(57)【要約】【課題】翼フック及び翼ネックを有する逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部に対して、嵌め合い構造のロータフック及びロータネックを有するタービンロータの加工性向上と応力バランス適正化の両立を図ったタービンロータを提供する。【解決手段】本発明のタービンロータは、フック数ｎがｎ≧３である翼フック及び翼ネックを有する逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部に対して嵌め合い構造のロータフック及びロータネックを有し、ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線に対して、ロータ最内周フックのフック凸部が、前記接線よりも周方向に対して凹に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2007278153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フック数ｎがｎ≧３である翼フック及び翼ネックを有する逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部に対して嵌め合い構造のロータフック及びロータネックを有するタービンロータにおいて、
ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線に対して、
ロータ最内周フックのフック凸部が、前記接線よりも周方向に対して凹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２】
ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線と、半径方向中心線と、のなす角度βｒ、
ロータ最外周フックからｎ番目フックのフック凸部とｎ−１番目フックのフック凸部との間の半径方向距離Ｈｒn、
ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn、
ロータ最外周フックからｎ−１番目フックの周方向フック幅Ｗｒn-1、
の関係が、Ｗｒn＞Ｗｒn-1−２Ｈｒn×tanβｒであることを特徴とする請求項１に記載のタービンロータ。
【請求項３】
ロータ最外周フックからｎ番目フックとｎ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒnが、
ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックとｉ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒiに対して、
Ｄｒn＜Ｄｒiの関係に形成されていることを特徴とする請求項１，２に記載のタービンロータ。
【請求項４】
ロータ最外周ネックからｎ−１番目ネックのネック凹部とｎ−２番目ネックのネック凹部とを結ぶ接線に対して、
ロータ最内周ネックのネック凹部が、前記接線よりも周方向に対して凹に形成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載のタービンロータ。
【請求項５】
ロータ最内周フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｒnが、
ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｒiに対して、
Ｌｒn＞Ｌｒiの関係に形成されていることを特徴とする請求項１〜４に記載のタービンロータ。
【請求項６】
ロータフックにおける翼とロータとが接触する接触面と、前記接触面の外周側に位置する非接触面とが、直線部とその両端の円弧部により連結された構造であることを特徴とする請求項１〜５に記載のタービンロータ。
【請求項７】
翼との嵌め合い挿入角度が、ロータの軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜６に記載のタービンロータ。
【請求項８】
ロータフック及びロータネックを有するタービンロータに対して、嵌め合い構造を有するフック数ｎがｎ≧３である翼フック及び翼ネックを有する逆クリスマスツリー型のタービン動翼において、
翼最外周ネックからｎ−１番目ネックのネック凹部とｎ−２番目ネックのネック凹部とを結ぶ接線に対して、
翼最内周ネックのネック凹部が、前記接線よりも周方向に対して凸に形成されていることを特徴とするタービン動翼。
【請求項９】
翼最外周ネックからｎ−１番目ネックのネック凹部とｎ−２番目ネックのネック凹部とを結ぶ接線と、半径方向中心線と、のなす角度βｂ、
翼最外周ネックからｎ番目ネックのネック凹部とｎ−１番目ネックのネック凹部との間の半径方向距離Ｈｂn、
翼最内周ネックの周方向ネック幅Ｗｂn、
翼最外周ネックからｎ−１番目ネックの周方向ネック幅Ｗｂn-1、
の関係が、Ｗｂn＞Ｗｂn-1−２Ｈｂn×tanβｂであることを特徴とする請求項８に記載のタービン動翼。
【請求項１０】
翼最外周フックからｎ番目フックとｎ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離
