(57)【要約】【課題】ドラムロータを備えたタービンロータ構造体において、動翼の取付・固定及び分解を容易にする共に、ロータの信頼性を向上させる。【解決手段】ロータフック部を有するロータ溝が周方向に沿って形成されたドラムロータと、フック部を有する根元部と翼部とが一体に成型され、前記ロータ溝に取付・固定された複数の通常取付動翼と、前記ロータフック部の下側に配置された２つのフック部材と、フック部を有さない根元部と翼部とが一体に成型され、前記２つのフック部材の間に挿入された最終取付動翼と、前記最終取付動翼の根元部に形成された２つの雌ネジ溝及び前記２つのフック部材のそれぞれに形成された雌ネジ溝と嵌合し、前記最終取付動翼の根元部と前記２つのフック部材とを連結する２つのネジ部材とを備える。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータフック部を有するロータ溝が周方向に沿って形成されたドラムロータと、
フック部を有する根元部と翼部とが一体に成型され、前記ロータ溝に取付・固定された複数の通常取付動翼と、
前記ロータフック部の下側に配置された２つのフック部材と、
フック部を有さない根元部と翼部とが一体に成型され、前記２つのフック部材の間に挿入された最終取付動翼と、
前記最終取付動翼の根元部に形成された２つの雌ネジ溝及び前記２つのフック部材のそれぞれに形成された雌ネジ溝と嵌合し、前記最終取付動翼の根元部と前記２つのフック部材とを連結する２つのネジ部材と
を備えたことを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のタービンロータ構造体において、
前記通常取付動翼及び前記最終取付動翼の根元部の半径方向から見た形状が、長方形または平行四辺形であることを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項３】
請求項１に記載のタービンロータ構造体において、
前記通常取付動翼は、その根元部の周方向端面が周方向と平行になる向きで前記ロータ溝に挿入された後、その根元部の軸方向端面が周方向と平行になるまで回転されることにより、前記ロータ溝に取付・固定されたことを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項４】
請求項１に記載のタービンロータ構造体において、
前記最終取付動翼の直前に前記ロータ溝に取付・固定された通常取付動翼の根元部の鋭角を有する２つの角部が削ぎ落とされていることを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項５】
請求項４に記載のタービンロータ構造体において、
前記最終取付動翼の直前に前記ロータ溝に取付・固定された通常取付動翼のカバー部の鋭角を有する２つの角部が削ぎ落とされていることを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項６】
請求項１に記載のタービンロータ構造体において、
前記最終取付動翼の周方向長さが、前記通常取付動翼の周方向長さよりも大きいことを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項７】
請求項１に記載のタービンロータ構造体において、
前記最終取付動翼の根元部の半径方向長さが、前記通常取付動翼及び前記最終前取付動翼の根元部の半径方向長さよりも小さく、
前記２つのフック部材の周方向長さが、前記通常取付動翼のフック部の周方向長さよりも大きいことを特徴とするタービンロータ構造体。
【請求項８】
請求項７に記載のタービンロータ構造体において、
前記最終取付動翼の根元部に形成された雌ネジ溝、及び前記２つのフック部材のそれぞれに形成された雌ネジ溝が全円形状であることを特徴とするタービンロータ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータ構造体に関するものであり、特に、ドラムロータを備えたタービンロータ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンには、ドラムロータに動翼を取付・固定したタービンロータ構造体を備えているものがある。ドラムロータには、動翼を取付・固定するためのロータ溝が周方向に沿って複数形成されている。
【０００３】
