定する構造のタービンロータにおいて、前記ディスクの回転軸方向長さをｙ０、前記アキシャル溝の応力集中箇所の前記ディスクの外周からの径方向距離をｚｓ、キー挿入部先端のディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ１、キー挿入部先端のキー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ１、キー挿入部後端のディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ２、キー挿入部後端のキー溝設置面からの軸方向距離をｄｙｋ２、キー溝絞り部のディスク外周からの径方向距離をｄｚｋ３とし、
ｄｚｋ２＞ｚｓにおいて、
tan-1｛（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝≧３５°の場合は、
ｙ０−｛（ｄｚｋ２−ｚｓ）／tan３５°＋ｄｙｋ２｝＋｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°＋ｄｙｋ１｝≦ｙ０、
tan-1（（ｄｚｋ３-ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２）＜３５°の場合は、
ｙ０−｛（ｄｚｋ３−ｚｓ）／tan３５°｝＋｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°＋ｄｙｋ１｝≦ｙ０
が成立するように前記キー溝を前記ディスクに形成するものである。
【００１６】
このように前記キー溝を構成することで前記超音波の入射角を４５±１０°とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービンロータのアキシャル溝の応力集中箇所への超音波の入射効率を向上させて、信頼性の高い超音波探傷が可能な構造のタービンロータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】タービンロータのアキシャル溝部の斜視図である。
【図２】アキシャル溝分の回転軸方向と径方向との断面を関連付けして表した模式図である。
【図３】アキシャル溝における応力集中箇所の超音波探傷時の送受信センサの配置を示した図である。
【図４】超音波反射効率の入射角依存性を示すグラフ図である。
【図５】超音波探傷におけるディスク構造の問題点を説明する図である。
【図６】超音波探傷におけるディスク構造の他の問題点を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１におけるタービンロータのディスクの寸法と角度の定義を示す図である。
【図８】本発明の実施例１のタービンロータのディスクの回転軸方向断面を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例２におけるタービンロータのディスクの寸法と角度の定義を示す図である。
【図１０】タービンロータのディスクに形成されたキー溝の寸法と位置を示した模式図である。
【図１１】タービンロータのディスクに形成されたキー溝と応力集中箇所（点線部分）の位置関係を示した図である。
【図１２】タービンロータのディスクに形成されたキー溝と応力集中箇所（点線部分）の他の位置関係を示した図である。
【図１３】本発明の実施例３を説明するためのタービンロータのディスクの形状と超音波伝搬経路の位置関係を示した模式図である。
【図１４】本発明の実施例３を説明するためのタービンロータのディスクの形状と他の超音波伝搬経路の位置関係を示した模式図である。
【図１５】本発明の実施例４を説明するためのタービンロータのディスクの形状と超音波伝搬経路の位置関係を示した模式図である。
【図１６】本発明の実施例５を説明するためのタービンロータのディスクの形状と超音波伝搬経路の位置関係を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。以下に説明する各実施例は、発電用タービンや動力用タービンに適用されるもので、特に、タービンを構成するタービンロータのディスクへアキシャル溝を用いて動翼を組み込む型式のタービンに適用される。
【実施例１】
【００２０】
本実施例のタービンにおけるタービンロータは、回転軸としてタービン軸１が回転中心として備わり、そのタービン軸１には、その軸の方向へ間隔を開けて動翼３の翼列が多段にて装備されている。
【００２１】
