(57)【要約】【課題】確実に全周一群綴り構造を形成することのできるタービン動翼及びタービンを提供する。【解決手段】タービンローターの回転方向に沿って前記タービンローターの周囲に設けられ、翼有効部と、この翼有効部と一体に設けられたカバーとを有し、前記回転方向に沿って複数配列されるタービン動翼であって、回転方向に沿って複数配列されるタービン動翼であって、前記カバーは、翼前縁を基準とした前記カバーの入口側の回転方向の長さが、翼重心のある側が、前記翼重心のない側より長く、回転時の遠心力による前記カバーの径方向変位量を、前記翼重心のある側を前記翼重心のない側より大きくすることによって、隣接する前記カバーどうしを接触させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンローターの回転方向に沿って前記タービンローターの周囲に設けられ、翼有効部と、この翼有効部と一体に設けられたカバーとを有し、前記回転方向に沿って複数配列されるタービン動翼であって、
前記カバーは、翼前縁を基準とした前記カバーの入口側の回転方向の長さが、翼重心のある側が、前記翼重心のない側より長く、
回転時の遠心力による前記カバーの径方向変位量を、前記翼重心のある側を前記翼重心のない側より大きくすることによって、隣接する前記カバーどうしを接触させる
ことを特徴とするタービン動翼。
【請求項２】
請求項１記載のタービン動翼であって、
前記翼重心が、前記翼前縁より回転方向手前側にあり、
前記翼前縁を基準にした前記カバーの入口側の回転方向の長さが、前記回転方向手前側が前記回転方向前方側より長い
ことを特徴とするタービン動翼。
【請求項３】
請求項２に記載のタービン動翼であって、
前記カバーの接触面が、前記回転方向に直行するラジアル線に対して角度を持ち、前記回転方向手前側の接触面が径方向上側を向き、前記回転方向前方側の接触面が径方向下側を向いている
ことを特徴とするタービン動翼。
【請求項４】
請求項１記載のタービン動翼であって、
翼重心が、前記翼前縁より回転方向前方側にあり、
前記翼前縁を基準にした前記カバーの入口側の回転方向の長さが、前記回転方向前方側が前記回転方向手前側より長い
ことを特徴とするタービン動翼。
【請求項５】
請求項４に記載のタービン動翼であって、
前記カバーの接触面が、前記回転方向に直行するラジアル線に対して角度を持ち、前記回転方向前方側の接触面が径方向上側を向き、前記回転方向手前側の接触面が径方向下側を向いている
ことを特徴とするタービン動翼。
【請求項６】
タービンローターと、当該タービンローターの周囲に回転方向に沿って配列された複数のタービン動翼とを具備したタービンであって、
前記タービン動翼の少なくとも一部は、請求項１乃至５の何れか１項に記載されたタービン動翼であることを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービン動翼及びタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービンの高圧部又は中圧部のタービン動翼は、高温かつ高圧の蒸気環境下で回転による遠心力を受けるため、その環境に耐えうるように十分な強度と耐振性を備えた設計が必要になる。
【０００３】
このような蒸気タービンの高圧部又は中圧部のタービン動翼の綴り構造としては、従来より有限な群綴り構造が用いられている。この有限な群綴り構造は、タービン動翼と相隣るタービン動翼とを、別体のシュラウドカバー（以下、単にカバーという。）で連結した構造で、タービン動翼の頂部に設けたテノンをカバーに設けた穴に通した後、テノンをかしめて抜け止めし連結したものである。
【０００４】
群綴り構造のタービン動翼においては、タービン動翼頂部のテノンをかしめた部位の上には、接触による損傷を避けるため、蒸気漏洩防止フィンを設置できない。このため蒸気漏洩防止フィンによって蒸気漏洩量を減少させ、性能向上を図ることができなかった。
【０００５】
これに対して最近では、カバーを製作時に動翼から一体で削り出したタイプのタービン動翼が用いられるようになった。この一体削り出しカバーを有するタービン動翼では、カバーの上部にも蒸気漏洩防止フィンの設置が可能となり、性能向上を図れるようになった。また、一体削り出しカバーを有するタービン動翼では、回転中は全周のカバーどうしが一様に接触した全周一群綴り構造を為し、組立時又は運転中に作用する力を利用し、カバーが連結するようにしている。
【０００６】
