(57)【要約】【課題】着脱の簡便化を図るとともに、健全なフィン毎取り替える必要がなく、しかもフィン間および段落間のシール性を高めたロータフィンを得ること。【解決手段】タービンロータ１の外周に周方向に形成され、植込溝部３が形成されたロータ溝２に、植込部７を有するフィン５を前記ロータ溝２に設けられたフィン挿入用切り欠き４から挿入して前記ロータ溝２に取り付けてロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、前記フィン５のフィン部６の断面形状が、ロータ１の周方向に複数片に分割されたロータフィンにおける互いにロータ周方向に隣接するフィン５の一部がロータ軸方向もしくはロータ周方向、またはロータ軸方向とロータ周方向に互いに接触するような形状としてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータの外周に周方向に形成され、植込溝部が形成されたロータ溝に、植込部を有するフィンを前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切り欠きから挿入して前記ロータ溝に取り付けてタービンロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、前記フィンのフィン部の断面形状が、ロータの周方向に複数片に分割されたロータフィンにおける互いにロータ周方向に隣接するフィンの一部がロータ軸方向もしくはロータ周方向、またはロータ軸方向とロータ周方向に互いに接触するような形状としてあることを特徴とするタービンロータフィン。
【請求項２】
フィン部の一面に高さ方向に延びる凸部が形成されていることを特徴とする、請求項１記載のタービンロータフィン。
【請求項３】
フィン部の断面形状が平行四辺形断面、台形断面、或いは両側部が断面弧状のものであることを特徴とする、請求項１記載のタービンロータフィン。
【請求項４】
タービンロータの外周に周方向に形成され、植込溝部が形成されたロータ溝に、植込部を有するフィンを前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切り欠きから挿入して前記ロータ溝に取り付けてロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、前記フィンの植込部の高さが前記ロータ溝の植込溝部の深さより小さく、フィン部の長さが植込溝部の上面とロータ外表面に対向する静止部の表面間の距離より長く形成されていることを特徴とするタービンロータフィン。
【請求項５】
タービンロータの外周に周方向に形成され、植込溝部が形成されたロータ溝に、植込部を有するフィンを前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切り欠きから挿入して前記ロータ溝に取り付けてロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、深さが異なるロータ溝をロータ軸方向に複数配列し、各ロータ溝にフィン部の長さが異なるフィンが取り付けられていることを特徴とするタービンロータフィン。
【請求項６】
フィンがロータと対向する静止部の材料の硬さより低い硬さの材料により形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のタービンロータフィン。
【請求項７】
静止部と接触するフィン部の先端部の断面積とフィンの植込部に近接するフィン部の断面積との比が０．５以下に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のタービンロータフィン。
【請求項８】
前記ロータ溝とフィンとの間の少なくとも１箇所にブロック或いはバネが配設されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のタービンロータフィン。
【請求項９】
前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切欠きに、そのフィン挿入用切欠きに合わせた植込部を有するフィンを挿入し、その植込部とロータが固定されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のタービンロータフィン。
【請求項１０】
