(57)【要約】【課題】このような点を考慮してなされたものであり、植込み形状を簡素化しつつ遠心力に抗して動翼をロータに支持可能とするとともに、軽量化、小形化を図ることができる回転機械を提供する。【解決手段】実施の形態による回転機械１は、ケーシング２と、ケーシング２に回転可能に設けられたロータ２０と、ロータ２０から半径方向外側に延び、周方向に列状に配置された複数の動翼３１と、繊維強化複合材料によりリング状に形成された翼先端カバー３５と、を備えている。翼先端カバー３５は、動翼３１の先端面３１ａを覆って支持している。翼先端カバー３５の繊維３９は、周方向に延びている。【選択図】図６
2015227627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングに回転可能に設けられたロータと、
前記ロータから半径方向外側に延び、周方向に列状に配置された複数の動翼と、
繊維強化複合材料によりリング状に形成され、前記動翼の先端面を覆って支持した翼先端カバーと、を備え、
前記翼先端カバーの繊維は、周方向に延びていることを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記ロータに、前記動翼が植え込まれた凹状の被植込部が設けられ、
前記動翼は、動翼本体と、前記動翼本体の半径方向内側に設けられ、前記被植込部に植え込まれた植込部と、を有し、
前記被植込部は、前記植込部が半径方向内側に向って挿入可能な形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記植込部は、前記動翼本体を延長した翼型形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
前記被植込部と前記植込部との間に、接着剤が介在されていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転機械。
【請求項５】
前記ロータは、前記被植込部が設けられた、半径方向外側に突出するロータディスクを含み、
前記ロータディスクおよび前記動翼の前記植込部を貫通し、当該動翼を当該ロータディスクに保持するピンを更に備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の回転機械。
【請求項６】
前記ロータに、前記動翼が植え込まれた被植込部が設けられ、
前記動翼は、前記被植込部に植え込まれた植込部を有し、
前記被植込部に、フック溝が設けられ、
前記植込部に、前記フック溝に係合するフック部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項７】
前記翼先端カバーの内周面に、前記ロータの軸線方向に延びる凹部が設けられ、
前記動翼の前記先端面に、前記凹部に嵌合する突部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回転機械。
【請求項８】
前記凹部に、前記突部に対して前記ロータの軸線方向の両側から当接する一対のストッパー部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の回転機械。
【請求項９】
一対の前記ストッパー部のうちの一方の前記ストッパー部は、前記翼先端カバーに一体に形成され、他方の前記ストッパー部は、ストッパー用結合部材によって前記翼先端カバーに結合され、
前記ストッパー用結合部材は、半径方向内側から外側に向って差し込まれていることを特徴とする請求項８に記載の回転機械。
【請求項１０】
前記凹部に、前記翼先端カバーに一体に形成されたストッパー部が設けられ、
前記ストッパー部は、前記突部に対して前記ロータの軸線方向の一方の側から当接するとともに、ストッパー用結合部材によって前記突部に結合され、
前記ストッパー用結合部材の長手方向は、前記ロータの軸線方向に向っていることを特徴とする請求項７に記載の回転機械。
【請求項１１】
前記繊維強化複合材料は、繊維強化複合プラスチックからなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンや圧縮機、ファンなどの回転機械の動翼は、流体エネルギを回転エネルギに変換する、あるいは回転エネルギを流体エネルギに変換する部分であり、回転機械の中で重要な部品となっている。
【０００３】
例えば、蒸気タービンの動翼は、タービンロータに植え込まれて支持されて、１５００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍといった回転数で高速に回転する。このような高速で回転する動翼を遠心力に抗してタービンロータに支持するために、植込み形状には種々の形状が採用されている。例えば、翼長が比較的短く、遠心力の小さい段落にはＴ型植込みが採用され、翼長が比較的長く、遠心力が大きい段落には、クリスマスツリー型植込みや、サイドエントリー型植込み、フォーク型植込み、鞍型植込みが採用されている。このうち鞍型植込みの一例を図１６に示す。
【０００４】
図１６に示す植込部１００にはフック部１０１が設けられ、タービンロータ１０２のロータディスク１０３には、植込部１００のフック部１０１に係合する形状のフック溝１０４が形成されている。フック部１０１がフック溝１０４に係合することにより、動翼１０５がロータディスク１０３に連結されて組み立てられている。タービンロータ１０２が回転している間、植込部１００のフック部１０１がロータディスク１０３のフック溝１０４に係合されることによって、遠心力に抗して動翼１０５がロータディスク１０３に支持され、動翼１０５が遠心力によってタービンロータ１０３から外れることを防止している。図１６に示す翼先端カバー１０６は、動翼１０５毎に設けられており、互いに隣り合う翼先端カバー１０６が連結されている。
【０００５】