Ｄｂnが、
翼最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックとｉ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｂiに対して、
Ｄｂn＜Ｄｂiの関係に形成されていることを特徴とする請求項８，９に記載のタービン動翼。
【請求項１１】
翼最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線に対して、
翼最内周フックのフック凸部が、前記接線よりも周方向に対して凸に形成されていることを特徴とする請求項８〜１０に記載のタービン動翼。
【請求項１２】
翼最内周フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｂnが、
翼最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｂiに対して、
Ｌｂn＞Ｌｂiの関係に形成されていることを特徴とする請求項８〜１１に記載のタービン動翼。
【請求項１３】
翼フックにおける翼とロータとが接触する接触面と、前記接触面の内周側に位置する非接触面とが、直線部とその両端の円弧部により連結された構造であることを特徴とする請求項８〜１２に記載のタービン動翼。
【請求項１４】
翼植え込み部のロータへの挿入角度が、ロータの軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項８〜１３に記載のタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に挿入する逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部を有するタービンロータとタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの大容量化と高性能化とを図るため、蒸気タービンの低圧最終段の長翼化が進められている。長翼化に伴う遠心応力の増加に対して、翼溝の発生応力を低減するために、翼溝の拡大化が行われている。
【０００３】
しかし、翼溝の拡大化に伴い、ロータ溝の半径方向深さが深くなるため、ロータの加工が困難になり、ロータ溝を切削するための機械加工治具に高い剛性が要求される。
【０００４】
特に、ロータ最内周フックにおける周方向フック幅が、充分に大きくない場合には、溝カッタの最下部は軟弱で可撓性を有することになる。
【０００５】
こうしたことにより、ロータ切削中に溝カッタが折損し、ロータが使用不能となる可能性があり、また、溝カッタの撓みにより、ロータフックの接触部を余分に切削し、ロータフックが所定の割合の荷重を分担することができない可能性があり、信頼性に悪影響を与える可能性がある。
【０００６】
したがって、逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部を有するタービンロータでは、ロータ最内周フックの周方向フック幅を拡大し、ロータ切削中の溝カッタの折損を防止する必要がある。
【０００７】
溝カッタの折損を防止する技術としては、例えば、特許文献１に記載されるものがあり、特許文献１には、ロータ最内周フックの周方向フック幅を、翼最内周ネックの周方向ネック幅に対して、大きく形成し、翼ネックとロータフックとの最内周対向表面間にスペースを形成する構造が開示されている。この他、特許文献２や特許文献３が知られている。
【０００８】
【特許文献１】特公平７−７２４８５号公報
【特許文献２】特許第２８７７１５０号公報
【特許文献３】特開平５−８６８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ロータの切削を容易にするために、翼ネックとロータフックとの最内周対向表面間に広いスペースを形成すると、翼とロータとが接触するフック接触面距離が減少して、ロータ最内周フックの接触面圧が増加するという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明は、逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部を有する構造の蒸気タービンであって、ロータ最内周フックの周方向フック幅を拡大しても、ロータ切削中の溝カッタの折損を防止すると共に、ロータ最内周フックの接触面圧を低減することが可能なタービンロータやタービン動翼を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のタービンロータは、フック数ｎがｎ≧３である翼フック及び翼ネックを有する逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部に対して嵌め合い構造のロータフック及びロータネックを有するものであって、ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線に対して、ロータ最内周フックのフック凸部が、前記接線よりも周方向に対して凹に形成されている。
【００１２】