ロータの前記植込溝部およびフィンの植込部の断面形状が円形、多角形、或いは多角形と円弧の組み合わせであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のタービンロータフィン。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のタービンロータフィンを備えたことを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン或いはガスタービンにおける静翼などの静止部とロータとの間をシールするロータフィン、及びそのロータフィンを備えたタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気タービン或いはガスタービンにおいては、静翼などの静止部とロータとの間から蒸気漏れ或いはガス漏れによる圧力損失を防止するため、シールフィンが設けられている。このシールフィンには多様な取付箇所や取付構造が存在しており、その中でも静止部に施した溝にフインを挿入し、コーキングピースでかしめた後溝端部近傍をかしめる構造が多く見られる。しかし、静止部にフィンを備えたシール構造は、フィン先端とロータのラビングによりロータ側に熱が伝わることに起因する変形が懸念されている。そこで、回転部品側にフィンを備えるようにした構造が提案されている。このようなフィンとしてはロータ外周面に施した溝にフィンを挿入し、コーキングピースでかしめた後に溝端部近傍をかしめる構造、ロータとフィンを一体構造としたもの、ブロックとフィンを合わせて植込部を形成しロータ溝へ嵌め込む構造、フィンを複数備えた植込部付ブロックをロータ植込溝へ嵌め込む構造などが公知である。
【０００３】
ロータ外表面に施した溝にフィンを挿入し、コーキングピースでかしめた後に溝端部近傍をかしめる構造と、ロータとフィンを一体構造としたものの公知例としては特許文献１が挙げられる。特許文献１記載のものは、ロータ溝に植え込まれたフィンと、ロータ側から削り出して形成した耐食性の高いフィンを組合わせて配列することにより漏れ蒸気による浸食を防止するようにしたものである。
【０００４】
また、フィンを複数備えた植込部付きブロックをロータ植込溝へ嵌め込む構造に関する公知例としては特許文献２が挙げられる。この特許文献２記載のものは、ラビリンスシールと呼ばれるフィン状の突起を複数有し、かつ、ロータ周方向に複数片に分割された植込部付きブロックを、ロータ溝の１箇所に設けられた切り欠き部を介して上記ロータ植込溝に順次挿入後、上記切り欠き部に押金を嵌め込んでラビリンスシールを固定することによって、着脱の簡便化を図ったものである。
【特許文献１】特開平１０−２６６８０８号公報
【特許文献２】特開平９−２９６７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１記載のように、ロータ外表面に施した溝にフィンを挿入し、コーキングピースでかしめた後に溝端部近傍をかしめるようにしたものは、上記コーキングピースでかしめたフィンの引き抜き強度が懸念され、また、フィンをロータから削り出し一体構造としたものはフィンの取り替えが不可能等の問題がある。一方、特許文献２記載のようにラビリンスシールと呼ばれるフィン状の突起を複数有し、かつ、ロータ周方向に複数片に分割された植込部付きブロックをロータ植込溝に順次挿入するようにしたものは、着脱が簡便となるメリットはあるが、複数列のフィンが一体に形成されているため、静止部との過度な接触によりフィンが欠損する可能性があり、欠損したフィンを取り替えるのに健全なフィン毎取り替えなければならず、コストがかかる等の問題がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑み、着脱の簡便化を図るとともに、健全なフィン毎取り替える必要がなく、しかもフィン間および段落間のシール性を高めたロータフィンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、タービンロータの外周に周方向に形成され、植込溝部が形成されたロータ溝に、植込部を有するフィンを前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切り欠きから挿入して前記ロータ溝に取り付けてロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、前記フィンのフィン部の断面形状が、ロータの周方向に複数片に分割されたロータフィンにおける互いにロータ周方向に隣接するフィンの一部がロータ軸方向もしくはロータ周方向、またはロータ軸方向とロータ周方向に互いに接触するような形状としてあることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、タービンロータの外周に周方向に形成され、植込溝部が形成されたロータ溝に、植込部を有するフィンを前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切り欠きから挿入して前記ロータ溝に取り付けてロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、前記フィンの植込部の高さが前記ロータ溝の植込溝部の深さより小さく、フィン部の長さが