(57)【要約】【課題】翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができるタービンロータを提供する。【解決手段】タービン回転方向に間隔をもって設けられた複数のディスク溝５１を外周部に有するタービンディスク５０と、ディスク溝５１に対してタービン軸方向から挿入されディスク溝５１の凹部５２にその凸部６が係合する翼根部４を有する複数のタービン動翼１とを備えたタービンロータ１００において、互いに係合する翼根部４の凸部６とディスク溝５１の凹部５２が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸となる湾曲形状に形成されていること、タービン動翼１が、ディスク溝５１との間に挿入されたキー６０によりタービン径方向外側に押し上げられていることを特徴とする。【選択図】図１
2008088832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン回転方向に間隔をもって設けられた複数のディスク溝を外周部に有するタービンディスクと、前記ディスク溝に対してタービン軸方向から挿入され前記ディスク溝の凹部にその凸部が係合する翼根部を有する複数のタービン動翼とを備えたタービンロータにおいて、
互いに係合する前記翼根部の凸部と前記ディスク溝の凹部が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸となる湾曲形状に形成されていること、
前記タービン動翼が、前記ディスク溝との間に挿入されたキーによりタービン径方向外側に押し上げられていること
を特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
請求項１のタービンロータにおいて、前記キーは、タービン軸方向下流側に向かって高さ寸法を小さくするように段差を有していることを特徴とするタービンロータ。
【請求項３】
請求項１のタービンロータにおいて、前記キーは、タービン軸方向下流側に向かって高さ寸法を小さくするようにテーパ状に形成されていることを特徴とするタービンロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかのタービンロータにおいて、前記翼根部の凸部は、前記ディスク溝の凹部よりも曲率が大きく形成されていることを特徴とするタービンロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかのタービンロータにおいて、前記凸部と前記凹部は、タービン径方向に複数段ずつ設けられており、前記凸部のそれぞれと前記凹部のそれぞれの当設部分のタービン中心軸から最も離れた各頂点部がタービン径方向に並ぶように形成されていることを特徴とするタービンロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンディスクのディスク溝に対してタービン軸方向からタービン動翼を挿入して組み立てるタービンロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンロータは、通常、タービンディスクのディスク溝の凹部にタービン動翼の翼根部の凸部を係合させ、タービンディスクの周囲にタービン動翼を複数固定して構成される。この種のタービンロータにおいて、タービンディスクのディスク溝に対してタービン軸方向からタービン動翼を挿入して組み立てるものでは、ディスク溝の凹部と翼根部の凸部がタービン回転方向から見てタービン回転軸に平行である。
【０００３】
タービン動翼には、蒸気や燃焼ガス等の作動流体によって流体入口側と出口側とで圧力差が発生し、この圧力差によって流れ方向に押し付ける力が作用する。そのため、タービン動翼の翼根部とディスク溝に挿入方向と角度を持つ溝を設け、この溝にキーやピン等を挿入することでタービン動翼の作動流体流通方向の動きを拘束するのが通常だった（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５７３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、従来のタービンロータは、タービン動翼をタービンディスクに対してキーやピン等で固定しタービン動翼のタービン軸方向への動きを拘束するのが通常であった。そのため、タービン回転方向に隣り合うタービン動翼同士のタービン軸方向位置には、タービン動翼の翼根部側の抜け止め用の溝とディスク溝側の抜け止め用の溝、そしてキー（又はピン）の製作寸法の累積公差によりバラツキが生じる。このことから、複数のタービン動翼のタービン軸方向位置を設計値に近付け、各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキの少ない翼列を構成することは容易なことではなかった。
【０００６】
本発明は以上に鑑みなされたもので、翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができるタービンロータ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】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、タービン回転方向に間隔をもって設けられた複数のディスク溝を外周部に有するタービンディスクと、前記ディスク溝に対してタービン軸方向から挿入され前記ディスク溝の凹部にその凸部が係合する翼根部を有する複数のタービン動翼とを備えたタービンロータにおいて、互いに係合する前記翼根部の凸部と前記ディスク溝の凹部が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸となる湾曲形状に形成されていること、前記タービン動翼が、前記ディスク溝との間に挿入されたキーによりタービン径方向外側に押し上げられていることを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記キーは、タービン軸方向下流側に向かって高さ寸法を小さくするように段差を有していることを特徴とする。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記キーは、タービン軸方向下流側に向かって高さ寸法を小さくするようにテーパ状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記翼根部の凸部は、前記ディスク溝の凹部よりも曲率が大きく形成されていることを特徴とする。