そして、ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線と、半径方向中心線と、のなす角度βｒ，ロータ最外周フックからｎ番目フックのフック凸部とｎ−１番目フックのフック凸部との間の半径方向距離Ｈrn，ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn ，ロータ最外周フックからｎ−１番目フックの周方向フック幅Ｗｒn-1、の関係が、Ｗｒn＞Ｗｒn-1−２Ｈｒn×tanβｒ であることが好ましい。
【００１３】
さらに、ロータ最外周フックからｎ番目フックとｎ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒn が、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックとｉ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒi に対して、Ｄｒn＜Ｄｒiの関係に形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、ロータ最外周ネックからｎ−１番目ネックのネック凹部とｎ−２番目ネックのネック凹部とを結ぶ接線に対して、ロータ最内周ネックのネック凹部が、前記接線よりも周方向に対して凹に形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、ロータ最内周フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｒnが、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｒiに対して、Ｌｒn＞Ｌｒiの関係に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、ロータフックにおける翼とロータとが接触する接触面と、前記接触面の外周側に位置する非接触面とが、直線部とその両端の円弧部により連結された構造であることが好ましい。
【００１７】
また、翼との嵌め合い挿入角度が、ロータの軸方向に対して傾斜していることが好ましい。
【００１８】
本発明の逆クリスマスツリー型であるタービン動翼は、ロータフック及びロータネックを有するタービンロータに対して、嵌め合い構造を有するフック数ｎがｎ≧３である翼フック及び翼ネックを有するものであって、翼最外周ネックからｎ−１番目ネックのネック凹部とｎ−２番目ネックのネック凹部とを結ぶ接線に対して、翼最内周ネックのネック凹部が、前記接線よりも周方向に対して凸に形成されている。
【００１９】
そして、翼最外周ネックからｎ−１番目ネックのネック凹部とｎ−２番目ネックのネック凹部とを結ぶ接線と、半径方向中心線と、のなす角度βｂ，翼最外周ネックからｎ番目ネックのネック凹部とｎ−１番目ネックのネック凹部との間の半径方向距離Ｈｂn ，翼最内周ネックの周方向ネック幅Ｗｂn，翼最外周ネックからｎ−１番目ネックの周方向ネック幅Ｗｂn-1、の関係が、Ｗｂn＞Ｗｂn-1−２Ｈｂn×tanβｂであることが好ましい。
【００２０】
さらに、翼最外周フックからｎ番目フックとｎ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｂn が、翼最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックとｉ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｂi に対して、Ｄｂn＜Ｄｂiの関係に形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、翼最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線に対して、翼最内周フックのフック凸部が、前記接線よりも周方向に対して凸に形成されていることが好ましい。
【００２２】
また、翼最内周フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｂnが、翼最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｂi に対して、Ｌｂn＞Ｌｂiの関係に形成されていることが好ましい。
【００２３】
また、翼フックにおける翼とロータとが接触する接触面と、前記接触面の内周側に位置する非接触面とが、直線部とその両端の円弧部により連結された構造であることが好ましい。
【００２４】
また、翼植え込み部のロータへの挿入角度が、ロータの軸方向に対して傾斜していることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部を有する構造の蒸気タービンにおいて、ロータ最内周フックの周方向フック幅を拡大しても、ロータ切削中の溝カッタの折損を防止すると共に、ロータ最内周フックの接触面圧を低減することが可能なタービンロータやタービン動翼を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一形態を実施例として説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１を用いて、以下、本実施例で説明するタービン動翼１とタービンロータ３との関係を説明する。