ドラムロータに動翼を取付・固定する方法としては、動翼をロータ溝に順次挿入後、所定の取付位置に達するまで周方向に移動させ、最後に取り付けられる動翼（以下、最終取付動翼という）を、ロータ回転時に遠心力でロータ溝から脱落しないように、キーやピン、ネジなどを用いてロータに固定する方法が知られている。例えば特許文献１〜３は、最終取付動翼をネジで固定する方法を開示している。
【０００４】
また、特許文献４，５は、最終取付動翼に代えて、翼部が一体成型されていない根元部を複数の部材に分割してロータ溝に挿入し、各部材に形成されたネジ穴にネジを嵌合させて固定する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＧＥ７０４８８２，ＷＨ
【特許文献２】特開２０１１−１６９２１８号公報，東芝
【特許文献３】特開２００１−２９５６０３号公報，ＭｃＧＬＥＷ
【特許文献４】特許第４９２６１８６号公報，Ｓｉｅｍｅｎｓ圧縮機
【特許文献５】ＵＳ２８５７１３４，Ｐｅｒｓｏｎｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３に記載の固定方法では、動翼の取付や分解が困難になる場合や、ネジ挿入部の強度確保が容易ではない場合がある。また、ロータにネジ溝を形成するため、ネジ溝部からき裂が進展するおそれがあり、ロータの信頼性が低下する。
【０００７】
一方、特許文献４，５に記載の固定方法では、最後にロータ溝に取付・固定される根元部には翼部が一体成型されていないため、蒸気タービンで多用されている、隣接する動翼のカバーを全周で連結させる構造を実現できないという問題がある。
【０００８】
本発明は、ドラムロータを備えたタービンロータ構造体において、動翼の取付・固定及び分解を容易にすると共に、ロータの信頼性を向上することを目的とする。
【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、本発明は、ロータフック部を有するロータ溝が周方向に沿って形成されたドラムロータと、フック部を有する根元部と翼部とが一体に成型され、前記ロータ溝に取付・固定された複数の通常取付動翼と、前記ロータフック部の下側に配置された２つのフック部材と、フック部を有さない根元部と翼部とが一体に成型され、前記２つのフック部材の間に挿入された最終取付動翼と、前記最終取付動翼の根元部に形成された２つの雌ネジ溝及び前記２つのフック部材のそれぞれに形成された雌ネジ溝と嵌合し、前記最終取付動翼の根元部と前記フック部材とを連結する２つのネジ部材とを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ドラムロータを備えたタービンロータ構造体において、動翼の取付・固定及び分解を容易にすると共に、ロータの信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るドラムロータの概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るロータ溝の斜視断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る動翼の外形図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るロータ溝に取付・固定された通常取付動翼（カバー部は省略）を半径方向から見た図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る通常取付動翼の取付・固定方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る最終前取付動翼の取付・固定方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る最終前取付動翼の斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る最終取付動翼のロータ溝への取付・固定方法を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るフック部材の斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るネジ部材の外形図である。