動翼およびタービンロータは、上述したような遠心力を許容できる強度と、複雑な形状の植込部のフック部やフック溝の切削加工性とを考慮して、鉄鋼材料で形成されていることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２３４５８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８５３６７号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６９２３１号公報
【特許文献４】特開２０１２−２４１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した植込み形状のうち、クリスマスツリー型植込みや、サイドエントリー型植込み、鞍型植込みは、比較的大きな遠心力にも耐えるべく、複数のフック部が多段状に設けられている。また、フォーク型植込みは、複数の孔を設けて、各孔にピンを係合させることで、大きな遠心力に耐えるように構成されている。このため、クリスマスツリー型植込みや、サイドエントリー型植込み、鞍型植込み、フォーク型植込みの植込み形状が複雑化するという課題がある。この場合、切削加工が煩雑化して加工コスト、加工工数（加工時間）が増大し得る。同様に、タービンロータのロータディスクにも、複数のフック部に対応するように複数のフック溝が多段状に設けられたり、またはピンを係合させるための孔が複数設けられたりするため、切削加工が煩雑化し得る。
【０００８】
また、上述したように、動翼やタービンロータが、切削加工性を考慮して鉄鋼材料で形成されている場合には、その質量が増大し、製造、運搬時の作業性低下を招く。この質量の増大は、航空機などの移動機械では軽量化の妨げとなっている。そして、上述したような複数のフック部が多段状に設けられたり、またはピンを係合させるための孔が複数設けられたりしている場合には、植込部の半径方向寸法、周方向寸法、軸線方向寸法（タービンロータの軸線に沿った方向の寸法）が増大して動翼が大型化され、このことによっても動翼やタービンロータの質量が増大し得るとともに、回転機械が大型化され得る。
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、植込み形状を簡素化しつつ遠心力に抗して動翼をロータに支持可能とするとともに、軽量化、小形化を図ることができる回転機械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】
【００１０】
実施の形態による回転機械は、ケーシングと、ケーシングに回転可能に設けられたロータと、ロータから半径方向外側に延び、周方向に列状に配置された複数の動翼と、繊維強化複合材料によりリング状に形成された翼先端カバーと、を備えている。翼先端カバーは、動翼の先端面を覆って支持している。翼先端カバーの繊維は、周方向に延びている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンの一例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の蒸気タービンにおいて、一のタービン段落を示す部分断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線で切断したタービン段落を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３のＣ−Ｃ線で切断した部分斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、図４に示すロータディスクを示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図４に示す翼先端カバーを示す斜視図である。
【図６】図６は、図２のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態における図６と同様な断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態における図６と同様な断面図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施の形態における図６と同様な断面図である。
【図１０】図１０は、図９のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第５の実施の形態における図６と同様な断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第６の実施の形態における図３のＦ−Ｆ線断面に相当する断面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第７の実施の形態における図３のＦ−Ｆ線断面に相当する断面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１６】図１６は、一般的な蒸気タービンにおける図４と同様な部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における回転機械について説明する。本実施の形態においては、回転機械として蒸気タービンを例にとって説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１乃至図７を用いて、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンについて説明する。
【００１４】
図１に示すように、蒸気タービン１は、作動蒸気を密閉するためのケーシング２と、ケーシング２に回転可能に貫通して設けられたタービンロータ２０と、タービンロータ２０に設けられた複数の動翼翼列３０と、を有している。
【００１５】
タービンロータ２０は、円柱状（中実状）のロータ本体２１と、ロータ本体２１から半径方向外側に突出する複数のロータディスク２２と、を含んでいる。このうちロータ本体２１が、ケーシング２に図示しないロータ軸受を介して回転可能に支持されている。ロータディスク２２は、軸線方向Ｘに互いに離間して配置されている。
