(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン動翼の翼根部を翼溝に嵌合して固定するタービン動翼の固定構造であって、
前記翼根部の先端面と前記翼溝の底面との間の隙間内に設けられる複数の翼根バネを備え、
前記複数の翼根バネは、前記隙間の長手方向に沿って並ぶように配置され、各翼根バネの前記翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形である弾性体からなり、
各翼根バネの前記断面形状の径方向の自然長は、前記隙間の高さよりも大きく、
前記翼根バネは球状である
ことを特徴とするタービン動翼の固定構造。
【請求項２】
タービン動翼の翼根部を翼溝に嵌合して固定するタービン動翼の固定構造であって、
前記翼根部の先端面と前記翼溝の底面との間の隙間内に設けられる複数の翼根バネを備え、
前記複数の翼根バネは、前記隙間の長手方向に沿って並ぶように配置され、各翼根バネの前記翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形である弾性体からなり、
各翼根バネの前記断面形状の径方向の自然長は、前記隙間の高さよりも大きく、
前記弾性体は、線状部材を螺旋状に巻いて形成されたバネであることを特徴とするタービン動翼の固定構造。
【請求項３】
前記弾性体は、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン動翼の固定構造。
【請求項４】
翼溝に対しタービン動翼を脱着するタービン動翼の脱着方法であって、
前記タービン動翼の翼根部と前記翼溝との間に形成される隙間に前記翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形の弾性体からなる複数の翼根バネが配置された状態で、前記翼根バネをころとして機能させながら前記タービン動翼の翼根部を前記翼溝の長手方向に沿って移動させる
ことを特徴とするタービン動翼の脱着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン動翼の翼根部が嵌合される翼溝に当該翼根部を付勢して固定するタービン動翼の固定構造及び翼根バネの脱着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械である蒸気タービンやガスタービンのタービン動翼は、ロータの翼溝にタービン動翼の翼根部を嵌め合わせることによりロータに固定されている。この嵌合構造では、翼溝と翼根部との間に、製造公差等による隙間が存在する。このような隙間があっても、ロータが高速で回転しているときには、タービン動翼に作用する遠心力によってタービン動翼がロータに固定されるので、タービン動翼が振動することはない。しかし、遠心力が低下するロータの低速回転時又は停止時にはタービン動翼が径方向に振動して、翼根部や翼溝の表面に傷をつけるおそれがある。また、この振動はタービン動翼の先端に取り付けられているシュラウドを介して伝達されて隣接するタービン動翼を損傷させる場合もある。そして、これらの損傷が著しい場合には、タービン動翼やロータの交換が必要となる場合もある。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、タービン動翼の振動防止を目的として、複数の湾曲部を有する翼根バネが開示されている。図８は、翼根バネを、翼根部の翼溝側先端面と翼溝の底面との間の隙間（以下、溝隙間という）内に設置した状態を示す図である。
図８に示すように、翼根バネ３１は、中間部３３と、端部３２Ａ、３２Ｂと、から構成されており、この中間部３３が翼根部２１に密着するように設けられている。そして、翼根バネ３１の強力な押付力を利用して翼根部２１を翼溝１１に押し付けることによって、タービン動翼２０をタービンロータ１０に固定して振動を防止している。
【０００４】
また、タービン動翼の振動防止を目的とするものではないが、特許文献２には、球状のバネが開示されている。この球状のバネは枕や座布団の中に入れて使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３６４６号公報
【特許文献２】実開昭５６−１０２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の翼根バネは、繰り返し荷重によるへたりや経年的使用による変形によって押付力が低下するおそれがあるため、タービンの定期点検時に適宜交換される。
交換作業では、棒状の治具を溝隙間内に挿入して翼根バネの端面に当接し、そのまま治具を溝隙間の長手方向に沿って押し込むことにより、翼根バネを溝隙間の外へ押し出している。ところが、翼根バネの押付力は強力なので、翼根バネを治具で押し出すのに非常に大きな力が必要になり、時には、治具をハンマーで叩いたり、油圧ジャッキで押し出したりして翼根バネを溝隙間の外へ押し出すこともある。
また、点検後に、新たな翼根バネを溝隙間内に取り付ける際も、翼根バネの押付力が作用するので、取り外す際と同様に、翼根バネの端面に治具を当接し、治具をハンマーで叩いたり、油圧ジャッキで押したりしながら翼根バネを溝隙間内に挿入する場合がある。