一般に、有限群綴り構造のタービン動翼に比べ、全周一群綴り構造のタービン動翼は、振動の減衰性に優れている。このため、従来から一体削り出しカバーを有するタービン動翼を全周一群綴りとする連結方法が種々提案されており、実際に実機に適用されているものもある。
【０００７】
例えば、組立時にカバーを予め反時計回りにねじって接触させ組立てる方法を用いたタービン動翼。半径方向にタービン動翼の半分をオフセットして下げておき、遠心力によってタービン動翼が持ち上がることにより、オフセットしなかった半数のタービン動翼のカバーに接触させる方法を用いたタービン動翼。タービン動翼の有効部の遠心力によるねじり戻りを利用し、カバーどうしを接触させる方法を用いたタービン動翼等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３６８２１３号公報
【特許文献２】特開２００７−７７８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した一体削り出しカバーを有するタービン動翼において、高圧部又は中圧部の前方にある段落のタービン動翼の場合、翼有効部の長さが短いため、翼有効部のねじり戻りが小さかったり、遠心力と蒸気流及び高温・高圧の影響で、カバーの接触面どうしが効果的に接触できず、全周一群綴り構造が形成されない場合がある。これにより、タービン動翼が単体で運転される所謂フリースタンディング状態となり、全周一群綴り構造としての高い減衰性が得られず、タービン動翼の振動が増大して損傷を受ける可能性が高くなり、信頼性を損なうという課題があった。特に、翼有効部の長さが例えば１００ｍｍ以下のタービン動翼の場合などは、このような課題が顕著になる。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、確実に全周一群綴り構造を形成することのできるタービン動翼及びタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態のタービン動翼は、タービンローターの回転方向に沿って前記タービンローターの周囲に設けられ、翼有効部と、この翼有効部と一体に設けられたカバーとを有し、前記回転方向に沿って複数配列されるタービン動翼である。前記カバーは、翼前縁を基準とした前記カバーの入口側の回転方向の長さが、翼重心のある側が、前記翼重心のない側より長く、回転時の遠心力による前記カバーの径方向変位量を、前記翼重心のある側を前記翼重心のない側より大きくすることによって、隣接する前記カバーどうしを接触させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るタービン動翼の構成を模式的に示す図。
【図２】第２実施形態に係るタービン動翼の構成を模式的に示す図。
【図３】第３実施形態に係るタービン動翼の構成を模式的に示す図。
【図４】第４実施形態に係るタービン動翼の構成を模式的に示す図。
【図５】参考例に係るタービン動翼の構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態のタービン動翼を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、第１実施形態に係るタービン動翼１００の構成を模式的に示す図である。タービン動翼１００は、図示しないタービンローターの周囲に配設されており、図１に矢印Ａで示す回転方向に沿って複数配列されている。なお、図１（図２〜５も同様）には、説明のためタービン動翼１００を２つのみ示してあるが、実際には回転方向に沿ってさらに多数のタービン動翼１００が配設されている。
【００１５】
タービン動翼１００は、凸状に湾曲した背側１０１と、凹状に湾曲した腹側１０２とを有する翼有効部１０３を具備している。また、この翼有効部１０３の頂部には、一体削り出しによって形成されたカバー１０４が配設されている。
【００１６】
図１において、矢印Ｂは、蒸気などの作動流体の流入方向を示しており、図１中カバー１０４の左側の部分が入口側１０５となる。また、カバー１０４の回転方向の端面は、隣接するカバー１０４どうしが接触する接触面１０６（背側１０１）及び接触面１０７（腹側１０２）となる。
【００１７】
翼有効部１０３の作動流体の流入側の端部は、翼前縁１０８である。そして、タービン動翼１００では、この翼前縁１０８を基準として、カバー１０４の入口側１０５の長さが、背側１０１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ１と、腹側１０２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ２が異なっている。