【図１１】本発明の実施例に係る最終取付動翼の取付状態を示すロータ溝の概略断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る最終取付動翼のロータ溝への取付・固定方法を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施例に係るフック部材の斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る最終取付動翼の取付状態を示すロータ溝の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の各実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、各実施の形態では、本発明を蒸気タービンに備えられるタービンロータ構造体に適用した例を説明するが、本発明は、他のターボ機械等に備えられるタービンロータ構造体にも適用できる場合がある。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
本発明に係るタービンロータ構造体は、ドラムロータ（以下、ロータという）と、ロータに取付・固定される複数の動翼とを備えている。図１は、本実施の形態におけるドラムロータ（以下、ロータという）の概略断面図である。図中、ロータ５の軸方向をＸ、半径方向をＺで示す。ロータ５の外周部には、動翼を取付・固定するための溝６（以下、ロータ溝という）が複数形成されている。ロータ溝６の断面斜視図を図２に示す。図２において、ロータ５の軸方向、周方向、半径方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚで示す。ロータ溝６の対向する２つの側面には、周方向（Ｙ方向）に沿って凸部６f（以下、ロータフック部という）が１つずつ形成されている。図中、ロータ溝６の幅をＷ１、対向するロータフック部６ｆの間隔をＷ２で示す。図２に示すように、対向する２つの側面にロータフック部６ｆが１つずつ形成されたロータ溝６は、断面形状がＴ字型になることから、一般にＴ字型、またはＴルート型と称される。なお、高温部など高い強度が要求される段落のロータ溝には、半径方向（Ｚ方向）において２つ以上のロータ溝フック部が形成される場合もある。
【００１４】
図３は、ロータ溝６に取付・固定される動翼の外形図である。
【００１５】
図３（ａ）は、ロータ溝６に取付・固定される動翼Ｎｂ本のうち、１本目からＮｂ−１本目に取付・固定される動翼（以下、通常取付動翼という）の外形図である。ここで、符号１は、１本目〜Ｎｂ−２本目に取付・固定される通常取付動翼を示し、符号１Ａは、Ｎｂ−１本目（最終前）に取付・固定される通常取付動翼（以下、最終前取付動翼という）を示す。図３（ａ）において、通常取付動翼１及び１Ａは、後述する相違点を除いて共通の形状をしており、翼部３、翼部３と一体に成形されたカバー部４、及び根元部２を備えている。根元部２は、ロータ溝６に固定するためのフック部２ｆ及びネック部２ｎと、翼部３とネック部２ｎとを接続する根上部２ｍとで構成される。一方、図３（ｂ）は、Ｎｂ本目（最終）に取付・固定される動翼（以下、最終取付動翼という）の外形図である。最終取付動翼１Ｂの詳細については後述する。
【００１６】
図４は、ロータ溝６に取付・固定された通常取付動翼１（カバー部は省略）を半径方向（Ｚ方向）から見た図である。図４において、根上部２ｍを含む根元部２を半径方向（Ｚ方向）から見た形状は、翼部根元３ｒを根上部２ｍに配置する都合上、長方形または平行四辺形とすることが多い。
【００１７】
次に、タービンロータ構造体の組立方法、すなわちロータ溝への動翼の取付・固定方法について説明する。
【００１８】
まず、１本目〜Ｎｂ−２本目の動翼（通常取付動翼）の取付・固定方法について説明する。
【００１９】
図５は、通常取付動翼の取付・固定方法の例を示す図である。図５において、ロータ溝６の対向する２つの側面には、周方向（Ｙ方向）に沿ってロータフック部６ｆ，６ｆが形成されており、ロータフック部６ｆ，６ｆの間隔Ｗ２より大きな軸方向（Ｘ方向）長さを有する通常取付動翼１を、既に取付・固定された通常取付動翼１と平行な向きのままロータ溝６に挿入することはできない。そのため、ロータ溝６に対して、根元部２の周方向（Ｙ方向）端面Ｓが周方向（Ｙ方向）に対してほぼ平行となるよう通常取付動翼１を回転させ、ロータフック部６ｆ，６ｆに干渉しないように根元部２をロータ溝６に挿入する。根元部２を挿入した後、根元部２の軸方向（Ｘ方向）端面Ｊが周方向（Ｙ方向）とほぼ平行になるまで通常取付動翼１を反時計回りに回転させ、直前に取付・固定された通常取付動翼１の根元部２と周方向（Ｙ方向）端面Ｓ同士を密着させることにより、通常取付動翼１を所定の位置に固定させる。