したがって、翼根バネを脱着する作業は、手間がかかるうえに困難なので長い作業時間を要する。
また、翼根バネにハンマーで衝撃を加えたり、油圧ジャッキで強大な荷重を付与したりすると、翼根バネに接している翼根部や翼溝に傷をつけてしまうおそれがある。
【０００７】
なお、特許文献２に記載の球状バネは、座布団等の中に用いる場合であっても横倒しになって上下の弾性力を失ってしまうことがないバネであって、そもそもタービン動翼の振動を防止するための、いわゆる翼根バネではない。
【０００８】
そこで、本発明は、タービン動翼の翼根部及びロータの翼溝を傷つけることなく、短時間で翼根バネを交換可能なタービン動翼の固定構造及び翼根バネの脱着方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決する本発明に係るタービン動翼の固定構造は、タービン動翼の翼根部を翼溝に嵌合して固定するタービン動翼の固定構造であって、
前記翼根部の先端面と前記翼溝の底面との間の隙間内に設けられる複数の翼根バネを備え、
前記複数の翼根バネは、前記隙間の長手方向に沿って並ぶように配置され、各翼根バネの前記翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形である弾性体からなり、
各翼根バネの前記断面形状の径方向の自然長は、前記隙間の高さよりも大きいことを特徴とする。
上記タービン動翼の固定構造によれば、翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形である翼根バネを用いているので、翼根バネが隙間内に設けられた状態で、タービン動翼の翼根部を翼溝の長手方向に沿って移動させると、翼根バネがころとして働くため、タービン動翼を翼溝に対して脱着しても翼根部や翼溝に傷を付けない。そして、タービン動翼の翼根部が翼溝から取り外された状態で、翼根バネを翼溝に対して脱着するので、翼根部や翼溝に傷を付けない。
なお、本明細書では、翼根バネの径方向の自然長とは、荷重がかかっていないときの翼根バネの外径を意味する。
【００１０】
また、前記翼根バネは球状であってもよい。
上記翼根バネは球状なので、翼根部の移動にともなって回転する際に、翼根部及び翼溝に傷を付けない。
【００１１】
また、前記弾性体は、線状部材を螺旋状に巻いて形成されたバネであってもよい。
上記弾性体は、線状部材を螺旋状に巻くだけなので安価に製作することができる。
【００１２】
また、前記弾性体は、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料であってもよい。
上記弾性体は、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料なので、優れた耐熱性を有し、高温下で使用されるガスタービンや蒸気タービンにも適用することができる。
【００１３】
また、本発明に係る翼根バネの脱着方法は、タービン動翼の翼根部と該翼根部が嵌合される翼溝との間に形成された隙間に設けられ、前記翼根部を付勢して前記翼溝に押し付ける翼根バネの脱着方法であって、
前記タービン動翼が前記翼溝から取り外された状態で、前記翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形の弾性体からなる複数の翼根バネを前記翼溝に対して脱着するとともに、
各翼根バネの径方向の自然長は、前記隙間の高さよりも大きいことを特徴とする。
上記翼根バネの脱着方法によれば、翼溝の長手方向に沿った断面形状が略円形である翼根バネを用いているので、翼根バネが隙間内に設けられた状態で、タービン動翼の翼根部を翼溝の長手方向に沿って移動させると翼根バネがころとして働くため、タービン動翼を翼溝に対して脱着する際に、翼根部や翼溝に傷を付けない。
そして、タービン動翼の翼根部を翼溝から引き抜いた後に、翼根バネを翼溝に対して脱着するので、翼根部や翼溝に傷を付けない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タービン動翼の翼根部や翼溝を傷つけることなく翼根バネを短時間で脱着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】タービン動翼をタービンロータに接続した状態を示す斜視図である。
【図２】翼根バネの側面図である。
【図３】翼根部の翼溝側先端面と翼溝の底面との間の溝隙間に翼根バネを設けた状態を示す拡大断面図である。
【図４】タービン動翼の翼根部を翼溝外へ移動させている状態を示す概略図である。
【図５】タービン動翼の翼根部を翼溝内に挿入している状態を示す概略図である。
【図６】翼溝内に翼根バネを設けた状態を示す拡大断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】タービンロータの翼溝とタービン動翼の翼根部との溝隙間に従来の翼根バネを設けた状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るタービン動翼の固定構造について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、タービン動翼の固定構造をガスタービンに適用した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、蒸気タービンやジェットエンジン等のタービンにも適用することができる。加えて、ガスタービンやジェットエンジンの空気圧縮機等にも適用することができる。