【００１１】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記凸部と前記凹部は、タービン径方向に複数段ずつ設けられており、前記凸部のそれぞれと前記凹部のそれぞれの当設部分のタービン中心軸から最も離れた各頂点部がタービン径方向に並ぶように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タービン回転時の遠心力によって翼根部の凸部の円弧面の頂部がディスク溝の凹部の円弧面の頂部に一致するため、翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るタービンロータの要部を表す部分斜視図、図２は本発明の一実施の形態に係るタービンロータの要部をタービン軸方向から見て表す正面図、図３は図２中のIII−III断面による断面図である。
図１〜図３に示すように、本実施の形態のタービンロータ１００は、タービン回転方向に間隔をもって設けられた複数のディスク溝５１を外周部に有するタービンディスク５０と、ディスク溝５１に対してタービン軸方向から挿入される翼根部４を有する複数のタービン動翼１とを備えている。通常、タービンロータは、こうした構成をタービン軸方向に複数段落設けて構成される。
【００１４】
タービン動翼１は、翼プロフィル部２と、この翼プロフィル部２の付け根部３と、上記翼根部４とを有している。また本実施の形態においては、翼プロフィル部２の先端に一体に形成されたインテグラルカバー５をさらに有している。各タービン動翼１は、順次タービン軸方向側からタービンディスク５０のいわゆる逆クリスマスツリー型のディスク溝５１に組み付けられ、タービンディスク５０に対しタービン回転方向に複数取り付けられて環状翼列を構成する。
ディスク溝５１のタービン回転方向両側の内壁部には、タービン軸方向に延びる凹部５２がタービン径方向に複数段設けられている。これに対応し、翼根部４は、ディスク溝５１に係合する形状に形成されており、そのタービン回転方向両方向を向いた両側面には、タービン軸方向に延びる凸部６がタービン径方向に複数段設けられている。各凸部６のタービン径方向外周側を向いた面が、ディスク溝５１の対応する凹部５２のタービン径方向内周側を向いた面に当接することによって、タービン回転中にタービン動翼１に作用する遠心力が支持される。
【００１５】
上記のように構成したタービンロータ１００の有する最も大きな特徴は、互いに係合する翼根部４の凸部６とディスク溝５１の凹部５２をタービン回転方向（周方向）から見てタービン径方向外側に凸となる湾曲形状に形成した点、またタービン動翼がディスク溝５１との間に挿入されたキー６０によりタービン径方向外側に押し上げられている点である。
【００１６】
前記凸部と前記凹部は、各凸部６と各凹部５２の当設部分のタービン中心軸から最も離れた各頂点部７がタービン径方向に並ぶように形成されている。本実施の形態では、図３に示すように、格段の頂点部７がタービン中心軸と直交する線（タービン径方向に沿う線）Ｒ上に位置している。また本実施の形態では、翼根部４の凸部６のタービン径方向外側を向いた曲面が、タービンディスク５０のディスク溝５１の凹部５２のタービン径方向内側を向いた曲面よりも曲率が大きく（つまり、曲率半径が小さく）形成されている。タービンディスク５０のディスク溝５１のタービン径方向に隣接する凹部５２の最小間隔は、翼根部３の湾曲した凸部６がタービン軸方向から挿入できるように、タービン軸方向から見た凸部６のタービン径方向寸法（タービン径方向から見た投影寸法）よりも大きくなっている。
【００１７】
キー６０は、タービンディスク５０のディスク溝５１の底部と翼根部４の径方向内側端部の間隙８１に差し込まれ、タービン動翼１をタービン径方向外側に持ち上げている。また、図３に示すように、キー６０の断面は、タービン軸方向下流側に向かって高さ寸法を小さくするように、タービン径方向内側の面に段差が形成されている。これと同じように、ディスク溝５１の底部にもタービン軸方向下流側に向かって上る階段状に段差が設けられている。そして、キー６０の段差とディスク溝５１の底部の段差が互いに係合し、キー６０のタービン軸方向下流側への動きを拘束している。
【００１８】
ここで一般に、同一翼列を構成する各タービン動翼において、前縁部（作動流体入口側翼端部）のタービン軸方向位置は極力揃っていることが望ましい。蒸気タービンにしてもガスタービンにしても、例えば配管等から発生するスケール・燃料の燃焼後に発生する粉塵・熱力学変化により発生する水滴等が作動流体中に含まれている可能性が高く、タービン動翼の前縁部のタービン軸方向位置が不揃いな場合、作動流体の流れ方向上流側に位置する翼が先行して侵食されることになる。
【００１９】
また、いわゆるインテグラルカバーやタイボス等の連結部材によって回転方向に隣り合うもの同士を連結するタービン動翼の場合、相隣接する翼同士の連結部材の幾何学的な位置関係によって連結部材同士の接触部に連結力を発生させるため、タービン動翼のタービン軸方向位置にバラツキがあると翼列内で連結部材間に作用する連結力に偏差が生じてしまう。
【００２０】
しかしながら、本実施の形態のようにタービンディスクに対してタービン軸方向からタービン動翼を挿入するタービンロータでは、従来、ディスク溝の凹部と翼根部の凸部がタービン回転方向から見てタービン回転軸と平行に形成されていた。この場合、蒸気や燃焼ガス等の作動流体によるタービン動翼への作動流体流れ方向への押付力を拘束するために、タービン動翼の翼根部とディスク溝をタービン回転方向に差し込むキーやピン等で固定するのが通常であった。そのため、タービン回転方向に隣り合うタービン動翼同士のタービン軸方向位置には、タービン動翼の翼根部側の抜け止め用の溝とディスク溝側の抜け止め用の溝、そしてキー（又はピン）の製作寸法の累積公差によるバラツキが生じる。このことから、複数のタービン動翼のタービン軸方向位置を設計値に近付け、各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキの少ない翼列を構成することは容易なことではなかった。