【００２８】
図１では、フック数ｎとして、ｎ＝４の場合に関して説明する。
【００２９】
タービンロータ３は、翼フック及び翼ネックを有する逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部２に対して、嵌め合い構造のロータフック１４及びロータネック１６を有する。
【００３０】
タービン動翼１は、ロータの中心方向に延びる逆クリスマスツリー型であり、ロータフック１４及びロータネック１６を有するタービンロータ３に対して、嵌め合い構造を形成する翼フック及び翼ネックを有する。
【００３１】
図１（ａ）に記載されるＣＦは遠心力を示し、その矢印は遠心力の方向を示す。
【００３２】
また、図中のＷｒnはロータ最内周フックの周方向フック幅、Ｗｒn-1はロータ最外周フックからｎ−１番目（本実施例では３番目）フックの周方向フック幅、Ｗｂn は翼最内周ネックの周方向ネック幅、Ｗｂn-1 は翼最外周ネックからｎ−１番目（本実施例では３番目）ネックの周方向ネック幅をそれぞれ示す。
【００３３】
図１（ａ）の点線ｂの拡大図を図１（ｂ）に、図１（ａ）の点線ｃの拡大図を図１(ｃ)にそれぞれ示す。
【００３４】
そして、本実施例で説明するタービンロータ３は、ロータ最外周フックから、３番目のフック凸部１５ｂと、２番目のフック凸部１５ｃと、を結ぶ接線に対して、ロータ最内周フックのフック凸部１５ａが、この接線１３よりも周方向に対して凹に形成されている。
【００３５】
そして、本実施例で説明するタービン動翼１は、翼最外周ネックから、３番目のネック凹部と、２番目のネック凹部と、を結ぶ接線に対して、翼最内周ネックのネック凹部が、この接線よりも周方向に対して凸に形成されている。
【００３６】
なお、逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部２は、翼側とロータ側との溝に複数のフックが形成されており、翼側溝を翼の軸方向に挿入して、翼とロータとのフックを互いに噛み合わせ、翼の遠心力を支える構造とする。
【００３７】
なお、翼とロータとは、半径方向中心線４に対し対称構造である。
【００３８】
また、ロータ最外周フックからｎ−１番目（本実施例では３番目）フックのフック凸部とｎ−２番目（本実施例では２番目）フックのフック凸部とを結ぶ接線１３と、半径方向中心線４と、のなす角度βｒ，ロータ最外周フックからｎ番目（本実例では４番目）フックのフック凸部とｎ−１番目（本実施例では３番目）フックのフック凸部との間の半径方向距離Ｈｒn，ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn，ロータ最外周フックからｎ−１番目（本実施例では３番目）フックの周方向フック幅Ｗｒn-1、の関係は、Ｗｒn＞
Ｗｒn-1−２Ｈｒn×tanβｒである。
【００３９】
なお、図１（ｂ）中では、対象構造のためＷｒn及びＷｒn-1は、２分の１の値で示している。
【００４０】
また、翼最外周ネックからｎ−１番目（本実施例では３番目）ネックのネック凹部とｎ−２番目（本実施例では２番目）ネックのネック凹部とを結ぶ接線と、半径方向中心線４と、のなす角度βｂ，翼最外周ネックからｎ番目（本実施例では４番目）ネックのネック凹部とｎ−１番目(本実施例では３番目)ネックのネック凹部との間の半径方向距離Ｈｂn，翼最内周ネックの周方向ネック幅Ｗｂn，翼最外周ネックからｎ−１番目（本実施例では３番目）ネックの周方向ネック幅Ｗｂn-1、の関係は、Ｗｂn＞Ｗｂn-1−２Ｈｂn×
tanβｂである。
【００４１】
また、ロータ最外周フックからｎ番目（本実施例では４番目）フックとｎ−１番目（本実施例では３番目）フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒn が、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）（本実施例では２番目又は３番目）フックとｉ−１番目
(本実施例では１番目又は２番目)フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒi(＝Ｄｒn-1)に対して、Ｄｒn＜Ｄｒiの関係に形成されている。
【００４２】
なお、Ｄｒn-1は、ロータ最外周フックからｎ−１番目フックとｎ−２番目フックとのフック接触面法線方向距離である。
【００４３】
また、翼最外周フックからｎ番目（本実施例では４番目）フックとｎ−１番目（本実施例では３番目）フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｂn が、翼最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）（本実施例では２番目又は３番目）フックとｉ−１番目（本実施例では１番目又は２番目）フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｂi（＝Ｄｂn-1）に対して、Ｄｂn＜Ｄｂiの関係に形成されている。
【００４４】
なお、Ｄｂn-1 は、翼最外周フックからｎ−１番目フックとｎ−２番目フックとのフック接触面法線方向距離である。
【００４５】