また、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は、本発明の第一実施形態に係るタービン動翼をタービンロータに接続した状態を示す斜視図である。
図１に示すように、ガスタービン１のタービン動翼２０は、翼根部２１がタービンロータ１０に形成された翼溝１１に嵌合することにより、タービンロータ１０に固定されている。
タービンロータ１０の外周部には、周方向に所定の間隔で複数の翼溝１１が設けられている。各翼溝１１は、タービンロータ１０の軸方向に沿って開口されている。加えて、各翼溝１１には、タービンロータ１０の径方向に沿って凸部１２及び凹部１３が交互に複数設けられている。また、タービン動翼２０の翼根部２１には、凹部１３と係合する凸部２２と、凸部１２と係合する凹部２３とが交互に複数設けられている。
そして、翼溝１１の凸部１２に翼根部２１の凹部２３が嵌合するとともに、翼溝１１の凹部１３に翼根部２１の凸部２２が嵌合してタービン動翼２０がタービンロータ１０に接続される。
また、翼根部２１の翼溝側先端面２４と翼溝１１の底面１４との間の溝隙間には複数の翼根バネが設けられており、これらの翼根バネによって翼根部２１は翼溝１１に押し付けられている。
【００１８】
図２は、翼根バネの側面図である。
図２に示すように、翼根バネ３は、線状部材を螺旋状に巻いて球状に形成されている。また、翼根バネ３は、その径方向の自然長Ｄ０が翼根部２１の翼溝側先端面２４と翼溝１１の底面１４との間の溝隙間の高さよりも長くなるように形成されている。
翼根バネ３に用いられる線状部材は、耐摩耗性及び耐熱性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、鋼線、銅線、チタン線等を用いることができる。
【００１９】
図３は、翼根部２１の翼溝側先端面２４と翼溝１１の底面１４との間の溝隙間に翼根バネ３を設けた状態を示す拡大断面図である。
図３に示すように、複数の翼根バネ３が溝隙間２内の長手方向に沿って設けられている。
翼根バネ３の径方向の自然長Ｄ０は溝隙間の高さＨよりも長いので、翼根バネ３は翼根部２１の翼溝側先端面２４及び翼溝１１の底面１４に密着している。このとき、翼根バネ３の押付力によって、翼根部２１はタービンロータ１０の径方向外方に付勢され、翼溝１１に押し付けられている。
溝隙間２の両端には、翼根バネ３の飛び出しを防止するためのキャップ４Ａ、４Ｂがそれぞれ設けられている。
【００２０】
次に、翼根バネ３を溝隙間２内から取り外す方法について説明する。
【００２１】
図４は、タービン動翼２０の翼根部２１を翼溝１１外へ移動させている状態を示す概略図である。
図４に示すように、まず、タービン動翼２０を移動させる方向（図４中の矢印方向）側のキャップ４Ｂを取り外す。
次に、タービン動翼２０の翼根部２１を溝隙間２の長手方向へ向かって移動させる。翼根部２１が移動すると、翼根部２１の翼溝側先端面２４に接している翼根バネ３は、翼根部２１の進行方向に回転して、ころとして働く。これによって、翼根部２１及び翼溝１１を傷つけることなく、翼根部２１を移動させることができる。
そして、そのまま翼根部２１を移動させることにより、翼根部２１を翼溝１１内から取り外すことができる。翼根部２１の移動にともなって翼根バネ３も進行方向に回転するため、進行方向側の翼根バネ３の幾つかは、翼根部２１の取り外しとともに、翼溝１１外へ転がり出る。
次に、タービン動翼２０が翼溝１１から取り外された状態で、翼溝１１内に残っている翼根バネ３を取り外す。
これによって、翼根部２１及び翼溝１１を傷つけることなく、翼根バネ３を容易に取り外すことができる。
【００２２】
次に、翼根バネ３を翼溝１１内に取り付ける方法について説明する。
【００２３】
図５は、タービン動翼２０の翼根部２１を翼溝１１内に挿入している状態を示す概略図である。
図５に示すように、まず、タービン動翼２０を移動させる方向（図５中の矢印方向）側のキャップ４Ａを取り付ける。
次に、翼溝１１内に所定数の翼根バネ３を設ける。
その後、タービン動翼２０の翼根部２１を図５中の矢印方向へ移動させながら翼溝１１内に挿入する。このとき、翼根部２１の翼溝側先端面２４で翼根バネ３を下方へ押し付けながら移動させる。
翼根部２１を移動させると、翼根部２１の翼溝側先端面２４に接している翼根バネ３は、翼根部２１の進行方向に回転して、ころとして働く。これによって、翼根部２１及び翼溝１１を傷つけることなく、翼根部２１を移動させることができる。
続いて、そのまま翼根部２１を所定の位置まで移動させることにより、翼根部２１を翼溝１１内に取り付けることができる。
そして最後に、溝隙間２にキャップ４Ｂを取り付ける。
これによって、翼根部２１及び翼溝１１を傷つけることなく、翼根バネ３を容易に取り付けることができる。