植込溝部の上面とロータ外表面に対向する静止部の表面間の距離より長く形成されていることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、タービンロータの外周に周方向に形成され、植込溝部が形成されたロータ溝に、植込部を有するフィンを前記ロータ溝に設けられたフィン挿入用切り欠きから挿入して前記ロータ溝に取り付けてロータと静止部との間をシールするようにしたタービンロータフィンにおいて、深さが異なるロータ溝をロータ軸方向に複数配列し、各ロータ溝にフィン部の長さが異なるフィンが取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、タービンにおいて第１乃至第５のいずれかの発明のタービンロータフィンを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上記構成により、静止部−ロータ間、フィン−フィン間、フィン植込部−ロータ溝間、及び段落間のシール性を高め、静止部との過度な接触によるフィンの欠損やラビング熱によるロータ変形を防止でき、シール性および信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、第１の発明の概略構成を示す図であり、ロータ本体１の外周には周方向のロータ溝２が形成されている。上記ロータ溝２の底部には円形状の植込溝部３が形成されるとともに、上記ロータ溝２の周方向の一部にフィン挿入用切欠き４が設けられている。一方、フィン５にはフィン部６の下部に円柱状の植込部７が一体的に形成されており、ロータ周方向に複数に分割された形状をしている。
【００１４】
そこで、上記フィン５を上記フィン挿入用切欠き４から挿入してフィン５の植込部７を植込溝３に係合させ、そのフィン５をロータ溝２に沿って移動させ、以後同様にして順次フィン５をロータ溝２に嵌め込み、ロータ本体１の全外周に多数個のフィン５を列状に取り付ける。
【００１５】
上記フィン５には、フィン部６の一面の両側縁部が切り欠かれ中央部にフィン５の長手方向に延びる凸部８が形成された断面形状のフィン５ａ（図１（ａ））と凸部８を円周方向に長く延ばし、かつフィン部６の両側縁部を切り欠いた形状のフィン５ｂ（図１（ｂ））の２種類があり、組み立てに際しては、図２に示すように、まずフィン５ａをフィン挿入用切欠き４から挿入してロータ溝２へ嵌め込む。次に、フィン５ｂをフィン挿入用切欠き４から挿入してロータ溝２へ嵌め込む。このようにして、フィン５ａとフィン５ｂはロータ周方向に交互に詰めて配設される。
【００１６】
しかして、フィン５ａのロータ周方向縁部とフィン５ｂの周方向縁部はロータ軸方向と周方向に接触し、且つ、タービンの運転時には蒸気やガスの圧力により接触面圧が増加され、フィン間からの蒸気漏れやガス漏れが防止される。
【００１７】
なお、上記実施の形態においては中央部にフィン５の長手方向に延びる凸部８が形成されたものを示したが、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、フィン部を平行四辺形断面、台形断面、或いはフィン部の両側部を断面弧状とし、ロータ溝２にフィン９ａ、９ｂを順次交互に嵌め込むようにすることもでき、図２に示すものと同様の効果を得ることができる。
【００１８】
また、図１にはロータ溝２の植込溝部３およびフィンの植込部７を円形、或いは円柱状にしたものを示したが、上記植込溝部３および植込部７を、図４に示すように断面長方形とすることができ、また多角形、或いは多角形と円弧の組み合わせとすることもできる。
【００１９】
図５（ａ）、（ｂ）は第２の発明の構成を示す図であり、フィン５における植込部７の高さｈがロータ溝２の植込部３の深さＨより小さく形成され、フィン部６の長さｍが植込溝部３の上面と静翼１０の表面との距離Ｍより長く形成されたフィン５がロータ溝２に嵌め込められている。しかして、ロータ停止時には、図５（ａ）のようにフィン５の植込部７がロータ溝２における植込部３の底部に接触し、且つフィン５の先端部と静翼１０の表面との間に間隙を有する状態となる。これに対し、ロータ回転時には、図５（ｂ）のようにフィン５が遠心力によりロータ外表面側へ移動し、フィン５の先端部と静翼１０の表面がラビングすることで当該部をシールする。また、フィン５のフィン部６の長さは、植込溝部３の上面と静翼１０の表面間の距離より長いので、フィン５の植込部７が植込溝３の上面に接触する前に、フィン５先端部が静翼１０の表面とラビングする。したがって、フィン５と静翼１０の摩擦による熱がロータ本体１へ伝達しにくくなり、ロータの変形を防止することができる。また、フィン５は、静翼１０よりも軟らかい材料であればいずれでもよく、静翼１０の表面を痛めることなくシールできる。さらに、フィン５はラビングによって減肉した分が遠心力によって押し出されるのでシールを維持することができる。
