(57)【要約】【課題】ディスクスパンに動翼の翼植込み部を挿入することなく組み立てることができるタービンを提供すること。【解決手段】ロータの外周に環状に設けられたディスク２を、ロータ軸方向に複数隣接して配置して構成したディスク群と、当該ディスク群を構成する各ディスク２Ａ，２Ｂに対してロータ周方向の同じ位置に同じ断面形状で形成された複数の翼溝５と、当該複数の翼溝５に対してロータ軸方向から挿入・固定される複数のタービン動翼３Ａ，３Ｂとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの外周に環状に設けられたフランジ部を、ロータ軸方向に複数隣接して配置して構成したフランジ群と、
当該フランジ群を構成する各フランジ部に対してロータ周方向の同じ位置に同じ断面形状で形成された複数の翼溝と、
当該複数の翼溝に対してロータ軸方向から挿入・固定される複数のタービン動翼とを備えることを特徴とするタービン。
【請求項２】
請求項１に記載のタービンにおいて、
前記フランジ群においてロータ軸方向で隣接する２つのフランジ部の間隔は、前記複数のタービン動翼における少なくとも１つのタービン動翼に係る翼植込み部のロータ軸方向における長さよりも小さいことを特徴とするタービン。
【請求項３】
請求項２に記載のタービンにおいて、
前記タービンに係る全フランジ部は、前記タービンの初段側に位置する複数のフランジ部から構成される第１フランジ群と、前記全フランジ部から前記第１フランジ群に係るフランジ部を除いた複数のフランジ部から構成される第２フランジ群とによって構成されており、
前記第１フランジ群を構成する各フランジ部に対してロータ周方向の同じ位置に同じ断面形状で形成された複数の第１翼溝と、
前記第２フランジ群を構成する各フランジ部に対してロータ周方向の同じ位置に同じ断面形状で形成された複数の第２翼溝とを備え、
前記複数の第１翼溝と、前記複数の第２翼溝とは、互いにロータ周方向位置および断面形状が異なることを特徴とするタービン。
【請求項４】
請求項３に記載のタービンにおいて、
前記第１フランジ群と前記第２フランジ群との間には、前記第１フランジ群における前記第１翼溝に対してロータ軸方向から挿入・固定される複数の第１タービン動翼の翼植込み部が収納可能な間隙が設けられていることを特徴とするタービン。
【請求項５】
請求項１に記載のタービンの組み立て方法において、
前記フランジ群を構成する各フランジ部のロータ周方向で同じ位置にある複数の翼溝に対して、前記複数のタービン動翼をロータ軸方向から挿入する手順を備えることを特徴とするタービンの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン動翼の翼植込み部がロータ軸方向から挿入される翼溝を有するタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービンには、シャフトの軸方向に所定の間隔で配置された複数のディスクと、各ディスクに設けられた複数の翼溝に対してロータ軸方向から挿入・固定される複数のタービン動翼を備えるものがある。
【０００３】
例えば、この種の軸方向挿入形式のタービン動翼としては、樅の木状（クリスマスツリー型）の翼植込み部を有するものがある。この樅の木状の翼植込み部は、中心線に対して左右対称な形状を有しており、中心線の両側には複数対のフックが設けられ、タービンロータ回転時には、この複数対のフックにおいて蒸気タービン動翼に作用する遠心力を支持する（例えば、特開２００６−２８３６８１号参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８３６８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の軸方向挿入形式のタービンのなかには、ロータ軸方向で隣接する２つのディスクの間に形成される間隔（ディスクスパン）に対してロータ径方向から動翼の翼植込み部を挿入し、その後、当該翼植込み部をディスク上の翼溝にロータ軸方向から挿入して固定するタイプのものがある。このタイプのタービンのディスクスパンの大きさは、動翼の翼植込み部の大きさと密接な関連性を有する。例えば、翼長の長い段落（例えば、蒸気タービンにおける低圧タービンの後段側）では、遠心力に対応するために翼植込み部のロータ軸方向長さやロータ周方向長さが大きくなる傾向があるが、その大きさに応じてディスクスパンを確保するとタービンの軸方向長さが増加してしまうことがある。これは、軸方向長さの短いタービンを製造できないことにも繋がる。