また、ロータ最外周ネックからｎ−１番目（本実施例では３番目）ネックのネック凹部とｎ−２番目（本実施例では２番目）ネックのネック凹部とを結ぶ接線に対して、ロータ最内周ネックのネック凹部が、前記接線よりも周方向に対して凹に形成されている。
【００４６】
また、翼最外周フックからｎ−１番目（本実施例では３番目）フックのフック凸部とｎ−２番目（本実施例では２番目）フックのフック凸部とを結ぶ接線に対して、翼最内周フックのフック凸部が、前記接線よりも周方向に対して凸に形成されている。
【００４７】
また、ロータ最内周フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｒnが、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）(本実施例では２番目又は３番目)フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｒi（＝Ｌｒn-1 又は
Ｌｒn-2）に対して、Ｌｒn＞Ｌｒiの関係に形成されている。
【００４８】
なお、Ｌｒn-1 はロータ最外周フックからｎ−１番目フックにおける動翼とロータが接触するフック接触面距離である。
【００４９】
また、翼最内周フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｂn が、翼最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）（本実施例では２番目又は３番目）フックにおける動翼とロータとが接触するフック接触面距離Ｌｂi（＝Ｌｂn-1 又はＬｂn-2）に対して、Ｌｂn＞Ｌｂiの関係に形成されている。
【００５０】
なお、Ｌｂn-1 は、翼最外周フックからｎ−１番目フックにおける動翼とロータが接触するフック接触面距離である。
【００５１】
タービンロータ３のフックでは、ロータフック接触面５と、このフックの外周側に位置するロータフック非接触面６とがロータフック円弧７により連結された構造を有している。
【００５２】
また、タービン動翼１のフックでは、動翼フック接触面９と、このフックの内周側に位置する動翼フック非接触面１０とが、動翼フック円弧１１により連結された構造を有している。
【００５３】
タービン動翼１との嵌め合い挿入角度は、タービンロータ３の軸方向に対して傾斜し、また、逆クリスマスツリー型タービン翼植え込み部２のタービンロータ３への挿入角度が、タービンロータ３の軸方向に対して傾斜している。
【００５４】
従来構造では、全てのフック凸部１５が、半径方向中心線４から所定の角度βｒを有した一本の接線に接する形状に形成されていたが、本実施例では、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒnを、従来構造より拡大している。
【００５５】
図１に示すように、ロータ最外周フックからｎ−１番目（本図では３番目）フック14ｂのフック凸部１５ｂとｎ−２番目（本図では２番目）フック１４ｃのフック凸部１５ｃを結ぶ接線１３と半径方向中心線４とのなす角度をβｒ、ロータ最外周フックからｎ番目
（本図では最内周）フック１４ａのフック凸部１５ａとｎ−１番目（本図では３番目）フック１４ｂのフック凸部１５ｂとの間の半径方向距離をＨｒnと定義すると、このとき、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn が、ロータ最外周フックからｎ−１番目（本図では３番目）フックの周方向フック幅Ｗｒn-1に対し、Ｗｒn＞Ｗｒn-1−２Ｈｒn×
tanβｒの関係に形成されている。
【００５６】
つまり、フック凸部１５ｂと１５ｃを結ぶ接線１３とロータ最内周フックのフック凸部１５ａとの間に、周方向に対して、Ｗｒs （フック凸部を結ぶ接線とロータ最内周フックのフック凸部との間の周方向距離）のスペースを形成することで、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒnを従来構造に比べて、周方向に２Ｗｒs拡大していることになる。
【００５７】
なお、Ｗｂs は、翼ネック凹部を結ぶ接線と翼最内周ネックのネック凹部との周方向距離である。
【００５８】
このような構造を採用することにより、溝カッタの最下部の剛性を高めることができ、ロータ切削中の溝カッタの折損防止を図り、撓みによる製作公差の拡大を防止し、機械加工精度の向上とロータ切削とを容易にすることができると考える。
【００５９】
図１（ｃ）で用いた、符号８はロータネック円弧、９は翼フック接触面、１０は翼フック非接触面、１１は翼フック円弧、１２は翼ネック円弧である。
【００６０】
また、Ｌｒiはロータ最外周フックからｉ番目フックのフック接触面距離、Ｌｂiは翼最外周フックからｉ番目フックのフック接触面距離、Ｒｒi はロータ最外周フックからｉ番目フックの半径方向フック長さ、Ｒｂi は翼最外周フックからｉ番目フックの半径方向フック長さである。
【００６１】
また、ロータ最外周フックからｎ番目（本図では最内周）フックとｎ−１番目（本図では３番目）フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒn が、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックとｉ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒi に対し、Ｄｒn＜Ｄｒi（ｉ＝２〜ｎ−１）の関係に形成されている。