【００１６】
図１乃至図３に示すように、各ロータディスク２２には、複数の動翼３１が周方向に列状に配置されて植設されている。これらの動翼３１によって動翼翼列３０が構成されている。
【００１７】
図１および図２に示すように、ケーシング２の内周側には、複数のダイアフラム外輪３が設けられている。これらのダイアフラム外輪３は、軸線方向Ｘに互いに離間して配置されている。ダイアフラム外輪３より内周側にはダイアフラム内輪４が設けられている。各ダイアフラム外輪３とこれに対応するダイアフラム内輪４との間に、複数の静翼５が周方向に列状に設けられている。これらの静翼５によって静翼翼列６が構成されている。このようにして、ケーシング２内に、複数の静翼翼列６が設けられている。
【００１８】
ダイアフラム内輪４とタービンロータ２０との間には、シール部７が設けられている。このシール部７により、ダイアフラム内輪４とタービンロータ２０との間の空間を蒸気が漏洩することを防止している。
【００１９】
静翼翼列６は、タービンロータ２０の軸線方向Ｘに動翼翼列３０と交互に配置されている。そして、一の静翼翼列６と、当該一の静翼翼列６の下流側（作動蒸気の主流方向Ｐの下流側）に配置された一の動翼翼列３０との組み合わせによって、タービン段落１０が構成されている。すなわち、動翼翼列３０の上流側に、同じタービン段落１０を構成する静翼翼列６が配置されている。ケーシング２内には、このようなタービン段落１０が複数設けられている。
【００２０】
ケーシング２には、蒸気入口管８が連結されている。この蒸気入口管８は、ボイラ（図示せず）において発生した作動蒸気を、ケーシング２内に案内するためのものである。
【００２１】
最終（最も下流側）のタービン段落１０の下流側には、図示しない排気ディフューザ（排気流路）が設けられている。この排気ディフューザは、タービン段落１０を通過した作動蒸気の静圧を回復するためのものである。排気ディフューザを通過した作動蒸気は、図示しない復水器に供給される。
【００２２】
図１に示すように、ケーシング２のうちタービンロータ２０が貫通する部分には、グランドシール部９が設けられている。このグランドシール部９は、複数のタービン段落１０の両側に配置されている。すなわち、最も上流側の第１タービン段落１０よりも主流方向上流側（図１における左側）と、最終のタービン段落１０よりも主流方向下流側（図１における右側）とに、グランドシール部９が配置されている（後者のグランドシール部は図示されていない）。グランドシール部９によって、ケーシング２内の作動蒸気がケーシング２の外部に漏洩することを防止するとともに、ケーシング２の外側の空気がケーシング２内に流入することを防止している。
【００２３】
なお、タービンロータ２０の一端部には、図示しない発電機が連結されている。タービンロータ２０が回転することにより、発電機において発電が行われる。
【００２４】
図２乃至図４に示すように、動翼３１の先端面３１ａ（半径方向外側面）は、リング状に形成された翼先端カバー３５によって覆われて支持されている。このことにより、動翼３１を、翼先端カバー３５によって支持して、半径方向に拘束することができる。この場合、動翼３１の先端面３１ａが、翼先端カバー３５の内周面３５ａに嵌合していることが好適であり、更には、動翼３１の先端面３１ａが、翼先端カバー３５の内周面３５ａと略同一の曲率を有していることが好適である。
【００２５】
翼先端カバー３５は、複数のカバー用ボルト３６（カバー用結合部材）によって動翼３１に締結（結合）されている。このカバー用ボルト３６は、半径方向外側から内側に向って差し込まれている。すなわち、カバー用ボルト３６は、翼先端カバー３５から動翼３１に半径方向外側から内側に向ってねじ込まれている。より具体的には、図５（ａ）に示すように、動翼３１の先端面３１ａにねじ穴３７が設けられ、図５（ｂ）に示すように、翼先端カバー３５に、カバー用ボルト３６が貫通する通し穴３８が設けられている。このようにして、カバー用ボルト３６を、翼先端カバー３５の通し穴３８を貫通して動翼３１のねじ穴３７にねじ込むことが可能になっている。
【００２６】
図４および図５に示すように、タービンロータ２０のロータディスク２２の外周面２２ａに、動翼３１が植え込まれた凹状の被植込部２３が設けられている。本実施の形態では、被植込部２３は、図５（ａ）に示すように、動翼３１の横断面の翼型形状と同様な翼型形状を有している。すなわち、被植込部２３は、半径方向（動翼３１の長手方向）で見たときに、翼型状に形成されている。そして被植込部２３は、動翼３１の植込部３３が半径方向内側に向って挿入可能な翼型形状を有している。
【００２７】
具体的には、動翼３１は、動翼本体３２（動翼有効部）と、動翼本体３２の基端部に設けられ、被植込部２３に植え込まれた植込部３３と、を有している。このうち動翼本体３２は、作動蒸気が流れる蒸気流路内に配置されて、作動蒸気の圧力を受ける部分である。植込部３３は、動翼本体３２を半径方向内側に延長した形状を有している。すなわち、植込部３３は、半径方向（動翼３１の長手方向）で見たときに、翼型状に形成されている。上述したような翼型形状を有する被植込部２３は、動翼３１の植込部３３を嵌合するようになっている。
【００２８】
このように動翼３１の植込部３３およびロータディスク２２の被植込部２３が形成されていることにより、動翼３１を半径方向内側に向う方向に被植込部２３に挿入し、動翼３１の植込部３３を被植込部２３に植え込むことができる。この場合、動翼３１を、ロータディスク２２に対してタービンロータ２０の周方向と軸線方向に拘束することができる。
【００２９】
図６に示すように、翼先端カバー３５は、繊維強化複合材料によりリング状に形成されている。そして、翼先端カバー３５の繊維３９は、周方向に延びている。例えば、翼先端カバー３５の繊維３９は、リング状に連続している、若しくは、リング状に連続しているとみなすことが可能な程度に、周方向に延びる繊維３９同士が連結されていることが好適である。