【００１８】
この場合、タービン動翼１００では、翼有効部１０３の水平断面における翼重心（断面重心）１０９が、翼前縁１０８より矢印Ａで示す回転方向の手前側にある。このため、タービン動翼１００では、腹側１０２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ２が、背側１０１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ１より長くなっている。このように翼前縁を境として回転方向でみたときの翼重心１０９のある側のカバー１０４の長さを長くすることによって、翼重心１０９の近傍にカバー１０４の多くの部分を配設することができ、カバー１０４の下に過大な応力がかかることを抑制することができる。
【００１９】
上記の翼前縁１０８を基準としたカバー１０４の入口側１０５の長さの相違により、タービン動翼１００が回転した際に作用する遠心力によるカバー１０４の変位量（遠心力により外周方向に持ち上がる量）が、背側１０１と腹側１０２とで異なる。具体的には、翼前縁１０８からの長さの長い腹側１０２のカバー１０４の変位量が、翼前縁１０８からの長さの短い背側１０１のカバー１０４の変位量より多くなる。
【００２０】
なお、図５に示す参考例のタービン動翼２００の場合のように、翼前縁２０８を基準として、カバー２０４の入口側２０５の長さが、背側２０１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ１１と、腹側２０２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ１２が等しい場合、遠心力による両側の変位量は略等しくなる。このような構成のタービン動翼２００の変位量に比べて、タービン動翼１００では、翼前縁１０８からの長さの長い腹側１０２のカバー１０４の変位量は多くなる。
【００２１】
すなわち、カバー１０４の入口側１０５の部分において、カバー１０４は、翼前縁１０８の部分において翼有効部１０３と接続されているため、翼前縁１０８からの長さが長いほど（翼前縁１０８からの距離が遠いほど）、外側に向かって伸びる変位量が多くなる。このようなカバー１０４の変位量の差及び片側の大きな変位によって、隣接するカバー１０４の接触面１０６と、接触面１０７どうしが確実に接触し、振動減衰性に優れた全周一群綴り構造が確実に形成される。すなわち、カバー１０４が遠心力により外周に向かって持ち上がる（変位する）際、変位量の大きな接触面１０７が大きく持ち上がり、また接触面１０７が上側を向く方向に傾く。これによって変位量の小さな接触面１０６と確実に接触させることができる。
【００２２】
なお、図１中タービン動翼１００の左側にカバー１０４の接触面１０６，１０７の形状とラジアル線（タービンローターの中心に向かう線）との関係を模式的に示してある。図１に示すタービン動翼１００では、カバー１０４の接触面１０６，１０７はラジアル線に沿った形状とされている。
【００２３】
次に、図２を参照して第２実施形態に係るタービン動翼１２０の構成について説明する。図２に示すように、タービン動翼１２０は、凸状に湾曲した背側１２１と、凹状に湾曲した腹側１２２とを有する翼有効部１２３を具備している。また、この翼有効部１２３の頂部には、一体削り出しによって形成されたカバー１２４が配設されている。
【００２４】
図２において、矢印Ｂは、蒸気などの作動流体の流入方向を示しており、図２中カバー１２４の左側の部分が入口側１２５となる。また、カバー１２４の回転方向（矢印Ａで示す。）の端面は、隣接するカバー１２４どうしが接触する接触面１２６（背側１２１）及び接触面１２７（腹側１２２）となる。
【００２５】
翼有効部１２３の作動流体の流入側の端部は、翼前縁１２８である。そして、タービン動翼１２０では、この翼前縁１２８を基準として、カバー１２４の入口側１２５の長さが、背側１２１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ３と、腹側１２２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ４が異なっている。
【００２６】
この場合、タービン動翼１２０では、翼有効部１２３の水平断面における翼重心（断面重心）１２９が、翼前縁１２８より矢印Ａで示す回転方向の手前側にある。このため、前述したタービン動翼１００の場合と同様に、タービン動翼１２０では、腹側１２２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ４が、背側１０１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ３より長くなっている。