その組み込み構造の１つとして、図１のように、タービン軸１の軸方向を長さ方向とする凹凸を持つアキシャル溝４をディスク２の外周部に設け、それと咬合する形状の溝を動翼３の植込み部に設け、それらの溝の凸凹同士を咬み合せる様にタービン軸１の方向から挿入して組み合わせる構造がある。
【００２２】
このようにディスク２に組み合わされた動翼３は、図６に示すようなディスク２に設けたキー溝５に金属棒のキーを装着することによって、ディスク２のアキシャル溝４に固定される。
【００２３】
このディスク２は、図２のように強度向上のため、タービン軸１に近づくに従いタービン軸１の軸方向断面から見て末広がりとなるテーパー８を形成している。
【００２４】
このような構成のタービンロータは、供用中にディスク２内に施した点線で示したアキシャル溝４の谷部に応力集中箇所が発生する。その箇所については、図３のように、欠陥の有無を検査する超音波探傷を施すことが必要となる。
【００２５】
その超音波探傷は、超音波探傷装置の超音波送信センサ６と超音波受信センサ７とをタービン軸１の軸方向で互いに対向し合うディスク２の端面に、図３に示すように装着して、超音波送信センサ６から超音波を図３の矢印の伝播経路に発信して欠陥からの反射波を超音波受信センサ７で受信して、その反射信号の有無から欠陥の有無を判定する。このような検査をアキシャル溝４の谷部に沿って実施する。
【００２６】
このような超音波探傷を行う際に、超音波の反射効率が大きいほど感度良く信頼性の高い検査結果を得ることが出来る。その反射効率を高めるには、図４のように、応力集中箇所であるアキシャル溝４の谷部への超音波の入射角を４５±１０°とすることが好ましい。
【００２７】
その応力集中箇所への超音波の入射角を４５±１０°とする例について以下に説明する。本実施例は、ディスク２のテーパー８の無い部位から超音波を送受信する場合の実施例である。
【００２８】
図７はディスク２の構成各部位の長さと角度の定義で、
ｙ０：ディスク２のタービン軸方向長さ［ｍ］
ｚ１：テーパー８の無いディスク２の部位の径方向長さ［ｍ］
ｚｓ：応力集中箇所のディスク２の外周からの径方向距離［ｍ］
ｚ０：ディスク２の径方向長さ［ｍ］
α：ディスク２のテーパー８部のディスク２の径方向に対する角度［°］
θ：超音波の入射角［°］
を表す。
【００２９】
図８に実施例１のディスクにおいて最小の入射角となる超音波送信方向を示す。実際のディスク２には複数の凹凸があり、ｚｓが大きいほど入射角の最小値は小さくなるため、ディスク２の外周からの径方向距離が最大となる応力集中箇所の距離をｚｓととり、その条件の入射角が３５°以上となるようｚ１、ｚｓ、ｙ０を構成することで全応力集中箇所を入射角４５±１０°で探傷可能とする。この入射角θは次の数式（１）で記述される。
【００３０】
θ＝tan-1（（ｚ１−ｚｓ）／（ｙ０））  …（１）
この構成とすることにより、入射角４５±１０°でアキシャル溝４の応力集中箇所へ超音波を入射可能とし、超音波探傷の信頼性を向上する。また、上記定義中のαとｚ０を任意とすることができるため設計の自由度が高まる。
【実施例２】
【００３１】
図９と数式（２）を用いて、以下にアキシャル溝４の応力集中箇所への入射角を４５±１０°とする実施例２について説明する。本実施例はディスク２のテーパー８部も超音波の入射点に用いて超音波を送受信する場合の実施例である。
【００３２】
図９に実施例２のディスク２における受信点において最小の入射角となる超音波送信方向を示す。この入射角は数式（２）で記述される。
【００３３】
θ＝tan-1｛（ｚ０−ｚｓ）／（ｙ０＋tanα×（ｚ１−ｚ０））｝  …（２）
θ≧３５°となるようアキシャル溝４の軸方向長さ、径方向長さ、テーパー８の角度を構成する。更に、このときの入射点における入射角は、
θ＋α  …（３）
と受信点の入射角よりも大きくなるため、反射効率の高い入射角の最大値５５°以下とするようｚ０、ｚ１、ｚｓ、ｙ０、αを構成する。
【００３４】
このようにアキシャル溝４の軸方向長さ、径方向長さ、テーパー８の角度を構成することにより、アキシャル溝４の応力集中箇所に入射角４５±１０°で超音波を入射可能とし、超音波探傷の信頼性を向上する。
【００３５】
また、実施例１では超音波の送受信を行っていなかったテーパー８部からも超音波を高反射効率で送受信可能なため、実施例１と較べてディスク２を小型化することが可能である。その他の内容は、既述の実施例１と同じである。
【実施例３】
【００３６】
次に、実施例３として、図１０〜図１４、数式（４）〜数式（１３）を用いて、応力集中箇所への超音波の入射角を４５±１０°で入射可能とするキー溝５の構成に関する例を説明する。
【００３７】
図１０はキー溝５の位置の定義で、
ｄｚｋ１：キー挿入部先端のディスク外周からの径方向距離 