【００３０】
本実施の形態においては、繊維強化複合材料は繊維強化プラスチックからなっている。ここで、繊維強化プラスチックは、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などのように、炭素繊維やガラス繊維などの繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させた材料である。動翼３１や翼先端カバー３５に一般的に使用される鉄鋼などの金属材料に比べると、繊維強化プラスチックは比強度を高められるという特徴を有している。繊維強化プラスチックの種類にもよるが、例えば鉄鋼と比較して同等の強度若しくは２倍程度の引っ張り強度を有することができる。
【００３１】
また、繊維強化プラスチックの比重は、タービンロータ２０に一般的に使用される金属材料の約１／４〜約１／５である。このため、繊維強化プラスチックで翼先端カバー３５を形成した場合には、翼先端カバー３５の質量を大幅に低減することが可能となる。この場合、翼先端カバー３５に生じる遠心力を低減することも可能となる。
【００３２】
このような翼先端カバー３５は、種々の方法を用いて作製することができる。例えば、リング状の型（プラスチック型、金属型、ＣＦＲＰ型等）の中に、予め繊維の束にプラスチック材料を含浸させたシート（プリプレグ）を積層してオートクレーブで加熱および加圧して硬化させるプリプレグ法、プラスチック材料を含浸させた繊維をロール状の型に巻き付けて硬化させるフィラメントワインディング法、リング状の金型内に繊維３９をセットしてプラスチック材料を注入し、加熱硬化させるＲＴＭ法等を用いることができるが、これに限られることはない。
【００３３】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３４】
蒸気タービン１の運転中、図１に示すように、図示しないボイラにおいて生成された作動蒸気が、蒸気入口管８を介して蒸気タービン１のケーシング２内に流入される。
【００３５】
流入した作動蒸気は、静翼翼列６と動翼翼列３０とによりそれぞれ構成される複数のタービン段落１０を通って膨張仕事を行う。このことにより、タービンロータ２０が回転し、タービンロータ２０の回転トルクが発電機に伝達され、発電が行われる。
【００３６】
タービンロータ２０が回転している間、図６に示すように、動翼翼列３０の各動翼３１には遠心力４０が生じる。生じた遠心力４０が、半径方向外側を向く荷重となって翼先端カバー３５に作用する。また、翼先端カバー３５自体にも遠心力が生じる。これにより、内圧を受ける円筒容器に周方向の引っ張り応力が作用することと同じように、翼先端カバー３５には、周方向に引っ張り荷重４１が作用する。
【００３７】
しかしながら、本実施の形態における翼先端カバー３５は、繊維強化プラスチックにより形成されており、その繊維３９が周方向に延びている。このことにより、当該翼先端カバー３５は、引っ張り荷重４１に対する強度を有することができる。このため、翼先端カバー３５は、引っ張り荷重４１を許容することができ、動翼３１を効果的に支持することができる。すなわち、動翼３１が遠心力４０によって被植込部２３から半径方向外側に抜け出ることを防止できる。
【００３８】
このように本実施の形態によれば、動翼３１の先端面３１ａが、翼先端カバー３５によって覆われて支持され、翼先端カバー３５が繊維強化プラスチックにより形成されて、その繊維３９が周方向に延びている。このことにより、遠心力に抗して動翼３１をタービンロータ２０に支持することができる。このため、翼先端カバー３５によって、動翼３１がタービンロータ２０のロータディスク２２から半径方向外側に抜け出ることを防止でき、動翼３１の植込み形状を簡素化することができる。例えば、図１６に示すようなフック部１０１やフック溝１０４を省略する若しくは段数を減らして、植込み形状を簡素化することができる。このため、動翼３１やタービンロータ２０の加工を簡素化することができ、加工コスト、加工工数を低減することができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、上述したように植込み形状を簡素化することができるため、動翼３１の植込部３３の半径方向寸法および周方向寸法を低減することができる。このことにより、タービンロータ２０の径を低減し、蒸気タービン１の半径方向寸法を低減することができる。さらに、植込み形状の簡素化によって、当該植込部３３の軸線方向Ｘの寸法をも低減することができ、タービン段落１０間の寸法を低減して、蒸気タービン１の軸線方向Ｘの寸法を低減することができる。この結果、蒸気タービン１の軽量化、小形化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、翼先端カバー３５が繊維強化プラスチックにより形成されているため、翼先端カバー３５の質量を低減することができる。このため、翼先端カバー３５自体に生じる遠心力を低減することができ、翼先端カバー３５に作用する周方向の荷重４１を低減することができる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、ロータディスク２２の外周面２２ａに、動翼３１が植え込まれた凹状の被植込部２３が設けられ、この被植込部２３が、動翼３１が半径方向内側に向って挿入可能な形状を有している。このことにより、図１６に示すようなフック溝１０４を省略して、被植込部２３の形状を簡素化することができる。このため、タービンロータ２０の加工を簡素化することができ、加工コスト、加工工数を低減することができる。また、被植込部２３の形状を簡素化できるため、タービンロータ２０を、繊維強化プラスチックにより形成することも可能となる。