【００２０】
次に、Ｎｂ−１本目の動翼（最終前取付動翼）の取付・固定方法について説明する。
【００２１】
図６は、最終前取付動翼の取付方法の例を示す図である。図６において、最終前取付動翼１Ａをロータ溝６に挿入する際、動翼が取付・固定されていないロータ溝６の周方向（Ｙ方向）長さは、最終前取付動翼１Ａの周方向長さＰ（以下、ピッチという）と最終取付動翼１ＢのピッチＰＬの合計分（Ｐ＋ＰＬ）しかない。そのため、最終前取付動翼１Ａは、図６に示すように根元部２の鋭角α同士を結ぶ対角線が長い場合、斜線で示した干渉部Ｋが既に取付・固定された通常取付動翼１の根元部２と干渉することによってロータ溝６に挿入できないおそれがある。特に鋭角αが小さいときほど干渉部Ｋが大きくなり、干渉が起こりやすくなる。そのため、必要に応じて、根元部２の干渉部Ｋを含む角部をそぎ落とす必要がある。図７に、最終前取付動翼１Ａの干渉部Ｋを含む角部分を削ぎ落とした例を示す。図７において、最終前取付動翼１Ａの根元部２は、鋭角αを有していた角部が削ぎ落とされている。なお、翼部３と一体で成型されたカバー部４の端部も既に取付・固定された通常取付動翼１のカバー部４と干渉する場合は、根元部２と同様にカバー部４の角部４ａも削ぎ落とす必要がある。これにより、最終前取付動翼１Ａも、通常取付動翼１と同様にロータ溝６に挿入でき、挿入後に反時計回りに回転させることで直前に取付・固定された通常取付動翼１の根元部２と周方向（Ｙ方向）端面Ｓ同士を密着させて固定することができる。なお、最終取付動翼１ＢのピッチＰＬは、通常取付動翼１及び最終前取付動翼１ＡのピッチＬと同じ（ＰＬ＝Ｐ）でもよいが、通常取付動翼１及び最終前取付動翼１ＡのピッチＰよりも大きく（ＰＬ＞Ｐ）することにより、最終前取付動翼１Ａのロータ溝６への挿入が容易となる。
【００２２】
最後に、Ｎｂ本目の動翼（最終取付動翼）の取付・固定方法について説明する。
【００２３】
まず、最終取付動翼の形状について説明する。図３（ｂ）において、最終取付動翼１Ｂの根元部２Ｂは、図３（ａ）に示す通常取付動翼１及び最終前取付動翼１Ａと異なり、フック部２ｆを有さず、四方の側面が半径方向（Ｚ方向）に対してほぼ平行に形成されている。また、根元部２Ｂの軸方向（Ｘ方向）に垂直な２つの側面には、それぞれ半径方向（Ｚ方向）と平行に半円形断面の溝２Ｂａが形成されており、溝２Ｂａの半径方向（Ｚ方向）下側には、雌ネジ溝２Ｂｎが形成されている。
【００２４】
図８は、最終取付動翼の取付・固定方法を示す図である。図８（ａ）は、最終前取付動翼１Ａが取付・固定された状態を示す。図８（ａ）に示すように、ロータ溝６の最終取付動翼１Ｂを取付・固定する箇所には、間隔Ｗ２で対向するロータフック部６ｆ，６ｆに代えて、ロータ溝６の幅Ｗ１とほぼ同等の間隔で対向するロータフック部６ｇ，６ｇが形成されており、ロータフック部６ｇ，６ｇの側面には、半径方向（Ｚ方向）に沿って半円形断面の溝６ｈ，６ｈが形成されている。最終取付動翼１Ｂをロータ溝６に挿入する前に、まず、図８（ｂ）に示すように、２つのフック部材７，７（後述）を、ロータフック部６ｇ，６ｇの半径方向（Ｚ方向）下側にそれぞれ挿入する。このとき、フック部材７の半径方向（Ｚ方向）上面とロータフック部６ｇの半径方向（Ｚ方向）下面とが接触する。次に、図８（ｃ）に示すように、最終取付動翼１Ｂの根元部２Ｂを、２つのフック部材７，７の間に挿入する。根元部２Ｂを挿入した後、２つのネジ部材８（後述）をロータ溝６の溝６ｈと根元部２Ｂの溝２Ｂａとで形成される穴に挿入し、２つのフック部材７，７と根元部２Ｂとを連結する。ネジ部材８の上部は、運転中にネジ部材８がロータ溝６から抜け出ることがないように、かしめやスポット溶接などで固定される。
【００２５】
図９は、フック部材７の斜視図である。図９において、フック部材７は、周方向（Ｙ方向）両端に平面Ｍを有する。平面Ｍは、隣接して取付・固定された通常取付動翼１及び最終前取付動翼１Ａのフック部２ｆと概ね平行になるようロータ溝６内に配置される。フック部材７の軸方向（Ｘ方向）端面の一方には、雌ネジ溝７ｎが形成されている。また、フック部材７は、半径方向（Ｚ方向）上側に平面Ｏを有している。ロータ回転時に最終取付動翼１Ｂに遠心力が作用した際、この平面Ｏがロータフック部６ｇの下面によって支持されることにより、ネジ部材８を介して連結された最終取付動翼１Ｂの根元部２Ｂがロータ溝６から脱落することを防止する。