【００６２】
一般に、フックおよびネックを形成する接触角θ１及び非接触角θ２を固定した条件で、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn を拡大する構造として、図２（ａ）および（ｂ）に示す２つの構造が挙げられる。
【００６３】
なお、θ１はフックおよびネックを形成する接触角であり、θ２はフックおよびネックを形成する非接触角である。
【００６４】
以下に、両構造を比較検討した結果について述べる。
【００６５】
図２（ａ）は、ロータ最内周フックの非接触面６の距離を短縮し、Ｄｒn＜Ｄｒi（＝
Ｄｒn-1）の関係に形成したものである。
【００６６】
一方、図２（ｂ）は、ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック接触面距離
Ｌｒn-1を増加した構造であり、Ｄｒn＝Ｄｒi（＝Ｄｒn-1）の関係にある。
【００６７】
ロータ最外周フックからｎ番目フックのフック凸部とｎ−１番目フックのフック凸部との間の半径方向距離Ｈｒn を、前記（ａ）と（ｂ）との構造で比較した場合、（ｂ）構造のＨｒnbは（ａ）構造のＨｒnaに比べて長く形成される。したがって、ロータ溝半径方向深さが、（ｂ）構造は（ａ）構造に比べて深く形成されることになる。
【００６８】
なお、Ｈｒnaは、図２（ａ）構造のロータ最外周フックからｎ番目フックのフック凸部とｎ−１番目フックのフック凸部のフック凸部間半径方向距離であり、Ｈｒnbは、図２
（ｂ）構造のロータ最外周フックからｎ番目フックのフック凸部とｎ−１番目フックのフック凸部のフック凸部間半径方向距離である。
【００６９】
ロータ溝半径方向深さが深いほど、ロータ切削時の溝カッタの可撓性は増し、製作公差が大きくなる可能性があるため、ロータ溝の切削難易度は上がる。また、ロータ溝半径方向深さが深いほど、ロータ溝全体の切削量が増加するため、切削時間が増加する。したがって、こうしたことから、本実施例で紹介した構造（ａ）が優れていることがわかる。
【００７０】
さらに、ロータ溝半径方向深さが深いほど、ロータ最内周ネックの周方向幅が減少するため、ロータ最内周ネックの引張応力が増大する。
【００７１】
したがって、ロータ最外周フックからｎ番目フックとｎ−１番目フックとのフック接触面法線方向距離Ｄｒn を短く形成し、ロータ溝半径方向深さを浅く形成する図２（ａ）構造を採用することで、切削をより容易にする効果と応力低減効果とが期待される。
【００７２】
他の特徴は、ロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒn が、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックのフック接触面距離Ｌｒiに対して、Ｌｒn＞Ｌｒi
（ｉ＝２〜ｎ−１）の関係に形成されている点である。
【００７３】
ロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒn を長く形成すると、図１（ｃ）に示す接点ａは、ロータフック接触面５に沿って内周側へ移動するため、ロータ最内周フックの半径方向フック長さＲｒnは長く形成される。
【００７４】
応力解析により、翼とロータとの適正化を図った形状では、ロータ最内周フックの荷重分担が、平均荷重分担よりも高くなることが分かっている。
【００７５】
したがって、荷重分担の大きなロータ最内周フックの半径方向フック長さＲｒn とロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒn とを長く形成することで、ロータ最内周フックに発生するせん断応力と接触面圧とを低減し、フック間の応力適正化を図る効果が期待できる。
【００７６】
なお、ロータ最内周フックの半径方向フック長さＲｒn として、図１（ｃ）に示すように、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ）のロータフック１４において、ロータフック接触面５とロータネック１６を構成するロータネック円弧８とが内接する接点をａとする。
【００７７】
この接点ａを起点に、逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部２の中心を通る半径方向中心線４と平行な線とロータフック非接触面６との交点をｂとしたとき、接点ａから接点ｂまでの距離を半径方向フック長さＲｒiと定義した。
【００７８】
以下に、フック数ｎとして、ｎ＝４の場合の有限要素法（ＦＥＭ）解析による計算結果を用いて、加工性の向上と応力バランス適正化との両立を図った本実施例構造の効果について説明する。
【００７９】
翼溝の拡大パラメータγを、翼最外周ネックの周方向ネック幅Ｗb1と翼根元部の翼一本分周方向幅Ｗpの比（Ｗb1／Ｗp）と定義する。
【００８０】
図３は、翼溝の拡大パラメータγと、γ＝０.３７ の遠心力によるピーク応力を基準としたピーク応力比との関係を示している。
【００８１】