すなわち、タービンロータ２０が複雑な形状を有している場合には、繊維の配向が困難になることから繊維強化プラスチックによってタービンロータ２０を形成することは困難となるが、タービンロータ２０の形状が簡素化されると、繊維強化プラスチックにより形成することが可能となる。この場合、タービンロータ２０を大幅に軽量化することができ、製造、運搬、運転などにおいて取扱性を向上させて低コスト化することができ、また性能向上などのメリットを得ることができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、動翼本体３２の基端部に設けられた植込部３３は、動翼本体３２を延長した形状を有している。このことにより、動翼３１の形状を簡素化することができるとともに、動翼３１を被植込部２３に挿入可能な形状とすることができる。また、動翼３１の形状を簡素化できるため、動翼３１を、繊維強化プラスチックにより形成することも可能となる。この場合、動翼３１に生じる遠心力を低減することができ、動翼３１がロータディスク２２から抜け出ることをより一層防止できる。
【００４３】
さらに、本実施の形態によれば、翼先端カバー３５は、動翼３１にカバー用ボルト３６によって締結されている。このことにより、翼先端カバー３５と動翼３１を軸線方向Ｘに互いに拘束することができ、翼先端カバー３５が動翼３１に対して軸線方向Ｘにずれることを防止できる。このため、動翼３１の先端面３１ａが翼先端カバー３５によってより一層確実に覆われて、動翼３１を、翼先端カバー３５によってより一層確実に支持することができ、動翼３１がロータディスク２２から半径方向外側に抜け出ることをより一層防止できる。また、カバー用ボルト３６は、翼先端カバー３５から動翼３１に半径方向内側に向ってねじ込まれている。このことにより、カバー用ボルト３６を、比較的スペースのある翼先端カバー３５の外周側からねじ込むことができ、組立作業性を向上させることができる。
【００４４】
なお、上述した本実施の形態においては、カバー用結合部材がカバー用ボルト３６によって構成され、このカバー用ボルト３６によって、翼先端カバー３５が動翼３１に結合されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、カバー用結合部材は、ピン（図示せず）によって構成されていてもよい。すなわち、ピンを半径方向外側から内側に向って差し込んで翼先端カバー３５を動翼３１に結合させることで、動翼３１と翼先端カバー３５とを軸線方向Ｘに互いに拘束することができる。さらに、翼先端カバー３５は、動翼３１に接着剤によって接着されていてもよい。接着剤としては、作動蒸気の高い作動温度や、作動蒸気の高い湿度に対する耐性を有し、動翼３１や翼先端カバー３５の材料に対する接着性を有していれば特に限られることはないが、例えば、エポキシ樹脂系やポリイミド樹脂系等の熱硬化性接着剤を好適に用いることができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第２の実施の形態における回転機械について説明する。
【００４６】
図７に示す第２の実施の形態においては、動翼の植込部が直方体状に形成されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
図７に示すように、動翼３１の植込部３３は、直方体状（あるいは立方体状）に形成されている。より具体的には、植込部３３は、半径方向（動翼３１の長手方向）で見たときに、矩形状に形成されている。この場合、被植込部２３は、植込部３３と同様な直方体状であって、植込部３３が半径方向内側に向って挿入可能な形状を有している。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、動翼３１の植込部３３が直方体状に形成されていることにより、動翼３１の植込み形状をより一層簡素化することができ、加工を簡素化して加工コスト、加工工数をより一層低減することができる。また、この場合においても、動翼３１を、ロータディスク２２に対してタービンロータ２０の周方向と軸線方向に拘束することができる。
【００４９】
なお、上述した本実施の形態においては、動翼３１の植込部３３は、直方体状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、植込部３３は、被植込部２３に半径方向内側に向って挿入可能な形状を有していれば、円柱状、楕円柱状、三角柱状、三角錐状など、任意の形状とすることができる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
次に、図８を用いて、本発明の第３の実施の形態における回転機械について説明する。
【００５１】
図８に示す第３の実施の形態においては、ロータディスクの被植込部と動翼との間に接着剤が介在されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】
図８に示すように、ロータディスク２２の被植込部２３と動翼３１の植込部３３との間に接着剤５０が介在されている。このような接着剤５０としては、作動蒸気の高い作動温度や、作動蒸気の高い湿度に対する耐性を有し、動翼３１やロータディスク２２の材料に対する接着性を有していれば特に限られることはないが、例えば、エポキシ樹脂系やポリイミド樹脂系等の熱硬化性接着剤を好適に用いることができる。
【００５３】
このように本実施の形態によれば、ロータディスク２２の被植込部２３と動翼３１との間に接着剤５０が介在されていることにより、被植込部２３と動翼３１とを接合することができる。このため、動翼３１に生じた遠心力の一部を接着剤５０に負担させて、翼先端カバー３５への負担を低減することができる。この場合、例えば、翼先端カバー３５の厚さを低減して、翼先端カバー３５を軽量化することが可能となる。あるいは、翼先端カバー３５と接着剤５０とによって、許容可能な遠心力による荷重を増大させることができ、動翼３１の長翼化を図ることも可能となる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