【００２１】
それに対し、本実施の形態では、互いに係合する翼根部４の凸部６とディスク溝５１の凹部５２が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸となる湾曲形状に加工されているので、キー６０を挿入しタービン動翼１を径方向外側に持ち上げることにより、翼根部４の凸部６とディスク溝５１の凹部５２の湾曲部の各頂点部７が線Ｒに一致する位置に導かれ固定される。つまり、本実施の形態のタービン動翼１は、キー６０によって所定の軸方向位置に位置決めされるような自動調心機能を備えており、これにより翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができる。したがって、翼列における各タービン動翼の前縁部のエロージョンや隣接翼との連結力にバラツキも生じにくく、タービンロータの長寿命化や性能向上に大きく貢献する。
【００２２】
また、タービン動翼１の軸方向位置は主に翼根部４の凸部６とディスク溝５１の凹部５２の湾曲部分の製作公差によるので、タービン動翼のタービン軸方向位置を拘束するのにキーやピンをタービン回転方向に挿入する場合に比べて、製作公差の累積がない分位置決め精度の向上も期待できる。従来構造に比して部品点数が減少することも大きなメリットである。
【００２３】
また、本実施の形態では、ディスク溝５１の凹部５２と翼根部４の凸部６がそれぞれタービン径方向に複数段設けられており、凸部６と凹部５２がそれぞれ複数の頂点部７を有しているため、ディスク溝５１と翼根部４はタービン径方向に少なくとも片側２箇所ずつ以上の接点を有している。したがって、タービン動翼１が作動流体による力を受けても、その力を受け止めて下流側に倒れるようなことがない。キー６０もディスク溝５１の底部の段差に係合する段差部を有していることにより、タービン軸方向下流側に抜け落ちることはなく、また回転中は作動流体の力を受けてタービン軸方向下流側に付勢されるのでタービン軸方向上流側に抜け落ちることもない。
【００２４】
さらに、本実施の形態においては、タービン動翼１の翼根部４側の曲面の曲率をディスク溝５１側より大きくしたことにより翼根部４側の各頂点部７がより線Ｒに一致し易く、自動調心機能をより効果的に作用させることが期待できる。
【００２５】
図４は本発明の他の実施の形態に係るタービンロータの要部を表す断面図であり、先の図３に相当する断面図である。
本実施の形態が図１〜図３の実施の形態と相違する点は、キー及びそれに係合するディスク溝５１の底部の形状にある。
【００２６】
本実施の形態のキー６０Ａは、タービン径方向内側の面が、タービン回転方向から見てタービン軸方向下流側に向かって高さ寸法を小さくするようにテーパ状に形成されている。これに対応し、ディスク溝５１の底部にもタービン軸方向下流側に向かって上り傾斜のテーパが形成されている。つまり、キー６０Ａとディスク溝５１の底部のテーパが互いに係合し、キー６０Ａのタービン軸方向下流側への動きを拘束している。
【００２７】
それ以外の構成は前の実施の形態と同様であり、本実施の形態のような構成としても前に説明した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
なお、以上説明した本発明のタービンロータは、前述したように蒸気タービンにもガスタービンにも適用可能である。また、高圧段であっても低圧段であっても本発明は適用可能である。また、連結部材によりタービン動翼の連結力を得るタービンロータに本発明を適用することにより、翼列内で連結部材の連結力を均一化することができることは前に述べたが、翼列を構成するタービン動翼の翼プロフィル部を予めねじってタービンディスクに組み付けることで連結部材に連結力を作用させるいわゆるプリツイストタイプのタービン動翼、タービン回転時のねじり戻り変形（アンツイスト）によってタービン回転時に連結部材に連結力を作用させるいわゆるアンツイストタイプのタービン動翼のいずれにも本発明は適用可能であり、所望の効果を得ることができる。
【００２９】
また、翼根部４としていわゆる逆クリスマスツリー型の複数段の凸部６を有するものを用いた場合を図示しているが、タービンディスク５０にタービン軸方向から挿入し組み入れるものであれば、翼根部の形状等は特に限定されず例えば１段のみの凸部を有するものであっても良い。また、タービン動翼１はタービンディスク５０に対してタービン軸方向から挿入するものであるが、その挿入方向は、タービン径方向外側から見てタービン中心軸と平行である必要はなく、例えばタービン径方向外側から見てタービン中心軸に対し適当な角度だけ傾斜していても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るタービンロータの要部を表す部分斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るタービンロータの要部をタービン軸方向から見て表す正面図である。
【図３】図２中のIII−III断面による断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るタービンロータの要部を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１        タービン動翼
４        翼根部
６        凸部
７        頂点部
５０      タービンディスク
５１      ディスク溝
５２      凹部
６０      キー
６０Ａ    キー
１００    タービンロータ
Ｒ        タービン中心線と直交する線
【図１】
2008088832.tif 000003
【図２】
2008088832.tif 000004
【図３】
2008088832.tif 000005
【図４】
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