ｄｙｋ１：キー挿入部先端のキー溝設置面からの軸方向距離
ｄｚｋ２：キー挿入部後端のディスク外周からの径方向距離
ｄｙｋ２：キー挿入部後端のキー溝設置面からの軸方向距離
ｄｚｋ３：キー溝絞り部のディスク外周からの径方向距離
を表す。その他の記号の定義は、実施例１，実施例２の場合と同様である。
【００３８】
図１１は応力集中箇所（図中の点線箇所）よりもディスク２の径方向の外周寄りにキー溝５がある場合においては、全応力集中箇所に入射角４５±１０°で超音波を入射できる。この場合のキー溝５の位置は数式（４）で記述される。
【００３９】
ｄｚｋ１＜ｚｓ  …（４）
この数式（４）を満たすようにキー溝５を構成することで高効率で超音波を送受信可能である。
【００４０】
また、図１２に示すようにキー溝５が応力集中箇所と重なっている場合、超音波を送受信できない箇所が生じる。この場合のキー溝５の位置は数式（５）で記述される。
【００４１】
ｄｚｋ２＜ｚｓ＜ｄｚｋ１  …（５）
そこで、数式（５）の範囲外となる数式（６）あるいは（６’）の範囲となるようキー溝を構成することで、全高応力箇所に高反射効率角度で超音波を入射可能とする。
【００４２】
ｄｚｋ２≧ｚｓ  …（６）
ｄｚｋ１≦ｚｓ  …（６’）
図１３はｄｚｋ２＞ｚｓにおいてキー溝５に対してディスク２の径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合における入射角４５±１０°で送受信できない範囲の説明図を示す。この超音波送受信の経路において、
tan-1｛（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝≧３５°  …（７）
の場合、すなわち、（ｄｙｋ２、ｄｚｋ２）を通り傾き−３５°の直線がキーを固定するために細くなっているキー溝絞り部と交差しない場合、キー溝５の対向面から、
ｙ０−｛（ｄｚｋ２−ｚｓ）／tan３５°＋ｄｙｋ２｝  …（８）
の軸方向距離においては入射角が３５°以下となる。
【００４３】
また、tan-1｛（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝＜３５°  …（９）
の場合、キー溝の対向面から、
ｙ０−｛（ｄｚｋ３−ｚｓ）／tan３５°｝  …（１０）
の軸方向距離においては入射角が３５°以下となる。
【００４４】
図１４はキー溝５に対してディスク径方向の内周側を介して超音波を送受信した場合における入射角４５±１０°で送受信できない範囲の説明図を示す。（ｄｙｋ１、ｄｚｋ１）を通り傾き５５°の直線と応力集中箇所との接点からキー溝５側は入射角が５５°以上となる。この範囲の軸方向長さは式（１１）で記述される。
【００４５】
（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°＋ｄｙｋ１  …（１１）
tan-1（（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２）≧３５°の場合、数式（１２）に記述した数式（１１）と数式（８）を足し合わせた距離が軸方向長さｙ０以下となるようｚｓ、ｄｚｋ１、ｄｚｋ３、ｄｚｋ２、ｄｙｋ１、ｄｙｋ２を構成することで、全応力集中箇所に入射角４５±１０°で超音波を送受信可能とする。
【００４６】
ｙ０−｛（ｄｚｋ２−ｚｓ)／ｔａｎ３５°＋ｄｙｋ２）＋｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°＋ｄｙｋ１｝≦ｙ０  …（１２）
tan-1｛（ｄｚｋ３−ｄｚｋ２）／ｄｙｋ２｝＜３５°の場合、数式（１３）に記述した数式（１１）と（１０）を足し合わせた距離が軸方向長さｙ０以下となるようｚｓ、ｄｚｋ１、ｄｚｋ３、ｄｚｋ２、ｄｙｋ１、ｄｙｋ２を構成することで、全応力集中箇所に入射角４５±１０°で超音波を送受信可能とする。
【００４７】
ｙ０−{（ｄｚｋ３−ｚｓ）／tan３５°}＋｛（ｄｚｋ１−ｚｓ)／tan５５°＋ｄｙｋ１｝≦ｙ０  …（１３）
その他の内容は、既述の実施例１，２と同じである。
【００４８】
このようにキー溝５を構成とすることにより、入射角４５±１０°でアキシャル溝４の応力集中箇所へ超音波を入射可能とし、超音波探傷の信頼性を向上する。
【実施例４】
【００４９】
次に、実施例４として、図１５及び下記の数式を用いて、応力集中箇所への入射角を４５±１０°とするキー溝５の構成に係る例について説明する。本実施例は実施例１においてキー溝５がある場合の構造に関して適用するものである。
【００５０】