ピーク応力比は、翼溝を拡大する（γ拡大）に従い、翼（図３中Ｐ２），ロータ（図３中Ｐ１）共に、減少する傾向にある。
【００８２】
特に、翼最外周に発生するピーク応力の減少傾向は顕著である。翼最外周は、翼振動により比較的高い応力が発生する位置であり、低サイクル疲労，高サイクル疲労の双方の観点から、翼溝を拡大する（γ拡大）ことは望ましいと考えられる。
【００８３】
しかし、γを大きくしすぎた場合には、ロータ溝の周方向断面積が充分に確保できず、ロータネック１６の引張応力およびタービンロータのピーク応力比（図３中Ｐ１）が過大になる問題が生じる。
【００８４】
一般に、翼材はロータ材に比べて引張強さが強いため、翼一本分周方向幅Ｗp に対して、翼最外周ネックの周方向ネック幅Ｗb1、いわゆる翼溝の取り合い幅をロータ溝の取り合い幅以下（γ≦０.５０）に形成することが望ましい。
【００８５】
図３にて、タービンロータのピーク応力比がγ＝０.５０ のピーク応力比以下となる領域は、０.４２≦γ≦０.５０に相当する。したがって、翼とロータとの取り合い及びタービンロータのピーク応力比のバランスを図った領域として、０.４２≦γ≦０.５０に設計することが望ましい。
【００８６】
なお、Ｐ１は、タービンロータの遠心力によるピーク応力比曲線であり、Ｐ２は、タービン動翼の遠心力によるピーク応力比曲線である。
【００８７】
図４は、翼溝の拡大パラメータγとＦＥＭ解析によるフック荷重分担比率との関係を示している。
【００８８】
フック荷重分担比率は、翼溝を拡大する（γ拡大）に従い、ロータ最内周フックのフック荷重分担比率（図４中Ｆ４）が大きくなり、ロータ中間フックのフック荷重分担比率
（図４中Ｆ２，Ｆ３）が小さくなる傾向にある。
【００８９】
γの領域（０.４２≦γ≦０.５０）は、図４にてロータ最内周フックのフック荷重分担比率が、ロータ中間フックのフック荷重分担比率に対して、大きくなる領域に相当する。
【００９０】
したがって、ロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒn を、ロータ最外周フックからｉ番目（ｉ＝２〜ｎ−１）フックのフック接触面距離Ｌｒi に対して、Ｌｒn＞Ｌｒi
（ｉ＝２〜ｎ−１）の関係に形成し、荷重分担の大きなロータ最内周フックの半径方向フック長さＲｒnとロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒnとを長く形成することで、せん断応力と接触面圧とを低減し、フック間の応力適正化を図ることができると考える。
【００９１】
なお、Ｆ１は、ロータ最外周フックのフック荷重分担割合曲線、Ｆ２及びＦ３は、ロータ中間フックのフック荷重分担割合曲線、Ｆ４は、ロータ最内周フックのフック荷重分担割合曲線である。
【００９２】
次に本実施例の構造と従来構造との応力を具体的に比較した結果について述べる。
【００９３】
パラメータηとして、ロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒnとロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック接触面距離Ｌｒn-1とのフック接触面距離比をη（＝Ｌｒn／Ｌｒn-1）とする。
【００９４】
検討した形状は、以下の４ケースである。
【００９５】
図５（ａ）は、従来構造であり、フック接触面距離比η(＝Ｌｒn／Ｌｒn-1) ＝０.７、フック接触面法線方向距離Ｄｒn＝Ｄｒn-1、半径方向フック長さＲｒn＝Ｒｒn-1の関係にある。
【００９６】
なお、Ｒｒn-1 は、ロータ最外周フックとｎ−１番目フックとの半径方向フック長さである。
【００９７】
図５（ｂ）は、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn を拡大する本実施例の構造であり、フック接触面距離比η(＝Ｌｒn／Ｌｒn-1)＝１.０、フック接触面法線方向距離Ｄｒn＜Ｄｒn-1、半径方向フック長さＲｒn＝Ｒｒn-1の関係にある。
【００９８】
図５（ｃ）は、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒnを拡大する図２（ｂ）で示した構造であり、フック接触面距離比η（＝Ｌｒn／Ｌｒn-1）＝０.６５、フック接触面法線方向距離Ｄｒn＝Ｄｒn-1、半径方向フック長さＲｒn＝Ｒｒn-1の関係にある。
【００９９】
図５（ｄ）は、本実施例の構造の応力バランスをさらに適正化した構造であり、フック接触面距離比η(＝Ｌｒn／Ｌｒn-1)＝１.３ 、フック接触面法線方向距離Ｄｒn＜Ｄｒn-1、半径方向フック長さＲｒn＞Ｒｒn-1の関係にある。
【０１００】
図６は、γ＝０.４３ における前記構造（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のせん断強度比，引張強度比および接触面圧比を、構造（ｂ）を基準として比較した結果を示している。
【０１０１】
図６中、Ｌ１はタービンロータのせん断強度比曲線、Ｌ２はタービンロータの引張強度比曲線、Ｌ３はタービンロータの接触面圧比曲線を表す。
【０１０２】