次に、図９および図１０を用いて、本発明の第４の実施の形態における回転機械について説明する。
【００５５】
図９および図１０に示す第４の実施の形態においては、ロータディスクを貫通するピンによって動翼がロータディスクに保持されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９および図１０において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５６】
図９および図１０に示すように、ロータディスク２２および動翼３１の植込部３３をピン６０が貫通している。このピン６０は、ロータディスク２２の厚さ方向（タービンロータ２０の軸線方向Ｘ）に延びている。そして、ピン６０によって、被植込部２３に植え込まれた動翼３１が当該ロータディスク２２に保持されている。
【００５７】
このように本実施の形態によれば、被植込部２３に植え込まれた動翼３１が、ロータディスク２２にピン６０によって保持されていることにより、動翼３１に生じた遠心力の一部をピン６０に負担させて、翼先端カバー３５への負担を低減することができる。この場合、例えば、翼先端カバー３５の厚さを低減して、翼先端カバー３５を軽量化することが可能となる。あるいは、翼先端カバー３５とピン６０とによって、許容可能な遠心力による荷重を増大させることができ、動翼３１の長翼化を図ることも可能となる。
【００５８】
（第５の実施の形態）
次に、図１１を用いて、本発明の第５の実施の形態における回転機械について説明する。
【００５９】
図１１に示す第５の実施の形態においては、被植込部にフック溝が設けられ、動翼の植込部に、フック溝に係合するフック部が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１１において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６０】
図１１に示すように、ロータディスク２２の被植込部２３にフック溝７１が設けられている。動翼３１の植込部３３には、このフック溝７１に係合するフック部７０が設けられている。図１１に示す形態においては、フック部７０およびフック溝７１は１段構成となっており、植込部３３はＴ字状に形成されている。より具体的には、図１１においては、逆Ｔ字状に形成された植込部３３が示されている。
【００６１】
このように本実施の形態によれば、植込部３３のフック部７０を被植込部２３のフック溝７１に係合させることにより、動翼３１に生じた遠心力の一部をフック部７０に負担させて、翼先端カバー３５への負担を低減することができる。この場合、例えば、翼先端カバー３５の厚さを低減して、翼先端カバー３５を軽量化することが可能となる。あるいは、翼先端カバー３５とフック部７０とによって、許容可能な遠心力による荷重を増大させることができ、動翼３１の長翼化を図ることも可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、翼先端カバー３５によって、遠心力に抗して動翼３１をタービンロータ２０に支持することができることにより、フック部７０の段数を低減することができ、動翼３１の植込み形状を簡素化することができる。とりわけ、図１１に示すように、植込部３３がＴ字状に形成される場合には、フック部７０の段数を１段とすることができ、動翼３１の植込み形状を簡素化することができる。また、フック部７０の段数の低減に限らず、フック部７０の大きさを低減し、植込部３３の半径方向寸法、周方向寸法および軸線方向Ｘの寸法を低減することも可能となる。
【００６３】
（第６の実施の形態）
次に、図１２および図１３を用いて、本発明の第６の実施の形態における回転機械について説明する。
【００６４】
図１２および図１３に示す第６の実施の形態においては、翼先端カバーの内周面に設けられた凹部に動翼の先端面に設けられた突部が嵌合し、当該突部に対して軸線方向の両側から一対のストッパー部が当接し、一方のストッパー部が翼先端カバーに一体に形成され他方のストッパー部が翼先端カバーに結合されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１２および図１３において、図１乃至図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１２に示すように、翼先端カバー３５の内周面３５ａに、タービンロータ２０の軸線方向Ｘに延びる凹部８０が設けられている。凹部８０の断面は矩形状に形成することが好適である。動翼３１の先端面３１ａには、この凹部８０に嵌合する突部８１が設けられている。
【００６６】
翼先端カバー３５の凹部８０には、動翼３１に対してタービンロータ２０の軸線方向Ｘの両側から当接する一対のストッパー部（第１ストッパー部８２、第２ストッパー部８３）が設けられている。このうち第１ストッパー部８２は、動翼３１の突部８１の上流側に配置され、第２ストッパー部８３は下流側に配置されている。これらのストッパー部８２、８３によって、翼先端カバー３５は、動翼３１に対して軸線方向に拘束されている。
【００６７】
本実施の形態においては、上流側の第１ストッパー部８２は、翼先端カバー３５に一体に形成されている。すなわち、凹部８０は、翼先端カバー３５の下流端面を突き抜けているが、上流端面は突き抜けないように形成されている。また、図１２および図１３に示す形態においては、下流側の第２ストッパー部８３は、ストッパー用ボルト８４（ストッパー用結合部材）によって、翼先端カバー３５に締結（結合）されている。このストッパー用ボルト８４は、半径方向内側から外側に向って差し込まれている。より具体的には、ストッパー用ボルト８４は、第２ストッパー部８３から翼先端カバー３５に半径方向内側から外側に向ってねじ込まれている。すなわち、図１３に示されているように、動翼本体３２の下流側部は、周方向に向う（逸れる）ように形成されているため、第２ストッパー部８３の一部は、動翼本体３２に覆われることなく露出されている。この露出された部分にストッパー用ボルト８４がねじ込まれるようになっている。