図１５に示すように本実施例ではキー溝５に対して超音波を送受信した場合において軸方向長さを制限する。その制限は数式（１４）と（１５）で記述される。
【００５１】
ｚ２＝（ｄｚｋ１−ｚｓ）×｛ｄｙｋ１＋（ｄｚｋ１−ｚｓ／tan５５°）｝÷｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan５５°｝  …(１４) 
ｙ０≦ （ｚ１−ｚｓ＋ｚ２）÷ ｔａｎ５５°  …（１５）
また、アキシャル溝４の軸方向長さ、径方向長さを数式（１）及び、数式（１２）あるいは数式（１３）の範囲となるよう構成する。
【００５２】
このようにアキシャル溝４の軸方向長さ、径方向長さ、キー溝５の位置を構成とすることにより、入射角４５±１０°でアキシャル溝４の応力集中箇所へ超音波を入射可能とし、超音波探傷の信頼性を向上する。その他の内容は、既述の各実施例と同じである。
【実施例５】
【００５３】
次に、実施例５として、図１６及び下記の数式（１６）〜（２０）を用いて、点線で示す応力集中個所への入射角を４５±１０°とするキー溝の構成の例について説明する。本実施例は実施例２においてキー溝５がある場合の構成に関するものである。
【００５４】
図１６に示すように、本実施例ではキー溝５に対してディスク径方向の内周側を介して超音波を送受信した場合に軸方向長さを制限する。その制限は数式（１６）〜（１８）で記述される。
【００５５】
ｚ２’＝（ｄｚｋ１−ｚｓ）×｛ｄｙｋ１＋（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan（５５°−α）｝÷｛（ｄｚｋ１−ｚｓ）／tan（５５°−α）｝  …(１６) 
ｙ２＝ｚ２‘ ÷tan（５５°−α）  …（１７）
（ｚ０−ｚｓ）÷｛ｙ０−ｙ２＋(ｚ０−ｚ１)tanα｝≦tan（５５°−α）  …(１８)  また、屈折角５５°−α以下で超音波を送受信できないキー溝設置面からの距離は数式（１７）となる。
【００５６】
数式（７）が成立する場合、
数式（８）＋数式（１７）≦ｙ０  …（１９）
数式（９）が成立する場合、
数式（１０）＋数式（１７）≦ｙ０  …（２０）
が成立するようにアキシャル溝の軸方向長さ、径方向長さ、テーパー角を構成する。更には、アキシャル溝の軸方向長さ、径方向長さ、テーパー角を数式（２）及び（３）の範囲となるよう構成する。
【００５７】
このようにアキシャル溝の軸方向長さ、径方向長さ、テーパー角、キー溝５の位置を構成することにより、入射角４５±１０°でアキシャル溝４の応力集中箇所へ超音波を入射可能とし、超音波探傷の信頼性を向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、発電用や動力用など各種タービンのタービンロータに利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５９】
1…タービン軸、２…ディスク、３…動翼、４…アキシャル溝、５…キー溝、６…超音波送信センサ、７…超音波受信センサ、８…テーパー、ｄｚｋ１…キー挿入部先端のディスク外周からの径方向距離［ｍ］、ｄｙｋ１…キー挿入部先端のキー溝設置面からの軸方向距離［ｍ］、ｄｚｋ２…キー挿入部後端のディスク外周からの径方向距離［ｍ］、ｄｙｋ２…キー挿入部後端のキー溝設置面からの軸方向距離［ｍ］、ｄｚｋ３…キー溝絞り部のディスク外周からの径方向距離［ｍ］、ｙ０…アキシャル溝のディスク軸方向長さ［ｍ］、ｙ２…実施例４において、キー溝に対してディスク径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合において入射角５５°−αで送受信できないキー溝設置面からの軸方向距離［ｍ］、ｚ０…アキシャル溝のディスク径方向長さ［ｍ］、ｚ１…アキシャル溝のテーパーが無いディスク径方向長さ［ｍ］、ｚ２…実施例４において、キー溝に対してディスク径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合において入射角５５°以下で超音波を送受信できない探傷位置からの軸方向距離［ｍ］、ｚ２’…実施例５において、キー溝に対してディスク径方向の外周側を介して超音波を送受信した場合において入射角５５°以下で超音波を送受信できない探傷位置からの軸方向距離［ｍ］、ｚｓ…応力集中個所のディスク径方向外周からの距離［ｍ］、α…テーパーのディスク径方向に対する角度［°］、θ…入射角［°］
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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