【００２４】
上述したように、本実施形態における翼根バネ３の脱着方法によれば、球状の翼根バネ３が溝隙間２内に設けられているので、タービン動翼２０の翼根部２１を溝隙間２の長手方向に沿って移動させることで翼根バネ３がころとして働くため、タービン動翼２０を翼溝１１に対して脱着する際に翼根部２１や翼溝１１に傷を付けない。
また、タービン動翼２０の翼根部２１が翼溝１１から取り外された状態で、翼根バネ３を翼溝１１に対して脱着するので、翼根部２１や翼溝１１に傷を付けない。
さらに、翼根バネ３は、線状部材を螺旋状に巻くだけなので安価に製作することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、線状部材を螺旋状に巻いて球状に形成した翼根バネ３を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料を球状に形成したものを用いてもよい。
カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料からなる翼根バネは、耐熱性に優れ、１０００℃程度まで粘弾性を維持できるので、高温下で使用される蒸気タービンやガスタービンにも適用できる。
なお、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を主成分とする粘弾性材料は、例えば、スパッタリングによりシリコン基板上に鉄触媒を付着させ、アルゴンイオンによる反応性イオンエッチングにより触媒を調製した後、この基板上にスーパーグロース法によってＣＮＴを合成して得たＣＮＴ構造体を圧縮することで作製できる。なお、ＣＮＴを主成分とする粘弾性材料は、参考文献「Ming  Xu,  Don N.  Futaba,  Takao  Yamada,  Motoo  Yumura  and  Kenji  Hata,  "Carbon  Nanotubes  with  Temperature-Invariant  Viscoelasticity  from  -196℃  to  1000℃,"  Science,  Vol.  330,  No.  6009,  pp.1364-1368  (2010),  Published  online  3  December  2010.  DOI:10.1126/science.1194865」に記載された手法により作製してもよい。
【００２６】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００２７】
本発明の第二実施形態に係る翼根バネは、筒状の形状を有しており、その直径が溝隙間２の高さＨよりも長くなるように形成されている。
【００２８】
図６は、翼溝１１内に翼根バネを設けた状態を示す拡大断面図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面図である。
図６及び図７に示すように、複数の翼根バネ４３が溝隙間２内の長手方向に沿って設けられている。翼根バネ４３の径方向の自然長Ｄ０は溝隙間の高さＨよりも長いので、翼根バネ４３は翼根部２１の翼溝側先端面２４及び翼溝１１の底面１４に密着している。
タービン動翼２０の脱着時において、翼根部２１が翼溝１１の長手方向へ移動すると、翼根部２１の翼溝側先端面２４に接している翼根バネ４３は翼根部２１の進行方向に回転して、ころとして働く。これにより、翼根部２１及び翼溝１１を傷つけることなく、タービン動翼２０を翼溝１１に対して脱着することができる。また、第一実施形態と同様に、タービン動翼２０が翼溝１１から取り外された状態で、翼根バネ４３を翼溝１１に対して脱着するので、翼根部２１や翼溝１１に傷を付けない。
【００２９】
なお、上述した各実施形態では、溝隙間２の長手方向に沿った断面形状が円形の翼根バネ３及び環状の翼根バネ４３を用いた場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、楕円の翼根バネを用いてもよい。要は、翼根部２１の移動とともに、溝隙間２の長手方向に沿って回転可能な形状であればよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  ガスタービン
２  溝隙間
３  翼根バネ
４Ａ、４Ｂ  キャップ
１０  タービンロータ
１１  翼溝
１２  凸部
１３  凹部
１４  底面
２０  タービン動翼
２１  翼根部
２２  凸部
２３  凹部
２４  翼溝側先端面
３１  翼根バネ
３２Ａ  端部
３２Ｂ  端部
３３  中間部
４３  翼根バネ
Ｈ  溝隙間の高さ
Ｄ０  自然長
【図１】
0005743072.tif 000002
【図２】
0005743072.tif 000003
【図３】
0005743072.tif 000004
【図４】
0005743072.tif 000005
【図５】
0005743072.tif 000006
【図６】
0005743072.tif 000007
【図７】
0005743072.tif 000008
【図８】
0005743072.tif 000009