【００６８】
翼先端カバー３５を動翼３１に取り付ける際には、ロータディスク２２に動翼３１が植え込まれた後、動翼３１の突部８１が、翼先端カバー３５の凹部８０に挿入される。この際、翼先端カバー３５は、上流側から下流側に向う方向に動翼３１の先端面３１ａ上でスライドさせ、突部８１を第１ストッパー部８２に当接させる。その後、第２ストッパー部８３を凹部８０に挿入して、突部８１に当接させ、ストッパー用ボルト８４によって翼先端カバー３５に締結する。このようにして、翼先端カバー３５は、動翼３１に対して、タービンロータ２０の軸線方向および周方向に拘束される。
【００６９】
このように本実施の形態によれば、翼先端カバー３５の内周面３５ａに設けられた、タービンロータ２０の軸線方向Ｘに延びる凹部８０に、動翼３１の先端面３１ａに設けられた突部８１が嵌合している。このことにより、翼先端カバー３５を、動翼３１に対して、タービンロータ２０の周方向に拘束することができる。このため、翼先端カバー３５の動翼３１への位置決めおよび取り付けを容易にさせることができ、組立作業性を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、翼先端カバー３５の凹部８０に設けられた一対のストッパー部８２、８３が、動翼３１の突部８１に対してタービンロータ２０の軸線方向Ｘの両側から当接している。このことにより、翼先端カバー３５を、動翼３１に対して軸線方向に拘束することができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態によれば、一対のストッパー部のうち下流側の第２ストッパー部８３は、第２ストッパー部８３から翼先端カバー３５に半径方向外側に向ってねじ込まれたストッパー用ボルト８４によって締結されている。この場合、ストッパー用ボルト８４自体に遠心力が生じる場合であっても、ストッパー用ボルト８４の頭部が翼先端カバー３５および第２ストッパー部８３によって支えられ、当該遠心力を翼先端カバー３５で支えることができる。このため、ストッパー用ボルト８４が遠心力によって外れて飛散することを防止できる。
【００７２】
なお、上述した本実施の形態においては、上流側の第１ストッパー部８２が翼先端カバー３５に一体に形成され、下流側の第２ストッパー部８３が、ストッパー用ボルト８４によって翼先端カバー３５に締結されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ストッパー用ボルト８４を翼先端カバー３５に半径方向内側から外側にねじ込み可能であれば、第２ストッパー部８３を動翼３１の突部８１より上流側に配置し、第１ストッパー部８２を下流側に配置してもよい。さらに、突部８１の上流側および下流側の両方のストッパー部を、上述した第２ストッパー部８３のようにストッパー用ボルト８４によって翼先端カバー３５に締結させる、すなわち、第１ストッパー部８２および第２ストッパー部８３をいずれも翼先端カバー３５に別体に形成するようにしてもよい。
【００７３】
また、上述した本実施の形態においては、ストッパー用結合部材がストッパー用ボルト８４によって構成され、このストッパー用ボルト８４によって、下流側の第２ストッパー部８３が翼先端カバー３５に締結されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ストッパー用結合部材は、ピン（図示せず）により構成されていてもよい。すなわち、ピンの下穴を止まり穴としてピンを半径方向内側から外側に向って差し込んで第２ストッパー部８３を翼先端カバー３５に結合させることで、動翼３１と翼先端カバー３５とを互いに軸線方向Ｘに拘束することができる。この場合においても、遠心力を翼先端カバー３５で支えることができ、ストッパー用ボルト８４が遠心力によって外れて飛散することを防止できる。さらに、第２ストッパー部８３は、翼先端カバー３５に接着剤によって接着されていてもよい。接着剤としては、作動蒸気の高い作動温度や、作動蒸気の高い湿度に対する耐性を有し、翼先端カバー３５や第２ストッパー部８３の材料に対する接着性を有していれば特に限られることはないが、例えば、エポキシ樹脂系やポリイミド樹脂系等の熱硬化性接着剤を好適に用いることができる。
【００７４】
（第７の実施の形態）
次に、図１４および図１５を用いて、本発明の第７の実施の形態における回転機械について説明する。
【００７５】
図１４および図１５に示す第７の実施の形態においては、動翼の突部に対して軸線方向の一方の側からストッパー部が当接し、当該ストッパー部が動翼の突部に結合されている点が主に異なり、他の構成は、図１４および図１５に示す第６の実施の形態と略同一である。なお、図１４および図１５において、図１２および図１３に示す第６の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７６】
図１４および図１５に示すように、翼先端カバー３５の凹部８０には、翼先端カバー３５に一体に形成された１つのストッパー部８５が設けられている。すなわち、本実施の形態においては、動翼３１の突部８１の上流側にストッパー部８５が設けられており、下流側にはストッパー部８５は設けられていない。このストッパー部８５は、動翼３１の突部８１に対してタービンロータ２０の軸線方向Ｘの上流側から当接している。
【００７７】
また、図１４および図１５に示す形態においては、ストッパー部８５は、ストッパー用ボルト８６（ストッパー用締結部材）によって動翼３１の突部８１に締結（結合）されている。このストッパー用ボルト８６の長手方向は、軸線方向Ｘに向っている。より具体的には、ストッパー用ボルト８６は、ストッパー部８５から突部８１にタービンロータ２０の軸線方向Ｘに沿ってねじ込まれている。
【００７８】