【００２６】
図１０は、ネジ部材８の外形図である。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ネジ部材８には、半径方向（Ｚ方向）下側、あるいは半径方向（Ｚ方向）全長に渡り雄ネジ溝８ｎが形成されている。なお、図１０（ａ）に示すネジ部材８の雄ネジ溝８ｎが形成されていない半径方向（Ｚ方向）上側の部分は、通常は円筒形とすることが望ましいが、根元部２Ｂの溝２Ｂａとロータフック部６ｇの溝６ｈで構成される穴を通過できる形状であれば、その他の形状であってもかまわない。また、ネジ部材８の半径方向（Ｚ方向）上面には、図１０（ｃ）に示すように、マイナスドライバーなどの工具で回すための溝Ｒｓが形成されている。なお、溝Ｒｓは、ネジ部材８を工具で回すことができるのであれば、どのような形状でも良い。
【００２７】
図１１は、最終取付動翼の取付状態を示すロータ溝の概略断面図である。図１１において、最終取付動翼１Ｂに作用する遠心力は、根元部２Ｂ、翼部３、カバー部（図示省略）のそれぞれに作用する遠心力の合計であり、ネジ部材８の雄ネジ溝８ｎ、フック部材７の雌ネジ溝７ｎ、フック部材７の平面Ｏを介して支持される。フック部材７には、最終取付動翼１Ｂ及びネジ部材８に作用する遠心力が雌ネジ溝７ｎを介して作用することにより、半径方向（Ｚ方向）のせん断力が生じる。なお、フック部材７に挿入できるネジ部材８の径の大きさには限界があるため、ネジ部材８の径を最大限大きくしても回転時の遠心力に耐えられない場合は、翼部３や根元部２Ｂ、カバー部４を軽量化する、またはネジ部材８の材質を変える、あるいはフック部材７を大きくすると共にネジ部材８の径を大きくするなどの手段を検討する必要がある。
【００２８】
上記のように構成した本実施の形態によれば、ドラムロータで構成されるタービンロータ構造体において、最終取付動翼のドラムロータへの取付・固定及び分解が容易となる。また、ロータに雌ネジ溝を形成しないため、ロータ溝からき裂が進展するおそれがなく、ロータの信頼性を向上できる。
【００２９】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１２は、第２の実施の形態に係る最終取付動翼のロータ溝への取付・固定方法を示す図であり、図１３は、第２の実施の形態に係るフック部材の斜視図であり、図１４は、第２の実施の形態に係る最終取付動翼の取付状態を示すロータ溝の概略断面図である。図中、第１の実施の形態と同等の部材には同一の符号を付している。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３１】
図１４において、最終取付動翼１Ｂは、図１に示した最終取付動翼１Ｂよりも根元部２Ｂの半径方向（Ｚ方向）長さを小さくしたことにより、運転時に作用する遠心力を低減できる。また、根元部２Ｂの半径方向（Ｚ方向）長さを小さくしたことにより、フック部材７の軸方向（Ｘ方向）長さを大きくすることができるため、図１３に示すように、フック部材７に形成される雌ネジ溝７ｎの形状を図９に示した半円形状から全円形状にすることができ、フック部材７で支持できる遠心力を大きくすることができる。
【００３２】
上記のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３３】
１  動翼
２  根元部
２Ｂａ  溝
２Ｂｎ  雌ネジ溝
２ｆ  フック部
２ｍ  根上部
２ｎ  ネック部
３  翼部
３ｒ  翼部根元
４  カバー部
４ａ  角部
５  ロータ
６  ロータ溝
６ｆ，６ｇ  ロータフック部
６ｈ  溝
７  フック部材
７ｎ  雌ネジ溝
８  ネジ部材
８ｎ  雄ネジ溝
Ｊ  端面
Ｋ  干渉部
Ｍ  平面
Ｏ  平面
Ｐ  ピッチ
ＰＬ  ピッチ
Ｒｓ  溝
Ｓ  端面
Ｗ１  幅
Ｗ２  間隔
Ｘ  軸方向
Ｙ  周方向
Ｚ  半径方向
α  鋭角
【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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