【０００６】
本発明の目的は、ディスクスパンに動翼の翼植込み部を挿入することなく組み立てることができるタービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、ロータの外周に環状に設けられる複数のフランジ部のうち、ロータ軸方向で隣接する２つ以上のフランジ部において翼溝の形状と位置を同一にして、当該２つ以上のフランジ部の端からロータ軸方向に動翼の翼植込み部を挿入することでロータに動翼を固定している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸方向挿入形式のタービンの軸方向長さを縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る蒸気タービンの概略図。
【図２】図１中のディスク２と動翼３付近の拡大図。
【図３】動翼３の翼植込み部７の拡大図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る複数のディスク２をロータ径方向から見た形状を平面上に展開して示した図。
【図５】従来のタービンに係る複数のディスクをロータ径方向から見た形状を平面上に展開した図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る変形例の概略図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るディスク４２をロータ径方向から見た形状を平面上に展開して示した図。
【図８】本発明の実施の形態に係るロータの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。  
図１は本発明の実施の形態に係る蒸気タービンの概略図、図２は図１中のディスク２と動翼３付近の拡大図である。
【００１１】
図１に示す蒸気タービンは、シャフト１および複数のディスク２を有するロータ（タービンロータ）と、各ディスク２の周方向に固定された複数のタービン動翼３を備えている。各ディスク２は、ロータの外周に環状に設けられたフランジ状の部分（フランジ部）であり、シャフト１の軸方向に所定の間隔で配置されている。なお、以下において方向を示す場合に利用する語句である、ロータ軸方向、ロータ径方向、ロータ周方向は、それぞれ、タービン軸方向、タービン径方向、タービン周方向と同義である。
【００１２】
図２において、ディスク２の外周には、所定の間隔を介して、ロータ軸方向に穿たれた複数の翼溝５が設けられている。各翼溝５には、ロータ径方向に沿ってロータフック部（凸部）２０及びロータネック部（凹部）２１が交互に複数設けられており、翼溝５は動翼３の翼植込み部７（後述）が嵌め合わされるように構成されている。
【００１３】
動翼３は、翼植込み部７と、翼部８と、カバー（インテグラルカバー）９を備えており、翼植込み部７を介して翼溝５に固定されている。カバー９は、翼部８の先端に取り付けられており、隣り合う２つの動翼３のカバー９と係合して翼部８の姿勢を固定している。
【００１４】
図３は動翼３の翼植込み部７の拡大図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して、説明は省略する（後の図も同様とする）。この図において、翼植込み部７は、ロータネック部２１と係合する翼フック部（凸部）１０と、ロータフック部２０と係合する翼ネック部（凹部）１１を有している。翼植込み部７のロータ周方向長さは、ロータ径方向の内側に位置する先端部１２に向かって徐々に縮小しており、翼植込み部７はいわゆる逆クリスマスツリー型に形成されている。
【００１５】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る複数のディスク２をロータ径方向から見た形状を平面上に展開して示した図であり、図中下部にロータ２５の断面図も示している。この図には、２つのディスク２が示されているが、ここでは、図中右側に位置するものを最終段落に係るディスク２Ａとし、図中左側に位置するものを最終段落の１つ前の段落に係るディスク２Ｂとし、図中左側に行くほどタービン動翼３の初段に近づくものとする。なお、以下においては低圧タービンを例に挙げて説明する。
【００１６】
この図に示すように、本実施の形態に係るタービンは、複数のディスク２をロータ軸方向に隣接配置して構成したディスク群（フランジ群）を構成する２つディスク２として、ディスク２Ａとディスク２Ｂを備えている。