【００２７】
図２中タービン動翼１２０の左側にカバー１２４の接触面１２６及び接触面１２７の形状とラジアル線との関係を模式的に示してある。図２に示すタービン動翼１２０では、カバー１２４の接触面１２６及び接触面１２７はラジアル線に対して角度を持った形状とされている。具体的には、背側１２１の接触面１２６が半径方向下向き、腹側１２２の接触面１２７が半径方向上向きとなっている。
【００２８】
上記構成のタービン動翼１２０では、前述したタービン動翼１００の場合と同様に、翼前縁１２８からの長さの長い腹側１２２のカバー１２４の変位量（遠心力により外周方向に持ち上がる量）が、翼前縁１２８からの長さの短い背側１２１のカバー１２４の変位量より多くなる。また、上記した長さＤ３と長さＤ４とが等しい場合の変位量に比べて、翼前縁１２８からの長さの長い腹側１２２のカバー１２４の変位量は多くなる。この変位量の差及び大きな変位によって、隣接するカバー１２４の接触面１２６と、接触面１２７どうしが確実に接触し、振動減衰性に優れた全周一群綴り構造が確実に形成される。
【００２９】
さらに、タービン動翼１２０では、背側１２１の接触面１２６が半径方向下向き、腹側１２２の接触面１２７が半径方向上向きとなっている。これによって、高温高圧によりカバー１２４の接触面１２６と、接触面１２７との間が開いたとしても接触面１２６と、接触面１２７とが周方向にラップしているので、変位量の差によってより確実に接触面１２６と、接触面１２７とを接触させることができる。
【００３０】
すなわち、半径方向上向きとなっている接触面１２７の変位量が、下向きになっている接触面１２６の変位量より多いので、接触面１２７が接触面１２６に当たりに行くことによってこれらを確実に接触させることができる。
【００３１】
次に、図３を参照して第３実施形態について説明する。図３に示すように、タービン動翼１３０は、凸状に湾曲した背側１３１と、凹状に湾曲した腹側１３２とを有する翼有効部１３３を具備している。また、この翼有効部１３３の頂部には、一体削り出しによって形成されたカバー１３４が配設されている。
【００３２】
図３において、矢印Ｂは、蒸気などの作動流体の流入方向を示しており、図３中カバー１３４の左側の部分が入口側１３５となる。また、カバー１３４の回転方向（矢印Ａで示す。）の端面は、隣接するカバー１３４どうしが接触する接触面１３６（背側１３１）及び接触面１３７（腹側１３２）となる。
【００３３】
翼有効部１３３の作動流体の流入側の端部は、翼前縁１３８である。そして、タービン動翼１３０では、この翼前縁１３８を基準として、カバー１３４の入口側１３５の長さが、背側１３１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ５と、腹側１３２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ６が異なっている。
【００３４】
この場合、タービン動翼１３０では、翼有効部１３３の水平断面における翼重心（断面重心）１３９が、翼前縁１３８より矢印Ａで示す回転方向の前方側にある。このため、タービン動翼１３０では、背側１３１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ５が、腹側１３２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ６より長くなっている。このように翼重心１３９のある側のカバー１３４の長さを長くすることによって、翼重心１３９の近傍にカバー１３４の多くの部分を配設することができ、カバー１３４の下に過大な応力がかかることを抑制することができる。
【００３５】
上記構成のタービン動翼１３０では、前述したタービン動翼１００の場合とは反対に、翼前縁１３８からの長さの長い背側１３１のカバー１３４の変位量（遠心力により外周方向に持ち上がる量）が、翼前縁１３８からの長さの短い腹側１３２のカバー１３４の変位量より多くなる。また、上記した長さＤ５と長さＤ６とが等しい場合の変位量に比べて、翼前縁１３８からの長さの長い背側１３１のカバー１３４の変位量は多くなる。
【００３６】