翼先端カバー３５を動翼３１に取り付ける際には、ロータディスク２２に動翼３１が植え込まれた後、動翼３１の突部８１が、翼先端カバー３５の凹部８０に挿入される。この際、翼先端カバー３５は、上流側から下流側に向う方向に動翼３１の先端面３１ａ上でスライドさせ、突部８１をストッパー部８５に当接させる。その後、ストッパー用ボルト８６によってストッパー部８５を突部８１に締結する。このようにして、翼先端カバー３５は、動翼３１に対して、タービンロータ２０の軸線方向および周方向に拘束される。
【００７９】
このように本実施の形態によれば、翼先端カバー３５に一体に形成されたストッパー部８５が、タービンロータ２０の軸線方向Ｘに沿ってねじ込まれたストッパー用ボルト８６によって動翼３１の突部８１に締結されている。この場合、ストッパー用ボルト８６自体に遠心力が生じる場合であっても、ストッパー用ボルト８６が軸線方向Ｘにねじ込まれているため、ストッパー用ボルト８６が遠心力によって外れて飛散することを防止できる。また、ストッパー用ボルト８６はストッパー部８５から突部８１に軸線方向Ｘにねじ込まれているため、比較的スペースのある動翼３１の上流側からストッパー用ボルト８６をねじ込むことができ、組立作業性を向上させることができる。
【００８０】
なお、上述した本実施の形態においては、ストッパー部８５が、動翼３１の突部８１の上流側に設けられている例について説明した。しかしながらこのことに限られることはなく、ストッパー部８５は、動翼３１の突部８１の下流側に設けられるようにしてもよい。
【００８１】
また、上述した本実施の形態においては、ストッパー用結合部材がストッパー用ボルト８６によって構成され、このストッパー用ボルト８６によって、ストッパー部８５が動翼３１の突部８１に締結されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ストッパー用結合部材は、ピン（図示せず）により構成されていてもよい。すなわち、ピンの長手方向をタービンロータ２０の軸線方向Ｘに向けてストッパー部８５を動翼３１の突部８１に結合させることで、動翼３１と翼先端カバー３５とを互いに軸線方向Ｘに拘束することができる。この場合においても、ピンの長手方向が軸線方向Ｘに向っているため、ピンが遠心力によって外れて飛散することを防止できる。さらに、ストッパー部８５は、突部８１に接着剤によって接着されていてもよい。接着剤としては、作動蒸気の高い作動温度や、作動蒸気の高い湿度に対する耐性を有し、翼先端カバー３５や動翼３１の突部８１の材料に対する接着性を有していれば特に限られることはないが、例えば、エポキシ樹脂系やポリイミド樹脂系等の熱硬化性接着剤を好適に用いることができる。
【００８２】
以上述べた実施形態によれば、植込み形状を簡素化しつつ遠心力に抗して動翼３１をタービンロータ２０に支持可能とするとともに、軽量化、小形化を図ることができる。
【００８３】
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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。
【００８４】
例えば、上述した実施の形態においては、翼先端カバー３５を形成する繊維強化複合材料が繊維強化プラスチックからなる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、繊維強化複合材料は、繊維強化セラミックスや繊維強化金属等からなっていてもよい。この場合においても、翼先端カバー３５によって、動翼３１がタービンロータ２０のロータディスク２２から半径方向外側に抜け出ることを防止でき、動翼３１の植込み形状を簡素化することができる。
【００８５】
また、上述した実施の形態においては、回転機械として蒸気タービン１を例に挙げて説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、他の回転機械、例えば、ガスタービンや、蒸気タービン１と同様に動翼がロータに植え込まれている圧縮機、ファン等にも本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１      蒸気タービン
２      ケーシング
２０    タービンロータ
２１    ロータ本体
２２    ロータディスク
２３    被植込部
３１    動翼
３１ａ  先端面
３２    動翼本体
３３    植込部
３５    翼先端カバー
３５ａ  内周面
３６    カバー用ボルト
３９    繊維
５０    接着剤
６０    ピン
７０    フック部
７１    フック溝
８０    凹部
８１    突部
８２    第１ストッパー部
８３    第２ストッパー部
８４    ストッパー用ボルト
８５    ストッパー部
８６    カバー用ボルト
【図１】
2015227627.tif 000003
【図２】
2015227627.tif 000004
【図３】
2015227627.tif 000005
【図４】
2015227627.tif 000006
【図５】
2015227627.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015227627.tif 000009
【図８】
2015227627.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015227627.tif 000012
【図１１】
2015227627.tif 000013
【図１２】
2015227627.tif 000014
【図１３】
2015227627.tif 000015
【図１４】
2015227627.tif 000016
【図１５】
2015227627.tif 000017
【図１６】
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