【００１７】
ディスク２Ａには、ロータ周方向に一定の間隔Ｓｇで複数の翼溝５Ａが設けられている。ディスク２Ｂには、ロータ周方向にディスク２Ａと同じ間隔Ｓｇで複数の翼溝５Ｂが設けられている。翼溝５Ａには、最終段落に係るタービン動翼３Ａの翼植込み部７Ａが挿入・固定され、翼溝５Ｂには、最終段落の１つ前の段落に係るタービン動翼３Ｂの翼植込み部７Ｂが挿入・固定される。
【００１８】
タービン動翼３Ａはタービン動翼３Ｂよりも翼長が長いため、タービン動翼３Ａに係る翼植込み部７Ａのロータ軸方向長さＬｂＡはタービン動翼３Ｂに係る翼植込み部７Ｂのロータ軸方向長さＬｂＢよりも長くなっている。また、ロータ軸方向（シャフト１）に直交する面（ロータ径方向に拡がる面）についての翼植込み部７Ａと翼植込み部７Ｂの断面形状は互いに一致している。
【００１９】
ロータ軸方向（シャフト１）に直交する面（ロータ径方向に拡がる面）についての翼溝５Ａと翼溝５Ｂの断面形状は互いに一致している。そして、当該直交面についての翼溝５Ａと翼溝５Ｂの断面形状は、ロータ軸方向に平行な方向に沿って同一であり、これによりタービン動翼３Ａ，３Ｂに係る翼植込み部７Ａ，７Ｂを翼溝５Ａ，５Ｂに対してロータ軸方向と平行な方向から挿入可能となっている。また、翼溝５Ａのロータ軸方向長さＬｄＡは、タービン動翼３Ａに係る翼植込み部７Ａのロータ軸方向長さＬｂＡと同じであり、翼溝５Ｂのロータ軸方向長さＬｄＢは、タービン動翼３Ｂに係る翼植込み部７Ｂのロータ軸方向長さＬｂＢと同じである。すなわち、翼溝５Ａのロータ軸方向長さＬｄＡは、翼溝５Ｂのロータ軸方向長さＬｄＢよりも長くなっている。
【００２０】
また、ディスク２Ａに係る複数の翼溝５Ａとディスク２Ｂに係る複数の翼溝５Ｂは、各ディスク２Ａ，２Ｂのロータ周方向において同じ位置に配置されている。これにより、ディスク２Ａに係る複数の翼溝５Ａから任意に１つの翼溝５Ａを選択すると、当該選択した翼溝５Ａに対してロータ軸方向に配置されるディスク２Ｂに係る翼溝５Ｂが１つ存在し、２つのディスク２Ａ，２Ｂに係る翼溝は５Ａ，５Ｂはロータ軸方向に沿って一列に整列する。
【００２１】
ロータ軸方向においてディスク２Ａとディスク２Ｂの間に形成される間隙の大きさ（ディスクスパン）Ｓｄは、タービン動翼３Ａ，３Ｂに係る翼植込み部７Ａ，７Ｂのロータ軸方向長さＬｂＡ，ＬｂＢのいずれよりも小さい値となっている。そのため、ディスク２Ａとディスク２Ｂの間隙にロータ径方向からタービン動翼３Ａ，３Ｂに係る翼植込み部７Ａ，７Ｂを挿入することはできない。
【００２２】
ここで本発明の効果の理解を容易にするために、従来のタービンについて図面を用いて説明する。図５は従来のタービンに係る複数のディスクをロータ径方向から見た形状を平面上に展開した図である。
【００２３】
この図に示す従来のタービンに係るロータ３０は、最終段落に係るタービン動翼３３Ａが挿入・固定される複数の翼溝３５Ａを有するディスク３２Ａと、最終段落の１つ前の段落に係るタービン動翼３３Ｂが挿入・固定される複数の翼溝３５Ｂを有するディスク３２Ｂを備えている。タービン動翼３３Ａとタービン動翼３３Ｂの翼植込み部は、その断面形状、ロータ軸方向長さおよびロータ周方向長さにおいて互いに異なっており、さらに、翼溝３５Ａと翼溝３５Ｂのロータ周方向位置は互いに異なっている。
【００２４】
このタービンにおいて、タービン動翼３３Ｂをディスク３２Ｂに固定する場合には、まず、ディスク３２Ａとディスク３２Ｂの間隙Ｓｄにロータ径方向からタービン動翼３３Ｂの翼植込み部を挿入し、その後、当該翼植込み部を翼溝３５Ｂと嵌め合わせてロータ軸方向に移動させる。そのため、２つのディスク３２Ａ，３２Ｂの間隙Ｓｄを、タービン動翼３３Ｂに係る翼植込み部のロータ軸方向長さより大きく確保できない場合には、タービン動翼３３Ｂをディスク３２Ｂに固定することができない。つまり、間隙Ｓｄやタービン軸方向長さに制限がある場合には、ロータ軸方向挿入形式の動翼固定構造を有するタービンを採用できない場合があった。
【００２５】
これに対して、上記のように構成した本実施の形態に係るタービンでは、２つのディスク２Ａ，２Ｂには、ロータ周方向の同じ位置に同じ断面形状の翼溝５Ａと翼溝５Ｂがロータ軸方向に沿って一列に配置される。そこで、本実施の形態に係るロータに２種類のタービン動翼３Ａ，３Ｂを固定する場合には、まず、最終段落に係るディスク５Ａの外側（図４中のディスク５Ａの右側）から、タービン動翼３Ｂに係る翼植込み部７Ｂをロータ軸方向から翼溝５Ａに挿入し、そのまま翼植込み部７Ｂを翼溝５Ａ内でロータ軸方向に沿って初段側（図４中の左側）に向かってスライドさせてディスク２Ａ，２Ｂの間隙Ｓｄ内に導入し、さらに翼植込み部７Ｂをロータ軸方向にスライドして最終目的地である翼溝５Ｂに挿入して固定する。このとき、翼溝５Ｂと翼植込み部７Ｂの間隙にロータ軸方向に延びるピンなどを挿入して両者を固定しても良い。