すなわち、カバー１３４の入口側１３５の部分において、カバー１３４は、翼前縁１３８の部分において翼有効部１３３と接続されているため、翼前縁１３８からの長さが長いほど、その変位量が多くなる。この変位量の差及び大きな変位によって、隣接するカバー１３４の接触面１３６と、接触面１３７どうしが確実に接触し、振動減衰性に優れた全周一群綴り構造が確実に形成される。
【００３７】
なお、図３中タービン動翼１３０の左側にカバー１３４の接触面１３６，１３７の形状とラジアル線（タービンローターの中心に向かう線）との関係を模式的に示してある。図３に示すタービン動翼１３０では、カバー１３４の接触面１３６，１３７はラジアル線に沿った形状とされている。
【００３８】
次に、図４を参照して第４実施形態について説明する。図４に示すように、タービン動翼１４０は、凸状に湾曲した背側１４１と、凹状に湾曲した腹側１４２とを有する翼有効部１４３を具備している。また、この翼有効部１４３の頂部には、一体削り出しによって形成されたカバー１４４が配設されている。
【００３９】
図４において、矢印Ｂは、蒸気などの作動流体の流入方向を示しており、図４中カバー１４４の左側の部分が入口側１４５となる。また、カバー１４４の回転方向（矢印Ａで示す。）の端面は、隣接するカバー１４４どうしが接触する接触面１４６（背側１４１）及び接触面１４７（腹側１４２）となる。
【００４０】
翼有効部１４３の作動流体の流入側の端部は、翼前縁１４８である。そして、タービン動翼１４０では、この翼前縁１４８を基準として、カバー１４４の入口側１４５の長さが、背側１４１の長さ（回転方向上流側の長さ）Ｄ７と、腹側１４２の長さ（回転方向下流側の長さ）Ｄ８が異なっている。
【００４１】
この場合、タービン動翼１４０では、翼有効部１４３の水平断面における翼重心（断面重心）１４９が、翼前縁１４８より矢印Ａで示す回転方向の前方側にある。このため、前述したタービン動翼１３０の場合と同様に、タービン動翼１４０では、背側１４１の長さ（回転方向前方側の長さ）Ｄ７が、腹側１４２の長さ（回転方向手前側の長さ）Ｄ８より長くなっている。
【００４２】
図４中タービン動翼１４０の左側にカバー１４４の接触面１４６及び接触面１４７の形状とラジアル線との関係を模式的に示してある。図４に示すタービン動翼１４０では、カバー１４４の接触面１４６及び接触面１４７はラジアル線に対して角度を持った形状とされている。具体的には、背側１４１の接触面１４６が半径方向上向き、腹側１４２の接触面１２７が半径方向下向きとなっている。
【００４３】
上記構成のタービン動翼１４０では、前述したタービン動翼１３０の場合と同様に、翼前縁１４８からの長さの長い背側１４１のカバー１４４の変位量（遠心力により外周方向に持ち上がる量）が、翼前縁１４８からの長さの短い腹側１４２のカバー１４４の変位量より多くなる。また、上記した長さＤ７と長さＤ８とが等しい場合の変位量に比べて、翼前縁１４８からの長さの長い背側１４１のカバー１４４の変位量は多くなる。この変位量の差及び大きな変位によって、隣接するカバー１４４の接触面１４６と、接触面１４７どうしが確実に接触し、振動減衰性に優れた全周一群綴り構造が確実に形成される。
【００４４】
さらに、タービン動翼１４０では、背側１４１の接触面１４６が半径方向上向き、腹側１４２の接触面１４７が半径方向下向きとなっている。これによって、高温高圧によりカバー１４４の接触面１４６と、接触面１４７との間が開いたとしても接触面１４６と、接触面１４７とが周方向にラップしているので、変位量の差によってより確実に接触面１４６と、接触面１４７とを接触させることができる。
【００４５】
すなわち、半径方向上向きとなっている接触面１４６の変位量が、下向きになっている接触面１４７の変位量より多いので、接触面１４６が接触面１４７に当たりに行くことによってこれらを確実に接触させることができる。
【００４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１００，１２０，１３０，１４０……タービン動翼、１０１，１２１，１３１，１４１……背側、１０２，１２２，１３２，１４２……腹側、１０３，１２３，１３３，１４３……翼有効部、１０４，１２４，１３４，１４４……カバー、１０５，１２５，１３５，１４５……入口側、１０６，１２６，１３６，１４６……接触面（背側）、１０７，１２７，１３７，１４７……接触面（腹側）、１０８，１２８，１３８，１４８……翼前縁、１０９，１２９，１３９，１４９……翼重心。
【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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