構造（ａ）では、荷重分担の大きいロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn のみを拡大して、翼ネックとロータフックとの最内周対向表面間にスペースを形成する構造であるため、翼とロータとのロータ最内周フックのフック接触面距離Ｌｒn が短く、接触面圧比（図６中Ｌ３）が許容できないほど大きくなり、面圧の均等化が図られない。
【０１０３】
一方、本実施例の構造（ｂ）では、翼とロータとのロータ最内周フックのフック接触距離Ｌｒn を充分確保できる構造であり、接触面圧比（図６中Ｌ３）は低減される。
【０１０４】
ロータ溝半径方向深さが深い図２（ｂ）で示した構造（ｃ）では、ロータ最内周ネックの周方向フック幅Ｗｒn が減少し、引張応力が増加する。したがって、この構造の場合、ロータ最内周フックの周方向フック幅Ｗｒn を拡大する構造として、フック接触面法線方向距離がＤｒn＜Ｄｒiの関係に形成される必要がある。
【０１０５】
最後に、応力バランスの適正化を図った本実施例の構造（ｄ）では、構造（ｂ）からさらに約１０％のせん断強度比（図６中Ｌ１）と約２０％の接触面圧比（図６中Ｌ３）の低減効果が期待できる。
【０１０６】
ただし、ηを大きくしすぎた場合には、ロータ最内周ネックの周方向フック幅Ｗｒn が減少し、引張強度比（図６中Ｌ２）が過大になるため、ηは１.０≦η≦１.３が望ましい。
【０１０７】
以上のことから、ロータ溝の加工性を向上し、応力バランスの適正化を図ったタービンロータは、前記（ｂ）または（ｄ）の構造により達成されることがわかる。
【０１０８】
また、本実施例において、翼の挿入角度をロータの軸方向に対して傾斜させることにより、傾斜角度θの余弦の逆数倍軸方向距離を増加できるため、フックせん断面に発生する応力をより低減することができる。
【０１０９】
なお、本実施例は、フック数ｎとして、ｎ＝４のおける効果を説明しているが、ｎ＝４以外のフック数でも同様の効果が得られることを確認している。
【０１１０】
このように、翼溝の応力を低減するために、翼溝を拡大した場合、ロータ溝の半径方向深さが深くなり、ロータ最内周フックの切削が困難になるという問題であったが、本実施例による構造でこうした問題も解決することができる。
【０１１１】
さらに、余分な切削が原因でロータに破損が生じた場合、翼の破損に比べ影響が大きいため、ロータ加工には特に高い加工精度が要求されていたが、こうした問題も本実施例で解決することができる。
【０１１２】
また、翼溝には、強度設計上、せん断応力，引張応力，ピーク応力，接触面圧など留意すべき評価項目が多数存在しているが、やはり、本実施例により、こうした多数存在する評価項目をクリアすることができる。
【０１１３】
したがって、ロータ最内周フックの加工性の向上と発生応力および面圧の適正化の両立を図るという重要な課題を本実施例の構造は解決することができる。
【実施例２】
【０１１４】
図７に本発明の第２実施例を示す。
【０１１５】
タービンロータ３のロータフックの形状は、ロータフック接触面５とロータフック非接触面６とが、ロータフック直線部１７とその両端の円弧部１８及び１９により連結された構造であってもよい。
【０１１６】
なお、円弧部１８は、タービンロータの非接触面側フック部円弧であり、円弧部１９は、タービンロータの接触面側フック部円弧である。
【０１１７】
また、最外周からｉ番目における翼とロータとの各フック部，ネック部を形成する円弧は、同一円弧である必要はなく、二つの異なる円弧もしくは直線部とその両端との異なる二つの円弧の組合せによって形成されるものでもよい。また、最外周，中間，最内周のロータフックも上記組合せによって形成されるものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、蒸気タービンに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本実施形態のタービンロータとタービン動翼との関係を示す。
【図２】本実施形態のロータフックおよび翼フックの構造を示す図である。
【図３】溝倍率とピーク応力比との関係を説明する図である。
【図４】溝倍率とフック荷重分担比率との関係を説明する図である。
【図５】実施形態のロータフックおよび翼フックの寸法関係を比較する図である。
【図６】実施形態の効果を説明する図である。
【図７】他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…タービン動翼、２…逆クリスマスツリー型タービン翼植込み部、３…タービンロータ、４…半径方向中心線、５…ロータフック接触面、６…ロータフック非接触面、７…ロータフック円弧、８…ロータネック円弧、９…翼フック接触面、１０…翼フック非接触面、１１…翼フック円弧、１２…翼ネック円弧、１３…ロータ最外周フックからｎ−１番目フックのフック凸部とｎ−２番目フックのフック凸部とを結ぶ接線、１４…ロータフック、１５…フック凸部、１６…ロータネック。
【図１】
2007278153.tif 000003
【図２】
2007278153.tif 000004
【図３】
2007278153.tif 000005
【図４】
2007278153.tif 000006
【図５】
2007278153.tif 000007
【図６】
2007278153.tif 000008
【図７】
2007278153.tif 000009