【００２６】
次に、タービン動翼３Ｂの翼植込み部７Ｂを挿入・固定した翼溝５Ｂとロータ軸方向において隣接する翼溝５Ａに対して、ロータ軸方向からタービン動翼３Ａの翼植込み部７Ａを挿入・固定する。このとき、翼溝５Ａと翼植込み部７Ａの間隙にピンを挿入して固定しても良い。
【００２７】
これにより、２つのディスク２Ａ，２Ｂの間隙Ｓｄがタービン動翼３Ａ，３Ｂに係る翼植込み部７Ａ，７Ｂのロータ軸方向長さＬｂＡ，ＬｂＢよりも小さくても、タービン動翼３Ａ，３Ｂをディスク２Ａ，２Ｂに固定することができ、軸方向挿入形式の動翼固定構造を有するタービンを採用することができる。
【００２８】
したがって、本実施の形態によれば、２つのディスク２Ａ，２Ｂの間隙Ｓｄ（ディスクスパン）にタービン動翼の翼植込み部７を挿入することなくタービンを組み立てることができるので、翼植込み部７の大きさと無関係にディスクスパンＳｄを小さくでき、軸方向挿入形式のタービンのロータ軸方向長さを縮小できる。また、タービンに係る複数の翼溝５Ａ，５Ｂを、各段落で同一の断面形状とし、さらにロータ周方向の配置間隔Ｓｇを同一としているので、翼溝５Ａ，５Ｂの加工に伴う工程や工具を簡略化できる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では、初段側のタービン動翼３から順番にディスク２に挿入・固定していったが、初段側からタービン動翼３の挿入が可能であれば、最終段側のタービン動翼３から順番にディスク２に挿入・固定していっても良い。
【００３０】
また、上記の実施の形態では、２つのディスク２Ａ，２Ｂがディスク群（フランジ群）を構成する場合について説明したが、ディスク群を構成するディスクの数は２つに限らない。すなわち、３つ以上であっても構わないし、１つのタービンに係るディスクを全てディスク群として構成しても構わない。
【００３１】
また、１つのタービンに係る所定の領域に含まれる複数のディスクを本発明に係るディスク群として構成しても良い。例えば、図６に示すように、１つのタービンに係る複数のディスクを、（１）初段側に配置されている第１グループ（第１ディスク群）２００Ｂと、（２）全ディスクから第１グループに係る複数のディスクを除いて構成した第２グループ（すなわち、後段側に配置されている複数のディスク）２００Ａの２つに分け、第１グループ２００Ｂと第２グループ２００Ａで翼溝の断面形状や配置を変更させても良い。
【００３２】
この場合には、第１グループ２００Ｂと第２グループ２００Ａのとの間（境界）に、第１グループに係る翼溝に挿入・固定されるタービン動翼の翼植込み部が収納可能なディスクスパンＳＤを設けることが好ましい。例えば、第１グループに係る翼植込み部のロータ軸方向長さの最大値がＬｂＭの場合には、ディスクスパンＳＤはＬｂＭより大きい値に設定すれば良い。このようにディスクスパンＳＤを設けると、第１グループに係る翼植込み部をロータ径方向から当該ディスクスパンに挿入することができるので、第２グループと独立して第１グループの翼溝を設計することができる。
【００３３】
なお、図６の例では、第１グループ２００Ｂと第２グループ２００Ａの翼溝のロータ周方向位置が一致しているが、両者を異ならせても良いことは言うまでもない。また、ディスクスパンＳＤを、第２グループに係る翼植込み部のロータ軸方向長さの最大値よりも大きい値に設定し、第２グループに係る翼植込み部をロータ径方向から当該ディスクスパンに挿入するように構成しても良い。
【００３４】
さらに、上記の第１の実施の形態では、動翼の翼植込み部を取り付けるためのフランジ部としてディスクを備えるディスクロータの場合について説明したが、本発明はドラムロータにも適用可能である。図８はドラムロータの断面図である。ドラムロータに本発明を利用する場合には、ロータの周方向に溝７１を加工することでフランジ部７２を設け、当該フランジ部７２に翼溝を設ければタービン動翼を固定することができるので、ディスクロータと比較して加工費を削減できる。
【００３５】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るディスク４２をロータ径方向から見た形状を平面上に展開して示した図である。