【００２０】
ところで、図６（ｂ）に示すように、ラビング時のフィン５の座屈強度は、フィン５の植込部７近傍の断面積が先端部の断面積の２倍以上で増加する。したがって、図６（ａ）で示すフィン５の先端部の断面積Ａ１と植込部７近傍の断面積Ａ２の比は、０．５以下が望ましい。
【００２１】
図７はそれぞれ第３の発明の概略構成を示す断面図であり、ロータ本体１に浅いロータ溝２ａと、深いロータ溝２ｂとがロータ軸方向に交互に配設されており、浅いロータ溝２ａに短いフィン５ｃを取付け、深いロータ溝２ｂにフィン５よりも長いフィン５ｄを取付け、ロータ停止時にロータ外表面から出るフィンの長さが同じになるように構成されている。しかして、この場合には同じ深さのロータ溝をロータ軸方向に配置する場合よりも狭い間隔で且つ多くのフィンを配置でき、上流側のフィンで漏洩した蒸気やガスを下流側のフィンでシールすることができる。
【００２２】
図８は、図７の変形例を示す図であり、深さの異なるロータ溝２ｃ、２ｄ、２ｅと長さが異なるフィン５ｅ、５ｆ、５ｇがロータ軸方向に階段状に配置されており、この場合にも図７記載のものと同様な効果が得られる。
【００２３】
図９は、本発明の他の実施の形態を示す図であり、ロータ溝２の植込溝部３の近傍と、それに対向するフィン５との間に板状のバネ１１が配設されており、ロータ溝２とフィン５との間をシールするようにしてある。しかして、上記バネ１１によりロータ溝２とフィン５との間から蒸気漏れやガス漏れを防止することができる。ところで、上記実施の形態においてはバネ１１を配設したものを示したが、バネの代わりにブロックを配設してもよい。また、上記実施の形態においては、植込溝部３の近傍とそれに対向するフィン５との間に板状のバネ１１を配置することによりロータ溝２とフィン５の間をシールしたが、図１０に示すように、フィン５の植込部７の底面とロータ溝２の植込溝部３の間に板バネ１２を配設してもよい。
【００２４】
図１１（ａ）、（ｂ）は、フィン挿入用切り欠き４の閉鎖手段を示す図であり、ロータ溝２にフィン５を全て挿入した後、フィン挿入用切り欠き４にロータ溝２の植込溝３の形状を有するブロック１３を挿入し、そのブロック１３をブロック固定ボルト１４によりロータ本体１に固定する。したがって、この固定構造によりフィン挿入用切り欠き４からフィン５が脱落することを防止することができる。また、上記ブロック１３以外に、図１１（ｂ）に示すようなフィン挿入用切り欠き４部における植込部３の形状を有する止めフィン１５をフィン挿入用切り欠き４に挿入し、この止めフィン１５をロータ本体１に止めフィン固定ボルト１６により固定する構造としてもよい。なお、ブロック１３とロータ本体１との固定手段、止めフィン１５とロータ本体１との固定手段はボルト以外に楔、溶接でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は第１の発明の概略構成を説明するための斜視図、（ｂ）は（ａ）で示したフィンと組合わされる他のフィンの形状を示す斜視図。
【図２】（ａ）はロータ周方向に隣接するフィンの構成を示す平断面図、（ｂ）はその側面図。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれローラ周方向に隣接するフィンの構成を示す図。
【図４】図１の他の変形例を示す図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は第２の発明の構成および作動説明図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、フィン先端部断面積と植込部近傍の断面積の比を示す図および上記比と座屈強度の関係を示す線図。
【図７】第３の発明のロータフインの縦断面図。
【図８】図７の変形図。
【図９】ロータ溝とフィン間のシールの構成を示す図。
【図１０】ロータ溝とフィン間のシールの構成を示す図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、フィン挿入用切り欠き部の閉鎖手段を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１  ロータ本体
２  ロータ溝
３  植込溝部
４  フィン挿入用切り欠き
５  フィン
６  フィン部
７  植込部
８  突部
１０  静翼
１１  バネ
１２  板バネ
１３  ブロック
１５  止めフィン
１６  止めフィン固定ボルト
【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】
2007262921.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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