【００３６】
この図に示すディスク４２は、ロータ軸方向の異なる位置に配置される複数のタービン動翼３Ａ，３Ｂに係る翼植込み部７Ａ，７Ｂが挿入・固定される翼溝４５を複数備えている。また、翼溝４５における翼植込み部７Ａと翼植込み部７Ｂの間には、スペーサ５１が挿入・固定されている。
【００３７】
スペーサ５１は、複数の翼植込み部７Ａ，７Ｂが挿入・固定された翼溝４５の空きスペースを埋めるための部材であり、翼溝４５に挿入・固定される複数の翼植込み部７Ａ，７Ｂと同じ断面形状を有している。図７に示した例では、２つの翼植込み部７Ａ，７Ｂが翼溝４５の両端に配置されており、スペーサ５１はその２つの翼植込み部７Ａ，７Ｂの間に形成されるスペースを埋めるための部材として形成されている。
【００３８】
そこで、翼溝４５（ディスク４２）のロータ軸方向長さをＬｄとし、スペーサ５１のロータ軸方向長さをＬｓ（スペーサ５１が複数存在する場合のその合計長とする）とすると、翼植込み部７Ａ，７Ｂを翼溝４５に強固に固定する観点からは、「Ｌｄ＝Ｌｓ＋ＬｂＡ＋ＬｂＢ」が成立するようにスペーサ５１のロータ軸方向長さを設定することが好ましい。ただし、翼植込み部の数とスペーサ５１の数には密接な関連性は要求されず、翼植込み部の数よりもスペーサ５１の数を多くしても良く、スペーサ５１の数に特に限定はない。
【００３９】
上記のように構成した本実施の形態に係るタービンでは、ディスク４２のロータ軸方向長さは２つの翼根元部７Ａ，７Ｂのロータ軸方向長さの合計よりも長く、ディスク４２に設けられた翼溝４５のロータ軸方向長さも当該２つの翼根元部７Ａ，７Ｂのロータ軸方向長さの合計よりも長い。そこで、本実施の形態に係るロータに２種類のタービン動翼３Ａ，３Ｂを固定する場合には、まず、図７中のディスク４２の右側から、タービン動翼３Ｂに係る翼植込み部７Ｂをロータ軸方向から翼溝４５に挿入し、そのまま翼植込み部７Ｂを翼溝４５内でロータ軸方向に沿って初段側（図４中の左側）に向かって翼溝４５の左端までスライドさせ、翼植込み部７Ｂを翼溝４５に固定する。このとき、翼溝４５と翼植込み部７Ｂの間隙にピンを挿入して固定しても良い。
【００４０】
次に、翼植込み部７Ｂを挿入・固定した翼溝４５に対して、図７中のディスク４２の右側からスペーサ５１を挿入し、スペーサ５１の左端が翼植込み部７Ｂの右端に当接するまでスライドさせる。さらに、スペーサ５１の挿入が完了した翼溝４５に対して、ロータ軸方向からタービン動翼３Ａの翼植込み部７Ａを挿入・固定する。
【００４１】
これにより、第１の実施の形態と同様に、ディスクスパンを考慮しなくても軸方向挿入形式の動翼固定構造を有するタービンを採用することができ、タービンのロータ軸方向長さの縮小などを実現することができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態では、１つのディスクにロータ軸方向に２枚のタービン動翼３Ａ，３Ｂを固定する場合について説明したが、１つのディスクに３枚以上のタービン動翼を固定しても良い。また、タービンの一部の動翼の固定に本実施の形態を利用しても構わない。
【００４３】
さらに、上記の説明では、ディスクロータを例に挙げて説明したが、本発明はドラムロータにも適用可能である。高圧タービンでは、全段落にドラム形状を採用することがあるが、その場合には特に有効な構造となる。
【００４４】
なお、上記の各実施の形態では、樅の木状の翼植込み部を有するタービン動翼を例に挙げて説明したが、軸方向挿入形式の動翼固定構造であれば、他の形状についても本発明は適用可能である。また、上記の各実施の形態では、蒸気タービンを例に挙げて説明したが、本発明はガスタービンにも適用可能である。
【００４５】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
２Ａ，２Ｂ…ディスク、３Ａ，３Ｂ…タービン動翼、５…翼溝、７Ａ，７Ｂ…翼植込み部、３２Ｂ…ディスク、３３Ｂ…タービン動翼、３５Ａ…翼溝、４２…ディスク、４５…翼溝、５１…スペーサ、７１…溝、７２…フランジ部、２００Ｂ…第１グループ、２００Ａ…第２グループ、Ｓｄ，ＳＤ…ディスクスパン、Ｓｇ…翼溝のロータ周方向における配置間隔
【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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